CN113623781A - 便携式空气杀毒呼吸供气机 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种便携式空气杀毒呼吸供气机，属于医疗防护装备技术领域。该装置包括紫外线空气杀毒腔、吸送风机、高温高电压极板杀毒腔、半导体制冷片、空气冷却腔、分流气罩及放散调节阀、进出气密封导气罩、电控单元、充电锂电池、壳体等部件。其显著特征是：组合采用高压静电吸附、高温、紫外线方法对含病毒、细菌气溶胶及其它液体、固体颗粒的污染空气进行有效杀毒灭菌。该装置具有杀毒能力强、采用正压供气、性能稳定、舒适性高、使用方便、应用范围广等优点，适用于医护人员和患者使用，对在呼吸系统传染病环境中有效避免交叉感染、保护医护人员安全具有可靠的效果。

Description

便携式空气杀毒呼吸供气机

技术领域

本发明涉及医疗环境空气杀毒灭菌设备，具体是一种便携式空气杀毒呼吸供气机，属于医疗防护设备技术领域。

背景技术

呼吸系统传染病人所处环境中的空气交叉污染，是最主要的传染源之一。病毒颗粒非常微小，一般为30—80nm，医用外科口罩标准为颗粒过滤效率BFE≥95%、细菌过滤效率PFE≥30%，并不能完全阻止病毒和细菌的侵入。例如，在新冠病毒肺炎疫情中，某国医务人员在采用医用外科口罩等防护措施的条件下，医护人员感染率仍达14%以上。高效杀毒、携带方便、经济实用的空气呼吸供气装置，对阻断人员与患者之间空气交叉污染、保护医护人员和其他人员的安全，具有重要作用。

目前，国内外现有的用于医患个人的便携式空气呼吸供气设备中，主要采用以下三种形式：（1）自吸过滤式防毒面罩；（2）动力供气过滤式防毒面罩；（3）压缩空气瓶正压供气面罩。自吸过滤式和动力供气过滤式设备均是在过滤盒内安装纤维过滤材料或活性炭过滤材料，以吸附空气中细菌或病毒，防护原理与口罩类似，防护效果优于口罩，但仍不理想。压缩空气瓶正压供气面罩是使用压缩空气瓶中的压缩空气（可配用一定比例的氧气）供气，其缺点是不能长时间工作，一罐压缩气体一般仅供1人使用1h左右。

发明内容

本发明旨在解决现有便携式空气呼吸供气设备存在的上述问题，提供一种提供一种杀毒效率高、携带方便、经济实用的空气呼吸供气装置，适用于病患环境下能够可靠地杀毒灭菌、有效避免交叉感染、并且方便随身佩戴的空气杀毒呼吸供气设备。

本发明解决上述技术问题的基本原理是：组合采用高压静电吸附、高温、紫外线方法对被污染的空气进行杀毒灭菌处理。本发明采用的技术方案是：一种便携式空气杀毒呼吸供气机，包括紫外线空气杀毒腔、空气管道、吸送风机、高温高电压极板杀毒腔、半导体制冷片、空气冷却腔、分流气罩及放散调节阀、进出气密封导气罩、外部进出气接头、进气滤网、电控单元、充电锂电池、壳体等。

所述紫外线空气杀毒腔，是由封闭的不锈钢管体、紫外线灯管、封闭灯座组成。不锈钢管体两端焊接有进、出气孔接头，紫外线灯管封闭安装在不锈钢管体中部，由封闭灯座支撑。空气自进气孔进入，流过不锈钢管体，自出气孔排出。在流经不锈钢管体过程中，暴露在紫外线灯管产生的紫外线照射中，实现第一级杀毒。

所述空气管道，是指进气引风管、中间输气管和出气管。进气引风管一端与固定于壳体上的进气接头相接，另一端与不锈钢管体的进气孔接头相接。中间输气管一端与不锈钢管体出气孔接头相接，另一端与吸送风机进气罩连接。出气管一端与空气冷却腔的出气管接头相接，另一端与固定于壳体上的出气接头相接。空气管道的材质采用硅橡胶软管。

所述吸送风机，由引风机和风扇进气罩构成。引风机的额定风量为500—600L/min，通过螺栓固定于风扇进气罩和进出气密封导气罩之间。风扇进气罩材质为铝合金。

所述高温高电压极板杀毒腔，由正极板、负极板、极板支撑板、导热硅胶片构成，安装在分流气罩和进出气密封导气罩之间。正、负极板采用多层互插形式，极板平面间距相等，极板材质选择合金铝材质，前缘间隙大于平板间隙以保持均衡的电晕电压。正、负极板背面贴敷有单面背胶导热硅胶片。极板支撑板可以将正、负极板相对固定保持规定的间隙，材质采用电木板。

所述半导体制冷片，是由N型半导体和P型半导体联接而成的热电偶对，其在直流电的作用下实现两端的热传递。半导体制冷片的制热面与正、负极板背面贴敷的单面背胶导热硅胶片相贴，并由制冷吸热片压紧固定。半导体制冷片工作时，制热面升温并加热正、负极板，制冷面温度降温并冷却制冷吸热片。半导体制冷片与制冷散热片之间通过螺栓连接，一对螺栓之间安装耐热绝缘垫圈，以使得制冷散热片与正、负极板之间有效绝缘。

所述空气冷却腔，安装在高温高电压极板杀毒腔的两侧，由两个制冷吸热片、两个制冷片封板构成，制冷吸热片由高密齿散热片铝型材制成，制冷片封板由聚碳酸酯塑料制成。制冷片封板安装在制冷吸热片吸热面，与制冷吸热片形成密封的内部多层吸热面的两个空气通道。

所述分流气罩及放散调节阀，安装在高温高电压极板杀毒腔、空气冷却腔的底部，由分流气罩、可调放散调节阀构成。分流气罩将经过高温高电压极板杀毒腔杀过毒的高温气体分流到两侧的空气冷却腔进行冷却，同时可以将其中一部分空气通过放散调节阀排入大气，以调节呼吸供气量和供气温度。

所述进出气密封导气罩，安装在高温高电压极板杀毒腔、空气冷却腔与吸送风机之间。其作用是将吸送风机吸入的经紫外线杀过毒的风送入高温高电压极板杀毒腔进一步杀毒，同时将经过空气冷却腔冷却的净化气体送出设备。

所述外部进出气接头，安装在壳体上，由进气接头和出气接头构成，是连接外部管路和内部管路的过渡器件，材质采为304不锈钢。

所述进气滤网，安装在壳体外部进气接头上，由进气滤网座、不锈钢滤网和进气滤网盖构成，以防止空气中的毛发、棉絮等较大漂浮物进入设备内部。进气滤网座、进气滤网盖材质为铝合金或聚乙烯塑料，滤网材质为304不锈钢。

所述电控单元，包括电源组件、高压静电发生器组件、电子镇流器组件、控制组件、操作与显示组件构成。各组件包括电阻器、电感器、电容器、固态继电器、开关、电量指示器等元器件。上述元器件焊接在电路板上，电路板固定在壳体内部。电控单元具有电源变换与分配、高压电场配电、半导体制冷片及吸送风机驱动、紫外线灯触发、开关及电量指示等功能。电控单元支持充电锂电池和接入市电的电源适配器两种供电方式。

所述壳体，是上述除充电锂电池外的所有部件的封闭壳体及其内部支撑固定座，由壳体主体和上盖及紧固螺钉构成。主体侧面设置电源插孔、电源开关及电量指示器安装孔、外部进、出气接头安装孔、放散调节阀伸出孔，用于安装相应部件。主体背面设置2个长形带环，用于佩戴使用时安装固定带。上盖设置电池卡槽及其电源触点板，用于安装充电锂电池。

所述充电锂电池，是可以单独充电的独立单元，安装在壳体上盖的电池卡槽内，并可方便的拆下。锂电池为可重复充电电池，供电电压12VDC，电池容量22Ah。充电锂电池的含电量通过壳体上盖处的电量指示器显示。

本发明便携式空气杀毒呼吸供气机，与现有技术相比，有如下优点。

(1) 具有超高杀毒能力。本发明综合采用高压静电吸附、高温、紫外线等多级杀毒措施，可有效杀灭通过本设备的空气中病毒和细菌，提供可靠、洁净、无毒的呼吸空气。

(2) 采用正压供气以避免吸入环境空气。本发明采用动力送风模式，供气压力略大于环境大气压力，使用人员呼吸时不必克服管道空气阻力，并且供气量大于人体呼吸空气用量。即使面罩有微小缝隙，也不会吸入污染气体。

(3) 性能稳定性高。本发明杀毒功能不采用熔喷无纺布或其他过滤材料过滤病毒细菌（在空气进口处的滤网主要用于过滤较大飘浮物），在持续工作的情况下，其杀毒效果几乎不下降。

(4) 舒适性高。本发明设置有空气冷却器件，并可通过放散调节阀进行放散量调节，可由使用人员调整合适的温度和流量，以达到使用人员呼吸舒适。

(5) 使用方便。本发明采用便携式设计，支持佩戴在身上移动工作，在固定使用场合，也可放置在桌面或地面上。本发明采用充电锂电池和市电两种电源，可支持电源适配器接入市电插座供电，并且在工作时自动对电池进行充电。在无市电电源或不便于拖线作业的情况下，可拔下进线插头，由锂电池供电维持工作1.5h以上。

(6) 应用范围广。本发明高压静电极板对烟尘、粉尘具有同等的吸附性能，在需要时可用于含有烟尘或粉尘气体的净化处理。

(7) 可用于患者呼出气体的杀毒。在某些需要的场合，本发明进、出气接头及管路对调，可应用于患者，使患者呼的气体无害化处理后排入环境空气。

附图说明

图1为本发明实施例中整体结构示意图。

图2为本发明实施例中整体结构的A-A剖面示意图。

图3为本发明实施例中整体结构的B-B剖面示意图。

图4为本发明实施例中整体结构的C向示意图。

图中：1进气滤网；2进气接头；3进气引风管；4紫外线空气杀毒腔管体；5紫外线灯管；6中间输气管；7风扇进气罩；8引风机；9进出气密封导气罩；10正、负极板；11极板支撑板；12导热硅胶片；13半导体制冷片；14制冷吸热片；15制冷吸热片封板；16分流气罩；17放散调节阀；18出气管；19出气接头；20充电锂电池及卡槽；21壳体上盖；22壳体主体；23带环；24电源插孔；25电量指示器；26开关；27外部输气管道。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好地理解本发明内容。因此，所举之例并不限制专利的保护范围。

参见图1、图2、图3、图4，一种便携式空气杀毒呼吸供气机，包括紫外线空气杀毒腔、空气管道、吸送风机、高温高电压极板杀毒腔、半导体制冷片、空气冷却腔、分流气罩及放散调节阀、进出气密封导气罩、外部进出气接头、进气滤网、电控单元、充电锂电池、壳体等。

在吸送风机作用下，外部可能污染的气体经过进气滤网1、进气接头2、进气引风管3，被吸入紫外线空气杀毒腔管体4，暴露在紫外线灯管5周围。当紫外线灯管5工作时，灯管发出的紫外线穿透流经的气体。灯管表面与管体内壁的间隙约15mm，气体通过杀毒腔的流速约为0.85m/s,滞留时间约为0.21s。波长为UV-C波段250-270nm的紫外线，杀毒灭菌能力最强，本发明采用253.7nm紫外线灯管。通过紫外线波长、强度、穿透距离和空气有效滞留时间的匹配设计，可在第一级杀毒阶段实现有效杀毒灭菌，使来自环境的污染气体达到较高的洁净度。

经第一级杀毒的气体由紫外线空气杀毒腔出气孔排出，经中间输气管6进入风扇进气罩7，由引风机8经过进出气密封导气罩9的中心，送入高温高电压极板杀毒腔。高温高电压极板杀毒腔由正、负极板10、极板支撑板11、导热硅胶片12构成，安装在分流气罩16和进出气密封导气罩9之间。正、负极板材质为合金铝，采用多层互插形式布置，极板平面间距相等，极板间隙约3.1mm，极板前缘间隙大于平板间隙以保持均衡的电晕电压。正、负极板间施加约4kV的直流电压，形成高压静电场。正、负极板背面贴敷单面背胶导热硅胶片，与半导体制冷片的制热面贴合。半导体制冷片上电后，制冷面降温，制热面升温，经热传导使正、负极板温度达到70—80℃。经第一级杀毒的气体通过高温高电压极板间隙时，穿过正、负极板间的高压静电场，发生电晕放电，产生等离子体。大量电子和正负离子在电场梯度的作用下，与悬浮在气体中的含有病毒或细菌的气溶胶颗粒、或其它液体或固体颗粒发生非弹性碰撞，并吸附在上面成为荷电粒子，在外加电场力的作用下，被温度高达70—80℃的电场正极板捕集并附着，病毒或细菌的蛋白质迅速变性，达到杀毒灭菌的效果，同时也将空气中的粉尘及烟尘颗粒物除掉使得空气更加洁净，从而完成第二级杀毒灭菌。

此外，在上述两级杀毒灭菌过程中，气体紫外线照射和电晕放电均产生微量臭氧。臭氧也有杀毒灭菌作用，但过量臭氧对人体有害。臭氧是不稳定气体，在30℃时1min内衰减50%,在40—50℃ 时衰减80%，在60℃以上立即分解成氧气。本发明高温高电压极板杀毒腔内温度超过60℃，设备输出的气体不会含有有害臭氧。

经过两级杀毒灭菌的气体进入空气冷却腔。空气冷却腔安装在高温高电压极板杀毒腔的两侧，由制冷吸热片14及制冷片封板15构成。制冷吸热片为高密齿散热片，材质为铝型材，其平面端与半导体制冷片制冷面贴敷并压紧。制冷片封板材质为聚碳酸酯塑料，安装在制冷吸热片吸热面，与制冷吸热片之间形成密封的、具有多层吸热面的气体通道。半导体制冷片额定工作电压12VDC，额定电流6A，上电后，制热面升温，制冷面降温，冷热面温差为67℃。经热传导，制冷吸热片降温并对流经空气冷却腔的气体冷却至常温。

空气冷却腔前设置分流气罩16及放散调节阀17。气体在进入空气冷却腔前，通过调整放散调节阀，可将部分气体放散至大气，以将设备输出的气体调节至舒适的温度。一般地，设备输入的气体流量约为500L/min,输出的气体流量为300—350L/min,放散的气体流量为150—200L/min，在此条件下，输出气体温度约20—25℃。

经过经过两级杀毒灭菌并冷却的气体，通过进出气密封导气罩9、出气管18、出气接头19输送至外部输气管道27，供给使用人员呼吸面罩。

电控单元包括电源组件、高压静电发生器组件、电子镇流器组件、控制组件、操作与显示组件构成。各组件包括电阻器、电感器、电容器、固态继电器、开关、电量指示器等元器件。上述元器件焊接在电路板上，电路板固定在壳体内部。其中电源插孔23、开关24、电量指示器25布置在壳体主体的相应开孔处。电控单元具有电源变换与分配、高压电场配电、半导体制冷片及吸送风机驱动、紫外线灯触发、开关及电量指示等功能。设备支持充电锂电池和外部接入市电的电源适配器两种供电方式。

充电锂电池20通过卡槽固定在壳体上盖21外表面上，其它部件安装在封闭的壳体内部，并通过螺栓固定在壳体主体22内的支撑固定座上。壳体主体21和上盖22采用紧固螺栓连接在一起。主体背面设置2个长形带环23，用于佩戴使用时安装固定带。

Claims (8)

1.本发明涉及医疗防护领域的呼吸空气消毒设备，具体是一种便携式空气杀毒呼吸供气机，包括紫外线空气杀毒腔、空气管道、吸送风机、高温高电压极板杀毒腔、半导体制冷片、空气冷却腔、分流气罩及放散调节阀、进出气密封导气罩、外部进出气接头、进气滤网、电控单元、充电锂电池、壳体等。

2.根据权利要求1所述的紫外线空气杀毒腔，是由封闭的不锈钢管体、紫外线灯管、封闭灯座组成；不锈钢管体两端焊接有进、出气孔接头，紫外线灯管封闭安装在不锈钢管体中部，由封闭灯座支撑；空气自进气孔进入，流过不锈钢管体，自出气孔排出，在流经不锈钢管体过程中，暴露在紫外线灯管产生的紫外线照射中，实现第一级杀毒。

3.根据权利要求1所述的高温高电压极板杀毒腔，由正极板、负极板、极板支撑板、导热硅胶片构成，安装在分流气罩和进出气密封导气罩之间；正、负极板采用多层互插形式，极板平面间距相等，极板材质选择合金铝材质，前缘间隙大于平板间隙以保持均衡的电晕电压；正、负极板背面贴敷有单面背胶导热硅胶片；极板支撑板可以将正、负极板相对固定保持规定的间隙，材质采用电木板。

4.根据权利要求1所述的半导体制冷片，是由N型半导体和P型半导体联接而成的热电偶对，其在直流电的作用下实现两端的热传递；半导体制冷片的制热面与正、负极板背面贴敷的单面背胶导热硅胶片相贴，并由制冷吸热片压紧固定；半导体制冷片工作时，制热面升温并加热正、负极板，制冷面温度降温并冷却制冷吸热片；半导体制冷片与制冷散热片之间通过螺栓连接，一对螺栓之间安装耐热绝缘垫圈，以使得制冷散热片与正、负极板之间有效绝缘。

5.根据权利要求1所述的空气冷却腔，安装在高温高电压极板杀毒腔的两侧，由两个制冷吸热片、两个制冷片封板构成，制冷吸热片由高密齿散热片铝型材制成，制冷片封板由聚碳酸酯塑料制成；制冷片封板安装在制冷吸热片吸热面，与制冷吸热片形成密封的内部多层吸热面的两个空气通道。

6.根据权利要求1所述的分流气罩及放散调节阀，安装在高温高电压极板杀毒腔、空气冷却腔的底部；分流气罩将经过高温高电压极板杀毒腔杀过毒的高温气体分流到两侧的空气冷却腔进行冷却，同时将其中一部分空气通过放散调节阀排入大气，以调节呼吸供气量和供气温度。

7.根据权利要求1所述的电控单元，包括电源组件、高压静电发生器组件、电子镇流器组件、控制组件、操作与显示组件构成；各组件包括电阻器、电感器、电容器、固态继电器、开关、电量指示器等元器件；上述元器件焊接在电路板上，电路板固定在壳体内部；电控单元具有电源变换与分配、高压电场配电、半导体制冷片及吸送风机驱动、紫外线灯触发、开关及电量指示等功能；电控单元支持充电锂电池和接入市电的电源适配器两种供电方式。

8.根据权利要求1所述的壳体，是上述所有部件的封闭壳体及其内部支撑固定座，由壳体主体和上盖及紧固螺钉构成；主体侧面设置电源插孔、开关及电量指示器安装孔、外部进、出气接头安装孔、放散调节阀伸出孔，用于安装相应部件；主体背面设置2个长形带环，用于佩戴使用时安装固定带；上盖设置电池卡槽及其电源触点板，用于安装充电锂电池。

Images