CN102489115A - 一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器，包括腔体、电机和动态阀，腔体的一端具有进气口管道，腔体另一端具有第一气口管道、第二气口管道及氮气出口管道，动态阀置于腔体内并由电机的输出轴驱动动态阀转动，当动态阀接通第一气口管道和氮气出口管道时，进气口管道与第二气口管道连通；当动态阀接通第二气口管道和氮气出口管道时，进气口管道与第一气口管道连通。本发明采用在壳体内设置动态阀取代了现有的电磁阀组和阀体动作时机控制电路，并且动态阀在转动的过程中控制气体管道的通路，以动态阀的转动周期作为制氧吸附周期，因此，本发明提供的气源分配器简化了结构设计，节约了生产成本，并且大大优化了整个制变压吸附制氧程序。
Description
技术领域
本发明涉及变压吸附制氧仪技术领域，具体涉及一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器。
背景技术
变压吸附法即PSA法（Pressure Swing Adsorption），最初是由Skarstrom等人在1960年发明，利用压力的涨落来分离空气的概念，最初在工业上主要用于空气干燥和氢气纯化。1970年后才开发用于空气制氧或制氮，1976年后逐渐开发成功用碳分子筛，或用沸石分子筛的真空变压吸附法，从空气中制氧或氮，1980年实现了用单床PSA法吸附制取医用氧。
变压吸附的过程循环是指气体在加压下吸附、常压下解吸的流程，典型循环是Skarstrom循环，如图1所示，在电磁阀组3的控制下，当空气进入吸附床1时，由于沸石分子筛对氮气优先吸附，于是在吸附床1升压过程中排出氧气；此时吸附床2处于减压状态，氮气从沸石分子筛上脱附并排出，在脱附后期，而吸附床1中的氧气对吸附床2吹扫，吹扫之后进入下一次揗环。由于两吸附床同时操作，所以可以连续获得高纯度的氧气。在氧产生过程中，每一个吸附床均经历四个步骤：升压过程、吸附过程、顺放过程及逆放过程，如此反复。由图1可以看出现有的变压吸附制氧仪对于气体的分配是通过电磁阀组3来实现的。如图2所示是现有的变压吸附制氧仪的立体结构图，该制氧仪包括两个沸石分子筛筒（Molecular sieve）21和22、一储氧桶23，连接于两个分子筛筒之间的多个管路24，电磁阀组25以及控制电磁阀组动作的控制线路。该制氧仪的运作方式是通过压缩机将外部空气经电磁阀组25被控制地送入其中一个分子筛筒内，利用分子筛筒内的沸石分子吸附氮气，剩余气体即为高纯度的氧气，并且获得的氧气经管路24进入储氧桶23内，同时另一个分子筛筒也经电磁阀组25控制将内部氮气排出至外界，如此反复切换运作，连续从储氧桶23输出高纯度的氧气。由此可见，此现有变压吸附制氧仪的气源分配器结构的核心是电磁阀组以及电磁阀动作时机控制的控制电路，因此PSA制氧对电磁阀组的操作指标和要求均比一般电磁阀高，要求电磁阀应具有良好的密封性，快速的启闭速度，和频繁的开关寿命，电磁阀组的动作时机控制即吸附程序及吸附周期的优化对整个制氧仪的性能至关重要，而现有的变压吸附制氧仪的气源分配器的电磁阀组以及配合电磁阀组动作时机控制的控制电路结构复杂、成本高、易故障，一旦电磁阀组故障需要更换整组零件。同时优化吸附程序及吸附周期也成为制氧仪产品设计的难点之一。
发明内容
本发明提供一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器，能够简化整个气源分配器的结构并优化整变压吸附制氧的程序。
本发明提供一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器，包括腔体、电机和动态阀，腔体的一端具有进气口管道，腔体另一端具有第一气口管道、第二气口管道及氮气出口管道，动态阀置于腔体内并由电机的输出轴驱动动态阀转动，当动态阀接通第一气口管道和氮气出口管道时，进气口管道与第二气口管道连通；当动态阀接通第二气口管道和氮气出口管道时，进气口管道与第一气口管道连通。
优选地，所述第一气口管道、第二气口管道与氮气出口管道在腔体内的管道口位于同一直线，氮气出口管道的管道口位于中间位置，所述动态阀面向氮气出口管道的一面具有凹陷，在动态阀转动的过程中，所述凹陷能够使第一气口管道与氮气出口管道、第二气口管道与氮气出口管道循环连通。
上述技术方案可以看出，由于本发明实施例采用在壳体内设置动态阀取代了现有的电磁阀组和阀体动作时机控制电路，并且动态阀在转动的过程中控制气体管道的通路，以动态阀的转动周期作为制氧吸附周期，因此，本发明提供的气源分配器简化了结构设计，节约了生产成本，并且大大优化了整个制变压吸附制氧程序。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是PSA法变压吸附制氧的原理图；
图2是现有的变压吸附制氧仪的立体结构图；
图3（a）本发明实施例中动态阀芯工作在a状态时用于变压吸附制氧仪的气源分配器的部分剖视结构图；
图3（b）本发明实施例中动态阀芯工作在b状态时用于变压吸附制氧仪的气源分配器的部分剖视结构图；
图4是本发明实施例中用于变压吸附制氧仪的气源分配器的爆炸结构图；
图5（a）是本发明实施例中用于变压吸附制氧仪的气源分配器的动态阀的主视图；
图5（b）是本发明实施例中用于变压吸附制氧仪的气源分配器的动态阀的后视图；
图6是本发明实施例中用于变压吸附制氧仪的气源分配器的静态阀芯的主视图；
图7是本发明实施例中用于变压吸附制氧仪的气源分配器的壳体的前端盖的剖视图；
图8是本发明实施例中用于变压吸附制氧仪的气源分配器的壳体的后端盖的剖视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
本发明实施例提供一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器，包括腔体、电机和动态阀，腔体的一端具有进气口管道，腔体另一端具有第一气口管道、第二气口管道及氮气出口管道，动态阀置于腔体内并由电机的输出轴驱动动态阀转动，当动态阀接通第一气口管道和氮气出口管道时，进气口管道与第二气口管道连通；当动态阀接通第二气口管道和氮气出口管道时，进气口管道与第一气口管道连通。
具体如图3（a）、图3（b）所示，腔体10的一端具有进气口管道100，腔体10的另一端具有第一气口管道101、第二气口管道102及氮气出口管道103，动态阀35置于腔体10内并由电机31的输出轴驱动，当动态阀35转动到如图3（a）所示的a状态的位置时，此时动态阀35接通第二气口管道102和氮气出口管道103，进气口管道100与第一气口管道101连通；当动态阀35转动到如图3（b）所示的b状态的位置时，此时动态阀35接通第一气口管道101和氮气出口管道103，进气口管道100与第二气口管道102连通。可以理解的是，第一气口管道101、第二气口管道102分别与变压吸附制氧仪的两个吸附床连接。
结合图4，所述第一气口管道101、第二气口管道102与氮气出口管道103在腔体内的管道口位于同一直线，氮气出口管道103的管道口位于中间位置，如图5（a）所示，所述动态阀35呈半圆状且面向氮气出口管道103的一面具有凹陷42，在动态阀35转动的过程中，所述凹陷42能够使第一气口管道101与氮气出口管道103、第二气口管道102与氮气出口管道103循环连通。可以理解的是，所述动态阀35之所以采用半圆状，是为了保证动态阀35在转动的过程中只遮住3个管道口中的2个管道口，而被动态阀35遮住的2个管道口能够通过动态阀35上的凹陷42进行连通，由于氮气出口的管道口设置在其他两个管道口的中间，因此，凹陷42采用扇形或顶部具有圆弧的类似T形的形状会具有最佳的连通效果，本发明实施例中的凹陷42采用顶部具有圆弧的类似T形的凹陷，所述弧度接近180°，可以保证动态阀35转动近180°的角度范围内，凹陷42依旧实现氮气出口管道103与第一气口管道101或第二气口管道102的连通，如图5（b）所示，所述动态阀35上与电机31连接的一面具有带键槽的圆形凹槽41，电机31的输出轴固定在圆形凹槽41内。为了便于电机31与动态阀35之间的组装与连接，本发明实施例中，所述动态阀35与电机31之间通过驱动轴芯36连接，驱动轴芯36通过轴承固定在壳体10的一端，驱动轴芯36的一端嵌入到所述带键槽的圆形凹槽41内，驱动轴芯36的另一端卡接电机31的输出轴。为实现驱动轴芯36一端能够良好的嵌入圆形凹槽41内，将驱动轴芯的一端的截面形状设计成与凹槽41的形状相同。将电机31的输出轴进行双面铣扁，与电机31的输出轴卡接的轴芯开设与所述铣扁匹配的卡槽，从而实现电机输出轴与驱动轴芯的卡接。为了实现动态阀35与第一气口管道101、第二气口管道102及氮气出口管道103之间的气密性，所述驱动轴芯36的中心设有凹孔，凹孔内设有有弹簧43，弹簧43压接动态阀35，当动态阀35转动时，弹簧43可以让动态阀35能够紧贴第一气口管道101、第二气口管道102及氮气出口管道103在壳体内的管道口。
所述腔体10内还包括静态阀芯34，静态阀芯34置于动态阀35与所述管道口之间，静态阀34上具有与所述第一气口管道101、第二气口管道102及氮气出口管道103相对应的通孔。如图6所示，第一气口管道101对应静态阀芯34的第一通孔51，第二气口管道102对应静态阀芯34的第二通孔52，氮气出口管道103对应静态阀芯34的氮气通孔53。所述静态阀芯34的外壁上具有密封圈41，所述静态阀芯34的通孔与第一气口管道101、第二气口管道102及氮气出口管道103之间均设有密封圈40。所述壳体10与电机31的输出轴之间设置密封圈42。
为了便于生产和安装，所述壳体10由前端盖32和后端盖33组成，所述进气口管道100设置在前端盖32上，所述第一气口管道101、第二气口管道102及氮气出口管道103设置在后端盖33上。所述前端盖32与后端盖33之间通过螺钉39固定在一起，所述电机10通过螺钉44固定在后端盖33上。壳体可以使用镂空设计以减少材料使用。结合图7、图8，前端盖32在两侧壁上分别具有第一气口管道的接口71和第二气口管道的接口73，在前端盖32的中心具有氮气出口管道的接口75，在前端盖32的内壁上，第一气口管道的管道口72、第二气口管道的管道口74及氮气出口管道的管道口76在同一直线上，且氮气出口管道的管道口76处于其他两个管道口之间。后端盖33的侧壁上具有进气口管道的接口62，在后端盖33的中心具有用于电机输出轴通过的通孔61，电机输出轴通过通孔61能够与动态阀34连接，以便驱动动态阀34转动，在后端盖的内部形成一个空腔63，空腔63与通孔61连通，动态阀34安装与壳体10的过程中，动态阀34会置于空腔63内，这时，要求动态阀34的外径应当等于空腔63的内径，这样，由进气口管道的接口进入的空气便可以通过动态阀34与空腔63内壁之间未接触的那部分空隙进入到腔体10内，进而进入到其他管道。
下面结合图3（a）、图3（b）、图7及图8对本发明实施例中的用于变压吸附制氧仪的气源分配器的工作原理作出具体介绍。
来自压缩机的空气经过进气口管道101进入到壳体后端盖33的空腔63内，由于空腔63的内壁与动态阀34之间存在孔隙，所以在动态阀处于图3（a）所示的a状态时，动态阀34隔离了空腔63与第二气口管道102的管道口52及氮气出口管道103的管道口53，这时，空腔63与第一气口管道101的管道口51之间未被动态阀34隔离，空气只能从第一气口管道101进入，因为第一气口管道101和第二气口管道102分别连接着吸附床1和吸附床2，对于吸附床1和吸附床2的结构原理可以参见图1，此处不再赘述。空气进入到吸附床1及吸附床2后已经获得了氧气，剩下的氮气则进入到第二气口管道102，而此时第二气口管道102与氮气出口管道103是由动态阀上34上的凹陷进行连通的，因此氮气由第二气口管道102进入到氮气出口管道103，氮气出口管道连接氮气排放消音装置，进而对氮气进行了排放。
同样可以理解，来自压缩机的空气经过进气口管道101进入到壳体后端盖33的空腔63内，由于空腔63的内壁与动态阀34之间存在孔隙，所以在动态阀处于图3（b）所示的b状态时，动态阀34隔离了空腔63与第一气口管道101的管道口51及氮气出口管道103的管道口53，这时，空腔63与第二气口管道102的管道口52之间未被动态阀34隔离，空气只能从第二气口管道102进入，因为第一气口管道101和第二气口管道102分别连接着吸附床1和吸附床2，对于吸附床1和吸附床2的结构原理同样参见图1，此处不再赘述。空气进入到吸附床2及吸附床1后已经获得了氧气，剩下的氮气则进入到第一气口管道101，而此时第一气口管道101与氮气出口管道103是由动态阀上34上的凹陷进行连通的，因此氮气由第一气口管道101进入到氮气出口管道103，氮气出口管道连接氮气排放消音装置，进而对氮气进行了排放。
可以理解的是，本发明实施例中的用于变压吸附制氧仪的气源分配器对于变压吸附制氧的周期是由电机输出轴的转动周期决定的，即由电机的转速决定，电机输出轴驱动动态阀由a状态转到b状态再转回a状态则为一个制氧程序的周期，因此能够提升整个制氧过程的效率。
与现有技术中的用于变压吸附制氧仪的气源分配器相比，本发明实施例提供的用于变压吸附制氧仪的气源分配器采用动态阀取代电磁阀组，而且仅仅用了4个气流管道就实现了气源分配，动态阀上的凹陷及半圆状设计使得进气口管道分别与第一气口管道、第二气口管道交替连通，氮气出口管道与第一气口管道、第二气口管道交替连通，对于进气口管道、第一气口管道、第二气口管道、氮气出口管道这4个气流管道的利用率比较高，而且制氧周期由电机转速决定，更加有利于对制氧流程的控制，使得制氧的效率得到提升。
以上对本发明实施例所提供的一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器，其特征在于：包括腔体、电机和动态阀，腔体的一端具有进气口管道，腔体另一端具有第一气口管道、第二气口管道及氮气出口管道，动态阀置于腔体内并由电机的输出轴驱动动态阀转动，当动态阀接通第一气口管道和氮气出口管道时，进气口管道与第二气口管道连通；当动态阀接通第二气口管道和氮气出口管道时，进气口管道与第一气口管道连通。
2.如权利要求1所述的一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器，其特征在于：所述第一气口管道、第二气口管道与氮气出口管道在腔体内的管道口位于同一直线，氮气出口管道的管道口位于中间位置，所述动态阀面向氮气出口管道的一面具有凹陷，在动态阀转动的过程中，所述凹陷能够使第一气口管道与氮气出口管道、第二气口管道与氮气出口管道循环连通。
3.如权利要求2所述的一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器，其特征在于：所述腔体内还包括静态阀芯，静态阀芯置于动态阀与所述管道口之间，静态阀上具有与所述第一气口管道、第二气口管道及氮气出口管道相对应的通孔。
4.如权利要求3所述的一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器，其特征在于：所述静态阀芯的外壁上具有密封圈，所述静态阀芯的通孔与第一气口管道、第二气口管道及氮气出口管道之间均设有密封圈。
5.如权利要求1或2所述的一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器，其特征在于：所述动态阀上与电机连接的一面具有带键槽的圆形凹槽，电机的输出轴固定在圆形凹槽内。
6.如权利要求5所述的一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器，其特征在于：所述动态阀与电机之间通过驱动轴芯连接，驱动轴芯通过轴承固定在壳体的一端，驱动轴芯的一端嵌入到所述带键槽的圆形凹槽内，驱动轴芯的另一端卡接电机的输出轴。
7.如权利要求6所述的一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器，其特征在于：所述驱动轴芯的中心设有凹孔，凹孔内设有有弹簧，弹簧压接动态阀。
8.如权利要求1或2所述的一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器，其特征在于：所述壳体与电机的输出轴之间设置密封圈。
9.如权利要求1或2所述的一种用于变压吸附制氧仪的气源分配器，其特征在于：所述壳体由前端盖和后端盖组成，所述进气口管道设置在前端盖上，所述第一气口管道、第二气口管道及氮气出口管道设置在后端盖上。
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