大 華 技 術 學 院 機 電 工 程 研 究 所 碩 士 論 文 行 動 中 醫 整 合 醫 療 儀 之 研 發 Traditional action research and development of integrated medical apparatus 研 究 生 : 葉 雲 熒 指 導 教 授 : 杜 鳳 棋 博 士 中 華 民 國 九 十 九 年 六 月
行 動 中 醫 整 合 醫 療 儀 之 研 發 學 生 : 葉 雲 熒 指 導 教 授 : 杜 鳳 棋 博 士 大 華 技 術 學 院 機 電 工 程 研 究 所 摘 要 人 類 很 早 就 認 識 到 熱 對 疾 病 的 治 療 作 用, 長 久 以 來 將 熱 運 用 到 醫 術 的 手 法 也 相 當 的 精 湛 如 今, 人 們 對 於 熱 的 掌 握 與 運 用, 在 技 術 上 已 相 當 的 成 熟, 但 運 用 到 傳 統 醫 療 卻 是 相 當 罕 見 本 論 文 提 出 利 用 電 加 熱 片 的 新 型 溫 灸 杯, 具 有 灸 療 與 拔 罐 的 雙 重 功 效 解 析 方 式 採 用 ANSYS 軟 體 進 行 數 值 計 算, 模 擬 分 析 溫 灸 杯 內 的 熱 傳 遞 情 形 經 結 果 分 析 得 知, 溫 灸 杯 應 採 用 絕 熱 材 料, 使 熱 量 不 會 經 由 杯 體 傳 導, 可 避 免 灸 療 施 做 時 杯 體 會 灼 傷 皮 膚, 熱 效 能 至 少 可 提 升 至 48.9% 以 上 因 為 加 熱 片 位 在 杯 體 上 方, 杯 體 內 空 氣 會 呈 現 穩 定 狀 態, 熱 傳 導 成 為 主 要 的 熱 傳 遞 機 構 關 鍵 字 : 中 醫 拔 罐 灸 療
Traditional action research and development of integrated medical apparatus Student:YEH, YUN YING Advisor:Dr. Duh, Feng Chyi Institute of Electro-Mechanical Engineering Ta Hwa Institute of Technology Abstract Humans have long recognized the "hot" treatment of the disease has long been the "hot" applied to the way medicine is quite exquisite. Today, people "hot" to master and use, technically quite mature, but the use of traditional health care is quite rare. This paper presents a new film by electrical heating cup moxibustion, moxibustion and cupping with a double effect. Analytical method using ANSYS software, the numerical calculations to simulate the moxibustion heat transfer conditions inside the cup. The results showed the moxibustion cup insulation materials should be used so that heat will not transfer through the cup body, can be avoided When doing moxibustion Cup experience skin burns, thermal efficiency can be increased to at least 48.9% or more. Because the heating plate is located in the cup body above the cup body of air will show steady state, heat conduction heat transfer into the main body. II
目 錄 頁 數 摘 要 目 錄 符 號 表 II III V 第 一 章 緒 論 01 第 二 章 紅 外 線 拔 罐 杯 的 研 製 07 第 2.1 節 前 言 07 第 2.2 節 研 究 內 容 10 第 2.3 節 研 究 方 法 12 第 2.4 節 結 果 與 討 論 15 第 三 章 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 的 研 製 19 第 3.1 節 前 言 19 第 3.2 節 研 究 內 容 23 第 3.3 節 研 究 方 法 25 第 3.4 節 結 果 與 討 論 28 第 四 章 溫 灸 杯 的 熱 傳 遞 分 析 33 第 4.1 節 前 言 33 第 4.2 節 研 究 內 容 37 第 4.3 節 研 究 方 法 40 第 4.4 節 結 果 與 討 論 46 第 五 章 中 醫 整 合 醫 療 儀 之 研 發 54 III
第 5.1 節 研 究 內 容 54 第 5.2 節 研 究 方 法 57 第 5.3 節 結 果 與 討 論 59 第 六 章 結 論 65 第 6.1 節 創 新 性 65 第 6.2 節 實 用 性 67 第 6.2 節 預 期 效 益 68 第 6.3 節 未 來 展 望 70 參 考 文 獻 74 著 作 83 IV
符 號 表 SYMBOLS A 散 熱 面 積 2 m AR 形 狀 比 (aspect ratio) - c 定 壓 比 熱 (specific heat at constant pressure) kj / kg K p D 罐 器 直 徑 mm d 電 熱 管 直 徑 mm 2 E 黑 體 的 放 射 功 率 (emissive power of a blackbody) W / m b 2 g 重 力 加 速 度 (gravitational acceleration) m / s H 罐 器 高 度 mm 2 h 對 流 係 數 (convection coefficient) W / m K k 熱 傳 導 係 數 (thermal conductivity) W / m K L 電 熱 管 長 度 mm 2 P 壓 力 (pressure) N / m V
第 1 章 緒 論 運 用 熱 與 冷 在 醫 療 行 為 已 相 當 的 普 遍 (Okajima et al., 2009), 熱 療 (thermal therapy) 是 藉 由 溫 度 的 改 變 去 活 絡 生 理 的 細 胞 組 織, 其 中 最 為 廣 泛 的 是 灸 療 (moxibustion), 這 是 起 源 於 東 方 醫 學 的 傳 統 醫 術, 採 用 燃 燒 艾 草 (Moxa) 或 藥 草 (Herb) 來 進 行 局 部 加 熱 (Shen et al., 2006) 冷 療 (Hypothermia) 則 是 透 過 冷 卻 方 式, 藉 以 降 低 溫 度 而 從 事 醫 療 行 為 的 方 法 (Diao et al., 2003; Haugk et al., 2007; Ji & Liu, 2002); 超 熱 療 (Hyperthermia) 是 使 用 電 磁 波 來 做 局 部 細 胞 組 織 的 加 熱 方 式 (Thiebaut & Lemonnier, 2002; Brix et al., 2002) 雖 然, 熱 與 冷 運 用 在 醫 療 行 為 的 技 術 已 相 當 地 成 熟, 運 用 在 醫 療 器 材 的 開 發 也 相 當 地 成 功, 但 是 如 何 控 制 加 熱 或 冷 卻 的 溫 度, 以 符 合 病 患 之 需 求, 目 前 仍 憑 醫 師 的 經 驗 較 多 中 醫 學 是 一 門 擁 有 數 千 年 歷 史 的 科 學, 它 不 僅 有 豐 富 的 臨 床 經 驗 作 基 礎, 更 有 完 整 實 際 的 理 論 為 根 據 傳 統 中 醫 (traditional Chines medicine, TCM) 運 用 熱 遠 勝 於 冷, 但 相 關 的 科 學 研 究 卻 相 當 地 缺 乏, 不 管 是 皮 膚 上 醫 療 器 材 之 熱 效 能 (termal performance), 或 是 在 皮 膚 下 人 體 組 織 的 熱 反 應 (thermal response) 均 是 如 此 由 於 維 持 人 體 體 溫 的 機 構 相 當 複 雜, 不 但 要 考 慮 血 液 流 動, 而 且 必 須 考 量 熱 產 生 狀 況, 對 於 生 理 細 胞 組 織 的 熱 1
反 應 分 析, 事 實 上 存 在 相 當 高 的 困 難 度, 但 仍 有 許 多 不 同 的 生 物 熱 傳 遞 模 式 提 出 (Khaleda & Vafa, 2003) 在 熱 療 過 程 中, 人 體 的 熱 反 應 與 療 效 (effect of treatment) 之 間 的 關 係, 通 常 是 醫 師 關 注 的 焦 點 然 而 對 於 熱 療 的 分 析, 大 多 數 研 究 均 以 數 值 模 擬 為 主 (Moaveni, 2003), 所 得 結 果 亦 僅 適 用 在 特 殊 的 西 醫 治 療 方 式, 對 於 可 提 供 西 醫 療 法 參 考 的 研 究, 其 實 仍 相 當 的 稀 少 ; 相 對 地, 對 於 傳 統 中 醫 療 法 的 研 究, 其 實 更 是 相 當 匱 乏 由 於 傳 統 的 灸 療 是 使 用 艾 絨 或 其 他 藥 草 放 置 在 體 表 的 穴 位 上 燒 灼 溫 熨, 藉 由 灸 火 的 熱 力 透 入 肌 膚, 通 過 經 絡 以 溫 通 氣 血, 達 到 治 病 和 保 健 目 的 的 一 種 外 治 方 法 但 燒 灼 與 溫 熨 的 不 方 便 與 不 安 全, 正 是 誘 發 本 論 文 進 行 研 究 的 主 因 在 近 年 來, 已 有 學 者 投 入 中 醫 技 術 的 相 關 研 究 (Sugai et al., 2004), 中 醫 的 理 論 基 礎 具 有 獨 特 的 哲 學 觀, 主 要 係 以 能 量 的 形 式 在 人 體 流 通, 意 即 俗 稱 - 氣 (Qi), 評 斷 身 體 的 健 康 狀 態, 氣 若 順 則 血 即 通 以 現 代 能 量 守 恆 的 觀 點 而 言, 這 正 意 味 熱 能 的 加 入 轉 化 為 血 液 循 環 的 動 能, 進 而 使 身 體 感 覺 舒 坦, 自 然 呼 吸 就 會 順 暢 在 運 用 熱 於 中 醫 療 法, 當 然 首 要 的 目 標 就 是 要 考 量 到 熱 的 安 全 性, 目 前 亦 有 相 關 的 研 究 提 出 (Jiang et al., 2002), 雖 然 是 一 維 多 層 模 式 分 析, 但 卻 相 當 值 得 做 為 參 考 利 用 電 灸 取 代 傳 統 艾 灸, 在 實 務 製 作 絕 對 可 行 ( 杜 鳳 棋 李 宗 翰, 2
2009; 杜 鳳 棋 蔡 源 泰,2008), 由 於 醫 療 儀 器 主 要 是 運 用 在 人 體 方 面, 所 以 必 須 要 具 備 極 高 的 安 全 性 可 靠 性 及 有 效 性, 故 理 論 分 析 仍 須 加 以 驗 證, 以 確 保 安 全 無 虞 本 論 文 所 提 出 的 新 型 溫 灸 杯, 主 要 是 將 目 前 廣 泛 使 用 的 真 空 拔 罐 器 改 良, 配 置 電 熱 源 裝 置 而 可 同 時 兼 具 灸 療 與 拔 罐 的 功 能 在 探 討 溫 灸 杯 的 熱 傳 遞 效 果, 此 種 罐 杯 能 取 代 傳 統 的 灸 療 與 拔 罐 器 具, 除 能 提 升 施 作 的 安 全 性 外, 由 於 具 備 定 時 與 定 溫 的 功 能, 故 對 於 傳 統 中 醫 絕 對 具 有 極 大 的 助 益 在 世 界 古 老 的 文 化 傳 承 中, 傳 統 療 法 都 是 不 可 遺 漏 的 一 部 分, 然 而 中 國 傳 統 療 法 與 其 他 原 始 醫 學 不 同 之 處, 即 是 採 用 各 種 天 然 器 具 而 不 使 用 任 何 藥 物, 以 經 絡 與 穴 道 為 基 礎 事 實 上, 經 絡 與 穴 道 之 觀 念, 也 唯 有 藉 著 傳 統 療 法 才 能 發 掘 人 體 奇 妙 潛 力 的 意 義, 亦 可 以 肯 定 中 國 傳 統 療 法 在 醫 療 方 面 的 內 涵 在 中 國 醫 學 史 中, 傳 統 療 法 的 應 用 常 是 民 間 醫 療 的 主 流, 其 中 刮 痧 又 是 最 簡 單 最 方 便 的 祖 傳 技 巧, 而 且 沒 有 副 作 用 可 收 到 立 竿 見 影 之 療 效 的 外 治 法 刮 痧 是 中 國 傳 統 康 復 醫 學 的 一 種 治 療 方 式, 從 推 拿 針 灸 拔 罐 放 血 等 療 法 演 變 而 來, 古 早 的 刮 痧 通 常 採 用 牛 角 梳 子 銀 元 銅 板 或 湯 匙 等 做 為 器 具 施 做 方 式 是 在 患 者 人 的 頸 背 上 重 複 的 刮, 只 要 輕 輕 刮 幾 下, 頸 背 部 刮 出 一 大 片 紫 紅 的 瘀 斑, 不 舒 服 的 症 狀 馬 上 舒 解 刮 痧 因 為 器 具 簡 便 操 作 容 易, 故 成 為 一 般 人 家 庭 保 健 的 技 巧 痧 是 體 內 疾 病 反 映 在 體 表 的 特 殊 表 徵, 而 刮 痧 是 用 平 滑 的 器 具 配 合 潤 滑 劑, 在 人 體 體 表 的 特 定 部 位, 施 以 適 當 的 力 道 重 複 單 向 刮 通, 使 皮 膚 出 現 瘀 斑 或 出 血, 以 達 調 整 身 體 機 能 恢 復 生 理 狀 態 克 服 病 痛 之 外 治 法 [1-3] 刮 痧 使 用 的 器 具 多 為 樹 脂 類 或 牛 角 製 成, 形 狀 不 一, 但 通 常 3
要 求 板 刮 面 要 乾 淨, 稜 角 要 光 滑, 原 則 上 仍 以 順 手 好 用 並 易 於 清 潔 為 選 擇 的 重 點, 但 要 避 免 刮 舌 緣 太 過 尖 銳, 以 免 刮 ( 割 ) 傷 皮 膚 及 感 染 傳 統 的 潤 滑 劑 一 般 採 用 水 酒 油 等 水 性 物 質 ; 或 是 使 用 萬 金 油 青 草 膏 潤 膚 液 凡 士 林 麻 油 等 油 脂 類 物 質 較 為 正 統 的 刮 痧 器 具, 為 狀 似 彎 月 或 牛 角 的 刮 痧 板, 也 有 些 是 橢 圓 形 或 是 半 圓 形 的 電 熱 棒 通 常, 刮 痧 板 要 有 幾 個 不 同 的 邊 彎 角 及 不 同 的 厚 薄, 在 人 體 各 部 位 進 行 刮 痧 時, 只 要 能 夠 得 心 應 手, 任 何 一 種 刮 痧 器 具 都 適 宜 使 用 習 慣 上, 也 可 以 利 用 家 中 的 瓷 湯 匙 小 圓 盤 刮 板 嫩 竹 板 瓷 器 片 等 器 具 進 行 刮 痧, 但 需 使 用 圓 滑 無 破 損 的 緣 面, 以 免 刮 傷 皮 膚 為 了 減 少 阻 力 摩 擦 力 及 避 免 皮 膚 擦 傷, 在 刮 痧 時 選 用 適 當 的 潤 滑 劑, 像 水 酒 油 藥 洗 都 是 慣 用 的 種 類 ; 當 身 體 發 熱 時 可 用 溫 開 水 在 刮 痧 時 經 常 要 塗 抹 萬 金 油 青 草 膏 等 清 涼 油 脂 藥 品 做 為 活 血 劑, 不 僅 具 有 潤 滑 作 用, 還 可 活 血 化 瘀 促 進 血 液 循 環 擴 張 毛 細 血 管 而 強 化 療 效 通 常, 在 刮 痧 前 應 採 用 75% 酒 精, 利 用 消 毒 棉 籤 或 棉 球 將 皮 膚 進 行 局 部 消 毒 以 上 的 文 獻 回 顧, 讓 我 們 可 深 刻 的 領 略 到, 中 國 傳 統 療 法 相 當 依 賴 熱, 不 管 是 灸 療 拔 罐 或 是 刮 痧, 既 是 一 種 溫 熱 刺 激, 就 必 須 達 到 一 定 的 熱 程 度, 絕 不 能 浮 皮 潦 草, 表 熱 裡 不 熱, 結 果 達 不 到 治 療 的 目 的 本 研 究 積 極 保 留 中 醫 學 存 在 的 價 值, 戮 力 的 改 善 長 久 以 來 傳 統 療 法 在 施 做 方 面 的 缺 失, 藉 由 現 代 科 技 融 入 傳 統 醫 學, 以 便 讓 中 國 的 傳 統 醫 學 能 風 華 再 現 傳 統 的 拔 罐 療 法 施 作 方 式 種 類 繁 多, 現 今 使 用 罐 器 的 種 類 也 很 多, 但 主 要 原 理 均 是 藉 由 熱 量 使 溫 灸 罐 產 生 負 壓, 再 使 罐 器 吸 附 在 皮 膚 或 穴 位 上, 造 成 溫 熱 刺 激 而 產 生 類 似 熱 敷 的 效 果, 惟 習 用 拔 罐 的 溫 度 與 時 間 皆 不 易 掌 控 4
遠 紅 外 線 ( 波 長 4~14 微 米 ) 是 有 益 的 電 磁 波, 與 低 頻 (60 赫 茲 ) 有 害 的 電 磁 波 截 然 不 同 遠 紅 外 線 由 於 波 長 較 長, 能 量 較 低, 故 使 用 時 無 燙 傷 之 慮 由 於 遠 紅 外 線 具 有 優 良 的 滲 透 作 用, 可 深 入 人 體 30~50 微 米 內, 能 深 入 皮 下 組 織, 使 身 體 內 部 獲 得 能 量 並 給 予 細 胞 活 力 任 何 物 體 在 絕 對 零 度 以 上 都 可 釋 放 出 遠 紅 外 線, 但 要 產 生 能 量 足 以 達 到 醫 療 效 果 的 遠 紅 外 線, 仍 須 仰 賴 陶 瓷 電 熱 元 件 本 創 作 之 拔 罐 杯 充 分 的 運 用 遠 紅 外 線 所 具 備 的 優 勢, 採 用 陶 瓷 電 熱 元 件, 將 電 能 發 出 的 熱 能 轉 換 成 波 長 愈 長 波 段 範 圍 愈 廣 的 遠 紅 外 線, 所 以 它 能 提 供 使 用 者 在 保 健 和 治 療 方 面 極 為 特 別 的 功 效 遠 紅 外 線 拔 罐 杯 具 有 安 全 與 有 效 的 加 熱 源, 擁 有 表 層 皮 膚 溫 熨 與 深 層 組 織 加 熱 的 功 效, 並 具 備 定 時 與 穩 定 的 熱 療 效 果, 可 有 效 的 提 升 傳 統 中 醫 療 法 的 治 療 功 效 人 類 很 早 以 前 就 發 現 了 紅 外 線, 而 且 在 一 些 傳 統 的 醫 療 行 為 中 也 早 已 被 應 用, 但 是 人 們 卻 一 直 到 最 近 幾 年, 才 逐 漸 注 意 到 紅 外 線 對 人 體 保 健 和 醫 療 上 的 助 益, 尤 其 是 遠 紅 外 線 的 運 用 更 是 令 人 刮 目 相 看 長 期 以 來, 人 們 對 紅 外 線 的 理 解 和 應 用, 大 都 停 留 在 近 中 紅 外 線 範 圍, 主 要 是 利 用 此 範 圍 之 紅 外 線 發 出 的 熱 量, 做 為 生 活 上 的 取 暖 晒 乾 熱 食, 或 運 用 在 工 業 上 做 為 加 熱 乾 燥 烘 烤 等 用 途 在 醫 療 保 健 上, 紅 外 線 的 溫 熱 效 應 促 使 局 部 的 血 管 擴 張 血 流 加 快, 連 帶 加 速 全 身 的 血 液 流 通, 同 時 溫 熱 會 促 使 局 部 的 肌 肉 鬆 弛, 旺 盛 新 陳 代 謝 等 功 能 現 今 盛 行 的 日 光 浴 熱 敷 沙 療 艾 炙 紅 外 燈 等, 皆 是 紅 外 線 運 用 的 典 型 實 例 遠 紅 外 線 具 有 良 好 的 滲 透 作 用, 可 深 入 人 體 30~50 微 米 (μm) 的 深 層 組 織 若 將 波 長 6~14 微 米 的 遠 紅 外 線 放 射 粒 子 融 入 各 種 應 用 材 料 中 ( 如 紡 織 品 空 氣 濾 網 塑 膠 泡 棉 水 泥 漆 ), 並 運 用 特 殊 的 加 工 處 理 可 製 成 各 式 日 常 用 品, 在 醫 療 保 健 上 可 發 揮 相 當 卓 越 的 療 效 遠 紅 外 線 除 了 5
所 謂 的 溫 熱 效 應 外, 還 有 一 種 更 重 要 的 機 能 - 非 熱 生 物 效 應, 例 如 少 量 的 遠 紅 外 線 會 活 化 人 體 的 細 胞 分 子, 這 種 非 熱 生 物 效 應 使 人 們 在 接 受 日 光 照 射 時, 會 有 種 舒 服 的 感 覺 遠 紅 外 線 並 不 會 刺 激 人 體, 而 是 會 使 人 體 能 量 增 強, 並 使 身 體 內 部 感 覺 到 溫 暖, 對 於 體 內 的 器 官 也 會 產 生 共 鳴 吸 收 的 作 用, 這 些 功 效 均 已 獲 得 全 球 各 生 物 及 人 體 工 程 學 會 一 致 的 公 認 根 據 黑 體 輻 射 理 論 可 知, 一 般 的 材 料 在 非 高 溫 狀 態 下, 若 要 產 生 足 夠 強 度 的 遠 紅 外 線 並 不 容 易, 通 常 必 須 藉 助 陶 瓷 等 材 料 作 能 量 的 轉 換, 將 其 吸 收 的 熱 量 經 由 內 部 分 子 的 振 動, 將 會 釋 放 出 較 長 波 長 的 遠 紅 外 線 因 此, 近 些 年 來 隨 著 材 料 科 技 的 發 展, 尤 其 是 精 密 陶 瓷 技 術 的 精 進, 加 速 了 遠 紅 外 線 在 保 健 醫 療 器 材 被 廣 泛 的 運 用 紅 外 線 在 1800 年 4 月 24 日 英 國 倫 敦 皇 家 學 院 (Royal society) 的 Sir William Herschel 發 表 後, 近 二 百 年 來 似 乎 都 集 中 在 物 理 學 領 域 的 研 究, 1970 年 代 才 逐 漸 發 展 於 醫 療 保 健 的 用 途 現 今, 許 多 充 斥 於 市 面 宣 稱 具 有 ( 遠 ) 紅 外 線 功 能 的 醫 療 器 材, 充 其 量 只 不 過 是 具 有 紅 色 的 發 光 源, 或 是 僅 是 具 有 提 高 溫 度 的 發 熱 元 件, 這 些 器 材 所 釋 放 的 波 長 是 否 符 合 遠 紅 外 線 定 義 (4~14 微 米 ), 發 光 或 發 熱 元 件 是 否 擁 有 令 人 信 服 的 認 證, 甚 至 於 這 些 器 材 的 療 效 都 是 讓 人 感 到 質 疑 的 6
第 2 章 紅 外 線 拔 罐 杯 的 研 製 第 2.1 節 前 言 紅 外 線 在 1800 年 4 月 24 日 英 國 倫 敦 皇 家 學 院 (Royal society) 的 Sir William Herschel 發 表 後, 近 二 百 年 來 似 乎 都 集 中 在 物 理 學 領 域 的 研 究,1970 年 代 才 逐 漸 發 展 於 醫 療 保 健 的 用 途 現 今, 許 多 充 斥 於 市 面 宣 稱 具 有 ( 遠 ) 紅 外 線 功 能 的 醫 療 器 材, 充 其 量 只 不 過 是 具 有 紅 色 的 發 光 源, 或 是 僅 是 具 有 提 高 溫 度 的 發 熱 元 件, 這 些 器 材 所 釋 放 的 波 長 是 否 符 合 遠 紅 外 線 定 義 (4~14 微 米 ), 發 光 或 發 熱 元 件 是 否 擁 有 令 人 信 服 的 認 證, 甚 至 於 這 些 器 材 的 療 效 都 是 讓 人 感 到 質 疑 的 目 前, 習 用 的 拔 罐 杯 具 大 部 分 是 採 用 真 空 吸 力 方 式, 藉 由 罐 內 負 壓 使 罐 體 吸 著 在 人 體 進 行 治 療, 例 如 本 國 公 告 的 專 利 : 拔 罐 器 之 新 構 造 ( 廖 皇 晴,2008) 罐 體 有 氣 管 容 置 氣 體 控 制 栓 ; 電 動 拔 罐 器 ( 李 門 重,2007) 罐 體 有 氣 閥 控 制 流 量 並 有 開 閉 功 能 ; 拔 罐 杯 ( 蔡 慶 耀, 2006) 罐 體 包 括 杯 體 氣 流 管 軟 質 套 環 及 滑 桿 ; 拔 罐 器 結 構 改 良 ( 陳 振 安,2006) 罐 體 中 間 有 氣 體 控 制 栓 設 計, 罐 底 有 弧 度 軟 質 體 可 配 合 身 體 曲 線 ; 拔 罐 杯 結 構 改 良 ( 陳 振 安,2002) 罐 頂 有 活 塞 式 橡 皮 壓 縮 針 作 動, 形 成 真 空 密 閉 室 ; 拔 罐 器 罐 體 安 全 裝 置 ( 劉 時 達,1998) 罐 體 有 吸 放 二 接 管, 並 有 止 逆 閥 防 止 空 氣 流 入 ; 真 空 拔 罐 器 ( 竹 村, 1995) 罐 體 有 單 向 閥 使 空 氣 抽 出 不 回 流 上 述 已 知 新 型 專 利 的 抽 氣 拔 罐 杯, 主 要 都 是 著 重 於 罐 體 抽 氣 功 能 的 改 良 或 創 新 設 計 7
另 外, 有 些 拔 罐 杯 具 除 採 用 抽 氣 形 成 罐 內 負 壓 外, 另 有 發 熱 元 件 做 為 加 熱 之 用, 此 類 的 杯 具 同 時 擁 有 拔 罐 與 熱 熨 的 功 能, 例 如 本 國 公 告 的 專 利 : 拔 罐 裝 置 ( 黃 錦 喻,2007) 螺 桿 活 塞 在 罐 體 內 移 動 形 成 負 壓, 導 通 電 路 使 電 阻 發 熱 除 了 以 上 所 列 舉 的 形 式 外, 其 他 尚 有 本 國 公 告 的 新 型 專 利 : 真 空 拔 罐 器 之 結 構 ( 彭 進 康,2008) 點 燃 內 火 焰 罐 燃 料 產 生 火 焰 再 將 杯 罐 罩 上, 完 全 以 熱 形 成 罐 內 負 壓 ; 電 擊 式 拔 罐 器 ( 李 相 如,1995) 採 用 抽 氣 造 成 罐 內 負 壓, 另 將 電 氣 訊 號 由 電 線 傳 入 而 進 行 電 療 現 今 遠 紅 外 線 的 應 用 技 術 已 臻 成 熟, 坊 間 宣 稱 擁 有 遠 紅 外 線 效 果 的 醫 療 器 具 實 不 勝 枚 舉, 例 如 在 2008 年 之 後 本 國 公 告 的 專 利 : 遠 紅 外 線 人 體 末 梢 器 官 機 能 活 化 日 用 品 ( 蔡 幸 弘,2009) 主 體 裝 有 釋 放 遠 紅 外 線 產 生 熱 能 及 離 子 的 物 質 ; 遠 紅 外 線 熱 療 器 ( 巫 佳 蓁,2009) 以 電 池 加 熱 使 能 量 體 散 發 出 遠 紅 外 線 ; 具 有 釋 放 遠 紅 外 線 功 能 之 烤 箱 ( 鄭 永 平,2009) 在 烤 箱 箱 體 壁 面 及 座 椅 面 設 多 個 可 發 出 遠 紅 外 線 的 陶 瓷 石 ; 具 遠 紅 外 線 作 用 之 護 帶 結 構 ( 邱 耀 輝,2008) 由 可 放 射 遠 紅 外 線 光 譜 波 之 帶 體 構 成, 帶 體 利 用 控 制 設 備 使 反 應 爐 內 之 原 料 穩 定 放 射 4~14μm 遠 紅 外 線 ; 遠 紅 外 線 熱 療 裝 置 ( 巫 佳 蓁,2008) 在 一 本 體 內 置 控 制 電 路 板 能 量 體 及 發 熱 元 件, 通 電 加 熱 同 步 兼 具 散 發 遠 紅 外 線 及 紅 光 ; 遠 紅 外 線 元 件 ( 林 永 昇,2008) 一 元 件 採 用 金 屬 玻 璃 陶 瓷 或 高 分 子 材 料, 將 遠 紅 外 線 釋 放 物 質 覆 蓋 在 元 件 形 成 厚 度 1nm~10 μm 之 薄 膜, 在 可 見 光 範 圍 的 穿 透 率 可 達 99%, 包 含 氧 化 鋁 的 遠 紅 外 線 釋 放 物 質, 可 釋 放 出 波 長 4~16μm 放 射 係 數 在 0.9 以 上 之 遠 紅 外 線 ; 兼 具 釋 放 遠 紅 外 線 及 光 觸 媒 殺 菌 功 能 的 發 光 二 極 體 燈 ( 謝 新 茂, 2008) 在 導 熱 燈 杯 蓋 外 表 面 有 遠 紅 外 線 放 射 層, 發 光 元 件 為 可 控 變 色 的 全 彩 型 高 功 率 發 光 二 極 體 晶 片 ; 可 加 熱 式 遠 紅 外 線 裝 置 ( 林 明 瑜, 8
2008) 一 體 成 型 彈 性 基 質, 包 含 氧 化 鋁 之 遠 紅 外 線 釋 放 物 質, 在 基 質 內 有 加 熱 裝 置, 可 使 物 質 釋 放 出 波 長 4-16μm 放 射 係 數 在 0.9 以 上 之 遠 紅 外 線 ; 一 種 多 功 能 遠 紅 外 線 經 穴 刺 激 器 ( 賴 允 政,2008) 係 由 遠 紅 外 線 材 料 配 合 陶 瓷 胚 體 製 成 中 空 環 形 主 體 ; 溫 控 式 遠 紅 外 線 藥 氣 熱 灸 器 ( 陳 國 剛,2008) 一 遠 紅 外 線 陶 瓷 管 一 端 開 口 一 端 封 閉, 陶 瓷 管 內 置 有 金 屬 管 間 距 0.1~10mm 在 2008 年 之 前 本 國 公 告 的 專 利 : 遠 紅 外 線 健 康 杯 ( 謝 新 茂, 2007) 在 杯 體 內 外 表 面 有 遠 紅 外 線 陶 瓷 粉 竹 碳 粉 或 遠 紅 外 線 鋯 粉 之 微 粒 層, 在 杯 底 有 加 熱 器 ; 組 合 式 溫 熱 遠 紅 外 線 能 量 屋 ( 洪 慧 君,2007) 由 多 數 生 化 陶 瓷 遠 紅 外 線 能 量 管 嵌 於 能 量 屋 中 空 殼 體, 能 量 屋 結 構 中, 由 遠 紅 外 線 燈 管 框 體 及 網 狀 部 構 成 遠 紅 外 線 源 ; 一 種 遠 紅 外 線 構 件 ( 劉 一 成,2007) 強 調 可 供 配 戴 之 串 珠 構 件 具 有 遠 紅 外 線 ; 奈 米 遠 紅 外 線 貼 布 ( 陳 賢 維,2007) 基 層 由 奈 米 遠 紅 外 線 粉 末 微 量 負 離 粉 末 及 光 觸 媒 粉 末 與 液 態 壓 克 力 樹 脂 均 勻 混 合 加 熱 凝 固 硬 化 於 布 層 上 ; 遠 紅 外 線 照 射 器 ( 李 其 然,2007) 宣 稱 照 射 器 具 有 遠 紅 外 線 之 功 能 ; 具 遠 紅 外 線 及 負 離 子 功 能 之 矯 正 用 鞋 墊 ( 葉 羿 伶,2006) 由 彈 性 體 原 料 與 10~20% 的 遠 紅 外 線 陶 瓷 粉 末 活 性 碳 粉 末 混 合 製 成 鞋 墊 上 述 已 知 的 遠 紅 外 線 專 利 器 具, 全 部 都 是 遠 紅 外 線 在 醫 療 保 健 上 的 運 用 情 形, 但 在 傳 統 中 醫 器 具 上 的 應 用 至 今 仍 付 之 闕 如 9
第 2.2 節 研 究 內 容 傳 統 的 拔 罐 療 法 施 作 方 式 種 類 繁 多, 現 今 使 用 罐 器 的 種 類 也 很 多, 但 主 要 原 理 均 是 藉 由 熱 量 使 溫 灸 罐 產 生 負 壓, 再 使 罐 器 吸 附 在 皮 膚 或 穴 位 上, 造 成 溫 熱 刺 激 而 產 生 類 似 熱 敷 的 效 果, 惟 習 用 拔 罐 的 溫 度 與 時 間 皆 不 易 掌 控 遠 紅 外 線 之 波 長 約 介 於 4~14 微 米 (μm), 是 對 人 體 有 助 益 的 電 磁 波, 與 低 頻 (60 赫 茲 ) 有 害 的 電 磁 波 截 然 不 同 遠 紅 外 線 由 於 波 長 較 長, 能 量 較 低, 故 使 用 時 無 燙 傷 之 慮 由 於 遠 紅 外 線 具 有 優 良 的 滲 透 作 用, 可 深 入 人 體 30~50 微 米 內, 能 深 入 皮 下 組 織, 使 身 體 內 部 獲 得 能 量 並 給 予 細 胞 活 力 任 何 物 體 在 絕 對 零 度 以 上 都 可 釋 放 出 遠 紅 外 線, 但 要 產 生 能 量 足 以 達 到 醫 療 效 果 的 遠 紅 外 線, 仍 須 仰 賴 陶 瓷 電 熱 元 件 人 類 很 早 以 前 就 發 現 了 紅 外 線, 而 且 在 一 些 傳 統 的 醫 療 行 為 中 也 早 已 被 應 用, 但 是 人 們 卻 一 直 到 最 近 幾 年, 才 逐 漸 注 意 到 紅 外 線 對 人 體 保 健 和 醫 療 上 的 助 益, 尤 其 是 遠 紅 外 線 的 運 用 更 是 令 人 刮 目 相 看 長 期 以 來, 人 們 對 紅 外 線 的 理 解 和 應 用, 大 都 停 留 在 近 中 紅 外 線 範 圍, 主 要 是 利 用 此 範 圍 之 紅 外 線 發 出 的 熱 量, 做 為 生 活 上 的 取 暖 晒 乾 熱 食, 或 運 用 在 工 業 上 做 為 加 熱 乾 燥 烘 烤 等 用 途 在 醫 療 保 健 上, 紅 外 線 的 溫 熱 效 應 促 使 局 部 的 血 管 擴 張 血 流 加 快, 連 帶 加 速 全 身 的 血 液 流 通, 同 時 溫 熱 會 促 使 局 部 的 肌 肉 鬆 弛, 旺 盛 新 陳 代 謝 等 功 能 現 今 盛 行 的 日 光 浴 熱 敷 沙 療 艾 炙 紅 外 燈 等, 皆 是 紅 外 線 運 用 的 典 型 實 例 遠 紅 外 線 具 有 良 好 的 滲 透 作 用, 可 深 入 人 體 30~50 微 米 的 深 層 組 織 若 將 波 長 6~14 微 米 的 遠 紅 外 線 放 射 粒 子 融 入 各 種 應 用 材 料 中 ( 如 紡 織 品 空 氣 濾 網 塑 膠 泡 棉 水 泥 漆 ), 並 運 用 特 殊 的 加 工 處 理 可 製 成 各 式 日 常 用 品, 在 醫 療 保 健 上 可 發 揮 相 當 卓 越 的 療 效 遠 紅 外 線 除 了 所 謂 的 溫 熱 效 應 外, 還 有 一 種 更 重 要 的 機 能 - 非 熱 生 物 效 應, 例 如 少 量 的 遠 10
紅 外 線 會 活 化 人 體 的 細 胞 分 子, 這 種 非 熱 生 物 效 應 使 人 們 在 接 受 日 光 照 射 時, 會 有 種 舒 服 的 感 覺 遠 紅 外 線 並 不 會 刺 激 人 體, 而 是 會 使 人 體 能 量 增 強, 並 使 身 體 內 部 感 覺 到 溫 暖, 對 於 體 內 的 器 官 也 會 產 生 共 鳴 吸 收 的 作 用, 這 些 功 效 均 已 獲 得 全 球 各 生 物 及 人 體 工 程 學 會 一 致 的 公 認 根 據 黑 體 輻 射 理 論 可 知, 一 般 的 材 料 在 非 高 溫 狀 態 下, 若 要 產 生 足 夠 強 度 的 遠 紅 外 線 並 不 容 易, 通 常 必 須 藉 助 陶 瓷 等 材 料 作 能 量 的 轉 換, 將 其 吸 收 的 熱 量 經 由 內 部 分 子 的 振 動, 將 會 釋 放 出 較 長 波 長 的 遠 紅 外 線 因 此, 近 些 年 來 隨 著 材 料 科 技 的 發 展, 尤 其 是 精 密 陶 瓷 技 術 的 精 進, 加 速 了 遠 紅 外 線 在 保 健 醫 療 器 材 被 廣 泛 的 運 用 11
第 2.3 節 研 究 方 法 本 創 作 旨 在 研 發 具 有 遠 紅 外 線 功 能 的 拔 罐 杯, 使 得 拔 罐 杯 擁 有 表 層 皮 膚 溫 熨 與 深 層 組 織 加 熱 功 效 的 中 醫 輔 助 器 具, 形 式 上 是 要 能 提 供 穩 定 的 遠 紅 外 線 源, 實 質 上 是 要 克 服 傳 統 拔 罐 的 不 便, 並 要 將 遠 紅 外 線 的 醫 療 功 效 在 拔 罐 療 法 中 發 揮 得 淋 漓 盡 致 雖 然, 近 幾 年 來 推 陳 出 新 的 拔 罐 杯 具 琳 瑯 滿 目, 商 品 化 的 遠 紅 外 線 保 健 醫 療 用 品 也 比 比 皆 是, 但 大 部 分 都 是 著 重 於 個 人 保 健 的 創 作, 真 正 能 運 用 在 中 醫 醫 療 器 具 的 創 作 卻 屈 指 可 數 已 公 開 的 相 關 專 利 創 作, 對 於 保 健 醫 學 確 實 具 有 某 種 程 度 的 貢 獻, 但 對 於 傳 統 拔 罐 的 缺 失 改 善 效 果 卻 相 當 有 限, 至 於 能 結 合 拔 罐 與 遠 紅 外 線 功 效 的 創 作, 至 今 仍 未 有 相 關 的 專 利 公 開 遠 紅 外 線 專 家 研 究 認 為, 利 用 氧 化 鋁 氧 化 鋯 二 氧 化 鈦 三 氧 化 釔 等 礦 物 製 成 的 遠 紅 外 線 粒 子, 在 通 電 給 予 動 能 所 激 發 出 的 遠 紅 外 線 能 量 最 強, 波 長 在 9.35 微 米 的 遠 紅 外 線 可 被 應 用 在 復 健 醫 療 及 預 防 保 健 上 遠 紅 外 線 被 認 同 具 有 熱 效 應, 以 分 子 碰 撞 或 輻 射 方 式 將 外 部 的 電 磁 波 在 人 體 內 轉 化 成 熱 能 這 些 學 術 上 所 累 積 的 成 果, 都 是 支 持 本 創 作 得 以 順 利 獲 得 發 表 的 基 礎 本 章 所 研 發 的 創 作 - 紅 外 線 拔 罐 杯, 主 要 組 成 元 件 包 含 : 杯 體 (cup) 杯 頂 絕 熱 體 (cup crown insulator) 陶 瓷 電 熱 元 件 (ceramic heating element) 及 C 形 卡 環 (C-shape retaining ring) 等 四 個 單 元 杯 體 採 用 陶 瓷 材 質 製 作 而 成, 具 有 鐘 形 (bell-shaped) 曲 線 的 外 形, 內 部 塗 覆 有 遠 紅 外 線 高 溫 陶 瓷 塗 料 ; 杯 頂 絕 熱 體 為 絕 熱 性 較 佳 的 輕 質 材 料, 可 充 分 的 阻 絕 熱 由 杯 頂 散 逸 ; 陶 瓷 電 熱 元 件 為 氧 化 鋁 陶 瓷 發 熱 片, 目 前 該 類 發 熱 片 元 件 之 商 品 化 技 術 相 當 成 熟, 高 品 質 之 元 件 在 通 電 加 熱 後 會 釋 放 光 譜 範 圍 在 2.5~13.5μm 之 間 的 遠 紅 外 線, 避 免 了 可 見 光 的 輻 射, 具 有 較 好 的 表 面 發 射 率, 而 且 可 以 實 現 低 溫 輻 射 ;C 形 卡 環 為 具 有 開 口 間 隙 的 彈 性 環, 主 要 的 功 能 在 於 12
固 定 杯 頂 絕 熱 體 與 陶 瓷 電 熱 元 件 之 用 圖 2.1 為 本 創 作 紅 外 線 拔 罐 杯 實 施 例 的 立 體 分 解 圖 ; 圖 2.2 為 本 創 作 紅 外 線 拔 罐 杯 實 施 例 的 組 合 剖 視 圖 ; 圖 2.3 為 本 創 作 紅 外 線 拔 罐 杯 實 施 例 的 杯 體 剖 視 圖 ; 圖 2.4 為 本 創 作 紅 外 線 拔 罐 杯 實 施 例 的 立 體 元 件 圖 其 中, 主 要 部 分 包 含 : 杯 體 1 杯 頂 絕 熱 體 2 陶 瓷 電 熱 元 件 3 及 C 形 卡 環 4 等 四 個 單 元 圖 2.2 與 圖 2.3 分 別 為 本 創 作 紅 外 線 拔 罐 杯 實 施 例 的 組 合 剖 視 圖 及 本 創 作 紅 外 線 拔 罐 杯 實 施 例 的 杯 體 平 面 圖, 其 中 紅 外 線 拔 罐 杯 的 杯 體 1 係 採 用 陶 瓷 材 料 製 作 而 成 紅 外 線 拔 罐 杯 在 杯 體 1 上 方 開 有 二 個 孔, 上 方 矩 形 的 電 線 穿 孔 11 提 供 做 為 電 線 穿 出 之 用 ; 下 方 圓 形 的 插 梢 孔 12 提 供 做 為 細 圓 梢 插 入 之 用 杯 體 內 部 相 對 於 插 梢 孔 處 設 有 整 圈 環 狀 的 卡 環 溝 13; 在 卡 環 溝 的 下 方 杯 體 內 面 塗 覆 有 遠 紅 外 線 高 溫 陶 瓷 塗 料 14, 使 杯 體 內 部 能 在 些 許 溫 度 提 高 的 狀 態 下, 能 釋 放 出 具 有 較 高 放 射 率 之 遠 紅 外 線 紅 外 線 拔 罐 杯 具 有 鐘 形 曲 線 的 外 形, 在 杯 體 下 方 呈 擴 大 形 狀 的 杯 裙 15, 此 種 設 計 使 杯 體 重 心 下 移, 具 有 穩 定 放 置 於 人 體 表 面 的 功 效 紅 外 線 拔 罐 杯 擁 有 大 且 平 滑 的 杯 口 16, 有 助 於 紅 外 線 擴 大 照 射 於 體 表 的 面 積 杯 頂 絕 熱 體 2 的 功 能, 旨 在 於 阻 絕 電 熱 元 件 產 生 的 熱 量 往 軸 向 上 方 傳 遞 杯 頂 絕 熱 體 採 用 絕 熱 性 能 良 好 且 軟 質 的 材 料 製 成, 兼 具 有 墊 板 的 功 能, 使 得 同 為 硬 質 的 杯 體 與 電 熱 元 件 之 間 能 緊 密 的 組 裝 在 圖 2.4 中, 本 創 作 的 加 熱 源 為 陶 瓷 電 熱 元 件 3, 係 用 以 提 供 紅 外 線 拔 罐 杯 穩 定 熱 量 之 電 熱 元 件, 具 有 安 全 省 電 及 耐 用 的 特 性, 更 符 合 本 創 作 防 水 與 耐 濕 的 要 求 陶 瓷 電 熱 元 件 的 核 心 發 熱 源 為 圓 形 的 氧 化 鋁 陶 瓷 發 熱 片 31, 發 熱 片 係 為 面 狀 加 熱 單 向 導 熱 表 面 溫 度 均 勻 氧 化 鋁 陶 瓷 發 熱 片 透 過 電 線 32 將 電 流 導 入, 電 線 的 另 一 端 則 是 連 接 至 電 源 供 應 13
器 C 形 卡 環 4 的 功 用, 主 要 是 將 杯 頂 絕 熱 體 與 陶 瓷 電 熱 元 件 固 定 在 杯 體 上 方 的 位 置 C 形 卡 環 為 延 性 較 佳 的 材 料 製 作 而 成, 具 有 穩 定 一 致 的 徑 向 壓 縮 性, 與 杯 體 的 卡 環 溝 能 緊 密 的 結 合 由 於 C 形 卡 環 的 環 寬 41 比 卡 環 溝 大, 環 厚 42 與 杯 體 卡 環 溝 的 高 度 一 致, 重 量 輕 且 故 能 卡 緊 於 卡 環 溝, 因 此 可 做 為 陶 瓷 電 熱 元 件 與 杯 頂 絕 熱 體 的 固 定 元 件 C 形 卡 環 的 兩 環 端 43 間 具 有 環 開 口 間 隙 44, 當 使 用 細 圓 梢 插 入 插 梢 孔 並 施 予 推 力 時, 環 開 口 間 隙 變 小 而 使 C 形 卡 環 的 外 徑 變 小, 因 此 可 脫 離 卡 環 溝 而 取 出 本 創 作 之 陶 瓷 電 熱 元 件 在 杯 體 內 會 產 生 熱 量, 由 於 陶 瓷 杯 體 能 阻 絕 部 分 熱 量 散 逸 至 外 界, 故 在 杯 體 與 皮 膚 所 形 成 的 密 閉 空 間, 透 過 熱 輻 射 (thermal radiation) 與 熱 對 流 (thermal convection) 的 效 應, 使 表 層 皮 膚 具 有 溫 熨 的 功 能 此 外, 本 創 作 的 紅 外 線 拔 罐 杯, 可 將 電 能 發 出 的 熱 能 轉 換 成 波 長 愈 長 波 段 範 圍 愈 廣 的 遠 紅 外 線, 故 能 達 到 深 層 組 織 加 熱 的 功 效 14
第 2.4 節 結 果 與 討 論 傳 統 的 拔 罐 療 法 是 在 靠 近 病 患 皮 膚 以 真 空 方 式 進 行 指 壓, 在 傳 統 中 醫 通 常 採 用 陶 瓷 或 竹 筒 的 杯 具 施 做, 拔 罐 係 用 以 調 和 氣 血 及 調 節 生 理 機 能 然 而 拔 罐 在 施 作 時, 火 焰 的 燃 燒 會 造 成 空 氣 污 染, 溫 度 控 制 不 易 也 會 使 皮 膚 灼 傷 長 久 以 來, 遠 紅 外 線 被 認 為 對 人 體 的 健 康 具 有 正 面 的 效 用, 對 於 許 多 疾 病 的 醫 治 具 有 積 極 的 功 能 目 前 遠 紅 外 線 熱 療 的 技 術 已 相 當 的 成 熟, 應 用 上 具 有 非 侵 入 之 深 層 加 熱 功 效 因 此 本 創 作 的 目 的, 就 是 運 用 紅 外 線 技 術 於 拔 罐 杯, 藉 以 發 展 一 套 前 所 未 有 的 中 醫 醫 療 用 具 本 創 作 充 分 的 發 揮 少 即 是 多 (less is more) 的 設 計 理 念, 因 此 紅 外 線 拔 罐 杯 所 呈 現 的 是 形 式 簡 單 高 度 實 用 的 創 新 產 品 本 創 作 紅 外 線 拔 罐 杯 的 整 體 結 構 設 計 不 但 簡 單 輕 巧, 有 助 於 拔 罐 的 施 作 ; 當 握 持 杯 體 時 更 能 得 心 應 手 的 進 行 指 壓 (acupressure), 極 具 有 市 場 的 潛 力 與 競 爭 優 勢 紅 外 線 拔 罐 杯 融 合 表 層 皮 膚 溫 熨 與 深 層 組 織 加 熱 的 功 效 於 一 體, 同 時 擁 有 安 全 性 高 壽 命 長 耗 電 省 操 作 簡 便 等 優 點, 是 相 當 值 得 肯 定 的 醫 療 利 器 本 章 所 獲 致 的 結 論 綜 合 歸 納 如 下 : 一 種 紅 外 線 拔 罐 杯 的 主 體 包 含 有 一 杯 體 一 杯 頂 絕 熱 體 一 陶 瓷 電 熱 元 件 及 一 C 形 卡 環 ; 其 中, 紅 外 線 拔 罐 杯 主 體 的 各 部 分 均 為 模 組 化 設 計, 藉 由 C 形 卡 環 可 使 杯 體 杯 頂 絕 熱 體 及 陶 瓷 電 熱 元 件 緊 密 的 結 合, 易 於 拆 卸 及 組 合 ; 藉 此, 當 紅 外 線 拔 罐 杯 的 C 形 卡 環 從 插 梢 孔 受 外 力 作 用 時,C 形 卡 環 可 從 杯 體 輕 易 的 取 出, 使 陶 瓷 電 熱 元 件 與 杯 頂 絕 熱 體 可 輕 鬆 的 更 換 或 維 護 紅 外 線 拔 罐 杯 杯 體 是 採 用 陶 瓷 材 質 製 作 而 成, 內 部 塗 覆 遠 紅 外 線 高 溫 陶 瓷 塗 料 紅 外 線 拔 罐 杯 杯 頂 絕 熱 體 有 阻 絕 熱 量 傳 遞 的 功 能, 並 兼 具 做 為 陶 瓷 電 15
熱 元 件 上 方 墊 板 之 用 紅 外 線 拔 罐 杯 陶 瓷 電 熱 元 件 的 氧 化 鋁 陶 瓷 發 熱 片 直 接 放 置 在 杯 頂 絕 熱 體 下 方, 當 C 形 卡 環 置 入 杯 體 內 的 卡 環 溝 即 可 固 定 ; 氧 化 鋁 陶 瓷 發 熱 片 係 為 面 狀 加 熱 單 向 導 熱 表 面 溫 度 均 勻, 發 熱 片 由 電 線 連 接 至 電 源 供 應 器 紅 外 線 拔 罐 杯 C 形 卡 環 具 有 穩 定 一 致 的 徑 向 壓 縮 性, 與 杯 體 的 卡 環 溝 能 緊 密 的 結 合,C 形 卡 環 的 重 量 輕 且 能 卡 緊 於 卡 環 溝 ; 由 於 環 寬 比 卡 環 溝 大, 因 此 可 做 為 陶 瓷 電 熱 元 件 與 杯 頂 絕 熱 體 的 固 定 元 件 16
圖 2.1 外 線 拔 罐 杯 實 施 例 的 立 體 分 解 圖 圖 2.2 紅 外 線 拔 罐 杯 實 施 例 的 組 合 剖 視 圖 17
圖 2.3 紅 外 線 拔 罐 杯 實 施 例 的 杯 體 剖 視 圖 圖 2.4 紅 外 線 拔 罐 杯 實 施 例 的 立 體 元 件 圖 18
第 3 章 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 的 研 製 第 3.1 節 前 言 痧 是 體 內 疾 病 反 映 在 體 表 的 特 殊 表 徵, 而 刮 痧 是 用 平 滑 的 器 具 配 合 潤 滑 劑, 在 人 體 體 表 的 特 定 部 位, 施 以 適 當 的 力 道 重 複 單 向 刮 通, 使 皮 膚 出 現 瘀 斑 或 出 血, 以 達 調 整 身 體 機 能 恢 復 生 理 狀 態 克 服 病 痛 之 外 治 法 刮 痧 使 用 的 器 具 多 為 樹 脂 類 或 牛 角 製 成, 形 狀 不 一, 但 通 常 要 求 板 刮 面 要 乾 淨, 稜 角 要 光 滑, 原 則 上 仍 以 順 手 好 用 並 易 於 清 潔 為 選 擇 的 重 點, 但 要 避 免 刮 舌 緣 太 過 尖 銳, 以 免 刮 ( 割 ) 傷 皮 膚 及 感 染 傳 統 的 潤 滑 劑 一 般 採 用 水 酒 油 等 水 性 物 質 ; 或 是 使 用 萬 金 油 青 草 膏 潤 膚 液 凡 士 林 麻 油 等 油 脂 類 物 質 刮 痧 是 中 國 傳 統 康 復 醫 學 的 一 種 治 療 方 式, 從 推 拿 針 灸 拔 罐 放 血 等 療 法 演 變 而 來, 古 早 的 刮 痧 通 常 採 用 牛 角 梳 子 銀 元 銅 板 或 湯 匙 等 做 為 器 具 施 做 方 式 是 在 患 者 人 的 頸 背 上 重 複 的 刮, 只 要 輕 輕 刮 幾 下, 頸 背 部 刮 出 一 大 片 紫 紅 的 瘀 斑, 不 舒 服 的 症 狀 馬 上 舒 解 刮 痧 因 為 器 具 簡 便 操 作 容 易, 故 成 為 一 般 人 家 庭 保 健 的 技 巧 較 為 正 統 的 刮 痧 器 具, 為 狀 似 彎 月 或 牛 角 的 刮 痧 板, 也 有 些 是 橢 圓 形 或 是 半 圓 形 的 刮 痧 棒 通 常, 刮 痧 板 要 有 幾 個 不 同 的 邊 彎 角 及 不 同 的 厚 薄, 在 人 體 各 部 位 進 行 刮 痧 時, 只 要 能 夠 得 心 應 手, 任 何 一 種 刮 痧 器 具 都 適 宜 使 用 習 慣 上, 也 可 以 利 用 家 中 的 瓷 湯 匙 小 圓 盤 刮 板 嫩 竹 板 瓷 器 片 等 器 具 進 行 刮 痧, 但 需 使 用 圓 滑 無 破 損 的 緣 面, 以 免 刮 傷 皮 膚 為 了 減 少 阻 力 摩 擦 力 及 避 免 皮 膚 擦 傷, 在 刮 痧 時 選 用 適 當 的 潤 滑 劑, 像 水 酒 油 藥 洗 都 是 慣 用 的 種 類 ; 當 體 發 熱 時 可 用 溫 19
開 水 在 刮 痧 時 經 常 要 塗 抹 萬 金 油 青 草 膏 等 清 涼 油 脂 藥 品 做 為 活 血 劑, 不 僅 具 有 潤 滑 作 用, 還 可 活 血 化 瘀 促 進 血 液 循 環 擴 張 毛 細 血 管 而 強 化 療 效 通 常, 在 刮 痧 前 應 採 用 75% 酒 精, 利 用 消 毒 棉 籤 或 棉 球 將 皮 膚 進 行 局 部 消 毒 目 前, 習 用 的 刮 痧 器 具 大 概 可 歸 納 成 下 列 三 大 類, 茲 說 明 如 後 : 第 一 大 類 是 針 對 傳 統 型 刮 痧 器 具 的 改 良 與 創 新 設 計, 藉 以 提 高 使 用 的 便 利 性 與 舒 適 性, 例 如 本 國 公 告 的 專 利 : 刮 痧 按 摩 梳 結 構 ( 葉 俊 傑,2008) 刮 痧 棒 ( 陳 祈 明,2008) 刮 痧 按 摩 器 ( 廖 麗 嬌,2007) 疏 乳 刮 痧 棒 ( 張 桂 玲,2007) 刮 痧 板 ( 蘇 茂 銓,2007) 多 功 能 刮 痧 按 摩 器 ( 廖 麗 嬌,2007) 刮 痧 板 ( 陳 冠 儀,2007) 刮 痧 器 ( 何 天 榮,2007) 一 種 多 功 能 經 穴 刮 痧 按 摩 陶 棒 ( 林 雲 珍,2006) 一 種 全 功 能 按 摩 器 ( 梁 雅 婷,2006) 刮 痧 器 ( 三 ) ( 蘇 翊 誠,2006) 負 離 子 貼 身 物 品 結 構 改 良 ( 吳 振 章,2006) 刮 痧 板 ( 伍 新 龍,2006) 刮 痧 器 ( 二 ) ( 蘇 翊 誠,2006) 刮 痧 器 ( 一 ) ( 蘇 翊 誠,2006) 具 推 錐 作 用 的 刮 痧 保 健 器 ( 游 象 揚, 2005) 刮 痧 板 ( 王 玉 雲,2005) 按 摩 器 ( 莊 煥 堂,2005) 一 種 刮 痧 器 ( 陳 塗,2005) 多 功 能 手 掌 型 全 身 經 穴 刮 痧 按 摩 板 結 構 ( 梁 雅 婷,2005) 多 功 能 人 體 按 摩 器 ( 吳 烜 銘,2005) 磁 氣 板 ( 高 金 產,2005) 一 種 手 握 式 多 功 能 全 身 經 穴 刮 痧 按 摩 棒 ( 梁 雅 婷,2005) 盤 針 式 刮 痧 按 摩 器 結 構 ( 翁 晨 耀,2005) 按 摩 球 暨 按 摩 器 新 穎 結 構 ( 吳 永 順,2005) 按 摩 器 之 結 構 改 良 ( 田 天 仁,2005) 按 摩 刮 痧 裝 置 ( 徐 玉 華,2004) 健 身 按 摩 棒 之 結 構 ( 萬 鴻 彥,2004) 拔 罐 刮 痧 按 摩 器 ( 謝 秀 女,2002) 刮 痧 板 ( 蕭 如 憶,2002) 刮 痧 按 摩 戒 ( 游 村 憲,2001) 刮 痧 棒 ( 游 榮 助,2001) 刮 痧 點 穴 棒 ( 林 國 華,2000) 刮 痧 20
板 ( 林 枝 川,2000) 按 摩 及 刮 痧 兩 用 棒 ( 楊 素 華,1999) 刮 痧 器 ( 林 榮 敏,1999) 刮 痧 器 ( 一 ) ( 林 榮 敏,1999) 刮 痧 器 ( 二 ) ( 林 榮 敏,1999) 刮 痧 按 摩 輔 助 棒 ( 江 慶 興,1997) 刮 痧 按 摩 板 構 造 改 良 ( 陳 麒 婷,1997) 刮 痧 器 ( 高 昇 宏,1996) 刮 痧 按 摩 棒 ( 彭 榮 昌,1996) 刮 痧 梳 ( 呂 季 儒,1996) 按 摩 刮 痧 棒 結 構 改 良 ( 邱 魏 昭 彰,1996) 改 良 型 刮 痧 按 摩 器 ( 莊 哲 揮,1994) 雙 用 型 刮 痧 兼 指 壓 器 ( 吳 崇 欽,1993) 改 良 型 刮 痧 按 摩 器 ( 莊 哲 揮,1993) 真 空 滑 罐 刮 痧 器 ( 莫 文 生,1991) 刮 痧 器 之 改 良 ( 陳 景 祥,1991) 新 型 刮 痧 板 ( 蔡 政 治,1990) 上 述 已 知 的 新 型 及 新 式 樣 刮 痧 專 利 器 具, 均 著 重 於 刮 痧 器 具 結 構 的 改 良 第 二 大 類 的 刮 痧 器 具 是 強 調 運 用 附 加 功 能, 以 便 增 進 刮 痧 的 療 效, 例 如 本 國 公 告 的 專 利 : 熱 療 器 ( 巫 嘉 雄,2007) 可 產 生 電 熱 溫 度 做 為 肌 理 穴 點 發 散 瘀 積 與 活 血 的 刮 痧 熱 療 器 電 療 刮 痧 刀 結 構 ( 劉 介 霖, 2006) 與 可 攜 式 物 理 刮 痧 治 療 器 ( 劉 介 霖,2005) 係 運 用 電 極 片 配 合 電 流 脈 波 對 人 體 施 予 電 療 刺 激 的 設 計 一 種 刮 痧 器 ( 劉 介 霖,2005) 係 利 用 物 理 治 療 機 之 端 子 插 入 導 電 而 能 進 行 刮 痧 電 療 電 熱 刮 痧 器 ( 陳 玉 崗,2004) 係 可 透 過 電 導 線 使 刮 痧 板 加 熱 振 動 按 摩 刮 痧 板 ( 劉 時 達,2004) 係 在 刮 痧 板 裝 設 振 動 機 構 而 具 有 按 摩 作 用 痧 疾 熱 波 刮 散 器 ( 巫 嘉 雄,2004) 係 具 有 熱 波 輔 助 治 療 痧 疾 功 能 的 刮 散 器 刮 痧 按 摩 器 ( 王 周 玉 釵,2004) 與 震 動 按 摩 刮 痧 器 ( 王 周 玉 釵, 2003) 均 是 採 用 震 動 方 式 達 到 兼 具 按 摩 效 果 的 刮 痧 器 拔 罐 刮 痧 按 摩 器 結 構 ( 謝 秀 女,2001) 係 利 用 真 空 馬 達 抽 氣 使 器 具 能 吸 附 於 患 部 上 做 拔 罐 刮 痧 治 療 用 遠 紅 外 線 超 磁 雙 極 刮 痧 按 摩 棒 ( 游 富 俊,1999) 係 利 用 永 久 磁 石 促 進 刮 痧 兼 具 按 摩 的 功 效 紅 外 線 刮 痧 器 ( 王 本 源, 1999) 係 可 藉 由 紅 外 線 燈 泡 的 熱 度 加 速 刮 痧 效 果 多 功 能 自 動 推 拿 21
刮 痧 器 ( 林 清 祥,1991) 係 藉 由 往 復 機 構 使 滾 輪 在 刮 痧 時 兼 具 均 勻 塗 佈 膏 藥 及 推 拿 之 效 果 第 三 大 類 是 提 供 與 刮 痧 有 關 特 定 用 途 的 器 具, 例 如 本 國 公 告 的 專 利 : 刮 痧 擦 藥 機 係 利 用 高 頻 的 動 能 信 號 達 成 刮 痧 擦 藥 的 用 途 一 般 刮 痧 時 使 用 的 潤 滑 劑, 旨 在 減 低 皮 膚 與 刮 痧 器 具 之 間 的 摩 擦 力, 不 過 油 脂 類 潤 滑 劑 容 易 阻 塞 毛 細 孔, 反 而 阻 礙 皮 膚 的 新 陳 代 謝 因 此, 刮 痧 的 次 數 多 或 使 力 不 當, 會 使 淺 層 的 神 經 血 管 斷 裂, 導 致 肌 肉 越 來 越 硬, 慢 慢 的 會 喪 失 體 表 的 感 知 能 力 雖 然, 近 幾 年 來 推 陳 出 新 之 刮 痧 器 具 的 種 類 不 勝 枚 舉, 但 大 部 分 皆 著 重 於 型 式 上 的 改 良 與 設 計, 部 分 是 強 調 運 用 附 加 功 能, 極 少 數 刮 痧 器 具 則 是 致 力 於 特 定 的 用 途 這 些 專 利 創 作 確 實 讓 刮 痧 獲 得 到 某 種 程 度 的 改 善, 但 運 用 電 熱 到 傳 統 的 刮 痧 療 法 中 確 是 相 當 罕 見, 能 夠 具 備 自 動 塗 抹 潤 滑 劑 功 能 的 刮 痧 器 具, 至 今 仍 未 有 相 關 的 專 利 公 開 22
第 3.2 節 研 究 內 容 習 慣 上 在 刮 痧 時 都 會 使 用 潤 滑 劑, 目 的 在 於 減 低 皮 膚 與 刮 痧 器 具 之 間 的 摩 擦 力, 不 過 油 脂 類 潤 滑 劑 容 易 阻 塞 毛 細 孔, 反 而 阻 礙 皮 膚 的 新 陳 代 謝 因 此 刮 痧 的 次 數 多 或 使 力 不 當, 會 使 淺 層 的 神 經 血 管 斷 裂, 導 致 肌 肉 越 來 越 硬, 慢 慢 的 會 喪 失 體 表 的 感 知 能 力 雖 然, 近 幾 年 來 推 陳 出 新 之 刮 痧 器 具 的 種 類 不 勝 枚 舉, 但 大 部 分 皆 著 重 於 型 式 上 的 改 良 與 設 計, 部 分 是 強 調 運 用 附 加 功 能, 極 少 數 刮 痧 器 具 則 是 致 力 於 特 定 的 用 途 對 於 已 發 表 的 習 知 專 利 創 作, 確 實 讓 刮 痧 獲 得 到 某 種 程 度 的 改 善, 但 運 用 電 熱 到 傳 統 的 刮 痧 療 法 中 確 是 相 當 罕 見, 能 夠 具 備 自 動 塗 抹 潤 滑 劑 功 能 的 刮 痧 器 具, 目 前 仍 未 有 相 關 的 醫 療 器 材 公 開 上 市 ( 杜 鳳 棋 等, 2008 ) 本 創 作 之 電 熱 棒 的 熱 療 效 原 理 係 利 用 電 熱 片 加 熱, 使 電 熱 棒 的 刮 舌 部 位 之 溫 度 提 升, 藉 以 達 到 熱 療 的 效 果 另 外 在 電 熱 棒 的 刮 舌 部 位 設 計 一 個 潤 滑 劑 的 充 添 口 及 容 置 室, 藉 由 電 熱 片 部 份 熱 量 的 傳 遞 導 入, 使 進 潤 滑 劑 的 溫 度 提 升 而 降 低 黏 度 (Incropera & DeWitt, 2002) 當 手 持 電 熱 棒 運 作 時, 透 過 擴 充 柏 努 利 方 程 式 的 推 導, 結 果 由 式 (3) 獲 知 在 電 熱 棒 的 潤 滑 劑 出 口 處, 潤 滑 劑 流 出 的 速 度 為 v ( 2W m& ) 1 / 2 = &, 此 意 味 流 出 速 度 僅 為 16 / 加 熱 片 輸 入 能 量 (W& ) 與 潤 滑 劑 的 質 量 流 率 m& 的 函 數 據 此 可 確 定 填 加 在 容 置 室 內 的 潤 滑 劑, 將 會 自 動 的 由 刮 舌 前 緣 的 細 孔 釋 出, 達 到 自 動 塗 抹 潤 滑 劑 的 功 效 本 創 作 之 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒, 主 體 為 樹 脂 類 材 質 一 體 成 型 之 模 組 件, 加 熱 片 輕 薄 短 小 安 全 性 高, 完 全 能 符 合 加 熱 的 需 求, 因 此 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 所 呈 現 的 是 形 式 簡 單 高 度 功 能 化 與 理 性 化 的 成 熟 產 品, 且 符 合 人 體 工 學 的 設 計 當 施 做 者 在 進 行 刮 痧 時, 當 手 握 電 熱 棒 的 圓 截 面 部 位 移 動, 刮 舌 緣 直 接 在 體 表 皮 膚 滑 移, 此 時 在 接 觸 面 間 會 產 生 剪 應 力 (shear stress) τ = μu / δ 由 此 得 知, 讓 加 熱 片 的 熱 能 藉 由 電 熱 棒 主 體 傳 23
導 至 刮 舌 緣 部 位, 將 可 有 效 的 使 塗 抹 在 皮 膚 上 潤 滑 劑 的 動 力 黏 度 減 小, 尤 其 是 採 用 萬 金 油 面 速 力 達 母 或 曼 秀 雷 登 之 類 的 高 黏 性 物 質 更 是 有 其 必 要 性 本 創 作 之 電 熱 棒 由 於 對 刮 舌 前 緣 具 有 加 熱 作 用, 對 於 減 低 剪 應 力 將 會 有 相 當 大 的 助 益, 使 得 施 做 者 運 作 時 較 不 會 感 覺 手 腕 痠 疼 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 融 合 刮 痧 按 摩 溫 灸 及 塗 抹 潤 滑 劑 等 功 效 於 一 體, 同 時 擁 有 安 全 性 高 壽 命 長 耗 電 省 操 作 簡 便 等 優 點, 是 相 當 值 得 肯 定 的 保 健 醫 療 利 器 本 創 作 的 整 體 結 構 設 計, 流 線 型 的 外 觀 融 入 設 計 美 學, 充 分 的 發 揮 少 即 是 多 (less is more) 的 設 計 理 念, 既 簡 單 且 輕 巧, 當 握 持 時 更 能 得 心 應 手 的 施 做 刮 痧 由 於 電 熱 棒 造 型 簡 約 並 符 合 人 體 工 學, 大 大 的 降 低 了 操 作 者 之 施 力 強 度, 使 用 時 極 為 順 手 且 容 易 操 作 本 創 作 具 有 加 熱 及 塗 抹 潤 滑 劑 的 功 能, 有 別 於 傳 統 的 刮 痧 器 具, 極 具 市 場 競 爭 優 勢 24
第 3.3 節 研 究 方 法 ( 一 ) 設 計 實 務 圖 3.1 為 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 的 立 體 分 解 圖 ; 圖 3.2 為 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 的 立 體 示 意 圖 ; 圖 3.3 為 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 的 組 合 上 視 圖 ; 圖 3.4 為 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 的 組 合 下 視 圖, 其 中 組 成 構 件 包 含 : 電 熱 棒 主 體 1 加 熱 片 2 ON/OFF 開 關 3 電 線 4 及 電 源 轉 接 器 接 頭 5 等 五 個 主 要 部 分 電 熱 棒 主 體 係 為 刮 舌 緣 11 刮 舌 腹 12 刮 舌 背 13 潤 滑 劑 入 口 14 潤 滑 劑 室 15 潤 滑 劑 出 口 16 潤 滑 劑 排 氣 孔 17 加 熱 片 裝 置 室 18 電 熱 棒 握 柄 19 等 九 個 部 分, 以 一 體 成 型 構 成 的 模 組 件 刮 舌 緣 11 直 接 與 體 表 接 觸, 故 首 要 的 設 計 重 點 須 要 避 免 刮 舌 緣 太 過 尖 銳, 以 免 刮 傷 皮 膚 及 感 染 刮 舌 腹 12 與 刮 舌 背 13 互 為 一 體 兩 面, 狀 似 彎 月 的 圓 截 面 造 型, 主 要 目 的 在 於 兼 具 按 摩 及 搥 打 的 功 能 潤 滑 劑 入 口 14 潤 滑 劑 室 15 潤 滑 劑 出 口 16 及 潤 滑 劑 排 氣 孔 17 之 設 計 目 的, 在 於 建 構 潤 滑 劑 的 流 動 路 徑, 透 過 加 熱 減 低 潤 滑 劑 的 黏 度, 當 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 在 運 作 時, 潤 滑 劑 自 然 的 由 潤 滑 劑 出 口 16 處 流 出 加 熱 片 2 係 提 供 散 熱 模 組 於 設 計 及 組 裝 測 試 時, 用 以 做 為 穩 定 發 熱 源 之 電 熱 元 件 ON/OFF 開 關 3 係 為 LED 開 關 燈 31 與 開 關 按 鈕 32 二 個 零 組 件 組 成 其 中, 當 加 熱 片 2 處 於 加 熱 狀 態 時,LED 開 關 燈 31 係 為 亮 燈 ; 當 電 源 關 閉 時,LED 開 關 燈 31 係 為 暗 燈 本 創 作 的 電 線 4, 主 要 的 功 用 是 將 電 流 導 入 加 熱 片 2; 其 中 一 段 電 線 串 接 加 熱 片 2 與 ON/OFF 開 關 3, 另 一 段 電 線 串 接 ON/OFF 開 關 3 與 電 源 轉 接 器 接 頭 5 電 源 轉 接 器 接 頭 5 則 是 將 家 用 110V/60Hz 電 源 轉 換 成 符 合 加 熱 片 2 需 求 電 源 之 裝 置 電 熱 棒 主 體 以 中 心 線 為 準 呈 左 右 對 稱, 藉 由 組 合 螺 絲 6 予 以 結 合 ( 二 ) 理 論 分 析 25
潤 滑 劑 在 電 熱 棒 內 的 流 動 路 徑, 藉 由 擴 充 柏 努 利 方 程 式 (extended Bernoulli equation) 或 稱 機 械 能 方 程 式 (mechanical energy equation) 的 運 用 [Young & Okiishi, 2006 陳 俊 勳 & 杜 鳳 棋, 2004], 可 考 慮 成 黏 性 不 可 壓 縮 的 穩 定 流 動, 在 潤 滑 劑 入 口 14 與 出 口 16 之 間 的 描 述 方 程 式 為 P16 + y γ 16 v16 + 2g = P14 + y γ 14 v14 + 2g + h e h l (1) 式 中 P y v 分 別 表 示 壓 力 高 度 速 度 ;γ g 表 示 潤 滑 劑 比 重 量 重 力 加 速 度 ;he hl 表 示 加 熱 片 輸 入 能 量 頭 (energy head) 損 頭 (loss head) 根 據 電 熱 棒 的 設 計 條 件, 我 們 得 知 P14=P16=Patm( 大 氣 壓 力 ),y14 y16( 忽 略 潤 滑 劑 入 口 與 出 口 間 高 度 變 化 ),v14 0( 潤 滑 劑 入 口 速 度 極 微 & 小 ),hl=0( 忽 略 潤 滑 劑 黏 性 效 應 造 成 的 損 失 ),he 為 加 熱 片 輸 入 能 量 (W ) 除 以 潤 滑 劑 的 質 量 流 率 m & 及 重 力 加 速 度 g, 即 h e W& = (2) mg & 綜 合 上 述 歸 納 的 條 件, 式 (1) 可 簡 化 成 加 熱 之 潤 滑 劑 在 電 熱 棒 出 口 16 處 的 速 度 W v = 2 & 16 m& (3) 潤 滑 劑 在 電 熱 棒 與 皮 膚 之 間 的 流 動 狀 況, 由 於 形 成 的 薄 膜 極 微 小, 故 可 透 過 那 維 爾 - 史 托 克 斯 方 程 式 (Navier-Stokes equation) 的 運 用 (Young & Okiishi, 2006; 陳 俊 勳 & 杜 鳳 棋,2004), 配 合 圖 3.5 物 理 模 式 的 設 定 條 件, 將 潤 滑 劑 考 慮 成 黏 性 不 可 壓 縮 的 穩 定 流 動, 在 電 熱 棒 與 皮 膚 之 間 的 描 述 方 程 式 為 u x P = + x x ui μ x j u j + x i ρ u j (4) j i j i 26
其 中 邊 界 條 件 為 :y=0,u=0: 無 滑 動 邊 界 條 件 ;y=δ,u=u: 電 熱 棒 移 動 速 度 式 中 P u 分 別 表 示 壓 力 速 度 ;ρ μ 分 別 表 示 潤 滑 劑 的 密 度 動 力 黏 度 (dynamic viscosity) 根 據 電 熱 棒 的 設 計 條 件, 我 們 得 知 u=u(y) 且 v 0( 潤 滑 劑 僅 具 有 電 熱 棒 移 動 方 向 的 速 度 ),ρg 0( 忽 略 重 力 效 應 ) 綜 上 所 述, 我 們 可 解 出 在 電 熱 棒 與 皮 膚 間 的 潤 滑 劑 速 度 分 布 U u = y (5) δ 由 此 可 見, 潤 滑 劑 的 速 度 係 呈 線 性 分 布 27
第 3.4 節 結 果 與 討 論 古 諺 : 工 欲 善 其 事, 必 先 利 其 器, 本 創 作 之 目 的, 旨 在 提 供 一 種 更 具 醫 療 效 果 的 刮 痧 棒 本 創 作 融 合 現 代 高 科 技 與 傳 統 砭 石 溫 熨 法 的 設 計 理 念, 實 踐 長 久 以 來 人 類 運 用 熱 對 疾 病 治 療 的 務 實 理 念 本 創 作 設 計 的 刮 痧 棒 係 在 棒 內 裝 置 電 加 熱 元 件, 當 通 過 電 流 後 在 刮 舌 部 位 產 生 熱 量, 實 現 了 具 有 類 似 恒 溫 熱 砭 石 的 效 應, 而 且 加 熱 時 間 不 受 限 制 刮 痧 棒 在 刮 舌 部 位 設 有 潤 滑 劑 的 容 置 室, 透 過 電 加 熱 元 件 同 時 可 降 低 水 性 及 油 脂 類 潤 滑 劑 的 黏 度, 促 進 潤 滑 劑 的 流 動 效 果, 使 得 在 刮 痧 施 作 的 同 時, 潤 滑 劑 可 透 過 刮 舌 腹 部 位 的 出 口 孔 自 動 流 出 本 創 作 旨 在 改 造 習 知 的 刮 痧 器 具, 將 熱 有 效 的 運 用 到 傳 統 的 刮 痧 療 法 中, 對 於 減 輕 疼 痛 降 低 肌 肉 痙 攣 減 輕 關 節 的 僵 直 感 促 進 血 液 循 環 以 及 增 進 膠 原 組 織 的 延 展 性, 以 增 進 關 節 活 動 度 都 有 實 質 的 助 益 同 時, 本 創 作 的 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒, 可 有 效 的 解 決 潤 滑 劑 塗 抹 之 不 便 及 浪 費, 擁 有 恆 溫 及 定 時 的 溫 熱 功 效 由 於 刮 痧 棒 造 型 簡 約 並 符 合 人 體 工 學, 大 大 的 降 低 了 操 作 者 之 施 力 強 度, 使 用 時 極 為 順 手 且 容 易 操 作 本 創 作 具 有 加 熱 及 塗 抹 潤 滑 劑 的 功 能, 有 別 於 傳 統 的 刮 痧 器 具, 極 具 市 場 競 爭 優 勢 本 章 歸 納 的 重 點 如 下 所 列 : 一 種 專 為 刮 痧 並 可 提 供 按 摩 溫 灸 及 自 動 塗 抹 潤 滑 劑 的 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒, 其 主 體 包 含 有 一 刮 痧 棒 主 體 一 加 熱 片 一 ON/OFF 開 關 二 電 線 及 一 電 源 轉 接 器 接 頭 ; 其 中, 刮 痧 棒 主 體 以 中 心 線 為 準 呈 左 右 對 稱, 藉 由 螺 絲 易 於 拆 卸 及 結 合 ; 藉 此, 當 刮 痧 棒 主 體 的 螺 絲 鬆 開 時, 刮 痧 棒 主 體 可 輕 易 的 分 開, 加 熱 片 ON/OFF 開 關 電 線 及 電 源 轉 接 器 接 頭 等 元 件 可 整 組 取 出 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 之 主 體 前 段 為 刮 舌 部 位, 後 段 為 刮 痧 棒 握 柄 部 28
位 ; 刮 舌 部 位 設 有 刮 舌 緣 刮 舌 腹 刮 舌 背 潤 滑 劑 出 口 潤 滑 劑 室 潤 滑 劑 入 口 潤 滑 劑 排 氣 孔 及 加 熱 片 裝 置 室 等 八 個 部 分 ; 刮 痧 棒 主 體 係 由 樹 脂 類 材 質 製 作 而 成 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 中 在 刮 舌 部 位 的 刮 舌 腹 具 有 潤 滑 劑 出 口 及 潤 滑 劑 入 口, 分 別 用 以 讓 潤 滑 劑 流 出 及 裝 入 的 孔 ; 刮 舌 部 位 的 刮 舌 背 具 有 潤 滑 劑 排 氣 孔, 藉 以 將 潤 滑 劑 氣 味 經 由 孔 釋 出 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 在 痧 棒 主 體 臨 近 刮 舌 背 設 有 加 熱 片 裝 置 室, 可 提 供 加 熱 片 容 置 並 固 定 在 其 中 ; 加 熱 片 利 用 電 線 與 ON/OFF 開 關 連 接, 透 過 開 關 按 鈕 直 接 啟 動 或 關 閉 電 源 供 應 29
圖 3.1 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 的 立 體 分 解 圖 圖 3.2 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 的 立 體 示 意 圖 30
圖 3.3 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 的 組 合 上 視 圖 圖 3.4 刮 痧 用 多 功 能 電 熱 棒 的 組 合 下 視 圖 31
圖 3.5 潤 滑 劑 流 動 的 物 理 模 式 32
第 4 章 溫 灸 杯 的 熱 傳 遞 分 析 第 4.1 節 前 言 灸 療 根 源 於 原 始 社 會 的 砭 石 治 病 與 火 灼 療 法, 隨 著 歷 史 演 進 已 累 積 紮 實 的 施 作 方 法, 並 發 展 出 豐 富 的 灸 療 材 料, 但 在 施 灸 必 會 產 生 煙 霧, 造 成 空 氣 混 濁 將 是 不 可 避 免 的 事 實 現 今 的 建 築 物 大 都 採 取 密 閉 式 空 間 設 計, 中 醫 院 或 診 所 大 都 具 有 空 調 或 冷 氣 設 備, 雖 然 燃 燒 藥 草 的 香 味 撲 鼻 薰 煙 裊 繞, 但 瀰 漫 的 煙 霧 會 讓 人 感 到 不 舒 服 或 引 發 過 敏, 甚 至 危 害 到 人 體 的 健 康 在 灸 療 過 程 中, 由 於 藥 草 燃 燒 的 時 間 無 法 維 繫 過 久, 溫 度 也 不 會 維 持 恆 定, 對 療 效 必 然 要 大 打 折 扣 此 外, 傳 統 的 施 灸 常 因 操 作 麻 煩, 甚 至 有 被 灼 傷 之 虞 而 令 人 裹 足 不 前 拔 罐 是 利 用 溫 熱 的 刺 激 作 用, 通 過 人 體 經 絡 腧 穴 的 反 射, 促 使 經 絡 通 暢 氣 血 調 和, 達 到 祛 除 疾 病 恢 復 健 康 的 目 的 拔 罐 法 係 以 罐 器 為 工 具, 透 過 加 溫 的 方 式 使 罐 器 內 形 成 負 壓, 使 得 罐 器 能 吸 附 於 皮 膚 或 穴 位, 產 生 溫 熱 刺 激 使 被 拔 部 位 會 出 現 充 血 或 瘀 血 的 情 形, 達 到 防 治 疾 病 的 一 種 外 治 法 拔 罐 所 採 用 罐 器 的 種 類 很 多, 通 常 有 竹 罐 陶 罐 玻 璃 罐, 也 有 採 用 罐 口 平 整 光 滑 的 瓶 罐 茶 杯 或 竹 筒 等 常 用 的 拔 罐 種 類 有 火 罐 法 藥 罐 法 水 罐 法 走 罐 法 刺 血 拔 罐 法 等 火 罐 法 是 最 常 且 最 簡 便 的 一 種, 其 原 理 是 利 用 燃 燒 時 火 焰 的 熱 力 排 出 空 氣 而 使 罐 內 形 成 負 壓, 使 罐 器 吸 附 著 在 皮 膚 上 的 外 治 法 拔 罐 需 將 患 者 的 皮 膚 吸 起 約 2~4 公 分 高 度, 留 罐 時 間 約 5~15 分 鐘, 有 些 患 者 卻 加 長 留 罐 時 間, 時 間 長 短 端 視 病 況 而 定 多 數 患 者 的 皮 膚 通 常 會 充 血 或 淤 血, 甚 至 於 會 出 現 水 泡, 所 以 感 染 的 困 擾 及 留 下 疤 痕 的 忌 諱 也 就 在 所 難 免 33
目 前, 習 用 的 熱 療 溫 灸 器 具, 依 據 加 熱 源 的 種 類 可 歸 納 成 下 列 五 大 類, 茲 說 明 如 後 : 第 一 大 類 是 採 用 燈 泡 做 為 主 要 加 熱 源 的 改 良 或 創 新 設 計, 例 如 本 國 公 告 的 專 利 : 新 型 熱 療 器 結 構 改 良 ( 鄭 自 成,2008 ) 兼 具 按 摩 功 能 電 熱 熱 療 器 之 結 構 改 良 ( 鄭 自 成,2008) 配 有 熱 感 溫 器 使 用 於 個 人 電 腦 USB 插 槽 之 LED 脈 衝 光 軟 布 護 具 保 健 美 容 器 ( 陳 建 全,2007) 另 有 特 定 光 色 脈 衝 光 能 量 及 控 溫 功 能 LED 脈 衝 能 量 光 灸 裝 置 ( 陳 建 全, 2006) 同 樣 具 有 特 定 光 色 脈 衝 光 能 量 及 控 溫 功 能 上 述 已 知 新 型 的 溫 灸 專 利 器 具, 均 著 重 於 美 容 與 保 健 的 功 能 第 二 大 類 的 溫 灸 器 具 係 以 燃 燒 艾 材 或 中 藥 材 為 加 熱 源, 此 類 的 器 具 保 有 傳 統 艾 灸 的 功 能, 例 如 本 國 公 告 的 專 利 : 溫 灸 滾 棒 ( 胡 秋 生,2007) 為 發 明 專 利 薰 灸 裝 置 ( 石 科 齊,2004) 溫 灸 筒 之 結 構 改 良 ( 李 門 重,2003) 灸 療 器 ( 吳 順 壬,2003) 薰 灸 裝 置 ( 石 科 齊,2003) 溫 灸 裝 置 ( 黃 朝 城,2003) 薰 臍 灸 墊 結 構 改 良 ( 陳 振 安,2003) 係 用 以 薰 蒸 肚 臍 可 任 意 滑 動 之 灸 墊 結 構 改 良 ( 陳 振 安,2003) 溫 灸 器 構 造 ( 王 耀 燦,2003) 溫 灸 器 ( 林 月 里,2003) 指 壓 式 溫 灸 器 ( 島 田 修,2000) 送 風 式 溫 灸 棒 結 構 改 良 ( 許 澄 男,1999) 具 有 氣 囊 送 風 助 燃 的 效 果 溫 灸 治 療 器 ( 島 田 修,1996) 為 新 式 樣 專 利 溫 灸 器 ( 胡 秋 生,1995) 溫 灸 筒 結 構 改 良 燃 燒 香 桿 ( 林 建 鎮,1995) 係 以 燃 燒 香 桿 產 生 熱 量 溫 灸 器 ( 胡 秋 生,1992) 的 設 計 可 燃 燒 艾 條 薑 片 或 蒜 等 藥 材 溫 炙 器 ( 胡 秋 生,1990) 及 溫 灸 器 之 構 造 ( 洪 弘 華,1990) 上 述 已 知 的 溫 灸 專 利 器 具, 完 全 著 重 於 具 有 溫 熱 效 果 的 功 能 第 三 大 類 是 使 用 紅 外 線 或 遠 紅 外 線 做 為 加 熱 源 的 器 具, 例 如 本 國 公 告 的 專 利 : 遠 紅 外 線 溫 腳 器 ( 王 救,2007) 係 利 用 遠 紅 外 線 做 為 溫 腳 的 器 具 具 有 溫 灸 效 果 之 電 子 針 灸 裝 置 ( 賴 欽 民,2005) 係 使 用 紅 外 線 做 34
為 具 有 溫 灸 兼 電 療 的 器 具 遠 紅 外 線 熱 磁 波 電 子 溫 灸 器 ( 蔡 來 發,2000) 係 採 用 遠 紅 外 線 熱 磁 波 產 生 熱 量 一 種 遠 紅 外 線 溫 療 穴 位 器 結 構 遠 ( 馮 源 鳳,1998) 係 以 紅 外 線 做 為 熱 源 並 具 有 控 時 與 控 溫 功 能 的 溫 穴 療 法 器 具 紅 外 線 溫 灸 器 之 調 整 器 之 構 造 ( 練 媛 蓮,1994) 係 利 用 紅 外 線 做 為 熱 源 並 具 有 無 段 調 整 功 能 的 專 利 上 述 已 知 的 溫 灸 專 利 器 具, 大 多 數 也 都 是 偏 重 於 具 有 溫 熱 效 果 的 功 能 第 四 大 類 主 要 是 採 用 電 加 熱 源 的 器 具, 例 如 本 國 公 告 的 專 利 : 良 導 絡 及 針 頻 溫 灸 產 生 器 三 位 一 體 之 構 造 裝 置 ( 陳 怡 錚,2005) 係 使 用 可 控 溫 在 38~45 的 發 熱 體 溫 灸 式 按 摩 器 ( 鄭 美 麗,2005) 係 採 用 發 熱 元 件 做 為 具 有 按 摩 與 溫 灸 點 穴 功 效 的 器 具 兼 具 加 熱 及 電 擊 效 果 之 電 療 片 ( 吳 貴 煌,2005) 係 以 導 電 橡 膠 加 熱 做 為 具 備 溫 灸 與 電 擊 功 能 的 器 具 溫 灸 按 摩 裝 置 ( 馮 源 鳳,2005) 係 利 用 加 熱 元 件 做 為 擁 有 溫 灸 與 按 摩 功 用 的 器 具 溫 灸 器 之 結 構 改 良 ( 馮 源 鳳,2004) 係 利 用 電 加 熱 器 產 生 熱 量 並 具 備 控 時 與 控 溫 的 功 效 具 有 固 定 結 構 之 溫 灸 裝 置 ( 賴 欽 民, 2004) 係 使 用 熱 源 模 組 產 升 熱 量 溫 灸 機 ( 張 金 火,2003) 係 以 加 熱 線 圈 並 配 合 溫 度 感 應 器 與 調 節 控 制 電 路 達 成 具 有 連 續 刺 激 功 用 的 器 具 溫 灸 裝 置 ( 二 ) ( 寺 西 明,2000) 與 溫 灸 裝 置 ( 一 ) 電 發 熱 物 ( 水 野 孝 則,2000) 係 以 電 發 熱 物 產 生 熱 量 溫 灸 器 ( 黃 文 賢,1998) 係 採 用 熱 源 棒 作 為 加 熱 源 具 調 溫 及 按 摩 功 能 之 灸 怡 器 ( 趙 繼 龍,1996) 係 透 過 加 熱 電 路 與 恆 溫 控 制 達 到 俱 備 按 摩 效 用 的 器 具 溫 灸 治 療 裝 置 ( 島 田 修,1995) 係 使 用 熱 效 率 高 的 發 熱 體 產 生 熱 量 腳 底 溫 灸 按 摩 裝 置 ( 吳 水 盛,1994) 藉 由 陶 瓷 發 熱 體 產 生 熱 量 作 為 腳 底 溫 灸 按 摩 之 用 溫 灸 治 療 器 ( 浦 上 英 明,1992) 係 以 驅 動 信 號 使 導 子 加 熱 並 具 有 調 溫 與 調 時 的 功 能 熀 底 按 摩 機 之 改 良 構 造 ( 蔡 建 男,1991) 係 使 用 發 熱 片 產 生 熱 量 做 為 具 有 腳 底 35
按 摩 功 用 的 器 具 薄 片 溫 灸 器 ( 蔡 文 堂,1991) 係 採 用 薄 膜 狀 發 熱 體 產 生 熱 量 第 五 大 類 則 是 利 用 上 述 四 大 類 以 外, 其 他 形 式 加 熱 源 產 生 熱 量 的 器 具, 例 如 本 國 公 告 的 專 利 : 手 足 溫 灸 用 浸 泡 裝 置 ( 葉 家 助,2006) 係 採 用 溫 水 浸 泡 手 腳 的 器 具 熱 按 摩 灸 桶 ( 殷 樸 誠,2004) 係 使 用 吸 熱 球 做 為 具 有 溫 灸 與 按 摩 功 效 的 器 具 36
第 4.2 節 研 究 內 容 ( 一 ) 設 計 實 務 本 創 作 旨 在 研 發 具 有 定 時 及 控 制 溫 度 的 功 能, 擁 有 灸 療 與 拔 罐 功 效 的 傳 統 中 醫 輔 助 器 具, 形 式 上 是 要 能 提 供 穩 定 恆 溫 的 溫 灸 效 果, 實 質 上 是 要 克 服 傳 統 灸 療 的 缺 失 與 拔 罐 的 不 便 雖 然, 近 幾 年 來 推 陳 出 新 的 溫 灸 器 具 種 類 不 勝 枚 舉, 但 大 部 分 是 著 重 於 個 人 保 健 的 創 作 器 具, 能 運 用 在 中 醫 診 所 的 醫 療 器 具 卻 是 相 當 稀 少 已 公 開 的 相 關 專 利 創 作, 對 於 保 健 醫 學 確 實 具 有 某 種 程 度 的 貢 獻, 但 對 於 傳 統 灸 療 與 拔 罐 的 缺 失 改 善 效 果 卻 相 當 有 限, 至 於 能 結 合 灸 療 與 拔 罐 功 效 的 創 作, 至 今 仍 未 有 相 關 的 專 利 公 開 本 創 作 熱 療 溫 灸 罐 的 主 要 部 分 包 含 : 密 封 蓋 加 熱 單 元 密 封 環 罐 體 及 溫 度 感 測 單 元 等 五 個 主 要 部 分 密 封 蓋 採 用 樹 脂 類 材 質 一 體 成 型 之 模 組 件, 內 部 圓 形 襯 墊 係 以 絕 熱 材 料 製 成 ; 加 熱 單 元 主 要 的 加 熱 源 為 輕 巧 防 水 安 全 性 高 的 矽 膠 電 熱 片, 充 分 符 合 加 熱 的 需 求 ; 密 封 環 為 樹 脂 類 材 質 一 體 成 型 之 模 組 件, 利 用 二 個 扣 環 可 與 密 封 蓋 緊 密 的 結 合 ; 罐 體 緊 密 的 套 在 密 封 環, 其 材 質 採 用 壓 克 力 製 作 而 成, 擁 有 加 工 容 易 的 優 點, 並 較 為 近 似 絕 熱 的 條 件 ; 溫 度 感 測 單 元 的 主 要 元 件 為 熱 電 偶 (thermocouple), 主 要 是 作 為 感 測 加 熱 單 元 作 用 在 體 表 的 溫 度, 並 可 回 授 至 溫 度 控 制 器 之 用 ( 二 ) 理 論 分 析 本 研 究 的 理 論 部 分, 主 要 是 解 析 溫 灸 杯 內 的 熱 量 傳 遞, 數 值 方 法 採 用 ANSYS 軟 體 (Prentice Hall, 2003) 進 行 運 算 在 本 論 文 中, 我 們 並 不 需 要 採 用 繁 複 的 數 值 方 法 解 複 雜 的 統 御 方 程 式 ; 本 論 文 藉 由 ANSYS 軟 體, 配 合 適 當 的 邊 界 條 件 設 定, 便 能 從 溫 度 場 探 討 溫 灸 杯 內 的 熱 傳 遞 狀 況 37
通 常 溫 度 達 到 42 癌 細 胞 將 會 自 然 的 消 滅 ; 此 外, 在 人 體 體 內 的 研 究 方 面, 人 體 的 組 織 細 胞 只 要 在 58 維 持 3 分 鐘, 即 會 造 成 細 胞 膜 之 脂 質 雙 層 的 破 壞, 細 胞 內 蛋 白 質 的 變 性, 而 導 致 細 胞 凝 固 性 壞 死 ( 黃 哲 勳, 2002) 可 見 掌 控 溫 灸 杯 內 溫 度 的 重 要 性, 如 何 拿 捏 得 宜 全 憑 醫 師 根 據 病 患 的 需 求 予 以 設 定 本 論 文 在 以 下 的 分 析 中, 將 皮 膚 表 面 的 期 望 溫 度 T s 選 擇 為 42 的 安 全 值 皮 膚 由 外 到 內, 可 分 成 表 皮 真 皮 及 皮 下 組 織 三 層 ( 方 嘉 佑, 2006); 皮 膚 不 僅 是 包 裹 人 體 內 臟 肌 肉 骨 骼 的 皮 囊, 本 身 也 是 種 活 器 官, 擁 有 神 經 血 管 色 素 細 胞 和 腺 體 皮 膚 是 覆 蓋 身 體 的 堅 韌 不 透 水 的 外 皮, 與 口 鼻 眼 瞼 和 泌 尿 肛 門 的 粘 膜 相 接 皮 膚 是 身 體 最 大 的 器 官, 成 年 人 的 皮 膚 面 積 有 1.8m 2 厚 度 為 2.12~4.08mm, 其 中 眼 臉 最 薄 ( 眼 皮 厚 度 0.2~0.66mm), 手 與 腳 掌 最 厚 ( 手 腳 心 厚 度 為 2~4mm) 在 傳 統 的 拔 罐 療 法 中, 普 通 拔 火 罐 的 式 樣 均 為 口 小 肚 大 的 玻 璃 罐, 瓶 口 之 邊 緣 向 外 翻, 呈 鐘 形 而 口 略 向 外, 如 圖 4.1 所 示 本 論 文 所 設 計 的 溫 灸 杯 安 全 性 較 高, 杯 體 之 幾 何 尺 寸 為 : 內 部 之 直 徑 D 高 度 H 壁 厚 t; 罐 底 具 有 凸 緣 溫 灸 杯 之 外 形 呈 倒 杯 狀, 代 表 幾 何 型 式 的 形 狀 比 (Aspect ratio)ar 為 高 度 H 與 內 徑 D 之 比 值, 在 本 論 文 的 計 算 例 採 用 AR=H/D =1.145, 如 圖 4.2 所 示 在 溫 灸 杯 內, 加 熱 源 係 利 用 軟 式 矽 膠 電 熱 片 (Silicon thermofoil), 並 經 由 熱 電 偶 及 溫 度 控 制 器, 藉 以 達 到 固 定 的 設 定 溫 度 (T o =constant) 加 熱 效 果, 電 路 圖 如 圖 4.3 所 示 溫 灸 杯 在 實 務 操 作 極 為 安 全, 設 計 亦 為 可 行 在 加 熱 片 與 皮 膚 表 面, 由 於 單 位 面 積 所 承 受 的 熱, 可 提 供 做 為 表 達 釋 出 或 吸 收 的 熱 傳 遞 情 況, 此 物 理 量 通 常 稱 為 熱 通 量 (Heat flux)q 並 定 義 為 38
q T " = k j (4.1) xi 式 中 k j 為 熱 傳 導 係 數 (Thermal conductivity),t 為 溫 度,x i 為 考 慮 的 熱 傳 遞 方 向 有 關 數 值 方 法 所 須 設 定 的 邊 界 條 件, 可 將 溫 灸 杯 的 邊 界 條 件 以 圓 柱 座 標 (r,z) 予 以 描 述, 如 圖 4.2 所 示 在 溫 灸 杯 頂 部 加 熱 片 的 上 方 利 用 絕 熱 材 料 充 填, 因 此 軸 向 的 熱 只 能 往 杯 內 傳 遞, 因 此 邊 界 條 件 設 定 為 z=h T=T o =constant (4.2) 式 中 k a 為 空 氣 的 熱 傳 導 係 數 溫 灸 杯 之 罐 壁 與 空 氣 之 間 具 有 熱 傳 遞, 因 此 內 壁 (r=r=d/2) 與 外 壁 (r=r+t) 之 徑 向 熱 傳 遞 均 須 予 以 設 定, 如 下 所 列 r=d/2 T h ΔT = k r = R g (4.3) + r r = R 且 T r=d/2+t k g = hδt + r = ( R + t) (4.4) r r = ( R + t) 式 中 h 為 溫 灸 杯 內 空 氣 的 熱 對 流 係 數 (convection coefficient),k g 為 溫 灸 杯 杯 體 ( 本 論 文 設 定 杯 體 為 玻 璃 材 質 ) 的 熱 傳 導 係 數 在 溫 灸 杯 之 底 部 (z=0), 由 於 杯 體 直 接 罩 在 皮 膚 上, 故 軸 向 的 熱 傳 熱 通 量 相 等, 意 即 傳 導 熱 通 量 為 T z h ΔT + = k z= 0 s (4.5) z= 0 式 中 k s 為 皮 膚 的 熱 傳 導 係 數 39
第 4.3 節 研 究 方 法 ( 一 ) 設 計 實 務 在 圖 4.4 與 圖 4.5 中, 熱 療 溫 灸 罐 的 密 封 蓋 係 由 頂 蓋 11 與 絕 熱 襯 墊 12 組 裝 而 成, 頂 蓋 11 部 分 採 用 樹 脂 類 材 質 一 體 成 型 之 模 組 件, 在 頂 蓋 11 的 內 凹 部 使 用 絕 熱 襯 墊 12 密 封 蓋 1 的 功 能 在 於 阻 絕 軸 向 往 上 的 熱 量 傳 遞, 並 兼 具 固 定 加 熱 單 元 之 用 加 熱 單 元 的 主 要 加 熱 源 為 圓 形 的 矽 膠 電 熱 片 21, 係 用 以 提 供 熱 療 溫 灸 罐 穩 定 熱 量 之 電 熱 元 件, 具 有 安 全 省 電 及 耐 用 的 特 性, 更 符 合 本 創 作 防 水 與 耐 濕 的 要 求 矽 膠 電 熱 片 21 透 過 電 線 22 將 電 流 導 入, 電 線 的 另 一 端 則 是 連 接 至 溫 度 控 制 器, 藉 由 溫 度 控 制 器 可 使 加 熱 單 元 具 有 恆 溫 輸 出 的 溫 度 值 密 封 環 的 功 用 在 於 安 裝 加 熱 單 元 於 固 定 位 置, 密 封 環 係 由 密 封 環 體 31 與 扣 環 32 組 成, 二 個 元 件 均 為 樹 脂 類 材 質 一 體 成 型 之 模 組 件, 密 封 環 利 用 二 個 扣 環 32 可 與 密 封 蓋 緊 密 的 結 合 罐 體 4 直 接 緊 密 的 套 在 密 封 環 體 31 下 方, 罐 體 採 用 壓 克 力 材 質 製 作 而 成, 擁 有 加 工 容 易 的 優 點, 並 具 有 較 低 熱 傳 導 係 數 (k=0.2w/m 2 ) 的 特 質, 比 人 體 皮 膚 (k=0.37w/m 2 ) 更 低, 具 有 較 佳 的 絕 熱 需 求, 同 時 壓 克 力 的 半 穿 透 性 有 利 於 監 視 體 表 受 熱 的 反 應 情 形 溫 度 感 測 單 元 則 利 用 熱 電 偶 5 作 為 感 測 體 表 溫 度 之 用, 透 過 溫 度 感 測 並 回 授 恆 溫 控 制 系 統, 控 制 器 依 輸 入 溫 度 值 與 回 授 溫 度 值 之 差 異, 用 以 啟 動 矽 膠 電 熱 片 21, 使 加 熱 單 元 的 輸 入 達 到 設 定 的 恆 溫 值 本 創 作 加 熱 單 元 在 罐 體 內 所 產 生 的 熱 量, 由 於 密 封 蓋 絕 熱 襯 墊 能 阻 絕 熱 的 傳 導 (heat conduction) 效 應, 而 罐 體 採 用 低 熱 傳 導 係 數 (thermal conductivity) 的 壓 克 力 材 質, 故 熱 量 不 易 經 由 罐 體 壁 面 散 逸, 因 此 加 熱 單 元 產 生 的 熱 量 可 大 部 分 會 藉 由 熱 對 流 (heat convection) 效 應 傳 遞 至 體 表 40
圖 4.6 為 本 創 作 熱 療 溫 灸 罐 的 實 施 例 之 控 制 電 路 圖, 從 圖 很 清 楚 可 以 瞭 解 本 創 作 所 欲 達 到 的 恆 溫 控 制, 主 要 是 採 用 PID 溫 度 控 制 器 設 定 溫 度 值 恆 溫 控 制 系 統 採 用 一 般 家 用 110V 交 流 電, 並 經 由 一 個 按 鈕 開 關 來 控 制 加 熱 器 電 源 的 ON/OFF 當 開 關 打 開 後,PID 通 電 後 此 時 會 開 機 並 會 輸 出 12V 的 直 流 電 給 固 態 繼 電 器 (SSR), 此 方 式 的 目 的 在 於 PID 判 斷 出 ON/OFF 的 時 機 及 數 值, 之 後 利 用 其 12VDC 來 驅 動 SSR 使 其 作 動 ON/OFF, 此 舉 可 以 延 長 PID 的 使 用 壽 命 降 低 因 使 用 過 多 所 造 成 的 零 件 更 換 成 本 最 後 當 開 關 打 開, 此 時 電 通 過 加 熱 器 前 會 先 經 過 變 壓 器 將 110VAC 降 壓 至 加 熱 器 所 需 電 壓 (12VAC), 並 會 將 量 測 到 的 溫 度 傳 回 PID, 此 時 即 可 由 PID 所 設 定 的 溫 度 判 斷 是 否 該 加 熱, 再 經 由 SSR 控 制 加 熱 器 加 熱 ( 二 ) 理 論 分 析 在 使 用 ANSYS 軟 體 的 數 值 計 算 中, 計 算 結 果 的 準 確 性 與 可 接 受 度, 完 全 端 視 數 值 方 法 中 的 參 數 設 定 本 論 文 在 執 行 數 值 計 算 所 需 設 定 的 參 數 有 : 計 算 區 域 的 元 素 分 割 數 與 暫 態 過 程 中 的 時 間 間 距 Δt 將 元 素 分 割 得 愈 細, 將 會 增 加 計 算 結 果 的 準 確 性, 但 使 用 過 細 的 元 素 會 增 加 總 元 素 數, 因 此 需 要 更 多 的 計 算 時 間 與 貯 存 空 間, 就 整 體 效 益 並 不 是 最 佳 化 的 狀 態 ; 時 間 間 距 的 細 分 亦 面 臨 同 樣 的 情 況 經 由 數 值 方 法 測 試, 本 論 文 的 各 數 值 計 算 例, 我 們 的 數 值 計 算 參 數 皆 採 用 總 元 素 數 為 36,163 個, 時 間 間 距 則 取 為 30 秒 本 論 文 數 值 方 法 的 重 點, 在 於 計 算 矽 膠 電 熱 片 加 熱 之 後 (t>0), 在 溫 灸 杯 之 罐 內 的 溫 度 變 化 狀 況 由 於 加 熱 源 可 利 用 數 位 溫 度 控 制 器 設 定, 故 矽 膠 電 熱 片 的 設 定 溫 度 T o 將 分 別 選 擇 60 80 100 及 120 等 四 種 不 同 的 固 定 值 ; 至 於 外 界 溫 度 Ta 分 別 選 取 15 20 25 及 30 等 四 個 不 同 的 固 定 值 本 論 文 直 接 採 用 ANSYS 套 裝 軟 體 建 立 數 學 模 型, 最 後 亦 以 等 41
溫 線 的 高 階 塗 彩 方 式, 呈 現 在 溫 灸 杯 中 的 溫 度 變 更 狀 態 溫 灸 杯 內 的 塗 彩 顯 示 方 式, 對 於 問 題 的 剖 析 相 當 有 幫 助, 使 溫 灸 杯 中 的 熱 傳 遞 現 象 可 視 化 (visualization), 塗 彩 顏 色 隨 著 設 定 溫 度 T o 與 外 界 溫 度 T a 分 而 定, 範 圍 從 15 至 120 不 等, 由 於 我 們 所 關 心 的 溫 度 是 在 42 到 58 之 間, 由 此 可 清 楚 觀 察 到 罐 器 內 的 暫 態 溫 度 變 化 情 形 第 一 個 範 例 是 探 討 在 灸 療 施 做 時, 從 溫 灸 杯 內 的 溫 度 分 布, 剖 析 杯 體 內 的 熱 傳 遞 情 形, 使 用 的 邊 界 條 件 為 (2) 至 (5) 式 所 設 定 之 狀 態, 在 每 一 個 範 例 的 電 熱 片 設 定 溫 度 T o 皆 選 擇 120 ; 外 界 溫 度 T a 均 假 設 為 20 圖 4.7 係 描 繪 杯 體 內 的 暫 態 溫 度 變 化 情 形, 從 圖 中 的 溫 度 分 布 清 楚 可 見, 當 電 熱 片 開 始 加 熱 後, 由 於 溫 灸 杯 的 頂 部 為 絕 熱, 軸 向 的 熱 傳 遞 為 零 電 熱 片 所 產 生 的 熱 量 將 沿 著 罐 壁 進 行 熱 傳 導 (heat conduction), 另 一 個 傳 遞 的 路 徑 是 透 過 杯 體 內 的 空 氣 進 行 熱 對 流 (heat convection) 再 從 塗 彩 顯 示 的 結 果 得 知, 隨 著 時 間 的 進 行, 電 熱 片 所 產 生 的 熱 量 持 續 的 遞 增, 顯 然 沿 著 杯 體 的 熱 傳 導 比 杯 體 內 經 由 空 氣 的 熱 對 流 來 得 迅 速 此 外, 沿 著 杯 體 往 上 傳 導 的 速 度 又 比 往 上 的 速 度 快, 從 圖 4.7 亦 可 察 覺 到, 即 使 時 間 進 行 到 120sec, 經 由 杯 體 傳 導 的 熱 量 仍 然 相 當 少, 如 此 可 避 免 灸 療 施 做 時 杯 體 會 灼 傷 皮 膚 由 於 杯 體 內 空 氣 熱 對 流 的 狀 況, 直 接 攸 關 皮 膚 表 層 接 受 熱 量 的 成 程 度, 因 此 我 們 進 一 步 觀 察 在 圖 4.7 中, 電 熱 片 下 方 直 至 皮 膚 表 面 的 溫 度 變 化 狀 況 很 顯 然, 熱 量 經 由 杯 體 傳 導 的 熱 量 仍 然 比 空 氣 對 流 傳 遞 迅 速, 因 此 在 杯 體 內 的 等 溫 線 呈 現 上 圓 弧 狀 ; 隨 著 時 間 的 經 過, 圓 弧 狀 等 溫 線 會 逐 漸 的 平 緩 由 於 玻 璃 杯 體 的 熱 傳 導 係 數 (kg=0.78w/m ) 遠 較 空 氣 (ka=0.025 W/m ) 大, 因 此 杯 體 內 的 圓 弧 狀 等 溫 線 必 須 要 經 過 一 段 時 間 才 會 逐 漸 消 失 再 以 熱 傳 遞 效 果 來 評 估 電 熱 片 安 裝 方 式 的 良 窳, 此 不 但 影 響 熱 傳 遞 42
效 率, 同 時 也 攸 關 熱 傳 遞 的 基 本 模 式 由 熱 傳 遞 的 基 本 原 理 可 知, 加 熱 源 若 位 在 杯 體 的 下 方, 此 意 味 杯 體 內 頂 部 溫 度 將 小 於 底 部 溫 度 ( T/ z<0), 因 此 在 杯 體 內 的 空 氣 密 度 在 重 力 方 向 呈 遞 減 的 趨 勢 ( T/ z>0) 由 於 在 頂 部 較 密 的 空 氣 重 力 大 於 底 部 較 疏 的 空 氣 重 力, 迫 使 頂 部 較 重 的 空 氣 下 降 ; 底 部 較 輕 的 空 氣 上 升, 形 成 對 流 的 移 動 現 象, 故 在 杯 體 內 的 空 氣 將 會 呈 現 不 穩 定 狀 態 (unstable state), 最 後 逐 漸 發 展 成 不 穩 定 環 流 (unstable circulation), 在 此 種 電 熱 片 安 裝 方 式 中, 主 要 的 熱 傳 遞 機 構 為 熱 對 流 假 使 加 熱 源 位 在 杯 體 的 上 方, 此 意 含 杯 體 內 頂 部 溫 度 將 大 於 底 部 溫 度 ( T/ z>0), 因 此 在 杯 體 內 的 空 氣 密 度 在 重 力 方 向 呈 遞 增 的 趨 勢 ( T/ z<0) 在 此 狀 況 下, 由 於 頂 部 較 疏 的 空 氣 重 力 小 於 底 部 較 密 的 空 氣 重 力, 故 杯 體 內 的 空 氣 會 呈 現 穩 定 狀 態 (stable state), 不 會 再 有 容 積 流 體 移 動 (bulk fluid motion) 的 現 象 圖 4.8 為 設 定 溫 度 T o =120 外 界 溫 度 T a =20 的 狀 態 下, 在 皮 膚 表 面 所 呈 現 的 溫 度 分 布 圖 在 電 熱 片 剛 開 始 加 熱 後, 由 於 熱 量 藉 由 罐 內 熱 對 流 效 應 往 下 方 的 皮 膚 面 傳 遞, 在 此 同 時 熱 量 亦 經 由 杯 體 的 熱 傳 導 效 應 往 下 方 的 皮 膚 面 傳 遞, 先 前 曾 提 及 經 由 杯 體 的 熱 傳 遞 較 為 迅 速, 在 此 圖 的 溫 度 分 布 亦 再 次 獲 得 驗 證 從 不 同 時 間 的 溫 度 分 布 可 察 覺, 在 皮 膚 面 的 溫 度 顯 然 在 罐 壁 (r=d/2) 部 分 較 高, 在 杯 體 中 心 軸 部 分 (r=0) 的 溫 度 最 低, 相 差 幅 度 在 時 間 t=300sec 時 為 7.38%, 隨 著 時 間 增 加, 此 種 現 象 持 續 擴 大 ; 一 直 到 時 間 t=1200 秒 的 穩 定 狀 態, 相 差 幅 度 增 加 為 7.96%, 鄰 近 罐 壁 的 最 高 溫 度 達 到 49.4 再 由 圖 形 的 溫 度 曲 線 可 看 出, 杯 體 底 部 ( 皮 膚 表 面 ) 的 溫 度, 很 快 的 均 已 達 到 期 望 溫 度 T s =42 圖 4.9 與 圖 4.10 分 別 為 不 同 的 設 定 溫 度 情 況 下, 加 熱 片 與 皮 膚 表 層 的 暫 態 熱 通 量 變 化 情 形 顯 而 易 見, 設 定 溫 度 越 高 則 加 熱 片 釋 出 的 熱 通 量 越 大, 剛 啟 動 電 源 時 的 熱 通 量 為 最 大 值 隨 著 時 間 增 加, 熱 通 量 逐 漸 43
減 小 而 達 到 穩 定 狀 態 若 以 溫 度 變 化 幅 度 在 3% 之 內 界 定 為 穩 定 狀 態, 在 T o 分 別 為 60 80 100 及 120 的 情 況 下, 熱 通 量 達 到 穩 定 狀 態 的 時 間 分 別 需 要 720 600 540 及 540sec; 穩 定 狀 態 下 的 熱 通 量 值 則 分 別 對 應 為 29.1 53.0 79.2 及 105.9W/m 2 再 比 較 圖 4.9 與 圖 4.10 可 發 現, 兩 者 之 間 係 呈 現 相 反 的 分 布 趨 勢, 此 現 象 主 要 是 反 映 加 熱 片 釋 出 熱, 皮 膚 則 是 接 收 熱 值 得 一 提 的 是, 在 圖 4.10 中 我 們 察 覺, 皮 膚 表 層 在 剛 開 始 加 熱 時 均 呈 現 負 值 (q s <0), 這 是 因 為 初 始 條 件 在 設 定 時 外 界 溫 度 為 T a =20 皮 膚 表 面 的 溫 度 T s =37, 所 以 在 加 熱 片 釋 出 的 熱 還 沒 足 以 使 鄰 近 皮 膚 的 溫 度 上 升 到 37 時, 事 實 上 人 體 皮 膚 是 在 散 熱 狀 態 若 同 樣 以 溫 度 變 化 幅 度 在 3% 之 內 界 定 為 穩 定 狀 態, 在 T o 分 別 為 60 80 100 及 120 的 情 況 下, 皮 膚 表 面 的 熱 通 量 達 到 穩 定 狀 態, 所 需 時 間 分 別 需 要 960 720 660 及 600sec; 穩 定 狀 態 下 的 熱 通 量 值 則 分 別 對 應 為 12.1 24.9 38.5 及 51.8W/m2 據 此, 我 們 可 瞭 解 有 關 加 熱 片 釋 出 熱 與 皮 膚 接 收 熱 的 狀 況, 而 從 量 化 數 據 又 可 看 出, 皮 膚 接 收 熱 始 終 小 於 加 熱 片 釋 出 熱, 這 意 味 部 分 熱 係 散 逸 至 外 界 環 境 中, 若 從 釋 出 熱 與 皮 膚 接 收 熱 比 例 分 別 為 41.6 47.0 48.6 及 48.9% 由 此 可 見, 加 熱 片 的 設 定 溫 度 越 高, 則 溫 灸 杯 的 熱 效 能 越 佳, 但 均 不 到 一 半 的 熱 通 量 (q s /q o <50%) 抵 達 皮 膚 表 面, 可 見 現 今 使 用 的 拔 罐 杯 並 不 適 合 做 為 溫 灸 杯 使 用 圖 4.11 為 不 同 的 設 定 溫 度 情 況 下, 溫 灸 杯 在 穩 定 狀 態 下 (t=900sec) 的 溫 度 分 布 圖, 外 界 溫 度 皆 為 T a = 20 在 電 熱 片 剛 開 始 加 熱 後, 由 於 杯 體 內 部 頂 部 採 用 絕 熱 設 計, 故 熱 量 大 部 分 會 經 由 杯 體 傳 遞, 由 於 空 氣 的 溫 度 與 密 度 成 反 比, 故 會 導 致 鄰 近 電 熱 片 的 熱 空 氣 往 上 升 從 圖 4.11 可 清 楚 的 看 出 在 杯 體 內 部 及 四 周 的 溫 度 變 化, 由 於 熱 的 特 性 是 高 溫 往 低 溫 處 傳 遞, 所 以 在 本 論 文 中, 由 於 溫 灸 杯 的 形 狀 比 為 1.145( 即 AR=1.145), 44
在 形 式 上 屬 於 較 為 細 長 的 杯 體, 加 上 杯 體 底 面 直 接 接 觸 皮 膚 表 面 呈 平 面 狀 此 意 味 在 接 近 罐 頂 與 罐 底 的 初 始 溫 度 均 為 等 溫, 所 以 在 剛 開 始 罐 頂 與 罐 底 均 為 等 溫 的 上 下 夾 攻 之 下, 從 電 熱 片 開 始 作 用, 杯 體 內 上 方 的 高 溫 區 將 熱 量 往 杯 體 底 面 傳 遞 因 此 不 論 設 定 溫 度 為 60 或 120, 當 達 到 穩 定 狀 態 時, 在 杯 體 內 的 溫 度 分 布 將 會 呈 現 平 面 狀 由 於 玻 璃 材 質 的 杯 體 熱 傳 導 性 頗 佳, 故 從 圖 中 可 察 覺 到 杯 體 四 周 亦 有 大 量 的 熱 散 逸 情 況 ; 在 杯 體 的 上 方 將 會 有 部 分 熱 量 散 逸 到 外 界 空 氣 中, 而 且 在 杯 體 外 頂 面 的 溫 度 分 布 呈 現 對 稱 的 形 狀, 其 中 越 緊 鄰 杯 體 外 緣 上 方 的 等 溫 線 越 密 集, 此 意 味 溫 度 梯 度 較 大 ; 在 杯 體 外 緣 測 面 的 等 溫 線 較 為 疏 散, 此 意 味 溫 度 梯 度 較 小 對 於 影 響 杯 體 加 熱 的 另 一 個 變 數, 將 探 討 杯 體 內 初 始 外 界 溫 度 T a 的 變 化 影 響, 我 們 所 考 慮 的 外 界 溫 度 T a 分 別 為 15 20 25 及 30 由 於 外 界 溫 度 反 應 在 自 由 對 流 變 化 現 象 極 為 敏 感, 對 於 數 值 計 算 的 影 響 更 是 不 容 忽 視 從 圖 4.12 的 溫 度 分 布 情 況 來 看, 整 個 趨 勢 顯 現 從 開 始 加 熱 一 段 時 間 ( 本 論 文 取 時 間 t=30sec) 之 後, 我 們 發 現 外 界 溫 度 越 高, 則 皮 膚 面 越 快 達 到 期 望 溫 度 T s =42 45
第 4.4 節 結 果 與 討 論 ( 一 ) 設 計 實 務 本 章 所 獲 致 實 務 的 結 論 綜 合 歸 納 如 下 : 種 熱 療 溫 灸 罐, 其 主 體 包 含 有 密 封 蓋 加 熱 單 元 密 封 環 罐 體 及 溫 度 感 測 單 元 ; 其 中, 熱 療 溫 灸 罐 主 體 的 各 部 分 均 為 模 組 化 設 計, 藉 由 扣 環 可 使 密 封 蓋 加 熱 單 元 及 罐 體 緊 密 的 結 合, 易 於 拆 卸 及 組 合 ; 藉 此, 當 熱 療 溫 灸 罐 的 密 封 環 扣 環 鬆 開 時, 熱 療 溫 灸 罐 主 體 可 輕 易 的 分 開, 以 便 進 行 罐 體 清 潔 或 元 件 更 換 及 維 修 熱 療 溫 灸 罐 之 密 封 蓋 具 有 阻 絕 熱 量 傳 遞 的 功 能, 並 兼 具 固 定 加 熱 單 元 之 用 熱 療 溫 灸 罐 之 加 熱 單 元 的 矽 膠 電 熱 片 直 接 放 置 在 密 封 環 體 上 方, 當 密 封 蓋 蓋 上 即 可 固 定 ; 矽 膠 電 熱 片 係 由 電 線 的 另 一 端 則 是 連 接 至 溫 度 控 制 器, 藉 由 溫 度 控 制 器 可 使 加 熱 單 元 具 有 恆 溫 輸 出 的 溫 度 值 熱 療 溫 灸 罐 之 罐 體 底 部 裝 有 熱 電 偶, 可 做 為 測 量 加 熱 單 元 所 產 生 熱 量 在 體 表 形 成 的 溫 度 值, 亦 兼 具 做 為 溫 度 控 制 器 的 感 測 點 ( 二 ) 理 論 分 析 本 論 文 研 究 直 接 採 用 ANSYS 軟 體 建 立 數 學 模 型, 最 後 亦 以 等 溫 環 狀 線 (Isothermal contour) 的 高 階 塗 彩 方 式, 呈 現 在 杯 體 中 的 溫 度 變 更 狀 態, 杯 體 內 的 塗 彩 方 式 對 於 問 題 的 可 視 化 相 當 有 幫 助 本 論 文 獲 得 具 體 的 結 論 如 下 : 溫 灸 杯 若 使 用 玻 璃 材 料, 熱 量 經 由 杯 體 傳 導 的 熱 量 仍 然 比 空 氣 對 流 傳 遞 迅 速 溫 灸 杯 若 使 用 玻 璃 材 料, 熱 將 經 由 杯 體 散 逸 至 外 界, 即 使 加 熱 片 設 定 溫 度 為 120, 傳 遞 至 皮 膚 的 熱 通 量 僅 達 48.9%, 熱 效 能 相 當 低 46
溫 灸 杯 應 採 用 絕 熱 材 料, 使 熱 量 不 會 經 由 杯 體 傳 導, 可 避 免 灸 療 施 做 時 杯 體 會 灼 傷 皮 膚 因 為 加 熱 片 位 在 杯 體 上 方, 杯 體 內 頂 部 溫 度 較 高, 由 於 頂 部 較 疏 的 空 氣 重 力 小 於 底 部 較 密 的 空 氣 重 力, 故 杯 體 內 空 氣 會 呈 現 穩 定 狀 態 從 不 同 時 間 的 溫 度 分 布 可 察 覺, 在 皮 膚 面 的 溫 度 顯 然 在 罐 壁 部 分 較 高, 位 置 杯 體 中 心 軸 部 分 的 溫 度 最 低, 隨 著 時 間 增 加, 此 現 象 持 續 擴 大 不 論 設 定 溫 度 為 何, 當 達 到 穩 定 狀 態 時, 在 杯 體 內 的 溫 度 分 布 將 會 呈 現 平 面 狀 由 於 外 界 溫 度 反 應 在 自 由 對 流 變 化 現 象 極 為 敏 感, 對 於 數 值 計 算 的 影 響 相 當 明 顯 47
(a) 立 體 圖 ( 一 ) (b) 立 體 圖 ( 二 ) 圖 4.1. 溫 灸 杯 示 意 圖 z 外 界 (T a = 常 數 ) 加 熱 片 (T o 或 q = 常 數 ) 絕 熱 材 料 溫 灸 杯 體 t H T=T(r,z) r 皮 膚 (T s = 常 數 ) D 圖 4.2. 分 析 模 型 幾 何 圖 48
圖 4.3. 溫 灸 杯 電 路 圖 圖 4.4 溫 灸 罐 的 立 體 分 解 圖 49
圖 4.5 溫 灸 罐 之 平 面 元 件 圖 圖 4.6 溫 灸 罐 之 控 制 電 路 圖 50
(a) t=30sec (b) t=60sec (c) t=90sec (d) t=120sec 圖 4.7 溫 灸 杯 之 暫 態 溫 度 變 化 (To=120 Ta=20 ) 50 48 TS ( ) 46 44 42 40 300sec 600sec 900sec 1200sec 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 2r/D 圖 4.8 皮 膚 表 面 之 暫 態 溫 度 變 化 (To=120 Ta=20 ) 51
q"o(w/m 2 ) 250 200 150 100 60 80 100 120 50 0 0 300 600 900 1200 t(sec) 圖 4.9 加 熱 片 之 暫 態 熱 通 量 變 化 (To=120 Ta=20 ) 100 q"s(w/m 2 ) 50 0-50 0 300 600 900 1200 t(sec) 60 80 100 120 52
圖 4.10 皮 膚 表 面 之 暫 態 熱 通 量 變 化 (To=120 Ta=20 ) (a) TO=60 (b) TO=120 圖 4.11. 溫 灸 杯 之 穩 態 溫 度 分 布 (Ta=20 t=900sec) (a) Ta=15 (b) Ta=20 (c) Ta=25 (d) Ta=30 圖 4.12 溫 灸 杯 之 暫 態 溫 度 變 化 (To=120 t=30sec) 53
第 5 章 中 醫 整 合 醫 療 儀 之 研 發 第 5.1 節 研 究 內 容 本 創 作 主 要 運 用 電 機 電 子 控 制 及 機 械 熱 傳 等 領 域 之 技 術, 整 合 多 重 的 傳 統 中 醫 療 法 ; 本 創 作 的 設 計 構 思 著 重 於 型 式 輕 巧 操 作 簡 便 及 使 用 安 全 等 三 大 訴 求, 故 名 為 行 動 中 醫 整 合 醫 療 儀, 整 體 構 思 如 圖 5.1 所 示 ; 電 路 如 圖 5.2 所 示 傳 統 中 醫 長 期 在 修 行 實 踐 和 理 論 探 索 中, 融 入 了 許 多 哲 學 的 概 念 而 具 備 豐 富 的 內 涵, 其 中 孕 育 二 種 很 重 要 的 圖 騰 便 是 太 極 與 八 卦 ; 本 醫 療 儀 的 設 計 理 念, 從 外 型 即 可 突 顯 太 極 與 八 卦 對 中 醫 所 蘊 含 的 觀 點 與 奧 秘 本 醫 療 儀 的 機 殼 本 體 內 包 含 : 溫 度 控 制 器 負 載 精 油 薰 香 單 元 ; 另 有 開 關 定 時 器 繼 電 器 及 變 壓 器 為 使 醫 療 儀 能 同 時 進 行 多 組 加 熱 與 監 控 溫 度, 故 本 醫 療 儀 之 負 載 採 用 插 頭 (jack) 與 插 孔 (socket), 以 便 提 供 各 種 療 法 的 需 要, 輕 易 的 插 入 插 頭 即 可 使 用 本 醫 療 儀 依 功 能 性 主 要 由 包 括 : 灸 療 拔 罐 刮 痧 按 摩 遠 紅 外 線 治 療 冷 敷 及 精 油 療 法, 分 別 說 明 如 後 : ( 一 ) 灸 療 拔 罐 傳 統 的 灸 療 與 拔 罐 療 法, 都 是 要 透 過 熱 傳 遞 的 作 用, 將 燃 燒 藥 草 或 油 燈 所 產 生 的 熱 量, 經 由 體 表 導 入 穴 位, 藉 由 熱 刺 激 作 用 而 減 輕 病 痛 並 激 發 抗 病 之 能 力, 然 而 使 用 燃 燒 藥 草 之 灸 療 法 存 在 許 多 不 便 與 缺 失, 採 用 油 燈 加 熱 的 拔 罐 療 法 也 具 有 灼 傷 的 危 險 本 創 作 之 溫 灸 罐 的 熱 療 效 原 理, 主 要 係 利 用 軟 式 矽 膠 電 熱 片, 並 經 由 熱 電 偶 及 溫 度 控 制 器, 藉 以 達 到 恆 溫 的 加 熱 效 果 本 創 作 加 熱 單 元 在 罐 體 內 所 產 生 的 熱 量, 由 於 密 封 蓋 絕 熱 襯 墊 能 阻 絕 熱 傳 導 (heat conduction) 效 應, 而 罐 體 採 用 低 熱 傳 導 係 數 (thermal conductivity) 的 透 明 材 質, 故 熱 量 不 易 經 由 罐 體 壁 面 散 逸, 因 54