帶有監(jiān)控裝置的循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計(jì)一種由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備(1)和用于所述循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備的監(jiān)控裝置(13?15)組成的系統(tǒng)，其中，所述循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備具有:呼吸面具(2)；呼吸循環(huán)，所述呼吸循環(huán)從所述呼吸面具(2)經(jīng)由呼氣軟管(3)、用于CO2?結(jié)合的呼吸石灰匣(4)、彈性負(fù)載的呼吸袋(5)和吸氣軟管(7)返回引導(dǎo)至所述呼吸面具；帶有壓縮氧氣的氧氣瓶(11)，所述氧氣瓶經(jīng)由恒定分配機(jī)構(gòu)(8)與所述呼吸循環(huán)連接且經(jīng)由最低閥(9)與所述呼吸袋(5)連接，其中，所述最低閥(9)設(shè)立用于，反應(yīng)于所述呼吸袋由于呼吸氣體缺乏在所述呼吸循環(huán)中的坍縮而打開且由此利用來自所述氧氣瓶(11)的氧氣填充所述呼吸袋(5)直至其充滿；以及用于檢測在所述氧氣瓶(11)中的壓力的壓力傳感器(12)；其特征在于，所述恒定分配機(jī)構(gòu)(8)設(shè)立用于，以較低的基本體積流將氧氣加入到所述呼吸循環(huán)，該基本體積流小于未負(fù)載的人的中等的氧氣體積需求并且所述監(jiān)控裝置(13?15)設(shè)立用于，從瞬態(tài)的、由所述壓力傳感器(12)提供的壓力值以及在所述氧氣瓶中的壓縮氧氣在使用開始時(shí)的初始壓力值中計(jì)算通過設(shè)備攜帶者的呼吸所消耗的氧氣的量及還剩余在所述氧氣瓶(12)中的氧氣的量。
【專利說明】
帶有監(jiān)控裝置的循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備(Kre is IaufatemschutzgerSt)和用于該循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備的監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其中，該循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備具有:
呼吸面具；
呼吸循環(huán)，該呼吸循環(huán)從呼吸面具經(jīng)由呼氣軟管、用于C O 2 -結(jié)合的呼吸石灰匣(Atemkalkpatrone)、彈性負(fù)載的呼吸袋(Atembeutel)和吸氣軟管返回引導(dǎo)至呼吸面具；
帶有壓縮氧氣的氧氣瓶，該氧氣瓶經(jīng)由恒定分配機(jī)構(gòu)與呼吸循環(huán)連接且經(jīng)由最低閥與呼吸袋連接，其中，最低閥設(shè)立成用于，對于呼吸袋由于呼吸氣體缺乏在呼吸循環(huán)中的坍縮反應(yīng)而被打開且由此利用來自氧氣瓶的氧氣填充呼吸袋直至其充滿；以及用于檢測在氧氣瓶中的壓力的壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備是與周圍環(huán)境無關(guān)地工作的呼吸防護(hù)設(shè)備。他們常規(guī)地使用于須考慮由于呼吸空氣中的有毒的臟物引起的危險(xiǎn)或者氧氣缺乏之處。
[0003]可自由地?cái)y帶的循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備向呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者供應(yīng)有呼吸氣體，該呼吸氣體在設(shè)備中產(chǎn)生及凈化。由呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者呼出的二氧化碳隨著呼吸氣體在呼吸循環(huán)中傳導(dǎo)通過呼吸石灰匣，在其中二氧化碳通過化學(xué)反應(yīng)被轉(zhuǎn)化且由此從呼吸氣體中取出。同時(shí)，氧氣從氧氣瓶中以壓縮氧氣連續(xù)地配給。在已知的設(shè)備中以約1.6L/min的體積流進(jìn)行氧氣的恒定分配。這樣的恒定分配是必要的，以便以足夠的氧氣來供應(yīng)約30L/min的平均呼吸分鐘體積。在呼吸循環(huán)中此外存在由呼吸氣體流經(jīng)的呼吸袋。如果呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者由于負(fù)載提高具有更高的呼吸分鐘體積，從呼吸袋中補(bǔ)償對呼吸氣體的額外需要，該呼吸袋以彈簧負(fù)載且由此隨著取出越來越多的呼吸氣體而坍縮。呼吸袋的坍縮導(dǎo)致與此相連的最小閥打開，通過該最小閥接著氧氣從氧氣瓶中以較高的體積流傳導(dǎo)到呼吸袋中，以用于再對其填充。在填充呼吸袋時(shí)又關(guān)閉最小閥。如果呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者處于靜止?fàn)顟B(tài)且氧氣消耗比恒定分配的約1.6L/min小得多，那么經(jīng)由通過擴(kuò)張的呼吸袋操作的過壓閥排出呼吸氣體體積。但這不是有效的，因?yàn)橛纱宋聪牡难鯕鈦G棄到周圍環(huán)境中，因此其對于循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備的攜帶者不再可供支配且因此降低理論上可能的最大的運(yùn)行壽命。此外原始所包含的氮?dú)鉀_出導(dǎo)致氧氣濃度上升。
[0004]從第一次使用循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備開始，這些循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備配備有用于在氧氣瓶中的壓力的壓力計(jì)，使得攜帶者自身須計(jì)算:他還能實(shí)施使用多久以及他是否還有用于回程的足夠的氧氣儲備。如今的帶有移動式數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)能夠從被消耗的氧氣量和過去的時(shí)間中計(jì)算:何時(shí)必須中斷使用從而還以足夠的儲備來執(zhí)行回程。這些時(shí)間在監(jiān)控器上展示給使用引導(dǎo)員(Einsatzleiter)。一種已知的設(shè)備顯示了在氧氣瓶中的壓力且經(jīng)由壓力降計(jì)算可能剩下的剩余使用時(shí)間。
[0005]在DE2329240A1中說明了一種適合于過壓運(yùn)行的呼吸防護(hù)設(shè)備。在呼吸循環(huán)中產(chǎn)生過壓，該過壓通過氣瓶的壓力以非直接的方式借助于限定的力來調(diào)整。通過汽缸活塞單元進(jìn)行力傳遞。
[0006]在US2006/0201508A1中說明了一種所謂的自容納呼吸儀器(Self-ContainedBreathing Apparatus(SCBA))。通過電子的處理單元使所有在運(yùn)行期間出現(xiàn)的可支配的參數(shù)轉(zhuǎn)化成在使用中說明可供支配的剩余時(shí)間的特性參數(shù)。該解決方案實(shí)現(xiàn)在對于路基或水基的系統(tǒng)的使用時(shí)間方面的說明。
[0007]在DE2641579A1中說明了一種用于監(jiān)控呼吸防護(hù)設(shè)備的裝置，其中，呼吸氣體的消耗被檢測且借助于無線通話連接(Funk-Sprech-Verbindung)能夠從應(yīng)用的人員傳輸?shù)狡渌藛T。
[0008]現(xiàn)在在許多使用情況下呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者具有比固定給定的1.6L/min明顯更小的氧氣需求，但是這樣的話在給定在氧氣瓶中400L氧氣的量的情況下盡管如此還導(dǎo)致時(shí)間上限制使用到約250分鐘，因?yàn)檠鯕獠还軐?shí)際上的需求被連續(xù)地輸送。呼吸石灰的量根據(jù)攜帶的氧氣的量來計(jì)算。攜帶的呼吸石灰量如此之大，使得能夠結(jié)合在全部攜帶的氧氣經(jīng)過呼吸的情況下產(chǎn)生的C02。存在使用場景，尤其對于如下緊急情況，即在其中呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者處于危險(xiǎn)中且由于受傷或掩埋(例如在采礦領(lǐng)域中)本身須等待救援并且由于較小的身體的負(fù)載需要相對少的氧氣;在這些情況下緊迫地需要更長的使用時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明任務(wù)在于，設(shè)計(jì)一種帶有監(jiān)控裝置的循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備使得實(shí)現(xiàn)更長的使用時(shí)間且與此相關(guān)地提供如下必要的顯示:已經(jīng)消耗了多少氧氣或者還有多少氧氣對于后面的使用時(shí)間可供支配。
[0010]帶有權(quán)利要求1的特征的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備與監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)用于解決該任務(wù)。有利的實(shí)施形式在從屬權(quán)利要求中說明。
[0011]根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，為此設(shè)立恒定分配機(jī)構(gòu)，用于以較低的基本體積流將氧氣加入到呼吸循環(huán)，該基本體積流小于未負(fù)載的人的中等的氧氣體積需求。由此確保:在使用期間不發(fā)生過供應(yīng)氧氣的階段，該氧氣隨后如迄今為止的那樣會未經(jīng)使用地放出到環(huán)境中。相反地，較低的恒定的基本體積流如此之低，使得有時(shí)須根據(jù)呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者的負(fù)載情況將氧氣經(jīng)由最低閥加入到呼吸袋中；在極限情況下基本體積流還可為零(那么氧氣階段性地僅經(jīng)由最小閥輸送到呼吸袋中)。在任何情況下由此確保從氧氣瓶中取出的全部的氧氣由呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者呼吸。監(jiān)控裝置現(xiàn)在設(shè)立用于:從由壓力傳感器提供的、在氧氣瓶中的壓縮氧氣的壓力中以及從氧氣瓶在使用開始時(shí)的初始壓力值中計(jì)算通過呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者的呼吸消耗的氧氣的量或者從中產(chǎn)生的還保留在氧氣瓶中的氧氣的量。通過循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置的這樣的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，在相對較低負(fù)載的階段中利用明顯小于在現(xiàn)有技術(shù)中所應(yīng)用的恒定分配的體積流1.6L/min來應(yīng)對，由此對于許多使用場景實(shí)現(xiàn)更長的使用時(shí)間。同時(shí)，呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者或者使用引導(dǎo)員通過監(jiān)控裝置被提供關(guān)于實(shí)際上的氧氣消耗和由此導(dǎo)致的在氧氣瓶中的氧氣的剩余容量的信息。
[0012]如果例如對于Ibar的環(huán)境壓力PO，氧氣瓶Pl的填充壓力為200bar且氧氣瓶的體積VBcittle=2L，那么在氧氣瓶中的壓力在使用期間降到120bar的壓力P2的情況下對于所消耗的瓶體積ΛVBclttIe得出:
AVBottie=(l-P2/Pl).VBottie=0.8L對于所存儲的氧氣體積，在填充壓力Pl為200bar且環(huán)境壓力為PO為Ibar的情況下適用:
V02s=VBottie-PI/P0=400L
如果在一段使用時(shí)間之后在氧氣瓶中的壓力下降到值P2=120bar，那么對于在瓶V02r中保留的剩余體積得出:
V02r=V02s-P2/P0=240L
對于由呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者所呼吸的氧氣體積適用:
AV02=V02s-V02r=400L-240L=160L
對于所呼吸的呼吸分鐘體積適用:
Vv=AVO2-AMV/V02=160Lx30L/min/l.45L/min=3.310L
其中，V02是在呼吸分鐘體積(AMV=30L/min)時(shí)每分鐘消耗的氧氣的份額，該份額為
1.45L/min。
[0013]無關(guān)于呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者的呼吸頻率以及實(shí)際上的潮汐起落體積(Tidalvolumen)(行程體積(Hubvolumen))，其呼吸分鐘體積能夠從其真實(shí)的氧氣消耗中計(jì)算，因?yàn)楹愣ǚ峙淙绱诵?，使得其總是小于?shí)際上的氧氣消耗。額外消耗接著相應(yīng)地通過最小閥饋入?；旧虾愣ǚ峙溥€能夠置于0，從而僅還經(jīng)由最小閥將氧氣導(dǎo)入呼吸袋中且因此導(dǎo)入呼吸循環(huán)中且“符合需求地”輸送氧氣。
[0014]在迄今已知的系統(tǒng)中呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者在第一分鐘中以最小分配1.6L/min吸入如下呼吸氣體，該呼吸氣體在其40-60%的氧氣濃度方面基本上大于環(huán)境空氣(21Vol.%O2)。一旦呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者消耗小于約1.6L/min氧氣，系統(tǒng)和呼吸袋擴(kuò)展地填充得大到使得呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者操作過壓閥。這導(dǎo)致越來越多的在呼吸混合氣中存在的氮?dú)鉀_出且氧氣濃度朝著lOOVol.%方向上升。在放棄恒定分配的情況下很少引起須將多余的呼吸氣體從循環(huán)中排出的情況，優(yōu)點(diǎn)在于，呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者長時(shí)間地吸入具有顯著份額的氮?dú)獾暮粑旌蠚狻H由于在設(shè)備處或在面具處的泄露會隨后發(fā)生氮?dú)獾臎_出，然而這通過在使用開始時(shí)的泄露測試能夠顯著最小化。通過放棄固定分配因此實(shí)現(xiàn)，以在循環(huán)中的較低的氧氣濃度呼吸比在傳統(tǒng)的、恒定地從氧氣瓶中分配的循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備的情況下明顯更長的時(shí)間。
[0015]在一優(yōu)選的實(shí)施形式中，監(jiān)控裝置設(shè)立用于，從所消耗的氧氣AV02(t)作為時(shí)間的函數(shù)的體積曲線中從該體積曲線的斜率中計(jì)算每個(gè)時(shí)間單元的瞬態(tài)的氧氣消耗。在一優(yōu)選的實(shí)施形式中監(jiān)控裝置能夠設(shè)立用于，由這樣的瞬態(tài)的氧氣消耗和還保留在氧氣瓶中的氧氣的確定的量來計(jì)算預(yù)計(jì)的剩余使用時(shí)間。
[0016]在一優(yōu)選的實(shí)施形式中監(jiān)控裝置被設(shè)立用于，將氧氣的基本體積流與瞬態(tài)的氧氣消耗比較并且如果基本體積流不是以一給定的閾值標(biāo)準(zhǔn)小于瞬態(tài)的氧氣消耗，那么通過作用到恒定分配機(jī)構(gòu)來降低基本體積流。如果基本體積流不是以至少20%地小于瞬態(tài)的氧氣消耗，監(jiān)控裝置能夠例如由此設(shè)立成一直降低基本體積流直至滿足閾值標(biāo)準(zhǔn)。
[0017]在一優(yōu)選的實(shí)施形式中監(jiān)控裝置設(shè)立用于，從通過呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者在使用期間直至?xí)r間點(diǎn)t所消耗的氧氣的體積AV02(t)中計(jì)算由設(shè)備攜帶者完成的功Q(t)等于Qo-ΛV02(t)(其中，Qo是值為如20.2千焦/升(O2)的能量當(dāng)量的、提前確定的生理的參數(shù))或者計(jì)算引起的新陳代謝的功率。
[0018]呼吸系統(tǒng)的系數(shù)RQ0.82相應(yīng)于能量當(dāng)量Q0=20.2千焦每L02(施密特/特斯，人的生理學(xué)，潛水員出版社K (Schmidt/Tews，Phys1logie des Menschen,SpringerVerlag))。
[0019]在上面已經(jīng)使用的示例中(在其中已消耗160L氧氣)，這那么相應(yīng)于功 Q=Q0.Δν02=20.2千焦/L.160L=3.232千焦
這相應(yīng)于平均的新陳代謝的功率 Pmeta=Q/t=3.232千焦/100min=449W
在新陳代謝的和機(jī)械的功率之間的有效系數(shù)n=25%的情況下，呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者完成機(jī)械的、身體的功率IWh(機(jī)械)=Pmeta(身體).n=449W.25%=112W。在一優(yōu)選的實(shí)施形式中監(jiān)控裝置設(shè)立用于，從直至一時(shí)間點(diǎn)所引起的新陳代謝的功率中計(jì)算由呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者引起的機(jī)械的功率。
[0020]新陳代謝的功率扣除機(jī)械的功率以熱功率的形式輸送給身體且直接提高身體溫度，身體溫度在超過生理學(xué)的極限值(例如39°C)時(shí)會導(dǎo)致顯著的生理學(xué)的問題直至循環(huán)失效或者說虛脫。對這樣的熱的負(fù)載的提示能夠通過這樣的簡單的計(jì)算產(chǎn)生。呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者真正存在的身體溫度此處自然不能單獨(dú)地計(jì)算，因?yàn)樯眢w溫度尤其與環(huán)境條件、月艮裝和攜帶者的重量有關(guān)。但是身體溫度能夠是對于如下情況的良好的提示:呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者帶來高的身體上的功率且他由于身體溫度的提高以及損失水和電解質(zhì)損害其功率能力。如果呼吸面具與水聯(lián)接(Trinkanschluss)—起使用，電解質(zhì)和水的損失能夠反作用。
[0021]在一優(yōu)選的實(shí)施形式中監(jiān)控裝置設(shè)立用于，從通過呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者在使用期間直至?xí)r間點(diǎn)t所消耗的氧氣的體積AV02(t)中計(jì)算由呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者直至該時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生的CO2-體積VCO2 (t) =RQ.AVO2 (t )，其中，RQ作為呼吸系統(tǒng)的當(dāng)量是提前確定的經(jīng)驗(yàn)的因子。由此還能夠從在氧氣瓶中的壓力降中計(jì)算CO2-產(chǎn)生量且由此還計(jì)算石灰吸收器(AbsorberkaIk)的消耗(其伴隨著這樣的C02_產(chǎn)生量)。由此實(shí)現(xiàn)呼吸石灰匣的容量的間接的消耗顯示。
[0022]呼吸系統(tǒng)的系數(shù)在中歐的值中RQ=0.82.也就是說利用該因子能夠從消耗的氧氣體積中計(jì)算廣生的C02-體積:
VC02(t)=RQ-AV02(t)
在已經(jīng)說明的示例中，如果直至?xí)r間點(diǎn)t已產(chǎn)生160L氧氣，產(chǎn)生了下面的體積的CO2: VC02(t)=0.82-160L=131Lo
[0023]這樣的產(chǎn)生的⑶2-體積由呼吸石灰吸收。因此監(jiān)控裝置優(yōu)選設(shè)立用于，從由呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者直至?xí)r間點(diǎn)t產(chǎn)生的⑶2-體積VC02(t)中計(jì)算直至該時(shí)間點(diǎn)消耗的、用于結(jié)合所述C02-體積的呼吸石灰的量或者計(jì)算相應(yīng)地還保留的在呼吸石灰匣中的呼吸石灰的量。
[0024]呼吸石灰(基本上氫氧化鈣Ca(OH)2)在該示例中具有2.6kg的重量，其中，其根據(jù)以下化學(xué)式將CO2轉(zhuǎn)化成碳酸鈣CaCO3和水H2O:
Ca(0H)2+C02=CaC03+H20
2.6kg呼吸石灰的吸收容量相應(yīng)于約180L C02。伴隨消耗每升氧氣會在呼吸石灰中結(jié)合0.82L CO2且由此能夠?qū)τ诤粑医㈩愃频氖Ｓ嗳萘坑?jì)算(如對于氧氣那樣)。從400L O2中產(chǎn)生的⑶2量為約330L。用于循環(huán)設(shè)備的DrSger呼吸石灰理論上結(jié)合了約266LC〇2/kg。從已知的帶有約2.61^呼吸石灰的設(shè)備構(gòu)成的01'站61'(1)2-吸收器的(1)2-結(jié)合性能因而為最大692L C02，也就是說約在代謝400L O2時(shí)產(chǎn)生的雙倍那么多。所使用的DrSgerCO2吸收器的有效系數(shù)根據(jù)呼吸速度情況為約65-75%(450L-520L CO2)剩下的安全儲備用于補(bǔ)償在存儲和極限的氣候條件(尤其寒冷)情況下的容量損失。
[0025]在一優(yōu)選的實(shí)施形式中監(jiān)控裝置設(shè)立用于，在直至當(dāng)前的時(shí)間點(diǎn)t的整個(gè)的使用上總體上經(jīng)由繼續(xù)的部分時(shí)間間隔直至?xí)r間點(diǎn)t重復(fù)計(jì)算消耗的氧氣AV02(t)、完成的功Q(t)、產(chǎn)生的二氧化碳VC02(t)或者消耗的呼吸石灰量，或者連續(xù)地實(shí)時(shí)地作為瞬態(tài)值來執(zhí)行該計(jì)算。
[0026]在一優(yōu)選的實(shí)施形式中，在呼吸循環(huán)中在呼吸氣體的環(huán)繞方向上在呼吸石灰匣下游且在呼吸面具前存在呼吸氣體冷卻器，其將在呼吸石灰匣中由于在其中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)而被加熱的呼吸氣體冷卻。呼吸氣體冷卻器例如能夠具有與呼吸氣體管路處于導(dǎo)熱接觸的冰儲備或者儲備有另外的相位交替的材料，該材料在相位交替時(shí)從周圍中吸收熱且因此將其冷卻;備選地，已知鼓風(fēng)冷卻器作為呼吸氣體冷卻器。
[0027]在一優(yōu)選的實(shí)施形式中監(jiān)控裝置設(shè)立用于，從瞬態(tài)的氧氣消耗、或者在直至目前的時(shí)間點(diǎn)達(dá)到的時(shí)間間隔上平均出的呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者的氧氣消耗的值、或者從中導(dǎo)出的針對二氧化碳產(chǎn)生或呼吸分鐘體積的值中計(jì)算呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者的生理學(xué)的負(fù)載率，方法是:將實(shí)時(shí)的值置于與經(jīng)訓(xùn)練的人員的短時(shí)間的功率能力的、提前確定的相應(yīng)的100%值的關(guān)聯(lián)中。
[0028]如果最大的生理學(xué)的功率能力被單個(gè)的呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者已知，例如通過說明其最大C02 -產(chǎn)生量(其在最大的身體負(fù)載情況下在測力計(jì)(Ergometer)或傳送帶(Laufband)上對于大約3分鐘直至力竭的情況下來測量)，那么人們能夠利用所計(jì)算的CO2-產(chǎn)生量從中導(dǎo)出他負(fù)載得有多大。在其它情況下可使用平均的經(jīng)訓(xùn)練的人員的均值。
[0029]從許多符合人體工程學(xué)的研究中已知:身體上經(jīng)訓(xùn)練的人員能夠以約其最大CO2-產(chǎn)生量的45%至55%更長時(shí)間地負(fù)載，而他不會短期力竭。身體上經(jīng)訓(xùn)練的人員、如消防人員和山地救援人員例如具有最大的⑶2-值MaxC02=4.1L/min⑶2。這相應(yīng)于最大的氧氣消耗Max02=MaxC02/RQ，其在該示例中得出:
Max02=MaxC02RQ=4.lL/min/0.82=5L/min02
這會相應(yīng)于最大的呼吸分鐘體積MaxAMV=30L/min AMV/1.45L/min 02.5L/min02=103L/min。這樣的最大的呼吸體積MaxAMV相應(yīng)于其就在力竭之前短期的功率能力的100%。
[0030]對于呼吸分鐘體積30L/min，其會得出生理學(xué)的負(fù)載率PB PB=100%/MaxAMV.AMV=29%
也就是說這還處于其合理的生理學(xué)的連續(xù)負(fù)載之下。更多地，55%的生理學(xué)的負(fù)載率PB在從O至10的刻度上相應(yīng)于最大值，因此29%相應(yīng)于值5.3.從生理學(xué)的研究中已知生理學(xué)疲勞指數(shù)(PSI)，其同樣應(yīng)用從O至10的刻度。在5至6之間的值視為適當(dāng)，7至8視為高且9至10視為很高。由此能夠使用該刻度且以此指示給使用引導(dǎo)員:呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者生理學(xué)上負(fù)載得多高。如果該刻度例如設(shè)有顏色(如在信號燈情況下)，0至4的范圍可以指示為綠，5至8的范圍指示為黃且在8以上的范圍指示為紅，從而信息能夠?qū)τ谑褂靡龑?dǎo)員容易獲得。在上面述及的示例中，帶有值為5.3的生理學(xué)的負(fù)載率PB具有顏色黃。
[0031]高的生理學(xué)的負(fù)載伴隨著在身體中高的新陳代謝的熱生成以及伴隨著熱虛脫、限制功率能力和由于劇烈出汗引起的脫水的危險(xiǎn)。利用以根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)而可行的對氧氣消耗等的獲取還能夠相對好地估計(jì)生理學(xué)的負(fù)載和過熱的危險(xiǎn)。具有重量85kg(百分之95的人)及新陳代謝的功率449W、機(jī)械的功率IlOW的人產(chǎn)生至少337W的功率，其以熱量的形式保留在體內(nèi)。不考慮向周圍的熱量損失以此一定不能進(jìn)行身體核心溫度的精確確定，而會提供有價(jià)值的信息，該信息指示呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者的熱的負(fù)載且其中提示了，能夠利用提高的核心溫度來計(jì)算(尤其當(dāng)使用持續(xù)得更長且周圍具有高的溫度和濕度時(shí))。
[0032]在考慮周圍溫度的情況下還能夠校準(zhǔn)這些生理學(xué)的負(fù)載。例如身體溫度的提升在周圍溫度較低時(shí)明顯小于在周圍溫度較高時(shí)。此外可考慮周圍濕度，其對核心溫度的提高具有大的影響。另一影響參數(shù)是服裝的熱學(xué)的特性，其如今通過IS07730能夠很精確地在其熱和濕氣透過性方面來確定。隔絕熱的且濕氣可透過的服裝在生理學(xué)的負(fù)載相同的情況下比良好地導(dǎo)出熱且使?jié)駳馔高^的服裝導(dǎo)致更高的身體溫度。通過簡單地測量周圍條件以及考慮對于一定的職業(yè)群體(如消防人員、礦工、產(chǎn)業(yè)工人等)已知的服裝參數(shù)，能夠一起匹配生理學(xué)的可負(fù)載性。例如在更低的周圍溫度情況下能夠以此提高55%的生理學(xué)的負(fù)載率PB一個(gè)數(shù)值，因?yàn)閿y帶者能夠負(fù)載更久且其身體溫度更緩慢上升。在實(shí)施形式中用溫度傳感器、可選地還有濕度傳感器來檢測周圍條件。針對服裝的特性的附加的輸入能夠一起考慮這些功能。
[0033]相應(yīng)地，在一優(yōu)選的實(shí)施形式中存在用于檢測周圍溫度和/或周圍濕度的傳感器。監(jiān)控裝置設(shè)立成用于，將周圍溫度和/或周圍濕度考慮到生理學(xué)的負(fù)載速率的計(jì)算中。
[0034]此外相應(yīng)地，在一優(yōu)選的實(shí)施形式中監(jiān)控裝置設(shè)立成用于，存儲地保持關(guān)于呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者的服裝在熱和/或濕氣透過性方面的信息，以便將其考慮到隨后生理學(xué)的負(fù)載率的計(jì)算中。
[0035]在一優(yōu)選的實(shí)施形式中監(jiān)控裝置設(shè)立用于，存儲地準(zhǔn)備好關(guān)于呼吸氣體冷卻器的存在性以及必要時(shí)關(guān)于呼吸氣體冷卻器的冷卻能力的信息。如果不存在呼吸氣體冷卻器，關(guān)于呼吸氣體冷卻的信息限制為不存在呼吸氣體冷卻器的信息。如果含有關(guān)于呼吸氣體冷卻的信息、即存在呼吸氣體冷卻器，可選地能夠準(zhǔn)備好關(guān)于呼吸氣體冷卻器的冷卻能力的信息；屬于該冷卻能力的信息的可以是:關(guān)于整體冷卻能力的信息、關(guān)于每時(shí)間單元所運(yùn)輸?shù)臒崃康男畔⒒蛘哌€有剩余的冷卻能力。這些關(guān)于呼吸氣體冷卻的信息能夠由監(jiān)控裝置加入到生理學(xué)的負(fù)載率的計(jì)算中。
[0036]在一優(yōu)選的實(shí)施形式中，監(jiān)控裝置集成到循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備中。循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備隨后設(shè)有指示，以便在氧氣消耗、二氧化碳產(chǎn)生或呼吸石灰的消耗方面告知呼吸器攜帶者。這些指示能夠包含視覺的、聽覺的或觸覺的指示機(jī)構(gòu)。在將監(jiān)控裝置集成到循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備中的情況下，循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備能夠此外設(shè)有無線傳輸機(jī)構(gòu)，其將監(jiān)控裝置的結(jié)果傳輸至遠(yuǎn)處的接收器、例如使用引導(dǎo)中心(Einsatzleitzentrale)。
[0037]備選地，監(jiān)控裝置能夠是與循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備分開的裝置，其中，循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備設(shè)有與壓力傳感器連接的無線機(jī)構(gòu)，利用其能夠?qū)⒃谘鯕馄恐械膲嚎s氧氣的壓力值傳輸至遠(yuǎn)處的監(jiān)控裝置。
【附圖說明】
[0038]本發(fā)明接下來根據(jù)一實(shí)施例結(jié)合附圖來說明，其中: 圖1顯示了帶有監(jiān)控裝置的循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備的示意性框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]帶有監(jiān)控裝置的循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備I具有呼吸面具2，呼吸循環(huán)從該呼吸面具首先繼續(xù)通過呼氣軟管3引導(dǎo)到作為C02-吸收器的呼吸石灰匣4。經(jīng)由彈性負(fù)載的呼吸袋5產(chǎn)生配對肺(Gegenlunge )，且呼吸氣體流經(jīng)呼吸袋5并且進(jìn)一步至呼吸氣體冷卻器6，在該呼吸氣體冷卻器中在呼吸石灰匣4中升溫的呼吸氣體再冷卻。呼吸循環(huán)隨后經(jīng)由吸氣軟管7結(jié)束，該吸氣軟管又返回引導(dǎo)至呼吸面具2。但是，呼吸氣體冷卻器(如在該實(shí)施例中存在的那樣)可對于本發(fā)明不是必要的。
[0040]在吸氣組中，經(jīng)由恒定分配機(jī)構(gòu)8恒定地配給氧氣。如果所輸送的氧氣量不充足或由于泄露損失呼吸氣體，彈性負(fù)載的呼吸袋5坍縮且操作最小閥9，可提供帶有較高體積流的氧氣且又快速地填充呼吸袋5。如果相比經(jīng)由恒定分配8輸送的消耗更少氧氣，呼吸袋5更強(qiáng)地填充且相對于最大閥10進(jìn)行推壓，其將多余的呼吸氣體在呼吸石灰匣前排出到周圍環(huán)境處。然而，在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中如此設(shè)立恒定分配機(jī)構(gòu)，使得所輸送的氧氣體積流可靠地處于未負(fù)載的人的氧氣消耗以下，從而有時(shí)須從氧氣瓶中經(jīng)由最低閥傳導(dǎo)更多氧氣到呼吸袋5中，以便充分地輸送氧氣。在任何情況下如此確保，使得從氧氣瓶11中輸送的氧氣被呼吸且不排出到周圍環(huán)境。
[0041]恒定分配機(jī)構(gòu)8和最小閥9從氧氣瓶11中供給，該氧氣瓶與壓力傳感器12連接。
[0042]監(jiān)控裝置由標(biāo)記為13至15的部件組成。在處理單元13中，記錄壓力傳感器12關(guān)于時(shí)間上的測量值并且從中計(jì)算出氧氣消耗的時(shí)間曲線。經(jīng)由指示器14能夠指示不同的信息給呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者、例如實(shí)時(shí)的氧氣壓力、實(shí)時(shí)的氧氣消耗和在保持消耗相同的情況下剩余的可供支配的使用時(shí)間。經(jīng)由無線單元I 5能夠?qū)?shù)據(jù)發(fā)送給使用引導(dǎo)部(Einsatzleitung)且在那在接收單元16中接收且在處理單元17中指示。在使用引導(dǎo)部中的處理單元17中能夠同樣指示實(shí)時(shí)的壓力、實(shí)時(shí)的氧氣消耗和剩余可支配的使用時(shí)間。這些值還能夠以動態(tài)的形式示出。此外在那還能夠(例如以信號燈的形式)傳輸對呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者的生理學(xué)的和熱力學(xué)的負(fù)載的重要的提示給使用引導(dǎo)員。例如能夠利用顏色編碼(信號燈)來指示生理學(xué)的負(fù)載。在生理學(xué)的負(fù)載較低時(shí)信號燈為綠，在負(fù)載中等時(shí)為黃且在負(fù)載較高時(shí)為紅，此時(shí)須判斷出:這樣的使用導(dǎo)致較高的熱負(fù)載或者完全導(dǎo)致力竭并且中斷該使用且呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者須離開危險(xiǎn)區(qū)域。這些是不僅對于呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者本身而且對于負(fù)責(zé)的使用引導(dǎo)者的所有重要的信息。這些信息能夠以根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)來檢測，因?yàn)樵谠撓到y(tǒng)中全部從氧氣瓶11中發(fā)出到呼吸循環(huán)中的氧氣經(jīng)過呼吸且因此經(jīng)由壓力降的測量能夠檢測且計(jì)算經(jīng)過呼吸的氧氣的量，從中隨后能夠?qū)С銎渌鼣?shù)據(jù)、如CO2-生產(chǎn)量、呼吸石灰消耗等。
[0043]參考標(biāo)號列表
1.循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備
2.呼吸面具
3.呼氣軟管
4.呼吸石灰匣
5.呼吸袋6.呼吸氣體冷卻器
7.吸氣軟管
8.恒定分配機(jī)構(gòu)
9.最小閥
10.最大閥
11.氧氣瓶
12.壓力傳感器
13.處理單元
14.指示
15.無線單元
16.接收單元
17.處理單元
【主權(quán)項(xiàng)】
1.由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備(I)和用于所述循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備的監(jiān)控裝置(13-15)組成的系統(tǒng)，其中，所述循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備具有: 呼吸面具(2)； 呼吸循環(huán)，所述呼吸循環(huán)從所述呼吸面具(2)經(jīng)由呼氣軟管(3)、用于CO2-結(jié)合的呼吸石灰匣(4)、彈性負(fù)載的呼吸袋(5)和吸氣軟管(7)返回引導(dǎo)至所述呼吸面具； 帶有壓縮氧氣的氧氣瓶(U)，所述氧氣瓶經(jīng)由恒定分配機(jī)構(gòu)(8)與所述呼吸循環(huán)連接且經(jīng)由最低閥(9)與所述呼吸袋(5)連接，其中，所述最低閥(9)設(shè)立用于，對于所述呼吸袋由于呼吸氣體缺乏在所述呼吸循環(huán)中的坍縮反應(yīng)而打開所述最低閥且由此利用來自所述氧氣瓶(11)的氧氣填充所述呼吸袋(5)直至其充滿； 以及用于檢測在所述氧氣瓶(11)中的壓力的壓力傳感器(12); 其特征在于， 所述恒定分配機(jī)構(gòu)(8)設(shè)立用于，以較低的基本體積流將氧氣加入到所述呼吸循環(huán)，該基本體積流小于未負(fù)載的人的中等的氧氣體積需求并且 所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，從瞬態(tài)的、由所述壓力傳感器(12)提供的壓力值以及在所述氧氣瓶中的壓縮氧氣在使用開始時(shí)的初始壓力值中計(jì)算通過設(shè)備攜帶者的呼吸所消耗的氧氣的量以及還剩余在所述氧氣瓶(12)中的氧氣的量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，從所消耗的氧氣AV02(t)作為時(shí)間的函數(shù)的體積曲線中從該體積曲線的斜率中計(jì)算每個(gè)時(shí)間單元的瞬態(tài)的氧氣消耗。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，從所述瞬態(tài)的氧氣消耗及還剩余在所述氧氣瓶中的氧氣的量中計(jì)算預(yù)計(jì)的剩余使用時(shí)間。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，將所述基本體積流與所述瞬態(tài)的氧氣消耗比較，并且，如果所述基本體積流不是以給定的閾值標(biāo)準(zhǔn)小于所述瞬態(tài)的氧氣消耗，那么通過作用到所述恒定分配機(jī)構(gòu)來降低基本體積流。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，從通過呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者在使用期間直至?xí)r間點(diǎn)t所消耗的氧氣的體積AVO2(t)中計(jì)算由設(shè)備攜帶者完成的功Q( t) =Q0.AVO2(t)(其中，Qo是值為如20.2千焦/升(O2)的能量當(dāng)量的、提前確定的生理的參數(shù))或者計(jì)算引起的新陳代謝的功率。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，從直至一時(shí)間點(diǎn)所引起的新陳代謝的功率中計(jì)算由呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者所引起的機(jī)械的功率。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，從通過呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者在使用期間直至?xí)r間點(diǎn)t所消耗的氧氣AV02(t)的體積中計(jì)算由呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者直至該時(shí)間點(diǎn)所產(chǎn)生的CO2-體積VCO2 (t) =RQ.AVO2 (t )，其中，RQ作為呼吸系統(tǒng)的當(dāng)量是提前經(jīng)驗(yàn)上確定的因子。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，從由呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者直至?xí)r間點(diǎn)t所產(chǎn)生的CO2-體積VC02(t)中計(jì)算直至該時(shí)間點(diǎn)所消耗的用于結(jié)合所述CO2-體積的呼吸石灰的量或者計(jì)算相應(yīng)地還剩余的在所述呼吸石灰匣中的呼吸石灰的量。9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，在直至當(dāng)前的時(shí)間點(diǎn)t的整個(gè)的使用上總體上對消耗的氧氣AV02(t)、完成的功Q(t)、產(chǎn)生的二氧化碳VC02(t)或者消耗的呼吸石灰量，經(jīng)由繼續(xù)的部分時(shí)間間隔直至?xí)r間點(diǎn)t重復(fù)計(jì)算或者連續(xù)地實(shí)時(shí)地作為瞬態(tài)值來執(zhí)行該計(jì)笪弁O10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，在所述呼吸循環(huán)中在所述呼吸石灰匣(4)的下游及在所述呼吸面具(2)之前存在呼吸氣體冷卻器(6)。11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，從瞬態(tài)的呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者的氧氣消耗的值、或者在直至目前的時(shí)間點(diǎn)達(dá)到的時(shí)間間隔上平均取出的呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者的氧氣消耗的值、或者從中導(dǎo)出的針對二氧化碳產(chǎn)生或呼吸分鐘體積的值中計(jì)算呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者的生理學(xué)的負(fù)載率。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，從瞬態(tài)的吸設(shè)備攜帶者的氧氣消耗、或者在直至目前的時(shí)間點(diǎn)達(dá)到的時(shí)間間隔上平均出的呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者的氧氣消耗的值、或者從中導(dǎo)出的針對二氧化碳產(chǎn)生或呼吸分鐘體積的值中計(jì)算呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者的生理學(xué)的負(fù)載率，方法是:將實(shí)時(shí)的值置于與經(jīng)訓(xùn)練的人員的短時(shí)間的功率能力的、提前確定的相應(yīng)的100%值相關(guān)聯(lián)。13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，存在用于檢測周圍溫度和/或周圍濕度的傳感器并且所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，將周圍溫度和/或周圍濕度考慮到生理學(xué)的負(fù)載率的計(jì)算中。14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，存儲地準(zhǔn)備好關(guān)于呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者的服裝在熱和/或濕氣通過性方面的信息；并且所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，將關(guān)于熱和/或濕氣通過性的服裝信息考慮到生理學(xué)的負(fù)載率的計(jì)算中。15.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，存儲地準(zhǔn)備好關(guān)于呼吸氣體冷卻器的存在的信息及必要時(shí)關(guān)于該呼吸氣體冷卻器的冷卻能力的信息；并且所述監(jiān)控裝置(13-15)設(shè)立用于，將關(guān)于呼吸氣體冷卻的信息考慮到生理學(xué)的負(fù)載率的計(jì)算中。16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置(13-15)集成到所述循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備(I)中并且所述循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備設(shè)立用于，將所述監(jiān)控裝置的結(jié)果經(jīng)由視覺的、聽覺的或觸覺的指示機(jī)構(gòu)發(fā)送給呼吸防護(hù)設(shè)備攜帶者。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備配備有無線傳輸機(jī)構(gòu)(15)，以便能夠?qū)⑺霰O(jiān)控裝置的結(jié)果傳遞至遠(yuǎn)處的接收器。18.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置是與所述循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備分開的裝置(16、17)并且所述循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備設(shè)有與所述壓力傳感器(12)相連的無線機(jī)構(gòu)(15)，利用所述無線機(jī)構(gòu)能夠?qū)⒃谒鲅鯕馄恐械膲嚎s氧氣的壓力值傳遞至所述監(jiān)控裝置。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的、由循環(huán)呼吸防護(hù)設(shè)備和監(jiān)控裝置組成的系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控裝置設(shè)有視覺的或聽覺的指示機(jī)構(gòu)，以便指示出由所述監(jiān)控裝置求出的值。
【文檔編號】A62B7/10GK105992613SQ201480065313
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2014年11月27日
【發(fā)明人】J.科赫, J.波爾齊恩
【申請人】德爾格安全股份兩合公司