王博 劉曉峰 王學友

摘要：為了滿足高原環(huán)境車輛作業(yè)人員吸氧的需求，兼顧車輛系列車型發(fā)展對產(chǎn)品重量、安裝空間、供電、供氧量等要求，本文基于變壓吸附制氧技術，采用模塊化構建、兼容性設計和一體化集成的技術途徑，研制一種小型車載制氧裝置。該研究采用低氣壓下壓縮泵質(zhì)量排氣量補償技術，突破了高原環(huán)境下制氧裝置性能降低技術難點，提高制氧裝置的制氧效率，減少或緩解乘載員的高原反應。

關鍵詞：高原環(huán)境;變壓吸附制氧;質(zhì)量排氣量補償技術

我國是世界上高原面積最大的國家，西南邊境地區(qū)平均海拔達到4000米以上，部分地區(qū)達到5000米以上。隨著海拔的升高，空氣中氧氣含量逐漸降低，長時間處于高海拔地區(qū)缺氧環(huán)境會造成人體健康受損。吸氧可提高人體血氧飽和度、降低心率，有效消除高原缺氧環(huán)境帶來的不適，同時提高作業(yè)人員在高原環(huán)境下的作業(yè)效能。

近年來，我國制氧技術不斷發(fā)展，目前國內(nèi)常用的制氧方法主要包含深冷法、變壓吸附法、化學法、膜分離法和電化學法。

分子篩變壓吸附制氧技術是以空氣為原料，分子篩為吸附劑，利用空氣中氮、氧分子在分子篩上吸附量的差異而實現(xiàn)氧氣和氮氣分離的循環(huán)過程。

1.小型車載制氧裝置技術方案

通過對高原環(huán)境下人體生理需氧量和氧氣濃度的分析，開展制氧裝置的設計，重點提升高原低氣壓環(huán)境條件下裝置的制氧性能。為緩解車輛乘載員作業(yè)時的高原反應，減少安全事故，維持良好的工作效能提供技術保障。

1.1主要結(jié)構

小型車載制氧裝置主要由空氣壓縮泵、分子篩吸附塔、控制系統(tǒng)、電磁閥、散熱器、調(diào)壓閥等主要部件構成。

1.2工作流程

工作流程包括吸附、均壓、放空、沖洗與充壓五個環(huán)節(jié)。壓縮泵吸入經(jīng)濾塵器濾除雜塵的空氣，加壓并通過散熱器降溫，降溫后的壓縮空氣由電磁閥控制進入分子篩吸附塔，分子篩將空氣中的氮氣與氧氣進行分離。當分子篩吸附氮氣接近飽和時，通過電磁閥控制氣路切換，吸附塔停止制氧進行排氮。同時另一吸附塔進入制氧狀態(tài)，通過兩個吸附塔的交替工作，制氧裝置完成連續(xù)的氧氣輸出。

1.3關鍵技術

本文針對壓縮泵在高原環(huán)境下，質(zhì)量排氣量下降的問題，在制氧裝置內(nèi)增設氣壓傳感器，控制器根據(jù)氣壓傳感器監(jiān)測值，對壓縮泵轉(zhuǎn)速分兩檔控制，分別對應兩種工況，通過調(diào)整壓縮泵的轉(zhuǎn)速，提高在低氣壓環(huán)境條件下的質(zhì)量排氣量和輸出壓力，從氣源供應角度提高制氧裝置制氧能力。

1 .4 ?主要技術參數(shù)

制氧量≥3L/min，氧氣濃度≥90%（標準大氣壓）、≥50%（海拔4500米），氧氣濃度建立時間≤2min，供氧壓力（0.04～0.06）MPa，額定功率≤200W，輸入電源26V±4V，氧氣理化標準符合中國《中華人民共和國藥典》2015版相關要求。

能在海拔高度4500米和車輛振動沖擊條件下正常使用，在高低溫環(huán)境（-43℃～+46℃）下能夠開機工作（有氧氣輸出）。

2.高原使用效果分析

2.1高原性能驗證

為了驗證制氧裝置高原環(huán)境下的制氧性能，在海拔4500米地區(qū)進行了制氧裝置性能測試。

小型車載制氧裝置高原性能測試結(jié)果表明，該產(chǎn)品可在高原環(huán)境下為作業(yè)人員進行供氧保障。測試結(jié)果如下表1。

2.2 高原使用效果

在海拔5200米地區(qū)進行小型車載制氧裝置高原環(huán)境下作業(yè)人員使用效果測試。

試驗過程選取1名作業(yè)人員進行使用效果測試，分別進行了1小時不吸氧1小時吸氧、2小時不吸氧2小時吸氧前后血氧飽和度和心率變化對比考察，通過試驗前后對比，作業(yè)人員在吸氧后血氧濃度有較大的提升，心率有所下降。試驗結(jié)果表明：

（1）1小時不吸氧，1小時吸氧，血氧飽和度由87%提高至96%，上升10.3%，心率由105次/分鐘降低至90次/分鐘，降低14.2%;

（2）2小時不吸氧，2小時吸氧，血氧飽和度由85%提高至90%，上升6%，心率由90次/分鐘降低至80次/分鐘，降低11%。

3.結(jié)論

本文研制的小型車載制氧裝置關鍵技術攻關、高原環(huán)境下的性能驗證以及作業(yè)人員使用體驗表明，該小型車載制氧裝置可有效改善高原環(huán)境作業(yè)人員的呼吸微環(huán)境，減少高原缺氧帶給作業(yè)人員的損害，適合高原地區(qū)的使用，可為高原環(huán)境車輛作業(yè)人員或者急進高原的作業(yè)人員提供有效的氧氣保障。

參考文獻

[1]冉莊.羅勇軍.高原制氧供氧技術及合理用氧研究[J].人民軍醫(yī)2019年5月.第62卷.第5期.

[2]田濤.高萬玉等.小型變壓吸附制氧設備主要工藝參數(shù)的研究[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備2018年7月.第39卷.第7期.