國產小型醫用氧氣機變壓吸附控制系統的可靠性探討

簡越

摘 要：隨著科學技術的發展，醫學用氧技術也有了很大的進步，制氧方法也在更新，特別是變壓吸附氣體分離技術的應用，使氧氣的制造、運輸和應用都有了飛躍式的進步。在變壓吸附氣體分離技術的背景之下，小型醫用氧氣機也隨之誕生?，F在市面上的小型醫用氧氣機基本都是采用變壓吸附氣體分離技術，將空氣中的氧氣和氮氣進行分離，再通過分子篩選變壓吸附技術，將空氣中的雜質和有害物質去除，從而獲得高純度醫用氧氣。

關鍵詞：變壓吸附控制系統；可靠性；小型醫用氧氣機

鋼瓶氧氣的使用上，除了鋼瓶本身笨重不方便運輸之外，運輸過程中的安全性也不能夠完全保證。鋼瓶氧氣通過液壓液化之后，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輸過程中鋼瓶氧氣的安全問題，每瓶鋼瓶氧氣容量最多只能用50小時的理論值。

在當前環境污染和空氣污染都比較嚴重的情況下，空氣中所含的有害物質增多，傳統的分離技術不能將其全部分離出來，獲得的醫用氧氣往往純度不高。而分子篩變壓吸附技術，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范圍。

目前，我國自主研發生產的變壓吸附小型醫用氧氣機已經可以達到四種類型，有生產制造變壓吸附小型醫用氧氣機的企業也能達到十多家。雖然技術層面相差不多，但每個企業的生產條件、研發團隊、質檢的嚴格程度等都有所不同，因此產品也存在些許差別。我們將市面上的五種類型，以其控制的可靠性作為基點，分別做出了評定和探討。

1 二位五通單控滑柱式電磁閥控制系統

硬件構成：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，控制線路聯線，電源線路聯線等。

結構特征：該控制系統最突出的特點就是其內部的滑柱換向的設計，在滑柱換向的旁邊設計彈簧作為換向后的復位裝置。這里，必須要用到電磁力學的相關原理，用電磁線圈通電和斷電是產生的電磁場力的方向不同，在利用彈簧復位裝置的時候，我們要注意到，由于氣體首次進入的時候是通過電磁作用產生了一定的壓力，正常通電的電壓并不能將氣體加壓到較大壓力數，那么小型醫用氧氣機中未分離的空氣壓力相對較小，如果想通過滑柱彈簧來復位，那么久要求滑柱的摩擦阻力要小，否則將會引起機器故障，使得到的氧氣中含有大量的雜質。

除此之外，導致氧氣純度不高的原因還有滑柱的密封圈在使用過程中造成磨損，而導致的泄漏，致使進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，有時候很難肉眼察覺出來，機器會在幾十分鐘內間斷的出現故障。

2 二位五通雙控滑柱式電磁閥控制系統

硬件構成：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，控制線路聯線，電源線路聯線等。

結構特征：與第一種控制系統不同，該控制系統的特點滑柱控制雙向換向，這種設計解決了上文我們所提到的由于密封圈磨損所導致的換向失敗。在電磁線圈的設計上，沒有太大的區別，當氣體進入通過電磁線圈進入到滑柱一端時，另一端就會排出先導氣體，也就是說氣體的進入和排出幾乎是同時進行的，這種設計，氣體在機器內做停留的時間最短，但分離效果最好?；膬啥硕疾捎妹芊馊M行密封以防止漏氣。性能特點分析：修復了因為彈簧密封圈的磨損所造成的換向失敗問題。但是對于滑柱的密封設計仍然采用了密封圈來密封，這還是不能完全避免部件磨損所帶來的換向失敗，這種失敗原因幾乎與第一種設計是同一原理。

3 電磁先導閥式氣動閥控制系統

硬件構成：兩個二位二通滑柱式電磁閥，兩個二位三通氣動閥，儲氣罐，儲氣罐單向進氣閥，氣路接頭及氣管，電子控制線路（板），隔離變壓器，控制線路聯線，電源線路聯線等。

性能特點分析：該種變壓吸附控制系統是用兩個二位三通氣動閥來分別控制兩個分子篩床，雖然二位三通氣動閥也是采用滑柱式先導控制氣，但因為其滑柱的密封圈只有兩個，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 旋轉閥控制系統

硬件構成：一個單相永磁同步電機，一個專用旋轉閥，兩者緊密連接成一體，氣路接頭及氣管，電源線路聯線。

結構特征：該結構與以上三種結構在技術上有了質的飛躍，采用了專門控制換向的旋轉閥門，解決了以上三種結構的最主要的技術弊病。這個專用的旋轉閥門，由兩個靜片裝置和一個動片裝置加一個壓縮機構成，動片部分和壓縮機的排氣裝置與靜片組成的兩個部分緊密的結合在一起，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設計。在進氣和排氣的兩個過程中，內部的靜片和動片的運行狀態正好是相反的，動靜片相互配合，分子篩的進氣和排氣就不斷進行交換和換向。

性能特點分析：該控制系統最客服了膠質密封圈客服摩擦阻力所造成的零件磨損，在材料選擇上，旋轉閥控制系統采用多材料復合陶瓷來制作，精選耐磨性和硬度都較好的材料進行復合，復合后的陶瓷材料需要經過一段時間的精細打磨，使之表面光滑清潔，氣密性才能更高。

5 結束語

綜上可以看出，第4種控制系統是修復了以上三種控制系統的弊病，并且其內部構造和設計都能將空氣進行分離得到高純度的氧氣，操作簡單可靠。經過醫療實踐長期的使用，不斷進行改善，達到系統故障率最低的技術標準。除此種設計之外，第3種控制系統相對來說較為可靠，修復了第1、2種控制系統的部分技術漏洞，在資金相對緊張的情況下，可以引進該種設備。在以上四種控制系統的設計上，第1、2種設計的可靠性相對要差一些，屬于醫用小型制氧機的初級技術產品，在現實醫療過程中，使用的頻率在逐年下降。

參考文獻：

[1]機械設計手冊.2012年第三版.機械設計手冊編委會著[M].機械工業出版社出版.

[2]楊國志編著.制氧技術[M].2010年冶金工業出版社出版.

[3]FESTO pneumatic swatch[Z].

[4]NORGREN氣動產品樣本[Z].endprint