CN113401875A - 一种便携式制氧机 - Google Patents

Abstract

一种便携式制氧机，包括外壳、制氧单元、传感器单元、脉冲电磁阀、出氧接头、控制单元以及电源模块，所述制氧单元通过所述脉冲电磁阀连接所述出氧接头，所述制氧单元包括直流压缩机、分子筛和储氧罐，所述直流压缩机从外界吸收空气并压缩至所述分子筛进行氧氮分离后，再将氧气送入所述储氧罐，所述控制单元根据所述传感器单元的信息控制与调节所述脉冲电磁阀；所述传感器单元包括呼吸传感器，所述控制单元根据所述呼吸传感器的检测信息，通过预制程序适配地控制所述制氧单元及所述电磁阀工作以控制脉冲供氧的频率和流量。该便携式制氧机的反馈调节机制不仅适应高原环境下用户实际的用氧需求，而且还可有效节能，延长制氧机的续航时间。

Description

一种便携式制氧机

技术领域

本发明涉及制氧机领域，特别是涉及一种便携式制氧机。

背景技术

高原具有低气压、低氧、昼夜温差大、干燥、强辐射和强紫外线等特点，常驻高原人群因习服失败或丧失适应产生过度的红细胞增多、显著的肺动脉高压及严重的低氧血症，引发慢性高原病。高原恶劣环境严重威胁人类健康，吸氧是预防和治疗高原反应和高原病症的最有效方法之一，因此，有必要实施高原制供氧保障工程，解决高原用氧问题。

目前已有多种成熟的供养技术，包括增压氧舱、室内用膜分离弥散供养、氧气瓶等。但这些都不方便需要在高原上运动作业的人群，不够便携且续航能力弱。

随着海拔升高，空气逐渐稀薄，分子筛制氧机制氧产量和浓度减少。如何在不增加制氧机重量和不降低性能指标的同时，提升氧气利用效率，延长制氧机续航时间是亟待解决的问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术存在的缺陷，提供一种能够基于呼吸情况进行调整的便携式制氧机。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种便携式制氧机，包括外壳、制氧单元、传感器单元、脉冲电磁阀、出氧接头、控制单元以及电源模块，所述制氧单元通过所述脉冲电磁阀连接所述出氧接头，所述制氧单元包括直流压缩机、分子筛和储氧罐，所述直流压缩机从外界吸收空气并压缩至所述分子筛进行氧氮分离后，再将氧气送入所述储氧罐，所述控制单元根据所述传感器单元的信息控制与调节所述脉冲电磁阀；所述传感器单元包括呼吸传感器，所述控制单元根据所述呼吸传感器的检测信息，通过预制程序适配地控制所述制氧单元及所述电磁阀工作以控制脉冲供氧的频率和流量。

进一步地：

所述呼吸传感器包括负压传感器，所述负压传感器通过检测用户的吸气动作检测呼吸频率，所述控制单元根据检测到的呼吸频率并综合预设的运动生理学大数据进行计算，获得最优的单次供氧流量和脉冲供氧时间间隔。

所述负压传感器包括设置在鼻吸管内的两个金属薄片，在吸气负压状态下所述两个金属薄片接触，导致信号反馈电路连通，在呼气正压状态下所述两个金属薄片断开，导致信号反馈电路断开。

所述控制单元控制所述制氧单元在设定的用户吸气极早期以设定的高速输出氧气。

所述呼吸传感器还包括用于检测呼吸气体温湿度的温湿度计，所述脉冲电磁阀和所述出氧接头之间设置有气体加热加湿模块，所述控制单元还根据检测的呼吸气体温湿度适配地控制所述气体加热加湿模块对氧气进行加热加湿。根据呼吸传感器检测到的气体指标进行温度与湿度调整，大幅度缓解用户不适感。

所述传感器单元还包括氧气、二氧化碳、氮气三合一气体浓度传感器，用于检测用户呼出的氧气、二氧化碳和氮气的浓度，以及吸入的氧气的浓度，所述控制单元还根据检测的氧气、二氧化碳和氮气的浓度，对机体耗氧情况和缺氧情况进行判断，适配地控制所述制氧单元及所述电磁阀工作以控制脉冲供氧的频率和流量。

所述传感器单元还包括置于外壳外的环境氧浓度传感器，用于检测环境氧浓度，所述控制单元还根据检测的环境氧浓度，适配地控制所述制氧单元及所述电磁阀工作以控制脉冲供氧的频率和流量；优选的，所述传感器单元还包括环境压强传感器，所述控制单元还结合环境压强计算补氧量，控制所述制氧单元调整制氧效率及出氧流量。

所述传感器单元还包括用于检测用户的血氧数据的血氧检测仪，所述控制单元还根据检测的血氧数据，对机体耗氧情况和缺氧情况进行判断，适配地控制所述制氧单元及所述电磁阀工作以控制脉冲供氧的频率和流量。

还包括除菌系统，所述除菌系统用于对所述制氧单元制得的氧气进行除菌处理。

还包括储氧罐内氧气压强传感器，所述控制单元还根据储氧罐内氧气压强调整所述直流压缩机的工作效率，当所述储氧罐内氧气压强传感器检测到储氧罐压强达到预设阈值，降低所述直流压缩机的功率。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种能够基于呼吸情况进行调整的便携式制氧机，可有效适应于高原环境下长时间运动作业，以及用户的呼吸频率与耗氧量有巨大起伏变化的情况。本发明基于呼吸情况进行调整的脉冲式便携制氧机可以根据高原作业者情况调整和控制氧气脉冲时长和流量，其反馈调节机制不仅适应高原环境下用户实际的用氧需求，而且还可有效节能，延长制氧机的续航时间。

与现有技术相比，本发明实施例具有如下方面的优点：可有效调节直流压缩机功率，降低能耗，延长续航时间；对氧气进行加热加湿，降低不适感；监测呼吸情况，并结合运动生理学大数据，调控供氧流量和频率，起到制氧和变频节能的效果。通过检测用户实际用氧和缺氧情况并辅之运动生理学大数据调整和控制氧气流量，提高了用氧效率，减少氧气损失，节能效果好。

附图说明

图1是本发明一种实施例的内部结构示意图；

图2和图3分别是本发明一种实施例的正面、反面结构示意图；

图4是本发明一种实施例的立体结构图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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实施例和简化描述，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参阅图1至图4，一种便携式制氧机，包括外壳1、制氧单元、传感器单元、脉冲电磁阀9、出氧接头、控制单元4以及电源模块5(如电池)，所述制氧单元通过所述脉冲电磁阀9连接所述出氧接头，所述制氧单元包括直流压缩机6、分子筛7和储氧罐8，所述直流压缩机6从外界吸收空气并压缩至所述分子筛7进行氧氮分离后，再将氧气送入所述储氧罐8，所述控制单元4根据所述传感器单元的信息控制与调节所述脉冲电磁阀9；所述传感器单元包括呼吸传感器3，所述控制单元4根据所述呼吸传感器3的检测信息，通过预制程序适配地控制所述制氧单元及所述电磁阀9工作以控制脉冲供氧的频率和流量。

该便携式制氧机中，控制单元4可根据检测信息并结合预制程序计算氧气需求量，调节脉冲供氧频率和流量。传感器单元检测呼吸信号并发送至控制单元4，控制单元4接收信号进行处理，判断是否缺氧。控制单元4可以控制制氧单元的直流压缩机6的功率，可以控制电磁阀9的开关，调制氧气的流通和脉冲幅度，延长或缩短工作时间。根据实时检测的呼吸数据，利用预制程序，根据运动生理学、用户个人身体情况，控制制氧单元，调整制氧效率及出氧流量。当根据实时检测的呼吸数据和预设程序综合判定不需要额外供氧或供氧量较小时，控制制氧单元，调节直流压缩机6的功率，降低能耗。

在一个实施例中，一种基于呼吸情况调整的脉冲式便携式制氧机，包括外壳1、制氧单元、传感器单元、控制单元4、气体加热加湿模块11、除菌系统10以及电源模块5，制氧单元包括直流压缩机6、分子筛7和储氧罐8，直流压缩机6从外界吸收空气并压缩至分子筛7，进行氧氮分离后，再将氧气送入储氧罐8，由控制单元4根据用户情况对输出进行电磁阀9控制与调节后，通过气体加热加湿模块11输出给用户。控制单元4可包括传感器信息处理单元、电磁阀导通时间和氧气流量计算系统，其接受传感器单元传递的信息，根据预先编制的程序进行处理，调节和控制氧气流量并控制直流压缩机6。氧气经脉冲电磁阀9流出后经过气体加热加湿模块11，由控制单元4根据传感器检测到的呼出气体指标进行加热与加湿。当用户吸气时，传感器检测到气体流量或负压，打开脉冲电磁阀9，放出氧气，氧气从脉冲电磁阀9经过气体加热加湿模块11、出氧接头，供用户使用。还可包括直流电源模块，可供拆卸或车载使用。使用过程中由电源模块为制氧单元供电。

在一个实施例中，传感器单元检测呼吸信号并发送至控制单元4，控制单元4接收信号进行处理，判断是否缺氧，以控制储氧罐8输出端口的电磁阀9开关，并结合储氧罐8内的氧气压强检测，调整直流压缩机6的功率。

在一个实施例中，传感器单元侦测用户的吸气信号，并通过电路板IC计算呼吸频率及吸气次数，三合一气体浓度检测仪检测实时呼吸数据，传递至预制程序中，根据运动生理学数据及用户个人身体情况数据，再结合环境压强合理计算氧气补充量，控制制氧单元调整制氧效率及出氧流量。

在一个实施例中，制氧单元采用分子筛7变压吸附法从空气中分离出氧气并提纯。空分方式采用变压吸附，以分子筛7为吸附介质，通过在不同压力下对氧、氮的吸附容量不同来进行氧气和氮气的分离，最终得到高浓度的氧气。

在一个实施例中，在用户接触端设有呼吸传感器3和三合一气体浓度传感器。呼吸传感器3检测呼吸频率，并将每次吸气末的信号传输回控制单元4。三合一气体浓度传感器可检测呼出气体二氧化碳浓度和吸入气体氧气浓度。

在一个实施例中，制氧机中可同时设有气体加热加湿模块11和除菌系统10，控制单元4根据呼吸传感器检测到的气体指标，控制气体加热加湿模块11调整温度与湿度，大幅度缓解用户不适感。并可通过除菌系统10对制氧单元制得的氧气进行除菌处理。

在一个实施例中，传感器单元检测到用户呼吸信息，控制单元4收集信息并结合预制程序优化计算氧气需求量，调节脉冲供氧频率和流量。并且，控制单元4还根据传感器单元检测到的用户呼出气体信息，控制气体加热加湿模块11工作。

在一个实施例中，根据用户吸气时传感器侦测到的呼吸信号，控制电磁阀9开关。控制单元4根据检测到的呼吸频率并综合预设的运动生理学大数据进行计算，获得最优的单次供氧流量和脉冲供氧时间间隔。

在一个实施例中，控制单元4收集信号既将指令传送至电磁阀9控制氧气流通，还将信息反馈到制氧单元，调节直流压缩机6的功率，延长续航时间。

本发明可以根据用户实际用氧和缺氧情况并辅之运动生理学大数据调整和控制氧气流量，提高用氧效率降低氧气损失。并反馈至直流压缩机6，调整功率，降低耗能。

使用者佩戴好吸氧管或面罩，根据呼吸传感器和预设程序综合判定不需要额外供氧或供氧量较小时，反馈信息到制氧系统。有效调节直流压缩机的功率，降低能耗。另外，检测到储氧罐压强达到预设阈值时，控制单元降低直流压缩机功率。

制氧单元采用脉冲储氧模式。人的呼吸过程分为吸气、停顿、呼气，持续弥散供氧制氧机所制备的氧气约有80％没有被利用，造成浪费。根据呼吸生理学原理,氧气进入小肺泡囊中比在大肺泡囊中的交换效率要高。在一个实施例中，便携式制氧机在吸气的极早期高速输出氧气,氧气迅速进入小肺泡囊中,避免停留在气管和大肺泡囊中根据用户呼吸情况进行自动调整的制氧机，采用脉冲模式储氧，从而达到节能，延长续航时间。

电磁阀导通时间和氧气流量由呼吸传感器和预制程序共同控制。在一个实施例中，呼吸传感器内含一负压传感器，当吸气时鼻吸管内呈现负压状态，内部的两个金属薄片就会接触在一起，导致反馈通路联通将收集到的气体数据传送之控制端。控制单元4接收信息，进行计算和判断，控制供氧电磁阀导通时长和阀门开度，实现供氧。当呼气时鼻吸管内呈现正压状态，金属薄片断开，电路断开从而电磁阀9关闭，停止供氧。

在一个实施例中，传感器单元包含置于用户端的呼吸传感器3和三合一气体浓度传感器，以及置于外壳外的环境氧浓度传感器2，其中呼吸传感器3包括负压传感器和温湿度计，用于检测呼吸频率、温湿度等呼吸气体数据，根据温湿度数据，可控制气体加热加湿模块11；三合一气体浓度传感器用于检测呼出气体的氧气、二氧化碳和氮气情况，用于判断机体缺氧情况。在一个实施例中，可再配备血氧检测仪，通过两路信号对于机体耗氧情况和缺氧情况进行检测。外壳上的环境氧浓度传感器2用于辅助控制单元4根据环境氧浓度控制直流压缩机6压缩空气及调制氧气脉冲幅度。

控制单元4根据检测信号控制电磁阀，实现氧气流通控制，还根据检测信号控制制氧单元，调节直流压缩机的功率，延长工作时间。

本发明实施例的基于呼吸情况调整的脉冲式便携制氧机可以根据高原作业者情况调整和控制氧气脉冲时长和流量，反馈调节机制还可延长电池续航时间。电源可采用直流电。整体设计方便随身携带。

在一个实施例中，本发明的便携制氧机设计水杯，体型小巧，可以随身携带别在登山包两侧。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种便携式制氧机，其特征在于，包括外壳、制氧单元、传感器单元、脉冲电磁阀、出氧接头、控制单元以及电源模块，所述制氧单元通过所述脉冲电磁阀连接所述出氧接头，所述制氧单元包括直流压缩机、分子筛和储氧罐，所述直流压缩机从外界吸收空气并压缩至所述分子筛进行氧氮分离后，再将氧气送入所述储氧罐，所述控制单元根据所述传感器单元的信息控制与调节所述脉冲电磁阀；所述传感器单元包括呼吸传感器，所述控制单元根据所述呼吸传感器的检测信息，通过预制程序适配地控制所述制氧单元及所述电磁阀工作以控制脉冲供氧的频率和流量。

2.如权利要求1所述的便携式制氧机，其特征在于，所述呼吸传感器包括负压传感器，所述负压传感器通过检测用户的吸气动作检测呼吸频率，所述控制单元根据检测到的呼吸频率并综合预设的运动生理学大数据进行计算，获得最优的单次供氧流量和脉冲供氧时间间隔。

3.如权利要求2所述的便携式制氧机，其特征在于，所述负压传感器包括设置在鼻吸管内的两个金属薄片，在吸气负压状态下所述两个金属薄片接触，导致信号反馈电路连通，在呼气正压状态下所述两个金属薄片断开，导致信号反馈电路断开。

4.如权利要求2或3所述的便携式制氧机，其特征在于，所述控制单元控制所述制氧单元在设定的用户吸气极早期以设定的高速输出氧气。

5.如权利要求1至4任一项所述的便携式制氧机，其特征在于，所述呼吸传感器还包括用于检测呼吸气体温湿度的温湿度计，所述脉冲电磁阀和所述出氧接头之间设置有气体加热加湿模块，所述控制单元还根据检测的呼吸气体温湿度适配地控制所述气体加热加湿模块对氧气进行加热加湿。

6.如权利要求1至5任一项所述的便携式制氧机，其特征在于，所述传感器单元还包括氧气、二氧化碳、氮气三合一气体浓度传感器，用于检测用户呼出的氧气、二氧化碳和氮气的浓度，以及吸入的氧气的浓度，所述控制单元还根据检测的氧气、二氧化碳和氮气的浓度，对机体耗氧情况和缺氧情况进行判断，适配地控制所述制氧单元及所述电磁阀工作以控制脉冲供氧的频率和流量。

7.如权利要求1至6任一项所述的便携式制氧机，其特征在于，所述传感器单元还包括置于外壳外的环境氧浓度传感器，用于检测环境氧浓度，所述控制单元还根据检测的环境氧浓度，适配地控制所述制氧单元及所述电磁阀工作以控制脉冲供氧的频率和流量；优选的，所述传感器单元还包括环境压强传感器，所述控制单元还结合环境压强计算补氧量，控制所述制氧单元调整制氧效率及出氧流量。

8.如权利要求1至7任一项所述的便携式制氧机，其特征在于，所述传感器单元还包括用于检测用户的血氧数据的血氧检测仪，所述控制单元还根据检测的血氧数据，对机体耗氧情况和缺氧情况进行判断，适配地控制所述制氧单元及所述电磁阀工作以控制脉冲供氧的频率和流量。

9.如权利要求1至8任一项所述的便携式制氧机，其特征在于，还包括除菌系统，所述除菌系统用于对所述制氧单元制得的氧气进行除菌处理。

10.如权利要求1至9任一项所述的便携式制氧机，其特征在于，还包括储氧罐内氧气压强传感器，所述控制单元还根据储氧罐内氧气压强调整所述直流压缩机的工作效率，当所述储氧罐内氧气压强传感器检测到储氧罐压强达到预设阈值，降低所述直流压缩机的功率。

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