小型车载制氧装置高原适应性研究

王博 刘晓峰 王学友

摘要：为了满足高原环境车辆作业人员吸氧的需求，兼顾车辆系列车型发展对产品重量、安装空间、供电、供氧量等要求，本文基于变压吸附制氧技术，采用模块化构建、兼容性设计和一体化集成的技术途径，研制一种小型车载制氧装置。该研究采用低气压下压缩泵质量排气量补偿技术，突破了高原环境下制氧装置性能降低技术难点，提高制氧装置的制氧效率，减少或缓解乘载员的高原反应。

关键词：高原环境;变压吸附制氧;质量排气量补偿技术

我国是世界上高原面积最大的国家，西南边境地区平均海拔达到4000米以上，部分地区达到5000米以上。随着海拔的升高，空气中氧气含量逐渐降低，长时间处于高海拔地区缺氧环境会造成人体健康受损。吸氧可提高人体血氧饱和度、降低心率，有效消除高原缺氧环境带来的不适，同时提高作业人员在高原环境下的作业效能。

近年来，我国制氧技术不断发展，目前国内常用的制氧方法主要包含深冷法、变压吸附法、化学法、膜分离法和电化学法。

分子筛变压吸附制氧技术是以空气为原料，分子筛为吸附剂，利用空气中氮、氧分子在分子筛上吸附量的差异而实现氧气和氮气分离的循环过程。

1.小型车载制氧装置技术方案

通过对高原环境下人体生理需氧量和氧气浓度的分析，开展制氧装置的设计，重点提升高原低气压环境条件下装置的制氧性能。为缓解车辆乘载员作业时的高原反应，减少安全事故，维持良好的工作效能提供技术保障。

1.1主要结构

小型车载制氧装置主要由空气压缩泵、分子筛吸附塔、控制系统、电磁阀、散热器、调压阀等主要部件构成。

1.2工作流程

工作流程包括吸附、均压、放空、冲洗与充压五个环节。压缩泵吸入经滤尘器滤除杂尘的空气，加压并通过散热器降温，降温后的压缩空气由电磁阀控制进入分子筛吸附塔，分子筛将空气中的氮气与氧气进行分离。当分子筛吸附氮气接近饱和时，通过电磁阀控制气路切换，吸附塔停止制氧进行排氮。同时另一吸附塔进入制氧状态，通过两个吸附塔的交替工作，制氧装置完成连续的氧气输出。

1.3关键技术

本文针对压缩泵在高原环境下，质量排气量下降的問题，在制氧装置内增设气压传感器，控制器根据气压传感器监测值，对压缩泵转速分两档控制，分别对应两种工况，通过调整压缩泵的转速，提高在低气压环境条件下的质量排气量和输出压力，从气源供应角度提高制氧装置制氧能力。

1 .4  主要技术参数

制氧量≥3L/min，氧气浓度≥90%（标准大气压）、≥50%（海拔4500米），氧气浓度建立时间≤2min，供氧压力（0.04～0.06）MPa，额定功率≤200W，输入电源26V±4V，氧气理化标准符合中国《中华人民共和国药典》2015版相关要求。

能在海拔高度4500米和车辆振动冲击条件下正常使用，在高低温环境（-43℃～+46℃）下能够开机工作（有氧气输出）。

2.高原使用效果分析

2.1高原性能验证

为了验证制氧装置高原环境下的制氧性能，在海拔4500米地区进行了制氧装置性能测试。

小型车载制氧装置高原性能测试结果表明，该产品可在高原环境下为作业人员进行供氧保障。测试结果如下表1。

2.2 高原使用效果

在海拔5200米地区进行小型车载制氧装置高原环境下作业人员使用效果测试。

试验过程选取1名作业人员进行使用效果测试，分别进行了1小时不吸氧1小时吸氧、2小时不吸氧2小时吸氧前后血氧饱和度和心率变化对比考察，通过试验前后对比，作业人员在吸氧后血氧浓度有较大的提升，心率有所下降。试验结果表明：

（1）1小时不吸氧，1小时吸氧，血氧饱和度由87%提高至96%，上升10.3%，心率由105次/分钟降低至90次/分钟，降低14.2%;

（2）2小时不吸氧，2小时吸氧，血氧饱和度由85%提高至90%，上升6%，心率由90次/分钟降低至80次/分钟，降低11%。

3.结论

本文研制的小型车载制氧装置关键技术攻关、高原环境下的性能验证以及作业人员使用体验表明，该小型车载制氧装置可有效改善高原环境作业人员的呼吸微环境，减少高原缺氧带给作业人员的损害，适合高原地区的使用，可为高原环境车辆作业人员或者急进高原的作业人员提供有效的氧气保障。

参考文献

[1]冉庄.罗勇军.高原制氧供氧技术及合理用氧研究[J].人民军医2019年5月.第62卷.第5期.

[2]田涛.高万玉等.小型变压吸附制氧设备主要工艺参数的研究[J].医疗卫生装备2018年7月.第39卷.第7期.