本發(fā)明涉及氧氣提純技術領域，特別是涉及一種醫(yī)院富氧空氣提純醫(yī)用氧的方法及裝置。
背景技術：
目前，從國內外各級醫(yī)療機構使用的醫(yī)用制氧機看，空氣分離與氧氣提純主要有PSA分子篩變壓吸附和膜分離兩種技術。
(1)PSA技術
基于物理篩分原理，通過分子篩吸附氮氣和其他氣體，從空氣中分離出93±3％的富氧空氣。空氣中主要的三種氣體組分是氧、氮、氬，在空氣中的體積百分比約為21％、78％、0.5％，而氬氣和氧氣分子的物理學尺寸相近，PSA過程在富集氧氣的同時，也會等比例富集氬氣，因此，分子篩制氧設備只能將氮氣和氧氣分離，而產品氣中始終含有5％左右的氬氣，導致產氧濃度只能達到90％-96％，俗稱“富氧空氣”，符合國家藥品標準“WS1-XG-008-2012”。
分子篩制氧機生產的“富氧空氣”的臨床使用范圍有限，不能滿足手術室、ICU的用氧需求。YY/T0298-1998《醫(yī)用分子篩制氧設備通用技術規(guī)范》規(guī)定“分子篩制氧機適用于以醫(yī)療保健為目的，且要求只能單臺制氧，不可管道供應”。國家藥監(jiān)局《564號文件》(2010年)規(guī)定“ICU、手術室不能使用富氧空氣”。此外，WS 435-2013《醫(yī)院醫(yī)用氣體系統(tǒng)運行管理》也規(guī)定：“5.2.1醫(yī)院應根據(jù)自身的特點設置符合醫(yī)療要求的醫(yī)用氧氣氣源供應模式”。分子篩制氧機生產的“富氧空氣”醫(yī)療收費不在國家公布的目錄內，若按“醫(yī)用氧”標準收費有假藥之嫌，患者取證后，使醫(yī)院處置糾紛時陷于被動！因此，從法規(guī)監(jiān)管的角度來看，分子篩制氧設備生產的“富氧空氣”是不能用在醫(yī)院的手術部的(生命支持區(qū)域、ICU、手術室等)。
(2)膜分離技術
基于“溶解-滲透-解析”的膜分離過程，通過CMC多循環(huán)空氣分離工藝過程，可以將氧氣、氮氣和氬氣進行分離，可直接從空氣中分離富集99.5％以上的氧氣，產氣品質能達到GB8982-2009《醫(yī)用及航空呼吸用氧》和《中國藥典》對醫(yī)用氧的要求。
在醫(yī)療機構氧站的建設中，醫(yī)用膜分離制氧機可以替代液氧儲罐，提升用氧安全和供氣品質。
YY 1468-2016《用于醫(yī)用氣體管道系統(tǒng)的氧氣濃縮器供氣系統(tǒng)》已于2016年1月26日頒布，將于2018年1月1日實施。該標準規(guī)定今后富氧空氣和醫(yī)用氧在醫(yī)院中的使用要明顯區(qū)分和標識，換言之，今后醫(yī)院所使用的氧氣有可能是兩種：富氧空氣和醫(yī)用氧?，F(xiàn)行法規(guī)并沒有禁止富氧空氣在醫(yī)療機構中使用，但手術部用氧品質必須達到醫(yī)用氧要求(濃度要不小于99.5％，其他雜質含量也有嚴格限定)。
全國有上萬家成規(guī)模的醫(yī)療機構，使用分子篩制氧設備的不少于2000家！如何才能使現(xiàn)有采用分子篩制氧機供氣的醫(yī)院手術部用氣品質達標呢？
為手術部單獨設計供氧管道，重新采購醫(yī)用膜分離制氧機或安裝液氧儲罐，可以滿足此要求。但是：(1)管道改造，涉及工程土建，規(guī)劃審批立項很難，費用也高；(2)醫(yī)院容積率過高，消防防火間距受限，沒有足夠空間安裝儲罐；(3)采購新型醫(yī)用膜分離制氧機涉及經(jīng)費預算、大型設備招投標，流程繁瑣，重復投資；(4)即便采購完成，原來氧站安放空間、電源冗余都不夠，這些都是現(xiàn)實問題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種氧氣純度高、提純成本低、能耗低的醫(yī)院富氧空氣提純醫(yī)用氧的方法及裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種醫(yī)院富氧空氣提純醫(yī)用氧的裝置，包括依次連接的中空纖維分離膜管、磁化吸附器、氧氬分離器和氧氣存儲裝置，所述磁化吸附器包括中空筒體和設置在所述中空筒體內壁上的勵磁線圈，所述中空筒體包括設置在底部的進氣口和第一排氣口，所述進氣口與所述中空纖維分離膜管的出氣端相連接，所述進氣口與所述中空纖維分離膜管之間設置有第二截斷閥，所述第一排氣口與所述氧氬分離器的進氣口通過第一管路相連接，所述第一管路上設置有第一截斷閥，所述氧氬分離器和所述氧氣存儲裝置之間通過第三管路相連接。
優(yōu)選的，所述磁化吸附器還包括設置在頂部的第二排氣口，所述第二排氣口與氮氣存儲裝置通過第二管路相連接，所述第二管路上設置有單向閥、抽氣機和氣體濃度測量裝置，所述氮氣存儲裝置與所述中空纖維分離膜管的進氣端相連接。
優(yōu)選的，所述氮氣存儲裝置與所述中空纖維分離膜管之間還設置有增壓泵。
優(yōu)選的，所述醫(yī)院富氧空氣提純醫(yī)用氧的裝置還包括氣體參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述氣體參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)分別與第一管路和第三管路相連接。
優(yōu)選的，所述氣體參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)還連接有聲光報警裝置。
優(yōu)選的，所述第一管路上還設置有真空泵。
優(yōu)選的，所述中空纖維分離膜管的出氣端設置有氣體壓力計。
優(yōu)選的，所述氧氬分離器包括氧氬分離膜和排氬口。
本發(fā)明還提供了一種醫(yī)院富氧空氣提純醫(yī)用氧的方法，包括如下步驟：
真空泵對裝置內部進行抽真空作用；
抽氣機對磁化吸附器進行抽氣作用，在磁化吸附器中形成負壓；
打開第二截斷閥，富氧空氣在負壓作用下進入中空纖維分離膜管進行雜質氣體吸附和第一次氮氧分離；
在磁化吸附器中進行第二次氮氧分離，氮氣被抽氣機抽入氮氣存儲裝置，氧氣被吸附在所述磁化吸附器的下方；
所述磁化吸附器與氮氣存儲裝置之間第二管路上設置的氣體濃度測量裝置對所第二管路中氮氣濃度進行測量，并將氮氣濃度測量值傳輸給計算機與氮氣濃度預設閾值進行比較；若氮氣濃度測量值大于氮氣濃度預設閾值，則繼續(xù)進行磁化吸附；若氮氣濃度測量值小于氮氣濃度預設閾值，則關閉第二截斷閥，打開第一截斷閥，所述磁化吸附器中的氣體進入氧氬分離器中進行氧氬分離處理；
所述氧氬分離器的出氣口通過第三管路與氧氣存儲裝置相連接，氣體進入氧氣存儲裝置；
所述氣體參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)分別與所述第一管路和所述第三管路相連接，所述氣體參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)分別對所述氧氬分離器提純前氣體和所述氧氬分離器提純后氣體的氧濃度、流量、壓力參數(shù)進行監(jiān)測；若測得參數(shù)大于預設參數(shù)閾值，則啟動聲光報警裝置。
優(yōu)選的，所述氮氣存儲裝置存儲氮氣的同時設置在所述中空纖維分離膜管出氣端上的氣體壓力計對氣體壓力進行測量，并將氣體壓力測量值傳輸給計算機與氣體壓力測量值進行比較；若氣體壓力測量值小于氣體壓力預設閾值，則啟動增加泵，將氮氣存儲裝置中的氮氣傳輸?shù)剿鲋锌绽w維分離膜管的進氣端。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術取得了以下有益效果：
1、本發(fā)明提供的一種醫(yī)院富氧空氣提純醫(yī)用氧的裝置中采用磁化吸附制氧與膜分離脫氬制氧技術相結合，不僅簡化了結構、降低了制造成本，還使得富氧空氣經(jīng)過多次提純，去除了氬氣，進而提高了氧氣濃度，降低了其他氣體雜質的含量。
2、本發(fā)明中采用抽氣機在磁化吸附器內形成負壓的方式，使得富氧空氣能夠順利穿過中空纖維分離膜管進入磁化吸附器內的同時，避免了正壓氣體供氣極易形成空氣中的水分進入磁化吸附器中影響磁化吸附作用的問題。
3、本發(fā)明中采用在氮氣存儲裝置和中空纖維分離膜管之間設置增壓泵的方式，不僅對氮氣進行二次利用，還使得中空纖維分離膜管中的氣體壓力得以增加，進而增大中空纖維分離膜管的氣體通過量，增大磁化吸附器中的氧氣提純效率。
4、本發(fā)明中采用氧氬分離器針對氧氬氣體分子的極性不同，通過專用的膜分離材料對富氧空氣進行脫氬提純，將氧濃度提高到99.5％以上，雜質含量達標醫(yī)用氧要求。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明醫(yī)院富氧空氣提純醫(yī)用氧的裝置的整體結構示意圖；
其中，1-中空纖維分離膜管、2-磁化吸附器、3-氧氬分離器、4-氧氣存儲裝置、5-第二截斷閥、6-第一截斷閥、7-第二管路、8-單向閥、9-抽氣機、10-氣體濃度測量裝置、11-氮氣存儲裝置、12-第一管路、13-第三管路、14-氣體參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)、15-增壓泵、17-真空泵、18-氣體壓力計。
具體實施方式
下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
本發(fā)明的目的是提供一種氧氣純度高、提純成本低、能耗低的醫(yī)院富氧空氣提純醫(yī)用氧的方法及裝置。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
如圖1所示，本發(fā)明提供一種醫(yī)院富氧空氣提純醫(yī)用氧的裝置，包括依次連接的中空纖維分離膜管1、磁化吸附器2、氧氬分離器3和氧氣存儲裝置4，所述磁化吸附器2包括中空筒體和設置在所述中空筒體內壁上的勵磁線圈，所述中空筒體包括設置在底部的進氣口和第一排氣口，所述進氣口與所述中空纖維分離膜管1的出氣端相連接，所述進氣口與所述中空纖維分離膜管1之間設置有第二截斷閥5，所述第一排氣口與所述氧氬分離器3的進氣口通過第一管路12相連接，所述第一管路12上設置有第一截斷閥6，所述氧氬分離器3和所述氧氣存儲裝置4之間通過第三管路13相連接。
其中，中空纖維分離膜管為具有分離混合氣體功能的中空纖維，本發(fā)明中利用中空纖維分離膜管去除N2、CO2和H2S等氣體雜質；磁化吸附器為內壁均布環(huán)繞勵磁、內部裝滿細鋼絲(細鋼絲直徑為φ0.01mm～φ5mm，長度為5mm～500mm)的磁化管，磁化吸附器利用物理方式使得干燥的空氣進入高磁磁場，進而氧氮分子進行偏離，從而得到我們想要得到的氣體；每個氧氬分離器由膜分離材料分隔為高壓側、低壓側，其中，高壓側的一端連接1個原料氣入口，即氧氬分離器的首部，接收原料氣，另一端連接1個滯留氣出口即氧氬分離器的尾部，用以排除較難通過膜分離材料的氣體，而低壓側則連接排氬口，用以排出較容易通過膜分離材料的氣體，其中一個滲透氣出口靠近原料氣入口側或者稱氧氬分離器的首部，另一個滲透氣出口靠近滯留氣出口側或者稱氧氬分離器的尾部，該氧氬分離器具有氧氣與氮氣、氬氣的分離功能，氧氣較容易透過而氮氣、氬氣較難以通過；其中，氧氬分離膜為針對富氧空氣中氧氬分子的極性差異，將孔吸附效應與場效應(電極化特性)有機結合起來，通過加以控制的離子交換方法引入優(yōu)選的三價稀土陽離子，改良傳統(tǒng)吸附材料(沸石)晶體的表面電荷特性與材料表面特性，制備的一種無機分子篩膜材料，對氧氣和氬氣具有較高的選擇性，優(yōu)選的，將不同比例的端基為乙烯基的聚苯醚、乙烯基硅橡膠與高含氫硅聚合物，在氯鉑酸催化下，通過硅氫化反應生成高度交聯(lián)的新型聚合物；氣體測量裝置均包括氣體測量管和氣體連接管，氣體測量管和氣體連接管之間通過緩沖管相連通，當檢測氣體濃度時，氣體連接管中的氣體經(jīng)過緩沖管后被彌散到氣體測量管中，在氣體測量管中有超聲波發(fā)射接收裝置和蓋片，超聲波到達蓋片后被反射回來，當氣體濃度發(fā)生變化時，超聲波的傳播速度會發(fā)生變化，產生不同的電壓信號，信號即可通過電線送到自制電路板上，處理后，直接傳到計算機中，在計算機中觀察到相應的氧氣濃度值；氣體參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)為西安聚能儀器有限公司的氧氣分析儀，型號為JNYQ-0-11C或者西安泰戈生產的氧氣純度分析儀，型號為TG-310。
操作人員在操作過程中使得外界的富氧空氣，經(jīng)過中空纖維分離膜管1去除雜質氣體以及一部分N2后，進入磁化吸附器2內部，在高磁磁場的作用下，氮氣隨著磁場方向向磁化吸附器2的上部運動，氧氣被吸附在磁化吸附器2的下部，完成第二次氮氧分離，隨后磁化吸附器2中的含氧氣體進入到氧氬分離器3中進行氧氬分離處理，通過氧氬分離膜對富氧空氣進行脫氬提純，將氧濃度提高到99.5％以上，氧氬分離器3中產生的高純度氧氣進入氧氣存儲裝置4中進行存儲、使用。
為了對磁化吸附器2中的氮氣進行二次利用，同時也為了提高制氧質量和效率，本發(fā)明中的所述磁化吸附器2還包括設置在頂部的第二排氣口，所述第二排氣口與氮氣存儲裝置11通過第二管路7相連接，所述第二管路7上設置有單向閥8、抽氣機9和氣體濃度測量裝置10，其中，首先關閉第一截斷閥6，打開第二截斷閥5和抽氣機9，抽氣機9使得磁化吸附器2內形成負壓，使得外界的富氧空氣在負壓的作用下進入磁化吸附器2，磁化吸附器2中的氮氣在抽氣機9的作用下進入到氮氣存儲裝置11中，當氣體濃度測量裝置9中測量到第二管路7中的氮氣濃度測量值比預設氮氣濃度閾值小時，關閉抽風機和第二截斷閥5，打開第一截斷閥6，使得磁化吸附器2中的含氧氣體進入到氧氬分離器3中進行氧氬分離處理，并且由于所述氮氣存儲裝置11與所述中空纖維分離膜管1的進氣端相連接，氮氣的進入使得中空纖維分離膜管1中氣體的正向壓力增大，在正向壓力和負向壓力的共同作用下，使得通過中空纖維分離膜管1的氣體量增大，進而提高了制氧效率。
為了進一步提高中空纖維分離膜管1中氣體的正向壓力，本發(fā)明還在所述氮氣存儲裝置11與所述中空纖維分離膜管1之間還設置有增壓泵15，使得氮氣存儲裝置11中的氮氣經(jīng)過增壓后進入到中空纖維分離膜管1中。
本發(fā)明中所述醫(yī)院富氧空氣提純醫(yī)用氧的裝置還包括氣體參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)14，所述氣體參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)14分別與第一管路12和第三管路13相連接，實時監(jiān)測顯示進入氧氬分離器3前氣體和經(jīng)過氧氬分離器3提純后的產品氣(醫(yī)用氧)的濃度、流量、壓力等參數(shù)；
并且當參數(shù)不達標時，與氣體參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)14相連接的聲光報警裝置發(fā)出警報，提示醫(yī)護操作人員。
本發(fā)明中的所述磁化吸附器2至少為2個，所述磁化吸附器2首尾相連形成多級磁化吸附器2，使得氣體進行多級磁化吸附器2，提高了氣體的純度。
本發(fā)明中的所述氧氬分離器3至少為2個，所述氧氬分離器3首尾相連形成循環(huán)氧氬分離器，使得氣體進行循環(huán)式膜分離，提高了氣體的純度。
本發(fā)明中在所述第一管路12上還設置有真空泵17，在進行醫(yī)用氧氣提純工作之前，利用真空泵17對裝置內進行抽真空作用，保證裝置內無其他氣體雜質，影響醫(yī)用氧提純工作的進行。
為了保證中空纖維分離管中有足夠的壓力，并保證壓力不會產生空氣水分，本發(fā)明中在所述中空纖維分離膜管1的出氣端設置有氣體壓力計18，其中氣體壓力計18與計算機相連接，實現(xiàn)對中空纖維分離膜管1的出氣端氣體壓力的實時監(jiān)測。
另外，本發(fā)明中還可以在第一管路12上設置吸氣裝置，使得磁化吸附器2中的含氧氣體快速進入氧氬分離器3中，提高制備醫(yī)用氧效率。
本發(fā)明中還提供了一種應用了上述醫(yī)院富氧空氣提純醫(yī)用氧的裝置的方法，該方法包括如下步驟：
真空泵17對裝置內部進行抽真空作用；
抽氣機9對磁化吸附器2進行抽氣作用，在磁化吸附器2中形成負壓；
打開第二截斷閥5，富氧空氣在負壓作用下進入中空纖維分離膜管1進行雜質氣體吸附和第一次氮氧分離；
在磁化吸附器2中進行第二次氮氧分離，氮氣被抽氣機9抽入氮氣存儲裝置11，氧氣被吸附在所述磁化吸附器2的下方；
所述磁化吸附器2與氮氣存儲裝置11之間第二管路7上設置的氣體濃度測量裝置10對所第二管路7中氮氣濃度進行測量，并將氮氣濃度測量值傳輸給計算機與氮氣濃度預設閾值進行比較；若氮氣濃度測量值大于氮氣濃度預設閾值，則繼續(xù)進行磁化吸附；若氮氣濃度測量值小于氮氣濃度預設閾值，則關閉第二截斷閥5，打開第一截斷閥6，所述磁化吸附器2中的氣體進入氧氬分離器3中進行氧氬分離處理；
所述氧氬分離器3的出氣口通過第三管路13與氧氣存儲裝置4相連接，氣體進入氧氣存儲裝置4；
所述氣體參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)14分別與所述第一管路12和所述第三管路13相連接，所述氣體參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)14分別對所述氧氬分離器3提純前氣體和所述氧氬分離器3提純后氣體的氧濃度、流量、壓力參數(shù)進行監(jiān)測；若測得參數(shù)大于預設參數(shù)閾值，則啟動聲光報警裝置。
為了更好的保證醫(yī)用氧提純效率，本發(fā)明中所述氮氣存儲裝置11存儲氮氣的同時，設置在所述中空纖維分離膜管1出氣端上的氣體壓力計18對氣體壓力進行測量，并將氣體壓力測量值傳輸給計算機與氣體壓力測量值進行比較；若氣體壓力測量值小于氣體壓力預設閾值，則啟動增壓泵15，將氮氣存儲裝置11中的氮氣傳輸?shù)剿鲋锌绽w維分離膜管1的進氣端。
本發(fā)明中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。