用于生物防护装备的供气装置及控制方法

本发明涉及生物防护装备，具体涉及一种用于生物防护装备的供气装置及控制方法。

背景技术：

1、随着正压防护装备的快速推广和使用，凸显了正压防护装备供气装置操作复杂及功能相对单一的缺点，亟需一种集供、排气、多级过滤、制冷功能于一体的智能供气装置，这种新式的智能供气装置具有更加可靠的防护效果，可快速地应用于医用、民用和军用，为应对未来病毒流感、生化等爆发性传染病疫情，起到安全防护，保障有生力量的作用。

2、现有的正压防护装备不易实现内部压力的可控性，充气后穿戴臃肿不灵活，蹲起动作时气压瞬时升高及产生瞬时性负压，有可能引起装备损坏的风险，增加使用人员的感染风险，当前正压防护装备供气装置结构复杂且不具备一套集过滤、气压控制、温度控制于一体的智能控制系统。例如专利cn113304412b动力送风式核生化防护服的内环境反馈调节方法和装置，涉及到温度和空气流量两个变量参数，但两者都是使用风机的转速来控制，温度调节效果较差，不易形成控制闭环。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于生物防护装备的供气装置，通过供气装置实现生物防护设备内的供气除湿、空气过滤以及降温稳压，在保证穿戴者安全前提下，进一步提高穿戴舒适感。

2、本发明提供一种用于生物防护装备的供气装置，其包括过滤模块、制冷模块、电源模块、壳体模块、背负模块和控制模块，所述过滤模块设置在所述壳体模块的下端，所述制冷模块设置在所述壳体模块的第一侧，且所述制冷模块通过管道连接接头与壳体模块连通，所述电源模块设置在所述壳体模块的上端，且所述电源模块通过电线与过滤模块、制冷模块以及控制模块连接，两条所述背负模块平行地设置在所述壳体模块的第二侧，所述控制模块的控制器设置在所述背负模块上；

3、所述过滤模块包括过滤下壳体、滤芯组件、过滤上壳体、外罩、过滤计时组件和过滤锁紧组件，所述过滤下壳体的第一端与所述壳体模块连接，所述过滤上壳体的第一端通过卡扣结构与所述过滤下壳体的第二端连接，所述过滤组件设置在所述过滤下壳体的内部，所述过滤下壳体上设有螺纹接头、第一燕尾槽以及两侧对称分布的方形锁紧槽，所述过滤上壳体的第二端设置有挡板结构，所述挡板结构内设置有挡板，所述外罩的第一端通过两侧的第一l型卡扣卡装在所述挡板结构的外侧，所述过滤计时组件与所述外罩的第二端连接，所述过滤锁紧组件设置在所述方形锁紧槽内，所述过滤锁紧组件包括过滤锁紧按键和第一弹簧，所述第一弹簧的第一端套设在所述方形锁紧槽内的第一圆柱结构上，所述第一弹簧的第二端与所述过滤锁紧按键的第二端连接，所述方形锁紧槽的内壁设置有限制所述过滤锁紧按键脱离方形锁紧槽的限位结构，所述过滤锁紧按键的第一端的侧壁与壳体模块的过滤支撑架上的槽孔卡装连接；

4、所述制冷模块包括一级制冷组件和二级制冷组件，所述一级制冷组件和所述二级制冷组件通过锁紧挂钩固定连接，所述一级制冷组件的进气口与所述壳体模块的进气风机仓的出气口连通，所述一级制冷组件的出气口通过内嵌第一o型圈的管道与二级制冷组件的进气口连通，所述二级制冷组件的出气口与生物防护装备的进气口连通，所述一级制冷组件通过支撑结构与所述壳体模块固定连接，所述二级制冷组件通过燕尾型凸台与所述过滤模块的燕尾槽结构滑动连接，所述一级制冷组件和二级制冷组件的结构相同且均分别包括制冷下壳体、制冷上壳体、燕尾型凸台以及制冷装置，所述制冷上壳体与所述制冷下壳体连接，所述制冷装置设置在所述制冷下壳体的内部，所述制冷装置的进气端与制冷上壳体的进气端连通，所述制冷装置的出气端与制冷下壳体的出气端连通，所述燕尾型凸台设置在所述制冷下壳体的侧壁上，所述燕尾型凸台上开设有供固定使用的安装槽；

5、所述电源模块包括电池、电池仓、第二弹簧、电池锁紧组件、电池下壳体以及电池上壳体，所述电池上壳体与所述电池下壳体设置在所述电池仓内，所述电池仓的开口处设置有电池锁紧组件，所述电池设置在所述电池下壳体内，所述电池下壳体与所述电池上壳体连接，且所述电池下壳体的内部侧壁上设置有与电池仓侧壁的条形凸起相配合的定位结构，所述电池下壳体的侧壁上开设有多个条形凹槽，所述电池下壳体的底部设置第二弹簧，所述第二弹簧的第一端缠绕在电池下壳体的底部的第二圆柱结构的侧壁上，所述第二弹簧的第二端与所述电池下壳体的底部接触；所述电池仓的开口处开设有电池锁紧凹槽，所述电池锁紧组件设置在所述电池锁紧凹槽内，所述电池锁紧组件包括锁舌、第三弹簧、拨动按键以及锁舌盖，所述锁舌盖与所述电池仓固定连接，所述第三弹簧的第一端与所述锁舌盖的侧壁接触，所述第三弹簧的第二端与所述锁舌的第一端固定连接，所述锁舌与所述第三弹簧均设置在所述锁舌盖的第一侧，且所述锁舌的控制凸起穿过所述锁舌盖后与所述拨动按键连接，所述锁舌能通过拨动按键在所述锁舌盖上移动，所述拨动按键活动连接在所述锁舌盖的第二侧。

6、可优选的，所述壳体模块包括装置下壳体和装置上壳体，所述装置下壳体与所述装置上壳体固定连接，所述装置下壳体的内部设置有风机仓和支撑架，所述风机仓内包括排气风机仓和进气风机仓，所述排气风机仓与所述进气风机仓之间呈相对密封状态，所述过滤组件的螺纹接头与所述进气风机仓的进风口连通，所述排气风机仓的排风进口通过管道连接接头与生物防护装备的出气口连通，所述排气风机仓的排风出口与外界连通，所述电源模块通过所述支撑架设置在所述装置下壳体内；所述装置下壳体的第一侧开设有备用开关接口和供风接口，供风接口与风机仓进行连通；所述电源模块通过装置下壳体的通信接口与制冷模块、过滤模块和控制模块连接；所述装置下壳体的上端开设有供所述电源模块放入的电池仓固定槽，所述装置下壳体的下端设置有过滤支撑架；所述装置下壳体的下端还开设有外部电源接口，外置电源通过外部电源接口与电池连接；所述装置下壳体的侧壁上设置有与背负模块连接的背带夹块。

7、可优选的，所述滤芯组件包括底层无纺布、活性炭、顶层无纺布、隔板、熔喷布以及滤芯支撑架，所述底层无纺布、活性炭、顶层无纺布、隔板、熔喷布以及滤芯支撑架依次平行地设置在所述过滤下壳体的内部，且所述顶层无纺布与所述隔板固定连接，所述隔板通过热熔胶与所述熔喷布的第一端连接，所述熔喷布的第二端与所述过滤支撑架的第一端连接，所述过滤支撑架的第二端与所述过滤上壳体的第一端卡装连接。

8、可优选的，所述制冷装置包括散热风机、半导体制冷片、保温棉、散热型材、散热风道外壳、法兰连接件、导冷风道外壳以及导冷型材，所述散热风机的进风口通过法兰连接件与所述散热型材的第一端连通，所述散热风机的出气口通过所述制冷下壳体排至大气，所述散热型材的外侧设置有所述散热风道外壳，所述散热型材的第二端与导冷型材的第一端连通，所述散热型材与所述导冷型材连通处设置有半导体制冷片，所述半导体制冷片第一端与所述散热型材通过导热硅脂接触连接，所述半导体制冷片第二端与所述导冷型材通过导热硅脂接触连接，所述导冷型材的第二端与导冷风道外壳的第一端连通，所述散热型材和所述导冷型材的外侧均设置有保温棉，所述导冷风道外壳的第二端与制冷下壳体的出气端连通。

9、可优选的，所述进气风机仓内设置有供风风机和备用风机，所述排气风机仓内设置有排风风机；所述管道连接接头包括接头母头、接头公头、螺帽、固定环和第二o型圈，所述接头母头的两端均设有螺纹结构，所述接头母头的第一端通过固定法兰与所述装置下壳体固定连接，所述接头母头的第二端通过螺帽和固定环与所述接头公头的第一端固定连接，所述第二o型圈设置在所述接头公头的第一端的凹槽内。

10、可优选的，所述背负模块包括肩带、胸带、织带、背带夹块和织带夹块，所述肩带的第一端与所述背带夹块固定连接，所述肩带的第二端与所述胸带的第一端固定连接，且所述肩带与所述胸带连接处设置有走线通道，所述胸带的第二端与所述织带的第一端固定连接，所述控制器设置在所述胸带与所述织带的连接处，所述织带的第二端与所述装置下壳体的侧壁固定连接。

11、可优选的，所述控制模块包括主控芯片、控制器、温度传感器和气压传感器，所述主控芯片设置在所述装置上壳体上，所述主动芯片通过电线与所述电池连接，所述装置上壳体与控制器通过电线连接，所述控制器包括控制器芯片、控制器下壳体、控制器上壳体和l型快拆接头，所述控制器芯片固定在所述控制器上壳体内，所述控制器下壳体与控制器上壳体通过螺钉固定连接，所述l型快拆接头固定连接在所述控制器下壳体的侧壁上，所述温度传感器放置在所述壳体模块的排风进口中，所述气压传感器放置在生物防护装备中，所述气压传感器通过气管与所述l型快拆接头固定连接；所述控制器上壳体两端均设有半圆槽，紧固装置穿过所述半圆槽使得所述控制器上壳体与所述背负模块连接。

12、可优选的，所述支撑结构包括托板、托板底座及制冷锁紧件，所述一级制冷组件的燕尾型凸台与所述托板滑动连接，所述托板底座的侧壁与所述装置上壳体的侧壁固定连接，所述托板底座的端部与所述托板的端部转动连接，所述托板上开设有椭圆形通孔和锁紧槽，所述制冷锁紧件放置于所述锁紧槽内，所述制冷锁紧件包括制冷锁扣、锁扣盖板和第四弹簧，所述锁扣盖板与所述锁紧槽固定连接，所述制冷锁扣设置在所述锁紧槽内，且所述制冷锁扣的锁紧凸起穿过所述椭圆形通孔后与所述安装槽滑动连接，所述第四弹簧设置在所述锁紧槽内，且所述第四弹簧的第一端与所述锁紧槽内壁接触连接，所述第四弹簧的第二端与所述制冷锁扣接触连接。

13、本发明的另一方面，提供了一种用于生物防护装备的供气装置的使用及控制方法，其包括以下步骤：

14、s1、用户穿戴所述生物防护装备之前，开启所述供气装置启动开关，系统进行初始化设置；

15、s2、系统首先对所述过滤计时组件进行通信，当寿命时间大于0.5h时，进行语音播报，系统可正常使用；当寿命时间小于0.5h时，所述过滤计时组件会驱动蜂鸣器进行报警，同时所述控制器的语音播报模块也会进行相应的提醒；

16、s3、系统会对所述电源模块的锂电池进行电量检测并反馈到所述控制器的显示数码管上，当剩余电量小于10％时，系统也会报警提醒及时更换电池，当电量充足时，方可进行下一步；

17、s4、所述供风风机以相对于所述排风风机多倍的功率进行工作，直至所述生物防护装备内气压到达设定的阈值内，系统启动常温自动供风模式，所述供风风机默认以最小风档输出，此时用户可通过所述控制器设置温度值和所述供风风机风量，系统每隔一段时间所述控制模块就会进行一次检测，当气压值小于设置的下限阈值时，所述排风风机会自动减小功率进行输出以减少所述生物防护装备内气体的排出，当气压值大于设置的上限阈值时，所述排风风机会自动增大功率进行输出；

18、s5、当按键输入工作指令时，控制模块接收按键指令并对执行元件进行控制，根据需要调节供风风机的风量，排风风机根据模糊pid算法随着供风风机风档的调整自动调节，气压控制传递函数如下式：

19、

20、其中：g2(s)为气压控制的传递函数；s为时间；e为常数；

21、s6、当开启制冷功能时，控制模块通过温度传感器获取实时温度，制冷模块根据模糊pid算法自动进行温度调节，使生物防护装备内的温度位于设定的阈值范围内，温度控制传递函数如下式：

22、

23、其中：g1(s)为温度控制的传递函数；s为时间；e为常数；

24、s7、当过滤倒计时结束时，制冷功能停止工作，控制模块使供风风机以最小的风档输出，直至更换过滤计时模块或使用完毕。

25、本发明的有益效果是：

26、1.本发明一种用于生物防护装备的供气装置，通过设置过滤模块和制冷模块使得本装置既能提供气体还能对气体进行有效的温度控制；同时通过设置过滤锁紧组件实现了过滤模块与壳体模块之间的快速连接和拆卸，而且制冷模块上燕尾型凸台以及支撑结构，实现了制冷模块与壳体模块之间的快速连接和拆卸；本发明还能进行集智能供排风、压力调节、制冷、过滤计时及报警提醒等多种功能控制于一体，其功能操作简单、穿着安全舒适。

27、2.本发明包括一套可调的智能压控及温控系统，采用温度、气压双参数搭建模糊pid算法可实现闭环控制，通过试验采集生物防护装备内温度、气压变化曲线来构建两参数的动态特性建立数学模型，保证了控制算法的精确性；考虑防护装备内参数变化的滞后性，在控制传递函数中增加了滞后环节，安全性和智能化程度高。

28、3.本发明包括备用供风风机，备用供风风机不受供风控制模块和主控模块控制，直接由供气装置上的备用开关控制，当控制系统故障，开启备用开关，从而为生物防护装备送风，保证用户在离开污染区期间呼吸顺畅，保证使用者的使用及防护安全。