专利名称：微型化学产氧器的制作方法
技术领域：
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〔MedicalEquipmentJJ，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。
权利要求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。
专利摘要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。
文档编号C01B13/00GK2037360SQ8820501
公开日1989年5月10日 申请日期1988年5月1日 优先权日1988年5月1日
发明者李兵林 申请人:李兵林