近年來(lái)，隨著人們生活水平的改善，健康理念的深入，以及老齡化社會(huì)的到來(lái)，家庭用氧的需求日趨增大，使得制氧機(jī)行業(yè)得到迅速發(fā)展，并逐步成為新興的家用電器之一。

制氧機(jī)龍頭企業(yè)之一——魚躍制氧機(jī)市面在售的超過(guò)30個(gè)機(jī)型，囊括院用、家用、高原、車載、戶外便攜等全領(lǐng)域應(yīng)用場(chǎng)景，其在2021年制氧機(jī)銷量就突破了100萬(wàn)臺(tái)。

除此外，歐姆龍、沈陽(yáng)新松醫(yī)療、北京誼安健康、海爾家庭醫(yī)療、沈陽(yáng)海龜醫(yī)療、飛利浦等制氧機(jī)企業(yè)也較為知名，相關(guān)業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)較快。

近期，隨著新冠疫情管控全面放開(kāi)帶來(lái)的新冠感染人數(shù)快速攀升，中國(guó)多個(gè)地方醫(yī)療資源出現(xiàn)緊缺，廣大人民群眾發(fā)起了自救行動(dòng)，在家里備一臺(tái)制氧機(jī)成為很多人的選擇，相關(guān)制氧機(jī)企業(yè)的訂單也是翻倍增長(zhǎng)。

熱銷的制氧機(jī)

那么，家用制氧機(jī)和醫(yī)用制氧機(jī)有何區(qū)別，如何挑選一臺(tái)合適的家用制氧機(jī)？接下來(lái)，為了幫大家深入了解制氧機(jī)的工作原理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，我們進(jìn)行相關(guān)解讀。

氧氣對(duì)于人類生存和健康至關(guān)重要，它關(guān)乎著人體的新陳代謝過(guò)程。醫(yī)學(xué)界將30%濃度的氧稱為“富氧”，又稱“生命氧”，在此氧濃度環(huán)境下，體力機(jī)能、大腦智力、血液氧濃度均達(dá)到人體最佳狀態(tài)。

氧保健起源于西歐，被人們當(dāng)作一種高級(jí)健身的方法。上世紀(jì)80年代以來(lái)，墨西哥、美國(guó)、日本相繼開(kāi)展氧保健。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，約20%以上的家庭擁有小型制氧設(shè)備，供家人進(jìn)行氧保健。氧療和氧保健的出現(xiàn)，意味著人們對(duì)于氧氣的需求由完全仰賴自然向進(jìn)一步自主爭(zhēng)取進(jìn)行轉(zhuǎn)變，開(kāi)啟了氧氣與人類供需方式的新篇章。

■?國(guó)內(nèi)外家用制氧機(jī)現(xiàn)狀

分子篩制氧機(jī)由美國(guó)于1960年開(kāi)發(fā)研制成功，1970年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，并迅速在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。美國(guó)市場(chǎng)呼吸類產(chǎn)品——制氧機(jī)的需求比率為37%。美國(guó)以外地區(qū)需求量總計(jì)僅約等于美國(guó)之需求。從上世紀(jì)70年代開(kāi)始，分子篩制氧機(jī)得到迅速發(fā)展，而最近幾年的發(fā)展勢(shì)頭更為旺盛。目前分子篩制氧機(jī)主要生產(chǎn)地有美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、加拿大、韓國(guó)和日本。

家用制氧機(jī)

據(jù)WHO統(tǒng)計(jì)，全球呼吸醫(yī)療支出約為4800億美元，呼吸類產(chǎn)品占32%，市場(chǎng)需求每年約增長(zhǎng)11%。隨著各國(guó)政府保健政策的加強(qiáng)，以及環(huán)境空氣質(zhì)量惡化，導(dǎo)致呼吸類傳染疾病的增多，再加上全球人口老齡化等原因，都將對(duì)制氧機(jī)市場(chǎng)的增長(zhǎng)帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。

據(jù)2021年5月公布的第七次人口普查結(jié)果，我國(guó)60歲及以上人口為2.64億人，占18.70%(其中，65歲及以上人口為1.91億人，占13.50%)。與2010年相比，60歲及以上人口的比重分別上升5.44個(gè)百分點(diǎn)。隨著我國(guó)老齡人口的增加，老年病成為困擾社會(huì)和家庭的難題。由于我國(guó)保健用家用制氧設(shè)備剛剛起步，目前家庭擁有率不足1%。

有醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)表明，吸氧對(duì)于緩解和預(yù)防老年人心腦血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病具有良好的效果。氧療和氧保健能夠促進(jìn)人體身心健康，使人精力充沛，增強(qiáng)人們承受緊張、壓力的能力；尤其對(duì)提高中老年人機(jī)體的抗病能力，減輕病癥、加速康復(fù)和避免后遺癥等方面具有較好的效果。因此，家用制氧機(jī)作為一種適合家庭使用，提升中老人生活品質(zhì)和促進(jìn)健康的產(chǎn)品，具有十分廣闊的發(fā)展前景。

■?家用制氧機(jī)工作原理

1. 制氧原理

目前，家用制氧機(jī)主要有變壓吸附式和膜分離式兩種制氧方式。其中，變壓吸附法制氧也稱為分子篩制氧。

變壓吸附法：利用分子篩對(duì)特定氣體的吸附和釋放能力的不同而進(jìn)行氣體分離。吸附和釋放單一氣體的大小在不同壓力變化下有所降低或增加，如在高壓狀態(tài)下，分子篩對(duì)單一氣體的吸附容量增大；在低壓情況下，其釋放氣體的量增大。分子篩通過(guò)反復(fù)對(duì)氣體的吸附與釋放而得到相應(yīng)的氣體。變壓吸附法具有能耗少、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

分子篩制氧機(jī)工作原理

膜分離法：采用半滲透膜將空氣中的氧氣和氮?dú)膺M(jìn)行分離。在不同壓力下，氧氣和氮?dú)獯┻^(guò)半滲透膜的能力不同，壓力大則氧氣滲過(guò)膜的速度快。膜分離法具有成本低、工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是對(duì)滲透膜的性能要求高，制出氧氣濃度的高低極度依賴膜的滲透性能好壞。

變壓吸附式家用制氧機(jī)制出的氧氣濃度初始值可達(dá)93%以上，膜分離式家用制氧機(jī)制出的氧氣濃度初始值通常在30%左右。本文以變壓吸附式制氧機(jī)為例介紹制氧機(jī)的工作原理。

2. 家用制氧機(jī)工作原理

制氧機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要包括：進(jìn)氣過(guò)濾裝置、進(jìn)氣消音裝置、空氣壓縮機(jī)、散熱冷卻裝置、分子篩制氧系統(tǒng)(吸附塔)、電磁閥、控制電路及流量計(jì)。

制氧系統(tǒng)、壓縮機(jī)、控制板為制氧機(jī)的三大主件。其中，制氧系統(tǒng)工藝最復(fù)雜，也是制氧機(jī)中的核心部件，它融合了氣動(dòng)原理機(jī)構(gòu)、管路氣壓配合系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)壓力部件、材料應(yīng)用、密封結(jié)構(gòu)等各種工藝的集成組合。

圖1為制氧機(jī)制氧系統(tǒng)氣路結(jié)構(gòu)，圖1中①進(jìn)氣過(guò)濾器；②壓縮機(jī)；③電磁閥；④單向閥；⑤分子篩塔；⑥均壓閥；⑦單向閥；⑧調(diào)壓閥；⑨排氣消音器。

圖1 制氧系統(tǒng)氣路結(jié)構(gòu)

制氧機(jī)的工作原理是利用分子篩變壓物理吸附和變壓解吸的技術(shù)，通過(guò)內(nèi)嵌的分子篩，在加壓時(shí)，可將空氣中氮?dú)馕剑幢晃盏难鯕獗皇占?jīng)過(guò)凈化處理后，即成為高純度的氧氣。

當(dāng)壓力達(dá)到一定高度后，開(kāi)始減壓，分子篩將吸附的氮?dú)馀欧呕丨h(huán)境空氣中。在下次加壓時(shí)，又可以通過(guò)吸附氮?dú)鈦?lái)制取氧氣，整個(gè)過(guò)程為周期性的動(dòng)態(tài)循環(huán)過(guò)程。分子篩的解析過(guò)程如圖2所示。

圖2 分子篩解析過(guò)程

目前所有醫(yī)療用制氧機(jī)均采用PSA變壓吸附，空氣分離制氧技術(shù)，該技術(shù)是基于吸引劑(沸石分子篩)對(duì)空氣中氮?dú)狻⒀鯕獾奈侥芰Φ牟町悂?lái)實(shí)現(xiàn)氧氣和氮?dú)獾姆蛛x，當(dāng)空氣進(jìn)入裝有吸附劑的床屋時(shí)，氮?dú)馕侥芰^強(qiáng)被吸附，而氧氣不被吸附，這樣可以在吸附床出口端獲得高濃度的氧氣。由于吸附劑的吸附量具有隨壓力變化的特性，改變其壓力，可使吸附交替進(jìn)行。

家用變壓吸附式制氧機(jī)具體工作過(guò)程為首先進(jìn)行壓縮空氣，經(jīng)空氣純化干燥機(jī)凈化后，通過(guò)切換閥進(jìn)入吸附塔，在吸附塔內(nèi)，氮?dú)獗环肿雍Y吸附，氧氣在吸附塔頂部被聚集后進(jìn)入氧氣儲(chǔ)罐，再經(jīng)除異味、除塵過(guò)濾器和除菌過(guò)濾器過(guò)濾即獲得潔凈的氧氣。

■?《家用制氧機(jī)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T5368-2019解讀

1. 制定背景

1985年，美國(guó)的Praxair公司研制出第一臺(tái)小型制氧機(jī)，標(biāo)志著分子篩技術(shù)小型化的開(kāi)始，使得制氧機(jī)開(kāi)始進(jìn)入普通家庭。我國(guó)1998年國(guó)家醫(yī)藥管理局批準(zhǔn)了YY/T0298－1998《醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備通用技術(shù)規(guī)范》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；2009年，國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局出臺(tái)了YY0732－2009《醫(yī)用氧氣濃縮器安全要求》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但針對(duì)普通用戶使用的家用制氧機(jī)標(biāo)準(zhǔn)依舊是空白。

由全國(guó)家用電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)技術(shù)歸口，工業(yè)和信息化部批準(zhǔn)發(fā)布的QB/T5368-2019《家用制氧機(jī)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，改變了我國(guó)只有醫(yī)用制氧機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，為小型化非醫(yī)用制氧機(jī)進(jìn)入普通消費(fèi)者家庭提供了技術(shù)依據(jù)。

QB/T5368-2019《家用制氧機(jī)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)目前市場(chǎng)上的家用制氧機(jī)的主要制氧技術(shù)，對(duì)變壓吸附式制氧技術(shù)和膜分離式制氧技術(shù)分別做出了技術(shù)要求。其中，變壓吸附制氧也可稱為分子篩制氧，制出的氧氣濃度高，是市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品；膜分離制氧是利用膜分離法從空氣中分離制取氧氣，制出的氧氣濃度較低。

2. 產(chǎn)品分類

2.1按氣體分離原理分類的家用制氧機(jī)

變壓吸附制氧機(jī)(圖3)。該類型產(chǎn)品可用于家用保健氧療領(lǐng)域，主要性能可達(dá)醫(yī)用級(jí)別，制氧高效。

圖3 變壓吸附制氧機(jī)

膜分離制氧機(jī)(圖4)。該類產(chǎn)品可用于戶外，優(yōu)點(diǎn)是便于移動(dòng)，體積小，價(jià)格低，但制氧濃度較低，適合保健用氧。

圖4 膜分離制氧機(jī)

2.2 按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分類的家用制氧機(jī)

圖5 分體式制氧機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行示意圖

該類型產(chǎn)品多用于大戶型、別墅、商業(yè)或高原集體供氧。規(guī)格通常在10L以上。

3. 主要技術(shù)指標(biāo)

3.1正常使用環(huán)境

制氧機(jī)在下列環(huán)境條件下應(yīng)能正常使用：

3.2 流量偏差

家用制氧機(jī)的額定流量偏差范圍為±10%或±0.2L/min，兩者中取較大值。

高原用制氧機(jī)流量會(huì)隨著海拔高度的變化而變化，具體數(shù)值可參考表1。

表1制氧機(jī)流量比值與海拔高度對(duì)應(yīng)關(guān)系表

注：表1中所述實(shí)際流量為相應(yīng)的海拔高度下所產(chǎn)出的富氧氣體的標(biāo)況值。

流量偏差是很多氣體設(shè)備常見(jiàn)的誤差特性，QB/T5369-2019標(biāo)準(zhǔn)的流量偏差范圍值和醫(yī)用標(biāo)準(zhǔn)保持一致。同時(shí)增加了關(guān)于高原氣壓變化帶來(lái)的誤差區(qū)間。

3.3 氧濃度

氧濃度是制氧機(jī)產(chǎn)品證明其產(chǎn)品性能最終指標(biāo)的重要參數(shù)之一。QB/T5368-2019標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在額定流量下，基于變壓吸附原理的制氧機(jī)的氧濃度應(yīng)不低于90%，基于膜分離原理的制氧機(jī)的氧濃度應(yīng)不低于30%。相對(duì)于醫(yī)用制氧機(jī)標(biāo)準(zhǔn)氧氣濃度≥90%，QB/T5369-2019標(biāo)準(zhǔn)對(duì)家用產(chǎn)品中根據(jù)工藝特性出現(xiàn)的膜分離制氧機(jī)產(chǎn)品也予以了覆蓋。

QB/T5368-2019標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)關(guān)注家用制氧機(jī)的核心技術(shù)指標(biāo)包括氧濃度、氧氣潔凈度、噪聲等關(guān)鍵技術(shù)要求。其中，氧濃度作為制氧機(jī)的核心參數(shù)，也是消費(fèi)者選購(gòu)時(shí)必須格外關(guān)注的參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)要求變壓吸附制氧機(jī)的氧濃度應(yīng)不低于90％，主要考慮的是能夠有效地解決缺氧這個(gè)用戶的痛點(diǎn)，以及可以實(shí)現(xiàn)小范圍彌散式供氧的需求。

3.4氧濃度報(bào)警

無(wú)論是變壓吸附制氧機(jī)還是膜分離制氧機(jī)，在使用一段時(shí)間后，都會(huì)出現(xiàn)氧濃度逐步下降的現(xiàn)象，為了保證用戶使用效果，QB/T5368-2019要求在如下情況時(shí)制氧機(jī)應(yīng)有報(bào)警警示：

——當(dāng)基于變壓吸附原理的制氧濃度低于70%~74%時(shí)；

——當(dāng)基于膜分離原理的制氧濃度低于25%~27%時(shí)。

上述指標(biāo)的設(shè)置，既參考了成熟的醫(yī)用制氧機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的要求，又考慮了滿足家庭使用的需求，其中膜分離式制氧機(jī)氧濃度的要求主要出于要能滿足富氧條件。

3.5噪聲

膜分離原理制氧機(jī)的聲功率級(jí)噪聲應(yīng)不大于50dB(A計(jì)權(quán))。變壓吸附原理制氧機(jī)的聲功率級(jí)噪聲應(yīng)符合表2的要求。

表2家用制氧機(jī)噪聲限定值

以上數(shù)據(jù)的設(shè)立是起草工作組在大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合產(chǎn)品生產(chǎn)工藝管控驗(yàn)證的結(jié)果，符合日常家居產(chǎn)品的范圍要求。采用膜分離技術(shù)的制氧機(jī)的噪聲通常比變壓吸附的要小，消費(fèi)者可根據(jù)自己的使用需求選購(gòu)相應(yīng)產(chǎn)品。

3.6 計(jì)時(shí)器

家用制氧機(jī)需配置計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器應(yīng)能累計(jì)制氧機(jī)的使用時(shí)間，以小時(shí)(h)或分(min)為單位。計(jì)時(shí)器的配備，便于為用戶提供更好的使用體驗(yàn)和保養(yǎng)提示。

3.7 高、低溫貯存

高溫貯存：將制氧機(jī)不通電置于與室溫一致的試驗(yàn)箱內(nèi)，使試驗(yàn)箱溫度逐漸升到(55±3)℃，保持1h。取出并存放于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下最少lh，使其恢復(fù)至室溫下，再通以額定電壓通電運(yùn)行。

低溫貯存：將制氧機(jī)不通電置于與室溫一致的試驗(yàn)箱內(nèi)，使試驗(yàn)箱溫度逐漸降到 (-40±2)℃，保持4h。取出并存放于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下最少lh，使其恢復(fù)至室溫，再通以額定電壓通電運(yùn)行。

按照上述條件試驗(yàn)后，制氧機(jī)應(yīng)能正常啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)無(wú)變形或開(kāi)裂，且氧濃度符合要求。

■?發(fā)展前景預(yù)測(cè)

統(tǒng)計(jì)分析表明，家用制氧機(jī)將以膜分離式和變壓吸附式為主，而變壓吸附式將占據(jù)主流。由于產(chǎn)品集成式的應(yīng)用，從而預(yù)計(jì)家用制氧機(jī)未來(lái)將會(huì)在以下幾個(gè)方面取得進(jìn)展。