CN1964762B - 人类呼吸电子过滤装置 - Google Patents

Abstract

一种以电池为动力的轻便式人体电子呼吸过滤装置是一个电子鼻罩而且是取代传统过滤纸型鼻罩的最理想的替代物。它利用电子撞击电离技术和静电场来消除人体吸气和呼气带入的气载微粒、灰尘、花粉、污染物、细菌、病毒、烟和气味。除了前百叶盖和后百叶盖作为初滤器的保护作用，当空气流通驱动系统带动呼出气体和吸入气体穿过电子过滤元件时，该装置与人体呼吸行为相互作用。此系统只需要非常低的运行电流和小型家用电池。该过滤系统重量较轻，气流阻力可以忽略，且与通过连接线与小型控制系统相连的鼻罩融为一体。

Description

人类呼吸电子过滤装置

技术领域本发明涉及一种用于人类呼吸的具有电子空气过滤系统的呼吸过滤鼻罩，特别涉及一种可用于吸气和呼气的过滤装置。

背景技术鼻罩已经被广泛应用于各种行业，从医药到工业，从户外工作到家庭卫生；还有许多有必要对吸入的空气进行过滤的时候。通常过滤材料是纸或纤维性物质。基本装置是利用人力的吸气作用作为吸气驱动力，通过过滤介质来吸气，阻止所有大于过滤介质气孔的粒子。当人们带鼻罩时间过长时，就会变得很不舒服。如果使用者身体弱或患有哮喘或呼吸困难时，情况会更糟。

其次，在呼气时过滤作用通常效果较差，因为呼气时沿着使用者的脸颊漏出的气流比通过过滤介质的还要多。

第三，较好过滤介质的空气通道阻力总是比较高，通过该过滤介质吸气很艰难。

因此需要一种在正常呼吸过程中不对使用者施加呼吸阻力的较好的吸气和呼气过滤系统。此过滤系统能够清除大部分空气中的污染物，例如空气传播颗粒、细菌、病毒等。整个系统应该非常轻，即使使用者戴的时间很长也会觉得舒服。此装置高效节能，小的消费电子型电池组就可以支持系统工作8小时以上。同样重要的是它易清洁、成本低。

此外，如果患者使用此装置，过滤过程在吸气和呼气过程中同样有效；使用者呼吸的细菌和病毒不会传到外部周围环境中。

本发明提供这样一种吸气和呼气过滤系统鼻罩。

发明内容本发明的目的是提供一种安装在鼻罩上的很紧凑地的双阶段过滤系统，使用小的消费电子型号电池作为电源来启动这一超高压离子过滤系统和静电过滤系统。它以人类呼吸作为气流源动力，在吸气和呼气过程中使气流通过双阶段过滤系统流动。

一种人类呼吸电子过滤装置为一种人类佩戴的装有体积非常小的电子过滤系统的轻巧型鼻罩。

一种人体佩戴的便携式电子人体呼吸过滤装置，该装置与人体呼气吸气的动作相结合作为动力源驱动使用者所呼吸的气体穿过所述的过滤装置，所述的过滤装置包括：

一个防护罩模块，其包括一个环绕使用者的口和鼻的防护罩室和一个安装有电子过滤单元的过滤室；

一个由防护罩模块支持的封条，当使用者将所述设备佩戴在面部时，藉由沿使用者防护罩模块的边缘和皮肤表面形成的一个密封边缘使得防护罩室与周围环境分开；

一个由防护罩模块支持的安装带，用于在使用者耳朵上部和后脑的周围缠绕使得防护罩模块覆盖使用者的口和鼻；

两个耳下带，两边各一个，每个耳下带的其中一个末端与防护罩模块相连接，另一个末端与安装带相连接以便使用者将防护罩佩戴在面部时用以加固防护罩模块；

一个安装在防护罩模块的过滤室内的电子过滤单元。

一个安装在防护罩模块的前部具有长孔的前百叶盖，其覆盖住电子过滤单元的前部入口；

一个安装在面罩模块的内部具有长孔的后百叶盖，其覆盖住电子过滤单元的后部入口；

一个控制系统，包括印刷电路板、电子元件及电池，所述控制系统用于控制所述电子过滤单元；

一条连接电缆，将该电子过滤单元连接至所述控制系统。

其中所述的人体佩戴的便携式电子人体呼吸过滤装置的控制系统包括：

一个带有电子元件的主印刷电路板，该主印刷电路板上具有能产生一个高压电源的电子元件；

一块连接在该主印刷电路板上的电池用来给所述的控制系统供电；

一个连接在该主印刷电路板上的接口，通过该接口可以连接使用外部电源用以替代使用所述电池；

一个连接在该主印刷电路板上的多电平选择器开关，允许选择所述控制系统的预置电平；

一个连接在该主印刷电路板上的状态显示器，可显示出电池的充电水平与所选择的电平设置以及电源是否开启；

一个用于上述所有构件安装的封闭式托架；

一个附着在该封闭式托架上的带夹，用以允许使用者用带子携带所述的控制系统。

如上述的人体佩戴的便携式电子人体呼吸过滤装置的主印刷电路板上的高压电源组件包括：

一个直流电源；

一个由该直流电源供电的振荡器；

具有一个初级和至少一个次级线圈的增压变压器，该初级线圈形成该振荡器的输出；

具有一个输入和一个输出的倍压器，该倍压器的输入连接在振荡器的输出上，该倍压器的输出形成所述的高压电源的输出。

其中的倍压器是与所述控制系统的主印刷电路板分开的一个单独的印刷电路板。

其中的倍压器的印刷电路板安装在人体佩戴的便携式电子人体呼吸过滤装置的防护罩模块上。

其中该倍压器印刷电路板是所述的人体佩戴的便携式电子人体呼吸过滤装置的电子过滤单元的一个组成部分。

上述人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置的电子过滤单元是一个双阶段电子过滤单元，包括：

一个离子过滤单元；

一个静电过滤单元。

上述装置的离子过滤单元包括：

一个导电接收器单元；

一种用来从高压电源接收电势的电联结器；

一个离子化单元，其包含带有针尖端子的导电材料，能提供高电位梯度使得经过此处的气体的粒子成分离子化，该导电接收器单元和离子化单元被连接到电联结器上，当高电压源的电荷通过该电联结器提供给导电接收器单元和离子化单元时，所述导电接收器单元和离子化单元产生该高电位梯度。

上述装置中该具有针尖端子的电传导材料可用外涂导电金属的非金属细丝代替。

上述装置中该离子过滤单元和电压源相结合，该电压源可在离子过滤单元和导电接收器之间提供至少5000V的电压差。

上述装置中所述的静电过滤单元包括：

一个用来接受高压电源电势的电联结器；

一个第一导体电极，其连接到该电联结器的正电极上；

一个第二导体电极，其连接到该电联结器的负电极上，当通过该电联结器自一个高电压源给第二导体电极提供电荷时，由于该高电位梯度的产生，在第一导电电极和第二导电电极之间产生静电场。

上述装置中所述的使用双阶段电子过滤系统的方法，包括一个离子过滤系统和一个静电过滤系统，用以消除佩戴电子人体呼吸过滤装置的人吸气和呼气时所带入的粒子、气载微粒、灰尘、花粉、污染物、细菌、病毒、有毒化学品、烟和烟草烟气。

如上述的人体佩戴的便携式电子人体呼吸过滤装置，所述的电子过滤单元是一个离子过滤单元，其包括：

一个导电接收器单元；

一种用来接受高压电源电势的电联结器；

一个离子化单元，其包含一个带有针尖端子的电传导材料，其提供高电位梯度使得经过此处的气体的粒子成分离子化，该导电接收器单元和离子化单元被连接到电联结器上，当高电压源的电荷通过该电联结器提供给导电接收器单元和离子化单元时，所述导电接收器单元和离子化单元产生该高电位梯度。

上述装置中该离子过滤单元和电压电源相结合，该电压电源可在离子化单元和导电接收器单元之间提供至少5000V的电压差。

上述装置中所述的使用离子过滤系统的方法用以消除佩戴电子人体呼吸过滤装置的人呼吸时所带入的粒子、气载微粒、灰尘、花粉、污染物、细菌、病毒、有毒化学品、烟和烟草烟气。

上述装置中所述的该具有针尖端子的电传导材料可用外涂导电金属的非金属细丝代替。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的电子过滤单元是一个静电过滤单元。

上述装置中该静电过滤级过滤单元包括：

一个用来接收高压电源电势的电联结器；

一个第一导体电极，其连接到该电联结器的正电极上；

一个第二导体电极，其连接到该电联结器的负电极上，当通过该电联结器自一个高电压源给第二导体电极提供电荷时，由于该高电位梯度的产生，在第一导电电极和第二导电电极之间产生静电场。

上述装置使用静电过滤系统的方法用以消除佩戴电子人体呼吸过滤装置的人吸气和呼气时所带入的粒子、气载微粒、灰尘、花粉、污染物、细菌、病毒、有毒化学品、烟和烟草烟气。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，其中所述的防护罩模块还带有保护眼部的护目镜，该护目镜覆盖使用者的眼部，具有面罩的作用，所述的带护目镜的面罩由一个直接的空气连接通道将所述的防护罩室和使用者的眼睛区域的腔室相连接。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的防护罩模块也提供在眼部带有镜片的头罩，其用来罩住使用者的头部起到头罩的作用，所述的头罩由一个直接的空气连接通道将所述的防护罩室和使用者的头部区域的腔室相连接。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的离子化单元使得经过该处的气体中的粒子成分带正电荷。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的离子化单元使得经过该处的气体中的粒子成分带负电荷。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的连接电缆中的一部分被设置为一条支持线缆，当使用者将该面罩模块佩戴在脸部时和移动头部时，只有所述的部分连接电缆可以左右摇摆，弯曲和伸展。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的支持线缆包括一机械装置，该机械装置附着在连接电缆上，同时可安装在使用者身体和/或者衣服上。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，其中所述的后百叶盖防护和阻挡了使用者嘴巴和鼻子中的由于打喷嚏、咳嗽和说话而引起的分泌物直接流动到所述的电子过滤单元中。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的使用后百叶盖系统作为一个前过滤系统的方法用以防护和阻挡全部或部分使用者嘴巴和鼻子中的由于打喷嚏、咳嗽和说话而引起的分泌物直接流动到所述的电子过滤单元中。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，当高压操作时，所述的电子过滤单元可能产生微量臭氧分子。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，当高压操作时，所述的电子过滤单元可能产生微量的氢氧化物分子。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，使用振荡器电路以便将直流电源转变为脉动/振动直流电源之方法，该脉动/振动直流电源作为所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置的高压电源的增压变压器电路的输入电源。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，使用一种带有至少一个初级线圈和至少一个次级线圈的增压变压器来把脉动/振动直流电源输入转变成人体呼吸电子过滤装置高电压源的高压输出之方法。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，使用一种倍压器电路使得所述增压变压器产生的输入电压增加，以之作为人体呼吸电子过滤装置高压电源的高压输出之方法。

该倍压器电路为使用多级电容器和二极管极联电路来使所述的输入电压增加为至少比该输入电压电势高两倍的输出电压。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的倍压器的印刷电路板上的电子元件是用包括碳基底材料和硅基底材料的封装树脂封装的，这样可以使元件之间的距离很小的情况下不会短路。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的使用封装树脂封装印刷电路板的电子元件的方法使所述的印刷电路板和电子过滤单元成为一体。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，采用了对电子过滤单元的印刷电路板上的电子元件采用封装树脂封装的方法。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，一种使用所述的双阶段电子过滤系统的方法用以消除佩戴电子人体呼吸过滤装置的人所呼吸的气流中携带的粒子、气载微粒、灰尘、花粉、污染物、细菌、病毒、有毒化学品、烟和烟草烟气。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述使用双阶段电子过滤系统的方法还包括一个紫外线辐射系统用以杀死人体所呼吸的经过该电子人体呼吸过滤装置中的气流中的细菌和病毒。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，一种使用所述的离子过滤级电子过滤系统的方法用以消除佩戴电子人体呼吸过滤装置的人所呼吸的气流中携带的粒子、气载微粒、灰尘、花粉、污染物、细菌、病毒、有毒化学品、烟和烟草烟气。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，一种使用所述的离子过滤级电子过滤系统的方法还包括一个紫外线辐射系统用以杀死人体所呼吸的经过该电子人体呼吸过滤装置中的气流中的细菌和病毒。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，一种使用所述的静电过滤级电子过滤系统的方法用以消除佩戴电子人体呼吸过滤装置的人所呼吸的气流中携带的粒子、气载微粒、灰尘、花粉、污染物、细菌、病毒、有毒化学品、烟和烟草烟气。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，一种使用所述的静电过滤级电子过滤系统的方法还包括一个紫外线辐射系统用以杀死人体所呼吸的经过该电子人体呼吸过滤装置中的气流中的细菌和病毒。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，一种电子元件SMT(贴片技术)的方法应用在所述的倍压器级印刷电路板上。

如上述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，一种使用混合元件的方法用于所述的倍压器印刷电路板上用以实现一种特殊的电子功能，该混合元件是这些电子元件的部件。

本发明的特点是为使用者提供一种高效过滤装置，从而使吸入的空气可以被完全净化，并且呼出的气体不含细菌和病毒。相对于通过传统纸过滤罩需要很用力地吸吮/呼吸来说，使用此装置，使用者无需费力就可以通过过滤装置呼吸。

本发明的工业用途是：为普通大众提供一种有效且便捷的呼吸鼻罩。对于在空气中充满传染性病菌的环境下工作和需要频繁佩戴面罩的工作人员的身体健康非常有利。同时，本发明为使用者在拥挤的环境下如火车和地铁里提供了清新的空气，使得使用者免于接触他人的体臭和空气中的病菌。

该装置结构紧凑，佩戴舒适。大批量生产成本低。

附图说明

图1为电子吸气和呼气过滤装置的全图。

图2为带有轮廓型防护罩安装系统的过滤系统的等比例正视图。

图3为双阶段电子过滤系统剖视图。

图4为根据图3的图解说明。

图5为使用者吸气时电子双阶段过滤机械装置系统示意图。

图6为使用者呼气时电子双阶段过滤机械装置系统示意图。

图7为本发明将护眼和鼻罩电子过滤系统结合应用的面罩示意图。

图8为本发明将护眼、护头和上述鼻罩电子过滤系统结合应用的头罩示意图。

图9为将倍压器印刷电路板集成到防护罩托架中的过滤系统组合概念示意图。

图10为将倍压器印刷电路板集成到电子过滤单元组件中的过滤系统组合概念示意图。

图11为用低压电池产生高电压输出来起动双阶段电子过滤装置的电路图。

具体实施方式下文将说明本发明的其它特点和优点，并结合附图详细阐明具体实施例。

图1为整体电子呼吸过滤装置系统2，包括鼻罩部分截面，双阶段电子过滤部分截面，前百叶系统截面，电子控制箱，带有张力消除装置的连接电缆，一支持线夹以及一佩戴此装置的使用者来示范本发明相关系统的使用。此整体系统2包括3个子系统，即过滤系统11，控制系统12，以及轮廓型防护罩固定系统6。

此过滤系统11包括防护罩托架26，一双阶段过滤单元模块3，一前百叶盖4和一后百叶盖55。图1显示了过滤系统11的横截面，图3进行了更进一步的描述。前百叶盖4固定在防护罩托架26外面。装配可通过按扣、压入装置或便于装配的紧固件固定。前百叶盖4是一个带有充足空气通道的保护盖，能使空气从周围环境22不受阻力地以人类吸气的低气流率经过双阶段过滤单元模块3，它也提供充足的空气通道，使空气从双阶段过滤单元模块3不受阻力以人类呼气的低气流率传递到周围环境22中。双阶段过滤单元模块3被安装在防护罩托架26的中心通道内，装配可通过按扣、压入装置或便于装配的紧固件固定。此双阶段过滤单元模块3将过滤/捕获使用者1呼吸的气流中携带的所有微粒。前百叶盖4也阻挡一些大的颗粒和雨滴进入双阶段过滤单元模块3。后百叶盖55安装在双阶段过滤单元模块3旁边的防护罩托架26的后部，装配可通过按扣、压入装置或便于装配的紧固件固定。后百叶盖55是一个带有足够的空气通道的保护盖，使空气能从防护罩室23无阻力地以人类呼气的低气流率传递到双阶段过滤单元模块3。它也提供充分的空气通道，使空气能从双阶段过滤单元模块3不受阻力地以人类吸气的低流动率传递到防护罩室23。百叶盖55也能阻挡使用者1喷嚏和唾液中的污染物进入双阶段过滤单元模块3。

该防护罩托架26提供坚固的覆盖使用者的鼻子10和嘴20的轮廓线形状，同时提供了一个用来容纳前百叶盖4、双重阶段过滤元素模块3和后百叶盖55的腔室。防护罩托架26，前百叶盖4和后百叶盖55可由金属、塑料、纸制品、玻璃纤维或碳素纤维材料制作。生产此防护罩托架26的最佳选择和成本最低的方法是通过注塑成形以得到需要的形状和硬度，从而实现防护罩托架26的功能。

轮廓型防护罩安装系统6包含一个弹性脸部轮廓型封口5，一个固定带子7，使用者1两边耳朵上各一根耳下带21。弹性脸部轮廓型封口5由按扣、压入装置或便于组装的紧固件装配到防护罩托架26上，由弹性材料制成，诸如橡胶、硅胶、泡沫塑料垫、尼龙或其它能够满足轮廓型封口5的柔软、柔韧及密封作用的要求的材料，其可由单独的一片或一组装片构成，以便于实现其轮廓型封口的作用。固定带子7的两端被安装到轮廓型封口5或防护罩托架26的两端。固定带子7紧贴使用者的耳朵9环绕使用者1头的后部。耳下带21的一端组装到轮廓型封口5或防护罩托架26上，另一端绕使用者1的耳朵9装配到固定带子7上。最后，过滤系统11安装牢固，用弹性脸部轮廓型封口5来覆盖使用者1的嘴和鼻子，弹性脸部轮廓型封口5通过沿着使用者1的脸和下颚形成的封口将防护罩室23与周围环境22隔离，使双阶段过滤单元模块3成为防护罩室23内的空气和周围环境22之间唯一的气流通道。空气交换驱动装置是使用者1的呼吸过程，包括使用者1吸气导致的从周围环境22到防护罩室23的空气运动和使用者1呼气导致的从防护罩室23到周围环境22的空气运动。

控制系统12包含装有主印刷电路板35的控制单元31，它与电池33和多级电源选择器开关34相连接。主印刷电路板35上有电子元件和置于“开”位置的多级电源选择器开关34；主印刷电路板35会产生高负电压作用，通过连接电缆28来激活双阶段过滤单元模块3。连接电缆28在与防护罩托架26的连接处有一电缆张力消除装置24，在与控制单元31的连接处有一电缆张力消除装置29。控制单元31装有一状态指示器36，它可以显示电池33的供电状态和开关34的电平调整水平。控制单元31也配备有一电源输入连接器32，它可以容许所述的装置能使用外部电源或使用可充电电池时能给电池33充电。

一通用夹25附在连接电缆28上，用于夹在衣领30或使用者1的衬衫上。这一特征提供了一部分连接电缆28作为支持电缆27，这样当使用者1旋转或倾斜他/她的头时只有该支持电缆27随着使用者移动，其余部分的连接电缆28保持静止。控制单元31也装有一带式固定夹13，这样使用者1就可以用一根带子携带控制单元31。

在不背离权利要求所确定的本发明主题和精神的前提下，可以允许有修改和变化。

图2为带有轮廓型防护罩安装系统6的过滤系统的等比例正面示意图，其描述防护罩托架，过滤系统全部外视图，前百叶盖，带有弹性面部轮廓形封口的轮廓型防护罩安装系统，安装带和耳下带。前百叶盖4安装在防护罩托架26上以覆盖过滤系统11的前空气入口，固定带子7的两端由弹性面部轮廓型封口5和/或防护罩托架26支撑。耳下带21的一端连接弹性脸部轮廓型封口5和/或防护罩托架26，在上面的另一端附着在固定带子7上。连接电缆28连接到防护罩托架26上，正好在他们的连接处设置了张力消除装置24。固定带子7可由橡胶、硅胶、尼龙、以尼龙为主要成分的布料的类似材料，以棉为主要成分的布料的类似材料制成；且为方便使用者1戴到脸上或取下来，也可由多个部分组成。

图3为带有防护罩托架26基本支撑结构的过滤系统11的截面图，其描述本发明中前百叶盖部分，防护罩部分，过滤器室部分，离子过滤器部分，静电过滤器部分，后百叶盖系统部分，从电缆到电离针脚部件的电连接部分，从电缆到静电过滤器部件的电连接部分。防护罩托架26是根据一般使用者1的脸部轮廓的嘴20和鼻子10设计的，防护罩室23内部为使用者1提供空间供使用者1毫无障碍的自由说话和移动嘴唇，后百叶盖55被置于双阶段过滤单元模块3的内入口处，为使用者留下充分的空气通道56，当让他们可以不受限制、畅通的呼吸时，使百叶挡片57呈一定的倾斜角度安装，以便于阻挡使用者1打喷嚏、咳嗽或说话时飞出的唾液所产生的污染物进入过滤器模块3。此后百叶盖55可由塑料或金属材料制作，它安装在防护罩托架26上。组装可用按扣、压入配件或便于组装的紧固件。

双阶段过滤单元模块3在防护罩托架26的中间后百叶盖55的后面，它被安装到防护罩托架26上，组装可通过按扣、压入零件或便于组装的紧固件。双阶段过滤单元模块3包含两个过滤系统，即附在过滤器室44内的离子过滤系统93和静电过滤系统94。离子过滤系统93包含一高度带电的负电极42，并有尖锐的金属针50与其相连，金属针50的针尖位于离子过滤系统93的中心部分。带正电的导电收集器电极45沿过滤器室44内壁排成一线并环绕负电极42。负电极42通过绝缘体41与导电收集器电极45绝缘。正极导电网格49位于离子过滤系统93开口的前端，它被连接到导电收集器电极45上，已在整个表面上打好的孔为使用者1提供足够大的空气通道，使之可以不受限制，没有阻力地呼吸。它也可作为正电极集体的导体供带负电的粒子附着。负电极42由紧固件43装配在过滤器室44内，紧固件43可以是螺丝钉、铆钉或其它便于装配的机械紧固件。

静电过滤系统94包含很多套负电极片53，将带正电的电极片67夹在中间。一个静电场就在一个负电极片53和一个正电极片67之间形成。静电场的力由两个相反电极的间隙54的宽度和它们之间的电势能差来决定。更多关于过滤过程的详细说明，请见图4。负电极片53安装在带有绝缘体41的过滤器室44内。正电极片67由导电收集器电极45支持，而且电连接到导电收集器电极45上。

离子过滤系统93的负电极42经由导电片60和连接电缆28的导线62通过电缆28连接到控制系统12上。静电过滤系统94的负电极片53经由导电片59和连接电缆28的导线62通过电缆28连接到控制系统12上。静电过滤系统94的正电极片67经由导电片58和连接电缆28的导线62通过电缆28连接到控制系统12上。导电片59、58、60和导线62之间的连接可通过便于导电的接触器、焊接或紧固件进行。

电缆张力消除装置24位于连接电缆28和防护罩托架26之间的结合处，可支撑连接电缆28，以防止其在正常使用呼吸过滤装置2的情况下由于大量的弯曲扭曲行为而导致的内部导线断裂。

前百叶盖4置于双阶段过滤单元模块3的外入口处。为了给使用者留下足够大的空气通道51，使他们可以没有限制和阻力地通过此通道呼吸，百叶挡片47呈一定的倾斜角度安装，以便于阻挡大的物体和雨水直接进入双阶段过滤单元模块3。前百叶盖4可由塑料或金属材料制作，它装在防护罩托架26上，装配可通过按扣、压入装置或便于安装的紧固件。

图4为过滤系统11的截面图，并带有由针脚所释放的负离子形成的离子过滤室和由静电电荷建立的静电过滤室，图解离子过滤系统93的离子化情况和静电过滤系统94的带静电情况。在离子过滤系统93内，当高压负直流电压应用到针尖50时，针尖50产生高电平的负离子63，这是目前产生离子63的最有效的方法，有助于净化离子室64内的空气。负离子发生器导致使用者1吸入和呼出的空气中的氧分子、氮分子和其它随带的气体分子带上一个电子，这一过程就产生了带负电荷的离子63。当离子带负电荷时，它们就和花粉、霉菌孢子、灰尘、细菌、烟草烟尘、唾沫、喷嚏沫等空气传播污染物及其它许多空气传播分子发生碰撞，然后这些离子的负电荷会转移到这些空气传播分子中，这些带上负电荷的空气传播分子周围是许多其它带正电荷的分子，这些带正电荷的分子被吸引到带负电荷的分子里，并开始增大，最后这些分子变得太重，掉在底部导体收集器45上，但它们是无害的。当气流运动时，其它带负电荷的空气传播分子就会被吸引到带正电的导体收集器上，其包括导电收集器45，正极导电网格49和正电级片67。

在很高的电压输入时，离子室64内也会产生少量臭氧分子和氢氧化物分子。这些臭氧分子和氢氧化物分子有助于在气流中与细菌做斗争。过多的臭氧分子和氢氧化物分子会被静电过滤系统94中和，不会对使用者1造成伤害。

在静电过滤系统94中，一高负电压被引导到负电级片53，正电极片67被连接到阳极。结果导致负电极片53的表面高度带负电66，致使负电极片53和同样表面高度带正电65的正电极片67之间形成静电场。这一力量均衡的电场，使得电子(负电荷66)均匀分布在负电极片53的表面，同样在正电极片67缺乏电子(带正电荷65)的表面也是均匀分布的。除了极板/电极片边缘和附近的尖角，整个电场的电压梯度是均衡一致的。

进入此静电场的一个单一带正电的粒子会由一个相当于所有吸引力和排斥力总和的力来决定其活动。这些力是由于负电极片53和正电极片67产生的电场和分子所带电荷相互作用而产生的，这些力促使带正电的粒子加速移动到负电极片53，同样，一带负电的粒子被推向正电极片67。作用在粒子上的力的大小取决于粒子的电荷多少及应用到的电极片的电压和电极片的间隔。

电场的均匀性使得作用于粒子的力相等，无论粒子是靠近负电极片53或正电极片67，或它们之间的任何其它地方，如果没有其它力作用于粒子，它会以等加速度持续向负电极片53移动。

被收集的粒子与电荷收集器片相接触后失去了它们的“相反电荷”，取得各自收集器的电荷。由于分子的粘附性和其它已集中分子的凝聚力，它们保持附着在收集器上，这样，就将污染物从使用者呼吸的气流中消除。实际上，过滤系统11会使0.01微米的浮动粒子带电，使它们附着在它们一直居留的收集器极板上。

图5是带有使用者1通过过滤系统吸气的过滤系统11的截面图。吸气成为从防护罩室23将气流吸入到使用者1的鼻子10和嘴20的动力，结果，防护罩室23内的空气压力低于静电过滤系统94内的空气压力，导致静电过滤系统94内的气流95通过后百叶盖55流入防护罩室23内。同样，离子过滤系统93内的空气会流到静电过滤系统94，周围环境22中的气流91会通过前百叶盖4流入离子过滤系统93；这样，在吸气过程中，空气通过前百叶盖4、离子过滤系统93、静电过滤系统94和后百叶盖55从周围环境22流入使用者1的鼻10和嘴20内。当需要的电压应用到过滤系统11时，离子过滤系统93和静电过滤系统94将清除吸气气流中大部分空气传播分子、污染物和细菌，只为使用者1提供很干净的空气。在过滤过程中，气流可以从一阶段自由进入另一阶段，不存在需要使用者努力吸气的阻力。这是本发明优于传统的用过滤材料过滤的鼻罩的一个优点。身体弱的使用者1，尤其象那些患有哮喘的呼吸困难的人将会发现使用本电子吸气和呼气呼吸过滤装置系统2很舒服。

图6为使用者1通过过滤系统11呼气的过滤系统11截面图。呼气成为驱动气流96从使用者1的鼻10和嘴20进入防护罩室23的动力。结果，防护罩室23的气压将高于静电过滤系统94内的气压，致使防护罩23内的气流96通过后百叶盖55进入静电过滤系统94。同时，静电过滤系统94里的气流97会通过前百叶盖4流入周围环境22。这样，在呼气过程中，空气从使用者1的鼻10和嘴20通过后百叶盖55、静电过滤系统94、离子过滤系统93和前百叶盖4流入周围环境22。当所需要的电压应用到过滤系统11时，离子过滤系统93和静电过滤系统94将从呼出的气流中清除大部分的空气传播分子、污染物和细菌，只为周围环境22提供很干净的空气。在过滤过程中，气流可以自由的从一阶段移动到另一阶段，不存在需要使用者努力吸气的阻力。这是本发明高于传统的用过滤材料过滤的鼻罩的一个优点。呼出的气流将通过过滤系统11并被过滤，而不会象使用纸过滤器鼻罩一样呼气时容易从边缘漏掉。

图7为电子呼吸过滤装置系统2的应用正视图，其中电子呼吸过滤装置系统2被应用到带有护目镜99的面罩中，以遮盖和保护使用者1的眼睛。封口98沿使用者1的前额密封。防护罩室23内的空气可以自由进入护目镜99遮盖的空间内，使使用者1眼镜周围的空气也经过过滤系统11的双阶段过滤单元模块3得到过滤和净化。

图7也描述了一种提供支持线缆27的可选择的方法。一机械夹100附着在连接电缆28上，此机械夹100同时也连接在环绕使用者1颈部的细绳102上。该细绳102可由纤维、布、尼龙、皮革或其它便于挂在使用者1颈部的材料。机械夹100可以由金属、塑料或其它利于实现连接功能的材料制成。细绳102也可在无机械夹100时直接连接到连接电缆28上并挂在使用者1的颈部，以实现其固定连接电缆28的功能。

图8是带有用于覆盖和保护使用者1眼睛和头部的装有镜片104的头罩103电子呼吸过滤装置系统2的前视图的。头罩室23中的空气可随意流通至由镜片104和头罩103所覆盖的腔室，故而过滤系统11的双阶段过滤单元模块3也可以将围绕在使用者1的眼睛和头部周围的气体过滤干净。头罩103的底部边缘108可沿着使用者1的颈部形成密封或者使用者可以将其连接至其外套上。

图9是该过滤系统11的剖视图，显示前百叶盖4，双阶段过滤单元模块3，后百叶盖55与头罩托架26的组合。相对图3中所述的组件组合方式的另一种选择是附加一个带有电子元件的附件110，附件110内置在一个印刷电路板隔箱109内，并被安装在连接电缆28和导线62之间。在图3的排列中，电缆28将高电压从控制系统13一直输送到连接导线62，最后到达双阶段过滤单元模块3。在图10所示的另一种方法中，印刷电路板110是一个倍压器，该倍压器的作用是将输入电压变成很高的输出电压，因而连接电缆28只需要输送比原设计低得多的电压。印刷电路板110从电缆28接受输入电压，并将高压输出输送至连接导线62。该连接导线62连接至连接器37上。由于系统需要很低的电流(低于100mA)，所以有许多小元件包括表面贴片元件可以选择，这样就不会造成头罩托架26过大从而使得使用者1无法操作。

在安装时，双阶段过滤单元模块3将装配在中心腔106内。该装配可以通过纽扣、按扣、按压配合件等其他适合的方法来进行。在装配中，导电片58、59、60连接到连接器37上，并接受电压电源使得双阶段过滤单元模块3运作。前百叶盖4和后百叶盖55分别安装在前井口105和后井口107上。

图10是过滤装置11的剖视图，显示前百叶盖4，双阶段过滤单元模块3，后百叶盖55和防护罩托架26的组合。用来替代图3和图9里所述的组件组合的另一种方法是将带有电子元件的印刷电路板110与双阶段过滤单元模块3集合为一个整体。印刷电路板110上的所有电子元件均由封装树脂81封装，以避免印刷电路板110内部短路从而保护印刷电路板110。导电片82和83连接到连接器37上，其通过连接电缆28的连接导线62连接至控制系统12的主印刷电路板35上。印刷电路板110通过导电片82和83接收来自主印刷电路板35的输入电源，其中导电片82连接至主印刷电路板35的正极，导电片83连接至主印刷电路板35的负极。其具有倍压器的功能并且分别通过导电片58、59、60将高电压输出至双阶段过滤单元模块3上。

在此种方法中，印刷电路板110是一倍压器，作用于输入电压从而产生直接输出至双阶段过滤单元模块3的较高的输出电压并且使得电压降最小化，因而使得连接电缆28只需要输送比图3中的原设计低得多的电压。由于系统只需很低的电流(低于100mA)，所以有许多小元件包括表面贴片元件可以选择，这样就不会造成头罩托架26过大从而使使用者1无法操作。

在安装时，双阶段过滤单元模块3将装配在中心腔106内。该装配可以通过纽扣、按扣、按压配合件等适合的方法来进行。该装配可以通过纽扣、按扣、按压配合件等其他适合的方法来进行。在装配中，导电片82，83连接到连接器37上，并接受输入电源来使倍压器产生高压电源，从而使得双阶段过滤单元模块3工作。前百叶盖4和后百叶盖55分别安装在前井口105和后井口107上。

图11是驱动双阶段过滤单元模块3的高压电源的电路图。低压电池33通过多电平选择器电路70为振荡器电路72提供电源。该震荡电路的输出电压通过变压器74增加后依次输入至倍压器71。然后从倍压器输出的高电压68被输送至在离子过滤系统93中发生电离的针尖50。高电压输出68也输送至静电过滤系统94的负电极片53。多电平选择器电路70允许使用者1可选择预置的高压输出68所需的电平，这也代表了和周围环境相关的离子活动率。使用者1可以使用节电模式或当周围环境比较脏的时候选择一个高效率的过滤模式。试验表明，该过滤装置的电能消耗率在12V直流电源时低于40mA，那么，可以得出结论，使用1200mAH包装的12V直流电源的电池可以支持该呼吸过滤系统2工作超过24小时。

在不背离本发明的精神和范围的前提下，各个元件比如电离针的针尖、电极片、集电器，百叶盖，导体导线、电线、电缆的长度、材料的使用、过滤器的尺寸、过滤器间隙清除、面罩尺寸和密封口的尺寸都可以改变。同样，鼻罩，面罩和头罩的轮廓和尺寸可参考成人和小孩，男人和女人等的不同而进行相应的变化。尽管前面已描述过连接电缆的支持电缆部分的连接方式，仍然可以使用其它方式替代。尽管已描述过用安装带来安装面罩过滤器系统，该安装可以选用其它方式替代。

尽管前面已经分别描述了所述电子呼吸过滤装置系统可以应用于鼻罩，面罩和头罩，所述系统也可以适用于其它人类佩戴的电子过滤装置，可具有多个的空气入口和出口。

Claims (43)

1.一种人体佩戴的便携式电子人体呼吸过滤装置，该装置与人体呼气吸气的动作相结合作为动力源驱动使用者所呼吸的气体穿过所述的过滤装置，其特征在于：所述的过滤装置包括：

一个防护罩模块，其包括一个环绕使用者的口和鼻的防护罩室和一个安装有电子过滤单元的过滤室；

一个由防护罩模块支持的封条，当使用者将所述设备佩戴在面部时，藉由沿使用者防护罩模块的边缘和皮肤表面形成的一个密封边缘使得防护罩室与周围环境分开；

一个由防护罩模块支持的安装带，用于在使用者耳朵上部和后脑的周围缠绕使得防护罩模块覆盖使用者的口和鼻；

两个耳下带，两边各一个，每个耳下带的其中一个末端与防护罩模块相连接，另一个末端与安装带相连接以便使用者将防护罩佩戴在面部时用以加固防护罩模块；

一个安装在防护罩模块的过滤室内的电子过滤单元。

一个安装在防护罩模块的前部具有长孔的前百叶盖，其覆盖住电子过滤单元的前部入口；

一个安装在面罩模块的内部具有长孔的后百叶盖，其覆盖住电子过滤单元的后部入口；

一个控制系统，包括印刷电路板、电子元件及电池，所述控制系统用于控制所述电子过滤单元；

一条连接电缆，将该电子过滤单元连接至所述控制系统。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述的人体佩戴的便携式电子人体呼吸过滤装置的控制系统包括：

一个带有电子元件的主印刷电路板，该主印刷电路板上具有能产生一个高压电源的电子元件；

一块连接在该主印刷电路板上的电池用来给所述的控制系统供电；

一个连接在该主印刷电路板上的接口，通过该接口可以连接使用外部电源用以替代使用所述电池；

一个连接在该主印刷电路板上的多电平选择器开关，允许选择所述控制系统的预置电平；

一个连接在该主印刷电路板上的状态显示器，可显示出电池的充电水平与所选择的电平设置以及电源是否开启；

一个用于上述所有构件安装的封闭式托架；

一个附着在该封闭式托架上的带夹，用以允许使用者用带子携带所述的控制系统。

3.如权利要求2所述的人体佩戴的便携式电子人体呼吸过滤装置的主印刷电路板上的高压电源组件包括：

一个直流电源；

一个由该直流电源供电的振荡器；

具有一个初级和至少一个次级线圈的增压变压器，该初级线圈形成该振荡器的输出；

具有一个输入和一个输出的倍压器，该倍压器的输入连接在振荡器的输出上，该倍压器的输出形成所述的高压电源的输出。

4.如权利要求3所述的装置，其中的倍压器是与所述控制系统的主印刷电路板分开的一个单独的印刷电路板。

5.如权利要求4所述的装置，其中的倍压器的印刷电路板安装在人体佩戴的便携式电子人体呼吸过滤装置的防护罩模块上。

6.如权利要求4所述的装置，其中该倍压器印刷电路板是所述的人体佩戴的便携式电子人体呼吸过滤装置的电子过滤单元的一个组成部分。

7.如权利要求1所述的装置，其中人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置的电子过滤单元是一个双阶段电子过滤单元，包括：

一个离子过滤单元；

一个静电过滤单元。

8.如权利要求7所述的装置，其中该离子过滤单元包括：

一个导电接收器单元；

一种用来从高压电源接收电势的电联结器；

一个离子化单元，其包含带有针尖端子的导电材料，能提供高电位梯度使得经过此处的气体的粒子成分离子化，该导电接收器单元和离子化单元被连接到电联结器上，当高电压源的电荷通过该电联结器提供给导电接收器单元和离子化单元时，所述导电接收器单元和离子化单元产生该高电位梯度。

9.如权利要求8所述的装置，其中该具有针尖端子的电传导材料可用外涂导电金属的非金属细丝代替。

10.如权利要求8所述的装置，其中该离子过滤单元和电压源相结合，该电压源可在离子过滤单元和导电接收器之间提供至少5000V的电压差。

11.如权利要求7所述的装置，其中所述的静电过滤单元包括：

一个用来接受高压电源电势的电联结器；

一个第一导体电极，其连接到该电联结器的正电极上；

一个第二导体电极，其连接到该电联结器的负电极上，当通过该电联结器自一个高电压源给第二导体电极提供电荷时，由于该高电位梯度的产生，在第一导电电极和第二导电电极之间产生静电场。

12.如权利要求7所述的装置，其中所述的使用双阶段电子过滤系统的方法，包括一个离子过滤系统和一个静电过滤系统，用以消除佩戴电子人体呼吸过滤装置的人吸气和呼气时所带入的粒子、气载微粒、灰尘、花粉、污染物、细菌、病毒、有毒化学品、烟和烟草烟气。

13.如权利要求1所述的人体佩戴的便携式电子人体呼吸过滤装置，所述的电子过滤单元是一个离子过滤单元，其包括：

一个导电接收器单元；

一种用来接受高压电源电势的电联结器；

一个离子化单元，其包含一个带有针尖端子的电传导材料，其提供高电位梯度使得经过此处的气体的粒子成分离子化，该导电接收器单元和离子化单元被连接到电联结器上，当高电压源的电荷通过该电联结器提供给导电接收器单元和离子化单元时，所述导电接收器单元和离子化单元产生该高电位梯度。

14.如权利要求13所述的装置，其中该离子过滤单元和电压电源相结合，该电压电源可在离子化单元和导电接收器单元之间提供至少5000V的电压差。

15.如权利要求13所述的装置，其中所述的使用离子过滤系统的方法用以消除佩戴电子人体呼吸过滤装置的人呼吸时所带入的粒子、气载微粒、灰尘、花粉、污染物、细菌、病毒、有毒化学品、烟和烟草烟气。

16.如权利要求13所述的装置，其中所述的该具有针尖端子的电传导材料可用外涂导电金属的非金属细丝代替。

17.如权利要求1所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的电子过滤单元是一个静电过滤单元。

18.如权利要求17所述的装置，其中该静电过滤级过滤单元包括：

一个用来接收高压电源电势的电联结器；

一个第一导体电极，其连接到该电联结器的正电极上；

一个第二导体电极，其连接到该电联结器的负电极上，当通过该电联结器自一个高电压源给第二导体电极提供电荷时，由于该高电位梯度的产生，在第一导电电极和第二导电电极之间产生静电场。

19.如权利要求18所述的装置，所述的使用静电过滤系统的方法用以消除佩戴电子人体呼吸过滤装置的人吸气和呼气时所带入的粒子、气载微粒、灰尘、花粉、污染物、细菌、病毒、有毒化学品、烟和烟草烟气。

20.如权利要求1所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，其中所述的防护罩模块还带有保护眼部的护目镜，该护目镜覆盖使用者的眼部，具有面罩的作用，所述的带护目镜的面罩由一个直接的空气连接通道将所述的防护罩室和使用者的眼睛区域的腔室相连接。

21.如权利要求1所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的防护罩模块也提供在眼部带有镜片的头罩，其用来罩住使用者的头部起到头罩的作用，所述的头罩由一个直接的空气连接通道将所述的防护罩室和使用者的头部区域的腔室相连接。

22.如权利要求8所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的离子化单元使得经过该处的气体中的粒子成分带正电荷。

23.如权利要求8所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的离子化单元使得经过该处的气体中的粒子成分带负电荷。

24.如权利要求1所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的连接电缆中的一部分被设置为一条支持线缆，当使用者将该面罩模块佩戴在脸部时和移动头部时，只有所述的部分连接电缆可以左右摇摆，弯曲和伸展。

25.如权利要求24所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的支持线缆包括一机械装置，该机械装置附着在连接电缆上，同时可安装在使用者身体和/或者衣服上。

26.如权利要求1所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，其中所述的后百叶盖防护和阻挡了使用者嘴巴和鼻子中的由于打喷嚏、咳嗽和说话而引起的分泌物直接流动到所述的电子过滤单元中。

27.如权利要求26所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的使用后百叶盖系统作为一个前过滤系统的方法用以防护和阻挡全部或部分使用者嘴巴和鼻子中的由于打喷嚏、咳嗽和说话而引起的分泌物直接流动到所述的电子过滤单元中。

28.如权利要求1所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，当高压操作时，所述的电子过滤单元可能产生微量臭氧分子。

29.如权利要求1所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，当高压操作时，所述的电子过滤单元可能产生微量的氢氧化物分子。

30.如权利要求3所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，使用振荡器电路以便将直流电源转变为脉动/振动直流电源之方法，该脉动/振动直流电源作为所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置的高压电源的增压变压器电路的输入电源。

31.如权利要求3所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，使用一种带有至少一个初级线圈和至少一个次级线圈的增压变压器来把脉动/振动直流电源输入转变成人体呼吸电子过滤装置高电压源的高压输出之方法。

32.如权利要求3所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，使用一种倍压器电路使得所述增压变压器产生的输入电压增加，以之作为人体呼吸电子过滤装置高压电源的高压输出之方法。该倍压器电路为使用多级电容器和二极管极联电路来使所述的输入电压增加为至少比该输入电压电势高两倍的输出电压。

33.如权利要求4所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的倍压器的印刷电路板上的电子元件是用包括碳基底材料和硅基底材料的封装树脂封装的，这样可以使元件之间的距离很小的情况下不会短路。

34.如权利要求33所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述的使用封装树脂封装印刷电路板的电子元件的方法使所述的印刷电路板和电子过滤单元成为一体。

35.如权利要求1所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，采用了对电子过滤单元的印刷电路板上的电子元件采用封装树脂封装的方法。

36.如权利要求7所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，一种使用所述的双阶段电子过滤系统的方法用以消除佩戴电子人体呼吸过滤装置的人所呼吸的气流中携带的粒子、气载微粒、灰尘、花粉、污染物、细菌、病毒、有毒化学品、烟和烟草烟气。

37.如权利要求36所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，所述使用双阶段电子过滤系统的方法还包括一个紫外线辐射系统用以杀死人体所呼吸的经过该电子人体呼吸过滤装置中的气流中的细菌和病毒。

38.如权利要求13所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，一种使用所述的离子过滤级电子过滤系统的方法用以消除佩戴电子人体呼吸过滤装置的人所呼吸的气流中携带的粒子、气载微粒、灰尘、花粉、污染物、细菌、病毒、有毒化学品、烟和烟草烟气。

39.如权利要求38所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，一种使用所述的离子过滤级电子过滤系统的方法还包括一个紫外线辐射系统用以杀死人体所呼吸的经过该电子人体呼吸过滤装置中的气流中的细菌和病毒。

40.如权利要求18所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，一种使用所述的静电过滤级电子过滤系统的方法用以消除佩戴电子人体呼吸过滤装置的人所呼吸的气流中携带的粒子、气载微粒、灰尘、花粉、污染物、细菌、病毒、有毒化学品、烟和烟草烟气。

41.如权利要求40所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，一种使用所述的静电过滤级电子过滤系统的方法还包括一个紫外线辐射系统用以杀死人体所呼吸的经过该电子人体呼吸过滤装置中的气流中的细菌和病毒。

42.如权利要求5所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，一种电子元件SMT(贴片技术)的方法应用在所述的倍压器级印刷电路板上。

43.如权利要求5所述的人体佩戴的便携式人体呼吸电子过滤装置，一种使用混合元件的方法用于所述的倍压器印刷电路板上用以实现一种特殊的电子功能，该混合元件是这些电子元件的部件。

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