CN103263736B - 便携式空气净化过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了便携式空气净化过滤器，包括壳体；包括具有内部室的包围件，具有接纳环境空气的外部空气入口和过滤后空气端口；包括适于更换的滤片的滤芯；包括将空气吸入包围件并通过滤芯的风扇；以及适于贴合到用户的鼻和嘴上的面罩，面罩与壳体由柔性管体连接。该过滤器结构简单，便于随身携带能阻止空气中悬浮颗粒尤其是PM2.5，以及流行性传染病毒等有害物进入人体对健康造成严重的危害，效果明显，佩戴和使用也较为舒适，尤其适合老人、小孩以及长时间在城市户外工作的人群。
Description
技术领域
本发明涉及一种呼吸器设备，具体涉及一种装有动力装置的便携式空气净化过滤器。
背景技术
空气污染为危害人体健康及周边环境的物质对大气层所造成的污染。这些物质可能是气体、固体或液体悬浮物等。在中国大面积出现的雾霾是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等与空气中的小水滴形成的固体或液体悬浮物造成的严重污染现象。
悬浮物通常以颗粒的大小来区分，而当中的可吸入悬浮粒子则可影响人体健康。悬浮的颗粒物，在环境科学中，特指悬浮在空气中的固体颗粒或液滴，是空气污染的主要来源之一。其中，空气动力学直径（以下简称直径）小于或等于10微米的颗粒物称为可吸入颗粒物（PM10）；直径小于或等于2.5微米的颗粒物称为细颗粒物（PM2.5）。颗粒物能够在大气中停留很长时间，并可随呼吸进入体内，积聚在气管或肺中，影响身体健康。
这些可吸入悬浮颗粒还可以再细分为PM10和PM2.5两类：
PM10（即直径小于10微米）的颗粒，这种颗粒不能被身体的防御机制阻挡，可以直达肺部，所以十分危险；
PM2.5的颗粒比PM10的更危险，因为它的颗粒小于2.5微米，可以穿透肺泡到达血液。
PM2.5主要对呼吸系统和心血管系统造成伤害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者的过早死（美国环保局网站,http://www.epa.gov/air/particlepollution/health.html）。老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。
如果空气中PM2.5的浓度长期高于10微克/立方米，死亡风险就开始上升。浓度每增加10微克/立方米，总的死亡风险就上升4%，得心肺疾病的死亡风险上升6%，得肺癌的死亡风险上升8%（Pope,C.A.,etal.,2002）。空气中悬浮颗粒污染严重影响人体健康，尤其是对老人、小孩以及长时间在城市户外工作的人群。
在空气污染的环境中，人通常都会佩戴面罩保护自己，以免吸入空气中的污染物。但是佩戴面罩使人们在吸入空气时异常费力，而且面罩中一直会维持温热潮湿的水汽和呼出的二氧化碳环境。为了将温热潮湿的呼出空气从面罩内部空间排出的效果，制造商通常会安装呼气阀来清除面罩中的温热潮湿的呼出空气，比如美国专利No.2,072,516、2,230,770、2,895,472和4,630,604中带有按钮式呼气阀的面罩，或美国专利No.7,013,895、7,028,689和7,188,622中“瓣式”呼气阀的面罩。上述安装呼气阀的面罩改善的效果是非常有效的，但并不能有效地排除面罩中的温热潮湿的水汽和二氧化碳。
关于采用面罩过滤环境空气的另一个问题是面罩仅仅是对用户提供呼吸帮助，并在较深呼吸的情况下使得面罩内部压力变成负压，这通常会使环境空气从面罩与面部的接触部进入面罩，由此使用户直接吸入环境空气。
解决上述问题可以通过保持用户面罩内的正压力来解决。正压力可以解决环境空气不经过滤直接“泄露”进入面罩的问题，这样对面罩的密封性能要求也大大降低。正压力还有利于将面罩中的温热潮湿的水汽和二氧化碳及时排出。消防员或潜水员使用的氧气罐可以为呼吸面罩提供正压力，但是氧气罐较为沉重不便于携带，氧气需要经气体压缩装置压入气罐中，只适合在特殊场合下使用。并且通常氧气罐的储气量也是十分有限，仅能满足用户短时间内的呼吸需要。因此本领域存在对于处理此问题的改进方法的需求。
发明内容
本发明提供了便携式空气净化过滤器，其克服了背景技术的所存在的不足，可以有效地过滤除去空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等与空气中的小水滴形成的固体或液体悬浮物，为使用者持续地提供适于呼吸的空气，消除空气中悬浮颗粒、尤其是PM2.5等污染物对人体健康造成的严重危害。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：便携式空气净化过滤器，其特征在于：它包括：
壳体（100），所述壳体（100）具有空气入口端口和空气出口端口；
包围件（200），所述包围件（200）装接在壳体（100）内，其包括内部室、构造成接纳环境空气的外部空气入口和过滤后空气端口，该外部空气入口与壳体（100）之入口端口相接通，该过滤后空气端口与壳体（100）之空气出口端口相连通；
滤芯，所述滤芯可拆卸地安装在所述包围件（200）的所述内部室中，所述滤芯包括至少一个适于更换的滤片（310）；
风扇（400），所述风扇（400）装接在包围件（200）之内部室中，且其由所述包围件（200）的所述入口将空气吸入所述包围件（200）的所述内部室并通过所述滤芯以产生适于呼吸的空气，适于呼吸的空气由所述壳体（100）的所述空气出口端口排出；和
面罩（500），所述面罩（500）适于贴合到至少用户的鼻和嘴上，以在佩戴时形成内部气体空间，所述面罩（500）具有一个进气口（510）和至少一个在呼气时使呼出空气能够从面罩（500）内部流到面罩（500）外部的气孔（520），所述面罩（500）的所述进气口（510）由柔性管体（600）连接所述壳体（100）的所述空气出口端口。
一较佳实施例之中：还包括控制器，所述控制器安装在所述壳体（100）上并控制风扇（400）转速以产生适于用户呼吸的空气流量。
一较佳实施例之中：所述空气流量为20-300L/min。
一较佳实施例之中：至少一个所述气孔（520）位于所述面罩（500）在使用时用户的鼻的上部区域。
一较佳实施例之中：所述滤片（310）包括至少一层空气过滤材料。
一较佳实施例之中：所述空气过滤材料为纤维织物或活性炭。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.该便携式空气净化过滤器结构简单，价格低廉，便于使用者随身携带。空气净化过滤器可以有效地过滤除去空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等与空气中的小水滴形成的固体或液体悬浮物，为使用者持续地提供适于呼吸的空气。本发明的过滤器能阻止空气中悬浮颗粒尤其是PM2.5、以及流行性传染病毒等有害物进入人体对健康造成严重的危害，效果明显，佩戴和使用也较为舒适，尤其适合老人、小孩以及长时间在城市户外工作的人群。
2.滤芯可拆卸地安装在包围件的内部室中以便于方便地更换滤片。因为使用时滤片上无可避免地会吸附上空气中的悬浮颗粒，需要及时更换。另外，根据不同的环境空气状况可能需要选择不同的滤片，也可以通过增加滤片的层数来提高过滤的效果，比如滤除PM2.5等较细小的微粒。
3.面罩的至少一个气孔可以使使用者在呼气时将呼出的空气从面罩内部流到面罩外部。因为风扇产生的气流不但持续地向面罩中输送过滤后的清洁空气，而且使面罩中具有正压力。正压力可以防止使用者在吸气时将环境空气直接吸入面罩。正压力还有利于将面罩中由使用者呼出的温热潮湿的水汽和二氧化碳及时地排出去，大大地提高了面罩佩戴的舒适度。
4.控制器安装在壳体上并控制风扇转速以产生适于用户呼吸的空气流量。根据测算本发明提供的便携式空气净化过滤器适于人呼吸的空气流量为20-300L/min。比如，12岁的儿童每分钟呼吸的空气体积大约为40L，普通成年人每分钟呼吸的空气体积大约为100L。大人、小孩和长时间在城市户外工作的人所需要的空气流量是不同的；也可以根据不同的呼吸频率情况来调节控制器，比如使用者作剧烈的运动时需要的空气流量要远远大于平缓的运动时需要的空气流量。
5.至少一个气孔位于所述面罩在使用时用户的鼻的上部区域。这种改进是针对使用者眼睛的保护而设计。因为人的眼睛始终与环境空气直接接触，空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等与空气中的小水滴形成的固体或液体悬浮物很容易进入人的眼睛中。尤其是PM2.5的颗粒更危险，因为它的颗粒小于2.5微米，甚至可以通过眼睛到达血液中。面罩的上端分布的气孔在使用时位于使用者眼睛的下方，在面罩内部正压力的作用下，经过滤后的空气流从面罩内部吹向使用者的眼睛附近，形成保护气流氛围，可以阻止固体或液体悬浮物进入使用者的眼睛中。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1绘示了一较佳实施例的便携式空气净化过滤器的结构示意图。
图2绘示了一较佳实施例的面罩的正面示意图。
图3绘示了一较佳实施例的面罩的佩戴示意图。
具体实施方式
请查阅图1至图3，便携式空气净化过滤器的一较佳实施例，所述的便携式空气净化过滤器，它包括壳体100、包围件200、滤芯、风扇400及面罩500。
所述壳体100可设计成适于使用者携带，比如适于装入儿童的书包内或挂于腰间。壳体100具有空气入口端口和空气出口端口。
所述包围件200装接在壳体100内，其包括内部室、构造成接纳环境空气的外部空气入口和过滤后空气端口，该外部空气入口与壳体100之入口端口相接通，该过滤后空气端口与壳体100之空气出口端口相连通。
滤芯可拆卸地安装在包围件200的内部室中，滤芯包括至少一个适于更换的滤片310。
所述风扇400装接在包围件200之内部室中，且其由包围件200的入口将空气吸入包围件200的内部室并通过滤芯以产生适于呼吸的空气，适于呼吸的空气由壳体100的空气出口端口排出。
面罩500适于贴合到至少用户的鼻和嘴上，以在佩戴时形成内部气体空间。面罩500具有一个进气口510和至少一个在呼气时使呼出空气能够从面罩500内部流到面罩500外部的气孔520，面罩500的进气口510由柔性管体连接壳体100的空气出口端口。如图2所示，所述面罩500还设有二个能挂于人耳朵处的绑带530。
本发明的空气净化过滤器的包围件200的入口提供了环境空气进入包围件200的路径，由此防止未经过滤的环境空气进入面罩500。在一些实施例中，包围件200的入口还可以关闭，由此防止滤芯直接暴露到环境空气中，可以延长滤芯的使用寿命。
滤芯可拆卸地安装在包围件200的内部室中以便于方便地更换滤片310。因为使用时滤片310上无可避免地会吸附上空气中的悬浮颗粒，需要及时更换。另外，根据不同的环境空气状况可能需要选择不同的滤片310，也可以通过增加滤片310的层数来提高过滤的效果，比如滤除PM2.5等较细小的微粒。
面罩500的至少一个气孔520可以使使用者在呼气时将呼出的空气从面罩500内部流到面罩500外部。因为风扇400产生的气流不但持续地向面罩500中输送过滤后的清洁空气，而且使面罩500中具有正压力。正压力可以防止使用者在吸气时将环境空气直接吸入面罩500。正压力还有利于将面罩500中由使用者呼出的温热潮湿的水汽和二氧化碳及时地排出去，大大地提高了面罩500佩戴的舒适度。
作为本发明的进一步改进，所述的便携式空气净化过滤器还包括控制器，所述控制器安装在所述壳体100上并控制风扇400转速以产生适于用户呼吸的空气流量。根据测算本发明提供的便携式空气净化过滤器适于人呼吸的空气流量为20-300L/min。比如，12岁的儿童每分钟呼吸的空气体积大约为40L，普通成年人每分钟呼吸的空气体积大约为100L。大人、小孩和长时间在城市户外工作的人所需要的空气流量是不同的；也可以根据不同的呼吸频率情况来调节控制器，比如使用者作剧烈的运动时需要的空气流量要远远大于平缓的运动时需要的空气流量。
作为本发明的另一种改进，所述的便携式空气净化过滤器，其中有至少一个气孔520位于所述面罩500在使用时用户的鼻的上部区域。这种改进是针对使用者眼睛的保护而设计。因为人的眼睛始终与环境空气直接接触，空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等与空气中的小水滴形成的固体或液体悬浮物很容易进入人的眼睛中。尤其是PM2.5的颗粒更危险，因为它的颗粒小于2.5微米，甚至可以通过眼睛到达血液中。面罩500的上端分布的气孔520在使用时位于使用者眼睛的下方，在面罩500内部正压力的作用下，经过滤后的空气流从面罩500内部吹向使用者的眼睛附近，形成保护气流氛围，可以阻止固体或液体悬浮物进入使用者的眼睛中。
当对本发明再作进一步改进时，滤芯中的滤片310包括至少一层空气过滤材料。
滤片310可以包括能够进行过滤的任何合适的过滤材料层。合适的过滤材料可以是纤维织物或活性炭。纤维织物的实例可以包括微纤维织物、原纤化薄膜纤维织物、织造或非织造纤维织物如气流成网或梳理成网短纤维、溶喷纤维织物、或它们的组合。可用于形成此类纤维织物的纤维可以为：聚烯烃，例如聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚4-甲基-1-戊烯和它们的共混物；卤素取代的聚烯烃，例如含有一个或多个氯乙烯单元或四氟乙烯单元并且也可以包含丙烯腈单元的那些；聚酯；聚碳酸酯；聚氨酯；松香羊毛；玻璃；纤维素；或它们的组合。在具体实施例中，所述过滤材料包括至少一层吹塑微纤维。过滤层材料可以具有这样的特征，如带电纤维、短纤维、双组分短纤维、耐油处理如氟化表面、等等。滤片310可以主要旨在用于过滤颗粒；或者，例如通过添加特定试剂、吸附材料等也可以附加或替代地旨在用于移除气体和/或蒸气物质等等。另外一种比较理想的过滤材料是活性炭，活性炭里有许多形状不同和大小不一的孔隙，可以起到吸附粉尘和有毒气体的作用。
另外,很多流行性传染病如：禽流感等主要通过呼吸途径传染。自从1997年在香港发现人类也会感染禽流感之后，此病症引起全世界卫生组织的高度关注。其后，禽流感疫症不但未有平息的迹象，而且还不断扩散。禽流感病毒常从病禽的鼻腔或口腔分泌物中排出，在空气中形成携带流行性传染病的飞沫和气溶胶（悬浮着微小粒子的气体），病毒受到这些有机物的保护极大地增加了抗灭活能力。
本发明的空气净化过滤器中的滤芯中滤片包括纤维织物或活性炭，这些材料均可将空气中携带流行性传染病的飞沫和气溶胶（悬浮着微小粒子的气体）过滤或吸附除去。长期佩戴亦可以大大降低人感染禽流感等流行性传染病的几率。
本发明的便携式空气净化过滤器结构简单，价格低廉，便于使用者随身携带。空气净化过滤器可以有效地过滤除去空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等与空气中的小水滴形成的固体或液体悬浮物、以及携带流行性传染病毒的飞沫和气溶胶，为使用者持续地提供适于呼吸的空气。本发明的过滤器能阻止空气中悬浮颗粒尤其是PM2.5，以及流行性传染病毒等有害物进入人体对健康造成严重的危害，效果明显，佩戴和使用也较为舒适，尤其适合老人、小孩以及长时间在城市户外工作的人群。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (5)
1.便携式空气净化过滤器，其特征在于：它包括：
壳体(100)，所述壳体(100)具有空气入口端口和空气出口端口；
包围件(200)，所述包围件(200)装接在壳体(100)内，其包括内部室、构造成接纳环境空气的外部空气入口和过滤后空气端口，该外部空气入口与壳体(100)之入口端口相接通，该过滤后空气端口与壳体(100)之空气出口端口相连通；
滤芯，所述滤芯可拆卸地安装在所述包围件(200)的所述内部室中，所述滤芯包括至少一个适于更换的滤片(310)；
风扇(400)，所述风扇(400)装接在包围件(200)之内部室中，且其由所述包围件(200)的所述入口将空气吸入所述包围件(200)的所述内部室并通过所述滤芯以产生适于呼吸的空气，适于呼吸的空气由所述壳体(100)的所述空气出口端口排出；和
面罩(500)，所述面罩(500)适于贴合到至少用户的鼻和嘴上，以在佩戴时形成内部气体空间，所述面罩(500)具有一个进气口(510)和至少一个在呼气时使呼出空气能够从面罩(500)内部流到面罩(500)外部的气孔(520)，所述面罩(500)的所述进气口(510)由柔性管体(600)连接所述壳体(100)的所述空气出口端口；
至少一个所述气孔(520)位于所述面罩(500)在使用时用户的鼻的上部区域。
2.根据权利要求1所述的便携式空气净化过滤器，其特征在于：还包括控制器，所述控制器安装在所述壳体(100)上并控制风扇(400)转速以产生适于用户呼吸的空气流量。
3.根据权利要求2所述的便携式空气净化过滤器，其特征在于：所述空气流量为20-300L/min。
4.根据权利要求1所述的便携式空气净化过滤器，其特征在于：所述滤片(310)包括至少一层空气过滤材料。
5.根据权利要求4所述的便携式空气净化过滤器，其特征在于：所述空气过滤材料为纤维织物或活性炭。
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