CN112972859A - 供氧控制器及供氧设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及氧气机技术领域，具体公开了一种供氧控制器，包括外壳以及设在外壳内的第一压力传感器、第二压力传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、流量传感器、流量调节阀和控制电路板，外壳设有用于连接氧气气源的控制器进气口和用于连接吸氧管的控制器出气口，控制器进气口、第一压力传感器、第二电磁阀、第二压力传感器和控制器出气口依次通过管路串联，流量调节阀、第一电磁阀和流量传感器通过管路串联且与第二电磁阀和第二压力传感器并联。本发明解决了传统吸氧方式氧气大量浪费的问题，满足在户外简单轻便且更长时间吸氧的需求，同时改善高原地带氧气机产氧量不足的问题。

Description

供氧控制器及供氧设备
技术领域
本发明涉及氧气机技术领域，尤其涉及一种供氧控制器及供氧设备。
背景技术
分子筛式氧气机是指以变压吸附(PSA)技术为基础，从空气中提取氧气的设备。其利用分子筛物理吸附和解吸技术在氧气机分子筛罐内装填分子筛，在加压时可将空气中氮气吸附，未被吸附的氧气被收集起来，经过净化处理后即成为高纯度的氧气。具体工作过程为外界空气经过过滤后进入空气压缩机，然后通过切换控制阀进入分子筛罐。在分子筛罐内，氮气被分子筛吸附，氧气在吸附塔顶部被聚积后进入储氧罐，然后成品气再经过稳压阀、除尘除菌过滤器过滤即获得合格的医用氧气。氧气机一般配有两个分子筛罐，通过切换控制阀使其交替加压与排气，以保证两个分子筛罐循环工作，从而实现氧气机的连续供氧。
目前市场上的的氧气机采用的供氧方式多数为连续供氧，而这种供氧方式实际上会对氧气产生极大的浪费。正常人呼吸时，吸气和呼气的时间不同，由于个体差异，吸呼比一般为1：2～1：3之间，按照1：2来计算，即吸气过程占中的呼吸过程的1/3，则若为连续供氧，只有吸气过程的1/3的氧气是有用的。并且由于生理无效腔的存在，它占正常人呼入总气体量的25％～33％，按小的25％算，在吸气的过程中，首先进入肺泡是上次呼气过程中存留在无效腔内的25％的与肺泡交换过的气体，即吸入的氧气只有3/4是用于肺泡交换的。由上述可以得出，整个呼吸过程中，连续供氧所提供的氧气只有(1/3)*(3/4)，即1/4的氧气是真正起到作用的，也就是说3/4的氧气都浪费掉了，由此可见节氧装置对于吸氧设备来说是非常有意义的，这点对于高原吸氧及采用便携式储氧罐吸氧尤为重要。
也有少数的氧气机采用脉冲方式供氧，但存在着一系列问题。最大的问题就是氧是节约下来了，但却没有达到吸氧所要达到的效果，也就是说呼吸的同步性不高，吸气事件已经产生，但氧气却没有同时给出，延时时间长，未达到预期吸氧效果。而另外一些产品只是单纯的脉冲方式给氧，依靠内部控制器的设置以固定频率给氧，与呼吸不同步，只能人去适应机器，不但吸氧效果不佳，而且用户感受也非常不好。
随着生活水平的提高，人们对吸氧的需求也越来越高，越来越多需要吸氧的人群为了提高生活品质希望短时间外出时也能够方便吸氧。目前市场上已出现便携式氧气机，可以解决部分用户在此方面的需求，但此类型氧气机的缺点也非常明显，电池使用时间短，噪声大，重量偏重，价格高，机器寿命短，需要定期维护更换核心配件等。
另外在高原地带，人们对吸氧一直有很大的需求，普通的氧气机在高原运行输出氧浓度会大幅减小，如果有一个控制器可以进行呼吸同步脉冲给氧，则可以在实际输出小流量的情况下达到大流量的吸氧效果，这对于高原吸氧用户有非常大的意义。在高原旅游的人群目前多数采用便携式储氧罐进行按需手动补氧，此种方式实际吸入的氧气量并不是很多，在很大程度上造成了浪费，如果有一个控制器可以呼吸同步触发脉冲给氧，则可以对储氧罐里的氧气尽可能充分利用，这对于容量有限的便携式储氧罐是非常有价值的。
发明内容
本发明的目的是提供一种供氧控制器及供氧设备，以解决传统吸氧方式氧气大量浪费的问题，满足更多用户在户外简单轻便且更长时间吸氧的需求，同时改善高原地带氧气机产氧量不足的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种供氧控制器，包括外壳以及设在所述外壳内的第一压力传感器、第二压力传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、流量传感器、流量调节阀和控制电路板，所述外壳设有用于连接氧气气源的控制器进气口和用于连接吸氧管的控制器出气口，所述控制器进气口、第一压力传感器、第二电磁阀、第二压力传感器和控制器出气口依次通过管路串联，所述，所述流量调节阀、第一电磁阀和流量传感器通过管路串联且与所述第二电磁阀和第二压力传感器并联，所述第一压力传感器用于采集所述控制器进气口处的压力，所述第二压力传感器用于采集所述控制器出气口处的压力，所述控制电路板分别与所述第一压力传感器、第二压力传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、流量传感器和流量调节阀连接。
优选的，所述流量调节阀、第一电磁阀和流量传感器通过管路依次串联。
或者，所述第一电磁阀、流量调节阀和流量传感器通过管路依次串联。
优选的，所述第一电磁阀和第二电磁阀均是常闭型两位两通电磁阀。
优选的，所述第二电磁阀的响应时间小于或等于ms。
优选的，所述第一电磁阀和第二电磁阀的通径均为.mm～mm。
优选的，所述第一压力传感器可测量的最高压力值大于或等于MPa，所述第二压力传感器的压力测量范围小于±inHO，测量精度大于或等于±％FS。
优选的，还包括稳压阀，所述稳压阀设在所述第一压力传感器出口处的管路上。
本发明还提供了一种供氧设备，包括所述的供氧控制器。
优选的，还包括氧气机或储氧罐，所述供氧控制器的控制器进气口与所述氧气机或储氧罐的出氧口连接。
本发明的供氧控制器及供氧设备能够解决传统吸氧方式氧气大量浪费的问题，满足更多用户在户外简单轻便且更长时间吸氧的需求，同时改善高原地带氧气机产氧量不足的问题，采用一个全新的设计思路，通过高灵敏度压力传感器检测用户的呼吸状态，准确判断吸气和呼气动作，同时妥善处理异常呼吸事件(如喷嚏、咳嗽等)，结合高响应速度的电磁阀来控制氧气的输出时机与输出量，以提高氧气利用率，同时可以通过设置不同的呼吸模式实现不同形式的吸氧需求，采用独立模块化设计，不依赖于特定的氧气气源，使用形式多样化，与不同气源可以实现多种形式的组合，满足了更多用户的使用需求。
附图说明
图1为本发明实施例的供氧控制器的结构示意图；
图2为本发明实施例的供氧控制器的结构示意图；
图3为本发明实施例的供氧控制器的结构示意图。
图中，1：供氧控制器；11：外壳；101：控制器进气口；102：控制器出气口；12：第一压力传感器；13：第二压力传感器；14：第一电磁阀；15：第二电磁阀；16：流量传感器；17：流量调节阀；18：控制电路板；19：稳压阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，本实施例的供氧控制器包括：外壳11以及设在外壳11内的第一压力传感器12、第二压力传感器13、第一电磁阀14、第二电磁阀15、流量传感器16、流量调节阀17和控制电路板18，外壳11设有用于连接氧气气源的控制器进气口101和用于连接吸氧管的控制器出气口102，控制器进气口101、第一压力传感器12、第二电磁阀15、第二压力传感器13和控制器出气口102依次通过管路串联，流量调节阀17、第一电磁阀14和流量传感器16通过管路串联且与第二电磁阀15和第二压力传感器13并联，第一压力传感器12用于采集控制器进气口101处的压力，第二压力传感器12用于采集控制器出气口102处的压力，控制电路板18分别与第一压力传感器12、第二压力传感器13、第一电磁阀14、第二电磁阀15、流量传感器16和流量调节阀17连接。控制器进气口和控制器出气口作为气路连接的端口处于外壳表面，工作时控制器进气口连接氧气气源，氧气气源可以是氧气机或者是便携式储氧罐或者是其他允许使用的氧气气源，控制器出气口连接吸氧管当供氧控制器。工作时，通过压力传感器检测人的呼吸来控制电磁阀动作，根据控制器不同的设置可实现呼吸触发脉冲供氧及连续供氧、间歇供氧、自动脉冲供氧、手动按需供氧等多种供氧模式。
第一电磁阀14和第二电磁阀15均是常闭型两位两通电磁阀。供氧控制器根据用户的设置通过控制电路板内的控制程序来控制第一电磁阀或第二电磁阀的通断及通断时间。
第二电磁阀15的响应时间小于或等于15ms。第二电磁阀用来实现除连续供氧模式外的其他供氧模式的控制，为了达到本发明的预期效果，其响应时间应在15ms以下，使其在得到动作指令后得以实现快速的动作响应，保证供氧的及时性和有效性。
第一电磁阀14和第二电磁阀15的通径均为0.5mm～3mm。为了保证供氧量，同时兼顾电磁阀的功率及响应速度，第一电磁阀和第二电磁阀的通径应设置在合理范围，一般设在0.5mm～3mm之间。
第一压力传感器12可测量的最高压力值大于或等于1MPa，第二压力传感器13的压力测量范围小于±5inH2O，测量精度大于或等于±1％FS。为了使供氧控制器能够适应不同氧气气源的工作压力，至少适用于氧气机和便携式储氧罐，第一压力传感器可测量的最高压力值应不低于1MPa。为了使本发明所公开的供氧控制器达到更优的性能，第二压力传感器的压力测量范围应小于±5inH2O，测量精度不低于±1％FS，从而可以精准地检测到使用者的呼吸动作，实时地判断呼吸状态，进而将监测信号反馈给控制部分来实现下一步动作。
如图1、2所示，供氧控制器1内的第一电磁阀14和流量调节阀17位置可以调换。即流量调节阀17、第一电磁阀14和流量传感器16通过管路依次串联，或第一电磁阀14、流量调节阀17和流量传感器16通过管路依次串联。
本实施例的供氧控制器还可以包括稳压阀19，稳压阀19设在第一压力传感器12出口处的管路上。具体的，如图2、3所示，在本发明的基础上，为了气流控制更加容易，可以在第一电磁阀14和第二电磁阀15的前端设置一个稳压阀19，或者只在第一电磁阀14的前端设置一个稳压阀19。
本实施例的供氧设备包括的供氧控制器1，还包括氧气机或储氧罐，供氧控制器1的控制器进气口101与氧气机或储氧罐的出氧口连接。
供氧设备包含供氧控制器和氧气机，为了更好地实现预期用途还应包括便携式储氧罐和储气泵。供氧控制器位于氧气机的外部，控制器进气口通过管路与氧气机的氧气机出氧口相连接。便携式储氧罐属于独立部件，储氧罐端口可以连接到储气泵出气口进行充气，也可以连接到控制器进气口作为供氧气源。储气泵可以集成在氧气机的内部，也可作为独立部件位于氧气机的外部。当储气泵集成在氧气机的内部时，储气泵进气口与氧气机储氧罐相连接，储气泵出气口与氧气机的储气输出口相连接；当储气泵设置为外部独立部件时，储气泵进气口与氧气机的储气输出口相连接，在氧气机内部，储气输出口直接或间接与氧气机储氧罐相连接，储气泵出气口与便携式储氧罐的储氧罐端口相连接；氧气机的储气输出口和氧气机出氧口可以是同一个接口。
本发明所公开的供氧控制器具体技术原理和工作方式如下：
供氧控制器通过管路连接到氧气气源即可工作，氧气气源可以是氧气机或者是便携式储氧罐或者是其他允许使用的氧气气源。控制器通过高灵敏度的第二压力传感器检测用户的呼吸状态，通过细微的压力变化准确判断吸气和呼气动作，同时妥善处理异常呼吸事件(如喷嚏、咳嗽等)，结合高响应速度的第二电磁阀来控制氧气的输出时机与输出量，电磁阀的高响应速度使其在得到动作指令后得以实现快速的动作响应，保证供氧的及时性和有效性，从而实现呼吸同步触发脉冲供氧的供氧模式，进而大大提高了氧气利用率。同时可以通过设置不同的呼吸模式实现呼吸触发脉冲供氧及连续供氧、间歇供氧、自动脉冲供氧、手动按需供氧等多种供氧模式需求。
本发明所述的供氧控制器以及包含该控制器的供氧设备至少有三种工作方式，第一种工作方式是将控制器进气口与所述氧气机的氧气机出氧口相连进行使用；第二种工作方式是将控制器进气口与便携式储氧罐的储氧罐端口相连进行使用，便携式储氧罐可以通过多个管路及接头进行并联连接；第三种工作方式是将吸氧管直接连接到所述氧气机的氧气机出氧口进行使用。
本发明的供氧控制器及供氧设备能够解决传统吸氧方式氧气大量浪费的问题，满足更多用户在户外简单轻便且更长时间吸氧的需求，同时改善高原地带氧气机产氧量不足的问题，采用一个全新的设计思路，通过高灵敏度压力传感器检测用户的呼吸状态，准确判断吸气和呼气动作，同时妥善处理异常呼吸事件(如喷嚏、咳嗽等)，结合高响应速度的电磁阀来控制氧气的输出时机与输出量，以提高氧气利用率，同时可以通过设置不同的呼吸模式实现不同形式的吸氧需求，采用独立模块化设计，不依赖于特定的氧气气源，使用形式多样化，与不同气源可以实现多种形式的组合，满足了更多用户的使用需求。
本发明的供氧控制器和供氧设备结构小巧，质量轻，可随身携带，超低噪音，免维护，通过呼吸触发脉冲供氧大大提高了氧气利用率，解决了传统吸氧方式氧气大量浪费的问题，通过使用此供氧控制器可以使用户在户外吸氧更加简单轻便，获得更长的吸氧时间，对于高原地带弥补了传统氧气机产氧量不足的问题，包含该供氧控制器的供氧设备，与连续供氧达到相同的吸氧效果时供氧设备可以制造得更加轻便小巧、低成本，同时降低设备功耗，节约用户的使用成本，采用该供氧控制器后，用户可以轻松实现多种吸氧模式，同时通过与不同气源的自由组合使用，让用户获得更加丰富的吸氧体验。本发明所公开的供氧控制器对氧气机领域的发展具有一定的推动作用，让企业和用户可以共同受益，同时在创建节约型社会方面也具有一定的贡献。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种供氧控制器，其特征在于，包括外壳(11)以及设在所述外壳(11)内的第一压力传感器(12)、第二压力传感器(13)、第一电磁阀(14)、第二电磁阀(15)、流量传感器(16)、流量调节阀(17)和控制电路板(18)，所述外壳(11)设有用于连接氧气气源的控制器进气口(101)和用于连接吸氧管的控制器出气口(102)，所述控制器进气口(101)、第一压力传感器(12)、第二电磁阀(15)、第二压力传感器(13)和控制器出气口(102)依次通过管路串联，所述，所述流量调节阀(17)、第一电磁阀(14)和流量传感器(16)通过管路串联且与所述第二电磁阀(15)和第二压力传感器(13)并联，所述第一压力传感器(12)用于采集所述控制器进气口(101)处的压力，所述第二压力传感器(12)用于采集所述控制器出气口(102)处的压力，所述控制电路板(18)分别与所述第一压力传感器(12)、第二压力传感器(13)、第一电磁阀(14)、第二电磁阀(15)、流量传感器(16)和流量调节阀(17)连接。
2.根据权利要求1所述的供氧控制器，其特征在于，所述流量调节阀(17)、第一电磁阀(14)和流量传感器(16)通过管路依次串联。
3.根据权利要求1所述的供氧控制器，其特征在于，所述第一电磁阀(14)、流量调节阀(17)和流量传感器(16)通过管路依次串联。
4.根据权利要求1所述的供氧控制器，其特征在于，所述第一电磁阀(14)和第二电磁阀(15)均是常闭型两位两通电磁阀。
5.根据权利要求1所述的供氧控制器，其特征在于，所述第二电磁阀(15)的响应时间小于或等于15ms。
6.根据权利要求1所述的供氧控制器，其特征在于，所述第一电磁阀(14)和第二电磁阀(15)的通径均为0.5mm～3mm。
7.根据权利要求1所述的供氧控制器，其特征在于，所述第一压力传感器(12)可测量的最高压力值大于或等于1MPa，所述第二压力传感器(13)的压力测量范围小于±5inH2O，测量精度大于或等于±1％FS。
8.根据权利要求1所述的供氧控制器，其特征在于，还包括稳压阀(19)，所述稳压阀(19)设在所述第一压力传感器(12)出口处的管路上。
9.一种供氧设备，其特征在于，包括权利要求1-8中任何所述的供氧控制器。
10.根据权利要求9所述的供氧设备，其特征在于，还包括氧气机或储氧罐，所述供氧控制器的控制器进气口(101)与所述氧气机或储氧罐的出氧口连接。
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