一種運動自發電除霾口罩套裝的製作方法

2023-12-12 11:48:22

本發明涉及一種運動自發電除霾口罩套裝，屬於自發電設備領域。

背景技術：

目前，市面上已經出現了穿戴式空氣淨化器防霧霾口罩，將空氣淨化器固定在胳膊上，用導管將其與口罩相連，主動送風，最長可連續使用8小時。

澳大利亞的大英國協科學和工業研究組織的提出「靈活綜合能源裝置」的設想。該設想是利用技術手段直接讓外衣或者外套產生電能，而這些電能則可供穿戴者充電他們的便攜電子設備。

美國時尚品牌湯米•希爾費格銷售了一款太陽能電池板外套，這款外套不僅時髦，而且配備有太陽能電池板，能給手機充電。

這款外套上裝有太陽能電池板，可作為一個可攜式充電器，當你手機沒電的時候，就可以從裡面補充電能。湯米希爾費格服裝品牌與太陽能製造商pvilion共同推出了這款外套，分男款和女款，配備有矩形太陽能電池板。外套上的電池板是可拆卸的，以防你不喜歡帶著防水太陽能電池板運動。

這款外套前面的口袋裡有一個電池組，配有兩個usb埠，可以同時給兩部手機充電。可以給1500毫安時的設備充電4次。如果覺得太陽能充電時間太長，可以把電池組取出來，單獨給手機充電。

而面臨著日益嚴峻的霧霾問題，很多人開始尋找對策。有關防pm2.5的口罩層出不窮，也有人對現如今的除霾口罩提出質疑。很多人都喜歡出門鍛鍊身體，不得不戴口罩出門，藥房口罩不斷脫銷。但運動時候需要大量換氣，大量的霧霾就會被吸入體內，一般的口罩並不能完全將霧霾阻隔。有防護功能的口罩具有密閉性，運動時候呼吸受阻，呼吸功能不太好的人可能會出現憋氣、胸悶、眩暈等症狀。此外，口罩阻擋了部分的霧霾進入，同時也阻隔了鼻子和口腔呼出的氣息。人呼出的氣息中含有大量的二氧化碳，因為帶著口罩，二氧化碳不能很好排出，可能被人體再次吸入。這樣一來，戴口罩在外運動反而得不償失了。

技術實現要素：

本發明目的在於提出一種運動自發電除霾口罩套裝，既有效清潔空氣，又省去了需要反覆充電的麻煩，節能環保，通過溫差發電機和手環組合發電，所產生的電能，還可實現對手機或其他移動可充電設備進行充電。

實現上述目的，本發明採取的技術方案如下：

一種運動自發電除霾口罩套裝，包括：衣身、衣袖和衣兜，所述的衣兜縫製在衣身上，所述的衣身前片具有一個夾層，所述的一種運動自發電除霾口罩套裝還包括正極線、負極線、整流器、穩壓器、usb充電頭、手環、機盒、導線、口罩、固定架、若干個溫差發電機、若干個人力電磁發電機及若干根交流電線，所述的衣袖上側具有夾層，衣身的夾層與衣袖的夾層聯通，所述的手環被縫製在衣袖袖口的環形內表面，所述的若干個人力電磁發電機呈環形陣列形式內置並固定在手環中，所述的若干根交流電線的電力輸入端設置在手環內部並與若干個人力電磁發電機的電力輸出端連接，若干根交流電線的電力輸出端均與整流器的電力輸入端連接，若干根交流電線的電力輸出端和整流器的電力輸入端均內置於衣袖的夾層中，所述的若干個溫差發電機呈矩陣形式分布並固定在衣身夾層內靠外部的內表面上，所述的正極線的電力輸入端與所有的溫差發電機的正極連接，所述的負極線的電力輸入端與所有的溫差發電機負極連接，同時正極線和負極線的電力輸入端還連接整流器的電力輸出端，正極線和負極線的電力輸出端均固定在衣身夾層內的靠外部的內表面上，正極線和負極線的電力輸出端均與穩壓器的電力輸入端連接，穩壓器的電力輸出端與usb充電頭的電力輸入端連接，所述的usb充電頭設置於衣身前片外側，所述的固定架固定在衣身前片外表面上，使用時，所述的機盒放置於固定架上，usb充電頭連接機盒底端的電源輸入端，所述的導線的兩端分別與機盒的電源輸出端和口罩的電源輸入端連接。

本發明相對於現有技術的有益效果是：本發明提出的一種運動自發電除霾口罩套裝，本套裝實現了運動即給口罩充電的功能，免去了充電的後顧之憂，節能環保；且空氣淨化部分與口罩完美結合，佩戴舒適方便，效率高。

附圖說明

圖1是本發明的一種運動自發電除霾口罩套裝的主視結構示意圖；

圖2是口罩的拆分圖；

圖3是機盒主視圖；

圖4是圖3的仰視圖；

圖5是圖1中衣身的側視剖面圖；

圖6是圖1中a部分的放大圖；

圖7是圖1中b部分的放大圖；

圖8是溫差發電機的結構示意圖；

圖9是人力電磁發電機的結構示意圖；

圖10是圖6中c部分的放大圖；

圖11是口罩工作電路圖；

圖12是口罩拆分效果圖；

圖13是口罩的外形效果圖。

其中：1衣身、2衣袖、3衣兜、4溫差發電機、4-1n型半導體、4-2p型半導體、4-3金屬片、5人力電磁發電機、5-1隔片、5-2彈簧、5-3永磁體、5-4金屬線圈、6正極線、7負極線、8交流電線、9整流器、10穩壓器、11usb充電頭、12手環、13機盒、13-1殼體、13-2電量指示燈、13-3usb充電口、13-4電池、14導線、15口罩、15-1殼面、15-2固定繩、15-3呼吸口、15-4大顆粒過濾網、15-5負離子發生層、15-8碳纖維電刷、15-6聚沉物過濾層、15-7除臭氧催化層、16固定架。

下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步的說明，但並不局限於此，凡是對本發明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的保護範圍中。

具體實施方式

具體實施方式一：如圖1-圖10、圖12、圖13所示，一種運動自發電除霾口罩套裝，包括：衣身1、衣袖2和衣兜3，所述的衣兜3縫製在衣身1上，所述的衣身1前片具有一個夾層，所述的一種運動自發電除霾口罩套裝還包括正極線6、負極線7、整流器9、穩壓器10、usb充電頭11、手環12、機盒13、導線14、口罩15、固定架16、若干個溫差發電機4、若干個人力電磁發電機5及若干根交流電線8，所述的衣袖3上側具有夾層，衣身1的夾層與衣袖3的夾層聯通，所述的手環12被縫製在衣袖2袖口的環形內表面，所述的若干個人力電磁發電機5呈環形陣列形式內置並固定在手環12中，所述的若干根交流電線8的電力輸入端設置在手環12內部並與若干個人力電磁發電機5的電力輸出端連接，若干根交流電線8的電力輸出端均與整流器9的電力輸入端連接，若干根交流電線8的電力輸出端和整流器9的電力輸入端均內置於衣袖2的夾層中，所述的若干個溫差發電機4呈矩陣形式分布並固定在衣身1夾層內靠外部的內表面上，所述的正極線6的電力輸入端與所有的溫差發電機4的正極連接，所述的負極線7的電力輸入端與所有的溫差發電機4負極連接，同時正極線6和負極線7的電力輸入端還連接整流器9的電力輸出端，正極線6和負極線7的電力輸出端均固定在衣身1夾層內的靠外部的內表面上，正極線6和負極線7的電力輸出端均與穩壓器10的電力輸入端連接，穩壓器10的電力輸出端與usb充電頭11的電力輸入端連接，所述的usb充電頭11設置於衣身1前片外側，所述的固定架16固定在衣身1前片外表面上，使用時，所述的機盒13放置於固定架16上，usb充電頭11連接機盒13底端的電源輸入端，所述的導線14的兩端分別與機盒13的電源輸出端和口罩15的電源輸入端連接。

其中，整流器9用於將由若干根交流電線8輸入的交流電整流為直流電並輸出出去。

穩壓器10用於將不穩定的直流電壓調整為穩定的3v電壓並輸出至usb充電頭11。

具體實施方式二：如圖2所示，本實施方式是對具體實施方式一作出的進一步說明，所述的口罩15包括殼面15-1、固定繩15-2、呼吸口15-3、大顆粒過濾網15-4、負離子發生層15-5、碳纖維電刷15-8、聚沉物過濾層15-6和除臭氧催化層15-7，所述的殼面15-1、大顆粒過濾網15-4、負離子發生層15-5、聚沉物過濾層15-6和除臭氧催化層15-7由前至後依次安裝，所述的固定繩15-2分為兩個固連在殼面15-1的兩側，殼面15-1上設置有鏤空的呼吸口15-3，所述的碳纖維電刷15-8安裝在負離子發生層15-5的上端。

其中，殼面15-1上的呼吸口15-3在本實施方式裡設置為4個橫向矩形鏤空形式，固定繩15-2用於掛在使用者的雙耳上，從而固定口罩15於人面上，大顆粒過濾網15-4用於初步過濾空氣中的大直徑顆粒。

負離子發生層15-5通電後產生負離子，而後口罩15通過利用內置的碳纖維電刷15-8將負離子釋放到空氣中，釋放的負離子附著在空氣分子及空氣中的不清潔粒子上，使其帶負電荷。攜帶負電荷的離子因極性相同而相互排斥，飛離呼吸空間，並被最近的攜帶正電荷的物體表面所吸引，形成大的顆粒物受地心引力沉降到地面（如桌子、衣服等），從而避免進入我們的呼吸系統（如圖11所示）。

除臭氧催化層15-7用於清除負離子發生層15-5和碳纖維電刷15-8電離空氣產生的臭氧，聚沉物過濾層15-6用於吸收空氣中的pm2.5，和負離子發生層15-5通電後產生負離子後，負離子吸附不清潔粒子上形成的大粒子。

如圖11所示，口罩15的工作電壓為3v，工作電流為50ma，用電功率為0.15w。

具體實施方式三：如圖1、圖3、圖4所示，本實施方式是對具體實施方式一作出的進一步說明，所述的機盒13包括殼體13-1、電量指示燈13-2、usb充電口13-3和電池13-4，所述的電池13-4內置於機殼13-1內，且為可充電電池，所述的電量指示燈13-2安裝在機殼13-1前表面上，為led顯示屏，共有四格顯示，亮起的格數越多，意味著電池13-4電量越充足。所述的usb充電口13-3設置在殼體13-1的底端，電池13-4的電流輸出端與電量指示燈13-2的電源輸入端連接，使用時，運動產生的電能通過usb充電口13-3傳入電池13-4內儲存起來，電池13-4則將電能通過導線14傳輸給負離子發生層15-5和碳纖維電刷15-8。

具體實施方式四：如圖1所示，本實施方式是對具體實施方式一作出的進一步說明，所述的若干個溫差發電機4的數量為二十個。

具體實施方式五：如圖1所示，本實施方式是對具體實施方式四作出的進一步說明，所述的若干個溫差發電機4分為四列，位於衣身1左側兩列共十個溫差發電機4依次串聯，位於衣身1右側兩列共十個溫差發電機4也依次串聯，而後分別並聯到正極線6和負極線7上。

具體實施方式六：如圖1、圖6和圖9所示，本實施方式是對具體實施方式一作出的進一步說明，每個所述的人力電磁發電機5均包括永磁體5-3、兩個隔片5-1、兩個彈簧5-2和若干個金屬線圈5-4，所述的兩個彈簧5-2設置在兩個隔片5-1之間，兩個彈簧5-2的一端分別與對應的隔片5-1固接，所述的永磁體5-3設置在兩個彈簧5-2之間，兩個彈簧5-2的另一端分別與永磁體5-3連接，所述的若干個金屬線圈5-4環繞在永磁體5-3外側，且若干個金屬線圈5-4由布置在手環12內的若干根交流電線8固定懸空。

手環12的發電原理：基於法拉第電磁感應定律，人力電磁發電機5可以將人體機械能轉化為電能。藉助永磁體5-3、若干個金屬線圈5-4及兩個彈簧5-2，利用人體機械能驅動永磁體5-3和若干個金屬線圈5-4做相對運動從而輸出電能。基於楞次定律，每個人體電磁發電機5所產生的感應電動勢的計算公式為：

e=nδφ/δt

其中，e為感應電動勢，n為線圈的匝數，δt為時間變化量，δφ為磁通量變化量。

感應電動勢的大小取決於若干個金屬線圈5-4的磁通量變化率以及若干個金屬線圈5-4的匝數，因此，只需提高線圈數量以及振動的頻率就可提高所需的電動勢的輸出量。

具體實施方式七：如圖1、圖7、圖9所示，本實施方式是對具體實施方式一作出的進一步說明，所述的若干根交流電線8的電力輸入端成對的連接在每個金屬線圈5-4上，且同相的若干根交流電線8的輸出端在衣袖2的夾層中擰成一股線，分別連接整流器9的兩相電力輸入端。

具體實施方式八：如圖1所示，本實施方式是對具體實施方式一作出的進一步說明，所述的穩壓器10為輸出電壓為3v的dc-dc模塊。

具體實施方式九：如圖1、圖7、圖8所示，本實施方式是對具體實施方式一、四或五作出的進一步說明，每個所述的溫差發電機4均包括n型半導體4-1、p型半導體4-2和金屬片4-3，所述的n型半導體4-1設置在衣身1夾層靠外部的內表面上，所述的p型半導體4-2設置在衣身1夾層靠人體一側的內表面上，所述的正極線6的電力輸入端與p型半導體4-1連接，所述的負極線7的電力輸入端與n型半導體4-2連接。

衣身1部分實現發電的功能，在其內部利用的溫差發電機4和發電手環12結合，完成運動自發電儲能的任務。

溫差發電部分：採用碲化鉍半導體材料，利用塞貝克效應，將熱能直接轉換成電能。將一個p型溫差電元件和一個n型溫差電元件在熱端用金屬導體電極連接起來，在其冷端分別連接冷端電極，就構成一個溫差電單體或單偶。在溫差電單體開路端接入電阻為rl的外負載，如果溫差電單體的熱面輸入熱流，在溫差電單體熱端和冷端之間建立了溫差，則將會有電流流經電路，負載上將得到電功率i2rl，因而得到了將熱能直接轉換為電能的發電器。當發電器工作時，為保持熱接頭和冷接頭之間有一定的溫度差，應不斷地對熱接頭供熱，而從冷接頭不斷排熱。熱接頭所供給的部分熱量被作為珀爾帖熱吸收了，另一部分則通過熱傳導傳向冷接頭。排出的熱量應為冷接頭放出的珀爾帖熱和從熱接頭傳導來的熱量之和。對於上述接頭的熱平衡，還應加上湯姆遜熱和被導體釋放的焦耳熱。設在系統中所產生的焦耳熱i2ri中有一半傳到熱端，另一半由冷端放出，熱源所消耗的熱量是由珀爾帖熱ph、熱傳遞遷移到冷端的熱pt和交還給熱源的焦耳熱三部分組成，即為溫差電單體的熱電轉換效率是有用功率與熱源所消耗的熱量之比。我們採用10片串聯的方式，則輸出功率可達到2.18w。

本發明的理論計算為：

衣身：假設人體溫度為37攝氏度，外界溫度為17攝氏度，則開路電壓為0.97v，電流為0.225毫安，功率為0.218w。

手環：按照人體跑步時每秒鐘擺動2次，人每擺臂一次在最大與最小間變化4次。

設

由，k為一個比例係數，我們先假設k=0.5，b=0.1t，s=8x10^-5m3。n=10000匝。則：

其中，b：磁感應強度；s：磁感線通過的面積；n：線圈匝數；e：感應電動勢；：磁通量；：時間變化量；：磁通量變化量。