CN117042848A - 面部防护系统 - Google Patents

Abstract

被配置为佩戴在人的头部、面部前方的面部防护系统具有带有外围边缘的屏障，该屏障与用作屏障和人的面部之间的密封的基部协作以在面部孔口周围形成封闭空间，空气可以仅通过颌下过滤开口和在屏障和/或基部中限定的一个或多个附加过滤开口流入该封闭空间中。基部包括共形的区段，该区段跨越佩戴者的前额，沿着佩戴者面部每一侧上的颧骨、脸颊和下巴向下，然后至佩戴者的下巴或下巴下方，形成连续的密封。颌下过滤开口可以包括集成的过滤器和风扇单元，用于将空气吹进封闭空间中，朝向佩戴面部防护系统的人的鼻孔引导。

Description

面部防护系统

本申请要求2020年9月21日提交的美国临时申请63/081,097号和2021年4月30日提交的美国临时申请63/182,411号的权益，出于所有目的，上述申请中的每一项均通过引用整体并入本文。

技术领域

该申请涉及佩戴在人面部上的面部防护装置。

背景技术

嘴和鼻子上的面罩(mask)用于减缓SARS-CoV-2病毒等病毒通过口腔和鼻粘膜的传播，这种病毒导致称为COVID-19的严重的急性呼吸窘迫综合征。更普遍地，面罩用于减少空气传播的病原体(例如细菌和真菌)或其它能够引起刺激、伤害或疾病的微粒的吸入和进一步传播。

有很多面罩可获得，但只有少数面罩起到对病毒有效屏障的作用，同时又能提供足够的气流进行呼吸。符合“N95”或同等标准的面罩一般被认为是阻挡传染性病毒颗粒移动的有效屏障。过滤介质能够过滤95％的直径为0.3微米(micrometers或microns)的颗粒。它由形成致密但足够多孔的界面的非织造纤维制成，空气可以流动通过该界面，同时通过捕获来阻碍直径为0.3微米或更大的病毒颗粒从一侧穿过到另一侧，或在大多数颗粒可以离开介质的另一侧之前，以其它方式阻止大多数颗粒的移动。

用于控制病毒传播的大多数实例的面罩是一次性的，并且只不过是被剪裁成延伸到嘴和鼻子上的鼻子样形状，其然后用条带或环围绕耳朵将其拉紧在面部上的过滤介质。使用这种面罩有几个问题。戴面罩使呼吸更加困难，尤其是过滤细小颗粒非常高效或有效的面罩，如符合N95和同等标准的面罩。面罩还消音，使戴面罩的人更难被听到或理解。无法看到佩戴者的嘴和嘴周围的面部表情使这个问题更加复杂，特别是对于聋人和重听群体。此外，需要额外的面罩来保护眼睛的粘膜。此外，当面罩被拉紧在面部上以形成必要的密封并且延长时间佩戴时，可能刺激或伤害鼻子和脸颊的皮肤。

发明内容

本发明涉及设备，该设备被配置为佩戴在人的头部上，在面部前方，该设备具有与面部协作以在面部前方形成封闭空间的屏障，空气被吸入该封闭空间，并且空气被排出该封闭空间；以及涉及该设备的操作和使用方法。

该设备适于与佩戴者的面部形成安全界面(secure interface)以防止除了通过一个或多个过滤开口之外，封闭空间和环境之间的大量气流。空气或液体在预期的环境条件下不能流动通过设备佩戴者的面部孔口和眼睛与环境之间的屏障，所述屏障通过围绕面部孔口和眼睛的界面密封到面部，以在面部孔口周围形成仅允许空气通过由设备限定的开口进入和离开的封闭环境。在一个实例中，屏障的外围边缘与基部协作，当佩戴时，该基部将屏障定位在佩戴者的面部前方，并且从佩戴者的眼睛上方的点到使用者的嘴处或下方的点将屏障与佩戴者的面部间隔开。基部与屏障沿其外围形成密封，并且跨过佩戴者的前额，沿着佩戴者面部每一侧的颧骨、脸颊和下颌向下，至佩戴者的下巴下，或优选地但任选地，在佩戴者的下巴下与佩戴者的面部形成连续密封。当基部与佩戴者的面部形成密封时，屏障和基部的组合限定封闭空间以允许除了通过装置中的一个或多个开口之外控制气流进入和离开封闭空间。

在一个示例性实施方式中，该设备被配置为允许空气仅通过过滤系统流入和流出封闭空间，该过滤系统阻挡穿过过滤系统的气流中夹带的防护系统旨在防范的类型的至少预定百分比的颗粒。在一个实例中，颗粒是病毒。这种过滤系统的代表性实例包括屏障和/或基部中的一个或多个开口，其被配置为过滤穿过开口的空气。空气可以通过相同的或任选地不同的过滤开口排出。

在该实施方式的代表性非限制性实例中，第一过滤开口位于设备上，从而当设备被放置在佩戴者的面部上时，第一过滤开口位于颌下位置中，在佩戴者的下巴或颌下方，这允许空气移动通过过滤器进入和离开封闭空间。在另一个非限制性实例中，另一个开口位于眼睛上方，靠近前额。开口位于设备上的位置——当设备佩戴在面部前时，不阻挡佩戴者的嘴和眼睛。在此实例中，尽管颌下过滤开口旨在主要用于使新鲜空气进入封闭空间中，但它也可以允许空气流出。第二个过滤开口将主要用作出口，腔室内空气通过该出口流出。任选地，用于空气交换的附加过滤开口可以沿着设备的侧面定位，以增加空气可以通过其在环境和设备内的封闭空间之间交换的总面积。

在另一个实施方式中，该设备可以任选地包括电池供电的风扇单元，该风扇单元安装在该设备中的开口上以增加在环境和闭合腔室之间移动的过滤空气的体积。在一个代表性的非限制性实例中，风扇单元安装在颌下过滤开口中以将过滤后的空气吹入闭合腔室中。任选地，风扇单元被配置和定向以产生指向佩戴者的嘴和鼻子的气流(stream orcurrent of air)以提高舒适度。

在可选实施方式中，该设备可以任选地适用于治疗例如睡眠呼吸暂停，方法是将其连接以接收来自呼吸系统的空气并且对其进行调整使得将来自呼吸系统的空气对封闭空间内的空气体积加压，对佩戴者的口腔和鼻腔气道施加压力，以帮助防止气道塌陷。因为面部保护装置可以提供相对宽敞的鼻旁空间——这消除了如同目前用于治疗睡眠呼吸暂停和其它类型呼吸系统的那些装置对面罩或鼻乳头(nasal nipple)的需要，所以可以避免由此类面罩引起的刺激和皮肤磨损。

设备还可以适用于其它应用。

下面结合附图中示例的面部防护设备和系统的实施方式的代表性、非限制性实例来描述这些和其它方面和特征。

附图说明

图1是面部防护系统的第一代表性非限制性实施方式的实例的侧视图。

图2是面部防护系统的另一实例的正视图。

图3是面部防护系统的又一实例的侧视图。

图4是面部防护系统的第二代表性非限制性实施方式的实例的立体图。

图5是面部防护系统的第二代表性非限制性实施方式的另一实例的侧视图。

图6是图5的面部防护系统的第二代表性非限制性实施方式的实例的前侧视图。

图7是图5的面部防护系统的第二代表性非限制性实施方式的实例的后侧视图。

图8是当图5的面部防护系统的第二代表性非限制性实施方式的实例被人佩戴时(以剪影显示)的横截面图。

图9是图6的面部防护系统的第二代表性非限制性实施方式的实例沿截面线9-9截取的横截面图。

图10是图5的面部防护系统的立体图，其显示的面部护罩中没有通气孔或过滤开口，目的是更清楚地显示面部护罩和锚定平台之间的界面。

图11示例了与图5-10的面部防护系统的实例一起使用的通气孔的代表性非限制性实例，并且该通气孔可以适用于与图1-3的面部防护系统一起使用。

图12示例了与图5-10的面部防护系统的实例一起使用的通气孔的另一代表性非限制性实例，并且该通气孔可以适用于与图1-3的面部防护系统一起使用。

图13示例了与图5-10的面部防护系统的实例一起使用的通气孔的另一代表性非限制性的实例，并且该通气孔可以适用于与图1-3的面部防护系统一起使用。

图14是在图5-10的面部防护系统的实例中用作颌下通气孔的集成风扇和过滤器单元的代表性非限制性实例的示意图，并且其可以适用于与图1-3的面部防护系统一起使用。

图15是图14的集成风扇和过滤器单元的代表性非限制性实例的局部分解图。

图16是图15的集成风扇和过滤器单元的俯视图。

图17是图16的集成风扇和过滤器单元的仰视立体图。

图18是在图5-10的面部防护系统的实例中用作颌下通气孔的集成风扇和过滤器单元的另一代表性非限制性实例的俯视立体图，并且其可以适用于与图1-3的面部防护系统一起使用。

具体实施方式

在下面的描述中，相同的数字是指相同的元件。

下文参考附图描述的是用于在人的面部前方形成含有一定体积空气的封闭空间的设备的代表性非限制性实施方式，目的是示例各种方面和特征包括任选特征，这些可以具体化或单独使用或与在这样的设备彼此组合。可以根据与相同或不同代表性实施方式的另一实例结合的公开或描述的特征来修改或调整给定的实施方式或实例，除非它被识别为该实施方式或实例中的特征的替代物。尽管不同的附图标记可用于不同的附图或实施方式中相同或相似的元件，然而贯穿整个附图，相同的附图标记是指相同或相似的元件。

下文描述的设备将被称为面部防护设备或面罩、面部防护装置系统或面部孔口防护系统，一般包括空气不能流过的屏障。屏障具有一定尺寸和形状使得当由基部支撑在佩戴者面部前方一段距离时，其覆盖或延伸到佩戴者的眼睛、鼻子和嘴的前方。屏障能够密封并且由基部密封。基部被设定形状并且被配置抵靠面部轮廓密封。屏障和基部由此与佩戴者面部一起限定了闭合腔室或封闭空间，该设备阻止闭合腔室与环境之间的空气交换——除了通过一个或多个过滤流过通气孔的空气的通气孔之外。

可以任选地制造、调整、配置或修改下述设备中的任何一个，以实现以下中的任何一项或多项：在眼睛、鼻子和嘴与外部环境之间的安全屏障，该安全屏障通过利用与佩戴者的界面而不能被病毒颗粒无效(avoided)，该安全屏障产生安全密封并且具有适当的空气过滤以更好地控制病毒渗透；相对容易的气流进出；通过不遮挡佩戴者的面容，清晰的面部识别和欣赏表达；水分消退或吸收以减少起雾；牢固安装但易于拆卸；可与全身屏障系统集成或作为社交上令人愉悦的服装/装备；任何人购买在经济上都是可行的；包括利用光(如紫外线)的病毒灭活区；使用低过敏性材料；并且并入可控的机械气流、温度和湿度。

设备可以被构造有与基部集成的屏障，具有一个或。然而，正面隔板(frontalscreen)可以任选地向上翻转以允许通过吸管饮用或进食。下面描述的代表性实例允许将设备配置为扩展使用，其中过滤介质可以移除并且替换为新的过滤介质或已清洁的过滤介质。因此，设备能够以减少因使用一次性面罩而造成的浪费和环境危害的方式被配置。

图1至图3示例了这种设备的代表性实施方式，出于本描述的目的，该设备被指定为面部防护系统100。面甲(visor，挡板)102形成屏障，屏障由锚定平台104支撑并且定位在人的头部108上佩戴该设备的人的面部106的前方，该锚定平台104是基部的实例。锚定平台104被设定形状为当设备如图所示被佩戴时遵循佩戴者面部106的轮廓，其中基部跨越佩戴者的前额，在面部106的每一侧上沿着颧骨110、脸颊112和颌114向下，并且在下巴116下接触佩戴者的面部。尽管优选的是，当佩戴时锚定平台在佩戴者的下巴下方延伸，但当佩戴时，锚定平台可任选地向下延伸到但不完全在佩戴者下巴下方。锚定平台因此将面甲定位在佩戴者的眼睛118、鼻子120和嘴122的前方。

当佩戴面部防护系统100时，面甲102和锚定平台104在佩戴者面部前方限定了闭合腔室124(或封闭空间)，闭合腔室124(或封闭空间)阻碍并且在正常操作条件下基本上阻止气流流入和流出闭合腔室——除了通过一个或多个由过滤介质制成的悬挂或放置在锚定平台中的开口上的隔膜。过滤介质因此过滤所有进出闭合腔室124的空气。图1至图3的实例包括用作前额过滤器的上隔膜126a和用作颌下过滤器的下隔膜126b。图2和图3的实施方式还包括至少一个上隔膜和下隔膜。

锚定平台104的代表性实例包括相对刚性的部分105，由例如相对硬的塑料、橡胶或其它材料制成的外骨骼，以及由相对柔软且柔顺的材料，如泡沫或软橡胶，如硅胶，或这些材料的组合制成的用于抵靠佩戴者面部106密封的共形部分。当外骨骼施加压力时，诸如通过压缩、弯曲、拉伸或其组合，使共形部分与佩戴者面部的轮廓适应或共形，以与皮肤形成连续密封。共形部分任选地可以是有弹性的，这意味着当从面部移除时它倾向于返回到其原始位置或形状。锚定平台可以制成例如双层结构，具有柔软柔顺的硅树脂内层和形成外骨骼的硬塑料外层。

锚定平台104抵靠面部被拉动并且通过两个挂钩128保持在佩戴者的头部上，每个挂钩128在佩戴者的耳朵130后面延伸并且进入耳朵后面的耳后凹陷中。在该实例中，每个挂钩环绕耳朵，其中背部部分129位于耳后凹陷内。可选地，挂钩可以形成完全环绕每只耳朵的环。尽管未示出，每个挂钩128通过可调节结构耦接或与其一体形成，该可调节结构允许挂钩被拉紧以将锚定平台104抵靠面部牵拉。

可选地，锚定平台104可以通过保持系统抵靠面部106保持，该保持系统连接到锚定平台的每一侧，并且任选地连接到平台的顶部，并且围绕用户的头后部延伸。尽管在这些图中未示出，但在图4至图10中示出了这样的保持系统的实例，该保持系统为围绕佩戴者的头后部延伸的条带的形式。

面甲102起到正面隔板的作用，并且可以由至少具有刚性边缘的薄塑料制成，该刚性边缘接合或装配到锚定平台104的前边缘以形成阻止空气在面甲和锚定平台之间流动的密封。此外，面甲可以在固定位置附接到基部，并且任选地，以允许出于例如清洁的目的而将其更换或移除的方式附接到基部。

仅在图3中表示，面甲102可以任选地连接，从而其可在打开位置和闭合位置之间调节，从而在不移除设备的情况下允许其打开以允许进食，或者例如，使用吸管饮用，然后闭合。例如，面部防护系统可包括沿锚定平台的前额杆132定位的半圆桥，面甲连接至该半圆桥，以允许抬起和放下面甲。

返回参考图1至图3，这些实施方式中的面甲102由透明塑料制成。任选地，面甲可以部分或全部着色以减少或阻挡光的传输。当由例如医疗保健提供者佩戴时，面甲优选地由透明塑料材料制成或在佩戴者的嘴和眼睛前方稍微着色以允许它们被看到。对于其它应用，面甲也可以全部或部分由非半透明材料制成。

现在参考图4至图10，其示例了面部防护系统的另一实施方式的代表性非限制性实例面部防护系统200。如图1至图3中所示的面部防护系统100的代表性实例，面部防护系统200由面甲或护罩202形式的屏障、锚定平台204形式的基部组成，并且图1至图3示例了这种设备的代表性实施方式，出于本描述的目的，该设备被指定为面部防护系统100。当设备如图4中所示佩戴在人的头部208上时，护罩202形成气流和液体的屏障，屏障由锚定平台204支撑并且定位在佩戴者的面部206前方。

锚定平台204的形状被设定为当设备被佩戴时允许其共形佩戴者面部206的轮廓，如图所示，其中基部接触佩戴者的面部206。当正确佩戴时，护罩202位于佩戴者眼睛218、鼻子220和嘴222前方一定距离处。

当佩戴面部防护系统200时，护罩202和锚定平台204在佩戴者面部前方限定闭合腔室224，闭合腔室224阻碍并且在正常操作条件下基本上阻止气流流入和流出闭合腔室——除了通过一个或更多通气孔。在这个实例中，有四个通气孔：下部或颌下通气孔226a、上部或前额通气孔226b、位于面部护罩一侧的侧面或侧向通气孔226c、以及位于面部护罩另一侧的另一侧面和侧向通气孔226d。侧向通气孔优选地定位成增加佩戴者的视野并且允许其它人以相对宽的角度观察佩戴者的眼睛。每个通气孔包括集成过滤器(在这些视图中不可见)，当空气进入或离开闭合腔室224时，该集成过滤器过滤空气。通气孔通过护罩202中限定的开口安装。

图中所示的锚定平台204是锚定平台的代表性非限制性实例，该锚定平台具有第一部分230和第二部分或共形部分234，第一部分230与护罩202的外围边缘232协作以形成机械密封，第二部分或共形部分234与佩戴者的面部206形成机械密封。朝着面部206拉动锚定平台204将锚定平台压靠在面部上，这又将密封表面237沿着连续的线压靠在佩戴者的面部206上，该连续的线跨越佩戴者的前额并且沿面部的每一侧向下，在颧骨210、脸颊212和下巴214上方，并且在下巴216下方延伸，从而形成连续的密封。

密封表面237以允许其相对于第一部分230(并且因此也相对于护罩202)移位并且弯曲以使其更多的表面积朝向佩戴者面部206的接触的皮肤表面定向的方式被支撑，同时还在密封表面上产生力，使其更好地共形面部206上皮肤的定向并且压靠在面部上以形成密封，该密封将阻碍锚定平台和面部之间的气流。按预期佩戴和使用面部防护装置时，当闭合腔室224内部的气压差、护罩202外部的环境以及冲击密封的任何气流的速度都在预期范围内时，由锚定平台形成的机械密封能够基本上阻挡空气流动。

在该实例中，第一部分230具有由折叠部233形成的槽231，其将用作锚定部分和护罩202的外围边缘部分232之间的密封件。这可以在图9中看得最清楚。由于制造第一部分的材料以及槽的几何形状和容纳在槽内的护罩部分，槽的内表面将趋于抵靠槽231内的护罩202的表面夹紧。夹紧不仅提高了密封质量，而且有助于保持护罩和锚定平台的连接，从而它们在面部防护装置的正常使用或预期使用期间不分离。除了形成密封之外，护罩插入槽中的部分还起到硬化第一部分230的作用，并且因此硬化和固定锚定平台204的形状。

共形部分或第二部分234包括带有表面237——密封表面——的翼片236，表面237起到沿着锚定平台的周边接合佩戴者的皮肤以形成密封的作用。一般地，密封表面和皮肤之间的接触面积越大，密封就越好或越牢固。翼片沿近侧边缘以相对于延伸部238的固定倾斜角度连接到延伸部238的远侧边缘。延伸部238的近端边缘以固定的倾斜角度与第一部分230连接。由于制成翼片、延伸部和第一部分的材料的弹性特性，因此施加到翼片的密封表面237的力将倾向于使翼片相对于延伸部238弯曲或偏转，同时还导致延伸部相对于第一部分230(并且因此也相对于护罩202)弯曲或偏转，从而导致密封表面237大体上在朝向第一部分的方向上位移并且大体上在相反的方向上产生回弹力(return force)，并且密封表面的部分沿着垂直于所施加的力的平面重新定向。因此，当施加的力由被牵拉在一起的锚定平台204和佩戴者的面部206引起时，密封表面237将倾向于弯曲并朝向第一部分230向内移动，这将使密封表面重新定向以具有更大的接触面积，同时也适应佩戴者面部和第一部分230之间的距离变化。由于材料的弹性特性和将密封表面抵靠皮肤按压的“Z”形结构，它还将在大体上垂直于与皮肤表面接触的区域的方向上产生弹簧样力。由于材料的柔韧性和弹性，弯曲将不导致结构变形。在锚定平台从面部移开后，材料的弹性将使翼片和延伸部238返回到它们空载的原始位置。共形部分234可包括附加元件以实现期望的几何形状、偏转和力以提高密封性能。如图10所示，实例是用于翼片236的加强肋246。加强肋使翼片变硬。

共形部分234的示例结构也可适用于面部防护装置100的实施方式的锚定平台104。

在此示例中，锚定平台由柔韧但有弹性的材料如硅酮或其它软橡胶制成。它形成为整体部件，如通过将其模制成环形或环状物形状。然而，可选的结构或替代品是可能的。代表性非限制性实例包括模制或挤出一个或多个长度的连接的元件，或制造多个连接的环形元件，或这些的组合。这可能允许具有不同的特性如硬度和弹性的不同的材料，或用于锚定系统的元件的不同的几何形状，或其功能类似于通过压缩密封表面和/或使其定向到佩戴者的皮肤表面来使锚定平台与佩戴者的面部共形的待使用的改进结构，同时还产生大体上垂直于密封表面的回弹力。然而，其中一些或所有元件具有单一构造的锚定平台，使用例如模塑工艺制成，具有更少的接头(如果有的话)，从而减少或减轻了部件连接处的间隙或泄漏或接头失效的风险。

可选地，共形部分234例如可以使用另一种类型的材料或布置的材料的组合来形成。共形部分的结构可能必须根据所使用的一种或多种材料的特性而改变。可以使用的其它材料的实例包括泡沫、凝胶、橡胶等，以及它们的组合，其起到与面部206共形的作用，具有或不具有将共形部分234恢复到原始或中间位置的弹性。

锚定平台104抵靠面部被牵拉并且通过可调节的保持系统240保持在佩戴者的头部上。在示例的实施方式中的可调节保持系统具有两个条带242，其围绕佩戴者的头后部延伸并且连接到锚定平台上的环状物244。条带的长度是可调节的，并且它们也可以由弹性材料制成，以帮助确保持续的力被施加到锚定平台以将其抵靠面部牵拉。

通气孔226b-226d中的每个都包括可更换的过滤器，该过滤器由适配器保持在形成在面部护罩中的开口内。通气孔226b用作前额过滤器，并且主要用作闭合腔室内空气的离开开口。虽然通气孔226c和226d也主要用作出口或离开开口，但由于靠近佩戴者的鼻子和嘴，空气也可能通过通气孔吸入。通气孔226a进一步并入了用于将空气吸入闭合腔室中的电池供电的鼓风机或风扇，因此用作空气进入闭合腔室中的主要通气孔或开口。任选地，它还可以用于在闭合腔室224内产生空气循环以将新鲜空气带到佩戴者的嘴和鼻子。

现在还参考图11-13，其示例了通气孔300的构型的代表性非限制性实例，通气孔300可以用作或适合用作面部防护系统200的通气孔226a-226d中的任何一个或全部。通气孔300也可适于插入锚定平台104(图1-3)中的开口中的一个或两个中，以代替两个隔膜126a和126b中的一个。排气孔300的实例包括隔膜形式的过滤器(例如膜过滤器)，该过滤器支撑在起到在过滤器的边缘和限定在屏障和/或基部内的开口的边缘之间形成密封的作用的结构内，以允许空气进入或离开封闭空间或腔室124或224。

通风口300包括适配器环302，适配器环302限定开口303，并与且屏障(如图3-10所示的面部护罩202)中的开口的边缘或锚定系统的刚性部分装配并且形成密封。适配器环具有凸缘304，凸缘304的下表面抵靠限定开口的结构的内表面坐落，以形成密封并防止适配器环被牵拉穿过其安装的开口。隔膜形式的过滤介质306跨越开口303延伸并且由适配器环302和协作盖308保持，该盖308起到将适配器环和任选地过滤介质306保持在开口内的作用。它还保护过滤介质免受物理伤害，同时提供具有足够横截面积的开口309以允许足够的气流。适配器环302的侧壁310或边缘(rim)限定开口303并且延伸穿过面部防护系统200的面部护罩202中的开口。它还可以适用于与形成在锚定平台104中的开口一起使用以保持过滤隔膜，如隔膜126a和126b中的一个或两个。

在图11的实例中，过滤介质306靠在侧壁310的顶部边缘313上并且由从侧壁的顶部边缘延伸的多个销312保持或锚定。销延伸穿过过滤介质中的孔，当过滤器被正确定向并装配到适配器环时，这些孔排列在介质周边附近的围绕介质的与销对准的位置处。这些销还与形成在盖308内部上的插口314对齐，该插口连接到侧壁310以保持过滤介质并且确保它抵靠适配器环密封。作为可替代方案，销和插口的位置可以颠倒。从适配器环302延伸的闩锁318在被推到盖308上的相应开口时偏转，从而允许勾抓或挂钩离开。然后闩锁弹回以钩到盖308上。闩锁可以手动偏转以将它们从盖释放，这允许盖和适配器环分开以便拆卸和更换过滤器。可选地，闩锁可以从盖延伸并且接合形成在适配器环上的开口和闩锁表面。

图12中所示的通风口300的实例与图11中所示的实例非常相似。该实例显示了具有超声波焊接和切割边缘307的过滤介质306，以便于在更换期间处理过滤介质。任选地，过滤介质可以保持在像框架或盒(cartridge)的结构内，以使处理和更换更容易。

在图13所示的通气孔300的实例中，盖308和适配器环302不用于保持过滤介质。过滤介质安装在刚性框架321内，以便于插入由凸缘304的内表面320和凸缘324形成的通道322中并由其保持。该框架还有助于建立和保持与凸缘304的内表面320的密封接触。适配器环的侧壁包括通道322，其与围绕盖308的外围形成的唇部协作以保持盖。

在这些实例中，适配器环可以由任何类型的材料如塑料或橡胶制成。例如，由中等硬度的橡胶制成环和由硬塑料如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)制成盖，可以在过滤器和屏障之间提供有效的密封。

类似于这些实例中的任何一个的适配器可用于支撑过滤器，并且在过滤器和形成在锚定平台的刚性部分内的开口的边缘之间形成密封，包括例如在图1-3的实例中的作为隔膜126a和126b的替代物。

现在参考图14至图18，除了图3至图10，这些图描绘了集成的风扇和过滤器单元或组合件400，其是可适于用作面部防护系统100和200的过滤开口的一类通气孔的代表性实例。在面部防护系统200中，集成风扇和过滤器单元400单元被用作颌下通气孔226a。它被插入或附接到面部护罩202中的开口。在上面结合图1至图3的实例进行了描述的面部防护系统100中，它可以适合于装配在锚定平台104中的开口内或固定到锚定平台104中的开口。

如果集成的风扇和过滤器单元400不用于面部防护系统200中的通气孔226a，则结构上类似于通气孔300的任何实例的通气孔可适于用作通气孔226a。集成风扇和过滤器单元400包括风扇，该风扇设置成将空气推入封闭室224。可选地，风扇可以被定向为从闭合腔室抽吸空气并且通过降低闭合腔室中的压力将空气流通过其它通气孔引入闭合腔室中。多个集成的风扇和过滤器单元也可以安装在相对的开口如面部护罩202中的前额和颌下开口中，其中一个，优选地，颌下单元被设置为从面部防护系统外部朝向佩戴者鼻子引导过滤的新鲜空气流，和前额单元被配置为将闭合腔室内的空气排出到环境中。

可用于集成风扇和过滤器单元的风扇类型的代表性实例包括轴式或离心式风扇。风扇组合件将包括风扇，所述风扇安装在风扇外壳内，由电动机旋转，由电池供电，并且具有相关控制电路用于控制电动机功率，并且任选地用于控制电池的再充电和单元的其它功能和能力。

在本质上是示意性的图14和图15至图17所示的实例中，离心式风扇组件402安装在通气孔外壳404内，通气孔外壳404包括风扇外壳410、叶轮412和马达。未示出的马达附接至轴414，叶轮安装以在轴414上旋转。风扇组合件通过通气孔外壳404中的开口407(图14中未指示)从环境中吸入空气，如箭头406所示。空气通过过滤器408(仅在图14中指示)被吸入，过滤器408穿过入口416(图17)放置到风扇外壳410。如图14中箭头420所示，空气以更高速度的气流从风扇外壳出口418离开风扇外壳。当它离开风扇室时，气流(箭头420)朝向通气孔外壳404的一侧定向。靠近风扇外壳出口418的通气孔外壳404的部分被配置为偏转器424，其有助于将气流向上重新引导到闭合腔室224中，朝向佩戴者的嘴和鼻子。可选地，挡板或类似结构可以与通气孔外壳一起放置在风扇出口附近，以偏转气流。使用时，风扇增加直接输送用于呼吸的新鲜空气量。

尽管未示出，但与外壳耦接的入口将接收具有气流开口的盖，该盖与入口开口协作以支撑入口内的过滤器，空气被迫流过该过滤器。过滤器可拆卸以便清洁或更换。例如，它也可以结合到盒或其它结构中，盒或其它结构可以被移除并用另一个过滤器盒更换，或者被移除以允许清洁或更换过滤器然后重新插入开口中。电路422包括用于控制风扇和再充电电池426的操作的电子设备，其放置在风扇组合件上方的通气孔外壳内。然而，可选地，电池也可以位于别处如在任一侧，如果有两个电池，则位于风扇组合件的两侧，或者位于面部防护系统200上的通气孔单元外部或安装在面部防护系统的保持系统240上。用于操作该单元的控件位于通气孔外壳404的外部。按钮428可以允许佩戴者打开和闭合风扇。USB端口430用于给电池426再充电。

在图14至图17所示的集成式风扇和过滤器单元400的实例中，使用离心式风扇代替轴流式风扇。离心式风扇比类似尺寸的轴式风扇产生更大的压差，因此对于给定的开口尺寸，气流速率更大。它还在其开口处产生更大的吸力(低压)，以帮助补偿过滤器在其开口处产生的气流阻抗。

图18示例集成风扇和过滤器单元400的实例，集成风扇和过滤器单元400结合在轴流式风扇组合件的通气孔外壳404(其不可见)中。空气被吸入单元的下侧，如图14至图17所示单元，但它通过与开口和佩戴者的鼻子和嘴对齐的出口432离开风扇组合件，使得离开的气流直接流向佩戴者的嘴和鼻子。带有轴式风扇的单元也可以被配置为通过将出口432插入通过开口并且通过附接盖434来固定它(如通过拧到形成在出口上的螺纹上)而附接到面部护罩202。过滤器436安装在盖内以在盖中现有开口之前过滤吹入的空气。

集成的风扇和过滤器单元可任选地在空气流中或附近的位置结合紫外线灯，以在空气流进入闭合腔室之前杀死空气流中的病毒。任选地，可以将用于调节温度和湿度的系统结合到上隔膜或下隔膜所在的位置。例如，集成的风扇和过滤器单元可任选地适于起到通过添加例如使闭合腔室内或穿过该单元或两者的空气加热、冷却、除湿和/或加湿的能力，来利用控制器控制被吸入闭合腔室内的空气的温度和/或湿度的作用。任选地，控制器可以从一个或多个传感器接收指示腔室内和/或腔室外空气的温度和湿度的信号。也可以基于效率和基于要防护的颗粒的尺寸来分级设备的过滤。

对于上述实施方式中的实例中的每个，用于每个通气孔的隔膜或过滤器的过滤介质的实例是具有0.3微米孔径的N95等效聚四氟乙烯(PTFE)。例如，由PTFE制成的在一侧与聚丙烯层压以提高其强度和处理能力的膜过滤器，可以支撑在通气孔的开口内，并且在安装和拆卸期间相对容易处理。

现在大体上参考所有附图，面部防护系统100和200的实例中使用的屏障由相对坚硬或刚性的材料制成，因此将不倾向于传输声音，声音是由声带的振动引起的变化的空气压力的振动或波。事实上，佩戴者所说的话可能在闭合腔室内回响。所有过滤开口具有相对大的总面积——例如，面部防护系统100的隔膜126a和126b以及面部防护系统200的通气孔226a至226d中的过滤器——减轻了这个问题并且将允许佩戴者容易地被听到，特别是与戴消减语音的面罩相比。

像系统100和200这样的面部防护系统可以用相对靠近面部放置的屏障来制造。屏障的轮廓也可以共形面部以减小其整体尺寸。然而，这样做减少闭合腔室的体积，从而减少鼻旁体积。据信，鼻旁体积影响说话清晰的难易程度。如果由闭合腔室124或224限定的体积太小，如将屏障——面甲102或面部护罩202——放置得太靠近佩戴者的面部，则可能更难以清晰地说话，就像戴着传统面罩一样。戴面罩时说话清晰的难度可能是由于空气从佩戴者嘴流出(也因此通过声带)的阻力或阻抗，这是由面罩和佩戴者的嘴之间相对较小鼻旁体积引起的。气流是引起声带振动所必需的。然而，像面部防护系统100和200的那些面部防护系统可以用相对大得多的闭合腔室124或224制成，提供大得多的鼻旁体积，其大到足以使佩戴者感觉好像他们在没有面罩的情况下说话。

通过观察认为，增加封闭室内的鼻旁体积增加佩戴者的语音在面部防护系统内产生回声的趋势，这使佩戴者烦恼并削弱佩戴者语音的清晰度，并且往往阻碍声音向环境的传输，这也削弱清晰度。据信，根据观察，增加面部防护系统中过滤开口的总面积，从而更低的封闭空间的总体积与过滤开口的比率缓解这些问题。例如，在示例的实施方式中，通向环境的过滤开口的总面积与用于过滤空气的过滤隔膜的总面积直接相关。然而，在不增加面部防护系统整体尺寸的情况下，颌下开口和前额开口的尺寸可以增加多少是有限的。

为了增加过滤开口的总面积，同时显著降低某人看到佩戴者面部表情特别是他们的眼睛和嘴的能力，面部防护系统200在面部护罩202的相对侧增加了过滤开口。面部防护系统200的侧面(lateral side)过滤器226c和226d是添加额外的过滤器开口以增加过滤开口的总面积，而不阻挡佩戴者的眼睛和嘴的视线，至少站在佩戴者前方或略微偏向一侧的人是这样的实例。因此，面部防护系统200具有屏障和锚定平台，其限定相对大的鼻旁体积并且在闭合腔室224和环境之间具有过滤开口，其提供过滤开口的总面积与闭合腔室体积的足够大的比率以避免回声。额外的侧向或侧面过滤开口可以取而代之或另外由面部防护系统的锚定基部限定和支撑，其中它沿着佩戴者面部的侧面延伸。

具有屏障或前护罩、基部和通气孔的上述面部防护系统的实施方式可用于或适用于其它应用。

任选地，在上述任何实施方式和实例中的任何使用的过滤器是可移除的(或结合到可移除的部件如框架或盒中)以在隔层的手提包或肩包中用O₃灌注或紫外光辐射进行消毒。任选地，整个面部防护系统可以被配置为放置在这样的隔层中并且被消毒。

在上述实施方式中的每个和每个实施方式的实例中，屏障——面甲102或护罩202——由相对刚性的材料制成，并且除非另有说明，否则制成整体或单件。然而，它可以由碎片和多种不同类型的材料组装而成。例如，屏障可以任选地适于在佩戴者的视线内的位置结合矫正镜片或用作平视显示器。矫正镜片可以由与屏障相同的材料形成并且与屏障集成。或者，例如，可以在屏障中形成开口，镜片插入其中，每个镜片和开口边缘之间有密封件，或者屏障可以形成有支撑结构，该支撑结构将镜片保持在适当位置而不产生开口或影响他们的光学。

根据面部护罩系统的使用情况，整个面部护罩或面甲可能是透明的或着色的，一部分是透明的并且一部分是着色的。它的全部或部分可以是透明的，意思是透明的或着色的，但不是不透明的，从而它可以看透。诸如除了那些透明的部分，它的全部或部分可以做成不透明的。例如，如果用于治疗睡眠呼吸暂停，位于眼睛周围的部分其全部或部分可以变暗，以减少或阻止光的传输。当体现为医护人员的个人防护设备时，优选地是至少佩戴者眼睛和嘴前方的屏障部分足够透明，以便其它人可以看到它们以改善交流，其中其余部分相同或具有不同水平的透明度，包括不透明。该部分可能是透明的或着色的。

前面的描述是示例性和优选实施方式。如所附权利要求所定义的本发明不限于所描述的实施方式。除非另有说明，否则实施方式是非限制性实例以及对所公开的实施方式的变更和修改，其可以在不脱离本发明的情况下进行。除非另有说明，否则术语的含义旨在具有本领域技术人员的普通和惯用含义，而不旨在限于所示出和描述的具体实施方式。

Claims (20)

1.一种被配置为在人的面部前方佩戴在人的头上的设备，所述设备包括：

屏障，所述屏障足够大，以在人佩戴所述设备时从所述人的前额至少垂直延伸到所述人的嘴下方并且侧向超出所述人的每个眼睛；

基部，所述基部被配置为与所述屏障协作，以在佩戴所述设备时将所述屏障支撑在与所述人面部保持距离的位置，并且所述基部被抵靠人的头部牵拉，所述基部被配置为在佩戴所述设备时与所述屏障并且与所述人的面部形成密封，从而在所述人的面部的前方形成封闭空间；和

至少一个过滤开口，所述至少一个过滤开口允许空气通过过滤器在所述封闭空间和所述封闭空间外部的环境之间流动。

2.根据权利要求1所述的设备，其中当被所述人佩戴时，所述基部被配置为沿着其外围与所述屏障形成密封，并且跨越所述佩戴者的前额，沿着所述佩戴者的面部的每一侧上的颧骨、脸颊和颌向下，以及在所述佩戴者的下巴下与所述佩戴者的面部形成连续密封；以及其中所述屏障和所述基部协作以防止大量气流除了通过所述至少一个过滤开口而进入和离开所述封闭空间。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述过滤器能够阻挡至少预定百分比的穿过过滤器的气流中夹带的保护系统旨在防护的类型的颗粒。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述颗粒是病毒。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述过滤器包括由非织造纤维制成的过滤介质，所述非织造纤维形成致密但足够多孔的界面，空气可以流过所述界面，同时通过捕获或以其它方式阻止颗粒移动通过所述过滤器而阻碍直径等于或大于0.3微米的颗粒穿过所述过滤器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中所述至少一个过滤开口包括颌下过滤开口和前额过滤开口，当所述设备被放置在所述佩戴者的面部上时，所述颌下过滤开口位于佩戴所述设备的所述人的下巴或颌下方。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述颌下过滤开口结合有集成风扇。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述风扇由支撑在所述设备上的电池供电。

9.根据权利要求7和8中任一项所述的设备，其中所述风扇包括离心式风扇。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，其中所述风扇从所述设备外部环境吸入空气并且将过滤的空气流吹入所述封闭空间中。

11.根据权利要求10所述的设备，其中当所述设备被所述人佩戴时，所述集成风扇和过滤器组合件被配置为将所述过滤的空气流引向所述人的鼻孔。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的设备，进一步包括沿每个设备的侧面定位的侧向过滤开口。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，其中所述屏障包括刚性护罩，所述刚性护罩至少在佩戴所述设备的人的嘴和眼睛前方足够透明，以允许佩戴所述设备的所述人正前方的另一人看到所述人的眼睛和嘴。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的设备，其中一个或多个过滤开口包括限定在所述屏障内的开口。

15.根据权利要求1至13中任一项所述的设备，其中一个或多个过滤开口包括限定在所述基部内的开口。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的设备，其中所述基部包括锚定平台，所述锚定平台具有第一部分和第二部分，所述屏障与所述第一部分形成密封，所述第二部分被配置为共形佩戴所述设备的面部以形成所述密封。

17.根据权利要求16所述的设备，其中所述第二部分包括密封表面，在所述锚定平台抵靠佩戴所述设备的所述人的面部被牵拉时，所述密封表面由所述第二部分支撑，以朝向所述第一部分位移并且产生抵抗所述位移的回弹力。

18.根据权利要求16所述的设备，其中所述密封表面由所述第二部分支撑，以在所述锚定平台抵靠所述面部牵拉时，使所述密封表面朝向佩戴所述设备的所述人的面部定向。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的设备，其中当所述人佩戴所述设备时，所述封闭空间具有大的总鼻旁体积，以避免在所述人说话时对所述人的声音造成大的负载。

20.根据权利要求19所述的设备，其中当所述人佩戴所述设备时，所述设备中的一个或多个过滤开口具有累积的总面积，足以在说话时减弱所述人的声音在所述设备内的显著回声。