防护面具的制作方法

1.本发明涉及一种用于预防感染的防护面具。这种防护面具尤其用在人员防护装备(psa)的领域。


背景技术：

2.防护面具是医疗人员的用于防止呼吸系统传播传染病的人员防护装备的主要部分，并且在特定情况下也可在普通市民中有利地降低感染风险。
3.作为抵抗传染病的最低防护，主要使用所谓的颗粒过滤半面具(英语为“filtering face piece”、过滤面具，缩写为“ffp”)。ffp类型的面具具有预成型的面具主体和集成在面具主体中的过滤介质，面具主体戴在口和鼻子上使脸与环境空间隔离。例如专利文献ep 2298419a1和ep 3375308a1已经公开了这种颗粒面具。
4.为了能够针对微生物病原体提供有效的保护，用于颗粒尺寸直至0.6μm的颗粒面具的过滤器通过率最大为2％(例如ffp防护等级3或“ffp-3”)。缺点是，这种过滤器导致不舒适的高呼吸阻力并且会致使在面具下积聚热量和湿气。这不仅影响佩戴的舒适度，而且尤其例如在有传染病情况下必须较长时间地佩戴这种面具时也会显著影响颗粒面具的过滤性能。
5.更不利的是，长期的颗粒过滤导致过滤材料中积聚微生物，在最坏的情况下微生物会导致离开过滤器的呼吸空气受到的细菌污染甚至比待清洁的环境空气更严重。由于过滤介质耗尽，颗粒面具最多设计成短期使用的一次性产品，因此从长期来看可持续性不高并且成本相对较高。
6.在专利文献de 102007034879a1中提出一种防护面具，防护面具的过滤器装置可通过uv射线处理。以这种方式应该能够确保保护使用者以防微生物感染并且能够多次使用面具。
7.但是现有技术尤其在已知防护面具的安全性、使用寿命和佩戴舒适度方面始终具有缺点。因此，本发明的目的是提供一种改进的防护面具，该防护面具至少部分地克服这些缺点。
8.该目的通过本发明的技术方案实现。本发明的其他优点和优选的实施方式由下面的描述以及对应的附图中得出。


技术实现要素：

9.本发明提出一种具有面具主体的防护面具，该面具主体具有用于容纳使用者的口和/或鼻子的呼吸室。经由面具的与呼吸室流体连接的呼吸口可使呼吸空气从外部流入呼吸室中。此外，防护面具具有至少一个发出紫外线的光源，光源设置成为呼吸空气在穿流流体连接时施加紫外射线(下面也简称为“uv射线”或“uv光”)。
10.在本发明的防护面具的呼吸口与呼吸室之间布置辐射室。该辐射室具有腔室内部空间，该腔室内部空间形成在呼吸口与呼吸室之间的流体连接的至少一部分。在此发出紫
外线的光源设置成，对辐射室的腔室内部空间至少部分地施加紫外射线。
11.本发明的防护面具具有的优点是，uv射线可自由地作用到在腔室内部空间的离散空腔中的呼吸空气中的病原体上，由此确保了穿流辐射室的所有呼吸空气被uv均匀辐射且同时每个空气颗粒具有高的相对uv剂量。该共同作用使得呼吸空气中的任何病原体都可在呼吸时实时有效且可靠地灭活。对此也参考下面的描述和实施例。本发明以这种方式例如解决了过滤器用尽的问题并因此相对于传统的防护面具改进了安全性和使用寿命。在此已经显示出，本发明的防护面具也可以提供针对高毒性的呼吸道病毒、例如流感病毒或冠状病毒的有效防护，因为流感病毒或冠状病毒的颗粒尺寸很小、小于0.2μm，而有时不能通过传统的颗粒面具的过滤器重复阻挡。由于本发明的防护面具在这方面没有出现过滤器用尽的问题，因此面具可多次重复利用并且实现更大的可持续性。
12.如此，此处使用的术语，腔室内部空间应当理解为腔室状的空腔，该空腔被辐射室至少部分地包围。为此辐射室可以例如具有多个腔室壁，这些腔室壁从至少两侧包围腔室内部空间。面具主体本身也可以形成其中一个或多个腔室壁。优选地，在此腔室内部空间或腔室状的空腔的体积至少为125mm3、至少250mm3、至少500mm3或至少1000mm3。
13.辐射室可以具有朝着呼吸口的腔室入口和朝着呼吸室的腔室出口，腔室内部空间至少局部地在腔室入口和腔室出口之间延伸。在特定的实施方式中，腔室入口也可以同时形成呼吸口。腔室内部空间可以在辐射室中例如在有效长度上和/或在有效宽度上(即成连续打开状)延伸至少5mm或至少10mm。已经显示出，这些尺寸确保了在穿过腔室内部空间期间通过uv光可靠地使呼吸空气中的病原体灭活并且同时实现了防护面具的有利紧凑设计。
14.优选地，辐射室构造成，使得辐射室在多侧使紫外射线不可穿透地包围腔室内部空间，即，紫外射线在至少两侧不可从辐射室中射出。在腔室内部空间与呼吸室之间和/或在腔室内部空间与呼吸口之间也可布置遮蔽装置，该遮蔽装置构造成，使得从腔室内部空间来看朝向呼吸室的方向和/或朝向呼吸口的方向至少部分地遮蔽紫外射线，即遮蔽至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％、至少99％或全部遮蔽。优选地，该遮蔽装置布置在辐射室中，尤其在腔室内部空间与腔室入口之间和/或在腔室内部空间与腔室出口之间。当然也可存在多个这种遮蔽装置，从而防止uv射线从发射紫外线的光源到达呼吸室中和/或到达外部。使用者在佩戴防护面具时以这种方式受到保护以防射出的uv射线的潜在的损害健康的影响。同样适用于在防护面具使用者附近的第三人。
15.在优选的实施方式中，发出紫外线的光源至少部分地或全部地布置在辐射室中和/或腔室内部空间中。这一方面简化了防护面具的构造并且另一方面使得呼吸空气在流过腔室内部空间中的流体连接时可直接地、无中介地通过发出紫外线的光源施加紫外射线。以这种方式实现了在腔室内部空间中的uv辐射的好的效率，该效率确保有效地灭活呼吸空气中的病原体。
16.优选地，发出紫外线的至少一个光源布置成，可对腔室内部空间的至少80％、至少90％、至少95％、至少99％或更多施加紫外射线。
17.还优选的是，流体连接在至少10mm长、至少15mm长、至少20mm长、至少25mm长或至少30mm长的可施加紫外射线的辐射路径上延伸通过腔室内部空间。以这种方式实现了，在一次呼吸期间呼吸空气的每个颗粒都暴露在uv射线下停留足够的时间，从而确保可靠地灭活空气细菌。特别有利的是，可加载紫外射线的辐射路径至少部分地在相对于从发出紫外
线的光源开始的uv射线传播方向的横向方向上延伸，因为由此可将相对恒定的辐射能量作用到呼吸空气上并且改进uv辐射的作用。优选地，辐射路径至少局部地以距离发出紫外线的光源最多40mm、最多30mm、最多20mm或最多15mm的距离伸延。由此可以确保空气颗粒在经过腔室内部空间时施加高的uv辐射功率，因为每个颗粒的uv剂量率随着与uv光源的距离的增加以距离的平方减小。在另一优选的实施方式中，流体连接在最多70mm长、最多60mm长或最多50mm长的辐射路径上延伸通过腔室内部空间。由此改进在辐射区域中的空气交换并且将呼吸阻力保持得很低。
18.在优选的实施方式中，防护面具具有至少一个发出紫外线的第一光源和第二光源，第一光源和第二光源例如可以布置成，可从两个不同的方向为腔室内部空间施加紫外射线。这具有的优点是，穿流腔室内部空间的呼吸空气与发出紫外线的光源的平均距离保持得很低并且可以将足够的uv辐射剂量作用到空气颗粒上。同时可通过从不同方向的辐射来补偿例如由呼吸空气中的气溶胶或细尘粒引起的uv散射效应，否则该uv散射效应会影响腔室内部空间中的uv辐射的均匀性和净化作用。但是发出紫外线的光源当然也可以从同一侧为腔室内部空间施加紫外射线。
19.也可使发出紫外线的第一光源构造成，对腔室内部空间至少部分地施加与发出紫外线的第二光源不同波长的紫外射线。例如发出紫外线的第一光源在uv-b范围中发射，即波长从280nm至约315nm，而发出紫外光的第二光源在uv-c范围中发射，即波长低于280nm至100nm。以这种方式可以组合不同uv波长的不同的光化学作用，从而实现对呼吸空气特别有效的净化。另一优点是，在使用发射不同uv波长的两个uv光源时，也会引起对可能存在于未来的病原体突变中的细菌细胞或病毒的这种生物结构的破坏。
20.对于这种实施方式可以看作有利的是，腔室内部空间具有至少一个第一腔室区段和第二腔室区段，第一腔室区段和第二腔室区段通过紫外射线和/或呼吸空气不可透过的分离装置至少部分地彼此分开，并且发出紫外线的第一光源设置成，为第一空腔区段加载紫外射线，而发出紫外线的第二光源设置成，为第二空腔区段加载紫外射线。该空间分离防止形成有害的混合光，在这种混合光的形成中发出紫外线的光源的波会部分地抵消。
21.在另一实施方式中，腔室内部空间具有一个内表面或包括一种材料的多个内表面，该材料反射紫外射线。内表面例如可以涂有反射uv的材料，例如反射的颜色或反射的材料涂层，或内表面至少部分地由反射uv的材料构成，例如白色塑料构成。能反射的内表面可以近似使得作用到腔室内部空间中的每个颗粒上的对应的uv射线功率加倍，而无需为此提高发出紫外线的光源的射线能量。以这种方式可节省能量并且延长防护面具的运行时间。
22.因为uv光对于人眼不可见或几乎不可见并且还有害，因此另一挑战是，如何在使用防护面具的期间能够简单且无风险地控制发出紫外线的光源的功能。本发明以如下方式解决了该问题，使辐射室具有从外部至少部分可见的缺口，该缺口配备荧光材料并且布置成，通过发出紫外线的光源为荧光材料施加紫外射线并且在施加紫外射线时通过缺口向外发出可见光。例如可以在缺口中布置透明材料、如玻璃或透明的塑料，uv射线不可透过透明的塑料。荧光材料在透明材料的朝向腔室内部空间的一侧上以涂层的形式布置，荧光材料可通过紫外射线激发能量，然后通过透明材料向外发出人眼可见的射线。透明的材料也可以本身是荧光的，例如荧光的有机玻璃。其他的合适的荧光材料则是技术人员已知的或者基于该描述可以简单地确定。以这种方式，本发明的防护面具对于发出紫外线的辐射源具
有可靠的指示功能，该指示功能没有引起额外的能量消耗或不会损害面具的运行时间。
23.防护面具还可以包括电能供给装置，例如电池或蓄电池，以及必要时包括开关装置，该开关装置以能驱动的方式与至少一个发出紫外线的光源连接。该开关装置可以具有至少一个传感器，该传感器用于根据防护面具的位置变化和/或呼吸室中的空气压力变化为开关装置产生信号，该信号用于接通或断开发出紫外线的光源。尤其地，该传感器可以设置成，在呼吸室中由于使用者呼气而使压力上升时为开关装置产生切断发出紫外线的光源的信号。同样地，该传感器可以在由于使用者吸气而使呼吸室中压力下降时为开关装置产生接通发出紫外线的光源的信号。借助位置传感器，本发明的防护面具可以在面具被摘下时自动地切断uv光源的电流供给装置，从而防止无意地放电。本发明的防护面具可以借助压力传感器对使用者吸气和呼气进行区分并且例如在吸气时自动地接通uv光源或在呼气时自动地切断uv光源。以这种方式可以使得防护面具的运行时间近似加倍。此外，uv光源的暂时切断防止了通过uv射线引起的材料劳损。此外，防护面具可以包括以驱动方式与电能供给装置连接的充电装置、例如usb充电接头，例如再次为电池或蓄电池充电。
24.如上所述，本发明的防护面具的净化性能主要以通过紫外射线使呼吸空气中的病原体灭活为基础。就此而言，例如在普通的颗粒面具中的过滤装置在本发明中不再是用于保护免受呼吸道感染的主要的前提条件。因此在特定的实施方式中，本发明的防护面具不具有过滤装置或做成无过滤器，由此在使用面具时呼吸阻力明显降低并且防止热量和湿气积聚。这使得尤其在必须长时间地连续佩戴面具时明显改进了佩戴舒适性。
25.然而，防护面具当然可以额外地构造有过滤装置。该过滤装置例如可为适宜的，能从空气中分离尘粒，否则尘粒由于uv吸附和分散效应会降低面具的净化性能或本身带来健康风险。因此有利的是，必要时过滤装置布置在呼吸口的远离使用者的外侧上和/或在呼吸口与辐射室之间。优选地，设置成可更换的布置方式，该布置方式能够简单地更新过滤材料。因为在本发明的防护面具中过滤装置无需设置针对微生物病原体的表面防护，合适的过滤装置可以具有例如大于0.6μm、大于1.0μm或大于2.0μm的孔尺寸。由此，相对于传统的颗粒面具，在呼吸阻力和佩戴舒适度以及防止热量和湿气积聚方面最大程度地保持了上述优点。通过这种过滤器，除了有利于在呼气期间使得呼吸室中压力上升较小或在吸气期间使得呼吸室中压力下降较小之外，还可支持上述压力传感器的可靠的切换功能。
26.发出紫外线的光源的类型没有被特殊限制，其中，发出紫外光的二极管(下面简称为uv-led)由于其小的能量消耗以及其小的尺寸是优选的。优选地，发出紫外线的光源或uv-led具有至少3w或至少5w的辐射功率。由此可特别有利地实现有效的净化作用与低的能量消耗的组合。优选地，紫外射线包括一个或多个在100nm与280nm之间(uv-c)、特别优选在250nm与275nm之间、尤其为253.7nm的波长。已经发现在该uv波长下能够有效地使病毒和细菌灭活。同时避免在uv射线的影响下形成对健康有害的臭氧。紫外射线也可以由一种或多种前述波长组成。如上所述，也可存在多个uv-led，其尤其至少部分地在其发射范围方面不同或互补。例如设置成，一个uv-led仅发出在uv-c范围中的紫外射线，尤其波长253.7nm的紫外射线，而另一个uv-led发出在uv-b范围中的紫外射线，尤其波长为280nm的紫外射线。
27.面积主体的实施方式没有特殊限制。适宜地，面具主体由一种材料制成，该材料基本为空气不可穿透的，由此尽可能仅经由为此设置的呼吸口来引导呼吸空气。现有技术中已知且合适的材料例如是由天然和/或合成的聚合物构成的无纺布、尤其是聚烯烃微纤维
无纺布，例如聚丙烯，聚乙烯或聚丁烯无纺布或其组合，但是面具主体也可以由塑料、橡胶或硅酮构成。为了降低呼气阻力，面具主体可以具有呼气阀。
28.防护面具还可以具有可调节的保持装置、例如围绕使用者的头后部伸延的柔性绑带等，借助其可使面具以安全地姿态佩戴在口和/或鼻子之前。此外可在面具主体的朝向使用者的脸的内侧布置或模制密封元件，该密封元件部分地或完全地环绕呼吸室，以改进脸部密封和防止在边缘处吸入补加空气。
附图说明
29.下面根据优选的实施方式参考附图描述本发明。附图仅是示意性的以及未按尺寸比例示出的原理图并且仅应示例性地理解。本发明绝不限于示出的附图。相同的或类似的特征设有相同的附图标记，其中，为了清楚，有时未对重复出现的特征设置附图标记。
30.图1示出了根据本发明的防护面具的第一实施方式的示意性剖视图；
31.图2示出了根据本发明的防护面具的第二实施方式的示意性剖视图；
32.图3示出了根据本发明的辐射室的实施方式的示意性剖视图。
33.附图标记列表
34.1 防护面具
35.2 面具主体
36.3 呼吸室
37.4 呼吸口
38.5、5a、5b 发射紫外线的光源
39.6 辐射室
40.7 腔室内部空间
41.7a、7b 腔室区段
42.8、9 遮蔽装置
43.10 分离装置
44.11 腔室壁
45.12 缺口
46.13 内表面
47.14 荧光材料
48.15 透明材料
49.16 电能供给装置
50.18、19 传感器
51.20 过滤器装置
52.22 充电接头
53.24 外部的腔室环
54.25 腔室入口
55.26 内部的腔室环
56.27 腔室出口
57.28 过滤器罩
58.29 安装环
59.30 保持装置
具体实施方式
60.图1根据明显简化的示意性剖视图示出了本发明的防护面具1的示例性基本构造。防护面具1具有面具主体2，该面具主体限定用于容纳使用者的口和鼻子的呼吸室3。经由与呼吸室3流体连接的呼吸口4可使空气从外部(在此通过粗箭头示出)进入到呼吸室3中。过滤器装置20负责使得尘粒在进入到防护面具1中时从呼吸空气中分离出来。借助此处未详细示出的保持装置30，例如围绕使用者头部伸延的弹性绑带可使防护面具1佩戴在脸部之前。
61.具有腔室内部空间7的辐射室6位于呼吸口4与呼吸室3之间，腔室内部空间形成在呼吸口4与呼吸室3之间的流体连接的一部分。在腔室内部空间7中在相对侧上布置有呈uv-led形式的两个发射紫外线的光源5，呼吸空气在从两个不同的方向穿流腔室内部空间7时通过光源可被施加紫外射线。uv-led5例如可以分别具有3w的辐射功率并且发出尤其波长为253.7nm的uv-c类的紫外光。当使用者在佩戴防护面具1时，布置在腔室内部空间7与呼吸口4之间以及在腔室内部空间7与呼吸室3之间的遮蔽装置8、9遮蔽使用者的脸部和眼镜，以防有害的uv射线并且同时保护位于使用者附近的第三人。
62.uv-led5由电能供给装置16供电，例如电池或蓄电池，其经由开关装置与uv-led5导电连接(在图1中未示出)。压力传感器8记录呼吸室3中的空气压力变化并且在呼吸室3中压力上升时基于使用者的呼气通过开关装置暂时地自动地切断uv-led5。以这种方式节省能量且显著提高防护面具1的运行时间。在摘下防护面具1并且然后例如使其处于近似水平位置中时，位置传感器19切断供电。充电接头22用于从外部为防护面具1供给电能或连接在充电器上，充电器给电池或蓄电池充电。
63.图2在显著简化的示意性剖视图中示出了防护面具1的另一可能的实施方式。关于功能性的基础构造基本上相当于图1中的基础构造，即，防护面具1具有包括呼吸室3的面具主体2、与呼吸室流体连接的呼吸口4、过滤器装置20、电能供给装置16、传感器18和19以及充电接头22。
64.在呼吸口4与呼吸室3之间布置有辐射室6，辐射室的腔室壁11以多个侧面包围腔室内部空间7。在腔室内部空间7的相对侧上分别布置有uv-led5。在辐射室6内布置有遮蔽装置8、9，遮蔽装置防止uv射线从腔室内部空间7中朝着呼吸口4或呼吸室3的方向传播。此外，辐射室在其中一个遮蔽装置9中具有缺口12，该缺口布置成，使得该缺口可从外部从呼吸室3的方向被清楚地看见。缺口12配备有荧光材料14，该荧光材料由腔室中的紫外射线而激发能量并且发出人眼可见的射线。该射线可通过辐射室6的空气出口被防护面具1的使用者感知并且能够简单地检查uv-led的功能是否正常。
65.借助在图1和图2中示出的防护面具1，可以在平均潮气量约为300cm3以及呼吸时间为一秒的情况下，通过uv辐射在一次呼吸期间杀死包含在呼吸空气中的90％以上的细菌，使得防护面具1可以有效地防护通过呼吸系统传播的传染病。
66.最后，图3示出了辐射室6的另一可能的实施方式的示意性剖视图。辐射室6两件式地由外部的腔室环24和内部的腔室环26构造而成，其中，外部的腔室环24具有内部轮廓，该
内部轮廓部分地与内部的腔室环26的外部轮廓互补。由此，两个腔室环24、26可以形状配合的方式彼此连接。在连接区域中，在两个腔室环24、26之间面具主体2被包围并且例如通过表面压力被固紧。以这种方式可通过分开腔室环24、26的方式将辐射室6无损坏地从面具主体2中脱出，例如为了维护目的，或将其置入新的面具主体2中。
67.腔室环24、26沿径向环绕地包围腔室内部空间7。在入口侧、即在辐射室6的远离使用者的一侧上布置有具有多个开口的过滤器罩28，开口形成腔室入口25。当然过滤器罩28的开口也可以同时形成呼吸口4(此处未示出)。在过滤器罩28与腔室内环26之间布置有灰尘过滤器20，该灰尘过滤器在需要时可以通过拆卸腔室环24、26轻松地更换。穿流腔室内部空间7的呼吸空气可以通过腔室出口27以朝着呼吸室3的方向再次离开辐射室6。
68.在腔室内部空间7中布置有安装环29，在该安装环上装有两个uv-led5。安装环29的内表面形成分离装置10，该分离装置将腔室内部空间7分成两个流体连接的腔室区段7a、7b。以这种方式，例如可以在第一腔室区段7a中置入uv-c led5a并且在第二腔室区段7b中置入uv-b led5b，而没有不利的混合光形成。同时，分离装置10引导呼吸空气在穿流腔室内部空间7时转向并且额外地沿径向流动，这实现了在uv辐射下更长的流动路径并且因此实现对病原性空气细菌的更加有效的辐射剂量。
69.在辐射室6中布置有遮蔽装置8、9，在该示例中，遮蔽装置模制在内部的腔室环26上并且防止uv光从腔室内部空间7朝着腔室入口25或腔室出口27的方向射出。辐射室6在遮蔽装置9中具有缺口12，可从辐射室6之外通过腔室出口27看见缺口。在缺口12中布置有透明的材料15，例如玻璃，uv光不可穿过该材料。透明的材料15在面对腔室内部空间7的一侧具有荧光涂层14，在用uv光辐射时该荧光涂层通过透明的材料15向外发出长波的可见光。以这种方式可以控制uv-led5、5a、5b的功能，但是无需为此设置额外的电装置。利用uv反射材料对腔室内部空间7的内表面13进行涂覆(此处未示出)，由此可以将在腔室内部空间中的每个空气颗粒上的对应的uv射线功率提高大约至98％，而没有消耗额外的能量。例如具有通过热蒸发产生的铝膜或铝层的涂层是合适的。其他的合适的uv反射材料对于技术人员来说是已知的。
70.在图3中示出的辐射室6尤其具有的优点是，具有不同的uv发射光谱的uv-led5、5a、5b的光化学作用可以特别有效地组合，由此实现了高度的净化性能并且同时实现了抵抗病原性空气细菌传播的作用。另一优点是，辐射室6例如可以在浇铸工艺中由例如热塑性的或热固性的标准塑料大批量地有利成本地制成并且由此例如也适用于对传统的半面具进行加装。
71.本发明并不限于根据实施例的描述。而是本发明包括任何的新特征以及特征的组合，这尤其包括在权利要求中的特征的每种组合，即使该特征或该特征组合并未明确地在权利要求或实施例中给出。