本發(fā)明涉及制氧及供給，具體涉及一種基于膜分離技術(shù)的便攜式制氧呼吸裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、在氧氣稀薄地區(qū)的低壓低氧環(huán)境下，例如高原地區(qū)和地下開采工作區(qū)域，人員的環(huán)境適應(yīng)能力顯著下降，就快速到達(dá)3500米以上高原地區(qū)的人群來說，群體的最大活動(dòng)能力降至平原地區(qū)的一半，且群體的急性高原病發(fā)病率最高可達(dá)90%以上。由此可見，缺氧嚴(yán)重影響了人體的旅游、工作，甚至是軍部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的發(fā)揮。

2、然而，現(xiàn)有的制氧技術(shù)主要集中于分子篩制氧技術(shù)，但分子篩制氧技術(shù)的制氧量受到分子篩吸附能力的限制，當(dāng)分子篩吸附了過多氮?dú)夂?，其吸附能力?huì)下降，從而影響制氧速度和純度；分子篩在吸附氮?dú)獾耐瑫r(shí)也會(huì)吸附其他雜質(zhì)，從而影響最終氧氣的純度，特別是在空氣中雜質(zhì)和有機(jī)污染物較多的情況下，分子篩的篩孔容易堵塞，導(dǎo)致制得的氧氣純度降低，這便限制了該技術(shù)在大規(guī)模制氧場(chǎng)景中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于膜分離技術(shù)的便攜式制氧呼吸裝置及方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明能夠通過推桿、活塞、氣缸、安裝在出氣端內(nèi)部的富氧分離膜、安裝在出氣端端口的第一瓣膜式單向閥和安裝在入氣端端口的第二瓣膜式單向閥等，能夠高效分離出富含氧氣的氣體，并將其收集到儲(chǔ)氣罐中，提高了制氧效率，還確保了氧氣的純度，保證提供富氧（30%左右），再通過輸氣管將富氧供給呼吸面罩以實(shí)現(xiàn)供氧，能夠增強(qiáng)氧氣稀薄地區(qū)的低壓低氧環(huán)境下的機(jī)體適應(yīng)和活動(dòng)能力；其次，本裝置通過充電口和電源的設(shè)置，能夠提高續(xù)航能力；另外，本裝置可拆卸安裝，能夠方便攜帶，快速安裝和拆卸，提升了設(shè)備的便攜性。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于膜分離技術(shù)的便攜式制氧呼吸裝置，包括供氧裝置，供氧裝置通過輸氣管連接有呼吸面罩；

4、所述供氧裝置包括外殼，外殼的內(nèi)部安裝有動(dòng)力裝置，動(dòng)力裝置同軸連接有制氧裝置，制氧裝置的底部安裝有儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐通過輸氣管連接呼吸面罩；

5、所述制氧裝置包括氣缸，氣缸的內(nèi)部安裝有活塞，活塞連接有推桿，推桿、活塞和氣缸與動(dòng)力裝置同軸連接；氣缸的底部通過出氣端連接儲(chǔ)氣罐，出氣端的內(nèi)部安裝有富氧分離膜，出氣端的端口安裝有第一瓣膜式單向閥，第一瓣膜式單向閥位于富氧分離膜的底部；氣缸的頂部通過入氣端貫穿外殼連接外部，入氣端的端口安裝有第二瓣膜式單向閥；

6、進(jìn)一步地，所述動(dòng)力裝置的外部安裝有保溫隔板，制氧裝置通過隔板安裝儲(chǔ)氣罐；

7、進(jìn)一步地，所述動(dòng)力裝置包括往復(fù)電機(jī)，往復(fù)電機(jī)的底部安裝有電源，往復(fù)電機(jī)與推桿、活塞和氣缸同軸連接，往復(fù)電機(jī)用于帶動(dòng)推桿，推桿帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

8、進(jìn)一步地，所述電源上開有充電口，充電口貫穿外殼和保溫隔板；

9、進(jìn)一步地，所述輸氣管的一端與儲(chǔ)氣罐可拆卸連接，另一端與呼吸面罩通過銷釘連接，銷釘?shù)哪┒税惭b有圓環(huán)，用于拔銷，輸氣管與儲(chǔ)氣罐和呼吸面罩的連接處還分別安裝有硅膠膠圈，用于防止氧氣泄露；輸氣管上靠近儲(chǔ)氣罐的一端安裝有調(diào)壓閥；

10、進(jìn)一步地，所述呼吸面罩包括面罩本體，面罩本體的后部?jī)啥朔謩e安裝有固定部，面罩本體的側(cè)部一端安裝有進(jìn)氣口，進(jìn)氣口的端部安裝有第三瓣膜式單向閥，進(jìn)氣口通過輸氣管連接儲(chǔ)氣罐，另一端安裝有出氣口，出氣口的端部安裝有第四瓣膜式單向閥，面罩本體的內(nèi)部安裝有第一擋板，第一擋板通過心軸固定有第二擋板，心軸位于面罩本體的中線左側(cè)；當(dāng)氣壓恒定時(shí)，第一擋板位于進(jìn)氣口處，用于阻礙氧氣進(jìn)入面罩本體的內(nèi)部，第二擋板位于出氣口處，用于阻礙氣體通過出氣口排出；當(dāng)氣壓不恒定時(shí)，心軸用于帶動(dòng)第一擋板和第二擋板旋轉(zhuǎn)；

11、進(jìn)一步地，所述固定部的一端安裝面罩本體，另一端安裝有佩戴帶，用于將呼吸面罩固定在頭部。

12、第二方面，本發(fā)明還提供了一種基于膜分離技術(shù)的便攜式制氧呼吸方法，基于上述的一種基于膜分離技術(shù)的便攜式制氧呼吸裝置，包括以下步驟：

13、開啟動(dòng)力裝置，外部氣體通過第二瓣膜式單向閥進(jìn)入氣缸，動(dòng)力裝置帶動(dòng)推桿，推桿帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使外部氣體加壓形成高壓氣體；

14、高壓氣體穿過富氧分離膜在出氣端的內(nèi)部產(chǎn)生氧氣，氧氣通過第一瓣膜式單向閥進(jìn)入儲(chǔ)氣罐；

15、儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氧氣通過輸氣管進(jìn)入呼吸面罩，通過呼吸面罩進(jìn)行呼吸；

16、進(jìn)一步地，所述動(dòng)力裝置包括往復(fù)電機(jī)，往復(fù)電機(jī)的底部安裝有電源；

17、所述開啟動(dòng)力裝置，外部氣體通過第二瓣膜式單向閥進(jìn)入氣缸，動(dòng)力裝置帶動(dòng)推桿，推桿帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具體包括：

18、開啟電源，往復(fù)電機(jī)啟動(dòng)，外部氣體通過第二瓣膜式單向閥進(jìn)入氣缸，往復(fù)電機(jī)帶動(dòng)推桿，推桿帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

19、進(jìn)一步地，所述呼吸面罩包括面罩本體，面罩本體的側(cè)部一端安裝有進(jìn)氣口，進(jìn)氣口的端部安裝有第三瓣膜式單向閥，進(jìn)氣口通過輸氣管連接儲(chǔ)氣罐，另一端安裝有出氣口，出氣口的端部安裝有第四瓣膜式單向閥，面罩本體的內(nèi)部安裝有第一擋板，第一擋板通過心軸固定有第二擋板；

20、所述儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氧氣通過輸氣管進(jìn)入呼吸面罩，通過呼吸面罩進(jìn)行呼吸，具體包括：

21、當(dāng)進(jìn)行吸氣時(shí)，面罩本體內(nèi)的氣壓減小，第一擋板和第二擋板通過心軸進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，進(jìn)氣口開啟，氧氣通過進(jìn)氣口端部的第三瓣膜式單向閥進(jìn)入面罩本體的內(nèi)部；

22、當(dāng)進(jìn)行呼氣時(shí)，面罩本體內(nèi)的氣壓增大，第一擋板和第二擋板通過心軸進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，出氣口開啟，呼出的氣體通過出氣口端部的第四瓣膜式單向閥排出至外部。

23、上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)勢(shì)或者有益效果：

24、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于膜分離技術(shù)的便攜式制氧呼吸裝置，通過氣缸式增壓，克服了氣泵式增壓在氧氣稀薄地區(qū)的低壓環(huán)境下增壓能力有限，不能完全達(dá)到膜分離技術(shù)要求壓差的缺點(diǎn)；供氧裝置通過一體化外殼，能夠提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度；通過富氧分離膜、第一瓣膜式單向閥和第二瓣膜式單向閥等，能夠高效分離出富含氧氣的氣體，并將其收集到儲(chǔ)氣罐中，能夠提高制氧效率，還能夠確保氧氣的純度，保證富氧（30%左右）的提供；通過采用瓣膜式單向閥，模仿心臟供血的工作原理，保證氣體在單向流動(dòng)的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提升了設(shè)備的可靠性。

25、進(jìn)一步地，在氧氣稀薄地區(qū)的低壓低氧環(huán)境下利用供氧裝置的工作產(chǎn)熱對(duì)電源進(jìn)行保溫，提升放電效率。

26、進(jìn)一步地，通過設(shè)置充電口，能夠提高裝置的續(xù)航能力，保證裝置的使用有效運(yùn)行。

27、進(jìn)一步地，通過在銷釘?shù)哪┒税惭b圓環(huán)，用于快速拔出，便于裝置失效時(shí)快速拔銷拆解，防止阻礙呼吸；硅膠膠圈作為一種高彈性、耐老化的密封材料，能夠緊密貼合在連接處和銷接處，有效阻止氧氣在傳輸過程中的泄露，對(duì)于在氧氣稀薄地區(qū)的低壓低氧環(huán)境下需要依賴呼吸裝置進(jìn)行呼吸支持的人員來說尤為重要；通過可拆卸連接，可以使部件之間輕松地拆分和組合，使得整體體積和重量得以優(yōu)化，便于用戶攜帶；無論是徒步旅行者、登山愛好者還是緊急救援人員等，都能輕松地將裝置放入背包或攜帶箱中，隨時(shí)準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)缺氧環(huán)境，極大提升了整個(gè)裝置的便攜性。

28、進(jìn)一步地，通過在進(jìn)氣口和出氣口分別配備第三瓣膜式單向閥和第四瓣膜式單向閥，確保了氣體的單向流動(dòng)，能夠避免在呼吸過程中氣體在呼吸面罩內(nèi)無效循環(huán)，提高了氧氣的利用率和呼吸效率，特別是在缺氧環(huán)境下，能夠迅速響應(yīng)氣壓變化，為用戶提供穩(wěn)定的氣流；通過心軸、第一擋板和第二擋板的設(shè)置，根據(jù)吸氣和呼氣使氣壓變化時(shí)產(chǎn)生力矩，能夠靈活控制進(jìn)氣口和出氣口的開啟與關(guān)閉，確保了呼吸過程的流暢性和高效性，減少了呼吸阻力，提高了用戶的舒適度。

29、進(jìn)一步地，通過安裝佩戴帶，用于將呼吸面罩固定在頭部，在保證氣密性前提下，還能夠提高舒適度。

30、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于膜分離技術(shù)的便攜式制氧呼吸方法，通過動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)外部氣體進(jìn)行加壓，形成高壓氣體，高壓氣體穿過富氧分離膜時(shí)，由于氧氣分子在膜中的滲透率高于其他氣體分子，從而在出氣端內(nèi)部富集產(chǎn)生氧氣，這一過程高效且連續(xù)，能夠快速提供高濃度的氧氣。

31、進(jìn)一步地，通過在需要時(shí)隨時(shí)開啟電源，啟動(dòng)往復(fù)電機(jī)，即可開始制氧和呼吸過程，適用于戶外探險(xiǎn)、高原旅行、緊急救援等場(chǎng)景，為用戶提供了即時(shí)的氧氣支持。

32、進(jìn)一步地，呼吸面罩內(nèi)的第一擋板和第二擋板通過心軸的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)氣口和出氣口的自動(dòng)開啟與關(guān)閉，使得呼吸面罩能夠根據(jù)用戶的吸氣和呼氣動(dòng)作進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，無需額外的電力或機(jī)械輔助，提高了呼吸的流暢性和自然性；在吸氣時(shí)，進(jìn)氣口自動(dòng)打開，允許來自儲(chǔ)氣罐的氧氣進(jìn)入面罩內(nèi)部，而在呼氣時(shí)，出氣口自動(dòng)開啟，同時(shí)進(jìn)氣口關(guān)閉，通過第三瓣膜式單向閥和第四瓣膜式單向閥防止呼出的廢氣重新被吸入，有效提高了氧氣的利用效率，減少了不必要的氧氣浪費(fèi)。