軍用高原車載氧氣機的製作方法
2023-08-13 07:13:36 1
專利名稱：軍用高原車載氧氣機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種呼吸增氧裝置，特別涉及一種利用富氧膜技術提高空氣氧濃度的軍用高原車載氧氣機。
背景技術：
我國的高原地區約佔國土面積的1/6，地域遼闊，邊境線長達數千公裡，軍事和戰略地位十分重要，這其中就包括「世界屋脊，，青藏高原。青藏高原平均海拔4500m左右，中印邊境長達1700km，至今還有14. 3萬平方公裡存在明顯的領土爭端。高原的大氣特點是低壓、低氧，隨著的海拔高度的增加，空氣變得愈來愈稀薄，長期駐守官兵極易患上「高原病」(指高海拔地區的低氧分壓環境導致人體缺氧所致的疾病， 又稱為高山病或高原適應不全)。在3000m以下一般機體沒有不適的感覺；3000 4000m 時會出現頭痛、眩暈、噁心嘔吐，記憶力衰退、反應遲鈍、腦體工效下降明顯；4000 5000m 時，發生嚴重的呼吸困難、體力衰弱、視力減退。印軍研究發現，人員快速到達3350m時，最大活動能力降至平原的50 %。美軍研究表明，在3300 4300m高原行軍走相同距離所用時間是平原的兩倍。高原缺氧不僅對急進高原官兵的生理狀況產生很大影響，而且會導致心理應激，戰鬥力下降。高原作業環境下，缺氧一直嚴重影響我軍官兵的體能、智能和技能的發揮，因缺氧所致的急性高原病和軍事作業能力降低是高原部隊面臨的主要醫學問題。高海拔地區反恐醫學救援凸顯重要。但是，缺氧是高海拔地區作業中面臨的第一難題，也是威脅身心健康和裝備性能發揮的第一殺手。在「4. 14」玉樹地震救援中，由於震中平均海拔近4300m，各級醫療隊由於應對高原缺氧準備不足，加之高原救援裝備欠缺，常規裝備環境適應性差、缺乏快速反應能力，均出現了不同程度的急性高原反應，災害醫學救援作業能力大為降低，甚至失去作業能力被迫下撤，貽誤了救災的黃金時間，造成的直接和間接損失不可估量。未來高原邊境作戰預警時間短，而我軍高原駐軍少，要求作戰部隊在最短時間內， 由平原急速進入高原參戰，或者高原駐軍躍遷到更高的海拔作戰，機動距離和海拔躍遷都非常大，此時極易發生急性高原病，造成非戰鬥減員。根據我軍近幾年高原演習情況來看， 在沒有採取預防措施的條件下，快速進入5000m高原群體的急性高原病發病率最高可達 90%以上。因此，高原缺氧造成的一系列問題或「傷害」都亟待解決。空氣中氧氣對機體的生理作用不決定它在空氣中所佔的體積百分比(空氣中恆定組成部分的含量百分比，在離地面0 IOOkm高度內幾乎是不變的)，而取決於它的分壓。 要想減輕高原缺氧對機體的危害，就必須想方設法提高氧分壓。目前常用的高原抗缺氧方法主要是分子篩制氧和化學產氧，兩種方法都有其優點，但同時也有其局限性，難以滿足高原地區部隊，尤其是部隊野外作戰對於制供氧設備的需求。就我軍現有的裝備而言，存在以下問題(1)高原專用裝備少，配發的通用裝備對高原環境適應性差，尤其是抗缺氧裝備不配套、不成系列。( 我軍在高原車載抗缺氧裝備方面目前還處於空白階段。據此，開展高原車載抗缺氧裝備的研究，提高官兵的高原適應能
3力、生存能力和作業能力，進而提高作戰能力，對鞏固國防和維護國家安全統一均具有十分重要的意義。
發明內容
針對上述高原增氧存在的問題，本發明的目的是通過「濃度-流量-功耗」量效關係的研究，在選擇合適的小型大流量真空泵的基礎上，採用「膜法富氧」新技術，提供了一種操作簡單、可長時間連續供氧的軍用高原車載氧氣機，並具有體積小、功耗低、流量大、可全天候使用的特點。為達到以上目的，本發明是採取如下技術方案予以實現的一種軍用高原車載氧氣機，包括殼體、連通殼體外大氣的風機及過濾網，其特徵在於，所述殼體內設置有真空泵、富氧膜組件和氣體緩衝室，所述富氧膜組件包括框架，該框架中固定有不少於8層並排排列並互相留有空隙的富氧膜板，每層富氧膜板頂部設有抽氣接孔，這些抽氣孔通過連接導管、抽氣匯管與真空泵的進口連通；富氧膜組件相對風機設置，並使富氧膜板之間的空隙對著風機；真空泵的出口通過緩衝導管連通氣體緩衝室的入口，氣體緩衝室的出口伸出殼體外與吸氧器連通。上述方案中，所述富氧膜板為12層。富氧膜板包括一個中空基板，該中空基板頂部設有兩個抽氣孔，並聯後通過連接導管、抽氣匯管與真空泵的進口連通，中空基板兩側面各貼一層富氧膜，內部形成密閉空間，密閉空間中由纖維網墊層支撐填充。纖維網墊層為醫用尼龍彈性支撐網。所述真空泵為水平對置氣缸式真空泵。所述吸氧器為面罩，或者與駕駛室聯通的氣體導管及彌散裝置。空氣中氧氣對機體的生理作用不決定它在空氣中所佔的體積百分比，而取決於它的分壓。要想減輕高原缺氧對機體的危害，就必須想方設法提高氧分壓。本發明通過提高空氣中氧濃度來提高氧氣的體積百分比，進而提高空氣中氧分壓，如下式所示空氣中氧分壓丨=空氣總壓強X氧氣的體積百分比個因此，在低氣壓條件下，通過增加人體鼻腔局部的呼吸氣壓，藉以增加空氣濃度， 使人吸入的氧氣量隨之增加，基本達到在常壓下的氣體交換，使人體在高原環境中獲得正常的呼吸條件，尤其對初上高原的人群特別適用。本發明克服了分子篩制氧的弊端(功耗高、體積大、不便攜、維護難等)，根據膜法富氧技術，以高原環境空氣為原料，通過真空泵給氣，使空氣通過富氧膜得到富氧空氣。 該儀器具有體積小、易攜帶、功耗低、免維護、流量大、利於車載攜行等優點。通過一系列的實驗研究證明，本發明氧氣機在不同海拔高度下均能穩定工作，富氧濃度能夠始終保持在
以上，出氣口的氣體流量穩定在6L/min以上。人體實驗表明，本發明氧氣機在高海拔環境下可顯著提高人體的血氧飽和度，降低心率，提高作業效率。使用後，可以明顯減輕由於缺氧而導致的頭痛、食欲不振、心慌等一系列症狀，對急性高原病能起到較好的預防與治療作用。對於大兵團的部隊在高原環境下應急軍事行動，具有特別的使用效果，切實保障部隊官兵在高原地區的適應能力和戰鬥力。
圖1為本發明的結構示意圖。其中a為主視圖，b為側視圖，c為俯視圖。圖2為圖1富氧膜組件中的單個板式富氧膜元件結構圖。圖1、圖2中的附圖標記1、殼體；2、連接導管；3、緩衝室；4、真空泵；5、風機及過濾網；6、富氧膜組件；7、氣體緩衝室出口 ；8、抽氣匯管；9、緩衝導管；10、抽氣接孔；11、中空基板；12、纖維網墊層；13、富氧膜。圖3為本發明氧氣機氧濃度隨海拔高度的走勢圖。圖4為本發明氧氣機氧出口流量隨海拔高度的走勢圖。圖5為使用氧氣機前後的SpA對照圖。圖6為使用氧氣機前後的HR對照圖。圖7為使用氧氣機前後的行為能力對照圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步的描述。如圖1所示，一種軍用高原車載氧氣機，包括殼體1、連通殼體外大氣的風機及過濾網5，殼體內設置有真空泵4、富氧膜組件6和氣體緩衝室3。富氧膜組件6包括框架，由 ABS工程塑料製成，該框架中固定有8-12層並排排列並互相留有空隙的富氧膜板，每層富氧膜板頂部設有抽氣接孔，這些抽氣孔通過連接導管2、抽氣匯管8與真空泵4的進口連通； 富氧膜組件6相對風機設置，並使富氧膜板之間的空隙對著風機；風機採用高速風機，轉速可達2000rpm。在平行於富氧膜板的方向上，風機給通過過濾網的空氣以動力，使其沿著富氧膜板之間的空隙方向流動，保證富氧膜周圍的新鮮空氣。真空泵4的出口通過緩衝導管9 連通氣體緩衝室3的入口，氣體緩衝室出口 7伸出殼體外與面罩連通。氧氣機中過濾網濾孔直徑為0. 75mm,主要目的是為了濾除空氣中直徑大於0. 75mm的塵埃，防止長期使用塵埃堆積於儀器真空泵內造成轉速下降，使真空泵效率降低。真空泵4採用自行設計的水平對置氣缸式真空泵，可將富氧膜的低壓側壓強降至 3. 3KPa，大氣壓強換算，膜的低壓側壓強為-0. 098MPa，真空泵的電機功耗為35w，完全滿足軍用高原氧氣機對於真空泵的要求。真空泵抽出富氧空氣後，其流速很高且氣流不穩定，為穩定氣流，在泵的出氣口加入一個直徑50mm，長30mm的圓柱形氣體緩衝室3。其進氣口與出氣口分別在圓柱形氣缸的兩個底面上，並且互不相對，這樣就保證了富氧空氣進入氣缸後能夠緩衝，在氣缸內蓄積直到壓力驅使其從出氣口穩定的流出，從而得到流速穩定的富氧空氣流。空氣通過風機及過濾網5進入富氧機，使富氧膜組件周圍保持「新鮮」空氣，通過真空泵形成富氧膜組件內外側壓力差而得到含氧濃度達30%以上的富氧空氣，繼而經過氣體緩衝室穩定流量，再經過導管最後由輸出富氧氣。如圖2所示，富氧膜板包括一個中空基板11，該中空基板頂部設有兩個抽氣孔10， 並聯後通過連接導管2、抽氣匯管8與真空泵的進口連通，使富氧膜組件內部產生負壓，通過富氧膜提高氧氣的通過效率並降低氮氣的通過效率，產生氧濃度30%左右的富氧氣體。 中空基板11兩側面各貼一層採用高分子聚合物製成的板式富氧膜13(商用)，內部形成密閉空間，密閉空間中由纖維網墊層12(醫用尼龍彈性支撐網)支撐填充，使整個基板在外部加壓的情況下，氣體流動過富氧膜13時能夠彈性支撐膜材料從而使富氧膜不會破裂。
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富氧膜是一類具有特殊性質的高分子薄膜，它對空氣中的氧分子等具有選擇性透過作用。在壓力的驅動下，可使空氣中的氧氣優先透過膜體而得到富氧空氣(氧濃度大於 21%).目前常用的富氧膜主要分為板式富氧膜和卷式富氧膜。板式富氧膜為單層富氧膜材料，有效體積較小，主要用於空氣流量較低時產生富氧空氣。卷式富氧膜材料有效面積較大，主要用於大規模製備富氧空氣。本發明採用單層板式富氧膜材料。與圖1氧氣機配套的輔助裝置包括有鼻形面罩、電源組件，電源組件包括主機電源、車載電源逆變器、帶插頭的電源線等。氧氣機可通過交流220V電源直接供電，也可通過車載式電源逆變器連接車載電源進行供電。本發明氧氣機的原理是利用膜法富氧技術並採用真空泵給空氣加壓的方式使空氣通過富氧膜組件得到富氧空氣。富氧氣體通過氣體緩衝室3後流量輸出穩定，可以通過面罩吸氧，也可以通過氣體導管直接彌散到駕駛室內，以提高司乘人員的作業效能。本發明軍用高原車載氧氣機的使用方法首先插上電源，打開氧氣機的電源開關接通電源，工作指示等亮，氧氣機正常工作，用通氣導管連通氣體緩衝室出口和面罩，將面罩戴於鼻部形成一局部密閉空間，也可以通過氣體導管直接彌散到駕駛室內。在車內使用面罩時，應將外循環風開啟，也可適當打開車窗，使氧氣機能獲得足夠的空氣源；直接將富氧氣彌散到車內時，應將氧氣機置於車外。通過鼻形面罩吸氧時，可通過對鼻形面罩的改進以增加鼻部小環境內空氣中氧氣濃度，當氧氣機工作時時，使用人用鼻吸氣，用嘴呼氣，可明顯提高氧氣機的使用效果。本發明軍用高原車載氧氣機主要技術參數①重量< 6Kg ；②體積功耗 6L/min ；④氧濃度> 30 士 1%;⑤ 噪音< 45dB。為研究軍用高原車載氧氣機的使用效果，本發明進行了系列試驗研究如下1)在海拔3000m，4000m，5000m的高原環境下，分別檢測每個海拔高度下軍用高原車載氧氣機的富氧濃度和出風量，從而確定該儀器在高原環境下使用的穩定性(圖3、4)。2)在海拔3000m，4000m，5000m的高原環境下，利用Philips MP20多參數檢測儀檢測8名受試對象(男性6人，女性2人，年齡22 37周歲，身體健康)在靜息狀態下，於每個海拔高度下使用氧氣機前後的脈搏血氧飽和度(SpO2)和心率(HR)的變化情況(圖5、 6)。3)在海拔5000m的高原環境下，對比8名受試對象使用可攜式氧氣機前後行為能力(包括目標追蹤與二維數字搜索兩個實驗項目)的測量得分(圖7)。實驗結果表明，該儀器使用方便、性能穩定、易維護。如圖3、圖4所示，在海拔 5000m時，氧氣機輸出氧濃度仍能維持在以上，輸出氣體流量高於6L/min，按照人體在靜息狀態下每分鐘消耗的A量(250ml)，反推出每分鐘需要的含氧量的富氧空氣量為 870ml/min，完全能夠滿足高原環境下機體的需氧量。如圖5、圖6所示，在使用軍用高原車載氧氣機之後，受試者靜息狀態下的SpO2顯著增高(P < 0. 05)；心率變化在不同海拔高度下呈現不同程度的下降。說明軍用高原車載氧氣機抗缺氧效果好，能顯著改善機體急性缺氧症狀，提高作業效能。如圖7所示，受試者的目標追蹤得分和二維數字搜索得分明顯提高 (P < 0. 05)。這提示對於急進高原的部隊和人群，在使用軍用高原車載氧氣機後，雙手協調性、空間思維能力、心理應激性均得到提高。這表明，在高原環境下，使用軍用高原車載氧氣機供氧，可以減輕由於急性缺氧而引發的機體行為能力下降，提高急進高原人員的工作效率。
權利要求
1.一種軍用高原車載氧氣機，包括殼體、連通殼體外大氣的風機及過濾網，其特徵在於，所述殼體內設置有真空泵、富氧膜組件和氣體緩衝室，所述富氧膜組件包括框架，該框架中固定有不少於8層並排排列並互相留有空隙的富氧膜板，每層富氧膜板頂部設有抽氣接孔，這些抽氣孔通過連接導管、抽氣匯管與真空泵的進口連通；富氧膜組件相對風機設置，並使富氧膜板之間的空隙對著風機；真空泵的出口通過緩衝導管連通氣體緩衝室的入口，氣體緩衝室的出口伸出殼體外與吸氧器連通。
2.根據權利要求1所述的軍用高原車載氧氣機，其特徵在於，所述富氧膜板為12層。
3.根據權利要求1或2所述的軍用高原車載氧氣機，其特徵在於，所述富氧膜板包括一個中空基板，該中空基板頂部設有兩個抽氣孔，並聯後通過連接導管、抽氣匯管與真空泵的進口連通，中空基板兩側面各貼一層富氧膜，內部形成密閉空間，密閉空間中由纖維網墊層支撐填充。
4.根據權利要求3所述的軍用高原車載氧氣機，其特徵在於，所述纖維網墊層為醫用尼龍彈性支撐網。
5.根據權利要求1所述的軍用高原車載氧氣機，其特徵在於，所述真空泵為水平對置氣缸式真空泵。
6.根據權利要求1所述的軍用高原車載氧氣機，其特徵在於，所述吸氧器為面罩，或者與駕駛室聯通的氣體導管及彌散裝置。
全文摘要
本發明公開了一種軍用高原車載氧氣機，包括殼體、連通殼體外大氣的風機及過濾網，其特徵在於，所述殼體內設置有真空泵、富氧膜組件和氣體緩衝室，所述富氧膜組件包括框架，該框架中固定有不少於8層並排排列並互相留有空隙的富氧膜板，每層富氧膜板頂部設有抽氣接孔，這些抽氣孔通過連接導管、抽氣匯管與真空泵的進口連通；富氧膜組件相對風機設置，並使富氧膜板之間的空隙對著風機；真空泵的出口通過緩衝導管連通氣體緩衝室的入口，氣體緩衝室的出口伸出殼體外與吸氧器連通。
文檔編號C01B13/02GK102249195SQ201110127410
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月18日 優先權日2011年5月18日
發明者姜茂剛, 徐巧玲, 湯池, 王坤, 申廣浩, 羅二平, 謝康寧, 路麗華, 魏欣 申請人:中國人民解放軍第四軍醫大學