专利名称：军用高原车载氧气机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种呼吸增氧装置，特别涉及一种利用富氧膜技术提高空气氧浓度的军用高原车载氧气机。
背景技术：
我国的高原地区约占国土面积的1/6，地域辽阔，边境线长达数千公里，军事和战略地位十分重要，这其中就包括“世界屋脊，，青藏高原。青藏高原平均海拔4500m左右，中印边境长达1700km，至今还有14. 3万平方公里存在明显的领土争端。高原的大气特点是低压、低氧，随着的海拔高度的增加，空气变得愈来愈稀薄，长期驻守官兵极易患上“高原病”(指高海拔地区的低氧分压环境导致人体缺氧所致的疾病， 又称为高山病或高原适应不全)。在3000m以下一般机体没有不适的感觉；3000 4000m 时会出现头痛、眩晕、恶心呕吐，记忆力衰退、反应迟钝、脑体工效下降明显；4000 5000m 时，发生严重的呼吸困难、体力衰弱、视力减退。印军研究发现，人员快速到达3350m时，最大活动能力降至平原的50 %。美军研究表明，在3300 4300m高原行军走相同距离所用时间是平原的两倍。高原缺氧不仅对急进高原官兵的生理状况产生很大影响，而且会导致心理应激，战斗力下降。高原作业环境下，缺氧一直严重影响我军官兵的体能、智能和技能的发挥，因缺氧所致的急性高原病和军事作业能力降低是高原部队面临的主要医学问题。高海拔地区反恐医学救援凸显重要。但是，缺氧是高海拔地区作业中面临的第一难题，也是威胁身心健康和装备性能发挥的第一杀手。在“4. 14”玉树地震救援中，由于震中平均海拔近4300m，各级医疗队由于应对高原缺氧准备不足，加之高原救援装备欠缺，常规装备环境适应性差、缺乏快速反应能力，均出现了不同程度的急性高原反应，灾害医学救援作业能力大为降低，甚至失去作业能力被迫下撤，贻误了救灾的黄金时间，造成的直接和间接损失不可估量。未来高原边境作战预警时间短，而我军高原驻军少，要求作战部队在最短时间内， 由平原急速进入高原参战，或者高原驻军跃迁到更高的海拔作战，机动距离和海拔跃迁都非常大，此时极易发生急性高原病，造成非战斗减员。根据我军近几年高原演习情况来看， 在没有采取预防措施的条件下，快速进入5000m高原群体的急性高原病发病率最高可达 90%以上。因此，高原缺氧造成的一系列问题或“伤害”都亟待解决。空气中氧气对机体的生理作用不决定它在空气中所占的体积百分比(空气中恒定组成部分的含量百分比，在离地面0 IOOkm高度内几乎是不变的)，而取决于它的分压。 要想减轻高原缺氧对机体的危害，就必须想方设法提高氧分压。目前常用的高原抗缺氧方法主要是分子筛制氧和化学产氧，两种方法都有其优点，但同时也有其局限性，难以满足高原地区部队，尤其是部队野外作战对于制供氧设备的需求。就我军现有的装备而言，存在以下问题(1)高原专用装备少，配发的通用装备对高原环境适应性差，尤其是抗缺氧装备不配套、不成系列。( 我军在高原车载抗缺氧装备方面目前还处于空白阶段。据此，开展高原车载抗缺氧装备的研究，提高官兵的高原适应能
3力、生存能力和作业能力，进而提高作战能力，对巩固国防和维护国家安全统一均具有十分重要的意义。
发明内容
针对上述高原增氧存在的问题，本发明的目的是通过“浓度-流量-功耗”量效关系的研究，在选择合适的小型大流量真空泵的基础上，采用“膜法富氧”新技术，提供了一种操作简单、可长时间连续供氧的军用高原车载氧气机，并具有体积小、功耗低、流量大、可全天候使用的特点。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的一种军用高原车载氧气机，包括壳体、连通壳体外大气的风机及过滤网，其特征在于，所述壳体内设置有真空泵、富氧膜组件和气体缓冲室，所述富氧膜组件包括框架，该框架中固定有不少于8层并排排列并互相留有空隙的富氧膜板，每层富氧膜板顶部设有抽气接孔，这些抽气孔通过连接导管、抽气汇管与真空泵的进口连通；富氧膜组件相对风机设置，并使富氧膜板之间的空隙对着风机；真空泵的出口通过缓冲导管连通气体缓冲室的入口，气体缓冲室的出口伸出壳体外与吸氧器连通。上述方案中，所述富氧膜板为12层。富氧膜板包括一个中空基板，该中空基板顶部设有两个抽气孔，并联后通过连接导管、抽气汇管与真空泵的进口连通，中空基板两侧面各贴一层富氧膜，内部形成密闭空间，密闭空间中由纤维网垫层支撑填充。纤维网垫层为医用尼龙弹性支撑网。所述真空泵为水平对置气缸式真空泵。所述吸氧器为面罩，或者与驾驶室联通的气体导管及弥散装置。空气中氧气对机体的生理作用不决定它在空气中所占的体积百分比，而取决于它的分压。要想减轻高原缺氧对机体的危害，就必须想方设法提高氧分压。本发明通过提高空气中氧浓度来提高氧气的体积百分比，进而提高空气中氧分压，如下式所示空气中氧分压丨=空气总压强X氧气的体积百分比个因此，在低气压条件下，通过增加人体鼻腔局部的呼吸气压，借以增加空气浓度， 使人吸入的氧气量随之增加，基本达到在常压下的气体交换，使人体在高原环境中获得正常的呼吸条件，尤其对初上高原的人群特别适用。本发明克服了分子筛制氧的弊端(功耗高、体积大、不便携、维护难等)，根据膜法富氧技术，以高原环境空气为原料，通过真空泵给气，使空气通过富氧膜得到富氧空气。 该仪器具有体积小、易携带、功耗低、免维护、流量大、利于车载携行等优点。通过一系列的实验研究证明，本发明氧气机在不同海拔高度下均能稳定工作，富氧浓度能够始终保持在
以上，出气口的气体流量稳定在6L/min以上。人体实验表明，本发明氧气机在高海拔环境下可显著提高人体的血氧饱和度，降低心率，提高作业效率。使用后，可以明显减轻由于缺氧而导致的头痛、食欲不振、心慌等一系列症状，对急性高原病能起到较好的预防与治疗作用。对于大兵团的部队在高原环境下应急军事行动，具有特别的使用效果，切实保障部队官兵在高原地区的适应能力和战斗力。
图1为本发明的结构示意图。其中a为主视图，b为侧视图，c为俯视图。图2为图1富氧膜组件中的单个板式富氧膜元件结构图。图1、图2中的附图标记1、壳体；2、连接导管；3、缓冲室；4、真空泵；5、风机及过滤网；6、富氧膜组件；7、气体缓冲室出口 ；8、抽气汇管；9、缓冲导管；10、抽气接孔；11、中空基板；12、纤维网垫层；13、富氧膜。图3为本发明氧气机氧浓度随海拔高度的走势图。图4为本发明氧气机氧出口流量随海拔高度的走势图。图5为使用氧气机前后的SpA对照图。图6为使用氧气机前后的HR对照图。图7为使用氧气机前后的行为能力对照图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步的描述。如图1所示，一种军用高原车载氧气机，包括壳体1、连通壳体外大气的风机及过滤网5，壳体内设置有真空泵4、富氧膜组件6和气体缓冲室3。富氧膜组件6包括框架，由 ABS工程塑料制成，该框架中固定有8-12层并排排列并互相留有空隙的富氧膜板，每层富氧膜板顶部设有抽气接孔，这些抽气孔通过连接导管2、抽气汇管8与真空泵4的进口连通； 富氧膜组件6相对风机设置，并使富氧膜板之间的空隙对着风机；风机采用高速风机，转速可达2000rpm。在平行于富氧膜板的方向上，风机给通过过滤网的空气以动力，使其沿着富氧膜板之间的空隙方向流动，保证富氧膜周围的新鲜空气。真空泵4的出口通过缓冲导管9 连通气体缓冲室3的入口，气体缓冲室出口 7伸出壳体外与面罩连通。氧气机中过滤网滤孔直径为0. 75mm,主要目的是为了滤除空气中直径大于0. 75mm的尘埃，防止长期使用尘埃堆积于仪器真空泵内造成转速下降，使真空泵效率降低。真空泵4采用自行设计的水平对置气缸式真空泵，可将富氧膜的低压侧压强降至 3. 3KPa，大气压强换算，膜的低压侧压强为-0. 098MPa，真空泵的电机功耗为35w，完全满足军用高原氧气机对于真空泵的要求。真空泵抽出富氧空气后，其流速很高且气流不稳定，为稳定气流，在泵的出气口加入一个直径50mm，长30mm的圆柱形气体缓冲室3。其进气口与出气口分别在圆柱形气缸的两个底面上，并且互不相对，这样就保证了富氧空气进入气缸后能够缓冲，在气缸内蓄积直到压力驱使其从出气口稳定的流出，从而得到流速稳定的富氧空气流。空气通过风机及过滤网5进入富氧机，使富氧膜组件周围保持“新鲜”空气，通过真空泵形成富氧膜组件内外侧压力差而得到含氧浓度达30%以上的富氧空气，继而经过气体缓冲室稳定流量，再经过导管最后由输出富氧气。如图2所示，富氧膜板包括一个中空基板11，该中空基板顶部设有两个抽气孔10， 并联后通过连接导管2、抽气汇管8与真空泵的进口连通，使富氧膜组件内部产生负压，通过富氧膜提高氧气的通过效率并降低氮气的通过效率，产生氧浓度30%左右的富氧气体。 中空基板11两侧面各贴一层采用高分子聚合物制成的板式富氧膜13(商用)，内部形成密闭空间，密闭空间中由纤维网垫层12(医用尼龙弹性支撑网)支撑填充，使整个基板在外部加压的情况下，气体流动过富氧膜13时能够弹性支撑膜材料从而使富氧膜不会破裂。
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富氧膜是一类具有特殊性质的高分子薄膜，它对空气中的氧分子等具有选择性透过作用。在压力的驱动下，可使空气中的氧气优先透过膜体而得到富氧空气(氧浓度大于 21%).目前常用的富氧膜主要分为板式富氧膜和卷式富氧膜。板式富氧膜为单层富氧膜材料，有效体积较小，主要用于空气流量较低时产生富氧空气。卷式富氧膜材料有效面积较大，主要用于大规模制备富氧空气。本发明采用单层板式富氧膜材料。与图1氧气机配套的辅助装置包括有鼻形面罩、电源组件，电源组件包括主机电源、车载电源逆变器、带插头的电源线等。氧气机可通过交流220V电源直接供电，也可通过车载式电源逆变器连接车载电源进行供电。本发明氧气机的原理是利用膜法富氧技术并采用真空泵给空气加压的方式使空气通过富氧膜组件得到富氧空气。富氧气体通过气体缓冲室3后流量输出稳定，可以通过面罩吸氧，也可以通过气体导管直接弥散到驾驶室内，以提高司乘人员的作业效能。本发明军用高原车载氧气机的使用方法首先插上电源，打开氧气机的电源开关接通电源，工作指示等亮，氧气机正常工作，用通气导管连通气体缓冲室出口和面罩，将面罩戴于鼻部形成一局部密闭空间，也可以通过气体导管直接弥散到驾驶室内。在车内使用面罩时，应将外循环风开启，也可适当打开车窗，使氧气机能获得足够的空气源；直接将富氧气弥散到车内时，应将氧气机置于车外。通过鼻形面罩吸氧时，可通过对鼻形面罩的改进以增加鼻部小环境内空气中氧气浓度，当氧气机工作时时，使用人用鼻吸气，用嘴呼气，可明显提高氧气机的使用效果。本发明军用高原车载氧气机主要技术参数①重量< 6Kg ；②体积功耗< 60W ；③富氧流量> 6L/min ；④氧浓度> 30 士 1%;⑤ 噪音< 45dB。为研究军用高原车载氧气机的使用效果，本发明进行了系列试验研究如下1)在海拔3000m，4000m，5000m的高原环境下，分别检测每个海拔高度下军用高原车载氧气机的富氧浓度和出风量，从而确定该仪器在高原环境下使用的稳定性(图3、4)。2)在海拔3000m，4000m，5000m的高原环境下，利用Philips MP20多参数检测仪检测8名受试对象(男性6人，女性2人，年龄22 37周岁，身体健康)在静息状态下，于每个海拔高度下使用氧气机前后的脉搏血氧饱和度(SpO2)和心率(HR)的变化情况(图5、 6)。3)在海拔5000m的高原环境下，对比8名受试对象使用便携式氧气机前后行为能力(包括目标追踪与二维数字搜索两个实验项目)的测量得分(图7)。实验结果表明，该仪器使用方便、性能稳定、易维护。如图3、图4所示，在海拔 5000m时，氧气机输出氧浓度仍能维持在以上，输出气体流量高于6L/min，按照人体在静息状态下每分钟消耗的A量(250ml)，反推出每分钟需要的含氧量的富氧空气量为 870ml/min，完全能够满足高原环境下机体的需氧量。如图5、图6所示，在使用军用高原车载氧气机之后，受试者静息状态下的SpO2显著增高(P < 0. 05)；心率变化在不同海拔高度下呈现不同程度的下降。说明军用高原车载氧气机抗缺氧效果好，能显著改善机体急性缺氧症状，提高作业效能。如图7所示，受试者的目标追踪得分和二维数字搜索得分明显提高 (P < 0. 05)。这提示对于急进高原的部队和人群，在使用军用高原车载氧气机后，双手协调性、空间思维能力、心理应激性均得到提高。这表明，在高原环境下，使用军用高原车载氧气机供氧，可以减轻由于急性缺氧而引发的机体行为能力下降，提高急进高原人员的工作效率。
权利要求
1.一种军用高原车载氧气机，包括壳体、连通壳体外大气的风机及过滤网，其特征在于，所述壳体内设置有真空泵、富氧膜组件和气体缓冲室，所述富氧膜组件包括框架，该框架中固定有不少于8层并排排列并互相留有空隙的富氧膜板，每层富氧膜板顶部设有抽气接孔，这些抽气孔通过连接导管、抽气汇管与真空泵的进口连通；富氧膜组件相对风机设置，并使富氧膜板之间的空隙对着风机；真空泵的出口通过缓冲导管连通气体缓冲室的入口，气体缓冲室的出口伸出壳体外与吸氧器连通。
2.根据权利要求1所述的军用高原车载氧气机，其特征在于，所述富氧膜板为12层。
3.根据权利要求1或2所述的军用高原车载氧气机，其特征在于，所述富氧膜板包括一个中空基板，该中空基板顶部设有两个抽气孔，并联后通过连接导管、抽气汇管与真空泵的进口连通，中空基板两侧面各贴一层富氧膜，内部形成密闭空间，密闭空间中由纤维网垫层支撑填充。
4.根据权利要求3所述的军用高原车载氧气机，其特征在于，所述纤维网垫层为医用尼龙弹性支撑网。
5.根据权利要求1所述的军用高原车载氧气机，其特征在于，所述真空泵为水平对置气缸式真空泵。
6.根据权利要求1所述的军用高原车载氧气机，其特征在于，所述吸氧器为面罩，或者与驾驶室联通的气体导管及弥散装置。
全文摘要
本发明公开了一种军用高原车载氧气机，包括壳体、连通壳体外大气的风机及过滤网，其特征在于，所述壳体内设置有真空泵、富氧膜组件和气体缓冲室，所述富氧膜组件包括框架，该框架中固定有不少于8层并排排列并互相留有空隙的富氧膜板，每层富氧膜板顶部设有抽气接孔，这些抽气孔通过连接导管、抽气汇管与真空泵的进口连通；富氧膜组件相对风机设置，并使富氧膜板之间的空隙对着风机；真空泵的出口通过缓冲导管连通气体缓冲室的入口，气体缓冲室的出口伸出壳体外与吸氧器连通。
文档编号C01B13/02GK102249195SQ201110127410
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者姜茂刚, 徐巧玲, 汤池, 王坤, 申广浩, 罗二平, 谢康宁, 路丽华, 魏欣 申请人:中国人民解放军第四军医大学