CN110013620B - 一种氧气调节器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氧气调节器，属于缺氧环境供氧技术领域，主要应用于对高空跳伞或直升机及战斗机驾乘人员的供氧，也可用于对在高山和高原等高海拔地区工作、生活和旅游人员的供氧。本发明中的氧气调节器能够很好地满足伞兵在执行万米高空跳伞任务时对自动调节供氧的需求，可大大节省跳伞过程中氧气的用量，从而可在相同的供氧时间下减少供氧装置的体积和重量。

Description

一种氧气调节器

技术领域

本发明涉及一种氧气调节器，属于缺氧环境供氧技术领域，主要应用于对高空跳伞或直升机及战斗机驾乘人员的供氧，也可用于对在高山和高原等高海拔地区工作、生活和旅游人员的供氧。

背景技术

伞兵在执行万米空降作战任务时，由于跳伞离机高度高，高空停留时间长，因此需要解决人体对高空缺氧、高空低温、高空减压病和开伞动载等的防护问题。为此，各国都为空降兵研制和装备了相应的高空供氧及防寒等防护装备。高空跳伞供氧装备通常由高压氧气瓶、集成减压阀、氧气调节器和氧气面罩等四大部件组成，其中氧气调节器在跳伞过程中起自动调节供氧流量和供氧浓度的作用，是高空跳伞供氧装备中最为关键的部件。为了节省跳伞过程中氧气的用量，尽可能延长跳伞人员的滞空时间，并防止高空减压病的发生，通常要求氧气调节器具备8000m以上供纯氧、8000m以下供混合氧及3000m以下停止供氧的功能，并且随着跳伞过程中海拔高度的降低，供氧流量逐渐减小，引入外界空气的量逐渐增大，供氧浓度也随之逐渐减小。

现有的氧气调节器结构复杂，工作可靠性差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种氧气调节器，该氧气调节器结构简单、可靠性高，能自动调节供氧量。

本发明的技术解决方案是：

一种氧气调节器，该氧气调节器包括进口接头、阀体、第一支撑环、真空波纹管、流量调节杆、供氧活门、供氧活门座、供氧活门弹簧、杠杆、吸气压力感应膜片、膜片保护帽、膜片保护盖、第二支撑环、真空膜盒、空气活门座、空气活门、空气活门弹簧和出口接头；

所述的进口接头固定安装在阀体的左侧，进口接头为带有通孔的转接头，一端与小型氧气瓶减压阀的出口连接，另一端与阀体连接；氧气通过进口接头的通孔流入；

所述的第一支撑环固定安装在阀体的顶端，第一支撑环为中空的圆筒，圆筒顶部中心开有螺纹孔，用于固定真空波纹管，中心孔***均布有6～8个圆形的通孔，与外界大气相通。

真空波纹管的上螺柱与圆筒顶部中心螺纹孔连接，并固定安装在第一支撑环的圆筒内，真空波纹管的下螺柱穿过第一支撑环的底端后与流量调节杆固定连接；

所述的流量调节杆嵌入安装在阀体内，通过进口接头的通孔流入的氧气通过流量调节杆进行流量的调节；

所述的供氧活门通过供氧活门座固定安装在阀体内，供氧活门弹簧安装在供氧活门和供氧活门座之间；当使用人员吸气时，供氧活门弹簧收缩，供氧活门开启；通过流量调节杆进行流量调节后的氧气进入到阀体右侧的空腔内；

所述的杠杆为一金属弹片，金属弹片一端与供氧活门连接，金属弹片的另一端搭接在吸气压力感应膜片上。

所述的吸气压力感应膜片固定安装在阀体的底端，吸气压力感应膜片通过膜片保护帽和膜片保护盖进行双重固定。吸气压力感应膜片采用食品级硅橡胶材料通过模压工艺制成，膜片保护帽采用TPU材料通过注塑工艺制成，膜片保护盖采用尼龙66材料通过注塑工艺制成。膜片保护帽和膜片保护盖上均设有通孔与外界大气相通。当使用人员吸气时，阀体右侧空腔内的气压降低，外界大气压力推动吸气压力感应膜片向上运动，进而带动杠杆的一端向上运动，使供氧活门开启。

阀体的顶端靠右部分带有凸出的空心圆柱，第二支撑环固定安装在阀体的空心圆柱上，即第一支撑环与第二支撑环并排安装在阀体的顶端。第二支撑环也为中空的圆筒，圆筒顶部中心开有螺纹孔，用于固定真空膜盒，中心孔***也均布有6～8个圆形的通孔，与外界大气相通。真空膜盒安装在第二支撑环的空腔中，且真空膜盒的上螺柱固定安装在第二支撑环的顶端。

空气活门座位于真空膜盒的下方，并固定安装在阀体顶端右侧的空心圆柱内。

空气活门安装在空气活门座的下方，空气活门弹簧安装在空气活门的下方；且空气活门座、空气活门、空气活门弹簧均安装在阀体右侧空心圆柱的空腔中；

所述的出口接头固定安装在阀体的右侧；

供氧活门座、吸气压力感应膜片、空气活门以及出口接头围成的空间形成一空腔，该空腔内进行空气和氧气的混合，称之为混合空腔；

跳伞人员吸气时，杠杆带动供氧活门开启，氧气经供氧活门座上的通孔进入到混合空腔中。跳伞人员呼气时，杠杆在供氧活门弹簧的作用力下返回至原位置，供氧活门关闭氧气通道。

跳伞人员吸气时，空气活门在外界大气压力的作用下向下运动，外界空气进入到混合空腔中。跳伞人员呼气时，空气活门在空气活门弹簧的作用力下返回至原位置，空气活门关闭空气通道。

混合空腔中的氧气、空气或两者的混合物通过出口接头排出，供跳伞人员使用。

工作过程：

跳伞人员使用时，先将氧气调节器的进口接头与小型氧气瓶减压阀的出口连接，出口接头与氧气面罩连接。打开氧气瓶开关后，氧气经减压阀减压至0.4MPa～0.6MPa后，进入到氧气调节器左侧通道内，经流量调节杆后，到达供氧活门处。跳伞人员吸气时，阀体右侧空腔内的气压降低，外界大气压力推动吸气压力感应膜片向上运动，带动杠杆的一端向上运动，供氧活门开启，氧气经供氧活门座上的通孔进入到混合空腔中。跳伞人员呼气时，杠杆在供氧活门弹簧的作用力下返回至原位置，供氧活门关闭氧气通道。随着跳伞高度降低，外界气压增大，真空波纹管逐渐收缩向上移动，流量调节杆也向上移动，氧气通道逐渐收窄，氧气流量逐渐减小，至高度降低至3000m以下时，氧气通道彻底关闭。设定流量调节杆上的流通孔孔径与真空波纹管从8000m气压高度到3000m气压高度的位移量相当时(约2mm左右)，即可实8000m及以上时供氧流量达到最大，8000m至3000m间供氧流量逐渐减小，3000m以下时氧气自动关停。

跳伞人员吸气时，空气活门同时在外界大气压力的作用下向下运动，外界空气进入到混合空腔中。跳伞人员呼气时，空气活门在空气活门弹簧的作用力下返回至原位置，空气活门关闭空气通道。供空气单元中的真空膜盒在8000m以上时会关闭空气活门座上的进气通道，实现8000m以上时供纯氧；8000m以下时真空膜盒收缩，打开空气活门座上的进气通道，并且随着跳伞高度的下降，开启高度逐渐增大，引入的空气量也逐渐增大，供氧浓度逐渐减小。供空气单元中的空气活门只有在吸气时才开启，呼气时关闭，与跳伞人员呼吸频率和呼吸深度保持一致。

有益效果

(1)本发明的氧气调节器由进口接头、阀体、氧气流量调节单元、肺式供氧单元、供空气单元及出口接头等组成。其中氧气流量调节单元采用刚度大、位移小的真空波纹管作为感压元件，真空波纹管会依据外界气压高度的变化产生位移，并带动流量调节杆位置发生相应的改变，进而导致气流通道大小随之改变，从而实现供氧流量随高度的变化自动调节。供空气单元采用刚度小、位移大的真空膜盒作为感压元件，利用真空膜盒随外界气压高度改变而产生的位移变化来自动调节引入的空气量。

(2)本发明中的氧气调节器能够很好地满足伞兵在执行万米高空跳伞任务时对自动调节供氧的需求，可大大节省跳伞过程中氧气的用量，从而可在相同的供氧时间下减少供氧装置的体积和重量。

(3)本氧气调节器是高空跳伞供氧装置的重要组成部分，使用时需先将氧气调节器的进口接头与高空跳伞供氧装置高压氧气瓶上集成减压阀的出口连接，出口接头与氧气面罩连接。减压阀出口压力通常设定为0.4MPa～0.6MPa，减压后的氧气先进入氧气调节器的流量调节单元，在跳伞下降的过程中，随着外界高度的逐渐降低，气压逐渐增大时，真空波纹管高度逐渐减小，供氧流量逐渐减小，直至关停。设定流量调节杆上的流通孔孔径与真空波纹管从8000m气压高度到3000m气压高度的位移量相当时(约2mm左右)，即可实8000m及以上时供氧流量达到最大，8000m至3000m间供氧流量逐渐减小，3000m以下时氧气自动关停。肺式供氧活门单元中的吸气压力感应膜片会自动感应高空跳伞等使用人员呼吸频率和呼吸深度的变化，并产生位移，进而带动杠杆开关来开启和关闭供氧活门，实现对使用人员进行肺式供氧，与连续式供氧方式相比，肺式供氧方式可节省一半以上的氧气用量。供空气单元中的真空膜盒在8000m以上时会关闭空气活门座上的进气通道，实现8000m以上时供纯氧；8000m以下时真空膜盒收缩，打开空气活门座上的进气通道，并且随着跳伞高度的下降，开启高度逐渐增大，引入的空气量也逐渐增大，供氧浓度逐渐减小。供空气单元中的空气活门只有在吸气时才开启，呼气时关闭，与跳伞人员呼吸频率和呼吸深度保持一致。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的最佳实例作进一步详细描述。

如图1所示，氧气调节器由进口接头1、阀体2、第一支撑环3、真空波纹管4、流量调节杆5、供氧活门6、供氧活门座7、供氧活门弹簧8、杠杆开关9、吸气压力感应膜片10、膜片保护帽11、膜片保护盖12、第二支撑环13、真空膜盒14、空气活门座15、空气活门16、空气活门弹簧17和出口接头18等组成。

其中进口接头1、流量调节杆5、供氧活门6、供氧活门座7、杠杆开关9和出口接头18采用不锈钢材料制成。进口接头1与供氧装置高压氧气瓶上集成减压阀的出口通过耐高压软管连接，进口压力约为0.4MPa～0.6MPa。流量调节杆5上的氧气流通孔的孔径约为2mm，与真空波纹管从8000m气压高度到3000m气压高度的位移量相当，流量调节杆两端采用硅橡胶O型密封圈与氧气调节器阀体密封，防止氧气泄漏；流量调节杆5通过真空波纹管4位移的变化来调节供氧流量，并且在8000m及以上时供氧流量达到最大，8000m至3000m间供氧流量逐渐减小，3000m以下时氧气自动关停。杠杆开关9起放大吸气压力感应膜片10位移的作用，通过模具冲压而成。出口接头18采用的是快插接头，可与氧气面罩快速连接。

阀体2和第一支撑环3、膜片保护盖12、第二支撑环13、空气活门座15和空气活门16采用2A12型硬质铝合金材料制成，并且对表面进行阳极化处理。空气活门16在吸气时才开启，呼气时关闭，与跳伞人员呼吸频率和呼吸深度保持一致。

真空波纹管4和真空膜盒14采用铍青铜材料制成，具有稳定性好、疲劳强度高和使用温度范围宽的优点，可在－55℃～+70℃的宽温度范围内可靠使用。真空波纹管4安装固定在第一支撑环3上，真空膜盒14安装固定在第二支撑环13上。真空膜盒在8000m以上时会关闭空气活门座上的进气通道，实现8000m以上时供纯氧；8000m以下时真空膜盒收缩，打开空气活门座上的进气通道，并且随着跳伞高度的下降，开启高度逐渐增大，引入的空气量也逐渐增大，供氧浓度逐渐减小。

吸气压力感应膜片10采用食品级硅橡胶材料通过模压工艺制成，具有感应灵敏度高、使用温度范围宽的优点，并且可满足人体生理卫生指标要求。膜片保护帽11采用热塑性聚氨酯材料通过注塑工艺制成，具有弹性好和耐磨的优点，膜片保护盖12采用尼龙66材料通过注塑工艺制成，具有韧性好和强度高的优点。

进口接头1固定安装在阀体2的左侧，进口接头1为带有通孔的转接头，一端与小型氧气瓶减压阀的出口连接，另一端与阀体2连接；氧气通过进口接头1的通孔流入；

第一支撑环3固定安装在阀体2的顶端，第一支撑环3为中空的圆筒，圆筒顶部中心开有螺纹孔，用于固定真空波纹管4，中心孔***均布有6～8个圆形的通孔，与外界大气相通。

真空波纹管4的上螺柱与圆筒顶部中心螺纹孔连接，并固定安装在第一支撑环3的圆筒内，真空波纹管4的下螺柱穿过第一支撑环3的底端后与流量调节杆5固定连接；

流量调节杆5嵌入安装在阀体2内，从进口接头1的通孔流入的氧气通过流量调节杆5进行流量的调节；

供氧活门6通过供氧活门座7固定安装在阀体2内，供氧活门弹簧8安装在供氧活门6和供氧活门座7之间；当使用人员吸气时，供氧活门弹簧8收缩，供氧活门6开启；通过流量调节杆5进行流量调节后的氧气进入到阀体右侧的空腔内；

杠杆9为一金属弹片，金属弹片一端与供氧活门6连接，金属弹片的另一端搭接在吸气压力感应膜片10上。

吸气压力感应膜片10固定安装在阀体2的底端，吸气压力感应膜片10通过膜片保护帽11和膜片保护盖12进行双重固定。膜片保护帽11和膜片保护盖12上均设有通孔与外界大气相通。当使用人员吸气时，阀体右侧空腔内的气压降低，外界大气压力推动吸气压力感应膜片10向上运动，进而带动杠杆9的一端向上运动，使供氧活门6开启。

阀体2的顶端靠右部分带有凸出的空心圆柱，第二支撑环13固定安装在阀体2的空心圆柱上，即第一支撑环3与第二支撑环13并排安装在阀体2的顶端。第二支撑环13也为中空的圆筒，圆筒顶部中心开有螺纹孔，用于固定真空膜盒14，中心孔***也均布有6～8个圆形的通孔，与外界大气相通。真空膜盒14安装在第二支撑环13的空腔中，且真空膜盒14的上螺柱固定安装在第二支撑环13的顶端。

空气活门座15位于真空膜盒14的下方，并固定安装在阀体2顶端右侧的空心圆柱内。

空气活门16安装在空气活门座15的下方，空气活门弹簧17安装在空气活门16的下方；且空气活门座15、空气活门16、空气活门弹簧17均安装在阀体2右侧空心圆柱的空腔中；

出口接头18固定安装在阀体2的右侧；

供氧活门座7、吸气压力感应膜片10、空气活门16以及出口接头18围成的空间形成一空腔，该空腔内进行空气和氧气的混合，称之为混合空腔；

组装好后的氧气调节器外廓尺寸约为130mm×40mm×80mm，重约0.4kg。

跳伞人员吸气时，杠杆9带动供氧活门6开启，氧气经供氧活门座7上的通孔进入到混合空腔中。跳伞人员呼气时，杠杆9在供氧活门弹簧8的作用力下返回至原位置，供氧活门6关闭氧气通道。

跳伞人员吸气时，空气活门16在外界大气压力的作用下向下运动，外界空气进入到混合空腔中。跳伞人员呼气时，空气活门16在空气活门弹簧17的作用力下返回至原位置，空气活门16关闭空气通道。

混合空腔中的氧气、空气或两者的混合物通过出口接头18排出，供跳伞人员使用。

Claims (1)

1.一种氧气调节器，其特征在于：该氧气调节器包括进口接头(1)、阀体(2)、第一支撑环(3)、真空波纹管(4)、流量调节杆(5)、供氧活门(6)、供氧活门座(7)、供氧活门弹簧(8)、杠杆(9)、吸气压力感应膜片(10)、膜片保护帽(11)、膜片保护盖(12)、第二支撑环(13)、真空膜盒(14)、空气活门座(15)、空气活门(16)、空气活门弹簧(17)和出口接头(18)；

所述的进口接头(1)固定安装在阀体(2)的左侧，进口接头(1)为带有通孔的转接头，氧气通过进口接头(1)的通孔流入；

所述的第一支撑环(3)固定安装在阀体(2)的顶端；

所述的真空波纹管(4)的下螺柱穿过第一支撑环(3)的底端后与流量调节杆(5)固定连接；

所述的流量调节杆(5)嵌入安装在阀体(2)内，通过进口接头(1)的通孔流入的氧气通过流量调节杆(5)进行流量的调节；

所述的供氧活门(6)通过供氧活门座(7)固定安装在阀体(2)内，供氧活门弹簧(8)安装在供氧活门(6)和供氧活门座(7)之间；

所述的杠杆(9)为一金属弹片，金属弹片一端与供氧活门(6)连接，金属弹片的另一端搭接在吸气压力感应膜片(10)上；

所述的吸气压力感应膜片(10)固定安装在阀体(2)的底端，吸气压力感应膜片(10)通过膜片保护帽(11)和膜片保护盖(12)进行固定；

阀体(2)的顶端靠右部分带有凸出的空心圆柱，第二支撑环(13)固定安装在阀体(2)的空心圆柱上，即第一支撑环(3)与第二支撑环(13)并排安装在阀体(2)的顶端；

真空膜盒(14)安装在第二支撑环(13)的空腔中，且真空膜盒(14)的上螺柱固定安装在第二支撑环(13)的顶端；

空气活门座(15)位于真空膜盒(14)的下方，并固定安装在阀体(2)顶端右侧的空心圆柱内；

空气活门(16)安装在空气活门座(15)的下方，空气活门弹簧(17)安装在空气活门(16)的下方；且空气活门座(15)、空气活门(16)、空气活门弹簧(17)均安装在阀体(2)右侧空心圆柱的空腔中；

所述的出口接头(18)固定安装在阀体(2)的右侧；

供氧活门座(7)、吸气压力感应膜片(10)、空气活门(16)以及出口接头(18)围成的空间形成一空腔；

所述的进口接头(1)的一端与小型氧气瓶减压阀的出口连接，进口接头(1)的另一端与阀体(2)连接；

所述的第一支撑环(3)为中空的圆筒，圆筒顶部中心开有螺纹孔，用于固定真空波纹管(4)，中心孔***均布有6～8个圆形的通孔，与外界大气相通；

所述的真空波纹管(4)的上螺柱与第一支撑环(3)的圆筒顶部中心螺纹孔连接，并固定安装在第一支撑环(3)的圆筒内；

当使用人员吸气时，供氧活门弹簧(8)收缩，供氧活门(6)开启；通过流量调节杆(5)进行流量调节后的氧气进入到阀体右侧的空腔内；

吸气压力感应膜片(10)采用食品级硅橡胶材料通过模压工艺制成，膜片保护帽(11)采用TPU材料通过注塑工艺制成，膜片保护盖(12)采用尼龙66材料通过注塑工艺制成；

膜片保护帽(11)和膜片保护盖(12)上均设有通孔与外界大气相通，当使用人员吸气时，阀体右侧空腔内的气压降低，外界大气压力推动吸气压力感应膜片(10)向上运动，进而带动杠杆(9)的一端向上运动，使供氧活门(6)开启；

第二支撑环(13)为中空的圆筒，圆筒顶部中心开有螺纹孔，用于固定真空膜盒(14)，中心孔***均布有6～8个圆形的通孔，与外界大气相通；

供氧活门座(7)、吸气压力感应膜片(10)、空气活门(16)以及出口接头(18)围成的空腔内进行空气和氧气的混合，称之为混合空腔；混合空腔中的氧气、空气或两者的混合物通过出口接头(18)排出，供跳伞人员使用；

跳伞人员吸气时，杠杆(9)带动供氧活门(6)开启，氧气经供氧活门座(7)上的通孔进入到混合空腔中；跳伞人员呼气时，杠杆(9)在供氧活门弹簧(8)的作用力下返回至原位置，供氧活门(6)关闭氧气通道；

跳伞人员吸气时，空气活门(16)在外界大气压力的作用下向下运动，外界空气进入到混合空腔中；跳伞人员呼气时，空气活门(16)在空气活门弹簧(17)的作用力下返回至原位置，空气活门(16)关闭空气通道。

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