TWI503082B

TWI503082B - 面罩阻塞性評估系統

Info

Publication number: TWI503082B
Application number: TW102142882A
Authority: TW
Inventors: Chewei Chang; Yangyou Chung; Mingchuan Hu; Shihyin Lin
Original assignee: Taiwan Textile Res Inst
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2015-10-11
Also published as: CN104645521A; TW201519804A

Description

面罩阻塞性評估系統

本發明是有關於一種面罩阻塞性評估系統。

呼吸防護具(respirator)係提供個人配戴以避免遭受空氣中危害因子傷害的防護器材，也是避免有害物對人體造成危害的一道關卡。一個合格的呼吸防護具必須能夠有效的降低污染物被配戴人員吸入的機會。

一般常見的拋棄式口罩就是最簡單的呼吸防護具。拋棄式口罩具有輕便、價錢合理、使用方便等特性，因此受到廣泛地使用。拋棄式口罩除了可以避免外界的有害物質經由呼吸進入人體，亦可以用以避免佩帶者將透過飛沫傳染的傳染疾病傳染給他人。

由於拋棄式口罩往往會佩帶相當長的時間，拋棄式口罩的阻塞性將會影響其透氣度以及穿帶者的感受。因此，如何量測拋棄式口罩的阻塞性，尤其是符合實際穿戴狀況下的阻塞性，便成為一個重要的課題。

本發明提供了一種面罩阻塞性量測系統，使得粉塵阻塞性的量測結果更為貼近使用者真實穿戴的狀況。

本發明之一態樣提供了一種面罩阻塞性評估系統，包含風洞罩體、面罩載具、呼吸模擬器、壓差感測器、風機以及粉塵餵入裝置。風洞罩體包含相對的入風口以及排風口。面罩載具設置於風洞罩體內，用以安置面罩。呼吸模擬器連接至面罩載具，以提供一氣流往復通過面罩。壓差感測器連接向面罩載具，以偵測面罩內的呼吸阻抗。風機連接至入風口，粉塵餵入裝置則設置於入風口處，以提供粉塵至風洞罩體中。

於本發明之一或多個實施例中，面罩阻塞性評估系統更包含控制單元，連接呼吸模擬器、壓差感測器與粉塵餵入裝置，其中控制單元包含顯示面板以及操作面板。

於本發明之一或多個實施例中，呼吸模擬器包含連接面罩載具的吸氣流道與呼氣流道、切換閥，以及氣流產生裝置。切換閥用以切換吸氣流道與呼氣流道。氣流產生裝置提供方向相異的氣流予呼氣流道與吸氣流道。

於本發明之一或多個實施例中，氣流產生裝置包含一氣壓缸以及連接氣壓缸的一偏心曲柄圓。

於本發明之一或多個實施例中，面罩載具包含三叉管，三叉管具有第一開口、第二開口與第三開口，第一開口鄰接於面罩，第二開口連接至壓差感測器，第三開口連接至呼吸模擬器。

於本發明之一或多個實施例中，呼吸模擬器與壓差感測器可以分別包含至少一個減動球閥。

於本發明之一或多個實施例中，壓差感測器包含高壓壓差計以及低壓壓差。高壓壓差計用以量測面罩內的壓力，低壓壓差計用以量測風洞罩體內壓力。

於本發明之一或多個實施例中，粉塵餵入裝置包含漏斗形容器、粉塵分配機構以及文氏管。漏斗形容器用以容置粉塵，漏斗形容器具有進料口與出料口。粉塵分配機構設置於出料口下方，以承接由出料口流出的粉塵。文氏管連接粉塵分配機構與風洞罩體。

於本發明之一或多個實施例中，粉塵分配機構包含轉盤以及馬達。轉盤包含用以承接粉塵的環形槽，文氏管的一端連接至環形槽，馬達連接轉盤。

於本發明之一或多個實施例中，粉塵餵入裝置包含電子天平，以量測粉塵的餵入量，藉以控制馬達的轉速。

面罩阻塞性評估系統透過呼吸模擬器提供了模擬人體呼吸的情景，使測試結果更為符合使用者長時間配戴面罩的狀況。此外，本系統中粉塵的餵入量可以透過控制單元調整馬達的轉速自動化調節，可以穩定提供粉塵至風洞罩體中。

100‧‧‧面罩阻塞性評估系統

110‧‧‧風洞罩體

112‧‧‧入風口

114‧‧‧排風口

116‧‧‧觀測窗

120‧‧‧面罩載具

122‧‧‧三叉管

124‧‧‧第一開口

126‧‧‧第二開口

128‧‧‧第三開口

130‧‧‧呼吸模擬器

132‧‧‧吸氣流道

134‧‧‧呼氣流道

136‧‧‧切換閥

140‧‧‧氣流產生裝置

142‧‧‧氣壓缸

144‧‧‧偏心曲柄圓

150‧‧‧壓差感測器

152‧‧‧高壓壓差計

154‧‧‧低壓壓差計

160‧‧‧風機

162‧‧‧減動球閥

164‧‧‧濾網單元

170‧‧‧粉塵餵入裝置

172‧‧‧漏斗形容器

174‧‧‧進料口

175‧‧‧支架

176‧‧‧出料口

178‧‧‧文氏管

180‧‧‧粉塵分配機構

182‧‧‧轉盤

184‧‧‧環形槽

186‧‧‧馬達

188‧‧‧電子天平

190‧‧‧控制單元

192‧‧‧顯示面板

194‧‧‧操作面板

200‧‧‧面罩

第1圖為本發明之面罩阻塞性評估系統一實施例的示意圖。

第2圖為本發明之面罩阻塞性評估系統一實施例的外觀示意圖。

第3圖為本發明之面罩阻塞性評估系統中的粉塵餵入裝置一實施例的立體視圖。

第4A圖為第1圖中之氣流產生裝置一實施例的示意圖。

第4B圖為第4A圖中之氣流產生裝置所產生的模擬人體呼吸呼氣量相對於時間的變化關係圖。

以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。

有鑑於現有的面罩阻塞性量測方法多是靜態地持續單方向餵入粉塵，在經過一段時間之後便會在面罩上形成粉塵的濾餅，致使面罩的阻抗變得非常的高，明顯地，不符使用者實際穿戴的狀況。因此，本發明提出了一種面罩阻塞性量測系統，引入了模擬人體呼吸的裝置，使得粉塵不易在面罩上結成塊狀，讓量測的結果更為貼近使用者真實穿戴的狀況。

參照第1圖，其為本發明之面罩阻塞性評估系統一實施例的示意圖。本圖主要係用以表示面罩阻塞性評估系統100中各部分元件之間的連接關係，因此，各元件之比例以及所設置的位置可能會與實際配置有所出入，合先敘明。

面罩阻塞性評估系統100包含有風洞罩體110、面罩載具120、呼吸模擬器130、壓差感測器150、風機160，以及粉塵餵入裝置170。

風洞罩體110包含有相對的入風口112以及排風口114。風洞罩體110包含有一長隧道形的腔室。風洞罩體110的材料可以為金屬或是塑膠。面罩載具120為設置在風洞罩體110中，並且面罩載具120為設置於較為接近排風口114。面罩載具120可以具有假人頭的外形，讓面罩200固定在其上時可以模擬人體佩帶的情形。面罩載具120更連接至呼吸模擬器130，呼吸模擬器130可以用以提供一起流往復地通過面罩200，用以模擬人體呼吸時氣流通過面罩200的情景。

壓差感測器150亦連接至面罩載具120，用以偵測面罩200內的呼吸阻抗。壓差感測器150中包含有高壓壓差計152以及低壓壓差計154，高壓壓差計152為用以量測測面罩200內的壓力，而低壓壓差計154為用以量測風洞罩體110內的壓力，藉以換算出面罩200的阻抗。

更細部地說，面罩載具120中包含有一三叉管122，三叉管122具有第一開口124、第二開口126以及第三開口128。第一開口124為通向面罩載具120的正面且鄰接於面罩200，第二開口126連接至壓差感測器150中的高壓壓差計152，第三開口128連接至呼吸模擬器130。

呼吸模擬器130所產生的往復氣流經由第三開口128進入三叉管122，由於三叉管122為連通的結構，因此在第一開口124與第二開口126處亦產生相同的往復氣流。此往復氣流可以經由第一開口124來回地通過面罩200，以模擬人體佩帶時呼氣與吸氣使氣流往復通過面罩200的情境。又因為三叉管122為連通的結構，因此，高壓壓差計152可以藉由第二開口126進入而感測到面罩200內部的壓力。

呼吸模擬器130包含有吸氣流道132、呼氣流道134、切換閥136以及氣流產生裝置140。吸氣流道132的一端連接至面罩載具120之三叉管122的第三開口128，另一端透過切換閥136連接至氣流產生裝置140，呼氣流道134的一端同樣連接至第三開口128，呼氣流道134的一端為透過切換閥136連接至氣流產生裝置140。

氣流產生裝置140可以用以提供規律地、方向相異的氣流給吸氣流道132以及呼氣流道134，切換閥136則是用以交替地切換氣流產生裝置140與吸氣流道132和呼氣流道134的連通。

更具體地說，當氣流產生裝置140提供吸氣氣流的時候，即氣流的方向係由外部流進氣流產生裝置140時，切換閥136切換至氣流產生裝置140與吸氣流道132連通而不與呼氣流道134連通，此時，因為壓力差的關係，空氣亦會從面罩200的外面經由第一開口124流進面罩載具120，等同於佩帶者吸氣的效果。而當氣流產生裝置140提供呼氣氣流的時候，即氣流的方向係由氣流產生裝置140排出時，切換閥136切換至氣流產生裝置140與呼氣流道134連通而不與吸氣流道132連通，此時，氣流產生裝置140所提供的氣流進入第三開口128後會被推擠而流向第一開口124與第二開口126，其中從第一開口124流出的空氣會從面罩200的內部通過面罩200而排到外界空氣，等同於佩帶者呼氣的效果。

風機160以及粉塵餵入裝置170設置於風洞罩體110的入風口112處，以持續並且穩定地提供粉塵於風洞罩體110中，藉以測試面罩200的阻塞性。風機160可以為鼓風機或是風扇，以將粉塵餵入裝置170所提供的粉塵送入風洞罩體110中，並且產生從入風口112貫穿至排風口114送出的氣流。

粉塵餵入裝置170包含有漏斗形容器172、文氏管178、粉塵分配機構180以及電子天平188。漏斗形容器172用以容置粉塵，粉塵分配機構180設置於漏斗形容器172的下方，用以承接漏斗形容器172所流出的粉塵。文氏管178則是連接粉塵分配機構180以及風洞罩體110，其中文氏管178為連接至風洞罩體110的入風口112，使粉塵從粉塵分配機構180通過文氏管178進入風洞罩體110。

面罩阻塞性評估系統100更包含有濾網單元164。濾網單元164為設置於風洞罩體110的排風口114，以攔截風洞罩體110內之粉塵，避免粉塵從排風口114漏出而污染環境。

呼吸模擬器130以及壓差感測器150分別包含至少一個減動球閥162。減動球閥162可以提供穩壓的功能。

面罩阻塞性評估系統100更包含有控制單元190，控制單元190連接呼吸模擬器130、壓差感測器150、以及粉塵餵入裝置170。控制單元190包含有顯示面板192以及操作面板194。使用者可以藉由操作控制單元190上的操作面板194控制呼吸模擬器130的呼吸頻率、風機160的風量，以及控制粉塵餵入裝置170的粉塵餵入量。壓差感測器150所偵測到之面罩200內外的壓力可以被傳送至控制單元190中，接著再將其換算為面罩200的阻抗後顯示於顯示面板192上。面罩200在測試過程中的阻抗可以被紀錄在控制單元190中，並在測試完成後將結果彙整。

本面罩阻塞性評估系統100提供了一種模擬使用者佩帶面罩200時的環境，引入了呼吸模擬器130以產生往復氣流通過面罩200，使得面罩200的阻塞性測試更為貼近真實使用狀況。此外，藉由控制單元190可以實現穩定調控粉塵的餵入量的目的。

參照第2圖，其為本發明之面罩阻塞性評估系統一實施例的外觀示意圖。面罩阻塞性評估系統100包含有風洞罩體110、設置於風洞罩體110內之面罩載具120、設置於風洞罩體110之入風口112的粉塵餵入裝置170，以及設置於風洞罩體110之排風口114的濾網單元164。

風洞罩體110上可以更設置有觀測窗116，觀測窗116可以為透明的玻璃或是壓克力板，觀測窗116的位置可以對應於面罩載具120的位置，以便於觀察風洞罩體110內的狀況。第1圖中的呼吸模擬器130的吸氣流道132與呼氣流道134為通過風洞罩體110而連接到面罩載具120上，面罩200為佩帶在面罩載具120上。

接著，請參照第3圖，其為本發明之面罩阻塞性評估系統100中的粉塵餵入裝置170一實施例的立體視圖。粉塵餵入裝置170包含有漏斗形容器172、支架175、文氏管178、粉塵分配機構180，以及電子天平188。支架175為用以固定電子天平188，以及將文氏管178定位於預定高度。支架175之材料可以為塑膠、金屬或是木頭。

漏斗形容器172具有上寬下窄的形狀，其包含有進料口174以及出料口176，其中進料口174具有較大的口徑，出料口176具有較窄的口徑。粉塵從進料口174進入漏斗形容器172而存放在漏斗形容器172中。當開始進行測試時，粉塵從出料口176流出至粉塵分配機構180上。

粉塵分配機構180包含有轉盤182以及馬達186。轉盤182上具有環形槽184，環形槽184用以承接從漏斗形容器172所流出的粉塵。馬達186連接轉盤182，使得轉盤182相對於漏斗形容器172轉動，文氏管178連接環形槽184以及風洞罩體110(見第2圖)。

第1圖中之風機160為產生氣流流動而通過文氏管178的出口端。文氏管178可以透過氣流實現粉塵的傳送，其可以透過內部口徑的不同以及出口端與入口端的壓力差，使得粉塵從文氏管178的入口端傳送至出口端，而後被風機160所產生的氣流帶走。

漏斗形容器172、文氏管178以及粉塵分配機構180為架設在電子天平188上，電子天平188則是藉由支架175固定在預定的高度，使文氏管178連接至風洞罩體110的入風口112(見第2圖)。

電子天平188為量測粉塵、漏斗形容器172、文氏管178以及粉塵分配機構180整體的重量，並且將數據回傳至控制單元190(見第1圖)中。

粉塵為批次地放入漏斗形容器172中，當粉塵漸漸地經由文氏管178進入風洞罩體後，電子天平188便可以量測到重量的變化，而得知粉塵的餵入量。本實施例中，粉塵的餵入量可以藉由馬達186的轉速控制。更具體地說，當馬達186轉速提高時，轉盤182的轉速亦隨之提升，轉盤182上環形槽184中的粉塵通過文氏管178的速率亦隨之增加，進而增加文氏管178可傳送的粉塵量；相對地，若是降低馬達186的轉速，則轉盤182的轉速亦隨之降低，轉盤182上環形槽184中粉塵通過文氏管178的速率亦隨之降低，進而減少文氏管178可傳送的粉塵量。

換言之，在粉塵餵入裝置170中，粉塵的餵入量可以從電子天平188所量測到的數值變化得知，並且，控制單元可以藉由回傳的重量變化控制馬達186的轉速，以自動化地控制粉塵的餵入量。

接著，請參照第4A圖與第4B圖，其分別為第1圖中之氣流產生裝置140一實施例的示意圖以及氣流產生裝置140所產生的模擬人體呼吸呼氣量相對於時間的變化關係圖。如第4A圖所示，氣流產生裝置140包含氣壓缸142以及連接至氣壓缸142的偏心曲柄圓144。氣壓缸142連接至如第1圖中所示之切換閥136，當氣壓缸142的桿體被偏心曲柄圓144帶動拉出時，產生吸氣氣流至吸氣流道132(見第1圖)；當氣壓缸142的桿體被偏心曲柄圓144帶動推回時，切換閥136作動而使氣壓缸142產生的呼氣氣流流至呼氣流道134(見第1圖)。偏心曲柄圓144帶動氣壓缸142的動程，以讓模擬人體呼吸氣的呼氣量相對於時間可呈現弦波變化，如第4B圖所示。

更具體地說，在本實施例中，偏心曲柄圓144利用其偏心點與驅動馬達(未繪示)等裝置連接，驅動馬達驅動偏心曲柄圓144轉動，第2A圖中偏心曲柄圓144隨時間變化來轉動的情形係以虛線表示。隨著偏心曲柄圓144的轉動，其偏心點依序處於偏心曲柄圓144的右半部、上半部、左半部以及下半部，循環地移動。也就是說，本實施例之偏心曲柄圓144可以以逆時針方向轉動，但本發明並不限於此。在其他實施例中，偏心曲柄圓144也可以順時針方向轉動。

本實施例之偏心曲柄圓144在轉動時帶動氣壓缸142的動程，以讓模擬人體呼吸時的呼氣量相對於時間係呈現弦波變化，如第2B圖所示。此一呈現弦波變化的模擬人體呼吸氣，相較於習知技術，更接近人體呼吸時呼氣量的變化，其中當呼氣量為負值時表示為吸氣狀態。

綜上所述，本發明所提供的面罩阻塞性評估系統100可以模擬使用者佩帶面罩200時呼吸氣的情景，使得粉塵阻塞性的測試更符合真實佩帶的狀況。以下將配合實際測試時之數據進行說明。

表一為一種面罩在未提供粉塵通過時測試數值。其中面罩為一種拋棄式口罩，其係採用聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene；PTFE)做為薄膜濾層。

表二為一種面罩在使用傳統的量測方式進行面罩阻塞性的測試數值。面罩為一種拋棄式口罩，其係採用聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene；PTFE)做為薄膜濾層。比較例中所謂的傳統的量測方式舉例而言可以參考EN 149-2001-A1-2009的口罩標準測試，其中粉塵種類為標準粉塵(雲母石)，每分鐘的平均粉塵餵入量約為0.4公克。經過兩個小時後的量測結果如表二所示。

從表二的結果可以得知，經過兩個小時的粉塵阻塞性測試後，會達到儀器量測的上限，表示面罩完全堵塞，粉塵會在面罩上結成塊狀，空氣無法通過面罩。而根據實驗的數據，約在測試開始五分鐘之後，面罩便被粉塵完全塞住。上述情況明顯地不符使用者實際佩帶面罩的使用狀況。

表三為一種面罩在使用本發明所提供之面罩阻塞性評估系統進行面罩阻塞性的測試數值。面罩為一種拋棄式口罩，其係採用聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene；PTFE)做為薄膜濾層。實驗例中為應用如第1圖所示之面罩阻塞性評估系統進行量測，其中粉塵種類同樣為標準粉塵(雲母石)，每分鐘的平均粉塵餵入量同樣約為0.4公克，實驗例與比較例之差異在於實驗例中的面罩載具連接至呼吸模擬器，以產生模擬呼吸的往復氣流通過面罩。經過兩個小時後的量測結果如表三所示。

從表三的數值可以得知，經過阻塞性測試兩小時後，可發現口罩的防護效率及阻抗增加不多，較符合人體實際穿戴的情況。

從上述內容可以得知，面罩阻塞性評估系統透過呼吸模擬器提供了模擬人體呼吸的情景，使測試結果更為符合使用者長時間配戴面罩的狀況。此外，本系統中粉塵的餵入量可以透過控制單元調整馬達的轉速自動化調節，可以穩定提供粉塵至風洞罩體中。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。