一种便携式多源智能产氧供氧呼吸仪

技术领域

本发明涉及产氧呼吸机领域，尤其是关于一种便携式多源智能产氧供氧呼吸仪。

背景技术

氧气是人体维持生命的重要因素之一，随着国内东西部人员交流的日益频繁和我国人口老龄化的日益加剧，用氧安全越来越受到人们的重视。目前，人们多采用充装式氧气瓶、一次性吸氧袋或家用制氧机等便携式吸氧仪来满足日常用氧需求。然而，充装式氧气瓶和一次性吸氧袋均无自产氧功能，无法持续性供氧，极大限制了其应对突发事件的能力。家用制氧仪大多采用分子筛过滤方法，分离空气中的氧气，提高氧气浓度后以供使用。虽然家用制氧吸氧仪可以缓解充装式氧气瓶和一次性吸氧袋的不能随时取用的问题，但其制氧能力严重依赖于电力系统和周边空气浓度，这也直接制约了其在无电力供应、空气稀薄高原、无氧环境等亟需氧气供应地区的使用。

分解水制氧从本质上解决了供氧依赖于周边氧气浓度的问题。其中，太阳能电池辅助分解水制氧，可以利用太阳光激发产生的光生空穴氧化水分子，进而得到纯净的氧气。在此情况下，氧气的获取仅取决于太阳光和水。众所周知，太阳光的获取并不受地域的限制，并且水可以从自然界中轻易获取。利用太阳能将水转换为氧气，为不受时间、空间和环境限制地获得氧气提供了可能，并显示出巨大的应用潜力。遗憾的是，目前市面并无相关产品或专利。因此，基于太阳能电池辅助分解水制氧器件，开发出可随用随取、持续供氧、不受区域限制的产氧供氧呼吸仪，具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式多源智能产氧供氧呼吸仪，用来解决现有氧气呼吸设备存在的无法持续性供氧，或受电力、区域、使用环境限制等问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种便携式多源智能产氧供氧呼吸仪，包括：能源供应单元、产氧反应单元、供氧吸氧单元、电路控制与显示单元以及圆柱形外壳；能源供应单元、产氧反应单元、供氧吸氧单元、电路控制与显示单元均通过焊接、一体成型或标准螺栓固定连接在仪器圆柱形外壳内部。

作为本发明的进一步改进，所述能源供应单元包括：USB外部辅助供电电源、电池供电电源和柔性太阳能电池，为电催化分解水提供三种能源可选模式。其中，电池供电电源为可充电电池，可在仪器闲置时，由USB外部辅助供电电源或柔性太阳能电池对其进行补充充电。

作为本发明的进一步改进，所述产氧反应单元包括：分解水反应室、进/出水口、氧气/氢气出气口。其中，分解水反应室底部与能源供应单元、顶部与供氧吸氧单元连接，且反应室采用玻璃或塑料等绝缘体材料。进一步地，反应室上方空间内置绝缘隔板将反应室分割为阳极反应室和阴极反应室，下方空间预留通道以便电解液流动和离子交换。进一步地，阴极反应室与泄压阀&出氢口和注水口相连。其中，泄压阀&出氢口配有气体压力传感器和电磁阀，用于监测反应室气压并及时排出氢气；注水口配有控水阀，以防止反应液外溢；阳极室设有氧气出气口，且与供氧吸氧单元连接。进一步地，阳极反应室和阴极反应室底端分别内置析氧催化电极和析氢催化电极，且与能源供应单元连接。进一步地，析氧催化电极和析氢催化电极的有效催化区域均在阳极反应室和阴极反应室各自的区域内。进一步地，反应室底部留有出水口与外壳出水口相连。

作为本发明的进一步改进，所述供氧吸氧单元包括氧气次级缓冲室、氧气压缩机、内置储氧罐、可插拔式呼吸面罩。其中氧气次级缓冲室底部与阳极反应室的氧气出气口连接，顶部分别连接氧气压缩机、内置储氧罐和可插拔式呼吸面罩。具体地，在上述所有连接处设置三通或单通电磁阀以控制氧气流量和流向。进一步地，所述氧气次级缓冲室和内置储氧罐内部设有气体压力传感器。

作为本发明的进一步改进，所述电路控制与显示单元包括液晶显示控制屏、内部集成电路，其中液晶显示控制屏与内部集成电路相连并安置于圆柱形外壳。进一步地，内部集成电路连接能源供应单元、产氧反应单元和供氧吸氧单元所述的电磁阀与气体压力传感器等电子元件。具体地，液晶显示控制屏可根据实际情况，通过所连接的内部集成电路来选择不同的供电模式并控制各个组件间的电磁阀，实现不同的供氧吸氧模式。

作为本发明的进一步改进，所述圆柱形外壳的上部两侧分别设有外部充氧供氧口和可插拔式呼吸面罩；中部设有液晶显示控制屏、注水口、泄压阀&出氢口、USB辅助电源供电口和电池安装槽；底部设有排水口。进一步地，所述圆柱形外壳壳体采用塑料、碳纤维、铝合金或铝镁合金制成，而且壳体外表面嵌合着柔性太阳能电池。

本发明的优势在于：本发明提供的便携式多源智能产氧供氧呼吸仪，具有体积小、便携方便、供氧多用途、操作集成化智能化、供电多途径等优点，提高了产氧吸氧的便携性及可靠性，避免了传统吸氧仪无法持续性供氧，或受电力、区域、使用环境限制的问题，大大拓展了便携式多源产氧供氧呼吸仪的现实应用范围。

附图说明

图1是本发明提供的便携式多源智能产氧供氧呼吸仪的内部组件示意图；

图2是本发明提供的便携式多源智能产氧供氧呼吸仪的立体结构示意图。

图中：1-内置电池安装槽；2-USB辅助电源供电口；3-注水口；4-密封塞；5-控水阀；6-泄压阀&出氢口；7-气体压力传感器；8-氧气次级缓冲室；9-气体压力传感器；10-单向电磁阀；11-氧气压缩机；12-外部充氧供氧口；13-气体压力传感器；14-三通电磁阀；15-气体压力传感器；16-内置储氧罐；17-吸氧面罩供氧口；18-可插拔式吸氧面罩；19-气体压力传感器；20-单向电磁阀；21-单向电磁阀；22-液晶显示控制屏；23-单向电磁阀；24-出氧口；25-析氢催化电极；26-析氧催化电极；27-阴极反应室；28-阳极反应室；29-绝缘隔板；30-出水口；31-内部集成电路；32-柔性太阳能电池。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1、图2展示了本发明的便携式多源智能产氧供氧呼吸仪的结构示意图。所述便携式多源智能产氧供氧呼吸仪主要包括能源供应单元、产氧反应单元、供氧吸氧单元、电路控制与显示单元以及圆柱形外壳；所述全部单元均通过焊接、一体成型或标准螺栓固定连接在仪器圆柱形外壳的内部。所述能源供应单元包括柔性太阳能电池32、内置电池安装槽1和USB辅助电源供电口2，使用者可根据实际情况，通过电路控制与显示单元选择不同的供电模式。所述产氧反应单元包含注水口3、密封塞4、控水阀5、泄压阀&出氢口6、气体压力传感器7、绝缘隔板29、阴极反应室27、阳极反应室28、析氢催化电极25、析氧催化电极26、出氧口24和出水口30，其中析氢催化电极25和析氧催化电极26与能源供应单元相接、出氧口24与供氧吸氧单元相接。所述供氧吸氧单元包括各种气体电磁阀（单向电磁阀23、单向电磁阀10、三通电磁阀14、单向电磁阀20和单向电磁阀21）、氧气次级缓冲室8、气体压力传感器9、氧气压缩机11、外部充氧供氧口12、气体压力传感器13、内置储氧罐16、气体压力传感器15、吸氧面罩供氧口17、可插拔式吸氧面罩18和气体压力传感器19。其中氧气缓冲室8的气体流向可根据使用需求，通过调控单向电磁阀10与三通电磁阀14，选择外部充氧供氧12、内置储氧罐16充氧模式；调控单向电磁阀20，选择氧气面罩18吸氧模式。单向电磁阀23防止仪器使用过程中阳极反应室28中的水因压力差流向氧气次级缓冲室8，气体压力传感器15和19确保内置储氧罐16的充气安全和吸氧面罩供氧口17的用氧安全。所述电路控制与显示单元包含液晶显示控制屏22和内部集成电路31，用以控制不同模式电源的选取和电磁阀的逻辑关系。

实施例1：向外部氧气罐充氧供氧模式

本实施例具体过程如下：（1）注水：打开密封塞4，为防止反应室内压强过大造成注水困难，通过内置注水模式程序控制内部集成电路31打开泄压阀&出氢口6和控水阀5，保持反应室内外压强一致；然后，将一定量的水从注水口3加入阴极反应室27，通过内置已完成注水程序关闭泄压阀&出氢口6、控水阀5和密封塞4。（2）产氧充氧：根据实际情况，通过液晶显示控制屏22和内部集成电路31打开合适的供电电源；电源接通后，析氢催化电极25和析氧催化电极26在电源驱动下分解水，并在阴极反应室27和阳极反应室28内分别生成氢气和氧气，且氢气和氧气在绝缘隔板29的作用下分别保留在各自反应室上方，而不混合；通过内置产氧充氧程序a打开泄压阀&出氢口6，确保氢气副产品及时排除，以免造成过高压强迫使水流入氧气次级缓冲室8；阳极反应室28内部的氧气经单向电磁阀23流入氧气次级缓冲室8；打开单向电磁阀10、打开氧气压缩机11、打开通往外部充氧供氧口12的双三通电磁阀14，在氧气压缩机11的作用下将水分解产生的氧气充入外部氧气罐。此时，氧气压缩机11的充气速率取决于气体压力传感器9（缓冲室内），以免氧气次级缓冲室8内压强过低导致电解液倒灌；当气体压力传感器13所示的气压满足氧气罐所需压强时，停止充气。（3）关闭设备：充气完毕后，关闭氧气压缩机11、打开出水口30并排净反应室内的剩余电解液、关闭全部电磁阀、关闭电源。

实施例2：内置储氧罐充氧模式

本实施例具体过程如下：（1）注水：如实施例1注水过程。（2）产氧储氧：根据实际情况，通过液晶显示控制屏22和内部集成电路31打开合适的供电电源；电源接通后，析氢催化电极25和析氧催化电极26在电源驱动下分解水，并在阴极反应室27和阳极反应室28内分别生成氢气和氧气，且氢气和氧气在绝缘隔板29的作用下分别保留在各自反应室上方，而不混合；通过内置产氧充氧程序b打开泄压阀&出氢口6，确保氢气副产品及时排除，以免造成过高压强迫使水流入氧气次级缓冲室8；阳极反应室28内部的氧气经单向电磁阀23流入氧气次级缓冲室8；打开单向电磁阀10、打开氧气压缩机11、打开通往内置储氧罐16的三通电磁阀14，在氧气压缩机11的作用下将水分解产生的氧气充入内置储氧罐16。此时，氧气压缩机11的充气速率取决于气体压力传感器9（缓冲室内），以免氧气次级缓冲室8内压强过低导致电解液倒灌；当气体压力传感器15所示的气压满足氧气罐16所需压强时，将三通电磁阀14调整为通向外部充氧供氧口12，停止充气。（3）关闭设备：充气完毕后，关闭氧气压缩机11、打开出水口30并排净反应室内的剩余电解液、关闭全部电磁阀、关闭电源。

实施例3：直接产氧吸氧模式

本实施例具体过程如下：（1）注水：如实施例1注水过程。（2）产氧吸氧模式一：根据实际情况，通过液晶显示控制屏22和内部集成电路31打开合适的供电电源；电源接通后，析氢催化电极25和析氧催化电极26在电源驱动下分解水，并在阴极反应室27和阳极反应室28内分别生成氢气和氧气，且氢气和氧气在绝缘隔板29的作用下分别保留在各自反应室上方，而不混合；通过内置产氧充氧程序b打开泄压阀&出氢口6，确保氢气副产品及时排除，以免造成过高压强迫使水流入氧气次级缓冲室8；阳极反应室28内部的氧气经单向电磁阀23流入氧气次级缓冲室8；打开单向电磁阀20、可插拔式吸氧面罩18，并根据气体压力传感器19控制氧气吸入速率，确保用氧安全。（3）产氧吸氧模式二：当内置储氧罐16氧气充足或紧急用氧时，打开单向电磁阀21、打开单向电磁阀20、可插拔式吸氧面罩18，利用内置储氧罐16中的氧气，并根据气体压力传感器19控制氧气吸入速率；当气体压力传感器15显示压强达到一定数值后，关闭单向电磁阀21，同时打开产氧吸氧模式一程序，确保用氧过程中氧气供应的持续性。（4）关闭设备：吸氧完毕后，打开出水口30并排净反应室内的剩余电解液、关闭全部电磁阀、关闭电源。

以上实施例仅用于说明本发明，是本发明的一部分实施例，不是全部的实施例，并非对本发明的限制。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。