專(zhuān)利名稱(chēng)：軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種呼吸增氧裝置，特別涉及一種利用富氧膜技術(shù)提高空氣氧濃度的軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)。
背景技術(shù)：
我國(guó)的高原地區(qū)約占國(guó)土面積的1/6，地域遼闊，邊境線(xiàn)長(zhǎng)達(dá)數(shù)千公里，軍事和戰(zhàn)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(zhǎng)達(dá)1700km，至今還有14. 3萬(wàn)平方公里存在明顯的領(lǐng)土爭(zhēng)端。高原的大氣特點(diǎn)是低壓、低氧，隨著的海拔高度的增加，空氣變得愈來(lái)愈稀薄，長(zhǎng)期駐守官兵極易患上“高原病”(指高海拔地區(qū)的低氧分壓環(huán)境導(dǎo)致人體缺氧所致的疾病， 又稱(chēng)為高山病或高原適應(yīng)不全)。在3000m以下一般機(jī)體沒(méi)有不適的感覺(jué)；3000 4000m 時(shí)會(huì)出現(xiàn)頭痛、眩暈、惡心嘔吐，記憶力衰退、反應(yīng)遲鈍、腦體工效下降明顯；4000 5000m 時(shí)，發(fā)生嚴(yán)重的呼吸困難、體力衰弱、視力減退。印軍研究發(fā)現(xiàn)，人員快速到達(dá)3350m時(shí)，最大活動(dòng)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(shí)間是平原的兩倍。高原缺氧不僅對(duì)急進(jìn)高原官兵的生理狀況產(chǎn)生很大影響，而且會(huì)導(dǎo)致心理應(yīng)激，戰(zhàn)斗力下降。高原作業(yè)環(huán)境下，缺氧一直嚴(yán)重影響我軍官兵的體能、智能和技能的發(fā)揮，因缺氧所致的急性高原病和軍事作業(yè)能力降低是高原部隊(duì)面臨的主要醫(yī)學(xué)問(wèn)題。高海拔地區(qū)反恐醫(yī)學(xué)救援凸顯重要。但是，缺氧是高海拔地區(qū)作業(yè)中面臨的第一難題，也是威脅身心健康和裝備性能發(fā)揮的第一殺手。在“4. 14”玉樹(shù)地震救援中，由于震中平均海拔近4300m，各級(jí)醫(yī)療隊(duì)由于應(yīng)對(duì)高原缺氧準(zhǔn)備不足，加之高原救援裝備欠缺，常規(guī)裝備環(huán)境適應(yīng)性差、缺乏快速反應(yīng)能力，均出現(xiàn)了不同程度的急性高原反應(yīng)，災(zāi)害醫(yī)學(xué)救援作業(yè)能力大為降低，甚至失去作業(yè)能力被迫下撤，貽誤了救災(zāi)的黃金時(shí)間，造成的直接和間接損失不可估量。未來(lái)高原邊境作戰(zhàn)預(yù)警時(shí)間短，而我軍高原駐軍少，要求作戰(zhàn)部隊(duì)在最短時(shí)間內(nèi)， 由平原急速進(jìn)入高原參戰(zhàn)，或者高原駐軍躍遷到更高的海拔作戰(zhàn)，機(jī)動(dòng)距離和海拔躍遷都非常大，此時(shí)極易發(fā)生急性高原病，造成非戰(zhàn)斗減員。根據(jù)我軍近幾年高原演習(xí)情況來(lái)看， 在沒(méi)有采取預(yù)防措施的條件下，快速進(jìn)入5000m高原群體的急性高原病發(fā)病率最高可達(dá) 90%以上。因此，高原缺氧造成的一系列問(wèn)題或“傷害”都亟待解決?？諝庵醒鯕鈱?duì)機(jī)體的生理作用不決定它在空氣中所占的體積百分比(空氣中恒定組成部分的含量百分比，在離地面0 IOOkm高度內(nèi)幾乎是不變的)，而取決于它的分壓。 要想減輕高原缺氧對(duì)機(jī)體的危害，就必須想方設(shè)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(xué)產(chǎn)氧，兩種方法都有其優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有其局限性，難以滿(mǎn)足高原地區(qū)部隊(duì)，尤其是部隊(duì)野外作戰(zhàn)對(duì)于制供氧設(shè)備的需求。就我軍現(xiàn)有的裝備而言，存在以下問(wèn)題(1)高原專(zhuān)用裝備少，配發(fā)的通用裝備對(duì)高原環(huán)境適應(yīng)性差，尤其是抗缺氧裝備不配套、不成系列。( 我軍在高原車(chē)載抗缺氧裝備方面目前還處于空白階段。據(jù)此，開(kāi)展高原車(chē)載抗缺氧裝備的研究，提高官兵的高原適應(yīng)能
3力、生存能力和作業(yè)能力，進(jìn)而提高作戰(zhàn)能力，對(duì)鞏固國(guó)防和維護(hù)國(guó)家安全統(tǒng)一均具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述高原增氧存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是通過(guò)“濃度-流量-功耗”量效關(guān)系的研究，在選擇合適的小型大流量真空泵的基礎(chǔ)上，采用“膜法富氧”新技術(shù)，提供了一種操作簡(jiǎn)單、可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)供氧的軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)，并具有體積小、功耗低、流量大、可全天候使用的特點(diǎn)。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)，包括殼體、連通殼體外大氣的風(fēng)機(jī)及過(guò)濾網(wǎng)，其特征在于，所述殼體內(nèi)設(shè)置有真空泵、富氧膜組件和氣體緩沖室，所述富氧膜組件包括框架，該框架中固定有不少于8層并排排列并互相留有空隙的富氧膜板，每層富氧膜板頂部設(shè)有抽氣接孔，這些抽氣孔通過(guò)連接導(dǎo)管、抽氣匯管與真空泵的進(jìn)口連通；富氧膜組件相對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)置，并使富氧膜板之間的空隙對(duì)著風(fēng)機(jī)；真空泵的出口通過(guò)緩沖導(dǎo)管連通氣體緩沖室的入口，氣體緩沖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(gè)中空基板，該中空基板頂部設(shè)有兩個(gè)抽氣孔，并聯(lián)后通過(guò)連接導(dǎo)管、抽氣匯管與真空泵的進(jìn)口連通，中空基板兩側(cè)面各貼一層富氧膜，內(nèi)部形成密閉空間，密閉空間中由纖維網(wǎng)墊層支撐填充。纖維網(wǎng)墊層為醫(yī)用尼龍彈性支撐網(wǎng)。所述真空泵為水平對(duì)置氣缸式真空泵。所述吸氧器為面罩，或者與駕駛室聯(lián)通的氣體導(dǎo)管及彌散裝置。空氣中氧氣對(duì)機(jī)體的生理作用不決定它在空氣中所占的體積百分比，而取決于它的分壓。要想減輕高原缺氧對(duì)機(jī)體的危害，就必須想方設(shè)法提高氧分壓。本發(fā)明通過(guò)提高空氣中氧濃度來(lái)提高氧氣的體積百分比，進(jìn)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(qiáng)X氧氣的體積百分比個(gè)因此，在低氣壓條件下，通過(guò)增加人體鼻腔局部的呼吸氣壓，借以增加空氣濃度， 使人吸入的氧氣量隨之增加，基本達(dá)到在常壓下的氣體交換，使人體在高原環(huán)境中獲得正常的呼吸條件，尤其對(duì)初上高原的人群特別適用。本發(fā)明克服了分子篩制氧的弊端(功耗高、體積大、不便攜、維護(hù)難等)，根據(jù)膜法富氧技術(shù)，以高原環(huán)境空氣為原料，通過(guò)真空泵給氣，使空氣通過(guò)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(hù)、流量大、利于車(chē)載攜行等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)研究證明，本發(fā)明氧氣機(jī)在不同海拔高度下均能穩(wěn)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(wěn)定在6L/min以上。人體實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明氧氣機(jī)在高海拔環(huán)境下可顯著提高人體的血氧飽和度，降低心率，提高作業(yè)效率。使用后，可以明顯減輕由于缺氧而導(dǎo)致的頭痛、食欲不振、心慌等一系列癥狀，對(duì)急性高原病能起到較好的預(yù)防與治療作用。對(duì)于大兵團(tuán)的部隊(duì)在高原環(huán)境下應(yīng)急軍事行動(dòng)，具有特別的使用效果，切實(shí)保障部隊(duì)官兵在高原地區(qū)的適應(yīng)能力和戰(zhàn)斗力。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中a為主視圖，b為側(cè)視圖，c為俯視圖。圖2為圖1富氧膜組件中的單個(gè)板式富氧膜元件結(jié)構(gòu)圖。圖1、圖2中的附圖標(biāo)記1、殼體；2、連接導(dǎo)管；3、緩沖室；4、真空泵；5、風(fēng)機(jī)及過(guò)濾網(wǎng)；6、富氧膜組件；7、氣體緩沖室出口 ；8、抽氣匯管；9、緩沖導(dǎo)管；10、抽氣接孔；11、中空基板；12、纖維網(wǎng)墊層；13、富氧膜。圖3為本發(fā)明氧氣機(jī)氧濃度隨海拔高度的走勢(shì)圖。圖4為本發(fā)明氧氣機(jī)氧出口流量隨海拔高度的走勢(shì)圖。圖5為使用氧氣機(jī)前后的SpA對(duì)照?qǐng)D。圖6為使用氧氣機(jī)前后的HR對(duì)照?qǐng)D。圖7為使用氧氣機(jī)前后的行為能力對(duì)照?qǐng)D。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。如圖1所示，一種軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)，包括殼體1、連通殼體外大氣的風(fēng)機(jī)及過(guò)濾網(wǎng)5，殼體內(nèi)設(shè)置有真空泵4、富氧膜組件6和氣體緩沖室3。富氧膜組件6包括框架，由 ABS工程塑料制成，該框架中固定有8-12層并排排列并互相留有空隙的富氧膜板，每層富氧膜板頂部設(shè)有抽氣接孔，這些抽氣孔通過(guò)連接導(dǎo)管2、抽氣匯管8與真空泵4的進(jìn)口連通； 富氧膜組件6相對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)置，并使富氧膜板之間的空隙對(duì)著風(fēng)機(jī)；風(fēng)機(jī)采用高速風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速可達(dá)2000rpm。在平行于富氧膜板的方向上，風(fēng)機(jī)給通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)的空氣以動(dòng)力，使其沿著富氧膜板之間的空隙方向流動(dòng)，保證富氧膜周?chē)男迈r空氣。真空泵4的出口通過(guò)緩沖導(dǎo)管9 連通氣體緩沖室3的入口，氣體緩沖室出口 7伸出殼體外與面罩連通。氧氣機(jī)中過(guò)濾網(wǎng)濾孔直徑為0. 75mm,主要目的是為了濾除空氣中直徑大于0. 75mm的塵埃，防止長(zhǎng)期使用塵埃堆積于儀器真空泵內(nèi)造成轉(zhuǎn)速下降，使真空泵效率降低。真空泵4采用自行設(shè)計(jì)的水平對(duì)置氣缸式真空泵，可將富氧膜的低壓側(cè)壓強(qiáng)降至 3. 3KPa，大氣壓強(qiáng)換算，膜的低壓側(cè)壓強(qiáng)為-0. 098MPa，真空泵的電機(jī)功耗為35w，完全滿(mǎn)足軍用高原氧氣機(jī)對(duì)于真空泵的要求。真空泵抽出富氧空氣后，其流速很高且氣流不穩(wěn)定，為穩(wěn)定氣流，在泵的出氣口加入一個(gè)直徑50mm，長(zhǎng)30mm的圓柱形氣體緩沖室3。其進(jìn)氣口與出氣口分別在圓柱形氣缸的兩個(gè)底面上，并且互不相對(duì)，這樣就保證了富氧空氣進(jìn)入氣缸后能夠緩沖，在氣缸內(nèi)蓄積直到壓力驅(qū)使其從出氣口穩(wěn)定的流出，從而得到流速穩(wěn)定的富氧空氣流?？諝馔ㄟ^(guò)風(fēng)機(jī)及過(guò)濾網(wǎng)5進(jìn)入富氧機(jī)，使富氧膜組件周?chē)３帧靶迈r”空氣，通過(guò)真空泵形成富氧膜組件內(nèi)外側(cè)壓力差而得到含氧濃度達(dá)30%以上的富氧空氣，繼而經(jīng)過(guò)氣體緩沖室穩(wěn)定流量，再經(jīng)過(guò)導(dǎo)管最后由輸出富氧氣。如圖2所示，富氧膜板包括一個(gè)中空基板11，該中空基板頂部設(shè)有兩個(gè)抽氣孔10， 并聯(lián)后通過(guò)連接導(dǎo)管2、抽氣匯管8與真空泵的進(jìn)口連通，使富氧膜組件內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，通過(guò)富氧膜提高氧氣的通過(guò)效率并降低氮?dú)獾耐ㄟ^(guò)效率，產(chǎn)生氧濃度30%左右的富氧氣體。 中空基板11兩側(cè)面各貼一層采用高分子聚合物制成的板式富氧膜13(商用)，內(nèi)部形成密閉空間，密閉空間中由纖維網(wǎng)墊層12(醫(yī)用尼龍彈性支撐網(wǎng))支撐填充，使整個(gè)基板在外部加壓的情況下，氣體流動(dòng)過(guò)富氧膜13時(shí)能夠彈性支撐膜材料從而使富氧膜不會(huì)破裂。
5
富氧膜是一類(lèi)具有特殊性質(zhì)的高分子薄膜，它對(duì)空氣中的氧分子等具有選擇性透過(guò)作用。在壓力的驅(qū)動(dòng)下，可使空氣中的氧氣優(yōu)先透過(guò)膜體而得到富氧空氣(氧濃度大于 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，主要用于空氣流量較低時(shí)產(chǎn)生富氧空氣。卷式富氧膜材料有效面積較大，主要用于大規(guī)模制備富氧空氣。本發(fā)明采用單層板式富氧膜材料。與圖1氧氣機(jī)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(jī)電源、車(chē)載電源逆變器、帶插頭的電源線(xiàn)等。氧氣機(jī)可通過(guò)交流220V電源直接供電，也可通過(guò)車(chē)載式電源逆變器連接車(chē)載電源進(jìn)行供電。本發(fā)明氧氣機(jī)的原理是利用膜法富氧技術(shù)并采用真空泵給空氣加壓的方式使空氣通過(guò)富氧膜組件得到富氧空氣。富氧氣體通過(guò)氣體緩沖室3后流量輸出穩(wěn)定，可以通過(guò)面罩吸氧，也可以通過(guò)氣體導(dǎo)管直接彌散到駕駛室內(nèi)，以提高司乘人員的作業(yè)效能。本發(fā)明軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)的使用方法首先插上電源，打開(kāi)氧氣機(jī)的電源開(kāi)關(guān)接通電源，工作指示等亮，氧氣機(jī)正常工作，用通氣導(dǎo)管連通氣體緩沖室出口和面罩，將面罩戴于鼻部形成一局部密閉空間，也可以通過(guò)氣體導(dǎo)管直接彌散到駕駛室內(nèi)。在車(chē)內(nèi)使用面罩時(shí)，應(yīng)將外循環(huán)風(fēng)開(kāi)啟，也可適當(dāng)打開(kāi)車(chē)窗，使氧氣機(jī)能獲得足夠的空氣源；直接將富氧氣彌散到車(chē)內(nèi)時(shí)，應(yīng)將氧氣機(jī)置于車(chē)外。通過(guò)鼻形面罩吸氧時(shí)，可通過(guò)對(duì)鼻形面罩的改進(jìn)以增加鼻部小環(huán)境內(nèi)空氣中氧氣濃度，當(dāng)氧氣機(jī)工作時(shí)時(shí)，使用人用鼻吸氣，用嘴呼氣，可明顯提高氧氣機(jī)的使用效果。本發(fā)明軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)主要技術(shù)參數(shù)①重量< 6Kg ；②體積功耗< 60W ；③富氧流量> 6L/min ；④氧濃度> 30 士 1%;⑤ 噪音< 45dB。為研究軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)的使用效果，本發(fā)明進(jìn)行了系列試驗(yàn)研究如下1)在海拔3000m，4000m，5000m的高原環(huán)境下，分別檢測(cè)每個(gè)海拔高度下軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)的富氧濃度和出風(fēng)量，從而確定該儀器在高原環(huán)境下使用的穩(wěn)定性(圖3、4)。2)在海拔3000m，4000m，5000m的高原環(huán)境下，利用Philips MP20多參數(shù)檢測(cè)儀檢測(cè)8名受試對(duì)象(男性6人，女性2人，年齡22 37周歲，身體健康)在靜息狀態(tài)下，于每個(gè)海拔高度下使用氧氣機(jī)前后的脈搏血氧飽和度(SpO2)和心率(HR)的變化情況(圖5、 6)。3)在海拔5000m的高原環(huán)境下，對(duì)比8名受試對(duì)象使用便攜式氧氣機(jī)前后行為能力(包括目標(biāo)追蹤與二維數(shù)字搜索兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目)的測(cè)量得分(圖7)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該儀器使用方便、性能穩(wěn)定、易維護(hù)。如圖3、圖4所示，在海拔 5000m時(shí)，氧氣機(jī)輸出氧濃度仍能維持在以上，輸出氣體流量高于6L/min，按照人體在靜息狀態(tài)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(mǎn)足高原環(huán)境下機(jī)體的需氧量。如圖5、圖6所示，在使用軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)之后，受試者靜息狀態(tài)下的SpO2顯著增高(P < 0. 05)；心率變化在不同海拔高度下呈現(xiàn)不同程度的下降。說(shuō)明軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)抗缺氧效果好，能顯著改善機(jī)體急性缺氧癥狀，提高作業(yè)效能。如圖7所示，受試者的目標(biāo)追蹤得分和二維數(shù)字搜索得分明顯提高 (P < 0. 05)。這提示對(duì)于急進(jìn)高原的部隊(duì)和人群，在使用軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)后，雙手協(xié)調(diào)性、空間思維能力、心理應(yīng)激性均得到提高。這表明，在高原環(huán)境下，使用軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)供氧，可以減輕由于急性缺氧而引發(fā)的機(jī)體行為能力下降，提高急進(jìn)高原人員的工作效率。
權(quán)利要求
1.一種軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)，包括殼體、連通殼體外大氣的風(fēng)機(jī)及過(guò)濾網(wǎng)，其特征在于，所述殼體內(nèi)設(shè)置有真空泵、富氧膜組件和氣體緩沖室，所述富氧膜組件包括框架，該框架中固定有不少于8層并排排列并互相留有空隙的富氧膜板，每層富氧膜板頂部設(shè)有抽氣接孔，這些抽氣孔通過(guò)連接導(dǎo)管、抽氣匯管與真空泵的進(jìn)口連通；富氧膜組件相對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)置，并使富氧膜板之間的空隙對(duì)著風(fēng)機(jī)；真空泵的出口通過(guò)緩沖導(dǎo)管連通氣體緩沖室的入口，氣體緩沖室的出口伸出殼體外與吸氧器連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)，其特征在于，所述富氧膜板為12層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)，其特征在于，所述富氧膜板包括一個(gè)中空基板，該中空基板頂部設(shè)有兩個(gè)抽氣孔，并聯(lián)后通過(guò)連接導(dǎo)管、抽氣匯管與真空泵的進(jìn)口連通，中空基板兩側(cè)面各貼一層富氧膜，內(nèi)部形成密閉空間，密閉空間中由纖維網(wǎng)墊層支撐填充。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)，其特征在于，所述纖維網(wǎng)墊層為醫(yī)用尼龍彈性支撐網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)，其特征在于，所述真空泵為水平對(duì)置氣缸式真空泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)，其特征在于，所述吸氧器為面罩，或者與駕駛室聯(lián)通的氣體導(dǎo)管及彌散裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種軍用高原車(chē)載氧氣機(jī)，包括殼體、連通殼體外大氣的風(fēng)機(jī)及過(guò)濾網(wǎng)，其特征在于，所述殼體內(nèi)設(shè)置有真空泵、富氧膜組件和氣體緩沖室，所述富氧膜組件包括框架，該框架中固定有不少于8層并排排列并互相留有空隙的富氧膜板，每層富氧膜板頂部設(shè)有抽氣接孔，這些抽氣孔通過(guò)連接導(dǎo)管、抽氣匯管與真空泵的進(jìn)口連通；富氧膜組件相對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)置，并使富氧膜板之間的空隙對(duì)著風(fēng)機(jī)；真空泵的出口通過(guò)緩沖導(dǎo)管連通氣體緩沖室的入口，氣體緩沖室的出口伸出殼體外與吸氧器連通。
文檔編號(hào)C01B13/02GK102249195SQ201110127410
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)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(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)