CN106984136A - 制氧机氮氧分离塔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制氧机氮氧分离塔，包括氮氧分离组件和进排气控制组件；氮氧分离组件包括分离筒和分子筛；分离筒的下端封闭，分离筒内设有多个径向隔板并通过径向隔板将分离筒的内腔隔离为沿圆周方向排列的多个扇形腔；分子筛填充于各扇形腔内；进排气控制组件安装于分离筒的上端用于切换进行氮氧分离操作的分子筛；采用等分圆柱体结构，其特点是一体成型、空间利用充分，容纳分子筛体积加大，U型回路解决了发生器体积大的缺陷，旋转阀结构巧妙、合理，能实现在多个氮氧分离单元之间切换供排气控制，缩短变压吸附时间，旋转过程中可多次变压吸附、加大出氧率和出氧升数，为实现超过两个以上的多柱氮氧分离结构创造了条件。
Description
技术领域
本发明涉及氮氧分离技术领域，具体涉及一种制氧机氮氧分离塔。
背景技术
空气的主要成分是氮气(占78％)和氧气(占21％)，因此，可以说空气是制备氮气和氧气取之不尽的源泉。氮气主要用于合成氨、金属热处理的保护气氛、化工生产中的惰性保护气(开停车时吹扫管线、易氧化物质的氮封、压料)、粮食贮存、水果保鲜和电子工业等。氧主要用于冶金、助燃气、医疗、废水处理和化学工业中的氧化剂等。如何廉价地分离空气制取氧气和氮气，这是化工工作者长期潜心研究解决的问题。PSA即变压吸附法，是空分制氧机中比较主流的氮氧分离方式。现有技术主要应用AB柱型双筒发生器。A与B柱交替进行氮氧分离，其中双筒为最多形式。多柱发生器相对较少，应用缺陷在于成本高，制氧效率少等。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种制氧机氮氧分离塔，采用等分圆柱体结构，其特点是一体成型、空间利用充分，容纳分子筛体积加大，U型回路解决了发生器体积大的缺陷，旋转阀结构巧妙、合理，能实现在多个氮氧分离单元之间切换供排气控制，缩短变压吸附时间，旋转过程中可多次变压吸附、加大出氧率和出氧升数，为实现超过两个以上的多柱氮氧分离结构创造了条件。
本发明的制氧机氮氧分离塔，包括氮氧分离组件和进排气控制组件；所述氮氧分离组件包括分离筒和分子筛；所述分离筒的下端封闭，分离筒内设有多个径向隔板并通过径向隔板将分离筒的内腔隔离为沿圆周方向排列的多个扇形腔；所述分子筛填充于各扇形腔内；所述进排气控制组件安装于分离筒的上端用于切换进行氮氧分离操作的分子筛，将进排气控制组件连接电机和空压机之后，利用电机带动进排气控制组件内的旋转阀转动，使空压机产生的高压空气依次通入扇形腔内，使每个扇形腔依次进行进气、导气、排气、出氧的操作。
进一步，每个扇形腔内均设有与分离筒同心的弧形隔板，使扇形腔由相应的弧形隔板分隔成中心扇形腔和外围扇形腔，同一扇形腔内的中心扇形腔和外围扇形腔下端相通形成U形腔，所述中心扇形腔的横截面和外围扇形腔的横截面的面积相等，使U形腔各部分气流通过能力一致，工作平稳，制氧连续性好，采用U形腔结构解决了发生器体积大的缺陷。
进一步，所述分离筒内设有一个中心柱；各径向隔板连接于中心柱和分离筒外筒的内侧壁之间，分离筒外筒的内侧壁是指最外侧圆筒的内壁，分离筒下端通过底盖封闭，底盖通过螺栓固定于分离筒下端面以及中心柱的下端。
进一步，所述径向隔板为六个并且将分离筒的内腔六等分，所述分离筒的外筒、弧形隔板以及径向隔板位于外围扇形腔内的部分高于中心柱以及径向隔板位于中心扇形腔内的部分，所述弧形隔板朝向中心柱的一侧表面设有与中心柱等高的台肩；使分离筒上端中部凹槽部分形成用于安装驱动电机的空间，这样整体发生器的体积为一个圆柱体，根据流量其圆柱体的直径可变，小型便携可做到与可乐易拉罐体尺寸相当。外壳大小为普通保温杯大小，加入小型气泵即程控电路，可实现便携式制氧机、车载式制氧机、医疗用制氧机、家庭用制氧机等制氧机核心发生器应用，选用12V的通用直流电源，可实现能耗低，具有制氧稳定，制氧率高，流量大等特点。生产及组装工序相对简单，成本可控，较国外便携式制氧机价格昂贵相比，其后期的市场产能贡献较大。可填补国内微型即便携式制氧机的不足。
进一步，所述氮氧分离组件还包括气体分布器；所述气体分布器一一对应的固定于每个扇形腔被弧形隔板而成的腔体的上端，气体分布器上设置弹性件和过滤棉，起到压实分离筒内的分子筛作用。
进一步，所述进排气控制组件包括顶盖、上盖、密封盖、旋转阀、阀板和电机卡；所述上盖和顶盖固定于分离筒的上端，并且上盖和顶盖之间形成与各中心扇形腔上下相对的中心腔以及与各外围扇形腔上下相对的外围环形腔；所述密封盖设于中心腔内并将中心腔隔离为上下两个腔，顶盖上设有与中心腔的上腔相通的高压进气口；密封盖上设有与中心腔的下腔相通并且穿过顶盖伸出的氮气出气口；所述阀板设于中心腔的下腔底面中心并且阀板上设有与中心扇形腔一一相通的通孔，一一相通是指每个扇形腔对应一个通孔；阀板通过螺栓固定于中心柱的上端，各通孔沿同一圆周分布，上盖上对应各通孔设有让位，孔；所述旋转阀同轴的设于阀板顶面并与密封盖密封转动配合，密封转动配合是指密封连接同时能够相对转动，所述电机卡卡接于旋转阀并与顶盖密封转动配合，电机卡顶端穿过顶盖中心并且电机卡顶面与顶盖表面相平，电机卡顶面设有用于连接电机输出轴的连接槽，所述旋转阀内设有与中心腔的上腔相通的进气孔，所述进气孔的上端到旋转阀外圆面之间的部分拉通，能增强进气孔与中心腔的上腔之间的流通性；旋转阀的下端面设有与中心腔的下腔相通的氮气出气槽，通过旋转阀的转动使进气孔和氮气出气槽与阀板上的通孔依次循环相通，进气孔和氮气出气槽的数量相同，每个通孔与进气孔相通时，通入高压空气，然后通过旋转阀的转动切断供气，旋转阀继续旋转使该通孔与氮气出气槽相通，进而将氮气排出，如此在旋转阀的转动下使每个通孔依次循环进行进气、排出氮气的操作，旋转阀结构巧妙、合理，能实现在多个氮氧分离单元之间切换供排气控制，缩短变压吸附时间，旋转过程中可多次变压吸附、加大出氧率和出氧升数，为实现超过两个以上的多柱氮氧分离结构创造了条件。
进一步，所述旋转阀的下端面还设有与进气孔相通的延时进气槽，所述延时进气槽和氮气出气槽均为以旋转阀的转轴为圆心的弧形槽，氮气出气槽到旋转阀外圆面之间的部分拉通，使氮气出气槽与中心腔的下腔相通，采用弧形槽结构能在旋转阀转动过程中能产生一定的进气和排气的持续性，提高出氧率和出氧升数，所述弧形槽的圆心角不小于阀板上相邻两个通孔之间的圆心角，使旋转阀旋转过程中，延时进气槽和氮气出气槽在与阀板上的下一个通孔逐渐接通过程中保持与上一个通孔的连通性，避免气路出现短暂的封闭，保证氮氧分离以及出氧的连续性。
进一步，所述旋转阀的下端面还设有十字均压槽；延时进气槽和氮气出气槽各设有两个，两个延时进气槽和两个氮气出气槽沿圆周方向相间分布，十字均压槽设于延时进气槽和氮气出气槽之间并在旋转阀的轴心处交叉，使阀板上每组相对的两个通孔通入高压空气后以及排出氮气后均通过十字均压槽互通，保持压力平衡，同时给其他4个通孔以及相应的氮氧分离单元注入一定量的带压空气，加速除加压单元外的其他四个氮氧分离单元的进气速度，缩短变压吸附时间，所述十字均压槽的中心设有圆形工艺槽，能大幅减小旋转阀与阀板之间的接触面积，进而降低摩擦损耗，利于延长使用寿命。
进一步，所述上盖边部设有将外围环形腔与各外围扇形腔连通的集气孔；所述顶盖的边部设有与外围环形腔相通的氧气出气口。
进一步，所述进排气控制组件还包括弹簧和两个密封圈；其中一个密封圈设于电机卡和顶盖之间，另一个密封圈设于旋转阀和密封盖之间，所述弹簧沿轴向支撑于电机卡和旋转阀之间使两个密封圈在弹力作用下被压紧，电机卡的外圆设有超向上的台阶面，使电机卡上的密封圈紧压在电机卡的台阶面和顶盖的底面之间，旋转阀的外圆设有朝向下的台阶面，密封盖中心设有上大下小的锥形孔，使旋转阀上的密封圈紧压在旋转阀的台阶面和锥形孔的锥面之间，保证气密性，通过密封圈实现进气道与氮气道的隔绝。
本发明的有益效果是：本发明的制氧机氮氧分离塔，采用等分圆柱体结构，其特点是一体成型、空间利用充分，容纳分子筛体积加大，U型回路解决了发生器体积大的缺陷，旋转阀结构巧妙、合理，能实现在多个氮氧分离单元之间切换供排气控制，缩短变压吸附时间，旋转过程中可多次变压吸附、加大出氧率和出氧升数，为实现超过两个以上的多柱氮氧分离结构创造了条件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的结构示意图；
图2为进排气控制组件的结构示意图；
图3为旋转阀的俯视图；
图4为旋转阀的仰视图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1-3所示：本实施例的制氧机氮氧分离塔，包括氮氧分离组件和进排气控制组件；所述氮氧分离组件包括分离筒21和分子筛；所述分离筒21的下端封闭，分离筒21内设有多个径向隔板28并通过径向隔板28将分离筒21的内腔隔离为沿圆周方向排列的多个扇形腔；所述分子筛填充于各扇形腔内；所述进排气控制组件安装于分离筒21的上端用于切换进行氮氧分离操作的分子筛，将进排气控制组件连接电机和空压机之后，利用电机带动进排气控制组件内的旋转阀7转动，使空压机产生的高压空气依次通入扇形腔内，使每个扇形腔依次进行进气、导气、排气、出氧的操作。每个扇形腔内均设有与分离筒21同心的弧形隔板25，使扇形腔由相应的弧形隔板25分隔成中心扇形腔26和外围扇形腔24，同一扇形腔内的中心扇形腔26和外围扇形腔24下端相通形成U形腔，所述中心扇形腔26的横截面和外围扇形腔24的横截面的面积相等，使U形腔各部分气流通过能力一致，工作平稳，制氧连续性好，采用U形腔结构解决了发生器体积大的缺陷。所述分离筒21内设有一个中心柱27；各径向隔板28连接于中心柱27和分离筒21外筒22的内侧壁之间，分离筒21外筒22的内侧壁是指最外侧圆筒的内壁，分离筒21下端通过底盖封闭，底盖通过螺栓固定于分离筒21下端面以及中心柱27的下端。所述径向隔板28为六个并且将分离筒21的内腔六等分，所述分离筒21的外筒22、弧形隔板25以及径向隔板28位于外围扇形腔24内的部分高于中心柱27以及径向隔板28位于中心扇形腔26内的部分，所述弧形隔板25朝向中心柱27的一侧表面设有与中心柱27等高的台肩；使分离筒21上端中部凹槽部分形成用于安装驱动电机的空间，这样整体发生器的体积为一个圆柱体，根据流量其圆柱体的直径可变，小型便携可做到与可乐易拉罐体尺寸相当。外壳大小为普通保温杯大小，加入小型气泵即程控电路，可实现便携式制氧机、车载式制氧机、医疗用制氧机、家庭用制氧机等制氧机核心发生器应用，选用12V的通用直流电源，可实现能耗低，具有制氧稳定，制氧率高，流量大等特点。生产及组装工序相对简单，成本可控，较国外便携式制氧机价格昂贵相比，其后期的市场产能贡献较大。可填补国内微型即便携式制氧机的不足。
本实施例中，所述氮氧分离组件还包括气体分布器23；所述气体分布器23一一对应的固定于每个扇形腔被弧形隔板25而成的腔体的上端，气体分布器23上设置弹性件和过滤棉，起到压实分离筒21内的分子筛作用。
本实施例中，所述进排气控制组件包括顶盖2、上盖12、密封盖6、旋转阀7、阀板9和电机卡5；所述上盖12和顶盖2固定于分离筒21的上端，并且上盖12和顶盖2之间形成与各中心扇形腔26上下相对的中心腔以及与各外围扇形腔24上下相对的外围环形腔1；所述密封盖6设于中心腔内并将中心腔隔离为上下两个腔，顶盖2上设有与中心腔的上腔14相通的高压进气口13；密封盖6上设有与中心腔的下腔10相通并且穿过顶盖2伸出的氮气出气口15；所述阀板9设于中心腔的下腔10底面中心并且阀板9上设有与中心扇形腔26一一相通的通孔8，一一相通是指每个扇形腔对应一个通孔8；阀板9通过螺栓固定于中心柱27的上端，各通孔8沿同一圆周分布，上盖12上对应各通孔8设有让位，孔；所述旋转阀7同轴的设于阀板9顶面并与密封盖6密封转动配合，密封转动配合是指密封连接同时能够相对转动，所述电机卡5卡接于旋转阀7并与顶盖2密封转动配合，电机卡5顶端穿过顶盖2中心并且电机卡5顶面与顶盖2表面相平，电机卡5顶面设有用于连接电机输出轴的连接槽，所述旋转阀7内设有与中心腔的上腔14相通的进气孔16，所述进气孔16的上端到旋转阀7外圆面之间的部分拉通，能增强进气孔16与中心腔的上腔14之间的流通性；旋转阀7的下端面设有与中心腔的下腔10相通的氮气出气槽20，通过旋转阀7的转动使进气孔16和氮气出气槽20与阀板9上的通孔8依次循环相通，进气孔16和氮气出气槽20的数量相同，每个通孔8与进气孔16相通时，通入高压空气，然后通过旋转阀7的转动切断供气，旋转阀7继续旋转使该通孔8与氮气出气槽20相通，进而将氮气排出，如此在旋转阀7的转动下使每个通孔8依次循环进行进气、排出氮气的操作，旋转阀7结构巧妙、合理，能实现在多个氮氧分离单元之间切换供排气控制，缩短变压吸附时间，旋转过程中可多次变压吸附、加大出氧率和出氧升数，为实现超过两个以上的多柱氮氧分离结构创造了条件。
本实施例中，所述旋转阀7的下端面还设有与进气孔16相通的延时进气槽19，所述延时进气槽19和氮气出气槽20均为以旋转阀7的转轴为圆心的弧形槽，氮气出气槽20到旋转阀7外圆面之间的部分拉通，使氮气出气槽20与中心腔的下腔10相通，采用弧形槽结构能在旋转阀7转动过程中能产生一定的进气和排气的持续性，提高出氧率和出氧升数，所述弧形槽的圆心角不小于阀板9上相邻两个通孔8之间的圆心角，使旋转阀7旋转过程中，延时进气槽19和氮气出气槽20在与阀板9上的下一个通孔8逐渐接通过程中保持与上一个通孔8的连通性，避免气路出现短暂的封闭，保证氮氧分离以及出氧的连续性。所述旋转阀7的下端面还设有十字均压槽17；延时进气槽19和氮气出气槽20各设有两个，两个延时进气槽19和两个氮气出气槽20沿圆周方向相间分布，十字均压槽17设于延时进气槽19和氮气出气槽20之间并在旋转阀7的轴心处交叉，使阀板9上每组相对的两个通孔8通入高压空气后以及排出氮气后均通过十字均压槽17互通，保持压力平衡，同时给其他4个通孔8以及相应的氮氧分离单元注入一定量的带压空气，加速除加压单元外的其他四个氮氧分离单元的进气速度，缩短变压吸附时间，所述十字均压槽17的中心设有圆形工艺槽18，能大幅减小旋转阀7与阀板9之间的接触面积，进而降低摩擦损耗，利于延长使用寿命。所述上盖12边部设有将外围环形腔1与各外围扇形腔24连通的集气孔11；所述顶盖2的边部设有与外围环形腔1相通的氧气出气口3。所述进排气控制组件还包括弹簧和两个密封圈4；其中一个密封圈4设于电机卡5和顶盖2之间，另一个密封圈4设于旋转阀7和密封盖6之间，所述弹簧沿轴向支撑于电机卡5和旋转阀7之间使两个密封圈4在弹力作用下被压紧，电机卡5的外圆设有超向上的台阶面，使电机卡5上的密封圈4紧压在电机卡5的台阶面和顶盖2的底面之间，旋转阀7的外圆设有朝向下的台阶面，密封盖6中心设有上大下小的锥形孔，使旋转阀7上的密封圈4紧压在旋转阀7的台阶面和锥形孔的锥面之间，保证气密性，通过密封圈4实现进气道与氮气道的隔绝。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种制氧机氮氧分离塔，其特征在于：包括氮氧分离组件和进排气控制组件；所述氮氧分离组件包括分离筒和分子筛；所述分离筒的下端封闭，分离筒内设有多个径向隔板并通过径向隔板将分离筒的内腔隔离为沿圆周方向排列的多个扇形腔；所述分子筛填充于各扇形腔内；所述进排气控制组件安装于分离筒的上端用于切换进行氮氧分离操作的分子筛。
2.根据权利要求1所述的制氧机氮氧分离塔，其特征在于：每个扇形腔内均设有与分离筒同心的弧形隔板，使扇形腔由相应的弧形隔板分隔成中心扇形腔和外围扇形腔，同一扇形腔内的中心扇形腔和外围扇形腔下端相通形成U形腔。
3.根据权利要求1所述的制氧机氮氧分离塔，其特征在于：所述分离筒内设有一个中心柱；各径向隔板连接于中心柱和分离筒外筒的内侧壁之间。
4.根据权利要求1所述的制氧机氮氧分离塔，其特征在于：所述径向隔板为六个并且将分离筒的内腔六等分。
5.根据权利要求1所述的制氧机氮氧分离塔，其特征在于：所述氮氧分离组件还包括气体分布器；所述气体分布器一一对应的固定于每个扇形腔被弧形隔板而成的腔体的上端。
6.根据权利要求2所述的制氧机氮氧分离塔，其特征在于：所述进排气控制组件包括顶盖、上盖、密封盖、旋转阀、阀板和电机卡；所述上盖和顶盖固定于分离筒的上端，并且上盖和顶盖之间形成与各中心扇形腔上下相对的中心腔以及与各外围扇形腔上下相对的外围环形腔；所述密封盖设于中心腔内并将中心腔隔离为上下两个腔，顶盖上设有与中心腔的上腔相通的高压进气口；密封盖上设有与中心腔的下腔相通并且穿过顶盖伸出的氮气出气口；所述阀板设于中心腔的下腔底面中心并且阀板上设有与中心扇形腔一一相通的通孔；所述旋转阀同轴的设于阀板顶面并与密封盖密封转动配合，所述电机卡卡接于旋转阀并与顶盖密封转动配合，所述旋转阀内设有与中心腔的上腔相通的进气孔；旋转阀的下端面设有与中心腔的下腔相通的氮气出气槽，通过旋转阀的转动使进气孔和氮气出气槽与阀板上的通孔依次循环相通。
7.根据权利要求6所述的制氧机氮氧分离塔，其特征在于：所述旋转阀的下端面还设有与进气孔相通的延时进气槽，所述延时进气槽和氮气出气槽均为以旋转阀的转轴为圆心的弧形槽。
8.根据权利要求6所述的制氧机氮氧分离塔，其特征在于：所述旋转阀的下端面还设有十字均压槽。
9.根据权利要求6所述的制氧机氮氧分离塔，其特征在于：所述上盖边部设有将外围环形腔与各外围扇形腔连通的集气孔；所述顶盖的边部设有与外围环形腔相通的氧气出气口。
10.根据权利要求6所述的制氧机氮氧分离塔，其特征在于：所述进排气控制组件还包括弹簧和两个密封圈；其中一个密封圈设于电机卡和顶盖之间，另一个密封圈设于旋转阀和密封盖之间，所述弹簧沿轴向支撑于电机卡和旋转阀之间使两个密封圈在弹力作用下被压紧。
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