一種空氣幕防護(hù)口罩的制作方法
【專利摘要】一種空氣幕防護(hù)口罩，包括鋰離子電池(1)、氣泵(2)、空氣過濾器(3)、氣流幕面罩(4)、前端輸氣管(5)、后端輸氣管(5A)，氣泵(2)通過前端輸氣管(5)連接空氣過濾器(3)、空氣過濾器(3)通過后端輸氣管(5A)連接氣流幕面罩(4)。氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層(4-1)采用尼絲紡布料，氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層(4-2)采用純棉水刺布，氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層(4-1)與氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層(4-2)上端封閉連接，下端有氣流出口，氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層(4-1)與氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層(4-2)之間是空腔氣道(4-3)，來自空氣過濾器(3)過濾潔凈空氣在空腔氣道(4-3)流動(dòng)，呼出氣體通過氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層(4-2)，與來自空氣過濾器(3)過濾潔凈空氣在空腔氣道(4-3)交換，與現(xiàn)有的紗布口罩相比，采用聚丙烯超細(xì)纖維熔噴法非織造布過濾，過濾顆粒尺寸更小，過濾效率更高，防護(hù)效果更好，通過氣流幕面罩能降低人呼吸時(shí)二氧化碳重吸入，改善了個(gè)人佩戴口罩舒適性。
【專利說明】一種空氣幕防護(hù)口罩

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種穿戴防護(hù)技術(shù)，特別是一種空氣幕防護(hù)口罩。

【背景技術(shù)】
[0002]大氣污染，傳染疾病突發(fā)事件頻發(fā)，給人們的生命健康造成了極大威脅，降低空氣污染對(duì)健康的影響，阻斷傳染疾病在空氣中傳播，如何通過個(gè)人穿戴防護(hù)，減輕空氣污染和疾病傳染源對(duì)人類健康的影響，成了當(dāng)今十分重要的課題。針對(duì)大氣污染，現(xiàn)有的公眾防護(hù)技術(shù)大多數(shù)采用紗布過濾式口罩。然而，霧霾中不僅僅有顆粒，還有硫化氫等有害氣體，在霧霾天氣里采用紗布過濾式口罩難于達(dá)到防護(hù)作用。有文獻(xiàn)記載，北京醫(yī)療器械檢驗(yàn)所材料室曾在醫(yī)院環(huán)境下，對(duì)幾種口罩進(jìn)行了密閉性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明:普通紗布口罩對(duì)PM5以下的顆粒沒有阻擋；醫(yī)用外科口罩和醫(yī)用一次性口罩可以阻擋直徑大于4微米的顆粒，但對(duì)
0.3微米的顆粒物，醫(yī)用外科口罩透過率為18.3%，普通一次性醫(yī)用口罩為85.6%。這說明，兩種醫(yī)用口罩對(duì)細(xì)小的顆粒物阻擋效果有限[李穎，PM2.5 口罩有名無實(shí)[J]，中國質(zhì)量萬里行，2014，1，pp.30-31]。
[0003]現(xiàn)有的口罩還存在人體呼出二氧化碳滯留問題，降低了人呼吸時(shí)二氧化碳對(duì)氧氣的交換，這是因?yàn)楝F(xiàn)有的口罩存在一個(gè)呼出氣體滯留區(qū)。滯留區(qū)是指口罩主體與人臉皮膚接觸的空隙部分的體積，是人在呼吸時(shí)呼出氣體停留的空間。滯留區(qū)所停留的呼出氣體，影響了吸入大氣中的新空氣，這部分滯留氣體含有大量的人呼吸時(shí)呼出的二氧化碳，滯留區(qū)空間越大，滯留的二氧化碳越多，當(dāng)人呼吸吸氣時(shí)，首先吸入這部分滯留區(qū)空氣，這就減少了吸入含氧的新空氣。由于人的生理需要，為了保持氧氣的吸入量，在低氧的條件反射作用下，被迫增加呼吸頻率，導(dǎo)致增大了人的能量消耗。當(dāng)人的呼吸吸入空氣中二氧化碳含量超過2%時(shí)，就會(huì)發(fā)生呼吸障礙的感覺?？梢娍谡值臏魠^(qū)越大，對(duì)人體的呼吸越不利。大致而言，健康成年人的I次呼吸為490mL，當(dāng)吸氣時(shí)，如果口罩主體與人臉皮膚接觸的空隙部分的體積已經(jīng)達(dá)到490mL，即把口罩內(nèi)的490mL呼出滯留空氣吸入了人體，這部分氣體可能是自身前一次呼出的氣體的大部分，其含二氧化碳濃度很高；當(dāng)人再次呼氣時(shí)，又將體內(nèi)490mL氣體儲(chǔ)存于滯留區(qū)。如此重復(fù)交替的呼吸運(yùn)動(dòng)，滯留區(qū)氣體總是處于低含氧狀態(tài)，二氧化碳含量總是處于高水平，人體為保證生理所需的氧氣量，必須加大呼吸深度和增加呼吸頻率來補(bǔ)償，這造成了缺氧憋悶不適反應(yīng)。
[0004]現(xiàn)有紗布口罩具有一定數(shù)量通氣孔隙，口罩內(nèi)與口罩外的空氣交換，是通過呼氣對(duì)外施加壓力，壓出滯留區(qū)滯留氣體。吸氣時(shí)，通過滯留區(qū)減壓，吸進(jìn)大氣中空氣，口罩內(nèi)與口罩外的氣體交換總是滯留氣體與大氣交換，吸入的氣體與滯留氣體成為混合氣體停留在滯留區(qū)，這是現(xiàn)有的口罩造成佩帶者普遍憋悶不適的原因。
[0005]顯然，口罩沒有滯留區(qū)也不符合人呼吸時(shí)與大氣交換的條件。因?yàn)?，?dāng)口罩的滯留區(qū)為零時(shí)，也就是說，口罩與人臉鼻孔周圍緊貼，鼻孔周圍均無空間，這就會(huì)導(dǎo)致佩帶者僅有與鼻孔接觸濾材的面積參與了通氣，通氣面積并非整個(gè)口罩面積，其呼吸阻力會(huì)因?yàn)橥饷娣e減少而增大。呼吸阻力增大，增加了肺部的呼吸做功，影響佩帶者正常的呼吸，同樣也會(huì)造成憋悶不適感。
[0006]因此，口罩的結(jié)構(gòu)不允許沒有滯留區(qū)的前提下，如何消除滯留區(qū)的二氧化碳滯留，降低二氧化碳重吸入的問題，也是口罩結(jié)構(gòu)迫切需要改進(jìn)的課題。
[0007]國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公告⑶104117159八助力式個(gè)人新風(fēng)凈化系統(tǒng)，⑶103949020八便攜式空氣凈化供氣口罩，都屬于壓氣過濾式口罩，其輸出的壓力空氣，使人的前呼吸道總是處于正壓狀態(tài)，導(dǎo)致呼吸運(yùn)動(dòng)吸氣時(shí)受壓，呼氣時(shí)受阻，干擾了正常的生理呼吸節(jié)律，且導(dǎo)致呼出二氧化碳排出受阻。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有個(gè)人防護(hù)口罩，僅僅可以阻擋直徑大于4 V 的顆粒，在霧霾天氣時(shí)，對(duì)細(xì)小的顆粒物阻擋十分效果有限，對(duì)于傳染疾病防護(hù)的難于保證有效性，現(xiàn)有的口罩還存在滯留區(qū)的二氧化碳滯留問題，本實(shí)用新型的目的是要克服上述缺點(diǎn)，提出一種空氣幕防護(hù)口罩。
[0009]本實(shí)用新型空氣幕防護(hù)口罩采用以下技術(shù)方案。
[0010]氣泵通過前端輸氣管連接空氣過濾器、空氣過濾器通過后端輸氣管連接氣流幕面罩，鋰離子電池給氣泵供電。空氣過濾器入氣口內(nèi)安裝前端過濾層，空氣過濾器出氣口內(nèi)安裝后端過濾層，后端過濾層與前端過濾層之間填充吸附劑。
[0011]氣流幕面罩的面罩外側(cè)密封隔離層與氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層上端封閉連接，下端有氣流出口，氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層與氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層之間是空腔氣道，空腔氣道上方連接后端輸氣管。
[0012]空氣過濾器過濾潔凈空氣，通過后端輸氣管從空腔氣道上方輸入，從空腔氣道下方流出，由上至下流過氣流幕面罩的空腔氣道，形成流動(dòng)空氣幕。
[0013]氣流幕面罩工作原理:氣流幕面罩的面罩外側(cè)密封隔離層與氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層上端封閉連接，下端有氣流出口，氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層與氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層之間是空腔氣道，空腔氣道上方連接后端輸氣管。氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層與人體臉龐之間的空間，是人呼吸時(shí)呼出氣體滯留區(qū)。呼出氣體首先滯留于滯留區(qū)，空氣過濾器過濾潔凈空氣在空腔氣道流動(dòng)，滯留的呼出氣體通過氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層，與空氣過濾器過濾的潔凈空氣交換，滯留區(qū)滯留的呼出氣體，其二氧化碳含量顯著高于與空氣過濾器過濾的潔凈空氣，高濃度二氧化碳滯留空氣即向低濃度二氧化碳的過濾潔凈空氣形成濃差擴(kuò)散，滯留區(qū)滯留的高濃度二氧化碳被潔凈空氣置換，氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層透氣性越好，濃差擴(kuò)散系數(shù)越大。
[0014]其次，由于氣流幕面罩的下端氣流出口的氣流阻力遠(yuǎn)小于氣流通過氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層透氣阻力，所以，來自空氣過濾器過濾的潔凈空氣，不會(huì)對(duì)人的呼吸形成壓強(qiáng)效應(yīng)。
[0015]所述的氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層，采用尼絲紡布料。尼絲紡布料為錦綸長絲制織的絲織物，具有不透風(fēng)特性，使來自空氣過濾器過濾的潔凈空氣不會(huì)經(jīng)氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層泄漏至大氣，而是從空腔氣道流過，尼絲紡布料還具有不透水特性，從而隔離了大氣中含污染物水分通過氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層透濕進(jìn)入空腔氣道，從而保證了空腔氣道流動(dòng)的潔凈空氣不受透濕污染。
[0016]所述的氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層，采用純棉水刺布。純棉水刺布具有對(duì)人體皮膚親和性好、孔隙率高、透氣性好的特性，作為接觸人體臉龐的氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層，既保證了空腔氣道流動(dòng)的潔凈空氣與呼出氣體充分傳質(zhì)交換帶出二氧化碳，也達(dá)到了呼吸吸入潔凈空氣的目的，還能保證口罩與人體接觸的舒適性。
[0017]所述的空氣過濾器入氣口內(nèi)安裝的前端過濾層、空氣過濾器出氣口內(nèi)安裝的后端過濾層，均采用聚丙烯超細(xì)纖維熔噴法非織造布。聚丙烯超細(xì)纖維熔噴法非織造布，具有大的比表面積、空隙小而空隙率大，故其過濾性能好，廣泛應(yīng)用于醫(yī)用和工業(yè)用口罩、保暖材料、過濾材料、醫(yī)療衛(wèi)生材料，具有質(zhì)地輕、彈性好、耐腐蝕、耐酸、耐堿、耐化學(xué)溶劑、抗微生物性好特性。
[0018]所述的后端過濾層與前端過濾層之間填充吸附劑是活性炭、碳納米管、碳納米線、石墨烯其中的一種，或其中兩種混合物。
[0019]空氣過濾器的工作原理:氣泵輸入的壓縮空氣，經(jīng)前端過濾層過濾來自大氣的污染顆粒，過濾后的空氣中含有的氣態(tài)污染物，再經(jīng)過吸附劑吸附濾除；然后，進(jìn)入后端過濾層過濾，以免吸附劑中微顆?；旌显谶^濾潔凈空氣中；最后，通過后端輸氣管向氣流幕面罩輸出潔凈空氣。
[0020]所述的氣泵采用微型直流隔膜泵，依照健康成年人的I次呼吸氣量約為490mL，每分鐘呼吸20次，一分鐘呼吸氣體約9800mL，選用5w功率微型直流隔膜泵，5w功率微型直流隔膜泵體積小重量小于100g，適宜穿戴裝備。
[0021]所述的氣泵供電的鋰離子電池，滿足4小時(shí)5w功率微型直流隔膜泵使用的電能，僅需20Wh容量，20Wh容量的鋰離子電池重量150g左右，同樣也適宜穿戴裝備，鋰離子電池可以數(shù)百次乃至數(shù)千次循環(huán)充放電，使用成本較低，符合耐用消費(fèi)品的要求。
[0022]與現(xiàn)有的紗布口罩相比，采用聚丙烯超細(xì)纖維熔噴法非織造布過濾，過濾顆粒尺寸更小，過濾效率更高，防護(hù)效果更好，通過氣流幕面罩能降低人呼吸時(shí)二氧化碳重吸入，改善了個(gè)人佩戴口罩的舒適性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本實(shí)用新型空氣幕防護(hù)口罩系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖中，I鋰離子電池、2氣泵、3空氣過濾器、3-1過濾器外殼、3-2后端過濾層、3-3吸附劑、3-4前端過濾層、4氣流幕面罩、5前端輸氣管、5A后端輸氣管。
[0024]圖2是氣流層面罩示意圖，圖中，5A后端輸氣管、4-4系帶。
[0025]圖3是圖2的A-A剖視圖，圖中，5A后端輸氣管、4-1氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層、4-2氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層、4-3空腔氣道。
[0026]圖4是氣流幕面罩工作原理圖，圖中，5A后端輸氣管、4-1氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層、4-2氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層、4-3空腔氣道、B呼出氣體滯留區(qū)、D人體臉龐。

【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型空氣幕防護(hù)口罩。
[0028]如圖1所示，氣泵2通過前端輸氣管5連接空氣過濾器3、空氣過濾器3通過后端輸氣管5A連接氣流幕面罩4，鋰離子電池I電路連接氣泵2，對(duì)氣泵2供電?？諝膺^濾器3入氣口內(nèi)安裝前端過濾層3-4，空氣過濾器3出氣口內(nèi)安裝后端過濾層3-2，后端過濾層3-2與前端過濾層3-4之間填充吸附劑3-3。
[0029]如圖2、圖3所示，氣流幕面罩4的氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層4-1與氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層4-2上端封閉連接，下端有氣流出口，氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層4-1與氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層4-2之間是空腔氣道4-3，空腔氣道4-3上方連接后端輸氣管5八。
[0030]如圖1所示，來自空氣過濾器3過濾的潔凈空氣，通過后端輸氣管5八輸入空腔氣道 4-3。
[0031]如圖3所示，來自空氣過濾器3過濾的潔凈空氣從空腔氣道4-3上方輸入，從空腔氣道4-3下方流出，由上至下流過氣流幕面罩4的空腔氣道4-3，形成流動(dòng)空氣幕。
[0032]如圖4氣流幕面罩工作原理圖所示，氣流幕面罩4的氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層4-1與氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層4-2上端封閉連接，下端有氣流出口，氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層4-1與氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層4-2之間，是空腔氣道4-3，空腔氣道4-3上方連接后端輸氣管5八。氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層4-2與人體臉龐0之間的空間，是呼出氣體滯留區(qū)8，滯留的呼出氣體首先滯留于滯留區(qū)8，來自空氣過濾器3過濾的潔凈空氣在空腔氣道4-3流動(dòng)，滯留的呼出氣體通過氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層4-2與來自空氣過濾器3過濾的潔凈空氣在空腔氣道4-3交換，滯留區(qū)8的滯留的呼出氣體二氧化碳高濃度與來自空氣過濾器3過濾的潔凈空氣二氧化碳低濃度形成濃差擴(kuò)散，氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層4-2透氣性越好，擴(kuò)散系數(shù)越大。
[0033]其次，由于氣流幕面罩4的下端氣流出口的氣流阻力遠(yuǎn)小于氣流通過氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層4-2透氣阻力，所于，來自空氣過濾器3過濾的潔凈空氣不會(huì)對(duì)人的呼吸形成壓強(qiáng)效應(yīng)。
[0034]所述的氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層4-1采用尼絲紡布料，尼絲紡布料為錦綸長絲制織的絲織物，具有不透風(fēng)特性，使空氣過濾器3過濾的潔凈空氣不會(huì)經(jīng)面罩外側(cè)密封隔離層4-1泄漏至大氣，而是全部潔凈空氣都從空腔氣道4-3流過，尼絲紡布料還具有透水性差的特性，從而隔離了大氣中含污染物水分通過氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層4-1透濕進(jìn)入空腔氣道4-3，從而保證了空腔氣道4-3流動(dòng)的潔凈空氣不受污染。
[0035]所述的氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層4-2采用純棉水刺布，純棉水刺布具有對(duì)人體皮膚親和性好、孔隙率高、透氣性好的特性，采用純棉水刺布制作接觸人體臉龐的氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層4-2，既保證了空腔氣道4-3流動(dòng)的潔凈空氣與呼出氣體充分傳質(zhì)交換帶出二氧化碳，也達(dá)到了呼吸吸入潔凈空氣的目的，還能保證口罩與人體接觸的舒適性。
[0036]所述的空氣過濾器3入氣口內(nèi)安裝的前端過濾層3-4、空氣過濾器3出氣口內(nèi)安裝的后端過濾層3-2，均采用聚丙烯超細(xì)纖維熔噴法非織造布，聚丙烯超細(xì)纖維熔噴法非織造布具有大的比表面積、空隙小而空隙率大，過濾性能好。廣泛應(yīng)用于醫(yī)用和工業(yè)用口罩、保暖材料、過濾材料、醫(yī)療衛(wèi)生材料，具有質(zhì)地輕、彈性好、耐腐蝕、耐酸、耐堿、耐化學(xué)溶劑、抗微生物性好特性。
[0037]所述的后端過濾層3-2與前端過濾層3-4之間填充吸附劑3-3是活性炭、碳納米管、碳納米線、石墨烯其中的一種，或其中兩種混合物。
[0038]氣泵2輸入的壓縮空氣，經(jīng)前端過濾層3-4過濾來自大氣的污染顆粒，過濾后空氣中的氣態(tài)污染物，再經(jīng)過吸附劑3-3吸附濾除；然后，進(jìn)入后端過濾層3-2過濾，以免吸附劑3-3中微顆?；旌显谶^濾潔凈空氣中；最后，通過后端輸氣管5A向氣流幕面罩4輸出潔凈空氣。
[0039]所述的氣泵2采用微型直流隔膜泵，依照健康成年人的I次呼吸氣量約為490mL，每分鐘呼吸20次，一分鐘呼吸氣體約9800mL，選用5w功率微型直流隔膜泵。
[0040]所述的氣泵2供電的鋰離子電池1，滿足4小時(shí)5w功率微型直流隔膜泵使用的電能，僅需20Wh容量，同樣也適宜穿戴裝備，鋰離子電池I可以數(shù)百次乃至數(shù)千次循環(huán)充放電，使用成本較低，符合耐用消費(fèi)品的要求。
【權(quán)利要求】
1.一種空氣幕防護(hù)口罩，其特征是:所述的空氣幕防護(hù)口罩，包括鋰離子電池(1)、氣泵(2)、空氣過濾器(3)、氣流幕面罩(4)、前端輸氣管(5)、后端輸氣管(5A)，氣泵(2)通過前端輸氣管(5)連接空氣過濾器(3)、空氣過濾器(3)通過后端輸氣管(5A)連接氣流幕面罩(4)。
2.按權(quán)利要求1所述的空氣幕防護(hù)口罩，其特征是:空氣過濾器(3)包括過濾器外殼(3-1)、后端過濾層(3-2)、吸附劑(3-3)、前端過濾層(3-4)，空氣過濾器(3)入氣口內(nèi)安裝前端過濾層(3-4)，空氣過濾器(3)出氣口內(nèi)安裝后端過濾層(3-2)，后端過濾層(3-2)與前端過濾層(3-4)之間填充吸附劑(3-3)，所述的前端過濾層(3-4)、后端過濾層(3-2)均采用聚丙烯超細(xì)纖維熔噴法非織造布，所述的吸附劑(3-3)是活性炭、碳納米管、碳納米線、石墨烯其中的一種，或其中兩種混合物。
3.按權(quán)利要求1所述的空氣幕防護(hù)口罩，其特征是:所述的氣流幕面罩(4)包括后端輸氣管(5A)、氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層(4-1)、氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層(4-2)、空腔氣道(4-3)，氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層(4-1)與氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層(4-2)上端封閉連接，下端有氣流出口，氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層(4-1)與氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層(4-2)之間是內(nèi)置空腔氣道(4-3)，空腔氣道(4-3)上方連接后端輸氣管(5A)，所述的氣流幕面罩外側(cè)密封隔離層(4-1)采用尼絲紡布料制造，所述的氣流幕面罩內(nèi)側(cè)透氣隔離層(4-2)采用純棉水刺布制造。
4.按權(quán)利要求1所述的空氣幕防護(hù)口罩，其特征是:氣泵(2)是微型直流隔膜泵。
【文檔編號(hào)】A41D13/11GK204191650SQ201420681314
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月15日
【發(fā)明者】王翊臻, 鄧梁 申請(qǐng)人:王翊臻