CN206437868U - 一种医院富氧空气提纯医用氧的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种医院富氧空气提纯医用氧的装置，该装置包括依次连接的中空纤维分离膜管、磁化吸附器、氧氩分离器和氧气存储装置，磁化吸附器包括中空筒体和设置在中空筒体内壁上的励磁线圈，中空筒体包括设置在底部的进气口和第一排气口，进气口与中空纤维分离膜管的出气端相连接，进气口与中空纤维分离膜管之间设置有第二截断阀，第一排气口与所述氧氩分离器的进气口通过第一管路相连接，所述第一管路上设置有第一截断阀，所述氧氩分离器和所述氧气存储装置之间通过第三管路相连接。本实用新型中采用氧氩分离器针对氧氩气体分子的极性不同，通过专用的膜分离材料对富氧空气进行脱氩提纯，将氧浓度提高到99.5％以上，杂质含量达标医用氧要求。

Description

一种医院富氧空气提纯医用氧的装置

技术领域

本实用新型涉及氧气提纯技术领域，特别是涉及一种医院富氧空气提纯医用氧的装置。

背景技术

目前，从国内外各级医疗机构使用的医用制氧机看，空气分离与氧气提纯主要有PSA分子筛变压吸附和膜分离两种技术。

(1)PSA技术

基于物理筛分原理，通过分子筛吸附氮气和其他气体，从空气中分离出93±3％的富氧空气。空气中主要的三种气体组分是氧、氮、氩，在空气中的体积百分比约为21％、78％、0.5％，而氩气和氧气分子的物理学尺寸相近，PSA过程在富集氧气的同时，也会等比例富集氩气，因此，分子筛制氧设备只能将氮气和氧气分离，而产品气中始终含有5％左右的氩气，导致产氧浓度只能达到90％-96％，俗称“富氧空气”，符合国家药品标准“WS1-XG-008-2012”。

分子筛制氧机生产的“富氧空气”的临床使用范围有限，不能满足手术室、ICU的用氧需求。YY/T0298-1998《医用分子筛制氧设备通用技术规范》规定“分子筛制氧机适用于以医疗保健为目的，且要求只能单台制氧，不可管道供应”。国家药监局《564号文件》(2010年)规定“ICU、手术室不能使用富氧空气”。此外，WS 435-2013《医院医用气体系统运行管理》也规定：“5.2.1医院应根据自身的特点设置符合医疗要求的医用氧气气源供应模式”。分子筛制氧机生产的“富氧空气”医疗收费不在国家公布的目录内，若按“医用氧”标准收费有假药之嫌，患者取证后，使医院处置纠纷时陷于被动！因此，从法规监管的角度来看，分子筛制氧设备生产的“富氧空气”是不能用在医院的手术部的(生命支持区域、ICU、手术室等)。

(2)膜分离技术

基于“溶解-渗透-解析”的膜分离过程，通过CMC多循环空气分离工艺过程，可以将氧气、氮气和氩气进行分离，可直接从空气中分离富集99.5％以上的氧气，产气品质能达到GB8982-2009《医用及航空呼吸用氧》和《中国药典》对医用氧的要求。

在医疗机构氧站的建设中，医用膜分离制氧机可以替代液氧储罐，提升用氧安全和供气品质。

YY 1468-2016《用于医用气体管道系统的氧气浓缩器供气系统》已于2016年1月26日颁布，将于2018年1月1日实施。该标准规定今后富氧空气和医用氧在医院中的使用要明显区分和标识，换言之，今后医院所使用的氧气有可能是两种：富氧空气和医用氧。现行法规并没有禁止富氧空气在医疗机构中使用，但手术部用氧品质必须达到医用氧要求(浓度要不小于99.5％，其他杂质含量也有严格限定)。

全国有上万家成规模的医疗机构，使用分子筛制氧设备的不少于2000家！如何才能使现有采用分子筛制氧机供气的医院手术部用气品质达标呢？

为手术部单独设计供氧管道，重新采购医用膜分离制氧机或安装液氧储罐，可以满足此要求。但是：(1)管道改造，涉及工程土建，规划审批立项很难，费用也高；(2)医院容积率过高，消防防火间距受限，没有足够空间安装储罐；(3)采购新型医用膜分离制氧机涉及经费预算、大型设备招投标，流程繁琐，重复投资；(4)即便采购完成，原来氧站安放空间、电源冗余都不够，这些都是现实问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种氧气纯度高、提纯成本低、能耗低的医院富氧空气提纯医用氧的装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种医院富氧空气提纯医用氧的装置，包括依次连接的中空纤维分离膜管、磁化吸附器、氧氩分离器和氧气存储装置，所述磁化吸附器包括中空筒体和设置在所述中空筒体内壁上的励磁线圈，所述中空筒体包括设置在底部的进气口和第一排气口，所述进气口与所述中空纤维分离膜管的出气端相连接，所述进气口与所述中空纤维分离膜管之间设置有第二截断阀，所述第一排气口与所述氧氩分离器的进气口通过第一管路相连接，所述第一管路上设置有第一截断阀，所述氧氩分离器和所述氧气存储装置之间通过第三管路相连接。

优选的，所述磁化吸附器还包括设置在顶部的第二排气口，所述第二排气口与氮气存储装置通过第二管路相连接，所述第二管路上设置有单向阀、抽气机和气体浓度测量装置，所述氮气存储装置与所述中空纤维分离膜管的进气端相连接。

优选的，所述氮气存储装置与所述中空纤维分离膜管之间还设置有增压泵。

优选的，所述医院富氧空气提纯医用氧的装置还包括气体参数在线监测系统，所述气体参数在线监测系统分别与第一管路和第三管路相连接。

优选的，所述气体参数在线监测系统还连接有声光报警装置。

优选的，所述第一管路上还设置有真空泵。

优选的，所述中空纤维分离膜管的出气端设置有气体压力计。

优选的，所述氧氩分离器包括氧氩分离膜和排氩口。

本实用新型还提供了一种医院富氧空气提纯医用氧的方法，包括如下步骤：

真空泵对装置内部进行抽真空作用；

抽气机对磁化吸附器进行抽气作用，在磁化吸附器中形成负压；

打开第二截断阀，富氧空气在负压作用下进入中空纤维分离膜管进行杂质气体吸附和第一次氮氧分离；

在磁化吸附器中进行第二次氮氧分离，氮气被抽气机抽入氮气存储装置，氧气被吸附在所述磁化吸附器的下方；

所述磁化吸附器与氮气存储装置之间第二管路上设置的气体浓度测量装置对所第二管路中氮气浓度进行测量，并将氮气浓度测量值传输给计算机与氮气浓度预设阈值进行比较；若氮气浓度测量值大于氮气浓度预设阈值，则继续进行磁化吸附；若氮气浓度测量值小于氮气浓度预设阈值，则关闭第二截断阀，打开第一截断阀，所述磁化吸附器中的气体进入氧氩分离器中进行氧氩分离处理；

所述氧氩分离器的出气口通过第三管路与氧气存储装置相连接，气体进入氧气存储装置；

所述气体参数在线监测系统分别与所述第一管路和所述第三管路相连接，所述气体参数在线监测系统分别对所述氧氩分离器提纯前气体和所述氧氩分离器提纯后气体的氧浓度、流量、压力参数进行监测；若测得参数大于预设参数阈值，则启动声光报警装置。

优选的，所述氮气存储装置存储氮气的同时设置在所述中空纤维分离膜管出气端上的气体压力计对气体压力进行测量，并将气体压力测量值传输给计算机与气体压力测量值进行比较；若气体压力测量值小于气体压力预设阈值，则启动增加泵，将氮气存储装置中的氮气传输到所述中空纤维分离膜管的进气端。

本实用新型相对于现有技术取得了以下有益效果：

1、本实用新型提供的一种医院富氧空气提纯医用氧的装置中采用磁化吸附制氧与膜分离脱氩制氧技术相结合，不仅简化了结构、降低了制造成本，还使得富氧空气经过多次提纯，去除了氩气，进而提高了氧气浓度，降低了其他气体杂质的含量。

2、本实用新型中采用抽气机在磁化吸附器内形成负压的方式，使得富氧空气能够顺利穿过中空纤维分离膜管进入磁化吸附器内的同时，避免了正压气体供气极易形成空气中的水分进入磁化吸附器中影响磁化吸附作用的问题。

3、本实用新型中采用在氮气存储装置和中空纤维分离膜管之间设置增压泵的方式，不仅对氮气进行二次利用，还使得中空纤维分离膜管中的气体压力得以增加，进而增大中空纤维分离膜管的气体通过量，增大磁化吸附器中的氧气提纯效率。

4、本实用新型中采用氧氩分离器针对氧氩气体分子的极性不同，通过专用的膜分离材料对富氧空气进行脱氩提纯，将氧浓度提高到99.5％以上，杂质含量达标医用氧要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型医院富氧空气提纯医用氧的装置的整体结构示意图；

其中，1-中空纤维分离膜管、2-磁化吸附器、3-氧氩分离器、4-氧气存储装置、5-第二截断阀、6-第一截断阀、7-第二管路、8-单向阀、9-抽气机、10-气体浓度测量装置、11-氮气存储装置、12-第一管路、13-第三管路、14-气体参数在线监测系统、15-增压泵、17-真空泵、18-气体压力计。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种氧气纯度高、提纯成本低、能耗低的医院富氧空气提纯医用氧的装置。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供一种医院富氧空气提纯医用氧的装置，包括依次连接的中空纤维分离膜管1、磁化吸附器2、氧氩分离器3和氧气存储装置4，所述磁化吸附器2包括中空筒体和设置在所述中空筒体内壁上的励磁线圈，所述中空筒体包括设置在底部的进气口和第一排气口，所述进气口与所述中空纤维分离膜管1的出气端相连接，所述进气口与所述中空纤维分离膜管1之间设置有第二截断阀5，所述第一排气口与所述氧氩分离器3的进气口通过第一管路12相连接，所述第一管路12上设置有第一截断阀6，所述氧氩分离器3和所述氧气存储装置4之间通过第三管路13相连接。

其中，中空纤维分离膜管为具有分离混合气体功能的中空纤维，本实用新型中利用中空纤维分离膜管去除N₂、CO₂和H₂S等气体杂质；磁化吸附器为内壁均布环绕励磁、内部装满细钢丝(细钢丝直径为φ0.01mm～φ5mm，长度为5mm～500mm)的磁化管，磁化吸附器利用物理方式使得干燥的空气进入高磁磁场，进而氧氮分子进行偏离，从而得到我们想要得到的气体；每个氧氩分离器由膜分离材料分隔为高压侧、低压侧，其中，高压侧的一端连接1个原料气入口，即氧氩分离器的首部，接收原料气，另一端连接1个滞留气出口即氧氩分离器的尾部，用以排除较难通过膜分离材料的气体，而低压侧则连接排氩口，用以排出较容易通过膜分离材料的气体，其中一个渗透气出口靠近原料气入口侧或者称氧氩分离器的首部，另一个渗透气出口靠近滞留气出口侧或者称氧氩分离器的尾部，该氧氩分离器具有氧气与氮气、氩气的分离功能，氧气较容易透过而氮气、氩气较难以通过；其中，氧氩分离膜为针对富氧空气中氧氩分子的极性差异，将孔吸附效应与场效应(电极化特性)有机结合起来，通过加以控制的离子交换方法引入优选的三价稀土阳离子，改良传统吸附材料(沸石)晶体的表面电荷特性与材料表面特性，制备的一种无机分子筛膜材料，对氧气和氩气具有较高的选择性，优选的，将不同比例的端基为乙烯基的聚苯醚、乙烯基硅橡胶与高含氢硅聚合物，在氯铂酸催化下，通过硅氢化反应生成高度交联的新型聚合物；气体测量装置均包括气体测量管和气体连接管，气体测量管和气体连接管之间通过缓冲管相连通，当检测气体浓度时，气体连接管中的气体经过缓冲管后被弥散到气体测量管中，在气体测量管中有超声波发射接收装置和盖片，超声波到达盖片后被反射回来，当气体浓度发生变化时，超声波的传播速度会发生变化，产生不同的电压信号，信号即可通过电线送到自制电路板上，处理后，直接传到计算机中，在计算机中观察到相应的氧气浓度值；气体参数在线监测系统为西安聚能仪器有限公司的氧气分析仪，型号为JNYQ-0-11C或者西安泰戈生产的氧气纯度分析仪，型号为TG-310。

操作人员在操作过程中使得外界的富氧空气，经过中空纤维分离膜管1去除杂质气体以及一部分N₂后，进入磁化吸附器2内部，在高磁磁场的作用下，氮气随着磁场方向向磁化吸附器2的上部运动，氧气被吸附在磁化吸附器2的下部，完成第二次氮氧分离，随后磁化吸附器2中的含氧气体进入到氧氩分离器3中进行氧氩分离处理，通过氧氩分离膜对富氧空气进行脱氩提纯，将氧浓度提高到99.5％以上，氧氩分离器3中产生的高纯度氧气进入氧气存储装置4中进行存储、使用。

为了对磁化吸附器2中的氮气进行二次利用，同时也为了提高制氧质量和效率，本实用新型中的所述磁化吸附器2还包括设置在顶部的第二排气口，所述第二排气口与氮气存储装置11通过第二管路7相连接，所述第二管路7上设置有单向阀8、抽气机9和气体浓度测量装置10，其中，首先关闭第一截断阀6，打开第二截断阀5和抽气机9，抽气机9使得磁化吸附器2内形成负压，使得外界的富氧空气在负压的作用下进入磁化吸附器2，磁化吸附器2中的氮气在抽气机9的作用下进入到氮气存储装置11中，当气体浓度测量装置9中测量到第二管路7中的氮气浓度测量值比预设氮气浓度阈值小时，关闭抽风机和第二截断阀5，打开第一截断阀6，使得磁化吸附器2中的含氧气体进入到氧氩分离器3中进行氧氩分离处理，并且由于所述氮气存储装置11与所述中空纤维分离膜管1的进气端相连接，氮气的进入使得中空纤维分离膜管1中气体的正向压力增大，在正向压力和负向压力的共同作用下，使得通过中空纤维分离膜管1的气体量增大，进而提高了制氧效率。

为了进一步提高中空纤维分离膜管1中气体的正向压力，本实用新型还在所述氮气存储装置11与所述中空纤维分离膜管1之间还设置有增压泵15，使得氮气存储装置11中的氮气经过增压后进入到中空纤维分离膜管1中。

本实用新型中所述医院富氧空气提纯医用氧的装置还包括气体参数在线监测系统14，所述气体参数在线监测系统14分别与第一管路12和第三管路13相连接，实时监测显示进入氧氩分离器3前气体和经过氧氩分离器3提纯后的产品气(医用氧)的浓度、流量、压力等参数；

并且当参数不达标时，与气体参数在线监测系统14相连接的声光报警装置发出警报，提示医护操作人员。

本实用新型中的所述磁化吸附器2至少为2个，所述磁化吸附器2首尾相连形成多级磁化吸附器2，使得气体进行多级磁化吸附器2，提高了气体的纯度。

本实用新型中的所述氧氩分离器3至少为2个，所述氧氩分离器3首尾相连形成循环氧氩分离器，使得气体进行循环式膜分离，提高了气体的纯度。

本实用新型中在所述第一管路12上还设置有真空泵17，在进行医用氧气提纯工作之前，利用真空泵17对装置内进行抽真空作用，保证装置内无其他气体杂质，影响医用氧提纯工作的进行。

为了保证中空纤维分离管中有足够的压力，并保证压力不会产生空气水分，本实用新型中在所述中空纤维分离膜管1的出气端设置有气体压力计18，其中气体压力计18与计算机相连接，实现对中空纤维分离膜管1的出气端气体压力的实时监测。

另外，本实用新型中还可以在第一管路12上设置吸气装置，使得磁化吸附器2中的含氧气体快速进入氧氩分离器3中，提高制备医用氧效率。

本实用新型中还提供了一种应用了上述医院富氧空气提纯医用氧的装置的方法，该方法包括如下步骤：

真空泵17对装置内部进行抽真空作用；

抽气机9对磁化吸附器2进行抽气作用，在磁化吸附器2中形成负压；

打开第二截断阀5，富氧空气在负压作用下进入中空纤维分离膜管1进行杂质气体吸附和第一次氮氧分离；

在磁化吸附器2中进行第二次氮氧分离，氮气被抽气机9抽入氮气存储装置11，氧气被吸附在所述磁化吸附器2的下方；

所述磁化吸附器2与氮气存储装置11之间第二管路7上设置的气体浓度测量装置10对所第二管路7中氮气浓度进行测量，并将氮气浓度测量值传输给计算机与氮气浓度预设阈值进行比较；若氮气浓度测量值大于氮气浓度预设阈值，则继续进行磁化吸附；若氮气浓度测量值小于氮气浓度预设阈值，则关闭第二截断阀5，打开第一截断阀6，所述磁化吸附器2中的气体进入氧氩分离器3中进行氧氩分离处理；

所述氧氩分离器3的出气口通过第三管路13与氧气存储装置4相连接，气体进入氧气存储装置4；

所述气体参数在线监测系统14分别与所述第一管路12和所述第三管路13相连接，所述气体参数在线监测系统14分别对所述氧氩分离器3提纯前气体和所述氧氩分离器3提纯后气体的氧浓度、流量、压力参数进行监测；若测得参数大于预设参数阈值，则启动声光报警装置。

为了更好的保证医用氧提纯效率，本实用新型中所述氮气存储装置11存储氮气的同时，设置在所述中空纤维分离膜管1出气端上的气体压力计18对气体压力进行测量，并将气体压力测量值传输给计算机与气体压力测量值进行比较；若气体压力测量值小于气体压力预设阈值，则启动增压泵15，将氮气存储装置11中的氮气传输到所述中空纤维分离膜管1的进气端。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种医院富氧空气提纯医用氧的装置，其特征在于，包括依次连接的中空纤维分离膜管、磁化吸附器、氧氩分离器和氧气存储装置，所述磁化吸附器包括中空筒体和设置在所述中空筒体内壁上的励磁线圈，所述中空筒体包括设置在底部的进气口和第一排气口，所述进气口与所述中空纤维分离膜管的出气端相连接，所述进气口与所述中空纤维分离膜管之间设置有第二截断阀，所述第一排气口与所述氧氩分离器的进气口通过第一管路相连接，所述第一管路上设置有第一截断阀，所述氧氩分离器和所述氧气存储装置之间通过第三管路相连接。

2.根据权利要求1所述的医院富氧空气提纯医用氧的装置，其特征在于，所述磁化吸附器还包括设置在顶部的第二排气口，所述第二排气口与氮气存储装置通过第二管路相连接，所述第二管路上设置有单向阀、抽气机和气体浓度测量装置，所述氮气存储装置与所述中空纤维分离膜管的进气端相连接。

3.根据权利要求2所述的医院富氧空气提纯医用氧的装置，其特征在于，所述氮气存储装置与所述中空纤维分离膜管之间还设置有增压泵。

4.根据权利要求1所述的医院富氧空气提纯医用氧的装置，其特征在于，所述医院富氧空气提纯医用氧的装置还包括气体参数在线监测系统，所述气体参数在线监测系统分别与第一管路和第三管路相连接。

5.根据权利要求4所述的医院富氧空气提纯医用氧的装置，其特征在于，所述气体参数在线监测系统还连接有声光报警装置。

6.根据权利要求1所述的医院富氧空气提纯医用氧的装置，其特征在于，所述第一管路上还设置有真空泵。

7.根据权利要求3所述的医院富氧空气提纯医用氧的装置，其特征在于，所述中空纤维分离膜管的出气端设置有气体压力计。

8.根据权利要求1所述的医院富氧空气提纯医用氧的装置，其特征在于，所述氧氩分离器包括氧氩分离膜和排氩口。