專利名稱：可調節式低氧儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣體制備裝置，其可降低空氣中氧氣的容積百分比，從而產生具有一定低氧分壓的混合氣體。
背景技術：
氧氣是維持人體的正常生理活動所必須的元素。長期以來，人們主要關注的是缺氧對人體機能所造成的損害。但是，近年來的研究卻發現，適當的缺氧訓練能提高人體抗缺氧能力，顯著增強人體體質。這一研究成果在體育訓練中已經得到了成功的應用。早在1981年，美國Inspir airCorporation公司就生產了“低氧分壓有氧訓練器”，用于馬拉松運動員的訓練。據報道，國外通過對運動員進行間歇性低氧訓練，顯著提高了運動員的訓練成績。所謂間歇性低氧訓練，就是讓運動員短時間(一般為1～6小時)暴露在低氧環境中，或通過低氧儀來呼吸低氧空氣。低氧空氣中氧氣的含量范圍通常為10％～20％。在訓練開始時，運動員持續呼吸低氧空氣一段時間(1～60分鐘)，然后恢復正常大氣壓下的自由呼吸，由此兩個過程交替進行，直至訓練過程結束。目前這一方法在俄羅斯、英國、美國、德國和澳大利亞等國家已被廣泛應用，效果十分明顯。除此之外，在醫學領域，研究還發現，適當的低氧刺激能改善呼吸、心血管和血液循環系統的功能，增加組織的血流量，激活血液的呼吸功能，使組織的呼吸和氧化磷酸化過程得到加強，因而對機體的功能狀態、一般身體狀況和運動能力產生一定影響。在較短的時間內充分利用低氧對機體的有效刺激，逐步建立對低氧的適應能力，使組織攝取和利用氧的能力得到改善，從而導致一系列改善人體機能的抗缺氧生理適應，全面提高呼吸循環系統的機能、血液運氧能力以及骨骼肌的代謝能力。這對于缺血性心臟病、支氣管哮喘，慢性疲勞以及精神類疾病的治療和預防能起到很好的療效。目前，相關的醫療設備已經有報道。
國內制備低氧混合氣體的方法主要是人工配氣法，就是將純凈的氮氣和氧氣按一定的比率混合來制取低氧混合氣體，如在現有技術文件CN85205141U中就公開了一種這樣低氧呼吸發生器。此類低氧呼吸發生器的實現方式又可分為分壓法、體積法、稱量法、流量法等等。人工配氣法要求使用復雜而精密的專用設備，并且對操作人員的技術水平要求很高，不適合在普通人群中普及。
近來，出現了一種利用高分子膜來實現氣體分離的方法，其原理就是根據混合氣體中各組分在壓力的推動下透過膜的傳遞速率不同，從而達到分離的目的。與傳統的方法相比，膜分離技術具有分離效率高，能耗低，操作簡單等優點，所以一經出現，很快得到了廣泛的普及，深入到石油，化工，天然氣等生產領域。目前，已經出現了利用膜分離技術的低氧發生器，例如在現有技術文件CN2333438Y中就公開了這樣的低氧發生器，但這些低氧儀的體積過于龐大，價格也很昂貴，而且，現有低氧儀的設計往往不能實現氧氣濃度的連續可調，或者只能通過改變流量來調節氧氣濃度。從而不能保證流量的穩定。另外，已有的低氧儀只能連續輸出低氧，無法實現低氧輸出的間歇性，所以不能直接用于間歇性低氧訓練。

發明內容
本實用新型旨在克服現有技術所存在的不足，設計一種流量穩定、氧氣含量可調、且能同時實現連續性氧輸出和間歇性低氧輸出的低氧儀。該低氧儀結構合理、操作簡單、成本低，可廣泛應用于醫療保健、體育訓練、全民健身、生產生活、科學研究等方面。
本實用新型所采取的技術方案是以對空氣具有分離作用的膜組件為核心，并結合若干氣動元件而組成呼吸通路，且通過控制某些氣動元件來實現對輸出低氧氣體的濃度、流量及間歇性進行控制。
根據本實用新型的一個方面，提供了一種低氧發生儀，其包括一空氣過濾器組件；一個第一三通換向閥，其與過濾器組件相連接；一膜組件，其與所述第一三通換向閥相連接，該組件中裝有對空氣中各組分具有不同滲透作用的中空纖維膜；一真空減壓閥，其連接在膜組件的滲透氣出口上；一真空泵，其與所述真空減壓閥相連接；一氧濃度儀，其可顯示氧氣的濃度；一個第二三通換向閥，其與膜組件相連接；以及一濕化瓶，其用于提高輸出氣體的濕度，其特征在于所述真空減壓閥是可被調節的；且所述低氧發生儀還包括一控制電路，其對第一三通換向閥和第二三通換向閥進行控制。
根據本實用新型的另一方面，所述低氧發生儀還包括一風機。
根據本實用新型的又一方面，所述低氧發生儀還包括一氣囊。
根據本實用新型的再一方面，所述中空纖維膜為富氮中空纖維膜。


參見附圖，可更好地理解本實用新型，在附圖中圖1是中空纖維膜組件的結構示意圖，該組件用在根據本實用新型的低氧發生儀中；圖2為本實用新型的原理結構示意圖；圖3為本實用新型的一具體實施例的示意圖；以及圖4為一控制電路圖，其用于對本實用新型中第一三通換向閥和第二三通換向閥進行控制。
具體實施方式
根據本實用新型的低氧發生儀的基本部件包括風機、過濾器組件、三通換向閥、膜組件、真空減壓閥、真空泵、氧濃度計、濕化瓶、氣囊、以及氣體出口。但這些部件中的某些部件是可選裝備。在工作時，風機輸送空氣經過濾器組件到達膜組件。裝有富氮中空纖維膜的膜組件在壓力作用下，對空氣中各組分氣體有不同的滲透作用。參見圖1，圖中表示了一種滲透纖維膜組件，以聚砜膜為例，其對不同氣體的滲透速率按以下順序排列N2＜CH4＜CO＜Ar＜O2＜CO2＜He＜H2＜H2O。這樣，當空氣流經分離膜時，在膜的內外壓差的作用下，氧氣以比氮氣更快的速度滲透過膜而富集在滲透氣一側，氮氣則富集在滯留氣一例。滯留氣因氧氣濃度較低而形成低氧氣體。
在本實用新型中，風機所起的作用是輸送空氣。在實際方案設計中，也可以采用將風機設在儀器外部的形式。這樣，整個儀器的組成部件為空氣入口、過濾器組、第一及第二三通換向閥、膜組件、真空減壓閥、真空泵、氧濃度計、濕化瓶、氣囊、氣體出口。工作時，將風機與空氣入口連接。這樣做的好處是可通過改變風機的功率來改變氣體的流量，以滿足對輸出氣體流量的不同要求。
另外，在本實用新型當中，氣囊是用彈性較好，可伸縮的柔軟材料來制成。它所起的作用是儲存一定量的氣體，并起到穩定氣壓波動的作用。在實際方案設計中，氣囊也可不作為低氧儀的組成部分。這樣，氣體經過濕化瓶后直接從出口輸出。用戶在使用時，可以使用一個帶有氣囊的呼吸面罩。
下面將參照圖2對本實用新型的結構原理進行描述。圖中的該低氧儀由進氣口1、風機2、空氣過濾器組3a和3b、第一三通換向閥4、中空纖維膜組5、第二三通換向閥6、氧濃度計7、濕化瓶8、氣囊9、出口10、真空減壓閥11、以及真空泵12組成，其中的進氣口1、風機2以及氣囊9是可選備件。
由于中空纖維膜對空氣潔凈的程度要求較高，所以空氣先經過過濾器組3a、3b的過濾，以去除塵埃、粒子、油霧等直徑較大的顆粒。過濾器的數目取決于中空纖維對空氣潔凈程度的要求以及過濾器的性能，本實用新型選用兩個過濾器3a、3b。另外，若要中空纖維膜組5正常工作，還需要在膜的內外兩側形成壓差。本實用新型通過在滲透氣輸出端5a施加負壓來產生壓差。負壓是用真空泵12來產生的。在真空泵12和中空纖維膜組5之間設置真空減壓閥11，用來控制滲透氣輸出端5a處的負壓值。根據富氮中空纖維膜的分離特性，在溫度和流量不變的情況下，膜兩側的壓差越大，氧氣的滲透速度越快，輸出低氧氣體的氧氣含量越低。所以，通過控制滲透氣輸出端5a處的負壓值，就可以調節低氧空氣的氧氣濃度。系統工作時，空氣經過過濾后到達第一三通換向閥4，此時，通過控制第一三通換向閥4和選擇閥6，來決定空氣是否經過中空纖維膜組5。當需要輸出低氧空氣時，三通閥4和6的A端與P端接通，R端截止，空氣經過中空纖維膜組5，在壓力的作用下，實現氮氣和氧氣的分離。當不需要輸出低氧氣體時，控制三通閥4和6，使A端R端接通，P端截止。這樣，空氣將繞過中空纖維膜組5直接輸出。此時，輸出的空氣具有正常的氧含量。所以，只要間歇地改變三通閥4和6的通徑，就能夠使系統間歇性地輸出低氧氣體。當三通閥4和6的A端P端始終連通時，系統將持續地輸出低氧氣體。空氣經過過濾器組3a和3b時，水蒸氣會被過濾掉，所產生的干燥氣體，不適合人體直接使用。所以，需要在第二三通換向閥6之后加一個濕化瓶，用來濕化氣體。氣體經出口10輸出。
圖為本實用新型一個具體實施例的示意圖。在一個箱體16內，風機2將空氣輸送到輸氣管15a內，空氣經過過濾器組3a和3b的過濾后，在第一三通換向閥4和第二三通換向閥6的控制下，會接通輸氣管15b，15c中的一個來傳輸。若接通輸氣管15b，則空氣經中空纖維膜組件5分離后，產生的低氧氣體經輸氣管15d到達濕化瓶8。氣體經過濕化后輸出。若輸氣管15c被選通，則空氣不經過分離，就直接經過輸氣管15d到達濕化瓶8，然后經過濕化后輸出。空氣在經過中空纖維膜組件5進行分離時，滲透氣(即富氧氣體)從滲透氣端5a處輸出，經輸氣管15e、真空減壓閥11、真空泵12后排出。本實用新型的另一實現形式是將風機2放到箱體16以外。此時，輸氣管15a的起始處位于箱體16以外，并配上管接頭以連接合適的氣源。本實施例中所選用的第一三通換向閥4和第二三通換向閥6皆為單電控二位三通電磁閥，具體型號可選SMC公司的VT315。4a、4b、6a、6b為導線。14為控制電路板。具體的控制電路參見附圖4。1為支架，13為排氣口，10為管接頭。7為氧濃度計。
圖4表示了第一三通換向閥4和第二三通換向閥6的控制電路圖。主要元件為一個555定時器。U1為AC/DC變壓器，其額定輸出為12V/2A。U3為一個小功率繼電器，型號為4453。F4和F6分別代表第一三通換向閥4和第二三通換向閥6。如圖所示，R1、R2、C1共同構成了一個無穩態電路。其輸出端(管腳P3)的高低電平轉換時間由電容C1的充放電時間決定。開始工作時，接通開關K1，555定時器開始工作，C1開始充電，此時管腳P3輸出高電平，繼電器開關U3_K打開，使第一三通換向閥4和第二三通換向閥6斷開電源，兩個三通閥的A端和R端分別接通，P端截止。當C1的電壓達到2/3VCC(VCC＝12V)時，管腳P3的輸出反轉為低電平，C1開始放電。此時U3_K閉合，使第一三通換向閥4和第二三通換向閥6接通電源，兩個三通閥的A端和P端分別接通，R端截止。當C1的電平降到到1/3VCC時，管腳P3又輸出高電平，C1恢復充電。以上充放電兩個過程將交替進行。根據555定時器的工作原理，C1的充電時間由以下公式決定T1≈0.693×(R1+R2)×C1(當R1取值較大時，R2的值相對較小，可以忽略不記)。C1的放電時間由以下公式決定T2≈0.693×R1×C1。可以根據需要選擇合適的R1，R2和C1的值。并通過調節R1的值，即可實現不同間歇時間的低氧輸出。根據本實例中所選用的值，T1和T2的最大值分別約為6930秒。當需要持續輸出低氧時，只需將開關K1斷開即可，此時輸出端(管腳3)輸出低電平。
本實用新型與已有技術相比，結構先進、合理、功能更全面、操作更方便、輸出氣的流量穩定。輸出的混合氣體中氧的容積百分比為8％～20％，且連續可調，并且能實現低氧混合氣體輸出的間歇性。根據本實用新型的低氧儀的間歇時間連續可調。本實用新型可用于臨床醫學、飛行員和專業運動員的體育訓練、以及普通人的健身訓練，具有很高的實用價值。
權利要求1.一種低氧發生儀，其包括一空氣過濾器組件；一個第一三通換向閥，其與過濾器組件相連接；一膜組件，其與所述第一三通換向閥相連接，該組件中安裝有對空氣中各組分具有不同滲透作用的中空纖維膜；一真空減壓閥，其連接在膜組件的滲透氣出口上；一真空泵，其與所述真空減壓閥相連接；一氧濃度儀，其可顯示氧氣的濃度；一個第二三通換向閥，其與膜組件相連接；以及一濕化瓶，其用于提高輸出氣體的濕度，其特征在于所述真空減壓閥是可調節的；且所述低氧發生儀還包括一控制電路，其對第一三通換向閥和第二三通換向閥進行控制。
2.根據權利要求1所述的低氧發生儀，其特征在于所述低氧發生儀還包括一風機。
3.根據權利要求1或2所述的低氧發生儀，其特征在于所述低氧發生儀還包括一氣囊。
4.根據權利要求3所述的低氧發生儀，其特征在于所述中空纖維膜是富氮中空纖維膜。
專利摘要本實用新型涉及一種低氧發生儀，其包括一空氣過濾器組件、一個三通分配閥、一膜組件、一真空減壓閥、一真空泵、一個三通選擇閥、以及一濕化瓶。該低氧發生儀還包括一控制電路，其通過對三通分配閥和三通選擇閥進行控制，而使所述低氧發生儀能間歇地、或連續地輸出低氧。
文檔編號A63B69/00GK2668187SQ0326315
公開日2005年1月5日 申請日期2003年9月24日 優先權日2003年9月24日
發明者牛衛華 申請人:牛衛華