CN112110418A - 便携式给氧呼吸器 - Google Patents

Abstract

一种便携式给氧呼吸器，属于分子筛变压吸附制氧技术领域。该便携式给氧呼吸器包括第一空气加压舱、第二空气加压舱、压缩空气缓存罐、第一吸附舱、第二吸附舱和氧气缓存仓；第一吸附舱和第二吸附舱均设有制氧分子筛，压缩空气缓存罐通过吸附气路分别与两吸附舱连通；两吸附舱分别通过冲洗气路与氧气缓存舱连通，两吸附舱分别通过排气气路与氧气缓存舱连通，且两吸附舱分别设有解吸气路；各气路分别与旋转式气路延时开关通过接口连接；第一、第二空气加压舱分别通过管路与压缩空气缓存罐连通。本发明能够通过电机、摇臂等多种方式提供动力，以制取氧气。

Description

便携式给氧呼吸器

技术领域

本发明涉及的是一种分子筛变压吸附制氧领域的技术，具体是一种便携式给氧呼吸器。

背景技术

在空气稀薄以及缺氧的环境中，人类的正常活动会受到极大的限制，针对高海拔的机动性工作人员，以及部分有呼吸障碍的病患，及时、充足的氧气供应设备对其尤为重要。

目前常用制氧设备的制氧原理有深冷法、膜分离法和变压吸附法。基于空气中主要成分是氧气和氮气，深冷分离法是将空气作为原料，将其压缩、净化以及热交换后制成液化空气，利用液化空气中液氧和液氮的沸点不同，通过精馏获取分离氮气后的氧气；膜分离法是以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和氮在分离膜中具有不同的渗透率使得氧和氮分离，从而制备氧气；变压吸附法是以空气为原料，沸石分子筛为吸附剂，在常温低压下，利用空气中氧、氮分子在沸石分子筛上吸附量的差异而实现氧气和氮气分离的循环过程。

然而目前的深冷法制氧设备体积较大，不便于随身携带；基于膜分离法的制氧机虽然可以相应程度的缩小体积，但是分离膜的成本较高，易于受损，因此实用性较差；变压吸附法制氧装置具有简单灵活、故障率低、易于维修、自动化程度高、操作方便、能耗低等优点，适合中小规模的空分制氧场合。

我国幅员辽阔，海拔3000米以上的高原、高山地区，约占全国总面积的六分之一。高原地区气候多变，寒冷、风大、空气稀薄，其中空气稀薄，大气压和氧分压降低，是高原环境对人体机体影响的主要因素。世居在高原地区的少数民族，对高原环境已经适应，而对于长年生活在低海拔地区的人员来说，初抵3000米以上高原地区，由于大气压中氧分降低，肺泡气和动脉血氧分压也相应的降低，毛细血管血液与细胞线粒体间氧分压梯度差缩小，从而引起缺氧。高原地区缺氧对人体机体的影响，加之高原地区寒冷、大风、雨雪气候以及强紫外线照射，成为诸多高原病症诱发和加重因素。及时地补充氧气成为提高人体机体适应能力和减轻高原反应甚至是挽救生命的有效途径。

目前，已有多种制氧供氧设备可以在固定场所提供氧气，但对于移动人群，以往的供氧装置主要有氧气袋、小型氧气瓶等。这类装置需要不断充氧，且氧气容量有限，既不方便使用，也不能保障供氧。为此，国内外都在着力研究开发便携式制氧机。考虑到变压吸附(PSA)方法制氧不但浓度高，而且不产生有害气体，因此，被国内外大多数便携式制氧机都采用该方法。

现有PSA制氧设备基本都采用微型空气压缩泵，以及各种电磁阀进行气路控制，这些设备都离不开电源供应，当在野外出现电力不足或没有电力的情况下，该制氧设备则没有用处，不能在紧急情况下提供氧气支持。

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种便携式给氧呼吸器，能够通过电池、摇臂等多种方式提供动力，以制取氧气。

本发明包括第一空气加压舱、第二空气加压舱、压缩空气缓存罐、第一吸附舱、第二吸附舱、氧气缓存仓和旋转式气路延时开关；

第一空气加压舱、第二空气加压舱分别通过管路与压缩空气缓存罐连通；第一空气加压舱中设有第一活塞，第一活塞连接有第一连杆；第二空气加压舱中设有第二活塞，第二活塞连接有第二连杆；第一连杆、第二连杆与动力机构传动连接；

第一吸附舱和第二吸附舱均设有制氧分子筛，压缩空气缓存罐通过吸附气路分别与两吸附舱连通；两吸附舱分别通过冲洗气路与氧气缓存舱连通，两吸附舱分别通过排气气路与氧气缓存舱连通，且两吸附舱分别设有解吸气路；吸附气路、解吸气路、冲洗气路和排气气路分别与旋转式气路延时开关通过接口连接。

优选地，两吸附舱的冲洗气路和排气气路通过均压气路连接，均压气路与旋转式气路延时开关通过接口连接。

优选地，旋转式气路延时开关包括若干圆盘外套和一一对应穿设在圆盘外套中的内旋转片，圆盘外套设有气路连接口，内旋转片设有气路通道；内旋转片通过内旋转片连接轴固定连接；在内旋转片旋转过程中，当内旋转片上的气路通道与圆盘外套上的气路连接口相通时，打开气路，当内旋转片上的气路通道与圆盘外套上的气路连接口错位时，关闭气路。

优选地，动力机构包括摇臂，摇臂与第一连杆、第二连杆、内旋转片连接轴传动连接。优选地，摇臂一端设有主动齿轮，第一连杆、第二连杆分别偏心固定在一从动齿轮上，主动齿轮与从动齿轮啮合，主动齿轮与内旋转片连接轴通过两组锥齿轮传动连接；从而在没有电力的情况下，能够通过手动操作连续提供氧气。亦可通过摇臂直接驱动内旋转片连接轴旋转，旋转片连接轴通过两组锥齿轮带动一主动齿轮转动，该主动齿轮与两从动齿轮啮合，两从动齿轮中一个与第一连杆偏心固定、另一与第二连杆分别偏心固定。

进一步优选地，动力机构包括电池，电池连接有电机，电机与内旋转片连接轴传动连接。

优选地，动力机构包括电池，电池电连接有电机，电机传动连接有曲轴，曲轴与第一连杆、第二连杆连接，同时曲轴与内旋转片连接轴传动连接；传动连接方式可以采用现有任意一种，优选地如齿轮啮合传动连接。亦可对应曲轴或内旋转片连接轴设置摇臂，通过手动驱动曲轴或内旋转片连接轴之一旋转，再带动曲轴或内旋转片连接轴中另一结构旋转，实现手动操作连续供氧。

可通过所设计的气路通道长度占周长的比例，来调节一个旋转周期内气路通道开闭所需的时间，如果在内旋转片上设置多个气路通道，则可以控制单个气路的开闭次数，也可以控制得到多个具有相同开闭时序的气路。

优选地，第一吸附舱与压缩空气缓存罐连通并设有压缩空气单向阀和外界空气单向阀；第二吸附舱与压缩空气缓存罐连通并设有压缩空气单向阀和外界空气单向阀。通过设置压缩空气单向阀和外界空气单向阀，外部空气吸入空气加压舱中是单向的，空气被压入压缩空气缓存罐也是单向的，因此利用内外压力差即可工作，不需要电力驱动，也不需要时序控制。

分子筛优选地采用锂型分子筛，具体地为超高效锂型分子筛，或无粘接剂型全沸石化锂型分子筛。

电池可以是各类便携式电池，如锂离子充电电池、镍镉充电电池、碱性电池以及氢燃料电池等等。

技术效果

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

1)通过设置旋转式气路延时开关，使得第一吸附舱与第二吸附舱依次进行吸附、冲洗、均压、排气、解吸等作业，实现连续制氧；

2)能够通过电池、摇臂等多种方式提供动力，以制取氧气；

3)满足便携式要求，重量为200克-2000克，体积为1L-5L；

3)制氧效率为每分钟1-100L。

附图说明

图1为本发明实施例整体结构示意图；

图2为本发明实施例手动制氧的结构示意图；

图3为实施例1中旋转式气路延时开关与各气路的连接结构示意图；

图4为实施例1中控制一路气路开闭的示意图；

图5为实施例1中同时控制两路气路开闭的示意图；

图6为实施例1中旋转式气路延时开关控制各气路的时序图；

图中：曲轴1、传动轮2、传动轮3、第一连杆4、第二连杆5、第一活塞6、第二活塞7、第一空气加压舱8、第二空气加压舱9、第一单向阀10、第二单向阀11、外界空气单向阀12、外界空气单向阀13、压缩空气缓存罐14、第一吸附阀15、第二吸附阀16、第一解吸阀17、第二解吸阀18、第一吸附舱19、第二吸附舱20、均压阀21、第一冲洗阀22、第二冲洗阀23、氧气缓存仓24、第一排气阀25、氧气出口26、第二排气阀27、旋转式气路延时开关28、传动轮29、电机31、传动轮32；

主动齿轮40、从动齿轮41、从动齿轮42；

圆盘外套281、内旋转片282、内旋转片连接轴283。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例包括第一空气加压舱8、第二空气加压舱9、压缩空气缓存罐14、第一吸附舱19、第二吸附舱20、氧气缓存仓24和旋转式气路延时开关28。

压缩空气缓存罐14与第一吸附舱19通过第一吸附气路连通，第一吸附气路设有第一吸附阀15，第一吸附舱19设有第一解吸气路，第一解吸气路设有第一解吸阀17；第一吸附舱19通过第一冲洗气路、第一排气气路与氧气缓存舱24连通，第一冲洗气路设有第一冲洗阀22，第一排气气路设有第一排气阀25。

压缩空气缓存罐14与第二吸附舱20通过第二吸附气路连通，第二吸附气路设有第二吸附阀16，第二吸附舱20设有第二解吸气路，第二解吸气路设有第二解吸阀18；第二吸附舱20通过第二冲洗气路、第二排气气路与氧气缓存舱24连通，第二冲洗气路设有第二冲洗阀23，第二排气气路设有第二排气阀27。

氧气缓存舱24设有氧气出口26供氧。

第一冲洗气路、第一排气气路、第二冲洗气路和第二排气气路通过均压气路连通，均压气路设有均压阀21。

吸附气路、解吸气路、冲洗气路、排气气路和均压气路分别与旋转式气路延时开关通过接口连接。

旋转式气路延时开关28包括五个圆盘外套281和一一对应穿设在圆盘外套中的内旋转片282，圆盘外套281设有气路连接口，内旋转片282设有气路通道；五个内旋转片282通过内旋转片连接轴283固定连接；在内旋转片旋转过程中，当内旋转片上的气路通道与圆盘外套上的气路连接口相通时，打开气路，当内旋转片上的气路通道与圆盘外套上的气路连接口错位时，关闭气路。可通过所设计的气路通道长度占周长的比例，来调节一个旋转周期内气路通道开闭所需的时间，如果在内旋转片上设置多个气路通道，则可以控制单个气路的开闭次数，也可以控制得到多个具有相同开闭时序的气路。

第一空气加压舱8通过管路与压缩空气缓存罐14连通，管路上设有第一单向阀10；第一空气加压舱8还设有外界空气单向阀12。

第二空气加压舱9通过管路与压缩空气缓存罐14连通，管路上设有第二单向阀11；第二空气加压舱9还设有外界空气单向阀13。

第一空气加压舱8中设有第一活塞6，第一活塞6连接有第一连杆4；第二空气加压舱9中设有第二活塞7，第二活塞7连接有第二连杆5；第一连杆4、第二连杆5与动力机构传动连接。

动力机构包括电机31和曲轴1，电机31与一电池电连接，电机31通过传动轮32、传动轮3啮合驱动曲轴1转动，曲轴1与第一连杆4、第二连杆5连接，同时曲轴1通过传动轮2、传动轮29啮合在曲轴转动时驱动内旋转片连接轴283转动。

如图2所示为另一种动力机构结构，可用于手动制氧。该动力机构包括摇臂(未示出)，摇臂一端设有主动齿轮40，第一连杆4偏心固定在一从动齿轮41上，第二连杆5偏心固定在一从动齿轮42上，主动齿轮40与两个从动齿轮41、42啮合，主动齿轮40与内旋转片连接轴283通过两组锥齿轮传动连接；从而在没有电力的情况下，能够通过手动操作连续提供氧气。动力机构包括电池31，电池31连接有电机30，电机30通过锥齿轮与内旋转片连接轴283传动连接。

以第一吸附舱19作为A单元，以第二吸附舱20作为B单元。两单元的相关气路与旋转式气路延时控制开关接口连接方式如图3所示。

在具体应用时可控制一路气路开闭，如仅控制A单元中一路气路开闭，10秒旋转一周，依次控制气路开启2秒，关闭8秒，开闭状态如图4所示。

也可以同时控制两路气路开闭，10秒旋转一周，依次控制A单元中一路气路开启4.5秒、关闭5.5秒，然后B单元中一路气路开启4.5秒，关闭5.5秒；开闭状态组合如图5所示。

还可以同时控制多路气路开闭，依时序进行控制的过程如图6所示。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种便携式给氧呼吸器，其特征在于，包括第一空气加压舱、第二空气加压舱、压缩空气缓存罐、第一吸附舱、第二吸附舱、氧气缓存仓和旋转式气路延时开关；

第一空气加压舱、第二空气加压舱分别通过管路与压缩空气缓存罐连通；第一空气加压舱中设有第一活塞，第一活塞连接有第一连杆；第二空气加压舱中设有第二活塞，第二活塞连接有第二连杆；第一连杆、第二连杆与动力机构传动连接；

第一吸附舱和第二吸附舱均设有制氧分子筛，压缩空气缓存罐通过吸附气路分别与两吸附舱连通；两吸附舱分别通过冲洗气路与氧气缓存舱连通，两吸附舱分别通过排气气路与氧气缓存舱连通，且两吸附舱分别设有解吸气路；吸附气路、解吸气路、冲洗气路和排气气路分别与旋转式气路延时开关通过接口连接。

2.根据权利要求1所述便携式给氧呼吸器，其特征是，两吸附舱的冲洗气路和排气气路通过均压气路连接，均压气路与旋转式气路延时开关通过接口连接。

3.根据权利要求1或2所述便携式给氧呼吸器，其特征是，所述旋转式气路延时开关包括若干圆盘外套和一一对应穿设在圆盘外套中的内旋转片，圆盘外套设有气路连接口，内旋转片设有气路通道；内旋转片通过内旋转片连接轴固定连接；在内旋转片旋转过程中，当内旋转片上的气路通道与圆盘外套上的气路连接口相通时，打开气路，当内旋转片上的气路通道与圆盘外套上的气路连接口错位时，关闭气路。

4.根据权利要求3所述便携式给氧呼吸器，其特征是，所述动力机构包括摇臂，摇臂与第一连杆、第二连杆、内旋转片连接轴传动连接。

5.根据权利要求4所述便携式给氧呼吸器，其特征是，所述摇臂一端设有主动齿轮，第一连杆、第二连杆分别偏心固定在一从动齿轮上，主动齿轮与从动齿轮啮合，主动齿轮与内旋转片连接轴通过两组锥齿轮传动连接。

6.根据权利要求4所述便携式给氧呼吸器，其特征是，所述摇臂与内旋转片连接轴直接连接，内旋转片连接轴通过两组锥齿轮与一主动齿轮传动连接，主动齿轮分别与两从动齿轮啮合，两从动齿轮中一个与第一连杆偏心固定，两从动齿轮中另一个与第二连杆偏心固定。

7.根据权利要求4所述便携式给氧呼吸器，其特征是，所述动力机构包括电池，电池连接有电机，电机与内旋转片连接轴传动连接。

8.根据权利要求3所述便携式给氧呼吸器，其特征是，所述动力机构包括电池，电池电连接有电机，电机传动连接有曲轴，曲轴与第一连杆、第二连杆连接，同时曲轴与内旋转片连接轴传动连接。

9.根据权利要求8所述便携式给氧呼吸器，其特征是，对应曲轴或内旋转片连接轴设置摇臂，通过手动驱动曲轴或内旋转片连接轴之一旋转，再带动曲轴或内旋转片连接轴中另一结构旋转。

10.根据权利要求1所述便携式给氧呼吸器，其特征是，所述第一吸附舱与压缩空气缓存罐连通并设有压缩空气单向阀和外界空气单向阀；第二吸附舱与压缩空气缓存罐连通并设有压缩空气单向阀和外界空气单向阀。

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