相关申请的交叉引用
本申请要求2012年11月30日提交的美国申请号61/732133和2013年11 月25日提交的美国申请号14/089587的优选权,其整个内容通过引用被并 入本文。
技术领域
背景技术
氧气面罩在本领域是一种熟知的用于以封闭式结构救火的工具。能 够提供稳定且受控的氧气流同时维持允许自由移动的重量的便携式氧气 面罩在救火时是必需品。这种需要绝不比飞行器的有限且加压环境更普 遍。由于其加压舱和大量氧气的存在，飞行器失火存在许多额外的危险。 因此，存在对重量轻并且非常适于所有封闭环境(特别是飞行器的那些 环境)的可靠且紧凑的氧气面罩的需要。
呼吸保护设备(PBE)是一种封闭回路呼吸设备，其被设计为在含有 烟和尘雾的环境中通过将眼睛和呼吸功能与环境隔离来帮助保护穿戴者 的眼睛和呼吸道。隔离通过包围穿戴者的头部的头罩系统来实现。可呼 吸的大气通过基于需求的化学空气再生系统维持，所述基于需求的化学 空气再生系统供应氧气并去除二氧化碳和水蒸汽。这种设备根据 TSO-C116的要求进行认证。
PBE是完全包围穿戴者的头部并在颈部处用薄的弹性膜状物密封的 头罩装置。头罩的大的内部体积容纳眼镜和长头发，而弹性膜状物颈部 密封能够使得该设备适于表示飞行器机务人员的广泛人口范围。化学空 气再生系统基于超氧化钾(KO2)的使用。PBE的操作通过到位于头罩 内的口鼻面罩椎体中的穿戴者的呼气来安静且可靠地提供动力。通过安 置在罐中的KO2产生的氧气的低湿气含量降低湿球温度，改善穿戴者舒 适度并控制护目镜、侧窗和/或眼镜的薄雾形成或起雾。整个装置被固定 到头部以最小化对移动性的限制。大型视觉清楚的护目镜和侧窗提供宽 的视野，同时维持其与头部的相对位置。颈部防护物从头罩的后面向下 延伸以保护使用者的衣领和上肩部区域免受直接火焰接触的伤害。传声 膜片安装在口鼻面罩椎体中以提高通信。
用在飞行器上的呼吸保护设备(PBE)储藏在密封袋中，以确保它们 不受潮并与二氧化碳隔离。当需要该装置时，将它从储藏位置移出并打 开密封袋。然后使用者将PBE展开在他或她的头部和肩部上面并发动氧 气产生单元。图1中示出一种示例性PBE。在操作期间，使用者呼出到 口鼻嘴件中。呼出的气息行进通过呼出管道并进入含有KO2(超氧化钾) 的罐。根据下面的反应，呼出的二氧化碳和水蒸汽被吸收，并且置换氧 气被释放：
氧气产生： 2KO2+H2O－－＞2KOH+1.5O2
2KO2+CO2－－＞K2CO3+1.5O2
二氧化碳去除：2KOH+CO2－－＞K2CO3+H2O
KOH+CO2－－＞KHCO3
再生的氧气经过吸入管道并进入头罩的主舱或呼吸室。颈部密封膜 状物上方的内部头罩体积充当呼吸室。当使用者吸气时，单向吸入阀允 许再生的气体进入口鼻嘴件，并且因此行进到使用者的呼吸道。呼吸循 环能够以此方式继续，直至KO2罐耗尽。
在飞行器失火的情况下，PBE从储藏装置处移出并从其储藏袋内部的 真空环境迅速过渡到飞行器座舱的正常环境。快速的压力增加会影响PBE 的部件，并且具体会使呼出管道拉伸、变形或破裂。即，当罐仍大部分 处于其储藏装置的主要真空环境中时，罐与外部之间的压力差为零。然 而，一旦袋打开，隔膜两端大的压力差会由于外部环境压力和内部真空 而产生。膜状物两端的这种压力差会将吸入管道吸入罐中，导致拉伸、 撕裂和变形。对呼出管道的任何这种类型的损坏都会显著减少PBE的有效 性持续时间。
发明内容
为了在PBE从真空储藏袋过渡到开放环境时防止PBE损坏，公开一种 改进的呼吸保护设备，所述呼吸保护设备具有通气孔或单向阀，通气孔 或单向阀被并入吸入管道中，以使罐能够在储藏袋打开期间安全地通气 并释放压力差。空气压力释放机构的使用防止管道破裂，并保持PBE的完 整性而且防止对呼出管道造成损坏。
附图说明
图1是本发明的第一优选实施例的高度后透视图；
图2是图1的实施例的剖视侧视图；
图3A是罐接口处的吸入管道的放大横剖视图；
图3B是在罐接口处的压力差下打开的阀的放大横剖视图；
图3C是当氧气从罐输送通过吸入管道时关闭的阀的放大横剖视图； 以及
图4是图1的实施例的剖视侧视图，其中空气/氧气正流过吸入管道。
具体实施方式
图1、图2和图4中大致示出本发明的呼吸保护设备或PBE。头罩 20的尺寸被设计为佩戴在人头部15上，并且头罩20包括基本上不透气 的膜状物25，其中头部15滑入到膜状物25内并形成密封以防止气体或 烟进入呼吸室30。使用者头部15的后面是氧气产生系统40，所述氧气 产生系统40在下面更详细地描述。口鼻嘴件45允许吸入管道60供应的 氧气通过单向吸入阀55进入，而使用者排出的二氧化碳经由呼出管道50 传送回氧气产生系统40。氧气在化学反应中产生，并且一般通过吸入管 道60从包含在罐62中的氧气产生系统40传输到嘴件45或呼吸室30。
在操作期间，使用者将二氧化碳呼出到口鼻嘴件45中。呼出的气息 行进通过呼出管道50并进入含有KO2(超氧化钾)的罐62。根据下面的 反应，呼出的二氧化碳和水蒸汽被吸收，并且释放置换氧气：
氧气产生： 2KO2+H2O－－＞2KOH+1.5O2
2KO2+CO2－－＞K2CO3+1.5O2
二氧化碳去除：2KOH+CO2－－＞K2CO3+H2O
KOH+CO2－－＞KHCO3
再生的氧气穿过吸入管道60并进入头罩20的主舱或呼吸室30。颈 部密封膜状物25上方的内部头罩体积充当呼吸室30。当使用者吸气时， 单向吸入阀55允许再生的气体进入口鼻嘴件45，并且因此行进到使用者 的呼吸道。呼吸循环将会继续，直至KO2罐62被耗尽。
PBE能够在座舱失火的情况下被机务人员迅速戴上以便对抗火灾。 本发明尤其适于保护使用者免受与毒烟、失火和低氧有关的危险。头罩 20具有护目镜180以保护使用者的眼睛，并且头罩20提供用于利用独立 氧气产生系统40继续呼吸的装置。在一个优选实施例中，该系统具有最 小值为15分钟的操作使用寿命，并且在使用之后被处理掉。
下面更详细地描述PBE头罩操作。在穿戴过程期间，使用者通过在 箭头95指示的方向拉动调整带90来致动氯酸盐引子烛形物70，由此紧 靠使用者的面部固定口鼻嘴件45。在下面示出引子烛形物70的化学反应：
放热
2NaCIO3+Heat－－＞2NaCI+3O2
小型氯酸盐烛形物70(引子烛形物)通过氯酸钠的化学分解在20秒 内产生大约8升氧气。该烛形物70安装到KO2罐62的底部。引子烛形 物65优选通过拉动释放销75来致动，当使用者调整紧靠使用者的面部 的拉紧口鼻嘴件的带90时，释放销75被系索80自动展开。引子烛形物 70的气体在一侧释放到KO2罐62中，其中呼出的气息在该侧从呼出管 道50进入罐。来自引子烛形物70的一些氧气提供呼出管道的初始填充， 而大量这些氧气行进通过KO2罐62并充满头罩20的主舱30。
为了在飞行器上使用，本发明的PBE优选被真空密封，并且被储藏 在飞行器内的指定位置处。由于活性空气再生化学物质(KO2)是湿气 敏感的，真空密封袋的主要功能是维持有效的湿气屏障。袋稍微膨胀导 致真空损失指示湿气屏障损失，需要替换该单元。然而，如在下面阐述 的，从真空密封保护性储藏袋到环境的过渡已经对该单元造成损坏，因 此需要本发明。
当PBE被机务人员使用时，它被打开并且从真空环境迅速恢复。由 于在该压力下迅速恢复，吸入管道接近并被吸入到罐中会引起吸入管道 的破裂(参见图2)，导致空气管道撕裂和变形。如果吸入管道已经被撕 裂，那么它将减少PBE组件的运行时间。当罐40处于真空时，该压力差 将薄壁的呼出管道50拉入到罐62中，直至它拉伸并且在拉伸到足够程 度时会形成孔。在这里，呼出管道由罐62中存在的真空吸入到罐中的开 口中。
为了克服这个问题，图3图示了邻近罐62的吸入管道60中的孔115， 一旦PBE 20从不透气的包装移出，孔115能够用于通过吸入管道60给 罐62通气。在一个替代实施例中，孔115能够包括单向阀，所述单向阀 包含孔115和邻近孔115的挡板117，挡板117被热密封或以其他方式附 接以便挡板117能够可释放地密封吸入管道60。单向阀允许空气在通气 期间进入吸入管道，但是阻止空气在呼吸模式期间进入吸入管道。对于 将通气孔115或单向阀塑料挡板117添加到吸入管道60的修改，罐62 能够在真空储藏袋打开期间安全地释放压力差。因此，显著降低薄壁的 呼出管道变形、拉伸或破裂的机会，因为系统与外部压力达到平衡。
图3A-3C图示与罐62的接口处的吸入管道60。吸入管道60是由两 个薄塑料片材制成的扁平轻质管。管道60设置在凸缘81上方，凸缘81 具有通向氧气产生系统40的纵向开口83。氧气在箭头87的方向(图3C) 上流动通过吸入管道并流入面罩内部，在面罩中，氧气供使用者呼吸。 凸缘81包括外螺纹91，外螺纹91与罐62上的内螺纹接合，形成不透气 密封。当相对罐62拧紧凸缘81时，凸缘81连接颈部膜状物25以及硅 垫圈97。图3A图示吸入管道60在真空状态下储藏期间的状况。管道60 邻近与罐的接口的位置的部分与凸缘81的开口齐平。因为整个面罩在真 空包装中，管道60两端不存在压力差并且接口处于平衡状态。
在面罩已经从其包装释放并且真空破坏之后，罐62外部的压力立即 大于罐62内部的压力，此时已经没有通气的机会。在没有孔115的情况 下，压力将会引起一部分吸入管道被吸入罐中，导致管道60的潜在撕裂 和变形。然而，如在图3B中示出的，空气(箭头111所指)穿过管道60 中的孔115进入罐62，使吸入管道/罐接口两端的压力相等，并给罐通气。 孔115防止吸入管道60被吸入罐中，从而保持管道的完整性。挡板117 附接在管道60的内侧上，使得它通过与管道的表面分开而允许空气进入 管道，如在图3B中示出的。因此，挡板117充当单向阀，以允许空气给 罐加压。
一旦罐和面罩被完全加压并且氧气产生系统40启动，氧气从罐62 流过凸缘81并流入吸入管道60，在此处氧气充满面罩。在流动氧气或挡 板117的偏移对吸入管道的表面加压时，在挡板117的位置通过封闭孔 115来防止氧气在凸缘处离开吸入管道。因此，氧气不会由于孔115的存 在而被转向，并且面罩如期望的那样正常操作。
通过防止该设备离开真空时由于管道两端的压力差引起扭曲或撕 裂，本发明的通气机构降低吸入管道60上的应力。空气通过孔115迅速 进入罐62并给罐62加压，从而最小化压力的不平衡。
根据上述内容，将明显的是，虽然已经图示说明并描述了本发明的 具体形式，但是能够作出各种更改而不脱离本发明的精神和范围。因此， 除所附权利要求限制的之外，其并不旨在限制本发明。