国产小型医用氧气机变压吸附控制系统的可靠性探讨

简越

摘 要：随着科学技术的发展，医学用氧技术也有了很大的进步，制氧方法也在更新，特别是变压吸附气体分离技术的应用，使氧气的制造、运输和应用都有了飞跃式的进步。在变压吸附气体分离技术的背景之下，小型医用氧气机也随之诞生。现在市面上的小型医用氧气机基本都是采用变压吸附气体分离技术，将空气中的氧气和氮气进行分离，再通过分子筛选变压吸附技术，将空气中的杂质和有害物质去除，从而获得高纯度医用氧气。

关键词：变压吸附控制系统；可靠性；小型医用氧气机

钢瓶氧气的使用上，除了钢瓶本身笨重不方便运输之外，运输过程中的安全性也不能够完全保证。钢瓶氧气通过液压液化之后，一瓶钢瓶氧气的容量也就受到了限制，而且为了尽量保证运输过程中钢瓶氧气的安全问题，每瓶钢瓶氧气容量最多只能用50小时的理论值。

在当前环境污染和空气污染都比较严重的情况下，空气中所含的有害物质增多，传统的分离技术不能将其全部分离出来，获得的医用氧气往往纯度不高。而分子筛变压吸附技术，能将空气中以分子作为分离单位，将分离单位做到了目前最小的技术范围。

目前，我国自主研发生产的变压吸附小型医用氧气机已经可以达到四种类型，有生产制造变压吸附小型医用氧气机的企业也能达到十多家。虽然技术层面相差不多，但每个企业的生产条件、研发团队、质检的严格程度等都有所不同，因此产品也存在些许差别。我们将市面上的五种类型，以其控制的可靠性作为基点，分别做出了评定和探讨。

1 二位五通单控滑柱式电磁阀控制系统

硬件构成：二位五通单控滑柱式电磁阀，气路接头及气管，电子控制线路（板），隔离变压器，控制线路联线，电源线路联线等。

结构特征：该控制系统最突出的特点就是其内部的滑柱换向的设计，在滑柱换向的旁边设计弹簧作为换向后的复位装置。这里，必须要用到电磁力学的相关原理，用电磁线圈通电和断电是产生的电磁场力的方向不同，在利用弹簧复位装置的时候，我们要注意到，由于气体首次进入的时候是通过电磁作用产生了一定的压力，正常通电的电压并不能将气体加压到较大压力数，那么小型医用氧气机中未分离的空气压力相对较小，如果想通过滑柱弹簧来复位，那么久要求滑柱的摩擦阻力要小，否则将会引起机器故障，使得到的氧气中含有大量的杂质。

除此之外，导致氧气纯度不高的原因还有滑柱的密封圈在使用过程中造成磨损，而导致的泄漏，致使进入的得空气在变压之后又与外界大气压值相平衡而造成的压力损失。这种情况的出现，有时候很难肉眼察觉出来，机器会在几十分钟内间断的出现故障。

2 二位五通双控滑柱式电磁阀控制系统

硬件构成：二位五通双控滑柱式电磁阀，气路接头及气管，电子控制线路（板），隔离变压器，控制线路联线，电源线路联线等。

结构特征：与第一种控制系统不同，该控制系统的特点滑柱控制双向换向，这种设计解决了上文我们所提到的由于密封圈磨损所导致的换向失败。在电磁线圈的设计上，没有太大的区别，当气体进入通过电磁线圈进入到滑柱一端时，另一端就会排出先导气体，也就是说气体的进入和排出几乎是同时进行的，这种设计，气体在机器内做停留的时间最短，但分离效果最好。滑柱的两端都采用密封圈进行密封以防止漏气。性能特点分析：修复了因为弹簧密封圈的磨损所造成的换向失败问题。但是对于滑柱的密封设计仍然采用了密封圈来密封，这还是不能完全避免部件磨损所带来的换向失败，这种失败原因几乎与第一种设计是同一原理。

3 电磁先导阀式气动阀控制系统

硬件构成：两个二位二通滑柱式电磁阀，两个二位三通气动阀，储气罐，储气罐单向进气阀，气路接头及气管，电子控制线路（板），隔离变压器，控制线路联线，电源线路联线等。

性能特点分析：该种变压吸附控制系统是用两个二位三通气动阀来分别控制两个分子筛床，虽然二位三通气动阀也是采用滑柱式先导控制气，但因为其滑柱的密封圈只有两个，位移阻力比起二位五通阀要小得多，位移换向的可靠性大大提高。

4 旋转阀控制系统

硬件构成：一个单相永磁同步电机，一个专用旋转阀，两者紧密连接成一体，气路接头及气管，电源线路联线。

结构特征：该结构与以上三种结构在技术上有了质的飞跃，采用了专门控制换向的旋转阀门，解决了以上三种结构的最主要的技术弊病。这个专用的旋转阀门，由两个静片装置和一个动片装置加一个压缩机构成，动片部分和压缩机的排气装置与静片组成的两个部分紧密的结合在一起，一方面防止漏气，另一方面便于排气，是兼顾密封和功能性排气的技术设计。在进气和排气的两个过程中，内部的静片和动片的运行状态正好是相反的，动静片相互配合，分子筛的进气和排气就不断进行交换和换向。

性能特点分析：该控制系统最客服了胶质密封圈客服摩擦阻力所造成的零件磨损，在材料选择上，旋转阀控制系统采用多材料复合陶瓷来制作，精选耐磨性和硬度都较好的材料进行复合，复合后的陶瓷材料需要经过一段时间的精细打磨，使之表面光滑清洁，气密性才能更高。

5 结束语

综上可以看出，第4种控制系统是修复了以上三种控制系统的弊病，并且其内部构造和设计都能将空气进行分离得到高纯度的氧气，操作简单可靠。经过医疗实践长期的使用，不断进行改善，达到系统故障率最低的技术标准。除此种设计之外，第3种控制系统相对来说较为可靠，修复了第1、2种控制系统的部分技术漏洞，在资金相对紧张的情况下，可以引进该种设备。在以上四种控制系统的设计上，第1、2种设计的可靠性相对要差一些，属于医用小型制氧机的初级技术产品，在现实医疗过程中，使用的频率在逐年下降。

参考文献：

[1]机械设计手册.2012年第三版.机械设计手册编委会著[M].机械工业出版社出版.

[2]杨国志编著.制氧技术[M].2010年冶金工业出版社出版.

[3]FESTO pneumatic swatch[Z].

[4]NORGREN气动产品样本[Z].endprint