CN1997427A - 一种生物危害防护面具 - Google Patents

Abstract

一种民用生物危害防护面具，其包括在灾难爆发时保护个人与公众健康的双向高效微分子空气过滤器。本发明采取了几种手段来增加舒适性和可穿性，例如通过凝胶密封垫增加舒适性，通过把眼区与口鼻区分离和通过眼部湿气释放阀增加防雾性，通过悬挂网提高散热性，以及过压释放阀来保持咳嗽或打喷嚏时脸部密封。毛细呼出过滤器提高口部和鼻子周围的湿气消除。炫目时髦的外观设计，结合电话交流或音频娱乐，有助于穿戴者在灾难爆发期间持续穿戴本面具。

Description

一种生物危害防护面具

相关申请

本申请要求优先权，在先申请号为：60/441,802，申请于2003年01月22日。

技术领域

本发明涉及几种用于生物危害防护的面具。

背景技术

恐怖分子被认为有能力向普通市民发动较大规模生物进攻。他们可能使用非传染生物危害物质，例如炭疽病毒武器，也可能使用致命的传染媒剂，如天花。这些物质和媒剂大量存在，每一种都有自己的传播效率、在空气中的存活能力、移动性、发病症状、发病率和发病死亡率。

人为威胁并不是唯一看上去在增长的威胁。由自然感染媒剂的传播引起的大范围传染病的可能性似乎也在增加。2003年SARS的爆发就是新近发生的一个实例。历史上也曾有过类似的天灾，人们普遍认为1918年的流感比第一次世界大战夺走更多人的生命。

发明者了解到先前没有专门为民用需求而设计的生物危害防护用具。当灾难爆发时，保护公众健康需要广泛使用可获得且非常有效的生物危害防护用具。这就要求防护用具增大舒适性和可穿性，而且还要减小致命或有害的感染媒剂的接受和再传播。假如使用者缺乏军事训练且需要长时间穿戴这种用具，舒适性和可穿性就尤其重要了。

生物危害防护用具通常是为军事应用设计。美国专利No.6,158,429，转让给了由陆军部长为代表的美国，是该领域一件典型发明。它公开一种用于保护免受生物危害的罩式呼吸器。该装置此处公开一种完全罩式呼吸器，固定在使用者的头和颈上。它有两个高效微分子空气过滤器，靠近面颊一边一个，和一个呼出“呼吸畅通气流组件”。该罩式呼吸器还包含有视野清晰的透镜。该429号专利承认防护生物媒剂仅需高效微分子空气过滤器，然而防护化学媒剂则需要加上活性炭过滤器。尽管该429号专利公开了过滤吸入，然而它没有公开过滤呼出。因此，在爆发大范围传染病期间，任何数量的传染性生物武器媒剂出现在战地时或恐怖袭击期间，此处公开的装置的使用就会因此受到限制，因为一个受感染的穿戴者还可能是疾病携带者。而且，该429号专利的罩式呼吸器包含一单一区间，封闭了眼、鼻和嘴。这造成雾化问题，需要一种解决方法，在透镜内重新引导吸入空气。在湿度很高的环境下，这种防雾措施也可能不起作用。因为单个区间一定会封闭眼和鼻、嘴，所以它也成为一个CO₂存储器，降低了舒适性和可穿性。而且，对于穿戴者来说，罩可能很热。

美国专利No.5,975,131，转让给了由陆军部长为代表的美国，它公开一种作战用生物面具。此处展示的面具没有眼部保护。相反，它显示有两根管子插在鼻孔里，嘴部器件衔在口里。因此本面具不能阻止多种感染媒剂从眼睛进入。该面具也没有呼出过滤器。

典型的军用防毒面具，或化生面具，在美国专利No.5,181,506和No.6,176,239分别公开，两者转让给了由陆军部长为代表的美国。这些面具需要炭过滤器。这些过滤器很明显没有以适于长期民用来设计。这些专利没有公开任何呼出过滤器。象专利‘429的装置一样，这里公开的装置容许透镜通过积聚呼出的湿气雾化，积聚的湿气必须用吸入通过透镜内部的方式来解决。

因此，本发明的一个目的是就民用需求(成人和儿童)提供一种生物有害防护面具。

发明专利内容

本发明通过一些设计特点达到民用生物危害防护面具的目的，这些设计特点引用出现在各实例和附属权利要求组合中。

为了最大效力的防止疾病再次传播(在家庭检疫隔离和保健场所尤其有用)，本发明为吸入与呼出提供了高效微分子空气过滤器。为了最大限度的防止透镜雾化，眼区与口鼻区分离。眼区进一步包括有水蒸气可渗透媒剂不可渗透的薄膜，来释放积聚的水蒸气，使用被动式空气循环系统放大。为了最大限度的呼吸舒适，口鼻区作了最小化处理，并采取措施最大化水蒸气排放。为了最大化可穿性和舒适性，面具使用弹性密封垫/凝胶体密封垫把面具与脸部密封，通过网悬挂在头部。

双向过滤器在全国性或地区性疫灾中尤为重要。当传播性高、感染致命的媒剂蔓延周围环境时，地方政府机构有可能采取隔离措施。这将大大增加感染人群与其他非感染人群近距离相处的可能性。此外，保健场所很可能接收救治许多感染者，造成另一种感染者人群与其他非感染人群高密度近距离接触的情况。因为许多情况下人在症状发作前可能进行疾病再传染，所以非常需要一种减小再传染的生物有害防护面具。

此处的其他发明点通过附图补充说明清楚。

附图说明

图1为本发明面具的全景图。

图2为本发明面具的前视图。

图3为本发明面具的侧视图。

图4为本发明的口鼻锥形体内表面图。

图5为本发明面具的侧视图，其中省去了可摘除的透镜，形成半个面具。

图6为本发明面具的底侧视图。

图7为本发明面具另一实施方式的全景图。

图8为本发明半个面具另一实施方式的全景图。

图9为本图8所示的另一实施方式的前视图。

图10为本图9所示的另一实施方式的前视图。

具体实施方式

同一参考号码在每个图中用于标识同一部件和特征。

注意图1，它是本发明生物有害防护面具一个实施例的全景图。图1显示本发明的一个面具覆盖在穿戴者的脸部。面具包括一个透镜部分100，口鼻部分200，和悬挂部分300。

透镜部分100可由任何透明镜片材料制成，最好是聚碳酸酯，能在穿戴者作常规运动时弯曲的聚碳酸酯则更好。透镜部分100最好包括两个另外的构成(图中未示)，其功能为清除眼部区域的水蒸气。一种是水蒸气可渗透媒剂不可渗透的薄膜，最好是TYVEK，在透镜部分每侧超过一平方英寸TYVEK则更好。另一种是单向空气释放阀，气体压力低于薄膜压力时，通过透镜材料的正常弯曲或脸部的相对于密封垫作正常活动，眼区的空气与单向空气释放阀交流，逐渐把眼区的潮湿空气释放到周围环境中。这就是说，穿戴者常规的眼部或身体活动足以把潮湿空气挤压空气阀，随后周围清洁干燥的空气通过渗透膜连续进入眼区取代原来的空气。膜和释放阀用于清除眼区积聚的湿气，减小雾化。本面具致力于湿气清除和防雾的另外一个特点是眼区独立密封于口鼻区，下面将作讨论。

可选择的实施例中，透镜部分100可通过留出足够大的内部区域安装常规透镜或夹鼻眼镜，或者允许以美国专利号No.5,181,506或类似方式滑入配合安装前述透镜。

图1实施例面具的口鼻部分200可由任何适合的耐用且可渗透的材料制成，包括两个主要部分。他们是吸入部分220和呼出部分240。图示中分别包含吸入和呼出缝隙。在图1的实施例中，他们是独立的部分，各自有自己的过滤器和阀门组件，最好是高效微分子空气过滤器(如：聚酯或玻璃过滤器)，包含或注有杀生物剂的高效微分子空气过滤器则更好。这种杀生物剂可以是易于消灭生物活性媒介(如：孢子、细菌或病毒)的任何物质，同时不能被通过过滤器组件吸入或即使被吸入也不会伤害穿戴者。这种物质最好可包含天然银，也可包含银组合物如氧化银、磺胺嘧啶银盐和/或水凝胶银，也可包含双氯苯双胍己烷和/或次氯酸盐，最好呈粉末状态。这些种类的高效微分子空气过滤器物质可以在3M或Reemay这样的供应商买到。

图1实施例面具的悬挂系统300是重量轻质地坚固的材料，设计成面具以一种适当的密封方式(在下面论述)悬挂在穿戴者的脸部和/或头部。为了加大舒适程度，尤其是为了减小使用普通皮带或编制物造成的热量积累，悬挂系统300由网状物质制成。网状物质形式可以是可购买到的使用在发网产品中的同种材料与构造。换句话说，网可以是标准渔网构造。合适的材料包括莱卡、尼龙或聚酯。这些网状材料可以从George C.Moore Co.公司买到。网有几个优点，与编制物头罩或皮带相比，降低了重量提高了散热，同时提高了从前面和后面认出穿戴者的识别能力。悬挂系统300不需要是一个完整的头罩。它也可以是合理配制的、可以把面具封在脸上的网状带(在下面论述)。

注意图2，本图中进一步展示把悬挂系统300固定到透镜部分100的固定点120，以及固定到口鼻部分200的固定点260。这些固定点可以是环状形式，以接纳带扣的尼龙带，或者可以包含任何把悬挂系统300固定到面具的充分手段。

注意图3，本图中进一步展示密封垫250。密封垫250垫在构成面具的曲线表面的完全的环形边缘上，目的是使之与脸部接触，确保呼吸气流完全是通过过滤器流通的。连同图4所示，当罩在脸部时，密封垫250帮助在面具内形成两个独立的非流通区。正如前面提到的，这两个区的独立分开在防雾方面为本实施例作出贡献。密封垫本身可以由多种物质构成，如粘性垫、弹性密封垫(如美国专利No.5,836,303第三栏讨论的)，或是最佳选择凝胶垫(如美国专利No.5,181,506第四栏讨论的)。这种凝胶垫可在Pittsburgh Plastics有限公司之类的公司买到。密封垫也可由在弹性密封垫上加凝胶垫组成。

注意图4，本图中是口鼻部分200的内表面210视图。吸入部分220通过吸入阀230与面具内部流通。阀230可以是向脸部方向凹进去的瓣状阀或圆顶阀，轻微的弹性闭合。因此，当吸入时，阀230很容易就可打开，使全部气流通过吸入高效微分子空气过滤器进入口鼻区。注意本实施例中吸入部分220连接有两个吸入阀230，涉及两个进入区，贴近面颊一边一个。这两个进入区的外部是三维硬曲面。这使得戴着面具睡觉时窒息的危险降低，舒适性增加。呼出部分240通过呼出阀270与面具内部流通。阀230可以是瓣状阀或圆顶阀，这次是向脸部方向凸出，轻微的弹性闭合。当呼出时，阀270很容易就可打开，使全部气流通过呼出高效微分子空气过滤器流出口鼻区。

再次转向过滤器的特征，吸入高效微分子空气过滤器最好选择能提供一平方英尺的完全过滤表面的过滤器。由于呼出气体中的湿气，呼出高效微分子空气过滤器有着与吸入高效微分子空气过滤器不同的设计标准。因此，它最好具有较小的完全过滤表面，具有更大的编织间隙。此外，为了增加水蒸气的扩散，过滤器纤维的许多部分可以采用中空的纤维，以加大毛细作用。此外，过滤器媒介可带电，进一步帮助呼出时去除湿气。

注意图5，本实施例可通过摘除透镜100作成半面具。如图所示的槽280用于插入可摘除的透镜100。对于设计有可摘除的透镜100面具来说，密封垫250必须与之匹配设计成允许自由插入或摘除透镜100的形式。

注意图6，本图所示为本实施例的面具底部。可以看到两个另外的特征。第一，吸入过滤器222包含可摘除药剂筒，呼出过滤器242包含另外一可摘除药剂筒。虽然药剂筒被描述为滑动方式，其他方式也可以，例如用螺丝定住的方式。底部图还展示了用于过压释放的方法。本实施例的密封的面具过滤呼出气体。但是人会打喷嚏和咳嗽。这导致以下的危险出现：密封垫250瞬时断裂，或迫使从呼出高效微分子空气过滤器呼出的气流速度比最大过滤有效性要求的气流速度快。因此，图示实施例包括两个膜224，作为过压释放装置。与青蛙鼓起下颚类似，膜(可以是胶乳橡胶或任何其他如聚异戊二烯的等价物)在打喷嚏、咳嗽、或其他过压情况下膨胀鼓起。这样，密封垫得以保养，存有潜在感染空气的膨胀膜可使空气从呼出高效微分子空气过滤器逐渐散出。

本实施例面具的其他没有图示的特征包括一聚酰亚胺声音薄膜，用来方便讲话。如有需要，还可以安装电子通信。因此，麦克风可以安装在口鼻区内，连结位于面具表面的麦克风插座上。此外，在有覆盖耳朵设计的面具中，可包括耳部扬声器，同样连结在扬声器插座上。因此，可选择的实施例中，穿戴者能在不需要除去面具的情况下与电话或音频娱乐节目交互，在灾难爆发时为个人和公众健康找到一个折衷点。包含电话和娱乐功能为使用者增加了舒适性和可穿性。图中亦未展示，饮用吸管可从面具的适当位置插入，以使使用者在不摘除面具的情况下摄取液体。同样值得称道的是，本实施例面具可装饰一些图案或流行元素，提高人们在灾难爆发时连续使用它的积极性。就此而论，制成面具的耐用材料可以由半透明或透明的聚合物组成，可在这些材料中依次注入明亮的蜡笔色彩或图案。完全透明或半透明的面具可以提高穿戴者的辨别能力，同时使它引人注目、时髦，提高人们在灾难爆发期间连续使用(的积极性当然，过滤器是不透明的)。

图7到10展示了本保护装置发明的第二实施例。除非另作注明，第二实施例的特征与特点可使用与第一实施例相关的材料与结构获得。第一实施例与第二实施例有两处最大的不同。第二实施例中，透镜400不再是一片，而是多片护目镜。此外，与口鼻部分200包含独立的通过阀门装置隔离吸入与呼出的过滤器相反，口鼻部分500没有阀门，而是包含一个既用在吸入又用在呼出的高效微分子空气过滤器。这种配置形式允许更大表面积用于过滤，因此具有呼吸时降低气压的潜在能力。在图7到10中，专门描绘出了饮用吸管。

感谢本领域的技术人员在不脱离本发明思想的情况下现在就使用和修改具体实施例。例如，实施例中公开的是一个面具，本领域的技术人员可把此处的发明思想应用到可与面具互换的同类用具，此处作为说明作举例，例如：套装、罩子、或任何其他设计用于保护健康的用具。上面所示的实施例中引用的特征与特点不是用于限制而是用于示范，与附属权利要求及其等同描述一起依此定义出专利人的财产权。

Claims (36)

1.一种生物危害防护面具，包含：

组成脸部区的曲线表面，它有一完全的环形边缘，由环形边缘构成脸部密封垫；在曲线表面至少有一个吸入缝；

置于脸部区和吸入缝间的一吸入过滤器；

用于允许空气通过吸入缝和吸入过滤器进入脸部区，但不允许空气从其他方向逃逸的吸入阀；

在曲线表面至少有一个呼出缝；

置于脸部区和呼出缝间的一呼出过滤器；和

用于允许空气通过呼出缝和呼出过滤器排到开阔区，但不允许空气从其他方向逃逸的呼出阀；

由此，生物危害防护面具既过滤吸入又过滤呼出。

2.根据权利要求1所述的发明，其中吸入和呼出过滤器包含高效微分子空气过滤器。

3.根据权利要求2所述的发明，其中高效微分子空气过滤器包含杀生物剂。

4.根据权利要求1所述的发明，其中曲线表面包括一透镜部分和一口鼻部分，当置于穿戴者脸部时，透镜部分和口鼻部分形成独立的空间。

5.根据权利要求4所述的发明，其中口鼻部分构成一口鼻区并有一完全的环形边缘，环形边缘构成口鼻密封垫；透镜部分构成透镜区，其有一完全的环形边缘，该环形边缘构成透镜密封垫。

6.根据权利要求5所述的发明，其中透镜部分连结在口鼻部分的外表面并可摘除下来。

7.根据权利要求4所述的发明，其中透镜部分包含一水蒸气可渗透媒剂不可渗透的薄膜。

8.据权利要求4或7所述的发明，其中透镜部分包含一种柔性材料和进一步包含一通过柔性材料的弯曲释放部分封闭的空气的阀组件，由此该面具在穿戴者正常活动时逐渐用外界空气交换眼睛周围的空气。

9.根据权利要求1所述的发明，其中脸部密封垫包含一凝胶垫。

10.根据权利要求1所述的发明，其中脸部密封垫包含一位于一弹性垫上的凝胶垫。

11.根据权利要求1所述的发明，其中脸部密封垫包含一种粘合剂。

12.根据权利要求1所述的发明，其中曲线表面至少包含一个可膨胀的过压释放膜，用以确保内压骤增时脸部封垫完整和/或确保呼出过滤器的性能。

13.根据权利要求2所述的发明，其中高效微分子空气过滤器包含可摘除的一次性药剂桶。

14.根据权利要求1所述的发明，进一步包括一包含头网的头部悬挂系统，头网包括曲线表面连接点，从而允许使用者通过把头网套在头上戴上面具。

15.根据权利要求1所述的发明，进一步包括一包含网带的头部悬挂系统，网带包括曲线表面连结点，从而允许使用者通过把网带绑在头上戴上面具。

16.一种生物危害防护面具，其包含：

构成脸部区的曲线表面，它有一完全的环形边缘，由环形边缘构成脸部密封垫；在曲线表面至少有一个缝；

在缝与脸部区置有双向高效微分子空气过滤器；

由此，生物危害防护面具既过滤吸入又过滤呼出

17.根据权利要求16所述的发明，其中高效微分子空气过滤器包含杀生物剂。

18.根据权利要求16所述的发明，其中曲线表面进一步包括一透镜部分和一口鼻部分，当置于穿戴者脸部时，透镜部分和口鼻部分形成独立的空间。

19.根据权利要求18所述的发明，其中口鼻部分构成一口鼻区并有一完全的环形边缘，环形边缘构成口鼻密封垫；透镜部分构成透镜区，其有一完全的环形边缘，该环形边缘构成透镜密封垫。

20.根据权利要求19所述的发明，其中透镜部分连结在口鼻区的外表面并可摘除下来。

21.根据权利要求18所述的发明，其中透镜区包含一水蒸气可渗透媒剂不可渗透的薄膜。

22.根据权利要求18或21所述的发明，其中透镜部分包含一种柔性材料和进一步包含一通过柔性材料的弯曲释放部分封闭的空气的阀组件，由此该面具在穿戴者正常活动时逐渐用外界空气交换眼睛周围的空气。

23.根据权利要求16所述的发明，其中脸部密封垫包含一凝胶垫。

24.根据权利要求16所述的发明，其中脸部密封垫包含一位于一弹性垫上的凝胶垫。

25.根据权利要求16所述的发明，其中脸部密封垫包含一种粘合剂。

26.根据权利要求16所述的发明，其中曲线表面至少包含一个可膨胀过压释放膜，用以确保内压骤增时脸部封垫完整和/或呼出过滤器的性能。

27.根据权利要求2所述的发明，其中高效微分子空气过滤器包含可除去的一次性药剂桶。

28.根据权利要求16所述的发明，进一步包含一包括头网的头部悬挂系统，头网包含曲线表面连接点，允许使用者通过把头网套在头上而戴上面具。

29.根据权利要求16所述的发明，进一步包括一包含网带的头部悬挂系统，网带包含曲线表面连接点，允许使用者通过把网带绑在头上而戴上面具。

30.根据权利要求3或17所述的发明，其中杀生物剂包括一种或一种以上列表中的物质，列表包含天然银、氧化银、磺胺嘧啶银盐、水凝胶银、双氯苯双胍己烷和次氯酸盐。

31.一种生物危害防护面具，其包含：

把面具密封到脸部的手段；

既过滤吸入又过滤呼出的手段。

32.根据权利要求31所述的发明，进一步包含呼出过压释放手段。

33.根据权利要求31所述的发明，进一步包含替换过滤手段的手段。

34.根据权利要求31所述的发明，进一步包含：

一个透镜；和

防止透镜雾化的手段。

35.根据权利要求31所述的发明，进一步包含防止湿气在口部区域积聚的手段，由此提高使用者可穿性和舒适性。

36.根据权利要求31所述的发明，进一步包含：

把面具悬挂在使用者脸部的手段；和

防止热量在悬挂手段下积聚的手段。

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