TWI827345B - 室內氣體交換系統 - Google Patents

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TWI827345B TW111142456A TW111142456A TWI827345B TW I827345 B TWI827345 B TW I827345B TW 111142456 A TW111142456 A TW 111142456A TW 111142456 A TW111142456 A TW 111142456A TW I827345 B TWI827345 B TW I827345B
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Abstract

一種室內氣體交換系統，設於一室外空間與一室內空間之間，包含：至少一室外空污感測器、複數個室內空污感測器、一氣體交換裝置、一過濾組件及一中央處理控制裝置；藉氣體交換裝置由複數個導氣單元以半導體製程整合成薄件型態製出，設於室外空間與室內空間之間，提供室內氣體交換，搭配室外空污感測器及室內空污感測器的設置，將室外空污數據及室內空污數據傳輸給中央處理控制裝置實施智能運算比對，控制該氣體交換裝置之啟閉，選擇室外氣體是否導入室外氣體進入室內空間，或室內氣體排出於室外空間進行交換形成潔淨可安全呼吸氣體狀態。

Description

室內氣體交換系統
本發明係有關一種室內氣體交換系統，特別是指架構於一室外空間與一室內空間之間實施之室內氣體交換系統。
由於人們對於生活周遭的空氣品質愈來愈重視，懸浮粒子(particulate matter，PM)例如PM 1、PM 2.5、PM 10、二氧化碳、總揮發性有機物(Total Volatile Organic Compound，TVOC)、甲醛…等氣體，甚至於氣體中含有的微粒、氣溶膠、細菌、病毒…等，都會在環境中暴露影響人體健康，嚴重的甚至危害到生命。
除了室外空氣品質之外，室內的污染源也是影響室內氣體品質的主要因素，特別是室內氣體不流通造成的粉塵、二氧化碳、甲醛，甚至於氣體中含有細菌、病毒…等，因此，為了解決室內空間的空污源之問題，常見的作法是使用一種空氣交換系統(如HVAC)去實施室內空氣交換及過濾，使室內空間的氣體達到可安全呼吸氣體狀態。
然而，一般交換系統是利用大型機械結構之導風機組配到室內空間的大型管路，以實施室內空氣交換及過濾。然而，大型機械結構之導風機不僅設置成本高，也佔去許多室內空間之配置。因此，要如何建構一種電子微型化空氣交換系統，讓室內空污交換及過濾到可安全呼吸氣體狀態，乃為本發明所研發的主要課題。
本發明之主要目的乃提供一種室內氣體交換系統，透過氣體交換裝置由複數個導氣單元以半導體製程整合成薄件型態製出，並將氣體交換裝置設於室外空間與室內空間之間，提供室內空間與室外空間的氣體交換。此外，再搭配室外空污感測器及室內空污感測器的設置，提供室外空污數據及室內空污數據傳輸給中央處理控制裝置。上述的中央處理控制裝置實施智能運算比對，控制氣體交換裝置之開啟或關閉，並選擇室外氣體是否導入該室內空間，或者該室內氣體排出於該室外空間，使室內空間之氣體交換形成潔淨到可安全呼吸氣體狀態。
為達上述目的，本發明廣義提供一種室內氣體交換系統，架構定置於一室外空間與一室內空間之間，包含：至少一室外空污感測器，設置在該室外空間偵測一室外氣體之空污的性質與濃度，並提供一室外空污數據之傳輸；複數個室內空污感測器，設置在該室內空間內偵測一室內氣體之空污的性質與濃度，並提供一室內空污數據之傳輸；一氣體交換裝置，由複數個導氣單元以半導體製程整合成薄件型態製出，架構定置於該室外空間與該室內空間之間，提供該室內氣體與該室外氣體之氣體交換；以及一過濾組件，設置於該氣體交換裝置之導氣端，以形成該室外氣體通過淨化處理，並進入該室內空間；一中央處理控制裝置，接收該室外空污數據及該室內空污數據，並實施一智能運算比對，以控制該氣體交換裝置之開啟或關閉，選擇該室外氣體是否導入該室內空間，或者該室內氣體排出於該室外空間進行，使室內空間之氣體交換形成潔淨到可安全呼吸氣體狀態。
體現本發明特徵與優點的實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本發明能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本發明的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非用以限制本發明。此外，在本案的說明中，為求說明的便利，其所述的微機電(MEMS)泵浦除了可被簡稱為泵浦，也可依照應用的需要替換成任意型式的泵浦，本領域熟知技術者在閱讀完本案說明書後當可理解其可依照實際的應用加以修飾，於此合先敘明。
請參閱第1圖、第2A圖及第2B圖，本發明係為一種室內氣體交換系統，架構定置於一室外空間OD與一室內空間ID之間，包含：至少一室外空污感測器A、複數個室內空污感測器B、一氣體交換裝置C、一過濾組件D及一中央處理控制裝置E。
上述之室外空污感測器A設置在室外空間OD，架構於偵測一室外氣體之空污的性質與濃度，並提供一室外空污數據之傳輸。
上述之室內空污感測器B設置在室內空間ID內，架構於偵測一室內氣體之空污的性質與濃度，並提供一室內空污數據之傳輸。
上述之氣體交換裝置C，由複數個導氣單元10以半導體製程整合成薄件型態製出，架構定置於室外空間OD與室內空間ID之間，提供室內氣體交換。
上述之過濾組件D設置於氣體交換裝置C之導氣端。透過氣體通過過濾組件D，使通過濾淨化處理的氣體進入室內空間ID。
上述之中央處理控制裝置E，接收室外空污數據及室內空污數據，並據此實施一智能運算比對，以控制氣體交換裝置C之開啟或關閉，選擇室外氣體是否導入室內空間ID，或者使室內氣體排出於室外空間OD，使該室內空間之氣體交換形成潔淨到可安全呼吸氣體狀態。
值得注意的是，上述之空污是指懸浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、鉛、總揮發性有機物、甲醛、細菌、真菌、病毒之其中之一或其組合。上述室外空污數據及室內空污數據之傳輸為透過一無線通訊之傳輸，而無線通訊為一Wi-Fi模組、一藍芽模組、一無線射頻辨識模組、一近場通訊模組其中之一的傳輸。
上述之氣體交換裝置C，由複數個導氣單元10以半導體製程整合成薄件型態製出，分別連通設置於室外空間OD與室內空間ID之間，提供室內空間ID與室外空間OD之氣體交換。其中導氣單元10包含複數個泵浦1、一處理通道2、複數個閘門3、複數個氣體分離通道4以及一換氣通道5。
上述之處理通道2中設置有一泵浦1及一閘門3，泵浦1導引該室外空間OD之該室外氣體導入處理通道2中，而中央處理控制裝置E接收室外空污數據及室內空污數據實施智能運算比對，以控制泵浦1運轉操作及控制閘門3之開啟或關閉，選擇室外氣體是否經由處理通道2導入室外氣體進入室內空間ID。
上述之換氣通道5中設置有一泵浦1及一閘門3，泵浦1導引室內空間ID之室內氣體導入換氣通道5中，而中央處理控制裝置E接收室外空污數據及室內空污數據實施智能運算比對，以控制泵浦1運轉操作及控制閘門3之開啟或關閉，選擇室內氣體經由換氣通道5排出於室外空間OD，使室內空間ID之氣體進行交換形成潔淨到可安全呼吸氣體狀態。
值得注意，中央處理控制裝置E接收室外空污數據及室內空污數據實施智能運算比對為透過連結一雲端處理裝置F，實施人工智能(AI)運算及大數據比對，而雲端處理裝置F智能選擇發出一控制指令給中央處理控制裝置E，供以控制處理通道2中之泵浦1運轉操作及閘門3的開啟或關閉。上述之泵浦1為一微機電(MENS)泵浦。
以下就微機電(MENS)泵浦之結構及動作示意說明。請參閱第3A圖，微機電(MENS)泵浦由基材11、共振板13、致動板14、壓電元件15及出口板16依序對應堆疊所構成一主體，再以入口板17用以封蓋基材11底部所組成。其中，基材11由一矽材或由石墨烯材製成的板材，並以半導體製程製出一貫穿之匯流腔室12，入口板17用以封蓋基材11底部，並具有至少一入口孔171對應連通匯流腔室12。共振板13為一撓性板，貼合堆疊固設於基材11上方，並於對應到匯流腔室12位置設有一中空孔洞131，而共振板13在貼合基材11以外之懸空部分形成一可動部132，可受一共振頻率而彎曲形變。致動板14為具有一懸浮部141、一外框部142及至少一空隙143的板結構，懸浮部141設置於中間受外框部142連接支撐，且懸浮部141與外框部142未連接部分而保持多個空隙143，致動板14的外框部142為貼合堆疊固設於共振板13上，而使懸浮部141與共振板13之間具有一間隙g0以形成一第一腔室18，懸浮部141可為任意幾何形狀，較佳者為正方形。壓電元件15為壓電材料製成之一板狀結構，貼附於致動板14之懸浮部141之一表面上，其尺寸則略小於懸浮部141。出口板16為利用一隔離件(例如，導電膠)貼合堆疊於致動板14的外框部142上，以使出口板16與致動板14之間隔出一第二腔室19，出口板16具有一出口孔161，連通第二腔室19。
再請參閱第3B圖至第3D圖，當壓電元件15施加電壓驅動致動板14產生彎曲共振，致動板14進行沿垂直方向之往復式運動，而致動板14向上振動時，第一腔室18體積增加，進而產生一吸力，驅使外界之一氣體經由入口孔171被導入匯流腔室12內，且第二腔室19內氣體受壓縮，而由出口孔161排出，同時如第3C圖所示，當致動板14之振動引發共振板13產生共振，因而導致共振板13之可動部132向上形變，氣體經過共振板13之中空孔洞131進入第一腔室18，並將第一腔室18中的氣體向周邊擠壓；再如第3D圖所示，當致動板14向下振動時，進一步壓縮第一腔室18之體積，使其中的氣體透過空隙143向上流入第二腔室19，再重複第2A圖所示之作動，第二腔室19內氣體受壓縮，而由出口孔161排出，再次將外界之氣體導入匯流腔室12。微機電(MENS)泵浦1藉由重複循環上述第3B圖至第3D圖所示之作動，即可持續進行氣體之傳輸。
請參閱第4A圖及第4B圖，上述之閘門3為包含一保持件31、一密封件32以及一閥片33。其中，保持件31上具有至少兩個通氣孔31a，而閥片33設置於保持件31及密封件32之間所形成的容置空間35中，且對應保持件31之通氣孔31a位置設置通氣孔33a，保持件31的通氣孔31a及閥片33的通氣孔33a，其位置為大致相互對準。以及密封件32上設有至少一個通氣孔32a，且密封件32之通氣孔32a與保持件31之通氣孔31a之位置形成錯位而不對準；上述之閥片33為一帶電荷之材料，保持件31為一兩極性之導電材料。保持件31電性連接一控制電路(未圖示)，而控制電路是受中央處理控制裝置E控制，如此控制電路用以控制保持件31之極性(正電極性或負電極性)，若閥片33為一帶負電荷之材料，當閘門3須受控開啟時，控制電路控制保持件31形成一正電極，此時閥片33與保持件31維持不同極性，如此會使閥片33朝保持件31靠近，構成閘門3之開啟(如第4B圖所示)。反之，若閥片33為一帶負電荷之材料，當閘門3須受控關閉時，控制電路控制保持件31形成一負電極，此時閥片33與保持件31維持相同極性，如此會使閥片33朝密封件32靠近，構成閘門3之關閉(如第4A圖所示)。
上述之處理通道2中連通複數個氣體分離通道4，每一氣體分離通道4設置有一塗層分離通道4a及一腔室4b，且腔室4b接續在塗層分離通道4a之後，其中塗層分離通道4a之內壁表面以塗佈(coating)或濺鍍(sputting)設置一填充材4c，填充材4c可以將微機電(MENS)泵浦1所導入處理通道2中的氣體，針對導入氣體中各成分化合物氣體在處理通道2中流動速率差異，而將各成分化合物氣體吸附不同而分離導入各個不同塗層分離通道4a中，再流通於各個不同塗層分離通道4a所接續之腔室4b中，而腔室4b兩端各設置有一閘門3，以及腔室4b內設置有一氣體偵測器6，氣體偵測器6為偵測所導入各成分化合物氣體之濃度及性質，並傳輸給中央處理控制裝置E，以控制腔室4b兩端之閘門3之開啟或關閉；而各成分化合物氣體導入腔室4b進一步實施氣體轉化處理機制，中央處理控制裝置E控制腔室4b兩端之閘門3之關閉，讓所導入該成分化合物氣體經物理性或化學性的轉化裝置(如第2A圖示中化學性轉化層4D、物理性轉化層4E)處理形成該氣體偵測器6偵測該成分化合物氣體到一安全偵測值，傳輸給中央處理控制裝置E控制腔室4b兩端之閘門3開啟。
值得注意，上述之氣體轉化處理機制是在腔室4b設置有轉化裝置，轉化裝置可以為如第2A圖示中透過腔室4b中塗佈的化學性轉化層4D，如銀杏及日本鹽膚木的草本加護的分解層，有效抗敏及破壞通過流感病毒 (例如：H1N1)的表面蛋白，如銀離子分解層，抑制所導入該成分化合物氣體中微生物、真菌，如沸石分解層，去除氨氮、重金屬、有機污染物、大腸桿菌、苯酚、氯仿和陰離子表面活性劑；轉化裝置可以為，如第2A圖示中透過腔室4b中沉積成形的物理性轉化層4E，如奈米光管、紫外線光管等光觸媒照射該成分化合物氣體中有害物質並進行消毒殺菌。讓所導入該成分化合物氣體經物理性或化學性的轉化裝置(如第2A圖示中化學性轉化層4D、物理性轉化層4E)處理形成氣體偵測器6偵測該成分化合物氣體到一安全偵測值，傳輸給中央處理控制裝置E控制腔室4b兩端之閘門3開啟，再導入室內空間ID。
值得注意，上述之氣體偵測器6為一揮發性有機物傳感器，偵測二氧化碳或總揮發性有機物氣體資訊。氣體偵測器6為一甲醛傳感器，偵測 甲醛資訊。氣體偵測器6為一細菌傳感器，偵測細菌資訊或真菌資訊。氣體偵測器6為一病毒傳感器，偵測病毒氣體資訊。
值得注意的是，其中該安全偵測值包含二氧化碳(CO 2)之濃度小於1000ppm、總揮發性有機物(TVOC)之濃度小於0.56ppm、甲醛(HCHO)之濃度小於0.08ppm、細菌數量小於1500CFU/m 3、真菌數量小於1000CFU/m 3、二氧化硫之濃度小於0.075ppm、二氧化氮之濃度小於0.1ppm、一氧化碳之濃度小於9ppm、臭氧之濃度小於0.06ppm、鉛之濃度小於0.15μg/m 3。
由上述說明可知，在具體實施上，如第2B圖所示，本發明氣體交換裝置C由複數個導氣單元10以半導體製程整合成薄件型態製出，架構定置於室外空間OD與室內空間ID之間，而過濾組件D設置於氣體交換裝置C之導氣端，讓室外氣體通過過濾組件D而淨化處理再進入室內空間ID，如此建構一種電子微型化空氣交換系統，不僅設置成本低，也不會佔去許多室內空間ID之配置，再搭配室外空污感測器A及室內空污感測器B的設置，提供室外空污數據及室內空污數據傳輸給中央處理控制裝置E實施智能運算比對，以控制氣體交換裝置C之開啟或關閉，選擇該室外氣體是否導入該室外氣體進入該室內空間ID，或者該室內氣體排出於該室外空間OD進行交換形成潔淨到可安全呼吸氣體狀態。
值得注意，過濾組件D為一高效濾網(HEPA)，或者過濾組件D為一最小過濾效率值 (MERV) 13等級以上濾網。
上述之室外空污感測器A及室內空污感測器B為一空污偵測器7，以下就空污偵測器7之結構及實施方式做說明。
請參閱第5A圖至第12圖所示，空污偵測器7包含一控制電路板71、一氣體偵測主體72、一微處理器73及一通信器74，其中該氣體偵測主體72、該微處理器73及該通信器74封裝於該控制電路板71形成一體且電性連接，且該微處理器73控制該氣體偵測主體72之偵測運作，該氣體偵測主體72偵測空污而輸出一偵測訊號，且該微處理器73接收該偵測訊號而運算處理輸出形成空污數據，提供給該通信器74對外無線通信之傳輸，傳輸給中央處理控制裝置E接收。其中，無線傳輸為一Wi-Fi模組、一藍芽模組、一無線射頻辨識模組、一近場通訊模組其中之一對外傳輸。
請參閱第5A圖至第10A圖所示，上述氣體偵測主體72包含一基座721、一壓電致動器722、一驅動電路板723，一雷射組件724、一微粒傳感器725及一外蓋726。其中基座721具有一第一表面7211、一第二表面7212、一雷射設置區7213、一進氣溝槽7214、一導氣組件承載區7215及一出氣溝槽7216。其中第一表面7211與第二表面7212為相對設置之兩個表面。雷射組件724自第一表面7211朝向第二表面7212挖空形成。另，外蓋726罩蓋基座721，並具有一側板7261，側板7261具有一進氣框口7261a與一出氣框口7261b。而進氣溝槽7214自第二表面7212凹陷形成，且鄰近雷射設置區7213。進氣溝槽7214設有一進氣通口7214a，連通於基座721的外部，並與外蓋726的進氣框口7261a對應，以及進氣溝槽7214兩側壁具貫穿之透光窗口7214b，而與雷射設置區7213連通。因此，基座721的第一表面7211被外蓋726封蓋，第二表面7212被驅動電路板723封蓋，致使進氣溝槽7214定義出一進氣路徑。
其中，導氣組件承載區7215係由第二表面7212凹陷形成，並連通進氣溝槽7214，且於底面貫通一通氣孔7215a，以及導氣組件承載區7215之四個角分別具有一定位凸塊7215b。而上述之出氣溝槽7216設有一出氣通口7216a，出氣通口7216a與外蓋726的出氣框口7261b對應設置。出氣溝槽7216包含有第一表面7211對於導氣組件承載區7215的垂直投影區域凹陷形成的一第一區間7216b，以及於非導氣組件承載區7215的垂直投影區所延伸的區域，且由第一表面7211至第二表面7212挖空形成的第二區間7216c，其中第一區間7216b與第二區間7216c相連形成段差，且出氣溝槽7216的第一區間7216b與導氣組件承載區7215的通氣孔7215a相通，出氣溝槽7216的第二區間7216c與出氣通口7216a相通。故，當基座721的第一表面7211被外蓋726封蓋，第二表面7212被驅動電路板723封蓋時，出氣溝槽7216與驅動電路板723共同定義出一出氣路徑。
上述的雷射組件724及微粒傳感器725皆設置於驅動電路板723上，且位於基座721內，為了明確說明雷射組件724及微粒傳感器725與基座721之位置，故特意省略驅動電路板723，其中雷射組件724容設於基座721的雷射設置區7213內，微粒傳感器725容設於基座721的進氣溝槽7214內，並與雷射組件724對齊。此外，雷射組件724對應到透光窗口7214b，透光窗口7214b供雷射組件724所發射的雷射光穿過，使雷射光照射至進氣溝槽7214。雷射組件724所發出的光束路徑為穿過透光窗口7214b且與進氣溝槽7214形成正交方向。雷射組件724發射光束通過透光窗口7214b進入進氣溝槽7214內，進氣溝槽7214內的氣體被照射，當光束接觸到氣體時會散射並產生投射光點，使位於其正交方向位置之微粒傳感器725接收散射所產生的投射光點進行計算，以獲取氣體的偵測數據。
上述之壓電致動器722容設於基座721之正方形的導氣組件承載區7215。此外，導氣組件承載區7215與進氣溝槽7214相通，當壓電致動器722作動時，汲取進氣溝槽7214內的氣體進入壓電致動器722，並供氣體通過導氣組件承載區7215的通氣孔7215a，進入出氣溝槽7216。以及，上述的驅動電路板723封蓋於基座721的第二表面7212。雷射組件724設置於驅動電路板723並呈電性連接。微粒傳感器725亦設置於驅動電路板723並呈電性連接。當外蓋726罩於基座721時，進氣框口7261a對應到基座721之進氣通口7214a，出氣框口7261b對應到基座721之出氣通口7216a。
上述壓電致動器722包含一噴氣孔片7221、一腔體框架7222、一致動體7223、一絕緣框架7224及一導電框架7225。其中，噴氣孔片7221為一可繞性材質並具有一懸浮片7221a、一中空孔洞7221b，懸浮片7221a為一彎曲振動之片狀結構，其形狀與尺寸對應導氣組件承載區7215之內緣，而中空孔洞7221b則貫穿懸浮片7221a之中心處，供氣體流通。於本發明較佳實施例中，懸浮片7221a之形狀可為方形、圖形、橢圓形、三角形及多角形其中之一。
上述腔體框架7222疊設於噴氣孔片7221上，且其外觀與噴氣孔片7221對應。致動體7223疊設於腔體框架7222上，並與腔體框架7222、懸浮片7221a之間定義出一共振腔室7226。絕緣框架7224疊設於致動體7223上，其外觀與腔體框架7222近似。導電框架7225疊設於絕緣框架7224上，其外觀與絕緣框架7224近似，且導電框架7225具有一導電接腳7225a及一導電電極7225b，其中導電接腳7225a自導電框架7225外緣向外延伸，且導電電極7225b自導電框架7225內緣向內延伸。此外，致動體7223更包含一壓電載板7223a、一調整共振板7223b及一壓電板7223c。其中，壓電載板7223a疊設於腔體框架7222。調整共振板7223b疊設於壓電載板7223a上。壓電板7223c疊設於調整共振板7223b上。而調整共振板7223b及壓電板7223c則容設於絕緣框架7224內。並由導電框架7225之導電電極7225b電連接壓電板7223c。其中，於本發明較佳實施例中，壓電載板7223a與調整共振板7223b皆為導電材料。壓電載板7223a具有一壓電接腳7223d，且壓電接腳7223d與導電接腳7225a連接驅動電路板723上的驅動電路(圖未示)，以接收驅動訊號(可為驅動頻率及驅動電壓)，驅動訊號得以由壓電接腳7223d、壓電載板7223a、調整共振板7223b、壓電板7223c、導電電極7225b、導電框架7225及導電接腳7225a形成一迴路，並由絕緣框架7224將導電框架7225與致動體7223之間阻隔，避免發生短路現象，使驅動訊號得以傳送至壓電板7223c。壓電板7223c接受驅動訊號後，因壓電效應產生形變，進一步驅動壓電載板7223a及調整共振板7223b產生往復式地彎曲振動。
進一步說明，調整共振板7223b位於壓電板7223c與壓電載板7223a之間，作為兩者間的緩衝物，可調整壓電載板7223a的振動頻率。基本上，調整共振板7223b的厚度大於壓電載板7223a，藉由改變調整共振板7223b的厚度調整致動體7223的振動頻率。
請配合參閱第8A圖、第8B圖、第9A圖、第9B圖及第10A圖所示，噴氣孔片7221、腔體框架7222、致動體7223、絕緣框架7224及導電框架7225係依序堆疊設置並定位於導氣組件承載區7215內，促使壓電致動器722定位於導氣組件承載區7215內，壓電致動器722在懸浮片7221a及導氣組件承載區7215的內緣之間定義出一空隙7221c，供氣體流通。上述之噴氣孔片7221與導氣組件承載區7215之底面間形成一氣流腔室7227。氣流腔室7227透過噴氣孔片7221之中空孔洞7221b連通致動體7223、腔體框架7222及懸浮片7221a之間的共振腔室7226，透過共振腔室7226中氣體的振動頻率，使其與懸浮片7221a之振動頻率趨近於相同，可使共振腔室7226與懸浮片7221a產生亥姆霍茲共振效應(Helmholtz resonance)，提高氣體的傳輸效率。當壓電板7223c向遠離導氣組件承載區7215之底面移動時，壓電板7223c帶動噴氣孔片7221之懸浮片7221a以遠離導氣組件承載區7215之底面方向移動，使氣流腔室7227之容積急遽擴張，內部壓力下降產生負壓，吸引壓電致動器722外部的氣體由空隙7221c流入，並經由中空孔洞7221b進入共振腔室7226，增加共振腔室7226內的氣壓進而產生一壓力梯度。當壓電板7223c帶動噴氣孔片7221之懸浮片7221a朝向導氣組件承載區7215之底面移動時，共振腔室7226中的氣體經中空孔洞7221b快速流出，擠壓氣流腔室7227內的氣體，並使匯聚後的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7215的通氣孔7215a。
透過重覆第10B圖與第10C圖所示的動作，壓電板7223c進行往復式地振動，依據慣性原理，排氣後的共振腔室7226內部氣壓低於平衡氣壓會導引氣體再次進入共振腔室7226中，如此控制共振腔室7226中氣體的振動頻率與壓電板7223c之振動頻率趨於相同，以產生亥姆霍茲共振效應，實現氣體高速且大量的傳輸。氣體皆由外蓋726之進氣框口7261a進入，通過進氣通口7214a進入基座721之進氣溝槽7214，並流至微粒傳感器725的位置。再者，壓電致動器722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725上方，此時雷射組件724發射光束通過透光窗口7214b進入進氣溝槽7214，進氣溝槽7214通過微粒傳感器725上方，當微粒傳感器725的光束照射到氣體中的懸浮微粒時會產生散射現象及投射光點，當微粒傳感器725接收散射所產生的投射光點進行計算以獲取氣體中所含的懸浮微粒之粒徑及濃度等相關資訊，並且微粒傳感器725上方的氣體也持續受到壓電致動器722驅動而導入導氣組件承載區7215的通氣孔7215a，進入出氣溝槽7216。最後當氣體進入出氣溝槽7216後，由於壓電致動器722不斷輸送氣體進入出氣溝槽7216，因此出氣溝槽7216內的氣體會被推引並通過出氣通口7216a及出氣框口7261b而向外部排出。
綜上所述，本發明提供一種室內氣體交換系統，透過氣體交換裝置由複數個導氣單元以半導體製程整合成薄件型態製出，且設置於室外空間與室內空間之間，提供室內空間與該室外空間之氣體交換。透過室外空污感測器及室內空污感測器的設置，以提供室外空污數據及室內空污數據傳輸給中央處理控制裝置。透過中央處理控制裝置實施智能運算比對，以控制氣體交換裝置之開啟或關閉，選擇室外氣體是否導入該室內空間，或者該室內氣體排出於該室外空間，使室內空間之氣體交換形成可安全呼吸氣體狀態，極具產業利用價值。
A:室外空污感測器
B:室內空污感測器
C:氣體交換裝置
D:過濾組件
E:中央處理控制裝置
F:雲端處理裝置
OD:室外空間
ID:室內空間
10:導氣單元
1:泵浦
11:基材
12:匯流腔室
13:共振板
131:中空孔洞
132:可動部
14:致動板
141:懸浮部
142:外框部
143:空隙
15:壓電元件
16:出口板
161:出口孔
17:入口板
171:入口孔
18:第一腔室
19:第二腔室
g0:間隙
2:處理通道
3:閘門
31:保持件
32:密封件
33:閥片
31a、32a、33a、304a:通氣孔
35:容置空間
4:氣體分離通道
4a:塗層分離通道
4b:腔室
4c:填充材
4D:化學性轉化層
4E:物理性轉化層
5:換氣通道
6:氣體偵測器
7:空污偵測器
71:控制電路板
72:氣體偵測主體
721:基座
7211:第一表面
7212:第二表面
7213:雷射設置區
7214:進氣溝槽
7214a:進氣通口
7214b:透光窗口
7215:導氣組件承載區
7215a:通氣孔
7215b:定位凸塊
7216:出氣溝槽
7216a:出氣通口
7216b:第一區間
7216c:第二區間
722:壓電致動器
7221:噴氣孔片
7221a:懸浮片
7221b:中空孔洞
7221c:空隙
7222:腔體框架
7223:致動體
7223a:壓電載板
7223b:調整共振板
7223c:壓電板
7223d:壓電接腳
7224:絕緣框架
7225:導電框架
7225a:導電接腳
7225b:導電電極
7226:共振腔室
7227:氣流腔室
723:驅動電路板
724:雷射組件
725:微粒傳感器
726:外蓋
7261:側板
7261a:進氣框口
7261b:出氣框口
727:氣體傳感器
73:微處理器
74:通信器
第1圖為本發明室內氣體交換系統於室內空間使用狀態示意圖。 第2A圖為本發明導氣單元示意圖。 第2B圖為本發明氣體交換裝置架構定置於該室外空間與該室內空間之間放大示意圖。 第3A圖為本發明泵浦示意圖。 第3B圖至第3D圖為本發明泵浦作動示意圖。 第4A圖為本發明閘門示意圖。 第4B圖為本發明閘門作動示意圖。 第5A圖為本發明空污偵測器外觀示意圖。 第5B圖為本發明氣體偵測主體立體外觀正面示意圖。 第5C圖為本發明氣體偵測主體立體外觀背面示意圖。 第5D圖為本發明氣體偵測裝置立體分解示意圖。 第6A圖為本發明基座立體示意圖(一)。 第6B圖為本發明基座立體示意圖(二)。 第7圖為本發明基座組裝驅動電路板及微粒傳感器之立體示意圖。 第8A圖為本發明基座與壓電致動器之分解示意圖。 第8B圖為本發明基座與壓電致動器之組合示意圖。 第9A圖為本發明壓電致動器之立體正面分解示意圖。 第9B圖為本發明壓電致動器之立體背面分解示意圖。 第10A圖為本發明壓電致動器之剖視示意圖。 第10B圖至第10C圖為本發明壓電致動器之剖視作動示意圖。 第11A圖為氣體偵測主體組合剖視圖(一)。 第11B圖為氣體偵測主體組合剖視圖(二)。 第11C圖為氣體偵測主體組合剖視圖(三)。 第12圖為本發明空污偵測器傳輸示意圖。
A:室外空污感測器
B:室內空污感測器
C:氣體交換裝置
D:過濾組件
E:中央處理控制裝置
F:雲端處理裝置
OD:室外空間
ID:室內空間
10:導氣單元

Claims (18)

  1. 一種室內氣體交換系統，架構定置於一室外空間與一室內空間之間，包含：至少一室外空污感測器，設置在該室外空間偵測一室外氣體之空污的性質與濃度，並提供一室外空污數據之傳輸；複數個室內空污感測器，設置在該室內空間內偵測一室內氣體之空污的性質與濃度，並提供一室內空污數據之傳輸；一氣體交換裝置，由複數個導氣單元以半導體製程整合成薄件型態製出，架構定置於該室外空間與該室內空間之間，提供該室內氣體與該室外氣體之氣體交換，其中該導氣單元包含至少一泵浦、一處理通道、至少一閘門、複數個氣體分離通道以及一換氣通道；一過濾組件，設置於該氣體交換裝置之導氣端，使該室外氣體通過淨化處理進入該室內空間；以及一中央處理控制裝置，接收該室外空污數據及該室內空污數據，並實施一智能運算比對，以控制該氣體交換裝置之開啟或關閉，選擇該室外氣體是否導入該室內空間，或者該室內氣體排出於該室外空間，使該室內空間之氣體交換形成潔淨到可安全呼吸氣體狀態。
  2. 如請求項1所述之室內氣體交換系統，其中空污是指懸浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、臭氧、二氧化硫、二氧化氮、鉛、總揮發性有機物、甲醛、細菌、真菌、病毒之其中之一或其組合。
  3. 如請求項1所述之室內氣體交換系統，其中該處理通道中設置有至少一該泵浦及至少一該閘門，至少一該泵浦導引該室外空間之該室外氣體導入該處理通道中，而該中央處理控制裝置接收該室 外空污數據及該室內空污數據實施該智能運算比對，以控制至少一該泵浦運轉操作及控制至少一該閘門之開啟或關閉，選擇該室外氣體是否導入該室外氣體進入該室內空間。
  4. 如請求項1所述之室內氣體交換系統，其中該導氣單元所包含之一換氣通道中設置有至少一該泵浦及至少一該閘門，至少一該泵浦導引該室內空間之該室內氣體導入該換氣通道中，而該中央處理控制裝置接收該室外空污數據及該室內空污數據實施該智能運算比對，以控制至少一該泵浦運轉操作及控制至少一該閘門之開啟或關閉，選擇該室內氣體排出於該室外空間。
  5. 如請求項3或4所述之室內氣體交換系統，其中該中央處理控制裝置接收該室外空污數據及該室內空污數據實施該智能運算比對為透過連結一雲端處理裝置，實施人工智能(AI)運算及大數據比對，而智能選擇發出一控制指令給該中央處理控制裝置，供以控制該處理通道中之至少一該泵浦運轉操作及至少一該閘門的開啟或關閉。
  6. 如請求項1所述之室內氣體交換系統，其中至少一該泵浦為一微機電(MENS)泵浦。
  7. 如請求項1所述之室內氣體交換系統，其中該處理通道中連通複數個該氣體分離通道，每一該氣體分離通道設置有一塗層分離通道及一腔室，且該腔室接續在該塗層分離通道之後，其中該塗層分離通道之內壁表面以塗佈(coating)或濺鍍(sputting)設置一填充材，供以進行各成分化合物氣體之吸附分離而導入該腔室中，而該腔室兩端各設置有至少一該閘門，以及該腔室內設置有一氣體偵測器，該氣體偵測器為偵測所導入各成分化合物氣體之濃度及性質，並控制該腔室兩端之至少一該閘門之開啟或關閉。
  8. 如請求項7所述之室內氣體交換系統，其中該氣體偵測器為一揮發性有機物傳感器，偵測二氧化碳或總揮發性有機物氣體資訊。
  9. 如請求項7所述之室內氣體交換系統，其中該氣體偵測器為一甲醛傳感器，偵測甲醛氣體資訊。
  10. 如請求項7所述之室內氣體交換系統，其中該氣體偵測器為一細菌傳感器，偵測細菌資訊或真菌資訊。
  11. 如請求項7所述之室內氣體交換系統，其中該氣體偵測器為一病毒傳感器，偵測病毒氣體資訊。
  12. 如請求項7所述之室內氣體交換系統，其中該氣體分離通道之該腔室進一步實施氣體轉化處理機制，讓促使該中央處理控制裝置控制關閉該腔室兩端之至少一該閘門，讓所導入各成分化合物氣體經物理性或化學性的轉化裝置處理形成該氣體偵測器偵測各成分化合物氣體到一安全偵測值，傳輸給給中央處理控制裝置控制該腔室兩端之至少一該閘門開啟。
  13. 如請求項12所述之室內氣體交換系統，其中該安全偵測值包含二氧化碳(CO2)之濃度小於1000ppm、總揮發性有機物(TVOC)之濃度小於0.56ppm、甲醛(HCHO)之濃度小於0.08ppm、細菌數量小於1500CFU/m3、真菌數量小於1000CFU/m3、二氧化硫之濃度小於0.075ppm、二氧化氮之濃度小於0.1ppm、一氧化碳之濃度小於9ppm、臭氧之濃度小於0.06ppm、鉛之濃度小於0.15μg/m3。
  14. 如請求項1所述之室內氣體交換系統，其中該室外空污數據及該室內空污數據之傳輸為透過一無線通訊之傳輸，而該無線通訊為一Wi-Fi模組、一藍芽模組、一無線射頻辨識模組、一近場通訊模組其中之一的傳輸。
  15. 如請求項1所述之室內氣體交換系統，其中該過濾組件為一高效 濾網(HEPA)。
  16. 如請求項1所述之室內氣體交換系統，其中該過濾組件為一最小過濾效率值(MERV)13等級以上濾網。
  17. 如請求項1所述之室內氣體交換系統，其中該室外空污感測器及該室內空污感測器為一空污偵測器，該空污偵測器包含一控制電路板、一氣體偵測主體、一微處理器及一通信器，其中該氣體偵測主體、該微處理器及該通信器封裝於該控制電路板形成一體且電性連接，且該微處理器控制該氣體偵測主體之偵測運作，該氣體偵測主體偵測空污而輸出一偵測訊號，且該微處理器接收該偵測訊號而運算處理輸出形成空污數據，提供給該通信器對外無線通信之傳輸。
  18. 如請求項17所述之室內氣體交換系統，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，以及兩側壁分別貫穿一透光窗口，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，且於一底面貫通一通氣孔；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； 一壓電致動器，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，供以對通過該進氣溝槽且受該雷射組件所投射光束照射之空污中所含微粒做偵測；以及一外蓋，罩蓋於該基座，且具有一側板，該側板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，該外蓋罩蓋該基座，該驅動電路板貼合該第二表面，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，藉以驅動該壓電致動器加速導送該基座之該進氣通口室外之空污，由該進氣框口進入該進氣溝槽所定義之該進氣路徑而通過該微粒傳感器上偵測出空污中所含微粒之微粒濃度，以及空污再由該通氣孔排入該出氣溝槽定義出之該出氣路徑通過一氣體傳感器作偵測，最後自該基座之該出氣通口至該出氣框口排出。
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