CN102763917B - 口罩 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种口罩，包括外表层、内表层、以及设置于外表层与内表层之间的紫外LED层和夹层；所述紫外LED层敷设在夹层上，包含有紫外LED芯片或者紫外LED灯，所述紫外LED芯片或者紫外LED灯的供电线路敷设在夹层上或者内置于所述的夹层中。本发明的口罩不仅能够真正地起到杀灭细菌和病毒的作用，而且小巧轻便，佩戴方便。高辐射密度的紫外LED被隐藏设计，不会伤及皮肤。并且由于没有纺织物层层阻挡，因此气流通畅，佩戴舒适，而且漏气现象可以大大减轻。如果在口罩中进一步设置气体单向阀开关，仅在吸气或者呼气时点亮紫外LED，这样可以大大延长紫外LED的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于口罩或者呼吸器技术领域，具体地说，是涉及一种可以有效过滤空气中的病毒、细菌的口罩或者呼吸器。
背景技术
病毒颗粒非常小，直径一般在0.3微米以下。目前使用的口罩，不论是医用口罩（以美国3M公司的各型手术口罩为代表）还是普通民用口罩，都是采用纺织物制作而成的。口罩的纺织物网对隔绝空气中漂浮的病毒、细菌无效。尽管如此，口罩仍然在医院和日常生活中普遍使用，这是因为佩戴口罩能够阻断口腔、鼻腔的液体飞沫传播，并且能够防止脏手无意中触碰口、鼻，将细菌或者病毒带入到人体。
如果要求过滤掉空气中的细菌和病毒，需要在口罩中增加多层微孔过滤，造成气流不畅；或者需要体积庞大的外置过滤罐，做成全封闭式呼吸器来保证密闭，比如目前的防毒面具等，通过内置于过滤罐中的水银灯管来将空气中的细菌和病毒杀死后，再将消毒后的气体输送至面罩，供人体吸入。这种口罩和呼吸器在使用过程中会带来诸多不便，例如：呼吸困难、佩戴眼镜困难、无法用于高温环境等。由于主气流通道需要层层过滤造成气流不畅，因此，一旦口罩或者呼吸器与使用者的脸部结合不紧密，就很容易出现旁侧漏气，更无从谈起过滤细菌和病毒了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种佩戴轻便且具有消毒功能的口罩，通过在口罩中增加紫外LED，以对吸入的气流进行消毒后再送入到人体鼻腔，从而起到了杀灭细菌和病菌的作用。由于这种新口罩不依靠阻挡方式过滤，因此呼吸通畅，长时间佩戴也很舒适。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种口罩，包括外表层、内表层、以及设置于外表层与内表层之间的紫外LED层和夹层；所述紫外LED层敷设在夹层上，包含有紫外LED芯片或者紫外LED灯，所述紫外LED芯片或者紫外LED灯的供电线路敷设在夹层上或者内置于所述的夹层中。
为了提高消毒效果，所述外表层优选采用非透气材料制成，且外表层与紫外LED层之间形成间隙；所述紫外LED层敷设在夹层的下半部分，在外表层下半部分的周边开设有进气口。
为了进一步地提高消毒效果，限制气流在口罩中的流通路径，优选将所述夹层也采用非透气材料制成，且在其上半部分开设出气口。由此一来，通过外表层周边的进气口吸入的气流只能在经过紫外LED层进行杀菌消毒后，才能从夹层上开设的出气口进入到佩戴者的口腔和鼻腔中。
为了更进一步地提高消毒效果，使紫外线能够更充分地接触到吸入的气流，优选在所述紫外LED层的内侧和外侧分别设置反射层，所述反射层由具有高紫外线反射率的材料制成，且设置于所述紫外LED层外侧的反射层与紫外LED层之间形成间隙。
作为另外一种设计方案，为了确保吸入的气流能够流经紫外LED芯片或者紫外LED灯，可以采用非透气材料制作所述的外表层和夹层，并在所述夹层上开设出气口；将所述的紫外LED芯片或者紫外LED灯内置于中空的封装盒中，并在所述封装盒上开设与外界大气相连通的进气孔以及与所述夹层上开设的出气口相连通的出气孔。这样一来，外界气流只能通过封装盒进入到口罩中，由于封装盒中内置有紫外LED芯片或者紫外LED灯，因此可以确保外界气流在经过紫外线消毒后再被人体吸入，达到杀灭细菌和病毒的目的。
当然，所述夹层也可以采用透气材料制成，仅外表层由非透气材料制成，同样将所述的紫外LED芯片或者紫外LED灯内置于中空的封装盒中，并在所述的封装盒上开设与外界大气相连通的进气孔，通过封装盒上的出气孔排出的气流流向所述的夹层，通过夹层吸入到人体的口腔或者鼻腔中。
为了进一步提高消毒效果，优选在所述封装盒的内周壁上附着反射层，且所述反射层优选由具有高紫外线反射率的材料制成，以充分利用紫外线对吸入的空气进行杀菌消毒。
优选的，在所述口罩的内侧边缘设置有密封圈，以便于减少漏气现象。
为了达到延长紫外LED芯片或者紫外LED灯使用寿命的设计目的，优选在所述紫外LED芯片或者紫外LED灯的供电线路中串联一工作模式切换电路，在所述工作模式切换电路中包含有一个选择开关和两个气体单向阀开关，所述选择开关的公共端连接在供电线路的一端，选择开关的三路选通端子分别通过所述的两个气体单向阀开关以及导线连接在所述供电线路的另一端，且所述的两个气体单向阀开关在线路中的连接方向相反。
进一步的，本发明采用电池为所述的紫外LED芯片或者紫外LED灯供电，所述电池内置于口罩中或者设置于口罩外部的电池盒中；当所述电池设置在电池盒中时，电池通过埋设在口罩系带中的导线连接口罩内部的紫外LED芯片或者紫外LED灯。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的口罩不仅能够真正地起到杀灭细菌和病毒的作用，而且小巧轻便，佩戴方便。高辐射密度的紫外LED被隐藏设计，不会伤及皮肤。并且由于没有纺织物层层阻挡，因此气流通畅，佩戴舒适，而且漏气现象可以大大减轻。如果在口罩中进一步设置气体单向阀开关，仅在吸气或者呼气时点亮紫外LED，这样可以大大延长紫外LED的使用寿命。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明所提出的口罩的一种层结构示意图；
图2是图1中夹层和LED层的一种实施例的结构示意图；
图3是图1中夹层和LED层的另外一种实施例的结构示意图；
图4是本发明所提出的口罩的使用状态参考图；
图5是本发明所提出的口罩的另外一种层结构示意图；
图6是图1中夹层和LED层的第三种实施例的结构示意图；
图7是本发明所提出的口罩的一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。
实施例一，由于目前的紫外LED封装后体积和重量都可以根据需要进行控制。例如目前实际测试的紫外LED重量可以控制在0.5克左右，体积可以小于5*5*2.5毫米（即长*宽*高）。因此，把紫外LED埋设在口罩内，让气流通过紫外LED表面时进行杀菌、消毒，是完全可以实施的。
本实施例即提出了一种采用紫外LED设计的口罩，如图1所示，至少包括外表层1、内表层2、夹层3和紫外LED层4。其中，夹层3和紫外LED层4优选内置于外表层1与内表层2所围成的腔室中，也可以将外表层1的边缘与夹层3的边缘封合，然后将内表层2粘贴或者扣合在夹层3的内侧面上，以形成所述的口罩。而所述的紫外LED层4优选敷设在夹层3上，包含有可以发射紫外光线的紫外LED芯片或者是紫外LED灯（以下将这两种情况统一简称为紫外LED），且紫外LED的发光面朝外，即紫外光线的发射方向朝向外表层1的方向，以避免照向人体面部，伤及人体皮肤。紫外LED的供电线路可以敷设在夹层3上，如图2所示，也可以埋藏于所述的夹层3中。
为了使人体佩戴舒适，所述内表层2优选采用柔软的纺织物制成，且采用撕拉口或者按扣等方便拆装的活动连接件实现内表层2与外表层1或者夹层3的连接固定，由此一来，也可以方便佩戴者定期拆下内表层2进行更换或者清洗，确保使用卫生。
本实施例优选采用小型纽扣电池为紫外LED供电，可以将电池内置于夹层3中，也可以设置于口罩外部的电池盒7中。当采用将电池安装于口罩外部的电池盒7中的设计方案时，电池可以通过埋设在口罩头部系带6中的导线实现与口罩内部紫外LED的连接，如图4所示。
佩戴本实施例的口罩后，可以触发开关点亮紫外LED。人体在呼吸时，气流流经紫外LED后，透过夹层3和内表层2进入人体的口腔或者鼻腔。由于气流在进入人体前接受了紫外光线的照射，因此，其中的细菌和病毒被有效地杀灭，从而起到了对空气消毒的作用。
如图2所示，紫外LED可以以一定的排列方式表贴于电路板上，多个紫外LED可以串联、并联或者以串并联的方式连接组合。所述电路板优选采用柔软电路板进行设计，敷设或者内置于所述的夹层3中。其中，紫外LED发射的紫外光线的波段应小于400nm，优选采用波段小于300nm的深紫外LED进行设计，以提高杀菌效果。
作为一种优选设计方案，可以将紫外LED层4设置于夹层3的下半部分，此时，为了使吸入的气体能够流经紫外LED，可以将外表层1采用非透气材料制成，且与紫外LED层4之间形成间隙，然后在外表层1的下半部分的周边开设进气口5，如图4所示。此时，气流只能通过周边的进气口5进入口罩，即从口罩的下半部分吸入，这样可以降低空气流速，确保吸入的气流能够准确地流经紫外LED进行杀菌处理，然后穿过夹层3和内表层2进入人体的鼻腔，供人体呼吸。
采用这种方式设计的口罩，由于夹层3采用透气材料制成，因此不能保证进入人体的气流完全经过紫外LED进行了杀菌消毒，可能会有部分气体在进入到口罩后，直接穿过夹层3被人体吸入。因此，为了进一步提高气体消毒效果，本实施例优选将外表层1和夹层3均采用不透气材料制成，并且在夹层3的上半部分开设出气口8。紫外LED层4同样设置在夹层3的下半部分，且在外表层1的下半部分的周边开设进气口5，并使外表层1与紫外LED层4之间形成间隙，如图3所示。由此一来，气流通过进气口5进入到口罩后，必须经过位于口罩下半部分的紫外LED照射后，才能向上通过出气口8流入到人体鼻腔，从而确保了人体的呼吸安全。
本实施例的出气口8优选开设在夹层3上半部分的中间位置，且在人体佩戴所述口罩后能够刚好与人体鼻腔的位置相对应，以此可以保证呼吸更加顺畅，避免出现憋气现象。
为了使外表层1能够与紫外LED层4之间形成间隙，可以采用具有一定硬度的材料来制作所述的外表层1，以简化口罩的整体设计。
为了充分利用紫外线对吸入到口罩中的气流进行杀菌消毒，优选在所述紫外LED层4的内侧和外侧再分别设置一层反射层9、10，如图5所示。所述反射层9、10优选采用具有高紫外线反射率的材料制成，比如铝、钯或者Teflon（特氟隆）等材料，且设置于紫外LED层4外侧的反射层10应与紫外LED层4之间形成间隙。具体来讲，可以将内侧的反射层9贴附在夹层3的外侧面上，将外侧的反射层10贴附在外表层1的内侧面上，由于外表层1与紫外LED层4之间已经形成有间隙，而反射层9的厚度一般设计得很薄，因此可以保证外侧的反射层10与紫外LED层4之间留有间隙，使得紫外光线可以在内外两层反射层9、10之间互相反射，对吸入的气流进行充分杀菌，以提高消毒效果。
当然，也可以采用其它结构形式来设计本实施例的紫外LED杀菌口罩，如图6所示。比如将紫外LED内置于一个中空的封装盒11里，可以在一个封装盒11中仅放置一颗紫外LED，也可以同时放置多颗紫外LED。在封装盒11的一侧开设与大气相连通的进气孔12，另外一侧开设与夹层3相连通的出气孔13，且口罩的外表层1应采用非透气材料制成。这样一来，外界空气只能通过封装盒11进入口罩内部，因此可以保证吸入的空气在经过紫外LED消毒后，再被人体所吸入。
采用上述设计方案，外表层1与封装盒11之间可以不留空隙，夹层3可以采用透气材料制成。若夹层3采用非透气材料制成，则可以进一步在夹层3上开设出气口8，如图6所示，由封装盒11的出气孔13排出的气体可以通过所述的出气口8经内表层2流入到人体鼻腔，为人体提供氧气。
作为一种优选设计方案，所述封装盒11优选排列在夹层3下半部分的周边位置，且在封装盒11的内周面上贴附具有高紫外线反射率的反射层，比如柔软的铝箔等，以提高消毒效果。所述出气口8优选开设在夹层3上半部分的中间位置，且与佩戴者的鼻腔位置相对应，以便于呼吸。
在口罩的内侧边缘可以进行加厚处理或者设置密封圈，比如橡胶密封圈等，以便于减少漏气现象。
图7是本实施例所提出的口罩的一种优选电路设计原理图，为了达到延长紫外LED使用寿命的设计目的，本实施例优选在紫外LED的供电线路中设计气体单向阀开关，医生可以在吸气时点亮紫外LED，而病人可以在呼气时点亮紫外LED，避免紫外LED在佩戴过程中由于长时间持续点亮而发热烧毁。
作为一种优选设计方案，本实施例优选在紫外LED的供电线路中串联一个工作模式切换电路，如图7所示，可以包括一个选择开关K1和两个气体单向阀开关K2、K3。其中，所述选择开关K1的公共端COM可以直接连接在供电线路的一端，选择开关K1的三路选通端子S1、S2、S3可以分别通过所述的两个气体单向阀开关K2、K3以及导线连接在所述供电线路的另外一端，且两个气体单向阀开关K2、K3在线路中的连接方向应该相反。
当需要紫外LED持续点亮时，可以将选择开关K1切换到选通端子S3的位置处，即将选择开关K1的公共端COM与其选通端子S3连通，此时，通过电池VBT的正极输出的电流经过紫外LED和选择开关K1流回电池VBT的负极，形成紫外LED的供电回路。像这样把选择开关K1切换到S3档位上，口罩中的紫外LED在佩戴着呼气和吸气时均处于点亮状态，适合急促呼吸的佩戴者选用，比如医院中奔忙的护士等医务人员。
当需要紫外LED以间歇点亮模式工作时，若佩戴者是医生等无传染疾病的健康人士，则可以将选择开关K1切换到选通端子S2的位置处，即将选择开关K1的公共端COM与其选通端子S2连通。此时，只有在人体吸气时，气体单向阀开关K3闭合，连通紫外LED的供电回路，将紫外LED点亮，对吸入到口罩中的气流进行杀菌消毒。而在人体呼气时，由于气体单向阀开关K3关断，因此，紫外LED的供电回路被切断，紫外LED熄灭。相反的，若佩戴者是病人，则可以将选择开关K1切换到选通端子S1的位置处，即将选择开关K1的公共端COM与其选通端子S1连通。此时，只有在人体呼气时，气体单向阀开关K2闭合，连通紫外LED的供电回路，将紫外LED点亮，对病人呼出的气流进行杀菌消毒。而在病人吸气时，由于气体单向阀开关K2处于关断状态，因此，紫外LED的供电回路被切断，使紫外LED熄灭。
本实施例通过在口罩中内置小巧的紫外LED，利用LED发射的紫外光线对气流进行消毒，不仅可以有效地控制口罩的体积，使其小巧轻便，佩戴方便，而且通过采用从边缘向中间进气的方式，从而可以降低气体流动速度，延长杀菌光源的有效作用时间。
当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种口罩，包括外表层、内表层、以及设置于外表层与内表层之间的紫外LED层和夹层；所述紫外LED层敷设在夹层上，包含有紫外LED芯片或者紫外LED灯，所述紫外LED芯片或者紫外LED灯的供电线路敷设在夹层上或者内置于所述的夹层中；其特征在于：所述外表层和夹层由非透气材料制成，且外表层与紫外LED层之间形成间隙；所述紫外LED层敷设在夹层的下半部分，在外表层下半部分的周边开设有进气口；在所述夹层上半部分的中间位置开设有出气口，所述出气口在人体佩戴所述口罩后刚好与人体鼻腔的位置相对应。
2.根据权利要求1所述的口罩，其特征在于：在所述紫外LED层的内侧和外侧分别设置有反射层，所述反射层由具有高紫外线反射率的材料制成，设置于所述紫外LED层外侧的反射层与紫外LED层之间形成间隙。
3.根据权利要求1或2所述的口罩，其特征在于：在所述口罩的内侧边缘设置有密封圈。
4.根据权利要求1或2所述的口罩，其特征在于：在所述紫外LED芯片或者紫外LED灯的供电线路中串联有工作模式切换电路，在所述工作模式切换电路中包含有一个选择开关和两个气体单向阀开关，所述选择开关的公共端连接在供电线路的一端，选择开关的三路选通端子分别通过所述的两个气体单向阀开关以及导线连接在所述供电线路的另一端，且所述的两个气体单向阀开关在线路中的连接方向相反。
5.根据权利要求1或2所述的口罩，其特征在于：利用电池为所述的紫外LED芯片或者紫外LED灯供电，所述电池内置于口罩中或者设置于口罩外部的电池盒中；当所述电池设置在电池盒中时，电池通过埋设在口罩系带中的导线连接口罩内部的紫外LED芯片或者紫外LED灯。
6.一种口罩，包括外表层、内表层、以及设置于外表层与内表层之间的紫外LED层和夹层；所述紫外LED层敷设在夹层上，包含有紫外LED芯片或者紫外LED灯，所述紫外LED芯片或者紫外LED灯的供电线路敷设在夹层上或者内置于所述的夹层中；其特征在于：所述外表层与夹层由非透气材料制成，夹层上半部分的中间位置开设有出气口，且与佩戴者的鼻腔位置相对应；所述紫外LED芯片或者紫外LED灯内置于中空的封装盒中，所述封装盒排列在夹层下半部分的周边位置，外表层与封装盒之间不留空隙，在所述封装盒的一侧开设有与外界大气相连通的进气孔，另外一侧开设有与所述夹层上开设的出气口相连通的出气孔。
7.根据权利要求6所述的口罩，其特征在于：在所述封装盒的内周壁上附着有反射层，所述反射层由具有高紫外线反射率的材料制成。
8.根据权利要求6或7所述的口罩，其特征在于：在所述口罩的内侧边缘设置有密封圈。
9.根据权利要求6或7所述的口罩，其特征在于：在所述紫外LED芯片或者紫外LED灯的供电线路中串联有工作模式切换电路，在所述工作模式切换电路中包含有一个选择开关和两个气体单向阀开关，所述选择开关的公共端连接在供电线路的一端，选择开关的三路选通端子分别通过所述的两个气体单向阀开关以及导线连接在所述供电线路的另一端，且所述的两个气体单向阀开关在线路中的连接方向相反。
10.根据权利要求6或7所述的口罩，其特征在于：利用电池为所述的紫外LED芯片或者紫外LED灯供电，所述电池内置于口罩中或者设置于口罩外部的电池盒中；当所述电池设置在电池盒中时，电池通过埋设在口罩系带中的导线连接口罩内部的紫外LED芯片或者紫外LED灯。
11.一种口罩，包括外表层、内表层、以及设置于外表层与内表层之间的紫外LED层和夹层；所述紫外LED层敷设在夹层上，包含有紫外LED芯片或者紫外LED灯，所述紫外LED芯片或者紫外LED灯的供电线路敷设在夹层上或者内置于所述的夹层中；其特征在于：所述外表层由非透气材料制成，夹层由透气材料制成；所述紫外LED芯片或者紫外LED灯内置于中空的封装盒中，所述封装盒排列在夹层下半部分的周边位置，外表层与封装盒之间不留空隙，在所述封装盒的一侧开设有与外界大气相连通的进气孔，另外一侧开设有出气孔，通过封装盒上的出气孔排出的气流流向所述的夹层。
12.根据权利要求11所述的口罩，其特征在于：在所述封装盒的内周壁上附着有反射层，所述反射层由具有高紫外线反射率的材料制成。
13.根据权利要求11或12所述的口罩，其特征在于：在所述口罩的内侧边缘设置有密封圈。
14.根据权利要求11或12所述的口罩，其特征在于：在所述紫外LED芯片或者紫外LED灯的供电线路中串联有工作模式切换电路，在所述工作模式切换电路中包含有一个选择开关和两个气体单向阀开关，所述选择开关的公共端连接在供电线路的一端，选择开关的三路选通端子分别通过所述的两个气体单向阀开关以及导线连接在所述供电线路的另一端，且所述的两个气体单向阀开关在线路中的连接方向相反。
15.根据权利要求11或12所述的口罩，其特征在于：利用电池为所述的紫外LED芯片或者紫外LED灯供电，所述电池内置于口罩中或者设置于口罩外部的电池盒中；当所述电池设置在电池盒中时，电池通过埋设在口罩系带中的导线连接口罩内部的紫外LED芯片或者紫外LED灯。
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