1、醫用制氧機醫用制氧機以變壓吸附(PSA) 技術為基礎，從空氣中提取氧氣的新型設備，其利用分子篩物理吸附和解吸技術在制氧機內裝填分子篩，在加壓時可將空氣中氮氣吸附，剩余的未被吸收的氧氣被收集起來，經過凈化處理后即成為高純度的氧氣。具體工作過程為壓縮空氣經空氣純化干燥機凈化后，通過切換閥進入吸附塔。在吸附塔內，氮氣被分子篩吸附，氧氣在吸附塔頂部被聚積后進入氧氣儲罐，再經除異味、除塵過濾器和除菌過濾器過濾即獲得合格的醫用氧氣。近年來，隨著人民生活水平的提高，人們對自身的健康更加關注，其中氧療和氧保健作為增強體質、預防疾病的一種新技術正逐漸被接受和推廣。家用制氧機這一新興行業也隨之悄然興起，并表現出了

2、強勁的增長趨勢。目前，家用制氧機已廣泛應用于心血管疾病、腦血管疾病、呼吸系統疾病、高原反應與高原病、老年病、兒童呼吸道感染疾病、睡眠性低氧血癥及煤氣中毒缺氧等疾病的配合治療；適用于家庭、保健站、衛生所、醫院、療養院、干休所、美容院、健身中心、酒吧、氧吧、賓館、高原哨所、體育訓練中心等場所；是廣大學生、白領、運動員、老年人、孕婦、胎兒等進行腦力和體力恢復、輔助治療和生理保健的家庭伴旅。1 家用制氧機分類家庭供氧方式主要包括氧氣瓶、氧氣袋和家用制氧機，而家用制氧機根據工作原理不同可以分為物理制氧和化學制氧兩大類。化學制氧機結構簡單，操作方便，近幾年國內發展較快；物理制氧不需要化學物質，以空氣為原料

3、，是理想的供氧方式，國外發展較快，主要采用膜分離和變壓吸附工藝。1.1 化學制氧(1) 化學試劑家庭用化學試劑主要是過碳酸鈉(又稱“固體雙氧水”)和二氧化錳。過碳酸鈉與水反應產生氧，隨反應的進行，反應液溫度升高，產氧速度驟增，反應很快完成，而且產氧氣流始末小，中間大，很不平穩。二氧化錳作為一種催化劑，主要起到穩定化學反應速度的作用。為了使化學反應平穩進行，向二氧化錳中加入聚乙烯醇或阿拉伯膠，制成不同形狀和不同粒徑的顆粒，或者將催化劑放于多孔容器中，使之逐步逸出。龔承元等研究了一種復合催化劑，其作用隨反應時間延長而逐漸減弱，使溫升對反應速度的影響得到部分抵消。也有將過碳酸鈉與過硼酸鈉按一定比例混

4、合配成產氧劑，過碳酸鈉反應溫度較低，前期起主要作用，反應產生的熱促使過硼酸鈉在后期繼續反應，產氧后期溫度較高，經過設置在水中的盤旋管路進行降溫。目前，國內外一些廠家將產氧器設計為袋式或室式，由兩個部分構成，一個是內反應室，產生氧氣；另一個是外濕化降溫室，外部加入壓力調節裝置后可以進行流量調節。化學試劑產氧主要用于急救，如果用于家庭氧療保健，維護費用高，而且容器清洗頻繁，產氧量不均勻，并不是一個很好的選擇。(2) 電解水電解水制氧指電解槽在直流電的作用下使水發生分解，在陰極表面產生氫，陽極表面產生氧。電解水最大的缺點是耗能太大，電解槽部分的直流電消耗占了總耗電量的90%以上。家用電解水能耗一般為

5、13 kWh/Nm3 O2，其耗能大的特點讓消費者無法接受，只有在電力充足(如風電、水電、太陽能等)的場所使用才有優勢，而且，電解水制氧同時要產生氫氣，存在燃爆危險，雖然一些廠家采用專利技術進行脫氫，但是在長期使用過程中，由于老化或故障等因素仍不能排除其安全隱患。(3) 電子雙極式制氧電子雙極式制氧采用空氣電極為陰極，空氣中的氧氣經電極的透氣膜傳遞到催化膜表面，發生電化學反應，電離為負氧離子，通過正極的引力將負氧離子富集，負氧離子到達正極后釋放電子還原為氧氣。由于催化膜的材料特性可以有效地抑制生成OH-的反應，使空氣電極實現了對氧的合成，因而最大限度地實現了雙極制氧的目標。電子式雙極制氧耗能雖

6、較電解水小，但其強酸或強堿環境與鉛蓄電池無異，安全性差，需專業人員維護，制氧機壽命低，產氧量小，產生的氧氣中含有酸性或堿性氣體，對環境污染嚴重。1.2 物理制氧(1) 氧氣瓶、氧氣袋氧氣瓶、氧氣袋供氧是傳統深冷法制氧方式的一種延展，深冷法以空氣為原料，利用氧、氮沸點不同，通過精餾方式將氧、氮分離，所產氧氣純度高。在使用過程中，通過高壓氣瓶輸送到各醫院，氧氣通過混流排或減壓器減壓限流，經過濕化瓶后供病人吸用。氧氣袋與氧氣瓶結合使用，可以方便攜帶，不限于氧氣瓶附件，擴大了吸氧區域。因此，這種吸氧方式氧源供應存在問題，必須在鄰近醫院場所，更換頻繁。(2) 膜分離膜分離是指氣體混合物通過高分子膜材料時

7、，由于氣體在膜中的溶解度和擴散系數不同，導致不同的氣體在膜中的相對滲透速度不同，實現氮、氧分離。膜式制氧機耗能少、體積小、重量輕、噪音低、便于攜帶，產生的氧清新潔凈，但由于膜式制氧機制得的氧氣濃度較低，通常為30 40%，只能作為保健氧使用。(3) 變壓吸附變壓吸附是利用不同壓力下吸附劑對空氣中氧、氮的吸附容量和選擇性不同進行氮、氧分離。變壓吸附式制氧機產氧濃度可以達到95%，并且能夠通過調整流量實現對濃度的控制，即使在高原大氣稀薄的地區也能實現高濃度供氧。家用制氧機由于使用環境限制，主要為以上幾種供氧方式，而氯酸鹽氧燭、超氧化物等化學試劑制氧和磁力制氧、生物制氧等方法由于不適合家用而被淘汰。

8、表1對各種家庭制氧方式的特點和使用維護成本進行了詳細對比。 表1 各種制氧方式特點及性能對比 物理制氧化學制氧深冷法變壓吸附膜分離化學試劑電子式雙極制氧電解水氧氣瓶氧氣袋原料空氣空氣空氣化學試劑強酸或強堿溶液和空氣水使用要求距離氣氧源近的場所任何場所，通電即用任何場所，通電即用試劑密封防潮，拆后即用通電即用，要及時加水定時加水氧氣濃度99.5902832999999.6氧氣量用完后需更換連續產氧連續產氧需不斷加入試劑，氧流量不穩連續產氧，產氣量低連續產氧，產氣量低一次成本約600元約60元約2000元約1300元約300元約1600元約3000元潔凈度氧純度高，但不能過濾灰塵、細菌、病毒等有害

9、物質可過濾粉塵，氣體清凈度較高富氧膜可將空氣中的灰塵、病毒、細菌等絕大部分有害物質過濾阻隔，所生成的氧氣清新潔凈無除菌過濾措施，吸入氣體易被污染易帶入酸性或堿性等腐蝕性氣體潔凈度高安全程度長時間吸氧可能造成氧中毒濃度可調，安全安全有可能吸入其它化學物質有可能吸入腐蝕性氣體安全適合人群缺氧嚴重或病重的人氧療、氧保健群體氧保健群體氧療、氧保健群體氧療、氧保健群體氧療、氧保健群體 2 國內家用制氧機生產廠家國內家用制氧機種類很多，如化學試劑制氧機和電子雙極式制氧機、膜式制氧機、電解水制氧機、變壓吸附制氧機。產地主要集中在沈陽、北京、上海、江浙一帶，此外，天津、湖南、成都也有一些民用和軍用制氧機廠家進

10、行生產和銷售。2.1 現狀分析根據統計材料分析，國內家用制氧機廠家多采用變壓吸附式制氧，不同廠家根據市場需求，進行了不同規格型號產品的設計開發和生產。按產氧量分為2L/min、3L/min、4L/min和5L/min制氧機。輸出壓力范圍一般為0.040.06 MPa(相對壓力)，產氧濃度均大于90%。但由于各制氧機廠家技術優勢不同，其產品的體積、重量、能耗、噪音也有較大差別，尤其是家用制氧機用于病人吸氧時，要求其噪音盡可能降低，以免打擾病人的睡眠。表2是國內不同廠家生產的氧氣流量為3 L/min的制氧機產品的參數對比表，其中電解水制氧、電子雙極式制氧、膜制氧和化學試劑制氧廠家較少，大部分為變壓

11、吸附式制氧。表2 國內家用制氧機產品調查分析表產品序號運行噪音dB(A)功率W重量kg尺寸mm3功能儲物盒遙控累計時單次計時定時濕化霧化斷電報警溫度報警高壓報警低壓報警濃度顯示流量顯#215;310×600 24537026380×320×640 34535027365×400×650 442-4630021448×358×318 55030022272×462×556 65038021350×420×650 75028021380×320×

12、;630 8534208360×240×340電解水制氧(0.3-0.5L/min)91207.5120×290×320（電子雙極式）1520min供氧/（A劑100gB劑3g）/0.8元；YLD-A3000電子雙極式制氧。1046324.5260×160×290膜分離制氧114932025272×462×556 12503502324550×380×565 134430026388×450×650 144832025390×310×420 1550300

13、21460×300×560 164830022430×270×550 174535033470×285×556 186252035522×616×242 195030021270×460×550 205030022400×300×500 2110012010300×240×310電子雙極式制氧(1.5-1.7 L/min出氣量)22300462×272×550 2.2 家用變壓吸附式制氧機特點目前，家用變壓吸附式制氧機主要有以下幾個特點

14、：(1) 采用低氣壓下高吸附性能的分子篩由于空氣壓縮機提供的氣源壓力低、溫升小，因此，不容易進行氣、水分離，對氣源的冷卻多采用風冷方式。為了適應氣源壓力低的特點，各廠家多采用粒徑小、動態吸附性能好、低壓下具有高效吸附性能的分子篩，如法國CECA公司的N51，保證分子篩在較低吸附壓力實現氮、氧高效分離。(2) 壓力傳感控制吸附分離過程中，由于環境溫度和壓力、控制閥位置、機械磨損、管路和閥的泄漏等因素的改變影響了吸附塔內部壓力變化的對稱性，出現局部壓力過高、吸附塔提前穿透等工況，導致產氧量減少，濃度下降。針對此問題，目前，多數廠家采用高靈敏度壓力傳感器對吸附塔實現壓力控制。(3) 與國際標準接軌目

15、前，多數廠家都嚴格按照ISO 8359標準進行設計、制造和生產，如氧氣濃度監測、累計時功能，體現了企業開拓國際市場的發展策略和產品定位方針，而僅遵循YY/T 0298標準的廠家則限制了其產品進行國際競爭的能力。(4) 結構高度集成家用制氧機為了減小體積和重量，在結構上進行了高度的集成，主要表現為：通過底板上的溝槽替代氣體管路；通過旋轉閥或嵌入閥替代多個閥門；通過薄金屬片替代單向閥；通過一體化替代儲氧罐和吸附塔。 3 家用制氧機廠家面臨的瓶頸3.1 消費觀念目前，我國60歲以上的老人已超過1.3億，占總人口的10%以上。到本世紀中葉，老年人口將超過4億。隨著我國老齡人口的增加，老年病成為困擾社會

16、和家庭的難題。一個家庭如果出現病人，將會耗盡其大部分財源和精力。因此，如何保持老年人身體健康是今后大部分家庭要考慮的問題。吸氧對于緩解和預防老年人心腦血管疾病、呼吸系統疾病具有良好的效果，采用即插即用的家用制氧機可以保證老年人每天能吸到充足的氧氣，改善新陳代謝，預防疾病，延年益壽，是老年人保持健康的良藥。因此，老年人保健消費和教育投入一樣，在未來幾年將會更加突出。3.2 配件和配套(1) 低噪空壓機制氧機步入家庭，必須為消費者提供一個安詳、舒適的環境，因此，低噪音是當前家用制氧機需克服的難關，目前，噪聲水平一般在42 60dB(A)。盡量降低空氣壓縮機運行和峰值噪音是家用制氧機發展面臨的一個難

17、點，抑制噪聲產生和消除噪聲是未來該領域發展的兩個主要方向。(2) 大流量解吸閥門大流量解吸閥是分子篩實現再生的重要途徑，是解決變壓吸附式制氧機大產氧量和高產氧濃度這一瓶頸問題的關鍵技術。有的廠家采用旋轉閥實現該工藝過程，但增加了體積，如果采用滑閥實現大氣量解吸，家用制氧機將會發生技術革新式進展。(3) 高效穩定分子篩吸附劑是變壓吸附技術的基礎，分子篩的性能決定著吸附分離效果，從而決定著制氧機投資與性能的經濟性。分子篩也是決定制氧機體積和重量的重要因素，為了適應空氣壓縮機低氣壓氣源的特點，分子篩必須具有良好的低壓動態吸附特性。(4) 集成電路電路集成體現了制氧機的控制集成，不僅可以降低成本，縮小

18、體積，還可以高效地實現工藝流程控制。未來的家用制氧機不僅要實現家庭范圍供氧，還要向車載、便攜方向發展，因此，電路方面除了適應家電220 V交流電外，還要考慮直流、24 V低電壓等情況，擴大家用制氧機的使用范圍。3.3 政策約束我國國內尚沒有對家用制氧機進行約束的標準和條例，國內制氧機廠家都以國家醫藥管理局頒發的YY/T 0298-1998作為生產和營銷依據，有的借鑒國際標準和美國標準，造成市場混亂。因此，國家制定新的標準，在促進該產業蓬勃發展的同時，也應規范其市場。 4 家用制氧機發展趨勢隨著中國老齡化的發展，家用制氧機作為家庭保健和氧療的工具，已成為老年人的“老來伴”，未來幾十年，制氧機將會

19、作為消費品進入各個家庭，制氧機在自身發展方面也將面臨新的發展趨勢。從統計分析表明，家用制氧機將以膜式和變壓吸附式為主，而變壓吸附式將占據主流，因而，需要高性能的分子篩材料作為其發展的強有力后盾；同時，還應優化吸附工藝流程，進一步節能降耗，減小體積和重量，采用專用控制閥提高分離效率。未來幾年，家用制氧機預計會在以下幾個方面取得進展：(1) 功能多樣在功能方面，除了滿足標準中規定的性能，如氧濃度監測、累計時、報警（斷電、高溫、高氣壓、低氣壓）、濕化、霧化等功能外，還將考慮美觀、適用、科學、舒適的生活方式，加入如遙控、定時、臭氧消毒、音樂播放、耳麥式吸氧等功能。(2) 開源節流為了保證消費者能夠吸到足夠的氧量，現在的家用制氧機往往采用大氣量供氧方式，而忽略了吸氧的環節。韓學平等對節氧面罩進行了研究，通過4500 m海拔高度實驗證明，使用節氧面罩輸入600 ml/min氧流量與不使用面罩輸入2000 ml/min氧流量差別不大，測得的血氧飽和濃度都在90%以上。從呼吸生理學分析