一種新型空氣呼吸器防護面罩的研究及應用

何宗瑋，張峰，信常玉，劉振貴

(陜西延長中煤榆林能源化工股份有限公司，陜西 榆林 718500)

0 引言

眾所周知，空氣呼吸器現已廣泛應用到有毒有害氣體、化學污染物、高溫、濃煙、缺氧等環境下進行作業和應急救援等各類的場所中，對使用者呼吸方面起到有效的保護作用，為使用者的生命安全筑起一道防護屏障。近年來，習近平總書記多次強調發展決不能以犧牲人的生命為代價，這必須作為一條不可逾越的紅線，我們在追求經濟效益的同時必須將以人為本的理念貫徹于始終。因此，空氣呼吸器趨于高品質、定制化、優質服務的需求是必經之路，而且防護面罩作為空氣呼吸器必不可少的一部分，它主要用于對人員的呼吸器官，眼睛及面部皮膚提供有效防護，是使人員面部與外界空氣隔離的部件，防護面罩可以根據防護要求應用在化工、倉庫、科研、防疫、有害的作業環境。目前，因設計缺陷，現有的一些正壓式空氣呼吸器的防護面罩的穿戴區域為光面的，在穿戴時不夠牢固，導致了防護面罩易掉落。同時，在寒冷的冬季，由于防護面罩內外溫差原因，面罩內產生霧氣，導致佩戴人員視線模糊，而且不適合佩戴眼鏡的人員佩戴，使空氣呼吸防護面罩使用范圍受限，不能夠滿足現階段的使用需求[1]。

黨的十八大明確提出：“科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐，必須擺在國家發展全局的核心位置。”強調要堅持走中國特色自主創新道路、實施創新驅動發展戰略。為更好地滿足消防救援人員及高危環境作業人員的需要，針對當前空氣呼吸防護面罩存在的技術缺陷，本文將有效利用創新方法研究推廣一款具有中國特色的優質防護面罩，為我國應急管理事業的發展貢獻力量。

1 當前防護面罩佩戴存在問題

空氣呼吸器是一種自給開放式的呼吸防護器具，通常根據使用時防護面罩內壓力狀況，將空氣呼吸器分為兩種類型，即負壓式空氣呼吸器和正壓式消防空氣呼吸器。目前，我國消防救援隊伍及日常企業大部分使用的是正壓式消防空氣呼吸器。而空氣呼吸器防護面罩是有效將面罩與使用者面部周邊緊密貼合，從而將使用者的呼吸器官、眼睛和面部與周圍有毒有害環境或缺氧環境完全隔離。同時，空氣呼吸器它自帶一個壓縮空氣氣源來向使用者提供呼吸所需要的潔凈空氣，且使用者正常呼吸產生的氣體直接排入大氣中，在任一呼吸循環過程，面罩內的壓力均大于環境壓力。但是在日常作業或應急救援過程中，佩戴空氣呼吸防護面罩的人員反映，當前空氣呼吸器防護面罩仍然存在以下問題[2]。

(1) 佩戴框架眼鏡的作業人員不能佩戴防護面罩。由于手機和電腦的大量普及，越來越多的人沉迷于手機和電腦，導致近視人員較多。20 世紀80 年代，中國人的近視患病率為10%～20%，而如今，我國青少年總體近視率是53.6%，研究預測，到2050 年，近視將會征服50% 的地球人。通過對某化廠某中心人員佩戴框架眼鏡情況進行統計分析，如圖1 所示，近51.97% 的人員佩戴框架眼鏡，在日常空氣呼吸器培訓或演練中，甚至是應急救援過程中，這部分人員均無法正常佩戴防護面罩。因為眼鏡框架與防護面罩之間存在間隙，導致防護面罩氣密性不良，環境中的有毒有害氣體可能從縫隙進入呼吸系統。而且部分防護面罩佩戴框架眼鏡的人員根本佩戴不上去，不能滿足當前崗位人員實際需求。

圖1 某車間佩戴眼鏡人員統計圖

(2)面罩不能與人面部有效貼合。由于現有的一些正壓式空氣呼吸器防護面罩的穿戴區域為光面的，不能有效地與佩戴人員面部緊密貼合，導致面罩內和外界環境存在非呼氣閥之外的連接通道。人員在呼吸用氣過程中有可能將外界空氣進入面罩內，從而未起到有效的防護作用，且在穿戴時不夠牢固，導致防護面罩易掉落，舒適度不佳。

(3)冬季面罩內易產生霧氣，影響佩戴人員視線。防護面罩作為一款重要的防護器具，不但要提供可靠的防護性能，也要在其他方面充分考慮使用者的便利。由于防護面罩內外溫差原因，防護面罩面屏內產生霧氣，如圖2 所示，會給作業人員或者佩戴人員帶來視覺影響和障礙，從而妨礙工作。在使用過程中，如果防護面罩的面屏起霧，將給使用者帶來一定的操作障礙，嚴重的可以讓使用者無法看清事物從而喪失有效作業能力。其實，這一現象與在寒冷冬季佩戴眼鏡的人員進入溫度較高的室內時，眼鏡片上就會出現一層霧氣道理是一樣的。尤其是在北方寒冷的冬季，在各種作業環境中使用防護面罩都有可能引起面屏或鏡片起霧，這一現象尤其是在冷熱環境溫差較大的環境中最為明顯。防護面罩面屏表面溫度隨外部環境溫度變化而變化，在溫度較低的環境中，防護面罩的面屏溫度也較低，當使用者呼出的溫濕氣體擴散到眼部時，防護面罩的面屏區域就會出現霧氣，嚴重時可能會結霜；當環境溫度較高時，使用防護面罩的人員處于熱緊張狀態，導致眼部區域皮膚溫度升高，加速出汗，形成了局部過熱過濕的環境，在防護面罩的面屏上同樣會形成水霧，從而影響使用者的視線[3]。

圖2 現有正壓式空氣呼吸器防護面罩面屏內產生霧氣圖

2 新型防護面罩工作原理與構造

針對現有空氣呼吸器防護面罩存在的主要技術缺陷，有效利用TRIZ 理論進行分析、求解，最終設計出一款新型空氣呼吸器防護面罩。本防護面罩組件包括面罩本體、軟墊和穿戴繩組件，在佩戴防護面罩本體21 時，第一凹槽211 可方便戴眼鏡的穿戴者進行穿戴，提高了適用范圍；第二凹槽212 的設置可方便使用者的鼻子進行放置，且可將鼻子與眼睛隔開，避免戴眼鏡的穿戴者在使用過程中產生霧氣，影響視線；同時第三凹槽213 的設置可方便使用者進行呼吸，同時將下巴放置在墊塊4 上，可方便對穿戴者的下巴處進行防護，使用過程中穿戴者面部產生的汗液可通過通孔41 和排水管5 排出，提高舒適度，穿戴者呼吸時通過呼吸閥7 和吸氣管組件8，可方便對瓶體內的氧氣進行使用[4]。具體設計如圖3 所示。

3 新型防護面罩技術創新點

該新型防護面罩在本體的內部從上至下依次開設有第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽。通過設置第一凹槽，使得佩戴眼鏡的人員在穿戴面罩本體時能夠將眼鏡放置在第一凹槽中，第二凹槽用于放置穿戴者的鼻子，并且能夠將眼鏡和鼻子分隔開，避免佩戴眼鏡的穿戴者在使用過程中產生霧氣，進而影響視線；第三凹槽用于放置穿戴者的嘴巴；將軟墊套設于面罩本體靠近臉部的端面外側，使得穿戴者在穿戴后，軟墊與穿戴者的臉部直接接觸，避免了防護面罩的光面直接與穿戴者臉部接觸使得穿戴時容易出現掉落的情況；最后將穿戴繩組件固定連接于面罩本體的兩側，便于穿戴者穿戴后對面罩本體的固定。這有效解決了現有技術中空氣呼吸器防護面罩的穿戴區域為光面時，在穿戴時不夠牢固導致防護面罩易掉落，而且不適合佩戴眼鏡的人員佩戴導致適用范圍較小的技術問題，實現了空氣呼吸器防護面罩穿戴后不易掉落，能夠滿足佩戴眼鏡的人員穿戴，擴展了空氣呼吸器防護面罩的適用范圍的技術效果[5]。

4 結語

當今世界，科技創新作用日益顯著，已成為社會經濟快速發展的主要牽引力，在科技創新的驅動下，新的科技革命正在孕育和崛起。黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央提出實施創新驅動發展偉大戰略舉措，到黨的二十大報告將科技、人才、創新的戰略意義和重要地位提升到了新高度，創新發展日后將會長期占據重要地位[6]。現今正壓式空氣呼吸器已廣泛應用于多類危險救援的場合以及高危作業場所，在使用過程中防護面罩的作用不容忽視。新時代，針對當前空氣呼吸器防護面罩存在的技術缺陷，通過利用創新方法對現有空氣呼吸器防護面罩進行系統分析，從安全性、適用性、舒適性及經濟性綜合考慮，最終研制出一款新型的空氣呼吸器防護面罩。該防護面罩結構簡單，便于制造，該防護面罩可以有效應用在化工、倉庫、科研、防疫、有害的作業環境，但是在用戶的反饋中，該空氣呼吸器防護面罩未采用防爆型設計，使用場所受限，這也是下一步提升和改進的方向。