周斌 薛文奎 吴超

常州机电职业技术学院, 江苏 常州 213164

1 家用制氧机的制氧原理

家用制氧机的制氧原理主要有四种：1.化学制剂制氧机；2.富氧膜制氧机；3.电子反应制氧器；4.分子筛制氧机。

1.1 化学制剂制氧机

化学制剂为原理的制氧机，采用A制剂过碳酸钠和B制剂过氧化锰，与水反应生成氧气，国内主要产品代表为氧立得等品牌制氧机，其优点是携带方便，不受环境电源要求的影响，但是操作较复杂，受化学制剂存储的影响，使用时间有限，不适合大量在家庭使用。其操作原理如图1所示。

图1 化学制剂制氧机原理

1.2 富氧膜制氧机

原理是采用富氧膜，在压力差的作用下使空气中的氧气优先通过富氧膜，这种方式噪音小，大部分时间为静音，但是氧气含量不高，为30%~40%，在要求较为严格的场合不太适宜[1]。

1.3 电解水制氧气机

电解水制氧机能耗一般为13kW/Nm3O2，由于能耗大，所以普通家庭一般不愿意使用。电解水制氧气的同时还产生氢气，遇到明火会发生爆炸，虽然采取脱氢等改善方法，但是长期使用老化后还是有一些安全隐患。

1.4 分子筛制氧机

分子筛制氧机采用变压吸附法制氧，利用氮气的分子稍大，在空气中的比例较多的特点，通过去除氮气，获取更多氧气，原料经过压缩机加压，然后通过空气处理装置去除空气中的氮气、二氧化碳等杂质，产出较为纯净的氧气，当处理装置达到一定饱和量以后，冲洗杂质，再次循环放出氧气。

我国早在20世纪80年代就已出现基于分子筛原理的制氧机，大型医院使用的交替吸附工作的分子筛设备，体积大，占地面积大，噪音高；中小型医院使用一体式ATF型分子筛多为20世纪90年代推出的产品，它需要同时开启机组，不能单独控制，致使设备检修不便，不适合便携式使用[2]。随着技术的发展与进步，上述缺点也在一步一步地改正完善。

下面对目前分子筛制氧机设备的控制原理进行介绍。如图2所示，目前改善控制的目的与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、人机界面更友好的环境，实现智能化，这就需要比较强大的编程控制器，包括STM32系列的单片机或者可编程控制器等与人机界面有交互功能的控制器。

图2 分子筛制氧机设备的控制原理

2 分子筛吸附式制氧技术的发展方向

目前分离空气制氧技术主要向三个方向发展。

2.1 具有更高氧氮分离系数的高性能分子筛

沸石分子筛是目前比较好的吸附剂，其氮气与氧气分离系数可以达到6.0以上。工业化生产使用的沸石分子筛的氧气与氮气分离系数一般不超过4.0。

2.2 低噪音化

在制备高浓度氧气的同时，由于考虑到家用环境，设备的噪音需要保持在30分贝以内。可靠的压缩机技术以及降噪手段将得到更广泛的应用[3]。

2.3 微型化发展

制氧设备主要为了满足人们医疗保健和一些家用的需要，要求其具有体积小、质量轻和可靠性高的特点，其产气量一般在5~10L/min上下，氧气浓度为90%以上。这种小型化、能耗低的制氧设备也将受到更多人的关注。