本發明涉及一種具有雙腔結構的氣體過濾及交換裝置，適用于對氣體進行過濾及交換的場合，如口罩、防毒面具等裝置，解決其在交換過程中，氣體交換性差，窒息感強的問題。

背景技術：

社會在飛速發展的同時也帶來了一些環境問題，如空氣的污染。人們在越來越認識到空氣污染給人們的健康所帶來危害的同時，卻鮮有手段加以克服。目前，人們在霧霾等惡劣的天氣出行時，一般都會采取戴上口罩等防護措施。市面上的類似產品也很多，原理也大體相似，即通過吸氣時使污濁空氣通過口罩中過濾層，過濾掉其中的有害物質，如PM2.5等。但由于這些有害物質的體積非常小，所以需要濾網密度足夠大，否則根本起不到過濾的作用。增加濾網密度會帶來了一個直接的問題，就是使得呼吸變得困難，窒息感強烈。所以一般要求戴口罩時間不宜過長，否則就會給身體帶來不利影響。早一些的產品，呼出和吸入的氣體都要經過濾網，窒息感強烈。最近的一些產品中，在呼氣過程中采用了單向閥設計，呼氣時，單向閥打開，呼出的氣體可直接通過單向閥排出，而不再經過濾網；吸氣時，單向閥閉合，口罩外的空氣在負壓下通過濾網進入呼吸道。這樣做的好處是呼氣過程變順暢了，但對吸氣過程沒有任何影響，特別是在濾網比較致密的情況下，窒息感依然存在。造成窒息感的另一個原因是，由于鼻腔附近較大空間的存在，呼氣時將充滿呼出的氣體(以下簡稱為“濁氣”)，當再次吸氣時，這些含有高濃度二氧化碳的濁氣又會被吸入呼吸道，由于呼吸不到新鮮的空氣，造成人體呼吸困難。

技術實現要素：

針對以上問題，本發明提出了一種雙腔結構設計，可以在實現空氣過濾凈化的同時，提高氣體交換效率，使呼吸時的窒息感大大降低。

該裝置交換腔(8)一側與面部緊密貼合，經密封裝置(6)在鼻腔附近形成一個小的密閉空間，該密閉空間通過單向閥(9)與外面空氣相通，在呼氣時，單向閥(9)打開，使濁氣排出；緊臨交換腔外部是用于存儲過濾后清潔空氣的清氣腔(3)，清氣腔與換氣腔之間設有單向閥(7)。一次完整呼吸動作過程中，兩個單向閥的動作為：吸氣時，交換腔(8)產生負壓，在負壓作用下，單向閥(9)閉合(防止外面臟空氣進入交換腔)，同時單向閥(7)打開，使清氣腔中清潔空氣進入交換腔，進而進入呼吸系統，同時使清氣腔產生一定的負壓；呼氣時，在交換腔正壓和清氣腔負壓共同作用下，單向閥(7)迅速閉合(防止濁氣進入清氣腔)，同時，單向閥(9)打開，使濁氣迅速排出交換腔。清氣腔的外表面(與空氣接觸的面)為透氣支架結構，外敷濾網，用以過濾空氣中有害成分。吸氣時，由于清氣腔中部分氣體被吸入交換腔及呼吸系統，使清氣腔產生負壓，在負壓的作用下，外面的空氣通過濾網進入到清氣腔。由于呼氣過程中單向閥(7)是閉合的，呼出的氣體并不會使清氣腔中負壓減弱或消失，所以該負壓會繼續促使外面的空氣通過濾網進入清氣腔，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，呼氣時殘存在交換腔的濁氣體積也小，這樣吸氣時就會有更多的清潔空氣由清氣腔進入交換腔，進而進入呼吸系統，從而提高呼吸系統空氣交換的效率。

為了降低吸氣過程中產生的窒息感，清氣腔應盡可能的大一些。理論上講，清氣腔越大，從中吸取同等體積的空氣所產生的負壓就越小，也就是說，吸起來越省力，吸氣就會越順暢。同時，清氣腔變大，也會增大清氣腔與外面空氣的接觸面積，即可增加濾網的面積，提高氣體過濾的效率，有利于空氣的過濾；另一方面，由于在呼氣過程中單向閥(7)是閉合的，所以此時如果清氣腔中還處于負壓狀態，則可以繼續使外面空氣通過濾網進入其內，也就是說，過濾空氣的時長可以為整個呼吸過程。而現有產品過濾氣體的過程只能發生在一個呼吸周期的吸氣階段。

為進一步降低窒息感，優選地，清氣腔支架為彈性結構。當吸氣時，單向閥(7)打開，清氣腔隨著其中氣體的減少而收縮；當呼氣時，單向閥(7)關閉，清氣腔在彈性力的作用下恢復，恢復的過程中，外面空氣通過濾網進入清氣腔，如此往復。

綜上所述，由于采用雙腔結構，首先實現了清潔空氣與呼出濁氣之間的隔離，加之大小腔的設計(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，過多的二氧化碳所導致的頭暈、頭痛問題。其次，在單腔下，氣體過濾過程只能發生在吸氣過程，作用時間短，而要在如此時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，就會使吸氣十分費力，而在本發明中由于單向閥(7)的作用合，在呼氣時單向閥(7)是閉合的，清氣腔與外部空氣的過濾交換過程可以繼續進行，從而可以大大延長空氣過濾的時間(約增加一倍)，使得清氣腔有足夠的時間與外面空氣進行交換，來補充清氣腔中被吸入交換腔中的清潔空氣。第三，對于一般口罩，如果在鼻腔附近不留有太多空間，則吸氣時所需的空氣量都要在吸氣過程中通過過濾完成，特別是在濾網致密的情況下，吸入非常費力；如果在鼻腔附近留有太多空間，則會造成濁氣填充，呼出濁氣再次被吸入的問題，本發明很好地解決了這一問題，由于交換腔小，所以呼氣時絕大部分濁氣被排出，而吸氣時，絕大部分清潔空氣來自清氣腔，同時由于清氣腔的體積相對較大，從中獲取一定量的氣體時產生的負壓相對也較小，也就是說，使吸氣變得順暢。所以，本發明一方面提高了氣體的交換效率，另一方面使得呼吸整個過程都變得十分順暢，從而消除了窒息感。

附圖說明

圖1為本發明的原理圖。

圖2A為具體實施方式的主剖視圖。

圖2B為圖2A的右視圖。

圖2C為圖2A延A-A向的剖視圖。

具體實施方式

以下結合附圖2，對本發明做詳細介紹。裝置支架(103)采用一體化設計，中間分隔為兩個腔：清氣腔(109)和交換腔(105)，作為選擇方式之一，兩個腔也可采用分體設計，在保證氣密性的前提下拼接為一個整體。清氣腔(109)與交換腔(105)之間，通過單向閥(104)連通，通過單向閥(104)氣體只能從清氣腔一側進入到交換腔一側。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。

本實施例中，清氣腔支架部分為圓柱結構，作為可選方式，該部分支架也可以為長方形、球形等形式。支架的側面開有許多進氣孔(102)，使得支架在起到支撐濾網(101)作用的同時，提高氣體交換效率。清氣腔的左端面為開口設計，上面安裝彈性元件(108)，濾網(101)附在清氣腔支架外側并與彈性元件(101)相接觸。優選地，濾網與支架之間可拆卸，以便更換濾網。

工作時，支架裝置的交換腔部分通過一定的外力(可由皮筋等彈性體產生)與人臉相貼合，并形成一個小的密封空間，所以優選的，該部分支架采用仿人臉形設計，以保證與人臉貼合時密封性更好，形成的密封空間更小(但應保證兩個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。

當吸氣時，單向閥(104)打開，單向閥(106)閉合，清氣腔(109)中的空氣通過單向閥(104)進入交換腔(105)，進而進入人的呼吸系統。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)，由于吸氣過程中清氣腔產生負壓，在外面大氣壓的作用下，彈性元件以及和其接觸的濾網部分將向清氣腔內部收縮，使清氣腔變小，這部分變形可以減少吸氣時吸力，使吸氣更順暢。

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

呼氣過程中，單向閥(104)是閉合的，吸氣過程中在清氣腔中產生的負壓將使外面的空氣繼續通過濾網(101)進入清氣腔，補充清潔空氣，同時清氣腔的體積在彈性元件恢復力的作用下恢復。