CN107096141A - 一种运动自发电除霾口罩套装 - Google Patents

Abstract

一种运动自发电除霾口罩套装，属于自发电设备领域。交流电线的电力输入端在手环内部与人力电磁发电机的电力输出端电连接，交流电线的电力输出端与整流器的电力输入端电连接，正极线和负极线的电力输入端分别连接每个温差发电机的正极和负极上，同时正极线和负极线的电力输入端还连接整流器的电力输出端，正极线和负极线的电力输出端在衣身的夹层中与稳压器的电力输入端连接，稳压器的电力输出端与USB充电头的电力输入端连接，USB充电头连接机盒底端的电源输入端，所述的导线的两端分别与机盒的电源输出端和口罩的电源输入端连接。本发明通过温差发电机和手环组合发电，产生电能，实现了运动即给口罩充电的功能，免去了充电的后顾之忧，节能环保。

Description

一种运动自发电除霾口罩套装

技术领域

本发明涉及一种运动自发电除霾口罩套装，属于自发电设备领域。

背景技术

目前，市面上已经出现了穿戴式空气净化器防雾霾口罩，将空气净化器固定在胳膊上，用导管将其与口罩相连，主动送风，最长可连续使用8小时。

澳大利亚的英联邦科学和工业研究组织的提出 “灵活综合能源装置”的设想。该设想是利用技术手段直接让外衣或者外套产生电能，而这些电能则可供穿戴者充电他们的便携电子设备。

美国时尚品牌汤米•希尔费格销售了一款太阳能电池板外套，这款外套不仅时髦，而且配备有太阳能电池板，能给手机充电。

这款外套上装有太阳能电池板，可作为一个便携式充电器，当你手机没电的时候，就可以从里面补充电能。汤米希尔费格服装品牌与太阳能制造商Pvilion 共同推出了这款外套，分男款和女款，配备有矩形太阳能电池板。外套上的电池板是可拆卸的，以防你不喜欢带着防水太阳能电池板运动。

这款外套前面的口袋里有一个电池组，配有两个USB端口，可以同时给两部手机充电。可以给1500毫安时的设备充电4次。如果觉得太阳能充电时间太长，可以把电池组取出来，单独给手机充电。

而面临着日益严峻的雾霾问题，很多人开始寻找对策。有关防PM2.5的口罩层出不穷，也有人对现如今的除霾口罩提出质疑。很多人都喜欢出门锻炼身体，不得不戴口罩出门，药房口罩不断脱销。但运动时候需要大量换气，大量的雾霾就会被吸入体内，一般的口罩并不能完全将雾霾阻隔。有防护功能的口罩具有密闭性，运动时候呼吸受阻，呼吸功能不太好的人可能会出现憋气、胸闷、眩晕等症状。此外，口罩阻挡了部分的雾霾进入，同时也阻隔了鼻子和口腔呼出的气息。人呼出的气息中含有大量的二氧化碳，因为带着口罩，二氧化碳不能很好排出，可能被人体再次吸入。这样一来，戴口罩在外运动反而得不偿失了。

发明内容

本发明目的在于提出一种运动自发电除霾口罩套装，既有效清洁空气，又省去了需要反复充电的麻烦，节能环保，通过温差发电机和手环组合发电，所产生的电能，还可实现对手机或其他移动可充电设备进行充电。

实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种运动自发电除霾口罩套装，包括：衣身、衣袖和衣兜，所述的衣兜缝制在衣身上，所述的衣身前片具有一个夹层，所述的一种运动自发电除霾口罩套装还包括正极线、负极线、整流器、稳压器、USB充电头、手环、机盒、导线、口罩、固定架、若干个温差发电机、若干个人力电磁发电机及若干根交流电线，所述的衣袖上侧具有夹层，衣身的夹层与衣袖的夹层联通，所述的手环被缝制在衣袖袖口的环形内表面，所述的若干个人力电磁发电机呈环形阵列形式内置并固定在手环中，所述的若干根交流电线的电力输入端设置在手环内部并与若干个人力电磁发电机的电力输出端连接，若干根交流电线的电力输出端均与整流器的电力输入端连接，若干根交流电线的电力输出端和整流器的电力输入端均内置于衣袖的夹层中，所述的若干个温差发电机呈矩阵形式分布并固定在衣身夹层内靠外部的内表面上，所述的正极线的电力输入端与所有的温差发电机的正极连接，所述的负极线的电力输入端与所有的温差发电机负极连接，同时正极线和负极线的电力输入端还连接整流器的电力输出端，正极线和负极线的电力输出端均固定在衣身夹层内的靠外部的内表面上，正极线和负极线的电力输出端均与稳压器的电力输入端连接，稳压器的电力输出端与USB充电头的电力输入端连接，所述的USB充电头设置于衣身前片外侧，所述的固定架固定在衣身前片外表面上，使用时，所述的机盒放置于固定架上，USB充电头连接机盒底端的电源输入端，所述的导线的两端分别与机盒的电源输出端和口罩的电源输入端连接。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明提出的一种运动自发电除霾口罩套装，本套装实现了运动即给口罩充电的功能，免去了充电的后顾之忧，节能环保；且空气净化部分与口罩完美结合，佩戴舒适方便，效率高。

附图说明

图1是本发明的一种运动自发电除霾口罩套装的主视结构示意图；

图2是口罩的拆分图；

图3是机盒主视图；

图4是图3的仰视图；

图5是图1中衣身的侧视剖面图；

图6是图1中A部分的放大图；

图7是图1中B部分的放大图；

图8是温差发电机的结构示意图；

图9是人力电磁发电机的结构示意图；

图10是图6中C部分的放大图；

图11是口罩工作电路图；

图12是口罩拆分效果图；

图13是口罩的外形效果图。

其中：1衣身、2衣袖、3衣兜、4温差发电机、4-1N型半导体、4-2P型半导体、4-3金属片、5人力电磁发电机、5-1隔片、5-2弹簧、5-3永磁体、5-4金属线圈、6正极线、7负极线、8交流电线、9整流器、10稳压器、11USB充电头、12手环、13机盒、13-1壳体、13-2电量指示灯、13-3USB充电口、13-4电池、14导线、15口罩、15-1壳面、15-2固定绳、15-3呼吸口、15-4大颗粒过滤网、15-5负离子发生层、15-8碳纤维电刷、15-6聚沉物过滤层、15-7除臭氧催化层、16固定架。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1-图10、图12、图13所示，一种运动自发电除霾口罩套装，包括：衣身1、衣袖2和衣兜3，所述的衣兜3缝制在衣身1上，所述的衣身1前片具有一个夹层，所述的一种运动自发电除霾口罩套装还包括正极线6、负极线7、整流器9、稳压器10、USB充电头11、手环12、机盒13、导线14、口罩15、固定架16、若干个温差发电机4、若干个人力电磁发电机5及若干根交流电线8，所述的衣袖3上侧具有夹层，衣身1的夹层与衣袖3的夹层联通，所述的手环12被缝制在衣袖2袖口的环形内表面，所述的若干个人力电磁发电机5呈环形阵列形式内置并固定在手环12中，所述的若干根交流电线8的电力输入端设置在手环12内部并与若干个人力电磁发电机5的电力输出端连接，若干根交流电线8的电力输出端均与整流器9的电力输入端连接，若干根交流电线8的电力输出端和整流器9的电力输入端均内置于衣袖2的夹层中，所述的若干个温差发电机4呈矩阵形式分布并固定在衣身1夹层内靠外部的内表面上，所述的正极线6的电力输入端与所有的温差发电机4的正极连接，所述的负极线7的电力输入端与所有的温差发电机4负极连接，同时正极线6和负极线7的电力输入端还连接整流器9的电力输出端，正极线6和负极线7的电力输出端均固定在衣身1夹层内的靠外部的内表面上，正极线6和负极线7的电力输出端均与稳压器10的电力输入端连接，稳压器10的电力输出端与USB充电头11的电力输入端连接，所述的USB充电头11设置于衣身1前片外侧，所述的固定架16固定在衣身1前片外表面上，使用时，所述的机盒13放置于固定架16上，USB充电头11连接机盒13底端的电源输入端，所述的导线14的两端分别与机盒13的电源输出端和口罩15的电源输入端连接。

其中，整流器9用于将由若干根交流电线8输入的交流电整流为直流电并输出出去。

稳压器10用于将不稳定的直流电压调整为稳定的3V电压并输出至USB充电头11。

具体实施方式二：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的口罩15包括壳面15-1、固定绳15-2、呼吸口15-3、大颗粒过滤网15-4、负离子发生层15-5、碳纤维电刷15-8、聚沉物过滤层15-6和除臭氧催化层15-7，所述的壳面15-1、大颗粒过滤网15-4、负离子发生层15-5、聚沉物过滤层15-6和除臭氧催化层15-7由前至后依次安装，所述的固定绳15-2分为两个固连在壳面15-1的两侧，壳面15-1上设置有镂空的呼吸口15-3，所述的碳纤维电刷15-8安装在负离子发生层15-5的上端。

其中，壳面15-1上的呼吸口15-3在本实施方式里设置为4个横向矩形镂空形式，固定绳15-2用于挂在使用者的双耳上，从而固定口罩15于人面上，大颗粒过滤网15-4用于初步过滤空气中的大直径颗粒。

负离子发生层15-5通电后产生负离子，而后口罩15通过利用内置的碳纤维电刷15-8将负离子释放到空气中，释放的负离子附着在空气分子及空气中的不清洁粒子上，使其带负电荷。携带负电荷的离子因极性相同而相互排斥，飞离呼吸空间，并被最近的携带正电荷的物体表面所吸引，形成大的颗粒物受地心引力沉降到地面（如桌子、衣服等），从而避免进入我们的呼吸系统（如图11所示）。

除臭氧催化层15-7用于清除负离子发生层15-5和碳纤维电刷15-8电离空气产生的臭氧，聚沉物过滤层15-6用于吸收空气中的PM2.5，和负离子发生层15-5通电后产生负离子后，负离子吸附不清洁粒子上形成的大粒子。

如图11所示，口罩15的工作电压为3V，工作电流为50mA，用电功率为0.15W。

具体实施方式三：如图1、图3、图4所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的机盒13包括壳体13-1、电量指示灯13-2、USB充电口13-3和电池13-4，所述的电池13-4内置于机壳13-1内，且为可充电电池，所述的电量指示灯13-2安装在机壳13-1前表面上，为LED显示屏，共有四格显示，亮起的格数越多，意味着电池13-4电量越充足。所述的USB充电口13-3设置在壳体13-1的底端，电池13-4的电流输出端与电量指示灯13-2的电源输入端连接，使用时，运动产生的电能通过USB充电口13-3传入电池13-4内储存起来，电池13-4则将电能通过导线14传输给负离子发生层15-5和碳纤维电刷15-8。

具体实施方式四：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的若干个温差发电机4的数量为二十个。

具体实施方式五：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式四作出的进一步说明，所述的若干个温差发电机4分为四列，位于衣身1左侧两列共十个温差发电机4依次串联，位于衣身1右侧两列共十个温差发电机4也依次串联，而后分别并联到正极线6和负极线7上。

具体实施方式六：如图1、图6和图9所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，每个所述的人力电磁发电机5均包括永磁体5-3、两个隔片5-1、两个弹簧5-2和若干个金属线圈5-4，所述的两个弹簧5-2设置在两个隔片5-1之间，两个弹簧5-2的一端分别与对应的隔片5-1固接，所述的永磁体5-3设置在两个弹簧5-2之间，两个弹簧5-2的另一端分别与永磁体5-3连接，所述的若干个金属线圈5-4环绕在永磁体5-3外侧，且若干个金属线圈5-4由布置在手环12内的若干根交流电线8固定悬空。

手环12的发电原理：基于法拉第电磁感应定律，人力电磁发电机5可以将人体机械能转化为电能。借助永磁体5-3、若干个金属线圈5-4及两个弹簧5-2，利用人体机械能驱动永磁体5-3和若干个金属线圈5-4做相对运动从而输出电能。基于楞次定律，每个人体电磁发电机5所产生的感应电动势的计算公式为：

E=nΔΦ/Δt

其中，E为感应电动势，n为线圈的匝数，Δt为时间变化量，ΔΦ为磁通量变化量。

感应电动势的大小取决于若干个金属线圈5-4的磁通量变化率以及若干个金属线圈5-4的匝数，因此，只需提高线圈数量以及振动的频率就可提高所需的电动势的输出量。

具体实施方式七：如图1、图7、图9所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的若干根交流电线8的电力输入端成对的连接在每个金属线圈5-4上，且同相的若干根交流电线8的输出端在衣袖2的夹层中拧成一股线，分别连接整流器9的两相电力输入端。

具体实施方式八：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的稳压器10为输出电压为3V的DC-DC模块。

具体实施方式九：如图1、图7、图8所示，本实施方式是对具体实施方式一、四或五作出的进一步说明，每个所述的温差发电机4均包括N型半导体4-1、P型半导体4-2和金属片4-3，所述的N型半导体4-1设置在衣身1夹层靠外部的内表面上，所述的P型半导体4-2设置在衣身1夹层靠人体一侧的内表面上，所述的正极线6的电力输入端与P型半导体4-1连接，所述的负极线7的电力输入端与N型半导体4-2连接。

衣身1部分实现发电的功能，在其内部利用的温差发电机4和发电手环12结合，完成运动自发电储能的任务。

温差发电部分：采用碲化铋半导体材料，利用塞贝克效应，将热能直接转换成电能。将一个P型温差电元件和一个N型温差电元件在热端用金属导体电极连接起来，在其冷端分别连接冷端电极，就构成一个温差电单体或单偶。在温差电单体开路端接入电阻为RL的外负载，如果温差电单体的热面输入热流，在温差电单体热端和冷端之间建立了温差，则将会有电流流经电路，负载上将得到电功率I2RL，因而得到了将热能直接转换为电能的发电器。当发电器工作时，为保持热接头和冷接头之间有一定的温度差，应不断地对热接头供热，而从冷接头不断排热。热接头所供给的部分热量被作为珀尔帖热吸收了，另一部分则通过热传导传向冷接头。排出的热量应为冷接头放出的珀尔帖热和从热接头传导来的热量之和。对于上述接头的热平衡，还应加上汤姆逊热和被导体释放的焦耳热。设在系统中所产生的焦耳热I2Ri中有一半传到热端，另一半由冷端放出，热源所消耗的热量是由珀尔帖热Ph、热传递迁移到冷端的热PT和交还给热源的焦耳热三部分组成，即为温差电单体的热电转换效率是有用功率与热源所消耗的热量之比。我们采用10片串联的方式，则输出功率可达到2.18W。

本发明的理论计算为：

衣身：假设人体温度为37摄氏度，外界温度为17摄氏度，则开路电压为0.97V，电流为0.225毫安，功率为0.218W。

手环：按照人体跑步时每秒钟摆动2次，人每摆臂一次在最大与最小间变化4次。

设

由 ，k为一个比例系数，我们先假设k=0.5，B=0.1T，S=8x10^-5m3。N=10000匝。则：

其中，B：磁感应强度；S：磁感线通过的面积；N：线圈匝数；e：感应电动势；：磁通量；：时间变化量；：磁通量变化量。

Claims (9)

1.一种运动自发电除霾口罩套装，包括：衣身（1）、衣袖（2）和衣兜（3），所述的衣兜（3）缝制在衣身（1）上，所述的衣身（1）前片具有一个夹层，其特征在于：所述的一种运动自发电除霾口罩套装还包括正极线（6）、负极线（7）、整流器（9）、稳压器（10）、USB充电头（11）、手环（12）、机盒（13）、导线（14）、口罩（15）、固定架（16）、若干个温差发电机（4）、若干个人力电磁发电机（5）及若干根交流电线（8），所述的衣袖（3）上侧具有夹层，衣身（1）的夹层与衣袖（3）的夹层联通，所述的手环（12）被缝制在衣袖（2）袖口的环形内表面，所述的若干个人力电磁发电机（5）呈环形阵列形式内置并固定在手环（12）中，所述的若干根交流电线（8）的电力输入端设置在手环（12）内部并与若干个人力电磁发电机（5）的电力输出端连接，若干根交流电线（8）的电力输出端均与整流器（9）的电力输入端连接，若干根交流电线（8）的电力输出端和整流器（9）的电力输入端均内置于衣袖（2）的夹层中，所述的若干个温差发电机（4）呈矩阵形式分布并固定在衣身（1）夹层内靠外部的内表面上，所述的正极线（6）的电力输入端与所有的温差发电机（4）的正极连接，所述的负极线（7）的电力输入端与所有的温差发电机（4）负极连接，同时正极线（6）和负极线（7）的电力输入端还连接整流器（9）的电力输出端，正极线（6）和负极线（7）的电力输出端均固定在衣身（1）夹层内的靠外部的内表面上，正极线（6）和负极线（7）的电力输出端均与稳压器（10）的电力输入端连接，稳压器（10）的电力输出端与USB充电头（11）的电力输入端连接，所述的USB充电头（11）设置于衣身（1）前片外侧，所述的固定架（16）固定在衣身（1）前片外表面上，使用时，所述的机盒（13）放置于固定架（16）上，USB充电头（11）连接机盒（13）底端的电源输入端，所述的导线（14）的两端分别与机盒（13）的电源输出端和口罩（15）的电源输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种运动自发电除霾口罩套装，其特征在于：所述的口罩（15）包括壳面（15-1）、固定绳（15-2）、呼吸口（15-3）、大颗粒过滤网（15-4）、负离子发生层（15-5）、碳纤维电刷（15-8）、聚沉物过滤层（15-6）和除臭氧催化层（15-7），所述的壳面（15-1）、大颗粒过滤网（15-4）、负离子发生层（15-5）、聚沉物过滤层（15-6）和除臭氧催化层（15-7）由前至后依次安装，所述的固定绳（15-2）分为两个固连在壳面（15-1）的两侧，壳面（15-1）上设置有镂空的呼吸口（15-3），所述的碳纤维电刷（15-8）安装在负离子发生层（15-5）的上端。

3.根据权利要求1所述的一种运动自发电除霾口罩套装，其特征在于：所述的机盒（13）包括壳体（13-1）、电量指示灯（13-2）、USB充电口（13-3）和电池（13-4），所述的电池（13-4）内置于机壳（13-1）内，所述的电量指示灯（13-2）安装在机壳（13-1）前表面上，所述的USB充电口（13-3）设置在壳体（13-1）的底端，使用时，电池（13-4）的电流输出端与电量指示灯（13-2）的电源输入端连接。

4.根据权利要求1所述的一种运动自发电除霾口罩套装，其特征在于：所述的若干个温差发电机（4）的数量为二十个。

5.根据权利要求4所述的一种运动自发电除霾口罩套装，其特征在于：所述的若干个温差发电机（4）分为四列，位于衣身（1）左侧两列共十个温差发电机（4）依次串联，位于衣身（1）右侧两列共十个温差发电机（4）也依次串联，而后分别并联到正极线（6）和负极线（7）上。

6.根据权利要求1所述的一种运动自发电除霾口罩套装，其特征在于：每个所述的人力电磁发电机（5）均包括永磁体（5-3）、两个隔片（5-1）、两个弹簧（5-2）和若干个金属线圈（5-4），所述的两个弹簧（5-2）设置在两个隔片（5-1）之间，两个弹簧（5-2）的一端分别与对应的隔片（5-1）固接，所述的永磁体（5-3）设置在两个弹簧（5-2）之间，两个弹簧（5-2）的另一端分别与永磁体（5-3）连接，所述的若干个金属线圈（5-4）环绕在永磁体（5-3）外侧，且若干个金属线圈（5-4）由布置在手环（12）内的若干根交流电线（8）固定悬空。

7.根据权利要求6所述的一种运动自发电除霾口罩套装，其特征在于：所述的若干根交流电线（8）的电力输入端成对的连接在每个金属线圈（5-4）上，且同相的若干根交流电线（8）的输出端在衣袖（2）的夹层中拧成一股线，分别连接整流器（9）的两相电力输入端。

8.根据权利要求1所述的一种运动自发电除霾口罩套装，其特征在于：所述的稳压器（10）为输出电压为3V的DC-DC模块。

9.根据权利要求1或4或5所述的一种运动自发电除霾口罩套装，其特征在于：每个所述的温差发电机（4）均包括N型半导体（4-1）、P型半导体（4-2）和金属片（4-3），所述的N型半导体（4-1）设置在衣身（1）夹层靠外部的内表面上，所述的P型半导体（4-2）设置在衣身（1）夹层靠人体一侧的内表面上，所述的正极线（6）的电力输入端与P型半导体（4-1）连接，所述的负极线（7）的电力输入端与N型半导体（4-2）连接。