多功能气体混合智能调节一体机及其调节控制方法与流程

本发明涉及气体调节，特别涉及一种多功能气体混合智能调节一体机及其调节控制方法。

背景技术：

1、目前，氢氧调节设备在家庭康养、临床康复、美容康养及消费级等领域得到日益广泛的应用。现有技术中，氢氧发生装置通常采用电解水方式同时制备氢气和氧气，并出于安全考虑将混合气体比例限制在较低水平（如氢气体积浓度不超过4%），以避免氢气爆炸风险。

2、然而，此类设备仅能提供氢气和氧气两种气体，功能单一，无法根据用户不同的健康状况、年龄、体质及使用场景等个性化需求，灵活调节输出气体的种类、比例及流量，也难以在安全可控的前提下实现高浓度氢气的使用应用。更重要的是，现有技术普遍不具备负氧离子发生功能，无法实现氢气、氧气与负氧离子的协同输出，极大地限制了设备的应用场景和使用效果。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种多功能气体混合智能调节一体机及其调节控制方法，旨在集成氢气、预设气体及负氧离子三种功能，并根据用户生理参数或外部指令自适应调节输出气体的比例与流量，提升设备的智能化程度和使用灵活性。

2、为实现上述目的，本发明提出的一种多功能气体混合智能调节一体机，包括：

3、机壳；

4、制气模组，安装于所述机壳内，用于制备预设气体；

5、电解制氢模组，安装于所述机壳内，用于制备氢气；

6、负氧离子发生模组，安装于所述机壳内，用于产生富含负氧离子的氧气流；

7、混合管路，所述混合管路与所述制气模组的输出端、所述电解制氢模组的输出端及所述负氧离子发生模组的输出端连通，用于将预设气体、氢气及负氧离子按需混合并输出至用户端的鼻息或面罩；及

8、主控单元，安装于所述机壳内，所述主控单元分别与所述电解制氢模组、所述制气模组及所述负氧离子发生模组电连接；

9、所述主控单元用于与外部生理监测设备电连接，当接收到外部生理监测设备采集的用户生理参数满足预设条件，根据所述预设条件控制所述制气模组、所述电解制氢模组及所述负氧离发生模块输出对应比例和流量的氢气、预设气体或富含负氧离子的气流；所述外部生理监测设备包括医疗级监测设备及消费级可穿戴设备。

10、在一实施方式中，所述制气模组的输出端设有预设气体输出支路，所述负氧离子发生模组串联设置于所述预设气体输出支路上，用以与所述电解制氢模组的输出端形成物理隔离；

11、在一实施方式中，所述预设气体输出支路上设有预设气体比例调节阀，所述预设气体比例调节阀的输出端与所述负氧离子发生模组连接；所述电解制氢模组的输出端设有氢气比例调节阀；

12、所述多功能气体混合智能调节一体机还包括：

13、末端调节阀，其输入端与所述混合管路的输出口连通，其输出端用于连接至呼吸面罩；

14、氢气流量传感器，设置于所述混合管路的入口处，并与所述主控单元电连接，用于实时检测混合管路前的氢气流量；

15、预设气体流量传感器，设置于所述混合管路的入口处，并与所述主控单元电连接，用于实时检测混合管路前的预设气体流量；

16、所述主控单元还用于根据所述氢气流量传感器和预设气体流量传感器的反馈信号，调节所述氢气比例调节阀和预设气体比例调节阀的开度，以闭环控制输出气体的流量。

17、在一实施方式中，所述多功能气体混合智能调节一体机还包括安装于所述机壳内的多气路切换模块，所述多气路切换模块与所述主控单元电连接，所述多气路切换模块设有三个输入口和一个输出口；第一输入口与所述电解制氢模组的输出端连通；第二输入口与所述制气模组的输出端连通；第三输入口与所述负氧离子发生模组的输出端连通；所述输出口用于连通至末端调节阀或呼吸面罩；

18、所述主控单元还用于控制所述多气路切换模块的三个输入口、一个输出口的开闭，以实现以下至少一种输出模式：纯氢模式、纯预设气体模式、纯负氧离子模式、氢与预设气体混合模式、氢氧负离子混合模式；

19、所述多功能气体混合智能调节一体机还包括多维安全监测模块，所述多维安全监测模块包括：

20、环境氢气浓度传感器，设置于所述机壳上，并与所述主控单元电连接，用于检测设备周围空气中的氢气浓度；

21、红外佩戴检测传感器，设置于呼吸面罩上，并与所述主控单元电连接，用于检测面罩是否与用户面部紧密佩戴；

22、管路压力传感器，设置于混合管路的末端处，并与所述主控单元电连接，用于检测混合管路内的气体压力；及

23、静电检测单元，设置于混合管路的末端处，并与所述管路压力传感器间隔设置，且所述静电检测单元与所述主控单元电连接，用于检测静电积聚；

24、所述多维安全监测模块还包括设置于混合管路的末端的快速泄放阀，所述快速泄放阀用于在异常时将混合气排至室外或催化消氢器。

25、在一实施方式中，所述负氧离子发生模组包括：

26、纯水储液瓶，设置于所述机壳内，用于储存纯水；

27、高压孔板喷嘴，所述高压孔板喷嘴具有进气口和连通进气口的多个出气孔，所述进气口与所述预设气体输出支路连通，用于将带压预设气体从所述进气口吸入，并将其转化为高速射流从多个所述出气孔排出；及

28、撞击板，设置于所述高压孔板喷嘴的前方，用于接受高速预设气体射流的冲击，以使所述高速预设气体射流冲击纯水表面或所述撞击板，产生富含负氧离子的预设气体流。

29、本发明还提出一种采用如上所述的多功能气体混合智能调节一体机的调节控制方法，包括以下步骤：

30、获取外部生理监测设备采集的用户生理参数或接收医生处方输入；

31、根据所述用户生理参数或医生处方输入，实时调节氢气比例调节阀和预设气体比例调节阀的开度以控制混合气体比例，同时实时调节电解制氢模组的电解电流以控制氢气流量、调节制气模组的压缩机功率或转速以控制预设气体流量、以及调节通入负氧离子发生模组的预设气体流速以控制负氧离子流量；

32、将制备的氢气与预设气体或富含负氧离子的氢预设气体流混合后输出至用户端的鼻息或面罩。

33、在一实施方式中，所述根据所述用户生理参数或医生处方输入，实时调节电解制氢模组的电解电流以控制氢气流量、调节制气模组的压缩机功率或转速以控制预设气体流量、以及调节通入负氧离子发生模组的预设气体流速以控制负氧离子流量的步骤包括：

34、根据用户设定的目标总流量以及由所述用户生理参数或医生处方输入所确定的目标氢气浓度，计算氢气需求流量、预设气体需求流量以及负氧离子需求流量；

35、根据所述氢气需求流量、预设气体需求流量以及负氧离子需求流量，同时向氢气比例调节阀、预设气体比例调节阀、电解制氢模组、制气模组以及负氧离子发生模组发送控制信号；

36、所述氢气比例调节阀和预设气体比例调节阀依据所述控制信号动作至对应开度，所述电解制氢模组依据所述控制信号调节电解电流以匹配所述氢气需求流量，所述制气模组依据所述控制信号调节压缩机功率或转速以匹配所述预设气体需求流量；所述负氧离子发生模组依据所述控制信号调节通入所述负氧离子发生模组的预设气体流速。

37、在一实施方式中，所述主控单元采用串级pid控制策略执行根据所述用户生理参数或医生处方输入，实时调节电解制氢模组的电解电流以控制氢气流量、调节制气模组的压缩机功率或转速以控制预设气体流量、以及调节通入负氧离子发生模组的预设气体流速以控制负氧离子流量的步骤，所述串级pid控制策略包括：

38、第一pid环路，用于获取目标预设气体流量与实际预设气体流量的偏差值，并根据该偏差值调节所述预设气体比例调节阀的开度，以稳定预设气体的流量。

39、在一实施方式中，根据所述用户生理参数或医生处方输入的步骤包括：

40、根据所述用户生理参数或医生处方输入，判定当前应进入的工作模式，所述工作模式包括常规模式和高氢使用模式；

41、当所述用户生理参数满足预设条件或接收到医生处方输入时，判定当前应进入的工作模式为所述高氢使用模式；否则，判定当前应进入的工作模式为所述常规模式；

42、所述预设条件包括外部生理监测设备的血氧饱和度低于预设阈值且心率异常持续超过第一预设时长。

43、在一实施方式中，在所述常规模式下，根据用户输入的指令或预设程序，控制多气路切换模块选择性地输出纯氢模式、纯预设气体模式、纯负氧离子模式、氢与预设气体混合模式或所有气体混合模式中的至少一种；其中，当选择氢与预设气体混合模式或所有气体混合模式时，限制输出气体中氢气体积浓度不超过第一预设浓度；

44、当在不同输出模式之间进行切换时，所述主控单元先将输出气体切换至纯预设气体模式过渡缓冲，待比例阀开度调整到位后再切入目标输出模式；

45、当用户选择纯氢模式时，所述主控单元在接收到医生处方输入并确认安全的条件下，控制多气路切换模块仅输出氢气，并启动安全监测策略。

46、在一实施方式中，所述工作模式还包括安全模式；

47、在将制备的氢气与预设气体或富含负氧离子的预设气体流混合输出至用户的过程中，实时监测以下至少一项安全参数：环境氢气浓度、面罩佩戴状态、管路压力、静电积聚、电解槽温度、纯水箱水位、纯水水质、机壳倾斜角度；

48、当监测到任一安全参数超出对应的安全阈值时，立即中断当前工作模式，强制切换至所述安全模式；

49、在所述安全模式下，关闭所述电解制氢模组的电解电流以停止产生氢气、保持所述制气模组的压缩机功率或转速以及保持通入负氧离子发生模组的预设气体流速，以保持预设气体或富含负氧离子的预设气体流输出，并打开快速泄放阀排空管路中的残余氢气。

50、本发明的技术方案通过集成制气模组、电解制氢模组及负氧离子发生模组，并设置混合管路与主控单元，实现了氢气、预设气体及负氧离子的协同制备与混合输出；同时，主控单元根据外部生理监测设备采集的用户生理参数或医生处方输入的外部指令，实时调节氢气比例调节阀和预设气体比例调节阀的开度、电解制氢模组的电解电流、制气模组的压缩机功率或转速以及通入负氧离子发生模组的预设气体流速，从而根据用户个体需求自适应地控制输出气体的种类、比例与浓度。由此，本发明解决了现有氢氧调节设备功能单一、缺乏负氧离子协同输出、无法根据生理参数或外部指令动态调节气体比例及安全限制下难以突破低氢浓度使用的技术问题，显著提升了设备的智能化程度、使用灵活性、用户体验和使用安全性。