[发明专利]用于置换身体对流并提供可控的个人呼吸区域的方法和设备

说明书

技术领域

已发现，由于存在身体对流，因此，在夜间睡眠或与之相当的情况下，吸入的空气中微粒和过敏原的浓度通常高于其他情况以及常规卧室或起居室的其他地方。人体产生的对流通过呼吸区域附近，从而加强并压缩来自因床上的移动而变形的寝具中的所有重要宿主的排放物。

本发明大体涉及用于在夜间睡眠或与之相当的情况下置换身体对流，并减少个人呼吸区域中的气载污染物的方法和设备，且确切地说，涉及使用温控分层气流（下文中缩写为TLA）的方法和设备。

背景技术

用于减少诸如过敏原和污染物等住宅气载污染物的设备在住宅区和公共场所很有用。通过使周围气流穿过高效微粒空气（HEPA）过滤器，清洁空气技术高效去除悬浮微粒。但是，HEPA过滤系统的效率取决于使用该设备的环境的气流动态。被污染的周围空气与过滤空气混合通常会降低HEPA过滤的最高效率。

因此，室内空气净化器装置通常无法置换身体对流并提供可控的个人呼吸区域。

已报道若干可提供净化的个人呼吸区域的设备。

WO2008/058538、US6910961以及US2008/0308106描述专门的供气出口，其可经定位以向个人清洁空气环境提供调节空气。

US2008/0307970描述一种颈戴式设备（neck-worn device）。

US6916238描述一种在睡眠时间提供净化的个人呼吸区域的封闭式清洁空气盖罩。

US7037188描述一种在睡眠时间提供净化的个人呼吸区域的床铺通风系统。

所有这些设备利用推动力或强制鼓风，以产生并维持过滤气流，从而包围护理点（point of care）。但是，这些方法和设备的气流通风并不舒适、干燥而且对过滤气流的速度整体控制不佳。此外，在没有罩盖或外壳的情况下，即使过滤气流大体分层，高速强制鼓风有时也会不可避免地使被污染的周围空气发生汹涌混合。

通过利用重力而非推动力或鼓风力产生分层气流，可避免周围空气的汹涌混合。TLA的原理是利用护理点处的供气和周围空气之间的气温差产生层流。大体上分层的过滤冷空气流密度比周围空气更高，而且下降缓慢，从而包围睡眠之人的呼吸区域。TLA原理提供对护理点处所测得的气流速度进行控制的空前能力。温控设备的部分或全部可放置在供应分层气流的鼓风机设备的前面或后面。温控分层气流（TLA）依据的是分层供气结构的边界控制和单向定向。通过使人类呼吸区域中的冷却供气和周围空气之间产生温度梯度（负浮力），保持稳定的气流状况。此处将包括周围空气湍流扩散到分层供应流中的挟带作用（entrainment）限制为最低。过滤的冷却分层空气密度比周围空气密度高，下降缓慢，从而包围床上的人的呼吸区域。由于气流大体上分层，且避免了周围空气的挟带作用，因此可维持整个下降路径的气温差。此向下的置换流（displacement flow）将不受影响地通过气流路径中的物理障碍。自由且等温的射流离开物理障碍后会损失动量。相反，尽管冷却TLA空气与物理障碍相互作用，但仍能保持较低的温度。因此，TLA可去除呼吸区域到地面水平的污染物。

为了有效提供可控的个人呼吸区域，TLA设备在理想状态下提供大体分层的下降气流，所述下降气流的速度足以置换身体热量产生的对流。温暖的人体所产生的对流气流具有0.1m/s以上的上升速度，且该对流的气温比身体水平处的周围空气的气温高2°C。因此，有效的TLA设备通常提供速度大于0.10m/s的下降的大体分层的过滤气流，且在任何情况下，该过滤气流足以破坏身体对流。

但是，并不希望过滤空气的速度过高。过高的气流速度会产生通风，这不仅不舒适而且干燥。避免通风和干燥对于病人/用户的长期依从性至关重要。在活动较少或睡眠期间，人体的赤裸部分对空气流动极度敏感。此外，下降的分层气流速度越快，就越难在不与周围空气混合的情况下对所述气流进行控制并将其引导到护理点。

在TLA设备中，下降气流的速度由冷过滤供气和护理点水平处的周围空气之间的气温差（即，密度差）确定。只需向气流施加最小的推动力，就足以克服出口喷嘴的阻力。US6702662描述一种使用TLA来提供个人呼吸区域的设备。在该设备中，过滤空气分成两股部分气流，其中一股是冷却气流，另一股是加热气流。冷却空气从层流供气（laminar flow air supply）喷嘴下降至呼吸区域。加热部分气流对房间的热分层进行控制，从而确保冷却气流在从上升的加热气流中下降时不受干扰。这种设备同时为个人呼吸区域和整个房间提供过滤空气。