便携制氧机 原理（便携式制氧机工作原理）

在COVID-19肆虐全球之际，便携式制氧机可以让患者在康复阶段随时随地呼吸高纯度氧气！不需要化学物质，更不用说电解水了。它以空气为原料，通过无刷电机等加工产生氧气！

在COVID-19肆虐全球之际，如何让患者在恢复阶段随时随地呼吸到纯度90%以上的氧气已成为难题！便携式制氧机的出现完美解决了这个问题。不需要化学物质，更不用说电解水了。它以空气为原料，通过无刷电机等处理可以连续输出氧气！本文就来解析一下机电制氧的原理！

制氧机工作原理

空气中的主要成分是氮气和氧气，氮气的分子直径比氧气大得多。如果有办法过滤掉氮气，剩下的就是高纯度的氧气。

图1 空气比

这可以通过变压吸附法来实现！该方法采用分子筛物理吸附解吸技术，在加压过程中吸附大直径氮气分子。剩余的小直径氧分子通过分子筛收集，纯化后成为高纯氧。分子筛在减压时将吸附的氮气排放回环境空气中，并在下次加压时可吸附氮气并产生氧气。整个过程是一个周期性的动态循环过程，分子筛不被消耗。制氧机中使用的分子筛为粉末状。它是一种多孔材料，可以在分子水平上筛选物质。它主要由沸石材料组成。由于它可以在分子水平上过滤不同直径的气体，人们将其放入罐中，制成分子筛罐。

制氧机通过以下步骤循环：

空气经过滤后进入压缩机，经过冷凝器，然后在电磁阀的选择下依次进入分子筛罐1、2。电磁阀允许高压空气只进入分子筛罐1，不进入分子筛罐2；氮气分子被分子筛罐1吸附，氧气分子直接通入储氧罐；同时，分子筛罐2的排气阀打开。在低压下，原来吸附的氮分子被解吸并排放到大气中。电磁阀允许高压空气只进入分子筛罐2，不能进入分子筛罐1；氮气分子被分子筛罐2吸附，氧气分子直接通入储氧罐；同时，分子筛罐1的排气阀打开。在低压下，原来吸附的氮分子被解吸并排放到大气中。储氧罐内的高纯氧气通过流量计输出。这样分子筛罐1、2交替工作时即可输出恒定的氧气。

图2 制氧机框图（图片来自网络侵删）

制氧机产出的高纯度氧气达90%以上。如果人直接吸入这种氧气，用不了多久，鼻粘膜就会因为太干燥而出血。因此需要在出口处经过加湿瓶，用纯净水润湿氧气。人们呼吸氧气时会感到舒适。对于便携式制氧机，由于携带湿化瓶不方便，所以采用脉冲供氧。流量计测量只有当人需要吸气时才通过单向阀向外界供应氧气。这也可以节省电力。

便携式制氧机简介

便携式制氧机是在传统插入式制氧机的基础上小型化的。主要是将基于交流异步电机的传统压缩机改为基于无刷直流电机的微型压缩机。工作电压12~24V，锂电池供电。可以放在小背包里携带，一般可以续航4小时。以上提供氧气。基于无刷电机的微型压缩机是整个便携式制氧机的“心脏”。在保证供应量的同时，需要尽可能的节能、安静。常用的微型无油空压机大约有拳头大小，因为内部没有油，保证空气不会被污染。它采用直流无刷电机供电，一般额定值为12V~18V/30~60W/3000RPM。需氧量越大，电机转速越高，但功耗也越快。当遇到危险时，比如登山时缺氧，可以将电机转速调得尽可能低。虽然产氧量减少，但在等待救援时可以延长使用时间。

便携式制氧机驱动板

针对微型无油空压机，致远电子生产了便携式制氧机专用的无刷直流电机驱动板，具有以下特点：

优化算法，基于制氧机无感FOC算法深度改进，传统无感FOC算法在这里运行时会震动剧烈，无法使用；大范围速度无感FOC算法支持低速大扭矩，可在50~3500RPM的宽范围内运行稳定，制氧机可轻松实现多档位选择；其他方案一般只能工作在1000~3000RPM的小转速范围内；转速稳定，采用ADRC算法替代传统PID算法，满载情况下转速波动1000~3000RPM。转速只有5RPM左右；其他基于PID的FOC解决方案约为50RPM；方波解一般不能达到匀速，受氧吸收的影响，速度会出现波动；速度越稳定，振动越小，更安静、更省电；优化加减速，采用工业伺服S曲线控制加减速，换档平稳，无抖动；稳定灵活，医疗产品级，基于高性能ARM处理器，DC12~24V/120W，1~2ms PWM脉冲输入调速，过流、过压、欠压、堵转、缺相、断电保护等。图3 便携式制氧机驱动板演示DEMO

下一期我们将深入剖析ADRC算法如何让制氧机稳定工作。请注意！