高原辅助呼吸装置的制作方法

本发明涉及辅助呼吸装置，特别是适用于高原低压地区的高原辅助呼吸装置。

背景技术：

1、在高原地区中，空气中氧气、氮气占比与平原相似，但氧分压远低于平原，从而带来高反等疾病。2006年，罗二平教授等提出《便携式高原呼吸增氧装置及其应用》（以下简称呼吸增氧装置），将高原气体加压，压缩至常压的气体时，加压气体理论上与平原气体相同，再以加压吸气方式以满足机体吸氧需求。然呼吸装置如何将压缩气体转移至机体，是原授权专利中忽视的技术问题。肺部的扩张吸气，在常压环境下认为是靠机体“吸”进去的；呼吸增氧装置提供的常压气体，似乎也理所当然的认为机体能吸进去。然而现实的情况却不是这样的。假如在海拔3600米的高原（气压约为0.7标准大气压），呼吸增氧装置内存在1升的常压气体，而机体单次吸气0.5升。那么相当于1.0升的常压气体膨胀了，若膨胀至1.5升，则此时肺部气体的气压不到0.7标准大气压。加压后的气体难以气压相对稳定的转移，是呼吸增氧装置难以发挥理想效果的主要原因。如何解决这个问题，储压器（专利申请号2023100788004）、储气器（2023105945622）可解决气体稳态转移的问题。虽两发明均提及可解决高原反应，但又不限于解决高原反应，上述两发明中未具体阐明如何运用储压器、储气器克服高反的技术方案。本发明就利用上述储压器、储气器中展示的技术方案予以应用化的衍生发明，展示其在解决高反这一具体技术领域中的价值。

技术实现思路

1、本发明的构思均是站在呼吸增氧装置的角度，如何实现气体量变化而气压相对稳定，或者更进一步，腔体能不能在吸气时气压上升、呼气时气压下降。本发明是通过稳定压强的方式稳定气压，具体的技术路径主要通过重力作用、液压作用单独或组合形成的高原辅助呼吸装置用于解决高反问题。与现有技术相比，本发明具有装置简单、使用成本低廉、副作用小等优点。

2、第一种高原辅助呼吸装置的结构包括装有液体（液体可采用水、液体合金等）的壳体，所述壳体内部设有吸气腔体、呼气腔体，当所述腔体内含有气体且腔体浸没于液体中时，气体受到周围液体挤压，通过调节腔体所处液体深度进而控制腔体内气体气压。腔体可以是一个固定在液体深处的一个橡胶气球，也可以与壳体一体化设计，像一个倒扣的水杯等。作为吸气腔体，其气腔容积要大，若单次吸气0.5升，则气腔容积最好留有一定裕量、大于0.5升（除非空气压缩机输气量很大，腔体容积可小于单次吸气体量）。所述吸气腔体位于呼气腔体下方，吸气腔体内的气压略大于呼气腔体，有以下考虑：吸气会一定程度降低液面高度、升高气液交界面，则吸气会略微使气压降低。而不断的充气行为会使吸气气腔气压回升至吸气前的状态。若呼气至吸气腔体内，在气压差不大的情况下机体可以在吸气气腔内同时实现吸气和呼气行为，但这相对而言耗费体力。将呼气腔体置于吸气腔体上方，系考虑到提高呼气的低负担性。但若直接呼气至环境，则容易使面罩内气压骤降，气压差过大。人体内也有气压，体内外气压差过大对耳部等敏感部位具有一定副作用。以上系储气器的结构。所述空气压缩机与吸气腔体通过通气管连接，打开空气压缩机往吸气腔体内输送气体。此处使用压缩机的目的是为了将气体运输至相对环境气压更高的吸气腔体内。腔体内气压大小，并不取决于空气压缩机，而是取决于周围液压。所述面罩通过通气管分别与吸气腔体、呼气腔体连接，所述自动控制器当检测到吸气动作终止（包括检测到呼气动作开始）时，面罩与呼气腔体间的通气通道打开（同时闭合与吸气腔体连接的通气管），此时吸气腔体是一个相对隔绝环境的密闭空间，空气压缩机往吸气腔体空间内输送气体为下一次吸气准备。所述自动控制器当检测到呼气动作终止（包括当检测到吸气动作开始）时，面罩与吸气腔体间的通气通道打开，此时呼气腔体是一个相对独立的气体空间。为了防止液体倒灌，使用时，壳体可放于相对低位，佩戴者位于相对高位；或增设止逆阀防止液体倒灌设备。

3、第二种高原辅助呼吸装置的结构包括装有液体的壳体，所述壳体内设有包括隔档的呼吸腔体，所述呼吸腔体随腔体内气体量增加，在隔档的调节下，腔体上浮以降低腔体内的气压值、随腔体内气体量减少，在隔档的调节下，腔体下沉以增高腔体内的气压值，以上系储压器结构。隔档如何调节腔体内气压在现有技术中已详有说明，不再赘述。所述呼吸腔体优先采用倒“u”型结构，当气体过多时通过下浮溢出腔体上浮至液面而释放。所述空气压缩机与呼吸腔体通过通气管连接，所述面罩通过通气管分别与呼吸腔体连接。当腔体内气体减少时，可视为进行了吸气，气压增加；当腔体内气体增加时，可视为空气压缩机在供气为下一次吸气准备，同时期间将发生呼气行为，气压降低，也便于呼气。如此吸气气压略高、呼气气压略低，使机体低负担呼吸（耗费较少体力完成呼吸）。相对于第一种高原辅助呼吸装置，本装置的储压器机构比储气器结构复杂，设有隔档装置，然相比较而言，自动控制器的成本比隔档的成本更高，故在追求低负担的呼吸下，本结构更具有成本优势。

4、第三种高原辅助呼吸装置的结构包括设有运动滑轨的壳体，所述运动滑轨上设有可上下运动的隔档，隔档和运动滑轨间可通过齿轮结构密切连接，使隔档与运动滑轨间运动时能减少运动摩擦力，在需要保持密闭状态下也能实现相对的密闭功能（运动滑轨穿过整个隔档的情况下需要考虑滑轨与隔档间相对接触密闭）。所述隔档与壳体间设有软质隔膜，隔膜具有小幅弹性，隔膜在隔档与壳体间呈现为倒“u”型结构，所述隔档、隔膜下方的壳体形成一个密闭的呼吸腔体，通过隔档重力大小选择、壳体横截面大小共同控制呼吸腔体内气压。在隔档重力确定的情况下，壳体上方横截面相较壳体下方横截面更大，使呼吸腔体内气体越多时气压越小，气体越少气压越大。所述运动滑轨上方设有凹槽，隔档运行至凹槽处时，凹槽破坏下方气体空间的密闭性，实现对外排放气体，所述空气压缩机与呼吸腔体通过通气管连接，所述面罩通过通气管与呼吸腔体连接。与隔膜接触的壳体上可设有众多小孔，使壳体与隔膜间不会存在气体鼓包。与第一第二种高原辅助呼吸装置相比，本装置不依赖液体深度，装置能更小巧，从而更具有携带便利性。

5、作为进一步改进，将第三种重力控压技术与第一种或第二种高原辅助呼吸装置结合。基于完全采用液压控制气压，在液体采用常用的水为介质时，1个标准大气压的压差需要10.33米的液体高度。0.3个标准大气压也要3米左右的液体深度。而单纯使用重力控制气压，在提高呼吸机体低负担性上不如液压灵活，特别是当装置有多人共同使用时吸气腔体与呼气腔体分离更为优选方案或必选方案。在两种装置叠加下，可有效降低需要的液压高度，保持腔体设计灵活性。具体结构为：壳体上方加设有运动滑轨，所述运动滑轨上设有可上下运动的隔档，所述隔档与壳体间设有软质隔膜，所述隔档、隔膜下方、液体上方形成一个密闭的气体空间，所述运动滑轨上方设有凹槽，隔档向上运行至凹槽处时，隔档与运动滑轨间因凹槽的出现而使隔膜下方、液体上方的密闭气体空间与外界连通，部分气体（液体上方的气体）对外排放气体。当气体排放后，基于内部气体减少，无法支撑隔档位于高位状态，隔档会在重力作用下再次下降而停止排气。在该体系下，空气压缩机输入气体，凹槽排放气体，实现呼吸装置内气体与外界的循环，保障呼吸气体的新鲜性。

6、作为另一项改进，基于机体从呼吸环境气体（如环境气体为0.7标准大气压）到呼吸设定气压气体（如0.9标准大气压）间存在较大的气压差，人体从呼吸环境气体到设定气体间需要有一个气压的过渡。故在第一、第二种采用液压深度控制气压的高原辅助呼吸装置上可增设升降装置，所述腔体（包括吸气腔体、呼气腔体和呼吸腔体）通过升降装置实现在液体中的深度调整。当开始使用时腔体缓慢进入液体深度，以机体（机体包括人等生物）缓慢适应气压差变化，使机体内外气压差始终保持在可接受范围内；当终止使用时腔体缓慢上升以降低液体深度，同样时机体适应外部环境。作为等效替代，部分结构下增减液体量亦可以调节腔体相对深度。

7、作为另一项改进，在第一种高原辅助呼吸装置中，当所述与呼气气腔相连的通气管在液体中保持端口朝下时，呼气气腔可取消。通气管保持端口向下的原因是气体的密度较小，当端口超下时，只有当通气管内气体增多时，多余的气体下排释放；若端口朝上等容易导致面罩内气体自行上浮排放而压力失控。当用于呼气的通气管取消时，则取消自动控制器（自动控制器的作用消失）。此时的结构是吸气腔体在用于吸气的同时也用于呼气而变成呼吸腔体，在此结构下，是相对最为简单的高原辅助呼吸装置，具有可靠性高、成本的优点，但相对会一定程度的增加呼气阻力、增加机体呼吸耗能。

8、作为另一项改进，在第二高原辅助呼吸装置中，所述隔档采用轻质浮块时，隔档与呼吸腔体间采用柔性绳连接，并通过调节隔档与呼吸腔体间的柔性绳长短调节腔体深度进而调节腔体内气压值。在未有气体时，隔档与呼吸腔体的综合密度是大于等于液体的。隔档采用浮块，隔档密度小于液体，等效含义为呼吸腔体的密度大于液体。具体在现有技术《储压器及气压恒压器》中说明，不再赘述。柔性绳不仅能起到隔档上拉呼吸腔体的作用，还能通过调节柔性绳在两者间的长度，调节呼吸腔体在液体中深度（作用同升降装置）。为保障呼吸腔体的有效性，当呼吸腔体内在充满气状态下，呼吸腔体（含内部气体）的综合密度亦不能小于液体密度。

9、作为进一步改进，在设有凹槽的高原辅助呼吸装置中，凹槽可以作为排气阀，通过在腔体上增设抽气泵替代凹槽进行排气的功能。此时，可选设凹槽，当选设有凹槽时，凹槽可作为避免气压失控过大时的泄压阀，作为一种安全装置配备。所述隔档质量或者说重力可通过增减配重物调整，在重力控制气压稳定的装置中，隔档越重，平衡的气压越大；隔档越轻，平衡的气压越小。通过增减配重调整与环境间气压差，以适应不同海拔高度，也能使内部气压能根据机体需求增减。

10、作为另一种改进，在重力作用、液压作用组合的高原辅助呼吸装置中，隔膜与液体间的气体量固定，腔体内的气体排放通过抽气泵对外排放。该改进能让储气器拥有储压器一样的气压控制灵活性，能实现在气体减少时气压增大或不变、在气体增加时气压变小或不变的新功能。具体原理在于，当重力作用装置下，下方的液体不具有压缩性，液体上方与液体内部的气体对重力装置而言是等效气体，从内部转移至上部（忽略气体气压轻微变小而产生的体积略微膨胀）对重力作用装置而言气体体积没有变化，但这，对于液压作用的储气器结构是存在作用影响的，会导致气液交界面上升，腔体内气压增加。若腔体内的气体不再通过排放至液面上方通过凹槽对外排放，液体上方的密闭气体量能保持相对固定时（出现轻微变化可另行调节恢复），此时液体内的气体量变化等效作用在液压控制装置和重力作用装置上。气体增加会使重力隔档上升，若重力作用装置的壳体横截面增加，隔档质量不变的情况下平衡气压会下降；储气器内气体厚度增加虽然会导致气液交界面下降，但和液体表面的气压下降进行折抵后，气体增加可以是气压上升、不变或下降。即储气器在结合重力作用装置的情况下，该装置既能降低装置高度要求，又可以增加气体气压灵活性。在进行呼吸时，可选用呼吸腔体为例如2升、3升的腔体容积，一人呼吸使用时一般只会增减1.0升以内的气体量，只要腔体大于呼吸量，则腔体空气压缩机增气、抽气泵排气可独立于呼吸存在，增多少气排多少气（以气体量为单位，气压变化需折算气体体积变化和考虑呼出气体中的水蒸气，即排气增气相同不代表气体体积相同，而是气腔内气体能稳定在一定范围内）。此时应腔体不再直接通过液体排气，可对腔体可以予以密闭处理，比如在倒“u”性刚体腔体底部设有一块与腔体内表面一致的软质橡胶膜，该膜只起到隔绝气液直接接触作用，不影响液体对气体的挤压作用，腔体内气体压力在设有膜前后不会产生变化。

11、作为另一项改进，所述面罩采用头盔外形，使眼耳鼻口外部气体与环境气体物理隔绝，所述面罩上设有紧急通气阀。所述头盔外形是便于保护眼耳等脆弱的器官，使眼耳内外气压差近可能减少。头盔形外形下，前后气压差可抵消掉。颈部的气压差存在难以消除的可能性，此时头顶部对应颈部一样可使头盔与头顶相对密闭接触，头顶部同时开设若干小孔，使头顶部的气压保持与外界气压相同，仅在头部形成一个圆环形对称的密闭气体隔绝空间。因考虑到面罩内相对气体空间密闭，在装置故障时存在窒息可能，故设有紧急通气阀，在遇到窒息风险时通过加装控制系统自动打开或机体自主打开紧急通气阀以呼吸环境气体。