機械社區
標題: 我設想的“電動口罩”請拍磚 [打印本頁]
作者: 一只想飛的貓 時間: 2013-3-11 18:20
標題: 我設想的“電動口罩”請拍磚
諸位大俠、社友：
您們好。
前幾天北京霧霾讓兄弟受害匪淺，為此兄弟想出來一個自救的小辦法，做一個“電動口罩”。對此，很想聽聽諸位大俠、社友的意見，主要有兩個方面，其一是這個小玩意是否可行，其二是是否能夠發展成一個產品。
1/開發電動口罩的邏輯關系其實很簡單：
1. 北京乃至華北地區、甚至全國的大氣環境在可以預期的時間里很難好轉，
而且只會越來越糟。理由是：
據說中國燃煤占能源比重約70%，今后隨著能源需求的增加燃煤的絕對數量只會繼續增加而不可能減小；
在國內今后很長一段時期汽車的保有量只會增加而不會減少，不僅有直接排放的微粒還將增加光化學毒物和毒霧。而且由于煤電占中國總電量供應94%以上，所謂電動汽車本質上仍然是燃煤汽車；
如果氣候確實受人為因素影響，那么氣候將繼續變暖，因此大氣中水汽的絕對含量只會繼續增加，增加了各種微粒和毒物的滯留條件。今后中國中東部的霧霾天氣的數量、面積和強度將只會繼續增加。
而且已經有數據顯示，北京城區的肺癌發病率遠遠高于北京北部的遠郊區縣；最近某院士說，現在廣州人四五十歲肺就（因為長期吸入污染物而）黑了。
這就是一定要想辦法在這種大氣環境里個人自救的大背景。管不了周圍的大的環境就想辦法照顧好自己的小的環境吧。
2．口罩為什么一定要增加電動機構？霧霾里最可怕的是直徑在PM2.5的微粒。要想從空氣里過濾掉這么小的微粒，過濾材料就一定要密實，而密實的過濾材料會嚴重的阻礙人的自主呼吸，由此要想把自己呼吸的空氣里的PM2.5的微粒除去，就必須借助外力。
我設想的外力就是一臺帶風扇的微型電動機。
2/電動口罩的結構也非常簡單，如圖所示。
（圖，以附件形式上傳）
電動口罩由過濾腔（1）、電動風扇腔（2）、口罩（3）、輸氣軟管（4）、電池組及開關（5）組成。
過濾腔用于過濾各種直徑的微粒。過濾腔的兩個面分別為密實的和疏松的過濾材料，疏松的過濾材料能夠為人在自主呼吸的條件下提供一些防護，以備在電動機不能正常工作的時候（如電池沒電了）才打開使用。
在電動風扇腔上有一臺微型的電動機（A）帶動一個小風扇(B)，通過風扇的前端的抽吸作用產生低于周圍環境的空氣的負壓力來增加空氣通過密實的過濾材料的能力；同時風扇的后端的壓縮作用還可以使空氣在人的口鼻的周圍產生高于周圍環境的正壓力，以保證人只吸入過濾后的空氣。電動機在工作的時候會產生臭氧，所以必須設置在系統的外面。
輸氣軟管除了把過濾后的空氣輸送到口罩里之外，還有另一個重要的作用，就是緩沖和平滑系統里由于吸氣與呼氣之間產生的空氣的氣壓和供應量的脈動，這就要求輸氣軟管要軟、要比較粗大和有漲縮的彈性。
口罩類似于吸氧口罩。
電池組與開關放在下面還有使之成為配重的想法。
我設想，如果這些結構有一定的重量，可以用帶子掛在胸前或腰間，不過如果輸氣管太長是不是有點太夸張？如果需要大容量的電池組，也可以單獨設置電池組，掛在腰上。
3/開發設計的過程似乎應該是：
1.確定各種人群的一次吸氣量的平均值（成年人大約一小時需要1.08千克的空氣，約合835升）。
2.根據供氣量和空氣穿透過濾材料的阻力，確定電動機的功率。
3.確定最佳的系統結構，例如過濾腔的大小與電動機功率的匹配等等。
在最初的設計階段可以使用塑料件，主要構件可以用3D打印機成型，所以可以反復的調整結構，而不用擔心諸如需要開發模具之類的問題。
由此開發設計的費用是有限的和可以準確預算的。
4.我預期的可能的難點在電動機的選擇上。因為人的一呼一吸，對于電動機來講是一種交變載荷，頻繁變化的交變載荷對長期連續工作的電動機來講可能會要求很高，尤其是在電動機的功率很小的情況下。電動機的功率和電池的容量是一對矛盾，需要找到折中的平衡點。
4/如果電動口罩的方案可行，將可能有三個維度的發展：
1.開發出分別針對兒童、成年人和老年人等等不同人群的產品。
2.與個人便攜式的空氣潔凈探測儀捆綁到一起成為一種個人的保護設備，最終
成為像手機一樣方便的設備。
3.開發出針對不同污染源的過濾材料，使電動口罩成為有針對性的防護設備。
以上就是兄弟對電動口罩的設想。兄弟脫離機械行業也有三十多年了，加之本來學藝就稀松，所以設想里難免有讓人見笑的地方，厚著臉皮寫出來就是想請社區里的大俠們和社友們不吝賜教。咱們社區里不乏像998大俠、掃街大俠等等深不可測的高人，也不乏“戰斗在一線”的社友，和您們玩的高精尖來講，電動口罩實在是“小巴拉子”。不過我想，如果一邊玩著“渦噴”一邊還要挨刀或者做著“化療”，實在也算一種悲催。如果“小巴拉子”真能減少需要挨刀做化療的人口，也算有點價值啦，所以敬請諸位指教。
用我非常欣賞的998大俠的一段話做結尾吧：“事情不怕小，但必須有事情做，做事必須有效益，有利潤，長年堅持做事情，每年推進，這就是機制，世界都如此，只有在推進過程中才能產生效益，產生利潤，沒有利潤，就沒有其它。”
先謝謝啦。
一只想飛的貓 2013-03-10
作者: muyihong 時間: 2013-3-11 18:22
設想很好,可以試試
作者: 2266998 時間: 2013-3-11 18:28
電池能量不夠，很重，這個我以前算過，你還不如玩‘超氧化鉀’呢，$ E- c) f! f* u+ \% w
% }1 Y8 w/ d5 e% }我88年設計過那個東西，兩公斤可以維持50分鐘，比較輕，有一定危險，工藝要特別注意，小廠玩不了，
) q! U0 F. X" }" E6 U( G/ _$ t% U) Y6 B2 L; q8 {- C
你賣那個‘藥罐’，同時回收，就可以建立循環，我一個熟人最近在打主意玩這個，
3 }, P b- v" A, |% @5 N' X: B' r& N3 H1 t t% J+ ]
再者，你可以提供一個叫‘全流程服務’的系統，
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把他家弄成‘萬級’，純正壓的，車庫是雙層門的，有風幕，單獨過濾的，車可以直接提到二層，走一個‘水簾’，+ I9 j+ x: a, ~" ^ J! C
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有錢人無所謂，我現在就提供這個，你那個主要是還得配一個隨從給背電池，很重，哈哈，
作者: 宇宙一星 時間: 2013-3-11 18:52
老弟想法很好，電動機和電池想辦法減掉直接用人呼氣時所產生的氣流動力就更經濟了。
作者: ldf9766 時間: 2013-3-11 19:32
恐怕要做成防毒面具了，關鍵是密封，電源管理
作者: 老電工 時間: 2013-3-11 20:43
電池這個，單人攜帶不方便，前幾天我騎電動車的時候在想，弄個氣泵給密閉頭盔里吹氣多好。你不如先搞搞這樣的騎車頭盔。拿現有的頭盔改裝即可。電源直接用電瓶車上的。
作者: zhuxuwei8 時間: 2013-3-11 21:27
前段時間不是說老外發明了一種無葉扇吹風嘛，你可以看一下，我也不知道那個的功率有多大。。。
作者: wuyayumen 時間: 2013-3-11 23:15
老電工 發表于 2013-3-11 20:43 
' {0 A' K; b, k" r* e b電池這個，單人攜帶不方便，前幾天我騎電動車的時候在想，弄個氣泵給密閉頭盔里吹氣多好。你不如先搞搞這樣 ...
好想法，也好實現點！
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作者: 一只想飛的貓 時間: 2013-3-12 08:10
這么多人關心，真讓兄弟受寵若驚。先謝謝啦。記得小時候玩船模用小電動機驅動（50年代，好像是百貨大樓剛開張的時候，開始是0.5元一個，后來漲到1塊錢兩塊錢），兩節全新的1號電池可以帶動20到30 分鐘，然后電池拿回去在底下打個眼灌點鹽水再烤一烤還能用一兩次。關于電動口罩的動力，兄弟這樣想：1/最早開發電動車目的是為“助力”，是清華大學一位教授搞的。我的一位朋友也玩了一陣這個，他的方案是用汽車雨刷電機帶一個壓在前輪外胎上的摩擦輪，可以手控抬放而不改變原有的自行車的結構，完全是助力，和現在的電動車“電摩化"的思路不一樣。我想的電動口罩本質上也是"助力”而不是“供氣”，再加上有一個較大的過濾面積，使進氣阻力減小和較粗的輸氣管緩沖吸氣的供氣峰值，這樣電動機的功率就很有限了，可以大致的計算出來----不會超過零點幾瓦，當然還要通過實驗來驗證。上次我請教過998大俠，在電動機功率不變的條件下，要提高系統空氣壓力是不是要減小風扇的面積，就是想用在這上。2/開發的初期階段為電池設定一個使用期限，例如充電一次滿足兩小時的使用，大致可以滿足上班時在路上的時間，這樣不會比礦燈用的電池大，就不用扛一個兩千克的大家伙了。另外，現在有些放在帽子上用太陽電池板驅動的小風扇，我看就完全夠用的。敬請各位大俠和舍友對我的想法繼續拍磚，很希望和各位大俠和社友繼續討論，也算是一種頭腦風暴和思路的整理。先謝謝啦。
作者: mark91189 時間: 2013-3-12 20:11
路過看看~) J5 J6 w# w1 y- I# U7 x0 E
作者: 一只想飛的貓 時間: 2013-3-13 17:58
設計方案上的分歧往往是理念上的不同所導致的。關于電動口罩的電池我還有如下的看法：; S. H4 l4 {1 O( W+ D# W7 k: ~
1/空氣流動的能量與空氣流動的速度的三次方成正比。因此要想減少空氣流動的能量就必須把空氣流動的速度降下來。密實的過濾材料可以簡單的看作允許空氣通過的通道非常狹窄，因此只要密實的過濾材料的面積足夠大，一定體積的空氣在一定的時間里通過密實的過濾材料的速度就會足夠低，驅使這些空氣通過所消耗的能量就會足夠小。由此可見，只要密實的過濾材料的面積足夠大，人靠自主呼吸的能力也可以順利的過濾掉PM2.5的微粒。
) b9 A2 L0 e5 N( N 2/為什么要加一套電動風扇？有兩個目的，其一是使密實的過濾材料的面積減少一些，其二是保證口罩里的氣流的單向性，以使人只能吸到過濾后的新鮮空氣。如果把電動機的功率和電池供電的能力簡化為電池的重量，那么研制過程實際上就是尋找在密實的過濾材料的面積與電池重量之間的“可以接受”的平衡點。熊彼特的創新理論里沒有“最優”“最佳”的概念，只有“可以接受的“足夠好”的要求，其實是各種沖突的因素妥協和平衡的結果。所以根本不用顧忌電池有多大。
% T9 A% N8 h [$ B7 w 3/在考慮電動口罩的同時，我也考慮了一種無動力的口罩：過濾腔—輸氣管----單向閥---口罩：在輸氣管與口罩之間加一個非常簡單的空氣單向閥（用一個非常輕的小球做閥芯），人在吸氣的時候靠人的吸力打開，呼氣的時候靠小球的自重關閉。但是我覺得這個方案只適合比較強健的人，而且密實的過濾材料的面積會比較大。這個方案實際上是在密實的過濾材料的面積與人自主呼吸的能力之間尋找一種平衡點。這種口罩和現有的工業防塵口罩類似，只是密實的過濾材料的面積大一些，而且過濾材料的位置也不同，應該不會出現現在的工業防塵口罩過于憋悶的狀況。
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9 ]! v! M( d! h) P6 u2 [" b 今天（2013-03-12）看《新京報》在D07版上有篇文章觸目驚心：《公眾對肺癌認識遠遠不足----全國百余肺癌專家研討肺癌解決之道》。其中“在我國肺癌的發病率和死亡率分別列男性腫瘤首位，女性腫瘤第二位和第一位。近年來肺癌發病呈年輕化趨勢，四五十歲的肺癌患者越來越多……”
6 y' V' M) R* A, p1 f 這篇文章傳達了三個信息：
$ a6 w$ m. e. x$ X 肺癌的發病率已經到了需要集合全國的力量探究的程度了；& \2 Q+ f' [% m! Q* R
因為“生活在同一片藍天下”，不過你是風光無限的小白領還是行色匆匆的勞動者，誰也躲不過空氣污染的陰影；
6 u6 \% f; t3 p/ y; i( f 不論從市場的角度來講還是從功德的角度來講，空氣防護用具的需求量都將是巨大的。治未病要比治病更重要。) P2 x0 l. u! \; T' J; E1 w
要想創業的人為什么不到這個領域來？這才真是以小博大的行業呀！' g& R2 R* k5 X$ G! g
作者: 2266998 時間: 2013-3-13 18:22
大蝦，你沒有計算過阻力問題啊，這些東西要數據的，哈哈，$ p( C% \5 A% ]" v
! _3 y6 `& {( e4 h: K
人，每分鐘要吸多少升氣體，有數據的，當過濾掉75%的2.5 顆粒的時候，你要計算這個阻力，這東西要三層的，粗效、中效、高效，你要計算這個復合阻力，阻力很大的，- }- s0 {% e# P- u. n6 t
, C8 `& z4 P' _4 ^6 X" P3 Z& ?
另外，人呼吸是有水分的，水分會附著的，效率一下就下來了，用不了多久的，4 p T9 q$ Y: @- x3 n4 Z, q% q
T! D+ @1 ?3 a K; [
我是玩過‘潔凈室’的，還玩過‘藥粉呼吸機’的，哈哈，
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, Q/ p2 u+ ^1 y' W$ w y你這個要達到實用狀態，其重量超過一個四升的氣瓶，哈哈，那可是有115個壓力的，顯然效果更高，也更廉價，
% F w- X3 ?$ L) [
8 W+ q7 c, S+ Z$ H6 D達到去除85%的程度，這個東西供一個人使用的話，重量大概20公斤，一個立方米那么大，
8 O5 ~. e, M" Z2 N
, H# f H. C2 A大蝦，俺玩東西，歷來不打妄語，你看一下論壇上俺的話，歷來沒有信口開河的，哈
作者: 寂寞如水 時間: 2013-3-14 08:01
不知道某寶上面賣那些過濾PM2.5口罩的那些人看到998大俠的話會有何感想!
作者: wugamp 時間: 2013-3-14 10:25
向部隊買一批即將過期的防毒面具
作者: 184657030 時間: 2013-3-14 11:21
說白了，不就是和防毒面具類似么？真的象你說的，要用你的這種口罩的時候， 估計那個時候， 全世界漫天黃沙飛的時候，估計樹都死的差不多了。要是真的到了靠那個口罩生活的狀態， 尼瑪，死了算了。
作者: XTEC2554 時間: 2013-3-14 13:29
看來今后需要戴防毒面具了，現在最好先研究性價比高的防毒面具。
作者: Don163 時間: 2013-3-14 17:20
戴個靜電吸附口罩就解決了，就是不舒服
作者: xingshi333 時間: 2013-3-14 19:17
好想法
作者: SAJ2013 時間: 2013-3-14 22:06
好像負重很大哦，要是能模塊化就好了
作者: whwjfrank 時間: 2013-3-15 09:29
好想法。繼續學習中
作者: 一只想飛的貓 時間: 2013-3-15 18:31
哎呀！998大俠，再次感謝啦！我一直想找到計算穿透各種過濾材料的計算方法，一直也沒有找到，因為各種過濾材料的變量太多，幾乎沒有可能直接建立理論計算公式，大概也沒有人下過象無紡布、吸附碳這樣的過濾材料的理論推導公式的功夫，于是以為只能靠大量的直接測量的實驗，建立數據庫后才能建立經驗模型。如果您能夠提供就再次謝謝您啦。 Q- c( A$ `: r) N: {* s0 g
至于四升的高壓氣瓶，如果是用在輕裝潛水上，我一直以為高壓的作用僅僅是為了多裝一些空氣，因為下潛30米規范要求不過是3個大氣壓。原來還有其他的功效？再次謝謝啦。
$ \0 r$ B3 b8 k5 v! I# V 我對電動口罩的想法來自當年我的同學分配到京西木成澗煤礦，我曾經幾次隨他下井玩，親自帶過工業除塵口罩體會。我是在那種體會的基礎上想到的電動口罩的原理的，當然沒有您經歷的復雜啦。再次感謝您的指導啦。
作者: 一只想飛的貓 時間: 2013-3-17 21:28
看來拍磚的人太少了，帖子已經要沉下去了，這和當前的大氣環境的尖銳的狀況確實有點反差，例如“1月，霧霾一度將四分之的國土面積覆蓋，這直接導致扎堆召開的地方兩會治霾提案議案井噴，遍布23個省份，內容涵蓋大氣污染防治的各個層面，熱度前所未有。 而在全國兩會上，環保部副部長李干杰看到的提案中，9份關于空氣污染，7份關于農村環保，他坦承‘壓力非常大’。”這就是大形勢。在帖子沉下去之前我就再說幾句吧。關于998大俠對方案的建議我非常感謝，不過打個比喻說，我現在想自己造一架蜜蜂玩玩，大俠說，這個容易，我玩過380，先建個設計團隊再配上一臺百億次級的計算機進行計算模擬，就很容易啦（開個玩笑，別生氣）。大俠們玩的都是“高精尖”的東西，喜歡“宏大思維”，不是我們小老百姓能夠見識的。事實上，誰都知道蜜蜂和380不是一回事，造蜜蜂看幾本書就夠用了（我記得大俠好象和北航有點關系，如果是，一定對胡繼忠不陌生）。現在能夠隔離pm2.5的口罩早已經有了，不是什么新鮮玩意，之所以沒有能成為大家普遍使用的東西，除了年輕人不怕得肺癌，不知道霧霾的厲害之外，還因為戴著現有的口罩確實難受，而我所想的事情不是發明能夠過濾PM2.5 的口罩，我只是想在現有口罩的基礎上改良一下，使人戴這種口罩的時候不那么難受。現在動這個腦經的大有人在，特別是國外的一些公司，包括一些小日本的公司都在開發這個，上網搜一下就可以找到不少這種產品的介紹和圖片，而且我看會越來越多，為什么我們不能另辟蹊徑自己做出來？
作者: Don163 時間: 2013-3-29 17:25
Don163 發表于 2013-3-14 17:20 5 _2 f' T' j0 M* D" c# m
戴個靜電吸附口罩就解決了，就是不舒服
市面上已經有了，你可以找找
- i* A2 i1 t3 f4 c/ c) U" Y
作者: 一只想飛的貓 時間: 2013-4-9 17:27
我把這個帖子撈上來，看看對ttlegyq兄是不是有點用處。
作者: 道可 時間: 2014-7-4 15:07
好想法
作者: 邱也 時間: 2014-11-26 13:48
出來了嗎
作者: dolphin168 時間: 2015-11-16 10:52
https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.19.pb1Kx2&id=522896916514&ns=1&abbucket=10#detail，遠大出了帶風機和電池的，售價180元
作者: qwchenhao 時間: 2015-12-20 08:32
好的想法，值得收藏
作者: 否定了 時間: 2015-12-20 17:38
大俠好：你這個項目可以先從行業工人處下手，因為他們迫切需要。建議口罩和安全帽為合二為一，頭部活動自如，對雙手操作不產生任何障礙，另外就是口罩內壁，必須有超強疏水性，干煤礦的8小時的戴。再就是濾紙外面的粘著物你怎么解決，使用者自己清潔還是從風扇處引入定時鼓風清潔。另口罩和安全帽整合的好處就是：頭部負重可以減輕面頰與頸部結合彈性材料對頸部血管的壓力，長時間使用不易產生困倦。個人愚見而已。
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