氧气浓缩器的气体阻断装置设计

氧气浓缩器的气体阻断装置设计

张丽琴，王二华

江苏鱼跃医疗设备股份有限公司，江苏丹阳 212300

摘要：本文主要介绍了一种适用于氧气浓缩器的气体阻断装置。该气体阻断装置包括阀体、阀盖和阀芯，阀盖与阀体密封装配，阀芯装配在阀体内部。该装置工作时，利用阀体和阀芯的端面受热变形，阀体内和阀芯上对应设有匹配的配合面，用于切断气流通路。采用本设计方案的气体阻断装置安全可靠，响应迅速，结构简单，便于大批量生产。

关键词：气体阻断装置；氧气浓缩器；阀体；阀芯

Design of Gas Blocking Device for Oxygen Concentrator

Zhang Liqin, Wang Erhua

(Jiangsu Yuyue Medical Equipment Co., Ltd., Danyang, Jiangsu 212300)

Abstract: This paper mainly introduces a gas blocking device suitable for oxygen concentrators. The gas blocking device includes a valve body, a valve cover and a valve core, the valve cover is sealed and assembled with the valve body, and the valve core is assembled inside the valve body. When the device works, the end faces of the valve body and the valve core are heated and deformed, and the valve body and the valve core are correspondingly provided with matching mating surfaces for cutting off the air flow passage. The gas blocking device adopting this design scheme is safe and reliable, has quick response, simple structure, and is convenient for mass production.

Key words: gas blocking device; oxygen concentrator; valve body; valve core

本设计方案试验了一种氧气浓缩器出氧口的气体阻断装置。本文所述气体阻断装置包括阀体、阀盖和阀芯，阀盖装配在阀体上并保持两者间密封，阀盖内侧设有弹性结构；阀芯装配在阀体内，阀芯和阀体间有间隙，阀芯的一端抵住弹性结构；阀体包括进气接头和出气接头，出气接头内侧可限位阻挡阀芯的另一端。阀体和阀芯的端面受高温材质熔点不同且均为阻燃材料而变形，阀体内和阀芯上对应设有彼此匹配的贴合面，用于切断气流通路。

1.背景技术

氧气浓缩器是一种供人呼吸使用的高浓度氧气的设备装置。随着生活水平的提高和社会的进步，人们对氧气浓缩器有更多的认知，使用需求也在增加，已广泛用于医院和家庭等。氧气浓缩器可供患有呼吸系统疾病、心血管系统疾病、脑血管疾病、高原反应及高原性疾病的人群进行氧疗，供中老年体弱者、用脑过度的学生和孕妇等人群，以及缺氧环境下工作生活的人群，因为多吸纯氧可以促进血液循环，使头脑清新，并可消除疲劳，有效增进工作效率，因此在日常生活或工作场所中，备有氧气浓缩器以方便随时使用，亦为良好的生活方式。

氧气浓缩器工作过程中产生的氧气化学性质比较活泼，氧气具有助燃性，几乎所有的有机化合物，可在氧气中剧烈燃烧。用户在使用氧气浓缩器吸氧时，严禁任何人附近吸烟，否则就会造成火灾。很多氧气治疗者曾是以及仍是吸烟者。他们中一些人确实不管使用说明书中和机器上的警示标志和警告语而继续吸烟，如边吸氧气边抽烟，当这种情况发生时，将导致吸氧装置（即常见的氧气浓缩器）的燃烧，火势将快速蔓延至氧气浓缩器本身，烧毁氧气浓缩器甚至引发火灾，造成人员等伤害。

因此，如何改善氧气浓缩器出氧口的构造组成，阻止火焰经过出氧口接头向氧气浓缩器内部传播，在应用部分（常见为鼻氧管）引燃时采取措施以阻断气流流向使用者，避免火灾风险非常必要。

2.设计方案

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本设计方案的目的在于提供一种气体阻断装置，具体为一种安全可靠、迅速响应、结构简单、装配方便的阻断氧气浓缩器出氧口持续出氧助燃的气体阻断装置，用于阻止出氧口持续燃烧，安全可靠。

2．1设计思路

本设计思路解决其技术问题采用的技术方案是：一种气体阻断装置。该气体阻断装置包括阀体、阀盖和阀芯：阀盖装配在阀体上并保持两者间密封，阀盖内侧设有弹性结构；阀芯装配在阀体内，阀芯和阀体间有间隙，阀芯的一端抵住弹性结构；阀体包括进气接头和出气接头，出气接头内侧可限位阻挡阀芯的另一端。该设计方案的阀体和阀芯的端面受热变形，阀体内和阀芯上对应设有彼此匹配的贴合面，用于切断气流通路。

2．2设计方法

该气体阻断装置中的阀体设计为中空管状结构，其一端设为出气接头，另一端与阀盖密封连接，阀体侧面设有进气接头；阀体内部且在管状结构内径变化相接处设有过渡坡面，即阀体段差面，阀体段差面与阀芯上对应位置贴合，堵塞气流通路；阀芯包括依次是设置的限位筋、阀芯段差面、限位凸台，限位筋围绕设置在阀芯的一端，用于支撑抵住弹性结构，包围状结构外设有阀芯段差面，阀芯段差面与阀体段差面可接触匹配，堵塞气流通路；阀芯另一端的限位凸台与阀体出气接头内侧限位阻挡。

阀芯上的限位筋设为包围环状结构，其包括多个分立的齿状结构，限位筋可置于弹性结构外侧和/或内侧限位。阀芯上且位于阀芯段差面和限位凸台之间设有定心点，定心点设置为环形结构，定心点与阀体的内壁配合接触。

阀体采用阻燃材料制作而成；阀体段差面和阀芯段差面的材质硬度不同，适于彼此贴合阻断气流通路。阀体段差面和阀芯段差面之间设有弹性密封圈件。

本设计方案的气体阻断装置不发生气体通路阻断时，由于阀体和阀芯间存在间隙，气体通过其内部流畅、无阻力，不影响正常气体通过。当发生意外时，火焰燃烧至气体阻断装置，由于气体阻断装置的阀体和阀芯两者的材质熔点不一样，因此其中一个先变形，阀芯快速移动至与阀体的断差坡面接合阻断氧气，可以有效地阻止燃烧，确保安全。

2．3设计效果

采用本设计方法的氧气浓缩器的出氧口在内部采用或者在外部用管路串联气体阻断装置，发生外部燃烧时可以有效的阻断火焰燃烧到氧气浓缩器的内部，确保人身和财产等安全。同时，氧气浓缩器内部设置工作流程控制装置，氧气浓缩器的出气管路中设置流量检测装置，流量检测装置和工作流程控制装置电气连接，流量检测装置检测到出氧口流量为零或近似为零时，工作流程控制装置自动报警使所述氧气浓缩器停止制氧，进一步的保证安全。

3.测试数据

按照上述方案设计完成后，进行了氧气浓缩器和气体阻断装置的样机制作，随后安排了对样机装置的测试。

3．1被测对象

被测试的对象选用气体阻断装置和氧气浓缩器的组合。其中，气体阻断装置是阻燃阀体、阻燃阀芯、阀盖等组成的装配体；氧气浓缩器选用适合家用客户群体的，其最大氧流量为每分钟出氧量10升，机器带有低流量（流量低于每分钟0.5升）报警功能。

3．2测试仪器

选用符合标准《YY 9706.269-2021 医用电气设备 第2-69部分：氧气浓缩器的基本安全和基本性能专用要求》规定的氧气源和管路要求。

3．3测试环境

测试的区域选择空旷的且不带可燃烧物的地方，同时现场配备有灭火器。

3．4测试方法

用连接管将气体阻断装置进气接头与氧气浓缩器的出氧口接头串联起来，鼻氧管连接在气体阻断装置阀体的出气接头处，如图1所示。开启氧气浓缩器，在正常工作情况下将流量计调至10L/min的连续氧气流量，工作大约15分钟使机器达到稳定状态。接着，引燃鼻氧管的鼻吸端，观察火焰从鼻氧管向氧气浓缩器方向传播的情况。在此种情况下，气体阻断装置需成功的起到保护氧气浓缩器的作用，阻止火焰的传播，达到防火的要求。

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1-出氧口接头；2-氧气浓缩器；3-连接管；4-气体阻断装置；5-鼻氧管；6-出气接头；7-进气接头

图1 气体阻断装置示意图

3．5测试结果

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1-阀体；2-阀体的限位边；3-出气接头；4-阀芯的限位凸台；5-阀芯；6-进气接头；7-弹性结构弹簧；8-阀盖

图2 气体阻断装置示意图

具体结果现象为：引燃鼻氧管的鼻吸端，当火焰燃烧至气体阻断装置出气接头时，位于阀体的出气接头在热的作用下熔化，由于阀体和阀芯的熔点不一样，高温时，阀芯的限位凸台和阀体的限位边两者其中一个先融化，阀芯在弹性结构弹簧和进气压力的作用下发生运动（如图2所示），使阀芯断差面紧贴阀体断差面关闭阀口，切断气体阻断装置的出气接头的氧气流通，从而使氧气浓缩器流量归到0位。同时机器产生低流量报警并停止工作，此时没有氧气助燃，在空气中气体阻断装置的阻燃材料的阀体和阀芯上的火焰熄灭、停止燃烧。

4. 结束语

通过上述试验研究，本设计方案具有的有益效果如下：

(1)本设计试验利用气体阻断装置的阀体、阀芯受高温熔点不同变形，通过两者间匹配的贴合面，有效地切断了气流通道。采取本设计试验的技术方案的气体阻断装置配置在氧气浓缩器上，可有效降低火灾的风险，保障了使用者的安全性。

(2)采用本设计方案的气体阻断装置应用于氧气浓缩器，其性能安全可靠、结构简单、装配方便，适合于大批量生产。

参考文献：

1. YY 9706.269-2021，医用电气设备 第2-69部分：氧气浓缩器的基本安全和基本性能专用要求［S］.北京：国家食品药品监督管理局，2021

2. 蔡林泉、毛坚强、张丽琴、刘潇潇.一种气体阻断装置及使用其的湿化器或氧气浓缩器：中国：201822230181.3［P］.2020-05-19

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