一種便攜制氧裝置制造方法
【專利摘要】一種便攜制氧裝置，其特征在于，內(nèi)部由中間層分隔為上部的溶劑倉和下部的底物倉，溶劑倉內(nèi)有橡膠膜，膜內(nèi)充裝溶劑和催化劑，底物倉內(nèi)裝填模壓成型制氧底物，中間層的孔道連通上下倉體，并與瓶蓋組成氧氣通道，溶劑倉外部附有擊針按鍵和空氣濾棉，底物倉內(nèi)部附有重力閥，底物倉上部與瓶蓋密封結(jié)合。裝置無需吸熱物質(zhì)，溶劑量占裝置整體的體積和重量小于30％。橡膠膜由擊針按鍵刺穿后，溶劑和催化劑釋放到底物倉，與制氧底物接觸生成氧氣，氧氣由導(dǎo)氣管排出。本發(fā)明制氧裝置具有無源便攜，重量輕，體積小的特點(diǎn)，可廣泛用于急救，高原缺氧，以及劇烈體力消耗后的恢復(fù)保健。
【專利說明】一種便攜制氧裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001 ] 本發(fā)明涉及制氧裝置，為醫(yī)療器械二類，分類目錄6854-9技術(shù)背景:
[0002]氧氣是人體必需的基本物質(zhì)之一，在生命活動中起不可替代的關(guān)鍵作用。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快和物質(zhì)生活水平的提高，使人體突發(fā)性缺氧的因素越來越多，如肥胖，人體循環(huán)系統(tǒng)障礙，大氣可吸入顆粒，以及其他傳統(tǒng)因素，包括由年齡引發(fā)的體質(zhì)衰弱，高海拔以及重度體力消耗等。越來越多的人需要便攜可靠的制氧裝置提供健康保障，以應(yīng)對隨時隨地可能出現(xiàn)的防突發(fā)性缺氧。目前市場上有眾多民用級制氧裝置，按原理主要分為有源物理吸附制氧，無源化學(xué)制氧和高壓氧氣罐。有源物理制氧需要接通電源，受限于分子篩交換吸附原理，裝置體積大，質(zhì)量重，不便于移動，而且一次性投入成本高。無源化學(xué)制氧目前的代表產(chǎn)品為氧立得，采用過氧化碳酸鈉為制氧底物，使用前需要向裝置內(nèi)注入大量水，再投入原料進(jìn)行反應(yīng)制氧，使用不便。小型高壓氧氣罐雖然便攜，價格較低，但是儲存純氧的壓力最大到lObar，儲氧量只能達(dá)到4-5L，而通常情況下成年人緩解缺氧癥狀的吸氧時間在20分鐘，吸氧量需要達(dá)到8-15L，氧氣罐難以滿足需求，且高壓設(shè)備潛在風(fēng)險(xiǎn)較大。以上三種制氧裝置，在性能和特點(diǎn)上互有補(bǔ)充，但都難以同時滿足裝置便攜，無源制氧和充足產(chǎn)氧量這三方面需求。
[0003]缺氧癥狀很重要的一個特點(diǎn)就是時間和地點(diǎn)的不確定性。通常，人在運(yùn)動時發(fā)生缺氧的概率遠(yuǎn)高于平靜時，在室外發(fā)生缺氧的概率遠(yuǎn)高于室內(nèi)，因此需要一款可以隨身攜帶能夠應(yīng)對突發(fā)性缺氧癥狀的制氧裝置。為滿足隨身攜帶的需求，制氧裝置必須實(shí)現(xiàn)以下特點(diǎn):體積小，重量輕，操作簡單，使用環(huán)境要求低，安全系數(shù)高。目前最有前景的解決方案是化學(xué)法制氧，即在一定條件下，將儲存在固體物質(zhì)中的氧元素以氧氣的形式釋放出來。化學(xué)制氧具有無源無壓力的優(yōu)點(diǎn)，但是制氧過程需要溶劑，使裝置使用不便。美國專利US8，147，760 BI介紹了一種溶劑釋放型制氧裝置，其溶劑和催化劑封裝在薄壁部件中。裝置未觸發(fā)時，溶劑和制氧底物隔離，觸發(fā)時溶劑和催化劑釋放，與制氧底物接觸，產(chǎn)生氧氣。專利加入了相轉(zhuǎn)變物質(zhì)，轉(zhuǎn)變溫度在30-50攝氏度，利用物質(zhì)相轉(zhuǎn)變吸熱的特點(diǎn)，控制體系溫度，防止制氧底物分解放熱，使體系過熱失控。雖然專利中的裝置將溶劑封閉，可靠性相比目前市場上開放式袋裝或盒裝溶劑的制氧裝置有很大提高，但是便攜性仍然難以實(shí)現(xiàn)。
[0004]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有產(chǎn)品和技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善，利用物質(zhì)獨(dú)有性質(zhì)，減少了制氧裝置所需溶劑量，并避免引入額外的相轉(zhuǎn)變物質(zhì)控制體系溫度，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu)，使制氧裝置的成本大大降低，便攜性和可靠性得到提升。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0005]本發(fā)明旨在提供一種便攜式化學(xué)制氧裝置。具有體積小，重量輕，隨時可用，安全可靠的特點(diǎn)。裝置內(nèi)包含溶劑少，并無需額外吸熱物質(zhì)控制溫度。
[0006]本發(fā)明是通過下述方案實(shí)現(xiàn)的:[0007]本發(fā)明采用過氧化尿素作為制氧底物。過氧化尿素又稱過碳酰胺，過氧化氫尿素，過氧化碳酰胺，是尿素和過氧化氫形成的加合物，無毒無氣味，理論活性氧含量17.0 %，易溶于水，其水溶液具有尿素和過氧化氫的性質(zhì)，25攝氏度時水中的溶解度為900g/L。其水溶液接觸催化劑，如二氧化錳，會發(fā)生過氧化氫的分解反應(yīng)，生成尿素，水和氧氣，同時產(chǎn)生熱量。反應(yīng)式為:
[0008]CO (NH2) 2.H2O2 — CO (NH2) 2+H202
[0009]2Mn2++H202 — 2Mn3++20F
[0010]2Μη3++Η202+201 — 2Μη2++02 ? +2Η20
[0011]目前的化學(xué)制氧裝置，通常采用過氧化碳酸鈉為制氧底物，在使用前需要大量的水,原因主要為:
[0012]1.過氧化碳酸鈉本身在水中溶解度低，25攝氏度約為15g/L，在裝置中基本上以固體顆粒的形態(tài)存在。反應(yīng)產(chǎn)物為碳酸鈉，其在25攝氏度時水中溶解度僅為29.4g/L，析出的晶體為十水合碳酸鈉，吸收大量溶劑。如果水作為溶劑在裝置中加入過少，十水合碳酸鈉就會大量生成，附著在未反應(yīng)的過氧化碳酸鈉顆粒的表面，使制氧過程停止。為使反應(yīng)充分進(jìn)行，必須用大量的水溶解碳酸鈉。
[0013]2.過氧化氫分解本身會釋放大量的熱，過氧化碳酸鈉本身在水中溶解時熱效應(yīng)不明顯。隨反應(yīng)進(jìn)行裝置累積的熱會使水溫升高，甚至沸騰。必須加入大量的水控制裝置溫
度。
[0014]大量的水作為制氧過程的溶劑，使裝置體積和重量變大，液態(tài)水在攜帶過程中也相對不便，使制氧裝置難以隨身攜帶，使用也較為不便。
[0015]過氧化尿素作為制氧底物相比目前常用的過氧化碳酸鈉，具有溶解快，含氧量高的優(yōu)點(diǎn)，是非常理想的材料。更為重要的是，過氧化尿素解決了過氧化碳酸鈉的上述兩大缺點(diǎn)。過氧化尿素的反應(yīng)產(chǎn)物為尿素，尿素在水中的溶解度高達(dá)25攝氏度1167g/L,在不析出尿素晶體的條件下可以大大減少溶劑的量。同時，過氧化尿素的溶解是吸熱過程，在合理的反應(yīng)條件下，可以有效抵消過氧化氫的反應(yīng)熱，控制裝置溫度，減少了對溶劑熱容量的依賴。通過大量實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化體系配比得到溶劑與過氧化尿素最佳質(zhì)量比為1:2.0-1:3.0，在此配比下溶劑占裝置整體的體積和質(zhì)量比均小于30%。
[0016]所述過氧化尿素的具體形態(tài)為過氧化尿素的濕潤晶體，表面帶有一定量的高濃度過氧化氫溶液。此法一方面大幅增加制氧底物中的有效氧含量，可提高至大于20%，另一方面可以加快底物的溶解速度，接觸溶劑后迅速形成高濃度溶液，實(shí)現(xiàn)快速制氧。過氧化氫溶液中含有包覆劑和穩(wěn)定劑，可以防止游離過氧化氫分解過量。
[0017]所述過氧化尿素裝填時為模壓成型制劑，增加底物物理穩(wěn)定性并在堆積時生成液體和氣體的通道。其形狀包含但不限于球體，圓柱體，整體成型蜂窩狀。球體直徑5mm-15mm ；圓柱體直徑高3mm-20mm ;蜂窩孔徑8mm-20mm。
[0018]所述溶劑為水和乙二醇的混合物。乙二醇含量為5^-20% v/v。乙二醇可以有效防止裝置溶劑在低溫環(huán)境中固化，失去功能。
[0019]所述催化劑為二氧化錳，負(fù)載于載體球上，顆粒直徑l_5mm，負(fù)載量1% -10%。負(fù)載后的催化劑可沉降于裝置底部。采用此法的原因是裝置為實(shí)現(xiàn)便攜性，溶劑量小，在制氧過程中，體系內(nèi)液相為過氧化尿素的高濃度溶液，液體氧化性較大。若催化劑為粉末或者密度低，在表面產(chǎn)生大量氣體的條件下，會漂浮于液相上層，形成類似泡沫的結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)中含有大量微小氣泡，在氣泡達(dá)到液相表層并破裂后，因表面張力和液體性質(zhì)會產(chǎn)生飛沫。飛沫中含有未分解的過氧化尿素，如果連同氧氣一起吸入人體，會對人體造成傷害。同時催化劑浮于液相表層也會降低液相的對流作用，使體系局部過熱，加劇過氧化尿素的分解和飛沫的產(chǎn)生。若催化劑沉于裝置底部，在氣體以微小氣泡向液相上層運(yùn)動的過程中，會互相碰撞形成較大的氣泡。大氣泡在液相表面破裂后因曲率半徑遠(yuǎn)大于泡沫中的微型氣泡，表面張力低，產(chǎn)生的飛沫極少。同時，氣泡向上運(yùn)動，增加液相對流，使體系溫度分布均勻。
[0020]本發(fā)明根據(jù)過氧化尿素分解制氧的流程，設(shè)計(jì)優(yōu)化了反應(yīng)裝置。具體結(jié)構(gòu)見附圖1和附圖2。包括由瓶體I和瓶蓋4組成的裝置外殼，內(nèi)部由中間層2分隔為上部的溶劑倉D和下部的底物倉E，溶劑倉D內(nèi)有橡膠膜7，膜內(nèi)充裝溶劑G和催化劑，底物倉E內(nèi)裝填模壓成型制氧底物H，中間層的孔道A連通上下倉體，并有錐形孔B與瓶蓋4上的楔形插管C組成氧氣通道F輸出氧氣，溶劑倉D外部附有擊針按鍵5和空氣濾棉6，底物倉E內(nèi)部附有重力閥3，底物倉E上部與瓶蓋4密封結(jié)合。
[0021]受化學(xué)制氧原理所限，裝置必須包含液體溶劑。為了使液體在裝置中盡量穩(wěn)定，采用了柔性橡膠膜密封和剛性外壁保護(hù)固定的結(jié)構(gòu)。事實(shí)上液體在剛性受限空間中完全充裝后，物理狀態(tài)非常穩(wěn)定，可有效避免裝置在受到撞擊等意外條件下發(fā)生液體泄漏的可能。大然乳膠膜是已經(jīng)被證實(shí)的穩(wěn)定隔水材料，在過氧化氫環(huán)境中也可以長期保持理化性質(zhì)。本裝置使用膠膜厚度為0.1-0.2mm，充裝溶劑和催化劑后，膜體適當(dāng)拉伸，其張力對溶劑產(chǎn)生內(nèi)壓。
[0022]裝置的觸發(fā)機(jī)構(gòu)為擊針按鍵5，按下后橡膠膜7被刺破，橡膠膜對溶劑的內(nèi)壓使得橡膠膜迅速破裂并收縮，同時溶劑和催化劑在重力和橡膠膜張力的共同作用下，迅速到達(dá)下層底物倉E，形成溶有過氧化尿素的溶液。此溶液氧化性強(qiáng)，必須避免因裝置傾倒而流出，意外進(jìn)入人體。在氧氣通道F下端設(shè)有重力閥3，裝置側(cè)傾到一定角度后，重力閥3在地球引力作用下將氧氣通道F阻斷，防止氧化性溶液進(jìn)入人體。在裝置氣體內(nèi)壓的作用下，重力閥3會一直將氧氣通道F封閉，直到裝置恢復(fù)豎直并內(nèi)壓降低至Iatm附近。
[0023]所述擊針按鍵5，尖端內(nèi)嵌不銹鋼針，增強(qiáng)穿刺效果。具體結(jié)構(gòu)見附圖3。按鍵與瓶蓋接觸的4個側(cè)面帶有倒角，與瓶蓋形成配合。在其被按下后，因其斜面倒角形狀，與瓶蓋接觸越來越緊，形成密封結(jié)構(gòu)，生成氧氣從氧氣通道F輸出。在氧氣通道F被重力閥3關(guān)閉后，擊針按鍵因裝置內(nèi)壓彈出，釋放壓力，形成過壓保護(hù)。裝置內(nèi)壓降至Iatm附近，重力閥開啟，氧氣通道F恢復(fù)正常后，將擊針按鍵再次按下，裝置即可正常工作。擊針按鍵側(cè)面倒角為0.1-5.0度。擊針按鍵5側(cè)面有插入的止動擋片9，防止誤操作將擊針按鍵按下觸發(fā)裝置，形成觸發(fā)保護(hù)。
[0024]裝置設(shè)計(jì)生成氧氣速率為500-700mL/min，使用者需要從大氣獲得一定空氣，以進(jìn)行正常呼吸。裝置上設(shè)有側(cè)通孔與氧氣通道F相連，側(cè)通孔與大氣相通的開口處設(shè)有空氣濾棉6?？諝鉃V棉6為聚酯材料，過濾精度達(dá)到PN95，可帶有活性炭等吸附材料，提供潔凈空氣來源，保障使用者呼吸順暢。
[0025] 本發(fā)明與現(xiàn)有產(chǎn)品和技術(shù)相比，有明顯優(yōu)點(diǎn)，在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，減少裝置使用溶劑量，避免引入相轉(zhuǎn)變物質(zhì)，并精簡優(yōu)化了裝置結(jié)構(gòu)，使得制氧裝置的便攜性和實(shí)用性大大提聞?！緦＠綀D】

【附圖說明】:
[0026]圖1為本發(fā)明外部結(jié)構(gòu)示意圖
[0027]圖2為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
[0028]圖3為擊針按鍵形狀示意圖
[0029]圖4為正常使用時氧氣流動示意圖
[0030]圖5為裝置側(cè)傾時氧氣流動示意圖
[0031]附圖圖號說明:
[0032]1.瓶體 2.中間層 3.重力閥 4.瓶蓋
[0033]5.擊針按鍵6.空氣濾棉7.橡膠膜 8.導(dǎo)管
[0034]9.止動擋片
[0035]A.孔道 B.錐形孔 C.楔形插管D.溶劑倉
[0036]E.底物倉 F.氧氣通道G.溶劑 H.蜂窩型制氧底物
【具體實(shí)施方式】:
[0037]實(shí)例1-4
[0038]氧化尿素合成將食品級尿素，過氧化氫水溶液，穩(wěn)定劑，包覆劑混合，35攝氏度條件下攪拌一定時間后，低溫析出產(chǎn)物晶體。析出固體階段，持續(xù)攪拌，使晶體顆粒小而均勻。晶體粒度由低倍顯微鏡目測10個晶體顆粒直徑得出，重復(fù)3次。減壓過濾階段控制過濾時間得到不同母液含量的過氧化尿素。實(shí)際母液含量約為1% _12%。具體結(jié)果見表1.[0039]由實(shí)例1-4見攪拌速度對過氧化尿素結(jié)晶時生成的晶體粒度有直接影響。晶體粒度對底物母液含量，模壓成型的壓力，形狀，物理穩(wěn)定度和溶解速率有直接影響。較小的晶體粒度對體系有利。
[0040]表1.實(shí)例1-6實(shí)驗(yàn)結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種制氧裝置，其特征在于，內(nèi)部由中間層(2)分隔為上部的溶劑倉(D)和下部的底物倉(E)，溶劑倉(D)內(nèi)有橡膠膜(7)，膜內(nèi)充裝溶劑(G)和催化劑，底物倉(E)內(nèi)裝填模壓成型制氧底物(H)，中間層的孔道(A)連通上下倉體，并有錐形孔(B)與瓶蓋(4)上的楔形插管(C)組成氣體通道(F)輸出氧氣，溶劑倉⑶外部附有擊針按鍵(5)和空氣濾棉(6)，底物倉(E)內(nèi)部附有重力閥(3)，底物倉(E)上部與瓶蓋⑷密封結(jié)合，裝置無需吸熱物質(zhì)，所用溶劑與制氧底物的質(zhì)量比為1:2.0-1:3.0，溶劑量占裝置整體的體積和重量小于30%，實(shí)現(xiàn)便攜的特點(diǎn)，并增加可靠性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所用溶劑為水和乙二醇的混合物，乙二醇含量為 5% -20% v/v0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所用制氧底物為過氧化尿素，形態(tài)為濕潤晶體，帶有一定量的游離過氧化氫水溶液，晶體含量為90% -100%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于裝填制氧底物經(jīng)過模壓成型，形狀為球體顆粒，圓柱體顆粒，蜂窩狀整體或其他形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所用催化劑為負(fù)載型二氧化錳催化劑，粒徑l_5mm，二氧化錳占催化劑質(zhì)量比為1% -10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所用橡膠膜為天然乳膠膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所用擊針按鍵與瓶蓋接觸的4個側(cè)面帶有倒角，與瓶蓋組成過壓保護(hù)裝置，在其被按下后，與瓶蓋形成密封結(jié)構(gòu)，在裝置內(nèi)部壓力過大時，按鍵彈出，釋放壓力，擊針按鍵側(cè)面倒角為0.1-5.0度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所用空氣濾棉為聚酯材料，過濾精度達(dá)到PN95,濾棉帶有吸附材料，吸附材料包含活性炭。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于底物倉與瓶蓋的結(jié)合結(jié)構(gòu)為膠接，卡扣，螺紋或其他形式。
【文檔編號】C01B13/02GK104030251SQ201310368025
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】張文昊 申請人:張文昊