TWI730673B - 安全帽 - Google Patents

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TWI730673B
TWI730673B TW109108471A TW109108471A TWI730673B TW I730673 B TWI730673 B TW I730673B TW 109108471 A TW109108471 A TW 109108471A TW 109108471 A TW109108471 A TW 109108471A TW I730673 B TWI730673 B TW I730673B
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韓永隆
黃啟峰
謝錦文
林宗義
古暘
呂依庭
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Abstract

一種安全帽，包含：一安全帽本體及一氣體偵測淨化機。氣體偵測淨化機包含一機體、一淨化模組、一導風機、一氣體偵測模組及一電源模組。氣體檢測模組包含一控制電路板、一氣體偵測主體、一微處理器、一通信器以及一電源單元。氣體偵測模組所偵測獲得一氣體偵測數據做運算處理，以控制導風機實施啟動或關閉之操作，而導風機實施啟動操作，供以導引氣體進入由該機體內部通過該淨化模組進行過濾淨化，最後排出直接對應到穿戴者鼻部及口部提供呼吸淨化氣體。

Description

安全帽
本案關於一種安全帽，尤指一種結含氣體偵測與淨化裝置的安全帽。
現代人對於生活周遭的空氣品質的要求愈來愈重視，例如一氧化碳、二氧化碳、揮發性有機物(Volatile Organic Compound，VOC)、PM2.5、一氧化氮、一氧化硫等等氣體，甚至於空氣中含有的微粒，都會在環境中暴露影響人體健康，嚴重的甚至危害到生命。此外，機車騎士在駕車時儘管戴著安全帽，仍會直接受到環境中的空氣品質影響。因此，空氣品質的好壞對於機車騎士相當重要，如何監測環境中的空氣品質並淨化空氣中的有害物質，使得機車騎士在駕車時仍可呼吸到乾淨的空氣，亦是當前重視的課題。
同時，若在監測環境中的空氣品質時能即時提供監測資訊，警示處在有害環境中的人，使其能夠即時預防或逃離，避免其因暴露於環境中的有害氣體中而造成健康的影響及傷害，是非常好的應用。
本案之主要目的係提供一種安全帽，可結合氣體偵測淨化機，供以偵測及淨化氣體導入安全帽本體內部，直接對應到穿戴者鼻部及口部，讓穿戴者能直接呼吸到淨化乾淨之氣體，且氣體偵測淨化機之氣體偵測模組，可以偵測安全帽本體內部之氣體而獲得一氣體偵測數據，並 依此氣體偵測數據做運算處理控制導風機實施啟動或關閉狀態之淨化氣體操作，以及對外傳輸至一外部裝置3獲得氣體偵測數據之一資訊及一通報警示，達到安全帽供穿戴時可隨時、隨地偵測氣體及淨化氣體供穿戴者呼吸到淨化乾淨空氣。
本案之一廣義實施態樣為一種安全帽，包含：一安全帽本體，具有一前緣部，對應到穿戴者鼻部及口部；一氣體偵測淨化機，設置於該安全帽本體之前緣部上，該氣體偵測淨化機包含：一機體，具有至少一進氣口、至少一出氣口以及在機體內部設置有一氣體流道，而該氣體流道介於該進氣口與該出氣口之間；一淨化模組，設置在該機體之該氣體流道中，以過濾該氣體流道所導入之一氣體；一導風機，設置在該機體之該氣體流道中，且鄰設於該淨化模組一側，導引該氣體由該進氣口進入通過該淨化模組進行過濾淨化，最後由該出氣口導出；一氣體偵測模組，設置在該機體中，包括一氣體偵測主體，供以偵測由該進氣口所導入該氣體而獲得一氣體偵測數據；一電源模組，設置在該機體中，供與該氣體偵測模組、該導風機電性連接而提供啟動電源；其中，該氣體偵測模組所偵測獲得該氣體偵測數據做運算處理，以控制該導風機實施啟動或關閉之操作，而該導風機實施啟動操作，供以導引該氣體由該進氣口進入通過該淨化模組進行過濾淨化，最後由出氣口導出直接對應到穿戴者鼻部及口部提供呼吸淨化氣體。
1:安全帽本體
11:前緣部
2:氣體偵測淨化機
21:機體
21a:進氣口
21b:出氣口
21c:氣體流道
22:淨化模組
22a:濾網單元
22b:光觸媒單元
221b:光觸媒
222b:紫外線燈
22c:光等離子單元
221c:奈米光管
22d:負離子單元
221d:電極線
222d:集塵板
223d:升壓電源器
22e:電漿離子單元
221e:電場上護網
222e:吸附濾網
223e:高壓放電極
224e:電場下護網
225e:升壓電源器
23:導風機
23a:致動泵
231:進流板
231a:進流孔
231b:匯流排槽
231c:匯流腔室
232:共振片
232a:中空孔
232b:可動部
232c:固定部
233:壓電致動器
233a:懸浮板
233b:外框
233c:支架
233d:壓電元件
233e:間隙
233f:凸部
234:第一絕緣片
235:導電片
236:第二絕緣片
237:腔室空間
24:氣體偵測模組
24a:控制電路板
24b:氣體偵測主體
241:基座
2411:第一表面
2412:第二表面
2413:雷射設置區
2414:進氣溝槽
2414a:進氣通口
2414b:透光窗口
2415:導氣組件承載區
2415a:通氣孔
2415b:定位凸塊
2416:出氣溝槽
2416a:出氣通口
2416b:第一區間
2416c:第二區間
2417:光陷阱區
2417a:光陷阱結構
242:壓電致動元件
2421:噴氣孔片
2421a:懸浮片
2421b:中空孔洞
2421c:空隙
2422:腔體框架
2423:致動體
2423a:壓電載板
2423b:調整共振板
2423c:壓電板
2423d:壓電接腳
2424:絕緣框架
2425:導電框架
2425a:導電接腳
2425b:導電電極
2426:共振腔室
2427:氣流腔室
243:驅動電路板
244:雷射組件
245:微粒傳感器
246:外蓋
2461:側板
2461a:進氣框口
2461b:出氣框口
247a:第一揮發性有機物傳感器
247b:第二揮發性有機物傳感器
24c:微處理器
24d:通信器
24e:電源單元
25:電源模組
3:外部裝置
D:光陷阱距離
第1圖為本案安全帽之立體外觀示意圖。
第2A圖為本案安全帽之氣體偵測淨化機之立體外觀示意圖。
第2B圖為本案安全帽之氣體偵測淨化機之側視剖面示意圖。
第2C圖為本案安全帽之氣體偵測淨化機之俯視剖面示意圖。
第3A圖為第2C圖中濾網單元搭配光觸媒單元所構成淨化模組之剖面示意圖。
第3B圖為第2C圖中濾網單元搭配光等離子單元所構成淨化模組之剖面示意圖。
第3C圖為第2C圖中濾網單元搭配負離子單元所構成淨化模組之剖面示意圖。
第3D圖為第2C圖中濾網單元搭配電漿離子單元所構成淨化模組之剖面示意圖。
第4圖為本案安全帽之氣體淨化流向剖面示意圖。
第5A圖為本案安全帽之致動泵立體分解示意圖。
第5B圖為本案安全帽之致動泵自另一角度所視得之立體分解示意圖。
第6A圖為本案安全帽之致動泵之剖面示意圖。
第6B圖為本案安全帽之致動泵另一實施例之剖面示意圖。
第6C圖至第6E圖為本案安全帽之致動泵之作動示意圖。
第7圖為本案氣體偵測模組之外觀立體示意圖。
第8A圖為本案氣體偵測模組之氣體偵測主體之外觀立體示意圖。
第8B圖為本案氣體偵測模組之氣體偵測主體另一角度之外觀立體示意圖。
第8C圖為本案氣體偵測模組之氣體偵測主體之分解立體示意圖。
第9A圖為本案氣體偵測模組之氣體偵測主體之基座立體示意圖。
第9B圖為本案氣體偵測模組之氣體偵測主體之基座另一角度立體示意圖。
第10圖為本氣體偵測模組之案氣體偵測主體之基座容置雷射組件及微粒傳感器立體示意圖。
第11A圖為本案氣體偵測模組之氣體偵測主體之壓電致動元件結合基座分解立體示意圖。
第11B圖為本案氣體偵測模組之氣體偵測主體之壓電致動元件結合基座立體示意圖。
第12A圖為本案氣體偵測模組之氣體偵測主體之壓電致動元件分解立體示意圖。
第12B圖為本案氣體偵測模組之氣體偵測主體之壓電致動元件另一角度分解立體示意圖。
第13A圖為本案氣體偵測模組之氣體偵測主體之壓電致動元件結合於導氣組件承載區之剖面示意圖。
第13B圖及第13C圖為第13A圖之壓電致動元件作動示意圖。
第14A圖至第14C圖為本案氣體偵測模組之氣體偵測主體之氣體路徑示意圖。
第15圖為本案氣體偵測主體之雷射組件發射光束路徑示意圖。
第16圖為本案氣體偵測模組之控制電路板與相關構件配置關係方塊示意圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非用以限制本案。
請參閱第1圖及第4圖所示，本案提供一種安全帽，主要包含一安全帽本體1及一氣體偵測淨化機2。於本案實施例中，外部裝置3(如第16圖所 示)設置於安全帽本體1之前緣部11上，供以偵測及淨化氣體導入安全帽本體1內部，直接對應到穿戴者鼻部及口部。
請參閱第2A圖至第2C圖，於本案實施例中，本案之氣體偵測淨化機2包含一機體21、一淨化模組22、一導風機23、一氣體偵測模組24及一電源模組25。上述之機體21具有至少一進氣口21a、至少一出氣口21b以及在機體21內部設置有一氣體流道21c，而氣體流道21c介於進氣口21a與出氣口21b之間。上述之淨化模組22設置在氣體流道21c中，以過濾氣體流道21c所導入氣體。上述之導風機23設置在氣體流道21c中，且鄰設於淨化模組22一側，導引氣體由進氣口21a導入通過淨化模組22進行過濾淨化，最後由出氣口21b導出。上述之氣體偵測模組24，設置在機體21中，供以偵測由進氣口21a所導入氣體而獲得一氣體偵測數據。上述之電源模組25，設置在機體21中，供與氣體偵測模組24、導風機23電性連接而提供啟動電源。如此，氣體偵測模組24所偵測獲得氣體偵測數據做運算處理，以控制導風機23實施啟動或關閉之操作，而導風機23實施啟動操作，供以導引氣體由進氣口21a進入通過淨化模組22進行過濾淨化，最後由出氣口21b導出淨化氣體，穿戴者戴上安全帽本體1時，促使淨化氣體直接對應到穿戴者鼻部及口部提供呼吸淨化氣體。
再請參閱第2C圖、第3A圖至第3D圖所示，上述之淨化模組22置位於氣體流道21c中，可以是多種實施樣態。例如，如第2C圖所示，淨化模組22可為一種濾網單元22a。當氣體透過導風機23控制導入氣體流道21c中時，受濾網單元22a吸附氣體中所含化學煙霧、細菌、塵埃微粒及花粉，以達過濾導入之氣體進行過濾淨化之效果，其中濾網單元22a可為靜電濾網、活性碳濾網或高效濾網(High-Efficiency Particulate Air， HEPA)之其中之一。又，在一些實施例中，濾網單元22a上可以塗佈一層二氧化氯之潔淨因子，抑制氣體中病毒、細菌，使A型流感病毒、B型流感病毒、腸病毒及諾羅病毒之抑制率超過99%以上，幫助減少病毒交互傳染；在另一些實施例中，濾網單元22a上可以塗佈一層萃取了銀杏及日本鹽膚木的草本加護塗層，構成一草本加護抗敏濾網，可有效抗敏，更可破壞通過濾網的流感病毒(例如：H1N1流感病毒)表面蛋白；在另一些實施例中，濾網單元22a上可以塗佈銀離子，抑制氣體中病毒、細菌。
如第3A圖所示，淨化模組22可為濾網單元22a搭配光觸媒單元22b之型態，光觸媒單元22b包含一光觸媒221b及一紫外線燈222b，分別設置氣體流道21c中並保持一間距，使氣體透過導風機23控制導入氣體流道21c中，且光觸媒221b透過紫外線燈222b照射得以將光能轉換化學能，藉此對氣體分解有害氣體及消毒殺菌，以達過濾導入之氣體以進行過濾淨化之效果。
如第3B圖所示，淨化模組22可為濾網單元22a搭配光等離子單元22c之型態，光等離子單元22c包含一奈米光管221c，設置氣體流道21c中。當氣體透過導風機23控制導入氣體流道21c中時，透過奈米光管221c照射，得以將氣體中的氧分子及水分子分解成具高氧化性之光等離子，形成具有破壞有機分子的離子氣流，將氣體中含有揮發性甲醛、甲苯、揮發性有機氣體(Volatile Organic Compounds，VOC)等氣體分子分解成水和二氧化碳，以過濾導入之氣體進行過濾淨化之效果。
如第3C圖所示，為淨化模組22可為濾網單元22a搭配負離子單元22d，負離子單元22d包含至少一電極線221d、至少一集塵板222d及一升壓電源器223d，每個電極線221d、每個集塵板222d設置於氣體流道21c中， 而升壓電源器223d提供每個電極線221d高壓電，每個集塵板222d帶有負電荷，當氣體透過導風機23控制導入氣體流道21c中時，透過每個電極線221d高壓放電，得以使氣體中所含微粒帶正電荷附著在帶負電荷的每個集塵板222d上，以達過濾導入之氣體進行過濾淨化之效果。
如第3D圖所示，為淨化模組22可為濾網單元22a搭配電漿離子單元22e，包含一電場上護網221e、一吸附濾網222e、一高壓放電極223e、一電場下護網224e及一升壓電源器225e，其中電場上護網221e、吸附濾網222e、高壓放電極223e及電場下護網224e設設置於氣體流道21c中，且吸附濾網222e、高壓放電極223e被夾設於電場上護網221e、電場下護網224e之間，而升壓電源器225e提供高壓放電極223e高壓電，以產生高壓電漿柱，高壓電漿柱帶有電漿離子，當氣體透過導風機23控制導入氣體流道21c中，透過電漿離子使得氣體中所含氧分子與水分子電離生成陽離子(H+)和陰離子(O2 -)，且離子周圍附著有水分子的物質附著在病毒和細菌的表面之後，在化學反應的作用下，會轉化成強氧化性的活性氧(羥基，OH基)，從而奪走病毒和細菌表面蛋白質的氫，將其分解(氧化分解)，以進行過濾導入之氣體達到過濾淨化之效果。
本案之導風機23可為一風扇，例如，渦漩風扇、離心風扇等，或者為第5A圖、第5B圖、第6A圖及第6B圖所示導風機23可為一致動泵23a。上述之致動泵23a由一進流板231、一共振片232、一壓電致動器233、一第一絕緣片234、一導電片235及一第二絕緣片236依序堆疊組成。其中進流板231具有至少一進流孔231a、至少一匯流排槽231b及一匯流腔室231c，進流孔231a供導入氣體，進流孔231a對應貫通匯流排槽231b，且匯流排槽231b匯流到匯流腔室231c，使進流孔231a所導入氣體得以匯流至匯流腔室231c中。於本實施例中，進流孔231a與匯流排槽231b 之數量相同，進流孔231a與匯流排槽231b之數量分別為4個，並不以此為限，4個進流孔231a分別貫通4個匯流排槽231b，且4個匯流排槽231b匯流到匯流腔室231c。
請參閱第5A圖、第5B圖及第6A圖所示，上述之共振片232透過貼合方式組接於進流板231上，且共振片232上具有一中空孔232a、一可動部232b及一固定部232c，中空孔232a位於共振片232的中心處，並與進流板231的匯流腔室231c對應，而可動部232b設置於中空孔232a的周圍且與匯流腔室231c相對的區域，而固定部232c設置於共振片232的外周緣部分而貼固於進流板231上。
請繼續參閱第5A圖、第5B圖及第6A圖所示，上述之壓電致動器233包含有一懸浮板233a、一外框233b、至少一支架233c、一壓電元件233d、至少一間隙233e及一凸部233f。其中，懸浮板233a為一正方形型態，懸浮板233a之所以採用正方形，乃相較於圓形懸浮板之設計，正方形懸浮板233a之結構明顯具有省電之優勢，因在共振頻率下操作之電容性負載，其消耗功率會隨頻率之上升而增加，又因邊長正方形懸浮板233a之共振頻率明顯較圓形懸浮板低，故其相對的消耗功率亦明顯較低，亦即本案所採用正方形設計之懸浮板233a，具有省電優勢之效益；外框233b環繞設置於懸浮板233a之外側；至少一支架233c連接於懸浮板233a與外框233b之間，以提供彈性支撐懸浮板233a的支撐力；以及一壓電元件233d具有一邊長，邊長小於或等於懸浮板233a之一懸浮板邊長，且壓電元件233d貼附於懸浮板233a之一表面上，用以施加電壓以驅動懸浮板233a彎曲振動；而懸浮板233a、外框233b與支架233c之間構成至少一間隙233e，用以供氣體通過；凸部233f為設置於懸浮板233a貼附壓電元件233d之表面的相對之另一表面。於本實施例中，凸部233f 可為透過於懸浮板233a利用一蝕刻製程製出一體成型突出於貼附壓電元件233d之表面的相對之另一表面上之一凸狀結構。
請繼續參閱第5A圖、第5B圖及第6A圖所示，上述之進流板231、共振片232、壓電致動器233、第一絕緣片234、導電片235及第二絕緣片236依序堆疊組合，其中懸浮板233a與共振片232之間需形成一腔室空間237，腔室空間237可利用於共振片232及壓電致動器233之外框233b之間的間隙填充一材質形成，例如：導電膠，但不以此為限，以使共振片232與懸浮板233a之間可維持一定深度形成腔室空間237，進而可導引氣體更迅速地流動，且因懸浮板233a與共振片232保持適當距離使彼此接觸干涉減少，促使噪音產生可被降低，當然於另一實施例中，亦可藉由壓電致動器233之外框233b高度加高來減少共振片232及壓電致動器233之外框233b之間的間隙所填充導電膠之厚度，如此致動泵23a整體結構組裝不因導電膠之填充材質會因熱壓溫度及冷卻溫度而間接影響到，避免導電膠之填充材質因熱脹冷縮因素影響到成型後腔室空間237之實際間距，但不以此為限。另外，腔室空間237將會影響致動泵23a的傳輸效果，故維持一固定的腔室空間237對於致動泵23a提供穩定的傳輸效率是十分重要的。
因此於第6B圖所示，另一些壓電致動器233實施例中，懸浮板233a可以採以沖壓成形使其向外延伸一距離，其向外延伸距離可由至少一支架233c成形於懸浮板233a與外框233b之間所調整，使在懸浮板233a上的凸部233f的表面與外框233b的表面兩者形成非共平面，利用於外框233b的組配表面上塗佈少量填充材質，例如：導電膠，以熱壓方式使壓電致動器233貼合於共振片232的固定部232c，進而使得壓電致動器233得以與共振片232組配結合，如此直接透過將上述壓電致動器233之懸浮 板233a採以沖壓成形構成一腔室空間237的結構改良，所需的腔室空間237得以透過調整壓電致動器233之懸浮板233a沖壓成形距離來完成，有效地簡化了調整腔室空間237的結構設計，同時也達成簡化製程，縮短製程時間等優點。此外，第一絕緣片234、導電片235及第二絕緣片236皆為框型的薄型片體，依序堆疊於壓電致動器233上即組構成致動泵23a整體結構。
為了瞭解上述致動泵23a提供氣體傳輸之輸出作動方式，請繼續參閱第6C圖至第6E圖所示，請先參閱第6C圖，壓電致動器233的壓電元件233d被施加驅動電壓後產生形變帶動懸浮板233a向下位移，此時腔室空間237的容積提升，於腔室空間237內形成了負壓，便汲取匯流腔室231c內的氣體進入腔室空間237內，同時共振片232受到共振原理的影響被同步向下位移，連帶增加了匯流腔室231c的容積，且因匯流腔室231c內的氣體進入腔室空間237的關係，造成匯流腔室231c內同樣為負壓狀態，進而通過進流孔231a及匯流排槽231b來吸取氣體進入匯流腔室231c內；請再參閱第6D圖，壓電元件233d帶動懸浮板233a向上位移，壓縮腔室空間237，同樣的，共振片232被懸浮板233a因共振而向上位移，迫使同步推擠腔室空間237內的氣體往下通過間隙233e向下傳輸，以達到傳輸氣體的效果；最後請參閱第6E圖，當懸浮板233a回復原位時，共振片232仍因慣性而向下位移，此時的共振片232將使壓縮腔室空間237內的氣體向間隙233e移動，並且提升匯流腔室231c內的容積，讓氣體能夠持續地通過進流孔231a及匯流排槽231b來匯聚於匯流腔室231c內，透過不斷地重複上述第6C圖至第6E圖所示之致動泵23a提供氣體傳輸作動步驟，使致動泵23a能夠使氣體連續自進流孔231a進入進流 板231及共振片232所構成流道產生壓力梯度，再由間隙233e向下傳輸，使氣體高速流動，達到致動泵23a傳輸氣體輸出的作動操作。
又如第2B圖、第2C圖、第7圖及第16圖所示，上述之氣體偵測模組24設置在機體21中，供以偵測安全帽本體1內部之氣體而獲得一氣體偵測數據；氣體偵測模組24包含一控制電路板24a、一氣體偵測主體24b、一微處理器24c、一通信器24d以及一電源單元24e；其中氣體偵測主體24b、微處理器24c、通信器24d以及電源單元24e封裝於控制電路板24a成一體電性連接，而電源單元24e提供氣體偵測主體24b之啟動運作電源，促使氣體偵測主體24b偵測由機體21外導入氣體而獲得氣體偵測數據，且電源單元24e可透過與電源模組25電性連接而獲得電源；而微處理器24c接收氣體偵測數據做運算處理並控制導風機23之啟動或關閉狀態以實施淨化氣體操作，以及通信器24d接收微處理器24c之氣體偵測數據，並對外傳輸至一外部裝置3，使外部裝置3獲得氣體偵測數據之一資訊及一通報警示。外部裝置3為一行動裝置或雲端處理裝置。
又如第7圖、第8A圖至第8C圖、第9A圖至第9B圖、第10圖及第11A圖至第11B圖所示，上述氣體偵測主體24b包含一基座241、一壓電致動元件242、一驅動電路板243、一雷射組件244、一微粒傳感器245及一外蓋246。其中，基座241具有一第一表面2411、一第二表面2412、一雷射設置區2413、一進氣溝槽2414、一導氣組件承載區2415及一出氣溝槽2416，第一表面2411及第二表面2412為相對設置之兩個表面。雷射設置區2413自第一表面2411朝向第二表面2412挖空形成。進氣溝槽2414自第二表面2412凹陷形成，且鄰近雷射設置區2413。又，外蓋246罩蓋基座241，並具有一側板2461，側板2461具有一進氣框口2461a及一出氣框口2461b。而進氣溝槽2414設有一進氣通口2414a，連通於基 座241的外部，並與外蓋246的進氣框口2461a對應，以及兩側壁貫穿一透光窗口2414b，與雷射設置區2413連通。因此，基座241的第一表面2411被外蓋246貼附封蓋，第二表面2412被驅動電路板243貼附封蓋，致使進氣溝槽2414定義出一進氣路徑(如第10圖及第14A圖所示)。
又如第9A圖至第9B圖所示，上述之導氣組件承載區2415由第二表面2412凹陷形成，並連通進氣溝槽2414，且於底面貫通一通氣孔2415a。而上述之出氣溝槽2416設有一出氣通口2416a，出氣通口2416a與外蓋246的出氣框口2461b對應設置。出氣溝槽2416包含由第一表面2411對應於導氣組件承載區2415的垂直投影區域凹陷形成的一第一區間2416b，以及於非導氣組件承載區2415的垂直投影區域所延伸的區域，且由第一表面2411至第二表面2412挖空形成的第二區間2416c，其中第一區間2416b與第二區間2416c相連以形成段差，且出氣溝槽2416的第一區間2416b與導氣組件承載區2415的通氣孔2415a相通，出氣溝槽2416的第二區間2416c與出氣通口2416a連通。因此，當基座241的第一表面2411被外蓋246貼附封蓋，第二表面2412被驅動電路板243貼附封蓋時，致使出氣溝槽2416與驅動電路板243共同定義出一出氣路徑(如第10圖至第14C圖所示)。
又如第8C圖及第10圖所示，上述之雷射組件244及微粒傳感器245皆設置於驅動電路板243上，且位於基座241內，為了明確說明雷射組件244及微粒傳感器245與基座241之位置，故特意於第10圖中省略驅動電路板243。再參閱第8C圖、第9B圖、第10圖所示，雷射組件244容設於基座241的雷射設置區2413內，微粒傳感器245容設於基座241的進氣溝槽2414內，並與雷射組件244對齊。此外，雷射組件244對應到透光窗口2414b，透光窗口2414b供雷射組件244所發射的雷射光穿過，使雷射光 照射至進氣溝槽2414內。雷射組件244所發出射出之光束路徑為穿過透光窗口2414b且與進氣溝槽2414形成正交方向。雷射組件244發射光束通過透光窗口2414b進入進氣溝槽2414內，進氣溝槽2414內的氣體中所含懸浮微粒被照射，當光束接觸到懸浮微粒時會散射並產生投射光點，微粒傳感器245接收散射所產生的投射光點進行計算，以獲取氣體中所含懸浮微粒之粒徑及濃度的相關資訊。其中氣體中所含懸浮微粒包含細菌、病毒。其中微粒傳感器245為PM2.5傳感器。
又如第11A圖及第11B圖所示，上述之壓電致動元件242容設於基座241的導氣組件承載區2415，導氣組件承載區2415呈一正方形，其四個角分別設有一定位凸塊2415b，壓電致動元件242通過四個定位凸塊2415b設置於導氣組件承載區2415內。此外，如第9A圖、第9B圖、第14B圖及第14C圖所示，導氣組件承載區2415與進氣溝槽2414相通，當壓電致動元件242作動時，汲取進氣溝槽2414內的氣體進入壓電致動元件242，並將氣體通過導氣組件承載區2415的通氣孔2415a，進入至出氣溝槽2416。
又如第8B圖及第8C圖所示，上述之驅動電路板243封蓋貼合於基座241的第二表面2412。雷射組件244設置於驅動電路板243上，並與驅動電路板243電性連接。微粒傳感器245亦設置於驅動電路板243上，並與驅動電路板243電性連接。又如第8A圖所示，當外蓋246罩蓋基座241時，進氣框口2461a對應到基座241之進氣通口2414a(第14A圖所示)，出氣框口2461b對應到基座241之出氣通口2416a(第14C圖所示)。
以及參閱第12A圖及第12B圖所示，上述之壓電致動元件242包含一噴氣孔片2421、一腔體框架2422、一致動體2423、一絕緣框架2424及一導電框架2425。其中，噴氣孔片2421為具有可撓性之材料製作，具有 一懸浮片2421a、一中空孔洞2421b。懸浮片2421a為可彎曲振動之片狀結構，其形狀與尺寸大致對應導氣組件承載區2415的內緣，但不以此為限，懸浮片2421a之形狀亦可為方形、圓形、橢圓形、三角形及多角形其中之一；中空孔洞2421b係貫穿於懸浮片2421a之中心處，以供氣體流通。
又參閱第12A圖、第12B圖及第13A圖所示，上述之腔體框架2422疊設於噴氣孔片2421，且其外型與噴氣孔片2421對應。致動體2423疊設於腔體框架2422上，並與腔體框架2422、懸浮片2421a之間定義一共振腔室2426。絕緣框架2424疊設於致動體2423，其外觀與腔體框架2422近似。導電框架2425疊設於絕緣框架2424，其外觀與絕緣框架2424近似，且導電框架2425具有一導電接腳2425a及一導電電極2425b，導電接腳2425a自導電框架2425的外緣向外延伸，導電電極2425b自導電框架2425內緣向內延伸。此外，致動體2423更包含一壓電載板2423a、一調整共振板2423b及一壓電板2423c。壓電載板2423a承載疊置於腔體框架2422上。調整共振板2423b承載疊置於壓電載板2423a上。壓電板2423c承載疊置於調整共振板2423b上。而調整共振板2423b及壓電板2423c容設於絕緣框架2424內，並由導電框架2425的導電電極2425b電連接壓電板2423c。其中，壓電載板2423a、調整共振板2423b皆為可導電的材料所製成，壓電載板2423a具有一壓電接腳2423d，壓電接腳2423d與導電接腳2425a連接驅動電路板243上的驅動電路(未圖示)，以接收驅動訊號(驅動頻率及驅動電壓)，驅動訊號得以由壓電接腳2423d、壓電載板2423a、調整共振板2423b、壓電板2423c、導電電極2425b、導電框架2425、導電接腳2425a形成一迴路，並由絕緣框架2424將導電框架2425與致動體2423之間阻隔，避免短路發生，使驅動訊號得以傳遞至壓電 板2423c。壓電板2423c接受驅動訊號(驅動頻率及驅動電壓)後，因壓電效應產生形變，來進一步驅動壓電載板2423a及調整共振板2423b產生往復式地彎曲振動。
承上所述，調整共振板2423b位於壓電板2423c與壓電載板2423a之間，作為兩者之間的緩衝物，可調整壓電載板2423a的振動頻率。基本上，調整共振板2423b的厚度大於壓電載板2423a的厚度，且調整共振板2423b的厚度可變動，藉此調整致動體2423的振動頻率。
請同時參閱第12A圖、第12B圖及第13A圖所示，噴氣孔片2421、腔體框架2422、致動體2423、絕緣框架2424及導電框架2425依序對應堆疊並設置定位於導氣組件承載區2415內，促使壓電致動元件242承置定位於導氣組件承載區2415內，並以底部固設於定位凸塊2415b上支撐定位，因此壓電致動元件242在懸浮片2421a及導氣組件承載區2415的內緣之間定義出一空隙2421c，以供氣體流通。
請先參閱第13A圖所示，上述之噴氣孔片2421與導氣組件承載區2415之底面間形成一氣流腔室2427。氣流腔室2427透過噴氣孔片2421之中空孔洞2421b，連通致動體2423、腔體框架2422及懸浮片2421a之間的共振腔室2426，透過控制共振腔室2426中氣體之振動頻率，使其與懸浮片2421a之振動頻率趨近於相同，可使共振腔室2426與懸浮片2421a產生亥姆霍茲共振效應(Helmholtz resonance)，俾使氣體傳輸效率提高。
請參閱第13B圖所示，當壓電板2423c向遠離導氣組件承載區2415之底面移動時，壓電板2423c帶動噴氣孔片2421之懸浮片2421a以遠離導氣組件承載區2415之底面方向移動，使氣流腔室2427之容積急遽擴張，其內部壓力下降形成負壓，吸引壓電致動元件242外部的氣體由空隙 2421c流入，並經由中空孔洞2421b進入共振腔室2426，使共振腔室2426內的氣壓增加而產生一壓力梯度；再如第13C圖所示，當壓電板2423c帶動噴氣孔片2421之懸浮片2421a朝向導氣組件承載區2415之底面移動時，共振腔室2426中的氣體經中空孔洞2421b快速流出，擠壓氣流腔室2427內的氣體，並使匯聚後之氣體以接近白努利定律之理想氣體狀態快速且大量地噴出導入導氣組件承載區2415的通氣孔2415a中。是以，透過重複第13B圖及第13C圖的動作後，得以壓電板2423c往復式地振動，依據慣性原理，排氣後的共振腔室2426內部氣壓低於平衡氣壓會導引氣體再次進入共振腔室2426中，如此控制共振腔室2426中氣體之振動頻率與壓電板2423c之振動頻率趨近於相同，以產生亥姆霍茲共振效應，俾實現氣體高速且大量的傳輸。
又如第14A圖所示，氣體皆由外蓋246的進氣框口2461a進入，通過進氣通口2414a進入至基座241的進氣溝槽2414，並流至微粒傳感器245的位置。再如第11B圖所示，壓電致動元件242持續驅動會吸取進氣路徑之氣體，以利外部氣體快速導入且穩定流通，並通過微粒傳感器245上方，此時雷射組件244發射光束通過透光窗口2414b進入進氣溝槽2414內，進氣溝槽2414通過微粒傳感器245上方的氣體被照射其中所含懸浮微粒，當照射光束接觸到懸浮微粒時會散射並產生投射光點，微粒傳感器245接收散射所產生的投射光點進行計算以獲取氣體中所含懸浮微粒之粒徑及濃度的相關資訊，而微粒傳感器245上方的氣體也持續受壓電致動元件242驅動傳輸而導入導氣組件承載區2415的通氣孔2415a中，進入出氣溝槽2416的第一區間2416b。最後如第14C圖所示，氣體進入出氣溝槽2416的第一區間2416b後，由於壓電致動元件242會不斷 輸送氣體進入第一區間2416b，於第一區間2416b的氣體將會被推引至第二區間2416c，最後通過出氣通口2416a及出氣框口2461b向外排出。
再參閱第15圖所示，基座241更包含一光陷阱區2417，光陷阱區2417自第一表面2411至第二表面2412挖空形成，並對應至雷射設置區2413，且光陷阱區2417經過透光窗口2414b而使雷射組件244所發射之光束能投射到其中，光陷阱區2417設有一斜椎面之光陷阱結構2417a，光陷阱結構2417a對應到雷射組件244所發射之光束的路徑；此外，光陷阱結構2417a使雷射組件244所發射之投射光束在斜椎面結構反射至光陷阱區2417內，避免光束反射至微粒傳感器245的位置，且光陷阱結構2417a所接收之投射光束之位置與透光窗口2414b之間保持有一光陷阱距離D，避免投射在光陷阱結構2417a上投射光束反射後因過多雜散光直接反射回微粒傳感器245的位置，造成偵測精度的失真。
再請繼續參閱第8C圖及第15圖所示，本案之氣體偵測模組24構造不僅可針對氣體中微粒進行偵測，更可進一步針對導入氣體之特性做偵測，例如氣體為甲醛、氨氣、一氧化碳、二氧化碳、氧氣、臭氧等。因此本案之氣體偵測模組24更包含第一揮發性有機物傳感器247a，第一揮發性有機物傳感器247a定位設置並電性連接於驅動電路板243，且容設於出氣溝槽2416中，對出氣路徑所導出之氣體做偵測，用以偵測出氣路徑的氣體中所含有之揮發性有機物的濃度或特性。或者，本案之氣體偵測模組24更包含一第二揮發性有機物傳感器247b，第二揮發性有機物傳感器247b定位設置並電性連接於驅動電路板243，而第二揮發性有機物傳感器247b容設於光陷阱區2417，對於通過進氣溝槽2414的進氣路徑且經過透光窗口2414b而導入光陷阱區2417內的氣體中所含有揮發性有機物的濃度或特性。
綜上所述，本案所提供之安全帽，可結合氣體偵測淨化機，供以偵測及淨化氣體導入安全帽本體內部，直接對應到穿戴者鼻部及口部，讓穿戴者能直接呼吸到淨化乾淨之氣體，且氣體偵測淨化機之氣體偵測模組，可以偵測安全帽本體內部之氣體而獲得一氣體偵測數據，並依此氣體偵測數據做運算處理控制導風機實施啟動或關閉狀態之淨化氣體操作，以及對外傳輸至一外部裝置獲得氣體偵測數據之一資訊及一通報警示，達到安全帽供穿戴時可隨時、隨地偵測氣體及淨化氣體供穿戴者呼吸到淨化乾淨空氣之目的，極具實用價值。
本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
1:安全帽本體
11:前緣部
2:氣體偵測淨化機

Claims (26)

  1. 一種安全帽，包含：一安全帽本體，具有一前緣部，對應到穿戴者之一鼻部及一口部；一氣體偵測淨化機，設置於該安全帽本體之該前緣部上，該氣體偵測淨化機包含：一機體，具有至少一進氣口、至少一出氣口及一該機體內部設置之氣體流道，而該氣體流道介於該進氣口及該出氣口之間；一淨化模組，設置在該機體之該氣體流道中，以過濾該氣體流道所導入之一氣體；一導風機，設置在該機體之該氣體流道中，且鄰設於該淨化模組之一側；一氣體偵測模組，設置在該機體中，包括一氣體偵測主體，供以偵測由該進氣口所導入該氣體而獲得一氣體偵測數據，該氣體偵測主體包括一基座及一雷射組件，該基座包括一雷射設置區及一光陷阱區，該雷射組件對應容設於該雷射設置區中，且發射出光束形成一光束路徑，該光陷阱區對應該光束路徑；一電源模組，設置在該機體中，供與該氣體偵測模組及該導風機電性連接而提供啟動電源；其中，該氣體偵測模組所偵測獲得該氣體偵測數據做運算處理，以控制該導風機實施啟動或關閉之操作，而該導風機實施啟動操作，供以導引該氣體由該進氣口進入通過該淨化模組進行過濾淨化，最後由該出氣口導出直接對應到穿戴者之該鼻部及該口部提供呼吸淨化氣體。
  2. 如請求項1之安全帽，其中該淨化模組為一濾網單元。
  3. 如請求項2之安全帽，其中該濾網單元為一靜電濾網、一活性碳濾網 及一高效濾網之其中之一。
  4. 如請求項2之安全帽，其中該濾網單元上塗佈一層二氧化氯之潔淨因子，抑制氣體中病毒、細菌。
  5. 如請求項2之安全帽，其中該濾網單元上塗佈一層萃取了銀杏及日本鹽膚木的草本加護塗層，構成一草本加護抗敏濾網，有效抗敏及破壞通過濾網的流感病毒表面蛋白。
  6. 如請求項2之安全帽，其中該濾網單元上塗佈一銀離子，抑制氣體中病毒、細菌。
  7. 如請求項2之安全帽，其中該淨化模組為該濾網單元搭配一光觸媒單元所構成，該光觸媒單元包含一光觸媒及一紫外線燈，該光觸媒透過該紫外線燈照射而分解導入該氣體以進行過濾淨化。
  8. 如請求項2之安全帽，其中該淨化模組為該濾網單元搭配一光等離子單元所構成，該光等離子單元包含一奈米光管，透過該奈米光管照射該氣體，促使該氣體中所含之揮發性有機氣體分解，以淨化導入該氣體。
  9. 如請求項2之安全帽，其中該淨化模組為該濾網單元搭配一負離子單元所構成，該負離子單元包含至少一電極線、至少一集塵板及一升壓電源器，透過該電極線高壓放電，將導入該氣體中所含微粒吸附在該集塵板上，以過濾淨化導入該氣體。
  10. 如請求項2之安全帽，其中該淨化模組為該濾網單元搭配一電漿離子單元所構成，該電漿離子單元包含一電場上護網、一吸附濾網、一高壓放電極、一電場下護網及一升壓電源器，該升壓電源器提供該高壓放電極高壓電，以產生高壓電漿柱使高壓電漿柱中之電漿離子分解導入該氣體中的病毒或細菌。
  11. 如請求項1之安全帽，其中該導風機為一風扇。
  12. 如請求項1之安全帽，其中該導風機為一致動泵。
  13. 如請求項12之安全帽，其中該致動泵包含：一進流板，具有至少一進流孔、至少一匯流排槽及一匯流腔室，其中該進流孔供導入該氣體，該進流孔對應貫通該匯流排槽，且該匯流排槽匯流到該匯流腔室，使該進流孔所導入該氣體匯流至該匯流腔室中；一共振片，接合於該進流板上，具有一中空孔、一可動部及一固定部，該中空孔位於該共振片中心處，並與該進流板的該匯流腔室對應，而該可動部設置於該中空孔周圍且與該匯流腔室相對的區域，而該固定部設置於該共振片的外周緣部分而貼固於該進流板上；以及一壓電致動器，接合於該共振片上相對應設置；其中，該共振片與該壓電致動器之間具有一腔室空間，以使該壓電致動器受驅動時，使該氣體由該進流板之該進流孔導入，經該匯流排槽匯集至該匯流腔室中，再流經該共振片之該中空孔，由該壓電致動器與該共振片之該可動部產生共振傳輸該氣體。
  14. 如請求項13之安全帽，其中該壓電致動器包含：一懸浮板，具有一正方形型態，可彎曲振動；一外框，環繞設置於該懸浮板之外側；至少一支架，連接於該懸浮板與該外框之間，以提供該懸浮板彈性支撐；以及一壓電元件，具有一邊長，該邊長小於或等於該懸浮板之一懸浮板邊長，且該壓電元件貼附於該懸浮板之一表面上，用以施加電壓以驅動該懸浮板彎曲振動。
  15. 如請求項13之安全帽，其中該致動泵進一步包含一第一絕緣片、一導電片及一第二絕緣片，其中該進流板、該共振片、該壓電致動器、 該第一絕緣片、該導電片及該第二絕緣片依序堆疊結合設置。
  16. 如請求項13之安全帽，其中該壓電致動器包含：一懸浮板，具有一正方形型態，可彎曲振動；一外框，環繞設置於該懸浮板之外側；至少一支架，連接成形於該懸浮板與該外框之間，以提供該懸浮板彈性支撐，並使該懸浮板之一表面與該外框之一表面形成為非共平面結構，且使該懸浮板之一表面與該共振片保持一腔室空間；以及一壓電元件，具有一邊長，該邊長小於或等於該懸浮板之一懸浮板邊長，且該壓電元件貼附於該懸浮板之一表面上，用以施加電壓以驅動該懸浮板彎曲振動。
  17. 如請求項1之安全帽，其中該氣體偵測模組進一步包含一控制電路板、一微處理器、一通信器以及一電源單元，該氣體偵測主體、該微處理器、該通信器及該電源單元封裝於該控制電路板成一體電性連接，該電源單元與該電源模組電性連接，提供該氣體偵測主體之啟動運作電源，而該氣體偵測主體偵測由該機體外導入該氣體，供以獲得該氣體偵測數據，而該微處理器接收該氣體偵測數據做運算處理，並控制該導風機實施啟動或關閉，以及該通信器接收該微處理器之該氣體偵測數據，供以對外傳輸該氣體偵測數據給一外部裝置，該外部裝置獲得該氣體偵測數據之一資訊及一通報警示。
  18. 如請求項17之安全帽，其中該外部裝置為一行動裝置及一雲端處理裝置之其中之一。
  19. 如請求項1之安全帽，其中該氣體偵測主體包含：該基座，具有：一第一表面；一第二表面，相對於該第一表面； 該雷射設置區，自該第一表面朝向該第二表面挖空形成；一進氣溝槽，自該第二表面凹陷形成，且鄰近於該雷射設置區，該進氣溝槽設有一進氣通口，以及兩側壁貫穿一透光窗口，與該雷射設置區連通；一導氣組件承載區，自該第二表面凹陷形成，並連通該進氣溝槽，且於底面貫通一通氣孔，以及該導氣組件承載區之四個角分別具有一定位凸塊；一出氣溝槽，自該第一表面對應到該導氣組件承載區底面處凹陷，並於該第一表面未對應到該導氣組件承載區之區域自該第一表面朝向該第二表面挖空而形成，與該通氣孔連通，並設有一出氣通口；以及該光陷阱區，自該第一表面朝該第二表面挖空形成且對應於該雷射設置區；一壓電致動元件，容設於該導氣組件承載區；一驅動電路板，封蓋貼合該基座之該第二表面上；該雷射組件，定位設置於該驅動電路板上與其電性連接，，且所發射出之該光束路徑穿過該透光窗口並與該進氣溝槽形成正交方向；一微粒傳感器，定位設置於該驅動電路板上與其電性連接，並對應容設於該進氣溝槽與該雷射組件所投射之該光束路徑之正交方向位置處，以對通過該進氣溝槽且受該雷射組件所投射光束照射之微粒做偵測；以及一外蓋，罩蓋於該基座之該第一表面上，且具有一側板，該側板對應到該基座之該進氣通口及該出氣通口之位置分別設有一進氣框口及一出氣框口，該進氣框口對應到該機體之該進氣口，該出氣框口 對應到該機體之該出氣口；其中，該基座之該第一表面上罩蓋該外蓋，該第二表面上封蓋該驅動電路板，以使該進氣溝槽定義出一進氣路徑，該出氣溝槽定義出一出氣路徑，藉以使該壓電致動元件加速導引該機體之該進氣口外部之氣體由該進氣框口進入該進氣溝槽所定義之該進氣路徑，並通過該微粒傳感器上，以偵測出該氣體中之微粒濃度，且該氣體透過該壓電致動元件導送，更由該通氣孔排入該出氣溝槽所定義之該出氣路徑，最後自該出氣框口至該機體之該出氣口排出。
  20. 如請求項19之安全帽，其中該光陷阱區設有具斜錐面之一光陷阱結構，設置對應到該光束路徑。
  21. 如請求項20之安全帽，其中該光陷阱結構所接收之投射光源之位置與該透光窗口保持有一光陷阱距離。
  22. 如請求項19之安全帽，其中該微粒傳感器為PM2.5傳感器。
  23. 如請求項19之安全帽，其中該壓電致動元件包含有：一噴氣孔片，包含一懸浮片及一中空孔洞，該懸浮片可彎曲振動，而該中空孔洞形成於該懸浮片的中心位置；一腔體框架，承載疊置於該懸浮片上；一致動體，承載疊置於該腔體框架上，以接受電壓而產生往復式地彎曲振動；一絕緣框架，承載疊置於該致動體上；以及一導電框架，承載疊設置於該絕緣框架上；其中，該噴氣孔片固設於該導氣組件承載區內之該定位凸塊支撐定位，促使該噴氣孔片與該導氣組件承載區之內緣間定義出一空隙環繞，供該氣體流通，且該噴氣孔片與該導氣組件承載區底部間形成一氣流腔室，而該致動體、該腔體框架及該懸浮片之間形成一共振腔室， 透過驅動該致動體以帶動該噴氣孔片產生共振，使該噴氣孔片之該懸浮片產生往復式地振動位移，以吸引該氣體通過該空隙進入該氣流腔室再排出，實現該氣體之傳輸流動。
  24. 如請求項23之安全帽，其中該致動體包含有：一壓電載板，承載疊置於該腔體框架上；一調整共振板，承載疊置於該壓電載板上；以及一壓電板，承載疊置於該調整共振板上，以接受電壓而驅動該壓電載板及該調整共振板產生往復式地彎曲振動。
  25. 如請求項19之安全帽，其中該氣體偵測主體包含有一第一揮發性有機物傳感器，定位設置並電性連接於該驅動電路板，且容設於該出氣溝槽中，對該出氣路徑所導出氣體做偵測。
  26. 如請求項20之安全帽，其中該氣體偵測主體包含一第二揮發性有機物傳感器，定位設置並電性連接於該驅動電路板，且容設於該光陷阱區，對通過該進氣溝槽之該進氣路徑且經過該透光窗口而導入於該光陷阱區之該氣體偵測。
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