CN105952593A - 用于回收健身能量进行空气净化的健身器 - Google Patents

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张�浩
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Abstract

用于回收健身能量进行空气净化的健身器，涉及能源回收和空气净化领域。解决了现有健身器无法进行能量回收和对空气进行净化的问题。它包括健身车，还包括发电装置和空气净化装置；发电装置包括从动轮和发电机；空气净化装置包括稳压器、DC‑DC变换器、风机、负离子发生器、二极管D1、二极管D2和保护电阻R；健身者蹬脚踏板进行健身时，主动轮带动从动齿轮转动，从动齿轮增速后带动同轴发电机输入轴转动，进而将人健身时消耗的能量转化成电能。发电机产生的不稳定的电能通过整流与滤波电路趋于稳定，并为风机和负离子发生器供电。它主要用于健身。

Description

用于回收健身能量进行空气净化的健身器
技术领域
本发明涉及能源回收和空气净化领域。
背景技术
在国人身体素质日益下降的今天，健身锻炼显得尤为重要。传统健身装置未能将人体锻炼时燃烧的生物质能加以转化利用，且人在健身时，呼吸量增大，使人较平时吸入更多的有害气体，因而对人体造成更大的伤害。
而具有一种可以将健身能量进行回收、并利用这部分能量净化周围空气的绿色健身器，可以让人在健身的同时，呼吸到新鲜的空气。
因此，亟需一种将能源回收与空气净化相结合的健身器，实现真正的快乐健身、绿色健身和健康健身。
发明内容
本发明是为了解决现有健身器无法进行能量回收和对空气进行净化的问题，本发明提供了一种用于回收健身能量进行空气净化的健身器。
用于回收健身能量进行空气净化的健身器，它包括健身车，还包括发电装置和空气净化装置；
发电装置包括从动轮和发电机；
空气净化装置包括稳压器、DC-DC变换器、风机、负离子发生器、二极管D1、二极管D2和保护电阻R；
所述的健身车的主动轮通过同步带带动从动齿轮转动，从动齿轮的输出轴带动发电机的转动输入轴转动，
发电机电信号输出端同时与二极管D1的阳极和稳压器的电信号输入端连接，二极管D1的阴极与DC-DC变换器的正极输入端连接，DC-DC变换器的正极输出端与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与保护电阻R的一端连接，保护电阻R的另一端同时与风机的电源正极输入端和负离子发生器的电源正极输入端连接，
稳压器的电信号输出端与DC-DC变换器的负极输入端连接，DC-DC变换器的负极输出端同时与风机的电源负极输入端和负离子发生器的电源负极输入端连接，
负离子发生器的负离子释放端的朝向与风机的风向相反。
所述的滤网为HEPA滤网。
所述的同步带的齿形为圆弧齿。
原理分析：健身者蹬脚踏板进行健身时，主动轮带动从动齿轮转动，从动齿轮增速后带动同轴发电机输入轴转动，进而将人健身时消耗的能量转化成电能。发电机产生的不稳定的电能通过整流与滤波电路趋于稳定，并为小型风机和负离子发生器供电。负离子发生器不断产生负离子，经负离子净化后的空气在风机的作用下通过HEPA滤网释放到周围环境中，使人在健身的同时呼吸到新鲜的空气。
本发明带来的有益效果是，本发明主要由健身发电装置和空气净化装置两大部分组成。一方面，通过健身车脚踏板带动发电机从而产生电能。另一方面，发电装置产生的电能为空气净化装置供能。
1、本发明提出将健身能量回收进行空气净化。在人健身的同时，对其周围空气进行净化，使人在健身的同时呼吸到新鲜的空气。
2.将健身车通过机械能将其巧妙转化为电能。完成能量的多级利用。
3.空气净化装置中HEPA滤网与负离子净化技术相结合，可实现空气深度净化，且净化过程中不会产生二次污染。
附图说明
图1为本发明所述的用于回收健身能量进行空气净化的健身器的原理示意图；附图标记1-2表示健身车脚踏板输出轴；
图2为空气净化装置的内部结构示意图；
图3表示PM10浓度变化曲线图，附图标记4表示烟雾自然沉降曲线，附图标记5表示负离子净化烟雾曲线；
图4表示PM2.5浓度变化曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的用于回收健身能量进行空气净化的健身器，它包括健身车1，还包括发电装置2和空气净化装置3；
发电装置2包括从动轮2-1和发电机2-2；
空气净化装置3包括稳压器3-1、DC-DC变换器3-2、风机3-3、负离子发生器3-4、二极管D1、二极管D2和保护电阻R；
所述的健身车1的主动轮1-1通过同步带带动从动齿轮2-1转动，从动齿轮2-1的输出轴带动发电机2-2的转动输入轴转动，
发电机2-2电信号输出端同时与二极管D1的阳极和稳压器3-1的电信号输入端连接，二极管D1的阴极与DC-DC变换器3-2的正极输入端连接，DC-DC变换器3-2的正极输出端与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与保护电阻R的一端连接，保护电阻R的另一端同时与风机3-3的电源正极输入端和负离子发生器3-4的电源正极输入端连接，
稳压器3-1的电信号输出端与DC-DC变换器3-2的负极输入端连接，DC-DC变换器3-2的负极输出端同时与风机3-3的电源负极输入端和负离子发生器3-4的电源负极输入端连接，
负离子发生器3-4的负离子释放端的朝向与风机3-3的风向相反。
本实施方式，健身者蹬脚踏板进行健身时，健身车1的主动轮1-1通过同步带带动从动齿轮2-1转动，从动齿轮2-1增速后带动同轴发电机输入轴转动，进而将人健身时消耗的能量转化成电能。发电机产生的不稳定的电能通过整流与滤波电路趋于稳定，并为风机和负离子发生器供电。
风机用于将空气吹送至负离子发生器3-4的负离子释放出口，对其流经的空气进行净化，增加净化空气的速度。
本发明中的风机为小型风机。
负离子发生器的碳刷头为负离子释放端，碳刷头指向与风扇风向相反，净化器工作时碳刷头处会产生一定强度的离子风，利用离子风加速负离子与空气的混合，提高降尘效率。
负离子发生器工作原理来源于电晕放电。
电晕放电是气体自持放电的一种形式，它不需要外加电离源来引发和维持放电。为了使发生器能正常工作，必须在电极间加以一定的电压，使之形成电晕放电。当空气和其它特定环境中存在能发射负离子条件的地方就会使大气中(O2、N2、CO2、SO2、H2O)中的电子e-释放出来，它与CO2、H2O反应如下，从而产生负离子。
H2O+e-→O2(H2O)m
CO2+e-→CO4(H2O)m
CO4 +(H2O)2+H2→O2(H2O)m+CO2
常见负离子发生器分为单电极放电型负离子发生器与双电极放电型负离子发生器两种。相比于双电极放电型负离子发生器，单电极放电型负离子发生器功率约为0.5W，仅为双电型负离子发生器的0.1倍，且单电极负离子发生器产生的负离子浓度更高。因此本组项目选用的负离子发生模块采用单电极放电原理。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的用于回收健身能量进行空气净化的健身器的区别在于，所述的它还包括滤网，滤网设置在负离子发生器3-4的负离子释放端，用于对空气进行过滤。
本实施方式，负离子发生器3-4位于风机的下方，在风机的作用下，负离子发生器3-4产生的负离子形成了一股稳定的离子风，经滤网涌入到空气中，使空气清新。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二所述的用于回收健身能量进行空气净化的健身器的区别在于，所述的滤网为HEPA滤网。
本实施方式，负离子发生器3-4不断产生负离子，经负离子净化后的空气在风机的作用下通过HEPA滤网释放到周围环境中，使人在健身的同时呼吸到新鲜的空气。
HEPA(High efficiency particulate air Filter)，中文意思为高效空气过滤器，即达到HEPA标准的过滤网。HEPA网的特点是空气可以通过，但细小的微粒却无法通过。它对直径为0.3微米(头发直径的1/200)以上的微粒去除效率可达到99.97％以上，是烟雾、灰尘以及细菌等污染物最有效的过滤媒介。
HEPA分PP滤纸、玻璃纤维、复合PP/PET滤纸、熔喷涤纶无纺布和熔喷玻璃纤维五种材质。其特点为风阻小，容尘量大，过滤精度高，易加工，适合不同的机型使用。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一所述的用于回收健身能量进行空气净化的健身器的区别在于，所述的同步带的齿形为圆弧齿。
本实施方式，同步带齿形主要分为梯形齿和圆弧齿，影响同步带传动精度的主要因素是同步带多边形的边长。由于梯形齿同步带传动中齿顶不与带轮槽接触，带齿构成直边产生多边形效应，而圆弧齿同步带齿顶与齿槽接触，部分减少圆弧齿步带带齿形成的多边形边长，大大降低了多边形效应，使圆弧齿同步带传动精度、传动噪声、冲击振动小于梯形齿同步带。
(1)健身车发电效率性能评估：
本组成员利用万用电表以及速度传感器分别计算与测量出发电机的发电功率与发电机转速，数据如下表。在人正常健身的时候，发电机的平均转速约为180r/min，发电功率可达到27.82W。由瓦特表可知负离子模块正常工作时的功率为2.4W；风扇额定电压为12V，工作电流0.6A，由电功率计算公式P＝UI可知，风扇正常工作时的电功率约为7.2W；电路损耗约为0.7W，综上，电路总功率约为9.3W。剩余电能可储存在电池中以备使用。在测量下列数据时，以健身车脚踏板的转速为自变量，其他参数为因变量进行测量。
人体功率可根据计算公式：P1＝F×v；
发电机转速通过健身车传动比可计算求得；
发电机电压U1和电源干路电流I可通过万用电表测得；
发电机功率P2＝U1×I；
净化装置功率P3由风扇和负离子发生器两端电压U2，和电流I乘积得到；
表1发电机性能检测数据记录表
净化装置的健身能量利用总效率为η＝P3/P1×100％。
由上表1可以看出，当健身车转速达到56r/min时，装置能量的利用效率的达到了18.84％。实际人体健身时的输出功率更高，能达到更好的效果。此数据表明，健身发电与空气净化的结合是完全可行的。
(2)烟雾净化实验
本组成员首先进行了烟雾的净化实验。在0.5立方米的密封透明罩内，点燃1片发烟片(空气净化器专用)，让发烟片燃烧一段时间后，此时浓烟已经充满整个透明罩，肉眼已经看不到摆放在透明罩内的负离子发生器。接下来，健身开始，负离子发生器亦随之工作，开始4分钟的极限净化，并且全程记录透明罩内的烟雾由浓变淡的过程，每隔18-28秒随机拍摄烟雾沉降情况。
由于负离子与烟雾颗粒会产生凝聚效应，凝聚后的颗粒绝大多数附着在玻璃壁的表面，影响人对负离子技术沉降烟雾的结果的判断，故本组成员利用了空气质量检测仪测定了负离子降解实验中PM2.5、PM1.0的含量变化。
从图3和图4中不难看出在负离子发生器开始工作后，PM2.5与PM10的浓度迅速下降，3分钟后几乎和初始时浓度相同。因此以健身能量为能量来源的负离子净化技术基本可为室内健身提供一个清新的环境。

Claims (4)

1.用于回收健身能量进行空气净化的健身器，它包括健身车(1)，其特征在于，还包括发电装置(2)和空气净化装置(3)；
发电装置(2)包括从动轮(2-1)和发电机(2-2)；
空气净化装置(3)包括稳压器(3-1)、DC-DC变换器(3-2)、风机(3-3)、负离子发生器(3-4)、二极管D1、二极管D2和保护电阻R；
所述的健身车(1)的主动轮(1-1)通过同步带带动从动齿轮(2-1)转动，从动齿轮(2-1)的输出轴带动发电机(2-2)的转动输入轴转动，
发电机(2-2)电信号输出端同时与二极管D1的阳极和稳压器(3-1)的电信号输入端连接，二极管D1的阴极与DC-DC变换器(3-2)的正极输入端连接，DC-DC变换器(3-2)的正极输出端与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与保护电阻R的一端连接，保护电阻R的另一端同时与风机(3-3)的电源正极输入端和负离子发生器(3-4)的电源正极输入端连接，
稳压器(3-1)的电信号输出端与DC-DC变换器(3-2)的负极输入端连接，DC-DC变换器(3-2)的负极输出端同时与风机(3-3)的电源负极输入端和负离子发生器(3-4)的电源负极输入端连接，
负离子发生器(3-4)的负离子释放端的朝向与风机(3-3)的风向相反。
2.根据权利要求1所述的用于回收健身能量进行空气净化的健身器，其特征在于，所述的它还包括滤网，滤网设置在负离子发生器(3-4)的负离子释放端，用于对空气进行过滤。
3.根据权利要求2所述的用于回收健身能量进行空气净化的健身器，其特征在于，所述的滤网为HEPA滤网。
4.根据权利要求1所述的用于回收健身能量进行空气净化的健身器，其特征在于，所述的同步带的齿形为圆弧齿。
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