CN111213937A - 一种高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩，包括口罩体，所述口罩体连接有紫外线消杀装置，所述紫外线消杀装置包括壳体，所述壳体的内部设有紫外线灯组、可充电电池及电路板，所述紫外线灯组及所述可充电电池与所述电路板电连接，所述壳体形成有进气口及出气口，所述出气口与所述口罩体的内侧连通，所述紫外线灯组设置在所述进气口与所述出气口之间。本发明具有高效率消杀病毒或细菌、杀毒杀菌广谱性好、无二次污染、运行维护简单费用低及可重复使用等优点。
Description
技术领域
本发明涉及口罩领域，具体涉及一种高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩。
背景技术
病毒是一种个体微小，结构简单，只含一种核酸（DNA或RNA），必须在活细胞内寄生并以复制方式增殖的非细胞型生物。病毒是一种非细胞生命形态，它由一个核酸长链和蛋白质外壳构成，病毒没有自己的代谢机构，没有酶系统。因此病毒离开了宿主细胞，就成了没有任何生命活动、也不能独立自我繁殖的化学物质。新型冠状病毒主要的传播途径是呼吸道飞沫传播和接触传播，气溶胶和粪—口等传播途径尚待进一步明确。通过流行病学调查显示，病例多可以追踪到与确诊的病例有过近距离密切接触的情况。直接传播是指患者喷嚏、咳嗽、说话的飞沫，呼出的气体近距离直接吸入导致的感染。所以在流感病毒、新型冠状病毒等病毒的防护上，符合防护要求的口罩至关重要。目前市面上的具有防护作用的是达到N95标准的口罩。N95型口罩是NIOSH（美国国家职业安全卫生研究所，NationalInstitute for Occupational Safety and Health）认证的9种颗粒物防护口罩中的一种。N95不是特定的产品名称，只要符合N95标准，并且通过NIOSH审查的产品就可以称为N95型口罩，N95型口罩可以对空气动力学直径0.075µm±0.020µm的颗粒的过滤效率达到95%以上，但不论是N95型口罩或是一次性医用口罩都属于耗损性口罩，无法多次重复使用，而且这些口罩都只是起到被动防御作用，并不能消杀病毒或细菌。可见，研发可重复使用，并符合防护要求的口罩是对吸入性病毒引起的疾病预防的关键措施。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩，它可以高效消杀病毒或细菌，而且可以重复使用。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩，包括口罩体，所述口罩体连接有紫外线消杀装置，所述紫外线消杀装置包括壳体，所述壳体的内部设有紫外线灯组、可充电电池及电路板，所述紫外线灯组及所述可充电电池与所述电路板电连接，所述壳体形成有进气口及出气口，所述出气口与所述口罩体的内侧连通，所述紫外线灯组设置在所述进气口与所述出气口之间。
优选地，所述紫外线灯组的紫外线光源之间设有用于空气流过的通道。
优选地，所述进气口位置对应所述紫外线灯组。
优选地，所述进气口包括多个圆孔。
优选地，所述进气口的圆孔呈均匀阵列排布状。
优选地，所述壳体设置在所述口罩体的外部或嵌入在所述口罩体的内部。
优选地，所述壳体与所述口罩体贴靠连接。
优选地，所述壳体包括盒子和盖子，所述进气口设在所述盖子上，所述出气口设置在所述盒子上。
优选地，所述口罩体的两侧连接有口罩固定带。
优选地，所述紫外线灯组产生波长为200nm至400nm的紫外光，紫外线灯组与空气接触距离为0.1cm至1cm，所述紫外线灯组产生的紫外光强度为2712.5μW••s /cm2至27125μW•s /cm2。
本发明与现有技术相比较，其有益效果是：本发明的口罩体连接有紫外线消杀装置，紫外线消杀装置包括壳体，壳体的内部设有紫外线灯组、可充电电池及电路板，紫外线灯组及可充电电池与电路板电连接，壳体形成有进气口及出气口，出气口与口罩体的内侧连通，紫外线灯组设置在进气口与出气口之间，通过上述设置，由于本发明创新地采用了紫外线消杀吸气空气中的病毒或细菌的方式，所以本发明可以高效消杀病毒或细菌，而且可以重复使用。
附图说明
图1为本发明的正面结构示意图。
图2为本发明的俯视结构示意图。
图3为本发明的紫外线消杀装置的正面结构示意图。
图4为本发明的紫外线消杀装置的内部结构示意图。
图5为本发明的壳体的正面结构示意图。
图6为紫外线光谱示意图。
标号说明：1-口罩体；2-口罩固定带；3-紫外线消杀装置；30-壳体；31-盖子；311-进气口；32-盒子；321-出气口；4-紫外线灯组；5-可充电电池；6-电路板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本实施方式的高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩，如图1和图2所示，包括口罩体1，口罩体1连接有紫外线消杀装置3，紫外线消杀装置3包括壳体30，壳体30的内部设有紫外线灯组4、可充电电池5及电路板6，紫外线灯组4及可充电电池5与电路板6电连接，壳体30形成有进气口311及出气口321，出气口321与口罩体1的内侧连通，换句话说，出气口321连通口罩体1与人的脸部围成的空腔，紫外线灯组4设置在进气口311与出气口321之间，换句话说，进气口311与出气口321之间的气流必须经过紫外线灯组4。
口罩体1可以呈碗状，口罩体1的作用是罩着嘴巴和鼻孔，口罩体1的边缘在实际使用时需要与人的脸部紧贴，避免漏气，口罩体1的外形类似现有的口罩，因而也是较为便携的。口罩体1的功能也有别于现有技术的口罩，口罩体1自身可以不是用于过滤的，所以气体可以不能透过口罩体1，口罩体1的材料可以是塑料或橡胶等。紫外线灯组4可以是LED紫外线灯具，壳体30上可以设置用于可充电电池5充电的USB接口或其它通用的充电接口类型，壳体30上还可以设置开关按键或功能按键，通过电路板6控制紫外线灯组4的开关，电路板6可以设置有能够实现对紫外线灯组4的照射功率进行调节的电路结构，由于电路板6的电路结构及紫外线灯组4为现有技术，相关人员可以根据本实施方式介绍的功能及指引说明来完成本发明的电路板6的电路结构及紫外线灯组4的具体实施。
以下对紫外线消杀细菌或病毒的原理做简介：
一、紫外线的杀菌原理如下。
紫外线杀菌原理就是通过紫外线的照射，破坏及改变微生物的DNA（脱氧核糖核酸）结构，使细菌当即死亡或不能繁殖后代，达到杀菌的目的。真正具有杀菌作用的是UVC紫外线，因为C波段紫外线很易被生物体的DNA吸收。紫外线杀菌属于纯物理消毒方法，具有简单便捷、广谱高效、无二次污染、便于管理和实现自动化等优点。
二、紫外线的分类。
根据生物效应的不同，将紫外线按照波长划分为四个波段（同时请参见附图6的光谱图）：
UVA波段，波长320～400nm，又称为长波黑斑效应紫外线，它有很强的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料，日光中含有的长波紫外线有超过98%能穿透臭氧层和云层到达地球表面，UVA可以直达肌肤的真皮层，破坏弹性纤维和胶原蛋白纤维，将我们的皮肤晒黑。360nm波长的UVA紫外线符合昆虫类的趋光性反应曲线，可制作诱虫灯。300～420nm波长的UVA紫外线可透过完全截止可见光的特殊着色玻璃灯管，仅辐射出以365nm为中心的近紫外光，可用于矿石鉴定、舞台装饰、验钞等场所。
UVB波段，波长275～320nm，又称为中波红斑效应紫外线。中等穿透力，它的波长较短的部分会被透明玻璃吸收，日光中含有的中波紫外线大部分被臭氧层所吸收，只有不足2%能到达地球表面，在夏天和午后会特别强烈。UVB紫外线对人体具有红斑作用，能促进体内矿物质代谢和维生素D的形成，但长期或过量照射会令皮肤晒黑，并引起红肿脱皮。紫外线保健灯、植物生长灯发出的就是使用特殊透紫玻璃（不透过254nm以下的光）和峰值在300nm附近的荧光粉制成。
UVC波段，波长100～275nm，又称为短波灭菌紫外线。它的穿透能力最弱，无法穿透大部分的透明玻璃及塑料。日光中含有的短波紫外线几乎被臭氧层完全吸收。短波紫外线对人体的伤害很大，短时间照射即可灼伤皮肤，长期或高强度照射还会造成皮肤癌。紫外线杀菌灯发出的就是UVC短波紫外线。
UVD波段，波长小于100nm，又称为真空紫外线。
三、光谱波长杀菌作用的研究。
请参见附图6，依据现有的研究报告，在波长为253nm左右的紫外光的杀菌作用最强。
四、光照强度对病毒作用的研究。
1、采用275nm波长紫外光在1cm水溶液中针对新冠病毒99.99%致死剂量紫外强度研究：以新型冠状病毒为例：致死剂量TCID50初始浓度约105.8 /mL的2019-nCoV新型冠状病毒NCP的99.99%紫外致死剂量为1445 mJ/cm2。通过光功率密度乘以时间计算出来后，对高度1cm的水溶液，发现用表面的强度来计算整个溶液的照射剂量是不准确的。辐照强度跟距离的平方呈反比，那么溶液底部和顶部的辐照强度是不一样的，如果计算累积剂量，应该取线性平均值；由于光源是小平光源近似点光源，被照射面的分布也不是均匀的，但考虑到1cm范围内波动较小，影响不大，这里可近似平均。水溶液对UVC的吸收，前面提到纯水对275nm的吸收是比较少的，病毒分散的密度也有限。先不考虑水的吸收，在对深度积分后，将致死剂量修正为1085mJ/cm2。
2、致死量公式为：4016μW/cm2×6min=1445 mJ/cm2
折算公式为：
3014μW/cm2×6Min=1085mJ/cm2
3、考虑每秒通气量进行校正（距离0.1cm-1cm）：
最大辐照要求(距离1cm)：
1085mJ/cm2×360s=390600 mJ/cm2=27125μW•s /cm2
最低辐照要求(距离0.1cm)：
1085mJ/cm2×360s/10=390600 mJ/cm2 /10=2712.5μW•s /cm2
4、对比以往研究：
在通风系统中：直冷式中央循环系统对一般细菌病毒达到90 ％以上的杀菌率需达到达6000～7000μW •s／cm2。
5、可靠参数锁定：
在距离1cm的条件下，275nm波长的紫外光对病毒的99.99%致死剂量紫外强度应为27125μW•s /cm2。故：使用对病毒杀灭力量更强的253nm波长的紫外光，在接触距离小于1cm的条件下，病毒在流体空气中紫外强度27125μW•s /cm2的99.99%致死剂量为可靠强度。在接触距离小于0.1cm的条件下，病毒在流体空气中紫外强度2712.5μW•s /cm2的99.99%致死剂量为可靠强度。
从上述可知，在正常空气流速的情况下，本实施方式的紫外线灯组4在产生波长为200nm至400nm的紫外光，紫外线灯组4与空气接触距离为0.1cm至1cm，且紫外光强度为2712.5μW•s /cm2至27125μW•s /cm2时，能对吸入空气进行细菌、病毒等致病菌灭活，从而以此为根据制作成高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩。
人们在佩戴了本实施方式的高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩进行吸气的时候，空气从进气口311进入到紫外线消杀装置3内部，空气经过紫外线灯组4，紫外线灯组4照射被吸入的空气，空气中的细菌或病毒被紫外线消杀，空气再从出气口321流出至人脸与口罩体1所围成的空腔，经过消毒的空气继而进入人体，而当人呼气的时候，呼气气流也可以从出气口321反过来进入到紫外线消杀装置3内部，经过紫外线消杀后，经进气口311呼出的空气也被消毒了，从而也能保护周围的人。
从上述可见，本实施方式具有以下优点：
1）、高效率杀菌：
本实施方式采用强度为2712.5μW•s /cm2至27125μW•s /cm2的高辐照强度紫外光能使对细菌、病毒的杀菌作用在一秒内完成，而传统氯气及臭氧方法要达到紫外线的效果一般需要20分钟至一小时的时间。现有技术的普通口罩只能达到过滤的效果，不能消杀病菌。
2）、杀菌广谱性：
紫外线技术在目前所有的消毒技术中，杀菌的广谱性是最高的。于是本实施方式能对几乎所有细菌、病毒都能高效率杀灭。
3）、无二次污染：
由于紫外消毒技术不需要加入任何化学药剂，因此本实施方式不会对水及周围环境造成二次污染。
4）、运行维护简单，费用低：
本实施方式杀灭进入气体的病毒仅采用光照的模式，而紫外线灯组4的每个光源一般的设计寿命为1000至8000小时。
5）、可重复使用：
与传统的口罩相比，本实施方式的口罩无污染，且采用了紫外线非损耗性的消杀方式，故可以重复使用，且可以长期使用。
进一步地，如图4所示，紫外线灯组4的紫外线光源之间设有用于空气流过的通道，即紫外线光源之间设有空隙，通过这样设置，紫外线照射吸气空气的范围大幅增加了，更有利于提高消杀病毒或细菌的效果。如图5所示，图5示意地展示了壳体30在拆卸了紫外线灯组4及电路板6等相关器件后，可以看到出气口321，出气口321可以由多个小孔组成，但并不限于图5中的式样。吸入到壳体30内的空气可以流过紫外线光源之间的空隙后再从出气口321流入到人脸与口罩体1所围成的空腔内。
进一步地，如图3和图4所示，进气口311位置对应紫外线灯组4。通过这样设置，有利于紫外线灯组4产生的紫外线直接照射吸入的空气，有利于提高消杀病毒或细菌的效果。
进一步地，如图3所示，进气口311包括多个圆孔。这样设置在保证通气量足够的同时可以避免杂物进入到壳体30内，也有利于增大进气的范围，使紫外线灯组4产生的紫外线照射范围更大。
进一步地，如图3所示，进气口311的圆孔呈均匀阵列排布状，进气口311的圆孔的阵列形式具体可以是圆环形均匀阵列，也可以是矩形均匀阵列，通过这样设置，使进气均匀，避免局部进气流速过快而导致紫外线照射时间缩短。
进一步地，如图1和图2所示，壳体30设置在口罩体1的外部，或该壳体30嵌入在口罩体1的内部。当壳体30设置在口罩体1的外部的情况下，有利于简化结构，使口罩体1的形状简单，易于制作；而当壳体30嵌入在口罩体1的内部的情况下，则有利于使本实施方式的便携口罩整体性更好，避免外力碰坏紫外线消杀装置3。
进一步地，如图2所示，壳体30与口罩体1贴靠连接，可以有利于使本实施方式的便携口罩结构紧凑，便于使用，壳体30可以通过胶水与口罩体1粘合，或者壳体30通过扣接的方式与口罩体1安装。另外，当壳体30嵌入在口罩体1的内部的情况下，壳体30也可以与口罩体1贴靠连接，这时应理解为壳体30与口罩体1的内部贴靠连接，这样也有利于使本实施方式的便携口罩结构紧凑。
进一步地，如图3至图5所示,壳体30包括盒子32和盖子31，进气口311设在盖子31上，出气口321设置在盒子32上。这样的布局设计合理，有利于气流通过顺畅，盖子31可以与盒子32扣接，紫外线灯组4、可充电电池5及电路板6等可以固定在盒子32内。
进一步地，如图1所示，口罩体1的两侧连接有口罩固定带2。口罩固定带2可以是呈环状，用于挂在耳朵上。左右两条口罩固定带2也可以是连接在一起的，口罩固定带2采用弹性材料制作，此时口罩固定带2可以箍在头部。左右两条口罩固定带2也可以是呈单条带状的，这样可以在头部后侧打结绑紧，或者两条口罩固定带2的端部通过扣子连接。
Claims (10)
1.一种高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩，其特征在于：包括口罩体（1），所述口罩体（1）连接有紫外线消杀装置（3），所述紫外线消杀装置（3）包括壳体（30），所述壳体（30）的内部设有紫外线灯组（4）、可充电电池（5）及电路板（6），所述紫外线灯组（4）及所述可充电电池（5）与所述电路板（6）电连接，所述壳体（30）形成有进气口（311）及出气口（321），所述出气口（321）与所述口罩体（1）的内侧连通，所述紫外线灯组（4）设置在所述进气口（311）与所述出气口（321）之间。
2.根据权利要求1所述高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩，其特征在于：所述紫外线灯组（4）的紫外线光源之间设有用于空气流过的通道。
3.根据权利要求1所述高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩，其特征在于：所述进气口（311）位置对应所述紫外线灯组（4）。
4.根据权利要求3所述高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩，其特征在于：所述进气口（311）包括多个圆孔。
5.根据权利要求4所述高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩，其特征在于：所述进气口（311）的圆孔呈均匀阵列排布状。
6.根据权利要求1所述高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩，其特征在于：所述壳体（30）设置在所述口罩体（1）的外部或嵌入在所述口罩体（1）的内部。
7.根据权利要求6所述高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩，其特征在于：所述壳体（30）与所述口罩体（1）贴靠连接。
8.根据权利要求1所述高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩，其特征在于：所述壳体（30）包括盒子（32）和盖子（31），所述进气口（311）设在所述盖子（31）上，所述出气口（321）设置在所述盒子（32）上。
9.根据权利要求1所述高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩，其特征在于：所述口罩体（1）的两侧连接有口罩固定带（2）。
10.根据权利要求1所述高辐照强度紫外线消杀吸入病菌便携式口罩，其特征在于：所述紫外线灯组（4）产生波长为200nm至400nm的紫外光，紫外线灯组（4）与空气接触距离为0.1cm至1cm，所述紫外线灯组（4）产生的紫外光强度为2712.5μW••s /cm2至27125μW•s /cm2。
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