可携式气体清净装置的制作方法

本案关于一种可携式气体清净装置，尤指一种利用微型泵与传感器监测循环气流，并自动对周边空气执行清净动作的可携式气体清净装置。

背景技术：

近年来，我国与邻近区域的空气污染问题渐趋严重，尤其是细悬浮微粒(pm2.5)的浓度数据常常过高，引发国人开始重视日常生活环境中的空气品质的相关议题。然而，目前市面上各式空气清净设备，虽强调具有消除污染物质、净化空气品质等功效，但，消费者在实际使用时仅能利用感官的主观感受去判断空气品质改善的结果，并无法确知实际上改善状况为何。举例而言，空气中许多有害物质为无色无味，例如细悬浮微粒或一氧化碳，若未对空气进行检验，使用者并无法确认空气清净设备是否已将有害标的物完全消除，亦无法得知有害标的物消除的程度。

另外，目前市面上各式空气清净设备，大多为具有一定体积的固定式设备，笨重而无法让使用者随身携带，因此无法随时随地保障使用者周遭环境的空气品质。同时，绝大部分的空气清净设备并不具有监测空气品质的功能。虽然，市面上也有少数携带型的空气清净装置，但目前的空气传感器都具有一定体积，难以结合于携带型空气清净装置而形成具有监测空气功能的可携式空气清净装置。

因此，针对上述缺失，有必要发明一种具有监测空气功能的可携式空气清净装置加以改善。

技术实现要素：

本案的可携式空气清净装置可解决已知技术中所存在的下述问题：一、空气清净设备不具备空气监测功能；二、空气检测器体积过于庞大，无法结合于携带型空气清净装置使用；以及，三、现有的空气检测器性能不佳，检测效能不够稳定。

本案的可携式空气清净装置包含一壳体、一致动传感模块及一气体清净单元。壳体具有连通外界的一入口通孔与一出口通孔，致动传感模块及气体清净单元设置于壳体之内部。其中，致动传感模块包含一微处理器、至少一致动器、至少一传感器及一传输模块。致动器用以驱动外界的一气体自入口通孔流入壳体之内部，并自出口通孔排出，在壳体内部形成一内部气流。传感器邻近致动器设置，以感测内部气流的该气体，并产生至少一气体检测值。气体清净单元邻近致动传感模块设置以清净该气体。微处理器电性连接其他元件，以接收传感器的气体检测值，并运算产生一气体检测结果，据此操控气体清净单元开启、关闭或调整清静运作强弱度。

由于本案的致动器具有微型化的体积，可使本案的可携式空气清净装置，具有体积轻巧、适于使用者随身携带的特质。并且，由于致动器可持续将定量的外界气体吸入致动传感模块中，形成稳定、具一致性之内部气流以供传感器感测，使空气检测的稳定度与准确性大幅提升。更甚者，借由将上述创新的致动传感模块应用于可携式空气清净装置，可在监测周遭环境的空气品质的同时，自动对周遭环境执行空气清净的动作，达成随时随地保障使用者周边空气品质的功效。

【附图说明】

图1，其为本案的一较佳实施例的可携式气体清净装置的结构示意图。

图2，其为本案的一较佳实施例的致动传感模块的功能方块图。

图3a及3b，其分别为本案的致动传感模块的致动器于不同视角的分解结构示意图。

图4，其为图3a及3b所示的致动器的剖面结构示意图。

图5，其为本案的致动传感模块的致动器的剖面结构示意图。

图6a至6e，其为本案的致动传感模块的致动器的作动的流程结构图。

【具体实施方式】

体现本案特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本案。

请参阅图1，其为本案的一较佳实施例的可携式气体清净装置的结构示意图。本案的可携式气体清净装置100，包含一壳体101、一致动传感模块1以及一气体清净单元2。壳体101具有连通外界的一入口通孔1011以及一出口通孔1012，可在壳体101的相对二面上相互对应设置，但不以此为限。致动传感模块1以及气体清净单元2设置于壳体101内部，且气体清净单元2设置于致动传感模块1的邻近位置。本实施例中，气体清净单元2设置于壳体101内部相对致动传感模块1的一侧，在本案的另一些较佳实施例中，气体清净单元2亦可封闭设置于出口通孔1012，或设置于致动传感模块1内，均不以此为限。

请参阅图2，其为本案的一较佳实施例的致动传感模块的功能方块图。致动传感模块1包含一微处理器11、一传感器12、一致动器13与一传输模块14。其中，微处理器11电性连接传感器12、致动器13与传输模块14。微处理器11更电性连接气体清净单元2，以发送一控制信号s1操控气体清净单元2进行开启、关闭或清净运作强弱度的调整等动作。

致动器13为能将控制信号转换成具有推动被控系统的动力装置，其作用为驱动外界的一气体经由入口通孔1011流入壳体101内部，并将该气体吸入致动传感模块1之中。致动器13可以包含一电动致动器、一磁力致动器、一热动致动器、一压电致动器及一流体致动器。例如可为交直流马达、步进马达等电动致动器、或是磁性线圈马达等磁力致动器、或是热泵等热动致动器、或是压电泵等压电驱动器、又或者是气体泵、液体泵等流体致动器，均不以此为限。致动器13的细部结构说明将于后详述，故于此不再赘述之。

传感器12邻近致动器13设置，因此可检测被致动器131吸入的该气体中的至少一标的物，并产生相应的气体检测值。传感器12可包括像是如以下各者的传感器：温度传感器、挥发性有机化合物传感器(例如，量测甲醛、氨气的传感器)、微粒传感器(例如，pm2.5的微粒传感器)、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、臭氧传感器、其他气体传感器、湿度传感器、水分传感器、量测水或其他液体中或空气中的化合物及/或生物学物质的传感器(例如，水质传感器)、其他液体传感器，用于量测环境的光传感器，或石墨烯传感器，亦可为这些传感器的任意组合而成的群组，均不以此为限。

因此，传感器12的检测标的物，可为无机气体或一挥发性有机气体，亦可为一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、悬浮微粒、细悬浮微粒、氧气及臭氧中至少一种气体项目或其组合，并据以产生气体检测值。其中，该挥发性有机气体可为烯颣、醇类、酮颣、苯环颣、卤烷类及含氮有机化合物中的至少其中之一，并据以产生气体检测值。在应用方面，传感器12亦可用以检测一生物标记(biomarker)的数值，或者，透过直接或间接的方式，检测病毒、细菌或微生物…等，且均不以此为限。

传输模块14可为有线传输模块或无线传输模块，并包含可应用于gps全球定位系统的一定位模块141。传输模块14透过有线或无线的通信传输方式，与外部装置传送与接收信息，其中有线通信传输技术可采用rs485、rs232、modbus、knx等通讯接口以进行；而无线通信传输技术可采用zigbee，z-wave，rf，蓝牙，wifi，enocean等技术以进行。

气体清净单元2可包含至少一滤网，滤网可为活性碳、不织布、静电滤网及高效微粒空气过滤网（hepa）的其中之一。同时，气体清净单元2可包含一负离子发生器、杀菌光产生器与光触媒的至少其中之一或其组合。

请同时参阅图1与图2。本案的可携式气体清净装置100启动后，致动传感模块1的致动器13开始作动，驱动外界的一气体经由入口通孔1011进入壳体101内部，并将该气体吸入致动传感模块1中。该气体流经致动传感模块1中的传感器12之后，再从出口通孔1012排出。致动器13持续驱动气体进入与排出，在壳体101内形成一内部气流。传感器12则持续感测该内部气流，并产生至少一气体检测值。微处理器11自传感器12接收该气体检测值，并将气体检测值与一预设标准值比对，借以运算产生一气体检测结果。微处理器11根据该气体检测结果发送控制信号s1至气体清净单元2，借此操控气体清净单元2进行开启或关闭的作动。更甚者，在本案的另一些实施例中，微处理器11比对气体检测值与该预设标准值所运算产生的气体检测结果，更包含一数据比对值，并且，微处理器11根据该数据比对值，发送控制信号s1至气体清净单元2，借此操控气体清净单元2进行调整清净运作强弱度的作动。

举例而言，传感器12可检测内部气流中的细悬浮微粒浓度而产生相应的气体检测值，若微处理器11将该气体检测值与预设标准值比对的结果为气体检测值高于预设标准值，则气体检测结果为空气品质不良。此时，微处理器11会操控气体清净单元2开启，以滤净可携式气体清净装置100周遭的空气，提升使用者身处区域的空气品质。与此同时，传感器12仍持续感测内部气流，并产生即时气体检测值供微处理器11进行比对判断，一旦微处理器11判断气体检测值低于预设标准值，则气体检测结果为空气品质良好，此时，微处理器11会操控气体清净单元2关闭。微处理器11将气体检测值与预设标准值比对时，更产生一数据比对值；若该数据比对值大于一预设值，则微处理器11根据该数据比对值，控制气体清净单元2增强其清净运作强度。借此上述作动，本案的可携式气体清净装置100可达到不须使用者操控，而能自动顺应环境启闭空气清净动作与调整空气清净运作强弱度的功能。

在本案的一较佳实施例中，除了上述的作动，微处理器11更同时将气体检测结果传送至传输模块14。传输模块14接收气体检测结果之后，利用其定位模块141产生一定位点信息，并透过通信传输将气体检测结果与该定位点信息一并传送至云端装置200。云端处理装置200为一电脑或任何建构以包含cpu、ram等零件的类似设备，具有数据分析管理的功能，于本实施例中作用以一服务器，透过网际网络与传输模块14连接，并借由有线或无线的通信传输方式传送与接收信息。如此一来，云端装置200可将由多个如本案的可携式气体清净装置100所搜集的气体检测结果与其即时定位点信息，相互整合建立为一空气品质监测数据库210。在本案的另一较佳实施例中，云端装置200亦可根据所接收的气体检测结果，发送一云端操控信号s2，借以操控至少一外部气体清净装置300进行开启、关闭及调整清净强弱度的其中之一作动。外部气体清净装置300可为一空气清净机、一除湿机、一排风扇、电动门、一电动窗、一自动清洁机器人、一空气调节机…等任何建构以改善空气品质的装置，不以此处所举例装置为限。

以下将针对致动器13的细部结构详加说明。于本案实施例中，致动传感模块1的致动器13可为一压电致动泵的驱动结构，或者一微机电系统(mems)泵的驱动结构，下方说明将以压电致动泵的致动器13的作动为例。

请参阅图3a及图3b所示，流体致动器13包括进气板131、共振片132、压电致动元件133、绝缘片134a、134b及导电片135等结构，其中压电致动元件133对应于共振片132而设置，并使进气板131、共振片132、压电致动元件133、绝缘片134a、导电片135及另一绝缘片134b等依序堆叠设置，其组装完成的剖面图是如图5所示。

于本实施例中，进气板131具有至少一进气孔131a，其中进气孔131a的数量以4个为较佳，但不以此为限。进气孔131a是贯穿进气板131，用以供气体自装置外顺应大气压力的作用而自该至少一进气孔131a流入流体致动器13之中。进气板131上具有至少一汇流排孔131b，用以与进气板131另一表面的该至少一进气孔131a对应设置。于汇流排孔131b的中心交流处是具有中心凹部131c，且中心凹部131c是与汇流排孔131b相连通，借此可将自该至少一进气孔131a进入汇流排孔131b的气体引导并汇流集中至中心凹部131c，以实现气体传递。于本实施例中，进气板131具有一体成型的进气孔131a、汇流排孔131b及中心凹部131c，且于中心凹部131c处即对应形成一汇流气体的汇流腔室，以供气体暂存。于一些实施例中，进气板131的材质可为例如但不限于不锈钢材质所构成。于另一些实施例中，由该中心凹部131c处所构成的汇流腔室的深度与汇流排孔131b的深度相同，但不以此为限。共振片132是由一可挠性材质所构成，但不以此为限，且于共振片132上具有一中空孔洞132c，是对应于进气板131的中心凹部131c而设置，以使气体流通。于另一些实施例中，共振片132是可由一铜材质所构成，但不以此为限。

压电致动元件133是由一悬浮板1331、一外框1332、至少一支架1333以及一压电片1334所共同组装而成，其中，该压电片1334贴附于悬浮板1331的第一表面1331c，用以施加电压产生形变以驱动该悬浮板1331弯曲振动，以及该至少一支架1333是连接于悬浮板1331以及外框1332之间，于本实施例中，该支架1333是连接设置于悬浮板1331与外框1332之间，其两端点是分别连接于外框1332、悬浮板1331，以提供弹性支撑，且于支架1333、悬浮板1331及外框1332之间更具有至少一空隙1335，该至少一空隙1335是与气体通道相连通，用以供气体流通。应强调的是，悬浮板1331、外框1332以及支架1333的型态及数量不以前述实施例为限，且可依实际应用需求变化。另外，外框1332是环绕设置于悬浮板1331之外侧，且具有一向外凸设的导电接脚1332c，用以供电连接之用，但不以此为限。

悬浮板1331是为一阶梯面的结构(如图4所示)，意即于悬浮板1331的第二表面1331b更具有一凸部1331a，该凸部1331a可为但不限为一圆形凸起结构。悬浮板1331的凸部1331a是与外框1332的第二表面1332a共平面，且悬浮板1331的第二表面1331b及支架1333的第二表面1333a亦为共平面，且该悬浮板1331的凸部1331a及外框1332的第二表面1332a与悬浮板1331的第二表面1331b及支架1333的第二表面1333a之间是具有一特定深度。悬浮板1331的第一表面1331c，其与外框1332的第一表面1332b及支架1333的第一表面1333b为平整的共平面结构，而压电片1334则贴附于此平整的悬浮板1331的第一表面1331c处。于另一些实施例中，悬浮板1331的型态亦可为一双面平整的板状正方形结构，并不以此为限，可依照实际施作情形而任施变化。于一些实施例中，悬浮板1331、支架1333以及外框1332是可为一体成型的结构，且可由一金属板所构成，例如但不限于不锈钢材质所构成。又于另一些实施例中，压电片1334的边长是小于该悬浮板1331的边长。再于另一些实施例中，压电片1334的边长是等于悬浮板1331的边长，且同样设计为与悬浮板1331相对应的正方形板状结构，但并不以此为限。

于本实施例中，如图3a所示，流体致动器13的绝缘片134a、导电片135及另一绝缘片134b是依序对应设置于压电致动元件133之下，且其形态大致上对应于压电致动元件133之外框1332的形态。于一些实施例中，绝缘片134a、134b是由绝缘材质所构成，例如但不限于塑胶，俾提供绝缘功能。于另一些实施例中，导电片135可由导电材质所构成，例如但不限于金属材质，以提供电导通功能。于本实施例中，导电片135上亦可设置一导电接脚135a，以实现电导通功能。

于本实施例中，如图5所示，流体致动器13是依序由进气板131、共振片132、压电致动元件133、绝缘片134a、导电片135及另一绝缘片134b等堆叠而成，且于共振片132与压电致动元件133之间是具有一间隙h，于本实施例中，是于共振片132及压电致动元件133之外框1332周缘之间的间隙h中填入一填充材质，例如但不限于导电胶，以使共振片132与压电致动元件133的悬浮板1331的凸部1331a之间可维持该间隙h的深度，进而可导引气流更迅速地流动，且因悬浮板1331的凸部1331a与共振片132保持适当距离使彼此接触干涉减少，促使噪音产生可被降低。于另一些实施例中，亦可借由加高压电致动元件133之外框1332的高度，以使其与共振片132组装时增加一间隙，但不以此为限。

请参阅图3a及图3b、图5所示，于本实施例中，当进气板131、共振片132与压电致动元件133依序对应组装后，于共振片132具有一可动部132a及一固定部132b，可动部132a处可与其上的进气板131共同形成一汇流气体的腔室，且在共振片132与压电致动元件133之间更形成一第一腔室130，用以暂存气体，且第一腔室130是透过共振片132的中空孔洞132c而与进气板131的中心凹部131c处的腔室相连通，且第一腔室130的两侧则由压电致动元件133的支架1333之间的空隙1335而与流体通道相连通。

请参阅图3a、图3b、图5、图6a至图6e，本案的流体致动器13的作动流程简述如下。当流体致动器13进行作动时，压电致动元件133受电压致动而以支架1333为支点，进行垂直方向的往复式振动。如图6a所示，当压电致动元件133受电压致动而向下振动时，由于共振片132是为轻、薄的片状结构，是以当压电致动元件133振动时，共振片132亦会随的共振而进行垂直的往复式振动，即为共振片132对应中心凹部131c的部分亦会随的弯曲振动形变，即该对应中心凹部131c的部分是为共振片132的可动部132a，是以当压电致动元件133向下弯曲振动时，此时共振片132对应中心凹部131c的可动部132a会因气体的带入及推压以及压电致动元件133振动的带动，而随着压电致动元件133向下弯曲振动形变，则气体由进气板131上的至少一进气孔131a进入，并透过至少一汇流排孔131b以汇集到中央的中心凹部131c处，再经由共振片132上与中心凹部131c对应设置的中空孔洞132c向下流入至第一腔室130中。其后，由于受压电致动元件133振动的带动，共振片132亦会随的共振而进行垂直的往复式振动，如图6b所示，此时共振片132的可动部132a亦随的向下振动，并贴附抵触于压电致动元件133的悬浮板1331的凸部1331a上，使悬浮板1331的凸部1331a以外的区域与共振片132两侧的固定部132b之间的汇流腔室的间距不会变小，并借由此共振片132的形变，以压缩第一腔室130的体积，并关闭第一腔室130中间流通空间，促使其内的气体推挤向两侧流动，进而经过压电致动元件133的支架1333之间的空隙1335而向下穿越流动。之后，如图6c所示，共振片132的可动部132a向上弯曲振动形变，而回复至初始位置，且压电致动元件133受电压驱动以向上振动，如此同样挤压第一腔室130的体积，惟此时由于压电致动元件133是向上抬升，因而使得第一腔室130内的气体会朝两侧流动，而气体持续地自进气板131上的至少一进气孔131a进入，再流入中心凹部131c所形成的腔室中。之后，如图6d所示，该共振片132受压电致动元件133向上抬升的振动而共振向上，此时共振片132的可动部132a亦随的向上振动，进而减缓气体持续地自进气板131上的至少一进气孔131a进入，再流入中心凹部131c所形成的腔室中。最后，如图6e所示，共振片132的可动部132a亦回复至初始位置，由此实施态样可知，当共振片132进行垂直的往复式振动时，是可由其与压电致动元件133之间的间隙h以增加其垂直位移的最大距离，换句话说，于该两结构之间设置间隙h可使共振片132于共振时可产生更大幅度的上下位移。是以，在经此流体致动器13的流道设计中产生压力梯度，使气体高速流动，并透过流道进出方向的阻抗差异，将气体由吸入端传输至排出端，以完成气体输送作业，即使在排出端有气压的状态下，仍有能力持续将气体推入流体通道，并可达到静音的效果，如此重复第6a至6e图的流体致动器13作动，即可使流体致动器13产生一由外向内的气体传输。

承上所述，本案的可携式气体清净装置透过致动传感模块的致动器受驱动而致动产生流体流动，将流体由入口通孔导入流通过传感器处，以令传感器上量测所接收流体，且让致动器内部导引流体能提供稳定、一致性流量，促使在传感器处能获取稳定、一致性的流体流通量直接监测，且缩短传感器的监测反应作用时间，达成精准的监测，使空气检测的稳定度与准确性大幅提升。且气体清净单元邻近致动传感模块设置以清净该气体。是以，借由将上述创新的致动传感模块应用于可携式空气清净装置，可在监测周遭环境的空气品质的同时，自动对周遭环境执行空气清净的动作，达成随时随地保障使用者周边空气品质的功效，极具产业利用价值。

本案得由熟习此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护者。

【符号说明】

100：可携式气体清净装置

101：壳体

1011：入口通孔

1012：出口通孔

200：云端装置

210：空气品质监测数据库

300：外部气体清净装置

1：致动传感模块

11：微处理器

12：传感器

13：致动器

14：传输模块

141：定位模块

2：气体清净单元

130：第一腔室

131：进气板

131a：进气孔

131b：汇流排孔

131c：中心凹部

132：共振片

132a：可动部

132b：固定部

132c：中空孔洞

133：压电致动元件

1331：悬浮板

1331a：凸部

1331b：第二表面

1331c：第一表面

1332：外框

1332a：第二表面

1332b：第一表面

1332c：导电接脚

1333：支架

1333a：第二表面

1333b：第一表面

1334：压电片

1335：空隙

134a、134b：绝缘片

135：导电片

135a：导电接脚

s1：操控信号

s2：云端操控信号

h：间隙