具有動力性呼吸的防塵口罩的製作方法

2023-05-31 11:09:21 1

專利名稱：具有動力性呼吸的防塵口罩的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種防塵口罩，尤其涉及一種用於粉塵作業場所的具有動力性呼吸的防塵口罩用品。
背景技術：
呼吸防護用品特別是防塵口罩，對防止粉塵顆粒汙染物進入人體、減少對涉塵人員健康的損害和預防疾病的傳播具有非常重要的作用。目前，防塵口罩的種類很多，各有自身的特性和使用範圍，選擇時應根據口罩的功能、防護對象、所處粉塵汙染環境的不同而綜
合考慮。例如，自吸過濾式口罩，是指以佩帶者自身的呼吸為動力、將空氣中有害顆粒物通過口罩進行過濾淨化、達到防護目的的呼吸防護用品。這種口罩只能在不缺氧的環境(空氣中氧的含量不低於18%)和低濃度顆粒汙染環境下使用，主要防禦各種粉塵、煙固態微粒、霧、液態微粒等有害顆粒物。理論分析和使用實踐表明，自吸式防塵口罩存在安全性(粉塵過濾效率)與舒適性的矛盾，也就是過濾效率較高、防塵性能好的口罩，其氣阻一般都較大，佩戴者使用時的舒適性較差；而過濾效率較低、防塵性能較差的口罩，其氣阻一般都較小，佩戴使用時的舒適性相對較好。即使是過濾性能相同的口罩，其舒適性還與使用者的生理代謝水平相關。如使用者處於低勞動強度時，口罩的舒適性還容易保證。一旦使用者處於高勞動強度時，由於生理代謝水平較高，呼吸量迅速增大，此時口罩的舒適性就難以保證。尤其在中國不少礦井地下的工作環境，由於溫度和溼度都比較高，工作中一旦礦工的勞動強度稍有增加，其生理代謝水平就會迅速升高，非常需要呼吸大量新鮮空氣才能滿足其身體的代謝需要，口罩的舒適性也會迅速惡化。此時，佩帶防塵口罩對使用者來說已經是一個很大的累贅，這時不少礦工往往將其棄而不用，人體呼吸系統直接暴露在高粉塵環境中。這也是礦工極易患矽肺病的重要原因之一。因此研發能夠同時滿足人體安全性和舒適性的新型防塵口罩，對於保護高粉塵環境中勞動者的身體健康，具有重要的現實意義。以下，詳細分析現有礦用防塵口罩的現狀1、3M 8110S N95 防塵口罩這種簡易口罩用於工業領域作業時產生的粉塵的防護。由於沒有設置呼吸閥，使得過濾棉受呼出水蒸氣的影響很大，難以較持久地保持乾燥狀態。在高粉塵環境下，呼吸阻力增加很快，舒適性較差。一次性使用，成本較高。2、3M 8822 P2 防塵口罩它是在簡易防護口罩的基礎上，增加了排氣閥，以降低呼氣時的氣阻，所以呼氣時的舒適性有所改善，使用成本也較簡易口罩高。3、3M 3000系列單芯防毒口罩這種口罩同時設置了吸氣閥片和呼氣閥片，使得過濾棉不受呼出的水蒸氣的影響，能夠較持久地保持乾燥狀態，能夠顯著改善過濾棉的過濾效率。主體材料採用了塑料與橡膠構件，將過濾棉、濾棉承接座和面罩各自獨立設計，降低了使用成本，過濾棉的更換十分簡便。但吸氣和呼氣阻力很大，經測試，在正常使用條件下，該口罩的呼吸壓力差大於lOOpa，舒適性較差。4、3M 6100半面型防護面具主體材料採用塑料與橡膠 構件，將過濾棉、濾棉承接座和面罩各自獨立設計，過濾棉的更換十分簡便。該面罩設置了呼氣閥片，降低了呼氣流阻。採用了兩個過濾盒的對稱設計，增大了過濾面積，降低了吸氣流阻，舒適性要高於3M 3000系列單芯防毒口罩。5、正壓式電動送風型防塵口罩由日本興研株式會社研製。通過電動送風泵，將過濾後的清新空氣直接送到口罩中，風量保持穩定，能夠有效減輕使用者本身的呼吸用力，呼吸輕鬆，佩戴舒適，安全可靠。採用容量為1800mAh、7. 2V可充電鋰離子電池供電，連續工作時間2. 5 9小時。本體尺寸為200X200X 110mm，本體重量為684g。該公司還開發了另一種正壓式電動送風型防塵口罩；它採用了呼吸追隨方式，口罩內藏小型風泵和靈敏性極高的探測器，能夠根據使用者的呼吸控制瞬間空氣流量(吸氣時風量增大，呼氣時風量降低)，達到最符合人體呼吸的節奏，實現最自然的呼吸。面體採用矽橡膠，對肌膚溫和無刺激，配戴舒適。在平均呼吸流量為20L/min的情況下，額定工作時間約10小時以上。本體和電池的總重量約為368g。現有礦用防塵口罩存在以下的缺陷和不足前四種類型的口罩均為自吸式，即克服空氣流過口罩的阻力都要依靠人體肺部運動。當人體勞動強度增加、呼吸量增加時，空氣流過口罩的阻力會隨之增加，人體肺部的負擔也隨之大幅增加。一般來講，克服空氣流過多孔介質阻力所需的機械功與流量的平方成正比，所以這些口罩的舒適性範圍是很窄的。當使用者的勞動強度較大、呼吸量增大時，其舒適性會變得很差，甚至無法滿足基本要求。第五種口罩通過增設動力系統來減輕人體肺部的負擔，應該是今後防塵口罩的發展方向。從目前這家日本公司公布的數據看，它存在的主要問題是沒有合理設定口罩內的工作壓力。由於人體吸氣時，口罩內的壓力會降低，呼氣時口罩內的壓力會升高，這都會增加人體的肺部負擔。如果採用正壓工作模式，則能夠顯著減低人體吸氣的負擔，增加吸氣時的舒適性，但會增加人呼氣時的肺部負擔，從而減低人體呼氣時的舒適性。如果採用負壓工作模式，則正好相反，能夠顯著減低人體呼氣的負擔，增加呼氣時的舒適性，但會增加人吸氣時的肺部負擔，減低人體吸氣時的舒適性。可見，只有口罩內的工作壓力隨著人體呼氣而周期性該變，吸氣時增加壓力，呼氣時減小壓力，才能夠在滿足口罩安全性(防塵)條件下，達到最好的舒適性。而這一點正是該第五種口罩所不具備的。而且，這種口罩的明顯缺點是成本很高，因為引入了高靈敏度微型壓力傳感器及壓力控制機構。另一個缺點是系統重量過大，採用外挎式風機和電源系統對於使用者、尤其是重體力勞動者來講非常不方便。

發明內容
本發明通過對已有各種防塵口罩的防塵性能、舒適性、成本等深入研究和分析的基礎上，提出一種新型防塵口罩的結構設計。本發明為一種用於粉塵作業場所的具有動力性呼吸的防塵口罩，其特徵在於，所述防塵口罩的濾材採用皺褶式過濾棉，該濾材的皺褶角Θ小於60°，皺褶式母線與重力方向平行，在所述口罩排出口和進氣口的濾材下遊分別各設置有微型高速離心風機。本發明優選為，所述微型高速離心風機具有包括進氣風機和排氣風機的微型電動送風排風系統。本發明優選為，所述風機以高效鋰電池為電源。本發明優選為，將所述微型離心風機的電源和礦燈電源設計成集成結構。本發明優選為，將所述口罩內腔的工作壓力設定為微正壓模式，所述口罩的呼吸壓力差控制在30pa以內。本發明的優越效果如下
I、在滿足人體呼吸所需空氣流量的前提下，採用皺褶式過濾棉結構，能夠大幅增加濾材的有效過濾面積，降低空氣速率，減小濾材流阻，降低吸氣阻力。2、根據流體力學原理，對整個過流通道結構進行優化分析和設計。取消進氣口和出氣口單向膜片閥，在滿足結構件強度和剛度的條件下，減小結構件對空氣通道的遮擋面積，各個通道間連接採用光滑過渡，減小各個環節的局部阻力，從而減低系統結構引起的附加流阻。3、採用微型電動送、排風系統，採用微型高速離心風機。根據人體呼吸時口罩內壓力變化規律及人體肺部負擔的變化和舒適性要求，在口罩進氣口處濾材下遊和排出口處各設置離心風機一隻，將口罩內腔的工作壓力設定為微正壓模式。能夠充分滿足人吸氣時的壓力要求，同時使人體呼氣時壓力的增加控制在合理範圍內。新型口罩的呼吸壓力差控制在30pa以內，能夠在滿足安全性、改善舒適性的同時，使得整個系統的結構設計、控制得以簡化。4、將微型離心風機的電源和礦燈電源設計成集成結構，並採用高效鋰電池作為風機電源；由此，所述新型防塵口罩體積小，重量輕，攜帶方便。


圖I是本發明一實施例所述作為所述新型防塵口罩濾材的皺褶式過濾棉結構形態的示意圖。圖2是本發明一實施例所述的新型防塵口罩的結構示意圖。圖中10_濾材，20-進氣風機，30- 口罩排出風機，A- 口罩進氣方向，B- 口罩排氣方向，C- 口腔呼吸方向。
具體實施例方式以下，結合附圖，對本發明的具體實施方式
作進一步說明。如圖I所示，本發明一實施例所述口罩的濾材10採用皺褶式過濾棉結構，該過濾棉的皺褶角Θ小於60°，皺褶式母線與重力方向平行。在滿足系統人體呼吸所需空氣流量的前提下，增加附濾材10的有效過濾面積，採用皺褶式過濾棉結構，大幅增加有效過濾面積，降低空氣速率，減小濾材10的流阻，降低吸氣阻力。本發明根據流體力學原理，對整個過流通道結構進行優化分析和設計。取消進氣口和出氣口單向膜片閥，在滿足結構件強度和剛度的條件下，減小結構件對空氣通道的遮擋面積，各個通道間連接採用光滑過渡，減小各個環節的局部阻力，從而減低系統結構引起的附加流阻。如圖2所不，圖中箭頭A表7]^ 口罩進氣方向，箭頭B表7]^ 口罩排氣方向，箭頭C表示口腔呼吸方向。根據人體呼吸時口罩內壓力變化規律及人體肺部負擔的變化和舒適性要求，在口罩排氣口和進氣口的濾材10下遊分別設置排氣風機30和進氣風機20。口罩進氣風機20和口罩排氣風機30組成微型高速離心風機的微型電動送排風系統。將口罩內腔的工作壓力設定為微正壓模式、S卩，將新型口罩的呼吸壓力差控制在30pa以內，能夠在滿足安全性、改善舒適性的同時，使得整個系統的結構設計、控制得以簡化。由此，能夠充分滿足人吸氣時的壓力要求，同時使人體呼氣時壓力的增加控制在合理範圍內。另外，將所述微型離心風機的電源和礦燈電源做集成結構設計。採用高效鋰電池作為風機電源。體積小，重量輕，攜帶方便。 本發明不僅限於上述實施例，對於本領域技術人員來說，對本發明的上述實施例所做出的任何顯而易見的改進或變更都不會超出僅以舉例的方式示出的本發明的實施例和所附權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種用於粉塵作業場所的具有動力性呼吸的防塵口罩，其特徵在於，所述防塵口罩的濾材採用皺褶式過濾棉，該濾材的皺褶角e小於60°，皺褶式母線與重力方向平行，在所述口罩排氣口和進氣口的濾材下遊分別各設置有微型高速離心風機。
2.根據權利要求I所述的具有動力性呼吸的防塵口罩，其特徵在於，所述微型高速離心風機具有包括進氣風機和排氣風機的微型電動送風排風系統。
3.根據權利要求2所述的具有動力性呼吸的防塵口罩，其特徵在於，所述風機的電源為鋰電池。
4.根據權利要求3所述的具有動力性呼吸的防塵口罩，將所述微型離心風機的電源和礦燈電源設計成集成結構。
5.根據權利要求I或2所述的具有動力性呼吸的防塵口罩，其特徵在於，將所述口罩內腔的工作壓力設定為微正壓模式，將所述口罩的呼吸壓力差控制在30pa以內。
全文摘要
本發明提供一種用於粉塵作業場所的具有動力性呼吸的防塵口罩，其中，所述防塵口罩的濾材採用皺褶式過濾棉，該濾材的採皺褶角θ小於60°，皺褶式母線與重力方向平行，在口罩進氣口處濾材下遊和排氣口分別設置有微型高速離心風機離心風機。本發明在滿足人體呼吸所需空氣流量的前提下，增加濾材的有效過濾面積，降低空氣速率，減小濾材流阻，降低吸氣阻力。採用微型電動送、排風系統，採用微型高速離心風機；能夠充分滿足人吸氣時的壓力要求，同時使人體呼氣時壓力的增加控制在合理範圍內。新型口罩的呼吸壓力差控制在30Pa以內，能夠在滿足安全性、改善舒適性的同時，使得整個系統的結構設計、控制得以簡化，體積小，重量輕，攜帶方便。
文檔編號A41D13/11GK102793312SQ20121028769
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月13日 優先權日2012年8月13日
發明者王洪英, 陳志才, 石洪起 申請人:北京誠田恆業煤礦設備有限公司