[发明专利]一种具有双腔结构的气体过滤及交换装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有双腔结构的气体过滤及交换装置，适用于对气体进行过滤及交换的场合，如口罩、防毒面具等装置，解决其在交换过程中，气体交换性差，窒息感强的问题。

背景技术

社会在飞速发展的同时也带来了一些环境问题，如空气的污染。人们在越来越认识到空气污染给人们的健康所带来危害的同时，却鲜有手段加以克服。目前，人们在雾霾等恶劣的天气出行时，一般都会采取戴上口罩等防护措施。市面上的类似产品也很多，原理也大体相似，即通过吸气时使污浊空气通过口罩中过滤层，过滤掉其中的有害物质，如PM2.5等。但由于这些有害物质的体积非常小，所以需要滤网密度足够大，否则根本起不到过滤的作用。增加滤网密度会带来了一个直接的问题，就是使得呼吸变得困难，窒息感强烈。所以一般要求戴口罩时间不宜过长，否则就会给身体带来不利影响。早一些的产品，呼出和吸入的气体都要经过滤网，窒息感强烈。最近的一些产品中，在呼气过程中采用了单向阀设计，呼气时，单向阀打开，呼出的气体可直接通过单向阀排出，而不再经过滤网；吸气时，单向阀闭合，口罩外的空气在负压下通过滤网进入呼吸道。这样做的好处是呼气过程变顺畅了，但对吸气过程没有任何影响，特别是在滤网比较致密的情况下，窒息感依然存在。造成窒息感的另一个原因是，由于鼻腔附近较大空间的存在，呼气时将充满呼出的气体(以下简称为“浊气”)，当再次吸气时，这些含有高浓度二氧化碳的浊气又会被吸入呼吸道，由于呼吸不到新鲜的空气，造成人体呼吸困难。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种双腔结构设计，可以在实现空气过滤净化的同时，提高气体交换效率，使呼吸时的窒息感大大降低。

该装置交换腔(8)一侧与面部紧密贴合，经密封装置(6)在鼻腔附近形成一个小的密闭空间，该密闭空间通过单向阀(9)与外面空气相通，在呼气时，单向阀(9)打开，使浊气排出；紧临交换腔外部是用于存储过滤后清洁空气的清气腔(3)，清气腔与换气腔之间设有单向阀(7)。一次完整呼吸动作过程中，两个单向阀的动作为：吸气时，交换腔(8)产生负压，在负压作用下，单向阀(9)闭合(防止外面脏空气进入交换腔)，同时单向阀(7)打开，使清气腔中清洁空气进入交换腔，进而进入呼吸系统，同时使清气腔产生一定的负压；呼气时，在交换腔正压和清气腔负压共同作用下，单向阀(7)迅速闭合(防止浊气进入清气腔)，同时，单向阀(9)打开，使浊气迅速排出交换腔。清气腔的外表面(与空气接触的面)为透气支架结构，外敷滤网，用以过滤空气中有害成分。吸气时，由于清气腔中部分气体被吸入交换腔及呼吸系统，使清气腔产生负压，在负压的作用下，外面的空气通过滤网进入到清气腔。由于呼气过程中单向阀(7)是闭合的，呼出的气体并不会使清气腔中负压减弱或消失，所以该负压会继续促使外面的空气通过滤网进入清气腔，直至清气腔中压力与外气压相平衡。

为了提高气体交换效率，交换腔的体积应尽可能地小一些。使得呼出的浊气尽可能多的排出交换腔。为了方便浊气排出，优选地，可以将单向阀(9)安装在鼻孔的正下方。由于交换腔与面部所形成的密闭空间体积小，呼气时残存在交换腔的浊气体积也小，这样吸气时就会有更多的清洁空气由清气腔进入交换腔，进而进入呼吸系统，从而提高呼吸系统空气交换的效率。

为了降低吸气过程中产生的窒息感，清气腔应尽可能的大一些。理论上讲，清气腔越大，从中吸取同等体积的空气所产生的负压就越小，也就是说，吸起来越省力，吸气就会越顺畅。同时，清气腔变大，也会增大清气腔与外面空气的接触面积，即可增加滤网的面积，提高气体过滤的效率，有利于空气的过滤；另一方面，由于在呼气过程中单向阀(7)是闭合的，所以此时如果清气腔中还处于负压状态，则可以继续使外面空气通过滤网进入其内，也就是说，过滤空气的时长可以为整个呼吸过程。而现有产品过滤气体的过程只能发生在一个呼吸周期的吸气阶段。

为进一步降低窒息感，优选地，清气腔支架为弹性结构。当吸气时，单向阀(7)打开，清气腔随着其中气体的减少而收缩；当呼气时，单向阀(7)关闭，清气腔在弹性力的作用下恢复，恢复的过程中，外面空气通过滤网进入清气腔，如此往复。