小型車載制氧裝置高原適應性研究

王博 劉曉峰 王學友

摘要：為了滿足高原環境車輛作業人員吸氧的需求，兼顧車輛系列車型發展對產品重量、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量排氣量補償技術，突破了高原環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：高原環境;變壓吸附制氧;質量排氣量補償技術

我國是世界上高原面積最大的國家，西南邊境地區平均海拔達到4000米以上，部分地區達到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缺氧環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境帶來的不適，同時提高作業人員在高原環境下的作業效能。

近年來，我國制氧技術不斷發展，目前國內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氧氣和氮氣分離的循環過程。

1.小型車載制氧裝置技術方案

通過對高原環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境條件下裝置的制氧性能。為緩解車輛乘載員作業時的高原反應，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、電磁閥、散熱器、調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、沖洗與充壓五個環節。壓縮泵吸入經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，通過兩個吸附塔的交替工作，制氧裝置完成連續的氧氣輸出。

1.3關鍵技術

本文針對壓縮泵在高原環境下，質量排氣量下降的問題，在制氧裝置內增設氣壓傳感器，控制器根據氣壓傳感器監測值，對壓縮泵轉速分兩檔控制，分別對應兩種工況，通過調整壓縮泵的轉速，提高在低氣壓環境條件下的質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

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境下的制氧性能，在海拔4500米地區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果表明，該產品可在高原環境下為作業人員進行供氧保障。測試結果如下表1。

2.2 高原使用效果

在海拔5200米地區進行小型車載制氧裝置高原環境下作業人員使用效果測試。

試驗過程選取1名作業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.結論

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

參考文獻

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