充氣器與其在穿戴式防護輔具之應用探討(上)

刊登日期:2014/12/5
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意外死亡是老人的重要死因之一,而跌倒則是最主要的原因。跌倒相關的醫療花費甚鉅,根據統計,美國65歲以上的老人,因跌倒傷害所耗費的醫療費用佔了將近所有醫療費用的6%。而研究證明,因為跌倒而造成骨折的銀髮族,在日後發生各種骨折的危險性以及機會均增加,特別是在跌倒骨折後5到10年之間。臺灣的研究報告也顯示,65歲以上銀髮族在1年內連續發生跌倒者佔1/3,而銀髮族發生跌倒的次數和傷害嚴重度都會隨著年紀增長而相對提高,很多時候銀髮族在家跌倒,因為當下沒人發現而錯失急救的黃金時間。

預防跌倒,目前常藉由健康的生活型式、疾病控制與服藥、運動,以及改善環境來減少發生機率,但跌倒還是可能會發生。所幸隨科技發展,目前已有穿戴式防護輔具技術,提供如同汽車安全氣囊之防護功效,當使用者在跌倒或墜落時,可迅速充氣保護。為在有限時間內使防護輔具展開動作,確保使用者著地受創力道減緩,進而達到保護效果。其中最重要的關鍵技術,就是如何達成氣體高速充氣的方式及裝置,因此將在此探討各種氣體充氣技術。

氣體鋼瓶適用範園
充氣裝置不勝枚舉, 舉凡氣體在開放空間從高壓流向低壓的過程皆可稱為第一類充氣,如熱空氣上升時,冷空氣補足的過程;而利用兩密閉空間與一流道結合則稱為第二類充氣,此類多是以密閉空間內的體積變化達到壓力變化,進而使氣體擠壓由一密閉空間至另一密閉空間內。此外,從開放空間到密閉空間則稱為第三類充氣,如人體的肺擴張使肺腔成負壓狀態,利用與大氣空間的壓差將空氣由氣管流入肺腔。不論何類充氣方式,其目的皆為將氣體暫時儲存於一空間內,等待下一步的利用。目前多利用鋼瓶方式儲存一定氣體,以利後續使用。

普通氣體鋼瓶使用範圍非常廣泛,係由各類壓縮機將氣體壓縮存於鋼瓶內,例如水族箱專用 CO2 鋼瓶係用在水中增添 CO2 含量,促進水藻進行光合作用;腳踏車或汽車專用氣體鋼瓶,如圖一所示,則用在臨時性的破胎或補胎中,扮演輪胎充氣的角色。此外也有特殊氣體的鋼瓶,例如實驗室常用氮氣、氧氣、氫氣、氯氣等鋼瓶,常以顏色區分性質;而安全氣囊使用的氣體鋼瓶,如圖二所示,係藉由將氣囊袋充氣,確保乘客的安全


圖二、安全氣囊使用的氣體鋼瓶

充氣鋼瓶取用方法
充氣鋼瓶的取用方法分為普通型與點火器型,其中點火器型高壓鋼瓶又可分為撞針衝破、直接衝破、間接衝破三種型式,本文將分析其點火配置的優缺點,並探討單級與雙級點火裝置。

1. 普通型充氣鋼瓶
取用方法一般市面上氣體鋼瓶取用方法稱為普通型,最常見的為使用閥裝置,閥的大小間接可以控制氣體流量,而閥的種類非常多樣,例如球閥、針閥以及旋塞閥等,如圖三(a)所示,具有可重覆使用性的優點;此外也有用機械式撞針頂破裝置,係藉由頂針直接將鋼瓶出口擊破,例如腳踏車和汽車輪胎充氣鋼瓶,如圖三(b)所示,但缺點在於鋼瓶係屬一次性使用。


圖三、(a)各類氣體閥門;(b)機械式撞針頂破裝置

2. 點火器型充氣鋼瓶取用方法
為達到迅速反應與快速釋放氣體動作以及成本上的考量,則以點火器型充氣鋼瓶最具有優勢,不僅構造簡單,且要價便宜。以下針對三種不同類型的點火配置與作動原理做說明,其基本元件如
……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文。

作者:王榮豪、潘信宏、李思儒、鄞盟松/工研院材化所
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