一种新型空气呼吸器防护面罩的研究及应用

何宗玮，张峰，信常玉，刘振贵

(陕西延长中煤榆林能源化工股份有限公司，陕西 榆林 718500)

0 引言

众所周知，空气呼吸器现已广泛应用到有毒有害气体、化学污染物、高温、浓烟、缺氧等环境下进行作业和应急救援等各类的场所中，对使用者呼吸方面起到有效的保护作用，为使用者的生命安全筑起一道防护屏障。近年来，习近平总书记多次强调发展决不能以牺牲人的生命为代价，这必须作为一条不可逾越的红线，我们在追求经济效益的同时必须将以人为本的理念贯彻于始终。因此，空气呼吸器趋于高品质、定制化、优质服务的需求是必经之路，而且防护面罩作为空气呼吸器必不可少的一部分，它主要用于对人员的呼吸器官，眼睛及面部皮肤提供有效防护，是使人员面部与外界空气隔离的部件，防护面罩可以根据防护要求应用在化工、仓库、科研、防疫、有害的作业环境。目前，因设计缺陷，现有的一些正压式空气呼吸器的防护面罩的穿戴区域为光面的，在穿戴时不够牢固，导致了防护面罩易掉落。同时，在寒冷的冬季，由于防护面罩内外温差原因，面罩内产生雾气，导致佩戴人员视线模糊，而且不适合佩戴眼镜的人员佩戴，使空气呼吸防护面罩使用范围受限，不能够满足现阶段的使用需求[1]。

党的十八大明确提出：“科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。”强调要坚持走中国特色自主创新道路、实施创新驱动发展战略。为更好地满足消防救援人员及高危环境作业人员的需要，针对当前空气呼吸防护面罩存在的技术缺陷，本文将有效利用创新方法研究推广一款具有中国特色的优质防护面罩，为我国应急管理事业的发展贡献力量。

1 当前防护面罩佩戴存在问题

空气呼吸器是一种自给开放式的呼吸防护器具，通常根据使用时防护面罩内压力状况，将空气呼吸器分为两种类型，即负压式空气呼吸器和正压式消防空气呼吸器。目前，我国消防救援队伍及日常企业大部分使用的是正压式消防空气呼吸器。而空气呼吸器防护面罩是有效将面罩与使用者面部周边紧密贴合，从而将使用者的呼吸器官、眼睛和面部与周围有毒有害环境或缺氧环境完全隔离。同时，空气呼吸器它自带一个压缩空气气源来向使用者提供呼吸所需要的洁净空气，且使用者正常呼吸产生的气体直接排入大气中，在任一呼吸循环过程，面罩内的压力均大于环境压力。但是在日常作业或应急救援过程中，佩戴空气呼吸防护面罩的人员反映，当前空气呼吸器防护面罩仍然存在以下问题[2]。

(1) 佩戴框架眼镜的作业人员不能佩戴防护面罩。由于手机和电脑的大量普及，越来越多的人沉迷于手机和电脑，导致近视人员较多。20 世纪80 年代，中国人的近视患病率为10%～20%，而如今，我国青少年总体近视率是53.6%，研究预测，到2050 年，近视将会征服50% 的地球人。通过对某化厂某中心人员佩戴框架眼镜情况进行统计分析，如图1 所示，近51.97% 的人员佩戴框架眼镜，在日常空气呼吸器培训或演练中，甚至是应急救援过程中，这部分人员均无法正常佩戴防护面罩。因为眼镜框架与防护面罩之间存在间隙，导致防护面罩气密性不良，环境中的有毒有害气体可能从缝隙进入呼吸系统。而且部分防护面罩佩戴框架眼镜的人员根本佩戴不上去，不能满足当前岗位人员实际需求。

图1 某车间佩戴眼镜人员统计图

(2)面罩不能与人面部有效贴合。由于现有的一些正压式空气呼吸器防护面罩的穿戴区域为光面的，不能有效地与佩戴人员面部紧密贴合，导致面罩内和外界环境存在非呼气阀之外的连接通道。人员在呼吸用气过程中有可能将外界空气进入面罩内，从而未起到有效的防护作用，且在穿戴时不够牢固，导致防护面罩易掉落，舒适度不佳。

(3)冬季面罩内易产生雾气，影响佩戴人员视线。防护面罩作为一款重要的防护器具，不但要提供可靠的防护性能，也要在其他方面充分考虑使用者的便利。由于防护面罩内外温差原因，防护面罩面屏内产生雾气，如图2 所示，会给作业人员或者佩戴人员带来视觉影响和障碍，从而妨碍工作。在使用过程中，如果防护面罩的面屏起雾，将给使用者带来一定的操作障碍，严重的可以让使用者无法看清事物从而丧失有效作业能力。其实，这一现象与在寒冷冬季佩戴眼镜的人员进入温度较高的室内时，眼镜片上就会出现一层雾气道理是一样的。尤其是在北方寒冷的冬季，在各种作业环境中使用防护面罩都有可能引起面屏或镜片起雾，这一现象尤其是在冷热环境温差较大的环境中最为明显。防护面罩面屏表面温度随外部环境温度变化而变化，在温度较低的环境中，防护面罩的面屏温度也较低，当使用者呼出的温湿气体扩散到眼部时，防护面罩的面屏区域就会出现雾气，严重时可能会结霜；当环境温度较高时，使用防护面罩的人员处于热紧张状态，导致眼部区域皮肤温度升高，加速出汗，形成了局部过热过湿的环境，在防护面罩的面屏上同样会形成水雾，从而影响使用者的视线[3]。

图2 现有正压式空气呼吸器防护面罩面屏内产生雾气图

2 新型防护面罩工作原理与构造

针对现有空气呼吸器防护面罩存在的主要技术缺陷，有效利用TRIZ 理论进行分析、求解，最终设计出一款新型空气呼吸器防护面罩。本防护面罩组件包括面罩本体、软垫和穿戴绳组件，在佩戴防护面罩本体21 时，第一凹槽211 可方便戴眼镜的穿戴者进行穿戴，提高了适用范围；第二凹槽212 的设置可方便使用者的鼻子进行放置，且可将鼻子与眼睛隔开，避免戴眼镜的穿戴者在使用过程中产生雾气，影响视线；同时第三凹槽213 的设置可方便使用者进行呼吸，同时将下巴放置在垫块4 上，可方便对穿戴者的下巴处进行防护，使用过程中穿戴者面部产生的汗液可通过通孔41 和排水管5 排出，提高舒适度，穿戴者呼吸时通过呼吸阀7 和吸气管组件8，可方便对瓶体内的氧气进行使用[4]。具体设计如图3 所示。

3 新型防护面罩技术创新点

该新型防护面罩在本体的内部从上至下依次开设有第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽。通过设置第一凹槽，使得佩戴眼镜的人员在穿戴面罩本体时能够将眼镜放置在第一凹槽中，第二凹槽用于放置穿戴者的鼻子，并且能够将眼镜和鼻子分隔开，避免佩戴眼镜的穿戴者在使用过程中产生雾气，进而影响视线；第三凹槽用于放置穿戴者的嘴巴；将软垫套设于面罩本体靠近脸部的端面外侧，使得穿戴者在穿戴后，软垫与穿戴者的脸部直接接触，避免了防护面罩的光面直接与穿戴者脸部接触使得穿戴时容易出现掉落的情况；最后将穿戴绳组件固定连接于面罩本体的两侧，便于穿戴者穿戴后对面罩本体的固定。这有效解决了现有技术中空气呼吸器防护面罩的穿戴区域为光面时，在穿戴时不够牢固导致防护面罩易掉落，而且不适合佩戴眼镜的人员佩戴导致适用范围较小的技术问题，实现了空气呼吸器防护面罩穿戴后不易掉落，能够满足佩戴眼镜的人员穿戴，扩展了空气呼吸器防护面罩的适用范围的技术效果[5]。

4 结语

当今世界，科技创新作用日益显著，已成为社会经济快速发展的主要牵引力，在科技创新的驱动下，新的科技革命正在孕育和崛起。党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央提出实施创新驱动发展伟大战略举措，到党的二十大报告将科技、人才、创新的战略意义和重要地位提升到了新高度，创新发展日后将会长期占据重要地位[6]。现今正压式空气呼吸器已广泛应用于多类危险救援的场合以及高危作业场所，在使用过程中防护面罩的作用不容忽视。新时代，针对当前空气呼吸器防护面罩存在的技术缺陷，通过利用创新方法对现有空气呼吸器防护面罩进行系统分析，从安全性、适用性、舒适性及经济性综合考虑，最终研制出一款新型的空气呼吸器防护面罩。该防护面罩结构简单，便于制造，该防护面罩可以有效应用在化工、仓库、科研、防疫、有害的作业环境，但是在用户的反馈中，该空气呼吸器防护面罩未采用防爆型设计，使用场所受限，这也是下一步提升和改进的方向。