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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:莊宗恩
研究生(外文):Zong-En Jhuang
論文名稱:口罩式動力空氣清淨裝置建置與空間流場分析之研究
論文名稱(外文):Research of the establishment of the mask type dynamic air purifier device and the analysis of the flow-field in a space
指導教授:黃錫泉黃錫泉引用關係
指導教授(外文):Hsi-Chuan Huang
學位類別:碩士
校院名稱:建國科技大學
系所名稱:自動化工程系暨機電光系統研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:110
中文關鍵詞:口罩式動力清淨裝置微正壓供氣多孔性介質
外文關鍵詞:The mask type dynamic air purifier deviceMinor positive supply air pressurePorous media
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依世界衛生組織研究調查顯示,人們每天有80~90%的時間處於室內環境,目前醫院與惡劣環境中的工作者僅使用淨氣式呼吸防護具,佩戴久後呼吸不適導致工作效率降低與過濾不佳,本論文研製一套口罩式動力空氣清淨裝置系統加強人類對病菌的防護措施。
本論文口罩式動力空氣清淨裝置系統由三個殼體組成,進口端設計柵門,由第一、二殼體內裝置動力式風扇將氣體吸進殼體,藉由過濾滅菌裝置淨化與阻隔空氣中0.12 μm以上病菌通過,並銜接供氣管連結至氧氣面罩來供給使用者乾淨舒服的空氣;對於選用離心式與軸流式風扇、供氣管管內徑大小進行實驗,分別以供氣量、呼吸模擬器與過濾效果來證明。此外,藉由數值模擬軟體以實驗量測與數值模擬分析,並擺置導風罩探討內部空間內的流場分佈情形。
本論文探討供氣量與呼吸模擬器實驗結果,顯示以單台軸流式風扇銜接供氣管管內徑d15 mm大小,供氣量為160.11 L/min,且在設定潮氣量範圍內,量測到吸氣狀態下壓差數值為8至36 Pa,使得氧氣面罩表面氣孔向外吹呈現微正壓現象,可提供一般正常人呼吸之供氣量。並以MPGA培養皿測試過濾空氣效果,結果顯示可有效將病菌過濾。而模擬穩態速度場實驗,依6種不同導風罩角度模式下模擬,結果以模式3角度下擺60°。
本論文完成口罩式動力空氣清淨裝置建置與空間流場分析,未來可依研究方式,設計一套可攜式大小且性能可達微正壓效果之過濾裝置,當流感疫情盛行時,藉以降低感染機率發生與提高工作效率。

The investigation of the research, which has been carried out by WHO (World Health Organization), shows that personnel are staying in the indoor environment more than 80% to 90% of the time daily. At present, either in hospital or in bad environmental area, workers are wearing the filtered air breathing type mask for protection them from danger. And after wearing it for a period of time, personnel might feel very uncomfortable and causing not only the work efficiency being fallen down but its filtration performance is not good as well. This research establishes a mask type dynamic air purifier device so as to enhance the protection ability of personnel to protect them from being disease-caused by bacteria or viruses.
The mask type dynamic air purifier device developed by this research is having 3 main housings included. Here has a grille has been designed and being installed at the air inlet side of the device. Moreover, the inlet air being drawn into the device by the dynamic air fan which is installed inside of the 1st &; 2nd main housing. And with the help of the filter of the device, any bacteria &; viruses which are bigger than 0.12 μm existing in the ambient air are filtered and captured on the filter eventually. Moreover, the filtered air is supplied to user’s aspiration mask by a flexible hose so as to provide the fresh &; comfortable air for breathing purpose. In addition, through the help of numerical simulation software, the analysis of the numerical simulation and experimental measurements could be done. Moreover, the flow field distribution situations of internal space could be studied by using the wind scooper eventually.
This research tries to study the result of the test gotten from the comparison between supply air volume and breathing simulation device. It virtually shows that the supply air volume is 160.11 liters per minute as the internal diameter of the flexible supply air hose, which connects to the single axial flow type fan motor, is 15 mm. And at the preset range of the respiration rate, the pressure drop of the air inside of the mask is approximately 8 to 36 Pa when personnel are inspiring. And the air flow, which is drawn to outside of the mask through bleeding holes on it in minor positive pressure, could provide us with a normal air volume requirement for breathing consequently. In addition, to do the air filtration efficiency test by using a MPGA Petri dish, it shows that the bacteria can be filtered effectively. With regards to the simulation test of stable air velocity flow field, it has been done by using 6 different wind scooper installation angle modes so as to try to do the simulation test. The result is shown that the No. 3 test mode which the wind scooper installation angle is 60 degree downward leads a stable and even face air velocity on the porous media.
The thesis has accomplished the analysis of the establishment of the mask type dynamic air purifier device and the flow-field in a space as well. In the future, to design a portable air purifier device with the unique feature of minor positive supply air pressure so as to be used for protecting personnel from being infected when personnel are threaten.

摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XII
第一章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 室內空氣品質與空氣清淨機 3
2.2 呼吸防護具 3
2.3 單晶片微控制器 5
2.4 壓力感測器應用 5
2.5 濾網材質種類與應用 6
2.6 風扇種類與應用 7
2.6 數值模擬軟體 7
第三章 口罩式動力空氣清淨裝置系統設計與建置 9
3.1 口罩式動力空氣清淨裝置設計 10
3.2控制設計 14
3.2.1 壓力感測器數值接收與轉換 15
3.3 硬體電路設計與製作 17
3.3.1 主控制系統電路 18
3.3.2 穩壓電源電路 20
3.3.3 負載輸出電路 21
3.3.4 壓力感測器電路 22
3.3.5 RS232串列傳輸電路 23
3.3.6 LCD文字型顯示器與數位按鈕開關電路 24
3.4 材料與設備 27
3.4.1 控制系統之材料與設備 27
3.4.2 培養基配方與操作儀器 31
第四章 研究方法 32
4.1 供氣量實驗 33
4.2 呼吸模擬器實驗 36
4.3 過濾效果實驗 39
4.4 數值模擬建構與分析 41
4.4.1 數值求解 42
4.4.1.1 統御方程式 42
4.4.1.2 紊流模式 44
4.4.1.3 多孔性介質模式 46
4.4.2 網格建立 51
4.4.3 邊界條件設定 53
4.4.4 實驗設計 55
第五章 結果與討論 58
5.1 供氣量實驗結果 58
5.2 呼吸模擬器實驗結果 62
5.3 過濾效果實驗結果 66
5.4 數值模擬結果 68
第六章 結論與建議 85
6.1 結論 85
6.2 建議 86
參考文獻 87
附錄A 口罩式動力空氣清淨裝置系統實體圖與實驗 91
附錄B 第二次過濾效果結果 96

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