[发明专利]呼吸辅助面罩及其控制方法

说明书

处理风扇辅助面罩(12)的风扇(16)速度信号，以提供到面罩容积(14)或来自面罩容积(14)的泄漏水平的指示。以这种方式，面罩(14)的佩戴者(10)能够确保面罩(14)的正确初始贴合，并且执行面罩(14)的贴合的周期性检查。

技术领域

本发明涉及呼吸辅助面罩，在面罩中，电气电扇通过空气过滤器将空气吸入面罩或将空气从面罩中抽出，以辅助吸气或呼气。

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。接近300个雾霾严重城市达不到国家空气质量标准。

官方室外空气质量标准将颗粒物质浓度定义为每单位体积的质量(例如μg/m³)。特别关注的是具有小于2.5μm的直径的颗粒(称为“PM2.5”)的污染，因为它们能够渗透到肺部(肺泡)的气体交换区中，并且非常小的颗粒(＜100nm)可以穿过肺部以影响其它器官。

由于该问题在短时间内无法显著改善，解决这一问题的常见方法就是佩戴面罩，面罩通过过滤提供更清洁的空气，并且近年来，中国及其它地区的面罩市场急速扩大。例如，预计到2019年，中国将有42亿个面罩。

这些面罩可以由用作污染物颗粒的过滤器的材料制成，或者可以具有用于面罩表面的仅仅一部分的过滤器，并且该过滤器在过滤器变得堵塞时可以更换。

然而，在使用过程中，面罩内侧的温度和相对湿度增加，再加上面罩内侧相对于外侧的压力差，这使得呼吸很不舒服。这可以通过设置出口阀或止回阀来部分地缓解，出口阀或止回阀允许呼出的空气以很小的阻力逸出面罩，但是要求吸入的空气通过过滤器被抽吸。为了提高舒适性和有效性，可以在面罩上增加风扇，该风扇经过过滤器抽吸空气。考虑到效率和寿命原因，这些风扇通常是电子换向无刷DC风扇。

佩戴者使用风扇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的轻微的压降，从而导致污染物泄漏至面罩中，如果这些污染物是有毒物质，这种泄漏可以证明是危险的。

风扇辅助面罩因此可以通过降低温度、湿度和呼吸阻力来提高佩戴舒适性。

在一种布置中，进气(即吸气)风扇可以用于提供连续的空气的摄入。以这种方式，可以缓解肺部因抵抗传统非动力面罩中的过滤器的阻力吸气而引起的轻微应变。然后，可以向面部提供稳定的空气流，并且可以例如提供轻微的正压，以确保任何泄漏都是向外而不是向内的。然而，这在呼气时对呼吸带来了附加的阻力。

在另一布置中，排气(即呼气)风扇可以用于提供空气的连续释放。相反地，这在呼气时提供呼吸辅助，但是，与使用被动出口阀相比，其缺点在于可以导致面罩容积中的负压，从而使面罩边缘周围的泄漏导致被污染的空气泄漏到面罩容积中。

另一备选是同时提供进气风扇和排气风扇两者，并且与使用者的呼吸循环同步地对风扇控制进行定时。呼吸循环可以基于压力(或压差)测量结果来测量。这提供了改进的温度和湿度的控制，并且减小了针对吸气和呼气两者的呼吸阻力。

通过以这种方式提供风扇操作的调节(以及风扇速度的调节)，在吸气和呼气序列期间提供了更适当的通气量，并且改善了电效率。改善的电效率转化为更长的电池寿命或增加的通气量。

因此，有几种类型的面罩可以用于防止日常空气污染物暴露，包括被动面罩、具有呼气阀的被动面罩，以及具有至少一个主动风扇的面罩。本发明尤其涉及具有风扇装置的面罩。

与面罩相关联的一个问题是，佩戴者经常不知道面罩是否贴合得当。如果面罩不能贴合得当，则会存在泄漏，从而导致被污染的空气进入面罩。基于风扇辅助操作的使用者舒适度控制也会受到影响。可以导致泄漏问题的情况有很多。