静电防雾霾智能面罩及其净化单元的制作方法
【专利摘要】一种静电防雾霾智能面罩及其净化单元，面罩包括头部固定模块和面罩本体，头部固定模块和面罩本体连接并构造成用于将面罩本体固定至头部。面罩本体包括呼吸密封模块、净化模块、进气模块、出气模块和电源模块。净化模块包括位于呼吸密封模块外围的一个或多个净化单元，每个净化单元包括预过滤装置、电离结构、静电集尘模块。预过滤装置的一端连接电离结构的一端，电离结构的另一端连接静电集尘模块的一端，静电集尘模块的另一端连接进气模块的一端，进气模块的另一端与呼吸密封模块内部连通。出气模块一端与所述呼吸密封模块内部连通，另一端沿远离眼睛的方向与空气连通。具有无耗材、风阻低、净化效率高、轻便易用等优点。
【专利说明】
静电防雾霾智能面罩及其净化单元
技术领域
[0001]本发明涉及一种面罩，具体涉及一种静电防雾霾智能面罩。
【背景技术】
[0002]目前，日益严峻的环境污染问题给城镇居民日常生活造成了相当严重的困扰。作为隔离污染的常用工具，市面上存在各式各样的口罩。现有防雾霾口罩包括传统的N95类口罩以及一些新出现的智能口罩。传统的N95类口罩全部采用滤过式净化技术，即空气通过纸质、棉质、化纤等滤片，以达到净化的效果。这类口罩在使用一定次数后需要丢弃，更换新的。为了改善呼气的舒适度，部分N95 口罩还采用呼气阀结构。绝大部分智能口罩所利用的净化技术依然是滤过式，还有一两种产品采用负离子净化技术。除此之外，智能口罩在以下方面进行了改进:I)为了改善传统口罩风阻大呼吸不畅的问题，很多智能口罩增加了送风的风扇;2)增加了空气质量传感器或风压传感器。
[0003]这两类口罩存在如下问题。对于传统N95类口罩而言，一个典型的问题是风阻高，即用户需要用力吸气以保证呼吸，这会引起很多人，尤其是老人和小孩的不适。此外，这类口罩的滤过部分是不能重复使用的，因此用户需要不定期更换滤片或者整个口罩。现有智能口罩存在类似的问题。对于没有使用主动送风的产品，仍然存在风阻高的缺点。主动送风类产品同样有缺点，即系统功耗大、同时产生噪音。所有采用滤过式净化的产品，都需要不定期更换滤片，而采用负离子净化技术的产品的净化效率偏低。带传感器类的产品的额外问题则是传感器体积大，整个产品较重。此外，对于现有智能口罩，为了保证较长的工作时间，需要容量较大的电池，这也增加了整个口罩的体积和重量。
[0004]静电除尘是冶金、化学等工业领域常用的一种技术手段。含尘气体经过高压静电场时被分离，尘粒与负离子结合带上负电后，趋向阳极表面放电而沉积，由此实现气体净化或尘粒回收。将静电除尘技术用于口罩以隔离空气中的污染物，是一个全新的思路，目前市面上不存在这样的产品。
[0005]中国专利CN203851848U提出了一种静电除尘防霾口罩，该口罩头带左侧和右侧分别设有一个高压静电过滤器，该高压静电过滤器包括密封壳体和直流电源。密封壳体内沿前后方向设置正极板和负极板，正极板和负极板直接构成“之”字形气流通路，密封壳体后端设有大颗粒物过滤芯。该专利所给出的结构可以在一定程度上净化空气中的微尘。但是，该专利的结构存在以下缺点:I)其净化结构净化效率较低，难以有效去除空气中的污染物；2)净化区域的结构设计复杂，笨重且不方便清洗。
[0006]为此，需要一种可有效去除空气中污染物且争化结构方便清洗的新型静电智能面罩。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术中的上述不足，本发明的一方面提供了一种静电防雾霾智能面罩，包括头部固定模块和面罩本体。头部固定模块和面罩本体连接，并构造成将面罩本体固定至头部。面罩本体包括呼吸密封模块、净化模块、进气模块、出气模块和电源模块。净化模块包括位于呼吸密封模块外围的一个或多个净化单元，每一个净化单元包括预过滤装置、电离结构、静电集尘结构模块。预过滤装置的一端连接电离结构的一端，电离结构的另一端连接静电集尘模块的一端，静电集尘模块的另一端连接进气模块的一端，进气模块的另一端与呼吸密封模块内部连通，出气模块一端与呼吸密封模块内部连通，另一端沿远离眼睛的方向与空气连通。
[0008]在一个示例中，头部固定模块为头带或头盔。
[0009]在一个示例中，预过滤装置包括一层或多层网状或多孔结构。
[0010]在一个示例中，电离结构包括正电极和负电极。
[0011]在一个示例中，静电集尘模块包括至少一个空气导流结构、至少一个正极导体、至少一个负极导体以及至少两个介质层，其中所述正极导体和负极导体位于所述空气导流结构两侧，所述介质层位于所述正极导体和负极导体两侧。
[0012]在一个示例中，进气模块和出气模块为单向阀。
[0013]在一个示例中，该静电防雾霾智能面罩还包括智能模块。智能模块包括信息采集模块和通信模块。
[0014]本发明的另一方面提供一种用于静电防雾霾智能面罩的净化单元，包括预过滤装置、电离结构、静电集尘模块，所述电离结构一端连接所述预过滤装置，另一端连接所述静电集尘模块。
[0015]在一个示例中，上述静电集尘模块包括至少一个空气导流结构、至少一个正极导体、至少一个负极导体以及至少两个介质层，其中所述正极导体和负极导体位于所述空气导流结构两侧，所述介质层位于所述正极导体和负极导体两侧。
[0016]根据本发明的上述静电防雾霾智能面罩和净化单元采用静电吸附式而不是滤过式净化，净化的颗粒大小不会限制通风孔径，因此可以极大程度降低风阻，使得呼吸通畅。同时，静电防雾霾智能面罩的净化组件(包括罩网、格网、静电集尘模块)都是可以清洗的，没有需要更换和丢弃的耗材，面罩可以反复清洗利用，因此可以节约材料，更有益环保。
【附图说明】
[0017]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0018]图1简要示出根据本发明一个实施例的静电防雾霾智能面罩的相图；
[0019]图2简要示出图1所示静电防雾霾智能面罩的争化模块的一个净化单元的框图；
[0020]图3的框图简要示出图2所示净化单元的静电集尘模块的一个实施例；
[0021]图4的框图简要示出图2所示净化单元的静电集尘模块的另一个实施例；
[0022]图5简要示出图1所示静电防雾霾智能面罩的电源模块的框图；
[0023]图6简要示出图1所示静电防雾霾智能面罩的智能模块的框图；以及
[0024]图7简要示出根据本发明另一实施例的静电防雾霾智能面罩。
【具体实施方式】
[0025]下面参照附图详细介绍本发明的示例性实施例。提供这些示例性实施例的目的是为了使得本领域普通技术人员能够清楚地理解本发明，并且根据这里的描述能够实现本发明。附图和具体实施例不旨在对本发明进行限定，本发明的范围由所附权利要求限定。
[0026]如图1所示，本发明提出的静电防雾霾智能面罩100包括头部固定模块110和面罩本体(未示出)，面罩本体包括呼吸密封模块120、净化模块130、电源模块140、进气模块150和出气模块160。可选地，该静电防雾霾智能面罩100还可包括智能模块170。头部固定模块110和面罩本体连接并用于把面罩本体的其他部分固定在使用者的头上。头部固定模块110可以头带或头盔的形式实现。呼吸密封模块120设置于所述头部固定模块110的前端，用于遮挡使用者的口鼻，防止未经净化的空气直接进入使用者的口鼻。净化模块130位于呼吸密封模块120的外围，用于净化要进入使用者口鼻的空气。净化模块130可包括一个或多个净化单元200。
[0027]如图2所示，每个净化单元200可包括预过滤装置210、电离结构220、静电集尘模块230。预过滤装置210在靠近空气的一侧，可包括可拆卸的网状或多孔结构罩网，用以阻挡空气中较大的大量颗粒物(如沙尘等)，以在扬尘环境中使用；罩网可以拆除并进行清洗。此夕卜，预过滤装置210在罩网的内侧还可包括栅格或多孔结构的格网，用以阻挡较大的个别颗粒物(如昆虫等)，用于在通常情况下使用。预过滤装置210的罩网的内侧连接电离结构220。电离结构220包括正电极和负电极，用于使通过的空气电离，从而使得污染物颗粒带电。
[0028]带有污染物的空气通过净化单元200的预过滤装置210并经电离结构220电离后进入静电集尘模块230。图3示出静电集尘模块的一个实施例的截面。该静电集尘模块300包括空气导流结构310、正极导体320、负极导体330、以及介质层340和介质层350。空气导流结构310是空气争化的通道，其功能包括支撑空腔、导流空气，延长空气争化距离等。正极导体320和负极导体330位于空气导流结构310两侧，介质层340和350则分别位于正极导体320和负极导体330的两侧。正极导体320和负极导体330在空气导流结构两侧的位置可以交换;介质层340和350在空气导流结构两侧的位置也可交换。经电离结构220后的空气从空气导流结构310通过，带电的污染物颗粒，在正极导体320和负极导体330之间形成的电场的作用下发生偏转，降落沉积于空气导流结构310两侧的导体上，从而使空气经过静电集尘模块后得到净化。
[0029]图4示出静电集尘模块的另一实施例的截面。该静电集尘模块400包括空气导流层410，依次位于空气导流层410—例的第一介质层420、第一导体层430和第二介质层440，以及依次位于空气导流层410另一侧的第三介质层450、第二导体层460、第四介质层470、第三导体层480以及第五介质层490。图中各层仅供示例之用，并未按实际厚度比例绘制。本实施例中，所有的导体层都被绝缘的保护介质层保护着。第五介质层490与外部环境接触，第三导体480是接地的低电压，第二导体层460为高电压。第四介质层470中有强电场，采用耐压绝缘的材料。第三介质层450是朝向空气导流层。第一导体层430为接地的低电压。第一介质层420和第二介质层440保护的是低电压的第一导体层430。所有外露介质层，包括第一介质层420、第二介质层440、第三介质层450以及第五介质层490都可耐清洗磨损。
[0030]这种结构使得具有高电压的第二导体层460被包在低电压的第一导体层430和第二导体层480中间，整个装置没有外露的电场，保证了安全性。用于净化的电场只存在于第一介质层420和第三介质层450之间的空气中。第五介质层490、第三导体层480、第四介质层470、第二导体层460和第三介质层450构成了外盖，这个外盖可以掀开，以便于清洗。结构的接地通过外露实现，而且低电压有较大的导体部分外露，保证与环境充分达到等电位。如图4所示的静电集尘模块400同样使通过空气导流层410的空气中的污染物颗粒在电场作用下沉积于空气导流层410两侧的结构上，达到净化空气的目的。
[0031]静电集尘模块还可采用本领域技术人员可以设想到的其他结构，只要可以通过静电吸附作用净化空气中的微尘颗粒、污染物颗粒即可。本发明的这种静电集尘模块在利用静电吸附作用净化空气之前，先对要净化的空气进行电离，使得污染物颗粒带电。由此一来，静电集尘模块可以更高效地吸附污染物颗粒，达到更好的净化效果。
[0032]经过静电集尘模块300、400后的空气中的污染物经静电吸附作用沉积于静电集尘模块，争化后的空气通过进气模块150导入呼吸密封模块120内部，进入使用者的口鼻。使用者呼出的气体通过出气模块160排放到空气中。为了防止使用者呼出的气体产生气雾模糊眼镜，出气模块160与空气连通的一端沿大致远离眼睛的方向。进气模块150和出气模块160都可采用单向阀。进气模块150的单向阀使净化后的空气通过进气模块150进入呼吸密封模块120内部，而避免呼气时，呼出的气体进入静电集尘模块。同样地，出气模块160的单向阀将呼出的空气排出呼吸密封模块120，而避免吸气时未净化的环境空气进入气室。
[0033]本发明提出的上述静电防雾霾智能面罩采用静电吸附式而不是滤过式净化，净化的颗粒大小不会限制通风孔径，因此可以极大程度降低风阻，使得呼吸通畅。同时，该静电防雾霾智能面罩的净化组件(包括罩网、格网、静电集尘模块)都是可以清洗的，没有需要更换和丢弃的耗材，面罩可以反复清洗利用，因此可以节约材料，更有益环保。
[0034]作为替代，本发明的上述静电集尘模块可制备成可拆卸的单独部件，使用时安装于面罩上，并且定期拆除清洗。
[0035]以上描述了本发明提出的静电防雾霾智能面罩的主体净化结构。下面对本发明静电防雾霾智能面罩的电源模块140进行描述。图5示出本发明的静电防雾霾智能面罩的电源模块140的一个实施例。如图5所示，电源模块500包括升压电路510、充电电池520、充电电路530和换能装置540。升压电路510用于提供电离结构以及静电集尘模块的导体层所需的电压。充电电池520用于为升压电路以及面罩的其他耗电部件如智能模块等供能。充电电路530用于为充电电池520充电，充电电路530可直接由外接电源供电或从换能装置540获得电能。换能装置540用于把其他形式的能量转化为电能。
[0036]换能装置540可以采用以下几种形式:1、接触式感应充电；2、光电池充电；3、利用人呼吸的气流动能转化为电能充电;4、其他形式的能量转化为电能。换能装置540可置于面罩任何可能的位置。下文要描述的本发明另一实施例的换能装置采用的是利用人呼出气流转化为电能的装置，放置于出气模块前端。部分利用光能(光电池充电)或机械能(利用人呼吸气流发电)的方案，使得不必另行对面罩进行充电。更加节能环保。
[0037]除了上述静电防雾霾智能面罩的主体净化结构以及电源模块以外，本发明的静电防雾霾智能面罩还可包括智能模块170。图6示出本发明智能模块的一个实施例。如图6所示，本发明的智能模块600包括信息采集模块610和通信模块620。信息采集模块610用于采集用户的呼吸气流量通讯模块620用于把信息采集模块610的采集数据发送给使用者的智能终端，智能终端安装的相关应用结合用户所在地的空气污染情况，估算出净化面罩所减少的进入用户呼吸道的污染物的数量，供使用者参考。通讯模块620可采用无线通信方式，一个示例是蓝牙通信。智能模块600结合智能终端应用可以计算得出因使用面罩所避免进入用户呼吸道的污染物数量，使用户可以清楚知道面罩对自身健康的保护情况。
[0038]综上所述，本发明的静电防雾霾智能面罩具有无耗材、风阻低、净化效率高、轻便易用等优点。
[0039]图7示出上述静电防雾霾智能面罩的一种具体实现方式。该静电防雾霾智能面罩700包括分别位于用户鼻口部位两侧的两个净化模块，每个争化模块包括罩网、格网、电离结构和静电集尘模块。两个净化与遮蔽口鼻部形成气室的密封模块通过未示出的固定模块固定到用户头部。空气经过罩网、格网、电离结构和静电集尘模块逐级净化后变成对人体健康无害的净化空气，通过内出气口的单向阀进入气室。人呼出的空气通过外出气口的单向阀排出气室。发电机构位于外出气口前端，通过人的呼吸产生电能，为面罩供电。同样的，该面罩具有无耗材、风阻低、净化效率高、轻便易用等优点。
[0040]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种静电防雾霾智能面罩，包括头部固定模块和面罩本体，所述头部固定模块和所述面罩本体连接并构造成将所述面罩本体固定至头部;所述面罩本体包括呼吸密封模块、净化模块、进气模块、出气模块和电源模块，所述净化模块包括位于所述呼吸密封模块外围的一个或多个净化单元，所述一个或多个净化单元的每一个包括预过滤装置、电离结构、静电集尘模块，所述预过滤装置的一端连接所述电离结构的一端，所述电离结构的另一端连接所述静电集尘模块的一端，所述静电集尘模块的另一端连接所述进气模块的一端，所述进气模块的另一端与所述呼吸密封模块内部连通，所述出气模块一端与所述呼吸密封模块内部连通，另一端沿远离眼睛的方向与空气连通。2.根据权利要求1所述的静电防雾霾智能面罩，其中所述头部固定模块为头带或头盔。3.根据权利要求1所述的静电防雾霾智能面罩，其中所述预过滤装置包括一层或多层网状或多孔结构。4.根据权利要求1所述的静电防雾霾智能面罩，其中所述电离结构包括正电极和负电极。5.根据权利要求1所述的静电防雾霾智能面罩，其中所述静电集尘模块包括至少一个空气导流结构、至少一个正极导体、至少一个负极导体以及至少两个介质层，其中所述正极导体和负极导体位于所述空气导流结构两侧，所述介质层位于所述正极导体和负极导体两侧。6.根据权利要求1所述的静电防雾霾智能面罩，其中所述进气模块和出气模块为单向阀。7.根据权利要求1所述的静电防雾霾智能面罩，还包括智能模块。8.根据权利要求7所述的静电防雾霾智能面罩，所述智能模块包括信息采集模块和通信模块。9.一种用于静电防雾霾智能面罩的净化单元，包括预过滤装置、电离结构、静电集尘模块，所述电离结构一端连接所述预过滤装置，另一端连接所述静电集尘模块。10.根据权利要求9所述的净化单元，其中所述静电集尘模块包括至少一个空气导流结构、至少一个正极导体、至少一个负极导体以及至少两个介质层，其中所述正极导体和负极导体位于所述空气导流结构两侧，所述介质层位于所述正极导体和负极导体两侧。
【文档编号】A41D13/11GK205624584SQ201521013996
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年12月10日
【发明人】单福琪
【申请人】单福琪