CN114191733B - 一种基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，属于呼吸防护技术领域。它包括第一弧形腔，其内侧弧度与人体前额弧度相匹配；第二弧形腔，其内侧弧度与人体下颌弧度相匹配；开放式送风单元，其置于第一弧形腔与第二弧形腔内，并于第一弧形腔底部和第二弧形腔顶部均形成有送风口；空气净化单元，其与开放式送风单元通过连接管路连通，将洁净空气送至开放式送风单元；第一弧形腔佩戴于使用者前额处，第二弧形腔佩戴于使用者下颌处，空气净化单元佩戴于使用者头部后方。本发明的呼吸器有效避免了现行面罩式防尘呼吸器妨碍工作视野、损害面部皮肤、易积聚湿热高浓度CO₂呼出气体等一系列问题，在兼顾防护可靠性同时极大提高了佩戴舒适度。

Description

一种基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器

技术领域

本发明属于呼吸防护技术领域，更具体地说，涉及一种基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器。

背景技术

随着采掘、钻进、破碎、切割、打磨等产尘作业过程机械化水平和生产效率的快速提升，作业场所粉尘浓度也随之激增，而现有的工程减、降、除尘技术措施难以将粉尘浓度降低至国家标准以下，据最新全国性调查发现，过半工矿场所粉尘浓度呈几十、上百倍的严重超标，这也是导致近十年来我国每年均增尘肺病患人数超过2万例的主因，尘肺病目前为不可治愈的全身性疾病，可使人丧失劳动能力，治疗花费巨大，给病患及其家庭带来了沉重的负担，阻碍了工矿业健康发展。

当工程减、降、除尘技术效果有限时，个体防尘就成了保护接尘工人呼吸健康的最后一道防线，目前在工矿企业接尘岗位应用最为普遍的个体防尘用品主要可分为自吸过滤式防尘口罩和动力送风呼吸器两大类。

其中，自吸过滤式防尘口罩的指定防护因数仅为10，即仅可将口罩内空气中粉尘浓度降低至作业环境中的1/10，难以防护几十上百倍超标的高浓度粉尘；此外，在自吸式口罩的高空气阻力与接尘工人高作业强度下的高呼吸流量协同作用下，口罩佩戴过程中会产生强烈的憋闷、湿热、不舒适感，使得绝大多数使用者苦不堪言、避之不及，以至于在强制要求必须佩戴口罩的作业环境中，频繁出现工人不愿佩戴、私自摘除口罩，或者刻意拉动口罩人为的创造缝隙以降低呼吸阻力的现象，而在此情况下，自吸过滤式防尘口罩本就不高的防护性能被进一步大打折扣。

为提高个体防尘的舒适性和防护水平，近年来，越来越多的动力送风呼吸器被应用于高浓度粉尘作业场所，顾名思义，其是以机械或电力为动力迫使外界含尘空气流经过滤元件，并将过滤后的洁净空气送入呼吸面罩内供给使用者呼吸；就其结构而言，通常是将风机、电池、滤盒集成并困于腰间，将过滤后的空气经由长导气管自腰间导入佩戴于头面部的粘弹性硅胶半面罩或全面罩，此类防尘装备克服了上述自吸过滤式防尘口罩的弊端，降低了使用者的呼吸负荷，提高了防护可靠性，但现行动力送风呼吸器在工矿作业场所的推广应用仍存在以下几点阻碍：1)工矿作业场所生产条件复杂，自腰间至头面部的长导气管会在一定程度上干扰工人的正常作业；2)诸多工矿作业接尘场所需要佩戴安全头盔，而粘弹性硅胶半面罩尤其是全面罩与安全头盔存在难以兼容的问题。

除以上问题外，现行个体防尘用品存在的一个极为重要且易被忽视的问题是：无论是自吸过滤式防尘口罩还是动力送风呼吸器均需在头面部佩戴面罩，而现有研究表面，佩戴面罩对于接尘工人存在以下危害：1)无论半面罩还是全面罩均会不可避免地在一定程度上妨害工人视野，影响生产效率，诱发安全事故；2)面罩内部空间易形成死腔，造成人体呼出的CO₂与温湿积聚，诱发眩晕、头痛、闷热感，危害呼吸健康；3)为防止面部密封泄漏，面罩需与头面部形成密合，此密合通常需依靠头/耳带对面罩施加一紧扣于面部皮肤的作用力，在此作用力下长时间佩戴面罩会导致面部皮肤勒伤、挫伤。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，根据本发明的一方面，提供了一种基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，包括：

第一弧形腔，其为弧形中空结构，内侧弧度与人体前额弧度相匹配；

第二弧形腔，其为弧形中空结构，内侧弧度与人体下颌弧度相匹配；

开放式送风单元，其置于第一弧形腔与第二弧形腔内，并于第一弧形腔底部和第二弧形腔顶部均形成有送风口，用于向外送风；

空气净化单元，其与第一弧形腔和第二弧形腔内的开放式送风单元通过连接管路连通，所述空气净化单元将洁净空气送至开放式送风单元；

所述第一弧形腔佩戴于使用者前额处，所述第二弧形腔佩戴于使用者下颌处，所述空气净化单元佩戴于使用者头部后方。

根据本发明实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，可选地，所述开放式送风单元包括：

输风管，其分别置于第一弧形腔及第二弧形腔的中空结构中，所述输风管端部通过连接管路与空气净化单元连通，位于第一弧形腔内的输风管底部开设若干送风口，位于第二弧形腔内的输风管顶部开设若干送风口；

流量控制器，其设于输风管端部处，控制输入输风管洁净空气的流量；

所述输风管有若干个。

根据本发明实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，可选地，所述开放式送风单元还包括：

送风喷嘴，其有若干个，分别与各送风口配合连接，控制送风口送风量；

微型舵机，其与送风喷嘴传动连接，控制送风喷嘴的送风角度。

根据本发明实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，可选地，所述送风喷嘴与送风口可拆卸连接。

根据本发明实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，可选地，所述空气净化单元包括：

壳体，其一端面开设有进风口；

微型变频风机，其固定设于壳体内，通过进风口向壳体内吸入空气；

高效滤棉，其固定设于设于壳体内，位于微型变频风机与壳体另一端面之间，微型变频风机吸入的空气经高效滤棉过滤后通入连通管路。

根据本发明实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，可选地，所述连接管路为可伸缩弹性软管。

根据本发明实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，可选地，所述第一弧形腔的底面及第二弧形腔的顶面均设有百叶格栅，所述百叶格栅通过开闭控制组件控制开闭。

根据本发明实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，可选地，所述第一弧形腔的佩戴面对应人体翼点位置处，固定设有个体翼点动脉压传感器，监测佩戴者翼点动脉压变化。

根据本发明实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，可选地，所述空气净化单元还包括：

集成电路板，其固定设于壳体内；

锂电池，其固定设于壳体内；

开关位，其设于壳体外壁，控制呼吸器开关机。

根据本发明实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，可选地，所述第一弧形腔与第二弧形腔的佩戴面均固定设有吸汗带，所述吸汗带边缘处形成有防滑硅胶。

有益效果

相比于现有技术，本发明至少具备如下有益效果：

(1)本发明的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，采用开放式多孔风束送风防尘的无面罩设计，可在多孔风束洁净风流冲刷作用下，可将人体有效吸程区(含尘负压半球区)转变为洁净空气微正压区，以供给人体呼吸新鲜风流，有效避免了现行面罩式防尘呼吸器妨碍工作视野、损害挫伤面部皮肤、易积聚湿热高浓度CO₂呼出气体、影响日常沟通交流等一系列问题，在兼顾防护可靠性的同时，极大的提高了佩戴舒适度；

(2)本发明的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，基于翼点动脉压监测，实时调控风机功率、前额及下颌两处弧形腔形成的上下交叉多孔风束的送风角度及风量，进而将人体有效吸程区转变为正压无尘区，达到实时监测、反馈调节，实现对人体眼、面、口、鼻部的无面罩开放式低能耗高效舒适防尘；

(3)本发明的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，将空气净化单元、开放式送风单元无线集成于人体头面部，有效克服了传统动力送风呼吸器难与安全头盔兼容、长导气管干扰作业、腰部加载过重等一系列问题，兼顾零呼吸阻力、高效防尘的同时，佩戴舒适，使用方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1示出了本发明的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器结构示意图；

图2示出了本发明的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器佩戴后后视角示意图及空气净化单元结构分解图；

图3示出了本发明的第一弧形腔及置于其中的开放式送风单元结构分解图；

图4示出了送风口处结构细节图；

图5示出了本发明的送风喷嘴的结构示意图；

图6示出了图3中A处放大图；

图7示出了本发明的空气净化单元示意图；

图8示出了本发明的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器佩戴后的示意图；

附图标记：

1、第一弧形腔；10、百叶格栅；100、开闭控制组件；

2、第二弧形腔；

3、开放式送风单元；30、输风管；31、流量控制器；32、送风口；320、螺纹孔；33、送风喷嘴；330、装配头；34、微型舵机；

4、空气净化单元；40、壳体；400、进风口；41、微型变频风机；42、高效滤棉；43、集成电路板；44、锂电池；45、开关位；

5、连接管路；

6、个体翼点动脉压传感器；

7、吸汗带；

8、防滑硅胶。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

现行的尘肺预防举措中存在着诸多问题，如自吸式吸气阻力较高，佩戴过程中憋闷、不舒适，在高浓度粉尘环境中应用可靠性较差，动力式难以与诸多工矿场所要求佩戴的安全头盔契合，佩戴后易影响作业，舒适感差，可能存在一定身体损害；而开放式送风有效解决上述问题。

开放式送风是基于人体有效吸程区进行设计的，所述人体有效吸程区是指：人体吸气在口鼻附近产生的负压区，区内负压值随口鼻处向外部空间延伸逐渐递减，在此负压梯度的作用下，有效吸程区内的浮游粉尘会逐步向口鼻运移并最终被人体吸入，有效吸程区边界处负压值为0(即与外界大气压相同)，边界以外无压力梯度/压差存在，则有效吸程区以外的浮游粉尘不会被人体吸入；因此，从尘肺预防的角度，仅需以洁净风流冲刷的方式，将人体有效吸程区内的负压含尘区转变为正压无尘区，即可有效防止含尘空气被吸入，克服了现行面罩式个体防尘的损伤皮肤/危害呼吸/妨碍视野/影响交流、自吸式的高阻低效、动力式的长导气管干扰作业及腰部负载过重等等一系列问题，可与安全头盔完美兼容，零呼吸阻力，高防尘效能，达到有效保护呼吸健康、预防尘肺的目的，具有广阔的应用前景。

实施例1

本实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，包括：

第一弧形腔1，其为弧形中空结构，内侧弧度与人体前额弧度相匹配；

第二弧形腔2，其为弧形中空结构，内侧弧度与人体下颌弧度相匹配；

开放式送风单元3，其置于第一弧形腔1与第二弧形腔内2，并于第一弧形腔1底部和第二弧形腔2顶部均形成有送风口32，用于向外送风；

空气净化单元4，其与第一弧形腔1和第二弧形腔2内的开放式送风单元3通过连接管路5连通，所述空气净化单元4将洁净空气送至开放式送风单元3；

所述第一弧形腔1佩戴于使用者前额处，所述第二弧形腔2佩戴于使用者下颌处，所述空气净化单元4佩戴于使用者头部后方。

如图1所示，本实施例中，第一弧形腔1外形与人体前额弧度相匹配，使用时佩戴于前额处，第二弧形腔2外形与人体下颌弧度相匹配，使用时佩戴与下颌处，空气净化单元4佩戴于头部后方，如图2所示为佩戴与人体枕骨后方，开放式送风单元3内置于第一弧形腔1和第二弧形腔2内，空气净化单元4净化后的洁净空气通过连通管路5输送至开放式送风单元3，同时，连通管路5与空气净化单元4、第一弧形腔1、第二弧形腔2形成箍套结构，方便使用者佩戴于头部。

本实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，在使用时，空气净化单元4吸入空气并对空气进行净化，净化后的洁净空气通过连通管路5传输至开放式送风单元3，在第一弧形腔1的底面及第二弧形腔2的顶面对应送风口32位置处开设有让位口，净化后的空气从送风口32输出，即在使用者前额至下颌之间的区域形成洁净风流，从而将人体有效吸程区内的负压含尘区转变为正压无尘区，有效防止含尘空气被吸入。

实施例2

本实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，在实施例1的基础上做进一步改进，所述开放式送风单元3包括：

输风管30，其分别置于第一弧形腔1及第二弧形腔2的中空结构中，所述输风管30端部通过连接管路5与空气净化单元4连通，位于第一弧形腔1内的输风管30底部开设若干送风口32，位于第二弧形腔2内的输风管30顶部开设若干送风口32；

流量控制器31，其设于输风管30端部处，控制输入输风管30洁净空气的流量；

所述输风管30有若干个。

如图3所示，第一弧形腔1及第二弧形腔2的中空结构呈弧形腔室，本实施例的输风管30也呈弧形置于对应腔室内，每根输风管30的两个端部与连接管路5连通；进一步地，本实施例中，从空气净化单元4两侧延伸均延伸出连接管路5，每侧延伸两根，分别与对应侧第一弧形腔1和第二弧形腔2的端部固定，并与对应腔室内的输风管30连通。

本实施例在第一弧形腔1及第二弧形腔2内均设有多根输风管30，本实施例各设置三根，用于进行多排送风，从而能更全面的覆盖人体有效吸程区，确保防尘效果。

本实施例在每根输风管30靠近端部的位置处设置流量控制器31，即流量阀，能够控制洁净空气进入输风管30的风量，进而方便针对送风需求进行进风量的调节。

实施例3

本实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，在实施例2的基础上做进一步改进，所述开放式送风单元3还包括：

送风喷嘴33，其有若干个，分别与各送风口32配合连接，控制送风口32送风量；

微型舵机34，其与送风喷嘴33传动连接，控制送风喷嘴33的送风角度。

如图3和图5所示，本实施例的送风喷嘴33为电控扇形喷嘴，能对送风量进行调节，配合微型舵机34，能针对使用者呼吸情况的需求，输出最适合的送风量与送风角度。

本实施例中，三排输风管30上的送风喷嘴33呈不同的送风角度进行送风，确保对人体有效吸程区的全面覆盖。

进一步地，所述送风喷嘴33与送风口32可拆卸连接。

送风喷嘴33主要用于对送风量的精确控制，对确保有效吸程区内保持正压有着很重要的作用，本实施例设置送风喷嘴33与送风口32可拆卸连接，一方面使各送风喷嘴33安装便捷，另一方面方便各送风喷嘴33的检修更换。

更具体地说，本实施例的送风喷嘴33与送风口32通过螺纹连接的方式实现可拆卸连接，如图4和图5所示，在送风口32开口内侧壁开设有螺纹孔320，送风喷嘴33的装配头330外侧壁开设有螺纹。

实施例4

本实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，在实施例3的基础上做进一步改进，所述空气净化单元4包括：

壳体40，其一端面开设有进风口400；

微型变频风机41，其固定设于壳体40内，通过进风口400向壳体40内吸入空气；

高效滤棉42，其固定设于设于壳体40内，位于微型变频风机41与壳体40另一端面之间，微型变频风机41吸入的空气经高效滤棉42过滤后通入连通管路5。

如图2所示，壳体40为可拆卸拼装的盒状结构壳体40一端面开设进风口400，另一端面在佩戴时紧贴人体头部后方，微型变频风机41置于壳体40内，进风面朝向进风口400，出风面处设有高效滤棉42，对吸入的空气进行过滤，高效滤棉42一端面朝向微型变频风机41出风面，另一端面与连接管路5连通，由此将过滤后的洁净空气输向连通管路5。

实施例5

本实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，在实施例4的基础上做进一步改进，所述连接管路5为可伸缩弹性软管。

本实施例的连通管路5为可伸缩弹性软管，能根据使用者的头部尺寸，长度自适应，既能确保使用者佩戴后的稳定，也不会对使用者产生紧固力。

进一步地，本实施例的连接管路5如图1和图2所示，包括四通管路段与伸缩连接段，四通管路段一端与壳体40内高效滤棉42过滤后的空间连通，另一端延伸出四个管路分支，分别从壳体40的左右侧各延伸出两个分支管路，分别与对应侧的第一弧形腔1和第二弧形腔2对应，伸缩连接段也设有四个，分别与各分支管路连通，伸缩连接段的一端连通分支管路，另一端与对应弧形腔内的输风管30连通，且伸缩连接管的外部与对应弧形腔的端部固定连接。

实施例6

本实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，在实施例5的基础上做进一步改进，所述第一弧形腔1的底面及第二弧形腔2的顶面均设有百叶格栅10，所述百叶格栅10通过开闭控制组件100控制开闭。

如图1和图3所示，通过在第一弧形腔1的底面及第二弧形腔2的顶面设置百叶格栅10，在呼吸器使用时打开百叶格栅10留出让位孔便于送风口32送风，在呼吸器不使用时关闭百叶格栅10能隔绝大气中的粉尘、水蒸气，延长送风喷嘴33及呼吸器的使用寿命。

进一步地，百叶格栅10可通过卡扣结构与对应弧形腔连接。

本实施例的百叶格栅10通过开闭控制组件100控制开闭，如图6所示，开闭控制组件100可为手动控制，也可为电动控制，本实施例示出了一种电动控制的方式，在百叶格栅10的端部设置微型步进电机，微型步进电机的输出轴通过传动杆与格栅传动连接，微型步进电机启动后即可通过传动杆控制格栅的开闭。

实施例7

本实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，在实施例6的基础上做进一步改进，所述第一弧形腔1的佩戴面对应人体翼点位置处，固定设有个体翼点动脉压传感器6，监测佩戴者翼点动脉压变化。

人体有效吸程区的负压会随着呼吸频率的改变而变化，而呼吸频率会通过动脉压反应，由于本申请的第一弧形腔1佩戴于使用者的前额处，会与人体翼点接触，因此，本实施例在对应人体翼点位置处设置个体翼点动脉压传感器6，实时监测佩戴者翼点动脉压变化，进而针对性的输出合适的送风量与送风角度，确保使用效果。

实施例8

本实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，在实施例7的基础上做进一步改进，所述空气净化单元4还包括：

集成电路板43，其固定设于壳体40内；

锂电池44，其固定设于壳体40内；

开关位45，其设于壳体40外壁，控制呼吸器开关机。

本实施例将呼吸器运行必备的集成电路板43及锂电池44均设置于壳体40内，集成电路板43与各流量控制器31、送风喷嘴33、微型舵机34、微型变频风机41、个体翼点动脉压传感器6及微型步进电机均信号连接，锂电池44为呼吸器中各需要用电的元器件提供电能；开关位45设于壳体40外壁，方便使用者控制呼吸器开关机，进一步地，在开关位45处开设有充电口，用于对锂电池44进行充电。

本实施例将微型变频风机41、高效滤棉42、集成电路板43、锂电池44均集成与壳体40中，配合第一弧形腔1、第二弧形腔2的结构，重量布局合理，结构紧凑，能有效降低使用者的佩戴负担。

实施例9

本实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，在实施例8的基础上做进一步改进，所述第一弧形腔1与第二弧形腔2的佩戴面均固定设有吸汗带7，所述吸汗带7边缘处形成有防滑硅胶8。

第一弧形腔1与第二弧形腔2的佩戴面均会与使用者的面部有一定程度的接触，通过设置吸汗带7吸汗，防滑硅胶8确保佩戴稳定，优化使用者的佩戴体验。

本实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，可与安全头盔完美兼容、有效避免长导气管干扰作业、无需佩戴面罩，本实施例的呼吸器可将风机、电池、滤棉无线集成于颅后，通过四通路管路将净化后的空气引流至前额及下颌处的头戴式上下弧形腔内，再经由上下弧形腔内、中、外三排输风管30的各送风喷嘴33生成多孔风束，全方位无死角覆盖口鼻部吸气过程产生的负压半球区——人体有效吸程区，在多孔风束的洁净风流冲刷下，变含尘负压半球区为洁净空气微正压区，与现有个体防尘装备相比，本申请的呼吸器可在确保个体防尘的前提下，最大程度提高佩戴舒适度和便利程度，兼具防护可靠性、佩戴舒适性、使用便捷性等多重优势。

实施例10

本实施例的基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，其使用方法如下：

一、在使用前，根据使用者吸气时口鼻处负压值变化与空间坐标的关系，建立三维负压图谱ΔP＝h(x_i，y_i，z_i，t_i)，并确定使用者的个体有效吸程区；

监测使用者翼点动脉压随时间的变化，构建时变曲线t＝f(R)，其中t为时间，R为使用者翼点动脉压；

将t＝f(R)代入ΔP＝h(x_i，y_i，z_i，t_i)，构建基于翼点动脉压的三维负压图谱ΔP₀＝h(x_i，y_i，z_i，f(R))；

然后针对呼吸器中每处送风口32构建其送风角度计算模型及送风量计算模型：

先确定呼吸器中各送风口32处送风喷嘴33在三维负压图谱ΔP₀的坐标系中所在的位置，即为点S，坐标(x_s，y_s，z_s)；

根据三维负压图谱ΔP₀，确定最大负压值ΔP_max所在的坐标(x₁，y₁，z₁)，记为点M；

根据三维负压图谱ΔP₀边界及送风点S，确定最大送风距离所在的坐标(x₂，y₂，z₂)，记为点F；

过送风点S作xOz平面的平行面，并将该平行面与三维负压图谱ΔP₀边界相交的最高位置处的切点坐标(x₃，y₃，z_max)，记为点H，将该平行面与三维负压图谱ΔP₀边界相交的最低位置处的切点坐标(x₄，y₄，z_min)，记为点L；

构建送风角度计算模型，

最大负压点送风角度α_M、最大送风距离送风角度α_F、最高送风位置送风角度α_H和最低送风位置送风角度α_L四种送风角度即为对应送风口32需要调整的四个送风角度，通过微型舵机34控制送风喷嘴33实现，在集成电路板43中对各送风喷嘴33及微型舵机34进行编码定位，由此根据计算模型来对对应送风喷嘴33进行控制；

构建送风量计算模型：

其中，Q_i为各送风角度α_M、α_F、α_H或α_L的送风量；r₀为送风点的孔口半径；α为紊流系数，取值范围0.066～0.240；s_i为SM、SF、SH或SL的长度；ΔP_i为在点M、点F、点H或点L处三维负压图谱ΔP₀的负压值；空气密度ρ取40℃条件下饱和空气密度1.097kg/m³；

由此，通过集成电路板43控制送风喷嘴33及微型舵机34开始先送风角度及送风量的控制。

二、使用时，使用者佩戴好呼吸器，打开呼吸器开关，开启信号传输至微型步进电机，微型步进电机带动传动杆开启百叶格栅10，同时空气净化单元4开始工作，吸入并过滤外界空气，个体翼点动脉压传感器6实时监测使用者翼点动脉压的数值并传递至集成电路板7，集成电路板7计算得出三维负压图谱，根据送风角度计算模型及送风量计算模型计算翼点动脉压对应三维负压图谱下的送风角度及送风量，并将送风角度数据传输至对应编码的微型舵机34，微型舵机34控制对应编码的送风喷嘴33改变送风角度，将送风量数据传输至流量控制器31动作，各输风管30调节至所需送风流量；同时根据送风流量数值计算所需微型变频风机41所需功率值，将其传递至微型变频风机41，微型变频风机改变功率，达到实时调控风机功率、两处弧形腔形成的上下交叉多孔风束的送风角度及风量的效果；

三、呼吸器在不使用时，百叶格栅10关闭。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，其特征在于，包括第一弧形腔、第二弧形腔、开放式送风单元、空气净化单元：

所述第一弧形腔，其为弧形中空结构，内侧弧度与人体前额弧度相匹配；第二弧形腔，其为弧形中空结构，内侧弧度与人体下颌弧度相匹配；

开放式送风单元，其置于第一弧形腔与第二弧形腔内，并于第一弧形腔底部和第二弧形腔顶部均形成有送风口，用于向外送风；

空气净化单元，其与第一弧形腔和第二弧形腔内的开放式送风单元通过连接管路连通，所述空气净化单元将洁净空气送至开放式送风单元；

所述第一弧形腔佩戴于使用者前额处，所述第二弧形腔佩戴于使用者下颌处，所述空气净化单元佩戴于使用者头部后方；

所述开放式送风单元还包括：送风喷嘴，其有若干个，分别与各送风口配合连接，控制送风口送风量；

微型舵机，其与送风喷嘴传动连接，控制送风喷嘴的送风角度；

基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，其使用方法如下：

一、在使用前，根据使用者吸气时口鼻处负压值变化与空间坐标的关系，建立三维负压图谱ΔP=h（x _i ，y _i ，z _i ，t _i ），并确定使用者的个体有效吸程区；

监测使用者翼点动脉压随时间的变化，构建时变曲线t=f（R），其中t为时间，R为使用者翼点动脉压；

将t=f（R）代入ΔP=h（x _i ，y _i ，z _i ，t _i ），构建基于翼点动脉压的三维负压图谱ΔP ₀ =h（x _i ，y _i ，z _i ，f（R））；

然后针对呼吸器中每处送风口构建其送风角度计算模型及送风量计算模型：

先确定呼吸器中各送风口处送风喷嘴在三维负压图谱ΔP ₀的坐标系中所在的位置，即为点S，坐标（x _s ，y _s ，z _s ）；

根据三维负压图谱ΔP ₀，确定最大负压值ΔP _max 所在的坐标（x ₁，y ₁，z ₁），记为点M；

根据三维负压图谱ΔP ₀边界及送风点S，确定最大送风距离所在的坐标（x ₂，y ₂，z ₂），记为点F；

过送风点S作xOz平面的平行面，并将该平行面与三维负压图谱ΔP ₀边界相交的最高位置处的切点坐标（x ₃，y ₃，z _max），记为点H，将该平行面与三维负压图谱ΔP ₀边界相交的最低位置处的切点坐标（x ₄，y ₄，z _min），记为点L；

构建送风角度计算模型，

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；

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；

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；

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；

最大负压点送风角度 QUOTE

、最大送风距离送风角度 QUOTE

、最高送风位置送风角度 QUOTE

和最低送风位置送风角度 QUOTE

四种送风角度即为对应送风口需要调整的四个送风角度，通过微型舵机控制送风喷嘴实现，在集成电路板中对各送风喷嘴及微型舵机进行编码定位，由此根据计算模型来对对应送风喷嘴进行控制；

构建送风量计算模型：

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；

其中， QUOTE

为各送风角度 QUOTE

、 QUOTE

、 QUOTE

或 QUOTE

的送风量； QUOTE

为送风点的孔口半径； QUOTE

为紊流系数，取值范围0.066~0.240； QUOTE

为SM、SF、SH或SL的长度； QUOTE

为在点M、点F、点H或点L处三维负压图谱ΔP ₀的负压值；空气密度ρ取40℃条件下饱和空气密度1.097kg/m³；

由此，通过集成电路板控制送风喷嘴及微型舵机开始先送风角度及送风量的控制；

二、使用时，使用者佩戴好呼吸器，打开呼吸器开关，开启信号传输至微型步进电机，微型步进电机带动传动杆开启百叶格栅，同时空气净化单元开始工作，吸入并过滤外界空气，个体翼点动脉压传感器实时监测使用者翼点动脉压的数值并传递至集成电路板，集成电路板计算得出三维负压图谱，根据送风角度计算模型及送风量计算模型计算翼点动脉压对应三维负压图谱下的送风角度及送风量，并将送风角度数据传输至对应编码的微型舵机，微型舵机控制对应编码的送风喷嘴改变送风角度，将送风量数据传输至流量控制器动作，各输风管调节至所需送风流量；同时根据送风流量数值计算所需微型变频风机所需功率值，将其传递至微型变频风机，微型变频风机改变功率，达到实时调控风机功率、两处弧形腔形成的上下交叉多孔风束的送风角度及风量的效果；

三、呼吸器在不使用时，百叶格栅关闭。

2.根据权利要求1所述的一种基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，其特征在于，所述开放式送风单元包括：输风管，其分别置于第一弧形腔及第二弧形腔的中空结构中，所述输风管端部通过连接管路与空气净化单元连通，位于第一弧形腔内的输风管底部开设若干送风口，位于第二弧形腔内的输风管顶部开设若干送风口；

流量控制器，其设于输风管端部处，控制输入输风管洁净空气的流量；

所述输风管有若干个。

3.根据权利要求1所述的一种基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，其特征在于：所述送风喷嘴与送风口可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，其特征在于，所述空气净化单元包括：壳体，其一端面开设有进风口；

微型变频风机，其固定设于壳体内，通过进风口向壳体内吸入空气；

高效滤棉，其固定设于壳体内，位于微型变频风机与壳体另一端面之间，微型变频风机吸入的空气经高效滤棉过滤后通入连通管路。

5.根据权利要求4所述的一种基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，其特征在于：所述连接管路为可伸缩弹性软管。

6.根据权利要求5所述的一种基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，其特征在于：所述第一弧形腔的底面及第二弧形腔的顶面均设有百叶格栅，所述百叶格栅通过开闭控制组件控制开闭。

7.根据权利要求5所述的一种基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，其特征在于：所述第一弧形腔的佩戴面对应人体翼点位置处，固定设有个体翼点动脉压传感器，监测佩戴者翼点动脉压变化。

8.根据权利要求7所述的一种基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，其特征在于，所述空气净化单元还包括：集成电路板，其固定设于壳体内；

锂电池，其固定设于壳体内；

开关位，其设于壳体外壁，控制呼吸器开关机。

9.根据权利要求8所述的一种基于人体有效吸程区的开放式送风防尘呼吸器，其特征在于：所述第一弧形腔与第二弧形腔的佩戴面均固定设有吸汗带，所述吸汗带边缘处形成有防滑硅胶。

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