[发明专利]一种便携制氧装置

说明书

技术领域：

本发明涉及制氧装置，为医疗器械二类，分类目录6854-9

技术背景：

氧气是人体必需的基本物质之一，在生命活动中起不可替代的关键作用。随着工业化进程的加快和物质生活水平的提高，使人体突发性缺氧的因素越来越多，如肥胖，人体循环系统障碍，大气可吸入颗粒，以及其他传统因素，包括由年龄引发的体质衰弱，高海拔以及重度体力消耗等。越来越多的人需要便携可靠的制氧装置提供健康保障，以应对随时随地可能出现的防突发性缺氧。目前市场上有众多民用级制氧装置，按原理主要分为有源物理吸附制氧，无源化学制氧和高压氧气罐。有源物理制氧需要接通电源，受限于分子筛交换吸附原理，装置体积大，质量重，不便于移动，而且一次性投入成本高。无源化学制氧目前的代表产品为氧立得，采用过氧化碳酸钠为制氧底物，使用前需要向装置内注入大量水，再投入原料进行反应制氧，使用不便。小型高压氧气罐虽然便携，价格较低，但是储存纯氧的压力最大到10bar，储氧量只能达到4-5L，而通常情况下成年人缓解缺氧症状的吸氧时间在20分钟，吸氧量需要达到8-15L，氧气罐难以满足需求，且高压设备潜在风险较大。以上三种制氧装置，在性能和特点上互有补充，但都难以同时满足装置便携，无源制氧和充足产氧量这三方面需求。

缺氧症状很重要的一个特点就是时间和地点的不确定性。通常，人在运动时发生缺氧的概率远高于平静时，在室外发生缺氧的概率远高于室内，因此需要一款可以随身携带能够应对突发性缺氧症状的制氧装置。为满足随身携带的需求，制氧装置必须实现以下特点：体积小，重量轻，操作简单，使用环境要求低，安全系数高。目前最有前景的解决方案是化学法制氧，即在一定条件下，将储存在固体物质中的氧元素以氧气的形式释放出来。化学制氧具有无源无压力的优点，但是制氧过程需要溶剂，使装置使用不便。美国专利US 8,147,760 B1介绍了一种溶剂释放型制氧装置，其溶剂和催化剂封装在薄壁部件中。装置未触发时，溶剂和制氧底物隔离，触发时溶剂和催化剂释放，与制氧底物接触，产生氧气。专利加入了相转变物质，转变温度在30-50摄氏度，利用物质相转变吸热的特点，控制体系温度，防止制氧底物分解放热，使体系过热失控。虽然专利中的装置将溶剂封闭，可靠性相比目前市场上开放式袋装或盒装溶剂的制氧装置有很大提高，但是便携性仍然难以实现。

本发明针对上述现有产品和技术进行改进和完善，利用物质独有性质，减少了制氧装置所需溶剂量，并避免引入额外的相转变物质控制体系温度，在此基础上优化装置结构，使制氧装置的成本大大降低，便携性和可靠性得到提升。

发明内容：

本发明旨在提供一种便携式化学制氧装置。具有体积小，重量轻，随时可用，安全可靠的特点。装置内包含溶剂少，并无需额外吸热物质控制温度。

本发明是通过下述方案实现的：

本发明采用过氧化尿素作为制氧底物。过氧化尿素又称过碳酰胺，过氧化氢尿素，过氧化碳酰胺，是尿素和过氧化氢形成的加合物，无毒无气味，理论活性氧含量17.0％，易溶于水，其水溶液具有尿素和过氧化氢的性质，25摄氏度时水中的溶解度为900g/L。其水溶液接触催化剂，如二氧化锰，会发生过氧化氢的分解反应，生成尿素，水和氧气，同时产生热量。反应式为：

CO(NH₂)₂·H₂O₂→CO(NH₂)₂+H₂O₂

2Mn²⁺+H₂O₂→2Mn³⁺+2OH^-

2Mn³⁺+H₂O₂+2OH^-→2Mn²⁺+O₂↑+2H₂O

目前的化学制氧装置，通常采用过氧化碳酸钠为制氧底物，在使用前需要大量的水，原因主要为：

1.过氧化碳酸钠本身在水中溶解度低，25摄氏度约为15g/L，在装置中基本上以固体颗粒的形态存在。反应产物为碳酸钠，其在25摄氏度时水中溶解度仅为29.4g/L，析出的晶体为十水合碳酸钠，吸收大量溶剂。如果水作为溶剂在装置中加入过少，十水合碳酸钠就会大量生成，附着在未反应的过氧化碳酸钠颗粒的表面，使制氧过程停止。为使反应充分进行，必须用大量的水溶解碳酸钠。