TWI768392B - 運動環境之清淨裝置 - Google Patents

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Abstract

一種運動環境之清淨裝置，包含裝置主體，裝置主體具有進氣口及出氣口，以及裝置主體內設有淨化單元、導風機及氣體偵測模組，其中淨化單元過濾由進氣口導入之運動環境之氣體，以及導風機持續抽送運動環境之氣體由進氣口導入通過淨化單元，以及藉由氣體偵測模組偵測到運動環境之氣體資訊及微粒潔淨度，促使運動者鼻子呼吸區域達到於0~20 μg/m3 微粒潔淨度之淨化氣體提供給呼吸。

Description

運動環境之清淨裝置
本案關於一種清淨裝置，尤指一種實施應用於運動環境之清淨裝置。
我們一天不運動時的呼吸換氣量就有1萬公升，當人體劇烈運動，尤其是有氧運動時，換氣量更是平時的10至20倍，空氣不好時在戶外運動，吸進體內的髒汙是超乎想像，會造成心血管系統極大的負擔，就算是平時心血管系統正常的年輕人，也有可能在此時突然出問題，而導致危害人體健康，嚴重的甚至危害到生命。
上述可知，現代人對於生活周遭的氣體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，甚至於氣體中含有的微粒，都會在環境中暴露影響人體健康，嚴重的甚至危害到生命。因此環境氣體品質好壞紛紛引起各國重視，目前急需要如何監測去避免遠離，是當前重視的課題。
如何確認氣體品質的好壞，利用一種氣體感測器來監測周圍環境氣體是可行的，若又能即時提供監測資訊，警示處在環境中的人，能夠即時預防或逃離，避免遭受環境中的氣體暴露造成人體健康影響及傷害，利用氣體感測器來監測周圍環境可說是非常好的應用。
又，在運動環境也特別需要注意到空氣品質，因此在室外或室內的運動環境能夠提供淨化空氣品質而避免呼吸到有害氣體的淨化解決方案，可隨時隨地即時監測空氣品質，是本案所研發的主要課題。
本案之主要目的係提供一種運動環境之清淨裝置，利用氣體偵測模組來隨時監測運動者在運動環境下空氣品質，並以淨化單元提供淨化空氣品質的解決方案，如此氣體偵測模組及淨化單元搭配導風機導出60L/min以上過濾通氣量形成一指向之過濾通氣量，提供至運動者鼻子呼吸區域，使呼吸區域之氣體達到介於0~20μg/m3之微粒潔淨度之應用或者導風機導出500m3/hr以上乾淨空氣輸出率(Clean Air Delivery Rate，CDAR)之應用，供給至運動者鼻子呼吸區域，使呼吸區域之氣體達到介於0~20μg/m3之微粒潔淨度，可避免在運動環境呼吸到有害氣體，並能即時得到資訊，以警示告知在此運動環境中的運動者，能夠即時做預防之措施。
本案之一廣義實施態樣為一種運動環境之清淨裝置，包含一裝置主體，該裝置主體具有至少一進氣口及至少一出氣口，以及該裝置主體內設有一淨化單元、一導風機及一氣體偵測模組，其中該淨化單元過濾由該進氣口導入之一運動環境之一氣體，以及導風機持續抽送該運動環境之該氣體由該進氣口導入通過該淨化單元並輸送至一運動者之一鼻子呼吸區域，以及藉由該氣體偵測模組偵測到該運動環境之一氣體資訊及一微粒潔淨度，促使該運動者之該鼻子呼吸區域之該氣體達到於0~20μg/m3微粒潔淨度供該運動者呼吸。
1:裝置主體
11:進氣口
12:出氣口
13:氣體流道
14:指向性導引件
2:淨化單元
2a:高效濾網
2b:光觸媒單元
21b:光觸媒
22b:紫外線燈
2c:光等離子單元
21c:奈米光管
2d:負離子單元
21d:電極線
22d:集塵板
23d:升壓電源器
2e:電漿離子單元
21e:電場第一護網
22e:吸附濾網
23e:高壓放電極
24e:電場第二護網
25e:升壓電源器
3:導風機
30:致動泵
301:進流板
301a:進流孔
301b:匯流排槽
301c:匯流腔室
302:共振片
302a:中空孔
302b:可動部
302c:固定部
303:壓電致動器
303a:懸浮板
303b:外框
303c:支架
303d:壓電元件
303e:間隙
303f:凸部
304:第一絕緣片
305:導電片
306:第二絕緣片
307:腔室空間
4:氣體偵測模組
4a:控制電路板
4b:氣體偵測主體
4c:微處理器
4d:通信器
4e:電源單元
4f:電池
41:基座
411:第一表面
412:第二表面
413:雷射設置區
414:進氣溝槽
414a:進氣通口
414b:透光窗口
415:導氣組件承載區
415a:通氣孔
415b:定位凸塊
416:出氣溝槽
416a:出氣通口
416b:第一區間
416c:第二區間
417:光陷阱區
417a:光陷阱結構
42:壓電致動元件
421:噴氣孔片
421a:懸浮片
421b:中空孔洞
421c:空隙
422:腔體框架
423:致動體
423a:壓電載板
423b:調整共振板
423c:壓電板
423d:壓電接腳
424:絕緣框架
425:導電框架
425a:導電接腳
425b:導電電極
426:共振腔室
427:氣流腔室
43:驅動電路板
44:雷射組件
45:微粒傳感器
46:外蓋
461:側板
461a:進氣框口
461b:出氣框口
47a:第一揮發性有機物傳感器
47b:第二揮發性有機物傳感器
5:外部裝置
d:光陷阱距離
第1圖為本案運動環境之清淨裝置之一較佳實施例立體示意圖。
第2A圖為本案運動環境之清淨裝置之淨化單元之濾網單元剖面示意圖。
第2B圖為第2A圖中濾網單元搭配光觸媒單元所構成淨化單元之剖面示意圖。
第2C圖為第2A圖中濾網單元搭配光等離子單元所構成淨化單元之剖面示意圖。
第2D圖為第2A圖中濾網單元搭配負離子單元所構成淨化單元之剖面示意圖。
第2E圖為第2A圖中濾網單元搭配電漿離子單元所構成淨化單元之剖面示意圖。
第3A圖為本案運動環境之清淨裝置之導風機為致動泵形式之相關構件由一正面角度視得之分解示意圖。
第3B圖為本案運動環境之清淨裝置之導風機為致動泵形式之相關構件由一背面角度視得之分解示意圖。
第4A圖為本案運動環境之清淨裝置之致動泵剖面示意圖。
第4B圖為本案運動環境之清淨裝置之致動泵另一實施例剖面示意圖。
第4C圖至第4E圖為第4A圖之運動環境之清淨裝置之致動泵作動示意圖。
第5A圖為本案氣體偵測模組之外觀立體示意圖。
第5B圖為第5A圖中氣體偵測主體之外觀立體示意圖。
第5C圖為第5A圖中氣體偵測主體之分解立體示意圖。
第6A圖為本案氣體偵測主體之基座立體示意圖。
第6B圖為本案氣體偵測主體之基座另一角度立體示意圖。
第7圖為本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8A圖為本案氣體偵測主體之壓電致動器結合基座分解立體示意圖。
第8B圖為本案氣體偵測主體之壓電致動器結合基座立體示意圖。
第9A圖為本案氣體偵測主體之壓電致動器分解立體示意圖。
第9B圖為本案氣體偵測主體之壓電致動器另一角度分解立體示意圖。
第10A圖為本案氣體偵測主體之壓電致動器結合於導氣組件承載區之剖面示意圖。
第10B圖及第10C圖為第10A圖之壓電致動器作動示意圖。
第11A圖至第11C圖為氣體偵測主體之氣體路徑示意圖。
第12圖所本案氣體偵測主體之雷射組件發射光束路徑示意圖。
第13圖為運動環境之清淨裝置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2A圖所示，本案提供一種運動環境之清淨裝置，包含一裝置主體1、一淨化單元2、一導風機3及一氣體偵測模組4。其中裝置主體1具有至少一進氣口11及至少一出氣口12，淨化單元2過濾由進氣口11導入之運動環境氣體，以及導風機3持續抽送運動環境之該氣體由進氣口導入通過淨化單元2，以及藉由氣體偵測模組4偵測到運動環境之一氣體資訊及一微粒潔淨度。在本實施例中，裝置主體1為指向性導 風裝置，在裝置主體1之出氣口12設有指向性導引件14，藉由導風機3導出60L/min以上過濾通氣量，由出氣口12排出形成一指向之過濾通氣量，提供至運動者鼻子呼吸區域，使呼吸區域之氣體達到介於0~20μg/m3之微粒潔淨度。或者，在另一實施利中，裝置主體1為非指向性導風裝置，亦即，在裝置主體1之出氣口12並未有指向性導引件14，而採用一種開放式出氣之出氣口12，藉由該導風機導出500m3/hr以上乾淨空氣輸出率(Clean Air Delivery Rate，CDAR)，在此運動環境由出氣口12排出，供給至運動者鼻子呼吸區域，使呼吸區域之氣體達到介於0~20μg/m3之微粒潔淨度。
又，上述之裝置主體1在進氣口11與出氣口12之間設有一氣體流道13，而淨化單元2設置在氣體流道13中，以過濾氣體流道13所導入之氣體，以及導風機3設置在氣體流道13中，且設置於淨化單元2一側，導引氣體由進氣口11導入通過淨化單元2進行過濾淨化，最後由出氣口12導出，以及上述之氣體偵測模組4設置於氣體流道13中，偵測裝置主體1外之運動環境所導入之氣體，以獲得一氣體資訊及一微粒潔淨度。如此，氣體偵測模組4得以控制導風機3實施啟動或關閉之操作，而導風機3實施啟動操作，供以導引氣體由進氣口11進入通過淨化單元2進行過濾淨化，最後由出氣口12導出，提供至運動者鼻子呼吸區域，供運動者呼吸淨化氣體。
上述之淨化單元2置位於氣體流道13中，可以是多種實施樣態。例如，如第2A圖所示，淨化單元2為一種高效濾網(High-Efficiency Particulate Air，HEPA)2a。當氣體透過導風機3控制導入氣體流道13中，受高效濾網2a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。又，在一些實施例中，高效濾網2a上可以 塗佈一層二氧化氯之潔淨因子，抑制空氣中病毒、細菌、A型流感病毒、B型流感病毒、腸病毒、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，高效濾網2a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，高效濾網2a上可以塗佈銀離子，抑制氣體中病毒、細菌。
如第2B圖所示，淨化單元2可為高效濾網2a搭配光觸媒單元2b之型態，光觸媒單元2b包含一光觸媒21b及一紫外線燈22b。光觸媒21b及一紫外線燈22b分別置設氣體流道13中，並彼此保持一間距，使氣體透過導風機3控制導入氣體流道13中，且光觸媒21b透過紫外線燈22b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，以達過濾及淨化導入之氣體之效果。
如第2C圖所示，淨化單元2可為高效濾網2a搭配光等離子單元2c之型態，光等離子單元2c包含一奈米光管21c，奈米光管21c設置氣體流道13中。當氣體透過導風機3控制導入氣體流道13中，透過奈米光管21c照射所導入之氣體，使氣體中的氧分子及水分子分解成具有破壞有機分子功能的高氧化性光等離子的離子氣流，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，以過濾及淨化導入之氣體之效果。
如第2D圖所示，淨化單元2可為高效濾網2a搭配負離子單元2d，負離子單元2d包含至少一電極線21d、至少一集塵板22d及一升壓電源器23d，至少一電極線21d、至少一集塵板22d置設氣體流道13中，而升壓電源器23d提供至少一電極線21d高壓放電，至少一集塵板22d帶有負電荷，使 氣體透過導風機3控制導入氣體流道13中，透過至少一電極線21d高壓放電，得以將氣體中所含微粒帶正電荷附著在帶負電荷的至少一集塵板22d上，以達過濾導入之氣體進行過濾淨化之效果。
如第2E圖所示，淨化單元2可為高效濾網2a搭配電漿離子單元2e，電漿離子單元2e包含一電場第一護網21e、一吸附濾網22e、一高壓放電極23e、一電場第二護網24e及一升壓電源器25e，其中電場第一護網21e、吸附濾網22e、高壓放電極23e及電場第二護網24e置設氣體流道13中，且吸附濾網22e、高壓放電極23e夾置設於電場第一護網21e、電場第二護網24e之間，而升壓電源器25e提供高壓放電極23e高壓放電，以產生高壓電漿柱帶有電漿離子，使氣體透過導風機3控制導入氣體流道13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)，以達過濾導入之氣體進行過濾淨化之效果。
上述之導風機3可為一風扇，例如但不限為渦漩風扇或離心風扇等。如第3A圖、第3B圖、第4A圖及第4B圖所示導風機3亦可為一致動泵30。上述之致動泵30由一進流板301、一共振片302、一壓電致動器303、一第一絕緣片304、一導電片305及一第二絕緣片306依序堆疊組成。其中進流板301具有至少一進流孔301a、至少一匯流排槽301b及一匯流腔室301c，進流孔301a供導入氣體，進流孔301a對應貫通匯流排槽301b，且匯流排槽301b匯流到匯流腔室301c，使進流孔301a所導入氣體得以匯流至匯流腔室301c中。於本實施例中，進流孔301a與匯流排槽301b之數量相同，進流孔301a與匯流排槽301b之數量分別為4個，並不以此為限， 4個進流孔301a分別貫通4個匯流排槽301b，且4個匯流排槽301b匯流到匯流腔室301c。
請參閱第3A圖、第3B圖及第4A圖所示，上述之共振片302透過接合方式組接於進流板301上，且共振片302上具有一中空孔302a、一可動部302b及一固定部302c，中空孔302a位於共振片302的中心處，並與進流板301的匯流腔室301c對應。可動部302b設置於中空孔302a的周圍，且與匯流腔室301c相對的區域對應。固定部302c設置於共振片302的外周緣部分，且貼固於進流板301上。
請繼續參閱第3A圖、第3B圖及第4A圖所示，上述之壓電致動器303包含有一懸浮板303a、一外框303b、至少一支架303c、一壓電元件303d、至少一間隙303e及一凸部303f。其中，懸浮板303a為一正方形型態，懸浮板303a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303a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303a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303a，具有省電優勢之效益；外框303b環繞設置於懸浮板303a之外側；至少一支架303c連接於懸浮板303a與外框303b之間，以提供彈性支撐懸浮板303a的支撐力；以及一壓電元件303d具有一邊長，該邊長小於或等於懸浮板303a之一懸浮板邊長，且壓電元件303d貼附於懸浮板303a之一表面上，用以施加電壓以驅動懸浮板303a彎曲振動；而懸浮板303a、外框303b與支架303c之間構成至少一間隙303e，用以供氣體通過；凸部303f為設置於懸浮板303a貼附壓電元件303d之表面的相對之另一表面，凸部303f於本實施例中，可為透過於 懸浮板303a利用一蝕刻製程製出一體成形突出於貼附壓電元件303d之表面的相對之另一表面上形成之一凸狀結構。
請繼續參閱第3A圖、第3B圖及第4A圖所示，上述之進流板301、共振片302、壓電致動器303、第一絕緣片304、導電片305及第二絕緣片306依序堆疊組合，其中壓電致動器303之懸浮板303a與共振片302之間需形成一腔室空間307，腔室空間307可利用於共振片302及壓電致動器303之外框303b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302與懸浮板303a之間可維持一定深度形成腔室空間307，進而可導引氣體更迅速地流動，且因懸浮板303a與共振片302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303之外框303b高度加高來減少共振片302及壓電致動器303之外框303b之間的間隙所填充導電膠之厚度，如此致動泵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307之實際間距，但不以此為限。另外，腔室空間307將會影響致動泵30的傳輸效果，故維持一固定的腔室空間307對於致動泵30提供穩定的傳輸效率是十分重要。
因此於第4B圖所示，另一些壓電致動器303實施例中，懸浮板303a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303c成形於懸浮板303a與外框303b之間所調整，使在懸浮板303a上的凸部303f的表面與外框303b的表面兩者形成非共平面結構，利用於外框303b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303接合於共振片302的固定部302c，進而使得壓電致動器303得以與共振片302組配結合，如此直接透過將上述壓電致動器303之懸 浮板303a採以沖壓成形構成一腔室空間307的結構改良，所需的腔室空間307得以透過調整壓電致動器303之懸浮板303a沖壓成形距離來完成，有效地簡化了調整腔室空間307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304、導電片305及第二絕緣片306皆為框型的薄型片體，依序堆疊於壓電致動器303上即組構成致動泵30整體結構。
為了瞭解上述致動泵30提供氣體傳輸之輸出作動方式，請繼續參閱第4C圖至第4E圖所示，請先參閱第4C圖，壓電致動器303的壓電元件303d被施加驅動電壓後產生形變帶動懸浮板303a向下位移，此時腔室空間307的容積提升，於腔室空間307內形成了負壓，便汲取匯流腔室301c內的氣體進入腔室空間307內，同時共振片302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301c的容積，且因匯流腔室301c內的氣體進入腔室空間307的關係，造成匯流腔室301c內同樣為負壓狀態，進而通過進流孔301a及匯流排槽301b來吸取氣體進入匯流腔室301c內；請再參閱第4D圖，壓電元件303d帶動懸浮板303a向上位移，壓縮腔室空間307，同樣的，共振片302被懸浮板303a因共振而向上位移，迫使同步推擠腔室空間307內的氣體往下通過間隙303e向下傳輸，以達到傳輸氣體的效果；最後請參閱第4E圖，當懸浮板303a回復原位時，共振片302仍因慣性而向下位移，此時的共振片302將使壓縮腔室空間307內的氣體向間隙303e移動，並且提升匯流腔室301c內的容積，讓氣體能夠持續地通過進流孔301a及匯流排槽301b來匯聚於匯流腔室301c內，透過不斷地重複上述第4C圖至第4E圖所示之致動泵30提供氣體傳輸作動步驟，使致動泵30能夠使氣體連續自進流孔301a進入進流板301及共振 片302所構成流道產生壓力梯度，再由間隙303e向下傳輸，使氣體高速流動，達到致動泵30傳輸氣體輸出的作動操作。
又如第5A圖至第5C圖、第6A圖至第6B圖、第7圖及第8A圖至第8B圖以及第13圖所示，上述氣體偵測模組4包含一控制電路板4a、一氣體偵測主體4b、一微處理器4c、一通信器4d、一電源單元4e及一電池4f。其中氣體偵測主體4b、微處理器4c、通信器4d以及電源單元4e封裝於控制電路板4a成一體且電性連接，而電源單元4e提供氣體偵測主體4b之啟動運作電源，使氣體偵測主體4b偵測由裝置主體1外導入氣體而獲得氣體偵測數據，且電源單元4e透過與電池4f電性連接而獲得電源；而微處理器4c接收氣體偵測數據及微粒潔淨度做運算處理並控制導風機3之啟動或關閉狀態以實施淨化氣體操作，以及通信器4d接收微處理器4c之氣體偵測數據及微粒潔淨度，並對外透過通信傳輸至一外部裝置5，使外部裝置5獲得氣體偵測數據之一資訊及一通報警示。外部裝置5為一行動裝置、一雲端處理裝置或一電腦系統等；上述通信器4d對外通信傳輸可以是透過有線之通信傳輸，例如：USB連接通信傳輸，或者是透過無線之通信傳輸，例如：Wi-Fi通信傳輸、藍芽通信傳輸、無線射頻辨識通信傳輸、一近場通訊傳輸等。
又如第5A圖至第5C圖、第6A圖至第6B圖、第7圖、第8A圖至第8C圖、第9A圖至第9B圖以及第11A圖至第11C圖所示，上述氣體偵測主體4b包含一基座41、一壓電致動元件42、一驅動電路板43、一雷射組件44、一微粒傳感器45及一外蓋46。其中，基座41具有一第一表面411、一第二表面412、一雷射設置區413、一進氣溝槽414、一導氣組件承載區415及一出氣溝槽416，第一表面411及第二表面412為相對設置之兩個表面。雷射設置區413自第一表面411朝向第二表面412挖空形成。又，外蓋46 罩蓋基座41，並具有一側板461，側板461具有一進氣框口461a及一出氣框口461b。而進氣溝槽414自第二表面412凹陷形成，且鄰近雷射設置區413。進氣溝槽414設有一進氣通口414a，連通於基座41的外部，並與外蓋46的進氣框口461a對應，以及兩側壁貫穿一透光窗口414b，與雷射設置區413連通。因此，基座41的第一表面411被外蓋46貼附封蓋，第二表面412被驅動電路板43貼附封蓋，致使進氣溝槽414定義出一進氣路徑(如第7圖及第11A圖所示)。
又如第6A圖至第6B圖所示，上述之導氣組件承載區415由第二表面412凹陷形成，並連通進氣溝槽414，且於底面貫通一通氣孔415a。而上述之出氣溝槽416設有一出氣通口416a，出氣通口416a與外蓋46的出氣框口461b對應設置。出氣溝槽416包含由第一表面411對應於導氣組件承載區415的垂直投影區域凹陷形成的一第一區間416b，以及於非導氣組件承載區415的垂直投影區域所延伸的區域，且由第一表面411至第二表面412挖空形成的第二區間416c，其中第一區間416b與第二區間416c相連以形成段差，且出氣溝槽416的第一區間416b與導氣組件承載區415的通氣孔415a相通，出氣溝槽416的第二區間416c與出氣通口416a連通。因此，當基座41的第一表面411被外蓋46貼附封蓋，第二表面412被驅動電路板43貼附封蓋時，致使出氣溝槽416與驅動電路板43共同定義出一出氣路徑(如第7圖至第11C圖所示)。
又如第5C圖及第7圖所示，上述之雷射組件44及微粒傳感器45皆設置於驅動電路板43上，且位於基座41內，為了明確說明雷射組件44及微粒傳感器45與基座41之位置，故特意於第7圖中省略驅動電路板43。再參閱第5C圖、第6B圖、第7圖所示，雷射組件44容設於基座41的雷射設置區413內，微粒傳感器45容設於基座41的進氣溝槽414內，並與雷射組件44 對齊。此外，雷射組件44對應到透光窗口414b，透光窗口414b供雷射組件44所發射的雷射光穿過，使雷射光照射至進氣溝槽414內。雷射組件44所發出射出之光束路徑為穿過透光窗口414b且與進氣溝槽414形成正交方向。雷射組件44發射光束通過透光窗口414b進入進氣溝槽414內，進氣溝槽414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，使微粒傳感器45位於其正交方向位置處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45為PM2.5傳感器。
又如第8A圖及第8B圖所示，上述之壓電致動元件42容設於基座41的導氣組件承載區415，導氣組件承載區415呈一正方形，其四個角分別設有一定位凸塊415b，壓電致動元件42通過四個定位凸塊415b設置於導氣組件承載區415內。此外，如第6A圖、第6B圖、第11B圖及第11C圖所示，導氣組件承載區415與進氣溝槽414相通，當壓電致動元件42作動時，汲取進氣溝槽414內的氣體進入壓電致動元件42，並將氣體通過導氣組件承載區415的通氣孔415a，進入至出氣溝槽416。
又如第5B圖及第5C圖所示，上述之驅動電路板43封蓋貼合於基座41的第二表面412。雷射組件44設置於驅動電路板43上，並與驅動電路板43電性連接。微粒傳感器45亦設置於驅動電路板43上，並與驅動電路板43電性連接。又如第5B圖所示，當外蓋46罩蓋基座41時，進氣框口461a對應到基座41之進氣通口414a(第11A圖所示)，出氣框口461b對應到基座41之出氣通口416a(第11C圖所示)。
以及參閱第9A圖及第9B圖所示，上述之壓電致動元件42包含一噴氣孔片421、一噴氣孔片421、一致動體423、一絕緣框架424及一導電框架 425。其中，噴氣孔片421為具有可撓性之材料製作，具有一懸浮片421a、一中空孔洞421b。懸浮片421a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415的內緣，但不以此為限，懸浮片421a之形狀亦可為方形、圓形、橢圓形、三角形及多角形其中之一；中空孔洞421b係貫穿於懸浮片421a之中心處，以供氣體流通。
又參閱第9A圖、第9B圖及第10A圖所示，上述之噴氣孔片421疊設於噴氣孔片421，且其外型與噴氣孔片421對應。致動體423疊設於噴氣孔片421上，並與噴氣孔片421、懸浮片421a之間定義一共振腔室426。絕緣框架424疊設於致動體423，其外觀與噴氣孔片421近似。導電框架425疊設於絕緣框架424，其外觀與絕緣框架424近似，且導電框架425具有一導電接腳425a及一導電電極425b，導電接腳425a自導電框架425的外緣向外延伸，導電電極425b自導電框架425內緣向內延伸。此外，致動體423更包含一壓電載板423a、一調整共振板423b及一壓電板423c。壓電載板423a承載疊置於噴氣孔片421上。調整共振板423b承載疊置於壓電載板423a上。壓電板423c承載疊置於調整共振板423b上。而調整共振板423b及壓電板423c容設於絕緣框架424內，並由導電框架425的導電電極425b電連接壓電板423c。其中，壓電載板423a、調整共振板423b皆為可導電的材料所製成，壓電載板423a具有一壓電接腳423d，壓電接腳423d與導電接腳425a連接驅動電路板43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423d、壓電載板423a、調整共振板423b、壓電板423c、導電電極425b、導電框架425、導電接腳425a形成一迴路，並由絕緣框架424將導電框架425與致動體423之間阻隔，避免短路發生，使驅動訊號得以傳遞至壓電板423c。壓電板423c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423a及調整共振板423b產生往復式地彎曲振動。
承上所述，調整共振板423b位於壓電板423c與壓電載板423a之間，作為兩者之間的緩衝物，可調整壓電載板423a的振動頻率。基本上，調整共振板423b的厚度大於壓電載板423a的厚度，且調整共振板423b的厚度可變動，藉此調整致動體423的振動頻率。
請同時參閱第9A圖、第9B圖及第10A圖所示，噴氣孔片421、噴氣孔片421、致動體423、絕緣框架424及導電框架425依序對應堆疊並設置定位於導氣組件承載區415內，促使壓電致動元件42承置定位於導氣組件承載區415內，並以底部固設於定位凸塊415b上支撐定位，因此壓電致動元件42在懸浮片421a及導氣組件承載區415的內緣之間定義出一空隙421c，以供氣體流通。
請先參閱第10A圖所示，上述之噴氣孔片421與導氣組件承載區415之底面間形成一氣流腔室427。氣流腔室427透過噴氣孔片421之中空孔洞421b，連通致動體423、噴氣孔片421及懸浮片421a之間的共振腔室426，透過控制共振腔室426中氣體之振動頻率，使其與懸浮片421a之振動頻率趨近於相同，可使共振腔室426與懸浮片421a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10B圖所示，當壓電板423c向遠離導氣組件承載區415之底面移動時，壓電板423c帶動噴氣孔片421之懸浮片421a以遠離導氣組件承載區415之底面方向移動，使氣流腔室427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42外部的氣體由空隙421c流入，並經由中空孔洞421b進入共振腔室426，使共振腔室426內的氣壓增加而產生一壓力梯度；再如第10C圖所示，當壓電板423c帶動噴氣孔片421之 懸浮片421a朝向導氣組件承載區415之底面移動時，共振腔室426中的氣體經中空孔洞421b快速流出，擠壓氣流腔室427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415的通氣孔415a中。是以，透過重複第10B圖及第10C圖的動作後，得以壓電板423c往復式地振動，依據慣性原理，排氣後的共振腔室426內部氣壓低於平衡氣壓會導引氣體再次進入共振腔室426中，如此控制共振腔室426中氣體之振動頻率與壓電板423c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11A圖所示，氣體皆由外蓋46的進氣框口461a進入，通過進氣通口414a進入至基座41的進氣溝槽414，並流至微粒傳感器45的位置。再如第11B圖所示，壓電致動元件42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45上方，此時雷射組件44發射光束通過透光窗口414b進入進氣溝槽414內，進氣溝槽414通過微粒傳感器45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45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45上方的氣體也持續受壓電致動元件42驅動傳輸而導入導氣組件承載區415的通氣孔415a中，進入出氣溝槽416的第一區間416b。最後如第11C圖所示，氣體進入出氣溝槽416的第一區間416b後，由於壓電致動元件42會不斷輸送氣體進入第一區間416b，於第一區間416b的氣體將會被推引至第二區間416c，最後通過出氣通口416a及出氣框口461b向外排出。
再參閱第12圖所示，基座41更包含一光陷阱區417，光陷阱區417自第一表面411至第二表面412挖空形成，並對應至雷射設置區413，且光陷阱區417經過透光窗口414b而使雷射組件44所發射之光束能投射到其中，光陷阱區417設有一斜椎面之光陷阱結構417a，光陷阱結構417a對應到雷射組件44所發射之光束的路徑；此外，光陷阱結構417a使雷射組件44所發射之投射光束在斜椎面結構反射至光陷阱區417內，避免光束反射至微粒傳感器45的位置，且光陷阱結構417a所接收之投射光束之位置與透光窗口414b之間保持有一光陷阱距離D，避免投射在光陷阱結構417a上投射光束反射後因過多雜散光直接反射回微粒傳感器45的位置，造成偵測精度的失真。
再請繼續參閱第5C圖及第12圖所示，本案之氣體偵測模組4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4更包含第一揮發性有機物傳感器47a，第一揮發性有機物傳感器47a定位設置並電性連接於驅動電路板43，且容設於出氣溝槽416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4更包含一第二揮發性有機物傳感器47b，第二揮發性有機物傳感器47b定位設置並電性連接於驅動電路板43，而第二揮發性有機物傳感器47b容設於光陷阱區417，對於通過進氣溝槽414的進氣路徑且經過透光窗口414b而導入光陷阱區417內的氣體中所含有揮發性有機物的濃度或特性。
綜上所述，本案所提供之運動環境之清淨裝置，利用氣體偵測模組來隨時監測運動者在運動環境之空氣品質，並以淨化單元提供淨化空氣品 質的解決方案，如此氣體檢測模組及淨化單元搭配導風機導出60L/min以上過濾通氣量形成一指向之過濾通氣量，提供至運動者鼻子呼吸區域，使呼吸區域之氣體達到介於0~20μg/m3之微粒潔淨度之應用或者導風機導出500m3/hr以上乾淨空氣輸出率(Clean Air Delivery Rate，CDAR)之應用，供給至運動者鼻子呼吸區域，使呼吸區域之氣體達到介於0~20μg/m3之微粒潔淨度，可避免在在運動環境呼吸到有害氣體，並能即時得到資訊，以警示告知在此運動環境中的運動者，能夠即時做預防之措施，極具產業利用性。
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:裝置主體
12:出氣口
14:指向性導引件

Claims (28)

  1. 一種運動環境之清淨裝置，包含一裝置主體，該裝置主體具有至少一進氣口及至少一出氣口，以及該裝置主體內設有一淨化單元、一導風機及一氣體偵測模組，該裝置主體之該進氣口與該出氣口之間設有一氣體流道，該氣體偵測模組設置於該氣體流道中，其中該淨化單元過濾由該進氣口導入之一運動環境之一氣體，以及該導風機持續抽送該運動環境之該氣體由該進氣口導入通過該淨化單元並輸送至一運動者之一鼻子呼吸區域，以及藉由該氣體偵測模組偵測該氣體流道中之一氣體資訊及一微粒潔淨度，促使該運動者之該鼻子呼吸區域之該氣體達到於0~20μg/m3微粒潔淨度供該運動者呼吸。
  2. 如請求項1所述之運動環境之清淨裝置，其中該裝置主體為一指向性導風裝置，且該裝置主體之該出氣口設有一指向性導引件，藉由該導風機導出60L/min以上過濾通氣量，由該出氣口排出形成一指向之過濾通氣量，提供至該運動者之該鼻子呼吸區域，使該鼻子呼吸區域之該氣體達到介於0~20μg/m3之微粒潔淨度。
  3. 如請求項1所述之運動環境之清淨裝置，其中該裝置主體為一非指向性導風裝置，藉由該導風機導出500m3/hr以上乾淨空氣輸出率，由該出氣口排出，提供至該運動者之該鼻子呼吸區域，使該鼻子呼吸區域之該氣體達到介於0~20μg/m3之微粒潔淨度。
  4. 如請求項1所述之運動環境之清淨裝置，其中該淨化單元設置於該氣體流道中過濾該氣體，以及該導風機設置於該氣體流道中，且設置於該淨化單元一側，導引該氣體由該進氣口導入通過該淨化單元進行過濾淨化，最後由該出氣口導出。
  5. 如請求項4所述之運動環境之清淨裝置，其中該氣體偵測模組包含一控制電路板、一氣體偵測主體、一微處理器及一通信器，供以偵測該裝 置主體外所導入之該氣體，以獲得該氣體資訊，而該氣體偵測模組所偵測獲得該氣體資訊及該微粒潔淨度作運算處理，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單元進行過濾淨化，最後由該出氣口導出提供使用者呼吸到淨化氣體。
  6. 如請求項1所述之運動環境之清淨裝置，其中該淨化單元為一高效濾網。
  7. 如請求項6所述之運動環境之清淨裝置，其中該高效濾網上塗佈一層二氧化氯之潔淨因子，抑制該氣體中病毒、細菌。
  8. 如請求項6之運動環境之清淨裝置，其中該高效濾網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。
  9. 如請求項6之運動環境之清淨裝置，其中該高效濾網上塗佈一銀離子，抑制該氣體中病毒、細菌。
  10. 如請求項6所述之運動環境之清淨裝置，其中該淨化單元為該高效濾網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。
  11. 如請求項6所述之運動環境之清淨裝置，其中該淨化單元為該高效濾網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。
  12. 如請求項6所述之運動環境之清淨裝置，其中該淨化單元為該高效濾網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於該集塵板上，以過濾淨化導入該氣體。
  13. 如請求項6所述之運動環境之清淨裝置，其中該淨化單元為該高效濾網搭配一電漿離子單元所構成，該電漿離子單元包含一電場第一護網、一吸附濾網、一高壓放電極、一電場第二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。
  14. 如請求項1所述之運動環境之清淨裝置，其中該導風機為一風扇。
  15. 如請求項1所述之運動環境之清淨裝置，其中該導風機為一致動泵。
  16. 如請求項15所述之運動環境之清淨裝置，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，接合於該共振片上並與該共振片相對應設置；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。
  17. 如請求項16所述之運動環境之清淨裝置，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。
  18. 如請求項16所述之運動環境之清淨裝置，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。
  19. 如請求項16所述之運動環境之清淨裝置，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該腔室空間；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。
  20. 如請求項5所述之運動環境之清淨裝置，其中該氣體偵測主體、該微處理器、該通信器及一電源單元封裝於該控制電路板成一體電性連接，該氣體偵測主體偵測由該裝置主體外導入該氣體，供以獲得該氣體資訊，而該微處理器接收該氣體資訊及該微粒潔淨度作運算處理，以及該通信器接收該微處理器之該氣體資訊及該微粒潔淨度，供以對外傳輸該氣體資訊及該微粒潔淨度給一外部裝置，該外部裝置提供通報或警示。
  21. 如請求項20所述之運動環境之清淨裝置，其中該外部裝置為一行動裝置、一雲端處理裝置及一電腦系統之其中之一。
  22. 如請求項5所述之運動環境之清淨裝置，其中該氣體偵測主體包含： 一基座，具有：一第一表面；一第二表面，相對於該第一表面；一雷射設置區，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；以及一出氣溝槽，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；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；一雷射組件，定位設置於該驅動電路板上與其電性連接，並對應容設於該雷射設置區中，且所發射出之一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基座之該進氣通口，該出氣框口對應到 該基座之該出氣通口；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基座之該進氣通口外部之該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，最後自該基座之該出氣通口至該出氣框口排出。
  23. 如請求項22所述之運動環境之清淨裝置，其中該基座更包含一光陷阱區，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，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。
  24. 如請求項23所述之運動環境之清淨裝置，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。
  25. 如請求項22所述之運動環境之清淨裝置，其中該微粒傳感器為PM2.5傳感器。
  26. 如請求項22所述之運動環境之清淨裝置，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。
  27. 如請求項26所述之運動環境之清淨裝置，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。
  28. 如請求項22所述之運動環境之清淨裝置，進一步包含有一第一揮發性有機物傳感器，定位設置於該驅動電路板上，且與該驅動電路板電性連接，容設於該出氣溝槽中，對該出氣路徑所導出該氣體做偵測。
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TW202014689A (zh) * 2018-10-12 2020-04-16 研能科技股份有限公司 健康監測裝置

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