家用制氧機的技術設計原理與發展方向

周斌 薛文奎 吳超

常州機電職業技術學院, 江蘇 常州 213164

1 家用制氧機的制氧原理

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

1.1 化學制劑制氧機

化學制劑為原理的制氧機，采用A制劑過碳酸鈉和B制劑過氧化錳，與水反應生成氧氣，國內主要產品代表為氧立得等品牌制氧機，其優點是攜帶方便，不受環境電源要求的影響，但是操作較復雜，受化學制劑存儲的影響，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 化學制劑制氧機原理

1.2 富氧膜制氧機

原理是采用富氧膜，在壓力差的作用下使空氣中的氧氣優先通過富氧膜，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%，在要求較為嚴格的場合不太適宜[1]。

1.3 電解水制氧氣機

電解水制氧機能耗一般為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生氫氣，遇到明火會發生爆炸，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

分子篩制氧機采用變壓吸附法制氧，利用氮氣的分子稍大，在空氣中的比例較多的特點，通過去除氮氣，獲取更多氧氣，原料經過壓縮機加壓，然后通過空氣處理裝置去除空氣中的氮氣、二氧化碳等雜質，產出較為純凈的氧氣，當處理裝置達到一定飽和量以后，沖洗雜質，再次循環放出氧氣。

我國早在20世紀80年代就已出現基于分子篩原理的制氧機，大型醫院使用的交替吸附工作的分子篩設備，體積大，占地面積大，噪音高；中小型醫院使用一體式ATF型分子篩多為20世紀90年代推出的產品，它需要同時開啟機組，不能單獨控制，致使設備檢修不便，不適合便攜式使用[2]。隨著技術的發展與進步，上述缺點也在一步一步地改正完善。

下面對目前分子篩制氧機設備的控制原理進行介紹。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、人機界面更友好的環境，實現智能化，這就需要比較強大的編程控制器，包括STM32系列的單片機或者可編程控制器等與人機界面有交互功能的控制器。

圖2 分子篩制氧機設備的控制原理

2 分子篩吸附式制氧技術的發展方向

目前分離空氣制氧技術主要向三個方向發展。

2.1 具有更高氧氮分離系數的高性能分子篩

沸石分子篩是目前比較好的吸附劑，其氮氣與氧氣分離系數可以達到6.0以上。工業化生產使用的沸石分子篩的氧氣與氮氣分離系數一般不超過4.0。

2.2 低噪音化

在制備高濃度氧氣的同時，由于考慮到家用環境，設備的噪音需要保持在30分貝以內?？煽康膲嚎s機技術以及降噪手段將得到更廣泛的應用[3]。

2.3 微型化發展

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