便攜式制氧機(jī)的研制

1、大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)書項(xiàng)目名稱：便攜式制氧機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及研制負(fù)責(zé)人：關(guān)B道元所在院系： 化工學(xué)院指導(dǎo)教師：王同華申請(qǐng)時(shí)間：2010年9月大連理工大學(xué)教務(wù)處制表項(xiàng)目名稱便攜式制氧機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及研制申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)10000元起止時(shí)間2010年9月至 2011年10月負(fù) 責(zé) 人姓名院（系）專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)聯(lián)系電話鄭道元化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)化 091020094429815104090717參 加 成 員徐一鳴化工學(xué)院化工與制藥化 091020094423215242607367指導(dǎo)教師姓名王同華職稱教授學(xué)位博士單位化工學(xué)院材料化工系聯(lián)系方式39893968項(xiàng)目背景及研究意義（同類研究工作國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與存

2、在的問題等）制氧機(jī)廣泛適用于氧療和氧保健的人群，中老年人、孕婦、長(zhǎng)期從事腦力勞動(dòng)的學(xué)生、公司職員、機(jī)關(guān)干部；長(zhǎng)期從事井下或密閉空間作業(yè)的人群、過度運(yùn) 動(dòng)勞累氧供濟(jì)不足的人群等均屬于易患缺氧的人群?；加泻粑到y(tǒng)疾病的患者， 如哮喘、氣管炎、支氣管炎等，每天定量吸氧，可以清潔呼吸系統(tǒng)環(huán)境，緩解病 情，患有動(dòng)脈硬化、肝、肺功能障礙癥以及冠心病、腦中風(fēng)的患者，定期吸氧可 以降低發(fā)病頻率，改善內(nèi)臟功能，增強(qiáng)免疫能力。適當(dāng)補(bǔ)氧能夠維護(hù)身心健康，提高 工作效率和精神狀態(tài)，緩解工作壓力。充足的氧氣能夠促進(jìn)女性皮膚血液循環(huán)，使皮膚 組織的代謝活動(dòng)更加活躍，同時(shí)加快毒素和廢物的排出和水分的補(bǔ)充，使皮膚更加年輕，富

3、有彈性，達(dá)到美容養(yǎng)的功效?？梢?，制氧機(jī)有著很大的應(yīng)用前景。（便攜式制氧機(jī)采用先進(jìn)的過濾技術(shù)，可去除了空氣中的其他有害氣體分子與微粒，咼純凈度，具有很強(qiáng)的氧活性,有利于人體的吸收，體積小，重量輕，高效節(jié)能，簡(jiǎn)捷實(shí)用，適合于出行隨身攜帶。） 現(xiàn)有的制氧機(jī)按其應(yīng)用的技術(shù)分類為化學(xué)制氧法、變壓吸附法和膜分離法?；瘜W(xué)制氧法又有化學(xué)投料制氧機(jī)和電化學(xué)制氧機(jī)。化學(xué)投料制氧機(jī)價(jià)格便宜，一般 為兩三百兀左右，但對(duì)長(zhǎng)期使用則是非常昂貴，目前市面上制氧劑每盒約40-48兀，每小包使用時(shí)間約15分鐘，氧流量較小，一般每次需使用2-3包，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間使用者來說，費(fèi)用過高。電化學(xué)制氧機(jī)采用的原理是氧氣在電場(chǎng)作用下通過空氣-

4、碳電極膜進(jìn)入電解液生成雙氧根，然后雙氧根在正極分解生成氧氣，特點(diǎn)是生成氧的濃度高，可達(dá)99.6%,但缺點(diǎn)非常多如氧流量小，質(zhì)量不穩(wěn)定，出來的氧氣帶有堿性，一般要經(jīng)充分洗氣。因此不適宜外出攜帶使用。變壓吸附法制氧是指利用沸石分子篩作為吸附劑，在加壓條件下，選擇吸附空氣中 的氧氣。使用該技術(shù)的制氧機(jī)目前在市場(chǎng)上占有主要份額，主要用于醫(yī)院等醫(yī)療機(jī)構(gòu)。 該類制氧機(jī)具有分離性能、離子交換性能、選擇性能和吸附性能等良好特點(diǎn)，且輸出氧 氣的濃度較大，可達(dá) 80%以上。但該類制氧機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備龐大，維護(hù)成本高，價(jià)格 昂貴，噪聲較大，因此不適宜隨身攜帶，也限制了其大范圍的推廣。膜分離法是做進(jìn)幾年發(fā)展起來的氣體

5、分離技術(shù)。主要利用空氣中各組分透過膜時(shí)滲 透速率的不同，在壓力差的驅(qū)動(dòng)下，滲透速率較慢的氣體滯留在膜的滯留側(cè)，而滲透速 率較大的氧氣透過膜，在膜的滲透?jìng)?cè)被富集，從而制得富集氧氣。雖然膜分離法富集技 術(shù)在產(chǎn)品純度和產(chǎn)氣量方面都不高，但在制備較低濃度氧氣時(shí)， 膜分離法具有節(jié)能顯著，裝置簡(jiǎn)單，啟動(dòng)速度快等特點(diǎn)。這使該技術(shù)適用于研制在高原地區(qū)使用且隨開隨用的制 氧機(jī)。膜空氣分離法按膜的不冋分為有機(jī)膜、無機(jī)炭膜。由于氣體在聚合物膜中滲透量較 低，而且其分離選擇性還受到“Rebeson上限”的限制。現(xiàn)有的聚合物膜材料要么氣體滲透量較大而氮氧選擇性非常低，要么氮氧選擇性較咼而氣體滲透量非常低。加上聚合 物自

6、身存在種種缺陷如不能耐高溫、耐腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度差，重現(xiàn)性不好等，根本無法滿足市場(chǎng)對(duì)高性能氣體分離膜日益增長(zhǎng)的需求。炭膜是一種新型無機(jī)多孔膜，具有發(fā)達(dá)、可區(qū)分氣體分子尺寸的納米級(jí)超細(xì)微孔結(jié) 構(gòu)，對(duì)氣體表現(xiàn)出很高的分離選擇性及滲透能力。特別是在小分子氣體分離如O2/N2 ,CO2/CH4 , CO2/N2及烯烴/烷烴分離等方面顯示出比聚合物膜和其他無機(jī)膜更優(yōu)異的分 離選擇性及滲透能力。在氣體分離方面，炭膜被認(rèn)為是本世紀(jì)替代現(xiàn)有氣體分離技術(shù)的 一個(gè)非常重要的分離技術(shù)，具有更大的發(fā)展?jié)摿εc誘人的應(yīng)用前景。本研究擬采用炭膜件為主要部件，研制可用于高原地區(qū)哨所戰(zhàn)士在外出執(zhí)勤時(shí)可隨 身攜帶的制氧機(jī)。在咼原地區(qū)

7、執(zhí)勤，由于氣壓低，氧氣稀薄極易引發(fā)咼原反應(yīng)，例如由 于缺氧對(duì)大腦功能的損害，對(duì)視覺的損害，使聽覺減退，觸覺及痛覺變遲鈍，使記憶力 變溥弱等等，這些都會(huì)對(duì)戰(zhàn)士們身心造成嚴(yán)重傷害。該制氧機(jī)體積小，能耗低，便于外 出攜帶。可產(chǎn)生濃度在30%50%的氧氣，避免因低壓低氧造成的咼原反應(yīng)。咼原地區(qū)執(zhí)勤官兵在外出巡邏時(shí)帶上該裝備，可以有效的改善的身心健康。大連理工大學(xué)從1993年起就在國(guó)內(nèi)率先開展的炭膜方面的研究工作。經(jīng)過近20年的不懈探索和努力工作，取得了一系列的創(chuàng)新成果。研究?jī)?nèi) 容和擬 解決的 關(guān)鍵問 題研究目標(biāo)：本研究采用無機(jī)炭膜為主要部件，利用其對(duì)氧分子和氮分子不冋的分離選擇性及滲透力的原理不同的分

8、離選擇性及滲透力的原理研制制氧機(jī)。根據(jù)使用條 件和用途的不同，分別研制不同的裝置研究?jī)?nèi)容：1.考察不同結(jié)構(gòu)的炭膜的氮氧分離選擇性能力，以及咼分離選擇性炭膜的研 究和制備2便攜式制氧機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.便攜式制氧機(jī)研制以及性能的測(cè)試解決的關(guān)鍵問題：1. 制備炭膜組件2. 炭膜組件密封3. 制氧機(jī)的性能測(cè)試項(xiàng)目創(chuàng) 新之處1 利用價(jià)格較低廉、性能穩(wěn)定的無機(jī)炭膜為主要部件，有效的降低產(chǎn)品成本，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命2 利用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的無機(jī)炭膜為主要部件，大大簡(jiǎn)化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，使其微型化便于攜帶3 根據(jù)不同需要設(shè)計(jì)不同機(jī)構(gòu)的制氧機(jī)，使其更具有實(shí)用性項(xiàng)目進(jìn)度安排（查閱資料、選題、自主設(shè)計(jì)項(xiàng)目研究方案、開題報(bào)告、實(shí)驗(yàn)研

9、究、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、處理與 分析、研制開發(fā)、填寫結(jié)題表、撰寫研究論文和總結(jié)報(bào)告、參加結(jié)題答辯和成果推廣等）2010.9 2011.1查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解制氧的原理、方法與相應(yīng)的技術(shù)，了解炭膜技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀，掌握不冋炭膜的制備方法及其工藝條件，確定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃對(duì)社會(huì)對(duì)于制樣機(jī)產(chǎn)品的需求進(jìn)行調(diào)研，研究社會(huì)對(duì)制氧機(jī)結(jié)構(gòu)及功能的需要對(duì)不同結(jié)構(gòu)的炭膜進(jìn)行相應(yīng)性能的測(cè)試，確定并研制具有咼效氮氧選擇性的卷式炭膜炭膜2011.2 2011.7設(shè)計(jì)制氧機(jī)的結(jié)構(gòu)，對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行選擇、測(cè)試，對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)估，對(duì)其結(jié) 構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提咼其性價(jià)比制氧機(jī)部件裝配，并進(jìn)行綜合的性能測(cè)試，進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化，研制出 成品與市場(chǎng)上其他同類產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，對(duì)其進(jìn)行市場(chǎng)定位。2011.8 2011.10填寫結(jié)題表，撰寫研究論文和總結(jié)報(bào)告，參加結(jié)題答辯和成果推廣項(xiàng)目經(jīng) 費(fèi)預(yù)算（如材料費(fèi)、資料費(fèi)、版面費(fèi)、專利費(fèi)、調(diào)研費(fèi)等）擬申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)：10000 元經(jīng)費(fèi)預(yù)算：材料費(fèi)：7000元 資料費(fèi)：1000元版面費(fèi)：1000元 測(cè)試費(fèi)1000元預(yù)期研究成果（如項(xiàng)目鑒定、學(xué)術(shù)論文、申請(qǐng)專利、獲獎(jiǎng)、推廣應(yīng)用等）1.制備出可用于便攜式制氧機(jī)的炭膜，并符合產(chǎn)品功能的要求；2 .分別設(shè)計(jì)出以