CN115427114A - 电子加热呼吸面罩 - Google Patents

Abstract

本说明书提供了一种电子加热呼吸面罩/呼吸面罩的设计，其特征在于通过在佩戴者的鼻子和嘴巴区域周围形成无缝的高热和/或湿度腔室/屏障来杀死或灭活空气中传播的病毒和细菌。除了可以根据NIOSH N95标准有效过滤微小颗粒外，它还额外减少了感染疾病的机会。这些设计包括如下的各种排列组合：带有或不带有呼气阀的一次性或可重复使用的N95呼吸面罩、带有或不带有集成和可更换过滤层的一次性或可重复使用的医用口罩，以及带滤盒的可重复使用的呼吸面罩。每个设计都由多层结构组成，包括一个带有加热元器件的有源加热过滤器，该加热元器件由石墨烯组成。呼吸面罩通过USB电缆连接到电源装置。控制模块用于开关设备，并通过传感器的方式选择控制内部温度和湿度。

Description

电子加热呼吸面罩

技术领域

本说明书属于公共卫生和医疗器械、细菌或病毒性疾病、COVID-19和其他冠状病毒、面罩、口罩、熔喷无纺布过滤层、电子加热、石墨烯、温度调节，尤其是电子加热高效呼吸面罩，在鼻子和嘴巴周围形成高温阻挡层，用于抗病毒和医疗保护。

背景技术

感染或疾病是由微小生物体或病原体引起的，主要是细菌和病毒。本说明书中的术语“细菌”和“病毒”将会与“病原体”互换使用。细菌和病毒的传播最常见的是通过空气中的呼吸飞沫传播，通过咳嗽或打喷嚏、接触体液或受感染的表面等方式。如果没有适当的防护措施，由细菌或病毒引起的疾病会在人与人之间迅速传播；这导致了15种流行病或大疫情，例如SARS或最近广为人知的COVID-19的新型冠状病毒。

科学家们积极研发医疗设备以保护人民健康并防止感染和疾病的传播—尤其是空气传播的疾病。其中，口罩和面罩是保护佩戴者避免传播和吸入有害空气(包括烟雾、蒸汽、气体和颗粒物，如灰尘和空气中的微生物)的最常用设备之一。

口罩是覆盖鼻子和口部区域的宽松式罩子。这种口罩有两个环绕耳朵的耳带，可将口罩固定到位。这种口罩设计主要仅用作单向保护，遮挡佩戴者呼出的大颗粒或液滴，并防止它们扩散到环境中。相比之下，呼吸面罩则是一种紧密贴合的面罩，可形成面部密封。

如果使用得当，它将形成一个面部密封，提供双向保护，通过对进入和呼出佩戴者的面罩或过滤器/过滤器盒子(过滤器可覆盖一半面部或整个面部)的空气，按照设计指定的效率水平进行过滤。呼吸面罩分为三个不同的类别：一次性的、半面部遮挡，和全面部遮挡的。在本说明书中，我们将忽略口罩和面罩之间的主要区别，用口罩这个词来统一指代本说明的一种特殊类型的半面部遮挡的呼吸面罩。口罩和呼吸面罩都是可以一次性的和可重复使用的。在下文中，我们互换地使用口罩和呼吸面罩这两个词，但意思一样。

呼吸面罩有从相对便宜、一次性使用即扔的型号到具有可更换过滤器盒子的更耐用和可重复使用的型号，通常它被称为可重复使用或非一次性呼吸面罩。所有这些都可用于防止传染性患者将病毒传播给其他健康人，或保护健康人免受患者或其他病毒来源的感染。

一次性呼吸面罩主要有以下两种类型：外科口罩和N95呼吸面罩。两种罩都能捕捉到可能含有细菌或病毒的液滴。外科口罩，也可互换地称口罩或外科口罩，是一种宽松、扁平、柔韧、打褶或鸭嘴形的一次性装置，具有多层过滤器。外科口罩用耳挂固定在头部；它在佩戴者的口鼻与周围环境中的潜在污染物之间形成了一道物理屏障。口罩更便宜，更容易使用，并且是宽松的，以获得更好的透气性。

然而，它们被设计成在一次性使用之后被丢弃，尽管这也意味着几乎不需要维护。但在使用过程中，在需要更换新的之前，效果会逐渐降低。此外，口罩的边缘不会在鼻子和嘴巴周围形成可靠的密封，这意味着细菌或病毒仍然可以从口罩开口处进入。口罩可能有助于减少空气传播病原体的传播；然而，它在这方面的作用是有限的。

N95呼吸面罩是另一种一次性呼吸面罩，它的主旨在实现更有效的空气传播颗粒的过滤和非常紧密的面部贴合。经NIOSH批准，N95被认为足以抵御PM2.5，指直径小于2.5微米的大气颗粒物(PM)以及大多数病毒和细菌。此外，呼吸面罩的边缘设计用于在鼻子和嘴巴周围形成密封。外科N95呼吸面罩通常用于医疗保健环境，是N95过滤式呼吸面罩(FFR)的子集，通常称为N95。在COVID-19大流行之后，这种特殊的呼吸面罩越来越受欢迎。它与其他相关设备(包括N/R/P-95/99/100系列呼吸面罩)一起被视为NIOSH批准的设备。

更先进的呼吸面罩可以更好地保护用户，通常是专业人员。除了具有多层结构用于捕获空气传播物质以外，此类设备还可能具有额外的机制，例如过滤器过滤器盒子，以将可更换的过滤器固定在它们之间。它们也可以带或不带呼气阀。该装置的边缘在鼻子和嘴巴周围形成紧密贴合的密封。这种呼吸面罩可以由不同的材料(例如塑料、橡胶或金属)制成，因此可以通过定期清洁和维护实现重复地被使用。另一方面，这些呼吸面罩具有较高的呼吸阻力，并且难以长时间佩戴。由于其尺寸和重量，该设备也可能更昂贵、更不舒适，并且需要定期维护(例如，定期更换过滤器盒子和过滤器)。

一些呼吸面罩包括呼气阀，该呼气阀打开以释放呼出的空气并在吸入期间关闭以使新鲜空气通过过滤器。这有助于在呼气时快速去除过多的湿气(湿气)和温度。一个健康的人可能更喜欢使用带有呼气阀的呼吸面罩；但是，患者不应佩戴它，因为他们的呼吸中可能含有传染性颗粒和飞沫。医护人员可能会佩戴带呼气阀的呼吸面罩，除非患者有医疗状况(例如开放性伤口)，为此，医护人员通常会佩戴外科口罩来保护患者。

这种装置的一个普遍问题是任何开口部位都会允许细菌或病毒病原体通过并感染佩戴者。其中的因素包括但不限于为：边缘密封不够严密；过滤级别不正确；过滤层数不足；过滤器磨损或过期。因此，该设备无法确保可靠地抵御细菌、病毒，尤其是COVID-19、SARS等高传染性病毒。其他问题包括更高的供应成本、难以获得、定期更换过滤器盒子如果需要的话，以及一次性设备产生的更多垃圾。

为了保护得理想，过滤和捕获病毒和细菌并不总是足够的；如果可能的话，最好杀死或灭活病原体。这通常可以通过化学品、湿度或温度来完成。化学处理更为常见，但如果处理不当，可能会有危险或副作用。其他材料具有抗菌特性的现有医疗器械已经开发出来了。高湿度或高温通常是相对安全的选择，大多数病毒和细菌都无法在高温和高湿下生存。大多数感染/疾病(包括COVID-19)的病原体被杀死或灭活，与其环境中的温度和湿度成正比，或者达到某个阈值时。一些加热或保湿设备先前已经被开发出来用于医疗上面；然而，还没有人开发出带加高热功能机制的呼吸面罩用以杀死或灭活病毒和/或细菌。

现有的加热面罩和呼吸面罩主要是为保暖而开发的。在极低温环境中呼吸。但是，它们不是为医疗用途而设计的。例如，它们对病毒性疾病的保护是有限的，因为它们的温度(20-40℃)没有高到足以灭活任何细菌或病毒。有必要在呼吸面罩中加入一种机制在人的鼻子和嘴巴周围产生一个环境，可以在任何时候杀死或灭活试图通过呼吸面罩进出人体呼吸系统的病毒。

现有的加热设备还具有占用大量空间且笨重的电子部件。加热呼吸面罩的其他挑战包括需要能够设置温度、保持温度恒定、以及降低功耗得以有效地控制设备。

本说明书提供一种通过将鼻子和嘴部区域加热到更高的温度和/或控制湿度或其他方式并调整环境参数到预定的条件和数值，从而提供具有增强保护作用的的新型呼吸面罩装置的设计。这些设计通过建立隐匿的看不见物理屏障(以下称为热过滤器、高热屏障、温度屏障、或湿度屏障，可互换着叫)来解决人们暴露于进出病毒/细菌病原体的问题。呼吸面罩装置内部产生的温度或湿度高到足以杀死或灭活病毒，让佩戴者和附近的其他人免于被病毒/细菌病原体感染。

发明内容

本说明书提供了几种利于电子控制加热，具有增强的针对病毒和细菌空气传播疾病保护的呼吸面罩的新设计。这些设计通过引入额外的杀死或灭活病毒和细菌的机制以及呼吸面罩的常规高效颗粒和液滴过滤来实现目标。这些设计新颖地在佩戴者的鼻子和嘴巴周围的狭窄空间内创建和保持了一个局部温度和/或湿度的屏障。温度和湿度在佩戴者的脸部周围形成无缝密封的有助于杀死和灭活吸入和呼出空气中的各种病原体。因此，温度和湿度进一步保护佩戴者将病毒传播到环境中或避免了从环境中被病毒感染的机会。

本设计包括了与呼吸面罩的一次性使用性、形状式样，和过滤器类型相关的各种排列组合。本说明书描述了三个示例性实施例：具有或不具有呼气阀的一次性或可重复使用的N95呼吸面罩、具有或不具有内嵌的和可更换过滤层的一次性或可重复使用的医用面罩，以及具有过滤盒子的可重复使用的呼吸面罩。每个设计都由多层结构组成，有一个用电的热过滤器，和一个有或没有无源的颗粒过滤器，例如NIOSH N95的过滤器。热过滤器包含一个由石墨烯制成的加热元件。石墨烯坚固、柔韧，并具有优异的导热性。呼吸面罩还包括一个围绕鼻子和嘴巴的小腔室；热过滤器位于该腔室中，并被加热到足以杀死或灭活病毒或细菌的温度。腔室中的恒温器和/或湿度传感器可用于控制温度和湿度。根据恒温器的测量值，可以通过启动和停止加热元件来控制温度。湿度也可以根据传感器反馈进行控制。可以通过安装可选的呼气阀和/或其中的小型电动风扇来进行此调整。呼气阀的开度可以手动或电动调节。此外，如果安装了风扇，风扇的速度可以电动控制。呼吸面罩通过USB连接进行电气连接。连接后，电源开关/控制模块可用于打开和关闭设备，并通过多个预先的设置调整设备的加热或湿度程度。电源通过USB电缆发送到加热元件，然后加热设备。内置微处理器控制设备中的所有操作，包括预设置、加热、湿度调节，和操作时间等。

附图说明

图1展示了本说明书优选实例中的电子加热N95一次性或可重复使用的呼吸面罩的等距视图和可更换过滤器的前视图。

图2展示了本说明书的两个示例性实施例中的N95一次性或可重复使用的呼吸面罩的过滤层的横截面图。

图3展示了在本说明书的优选实施例中应用于人面部的N95一次性或可重复使用的呼吸面罩的后视图、前视图和侧视图。

图4展示了本说明书优选实施例中的加热元件的多个层面及其与电源开关和温度控制器芯片的连接的分解立体图。

图5展示了本说明书优选实施例中的N95一次性或可重复使用的呼吸面罩的加热调节流程图。

图6展示了本说明书的示例性实施例中的电子加热可重复使用呼吸面罩的等距视图。

图7展示了本说明书的示例性实施例中的电子加热一次性或可重复使用的医用面罩的等距正视图。

具体实施方式

本文使用的词汇仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明的范围。如本文所用，用词“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有的组合。如本文所用词汇“包括”和/或“包含”指列举所述特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加另外一个或多个其他特征、步骤、操作、元素、组件和/或其组。除非另有定义，否则本文使用的所有词汇(包括技术和科学术语)与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。这个可以进一步理解成，诸如在常用字典中定义的词汇，应被解释为具有与其在相关技术和本发明的上下文中的含义一致的含义，除非在此明确定义，否则不会以理想化或过于形式化的方式去理解。在描述中，自然公开了许多技术和步骤。其中的每一个都具有单独的好处，并且每一个也可以与其他一个或多个，或者在一些情况下，所有其他公开的技术结合使用。因此，为了清楚起见，本描述将避免以不必要的方式重复各个步骤的每个可能的组合。然而，在阅读说明书和权利要求时应该理解这样的组合是完全在本发明和权利要求的范围之内的。

在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而显而易见的是，对于本领域的普通技术人员来说，也可以在没有提供这些具体细节的情况下实现本发明。本发明应被认为只是一个示例，并不旨在将本发明限制为提供的附图或描述所示的具体实施例。现在将通过描述参考的附图来展示本发明的优选的或可替代的实施例子。

本说明书提供用于具有主动电子控制的高温腔室、可选的标准被动粒子过滤器和呼气阀的呼吸面罩的新颖设计。新设计提供了针对病毒和细菌空气传播疾病的增强保护。这些设计通过引入额外的杀死或灭活病毒和细菌的机制以及呼吸面罩的常规高效颗粒和液滴过滤来实现这一目标。这些设计新颖地在佩戴者的鼻子和嘴巴周围的狭窄空间内创造并保持局部高热和/或湿度屏障。温度和湿度在佩戴者的脸部周围形成无缝密封，有助于杀死和灭活吸入和呼出空气中的各种病原体；因此，温度和湿度进一步保护佩戴者免于将病毒传播到环境中或被环境中的病毒感染。

设计包括与呼吸面罩的一次性使用性、形状因素和过滤器类型相关的所有组合。例如，呼吸面罩可以是一次性的或可重复使用的；平面面罩或三维形状的N95呼吸面罩；具有嵌入式颗粒过滤层或可更换的颗粒过滤层；本说明书描述了前三个示例性实施例：具有或不具有呼气阀的呼吸面罩、具有或不具有内嵌和可更换过滤层的医用面罩、以及具有过滤器盒子的可重复使用的呼吸面罩。其余的组合实施例对于本领域的普通技术人员来说都是显而易见的。

每个设计都由多个层结构组成，该层具有带或不带无源粒子过滤器的有源热过滤器，例如NIOSH N95无源粒子过滤器。加热元件可以由石墨烯制成。它是一种理想的加热材料，坚固、柔韧，具有优越的导热性和加热效率。呼吸面罩还包括围绕鼻子和嘴巴的腔室；热过滤器位于该腔室中，并通过加热元件被加热到足以杀死或灭活病毒或细菌的温度。

位于腔室内的恒温器和/或湿度传感器可用于控制温度和湿度。根据恒温器的测量值，可以通过启动和停止加热元件来控制温度。湿度也可以根据传感器反馈进行控制。可以通过安装可选的呼气阀和/或其中的小型电动风扇来进行此调整。呼气阀的开口大小可以用手动或电动调节。此外，如果安装了，风扇的速度可以用电动控制。呼吸面罩通过USB电缆和电源连接。连接后，电源开关/控制单元可用于打开和关闭设备，并通过多个预设置按一个占空比频繁开关来调整设备的加热或湿度水平。电源通过USB电缆被送到加热元件，然后加热元件开始加热设备；内置微处理芯片控制设备中的一切，包括预设、加热、湿度调节、操作定时等等。

为方便起见，在本说明书的下文中，术语“呼吸面罩”和“面罩”被认为可与“设备”互换。在一个优选实施例中，呼吸面罩采用与典型的NIOSH N-95一次性或可重复使用的呼吸面罩的形状和式样，并且类似地操作。该装置由多层无纺布层组成，这些无纺布层可能具有或不具有颗粒过滤层和形状支撑层。颗粒过滤层中的过滤片是可更换的。该设备在用户面部周围形成密封空间，以防止病原体进入感染用户或泄漏出去感染其他人。此外，在鼻子和嘴巴区域周围有一个带有温度和湿度控制机制的高热过滤器，在那里创建一个腔室，杀死或灭活试图进入或离开的病原体。与已有的加温口罩不同，本说明书的热腔室可以达到55℃至100℃的高温，足以杀死病原体而不会对使用者的面部造成伤害。当用户主动呼吸时，温度会杀死进入鼻孔或嘴巴的病原体。即使在设备的低温度设置档也是高于室温的，这个温度仍然可以抑制病原体的活动以降低感染风险。该高温度屏障在面罩内的腔室内形成，其大小和形状可以通过两个垂直的鼻夹进行调整。这使高温度屏障集中在病原体进出的重要开口-鼻孔和嘴巴。还有一个可选的呼气阀，它可以排出呼气中的水分和热量，同时过滤吸入的空气。该阀门可提高长时间佩戴的舒适度。阀门操作可由中央控制电路和腔室内的湿度传感器控制。呼气阀的控制可以调节腔室内的湿度，可以将湿度提高到足以杀死或灭活病毒和细菌的湿度水平。

一次性或可重复使用的N95呼吸面罩，尤其是FDA批准的医用N95呼吸面罩，通常由医疗和工业专业人员佩戴。但是，如果不使用呼气阀选件，普通大众也可以在大流行期间佩戴。如果使用呼气阀选项，只要没有生病，任何人都可以佩戴。

NIOSH空气过滤等级是美国国家职业安全与健康研究所(NIOSH)对过滤式呼吸面罩的分类。评级描述了该设备保护佩戴者免受空气中灰尘和液滴侵害的能力。空气净化呼吸面罩(APR)装有微粒过滤器元件。NIOSH颗粒物呼吸面罩等级最低效率水平包括N95、R95、P95(95％)、N99、R99、P99(99％)、N100、R100、P100(99.97％)。由于过滤器针对0.3μm的最具穿透力的颗粒尺寸进行了测试，因此具有P100分类的APR在去除这种尺寸的颗粒方面的效率至少为99.97％。尺寸小于和大于0.3μm的颗粒以大于99.97％的效率过滤。尽管小于0.3μm的颗粒以更高的效率过滤是违反直觉的，但对于NIOSH测试的过滤器，在此尺寸下对过滤效果影响最大的力(气溶胶撞击、拦截和扩散)最弱。任何2.5μm的粒径都称为PM2.5。因此，N95比PM2.5过滤器更有效。

本说明书中的新颖设计可以在考虑其他实施例的情况下进行设计。一个示例性实施例是类似一次性或可重复使用的医用面罩。面罩具有与普通医用面罩对应的多层结构，并且以相同的方式工作。但是，与普通N95一次性或可重复使用的呼吸面罩有几个主要区别：(1)过滤层(如果选用的话)集成到设备中且不可更换；(2)无呼气阀，防止液体呼吸飞沫逸出阀；(3)平整、柔韧、无支撑层；(4)它的边缘不能在鼻子和嘴巴周围形成紧密的密封，这意味着病原体仍然可以从侧面进入，虽然水平的金属鼻夹可以调整面罩的顶部边缘以更好地适应面部和鼻子。但是，内置的高热过滤器仍然能够杀死潜入的病原体并防止用户生病；(5)腔体可调节，水平鼻夹集成在设备中。面罩实施例可供卫生专业人员和公众使用。面罩非常适合生病的人，因为此面罩可防止液滴(通过呼吸)污染周围环境。

另一个示例性实施例是可重复使用的呼吸面罩，其功能也类似于一次性或可重复使用的N95呼吸面罩。但是，还有其他关键区别：(1)外层和内层材料由完全不同的材料(例如橡胶、塑料或金属)制成，可以水洗；(2)其他实施例的过滤层配置在呼气阀和热层之间的过滤器盒子。当过滤器磨损或过期时，可以轻松更换过滤器盒子，而无需进行不必要的改动。这种类型的呼吸面罩非常适合专业行业的人员使用-医疗行业或空气颗粒物存在问题的行业。虽然普通大众也可以佩戴此实施例，但由于成本和缺乏便携性，它并不理想。

最近在其他保健产品中使用的一种加热产品，例如按摩眼罩，也是基于石墨烯的。石墨烯是在单层原子上以二维晶格形成的碳的同素异形体。除碳外，还可能存在银颗粒以将薄层电阻降低至158.7Ωsq-1。它是一种强度高、重量轻且柔韧的材料，具有出色均匀的导热性，因此可灵活携带。它也被认为是零间隙半导体，有助于265导电性和运行效率(低电压和即时响应)。它也可以在短时间内加热到高温，使其优于其他现有的加热器。这使得基于石墨烯的加热器成为各种可穿戴加热应用的有希望的潜在候选者。现在是时候为医用呼吸面罩应用加热特性了。

芯片或电路还可用于主动调节温度和/或湿度以保持预设值。恒温器和/或湿度传感器也可用于检测呼吸面罩腔室内的温度和湿度。现有的解决方案不适用于本说明书中的发明因为那些设备没有控制湿度的手段，并且永远无法在对设备或身体造成不利损害之前，其温度达到足够高的水平。由于杀死病毒和/或细菌病原体所需增加的温度和额外的湿度监测，医用面罩和呼吸面罩需要增加本说明书中所述的新的温度调节功能和设计。

目前的研究告诉我们，在由一种病毒(如COVID-19冠状病毒)引起的空气传播疾病大流行期间，确诊的感染病例数会与平均温度同时上升，最高达到8.72℃，然后就随着温度升高反而下降，这是因为病毒的稳定性会随着温度上升而下降。2003年非典爆发期间，香港气温每升高1摄氏度，确诊病例数就会下降3.6。如果天气可以帮助我们降低病毒的传播能力和环境稳定性，那么传播链或许可以被因此打破。

一项研究表明，在较高温度下，温度仅影响病毒的存活时间，而不影响其感染能力。SARS冠状病毒也发现了类似的结果。SARS在4℃下保持稳定，但在37℃下三天后会失去活性，在70℃下只能存活15分钟。这些研究普遍接受的结论是COVID-19病毒对热敏感。当暴露在56℃(132.8°F)的温度下30分钟，或在更短的时间内暴露在更高的温度下时，冠状病毒会有效地灭活。然而，一些研究还表明，病毒被加热到60℃(140°F)一小时后仍然能够复制。一般来说，92℃(197°F)的温度15分钟比56℃(132.8°F)的30分钟更有效地实现6-log的减少。

关于冠状病毒在相对湿度和空气温度下的存活时间(以小时和天为单位)的研究，我们知道以下所有条件在40℃(104°F)下的存活时间：不锈钢上的冠状病毒在RH(湿度)为20％的存活时间超过120小时；在50％ RH下超过24小时；在80％ RH下不到7小时。在这种情况下，70℃(68°F)和80％ RH的高温和高湿度可能会显着降低病毒的存活时间不到几秒钟。

因此，在本说明书的一个优选实施例中，腔室内的湿度设置为保持在80％RH；而温度设置为四个预设值-37℃(98.6°F)、56℃(132.8°F]、70℃(68°F)和92℃(197°F)。温度设置和湿度设置的其他任意组合可以包括在本说明书的其他实施例中。始终需要在选择更高的温度和湿度之间进行平衡的考虑。

所有实施例都使用由基于石墨烯的加热元件加热的腔室。也可以使用其他加热器件和加热材料。如前所述，石墨烯坚固、灵活，并具有出色的导热性。此外，它会在短时间内(约5秒)内升温至高温。无论形状如何(例如，平面或弯曲)，其特性都可以使整个产品的温度分布均匀。在另外一个不同的实施例中，温度偏好可以设置为三个预设值，其中电源开关随着每按一次按键而切换预设值。所有温度设置都能够抑制病原体，最低设置为普通室温(28℃)，中间设置为至少55℃以杀死病原体，最高温度设为65℃。该设备有可能达到高达100℃的温度的。

用于加热的电能通过USB电缆连接供应到每个实施例的电源插座。低压(5V)用于为设备供电。由于功耗低，用电池的话该设备可以持续工作数小时甚至一整天。连接USB电缆的电源开关在本说明书的不同实施例之间是可以互换使用的。由于使用USB电缆，用户可以利用笔记本电脑等设备的USB为设备供电。此外，将设备连接到USB供电的移动电源/充电宝，可以带来允许该设备被携带到任何地方的便携性。电源开关有一个简单的开/关按钮，可以打开和关闭设备。如前所述，可以按下按钮来更改温度设置，用户可以在操作期间通过按下ON/OFF按钮来进行选择用于加热的电能通过USB电缆连接供应到每个实施例的电源插座。低压(5V)用于为设备供电。由于功耗低，用电池的话该设备可以持续工作数小时甚至一整天。连接USB电缆的电源开关在本说明书的不同实施例之间是可以互换使用的。由于使用USB电缆，用户可以利用笔记本电脑等设备的USB为设备供电。此外，将设备连接到USB供电的移动电源/充电宝，可以带来允许该设备被携带到任何地方的便携性。电源开关有一个简单的开/关按钮，可以打开和关闭设备。如前所述，可以按下按钮来更改温度设置，用户可以在操作期间通过按下ON/OFF按钮来进行选择。

此外，设备实现了温度恒定功能用以确保根据用户的偏好，面罩可以保持在一个恒定温度上。该恒定温度由连接到电源开关的温度控制器芯片通过导线发送信号来维持。这种保持恒温的能力是设备中的一个程序控制的，该程序根据温度控制器芯片中传感器的温度读数打开和关闭加热元件。该器件的电源操作设置在与时间相关的配置文件下，作为温度调节、安全和可编程操作的附加手段。因此，设备可以在一段可编程设置的时间后关闭。

此外，本说明书里的设计可以用在其他的应用中。这包括允许用户在极冷温度的环境中呼吸温暖的空气，帮助面部护理、按摩、保持热过滤器所在面部周围的水分等等。

图1展示了本说明书的一个优选实施例中的电子加热N95一次性或可重复使用的呼吸面罩的等距视图和可更换的过滤器的前视图。呼吸面罩(100)的前部具有外保护层(113)，其边缘形成围绕面部的密封，特别是围绕鼻子、嘴巴和下巴区域。呼吸面罩的两侧具有弹性带(104)，围绕用户的耳朵放置。沿着呼吸面罩(100)的顶部边缘放置一个薄的水平金属鼻夹(106)。该夹子(106)可通过手动捏夹子(106)绕鼻梁弯曲。呼吸面罩(100)还具有辅助鼻夹，以下称为内部垂直鼻夹(108)，它位于呼吸面罩(100)的内部并沿使用者的鼻子弯曲垂直。两个鼻夹(106、108)是可调节的，以便更好地定制贴合用户面部。调整水平和垂直鼻夹(106、108)的组合效果可以在呼吸面罩(100)和鼻子和嘴部区域周围的人脸之间形成小腔室(112)。呼气阀(110)位于鼻夹(106、108)下方，其与嘴对齐以用于吸气/呼气。在腔室区域(112)内，有一个由石墨烯或其他加热材料制成的嵌入式加热元件(114)。两个鼻夹(106、108)、呼气阀(110)和加热元件(114)在鼻子和嘴周围的热过滤器的功能中是必不可少的；这将在以后的段落和图3中解释。装置(100)具有夹持机构(130)以安装和更换可更换的无源粒子过滤器件(132)。在本说明书的一个实施例中，可更换滤片(132)与内层(102)是一体的，这些层是同时更换的；这将在以后的段落和图2中指出。过滤器的前视图显展示与腔室(112)和加热元件(114)的形状相匹配的形状。过滤片(132)位于内层(102)和加热元件(114)之间，可具有单层或多层熔喷无纺布层；这将在后面的段落和图2中解释。

加热元件(114)通过插座(116)供电，该插座(116)通过USB插座连接器(118)连接到USB电缆(120)。电源开关(122)通过按下开/关按钮(126)来控制加热元件(114)的操作。除了打开设备(100)之外，还可以按下ON/OFF按钮(126)以调节通过三个LED灯(124)显示的加热水平。电缆(120)具有USB电源连接器(128)可以连接到带有USB插座的设备，例如笔记本电脑、移动电源或插座插头。

具有加热元件(114)和环境传感器的腔室(112)解决了现有呼吸面罩的先前提到的问题。尽管大多数呼吸面罩(即N95和可重复使用的)在边缘周围都有紧密贴合的物理密封，但不能保证病原体在物理密封处完全被阻挡。如果呼吸面罩安装不当和/或在其使用过程中需要调整安装，这可能会导致与设备(100)的额外接触，从而允许病原体进入并感染用户。此外，受污染的手的物理接触是病原体渗透入设备的一种方式(100)。腔室(112)周围的高温度可以在病原体感染用户之前抑制和杀死病原体。温度设置可通过电源开关(122)进行调节；这和传感器将在以后的段落和图4中解释。

优选实施例中的装置(100)设计为一次性的或可重复使用的，因为外层(113)的无纺布捕获任何病原体。虽然它在一定程度上可以重复使用，但其有效性逐渐降低。捕获在外层(113)上的病原体也可以在装置(100)上存活一段时间。处置前的时间长度可能取决于制造商设定的推荐指南。然而，如果优选实施例中的装置(100)被液滴外的液体分泌物(例如，血液、粘液)污染，则装置(100)，包括热过滤器(114)之后需要处理掉。在示例性实施例中，装置(100)是由可重复使用和使用后清洗的不同材料(例如橡胶或塑料)制成。在描述图6的未来段落中概述了该实施例。

优选实施例允许可更换的过滤片(132)，其可以放置在一个夹持机制(130)中。这样做可以延长呼吸面罩(100)的使用寿命。在另一个实施例中，过滤片(132)被设置在装置(100)内部。过滤片(132)在制造过程中就放置在过滤器盒子(130)当中。结果，如果需要更换的话，设备(100)就只好被完全丢弃。这样可以防止不必要的打开和病原体传播到可能的带有可更换过滤器的一次性或可重复使用的N95设备(100)。此外，在制造过程中集成的过滤片(132)可以更精确地放置在装置(100)中并在分发之前进行检查。

在又一个示例性实施例中，不使用过滤片(132)。这可能会降低一些有效性和保护，因为过滤器部件(132)在捕获大部分空气传播的粒子；然而，腔室(112)中的热过滤器已经足以杀死进入的病原体了。此外，无纺布外层(113)仍然可以捕获液滴和一些空气传播的粒子。

水平鼻夹(106)通过缝合或用粘合剂放置在装置(100)上。该夹子(106)放置在装置(100)的外侧，尽管它也可以像垂直鼻夹(108)一样放置在面罩内。内部垂直鼻夹(108)也可以放置在面罩的外侧，但这可能会在安装设备时导致额外的和不必要的改动。不管夹子(106、108)的位置如何，都可以相应地调整以帮助在人的鼻子周围形成腔室(112)并且还确保装置(100)能够更好地在人的面部周围形成紧密贴合的密封。这将在以后的段落和图3中提到。

对于一般具有健康意识的人，呼气阀(110)395允许空气自由地循环通过面罩，同时过滤有害物质。这增加了用户长时间的舒适度，因为冷凝和热量不会迅速积聚。使用手动或电控呼气阀(110)，腔室(112)内的湿度可以保持在预定水平。如果阀门开度很小，它会在腔室(112)内产生过高的湿度，因为呼出的蒸汽会积聚；否则，湿度会降低。在一个替代的实施例中，装置(100)没有呼气阀(110)，这与图7中的示例性面罩一致。在该实施例中没有呼气阀(110)更适合于病人，因为它可以防止飞沫离开阀门(110)，其中可能含有传染性病原体。因此，缺少该瓣膜(110)将防止感染和疾病传播到周围区域的其他人。在其他实施例中，可以将微型风扇连接到呼气阀(110)以更好地排出湿气。这种风扇的使用将与替代湿度传感器相关联，该湿度传感器将在后面的段落和图5的描述中进行解释。

在另一个代替实施例中，呼吸面罩/面罩装置(100)在呼气阀区域周围使用过滤器盒子。这通常会简化装置(100)的过滤器更换过程。然而，从长远来看，更换过滤器盒子的成本可能很高。另外，滤器盒子的重量也可能使装置(100)的重量降低，尤其是优选实施例中的一次性或可重复使用的N95呼吸面罩的重量。这可能会在面部两侧留下开口，让病原体进入。因此，这种过滤器盒子的使用将与图6的示例性实施例中概述的替代可重复使用的呼吸面罩设计一起应用。

优选实施例中的弹性带(104)通过粘合剂、缝合线、或订书钉在呼吸面罩/面罩(100)的侧面上固定就位。然而，单独使用带子(104)的弹性进行调整可能会减少呼吸面罩/面罩(100)的用户数。此外，如果弹性带(104)需要通过非常规的双重缠绕方式进一步调整以进行装配，则可能影响设备(100)的功能完整性。在代替实施例中，呼吸面罩/面罩(100)的侧面具有用于带子(104)的调节，以正确地贴合在用户周围。

在本说明书的其他代替实施例中，加热装置(100)可以应用于其他非医疗用途，包括极端温度环境(即寒冷天气)、面部护理或按摩、面部区域周围的湿度水平维持，等等。需要对装置(100)的各种部件进行若干改进以适应这种用途。因此除了用于抗病毒目的的新型热过滤器之外，在其他应用中使用该装置(100)也是有好处的。

图2展示了N95一次性或可重复使用的过滤层的横截面图，它们分别用在本说明书中呼吸面罩的两个示例性实施案例中。但是，它并仅限于这两个具体实施例。子图(a)图示了设备中过滤层(202)是一个单层的一个实施例。外层(113)可以由无纺织物制成，该无纺布疏水织物过滤可见的颗粒和可能含有病原体(例如，来自打喷嚏或咳嗽的人)的悬浮在空气中的液滴的水气。可选的支撑层(210)可以安装在加热元件层(114)的外部支持以向装置提供结构完整性。过滤片(132)放置在加热元件层(114)里面。内层(102)和过滤层(202)都是独立的层，或者是可更换过滤片(132)的一部分，可以定期被更新从而延长装置的使用寿命。内层(102)可以与过滤层(202)重叠，过滤层(202)由过滤空气中的微小颗粒的单一无纺布熔喷材料制成。内层(102)可以是吸收呼出液滴的无纺布亲水织物层。内层(102)有时也被称为面罩层，尤其是当它独立于过滤层(202)时。

子图(b)展示了在内部之间具有多层(102)和加热元件(114)间过滤器的实施案例。过滤层(202)包含用于较粗颗粒的两个过滤层(206)，以及用于较细颗粒的碳层(208)。此外，碳层(208)还提供对气味和蒸汽的防护。与子图(a)一样，内层(102)和多层过滤器(206、208)共同构成过滤片(132)，可定期更换。前面子图中的其他三层(114、210、113)的描述也适用于此。

该图中描述的所有层被认为都是耐热的。所以它们能够承受高温而无燃烧的危险。因此，本说明书中器件的温度升高(在55℃和100℃之间)对于这些层将不是问题。这个温度可以用温度控制器芯片来调节；这将在以后的段落和图4中进一步提及。

尽管过滤器件(132)被认为是可选的，但对于那些业内精通工艺的人来说，结合起来使用是比较明显的。想要不完全阻塞呼吸的开放空间，并仍然能够处理空气传播的病原体时，过滤片是必不可少的选择。这对于子图(b)中所示的实施例尤其如此，因为它还可以抵御毒气和臭气。此外，增加该层不太可能会显著增加设备的重量。但是，过滤层可能会导致呼吸阻力，使某些用户使用困难。在本说明书的其他实施例中，可以存在一种具有较低密度的过滤器以允许更好的透气性。这可以通过在其他NIOSH批准的呼吸面罩中找到不同等级的过滤器来完成。需要注意的是，如果过滤片(132)不符合NIOSH标准，则该设备可能就不会符合NIOSH标准。

用于过滤器(202)的熔喷工艺是将聚合物制成小的微米或纳米纤维细丝，然后将其整合为无纺布。这聚合物熔化并用热的高速气体挤出。将纤维吹到移动的基材上以形成自粘合网。使用具有热塑性的聚合物，其中聚丙烯是最常见的一种。用于熔喷的其他材料是聚苯乙烯、聚氨酯、

聚乙烯等。除了过滤之外，熔喷织物还被用作卫生用品、服装产品和药物输送的吸收剂。熔喷纤维因其效率、高孔隙率和高容量而被认为是过滤的理想选择。该工艺本身的其他优点是简单、高效，并且不使用任何危险化学品。如前所述，用于过滤层(202、206、208)的熔喷纤维能够承受该设备需要产生的高温以便杀死病原体。

在代替实施例中，过滤片(132)浸泡在药液中。过滤器可以用各种材料浸泡，包括薄荷或中药，如板蓝根液体提取物(一种来自靛蓝根的化合物)。最终，气味的类型取决于用户的偏好。

通过浸泡过滤片(132)，它为呼吸面罩/面罩增加了一种对使用者来说更舒适的芳香气味。它还允许用户更轻松地呼吸，而不会损害在呼吸面罩/面罩周围形成的密封。但是，浸泡过滤器可能会损害其过滤空气中的结构的功能。因此，最好将药液喷洒在过滤器上，而不是浸泡它。至少，浸泡过的过滤器在插入设备之前应该完全干燥。

处理面罩周围的水分对于确保长时间使用该装置是必不可少的。然而，本说明书的优选实施例被设计为一次性的或可重复使用的。首先，过滤层(202)捕获病原体的效率会随着时间的推移而降低，如前面在前面的段落。性能下降可能是由于内部水分的积累呼吸面罩，尤其是呼气阀周围的区域。此外，过滤器件(132)可以在两年后失效。因此，可更换的过滤器件(132)意味着该装置的其余部分仍然可以使用，而无需整个更换。

其次，内层(102)的亲水织物层保证了呼气的冷凝结水不会接触到使用者的皮肤。这种水分的排出得力于本说明书优选实施例中的呼气阀。此外，来自加热元件(114)的热，可用于干燥该内层(102)中的水分，特别是如果温度设置处于较高的时候。内层(102)的亲水特性在允许装置长时间佩戴方面发挥了作用。然而，内层的(102)随着使用时间的延长，吸收水分的效果逐渐降低，这也是为什么该装置的优选实施例被认为是一次性的或可通过可更换的过滤器重复使用的另一个原因。

尽管是可选的，但支撑层(210)有利于维持装置的整体结构。在优选实施例中，这可以应用在N95呼吸面罩的物理密封件周围，以防止空气中可能含有病原体的颗粒。在另一个实施例中，支撑层(210)可以是缓冲层，其可以为用户提供长时间使用的舒适感。这将更适合于可重复使用的呼吸面罩实施例，因为它可以更好地支撑缓冲的额外重量。

图3显示了本说明书的优选实施案例中在人脸上的N95一次性或可重复使用呼吸面罩的后视图、前视图和侧视图。设备腔室(112)、鼻夹(106、108)、呼气阀(110)和加热元件(114)的所有描述也适用于此。子图(a)显示了呼吸面罩/面罩腔室(112)的后视图。子图(b)说明了图505呼吸面罩/面罩腔室的前视图，显示鼻子(302)与鼻夹(106,108)对齐，嘴(304)与呼气阀(110)对齐。

子图(c)展示了具有两个实施例的腔室的两个侧视图：一个没有一个呼气阀(110)，另一个带有呼气阀(110)。该子图中的两个实施例都显示了腔室(112)的确切位置，腔室(112)形成在用户的鼻子(302)和嘴巴(304)周围。外层(113)被示为在装置的下部与下巴相接。

本设计的主要优点是加热过滤器被设置在面部最容易传播疾病。此外，加热是集中在鼻子和嘴巴区域周围的局部加热，而不是加热整个设备。这将有助于减少保持设备运行所需的功率，这意味着它可以运行更长时间，这将在以后的段落中还会再次提及。

如前所述，鼻夹(106、108)必须相应地手动调节以提供每个用户都具有最佳的安装和对病原体的保护。鼻夹子(106、108)由柔性金属条制成，例如铝、锌或薄钢。更重要的是，鼻夹子(106、108)的调整是调整热障将在其周围形成的腔室(112)的形状的关键。子图(c)中的侧视图显示了围绕人的鼻子(302)成形的垂直鼻夹(108)，该鼻夹在鼻尖(302)下方弯曲。这有助于进一步将热障限制在面部的外部开口-鼻子(302)和嘴(304)的鼻孔。在一个替代的实施例中，在嘴部(304)的下方有第三个鼻夹子，可对其进行调整从而贴合用户的面部并形成更好的腔室(112)和物理密封。腔室(112)还可以将空气加热到特别高的温度；比如，如果需要90-100℃的非常高的温度来灭活某些类型的病毒。然而，假如让加热元件(114)可以直接接触用户的皮肤或面部，这可能会导致不适或烧伤。

图4展示了加热元件的多层的分解等距视图，并且其与本说明书优选实施例中的电源开关和温控芯片的连接。然而，但我们并不意图在于限于这个特定的实施例。子图(a)说明了加热元件(114)的那一层。最上层是石墨烯(402)，用来通过层压与具有树脂材料的石墨烯片(404)耦合。屏蔽层(406)位于石墨片(404)下方，用来阻挡来自加热丝(408)的电磁辐射。加热丝(408)盘绕成与加热元件(114)配合的锯齿形。该电线(408)在接收电力时产生热量。后盖板(410)放置在这些层下方，其可以用作石墨烯加热元件(114)的支撑层或整体层。

在所有主要实施例中，石墨烯(402)膜片被认为是理想的加热元件(114)(即一次性和可重复使用的面罩、N95呼吸面罩和其他呼吸面罩)由于其低电压所需的操作、高稳态温度、超快响应和出色的灵活性。此外，它的生产成本也不高。在5V外加电压下，随时间变化的温度曲线在5秒内呈现出65℃的稳态温度。温度曲线也可以应用于具有不同电压和持续时间的更高温度。它的结构强度和低密度对于允许本说明书中的设备的灵活性和便携性是必不可少的。石墨烯的(402)分子结构和晶粒取向有助于其出色的导热性和导电性。加热元件(114)在其各处具有恒定的温度分布。先前研究的现有红外图片显示，无论形状如何，温度分布都是均匀的。这种均匀的热量分布与其固有的柔韧性和银颗粒的分布有关。石墨烯也被认为是一种零间隙半导体，这有助于其导电性和操作效率(即其低电压和即时响应)。

石墨烯片(404)由具有相似热导率的薄金属膜制成石墨烯(402)。它可以与后盖板(410)一起用作支撑层。为了使片材(404)补充石墨烯(402)，需要对其进行校准以允许热传递。此外，片材(404)需要具有至少50μm的厚度。如果低于50μm，则散热会减弱，并且片材(404)可能太薄而无法支撑加热元件(114)。

在代替实施例中，加热元件(114)可以使用不同的金属用于导电性，例如铜和钢，代替石墨烯(402)。改变用于加热元件的材料可能会影响其在导热性和结构方面的性能正值。例如，铜可用于其导电性，而钢可用于其结构力量。然而，石墨烯(402)通常被认为优于这两种金属；它的透明度和低薄层电阻有助于实现操作所需的导热性和导电性。因此，它可以在通电时几乎瞬间升温，并在断电时迅速冷却。

本说明书优选实施例中的后盖(410)采用基板层由塑料或聚酯制成，因为它具有柔韧性、重量更轻和成本低廉的特点。在另一种选择在实施例中，后盖(410)由陶瓷制成，具有高的结构完整性，可以承受高温。

从加热丝(408)产生的热量最终被转换成通过热辐射产电磁波。屏蔽层(406)使用镍或铜等薄金属来阻挡这种波到达石墨烯(402)。结果，加热元件(114)可以作为一个整体无中断地运行。这对于设备的温度调节尤其重要，这将在以后的段落中进行解释。屏蔽层(406)还起到保护用户面部免于接触可能穿透皮肤的电磁波的作用。因此，它减少了可能对用户造成长期伤害的辐射灼伤的机会。

在另外一代替实施例中，温度和/或湿度传感器可以作为薄膜层实施在加热元件(114)上。该湿度传感器可以放置在石墨烯片(404)周围。它也可以在屏蔽层(406)周围实施，这允许传感器与加热丝(408)相互作用。这将主要适用于更先进的呼吸面罩，例如本说明书中概述的示例性可重复使用的呼吸面罩。湿度传感器如何工作的过程将在后面的段落和图5中解释。

子图(b)图示了连接到USB电缆(120)和电源开关(122)的加热元件(114)。插座(116)、USB电缆(120)、USB连接器(118、128)、电源开关(122)和电源开关组件(124、126)的所有描述也适用于此。插座(116)必须传导连接到加热元件(114)的导线(412)。其中一根导线连接到温度和/或湿度传感器(414)。

导线(412)将电能传送到加热元件(114)。更具体地说，它会将电力送到加热丝(408)。在一个实施例中，导线(412)可以采用同轴电缆的形式，具有内部导电层(可能由铜制成)和外层用于绝缘。导线(412)虽短，但仍呈现弯曲形状。弯曲的形状可以节省空间，并且导线(412)可以有效地将电能传送到加热元件(114)而几乎没有泄漏。

优选实施例中的电源开关具有三个温度设置开/关按钮(126)。此温度选项可通过电源设置为三个预备设置每按一下ON/OFF按钮(126)就会切换。这些预设中的每一个都由一个开关上的LED灯(124)，最低(室温)为蓝色，中间为绿色，最高为红色。所有温度设置都能够抑制病原体。最低设置为杀死病原体的最低温度(28℃)，介质设置为55℃，最高温度为65℃。如前所述，温度可以达到100℃，但通常不使用。然而，上述示例性设置并不旨在限于特定的温度数字。在其他实施例中，可以有不同数量的预设温度，范围从一个到很多。

设备的操作可通过定时器进行编程，该定时器在一段时间后自动关闭设备。除了用于省电，它还可以帮助对设备温度的监管。该设备向用户发出警告以自动停止加热，并且还通过橙色灯光(124)向用户指示电池电量低。在另一个实施例中可以使用闪烁灯信号，尽管这可能会消耗太多功率。相反，充电时LED灯(124)将闪烁。

由于电源使用USB(118、120、128)而不是标准的交流电插头，因此可以使用任何USB电源设备进行供电，最突出的是笔记本电脑或便携式移动电源或电池。USB连接可能在结合低电压(5V)方面发挥作用。通过通过USB连接(118、128)结合低功耗使用，该设备可以供电几个小时到一整天。但是，应该注意的是，该设备仍然需要遵循必要的电气标准，以便安全使用连接到呼吸面罩的任何设备。

在本说明书的其他实施例中，设备可以通过其他方式供电。这包括标准插头或本地发电机(例如，太阳能电池板、风车发电机、手摇曲柄等)。但是，如果设备需要连接到这些发电机，它可能不那么便携。另一个实施例可以使用设备内集成的电池。电池可以定期充电或者更换。对于后者，前面提到的本地发电机可以在远程使用设备之前为电池充电。

在可选实施例中，加热元件(114)可以用晶体管和一些早期的产品中类似的分立电子元件来实现。然而，它们很可能占用很多空间，可能更容易发生短路。电源开关(122)更有可能也由这种分立的电子部件制成。同样，温度传感器(414)可以集成到开关(122)本身中。控制命令可以通过导线(412)发送到加热元件(114)。开关(122)的温度设置可以发送不同强度或颜色的电信号以指示预设温度设置。

在另外一个代替实施例中，前面建议的湿度传感器可以与温度传感器(414)一起工作。另一根导线(412)将湿度传感器连接到电源开关或控制单元(122)。温度和/或湿度传感器(414)将跟踪连接到加热元件(114)上并相互通信从而根据温度和湿度确定何时开启加热。同样，这将主要适用于更先进的呼吸面罩，例如本说明书中概述的一些示例性的可重复使用的呼吸面罩。湿度传感器如何工作的过程将在以后的段落和图5中解释。

图5说明了在本说明书的优选实施例中的一次性或可重复使用N95呼吸面罩的加热调节控制的流程图。这些方法让设备在一致的温度下运行，同时节省了运行设备所需的电能。在非限制性的示例中，内置微处理器执行该方法并控制设备中的一切，包括预设、加热、湿度调节和操作定时等。当用户打开设备(504)时，过程(502)启动。自然地，加热或呼气阀也(506)被打开。随着温度逐渐升高，设备读取电源开关上配置的温度设置(508)。然后传感器通过温度控制器芯片检测设备的温度(510)。

步骤(512)是传感器确定温度读数是否等于或超过预设。如果是，则关闭加热(514)。由于设备在固定的可编程时间段内通电，因此步骤(516)确定定时器是否到时。如果是，则电源将关闭(518)，并且过程结束(520)。

该过程适用于设备的所有主要实施例：一次性或可重复使用的平面面罩、一次性或可重复使用的N95呼吸面罩和其他可重复使用的呼吸面罩。通过使用这一系列步骤，设备能够保持恒定的温度，并且可以在固定的可编程定时器周期(516)期间这样做而不会中断。与温度控制器芯片结合的传感器(510)是确保设备温度调节的关键。此外，石墨烯的导热性及其升温速度使这一过程的启动几乎立即生效。如果没有这个过程，温度可能会继续升高超过应该保持的温度；这可能会导致电子功能中断，对面罩造成物理损坏，并缩短设备的使用寿命。更糟糕的是，它可能会因烧伤或触电而对面部造成伤害。

如前所述，一个代替实施例可以在操作过程中包括湿度传感器的功能，并与温度传感器的(510)功能一起工作。如前所述，湿度传感器可以采用薄膜层或芯片的形式。湿度传感器可用于检测腔室内的湿度，当温度低于预设值时启动加热(508、512)。在其他实施例中，该传感器将与呼气阀内电池供电的微型风扇一起工作。虽然它可以在首选的N95呼吸面罩的实施例中实现，但在先进的呼吸面罩中使用可以承受更强大的风扇的重量，从而可以更好地排出湿气和更加优化。

图6展示了本说明书的实施例的电子加热可重复使用呼吸面罩的等距视图。与优先选择的实施例一样，可重复使用的呼吸面罩(600)在鼻子和嘴周围包含相同的腔室(112)，由有源热过滤器保护。该腔室(112)被略微调整以适合可重复使用的呼吸面罩(600)的形状。加热元件(114)基本上与优选实施例的相同。然而，其他组件本质上是不同的，并被标记为这样。呼吸面罩主体(602)由不同的、更坚固的材料制成，例如塑料或橡胶，每次使用后都可以清洗。可重复使用的呼吸面罩(600)在呼气阀(606)之间的用户面部两侧还具有过滤器过滤器盒子(604)。这些过滤器盒子(604)代替了优选实施例的过滤片(132)，但用于相同的目的。优选实施例的带子被分成上段和下段的头带(608)代替。还有一个额外的头带式头带(612)，用于在用户头上更安全地放置。头带(608)的两个部分通过外部主体(602)两侧的悬挂带(610)附接到可重复使用的呼吸面罩。在可重复使用的呼吸面罩(600)下方有一个插座(616)，它连接到电源开关(122)的USB插座连接器(118)和连接的USB电缆(120)。USB电缆(120)、USB连接器(118、128)、电源开关(122)和电源开关组件(124、126)的所有描述也适用于此。

该实施例的主要特征之一是能够容易地切换过滤器盒子(604)。与优选实施例相比，可重复使用装置(600)的过滤部分与外部主体(602)分离。这些过滤器过滤器盒子(604)可以在侧面连接到过滤器支架上，并在需要清洗装置时拆下。当过滤器盒子(604)不再有效时，可将其丢弃并更换为新过滤器盒子(604)。除了易于使用之外，它还确保了设备(600)的更长使用寿命。或者，过滤器过滤器盒子(604)具有塑料外体，其可以打开以替换微粒过滤器本身，例如图2中概述的过滤器层。在功能上，空气流入过滤器盒子，在那里被过滤。空气本身通过一个吸气阀输送给用户。

本说明书中的过滤器盒子(604)是圆形的。其他实施例过滤器过滤器盒子(604)可以具有不同形状的过滤器过滤器盒子(604)，包括但不限于椭圆形、矩形等。过滤器可以被切割以适合过滤器盒子(604)的形状。但是，这种形状取决于制造商。此外，需要调整过滤器盒子支架以保持过滤器盒子(604)的形状。

可重复使用的呼吸面罩(600)不包含围绕鼻子弯曲的鼻夹。不像在N95呼吸面罩(优选)和面罩实施例中，用于呼吸面罩主体(600)的材料不够柔韧而不能弯曲。但是，这些夹子对于可重复使用的装置(600)，因为边缘能够在用户面部周围形成完全密封。此外，腔室(112)被制成可重复使用的呼吸面罩(600)前面的突起形状，这将符合制造商的设计。

与一次性医用口罩或N95呼吸面罩不同，本实施例中的装置(600)可重复使用的头带，会因为具有在设备(600)上部和下部有两条带子，从而更加安全。此外，环头式头带(612)在用户头部放置增加了额外的安全。头带(608)本身是可调节的并且由弹性或织物制成。此外，头带(608)可通过使用附接到外体(602)的悬挂吊带(610)拆卸。因此，如果需要，头带(608)可以分开单独清洗或更换。

本说明书中的可重复使用的呼吸面罩(600)是一种半面罩呼吸面罩。在本说明书的另一个实施例中，可以考虑使用镜片来保护眼睛和面部上部——这种类型的装置被称为全面罩呼吸面罩。虽然它提供了更好的保护，但面罩可能会积聚冷凝，从而阻碍视力并引起不适。在这种情况下，可以对镜片区域进行温和加热。内置的湿度传感器可能能够检测镜片周围的湿度以激活加热。

图7展示了电子加热的一次性或可重复使用的电子加热的等轴视图和前视图。在本说明书的示例性实施例中的医用面罩。然而，并不意味着仅限于特定的实例。同样的方法也可以应用于非医疗用途的面罩。子图(a)显示了面罩的等距视图，而子图(b)显示了前视图。与优选实施例一样，面罩在鼻子和嘴周围包含相同的腔室(112)，由有源热过滤器。加热元件(114)基本上与优选实施例的相同。在本说明书的一些其他实施例中，加热元件(114)可以使用更便宜的材料。面罩(702)的外层由无纺布层制成，很像优选实施例中的N95呼吸面罩。面罩通过弹性耳带(704)固定在用户的脸上，这也与优选实施例中的呼吸面罩相当。还有一个鼻夹(706)隐藏在面罩的顶部边缘内，它围绕鼻梁弯曲。在元件(114)的底部旁边有一个插座(708)，它连接到电源开关(122)的USB插座连接器(118)和连接的USB电缆(120)。USB电缆的所有描述(120)、USB连接器(118、128)、电源开关(122)和电源开关组件(124、126)也适用于此。

一次性医用口罩的所有部件都是集成在一起的，这意味着口罩必须在使用一次后丢弃。面罩的层结构与图2中概述的优选实施例的层结构相当。因此，外层(702)降低了其在长时间使用期间主要从液滴中捕获病原体的有效性。此外，在呼气过程中没有用于排出湿气和热量的呼气阀。这对于生病的人来说是理想的，因为它可以防止他们通过咳嗽或打喷嚏将病原体传播给他人。在代替实施例中，医用面罩的顶部可以打开以允许插入过滤层。该开口将在鼻夹(706)下方。

对于折叠式平面面罩，它被设计成折叠在用户的鼻子和嘴巴周围。腔室(112)通常是固定的，但鼻夹(706)可以帮助进一步形成围绕用户面部的腔室。在代替实施例中，垂直垂直鼻夹可以与面罩实施例结合。但是，这可能会导致对面罩外层的额外改变。此外，另一个实施例可以包括围绕面罩底部的金属夹。应该注意的是，即使有额外的夹子，面罩通常也没有设计成具有完美的物理密封来防止空气中的颗粒。无缝密封和真正的保护来自本说明书的加热机构产生的热障。

在一个代替实施例中，医用面罩可以是鸭嘴形。它仍然是宽松的；但是，该形状可以提供稍微好一些的物理密封。加热元件可以被折叠以覆盖顶部和底部。鸭嘴形还可以更好地与其他人交流，特别是在患者和医疗保健专业人员之间。这种形状也可以作为单独的代替实施例应用于N95呼吸面罩。

Claims (20)

1.一种至少盖住用户的鼻子和嘴的防疫装置，包括：一个外层；一个靠近鼻子和嘴的的内层；一个包含有一个可以产生持续高温足以灭活至少一个病原体的电子加热器件的加热层；一个为电子加热提供电源的能量途径。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：一个控制电力的控制单元。

3.根据权利要求1所述的装置，还包括：一个无源的颗粒过滤器或液滴过滤器，其特征在于所述颗粒过滤器或液滴过滤器可以被替换和更新。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述内层可以被替换和更新。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的高温杀死所述病原体；所述病原体是细菌或病毒。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的能量途径是一个便携的电池；电池可能可以充电的；电池可能以USB接口的方式连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的外层是用防水的材料做的和/或所述内层是用亲水的材料做的。

8.根据权利要求2所述的装置，还包括：一个温度传感器；所述传感器测量用户的鼻子和嘴巴附近的温度并且提供该信息给所述控制单元。

9.根据权利要求2所述的装置，还包括：一个湿度传感器；所述传感器测量用户的鼻子和嘴巴附近的湿度并且提供该信息给所述控制单元。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的电子加热器件是铜线，石墨烯，碳薄膜，或其他材料。

11.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的电源可以被按一个频率打开和关闭；所述控制单元提供多个不同的频率设置给所述用户；所述每一个预设的频率对应于一个设备的加热或湿度水平。

12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于所述的温度由所述的控制单元通过检测的温度信息来控制和保持；当温度高于预期时，所述控制单元关闭加热；当温度低于预期时，所述控制单元打开加热。

13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述的湿度由所述的控制单元通过检测的温度信息来控制和保持；当湿度高于预期时，所述控制单元打开加热；当湿度低于预期时，所述控制单元关闭加热。

14.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的控制单元有一个定时器，并且当定时到期时能关闭加热。

15.根据权利要求1所述的装置，还包括一个呼气阀。

16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的装置是一个口罩或呼吸面罩。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于所述的呼吸面罩覆盖所述用户的整张脸。

18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于所述的装置是可重复使用的或一次性使用的。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于所述的可重复使用的装置至少是局部可以清洗。

20.一种至少盖住用户的鼻子和嘴的防疫方法，包括：提供一个外层；提供一个靠近鼻子和嘴的的内层；提供一个包含有一个可以产生持续高温足以灭活至少一个病原体的电子加热器件的加热层；提供一个为电子加热提供电源的能量途径；提供一个控制单元；用电线连接所述的电子加热器，电源，和控制单元；其特征在于所述控制单元控制打开和关闭从所述电源提供给所述电子加热器的电流。

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