CN210674041U

CN210674041U - 呼吸面罩

Info

Publication number: CN210674041U
Application number: CN201821922113.7U
Authority: CN
Inventors: R·希尔比希
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2020-06-05
Anticipated expiration: 2028-11-21
Also published as: EP3485944A1

Abstract

本公开涉及呼吸面罩。一种具有CO₂过滤器的呼吸面罩，该CO₂过滤器包括与用户呼出气体中的CO₂发生放热反应的一种或多种化合物，并将产生的热量交换给随后吸入面罩室的空气。面罩允许已经通过CO₂过滤器并且CO₂含量降低的部分呼出空气在不被抽出面罩室的情况下再循环。

Description

呼吸面罩

技术领域

本公开涉及呼吸面罩。

背景技术

空气污染是全世界关注的问题。据世界卫生组织(WHO)估计，每年有400万人死于空气污染。这一问题部分源于城市的室外空气质量。近300个烟雾缭绕的城市未达到国家空气质量标准。

官方室外空气质量标准将颗粒物浓度定义为每单位体积的质量浓度(如μg/m³)。尤其受关注的是直径小于2.5μm的颗粒(称为“PM2.5”)造成的污染，因为这种颗粒能够渗透至肺的气体交换区(肺泡)，而且非常小的颗粒(<100nm)可以穿过肺部影响其它器官。

由于该问题在短时间内无法显著改善，解决这一问题的一种常见方法就是戴上面罩，面罩通过过滤提供更清洁的空气。近年来，中国及其它地方的面罩市场出现了大幅增长。例如，估计到2019年，中国将有42亿个面罩。

然而，在使用中，面罩内的温度和相对湿度增加，再加上面罩内部相对于外部的压力差，使得呼吸不舒服。为了提高舒适性和有效性，可以在面罩上添加风扇，通过过滤器吸入空气。出于效率和寿命原因，这些风扇通常是电换向无刷直流风扇。

佩戴者使用动力面罩的好处在于，可以缓解肺部因抵抗传统非动力面罩中过滤器的阻力吸气而引起的轻微应变。

此外，在传统非动力面罩中，吸气还会引起面罩内轻微的负压，从而导致污染物泄漏至面罩中，如果是有毒物质，这种泄漏可能证明是危险的。动力面罩稳定地向面部输送气流，并且可以例如提供轻微的正压，其可以通过呼气阀的阻力来判断，以确保任意泄漏是向外而非向内的。

因此，风扇辅助面罩可以通过降低温度、湿度和呼吸阻力来改善佩戴舒适性。风扇辅助面罩可以设置有吸气扇、或呼气扇、或吸气扇和呼气扇。吸气扇有助于通过过滤器吸入空气，并且能够获得正面罩压力，以防止污染物泄漏至面罩容积中。呼气扇有助于面罩通气，并确保呼出的二氧化碳完全排出。

然而，在寒冷的天气中，这种主动通气，尤其是使用吸气扇时，将直接引入温度非常低的环境温度的空气。

第一个问题在于，由于用户的呼吸，面罩内的湿度水平通常相对较高。冷面罩中呼出的潮湿空气(37℃、100％相对湿度)将立即引起面罩内水蒸气的冷凝。对于面罩的用户来说，这种冷凝可能是不舒服的或令人不愉快的。

第二个问题在于，当吸入温度较低的空气时，空气的寒冷和干燥会导致气道周围的肌肉收紧，因为身体会试图限制冷空气流入肺部。高CO₂浓度会加剧呼吸困难。这种气道变窄有时称为运动性哮喘或冷空气诱发哮喘，会限制吸气时恢复的正常空气量。如果是患有肺部疾病或哮喘等疾病的人，冷空气对肺部的影响可能会进一步加剧呼吸困难。这可能导致进入肺部的气流受到更多限制。由于呼出空气中高浓度的有毒CO₂(约3％～5％)，不希望温暖的呼出空气直接在面罩内循环。

因此，需要一种动力(风扇辅助)面罩设计，其可以避免将冷环境空气吸入面罩中的问题。

实用新型内容

本公开由权利要求限定。

根据本公开一个方面的实施例，提供一种呼吸面罩，包括：

面罩主体，用于覆盖用户的鼻和/或口，从而限定面罩室；

气泵，用于使面罩室通气至周围环境；

微粒过滤器；

一个或多个气流调节器；以及

二氧化碳(CO₂)过滤器，吸入和抽出室的部分空气可以通过该CO₂过滤器，

其中，CO₂过滤器包括一种或多种化合物，其与二氧化碳发生放热反应。

这种面罩设计允许在用户呼出(富含CO₂的)空气并且空气通过CO₂过滤器时产生热量。呼出空气中的CO₂可以与CO₂过滤器中的化合物发生放热反应，从而在CO₂过滤器内部和周围产生热量。随后，当用户吸气时，该热量可以通过CO₂过滤器被交换给进入面罩室的空气。吸入空气的加热减少了面罩容积中的冷凝，并且通过防止吸入冷环境空气改善了用户的舒适度。加热依赖于CO₂与CO₂过滤器中的化合物之间的放热反应，这意味着加热不需要电能，并且风扇可以使用更小、更轻的电池，或者可以延长面罩的电池寿命。

面罩主体，例如，是不可渗透的，并且具有用于微粒过滤器和CO₂过滤器的可密封开口。因此，使用从CO₂过滤器交换的热量对吸入面罩容积中的部分空气进行热处理。

呼吸面罩可以包括控制器，其适于控制吸入和/或抽出面罩室的部分空气，并且该部分空气被抽取通过CO₂过滤器。控制器还可以允许已经通过CO₂过滤器并且CO₂含量降低的部分呼出空气直接再循环至面罩室中。

控制器可以是手动控制器，其物理耦合至气流调节器，并由用户直接控制。这种控制器允许用户将吸入面罩的空气温度手动调节至舒适水平。

在替代布置中，控制器可以是电子控制器，其电子耦合至气流调节器和/或气泵，并由用户控制。这种控制器允许用户通过选择期望温度水平，将吸入面罩的空气温度调节至舒适水平。

在替代布置中，可以存在传感器装置，其用于提供电子控制器的反馈控制，其中，传感器装置包括以下一个或多个：

呼吸速率传感器；

活动监测器；

气流传感器；

面罩室内的CO₂传感器；

面罩室内的O₂传感器；

面罩室内部和/或外部的一个或多个压力传感器；

和/或面罩室内部和/或外部的一个或多个温度传感器。

可以存在无线接口以无线地接收传感器信号。在一个示例中，控制器是电子控制器，其电子耦合至气流调节器和/或气泵，并通过面罩室内部和/或外部的至少一个或多个温度传感器的反馈传感器布置控制。这种控制器允许使用来自周围环境或面罩室的温度的直接反馈调节吸入面罩的空气温度。

气泵可以包括：

吸气气泵；或

呼气气泵；或

吸气和呼气气泵。

吸气气泵使得能够在面罩容积中保持正压，并通过过滤器提供呼吸辅助。呼气气泵提供面罩容积的有效通气。当两者均提供时，两个泵的操作时间可以与用户的呼吸循环同步。可以提供压力传感器用于感测面罩内的压力，或内部与外部之间的压差，从而能够获得呼吸循环时间。

气流调节器可以包括：

吸入气流调节器；或

呼出气流调节器；或

吸入气流调节器和呼出气流调节器。

呼出气流调节器控制从室抽出通过CO₂过滤器的空气的比例，从而控制可以与CO₂发生反应的空气的量及产生多少热量；因此，其控制当空气随后被吸入CO₂过滤器时可以交换多少热量。吸入气流调节器控制通过CO₂过滤器吸入室的空气的比例，从而控制被加热的空气的比例和交换给进入面罩室的空气的总热量。

吸入气流调节器和呼出气流调节器的组合允许最大程度地控制吸入面罩及面罩室内的空气的温度。

气流调节器，例如，可以包括阀。

CO₂过滤器可以是可替换的透气的垫或滤芯，优选一次性或可再填充透气滤芯。CO₂过滤器可以包括内置灰尘过滤器，以防止化合物的微细颗粒被用户吸入。CO₂过滤器内的化合物重量可以仅为几克(1～10g)。滤芯的寿命可以是约1小时或更长，优选1～8小时。当消耗的化合物无害时，可以用新鲜化合物对消耗的滤芯进行再填充。如果面罩的使用时间长于CO₂过滤器的寿命，这种可替换CO₂过滤器可以减少面罩的环境影响并延长面罩的寿命。其还允许用户根据温度、湿度和环境空气的组分选择不同的CO₂过滤器。

可以用计时器(直接检测使用时间)、气流传感器(计算已经通过的空气量)、CO₂传感器(检测通过的空气中CO₂浓度何时开始增加)、温度传感器(检测通过的空气产生的热量何时开始减少)，或本领域技术人员已知的其它方法来监测CO₂过滤器的寿命。然后，可以通过，例如，面罩上的显示器或通过连接的智能设备或计算机上的消息来警告用户CO₂过滤器即将过期。

当CO₂过滤器可以从通过的部分空气中去除微粒物时，可以不必再通过微粒过滤器过滤该部分空气。在这种情况下，优选仅未通过CO₂过滤器的部分空气通过微粒过滤器。这种配置使得进出面罩的空气阻力最小化。

与二氧化碳发生放热反应的化合物可以反应形成碳酸盐或碳酸氢盐。反应可以是单步反应或多步反应，其中，最终产物是碳酸盐或碳酸氢盐。放热反应是化学反应，不仅仅是如活性炭或沸石那样，吸收或吸附在表面上。放热反应可以释放大于20kJmol^-1的热量，优选大于50kJmol^-1的热量，更优选大于100kJmol^-1的热量。

该化合物可以是碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物或过氧化物。优选地，该化合物可以选自LiOH、Na₂O₂、NaOH、KOH、Mg(OH)₂、Ca(OH)₂和CaO组成的组。最优选地，该化合物是Ca(OH)₂。众所周知，这些化合物与CO₂发生放热反应，并且可以提供强加热效果。这些化合物也是吸湿的，因而可以降低通过CO₂过滤器的空气的湿度。然后，CO₂过滤器中的化合物与水反应也可以有利地产生额外热量。

当化合物包括Na₂O₂时，Na₂O₂可以与CO₂反应生成O₂和NaCO₃，或与H₂O反应生成O₂和NaOH。这种化合物可以用于增加再循环呼出空气中的O₂含量并改善用户的呼吸。当存在Na₂O₂时，其优选相对于与二氧化碳发生放热反应的化合物总量，以50重量％及以上的量存在。

当化合物包括CaO时，CaO将首先与空气中的水蒸气反应生成Ca(OH)₂，然后与CO₂反应生成CaCO₃。这种化合物可以用于降低呼出空气的湿度并提高用户舒适度。使用CaO还有可能增加CO₂过滤器中化合物产生的总热量，因为热量首先在CaO和水蒸气之间的放热反应中产生，然后在Ca(OH)₂与CO₂反应生成CaCO₃时产生。当存在CaO时，其优选相对于与二氧化碳发生放热反应的化合物总量，以30重量％及以下的量存在。

该化合物可以是固体、溶剂或液体形式；其优选为固体球粒、珠粒、微粒、薄片、晶体或多孔固态化合物的形式，更优选为珠粒或多空固态化合物形式。这些固体形式允许空气有效地通过CO₂过滤器，从而使可以用于反应的化合物的表面积最大化，并使用户可吸入的颗粒的存在最小化。这些固体形式还可以由用户容易且干净地更换。CO₂过滤器的自由气体体积可以等于或小于通过过滤器的呼出空气的10％。这种自由气体体积使空气中的CO₂与CO₂过滤器中的化合物之间的相互作用最大化，但同时使通过CO₂过滤器的气流阻力最小化。

CO₂过滤器可以包括两种及以上化合物，其与二氧化碳发生放热反应，并且每种化合物可以相对于与二氧化碳发生放热反应的化合物总量以1重量％～99重量％的量存在。这种化合物组合允许调节放热反应产生的热量，以及当空气通过CO₂过滤器时抽取的CO₂和H₂O量和/或产生的O₂量。

相对于与二氧化碳发生放热反应的化合物的总量而言，一种优选化合物组合包括1重量％～99重量％的Ca(OH)₂和1重量％～30重量％的CaO。相对于与二氧化碳发生放热反应的化合物总量而言，另一优选化合物组合包括1重量％～50重量％的NaOH和50重量％～99重量％的Na₂O₂。

CO₂过滤器可进一步包括添加剂，如抗结块剂、稳定剂、粘合剂、干燥剂、沸石和/或活性炭。合适添加剂的特性是本领域技术人员已知的，并且必须兼容与二氧化碳发生放热反应的化合物。

此外，本公开实施例公开了一种加热密封至用户面部的呼吸面罩的室中的空气的方法，该方法包括：

通过二氧化碳过滤器抽取用户呼出的部分空气；以及

通过二氧化碳过滤器抽取用户随后吸入的部分空气；

优选地，上述方法中使用的面罩还包括：

气泵，用于使面罩室通气至周围环境；

微粒过滤器；以及

一个或多个气流调节器。

参考下文描述的实施例，本公开的这些和其它方面将变得显而易见并得以阐明。

附图说明

下面将结合附图详细描述本公开的实施例。在附图中：

图1示意性地示出根据本公开一个实施例的面罩，其中，微粒过滤器与环境空气接触，并且设计为在将空气吸入面罩室之前过滤空气中的微粒；

图2a示出蜂窝阵列泵通道形式的替代气泵装置；

图2b示出用于流入和流出气流的替代微型泵通道配置；

图3a示出当用户呼气并且部分空气通过CO₂过滤器并部分再循环至面罩室中时，更详细的面罩设计的一个示例；

图3b示出当用户吸气并且部分空气通过CO₂过滤器时，更详细的面罩设计的一个示例；

图4示出泵、气流调节器、CO₂过滤器和面罩室的示意性布局的示例；

图5示出泵、气流调节器、CO₂过滤器和面罩室的示意性布局的替代示例；

图6示出泵、气流调节器、CO₂过滤器和面罩室的示意性布局的另一示例；以及

图7从替代角度示出面罩设计的一个示例。

具体实施方式

下面将参考附图描述本公开。

应当理解的是，详细描述和具体示例在指示装置、系统和方法的示例性实施例的同时，仅旨在用于说明性目的，而非旨在限制本公开的范围。结合以下说明、所附权利要求和附图，可以更好地理解本公开所述装置、系统和方法的这些及其它特征、方面和优势。应当理解的是，附图仅仅是示意性的，并非按比例绘制。还应当理解的是，相同附图标记在整个附图中表示相同或相似部件。

本公开提供一种具有CO₂过滤器的呼吸面罩，该CO₂过滤器包括与用户呼出的气体中的CO₂发生放热反应的一种或多种化合物，并将产生的热量交换给随后被吸入面罩室的空气。可选地，面罩还允许已经通过CO₂过滤器并且CO₂含量降低的部分呼出气体在不被抽取出面罩室的情况下再循环。本公开还提供一种加热被吸入呼吸面罩的室中的空气的方法，该呼吸面罩密封至用户的面部。

图1示出佩戴面罩12的用户10的矢状面示意图，面罩12覆盖用户的鼻和口。面罩的目的在于在空气被用户吸入之前过滤空气，并提供对流入气室18(即面罩容积)和/或流出气室的气流的主动控制。气泵装置20提供主动流动控制，并且微粒过滤器21至少提供对被吸入面罩中的空气的过滤。CO₂过滤器26与存在于由用户呼出的空气中的CO₂发生放热反应，并将产生的热量交换给随后被吸入的空气。

微粒过滤器21与气泵装置20串联设置。微粒过滤器21可以用于过滤微粒和/或使微粒失活，微粒优选是来自周围环境的细菌、病毒、孢子、花粉、过敏原、灰尘、烟雾、雾霾、烟尘及其它微粒污染物。气泵装置20和微粒过滤器21可以按相反顺序布置。

面罩12的主体优选为不可渗透(空气)的，从而使所有外部空气都被通过过滤器抽吸。

通过吸气并在气泵装置20的帮助下将空气吸入气室18内。

在呼气过程中，空气被排出气室18。在该示意性示例中，呼气通过相同气泵装置进行，并且因而也通过微粒过滤器21(如果被排出的空气可能确实需要过滤)。

气流调节器22控制通过CO₂过滤器26的吸入空气和呼出气体的流动。将从下面的示例中明显看出，这种功能可以是气泵装置的部分功能，或者可以是单独的功能，例如，由阀装置实现。

在最基本的实施方式中，通过CO₂过滤器的空气的量作为整个气流的一部分是固定的。例如，所有气流可以通过CO₂过滤器，或者固定比例的流面积在两个方向上通过CO₂过滤器。这提供了期望的加热，但无法实现对用户舒适度的控制。

对于最基本的实施方式，进入面罩的流可以由气泵装置20产生，或者可以由用户的吸气引起。类似地，流出面罩的流可以由泵装置20产生，或者可以由用户的呼气引起。在所有情况下，流面积的至少一部分可以在两个流动方向上入射到CO₂过滤器26上。

优选示例能够实现对沿一个或两个流方向通过CO₂过滤器26的空气流的量的动态控制。这能够实现对用户舒适度的控制，并且使用户能够将面罩设置成以适合他们的需求或偏好的方式操作。

这种可控性可以通过提供对指向CO₂过滤器26的流量的手动调节来实现。然而，对空气流条件的电子控制优选由用户控制或自动使用反馈控制。

在面罩室18内检测到的环境空气温度或条件可以用于计算待被抽取通过CO₂过滤器26的空气的比例和再循环空气的比例。环境温度或面罩内的温度可以通过面罩的传感器28中的温度传感器(如热电阻器)直接测量。面罩室18内检测到的条件，诸如呼吸速率、空气流量、CO₂水平或O₂水平，可以由传感器28检测并用于计算待被抽取通过CO₂过滤器26的空气的比例。在这类情况下，待被抽取通过CO₂过滤器26的空气的比例可以通过控制器24与智能设备(如移动电话)、可佩戴监测器(如Actiwatch)或计算机(如云计算机)的无线连接确定，智能设备、可佩戴监测器或计算机可以基于测量数据来确定待被抽取通过CO₂过滤器26的空气的比例。这些计算可以是一般性针对人群的基础参数或特定于用户的基础参数。无线设备还可以用于确定面罩的位置并评估由在线天气预报信息预测的环境温度。

有两个关于如何实现这种动态流控制的主要示例。第一个示例是将气泵装置设置为能单独控制的泵通道的阵列。之后，可以激活泵通道以控制流量和流发生的位置。第二个示例是提供阀装置，从而可以控制通过CO₂过滤器的流。后一种方法使得气泵装置20可以是(一个或多个风扇的)更基本的风扇装置。下面介绍这两种方法的示例。

在第一示例中，图1中示意性示出的泵20是双向泵，其由作为微型泵的泵通道阵列组成，并且CO₂过滤器26流体地耦合至所述阵列的面向面罩主体的区域的一部分。可以通过改变CO₂过滤器26的尺寸，或仅通过将空气抽取通过通道的流体地耦合至CO₂过滤器26的子集来改变通道的将空气抽取通过CO₂过滤器26的部分。

CO₂过滤器26包括与用户呼出的空气中存在的CO₂发生放热反应的一种或多种化合物，并将产生的热量交换给随后被吸入面罩室的空气。微型泵的示例提供比风扇装置更紧凑的气泵。CO₂过滤器26流体地耦合至流入面罩的至少部分流并且流体地耦合至流出面罩的部分流。

在该示例中，通过CO₂过滤器26的空气的比例由控制器24控制，控制器24确定激活哪些流通道。

通过选择激活哪些泵通道，可以控制流速及流发生的区域。因此，可以激活与CO₂过滤器26对准的流通道以提供通过过滤器的流，或者可以仅激活其它通道，从而不使用CO₂过滤器26。

在吸气过程中，泵通道的设置可以与呼气相同。然而，泵通道的控制还可以涉及例如用压差传感器28来检测用户的呼吸循环。然后，气泵装置的操作也与用户的呼吸循环同步。

以这种方式，可以独立控制吸气过程中和呼气过程中通过CO₂过滤器26的空气的流面积，进而控制通过CO₂过滤器26的空气的比例。例如，与用于通过CO₂过滤器将空气泵出面罩室的泵通道相比，更大比例的泵通道可以用于通过CO₂过滤器将空气泵入面罩室中。

控制器24可以控制各个泵通道，以在可选择的方向上提供泵通道流。然后，单个微型泵设计既可以用作吸气扇和也可以用作呼气扇。

图2示出呈现为蜂窝阵列的泵通道30形式的气泵装置20的可能实施方式。这提供了紧凑的微型泵装置。泵通道30可以独立地控制或成组控制。图中示出通道30是平行的，并且可以分组为行和列。

单个微型泵通道具有非常小的尺寸(如50μm)，并且可以使用数百或数千个单微型泵通道的阵列为人类呼吸提供足够气流。单微型泵通道30可以形成为任意式样，并且可以通过切换泵送方向而在两个气流方向之间交替。

因此，单泵通道装置既用作吸气(入口)泵也用作呼气(排出)泵。可以具有仅受控以在呼气过程中提供向外的流(如由控制器确定的)的泵通道，以及仅受控以在吸气过程中提供内向的流的泵通道，但是也可以在不同的流通道同时具有向内的流和向外的流。

如图2a中示意性所示，蜂窝的每个单元包括单独的泵单元，其可以单独地受控，或成组连接以简单地实现。一部分通道流体地耦合至CO₂过滤器26。一个简单的示例是用于泵单元的控制端子在每一行中连接在一起，并且不同的行被单独地控制。例如，可以同时控制行1、2、3、4以使这些行充当进气单元，而行5、6、7、8可以同时被控制以充当排气单元。每行将有若干(如3)条线连接至控制器。

通常，一个端子连接至正电压，另一端子连接至负电压，第三端子连接至可以是正或负的控制电压。

通过切换第三端子，每个单个单元的隔膜膜通过静电吸引和排斥而朝第一端子或第二端子移动。这产生期望的微流。通过控制施加至第三端子的信号序列，可以控制流速，并且通过切换第一端子和第二端子，还可以控制流方向。

为了完整地实现，每个单元可以有多于三个的端子以获得更佳性能。每个通道之间具有绝缘层。

举例来说，每个单元为六边形，其中第一端子和第二端子在相对的面上，第三端子设置为在第一端子和第二端子之间移动。

在该示例中，所有泵通道都是平行的，但也可以替代地存在具有不同方向的泵通道。

抽吸空气通过CO₂过滤器26的流通道30的数量是可控的。这允许调节被加热的吸入空气的比例。为了使有效热交换最大化，吸入空气应当被抽吸通过CO₂过滤器26的与呼出空气通过CO₂过滤器26的部分相同的部分，从而提供CO₂过滤器26的经加热的部分与吸入空气之间的直接接触。这可以通过经由相同的双向通道将空气吸入和抽出CO₂过滤器26，或者通过经由通道矩阵抽出空气然后经由并置通道吸入空气来实现；图2b示出两个示例性布局，其中，进气通道30a(白色六边形)与出气通道30b(黑色六边形)并置。吸入和排出CO₂过滤器26的空气的比例可以不同。例如，约10％的呼出空气可以通过CO₂过滤器26抽出，并且约50％的吸入空气可以通过CO₂过滤器26吸入。

图3a示出在佩戴面罩12时用户10呼出空气(虚线箭头31、32和33)的矢状面示意图。当环境空气温度高时，可以在呼气过程中绕过CO₂过滤器，并且只有非CO₂过滤空气31可以被抽出面罩。在这种情况下，CO₂过滤器26中不产生热量。

当环境空气温度低时，部分呼出空气通过CO₂过滤器26，并且CO₂过滤空气32也可以被抽出面罩。随着呼出空气通过CO₂过滤器，呼出空气与CO₂过滤器26中的化合物发生放热化学反应并产生热量。该热量可以转移至随后被吸入面罩室内的空气。

此外，在调节器22的控制下，CO₂过滤空气32的一部分可在不被抽出面罩室的情况下再循环。由于CO₂耗尽并且被CO₂过滤器26中的放热反应加热，所以再循环空气33允许被加热的可呼吸的空气保留在面罩室中。

通过CO₂过滤器26的呼出空气的比例可以是总呼出空气的0％～50％，优选1％～30％，更优选2％～20％。再循环空气33的比例可以是总呼出空气的0％～50％，优选1％～20％，更优选5％～10％。这些比例可以由控制器24利用气流调节器22来控制。

图3b示出在佩戴面罩12时用户10吸入空气(虚线箭头34和35)的矢状面示意图。当环境空气温度高时，可以在吸入过程中绕过CO₂过滤器，并且只有非CO₂过滤空气34可以被吸入面罩。在这种情况下，没有热量可以传递至吸入面罩室的空气。

当环境空气温度低时，部分吸入空气也通过CO₂过滤器26，并且CO₂过滤空气35可以被吸入面罩。先前在CO₂过滤器26中由CO₂过滤空气32和再循环空气33产生的热量可以交换至CO₂过滤空气35。

因此，吸入面罩室的空气的比例可以由再循环空气33、非CO₂过滤空气34和CO₂过滤空气35的任意组合组成。优选地，吸入面罩室的空气包括0％～50％的再循环空气33％、30％～100％非二氧化碳过滤空气34和0％～50％二氧化碳过滤空气35。这些比例可以由控制器24利用气流调节器22来控制。

图4示出泵20、实现为阀的气流调节器22、CO₂过滤器26和面罩室18的示意性布局的示例。简单起见，未示出微粒过滤器21。第一泵或通气机20a可支持吸气，第二泵或通气机20b可支持呼气。CO₂过滤器26通过管道(虚线箭头)及可选的一个或多个进阀22a连接至泵20a。CO₂过滤器26还通过管道(虚线箭头)和至少一个出阀22b连接至泵20b。当环境空气热时，调节器阀22a和22b关闭，没有空气通过CO₂过滤器26。只有当环境空气温度低时，调节器阀22a和22b才打开，并允许空气流过CO₂过滤器26。调节器阀22a和22b调节通过CO₂过滤器26的空气的比例，而不是调节能够进入或离开面罩室的空气的总量。CO₂过滤器26可以设置在面罩中、面罩上或靠近面罩或靠近一个泵设置。

在低环境空气温度下，可以打开出阀22b。部分呼出空气被抽吸通过CO₂过滤器26，并且存在于CO₂过滤空气32中的CO₂(约3％～5％)与CO₂过滤器26中的化合物发生放热反应。可选地，通过打开再循环阀22c，可以将部分CO₂过滤空气32(优选约为总呼出空气的10％)作为再循环空气33再循环至面罩室18中。CO₂过滤产生可以交换给通过过滤器的空气以及所述化合物和CO₂过滤器26的热量，但也(显著地)减少CO₂过滤空气32和再循环空气33中的气态CO₂的量。

在吸气过程中，可以打开进阀22a，并经由泵20a将部分(优选约一半)环境空气馈送通过CO₂过滤器26以产生CO₂过滤空气35，CO₂过滤空气35可以通过CO₂过滤器26中的热交换被显著加热。CO₂过滤空气35与再循环空气33一起与非CO₂过滤空气34(优选约40％)混合，以形成舒适温度下的吸入空气。在面罩的整个寿命中并且随着CO₂过滤器26中的化合物到期，可以优选提高CO₂过滤空气35的再循环至面罩室18中作为再循环空气33的比例，从而直至全部CO₂过滤空气35再循环。即使当CO₂过滤器26的效率降低时，这也允许热量保持在面罩室18中。可以用计时器、传感器或本领域技术人员已知的其它方法监测CO₂过滤器的寿命，并进而监测再循环的CO₂过滤空气35的比例。

另一选择是通过时间定序提供送出的CO₂过滤空气与循环空气的期望比率。在呼气的第一阶段，CO₂过滤空气可以(主要)提供给外部，而在第二阶段，再循环空气(主要)被引回。

图5示出图4中所示示例的变型，其中，泵20a仅用于支持吸气。再循环空气33、非CO₂过滤空气34和CO₂过滤空气35的优选比例与图4示例中相同。在该示例中，使用空气泵20a将空气吸入面罩室18，并且呼出空气经由空气出口50离开面罩。呼出气流通过出阀22b调节。可选地，进入CO₂过滤器26的吸入气流通过进阀22a调节，并且再循环空气33的比例通过阀22c调节。当环境空气是热的时，调节器阀22a和22b关闭通向CO₂过滤器的路径(即，阀22b允许呼出空气通过但不允许任何空气再循环至CO₂过滤器26)，并且没有空气通过CO₂过滤器26。只有当环境空气温度低时，调节器阀22a和22b才打开，并允许空气流过CO₂过滤器26。调节器阀22a、22b和22c调节通过CO₂过滤器26的空气的比例，而不是调节能够进入或离开面罩室的空气的总量。因此，调节器阀22b调节流过CO₂过滤器的呼出空气的量。

图6示出图4中所示示例的另一变型，其中，泵20b仅用于支持呼气。再循环空气33、非CO₂过滤空气34和CO₂过滤空气35的优选比例与图4示例中相同。在该示例中，仅使用空气泵20b将空气抽出面罩室18。吸入空气通过进气口30进入面罩。可选地，再循环空气33的比例由阀22c调节。当环境空气是热的，调节器22d和调节阀22b关闭，并且没有空气通过CO₂过滤器26。只有当环境空气温度低时，调节器22d和调节器阀22b才打开，并允许空气流过CO₂过滤器26。调节器阀22d、22b和22c调节通过CO₂过滤器26的空气的比例，而不是调节能够进入或离开面罩室的空气的总量。调节器22d主动分配直接进入面罩室的空气和首先通过CO₂过滤器26的空气。

图1和图3示出位于面罩主体的与环境空气接触的面上的泵、过滤器和调节器。该优选配置确保这些构件不与用户面部接触，并且允许用户在不移除面罩的情况下更换过滤器。然而，这些部件中的一些或全部容纳在面罩室中的情形也在本公开的范围内。

图4至图6示出就位的阀，阐释了这些阀执行的功能。阀的实际物理位置可以根据实际设计变化。

图7示出经过横向平面的用户10和面罩主体12。图7所示的设计避免了进入用户面部的直接空气流。进入空气将始终从侧面或从上方或从下方被引导至鼻部，这也提高了佩戴舒适度。

图7还示出用于保持面罩的带54和面罩密封件56。

附图示出CO₂过滤器与面罩主体直接接触并将泵与面罩主体分离。然而，泵与面罩主体直接接触并将CO₂过滤器与面罩主体分离的情形也落入本公开的范围内。

在实践所要求保护的公开的过程中，通过研究附图、公开内容及所附权利要求，本领域技术人员对于所公开实施例的其它变型是可以理解并实现的。在权利要求中，“包括”一词不排除其它元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中的事实不指示这些措施的组合不能被用于获得优势。权利要求中的任意附图标记不应该理解为限定其范围。

Claims

1.一种呼吸面罩，其特征在于，包括：

面罩主体(12)，用于覆盖用户的鼻和/或口，从而限定面罩室(18)；

气泵(20)，用于使所述面罩室通气至周围环境；

微粒过滤器(21)；

一个或多个气流调节器(22)；以及

CO₂过滤器(26)，被吸入和抽出所述室的部分空气能够通过所述CO₂过滤器，

其中，所述CO₂过滤器包括与二氧化碳发生放热反应的一种或多种化合物。

2.根据权利要求1所述的呼吸面罩，其特征在于，所述面罩主体是不可渗透的，并且具有用于所述CO₂过滤器和所述微粒过滤器的开口。

3.根据权利要求1或2所述的呼吸面罩，其特征在于，还包括控制器(24)，所述控制器适于控制通过所述CO₂过滤器被吸入和/或抽出所述室的所述部分空气，其中所述控制器是：

手动控制器，物理耦合至所述气流调节器；或

电子控制器，电子耦合至所述气流调节器和/或所述气泵，并由所述用户控制。

4.根据权利要求3所述的呼吸面罩，其特征在于，包括用于提供电子控制器的反馈控制的传感器装置，其中所述传感器装置包括以下项中的一者或多者：

呼吸速率传感器；

活动监测器；

气流传感器；

所述面罩室内的CO₂传感器；

所述面罩室内的O₂传感器；

所述面罩室内部和/或外部的一个或多个压力传感器；和/或

所述面罩室内部和/或外部的一个或多个温度传感器。

5.根据权利要求1、2和4中任一项所述的呼吸面罩，其特征在于，所述气泵包括：

吸入气泵；或

呼出气泵；或

吸入和呼出气泵。

6.根据权利要求1、2和4中任一项所述的呼吸面罩，其特征在于，所述气流调节器包括：

吸入气流调节器；或

呼出气流调节器；或

吸入和呼出气流调节器。

7.根据权利要求1、2和4中任一项所述的呼吸面罩，其特征在于，所述CO₂过滤器为可替换的透气滤盒。

8.根据权利要求1、2和4中任一项所述的呼吸面罩，其特征在于，所述化合物为碱金属或碱土金属的氧化物、氢氧化物或过氧化物。

9.根据权利要求8所述的呼吸面罩，其特征在于，所述化合物选自包括LiOH、Na₂O₂、NaOH、KOH、Mg(OH)₂、Ca(OH)₂和CaO的组中的一者或多者。

10.根据权利要求1、2、4和9中任一项所述的呼吸面罩，其特征在于，所述化合物为固体、溶剂化物或液体的形式。

11.根据权利要求10所述的呼吸面罩，其特征在于，所述化合物为固体球粒、珠粒、微粒、薄片、晶体或多孔固态化合物的形式。