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TWI689345B - 吸附材料模組、氣體過濾結構及氣體過濾面罩 - Google Patents

吸附材料模組、氣體過濾結構及氣體過濾面罩 Download PDF

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TWI689345B
TWI689345B TW108119053A TW108119053A TWI689345B TW I689345 B TWI689345 B TW I689345B TW 108119053 A TW108119053 A TW 108119053A TW 108119053 A TW108119053 A TW 108119053A TW I689345 B TWI689345 B TW I689345B
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潘信宏
張芳卿
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純萃材料股份有限公司
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Abstract

本發明是一種吸附材料模組，其包含複數個管狀吸附材。各管狀吸附材包含至少一孔道以及至少一吸附層，且吸附層環繞孔道。藉此，可提高對目標氣體進行吸附與脫附的過濾效率。

Description

吸附材料模組、氣體過濾結構及氣體過濾面罩
本發明係有關於一種吸附材料模組、氣體過濾結構及氣體過濾面罩，特別是有關於一種具有管狀吸附材或纖維狀吸附材之吸附材料模組、氣體過濾結構及氣體過濾面罩。
氣體過濾結構搭載之吸附模組往往是決定氣體過濾效率的關鍵因素。然，市面上吸附材料多以沸石、矽凝膠等多孔性吸附材料為主，並以傳統的顆粒式填充於氣體過濾結構中，而上述的多孔性吸附材料之充填方式易有壓損率高、散熱效果慢等問題，以致整體氣體過濾結構能耗提高且效率降低。
有鑑於此，發展一種可提升氣體過濾之效能的吸附材料模組，遂成相關業者共努力目標。
本發明提供一種吸附材料模組、氣體過濾結構以及氣體過濾面罩，透過於吸附材料模組中設置複數管狀吸 附材或纖維狀吸附材，提升其過濾氣體的效率，並進而有利於提升氣體過濾結構及氣體過濾面罩過濾氣體的效能。
本發明之一實施方式提供一種吸附材料模組，其包含至少一孔道以及至少一吸附層，且吸附層環繞孔道。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中管狀吸附材可更包含至少一導電層，並環繞於吸附層。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中管狀吸附材可更包含至少一導熱層，並環繞於吸附層。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中管狀吸附材可更包含至少一絕緣層，並環繞於導電層。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中管狀吸附材可更包含至少一絕緣層，並環繞於導熱層。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中管狀吸附材排列可為矩形體、圓柱體或扇柱體。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中管狀吸附材之孔隙率可為20%-80%。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中管狀吸附材之比表面積可為大於2000m2/m3。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中管狀吸附材可用以吸附水、氧氣、氮氣、二氧化碳、VOCs、CH4、NOx、SOx、CxF、油氣、酯類或氨類。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中吸附材料模組可用以吸音、隔音或隔熱。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中管狀吸附材之孔道之一內徑可為0.2mm-4.0mm。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中各管狀吸附材之吸附層之材質可為硼族元素材料、碳族元素材料、氮族元素材料、活性碳、13X沸石、矽凝膠、氣凝膠、鋰型分子篩(LiLSX)、碳分子篩、A型分子篩、X型分子篩、Y型分子篩、活性氧化鋁(Activated alumina oxide)、高矽型沸石、中孔洞二氧化矽沸石(Mesoporous silica zeolite)、金屬有機骨架材料、共價有機骨架材料、膨潤土、絲光沸石(Mordenite zeolite)或海泡石(Sepiolite)。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中導電層之材質可為活性碳、碳黑、石墨烯、石墨、金屬氧化物或金屬基材料。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中導熱層之材質可為活性碳、碳黑、石墨烯、石墨、金屬氧化物或金屬基材料。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中導電層之電阻值範圍可為0.1ohm/cm2-10Kohm/cm2。
本發明之另一實施方式提供一種吸附材料模組，其包含複數個纖維狀吸附材，纖維狀吸附材可包含至少一吸附層，且其編織成一網狀結構。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中纖維狀吸附材可包含至少一孔道，且吸附層環繞孔道。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中纖維狀吸附材可更包含至少一導電層，並環繞於吸附層。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中纖維狀吸附材可更包含至少一導熱層，並環繞於吸附層。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中纖維狀吸附材排列可為矩形體、圓柱體或扇柱體。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中纖維狀吸附材之孔隙率可為20%-80%。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中纖維狀吸附材之比表面積可為大於2000m2/m3。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中纖維狀吸附材可用以吸附過濾水、氧氣、氮氣、二氧化碳、VOCs、CH4、NOx、SOx、CxF、油氣、酯類或氨類。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中吸附材料模組可用以吸音、隔音或隔熱。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中纖維狀吸附材之一外徑可為0.05mm-2.0mm。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中纖維狀吸附材之孔道之一內徑可為0mm-0.5mm。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中纖維狀吸附材之吸附層之材質可為硼族元素材料、碳族元素材料、氮族元素材料、活性碳、13X沸石、矽凝膠、氣凝膠、鋰型分子篩、碳分子篩、A型分子篩、X型分子篩、Y型分子篩、活性氧化鋁、高矽型沸石、中孔洞二氧化矽沸石、金 屬有機骨架材料、共價有機骨架材料、膨潤土、絲光沸石或海泡石。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中導電層之材質可為活性碳、碳黑、石墨烯、石墨、金屬氧化物或金屬基材料。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中導熱層之材質可為活性碳、碳黑、石墨烯、石墨、金屬氧化物或金屬基材料。
依據前述實施方式之吸附材料模組，其中導電層之電阻值範圍可為0.1ohm/cm2-10Kohm/cm2。
本發明之又一實施方式提供一種氣體過濾結構，其包含複數個管狀吸附材以及複數個纖維狀吸附材，纖維狀吸附材連接管狀吸附材。各管狀吸附材包含至少一孔道以及至少一吸附層，吸附層環繞孔道。各纖維狀吸附材包含至少一吸附層，且纖維狀吸附材編織成網狀結構。
依據前述實施方式之氣體過濾結構，其中纖維狀吸附材可包含至少一孔道，吸附層環繞至少一孔道。
依據前述實施方式之氣體過濾結構，其中管狀吸附材之孔道之一內徑可為0.2mm-4.0mm。
依據前述實施方式之氣體過濾結構，其中纖維狀吸附材之一外徑可為0.05mm-2.0mm。
依據前述實施方式之氣體過濾結構，其中纖維狀吸附材之孔道之一內徑可為0mm-0.5mm。
本發明之再一實施方式提供一種氣體過濾面罩，其包含一穿戴部以及一氣濾罐。氣濾罐具有一容置空間，氣濾罐可分離地連接穿戴部，且氣濾罐包含如上述實施方式之氣體過濾結構，並設置於容置空間內。
本發明之更一實施方式提供一種氣體過濾面罩，其可包含一本體以及一過濾部，過濾部與本體連接，且可包含如上述實施方式之吸附材料模組。
100、200‧‧‧吸附材料模組
110A、110B、110C、510‧‧‧管狀吸附材
120‧‧‧孔道
130‧‧‧吸附層
140‧‧‧導熱層
141‧‧‧導熱材料
150‧‧‧導電層
151‧‧‧導電材料
381‧‧‧馬達
390‧‧‧風機系統
391‧‧‧風扇
410‧‧‧滑軌
440‧‧‧熱源裝置
500‧‧‧氣體過濾結構
600、700‧‧‧氣體過濾面罩
610‧‧‧穿戴部
620‧‧‧氣濾罐
160‧‧‧絕緣層
210、520‧‧‧纖維狀吸附材
300、400、800‧‧‧吸附裝置
310‧‧‧框體
320‧‧‧外框體
321‧‧‧隔板
330、430‧‧‧排氣蓋
331、431‧‧‧抽氣導管
340‧‧‧輪軸
350‧‧‧吸附區
360‧‧‧脫附區
370‧‧‧預冷區
380‧‧‧齒皮帶
621‧‧‧容置空間
622‧‧‧外罩
623‧‧‧內罩
630‧‧‧連接部
710‧‧‧本體
720‧‧‧過濾部
721‧‧‧外層
722‧‧‧內層
730‧‧‧穿戴部
G‧‧‧混合氣體
P‧‧‧產品氣體
A‧‧‧已吸附氣體
D‧‧‧外徑
d‧‧‧內徑
第1A圖繪示依照本發明一實施例之吸附材料模組的示意圖；第1B圖繪示依照本發明另一實施例之吸附材料模組的示意圖；第1C圖繪示依照本發明又一實施例之吸附材料模組的示意圖；第2A圖繪示依照第1A圖實施例之管狀吸附材的放大示意圖；第2B圖繪示依照本發明另一實施例之管狀吸附材的放大示意圖；第2C圖依照本發明又一實施例之管狀吸附材的放大示意圖；第3圖繪示依照本發明再一實施例之吸附材料模組的示意圖； 第4圖繪示依照本發明另一實施例之一吸附材料模組的應用示意圖；第5圖繪示依照本發明另一實施例之一吸附材料模組的應用示意圖；第6圖繪示依照本發明另一實施例之一吸附材料模組的應用示意圖；第7圖繪示依照本發明另一實施例之一吸附材料模組的應用示意圖
第8圖繪示依照本發明再一實施例之氣體過濾結構的示意圖；第9圖繪示依照本發明又一實施例之氣體過濾面罩的示意圖；第10圖繪示依照第9圖實施例之氣體過濾面罩的爆炸圖；第11圖繪示依照本發明更一實施例之氣體過濾面罩的示意圖；以及第12圖繪示依照第11圖實施例之氣體過濾面罩的爆炸圖。
以下將參照圖式說明本發明之實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，閱讀者應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節 是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示；並且重複之元件將可能使用相同的編號或類似的編號表示。
請參閱第1A圖及第2A圖，第1A圖繪示依照本發明一實施例之吸附材料模組100的示意圖，第2A圖繪示依照第1A圖實施例之一管狀吸附材110A的放大示意圖。由第1A圖可知，吸附材料模組100包含複數個管狀吸附材110A。由第2A圖可知，各管狀吸附材110A包含至少一孔道120以及至少一吸附層130，且吸附層130環繞孔道120。
藉由上述配置，吸附材料模組100可透過複數個管狀吸附材110A形成多孔結構，當混合氣體G經過孔道120時，管狀吸附材110A之吸附層130對混合氣體G之目標氣體進行吸附，透過管狀吸附材110A均勻分佈於吸附材料模組100，其能有效降低吸附材料模組100的壓損率，且透過吸附層130的設置，更能提升吸附材料模組100的吸附效率。
在第2A圖實施例中，管狀吸附材110A可更包含至少一導熱層140，導熱層140環繞於吸附層130，且導熱層140之材質可為活性碳、碳黑、石墨烯、石墨、金屬氧化物或金屬基材料等材料。導熱層140之材質可為上述任一單一材質或其組合，而本發明不以此為限。藉此，當吸附材料模組100受熱時，導熱層140可有效地傳遞熱能至吸附層130。
另外，管狀吸附材110A可更包含至少一絕緣層160，並環繞導熱層140，且絕緣層160之材質可為高分子、吸附材料或其他絕緣材料，但本發明不以此為限。藉此，絕緣層160可提升管狀吸附材110A使用時的穩定性。
具體而言，在第2A圖實施例中，管狀吸附材110A包含一孔道120、一吸附層130、一導熱層140及一絕緣層160。管狀吸附材110A之最內層為吸附層130，並環繞孔道120，導熱層140環繞於吸附層130之外壁，絕緣層160環繞於導熱層140的外壁。在此要特別說明的是，依據不同的操作需求，吸附層130、導熱層140及絕緣層160之層疊順序可依需求調整，並不以本揭示內容為限。
詳細地說，當混合氣體G通過吸附材料模組100時，吸附材料模組100對混合氣體G進行吸附，且混合氣體G可通過各管狀吸附材110A之孔道120並與吸附層130接觸，藉此吸附層130吸附混合氣體G中的目標氣體，並產生濕度較低或目標氣體濃度較低的產品氣體P，以達到氣體過濾的目的。
當吸附材料模組100接近吸附飽和，並欲進行脫附再生時，可對吸附材料模組100進行加熱，以使其進行脫附再生。更仔細地說，可對導熱層140間接或直接加熱，並藉由熱傳導將熱能傳遞至吸附層130，藉以提高吸附層130的溫度，以令吸附層130進行脫附再生。因此，各管狀吸附材110A透過配置導熱層140，能均勻地加熱各管狀吸附材110A的吸附層130，藉此有效地改善顆粒式填充之吸 附材加熱不均的情形，並有助於降低吸附材料模組100的熱損失。
此外，可於吸附材料模組100的兩端面塗佈導熱材料141，並連接導熱層140，藉此，吸附材料模組100可藉由塗佈於吸附材料模組100兩端面的導熱材料141直接或間接的受一熱源裝置(圖未繪示)加熱，例如遠紅外線熱源，並將熱能傳至導熱層140，透過導熱材料141的設置，可令吸附材料模組100的各導熱層140更均勻地受熱。也就是說，吸附材料模組100可根據操作需求及搭配不同的熱源裝置，可選擇地被間接或直接的加熱，藉此提升吸附材料模組100的實用性。較佳地，吸附材料模組100之脫附再生溫度可為50℃-200℃。
另外，吸附材料模組100的兩端面塗佈之導熱材料141之材質，可為金、銀或碳材等易於導熱之材料，但本發明不以此為限。
藉此，透過導熱層140設置於管狀吸附材110A，吸附材料模組100可更均勻地受熱，並將熱損失降低，吸附材料模組100亦能在升溫與降溫快速轉換，以提高吸附與脫附的效率。
再者，管狀吸附材110A之吸附層130可為一種具高孔隙率的吸附材料，吸附層130之孔隙率可為20%-80%，且吸附層130具有高比表面積的特性，其比表面積可為2000m2/m3；由此可知，吸附層130透過多孔性 的特性，使吸附材料模組100具有高吸附、高脫附的優勢，並能提升氣體過濾的效能。
更仔細地說，管狀吸附材110A之吸附層130之材質可為硼族元素材料、碳族元素材料、氮族元素材料、活性碳(Activated carbon)、13X沸石、矽凝膠(Silica gel)、氣凝膠(Aerogel)、鋰型分子篩(LiLSX)、碳分子篩(Carbon Molecular Sieve)、A型分子篩、X型分子篩、Y型分子篩、活性氧化鋁(Activated alumina oxide)、高矽型沸石、中孔洞二氧化矽沸石(Mesoporous silica zeolite)、金屬有機骨架材料(Metal-organic framework)、共價有機骨架材料(Covalent organic framework)、膨潤土(Natural clays)、絲光沸石(Mordenite zeolite)或海泡石(Sepiolite)等材料。吸附層130之材質可依據不同操作需求，為上述任一單一材質或其組合，而本發明不以此為限。藉此，透過上述之具高孔隙率的吸附材料，使吸附層130可依據操作需求，有效地吸附不同的目標氣體，以增加吸附材料模組100應用的廣度。具體而言，吸附層130可用以吸附水、氧氣、氮氣、二氧化碳、VOCs、CH4、NOx、SOx、CxF、油氣、酯類或氨類。
此外，管狀吸附材110A之孔道120之一內徑d可為0.2mm-4.0mm。透過此設置，可增加吸附材料模組100的孔隙率，且提升吸附材料模組100整體的比表面積，藉此能更提高其吸附效率。
請參照第1B圖及第1C圖，第1B圖繪示依照本發明另一實施例之吸附材料模組100的示意圖，第1C圖繪示依照本發明又一實施例之吸附材料模組100的示意圖。吸附材料模組100包含複數個管狀吸附材110A，且管狀吸附材110A可依需求排列為不同形狀。由第1A圖可知，管狀吸附材110A排列為矩形體、扇柱體(如第1B圖)或圓柱體(如第1C圖)等形狀，但不以此為限。也就是說，吸附材料模組100可透過管狀吸附材110A相互堆疊排列或經裁切成任意形狀，以符合不同的操作需求，並更提高其應用的靈活度。
值得一提的是，管狀吸附材110A經排列後組成吸附材料模組100應用甚廣，除可用以吸附氣體外，因其高孔隙率及高比表面積的特性，吸附材料模組100更可用以影響氣體分子傳輸之運動，如吸音、隔音或隔熱等。
請參閱第2B圖，第2B圖繪示依照本發明另一實施例之管狀吸附材110B的放大示意圖。由第2B圖可知，各管狀吸附材110B包含至少一孔道120以及至少一吸附層130，且吸附層130環繞孔道120。
在此說明的是，第2B圖實施例之管狀吸附材110B與第2A圖實施例之管狀吸附材110A結構相似，是以相同的結構細節，在此不另贅述，並請參照第2A圖實施例的敘述。
與第2A圖實施例不同的是，管狀吸附材110B可包含至少一導電層150，而導電層150環繞於吸附層130。且導電層150之材質可為活性碳、碳黑、石墨烯、石 墨、金屬氧化物或金屬基材料等材料，導電層150之材質可為上述任一單一材質或其組合，本發明不以此為限。此外，導電層150之電阻值範圍可為0.1ohm/cm2-10Kohm/cm2。藉此，當導電層150通電後可產生熱能，並能有效傳遞熱能至各管狀吸附材110B之吸附層130。
另外，管狀吸附材110B可更包含至少一絕緣層160，並環繞導電層150，且絕緣層160之材質可為高分子、吸附材料或其他絕緣材料，但本發明不以此為限。藉此，絕緣層160可提升管狀吸附材110B使用時的穩定性。
具體而言，在第2B圖實施例中，管狀吸附材110B包含一孔道120、一吸附層130、一導電層150及一絕緣層160。管狀吸附材110B之最內層為吸附層130，並環繞孔道120，導電層150環繞於吸附層130之外壁，絕緣層160環繞於導電層150的外壁。在此要特別說明的是，依據不同的操作需求，吸附層130、導電層150及絕緣層160之層疊順序可依需求調整，並不以本揭示內容為限。
詳細來說，當混合氣體G經過吸附材料模組100時，管狀吸附材110B之吸附層130對混合氣體G之目標氣體進行吸附，並產生濕度較低或目標氣體濃度較低的產品氣體P，以達到氣體過濾的目的。此外，管狀吸附材110B之吸附層130之結構與管狀吸附材110A之吸附層130之結構相同，是以，有關管狀吸附材110B之吸附層130之詳細構造請參考上述管狀吸附材110A之吸附層130之敘述，在此不另贅述。
當吸附材料模組100接近吸附飽和，並欲進行脫附再生時，可藉由提高吸附材料模組100的溫度，使其進行脫附再生。更進一步地說，可藉由一電源裝置(圖未繪示)對導電層150施以電壓，以使導電層150產生熱能，因導電層150接觸吸附層130，導電層150可透過熱傳導將熱能傳至吸附層130，藉以提高吸附層130的溫度，目標氣體受熱後自吸附層130脫附，以令吸附層130進行脫附再生。
再者，可於吸附材料模組100的兩端面塗佈導電材料151，並連接導電層150，仔細地說，吸附材料模組100可藉由塗佈於吸附材料模組100兩端面的導電材料151連接一電源(圖未繪示)之電極，並藉以對吸附材料模組100之各導電層150施以電壓，以令各導電層150產生熱能，透過導電材料151的設置，可更均勻地將電能傳遞至吸附材料模組100之各導電層150，且吸附材料模組100的兩端面塗佈之導電材料151之材質，可為金、銀或碳材等易於導電之材料，但本發明不以此為限。
藉此，透過導電層150設置於管狀吸附材110B，吸附材料模組100可更均勻地受熱，並將熱損失降低，吸附材料模組100亦能在升溫與降溫快速轉換，以提高吸附與脫附的效率。
另外，管狀吸附材110B亦可依需求排列為不同形狀，如矩形體(如第1A圖)、扇柱體(如第1B圖)或圓柱體(如第1C圖)等形狀，但不以此為限。也就是說，吸附材料 模組100可透過管狀吸附材110B相互堆疊排列或經裁切成任意形狀，以符合不同的操作需求。
請參閱第2C圖，第2C圖依照本發明又一實施例之管狀吸附材110C的放大示意圖。具體而言，在第2C圖實施例中，管狀吸附材110C包含孔道120、導熱層140、導電層150及絕緣層160，吸附層130環繞孔道120，導熱層140環繞於吸附層130，導電層150環繞於導熱層140，且絕緣層160環繞導電層150。
在此特別說明的是，管狀吸附材110C之結構與管狀吸附材110A之結構及管狀吸附材110B之結構類似，差別在於，管狀吸附材110C可同時包含導熱層140及導電層150，是以有關相同之結構的詳細敘述，請參考第2A圖實施例及第2B圖實施例之敘述，在此將不另贅述。
透過導熱層140及導電層150設置於管狀吸附材110C，管狀吸附材110C可同時或分別對導電層150通電或對導熱層140加熱，以增加導熱層140的溫度，並藉以使管狀吸附材110C進行脫附再生。藉由上述配置，管狀吸附材110C可依據不同之操作需求，可選擇地對導電層150通電或對導熱層140加熱，以使吸附材料模組100操作更為靈活。
此外，吸附材料模組100可透過管狀吸附材110B相互堆疊排列或經裁切成任意形狀，以符合不同的操作需求，如矩形體(如第1A圖)、扇柱體(如第1B圖)或圓柱體(如第1C圖)等形狀。
請一併參閱第2A圖、第2B圖、第2C圖及第3圖，第3圖繪示依照本發明另一實施例之吸附材料模組200的示意圖。吸附材料模組200包含複數個纖維狀吸附材210，纖維狀吸附材210包含至少一吸附層(圖未標示)且纖維狀吸附材210編織成一網狀結構。也就是說，吸附材料模組200呈網狀結構，並係由纖維狀吸附材210編織而成。
透過纖維狀吸附材210相互交織，藉以使吸附材料模組200的結構更為緻密，並搭配吸附層的設置，可使吸附材料模組200攔截捕捉顆粒較小的粒子，以增加其應用的廣度。
詳細來說，纖維狀吸附材210可包含至少一孔道(圖未繪示)，且纖維狀吸附材210之孔道之一內徑d可為0mm-0.5mm，也就是說，纖維狀吸附材210可為實心或空心。當纖維狀吸附材210為實心結構時，吸附材料模組200可透過纖維狀吸附材210相互交織，以形成多個孔隙，並藉由吸附層吸附氣體或攔截捕捉粒子；另外，當纖維狀吸附材210為空心結構時，纖維狀吸附材210之吸附層環繞纖維狀吸附材210之孔道，藉由孔道的設置，可更提升吸附材料模組200的孔隙率，以增加其吸附效果。
在此要特別說明的是，纖維狀吸附材210之結構可與第2A圖、第2B圖或第2C圖之實施例所揭露之管狀吸附材110A、110B或110C相似，是以，有關纖維狀吸附材210之構造與標號請參閱第2A圖、第2B圖或第2C圖之管狀吸附材110A、110B、110C，在此不另繪示。與管狀吸附 材110A、110B、110C不同的是，纖維狀吸附材210之一外徑D可為0.05mm-2.0mm。也就是說，纖維狀吸附材210可為線狀結構或絲狀結構，並藉由編織，形成結構緻密的吸附材料模組200，藉以提高吸附材料模組200的孔隙率及其比表面積，以增加其吸附效能。
另外，纖維狀吸附材210可更包含至少一導電層(未另標示)，導電層環繞於吸附層，或者，纖維狀吸附材210可更包含至少一導熱層(未另標示)，導電層環繞於吸附層。
纖維狀吸附材210之細部結構請參照第2A圖，如第2A圖所示，纖維狀吸附材210可包含一孔道、一吸附層、一導熱層及一絕緣層。纖維狀吸附材210之最內層為吸附層，並環繞孔道，導熱層環繞於吸附層，絕緣層環繞於導熱層的外壁。在此要特別說明的是，依據不同的操作需求，導熱層可替換為導電層，如第2B圖所示，或同時包含導熱層及導電層，如第2C圖所示；換言之，纖維狀吸附材210可依據不同的操作需求，搭配導熱層或導電層。
具體而言，當吸附材料模組200對一混合氣體G進行吸附時，混合氣體G通過吸附材料模組200，目標氣體受纖維狀吸附材210吸附，並產生濕度較低或目標氣體濃度較低的純淨氣體，以達到氣體過濾的目的。
當吸附材料模組200接近吸附飽和，並欲進行脫附再生時，可藉由提高纖維狀吸附材210之溫度，以令吸附層進行脫附再生。更仔細地說，可對纖維狀吸附材210之 導電層施以電壓，使其產生熱能並藉由熱傳導將熱傳遞至纖維狀吸附材210之吸附層，藉以加熱纖維狀吸附材210之吸附層，以令纖維狀吸附材210之吸附層進行脫附再生。另外，亦可對纖維狀吸附材210之導熱層間接或直接的加熱，藉以提高纖維狀吸附材210之吸附層的溫度，以令纖維狀吸附材210之吸附層受熱並進行脫附再生，且較佳地，吸附材料模組200之脫附再生溫度可為50℃-200℃。
藉此，透過導電層或導熱層設置於纖維狀吸附材210，吸附材料模組200可更均勻的受熱，藉此能有效地改善顆粒式填充之吸附材加熱不均的情形，並將熱損失降低，吸附材料模組200亦能在升溫與降溫快速轉換，以提高吸附與脫附的效率。
更進一步地說，纖維狀吸附材210之導電層之材質或纖維狀吸附材210之導熱層之材質可為活性碳、碳黑、石墨烯、石墨、金屬氧化物或金屬基材料等材料。纖維狀吸附材210之導電層之材質或纖維狀吸附材210之導熱層之材質可為上述任一單一材質或其組合，而本發明不以此為限。而纖維狀吸附材210之導電層之電阻值範圍可為0.1ohm/cm2-10Kohm/cm2。藉此，可有效地將熱能傳遞至吸附層。
另外，纖維狀吸附材210可更包含至少一絕緣層(未另標示)，並環繞導電層或導熱層，且絕緣層之材質可為高分子、吸附材料或其他絕緣材料，但本發明不以此為 限。藉由絕緣層的設置，可使纖維狀吸附材210操作時更為穩定。
再者，纖維狀吸附材210之吸附層為一種具高孔隙率的吸附材料，纖維狀吸附材210之吸附層之孔隙率可為20%-80%，且纖維狀吸附材210之吸附層具有高比表面積的特性，其比表面積為2000m2/m3；由此可知，纖維狀吸附材210之吸附層透過多孔性的特性，使其具有高吸附、高脫附的優勢，並能提升氣體過濾的效能。
更仔細地說，纖維狀吸附材210之吸附層之材質可為硼族元素材料、碳族元素材料、氮族元素材料、活性碳、13X沸石、矽凝膠、氣凝膠、鋰型分子篩、碳分子篩、A型分子篩、X型分子篩、Y型分子篩、活性氧化鋁、高矽型沸石、中孔洞二氧化矽沸石、金屬有機骨架材料、共價有機骨架材料、膨潤土、絲光沸石或海泡石等材料。纖維狀吸附材210之吸附層之材質可依據不同操作需求，為上述任一單一材質或其組合，而本發明不以此為限。透過上述之具高孔隙率的吸附材料，使纖維狀吸附材210之吸附層可依據操作需求，有效地吸附不同的目標氣體，以增加吸附材料模組200應用的廣度。具體而言，纖維狀吸附材210之吸附層可用以吸附水、氧氣、氮氣、二氧化碳、VOCs、CH4、NOx、SOx、CxF、油氣、酯類或氨類。
另外，吸附材料模組200係由複數個纖維狀吸附材210編織堆疊而成，且纖維狀吸附材210可依需求編織堆疊成不同形狀，舉例而言，纖維狀吸附材210可排列為矩 形體、扇柱體或圓柱體等形狀，但不以此為限。也就是說，吸附材料模組200可透過纖維狀吸附材210編織並相互堆疊排列或經裁切成任意形狀，以符合不同的操作需求，並更增加其應用的靈活度。
值得一提的是，纖維狀吸附材210經編織堆疊後組成吸附材料模組200的應用甚廣，除可用以吸附氣體外，因其高孔隙率及高比表面積的特性，吸附材料模組200更可用以影響氣體分子傳輸之運動，如吸音、隔音及隔熱等。
請參閱第4圖，第4圖繪示依照本發明另一實施例之一吸附材料模組100的應用示意圖。詳細來說，在第4圖實施例中，吸附裝置300為一轉輪式的吸附裝置，並包含複數個經裁切或經排列成扇柱體(如第1B圖所示)的吸附材料模組100，各吸附材料模組100受複數個隔板321區隔成不同區域，並分別定義為一吸附區350、一脫附區360及一預冷區370，藉此吸附裝置300之吸附材料模組100可同時或分別進行吸附動作、脫附再生或冷卻動作，藉以提升吸附裝置300的實用性。
具體來說，吸附裝置300可藉由輪軸340轉動，並依照第4圖之箭頭(未另標號)所示之方向，將其中一吸附材料模組100依序轉動至吸附區350、脫附區360及預冷區370。
詳言之，當混合氣體G進入吸附裝置300，並通過吸附區350，位在吸附區350之吸附材料模組100對目標氣體進行吸附，並產生產品氣體P。待吸附材料模組100接 近吸附飽和時，吸附裝置300轉動，令吸附材料模組100進入脫附區360，並將吸附材料模組100之溫度提高，以進行脫附再生。待位於脫附區360之吸附材料模組100脫附再生完成後，令吸附材料模組100進入預冷區370，並將其降溫，以使吸附材料模組100回復至容易吸附的溫度，並再次轉動至吸附區350，進行吸附。
可以理解的是，各吸附材料模組100透過吸附裝置300轉動，依序進行吸附、脫附再生及冷卻，並循環操作，藉此吸附裝置300可同時進行吸附及脫附再生，並可不間斷地產生產品氣體P，有利於提升產品氣體P的產率。
另外，搭配吸附裝置300不同的操作需求，吸附材料模組100可包含第2A圖實施例之管狀吸附材110A、第2B圖實施例之管狀吸附材110B或第2C圖實施例之管狀吸附材110C，藉此，可以不同之加熱方式提高吸附材料模組100的溫度，提高吸附裝置300使用的靈活度。
再者，各吸附材料模組100於兩端可塗佈導電材料151或導熱材料141，並與一電源(圖未繪示)或一熱源(圖未繪示)連接，藉以進行脫附再生之操作，在此要特別說明的是，第4圖實施例以塗佈導電材料151為例，但發明不以此為限。
為了排出受脫附區360之吸附材料模組100脫附再生而產生的已吸附氣體A，吸附裝置300更包含一排氣蓋330，排氣蓋330藉由抽氣導管331，將脫附區360之已吸附氣體A抽引排出。
此外，各吸附材料模組100連接框體310，並受框體310包覆於外緣，且各吸附材料模組100透過框體310可拆卸地設置於外框體320，藉此以利各吸附材料模組100更方便的更換於吸附裝置300。
請參閱第5圖，其繪示依照本發明另一實施例之一吸附材料模組100的應用示意圖。具體來說，在第5圖實施例中，吸附裝置800係由二個第4圖實施例之吸附裝置300所組成，但不以此數量為限，是以相同之結構細節請參照第4圖實施例，在此不另贅述。
詳細而言，各吸附裝置300包含齒皮帶380，藉由齒皮帶380連接於馬達381，且二吸附裝置300同時受馬達381轉動而連動，藉以同時令二吸附裝置300之吸附材料模組100依序分別進行吸附、脫附再生及冷卻。透過同時操作二吸附裝置300，更可提升吸附裝置800的操作效率。
再者，吸附裝置800可更包含一風機系統390，並用以抽引混合氣體G通過吸附裝置800，此外可透過控制風機系統390的轉速調整混合氣體G通過吸附裝置800的流量。
另外，為了排出受吸附材料模組100脫附再生而產生的已吸附氣體A，吸附裝置800可更包含排氣蓋330，排氣蓋330對應脫附區360分別設置於二吸附裝置300之一側，且各吸附裝置300之排氣蓋330相互連通，並透過抽氣導管331將已吸附氣體A排出吸附裝置800。
吸附裝置800可更包含二風扇391，風扇391對應脫附區360分別設置於二吸附裝置300之另一側，並用以控制混合氣體G經過脫附區360的流量。另外，風扇391可依據操作需求搭載一熱源裝置(圖未繪示)，用以加熱脫附區360之吸附材料模組100，舉例來說，當各吸附裝置300之吸附材料模組100之管狀吸附材(未另標示)具有導熱層，如第2A圖之管狀吸附材110A或第2C圖之管狀吸附材110C，熱源裝置對吸附裝置300之吸附材料模組100進行加熱，並透過導熱層(未另標示)均勻地提高管狀吸附材之溫度，以利脫附區360之吸附材料模組100進行脫附再生。
值得一提的是，當各吸附裝置300之吸附材料模組100可包含複數個不具有導熱層及導電層的管狀吸附材(未另繪示)，也就是說吸附材料模組100之管狀吸附材本身不具有傳遞熱能之功能時，可藉由熱源裝置提高吸附材料模組100之溫度，具體來說，風扇391抽引一定量流量的混合氣體G進入脫附區360，同時，風扇391對欲進入脫附區360之混合氣體G進行加熱，經加熱後的混合氣體G經過脫附區360之吸附材料模組100的管狀吸附材，並藉以提高管狀吸附材的溫度，以使脫附區360之吸附材料模組100在高溫下進行脫附再生。藉此，可選擇以不同方式加熱脫附區360之吸附材料模組100，藉以提高吸附裝置800應用的靈活度。
請參閱第6圖，其繪示依照本發明另一實施例之一吸附材料模組100的應用示意圖。在第6圖實施例中，吸 附裝置400為吸附材料模組100的應用，吸附裝置400係由複數個吸附材料模組100相互連接組成，且各吸附材料模組100輪流且分別進行吸附及脫附再生。
詳細地說，在第6圖實施例中，吸附裝置400可包含滑軌410以及排氣蓋430，其中，排氣蓋430可移動地連接於滑軌410。藉此，排氣蓋430可藉滑軌410移動並分別對各吸附材料模組100進行脫附再生，以令吸附裝置400可同時進行吸附與脫附再生。
具體而言，當混合氣體G受一供氣裝置(圖未繪示)吹送或一風機系統(圖未繪示)抽引，使混合氣體G通過吸附裝置400，吸附材料模組100對混合氣體G中的目標氣體進行吸附，並產生產品氣體P。當其中一吸附材料模組100欲達吸附飽和時，排氣蓋430藉滑軌410移動至欲進行脫附再生的吸附材料模組100，並對其吸附材料模組100進行加熱，以提高欲進行脫附再生的吸附材料模組100的溫度。
進一步來說，在第6圖實施例中，吸附材料模組100包含複數個第2B圖之管狀吸附材110B或複數個第2C圖之管狀吸附材110C，管狀吸附材110B、110C包含導電層150，透過對吸附材料模組100通以電量，並藉由塗佈於吸附材料模組100兩端之導電材料151，藉此可均勻地提高欲脫附之吸附材料模組100的溫度，並令吸附材料模組100進行脫附再生。
吸附材料模組100經脫附再生後，產生一已吸附氣體A，為了使已吸附氣體A排出於吸附裝置400，排氣 蓋430可更包含抽氣導管431，透過排氣蓋430將已吸附氣體A將產品氣體P隔離，並再透過抽氣導管431將已吸附氣體A排除於吸附裝置400。
當脫附再生完成後，排氣蓋430再藉滑軌410移至另一需進行脫附再生的吸附材料模組100。藉此操作，可令吸附裝置400連續產生產品氣體P，並提高吸附裝置400的產能。特別說明的是，吸附裝置400亦可包含管狀吸附材110A或管狀吸附材110C，並不以此限，並依據不同的操作需求，調整其脫附再生時的加熱方式。
此外，各吸附材料模組100可受一框體(圖未繪示)環繞，藉此各吸附材料模組100可拆卸地相互連接，以利吸附裝置400汰換吸附材料模組100，藉此增加吸附裝置400的實用性。
請參閱第7圖，其繪示依照本發明另一實施例之一吸附材料模組100的應用示意圖。第7圖實施例中，吸附裝置400為吸附材料模組100的應用，特別說明的是，第7圖實施例之吸附裝置400與第6圖實施例之吸附裝置400結構類似，是以，相同結構之敘述及標號請參照第6圖實施例，在此不另贅述。第7圖實施例及第6圖實施例差別在於，第7圖實施例之排氣蓋430更包含一熱源裝置440，熱源裝置440連接於排氣蓋430之一端，並用以加熱流經吸附材料模組100之混合氣體G。
具體而言，第7圖實施例之吸附裝置400之吸附材料模組100可包含複數個第2A圖之管狀吸附材110A或複 數個第2C圖之管狀吸附材110C，管狀吸附材110A、110C包含導熱層140，進一步地說，熱源裝置440對流經吸附材料模組100之混合氣體G進行加熱，將熱能傳遞至各導熱層(未另標示)，藉此可均勻地提高欲脫附之吸附材料模組100的溫度，並令吸附材料模組100進行脫附再生。
此外，排氣蓋430之一端寬度可大於吸附材料模組100的寬度，並密封地連接吸附材料模組100之一端，藉此可避免已吸附氣體A的逸散，以確保產品氣體P不受汙染，以提高產品氣體P的純淨度。
值得一提的是，吸附裝置400之吸附材料模組100可包含複數個不具有導熱層及導電層的管狀吸附材(未另繪示)，也就是說吸附材料模組100之管狀吸附材本身不具有傳遞熱能之功能，此時，可藉由熱源裝置提高吸附材料模組100之溫度，更具體地說，透過熱源裝置440加熱欲經過吸附材料模組100的混合氣體G，並藉由高溫的混合氣體G經過管狀吸附材，以提高吸附材料模組100的溫度。
透過上述配置，吸附裝置400可配置不同的熱源裝置440及利用不同的加熱方法，以搭配不同性質的吸附材料模組100，並有利於提高吸附裝置400使用的靈活度及實用性。
請參閱第8圖，第8圖繪示依照本發明再一實施例之氣體過濾結構500的示意圖。氣體過濾結構500包含複數個管狀吸附材510以及複數個纖維狀吸附材520，其中，各管狀吸附材510包含至少一孔道(圖未繪示)以及一吸附 層(圖未繪示)，吸附層環繞孔道；纖維狀吸附材520編織成一網狀，且纖維狀吸附材520連接管狀吸附材510，各纖維狀吸附材520包含至少一吸附層(圖未繪示)。
藉由管狀吸附材510連接纖維狀吸附材520的設置，可令氣體過濾結構500吸附不同種類氣體分子或攔截捕捉不同尺寸或型態之粒子，提升氣體過濾結構500的過濾效果，並增加其應用的廣度及實用性。
在此要特別說明的是，管狀吸附材510之細部結構及纖維狀吸附材520之細部結構與第2A圖之實施例、第2B圖之實施例或第2C圖之實施例相同，是以，有關管狀吸附材510及纖維狀吸附材520之構造與標號請參閱第2A圖之管狀吸附材110A、第2B圖之管狀吸附材110B或第2C圖之管狀吸附材110C，在此不另繪示。
此外，纖維狀吸附材520可包含一孔道(圖未繪示)，且纖維狀吸附材520之吸附層環繞上述之孔道，纖維狀吸附材520之孔道之一內徑可為0mm-0.5mm，也就是說，纖維狀吸附材520可為實心結構或空心結構。
更仔細地說，管狀吸附材510之孔道之一內徑d可為0.2mm-4.0mm。纖維狀吸附材520之一外徑可為0.05mm-2.0mm，透過不同尺寸的吸附材，氣體過濾結構500可吸附不同尺寸或型態的粒子。
另一方面，管狀吸附材510與纖維狀吸附材520之結合方式，可以黏結材料將其相互黏合之，或將管狀吸附 材510與纖維狀吸附材520單純疊合等方法，本發明並不以此為限，可依操作需求選擇結合方式。
藉由不同型態之吸附材的組合，管狀吸附材510與纖維狀吸附材520可藉以吸附不同種類氣體分子或攔截捕捉不同尺寸或型態之粒子，提升氣體過濾結構500的過濾效果。
請參閱第9圖及第10圖，第9圖繪示依照本發明又一實施例之氣體過濾面罩600的示意圖，第10圖繪示依照第9圖實施例之氣體過濾面罩600的爆炸圖。氣體過濾面罩600包含穿戴部610以及氣濾罐620，氣濾罐620具有一容置空間621並包含如第8圖實施例之氣體過濾結構500，氣體過濾結構500設置於容置空間621內，且氣濾罐620可分離地連接穿戴部610。
仔細而言，當使用者透過穿戴部610穿戴氣體過濾面罩600於口鼻時，可藉由氣濾罐620內的氣體過濾結構500過濾外部空氣之有害物質，管狀吸附材510與纖維狀吸附材520可分別攔截捕捉不同尺寸大小之粒子，例如：粉塵、懸浮微粒等固體型態之有害物質，管狀吸附材510與纖維狀吸附材520亦可藉由各吸附層吸附氣體分子，並依需求調整各吸附層之特性，並吸附如異丙醇、丙酮、丁烷、二氧化碳、水氣等氣體，但本發明並不以此為限。
另外，氣濾罐620包含外罩622、內罩623以及連接部630，氣體過濾結構500藉由外罩622及內罩623固定於氣濾罐620之容置空間621內。值得一提的是，氣濾罐620 透過連接部630可拆卸地連接於氣體過濾面罩600，當氣濾罐620內的氣體過濾結構500達吸附飽和時，可直接從氣體過濾面罩600拆卸更換氣濾罐620，以達方便且可持續使用之目的。
傳統氣濾罐係以不同吸附材層層堆疊，而藉由上述配置，利用氣體過濾結構500內之管狀吸附材510與纖維狀吸附材520將其取代，利用管狀吸附材510之管狀結構之特性，可改善傳統氣濾罐之吸附材之高壓損率；利用管狀吸附材510與纖維狀吸附材520高質傳及高吸附之特性，可改善傳統氣濾罐之吸附材之氣體處理效率並能降低其汰換率，藉以可提高氣體過濾面罩600的實用性。
請參閱第11圖及第12圖，第11圖繪示依照本發明更一實施例之氣體過濾面罩700的示意圖，第12圖繪示依照第11圖實施例之氣體過濾面罩700的爆炸圖。氣體過濾面罩700包含本體710以及過濾部720，其中，過濾部720與本體710連接，過濾部720包含如第3圖實施例之吸附材料模組200，是以，有關吸附材料模組200之結構與特性請參閱第3圖實施例之敘述，在此不另贅述。
詳細而言，氣體過濾面罩700更包含穿戴部730，穿戴部730連接本體710。過濾部720包含外層721與內層722，外層721覆蓋於內層722，其中，外層721之材質與內層722之材質皆為吸附材料模組200，其差別在於內層722之厚度大於外層721。更仔細地說，外層721為一由纖 維狀吸附材210編織成的單層或多層之布面結構，內層722係由多組吸附材料模組200緊密壓實並裁切而成。
另外，本體710可由纖維狀吸附材210編織而成，或由其他纖維編織而成，不以此為限，且本體710可塗佈防水性材料，以增加其實用性。
纖維狀吸附材210具有高吸附性且質輕之特性，使氣體過濾面罩700穿戴上更添舒適性。
雖然本揭示內容已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭示內容的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭示內容的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
110A‧‧‧管狀吸附材
120‧‧‧孔道
130‧‧‧吸附層
140‧‧‧導熱層
160‧‧‧絕緣層
D‧‧‧外徑
d‧‧‧內徑
G‧‧‧混合氣體
P‧‧‧產品氣體

Claims (21)

  1. 一種吸附材料模組，包含：複數個管狀吸附材，各該管狀吸附材包含：至少一孔道；以及至少一吸附層，環繞該至少一孔道；其中該吸附材料模組更包含一導熱材料或一導電材料，該導熱材料或該導電材料塗覆於該吸附材料模組之二端面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的吸附材料模組，其中各該管狀吸附材更包含至少一導電層，環繞於該至少一吸附層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的吸附材料模組，其中各該管狀吸附材更包含至少一導熱層，環繞於該至少一吸附層。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的吸附材料模組，其中各該管狀吸附材更包含至少一絕緣層，環繞於該至少一導電層。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的吸附材料模組，其中各該管狀吸附材更包含至少一絕緣層，環繞於該至少一導熱層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的吸附材料模組，其中該些管狀吸附材排列為矩形體、扇柱體或圓柱體。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的吸附材料模組，其中各該管狀吸附材之孔隙率為20%-80%。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的吸附材料模組，其中各該管狀吸附材之比表面積為大於2000m2/m3。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的吸附材料模組，其中該些管狀吸附材用以吸附水、氧氣、氮氣、二氧化碳、VOCs、CH4、NOx、SOx、CxF、油氣、酯類或氨類。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的吸附材料模組，其中該吸附材料模組用以吸音、隔音或隔熱。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的吸附材料模組，其中各該管狀吸附材之該至少一孔道之一內徑為0.2mm-4.0mm。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的吸附材料模組，其中各該管狀吸附材之該吸附層之材質為硼族元素材料、碳族元素材料、氮族元素材料、活性碳、13X沸石、矽凝膠、氣凝膠、鋰型分子篩(LiLSX)、碳分子篩、A型分子篩、X型分子篩、Y型分子篩、活性氧化鋁(Activated alumina oxide)、高矽型沸石、中孔洞二氧化矽沸石(Mesoporous silica zeolite)、金屬有機骨架材料、共價有機骨架材料、膨潤土、絲光沸石(Mordenite zeolite)或海泡石(Sepiolite)。
  13. 如申請專利範圍第2項所述的吸附材料模組，其中該至少一導電層之材質為活性碳、碳黑、石墨烯、石墨、金屬氧化物或金屬基材料。
  14. 如申請專利範圍第3項所述的吸附材料模組，其中該至少一導熱層之材質為活性碳、碳黑、石墨烯、石墨、金屬氧化物或金屬基材料。
  15. 如申請專利範圍第2項所述的吸附材料模組，其中該至少一導電層之電阻值範圍為0.1ohm/cm2-10Kohm/cm2。
  16. 一種氣體過濾結構，包含：如申請專利範圍第1項所述的吸附材料模組；以及一網狀吸附材料模組，連接該吸附材料模組，並包含：複數個纖維狀吸附材，各該纖維狀吸附材包含至少一吸附層。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的氣體過濾結構，其中各該纖維狀吸附材包含至少一孔道，該至少一吸附層環繞該至少一孔道。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的氣體過濾結構，其中各該管狀吸附材之該至少一孔道之一內徑為0.2mm-4.0mm。
  19. 如申請專利範圍第16項所述的氣體過濾結構，其中各該纖維狀吸附材之一外徑為0.05mm-2.0mm。
  20. 如申請專利範圍第17項所述的氣體過濾結構，其中各該纖維狀吸附材之該至少一孔道之一內徑為0mm-0.5mm。
  21. 一種氣體過濾面罩，包含：一穿戴部；以及一氣濾罐，具有一容置空間，其可分離地連接該穿戴部，且該氣濾罐包含如申請專利範圍第16項所述的氣體過濾結構，並設置於該容置空間內。
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