CN109248388A

CN109248388A - 一种可穿戴空气净化装置

Info

Publication number: CN109248388A
Application number: CN201811047343.8A
Authority: CN
Inventors: 郑艺华; 其他发明人请求不公开姓名
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2018-09-09
Filing date: 2018-09-09
Publication date: 2019-01-22

Abstract

本发明提供一种可穿戴空气净化装置，面罩附在人体面部形成覆盖人体口鼻部的封闭气室，面罩从环境侧起依次为过滤器、单向阀、调节阀和热湿交换器，热湿交换器的呼气通道内置所述吸湿材料，吸湿材料可以吸热或放热，吸气通道同时实现热湿处理，直至达到人体舒适的温湿度参数。本发明携带及佩戴方便，无需耗能便可温湿度调节、避免了传统口罩的闷气和浪费滤化材质等问题，也避免了现有便携式的空气净化装置不适合运动的情况。***重量轻、成本低，享受舒适呼吸。

Description

一种可穿戴空气净化装置

技术领域

本发明涉及一种可穿戴空气净化装置，特别涉及一种无需耗能调节温度和湿度的可穿戴空气净化装置。

背景技术

随着经济的发展，空气污染愈发严重，目前，我国己有超过80％的城市雾霾频发，国人的身体健康己受到侵害，严重影响生活质量，甚至威胁到人类的生存。随身可穿戴的空气净化装置无疑成为了应对的主要手段。

目前的可穿戴式空气净化器所营造的密闭环境在处理人体呼出的高热湿空气以及吸入的空气温湿度参数存在诸多缺陷。基于人体的生理代谢功能，人体呼出的气体基本稳定在32℃，并且湿度约为34mg/L，相对湿度接近100%。而典型的环境空气在20℃左右，且绝对湿度10mg/L，相对湿度接近40%，但户外不同环境和天气的温度会在-10℃到35℃较宽范围变化，湿度也有较大变化。高热湿的呼出气体至少造成如下问题，呼出的热气遇冷冷凝，使得密闭环境变得闷湿，水蒸气容易将净化器的滤材浸湿，更加闷气乃至失效，舒适度立即下降；如果佩戴眼镜，呼出的热气还会导致镜片模糊，影响安全。进一步地，环境吸入的空气温度和湿度参数与舒适环境乃至室内环境存在较大的差异，给人体的正常呼吸造成障碍和困难，并进一步降低了人呼吸的舒适度，甚至造成伤害。另外，被动调温调湿措施采用热湿交换材料交替通过吸气和呼气，不能保证效果，只能作为辅助措施，吸气和呼气完全混合，流动紊乱并相互污染；主动调温措施主要采用电驱动加热和冷却，需要额外能源，电池重量大，人体负重增加，降低舒适度，不适合身体行走或运动状态佩戴。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的缺陷，高效利用人体呼出的高热湿气体，用以改善吸气的温度和湿度参数，消除环境的温湿度不均匀，提供一种无需耗能即可调节温度和湿度的可穿戴空气净化装置。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的，一种可穿戴空气净化装置包括面罩、过滤器、单向阀、调节阀、热湿交换器、吸湿材料、温湿度指示器，所述面罩附在人体面部形成覆盖人体口鼻部的具有一定容积的封闭气室，所述面罩从环境侧起依次安装所述过滤器、所述单向阀、所述调节阀和所述热湿交换器，所述过滤器为绒毛过滤器等形式的低压降过滤结构，不阻碍呼吸，将环境空气过滤变为清洁空气，所述单向阀为单向导通的大流量气体阀门，保证了气流的单向流动，呼气通道的所述单向阀的导通方向为向环境呼气，吸气通道的所述单向阀导通方向为从环境吸气，所述调节阀实现气流流通面积的调节，进而调节所述热湿交换器的热湿交换面积，所述热湿交换器可以是螺旋板式、转轮和组合板式等形式的热交换器，呼气和吸气在热湿交换器中实现热湿交换，靠近嘴部位置为所述热湿交换器的呼气通道的入口，靠近鼻部位置为所述热湿交换器的吸气通道的出口，所述热湿交换器的呼气通道内置所述吸湿材料，所述吸湿材料可以是吸湿放热材料和吸湿吸热材料，其中吸湿放热材料用于环境温度低于吸气温度时，其中吸湿吸热材料用于环境温度高于吸气温度时，也可按一定比例混合使用，用于一定的环境温度，所述温湿度指示器为温湿度颜色指示贴片，放置在所述面罩内靠近鼻部的可示位置，指示是否吸气温度和湿度处于人体适宜的温湿度参数范围。

进一步的，所述调节阀可以由多片相互重叠的弧形叶片组成，借助旋转转动圆环改变叶片的离合改变中心孔径，进而调节流通面积。

进一步的，所述热湿交换器优选是螺旋板式的热交换器，隔板为金属箔片材料，隔板上布置有微孔作为湿交换通道，内部形成两个螺旋形通道，其中一条通道螺旋，作为吸气通道，环境空气作螺旋流动，从中心入口进入，并由中心转到周边，外侧出口流出，另一通道作为呼气通道，内部填充所述吸湿材料，呼气作轴向流动，从靠近嘴部一侧入口向环境一侧出口流动，吸气和呼气作交叉流动。

进一步的，应用上述可穿戴空气净化装置的工作流程如下，人体呼气呼出的高湿热气体，流经所述热湿交换器呼气通道的所述吸湿材料，吸收和放出热量，并经所述单向阀呼出到环境，同时，环境空气经所述过滤器过滤净化，并通过所述单向阀进入所述热湿交换器的吸气通道，进行热湿交换，如所述温湿度指示器指示吸气不处于人体适宜的温湿度参数范围，通过所述调节阀调节所述热湿交换器的热湿交换面积直至达到人体较舒适的温湿度参数，完成净化和温湿度调节的环境空气经吸气通道的出口流出并进入人体完成吸气。

本发明的有益效果是发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明高效利用人体呼出的高热湿气体，既消除了呼出气体的不良影响，又可用于调节吸气温度和湿度；利用吸湿吸热材料和吸湿放热材料以及高吸湿材料实现温度和湿度调节，无需耗能、重量轻；利用热湿交换器实现温度和湿度调节，轻便、高效，内嵌的吸湿材料可更换、方便，适应性好；热湿交换器的交换面积可调节，适应不同季节、不同环境以及人体静止和运动场合负荷，均较好地满足要求；热湿交换器为间壁式，防止进气和排气相互干扰和污染；利用温敏材料和湿敏材料，通过颜色指示吸气温湿度状态，直观、方便、价格低；固定了气流进出人体的流动路线和方向，吸气端在鼻上侧和边侧，呼气端在嘴处，位置不同，防止干扰，残留气体少；单向阀放置在环境侧，气室的缓冲容积大，能防止内部呼气和吸气混合和相互干扰；本发明携带及佩戴方便，无需耗能便可温湿度调节、避免了传统口罩的闷气和浪费滤化材质等问题，也避免了现有便携式的空气净化装置不适合运动的情况。***重量轻、成本低，享受舒适呼吸。

附图说明

图1是本发明可穿戴空气净化装置的侧面视图。

图2是本发明可穿戴空气净化装置的正面视图。

图3是本发明热湿交换器的结构原理示意图。

其中，1、面罩，2、过滤器、3、单向阀，4、调节阀，5、热湿交换器，6、吸湿材料，7、温湿度指示器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的，一种可穿戴空气净化装置包括面罩1、过滤器2、单向阀3、调节阀4、热湿交换器5、吸湿材料6、温湿度指示器7。如图1和图2所示，面罩1附在人体面部形成覆盖人体口鼻部的具有一定容积的封闭气室，过滤器2、单向阀3、调节阀4和热湿交换器5置于面罩1上，其相对位置从环境侧起依次为过滤器2、单向阀3、调节阀4和热湿交换器5，过滤器2为绒毛过滤器等形式的低压降过滤结构，不阻碍呼吸，将环境空气过滤变为清洁空气，单向阀3为单向导通的大流量气体阀门，保证了气流的单向流动，呼气通道501的单向阀3的导通方向为从嘴部向环境呼气，吸气通道502的单向阀3导通方向为从环境向鼻部吸气，调节阀4实现气流流通面积的调节，进而调节热湿交换器5的热湿交换面积，热湿交换器5是螺旋板式热交换器，呼气和吸气在热湿交换器5中实现热湿交换，靠近嘴部位置为热湿交换器5的呼气通道入口503，靠近鼻部位置为热湿交换器5的吸气通道出口504，热湿交换器的呼气通道5内置吸湿材料6，吸湿材料6可以是吸湿放热材料和吸湿吸热材料，其中吸湿放热材料采用有机高分子类，如聚丙烯酸钠（PPA），等材料制成的纤维丝，用于环境温度低于吸气温度时，其中吸湿吸热材料采用硝酸胺、硝酸钾等微胶囊颗粒材料，用于环境温度高于吸气温度时，也可按一定比例混合使用，用于一定的环境温度，温湿度指示器7为温湿度颜色指示贴片，放置在面罩1内靠近鼻部的可示位置，指示是否吸气温度和湿度处于人体适宜的温湿度参数范围。

调节阀4的原理类似于相机光圈的工作形式，由6片相互重叠的弧形薄金属叶片组成，借助旋转转动圆环改变叶片的离合改变中心孔径，进而调节流通面积。

如图3所示，热湿交换器5是螺旋板式的热交换器，隔板505为金属箔片材料，隔板505上布置有不少于100000个/平方米，直径小于0.1mm的微孔作为湿交换通道，内部形成两个螺旋形通道，其中一条通道螺旋，作为吸气通道502，环境空气作螺旋流动，图3中指示为细箭头，从中心入口506进入，并由中心转到周边，外侧出口504流出，另一通道作为呼气通道501，内部填充吸湿材料6，呼气作轴向流动，图3中指示为粗箭头，从靠近嘴部一侧入口503向环境一侧出口507流动，吸气和呼气作交叉流动。

应用上述可穿戴空气净化装置的工作流程具体如下，人体呼气呼出的高湿热气体，流经热湿交换器5呼气通道501的吸湿材料6，吸收和放出热量，并经单向阀3呼出到环境，同时，环境空气经过滤器2过滤净化，并通过单向阀3进入热湿交换器5的吸气通道502，进行热湿交换，如温湿度指示器7指示吸气不处于人体适宜的温湿度参数范围，通过调节阀4调节热湿交换器7的热湿交换面积直至达到人体较舒适的温湿度参数，完成净化和温湿度调节的环境空气经吸气通道502的出口504流出并进入人体完成吸气。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种可穿戴空气净化装置，包括面罩（1）、过滤器（2）、单向阀（3）、调节阀（4）、热湿交换器（5）、吸湿材料（6）、温湿度指示器（7），其特征在于，所述面罩（1）附在人体面部形成覆盖人体口鼻部的具有一定容积的封闭气室，所述面罩（1）从环境侧起依次安装所述过滤器（2）、所述单向阀（3）、所述调节阀（4）和所述热湿交换器（6），所述过滤器（2）为低压降过滤结构，所述单向阀（3）为单向导通的大流量气体阀门，呼气通道（501）的所述单向阀（3）的导通方向为向环境呼气，吸气通道（502）的所述单向阀（３）导通方向为从环境吸气，所述调节阀（4）实现气流流通面积的调节，进而调节所述热湿交换器（５）的热湿交换面积，呼气和吸气在热湿交换器（５）中实现热湿交换，靠近嘴部位置为所述热湿交换器（５）的呼气通道（501）的入口（503），靠近鼻部位置为所述热湿交换器（５）的吸气通道（502）的出口（504），所述热湿交换器的呼气通道（501）内置所述吸湿材料（６），所述吸湿材料（６）是吸湿放热材料和吸湿吸热材料，所述温湿度指示器（７）为温湿度颜色指示贴片，放置在所述面罩（1）内靠近鼻部的可示位置，指示是否吸气温度和湿度处于人体适宜的温湿度参数范围。

2.根据权利要求1所述的一种可穿戴空气净化装置，其特征在于，所述调节阀（４）由相互重叠的弧形叶片组成，借助旋转转动圆环改变叶片的离合改变中心孔径，进而调节流通面积。

3.根据权利要求1所述的一种可穿戴空气净化装置，其特征在于，所述热湿交换器（５）是螺旋板式的热交换器，隔板（505）为金属箔片材料，隔板（505）上布置有微孔作为湿交换通道，内部形成两个螺旋形通道，其中一条通道螺旋，作为吸气通道（502），环境空气作螺旋流动，从中心入口（506）进入，并由中心转到周边，外侧出口（504）流出，另一通道作为呼气通道（501），内部填充所述吸湿材料，呼气作轴向流动，从靠近嘴部一侧入口（503）向环境一侧出口（507）流动，吸气和呼气作交叉流动。

4.应用权利要求1所述的一种可穿戴空气净化装置的工作流程，其特征在于，人体呼气呼出的高湿热气体，流经所述热湿交换器呼气通道（501）的所述吸湿材料（6），吸收和放出热量，并经所述单向阀（3）呼出到环境，同时，环境空气经所述过滤器（2）过滤净化，并通过所述单向阀（3）进入所述热湿交换器（5）的吸气通道（502），进行热湿交换，如所述温湿度指示器（7）指示吸气不处于人体适宜的温湿度参数范围，通过所述调节阀（4）调节所述热湿交换器（7）的热湿交换面积直至达到人体较舒适的温湿度参数，完成净化和温湿度调节的环境空气经吸气通道（501）的出口（504）流出并进入人体完成吸气。