CN116710178A - 通用型模块化呼吸机 - Google Patents

Abstract

通用型模块化呼吸机，包括：面罩组件，所述面罩组件有第一端和第二端；可更换主机单元，所述可更换主机有第一壳体和第二壳体，其中所述第一壳体有第一推入扭出式连接器，以和面罩第一端的通气螺柱连接器接合，所述第二壳体有第二推入扭出式连接器，以和面罩第二端的通气螺柱连接器接合；其中所述面罩组件和所述主机单元适于执行呼吸功能，例如呼吸保护、呼吸训练、呼吸测量和诊断；这样，面罩组件适合于通过启动第一和第二推入扭出式连接器快速安装到主机单元上，或从主机单元上取下来。

Description

通用型模块化呼吸机

技术领域

本发明涉及一种通用型模块化呼吸机或呼吸器，其可配置用于或调整用于呼吸保护、呼吸训练、呼吸测量和诊断。

背景技术

空气中可能含有吸入时对人体有害的颗粒物。这些颗粒可能被人吸入，却不知其中甚至含有有害物质。这些颗粒可以以细菌、过敏原和病毒等形式存在。这种颗粒物会造成伤害，引起呼吸道疾病，引起全身不适，甚至可能引发过敏反应。不同的环境可能比其他环境暴露于有害颗粒物的程度更高。虽然所有人都可能无意中吸入有害颗粒物，但从事高风险职业、接触水平较高的医护人员，以及长期接触这些有害颗粒污染的从业人员，可能更容易受到这些颗粒可能造成的负面影响。

为了提供更清洁的空气供人呼吸，传统的动力空气净化呼吸机，或称PAPR，通常使用动力从大气中通过过滤元件抽取环境空气，并通过导管和面罩传送到使用者的呼吸道。这可以确保在任何情况下，通过保持面罩内的正压，使空气供应始终保持过滤或净化。然而，大多数PAPR***通常又大又重。虽然已知的PAPR***将过滤功能转移到了安全帽或头盔上，如美国公布的第US4462399号专利申请，但可能的缺点是，设备相对于使用者的头部来说很笨重。其他已知的便携式呼吸机，如美国公布的第US20150314144号专利申请，在颈部组件的鼓风机和面罩组件之间有可调节的气流管道。根据使用者头部的大小，面罩将压在使用者面部的前面，而颈部组件将压在使用者的脖子后面。由于没有硬件和/或电子器件被管道封装，而是封装在颈部组件，这使得颈部组件的重量偏重，可能不符合人体工程学。沉重的颈部组件可能带来的一个缺点是，它会对颈部施加很大的压力。另一个可能的缺点是，当颈部组件太重时，会妨碍头部运动，特别是在头部频繁的左右或上下运动时。另一个关键缺点是，对于医疗应用来说，很难彻底对呼吸机气路进行清洁或消毒，因为重要的气路与电子装置和鼓风机密不可分地相连。

空气净化呼吸机(APR)是另一种类型的呼吸机，在可重复使用性和弹性面部密封方面与典型的PAPR相似，其防护等级介于典型的PAPR和防尘或外科面罩之间。与PAPR相比，APR没有动力，因此其保护和舒适度不如PAPR。然而，由于没有动力，它们比PAPR更小、更轻、更便宜；另一方面，它们的面罩是弹性的，本质上比防尘面罩和外科面罩提供更好的密封性。因此，它们在个人呼吸保护方面也发挥着重要作用，只是大多数APR只为工业应用而设计，不适合医疗卫生应用。主要的缺点包括：大多数APR没有呼气过滤，面罩上装有笨重的吸入过滤器，影响视野，没有说话瓣膜，影响交流，不能升级为PAPR或与PAPR互换，工业化外观，不美观。

长期以来，人们还认为有必要为公众提供一种呼吸机，或用于日常身体锻炼，或用于训练，以提高娱乐活动和/或极限运动人员的肺活量。在用于高海拔极端环境训练时，可以在呼吸机上模拟和施加呼吸阻力，因为使用者不需要总是到极端环境中进行类似的锻炼。有强化呼吸阻力特征的呼吸机有利于提高肺活量，加强呼吸肌肉，以及改善使用者的整体体能。虽然有运动训练面罩，但大多数不容易拆卸和/或难以清洗和/或更换部件。在佩戴训练呼吸机时，其他运动训练面罩一般过于笨重，而且缺乏高级功能或升级途径，例如，其他运动训练面罩只提供手动调节阻力，没有电控或可编程阻力功能，无法进行更高级的训练。另一个关键问题是，在不同的运动训练面罩中，每个品牌设计的阻力都不一样，因此不可能将这些设置在不同的品牌之间联系起来，而且即使是某个面罩的设置固定，对呼吸肌肉的真正负荷也会随着呼吸而变化，根本无法通过所使用的设置来确定。此外，根据所需的训练类型，没有实用的面罩来测量和记录使用过程中的呼吸性能，如呼吸频率、潮气量、分钟通气量、呼出的二氧化碳量等，以衡量呼吸的效率以及使用者的健康水平。

此外，现代社会出现了一种新的趋势，需要使绝大多数人的呼吸正常化，因为超过90％的世界人口或多或少患有慢性换气过度(过度呼吸)，如果不加以纠正，将会导致出现慢性健康问题，如哮喘、心脏病、高血压，甚至癌症。可穿戴呼吸测量设备将提供一种工具，帮助人们养成健康的呼吸习惯，从而过上更健康的生活。

目前，术语“呼吸机”通常与提供呼吸保护的设备有关。当我们提到PAPR和APR时，情况确实如此。然而，呼吸机的定义远远超过了呼吸保护。一般来说，任何用于传递空气呼吸的设备都可以被视为呼吸机。因此，用于训练呼吸的呼吸机可被视为训练呼吸机，而用于呼吸测量的呼吸机可被视为测量呼吸机，依此类推。因此，在这种情况下，将呼吸机称为功能性呼吸机更为合适，以反映呼吸机不仅仅是为了保护目的。显然，目前几乎找不到任何可以配置或调整为不同功能呼吸机的呼吸机结构。因此，用于防护的呼吸机与用于呼吸训练的呼吸机完全不同。主要缺点包括：这些呼吸机之间共享通用/模块化组件的可互换能力低，不同功能呼吸机之间的技术共享和交换低，这种情况阻碍或减缓了相关呼吸设备的创新、技术突破和应用。

近年来，人们尝试将呼吸机模块化。美国公布的第43448804号专利申请有配接夹，以可释放地方式接合面罩和颈部模块。这种配接夹的关键问题在于，不看着它的情况下很难操作：它不太容易与接收连接器对齐，因为“椭圆形”形状需要精确的方向才能***配接部件，这在穿戴过程中进行盲接时是很困难的；“释放”按钮也不直观，没有经过多次练习也很难操作；配接夹不允许连接部分之间自由旋转，限制了根据面部轮廓使连接部分靠近面部两侧的自由度，这种面部轮廓可能因人而异。

在整个说明书中对现有技术的任何讨论都不应被视为承认这种现有技术是众所周知的或构成该领域公知常识的一部分。

发明内容

待解决的问题

本发明的优点在于：提供一种通用型模块化呼吸机，该呼吸机可配置或调整用于呼吸保护、呼吸训练、呼吸测量和诊断。

本发明的优点在于：提供一系列新颖的连接装置，方便所述通用型模块化呼吸机进行配置或调整。

本发明的优点在于：通过在呼吸机组件的不同部位封装不同的硬件来改善本发明的人体工程学方面，从而在佩戴时，一侧或一端的负载不会太重。

本发明的优点在于：当在公共场所因锻炼和/或社交活动而与感染者发生意外接触时，保护使用者不吸入灰尘病原体和/或病毒(如新冠肺炎)。

本发明的优点在于：提供一种更小、更轻、更易于组装和佩戴、更舒适、美观的便携式和模块化呼吸机。

本发明的优点在于：提供模块化或可互换的APR和PAPR，以便在各种呼吸保护应用中有效和方便地操作，无论是在工业或医疗环境中，还是在运动或日常人员使用中。

本发明的优点在于：改进用于一般呼吸健康的呼吸机，包括但不限于用于医疗保健、体育运动和普通公众的呼吸测量和诊断。

本发明的优点在于：提供一种新型呼吸训练呼吸机，它有阶梯式的阻力设置，并且有电控或可编程的阻力设置，并且有呼吸测量，以量化呼吸机施加于呼吸肌肉的阻力负荷，或者作为给定呼吸工作的量化呼吸效率指示。

本发明的优点在于：提供一种便携式呼吸机，易于连接，结构简单，易于穿戴。

本发明的优点在于：提供通用型模块化呼吸机的可配置装置，包括波纹管夹、波纹管连接件、壳体夹、卡扣式连接器、卡口或螺纹连接器以及推入扭出式连接器。

本发明的优点在于：提供一种可互换的、在许多其他应用中也易于消毒的医疗APR和医疗PAPR。

本发明的优点在于：提供一种工业PAPR，它有曲面打褶预过滤器、有集成气路和卡口连接的主过滤器、装配在颈部后部的波纹管中的鼓风机、控制单元中的密封气路以及其他许多特征。

本发明的优点在于：提供一种呼吸测量装置，能够测量呼吸二氧化碳和监测呼吸健康和呼吸正常化的其他数据。

本发明的优点在于：提供一种有手动阻力设置的基本训练呼吸机。

本发明的优点在于：提供一种有呼吸测量功能的训练呼吸机。

本发明的优点在于：提供一种训练呼吸机，使用呼吸功率和呼吸功的形式来定量训练呼吸机的阻力负荷。

本发明的优点在于：提供一种训练呼吸机，使用呼吸功率和呼吸功的形式来量化训练时的呼吸效率。

本发明的优点在于：提供一种有可编程呼吸阻力控制的训练呼吸机。

本发明的优点在于：提供一种带有配对通气螺柱的推入扭出式连接器。

本发明的优点在于：提供一种用于面罩组件的桥接件，该桥接件用于安装进气阀、说话隔膜、呼气阀以及加固面罩壁。

本发明的优点在于：提供一种用于医疗PAPR的压力传感端口布置。

本发明的优点在于：克服或改善现有技术的至少一个缺点，或提供一个有用的替代方案。

解决问题的方法

本发明的第一个方面可能涉及一种通用型模块化呼吸机，包括：面罩组件，所述面罩组件有第一端和第二端；可更换主机单元，所述可更换主机单元有第一壳体和第二壳体，其中所述第一壳体有第一推入扭出式连接器，以接合面罩的带有第一通气螺柱连接器的第一端，所述第二壳体有第二推入扭出式连接器，以接合面罩的带有第二通气螺柱连接器的第二端，其中所述面罩组件和所述主机单元适于执行呼吸功能，例如呼吸保护、呼吸训练、呼吸测量和诊断；这样，面罩组件适合于通过启动第一和第二推入扭出式连接器快速安装到主机单元上，或从主机单元上取下来。

优选地，第一壳体和第二壳体可以各自有一个带有壳体夹的远端部分。

优选地，第一壳体和第二壳体可分别在底部或顶部包括卡入式模块；优选地，第一壳体和第二壳体的远端可以各自包括附加模块。

优选地，第一壳体和第二壳体可各自包括一个柔性琴形壁的中间部分。优选地，中间部分可以是由一个波纹管和一个夹子组成的连接器组件。优选地，连接器组件可适于将壳体的近端部分连接到远端部分，使得波纹管允许壳体在颈部抵靠中间部分时呈弧形。

优选地，第一壳体和第二壳体可通过有第一端和第二端的颈部组件连接，其中颈部组件的第一端可适于通过卡口或螺纹连接器与第一壳体的第一远端接合，并且颈部组件的第二端可以适于利用另一卡口或螺纹连接器与第二壳体的第二远端接合。

优选地，第一推入扭出式连接器可以是带有第一扭转式释放环的第一圆形可通气推入式插座，并且其中第二推入扭出式连接器可以是带有第二扭转式释放环的第二圆形可通气推入式插座。

优选地，面罩组件可以有头带组件连接装置，用于将头带组件固定到面罩组件上。优选地，第一壳体和第二壳体中的每一个可以包括另一个头带组件连接装置或夹子，用于将头带组件的第一带和第二带分别固定到第一壳体和第一壳体。优选地，面罩组件可以有一个说话隔膜和一个进气阀。优选地，在面罩组件内部有一个桥接件来安装说话隔膜和进气阀。

优选地，主机单元包括至少一个适合用于从以下一组中选出的至少一个设备：辅助使用者呼吸、呼吸保护、呼吸训练以及呼吸测量和诊断。更优选地，便携式呼吸机可进一步包括一个带有电源的控制单元，一个或多个适合测量与呼吸有关的生理参数的传感器。优选地，电源可以是可再充电电池。优选地，可再充电电池可以是锂离子电池。优选地，一个设备可以与另一个设备电连通。优选地，电连通可以通过绝缘电缆进行。更优选地，该设备可以与另一设备和/或远程终端进行无线通信。优选地，面罩可以适于覆盖口腔和鼻腔通道。更优选地，面罩可以进一步包括一个用于覆盖佩戴者眼睛的护眼罩。

优选地，在一个优选实施例中，第一壳体可以封装一个预过滤器、一个鼓风机和一个主过滤器。优选地，第二壳体可以封装一个带有电源和排气过滤器的控制单元。优选地，面罩可以与第一壳体和第二壳体流体连通。优选地，鼓风机可适于将过滤后的空气从第一壳体抽送到面罩，其中第一壳体、面罩和第二壳体可共同形成风道以从中穿过。优选地，第一壳体的连接组件可以包括一个气流护罩，其中鼓风机可以被纳入到气流护罩中。优选地，第一壳体的第一远端部分可以有一个进气口、一个预过滤器和一个鼓风机；并且优选地，第一壳体的第一近端部分可以有一个主过滤器和一个出气口。优选地，第二壳体的第二近端部分可以有一个排气入口、一个排气出口、呼气阀和排气过滤器；这样，呼气阀和排气过滤器可以被设置在排气入口和排气出口之间。优选地，第一远端部分可以有适于接收预过滤器框架的预过滤器槽，其中预过滤器可以安装到预过滤器框架；并且优选地，滤槽的横截面形状可从第一远端的上表面到下表面呈弧形。优选地，主过滤器和排气过滤器中的任何一个可适于分别与主过滤器框架或排气过滤器框架共同成型或粘合，其中，其中过滤器框架的轮廓可以是矩形。优选地，排气过滤器为泡沫过滤器，并且可以是可清洗的。优选地，第一远端和第二远端可以各有一个电缆出口，用于容纳绝缘电缆，这样控制单元就可以与鼓风机电连通。优选地，第一连接组件波纹管夹包括第一波纹管连接件和第一壳体夹，并且其中第二连接组件波纹管夹包括第二波纹管连接件和第二壳体夹。优选地，波纹管夹中的第一波纹管连接件是柔性的，以便第一壳体可以向外拱出，远离第二壳体。优选地，波纹管夹中的第二波纹管连接件是柔性的，以便第二壳体可以向外拱出，远离第一壳体。优选地，在第一连接组件上安装有减震材料。优选地，所述面罩还进一步包括一个说话隔膜组件和一个进气阀。优选地，所述面罩有一个内部桥接件，用于连接所述说话隔膜和所述进气阀。

优选地，在另一个优选实施例中，第一壳体封装预过滤器和主过滤器；第二壳体封装呼气阀和排气过滤器；面罩与第一壳体和第二壳体流体相通；其中，第一壳体、面罩和第二壳体共同形成穿过其中的风道。

优选地，在另一个优选实施例中，所述第一壳体的第一远端可以有一个气流表盘，所述气流表盘适于调整空气进入所述第一壳体的开口大小，并用于控制吸入阻力；优选地，所述第二壳体的第二远端有一个排气膜，所述排气膜用于将呼出的空气排出所述第二壳体；优选地，所述气流表盘可以包括多级设置，以将所述开口设置成不同的预定尺寸。优选地，排气膜可以有一个枢轴销，它可以偏离圆形排气膜的中心，从而使膜像摆片那样工作，引导气流向枢轴的远端。

优选地，所述设备可以进一步包括一个电子致动器，以根据测量的呼吸相关生理参数控制气流表盘。优选地，所述电子致动器可以是选自以下一组中的一个：一个电磁阀，和一个用于反着吸入方向吹气的鼓风机。

优选地，所述设备可以测量呼吸努力，以量化呼吸肌肉的阻力负荷，或指示呼吸效率。优选地，所述设备还可以在使用期间测量和记录呼吸数据，如呼吸频率、潮气量、分钟通气量。

优选地，第一壳体和第二壳体可以分别包含控制单元、电池、流量计和可选的压力传感器，其中每个壳体中的电池可以独立于外部直流输入进行充电，其中第一壳体可以通过无线通信与第二壳体通信，其中，每个壳体还可以通过无线通信与远程终端通信，从而消除了在壳体之间连接电缆的需要。优选地，第二壳体还包含一个二氧化碳传感器。

优选地，在有颈部组件的另一个优选实施例中，第一壳体可以封装电池和干燥器；并且优选地，第二壳体可以封装控制单元和呼吸气道。优选地，面罩可以封装一个呼吸采样器。优选地，柔性琴形颈部组件可以封装一个泵和一个二氧化碳传感器。优选地，泵可以适于将采样空气从呼吸采样器经由干燥器抽送到二氧化碳传感器。优选地，控制单元可以与泵和二氧化碳传感器电连通；其中，所述控制单元可以测量并记录与呼吸相关的生理数据，并且其中，所记录的数据从控制单元无线传送到远程终端单元。优选地，主机单元可以包括一个用于空气进入呼吸机的进气口和一个用于从呼吸机排出空气的排气口；并且优选地，主机单元可以进一步包括一个主过滤器，用于在进入面罩组件之前过滤空气。优选地，干燥器可以在呼吸采样器和二氧化碳传感器之间流体连通。优选地，第二壳体包括单个气道，用于空气进入和离开呼吸机，方便测量呼吸流量和压力。

优选地，在有颈部组件的另一个优选实施例中，第一壳体可以封装预过滤器和主过滤器。优选地，第二壳体可以封装一个控制单元，所述控制单元包括带有压力传感器的主控制PCB或控制器，密封气路和电池。优选地，颈部组件可以封装鼓风机，其中鼓风机可以适于将过滤后的空气从第一壳体的第一远端经由第二壳体的第二远端抽送到面罩组件。优选地，控制器可以与鼓风机电连通；其中所述控制器可测量所述主机单元中的气流，并且基于所述气流测量，所述控制器可以动态地调节所述鼓风机的吹气强度，使得所述面罩组件中的正空气压力得以维持。优选地，颈部组件可以包括一个可在第一波纹管部分和第二波纹管部分之间啮合的波纹管连接器。优选地，第一波纹部分可以与第一壳体的第一远端连接，并且第二波纹部分可以和第二壳体的第二远端连接。优选地，波纹管连接器可以适于在其中容纳一个鼓风机。优选地，第一壳体有第一近端和第一远端，其中第一进气口设置在第一壳体的底部，第一出气口设置在第一远端；并且第二壳体有第二近端和第二远端；其中第二进气口设置在第二远端，第二出气口设置在第二近端，并且密封气路连接第二进气口和第二出气口。优选地，面罩有第一端和第二端，其中面罩入口可以设置在第二端，其中面罩出口和/或排气阀可以设置在面罩的前端。优选地，面罩组件的前部包括呼气阀膜或说话隔膜。

在本发明的上下文中，“包括”、“包含”等词应按其包容性而非排他性的意义来理解，即按“包括但不限于”的意义来理解。

本发明应参照背景技术中描述或附属的技术问题中的至少一个来进行解释。本发明旨在解决或改善至少一个技术问题，并带来一个或多个如本说明书所定义并参照本发明优选实施例详细描述的有利效果。

附图说明

图1A示出了一种通用模块化呼吸机，其主机单元有与面罩组件连接的第一壳体和第二壳体。这种通用型模块化呼吸机在每个壳体中可以有柔性的中间部分或波纹管连接件。图1B显示了没有中间部分的第一壳体和第二壳体。

图2示出了通用型模块化呼吸机的主机单元，所述主机单元第一壳体的第一远端和第二壳体的第二远端之间连接有绝缘电缆。

图3示出了通用型模块化呼吸机主机单元的另一个实施例，所述主机单元在第一壳体的第一远端和第二壳体的第二远端之间连接有波纹管颈部组件。

图4示出了通用型模块化呼吸机颈部组件的另一个实施例，其中第一壳体和第二壳体是细长构件，每个壳体中没有柔性中间部分或波纹管连接件，其中颈部组件通过卡口或螺纹连接器连接到第一壳体的远端，并且所述颈部组件通过另一卡口或螺纹连接器连接到所述第二壳体的远端。

图5示出了通用型模块化呼吸机颈部组件的另一个实施例，其中第一壳体和第二壳体是细长构件，每个壳体中都有柔性中间部分或波纹管连接件。

图6示出了图1中在第一壳体的第一远端和第二壳体的第二远端之间连接有通用型模块化呼吸机的绝缘电缆的情况。

图7为连接主机单元两端和面罩组件两端的推入扭出式连接器的分解图。

图8为连接组件波纹管夹的侧视图，波纹管夹包括波纹管连接件和用于将壳体的近端部分和远端部分连接在一起的壳体夹。

图9为图8的前视图。

图10为头带组件实施例的分解图。

图11示出了覆盖呼吸机任何实施例的防尘罩。

图12为组装好的医疗呼吸机的透视图。

图13所示为图12中没有头带组件，面罩组件与主机脱离的情况。

图14所示为图12中没有头带组件，也没有电缆护套的情况。

图15所示为图12中没有头带组件，近端部分与远端部分脱离，有波纹管夹连接器的情况。

图16所示为图15中面罩组件连接到近端部分，同时显示了波纹管夹连接器的开口，所述开口适用于容纳通过其中的鼓风机的情况。

图17示出了图12的另一个透视图，其中显示了进气口，以及预过滤框架可以在第一壳体的第一远端开槽的地方。

图18为图17的侧视图。

图19为图12的剖面图，显示了气路和组件。

图20展示出了有前盖的带说话隔膜的通用面罩。

图21示出了由第一壳体远端部分封装的鼓风机单元的分解图。

图22示出了带主过滤器的主过滤器框架(左)和带排气过滤器的排气过滤器框架(右)。

图23示出了不带电子设备的组装式医疗呼吸机的另一个优选实施例。

图24为图23的另一个透视图。

图25示出了第二远端部分的透视图，其中壳体夹与图23所示实施例的第二壳体脱离。

图26示出了第一远端部分的透视图，其中壳体夹与图23所示实施例的第一壳体脱离。

图27A示出了有头带组件的呼吸训练呼吸机的透视图。

图27B为有头带组件并且第一壳体和第二壳体分离的呼吸训练呼吸机的透视图。

图28为图27A的另一个透视图。

图29为图27A的剖面图。

图30示出了组装好的气流表盘。

图31示出了图30中气流表盘的第二块板。

图32示出了图30中气流表盘第一块板的后视图。

图33示出了图32中气流表盘第一块板的前视图。

图34示出了组装好的有排气膜的排气阀。

图35示出了图34中的排气膜框架。

图36示出了图34中的偏心枢转排气膜。

图37示出了有头带组件的呼吸训练呼吸机的另一个优选实施例，其头带组件显示了带有用于封装呼吸测量电子器件的卡入式模块的长形壳体。

图38为图37的一个透视图。

图39为图37的后视图。

图40示出了适用于呼吸测量的另一个优选实施例。

图41示出了另一个适用于在有细颗粒职业环境中用于保护的优选实施例。

图42示出了图41中面罩通过推入扭出式连接器与第一和第二壳体脱开，同时第一壳体也通过卡口连接器与颈部组件的第一端脱开的情况。

图43为图41的剖面图，显示了气路。

图44为图41的底视图，显示了进气口。

图45为图41的后视图，带有头带组件，显示了与颈垫接合的头带附件的钩环。

图46为图45的一个透视图。

图47为图41中使用的面罩组件的分解图。

图48为第二壳体和颈部组件的分解图。

图49为第二壳体中密封气道的分解图。

图50为第一壳体的分解图。

图51示出了有集成气路的主过滤器框架和用于连接到颈部组件的第一端的卡口连接器。

图52示出了图51中主过滤器与集成气路的主过滤器框架胶接或共同成型的情况。

图53示出了第一壳体的下表面，该下表面处于脱离状态，露出了锁定机构。

图54示出了当半壳体分开时用于连接半壳体与第一壳体的另一半壳体的系带，并且主过滤器安装在其中一个半壳体中。

图55示出了用于呼吸机500的曲面打褶式预过滤器。

图56A为通用面罩的后视图，该面罩带有桥接件，用于将说话隔膜和进气阀安装在面罩组件内。

图56B为图56A中通用面罩的截面图。

图56C为带有盖子168的桥接件的前视图。

图56D为桥接件的后视图。

图57示出了呼吸机200的有长枢轴的矩形呼气阀膜。

图58示出了通用呼吸机的另一个实施例，该呼吸机在第一壳体和第二壳体的底部有可拆卸连接模块。

图59A和59B示出了可从第一壳体和第二壳体底部拆卸的卡入式模块，以及与第一壳体和第一壳体远端部分固定连接的附加模块。

图59C和图59D示出与第一壳体和第二壳体的远端部分有推入扭出式连接器的附加模块。

图60示出了呼吸机200第二壳体的第二近端部分123和第二远端部分124之间的传感端口185A和185B。

具体实施方式

现在将参照附图和非限制性实施例来描述本发明的优选实施方案。

本发明涉及一种通用型模块化呼吸机，所述呼吸机有可快速更换的部件，所述部件可以通过操纵一个或多个独特设计的连接器而轻松地拆卸、组装、配置和适配，所述连接器包括但不限于推入扭出式、波纹管夹、下连接件、壳体夹、卡口或螺纹连接器、卡扣式连接器，将连接器卡入专门用于特定用途的专用呼吸机，如呼吸保护、呼吸训练、呼吸测量和诊断。以前，呼吸机是为单一目的或特殊目的设计的，不适合用于其他用途。

具体而言，呼吸保护、呼吸训练、呼吸测量和诊断是世界上很大一部分人口的常见呼吸需求，然而，一个使用者可能需要多个独立的呼吸机来满足一种需求。这增加了成本并浪费了大量的维护资源。这些呼吸机之间共享通用/模块化组件的可互换能力也很低，不同功能呼吸机之间的技术共享和交换也很低。这种情况阻碍或减缓了相关呼吸设备的创新、技术突破和最终应用。本发明旨在提供一种通用型模块化呼吸机来解决上述问题。

通用型模块化呼吸机

在本发明的一个实施例中，如图1至图6和图58所示，显示了一种便携式呼吸机或通用呼吸机100，所述呼吸机面具组件101有第一端102和第二端103；可更换主机单元104有第一壳体105，其上有第一推入扭出式连接器106以接合面具102的第一端，第二壳体107有第二推入扭出式连接器108以接合面具103的第二端。面罩102和103的每一端都有一个配对通气螺柱连接器，与推入扭出式连接器连接。在一个优选实施例中，如图1a、1b、58所示，在第一壳体105和第二壳体107之间可以没有连接的电缆或颈部组件。在另一个优选实施例中，对第一壳体105和第二壳体107中的一个进行调整以执行呼吸功能。在另一个优选实施例中，如图3至图5所示，主机单元104还可以包括颈部组件128。颈部组件128可以有第一端128a和第二端128b。颈部组件的第一端128a可以适于与第一壳体105的第一远端接合，或者通过固定连接或者通过可释放卡口或螺纹连接器164接合到第一壳体的第一远端部分。同样，颈部组件的第二端128b可以适于与第二壳体107的第二远端接合，或者通过固定连接或者通过可释放卡口或螺纹连接器164接合到第二壳体的第二远端部分。颈部组件可在第一壳体/第一壳体的第一远端部分和第二壳体/第二壳体的第二远端部分之间提供用于流体连通和/或电连通的通道，如图2-6所示。主机单元104可适于控制第一壳体105、第二壳体107、颈部组件128和面罩组件101中的气流。

图7中说明了用于呼吸机的第一推入扭出式连接器106或第二推入扭出式连接器108。第一推入扭出式连接器106或第二推入扭出式连接器108可以各有一个带有控制环或夹持环110和闩锁弹簧的圆形通气式推入式插座109。推入式插座有一个内腔，提供一个空气通道供空气流通。它还有一个内部密封套，以确保与面罩组件101中的配对通气螺柱连接器无泄漏地密封。固定弹簧有第一臂112锁在抓环110上，第二臂111锁在插座109上。在一个实施例中，第一推入扭出式连接器106可通过旋转或扭转来释放。同样地，第二推入扭出式连接器108可通过旋转或扭转来释放。在锁定位置，当控制环放松时，弹簧臂111/112夹在面具组件的通气螺柱中的锁定槽上，从而与面具组件连接；当控制环旋转或扭转时，弹簧臂111/112扩大到通气螺柱中的锁定槽外，从而释放面具组件。由于是圆形的，它使得与配对通气螺柱的盲接变得非常容易，它还允许在插座和配对通气螺柱之间自由旋转，从而使连接的主机单元更紧密地贴合面部轮廓，以获得更好的佩戴效果。与非圆形***式夹扣型连接器相比，圆形推入扭出式连接器106/108可以提供更容易、更安全的连接。面罩组件101可适于通过扭动或旋转第一推入扭出式连接器106和第二推入扭出式连接器108而从主机单元104上释放。佩戴者可以扭转或旋转第一推入扭出释放连接器106和第二推入扭出释放连接器108的控制环110，将第一弧形臂111推离第二弧形臂112，以便面具组件101的第一端102和第二端103中的配对通气螺柱不再被固定环的弧形臂111、112固定。然后，面具组件可以分别从圆形推入式连接插座109上释放出来。

在另一个实施例中，第一推入扭出式连接器106或第二推入扭出式连接器108可以有其他种类的固定结构，例如转槽、卡环、夹子、***钩，用于可释放地将配对通气螺柱固定在面具组件101的第一端102和第二端103中。

如图13和20所示，面罩组件101可以有用于至少覆盖使用者口腔和鼻腔的面罩101a。面罩组件101的第一端102和第二端103可以各有一个开口或进气口，装有配对通气螺柱接头，该接头可以分别与第一或第二推入扭出式连接器106/108的圆形推入式插座109接合。如图47中一个实施例所示的面罩组件101，可以有配对通气螺柱172，其腔体从螺柱的一端延伸到另一端。螺柱172可以设置在面罩组件102的第一端和第一推入扭出式连接器106之间；同样地，在面罩组件103的第二端和第二推入扭出式连接器108之间可以设置另一个配对通气螺柱172。通气螺柱172的一端可分别有圆形肋骨，用于与面具组件第一端和第二端开口处的螺纹173a紧密接合。而通气螺柱的另一端可以有一个圆形槽和倒角突起174，在使用时，可以与圆形推入式连接插座109啮合并连接，从而在第一壳体105、面罩组件101和第二壳体107之间形成一个密封风道。面罩前部可以有呼气阀169和框架170及面罩盖168。

在一个实施例中，如图56所示，面罩组件101可以有内部桥接件184，该桥件与进气阀166和说话隔膜167配合。桥接件还能使面罩的中间部分***，以避免在高负荷呼吸时在负压下塌陷。在另一个实施例中，可以安装2个进气阀，并且呼气阀可以代替说话隔膜。多功能桥接件有助于简化制造，使面罩更紧凑、更轻。在另一个实施例中，当在桥接件的另一端增加一个进气阀时，可以有两个进气阀，并且可以安装一个呼气阀来代替说话隔膜。

在一个实施例中，面罩101a可以定制以适合使用者的面部。这种定制面罩101a可以通过3D扫描使用者的面部，然后通过3D打印出符合使用者面部轮廓的面罩。所述面罩101a可以由能够进行消毒的材料制成。这样，通过替换或交换主机单元104，可以将面罩101a用于不同用途。在另一个实施例中，面罩101a为全脸面罩，也覆盖眼睛。

如图1、图4至图6所示，通用呼吸机100可有第一壳体105和第二壳体107，这两个壳体都可以是细长的和模块化的。第一壳体105可以有第一近端113和第一远端114，同样，第二壳体107可以有第二近端115和第二远端116。在一个优选实施例中，如图1b和图4所示，第一壳体和第二壳体可以各自有没有中间连接部分的壳体。在另一个优选实施例中，如图1a、图5和图6所示，第一壳体105可以有第一近端部分121和第一远端部分122，同样，第二壳体107可以有第二近端部分123和第二远端部分124。第一壳体105和第二壳体107可以各自包括有柔性琴形壁的中间部分117或中间波纹管部分。如图8和图9所示，中间部分117可以是连接器组件波纹管夹118，所述波纹管夹包括波纹管连接件119和壳体夹120，所述壳体夹120可适用于将第一壳体或第二壳体的近端部分和远端部分连接在一起。第一壳体或第二壳体的远端部分可以直接与波纹管夹118连接，其中第一壳体或第二壳体的近端部分可以有如图13所示的夹子啮合装置125，用于连接壳体夹120(底部夹子未显示)。有可拆卸的近端部分或远端部分的优点是，设备和/或电子装置可以很容易地被佩戴者接触到，例如，用于维修、更换过滤器、更换设备和/或传感器，以及便于清洁。有通过波纹管夹可拆卸的近端部分或远端部分的另一个优点是，如果壳体需要足够长的长度来安装内部组件，由于有了灵活的波纹管，壳体的远端部分可以更贴近头/颈部的轮廓，从而提高佩戴舒适性。另一个重要优点是，波纹管夹可以实现不同功能呼吸机的模块化，其中壳体的近端部分可以是通用模块，并且通过波纹管连接件连接的壳体的远端部分可以有不同功能的呼吸机的不同功能。因此，面罩组件101和第一壳体和第二壳体的近端部分可以成为看似不同功能的呼吸机之间的共同共享部分。波纹管夹布置还允许以不同方式维修壳体的近端部分和远端部分。优选地，波纹管连接件119有少量的琴形壁。优选地，在使用便携式呼吸机时，当佩戴者的颈部抵靠或压靠壳体的中间部分时，第一壳体或第二壳体可在一定程度上灵活地围绕佩戴者的颈部在在两到四个琴形壁之间呈弧形移动。最理想的是，可以选择三个琴形壁。

在另一个优选实施例中，中间部分117可以只有壳体夹120，如图25和图26所示。这样的变化更适合于较短的第一壳体和第二壳体。

在另一个优选实施例中，如图37、38、39和58所示，第一壳体105可以在壳体的底部可释放地连接有模块180。同样，第二壳体107可以在壳体的底部可释放地连接有模块181。如图59a、59b所示，模块180/181每个都可以有一个卡入机构，以分别可释放地连接到壳体105/107的底部。第一壳体105和第二壳体107的远端可以分别有一个与壳体固定连接的附加模块。在另一个优选实施例中，如图59c和59d所示，在模块182/183的远端，每个模块都可以有一个附加模块，有推入扭出式连接器，分别可以以释放方式联接到182/183的远端。

虽然佩戴者的鼻子可以在佩戴时支撑面罩组件101处的便携式呼吸机，但为了改善本发明的人体工程学方面，最好佩戴带有头带组件126的便携式呼吸机，如图10所示。在佩戴便携式呼吸机时，头带组件126将允许佩戴者的头部提供支撑，并减少佩戴者鼻子上的重量或负荷。如图17所示，面罩组件101可以有头带连接装置127a、127b或设置在第一端102和第二端103的桥接件127。参考图10、11、12、17、27、45、46所示的实施例，头带组件126可以有一个头环部分和一个颈环部分。头环部分可由头带126a形成，第一绳索126b延伸至面具组件第一端的第一头带连接装置127a，第二绳索126c延伸至面具组件第二端的第二头带连接装置127b。头带126a可以连接到第一绳索126b的第一端和第二绳索126c的第一端。在另一个实施例中，第一绳索126b和第二绳索126c形成连续的绳索，而头带126a是一条可分离的带子，绳索从那里穿过。颈环部分可由第一绳索126b和第二绳索126c形成，从各自的头带连接装置127延伸到与第一绳索的第二端和第二绳索的第二端啮合的肘节126d。

为了获得额外的支撑，如图37所示，第一壳体105可以有一个安装在外表面的第一索夹126e，用于在第一头带连接装置127a和肘节126d之间固定第一绳索126b的一部分；同样，第二壳体107可以有一个安装在外表面的第二索夹126f，用于在第二头带连接装置127b和肘节126d之间固定第二绳索126c的一部分。

在头带组件126的另一个优选实施例中，如图10所示。头带126g可用于接合头部，第一侧带126h可被纳入到第一头带连接装置127a中，而第二侧带126i可被接收到第二头带连接装置127b中。头带连接装置127a、127b可以是桥接结构，这样绳索或带子可以与面具的接合部分形成一个环形部分127c、127d，到第一端102或第二端103，这样绳索或带子可以分别穿过环形部分127c、127d。由于桥接结构127a、127b可能会与头带组件的绳索或带子保持持续的摩擦，因此可以有如图47所示的桥接套筒175，用于覆盖桥接结构127a、127b。以与肘节126d类似的方式，与带环177接合的带钩176与第一侧带126h和第二侧带126i的第二端接合。带子126h和126i通过带环或带钩的运动使头带组件的颈环部分收紧。在一个实施例中，可以有一个头带组件，它由两个带片组成，其中一个带片可以用来连接带片两侧的弹性带。每条弹性带上可以分别安装一个钩和环。这样的头带可以通过面罩的桥式结构安装，面罩可以在便携式呼吸机100的其他部分安装到头上之前，独立地通过钩176和环177机构安装到脸上并固定住。这样的头带组件126可以提供一个简单的方法来穿戴或脱下呼吸机。

应了解，在一个优选实施例中，至少有一个设备可以与面罩组件101形成。在另一个实施例中，主机单元104可以适用于至少一种专门的呼吸功能，诸如辅助使用者呼吸、呼吸保护、呼吸训练、医疗以及呼吸测量和诊断。通用型模块化呼吸机100可以进一步包括一个或多个适于测量与呼吸相关的生理参数的传感器，并且由设备测量和记录的数据可以无线通信到远程终端。还应了解，至少一个所述设备和/或传感器可以以任何顺序或配置被封装在面罩组件101或主机单元104中，从而使通用呼吸机能够执行至少一个专门的呼吸功能。为防止灰尘聚集在便携式呼吸机上，如图11所示，便携式呼吸机可由防尘罩99覆盖。

医疗PAPR

在通用型模块化呼吸机发明的一个优选实施例中，如图12至19所示，用于呼吸保护的医疗PAPR 200由图5和6所示的通用型模块化呼吸机100配置而成。如图12、17、18所示，图中显示了使用头带126a的头带组件126。应了解，使用头带126g的头带组件126也可以如图10所示使用。如截面图19所示，第一壳体105可以封装预过滤器129、鼓风机130和主过滤器131。第二壳体107可以封装带有电源的控制单元132和排气过滤器134。面罩组件101可以与第一壳体105和第二壳体107进行流体通信。鼓风机130可适于将过滤空气从第一壳体105通过面罩组件102的第一端抽到面罩组件101，其中第一壳体105、面罩组件101和第二壳体107共同形成一个穿过其中的风道。由于主机单元104中有一个出气口，如图20和56所示，面罩组件101可能没有排气阀，但可以有与说话隔膜167相配合的桥接件和进气阀。

优选地，便携式呼吸机200可以使用有柔性琴形壁的中间部分117的壳体105/107。如图15、16、19、21所示，第一壳体105的波纹管夹118可以包括一个气流护罩或波纹管***件135，其中鼓风机130可以被纳入或固定在气流护罩或者波纹管***物135中。第一壳体122的第一远端部分可以有鼓风机、预过滤器和进气口136，用于让外部空气进入第一壳体105。进入进气口136后，外部空气首先由预过滤器129过滤，如图21所示。预过滤器129可以选择可清洗或一次性的织物或纸制品，可以过滤掉大于3微米的颗粒，所述预过滤器129可以在鼓风机130将预过滤的空气抽向主过滤器131之前过滤掉外部空气中的灰尘和/或过敏原，所述主过滤器131可以是HEPA过滤器，可以过滤掉大于0.1微米的病原体。预过滤器129的优点在于，它通过最大限度地减少需要过滤的颗粒，保护并延长了主过滤器131的过滤寿命。预过滤器129可以安装或超声焊接在预过滤器框架129a上，所述预过滤器框架129a可以在位于进气口136之后的预过滤器槽137中开槽，所述预过滤器129与预过滤器框架129a完全***预过滤器槽137中，密封住风道始端。根据壳体的形状，如本实施例所示，在第一壳体105的第一远端114处有一个弯曲端，如图21所示，预过滤器129和预过滤器框架129a可以从上表面到下表面呈弧形，以便更好地过滤，以及更好地固定在第一壳体105的第一远端部分122处的进气口136和鼓风机130之间。弧形预过滤器129和预过滤器框架129a的优点在于，与平坦形状相比，弧度扩大了可用于预过滤器介质的净面积。同样如图21所示，第一波纹管夹118的第一波纹管环119可适于纳入穿过其中的鼓风机防护罩135和鼓风机130。第一壳体105的第一远端部分122可以有半壳体122a和另一半壳体122b。在半壳体122a和另一半壳体122b的预过滤槽137处可以有包胶成型密封件，这样当预过滤槽137在其中开槽时，风道的起始部分就被密封了。由于鼓风机130在运行中可能产生噪音，特别是当使用者佩戴和使用便携式呼吸机200时，鼓风机靠近使用者的耳朵时，出于使用者的舒适性和保护人的耳朵考虑，最好在鼓风机周围提供***。***可以采用吸音泡沫、隔音泡沫、隔音材料、棉纤维或织物制成。

鼓风机130可以将外部空气抽到预过滤器129，所述预过滤的空气被抽到主过滤器131，其中预过滤的空气由HEPA过滤的。如图19所示，经过HEPA过滤的空气然后通过位于面罩组件101第一端102的面罩入口138。应了解，面罩入口138可以包括单向阀，这样呼出的空气就不会回到第一壳体105中去。当佩戴者佩戴面罩组件时，过滤后的空气和/或呼出的空气可以通过设置在面罩组件101的第二端103处的面罩出口139离开面罩组件101。一旦过滤后的空气和/或呼出的空气离开面罩出口139并进入第二壳体107的第二近端部分115，则空气可以在经由第二壳体的第二端部分123处的出气口140离开第二壳体之前被排气过滤器134过滤。应了解，排气过滤器134可以类似于主过滤器131，其中呼出的空气被HEPA过滤，以便佩戴者呼出的任何病原体都将被过滤，而不会回到外部空气中被他人吸入。出气口140可以有呼气阀，以确保外部空气不会通过第二壳体107进入面罩组件101。图57示出了呼气阀膜169的一个实施例，其中，有长枢轴171，可以使隔膜169在正压下沿着长边171a打开。如图22所示，应了解，主过滤器131和排气过滤器134中的任何一个都可以分别与主过滤器框架131a或排气过滤器框架134a共同成型或粘合，其中过滤器框架的轮廓可以是矩形。排气过滤器也可以是可清洗的泡沫过滤器，适合以最小的流动阻力阻挡呼出的空气中的水滴。第二壳体107的第二远端部分124可以封装控制单元或气流控制单元132，所述控制单元或气流控制单元有调节鼓风机130的抽气强度的动力源，以保持正气压，协助佩戴者呼吸。如图60所示，在第二壳体的第二近端部分123和第二远端部分124之间有传感端口185a和185b，其中可以安装通气膜，以阻止湿气和外来物质进入传感端口。应了解，可以有至少一个传感器，如流量传感器或压力传感器，它可以被主机单元104所封装，从而可以测量空气流量和压力。至少一个传感器可以与控制单元132通信，这样，测量的呼吸参数可以影响控制单元132，以动态调节鼓风机130的抽气强度。控制单元132可以与鼓风机130进行无线通信，或者在气流控制单元132和鼓风机130之间有一条绝缘电缆141进行电气连接。在使用绝缘电缆的实施例中，第一壳体114的第一远端和第二壳体116的第二远端可以各自有一个电缆出口142，这样，绝缘电缆的一端可以被纳入到第一壳体105的电缆出口142中，而绝缘电缆的另一端可以被纳入到第二壳体107的电缆出口142中。为了提供额外保护并符合人体工程学支撑，绝缘电缆142可以由弹性套管141a覆盖。如图15至19所示，套筒141a也可以覆盖电缆出口142。如图16所示，应了解，通过壳体夹120的第一和第二壳体的可拆卸结构可以方便地接触主过滤器和排气过滤器进行更换，还可以方便地对包括面罩组件、壳体的第一和第二近端部分的整个气路进行清洁和消毒。

医疗APR

在通用型模块化呼吸机发明的另一个优选实施例中，如图23至26所示，用于呼吸保护的医疗APR 200可以有与图12中相同的面罩组件101、第一壳体121的近端部分和第二壳体123的近端部分，如上述医疗呼吸机中所述。第一壳体105可以封装预过滤器和主过滤器。第二壳体107可以封装排气过滤器和呼气阀。预过滤器、主过滤器和排气过滤器以及呼气阀可以与所述医疗呼吸机的类型类似。面罩组件101可以与第一壳体105和第二壳体107进行流体通信。本实施例依靠使用者的吸气来将过滤空气从第一壳体105通过面罩组件102的第一端移动到面罩组件101，其中第一壳体105、面罩组件101和第二壳体107共同形成一个穿过其中的风道。面罩组件102的第一端可以有单向阀，这样呼出的空气就不会进入第一壳体，而是从面罩组件103的第二端进入第二壳体107。由于在主机单元104中的第二壳体107处有出气口，如图20所示的面罩组件101可能没有排气阀，但可以有说话隔膜或前面罩盖167/168。同样，第一壳体105可以有第一近端部分121和第一远端部分122，同样，第二壳体107可以有第二近端部分123和第二远端部分124。第一或第二远端部分122/124可各自有一个壳体夹120，所述壳体夹120可适于将第一壳体或第二壳体的近端部分和远端部分连接在一起，其中第一壳体或第二壳体的近端部分可各自有一个用于连接壳体夹120的夹子啮合装置125。由于进气口在第一壳体的第一远端部分上，第一壳体的第一远端部分和第一近端部分可以共同形成一个穿过其中的风道，其中在进气口处可以有一个预过滤装置器。由于出气口在第二壳体的第二近端部分上，所以第二壳体的第二远端部分和第二近侧部分可以不共同形成穿过其中的风道，而是有一个阻塞端。第一壳体122的第一远端部分可以有第一索夹126e，第二壳体124的第二远端部分可以有第二索夹126f。索夹126e、126f可以固定头带的绳索。显然应了解，在通用呼吸机中使用的波纹管夹和壳体夹连接有助于共享面罩组件101的公共模块、第一壳体121的近端部分和第二壳体123的近端部分。这样的模块化配置使APR和PAPR之间的互换变得容易。

呼吸训练呼吸机

在通用型模块化呼吸机发明的另一个优选实施例中，如图27至36所示，用于呼吸训练的训练呼吸机300由图58所示的通用呼吸机100配装而成，但没有卡入式模块。第一壳体114的第一远端可以有气流表盘143，适合于调整外部空气进入第一壳体105和控制吸入阻力的开口144的大小。第二壳体116的第二远端可以有排气膜145，用于将呼出的空气排出第二壳体107。

如图30所示，气流表盘143可以包括多级设置，将开口144设置为不同的预定尺寸，以便佩戴者可以选择在训练过程中使用多少呼吸阻力。气流表盘143可以包括第一表盘143a(如图32和33所示)和第二表盘143b(如图31所示)。应了解，表盘143a、143b的两块板在使用时不会覆盖所有开口144(如图30所示)。第二表盘板143b上的多级设置可以是在第二表盘板143b的圆周曲率附近排列的一系列凹形半体143c。凹形半体143c可适于容纳来自第一表盘板143a的突出半体143d。可以有表盘手柄143e，用于手动将第一表盘板143a从凹形半体143c的第一设置旋转到相邻凹形半体143c的下一个设置。虽然图31中可以有十二个凹形半体，但应了解，可以有任何数量的凹形半体143c，这样就可以实现对开口144的更精细调整。当气流表盘143处于其最大打开位置时，吸入阻力处于最小值。

如图34至36所示，可以有圆形排气膜145(图36)与排气膜框架145a(图35)进行枢轴连接。枢转连接件可以是枢轴销145b，它可以偏离排气膜145的中心，因此，膜145像一个摆片那样工作，它可以从排气膜框架145a上翻开，这样，气流就被导向枢轴的远端。偏心枢转隔膜的优点在于，与相同直径的中心枢转隔膜相比，实现了更低的流动阻力，尤其是当隔膜必须很小时。

很明显，面罩组件101和通用呼吸机100中描述的推入扭出式连接器在此被配装。

带电子模块的呼吸训练呼吸机

类似于呼吸训练呼吸机所用的一些部件，例如第一壳体中的气流表盘和第二壳体中的呼气阀，如37至39、58、59a、59b所示，便携式呼吸机300的第一壳体和第二壳体内的每一个都可以进一步包括流量元件182/183和电子模块180/181，其中第一壳体中的流量元件可以产生吸入流信号，第二壳体中的流量元件可以产生呼出流信号。在一个优选实施例中，每个电子模块可以有一个如图59a和59b所示的卡入机构，所述电子模块可以被固定在第一壳体和第二壳体上，使用者可以很容易地取出来进行清洁或维修。在一个优选实施例中，如图59a和59b所示，第一壳体和第二壳体的远端各自可以有一个固定的附加模块，其中第一软管中的附加模块可以包括气流表盘，第二软管中的附加模块可以包括排气阀。在另一个优选实施例中，如图59c和59d所示，第一壳体和第二壳体的每个远端可以有一个可释放的附加模块，所述模块有推入扭出式连接器，其中第一壳体中有推入扭出式连接器的附加模块可以包括气流表盘，第二壳体中有推入扭出式连接器的附加模块可以包括排气阀。很明显，在第一壳体和第二壳体中带有推入扭出式连接器的附加模块与图27b所示的第一壳体和第二壳体是相同的。这样的配置允许在带有和不带有电子模块的训练呼吸机之间进行互换。电子模块可以包括一些组件，例如一个或多个流量传感器、一个或多个压力传感器和一个电子致动器(未示出)，所述电子致动器可以根据测量到的佩戴者的呼吸来动态地控制气流表盘143或呼吸阻力，以进行电控可编程阻力呼吸训练。电子致动器可以是选自以下一组中的一个：一个电磁阀，和一个用于反着吸入方向吹气的鼓风机。电子致动器可以安装在第一壳体远端的固定附加模块中，所述电子模块和电子致动器之间有电缆通过并连接。电子模块可以有无线通信手段，以与远程设备进行通信，如移动电话、智能手表或任何有合作无线通信能力的合适设备。电子模块可以测量呼吸训练的呼吸力度。优选地，呼吸力度可以根据呼吸的流速和压力得出，这样，呼吸功率是呼吸流量和压力的乘积，呼吸力度的功是潮气量和压力的乘积。通过测量呼吸功率和功，可以量化呼吸肌的阻力负荷，另一方面，呼吸功率和功可以用于量化给定运动的呼吸效率，因此，与目前可用的训练面罩相比，这将有助于改善呼吸训练。电子模块还可以提供其他呼吸生理测量，如呼吸频率、潮气量和分钟通气量，用于呼吸效率训练、呼吸正常化训练以及一般呼吸健康监测。

呼吸测量装置

在通用呼吸机发明的另一个优选实施例中，如图40所示，测量呼吸机400用于提供先进的呼吸测量和使人呼吸正常化的工具。如图4所示，所述呼吸机是在通用呼吸机100的基础上配装而成的，有颈部组件128。第一壳体105可以封装电池或电源和干燥器146，第二壳体107可以封装控制单元或空气通道控制单元132和呼吸气道。面罩组件101可以封装呼吸采样器147，而颈部组件128可以是一个柔性琴形颈部组件128，它可以封装泵148和二氧化碳传感器149。泵148可以适于将呼吸采样器147中收集的采样空气经由干燥器146泵送至二氧化碳传感器149。在一个实施例中，泵148与鼓风机130相同，如图43所示。干燥器146可以包含一种干燥剂，用于在被二氧化碳传感器149感知之前去除呼出的采样空气的湿气，因为湿气可能影响二氧化碳传感器149的读数。在呼吸采样器和干燥器146之间可以有一根管子147a连接，在干燥器146和二氧化碳传感器149之间可以有另一根管子147b连接。

第一壳体105可以是模块化的，这样，当干燥剂在一段时间内吸收了预定量的湿气时，干燥器146和/或干燥剂可以很容易地进行更换。颈部组件128可由波纹管覆盖，其中二氧化碳传感器149、泵148和控制单元132之间有一条电缆，控制单元通过电缆控制泵并收集二氧化碳传感器信号，所述二氧化碳传感器、泵通过内部管子与干燥器146连接，所述波纹管可通过螺纹接头与第一壳体114的第一远端和第二壳体116的第二远端连接。颈部组件128可以在150的中间部分有一个出气口(未示出)，用于将采样空气抽到主机单元104外部。波纹管在连接处可以有一个可分离中间部分150，所述部分可以封装泵148和/或二氧化碳传感器149，从而使维修人员能够方便的对泵148和/或二氧化碳传感器149进行设备维修。

优选地，第二壳体107包括单个气道140，用于空气进入和离开呼吸机400，方便测量呼吸流量和压力。

工业呼吸机

在本发明的另一个优选实施例中，如图41至55所示，

用于过滤工业颗粒物的工业呼吸机500由图4所示的带有颈部组件128的通用模块化呼吸机100配装而成。第一壳体105可以封装预过滤器129和主过滤器131。第二壳体107可以封装控制单元132，其中可以有电池163a、主控制PCB或控制器162、密封气路158。颈部组件128可以是一个波纹管，所述颈部组件128可以在中间部分150封装鼓风机130。鼓风机130可适用于将过滤后的空气从第一壳体114的第一远端经由颈部组件128和第二壳体116的第二远端抽到面罩组件101，这样，如图43所示，环境空气从第一壳体105的底部吸入、经预过滤器和主过滤器过滤后，进入第一壳体远端的颈部组件，在第二壳体远端离开颈部组件前通过鼓风机，然后在第二壳体近端进入面罩前通过密封气路进入控制单元。

第二壳体107的部件如图48所示，密封气路158如图49所示。控制器162可以经由绝缘电缆141与鼓风机130电连通，其中，主控制PCB或控制器162测量主机单元104中的压力，根据压力测量，控制器162可以有电子装置，允许动态调节鼓风机130的吹气强度，从而保持面罩组件中的正压力。

中间部分150可与颈部组件128的第一波纹管部分152和第二波纹管部分153脱离。第一波纹管部分152可以通过可释放卡口连接器164a与第一壳体114的第一远端连接，第二波纹管部分153可以通过固定连接器164与第二壳体116的第二远端连接。图47所示的面罩组件101的前面可以有一个椭圆形的呼气阀膜169，使呼出的空气离开便携式呼吸机500，其中膜169有两个枢轴销，将膜固定在座170上，并允许膜在正压下沿两个短端打开。呼气阀膜169可由呼气阀盖168进一步保护。

如图50至54所示，第一壳体105可在第一壳体的过滤器门105a处有进气口136，用于接收来自横向于气流方向的外部环境的空气。过滤器门105a可以与第一壳体105分离，其中锁定机构105e可以将过滤器门固定到第一壳体。图中显示，过滤器门包含进气口136。第一壳体105可有与另一半壳体105c连接的半壳体105b，其中系带105d与左壳体105b和右壳体105c连接，从而在拆卸第一壳体105时，壳体105b、105c彼此不远，以最大限度地减少零件损失，如图54所示。主过滤器可以在主过滤器框架131a和主过滤器的出气口164a之间有一个集成气路，其中过滤器出口164a也是第一壳体105的出口，这样主过滤器就能确保与颈部组件之间无泄漏连接。在进气口136和主过滤器131的底座之间可以有带有预过滤器129的预过滤器框架129a。由于本实施例的气路不从第一壳体113的第一近端延伸到面罩组件102的第一端，因此可以有塞子178用于塞住第一圆形推入式插座109的另一端179。

预过滤器129和主过滤器131可以是与医疗呼吸机实施例中使用的相同类型。在另一个实施例中，预过滤器129可以是一个曲面打褶滤芯，如图55所示。由于第一壳体105设计紧凑，进气口136的横截面可能受到限制，打褶预过滤器有助于增加有效的流经面积，从而减少流动阻力。

如图48所示，第二壳体107的一侧156和另一侧157上可以有一个内壳，所述内壳覆盖或封装气路单元158。如图49所示，密封气路单元158可以包括垫圈158a，用于密封鼓风机和控制器之间连接电缆的入口，用于保护压力口不受潮的通风膜158b，以及压力口158c。可以有通风盖膜158d，用于覆盖内壳156底部的通风膜(未显示)。可以有一个安装在内壳156上的直流插孔159的门，以及安装在内壳157另一侧的镜头控制面板160，还可以封装橡胶键盘161和键盘PCB 162a以及主印刷电路板或控制器162。应了解，可以有支撑托盘163和主印刷电路板162形成封装主印刷电路板，以保证可靠性和安全性。第二壳体116的第二远端可以通过螺丝螺母连接器164与颈部组件128的第二波纹管部分153连接。同样，第一壳体的第一远端可以通过另一个螺丝螺母连接器164与颈部组件128的第一波纹管部分152连接。应了解，其他类型的连接也是合适的。例如，如图51和52所示，第一壳体和第二壳体的远端可以有卡口式连接器164a。同样，颈部组件的中间部分150可以是一个硬件，它在连接处可以脱开，以允许维修人员接近鼓风机130。由于中间部分150是一个硬件，可以有一个软的颈垫165安装在中间部分150上，这样在使用时，佩戴者的脖子可以靠在颈垫165上。如图45和46所示，安装在中间部分150上的颈垫165可以限定带扣/肘节固定装置，这样当与头带组件126一起使用时，带扣或肘节176/177可以纳入在固定装置上，以便带扣或肘节与颈垫165的背面接触，这样头带将颈部组件拉向后颈以将呼吸机固定在头部周围，并且不与佩戴者的脖子接触，使其佩戴比较舒适。

显然应了解，上述呼吸测量装置和工业呼吸机有相似的壳体和颈部组件配置，但内部零件不同，执行的功能也不同。从更广泛的意义上讲，通用呼吸机发明并不局限于特定功能的呼吸机，如用于保护目的的呼吸机。本发明提供了一种可以配置或适应任何应用功能的呼吸机。因此，除了在通用呼吸机内连接模块部件的新颖连接方式外，主机单元可以通过所述壳体的任何变化来配置，包括有或没有颈部组件，有或没有每个壳体的中间部分，有或没有波纹管夹、波纹管连接件、壳体夹、卡扣式连接器、卡口或螺纹连接器、推入扭出式连接器，其中它们可以包含任何部件，以任何顺序适用于目标呼吸机打算实现的任何特定呼吸功能。尽管本发明已经参照具体实施例进行了描述，但本领域的技术人员会明白，本发明可以以许多其他形式体现出来，以符合本发明的广泛原则和精神。

本发明和所描述的优选实施例具体包括至少一个可在工业上应用的特征。

Claims (21)

1.通用型模块化呼吸机，包括：

面罩组件，所述面罩组件有第一端和第二端；

可更换主机单元，其有第一壳体和第二壳体，所述第一壳体有用于接合所述面罩的第一端的第一推入扭出式连接器，所述第二壳体有用于接合所述面罩第二端的第二推入扭出式连接器；其中所述面罩组件和所述主机单元适于执行呼吸功能，例如呼吸保护、呼吸训练、呼吸测量和诊断；

这样，通过启动第一和第二推入扭出式连接器，面罩组件适于快速安装到主机单元上，或从主机单元上取下来。

2.根据权利要求1所述的通用型模块化呼吸机，其中，所述第一推入扭出式连接器包括第一圆形通气插座和带有锁定弹簧的第一可旋转的控制环，其中，所述第二推入扭出式连接器包括第二圆形通气插座和带有锁定弹簧的第二可旋转的控制环；

其中所述面罩组件的所述第一端有用于与所述主机单元的所述第一推入扭出式连接器相连的第一配对通气螺柱，并且其中所述面罩组件的第二端有用于与该主机单元的第二推入扭出式连接器相连的第二配对通气螺栓；

其中所述第一和第二通气螺柱可以分别在所述第一推入扭出式连接器和所述第二推入扭出式连接器内自由旋转。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的通用型模块化呼吸机，其中，所述面罩组件有内部桥接件，所述面罩组件包括一个或多个进气阀，一个说话隔膜或一个呼气阀，其中，桥接件加固面罩的内腔。

4.根据权利要求1至3中任一项所述通用型模块化呼吸机，其中，所述第一壳体和所述第二壳体各自包括有柔性琴形壁的中间部分；

其中所述中间部分是连接器组件，所述连接器组件包括波纹管连接件和壳体夹，其中所述连接器组合件各自适于将所述壳体的所述近端部分连接到所述远端部分，使得当所述颈部抵靠所述中间部分时，所述波纹管连接件允许所述壳体呈弧形，使得所述壳夹允许所述壳体的近端部分和所述壳体远端部分之间实现模块化，使得所述壳体夹允许以不同的方式维修所述壳体近端部分与所述远端部分。

5.根据权利要求1至3中任一项所述通用型模块化呼吸机，其中，所述第一壳体和所述第二壳体各自包括有壳体夹的远端部分。

6.根据权利要求1至3中任一项所述通用型模块化呼吸机，其中，所述第一壳体和所述第二壳体各自包括位于所述壳体底部的卡入式模块，其中，可以将所述卡入式模块从所述第一壳体和所述第二壳体上拆下，其中，第一壳体和第二壳体可以清洗和维修，其中所述第一壳体和所述第二壳体均包括附加模块，所述附加模块在所述壳体的所述远端部分带或不带推入扭出式连接器。

7.根据权利要求1至3中任一项所述通用型模块化呼吸机，其中，所述第一壳体和所述第二壳体通过有第一端和第二端的颈部组件进一步连接，其中，颈部组件的第一端适于与所述第一壳体的第一远端接合，而颈部组件的第二端适于与第二壳体的第二远端接合，其中颈部组件提供用于第一壳体和第二壳体之间的流体连通和/或电连通的通道；

其中所述颈部组件和所述壳体之间的一个或多个连接是固定的；

其中所述颈部组件和所述壳体之间的一个或多个连接可通过卡口或螺纹连接器拆除。

8.根据权利要求1至7中任一项所述通用型模块化呼吸机，其中所述面罩组件有头带组件附接装置，用于将头带组件固定到所述面罩组件；

其中所述第一壳体、所述第二壳体和所述颈部组件有协作装置以与所述头带组件接合，以将所述呼吸机固定到所述头部。

9.根据权利要求4和8所述通用型模块化呼吸机，其中所述呼吸机适用于医疗PAPR，用于呼吸保护；其中所述第一壳体封装预过滤器、鼓风机和主过滤器；其中所述第二壳体封装有电源、呼气阀和过滤器的控制单元；

其中所述面罩与所述第一壳体和所述第二壳体流体连通；

其中所述鼓风机适于将过滤后的空气从所述第一壳体抽到所述面罩，其中呼出的空气从面罩排出到所述第二壳体，其中所述第一壳、所述面罩和所述第二壳共同形成风道以从中穿过。

10.根据权利要求9所述通用型模块化呼吸机，其中，所述第一壳体的所述连接器组件包括气流护罩，其中所述鼓风机被纳入所述气流护罩中；

其中，所述第一壳体的所述第一远端部分有一个进气口，并且其中所述第一壳体的第一近端部分有一个出气口；

其中所述第二壳体的第二近端部分有一个排气入口和一个排气出口；这样，呼气阀和过滤器被安置在排气入口和排气出口之间；

其中所述呼气阀膜有一个长枢轴，所述长枢轴允许所述膜在正压下沿着所述长边打开；

其中在所述第二壳体的所述近端部分和所述远端部分之间有一个压力传感端口，其中所述传感端口使用透气膜来阻止湿气和外来物质进入所述传感端口；

其中，通过移除第一壳体和第二壳体的远端部分，可以更换主过滤器和排气过滤器，并且包括面罩组件的整个气路，第一壳体和第二壳体的近端部分可以被清洗或消毒。

11.根据权利要求9和10中任一项所述通用型模块化呼吸机，其中，所述第一远端部分有预过滤器槽，所述预过滤器槽适于接收预过滤器框架，其中，预过滤器可安装到预过滤器框架；并且其中所述滤槽的横截面形状从第一远端的上表面到下表面呈弧形；

其中所述主过滤器和所述排气过滤器中的任何一个适于共同模制或粘合到过滤器框架，其中所述过滤器框架轮廓呈矩形；

其中所述排气过滤器可选择为可清洗的泡沫过滤器。

12.根据权利要求9至11中任一项所述通用型模块化呼吸机，其中，所述第一壳体的第一远端和所述第二壳体的第二远端各自有一个用于接收绝缘电缆的电缆出口，使得所述控制单元与所述鼓风机电连通；

其中所述绝缘电缆由一个弹性套管覆盖。

13.根据权利要求5和8中任一项所述通用型模块化呼吸机，其中，所述呼吸机适用于呼吸保护的医疗APR；其中所述面罩组件、所述第一壳体的第一近端部分和所述第二壳体的第二近端部分有与权利要求9-12所述的医疗PAPR相同的结构；其中所述第一壳体封装主过滤器；其中所述第二壳体封装呼气阀和过滤器；

其中所述面罩与所述第一壳体和所述第二壳体流体连通；

其中，所述第一壳体的所述第一远端部分有一个进气口，并且其中所述第一壳体的第一近端部分有一个出气口；

其中所述第二壳体的第二近端部分有一个排气入口和一个排气出口；这样，呼气阀和过滤器被安置在排气入口和排气出口之间；

其中所述呼气阀膜有一个长枢轴，所述长枢轴允许所述膜在正压下沿着所述长边打开；

其中所述第一壳体的远端部分有壳体夹、索夹、预过滤器和进气口；

其中所述第二壳体的所述远端部分有壳体夹、索夹和阻塞端；

其中，通过移除第一壳体和第二壳体的远端部分，可以更换主过滤器和排气过滤器，并且包括面罩组件的整个气路，第一壳体和第二壳体的近端部分可以被清洗或消毒；

其中权利要求13中的医疗APR与权利要求9中的医疗PAPR是可互换的。

14.根据权利要求7和8中任一项所述通用型模块化呼吸机，其中所述呼吸机适于用作工业PAPR，用于过滤工业中的颗粒或气体；

其中所述面罩组件的前部包括呼气阀；

其中所述第一壳体封装预过滤器和主过滤器；

其中所述第二壳体封装控制器、电池组和密封气路；

其中所述颈部组件封装鼓风机，其中所述鼓风机适于将过滤后的空气从所述第一壳体的第一远端经由所述第二壳体的第二远端抽到所述面罩组件；

其中所述颈部组件包括波纹管连接器，所述波纹管连接器可接合在第一波纹管部分和第二波纹管部分之间，其中所述第一波纹管部通过可释放卡口连接器与所述第一壳体的所述第一远端相连接，并且所述第二波纹部通过固定连接器与所述第二壳体的所述第二远端相连接；其中所述波纹管连接器适于在其中容纳鼓风机；

其中所述控制器与所述鼓风机电连通；其中所述控制器测量所述面罩中的压力，并且基于所述压力测量，所述控制器动态地调节所述鼓风机的吹气强度，使得所述面罩组件中的正空气压力得以维持。

15.根据权利要求14所述通用型模块化呼吸机，其中，所述第一壳体包括由系带连接的两个半壳体；

其中所述两个半壳体由一个过滤器门关闭，并由一个锁固定；

其中所述主过滤器包括在所述进气口处的打褶

纸质滤芯部分和在所述出气口处的集成气路；

其中所述主过滤器的所述集成气路在所述出口处有卡口连接，用于与所述颈部组件可释放地连接；

其中所述第一圆形推入式插座被一个塞子封住；

其中曲面打褶预过滤器与所述过滤器门装配在一起；

其中所述呼气阀膜呈椭圆形，有两个枢轴销；

其中所述隔膜在正压力下沿着所述短端打开。

16.根据权利要求14和15中任一项所述通用型模块化呼吸机，其中，所述第二壳体中的密封气路将过滤后的空气从远端输送到近端；

其中，在所述气路的远端进入一根电缆，以连接所述鼓风机和所述控制器，其中所述电缆入口由垫圈密封；

其中，所述颈部组件的所述中间部分有一个柔软的颈垫，其中，有固定装置以帮助与所述头带扣接合，其中，头带将所述颈部组合件拉靠在所述颈部的后部，以将所述呼吸机固定在所述头部周围。

17.根据权利要求7和8中任一项所述通用型模块化呼吸机，其中所述呼吸机适于用作测量呼吸机；

其中所述第一壳体封装电池和干燥器，而所述第二壳体封装控制单元和呼吸气道；

其中所述面罩封装呼吸采样器；

其中，柔性琴形颈部组件封装泵和

二氧化碳传感器；其中，所述泵适于经由所述干燥器将采样空气从所述呼吸采样器抽送到所述二氧化碳传感器；

其中所述控制单元与所述泵和所述

二氧化碳传感器电连通；其中，所述控制单元测量并记录所述与呼吸相关的生理数据，并且其中，所记录的数据从控制单元无线传送到远程终端单元；

其中所述干燥器在所述呼吸采样器和所述二氧化碳传感器之间流体连通；

其中所述测量呼吸机提供了一个使人呼吸正常化的工具。

18.根据权利要求6和8中任一项所述通用型模块化呼吸机，其中所述呼吸机适于用作训练呼吸机；

其中，所述第一壳体的第一远端有一个气流表盘，所述气流表盘适于调整空气进入所述第一壳体的开口大小，并用于控制吸入阻力；

其中所述气流表盘包括多级设置，以将所述开口设置成不同的预定尺寸；

其中所述第二壳体的第二远端有一个圆形排气膜，所述圆形排气膜用于将呼出的空气排出所述第二壳体；

其中所述圆形呼气阀膜有一个偏心枢轴销。

19.根据权利要求6和8中任一项所述通用型模块化呼吸机，其中所述呼吸机适于用作有呼吸测量的训练呼吸机；

其中所述第一壳体和所述第二壳体中的每一个都有一个卡入式模块；

其中所述第一壳体有一个流量元件，用于产生输入气流的信号；其中，所述第二壳体有一个流量元件，用于产生呼出气流的信号；

其中所述第一壳体和所述第二壳体的所述远端部分各有一个附加模块，所述附加模块可以带也可以不带推入扭出式连接器；

其中所述第一壳体的所述附加模块有一个气流表盘，所述气流表盘适于调整空气进入所述第一壳体的开口大小；

其中所述第二壳体的所述附加模块有一个圆形排气膜，所述圆形排气膜用于将呼出的空气排出所述第二壳体；

其中所述圆形呼气阀膜有一个偏心枢转销；其中，所述第一壳体和所述第二壳体上的所述卡入式模块每个都包括一个传感PCB和一块电池；

其中所述卡入式模块感测进入和呼出的空气信号，用于测量呼吸数据；

其中所述呼吸数据包括呼吸功率、呼吸功和其他呼吸数据；

其中呼吸功率和呼吸功数据被用来衡量使用者的呼吸努力与呼吸机施加的阻力；

其中，呼吸功率和呼吸功被用来衡量使用者在做某些运动时的呼吸效率；

其中所述传感PCB将所测量的呼吸数据传输到远程设备。

20.根据权利要求6、8和19中任一项所述通用型模块化呼吸机，其中所述呼吸机适于用作有呼吸测量和可编程呼吸阻力的训练呼吸机；

其中所述第一壳体的所述附加模块包括一个电子致动器，所述电子致动器用于基于所测量的与呼吸相关的生理参数来控制所述气流表盘或呼吸阻力；

其中所述附加模块与所述第一壳体固定连接，以允许所述第一壳体与所述附加模件之间实现电连接；

其中所述电子致动器可以是选自以下一组中的一个：一个电磁阀，和一个用于反着吸入方向吹气的鼓风机；

其中所述呼吸阻力是电控的，并且是可编程的。

21.根据权利要求1至8中任一项所述通用型模块化呼吸机：

其中所述面罩组件覆盖鼻子、或鼻子和嘴、或鼻子、嘴和眼睛；

其中所述面罩组件适合没有或有多个说话隔膜、没有或有多个进气阀、没有或有多个呼气阀；

其中，所述主机单元可适用于有或没有波纹管夹、波纹管连接件、壳体夹、卡扣式连接器、卡口或螺纹连接器、推入扭出式连接器的特定功能呼吸机；

其中所述主机单元包含以任何顺序执行任何呼吸功能的任何部件。