CN109592645A - 一种回热湿化的双罐稳流富氧床 - Google Patents

一种回热湿化的双罐稳流富氧床 Download PDF

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Abstract

一种回热湿化的双罐稳流富氧床，包括储气罐，储气罐包括一级储氧罐和二级储氧罐，一级储氧罐输入端与吸附塔的吸附塔出口管道相连，一级储氧罐通过控制面板进行控制，吸附塔输入端与回热器的压缩空气出口管道相连，回热器上开有外界空气进口，回热器连接空压机的空压机出口管道，回热器上的回热器空气出口连接加湿器，加湿器和二级储氧罐输出端的氧气通过电动三通一连接弥散式风口，弥散式风口设置在床体的床头位置，床头设置有传感器，传感器通过控制面板控制。本发明克服制氧装置能耗高、启动期不稳定和高原睡眠缺氧等问题，提高了睡眠时床头的湿、氧浓度，从而改善睡眠质量。

Description

一种回热湿化的双罐稳流富氧床
技术领域
本发明涉及加湿增氧技术领域，特别涉及一种回热湿化的双罐稳流富氧床。
背景技术
高原地区海拔高，大气中含氧量较少，进入毛细血管血液中的氧和血氧饱和度都会减少。当血氧饱和度降低到一定程度时，人体各器官会因供氧不足，出现头痛、头晕等缺氧症状，造成脑部损伤，思维能力严重受到影响。空气中的水分和温度也随着海拔高度的增加而减少，而且海拔越高气候越干燥、温度越低，继而会出现皮肤干燥，体内的水分容易散发等现象。
在国民经济高速发展的今天，人们对文化需求日益提高，到高原地区的游客逐渐增多。但高原地区这种独特的气候特点会给多数游客生理上带来极度不适甚至可能会危及生命。白天外出可以由便携式的供氧设备进行主动间歇式高浓度供氧，但夜晚睡眠供氧方式和白天有着很大不同，夜晚睡眠时需要持续性适宜浓度被动式供氧和加湿。如继续用白天这种供氧方式会导致夜间多次起床、睡眠质量不佳且长时间吸氧浓度40％以上的富氧会出现氧中毒等问题。针对高原地区缺氧、低湿度、寒冷的特点，发明一种适合睡眠状态下增氧加湿供暖的装置来满足人体生理上的基本需求变得尤为重要。
市场上有很多家用增氧和加湿的装置，但其功能不能满足高原人体睡眠时的生理需求。家用增氧机出口为集中的高浓度氧气，不适合睡眠时需要的持续性弥散式供氧；制氧机空压机出口温度高，降低分子筛吸附效率；制氧机刚启动时，吸附塔内压力不稳定，氮气吸附效率不高，进入氧气罐中氧气浓度达不到要求，且高原地区空气稀薄，空压机排气量下降，制氧机使用会出现氧产量下降、性能不稳定等的情况；高原地区夜晚气温低，加湿器加湿后的空气遇冷会冷凝成小液滴，影响加湿效果，还会给房间防潮带来问题；加湿方法多为电加热加湿和超声波加湿，含大量钙镁离子的自来水蒸发后会产生“白粉”，携带细菌和空气中的小颗粒污染物；传统放置于床边的加湿器、增氧机作用范围有限，不能很好营造一个床局部湿化富氧的环境且装置占据建筑空间面积，给生活带来不便。
综上所述，将制氧机和加湿器巧妙结合起来，稳定制氧机的性能，保证启动时出氧量和浓度，用弥散式适宜浓度的氧气和水蒸汽更为准确覆盖睡眠区域，消除加湿时冷凝、“白粉”、夜晚寒冷等现象并合理利用床体空间是解决这一问题的关键。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种回热湿化的双罐稳流富氧床，克服制氧装置能耗高、启动期不稳定和高原睡眠缺氧等问题，提高了睡眠时床头的湿、氧浓度，从而改善睡眠质量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种回热湿化的双罐稳流富氧床，包括储气罐5，所述的储气罐5包括一级储氧罐501和二级储氧罐502，所述的一级储氧罐501输入端与吸附塔4的吸附塔出口管道42相连，一级储氧罐501通过控制面板16进行控制，所述的吸附塔4输入端与回热器6的压缩空气出口管道62相连，所述的回热器6上开有外界空气进口61，回热器6连接空压机2的空压机出口管道25，所述的回热器6上的回热器空气出口63连接加湿器3，所述的加湿器3和二级储氧罐502输出端的氧气通过电动三通一14连接弥散式风口108，弥散式风口108设置在床体1的床头位置，所述的床头设置有传感器11，传感器11通过控制面板16控制。
所述的吸附塔4内部设置有分子筛。
所述的一级储氧罐501内壁设置有氧气浓度传感器503，氧气浓度传感器503与控制面板16相连，二级储氧罐502顶部设置有旋转顶盖504，控制面板16控制其打开关闭。
所述的加湿器3出来的湿润的热空气在风机35的驱动下通过电动三通一14和二级储氧罐502输送的氧气混合。
所述的加湿器3内部设置有加热丝301、蠕动泵34和湿膜材料37，蠕动泵34通过传感器11控制，湿膜材料37中的水通过蠕动泵34从循环水箱36吸取再通过喷淋装置32喷洒在湿膜材料37上面。
所述的循环水箱36内部放置有浮球阀392，循环水箱36与补水箱38相连，所述的循环水箱36与补水箱38之间设置有电动阀门二391，浮球阀392将感应到循环水箱36内部的水位信号传递给电动阀门二391，补水箱38底部设置有用于滑动的滑轨381。
所述的传感器11包括超声波氧气浓度传感器111、湿度传感器112、温度传感器113和速度传感器114。
所述的弥散式风口108上设置有可以用于方向调节的可转动支架10，可转动支架10侧边设置有曲柄102，手摇曲柄102上设置有凸球103，凸球103安装在卡槽盘105上卡槽104里，曲柄102通过转动轴106安装在风门107上，风门107的方向通过手摇曲柄102改变。
所述的卡槽104为3个不同角度。
所述的弥散式风口108通过支架10进行旋转，弥散式风口108通过螺母101进行固定。
所述的空压机2包括防震基座23和过滤吸气口22，空压机2上设置有电动三通二21，电动三通二21通过空压机出口管道25连接在回热器6上。
本发明的有益效果：
一、多种功能模式
湿化富氧床头装置可以实现4种模式：1、弥散式低浓度氧(21-40％)2、加湿增氧(湿：40-70％氧：21-40％)3.集中式高浓度氧(90-96％)4、辅热(23-26℃)
1、弥散式低浓度氧模式下，加湿器的蠕动泵的驱动电机不启动，湿膜材料没有循环水。外界空气通过空压机，加压后，吸附塔内的分子筛将空气中的氮气吸附，剩余的未被吸收的氧气被收集起来，经过净化处理成为高浓度的氧气进入一级氧气罐，二级氧气罐在系统启动时其中氧气与通过干燥的湿膜材料的外界空气在电动三通处混合。超声波氧气传感器控制电动三通的开度使床体局部氧气浓度达到设定浓度。这种模式适合长时间需要供氧但湿度没有那么低的天气下，如下雨天。
2、加湿增氧模式下，制氧机的设置和弥散式低浓度供氧模式相同。不同的是外界空气通过回热器升温后，通过湿膜材料，循环水直接蒸发后得到湿润的热空气，湿润的热空气和高浓度的氧气在电动三通混合混合后，输送到弥散式风口。这种模式适合长时间被动吸氧。
3、高浓度氧模式下，制氧机工作状态和第一种模式一样，但需把支架上方的上盖打开，把送风管道(9)从靠风口位置拧下，接到带有呼吸面罩的软管上。这种模式适合严重缺氧时短时间呼吸使用。
4、辅热模式下，在前两种模式下，如需供暖，启动加湿器上的电热丝，混合后气体将其输送到弥散式风口，温度传感器控制电热丝的功率来控制送风温度。高原地区夜间寒冷，睡眠时往往需要供暖。
二、双罐稳流
随着海拔升高，空气逐渐稀薄，为制氧机提供气源的空压机进气量减少，随之排气量减少，最后导致产氧量较少，氧气浓度达不到要求；另外，制氧机周期性的启动会使这种现象更为明显。现氧气罐采用“双级罐”的形式，二级罐中预先储存的氧气能够保证出氧量和氧气浓度。在制氧机性能稳定后，一级氧气罐中氧气量和浓度达到要求在向二级氧气罐流入
三、余热湿化
加湿器和制氧机通过回热器结合在一起，制氧机空压机出口设有回热器，外界空气和空压机出口压缩的高温空气经过换热后，一方面空压机出口空气温度降低，提高分子筛吸附氮气的效率，另一方面外界空气温度升高，可作为加湿器的热源，加速了水分的蒸发，能够消除加湿后气体夹带水滴且加热后的空气能够容纳更多的水蒸气而不会液化。另加湿器为直接蒸发型加湿器，不会出现传统加湿器加湿过程中产生“白粉”的现象。
四、隔音减震
为了不影响睡眠质量，对装置噪声振动部位进行了隔音、减震的措施。噪声从整体降噪和部件降噪两个方面进行了处理：(1)整体降噪：床头内表面贴敷了16mm的隔音毡；(2)部件降噪：加湿器采用双层外壳结构，中间填有隔音棉，风机和管道接头处采用软接。
减震方面是在空压机下方放置防震基座，吸附塔用托盘隔离床体底面，连接处添加缓冲垫，减少振动的影响。整个装置噪音小于40dB，符合国家标准《声环境质量标准》(GB3096-2008)中夜间环境噪声限值45dB的要求。
四、弥散式风口
末端装置风口具有安装拆卸方便等特点，可通过手摇曲柄调节风门的角度来调节方向满足不同人的需求。
五、空间利用率高
加湿和制氧装置巧妙与床体结合，极大利用床体空间，不占用建筑面积，在不需要供氧加湿时可转动支架置于床头上方。补水箱安装在床体一侧内部，需要手动加水时，可通过外部的把手将其从滑轨中拉出，不影响床体美观。
六、控制装置
弥散式风口装有温度、湿度、氧气浓度、速度传感器，可检测床体睡眠区域的温度、湿度、氧气浓度。达到设定值时，则空压机、蠕动泵、电热丝、风机等停止运行，实现间歇性工作，减少能耗。速度传感器通过控制风机电机转速来使风口风速达到设定值。循环水箱放置有浮球阀，控制补水箱和循环水箱之间的电动阀门来控制循环水箱的水量。
附图说明
图1为湿化富氧床头装置装置及其剖面示意图。
图2为湿化富氧床头装置加湿增氧A-A剖视图。
图3为湿化富氧床头装置加湿增氧原理图。
图4为湿化富氧床头装置加湿器结构图。
图5为湿化富氧床头装置补水箱滑轨图。
图6为湿化富氧床头装置高浓度氧模式示意图。
图7为湿化富氧床头装置双级储气罐结构图。
图8为湿化富氧床头装置手摇曲柄结构图。
图9为湿化富氧床头装置控制面板图。
1、床体；2、空压机；3、加湿器；4、吸附塔；5、储气罐；6、回热器；7、栅格；8、吸附塔出口管道；9送风管道；10、支架；11、传感器；12、减压阀；13、风机一；14、电动三通一；15、电动阀门一；16、控制面板；101、螺母；102、手摇曲柄；103、凸球；104、卡槽；105、卡槽盘；106、转动轴；107、风门；108、弥散式风口；21、电动三通二；22、过滤吸气口；23、防震基座；24、螺孔；25、空压机出口管道；30、加湿器出口管道；31、喷淋三通；32、喷淋装置；33、循环水管；34、蠕动泵；35、风机二；36、循环水箱；37、湿膜材料；38、补水箱；381、滑轨；382、补水箱固定架；383、滑轮；39、补水管道；391、电动阀门二；392、浮球阀；41、托盘；42、吸附塔出口管道；51、卡扣；501、一级储氧罐；502、二级储氧罐；503、氧气浓度传感器；504、旋转顶盖；52、储气罐出口管道；61、回热器空气进口管道；62、压缩空气出口管道；63、回热器空气出口管道；111、超声波氧气浓度传感器；112、湿度传感器；113、温度传感器；114、速度传感器；301、电热丝；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1和图2、6，制氧模式打开后，二级储氧罐502预先储存的氧气进入电动三通一14，同时空气被空压机2过滤吸气口22吸入，经过空压机2内压缩后得到温度较高的压缩气体。回热器6两个进口分别为空压机2的出口空气和回热器空气进口61，经过换热后，压缩空气出口管道62中空气温度降低，进入吸附塔4，氮气被分子筛吸收，未被吸收的氧气进入一级储氧罐501，当一级储氧罐501的氧气浓度达到位于其内壁的氧气浓度传感器503设定值(浓度93％，系统参数，不可自定义)，控制二级储氧罐502的旋转顶盖504打开，一级储氧罐501的氧气进入二级储氧罐502(如图7所示)。回热器空气进口61中外界空气经过换热升温后通过回热器空气出口63送入加湿器3，加湿器3出来的湿润的热空气在风机35的驱动下到达电动三通一14和二级储氧罐502输送的氧气混合。混合后气体经过软管送风管道9送入到床头位置的弥散式风口108。当超声波氧气浓度传感器111检测到床体1睡眠区域的氧浓度达到设定值，则超声波氧气浓度传感器111发出信号，关闭空压机2，此时加湿器3没有空压机2的余热，自动开启小功率电热丝301作为辅助热源来消除水雾；当湿度传感器112检测到床体1睡眠区域的湿度达到设定值，则发送信号关闭加湿器3、风机一13和蠕动泵34；当湿度传感器112、超声波氧气浓度传感器111检测睡眠区域氧、湿浓度达到要求，关闭风机一13、风机二35、空压机2、电热丝301、蠕动泵34、电动阀门一15；当氧气浓度低于设定值，则减少电动三通一14空气侧的开度；当氧气浓度高于设定值，则减少电动三通一14氧气侧的开度。湿度由湿度传感器112控制蠕动泵34的转速从而控制蒸发量。高原地区夜晚寒冷，需要供暖时，则电热丝301开启，加热加湿器出口管道30中的空气，最后混合后由温度传感器113控制电热丝301的加热功率。
参见图1、3和图4，加湿器3湿膜材料37中的水由蠕动泵34从循环水箱36吸取再通过喷淋装置32喷洒在其上面，当循环水箱36中水减少时，浮球阀392会将信号传送到电动阀门二391，此时位于补水箱38和循环水箱36之间的电动阀门二391开启，床体1内部的补水箱38在重力作用下补水，达设定液位时，浮球阀392发出信号，电动阀门二391关闭。当补水箱38需要手动加水时，用外部把手将其从滑轨381中拉出。
参见图5图8，弥散式风口108方向调节可转动支架10侧边的手摇曲柄102，手摇曲柄102上的凸球103可以嵌入到3个不同角度的卡槽104里，手摇曲柄102可以带动固定在其上面的转动轴106，转动轴106上安装有风门107，从而达到转动手摇曲柄102可以调节风门107方向的作用。在不需要湿化富氧装置时，为了不影响床体的美观，可以拧松床头两侧的螺母101，将弥散式风口108支架10旋转至床头上方，再拧紧螺丝。
如图9所示：整个控制可由床头的控制面板16自定义设定，控制面板16有氧浓度、湿度、温度三个模块，每个模块都有相应的数字显示和开关。
本发明包括加湿器3、制氧机、回热器6、弥散式风口108(16个，半径0.03m)、传感器11、风机共5部分。其中加湿器3由风机、湿膜材料37、蠕动泵34(BT300S)、喷淋装置32、补水箱38、电热丝301、浮球阀392(BF198A)、电动阀门(LDBAAL15)组成；制氧机包括过滤器、空压机2(BW100A)、吸附塔4(分子筛为SxS锂型分子筛)、双级储气氧罐、减压阀(ZYR10)；传感器11包括温度传感器113(MFS1)、氧气浓度传感器(SS1118)、超声波氧气浓度传感器111(OCS-3F)、速度传感器114(CV-YD-002)、湿度传感器112(DHT11)；末端装置包括手摇曲柄102、可转动支架、弥散式风口108；
制氧机通过压缩吸附方法制得高浓度的氧气(90-96％)，加湿采用直接蒸发式，热源为制氧机空压机2的余热，外界空气在回热器6里和空压机2出口的高温气体换热后通过加湿器得到湿化的热空气。这样，一方面空压机2出口压缩的空气温度降低，提高分子筛吸附氮气的效率，另一方面外界空气温度升高，通过湿膜材料37，循环水直接蒸发后得到湿润的热空气，没有“白粉”、会液化等问题。加湿器3出来的热湿空气与制氧机的高浓度氧气在电动三通混合后，通过软管送到安装在床头上的弥散式风口108，再均匀地输送到床体睡眠区域。
实例分析：
参考书籍《室内热环境与人体热舒适》(李百战，郑洁等编著)可知人体适宜的空气流速为0.15-0.25m/s，空气温度为23-25℃。考虑风口局部阻力、空气沿程阻力等，选择风口风速为0.5m/s；考虑到热耗散和热交换的对流换热，选择风口温度为25℃。
拉萨地区海拔3658米，大气压(67.33kpa)是平原地区的67％左右，氧气含量仅为平原地区的70％左右，冬季室内平均温度5℃，相对湿度15％。现以拉萨地区加湿增氧有辅热模式为例，确定系统的相关参数的设计值。
系统设备容量计算用值：送风温度25℃，相对湿度100％，氧气含量95％。
风口送风量：
Qn＝πr2×16×v×3600
式中：r-风口半径(m)
v-风口风速(m/s)
故Qn＝π×0.032×16×0.5×3600＝81m3/h
分子筛的理论用量：
式中：G-分子筛的理论填装量(kg)；
Qn-设计产氧量(L/h)；
K-分子筛的产氧率(L/h·kg)；
V-氧气浓度体积值；
故有
解得G为0.4Kg，考虑裕量选用0.5kg。
加湿量的确定：
室内空气状态为：温度5℃，相对湿度15％
加湿后送风空气状态为：温度25℃，相对湿度100％
查阅焓湿图可得：室内空气含湿量d1＝0.8g/kg，加湿后的空气含湿量d2＝20g/kg。
式中：W-加湿量(kg/h)；
Q-处理的空气量(m3/h)；
ρ-空气密度(kg/m3)；
d2-处理后的空气含湿量(g/kg)；
d1-处理前的空气含湿量(g/kg)；
k-安全系数，取1.1；
故

Claims (10)

1.一种回热湿化的双罐稳流富氧床，包括储气罐(5)，所述的储气罐(5)包括一级储氧罐(501)和二级储氧罐(502)，所述的一级储氧罐(501)输入端与吸附塔(4)的吸附塔出口管道(42)相连，一级储氧罐(501)通过控制面板(16)进行控制，所述的吸附塔(4)输入端与回热器(6)的压缩空气出口管道(62)相连，所述的回热器(6)上开有外界空气进口(61)，回热器(6)连接空压机(2)的空压机出口管道(25)，所述的回热器(6)上的回热器空气出口(63)连接加湿器(3)，所述的加湿器(3)和二级储氧罐(502)输出端的氧气通过电动三通一(14)连接弥散式风口(108)，弥散式风口(108)设置在床体(1)的床头位置，所述的床头设置有传感器(11)，传感器(11)通过控制面板(16)控制。
2.根据权利要求1所述的一种回热湿化的双罐稳流富氧床，其特征在于，所述的吸附塔(4)内部设置有分子筛。
3.根据权利要求1所述的一种回热湿化的双罐稳流富氧床，其特征在于，所述的一级储氧罐(501)内壁设置有氧气浓度传感器(503)，氧气浓度传感器(503)与控制面板(16)相连，二级储氧罐(502)顶部设置有旋转顶盖(504)，控制面板(16)控制其打开关闭。
4.根据权利要求1所述的一种回热湿化的双罐稳流富氧床，其特征在于，所述的加湿器(3)出来的湿润的热空气在风机(35)的驱动下通过电动三通一(14)和二级储氧罐(502)输送的氧气混合。
5.根据权利要求1所述的一种回热湿化的双罐稳流富氧床，其特征在于，所述的加湿器(3)内部设置有加热丝(301)、蠕动泵(34)和湿膜材料(37)，蠕动泵(34)通过传感器(11)控制，湿膜材料(37)中的水通过蠕动泵(34)从循环水箱(36)吸取再通过喷淋装置(32)喷洒在湿膜材料(37)上面。
6.根据权利要求5所述的一种回热湿化的双罐稳流富氧床，其特征在于，所述的循环水箱(36)内部放置有浮球阀(392)，循环水箱(36)与补水箱(38)相连，所述的循环水箱(36)与补水箱(38)之间设置有电动阀门二(391)，浮球阀(392)将感应到循环水箱(36)内部的水位信号传递给电动阀门二(391)，补水箱(38)底部设置有用于滑动的滑轨(381)。
7.根据权利要求1所述的一种回热湿化的双罐稳流富氧床，其特征在于，所述的传感器(11)包括超声波氧气浓度传感器(111)、湿度传感器(112)、温度传感器(113)和速度传感器(114)。
8.根据权利要求1所述的一种回热湿化的双罐稳流富氧床，其特征在于，所述的弥散式风口(108)上设置有可以用于方向调节的可转动支架(10)，可转动支架(10)侧边设置有曲柄(102)，手摇曲柄(102)上设置有凸球(103)，凸球(103)安装在卡槽盘(105)上卡槽(104)里，曲柄(102)通过转动轴(106)安装在风门(107)上，风门(107)的方向通过手摇曲柄(102)改变；
所述的卡槽(104)为3个不同角度。
9.根据权利要求1所述的一种回热湿化的双罐稳流富氧床，其特征在于，所述的弥散式风口(108)通过支架(10)进行旋转，弥散式风口(108)通过螺母(101)进行固定。
10.根据权利要求1所述的一种回热湿化的双罐稳流富氧床，其特征在于，所述的空压机(2)包括防震基座(23)和过滤吸气口(22)，空压机(2)上设置有电动三通二(21)，电动三通二(21)通过空压机出口管道(25)连接在回热器(6)上。
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