一种口罩处理装置
技术领域
本发明涉及口罩处理技术领域，尤其涉及一种口罩处理装置。
背景技术
新冠肺炎的爆发，使得口罩的使用量激增，全球口罩紧缺，在口罩的有效使用期内，如何提升其安全性、佩戴舒适性，保持口罩的效能具有实际意义。
一般的防护口罩由三层材料构成：
1、面层：采用疏水改性的PP、PET材料制成，主要功能是防止大粒径的水珠通过并对其进行附着。
2、内层：也即过滤层，采用静电驻极纤维材料制成，静电驻极改性材料(主要为PP材料)经熔融、热风辅助喷射、高压静电驻极，形成直径为2～5um的丝状材料并堆积成无纺布面料，再经二次静电驻极，形成丝间结构含有静电场的过滤材料，当颗粒物通过时，在静电力的作用下，被吸附于表面进而被捕集。
3、贴合层：采用亲水的纺粘无纺布制成，柔软无刺激，用于舒适的面部贴合。
构成口罩过滤效率主要功能的是内层，也即过滤层。
降低口罩过滤性能的因素主要有，外部因素：颗粒物、微生物等被捕集附着，导致过滤效率下降；内部因素：呼出气体包含的水汽，咳嗽、喷嚏产生的飞沫，附着于过滤层，使得静电场强度下降，过滤效率下降，同时阻力增加。
一些机构的研究表明，空气中随飞沫传播的新冠肺炎的COVID-19病毒存活期大于3小时，附着在塑料表面的半衰期是6小时49分，口罩属于典型的塑料材料(其大部分原材料为PP、PET)。当口罩的各层富集具有感染性的细菌病毒后，尤其是随着内层含水量的增加导致的阻力增大，呼吸深度加大，会导致滤过性感染或接触感染概率增大。因此，目前建议口罩不要多次重复使用，而这也是造成口罩紧缺的主要原因。
采用消毒液、表面活性剂浸泡、洗涤，可以去除富集的颗粒物，但同时也使得内层的纤维驻极电荷消失，失去过滤效果；采用蒸汽蒸、热水煮、烘箱烘干等方式，都将导致静电驻极特性消失，大幅降底过滤性能。
如果能够对口罩进行快速脱水、消毒、除味、效率再生，在保证口罩的安全性、佩戴舒适性的情况下保持口罩的效能，使之能再生使用，将大大减缓目前口罩紧缺的局面，并满足以下应用场景的使用需求：
1.家庭：短时佩戴，出门购物、娱乐等；
2.办公：会议、会客结束；短时人员密集场所接触后；集中办公场所定期再生；
3.服务：超市收银、餐厅服务、娱乐场所服务，定期再生；
4.医疗：一般场合的定期再生；
5.酒店：餐厅就餐后、临时会客、外出等。
但是，现有技术中，仍未存在一种能够对口罩进行快速脱水、消毒、除味、效率再生的装置，因此难以使口罩能安全地再生使用。
UVC波段紫外线具有杀灭微生物的能力，已被实验验证对不同病毒、细菌等微生物的杀灭能力与辐照剂量，由于口罩为多层纤维堆积结构，快速杀灭深层微生物需要穿透力强大的UVC紫外线。合理设计并配备适合驱动电路的脉冲氙灯可以发射出瞬时功率数千瓦的强紫外光，具备强大的穿透性，适于短时间杀灭深层微生物。同时研究文献已证实，脉冲强光所包含的可见、红外波长产生的热效应和冲击效应，也具有对微生物的破坏与杀灭效果。在协同效应的共同作用下，杀菌消毒效率得到进一步的提升。
水、聚丙烯材料的红外吸收峰值集中在2～4um波长，采用具备此波段发射能力的、可快速启动的电发热器件，配合热辐射背反射和汇聚导向结构，可使水和PP材料快速发热，表面所含水分蒸发，而处理区空气和金属围护构件较少发热。石英卤素发热管、碳纤维发热管具备这一特性。
臭氧、负离子具有消除气味、杀灭微生物的能力，少量臭氧处理的纺织物具有气味清新的直观感觉。
静电驻极过程是高分子材料内部偶极子排序的过程，在外部电场的辅助下完成。PP纤维材料经加热后，施加外部电场，更易于重新驻极表面损失的静电场，冷却后，恢复表面静电驻极电场强度，进而恢复细微颗粒物的捕集能力。
排风风扇和过虑器构成的排气结构，可以形成处理区域的负压室结构，类似医疗环境的负压隔离舱，使得处理过程中产生的水汽、异味、微量臭氧、纤维脱落物甚至微生物被集中收集处理，不产生二次污染。
以上部件配合适当的驱动控制电路、围护结构、安全措施，可以对使用中的口罩进行快速脱水、消毒、除味和效率再生，适合在非特定环境下的口罩有效、舒适的使用。但现有技术中并没有这样的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种口罩处理装置，其能够对口罩进行快速脱水、消毒、除味、效率再生，使口罩能安全地再生使用。
为了达到上述的目的，本发明提供了一种口罩处理装置，包括壳体，所述壳体内设置有口罩处理区域，其还包括脉冲强光辐照组件，其包括脉冲氙气闪光管和导光组件，所述导光组件使所述脉冲氙气闪光管所发射的光线射向所述口罩处理区域；热辐射加热组件，其包括辐射热源和热背射反射器，所述热背射反射器把所述辐射热源所产生的热量导向所述口罩处理区域；静电驻极再生电场组件，其包括相对设置的驻极电晕电场发射极和驻极电场接地极，所述口罩处理区域位于所述驻极电晕电场发射极与驻极电场接地极之间，所述驻极电晕电场发射极包括配对设置的辉光等离子放电针和诱导电极。
进一步地，所述导光组件包括抛物线反射罩以及设置在所述抛物线反射罩内的背射反射镜和前射反射镜；所述脉冲氙气闪光管位于所述抛物线反光镜的对称面上，所述脉冲氙气闪光管的玻壳轴心与所述抛物线反光镜的焦点之间的距离为0～2r，其中r为所述脉冲氙气闪光管的玻壳半径；以所述抛物线反射罩的出光口所朝向的方向为下方，所述背射反射镜位于所述脉冲氙气闪光管的上方，所述前射反射镜位于所述脉冲氙气闪光管的下方。
进一步地，所述背射反射镜包括对称设置的两个朝下反射面，该两个朝下反射面的镜面夹角大于90°；所述前射反射镜包括对称设置的两个朝上反射面，该两个朝上反射面的镜面夹角大于90°。
进一步地，所述热背射反射器包括热辐射反射镜，所述热辐射反射镜设置在所述抛物线反射罩内并位于所述前射反射镜的下方，所述辐射热源位于所述热辐射反射镜的下方；所述热辐射反射镜包括对称设置的两个朝下反射面，该两个朝下反射面的镜面夹角大于90°。
进一步地，所述驻极电场接地极为金属网状结构，所述驻极电场接地极设置在所述抛物线反射罩的出光口，所述驻极电场接地极的金属部分相对于所述出光口的面积占比小于10％。
进一步地，所述辉光等离子放电针的一端为尖状结构，所述诱导电极为圆孔状，所述辉光等离子放电针指向所述诱导电极的中部。
进一步地，所述壳体设置有连通至所述口罩处理区域的排气口，所述排气口内设置有风扇和过滤器组件。
进一步地，还包括输送链，所述输送链设置有多个口罩挂架，所述输送链穿过所述壳体并能把口罩输送到所述口罩处理区域。
进一步地，以所述口罩处理区域为分界，所述脉冲强光辐照组件、热辐射加热组件和驻极电场接地极位于同一侧并构成第一侧组件，所述驻极电晕电场发射极位于另一侧并构成第二侧组件；在所述输送链的输送路径的两侧，所述第一侧组件与第二侧组件设置有多组并交叉设置。
进一步地，在所述输送链的输送路径的两侧，位于同一侧的所有所述辉光等离子放电针与位于另一侧的所有所述辉光等离子放电针的高压极性相反。
本发明所提供的一种口罩处理装置，使用时，脉冲强光辐照组件用于快速杀灭附着于口罩的病毒、细菌等微生物，热辐射加热组件用于快速去除纤维表面吸附的水分，静电驻极再生电场组件用于补充、增强驻极体静电场强，恢复或提升口罩的过滤效率，因此，相比于现有技术，该种口罩处理装置能够口罩进行快速脱水、消毒、除味、效率再生，使口罩能安全地再生使用。
附图说明
图1是本发明的口罩处理装置的结构示意简图；
图2是本发明的口罩处理装置在另一个角度上的结构示意简图；
图3是脉冲强光和红外辐射路径的示意图，其中，虚线为脉冲强光路径，双点划线为红外辐射路径；
图4是驻极电晕电场发射极的剖视结构示意简图；
图5是驻极电晕电场发射极在另一个角度上的结构示意简图；
图6是驻极电场接地极的结构示意简图；
图7是本发明的口罩处理装置设置有输送链及两组脉冲强光辐照组件、热辐射加热组件和静电驻极再生电场组件时的结构示意简图。
【附图标记说明】
01-口罩；
1-壳体、11-口罩处理区域；
2-脉冲强光辐照组件、21-脉冲氙气闪光管、22-抛物线反射罩、23-背射反射镜、24-前射反射镜；
3-热辐射加热组件、31-辐射热源、32-热辐射反射镜；
4-静电驻极再生电场组件、41-驻极电晕电场发射极、411-辉光等离子放电针、412-诱导电极、42-驻极电场接地极；
51-排气口、52-风扇、53-过滤器组件；
6-输送链。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作详细说明。
在本发明中，当出现方位词时，对于方位词，是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
在本发明中，除另有明确规定和限定，当出现术语如“设置在”、“相连”、“连接”时，这些术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种口罩处理装置，如图1至图7所示，包括壳体1，壳体1内设置有口罩处理区域11。
还包括脉冲强光辐照组件2，其包括脉冲氙气闪光管21和导光组件，导光组件使脉冲氙气闪光管21所发射的光线射向口罩处理区域11。
热辐射加热组件3，包括辐射热源31和热背射反射器，热背射反射器把辐射热源31所产生的热量导向口罩处理区域11。
静电驻极再生电场组件4，包括相对设置的驻极电晕电场发射极41和驻极电场接地极42，口罩处理区域11位于驻极电晕电场发射极41与驻极电场接地极42之间，驻极电晕电场发射极41包括配对设置的辉光等离子放电针411和诱导电极412。
基于上述的设置，在用时，脉冲强光辐照组件2用于快速杀灭附着于口罩01的病毒、细菌等微生物，热辐射加热组件3用于快速去除纤维表面吸附的水分，静电驻极再生电场组件4用于补充、增强驻极体静电场强，恢复或提升口罩01的过滤效率，因此，相比于现有技术，该种口罩处理装置能够将口罩01进行快速脱水、消毒、除味、效率再生，使口罩01能安全地再生使用。
待处理的口罩01可以通过直接放置或者输送的方式送到该口罩处理区域11，设置壳体1是为了防止所发射出的紫外线泄露，同时排气风扇在口罩处理区域11形成负压，以及避免病毒细菌、气味、表面脱落物泄露。
下面，对该口罩处理装置内的各功能组件进行详细说明。
脉冲强光辐照组件
脉冲强光辐照组件2的数量至少为一组，用于快速杀灭附着于口罩01的病毒、细菌等微生物。
在本实施例中，脉冲氙气闪光管21能发射出包含真空紫外(VUV)、紫外(UVC、UVB、UVA)、可见光和红外波段，其中，脉冲氙气闪光管21所发射的UVC波段具有快速杀灭病毒、细菌的作用。
在本实施例中，导光组件包括抛物线反射罩22以及设置在抛物线反射罩22内的背射反射镜23和前射反射镜24；脉冲氙气闪光管21位于抛物线反光镜的对称面上，脉冲氙气闪光管21的玻壳轴心与抛物线反光镜的焦点之间的距离为0～2r，其中r为脉冲氙气闪光管21的玻壳半径；以抛物线反射罩22的出光口所朝向的方向为下方，背射反射镜23位于脉冲氙气闪光管21的上方，前射反射镜24位于脉冲氙气闪光管21的下方。背射反射镜23包括对称设置的两个朝下反射面，该两个朝下反射面的镜面夹角大于90°；前射反射镜24包括对称设置的两个朝上反射面，该两个朝上反射面的镜面夹角大于90°。
通过上述导光组件，使脉冲氙气闪光管21所发射的光线都射向口罩处理区域11，并且经过对导光组件的形状及位置的布置，使得脉冲氙气闪光管21所发出的所有光线都由抛物线反射罩22的出光口射出而不受抛物线反射罩22内的其他部件阻碍。
优选地，抛物线反光罩22、背射反射镜23和前射反射镜24由铝合金抛光制得并在表面附着有三氧化二铝或二氧化硅涂层。
热辐射加热组件
热辐射加热组件3的数量至少为一组，用于快速去除纤维表面吸附的水分。
在本实施中，辐射热源31可以采用碳纤维发热管、卤素灯管，主要波长在近红外区域，波长1.6～4.2um，启动时间<3S。最优选地为采用石英卤素灯管发热热源，峰值波长2～4um近红外分布；同时，在石英卤素灯管的背射表面镀金，以反射近红外红外线，提升辐照功率。
在本实施例中，热背射反射器包括热辐射反射镜32，热辐射反射镜32设置在抛物线反射罩22内并位于前射反射镜24的下方，热辐射反射镜32与抛物线反光罩22构成热背射反射器。辐射热源31位于热辐射反射镜32的下方；热辐射反射镜32包括对称设置的两个朝下反射面，该两个朝下反射面的镜面夹角大于90°。把热辐射反射镜32和辐射热源31都设置在抛物线反射罩22内的话，抛物线反射罩22便能同时实现反射脉冲强光和红外辐射的作用，同时使得该口罩处理装置结构紧凑。热辐射反射镜32可以采用表面涂有氧化铝、二氧化钛、氧化锆中的一种或多种合成的反射涂层的反射镜。最优选地为涂有金红石型二氧化钛纳米涂层。
基于上述的结构，脉冲强光和红外辐射形成如图3所示的路径，抛物线反射罩22一物两用。
静电驻极再生电场组件
静电驻极再生电场组件4的数量至少为一组，用于补充、增强驻极体静电场强，恢复或提升口罩01的过滤效率，同时还能具有辅助杀菌除味的效果。对于静电驻极再生电场组件4，可以是在使用初期提供较高电压，产生大电流的辉光等离子体放电，进而产生离子风和大量的负氧离子、少量的臭氧，以实现辅助杀菌、除味的作用；而在使用后期降底放电电流，提供稳定的直流电场，以实现提升内层纤维的静电驻极效果的作用。当然，通过控制，也可以使静电驻极再生电场组件4一直都只实现提升内层纤维的静电驻极效果的作用。
在本实施例中，驻极电场接地极42为金属网状结构，驻极电场接地极42设置在抛物线反射罩22的出光口，驻极电场接地极42的金属部分相对于出光口的面积占比小于10％，优选地，驻极电场接地极42采用不锈钢平行栅栏结构。把驻极电场接地极42设置为金属网状结构并位于抛物线反射罩22的出光口后，也能够起到防止口罩01接触到抛物线反射罩22内的辐射热源31，同时使得整个口罩处理装置的结构更紧凑。
在本实施例中，辉光等离子放电针411的一端为尖状结构，诱导电极412为圆孔状，辉光等离子放电针411位于诱导电极412的中部。其中，辉光等离子放电针411可以采用耐腐蚀的不锈钢、钨丝、碳纤维棒制成，最为优选地采用多股碳纤维粘结的棒状材料。
优选地，辉光等离子放电针411串联电阻后接入高压电源，以避免结构误差导致的异常放电，均衡电场，电阻阻值1～100MΩ。
控制驱动组件
控制驱动组件用于对脉冲氙气闪光管21、辐射热源31、高压电源(可以是外设的，也可以是内设在该口罩处理装置内的接口)，下文所述的风扇52和输送链6等进行控制，还包括针对一般外科口罩和高效率专用口1的工作时序控制器。对于具体的控制驱动组件的型号和控制方法，本领域技术人员可根据现有技术的公开进行选用，因此不再在本申请中详述。
安全控制组件
安全控制组件包括用于检测口罩处理区域11或口罩01表面的温度的温度探测传感器或热温度保险丝，以保证在特定状态下的紧急停机和报警。
安全控制组件包括高压电源异常放电监控与报警，以保证在特定状态下的紧急停机和报警。
排气过滤组件
在本实施例中，壳体1设置有连通至口罩处理区域11的排气口51，排气口51内设置有风扇52和过滤器组件53，上述组件用于在口罩处理区域11产生负压，去除口罩处理过程中产生的脱落物、挥发异味、残留臭氧等的同时防止外泄。优选地，过滤器组件53可以由颗粒物过滤器、有机挥发物吸附过滤器、催化净化过滤器中的一种或多种组合所得。
输送链
在本实施例中，还包括输送链6，输送链6设置有多个口罩挂架，输送链6穿过壳体1并能把口罩01输送到口罩处理区域11。通过设置输送链6，能够依次对多个口罩01进行处理，提高效率，同时，为了避免紫外线泄露或者病毒细菌泄露，在壳体1的两端设置有入口门和出口门。
当采用输送链6时，为了提高对口罩01的处理效率，可以在壳体1内设置多组脉冲强光辐照组件2、热辐射加热组件3和静电驻极再生电场组件4，口罩01在被输送链6输送的路径上被多组上述的组件进行处理。
优选地，口罩处理区域11为分界，脉冲强光辐照组件2、热辐射加热组件3和驻极电场接地极42位于同一侧并构成第一侧组件，驻极电晕电场发射极41位于另一侧并构成第二侧组件；在输送链6的输送路径的两侧，第一侧组件与第二侧组件设置有多组并交叉设置。即如图7所示，每组第一侧组件均与一组第二侧组件(即驻极电晕电场发射极41)相对，而为了使口罩01的正反面都被处理均匀，在输送链6的输送路径的两侧，第一侧组件与第二侧组件设置有多组并交叉分布。
进一步优选地，在输送链6的输送路径的两侧，位于同一侧的所有辉光等离子放电针411与位于另一侧的所有辉光等离子放电针411的高压极性相反。即如图7所示，位于上方的辉光等离子放电针411接正高压，而位于下方的辉光等离子放电针411接负高压，这是为了保证电场同向。
制造及使用方法
使用金属铝材料，制成包括抛物线结构和矩形结构的反射罩，开口宽度80～160mm、长度150～200mm。
采用直径5mm，发光长度180mm的直管式脉冲氙气闪光管，脉冲氙气闪光管的中心轴线与抛物线反射镜焦点重合。
脉冲氙气闪光管上方安装有背射反射镜，下方安装有前射反射镜，背射反射镜和前射反射镜的顶点线与脉冲氙气闪光管中心轴线平行并置于同一平面，背射反射镜和前射反射镜距离脉冲氙气闪光管中心轴线2～5r。背射反射镜和前射反射镜的反射面抛光并附着氧化铝或二氧化硅涂层。
脉冲氙气闪光管的单次发光经反射后，出光口平均UVC辐照强度>0.5mJ/cm2。
辐射热源采用近红外直管式发热源，直径6～12mm，发热辐射长度180mm，近红外波长峰值2～5um，功率500～2000W，启动速度<3S。近红外直管式发热源背射面外层镀金反射层。
热辐射反射镜采用铝材料制成，表面涂装并烧结二氧化钛涂层，涂层厚度1～10um。
前射反射镜与热辐射反射镜之间有隔热层，使用硅酸铝纤维材料，厚度1～5mm。
驻极电场接地极采用0.3～1.0mm不锈钢丝，以5～20mm等间距平行布置于出光口上。
以上部分构成第一侧组件。
驻极电晕电场发射极部分，辉光等离子放电针采用直径0.5mm、由多股碳纤维粘结成的棒状材料制成，一端磨削成尖利形状，长度20mm，20～70mm等间距布置于绝缘材料板上，通过10MΩ电阻接入高压电源。诱导电极采用不锈钢片制成，厚度0.1～1mm，在不锈钢片上与辉光等离子放电针对应的位置处开孔，孔径10～60mm，辉光等离子放电针与诱导电极垂直并指向开孔中心，尖端与开孔边缘的距离10～30mm。
诱导电极平面与低电位驻极电场电极平行安装，投影居中。
以上部分构成第二侧组件。
壳体采用不锈钢片材制成，其为长度120～200mm，厚度80～120mm，高度200～300mm的矩形盒状结构，构成处理腔室结构。上部和下部开口，形成上部开口和下部开口，采用与开口同样面积的框状不锈钢片制得口罩挂架，口罩挂架位于口罩处理区域内。
壳体的上部开口安装第一侧组件，下部开口安装第二侧组件。
侧面或底面区域设置排气口，并安装风机与活性炭过虑器组件，具体采用叶片直径60mm的直流风机，一侧安装厚度10mm、孔径1mm的活性炭蜂窝材料。
在壳体的内部，出光口投影区域外安装热温度保险丝，熔断温度150～200℃，并与控制驱动组件电源输入相连，同时安装PT100温度传感器，与控制驱动组件连接。
制作整体围护结构，将控制驱动组件安装于内部，面板设置电源开关、口罩类型挡位选择开关、启动开关和相应的指示灯，口罩类型分为普通口罩、医用防护口罩。
将待处理的口罩固定于口罩挂架上，放入处理腔室内，启动处理。
当处理普通口罩时，UVC总辐照剂量>20mJ/cm2，驻极电场施加时间5～20S，腔内温度<100度，持续时间<30S。
当处理医用防护口罩时，UVC总辐照剂量>50mJ/cm2，驻极电场施加时间10～30S，腔内温度<120度，持续时间<60S。
处理过程中，启动排风风扇低速档，处理定时结束后，启动排风风扇高速档，工作5～20S。
以上结构适用于低频度处理使用。
以上述的第一侧组件和为第二侧组件为基础，相对设置的第一侧组件和第二侧组件构成一组，把两组或多组布置于腔室两侧，中部安装有可控速度的、带有挂钩的传送带或口罩挂架移动装置，左右两侧安装有自动开合的密闭门，构成如图7所示的装置。口罩耳带被固定于传送带或口罩挂架，启动后，自动时序控制装置将口罩送入处理腔室，并依次启动各处理单元，完成快速脱水、消毒、除味、驻极再生，在出口端摘下后即可使用，简便快捷。
以上结构适用于高频度或批量处理使用。
通过上述的结构设置，该种口罩处理装置满足以下应用场景的口罩处理需求：
1.家庭：短时佩戴，出门购物、娱乐等；
2.办公：会议、会客结束；短时人员密集场所接触后；集中办公场所定期再生；
3.服务：超市收银、餐厅服务、娱乐场所服务，定期再生；
4.医疗：一般场合的定期再生；
5.酒店：餐厅就餐后、临时会客、外出等。
综上，该种口罩处理装置能够对口罩进行快速脱水、消毒、除味、效率再生的装置，因此难以使口罩能安全地再生使用。
在不冲突的情况下，上述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
