制氧機（Oxygen Concentrator），又名氧氣發生器，是制取氧氣的一類機器。制氧機屬于醫用制氧設備，根據制氧原理不同分為：深冷制氧機、化學制劑制氧機、富氧膜制氧機、電子反應制氧器、分子篩制氧機。
制氧機是進行氧療的重要手段，而氧療多用于糾正缺氧，改善組織缺氧，促進代謝，維持機體生命活動，是輔助治療多種疾病的重要醫療手段之一。可用于輔助人體呼吸系統、改善通氣功能不足、調節通氣血流比例不均等導致的缺氧。使用過程中氧中毒、氧過敏患者禁用。
最早的制氧機使用的是低溫深冷分離技術，1852年，英國科學家焦耳和湯姆遜發現焦耳-湯姆遜反應為低溫技術領域的第一里程碑，1902年，德國卡爾·林德博士發明了以高壓節流循環制冷、單級精餾塔空氣分離制氧。1903年，德國林德公司制造出世界第一臺10m3/h的制氧機，上述制氧機常用于工業領域。而醫用制氧機常用的變壓吸附氣體分離技術是20世紀60年代發展起來的。1962年美國聯合碳化物（UCC）首次發現分子篩選擇吸附性，完成了少數氣體的分離實驗，隨后研制出世界上第一臺制氫裝置。1985年，第一臺小型制氧機由美國Praxair公司于研制的。
截至2022年，中國制氧機產量保持增長的態勢，大于中國市場需求，且2019年前中國制氧機海外市場仍較小，導致中國制氧機呈現供大于求的局面。據統計，2021年由于海外部分國家疫情加速擴散，中國制氧機海外訂單激增，產量大幅上漲，達416萬臺，同比增長98.1%。
分類
根據制氧原理不同分為：深冷制氧機、化學制劑制氧機、富氧膜制氧機、電子反應制氧器、分子篩制氧機。其中分子篩制氧機是唯一成熟的，具有國際標準和國家標準的制氧機，其主要作為醫用氧氣制備。
深冷制氧機
其根據空氣中氣體成分沸點不同，通過蒸發和冷凝的方式分離出氧氣，其可獲得濃度較高的氧氣，但設備耗能過大。
化學制劑制氧機
其結構原理為采用A制劑過碳酸鈉和B制劑過氧化錳，與水反應生成氧氣。其特點為攜帶方便，不受環境電源要求的影響，但是操作較復雜，受化學制劑存儲的影響，使用時間有限。
富氧膜制氧機
其原理為通過富氧膜，在壓力差作用下使空氣中的氧氣優先透過該膜。此方式具有噪音小、環保的特點，運行時多處于靜音狀態，但氧氣濃度較低，通常為30%～40%，因此不適用于對氧氣濃度要求較高的場景。
電解水制氧機
其原理為電解水產生氧氣，電解水制氧機能耗一般為13kW/Nm3O2，由于能耗大，電解水制氧氣的同時還會產生氫氣，遇明火會發生爆炸，長期使用老化后存在安全隱患。
分子篩制氧機
其采用變壓吸附法制氧，利用氮氣的分子稍大，在空氣中比例較多的特點，通過去除氮氣獲取更多氧氣，原料經過壓縮機加壓，然后通過空氣處理裝置去除空氣中的氮氣、二氧化碳等雜質，產出較為純凈的氧氣，當處理裝置達到一定飽和量以后，沖洗雜質，再次循環放出氧氣。
用途
臨床目的
醫療機構可通過制氧設備制取的氧氣通往醫院的各個科室，如門診急救室、搶救室、普通病房、病區搶救室、ICU、CCU、無菌手術室等。
制氧機是進行氧療的重要手段，而氧療多用于糾正缺氧，改善組織缺氧，促進代謝，維持機體生命活動，是輔助治療多種疾病的重要醫療手段之一。
適應癥
結構原理
分子篩制氧系統主要由空氣壓縮機、空氣過濾器、空氣貯罐、吸附塔、氧氣貯罐、氣體過濾器等部分組成。
根據吸附和解吸壓力的不同，可分為3種不同的工藝方式：①常壓解吸變壓吸附制氧（PSA-O2）；②真空解吸變壓吸附制氧（VPSA-O2）；③真空解吸制氧（VSA-O2）。醫用制氧機主要使用PSA、VPSA兩種工藝方式。
PSA制氧設備氣路
PSA制氧設備氣路主要由壓縮機（氣泵）、二位四通閥、吸附塔、儲氣罐、調氧閥及部分傳感器組成，如圖2所示。壓縮機（氣泵）主要為整個系統提供源源不斷的空氣，根據設計的出氧流量需求，選擇不同供氣量的壓縮機（氣泵）；二位四通閥可選通不同的出口，交替進入吸附塔內完成吸附過程，吸附結束后選通排氮氣路進行解吸過程；吸附塔是制氧設備的核心，內部裝有專用的分子篩，壓縮空氣進入后，在一定壓力下，由于分子結構的不同，分子篩優先對氮氣進行吸附，分離出氧氣；儲氣罐用于儲存制備的氧氣，并對整個系統起穩壓的作用；調氧閥可根據不同的開通孔徑控制輸出氧氣的流量；壓力、流量、氧濃度傳感器用于氣路中各參數的實時監測，提高制氧效率，降低使用風險。
VPSA制氧設備氣路
VPSA制氧設備氣路與PSA制氧設備氣路基本相同，主要區別在于VPSA制氧過程中使用的分子篩以及依靠真空泵完成解吸過程，如圖所示。PSA制氧設備使用的分子篩的吸附壓力通常在0.2~0.5MPa，對器件耐壓的要求高，同時制備過程耗能大，成本偏高；而VPSA使用的分子篩吸附壓力較低，通常在20~50kPa完成吸附過程，使用真空泵將吸附塔內抽至真空，使塔內的吸附劑雜質徹底脫附再生。VSPA前期裝機投入較高，后期制備過程耗能小，成本偏低。
安全風險
禁忌
禁忌癥：氧中毒、氧過敏患者禁用。
注意事項
管理類別
在國家藥品監督管理局《醫療器械分類目錄》中，制氧機屬于醫用制氧設備，下分為醫用膜分離制氧機和醫用分子篩制氧機，詳細分類見下表：
膜分離制氧機
分子篩制氧機
發展歷史
最早的制氧機使用的是低溫深冷分離技術，1852年，英國科學家焦耳和湯姆遜發現焦耳-湯姆遜反應為低溫技術領域的第一里程碑，1902年，德國卡爾·林德博士發明了以高壓節流循環制冷、單級精餾塔空氣分離制氧。1903年，德國林德公司制造出世界第一臺10m3/h的制氧機。
1902年，法國工程師克勞特發明了活塞式膨脹機，并建立了克勞特液化循環。這成為低溫技術領域的第二里程碑。1910年，法國液化空氣公司設計制造世界第一臺中壓帶膨脹機的50m/h 的制氧機。
1939年，蘇聯科學家卡皮查院士發明了高效率 (>80% ) 徑流向心反動式透平膨脹機。這是透平膨脹機發展的基礎，卡皮查低壓液化循環是現代大型制氧機的基礎。卡皮查低壓液化循環和全低壓制氧機的問世成為第三里程碑。
而醫用制氧機常用的變壓吸附氣體分離技術是20世紀60年代發展起來的。1962年美國聯合碳化物（UCC）首次發現分子篩選擇吸附性，完成了少數氣體的分離實驗，隨后研制出世界上第一臺制氫裝置。在此過程中中國開始仿制蘇聯的鋁帶蓄冷器制取氧氣。
20世紀70年代中期，變壓吸附技術首次應用在空氣分離中以制取氧氣或氮氣。隨后，真空解吸工藝的提出使得變壓吸附制氧技術的經濟指標大幅度提升，同時期陜西化肥研究所、西南化工研究設計院有限公司研究所等單位開展了變壓吸附制氧技術的研究，同時也開始引進林德集團的常溫分子篩吸附技術。
20世紀80年代中期，隨著變壓吸附制氧技術的發展，分子篩性能得到進一步提升，使得變壓吸附制氧設備小型化成為可能。第一臺小型制氧機是美國Praxair公司于1985年研制的，小型制氧機的成功研制標志著變壓吸附制氧技術微型化的開始，同時也標志著分子篩技術醫用化的開始。80年代中期，中國軍事醫學科學院衛生裝備研究所也已研制出一系列變壓吸附制氧裝置，并應用于社會。
九十年代初產品意義上的醫用制氧機開始出現, 美國材料實驗學會 (ASTM) 于1993年頒布了醫用制氧機標準規范 (F1464-1993) ，國際標準組織于1996年發布了醫用制氧機的安全性標準 (ISO8359:1996) 。從此, 醫用分子篩制氧機在醫院得到廣泛應用。
截止到20世紀90年代，變壓吸附制氧裝置主要采用NaX、CaX和CaA型分子篩，90年代初期，美國Praxair公司將LiX型分子篩投入使用，標志著變壓吸附制氧技術進入了新的發展期。
2010年，中國組織了四次專家研討會，重點討論93%氧的應用及分子篩制氧機的安全程度，規范了監管制度，促進了分子篩制氧機在中國的推廣。
市場情況
中國市場
截至2022年，中國制氧機產量保持增長的態勢，大于中國市場需求，且2019年前中國制氧機海外市場仍較小，導致中國制氧機呈現供大于求的局面。據統計，2021年由于海外部分國家疫情加速擴散，中國制氧機海外訂單激增，產量大幅上漲，達416萬臺，同比增長98.1%。
進出口情況
由于全球疫情規模擴大，2021年中國制氧機出口量達到141.41萬臺，同比增長287.32%，截至2022年1-5月中國制氧機出口量為7.43萬臺，同比下降89.45%。進出口金額方面，據統計，2021年中國制氧機出口金額達到68356.68萬美元，同比增長298.5%；截至2022年1-5月，中國制氧機出口金額為5792.35萬美元，同比下降77.13%。
2021年，中國制氧機共出口至181個國家或地區，其中由于印度疫情防控得不到位，新冠確診病例急劇增長，在疫情失控的同時，印度醫療資源亦嚴重告急，共進口中國1.87億美元制氧機，占比出口總額的27.37%，其次中國制氧機主要出口前往緬甸、美國、荷蘭與秘魯等地。
進口來源地進口金額來看，中國主要從美國、德國與韓國三個地區進口制氧機，2021年進口金額分別為62.74萬美元、39.11萬美元與24.96萬美元。
頭部企業
國際市場上，美國亞適、日本歐姆龍、美國英維康、荷蘭飛利浦等品牌占據了很大的市場份額。中國市場上，制氧機品牌有魚躍醫療、新松、易氧源、海龜等。
發展趨勢
高性能氮氧分子篩
沸石分子篩材料作為變壓吸附制氧的核心材料，對制氧機出氧濃度的提升及制氧成本的降低起著關鍵作用，其發展進步對變壓吸附制氧的發展起著決定性作用。最早使用的是CaA分子篩材料，之后逐步發展為CaX、NaX分子篩，NaX經Li+交換改性后得到了目前廣泛使用的LiX分子篩材料，氮氧吸附比極高。通過生產工藝的優化、離子交換改性的創新研制出高性能氮氧分子篩，仍是未來的主要發展方向。
廣泛的應用領域
大型化和微型化兩個方向發展。大型化發展主要是市場的需要以及降低能耗的要求所致。微型化發展主要為了滿足人們醫療保健和一些特殊場合的需要，要求其具有體積小、噪音小、移動性好和可靠性高的特點，其產氣量一般在5L/min左右，氧氣濃度為93%左右，這種微型制氧裝置對能耗要求相對較低。
多參數智能反饋控制
目前市場上的制氧機多數采用持續式供氧模式，少數采用脈沖式供氧模式，主要依靠呼吸信號的識別反饋控制，單一參數的調節并不精確，多參數融合監測智能反饋在原先的基礎上提高了儀器的安全性和氧氣供給的適應性。
與呼吸機的配套化使用
制氧機和呼吸機都和呼吸有關，呼吸機主要輔助或支持患者呼吸過程，制氧機則主要制取氧氣。對于氧合困難的患者，一般同時使用制氧機和呼吸機，輔助患者吸入足夠濃度的氧氣并排出肺部二氧化碳，以起到氧療的效果。目前，市場上已有制氧呼吸一體機，相較于以往雙機配合使用的煩瑣過程，提升了患者的使用體驗，但仍不夠成熟，設備一般總體積較大，不利于攜帶使用，距離廣泛的臨床應用還有一定的距離。
參考資料 >
02醫用分子篩制氧機.國家藥品監督管理局.2023-08-16
小型分子篩制氧機注冊技術審查指導原則.國家藥品監督管理局.2023-08-24
一天研究一個行業：中國制氧機行業市場深度分析 .搜狐網.2023-08-20
04醫用膜分離制氧機.國家藥品監督管理局.2023-08-16