专利名称：低氧仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于气体制备装置技术领域，涉及一种可降低空气中氧的容积百分比从而获得额定低氧分压混合气体的低氧仪。
众所周知，缺氧环境对身体机能的代谢变化既有损伤的一面，也有抗损伤的一面，关键在于缺氧发生的程度及持续时间等因素，因此适当的低氧训练提高机体抗缺氧能力、增强体质有着十分显著的作用。在运动生理实践中，高原训练或模拟高原训练的低氧训练方式对一些特殊专业人员(如运动员、飞行员、宇航员、潜水员及高原工作者等)提高运动成绩和工作能力等方面的作用早已被证明是行之有效的，而近年来所做的一些临床医学实践也表明，低氧治疗可使人体红细胞数、血红蛋白、血细胞比容及血循环和氧利用能力提高，有益于对呼吸系统、心脑血管系统、消化系统、妇产科以及神经和精神等类疾病的治疗和保健康复。
现有技术中通常用以制备低氧混合气体的方法主要有化学法、配气法和重复呼吸法。化学法是利用连二亚硫酸钠(又名低亚硫酸呐)溶液作为除氧剂，使空气经此溶液滤过，降低其氧的含量，由于此法除氧的机理是连二亚硫酸钠与O2发生反应，从而使溶液中连二亚硫酸钠浓度随反应的进行而不断降低，造成除O2效率下降，且这一变化是一个随时间而变化的曲线，较难控制氧分压，利用化学法制备低氧尚需增加测氧和流量控制设备，使成本加大，而由此引起的流量控制和含氧量之间的协调调节也不易解决。配气法是一种利用纯氮与纯氧气体配制成一定成份的混合气体的方法，该方法又可分为高压配制和常压配制两种方式，目前空军飞行训练采用的低氧环境就是用这种方法获得的，高压配制低氧混合气体的方法虽较为简单，但由于是在高压与纯氮充填的条件下工作，故配气需在防爆条件下进行，对工作间有特殊的防爆要求，且配制好的气体需要用昂贵的气体分析仪确定其氧含量，所配制气体的含氧量也不能再调节；常压配气方法要使用密封的低压舱，通过抽真空系统及一系列控制仪表使舱内达到预定的低压条件，该方法虽含氧量可调节，但投资大、占地面积大、机动性差。重复呼吸法是让受训者吸入常压下一定容量的空气，通过呼出气中二氧化碳的不断排出而使一定容量空气中氧含量不断减少从而形成低氧环境的方法，这种方法虽然十分简便，但随着受训者呼吸过程的不断进行，氧含量逐渐下降，并且呼吸阻力较大，可能形成呼吸死腔而不便运用。
八十年代以来，一种采用高分子材料进行空气分离的膜空气分离技术得到了迅猛的发展，使气体液体的分离技术领域发生了一场革命性的变化。膜分离技术是在一定驱动力作用下使双元或多元组分气体透穿不同形态和结构的有机高分子分离膜并根据各组分气体渗透过膜的速率不同而达到使组分分离或使特定组分富集目的的技术。由于膜分离技术能耗低、可靠性高、寿命长、对工作环境无特殊要求且不会造成环境污染，因此它已成为当前国际上用于制取富氮混合气体的重要方法，并被广泛应用于石油化工、电子、有色金属冶炼、工业锅炉助燃等大型工业领域。根据以上技术原理并做为运动训练和医学医疗用的低氧仪自九十年代初起在俄罗斯、瑞士、科威特等国已有生产，如俄罗斯临床医学及膜生物工艺成套设备公司的珠穆朗玛Ⅰ号(ЭB e p e c T-Ⅰ)低氧仪、瑞士低氧医疗有限公司的100V3型低氧仪等已运用于间歇性低氧训练，并取得了一定的研究成果，但上述仪器由于造价昂贵、体积及重量过大而不易在广大发展中国家尤其是我国国内推广应用，因此，研制出适合与我国国情的低氧仪，使之尽快产生良好的社会效益和经济效益业已成为本领域工作发展的当务之急。
本实用新型的目的在于克服现有技术所存在的不足，提供一种结构合理、操作简单、成本低、应用范围广、可根据运动训练、医疗保健和全民健身等多种需要制备出额定低氧分压混合气体的低氧仪。
本实用新型的发明目的是通过下述的技术方案实现的所提供的低氧仪为一种利用先进的膜空气分离技术而制成的仪器，在仪器内设有由多个通流部件连装组成的呼吸通路，所说各部件包括两级过滤器、内装有空气分离膜的膜组件三通套筒、减压阀、增湿贮气罐、流量计等，各部件的连装顺序为进气口→两级过滤器→膜组件三通套筒→减压阀→增湿贮气罐→流量计→节流阀→出气口。使用中，将进气口与空气压力输送设备接通，出气口接至呼吸面罩。由于不同种类的气体在有机高分子膜组件中的渗透速率是不同的(如以聚砜膜为例，在一定压力下，其渗透速率按以下顺序排列N2＜CH4＜CO＜Ar＜O2＜CO2＜He＜H2＜H2O)，当空气在一定压力的作用下经过滤器进入膜组件后，膜组件对空气中氧气和氮气的渗透速率不同，氧气的渗透率远远大于氮气，这样在压力差的作用下，氧气较易渗过有机膜而形成富氧区，而使滞留部分的氮气浓度增大，氧气含量降低，形成低氧区并由此引出低氧混合气体输至出气口(参见图4)。
实际方案设计中，本实用新型也可采用将空气压缩机直接设在仪器内的结构形式，即在仪器内的两级过滤器前增设空气压缩机，这样在使用中仪器的进气口可直接与气源17接通，并在仪器内直接对膜组件进口增压。采用此方案产品的结构相对比较紧凑、操作也比较简单，同时也具有移动、携带、维护方便、易于推广应用等优点。
以下将结合附图对本实用新型内容做进一步说明。
图1为本实用新型的原理结构示意图。
图2为本实用新型的一个具体实施例结构的示意图。
图3为图2结构的侧视图。
图4为膜空气分离示意图。
参照附
图1，该低氧仪由过滤器12、13、膜组件三通套筒1、减压阀12、增湿贮气罐9、流量计8、节流阀6、压力表等构成呼吸通路，或者由小型空气压缩机16、过滤器12、13、膜组件三通套筒1、减压阀11、增湿贮气罐9、流量计8、节流阀6、压力表等构成呼吸通路，气源17从仪器进口输送气体至膜组件后，通过在膜组件两端造成压力差，使空气中的组分以不同的渗透速率通过膜组件，形成低氧混合气体。实际工作过程中，由于从低氧区引出的气体氧含量与膜材料、膜厚度、输入气的压力及流量、输出气的压力与流量有关，而膜材料与厚度的参数一经选定后是不变的，因此可以通过调节输入气或输出气的压力与流量而获得不同氧含量(18～10％)的混合气体。从生产技术角度看，对膜组件的正压操作与负压操作都能形成压力差，具体地说，可以在膜装置进口端增压，即用空气压缩机提高进口端的压力使膜组件两端形成压力差；或在膜装置出口端减压，即用真空泵抽真空，造成膜装置两端的压力差。本实用新型方案采用正压操作，这样可以避免负压操作时因气体泄漏而造成压力难以稳定以及维修费用增加等诸多问题。另外，由于低氧混合气体是直接从空气分离膜的膜孔中通过，为消除空气中的尘埃和空气压缩机排出气体中所带的油滴，故应在膜组件装置前设置两级过滤器12、13以及相应的压力表；又由于经过膜装置排出的混合气体中的氧含量与混合气体的流量基本呈线性关系，因而采用阀门6调节流量以获得一定含量的低氧混合气体，并用转子流量计8监控流量；仪器运行中由于膜组件对水的透过率很高，空气中的水份从膜组件三通套筒1的富氧口1a排出，使低氧混合气体比较干燥，不宜直接用于人的呼吸，为此在流量计8前设置了起增湿与稳压作用的贮气罐9，以使输出的低氧混合气体较为湿润并保持压力稳定。
图2及图3所示为本实用新型的一种具体实施例结构，其设计形式是在一个仪器箱体2内通过输气管4沿进气向依次通连串装有两级过滤器12、13、膜组件三通套筒1、减压阀11、增湿贮气罐9、转子流量计8，输气管4的进口端和出口端均接出箱体2外，在膜组件三通套筒1内装填的空气分离膜1b为聚砜膜类中空纤维膜。图中标号3、5、10和15均为管接头；7为塑料管；14为压力表。内设空压机的仪器结构与图示实施例结构类同，只是将空压机16串装在仪器箱体内进口端至两级过滤器12、13之间的输气管4上。
与现有同类技术相比，本实用新型所述低氧仪的设计结构先进、合理、成本低、移动方便，操作简单、易于维护，所输出混合气体氧的容积百分比为10～18％，连续可调，且输出的混合气体无毒、无尘、无异味。实际应用中，该低氧仪产品既可用于临床医学领域对多种疾病的治疗及保健康复，亦可用于运动员、飞行员、宇航员等特殊专业人员在平原条件下进行模拟“高原”训练的缺氧负荷训练，提高其有氧与无氧耐力素质，还可用于普通公众的低氧健身活动，提高人体潜能，促进国民体质的增强。
权利要求1.一种用于获得额定低氧分压混合气体的低氧仪，其特征在于其内设有由多个通流部件连装组成的呼吸通路，所说各部件包括两级过滤器(12、13)、内装有空气分离膜(1b)的膜组件三通套筒(1)、减压阀(11)、贮气罐(9)和流量计(8)，各部件的连装顺序为进气口→两级过滤器(12、13)→膜组件三通套筒(1)→减压阀(11)→增湿贮气罐(9)→流量计(8)→节流阀(6)→出气口。
2.如权利要求1所述的低氧仪，其特征是在两级过滤器(12、13)前设有空气压缩机(16)。
3.如权利要求1所述的低氧仪，其特征是在一个仪器箱体(2)内通过输气管(4)沿进气向依次通连串装有两级过滤器(12、13)、膜组件三通套筒(1)、减压阀(11)、增湿贮气罐(9)、转子流量计(8)、节流阀(6)，输气管(4)的进口端和出口端均接出箱体(2)外，在膜组件三通套筒(1)内装填有聚砜膜类中空纤维膜。
4.如权利要求2所述的低氧仪，其特征是在一个仪器箱体(2)内通过输气管(4)沿进气向依次通连串装有空气压缩机(16)、两级过滤器(12、13)、膜组件三通套筒(1)、减压阀(11)、增湿贮气罐(9)、转子流量计(8)、节流阀(6)，输气管(4)的进口端和出口端均接出箱体(2)外，在膜组件三通套筒(1)内装填有聚砜膜类中空纤维膜。
专利摘要一种用于获得额定低氧分压混合气体的低氧仪,内设有由过滤器、膜组件三通套筒、减压阀、贮气罐、流量计、节流阀等通流部件依次连装组成的呼吸通路。空气在一定压力下通入膜组件后,由于组件分离膜对空气中氧、氮气的渗透速率不同,氧气渗过有机膜形成富氧区,其余带留部分的氮气浓度较高形成低氧区并引出低氧混合气体至出气口。该低氧仪既可用于运动员、飞行员等进行缺氧负荷训练及对多种疾病康复保健治疗,也可用于大众低氧健身活动。
文档编号B01D53/22GK2333438SQ9823292
公开日1999年8月18日 申请日期1998年8月12日 优先权日1998年8月12日
发明者雷志平, 张之鸣, 陈耕春, 赵诚民, 李信民, 杨建昌, 刘万平 申请人:雷志平