具有非圆形的质心安装的呼气阀的呼吸器制造技术

本发明专利技术提供了具有面罩主体10和带具16的呼吸器10，其具有呼气阀23，所述呼气阀23包括阀座36和柔性阀瓣42。阀座36具有孔38并且具有围绕孔38的非圆形的密封表面40。柔性阀瓣42在孔的质心处固定到阀座36并具有可变刚度结构。在距非圆形的密封表面处的质心不同距离处，可变刚度结构允许阀瓣在给定负荷下同等偏转。具有该构造的呼气阀可有利地优化压降和用于阀空间可受限的应用的阀整体性能。

Breathing apparatus with an exhalation valve fitted with a non-circular center of mass

The present invention provides a respirator 16 having a mask body 10 and a belt with a 10, which has an exhalation valve (s), which includes a valve seat 36 and a flexible valve flap (s) 42 (1). (2) a respirator valve 23. The valve seat 36 has a hole 38 and has a non-circular sealing surface around the hole 38, 40. The flexible disc 42 is fixed to the valve seat 36 at the center of the hole and has a variable stiffness structure. At different distances from the center of mass of the non-circular sealing surface, the variable stiffness structure allows the valve flap to be equally deflected under a given load. The overall performance of the valve with the structure can be advantageously optimized for pressure drop and for valve space constrained applications.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种呼吸器，其中呼气阀具有非圆形的质心安装的柔性阀瓣。
技术介绍
在污染环境中工作的人常常佩戴呼吸器来保护自己免于吸入空气传播的污染物。呼吸器通常具有能够从空气中去除微粒和/或气态污染物的纤维过滤器或吸附剂过滤器。在污染环境中佩戴呼吸器时，佩戴者因知道他们的健康得到了保护而感到安慰，然而同时，因为呼出的湿热空气在他们脸部周围积聚，他们又会感到不适。面部越不适，佩戴者越有可能从脸上取下呼吸器来缓解不适。为了减少该问题发生的可能性，呼吸器的制造商经常将一种呼气阀安装在面罩主体上，以允许呼出的湿热空气快速从面罩内部清除。呼出空气的迅速去除使面罩内部更加凉爽，这继而有益于工作者的安全。许多年来，市售的呼吸面罩使用“按钮式”呼气阀从面罩内部清除呼出的空气。按钮式阀通常采用薄的圆形的柔性阀瓣作为动态机械元件，让呼出的空气从内部气体空间逸出。所述圆形的阀瓣在其中心处通过中心柱安装到阀座上。按钮式阀的示例在美国专利2,072,516、2,230,770、2,895,472和4,630,604中示出。当人呼气时，阀瓣的周边部分从阀座提升，使得空气可快速从内部气体空间进入外部气体空间。按钮式阀体现了在尝试改善佩戴者舒适度方面的进步，但是研究人员已做出其他改进，其中一个示例为在授予Braun的美国专利4,934,362中示出的“蝴蝶式”阀。Braun专利中所述的阀使用抛物线型阀座和以蝶形方式安装的细长柔性阀瓣。在Braun的研发工作以后，Japuntich等人在呼气阀
进行了另一项创新—参见美国专利5,325,892和5,509,436。Japuntich等人专利技术的阀使用以悬臂方式偏心安装的单个柔性阀瓣，以使得打开所述阀所需的呼气压力最小化。当使阀打开压力最小化时，操作所述阀所需的力量减小，这意味着佩戴者在呼吸时，可以不费力地将呼出的空气从面罩内部排出—也参见授予Japuntich等人的美国专利7,493,900。在Japuntich等人专利技术的阀之后推出的其他阀也使用了悬臂安装的阀瓣—参见美国专利5,687,767和6,047,698。在另一项研发中，阀座的密封表面由弹性材料制成，所述弹性材料允许使用更薄且更硬的阀瓣，这改善了阀效率—参见授予Martin等人的美国专利7,188,622。虽然呼气阀设计的演变主要以相对于阀座的结构变化和将阀瓣安装到阀座为焦点，但是研究人员也已对阀瓣本身做出了结构变化，以增强阀性能。在授予Martin等人的美国专利7,028,689和7,013,895中，将多个层引入阀瓣中，以创建更薄、更动态的阀瓣，从而允许阀在较低的压力下更易打开。在阀瓣构造中也已提供了肋条和预弯曲的、非均匀的构型，以提供良好的性能—参见授予Mittelstadt等人的美国专利7,302,951。在授予Martin等人的美国专利公布2009/0133700中，在阀瓣中的铰接处提供了狭槽，以改善阀性能。另外，在授予Insley等人的美国已公布的专利申请2012/0167890A中，在选定区域中烧蚀阀瓣以实现期望的阀性能。阀瓣也由光学膜制成，所述光学膜致使阀瓣闪光，使得使用者可容易检测到适当的阀操作—参见授予Martin等人的美国专利申请61/846456。呼吸器设计出多种形状和构型，并且所述设计经常受过滤器滤筒以及放置在面罩主体上的任一呼气阀的取向和放置的影响。悬臂阀例如常常在面罩主体上垂直取向，其中阀瓣的自由端指向下。如果以其他方式取向，则呼出的空气可能会使使用者的眼镜模糊。用于高性能呼气阀的阀设计因此可约束面罩主体设计。可提供特殊阀性能的新型阀如悬臂阀在不必垂直取向的情况下可有助于缓解阀设计上的约束。下面描述的本专利技术已被创建以提供这种阀。
技术实现思路
本专利技术提供一种呼气阀，所述呼气阀包括：(a)阀座，所述阀座具有孔并且具有围绕孔的非圆形的密封表面；以及(b)柔性阀瓣，所述柔性阀瓣在孔的质心处固定到阀座并且具有可变刚度结构。本专利技术也提供了一种呼吸器，所述呼吸器包括：(a)带具；以及(b)面罩主体，所述面罩主体包括呼气阀，所述呼气阀包括：(i)阀座，所述阀座具有孔并且具有围绕孔的非圆形的密封表面；以及(ii)柔性阀瓣，所述柔性阀瓣在孔的质心处固定到阀座并且具有可变刚度结构。本专利技术与已知的呼气阀不同之处在于本专利技术的阀具有可变刚度结构，其允许非圆形的中心安装的阀的阀瓣基本上在沿阀瓣周边的任何点处同等偏转。如此同等偏转的能力使阀能够从整个阀瓣周边自由且容易打开—即，在周边周围的任何点处，基本上相同的力将使阀瓣从阀座提升。可变刚度结构可被制成当使用者不呼气时使阀在任何取向下保持关闭，同时在呼气过程中提供打开阀所需的最小力。呼气压力的减少增加佩戴者舒适度，尤其当佩戴者正经历剧烈活动时。而且，如上所指出的那样，较低的呼气压力通过减少在使用过程中佩戴者将从他们的面部移去呼吸器的可能性来改善佩戴者安全性。因此本专利技术可以提高工作者的安全性，同时也允许阀和呼吸器被制成多种形状和构型。阀可以以多种取向安装在面罩主体上。因此本专利技术可以扩大用于呼气阀和呼吸器的设计窗口，其额外益处是提供呼吸器佩戴者所需的特殊性能。术语表下面陈述的术语具有如下所定义的含义：“对准元件”意指部件，其有助于确保与所述部件相关联的设备在使用过程中一直处于适当的取向中；“清洁空气”意指已滤除污染物的一定体积的大气环境空气；“质心”意指带有或不带有可变刚度结构的质心；“包含/包括”意指其如专利术语中的标准的定义，是通常与“涵盖”、“具有”或“含有”同义的开放式术语；虽然通常使用“包含”、“包括”、“具有”和“含有”及其变型等开放式术语，但也可以使用较封闭的术语来适当描述本专利技术，诸如“基本上由…组成”，其为半开放式术语，因为该术语仅仅排除那些将会对术语所属主题的性能具有有害影响的事物或元件；“同等偏转”意指当根据下面陈述的阀瓣偏转测试进行测试时，致使柔性阀瓣在带有较高负荷的位置处偏转所施加的力对致使阀瓣在带有较低负荷的位置处偏转所需的力的比率(“阀瓣偏转比”或FDR)小于2；“呼气阀”意指打开以允许呼出的空气离开呼吸器的内部气体空间的阀；“呼出的空气”意指呼吸器佩戴者呼出的空气；“外部气体空间”意指呼出的气体在穿过且离开面罩主体和/或呼气阀后所进入的环境大气气体空间；“过滤器”或“过滤层”意指一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种呼气阀，所述呼吸阀包括：(a)阀座，所述阀座具有孔并且具有围绕所述孔的非圆形的密封表面；以及(b)柔性阀瓣，所述柔性阀瓣在所述孔的质心处固定到所述阀座并且具有可变刚度结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.15 US 61/904,8591.一种呼气阀，所述呼吸阀包括：
(a)阀座，所述阀座具有孔并且具有围绕所述孔的非圆形的密封表
面；以及
(b)柔性阀瓣，所述柔性阀瓣在所述孔的质心处固定到所述阀座并
且具有可变刚度结构。
2.根据权利要求1所述的呼气阀，其中所述柔性阀瓣在所述柔性阀瓣
的质心处固定到所述阀座。
3.根据权利要求2所述的呼气阀，其中所述柔性阀瓣具有第一对准元
件。
4.根据权利要求3所述的呼气阀，其中所述阀座具有与所述第一对准
元件配合的第二对准元件。
5.根据权利要求4所述的呼气阀，其中所述第一对准元件和所述第二
对准元件消除所述柔性阀瓣在阀瓣平面中围绕所述孔的所述质心的
旋转。
6.根据权利要求5所述的呼气阀，其中所述第一对准元件包括与所述
第二对准元件中类似大小的防旋转元件配合的防旋转元件。
7.根据权利要求4所述的呼气阀，其中所述阀座具有一个或多个托
梁，所述一个或多个托梁从所述第二对准元件径向延伸到所述孔的
内边缘。
8.根据权利要求7所述的呼气阀，其中所述托梁将所述第二对准元件
在所述阀孔内支撑在所述阀孔的质心处。
9.根据权利要求7所述的呼气阀，其中当所述阀瓣处于其闭合位置中
时，所述阀瓣被朝所述阀座偏置。
10.根据权利要求1所述的呼气阀，其中所述可变刚度结构包括从所述
柔性阀瓣的所述质心径向延伸的多个肋条。
11.根据权利要求12所述的呼气阀，其中所述肋条中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·A·米特尔施泰特，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US