國(guó)產(chǎn)小型醫(yī)用氧氣機(jī)變壓吸附控制系統(tǒng)的可靠性探討

簡(jiǎn)越

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)用氧技術(shù)也有了很大的進(jìn)步，制氧方法也在更新，特別是變壓吸附氣體分離技術(shù)的應(yīng)用，使氧氣的制造、運(yùn)輸和應(yīng)用都有了飛躍式的進(jìn)步。在變壓吸附氣體分離技術(shù)的背景之下，小型醫(yī)用氧氣機(jī)也隨之誕生?，F(xiàn)在市面上的小型醫(yī)用氧氣機(jī)基本都是采用變壓吸附氣體分離技術(shù)，將空氣中的氧氣和氮?dú)膺M(jìn)行分離，再通過(guò)分子篩選變壓吸附技術(shù)，將空氣中的雜質(zhì)和有害物質(zhì)去除，從而獲得高純度醫(yī)用氧氣。

關(guān)鍵詞：變壓吸附控制系統(tǒng)；可靠性；小型醫(yī)用氧氣機(jī)

鋼瓶氧氣的使用上，除了鋼瓶本身笨重不方便運(yùn)輸之外，運(yùn)輸過(guò)程中的安全性也不能夠完全保證。鋼瓶氧氣通過(guò)液壓液化之后，一瓶鋼瓶氧氣的容量也就受到了限制，而且為了盡量保證運(yùn)輸過(guò)程中鋼瓶氧氣的安全問(wèn)題，每瓶鋼瓶氧氣容量最多只能用50小時(shí)的理論值。

在當(dāng)前環(huán)境污染和空氣污染都比較嚴(yán)重的情況下，空氣中所含的有害物質(zhì)增多，傳統(tǒng)的分離技術(shù)不能將其全部分離出來(lái)，獲得的醫(yī)用氧氣往往純度不高。而分子篩變壓吸附技術(shù)，能將空氣中以分子作為分離單位，將分離單位做到了目前最小的技術(shù)范圍。

目前，我國(guó)自主研發(fā)生產(chǎn)的變壓吸附小型醫(yī)用氧氣機(jī)已經(jīng)可以達(dá)到四種類型，有生產(chǎn)制造變壓吸附小型醫(yī)用氧氣機(jī)的企業(yè)也能達(dá)到十多家。雖然技術(shù)層面相差不多，但每個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)條件、研發(fā)團(tuán)隊(duì)、質(zhì)檢的嚴(yán)格程度等都有所不同，因此產(chǎn)品也存在些許差別。我們將市面上的五種類型，以其控制的可靠性作為基點(diǎn)，分別做出了評(píng)定和探討。

1 二位五通單控滑柱式電磁閥控制系統(tǒng)

硬件構(gòu)成：二位五通單控滑柱式電磁閥，氣路接頭及氣管，電子控制線路（板），隔離變壓器，控制線路聯(lián)線，電源線路聯(lián)線等。

結(jié)構(gòu)特征：該控制系統(tǒng)最突出的特點(diǎn)就是其內(nèi)部的滑柱換向的設(shè)計(jì)，在滑柱換向的旁邊設(shè)計(jì)彈簧作為換向后的復(fù)位裝置。這里，必須要用到電磁力學(xué)的相關(guān)原理，用電磁線圈通電和斷電是產(chǎn)生的電磁場(chǎng)力的方向不同，在利用彈簧復(fù)位裝置的時(shí)候，我們要注意到，由于氣體首次進(jìn)入的時(shí)候是通過(guò)電磁作用產(chǎn)生了一定的壓力，正常通電的電壓并不能將氣體加壓到較大壓力數(shù)，那么小型醫(yī)用氧氣機(jī)中未分離的空氣壓力相對(duì)較小，如果想通過(guò)滑柱彈簧來(lái)復(fù)位，那么久要求滑柱的摩擦阻力要小，否則將會(huì)引起機(jī)器故障，使得到的氧氣中含有大量的雜質(zhì)。

除此之外，導(dǎo)致氧氣純度不高的原因還有滑柱的密封圈在使用過(guò)程中造成磨損，而導(dǎo)致的泄漏，致使進(jìn)入的得空氣在變壓之后又與外界大氣壓值相平衡而造成的壓力損失。這種情況的出現(xiàn)，有時(shí)候很難肉眼察覺(jué)出來(lái)，機(jī)器會(huì)在幾十分鐘內(nèi)間斷的出現(xiàn)故障。

2 二位五通雙控滑柱式電磁閥控制系統(tǒng)

硬件構(gòu)成：二位五通雙控滑柱式電磁閥，氣路接頭及氣管，電子控制線路（板），隔離變壓器，控制線路聯(lián)線，電源線路聯(lián)線等。

結(jié)構(gòu)特征：與第一種控制系統(tǒng)不同，該控制系統(tǒng)的特點(diǎn)滑柱控制雙向換向，這種設(shè)計(jì)解決了上文我們所提到的由于密封圈磨損所導(dǎo)致的換向失敗。在電磁線圈的設(shè)計(jì)上，沒(méi)有太大的區(qū)別，當(dāng)氣體進(jìn)入通過(guò)電磁線圈進(jìn)入到滑柱一端時(shí)，另一端就會(huì)排出先導(dǎo)氣體，也就是說(shuō)氣體的進(jìn)入和排出幾乎是同時(shí)進(jìn)行的，這種設(shè)計(jì)，氣體在機(jī)器內(nèi)做停留的時(shí)間最短，但分離效果最好?；膬啥硕疾捎妹芊馊M(jìn)行密封以防止漏氣。性能特點(diǎn)分析：修復(fù)了因?yàn)閺椈擅芊馊Φ哪p所造成的換向失敗問(wèn)題。但是對(duì)于滑柱的密封設(shè)計(jì)仍然采用了密封圈來(lái)密封，這還是不能完全避免部件磨損所帶來(lái)的換向失敗，這種失敗原因幾乎與第一種設(shè)計(jì)是同一原理。

3 電磁先導(dǎo)閥式氣動(dòng)閥控制系統(tǒng)

硬件構(gòu)成：兩個(gè)二位二通滑柱式電磁閥，兩個(gè)二位三通氣動(dòng)閥，儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐單向進(jìn)氣閥，氣路接頭及氣管，電子控制線路（板），隔離變壓器，控制線路聯(lián)線，電源線路聯(lián)線等。

性能特點(diǎn)分析：該種變壓吸附控制系統(tǒng)是用兩個(gè)二位三通氣動(dòng)閥來(lái)分別控制兩個(gè)分子篩床，雖然二位三通氣動(dòng)閥也是采用滑柱式先導(dǎo)控制氣，但因?yàn)槠浠拿芊馊χ挥袃蓚€(gè)，位移阻力比起二位五通閥要小得多，位移換向的可靠性大大提高。

4 旋轉(zhuǎn)閥控制系統(tǒng)

硬件構(gòu)成：一個(gè)單相永磁同步電機(jī)，一個(gè)專用旋轉(zhuǎn)閥，兩者緊密連接成一體，氣路接頭及氣管，電源線路聯(lián)線。

結(jié)構(gòu)特征：該結(jié)構(gòu)與以上三種結(jié)構(gòu)在技術(shù)上有了質(zhì)的飛躍，采用了專門控制換向的旋轉(zhuǎn)閥門，解決了以上三種結(jié)構(gòu)的最主要的技術(shù)弊病。這個(gè)專用的旋轉(zhuǎn)閥門，由兩個(gè)靜片裝置和一個(gè)動(dòng)片裝置加一個(gè)壓縮機(jī)構(gòu)成，動(dòng)片部分和壓縮機(jī)的排氣裝置與靜片組成的兩個(gè)部分緊密的結(jié)合在一起，一方面防止漏氣，另一方面便于排氣，是兼顧密封和功能性排氣的技術(shù)設(shè)計(jì)。在進(jìn)氣和排氣的兩個(gè)過(guò)程中，內(nèi)部的靜片和動(dòng)片的運(yùn)行狀態(tài)正好是相反的，動(dòng)靜片相互配合，分子篩的進(jìn)氣和排氣就不斷進(jìn)行交換和換向。

性能特點(diǎn)分析：該控制系統(tǒng)最客服了膠質(zhì)密封圈客服摩擦阻力所造成的零件磨損，在材料選擇上，旋轉(zhuǎn)閥控制系統(tǒng)采用多材料復(fù)合陶瓷來(lái)制作，精選耐磨性和硬度都較好的材料進(jìn)行復(fù)合，復(fù)合后的陶瓷材料需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的精細(xì)打磨，使之表面光滑清潔，氣密性才能更高。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上可以看出，第4種控制系統(tǒng)是修復(fù)了以上三種控制系統(tǒng)的弊病，并且其內(nèi)部構(gòu)造和設(shè)計(jì)都能將空氣進(jìn)行分離得到高純度的氧氣，操作簡(jiǎn)單可靠。經(jīng)過(guò)醫(yī)療實(shí)踐長(zhǎng)期的使用，不斷進(jìn)行改善，達(dá)到系統(tǒng)故障率最低的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。除此種設(shè)計(jì)之外，第3種控制系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為可靠，修復(fù)了第1、2種控制系統(tǒng)的部分技術(shù)漏洞，在資金相對(duì)緊張的情況下，可以引進(jìn)該種設(shè)備。在以上四種控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，第1、2種設(shè)計(jì)的可靠性相對(duì)要差一些，屬于醫(yī)用小型制氧機(jī)的初級(jí)技術(shù)產(chǎn)品，在現(xiàn)實(shí)醫(yī)療過(guò)程中，使用的頻率在逐年下降。

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