CN111468292A - 一种病毒防控正压生物防护服的高压静电过滤装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种病毒防控正压生物防护服的高压静电过滤装置，其特征是由固定带、外壳、电源系统、核心过滤组件、送风系统、集成控制电路组成；所述外壳上设有气体导管，上气阀端口对接接口、接地线接口，且每个接口都设有密封圈，外壳左右两侧各有两个开口，通过四个开口安装送风系统维持风量并保持防护服内气压，使用气密垫压紧。本发明装置打破传统物理阻隔过滤原理，以高压静电场复合模式，实现细颗粒物的高效过滤及致病微生物的灭活，同时保持超低压降，本发明装置滤材具有疏松结构，可清洗后重复使用，滤材使用周期长、替换频率低，可连接生物三级及以上实验室或高危生物污染的外部环境作业人员穿着的正压防护服装。

Description

一种病毒防控正压生物防护服的高压静电过滤装置

技术领域

本发明涉及生物防护服过滤防护装置，特别涉及一种正压生物防护服的高压静电负载过滤装置。

背景技术

全球范围内已有多次重大疫情的爆发。抗击疫情时，同院患者、服务人员、医护人员、病毒相关研究人员也暴露在高危生物污染环境中，被感染几率极高。因此高危生物污染环境中的个人防护也成为了日趋严峻的重要问题。这些重大疫情基本是由空气传播病毒引起，因此高危生物污染环境作业人员需要穿着防护服，国内外对高危生物污染作业人员的防护服的研发力度也在进一步加大。

普通生物防护包括多层连体式生物防护服、头套、口罩、面罩、多层手套、防护靴，可实现全身防护。目前医护人员使用最多的是用即弃一次性产品，医用口罩一般以非织造布为原料，其染菌量与口罩佩戴时间为正比关系，一次性口罩的最佳使用时间是2小时，滤菌率可达到90％以上；医用面罩是在医用口罩的基础上，以透明薄塑料板、海绵体和无纺布为原料进行制备的医用防护品，用于解决污秽物、污水、分泌物飞溅导致的疾病传播问题，覆盖眼部、额头及两面颊部；医用一次性手套大多使用乳胶、丁腈手套，适用于长时间操作或预计可能接触血液、体液的情况；医用一次性防护服常用聚丙烯纺粘布或熔喷布、SMS复合布、木浆/涤纶水刺布等为原料进行制备，连体式防护服则采用裁剪缝合进行整体制备，通过设置穿着口、连接口以及拉链减少死角，达到隔离病菌、粉尘、酸碱性溶液的作用，适用于临床医务人员在工作时接触具有潜在感染性的患者血液、体液、分泌物、空气中过的颗粒物等提供阻隔、防护作用。医用一次性防护品因其价格低和一次性使用的特点大大减少了交叉感染率。然而该类型防护服具有一些不足：1)头套、面罩和口罩构成的头部防护部分，为自吸式，呼吸阻力大，有闷气感；2)呼出的水汽会在面罩上凝结，影响视线；3)呼出气体中部分会残留在口罩内，下次呼吸时又会吸入，包括一部分细菌等微生物，不利于健康，且加速口罩等部件的替换速度；4)防护服透气透湿性有限，人体热量和汗液无法及时排出，造成湿气积累，穿着舒适度低，也需定时更换；5)对3级以上病毒的防护性依然有限。

目前，正压防护技术已用于研制高安全性的正压防护服，成为高危生物污染环境和放射性环境下作业人员防护的重要装备，通常由透明防护头罩、防护服、防护手套(鞋套)和供气系统四部分组成，供气系统将空气吸入经过过滤系统过滤，加之内外正压差的存在使外环境内有毒有害物质无法进入防护服内部，因此正压防护服内人员将始终受到较高安全等级的防护。正压防护服使用时内部稳定的气流的存在也使防护服内热量即使扩散，具有较好的热舒适性。正压式生物防护服可分两大类：压缩气源式和电动送风过滤式。压缩气源式防护服与固定式生命支持系统连接，活动范围受到长管和气源的限制，一般在实验室等固定场所使用。电动送风式过滤式防护服自身携带风机、电池及过滤单元，使用者的活动范围不受限，目前广泛应用于医疗护理、野外采样等高危生物污染环境。

电动送风式过滤式正压防护服的关键部件是其电动送风系统，尤其是其过滤单元。目前的电动送风式过滤正压防护服的过滤单元的设计有如下几种：1)由多层HEPA组成的过滤装置(CN 105054387 A、CN 106855293 A、CN 104936671 A)； 2)采用常规活性炭、高静电滤棉、过滤棉的滤材(CN 104321133 B、CN 107537318 A、201711314931.9)；3)采用碳纳米管、纳滤膜(CN 110841489 A、CN 103212305 A)；4)在紧密滤材基础上，添加抗菌和抗病毒成分，如阳离子聚合物、药物提取物(200780029793.8、CN 102462996 A、201010544607.8、CN 1253211 C、CN 108744739 A)；5)在紧密滤材基础上，添加光触媒材料，并加装紫外灯灭菌装置或仅有紫外灯装置(CN 1552258 A、CN 106765656 A、CN106765656 A)。

第一、二、三类系统均采用致密的滤材，过滤机理是物理阻隔和吸附原理，虽可拦截但无法彻底灭活致病性微生物，因此致病性微生物会逐步渗透或有二次脱附危险，滤材需及时更换，以维持防护性和压降，耐用性较低，使用成本高，此外该系统滤材具有致密结构，若要维持送风量，耗能较高。第四类系统滤材上的抗菌抗病毒成分可灭活致病微生物，大幅提升了安全性，但这些类型的过滤系统中亦安装了紧密结构滤材，无法清理，也需更换以维持低压降。第五类系统中有紫外装置，灭活致病微生物的同时，亦有产生臭氧等有害气体的危险，安全性受到质疑。

发明内容

本发明的目的是：为提高正压防护服的安全性并降低维护成本，提供一种配合正压防护服的新型过滤装置，可显著降低能耗，具有高效细颗粒物过滤效率，也可有效灭活致病微生物，过滤组件可洗涤以延长服务周期。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种病毒防控正压生物防护服的高压静电过滤装置，与正压生物防护服或正压生物防护头罩连接使用，其特征在于，所述高压静电过滤装置包括：

多条固定带，用于将所述高压静电过滤装置固定在用户的背部或腰部，固定带设于外壳上；

设于外壳内的电源系统，包括供电电源及与供电电源相连的高压静电转换器，由供电电源为送风系统、集成控制电路及控制面板提供工作电源，高压静电转换器用于提供0～20kV的静电压；

设于外壳上的送风系统，送风系统在外壳内的集成控制电路控制下通过外壳上的进气口将外部新风吸入外壳内，集成控制电路连接设于外壳表面的控制面板，用户通过控制面板设定相应的送风参数；

设于外壳内的核心过滤组件，核心过滤组件与高压静电转换器相连，核心过滤组件以高压静电负载织物为载体在由提供的高压静电源的基础上，通过高压静电转换器，于空间中构建高压静电场，被送风系统吸入外壳内的新风中的细颗粒物在接近核心过滤组件的过程中受到静电排斥而实现过滤，被送风系统吸入外壳内的新风中的致病微生物在接近核心过滤组件构建的高压静电场的过程中，表面蛋白结构、磷脂双分子层结构和基因结构遭到破坏而失去活性和复制能力；

设于外壳上的通气软管，通气软管与进气接口相连通，进气接口与正压生物防护服或正压生物防护头罩上的气阀端口对接，经过核心过滤组件过滤后的新风通过通气软管及进气接口被送入正压生物防护服或正压生物防护头罩。

优选地，所述固定带为舒适宽带，通过所述外壳上的卡扣固定，可调节所述固定带固定位置，以实现将所述高压静电过滤装置固定在用户的背部或固定在用户的腰部的转换，并通过所述固定带上的卡扣调整所述固定带的长度。

优选地，所述供电电源包括设于电池盒内的锂电池，锂电池经由导线与所述高压静电转换器相连，同时，锂电池经由导线与所述送风系统、集成控制电路及控制面板相连。

优选地，所述核心过滤组件包括多层滤材结构、多组绝缘夹持装置、多组导电夹持装置，导电夹持装置与多层滤材结构周边密封连接，导电夹持装置由绝缘夹持装置夹持，导电夹持装置与所述高压静电转换器相连。

优选地，所述多组绝缘夹持装置采用绝缘合成高聚物材料制备成框架形态，尺寸随所述多层滤材结构型号调整。多组绝缘夹持装置的材料可选择高强聚乙烯、聚酯、聚四氟乙烯等，可选择性加配密封软垫。

优选地，所述多组导电夹持装置采用金属材料制备成框架形态，尺寸随所述多层滤材结构型号调整。多组导电夹持装置的材料可选择不锈钢、铜等，可选择性加配软垫。

优选地，所述多层滤材结构包括一层初级滤网及一层高压静电负载滤材，其中：

初级滤网用于滤除较大的空气杂质，如毛发、飞絮、碎屑等，可采用G级初效过滤网，例如尼龙针织、机织织物、金属孔网等；

高压静电负载滤材为过滤核心部件，采用具有高效高压静电负载功能的织物，织物结构可为二维或三维机织、针织、编织织物。

优选地，所述多层滤材结构还包括一层接地网，用于降低过滤后气体的静电负载量，接地网由两侧的所述导电夹持装置夹持，接地网与所述外壳上设置的用于与服装接地导线连接的防水对接插口相连。接地网为可选择加装组件，可选择金属材质，如铜、镀锌丝等，与其他组件隔开。

优选地，所述送风系统为吸风模式，安装于所述核心过滤组件之后，与所述集成控制电路连接，噪声低于80dB，在300Pa送风压力下，送气流量不低于390 L/min。

优选地，所述集成控制电路用于控制装置的电源开关、控制面板显示、送风系统风量；

所述控制面板包括外部LED显示面板、低电量蜂鸣警报器、低压报警器，其中：LED显示面板可附于防护服任意易于观测处，分别与压力、电量监测器通过射频无线传输进行交换；

低电量蜂鸣警报器通过本体的接口上插接连接头，连接头通过电线与所述电源系统相连接，当剩余电量小于预设低电量阈值，低电量蜂鸣警报器以声光形式以示警告；

压力检测器固定于胸口，在外部LED显示面板上实时显示内外压力值。

本发明中的正压生物防护服的高压静电负载过滤装置的原理是以高压静电负载织物为载体在连接高压静电源的基础上，于空间中构建高压静电场，细颗粒物在接近滤材的过程中受到静电排斥而实现过滤，致病微生物在接近滤材构建的高压静电场的过程中，表面蛋白结构、磷脂双分子层结构和基因结构遭到破坏而失去活性和复制能力，从而达到高效的灭活效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明以高压静电负载织物结构滤材为载体，相较传统滤材的非织造结构、多孔海绵结构，织造结构疏松，透气性显著提高，在保持相同通量的条件下，耗能大幅降低，可延长过滤系统单次充电后的连续工作时间。

(2)本发明以滤材构建高压静电场，对细颗粒物以静电排斥的机理实现过滤，因此滤材污染较缓慢，且滤材结构疏松并具有较高的机械性能，因此可反复清洗后重复使用，无需更换，维护简单，成本低。

(3)本发明对致病微生物的灭活作用是基于高压静电场实现，对蛋白、磷脂双分子层结构和基因结构均有作用，灭活速度极快，可在致病微生物到达滤材前以实现灭活效果，且适用于多种类型微生物。

(4)本发明中并未涉及化学成分、药物成分等抗菌成分的消耗，滤材耐洗涤性好，可反复洗涤后使用，无需更换，维护简单，成本低。

(5)本发明技术中无电晕放电或辐照等可产生臭氧等有害气体的条件，安全高效，无二次污染物释放。

附图说明

图1为高压静电过滤装置总体结构示意图；

图2为高压静电过滤装置总体结构主视图；

图3为高压静电过滤装置总体结构侧视图；

图4为高压静电过滤装置总体结构俯视图；

图5为高压静电过滤装置核心过滤组件结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供的一种正压生物防护服的高压静电负载过滤装置配合正压生物防护服的使用，本发明的过滤装置以高压静电负载织造结构滤材为核心过滤部件，在高压静电有源模式下使用，以满足新型防护服的需求。

具体而言，如图1至图4所示，本发明提供的一种正压生物防护服的高压静电过滤装置包括固定带1、外壳2、电源系统3、核心过滤组件4、送风系统5、集成控制电路6及各个辅助元件。动力送风系统5通过通气软管8连接背部进气接口7，两侧核心过滤组件4用于净化空气。

如图5所示，本发明一种病毒防控正压生物防护服的高压静电装置中的核心过滤组件4由多组绝缘夹持装置9、多组导电夹持装置10、初级滤网11、静电负载滤材12、接地网13和导线组成。所述过滤网为多层滤材体系，本实施例的多层滤材结构包括一层初级滤网11、一层高压静电负载滤材12和一层接地网13。导电夹持装置10与过滤网周边密封连接。初级滤网11采用G级或F级的初效过滤网，例如尼龙网等。高压静电负载滤材12为使用高压静电负载纱线制备的机织结构(织物为单丝型经纬织造结构，纤维直径平均值为15.52um)单层织物。接地网13用于转移残留物质荷电，通过导电线连接接地线插口。所述接地线插口位于下壳底部，用于根据不同作业环境及需要，选择适合的接地装置进行连接使用。

外壳2分为上下两部分，上壳与下壳通过螺纹连接并夹紧。上壳两侧分别有两个标准螺纹孔，用来安装两个空气过滤器和涡流风机。所述下壳为电源盒，包括高压电源、高压正电转换器和控制模块6。控制模块6包括控制电路板。控制电路板分别与防水气密开关、电量LED显示面板、低电量蜂鸣警报器、防水充电插头、涡流风机和电源相连。

本发明的工作原理是：核心过滤组件中的初级滤网11用于过滤空气中的毛发、尘埃等大颗粒物质；致病微生物往往依附于细颗粒、飞沫、飞沫核等空气中悬浮的颗粒中，进行近距离或者远距离传播，高压静电负载滤材12可构建高压静电场，改变致病微生物中蛋白质、磷脂双分子层、基因等结构，实现灭活。接地网13形成电荷转移屏障，将残留细颗粒物等物质的荷电导走。

Claims (10)

1.一种病毒防控正压生物防护服的高压静电过滤装置，与正压生物防护服或正压生物防护头罩连接使用，其特征在于，所述高压静电过滤装置包括：

多条固定带(1)，用于将所述高压静电过滤装置固定在用户的背部或腰部，固定带(1)设于外壳(2)上；

设于外壳(2)内的电源系统(3)，包括供电电源及与供电电源相连的高压静电转换器，由供电电源为送风系统(5)、集成控制电路(6)及控制面板提供工作电源，高压静电转换器用于提供0～20kV的静电压；

设于外壳(2)上的送风系统(5)，送风系统(5)在外壳(2)内的集成控制电路(6)控制下通过外壳(2)上的进气口将外部新风吸入外壳(2)内，集成控制电路(6)与设于外壳(2)表面的控制面板，用户通过控制面板设定相应的送风参数；

设于外壳(2)内的核心过滤组件(4)，核心过滤组件(4)与高压静电转换器相连，核心过滤组件(4)以高压静电负载织物为载体在由提供的高压静电源的基础上，通过高压静电转换器，于空间中构建高压静电场，被送风系统(5)吸入外壳(2)内的新风中的细颗粒物在接近核心过滤组件(4)的过程中受到静电排斥而实现过滤，被送风系统(5)吸入外壳(2)内的新风中的致病微生物在接近核心过滤组件(4)构建的高压静电场的过程中，表面蛋白结构、磷脂双分子层结构和基因结构遭到破坏而失去活性和复制能力；

设于外壳(2)上的通气软管(8)，通气软管(8)与进气接口(7)相连通，进气接口(7)与正压生物防护服或正压生物防护头罩上的气阀端口对接，经过核心过滤组件(4)过滤后的新风通过通气软管(8)及进气接口(7)被送入正压生物防护服或正压生物防护头罩。

2.根据权利要求1所述的一种病毒防控正压生物防护服的高压静电过滤装置，其特征在于，所述固定带(1)为舒适宽带，通过所述外壳(2)上的卡扣(14)固定，可调节所述固定带(1)固定位置，以实现将所述高压静电过滤装置固定在用户的背部或固定在用户的腰部的转换，并通过所述固定带(1)上的卡扣调整所述固定带(1)的长度。

3.根据权利要求1所述的一种病毒防控正压生物防护服的高压静电过滤装置，其特征在于，所述供电电源包括设于电池盒内的锂电池，锂电池经由导线与所述高压静电转换器相连，同时，锂电池经由导线与所述送风系统(5)、集成控制电路(6)及控制面板相连。

4.根据权利要求1所述的一种病毒防控正压生物防护服的高压静电过滤装置，其特征在于，所述核心过滤组件(4)包括多层滤材结构、多组绝缘夹持装置(9)、多组导电夹持装置(10)，导电夹持装置(10)与多层滤材结构周边密封连接，导电夹持装置(10)由绝缘夹持装置(9)夹持，导电夹持装置(10)与所述高压静电转换器相连。

5.根据权利要求1所述的一种病毒防控正压生物防护服的高压静电过滤装置，其特征在于，所述多组绝缘夹持装置(9)采用绝缘合成高聚物材料制备成框架形态，尺寸随所述多层滤材结构型号调整。

6.根据权利要求1所述的一种病毒防控正压生物防护服的高压静电过滤装置，其特征在于，所述多组导电夹持装置(10)采用金属材料制备成框架形态，尺寸随所述多层滤材结构型号调整。

7.根据权利要求4所述的一种病毒防控正压生物防护服的高压静电过滤装置，其特征在于，所述多层滤材结构包括一层初级滤网(11)及一层高压静电负载滤材(12)，其中：

初级滤网(11)用于滤除较大的空气杂质；

高压静电负载滤材(12)为过滤核心部件，采用具有高效高压静电负载功能的织物。

8.根据权利要求7所述的一种病毒防控正压生物防护服的高压静电过滤装置，其特征在于，所述多层滤材结构还包括一层接地网(13)，用于降低过滤后气体的静电负载量，接地网(13)由两侧的所述导电夹持装置(10)夹持，接地网与(13)所述外壳(2)上设置的用于与服装接地导线连接的防水对接插口相连。

9.根据权利要求1所述的一种病毒防控正压生物防护服的高压静电过滤装置，其特征在于，所述送风系统(5)为吸风模式，安装于所述核心过滤组件(4)之后，与所述集成控制电路(6)连接，噪声低于80dB，在300Pa送风压力下，送气流量不低于390L/min。

10.根据权利要求1所述的一种病毒防控正压生物防护服的高压静电过滤装置，其特征在于，所述集成控制电路(6)用于控制装置的电源开关、控制面板显示、送风系统风量；

所述控制面板包括外部LED显示面板、低电量蜂鸣警报器、低压报警器，其中：LED显示面板可附于防护服任意易于观测处，分别与压力、电量监测器通过射频无线传输进行交换；

低电量蜂鸣警报器通过本体的接口上插接连接头，连接头通过电线与所述电源系统(3)相连接，当剩余电量小于预设低电量阈值，低电量蜂鸣警报器以声光形式以示警告；

压力检测器固定于胸口，在外部LED显示面板上实时显示内外压力值。

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