Hypoxic room system and equipment for Hypoxic training and therapy at standard atmospheric pressure
ABSTRACT
A hypoxic room system for hypoxic training or therapy is provided which simulates oxygen-depleted mountain air. The system employs an oxygen content-reducing device (hypoxicator) which supplies oxygen-depleted air to a hypoxic training room communicating with the device and having ventilating openings for equalizing atmospheric pressure inside the hypoxic room. The system may be applied to interior space inside any structure. The hypoxicator may employ a membrane air-separation principle or a molecular sieve pressure-swing adsorption process.
FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to equipment for providing oxygen-depleted air to a user for hypoxic training or therapy whereby a low-oxygen mountain air of different altitudes is simulated, and more particularly, to such equipment which regulates oxygen content and the humidity of the oxygen-depleted air being delivered for non-contact inhaling by a user.
Hypoxic training activates the immune system and protective forces of the organism, and is used for medical, health and fitness purposes. Hypoxic training is a drug-free alternative for treatment and prevention of cardiopulmonary, gastrointestinal, gynecological, skin and ocular diseases, as well as various types of allergy, neurological disturbances, and other diseases. Hypoxic Training is also successfully used for increasing strength, endurance, vitality and resistance to various diseases of healthy people and athletes.
DESCRIPTION OF THE PRIOR ART
European Patent EP 0472 799 AL shows one type of the apparatus for Hypoxic Training on the market. The apparatus employs a powerful compressor to force air through hollow polyfiber membranes in order to provide an oxygen-depleted gas mixture to the user.
This apparatus has a number of disadvantages including excessive weight and noise level and higher than atmospheric pressure of the delivered gas mixture as well. But the main disadvantage of this and other currently available machines is the necessity of sterilization or disposal of the contaminated elements of the respiratory system and the possibility of contamination of the entire system.
The invention presented here is free of these disadvantages and provides for safe multiple use without the need to sterilize any part of the system.
SUMMARY OF THE INVENTION
A principal object of the present invention is to provide equipment for simulating oxygen-depleted mountain air of different altitudes--preferably from 5,000 to 20,000 ft--which is necessary for hypoxic training or therapy.
Another object of the invention is to provide a system for hypoxic training and therapy consisting of a closed room having ventilating openings which communicates with a device which supplies oxygen-depleted air or nitrogen, establishing hypoxic and, if necessary, hypobaric or hyperbaric conditions inside this closed room.
A further object of the invention is to provide a collapsible hypoxic training room which may be installed in any facility and having sufficient ventilation openings in order to automatically maintain normal or hypobaric atmospheric pressure inside.
Yet a further object of the present invention is to provide a device for depleting the oxygen content of the air inside the hypoxic training room employing membrane-separation or molecular sieve-separation principles whereby an oxygen-depleted air is delivered inside a hypoxic training room for a non-contact inhalation.
A further object of this invention is to provide equipment for simulating oxygen-depleted mountain air inside a training or therapy room where the oxygen content, humidity, and temperature of such air can be regulated depending on a training or therapy protocol and a users condition by means of manual or computerized-logic control.
Another object of this invention is to provide equipment, its installation scheme and a method for establishing hypoxic and optional hypobaric or hyperbaric conditions inside any suitable room or structure with specific ventilation conditions.
A further object of the invention is to provide a system for hypoxic training which includes exercise equipment as its integral part.
Yet another object of the invention is integrating of hypoxic training system inside a motor vehicle or other means of transportation in order to fight drowsiness and increase attentiveness of their operators.
The several embodiments presented here employ varying combinations of equipment for supplying an oxygen-depleted gas mixture for hypoxic training or therapy which requires an air composition preferably with 7% to 15% of oxygen and 93% to 85% of nitrogen.
Each embodiment presented here may be incorporated into an air-conditioning system of any room, building or structure using the systems ventilating ducts and equipment for delivery hypoxic gas mixture.
DESCRIPTION OF DRAWINGS
FIG. 1 shows a simplified view of the preferred embodiment and the invention.
FIG. 2 is schematic view of the preferred embodiment wherein an oxygen-enriched gas mixture
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
标准大气压下低氧训练和治疗系统及设备
摘要：
一种低氧训练或治疗的缺氧室系统模拟出贫氧的高海拔山区空气。该系统采用氧含量减少装置（hypoxicator）提供贫氧空气给带有通讯设备的低氧训练室，并具在缺氧的房间有个通风孔用于平衡大气压力。该系统可应用于任何建筑的室内空间。低氧发生器可以采用的空气膜分离原理或分子筛变压吸附的方案来实现。
(一)研究的领域：
此项论文是研究一种提供贫氧空气的设备，该设备可以帮助用户低氧训练或治疗。模拟不同海拔高度的低氧低气压空气。这种设备的特点是通过调节空气中的氧含量和湿度，以非接触的方式传递给需要呼吸的用户。
低氧训练用于医疗能够激活免疫系统和机体的保护力，实现恢复病人健康和增强体质的目的。低氧训练是一种治疗和预防心肺，胃肠道，妇科免费的替代药物，皮肤和眼部疾病，以及各种类型的变态反应，神经紊乱，和其他疾病。低氧训练也成功地用于增加强度，耐力，活力和抵抗各种疾病的健康人和运动员。
现有技术的综述。
欧洲专利EP0472799 AL表明市场上有一种设备能进行低氧训练。该装置采用了一个强大的压缩机通过氧气分离膜来过滤空气以提供贫氧的气体混合物给用户。
这种装置具有许多缺点，例如体积过重、噪声比较大以及输送气体的混合物比大气压力更大。但其他当前可用的这类机器的主要缺点是灭菌呼吸系统的污染元素以及处理整个系统的污染方面的可能性或处置的可靠性不太理想。
这里介绍的本发明是没有这些缺点，并提供了用于安全多次使用，而不需要消毒该系统任何部分。
(二)研究的目的：
1. 此项研究的一个主要目的是提供设备，模拟不同海拔高度从而产生不同氧气含量的空气 - 最好从5000到20000英尺，这是必要的低氧训练或治疗的呼吸环境。
研究的另一目的是提供一种低氧训练和由具有通风孔，与设备供应所需氧气的空气或氮气进行封闭室治疗系统，建立缺氧环境。如果有必要，这个封闭的房间最好是在低压或高压条件下。
2.研究的另外一目的是提供一个可折叠的可安装在任何设施的低氧训练室系统，有足够的通风孔来自动维持正常或低压气压。
然而，本发明的另一目的是提供一种装置，采用膜分离或分子筛分离原理用于消耗空气中的氧，在低氧训练室降低氧含量，把贫氧的空气送到一种非接触式的吸入低氧训练的房间内。
3.研究的另一方面是提供一种设备模拟贫氧山区里面的空气训练或治疗房间里的氧气含量，湿度，和空气温度并且可以进行调节，根据训练或治疗需求以及用户的身体情况手动或电脑逻辑控制装置。
4.本发明的另一目的是提供设备，能够在任何合适的房间或结构与特定的通风条件下，建立低氧和低压或高压环境的安装解决方案。
5.本发明的另一目的是提供一种低氧训练系统，其组成部分包括锻炼设备。
6.本发明的另一目的是整合汽车或其他运输工具上的低氧训练系统，抵抗睡意和增加他们的操作员的注意力。
这里介绍的几个实施例中采用不同的设备组合，低氧训练或治疗需要一个空气组合物，这种气体优选7%至15%的氧气和93%至85%的供氮贫氧混合气体。
这里介绍的各实例可以被嵌入任何一个房间的空调系统，使用该系统的通风管道房屋或建筑结构，以及产生低氧混合气的设备。
附图说明
图片1，展示了本发明优选实施方案的一个简图。
图2是优选的实施方案，其中富氧气体混合物从系统中提取的示意图。
图3示出本发明另一个与外部安装一个低氧发生器的实施方案的示意图。
图4示出另一个替代实施方式的示意图。
图5示出一个膜型低氧发生器的示意图。
图6示出的分子筛型低氧发生器的示意图。
图7示出一个替代的分子筛型低氧发生器的示意图。
图8示出的本发明缺氧室系统，包括锻炼设备，计算机控制单元，湿度和温度控制部，氧含量传感器和脉搏血氧计。
图9示出的建筑用并入建筑物的空调系统低氧发生器的简化视图。
图10示出一个车用后置的仪表板掺入低氧发生器的简化视图。
（三）论文的阐述：
本发明的目的是提供一套设备模拟不同海拔高度贫氧地区的空气，并按照用户需求提供一个非接触吸入低氧训练或治疗方案。
该系统由两个主要模块：一个低氧发生器（供应氧气含量低的空气或氮气控制单元装置）和低氧训练室，两者互相协调使用。
1.具体方案的介绍：
图1显示了一个优选实施案例10的简化设计，图2显示的相同的实施案例的工作原理示意图。一个可折叠的低氧训练室11具有软或硬壁优选在金属或塑料框架19的透明玻璃或聚合物材料的支持和配备一门12，顶棚13和一个可选的楼层平台。有许多类型的类似房市场目前的“洁净室”或“吸入室”和自由的行业，单一的公司生产，洁净室产品公司，clestra cleanroon，公司和许多其他公司。他们中的大多数都适合在这里发明，只需要一些改变，如通风和安装孔。
一个低氧发生器（箭头15）采用大致相同的工作原理为是在医疗领域中众所周知的膜型或分子筛型氧气浓缩方案，把环境空气分离成富氧和富氮两个级分。我们的低氧发生器和传统的氧浓缩之间的主要区别在于，用氧浓缩装置收集富氧气体混合物，并用低氧发生器将该混合物与氮浓缩物释放到大气中。对富氮的气体混合物的使用量和氧浓缩物进行配比处理。在本发明中提出的低氧发生器也是更高效，不需要很多在氧浓缩装置中的必要元件。在本发明中，我们使用一个定制低氧发生器与膜或分子筛空气分离单元，在图5和6中示出， 本文后面有所介绍。
所述低氧室（图11）内安装了低氧发生器（图15）吸取内部的室内空气通过一次性过滤灰尘和摄取（图示16）细菌并将其分离通过设置输出（图示17）和氮、氧的浓缩物通过输出端（图示18）被排出内室（图示11）。
恒定的气体混合物从房间11通过输出端17输出和同样的数量新鲜空气是通过通风孔14聚合，保持房间11内的标准大气压力。空气流量开口14必须大于通过低氧发生器（图示15）产生的氧气集中时最大流量。这将允许一个更大气压在缺氧室11。
该系统具有明显的优势——它允许在不同海拔高度的环境在现实中存在，即低压条件的仿真，来实现低氧训练和治疗是重要的的。为此，通风孔14可以配备减压阀允许创建房间11内的一个必要的压力差。在这种情况下最好是减少开口14的一个或两个尺寸较大的数。这些阀门（或开关）应结合房间压力监测和控制的计算机控制单元，将内部空气压力，按照11室的氧含量水平来完美模拟山不同海拔高度空气条件。适用于低压阀门与一个极为敏感的压力监测室（模型RPM-1）和其他必要的配件都来自MODUS设备公司。
低氧发生器15的性能必须足够来降低空气中的氧含量的室11内要在期望的时间量达到期望的水平。优选的是那些能够每分钟产生至少15立方英尺（450升）90％的纯度的氮气，应该是足够满足一个人的训练室的。对于较大的房间更高效低氧发生器应该被使用安装一个闸室的入口处，以便应对频繁门开口，从而节省能源。没有必要让缺氧室的门，墙壁和天花板绝对不透气，并且也可以不需要一个地板平台。
如图8所示，缺氧室必须配备一个氧传感器22和氧耗尽报警器21。适用于那些的器件由微动开关制造公司（霍尼韦尔分部），仕富梅Matheson气体产品Sensormedics公司，enmet公司和其它厂家生产。
氧含量传感器不断测量房间的氧含量，并将数据传输给计算机控制单元（未示出），计算机控制低氧发生器45的动作，根据训练或治疗方案来达到和保持理想的空气参数。
为低氧训练或治疗优选的氧含量控制医疗用参数在7%到13%的，健身目的公共使用范围11%到15%。
用于医疗目的是使用脉搏血氧仪23测量血氧饱和度也是必要的——氧血饱和度，最好是指型。生产脉搏血氧仪的有Nellcor欧美达制造公司，班纳特清教徒SIMED公司。
该血氧计23安装在用户的手指不断的传输脉率和血氧饱和度等数据到计算机控制单元21控制单元能够选择最适合用户运动健身设备24的缺氧参数。
温度和湿度控制单元20，如图8所示可以安装在系统中，控制11个房间内的湿度和温度。
当房间11被使用并且门12关闭时，低氧发生器15通过进口16吸入室内空气，通过输出端18只返回贫氧的气体混合物，分离氧浓度通过输出端17排到室外11空气中。新鲜空气通过通风孔14均衡大气压力室11，并且和输出端18气体混合，形成贫氧的空气。房间11内的氧含量水平的空气预设的比例由计算机控制单元控制，根据训练或治疗方案和用户的情况实时维持在一定水平。
本发明的另一大优势是逐渐降低模拟室内部空气中氧气的含量，在此期间可以更好地适应缺氧条件，消除了缺氧休克。设备工作过程中计算机控制单元不断通知用户关于他达到模拟高原的海拔高度。
用户在训练或治疗期间产生的二氧化碳，由于其较高的密度可以通过位置较低的端口16从室11中移除。因为它比氧气和氮气具有更高的渗透性，，二氧化碳速度更快地穿过氧分离膜并且通过输出口17完全从低氧发生器 15排放到大气中。在分子筛型案例中，二氧化碳仍然与氧聚合并且被完全消除。
当房间11达到所需的氧含量水平，并且计算机控制单元有效地控制低氧发生器15的用户不断产生的二氧化碳完全从室11中排除。
过多的水分会从室11除去，因为水蒸气渗透率高可以透过氧分离膜，但由于存在通风开口和水蒸汽的动力学性质内室11的空气的湿度将不断恢复。
图3显示一替代实施方案例30的原理图，与优选方案不同，它仅仅通过低氧发生器35外部安装。在低氧训练室31的空气通过进气口36进入低氧发生器35中，其中分离成富氧通过输出端37和贫氧的气体混合物汇聚，再通过输出38返回房间31。所有其他部件和设备和优选实施例中相同。
图4显示了进一步的替代实施例40，所述贫氧空气抽在房间41。低氧发生器45更适合安装在房间41的室外。通过进气口46的粉尘过滤器从外部吸入空气，通过输出端48调制富氧气体混合物浓度，然后通过输出端47把贫氧空气输送入房间41。
在本实施例中，通风孔44最好应该安装在房间的墙壁的下面一点，这样才能够让二氧化碳被排出去。通风孔44的空气流量必须大于低氧发生器45的最大功率传入的气体混合物的流量，因为要在低氧训练室41保持正常的大气压力。
这一替代实施方案中需要一个加湿器来还原干燥气体混合物的湿度以达到要求的数值。这是必要的因为水蒸气更容易渗透氧分离膜使滞留的贫氧混合物太干燥，不能满足的使用要求。在分子筛分离水蒸气的情况下也是与氧气一起去除的。
加湿器的首选类型是一种广泛应用于空调系统盘喷雾器，并且可以利用进来的空气流产生可以瞬间蒸发的微细水雾。其他在市场家中或办公室用的加湿器在本发明中也是可以使用的，可以单独安装在缺氧室的内部或外部。所有其他部件或设备和优选实施案例是相似的。如果有必要的话，容易建立高压条件，在通风孔44使用由一个压力监测器和计算机控制的高压阀，类似于优选实施案例。
图5显示了薄膜型低氧发生器50的设计原理图设计和工作原理图。压缩机51吸入周围的空气，并且通过出口52进入膜分离单元53，其中53处分离出渗透性的富氧和滞留压缩空气（除去氧）。渗透性气体是通过真空泵54从出口56排出，滞留物通过缺氧室里面的管道55排出的（图中未显示）。
为了提高分离单位53工作效率，安装了真空泵54。当然了，不安装的话系统也能工作。在这种情况下，一个高效的真空泵54必须达到最高等级来穿过空气分离膜的分离单元53。否则，风扇或鼓风机可用来代替压缩机50。
最适合这项发明的是托马斯wobl双活塞压缩机（1207和2807系列）和托马斯wobl活塞或旋转真空泵（16 tf25，和27
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[505373]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
