TWI496598B

TWI496598B - Breathing apparatus

Info

Publication number: TWI496598B
Application number: TW099131672A
Authority: TW
Inventors: Alexander Virr; Dan Kao; Xiaoyi Fu; John Michael Snow; Junning Chen
Original assignee: Paftec Pty Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2015-08-21
Also published as: TW201212973A

Description

呼吸裝置

本發明係關於一種呼吸裝置，特別是與一種輕薄(low profile)動力空氣淨化口罩式呼吸器相關。同時本發明也係關於一種呼吸口罩以及具有輕薄(low profile)設計之呼吸系統，不僅舒適，且容易穿戴於使用者之頸部，由於其結構小巧、外觀輕薄，所以美觀又討人喜歡，此外，能夠有效又高效率地運用於多方面，包括日常應用、工作場所和工業環境。

本說明書當中所提到之任何先前出版物(或源於其中之資訊)、或已知之任何事項，不是、也不應該被視為係對於先前出版物(或源於其中之資訊)或已知事項在與本說明書相關之努力領域所形成一般普通知識的一部分的一種確認、認可或任何形式之建議。

動力空氣淨化呼吸器(A powered air purifying respirator)裝置，英文縮寫為PAPR，通常會利用電力以透過一濾材元件從大氣中吸取週遭空氣，對其加壓，再經由導管和口罩傳送到使用者的呼吸道。PAPR確保在所有情況下，藉由使口罩內部維持正壓，則空氣之供應得以保持經過過濾或淨化處理。PAPR裝置目前使用於嚴重受到污染或極度危險之環境，以提供淨化空氣給使用者。前述環境在習慣上包括污染工業區或醫院。

所有目前已知的PAPR系統僅僅被指定使用於專業和工業應用方面。也就是說，此類系統並沒有被設計使用於公眾的日常生活中。因此，多數PAPR系統的尺寸通常又巨大又笨重。

某些已知的PAPR系統將過濾功能重新安裝至安全帽或頭盔上(USP4,462,399)，但此一嘗試既未縮小體積，也未改善重量結構，反而將該裝置設計得又笨又重，使得使用者戴在頭上時容易顯得頭重腳輕。某些已知的PAPR系統設計成(登山)背包的型式，裝在附有肩帶的彈性袋裡攜帶，然而，這種設計限制了它的便攜性，因為在沒有使用背帶或袋子的情況下，想以其他方式攜帶是不可能的。因此，多數現有的PAPR系統對使用者沒有吸引力，除非確有其必要性，例如處在有毒的環境或危險區域時。

對於一般公眾，保護免受日常生活的污染和疾病主要還是依賴防塵口罩或是外科口罩。然而，由於口罩周圍之洩漏，這些口罩只提供基本保護，即使該口罩以標示為適合高效率過濾之過濾材料製造時也是如此。由於過濾媒介所產生之額外阻力，使用者必須比平常沒有配戴該口罩時更費力呼吸。因此，希望在長時間使用此種口罩的情況下還能感覺舒適是相當困難的。再者，口罩內部的二氧化碳和水分積聚，可能會使情況變得更糟。此外，過濾媒介的效率越高，所產生的流動阻力也就越高，因此使得長時間使用這些口罩的人感覺更不舒服。此種影響對於呼吸系統衰弱或受損的人尤其明顯，例如像老人、孩童以及病人，例如像患有哮喘和COPD(慢性阻塞性肺疾病)的患者。

防塵口罩以及外科口罩因此被一般公眾廣泛地使用，主要是因為其使用容易，而且，事實上即使想要使用更有效更舒適的裝置，目前市面上也沒有能讓人接受的PAPR方案。

然而很明顯的，在許多日常情況下，空氣品質可能會很差。大城市裡，高密度的汽車、公車、卡車與機車時常排放過量的有毒污染物。發電廠是另一個主要污染來源。自然或人為災害，例如像沙塵暴、各種火災，都會對人們的呼吸系統造成損傷。這些污染物包括灰塵(懸浮微粒)、鉛、有害氣體如：二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)、揮發性有機物(Volatile Organic Compounds,VOCs)、煙霧等。長期暴露在此類污染物之中被已證實是有害的，往往會引起致命性疾病。SARS(嚴重急性呼吸道綜合症)禽流感和豬流感，最近3種帶給人類威脅之相關疾病也算是污染，或是空氣傳染之疾病，有可能使人類致命。

提供與PAPR相似等級之保護與舒適度之保護裝置，同時還能為普通民眾、輕工業、或專業使用者所接受，顯然有其必要性。

本發明之目的係為克服現有技術的不足之處。

本發明還旨在提供一個輕薄(low profile)的呼吸器。

『輕薄(low profile)』一詞使用於整篇說明書中。此一術語的意思係指一個口罩，類似一個『防塵口罩』覆蓋使用者的鼻子和嘴巴，尺寸和外形相對比較小型而精巧，如此一來，在配戴時，外觀就會顯得美觀討喜，尤其是與已知動力口罩的傳統笨重工業口罩相比較時。此類利用先前技術製成、應用於工業領域之動力口罩看起來笨重，通常在口罩的正面會裝有供應空氣進入口罩氣室(chamber)的氣管，使得此類口罩特別不美觀也不吸引人。

本發明還旨在提供一呼吸裝置，其中包括一個或多個優勢：容易攜帶、容易脫戴、改善使用時的觀念與印象、而且符合成本效益。

本發明還旨在提供一輕薄(low profile)的呼吸裝置，可當作一種污染保護裝置、呼吸協助或呼吸治療儀。

在日常環境中，可能從此一裝置中受惠的典型人物包括每天通勤的人：機車與電動腳踏車騎士、乘客、行人與馬路工人、交通指揮人員、道路修理人員、建築工人、機場工作人員、房間/實驗室清潔人員、食品加工工人、家禽農場經營者、在醫院工作、治療和控制疾病爆發之人員、學校、煙害區工人等。

整體而言，本發明提供了一種呼吸裝置，包括：一個口罩組件，適合完整環繞住至少使用者之口、鼻(孔)；和一頸部組件，與前述口罩組件相接，適合完整環繞住該使用者頸部後面，該頸部組件包括一空氣流量產生裝置，以吸入來自周圍環境之未過濾空氣、加以過濾，再將經過濾之空氣提供至前述口罩組件。

該頸部組件係由至少一囓合器(engagement arrangement)連接到前述口罩組件。

較佳實施例，每一囓合器包括：至少一前述口罩組件上之配合空氣通道，以及前述頸部組件；至少一囓合結合件(mating clip)，以使口罩組件與頸部組件可鬆開地配對在一起。

另外較佳實施例，每一空氣通道至少有部分係由一彈性材料構成。

此外較佳實施例，每一配合配對夾鉗包括一棘齒排。

較佳實施例，至少口罩組件之密封部分，至少部分係由矽橡膠或類似物質所構成。

較佳實施例，已過濾空氣透過一體成型之空氣通道在頸部組件與口罩組件間傳送。

此外較佳實施例，呼吸裝置的所有操作元件均被放置於頸部組件裡。

較佳實施例，頸部組件還包括下列任何一項或其組合：一流量感測器；一壓力感測器；一負離子產生器；一加熱器；一冷卻器；一濾材組件；一風機；一電源；一消音器；一使用者介面；以及一增濕機/除濕機。

較佳實施例，本發明還包括一個罩子，用來裝飾該口罩組件，包括織物或其他材料，以及一眼罩，以保護使用者眼睛。

此外較佳實施例，本發明還包括一條帶子或鬆緊帶，適合連接在使用者頭上，以保持口罩組件在適當位置上。

較佳實施例，上述流量感測器或壓力感測器係用來提供反饋信號至該空氣流量產生裝置，以調整口罩組件之空氣流量與/或空氣壓力，使其對呼吸快速反應，該流量與/或壓力感測器之呼吸反應可以隨使用者意願調整。

此外較佳實施例，該過濾配件還包括下列任何一項或其組合：一粗濾材；一前部濾材；一高效率微粒空氣(HEPA)濾材；一高級碳濾材；一活性碳濾材(蒸汽活性化或多重化學物質活性化)；一光觸媒濾材或塗層(環境光線/LED活性化)；以及一冷觸媒濾材。

較佳實施例，該頸部組件還包括控制器，控制器包括下列任何一項或其組合：一使用者控制介面；一遙控器；一可充式電池；一個電池組；以及一馬達控制器。

此外較佳實施例，該裝置特意製作成一『輕薄(low profile)』外觀，適合舒適地配戴在使用者之頸部，可自由選擇是否包括填充部分。

較佳實施例，該呼吸裝置包括：一感測器，用來感應前述空氣之溫度與/或濕度；一個比較器，將感應到之溫度和濕度拿來與預定值作比較；以及氣候控制器，包括至少一加熱器、一冷卻器、一增濕機、一除濕機，以提供對上述所說的過屢過的空氣的溫和與濕度的調整以達到所說的預定值。

另外較佳實施例，該預定值可由製造商預設，也可由使用者自行調整。

較佳實施例，該呼吸裝置包括一具有操縱裝置之負離子產生器，以操作使其與使用者呼吸模式同步(開啟(on)-吸入，關閉(off)-呼出)。

較佳實施例，該呼吸裝置包括一擁有環形核心定子之無刷直流馬達，其特徵是，該核心包括一自其中向內延伸之多數徑向隔板，以形成各自產生於其中線圈間之分界。

此外較佳實施例，徑向隔板之形成與核心係一體成型，或鑄接在核心之上。

較佳實施例，該呼吸裝置還包括一呼出空氣濾材，在使用者所呼出之空氣向周圍環境散出之前，先過濾之。

此外較佳實施例，該呼出空氣濾材係與呼吸裝置之排氣閥一體成型。

在更廣泛的形式來說，本發明提供了一個口罩組件，適合大幅環繞住至少使用者的口或鼻；一個氣候控制器，包括至少一加熱器、一冷卻器、一增濕機、一除濕機，以調整提供給使用者之空氣溫度與溼度。

較佳實施例，呼吸裝置還包括一濾材，以接收來自周圍環境未過濾之空氣，並提供已過濾空氣至口罩組件處。

在更廣泛的形式來說，本發明提供了一個口罩組件，適合大幅環繞住至少使用者的口或鼻；一具有操縱裝置之負離子發生器，以操作使其與使用者的呼吸模式同步(開啟(on)-吸入，關閉(off)-呼出)。

在另一種更廣泛的形式來說，本發明提供了一個口罩組件，適合大幅環繞住至少使用者的口或鼻；一呼出空氣濾材，在使用者所呼出之空氣向周圍環境散出之前，先過濾之。

較佳實施例，該呼出空氣濾材係與前述呼吸裝置之排氣閥一體成型。

在更廣泛的形式來說，本發明提供了一擁有環形核心定子之無刷直流馬達，包括自核心向內延伸之多數徑向隔版，以形成各自產生於其中線圈間之分界。其中徑向隔版之形成係與核心係一體成型，或鑄接在核心之上。

以下透過圖式說明本發明之內容與優先但並不限制之實施例，俾使　貴審查委員對於本案有更進一步之瞭解。透過全部圖式，類似數字將被用來識別類似特色；除非另有明確說明。

本發明之係關於一種呼吸裝置，包括一口罩組件和頸部組件。口罩組件適合大幅環繞使用者之嘴巴和頸部，而頸部組件則可與其連接，適合環繞使用者頸部後面。頸部組件包括空氣流量產生裝置和相關處理器，用以接收來自周圍環境之已過濾空氣，過濾未過濾之空氣，並提供已過濾空氣至口罩組件處。

第一圖說明一位戴著依照本發明形式之呼吸裝置(1)之人。該呼吸裝置(1)藉由審美觀點相當之改善而有了討喜視覺外觀，與先前技術中之呼吸裝置比較時，相對顯得較為輕薄(low profile)。口罩組件在配戴時相對比較舒適，可以覆蓋至少使用者之口或鼻，並延伸至使用者之頸部。該呼吸裝置(1)中的所有元件均可以完全包覆在臉部和頸部配件裡。

第二圖係本發明之呼吸裝置(1)之透視圖，包括一口罩組件(2)和一頸部組件(3)，至少可以部分與彼此分開。

第三圖係係本發明呼吸裝置(1)之零件分散透視圖，顯示該口罩組件(2)從該頸部組件(3)中分離出來。藉由該口罩組件(2)以及該頸部組件(3)所提供之一適當配合之囓合器(4)，以達成將配件完全連接在一起。

第四圖A及B分別係該口罩組件(2)之正面與背面透視圖。

第五圖係該頸部組件(3)之透視圖，可與第四圖之口罩組件(2)產生關聯。

請參閱第一圖至第五圖所示，可以看出該口罩組件(2)適合環繞口鼻周圍區域，即使用者之嘴巴、鼻孔或鼻子處。另一替代實施例可適用嘴巴或鼻子任一處，使其具有一更輕巧之「輕薄(low profile)」外觀。

該口罩組件(2)至少要有一部分較佳實施例係由適合之材料構成，使其在該口罩組件(2)的正面與空氣路徑之間提供良好密封，藉此大幅避免空氣或氣體之洩漏，藉由緊密接觸並「緩衝」使用者臉部，有效提供一不漏氣(airtight)之密封。該口罩組件(2)通常可由塑膠或橡膠材料製成，例如像橡膠或矽膠。由此類材料製成之該口罩組件(2)即可根據需要進行清洗或消毒。

本發明之口罩組件(2)也可以選擇性裝上套子，以裝飾口罩組件。套子可由織物或其他材料製成。可選擇性或額外替口罩組件提供模內裝飾。

如第六圖所示，本發明設有一呼吸室(5)，該呼吸室(5)設於使用者臉部和口罩組件(2)外殼之間的空間。該呼吸室(5)實際上因為使用者臉部周圍之密封，所以與周圍環境隔離。

本發明更設一個或以上的空氣導管(也可以稱為通道、輸送道或導管)，用來連接該呼吸室(5)與呼吸裝置的其他部分。為此目的，第六圖中所顯示之實施例，口罩組件(2)上裝有一進空氣導管(6)與一出空氣導管(7)，當口罩組件(2)與該頸部組件(3)相連接時，彼此之間便形成了一連續空氣通道。此兩組件之連接方式將於下面描述。

第五圖中，該頸部組件(3)適用於連接至口罩組件(2)上，在使用上，係大幅環繞使用者頸部後面。第六圖中該頸部組件(3)包括一空氣流量產生裝置(A)，用以產生進出於口罩組件(2)之空氣流動，從周圍環境中攜帶未過濾空氣通過一引入口(8)，透過濾材(9)進行未過濾空氣之過濾程式，再利用馬達或葉輪(10)造成空氣流動，通過進空氣導管(6)到達呼吸室(5)。使用者所呼出至口罩組件(2)內之空氣，呼吸室(5)會再透過出空氣導管(7)，通過出口(11)送至周圍環境。本發明之該呼吸裝置(1)中之典型空氣流動如第六圖中箭頭指示。

本發明也包括適當電子元件(12)、電池或其他類似物(13)以及其他組件，而較佳實施例都設在該頸部組件(3)。該頸部組件(3)較佳實施例還包含一頸部襯墊(14)以提供緩衝，讓使用者感覺舒適，此外當使用者之頭部有所活動時，也可幫助維持口罩組件之密封。

第七圖係通常包含在呼吸裝置(1)內之各式組件之特色功能方塊圖，說明大多數都安裝在該頸部組件(3)內以及其相互關係。同時也顯示關於空氣流量產生裝置(A)提供之選擇性附加動力配件包(power pack)，以及通過空氣通道至該口罩組件(2)之該頸部組件(3)相互關係。

氣動連接和張力傳輸夾鉗

現有PAPR(A powered air purifying respirator)裝置使用不同器具以使口罩固定在臉部及供應空氣至口罩組件處。例如，很多PAPR使用彈性軟管供應來自空氣流量產生裝置(A)之空氣至口罩組件處、並使用獨立頭繩來固定口罩組件於臉上。有的則係裝設風扇於使用者頭頂，直接將空氣排放至口罩組件，但仍使用獨立帶子或細繩固定口罩組件於臉上。

在這些先前技術裝置中，每次脫戴裝備時，使用者都被迫裝配或拆卸複合連接組件。此外，當該裝置之風扇與口罩組件係為一體成形時，則清洗口罩組件(此為必要之衛生考量)有可能會使風扇或控制電子面臨泡水之風險。

最理想就是，不管係提供至口罩組件之空氣、或是使其保持固定位置之張力，較佳實施例均由空氣流量產生裝置與口罩組件間之單一連接組件來提供。理想的情況還包括，當有需要清洗時，較佳實施例也很容易使口罩組件完全從空氣流量產生裝置分離。本發明係利用一聯合氣動接頭與夾鉗之功能之組件(如使用於一個背包或其他行李件部分)來達到上述兩項目標。

如第八圖所顯示，囓合器(20)包括兩部分，一為口罩組件部分(21)、一為頸部部分(22)，各自都固定至一彈性管。每個組件都有各自的空氣通道(23)和(24)，以便空氣可以通過囓合器(20)。在其中一個彈性管上會形成一個密封結構，如此一來，當囓合器(20)被安裝，就會擠壓相對囓合器(20)的另一半。此密封可採用環形橫截面元件(如O形環)形式，然而較佳實施例是雨刷式密封結構，因為此種設計在組裝或拆除夾鉗時，產生較少摩擦。或者密封可以係一安裝或鑄接在其中一個或其他夾鉗面上之獨立組件(例如像一O形環)。

囓合器(20)的兩面設計成能夠從一個合成橡膠管傳輸張力至另一處，但也容易釋放。例如，他們可能提供於裝配有一個或多個帶有倒鈎的杆狀元件卡入對面一半嚙合器上之嚙合結構中。倒鈎特色在於採大按鈕形式，按壓他們可使倒鈎脫離，並且讓兩邊分開。

在優先實施例中，使用了兩個這類囓合器(20)，一個在入空氣導管(6)、一個出空氣導管(7)。正常使用情況下，當從頭部脫下該裝置時，只有一個囓合器(20)係分開的。然而，當口罩組件需要清洗時，其他囓合器(20)也可以被打開，以便空氣流量產生裝置(A)或頸部組件(3)完全與該口罩組件(2)分離。

口罩組件之單一動作調整　Single Action Adjustment of the Mask

現有PAPR(A powered air purifying respirator)裝置設計，基本上都是依靠彈性帶或其他剛性帶以維持口罩組件鬆緊度，使其與使用者臉部密合。此兩種方式在進行調整時，都很困難又緩慢，並且容易遭遇其他問題。特別是，此種彈性帶的調整機械裝置往往需要相當大的力量才能進行調整。而剛性方式則不補償任何在空氣流量產生裝置和使用者臉部之間的距離變化，例如在頭部活動時。為此，他們容易遭遇口罩組件緩衝與臉部之間的洩漏。

第八圖係在詳細說明被使用於本發明之呼吸裝置(1)之嚙合器(20)，使頸部組件(3)與該口罩組件(2)嚙合在一起。

第八圖A與第八圖B之零件分散透視圖可看出囓合器(20)已顯示為咬合；第八圖C為剖面視圖。囓合器(20)包括一口罩組件部分(21)、一頸部部分(22)，還包括配合空氣通道(23)和(24)，以及囓合結合件(25)、(26)，以一種能拆卸之方式將組件完全夾緊在一起。額外附件(27)可自由選擇是否裝上，以連接可放置於使用者頭上之附加彈性繩。棘齒排(28)也可用以調整組裝呼吸裝置(1)之尺寸，相關敘述請見下文。

第八圖C係連接空氣通道(23)和(24)之橫截剖面視圖，說明密閉空氣通道如何因此形成。

本設計藉由提供若干獨特功能以克服先前技術裝置中之缺陷。首先，安裝點較佳實施例設計成安裝在大約該頸部組件(3)與口罩組件(2)間的一半處。安裝點較佳實施例採囓合(或稱夾鉗)形式，以使該頸部組件(3)從口罩組件(2)上分開。第二，從安裝點到口罩組件(2)，較佳實施例使用彈性橡膠管，那麼彈性橡膠管就無需再調整長度，而且還能在連接該頸部組件(3)與口罩組件(2)時提供一些彈性，當使用者移動他們的頭部時，從而補償空氣流量產生裝置(A)到臉部間之距離變化。第三，在安裝點與頸部組件(3)之間安裝一剛硬環節連接。另外，棘齒排(28)可安裝於該頸部組件(3)處，在其與剛硬環節至安裝點之間操作。此機械裝置較佳實施例設計成容易使剛硬環節縮短，但不許可其延長，除非釋放按鈕被按下。

此機械裝置之操作通常運轉如下。呼吸裝置(1)可於一開始提供給使用者設定為最大尺寸(即以剛硬環節模式，設定在最大長度)。當使用者第一次試戴呼吸裝置(1)，他們只需要把一隻手放在該頸部組件(3)上(在其頭部後面)，另一隻手則在口罩組件(2)正面(在其臉部前面)，再輕輕地將他們推到一起。只要這單一動作，即有可能準確達到該頸部組件(3)與該口罩組件(2)想要的鬆緊度。

空氣濕度/溫度控制　Air Humidity/Temperature Control

寒冷或乾燥氣候，空氣中缺乏足夠濕度會引起極大不適，包括鼻管、嘴唇會乾燥和裂開，以及鼻子會感覺到冷冽。現有PAPR(A powered air purifying respirator)裝置設計中，沒有任何一種有提供口罩組件空氣之溫度或濕度控制。本發明之目的係改正這些缺陷，使呼吸裝置(1)在任何氣候條件下進行配戴或使用時，都能感覺舒適。

第九圖至第十五圖係在說明代表使用於本發明之呼吸裝置之空氣溫度/溼度控制裝置。

加熱器/冷卻器(40)可放置在氣流中的任何地方，例如像第九圖至第十二圖所表示，加熱器/冷卻器(40)直接在入口濾材(41)後面，在濾材(41)與風箱(42)之間，或如第十五圖所示，加熱器可放置於風箱(42)與連接至口罩組件(2)之貯槽(43)間的管道，或者就在口罩組件(2)本身。

藉由舉例說明，以下加熱元件類型通常可被納入呼吸裝置內。其中包括彈性加熱元件(由被夾在如聚酯或聚亞醯胺(polyimide)等塑膠絕緣層之間之銅或鎳基履帶(track)製成)，藉由電流通過其中以進行加熱，其他加熱器包括電阻元件、使用珀爾帖效應(Peltier effect)之裝置(其可加熱或冷卻如來自Nextreme散熱解決方案之Opto Cooler HV14)、空氣路徑、口罩組件或嵌入其結構壁中的電阻絲、以及導電油墨印在基材上並且有電流通過之加熱器。

此外，透過適當例子，冷卻裝置通常包括使用珀爾帖效應(Peltier effect)之裝置(例如像來自Nextreme散熱解決方案之Opto Cooler HV14)、蒸發器，其中液體係處於與氣流保持熱接觸之狀態，以允許蒸發，其中改變流體從液體到氣體所需之能量由氣流提供，當它通過液體後，就會變冷。

更理想之形式，該裝置以溫度感測器在口罩組件(2)上或靠近口罩組件(2)處所測得之讀數為基準，以調整口罩組件(2)空氣溫度。或者該裝置可感覺周圍空氣溫度，再依據空氣流率之讀數(或估計)計算出口罩組件空氣之溫度。在此執行中，該裝置讀取周圍空氣溫度和(選擇性)空氣流率，然後再查詢實驗測定值對照表，辨別空氣透過該裝置會對病人加熱或冷卻多少(溫度)。另外，實驗測定加熱/冷卻值可在一允許預期口罩組件空氣溫度進行計算之數學公式裡體現。

口罩組件(2)目標空氣溫度較佳實施例在使用者控制下(即使用者可以設定目標溫度)。另外目標空氣溫度會默認大多數使用者覺得舒適之數值。理想情況下，默認值可能有所不同，取決於環境溫度。例如大多數使用者會發現，當天氣寒冷時，攝氏30-32度的溫度是舒適的，但當天氣炎熱時，較低溫度或許更受青睞(或許攝氏18-20度)。

為了控制口罩組件空氣濕度，呼吸裝置(1)可安裝一貯槽(43)和一生產控制蒸發工具。貯槽(43)可放置於空氣流量產生裝置(A)內部、或是完成成品後再與之夾緊，也可設置於其他地方(例如使用者的腰帶上)，裝設管線或其他佈置，從它傳送水至蒸發器模組。將蒸發器模組與加熱/冷卻模組組合在一起也很方便。

蒸發器可放置在氣流的任何一處，例如直接在入口濾材(41)後，在風箱(42)和口罩組件(2)之間或口罩組件(2)內部。蒸發器可採取多種形式，如下所述。

第十一圖係在說明一種蒸發器模組之實施例，可以是一芯材(44)，可以自動將水從濕的區域傳送到乾的區域。例子包括織物或其他由棉或粗麻布或合成纖維，如裸玻璃纖維所製成。此種蒸發器較佳實施例與加熱器(40)密切接觸，以促進迅速蒸發，並取代當水由液態轉變為蒸汽時所失去之能量。這樣，蒸發之冷卻作用可被調整或取消。

較佳實施例此種芯材(44)容易更換，定期更換芯材(44)很重要，以避免來自水中之污染物積聚(如碳酸鈣)以及芯材(44)上有機體之生長。有一類燈芯很容易改變，如第十二圖所示。在這個例子中，芯材(44)已與濾材(41)相結合，其本身就與濾材架(46)相連結，以致於每次更換濾材(41)時，芯材(44)就會跟著改變。

第十三圖係另一種芯材之設計，該芯材包括四個套筒(52)分別被納入四個指柱(50)，放置於入口濾材(41)後方之空氣路徑(如箭頭所指示)。水從水箱經由入口(51)流向指柱(50)。來自指柱(50)之熱度導致水蒸發，逐漸散到氣流中。當套筒(52)需要改變時，可以在樞軸上轉動至濾材(41)區域處，如第十三圖B所示。

第十三圖C與第十四圖係此設計之兩種不同變體。第一個實施例如第十三圖C所示，水來自固定之小噴嘴(53)，以擠壓芯材套筒(52)之外部。此一實施例中，指柱(50)可以是金屬管，其中可放置電阻絲。第二個實施例中，如第十四圖所示，加熱指柱(50)為中空，並且在其邊緣裝有小型排水孔(54)。水被引入至加熱指柱(50)，通過該排水孔(54)，流向芯材套筒(52)，再從那裡進入到空氣路徑。

第十圖係一蒸發器模組，其使用薄膜以從空氣路徑中分離液態水。這些系統包括一由某種材料(44)覆蓋之貯槽(43)，只允許水蒸汽而非液態水通過。

此種材料之例子係擴充之鐵氟龍薄膜(WL Gore之Gortex以及其他類似品)和flashspun高密度聚乙烯(Dupont之Tyvek以及其他類似品)。該貯水槽可加熱或不加熱，但是不加熱之貯水槽將提供低濕度輸出。加熱變化形式中，水被加熱到一定高溫(直到攝氏100度)，蒸氣穿過薄膜進入氣流。然而，液體水不能穿過薄膜，即使貯水槽被攪動或上下倒置。該貯槽(43)可以係由主要水箱供應之小容積；或者也可以是水箱本身。

覆蓋貯槽(43)的薄膜(44)容易因為水中污染物阻塞，因此較佳實施例此薄膜可容易更換。

由於薄膜(44)與剩餘貯槽(43)之間的接合點有受到一些壓力差(由於水加熱以及其對蒸汽流抵抗力)，因此貯槽(43)使用之薄膜(44)較佳實施例係未開封的(即工廠密封的)。在此實施例中，貯槽(43)安裝在濾材(41)之背面。貯槽(43)其中一面係由如上所述之蒸汽滲透薄膜所製成，而另一面則是由金屬薄片所製成。另一種選擇係金屬薄片可由塑膠替代，無論是自然狀態或是塗有金屬(例如鋁)，以改善其傳熱導特性。

當濾材(41)已安裝，貯槽(43)之金屬薄片面被一安裝於空氣流量產生裝置內之加熱器所擠壓。貯槽(43)之金屬薄片一半對面對空氣路徑之蒸汽滲透薄膜為密封(膠合或焊接)狀態。水從外部水箱被送入貯槽(43)內，將貯槽(43)中的水加熱會引起蒸發。水蒸汽進入氣流，而液體留在貯槽(43)。較佳實施例外部水箱位於貯槽(43)之上。如果這樣做，貯槽(43)就會因為重力轉送而自動被填滿。

另外，薄膜可利用一些確保其本身與貯槽(43)間之緊密密封之簡單方法來進行安裝。實施例包括自粘密封和橡膠密封。在使用自粘密封之設計當中，替換薄膜可以係一塊雙面自黏材料(例如3M的VHB膠帶)。膠帶的一邊在工廠內就進行與薄膜黏合之程式，而另一邊則留待保護罩之覆蓋。更換薄膜，舊的被去除，保護罩從膠帶密封被去除，而新薄膜被安裝放好。在使用橡膠密封之設計當中，一個標準材料(例如一熱塑性塑膠彈性體，如Exxon Mobil Chemical的Santoprene)沿著薄膜邊緣鑄模。使用此種材料被壓縮在貯水槽與空氣流量產生裝置的另一組件之間的凸緣，從而創造一密封(效果)。

在水與空氣路徑之間使用薄膜的另外一個優勢係，大多數此類薄膜可以阻止細菌運動，從而提供一定保護，以防止增濕機中受污染水之使用。

理想的方式，係口罩組件空氣相對濕度(RH)由一口罩組件中或其附近之相對濕度感測器的對照(數據)來控制。該感測器將理想地感應絕對濕度(每一公升空氣中之水克數)和溫度，以計算出相對濕度。

另外，該裝置也可感應周圍環境濕度，然後利用其口罩組件空氣溫度之相關知識(或估計)來推斷口罩組件之相對溼度。

口罩組件目標濕度可由使用者控制，例如經由一使用者介面所設定之「口罩組件相對溼度」。另外，該裝置可針對一已經由實驗證實，適合多數使用者之默認值。此數值一般在相對濕度60%至80%的範圍之間。

另外，使用者可以透過一開環系統來控制濕度，其中使用者控制對蒸發器模組之電力。

在某些情況下，例如，由於生產成本或環境條件之緣故，並不需要附有增濕機之加熱/冷卻模組。在北半球廣大區域中，一年當中可能會有很長一段時間所呈現的是寒冷且潮濕之環境，例如像英國、俄羅斯和加拿大。

本發明另外一種實施例如如第十五圖所示小巧加熱模組(41)，只需要用到裝置的小部分空間，而且製造成本有利於成提高口罩組件空氣溫度。在此期間，一個容易安裝拆卸之加熱模組加熱模組(41)可以藉由快速變更配件過程以滿足一個特定市場需求，而並非花費心力去修改裝置。這加熱模組(41)實施例包括三個主要組成部分：一個加熱元件、熱絕緣體和支撐物。

加熱元件可用於產生熱量，以增加至通過空氣。各類加熱器適用於本實施例，包括PTC發熱體、高度緊密線圈加熱器。電源可利用一外加插頭電線從PCB取得，就像裝置中其他能源消耗部分一樣。加熱模組實施例之一，如第十五圖所示，其中加熱模組安裝在呼吸裝置的氣流處。

PTC以其高相容性以及突出的輸出性能所聞名。此陶瓷塊可製作成不同的電壓輸入和輸出功率，以滿足不同標準。

PTC加熱器薄板可置於空氣通道中，通常製成蜂巢狀，以提供較大表面積和結構穩定性。空氣被送至加熱板，被迫擠壓通過蜂巢狀物。此一過程中，熱量已被相對涼爽之空氣吸收。一旦空氣離開薄板並且進入波紋管(bellow)，它已經升溫。

線圈被拿來作為加熱元件已歷史悠久。其結構簡單，可低技術製造，而且可以利用幾輪線圈在有限的空間製成高度緊密(物)。在此期間，其性能與其結構有線性關係，這使得它易於控制。

類似吹風機中的加熱器，線圈可以添加至模組中的空氣通道。超大面積和對氣流的最少幹擾提供順暢傳熱。已經證實線圈加熱器有能力加熱大量氣流到一期望溫度。

柔性加熱器包括包覆在兩層電媒介絕緣材料之高性能加熱絲，薄鋁片散熱鰭片附著在其表面兩側，具有極大潛力足以均勻將熱散發至空氣中。由於其靈活性，此類加熱器可彎曲成一不規則形狀，以適應空氣路徑。

濾材配件　Filter Assembly

現有PAPR(A powered air purifying respirator)裝置為了特定氣體，通常必須使用特定氣體濾材，往往規定環境一相當高氣體濃度指標，其要求規定濾材用之顯著物理尺寸。這對典型城市街道污染物之保護並不實際，其中空氣污染物可以是下列氣體的其中一種或全部：一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、臭氧(O3)、揮發性有機化合物(VOCs)、煙霧、氨(Ammonia)等，但相對於多數PAPR所適用之典型工業環境之濃度來得低。

本發明介紹一種結構輕薄之特殊濾材，除微粒過濾外，還能過濾最常見的街頭氣體污染物，使其在口罩組件內部從不健康變成良好(空氣)。氣體過濾係通過活性碳濾材和光觸媒濾材其中任一個或是兩個一起作用才得以實現之。前述光觸媒濾材較佳實施例以二氧化鈦(TiO2)製成，並且在各種燈光下均易產生反應，較佳實施例是標準LED。這使紫外線變的不需要，有助於提高產品安全性。

第十六圖A係濾材組裝之組裝形式，而第十六圖B則係零件分散形式。濾材組件(60)包括一濾材框架(61)、主濾材(62)(HEPA濾材)和微粒濾罩(63)，另外還包括波士頓型態之閥門(64)。濾材較佳實施例包覆在一輕薄(low profile)濾材框架(61)內，附上使用者可拆卸濾罩(63)。濾罩(63)具有多個開口/插槽，得以讓空氣進入，也可將環境光線帶入。濾罩(63)以及濾材框架(61)也可透光。一光線反射塗層可應用於該濾罩(63)的內部。該濾罩(63)被一細薄間隙將之與主濾材(62)分開。此間隙為通過主濾材(62)之均勻氣流分佈提供了一個空間。它還為環境光線提供了所需空間，以便能夠更分佈在主濾材(62)表面，如果係適當的話。

多數現有呼吸裝置(1)使用閥門來控制口罩組件(2)排出氣體。該閥吸氣時關閉、呼氣時開啟。然而，此機械裝置允許呼出的空氣在呼出到外界界環境之前不經過濾。在某些情況下，這樣並不受歡迎，甚至對他人有害，例如像在病毒感染病人配戴該裝置、或食品加工工人配戴該裝置時。本發明提出了一種排出氣體適用之閥門和濾材結合。如第十六圖B所示，該濾罩(63)透過與閥門(64)之結合提供過濾廢氣。

第十七圖顯示使用者如何輕易更換濾材組件(60)，第十七圖A係裝配組件(70)，而第十七圖B係組件(70)之零件分散形式，其中為了更換濾材組件(60)所以移開濾蓋(71)。要移開濾蓋(71)，首先，使用者將手指伸入至保險開關(72)將濾蓋(71)打開。由於提供一超過中心壓緊裝置(73)，濾蓋(71)因此可自組件(70)被移開，因此濾材組件(60)可以被更換，如第十七圖B中的箭頭所指示那樣。

各種可選濾材類型可選擇使用，如第十八圖A至H所示。

在一個實施例，如第十八圖A所示，濾材組件(80)包括一個前部濾材(81)和一HEPA微粒濾材(82)。前部濾材(81)係在濾罩(83)後面的第一個濾材元件，保護該HEPA微粒濾材(82)。較佳實施例使用者可輕易拆卸前部濾材(81)與HEPA微粒濾材(82)。前部濾材(81)可由合適之合成纖維所製成，例如像聚丙烯，較佳實施例具有效率等於或高於90%(粒徑5μm左右及以上)。前部濾材(81)並未起褶，使其適合作為基礎材料，以注入光觸媒媒介。

在另一項實施例，如第十八圖B所示，濾材組件(80)包括一個前部濾材(81)、一活性碳濾材(84)和一HEPA微粒濾材(82)，前部濾材(81)係在濾罩(83)後面的第一個濾材元件，保護活性碳(84)和HEPA微粒濾材(82)。使用者可輕易拆卸所有濾材。

在另一項實施例，如第十八圖C所示，濾材組件(80)包括一光觸媒複合前部濾材(85)、一活性碳濾材(84)以及一HEPA微粒濾材(82)。光觸媒複合前部濾材(85)係在濾罩(83)後面的第一個濾材元件，保護活性碳濾材(84)和HEPA微粒濾材(82)。使用者可輕易拆卸所有濾材。只要有日光，光觸媒複合前部濾材(85)就會活動。一旦被啟動，光觸媒複合前部濾材(85)將開始分解典型有害氣體污染物。

在另一項實施例，如第十八圖D所示，濾材組件(80)包括一光觸媒複合前部濾材(85)、一活性碳濾材(84)以及一HEPA微粒濾材(82)。光觸媒複合前部濾材(85)係在濾罩(83)後面的第一個濾材元件，保護活性碳濾材(84)和HEPA微粒濾材(82)。使用者可輕易拆卸所有濾材。一陣列LED(86)安裝在濾罩(83)的背面。LED(86)也可安裝在靠近入口外殼的牆壁周圍。LED(86)和電路被封裝在一個生物相容薄膜或蓋子內。較佳實施例，LED(86)只有在環境光線強度低於一預先定義閾值時才開啟，藉由一光感測器監測。因此，在有需要時，光觸媒媒介總是可以被活化，即使環境光線不足或根本沒有。

在另一項實施例，如第十八圖E所示，濾材組件(80)包括一前部濾材(81)、一活性碳濾材(84)、一HEPA微粒濾材(82)、以及一出口方光觸媒複合濾材(87)。前部濾材(81)係在濾罩(83)後面的第一個濾材元件，保護活性碳濾材(84)和HEPA微粒濾材(82)使用者可輕易拆卸所有濾材。一陣列LED(88)安裝在外殼牆壁的內部，面對出口方光觸媒複合濾材(87)。LED(88)也可安裝環繞靠近出口處之外殼牆壁。較佳實施例，LED(88)只有在環境光線強度低於一預先定義閾值時才開啟，藉由一光感測器監測。因此，出口方光觸媒複合濾材(87)總是可以被活化，即使環境光線不足或根本沒有。LED(88)和電路被封裝在一個生物相容薄膜或蓋子內。

在另一項實施例，如第18圖F所示，濾材組件(80)包括一光觸媒複合前部濾材(85)、一HEPA微粒濾材(82)。光觸媒複合前部濾材(85)係在濾罩(83)後面的第一個濾材元件，保護HEPA微粒濾材(82)。使用者可輕易拆卸所有濾材。只要有日光，光觸媒複合前部濾材(85)就會活動。一旦被啟動，光觸媒複合前部濾材(85)將開始分解典型有害氣體污染物。

在另一項實施例，如第十八圖G所示，濾材組件(80)包括一光觸媒複合前部濾材(85)、一HEPA微粒濾材(82)。光觸媒複合前部濾材(85)係在濾罩(83)後面的第一個濾材元件，保護HEPA微粒濾材(82)。使用者可輕易拆卸所有濾材。一陣列LED(86)安裝在濾罩(83)的背面。LED(86)也可安裝在靠近入口外殼的牆壁周圍。LED(86)和電路被封裝在一個生物相容薄膜或蓋子內。較佳實施例LED(86)只有在環境光線強度低於一預先定義閾值時才開啟，藉由一光感測器監測。因此，在有需要時，光觸媒媒介總是可以被活化，即使環境光線不足或根本沒有。

在另一項實施例，如第十八圖H所示，濾材組件(80)包括一前部濾材(81)、一HEPA微粒濾材(82)和一光觸媒複合濾材(87)。前部濾材(81)係在濾罩(83)後面的第一個濾材元件，保護光觸媒複合濾材(87)和HEPA微粒濾材(82)。使用者可輕易拆卸所有濾材。一陣列LED(88)安裝在外殼牆壁的內部，面對光觸媒複合濾材(87)。LED(88)也可安裝環繞靠近出口處之外殼牆壁。較佳實施例，LED(88)只有在環境光線強度低於一預先定義閾值時才開啟，藉由一光感測器監測。因此，光觸媒複合濾材(87)之光觸媒媒介總是可以被活化，即使環境光線不足或根本沒有。LED(88)和電路被封裝在一個生物相容薄膜或蓋子內。

在另一項實施例，如第十八圖I所示，濾材組件(80)包括一前部濾材和活性碳濾材。該前部濾材被選擇作為主要微粒濾材，以便提供必要過濾效率，除了保護活性碳濾材之外。較佳實施例使用者可輕易拆卸前部濾材與活性碳濾材。

前部濾材和活性碳濾材可疊放為一使用者可更換之配件，例如像一個簡單熱粘合過程。活性碳、HEPA與光觸媒濾材也可疊放為一配件。

HEPA濾材較佳實施例有99.97%的高效率(在微粒等於或超過0.3μm時)，相當於大多數PAPR所提供之性能。HEPA濾材較佳實施例由適用於過濾固體和液體微粒之玻璃纖維紙製成。

活性碳濾材和光觸媒濾材以互補的方式運作-活性碳濾材藉由阻止有害氣體並使其減速，以提供對多數有害氣體之一般初步過濾，它也可以去除異味和揮發性有機化合物(VOCs)，如甲醛(formaldehyde)；同時，光觸媒濾材持續運作，具體分解有害氣體成水和二氧化碳，特別是一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、臭氧和氨。它也可以消毒可能含有病菌、細菌和病毒之空氣。

使用者可以打開/關閉LED，以控制濾材殺菌消毒功能，即使係在該裝置不使用時，如此一來使得病菌和病毒無法生存。LED可以打開和關閉，與人的呼吸同步。LED可以係任何標準LED或紫外線LED。搭配光觸媒濾材大小和形狀之光線室係用來傳輸來自LED的光線。較佳實施例一薄擴散膜係用來均勻地傳輸來自LED之光線。擴散膜也同時將LED與空氣分離。活性與光觸媒濾材結合對於一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和臭氧較佳實施例有至少90%的效率，並且能以此效率運作至少240小時。

光觸媒媒介也可應用為口罩組件與頸部組件內部之塗料。該塗層是一種補充措施，當暴露於可見光時，用以殺死多數病毒和細菌、或使其失活。

對於所有上述濾材配置，可選擇粗濾材加裝在前部濾材前，以移除通常出現在滿是灰塵環境中的較大顆粒，如木材切割小工廠。粗濾材可利用低成本合成纖維製成，可清洗，也可用完即丟棄，進而延長主要濾材之使用壽命。

上述濾材可以按任何順序或不同組合(出現)。

反應流量控制等　Responsive Flow Control,etc

第十九圖A至E係各種步驟流程圖，可用於本發明之空氣流量產生裝置模組之反應流量控制，藉以提供給呼吸室之空氣量之呼吸反應，而且反應度較佳實施例也是使用者可自行調整。

第廿圖係一與本發明一致之反應控制系統之例子之系統圖。

大多數現有裝置沒有以呼吸接呼吸(breath by breath)為基礎之流量控制，除了那些高端工業/軍事類型之外。即使他們確實有流量控制，但對於呼吸努力(breathing effort)還是沒有足夠反應，而且使用者不可調整反應度。更確切地說，一壓力感測器通常用於幫助口罩組件保持在一正壓。當口罩組件壓力變成零時，藉由增加馬達速度或控制氣流調整器(USPC類別：12820423)之方式，更多空氣將被傳遞到使用者口罩組件。然而，此種控制機械裝置易於傳送不足之流動給配戴者，尤其在需大量呼吸情況時，進而引起不適感。

沒有任何現有裝置有能力以呼吸接呼吸(breath by breath)為基礎，進行呼吸努力(breathing effort)之直接檢測。其他一些呼吸裝置可能讓使用者擁有可安裝可變化正氣壓控制，但是，此為一固定設置，而非具備人體即時呼吸努力的適應性(breathing effort)。因此，流量控制很不柔性且不自然，因而其限制了人們可以接收到之舒適感。

沒有任何現有裝置有能力讓使用者調整流量控制反應度。然而，在現實世界中，不同的人可能有不同的氣流要求，即使是同一個人，對氣流之需求也可能會時有不同。例如，對於一個呼吸不足的病人來說，由於肺部功能較弱，他或她可能沒有與正常人一樣的力氣去呼吸，他或她在一種從正常人的標準來看會認為是非常薄弱的呼吸努力(breathing effort)的情況下，可能需要得到更多氣流。他或她可能也希望擁有能由自己的呼吸努力(breathing effort)來控制氣流的靈活性，即使一般而言較一正常人低，以便他或她可以用一種比固定苛刻控制更自然的方式來呼吸。

本發明使用流量或壓力感測器來監測使用者的呼吸努力(breathing effort)。在開始吸入時的氣流上升比率被用來作為係衡量使用者呼吸努力(breathing effort)的一個信號。數值越高，呼吸努力(breathing effort)越大。MCU(微控制器)然後根據使用者可調增益控制或呼吸反應度設置計算所需流量。馬達目標速度設定成與開始吸入時之呼吸努力(breathing effort)相關之數值。對於較小數值，反之亦然，其目標馬達速度將隨著設定在一較低數值。

此特色將有利於呼吸受損患者，因為他們的肺部肌肉比一般人弱。使用者可以增加增益，使風箱對於流量變化更加靈敏，因此在需要更多空氣的時候，他或她不必用力呼吸。這將減輕這些患者的呼吸努力(breathing effort)，讓機器做艱苦的工作。因此，不但提高舒適度，也提供健康利益給這些病人。

反應流量控制系統，如第廿圖所示，係本發明系統的優先特色之一，概括的說，它涉及上述空氣流量產生裝置之主要功能、以及與使用者介面控制之交流傳達。

在一個實施例，反應流量控制功能包括一風箱、一感應空氣通道之流量感測器、一流量元件、一風機出口、一連接口罩組件空氣通道之風箱，抗數位採樣失真(anti-aliasing)低通過濾材、一馬達控制電力臺、一以MCU2(微控制器)為基礎之流量發生器控制，其中包括一A/D轉換器、數位濾材/調節器、一RFC引擎、一VPAP控制引擎、一馬達控制引擎、一MCU2(微控制器)COMM引擎。此外，還包括一使用者介面控制以及一MCU1(微控制器)COMM引擎。

風箱依據流量發生器控制產生氣流，馬達速度決定流至口罩組件之流量。

流量感測器根據穿過該流量元件之壓力下降以檢測流量。在優先實施例中，流量感測器係一質量流量感測器，基於熱風速計流量感應原理，具有與壓力下降壓力下降成比例之類比輸出。在優先實施例中，流量感測器有較低輸入壓力範圍，通常照原尺寸大約為0.2”，該流量元件實際上係風箱輸出的一段，長度約5至40公釐。風箱出口通常係圓形，直徑D約10至19公釐，但它也可以是其他任何形狀，只要橫截面類似。感應空氣通道較佳實施例係直徑適合之矽膠管。

在優先實施例中，抗數位採樣失真過濾器係由一簡單RC網路所製成，中斷(cut-off)頻率在100 Hz到1 KHz之間。抗數位採樣失真過率器之信號輸出係在被數位過率器/調節器進一步處理之前，由A/D轉換器在50 kHz所採樣的。數位過率器之中斷頻率大約為30 Hz左右，每10下降20 dB至80 dB。數位過率器/調節器之輸出，以數位過率器中斷頻率傳送到至RFC引擎。

RFC引擎之運作如第廿二圖A至E所示，RFC引擎運轉作為狀態機器，其輸入包含已過濾流量信號和使用者呼吸反應設置，而其輸出包含目標馬達速度和呼吸狀態。在RFC引擎以數位元元過率器/調節器輸出頻率運轉，並在IPAP檢測啟動吸入檢測。一旦啟動偵測，就會抽樣檢查IPAP檢測項目登入之後，在RFC引擎第一至第三項紀錄(entry)之過濾流量信號，而過濾流量信號在IPAP檢測項目登入時之差異就被記錄下來。紀錄數據實質上係流量上升率，用來作為呼吸努力(breathing effort)之衡量標準。在考慮以呼吸接呼吸(breath by breath)為基礎之使用者呼吸反應度設置或增益控制後，會得到最終呼吸努力(breathing effort)。對照呼吸努力(breathing effort)之包含馬達目標速度對照表將所需馬達目標速度輸出至VPAP控引擎，利用一變量正氣壓方式來控制馬達速度。為了每一次呼吸，RFC引擎持續監測呼吸狀態，在重複同樣動作之前，根據第十三圖所說明之序列完成VPAP週期。

反應流量控制之完成可藉由與其他具有上述實施例之相同精神之實施例來實現。

在另一項實施例，流量感測器可能有其他合適的輸入壓力範圍。該流量感測器也可以係壓阻式，流動元件可以係一層流之流動元件。感測空氣通道也可以係造型結構的一部分，直接與感測器埠聯結。流量感測器也可以有數位輸出。使用者設定也可以透過任何其他適合之工具被傳遞至空氣流量產生裝置操縱裝置。

在另一個實施例，壓力感測器也可以安裝在流量感測器的類似位置，在那裡，壓力感測器可以在流動發電機出口處檢測空氣壓力。與流量感測器的實施例相比，壓力感測器在開始吸入時檢測壓力降低率。MCU(微控制器)再根據使用者可調增益控制或呼吸反應設定來計算所需之壓力數值。目標壓力在開始吸入時，設定在一呼吸成果努力(breathing effort)之對應值。目標壓力控制項較佳實施例是透過一比例、積分和微分(PID)控制來完成，但也可以藉由任何其他合適之組合結構來完成。

在更高等實施例中，壓力感測器可安裝於口罩組件內，無論是以有線或無線之方式。

負離子對人類之好處已眾所皆知；但是沒有任何現有PAPR系統使用負離子發生器。小型負離子發生器安裝於風箱順流處，兩個電極暴露在空氣路徑，使得產生之離子可以沿著氣流被帶至使用者氣道。

負離子發生器可以是一個合適的獨立裝置，可以購買現成的，也可以完全或部分訂做，以適合相關應用。

負離子發生器較佳實施例只在馬達運行時才開啟，以節約能源並提高使用壽命。其操控也可與呼吸同步(開啟(on)-吸入，關閉(off)-呼出)，以進一步節省能源，並提高裝置之使用壽命。

無刷直流馬達適用環形核心之改進製造業與安裝Improved Manufacture and Mounting of a Toroidal Core for a Brushless DC Motor

由於呼吸裝置的特殊要求，已為一無刷直流馬達環形核心發展新的製造業和安裝佈置，對於本發明之呼吸裝置相當有助益。

無刷直流馬達先前技術所存在的例子中，定子係由線圈沿著一環形軟磁鐵周圍纏繞六圈所構成的。此結構產出一種適合運用在某些特別方面之小型馬達，例如像輕薄(low profile)PAPR。

環形馬達比較明顯的問題迄今卻限制了其用途，其中包括了：第一，保持六圈線圈分開係非常困難的，當每一線圈之第二層繞圈構成，就有脫離第一層邊緣、並向為了下一線圈保留之區域移動之傾向。此難題導致線圈普遍係由手工進行纏繞動作，這樣對量產而言係不實際的。另一個會發生的問題係，在線圈已被纏繞後，所產生之定子為不規則狀(線圈並非完全一致)，沒有突出特點以形成安裝點。然而，將定子與轉子極其準確地安裝在同中心係必要的。

可以消除上述兩個與環形馬達構造相關之問題，並且開啟對此類馬達廣泛利用之解決方案就此展開，如第廿一圖所述。

在其他方面之運用，習慣上將線圈以機器纏繞在環形核心上，例如變壓器。機器纏繞環形核心之困難點源於需要將六個小線圈(91)圍繞在環形線圈(90)的周邊，並防止他們重疊，如第廿一圖A所示。

許多機器可以用來纏繞變壓器核心，例如像RUFF Gmbh的RWE系列、以及Shining Sun Enterprise Co.,Ltd.的STW-60。使用這些機器其中任何一部進行核心纏繞作業明顯比手工製作更價廉、也更準確。然而，只有當核心外部表面係一沒有突出肋狀物之平面柱體時，才能利用這些機器。此一限制使得隔開馬達所需六組線圈之零件或設備設計困難。另一個困難係，設計備用於線圈纏繞之任何零件必須是不導電材料，通常係聚合物。對於小型馬達來說，此限制使得一單獨線圈分離器組件過於靈活，而不具實際應用。

本發明藉由將徑向隔板(93)安裝在軟磁鐵之環型核心(94)上，在六組線圈(91)彼此之間形成一間隔，以克服這些問題，如第廿一圖A、B所示。經實驗發現，隔板(93)不需突出環形線圈之外部圓柱表面，因此所產生之核心仍然適用纏繞使用標準機器。

隔板(93)可順利以兩種型態構成。首先，他們可以直接構成於軟磁鐵之環型核心(94)上，如第廿一圖C所示。利用此方法時，必須藉由射出成型形成軟磁鐵之環型核心(94)，而非一般燒結過程。第二，它們可以藉由在普通軟磁鐵之環型核心(94)上加鑄(over-mold)一剛硬聚合物(95)而構成，如第廿一圖D所示。

實際上已發現第二種型態在一般說來係更實用的。然而，軟磁鐵材料易損壞，而環形核心的大小差別很大。因此，必須將大部分或全部的環形線圈封裝在塑膠裡面，而不試圖讓環形線圈空白，除非有絕對必要保持環形核心與加鑄物之間共中心集中。此一設計要求聚合物能夠流入非常薄的部分，但仍然非常堅硬(以抵制繞線機)。適合之聚合物包括聚酰胺(尼龍)、液晶聚合物、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PBT樹脂)和其他各式聚合物。

其中隔板(93)伸入至環形線圈內部之數量應儘可能地限制，以確保標準繞線機可以被使用。然而，經實驗發現，隔板(93)高度如成品繞線可在標準繞線機上纏繞，至少下至20公釐內徑的環形軟磁鐵。

軟磁鐵之環型核心(94)上之隔板(93)較佳實施例設計成從完成繞線的一邊或兩邊稍微突出。如果這樣做，他們便可以以一種可靠又可重複之方式來裝載鐵氧體之環型核心。

如果定子要安裝在由導電材料製成之馬達外殼裡，如金屬，必須小心線圈不要與之接觸。如果隔板能大大延展至定子其中一邊或兩邊的線圈的後面，便能保持分離，然後用於安裝定子在馬達外殼處。但更可靠、更緊湊的安裝方法係把繞線定子放置在一薄塑膠外殼內，如第廿一圖E所示。該外殼係利用環氧樹脂接著劑或類似材料黏合至定子。

雖然塑膠外殼佔用馬達一些空間，如第廿一圖F所示，產生定子配件的尺寸非常可重複，並且可以被緊緊安裝在一金屬馬達外殼。因此，使用塑膠外殼之設計比只依賴環型核心上之隔板將馬達外殼繞線隔開之設計更適合大量生產。大量應用時，使用塑膠外殼之設計比不使用者，實際上生產較小馬達。

其他差異與修改

惟上述所陳為本發明幾個較佳實施例。

無數的變化和修改對於熟習該項技術者係顯而易見的。例如，第廿二圖係在說明一個「眼罩」如何隨意附著在裝置上，以提供對使用者眼睛之保護。如圖所示，眼罩(29)可隨意附在附件工具(27)上。

對於熟習該項技術者而言係屬顯而易見之所有變化和修改，均應被視為屬於本發明上文所述及下文要求之精神和範圍。

(1)．．．呼吸裝置

(2)．．．口罩組件

(20)．．．囓合器

(3)．．．頸部組件

(4)．．．囓合器

(5)．．．呼吸室

(6)．．．進空氣導管

(7)．．．出空氣導管

(8)．．．引入口

(9)．．．濾材

(10)．．．馬達或葉輪

(11)．．．出口

(12)．．．電子元件

(13)．．．電池或其他類似物

(14)．．．頸部襯墊

(21)．．．口罩組件部分

(22)．．．頸部部分

(23)．．．空氣通道

(24)．．．空氣通道

(25)．．．囓合結合件

(26)．．．囓合結合件

(27)．．．附件

(28)．．．棘齒排

(29)．．．眼罩

(40)．．．加熱器/冷卻器

(41)．．．濾材

(41)．．．加熱模組

(42)．．．風箱

(43)．．．貯槽

(44)．．．芯材

(46)．．．濾材架

(50)．．．指柱

(51)．．．入口

(52)．．．套筒

(53)．．．小噴嘴

(54)．．．排水孔

(60)．．．濾材組件

(61)．．．濾材框架

(62)．．．主濾材

(63)．．．濾罩

(64)．．．閥門

(70)．．．裝配組件

(71)．．．濾蓋

(73)．．．壓緊裝置

(80)．．．濾材組件

(81)．．．前部濾材

(82)．．．HEPA微粒濾材

(84)．．．活性碳濾材

(83)．．．濾罩

(85)．．．光觸媒複合前部濾材

(86)．．．LED

(87)．．．光觸媒複合濾材

(88)．．．LED

(90)．．．環形線圈

(91)．．．小線圈

(93)．．．隔板

(94)．．．軟磁鐵環型核心

(95)．．．剛硬聚合物

(A)．．．空氣流量產生裝置

第一圖係一配戴本發明之呼吸裝置之人

第二圖係一呼吸裝置之透視圖

第三圖係第二圖中呼吸裝置之零件分散透視圖

第四圖A及B分別係呼吸裝置之口罩組件之正面與背面透視圖

第五圖係一包含空氣流量產生裝置之呼吸裝置之頸部組件透視圖

第六圖係一呼吸裝置之剖面視圖，顯示空氣路徑

第七圖係在說明典型組件可納入本發明之呼吸器之特色，以及他們的相互關係

第八圖詳細說明可用來使口罩組件與頸部組件結合在一起之囓合排列

第九圖詳細說明可安裝在呼吸裝置上之加熱器

第十圖說明可安裝在呼吸裝置上之增濕機之提供

第十一圖詳細說明可安裝在呼吸裝置上之替代增濕機

第十二圖係一一體成型之濾材和增濕機芯

第十三圖係呼吸裝置用之另一替代吸濕快乾設計

第十四圖說明一吸濕快乾指針之不同設計

第十五圖係呼吸裝置上另一替代加熱器之提供

第十六圖係一呼吸裝置用濾材配件

第十七圖係一典型濾材更換程式

第十八圖係不同濾材配置之各種示範配置

第十九圖係使用於本發明之空氣流量產生裝置模組之反應流量控制步驟之各種示範流程圖

第廿圖係一與本發明一致之反應流量系統之實施例

第廿一圖詳細說明使用於本發明之呼吸器之環形核心排列；及

第廿二圖係本發明另一替代版本，包含一眼罩

(1)．．．呼吸裝置

(2)．．．口罩組件

(3)．．．頸部組件

Claims

一呼吸裝置，包括：一口罩組件：適合大幅環繞至少使用者之在嘴巴或鼻孔處；一頸部組件：與前述口罩組件連接，適合大幅環繞在使用者頸部後面，該頸部組件包括一空氣流量產生裝置，以接收來自周圍環境之未過濾空氣並過濾之，再提供已過濾空氣至口罩組件處，其中該頸部組件利用至少一囓合器連接至口罩組件，且於每一囓合器包括至少一配合空氣導管設於口罩組件以及頸部組件上；至少有一囓合結合件以及頸部組件緊密配合在一起。
如申請專利範圍第1項所述之呼吸裝置，其特徵在於每一空氣導管至少有一部分係由彈性材料所形成。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之呼吸裝置，其特徵在於每一囓合器均包含一棘齒排。
如申請專利範圍第1項所述之呼吸裝置，其特徵在於至少該口罩組件之密封部份，至少有一部分係由矽橡膠或類似材質所形成。
如申請專利範圍第1項所述之呼吸裝置，其特徵在於已過濾空氣通過一體成形之空氣導管在頸部組件與口罩組件之間傳送。
如申請專利範圍第1項所述之呼吸裝置，其特徵在於呼吸裝置的所有操作元件均被收藏在頸部組件裡。
如申請專利範圍第1項所述之呼吸裝置，其特徵在於頸部組件還包括下列任何一項或其組合：一流量感應器；一壓力感應器；一負離子發生器生器；一加熱器；一冷卻器；一濾材配件；一風箱；一電源供應；一消音器；一使用者介面；以及一增濕機/除濕機。
如申請專利範圍第1項所述之呼吸裝置，還包括：一個罩子，用來裝飾該口罩組件，包括織物或其他材料，以及一眼罩，以保護該使用者之眼睛。
如申請專利範圍第1項所述之呼吸裝置，還包括：一條帶子或鬆緊帶，適合連接在使用者的頭上，以保持前述口罩組件在適當位置上。
如申請專利範圍第7項所述之呼吸裝置，其特徵在於流量感應器或壓力感應器係用來提供反饋信號至該空氣流量產生裝置，以調整該口罩組件之前述空氣流量與空氣壓力表示口罩組件，即隨呼吸而反應，前述流量或壓力感應器的呼吸反應度得以按使用者隨意調整。
如申請專利範圍第1項所述之呼吸裝置，其特徵在於該頸部組件內還包括一濾材，而該濾材包括下列任何一項或其組合：一主濾材；一前部濾材；一HEPA微粒濾材；一高級碳濾材；一活性碳濾材(蒸汽活性化或多重化學物質活性化)；一光觸媒濾材或塗層(環境光及/或LED活性化)；以及一冷觸媒濾材。
如申請專利範圍第1項所述之呼吸裝置，其特徵在於頸部組件還包括控制器，該控制器包括下列任何一項或其組合：一使用者控制介面；一遙控器；一可充式電池；一個電池組；以及一馬達控制器。
如申請專利範圍第1項所述之呼吸裝置，其特徵在於該濾材包覆在一濾材框架內。
如申請專利範圍第1項所述之呼吸裝置，其特徵在於該呼吸裝置包括：一感應器，用來感應前述空氣之溫度與濕度；一個比較器，用來比較前述感應到之溫度和濕度與預定值；以及氣候控制器，包括至少一加熱器、一冷卻器、一增濕機、一除濕機，以提供任何對於提供至該口罩組件之前述經過濾空氣之溫度和溼度之必要調整，直到前面所述預定值。
如申請專利範圍第14項所述之呼吸裝置，其特徵在於前述預定值可由製造商進行預設，也可由使用者自行調整。
如申請專利範圍第1項所述之呼吸裝置，其特徵在於前述呼吸裝置包括：一具有操縱裝置之負離子發生器，以操作使其與使用者的呼吸模式同步(開啟(on)與吸入，關閉(off)與呼出)。
如申請專利範圍第1項所述之呼吸裝置，其特徵在於前述呼吸裝置包括：一具有定子以及超環面核心之無刷直流馬達，其特徵是，前述核心包括一自其中向內延伸之複數徑向隔板，以形成各自產生於其中線圈間的分歧。
如申請專利範圍第17項所述之呼吸裝置，其特徵在於前述徑向隔板之形成與核心可一體成型，也可鑄接在核心之上。
如申請專利範圍第1項所述之呼吸裝置，該頸部組件內還包括：一呼出空氣濾材，在使用者所呼出之空氣向周圍環境散出之前，先過濾之。
如申請專利範圍第19項所述之呼吸裝置，其特徵在於前述呼出空氣濾材與前述呼吸裝置之排氣閥為一體成型。