專利名稱：一種吸附器進氣端均壓的小型變壓吸附制氧裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于空氣分離領域，特別涉及空氣分離制氧領域內的一種小型(氧產量小于1立方米/小時)變壓吸附制氧裝置，廣泛應用于醫療保健領域。
背景技術：
變壓吸附(英文簡稱PSA)制氧技術是指利用空氣中的氧氣和氮氣在沸石分子篩上的吸附容量、吸附速度、吸附力等方面的差異以及沸石分子篩對氧氮隨壓力不同具有不同的吸附容量的特性來完成氧氮分離的技術。變壓吸附技術最早出現于20世紀50年代末期，經過幾十年的發展，正在不斷趨向于成熟和完善。小型變壓吸附制氧技術已經廣泛應用于醫療保健、家庭氧療、室內增氧、高原補氧、科研氧源以及養殖業用氧等領域，是變壓吸附制氧的一個重要的研究和應用領域。通常的小型變壓吸附制氧裝置是由空氣過濾消聲器、壓縮機、冷卻裝置、電磁閥門、排氣消音器、兩個裝填有沸石分子篩的吸附器、反吹清洗系統、穩壓罐和流量調節計等部件構成。空氣由過濾消聲器去除雜質，經壓縮機壓縮后進入冷卻盤管冷卻，然后通過閥門的切換，進入其中一個裝有沸石分子篩的吸附器，空氣中的強吸附組分氮氣被分子篩吸附，而弱吸附組分氧氣則穿過吸附床從吸附器的出口排出。吸附器流出的氧氣中，一部分進入穩壓罐作為產品氣，另一部分通過反吹清洗系統對處于解吸狀態的另一個吸附床反吹，促進分子篩的解吸再生。當吸附床中的分子篩達到最大吸附量之前，通過電磁閥動作將空氣切換到另一吸附器中進行吸附分離過程，同時對達到飽和狀態的吸附器泄壓解吸，解吸時廢氣通過排氣消音器排入大氣。這樣，兩個吸附器交替工作，就完成了生產的連續進行。
目前的小型變壓吸附制氧裝置均采用“增壓吸附-降壓解吸-反吹清洗”的工藝流程，在這種工藝流程中，吸附階段完成時，完成吸附的吸附器將已完成吸附分離的氣體直接排入大氣，而已完成解吸的吸附器的壓力從零(相對于大氣的壓力)逐漸升高，進入此吸附器的氣體全部來自壓縮機。這樣的工藝流程中，完成吸附的吸附器內的已完成吸附分離的氣體具有較高的壓力，這部分氣體解吸時直接排入大氣，其具有的能量沒有被利用，從而造成能量的浪費，使得制氧裝置的整體能耗較高，使得所使用的壓縮機功率較大，故此利用這種工藝的制氧裝置成本較高、體積較大。
發明內容
本發明目的在于解決降低小型變壓吸附制氧裝置的能耗問題，并通過改進工藝流程，能夠保證在原有工藝流程的氧氣產量和純度等前提之下，大大降低系統的能耗，從而減小壓縮機功率，減少制氧機的體積和重量，降低成本。
一種吸附器進氣端均壓的小型變壓吸附制氧裝置，該裝置由過濾消聲器1、壓縮機2、冷卻器3、電磁閥4、排氣消音器5、吸附器6、吸附器7、三通8、穩壓罐9、流量調節計10等元件組成。壓縮機2前安裝過濾消聲器1，后連接冷卻器3，電磁閥4在冷卻器3與吸附器6、7之間，穩壓罐9通過三通8與吸附器連接，穩壓罐后為流量計10。過濾消聲器1與壓縮機2進口之間、壓縮機2出口與冷卻器3之間用軟管連接，其余零件之間通過接頭用尼龍管或PU管連接。其特征在于本發明采用了一個電磁閥控制實現的吸附器進氣端均壓的工藝流程，即“增壓吸附、均壓降壓、降壓解吸、反吹清洗、均壓升壓”的循環流程。空氣經過濾消聲器1過濾后，進入壓縮機2加壓，高壓氣體在冷卻器3中冷卻，電磁閥4在冷卻器3與吸附器6、7之間控制氣路的切換，氣體進入吸附器6增壓吸附，由吸附器6產生的氧氣一部分通過三通8進入吸附器7，對吸附器7進行反吹清洗，另一部分通過三通8進入穩壓罐9，通過流量調節器10流出，供用戶使用；當吸附器6完成吸附時，電磁閥4將吸附器6入口與吸附器7入口接通，吸附器6入口處的高壓空氣進入吸附器7，從而實現一次均壓過程；均壓結束后，吸附器6通過電磁閥4與排氣消音器5接通，吸附器6內殘余的氣體通過排氣消音器排入大氣，此時，吸附器7增壓吸附，由吸附器7產生的氧氣一部分通過三通8進入吸附器6，對吸附器6進行反吹清洗，另一部分通過三通8進入穩壓罐9，通過流量調節器10，供用戶使用，清洗完成后，電磁閥4將吸附器6入口與吸附器7入口接通，吸附器7入口處的高壓空氣進入吸附器6，完成第二次均壓過程。這樣，通過一個電磁閥控制兩個吸附器交替完成“增壓吸附、均壓降壓、降壓解吸、反吹清洗、均壓升壓”的進氣端均壓工藝流程，并連續產出濃度大于93％的氧氣。采用該均壓工藝流程使得制氧裝置的能耗大大降低，需要的壓縮機排氣量大大減小，從而減小了壓縮機的功率，使得制氧機的能耗、體積、重量都大為減小，制氧機的整體性能大大提高。
電磁閥4為雙電控電磁閥，其結構由一個進氣口、一個排氣口、兩個出氣口、兩個閥芯和兩個電磁頭組成。兩個電磁頭同時工作時，兩個出氣口同時與進氣口接通；一個電磁頭工作時，與之對應的出氣口與進氣口接通，另一出氣口與排氣口接通。
采用本發明所述均壓工藝流程，完成吸附的吸附器內的高壓空氣所具有的能量得到回收利用，吸附器進口處未被吸附的空氣得到重新分離，從而降低了變壓吸附制氧裝置的能耗和所需壓縮機的排氣量，提高了氧氣的回收率。采用本發明所述均壓工藝流程后，可以減小制氧裝置的壓縮機功率，進一步減小體積，減輕重量。
圖1為吸附器進氣端均壓的小型變壓吸附制氧裝置流程中，1-過濾消聲器，2-壓縮機，3-冷卻器，4-電磁閥，5-排氣消音器，6、7-吸附器，8-三通，9-穩壓罐，10-流量調節計具體實施方式
見圖1，空氣經過濾消聲器1過濾后，進入壓縮機2加壓，高壓氣體在冷卻器3中冷卻，通過電磁閥4的切換，進入吸附器6增壓吸附，空氣中的氮氣被吸附器中的沸石分子篩吸附，剩余的濃度大于93％的氧氣從吸附器中流出，其中一部分氧氣經三通8進入穩壓罐9，經流量調節計10流出供用戶使用，另一部分經三通8進入吸附器7，對吸附器7進行反吹清洗。當吸附器完成6吸附時，電磁閥4將吸附器6的入口與吸附器7的入口接通，吸附器6入口處的高壓空氣進入吸附器7，從而實現一次均壓過程；均壓結束后，吸附器6通過電磁閥4與排氣消音器5接通，吸附器6內殘余的氣體通過排氣消音器排入大氣，此時由吸附器7產生的氧氣一部分經三通8進入穩壓罐9，經流量調節10計流出供用戶使用，另一部分經三通8進入吸附器6，對吸附器6進行反吹清洗；吸附器7完成吸附，吸附器6完成解吸后，電磁閥4將吸附器6的入口與吸附器7的入口接通，吸附器7入口處的高壓空氣進入吸附器6，完成第二次均壓過程。如此兩吸附器交替往復循環，連續產出濃度大于93％的氧氣。這樣，通過一個電磁閥控制兩個吸附器交替完成“增壓吸附、均壓降壓、降壓解吸、反吹清洗、均壓升壓”的進氣端均壓工藝流程。該均壓工藝流程使得循環過程中完成吸附的吸附器內的高壓氣體具有的能量得到重新利用，完成吸附的吸附器入口處的空氣進入另一吸附器進行重新分離，從而降低了系統的能耗和所需壓縮機的排氣量，提高了氧氣的回收率，進而減小了壓縮機的功率，減小了制氧裝置的體積、重量，降低了成本。
權利要求
1.一種吸附器進氣端均壓的小型變壓吸附制氧裝置，由過濾消聲器(1)、壓縮機(2)、冷卻器(3)、排氣消音器(5)、吸附器(6)、(7)，三通(8)、穩壓罐(9)、流量調節計(10)元件組成，其特征在于本發明中制氧裝置中增加了電磁閥(4)，電磁閥(4)為雙電控電磁閥，雙電控電磁閥結構由一個進氣口、一個排氣口、兩個出氣口、兩個閥芯和兩個電磁頭組成；壓縮機(2)前安裝過濾消聲器(1)，后連接冷卻器(3)，電磁閥(4)在冷卻器(3)與吸附器(6)、(7)之間，穩壓罐(9)通過三通(8)與吸附器連接，穩壓罐后為流量計(10)，過濾消聲器(1)與壓縮機(2)進口之間、壓縮機(2)出口與冷卻器(3)之間用軟管連接，其余零件之間通過接頭用尼龍管或PU管連接。
2.如權利要求1所述的吸附器進氣端均壓的小型變壓吸附制氧裝置，其工藝流程的特征為空氣經過濾消聲器(1)過濾后，進入壓縮機(2)加壓，高壓氣體在冷卻器(3)中冷卻，通過電磁閥(4)的切換，進入吸附器(6)加壓吸附，空氣中的氮氣被吸附器中的沸石分子篩吸附，剩余的濃度大于90％的氧氣從吸附器中流出，其中一部分氧氣經三通(8)進入穩壓罐(9)，經流量調節計(10)流出供用戶使用，另一部分經三通(8)進入吸附器(7)，對吸附器(7)進行反吹清洗；當吸附器(6)完成吸附時，電磁閥(4)將吸附器(6)的入口與吸附器(7)的入口接通，吸附器(6)入口處的高壓空氣進入吸附器(7)，從而實現一次均壓過程；均壓結束后，吸附器(6)通過電磁閥(4)與排氣消音器(5)接通，吸附器(6)內殘余的氣體通過消音器排入大氣，此時由吸附器(7)產生的氧氣一部分經三通(8)進入穩壓罐(9)，經流量調節計(10)流出供用戶使用，另一部分經三通(8)進入吸附器(6)，對吸附器(6)進行反吹清洗；吸附器(7)完成吸附，吸附器(6)完成解吸后，電磁閥(4)將吸附器(6)的入口與吸附器(7)的入口接通，吸附器(7)入口處的高壓空氣進入吸附器(6)，完成第二次均壓過程；如此兩吸附器交替往復循環。
3.如權利要求1所述的吸附器進氣端均壓的小型變壓吸附制氧裝置，其特征在于用2～6個控制閥組成閥組代替電磁閥4。
4.如權利要求2所述的吸附器進氣端均壓的小型變壓吸附制氧裝置的工藝流程，其特征在于吸附器均壓時間為0.01秒～5秒。
5.如權利要求2所述的吸附器進氣端均壓的小型變壓吸附制氧裝置的工藝流程，其特征在于使用50W～1000W的空氣壓縮機，生產流量為0.1L/min～15L/min、濃度為22％～95％的氧氣的小型變壓吸附制氧機。
全文摘要
一種吸附器進氣端均壓的小型變壓吸附制氧裝置，屬于空氣分離領域，廣泛應用于醫療保健領域。本發明由過濾消聲器、空氣壓縮機、冷卻盤管、電磁閥門、裝有沸石分子篩的吸附器、排氣消音器、三通、穩壓罐以及流量調節計等部件構成。其特征在于該制氧裝置采用了“增壓吸附、降壓解吸、反吹清洗、升壓均壓”的進氣端均壓工藝流程，使得能耗降低，氧氣回收率提高，從而減小壓縮機的功率，減輕了整機的體積和重量，降低了成本。本發明裝置具有能耗低，經濟性能優良的特點。
文檔編號C01B13/02GK1748838SQ20051008636
公開日2006年3月22日 申請日期2005年9月7日 優先權日2005年9月7日
發明者劉應書, 劉文海, 侯慶文, 卜令兵, 張德鑫 申請人:北京科技大學