CN105595465A - 一种空气幕防护口罩 - Google Patents
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Abstract
一种空气幕防护口罩，包括锂离子电池(1)、气泵(2)、空气过滤器(3)、气流幕面罩(4)、前端输气管(5)、后端输气管(5A)。气泵(2)通过前端输气管(5)连接空气过滤器(3)，空气过滤器(3)通过后端输气管(5A)连接气流幕面罩(4)。气流幕面罩外侧密封隔离层(4-1)采用尼丝纺布料，气流幕面罩内侧透气隔离层(4-2)采用纯棉水刺布，气流幕面罩外侧密封隔离层(4-1)与气流幕面罩内侧透气隔离层(4-2)之间是空腔气道(4-3)，空气过滤器(3)过滤的洁净空气在空腔气道(4-3)内与呼出气体交换。气流幕面罩能降低人呼吸时二氧化碳重吸入。
Description
技术领域
本发明涉及一种穿戴防护技术，特别是一种空气幕防护口罩。
背景技术
大气污染，传染疾病突发事件频发，给人们的生命健康造成了极大威胁，降低空气污染对健康的影响，阻断传染疾病在空气中传播，如何通过个人穿戴防护，减轻空气污染和疾病传染源对人类健康的影响，成了当今十分重要的课题。针对大气污染，现有的公众防护技术大多数采用纱布过滤式口罩。然而，雾霾中不仅仅有颗粒，还有硫化氢等有害气体，在雾霾天气里采用纱布过滤式口罩难于达到防护作用。有文献记载，北京医疗器械检验所材料室曾在医院环境下，对几种口罩进行了密闭性实验，结果表明：普通纱布口罩对PM5以下的颗粒没有阻挡；医用外科口罩和医用一次性口罩可以阻挡直径大于4微米的颗粒，但对0.3微米的颗粒物，医用外科口罩透过率为18.3％，普通一次性医用口罩为85.6％。这说明，两种医用口罩对细小的颗粒物阻挡效果有限[李颖，PM2.5口罩有名无实[J]，中国质量万里行，2014，1，pp.30-31]。
现有的口罩还存在人体呼出二氧化碳滞留问题，降低了人呼吸时二氧化碳对氧气的交换，这是因为现有的口罩存在一个呼出气体滞留区。滞留区是指口罩主体与人脸皮肤接触的空隙部分的体积，是人在呼吸时呼出气体停留的空间。滞留区所停留的呼出气体，影响了吸入大气中的新空气，这部分滞留气体含有大量的人呼吸时呼出的二氧化碳，滞留区空间越大，滞留的二氧化碳越多，当人呼吸吸气时，首先吸入这部分滞留区空气，这就减少了吸入含氧的新空气。由于人的生理需要，为了保持氧气的吸入量，在低氧的条件反射作用下，被迫增加呼吸频率，导致增大了人的能量消耗。当人的呼吸吸入空气中二氧化碳含量超过2％时，就会发生呼吸障碍的感觉。可见口罩的滞留区越大，对人体的呼吸越不利。大致而言，健康成年人的1次呼吸为490mL，当吸气时，如果口罩主体与人脸皮肤接触的空隙部分的体积已经达到490mL，即把口罩内的490mL呼出滞留空气吸入了人体，这部分气体可能是自身前一次呼出的气体的大部分，其含二氧化碳浓度很高；当人再次呼气时，又将体内490mL气体储存于滞留区。如此重复交替的呼吸运动，滞留区气体总是处于低含氧状态，二氧化碳含量总是处于高水平，人体为保证生理所需的氧气量，必须加大呼吸深度和增加呼吸频率来补偿，这造成了缺氧憋闷不适反应。
现有纱布口罩具有一定数量通气孔隙，口罩内与口罩外的空气交换，是通过呼气对外施加压力，压出滞留区滞留气体。吸气时，通过滞留区减压，吸进大气中空气，口罩内与口罩外的气体交换总是滞留气体与大气交换，吸入的气体与滞留气体成为混合气体停留在滞留区，这是现有的口罩造成佩带者普遍憋闷不适的原因。
显然，口罩没有滞留区也不符合人呼吸时与大气交换的条件。因为，当口罩的滞留区为零时，也就是说，口罩与人脸鼻孔周围紧贴，鼻孔周围均无空间，这就会导致佩带者仅有与鼻孔接触滤材的面积参与了通气，通气面积并非整个口罩面积，其呼吸阻力会因为通气面积减少而增大。呼吸阻力增大，增加了肺部的呼吸做功，影响佩带者正常的呼吸，同样也会造成憋闷不适感。
因此，口罩的结构不允许没有滞留区的前提下，如何消除滞留区的二氧化碳滞留，降低二氧化碳重吸入的问题，也是口罩结构迫切需要改进的课题。
国家知识产权局公告CN104117159A助力式个人新风净化系统，CN103949020A便携式空气净化供气口罩，都属于压气过滤式口罩，其输出的压力空气，使人的前呼吸道总是处于正压状态，导致呼吸运动吸气时受压，呼气时受阻，干扰了正常的生理呼吸节律，且导致呼出二氧化碳排出受阻。
发明内容
针对现有个人防护口罩，仅仅可以阻挡直径大于4μm的颗粒，在雾霾天气时，对细小的颗粒物阻挡十分效果有限，对于传染疾病防护的难于保证有效性，现有的口罩还存在滞留区的二氧化碳滞留问题，本发明的目的是要克服上述缺点，提出一种空气幕防护口罩。
本发明空气幕防护口罩采用以下技术方案。
气泵通过前端输气管连接空气过滤器、空气过滤器通过后端输气管连接气流幕面罩，锂离子电池给气泵供电。空气过滤器入气口内安装前端过滤层，空气过滤器出气口内安装后端过滤层，后端过滤层与前端过滤层之间填充吸附剂。
气流幕面罩的面罩外侧密封隔离层与气流幕面罩内侧透气隔离层上端封闭连接，下端有气流出口，气流幕面罩外侧密封隔离层与气流幕面罩内侧透气隔离层之间是空腔气道，空腔气道上方连接后端输气管。
空气过滤器过滤洁净空气，通过后端输气管从空腔气道上方输入，从空腔气道下方流出，由上至下流过气流幕面罩的空腔气道，形成流动空气幕。
气流幕面罩工作原理：气流幕面罩的面罩外侧密封隔离层与气流幕面罩内侧透气隔离层上端封闭连接，下端有气流出口，气流幕面罩外侧密封隔离层与气流幕面罩内侧透气隔离层之间是空腔气道，空腔气道上方连接后端输气管。气流幕面罩内侧透气隔离层与人体脸庞之间的空间，是人呼吸时呼出气体滞留区。呼出气体首先滞留于滞留区，空气过滤器过滤洁净空气在空腔气道流动，滞留的呼出气体通过气流幕面罩内侧透气隔离层，与空气过滤器过滤的洁净空气交换，滞留区滞留的呼出气体，其二氧化碳含量显著高于与空气过滤器过滤的洁净空气，高浓度二氧化碳滞留空气即向低浓度二氧化碳的过滤洁净空气形成浓差扩散，滞留区滞留的高浓度二氧化碳被洁净空气置换，气流幕面罩内侧透气隔离层透气性越好，浓差扩散系数越大。
其次，由于气流幕面罩的下端气流出口的气流阻力远小于气流通过气流幕面罩内侧透气隔离层透气阻力，所以，来自空气过滤器过滤的洁净空气，不会对人的呼吸形成压强效应。
所述的气流幕面罩外侧密封隔离层，采用尼丝纺布料。尼丝纺布料为锦纶长丝制织的丝织物，具有不透风特性，使来自空气过滤器过滤的洁净空气不会经气流幕面罩外侧密封隔离层泄漏至大气，而是从空腔气道流过，尼丝纺布料还具有不透水特性，从而隔离了大气中含污染物水分通过气流幕面罩外侧密封隔离层透湿进入空腔气道，从而保证了空腔气道流动的洁净空气不受透湿污染。
所述的气流幕面罩内侧透气隔离层，采用纯棉水刺布。纯棉水刺布具有对人体皮肤亲和性好、孔隙率高、透气性好的特性，作为接触人体脸庞的气流幕面罩内侧透气隔离层，既保证了空腔气道流动的洁净空气与呼出气体充分传质交换带出二氧化碳，也达到了呼吸吸入洁净空气的目的，还能保证口罩与人体接触的舒适性。
所述的空气过滤器入气口内安装的前端过滤层、空气过滤器出气口内安装的后端过滤层，均采用聚丙烯超细纤维熔喷法非织造布。聚丙烯超细纤维熔喷法非织造布，具有大的比表面积、空隙小而空隙率大，故其过滤性能好，广泛应用于医用和工业用口罩、保暖材料、过滤材料、医疗卫生材料，具有质地轻、弹性好、耐腐蚀、耐酸、耐碱、耐化学溶剂、抗微生物性好特性。
所述的后端过滤层与前端过滤层之间填充吸附剂是活性炭、碳纳米管、碳纳米线、石墨烯其中的一种，或其中两种混合物。
空气过滤器的工作原理：气泵输入的压缩空气，经前端过滤层过滤来自大气的污染颗粒，过滤后的空气中含有的气态污染物，再经过吸附剂吸附滤除；然后，进入后端过滤层过滤，以免吸附剂中微颗粒混合在过滤洁净空气中；最后，通过后端输气管向气流幕面罩输出洁净空气。
所述的气泵采用微型直流隔膜泵，依照健康成年人的1次呼吸气量约为490mL，每分钟呼吸20次，一分钟呼吸气体约9800mL，选用5w功率微型直流隔膜泵，5w功率微型直流隔膜泵体积小重量小于100g，适宜穿戴装备。
所述的气泵供电的锂离子电池，满足4小时5w功率微型直流隔膜泵使用的电能，仅需20Wh容量，20Wh容量的锂离子电池重量150g左右，同样也适宜穿戴装备，锂离子电池可以数百次乃至数千次循环充放电，使用成本较低，符合耐用消费品的要求。
与现有的纱布口罩相比，采用聚丙烯超细纤维熔喷法非织造布过滤，过滤颗粒尺寸更小，过滤效率更高，防护效果更好，通过气流幕面罩能降低人呼吸时二氧化碳重吸入，改善了个人佩戴口罩的舒适性。
附图说明
图1是本发明空气幕防护口罩系统结构图，图中，1锂离子电池、2气泵、3空气过滤器、3-1过滤器外壳、3-2后端过滤层、3-3吸附剂、3-4前端过滤层、4气流幕面罩、5前端输气管、5A后端输气管。
图2是气流层面罩示意图，图中，5A后端输气管、4-4系带。
图3是图2的A-A剖视图，图中，5A后端输气管、4-1气流幕面罩外侧密封隔离层、4-2气流幕面罩内侧透气隔离层、4-3空腔气道。
图4是气流幕面罩工作原理图，图中，5A后端输气管、4-1气流幕面罩外侧密封隔离层、4-2气流幕面罩内侧透气隔离层、4-3空腔气道、B呼出气体滞留区、D人体脸庞。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明空气幕防护口罩。
如图1所示，气泵2通过前端输气管5连接空气过滤器3、空气过滤器3通过后端输气管5A连接气流幕面罩4，锂离子电池1电路连接气泵2，对气泵2供电。空气过滤器3入气口内安装前端过滤层3-4，空气过滤器3出气口内安装后端过滤层3-2，后端过滤层3-2与前端过滤层3-4之间填充吸附剂3-3。
如图2、图3所示，气流幕面罩4的气流幕面罩外侧密封隔离层4-1与气流幕面罩内侧透气隔离层4-2上端封闭连接，下端有气流出口，气流幕面罩外侧密封隔离层4-1与气流幕面罩内侧透气隔离层4-2之间是空腔气道4-3，空腔气道4-3上方连接后端输气管5A。
如图1所示，来自空气过滤器3过滤的洁净空气，通过后端输气管5A输入空腔气道4-3。
如图3所示，来自空气过滤器3过滤的洁净空气从空腔气道4-3上方输入，从空腔气道4-3下方流出，由上至下流过气流幕面罩4的空腔气道4-3，形成流动空气幕。
如图4气流幕面罩工作原理图所示，气流幕面罩4的气流幕面罩外侧密封隔离层4-1与气流幕面罩内侧透气隔离层4-2上端封闭连接，下端有气流出口，气流幕面罩外侧密封隔离层4-1与气流幕面罩内侧透气隔离层4-2之间，是空腔气道4-3，空腔气道4-3上方连接后端输气管5A。气流幕面罩内侧透气隔离层4-2与人体脸庞D之间的空间，是呼出气体滞留区B，滞留的呼出气体首先滞留于滞留区B，来自空气过滤器3过滤的洁净空气在空腔气道4-3流动，滞留的呼出气体通过气流幕面罩内侧透气隔离层4-2与来自空气过滤器3过滤的洁净空气在空腔气道4-3交换，滞留区B的滞留的呼出气体二氧化碳高浓度与来自空气过滤器3过滤的洁净空气二氧化碳低浓度形成浓差扩散，气流幕面罩内侧透气隔离层4-2透气性越好，扩散系数越大。
其次，由于气流幕面罩4的下端气流出口的气流阻力远小于气流通过气流幕面罩内侧透气隔离层4-2透气阻力，所于，来自空气过滤器3过滤的洁净空气不会对人的呼吸形成压强效应。
所述的气流幕面罩外侧密封隔离层4-1采用尼丝纺布料，尼丝纺布料为锦纶长丝制织的丝织物，具有不透风特性，使空气过滤器3过滤的洁净空气不会经面罩外侧密封隔离层4-1泄漏至大气，而是全部洁净空气都从空腔气道4-3流过，尼丝纺布料还具有透水性差的特性，从而隔离了大气中含污染物水分通过气流幕面罩外侧密封隔离层4-1透湿进入空腔气道4-3，从而保证了空腔气道4-3流动的洁净空气不受污染。
所述的气流幕面罩内侧透气隔离层4-2采用纯棉水刺布，纯棉水刺布具有对人体皮肤亲和性好、孔隙率高、透气性好的特性，采用纯棉水刺布制作接触人体脸庞的气流幕面罩内侧透气隔离层4-2，既保证了空腔气道4-3流动的洁净空气与呼出气体充分传质交换带出二氧化碳，也达到了呼吸吸入洁净空气的目的，还能保证口罩与人体接触的舒适性。
所述的空气过滤器3入气口内安装的前端过滤层3-4、空气过滤器3出气口内安装的后端过滤层3-2，均采用聚丙烯超细纤维熔喷法非织造布，聚丙烯超细纤维熔喷法非织造布具有大的比表面积、空隙小而空隙率大，过滤性能好。广泛应用于医用和工业用口罩、保暖材料、过滤材料、医疗卫生材料，具有质地轻、弹性好、耐腐蚀、耐酸、耐碱、耐化学溶剂、抗微生物性好特性。
所述的后端过滤层3-2与前端过滤层3-4之间填充吸附剂3-3是活性炭、碳纳米管、碳纳米线、石墨烯其中的一种，或其中两种混合物。
气泵2输入的压缩空气，经前端过滤层3-4过滤来自大气的污染颗粒，过滤后空气中的气态污染物，再经过吸附剂3-3吸附滤除；然后，进入后端过滤层3-2过滤，以免吸附剂3-3中微颗粒混合在过滤洁净空气中；最后，通过后端输气管5A向气流幕面罩4输出洁净空气。
所述的气泵2采用微型直流隔膜泵，依照健康成年人的1次呼吸气量约为490mL，每分钟呼吸20次，一分钟呼吸气体约9800mL，选用5w功率微型直流隔膜泵。
所述的气泵2供电的锂离子电池1，满足4小时5w功率微型直流隔膜泵使用的电能，仅需20Wh容量，同样也适宜穿戴装备，锂离子电池1可以数百次乃至数千次循环充放电，使用成本较低，符合耐用消费品的要求。
Claims (4)
1.一种空气幕防护口罩，其特征是：所述的空气幕防护口罩，包括锂离子电池(1)、气泵(2)、空气过滤器(3)、气流幕面罩(4)、前端输气管(5)、后端输气管(5A)，气泵(2)通过前端输气管(5)连接空气过滤器(3)、空气过滤器(3)通过后端输气管(5A)连接气流幕面罩(4)。
2.按权利要求1所述的空气幕防护口罩，其特征是：所述的空气过滤器(3)包括过滤器外壳(3-1)、后端过滤层(3-2)、吸附剂(3-3)、前端过滤层(3-4)，空气过滤器(3)入气口内安装前端过滤层(3-4)，空气过滤器(3)出气口内安装后端过滤层(3-2)，后端过滤层(3-2)与前端过滤层(3-4)之间填充吸附剂(3-3)，所述的前端过滤层(3-4)、后端过滤层(3-2)均采用聚丙烯超细纤维熔喷法非织造布，所述的吸附剂(3-3)是活性炭、碳纳米管、碳纳米线、石墨烯其中的一种，或其中两种混合物。
3.按权利要求1所述的空气幕防护口罩，其特征是：所述的气流幕面罩(4)包括后端输气管(5A)、气流幕面罩外侧密封隔离层(4-1)、气流幕面罩内侧透气隔离层(4-2)、空腔气道(4-3)，气流幕面罩外侧密封隔离层(4-1)与气流幕面罩内侧透气隔离层(4-2)上端封闭连接，下端有气流出口，气流幕面罩外侧密封隔离层(4-1)与气流幕面罩内侧透气隔离层(4-2)之间是内置空腔气道(4-3)，空腔气道(4-3)上方连接后端输气管(5A)，所述的气流幕面罩外侧密封隔离层(4-1)采用尼丝纺布料制造，所述的气流幕面罩内侧透气隔离层(4-2)采用纯棉水刺布制造。
4.按权利要求1所述的空气幕防护口罩，其特征是：气泵(2)是微型直流隔膜泵。
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|---|---|---|---|---|
| CN107006920A (zh) * | 2017-03-27 | 2017-08-04 | 深圳市九明药业有限公司 | 一种多层结构设计高过滤效率吸附口罩及其制备方法 |
| CN108744195A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-11-06 | 哈尔滨医科大学 | 医用氧气袋供氧流量控制装置 |
| CN111905573A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-11-10 | 北京纳视达科技有限公司 | 碳纳米复合滤膜及其制备方法和防护装置 |
| WO2022205558A1 (zh) * | 2021-04-02 | 2022-10-06 | 海南赛诺实业有限公司 | 一种用于kn95口罩的熔喷布及其制备方法 |
-
2014
- 2014-11-15 CN CN201410645091.4A patent/CN105595465A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
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| CN111905573A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-11-10 | 北京纳视达科技有限公司 | 碳纳米复合滤膜及其制备方法和防护装置 |
| CN111905573B (zh) * | 2020-07-16 | 2022-04-26 | 北京纳视达科技有限公司 | 碳纳米复合滤膜及其制备方法和防护装置 |
| WO2022205558A1 (zh) * | 2021-04-02 | 2022-10-06 | 海南赛诺实业有限公司 | 一种用于kn95口罩的熔喷布及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160525 |