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【摘要】最近几年雾霾影响了大半个中国，人们出行活动受到了不同程度的影响。目前市场上的主流防雾霾口罩通气性不佳，戴上后难以在雾霾天户外做适度运动。而专业的呼吸口罩则价格过于昂贵。为此，我们探索了小型空气泵主动通入气体，配合呼吸阀以消除呼吸阻力的可穿戴随身呼吸系统。成本低廉，通气性过滤性良好，极大方便人们雾霾天出行活动。
【关键词】防雾霾；呼吸系统；低阻力；可穿戴；可调速
一、研究背景
近年来，“雾霾”一词成为中国人日常生活和媒体报道的的关键词。全国多地监测数据显示PM2.5远超安全值，城市的空气质量已经达到了严重污染的程度。雾霾天气不仅影响到道路交通的正常运行，也对市民的身体健康、工作生活以及学习造成了极大的危害。[1]
基于现阶段市场上所流行的防霾口罩价格偏高，透气性差，不能长期重复使用，对于中老年人群难以普及的问题，我们研制的污染气体净化系统可以有效地弥补这些不足之处。此净化系统运用小型空气泵主动推入空气，配合呼吸阀以消除呼吸阻力，轻巧便捷，可循环使用，成本低，使用方便。[2]此系统仍可进一步改造，可成为封闭空间净化换气装置，必将成为防范雾霾天气的利器。
二、随身呼吸系统基本架构
1.整体架构
本系统主要由以下三大部分组成：口罩部分、送气系统以及便携式结构组成。
而口罩部分则是本系统的核心部分。我们的口罩面部系统采用基于人体工程学原理的氧气面罩的改进设计，与面部紧密贴合，减轻佩戴过程中的不适。如图2.1.1所示。
而口罩部分上设计有仅可出气不可进气的空气阀，而空气阀技术被广泛的应用于医用口罩以及几乎所有的军用防毒面罩，因此其技术成熟性在此不必赘述。
2.送气系统架构
本系统采用改进型的柱形硬质塑料制作其中的重要部分——过滤区域。关于过滤区域的具体组成将在本文后部详述。而通气部分采用环保软质塑料管。环保软质塑料管的优势在于易于变形而又不易弯折，可以保证空气顺畅流通，并且方便进行可穿戴，便携式设计。根据空气动力学原理，在圆柱形过滤区域上下方各设计有一个锥台结构，避免产生气流的局部集中，保证呼吸舒畅。
在进气端，采用微型气泵辅助进气，这一创新性的设计大大减小了使用者呼吸阻力。本系统采用的是OKEN SEIKO P05H03医用微型空气泵。其低能耗、低噪音的特性在医疗行业已经不必多言。所以，基于技术成熟性的考虑，选择了双缸阀式的微型气泵。[3]原理图如图2.2.1所示。
3.便携式架构
目前市场上常见的器械便携式经过详细的比对分析后，选定左上臂臂带捆扎，由此固定送风系统的臂带式式结构作为该呼吸系统的携带架构。
臂式结构具有以下优点：
1.该呼吸系统整体体积较小，重量在500克左右，因此无需采用肩带式或背带式携带，臂带式即可。
2.臂带式结构运动时，与肩带式或者背带式相比，对运动产生的妨碍小，晃动轻，适合于在户外进行低强度的运动。
3.臂带式结构与肩带式或背带式相比，缩短了空气输送管长度，进而加强了输送风力强度，契合节能环保的理念。
三、过滤原理与实测效果
1、过滤原理
雾霾是雾与霾的混合物，雾是大量微小水滴浮游空中，常呈乳白色，使水平能见度小于1.0km。霾是灰霾（烟霞）空气中的灰尘、硫酸、硝酸等造成视觉程障碍。雾与霾的主要区别是相对湿度的饱和程度（具体见表一）。
针对雾霾的主要成分，本口罩的吸附装置采用无机硅胶， 活性炭纤维，离子吸附片，负离子氧化片以层状结构组成。其中无机硅胶属非晶态物质，无毒无味，具有吸附性高的特点，主要吸附雾霾中的水蒸气和重金属颗粒物；活性炭纤维对NOx，SO2敏感，可有效吸附NOx，SO2，VOCs，二噁英等有害工业烟气和汽车尾气中的有害气体。离子吸附片层主要吸附空气中的带电酸碱颗粒物，保持呼吸道系统酸碱平衡，而负离子氧化片主要氧化空气中的细菌病毒为身体增加一道健康防线。
鉴于吸附剂具有饱和性，口罩的吸附装置以螺旋口与其他部分衔接，便于吸附装置的更换，提高了口罩的循环性，实用性和性价比，也降低了生产成本。
2、实测效果
我们采用比普通口罩检测标准更严格的医用口罩标准进行过滤效果检测。
口罩细菌过滤效率计算公式： BFE=（C-T）/C×100% （式中C：阳性质控气溶胶浓度； T：测试样品气溶胶浓度）。YY0469-2004《医用外科口罩技术要求》规定细菌过滤效率应大于95%
检测结果显示，5份样品过滤效果均合格。对金黄色葡萄球菌气溶胶颗粒平均过滤效果达到98%以上，过滤效果范围为97.29%～99.00% （表1） ，依照标准规定合格率达到100%。实验数据如表3.2.1所示。
参考文献
[1]樊良树.《霾城——北京PM2.5解析》.中共中央党校出版社，2014
[2]石海鸥，王力红，张京利，王桂珍.口罩的合理选择与应用.首都医科大学学报，2004
[3]吴建华.空气泵动阻尼结构的研究与应用.制造技术与机床，1999
附录
附录：相关参数
口罩尺寸：170*130mm
空气阀尺寸：15*15mm
通气管内径：2.25mm 外径：4mm
过滤黑盒：30*35*125mm
空气泵：DC6V 0.22A
電源：外接DC5V、内置电池 NOKIA BL-5C
【关键词】防雾霾；呼吸系统；低阻力；可穿戴；可调速
一、研究背景
近年来，“雾霾”一词成为中国人日常生活和媒体报道的的关键词。全国多地监测数据显示PM2.5远超安全值，城市的空气质量已经达到了严重污染的程度。雾霾天气不仅影响到道路交通的正常运行，也对市民的身体健康、工作生活以及学习造成了极大的危害。[1]
基于现阶段市场上所流行的防霾口罩价格偏高，透气性差，不能长期重复使用，对于中老年人群难以普及的问题，我们研制的污染气体净化系统可以有效地弥补这些不足之处。此净化系统运用小型空气泵主动推入空气，配合呼吸阀以消除呼吸阻力，轻巧便捷，可循环使用，成本低，使用方便。[2]此系统仍可进一步改造，可成为封闭空间净化换气装置，必将成为防范雾霾天气的利器。
二、随身呼吸系统基本架构
1.整体架构
本系统主要由以下三大部分组成：口罩部分、送气系统以及便携式结构组成。
而口罩部分则是本系统的核心部分。我们的口罩面部系统采用基于人体工程学原理的氧气面罩的改进设计，与面部紧密贴合，减轻佩戴过程中的不适。如图2.1.1所示。
而口罩部分上设计有仅可出气不可进气的空气阀，而空气阀技术被广泛的应用于医用口罩以及几乎所有的军用防毒面罩，因此其技术成熟性在此不必赘述。
2.送气系统架构
本系统采用改进型的柱形硬质塑料制作其中的重要部分——过滤区域。关于过滤区域的具体组成将在本文后部详述。而通气部分采用环保软质塑料管。环保软质塑料管的优势在于易于变形而又不易弯折，可以保证空气顺畅流通，并且方便进行可穿戴，便携式设计。根据空气动力学原理，在圆柱形过滤区域上下方各设计有一个锥台结构，避免产生气流的局部集中，保证呼吸舒畅。
在进气端，采用微型气泵辅助进气，这一创新性的设计大大减小了使用者呼吸阻力。本系统采用的是OKEN SEIKO P05H03医用微型空气泵。其低能耗、低噪音的特性在医疗行业已经不必多言。所以，基于技术成熟性的考虑，选择了双缸阀式的微型气泵。[3]原理图如图2.2.1所示。
3.便携式架构
目前市场上常见的器械便携式经过详细的比对分析后，选定左上臂臂带捆扎，由此固定送风系统的臂带式式结构作为该呼吸系统的携带架构。
臂式结构具有以下优点：
1.该呼吸系统整体体积较小，重量在500克左右，因此无需采用肩带式或背带式携带，臂带式即可。
2.臂带式结构运动时，与肩带式或者背带式相比，对运动产生的妨碍小，晃动轻，适合于在户外进行低强度的运动。
3.臂带式结构与肩带式或背带式相比，缩短了空气输送管长度，进而加强了输送风力强度，契合节能环保的理念。
三、过滤原理与实测效果
1、过滤原理
雾霾是雾与霾的混合物，雾是大量微小水滴浮游空中，常呈乳白色，使水平能见度小于1.0km。霾是灰霾（烟霞）空气中的灰尘、硫酸、硝酸等造成视觉程障碍。雾与霾的主要区别是相对湿度的饱和程度（具体见表一）。
针对雾霾的主要成分，本口罩的吸附装置采用无机硅胶， 活性炭纤维，离子吸附片，负离子氧化片以层状结构组成。其中无机硅胶属非晶态物质，无毒无味，具有吸附性高的特点，主要吸附雾霾中的水蒸气和重金属颗粒物；活性炭纤维对NOx，SO2敏感，可有效吸附NOx，SO2，VOCs，二噁英等有害工业烟气和汽车尾气中的有害气体。离子吸附片层主要吸附空气中的带电酸碱颗粒物，保持呼吸道系统酸碱平衡，而负离子氧化片主要氧化空气中的细菌病毒为身体增加一道健康防线。
鉴于吸附剂具有饱和性，口罩的吸附装置以螺旋口与其他部分衔接，便于吸附装置的更换，提高了口罩的循环性，实用性和性价比，也降低了生产成本。
2、实测效果
我们采用比普通口罩检测标准更严格的医用口罩标准进行过滤效果检测。
口罩细菌过滤效率计算公式： BFE=（C-T）/C×100% （式中C：阳性质控气溶胶浓度； T：测试样品气溶胶浓度）。YY0469-2004《医用外科口罩技术要求》规定细菌过滤效率应大于95%
检测结果显示，5份样品过滤效果均合格。对金黄色葡萄球菌气溶胶颗粒平均过滤效果达到98%以上，过滤效果范围为97.29%～99.00% （表1） ，依照标准规定合格率达到100%。实验数据如表3.2.1所示。
参考文献
[1]樊良树.《霾城——北京PM2.5解析》.中共中央党校出版社，2014
[2]石海鸥，王力红，张京利，王桂珍.口罩的合理选择与应用.首都医科大学学报，2004
[3]吴建华.空气泵动阻尼结构的研究与应用.制造技术与机床，1999
附录
附录：相关参数
口罩尺寸：170*130mm
空气阀尺寸：15*15mm
通气管内径：2.25mm 外径：4mm
过滤黑盒：30*35*125mm
空气泵：DC6V 0.22A
電源：外接DC5V、内置电池 NOKIA BL-5C