TWM616138U - 主動供氣式過濾系統 - Google Patents

Abstract

揭露書公開一種主動供氣式過濾系統，系統由臉部氣濾裝置與主動供氣式過濾裝置組成，兩者採用分離式設計，主動供氣式過濾裝置通過一輸氣管連接臉部氣濾裝置的接口。在主動供氣式過濾裝置的開口位置以一機構裝設過濾元件，用於過濾進入空氣，裝置設有一氣流驅動單元，可通過驅動元件帶動空氣進入一進氣腔，再通過驅動元件將空氣送入輸氣管，最後輸送至臉部氣濾裝置。其中，主動供氣式過濾裝置通過一氣流檢知器感測通過輸氣管中的氣流，感測結果可使得主動供氣式過濾裝置中的控制單元可主動調節氣流驅動單元帶動空氣的能力。

Description

主動供氣式過濾系統

本新型涉及一種空氣過濾的技術，特別是指一種隨身攜帶的主動供氣式過濾系統。

人類隨時遭受病毒的威脅，特別是廣泛區域或全球蔓延的病毒傳播疫情，除了增強個人免疫力、開發疫苗以及倚賴醫療系統協助外，口罩成為普遍使用的個人防護措施。

一般醫療級口罩或N95口罩孔隙約為0.3微米左右，對於一般細菌有阻絕作用，但病毒體積遠小於0.2微米，病毒傳播一般為口液飛沫，病毒會附著或包覆於口液飛沫內，整體的體積就大於0.3微米，使得可被前述口罩阻絕包覆病毒的口液飛沫，或是口液飛沫被口罩的熔噴布靜電所吸附，暫有保護效果。

但是，在高濃度或長時間接觸病毒的場所內，病毒的載體，也就是口液飛沫，會隨著時間過去開始乾燥或蒸發，使得病毒載體體積大幅縮小，使得前述口罩失去阻絕病毒的效果，病毒能輕易穿過前述口罩的間隙（約0.3微米）而進入口鼻，當病毒量達一定水平將致人生病。

以上狀況可能出現在密閉空間中，如飛機、醫療院所，雖然其中人員都穿戴了前述口罩，但病毒傳染性與得病比例仍特別高，可印證以上情況。

有鑑於常見用於病毒防護的口罩僅提供有限的防護能力，並可能在特定情況下失去阻絕病毒的效果，揭露書提出一種主動供氣式過濾系統。

根據實施例之一，所述主動供氣式過濾系統主要由採用分離式設計的主動供氣式過濾裝置與臉部氣濾裝置所組成，臉部氣濾裝置用於配戴於一使用者臉部，設有一通氣孔以及連接一輸氣管的接口，主動供氣式過濾裝置可通過輸氣管連接臉部氣濾裝置的接口。

主動供氣式過濾裝置與臉部氣濾裝置分離，通過一主機外殼設計為可攜式裝置，主機外殼包括的主要元件有一控制單元，用於控制主動供氣式過濾裝置中各電路單元的運作；一氣流驅動單元，可通過一驅動元件帶動空氣進入進氣腔，再將空氣送入輸氣管，以將空氣經由輸氣管輸送至臉部氣濾裝置；一氣流檢知器，設於輸氣管中，可用以感測通過輸氣管中的氣流，使得控制單元可以參考感測結果主動調節氣流驅動單元帶動空氣的能力；一電源管理單元，連接充電電池，電源管理單元用以管理供應主動供氣式過濾裝置中各電路單元的電力；以及裝置包括裝設一過濾元件的機構，此機構設於主動供氣式過濾裝置接觸外部空氣的開口位置，用於過濾進入進氣腔的空氣。

優選地，主動供氣式過濾裝置執行一控制氣流的方法，其中通過上述氣流檢知器感測通過輸氣管中的氣流，使得可以根據一氣流感測結果主動調節氣流驅動單元帶動空氣的能力。

優選地，所述臉部氣濾裝置以一口罩或面罩樣式穿戴於使用者的臉部，並遮蔽使用者的口鼻，臉部氣濾裝置上的通氣孔可設有單向出氣的濾網，用於排出進入臉部氣濾裝置中的空氣。

進一步地，主動供氣式過濾裝置更包括一電源管理單元，電源管理單元用於管理供應主動供氣式過濾裝置中各電路單元的電力，包括根據上述氣流感測結果，以根據控制單元的一控制信號調節提供氣流驅動單元的電力。

在一實施例中，控制單元根據氣流感測結果計算一流速，以能根據流速查表，得出提供氣流驅動單元的電流，再據此控制電源管理單元輸出的電力。

在另一實施例中，主動供氣式過濾裝置更包括一調整介面，調整介面提供使用者可以手動調節提供氣流驅動單元的電力的功能。

優選地，所述驅動元件為設於一空氣入口中間位置的一葉片、一渦輪葉片、一無葉片風扇、或一活塞與氣閥組，其中驅動驅動元件的馬達可以一連桿機構設於空氣入口以外的位置。

為使能更進一步瞭解本新型的特徵及技術內容，請參閱以下有關本新型的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本新型加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本創作的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本創作的優點與效果。本創作可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本創作的構思下進行各種修改與變更。另外，本創作的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本創作的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本創作的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

有別於習知被動吸入式口罩（靠使用者呼吸）僅依賴不織布或融噴（Melt Blown）布過濾病毒的方式，揭露書提出一種主動供氣式過濾系統，其中主動供氣式過濾裝置採用的過濾機制可以選擇性地使用一或多種濾材，例如，除了可以保有口罩提供初步過濾功能，還可選擇性地使用奈米級薄膜等濾材過濾阻絕病毒，可得出不含病毒（在一定量以下）的純淨空氣，另更採用主動供氣的方式，能在足夠嚴密的過濾機制下還能讓使用者舒適地呼吸足夠量的空氣。

圖1顯示使用者穿戴主動供氣式過濾系統的實施例示意圖，所示的主動供氣式過濾系統主要包括兩部分，其一為配戴在使用者臉部的一臉部氣濾裝置10，另一為設計為攜帶式的主機，即圖示中的主動供氣式過濾裝置100，較佳地，兩者採用分離式設計。

圖示由使用者穿戴在身上的主動供氣式過濾裝置100通過一輸氣管103連接配戴於使用者臉部而遮住口鼻的臉部氣濾裝置10，臉部氣濾裝置10形式如一般口罩，亦可設計為面罩的方式，可以緊密地密合使用者口鼻四周。臉部氣濾裝置10設有連接一輸氣管103的接口102，以及單向出氣的通氣孔101，讓從主動供氣式過濾裝置100送入臉部氣濾裝置10的空氣可以通過此通氣孔101排出。在一實施例中，除了通氣孔101，臉部氣濾裝置10其餘部分仍可具備排氣的功能，但為了能有效阻絕病毒、細菌與空氣微粒，臉部氣濾裝置10的組成並非能具有好的排氣效果。可參考圖2。

圖1中的主動供氣式過濾裝置100的主體設有接觸外部空氣的開口，在開口的位置上設有過濾元件105，可以一固定機構固定，並設計為可拆卸元件。過濾元件105可以依照需求加入各種功能的濾材，以下列舉可以採用為過濾元件105的各種濾材，實施時可以根據需求任意搭配，且不限於以下列舉的幾種濾材。相關濾材可以是製作口罩時常見的以聚丙烯（PP）為材料製作的防潑水不織布層，這是可以阻隔帶有病原的飛沫或血液附著；融噴不織布層，透過融噴結構網技術，具靜電吸附功能，能吸附空氣微粒；活性碳布層，此為多孔隙的結構，主要功用在於吸附有機氣體、具惡臭的分子等；奈米級薄膜層，可用於過濾阻絕病毒。以上所述過濾元件105中的各種濾材為可替換（拋棄）元件。

圖2顯示主動供氣式過濾系統中臉部氣濾裝置的實施例示意圖，此例顯示的臉部氣濾裝置10以一口罩樣式穿戴於使用者的臉部，並遮蔽使用者的口鼻。臉部氣濾裝置10的實施方式並不限於圖中所示範例。

臉部氣濾裝置10主要結構除了可以遮蔽使用者口鼻的材料外，設有通氣孔101以及可以緊密連接輸氣管103的接口102，與輸氣管103之間可設計為可拆卸的機構，通過此輸氣管103可將主動供氣式過濾裝置100中產生的空氣順利地輸送到臉部氣濾裝置10中。

根據揭露書提出的主動供氣式過濾系統，較佳地，主動供氣式過濾裝置100為一隨身攜帶式的裝置，與穿戴在使用者口鼻上的臉部氣濾裝置10採分離設計，第一，可以讓使用者呼吸到更為充足且經過過濾獲得更純淨的空氣，不致因為習知設計在口罩上的過濾方式而僅能獲得經過有限過濾效果的空氣；第二，因為採分離而隨身的設計，可以得到更大的電池容量以及獲得更好的驅動空氣的效果；第三，採用主動供氣的方式，其中還具備自動或手動調整驅動能力的功能，因此可以讓使用者在任何的環境上都可以呼吸到足夠的純淨空氣；第四，由於要過濾更小的分子，如病毒，需要更細微氣孔的濾材，而這類濾材若以口罩形式戴在使用者口鼻上，會有呼吸困難的問題，但若搭配主動供氣式過濾裝置100中主動驅動氣流的功能，可以在濾除更小分子的需求下還可確保使用者可以舒暢地呼吸到純淨空氣。

所述主動供氣式過濾裝置100主要功能是能夠將經過過濾機制得到的乾淨空氣主動地輸送到使用者配戴的臉部氣濾裝置10，實現此功能的配置可參考圖3所示主動供氣式過濾裝置中各模組配置的實施例圖。

圖中顯示的臉部氣濾裝置10設有通氣孔101，在一實施例中，此通氣孔101可以裝設有單向通氣的濾網，濾網為可以替換的耗材。臉部氣濾裝置10設有接口102，銜接輸氣管103，以連接到主動供氣式過濾裝置100，使得主動供氣式過濾裝置100可以通過輸氣管103主動地輸送乾淨空氣至臉部氣濾裝置10。

主動供氣式過濾裝置100的各模組元件設於一主體外殼內，其中包括用於控制主動供氣式過濾裝置100中各電路單元的運作的控制單元307，以及電性連接控制單元307的各電路單元，其中電路至少包括氣流驅動單元304以及氣流檢知器305，並加上裝設過濾元件301的機構。另還可包括電源管理單元308、電池309以及提供手動控制的調整介面306。

在其接觸外部空氣的開口位置設有置放過濾元件301的機構，內部設有一帶動氣流的氣流驅動單元304，氣流驅動單元304（或其驅動元件）與過濾元件301之間形成一個進氣腔303。氣流驅動單元304電性連接控制單元307，可通過一驅動元件（如葉片、渦輪葉片、無葉片風扇、活塞與氣閥組等機構）帶動空氣進入進氣腔303，並通過所述驅動元件將空氣送入輸氣管103，之後再將空氣經由輸氣管103輸送至臉部氣濾裝置10。

其中特別的是，主動供氣式過濾裝置100可執行一控制氣流的方法，在此控制氣流的方法中，主要是通過設於輸氣管103中的氣流檢知器305感測通過輸氣管103中的氣流，持續地產生氣流感測結果，使得控制單元307可以根據氣流感測結果主動調節氣流驅動單元304帶動空氣的能力。

所述氣流檢知器305可以是一個可量測氣流壓力的感測器，設於輸氣管103中以感測出通過輸氣管103中氣流的速度、氣流量或壓力等值，藉此提供控制單元307判斷氣流狀態的依據，並據此主動調節氣流驅動單元304帶動空氣的能力。另還可提供使用者以手動決定氣流驅動單元304運作的調整介面306。

電路上，主動供氣式過濾裝置100設有電源管理單元308，連接電池309（較佳為充電電池或可替換式電池），電源管理單元308用以管理供應主動供氣式過濾裝置100中各電路單元的電力，包括根據氣流檢知器305產生的氣流感測結果，由控制單元307產生一控制信號，使得電源管理單元308可根據此控制信號調節提供氣流驅動單元304的電力，如根據查表對照出一輸出電流，據此調整氣流驅動單元304的出力，以修正驅動元件帶動氣流的能力。

主動供氣式過濾裝置100在其主機外殼上可設有提供使用者操作的調整介面306，調整介面306電性連接控制單元307，提供手動調節提供氣流驅動單元304的電力的功能，另可提供電源控制，並提供各種可監控裝置運作的燈號。

上述控制單元307、氣流驅動單元304、氣流檢知器305、電源管理單元308、電池309以及裝設過濾元件301的機構裝設於所示主體外殼中，主體外殼設計為可攜式裝置（如以斜背帶、腰帶、後背帶形式穿戴於使用者身上），主動供氣式過濾裝置100與臉部氣濾裝置10採用一分離式設計。

圖4接著顯示主動供氣式過濾裝置中控制氣流的方法實施例流程圖，流程描述動供氣式過濾裝置主動供氣的實施方式，主要是通過設於輸氣管中的氣流檢知器感測其中的氣流（步驟S401），控制單元可根據氣流感測結果計算一流速（步驟S403），之後可根據流速查表（查表可預先儲存至裝置的記憶體中）（步驟S405）以得出提供氣流驅動單元的一電流，控制單元產生控制信號（步驟S409），能控制電源管理單元輸出至氣流驅動單元的電流（步驟S411）。以上步驟可以在主動供氣式過濾裝置運行中持續不斷地運作，達到適應性地控制氣流的目的。另外，主動供氣式過濾裝置亦可提供手動調整的功能，讓手動調整的信號轉換為控制信號，能據此控制輸出至氣流驅動單元的電流（步驟S407）。

上述由氣流驅動單元驅動的驅動元件以帶動氣流運行的方式的實施例可以參考圖5與圖6，然實際運行時並不限於這些範例。

圖5顯示主動供氣式過濾裝置中驅動氣流的實施例之一示意圖，圖例顯示在主動供氣式過濾裝置接觸外部空氣的開口位置形成一個進氣腔（如圖3，303），在此空氣入口500的中間位置設置一風扇50或等效的機構。圖例的驅動元件採用以馬達驅動葉片（如渦輪葉片）的方式來驅動氣流，控制空氣在輸氣管中的流速。值得一提的是，在一實施例中，為了避免驅動葉片的馬達（或渦輪葉片、無葉片風扇（如圖6）等其他驅動方式）產生廢熱影響使用者呼吸的空氣的溫度，馬達或是特定驅動方式將可以分離式設計，例如可以一連桿機構（connecting rod）設於空氣入口500以外的位置，避免其廢熱影響輸氣管中的空氣溫度。

圖6顯示另一驅動氣流的實施例，為一種無葉片風扇的驅動方式，此例顯示在空氣入口600的中間部分設有無葉片風扇（bladeless fan）60，無葉片風扇的設計原理是利用伯努利定律（Bernoulli's principle ）實現的康達效應（Coanda Effect），利用馬達驅動空氣在此無葉片風扇60的外部環狀結構中快速流動，依附在此外環結構表面的快速流動而持續遞送的空氣會被康達效應放大，使得在無葉片風扇60的中間開口處形成風例，在此例中即帶動經過過濾元件的空氣進入輸氣管中。此無葉片風扇60中外環中噴嘴70的剖面圖可參考圖7。

綜上所述，根據以上實施例所描述的主動供氣式過濾系統，主動供氣式過濾裝置設計為隨身攜帶式的裝置，並與穿戴在使用者口鼻上的臉部氣濾裝置採分離設計，設有可過濾病毒的濾材以得出純淨的空氣（或稱在一定病毒/微粒濃度要求下的空氣），並可配合調節機制，採用主動供氣的方式讓使用者在任何情況下都可以呼吸到足夠的純淨空氣，可解決傳統為了要過濾病毒而無法避免地會讓使用者有呼吸困難的問題。

以上所公開的內容僅為本新型的優選可行實施例，並非因此侷限本新型的申請專利範圍，所以凡是運用本新型說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本新型的申請專利範圍內。

10:臉部氣濾裝置 101:通氣孔 102:接口 103:輸氣管 100:主動供氣式過濾裝置 105:過濾元件 301:過濾元件 303:進氣腔 304:氣流驅動單元 305:氣流檢知器 307:控制單元 308:電源管理單元 309:電池 306:調整介面 500:空氣入口 50:風扇 600:空氣入口 60:無葉片風扇 70:噴嘴 步驟S401～S411:控制氣流的流程

圖1顯示使用者穿戴主動供氣式過濾系統的實施例示意圖；

圖2顯示主動供氣式過濾系統中臉部氣濾裝置的實施例示意圖；

圖3顯示主動供氣式過濾裝置中各模組配置的實施例圖；

圖4顯示主動供氣式過濾裝置中控制氣流的方法實施例流程圖；

圖5顯示主動供氣式過濾裝置中驅動氣流的實施例之一示意圖；

圖6顯示主動供氣式過濾裝置中驅動氣流的實施例之二示意圖；以及

圖7顯示無葉片風扇中外環中噴嘴的剖面圖。

10:臉部氣濾裝置

101:通氣孔

102:接口

103:輸氣管

100:主動供氣式過濾裝置

105:過濾元件

Claims (10)

1. 一種主動供氣式過濾系統，包括： 一臉部氣濾裝置，用於配戴於一使用者臉部，該臉部氣濾裝置設有一通氣孔以及連接一輸氣管的一接口； 一主動供氣式過濾裝置，與該臉部氣濾裝置分離，通過一主機外殼設計為一可攜式裝置，通過該輸氣管連接該臉部氣濾裝置的該接口，其中該主機外殼內包括： 一控制單元，用於控制該主動供氣式過濾裝置中各電路單元的運作； 一氣流驅動單元，電性連接該控制單元，通過一驅動元件帶動空氣進入一進氣腔，並通過該驅動元件將空氣送入該輸氣管，再將空氣經由該輸氣管輸送至該臉部氣濾裝置； 一氣流檢知器，電性連接該控制單元，設於該輸氣管中，用以感測通過該輸氣管中的氣流，使得該控制單元主動調節該氣流驅動單元帶動空氣的能力； 一電源管理單元，電性連接該控制單元，連接一充電電池，該電源管理單元用以管理供應該主動供氣式過濾裝置中各電路單元的電力；以及 一裝設一過濾元件的機構，用於過濾進入該進氣腔的空氣。
2. 如請求項1所述的主動供氣式過濾系統，其中該過濾元件至少包括可替換的一不織布層以及一奈米級薄膜層。
3. 如請求項2所述的主動供氣式過濾系統，其中該裝設該過濾元件的機構設於該主動供氣式過濾裝置接觸外部空氣的一開口位置，該過濾元件與該驅動元件之間形成該進氣腔。
4. 如請求項3所述的主動供氣式過濾系統，其中該驅動元件為設於一空氣入口中間位置的一葉片、一渦輪葉片、一無葉片風扇、或一活塞與氣閥組。
5. 如請求項4所述的主動供氣式過濾系統，其中驅動該葉片、該渦輪葉片或該無葉片風扇的一馬達以一連桿機構設於該空氣入口以外的位置。
6. 如請求項1所述的主動供氣式過濾系統，其中該臉部氣濾裝置的該通氣孔設有一單向出氣的濾網，用於排出進入該臉部氣濾裝置中的空氣。
7. 如請求項6所述的主動供氣式過濾系統，其中該臉部氣濾裝置以一口罩或一面罩樣式穿戴於一使用者的臉部，並遮蔽該使用者的口鼻。
8. 如請求項1所述的主動供氣式過濾系統，其中該電源管理單元根據該氣流檢知器產生的一氣流感測結果調節提供該氣流驅動單元的電力。
9. 如請求項8所述的主動供氣式過濾系統，其中該控制單元根據該氣流感測結果計算一流速，根據該流速查表，以得出提供該氣流驅動單元的一電流，再據此控制該電源管理單元輸出的電力。
10. 如請求項8所述的主動供氣式過濾系統，其中該主動供氣式過濾裝置更包括一調整介面，該調整介面電性連接該控制單元，提供手動調節提供該氣流驅動單元的電力的功能。

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