CN106639823B - 一种通过监测空气质量自动开闭的雾霾过滤窗 - Google Patents

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Abstract

一种通过监测空气质量自动开闭的雾霾过滤窗，属于家庭生活用具技术领域。该雾霾过滤窗包括窗框、叶片、联动部分、电路，叶片安装在窗框上，联动部分安装在窗框上，电路通过联动部分控制叶片。该智能窗用以取代普通的家用纱窗，为了尽可能减少开启时的空间占据影响，将其设计成百叶窗的样式，为了尽可能减轻边框占用过滤面积的问题。根据判断结果控制智能窗开启或关闭。从而可以有效缓解或阻断pm2.5进入室内，并在空气状况良好时不影响通风，维持室内安全健康的空气环境。该项发明改变了传统空气净化器的工作模式，诣在从根本上杜绝pm2.5在室内外流通，相较传统空气净化器更宜解决我国空气污染的问题。

Description

一种通过监测空气质量自动开闭的雾霾过滤窗
技术领域
本发明涉及一种pm2.5过滤装置，特别是涉及一种类百叶窗式雾霾过滤窗，属于家庭生活用具技术领域。
背景技术
近年来，中国人一直被雾霾问题深深困扰。在过去的2015年里，北京仅有186天处在空气质量优良状态，其余179天都处在或轻或重的污染环境里。当然，北京并不是唯一受雾霾困扰的城市，根据2015年第一季度360座城市pm2.5浓度排名统计，北京的污染程度位列第52名，与第一名河北保定pm2.5均值相差64.6。秋冬季节，更是雾霾频发的时段，每年此时，前往医院就诊的呼吸道疾病患者数量都会攀升。为了追求健康的生活，空气净化器开始进入大家的视野，并逐渐成为重污染地区的家居常备电器。
空气净化器是指能够吸附、分解或转化各种空气污染物(一般包括PM2.5、粉尘、花粉、异味、甲醛之类的装修污染、细菌、过敏原等)，有效提高空气清洁度的产品，主要分为家用、商用、工业、楼宇。
空气净化器中有多种不同的技术和介质，使它能够向用户提供清洁和安全的空气。常用的空气净化技术有：吸附技术、负(正)离子技术、催化技术、光触媒技术、超结构光矿化技术、HEPA高效过滤技术、静电集尘技术等；材料技术主要有：光触媒、活性炭、合成纤维、HEAP高效材料、负离子发生器等。现有的空气净化器多采为复合型，即同时采用了多种净化技术和材料介质。
空气净化器分为被动式与主动式，被动式空气净化器主要由马达、风扇、空气过滤网等系统组成，其工作原理为：机器内的马达和风扇使室内空气循环流动，污染的空气通过机内的空气过滤网后将各种污染物清除或吸附。主动式空气净化器则会释放APT因子(主要由高纯度的负离子和富氧分子共同组成)，它会走到需要它的地方，杀死室内的细菌，去除空气中烟雾、灰尘和异味。
但因为家用空气净化器最初的发明目的主要是为了净化室内的异味或甲醛之类的有害气体，都是放在室内工作的，这与我们的本土问题有些“水土不服”。这样的工作模式并不适用于解决雾霾污染问题，因为放在室内的净化器不能及时从室内环境中过滤出pm2.5，用户还是会在净化器运行的过程中吸进未来得及处理的细颗粒物。如果发明一种窗式雾霾过滤器并取代传统纱窗，可直接在通风口处将雾霾拒之于外，从根本上杜绝pm2.5在室内外流通。
此前，德国品牌Trittec自研了一款防微尘纱窗。这种纱窗采用“高磁纤维”材料制成，当风拂过，就会因摩擦而产生不被人感知的负极静电，并较长时间维持。但考虑到雾霾天气主要发生在无风环境下，这种纱窗的作用可能会被削弱，且其售价较高，所以在我国的适用性并不强。
公开号为CN105781368A的发明是一种带有空气过滤棉的百叶窗，但其过滤组件并不在叶片上，且无法自动化控制，缺乏实用性和通光性。该发明公开日为2016.07.20。
发明内容
为降低雾霾对市民生活的影响程度，设计如下一款空气过滤窗，通过检测得到室外PM2.5浓度实时做出逻辑判断，根据判断结果控制智能窗开启或关闭。从而可以有效缓解或阻断pm2.5进入室内，并在空气状况良好时不影响通风，维持室内安全健康的空气环境。该项发明改变了传统空气净化器的工作模式，诣在从根本上杜绝pm2.5在室内外流通，相较传统空气净化器更宜解决我国空气污染的问题。
本发明采用的技术方案为一种通过监测空气质量自动开闭的雾霾过滤窗，该雾霾过滤窗包括窗框100、叶片200、联动部分300、电路400，叶片200安装在窗框100上，联动部分300安装在窗框100上，电路400通过联动部分300控制叶片200。
该智能窗用以取代普通的家用纱窗，为了尽可能减少开启时的空间占据影响，将其设计成百叶窗的样式，为了尽可能减轻边框占用过滤面积的问题。
叶片200并列布置并呈百叶窗样式，当需要工作时，叶片200闭合隔绝室外空气，反之打开。叶片200的转动由步进电机410带动主轴联动，叶片200的转动角度为40°，使叶片200转动后平行于春秋分日正午太阳高度角，最大化的减少非闭合状态下对日光的遮蔽。
叶片200为插槽式结构，叶片200包括叶片外框210和内芯220两部分，内芯220内设有过滤材料222；为方便更换内芯220中的过滤材料222，内芯220放置在叶片外框210内，外侧设有滑槽沟道224以供安放时对正。更换过滤材料222时只需打开卡扣取出内芯220，更换，再插回叶片框架210。叶片框架210被固定在窗框100上，内设滑槽轨道211用以与滑槽沟道224对齐，叶片框架210下端通过卡扣与内芯220固定，固定方式参考保鲜杯盖。
石棉防尘条A设置在滑槽沟道224与滑槽轨道211之间，以防止pm2.5通过滑槽沟道224与滑槽轨道211之间的缝隙进入室内，同时能减少拆卸时部件间的摩擦损耗，延长使用寿命。左侧与右侧对称。
各个叶片200在打开或关闭时不互相影响，叶片框架210的上下具有倾斜角度。
更换滤芯材料222时，应打开卡扣，从叶片外框210中抽出内芯220，取下内芯220上的盖子221并更换过滤材料222。内芯框架223的中空部分用于放置过滤材料222。
过滤材料222分为初效过滤棉和HPEA滤网两种。其中初效过滤棉放置在与室外空气接触的一侧，HPEA滤网放置在室内一侧。
叶片200的联动依靠步进电机410和联动轴310，其中步进电机410安放在窗框100的下侧，并使联动轴310上的锥形齿轮C与联动轴310上相应位置的锥形齿轮C咬合；联动轴310安放在玻璃窗打开的方向的窗框100内，为了容纳步进电机410和联动轴310，窗框100的相应位置作微调。当步进电机410转动时，电机轴上的锥形齿轮C将带动联动轴310转动，联动轴310又通过锥形齿轮C带动五个叶片200转动。为减小叶片200和联动轴310与窗框100间的摩擦阻力，用薄壁轴承B进行连接。
电路400包括超声传感器440、pm传感器420、步进电机410、51单片机430，步进电机410与51单片机430连接，51单片机430分别与超声传感器440和pm传感器420连接。超声传感器440用于监测过滤窗外侧是否有玻璃窗，防止在过滤窗外侧有障碍的情况下叶片200打开，致使部件损坏；pm传感器用于实时监测pm数值，当电源开启、超声传感器440未监测到障碍时，若室外空气中pm2.5含量未超标，则pm传感器420传输数据，步进电机410接收信号转动，使叶片200打开，室内外空气得以流通。若pm2.5含量超标，步进电机410转回或保持在最初位置，叶片200关闭，室外空气进入室内将通过过滤材料222得到净化。
超声传感器440应安放在玻璃窗的角部，因内部部件占据空间，障碍传感器一侧的窗框右边框会宽于正常窗框，所以当用户打开玻璃窗，使用过滤窗时，玻璃窗的边框并不会遮挡住超声传感器440。以超声传感器440所在位置作一纵轴，轴右侧的障碍即玻璃窗并不会对叶片开闭构成影响。
如用户在叶片200开启时，关闭玻璃窗，故设置一挡光插片，通过遮挡障碍传感器使叶片200强制关闭，在功能表中已考虑到该功能。
为促进空气流通，在叶片200上添加排风扇，排风扇在叶片打开时关闭，在叶片200闭合时开启以促进室外空气进入室内。
本发明的创新点包括如下：第一、将传统过滤器形式改为家庭窗式过滤。第二、过滤材料在叶片上的百叶窗式设计。第三、通过pm传感器自动化开闭。
附图说明
图1为结构示意图。
图2为叶片开启状态下的智能窗。
图3为叶片结构概览。
图4为叶片滑槽、滑轨俯视图，其中(a)为叶片滑槽俯视图，(b)为滑轨俯视图。
图5为叶片的左视图，其中(a)为叶片外框视图，(b)为内芯视图。
图6为内芯框三视图。
图7为内芯关系图，其中(a)为内芯组成分裂示意图，(b)为内芯整体示意图。
图8为叶片联动图解。
图9为逻辑关系功能表。
图10为硬件连接关系图。
图11为传感器位置三视图。
图12为挡光插片示意图。
图13为叶片风扇示意图。
具体实施方式
如图1-13所示，一种通过监测空气质量自动开闭的雾霾过滤窗，该雾霾过滤窗包括窗框100、叶片200、联动部分300、电路400，叶片200安装在窗框100上，联动部分300安装在窗框100上，电路400通过联动部分300控制叶片200；其结构示意图如图1所示。
该智能窗用以取代普通的家用纱窗，如图2所示，为了尽可能减少开启时的空间占据影响，将其设计成百叶窗的样式，为了尽可能减轻边框占用过滤面积的问题。为了尽可能增大过滤材料占用的作用面积、减少叶片打开时的左视方向空间占据，叶片设置五片为宜。
叶片200并列布置并呈百叶窗样式，当需要工作时，叶片200闭合隔绝室外空气，反之打开。为杜绝pm2.5从缝隙进入，需在缝隙处安装石棉防尘条A。叶片200的转动由步进电机410带动主轴联动，叶片200的转动角度为40°，使叶片200转动后平行于春秋分日正午太阳高度角，最大化的减少非闭合状态下对日光的遮蔽。
叶片200为插槽式结构，叶片200包括叶片外框210和内芯220两部分，内芯220内设有过滤材料222；为方便更换内芯220中的过滤材料222，内芯220放置在叶片外框210内，外侧设有滑槽沟道224以供安放时对正。更换过滤材料222时只需打开卡扣取出内芯220，更换，再插回叶片框架210。叶片框架210被固定在窗框100上，内设滑槽轨道211用以与滑槽沟道224对齐，叶片框架210下端通过卡扣与内芯220固定，固定方式参考保鲜杯盖。
滑槽部分俯视图如图4所示，其中，石棉防尘条设置在滑槽沟道与滑槽轨道211之间，以防止pm2.5通过滑槽沟道224与滑槽轨道211之间的缝隙进入室内，同时能减少拆卸时部件间的摩擦损耗，延长使用寿命。左侧与右侧对称。
各个叶片200在打开或关闭时不互相影响，叶片框架210的上下具有倾斜角度。叶片200的左视图如图5所示，图5中显示了倾斜方向、角度及转动方向。其中，转动角度可根据实际窗框规格产生变化。
更换滤芯材料222时，应打开卡扣，从叶片外框210中抽出内芯220，取下内芯220上的盖子221并更换过滤材料222。内芯框架223的三视图如图6所示，中空的部分用于放置过滤材料222。
过滤材料222分为初效过滤棉和HPEA滤网两种。其中初效过滤棉放置在与室外空气接触的一侧，HPEA滤网放置在室内一侧。
叶片200的联动依靠步进电机410和联动轴310，其中步进电机410安放在窗框100的下侧，并使联动轴310上的锥形齿轮C与联动轴310上相应位置的锥形齿轮C咬合；联动轴310安放在玻璃窗打开的方向的窗框100内，为了容纳步进电机410和联动轴310，窗框100的相应位置作微调。当步进电机410转动时，电机轴上的锥形齿轮C将带动联动轴310转动，联动轴310又通过锥形齿轮C带动五个叶片200转动。为减小叶片200和联动轴310与窗框100间的摩擦阻力，用薄壁轴承B进行连接。
电路400包括超声传感器440、pm传感器420、步进电机410。超声传感器440用于监测过滤窗外侧是否有玻璃窗，防止在过滤窗外侧有障碍的情况下叶片200打开，致使部件损坏；pm传感器用于实时监测pm数值，当电源开启、超声传感器440未监测到障碍时，若室外空气中pm2.5含量未超标，则pm传感器420传输数据，步进电机410接收信号转动，使叶片200打开，室内外空气得以流通。若pm2.5含量超标，步进电机410转回或保持在最初位置，叶片200关闭，室外空气进入室内将通过过滤材料222得到净化。
障碍传感器440应安放在玻璃窗的角部，如图11所示位置，因内部部件占据空间，障碍传感器440一侧的窗框右边框会宽于正常窗框，所以当用户打开玻璃窗，使用过滤窗时，玻璃窗的边框并不会遮挡住障碍传感器。以障碍传感器440所在位置作一纵轴，轴右侧的障碍即玻璃窗并不会对叶片开闭构成影响。
如用户在叶片200开启时，关闭玻璃窗，故设置一挡光插片，通过遮挡障碍传感器使叶片200强制关闭，在功能表图9中已考虑到该功能。挡光插片位置如图12所示。
为促进空气流通，在叶片200上添加排风扇，排风扇在叶片打开时关闭，在叶片200闭合时开启以促进室外空气进入室内。

Claims (8)

1.一种通过监测空气质量自动开闭的雾霾过滤窗，其特征在于：该雾霾过滤窗包括窗框(100)、叶片(200)、联动部分(300)、电路(400)，叶片(200)安装在窗框(100)上，联动部分(300)安装在窗框(100)上，电路(400)通过联动部分(300)控制叶片(200)；
该雾霾过滤窗用以取代普通的家用纱窗，将其设计成百叶窗的样式；
叶片(200)并列布置并呈百叶窗样式，当需要工作时，叶片(200)闭合隔绝室外空气，反之打开；叶片(200)的转动由步进电机(410)带动联动轴(310)联动，叶片(200)的转动角度为40°，使叶片(200)转动后平行于春秋分日正午太阳高度角，最大化的减少非闭合状态下对日光的遮蔽；
叶片(200)为插槽式结构，叶片(200)包括叶片外框(210)和内芯(220)两部分，内芯(220)内设有过滤材料(222)；为方便更换内芯(220)中的过滤材料(222)，内芯(220)放置在叶片外框(210)内，外侧设有滑槽沟道(224)以供安放时对正；更换过滤材料(222)时只需打开卡扣取出内芯(220)，更换，再插回叶片外框(210)；叶片外框(210)被固定在窗框(100)上，内设滑轨道(211)用以与滑槽沟道(224)对齐，叶片外框(210)下端通过卡扣与内芯(220)固定；
石棉防尘条(A)设置在滑槽沟道(224)与滑轨道(211)之间，以防止pm2.5通过滑槽沟道(224)与滑轨道(211)之间的缝隙进入室内，同时能减少拆卸时部件间的摩擦损耗，延长使用寿命；
电路(400)包括超声传感器(440)、pm传感器(420)、步进电机(410)、51单片机(430)，步进电机(410)与51单片机(430)连接，51单片机(430)分别与超声传感器(440)和pm传感器(420)连接；超声传感器(440)用于监测过滤窗外侧是否有玻璃窗，防止在过滤窗外侧有障碍的情况下叶片(200)打开，致使部件损坏；pm传感器用于实时监测pm数值，当电源开启、超声传感器(440)未监测到障碍时，若室外空气中pm2.5含量未超标，则pm传感器(420)传输数据，步进电机(410)接收信号转动，使叶片(200)打开，室内外空气得以流通；若pm2.5含量超标，步进电机(410)转回或保持在最初位置，叶片(200)关闭，室外空气进入室内将通过过滤材料(222)得到净化；
超声传感器(440)安放在玻璃窗的角部，因内部部件占据空间，超声传感器一侧的窗框右边框会宽于正常窗框，所以当用户打开玻璃窗，使用过滤窗时，玻璃窗的边框并不会遮挡住超声传感器(440)；以超声传感器(440)所在位置作一纵轴，轴右侧的障碍即玻璃窗并不会对叶片开闭构成影响。
2.根据权利要求1所述的一种通过监测空气质量自动开闭的雾霾过滤窗，其特征在于：各个叶片(200)在打开或关闭时不互相影响，叶片外框(210)的上下具有倾斜角度。
3.根据权利要求1所述的一种通过监测空气质量自动开闭的雾霾过滤窗，其特征在于：更换过滤材料(222)时，打开卡扣，从叶片外框(210)中抽出内芯(220)，取下内芯(220)上的盖子(221)并更换过滤材料(222)，内芯(220)包括盖子(221)、过滤材料(222)和内芯框架(223)；内芯框架(223)的中空部分用于放置过滤材料(222)。
4.根据权利要求1所述的一种通过监测空气质量自动开闭的雾霾过滤窗，其特征在于：过滤材料(222)分为初效过滤棉和HPEA滤网两种；其中初效过滤棉放置在与室外空气接触的一侧，HPEA滤网放置在室内一侧。
5.根据权利要求1所述的一种通过监测空气质量自动开闭的雾霾过滤窗，其特征在于：叶片(200)的联动依靠步进电机(410)和联动轴(310)，其中步进电机(410)安放在窗框(100)的下侧，并使电机轴上的锥形齿轮(C)与联动轴(310)上相应位置的锥形齿轮(C)咬合；联动轴(310)安放在玻璃窗打开的方向的窗框(100)内，为了容纳步进电机(410)和联动轴(310)，窗框(100)的相应位置作微调；当步进电机(410)转动时，电机轴上的锥形齿轮(C)将带动联动轴(310)转动，联动轴(310)又通过锥形齿轮(C)带动五个叶片(200)转动。
6.根据权利要求5所述的一种通过监测空气质量自动开闭的雾霾过滤窗，其特征在于：为减小叶片(200)和联动轴(310)与窗框(100)间的摩擦阻力，用薄壁轴承(B)进行连接。
7.根据权利要求1所述的一种通过监测空气质量自动开闭的雾霾过滤窗，其特征在于：如用户在叶片(200)开启时，关闭玻璃窗，故设置一挡光插片，通过遮挡超声传感器使叶片(200)强制关闭，在功能表中已考虑到该功能。
8.根据权利要求1所述的一种通过监测空气质量自动开闭的雾霾过滤窗，其特征在于：为促进空气流通，在叶片(200)上添加排风扇，排风扇在叶片打开时关闭，在叶片(200)闭合时开启以促进室外空气进入室内。
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