礦用氣體匯流排

救生艙內氧氣供應是一個至關重要的環節，缺乏氧氣，將造成受困人員窒息而死。許多礦難導致的生命死亡，70%以上都是因為缺乏氧氣所致。救生艙是生命存活的希望所在，因此，如何提供可靠的氧氣供應，是決定救生艙是否應用成功的關鍵。

　　救生艙內氧氣來源不外乎以下幾種方式：

　?。?）液態氧

　?。?）化學生氧

　?。?）制氧機

　?。?）高壓氧氣瓶供氣。

　　我們先來分析一下哪種方式可靠且實用。

 

　　液態氧在中大型醫院里普通使用，是一種不錯的氧源，液態氧汽化成氣態氧，一般可放大800倍，因此，如果不考慮其它因素，液態氧作為一種氧源是很不錯的選擇。但液態氧有一個特點，就是緩慢汽化，如果汽化的氧氣不盡快釋放出去，將會使儲氣罐壓力升高甚至導致爆炸，一瓶40L的液態氧（通過采用杜瓦瓶存放），差不多在1－2個月的時間內就可以揮發完畢。因此，對于使用時間長達6年的救生艙，顯然液態氧不是選擇。

 

　　化學生氧是一種通過化學方式產生氧氣的途徑，一般采用超氧化鉀或超氧化納作為基礎材料。它與水起反應，將產生大量的氧氣?；瘜W生氧在航天領域有所應用，但在救生艙領域，由于化學生氧將產生大量的熱量，且反應過程難以控制，因此目前很少有救生艙廠家采用這種供氧方式。但作為應急手段，這種生氧方式也是可以使用的，比如市場上有一種“氧燭”，就是化學生氧的真實應用，可以在救生艙內備用一些，以救急使用。

 

　　制氧機目前在家庭及醫院里已有廣泛應用，它可以產生出93%以上純度的氧氣，符合醫療應用要求。它主要利用分子篩分離空氣中的氧氣，生成純度較高的氧氣。在救生艙這種密閉環境中，制氧機顯然并不適用，它無法獲得大量待分離的空氣，而且相對耗電，因此對于供電緊張的救生艙而言，并不實用。

 

　　高壓氧氣瓶供氧，是目前大部分救生艙普通使用的一種供氧方式，它采用高壓氧氣瓶供氣，在氣瓶閥門關閉的情況下，不會明顯泄露，但如果閥門開啟，則會有緩慢的泄露。因此，常時間存放的氧氣瓶，一定要旋緊閥門，防止緩慢泄露。它的缺點是占用體積較大，存氧量有限，搬運較為困難。

　　從上面介紹可以看出，救生艙供氧，可靠的方式還是高壓氣瓶供氣。目前國內高壓氣瓶有15L、40L、60L、70L等幾種規格，理論上講，高壓氧氣瓶的壓力為15Mpa，事實上，由于氧氣灌裝設備的原因，一般只能充到13Mpa左右。在釋放氧氣時，并不能將氧氣全部釋放干凈，而是還留有部分余壓，一般可按1Mpa計算，因此，一瓶氧氣，真正有效的壓力只有12Mpa左右，這是我們計算用氧量的理論依據。

　　對于如何持續向艙內供應氧氣，許多救生艙企業都有自己的解決辦法，比較多的辦法是手動釋放氧氣。即操作者通過氧氣濃度傳感器觀察艙內氧氣濃度變化，當濃度低于某一值時，人工手動啟動氣瓶放氧，當氧濃度升高到另一高值時，再關閉氣瓶，如此反復，實現手動供氧。市場上另有一種辦法是，使用者按指導手冊大致計算每人的耗氧量，然后在匯流排（將多個氣瓶連接在一起的管件就叫匯流排）末端安裝一個氧氣流量調節器，手動調節流量大小，以持續釋放氧氣。應當講，這兩種方案是目前國內普遍采用的方案，不耗任何電能，即可實現供氧。

　　但仔細分析，這種手動調節方式又存在不少問題。比如上面種方式，由于氧氣排出氣瓶并不是均勻分布，而比較多的情況是產生一個氣團，該氣團如果正好籠罩在氧氣傳感器上，則氧氣傳感器將作出錯誤的顯示，事實上，靠人手動調節，永遠存在比較大的偏差，這種方式的弊病，就是供氧不均勻，放氧或多或少，造成對氧氣的浪費供應。再看上面第二種辦法，從理論上講應當是對的，可以實現較為精確的供氧，但對于深陷恐懼之中的礦工而言，能否準確計算，能否心態平穩地調節，能否不手忙腳亂進行這種精密設備的操作，還是一個問題。而且，礦工的活動情況不同，耗氧量有很大的不同，礦工能否根據不同的情況進行計算和設置，也是一個有待考慮的問題。

　　我公司采用自動控制技術進行精確供氧，就是為了解決以上手動操作的弊端與不足。我們的基本考慮點是：礦工逃進救生艙，緊張焦灼情緒可想而知。在這種面臨生死考驗的時候，沒有人能夠鎮定自若的。我們采用全自動控制技術，就是要減輕礦工的操作流程，幫助他們實現自動供氧，他們只要能夠打開氧氣瓶閥門（這在手動操作中也是必不可少的環節），其它的一切均由控制系統自動完成?！?

避難硐室氧氣供應自控系統  礦用氣體匯流排

　　我們的控制系統依下列的思路實現自動控制，即氧氣傳感器時刻監測艙內氧氣濃度變化，當濃度低于某一設定值時（如18%），控制板自動指揮電磁閥打開，向艙內充氧；當氧氣濃度超過一定值時（如23%），控制板自動指揮電磁閥關閉，停止向艙內供氧。這樣周而復始，自動將氧氣濃度限制在18－23%之間。在這個過程中，不需要任何人員參與，而是由控制系統自動指揮完成。當然，為防止自控系統出現故障，或電能耗盡無法啟用自控系統，我們在管路上設置了手動調節裝置，即當自動系統失效后，操作者可以立即啟動手動裝置進行氧氣釋放，確保氧氣供應能夠連續進行，這樣將極大地提高系統的可靠性及安全性。此外，為防止氧氣排放時形成不均勻氣團影響傳感器的讀數，我們在匯流管末端加裝了阻尼消音裝置，使氣流緩慢釋放，從而確保氧氣與艙內空氣均勻混合，使傳感器盡可能準確地讀取到艙內氧氣的平均濃度，這樣也使控制系統可做出更精確的判斷和動作。

　　目前，國內已經有多家救生艙生產企業使用了這套自動控制系統，實踐證明，該系統工作穩定可靠，控制，反響良好。通過實際測試，我們也獲得了另一個重要參數，即呆在救生艙的人體，平均耗氧量為0.35-0.4/min，這是一個比較合理的耗氧量，救生艙建設標準中定義的人體耗氧量為0.5L/min，比我們實際測下來的偏高，一方面證明我們自控系統確實節省氧氣用量，另一方面也通過實踐獲得了可靠的計算參數，這為眾多救生艙企業計算用氧量提供了參考。

　　下面，我們提供了氧氣用量的計算方法，供同行參考。有兩個重要參數上面已經提到，一是一個氣瓶的有效壓力值為120KG，另一個就是艙內人體的耗氧量按0.4L/min計算。

　　

　　假定我們選用60L的氧氣瓶，救生艙人數為12人。按有效壓力120公斤計算，根據p1v1=p2v2公式，一瓶氧氣可釋放出60*120=7200L=7.2立方米氧氣（艙內壓力基本接近大氣壓，即1公斤壓力）。我們按每人每分鐘0.4L耗氧量計算，則12人每分鐘的耗氧量為12*0.4=4.8L，則每小時的耗氧量為4.8*60=288L，則120小時的全部耗氧量為120*288=34560L=34.56立方米。由于每瓶氧氣可以釋放出7.2立方米的氧氣，則34.45立方米共需要氣瓶34.56/7.2=4.8瓶，考慮到艙體泄露情況，我們按1.2的安全系數設計，則總共需要氧氣瓶數為為4.8*1.2=5.76瓶，取整即為6瓶。