CN105040021A - 一种纯氧发生组件的结构及包含该组件的微氧治疗仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纯氧发生组件的结构，其能减小接触电阻、降低组件的输入电压、增强集电效果，从而减缓组件的电化学腐蚀速度，延长组件使用寿命；同时，本发明还提供了一种包含上述纯氧发生组件的微氧治疗仪，其使用寿命能够达到预期，避免了使用隐患。该纯氧发生组件的结构，包括依次叠放并通过绝缘带紧密缠绕为一整体的气体端板、膜电极组件、氧气端板和集气底座，其特征在于：气体端板为无孔端板，气体端板和膜电极组件的阴极气体扩散层之间设有金属垫片，金属垫片的厚度小于气体端板的厚度，气体端板和阴极气体扩散层的面积均大于金属垫片的面积，金属垫片周向与气体端板、阴极气体扩散层之间形成空气通道。

Description

一种纯氧发生组件的结构及包含该组件的微氧治疗仪

技术领域

本发明涉及电化学制造纯氧的技术领域，尤其涉及便携式的微型制氧装置，具体涉及一种纯氧发生组件的结构及包含该组件的微氧治疗仪。

背景技术

中国专利CN102330107B公开了采用粘结剂封装自呼吸式电化学纯氧发生组件，该组件中多孔气体端板、膜电极组件、氧气端板依次密封连接，膜电极组件与多孔气体端板、氧气端板的连接处外缘面分别设置有封装槽，通过在封装槽内填装粘结剂实现组件的快速封装，虽然组件封装效率较高、产品产能有所提高，但多孔气体端板与膜电极组件的阴极气体扩散层之间连接的紧密型较差；为此，中国专利CN103173781A公开了通过在多孔气体端板、膜电极、氧气端板和内部集气底座的外部紧密缠绕绝缘带，使多孔气体端板与阴极气体扩散层紧密贴合，但是多孔气体端板与阴极气体扩散层之间的集电效果较差，我们通过大量的实验发现在导电的多孔气体端板上打孔会使导多孔气体端板的刚度大大下降，在外部紧密缠绕的绝缘带的束缚下，多孔气体端板会微微拱起，在多孔气体端板和阴极气体扩散层之间会形成微缝隙，该微缝隙只有在显微条件下才能发现，肉眼无法识别，导致接触电阻增大，集电效果很差，集电效果差反应在组件输入电压很高，这样会加速组件的电化学腐蚀，从而减少组件使用寿命。

含有该纯氧发生组件的氧气治疗仪适用于体表破损形成创伤的人，一件能够正常工作的氧气治疗仪关乎着这类人群的正常生活甚至是生命健康，然而由于上述纯氧发生组件的结构问题，输入电压越高纯氧发生组件的电腐蚀速率就越快，导致组件寿命降低，并且上述适用人群无法获知纯氧发生组件的使用寿命，存在使用隐患。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种纯氧发生组件的结构，其能减小接触电阻、降低组件的输入电压、增强集电效果，从而减缓组件的电化学腐蚀速度，延长组件使用寿命；同时，本发明还提供了一种包含上述纯氧发生组件的微氧治疗仪，其使用寿命能够达到预期，避免了使用隐患。

一种纯氧发生组件的结构，包括气体端板、膜电极组件、氧气端板和集气底座，所述膜电极组件包括阳极气体扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极气体扩散层，所述气体端板、所述阴极气体扩散层、所述阴极气体催化层、所述质子交换膜、所述阳极气体催化层、阳极气体扩散层、所述氧气端板和所述集气底座依次叠放并通过绝缘带紧密缠绕为一整体，其特征在于：所述气体端板为无孔端板，所述气体端板和所述阴极气体扩散层之间设有金属垫片，所述金属垫片的厚度小于所述气体端板的厚度，所述气体端板和所述阴极气体扩散层的面积均大于所述金属垫片的面积，所述金属垫片周向与所述气体端板、所述阴极气体扩散层之间形成空气通道。

进一步地，所述金属垫片的厚度D取值为0＜D≤0.5mm。

进一步地，所述金属垫片的材质选自不锈钢、金、银、铂、铱或钛中的任一种。

进一步地，所述膜电极组件的所述阳极气体扩散层、阳极催化层与所述氧气端板的连接处外缘面设置有封装槽，粘结剂填装于封装槽内；所述氧气端板的下端面与所述集气底座的上端面相贴合，所述集气底座的上端面周向设有密封槽，所述氧气端板的周向部位覆盖所述密封槽，所述密封槽内填装粘结剂使得所述氧气端板和所述集气底座封装成一体。

进一步地，所述氧气端板上设有氧气通孔，所述氧气通孔与所述集气底座的氧气出气孔连通，所述氧气通孔设置有1~3个，优选的，所述氧气通孔设有1个。

一种微氧治疗仪，包括纯氧发生组件，所述纯氧发生组件包括气体端板、膜电极组件、氧气端板和集气底座，所述膜电极组件包括阳极气体扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极气体扩散层，所述气体端板、所述阴极气体扩散层、所述阴极气体催化层、所述质子交换膜、所述阳极气体催化层、阳极气体扩散层、所述氧气端板和所述集气底座依次叠放并通过绝缘带紧密缠绕为一整体，其特征在于：所述气体端板为无孔端板，所述气体端板和所述阴极气体扩散层之间设有金属垫片，所述金属垫片的厚度小于所述气体端板的厚度，所述气体端板和所述阴极气体扩散层的面积均大于所述金属垫片的面积，所述金属垫片周向与所述气体端板、所述阴极气体扩散层之间形成空气通道。

进一步地，所述金属垫片的厚度D取值为0＜D≤0.5mm。

进一步地，所述金属垫片的材质选自不锈钢、金、银、铂、铱或钛中的任一种。

进一步地，所述膜电极组件的所述阳极气体扩散层、阳极催化层与所述氧气端板的连接处外缘面设置有封装槽，粘结剂填装于封装槽内；所述氧气端板的下端面与所述集气底座的上端面相贴合，所述集气底座的上端面周向设有密封槽，所述氧气端板的周向部位覆盖所述密封槽，所述密封槽内填装粘结剂使得所述氧气端板和所述集气底座封装成一体。

进一步地，所述氧气端板上设有氧气通孔，所述氧气通孔与所述集气底座的氧气出气孔连通，所述氧气通孔设置有1~3个，优选的，所述氧气通孔设有1个。

进一步地，所述微氧治疗仪包括主机和微氧插件，所述主机包括主机壳体和主控制板，所述微氧插件包括插件壳体、插件控制板和所述纯氧发生组件，所述插件壳体上开有透气孔，所述纯氧发生组件的氧气接头穿过所述插件壳体，所述主机壳体上设有与所述插件壳体相匹配的插槽，所述微氧插件插合于所述插槽内，所述插件控制板的插件接口和所述主控制板的主机接口相接合实现所述主机和所述微氧插件的电控连接。

进一步地，所述插件壳体设有向外延伸的卡勾，所述卡勾与所述插件接口位于同侧，所述主机壳体设有分离按钮，所述分离按钮一端通过连接臂与所述插槽底壁连接，所述主机壳体对应所述分离按钮、连接臂设有开口，所述连接臂上设有与所述卡勾相扣合的定位凸起。

进一步地，所述主控制板或插件控制板上设有时间计数器、存储器，所述存储器存储有使用时间的预设值，当时间计数器计算的累积使用时间达到预设值后，微氧插件停止工作。

进一步地，所述插件控制板上装有压力传感器，所述纯氧发生组件的阳极引脚、阴极引脚、压力引出管分别连接所述插件控制板的正极爪、负极爪、压力传感器的输入端，所述纯氧发生组件的氧气出气孔连通所述压力引出管；

所述主机壳体包括主机上壳和主机下壳，所述主机下壳内设有电池安装腔和主控制板安装腔，所述主控制板安装于所述主控制板安装腔内，所述主控制板上设有电源开关、氧气置换按钮、置换时间按钮、氧气治疗剂量按钮、程序执行按钮、温度传感器和湿度传感器，所述主控制板的输出端连接有显示屏，所述主机上壳设有电源开关孔、氧气置换按钮孔、置换时间按钮孔、氧气治疗剂量按钮孔、程序执行按钮孔和显示屏装配孔。

进一步地，外露于所述纯氧发生组件的压力引出管、压力传感器的输入端的外缘面套装有密封软管，所述密封软管的外缘面套装有导向管。

采用本发明的纯氧发生组件的结构，气体端板为无孔端板，其刚性增强，在绝缘带的缠绕下未发现拱起；其次，由于金属垫片的面积小于气体端板、阴极气体扩散层的面积，在外部紧密缠绕的绝缘带的束缚下，可以增加气体端板与金属垫片之间、金属垫片与阴极气体扩散层之间的接触压力，使得金属垫片很容易与气体端板以及阴极气体扩散层紧密贴合，基于以上两点原因，可以大大减少接触电阻，从而大大减小组件输入的电压，进而大大减缓组件的电化学腐蚀，提高了组件的寿命；金属垫片周向与气体端板、阴极气体扩散层之间形成空气通道，空气中的氧气由空气通道进入阴极气体扩散层参与反应。采用包含上述纯氧发生组件的微氧治疗仪，其使用寿命能够达到预期，避免了使用隐患；并且该微氧治疗仪通过温度传感器、湿度传感器、压力传感器、蜂鸣器和显示器的设置，实现了对纯氧发生组件的实时监控，确保了微氧治疗仪的正常使用，进一步避免了使用隐患。

附图说明

图1为本发明的主机和微氧插件插合状态下的结构示意图；

图2为本发明的主机和微氧插件未插合状态下的结构示意图；

图3为本发明主机的分解结构示意图；

图4为本发明的微氧插件的分解结构示意图；

图5为本发明的纯氧发生组件的分解结构示意图；

图6为本发明的膜电极组件的结构示意图；

图7为本发明的膜电极组件和氧气端板之间的封装结构示意图；

图8为本发明的气体端板、金属垫片和阴极气体扩散层三者之间的连接结构示意图；

图9为本发明的主机和微氧插件插合状态下的分离按钮和卡勾连接的结构示意图。

图10为本发明的主机和微氧插件插合状态下的分离按钮和卡勾连接的剖面结构示意图。

图11为本发明的电路原理框图。

具体实施方式

如图5至图8所示，一种纯氧发生组件的结构，包括气体端板82、膜电极组件84、氧气端板85和集气底座86，膜电极组件84包括阳极气体扩散层846、阳极催化层845、质子交换膜843、阴极催化层842、阴极气体扩散层841，气体端板82、阴极气体扩散层841、阴极气体催化层842、质子交换膜843、阳极气体催化层845、阳极气体扩散层846、氧气端板85和集气底座86依次叠放并通过绝缘带81紧密缠绕为一整体，气体端板82为无孔端板，气体端板82和阴极气体扩散层841之间设有金属垫片83，气体端板82和阴极气体扩散层841的面积均大于金属垫片83的面积，金属垫片83周向与气体端板82、阴极气体扩散层841之间形成空气通道831；气体端板的厚度为1.5mm，金属垫片83的厚度D取值为0＜D≤0.5mm；膜电极组件84的阳极气体扩散层846、阳极催化层845与氧气端板85的连接处外缘面设置有封装槽844，粘结剂847填装于封装槽844内；氧气端板85的下端面与集气底座86的上端面相贴合，集气底座86的上端面周向设有密封槽861，氧气端板85的周向部位覆盖密封槽861，密封槽861内填装粘结剂847使得氧气端板85和集气底座86封装成一体；氧气端板85上设有氧气通孔852，氧气通孔852与集气底座86的氧气出气孔862连通，氧气通孔852设有1个。

我们对专利CN102330107B和CN103173781A公开的纯氧发生组件，本申请的纯氧发生组件分别进行电学实验，测量其输入电压U，此外，我们还添加了对照组，对照组的纯氧发生组件是在专利CN103173781A公开的纯氧发生组的基础上将件其多孔气体端板替换为无孔端板，试验结果如下表所示。

试验结果显示，本申请纯氧发生组件的输入电压与现有专利CN102330107B和CN103173781A公开的纯氧发生组件以及对照组的纯氧发生组件相比有着明显降低，即本申请纯氧发生组件的接触电阻小，集电效果好，因此其电化学腐蚀速率慢，从而组件使用寿命得到有效延长。

与气体端板类似，在阳极侧，若氧气端板上开孔过多，在外部紧密缠绕的绝缘带的束缚下，氧气端板也会微微拱起来，氧气端板与阳极气体扩散层之间的集电效果差，这反应在纯氧发生组件输入电压很高，这样会加速纯氧发生组件的电化学腐蚀，从而减少纯氧发生组件使用时间，但是由于氧气端板上必须开有氧气通孔，才能使产生的氧气经由集气底座的氧气通孔输出，经过反复试验，发现当氧气通孔的个数为1-3个时，能保证氧气端板不发生微微拱起的现象，从而大大减少接触电阻，此外，当氧气通孔个数为1个时效果最好。

如图1至图10所示，一种包含上述纯氧发生组件的微氧治疗仪，微氧治疗仪包括主机1和微氧插件2，主机包括主机壳体和主控制板5，微氧插件2包括插件壳体、插件控制板9和纯氧发生组件8，插件壳体上开有透气孔61，纯氧发生组件的氧气接头87穿过插件壳体，主机壳体上设有与插件壳体相匹配的插槽48，微氧插件2插合于插槽48内，插件控制板的插件接口94和主控制板的主机接口58相接合实现主机和微氧插件2的电控连接。

插件壳体包括插件上壳6和插件下壳7，插件上壳6和插件下壳7相互盖合形成容纳插件控制板的插件控制板安装腔，插件上壳6上开有透气孔61，插件控制板上装有压力传感器91，纯氧发生组件的阳极引脚851、阴极引脚821、压力引出管88分别连接插件控制板的正极爪92、负极爪93、压力传感器的输入端，纯氧发生组件的氧气出气孔连通压力引出管88；

主机壳体包括主机上壳3和主机下壳4，主机下壳4内设有电池安装腔41和主控制板安装腔45，主控制板5安装于主控制板安装腔45内，主控制板5上设有微处理器、电源开关55、氧气置换按钮53、置换时间按钮54、氧气治疗剂量按钮56、程序执行按钮57、温度传感器51和湿度传感器52，主控制板的输出端连接有显示屏，主机上壳3上设有电源开关孔35、氧气置换按钮孔33、置换时间按钮孔34、氧气治疗剂量按钮孔36、程序执行按钮孔37和显示屏装配孔32，主机上壳上还设有透气孔31，电池安装腔41的尾部设有电池盖42，电池盖42一端通过转轴44与主机下壳4连接，电池盖42的另一端设有与主机下壳4相扣合的卡扣，电池安装腔41的头部设有板弹片59，电池盖42内测设有盖弹片43，盖弹片43、板弹片59分别与主控制板5接入端的正极、负极相连接。

插件下壳7设有向外延伸的卡勾71，卡勾71与插件接口94位于同侧并且卡勾71延伸方向为主机、微氧插件插合方向，主机下壳4设有分离按钮46，分离按钮46一端通过连接臂49与插槽底壁连接，插槽48设置于主机下壳4端部，主机壳体对应分离按钮46、连接臂49设有开口，连接臂49上设有与卡勾71相扣合的定位凸起47。

外露于纯氧发生组件的压力引出管88、压力传感器91的输入端的外缘面套装有密封软管96，密封软管96的外缘面套装有导向管95。

由于微氧治疗仪的体积较小，成人单手便能实现持握，故温度传感器、湿度传感器和压力传感器分别采用微型温度传感器、微型湿度传感器和微型压力传感器；微氧治疗仪的氧气输出流量在0～30ml范围内，如发生杜塞，杜塞压力一般在5kPa-20kPa左右，故压力传感器还需采用微压传感器。

如图11所示，电源开关与主控制板连接，用于控制微氧治疗仪的开启/关闭；氧气置换按钮与主控制板连接，用于控制氧气置换的流量；置换时间按钮与主控制板连接，用于控制氧气置换时间；氧气治疗剂量按钮与主控制板连接，用于控制氧气治疗剂量；程序执行按钮与主控制板连接，用于治疗程序的启动/终止；蜂鸣器与主控制板连接，用于发出报警信号；温度传感器与主控制板连接，用于温度信号的采集；湿度传感器与主控制板连接，用于湿度信号的采集；压力传感器与插件控制板连接，用于采集微氧插件内氧气流路的压力信号。

在实际使用过程中，环境因素或操控因素会导致微氧治疗仪的纯氧发生组件的输入电压过高或仪器无法使用：

在低温下，微氧治疗仪的纯氧发生组件的电化学反应速度变慢，纯氧发生组件输入电压升高，产氧量减少；在低湿度情况下，纯氧发生组件阴极反应产生的水分子会扩散到空气中，通过质子交换膜传递到阳极的水分子数量减少，因此，产氧量也会减少，同时，由于通过质子交换膜传递到阳极的水分子减少，会引起质子交换膜的电阻增加，从而也会使纯氧发生组件输入电压升高。纯氧发生组件输入电压升高会加速纯氧发生组件的电化学腐蚀，降低其寿命；因此，当主控制板上的温度传感器和湿度传感器测量到环境温度和湿度低于设定值时，主控制板发出报警信号，主控制板上的蜂鸣器鸣叫，显示屏上温度数值和湿度数值闪烁；当主控制板上的温度传感器和湿度传感器测量到环境温度和湿度恢复到设定值以上，主控制板停止发出报警信号，主控制板上的蜂鸣器停止鸣叫，显示屏上温度数值和湿度数值停止闪烁。

主控制板或插件控制板上设有时间计数器、存储器，存储器存储有使用时间的预设值，当时间计数器计算的累积使用时间达到预设值后，微氧插件停止工作。

在实际使用中，例如，采用局部充氧治疗体表创伤时，随着伤口排脓或者伤口肉芽的生长，与氧气接头相连的一次性延长管的出气端可能会被杜塞，从而引起一次性延长管内氧气压力升高，当压力值超过压力传感器的设定值时，主控制板发出报警信号，主控制板上的蜂鸣器鸣叫，显示屏上“工作正常”字符消失，出现压力堵塞报警提示，纯氧发生组件停止产氧，显示屏上流量数值显示为零，当一次性延长管内氧气压力恢复到压力传感器的设定值以下，主控制板停止发出报警信号，主控制板上的蜂鸣器停止鸣叫，显示屏压力堵住报警提示消失，出现“工作正常”字符，纯氧发生组件自动恢复产氧，显示屏上流量数值显示为设定值。

此外，微氧插件在插入主机时，若插件接口与主机接口不接触或接触不良，主控制板发出报警信号，主控制板上的蜂鸣器鸣叫，显示屏上“工作正常”字符消失，出现连接错误报警提示，当插件接口与主机接口连接正常，主控制板停止发出报警信号，主控制板上的蜂鸣器停止鸣叫，显示屏上连接错误报警提示消失，出现“工作正常”字符。

本申请通过温度传感器、湿度传感器、压力传感器、蜂鸣器和显示器的设置，实现了对纯氧发生组件的实时监控，确保了微氧治疗仪的正常使用。

Claims (11)

1.一种纯氧发生组件的结构，包括气体端板、膜电极组件、氧气端板和集气底座，所述膜电极组件包括阳极气体扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极气体扩散层，所述气体端板、所述阴极气体扩散层、所述阴极气体催化层、所述质子交换膜、所述阳极气体催化层、阳极气体扩散层、所述氧气端板和所述集气底座依次叠放并通过绝缘带紧密缠绕为一整体，其特征在于：所述气体端板为无孔端板，所述气体端板和所述阴极气体扩散层之间设有金属垫片，所述金属垫片的厚度小于所述气体端板的厚度，所述气体端板和所述阴极气体扩散层的面积均大于所述金属垫片的面积，所述金属垫片周向与所述气体端板、所述阴极气体扩散层之间形成空气通道。

2.根据权利要求1所述的一种纯氧发生组件的结构，其特征在于：所述金属垫片的厚度D取值为0＜D≤0.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种纯氧发生组件的结构，其特征在于：所述金属垫片的材质选自不锈钢、金、银、铂、铱或钛中的任一种。

4.根据权利要求1～3中任一所述的一种纯氧发生组件的结构，其特征在于：所述膜电极组件的所述阳极气体扩散层、阳极催化层与所述氧气端板的连接处外缘面设置有封装槽，粘结剂填装于封装槽内；所述氧气端板的下端面与所述集气底座的上端面相贴合，所述集气底座的上端面周向设有密封槽，所述氧气端板的周向部位覆盖所述密封槽，所述密封槽内填装粘结剂使得所述氧气端板和所述集气底座封装成一体。

5.根据权利要求4所述的一种纯氧发生组件的结构，其特征在于：所述氧气端板上设有氧气通孔，所述氧气通孔与所述集气底座的氧气出气孔连通，所述氧气通孔设置有1~3个。

6.一种微氧治疗仪，包括权利要求1～3、5中任一所述纯氧发生组件。

7.根据权利要求6所述的一种微氧治疗仪，其特征在于：所述微氧治疗仪包括主机和微氧插件，所述主机包括主机壳体和主控制板，所述微氧插件包括插件壳体、插件控制板和所述纯氧发生组件，所述插件壳体上开有透气孔，所述纯氧发生组件的氧气接头穿过所述插件壳体，所述主机壳体上设有与所述插件壳体相匹配的插槽，所述微氧插件插合于所述插槽内，所述插件控制板的插件接口和所述主控制板的主机接口相接合实现所述主机和所述微氧插件的电控连接。

8.根据权利要求7所述的一种微氧治疗仪，其特征在于：所述插件壳体设有向外延伸的卡勾，所述卡勾与所述插件接口位于同侧，所述主机壳体设有分离按钮，所述分离按钮一端通过连接臂与所述插槽底壁连接，所述主机壳体对应所述分离按钮、连接臂设有开口，所述连接臂上设有与所述卡勾相扣合的定位凸起。

9.根据权利要求7所述的一种微氧治疗仪，其特征在于：所述主控制板或插件控制板上设有时间计数器、存储器，所述存储器存储有使用时间的预设值，当时间计数器计算的累积使用时间达到预设值后，微氧插件停止工作。

10.根据权利要求7所述的一种微氧治疗仪，其特征在于：所述插件控制板上装有压力传感器，所述纯氧发生组件的阳极引脚、阴极引脚、压力引出管分别连接所述插件控制板的正极爪、负极爪、压力传感器的输入端，所述纯氧发生组件的氧气出气孔连通所述压力引出管；

所述主机壳体包括主机上壳和主机下壳，所述主机下壳内设有电池安装腔和主控制板安装腔，所述主控制板安装于所述主控制板安装腔内，所述主控制板上设有电源开关、氧气置换按钮、置换时间按钮、氧气治疗剂量按钮、程序执行按钮、温度传感器和湿度传感器，所述主控制板的输出端连接有显示屏，所述主机上壳设有电源开关孔、氧气置换按钮孔、置换时间按钮孔、氧气治疗剂量按钮孔、程序执行按钮孔和显示屏装配孔。

11.根据权利要求10所述的一种微氧治疗仪，其特征在于：外露于所述纯氧发生组件的压力引出管、压力传感器的输入端的外缘面套装有密封软管，所述密封软管的外缘面套装有导向管。