CN108367181B - 呼吸器 - Google Patents

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Abstract

包括通过基本上相对的射流引导的正压气流的面罩或罩，其产生已过滤空气层流气流以在其中产生湍流气穴，用于将已过滤呼吸空气供应到佩戴者面部并且排除未净化外部空气。还有一种包括经由动力推进器单元引导的正压气流的面罩或护罩，其配置成将在面罩内的正压加压过滤的可呼吸空气分布在基本上平行于面罩的内表面的基本上360°的平面或弧面中并排除外部未净化空气。除非需要，例如在致命的环境或故障下，否者面罩与佩戴者面部分开并且不会在佩戴者面部周围形成密封。

Description

呼吸器
相关申请
本申请从通过引用并入本申请的新西兰专利申请号709617和713259中获得优先权。
技术领域
本申请涉及呼吸器。更具体地说，本申请涉及包括通过基本上相对的射流引导的正压气流的面罩或护罩，所述正压气流产生已过滤空气层流气流以在其中产生湍流气穴，用于将已过滤呼吸空气供应到佩戴者面部并且排除外部未净化空气。本申请还涉及这样一种面罩或护罩，其包括经由动力推进器单元引导的正压气流，该动力推进器单元配置成将在面罩内的正压加压过滤的可呼吸空气分布在基本上平行于面罩的内表面的基本上360°的平面或弧面中并排除外部未净化空气。除非需要(例如在致命环境或故障下)，面罩与佩戴者面部分开并且不会在佩戴者面部周围形成密封。
背景技术
我们呼吸的空气中含有不同数量的颗粒，诸如灰尘、花粉、烟雾和有毒烟气。空气污染正在迅速成为工业界最大健康威胁之一。由于工厂和车辆空气污染，肺癌和心血管疾病正在增加，最近的研究表明，尽管吸烟率相似，但城市肺癌的发病率比农村高出两到三倍。某些工业或农业作业的工作人员暴露于有毒的粉尘、烟雾和烟气中，即使这些有毒的粉尘、烟雾和烟气在一段时间内吸入的量较少，也可能导致疾病或死亡。
许多人由于他们的工作、生活方式或场所的原因，必须将自己暴露于空气中具有过敏性或可能危害其健康的颗粒物或烟气中。颗粒的大小是呼吸道中颗粒在吸入时会停止移动的主要决定因素。较大的颗粒通常经由纤毛和粘液在鼻子和喉咙中过滤，但是小于约10微米的被称为PM10的颗粒物可以沉积在支气管和肺中，并引起健康问题。10微米的大小并不代表可吸入颗粒与非可吸入颗粒之间的严格界限，但已被大多数监管机构商定用于监测空气传播的颗粒物。由于它们的尺寸小，大约10微米或更小级别的颗粒(PM10)可以渗透肺部的最深部分，例如细支气管或肺泡。
类似地，所谓的细颗粒物PM，即小于2.5微米的颗粒PM2.5倾向于渗透到肺的气体交换区域(肺泡)，并且非常小的颗粒(<100纳米)可以穿过肺部以影响其他器官。
有些人对空气中某些花粉或粉尘过敏，并通过称为干草热的过敏反应表现出来。很多时候，如果不加控制，这种过敏反应会发展成严重的窦疾病或哮喘。此外，空气的纯度或质量可能会受到传染性气体污染物的影响。
面罩用于对抗空气污染和影响空气质量的污染物。传统的面罩通常由这样一块材料制成，其旨在过滤掉颗粒材料并密封或接触面部。一个例子是由棉质材料制成的面罩，面部和面罩周围有大量渗漏，这种过滤器或者只是棉质面罩内的一个小方形或整个面罩本身。不但如此，这些类型的面罩在滤除颗粒物方面并不是特别有效。此外，这些类型的面罩只能处理空气颗粒而不能处理有毒气体。另外，由于面罩与面部接触，这对佩戴者来说是不舒服的，并且一些皮肤类型对常规面罩材料过敏，并且长时间使用会产生皮肤刺激甚至皮肤损伤。即使皮肤不过敏的使用者也可能因面罩接触而产生皮肤刺激。
由于面部毛发在面罩和皮肤接触表面之间形成屏障，因此与具有面部毛发的使用者面部接触的面罩不能形成有效密封。事实上，一项关于面部毛发对负压呼吸器面部密封效果的研究表明，当在有胡须的情况下使用时，防尘面罩的保护降低至少330倍。这样的结果表明存在胡须会大大增加通过呼吸器面部密封件的泄漏，并且当使用者需要佩戴呼吸器时，不应允许该泄漏。此外，佩戴传统面罩会使听觉和视觉方面的沟通困难。
款式也是佩戴者的考虑因素，一些现有技术的面罩体积庞大，那些被认为眼睛不美观的人不太可能佩戴。
传统的呼吸过滤器面罩经常被暴露于空气中的颗粒物或有毒气体或烟气的人佩戴，以避免吸入这些有害物。为了获得有效的效率和对空气流的不受阻碍的阻力，传统的呼吸过滤器面罩使用起来很麻烦并且其设计使得它们在日常使用中不切实际。例如，佩戴这些面罩过滤器中的一种会因为需要必需的紧密配合头带和面罩密封件而非常不舒服。不但如此，所有人的面部形状都不同，这使得难以与现有技术的模型的正压密封。另外，这些面罩中的一种的佩戴者必须强制吸气以抵抗穿过过滤介质的空气的压降，并且当呼气时必须迫使空气通过排气阀排出。一段时间后，这可能使得正常人变得不舒服并且使得有呼吸问题的人感到疲惫。
除了鼻子和嘴巴之外，还覆盖眼睛的全脸覆盖过滤面罩通常容易使得透明面罩起雾并且佩戴起来更不舒服。如上所述，言语和视力受到极大损害，并且笨重的软管和滤筒(filter cartridge)显得很麻烦且难以佩戴。事实上，现有技术的面罩过滤呼吸器如此麻烦且不舒服，以至于许多人(包括过敏症患者)都会冒着涉及健康危险的风险而不佩戴这种类型的保护。
从以上可以看出，需要一种改进的流动或面罩，其克服了已知面罩的缺点，或者至少为公众提供了有用的选择。
该方法和产品的其他方面和优点将通过仅作为示例给出的随后的描述而变得明显。
发明内容
本申请涉及呼吸器。更具体地说，本申请涉及包括通过基本上相对的射流引导的正压气流的面罩或护罩，所述正压气流产生已过滤空气层流气流以在其中产生湍流气穴，用于将已过滤呼吸空气供应到佩戴者面部并且排除外部未净化空气。本申请还涉及这样一种面罩或护罩，其包括经由动力推进器单元引导的正压气流，该动力推进器单元配置成将在面罩内的正压加压过滤的可呼吸空气分布在基本上平行于面罩的内表面的基本上360°的平面或弧面中并排除外部未净化空气。除非需要(例如在致命的环境或故障下)，面罩与佩戴者面部分开并且不会在佩戴者面部周围形成密封。
在第一方面中，提供了一种呼吸器，其包括：面罩，其具有用于将面罩附接到佩戴者面部区域的附接装置；至少两个基本上相对的供气管线，其与所述面罩的每一侧流体连通以提供空气层流的正压流；以及空气过滤器，其用于过滤空气层流，其中所述至少两个相对的供气管线间隔开并且被引导以允许已过滤空气层流气流在所述面罩的空腔内的交叉区域处碰撞，从而在其中产生远离所述交叉区域而散开的空气湍流，用于将已过滤呼吸空气供应到佩戴者面部区域并且排除外部未净化空气；并且其中面罩不会在佩戴者面部区域周围形成密封。
在第二方面中，提供了一种呼吸器，其包括：面罩，其配置为覆盖使用者面部；和至少一个空气过滤器，其附接到面罩上并且被配置成过滤未净化空气以提供可呼吸空气；其中所述呼吸器还包括动力推进器单元，其被安装在面罩上并且被配置成将面罩内的可呼吸空气压缩并分布在基本平行于面罩内表面的弧中；并且其中所述面罩在该面罩的边缘和使用者面部之间形成间隙，其被配置成允许可呼吸空气的正压流以及呼出空气以离开面罩并排除外部未净化空气的进入。
在第三方面中，提供了一种呼吸器，其包括：空气输送系统，用于产生正压气流；面罩，其配置为覆盖使用者面部；以及间隙，由所述面罩形成在该面罩的边缘与使用者面部之间，并被配置为允许可呼吸空气的正压流以及呼出空气以离开面罩并排除外部未净化空气的进入，其中当所述面罩内的气压下降到预定水平时，该面罩的边缘与使用者面部之间的间隙将闭合以形成密封件。
上述的优点包括具有便携式空气输送系统或其中空气输送系统集成到面罩中以实现紧凑性的呼吸器。面罩是可拆卸的并且由非多孔材料制成，因此面罩易于清洁并且不会吸收气体或其他类型的污染物。此外，由于存在正气流和用于向外部空间或设计空间排出空气的设计间隙面积，因此不会形成冷凝。这样，面罩很卫生，一旦清洁就可以在不同的使用者之间共享。面罩的材料是动态柔性的或刚性固体，可互换并被模制成适应不同大小的面部或美学地改变护罩的外观。面罩的模制内表面允许从面罩空腔中心发出的定向气流散开出来，由此防止夹带外部空气的文丘里效应，并且提供对向外部空间或设计空间排气的控制。而且，面罩的模制内表面允许从推进器单元发出的定向气流在基本上平行于面罩的内表面的基本上360°的平面或弧面中而不是直接在使用者的嘴巴和鼻子处散开出来。这样，在嘴巴和鼻子前面提供一个净化气穴，同时还允许呼出的空气逸出。内部模制表面的优点是它控制排气的方向，使得没有高速空气吹入到佩戴者的眼睛中。臂部的中空部分提供了用于集成式供气管线到面罩的附接点，从而使呼吸器的部件最小化，因此降低制造成本并具有更流线型的美学外观。臂部是可折叠的，以便在呼吸器不使用时便于存放。对于臂部位于耳朵顶上的宽度和长度都存在调节机制。这样，面罩的配件很容易适应适合佩戴者面部的尺寸和形状。附接点利用可解开附接装置，诸如使用者的眼镜。附接装置为来自电源的电线提供导管，并且附接点提供电源与动力推进器单元之间的电连接功能。因此，附接点将面罩支撑并居中在使用者面部区域上，其中面罩不接触面部区域，也不围绕使用者面部区域形成密封。
不需要密封件的面罩或防护罩的优点是不会接触皮肤(无皮肤刺激，因此佩戴更舒适)，因此不需要监测面罩来确保正压密封以防止出现污染物，并且佩戴者不必强制性地吸入或呼出来抵抗与密封系统相关的压力降。此外，具有面部毛发的佩戴者可以从这种面罩获益，而不像需要正压密封的传统面罩那样。如上所述，面罩和间隙面积内的设计腔体有利地设计尺寸以优化供气量和排气速度，从而在嘴巴和鼻子前面形成一个净化气穴，同时还允许呼出的空气逸出。该设计还控制排气的方向，因此没有高速吹入眼睛的空气。呼吸器部件的最小设计降低了制造成本并提供了更流线型的美学外观。
另一个优点是电机和压力传感器非常靠近嘴巴和鼻子。当使用者大口吸气时，电机与非常小的空气柱的紧密靠近将使得系统能够非常快速地响应以保持正压力，并确保气流的方向不因呼吸而逆转。
附图说明
从仅作为示例并参考附图给出的以下描述，呼吸器设备的其他方面、操作和用途将变得显而易见，在附图中：
具有背面集成式空气输送系统的呼吸器
图1图示了具有由使用者佩戴的背面集成式空气输送系统的呼吸器的一个实施例的正面透视图；
图2图示了图1的那种呼吸器的正面示意图；
图3图示了图1和图2的那种呼吸器的侧视图；
图4图示了图1、2和3的呼吸器的背面示意图；
图5图示了呼吸器的面罩的空腔内的气流的正面示意图，其图示了层流至湍流；和
图6图示了呼吸器的面罩的空腔内的气流的侧面示意图。
具有双重集成式空气输送系统的呼吸器
图7图示了具有由使用者佩戴的双重集成式空气输送系统的呼吸器的一个优选实施例的渲染侧视图；
图8图示了图7的那种呼吸器的正面示意图；
图9图示了图7和8的那种呼吸器的另一侧视图；
图10图示了图7、8和9的呼吸器的背面示意图；
图11图示了具有双重空气输送系统的呼吸器的顶部示意图，其中空气管和臂部处于展开位置；
图12图示了图11的呼吸器的顶部示意图，但是空气管和臂部处于折叠位置。
具有独立空气输送系统的呼吸器
图13图示了具有由使用者佩戴的独立空气输送系统的呼吸器的另一实施例的背面透视图；
图14图示了图13的那种呼吸器的前视图；
图15图示了图13和14的呼吸器的侧面轮廓图；
图16图示了图13至15的那种呼吸器的后视图。
具有前部集成式空气输送系统的呼吸器
图17图示了具有附接有全框架安全眼镜的由使用者佩戴的前部安装式推进器的呼吸器的另一优选实施例的侧视图；
图18图示了图17的那种呼吸器的前视图；
图19图示了图17和18的那种呼吸器的前视图，其具有在面罩和面部之间所指示的气流的径向方向；
图20图示了图17至19的那种呼吸器的侧视图，其具有空腔内所指示的气流方向；
图21图示了具有附接到面罩的半框架眼镜的图17至20的那种呼吸器的前视图；
图22图示了具有附接到面罩的半框架眼镜的图21的那种呼吸器的侧视图；
图23图示了具有附接到面罩的防护眼镜的图17至20的那种呼吸器的侧透视示意图；和
图24图示了图17至23的呼吸器的面罩的空腔。
具有浮动密封件的呼吸器
图25图示了具有处于打开位置的浮动密封件的呼吸器的另一实施例的侧面示意图；和
图26图示了具有处于闭合位置的浮动密封件的图25的呼吸器的侧面示意图。
具体实施方式
如上所述，本申请涉及呼吸器。更具体地说，本申请涉及包括通过基本上相对的射流引导的正压气流的面罩或护罩，所述正压气流产生已过滤空气层流气流以在其中产生湍流气穴，用于将已过滤呼吸空气供应到佩戴者面部并且排除外部未净化空气。本申请还涉及这样一种面罩或护罩，其包括经由动力推进器单元引导的正压气流，该动力推进器单元配置成将在面罩内的正压加压过滤的可呼吸空气分布在基本上平行于面罩的内表面的基本上360°的平面或弧面中并排除外部未净化空气。除非需要(例如在致命的环境或故障下)，面罩与佩戴者面部分开并且不会在佩戴者面部周围形成密封。
为了本说明书的目的，术语“约”或“大约”及其语法变体是指数目、水平、程度、数值、个数、频率、百分比、尺寸、大小、数量、重量或长度相对于基准数目、水平、程度、数值、个数、频率、百分比、尺寸、大小、数量、重量或长度尽可能变化30、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1％那么多。
术语“基本上”或其语法变体是指至少约50％，例如75％、85％、95％或98％。
术语“包括”及其语法变体应具有包含性的含义，即其将被视为不仅包括它直接引用的列出的部件，而且包括其他非指定的部件或元素。
术语“呼吸器”或其语法变体是指动力空气净化呼吸器(PAPR)。PAPR的目的是获取受到一种或多种污染物污染的空气，去除足够数量的污染物，然后将空气供应给使用者。PAPR可以包括动力风扇，该动力风扇迫使进入的空气通过一个或多个过滤器输送给使用者供呼吸。风扇和过滤器可以由使用者携带，或者当风扇和过滤器远程安装时，可以通过管道将空气供应给使用者。
术语“面罩”或其语法变体是指用于保护佩戴者面部(或其一部分)免受外部污染物或颗粒的影响并且将净化的空气引导至嘴巴和鼻子前面的呼吸器同时还允许呼出的空气逸出的部件或装置。在整个说明书中，面罩或防护罩也可被称为空气对焦防护罩(AFS)。
术语“动力推进器单元”是指用于增加从过滤器进入面罩空腔的空气的压力和流量的转子和相关电机。
术语“空气层流的正压流”或其语法变体是指流体或空气在基本上平行的层中在层之间没有扰乱的情况下的正压力空气流。这与湍流相反，湍流是一种不规则的流动状态，其特征是导致横向混合的涡流或流体颗粒小包。
术语“正压流动”或其语法变体是指由动力推进器单元产生的进入面罩空腔并从面罩的边缘与使用者面部之间的间隙离开的空气层流。该空气层流为使用者提供持续供应的已过滤可呼吸空气，并且从间隙排除未净化外部空气在面罩中的横向混合。这与湍流相反，湍流是一种不规则的流体状态，其特征是导致横向空气混合的涡流或流体颗粒小包。
术语“间隙面积”或其语法变体是指当位于佩戴者面部区域时在皮肤表面和面罩之间的设计面积。这可以通过面罩边缘距皮肤表面的平均间隙距离乘以面罩边缘周长来计算。本领域技术人员应该理解，由于许多因素，例如面罩设计和使用者面部轮廓的变化，距皮肤表面的间隙距离可能变化。
术语“空腔”或其语法变体是指在空气层流被引导以相交的区域处的皮肤表面和面罩之间的设计内部空间。
在第一方面中，提供了一种呼吸器，其包括：面罩，具有用于将面罩附接到佩戴者面部区域的附接装置；至少两个基本上相对的供气管线，其与所述面罩的每一侧流体连通以提供空气层流的正压流；以及空气过滤器，用于过滤空气层流，其中所述至少两个相对的供气管线间隔开并且被引导以允许已过滤空气层流气流在所述面罩的空腔内的交叉区域处碰撞，从而在其中产生远离所述交叉区域散开的空气湍流，用于将已过滤呼吸空气供应到佩戴者面部区域并且排除外部未净化空气，并且其中所述面罩不会在佩戴者面部区域周围形成密封。
所述面罩可以是可拆卸的并且由非多孔材料制成。这样，所述面罩可以很容易清洁，并且不会吸收气体或其他类型的污染物。而且，所述面罩的材料根据需要而可以是动态柔性或刚性固体。这使得所述面罩可以很容易互换和模制，以适应不同尺寸的面部并且具有美学上改变防护罩外观的能力。例如，由透明材料制成的面罩可以允许佩戴者轻松地以视觉和声音表达来与其他人进行沟通。
面罩可以包括模制内表面，其允许在面罩的空腔内引导的气流散开到面罩的外周边缘，由此防止夹带外部空气的文丘里效应并且提供对向外部排气的控制。这样，在嘴巴和鼻子前面提供净化气穴，同时还允许呼出的空气逸出。
内部模制表面可以控制排气的方向，使得没有高速空气吹入佩戴者的眼睛中。
附接装置可以包括在耳朵上延伸以帮助将面罩保持在适当位置的臂部构件或镜腿。
臂部可以包括单独的或集成式耳塞，其覆盖臂部的搁置在耳朵顶部的部分。耳塞为佩戴者提供额外的舒适。
臂部或侧面构件可以是中空的以向面罩提供集成式供气管线。这样，呼吸器的部件可以被最小化，从而降低制造成本并且具有更美观的流线型外观。
臂部可以是可折叠的以便在呼吸器不使用时便于存放。
面罩可以包括用于调节臂部的搁置在耳朵顶上的宽度和长度的机构。这样，可以容易地调节面罩的配件以适应佩戴者面部的尺寸和形状。
另一附接装置可以包括鼻状件，其帮助将面罩保持在佩戴者面部区域上的所需位置。
上述两个臂部和一个鼻状件的附接装置提供了一个附接点，以将面罩支撑并保持在佩戴者面部区域上，其中面罩既不接触面部区域，也不在佩戴者面部区域周围形成密封。不需要密封件的面罩的优点是不会接触皮肤(无皮肤刺激，因此佩戴更舒适)，面罩不需要被监测以确保正压密封以防止污染物，并且佩戴者不必强制吸入或呼出来抵抗与密封系统相关的压力降。而且，上述附接点不需要接触头发或头顶，从而增加舒适度。
供气管线可以是附接到泵壳体的柔性软管，其配置成向上、向后、向头顶或向佩戴者的下巴之下延伸。本领域技术人员应该认识到，可以想象使用任何类型的柔性空气软管用于本发明。例如，这可能包括但不限于透明硅供气管线。
柔性空气管可以包括歧管、Y形接头或双重联接空气管线三通分流器，以允许将双重空气管线配置集成到每个臂部构件或佩戴者头部的任一侧。这样，可以在面罩的每一侧上提供空气层流的正压流。
在一个实施例中，第一喷嘴可以与附接到空气管线的远端的对应的第二喷嘴相隔一设计距离地间隔开，使得层流的正压流被引导至面罩的空腔内的交叉区域。这样，喷嘴的尺寸和位置被设计成使得它们不会将外部空气吹入空腔，但是可能发生的任何文丘里效应仅使空腔内的净化空气再循环。任选地，层流的正压流可以部分地通过调节喷嘴开口的面积来调节，以或多或少地限制气流，从而增大或减小面罩内的正压力。
可以设想，面罩的设计间隙区域内的动态压力或正压力可以在1-20Pa的范围内。本发明人发现最佳压力可以是5Pa，因为呼吸器允许在间隙空间中持续供应净化空气并不需要高正压力。然而，这不应被视为对本发明设想的实施例的限制。如果外部空气对佩戴者变得更危险和/或该外部空气变得更湍动或“多风”，则可以增加面罩的间隙空间内的已过滤空气的正压力，以防止外部空气的可能渗透。相反，压力可能会取决于环境条件而降低。
间隙面积可以在10-100cm2的范围内，其中间隙面积可以分别由供气流量和排气速度来计算。
来自泵的供气流量可以在1-9L/s或0.001-0.09m3/s的范围内。发明人已经发现最佳空气流量可以是2-3或高达7L/s或0.002-0.003高达0.007m3/s。举例来说，给予深呼吸的过度空气供应可被认为约为0.5L/s。本领域技术人员应该认识到，供气应当始终高于吸入峰值，即过度供应，使得气隙的流出方向不会逆转。
呼吸器还可以包括至少一个气压传感器，所述至少一个气压传感器附接到面罩并且被配置为监测面罩内部和外面的气压，以将电信号发送到推进器单元的电机以改变对推进器转子的功率量，从而控制推进器转子的速度以在面罩空腔内保持正气压。
如上所述，排气速度可能取决于间隙空间的面积。例如，与特定间隙空间相关的排气速度可以分别为0.5m/s：100cm2，1m/s：50cm2或2m/s：25cm2。
呼吸器可以包括空气输送系统或风扇供气单元，其包括电机、过滤器组件和推进器或风扇以形成气泵。这样，可以将正压气流输送到呼吸器。空气流量和正压力可以通过调节风扇速度来部分地调节。
空气输送系统可以附接到佩戴者的口袋上，该口袋安装在佩戴者头部背后或通过诸如夹子之类的紧固件紧固到皮带或一些其他方便的位置。在某些情况下，取决于电子技术的进步，空气输送系统可以被集成到面罩或呼吸器本身的其他部件中。空气输送系统可以包括两个或更多个空气输送系统，即安装在佩戴者头部两侧上的电机、风扇和过滤器组件。
风扇供气单元可以由电池供电。电池可以是可充电的或可更换的，并且具有足够的容量以允许呼吸器在期望的时间段内操作。电池可以安装在空气输送系统本身上，也可以佩戴身体上的其他地方以经由电缆或其他这样的装置发送电力。
空气输送系统可以包括过滤介质或过滤系统。过滤系统可以包括用于防止诸如雨水之类的元件的呼吸罩。
过滤介质可以包括三阶段过滤系统或机构，其中颗粒和气相去除可以通过对不同应用使用复合过滤器及其组合而实现。例如，过滤机制可以包括但不限于：吸附、吸收、尺寸排阻、拦截、惯性冲击、静电吸引和扩散(范德华力)。
从风扇供气单元排出的空气可以通过过滤介质，并且这样做时，空气中的任何颗粒物，即灰尘、花粉等，可以保留在过滤介质上或过滤介质中，至少直到所使用的过滤介质的颗粒尺寸限制。所使用的过滤介质通常可以是具有最大孔隙率的过滤介质，并且可以保持佩戴者可能希望避免的有害颗粒的最小尺寸的足够百分比。这样，过滤器对气流具有最小的阻力，因此可能需要最少的风扇和功率要求，从而整体上尺寸和重量最小，因此过滤介质可以是可互换的和/或可拆卸的。
过滤介质或机构的过滤效率可以至少满足本领域技术人员(如Ashrae 52.2(2012)、Eurovent EN 779(2012)、ASTM F2100-11和N95-98)对面罩的适用工业标准。如业界所知，N代表当污染物中不存在油时可使用的呼吸过滤器，并且95标识过滤器已经由国家职业安全与健康研究所(NIOSH)测试和认证以具有过滤器对颗粒气溶胶的效率等级为95％或更高。可以设想，当根据适用的N95-98工业标准进行测试时，过滤介质的过滤效率可以至少为N98，其具有98％至大于99％的过滤率。纳米纤维过滤器可用于复合过滤介质中。如上所述，使用纳米纤维过滤器技术可以为特定的过滤机构实现更高的效率。发明人已经发现，对于大多数穿透颗粒尺寸(MPPS)颗粒过滤和挥发性有机化合物(VOC)，使用纳米纤维具有高效率和低气流阻力的优点。不受理论束缚，具有小孔径和大纤维表面积的高孔隙率是指精细颗粒被诱捕，同时仍允许空气通过。这对风扇的功率要求较低，并延长了过滤寿命。
设想可以使用功能性纳米纤维，其可以包括但不限于抗微生物剂、抗细菌剂和抗病毒添加剂，例如纳米银或麦卢卡提取物。
除去气味和/或有害气体之前，复合过滤介质可以使用气相吸附过滤器或其他类型的气相过滤。
如同业界所知，气相吸附是使用吸附介质吸附空气流中的气体和气味的过程。在一个实施例中，活性碳或氧化铝等可用于吸收气味并去除或降低气体和气味的水平。如上所述，这可以与一些其他形式的空气过滤系统或空气过滤器(例如纳米纤维过滤器)结合使用，以防止碳或其他介质收集颗粒。
在需要去除或减少特定类型的气体的情况下可以使用气相吸附。已经发现，过滤器越厚，吸附介质可能与气体接触的时间越长。
碳和其他吸附介质的使用寿命可能有限，并且已经发现它们在它们失去最佳效率并被替换之前只能吸附其重量的33％至50％。
在第二方面中，提供了一种呼吸器，其包括：面罩，其配置为覆盖使用者面部；和至少一个空气过滤器，其附接到面罩上并且被配置成过滤未净化空气以提供可呼吸空气，其中所述呼吸器还包括动力推进器单元，其安装在面罩上并且被配置成将面罩内的可呼吸空气压缩并分布在基本平行于面罩内表面的弧中；并且其中所述面罩在面罩的边缘和使用者面部之间形成间隙，其被配置成允许可呼吸空气的正压流以及呼出空气以离开面罩并排除外部未净化空气的进入。
面罩可能不会在使用者面部周围形成密封。它可能附接到使用者的眼镜上并且可能不会接触使用者面部。这样，面罩可以不引起皮肤刺激(因而对佩戴者更舒适)，可以不需要监测面罩以确保正压密封以防止污染物，并且使用者可能不必强制吸入或呼出来抵抗与密封系统相关的压力降。此外，上述附接点可能不需要与头发或头顶接触，从而增加舒适度。
面罩可以是半面罩，其被配置成基本覆盖使用者的嘴巴和鼻子。在其他实施例中，面罩可以被集成到具有整体眼睛保护的全面罩中以供使用者使用。
面罩可以由诸如塑料、金属或碳纤维之类的非多孔材料制成。这样，面罩可以很容易清洁并且不会吸收气体或其他类型的污染物。而且，面罩的材料可以根据需要而是动态柔性或刚性固体。这使得面罩可以容易互换和模制以适应不同尺寸的面部并且具有美学上改变护罩外观的能力。例如，用透明材料制造的面罩可以改善使用者沟通时面部表情的可见性。
面罩可以包括模制内表面，其允许在面罩的空腔内引导的气流向散开到面罩的外周边缘，由此防止外部未净化空气从面罩的边缘和使用者面部之间的间隙中横向混合到面部内部。这样，在嘴巴和鼻子前面提供了一个净化气穴，同时还允许呼出的空气逸出。
面罩还包括至少一个可调节门，其被配置为提供从面罩的空腔到使用者的眼睛区域的受控排气。面罩的内部模制表面可控制排气的方向，使得没有高速空气直接吹入使用者的眼睛。净化空气的排放使得眼镜镜片的内表面不雾化，防止污染物接触使用者的眼睛并冷却眼睛。
眼镜可以通过将电线嵌入眼镜架中或通过用机械附件将电线支撑到眼镜架上来提供用于来自电源的电线的导管。
推进器单元可以相对于使用者的嘴巴基本上居中定位在面罩上。推进器单元可以包括电机和推进器转子，以形成气泵以产生正压气流进入面罩的空腔并通过面罩和使用者面部之间的间隙离开。这样，面罩空腔内的气压高于外部气压，并且能够持续流动净化空气，而不会通过间隙从外部大气停止或逆转回到面罩空腔中。为了不阻碍外部空气的吸入，推进器单元可以暴露在面罩的外侧上(不包括在壳体中)。吸入的气流由相关的净化空气过滤器净化。推进器转子将从净化空气过滤器发出的净化空气流压缩并分布在基本上平行于面罩内表面的360°平面或弧面中，以使使用者的嘴巴和鼻子周围的空气弯曲运动，以在使用者的嘴巴和鼻子前面产生一定体积的使用者可以安全地呼吸的已过滤空气。
风扇供电单元可以由电池供电。电池可以是可充电的或可更换的，并且具有足够的容量以允许呼吸器在期望的时间段内操作。在一个实施例中，电池可以是轻质锂离子电池。可选地，诸如至少一个LED灯泡之类的低电量指示器可以指示何时电池电量不足。电池可以通过诸如皮带夹或脖颈挂线之类的电池附接装置附接到使用者。电池可以经由电源线电连接到眼镜。在替代实施例中，推进器单元可以经由适配器从诸如车辆电池或主插座(12伏DC，240伏AC电源)之类的外部电源供电。呼吸器还可以包括至少一个气压传感器，其附接到面罩并被配置为监测面罩内部和外部的气压，以向推进器单元的电机发送电信号以改变对推进器转子的功率量，从而控制推进器转子的速度以在面罩腔内保持正气压。
可以设想，面罩的设计间隙内的动态压力或正压力可以在1-20Pa的范围内。发明人已经发现最佳压力可以是5Pa，因为呼吸器允许在间隙空间中持续供应净化空气并且不需要高正压力。然而，这不应被视为对本发明设想的实施例的限制。如果外部空气对使用者变得更危险和/或该外部空气变得更加湍动或“多风”，则可以增加面罩的间隙空间内的已过滤空气的正压力，以防止外部空气的可能渗透。相反，压力可能会取决于环境条件而降低。
间隙可以在15-100cm2的范围内，其中间隙可以分别根据供气流量和排气速度来计算。
来自泵的供气流量可以在1-20L/s或0.001-0.20m3/s的范围内。发明人已经发现最佳空气流量可以是2-3或高达7L/s或0.002-0.003高达0.007m3/s。举例来说，给予深呼吸的空气过度供应可被认为约为0.5L/s。
如上所述，排气速度可能取决于间隙空间的面积。例如，与特定间隙空间相关的排气速度可分别为0.5m/s：100cm2，1m/s：50cm2或2m/s：25cm2。
在一个实施例中，呼吸器可以包括用于防护诸如雨水之类的因素的外部防湿气过滤器，以及用于从由推进器单元分布的压缩空气中过滤杂质的内部净化空气过滤器。可通过各种过滤机制工作的不同类型的过滤器可以包括但不限于：吸附、吸收、尺寸排阻、拦截、惯性冲击、静电吸引和扩散(范德华力)。
从风扇供气单元排出的空气可以通过过滤介质，并且这样做时，空气中的任何颗粒物，即灰尘、花粉等，可以保留在过滤介质上或过滤介质中，至少直到所使用的过滤介质的颗粒尺寸限制。所使用的过滤介质通常可以是具有最大孔隙率的过滤介质，并且可以保持使用者可能希望避免的有害颗粒的最小尺寸的足够百分比。这样，过滤器对气流具有最小的阻力，因此可能需要最少的风扇和功率要求，从而整体上尺寸和重量最小，因此过滤介质可以是可互换的和/或可拆卸的。
净化空气过滤器的过滤效率可以至少满足本领域技术人员(如Ashrae 52.2(2012)、Eurovent EN 779(2012)、ASTM F2100-11和N95-98)对于面罩的适用工业标准。如业界所知，N代表当污染物中不存在油时可使用的呼吸过滤器，并且95标识过滤器已经由国家职业安全与健康研究所(NIOSH)测试和认证以具有过滤器对颗粒气溶胶的效率等级为95％或更高。可以设想，当根据适用的N95-98工业标准进行测试时，过滤介质的过滤效率可以至少为N98，其具有98％至大于99％的过滤率。
纳米纤维过滤器可以用在复合过滤介质中。如上所述，使用纳米纤维过滤器技术可以为特定的过滤机构实现更高的效率。发明人已经发现，对于大多数穿透颗粒尺寸(MPPS)颗粒过滤和挥发性有机化合物(VOC)，使用纳米纤维具有高效率和低气流阻力的优点。不受理论束缚，具有小孔径和大纤维表面积的高孔隙率是指精细颗粒被诱捕，同时仍允许空气通过。这对风扇的功率要求较低，并延长了过滤寿命。
设想可以使用功能性纳米纤维，其可以包括但不限于抗微生物剂、抗细菌剂和抗病毒添加剂，例如纳米银或麦卢卡提取物。
除去气味和/或有害气体之前，复合过滤介质可以使用气相吸附过滤器或其他类型的气相过滤。
如同业界所知，气相吸附是使用吸附介质吸附空气流中的气体和气味的过程。在一个实施例中，活性碳或氧化铝等可用于吸收气味并去除或降低气体和气味的水平。如上所述，这可以与一些其他形式的空气过滤系统或空气过滤器(例如纳米纤维过滤器)结合使用，以防止碳或其他介质收集颗粒。
在需要去除或减少特定类型的气体的情况下可以使用气相吸附。已经发现，过滤器越厚，吸附介质可能与气体接触的时间越长。
碳和其他吸附介质的使用寿命可能有限，并且已经发现它们在它们失去最佳效率并被替换之前只能吸附其重量的33％至50％。
面罩还可以包括用于使用者的眼镜的至少一个可解开附接装置。在一个实施例中，可解开附接装置可以是位于面罩上的至少一个磁体，并且如果需要的话，是在眼镜上的相应磁条、头盔等，其配置成提供对使用者的眼镜或头盔与面罩的搭扣配合。磁体还可以提供电池和动力推进器单元之间的电连接功能。
磁体可以在面罩的制造期间中被嵌入，也可以在生产之后被修改为让磁体机械固定。
在一个实施例中，所述至少一个可解开附件可以是两个可解开附件，其定位在面罩的靠近使用者眼睛的顶部边缘上并且被配置为附接到眼镜的每个镜片的下边缘。这样，眼镜稳定在面罩上。如果需要，眼镜可以在几秒钟内与呼吸器快速脱开并重新附接到呼吸器，而一旦安装了头部就无需重新附接呼吸器或调节其适合度。
另一可解开附接装置可以包括鼻状件，其帮助保持面罩居中在使用者面部区域上的所需位置上。
眼镜可以是安全眼镜、矫正镜片眼镜或半镜片镜架。
呼吸器也可以用其他可佩戴技术(例如空气污染物传感器、无线音频耳机、麦克风和/或光学抬头显示器等)进行升级。
在第三方面中，提供了一种呼吸器，其包括：空气输送系统，其用于产生正压气流；面罩，其配置为覆盖使用者面部；以及间隙，由面罩在面罩的边缘与使用者面部之间形成，并被配置为允许可呼吸空气的正压流以及呼出空气以离开面罩并排除外部未净化空气的进入，其中当面罩内的气压下降到预定水平时，面罩的边缘和使用者面部之间的间隙闭合以形成密封件。
以上描述了可用于有毒气体或其他这种致命环境的浮动密封配置。
面罩的边缘与使用者面部之间的间隙可在由机械和/或电子故障等(例如电池故障或风扇故障)激活时闭合并形成密封件。
密封件可以包括位于面罩或护罩的至少一个边缘上的柔性材料带，其可以通过正压空气或机械装置来保持远离面部。材料或机械装置的弹性可以在面罩内的气压下降到预定水平以下时将面罩拉向面部以形成密封件。
以上优点包括：
紧凑、自包含便携式呼吸器，其带有具有电池电源的便携式空气输送系统，用于为使用者提供可呼吸净化空气；
易脱开或可拆卸的面罩或护罩，其由非多孔材料制成，因此该面罩易于清洁，并且不会吸收气体或其他类型的污染物；
面罩，其由动态柔性或刚性固体材料制造，并且是可互换的且被模制成适应不同尺寸的面部或美观地改变护罩的外观；
面罩的模制内表面允许在面罩的空腔内引导的气流向外散开，由此防止夹带外部空气的文丘里效应并且提供对向外部空间或设计空间排气的控制。这样，在嘴巴和鼻子前面形成一个净化气穴，同时允许呼出的空气逸出。内部模制表面的优点是它控制排气的方向，使得没有高速空气吹入佩戴者的眼睛中；
集成式动力推进器单元，其安装在面罩上并被配置成将在面罩内的已过滤可呼吸空气以比外部空气更高的压力压缩并分布在基本上平行于面罩内表面的360°平面或弧面上，以在嘴巴和鼻子前面形成一个净化空气穴；
面罩的边缘与使用者面部之间的间隙允许呼出空气逸出并与动力推进器单元一起提供通过面罩的正压气流，防止未净化外部空气进入间隙的横向进入；
面罩的模制内表面，其与推进器单元一起允许在面罩的空腔内引导的气流散开，从而防止未净化空气横向流入面罩内部并提供对向外部眼睛区域排气的控制。内部模制表面的优点是它控制排气的方向，使得没有高速空气吹入使用者的眼睛；
具有中空截面的臂部或侧面构件提供集成式供气管线到面罩的附接点，从而最大限度地减少呼吸器的部件，进而降低制造成本并提供流线型的美学外观；
可折叠臂部，以便在呼吸器不使用时便于存放；
用于调节臂部的搁在耳朵顶上的宽度和长度的机构。这样，面罩的配件很容易适应佩戴者面部的尺寸和形状；
面罩既不会接触面部区域，也不会在使用者面部区域周围形成密封，这提供了改善的使用者舒适度的优点(无皮肤刺激，因此佩戴更舒适)，不需要监测面罩来确保正压密封以防止污染物(因此对于具有面部毛发的使用者也是有效的)，并且使用者不必强制吸入或呼出来抵抗与密封系统相关联的压降；
使用者的眼镜上的可解开附接点，其将面罩支撑并保持在使用者面部区域上，这提供了在需要时去除面罩方面的改善的易用性以及在使用者面部上重新定位而无需调整头带的优点；
面罩和间隙面积内的设计腔的尺寸优选被设计成优化供气流量、排气速度，以使得在嘴巴和鼻子前面形成一个净化气穴，同时还所呼出的空气逸出；
最小的设计，其降低制造成本并提供更流线型的美学外观；
电机和压力传感器，其非常靠近嘴巴和鼻子。这样做的一个优点是，当使用者深吸气时，电机和非常小的空气柱的紧密接近使得系统能够非常快速地响应以保持正压力，并确保气流方向不会因呼吸而逆转；和
安全特征，其包括用于致命环境或机械/电气故障的浮动密封。
以上描述的实施例也可以广义地说包括单独地或共同地在本申请的说明书中提及或指示的部件、元件和特征以及任何两个或更多个所述部件、元件或特征的任何或所有组合。此外，在本文提及涉及本领域中已知的等价物的具体实施例的情况下，这些已知的等同物被认为就如同单独叙述那一样合并于本申请中。
工作示例
现在通过参考具体示例来描述上述呼吸器设备、其操作和用途。
示例1-具有背面集成式空气输送系统的呼吸器
参考图1、2和3，分别示出了包括由模制非多孔材料制造的可拆卸面罩2的呼吸器设备1的透视图、前视图和侧视图。面罩2包括模制内表面，其允许在面罩2的空腔3(图5中最佳可见)内引导的气流向外散开，从而防止夹带外部空气的文丘里效应并且提供空气向外部的受控排出。臂部构件或耳钩4在耳朵上延伸以帮助将面罩2保持在适当位置，并且是可折叠的，以便在呼吸器1不使用时容易存放。而且，臂部构件4将集成式供气管线5附接到面罩2。鼻形件6将面罩2保持在佩戴者面部区域上的所需位置中。特别地，两个臂部构件4和鼻状件6确保了面罩2既不接触面部区域，也不围绕佩戴者面部区域形成密封。
如图所示，面罩2包括用于使空气偏离佩戴者眼睛的眼睛空气导流板7。
与面罩2流体连通的供气管线5是透明中空塑料材料并且被配置成允许在佩戴者的头部的任一侧上配置集成式双重供气管线5，使得在面罩2的每一侧上提供空气层流的正压流。在一个实施例中，将喷嘴(未示出)附接到供气管线5的远端，使得将层流的正压流引导到面罩2的空腔3内的交叉区域8(在图5中最佳可见)。间隙面积(未示出)在10-100cm2的范围内，并分别根据供气流量和排气速度来计算(进一步参见下面的计算)。
呼吸器1包括空气输送系统或风扇供气单元，其包括全部容纳在泵壳体内的电机和推进器或风扇16以形成气泵。空气输送系统整体附接到位于佩戴者后颈区周围的供气管线5。空气输送系统由容纳在空气输送系统内或位于空气输送系统附近的可充电电池9供电，并且具有足够的容量以允许呼吸器1工作六小时或更长时间的持续时间。
空气输送系统或风扇供气单元包括过滤介质或过滤系统，其包括过滤器壳体10、雨水导流板11、纳米过滤器12和活性炭气相吸附过滤器(未示出)，分别用于去除也全部包含在空气输送系统内的颗粒、气味和/或有害气体。
呼吸器1被配置为如下那样操作：
通过空气输送系统产生向呼吸器1的正压气流，并且部分地通过调节风扇16的速度来调节空气流量和正压力。来自空气输送系统的排出空气穿过复合过滤介质，并且这样做时，空气中的任何颗粒物，即灰尘、花粉等，被保留在过滤介质上或过滤介质中，至少直到所使用的过滤介质的颗粒尺寸限制。
调节风扇16，使得来自过滤介质的排出空气以5L/s或0.005m3/s流过供气管线5。排出的净化空气穿过佩戴者头部两侧的双重供气管线5，使得在面罩2的每一侧上提供空气层流的正压流。
参考图5，两股已过滤空气层流气流13在面罩2的空腔3内的交叉区域8处碰撞，以在其中产生空气湍流14或远离交叉区域8散开的扩散气穴。这会在嘴巴和鼻子周围产生过压清洁已过滤空气。过压空气随后流向和流出间隙面积(排气)以及护罩和面部之间的呼出空气。排出空气和呼出空气两者的组合可以防止污染空气进入。面罩2的内部模制表面控制排气的方向，使得没有高速空气吹入佩戴者的眼睛中。可以设想，面罩的设计间隙区域内的动态压力或正压力为5Pa，因为呼吸器1允许在腔体和间隙面积中持续供应净化空气，并且不需要高正压力。然而，如果外部空气变得对佩戴者更危险和/或该外部空气变得更加湍动或“多风”，则增加面罩的腔体和间隙面积内的已过滤空气的正压力以防止外部空气的可能渗入。相反，该压力取决于环境条件而下降。上述压力变化由安装在面罩2内的压力传感器15调节。
如上所述，排气速度取决于间隙面积。例如，对于给定的100cm2、50cm2或25cm2的间隙空间，排气速度分别为0.5m/s、1m/s或2m/s(参见计算下面)。
示例2-具有双重集成式空气输送系统的呼吸器
参考图7、8至10，分别示出了包括由模制非多孔材料制成的可拆卸面罩2的呼吸器设备1的渲染侧视图、前视图、侧视图和后视图。面罩2包括模制内表面，其允许在面罩2的空腔3(图5中最佳可见)内引导的气流向外散开，从而防止夹带外部空气的文丘里效应并且提供空气到外部的受控排出。臂部构件或耳钩4在耳朵上延伸以帮助将面罩2保持在适当位置并且可通过铰链17折叠以允许在呼吸器1不使用时容易存放(参见图11和12)。而且，臂部构件4将集成式供气管线5附接到面罩2。鼻形件(未示出)将面罩2保持在佩戴者面部区域上的所需位置。特别地，两个臂部构件4和鼻状件确保面罩2既不接触面部区域，也不围绕佩戴者面部区域形成密封。
如图所示，面罩2包括用于使空气偏离佩戴者眼睛的眼睛空气导流板7。
与面罩2流体连通的供气管线5是透明中空塑料材料并且被配置成允许在穿戴者头部的任一侧上配置集成式双重供气管线，使得将空气层流的正压流13提供在面罩2的每一侧上。在一个实施例中，将喷嘴(未示出)附接到供气管线5的远端，使得将层流的正压流13引导到面罩2的空腔3内的交叉区域8(在图5中最佳可见)。间隙面积(未示出)在10-100cm2的范围内，并分别根据供气流量和排气速度来计算(进一步参见下面的计算)。
呼吸器1包括双重空气输送系统或风扇供气单元，其每个均包括全部容纳在泵壳体内的电机和推进器或风扇16以形成气泵。双重空气输送系统整体附接到供气管线5上，供气管线5位于穿戴者头部的耳朵下方的每侧的周围。每个空气输送系统由位于空气输送系统周围的可充电电池9供电，并且具有足够的容量以允许呼吸器1工作六小时或更长时间的持续时间。
每个空气输送系统或风扇供气单元包括过滤介质或过滤系统，其包括过滤器壳体10、雨水导流板11、纳米过滤器12和活性炭气相吸附过滤器(未示出)，分别用于去除也全部包含在空气输送系统内的颗粒、气味和/或有害气体。
呼吸器1被配置为如以上针对示例1所描述那样操作，并且不需要再次描述。
示例3-具有独立空气输送系统的呼吸器
参考图13、14至16，分别示出了包括由模制非多孔材料制成的可拆卸面罩2的呼吸器设备1的透视图、前视图、侧视图以及后视图。面罩2包括模制内表面，其允许在面罩2的空腔3(图5中最佳可见)内引导的气流向外散开，从而防止夹带外部空气的文丘里效应并且提供空气到外部的受控排出。臂部构件或耳钩4在耳朵上延伸以帮助将面罩2保持在适当位置，并且是可折叠的，以便在呼吸器1不使用时容易存放。而且，臂部构件4附接到中空塑料侧构件19，其提供到面罩2的集成式供气管线5。鼻形件(未示出)将面罩2保持在佩戴者面部区域上的所需位置。特别地，两个臂部构件4和鼻状件确保面罩2既不接触面部区域，也不围绕佩戴者面部区域形成密封。
如图所示，面罩2包括用于使空气偏离佩戴者眼睛的眼睛空气导流板7。
与中空侧构件19流体连通的供气管线5是附接到空气输送系统或风扇供气单元的透明柔性硅软管，其配置成延伸到歧管18。歧管18允许双重空气管线配置成集成到佩戴者头部的任一侧上的每个侧构件19中，使得在面罩2的每一侧上提供空气层流的正压流13。在一个实施例中，将喷嘴(未示出)附接到每个侧构件19的远端，使得将层流的正压流13引导到在面罩2的空腔3内的交叉区域8(在图5中最佳可见)。间隙面积(未示出)在10-100cm2的范围内，并分别根据供气流量和排气速度来计算(进一步参见下面的计算)。
呼吸器1包括空气输送系统或风扇供气单元，其包括都容纳在泵壳体内的电机和风扇16以形成气泵。风扇供气单元或空气输送系统附接到佩戴者的口袋或通过诸如夹子(未示出)之类的紧固件紧固到皮带或一些其他方便的地方。空气输送系统由容纳在空气输送系统内的可充电电池9供电，并且具有足够的容量以允许呼吸器1工作六小时或更长时间的持续时间。
空气输送系统或风扇供气单元包括过滤介质或过滤系统，其包括过滤器壳体10、纳米过滤器12和活性炭气相吸附过滤器(未示出)，其分别用于去除也全部包含在空气输送系统内的颗粒、气味和/或有害气体。
呼吸器1被配置为如先前针对上述示例2和3所描述那样操作，并且不需要再次描述。
示例4-具有前部集成式空气输送系统的呼吸器
参考图17和18，其示出了使用者的呼吸器1，其包括由模制非多孔材料制成的可拆卸防护眼镜20和面罩2。面罩2包括模制内表面，该内表面允许在面罩2的腔体3(图24中最佳可见)内引导的气流散开到面罩2的外边缘，由此防止外部空气流入面罩2内部并且提供对空气向外部的受控排放。面罩还包括至少一个可调节门21，其被配置成允许使用者控制从面罩空腔3向眼镜20排出空气。
附接点22使得能够以全脸部眼睛(例如安全和/或验光眼镜)20的形式与眼镜20磁性扣合，以确保面罩2被定位在使用者的嘴巴和鼻子上，但既不接触面部区域也不围绕使用者面部区域形成密封。
呼吸器1的空气供应通过外部湿气过滤器23过滤以防止雨水等进入面罩2的空腔3中。N98过滤器形式的内部纳米过滤器12过滤来自湿气过滤器23的干燥空气，以通过去除气味和/或有害气体颗粒来提供净化的可呼吸空气。
呼吸器1包括安装在面罩2上的动力推进器单元16，该动力推进器单元16包括推进器电机和转子(未示出)以压缩流入的空气并将其分布成平行于面罩2的内表面的360°平面或弧面。
间隙24允许净化空气和呼出空气的正压流动，但是防止外部未净化空气通过间隙24进入空腔3而横向混合。间隙24的面积在15-100cm2的范围内，分别根据供气流量和排气速度来计算(进一步参见下面的计算)。
推进器单元16由装在呼吸器上的轻质锂离子电池9形式的电源供电。取决于使用者的需求，电池9可以是各种尺寸和容量。例如，电池9可具有足够的容量以允许呼吸器1工作达两小时，这对于短时间使用呼吸器1并且优选更紧凑电池9的情况可能是有用的。可选地，可以使用较大的电池25或外部电源28以使得能够连续操作持续六小时或更长时间。
电池25经由电源线26电连接到推进器单元16。推进器单元16的转子可通过由标签27在面罩上的区域中所指示的控制器来调节。
外部和内部气压传感器15配置成监测面罩2内部和外部的气压，并向推进器单元16发送电信号，由此控制推进器转子(未示出)的速度。
在使用中，参考图19和20，呼吸器1被配置为如下那样操作：
通过呼吸器1的推进器单元16压缩并分布来自纳滤器12的已过滤空气来产生正压气流。部分地通过调节推进器16的转子速度来调节空气流量和正压力。通过将来自推进器单元16的排出空气通过纳米过滤器12，空气中的任何颗粒物，即灰尘、花粉等，都保留在过滤介质上或过滤介质中，至少直到所使用的过滤介质的颗粒尺寸限制。
推进器单元16被调节成使排出空气以5L/s或0.005m3/s流动。
这会在嘴巴和鼻子周围产生过压清洁已过滤空气。然后，过压空气或排气以及护罩和面部之间的呼出空气流向和流出间隙24。排出空气和呼出空气两者的组合可以防止污染空气进入。面罩2的内表面控制排气的方向，使得没有高速空气吹入使用者的眼睛。可以设想，面罩的设计间隙内的动态压力或正压力为5Pa，因为呼吸器1允许在腔3和间隙24中连续供应净化空气。然而，如果外部空气对使用者变得更危险和/或该外部空气变得更湍动或“多风”，则增加面罩的腔体和间隙内的已过滤空气的正压力，以便防止可能的外部空气的渗透。相反，压力取决于环境条件而下降。
如上所述，排气速度取决于间隙24。例如，对于5L/s的空气流量来说，关于100cm2、50cm2或25cm2的给定间隙空间，排气速度为0.5m/s、1m/s或2m/s(请参阅下面的计算)。
参考图21和22，替代实施例中的使用者的眼镜20可以是半框眼镜20。
参考图23，磁性附接点22有助于使面罩2相对于眼镜20稳定和定位。
参考图24，推进器单元16被纳米纤维过滤器12罩在面罩2的空腔侧上。护嘴29防止过滤器12和推进器单元16与使用者的嘴巴接触。
示例5-带有浮动密封件的呼吸器
参考图25，其示出了这样的呼吸器1，其中包括柔性材料部分30和刚性材料部分31的面罩在正气压下在面罩2的边缘和使用者面部之间形成间隙。该配置被称为浮动密封件，其包括位于面罩或护罩2的至少一个边缘上的柔性材料条30。
如上所述，浮动密封件通过正气压而保持远离面部。材料30的弹性将面罩拉向面部以形成密封件，即当面罩内的气压下降到低于预定水平时，间隙如图26所示那样闭合。
在有毒气体或其他这样的致命环境中将浮动密封结构用于上述呼吸器1。而且，间隙当由机械和/或电子故障等激活时闭合或触发。
示例性计算
以下计算可用于确定排气速度、压力和通过面积(间隙空间)之间的关系。
ρ＝空气密度1.2kg/m；
P(动态压力)＝ρ×V2(速度)m/s；
Q(空气流量)＝V×A，其中Q的单位为m3/s，V的单位为m/s，而A的单位为m2。
空腔或气穴中的空气不断被更新，因此不需要高正压力。理想的是，空腔或气穴中有5Pa的压力(P)。使用0.5m/s的排气速度(V)和5L/s或0.005m3/s的供气流量(Q)来计算间隙空间(通过面积A)。因此，该通过面积计算如下：
0.005/0.5＝0.01m2或100cm2。
因此，如果排气速度加倍，则该通过面积减半，即对于1m/s排气速度，通过面积(间隙)＝50cm2。
在空腔或气穴中达到给定压力所需的排气速度计算如下：
V2＝P/ρ。
对于5Pa的最佳压力，V2＝5/1.2，因此V＝2m/s。
因此，可以导出，如果排气速度减半，则压力降低到原压力的四分之一，即对于1m/s的排气速度，压力＝1.2Pa。
用于100cm2间隙的排气速度为0.5m/s(P＝0.3Pa)-用于有效操作的最大间隙空间；
用于50cm2间隙的排气速度为1m/s(P＝1.2Pa)；和
用于25cm2间隙的排气速度为2m/s(P＝4.8Pa)-最佳条件。
虽然已经仅通过举例的方式描述了本发明的多个方面，但应该理解，可以对其进行修改和添加而不偏离本申请所要求保护的本发明的范围。

Claims (41)

1.一种呼吸器，包括：
面罩，具有用于将面罩附接到佩戴者的面部区域的附接装置；
至少两个基本上相对的供气管线，其与所述面罩的每一侧流体连通以提供空气层流的正压流；
空气过滤器，用于过滤所述空气层流，
其中所述呼吸器还包括动力推进器单元，其安装在所述面罩上并且被配置为将所述面罩内的可呼吸空气压缩并分布在与所述面罩的内表面基本平行的弧面中，
其中所述面罩在该面罩的边缘和使用者的面部之间形成间隙，该间隙配置为允许可呼吸空气的正压流与呼出空气一起离开所述面罩并排除外部未净化空气的进入，以及其中所述至少两个相对的供气管线间隔开并且被引导以允许已过滤空气层流的气流在所述面罩的空腔内的交叉区域处碰撞，在其中产生远离所述交叉区域而散开的空气湍流，用于将已过滤呼吸空气供应到佩戴者的面部区域并且排除外部未净化空气，并且其中所述面罩不在佩戴者的面部区域周围形成密封，并且所述面罩成形为当附接到面部区域时避免覆盖佩戴者的眼睛区域，其中，当面罩附接到面部区域时，面罩或附接装置都没有覆盖佩戴者头部的顶部部分或佩戴者的耳朵。
2.根据权利要求1所述的呼吸器，其中所述面罩是可拆卸的并且由非多孔材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的呼吸器，其中所述面罩包括模制内表面，其允许在所述面罩的空腔内引导的气流向外散开，由此防止夹带外部空气的文丘里效应并且提供对向外部排气的控制。
4.根据权利要求3所述的呼吸器，其中所述面罩的模制内表面控制排气的方向，使得没有高速空气吹入佩戴者的眼睛中。
5.根据权利要求1或2所述的呼吸器，其中臂部或侧部件是中空的以向所述面罩提供集成式供气管线。
6.根据权利要求5所述的呼吸器，其中所述臂部是可折叠的。
7.根据权利要求1或2所述的呼吸器，其中附接装置提供附接点以将所述面罩支撑并保持在佩戴者的面部区域上，其中所述面罩既不接触所述面部区域，也不围绕所述佩戴者的面部区域形成密封。
8.根据权利要求1或2所述的呼吸器，其中第一喷嘴与附接到空气管线的远端的对应第二喷嘴以一设计距离间隔开，使得将层流的正压流引导至所述面罩的空腔内的所述交叉区域。
9.根据权利要求1或2所述的呼吸器，其中所述面罩的设计间隙区域内的动态压力或正压力的范围为1-20Pa。
10.根据权利要求9所述的呼吸器，其中所述动态压力或正压力是5Pa。
11.根据权利要求9所述的呼吸器，其中所述设计间隙区域的范围是10-100cm2，并且其中所述设计间隙区域分别根据供气流量和排气速度来计算。
12.根据权利要求1或2所述的呼吸器，其中来自泵的供应空气流量的范围是1-9L/s。
13.根据权利要求1或2所述的呼吸器，其中所述呼吸器包括至少一个气压传感器，以在所述面罩的内部空腔内保持正气压。
14.根据权利要求1或2所述的呼吸器，其中所述呼吸器包括至少一个空气输送系统。
15.根据权利要求14所述的呼吸器，其中所述空气输送系统包括过滤介质。
16.根据权利要求14所述的呼吸器，其中所述空气输送系统包括过滤系统。
17.根据权利要求15所述的呼吸器，其中所述过滤介质包括三阶段过滤系统，其中通过使用复合过滤器及其组合来实现颗粒和气相去除。
18.根据权利要求15所述的呼吸器，其中所述过滤介质包括三阶段过滤机构，其中通过使用复合过滤器及其组合来实现颗粒和气相去除。
19.根据权利要求15所述的呼吸器，其中所述过滤介质包括纳米纤维过滤器。
20.一种呼吸器，包括：
面罩，其配置为覆盖使用者的面部并且避免覆盖面部的眼睛区域；以及
至少一个空气过滤器，其附接到所述面罩并配置成过滤未净化空气以提供可呼吸空气，
至少两个基本上相对的供气管线，其与所述面罩的每一侧流体连通以提供空气层流的正压流；
其中所述呼吸器还包括动力推进器单元，其安装在所述面罩上并且被配置为将所述面罩内的所述可呼吸空气压缩并分布在与所述面罩的内表面基本平行的弧面中；
所述面罩在该面罩的边缘和使用者的面部之间形成间隙，该间隙配置为允许可呼吸空气的正压流与呼出空气一起离开所述面罩并排除外部未净化空气的进入；
当面罩附接到面部区域时，面罩或附接装置都没有覆盖佩戴者的耳朵或佩戴者头部的顶部部分；并且
其中所述至少两个相对的供气管线间隔开并且被引导以允许已过滤空气层流的气流在所述面罩的空腔内的交叉区域处碰撞，在其中产生远离所述交叉区域而散开的空气湍流。
21.根据权利要求20所述的呼吸器，其中所述面罩包括模制内表面，所述模制内表面允许在所述面罩的空腔内引导的气流向所述面罩的外周边缘散开，由此防止外部未净化空气从所述面罩的外周边缘和使用者的面部之间的间隙进入所述面罩内部的横向混合。
22.根据权利要求21所述的呼吸器，其中所述面罩的所述模制内表面控制排气的方向，使得没有高速空气直接吹入使用者的眼睛。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的呼吸器，其中所述面罩包括至少一个可调节门，所述可调节门配置成提供从所述面罩的内部空腔到使用者的眼睛区域的受控排气。
24.根据权利要求20至22中任一项所述的呼吸器，其中所述动力推进器单元相对于使用者的嘴巴基本居中地定位在所述面罩上，以产生进入所述面罩的内部空腔并且通过面罩和使用者的面部之间的间隙离开的正压气流。
25.根据权利要求20至22中任一项所述的呼吸器，其中所述呼吸器包括至少一个气压传感器，所述气压传感器附接至所述面罩并配置为监测所述面罩内部和外部的气压。
26.根据权利要求20至22中任一项所述的呼吸器，其中所述面罩的设计间隙内的动态压力或正压力的范围为1-20Pa。
27.根据权利要求26所述的呼吸器，其中所述动态压力或正压力是5Pa。
28.根据权利要求26所述的呼吸器，其中所述设计间隙的范围为15-100cm2，并且其中所述设计间隙分别根据供气流量和排气速度来计算。
29.根据权利要求20至22中任一项所述的呼吸器，其中所述呼吸器包括外部防潮层。
30.根据权利要求20至22中任一项所述的呼吸器，其中来自所述动力推进器单元的排出空气穿过过滤介质。
31.根据权利要求20至22中任一项所述的呼吸器，其中来自所述动力推进器单元的排出空气穿过过滤系统。
32.根据权利要求30所述的呼吸器，其中所述过滤介质包括三阶段过滤系统，其中通过使用复合过滤器及其组合实现颗粒和气相去除。
33.根据权利要求30所述的呼吸器，其中所述过滤介质包括三阶段过滤机构，其中通过使用复合过滤器及其组合实现颗粒和气相去除。
34.根据权利要求32所述的呼吸器，其中所述过滤介质包括纳米纤维过滤器。
35.根据权利要求20至22中任一项所述的呼吸器，其中所述面罩包括用于使用者的眼镜或头戴式装置的至少一个可解开附接装置。
36.根据权利要求35所述的呼吸器，其中所述可解开附接装置是位于所述面罩上的至少一个磁体。
37.根据权利要求35所述的呼吸器，其中所述眼镜或头戴式装置上的对应磁条被配置成提供使用者的眼镜或头戴式装置与所述面罩的扣合。
38.根据权利要求36所述的呼吸器，其中所述磁体提供电池与所述动力推进器单元之间的电连接功能。
39.根据权利要求20至22中任一项所述的呼吸器，其中所述面罩在该面罩的边缘与使用者的面部之间形成间隙，该间隙配置为允许可呼吸空气的正压流与呼出空气一起离开所述面罩并且排除外部未净化空气的进入；并且
其中当所述面罩内的气压下降到预定水平时，所述面罩的边缘与使用者的面部之间的间隙闭合以形成密封。
40.根据权利要求39所述的呼吸器，其中机械激活或电气故障形成用于在所述面罩的边缘与使用者的面部之间的间隙闭合的密封。
41.根据权利要求39所述的呼吸器，其中密封包括在所述面罩的至少一个边缘上的至少一条柔性材料带。
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