KR20190067802A - 공기 필터링을 위한 페이스 마스크 및 공기 모니터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
공기를 필터링하기 위한 안면 마스크가 사용자의 코 및 입 주위에서 기밀적인 가요성 밀봉부를 제공하기 위한 안면 밀봉부, 안면 밀봉부에 밀봉 가능하게 부착되는 지지부로서, 유입 공기의 통과를 허용하는 개방 지역 및 내쉬는 공기를 방출하기 위한 배출구 밸브를 갖는, 지지부, 지지부에 제거 가능하게 부착되는 전방 쉘로서, 유입 공기가 지지부의 개방 지역을 통과할 수 있게 하는 유입구 홀을 갖는, 전방 쉘, 그리고 미립자 요소를 공기로부터 필터링하기 위한 필터를 포함한다. 그러한 필터는 전방 쉘과 지지부 사이에 수용되도록 구성된다. 안면 밀봉부는 필터와 사용자 사이의 직접적인 연결을 제공한다.
Description
본원에서 개시된 실시예는 호흡 보호구(respirator) 및 공기 모니터링 시스템, 그리고 특히 공기를 필터링하기 위한 페이스(안면) 마스크 및 공기 품질을 모니터링하기 위한 시스템에 관한 것이다.
호흡 마스크는, 인간의 호흡계를 공기 중의 입자로부터 또는 불쾌한 가스나 유해 가스로부터 보호하기 위해서 매우 다양한 적용예에서 사용된다. 이들은 또한, 예를 들어, 사용자로의 또는 사용자로부터의 유해 미생물의 확산을 방지하기 위해서, 의료 간병인에 의해서 빈번하게 착용된다.
오염 환경에서 작업하는 사람들은, 공기 중의 오염물질 흡입으로부터 그들 자신을 보호하기 위해서 필터링 안면 마스크를 일반적으로 착용한다. 필터링 안면 마스크는 전형적으로, 공기로부터 미립자 및/또는 기체 오염물질을 제거할 수 있는 섬유질 또는 흡수성 필터를 갖는다.
호흡 마스크는, 필터링되지 않은 공기 내에 포함된 유해 박테리아 또는 입자로부터 사용자를 보호하는 것을 포함하여, 다양한 용도를 갖는다. 기존 호흡 보호구는, 필터에 의해서 필터링된 오염물로 인해서 필터가 열화되는 상황을 고려하지 않았을 수 있다. 이러한 필터링된 오염물은 필터를 열화시켜, 사용자가 열화된 필터를 통해서 필터링된 공기를 수용하게 한다. 이는 호흡 마스크의 교체를 필요로 할 수 있다.
일부 실시예에 따라, 공기를 필터링하기 위한 안면 마스크가 제공된다. 안면 마스크는 사용자의 코 및 입 주위에서 기밀적인 가요성 밀봉부를 제공하기 위한 안면 밀봉부, 안면 밀봉부에 밀봉 가능하게 부착되는 지지부로서, 유입 공기의 통과를 허용하는 개방 지역 및 내쉬는 공기를 방출하기 위한 배출구 밸브를 갖는, 지지부, 지지부에 제거 가능하게 부착되는 전방 쉘(front shell)로서, 유입 공기가 지지부의 개방 지역을 통과할 수 있게 하는 유입구 홀을 갖는, 전방 쉘, 그리고 미립자 요소를 공기로부터 필터링하기 위한 필터로서, 전방 쉘과 지지부 사이에 수용되도록 구성된, 필터를 포함한다.
일부 실시예에 따라, 공기를 필터링하기 위한 안면 마스크가 제공된다. 안면 마스크는 사용자의 코 및 입 주위에서 기밀적인 가요성 밀봉부를 제공하기 위한 안면 밀봉부, 안면 밀봉부에 밀봉 가능하게 부착되는 지지부로서, 유입 공기의 통과를 허용하는 개방 지역 및 내쉬는 공기를 방출하기 위한 배출구 밸브를 갖는, 지지부, 지지부에 제거 가능하게 부착되는 전방 쉘로서, 유입 공기가 지지부의 개방 지역을 통과할 수 있게 하는 유입구 홀을 갖는, 전방 쉘, 그리고 미립자 요소를 공기로부터 필터링하기 위한 필터로서, 전방 쉘과 지지부 사이에 수용되도록 구성된, 필터를 포함하고, 안면 밀봉부는 필터와 사용자 사이의 직접적인 연결을 제공한다.
지지부는, 개방 지역을 형성하는 뼈대를 포함할 수 있다. 뼈대는 중앙 길이방향 프레임 부재 및 적어도 2개의 횡방향 프레임 부재를 포함할 수 있다.
전방 쉘은 전방 쉘의 측면에 위치된 쉘 부착 부재의 쌍을 포함할 수 있다. 지지부는, 쉘 부착 부재에 제거 가능하게 연결되는 내부 부착 부재의 쌍을 포함할 수 있다.
전방 쉘은 전방 쉘의 코 위치에 위치된 상단 쉘 연결부를 포함할 수 있다. 지지부는, 상단 쉘 연결부와 경첩식으로 연결되는 상부 부착 부재를 포함할 수 있다.
쉘 부착 부재는, 쉘 부착 부재를 내부 부착 부재로부터 분리하기 위한 그리고 그에 의해서 조개 껍질과 같이 안면 마스크를 개방하기 위한 외부 해제부를 포함할 수 있다.
안면 밀봉부가 실리콘으로 제조될 수 있다. 안면 밀봉부가 지지부와 전방 쉘 사이에서 필터의 둘레를 밀봉하도록, 안면 밀봉부가 지지부에 오버몰딩될(overmolded) 수 있다.
필터는 조립되지 않았을 때 편평하도록 그리고 지지부 상으로의 삽입을 위한 3차원적인 형태가 되게 곡선화되도록 구성될 수 있다.
필터는 중앙 코 슬릿에 의해서 분리된 코 부분의 쌍을 포함할 수 있다. 필터가 전방 쉘과 지지부 사이에 수용될 때, 코 부분들이 함께 교합되어 3차원적인 형태를 형성한다.
안면 밀봉부는 지지부의 중앙 길이방향 프레임 부재를 따라서 연장되는 코 밀봉부를 포함할 수 있다. 코 밀봉부는 중앙 길이방향 프레임 부재 내의 기둥 홀에 연결된 연결부 기둥을 포함할 수 있다. 코 밀봉부는 필터의 코 부분을 밀봉하여 필터와 지지부 사이에서 기밀 밀봉부를 제공하도록 배치된다.
전방 쉘은, 안면 마스크 내에서 필터를 정렬시키기 위해서 전방 쉘의 내측 표면 상에 위치된 필터 정치(registration) 부재를 포함할 수 있다.
전방 쉘은, 필터를 전방 쉘의 내부 표면으로부터 이격시켜 유지하기 위해서, 유입구 홀에 인접한 전방 쉘의 내측 표면 상에서 다수의 이격부를 포함할 수 있다.
안면 마스크는 안면 마스크를 사용자의 안면에 대해서 유지하기 위해서 전방 쉘 또는 지지부에 부착된 헤드 스트랩을 더 포함할 수 있다.
안면 마스크는 공기 내의 미립자의 양을 모니터링하기 위해서 헤드 스트랩에 장착된 오염 센서를 더 포함할 수 있다. 헤드 스트랩은 오염 센서 및 사용자 통신 장치와의 통신을 위한 통신 시스템을 포함할 수 있다. 오염 센서는, 안면 마스크가 사용자의 머리에 있을 때 오염 센서를 켜는 장력 로딩된 스프링(spring loaded in tension)을 갖는 장력 스위치를 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따라, 공기 모니터링 시스템이 제공된다. 공기 모니터링 시스템은 공기를 필터링하기 위한 안면 마스크, 마스크 센서 장치, 및 마스크 센서 장치로부터 공기 품질 판독값(AQR)을 수신하기 위해서 마스크 센서 장치와 통신하는 사용자 통신 장치를 포함하고, 사용자 통신 장치는 마스크 센서 장치로부터 수신된 AQR을 기초로 공기 품질 데이터를 디스플레이한다. 마스크 센서 장치는 AQR을 획득하기 위한 적어도 하나의 오염 센서, 및 오염 회로를 포함하고, 오염 회로는 AQR을 저장하기 위한 메모리, AQR을 프로세스하기 위한 프로세서, AQR을 송신 및 수신하기 위한 송수신기, 및 오염 회로에 전력을 공급하기 위한 전원을 갖는다.
마스크 센서 장치가 안면 마스크의 외부에 장착될 수 있다.
마스크 센서 장치 및 사용자 통신 장치가 네트워크를 통해서 서버와 통신할 수 있다. 서버는 기존 AQR의 근접도, 거리, 시간 및 예측 가능성을 기초로 AQR 정확도를 결정한다. AQR 정확도가 미리 결정된 문턱값을 초과하는 경우에, 공기 품질 데이터가 사용자 통신 장치에서 디스플레이된다. AQR 정확도가 미리 결정된 문턱값 미만인 경우에, 마스크 센서 장치는 새로운 오염 측정을 실시하고 AQR을 서버에 송신한다.
특정 경우에, 사용자 통신 장치가 환경의 변화를 식별할 때, 적어도 하나의 오염 센서가 새로운 AQR을 획득한다.
사용자 통신 장치는, 사용자의 호흡률 또는 공기 유동, 사용자가 안면 마스크를 착용한 지속 시간, 및 그러한 시간 동안 AQR 데이터로부터의 사용자의 위치에서의 공기 오염물의 수준을 기초로, 필터 수명, 필터 효율성, 및 사용 수명(lifetime usage) 중 임의의 하나 이상을 결정하는 필터 수명 모듈을 포함할 수 있다.
마스크 센서 장치는 오염 회로에 의해서 제어되는 조명등을 포함할 수 있고, 그러한 조명등은, AQR이 미리 결정된 상한 또는 하한 문턱값에 도달한 경우에, 점멸된다.
시스템은 밀접하게 근접한 적어도 2개의 마스크 센서 장치를 포함할 수 있다. 제1 마스크 센서 장치는 AQR을 제2 마스크 센서 장치에 제공한다.
시스템의 안면 마스크는 사용자의 코 및 입 주위에서 기밀적인 가요성 밀봉부를 제공하기 위한 안면 밀봉부, 안면 밀봉부에 밀봉 가능하게 부착되는 지지부로서, 유입 공기의 통과를 허용하는 개방 지역 및 내쉬는 공기를 방출하기 위한 배출구 밸브를 갖는, 지지부, 지지부에 제거 가능하게 부착되는 전방 쉘로서, 유입 공기가 지지부의 개방 지역을 통과할 수 있게 하는 유입구 홀을 갖는, 전방 쉘, 그리고 미립자 요소를 공기로부터 필터링하기 위한 필터로서, 전방 쉘의 유입구 홀과 지지부의 개방 지역 사이에 수용되도록 구성된, 필터를 포함할 수 있고, 안면 밀봉부는 필터와 사용자 사이의 직접적인 연결을 제공한다.
일부 예시적인 실시예에 관한 이하의 설명으로부터, 당업자는, 다른 양태 및 특징을 명확하게 이해할 것이다.
본 명세서의 물품, 방법, 및 장치의 다양한 예를 설명하기 위해서 도면이 포함되어 있다. 도면의 간단한 설명에서:
도 1은 일 실시예에 따른 안면 마스크의 사시도이다.
도 2는 도 1의 안면 마스크의 측면도이다.
도 3은 도 1의 안면 마스크의 정면도이다.
도 4는 도 1의 안면 마스크의 분해 사시도이다.
도 5는 도 1의 안면 마스크의 분해 측면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 1의 안면 마스크의 전방 쉘의 내부도 및 상세도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6의 전방 쉘의 근접 사시도 및 측면도이다.
도 8은 도 1의 안면 마스크의 지지부 및 헤드 스트랩의 사시도이다.
도 9는 도 1의 안면 마스크의, 안면 밀봉부가 오버 몰딩된 지지부 및 헤드 스트랩의 사시도이다.
도 10은 도 1의 안면 마스크의 필터의, 편평한 배향에서의, 정면도이다.
도 11은 도 1의 안면 마스크의 헤드 스트랩의 사시도이다.
도 12는 실시예에 따른, 안면 마스크용 오염 센서의 사시도이다.
도 13a 및 도 13b는 추가적인 실시예에 따른, 안면 마스크의 헤드 스트랩 및 오염 센서의 사시도이다.
도 13c는 실시예에 따른, 헤드 스트랩의 장력 스위치의 개략도이다.
도 14a, 도 14b 및 도 14c는 추가적인 실시예에 따른, 스카프 내의 안면 마스크의 분해도 및 사시도이다.
도 15는 실시예에 따른, 공기 모니터링 시스템의 블록도이다.
도 16a, 도 16b 및 도 16c는 도 15의 공기 모니터링 시스템의 사용자 통신 장치이다.
도 1은 일 실시예에 따른 안면 마스크의 사시도이다.
도 2는 도 1의 안면 마스크의 측면도이다.
도 3은 도 1의 안면 마스크의 정면도이다.
도 4는 도 1의 안면 마스크의 분해 사시도이다.
도 5는 도 1의 안면 마스크의 분해 측면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 1의 안면 마스크의 전방 쉘의 내부도 및 상세도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6의 전방 쉘의 근접 사시도 및 측면도이다.
도 8은 도 1의 안면 마스크의 지지부 및 헤드 스트랩의 사시도이다.
도 9는 도 1의 안면 마스크의, 안면 밀봉부가 오버 몰딩된 지지부 및 헤드 스트랩의 사시도이다.
도 10은 도 1의 안면 마스크의 필터의, 편평한 배향에서의, 정면도이다.
도 11은 도 1의 안면 마스크의 헤드 스트랩의 사시도이다.
도 12는 실시예에 따른, 안면 마스크용 오염 센서의 사시도이다.
도 13a 및 도 13b는 추가적인 실시예에 따른, 안면 마스크의 헤드 스트랩 및 오염 센서의 사시도이다.
도 13c는 실시예에 따른, 헤드 스트랩의 장력 스위치의 개략도이다.
도 14a, 도 14b 및 도 14c는 추가적인 실시예에 따른, 스카프 내의 안면 마스크의 분해도 및 사시도이다.
도 15는 실시예에 따른, 공기 모니터링 시스템의 블록도이다.
도 16a, 도 16b 및 도 16c는 도 15의 공기 모니터링 시스템의 사용자 통신 장치이다.
각각의 청구된 실시예의 예를 제공하기 위해서, 다양한 장치 또는 프로세스가 이하에서 설명될 것이다. 이하에서 설명된 어떠한 실시예도 임의의 청구된 실시예를 제한하지 않고, 임의의 청구된 실시예는 이하에서 설명된 것과 다른 프로세스 또는 장치를 포함할 수 있다. 청구된 실시예는 이하에서 설명된 임의의 하나의 장치 또는 프로세스의 특징 전부를 갖는 장치 또는 프로세스로, 또는 이하에서 설명되는 장치의 다수 또는 모두에 공통되는 특징으로 제한되지 않는다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 공기를 필터링하기 위한 안면 마스크(10)가 도시되어 있다. 보다 특히, 안면 마스크(10)는, 사용자의 안면 위에 배치될 때, 오염물 및 미립자 기반의 공기 중의 오염물질을 공기로부터 필터링하기 위한 호흡 마스크이다. 공기가 사용자의 호흡에 의해서 인입되고(drawn), 오염물은 필터링되고 사용자의 호흡계에 진입되지 않는다. 사용자가 숨을 내쉴 때, 안면 마스크(10)는 내쉰 공기를 방출한다. 안면 마스크(10)는, 용이한 제조 및 단순한 조립, 그리고 사용자를 위한 부품의 교체를 제공할 수 있는 구성요소를 포함한다. 필터링되는 오염물 및 공기 중의 오염물질은 일산화탄소, 질소 산화물, 오존, 황, PM2.5, PM10 및 꽃가루를 포함할 수 있다. 식물의 꽃가루가 안면 마스크(10)에 의해서 필터링되어 인간의 알러지 및 반응을 방지할 수 있다.
안면 마스크(10)는, 안면 마스크(10)의 외부 층으로서 작용하는 전방 쉘(12)을 포함하고, 보호 외부 표면을 제공한다. 전방 쉘(12)은 지지부(16)에 부착되고, 전방 쉘(12) 및 지지부(16)가 함께 작업하여 필터(14)를 그 사이에서 유지한다. 지지부(16)는 필터(14)에 구조를 제공하고 필터(14)를 안면 마스크(10) 내에서 지지하는 한편, 전방 쉘(12)은 필터(14) 및 안면 마스크(10)의 내부 구성요소를 보호한다.
전방 쉘(12)은 열가소성체, 탄소 섬유, 및 플라스틱과 같은 강성, 반-강성, 또는 가요성 재료로 제조될 수 있다. 전방 쉘(12)은 또한, 금, 백금, 및 가요성 재료, 예를 들어 레이스(lace), 가죽, 직물, 및 실크와 같은, 재료로 제조된 미적인 층(aesthetic layer)을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 전방 쉘(12)은, 스카프, 자켓, 방한모(balaclavas), 스웨터, 및 헬멧과 같은, 다양한 천-유형의 의복에 부착될 수 있다. 전방 쉘(12)은, 예를 들어, 자석, 버튼, 및 다른 체결구를 이용하여 천-유형의 의복에 부착될 수 있다.
전방 쉘(12)은 교환 가능할 수 있고, 그에 따라 전방 쉘(12)은 다양한 패턴, 크기, 색채, 형상, 동물 안면 등을 가질 수 있다. 전방 쉘(12)은 안면 마스크(10)의 외측에 부속될 수 있다. 안면 마스크(10)는 안면 마스크(10)를 사용자의 머리에 대해서 유지하기 위해서 전방 쉘(12)에 부착된 헤드 스트랩(28)을 포함할 수 있다.
전방 쉘(12)은 유입 공기가 안면 마스크(10) 내로 그리고 필터(14)를 통해서 전달될 수 있게 하는 유입구 홀(18)을 갖고, 필터(14)는 미립자 요소를 공기로부터 필터링한다. 필터(14)는 전방 쉘(12)과 지지부(16) 사이에 고정된다.
필터(14)는 자당(sucrose)과 같은 생분해성 재료 또는 나노 재료로 제조될 수 있다. 생분해성 재료는 용해될 수 있고, 그에 따라, 폐기될 때, 필터(14)는 (예를 들어, 매립지의) 추가적인 오염에 기여하지 않는다.
전방 쉘(12)은 또한 내쉰 공기의 안면 마스크(10) 외부로의 전달을 허용하는, 유입구 홀(18)로부터 분리된, 분출 포트(20)를 갖는다. 분출 포트(20)는 내쉰 공기가 안면 마스크(10)를 빠져 나갈 수 있게 하고, 그에 따라 내쉰 공기는 유입구 홀(18)을 통해서 역으로 전달될 필요가 없고, 그에 의해서 내측으로부터 필터(14)를 열화시키지 않는다. 분출 포트(20)는 사용자의 입 및 코로부터 아래쪽으로 그리고 멀리 배출한다. 이는, 유리하게, 내쉰 공기를 안면 마스크(10)로부터 멀리 지향시킬 수 있고, 사용자가 안경을 또한 착용하는 경우에 김서림을 감소시킬 수 있다.
분출 포트(20)는 지지부(16) 상의 배출구 밸브(22)와 유체 연통된다. 배출구 밸브(22)는 일방향 밸브이고, 안면 마스크(10)의 내측으로부터 그리고 환경으로의 공기의 분출만을 허용한다. 배출구 밸브(22)는, 공기가 안면 마스크(10)의 외측으로부터 사용자의 호흡계 내로 전달될 수 있게 허용하지 않는다는 점에서, 일방향적이다.
안면 마스크(10)는, 사용자의 코 및 입 주위에서 가요성이고 기밀적인 밀봉부를 제공하기 위해서 지지부(16)의 주변부에 부착된 안면 밀봉부(24)를 포함한다. 안면 밀봉부(24)는 사용자의 안면에 꼭 맞는 밀봉을 제공하며, 필터(14)를 통과하는 것을 제외하고 공기가 통과하는 것을 허용하지 않는다. 안면 밀봉부(24)는 전방 쉘(12)의 뒤쪽에 위치되고 사용자의 안면과 접촉되어 피부에 대한 기밀 밀봉부를 형성한다. 이는, 모든 공기 흡입이 전방 쉘(12)을 통하도록 그리고 필터(14)를 통하도록 강제한다.
일부 실시예에서, 안면 밀봉부(24)는 실리콘으로 제조된다. 안면 밀봉부(24)는 또한 따뜻한 환경에서 사용자의 안면을 냉각하기 위한 또는 차가운 환경에서 사용자의 안면을 따뜻하게 하기 위한, 냉각 겔과 같은, 상 변화 재료를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 안면 밀봉부(24)는 특정 사용자에 맞춰지며, 다른 경우에 안면 밀봉부(24)는 사용자의 안면의 다양한 형상 및 크기를 탄력적으로 수용할 수 있다. 안면 밀봉부(24)는 또한 가요성을 가질 수 있고, 그에 따라 사용자는, 사용자 안면과의 기밀 밀봉을 계속 유지하면서, 그들의 입 및 안면을 움직일 수 있다(예를 들어, 말을 할 수 있다). 그러나, 일부 경우에, 안면 밀봉부(24)가 완전히 기밀적이지 않고, 더 많은 공기가 사용자의 안면과 안면 밀봉부(24) 사이를 통과할수록, 안면 밀봉부(24)가 필터(14)를 통해서 오염물을 필터링하지 않을 가능성이 더 커진다.
전방 쉘(12)은 전방 쉘(12)의 측면에 위치된 쉘 부착 부재(32)의 쌍을 포함한다. 전방 쉘(12)은, 지지부(16)에 부착하기 위한, 전방 쉘(12)의 내측 상의 코 위치에 위치되는 상단 쉘 연결부(33)를 포함한다. 지지부(16)는 쉘 부착 부재(32)에 경첩식으로 부착되는 상응하는 내부 부착 부재(30) 및 상단 쉘 연결부(33)에 부착되도록 제거 가능하게 부착되는 상부 부착부(37)를 갖는다.
내부 부착 부재(30) 및 쉘 부착 부재(32)는, 예를 들어, 전방 쉘(12)을 지지부(16)에 제거 가능하게 부착하는 클립 또는 다른 기계적 장치일 수 있다.
이제 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 전방 쉘(12)의 내부도가 도시되어 있다. 필터(14)의 교환을 돕기 위해서, 전방 쉘(12)이, 사용자에 의해서, 지지부(16)로부터 제거될 수 있다. 전방 쉘(12) 및 지지부(16)는 (전방 쉘(12)의) 상단 쉘 연결부(33) 및 (지지부(16)의) 상부 부착부(37)에 경첩식으로 커플링되고, 함께 안면 마스크(10)의 측면에서 (전방 쉘(12)의) 쉘 부착 부재(32) 및 (지지부(16)의) 내부 부착 부재(30)에 스냅 결합된다(snap). 전방 쉘(12)은 쉘 부착 부재(32) 상에서 외부 해제 부재(35)를 포함한다.
외부 해제 부재(35)는 외측 방향으로 사용자에 의해서 인가된 압력을 받을 수 있고, 그에 따라 쉘 부착 부재(32)가 내부 부착 부재(30)로부터 분리될 수 있고 그에 의해서 조개 껍질과 같이 안면 마스크(10)가 개방될 수 있다. 이어서, 사용자는 상부 부착부(37) 및 상단 쉘 연결부(33)를 중심으로 전방 쉘(12)을 위쪽으로 피봇시킨다. 전방 쉘(12)이 지지부(16)로부터 완전히 제거될 수 있도록, 상부 부착부(37) 및 상단 쉘 연결부(33)가 추가적으로 제거 가능하게 분리될 수 있다. 외부 해제 부재(35)가 핑거 픽(finger pick)으로서 작용한다. 사용자의 손가락이 안면 밀봉부(24) 및 외부 해제 부재 아래로 들어갈 수 있고 전방 쉘(12)을 개방할 수 있다.
전방 쉘(12)은 또한 필터 정치 부재(36)를 갖는다. 필터 정치 부재(36)는, 지지부(16)에 연결할 때 필터(14)를 정렬시키기 위해서, 전방 쉘(12)의 내측부에 위치된다. 전방 쉘(12)은 적어도 4개의 필터 정치 부재(36)를 포함한다. 전방 쉘(12)은 필터 정렬 지역을 추가적으로 구별하기 위해서 매끄러운 것으로부터 거친(smooth to rough) 표면 질감을 포함할 수 있다.
전방 쉘(12)은, 안면 마스크(10)의 중앙 지역 내에서 패턴(80)으로 형성되는 유입구 홀(18)을 갖는다. 전방 쉘(12)은 또한, 배출구 밸브(22)와 정렬되는 홀이 없는 배출구 지역(82)을 갖는다. 필터(14)는 유입구 홀의 패턴(80)을 덮기 위한 구성 및 크기를 갖는다.
도 7a 및 도 7b를 이제 참조하면, 실시예에 따른, 유입구 홀(18)이 도시되어 있다. 필터(14)가 전방 쉘(12)의 내측 표면 상에 직접 배치되는 것을 방지하기 위해서, 유입구 홀(18) 중 적어도 하나가, 전방 쉘(12)의 내부 표면으로부터 연장되고 유입구 홀(18)에 인접하는, 공기 유동 이격부(44)를 갖는다. 내향 공기 유동(42)이 또한 유입구 홀(18)의 바로 전방이 아닌 위치에서 필터(14)를 통과할 때, 공기 유동 이격부(44)가 개선된 공기 유동을 제공할 수 있다.
각각의 공기 유동 이격부(44)가 돌출 섹션(45) 및 튀어나온 섹션(47)을 가질 수 있다. 돌출 섹션(45)은 전방 쉘(12)의 내부 면으로부터 외향 돌출된다. 일부 경우에, 돌출 섹션(45)은, 인접한 유입구 홀(18)과 대략적으로 동일한 크기의 거리로, 전방 쉘(12)의 표면으로부터 돌출된다. 튀어나온 섹션(47)이 돌출 섹션(45)으로부터 (예를 들어, 직각으로) 돌출되어, 인접 유입구 홀(18)의 적어도 일부를 덮는다. 일부 경우에, 튀어나온 섹션(47)은 인접 유입구 홀(18)과 대략적으로 동일한 크기를 갖는다. 튀어나온 섹션(47)은 공기 유동 이격부(44)가 필터(14)를 천공하는 것을 방지하고, 그러한 천공은 필터(14)가 비효율적이 되게 할 수 있고 공기 유동을 위해서 이용되는 표면적을 증가시키기 위해서 필터(14)를 전방 쉘(12)의 표면으로부터 멀리 미는 장점을 제거할 수 있다.
공기 유동 이격부(44)는 튀어나온 섹션(47) 주위에서 공기 유동(42)을 제공할 수 있고, 그에 따라 필터(14)의 면 위의 공기 유동의 면적을 증가시킨다. 실시예에서, 각각의 공기 유동 이격부(44)가 다른 공기 유동 이격부(44)에 바로 인접하지 않는다. 실시예에서, 공기 유동 이격부(44)는, 공기 유동 이격부(44)가 없는 유입구 홀(18)에 의해서 둘러싸인다. 추가적인 실시예에서, 대략적으로 3개의 유입구 홀(18) 마다 하나씩 인접 공기 유동 이격부(44)를 갖는다. 공기 유동 이격부(44)는 공기 유동을 개선하고, 필터(14)에 대한 표면적을 증가시킨다. 시각적 효과를 생성하기 위해서, 공기 유동 이격부(44)를 또한 이용할 수 있다.
이제 도 8 및 도 9를 참조하면, 지지부(16) 및 안면 밀봉부(24)가 도시되어 있다. 지지부(16)는, 공기가 통과하여 흐를 수 있게 허용하기 위해서 필터(14) 및 개방 지역(31)을 지지하는, 길이방향 프레임 부재(34a) 및 횡방향 프레임 부재(34a, 34b)를 갖는 뼈대(34)를 포함한다. 실시예에서, 뼈대(34)는 중앙 길이방향 프레임 부재(34a) 및 적어도 2개의 횡방향 프레임 부재(34b)를 포함한다. 뼈대(34)는 항균 중합체 및 플라스틱을 포함할 수 있다. 필터(14)는 전방 쉘(12)과 뼈대(34) 사이에 그리고 개방 지역(31) 위에 놓인다. 뼈대(34)는 헤드 스트랩(28)에 대한 부착을 지원할 수 있다. 뼈대(34)가 또한 다른 재료에 부착될 수 있고, 일부 다른 방식(바느질, 클립 등)으로 다른 표면 및 재료에 부착되는 장착 특징부를 가질 수 있다.
지지부(16)는 안면 밀봉부(24)에 부착하기 위한 연결 테두리(26)를 포함한다. 안면 밀봉부(24)는 지지부(16)에 부착(예를 들어, 접착)될 수 있다. 대안적으로, 안면 밀봉부(24)가 지지부(16)에 대해서 오버 몰딩될 수 있다.
사용자의 안면 상의 밀봉에 더하여, 안면 밀봉부(24)는 지지부(16)와 전방 쉘(12) 사이의 필터(14)의 둘레를 밀봉한다. 안면 밀봉부(24)는, 필터(14)의 둘레와 교합되도록 개방 지역(31)의 외측 연부를 둘러싸는 가스켓으로서 작용한다. 안면 밀봉부(24)는, 전방 쉘(12)이 지지부(16)에 부착될 때, 압축 조임부를 생성함으로써 필터(14)의 둘레를 밀봉한다. 이는, 어떠한 공기도 필터(14) 주위로 이동되지 않고, 모든 흡입이 필터(14)를 통하도록 그리고 이어서 개방 지역(31)을 통하도록 강제한다. 분출 시에, 밸브(20)를 통한 공기 유동의 저항은 필터(14)를 통하는 것 보다 작고, 흡입 시에 밸브(20) 밀봉부는 필터(14)를 통해서만 진입되게 한다.
안면 밀봉부(24)는 중앙 길이방향 프레임 부재(34a)를 따라서 하향 연장되는 코 밀봉부(40)를 포함한다. 코 밀봉부(40)는 중앙 길이방향 프레임 부재(34a) 내의 기둥 홀(39)에 연결된 연결부 기둥(25)(도 5 에서 확인된다)을 포함할 수 있다. 코 밀봉부(40)는 필터(14)의 코 부분(38)의 쌍을 밀봉하여 필터(14)와 지지부(16) 사이에서 기밀 밀봉부를 제공하도록 배치된다.
안면 밀봉부(24)는, 전방 쉘(12)의 주변 표면(17)에 대해서 밀봉하는 교합 표면(19)을 갖는다. 안면 밀봉부(24)는, 내부 부착 부재(30)로의 접근을 제공하고 그 주위를 밀봉하기 위한 부착 개구(21)를 갖는다. 유사하게, 안면 밀봉부(24)는 또한, 상부 부착부(37)로의 접근을 제공하고 그 주위를 밀봉하기 위한 상단 개구(23)를 갖는다.
도 4에서 더 구체적으로 확인되는 바와 같이, 지지부(16)는, 전방 쉘(12) 상의 분출 포트(20)로 이어지는 출구 밸브(46)를 갖는다. 출구 밸브(46)는, 지지부(16) 상의 홀(50)을 통과하는 기둥(48)을 갖는 일방향 밸브이다. 출구 밸브(46)가 지지부(16)의 안착부(52) 상에 놓여 공기가 내측으로 전달되는 것을 방지한다. 출구 밸브(46)는, 당업계에 알려진 바와 같이, 실리콘 또는 다른 가요성 재료로 제조될 수 있다.
일부 실시예에서, 지지부(16)는 습기 및 냄새 흡수 캡슐을 포함한다. 습기 및 냄새 흡수 캡슐은 지지부(16)의 내측 표면을 따라 위치될 수 있다. 습기 및 냄새 흡수 캡슐은 임의의 과다 수분 및 불쾌한 냄새를 감소시켜, 사용자에게 보다 쾌적하게 하고 편안한 체험을 제공한다.
도 10은 필터(14)의 편평한 배치를 도시한다. 필터(14)는 교체 가능한 용융 취입된, 테크노스태틱(technostatic), 탄소, 나노, 또는 생분해성 나노 필터일 수 있다. 제 위치에 있을 때, 필터(14)는 전방 쉘(12)과 지지부(16) 사이에 수용된다. 필터(14)는, 공기가 사용자에게 도달하기 전에, 오염물을 공기로부터 필터링한다. 필터(14)는 조립되지 않았을 때 편평하고, 안면 마스크(10) 내에 배치될 때 3차원적 형태가 되도록 곡선화된다. 필터(14)는 일반적으로 중심 축을 중심으로 대칭적이다. 필터(14)가 사용을 위해서 함께 접힐 때, 중앙 코 슬릿에 의해서 분리된 코 부분들(38)이 함께 교합되어, 안면 마스크(10) 내로의 삽입을 위한 3차원적인 형태를 형성한다. 코 부분(38)은 지지부(16)의 뼈대(34) 상의 안면 밀봉부(24)의 코 밀봉부(40)와 정렬된다. 필터(14)의 둘레는 안면 밀봉부(24)와 밀봉된다.
필터(14)는, 전방 쉘(12)의 표면과 상호 작용하는 필터 표면(60)을 포함한다. 필터는, 전방 쉘(12)의 내부 표면 상의 필터 정치 부재(36)와 교합되는, 상단 절취부(62), 측면 절취부(64), 하단 절취부(66), 및 하단 연부(68)를 포함한다. 편평한 필터(14) 상의 절취부(62, 64, 66)가 전방 쉘(12)과 지지부(15) 사이에 배치될 때, 필터(14)는 2차원으로부터 3차원으로 진행된다. 필터(14)가 주변부에서 조여져, 기밀 밀봉부를 유발한다. 절취부(62, 64, 66)는, 조여지기 위한 그리고 필터(14) 주위의 공기 통과를 방지하기 위한 희망 형상으로 필터(14)가 접힐 수 있게 한다.
도 11은 본 발명의 헤드 스트랩(28)의 전방 측면 사시도를 도시한다. 헤드 스트랩(28)은 탄성 구성요소(54) 및 비탄성 구성요소(56)를 갖는다. 헤드 스트랩(28)은 규소, 플라스틱, 폴리우레탄 및 가죽과 같은 재료로 제조될 수 있다. 사용자 안면 상에서 안면 밀봉부(24)의 편안한 압축이 가능하도록, 헤드 스트랩(28)이 본질적으로 탄성적일 수 있다. 헤드 스트랩(28)은 상표가 있는 상단 헤드 밴드(branded top head band)를 특징으로 할 수 있다. 헤드 스트랩(28)은 또한, 스트랩 부착점, 조정 가능 홀 설정 및 밴드 탄성도를 갖는, 규소 또는 플라스틱 스트랩을 포함할 수 있다. 헤드 스트랩(28)은 내부 부착 부재(30)에서 안면 마스크(10)에 연결하기 위한 마스크 부착부(55)를 갖는다.
도 12는 안면 마스크(10)의 헤드 스트랩(28)에 장착되는 오염 센서(70)의 상단 측면도를 도시한다. 오염 센서(70)는 공기 내의 미립자의 양을 모니터링한다. 오염 센서(70)는, 오염 센서(70)의 내부 구성요소 주위의 공기 유동을 허용하기 위한 환기 홀(vent hole)(74)을 갖는 하우징(72)을 포함한다. 하우징(72)은 제조 중에 함께 몰딩될 수 있고, 임의의 배터리가 교체 가능하지 않을 수 있다.
하우징(72)은 하우징(72)을 헤드 스트랩(28)에 부착하기 위한 밴드 부착부(76)를 포함한다. 오염 센서(70)는, 공기 내의 오염물의 양을 판독하는 전자 회로(예를 들어, 도 15를 참조하여 설명되는 오염 회로(122))를 포함한다. 전자 회로는, 오염 센서(70)와 사용자 통신 장치 상의 애플리케이션(application) 사이에서 판독 데이터를 통신하기 위한 통신 시스템을 포함한다.
오염 센서(70)는, 사용자가 헤드 스트랩(28)을 당기고 장력 스위치(78) 상에 장력을 가하는 것에 의해서 안면 마스크(10)를 착용할 때 오염 센서(70)를 켜는 스프링을 갖는 장력 스위치(78)를 포함한다. 사용자가 안면 마스크(10)를 제거할 때, 장력 스위치(78)가 꺼지고, 그에 따라 장력 스위치(78)의 장력을 제거한다. 도 15를 참조하여 더 구체적으로 설명되는 안면 마스크(10)를 사용자가 착용할 때에만 오염 센서(70)가 오염 데이터를 기록할 것이기 때문에, 장력 스위치(78)는 오염 데이터의 추적을 개선할 수 있다.
도 13a 및 도 13b는, 추가적인 실시예에 따른, 안면 마스크(예를 들어, 안면 마스크(10))의 헤드 스트랩(171)에 장착하기 위한 오염 센서(170)를 도시한다. 오염 센서(170)는 하우징(172)(예를 들어, 하우징(72)) 및 장력 스위치(178)(예를 들어, 장력 스위치(78))를 포함한다.
도 13a로부터 확인되는 바와 같이, 오염 센서(170)는 또한 전자 회로(180)(예를 들어, 오염 회로(122)), 전자 회로(180)에 전력을 공급하기 위한 배터리(182), 및 신호를 송신 및 수신하기 위한 송수신기(184)(예를 들어, 블루투스TM)를 포함할 수 있다.
도 13b에서 확인되는 바와 같이, 헤드 스트랩(171)은 탄성 구성요소(154) 및 비탄성 구성요소(156)를 갖는다. 장력 스위치(178) 및 송수신기(184)는 탄성 구성요소(154)와 비탄성 구성요소(156) 사이에 고정된다. 전자 회로(180)는 또한 오염 센서 내로의 공기 유동을 허용하기 위한 환기 홀(174)을 포함할 수 있다. 전자 회로(180)는 장력 스위치(178) 및 송수신기(184)와 통신할 수 있다.
전자 회로(180)는, 헤드 스트랩(171)의 비탄성 구성요소(156)에 제거 가능하게 부착될 수 있는 클립(186)을 포함한다. 사용자가 요구하는 희망하는 수준의 기능을 제공하기 위해서, 전자 회로(180)가 제거될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 안면 마스크가 온인지의 여부만을 모니터링하고자 하고 어떠한 오염 판독값도 취하고자 하지 않는 경우에, 전자 회로(180)가 제거될 수 있고 꺼질 수 있다. 오염 감지 능력이 요구되는 경우에, 사용자는 전자 회로(180)를 헤드 스트랩(171)에 부착할 수 있다. 또한, 사용자가 오염 판독 및/또는 사용자의 편안함을 개선하고자 할 때, 전자 회로(180)가 사용자 상의 또는 그 부근의(예를 들어, 의류의 다른 물품 상의) 다른 곳에 클립 결합될 수 있고 그로부터 오염 판독값을 취할 수 있다.
도 13c는, 실시예에 따라, 장력 스위치(178)(예를 들어, 장력 스위치(78))를 개방 위치에서 그리고 장력 스위치(179)를 폐쇄 위치에서 도시한다. 장력 스위치(178)의 하우징(172) 내에서, 헤드 스트랩(171)이 판 스프링(188)에 부착된다. 판 스프링(188)은 금속과 같은 전기 전도성 재료로 제조된다. 장력 스위치(178, 179)는, 판 스프링(188)과의 접촉을 위해서 하우징(172)에 고정되는 전기 접촉부(190) 및 기둥(192)을 포함한다. 헤드 스트랩(171)이 당겨지지 않을 때, 장력 스위치(178)가 개방되고, 판 스프링(188)은 전기 접촉부(190)와 접촉되지 않고 기둥(192) 상에 놓인다. 헤드 스트랩(171)이 하우징(172)으로부터 멀리 당겨질 때, 판 스프링(188)이 전기 접촉부(190)와의 접촉으로 이동되어 전기 회로를 완성하고, 장력 스위치(179)는 폐쇄된다. 장력 스위치(178, 179)는, 헤드 스트랩(171)이 하우징(172)의 외부로 완전히 당겨지는 것을 방지하기 위한 정지부를 포함할 수 있다.
이제 다시 도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 실시예에 따라, 스카프(202)에 내장된 안면 마스크(200)가 도시되어 있다. 스카프(202)는, 스카프 재료 내로 바느질 또는 용접되는 부착 컵(206)을 포함한다. 부착 컵(206)은, 안면 마스크(200) 상의 스냅 특징부(208)(예를 들어, 30, 37)에 대한 부착을 위해서, (도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한 바와 같은) 전방 쉘(12)과 유사하게 기능한다. 부착 컵(206)은 안면 마스크(200)와의 사이에서 필터(210)를 밀봉한다.
안면 마스크(200)는, 사용 중이 아닐 때(도 14b), 사용자(204)에 의해서 착용될 수 있다. 사용 시에(도 14c), 스카프(202)가 헤드 스트랩(212)을 덮는다.
이제 도 15를 참조하면, 실시예에 따른, 공기 모니터링 시스템(100)이 도시되어 있다. 공기 모니터링 시스템(100)은, 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한 마스크와 같은, 공기를 필터링하기 위한 안면 마스크(102)를 포함한다. 안면 마스크(102)는, 오염 회로(106)를 갖는 (도 12, 도 13a, 도 13b, 도 13c와 관련하여 설명한 오염 센서(70, 170)와 같은) 마스크 센서 장치(104)를 포함할 수 있다. 마스크 센서 장치(104)는 안면 마스크(102)의 외부에 장착되고, 그에 따라 (습기, 이산화탄소 및 다른 가스를 포함하는) 사용자의 내쉬는 호흡이 마스크 센서 장치(104)의 판독값을 왜곡하지 않는다.
공기 모니터링 시스템(100)은 마스크 센서 장치(104)로부터 공기 품질 판독값(AQR)을 수신하기 위해서 마스크 센서 장치(104)와 통신하는 (모바일 장치, 개인용 컴퓨터, 스마트폰, 또는 기타와 같은) 사용자 통신 장치(108)를 포함한다. 마스크 센서 장치(104)는 (예를 들어, BluetoothTM을 통해서) 사용자 통신 장치(108)와 직접적으로 통신하거나 (모바일 네트워크 및/또는 인터넷과 같은) 네트워크(110)를 통해서 사용자 통신 장치(108)와 간접적으로 통신한다. 사용자 통신 장치(108)는 안면 마스크(102)를 착용하거나 이용하는 사용자(112)에 의해서 이용될 수 있다. 마스크 센서 장치(104) 및 사용자 통신 장치(108)는 또한 네트워크(110)를 통해서 서버(114)와 통신할 수 있다.
마스크 센서 장치(104)는 안면 마스크(102)의 스트랩 상에, 안면 마스크(102)의 내측에, 사용자 통신 장치(108) 상에, 및/또는 사용자 통신 장치(108)의 케이스 상에 위치될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 마스크 센서 장치(104)는, 손목 밴드, 의류, 랜야드(lanyard) 상의 스마트 뱃지와 같은, 사용자(112) 상의 다른 위치에서 제공될 수 있거나, 사용자 통신 장치(108) 내로 통합될 수 있다.
일부 경우에, 인간의 호흡이 습기 및 이산화탄소를 포함할 수 있고 센서의 판독값을 왜곡시킬 수 있기 때문에, 오염 센서(70)는 안면 마스크(10) 내에 위치되지 않는다.
사용자 통신 장치(108)는, 사용자(112)와의 상호 작용을 위해서 의도적으로 구성된 공기 모니터링 애플리케이션(118)을 포함한다. 공기 모니터링 애플리케이션(118)은, 사용자 통신 장치(108) 상에서, 센서로부터의 공기 품질 등급을 디스플레이하여, 사용자(112)가 안면 마스크(102)를 착용할 지의 여부를 결정하는데 도움을 준다. 사용자 통신 장치(108)는 오염 데이터로서 AQR를 사용자 친화적 그래픽 디스플레이로 디스플레이할 수 있다.
그러나, 공기 모니터링 애플리케이션(118) 및 마스크 센서 장치(104)는 독립적으로 작업하고, 공기 모니터링 시스템(100)은 함께 작업할 때 특히 유리할 수 있다. 도 16a 내지 도 16c에서 확인되는 바와 같이, 마스크 센서 장치(104)는 지역적 공기를 샘플링하고 다양한 시간 및 지리적 간격으로 지역적 공기 품질을 측정하여 AQR를 생성한다. AQR은 마스크 센서 장치(104)로부터 수집되고 사용자 통신 장치(108)로 송신되며, 이는 또한 서버(114)로 업로드될 수 있다.
마스크 센서 장치(104)는, 사용자(112)가 호흡하고 흡입하는 환경 내의 공기 품질 판독값(AQR)을 측정하기 위한 적어도 하나의 공기 오염 센서(120)를 포함한다. 공기 오염 센서(120)는 습도 센서, 온도 센서, 분진 센서(예를 들어, 광-기반), CO, N02, 03, S02, PM2.5, PM10를 측정하기 위한 다양한 센서, 및 공기 품질 또는 알러지 항원을 모니터링하기 위한 다른 대기 센서 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 따라서, AQR은 습도, 온도, 분진, CO, N02, 03, S02, PM2.5, PM10, 및 다른 공기 품질 또는 알러지 항원 정보 중 임의의 하나 이상에 대한 판독값을 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 공기 오염 센서(120)는 광을 포토다이오드에 포커스하기 위해서 렌즈를 통해 적외선 발광 다이오드(LED)를 포커스한다. 공기가 환기 홀(74)을 통과하고 입자가 광의 빔을 가로지를 때, 광선 내에 장애가 생성되고, 이어서 이는 포토다이오드 상의 픽업(pick up)을 변화시키고 포토다이오드가 수신하거나 복귀시키는 전압을 변화시킨다. 공기 오염 센서(120)로부터의 신호가 디지털 신호로 변환된다.
특정 실시예에서, 안면 마스크(102)는 필터 뒤쪽에 배치된 오염 센서를 포함한다. 이러한 오염 센서로부터의 AQR가 또한, 필터를 통해서 얼마나 많은 오염물이 처리되었는지 관한 최신의 그리고 정확한 판독값을 제공할 수 있다.
마스크 센서 장치(104)는 또한 마스크 센서 장치(104)의 특정 동작을 실시하기 위한 오염 회로(122)를 갖는다. 오염 회로(122)는 AQR을 저장하기 위한 지역적인 마스크 데이터베이스를 갖는 메모리를 포함한다. 오염 회로(122)는 또한 AQR을 프로세스하여 개인 공기 품질 지수를 생성하기 위한 프로세서, AQR을 송신 및 수신하기 위한 송수신기, 및 오염 회로(122)에 전력을 공급하기 위한 (재충전 가능한 또는 재배치 가능한 배터리와 같은) 전원을 포함한다.
서버(114)는 적어도 하나의 마스크 센서 장치(104)로부터 AQR을 그리고 공기 모니터링 애플리케이션(118)으로부터 위치 데이터를 수신하여, AQR의 3차원적인 실시간 맵을 생성한다. 사용자 통신 장치(108)는, 예를 들어, 온보드 GPS(위성 위치 확인 시스템)로부터 위치 데이터를 측정하고 그러한 위치 데이터를 서버(114)에 송신한다. 위치 데이터 및 수집된 AQR은 해당 국가 또는 위치를 위한 각각의 공기 품질 지수(AQI) 형태로 맞춰 구성될 수 있다. AQI는, 예를 들어, 0 내지 500 눈금(scale)의 숫자일 수 있고, 여기에서 낮은 값은 양호한 것이고, 위험한 오염을 나타내는 더 큰 값으로 진행된다.
AQR의 특정 시간 및 위치로부터, 서버(114)는, 시간 경과에 따라 그리고 거리에 따라 저하될 수 있는 AQR 정확도 값을 결정한다. 공기 모니터링 애플리케이션(118)은 기존 AQR에 대한 사용자 통신 장치(108)의 근접도를 측정하고, 거리, 시간, 및 예측 가능성을 기초로, 사용자를 위한 개인 AQI 및 AQR 정확도를 계산한다. AQR 정확도가 미리 결정된 문턱값(수용된 신뢰 수준)을 초과하는 경우에, 개인 AQI 및 AQR 정확도가 사용자 통신 장치(108) 상의 디스플레이를 통해서 사용자에게 보고된다. AQR 정확도가 미리 결정된 문턱값 미만이고 마스크 센서 장치(104)가 인에이블링되고(enabled) 현재 착용된 경우에, 공기 모니터링 애플리케이션(118)은 공기를 샘플링하도록 마스크 센서 장치(104)에 알림(prompt)을 전송할 것이다. 마스크 센서 장치(104)는 새로운 오염 측정을 실시할 것이고, 새로운 AQR은 저장되고 서버(114)에 전송될 것이다. 서버(114)는 AQR 맵을 업데이트할 것이다.
서버(114)는 또한, AQR 데이터로부터의 현재 AQR이 없이, 미래의 또는 현재의 공기 품질을 결정하여 AQR 예측을 생성할 수 있다. 서버(114)는, 비제한적으로 하루 중의 시간, 기류, 온도, 습도, 및 지리적 이벤트를 포함하는 예측 인자를 기초로 하는, 오염물 수준 및 패턴을 이용하여 AQR 예측을 결정한다.
여러 실시예에서, 공기 모니터링 시스템(100)은, 사용자 통신 장치(108)가 없이 마스크 센서 장치(104)를, 마스크 센서 장치(104)가 없이 사용자 통신 장치(108)를, 또는 마스크 센서 장치(104) 및 사용자 통신 장치(108) 모두를 포함할 수 있다. 공기 모니터링 애플리케이션(118)은, 마스크 센서 장치(104)와 페어링되지 않을 때, 전역 모드(global mode)로 동작된다.
공기 모니터링 애플리케이션(118) 및 마스크 센서 장치(104)가 서로 페어링될 때, 공기 모니터링 애플리케이션(118)은 개인 모드로 동작된다. 개인 모드는 상단 수준 제어(top level control)가 (예를 들어, 블루투스를 통해서) 공기 모니터링 애플리케이션(118)으로부터 직접적으로 올 수 있게 한다. 공기 모니터링 애플리케이션(118)은 오염 회로(122)를 제어할 수 있고, 오염 회로(122)는 열 데이터(string data)를 역으로 송신하는 것에 의해서 응답한다.
사용자 통신 장치(108)가 마스크 센서 장치(104)에 연계되지 않을 때, 마스크 센서 장치(104)는 지역적 모드로 동작된다. 공기 모니터링 애플리케이션(118)은 디폴트에 의해서 지역적 디폴트 모드로 동작된다.
공기 모니터링 애플리케이션(118)은 필터 수명 모듈(124)을 포함할 수 있다. 필터 수명 모듈(124)은, 사용자의 호흡률 또는 공기 유동, 사용자가 안면 마스크(102)를 착용한 지속 시간, 및 그러한 시간 동안 AQR 데이터로부터의 사용자의 위치에서의 공기 오염물의 수준을 기초로, 필터 수명, 필터 효율성, 및 사용 수명 중 임의의 하나 이상을 결정한다. 각각의 필터(예를 들어 필터(14))는, 테스트될 때 포화되기 시작하는 그리고 호흡가능성이 감소되는, (예를 들어, 밀리그램으로 측정되는) 설정 부하 용량을 갖는다. 사용자가 필터링한 오염물의 양이 AQR 및 착용 시간으로부터 결정된다. 사용자가 안면 마스크(102)를 얼마나 오래 착용하였는지와 필터의 수명 사이에는 선형적 관계가 존재한다.
필터 수명 모듈(124)은 (예를 들어, 장력 스위치(78, 166)로부터) 시간 데이터를 수신하고, 안면 마스크(102)가 착용된 지속 시간, 사용자(112) 및 그러한 기간 동안의 사용자 AQR을 저장한다. 사용자 통신 장치(108) 내의 가속도계는 활동도 수준 및 사용자가 입력한 연령, 키, 및 체중에 관한 데이터를 모니터링하고, 필터 수명 모듈(124)은 사용자 호흡률을 결정한다.
공기 모니터링 시스템(100)이 마스크 센서 장치(104)를 포함하지 않는 경우에, 필터 수명 모듈(124)은, 사용자(112)가 안면 마스크(102)를 이용하는 때에 관한 디폴트 결정을 한다. 디폴트 결정은 사용자(112)에 의해서 조정될 수 있다.
필터에 의해서 차단된 오염물의 양이 증가됨에 따라, 필터 수명 모듈(124)은 필터의 수명이 단축되고 있다는 것을 디스플레이할 것이다. 필터 수명이 감소될 때 특정 지점에서, 필터 수명 모듈(124)은 필터를 교체하도록 사용자(112)에게 알릴 것이다. 필터 수명 모듈(124)은 또한 사용자(112)가 추가적인 필터를 구매하도록 알릴 수 있고 필터를 구매할 수 있는 온라인 시장에 대한 링크를 제공할 수 있다. 추가적인 실시예에서, 필터 수명 모듈(124)은, 사용자(112)로부터의 개입이 없이, 필터를 주문하고 사용자에게 보낼 수 있다.
마스크 센서 장치(104)는 콘텍스트 데이터(context data) 및 관련 매개변수를 기초로 관련성에 대해서 데이터를 체크한다. 사용자 통신 장치(108)로부터의 콘텍스트 데이터를 기초로, 마스크 센서 장치(104)는 공기 품질 측정을 트리거링(trigger)할 수 있다. 콘텍스트 데이터는 환경의 변화를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 통신 장치가 환경의 변화를 식별할 때, 적어도 하나의 오염 센서가 새로운 AQR을 획득하고 송신하도록 트리거링될 수 있다. 콘텍스트 데이터가 GPS, WIFI, 또는 통상적인 사용자 통신 장치(108)에 존재하는 다른 시스템을 기초로 할 수 있다. 콘텍스트 데이터는 통신 신호의 상실(loss of communication signal), 온도 변화, (예를 들어, 차에 있을 때) GPS의 빠른 이동, 및 사용자가 복잡한 거리에 근접할 때 GPS에 의한 식별을 포함할 수 있다.
예를 들어, 사용자가 지하철에 탑승할 때, 모바일 통신 장치(108)가 모바일 통신 영역을 벗어나고, 사용자가 지하에 있다는 것을 암시하며, 그리고 새로운 공기 품질 판독값을 획득하도록 마스크 센서 장치(104)를 트리거링할 것이다. 다른 예에서, 사용자 및 사용자 통신 장치(108)가 WIFI 연결 영역을 벗어나는 경우에, 그리고 사용자 통신 장치(108)가 WIFI 연결로 복귀되는 경우에, 마스크 센서 장치(104)가 새로운 공기 품질 판독값을 획득한다. 추가적인 예에서, 사용자 및 사용자 통신 장치(108)가 실내에 (예를 들어, 사무실 내에) 있는 경우에, 사용자가 일단 밖으로 나오고 사용자 통신 장치(108)는 온보드 GPS로부터 이러한 이동을 검출하고 새로운 공기 품질 판독값을 획득하도록 마스크 센서 장치(104)를 트리거링한다.
마스크 센서 장치(104)는 (장력 스위치(78)와 같은) 장력 스위치(126)를 포함할 수 있다. 마스크 센서 장치(104)는 또한 켜기/끄기 스위치(128)를 포함할 수 있다. 안면 마스크(102)를 사용자(112)가 착용하고 있지 않을 때, 장력 스위치(126)가 꺼짐 위치에 있고 마스크 센서 장치(104)가 꺼짐 상태에 있다. 안면 마스크(102)를 썼을 때, 장력 스위치(126)는 켜짐으로 변화되고, 배터리 수명 연장을 위해서 오염 회로(122)는 디폴트에 의해서 슬립 상태로 진행된다. (마스크 센서 장치(104)가 사용자 통신 장치(108)에 연결되는 경우) 공기 모니터링 애플리케이션(118)에 의해서 결정되는 주기 간격으로, 신호가 사용자 통신 장치(108)로부터 전송되어 오염 회로(122)를 깨우고 샘플을 취하도록 공기 오염 센서(120)를 트리거링한다. 공기 모니터링 애플리케이션(118)이 마스크 센서 장치(104)에 연계되지 않은 경우, 오염 회로(122)는 공기 오염 센서(120)를 트리거링하여 미리 결정된 시간 간격으로 판독값을 취하게 할 것이다.
오염 회로(122)가 트리거링될 때, 공기 오염 센서(120)가 점화되고, 이는 시동 위상, 샘플링 위상, 및 차단 위상을 포함한다. 샘플링 위상 중에 공기 오염 센서(120)에 의해서 기록된 신호를 평균화하여 신호 잡음을 감소시킬 수 있다. 이어서, (AQR을 포함하여) 상응 시간 및 날짜를 갖는 평균 신호가 숫자로서 기록되고 오염 회로(122)의 내부 메모리의 데이터 열 내에 저장된다. 사용자 통신 장치(108)와 마스크 센서 장치(104)가 일시적으로 분리되는 경우에, 열 데이터가 내부 메모리 내에 저장된다. 사용자 통신 장치(108) 및 마스크 센서 장치(104)가 연결될 때, 데이터 열이 마스크 센서 장치(104)로부터 사용자 통신 장치(108)로 송신된다.
실시예에서, 마스크 센서 장치(104)는, 오염 회로(122)에 의해서 제어되는, 표시부 조명등(130), 예를 들어 발광 다이오드(LED)를 포함한다.
오염 수준이 (예를 들어, 사용자(112)에 의해서 설정된) 높은 수준 및 낮은 수준에 대한 미리 결정된 문턱값에 도달하는 경우에, 오염 회로(122)는 표시부 조명등(130)을 점멸시킨다. 표시부 조명등(130)은, 마스크가 사용자 상에 위치되고 사용자 통신 장치(108)가 마스크 센서 장치(104)에 연결되지 않은 경우에, 지역적 AQR 데이터를 기초로 깜빡이고, 연결된 경우에, 공기 모니터링 애플리케이션(118)이 표시부 조명등(130)을 제어한다.
예를 들어, 사용자(112)가, 사용자 통신 장치(108)를 통해서, 100의 AQI에 대한 경고를 생성하는 경우에, 100 미만의 숫자를 연속적으로 판독한 후에 공기 오염 센서(120)가 100 이상의 수준을 판독할 때(나쁜 공기 품질을 나타낼 때), 마스크 센서 장치(104) 상의 표시부 조명등(130)이 붉은 색으로 점멸될 것이다. 공기 오염 센서(120)가 100 미만의 오염 수준을 판독하는 경우에, 표시부 조명등(130)은, 문턱값을 지날 때의 시점에서, 녹색으로 점멸될 것이다. 오염 수준이 문턱값 아래 또는 위에서 지속적으로 유지되는 경우에, 표시부 조명등(130)이 꺼짐으로 유지될 것이다. 오염 회로(122)가 켜짐 상태에 있는 경우에, 표시부 조명등(130)은 단지 점멸될 것이다. 오염 회로(122)가 켜짐인지의 여부와 관계없이, 공기 모니터링 애플리케이션(118)은, 전역 AQI를 기초로, 사용자 문턱값이 초과된 경우에, 사용자(112)에게 통지를 디스플레이한다.
실시예에서, 공기 모니터링 애플리케이션(118)은 크라우드 소스 샘플링 모듈(crowd source sampling module)(132)을 포함한다. 복수의 마스크 센서 장치(104)가 있는 경우에, 밀접하게 근접한 적어도 2개의 마스크 센서 장치(104)는, 관련될 수 있는 AQR 데이터를 2개의 마스크 센서 장치(104) 중 다른 것에 제공할 수 있다. 이러한 경우에, 제2 마스크 센서 장치(104)가 AQR을 이전에 획득한 경우에, 제1 마스크 센서 장치(104)의 오염 회로(122)를 깨울 필요가 없을 수 있다. 따라서, 크라우드 소스 샘플링 모듈(132)은 적어도 하나의 마스크 센서 장치(104)에서 전력을 절감할 수 있다. 높은 밀도의 마스크 센서 장치(104)가 있는 경우에, 배터리 사용의 추가적인 감소가 있을 수 있고, 결과적인 배터리 수명 증가가 있을 수 있다.
이제 도 16a 내지 도 16c를 참조하면, 여러 가지 AQR 디스플레이(310, 312, 314)를 디스플레이하는 사용자 통신 장치(308)가 도시되어 있다. AQR 디스플레이(310)는 AQI 판독값(318) 및 AQI 게이지(320)를 포함하여, AQI를 눈금으로 보여준다. AQR 디스플레이(310)는 또한 착용/비착용 표시부(322)를 포함하고, 여기에서 사용자가 안면 마스크를 착용할 것을 권장한다. AQR 디스플레이(310)는 또한, 위치(326)(예를 들어, 사용자의 위치)에 대한 지역 날씨 예보를 보여주는 날씨 표시부(324)를 포함한다. AQR 디스플레이(312)는 남은 필터 수명의 백분율을 보여주는 필터 수명 표시부(328)를 포함한다. AQR 디스플레이(312)는 또한 필터 주문 선택부(330)를 포함하고, 이는 새로운 필터(334)를 주문하는 것에 의해서 사용자가 오래된 필터(332)를 교환할 수 있게 한다. AQR 디스플레이(314)는 이력 및 현재의 측정을 보여주는 해당 사용자를 위한 개인 AQI(336)를 포함한다.
전술한 설명이 하나 이상의 장치, 방법, 또는 시스템의 예를 제공하나, 다른 장치, 방법, 또는 시스템이 당업자에 의해서 해석되는 바와 같은 청구범위의 범주 내에 포함될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
Claims (25)
- 공기를 필터링하기 위한 안면 마스크이며, 상기 안면 마스크는:
사용자의 코 및 입 주위에서 기밀적인 가요성 밀봉부를 제공하기 위한 안면 밀봉부;
안면 밀봉부에 밀봉 가능하게 부착되는 지지부로서, 유입 공기의 통과를 허용하는 개방 지역 및 내쉬는 공기를 방출하기 위한 배출구 밸브를 갖는, 지지부;
지지부에 제거 가능하게 부착되는 전방 쉘로서, 유입 공기가 지지부의 개방 지역을 통과할 수 있게 하는 유입구 홀을 갖는, 전방 쉘; 그리고
미립자 요소를 공기로부터 필터링하기 위한 필터로서, 필터가 전방 쉘과 지지부 사이에 수용되도록 구성되고, 안면 밀봉부가 필터와 사용자 사이의 직접적인 연결을 제공하는, 필터
를 포함하는, 안면 마스크. - 제1항에 있어서,
상기 지지부가, 개방 지역을 형성하는 뼈대를 포함하는, 안면 마스크. - 제2항에 있어서,
상기 뼈대가 중앙 길이방향 프레임 부재 및 적어도 2개의 횡방향 프레임 부재를 포함하는, 안면 마스크. - 제1항에 있어서,
상기 전방 쉘이 전방 쉘의 측면에 위치된 쉘 부착 부재의 쌍을 포함하고, 지지부는, 쉘 부착 부재에 제거 가능하게 연결되는 내부 부착 부재의 쌍을 포함하는, 안면 마스크. - 제4항에 있어서,
상기 전방 쉘이, 전방 쉘의 코 위치에 위치된 상단 쉘 연결부를 포함하고, 지지부는, 상단 쉘 연결부와 경첩식으로 연결되는 상부 부착 부재를 포함하는, 안면 마스크. - 제5항에 있어서,
상기 쉘 부착 부재가, 쉘 부착 부재를 내부 부착 부재로부터 분리하기 위한 그리고 그에 의해서 조개 껍질과 같이 안면 마스크를 개방하기 위한 외부 해제부를 포함하는, 안면 마스크. - 제1항에 있어서,
상기 안면 밀봉부가 실리콘인, 안면 마스크. - 제1항에 있어서,
상기 안면 밀봉부가 지지부와 전방 쉘 사이에서 필터의 둘레를 밀봉하도록, 안면 밀봉부가 지지부에 오버몰딩되는, 안면 마스크. - 제8항에 있어서,
상기 필터는, 조립되지 않았을 때 편평하도록 그리고 지지부 상으로의 삽입을 위한 3차원적인 형태가 되게 곡선화되도록 구성되는, 안면 마스크. - 제9항에 있어서,
상기 필터가 중앙 코 슬릿에 의해서 분리된 코 부분의 쌍을 포함하고, 필터가 전방 쉘과 지지부 사이에 수용될 때, 코 부분들이 함께 교합되어 3차원적인 형태를 형성하는, 안면 마스크. - 제10항에 있어서,
상기 안면 밀봉부가 지지부의 중앙 길이방향 프레임 부재를 따라서 연장되는 코 밀봉부를 포함하고, 코 밀봉부는 중앙 길이방향 프레임 부재 내의 기둥 홀에 연결된 연결부 기둥을 포함하며, 코 밀봉부는 필터의 코 부분을 밀봉하여 필터와 지지부 사이에서 기밀 밀봉부를 제공하도록 배치되는, 안면 마스크. - 제1항에 있어서,
상기 전방 쉘은, 안면 마스크 내에서 필터를 정렬시키기 위해서 전방 쉘의 내측 표면 상에 위치된 필터 정치 부재를 포함하는, 안면 마스크. - 제1항에 있어서,
상기 전방 쉘은, 필터를 전방 쉘의 내부 표면으로부터 이격시켜 유지하기 위해서, 유입구 홀에 인접한 전방 쉘의 내측 표면 상에서 다수의 이격부를 포함하는, 안면 마스크. - 제1항에 있어서,
상기 안면 마스크를 사용자의 안면에 대해서 유지하기 위해서 전방 쉘 또는 지지부에 부착된 헤드 스트랩을 더 포함하는, 안면 마스크. - 제14항에 있어서,
공기 내의 미립자의 양을 모니터링하기 위해서 상기 헤드 스트랩에 장착된 오염 센서를 더 포함하는, 안면 마스크. - 제15항에 있어서,
상기 헤드 스트랩이 오염 센서 및 사용자 통신 장치와의 통신을 위한 통신 시스템을 포함하는, 안면 마스크. - 제15항에 있어서,
상기 오염 센서가, 안면 마스크가 사용자의 머리에 있을 때 오염 센서를 켜는 장력 로딩된 스프링을 갖는 장력 스위치를 포함하는, 안면 마스크. - 공기 모니터링 시스템이며:
공기를 필터링하기 위한 안면 마스크;
마스크 센서 장치로서:
공기 품질 판독값(AQR)을 획득하기 위한 적어도 하나의 오염 센서; 및
AQR을 저장하기 위한 메모리, AQR을 프로세스하기 위한 프로세서, AQR을 송신 및 수신하기 위한 송수신기, 및 오염 회로에 전력을 공급하기 위한 전원을 갖는 오염 회로를 포함하는, 마스크 센서 장치; 및
마스크 센서 장치로부터 AQR을 수신하기 위해서 마스크 센서 장치와 통신하는 사용자 통신 장치로서, 마스크 센서 장치로부터 수신된 AQR을 기초로 공기 품질 데이터를 디스플레이하는, 사용자 통신 장치
를 포함하는, 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 마스크 센서 장치가 안면 마스크의 외부에 장착되는, 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 마스크 센서 장치 및 사용자 통신 장치가 네트워크를 통해서 서버와 통신하고, 서버는 기존 AQR의 근접도, 거리, 시간 및 예측 가능성을 기초로 AQR 정확도를 결정하고, AQR 정확도가 미리 결정된 문턱값을 초과하는 경우에, 공기 품질 데이터가 사용자 통신 장치에서 디스플레이되고; 그리고 AQR 정확도가 미리 결정된 문턱값 미만인 경우에, 마스크 센서 장치는 새로운 오염 측정을 실시하고 AQR을 서버에 송신하는, 시스템. - 제20항에 있어서,
상기 사용자 통신 장치가 환경의 변화를 식별할 때, 적어도 하나의 오염 센서가 새로운 AQR을 획득하는, 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 사용자 통신 장치가, 사용자의 호흡률 또는 공기 유동, 사용자가 안면 마스크를 착용한 지속 시간, 및 그러한 시간 동안 AQR 데이터로부터의 사용자의 위치에서의 공기 오염물의 수준을 기초로, 필터 수명, 필터 효율성, 및 사용 수명 중 임의의 하나 이상을 결정하는 필터 수명 모듈을 포함하는, 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 마스크 센서 장치는 오염 회로에 의해서 제어되는 조명등을 포함하고, 조명등은, AQR이 미리 결정된 상한 또는 하한 문턱값에 도달한 경우에, 점멸되는, 시스템. - 제18항에 있어서,
밀접하게 근접한 적어도 2개의 마스크 센서 장치가 있는 경우에, 제1 마스크 센서 장치가 AQR을 제2 마스크 센서 장치에 제공하는, 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 안면 마스크가:
사용자의 코 및 입 주위에서 기밀적인 가요성 밀봉부를 제공하기 위한 안면 밀봉부;
안면 밀봉부에 밀봉 가능하게 부착되는 지지부로서, 유입 공기의 통과를 허용하는 개방 지역 및 내쉬는 공기를 방출하기 위한 배출구 밸브를 갖는, 지지부;
지지부에 제거 가능하게 부착되는 전방 쉘로서, 유입 공기가 지지부의 개방 지역을 통과할 수 있게 하는 유입구 홀을 갖는, 전방 쉘; 그리고
미립자 요소를 공기로부터 필터링하기 위한 필터로서, 필터가 전방 쉘의 유입구 홀과 지지부의 개방 지역 사이에 수용되도록 구성되고, 안면 밀봉부가 필터와 사용자 사이의 직접적인 연결을 제공하는, 필터를 포함하는, 시스템.
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