第一節(jié) 產(chǎn)品定義及應(yīng)用特點(diǎn)
一、產(chǎn)品定義
醫(yī)用制氧機(jī)以變壓吸附(PSA)技術(shù)為基礎(chǔ)，從空氣中提取氧氣的新型設(shè)備，其利用分子篩物理吸附和解吸技術(shù)在制氧機(jī)內(nèi)裝填分子篩，在加壓時(shí)可將空氣中氮?dú)馕剑Ｓ嗟奈幢晃盏难鯕獗皇占饋?lái)，經(jīng)過(guò)凈化處理后即成為高純度的氧氣。分子篩在減壓時(shí)將所吸附的氮?dú)馀欧呕丨h(huán)境空氣中，在下一次加壓時(shí)又可以吸附氮?dú)獠⒅迫⊙鯕?，整個(gè)過(guò)程為周期性地動(dòng)態(tài)循環(huán)過(guò)程。具體工作過(guò)程為壓縮空氣經(jīng)空氣純化干燥機(jī)凈化后，通過(guò)切換閥進(jìn)入吸附塔。在吸附塔內(nèi)，氮?dú)獗环肿雍Y吸附，氧氣在吸附塔頂部被聚積后進(jìn)入氧氣儲(chǔ)罐，再經(jīng)除異味、除塵過(guò)濾器和除菌過(guò)濾器過(guò)濾即獲得合格的醫(yī)用氧氣。整個(gè)制氧過(guò)程為物理吸附過(guò)程，無(wú)化學(xué)反應(yīng)。原料為空氣，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
二、應(yīng)用特點(diǎn)
制氧機(jī)適用于醫(yī)療機(jī)構(gòu)和家庭進(jìn)行氧療與保健，主要用途有以下幾個(gè)方面：
1、醫(yī)療功能：通過(guò)給患者、供氧，可配合治療心腦血管、呼吸系統(tǒng)、。慢性阻塞性肺炎等疾病，以及煤氣中毒及其它嚴(yán)重缺氧病癥。
2、保健功能：通過(guò)給氧改善身體供氧狀況，達(dá)到補(bǔ)氧保健的目的。適用于中老年人，體質(zhì)較差者，孕期婦女，高考學(xué)生等存在不同程度缺氧的人群，也可在重體力或腦力消耗后，用于消除疲勞，恢復(fù)身體機(jī)能。
3、制氧機(jī)適用于城市、鄉(xiāng)村、邊遠(yuǎn)地區(qū)、山區(qū)、高原等中小型醫(yī)院、診所、衛(wèi)生站等。同時(shí)也適用于療養(yǎng)院、家庭氧療、體育訓(xùn)練中心、高原兵站及其他用氧場(chǎng)所。
第二節(jié) 醫(yī)用制氧機(jī) 行業(yè) 發(fā)展歷程
從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，世界發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始利用變壓吸附（PSA）技術(shù)，生產(chǎn)醫(yī)用氧氣。90年代初產(chǎn)品意義上的醫(yī)用制氧機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)，在美國(guó)日本等國(guó)家利用PSA方法研制的醫(yī)用制氧機(jī)開(kāi)始問(wèn)世，走入市場(chǎng)。目前，采用PSA技術(shù)生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)醫(yī)用制氧機(jī)也走上市場(chǎng)，比如山東柯華健康科技公司出口的柯華制氧機(jī)系列產(chǎn)品，包括家用型、醫(yī)院用型、車載型等，而家用機(jī)還有經(jīng)濟(jì)型、標(biāo)準(zhǔn)型、自動(dòng)型、分體型等等，可供使用者根據(jù)自身情況選擇。
20世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)廠家無(wú)法掌握家用制氧器技術(shù)，特別是固體制氧劑化學(xué)合成技術(shù)，而從美國(guó)、日本進(jìn)口一個(gè)家用制氧器費(fèi)用最低在2000美元左右，這成為家庭氧保健無(wú)法大面積普及的重要制約因素。只有一些南方小廠利用一些香料制造了一些所謂的“氧吧”產(chǎn)品，但由于氧療效果不明顯，最終以失敗告終。1998年前后，國(guó)內(nèi)一些有實(shí)力的大型企業(yè)開(kāi)始花錢購(gòu)買國(guó)外第一代制氧技術(shù)，在國(guó)內(nèi)推出家庭制氧的產(chǎn)品，推廣有氧健康概念。目前，市面產(chǎn)品有以北京橡果公司的氧立得家庭制氧器為代表的一代產(chǎn)品和以陜西小天然電子技術(shù)有限公司引進(jìn)的綠氧制氧器為代表的二代氧發(fā)生器等。
第三節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
醫(yī)用制氧機(jī)在國(guó)內(nèi)已逐步為大中型醫(yī)院所接受，它克服了瓶裝氧及液態(tài)氧的缺點(diǎn)與隱患。目前，制氧機(jī)技術(shù)按工作原理劃分，有電化學(xué)制氧法、低溫空氣分離法、醫(yī)用分子篩變壓吸附法和水電解法。
由于低溫空氣分離法和電化學(xué)制氧法工藝較復(fù)雜，設(shè)備占地面積也較大，目前采用較多的是醫(yī)用分子篩吸附法制氧，工作原理是采用5A沸石分子篩為吸附劑。5A沸石分子篩的晶體是籠型結(jié)構(gòu)，有非常發(fā)達(dá)的晶穴。在晶穴中具有非常強(qiáng)的陽(yáng)離子和氧負(fù)離子，構(gòu)成了極性極強(qiáng)的極性分子篩，而氧和氮是非極性分子，當(dāng)氧氮通過(guò)5A極性分子篩時(shí)，在極性分子作用下，氧氮產(chǎn)生了誘導(dǎo)偶極，而氧氮的誘導(dǎo)偶極和5A沸石分子篩的極性偶極作用產(chǎn)生一種誘導(dǎo)力，而容易極化的氮產(chǎn)生的誘導(dǎo)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氧產(chǎn)生的誘導(dǎo)力，因此5A分子篩對(duì)氮的吸附容量大于對(duì)氧的吸附容量，所以氮被5A沸石分子篩優(yōu)先吸附而富集于分子篩的固相中，氧富集于非固相中，這就是氧的產(chǎn)品氣。5A分子篩還具有加壓時(shí)對(duì)氮的吸附容量增加，減壓時(shí)吸附容量減少的特性。因此，可采用對(duì)5A沸石分子篩加壓時(shí)吸附氮，減壓時(shí)，氮從5A分子篩中解吸出來(lái)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓吸附制氧。目前該種制氧方式已成為醫(yī)院中心供氧系統(tǒng)的一個(gè)主要形式，其優(yōu)良的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性為醫(yī)院所首肯，并在近幾年內(nèi)很快在全國(guó)的大中小型醫(yī)院普及。
水電解法的制氧機(jī)是將水電解后生成氧氣和氫氣，將產(chǎn)生的氫氣完全還原成水蒸氣排放，使所生產(chǎn)的氧氣品質(zhì)大大提高。
1、家用變壓吸附式制氧機(jī)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1）采用低氣壓下高吸附性能的分子篩
由于空氣壓縮機(jī)提供的氣源壓力低、溫升小，因此，不容易進(jìn)行氣、水分離，對(duì)氣源的冷卻多采用風(fēng)冷方式。為了適應(yīng)氣源壓力低的特點(diǎn)，各廠家多采用粒徑小、動(dòng)態(tài)吸附性能好、低壓下具有高效吸附性能的分子篩，如法國(guó)CECA公司的N51，保證分子篩在較低吸附壓力實(shí)現(xiàn)氮、氧高效分離。
2）壓力傳感控制
吸附分離過(guò)程中，由于環(huán)境溫度和壓力、控制閥位置、機(jī)械磨損、管路和閥的泄漏等因素的改變影響了吸附塔內(nèi)部壓力變化的對(duì)稱性，出現(xiàn)局部壓力過(guò)高、吸附塔提前穿透等工況，導(dǎo)致產(chǎn)氧量減少，濃度下降。針對(duì)此問(wèn)題，目前，多數(shù)廠家采用高靈敏度壓力傳感器對(duì)吸附塔實(shí)現(xiàn)壓力控制。
3）與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌
目前，多數(shù)廠家都嚴(yán)格按照ISO8359標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)，如氧氣濃度監(jiān)測(cè)、累計(jì)時(shí)功能，體現(xiàn)了企業(yè)開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)的發(fā)展策略和產(chǎn)品定位方針，而僅遵循YY/T0298標(biāo)準(zhǔn)的廠家則限制了其產(chǎn)品進(jìn)行國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的能力。
4）結(jié)構(gòu)高度集成
家用制氧機(jī)為了減小體積和重量，在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了高度的集成，主要表現(xiàn)為：通過(guò)底板上的溝槽替代氣體管路；通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥或嵌入閥替代多個(gè)閥門；通過(guò)薄金屬片替代單向閥；通過(guò)一體化替代儲(chǔ)氧罐和吸附塔。
2、PSA變壓吸附制氧機(jī)與液氧相比的優(yōu)缺點(diǎn)
液態(tài)氧每月至少要灌裝1～2次，在灌裝時(shí)操作要求非常嚴(yán)格，需對(duì)操作人員嚴(yán)格培訓(xùn)，持證上崗。一旦出現(xiàn)事故，輕者傷人（凍傷比燒傷嚴(yán)重得多），重者引起火災(zāi)。
液態(tài)氧的蒸發(fā)較為嚴(yán)重，因此需要每天檢測(cè)儲(chǔ)液氧罐的輸出壓力，并要定期對(duì)液氧設(shè)備進(jìn)行檢修。由于對(duì)液氧的儲(chǔ)存有嚴(yán)格的要求，所以必須保證儲(chǔ)存的安全距離。另外，液氧在運(yùn)輸分裝時(shí)容易泄漏，而且容易發(fā)生火災(zāi)。這對(duì)人員密集的醫(yī)院來(lái)說(shuō)非常困難，也是非常危險(xiǎn)的。
液氧的供應(yīng)在一般地方是很難采購(gòu)到的，價(jià)格也比較高，不同地區(qū)的價(jià)格也有所不同，一般在3～4元/m3。
變壓吸附制氧是以空氣為原料，采用變壓吸附技術(shù)，利用沸石分子篩在加壓狀態(tài)下對(duì)氮?dú)馕饺萘繙p少的特性，形成加壓吸附、減壓解吸的循環(huán)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)空氣中氧、氮的分離來(lái)制取氧。變壓吸附制氧是物理吸附過(guò)程，因此非常安全，無(wú)環(huán)境污染。
變壓吸附制氧與液氧相比，有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1）變壓吸附制備醫(yī)用氧，可以根據(jù)不同規(guī)模的醫(yī)院選擇不同規(guī)格的變壓吸附制氧設(shè)備。完全可以滿足醫(yī)院用氧的需要。
2）變壓吸附制備醫(yī)用氧，可以生產(chǎn)出90±3%的氧氣純度，完全符合國(guó)家規(guī)定的醫(yī)用氧標(biāo)準(zhǔn)。
3）變壓吸附制氧設(shè)備簡(jiǎn)單，主要由空氣壓縮機(jī)、空氣凈化系統(tǒng)、吸附塔及電控部分組成。
4）變壓吸附制氧設(shè)備維修量少。由于變壓吸附制氧設(shè)備簡(jiǎn)單、故障率低、維修方便，所以設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用與維修費(fèi)用僅是鋼瓶與液氧的1/8～1/10左右。
5）變壓吸附制氧設(shè)備實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需經(jīng)常調(diào)校，開(kāi)關(guān)機(jī)簡(jiǎn)捷、方便，無(wú)需其他輔助設(shè)備。合格的醫(yī)用氧可以直接進(jìn)入管道系統(tǒng)，為醫(yī)院的科學(xué)管理提供方便。
6）變壓吸附制氧氧氣的輸出壓力根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)，質(zhì)量和純度穩(wěn)定，并處于用戶的可控狀態(tài)。
7）變壓吸附制氧設(shè)備壽命長(zhǎng)。變壓吸附制氧設(shè)備的動(dòng)力源是螺桿式空壓機(jī)，正常情況下可以使用15年以上。而沸石分子篩在制氧過(guò)程中是一種物理吸附，屬于半永久性物資。在正常情況下使用壽命可以達(dá)到10年以上，全機(jī)壽命在10年以上。
8）變壓吸附制氧成本低，每立方米氧氣的價(jià)格僅為0.6元左右，相當(dāng)于高壓鋼瓶氧的1/5～1/6，是液氧的1/4～1/5，每年可為醫(yī)院節(jié)省大量醫(yī)用氧費(fèi)用。
9）變壓吸附制氧設(shè)備只要有電就可以就地產(chǎn)氧，無(wú)需像高壓鋼瓶氧和液氧那樣需要運(yùn)輸、搬運(yùn)、換氣等繁瑣環(huán)節(jié)。
10）變壓吸附制氧設(shè)備開(kāi)機(jī)10分鐘后，就可以得到合格的醫(yī)用氧。
但盡管目前國(guó)內(nèi)的變壓吸附制氧機(jī)生產(chǎn)廠家很多，但其生產(chǎn)技術(shù)水平參差不齊，一些廠家缺乏技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品質(zhì)量不敢保證。
第四節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程
醫(yī)用分子篩變壓吸附法工藝流程圖
家庭供氧方式主要包括氧氣瓶、氧氣袋和家用制氧機(jī)，而家用制氧機(jī)根據(jù)工作原理不同可以分為物理制氧和化學(xué)制氧兩大類。化學(xué)制氧機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，近幾年國(guó)內(nèi)發(fā)展較快；物理制氧不需要化學(xué)物質(zhì)，以空氣為原料，是理想的供氧方式，國(guó)外發(fā)展較快，主要采用膜分離和變壓吸附工藝。
第五節(jié) 國(guó)內(nèi)外技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 分析
1、今后PSA技術(shù)的發(fā)展方向
1）分子篩性能的提升：隨著新材料及納米技術(shù)的發(fā)展，分子篩的吸附性會(huì)極大的提高，而隨著添加元素的不斷豐富，產(chǎn)品氣的提純精度將接近100%。
2）吸附流程的優(yōu)化：將為吸附設(shè)備效率的提高及成本的降低提供保證。
3）控制系統(tǒng)的創(chuàng)新：控制系統(tǒng)特別是專用控制閥的開(kāi)發(fā)將為提高產(chǎn)品氣的分離效率、降低設(shè)備的工耗、提高設(shè)備的穩(wěn)定性可靠性提供了新的可能。
2、家用制氧機(jī)技術(shù)趨勢(shì)
隨著中國(guó)老齡化的發(fā)展，家用制氧機(jī)作為家庭保健和氧療的工具，已成為老年人的“老來(lái)伴”，未來(lái)幾十年，制氧機(jī)將會(huì)作為消費(fèi)品進(jìn)入各個(gè)家庭，制氧機(jī)在自身發(fā)展方面也將面臨新的發(fā)展趨勢(shì)。從統(tǒng)計(jì) 分析 表明，家用制氧機(jī)將以膜式和變壓吸附式為主，而變壓吸附式將占據(jù)主流，因而，需要高性能的分子篩材料作為其發(fā)展的強(qiáng)有力后盾；同時(shí)，還應(yīng)優(yōu)化吸附工藝流程，進(jìn)一步節(jié)能降耗，減小體積和重量，采用專用控制閥提高分離效率。未來(lái)幾年，家用制氧機(jī)預(yù)計(jì)會(huì)在以下幾個(gè)方面取得進(jìn)展：
1）功能多樣
在功能方面，除了滿足標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的性能，如氧濃度監(jiān)測(cè)、累計(jì)時(shí)、報(bào)警（斷電、高溫、高氣壓、低氣壓）、濕化、霧化等功能外，還將考慮美觀、適用、科學(xué)、舒適的生活方式，加入如遙控、定時(shí)、臭氧消毒、音樂(lè)播放、耳麥?zhǔn)轿醯裙δ堋?/p>
2）開(kāi)源節(jié)流
為了保證消費(fèi)者能夠吸到足夠的氧量，現(xiàn)在的家用制氧機(jī)往往采用大氣量供氧方式，而忽略了吸氧的環(huán)節(jié)。韓學(xué)平等對(duì)節(jié)氧面罩進(jìn)行了 研究 ，通過(guò)4500M海拔高度實(shí)驗(yàn)證明，使用節(jié)氧面罩輸入600ML/MIN氧流量與不使用面罩輸入2000ML/MIN氧流量差別不大，測(cè)得的血氧飽和濃度都在90%以上。從呼吸生理學(xué) 分析 ，人正常呼吸周期4S中只有0.7S為吸氣，節(jié)氧技術(shù)要避開(kāi)呼氣階段和吸氣后段供氧；吸氣前端的氣流速度較小，相同時(shí)間內(nèi)吸氣量少，如果采用脈沖供氧，高濃度氧在呼吸最前端高速輸入，與吸氣前端較少量的氣體混合仍能保證較高濃度的富氧氣體進(jìn)入肺泡囊中，與肺內(nèi)的功能余氣量(約2500ML)混合，使肺泡氣中的氧分壓瞬間增加幾個(gè)毫米汞柱，而交換速度隨肺泡氣與血液中的氧壓差的增大而急劇增加，這樣新鮮氣體進(jìn)入肺內(nèi)在10MS內(nèi)就完成混合，0.3S就有大部分氧氣被交換，可以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)節(jié)流供氧，在減少氧氣產(chǎn)量的同時(shí)，保證了吸氧功能。此外，壓差式供氧也是設(shè)計(jì)的比較巧妙的節(jié)氧方式。
3）微型便攜
家用制氧機(jī)由于其體積重量較大，不便于攜帶，對(duì)于出行旅游、散步的老人來(lái)講，還是有不足之處。微型便攜式制氧機(jī)也是一個(gè)新方向，如采用背包式、肩挎式，要求其重量減小到2KG左右，對(duì)于國(guó)內(nèi)家用制氧機(jī)廠家而言，是一種技術(shù)挑戰(zhàn)和突破。
4）高度集成
家用制氧機(jī)目前采用部件組裝模式，氣路對(duì)產(chǎn)氧過(guò)程造成一定的阻力，增加了重量和體積，各部件之間很難保證氣密性，故障率高。將氣路集成，如同電路板一樣進(jìn)行溝槽式設(shè)計(jì)，既美觀又適用。
根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研資料統(tǒng)計(jì)和 分析 ，國(guó)內(nèi)家用制氧機(jī)市場(chǎng)將以變壓吸附式和膜式制氧機(jī)為主，且變壓吸附將繼續(xù)占主要優(yōu)勢(shì)；在電力充沛的區(qū)域，電解水也是一種很好的選擇；化學(xué)試劑制氧在急救中將會(huì)發(fā)揮重要的作用。變壓吸附式制氧將向小型、集成、節(jié)氧和多功能方向發(fā)展。不久將來(lái)，家用制氧機(jī)將作為一種家電產(chǎn)品“飛入尋常百姓家”。
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