周斌 薛文奎 吳超

常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 江蘇 常州 213164

1 家用制氧機(jī)的制氧原理

家用制氧機(jī)的制氧原理主要有四種：1.化學(xué)制劑制氧機(jī)；2.富氧膜制氧機(jī)；3.電子反應(yīng)制氧器；4.分子篩制氧機(jī)。

1.1 化學(xué)制劑制氧機(jī)

化學(xué)制劑為原理的制氧機(jī)，采用A制劑過碳酸鈉和B制劑過氧化錳，與水反應(yīng)生成氧氣，國內(nèi)主要產(chǎn)品代表為氧立得等品牌制氧機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是攜帶方便，不受環(huán)境電源要求的影響，但是操作較復(fù)雜，受化學(xué)制劑存儲的影響，使用時間有限，不適合大量在家庭使用。其操作原理如圖1所示。

圖1 化學(xué)制劑制氧機(jī)原理

1.2 富氧膜制氧機(jī)

原理是采用富氧膜，在壓力差的作用下使空氣中的氧氣優(yōu)先通過富氧膜，這種方式噪音小，大部分時間為靜音，但是氧氣含量不高，為30%~40%，在要求較為嚴(yán)格的場合不太適宜[1]。

1.3 電解水制氧氣機(jī)

電解水制氧機(jī)能耗一般為13kW/Nm3O2，由于能耗大，所以普通家庭一般不愿意使用。電解水制氧氣的同時還產(chǎn)生氫氣，遇到明火會發(fā)生爆炸，雖然采取脫氫等改善方法，但是長期使用老化后還是有一些安全隱患。

1.4 分子篩制氧機(jī)

分子篩制氧機(jī)采用變壓吸附法制氧，利用氮?dú)獾姆肿由源?，在空氣中的比例較多的特點(diǎn)，通過去除氮?dú)猓@取更多氧氣，原料經(jīng)過壓縮機(jī)加壓，然后通過空氣處理裝置去除空氣中的氮?dú)?、二氧化碳等雜質(zhì)，產(chǎn)出較為純凈的氧氣，當(dāng)處理裝置達(dá)到一定飽和量以后，沖洗雜質(zhì)，再次循環(huán)放出氧氣。

我國早在20世紀(jì)80年代就已出現(xiàn)基于分子篩原理的制氧機(jī)，大型醫(yī)院使用的交替吸附工作的分子篩設(shè)備，體積大，占地面積大，噪音高；中小型醫(yī)院使用一體式ATF型分子篩多為20世紀(jì)90年代推出的產(chǎn)品，它需要同時開啟機(jī)組，不能單獨(dú)控制，致使設(shè)備檢修不便，不適合便攜式使用[2]。隨著技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，上述缺點(diǎn)也在一步一步地改正完善。

下面對目前分子篩制氧機(jī)設(shè)備的控制原理進(jìn)行介紹。如圖2所示，目前改善控制的目的與方法包括在控制器的智能化方面提出更高的要求，使用速度更快、人機(jī)界面更友好的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)智能化，這就需要比較強(qiáng)大的編程控制器，包括STM32系列的單片機(jī)或者可編程控制器等與人機(jī)界面有交互功能的控制器。

圖2 分子篩制氧機(jī)設(shè)備的控制原理

2 分子篩吸附式制氧技術(shù)的發(fā)展方向

目前分離空氣制氧技術(shù)主要向三個方向發(fā)展。

2.1 具有更高氧氮分離系數(shù)的高性能分子篩

沸石分子篩是目前比較好的吸附劑，其氮?dú)馀c氧氣分離系數(shù)可以達(dá)到6.0以上。工業(yè)化生產(chǎn)使用的沸石分子篩的氧氣與氮?dú)夥蛛x系數(shù)一般不超過4.0。

2.2 低噪音化

在制備高濃度氧氣的同時，由于考慮到家用環(huán)境，設(shè)備的噪音需要保持在30分貝以內(nèi)。可靠的壓縮機(jī)技術(shù)以及降噪手段將得到更廣泛的應(yīng)用[3]。

2.3 微型化發(fā)展

制氧設(shè)備主要為了滿足人們醫(yī)療保健和一些家用的需要，要求其具有體積小、質(zhì)量輕和可靠性高的特點(diǎn)，其產(chǎn)氣量一般在5~10L/min上下，氧氣濃度為90%以上。這種小型化、能耗低的制氧設(shè)備也將受到更多人的關(guān)注。