一种射流元件及其供氧设备的制作方法

本发明涉及医疗供氧设备，具体涉及一种低流量下实现远距离稳定供氧的射流元件及其供氧设备，尤其适用于需要动态追踪用户位置的移动供氧场景。

背景技术：

1、目前市面上常见的供氧方式主要分为分布式供氧和弥散式供氧两种方式。其中鼻吸式及面罩式为主要的两种分布式供氧方式，这种方式供氧效果好，氧气消耗量也相对较低，但在使用的过程中会限制人体的活动且长期使用会造成鼻腔出血等情况；而弥散式供氧是通过末端装置直接将高浓度氧气送入室内以提高室内含氧量，解除了传统供氧的各种束缚，增加了用户的舒适度，但当前的弥散式供氧系统存在氧气消耗量大，供氧效果不佳等问题。

2、例如专利cn202320155455.5公开了一种会议局部弥散射流元件，包括外壳和供氧组件，供氧组件包括软管、制氧器、供气接口、流量调节旋钮、旋转螺杆和壳体，制氧器设置于壳体的内部，壳体设置于外壳的内部，供气接口设置于外壳上，壳体设置有进气口和出气口，壳体具有通气口，通气口均与进气口和出气口连接，旋转螺杆设置于壳体上，制氧器的输出端与进气口连通，软管的一端贯穿外壳，供气接口供给空气，然后进入制氧器进行制氧，高浓度氧气通过进气口进入，经通气口到达出气口，最后从软管排出，通过转动流量调节旋钮，带动旋转螺杆转动，逐渐向壳体的通气口移动，调节通气口的大小，进而实现气体流量大小的调节。该方案仅能近距离对受试者实现供氧，其有效供氧距离仅有0.2米左右，氧气在软管内射出后会发生弥散，使得氧气利用率低下，难以满足医疗急救或工业密闭空间等需远程集中供氧的场景需求。而如果提升制氧流量，虽可以增加供氧的有效区域，但是会大幅增加机器的能耗。

3、此外，现有技术虽通过pid控制算法优化流量稳定性（如鱼跃医疗的变周期pid控制），但此类改进多聚焦于设备寿命与噪音降低，未能解决低流量下的氧气集中输送问题。例如，部分制氧机通过气体分配阀提升供给效率，但其设计仍依赖高流量维持供氧距离，导致能耗增加。

4、综上所述，现有的供氧设备至少存在以下技术痛点：低流量供氧无法实现远距离稳定供氧，而如果提高其供氧流量，又会大幅增加机器能耗。如果能在低流量供氧的前提下（例如5l/min的供氧流量)，实现远距离稳定供氧，从而大幅提升其氧气利用率，成为目前迫切需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于以上以及其它更多的构思而提出了本技术。

2、本技术的目的之一是克服现有技术的不足，针对例如现有技术中射流元件在低流量供氧时，其供氧的有效距离/区域非常有限的问题，提供一种新型的射流元件及其供氧设备。

3、解决本发明的技术问题采用的技术方案是，提供了一种射流元件，包括壳体，所述壳体内部设有射流风道，所述射流风道的入口连接氧气源，所述射流风道的出口段至少设有一个出风口，其中，所述出口段的截面积大于所述入口的截面积，并且，所述射流风道的截面积随氧气流动的方向逐步增大；所述出风口设置有导流栅格，所述导流栅格设有导流孔或者导流通道，使得氧气由所述导流孔或者导流通道以层流的形式射出。

4、作为本发明的进一步改进，所述导流栅格包括：中心射流区，所述中心射流区位于气流轴线中心；第一层射流区和第二层射流区，所述第一层射流区和第二层射流区依次环绕所述中心射流区分布；连接结构，所述连接结构将所述中心射流区、第一层射流区和第二层射流区连接为一体。

5、作为本发明的进一步改进，所述导流栅格将氧气分割为沿所述中心射流区、第一层射流区和第二层射流区分布的多股定向射流。

6、作为本发明的进一步改进，所述中心射流区、第一层射流区和第二层射流区为同心圆形、多边形或螺旋形结构。

7、在一种更优的实施方式中，所述中心射流区、第一层射流区和第二层射流区为同心圆形。

8、作为本发明的进一步改进，导流栅格可采用pc材料制作，考虑到导流栅格的工业可制作性，相邻射流区之间的间距≥0.8mm，优选为1mm；并且，所述导流栅格的截面积沿氧气流动的方向以5-8度的扩张角逐步增大，导流栅格在氧气出口面积以及射流风道内径确定的前提下，其导流栅格的截面积沿氧气流动的方向以5-8度的扩张角逐步增大，可以有效稳定气流走向，确保氧气以层流的形式射出。

9、作为本发明的进一步改进，所述连接结构包括径向延申的筋条或者网状支撑结构。

10、在一种更优的实施方式中，所述连接结构为4条径向延申的筋条，并且周向均匀的分布在导流栅格上，以确保相邻射流区之间的连接稳定性。

11、作为本发明的进一步改进，所述中心射流区的表面积为s1，所述第一层射流区的表面积为s2，所述第二层射流区的表面积为s3；并且，s1＋s2＋s3=19mm²-38mm²。

12、作为本发明的进一步改进，所述射流风道包括沿氧气流动方向依次连接的： a段直道，其入口端连接氧气源，直径为d1，长度为l1；d衔接段，连接a段直道与b段直道，其截面积扩张角为α；b段直道，长度为l2；e衔接段，连接b段直道与c段直道，其截面积扩张角为β；c段直道，长度为l3，其出口端连接导流栅格；其中，所述d衔接段和e衔接段的扩张角满足：α＜β，所述c段直道的长度l3为其内腔半径的1-1.5倍；并且，所述射流风道被配置为：在氧气流量≤5l/min时，通过射流风道截面积变化与扩张角梯度设计，使得氧气经射流风道后形成层流主导的稳定射流；射流风道的入口至出口截面积逐步增大，结合风道内部的各分段扩张角设计（α＜β），实现层流主导射流。

13、作为本发明的进一步改进，所述a段直道的直径d1为4mm，长度l1为40mm-48mm，优选为45mm，；b段直道的长度l2为6mm-10mm，优选为8mm；d衔接段的截面积扩张角α为6°~12°，α优选为10°，e衔接段的截面积扩张角β为12°~18°，β优选为10°。

14、作为本发明的进一步改进，所述c段直道的内径与导流栅格的表面积相匹配，所述表面积通过公式s=πt*(d/2)^2-nt(d/2)确定，其中d为栅格外径8-9.5mm，n为栅格筋条数3-5条，t为筋条厚度0.8-1.2mm；例如：当d=9mm，n=4，t=1mm时，s通过上述公式计算出结果为45.6mm²。

15、作为本发明的进一步改进，所述a段直道的长度配置使得气流雷诺数≤2300，所述e衔接段的扩张角使得气流在c段直道出口处的湍流度≤5%。

16、作为本发明的进一步改进，所述射流风道与所述导流栅格协同作用，使得所述射流元件能在低流量工况下，距离出风口0.5米处的氧气浓度≥24%；依据现有技术可知，医用鼻导管的输氧浓度在24-44%，射流元件以弥散供氧的方式在半米范围内能提供与鼻导管相同的供氧浓度，在满足供氧需求的前提下，提升用户的使用舒适度。

17、作为本发明的进一步改进，包括如前所述的射流元件，所述射流元件用于向目标区域喷射氧气流；图像采集模块，被配置为实时采集用户所在区域的图像数据；控制模块，与所述图像采集模块通信连接，用于根据图像数据识别用于位置并生成转向控制信号；驱动模块，与所述控制模块及射流元件连接，用于根据所述转向控制信号调整所述射流元件的射流方向；所述供氧系统被配置为：当用户移动时，通过所述图像采集模块、控制模块和驱动模块的协同作用，使得所述射流元件的氧气射流方向实时跟随用户位置，并维持目标区域内的氧气浓度≥24%。

18、作为本发明的进一步改进，所述图像采集模块包括摄像头、红外传感器或雷达中的至少一种。

19、作为本发明的进一步改进，如前述供氧设备，包括如下操作步骤：实时通过图像采集模块获取用户的位置信息；通过控制模块对所述位置信息进行处理，生成用于控制氧气射流方向的控制指令；基于所述控制指令驱动射流元件的氧气射流方向调节机构，使氧气射流方向实时跟随用户移动位置。

20、根据本技术的一个构思，通过分段梯度式扩张角设计的射流风道和多层射流区结构的导流栅格的协同作用，使得射流元件能在5l/min的低流量供氧下，在距离出氧口0.5m处的氧气浓度能达到24%以上，而市面上常见的弥散型制氧设备在5l/min流量的供氧下，距离出氧口0.5m处的氧气浓度只有21%左右，提升14%；并且，人体在24%的氧气浓度下，可以改善血液循环，提高脑电波中的β波，改善认知功能。

21、根据本技术的一个构思，导流栅格设置中心射流区、第一层射流区和第二层射流区，并且导流栅格的截面积沿氧气流动的方向以5-8度的扩张角逐步增大，使得氧气在射出后能抑制氧气的弥散，优化集中供氧的传输距离。

22、根据本技术的一个构思，变径风道分为 a段直道，b段直道， c段直道，以及衔接段d和e，a段直道的l1为40mm-48mm可使得氧气流在生成射出后趋于平稳，其气流雷诺数≤2300，并且，e衔接段的扩张角使得气流在c段直道出口处的湍流度≤5%，使得氧气流在射出时是以层流主导射流，实现低流量供氧下的远距离稳定供氧，提高制氧设备的氧气利用率，同时，提升人体的使用舒适度以及改善体征等。

23、本技术的实施例能够实现其它未一一列出的有利技术效果，这些其它的技术效果在下文中可能有部分描述，并且对于本领域的技术人员而言在阅读了本技术后是可以预期和理解的。