CN102793312A - 具有动力性呼吸的防尘口罩 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于粉尘作业场所的具有动力性呼吸的防尘口罩，其中，所述防尘口罩的滤材采用皱褶式过滤棉，该滤材的采皱褶角θ小于60°，皱褶式母线与重力方向平行，在口罩进气口处滤材下游和排气口分别设置有微型高速离心风机离心风机。本发明在满足人体呼吸所需空气流量的前提下，增加滤材的有效过滤面积，降低空气速率，减小滤材流阻，降低吸气阻力。采用微型电动送、排风系统，采用微型高速离心风机；能够充分满足人吸气时的压力要求，同时使人体呼气时压力的增加控制在合理范围内。新型口罩的呼吸压力差控制在30Pa以内，能够在满足安全性、改善舒适性的同时，使得整个系统的结构设计、控制得以简化，体积小，重量轻，携带方便。

Description

具有动力性呼吸的防尘口罩

技术领域

本发明涉及一种防尘口罩，尤其涉及一种用于粉尘作业场所的具有动力性呼吸的防尘口罩用品。

背景技术

呼吸防护用品特别是防尘口罩，对防止粉尘颗粒污染物进入人体、减少对涉尘人员健康的损害和预防疾病的传播具有非常重要的作用。目前，防尘口罩的种类很多，各有自身的特性和使用范围，选择时应根据口罩的功能、防护对象、所处粉尘污染环境的不同而综合考虑。

例如，自吸过滤式口罩，是指以佩带者自身的呼吸为动力、将空气中有害颗粒物通过口罩进行过滤净化、达到防护目的的呼吸防护用品。这种口罩只能在不缺氧的环境（空气中氧的含量不低于18%）和低浓度颗粒污染环境下使用，主要防御各种粉尘、烟固态微粒、雾、液态微粒等有害颗粒物。

理论分析和使用实践表明，自吸式防尘口罩存在安全性（粉尘过滤效率）与舒适性的矛盾，也就是过滤效率较高、防尘性能好的口罩，其气阻一般都较大，佩戴者使用时的舒适性较差；而过滤效率较低、防尘性能较差的口罩，其气阻一般都较小，佩戴使用时的舒适性相对较好。即使是过滤性能相同的口罩，其舒适性还与使用者的生理代谢水平相关。如使用者处于低劳动强度时，口罩的舒适性还容易保证。  一旦使用者处于高劳动强度时，由于生理代谢水平较高，呼吸量迅速增大，此时口罩的舒适性就难以保证。尤其在中国不少矿井地下的工作环境，由于温度和湿度都比较高，工作中一旦矿工的劳动强度稍有增加，其生理代谢水平就会迅速升高，非常需要呼吸大量新鲜空气才能满足其身体的代谢需要，口罩的舒适性也会迅速恶化。此时，佩带防尘口罩对使用者来说已经是一个很大的累赘，这时不少矿工往往将其弃而不用，人体呼吸系统直接暴露在高粉尘环境中。这也是矿工极易患矽肺病的重要原因之一。因此研发能够同时满足人体安全性和舒适性的新型防尘口罩，对于保护高粉尘环境中劳动者的身体健康，具有重要的现实意义。

以下，详细分析现有矿用防尘口罩的现状：

1、3M 8110S N95防尘口罩

这种简易口罩用于工业领域作业时产生的粉尘的防护。由于没有设置呼吸阀，使得过滤棉受呼出水蒸气的影响很大，难以较持久地保持干燥状态。在高粉尘环境下，呼吸阻力增加很快，舒适性较差。一次性使用，成本较高。

2、3M 8822 P2防尘口罩

它是在简易防护口罩的基础上，增加了排气阀，以降低呼气时的气阻，所以呼气时的舒适性有所改善，使用成本也较简易口罩高。

3、3M 3000系列单芯防毒口罩

这种口罩同时设置了吸气阀片和呼气阀片，使得过滤棉不受呼出的水蒸气的影响，能够较持久地保持干燥状态，能够显著改善过滤棉的过滤效率。主体材料采用了塑料与橡胶构件，将过滤棉、滤棉承接座和面罩各自独立设计，降低了使用成本，过滤棉的更换十分简便。但吸气和呼气阻力很大，经测试，在正常使用条件下，该口罩的呼吸压力差大于100pa，舒适性较差。

4、3M 6100半面型防护面具

主体材料采用塑料与橡胶构件，将过滤棉、滤棉承接座和面罩各自独立设计，过滤棉的更换十分简便。该面罩设置了呼气阀片，降低了呼气流阻。采用了两个过滤盒的对称设计，增大了过滤面积，降低了吸气流阻，舒适性要高于3M 3000系列单芯防毒口罩。

5、正压式电动送风型防尘口罩

由日本兴研株式会社研制。通过电动送风泵，将过滤后的清新空气直接送到口罩中，风量保持稳定，能够有效减轻使用者本身的呼吸用力，呼吸轻松，佩戴舒适，安全可靠。采用容量为1800mAh、7.2V可充电锂离子电池供电，连续工作时间2.5～9小时。本体尺寸为200×200×110mm，本体重量为684g。该公司还开发了另一种正压式电动送风型防尘口罩；它采用了呼吸追随方式，口罩内藏小型风泵和灵敏性极高的探测器，能够根据使用者的呼吸控制瞬间空气流量（吸气时风量增大，呼气时风量降低），达到最符合人体呼吸的节奏，实现最自然的呼吸。面体采用硅橡胶，对肌肤温和无刺激，配戴舒适。在平均呼吸流量为20L/min的情况下，额定工作时间约10小时以上。本体和电池的总重量约为368g。

现有矿用防尘口罩存在以下的缺陷和不足：

前四种类型的口罩均为自吸式，即克服空气流过口罩的阻力都要依靠人体肺部运动。当人体劳动强度增加、呼吸量增加时，空气流过口罩的阻力会随之增加，人体肺部的负担也随之大幅增加。一般来讲，克服空气流过多孔介质阻力所需的机械功与流量的平方成正比，所以这些口罩的舒适性范围是很窄的。当使用者的劳动强度较大、呼吸量增大时，其舒适性会变得很差，甚至无法满足基本要求。

第五种口罩通过增设动力系统来减轻人体肺部的负担，应该是今后防尘口罩的发展方向。从目前这家日本公司公布的数据看，它存在的主要问题是没有合理设定口罩内的工作压力。由于人体吸气时，口罩内的压力会降低，呼气时口罩内的压力会升高，这都会增加人体的肺部负担。如果采用正压工作模式，则能够显著减低人体吸气的负担，增加吸气时的舒适性，但会增加人呼气时的肺部负担，从而减低人体呼气时的舒适性。如果采用负压工作模式，则正好相反，能够显著减低人体呼气的负担，增加呼气时的舒适性，但会增加人吸气时的肺部负担，减低人体吸气时的舒适性。

可见，只有口罩内的工作压力随着人体呼气而周期性该变，吸气时增加压力，呼气时减小压力，才能够在满足口罩安全性（防尘）条件下，达到最好的舒适性。而这一点正是该第五种口罩所不具备的。而且，这种口罩的明显缺点是成本很高，因为引入了高灵敏度微型压力传感器及压力控制机构。另一个缺点是系统重量过大，采用外挎式风机和电源系统对于使用者、尤其是重体力劳动者来讲非常不方便。

发明内容

本发明通过对已有各种防尘口罩的防尘性能、舒适性、成本等深入研究和分析的基础上，提出一种新型防尘口罩的结构设计。

本发明为一种用于粉尘作业场所的具有动力性呼吸的防尘口罩，其特征在于，所述防尘口罩的滤材采用皱褶式过滤棉，该滤材的皱褶角θ小于60°，皱褶式母线与重力方向平行，在所述口罩排出口和进气口的滤材下游分别各设置有微型高速离心风机。

本发明优选为，所述微型高速离心风机具有包括进气风机和排气风机的微型电动送风排风系统。

本发明优选为，所述风机以高效锂电池为电源。

本发明优选为，将所述微型离心风机的电源和矿灯电源设计成集成结构。

本发明优选为，将所述口罩内腔的工作压力设定为微正压模式，所述口罩的呼吸压力差控制在30pa以内。

本发明的优越效果如下：

1、在满足人体呼吸所需空气流量的前提下，采用皱褶式过滤棉结构，能够大幅增加滤材的有效过滤面积，降低空气速率，减小滤材流阻，降低吸气阻力。

2、根据流体力学原理，对整个过流通道结构进行优化分析和设计。取消进气口和出气口单向膜片阀，在满足结构件强度和刚度的条件下，减小结构件对空气通道的遮挡面积，各个通道间连接采用光滑过渡，减小各个环节的局部阻力，从而减低系统结构引起的附加流阻。

3、采用微型电动送、排风系统，采用微型高速离心风机。根据人体呼吸时口罩内压力变化规律及人体肺部负担的变化和舒适性要求，在口罩进气口处滤材下游和排出口处各设置离心风机一只，将口罩内腔的工作压力设定为微正压模式。能够充分满足人吸气时的压力要求，同时使人体呼气时压力的增加控制在合理范围内。新型口罩的呼吸压力差控制在30pa以内，能够在满足安全性、改善舒适性的同时，使得整个系统的结构设计、控制得以简化。

4、将微型离心风机的电源和矿灯电源设计成集成结构，并采用高效锂电池作为风机电源；由此，所述新型防尘口罩体积小，重量轻，携带方便。

附图说明

图1是本发明一实施例所述作为所述新型防尘口罩滤材的皱褶式过滤棉结构形态的示意图。

图2是本发明一实施例所述的新型防尘口罩的结构示意图。

图中：10-滤材，20-进气风机，30-口罩排出风机，A-口罩进气方向，B-口罩排气方向，C-口腔呼吸方向。

具体实施方式

以下，结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示，本发明一实施例所述口罩的滤材10采用皱褶式过滤棉结构，该过滤棉的皱褶角θ小于60°，皱褶式母线与重力方向平行。

在满足系统人体呼吸所需空气流量的前提下，增加附滤材10的有效过滤面积，采用皱褶式过滤棉结构，大幅增加有效过滤面积，降低空气速率，减小滤材10的流阻，降低吸气阻力。

本发明根据流体力学原理，对整个过流通道结构进行优化分析和设计。取消进气口和出气口单向膜片阀，在满足结构件强度和刚度的条件下，减小结构件对空气通道的遮挡面积，各个通道间连接采用光滑过渡，减小各个环节的局部阻力，从而减低系统结构引起的附加流阻。

如图2所示，图中箭头A表示口罩进气方向，箭头B表示口罩排气方向，箭头C表示口腔呼吸方向。根据人体呼吸时口罩内压力变化规律及人体肺部负担的变化和舒适性要求，在口罩排气口和进气口的滤材10下游分别设置排气风机30和进气风机20。口罩进气风机20和口罩排气风机30组成微型高速离心风机的微型电动送排风系统。

将口罩内腔的工作压力设定为微正压模式、即，将新型口罩的呼吸压力差控制在30pa以内，能够在满足安全性、改善舒适性的同时，使得整个系统的结构设计、控制得以简化。由此，能够充分满足人吸气时的压力要求，同时使人体呼气时压力的增加控制在合理范围内。另外，将所述微型离心风机的电源和矿灯电源做集成结构设计。采用高效锂电池作为风机电源。体积小，重量轻，携带方便。

本发明不仅限于上述实施例，对于本领域技术人员来说，对本发明的上述实施例所做出的任何显而易见的改进或变更都不会超出仅以举例的方式示出的本发明的实施例和所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于粉尘作业场所的具有动力性呼吸的防尘口罩，其特征在于，所述防尘口罩的滤材采用皱褶式过滤棉，该滤材的皱褶角θ小于60°，皱褶式母线与重力方向平行，在所述口罩排气口和进气口的滤材下游分别各设置有微型高速离心风机。

2.根据权利要求1所述的具有动力性呼吸的防尘口罩，其特征在于，所述微型高速离心风机具有包括进气风机和排气风机的微型电动送风排风系统。

3.根据权利要求2所述的具有动力性呼吸的防尘口罩，其特征在于，所述风机的电源为锂电池。

4.根据权利要求3所述的具有动力性呼吸的防尘口罩，将所述微型离心风机的电源和矿灯电源设计成集成结构。

5.根据权利要求1或2所述的具有动力性呼吸的防尘口罩，其特征在于，将所述口罩内腔的工作压力设定为微正压模式，将所述口罩的呼吸压力差控制在30pa以内。

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