CN101301246A - 一种调控环境气压的装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种调控环境气压的装置及使用方法，其特征是在需要高、低气压环境的地点设立一个调控环境气压的装置。该装置由压力舱和压气机及节流调压阀等组成，压力舱和压气机直通，之间不设储气罐；该舱室的内部气压可调至高于或低于环境气压，配置的压气机和节流调压阀将环境空气以一定的换气速率直接压入或抽出压力舱并维持舱内设定压力，压气机的进出风口可分别与环境或压力舱切换连接。该装置适于较多人群在高原享用低海拔环境，特殊需要的人群也可在低海拔地区做高原训练，原生活习惯基本不受影响。系统结构简单、运行费用低廉。

Description

一种调控环境气压的装置及使用方法

所属技术领域

本发明涉及一种仿高、低气压环境装置，特别是涉及一种内部气压可调至高于或低于环境气压的仿高、低气压环境装置及使用方法。

背景技术

环境气压的改变(降低或者增高)会对人体产生各种不利或有利的影响，常见的高原低气压对涉及人群影响最明显。

高原地区大气气压较平原地区明显降低，空气中氧气绝对含量明显减少，这种缺氧环境常引发高原反应和高原病，对人体健康造成严重危害。

目前解决高原缺氧的最主要手段就是吸氧，即通过增加吸入气中氧气的浓度，达到改善高原缺氧的目的，医学界把这种增加吸入气中氧浓度的方法称之为“增氧”。尽管目前增氧的手段和方法很多，但“增氧”的前提和核心是必须具备氧源，即应用各种方法制备、获取较高纯度或浓度的氧以供使用。目前常用的氧源主要有瓶装气态氧、液态氧等，其制备技术和方法已经基本成熟和完善，该领域的研究主要集中在如何利用新的技术手段简化氧的制备过程。

增氧方法必须依赖氧源，在高原地区尤其是偏僻地区，氧源的获得受到种种因素的限制，如生产、运输、气候、储备量等等，因此目前所有的增氧方式主要是针对个体所采取的应急措施，一般情况下都不可能长期持续地应用增氧方法来缓解高原缺氧，所以只能作为一种临时性救急手段用于暂时缓解高原缺氧，无法在集中人群的日常工作和生活中长期使用，从根本上解决高原缺氧问题。

中国专利CN87103979提供了一种高原增氧装置，通过采用富氧膜、分子筛增加空气中的氧含量，简化了氧源的制备过程，以方便“增氧”时使用。但这一装置的性价比并不尽如人意。

目前解决高原缺氧的另一主要手段是高压氧技术(即高压氧舱)，高压氧舱的基本原理是通过提高局部环境气压或同时配合增氧来达到治疗效果，医学界将这种通过提高局部环境气压来解决高原缺氧的方法称之为增压。

增压是高压氧技术的核心。也是一种比较成熟的医学治疗技术，高压氧舱作为医疗设备目前专供医疗机构使用，也是高原地区医院十分常见和常用的大型专用医疗设备。

高压氧技术的基本工作原理是先将空气压缩到一个高压储气罐内，然后再通过各种控制装置将高压储气罐内的气体释放到工作舱(或者治疗舱)内，达到提高工作舱内气压的目的。这一过程的实现对相关的技术要求十分复杂，工作状态下“增压”的幅度均在一个大气压以上，同时在工作状态下，舱内的安全隐患始终存在，这也是高压氧舱一直仅供医院使用的根本原因所在。

作为医疗设施的高压氧舱不但系统结构复杂、需要专门医护人员操作和维护、需要氧源供应，同时其费用也比较高昂。尽管高压氧技术是目前公认的解决高原缺氧和急性高原病最有效的手段，但由于其自身所存在的上述缺陷，但由于其技术及结构(如空气压缩系统、安全保障设施、控制系统等)均比较复杂，使得相关研究仅仅停留在简单地缩小或放大现有高压氧仓的层面上，这些改进从技术本质上并无法改变高压氧技术中空气压缩、控制系统、安全保障设施等的复杂性，无法从根本上简化其结构和操作，迄今，高压氧舱始终只能作为一种专业性很强的医疗设备仅供较大型医疗机构使用，高压氧舱的使用者和受惠者也仅仅只能是高原地区极少数人群，主要是针对病情危重的急性高原病患者和少数高端人群。

中国专利CN2645653Y公开了“一种高原小环境生理保健箱”，系统中包含了储气罐，集中式进排气等配置，其结构原理与高压氧舱基本相同，相当于一个缩小的高压氧仓。

尽管人们一直试图通过采用高压氧增压技术手段来解决高原缺氧问题，但由于空气压缩系统和技术均比较复杂，使得相关研究仅仅停留在简单地缩小或者放大现有高压氧仓的层面上，这些改进从技术本质上并没能改变高压氧技术中空气压缩和控制系统的复杂性，同时在保障安全的前提下也无法从根本上简化其操作，因此无法进入到实际应用的层面，解决或改善高原地区大部分普通人群的缺氧状态。

虽然高压氧技术存在诸多缺点，但其通过增压来解决高原缺氧的基本思想以及其对高原缺氧改善的明显效果提示我们，相对增氧而言，增压是能更为有效地解决高原缺氧的技术手段。

一方面低气压所引起的高原缺氧对机体造成危害，但另一方面，这种低气压所造成的缺氧环境为一些特殊人群所需要：长期以来，运动员从低海拔的平原地区赴高海拔的高原地区进行季节性高原训练，以期提高运动员的身体素质和运动成绩。高原训练中运动员必须从平原到高原反复往返，一方面长途跋涉、异地生活及携带训练器材等对运动员带来很多困难，另一方面相关的花费也十分高昂。如能在运动员的平原常驻地建造一个具备低气压特点(即模拟高原环境)的训练装置，可供运动员随时进行高原训练，这将可以使高原训练简单化、日常化。这种频繁更替气压环境的训练方法将对受训人员产生更为积极的影响，不但能有效提高训练成绩，同时相关花费也会大幅度减少。但目前尚缺乏能达到上述目的的解决方案。

如上所述，现有技术中，单一的增压、增氧或减压技术设备都存在这样那样的缺憾，均不尽如人意，更没有任何设施可以简捷方便的实现这种双向调节。这几种系统也不能随时更新舱内空气，不宜作为随时进出的居所，当然不适宜作为较多人群的常用设施。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、运行可靠，空气流通直接顺畅的、适宜作为较多人群的常用设施及使用方法：既可在高海拔处模拟低海拔高气压环境、减小高原反应、挽救生命，又能在低海拔处模拟高海拔低气压环境，进行训练或提高身体素质的仿高、低气压环境的装置及使用方法。

实现本发明目的的技术方案是：提供一种调控环境气压的装置及使用方法，其特征是在需要高、低气压环境的地点设立一个调控环境气压的装置。该装置由压力舱和压气机及节流调压阀等组成，压力舱和压气机直通，之间不设储气罐；该舱室的内部气压可调至高于或低于环境气压，配置的压气机和节流调压阀将环境空气以一定的换气速率直接压入或抽出压力舱并维持舱内设定压力，压气机的进出风口可分别与环境或压力舱切换连接，节流调压阀(14)也同时切换于压力舱的出风口或进风口。当压气机出风口与压力舱连接时，舱内压力大于环境气压；当压气机进风口与压力舱连接时，舱内压力小于环境气压。

上述的节流调压阀可以是一个常通的节流孔。这一措施不但在压气机运行时保证室内、外空气的有压流通，在压气机不运行时也能保证室内、外空气的自然流通。节流孔较节流阀结构简单，无运动接触零件，不磨损、无故障，可靠性高，安全性好。

上述的压气机为非硬排气特性的非容积式压气机。这种非硬排气特性使得舱室内气压不会高过压气机输送压力，从而不会导致人身伤害；输送气体不与机器摩擦、润滑面接触，可避免输送空气被润滑油或磨损物污染，保证室内空气的清新。

上述的压力舱上还装有最少一个过渡舱，过渡舱至少具有一个舱室和两道密封门：一道门连通或隔断过渡舱与压力舱，另一道门连通或隔断过渡舱与外界环境。当人员进出舱室时，过渡舱舱门先后打开和关闭，舱室和外界大气不会直接贯通，以保持舱内压力。

舱门把手上设有可控通气孔(阀)。把手转动后则门内外通气，门内外压力迅速平衡，进出人员可轻松开关门；把手不动则门内外不通气，门内外压力差使门紧压在门框上形成密封。

上述的压气机的动力机是电动机或内燃机。当选用内燃机拖动压气机向舱内压气时，在压力舱与压气机之间的进风管的外周设有一个加热套管，该加热套管的进口与内燃机的排气口相接，出口与外界大气相通。这样，就可以利用内燃机排气加热输送气体。

为了更好的加热气体，在上述的加热套管的内、外壁间设有螺旋状格栅，形成一个螺旋烟道。这样可以增加烟气在加热套管内的通过长度和时间，使换热充分。

为了使换热效果更好，还在与加热套管相对应的进风管的内壁上设有沿纵向延伸的幅板状散热片。

上述的压力舱内还装备有生活器具、健身运动设备等设施。

该装置不仅限于固定于某处，它还可以装配于运输底盘上使用。

该装置的舱室不仅限于用刚性材料制造，它还可以用柔性材料制成或用柔性材料包覆居室。

本发明的优点是可使较多数量的人群即使在高原环境也能保证健康、安全的生活和工作；特殊需要的人群也可在低海拔地区做高原训练，原生活习惯基本不受影响。另外，本发明的结构简单，制造成本较低。本发明采用非容积式压气机，不但可以保证长期稳定运行，而且安全、节能，运行成本低。

附图说明

图1是本发明一个实施例的压力舱横剖面图。

图2是图1中压力舱的纵剖面图。

图3是本发明压气机系统的示意图。

图4是加热套管的示意图。

图5是图4的右视图。

图6是压力舱装配于运输底盘上的后视图。

图7是压力舱装配于运输底盘上的侧视图。

图8是用柔性材料制成的压力舱的纵剖面图。

图9是用柔性材料制成的压力舱的运输态示意图。

图10是用柔性材料制成的压力舱的另一种方案的示意图。

图11是图10的右视图。

图12是用柔性材料包覆居室示意图。

图13是图12的右视图。

具体实施方式

在需要高、低气压环境的地点设立一个调控环境气压的装置，该装置由压力舱(1)和压气机(2)及节流调压阀(14)等组成，压力舱和压气机直通，之间不设储气罐；该舱室的内部气压可调至高于或低于环境气压，配置的压气机(2)和节流调压阀(14)将环境空气以一定的换气速率直接压入或抽出压力舱(1)并维持舱内设定压力，压气机(2)的进出风口可分别与环境或压力舱切换连接，节流调压阀(14)也同时切换于压力舱的出风口或进风口。当压气机出风口与压力舱连接时，舱内压力大于环境气压；当压气机进风口与压力舱连接时，舱内压力小于环境气压。(参见图1、2)。

舱内压力与流量的控制，取决于压气机特性与节流装置的特性，节流装置既可以选用限压节流阀，也可以根据压气机流量选用常通节流孔。节流阀的开度大小或节流孔的大小，基本决定了在设定压力时输入或输出压力舱的空气流量，当然，这也与压气机的输出流量与全压紧密相关。

常通的节流孔措施不但在压气机运行时保证室内、外空气的有压流通，在压气机不运行时也能保证室内、外空气的自然流通。这一措施更有其独特的安全性——当压气机或动力机产生故障时，室内空气压力与室外压力持平，仅仅换气速率因为自然流通而较慢。

上述的压气机为非硬排气特性的非容积式压气机。这种非硬排气特性使得舱室内气压不会高过压气机输送压力，从而不会导致人身伤害；输送气体不与机器摩擦、润滑面接触，可避免输送空气被润滑油或磨损物污染，保证室内空气的清新。

上述的压力舱上还装有最少一个过渡舱(3)，过渡舱至少具有一个舱室和两道密封门(31)：一道门连通或隔断过渡舱与压力舱，另一道门连通或隔断过渡舱与外界环境。当人员进出舱室时，过渡舱舱门先后打开和关闭，舱室和外界大气不会直接贯通，以保持舱内压力。

舱门把手(32)上设有可控通气孔(阀)。把手转动后则门内外通气，门内外压力迅速平衡，进出人员可轻松开关门；把手不动则门内外不通气，门内外压力差使门紧压在门框上形成密封。

上述的压气机(2)的动力机是电动机或内燃机(4)。当选用内燃机拖动压气机向舱内压气时，在压力舱(1)与压气机(2)之间的进风管(5)的外周设有一个加热套管(6)，该加热套管的进口(61)与内燃机的排气口(41)相接，出口(62)与外界大气相通。这样，就可以利用内燃机排气加热输送气体。(参见图3)

为了更好的加热气体，在上述的加热套管(6)的内、外壁间设有螺旋状格栅(63)，形成一个螺旋烟道。这样可以增加烟气在加热套管内的通过长度和时间，使换热充分。(参见图4)

为了使换热效果更好，还可以在与加热套管相对应的进风管(5)的内壁上增设沿纵向延伸的幅板状散热片(51)。(参见图5)

舱内配套有相应的生活设施：床(11)、桌(12)、窗(13)。

该装置可用于健身或仿高海拔环境训练.当作为仿高海拔气压环境使用时，舱内可根据需求配置各种运动训练设备。当作为特殊健身需求用时可在室内配备如负离子发生器等保健设备。

该装置可配备相应的安全保障设施，包括：备用紧急通风口，防火装置，紧急逃生通道。

为了保证压力舱的生活舒适性，该装置可配备太阳能热水供给系统、各种信号接入(电视，移动电话，互联网)、卫浴设施、动力及供气部分的隔音降噪装置。

若用于难以供给燃油或无电力设施的地区，可考虑配置风力发电或太阳能发电来作为压气机动力能源供给。

该装置不仅限于固定于某处，它还可以装配于运输底盘上使用。

装配于运输底盘上方式与普通罐车基本相同(参见图6、7)，压力舱(1)装配与底盘(7)上。

该装置的原理及系统，可以很方的应用于火车车厢，仅需对车厢做一些必要的改造或加固：第一需将车厢门按上述过渡舱门加以改造，还需要将厢壁骨架加固；同时提高窗玻璃的抗压强度；再针对车厢容积和乘员数选用相应流量的风机。

该装置的舱室不仅限于用刚性材料制造，它还可以用柔性材料制成或用柔性材料包覆居室。

用柔性材料制造的方式可以是这样的(参见图8、9)，压力舱(1)的舱壁用柔性材料(如波纹管)替代。图中所示仅主舱室(10)的一段段舱壁用柔性材料替代，地板(15)的断面形状为圆缺状(15a)且沿长度方向分成数段，运输时将地板竖起并压缩主舱室长度(参见图9)，这将大大减小整个设备的体积。这种结构形式的压力舱特别适用于救援抢险等特殊时机。

用柔性材料制造的方式还可以是这样的(参见图10、11)，压力舱(1)的舱壁用柔性材料制成球囊状，安置时用压舱沙袋(15)在舱内堆压一周，其侧面还延伸出一个过渡舱(85)，过渡舱(85)有一个舱室，共设有二个过渡舱门。

用柔性材料包覆居室的方式是这样的(参见图12、13)，在一个房屋(8)上覆盖屏蔽膜罩(82)，屏蔽膜罩(82)采用透明材质制成，以利于采光。屏蔽膜罩(82)由若干个弧形横杆(83)支撑，弧形横杆(83)下端的弯头(83a)固定在房屋(8)的外墙上。屏蔽膜罩(82)的下沿边通过密封压紧装置(84)固定在房屋(8)外墙的底部，该密封压紧装置(84)由位于屏蔽膜罩下沿边内、外侧的柔性密封条和密封条压板组成，用膨胀螺栓将它们固定在房屋外墙上，从而形成一个包容整个房屋(8)的屏蔽舱室。在屏蔽膜罩(82)的前侧面还延伸出一个过渡舱(85)，其位置与房屋(8)的门相对。过渡舱(85)有一个舱室，共设有二个过渡舱门。

屏蔽膜罩即相当于一个压力舱，屏蔽膜罩内部气压设定为正压，维持舱内气压的装置是压气机(2)。

Claims (10)

1、一种调控环境气压的装置及使用方法，其特征是在需要高、低气压环境的地点设立一个调控环境气压的装置。该装置由压力舱和压气机及节流调压阀等组成，压力舱和压气机直通，之间不设储气罐；该舱室的内部气压可调至高于或低于环境气压，配置的压气机和节流调压阀将环境空气以一定的换气速率直接压入或抽出压力舱并维持舱内设定压力，压气机的进出风口可分别与环境或压力舱切换连接，节流调压阀也同时切换于压力舱的出风口或进风口。当压气机出风口与压力舱连接时，舱内压力大于环境气压；当压气机进风口与压力舱连接时，舱内压力小于环境气压。

2、如权利要求1所述的调控环境气压的装置，所述的节流调压阀是一个常通的节流孔。

3、如权利要求1所述的调控环境气压的装置，其特征是所说的压气机为非硬排气特性的非容积式压气机。

4、如权利要求2所述的调控环境气压的装置，其特征是所说的压气机为非硬排气特性的非容积式压气机。

5、如权利要求1、所述的调控环境气压的装置，其特征是压气机的动力机是电动机或内燃机，当选用内燃机时，在压力舱与压气机之间的进风管的外周设有一个加热套管，该加热套管的进口与内燃机的排气口相接，出口与外界大气相通。

6、如权利要求2所述的调控环境气压的装置，其特征是压气机的动力机是电动机或内燃机，当选用内燃机时，在压力舱与压气机之间的进风管的外周设有一个加热套管，该加热套管的进口与内燃机的排气口相接，出口与外界大气相通。

7、如权利要求3所述的调控环境气压的装置，其特征是压气机的动力机是电动机或内燃机，当选用内燃机时，在压力舱与压气机之间的进风管的外周设有一个加热套管，该加热套管的进口与内燃机的排气口相接，出口与外界大气相通。

8、如权利要求4所述的调控环境气压的装置，其特征是压气机的动力机是电动机或内燃机，当选用内燃机时，在压力舱与压气机之间的进风管的外周设有一个加热套管，该加热套管的进口与内燃机的排气口相接，出口与外界大气相通。

9、该装置不仅限于固定于某处，它还可以装配于运输底盘上使用。

10、该装置的舱室不仅限于用刚性材料制造，它还可以用柔性材料制成或用柔性材料包覆居室。

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