專利名稱：低氧儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于氣體制備裝置技術領域，涉及一種可降低空氣中氧的容積百分比從而獲得額定低氧分壓混合氣體的低氧儀。
眾所周知，缺氧環(huán)境對身體機能的代謝變化既有損傷的一面，也有抗損傷的一面，關鍵在于缺氧發(fā)生的程度及持續(xù)時間等因素，因此適當?shù)牡脱跤柧毺岣邫C體抗缺氧能力、增強體質有著十分顯著的作用。在運動生理實踐中，高原訓練或模擬高原訓練的低氧訓練方式對一些特殊專業(yè)人員(如運動員、飛行員、宇航員、潛水員及高原工作者等)提高運動成績和工作能力等方面的作用早已被證明是行之有效的，而近年來所做的一些臨床醫(yī)學實踐也表明，低氧治療可使人體紅細胞數(shù)、血紅蛋白、血細胞比容及血循環(huán)和氧利用能力提高，有益于對呼吸系統(tǒng)、心腦血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、婦產(chǎn)科以及神經(jīng)和精神等類疾病的治療和保健康復。
現(xiàn)有技術中通常用以制備低氧混合氣體的方法主要有化學法、配氣法和重復呼吸法?；瘜W法是利用連二亞硫酸鈉(又名低亞硫酸吶)溶液作為除氧劑，使空氣經(jīng)此溶液濾過，降低其氧的含量，由于此法除氧的機理是連二亞硫酸鈉與O2發(fā)生反應，從而使溶液中連二亞硫酸鈉濃度隨反應的進行而不斷降低，造成除O2效率下降，且這一變化是一個隨時間而變化的曲線，較難控制氧分壓，利用化學法制備低氧尚需增加測氧和流量控制設備，使成本加大，而由此引起的流量控制和含氧量之間的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)也不易解決。配氣法是一種利用純氮與純氧氣體配制成一定成份的混合氣體的方法，該方法又可分為高壓配制和常壓配制兩種方式，目前空軍飛行訓練采用的低氧環(huán)境就是用這種方法獲得的，高壓配制低氧混合氣體的方法雖較為簡單，但由于是在高壓與純氮充填的條件下工作，故配氣需在防爆條件下進行，對工作間有特殊的防爆要求，且配制好的氣體需要用昂貴的氣體分析儀確定其氧含量，所配制氣體的含氧量也不能再調(diào)節(jié)；常壓配氣方法要使用密封的低壓艙，通過抽真空系統(tǒng)及一系列控制儀表使艙內(nèi)達到預定的低壓條件，該方法雖含氧量可調(diào)節(jié)，但投資大、占地面積大、機動性差。重復呼吸法是讓受訓者吸入常壓下一定容量的空氣，通過呼出氣中二氧化碳的不斷排出而使一定容量空氣中氧含量不斷減少從而形成低氧環(huán)境的方法，這種方法雖然十分簡便，但隨著受訓者呼吸過程的不斷進行，氧含量逐漸下降，并且呼吸阻力較大，可能形成呼吸死腔而不便運用。
八十年代以來，一種采用高分子材料進行空氣分離的膜空氣分離技術得到了迅猛的發(fā)展，使氣體液體的分離技術領域發(fā)生了一場革命性的變化。膜分離技術是在一定驅動力作用下使雙元或多元組分氣體透穿不同形態(tài)和結構的有機高分子分離膜并根據(jù)各組分氣體滲透過膜的速率不同而達到使組分分離或使特定組分富集目的的技術。由于膜分離技術能耗低、可靠性高、壽命長、對工作環(huán)境無特殊要求且不會造成環(huán)境污染，因此它已成為當前國際上用于制取富氮混合氣體的重要方法，并被廣泛應用于石油化工、電子、有色金屬冶煉、工業(yè)鍋爐助燃等大型工業(yè)領域。根據(jù)以上技術原理并做為運動訓練和醫(yī)學醫(yī)療用的低氧儀自九十年代初起在俄羅斯、瑞士、科威特等國已有生產(chǎn)，如俄羅斯臨床醫(yī)學及膜生物工藝成套設備公司的珠穆朗瑪Ⅰ號(ЭB e p e c T-Ⅰ)低氧儀、瑞士低氧醫(yī)療有限公司的100V3型低氧儀等已運用于間歇性低氧訓練，并取得了一定的研究成果，但上述儀器由于造價昂貴、體積及重量過大而不易在廣大發(fā)展中國家尤其是我國國內(nèi)推廣應用，因此，研制出適合與我國國情的低氧儀，使之盡快產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益業(yè)已成為本領域工作發(fā)展的當務之急。
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術所存在的不足，提供一種結構合理、操作簡單、成本低、應用范圍廣、可根據(jù)運動訓練、醫(yī)療保健和全民健身等多種需要制備出額定低氧分壓混合氣體的低氧儀。
本實用新型的發(fā)明目的是通過下述的技術方案實現(xiàn)的所提供的低氧儀為一種利用先進的膜空氣分離技術而制成的儀器，在儀器內(nèi)設有由多個通流部件連裝組成的呼吸通路，所說各部件包括兩級過濾器、內(nèi)裝有空氣分離膜的膜組件三通套筒、減壓閥、增濕貯氣罐、流量計等，各部件的連裝順序為進氣口→兩級過濾器→膜組件三通套筒→減壓閥→增濕貯氣罐→流量計→節(jié)流閥→出氣口。使用中，將進氣口與空氣壓力輸送設備接通，出氣口接至呼吸面罩。由于不同種類的氣體在有機高分子膜組件中的滲透速率是不同的(如以聚砜膜為例，在一定壓力下，其滲透速率按以下順序排列N2＜CH4＜CO＜Ar＜O2＜CO2＜He＜H2＜H2O)，當空氣在一定壓力的作用下經(jīng)過濾器進入膜組件后，膜組件對空氣中氧氣和氮氣的滲透速率不同，氧氣的滲透率遠遠大于氮氣，這樣在壓力差的作用下，氧氣較易滲過有機膜而形成富氧區(qū)，而使滯留部分的氮氣濃度增大，氧氣含量降低，形成低氧區(qū)并由此引出低氧混合氣體輸至出氣口(參見圖4)。
實際方案設計中，本實用新型也可采用將空氣壓縮機直接設在儀器內(nèi)的結構形式，即在儀器內(nèi)的兩級過濾器前增設空氣壓縮機，這樣在使用中儀器的進氣口可直接與氣源17接通，并在儀器內(nèi)直接對膜組件進口增壓。采用此方案產(chǎn)品的結構相對比較緊湊、操作也比較簡單，同時也具有移動、攜帶、維護方便、易于推廣應用等優(yōu)點。
以下將結合附圖對本實用新型內(nèi)容做進一步說明。


圖1為本實用新型的原理結構示意圖。
圖2為本實用新型的一個具體實施例結構的示意圖。
圖3為圖2結構的側視圖。
圖4為膜空氣分離示意圖。
參照附
圖1，該低氧儀由過濾器12、13、膜組件三通套筒1、減壓閥12、增濕貯氣罐9、流量計8、節(jié)流閥6、壓力表等構成呼吸通路，或者由小型空氣壓縮機16、過濾器12、13、膜組件三通套筒1、減壓閥11、增濕貯氣罐9、流量計8、節(jié)流閥6、壓力表等構成呼吸通路，氣源17從儀器進口輸送氣體至膜組件后，通過在膜組件兩端造成壓力差，使空氣中的組分以不同的滲透速率通過膜組件，形成低氧混合氣體。實際工作過程中，由于從低氧區(qū)引出的氣體氧含量與膜材料、膜厚度、輸入氣的壓力及流量、輸出氣的壓力與流量有關，而膜材料與厚度的參數(shù)一經(jīng)選定后是不變的，因此可以通過調(diào)節(jié)輸入氣或輸出氣的壓力與流量而獲得不同氧含量(18～10％)的混合氣體。從生產(chǎn)技術角度看，對膜組件的正壓操作與負壓操作都能形成壓力差，具體地說，可以在膜裝置進口端增壓，即用空氣壓縮機提高進口端的壓力使膜組件兩端形成壓力差；或在膜裝置出口端減壓，即用真空泵抽真空，造成膜裝置兩端的壓力差。本實用新型方案采用正壓操作，這樣可以避免負壓操作時因氣體泄漏而造成壓力難以穩(wěn)定以及維修費用增加等諸多問題。另外，由于低氧混合氣體是直接從空氣分離膜的膜孔中通過，為消除空氣中的塵埃和空氣壓縮機排出氣體中所帶的油滴，故應在膜組件裝置前設置兩級過濾器12、13以及相應的壓力表；又由于經(jīng)過膜裝置排出的混合氣體中的氧含量與混合氣體的流量基本呈線性關系，因而采用閥門6調(diào)節(jié)流量以獲得一定含量的低氧混合氣體，并用轉子流量計8監(jiān)控流量；儀器運行中由于膜組件對水的透過率很高，空氣中的水份從膜組件三通套筒1的富氧口1a排出，使低氧混合氣體比較干燥，不宜直接用于人的呼吸，為此在流量計8前設置了起增濕與穩(wěn)壓作用的貯氣罐9，以使輸出的低氧混合氣體較為濕潤并保持壓力穩(wěn)定。
圖2及圖3所示為本實用新型的一種具體實施例結構，其設計形式是在一個儀器箱體2內(nèi)通過輸氣管4沿進氣向依次通連串裝有兩級過濾器12、13、膜組件三通套筒1、減壓閥11、增濕貯氣罐9、轉子流量計8，輸氣管4的進口端和出口端均接出箱體2外，在膜組件三通套筒1內(nèi)裝填的空氣分離膜1b為聚砜膜類中空纖維膜。圖中標號3、5、10和15均為管接頭；7為塑料管；14為壓力表。內(nèi)設空壓機的儀器結構與圖示實施例結構類同，只是將空壓機16串裝在儀器箱體內(nèi)進口端至兩級過濾器12、13之間的輸氣管4上。
與現(xiàn)有同類技術相比，本實用新型所述低氧儀的設計結構先進、合理、成本低、移動方便，操作簡單、易于維護，所輸出混合氣體氧的容積百分比為10～18％，連續(xù)可調(diào)，且輸出的混合氣體無毒、無塵、無異味。實際應用中，該低氧儀產(chǎn)品既可用于臨床醫(yī)學領域對多種疾病的治療及保健康復，亦可用于運動員、飛行員、宇航員等特殊專業(yè)人員在平原條件下進行模擬“高原”訓練的缺氧負荷訓練，提高其有氧與無氧耐力素質，還可用于普通公眾的低氧健身活動，提高人體潛能，促進國民體質的增強。
權利要求1.一種用于獲得額定低氧分壓混合氣體的低氧儀，其特征在于其內(nèi)設有由多個通流部件連裝組成的呼吸通路，所說各部件包括兩級過濾器(12、13)、內(nèi)裝有空氣分離膜(1b)的膜組件三通套筒(1)、減壓閥(11)、貯氣罐(9)和流量計(8)，各部件的連裝順序為進氣口→兩級過濾器(12、13)→膜組件三通套筒(1)→減壓閥(11)→增濕貯氣罐(9)→流量計(8)→節(jié)流閥(6)→出氣口。
2.如權利要求1所述的低氧儀，其特征是在兩級過濾器(12、13)前設有空氣壓縮機(16)。
3.如權利要求1所述的低氧儀，其特征是在一個儀器箱體(2)內(nèi)通過輸氣管(4)沿進氣向依次通連串裝有兩級過濾器(12、13)、膜組件三通套筒(1)、減壓閥(11)、增濕貯氣罐(9)、轉子流量計(8)、節(jié)流閥(6)，輸氣管(4)的進口端和出口端均接出箱體(2)外，在膜組件三通套筒(1)內(nèi)裝填有聚砜膜類中空纖維膜。
4.如權利要求2所述的低氧儀，其特征是在一個儀器箱體(2)內(nèi)通過輸氣管(4)沿進氣向依次通連串裝有空氣壓縮機(16)、兩級過濾器(12、13)、膜組件三通套筒(1)、減壓閥(11)、增濕貯氣罐(9)、轉子流量計(8)、節(jié)流閥(6)，輸氣管(4)的進口端和出口端均接出箱體(2)外，在膜組件三通套筒(1)內(nèi)裝填有聚砜膜類中空纖維膜。
專利摘要一種用于獲得額定低氧分壓混合氣體的低氧儀,內(nèi)設有由過濾器、膜組件三通套筒、減壓閥、貯氣罐、流量計、節(jié)流閥等通流部件依次連裝組成的呼吸通路?？諝庠谝欢▔毫ο峦ㄈ肽そM件后,由于組件分離膜對空氣中氧、氮氣的滲透速率不同,氧氣滲過有機膜形成富氧區(qū),其余帶留部分的氮氣濃度較高形成低氧區(qū)并引出低氧混合氣體至出氣口。該低氧儀既可用于運動員、飛行員等進行缺氧負荷訓練及對多種疾病康復保健治療,也可用于大眾低氧健身活動。
文檔編號B01D53/22GK2333438SQ9823292
公開日1999年8月18日 申請日期1998年8月12日 優(yōu)先權日1998年8月12日
發(fā)明者雷志平, 張之鳴, 陳耕春, 趙誠民, 李信民, 楊建昌, 劉萬平 申請人:雷志平