CN113423473A - 具有呼气过滤器的紧身呼吸器及用于紧身呼吸器的呼气过滤器 - Google Patents

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Abstract

一种电动空气净化呼吸器包括进气过滤器；气流发生器，所述气流发生器被配置成使来自周围环境的空气流过所述进气过滤器并将所述空气的压力升高到高于环境条件；面罩，所述面罩与所述气流发生器流体连通并且被配置成紧密地贴合在使用者的面部或颈部上，以用于在所述升高的压力下将所述空气输送给所述使用者；以及单向出口阀，所述单向出口阀被配置为允许所述使用者呼出的空气被排放到所述周围环境中。可以包括出口过滤器以过滤流过所述单向阀的空气，并且所述出口过滤器可以是改装的。当需要过滤入口和出口空气时，可优选所述出口过滤器。

Description

具有呼气过滤器的紧身呼吸器及用于紧身呼吸器的呼气过 滤器
优先申请
本申请要求2019年2月6日提交的美国母案62/802106的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。
背景技术
对于普通公众来说，在其日常生活中防止污染和疾病主要依赖于防尘口罩和外科口罩。然而，由于口罩周围的泄漏，这些口罩仅提供基本保护，即使当用于制造这种口罩的过滤材料通常被标记为适合于高效过滤时也是如此。由于由过滤介质施加的额外阻力，使用者必须比他们通常在没有口罩的情况下呼吸得更用力。因此，任何人都很难长时间舒适地使用这种口罩。此外，CO2和水分在口罩内积聚，这往往会使情况变得更糟。此外，过滤介质的效率越高，它将施加的流动阻力越高，从而使这些口罩在长期使用时甚至更不舒服。对于呼吸系统虚弱或受损的人，如老年人、儿童和病人，如哮喘和COPD患者，这种影响尤其明显。
防尘口罩和外科口罩已经被普通公众广泛使用，这主要是因为它们易于使用。如果任何人希望使用更有效、更舒适的设备，则电动空气净化呼吸器(PAPR)解决方案是可用的。紧身PAPR是其中口罩被设计成密封到使用者的面部或颈部的PAPR。紧身PAPR必须设置有释放呼出空气的装置。通常，这采用位于在口罩的前部或附近的至少一个单向阀(“呼气阀”)的形式。因此，当使用者呼气时，来自他们的肺的空气被排放到他们的面部附近的环境中。
Virr等人的美国专利申请公开号2012/0174922和Kao等人的美国专利申请公开号2014/0373846公开了PAPR解决方案，其全部内容通过引用并入本文。这些PAPR解决方案在高于环境条件的压力下向使用者的嘴和/或鼻子提供过滤的空气，并允许通过阀门将呼出的空气排放到大气中。
发明内容
美国专利申请公开号2012/0174922和美国专利申请公开号2014/0373846中描述的装置包括本领域的显著进步。然而，需要进一步的进步。例如，可能需要过滤从PAPR排出的空气以降低PAPR的使用者将污染环境的可能性。
在第一实施例中，一种电动空气净化呼吸器包括进气过滤器；气流发生器，所述气流发生器被配置成使来自周围环境的空气流过所述进气过滤器并将所述空气的压力升高到高于环境条件；面罩，所述面罩与所述气流发生器流体连通并且被配置成紧密地贴合在使用者的面部或颈部上，以用于在所述升高的压力下将所述空气输送给所述使用者；单向出口阀，所述单向出口阀被配置为允许所述使用者呼出的空气被排放到所述周围环境中；以及出口过滤器，所述出口过滤器被配置为过滤流过所述单向阀的空气。
第一实施例的其他方面可以包括：(a)所述出口过滤器可拆卸地附接到所述面罩；(b)所述出口过滤器包括保持构件，所述保持构件在佩戴所述呼吸器时位于所述面罩的一部分与所述使用者的面部之间；(c)所述保持构件是条带；(d)所述电动空气净化呼吸器包括流体连接所述气流发生器和所述面罩的流道，并且所述流道穿过所述出口过滤器的一部分；(e)所述流道是所述面罩的一部分；(f)所述出口过滤器包括过滤介质和保持所述过滤介质的框架；(g)所述框架包括保持构件，所述保持构件在佩戴所述呼吸器时位于所述面罩的一部分和所述使用者的面部之间；(h)所述框架是柔性的；和/或(i)所述框架包括软质塑料。
在第二实施例中，一种用于与包括具有空气出口的面罩的电动空气净化呼吸器一起使用的出口过滤器包括过滤介质；以及柔性框架，所述柔性框架支撑所述过滤介质，所述柔性框架包括第一构件和第二构件，所述第一构件在所述过滤介质的周边处附接到所述过滤介质，所述第二构件被配置为将所述出口过滤器附接到所述面罩。
第二实施例的其他方面可以包括：(a)所述柔性框架还包括支撑所述过滤介质的中心部分的第三构件；(b)所述第三构件延伸跨过所述过滤介质的高度或宽度，并且在所述第三构件的相对两端连接到所述第一构件；(c)所述第三构件附接到所述过滤介质以防止所述过滤介质压靠所述空气出口；(d)所述柔性框架包括多个所述第三构件；(e)所述第二构件限定了开口，所述开口的尺寸为允许所述面罩的一部分穿过所述开口以将所述出口过滤器保持在所述面罩上；(f)所述面罩的所述一部分是空气输送导管；和/或(g)所述柔性框架包括塑料。
在第三实施例中，一种改装电动空气净化呼吸器的方法包括：选择过滤器以覆盖所述电动空气净化呼吸器的空气出口；以及将所述过滤器附接到所述电动空气净化呼吸器的面罩。所述面罩可以包括具有流道的臂，并且过滤器可以系有条带，使得所述条带缠绕在所述臂周围以将所述过滤器附接到所述面罩。
当结合附图进行以下详细描述时，本技术的其他方面、特征和优点将变得显而易见，附图是本公开的一部分并且通过示例的方式示出了本技术的原理。
附图说明
图1示出了附接有出口过滤器的PAPR的面罩的透视图。
图2示出了附接有出口过滤器的PAPR的侧视图。
图3示出了没有附接出口过滤器的PAPR的透视图。
图4示出了附接有出口过滤器的PAPR的面罩的透视图。
图5示出了附接有两个出口过滤器的PAPR的面罩的透视图。
图6示出了附接有出口过滤器的PAPR的面罩的透视图。
图7示出了附接有两个出口过滤器的PAPR的面罩的透视图。
具体实施方式
根据国家职业安全与健康研究所(NIOSH)的说法，PAPR“不建议在手术室(OR)中使用，因为缺乏科学证据来支持这种类型的装置的安全使用以及对无菌区域的可能影响(佩戴者呼出的未过滤空气的污染)”。https://www.cdc.gov/niosh/nppt1/topics/respirators/disp_part/respsource3healthcare.html。
在紧身PAPR可能有用的一些应用中，需要确保可能存在于使用者呼出的空气中的细菌、病毒、DNA材料或其他外来颗粒(污染物)不会到达面罩外部的环境。例如，在急性护理中，至关重要的是，从医护人员的口腔、鼻子或肺雾化的任何感染剂不会污染无菌区域或使免疫受损的患者处于风险中，其中感染剂可能导致危及生命的并发症或感染。其他实例包括i)药物生产或开发操作，其中需要保持无菌环境以防止治疗剂(活性成分、培养基、细胞系(生物制剂)或无菌小瓶)的污染，和ii)研究实验室以防止技术人员/研究人员用破坏有价值的实验或细胞/动物系的外来病毒、细菌或DNA污染细胞培养物或转基因实验室动物(例如转基因动物)。PAPR的这些示例性用途通常可以被描述为在使用者期望在吸气之前过滤空气并且需要或期望佩戴者的呼出空气在返回到周围环境之前被过滤的环境中使用。
手术室内的标准做法是佩戴外科口罩。外科口罩表面上看起来像N95口罩(没有呼气阀)，但不是微粒呼吸器，并且仅提供抵抗包括大呼吸颗粒的飞沫的屏障保护。https://www.cdc.gov/niosh/nppt1/topics/respirators/disp_part/respsource3healthcare.html。一些N95口罩(没有呼气阀)也适合在手术室使用，并且CDC建议优先于外科口罩。此类口罩以85升/分钟的流速对0.3微米以上的颗粒提供大于95％的过滤。
外科口罩和N95口罩都会在口罩内快速积聚热量和水分。由于过滤器的流动阻力导致的呼吸功增加，使用者发现他们长时间佩戴很累。虽然它们在完美贴合时提供良好水平的整体保护，但是当贴合不当、调整不当或当使用者感到热、疲倦或忘记检查和调整其密封时，它们容易在口罩和使用者的面部之间泄漏。这些口罩内允许的CO2水平也比电动呼吸器中允许的CO2水平高得多(两倍)，这可能引起不适和疲劳。
一些外科医生在他们的头罩或手术衣内使用头盔式风扇来提供空气循环和冷却。这种类型的装置的示例是由Stryker销售的T5个人防护系统。T5使空气在头罩和罩衣内循环，从而降低外科医生的体温并可能减少头罩中CO2的积聚。它不过滤进入的空气，也不过滤呼出的空气。相反，它依赖于从远离无菌区域(相对)长的距离的头罩和罩衣排出的空气。研究表明，该系统在降低无菌部位处的气载粒子的浓度方面是有效的。
如果PAPR可以提供呼出空气的充分过滤，则紧身PAPR可以提供优于外科口罩和N95口罩的优点，诸如在这些环境中减少热量和/或CO2的积聚。此时，没有现成可用的国际或其他标准来管理PAPR的呼气过滤器的过滤效率。外科口罩不受NIOSH或其他人的监管，并且具有低且广泛变化的过滤效率水平。要求N95呼吸器在85升/分钟流速下对0.3微米和更大的颗粒具有大于95％的过滤。与N95呼吸器相同的保护水平可为PAPR上的呼气过滤器提供合理的性能目标。
包括具有PAPR的呼气滤波器仍应满足相关PAPR标准的所有要求。美国的相关标准是42CFR第84部分，其要求面罩中的压力在85升/分钟的呼气流速下不超过20mm H2O。为了满足该要求，呼气过滤器在装配到PAPR时必须具有足够低的流动阻力。使用当前的过滤介质，紧贴在呼气阀上的简易帽可能难以满足这种需要。
图1示出了可以安装在PAPR 500(参见图2)上以提供呼出空气的过滤的过滤器100。有利地，图1的配置可以改装到最初不包含呼气滤波器的预先存在的PAPR 500。在图1中，面罩510被示出为与PAPR 500的其余部分分离。呼气阀520(在图3中示出)被过滤器100覆盖并且在图1或图2中不可见。为了实现目标呼气阻力(例如，20mm H2O，呼气流量为85升/分钟)，过滤介质110的面积可能需要大于呼气阀520的面积，特别是如果过滤器100改装到预先存在的PAPR 500。所需的过滤介质110的确切面积将从一种PAPR设计到下一种PAPR设计并且随着所使用的介质的类型而变化。在一个实施例中，对于使用静电介质的小呼吸响应PAPR(即，响应于使用者吸入而产生或增加流量的PAPR)，面积为50-60cm2可能是合适的。当然，可以使用更大的面积并且可以减小流动阻力，但是太多的过滤介质可能具有不期望的效果，例如模糊使用者的视野。
PAPR 500的其他部件可包括入口过滤器(总体上在540处的内部部件)和气流发生器(总体上在550处的内部部件)。
过滤器100可以使用相对大面积(例如，与呼气阀520的尺寸相比)的过滤介质110形成，其中过滤器100是配合在PAPR 500的面罩510上的辅助面罩的形式。过滤器100可包括框架120，过滤介质110附接到框架120。框架120可以由诸如聚乙烯、聚丙烯或ABS的柔性材料制成。过滤介质110可以使用任何合适的方法附接到框架120，两个示例是热焊接和粘合剂。
框架120可包括在过滤介质110的边缘处或附近的外周边构件130。外周边构件130可以用于保持过滤介质110的边缘围绕过滤介质110的整个周边与面罩510的外表面接触(或靠近)。保持过滤介质与面罩510的外表面接触(或靠近)倾向于防止颗粒围绕过滤介质110的外边缘泄漏，这应该提高过滤效率。当然，过滤介质110也可以延伸超过外周边构件130，但是这可能不是过滤介质110的有效使用，因为从外周边构件130向外延伸的任何过滤介质110可能不提供显著的过滤益处。
框架120可以包括跨越在周边构件130的相对侧之间的构件。可以提供任何数量的构件。示出了三个这样的框架构件125A、125B和125C。在图1中，构件125A垂直延伸(例如，横跨过滤介质110的高度)，使得相对两端与周边构件130相交，并且在中心部分处与构件125B和125C相交，构件125B和125C两者都横向延伸(例如，横跨过滤介质110的宽度)，使得相对两端与周边构件130相交。交叉点可以包括圆角(如图所示)，通常包括圆角以消除尖角处可能出现的应力集中。这里，圆角还增加了交叉点的表面积，这具有提供更多表面积以将框架120附接到过滤介质110的附加益处。当朝向PAPR500的前面观察时，框架构件125A和125B基本上是直的，而框架构件125C是倒U形。其他形状可以用于框架构件125A、125B和125C中的任一个。
框架120被示出在过滤介质110的外表面上。框架120可以在过滤介质110的内部。然而，在过滤介质110的外表面上包括框架将倾向于将过滤介质110压靠在面罩510上。过滤介质110可能比框架120更可能适形于面罩510的表面，这应该增加任何颗粒流入过滤介质110并因此从空气中过滤出的可能性。
过滤器100优选地以允许在不更换面罩510的情况下移除和更换的方式保持在面罩510上，尽管从PAPR 500移除面罩510可以是用于更换过滤器100的过程的一部分。如图1所示，过滤器100包括以条带140的形式示出的构件，其将过滤器100保持在面罩510上。如图所示，当佩戴PAPR 500时，条带140绕过面罩510的臂530以位于面罩510的一部分和使用者的面部之间，但是在其他配置中，条带140可以绕过PAPR 500的任何合适的结构以将过滤器100保持在PAPR 500中。条带140可以是来自框架120的相对较薄的突起、单独的弹性或绳结构或两者的组合。条带140可以由过滤介质110制成，尽管这可能不如其他配置那样坚固。
过滤器100可以包括夹板150(示例性条带锁定机构)以保持条带140。夹板150优选地配置成使得条带140容易插入但阻止移除。在一种形式中，夹板150可以是单次使用的，类似于塑料扎带上的锁定机构。其他条带锁定机构可以包括粘扣带、按扣或纽扣。如果使用夹板150，则夹板150优选地定位成使得条带140中的每一个的自由端可以绕过臂530(或面罩510的其他合适的结构)并穿过夹板150中的相应一个以调节条带140。通过调节条带张力，可以控制和/或调节过滤器100的下边缘与面罩510的下表面之间的接触。例如，如果不需要调节，则可以省略夹板150。
框架120优选地结合了足够的刚度以保持过滤介质110远离呼气阀520(以减小流动阻力)，同时具有足够的柔性以在各种面罩尺寸上提供良好的配合(以及当面罩配合到具有不同形状的面部的使用者时发生的面罩形状的变化)。构件125A、125B和125C和/或外周边构件130可以被设计(例如，材料选择和/或几何形状)以提供刚度和柔性的期望平衡。框架120及其构件可以由任何合适的材料制成，例如塑料。合适的软质塑料可以包括聚乙烯、聚丙烯或ABS。框架120可以用已知的模制技术制造。过滤介质110可以通过任何合适的方法附接到框架120，所述方法至少包括热焊接和/或胶合。
用于过滤介质110的示例性材料是针刺无纺布，其使用静电机制来提供高水平的过滤。一种这样的介质是由特克塞尔技术材料公司制造的Tribo 400NGH。
图4示出了过滤器100的另一种配置，其中过滤介质110装配到框架1120，框架1120直接装配在呼气阀520(图4中不可见)周围并且密封到呼气阀520的本体或面罩510的周围表面。材料和构造细节类似于图1所示的配置，但是没有条带或夹板。如果与预先存在的面罩510(例如，改装件)一起使用，则框架1120可以通过扣件附接到呼气阀520，或者如果面罩510被设计成接受其他合适的连接，则框架1120可以通过其他合适的连接(例如，螺纹连接或卡扣连接)附接。可以通过框架1120为过滤介质110提供比呼气阀520的面积更大的面积来实现适当低的压降。框架1120可包括连接到呼气阀520的相对小的孔，并且包括为过滤介质110提供足够面积(例如，以实现期望的压降)的相对大的孔。
图5示出了另一种配置，其中可以通过为面罩510提供两个呼气阀(不可见)来实现较低的呼气阻力，每个呼气阀然后设置有其自己的过滤器100。过滤器100的构造可以与图4中所示的构造基本相同，但是可以是比图4的构造更小的尺寸(例如，直径)。这种配置可能是有利的，因为它从面罩的前部移动阀520和过滤器100，使得佩戴者的嘴部更可见，这有助于便于交流和减少威胁性的外观。然而，可能需要更换阀520位于中心的预先存在的面罩510。
使用替代介质也是可能的。图6和图7在过滤器100的相对位置上分别类似于图4和图5。这些配置的不同之处主要在于，过滤介质110是由超细玻璃纤维制成的褶皱介质。例如，兰德公司制造的4450-HS介质可能是合适的。使用合成介质(其中纤维由聚合物而不是玻璃制成)也是可能的。框架2120也根据褶皱介质的配置的需要而不同。
虽然已经结合若干实际实施例描述了本技术，但是应当理解，本技术不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖包括在本技术的精神和范围内的各种修改和等效布置。
在本说明书中，除非上下文另有明确说明，否则“包括”一词并非旨在具有“仅由......组成”一词的排他性含义，而是具有“至少包括”意义上的非排他性含义。这一点同样适用于如“包括”等的词的其他形式，并伴随相应的语法变化。

Claims (21)

1.一种电动空气净化呼吸器，其包括
进气过滤器；
气流发生器，其被配置成使来自周围环境的空气流过所述进气过滤器并将所述空气的压力升高到高于环境条件；
面罩，其与所述气流发生器流体连通并且被配置成紧密地贴合在使用者的面部或颈部上，以用于在所述升高的压力下将所述空气输送给所述使用者；
单向出口阀，其被配置为允许所述使用者呼出的空气被排放到所述周围环境中；以及
出口过滤器，其被配置为过滤流过所述单向阀的空气。
2.根据权利要求1所述的电动空气净化呼吸器，其中所述出口过滤器附接到所述面罩。
3.根据权利要求1所述的电动空气净化呼吸器，其中所述出口过滤器可拆卸地附接到所述面罩。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电动空气净化呼吸器，其中所述出口过滤器包括保持构件，所述保持构件在佩戴所述呼吸器时位于所述面罩的一部分与所述使用者的面部之间。
5.根据权利要求4所述的电动空气净化呼吸器，其中所述保持构件是条带。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的电动空气净化呼吸器，其还包括流体连接所述气流发生器和所述面罩的流道，其中所述流道穿过所述出口过滤器的一部分。
7.根据权利要求6所述的电动空气净化呼吸器，其中所述流道是所述面罩的一部分。
8.根据权利要求1所述的电动空气净化呼吸器，其中所述出口过滤器包括过滤介质和保持所述过滤介质的框架。
9.根据权利要求8所述的电动空气净化呼吸器，其中所述框架包括保持构件，所述保持构件在佩戴所述呼吸器时位于所述面罩的一部分与所述使用者的面部之间。
10.根据权利要求8所述的电动空气净化呼吸器，其中所述框架是柔性的。
11.根据权利要求8所述的电动空气净化呼吸器，其中所述框架包括软质塑料。
12.一种用于与电动空气净化呼吸器一起使用的出口过滤器，所述电动空气净化呼吸器包括具有空气出口的面罩，所述出口过滤器包括
过滤介质；以及
柔性框架，所述柔性框架支撑所述过滤介质，所述柔性框架包括第一构件和第二构件，所述第一构件在所述过滤介质的周边处附接到所述过滤介质，所述第二构件被配置为将所述出口过滤器附接到所述面罩。
13.根据权利要求12所述的出口过滤器，其中所述柔性框架还包括支撑所述过滤介质的中心部分的第三构件。
14.根据权利要求13所述的出口过滤器，其中所述第三构件延伸跨过所述过滤介质的高度或宽度，并且在所述第三构件的相对两端连接到所述第一构件。
15.根据权利要求13所述的出口过滤器，其中所述第三构件附接到所述过滤介质以防止所述过滤介质压靠所述空气出口。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的出口过滤器，其中所述柔性框架包括多个所述第三构件。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的出口过滤器，其中所述第二构件限定了开口，所述的开口尺寸为允许所述面罩的一部分穿过所述开口以将所述出口过滤器保持在所述面罩上。
18.权利要求17所述的出口过滤器，其中所述面罩的所述一部分是空气输送导管。
19.根据权利要求12-18中任一项所述的出口过滤器，其中所述柔性框架包括塑料。
20.一种改装电动空气净化呼吸器的方法，所述方法包括：
选择过滤器以覆盖所述电动空气净化呼吸器的空气出口；以及
将所述过滤器附接到所述电动空气净化呼吸器的面罩。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述面罩包括具有流道的臂，并且所述过滤器包括条带，所述方法还包括将所述条带缠绕在所述臂周围以将所述过滤器附接到所述面罩。
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