本發(fā)明涉及一種具有雙腔結(jié)構(gòu)的氣體過(guò)濾及交換裝置，適用于對(duì)氣體進(jìn)行過(guò)濾及交換的場(chǎng)合，如口罩、防毒面具等裝置，解決其在交換過(guò)程中，氣體交換性差，窒息感強(qiáng)的問(wèn)題。

背景技術(shù)：

社會(huì)在飛速發(fā)展的同時(shí)也帶來(lái)了一些環(huán)境問(wèn)題，如空氣的污染。人們?cè)谠絹?lái)越認(rèn)識(shí)到空氣污染給人們的健康所帶來(lái)危害的同時(shí)，卻鮮有手段加以克服。目前，人們?cè)陟F霾等惡劣的天氣出行時(shí)，一般都會(huì)采取戴上口罩等防護(hù)措施。市面上的類(lèi)似產(chǎn)品也很多，原理也大體相似，即通過(guò)吸氣時(shí)使污濁空氣通過(guò)口罩中過(guò)濾層，過(guò)濾掉其中的有害物質(zhì)，如PM2.5等。但由于這些有害物質(zhì)的體積非常小，所以需要濾網(wǎng)密度足夠大，否則根本起不到過(guò)濾的作用。增加濾網(wǎng)密度會(huì)帶來(lái)了一個(gè)直接的問(wèn)題，就是使得呼吸變得困難，窒息感強(qiáng)烈。所以一般要求戴口罩時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則就會(huì)給身體帶來(lái)不利影響。早一些的產(chǎn)品，呼出和吸入的氣體都要經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)，窒息感強(qiáng)烈。最近的一些產(chǎn)品中，在呼氣過(guò)程中采用了單向閥設(shè)計(jì)，呼氣時(shí)，單向閥打開(kāi)，呼出的氣體可直接通過(guò)單向閥排出，而不再經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)；吸氣時(shí)，單向閥閉合，口罩外的空氣在負(fù)壓下通過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入呼吸道。這樣做的好處是呼氣過(guò)程變順暢了，但對(duì)吸氣過(guò)程沒(méi)有任何影響，特別是在濾網(wǎng)比較致密的情況下，窒息感依然存在。造成窒息感的另一個(gè)原因是，由于鼻腔附近較大空間的存在，呼氣時(shí)將充滿呼出的氣體(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“濁氣”)，當(dāng)再次吸氣時(shí)，這些含有高濃度二氧化碳的濁氣又會(huì)被吸入呼吸道，由于呼吸不到新鮮的空氣，造成人體呼吸困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種雙腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以在實(shí)現(xiàn)空氣過(guò)濾凈化的同時(shí)，提高氣體交換效率，使呼吸時(shí)的窒息感大大降低。

該裝置交換腔(8)一側(cè)與面部緊密貼合，經(jīng)密封裝置(6)在鼻腔附近形成一個(gè)小的密閉空間，該密閉空間通過(guò)單向閥(9)與外面空氣相通，在呼氣時(shí)，單向閥(9)打開(kāi)，使?jié)釟馀懦?；緊臨交換腔外部是用于存儲(chǔ)過(guò)濾后清潔空氣的清氣腔(3)，清氣腔與換氣腔之間設(shè)有單向閥(7)。一次完整呼吸動(dòng)作過(guò)程中，兩個(gè)單向閥的動(dòng)作為：吸氣時(shí)，交換腔(8)產(chǎn)生負(fù)壓，在負(fù)壓作用下，單向閥(9)閉合(防止外面臟空氣進(jìn)入交換腔)，同時(shí)單向閥(7)打開(kāi)，使清氣腔中清潔空氣進(jìn)入交換腔，進(jìn)而進(jìn)入呼吸系統(tǒng)，同時(shí)使清氣腔產(chǎn)生一定的負(fù)壓；呼氣時(shí)，在交換腔正壓和清氣腔負(fù)壓共同作用下，單向閥(7)迅速閉合(防止?jié)釟膺M(jìn)入清氣腔)，同時(shí)，單向閥(9)打開(kāi)，使?jié)釟庋杆倥懦鼋粨Q腔。清氣腔的外表面(與空氣接觸的面)為透氣支架結(jié)構(gòu)，外敷濾網(wǎng)，用以過(guò)濾空氣中有害成分。吸氣時(shí)，由于清氣腔中部分氣體被吸入交換腔及呼吸系統(tǒng)，使清氣腔產(chǎn)生負(fù)壓，在負(fù)壓的作用下，外面的空氣通過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入到清氣腔。由于呼氣過(guò)程中單向閥(7)是閉合的，呼出的氣體并不會(huì)使清氣腔中負(fù)壓減弱或消失，所以該負(fù)壓會(huì)繼續(xù)促使外面的空氣通過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入清氣腔，直至清氣腔中壓力與外氣壓相平衡。

為了提高氣體交換效率，交換腔的體積應(yīng)盡可能地小一些。使得呼出的濁氣盡可能多的排出交換腔。為了方便濁氣排出，優(yōu)選地，可以將單向閥(9)安裝在鼻孔的正下方。由于交換腔與面部所形成的密閉空間體積小，呼氣時(shí)殘存在交換腔的濁氣體積也小，這樣吸氣時(shí)就會(huì)有更多的清潔空氣由清氣腔進(jìn)入交換腔，進(jìn)而進(jìn)入呼吸系統(tǒng)，從而提高呼吸系統(tǒng)空氣交換的效率。

為了降低吸氣過(guò)程中產(chǎn)生的窒息感，清氣腔應(yīng)盡可能的大一些。理論上講，清氣腔越大，從中吸取同等體積的空氣所產(chǎn)生的負(fù)壓就越小，也就是說(shuō)，吸起來(lái)越省力，吸氣就會(huì)越順暢。同時(shí)，清氣腔變大，也會(huì)增大清氣腔與外面空氣的接觸面積，即可增加濾網(wǎng)的面積，提高氣體過(guò)濾的效率，有利于空氣的過(guò)濾；另一方面，由于在呼氣過(guò)程中單向閥(7)是閉合的，所以此時(shí)如果清氣腔中還處于負(fù)壓狀態(tài)，則可以繼續(xù)使外面空氣通過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入其內(nèi)，也就是說(shuō)，過(guò)濾空氣的時(shí)長(zhǎng)可以為整個(gè)呼吸過(guò)程。而現(xiàn)有產(chǎn)品過(guò)濾氣體的過(guò)程只能發(fā)生在一個(gè)呼吸周期的吸氣階段。

為進(jìn)一步降低窒息感，優(yōu)選地，清氣腔支架為彈性結(jié)構(gòu)。當(dāng)吸氣時(shí)，單向閥(7)打開(kāi)，清氣腔隨著其中氣體的減少而收縮；當(dāng)呼氣時(shí)，單向閥(7)關(guān)閉，清氣腔在彈性力的作用下恢復(fù)，恢復(fù)的過(guò)程中，外面空氣通過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入清氣腔，如此往復(fù)。

綜上所述，由于采用雙腔結(jié)構(gòu)，首先實(shí)現(xiàn)了清潔空氣與呼出濁氣之間的隔離，加之大小腔的設(shè)計(jì)(交換腔密閉空間小，清氣腔大)，保證了濁氣盡可能的排出，使人呼吸到的絕大部分為清氣腔中清潔空氣，避免了呼出的濁氣被再次吸入，過(guò)多的二氧化碳所導(dǎo)致的頭暈、頭痛問(wèn)題。其次，在單腔下，氣體過(guò)濾過(guò)程只能發(fā)生在吸氣過(guò)程，作用時(shí)間短，而要在如此時(shí)間短的條件下完成吸入所需的空氣，特別是在濾層致密的情況下，就會(huì)使吸氣十分費(fèi)力，而在本發(fā)明中由于單向閥(7)的作用合，在呼氣時(shí)單向閥(7)是閉合的，清氣腔與外部空氣的過(guò)濾交換過(guò)程可以繼續(xù)進(jìn)行，從而可以大大延長(zhǎng)空氣過(guò)濾的時(shí)間(約增加一倍)，使得清氣腔有足夠的時(shí)間與外面空氣進(jìn)行交換，來(lái)補(bǔ)充清氣腔中被吸入交換腔中的清潔空氣。第三，對(duì)于一般口罩，如果在鼻腔附近不留有太多空間，則吸氣時(shí)所需的空氣量都要在吸氣過(guò)程中通過(guò)過(guò)濾完成，特別是在濾網(wǎng)致密的情況下，吸入非常費(fèi)力；如果在鼻腔附近留有太多空間，則會(huì)造成濁氣填充，呼出濁氣再次被吸入的問(wèn)題，本發(fā)明很好地解決了這一問(wèn)題，由于交換腔小，所以呼氣時(shí)絕大部分濁氣被排出，而吸氣時(shí)，絕大部分清潔空氣來(lái)自清氣腔，同時(shí)由于清氣腔的體積相對(duì)較大，從中獲取一定量的氣體時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓相對(duì)也較小，也就是說(shuō)，使吸氣變得順暢。所以，本發(fā)明一方面提高了氣體的交換效率，另一方面使得呼吸整個(gè)過(guò)程都變得十分順暢，從而消除了窒息感。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的原理圖。

圖2A為具體實(shí)施方式的主剖視圖。

圖2B為圖2A的右視圖。

圖2C為圖2A延A-A向的剖視圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖2，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)介紹。裝置支架(103)采用一體化設(shè)計(jì)，中間分隔為兩個(gè)腔：清氣腔(109)和交換腔(105)，作為選擇方式之一，兩個(gè)腔也可采用分體設(shè)計(jì)，在保證氣密性的前提下拼接為一個(gè)整體。清氣腔(109)與交換腔(105)之間，通過(guò)單向閥(104)連通，通過(guò)單向閥(104)氣體只能從清氣腔一側(cè)進(jìn)入到交換腔一側(cè)。交換腔上還裝有單向閥(106)，使氣體只能從交換腔流出，而不能流入。

本實(shí)施例中，清氣腔支架部分為圓柱結(jié)構(gòu)，作為可選方式，該部分支架也可以為長(zhǎng)方形、球形等形式。支架的側(cè)面開(kāi)有許多進(jìn)氣孔(102)，使得支架在起到支撐濾網(wǎng)(101)作用的同時(shí)，提高氣體交換效率。清氣腔的左端面為開(kāi)口設(shè)計(jì)，上面安裝彈性元件(108)，濾網(wǎng)(101)附在清氣腔支架外側(cè)并與彈性元件(101)相接觸。優(yōu)選地，濾網(wǎng)與支架之間可拆卸，以便更換濾網(wǎng)。

工作時(shí)，支架裝置的交換腔部分通過(guò)一定的外力(可由皮筋等彈性體產(chǎn)生)與人臉相貼合，并形成一個(gè)小的密封空間，所以優(yōu)選的，該部分支架采用仿人臉形設(shè)計(jì)，以保證與人臉貼合時(shí)密封性更好，形成的密封空間更小(但應(yīng)保證兩個(gè)單向閥與鼻孔之間的互通)，有利于呼出氣體的排出。密封條(107)在支架與人臉之間，起到密封的作用。

當(dāng)吸氣時(shí)，單向閥(104)打開(kāi)，單向閥(106)閉合，清氣腔(109)中的空氣通過(guò)單向閥(104)進(jìn)入交換腔(105)，進(jìn)而進(jìn)入人的呼吸系統(tǒng)。為了使吸氣更順暢，在清氣腔的左端面上安裝了彈性元件(108)，由于吸氣過(guò)程中清氣腔產(chǎn)生負(fù)壓，在外面大氣壓的作用下，彈性元件以及和其接觸的濾網(wǎng)部分將向清氣腔內(nèi)部收縮，使清氣腔變小，這部分變形可以減少吸氣時(shí)吸力，使吸氣更順暢。

當(dāng)呼氣時(shí)，單向閥(104)閉合，單向閥(106)打開(kāi)，使呼出的氣體快速、幾無(wú)保留地排出交換腔。為了確保大部分呼出的氣體排出而不滯留在交換腔，交換腔的體積應(yīng)盡可能小，優(yōu)選地，以不阻礙吸氣通道和吸氣通道為宜。

呼氣過(guò)程中，單向閥(104)是閉合的，吸氣過(guò)程中在清氣腔中產(chǎn)生的負(fù)壓將使外面的空氣繼續(xù)通過(guò)濾網(wǎng)(101)進(jìn)入清氣腔，補(bǔ)充清潔空氣，同時(shí)清氣腔的體積在彈性元件恢復(fù)力的作用下恢復(fù)。