CN106890401A - 一种具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装置及方法，所述装置包括面部清洁气体防护层构建装置和智能空气净化装置两部分；所述面部清洁气体防护层构建装置包括喷气软管、面部喷气口和气泵，面部喷气口通过喷气软管与气泵出气端相连接；所述智能空气净化装置包括外部壳体、空气净化层、智能控制模块、进气管、出气管、电池和气体传感器，所述进气管与外部壳体正面相连，出气管与外部壳体后上侧相连接并接入气泵进气端，空气净化层、智能控制模块、电池位于外部壳体内，智能控制模块通过气体传感器控制进气管阀门的开关和气泵的启停。该装置具有结构简单、携带方便、操作安全、智能控制、节能环保、高效净化的优点。

Description

一种具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装 置及方法

技术领域

本发明属于健康防护技术领域，涉及一种具有面部清洁气体防护层构建和空气高效净化抗霾功能的装置及利用该装置进行面部清洁气体防护层构建和空气高效净化抗霾的方法。

背景技术

随着经济快速发展及城市化和工业化发展加剧，能源消耗迅速增加，大气污染日益严重。

目前公知的个人空气污染防护方法为佩戴口罩，甚至是佩戴具有极高吸附功能的防毒面具。但是口罩和防毒面具佩戴舒适性差，空气净化容量有限，需要经常更换，佩戴时间超过46小时容易滋生细菌，增加了配带的安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明针对抗击雾霾个人健康防护安全的需求，提供了一种具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装置及利用该装置进行面部清洁气体防护层构建和空气高效净化抗霾的方法。该装置采用多层、多方法净化空气，具有结构简单、携带方便、操作安全、智能控制、节能环保、高效净化的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装置，包括面部清洁气体防护层构建装置和智能空气净化装置两部分；

所述面部清洁气体防护层构建装置包括喷气软管、面部喷气口和气泵，所述面部喷气口通过喷气软管与气泵出气端相连接；

所述智能空气净化装置包括外部壳体、空气净化层、智能控制模块、进气管、出气管、电池和气体传感器，其中：

所述进气管与外部壳体正面相连；

所述出气管与外部壳体后上侧相连接并接入气泵进气端；

所述空气净化层、智能控制模块、电池位于外部壳体内；

所述智能控制模块通过气体传感器控制进气管阀门的开关和气泵的启停；

所述空气净化层由阴极层、绝缘分隔层、阳极层构成，阴极层作为空气净化的第一层位于进气管侧并与电池的负极相连，绝缘分隔层作为空气净化的第二层位于阴极层和阳极层之间，阳极层作为空气净化的第三层位于出气管侧并与电池的正极相连。

一种利用上述装置进行面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾的方法，包括如下步骤：

一、当空气传感器感知空气质量变差时，通过智能控制模块打开进气管阀门并启动气泵，含有污染物的空气经进气管首先通过阴极层，在阴极层内进行静电吸附和物理吸附；

二、通过阴极层的空气在绝缘分隔层内进行静电吸附；

三、通过绝缘层的空气在阳极层进行静电吸附、物理吸附和电化学净化，形成清洁空气；

四、清洁空气经出气管进入气泵，通过面部喷气口，在面部构建清洁气体防护层。

本发明具有如下优点：

1、本发明提供的面部清洁气体防护层构建及空气净化抗霾方法是一种全新的个人健康防护方法。

2、本发明的面部清洁气体防护层的构建遵循流体力学原理，利用喷气口在面部扩散清洁空气，使清洁空气在面部形成2~3cm的防护层，保证人体吸入的空气是清洁的、健康的。它不同于公知的配带口罩，具有方便、安全、美观的优点。

3、本发明的智能空气净化装置为小型便携式智能空气高效净化装置，该装置采用微电场条件下的静电吸附、物理吸附和电化学净化相结合的大气污染净化方式，有效利用电化学、物理学方法净化空气中的颗粒物、污染物、细菌等，实现对空气的高效净化。该装置的运行采取空气检测传感器实时监测空气质量，根据空气质量情况，启动气泵净化空气，形成对面部的气体保护层的构建。

附图说明

图1为具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装置的整体结构示意图；

图2为智能空气净化装置的立面图；

图3为图1的1-1剖面图；

图4为面部清洁气体防护层构建装置的结构图一；

图5为面部清洁气体防护层构建装置的结构图二；

图中，1：外部壳体，1-1：边框，1-2：螺丝螺栓，2：阴极层，2-1：铜粉末喷涂层，2-2：铜导线，3：绝缘分隔层，4：阳极层，4-1：钛纳米粉喷涂层，4-2：钛导线，5：智能控制模块，6：进气管，7：出气管，8：电池，9：气体传感器，10：进气管阀门，11：气泵，12：喷气软管，13：A型出气口，13-1：领夹，14：B型出气口，14-1：耳麦。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式提供的具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装置由面部清洁气体防护层构建装置和智能空气净化装置两部分构成。

如图4-5所示，所述面部清洁气体防护层构建装置由喷气软管12、面部喷气口和气泵11构成；

所述面部喷气口通过喷气软管12与气泵11的出气端相连接，通过气泵获得具有一定流速、流量的清洁空气，在面部多点喷出，从而构建2~3cm厚的面部清洁气体防护层。

所述喷出点的选择，通过对人脸面部生理结构分析，气体流场的数值模拟，根据不同年龄结构，不同的防护人群，采用不同的喷出点。

所述面部喷气口包括A型出气口13和B型出气口14两种面部布气形式，其中：A型出气口13为两个向上小型喷气管，采用领夹13-1固定在下颚左右两侧的衣领上，从两侧向上喷出清洁气体，使气流沿面部流过，形成面部清洁气体防护层；B型出气口14为微型花洒式喷气口，采用耳麦14-1固定模式固定在人口鼻正面，出气口直径为1~2cm，在人口鼻正面喷入清洁气体，高效防护，进而扩展到面的其他部位，形成面部清洁气体防护层。这两种面部布气方式可以合并使用，也可以分开使用。

所述气泵11的流量为平均呼吸量的4~5倍，气泵11由电池8供电。

如图2-3所示，所述智能空气净化装置由外部壳体1、阴极层2、绝缘分隔层3、阳极层4、智能控制模块5、进气管6、出气管7、电池8、气体传感器9构成，其中：

所述外部壳体1为长方型密封盒体，进气管6与盒体正面相连，出气管7与盒体后上侧相连接并接入气泵11的进气端；盒内装入阴极层2、绝缘分隔层3、阳极层4，三层平面尺寸与盒体平面尺寸相同，采用边框1-1压紧螺丝1-2固定的组装方式。

所述阴极层2为1~2cm厚的活性碳毡，位于空气进入净化装置的第一层，其外表面喷涂纳米铜粉末喷涂层2-1，并通过铜导线2-2与电池8的负极相连接，形成带有负电荷的阴极吸附层。所述纳米铜粉末为纳米级的铜微小颗粒物，附着在活性碳毡的纤维绒毛表面，形成细小的尖端负电荷聚集点，在该位置形成较高密度的负电荷的富集，静电吸附性大幅提高，这是非纳米颗粒喷涂材料所不具备的。这些特殊结构使该阴极吸附层能高效吸附带正电荷的重金属离子如Pb²⁺，Fe³⁺，Al³⁺等以及具有极性基团的有机物，能够使中性的PM2.5颗粒获得电子形成带电颗粒，进而在后续带正电的净化层中形成有效吸附而除掉；而活性碳毡本身具有很好的导电性、优良的比表面积，可以直接对空气中的中性污染物进行物理吸附；该层还能排斥空气中的带有负电荷的离子如酸根基团以及带有负电荷的细菌，阻止它们进入净化装置。

所述绝缘隔离层3为3cm厚的聚丙烯超细纤维织物，在阴极与阳极间形成绝缘层，保证微电场的构建，并在阴阳极间形成的微电场的作用下形成长效驻极体，进一步以静电吸附的方式净化空气。绝缘隔离层3既能起到分割阴极阳极的绝缘作用，同时由于它本身为驻极体，形成与外电场相反的内电场，其靠近阳极层2侧带负电荷、靠近阴极层1侧带正电荷，空气通过绝缘隔离层3时，再次对空气中的正负离子颗粒物形成有效的静电吸附。

所述阳极层4为1~2cm厚的活性碳毡，贴紧绝缘隔离层3，位于净化装置的第三层—空气出口处，其外表面喷涂钛纳米粉喷涂层4-1，所述钛纳米粉为纳米级的钛金属颗粒物，附着在活性碳毡的纤维绒毛表面，形成细小的正电荷中心和活性中心，高效吸附带电颗粒物、极性基团，并能有效氧化有机物，这是单一活性碳毡吸附电极、或者非纳米喷涂材料所不具备的；该层通过钛导线4-2与电池8的正极相连，形成具有高效吸附能力和电化学活性的阳极层，有效吸附带负电的细菌、粉尘颗粒物、带负电的离子如：Cl^-、SO⁴⁺、NO^3-和极性基团等；同时钛纳米颗粒具有极好的催化活性，能够正电场的作用下有效分解有机污染物、苯系物、烃类；它们协同作用能有效净化空气；同时阳极层的活性碳毡也具有高比表面积，对污染物实现物理吸附。

所述控制模块5为微型可编程控制器，包括智能检测、气泵的开关、流量控制，与电池8一起装在盒体内，通过气体传感器9一起控制进气管阀门10的开关以及气泵11的启停；

所述气体传感器9为广谱型气体传感器，只要空气质量恶化，即打开进气管阀门10的开关，启动气泵11，净化空气。

本实施方式中，面部清洁气体防护层的构建遵循流体力学原理，通过将清洁气体对面部的持续吹入，在面部形成2~3cm厚的有效防护层，通过数值分析，分析呼吸过程气体在口鼻处形成的气体涡旋以及呼出的气体在吹入气体的推动下的扩散方向，确定清洁气体的吹入角度和气量。这种清洁高效的防护层能有效保护人体免受污染气体的侵害。

本实施方式中，智能空气净化装置采用静电吸附、物理吸附，及电化学净化相结合模式，形成对PM2.5及以上颗粒物、污染物的有效吸、电化学氧化，高效净化空气中的污染物（PM2.5及以上颗粒物、细菌、重金属、有机物等），产生清洁的气体，并以气泵的方式输送到面部，形成面部清洁气体保护层。这种空气净化方法是其他公知的口罩、防毒面具所不具备的。

具体实施方式二：本实施方式提供了一种利用具体实施方式一所述装置进行面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾的方法，具体步骤如下：

一、当空气传感器感知空气质量变差时，通过智能控制模块打开进气管阀门并启动气泵，含有污染物的空气经进气管首先进入智能空气净化装置的阴极层，在阴极层通过静电吸附，去除带正电荷的颗粒物、重金属离子；使中性粒子获得电子形成带电体；排斥带负电荷的粉尘、细菌等进入净化装置；而且空气中的污染物在活性碳毡内形成进一步物理吸附，实现对空气的初次净化。

二、通过阴极层的空气在绝缘分隔层的驻极体内对空气中的正负离子颗粒物进行有效的静电吸附，实现对空气的二次净化。

三、通过绝缘层的空气在阳极层进一步静电吸附，去除带负电荷的粉尘、细菌、酸根基团如：Cl^-、SO⁴⁺、NO^3-和极性基团等；同时钛纳米颗粒具有极好的静电吸附和电催化活性，能够在正电场的作用下有效分解有机污染物、苯系物、烃类；阳极活性碳毡的物理吸附协同效净化空气，实现对空气的三次净化；

四、净化后清洁的空气进入出气管，通过气泵11进入面部喷气口：A型出气口和/或B型出气口，在面部形成2~3cm厚的清洁气体防护层。

Claims (10)

1.一种具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装置，其特征在于所述装置由面部清洁气体防护层构建装置和智能空气净化装置两部分构成；

所述面部清洁气体防护层构建装置由喷气软管、面部喷气口和气泵构成，面部喷气口通过喷气软管与气泵出气端相连接；

所述智能空气净化装置由外部壳体、空气净化层、智能控制模块、进气管、出气管、电池和气体传感器构成，其中：

所述进气管与外部壳体正面相连；

所述出气管与外部壳体后上侧相连接并接入气泵进气端；

所述空气净化层、智能控制模块、电池位于外部壳体内；

所述智能控制模块通过气体传感器控制进气管阀门的开关和气泵的启停；

所述空气净化层由阴极层、绝缘分隔层、阳极层构成，阴极层作为空气净化的第一层位于进气管侧并与电池的负极相连，绝缘分隔层作为空气净化的第二层位于阴极层和阳极层之间，阳极层作为空气净化的第三层位于出气管侧并与电池的正极相连。

2.根据权利要求1所述的具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装置，其特征在于所述面部喷气口为A型出气口和/或B型出气口，其中：A型出气口为两个向上的喷气管，采用领夹固定在下颚左右两侧；B型出气口为花洒式喷气口，采用耳麦固定在人口鼻正面。

3.根据权利要求2所述的具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装置，其特征在于所述B型出气口的直径为1~2cm。

4.根据权利要求1所述的具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装置，其特征在于所述气泵的流量为平均呼吸量的4~5倍。

5.根据权利要求1所述的具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装置，其特征在于所述阴极层为1~2cm厚的活性碳毡，其外表面喷涂纳米铜粉末喷涂层。

6.根据权利要求1所述的具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装置，其特征在于所述绝缘隔离层为3cm厚的聚丙烯超细纤维织物。

7.根据权利要求1所述的具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装置，其特征在于所述阳极层为1~2cm厚的活性碳毡，其外表面喷涂钛纳米粉喷涂层。

8.根据权利要求1所述的具有面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾功能的装置，其特征在于所述气体传感器为广谱型气体传感器。

9.一种利用权利要求1-8任一权利要求所述的装置进行面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

一、当空气传感器感知空气质量变差时，通过智能控制模块打开进气管阀门并启动气泵，含有污染物的空气经进气管首先通过阴极层，在阴极层内进行静电吸附和物理吸附；

二、通过阴极层的空气在绝缘分隔层内进行静电吸附；

三、通过绝缘层的空气在阳极层进行静电吸附、物理吸附和电化学净化，形成清洁空气；

四、清洁空气经出气管进入气泵，通过面部喷气口，在面部构建清洁气体防护层。

10.根据权利要求9所述的面部清洁气体防护层构建和空气净化抗霾的方法，其特征在于所述清洁气体防护层厚2~3cm。