一种医疗急救设备用直供氧一体机的制作方法

本实用新型属于制氧、供氧医疗设备技术领域，具体涉及一种结构紧凑、维修方便、工作可靠的能够实现现场制氧、无间断供氧并直接驱动呼吸机等医疗急救设备的直供氧一体机。

背景技术：

目前手术中使用的常规呼吸机、麻醉机都是使用氧气瓶供给氧气的，特别是野外医疗场合，呼吸机用氧量较大，氧气瓶储存氧量有限，需要经常更换气瓶补充氧气，这就需要氧源保障不能中断，对运力要求较高，野外环境下，一旦氧气补给不能保证，就无法开展手术；氧气瓶储氧压力较高(通常满瓶氧气压力为12MPa左右)，属压力容器，存储存在安全风险。

授权公告号为CN2687099Y的实用新型公开一种集制氧、供氧和储氧为一体的制氧成套设备，其包括分子筛制氧主机，该制氧主机通过输出管道与缓冲过滤器相连，该缓冲过滤器的出口则通过氧气增压机与供氧的储氧罐相连接，该设备虽然能够实现连续不间断制氧、储氧，但存在以下不足：(1)该设备两台制氧主机产氧量共为11.5m³/d(约8L/min)，产氧量不能直接满足呼吸机使用(一般所需氧气量为10L/min)，需提前工作，储存一定量氧气于储氧罐中；(2)由于制氧主机产氧量较低，不能即开即用实时满足呼吸机使用，因此，其储氧罐体积必须设计较大容积，提前储备一定的氧气满足呼吸机用氧要求，较大的储氧容器在固定式医疗卫生机构使用是合适的，但储氧后的移动、搬运不方便，也存在一定的危险性，因此，CN2687099Y的实用新型并不适合野外随时搬运的场所使用；(3)CN2687099Y中没有对实现氧气增压的氧气增压机的工作原理、工作过程等进行详细的描述，没有明确提出解决低压低流量氧源增压过程中关键问题(例如氧气漏损等)的具体措施和方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述问题，提供一种结构紧凑、维修方便、工作可靠的能够实现现场制氧、无间断供氧并直接驱动呼吸机等医疗急救设备的直供氧一体机。

本实用新型的上述目的是由以下技术方案来实现的：

一种医疗急救设备用直供氧一体机，包括集成制供氧机组(04)和用于组装集成制供氧机组(04)的组装箱(00)，所述集成制供氧机组(04)包括依次气路连通的空压机组件(001)、散热组件(002)、空气缓冲罐(6)、吸附组件(003)、氧气缓冲罐(12)、氧气加压组件(004)和氧气储罐(18)，氧气储罐(18)的排气口经一终端过滤器(21)、流量计(26)和流量调节阀(25)连通所述医疗急救设备。

上述医疗急救设备用直供氧一体机中，所述终端过滤器(21)与流量调节阀(25)之间的管路上还设置有测氧电磁阀(22)、氧浓度传感器(23)和压力传感器(24)。

上述医疗急救设备用直供氧一体机中，所述组装箱(00)包括一端开口的箱体(01)、面板(02)和组装架(03)，面板(02)固定于组装架(03)的外端，集成制供氧机组(04)安装于组装架(03)内部，箱体(01)底部设置与组装架(03)的导柱(031)相匹配的滑轨(011)，组装架(03)从箱体(01)的开口处沿滑轨(011)滑入箱体内，面板(02)将箱体(01)的开口密封。

上述医疗急救设备用直供氧一体机中，所述氧气加压组件(004)包括压力调节阀(15)、氧气加压泵(16)和用于对氧气加压泵(16)降温冷却的氧气加压泵冷却风扇(17)，氧气缓冲罐(12)中的氧气经压力调节阀(15)进入氧气加压泵(16)中，氧气加压泵(16)的出口连接氧气储罐(18)的进气口。

上述医疗急救设备用直供氧一体机中，所述氧气加压泵(16)为摇摆活塞式压缩结构，包括气缸(100)、在气缸内往复运动的活塞(104)以及为活塞提供动力的电机(161)，电机(161)的电机轴(164)通过连杆与活塞(104)相连；活塞(104)上套设有活塞环(105)，一曲轴箱(162)设置于气缸(100)下方，一端盖(101)设置在电机轴(164)的顶端一侧并与曲轴箱箱体紧密配合，电机轴(164)、活塞(104)和活塞环(105)置于密闭的空间内；曲轴箱(162)的密封槽内填充聚四氟乙烯垫圈与氟橡胶“O”型圈形成的密封件(163)，电机轴(164)与密封件(163)相接触形成动密封；气缸(100)和曲轴箱(162)之间填充氟橡胶“O”型圈及聚四氟乙烯垫圈形成的第一密封圈(102)，曲轴箱(162)与端盖(101)之间填充氟橡胶“O”型圈及聚四氟乙烯垫圈形成的第二密封圈(103)，形成静密封。

上述医疗急救设备用直供氧一体机中，所述空压机组件(001)包括进气过滤器(1)和空压机(2)，经进气过滤器(1)净化处理后的空气在空压机(2)中被压缩。

上述医疗急救设备用直供氧一体机中，空气缓冲罐(6)上设有第一安全阀(7)和第一压力表(8)。

上述医疗急救设备用直供氧一体机中，所述吸附组件(003)包括气体分配阀(10)、吸附床(11)和排氮消声器(9)，气体分配阀(10)的进气端与所述空气缓冲罐(6)相连，其出气端与吸附床(11)和排氮消声器(9)相连。

上述医疗急救设备用直供氧一体机中，所述吸附床(11)为圆筒状结构，内装有沸石分子筛吸附剂；所述吸附床(11)设有多个，吸附床的产氧口端分别通过管道连接到氧气缓冲罐(12)的进气口。

上述医疗急救设备用直供氧一体机中，所述氧气储罐(18)上设有第三压力表(19)和第三安全阀(20)，其内部装填有吸附氧气的分子筛。

采用上述技术方案，本实用新型的技术效果是：本实用新型采用空气做原料，可实现现场不间断制氧供氧，可代替瓶装氧直接驱动呼吸机等医疗急救设备，进行现场无间断供氧保障，即开即用，产氧量能满足使用要求，使得医疗救治机构具备一定的紧急用氧保障能力；结构紧凑，集成制供氧机组采用推拉方式封装于箱体内，便于维修，采用小型化制氧技术和模块化设计，使得氧气增压装置小型化，便于搬运，适用于野外场所使用；通过设置动密封和静密封结构，解决了氧气压缩增压过程的泄漏问题，增强了氧气压缩的安全性和工作可靠性；通过在整个工艺过程中增加吸附式氧气缓存机构，保证了工作平稳性和安全型。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是组装箱的结构示意图；

图3是将集成制供氧机组组装入组装架后的结构示意图；

图4是本实用新型的直供氧一体机的工艺流程图；

图5是氧气加压泵的结构示意图；

图6是氧气加压泵的动密封示意图。

图中附图标记表示为：

1：进气过滤器；2：空压机；3：散热器；4：散热器冷却风扇；5：三通阀；6：空气缓冲罐；7：第一安全阀；8：第一压力表；9：排氮消声器；10：气体分配阀；11：吸附床；12：氧气缓冲罐；13：第二压力表；14：第二安全阀；15：压力调节阀；16：氧气加压泵；17：氧气加压泵冷却风扇；18：氧气储罐；19：第三压力表；20：第三安全阀；21：终端过滤器；22：测氧电磁阀；23：氧浓度传感器；24：压力传感器；25：流量调节阀；26：流量计；

161：电机，162：曲轴箱，163：密封件，164：电机轴；

001：空压机组件；002：散热组件；003：吸附组件；004：氧气加压组件；

00：组装箱；

01：箱体，011：滑轨，012：固定通孔；

02：面板，021：液晶显示屏，022：透气百叶窗，023：氧气出口，024：拉手，025：电源开关，026：电源接口，027：安装孔；

03：组装架，031：导柱，032：固定螺纹孔；

04：集成制供氧机组；

100：气缸，101：端盖，102：第一密封圈，103：第二密封圈，104：活塞，105：活塞环。

具体实施方式

本实用新型的直供氧一体机产氧量为10L/min，正常工作条件下能满足呼吸机、麻醉机等医疗急救设备的使用，不需要提前储存一定量的氧气；本实用新型的直供氧一体机采用箱仪一体化结构设计，集制氧、增压、供氧功能于一体，体积小、重量轻，箱体采用滚塑成型技术，特别适合野外使用。

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型的医疗急救设备直供氧一体机进行详细说明。

组装箱

图1、图2和图3为本实用新型的医疗急救设备直供氧一体机的结构示例。如图1所示，该直供氧一体机为箱仪一体化结构，包括集成制供氧机组04和用于组装集成制供氧机组04的组装箱00，如图2所示，组装箱00包括箱体01、面板02和组装架03，其中：

箱体01为一端开口的方形箱体，其箱底内表面对称设有两个滑轨011，左右两侧面各设有一个固定通孔012。

组装架03为方形架体，集成制供氧机组04安装于架体内部，该架体底部设有两个导柱031，两个导柱031与箱体01的两个滑轨011相匹配，导柱031镶嵌在滑轨011内，可将组装架03推进推出，便于维修；组装架03左右架体各开设有固定螺纹孔032，当组装架03推进箱体01后，组装架03的固定螺纹孔032与箱体01的固定通孔012重合，将一螺杆旋入，可将箱体01与组装架03固定。

面板02为与箱体01开口形状相匹配的板体，该板体固定于组装架03的外端，当组装架03推入箱体01后，面板02可将箱体01的开口密封；面板02的外表面上设有液晶显示屏021、透气百叶窗022、氧气出口023、拉手024、电源开关025、电源接口026以及流量调节阀25的安装孔027，其中，液晶显示屏021通过PLC控制器与压力传感器24、流量计26、氧浓度传感器23等连接，用于显示出氧压力、产氧流量、氧浓度等；透气百叶窗022设置有多个，用于整个集成制供氧机组04的散热，保证工作可靠性；氧气出口023与流量调节阀25、流量计26连接，该出口可直接连接到呼吸机等医疗急救设备；拉手024设有两个，布置在面板02的两侧，方便拉动组装架03；电源接口026用于外接220V交流电源，并通过PLC控制器与空压机2、散热组件3、氧气加压泵16、压力传感器24、气体分配阀10、测氧电磁阀22及其他电磁阀(参见图4)等部件连接，电源开关025串联于电源接口和PLC控制器之间，用于控制电源的通断。

集成制供氧机组

集成制供氧机组04安装于组装架03内部，并封装入箱体01内组装成一个整体，在图3和图4所示的实施例中，集成制供氧机组04包括依次气路连通的空压机组件001、散热组件002、空气缓冲罐6、吸附组件003、氧气缓冲罐12、氧气加压组件004和氧气储罐18，其中：

空压机组件001包括进气过滤器1和空压机2，进气过滤器1填装有多层玻璃纤维或PP材质纤维或PU、PE等海绵材质多孔过滤材料，用于对空气的净化处理，进气时，环境空气经过滤材料过滤后进入空压机2，不同过滤精度的过滤材料过滤不同粒径大小的粉尘，通过阶梯式过滤，减小过滤阻力、提高过滤精度，最终实现除去空气中直径大于0.1μm的粉尘等固体杂质的目的，并采用小孔通道、膨胀腔体等结构形式进行消音以降低进气噪声；空压机2用于净化后空气的压缩，使进入吸附组件003的空气满足一定压力，从而实现吸附床11中分子筛的加压吸附。

散热组件002用于降低压缩空气的温度并除去空气中的一部分水分，包括散热器3、散热器冷却风扇4以及相应的附件，散热器3为由紫铜管弯制成U形、蛇形等形状的管件，并在管外安装铝制散热薄片，以增大散热强度，同时在散热薄片旁安装散热器冷却风扇4以加强对流换热，或者将散热器冷却风扇4直接安装在空气缓冲罐6旁边，以便使压缩空气冷却；三通阀5连通散热器3和空气缓冲罐6，三通阀5的另一通道连接排水管，用于排出空气冷却产生的水。

空气缓冲罐6用于保证空气气流压力相对稳定，其一般为铝或其它金属材质，制成圆筒形式，圆筒的一端有进气口，另一端有排气口，空气缓冲罐上设有第一安全阀7和第一压力表8，可随时观察空气缓冲罐6内部气体压力，超过设定压力时，通过第一安全阀7泄压。空气缓冲罐6大小是由吸附组件003每分钟的耗气量、吸附频率等因素决定的，体积范围为0.1L～5L。

吸附组件003包括气体分配阀10、吸附床11、排氮消声器9以及相应的管道，其中，在本实施例中气体分配阀10可为两位四通电磁阀，进气端与空气缓冲罐6相连，出气端分别与A吸附床、B吸附床和排氮消声器9相连，空气缓冲罐6内的空气通过气体分配阀10进行分配进入吸附床11，吸附床11解吸出的氮气经气体分配阀10通过排氮消声器9排出，气体分配阀10用于对进出吸附床气体进行分配，气体分配阀10也可以由现有的其他形式的机械阀或其他机构实现，并不限于两位四通电磁阀；该实施例中，吸附床11设有两个，分别为A吸附床和B吸附床，吸附床11一般为圆筒状结构，内填装有沸石分子筛吸附剂，例如5A、13X、锂型等沸石分子筛，A吸附床和B吸附床的产氧口端分别通过管道连接到氧气缓冲罐12的进气口。

吸附床11采用多吸附床分子筛变压吸附(PSA)制氧技术制备氧浓度为93％±3％的氧气。PSA制氧是以分子筛为吸附剂，自然界中的空气为原料，利用分子筛在不同压力条件下对氮气吸附量的变化，分离制得氧气。常温加压条件下，沸石分子筛对氮气的吸附容量大，对氧气的吸附容量小，从而空气中的氮气被分子筛吸附，氧气穿过分子筛，在较低压力下，分子筛对氮气的吸附容量减少，使得吸附的氮气解吸出来，通过加压吸附降压解吸，达到连续制取氧气的目的。

两吸附床分子筛(A、B)变压吸附制氧工艺循环操作时序如表1所示。以A吸附床工艺过程为例，其工艺过程如下：首先充压/吸附过程，即原料气进入A吸附床进行充压，分子筛吸附氮气产出氧气；然后是均压过程，即A吸附床对B吸附床进行均压，使A吸附床降压排出的气体得到有效利用；然后是放空过程，即A吸附床降压解吸，吸附的氮气排出，分子筛得到再生，从而实现分子筛的循环利用；然后是冲洗过程，即利用B吸附床分离的一部分产品气对放空的A吸附床进行冲洗，去除吸附剂中的残留氮气，改善分子筛的再生能力，增强对氮气的吸附性能；最后是均压过程，即B吸附床与A吸附床进行均压，使B吸附床降压排出的气体得到有效利用。

表1两吸附床PSA循环操作时序

另外，吸附床的个数不限于两个，应根据实际需求灵活设置，可以设为三个或三个以上，吸附床内的具体工艺过程参照上述两个吸附床进行优化改进。

氧气缓冲罐12一般为铝或其它金属材质，制成圆筒形式，圆筒的一端有进气口，另一端有排气口，氧气缓冲罐12上设有第二压力表13和第二安全阀14，可随时观察内部氧气压力，当内部氧气超过设定压力时，通过第二安全阀14泄压。

氧气缓冲罐12的作用是将吸附床周期性的产氧过程转化为氧气的连续供给，保证供给氧气加压泵的氧气压力稳定、流量稳定。变压吸附产氧过程为可持续的循环过程，吸附床11输出的氧气流量不稳定，呈现周期性变化，而氧气加压泵16的正常工作需要一个稳定的进气，通过在二者之间增加氧气缓冲罐12，使得供给氧气加压泵16的氧气压力、流量稳定，保证其正常运行。氧气缓冲罐12的大小是由氧气加压泵16的工作频率、每分钟的压缩氧气量等因素决定的，最小体积需大于氧气加压泵16每次压缩的氧气量，体积范围为0.1L～5L。

氧气加压组件004包括压力调节阀15、氧气加压泵16和氧气加压泵冷却风扇17，氧气缓冲罐12中的氧气经压力调节阀15进入氧气加压泵16中，压力调节阀15用于调节氧气缓冲罐12排出的氧气压力，使其满足氧气加压泵16工作时的进气压力要求。氧气加压泵冷却风扇17用于对氧气加压泵16进行降温冷却。

在工作过程中，氧气加压泵16的氧气压缩速率必须与吸附组件003的产氧量相当或略小，压缩速率大于产氧速率会使吸附组件003出氧口产生负压，加速从吸附组件003“吸”氧气，导致吸附组件003的吸附床11压力下降，进入的空气还未充分吸附就被“吸”出，从而产氧浓度降低，若压缩速率过小会使得最终供氧量不足，无法满足呼吸机使用，还使得吸附组件003出氧口产生较大正压，产氧量相应下降，制氧效率降低。

如图5所示，氧气加压泵16为摇摆活塞式压缩结构，包括气缸100、在气缸内往复运动的活塞104以及为活塞提供动力的电机161，电机161的电机轴164通过连杆等与活塞104相连，用于驱动活塞在气缸内运动，实现气体压缩；气缸100设有进气阀和排气阀，随活塞的往复运动而开启或关闭，实现氧气的进入和增压排出。由于气缸100内的压缩介质为氧气，氧气增压过程的密封性、安全性尤为重要。活塞104的凹槽上套设有活塞环105，随活塞一起上下运动，提高活塞与气缸之间的密封性，防止活塞104压缩氧气过程中氧气通过活塞104与气缸壁的缝隙泄露，曲轴箱162设置于气缸100下方，端盖101设置在电机轴164的顶端一侧，与曲轴箱箱体紧密配合，使电机轴164、活塞104和活塞环105置于密闭空间内。由于本实用新型的氧气增压为低气量增压过程，仅靠活塞环密封不能满足要求，而活塞环随活塞上下移动时出现的泄漏首先进入曲轴箱162、气缸100和端盖101形成的密闭空间内，为防止泄露的氧气直接进入氧气加压泵16周围的空气中，所以需要对曲轴箱162进行密封。如图6所示，曲轴箱162的密封槽内填充聚四氟乙烯垫圈与橡胶“O”型圈形成的密封件163，电机轴164与密封件163相接触，电机轴164旋转时与该密封件163形成动密封；气缸100和曲轴箱162之间填充氟橡胶“O”型圈及聚四氟乙烯垫圈形成的第一密封圈102、曲轴箱162与端盖101之间充氟橡胶“O”型圈及聚四氟乙烯垫圈形成的第二密封圈103形成静密封。气缸100、气缸气阀采用抗氧化的不锈钢材料，活塞104、活塞环105等采用不易产生火花的材料设计，运动摩擦副(指两构件直接接触并能产生一定相对运动摩擦的联结，具体对本本实用新型的直供氧一体机来说，曲轴箱和曲轴，曲轴和连杆，连杆和活塞之间的联结均为运动摩擦副)的润滑采用氧气压缩机专用抗氧化润滑脂——氟氯碳脂。该氧气加压泵16设有排气安全阀和压力控制器等安全控制器件，保证设备长时间运行的稳定性和可靠性，当该设备超压力时打开安全阀卸荷，当该设备超压力停机时，压力控制器确保氧气压缩的安全性；采用直流无刷电机减小设备重量和体积，采用单作用式气缸结构，使得设备结构简单、易于维护，采用直流无刷电机加针式减速器的方案降低设备运转噪声和振动强度。

氧气储罐18用于加压后氧气的暂时储存，由于氧气加压泵16输出的氧气是脉冲式的，流量不稳定，并且呼吸机用氧也不是连续的，病人吸气时给氧，呼气时不供氧，根据病人的实际情况通过设置氧气储罐18以保证供氧压力、供氧量的相对稳定，满足各种使用条件下呼吸机、麻醉机的对氧气供给量的不同需求。

氧气储罐18一般为铝或其它金属材质，制成圆筒形式，圆筒的一端有进气口，另一端有排气口，排气口外设有终端过滤器21、压力传感器24、流量调节阀25和流量计26，氧气通过终端过滤器21去除有可能在吸附过程中产生的微小颗粒物，流量调节阀25用于调节输出流量进而调节氧气输出压力，保证供给呼吸机麻醉机的氧气压力稳定，另外，在终端过滤器21与流量调节阀25之间的管道上还设置有测氧电磁阀22、氧浓度传感器23和压力传感器24，用于检测产氧浓度和输出压力；氧气储罐18上还设有第三压力表19和第三安全阀20，可随时观察内部氧气压力，超过设定压力时，通过第三安全阀20泄压。氧气储罐18内装填一定量的吸附氧气的分子筛，如碳分子筛等，氧气储罐18内装填分子筛后吸附的氧气量是相同压力下相同体积储罐内存储的氧气量的几倍到十几倍，因此一定体积的储罐，装填分子筛的储罐存储氧气量较大，存储压力相对较低，从而可有效避免因储罐压力过高导致氧气加压泵压缩速率降低，吸附组件出氧口压力过高、制氧效率降低等情况，并且由于伤病员的个人具体情况不一样，使得潮气量不一样，需根据个体差异进行调节，普通氧气储罐的供氧量不稳定，通过装填分子筛后，由于吸附了足够多的氧气，储罐向呼吸机或麻醉机供给氧气时，压力降低，储罐内的分子筛开始释放氧气，从而保证了输出氧气气量、压力的稳定性。因此，通过在氧气储罐装填分子筛，增加了氧气存储量，提高了氧气输出的稳定性。氧气储罐的大小是由呼吸机的呼吸频率、潮气量、供氧浓度以及碳分子筛的储氧性能和伤病员的个人身体情况、病情等因素决定的，满足各类伤员的救治用氧量要求，最小储氧量需大于呼吸机每次工作所需的最大氧气量，体积范围为0.1L～5L。

以上部件按照上述关系连接组装成本实用新型的医疗急救设备用直供氧一体机，该设备采用空气做原料，可实现现场不间断制氧供氧，可代替瓶装氧直接驱动呼吸机等医疗急救设备，进行现场无间断供氧保障，使得医疗救治机构具备一定的紧急用氧保障能力；该设备结构紧凑，将集成制供氧机组04采用推拉方式封装于箱体01内，便于维修，采用小型化制氧技术和模块化设计，使得氧气增压装置小型化，便于搬运；通过设置动密封和静密封结构，解决了氧气压缩增压过程的泄漏，增强了氧气压缩的安全性和工作可靠性；通过在整个工艺过程中增加吸附式氧气缓存机构，保证了工作平稳性和安全型。

本实用新型的医疗急救设备直供氧一体机的整个工艺流程如下：

如图1所示，原料空气首先经过空压机组件001进行压缩，压缩后的空气经散热组件002冷却，冷却产生的水经三通阀5排出，冷却后的空气经空气缓冲罐6进入吸附组件003进行气体分离，分离得到的氧气进入氧气缓冲罐12，然后通过氧气加压组件004，进行增压，增压后的氧气进入氧气储罐18，经终端过滤器21、流量调节阀25、流量计26后供呼吸机等医疗急救设备直接使用，吸附组件003解吸出来的氮气经排氮消声器9排出。

实验验证

实验所用的本实用新型医疗急救设备直供氧一体机样机中，空压机2进气量为105L/min；吸附组件003的吸附床11设有两个，分别为A吸附床和B吸附床，产氧量为10L/min；氧气缓冲罐12的大小是由氧气加压泵16的工作频率、每分钟的压缩氧气量等因素决定的，最小体积需大于氧气加压泵16每次压缩的氧气量，该样机中氧气缓冲罐12体积为2.0L；氧气加压泵16采用摇摆活塞式压缩结构，气缸直径50mm，行程12mm，压缩速率为每分钟500次，压缩气量为11.775L/min，该氧气加压泵16的氧气增压过程为低压氧气源、低气量增压过程，进气压力小于0.04MPa，增压气量约为10L/min，其氧气压缩速率与吸附组件003的产氧量相当。

该医疗急救设备直供氧一体机样机启动后，流量计26测得的出氧量为10L/min，氧浓度传感器23测得的氧浓度为94.29％，压力传感器24测得的出氧压力为0.35MPa，满足呼吸机、麻醉机的使用。整个实验过程中，吸附组件003产出的氧气量与氧气加压泵16增压后获得的氧气量基本相等，几乎没有泄漏，说明氧气加压泵15设置的密封结构达到预期效果。

本领域技术人员应当理解，这些实施例或实施方式仅用于说明本实用新型而不限制本实用新型的范围，对本实用新型所做的各种等价变型和修改均属于本实用新型公开内容。