液氧汽化器智能噴淋裝置的研發(fā)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李桂明，肖翔，朱建波，許光，黃小坪，王永勝

廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院 設(shè)備科，廣東 廣州 511400

引言

醫(yī)用氧氣是維持肺功能不全、肺梗阻、肺水腫、呼吸窘迫、呼吸衰竭等病患生命體征的重要醫(yī)用氣體，醫(yī)用氧氣供應(yīng)系統(tǒng)是醫(yī)院建設(shè)中非常重要的系統(tǒng)之一，提供安全穩(wěn)定的氧氣供應(yīng)直接關(guān)乎病患的治療效果，在醫(yī)院運(yùn)營(yíng)過程中極其重要，因此《等級(jí)醫(yī)院評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)范也明確要求醫(yī)院的水、電、氣等后勤報(bào)障滿足醫(yī)院運(yùn)行需要。因液態(tài)氧儲(chǔ)存和運(yùn)輸比較方便，目前大多數(shù)醫(yī)院都是采用“低溫液氧儲(chǔ)罐+氧匯流排+氧氣運(yùn)輸管路+氧氣使用終端”的方式進(jìn)行供氧，而液態(tài)氧要轉(zhuǎn)變?yōu)槟苡糜诓』贾委熁顒?dòng)的氣態(tài)氧，則需要使用專用的汽化器，通過吸熱實(shí)現(xiàn)由液態(tài)向氣態(tài)的轉(zhuǎn)變，隨后經(jīng)過二級(jí)減壓調(diào)壓，送至終端供病患使用[1]。實(shí)際工作中，汽化器在實(shí)現(xiàn)液態(tài)氧的汽化過程中需要大量吸收熱量，將引起汽化器的管間通道嚴(yán)重霜凍，其中尤以冬天寒冷天氣下的結(jié)冰狀況更為嚴(yán)重。為避免管道閥門結(jié)冰導(dǎo)致的供氧壓力不穩(wěn)定[2]，需要人手及時(shí)清除汽化器及肋片的冰塊。因除汽化器和管道上的冰不能使用外力敲打，只能使用水沖淋方式，除過程耗時(shí)較長(zhǎng)，嚴(yán)重浪費(fèi)人力、物力?；诖耍以航?jīng)論證研發(fā)，研制出一種安裝方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、感應(yīng)控制開啟與關(guān)閉，能有效地去除汽化器結(jié)存冰塊的智能噴淋裝置，以此達(dá)成節(jié)省人力、時(shí)間成本的目標(biāo)。

1 設(shè)計(jì)及使用方法

1.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的液氧汽化器噴淋裝置主要由塑料管、水閥開關(guān)、噴灑頭、水管配件接頭等部件組成，而裝置的控制部分由水流電磁閥開關(guān)和傳感器組成。其中針對(duì)核心部件塑料管的選取，主要從材質(zhì)、壁厚、性能及常規(guī)用途四個(gè)角度進(jìn)行對(duì)比（表1）[3]，最終綜合考慮汽化器處于室外環(huán)境，而廣東地區(qū)較易日曬炎熱、降雨較多且雨水偏酸性的氣候特點(diǎn)，同時(shí)基于液氧汽化器噴淋裝置重量不宜太重，避免對(duì)汽化器產(chǎn)生不利影響的原因，故選取PPR管作為塑料管的材料。

表1 塑料管材料遴選對(duì)比表

液氧汽化器噴淋裝置與汽化器隔離一定距離，避免發(fā)生汽化器表面結(jié)冰時(shí)[4]，液氧汽化器噴淋裝置的管道等受影響結(jié)冰。使用螺絲將三角鋁一端固定在汽化器散熱翅片上，另一端用來固定液氧汽化器噴淋裝置，見圖1。液氧汽化器噴淋裝置共分以下三層噴淋。

圖1 噴淋裝置結(jié)構(gòu)圖

1.1.1 頂部噴淋

兩側(cè)PPR管延伸到汽化器上方，把五段短管通過外絲三通、彎頭將其連通；其中三通中有外絲的一端接入長(zhǎng)款噴淋頭[5]，見圖2。三通閥的位置根據(jù)汽化器管道位置而定，使其對(duì)準(zhǔn)汽化器液化氧經(jīng)過的第一側(cè)管道位置即可[6]。噴淋頭與汽化器散熱翅片隔離一定距離，避免發(fā)生汽化器散熱翅片結(jié)冰時(shí)，噴淋頭受影響結(jié)冰。連接和三通外絲端是不銹鋼波紋管，管可360°彎曲[7]，根據(jù)實(shí)際位置調(diào)整噴淋頭的方向。

圖2 長(zhǎng)款噴淋頭

1.1.2 中部噴淋

在兩側(cè)管道中段位置各使用三通閥引出一段管道，中間加裝一個(gè)水閥開關(guān)。然后通過外絲三通、彎頭連接。外絲口朝向汽化器散熱翅片位置，并在三通閥外絲的一端接入可調(diào)節(jié)半霧化噴淋頭[8]，見圖3。該噴淋頭的工作壓力為3～4 kg，可根據(jù)需求調(diào)節(jié)出水量及出水方式，如將噴頭前端擰緊，則噴出水霧，較為節(jié)水；將噴頭前端擰松，則增加水霧壓力，直至噴出水柱。三通閥的位置根據(jù)汽化器管道位置而定，使其對(duì)準(zhǔn)汽化器的散熱翅片位置即可。

圖3 可調(diào)節(jié)半霧化噴淋頭

1.1.3 下部噴淋

通過管道、水閥開關(guān)、彎頭、外絲三通等配件連通管道。同樣，兩側(cè)加裝水閥開關(guān)、外絲三通位置與頂部、中部位置對(duì)齊，外絲口朝向汽化器散熱翅片位置，并在三通閥外絲的一端接入可調(diào)節(jié)半霧化噴淋頭。

1.1.4 噴淋自動(dòng)開啟裝置

自動(dòng)開啟裝置包括一對(duì)傳感器和一個(gè)電磁閥水流開關(guān)。傳感器選用防水、對(duì)射型，安裝在在汽化器的兩側(cè)，其中一側(cè)發(fā)射信號(hào)，另一側(cè)接收信號(hào)（圖4），用于檢測(cè)噴淋頭正對(duì)方向汽化器的背面的結(jié)霜厚度；電磁閥水流開關(guān)安裝在入水口位置，電磁閥使用常閉型。

圖4 結(jié)霜厚度感應(yīng)傳感器

當(dāng)結(jié)霜厚度達(dá)到一定程度并遮擋傳感器兩側(cè)信號(hào)的發(fā)射、接收時(shí)，傳感器給電磁閥水流開關(guān)傳遞動(dòng)作信號(hào)，從而開啟水閥，啟動(dòng)噴淋裝置。當(dāng)汽化器表面的霜除去后，傳感器兩側(cè)信號(hào)間無遮擋，將傳遞信號(hào)給電磁閥，關(guān)閉水閥。

1.2 使用方法

結(jié)合季節(jié)環(huán)境溫度變化，觀察汽化器的表面及散熱翅片結(jié)冰分布情況，將噴淋裝置的各個(gè)活動(dòng)噴淋頭調(diào)節(jié)好方向并調(diào)整噴淋頭壓力模式[9]。如冬天，當(dāng)汽化器的表面及散熱翅片的中部位置或下部位置有除霜、除冰需求時(shí)，將對(duì)應(yīng)的兩側(cè)開關(guān)打開，加快除霜、除冰速度。其中，中部噴淋、下部噴淋可以單獨(dú)控制，避免浪費(fèi)水資源。根據(jù)季節(jié)環(huán)境溫度，先調(diào)整噴淋頭模式以及需要開啟噴淋范圍水閥開關(guān)，然后由傳感器感應(yīng)霜層厚度，自動(dòng)開啟或關(guān)閉主入水閥開關(guān)。

汽化器材質(zhì)為鋁，而鋁比較活潑，容易被空氣中的氧氣氧化，但是氧化后生成的氧化物（氧化鋁）十分致密，能阻止內(nèi)層的鋁繼續(xù)被氧化腐蝕[10]。使用時(shí)間久后，汽化器散熱片表面會(huì)出現(xiàn)污垢，需要定期清理，并對(duì)汽化器進(jìn)行常規(guī)的檢查。

2 應(yīng)用情況

通過對(duì)液氧汽化器噴淋裝置的使用前后對(duì)比，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過一個(gè)夜晚的無人守候情況下的噴淋，汽化器表面及散熱翅片已沒有大量結(jié)冰現(xiàn)象。圖5為汽化器在夏天沒有使用噴淋裝置第二天早上結(jié)冰情況，冬天甚為嚴(yán)重；圖6為汽化器使用噴淋裝置后的情況，未見有結(jié)冰現(xiàn)象。

圖5 汽化器（夏天）結(jié)霜、結(jié)冰情況

圖6 汽化器使用噴淋裝置

同時(shí)，使用該液氧汽化器噴淋裝置節(jié)省了人力、時(shí)間，現(xiàn)已無需安排專人定崗定時(shí)在每天早上對(duì)長(zhǎng)時(shí)間使用水管汽化器進(jìn)行噴淋除冰[11]。夏天的時(shí)候，經(jīng)過一晚上，汽化器表面結(jié)冰相對(duì)較少，人工除冰時(shí)間約為30 min；冬天環(huán)境溫度低，結(jié)冰較多并且厚（圖7），人工完全除掉冰時(shí)間約為2 h。

圖7 原汽化器部分結(jié)冰情況

與此同時(shí)，為保障液氧汽化器噴淋裝置的正常使用，避免因水壓不足、噴淋頭故障等原因?qū)е碌某?、除冰能力下降，并且根?jù)結(jié)冰情況而隨時(shí)針對(duì)性調(diào)整使用方法，我院將液氧汽化器噴淋裝置運(yùn)行情況的巡查工作納入了液氧站日常巡查工作制度及承壓類特種設(shè)備作業(yè)人員崗位職責(zé)[12]，目前液氧汽化器噴淋裝置運(yùn)行情況良好。

3 討論

本設(shè)計(jì)系為解決醫(yī)院液氧汽化器結(jié)冰對(duì)供氧穩(wěn)定性的不利影響問題，結(jié)合相關(guān)除霜技術(shù)[13]，而專門研制的一款具備高效除霜、除冰功能的液氧汽化器噴淋裝置。普通噴淋[14]偏重霧化形式，適用于灌溉等，暫未應(yīng)用于汽化器方面的除霜和除冰方面的噴淋。相比較，此裝置主要有六個(gè)方面的特點(diǎn)：① 上層噴淋頭有增壓功能，沖洗力度更大[15]，并且可以任意彎曲，從而靈活調(diào)節(jié)方向；中下層噴淋頭可根據(jù)霜層厚度進(jìn)行人工壓力調(diào)節(jié)[16]，采用半霧化[17]形式不僅減少對(duì)汽化器散熱片的沖擊，而且可以節(jié)約用水，總體上除霜除冰效率較高；② 結(jié)構(gòu)合理，設(shè)置功能層次分明，并且可以根據(jù)實(shí)際需求分部位控制，提高效率；③ 節(jié)省人力、時(shí)間，提高工作產(chǎn)出；④ 制作成本低，因噴淋頭與外絲三通連接方便，故日常維保、維修方便，且維護(hù)成本低；⑤ 裝置安裝有獨(dú)立閥門開關(guān)，方便根據(jù)不同季節(jié)的結(jié)冰情況而針對(duì)性調(diào)節(jié)控制；⑥ 裝置智能化較高，能根據(jù)結(jié)霜程度自動(dòng)開啟[18]噴淋裝置。及時(shí)除去汽化器的霜凍、結(jié)冰，解決因管道、閥門結(jié)冰導(dǎo)致的無法操作等問題，避免過度浪費(fèi)水資源[19]。

此外，液氧汽化器噴淋裝置采用的動(dòng)力源是自來水，在日常噴淋過程中，特別冬天需要用到大量的水[20]。鑒于本院建設(shè)使用有中央純水制作系統(tǒng)，在制水過程中產(chǎn)生的濃水是予以直接排放的，后期可通過改進(jìn)設(shè)計(jì)，將這部分水源引入液氧汽化器噴淋裝置，甚至經(jīng)過改造將經(jīng)過噴淋的水再次收集并重復(fù)使用，使水資源得以充分利用。

4 總結(jié)

本設(shè)計(jì)操作方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、制作成本低，其實(shí)際使用中節(jié)省了人力與時(shí)間，有效地解決了醫(yī)院液氧站汽化器表面結(jié)冰的問題，避免了管道閥門結(jié)冰現(xiàn)象，保證了醫(yī)用氧氣供應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定供氧，為需求用氧治療的病患提供了更好的保障。