带有双呼吸袋的呼吸装置的制作方法
专利名称：带有双呼吸袋的呼吸装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种呼吸装置，但它并不仅仅用于潜水。W089/01895A1公开了一种用于潜水员的呼吸装置，其中双呼吸袋包含以铰链风箱结构连接在一起的入口腔和出口腔，从而共同膨胀和泄气。当呼吸袋充满时，截流阀使呼吸袋与供应管道分隔开，而当呼吸袋排空时，截流阀则使呼吸袋与回流管道分隔开。安全阀防止潜水员肺部压力过大或抽吸。这种设置使气流随着潜水员的呼吸而波动，与其他设备相比具有机械简单性和可靠性。W089/01895A1中描述的潜水员双呼吸袋利用一种铰链板限制呼吸袋的补给和恢复，使它们同时充满和排空。在常规操作期间，依靠位于水面，通常在船上的压缩机，气体以恒定的速率在返回呼吸袋到水面和返回至潜水员之间循环。该呼吸回路不含流动或压力调节器，因此，回路中所有的压力下降都是由连接压缩机和呼吸袋的脐带软管引起的。双呼吸袋补偿由于潜水员呼吸引起的流向和来自潜水员肺部的流动变化。潜水员呼吸回路中的压力由双呼吸袋上的压力决定。来自压缩机的出口压等于潜水员的压力加上脐带供应软管中降低的压力。朝向压缩机的入口压等于潜水员的压力减去返回脐带软管中降低的压力。气体由于潜水员呼吸回路中压力的降低而被压缩，从而使气体能够被添加至呼吸回路中，维持平衡。也可以添加气体来补偿来自管路的少量泄露。同样，随着潜水员的上浮，需要从呼吸回路中排出气体。呼吸回路中气体的不足会导致双呼吸袋中气体不足，因此在潜水员完成吸气前呼吸回路就已排空。当呼吸袋排空时，截流阀关闭从回流呼吸袋到回流软管的气流，潜水员呼吸的速率被限制在从压缩机向供应软管的气体供给速率。最初这种不平衡引起吸入末端呼吸阻力的微小提高，但随着不平衡性的提高，双呼吸袋排空的时间会更久，来自水面的气流可能会不足以满足潜水者的需要。呼吸回路中过量的气体会导致双呼吸袋中的气体过多，因此在潜水员完成呼气前呼吸回路就已充满。当呼吸袋充满时，截流阀关闭来自供应软管的气体流动，潜水员呼吸的速率被限制在气体通过回流软管回到水面的速率。最初这种不平衡引起呼出末端呼吸阻力的微小提高，但随着不平衡性的提高，双呼吸袋充满的时间会更久，返回水面的气流可能会不足以满足潜水者的需要。保持回路中气体平衡的一种方式是使用一种压力调节器，当水面回路中的压力超过预期的限制时，压力排气阀向呼吸回路添加或排出气体。这种方式的问题难点是较高和较低限度之间的差异相对较小，可能需要随潜水员潜水深度的变化进行调节。可能需要的进一步变化应改变呼吸气体的混合比例。当呼吸回路中不同组分流动系数随时间恶化时， 则需要进行补偿。通常需要精确测量潜水员所处的深度和所需呼吸气体的密度。因此，当潜水员在开始潜水下沉时，需要不断调节压力调节器和排气口，并需要考虑呼吸气体组成的变化。通常，水面上需要有两个人来调节输送至潜水员的呼吸气流。第一个人监控实际的潜水深度，另一个人根据深度和其他因素添加和排放潜水气体。需要一种改良的探测方法，随潜水员需求的变化而向呼吸回路中补充气体或排气。根据本发明的第一个方面，它提供了一个双呼吸袋呼吸回路，包含一个供应管道、 一个回流管道和一个呼吸气体源，所述的呼吸回路涉及用来检测呼吸袋最小体积，并从所述气体源向呼吸回路补充气体的方式。所述方式可能包含一个感应回流管道中流速变化的流量传感器，但最好在回流管道中设置一个压力传感器来检测呼吸回路中的压力变化。这种传感调节器可以是一个压力调节器，称作“补充”调节器。根据本发明的第二个方面，它提供了一个双呼吸袋呼吸回路，包含一个供应管道、 一个回流管道和一个排气口，所述的呼吸回路涉及用来检测呼吸袋最大体积，并从呼吸回路排放气体的方式。所述方式可能包含一个供应管道中的流量传感器，同样用于检测呼吸袋的最小体积，但最好在供应管道中设置一个压力传感器来检测供应管道中的压力变化。 这种传感器可以是一个压力调节器，称作“排气”调节器。该排气调节器可能包含通风口。 补充和排气调节器可以是相互联合的，例如在共用部分中。补充和排气调节器可对最大和最小体积的呼吸袋关闭阀的活动引起的压力快速变化作出反应。通常，吸入末端呼吸袋排空时，切断回流软管中的气体流动，在呼气末端呼吸袋充满时切断供应软管。该截流阀的关闭中断气流，产生可检测的压力变化，一个或多个压力检测器可用于检测这种变化，并告知调节器。随着一个或多个呼吸循环，气体被添加至呼吸袋的呼吸回路中。当气体不足时，补充和排气调节器向呼吸回路中自动添加呼吸气体；当气体过量时，无论潜水员的深度如何，都将从呼吸回路中释放气体。这避免了在常规操作中人工介入的需要。这两个调节器最好设置在水面上，使“补充”调节器接近供气源，例如储气缸，从而能够收集回收来自“排气”调节器的气体。本发明另一个方面可能还涉及收集排放的气体， 再用于呼吸回路的方法。当呼吸袋被充满或排空时即可进行检测，而不是估计系统中的最适压力，以人工介入的方式添加或排除气体。根据包含双呼吸袋、供应和回流管道、气体回收组件和压缩机的呼吸回路的内体积、呼吸袋中呼吸回路的气体泄漏速率、潜水员潜水深度的变化和其他相关因素来确定需要添加或排放的呼吸气体体积。W089/01895A1中描述的潜水员用双呼吸袋利用一个铰链板隔成一个供应和回流呼吸袋，而这共同充满和排空。当潜水员背负双呼吸袋位于水平位置时，这种设计会产生较大的静水压失衡。这种失衡可能是由于当潜水员肺部和双呼吸袋位于不同的水深时，水对潜水员肺部和对双呼吸袋的压力差引起的。当潜水员直立时，呼吸袋与潜水员肺部几乎位于相同的深度，当潜水员俯卧时，潜水员的肺部比呼吸袋要深250mm，这使得潜水员难以从供应呼吸袋中呼吸气体。同样，如果潜水员仰卧时，呼吸袋比潜水员的肺部高250mm，使得潜水员难以向回流呼吸袋呼出气体。用于防止肺部压力过大或过度抽吸的安全阀也受其相对于肺部的安装位置和潜水者的方向影响。当安全阀较肺部深时，肺部测试到的开启压力稍高，而当肺部较安全阀深时，肺部测试到的开启压力较低。当使用者大体位于水平位置时，需要一种减轻静水压失衡的方法，从而减小呼吸动作的变化。根据本发明的第三个方面，它提供了一个可穿戴的呼吸装置，包含一个具有相互连接的供应腔和回流腔的双呼吸袋，从而协调充气与排气，该呼吸袋具有一个能够靠近或远离使用者的可移动的共有部分，该共有部分具有一个实质块。将沉重的材料附着在共用部分上面或并入共用部分，它通常是一个铰链板，通过向共用部分施加的重力作用，根据该部分高于或低于使用者肺部的位置提高或降低减小两个呼吸袋的中的压力，从而减小静水压失衡。这降低了潜水者的位置对从双呼吸袋吸气或呼气所需的力气。通常一个双呼吸袋的工作容积大约为4. 5至5升，与本发明一致，并添加了一个重量约3-10kg的附加块到共用部分，最好是54kg。共用部分最好是直立的铰链板，在下边缘具有大体水平的铰链轴，该实质块在铰链板的自由边或接近自由边的位置具有一个加重部分。该加重部分可以带状或条状附件的形式存在，大约重Ag。加重部分的重心最好位于铰链轴上方200mm处。加重部分可延伸至共用部分的全宽。相对沉重的共用部分保持双呼吸袋中的压力和作用在潜水员肺部的水压相近，从而使潜水员更容易呼吸。双呼吸袋最好包含安全阀，每个安全阀具有一个可移动的板状阀门元件。这种阀门元件通常是一个自由圆盘，是一个实体。用沉重的材料制作双呼吸袋安全阀的阀门元件可保证安全阀开口的压力以双呼吸袋受共同部分上附加的重量影响的压力变化而变化。通常这种安全阀的直径大约为10mm，阀门元件的质量大约为14_25gm。施压和抽吸安全阀上加重的阀门元件意味着它们开口处的压力非常接近潜水员肺部受到的水压，从而避免增压过高或过低对潜水员肺部的损害。根据使用者肺部的有效中心(肺部重心)与双呼吸袋铰链板的有效中心间的最大垂直距离，可简单地计算出共同部分和/或阀门元件的质量。安全阀最好位于双呼吸袋共同部分上，具有各自的盘状阀门元件，可垂直地向所述共同部分的平板上移动，通常是具有铰链的平板。在施压和抽吸安全阀上的加重阀门板是指安全阀开口压力和呼吸袋里的平均压力间的差异能够大体保持不变。这使得安全阀的开口压力保持在最佳设置水平，而不受潜水员位置的影响。最好提供一个双呼吸袋的背包。在一个具体实施例中，加重的共同部分和/或加重的阀门部分并入一个双呼吸袋背包。该背包最好根据使用者肩膀的弯曲设置，从而使呼吸袋接近潜水员肺部，从而减少使静水压失衡程度最小所需的加重总量。在一个具体实施例中，该呼吸袋包含一个坚硬的背包，其上具有可充气的呼吸袋腔室，腔室上有一个坚硬的防护罩，该防护罩具有孔缝，允许呼吸袋随所述装置中水的置换而扩张和缩小。防护罩最好是可移动的，从而能够对双呼吸袋进行检查。在设计一种潜水员用的气体回收系统的压缩机时，需要考虑三个因素1.压缩机入口压力是由潜水员的潜水深度决定，可以是压缩机内压力增加的几倍。这意味着该压缩机罩需要做相应地加固，对其进口侧进行密封，使之能够承受远远高于具有大气入口的压缩机上的压力差。2.呼吸气体通常包含高比例的氦气，它是一种非常小的分子，致使密封困难导致泄漏。3.呼吸气体是可循环再利用的，从而使得任何进入该系统的污染物都不能被去除，而逐步积累，从而增加其毒性。这意味着需要避免使用会向呼吸回路引入水蒸气或毒气的材料。大气驱动气体输送压缩设备和往复式压缩机目前被普遍使用在呼吸气体回收系统中，但这两种情况仍需要对标准设备进行相当大的改造。往复式压缩机工作时非常安静， 其效率高于气体输送压缩设备，但往复式压缩机需要在连接杆和活塞上设计有干燥的运转封条。密封会产生大量的热，很有可能产生泄漏。已经尝试将一个电动马达和泵安装在压力导管中，但它非常笨重，如果马达使马达线圈中的树脂过热的话会产生毒气，进入呼吸回路。需要设计一种更好的压缩机用于潜水员的呼吸回路。根据本发明的第四个方面，本发明提供了一种混合气体压缩机，使呼吸气体在双呼吸袋中循环，第一段具有一个喷射泵，第二段具有一个离心压缩机，其中该离心压缩机体积非常大，从而过量的输出组成喷射泵可用的动力气体。离心压缩机的输出体积至少是潜水员呼吸所需体积的5倍。在一个具体实施例中，该输出体积是呼吸所需体积的8-10倍。相对于其他其他回收系统来说，潜水员用双呼吸袋可大大减少呼吸回路中的压力下降，从而产生一种可选的超大型的离心压缩机。离心压缩机的优点包含·与往复式压缩机相比，大大减小了其尺寸和噪音 更强的抽吸效率 与大型往复式压缩机往复式活塞连接杆相比，更容易密封离心压缩机上相对较小的旋转推。理论上，潜水员呼吸回路所需的流动和压力可在具有Ilmm推进器的一级档实现， 但可能需要以百万rpm的速率旋转。二级离心压缩机所需速率减半，但这仍然太高而无法用于实际操作，并且叶轮尺寸仍然非常小，从而导致操作困难。离心压缩机产生所需提高的一半的压力，产生呼吸所需体积10倍以上气体也是可行的。所述的压缩机具有一个约35-40mm的叶轮，以200000rpm的速度旋转，由电动机制动，例如发动机或水力发动机；此外，它还能够以和发动机中的涡轮充电器相似设置中的气体涡轮机直接驱动。最坏的情况是当潜水员位于水面时，由于入口压力低于周围环境大气压，质量流较低，入口与出口的压力比较高。随着潜水员的下沉，气体密度增加，压力比降低，减少了叶轮旋转速度，产生所需提高的压力。W089/01895A1中公开的潜水员用双呼吸袋被用于初级气体回收呼吸回路和次级或后背换气回路。在正常的操作中，通过关闭再生式氧气回路中回流呼吸袋与二氧化碳清除器之间的连接，阻止双呼吸袋内的气体在潜水员背包换气部分循环。当不使用换气器时， 也会关闭再生式氧气回路中的氧气和稀释气体供应。阀门需要由潜水员操作，需要时要同时打开和关闭三个通道。纯氧气具有着火的危险，因为它提高了其他材料的可燃性。这就限制了用于容纳纯氧的可用材料。W089/01895A1中描述的呼吸系统具有两个备用模块，以备气体回收系统的故障1. 一个利用呼吸袋的换气模块被并入主要的呼吸系统中，但不需要水面补给。2. 一个开放的回路需求系统使用水面供应，但绕过呼吸袋。这意味着单个的故障不会威胁潜水员的安全。潜水员根据主要气体回收系统的故障类型决定激活哪个备用模块。为了使任一备用模块能够有效运转，需要根据下表内容打开或关闭一组气体通道。
权利要求
1.双呼吸袋设备，其特征在于，该设备包含一个双呼吸袋、一个呼吸气体回路，该设备还包含一个用于检测所述的呼吸袋最小体积的第一探测器(41)，对向所述回路添加呼吸气体做出相应的反应。
2.如权利要求1所述的呼吸装置，其特征在于，所述的第一探测器Gl)包含一个感应所述的呼吸回路的回流管道G2)中呼吸气流变化的流量传感器。
3.如权利要求1所述的呼吸装置，其特征在于，所述的第一探测器包含一个应对所述呼吸回路的回流管道G2)中压力变化速率的进口调节器01)。
4.如权利要求3所述的呼吸装置，其特征在于，所述进口调节器包含一个进气阀 (48)和一个由驱动元件07)分开的腔，该驱动元件的一端与所述的回流管道0 连接，另一端通过一个限流器与回流管道0 连接，所述的进气阀G8)随着因回流管道中压力的减少而在腔中产生压力差使驱动元件G7)的运动而打开。
5.如权利要求4所述的呼吸装置，其特征在于，在所述的限流器03)和驱动元件07) 之间存在有一个阻尼卷G4)。
6.如权利要求4或权利要求5所述的呼吸装置，特征在于，所述的驱动元件包含一个隔板(47)。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的呼吸装置，其特征在于，该设备还包含一个第二探测器(51)，用于检测所述的呼吸袋的最大容积，并对来自所述回路中排出呼吸气体做出反应。
8.如权利要求7所述的呼吸装置，其特征在于，所述的第二探测器(51)包含一个流速传感器，感应所述呼吸回路中供应管道(52)呼吸气体流速的变化。
9.如权利要求7所述的呼吸装置，其特征在于，所述的第二探测器还包含一个感应所述呼吸回路供应管道(52)内压力变化速率的出口调节器(51)。
10.如权利要求9所述的呼吸装置，其特征在于，所述的出口调节器(51)包含一个具有由驱动元件(56)分开的腔的排气阀，该驱动元件(56)的一端与所述的供应管道(52)连接，另一端通过一个限流器(5 与供应管道(5 连接，所述的排气阀随着因回流管道中压力的升高而在腔中产生压力差使驱动元件(56)的运动而打开。
11.如权利要求10所述的呼吸装置，其特征在于，在所述的限流器(53)和驱动元件 (56)之间存在有一个阻尼卷(54)。
12.如权利要求10或权利要求11所述的呼吸装置，其特征在于，所述的驱动元件是一个隔板(56)。
13.如权利要求7至12中任意一项所述的呼吸装置，其特征在于，共用部分具有第一探测器和第二探测器01，51)。
14.如权利要求13所述的呼吸装置，其特征在于，所述的共用部分限定了一部分回流管道0 和一部分供应管道(52)。
15.如权利要求7至12中任意一项所述的呼吸装置，其特征在于，该设备还包含一个累加器，用于收集由通风口排出的呼吸气体。
全文摘要
潜水员呼吸回路中的一个双呼吸袋具有一个调节器(41，51)，用于自动添加和排出呼吸气体。还公开了双呼吸袋的一个加重铰链板(3)，用于减小潜水员水平位置的呼吸动作。呼吸回路的其他改进包含两个阶段的压缩机(151，155)和备用回路的单制动阀。
文档编号A62B7/02GK102369135SQ201080009731
公开日2012年3月7日 申请日期2010年2月26日 优先权日2009年2月26日
发明者彼得·格里姆塞 申请人:格里姆塞海洋技术有限公司
技术领域：
本发明涉及一种呼吸装置，但它并不仅仅用于潜水。W089/01895A1公开了一种用于潜水员的呼吸装置，其中双呼吸袋包含以铰链风箱结构连接在一起的入口腔和出口腔，从而共同膨胀和泄气。当呼吸袋充满时，截流阀使呼吸袋与供应管道分隔开，而当呼吸袋排空时，截流阀则使呼吸袋与回流管道分隔开。安全阀防止潜水员肺部压力过大或抽吸。这种设置使气流随着潜水员的呼吸而波动，与其他设备相比具有机械简单性和可靠性。W089/01895A1中描述的潜水员双呼吸袋利用一种铰链板限制呼吸袋的补给和恢复，使它们同时充满和排空。在常规操作期间，依靠位于水面，通常在船上的压缩机，气体以恒定的速率在返回呼吸袋到水面和返回至潜水员之间循环。该呼吸回路不含流动或压力调节器，因此，回路中所有的压力下降都是由连接压缩机和呼吸袋的脐带软管引起的。双呼吸袋补偿由于潜水员呼吸引起的流向和来自潜水员肺部的流动变化。潜水员呼吸回路中的压力由双呼吸袋上的压力决定。来自压缩机的出口压等于潜水员的压力加上脐带供应软管中降低的压力。朝向压缩机的入口压等于潜水员的压力减去返回脐带软管中降低的压力。气体由于潜水员呼吸回路中压力的降低而被压缩，从而使气体能够被添加至呼吸回路中，维持平衡。也可以添加气体来补偿来自管路的少量泄露。同样，随着潜水员的上浮，需要从呼吸回路中排出气体。呼吸回路中气体的不足会导致双呼吸袋中气体不足，因此在潜水员完成吸气前呼吸回路就已排空。当呼吸袋排空时，截流阀关闭从回流呼吸袋到回流软管的气流，潜水员呼吸的速率被限制在从压缩机向供应软管的气体供给速率。最初这种不平衡引起吸入末端呼吸阻力的微小提高，但随着不平衡性的提高，双呼吸袋排空的时间会更久，来自水面的气流可能会不足以满足潜水者的需要。呼吸回路中过量的气体会导致双呼吸袋中的气体过多，因此在潜水员完成呼气前呼吸回路就已充满。当呼吸袋充满时，截流阀关闭来自供应软管的气体流动，潜水员呼吸的速率被限制在气体通过回流软管回到水面的速率。最初这种不平衡引起呼出末端呼吸阻力的微小提高，但随着不平衡性的提高，双呼吸袋充满的时间会更久，返回水面的气流可能会不足以满足潜水者的需要。保持回路中气体平衡的一种方式是使用一种压力调节器，当水面回路中的压力超过预期的限制时，压力排气阀向呼吸回路添加或排出气体。这种方式的问题难点是较高和较低限度之间的差异相对较小，可能需要随潜水员潜水深度的变化进行调节。可能需要的进一步变化应改变呼吸气体的混合比例。当呼吸回路中不同组分流动系数随时间恶化时， 则需要进行补偿。通常需要精确测量潜水员所处的深度和所需呼吸气体的密度。因此，当潜水员在开始潜水下沉时，需要不断调节压力调节器和排气口，并需要考虑呼吸气体组成的变化。通常，水面上需要有两个人来调节输送至潜水员的呼吸气流。第一个人监控实际的潜水深度，另一个人根据深度和其他因素添加和排放潜水气体。需要一种改良的探测方法，随潜水员需求的变化而向呼吸回路中补充气体或排气。根据本发明的第一个方面，它提供了一个双呼吸袋呼吸回路，包含一个供应管道、 一个回流管道和一个呼吸气体源，所述的呼吸回路涉及用来检测呼吸袋最小体积，并从所述气体源向呼吸回路补充气体的方式。所述方式可能包含一个感应回流管道中流速变化的流量传感器，但最好在回流管道中设置一个压力传感器来检测呼吸回路中的压力变化。这种传感调节器可以是一个压力调节器，称作“补充”调节器。根据本发明的第二个方面，它提供了一个双呼吸袋呼吸回路，包含一个供应管道、 一个回流管道和一个排气口，所述的呼吸回路涉及用来检测呼吸袋最大体积，并从呼吸回路排放气体的方式。所述方式可能包含一个供应管道中的流量传感器，同样用于检测呼吸袋的最小体积，但最好在供应管道中设置一个压力传感器来检测供应管道中的压力变化。 这种传感器可以是一个压力调节器，称作“排气”调节器。该排气调节器可能包含通风口。 补充和排气调节器可以是相互联合的，例如在共用部分中。补充和排气调节器可对最大和最小体积的呼吸袋关闭阀的活动引起的压力快速变化作出反应。通常，吸入末端呼吸袋排空时，切断回流软管中的气体流动，在呼气末端呼吸袋充满时切断供应软管。该截流阀的关闭中断气流，产生可检测的压力变化，一个或多个压力检测器可用于检测这种变化，并告知调节器。随着一个或多个呼吸循环，气体被添加至呼吸袋的呼吸回路中。当气体不足时，补充和排气调节器向呼吸回路中自动添加呼吸气体；当气体过量时，无论潜水员的深度如何，都将从呼吸回路中释放气体。这避免了在常规操作中人工介入的需要。这两个调节器最好设置在水面上，使“补充”调节器接近供气源，例如储气缸，从而能够收集回收来自“排气”调节器的气体。本发明另一个方面可能还涉及收集排放的气体， 再用于呼吸回路的方法。当呼吸袋被充满或排空时即可进行检测，而不是估计系统中的最适压力，以人工介入的方式添加或排除气体。根据包含双呼吸袋、供应和回流管道、气体回收组件和压缩机的呼吸回路的内体积、呼吸袋中呼吸回路的气体泄漏速率、潜水员潜水深度的变化和其他相关因素来确定需要添加或排放的呼吸气体体积。W089/01895A1中描述的潜水员用双呼吸袋利用一个铰链板隔成一个供应和回流呼吸袋，而这共同充满和排空。当潜水员背负双呼吸袋位于水平位置时，这种设计会产生较大的静水压失衡。这种失衡可能是由于当潜水员肺部和双呼吸袋位于不同的水深时，水对潜水员肺部和对双呼吸袋的压力差引起的。当潜水员直立时，呼吸袋与潜水员肺部几乎位于相同的深度，当潜水员俯卧时，潜水员的肺部比呼吸袋要深250mm，这使得潜水员难以从供应呼吸袋中呼吸气体。同样，如果潜水员仰卧时，呼吸袋比潜水员的肺部高250mm，使得潜水员难以向回流呼吸袋呼出气体。用于防止肺部压力过大或过度抽吸的安全阀也受其相对于肺部的安装位置和潜水者的方向影响。当安全阀较肺部深时，肺部测试到的开启压力稍高，而当肺部较安全阀深时，肺部测试到的开启压力较低。当使用者大体位于水平位置时，需要一种减轻静水压失衡的方法，从而减小呼吸动作的变化。根据本发明的第三个方面，它提供了一个可穿戴的呼吸装置，包含一个具有相互连接的供应腔和回流腔的双呼吸袋，从而协调充气与排气，该呼吸袋具有一个能够靠近或远离使用者的可移动的共有部分，该共有部分具有一个实质块。将沉重的材料附着在共用部分上面或并入共用部分，它通常是一个铰链板，通过向共用部分施加的重力作用，根据该部分高于或低于使用者肺部的位置提高或降低减小两个呼吸袋的中的压力，从而减小静水压失衡。这降低了潜水者的位置对从双呼吸袋吸气或呼气所需的力气。通常一个双呼吸袋的工作容积大约为4. 5至5升，与本发明一致，并添加了一个重量约3-10kg的附加块到共用部分，最好是54kg。共用部分最好是直立的铰链板，在下边缘具有大体水平的铰链轴，该实质块在铰链板的自由边或接近自由边的位置具有一个加重部分。该加重部分可以带状或条状附件的形式存在，大约重Ag。加重部分的重心最好位于铰链轴上方200mm处。加重部分可延伸至共用部分的全宽。相对沉重的共用部分保持双呼吸袋中的压力和作用在潜水员肺部的水压相近，从而使潜水员更容易呼吸。双呼吸袋最好包含安全阀，每个安全阀具有一个可移动的板状阀门元件。这种阀门元件通常是一个自由圆盘，是一个实体。用沉重的材料制作双呼吸袋安全阀的阀门元件可保证安全阀开口的压力以双呼吸袋受共同部分上附加的重量影响的压力变化而变化。通常这种安全阀的直径大约为10mm，阀门元件的质量大约为14_25gm。施压和抽吸安全阀上加重的阀门元件意味着它们开口处的压力非常接近潜水员肺部受到的水压，从而避免增压过高或过低对潜水员肺部的损害。根据使用者肺部的有效中心(肺部重心)与双呼吸袋铰链板的有效中心间的最大垂直距离，可简单地计算出共同部分和/或阀门元件的质量。安全阀最好位于双呼吸袋共同部分上，具有各自的盘状阀门元件，可垂直地向所述共同部分的平板上移动，通常是具有铰链的平板。在施压和抽吸安全阀上的加重阀门板是指安全阀开口压力和呼吸袋里的平均压力间的差异能够大体保持不变。这使得安全阀的开口压力保持在最佳设置水平，而不受潜水员位置的影响。最好提供一个双呼吸袋的背包。在一个具体实施例中，加重的共同部分和/或加重的阀门部分并入一个双呼吸袋背包。该背包最好根据使用者肩膀的弯曲设置，从而使呼吸袋接近潜水员肺部，从而减少使静水压失衡程度最小所需的加重总量。在一个具体实施例中，该呼吸袋包含一个坚硬的背包，其上具有可充气的呼吸袋腔室，腔室上有一个坚硬的防护罩，该防护罩具有孔缝，允许呼吸袋随所述装置中水的置换而扩张和缩小。防护罩最好是可移动的，从而能够对双呼吸袋进行检查。在设计一种潜水员用的气体回收系统的压缩机时，需要考虑三个因素1.压缩机入口压力是由潜水员的潜水深度决定，可以是压缩机内压力增加的几倍。这意味着该压缩机罩需要做相应地加固，对其进口侧进行密封，使之能够承受远远高于具有大气入口的压缩机上的压力差。2.呼吸气体通常包含高比例的氦气，它是一种非常小的分子，致使密封困难导致泄漏。3.呼吸气体是可循环再利用的，从而使得任何进入该系统的污染物都不能被去除，而逐步积累，从而增加其毒性。这意味着需要避免使用会向呼吸回路引入水蒸气或毒气的材料。大气驱动气体输送压缩设备和往复式压缩机目前被普遍使用在呼吸气体回收系统中，但这两种情况仍需要对标准设备进行相当大的改造。往复式压缩机工作时非常安静， 其效率高于气体输送压缩设备，但往复式压缩机需要在连接杆和活塞上设计有干燥的运转封条。密封会产生大量的热，很有可能产生泄漏。已经尝试将一个电动马达和泵安装在压力导管中，但它非常笨重，如果马达使马达线圈中的树脂过热的话会产生毒气，进入呼吸回路。需要设计一种更好的压缩机用于潜水员的呼吸回路。根据本发明的第四个方面，本发明提供了一种混合气体压缩机，使呼吸气体在双呼吸袋中循环，第一段具有一个喷射泵，第二段具有一个离心压缩机，其中该离心压缩机体积非常大，从而过量的输出组成喷射泵可用的动力气体。离心压缩机的输出体积至少是潜水员呼吸所需体积的5倍。在一个具体实施例中，该输出体积是呼吸所需体积的8-10倍。相对于其他其他回收系统来说，潜水员用双呼吸袋可大大减少呼吸回路中的压力下降，从而产生一种可选的超大型的离心压缩机。离心压缩机的优点包含·与往复式压缩机相比，大大减小了其尺寸和噪音 更强的抽吸效率 与大型往复式压缩机往复式活塞连接杆相比，更容易密封离心压缩机上相对较小的旋转推。理论上，潜水员呼吸回路所需的流动和压力可在具有Ilmm推进器的一级档实现， 但可能需要以百万rpm的速率旋转。二级离心压缩机所需速率减半，但这仍然太高而无法用于实际操作，并且叶轮尺寸仍然非常小，从而导致操作困难。离心压缩机产生所需提高的一半的压力，产生呼吸所需体积10倍以上气体也是可行的。所述的压缩机具有一个约35-40mm的叶轮，以200000rpm的速度旋转，由电动机制动，例如发动机或水力发动机；此外，它还能够以和发动机中的涡轮充电器相似设置中的气体涡轮机直接驱动。最坏的情况是当潜水员位于水面时，由于入口压力低于周围环境大气压，质量流较低，入口与出口的压力比较高。随着潜水员的下沉，气体密度增加，压力比降低，减少了叶轮旋转速度，产生所需提高的压力。W089/01895A1中公开的潜水员用双呼吸袋被用于初级气体回收呼吸回路和次级或后背换气回路。在正常的操作中，通过关闭再生式氧气回路中回流呼吸袋与二氧化碳清除器之间的连接，阻止双呼吸袋内的气体在潜水员背包换气部分循环。当不使用换气器时， 也会关闭再生式氧气回路中的氧气和稀释气体供应。阀门需要由潜水员操作，需要时要同时打开和关闭三个通道。纯氧气具有着火的危险，因为它提高了其他材料的可燃性。这就限制了用于容纳纯氧的可用材料。W089/01895A1中描述的呼吸系统具有两个备用模块，以备气体回收系统的故障1. 一个利用呼吸袋的换气模块被并入主要的呼吸系统中，但不需要水面补给。2. 一个开放的回路需求系统使用水面供应，但绕过呼吸袋。这意味着单个的故障不会威胁潜水员的安全。潜水员根据主要气体回收系统的故障类型决定激活哪个备用模块。为了使任一备用模块能够有效运转，需要根据下表内容打开或关闭一组气体通道。
权利要求
1.双呼吸袋设备，其特征在于，该设备包含一个双呼吸袋、一个呼吸气体回路，该设备还包含一个用于检测所述的呼吸袋最小体积的第一探测器(41)，对向所述回路添加呼吸气体做出相应的反应。
2.如权利要求1所述的呼吸装置，其特征在于，所述的第一探测器Gl)包含一个感应所述的呼吸回路的回流管道G2)中呼吸气流变化的流量传感器。
3.如权利要求1所述的呼吸装置，其特征在于，所述的第一探测器包含一个应对所述呼吸回路的回流管道G2)中压力变化速率的进口调节器01)。
4.如权利要求3所述的呼吸装置，其特征在于，所述进口调节器包含一个进气阀 (48)和一个由驱动元件07)分开的腔，该驱动元件的一端与所述的回流管道0 连接，另一端通过一个限流器与回流管道0 连接，所述的进气阀G8)随着因回流管道中压力的减少而在腔中产生压力差使驱动元件G7)的运动而打开。
5.如权利要求4所述的呼吸装置，其特征在于，在所述的限流器03)和驱动元件07) 之间存在有一个阻尼卷G4)。
6.如权利要求4或权利要求5所述的呼吸装置，特征在于，所述的驱动元件包含一个隔板(47)。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的呼吸装置，其特征在于，该设备还包含一个第二探测器(51)，用于检测所述的呼吸袋的最大容积，并对来自所述回路中排出呼吸气体做出反应。
8.如权利要求7所述的呼吸装置，其特征在于，所述的第二探测器(51)包含一个流速传感器，感应所述呼吸回路中供应管道(52)呼吸气体流速的变化。
9.如权利要求7所述的呼吸装置，其特征在于，所述的第二探测器还包含一个感应所述呼吸回路供应管道(52)内压力变化速率的出口调节器(51)。
10.如权利要求9所述的呼吸装置，其特征在于，所述的出口调节器(51)包含一个具有由驱动元件(56)分开的腔的排气阀，该驱动元件(56)的一端与所述的供应管道(52)连接，另一端通过一个限流器(5 与供应管道(5 连接，所述的排气阀随着因回流管道中压力的升高而在腔中产生压力差使驱动元件(56)的运动而打开。
11.如权利要求10所述的呼吸装置，其特征在于，在所述的限流器(53)和驱动元件 (56)之间存在有一个阻尼卷(54)。
12.如权利要求10或权利要求11所述的呼吸装置，其特征在于，所述的驱动元件是一个隔板(56)。
13.如权利要求7至12中任意一项所述的呼吸装置，其特征在于，共用部分具有第一探测器和第二探测器01，51)。
14.如权利要求13所述的呼吸装置，其特征在于，所述的共用部分限定了一部分回流管道0 和一部分供应管道(52)。
15.如权利要求7至12中任意一项所述的呼吸装置，其特征在于，该设备还包含一个累加器，用于收集由通风口排出的呼吸气体。
全文摘要
潜水员呼吸回路中的一个双呼吸袋具有一个调节器(41，51)，用于自动添加和排出呼吸气体。还公开了双呼吸袋的一个加重铰链板(3)，用于减小潜水员水平位置的呼吸动作。呼吸回路的其他改进包含两个阶段的压缩机(151，155)和备用回路的单制动阀。
文档编号A62B7/02GK102369135SQ201080009731
公开日2012年3月7日 申请日期2010年2月26日 优先权日2009年2月26日
发明者彼得·格里姆塞 申请人:格里姆塞海洋技术有限公司
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