CN111257517A - 一种模拟肺呼吸装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境气溶胶测量技术领域，更具体地，涉及一种模拟肺呼吸装置。该装置包括密封箱、肺模型、采气袋和气泵，所述肺模型、采气袋均设置于密封箱内部，并保持相互独立；所述肺模型连接有通向密封箱外部的肺管路；所述气泵连接有抽吸管路，抽吸管路设有第一阀门、第二阀门，第一阀门、第二阀门、气泵形成串联回路；所述采气袋接通抽吸管路，有且接通至第一阀门、第二阀门之间；所述第一阀门、第二阀门均为三通阀，并各保持一个阀门口连通密封箱外部空气；气泵从采气袋抽气，采气袋收缩，密封箱内气压变小，气流从肺管路进入肺模型，完成吸气过程；气泵向采气袋充气，采气袋膨胀，密封箱内气压变大，气流从肺模型沿肺管路流出，完成呼气过程。

Description

一种模拟肺呼吸装置

技术领域

本发明涉及环境气溶胶测量技术领域，更具体地，涉及一种模拟肺呼吸装置。

背景技术

近年来，我国大气污染日益严重，大部分地区都出现了强雾霾天气，有关人体呼吸暴露的研究也越来越引起人们的重视，希望能够获得大气及人体呼出气中的气体成分及浓度、颗粒物粒径及浓度等信息。目前，利用人体做实验存在花费高、时间长、涉及伦理等问题，为了更方便地进行肺呼吸相关数据的实验检测，研究一种简易的模拟肺呼吸装置具有重要意义。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种模拟肺呼吸装置，可以简易模拟人肺呼吸的过程，以便进行相关实验检测。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种模拟肺呼吸装置，包括密封箱、肺模型、采气袋和气泵，所述肺模型、采气袋均设置于密封箱内部，并保持相互独立，密封箱内气压恒定。

所述肺模型连接有通向密封箱外部的肺管路，肺管路是肺模型与外界空气连通的唯一途径。

所述气泵连接有抽吸管路，抽吸管路设有第一阀门、第二阀门，第一阀门、第二阀门、气泵形成串联回路，第一阀门、第二阀门用于控制抽吸管路的状态变换。

所述采气袋接通抽吸管路，有且接通至第一阀门、第二阀门之间。

所述第一阀门、第二阀门均为三通阀，并各保持一个阀门口连通密封箱外部空气，主要为了实现采气袋的抽气和充气。

气泵从采气袋抽气，采气袋收缩，密封箱内气压变小，气流从肺管路进入肺模型，完成吸气过程；气泵向采气袋充气，采气袋膨胀，密封箱内气压变大，气流从肺模型沿肺管路流出，完成呼气过程。

作为其中一种优选地方案，所述肺模型各分叉尾部设有肺泡结构，肺泡结构中加有肺模拟液。肺泡结构具有收缩膨胀功能，与人体肺部的肺泡作用相似，肺模拟液为现有的试验用物料，主要为了模拟人呼吸的物理化学反应，验证气体成分及浓度、颗粒物粒径及浓度等数据的改变。

作为其中一种优选地方案，所述肺管路设有第三阀门。第三阀门控制肺管路的通断，使大气进出肺模型。

作为其中一种优选地方案，所述第三阀门为三通阀，第三阀门至少一个阀门口连接有气雾箱。第三阀门一阀门口连接肺模型，另外两个阀门口至少有一个连接气雾箱，气雾箱主要用于提供吸入气体，对比分析人体呼吸前后气体颗粒物的成分、浓度等相关信息。

作为其中一种优选地方案，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门均为电磁阀。第一阀门、第二阀门、第三阀门均为三通电磁阀。

作为其中一种优选地方案，还包括可编程时控器，可编程时控器分别与第一阀门、第二阀门、第三阀门电连接，定时控制各阀门的开关。可编程时控器属自动控制领域的电器件，主要用于在多段时间周期内控制多个电路的开启或关闭，即具有多周期设置和多触点输出。可编程时控器同时控制第一阀门、第二阀门、第三阀门各阀门口的开关切换。

作为其中一种优选地方案，所述密封箱设有用于探测密封箱内部气压的压力传感器，以及用于探测探测密封箱内部温度、湿度的温湿度计。

作为其中一种优选地方案，所述密封箱为恒温箱。一般地，为模拟人体肺部的呼吸过程，将恒温箱设定为人体37°恒温。

作为其中一种优选地方案，所述密封箱底部设有用于方便搬运转移的移动滑轮。一般地，采用万向轮设置在密封箱底部，

作为其中一种优选地方案，所述肺泡结构的材质为可压缩性高分子吸附材料。肺泡结构的材质优选为聚氨酯泡沫。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开了一种模拟肺呼吸装置，形状结构简单，设备操作方便，能够自动完成模拟肺部的呼吸，可用于人体呼吸暴露等研究，更加方便地进行肺呼吸相关气体和数据的实验采集。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是实施例1第一阀门、第二阀门标记示意图。

图3是实施例1第三阀门标记示意图

其中，1密封箱，2肺模型，3采气袋，4气泵，5肺管路，6抽吸管路，7第一阀门，8第二阀门，9第三阀门，10气雾箱，11可编程时控器，12压力传感器，13温湿度计，21肺泡结构。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1所示为本发明一种模拟肺呼吸装置的实施例，包括密封箱1、肺模型2、采气袋3和气泵4，肺模型2、采气袋3均设置于密封箱1内部，并保持相互独立。

其中，密封箱1内保持恒温，且气压也恒定。为了模拟人体肺部的呼吸过程，将恒温箱设定为人体37°恒温。另外，密封箱1设有用于探测密封箱1内部气压的压力传感器12，以及用于探测探测密封箱1内部温度、湿度的温湿度计13。密封箱1底部还设有用于方便搬运转移的移动滑轮。

具体地，肺模型2各分叉尾部设有肺泡结构21，肺泡结构21的材质为可压缩性高分子吸附材料，本实施例采用聚氨酯泡沫，另外，肺泡结构21中加有肺模拟液，肺模拟液为现有的试验用物料，主要为了模拟人呼吸的物理化学反应，验证气体成分及浓度、颗粒物粒径及浓度等数据的改变。

本实施例中，气泵4为20L/min正负两用隔膜真空泵，气泵4连接有抽吸管路6，抽吸管路6设有第一阀门7、第二阀门8，第一阀门7、第二阀门8、气泵4形成串联回路，同时，采气袋3接通抽吸管路6，有且接通至第一阀门7、第二阀门8之间。另外，肺模型2连接有通向密封箱1外部的肺管路5，肺管路5设有第三阀门9。

本实施例中，第一阀门7、第二阀门8、第三阀门9均为三通阀，并各保持一个阀门口连通密封箱1外部空气。为方便描述，第一阀门7的阀门口分别标记为7a、7b、7c，第二阀门8的阀门口分别标记为8a、8b、8c，如图2所示，第三阀门9的一个阀门口连接有气雾箱10，另一个阀门口连接外部大气，为方便描述，第三阀门9的阀门口分别标记为9a、9b、9c，如图3所示。

具体地，第一阀门7、第二阀门8、第三阀门9均为电磁阀。本实施例包括可编程时控器11，可编程时控器11分别与第一阀门7、第二阀门8、第三阀门9电连接，定时控制各阀门的开关。本实施例中，根据人体呼吸参数，可编程时控器11控制三个电磁阀每3s自动切换阀门口的开闭，需要注意的是，可以通过改变各电磁阀的切换频率，改变呼吸的频率，进行多种呼吸状态下的检测试验。

在进行呼吸实验时，根据人体呼吸参数，可编程时控器11控制第一阀门7、第二阀门8、第三阀门9的各阀门口每3s自动切换，从而利用20L/min正负两用隔膜真空泵交替充入或抽取37℃恒温密封箱1中采气袋3的空气，形成模拟肺部呼吸所需的正压、负压，进而将气雾箱10中样品或大气通过第三阀门9吸入肺模型2或从肺模型2中呼出。

具体呼吸过程如下：

吸气过程，第三阀门9的阀门口9a、9b打开，9c关闭，同时气泵4启动，可编程时控器11控制第一阀门7的阀门口7a、7b打开，7c关闭，第二阀门8的阀门口8a关闭，8b、8c打开，从采气袋3抽气排出外界，采气袋3收缩，密封箱1内气压变小，为保持密封箱1内气压恒定，气流从气雾箱10经肺管路5进入到肺模型2的肺泡结构21，肺泡结构21膨胀，完成吸气过程。

呼气过程，第三阀门9的阀门口9a常开，9b关闭，9c打开，气泵4持续运转，可编程时控器11切换7a、7c打开，7b关闭，8a、8b打开，8c关闭，气泵4向采气袋3充气，采气袋3膨胀，密封箱1内气压变大，为保持密封箱1内气压恒定，肺泡结构21收缩，气流从肺模型2的沿肺管路5流出，完成呼气过程。呼吸后的气体由9c排出，方便实验人员进行采集并检测。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟肺呼吸装置，其特征在于：包括密封箱(1)、肺模型(2)、采气袋(3)和气泵(4)，所述肺模型(2)、采气袋(3)均设置于密封箱(1)内部，并保持相互独立；

所述肺模型(2)连接有通向密封箱(1)外部的肺管路(5)；

所述气泵(4)连接有抽吸管路(6)，抽吸管路(6)设有第一阀门(7)、第二阀门(8)，第一阀门(7)、第二阀门(8)、气泵(4)形成串联回路；

所述采气袋(3)接通抽吸管路(6)，有且接通至第一阀门(7)、第二阀门(8)之间；

所述第一阀门(7)、第二阀门(8)均为三通阀，并各保持一个阀门口连通密封箱(1)外部；

气泵(4)从采气袋(3)抽气，采气袋(3)收缩，密封箱(1)内气压变小，气流从肺管路(5)进入肺模型(2)，完成吸气过程；

气泵(4)向采气袋(3)充气，采气袋(3)膨胀，密封箱(1)内气压变大，气流从肺模型(2)沿肺管路(5)流出，完成呼气过程。

2.根据权利要求1所述的一种模拟肺呼吸装置，其特征在于：所述肺模型(2)各分叉尾部设有肺泡结构(21)，肺泡结构(21)中加有肺模拟液。

3.根据权利要求1所述的一种模拟肺呼吸装置，其特征在于：所述肺管路(5)设有第三阀门(9)。

4.根据权利要求3所述的一种模拟肺呼吸装置，其特征在于：所述第三阀门(9)为三通阀，第三阀门(9)至少一个阀门口连接有气雾箱(10)。

5.根据权利要求4所述的一种模拟肺呼吸装置，其特征在于：所述第一阀门(7)、第二阀门(8)、第三阀门(9)均为电磁阀。

6.根据权利要求5所述的一种模拟肺呼吸装置，其特征在于：还包括可编程时控器(11)，可编程时控器(11)分别与第一阀门(7)、第二阀门(8)、第三阀门(9)电连接，定时控制各阀门的开关。

7.根据权利要求1所述的一种模拟肺呼吸装置，其特征在于：所述密封箱(1)设有用于探测密封箱(1)内部气压的压力传感器(12)，以及用于探测探测密封箱(1)内部温度、湿度的温湿度计(13)。

8.根据权利要求1所述的一种模拟肺呼吸装置，其特征在于：所述密封箱(1)为恒温箱。

9.根据权利要求1至8任一项所述的一种模拟肺呼吸装置，其特征在于：所述密封箱(1)底部设有用于方便搬运转移的移动滑轮。

10.根据权利要求9所述的一种模拟肺呼吸装置，其特征在于：所述肺泡结构(21)的材质为可压缩性高分子吸附材料。

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