第一节 产品定义及应用特点
一、产品定义
医用制氧机以变压吸附(PSA)技术为基础，从空气中提取氧气的新型设备，其利用分子筛物理吸附和解吸技术在制氧机内装填分子筛，在加压时可将空气中氮气吸附，剩余的未被吸收的氧气被收集起来，经过净化处理后即成为高纯度的氧气。分子筛在减压时将所吸附的氮气排放回环境空气中，在下一次加压时又可以吸附氮气并制取氧气，整个过程为周期性地动态循环过程。具体工作过程为压缩空气经空气纯化干燥机净化后，通过切换阀进入吸附塔。在吸附塔内，氮气被分子筛吸附，氧气在吸附塔顶部被聚积后进入氧气储罐，再经除异味、除尘过滤器和除菌过滤器过滤即获得合格的医用氧气。整个制氧过程为物理吸附过程，无化学反应。原料为空气，对环境无污染。
二、应用特点
制氧机适用于医疗机构和家庭进行氧疗与保健，主要用途有以下几个方面：
1、医疗功能：通过给患者、供氧，可配合治疗心脑血管、呼吸系统、。慢性阻塞性肺炎等疾病，以及煤气中毒及其它严重缺氧病症。
2、保健功能：通过给氧改善身体供氧状况，达到补氧保健的目的。适用于中老年人，体质较差者，孕期妇女，高考学生等存在不同程度缺氧的人群，也可在重体力或脑力消耗后，用于消除疲劳，恢复身体机能。
3、制氧机适用于城市、乡村、边远地区、山区、高原等中小型医院、诊所、卫生站等。同时也适用于疗养院、家庭氧疗、体育训练中心、高原兵站及其他用氧场所。
第二节 医用制氧机 行业 发展历程
从上世纪80年代开始，世界发达国家开始利用变压吸附（PSA）技术，生产医用氧气。90年代初产品意义上的医用制氧机开始出现，在美国日本等国家利用PSA方法研制的医用制氧机开始问世，走入市场。目前，采用PSA技术生产的国产医用制氧机也走上市场，比如山东柯华健康科技公司出口的柯华制氧机系列产品，包括家用型、医院用型、车载型等，而家用机还有经济型、标准型、自动型、分体型等等，可供使用者根据自身情况选择。
20世纪90年代，国内厂家无法掌握家用制氧器技术，特别是固体制氧剂化学合成技术，而从美国、日本进口一个家用制氧器费用最低在2000美元左右，这成为家庭氧保健无法大面积普及的重要制约因素。只有一些南方小厂利用一些香料制造了一些所谓的“氧吧”产品，但由于氧疗效果不明显，最终以失败告终。1998年前后，国内一些有实力的大型企业开始花钱购买国外第一代制氧技术，在国内推出家庭制氧的产品，推广有氧健康概念。目前，市面产品有以北京橡果公司的氧立得家庭制氧器为代表的一代产品和以陕西小天然电子技术有限公司引进的绿氧制氧器为代表的二代氧发生器等。
第三节 产品技术发展现状
医用制氧机在国内已逐步为大中型医院所接受，它克服了瓶装氧及液态氧的缺点与隐患。目前，制氧机技术按工作原理划分，有电化学制氧法、低温空气分离法、医用分子筛变压吸附法和水电解法。
由于低温空气分离法和电化学制氧法工艺较复杂，设备占地面积也较大，目前采用较多的是医用分子筛吸附法制氧，工作原理是采用5A沸石分子筛为吸附剂。5A沸石分子筛的晶体是笼型结构，有非常发达的晶穴。在晶穴中具有非常强的阳离子和氧负离子，构成了极性极强的极性分子筛，而氧和氮是非极性分子，当氧氮通过5A极性分子筛时，在极性分子作用下，氧氮产生了诱导偶极，而氧氮的诱导偶极和5A沸石分子筛的极性偶极作用产生一种诱导力，而容易极化的氮产生的诱导力远远大于氧产生的诱导力，因此5A分子筛对氮的吸附容量大于对氧的吸附容量，所以氮被5A沸石分子筛优先吸附而富集于分子筛的固相中，氧富集于非固相中，这就是氧的产品气。5A分子筛还具有加压时对氮的吸附容量增加，减压时吸附容量减少的特性。因此，可采用对5A沸石分子筛加压时吸附氮，减压时，氮从5A分子筛中解吸出来的方法来实现变压吸附制氧。目前该种制氧方式已成为医院中心供氧系统的一个主要形式，其优良的安全性、可靠性、经济性为医院所首肯，并在近几年内很快在全国的大中小型医院普及。
水电解法的制氧机是将水电解后生成氧气和氢气，将产生的氢气完全还原成水蒸气排放，使所生产的氧气品质大大提高。
1、家用变压吸附式制氧机主要有以下几个特点：
1）采用低气压下高吸附性能的分子筛
由于空气压缩机提供的气源压力低、温升小，因此，不容易进行气、水分离，对气源的冷却多采用风冷方式。为了适应气源压力低的特点，各厂家多采用粒径小、动态吸附性能好、低压下具有高效吸附性能的分子筛，如法国CECA公司的N51，保证分子筛在较低吸附压力实现氮、氧高效分离。
2）压力传感控制
吸附分离过程中，由于环境温度和压力、控制阀位置、机械磨损、管路和阀的泄漏等因素的改变影响了吸附塔内部压力变化的对称性，出现局部压力过高、吸附塔提前穿透等工况，导致产氧量减少，浓度下降。针对此问题，目前，多数厂家采用高灵敏度压力传感器对吸附塔实现压力控制。
3）与国际标准接轨
目前，多数厂家都严格按照ISO8359标准进行设计、制造和生产，如氧气浓度监测、累计时功能，体现了企业开拓国际市场的发展策略和产品定位方针，而仅遵循YY/T0298标准的厂家则限制了其产品进行国际竞争的能力。
4）结构高度集成
家用制氧机为了减小体积和重量，在结构上进行了高度的集成，主要表现为：通过底板上的沟槽替代气体管路；通过旋转阀或嵌入阀替代多个阀门；通过薄金属片替代单向阀；通过一体化替代储氧罐和吸附塔。
2、PSA变压吸附制氧机与液氧相比的优缺点
液态氧每月至少要灌装1～2次，在灌装时操作要求非常严格，需对操作人员严格培训，持证上岗。一旦出现事故，轻者伤人（冻伤比烧伤严重得多），重者引起火灾。
液态氧的蒸发较为严重，因此需要每天检测储液氧罐的输出压力，并要定期对液氧设备进行检修。由于对液氧的储存有严格的要求，所以必须保证储存的安全距离。另外，液氧在运输分装时容易泄漏，而且容易发生火灾。这对人员密集的医院来说非常困难，也是非常危险的。
液氧的供应在一般地方是很难采购到的，价格也比较高，不同地区的价格也有所不同，一般在3～4元/m3。
变压吸附制氧是以空气为原料，采用变压吸附技术，利用沸石分子筛在加压状态下对氮气吸附容量减少的特性，形成加压吸附、减压解吸的循环过程，实现空气中氧、氮的分离来制取氧。变压吸附制氧是物理吸附过程，因此非常安全，无环境污染。
变压吸附制氧与液氧相比，有如下几个优点：
1）变压吸附制备医用氧，可以根据不同规模的医院选择不同规格的变压吸附制氧设备。完全可以满足医院用氧的需要。
2）变压吸附制备医用氧，可以生产出90±3%的氧气纯度，完全符合国家规定的医用氧标准。
3）变压吸附制氧设备简单，主要由空气压缩机、空气净化系统、吸附塔及电控部分组成。
4）变压吸附制氧设备维修量少。由于变压吸附制氧设备简单、故障率低、维修方便，所以设备的运行费用与维修费用仅是钢瓶与液氧的1/8～1/10左右。
5）变压吸附制氧设备实现了全自动运行，无需经常调校，开关机简捷、方便，无需其他辅助设备。合格的医用氧可以直接进入管道系统，为医院的科学管理提供方便。
6）变压吸附制氧氧气的输出压力根据需要可以调节，质量和纯度稳定，并处于用户的可控状态。
7）变压吸附制氧设备寿命长。变压吸附制氧设备的动力源是螺杆式空压机，正常情况下可以使用15年以上。而沸石分子筛在制氧过程中是一种物理吸附，属于半永久性物资。在正常情况下使用寿命可以达到10年以上，全机寿命在10年以上。
8）变压吸附制氧成本低，每立方米氧气的价格仅为0.6元左右，相当于高压钢瓶氧的1/5～1/6，是液氧的1/4～1/5，每年可为医院节省大量医用氧费用。
9）变压吸附制氧设备只要有电就可以就地产氧，无需像高压钢瓶氧和液氧那样需要运输、搬运、换气等繁琐环节。
10）变压吸附制氧设备开机10分钟后，就可以得到合格的医用氧。
但尽管目前国内的变压吸附制氧机生产厂家很多，但其生产技术水平参差不齐，一些厂家缺乏技术和经验，产品质量不敢保证。
第四节 产品工艺特点或流程
医用分子筛变压吸附法工艺流程图
家庭供氧方式主要包括氧气瓶、氧气袋和家用制氧机，而家用制氧机根据工作原理不同可以分为物理制氧和化学制氧两大类。化学制氧机结构简单，操作方便，近几年国内发展较快；物理制氧不需要化学物质，以空气为原料，是理想的供氧方式，国外发展较快，主要采用膜分离和变压吸附工艺。
第五节 国内外技术未来发展趋势 分析
1、今后PSA技术的发展方向
1）分子筛性能的提升：随着新材料及纳米技术的发展，分子筛的吸附性会极大的提高，而随着添加元素的不断丰富，产品气的提纯精度将接近100%。
2）吸附流程的优化：将为吸附设备效率的提高及成本的降低提供保证。
3）控制系统的创新：控制系统特别是专用控制阀的开发将为提高产品气的分离效率、降低设备的工耗、提高设备的稳定性可靠性提供了新的可能。
2、家用制氧机技术趋势
随着中国老龄化的发展，家用制氧机作为家庭保健和氧疗的工具，已成为老年人的“老来伴”，未来几十年，制氧机将会作为消费品进入各个家庭，制氧机在自身发展方面也将面临新的发展趋势。从统计 分析 表明，家用制氧机将以膜式和变压吸附式为主，而变压吸附式将占据主流，因而，需要高性能的分子筛材料作为其发展的强有力后盾；同时，还应优化吸附工艺流程，进一步节能降耗，减小体积和重量，采用专用控制阀提高分离效率。未来几年，家用制氧机预计会在以下几个方面取得进展：
1）功能多样
在功能方面，除了满足标准中规定的性能，如氧浓度监测、累计时、报警（断电、高温、高气压、低气压）、湿化、雾化等功能外，还将考虑美观、适用、科学、舒适的生活方式，加入如遥控、定时、臭氧消毒、音乐播放、耳麦式吸氧等功能。
2）开源节流
为了保证消费者能够吸到足够的氧量，现在的家用制氧机往往采用大气量供氧方式，而忽略了吸氧的环节。韩学平等对节氧面罩进行了 研究 ，通过4500M海拔高度实验证明，使用节氧面罩输入600ML/MIN氧流量与不使用面罩输入2000ML/MIN氧流量差别不大，测得的血氧饱和浓度都在90%以上。从呼吸生理学 分析 ，人正常呼吸周期4S中只有0.7S为吸气，节氧技术要避开呼气阶段和吸气后段供氧；吸气前端的气流速度较小，相同时间内吸气量少，如果采用脉冲供氧，高浓度氧在呼吸最前端高速输入，与吸气前端较少量的气体混合仍能保证较高浓度的富氧气体进入肺泡囊中，与肺内的功能余气量(约2500ML)混合，使肺泡气中的氧分压瞬间增加几个毫米汞柱，而交换速度随肺泡气与血液中的氧压差的增大而急剧增加，这样新鲜气体进入肺内在10MS内就完成混合，0.3S就有大部分氧气被交换，可以实现短时间内节流供氧，在减少氧气产量的同时，保证了吸氧功能。此外，压差式供氧也是设计的比较巧妙的节氧方式。
3）微型便携
家用制氧机由于其体积重量较大，不便于携带，对于出行旅游、散步的老人来讲，还是有不足之处。微型便携式制氧机也是一个新方向，如采用背包式、肩挎式，要求其重量减小到2KG左右，对于国内家用制氧机厂家而言，是一种技术挑战和突破。
4）高度集成
家用制氧机目前采用部件组装模式，气路对产氧过程造成一定的阻力，增加了重量和体积，各部件之间很难保证气密性，故障率高。将气路集成，如同电路板一样进行沟槽式设计，既美观又适用。
根据市场调研资料统计和 分析 ，国内家用制氧机市场将以变压吸附式和膜式制氧机为主，且变压吸附将继续占主要优势；在电力充沛的区域，电解水也是一种很好的选择；化学试剂制氧在急救中将会发挥重要的作用。变压吸附式制氧将向小型、集成、节氧和多功能方向发展。不久将来，家用制氧机将作为一种家电产品“飞入寻常百姓家”。
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