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余庆波
郑元枫
葛超
肖艳文
赵宏伟
汪德武
贺元吉
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Abstract

本发明公开了一种头戴式低阻防活性颗粒呼吸器。本发明采用头盔和面罩分离式设计，方便佩戴，头盔式的呼吸器将重量集中在头部，减少耳挂式面罩对耳朵的压迫，佩戴方便且稳定；面罩的收纳状态和使用状态转变快捷方便，并可调整面罩与口鼻的距离，与口鼻形成半封闭空间；采用仿生结构面罩，贴合人体脸型，并采用过滤单元和主动通气单元组成的低阻过滤装置，在有效去除活性颗粒以及霾等细微颗粒的同时，利用主动通气的方式，降低呼吸阻力，提高人体自由呼吸的舒适性，且不会在眼镜上产生水汽。

Description

一种头戴式低阻防活性颗粒呼吸器
技术领域
本发明涉及呼吸面罩技术领域，具体涉及一种头戴式低阻防活性颗粒呼吸器。
背景技术
在个人防护用品领域，常见的防颗粒防霾呼吸器大多数为被动呼吸式，即靠口鼻呼吸使呼吸器内外产生压力差，迫使空气穿过呼吸器的滤芯，实现清除有害颗粒或雾霾颗粒物的功能。这类被动式防除颗粒呼吸器长时间使用后，因呼吸通气阻力较大极易造成使用者缺氧、头晕等身体不适状况。
目前，活性材料在军用及民用领域有较大的潜在应用，是相关研究机构的研究热点。常用的活性材料主要是一种以高分子聚合物(如PTFE)粉体为基体，通过在其中填充一定量的含能金属粉体(如金属、合金、金属间化合物等)构成的活性含能混合物，目前常用的有PTFE/Al、PTFE/Al/W、PTFE/Cu等混合粉末材料。这类活性材料经充分混合后，再用专用模具冷压和高温烧结就可制备成各类活性毁伤元(如活性破片、活性药型罩、活性杆条等)，可应用于防空/反导弹药，实现“不命则已，命中即毁”高效毁伤能力；用于攻坚/破甲聚能弹药技术，不仅减轻战斗部重量同时简化结构设计，但可实现对目标结构破坏毁伤效应；用于穿甲弹药，显著提高对装甲目标的侵彻及后效毁伤威力。活性材料武器化的应用不仅可以提升各种弹药的杀伤力及毁伤性能，且由于其比较钝感对弹药的安全性也有一定的保证，故世界各国武器弹药研究机构及人员对活性材料技术引起高度重视。
然而，活性材料毁伤元本质上是用各类非金属、金属粉体混合后制备而成的，这类粉体的颗粒大小不一，尤其是非金属聚四氟乙烯粉体的粘结性和吸附性较好，且在高温烧结时会有一定的有毒气体释放出来，这对相关操作人员的身体有一定的害处。因此，在制备这类活性材料时，必须佩带性能良好的呼吸器，一方面，方便佩戴者进行相关工序的操作；另一方面，这种呼吸器要有防活性颗粒和气体的功能。目前，防颗粒效果较好的呼吸器相对较笨重，尤其是在寒冷天气下呼出的水汽可能会糊住眼镜。同时，考虑到必须佩戴头盔执勤执法人群的防霾需求，在头盔的基础上设计出头盔式低阻防活性颗粒并兼顾防霾呼吸器。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种头戴式低阻防活性颗粒呼吸器，既能提供安全防护又具有空气净化功能，且体积小、质量轻，保证工作过程中呼吸通畅，且在冬天佩戴时呼出的气不会使眼镜模糊；在室内工作过程中佩戴，可以有效防止有害颗粒及活性粉体颗粒被吸入口鼻、身体；在雾霾天佩戴时，可有效防止有害气体；休息时，这种头戴式呼吸器还可以有效保护头部。
本发明的头戴式低阻防活性颗粒呼吸器，包括：头盔、面罩和中空的连接件；其中，头盔包括头盔壳体、以及安装在头盔壳体上的电源、过滤单元和主动通气单元；面罩包括仿生结构的面罩支架和内衬；所述面罩支架通过所述中空的连接件安装在头盔壳体上；头盔壳体内设有通气管道，所述通气管道的一端接主动通气单元的出风口，另一端通过中空的连接件与面罩连通；过滤单元固定在主动通气单元的进风口；电源为主动通气单元供电。
较优的，所述过滤单元采用HEPA滤芯。
较优的，所述中空的连接件包括中空的转轴和管路；其中，转轴安装在头盔壳体上，管路一端固定在转轴上，并与头盔壳体内的通气管道连通，另一端固定在面罩。
较优的，所述电源采用可充电锂电池。
较优的，主动通气单元包括鼓风机及其控制模块，所述电源为鼓风机和控制模块供电，所述控制模块通过控制鼓风机的供电电压改变鼓风机的风速。
较优的，头盔壳体采用凯夫拉复合材料、碳纤维复合材料或ABS复合材料制成，所述头盔壳体内的通气管道采用全铜、不锈钢等金属材料制成；所述连接件采用UPVC或PVC塑料制成。
较优的，所述面罩支架采用UPVC或PVC塑料制成，所述内衬采用无纺布、高分子材料或活性炭纤维毡垫制成。
较优的，所述面罩支架上还预留有连接电子设备的接口。
较优的，使用时，所述面罩位于口鼻处，距离口鼻4～6mm，与口鼻形成半封闭空间。
有益效果：
(1)本发明采用头盔和面罩分离式设计，方便佩戴，头盔式的呼吸器将重量集中在头部，减少耳挂式面罩对耳朵的压迫(且长时间佩戴耳朵会疼痛)，同时佩戴方便且稳定；面罩的收纳状态和使用状态转变快捷方便，并可调整面罩与口鼻的距离，与口鼻形成半封闭空间；采用仿生结构面罩，贴合人体脸型，并采用过滤单元5和主动通气单元组成的低阻过滤装置，在有效去除活性颗粒以及霾等细微颗粒的同时，利用主动通气的方式，降低呼吸阻力，提高人体自由呼吸的舒适性，且不会在眼镜上产生水汽。
(2)采用HEPA滤芯，吸附活性颗粒、霾等细微颗粒能力强，有较强的洁净空气能力。
(3)采用可充电锂电池，体积小，质量轻，容量高，稳定可靠，且可反复使用。
(4)主动通气单元利用控制模块控制鼓风机的供电电压，改变鼓风机的风速，适用于不同程度的空气污染。
(5)头盔壳体采用凯夫拉复合材料、碳纤维复合材料或ABS复合材料制成，较高强度、高耐磨性和良好的柔韧性，提高头盔的防护能力和便携性；头盔壳体内通气管道采用全铜、不锈钢等制成，具有良好的洁净度、耐腐蚀性和密闭性；连接件采用UPVC或PVC塑料制成，具有质地轻、强度高、耐腐蚀与密封性好等特点，通常采用3D打印，且方便更换。
(6)面罩支架采用UPVC或PVC塑料制成，具有质地轻、成形性好特点，可通过3D打印技术制成符合人体面型的仿生结构，更贴合人脸型；内衬采用无纺布、高分子材料或活性炭纤维毡垫制成，具有良好的吸附性能，且透气性好，无异味。
(7)面罩支架上还预留有附件，用于连接其他电子设备，可进一步丰富头盔的功能。
附图说明
图1为本发明低阻防活性颗粒防霾呼吸器结构及原理图；
其中，1—管路，2—转轴，3—头盔壳体，4—电源，5—过滤单元，6—鼓风机，7—控制模块，8—面罩，9—附件。
图2为本发明面罩收放图；
其中，A为使用状态；B为收拢状态。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种头戴式低阻防活性颗粒呼吸器，如图1所示，包括头盔、面罩和中空的连接件，其中面罩通过连接件固定在头盔上。
其中，头盔包括头盔壳体3、电源4、过滤单元5、主动通气单元等。头盔壳体3具有安全防护的功能，同时作为电源4、过滤单元5和主动通气单元的安装平台，可采用凯夫拉复合材料、碳纤维复合材料、ABS复合材料等材料制成，具有较高强度、高耐磨性和良好的柔韧性，提高头盔的防护能力和便携性电源4可选用可充电锂电池，具有小体积、轻质量、高容量、稳定可靠、可反复使用等优点，主要为主动通气单元供电；电源4外还设有金属防护壳，保证电芯的物理安全防止其被意外刺穿；过滤单元5和主动通气单元组成低阻过滤装置，用于防活性颗粒或除霾，且采用主动通气的方式，降低呼吸阻力；其中，过滤单元5选用HEPA滤芯5，具有较优的防活性颗粒或除霾功能，对吸入的空气进行净化；主动通气单元包括鼓风机6和控制模块7，鼓风机6主动将空气吸进HEPA滤芯5后成为洁净空气；控制装置7通过对电池4电量的分配，控制调节鼓风机6的供电电压，从而实现鼓风机6风速的控制。头盔壳体3内设有通气管道，所述通气管道的一端接主动通气单元的出风口，另一端通过中空的连接件与面罩连通，外部空气经过滤单元5变成洁净空气后，经头盔壳体内的通气管道以及中空的连接件，输送至口鼻处。头盔壳体3内的通气管道可采用全铜、不锈钢等材料制成，通气管道应具有良好的洁净度、耐腐蚀性和密闭性。
连接件由中空的管路1和转轴2组成。管路1的一端通过转轴2连接在头盔上，另一端连接面罩，负责把洁净空气由头盔输送至面罩处，转轴2用于更改面罩的位置，将面罩位置调至A处(使用状态)或B处(收起状态)，如图2所示。连接件可采用UPVC、PVC塑料等材料制成，具有质地轻、强度高、耐腐蚀与密封性好等特点，通常采用3D打印，且方便更换。
面罩包括仿生结构的面罩支架和内衬；其中，面罩支架采用UPVC或PVC塑料制成，具有质地轻、成形性好特点，可通过3D打印技术制成符合人体面型的仿生结构，更贴合人脸型，在口鼻处形成半封闭空间，且可根据使用者要求，方便根据顾客脸部特征进行定制；所述内衬采用无纺布、高分子材料或活性炭纤维毡垫制成，具有良好的吸附性能，且透气性好，无异味，可替换，易拆卸。面罩支架上还可设置附件9，附件9为预留接口，可安装话筒等电子设备。
工作方式如下：首先将呼吸器(头盔)佩戴好，面罩位于B位置；当进行活性材料混粉、冷压及烧结时，或雾霾天气来临时，将面罩转至A位置。此时，面罩位于口鼻上方4～6mm处，与口鼻形成半封闭空间。闭合控制装置7的开关，鼓风机6将含颗粒或雾霾空气吸入，空气经过HEPA滤芯5过滤后进入头盔内部通气管路，此时洁净空气流速增大，管道内压强增大；洁净空气通过转轴5进入管路1到达面罩8，在面罩8与口鼻处形成高压半封闭区域，多余洁净空气从面罩与口鼻间隙逸出，口鼻优先从高压区吸气，呼出气体也从面罩与口鼻间隙逸出。期间，吸入的空气都是流速增大的洁净空气，呼吸阻力与正常呼吸一致，呼吸器既能实现防护功能，也能实现防活性颗粒防霾功能。当活性材料每道工序完结或需要休息时，亦或雾霾天气结束后，可将面罩转至B位置，关闭呼吸器。此时，呼吸器只能实现防护功能。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。

Claims (9)

1.一种头戴式低阻防活性颗粒呼吸器，其特征在于，包括：头盔、面罩和中空的连接件；其中，头盔包括头盔壳体(3)、以及安装在头盔壳体(3)上的电源(4)、过滤单元(5)和主动通气单元；面罩包括仿生结构的面罩支架和内衬；所述面罩支架通过所述中空的连接件安装在头盔壳体(3)上；头盔壳体(3)内设有通气管道，所述通气管道的一端接主动通气单元的出风口，另一端通过中空的连接件与面罩连通；过滤单元(5)固定在主动通气单元的进风口；电源(4)为主动通气单元供电。
2.如权利要求1所述的头戴式低阻防活性颗粒呼吸器，其特征在于，所述过滤单元(5)采用HEPA滤芯。
3.如权利要求1所述的头戴式低阻防活性颗粒呼吸器，其特征在于，所述中空的连接件包括中空的转轴(2)和管路(1)；其中，转轴(2)安装在头盔壳体(3)上，管路(1)一端固定在转轴(2)上，并与头盔壳体(3)内的通气管道连通，另一端固定在面罩。
4.如权利要求1所述的头戴式低阻防活性颗粒呼吸器，其特征在于，所述电源(4)采用可充电锂电池。
5.如权利要求1或4所述的头戴式低阻防活性颗粒呼吸器，其特征在于，主动通气单元包括鼓风机(6)及其控制模块(7)，所述电源(4)为鼓风机(6)和控制模块(7)供电，所述控制模块(7)通过控制鼓风机(6)的供电电压改变鼓风机(6)的风速。
6.如权利要求1所述的头戴式低阻防活性颗粒呼吸器，其特征在于，头盔壳体(3)采用凯夫拉复合材料、碳纤维复合材料或ABS复合材料制成，所述头盔壳体(3)内的通气管道采用全铜、不锈钢等金属材料制成；所述连接件采用UPVC或PVC塑料制成。
7.如权利要求1所述的头戴式低阻防活性颗粒呼吸器，其特征在于，所述面罩支架采用UPVC或PVC塑料制成，所述内衬采用无纺布、高分子材料或活性炭纤维毡垫制成。
8.如权利要求1或7所述的头戴式低阻防活性颗粒呼吸器，其特征在于，所述面罩支架上还预留有连接电子设备的接口。
9.如权利要求1所述的头戴式低阻防活性颗粒呼吸器，其特征在于，使用时，所述面罩位于口鼻处，距离口鼻4～6mm，与口鼻形成半封闭空间。
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