一种低功耗且高滤效的微正压防护服系统的制作方法

1.本发明属于防护服领域，尤其是具有阻隔功能和排汗除湿功能的正压防护服领域。


背景技术：

2.对于暴露在具有呼吸性传染性或对人员有毒有害的环境中的医护人员，机场海关检疫人员，以及乘坐密闭空间的航班或地铁等交通工具的乘员，需要高等级防护，传统的一次性防护服虽然可以提供一定的阻隔防护性能，但是人员穿戴后的闷热感较严重，穿戴人员挥发的汗液无法及时有效地排出，严重影响人体地散热和战斗力。如何保证在有效阻隔细菌、病毒、体液、血液等感染源的同时，还能具备有效除湿排汗功能，提高穿戴人员的长期穿戴舒适性的正压防护服目前还比较欠缺。
3.目前国内外正压防护头罩产品已经有多家进行了商业化推广，正压防护头罩采用电动送风式过滤器将洁净风采用送气导管送入头罩，头罩呈局部正压，一般从脖颈的密封处向外泄漏气体，这种正压防护头罩的可靠性还值得商榷，如果脖颈处的密封不均匀，泄露气体不均匀，存在口鼻部位附近建立不起来大于20pa以上的正压的风险，存在呼吸防护不可靠的隐患；如果脖颈处密封均匀可靠，气体的泄露量又会被抑制住，存在正压头罩内二氧化碳浓度升高的隐患，另外脖颈处密封压迫使穿戴人员的体验不舒适；正压防护头罩产品没有解决正常工作时人体上身的出汗和散热问题。
4.全身型防护的p3/p4级生物实验室使用的正压防护服通常采用不透气的高强度涂橡胶型复合面料制备，进气多采用专用的气体导管给气，正压防护服的某些部位安装有高精度的排气调节阀，用于排出内部的气体，并保证进气流量和排出气体的流量平衡，这种排气调节阀的调节灵敏度要求高，并且系统往往要配备高精度的压力传感器或者流量传感器，这种全身型正压防护服系统整体造价高昂，很难推广到一般医用防护应用场合。
5.市场上还有一种采用高气阻并防水透气的ptfe微多孔膜与其他材料复合制备的防水透气型面料制备的正压防护服系统，可以使用随身便携式电动过滤式风机提供风源，也能起到排汗功能，该种正压防护服为达成正压防护的要求，进气流量大于170升/分钟，能耗较大，使用时间不够耐久，电池需要勤更换，ptfe微多孔膜复合面料的造价也高，正压防护服内部的空气流动不容易实现定向流动，对于汗水挥发的传质和散热功能不甚理想。
6.为了解决传统的一次性防护服穿戴时闷热不能有效排汗散热的缺点；为了解决正压防护头罩不能解决人体主要的躯干部位排汗散热的需求以及口鼻部位正压不够高，防护不可靠的缺点；为了解决传统的采用排气调节阀方式调节气体流量的正压防护服系统制造成本高昂的缺点；为了解决传统的防水透气面料制备的正压防护服气体需求量大能耗要求高工作时间不持久的问题；为了达成有效阻隔防护的同时，解决人体的排汗散热需要，并使用能耗低，单次充电后使用时间长，系统经济实用的综合市场需求，特提出本发明。


技术实现要素：

7.为克服现有技术和产品的种种不足，本发明基于以下技术原理和设计方案，提出了一种低功耗且高滤效的微正压防护服系统。
8.为了提高人员在长期穿戴防护服时的防护可靠性及舒适度，本发明将防护服设计成微正压型物理形态使用，尤其是上半身及头部的整体防护，防护服采用微正压型的物理形态，防护服内部保持介于20-150pa的微正压，气体从正压防护服的内部高压区向外部常压环境泄露，可以防止外部可能带有病菌或病毒的气溶胶等颗粒物污染源侵入或者接触人体呼吸道或者粘膜；本发明采用两级精密过滤及独特的微正压防护服材料体系和结构；为了保证能耗低，在保证正常呼吸和排汗散热传质需要的前提下，本发明控制洁净空气的流量介于60-100升/分钟范围内且能够保持介于20-150pa的正压。
9.一种低功耗且高滤效的微正压防护服系统，其特征在于，采用两级过滤提供高洁净度空气，采用局部透气透湿的高透湿功能面料实现向外排出混合气体，实现排汗散热功能；基于人体工程学考虑，电动风机组件的内置移动能源的重量要适度，单个镍氢或锂离子电池组的容量宜控制在100瓦时以下，考虑到乘坐飞机等的安全需要，更优选控制在80瓦时以下，单次充满电后的使用时间做到8小时以上，在保证提供洁净空气流量介于60-100升/分钟的前提下，微正压防护服内部的气体压力设计高于20pa，低于150pa；电动风机运行功率控制小于10w；过大的气体流量和过高的内部正压都会导致能耗无谓地增加，不利于长时间连续工作；过小的气体流量不能满足人体正常呼吸功能的需要；过小的内部正压，阻隔防护的可靠性不高。为实现上述设计构想，本发明采用两级串联过滤的方式，两级过滤通过采用不同的滤材结构，两级滤材采用不同的滤效，不同的有效过滤面积，不同的通气阻力系数等综合技术指标的优化组合，经过两级串联式空气过滤能够得到高洁净度空气：具有对平均质量中位径0.3微米的颗粒物的综合滤效优于99.97％；电动风机组件的进气侧的平面滤材作为第一级空气过滤，受限于电动风机组件的重量和物理尺寸限制，平面滤材的有效过滤面积介于150-300平方厘米，平面滤材的过滤效率优于bfe99级或优于kn95级，对于采用bfe99级平面滤材的情况其通气阻力系数小于130pa/(100平方厘米面积-流量85升/分钟)，对于采用kn95级平面滤材的情况其通气阻力系数小于260pa/(100平方厘米面积-流量85升/分钟)；进气接头通过上衣进气，进气接头位于防护服外部的进气端和电动风机组件的送风导管相连，另一端位于微正压防护服的内部作为出气端，连接具有较大面积和较高滤效水平的过滤袋作为第二级空气过滤，过滤袋的有效过滤面积介于500-1000平方厘米，过滤袋采用的滤材的过滤效率优于kn95级或者达到kn99级，其通气阻力小于400pa/(100平方厘米面积-流量85升/分钟)。为了形成内部气体的可控流动并实现稳定向外部排出混合气体，正压头罩的帽顶部位配置具有透气透湿功能的高透湿功能面料(h)，其通气阻力系数介于100-500pa/(100平方厘米面积-流量85升/分钟)，有效透气面积设计介于120-600平方厘米，更优选控制其通气阻力系数介于160-260pa/(100平方厘米面积-流量85升/分钟)，有效透气面积设计介于320-520平方厘米；过小的通气阻力系数和过大的透气面积意味着透气透湿能力强，不容易在60-100升/分钟的小流量时保持住合适的内部正压；过大的通气阻力系数和过小的透气面积意味着实际阻力大，向外部排出的混合气体的流量容易被抑制并且气体在微正压防护服内部的流动不均匀，影响躯干为主的排汗散热需求；微正压防护服的其余大面积部位主要采用透气度低或近不透气的传统阻隔型面料(s)，本发明采用的高透
湿功能面料具有合适的结构参数，通气能力合适够用，能够和进气形成平衡，在保持微正压防护服内部介于20-150pa正压的同时，能够实现稳定向外部环境中排出60-100升/分钟的混合气体，实现洁净空气不断补入和排汗散热的功能；微正压防护服采用的高透湿功能面料处能够形成局部低压力区，气体从微正压防护服内部的过滤袋周边的相对高压力区在压差驱动下向正压头罩顶部的局部低压力区扩散流动，从高透湿功能面料处向外部泄露，这样在微正压防护服内部形成整体正压的同时还形成了内部气体的可控流动；传统阻隔型面料(s)其通气阻力系数大于1000pa/(100平方厘米面积-流量1升/分钟)，实际透过的有效气体流量可以忽略不计，与高透湿功能面料相比，基本属于接近不透气或不透气材料；传统阻隔型面料(s)包括pe透气膜/纺粘pp复合面料或者eva或者pu类的类橡胶型的透明片材。
10.本发明采用电动风机组件进气侧的平面滤材作为第一级空气过滤，与上衣相连接的进气接头的出气端连接的过滤袋作为第二级空气过滤，经过两级空气过滤得到的洁净的空气送入微正压防护服内部，供使用人员可靠呼吸，本发明采用这种两级空气过滤方案，主要是考虑：一方面，电动风机组件受限于物理尺寸，并考虑到滤材作为耗材的制造成本，采用平面型滤材具有制造成本低的优势，缺点是面积会受到限制，很难兼顾高滤效与通气阻力的矛盾，因此单靠电动风机进气侧的平面滤材，滤效难以做到优于99.97％的高水平；本发明特殊设计进气接头位于防护服内部的出气端连接的过滤袋作为第二级空气过滤，这样可以减轻对可重复使用的送气导管和电动风机组件消毒灭菌的工作要求，另外过滤袋的实际有效过滤面积可以做得大，可以采用较高滤效等级的滤材，经过串联两级过滤的方式，提高了微正压防护服系统的空气过滤的质量，将综合滤效控制在99.97％以上，从而提高了呼吸防护的可靠性，降低了穿戴使用人员的心理负担；防护服内部的过滤袋是对称的空气过滤材料，进气接头通气后可以微微鼓起，过滤袋的有效过滤面积可以做到500平方厘米以上，对于有效通气流量在60-100升/分钟的微正压防护服来讲，在保证过滤效率较高的同时，由于过滤袋的有效通气面积较大，对应的通气阻力比较小，这样空气精密过滤环节对电动风机的功耗要求就不必高，本发明的这种两级过滤结构和滤材参数的有机组合，在保证了系统具有高的阻隔防护能力的同时，实现了低能耗的技术目的。
11.本发明采用不同透气度的功能面料结构设计，在微正压防护服通气鼓起后，利用局部透气度大的面料处存在泄露气体能力强，内部动态压力降低的物理特性，本发明通过人为设计控制微正压防护服的内部混合气体主要从透气度相对较高的高透湿功能面料处向外部泄露，并通过设置高透湿功能面料位于正压头罩的帽顶部位，防护服的其余大面积部位主要采用透气度低或近不透气的传统阻隔型面料，相对防护服外部的常压，微正压防护服的内部整体仍然是正压，在微正压防护服头罩部位的高透湿功能面料处可以形成动态低压力区，气体从过滤袋外表面附近的相对高压力区在压差驱动下向头罩部位的动态低压区扩散流动，微正压防护服的内部形成了气体的可控流动，能够及时高效地将人体躯干为主排出的汗液水蒸气及呼出的二氧化碳等混合气体从头罩部位的高透湿功能面料处排出到微正压防护服的外部，本发明利用压差自驱动和浓度差自驱动的物理设计，内部汗水挥发及传质更为高效，与全部采用防水透气ptfe功能面料制造的正压防护服相对比，本发明的微正压防护服结构不需要大的通气流量即可实现稳定排汗散热的功能，长期穿戴防护的同时舒适度得到提升。
12.本发明的微正压防护服系统在正压头罩的帽顶部位采用高透湿功能面料向外排
出混合气体的方案可以方便长时间乘坐飞机或地铁等交通工具的人员阻隔防护需要，头部可以自由靠在椅背休息。
实施例
13.实施例1：一种低功耗且高滤效的微正压防护服系统，电动风机组件主要包括以下零部件：工作电压介于11-17vdc，工作时功率介于6-8瓦的无刷直流电动风机，风机pwm控制器及开关，容量介于75-80wh的锂离子电池组，电池组低电量蜂鸣报警器，风机进气侧的第一级空气过滤元件采用平面滤材，其有效过滤面积为220平方厘米，其过滤效率优于bfe99，即按照gb2626测试，对于平均质量中位径3微米的盐性气溶胶颗粒物的过滤效率大于99％；其通气阻力系数介于100-130pa/(100平方厘米面积-气体流量85升/分钟)；平面滤材的两侧为35克重纺粘pp无纺布，中间层为25克重的pp熔喷布，边缘采用超声波焊接。进气接头位于上衣的靠近腹部位置，进气接头采用pp材料注塑而成近似90度的l型形状，进气接头位于微正压防护服的外部的进气端基本处于水平方向，与电动风机组件出口连接的送气导管相连接，进气接头位于微正压防护服内部的出气端处于竖直方向，配置有o型圈的沟槽用于密封固定过滤袋的进气端，过滤袋的进气端套装在进气接头的出气端，采用o型橡胶圈压紧密封；过滤袋采用的滤材其过滤效率达到并优于98％，有效过滤面积为700平方厘米，通气阻力系数介于210-260pa/(100平方厘米-85升/分钟)，制作过滤袋的平面滤材采用35克重的单面纺粘pp无纺布单面复合50-55克重的pp熔喷布，纺粘pp无纺布作为过滤袋的支撑作用的外表面层，pp熔喷布位于过滤袋的内侧；滤袋的对称边缘处采用超声波焊接或者采用热熔胶作为焊接填料热压连接；两级过滤后从过滤袋出来的洁净空气，按照gb2626测试，对0.3微米平均质量中位径的颗粒物的综合滤效达到99.98％。正压头罩部位的聚合物面屏采用透光度大于90％的eva，面屏的厚度介于0.28-0.30毫米；头罩面料与聚合物面屏的周边采用传统的缝合连接并对缝合线处压胶条密封或者超声波密封连接；微正压防护服系统的面料采用两种透气度差异较大的功能面料组成，一种为微正压防护服主体采用的pe透气膜/纺粘pp无纺布复合面料，其通气阻力系数大于1000pa/(100平方厘米面积-流量1升/分钟)；另一种为位于正压头罩帽顶部位的高透湿功能面料主要用于排出气体；其有效透气面积为200平方厘米，其通气阻力系数介于200-260pa/(100平方厘米面积-气体流量85升/分钟)，可以保证60-100升/分钟的通气流量下，微正压防护服的内部建立起介于60-120pa的微正压；高透湿功能面料采用采用50-55克重的pp熔喷布和两侧采用35克重的纺粘pp无纺布复合而成的三明治结构。
14.实施例2：其余同实施例1，第一级空气过滤元件和过滤袋采用的滤材，其0.3微米滤效均达到98％以上，通气阻力系数均介于200-260pa/(100平方厘米面积-气体流量85升/分钟)；平面滤材的两侧为35克重的纺粘pp无纺布，中间层为50-55克重的pp熔喷布；过滤袋的滤材采用35克重的纺粘pp无纺布与50-55克重的熔喷布单面复合，其过滤面积为700平方厘米；两级过滤后从过滤袋出来的洁净空气，按照gb2626测试，对0.3微米平均质量中位径的颗粒物的综合滤效达到99.999％；正压头罩帽顶部位采用的高透湿功能面料的有效透气面积为300平方厘米，通气阻力系数介于200-260pa/(100平方厘米面积-气体流量85升/分钟)，电动风机提供60-100升/分钟的通气流量下，防护服内部能建立起介于50-95pa的微正压；高透湿功能面料采用采用50-55克重的pp熔喷布和两侧的纺粘pp无纺布复合而成的三
明治结构。