CN104645521A - 面罩阻塞性评估系统 - Google Patents
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Abstract
一种面罩阻塞性评估系统，包含风洞罩体、面罩载具、呼吸模拟器、压差传感器、风机以及粉尘喂入装置。风洞罩体包含相对的入风口以及排风口。面罩载具设置于风洞罩体内，用以安置面罩。呼吸模拟器连接至面罩载具，以提供一气流往复通过面罩。压差传感器连接向面罩载具，以侦测面罩内的呼吸阻抗。风机连接至入风口，粉尘喂入装置则设置于入风口处，以提供粉尘至风洞罩体中。
Description
技术领域
本发明是有关于一种面罩阻塞性评估系统。
背景技术
呼吸防护具(respirator)是提供个人配戴以避免遭受空气中危害因子伤害的防护器材，也是避免有害物对人体造成危害的一道关卡。一个合格的呼吸防护具必须能够有效的降低污染物被配戴人员吸入的机会。
一般常见的抛弃式口罩就是最简单的呼吸防护具。抛弃式口罩具有轻便、价钱合理、使用方便等特性，因此受到广泛地使用。抛弃式口罩除了可以避免外界的有害物质经由呼吸进入人体，也可以用以避免佩带者将通过飞沫传染的传染疾病传染给他人。
由于抛弃式口罩往往会佩带相当长的时间，抛弃式口罩的阻塞性将会影响其透气度以及穿带者的感受。因此，如何量测抛弃式口罩的阻塞性，尤其是符合实际穿戴状况下的阻塞性，便成为一个重要的课题。
发明内容
本发明提供了一种面罩阻塞性量测系统，使得粉尘阻塞性的量测结果更为贴近使用者真实穿戴的状况。
本发明的一态样提供了一种面罩阻塞性评估系统，包含风洞罩体、面罩载具、呼吸模拟器、压差传感器、风机以及粉尘喂入装置。风洞罩体包含相对的入风口以及排风口。面罩载具设置于风洞罩体内，用以安置面罩。呼吸模拟器连接至面罩载具，以提供一气流往复通过面罩。压差传感器连接向面罩载具，以侦测面罩内的呼吸阻抗。风机连接至入风口，粉尘喂入装置则设置于入风口处，以提供粉尘至风洞罩体中。
于本发明的一或多个实施例中，面罩阻塞性评估系统更包含控制单元，连接呼吸模拟器、压差传感器与粉尘喂入装置，其中控制单元包含显示面板以及操作面板。
于本发明的一或多个实施例中，呼吸模拟器包含连接面罩载具的吸气流道与呼气流道、切换阀，以及气流产生装置。切换阀用以切换吸气流道与呼气流道。气流产生装置提供方向相异的气流予呼气流道与吸气流道。
于本发明的一或多个实施例中，气流产生装置包含一气压缸以及连接气压缸的一偏心曲柄圆。
于本发明的一或多个实施例中，面罩载具包含三叉管，三叉管具有第一开口、第二开口与第三开口，第一开口邻接于面罩，第二开口连接至压差传感器，第三开口连接至呼吸模拟器。
于本发明的一或多个实施例中，呼吸模拟器与压差传感器可以分别包含至少一个减动球阀。
于本发明的一或多个实施例中，压差传感器包含高压压差计以及低压压差。高压压差计用以量测面罩内的压力，低压压差计用以量测风洞罩体内压力。
于本发明的一或多个实施例中，粉尘喂入装置包含漏斗形容器、粉尘分配机构以及文氏管。漏斗形容器用以容置粉尘，漏斗形容器具有进料口与出料口。粉尘分配机构设置于出料口下方，以承接由出料口流出的粉尘。文氏管连接粉尘分配机构与风洞罩体。
于本发明的一或多个实施例中，粉尘分配机构包含转盘以及马达。转盘包含用以承接粉尘的环形槽，文氏管的一端连接至环形槽，马达连接转盘。
于本发明的一或多个实施例中，粉尘喂入装置包含电子天平，以量测粉尘的喂入量，藉以控制马达的转速。
面罩阻塞性评估系统通过呼吸模拟器提供了模拟人体呼吸的情景，使测试结果更为符合使用者长时间配戴面罩的状况。此外，本系统中粉尘的喂入量可以通过控制单元调整马达的转速自动化调节，可以稳定提供粉尘至风洞罩体中。
附图说明
图1为本发明的面罩阻塞性评估系统一实施例的示意图。
图2为本发明的面罩阻塞性评估系统一实施例的外观示意图。
图3为本发明的面罩阻塞性评估系统中的粉尘喂入装置一实施例的立体视图。
图4A为图1中的气流产生装置一实施例的示意图。
图4B为图4A中的气流产生装置所产生的模拟人体呼吸呼气量相对于时间的变化关系图。
具体实施方式
以下将以附图及详细说明清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。
有鉴于现有的面罩阻塞性量测方法多是静态地持续单方向喂入粉尘，在经过一段时间之后便会在面罩上形成粉尘的滤饼，致使面罩的阻抗变得非常的高，明显地，不符使用者实际穿戴的状况。因此，本发明提出了一种面罩阻塞性量测系统，引入了模拟人体呼吸的装置，使得粉尘不易在面罩上结成块状，让量测的结果更为贴近使用者真实穿戴的状况。
参照图1，其为本发明的面罩阻塞性评估系统一实施例的示意图。本图主要用以表示面罩阻塞性评估系统100中各部分元件之间的连接关系，因此，各元件的比例以及所设置的位置可能会与实际配置有所出入，合先叙明。
面罩阻塞性评估系统100包含有风洞罩体110、面罩载具120、呼吸模拟器130、压差传感器150、风机160，以及粉尘喂入装置170。
风洞罩体110包含有相对的入风口112以及排风口114。风洞罩体110包含有一长隧道形的腔室。风洞罩体110的材料可以为金属或是塑胶。面罩载具120为设置在风洞罩体110中，并且面罩载具120为设置于较为接近排风口114。面罩载具120可以具有假人头的外形，让面罩200固定在其上时可以模拟人体佩带的情形。面罩载具120更连接至呼吸模拟器130，呼吸模拟器130可以用以提供一气流往复地通过面罩200，用以模拟人体呼吸时气流通过面罩200的情景。
压差传感器150也连接至面罩载具120，用以侦测面罩200内的呼吸阻抗。压差传感器150中包含有高压压差计152以及低压压差计154，高压压差计152为用以量测测面罩200内的压力，而低压压差计154为用以量测风洞罩体110内的压力，藉以换算出面罩200的阻抗。
更细部地说，面罩载具120中包含有一三叉管122，三叉管122具有第一开口124、第二开口126以及第三开口128。第一开口124为通向面罩载具120的正面且邻接于面罩200，第二开口126连接至压差传感器150中的高压压差计152，第三开口128连接至呼吸模拟器130。
呼吸模拟器130所产生的往复气流经由第三开口128进入三叉管122，由于三叉管122为连通的结构，因此在第一开口124与第二开口126处也产生相同的往复气流。此往复气流可以经由第一开口124来回地通过面罩200，以模拟人体佩带时呼气与吸气使气流往复通过面罩200的情境。又因为三叉管122为连通的结构，因此，高压压差计152可以经由第二开口126进入而感测到面罩200内部的压力。
呼吸模拟器130包含有吸气流道132、呼气流道134、切换阀136以及气流产生装置140。吸气流道132的一端连接至面罩载具120的三叉管122的第三开口128，另一端通过切换阀136连接至气流产生装置140，呼气流道134的一端同样连接至第三开口128，呼气流道134的一端为通过切换阀136连接至气流产生装置140。
气流产生装置140可以用以提供规律地、方向相异的气流给吸气流道132以及呼气流道134，切换阀136则是用以交替地切换气流产生装置140与吸气流道132和呼气流道134的连通。
更具体地说，当气流产生装置140提供吸气气流的时候，即气流的方向是由外部流进气流产生装置140时，切换阀136切换至气流产生装置140与吸气流道132连通而不与呼气流道134连通，此时，因为压力差的关系，空气也会从面罩200的外面经由第一开口124流进面罩载具120，等同于佩带者吸气的效果。而当气流产生装置140提供呼气气流的时候，即气流的方向是由气流产生装置140排出时，切换阀136切换至气流产生装置140与呼气流道134连通而不与吸气流道132连通，此时，气流产生装置140所提供的气流进入第三开口128后会被推挤而流向第一开口124与第二开口126，其中从第一开口124流出的空气会从面罩200的内部通过面罩200而排到外界空气，等同于佩带者呼气的效果。
风机160以及粉尘喂入装置170设置于风洞罩体110的入风口112处，以持续并且稳定地提供粉尘于风洞罩体110中，藉以测试面罩200的阻塞性。风机160可以为鼓风机或是风扇，以将粉尘喂入装置170所提供的粉尘送入风洞罩体110中，并且产生从入风口112贯穿至排风口114送出的气流。
粉尘喂入装置170包含有漏斗形容器172、文氏管178、粉尘分配机构180以及电子天平188。漏斗形容器172用以容置粉尘，粉尘分配机构180设置于漏斗形容器172的下方，用以承接漏斗形容器172所流出的粉尘。文氏管178则是连接粉尘分配机构180以及风洞罩体110，其中文氏管178为连接至风洞罩体110的入风口112，使粉尘从粉尘分配机构180通过文氏管178进入风洞罩体110。
面罩阻塞性评估系统100更包含有滤网单元164。滤网单元164为设置于风洞罩体110的排风口114，以拦截风洞罩体110内的粉尘，避免粉尘从排风口114漏出而污染环境。
呼吸模拟器130以及压差传感器150分别包含至少一个减动球阀162。减动球阀162可以提供稳压的功能。
面罩阻塞性评估系统100更包含有控制单元190，控制单元190连接呼吸模拟器130、压差传感器150、以及粉尘喂入装置170。控制单元190包含有显示面板192以及操作面板194。使用者可以经由操作控制单元190上的操作面板194控制呼吸模拟器130的呼吸频率、风机160的风量，以及控制粉尘喂入装置170的粉尘喂入量。压差传感器150所侦测到的面罩200内外的压力可以被传送至控制单元190中，接着再将其换算为面罩200的阻抗后显示于显示面板192上。面罩200在测试过程中的阻抗可以被纪录在控制单元190中，并在测试完成后将结果汇整。
本面罩阻塞性评估系统100提供了一种模拟使用者佩带面罩200时的环境，引入了呼吸模拟器130以产生往复气流通过面罩200，使得面罩200的阻塞性测试更为贴近真实使用状况。此外，经由控制单元190可以实现稳定调控粉尘的喂入量的目的。
参照图2，其为本发明的面罩阻塞性评估系统一实施例的外观示意图。面罩阻塞性评估系统100包含有风洞罩体110、设置于风洞罩体110内的面罩载具120、设置于风洞罩体110的入风口112的粉尘喂入装置170，以及设置于风洞罩体110的排风口114的滤网单元164。
风洞罩体110上可以更设置有观测窗116，观测窗116可以为透明的玻璃或是压克力板，观测窗116的位置可以对应于面罩载具120的位置，以便于观察风洞罩体110内的状况。图1中的呼吸模拟器130的吸气流道132与呼气流道134为通过风洞罩体110而连接到面罩载具120上，面罩200为佩带在面罩载具120上。
接着，请参照图3，其为本发明的面罩阻塞性评估系统100中的粉尘喂入装置170一实施例的立体视图。粉尘喂入装置170包含有漏斗形容器172、支架175、文氏管178、粉尘分配机构180，以及电子天平188。支架175为用以固定电子天平188，以及将文氏管178定位于预定高度。支架175的材料可以为塑胶、金属或是木头。
漏斗形容器172具有上宽下窄的形状，其包含有进料口174以及出料口176，其中进料口174具有较大的口径，出料口176具有较窄的口径。粉尘从进料口174进入漏斗形容器172而存放在漏斗形容器172中。当开始进行测试时，粉尘从出料口176流出至粉尘分配机构180上。
粉尘分配机构180包含有转盘182以及马达186。转盘182上具有环形槽184，环形槽184用以承接从漏斗形容器172所流出的粉尘。马达186连接转盘182，使得转盘182相对于漏斗形容器172转动，文氏管178连接环形槽184以及风洞罩体110(见图2)。
图1中的风机160为产生气流流动而通过文氏管178的出口端。文氏管178可以通过气流实现粉尘的传送，其可以通过内部口径的不同以及出口端与入口端的压力差，使得粉尘从文氏管178的入口端传送至出口端，而后被风机160所产生的气流带走。
漏斗形容器172、文氏管178以及粉尘分配机构180为架设在电子天平188上，电子天平188则是经由支架175固定在预定的高度，使文氏管178连接至风洞罩体110的入风口112(见图2)。
电子天平188为量测粉尘、漏斗形容器172、文氏管178以及粉尘分配机构180整体的重量，并且将数据回传至控制单元190(见图1)中。
粉尘为批次地放入漏斗形容器172中，当粉尘渐渐地经由文氏管178进入风洞罩体后，电子天平188便可以量测到重量的变化，而得知粉尘的喂入量。本实施例中，粉尘的喂入量可以经由马达186的转速控制。更具体地说，当马达186转速提高时，转盘182的转速也随之提升，转盘182上环形槽184中的粉尘通过文氏管178的速率也随之增加，进而增加文氏管178可传送的粉尘量；相对地，若是降低马达186的转速，则转盘182的转速也随之降低，转盘182上环形槽184中粉尘通过文氏管178的速率也随之降低，进而减少文氏管178可传送的粉尘量。
换言之，在粉尘喂入装置170中，粉尘的喂入量可以从电子天平188所量测到的数值变化得知，并且，控制单元可以经由回传的重量变化控制马达186的转速，以自动化地控制粉尘的喂入量。
接着，请参照图4A与图4B，其分别为图1中的气流产生装置140一实施例的示意图以及气流产生装置140所产生的模拟人体呼吸呼气量相对于时间的变化关系图。如图4A所示，气流产生装置140包含气压缸142以及连接至气压缸142的偏心曲柄圆144。气压缸142连接至如图1中所示的切换阀136，当气压缸142的杆体被偏心曲柄圆144带动拉出时，产生吸气气流至吸气流道132(见图1)；当气压缸142的杆体被偏心曲柄圆144带动推回时，切换阀136作动而使气压缸142产生的呼气气流流至呼气流道134(见图1)。偏心曲柄圆144带动气压缸142的动程，以让模拟人体呼吸气的呼气量相对于时间可呈现弦波变化，如图4B所示。
更具体地说，在本实施例中，偏心曲柄圆144利用其偏心点与驱动马达(未绘示)等装置连接，驱动马达驱动偏心曲柄圆144转动，图2A中偏心曲柄圆144随时间变化来转动的情形是以虚线表示。随着偏心曲柄圆144的转动，其偏心点依序处于偏心曲柄圆144的右半部、上半部、左半部以及下半部，循环地移动。也就是说，本实施例的偏心曲柄圆144可以以逆时针方向转动，但本发明并不限于此。在其他实施例中，偏心曲柄圆144也可以顺时针方向转动。
本实施例的偏心曲柄圆144在转动时带动气压缸142的动程，以让模拟人体呼吸时的呼气量相对于时间呈现弦波变化，如图2B所示。此一呈现弦波变化的模拟人体呼吸气，相较于已知技术，更接近人体呼吸时呼气量的变化，其中当呼气量为负值时表示为吸气状态。
综上所述，本发明所提供的面罩阻塞性评估系统100可以模拟使用者佩带面罩200时呼吸气的情景，使得粉尘阻塞性的测试更符合真实佩带的状况。以下将配合实际测试时的数据进行说明。
表一、PTFE薄膜滤层的初始量测值
表一为一种面罩在未提供粉尘通过时测试数值。其中面罩为一种抛弃式口罩，其系采用聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene；PTFE)做为薄膜滤层。
表二、PTFE薄膜滤层采用传统量测方式两小时后的量测值
表二为一种面罩在使用传统的量测方式进行面罩阻塞性的测试数值。面罩为一种抛弃式口罩，其采用聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene；PTFE)做为薄膜滤层。比较例中所谓的传统的量测方式举例而言可以参考EN149-2001-A1-2009的口罩标准测试，其中粉尘种类为标准粉尘(云母石)，每分钟的平均粉尘喂入量约为0.4公克。经过两个小时后的量测结果如表二所示。
从表二的结果可以得知，经过两个小时的粉尘阻塞性测试后，会达到仪器量测的上限，表示面罩完全堵塞，粉尘会在面罩上结成块状，空气无法通过面罩。而根据实验的数据，约在测试开始五分钟之后，面罩便被粉尘完全塞住。上述情况明显地不符使用者实际佩带面罩的使用状况。
表三、PTFE薄膜滤层采用如图1所示面罩阻塞性系统进行量测两小时后的量测值
表三为一种面罩在使用本发明所提供的面罩阻塞性评估系统进行面罩阻塞性的测试数值。面罩为一种抛弃式口罩，其采用聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene；PTFE)做为薄膜滤层。实验例中为应用如图1所示的面罩阻塞性评估系统进行量测，其中粉尘种类同样为标准粉尘(云母石)，每分钟的平均粉尘喂入量同样约为0.4公克，实验例与比较例的差异在于实验例中的面罩载具连接至呼吸模拟器，以产生模拟呼吸的往复气流通过面罩。经过两个小时后的量测结果如表三所示。
从表三的数值可以得知，经过阻塞性测试两小时后，可发现口罩的防护效率及阻抗增加不多，较符合人体实际穿戴的情况。
从上述内容可以得知，面罩阻塞性评估系统通过呼吸模拟器提供了模拟人体呼吸的情景，使测试结果更为符合使用者长时间配戴面罩的状况。此外，本系统中粉尘的喂入量可以通过控制单元调整马达的转速自动化调节，可以稳定提供粉尘至风洞罩体中。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
【符号说明】
100：面罩阻塞性评估系统
110：风洞罩体
112：入风口
114：排风口
116：观测窗
120：面罩载具
122：三叉管
124：第一开口
126：第二开口
128：第三开口
130：呼吸模拟器
132：吸气流道
134：呼气流道
136：切换阀
140：气流产生装置
142：气压缸
144：偏心曲柄圆
150：压差传感器
152：高压压差计
154：低压压差计
160：风机
162：减动球阀
164：滤网单元
170：粉尘喂入装置
172：漏斗形容器
174：进料口
175：支架
176：出料口
178：文氏管
180：粉尘分配机构
182：转盘
184：环形槽
186：马达
188：电子天平
190：控制单元
192：显示面板
194：操作面板
200：面罩
Claims (10)
1.一种面罩阻塞性评估系统，包含：
一风洞罩体，包含相对的一入风口以及一排风口：
一面罩载具，设置于该风洞罩体内，用以安置一面罩；
一呼吸模拟器，连接至该面罩载具，以提供一气流往复通过该面罩；
一压差传感器，连接向该面罩载具，以侦测该面罩内的呼吸阻抗；
一风机，连接至该入风口；以及
一粉尘喂入装置，设置于该入风口处，以提供粉尘至该风洞罩体中。
2.如权利要求1所述的面罩阻塞性评估系统，其特征在于，更包含一控制单元，连接该呼吸模拟器、该压差传感器与该粉尘喂入装置。
3.如权利要求1所述的面罩阻塞性评估系统，其特征在于，该呼吸模拟器包含：
一吸气流道，连接至该面罩载具；
一呼气流道，连接至该面罩载具；
一切换阀，以切换该吸气流道与该呼气流道；以及
一气流产生装置，以提供方向相异的气流予该呼气流道与该吸气流道。
4.如权利要求3所述的面罩阻塞性评估系统，其特征在于，该气流产生装置包含一气压缸以及连接该气压缸的一偏心曲柄圆。
5.如权利要求1所述的面罩阻塞性评估系统，其特征在于，该面罩载具包含一三叉管，该三叉管具有一第一开口、一第二开口与一第三开口，该第一开口邻接于该面罩，该第二开口连接至该压差传感器，该第三开口连接至该呼吸模拟器。
6.如权利要求1所述的面罩阻塞性评估系统，其特征在于，该呼吸模拟器与该压差传感器分别包含至少一个减动球阀。
7.如权利要求1所述的面罩阻塞性评估系统，其特征在于，该压差传感器包含：
一高压压差计，用以量测该面罩内的压力；以及
一低压压差计，用以量测该风洞罩体内压力。
8.如权利要求1所述的面罩阻塞性评估系统，其特征在于，该粉尘喂入装置包含：
一漏斗形容器，用以容置粉尘，该漏斗形容器具有一进料口与一出料口；
一粉尘分配机构，设置于该出料口下方，以承接由该出料口流出的粉尘；以及
一文氏管，连接该粉尘分配机构与该风洞罩体。
9.如权利要求8所述的面罩阻塞性评估系统，其特征在于，该粉尘分配机构包含：
一转盘，包含用以承接粉尘的一环形槽，该文氏管的一端连接至该环形槽；以及
一马达，连接该转盘。
10.如权利要求9所述的面罩阻塞性评估系统，其特征在于，该粉尘喂入装置包含一电子天平，以量测粉尘的喂入量，藉以调整该马达的转速。
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