CN2037360U - 微型化学产氧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型它属于轻便的化学产氧装置，可随时在家中或室外提供医用氧源。其技术特征是，同时使用两种配方的催化物片剂，控制产氧反应。对氧气进行多级水洗净化。氧气有多种香型。它包括产氧剂，催化物片剂，反应室，净化器，输氧插座，冷却室。装置的结构简单，使用安全方便。重量小于1.5kg。只要有水，随时随地可产氧。启动一分钟即出氧。可重复与连续使用。氧纯度和浓度符合医用要求。主要用于家中、旅途、野外及基层单位供氧。

Description

本实用新型是一种便携式医用化学产氧装置。只要有水，可随时随地在常压状态下产氧与输氧。产氧速率可调。氧气有多种香型。主要用于家中、旅途、野外及基层单位供氧。

氧气对人的生命是必需的。人停止进食和饮水，可生存数日乃至数周，但人在无氧状态下仅能生存数分钟。氧气在医疗和保健中的重要作用已为长期实践所证实。空气中的氧气相对稳定，正常情况下，可满足人体需要。但患病或剧烈运动，以及在特殊环境中工作与生活（高山、高空、水下、矿井等），都须利用人工氧源供氧。目前最常用的方法是高压供氧：事先在制氧厂将氧气高压充入坚固的氧气瓶中备用。氧气瓶小型化后，贮量有限，须经常高压充氧。该法在充氧、贮运与使用时存在不安全的因素。也不方便。为了解决家庭吸氧，国内外近来注重各种便携式氧源的研制。发达国家目前多利用分子筛或分离膜技术制氧。这种装置生产工艺复杂；造价高，每具数千元；每具重几十公斤；需要电源，难于在室外使用（见合肥市江淮仪表厂引进美国“RoomantⅢ型保健制氧器”说明书）。国内外亦研制电解法产氧装置（如中国专利申请号86207839）。根据法拉第电解定律，每产生8g（一克当量）氧气，需96500库仑的电量。故这种方法耗电多，国外主要用于能源充裕的核动力舰艇。此外，这种装置较笨重，既使微型化，重量也需几十乃至几百公斤。

利用化学法制氧已有八十多年的历史。1906年英国利用生氧粉（过氧化钠）制氧。国内外迄今主要将该法用于潜艇、宇宙飞船、水下呼吸器等密闭环境中供氧，或对空气进行再生。供个人使用者，只能一次性使用。主要原料是碱金属的过氧化物或超氧化物。这些化学品遇水份猛烈释氧，不适于在开放环境中使用。原料腐蚀皮肤，容易引起火灾和爆炸，属于国家严格管理的化学品。

近几年国外在化学法制氧装置的小型化研究又有进展。相继提出了多项专利申请（EP227－672，EP196619，JP60－122703，JP60－131806，JP61－77064，JP61－10005，JP61－222906，JP61－236602，等等）。这些装置使用安全性较好的过氧水合碳酸钠，但成本较高。催化物（触媒）多为一种配方的粉剂或颗粒，产氧速率不宜控制，装置中须较大的反应罐兼用于贮气，增加了装置死腔。由于反应速度较快，使用粉状催化物，产氧过程中泡沫多，没有复杂的过滤与净化部件，难于实施专利。环境温度偏高偏低时，影响正常出氧。已实施例见1985年日本《医疗与器械》杂志〔Medical    Equipment    J    J，29（6）：32，1985〕。

本设计的任务是提供一种新型的微型化学产氧装置，保持轻便、低成本、无须电源的特点，使其产氧速率易控易调，环境温度发生变化后，仍可正常产氧。改进催化物性状，防止粉尘与泡沫对氧气的污染，消除氧气的异味。产氧剂既可使用过氧水合碳酸钠溶液，也可直接使用便宜的市售过氧化氢溶液。产氧与输氧在常压下进行，安全性高。并可将多种香味混入氧气中。

本实用新型的任务以如下方式完成：1.将催化物、稳定剂、凝固剂与粘合剂按两种组分配合，制成片剂。一种片剂催化物含量比例大，每次用量少，主要启动释氧反应，称启动片。另一种片剂催化物含量比例小，每次用量较大，主要维持释氧反应，称催化片。调配两种片剂的用量，可对释氧反应进行调节，从而控制产氧速率。催化物固定在难溶于水的片剂中，使用保存方便，避免粉末对氧气的污染。2.采用多级水洗净化，对产生的氧气进行净化和降温，符合医用标准。净化后，添加宜人的香味剂。3.用水冷却反应室，对产氧速率进行辅助调节，使释氧反应趋于稳定。下面将结合附图，详细叙述产氧剂、催化物的性质和制备，以及装置的具体结构。图1为装置结构的示意图，图2为一种实施例的纵向剖面图，图3是输氧插座的局部剖面放大图。

参照图1、2，微型化学产氧器的工作原理及结构是：产氧剂（1），启动片（2），催化片（3）置于反应室（4）中。产生的氧气经U型导管（5）、净化器（6），最后从输氧插座（7）排出。

产氧剂（1）直接溶于水中。国外目前采用过氧水合碳酸钠（Na₂CO₃.1.5H₂O₂或2Na₂CO₃.3H₂O₂），分子量157，活性氧含量15.28％，溶解度约14％。本装置可直接用过氧化氢溶液做产氧剂（1）。过氧化氢（H₂O₂）分子量34，活性氧含量47.06％，可与水进行任何比例的混合，是常用的化工原料，市售浓度为30％。无毒，可长期贮存。缺点是浓度超过30％，对皮肤和粘膜有腐蚀作用，使用时应避免直接接触。上述产氧剂（1）的释氧化学反应式：

由上式可计算出，每产生1摩尔（mol）的氧（标准状态下，22.4L）须过氧水合碳酸钠209g，或过氧化氢68g。换言之，浓度30％的过氧化氢与过氧水合碳酸钠的释放氧的能力相当。

根据需氧量的多少确定产氧剂（1）投放量。国外每包产氧剂（1）分别为0.2，0.3，0.6kg，（溶于2－4L水中），理论上分别可产氧20，30，60L。同理，若产生这些氧，理论上需30％过氧化氢分别是0.2，0.3，0.6L。

催化物（2，3）的种类很多，铜、锰、铁、钴、镍等重金属离子均有促使产氧剂（1）释氧的作用。以过氧化氢为产氧剂（1），二氧化猛（MnO₂）为催化物（2，3），叙述催化物（2，3）的制备。将二氧化猛（0.1－20％重量比，下同），稳定剂正磷酸钠（0.1～5％）、粘合剂羧甲基纤维素（1～5％）与凝固剂无水硫酸钙（75～95％）混合后，与相当于总重量10～50％的水搅拌，成型晾干即可。以上原料均有市售，是常用化工原料。

启动片（2）中二氧化猛含量较多，达4.5～10％，（重量比），每片0.25－0.75g，厚0.1－0.3cm。使释氧反应能较快开始，随之锰离子被还原，逐渐失去催化作用。催化片（3）中二氧化锰含量较少，0.1～4.4％（重量比），每片0.5－2g，厚0.1－0.5cm。能较持久的维持催化反应。实际应用时，根据产氧剂（1）的多少和对产氧速率的要求选择启动片（2）和催化片（3）的用量。通常，各用2片，冬、夏季可增减各1片。从而控制释氧反应。

将催化物（2，3）制成上述难溶于水的片剂，可以使二氧化锰均匀地分布在片剂的表层，催化效果好。此外，与粉剂相比，产氧过程中泡沫少，氧气中几乎不含杂质，有利于氧气的进一步净化。

反应室（4）由铝或不锈钢材料加工，这些材料化学稳定性好，有良好的导热性能。反应室（4）呈罐状、杯状、桶状均可。壁厚0.05－0.1cm，容积0.5－2L。上部口径3.5－5.5cm。底部面积不小于100cm²，高度5～15cm。反应室（4）上部开口用有弹性的塑料盖（8）密封，与冷却室（9）上端固定，使反应室（4）置于冷却室（9）中。

冷却室（9）可用塑料制成，其容积比反应室（4）大0.75－1.5L，用于存放冷却水。冷却水10～30℃。冷却室（9）对反应室（4）有保护作用，外观设计应美观，有装饰性。

U型导管（5）短端穿过塑料盖（8）插入反应室（4）1～2cm。长端穿过净化器（6）的密封盖（10），进入水洗室（11）中10～15cm。长端的顶端为喷头（12），稍膨大，长1.5－2cm，上面有直径为0.01～0.15cm的喷孔（13）30～40个。喷头（12）距水洗室（11）底部1～2cm。U型导管（5）用塑料制成，内径为0.5～1.0cm，总长度30～45cm。

净化器（6）由2－4级独立的水洗室（11）组成，与反应室（4）相连者称第一级水洗室（11），最后一级水洗室（11）安装输氧插座（7）。相邻的水洗室（11）也用U型导管（5）连接。净化器（6）由半透明的塑料制成，便于观察液面水平。各水洗室（11）形状相同，内径5～8cm，高12～20cm。上部装密封盖（10），盖有两孔，通过U型导管（5）的短端或长端，靠近反应室（4）方向的孔进气，另一个孔出气。各水洗室（11）与冷却室（9）下部，均由内径1.2cm的园形水道（14）相通，水道（14）中装双向开关（15）。工作时，双向开关（15）关闭。非工作状态，双向开关（15）打开，各水洗室（11）之间，以及第一级水洗室（11）与冷却室（9）之间相通，便于集中加水和排水。各水洗室（11）与冷却室（9）加水后，其上部与下部水面自然呈水平。水深约占水洗室（11）高度的2／3。

输氧插座（7）装在最后一级水洗室（11）密封盖上（10），内径0.8－1cm。插入水洗室（11）2.5－3cm。输氧插座（7）的局部剖面放大图见图3。

输氧插座（7）的上端（17）与普通吸氧用具（16）相连（可选用吸氧鼻塞或面罩，未画出）。二者之间尚可串联微型气体流量表（量程每分种0－10L，未画出）。输氧插座（7）的中段（18）稍呈园锥状，可牢固与密封盖（10）固定。长1.5－2cm，中有通气孔（19），下端（20）呈园盘状，高2.5－3cm，罩在通气孔（19）下口。下端（20）侧壁有4～6个直径0.4～0.5cm的侧孔（21），下端（20）的中间为空腔，置海绵片（22）。最后一级水洗室（11）中的氧气经侧孔（21）进入通气孔（19）而输往吸氧用具（16）。预先从侧孔（21）向海绵片（22）滴上香味液。则香味可随氧气流而排出。香味液可选择所需的种类及香型，应易挥发。

根据需氧量和产氧速率确定产氧剂（1）用量和催化物（2、3）构成，并计算反应室（4）和冷却室（9）容积。产氧速率大，应增加水洗室（11）的数量和容积。因此，根据实际需要，设计微型化学产氧器可有多种规格。下面结合一种实施例，叙述装置的动态工作过程。

使用前，先打开净化器（6）各水洗室（11）之间的双向开关（15），取下输氧插座（7），注入清水至水洗室（11）外侧的刻度线（23），此时冷却室（9）与各水洗室（11）内的液面相平。关闭各双向开关（15）。在输氧插座（7）的海绵片（22）上滴上香味液，将输氧插座（7）安在最后一级水洗室（11）的密封盖（10）上，再与吸氧用具（16）接通。

将10～30％的过氧化氢0.3～0.6L与启动片（2）、催化片（3）各两片先后放入反应室（4）内，加上塑料盖（8），一分钟内氧气即由输氧插座（7）涌出，可供吸入。

反应室（4）内的产氧剂（1）在催化物（2、3）的作用下发生释氧反应。并积聚于反应室（4）上部，通过开口于反应室（4）上部的U型导管（5）短端进入浸在第一级水洗室（11）的U型导管（5）长端。一旦反应室（4）内的压力超过10cmH₂O（0.98kpa，下同），则氧气经由喷头（12）的各喷孔（13）而进入水中，经水洗后贮于第一级水洗室（11）的上部。同理，一旦此处的氧气压力超过10cmH₂O，氧气经水洗后贮于第二个水洗室（11）的上部。最后到达最后一级水洗室（11）上部，经过净化器（6）的多级水洗后，输出的氧气温度与最后一级水洗室（11）的水温相似。在反应室（4）中产生的氧气，可能混有微量过氧化氢（产氧剂），由于过氧化氢极易溶于水，经水洗后则可获得无臭无味的氧气。氧气经由输氧插座（7）下端，与香味混合，即可得到气味宜人的氧气。水洗室（11）并使氧气湿润，符合呼吸生理的要求。

释氧反应伴有放热。热量的多少取决于化学产氧量。产氧越多，产热越多。热量释放的速度主要受释氧反应速度的影响，其次受冷却水的影响。放热过多过快，反应室（4）内的温度过高，进一步催化释氧反应，又加速放热，使释氧反应迅速完成。因此，整个反应过程中，反应室（4）的温度应控制在55℃以下。为此，本装置有两项技术措施：一是控制催化物（2，3）的浓度和用量，根据季节增减用量，使释氧反应比较均匀地进行。二是反应室（4）浸在冷却室（9）中，在室温条件下（10～30℃），可保证正常的释氧反应。室温（水温）低于10℃，或高于30℃，增减催化物（2，3）用量，可使释氧反应正常进行。此外，释氧反应开始后，产生的氧气首先与反应室（4）和净化器（6）各水洗室（11）上部的空气混合，然后输出，故最初1～3分钟，输出的氧浓度逐渐上升。反应平稳后，氧浓度可达99％。反应室（4），U型导管（5），净化器（6）的装备死腔量要尽量小，约0.5－0.75L。

吸氧结束后，即可打开反应室（4）塑料盖（8），取出反应室（4），将产氧剂（1）与催化物片剂（2，3）丢弃。反应后的产氧剂（1）溶液基本清亮，稍呈灰色，对人体无毒，无刺激。最后，打开各双向开关（15），将水排出。如若继续吸氧，可按前述步骤重新操作。

微型化学产氧器自重小于1.5kg，每次加入产氧剂（1）0.2－0.6L。冷却室（9）与净化器（6）内装入1.5－2L冷却水，故工作时全重约3.5kg。工作期间，反应室（4）温度小于55℃，工作压力小于20cmH₂O（1.96kpa／cm2）。若使用30％浓度的过氧化氢0.3L，产氧约30L（相当于5～6袋氧气），成本不超过一元钱。

本装置结构简单，与国外同类产品相比，采用两种配方的催化物片剂，产氧速率和放热量易于控制。催化物对氧气无污染。在常压下产氧与输氧，安全性高。产氧剂便宜，易获得。每具产氧器成本仅及分子筛式产氧器的1～5％。与电解法微型制氧装置相比，轻便，无须电源，制氧成本低。只要有水，无论何时何地都可产氧。故本装置应用范围广，特别适于在发展中国家应用。其主要用途是：1.老年人，心、肺、脑慢性病患者家庭氧疗。2.各种急症的现场救治。3.运动员现场吸氧，迅速解除疲劳。4.农村、山区、野战条件下供氧。

Claims (3)

1、一种便携式微型化学产氧器，它由放置产氧剂(1)和催化物(2，3)的反应室(4)、U型导管(5)、净化器(6)、输氧插座(7)、冷却室(9)组成。反应室(4)置于冷却室(9)之中，通过U型导管(5)连接净化器(6)。净化器(6)由2-4级水洗室(11)组成，其间也分别由U型导管(5)相接。输氧插座(7)安在最后一级水洗室(11)上。其特征在于：

a.同时使用两种配方的催化物，一种配方主要启动释氧反应，一种配方主要维持释氧反应。对两种配方的催化物用量进行多种组合，实现对产氧速率的控制调节。

b.催化物制成难溶于水的片剂。

2、一种微型化学产氧器，其特征在于，对反应室（4）产生的氧气进行2～4级水洗净化后输出。水洗压力10～15cmH₂O（0.98～1.47kpa／cm²）。其中第一级水洗室（11）对反应室（4）兼有水封作用，使反应室（4）的工作压力在不大于水封压力的情况下进行。

3、根据权利要求1和2所规定的装置，其特征在于，产生的氧气在通过输氧插座（7）时，可与所需的香味剂混合。

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