CN109442076A - 一种微型多塔psa制氧机用旋转阀 - Google Patents

Abstract

一种微型多塔PSA制氧机用旋转阀，主要由旋转电机，联轴器，底盖，阀座，旋转阀体，圆锥形密封环及顶盖等组成，圆柱形旋转阀体上下端面分别设置有偏心的圆形进气通孔和排气通孔，旋转阀体侧壁上端和下端对称地设置有两组周向角度小于180°互不相通的环形进气槽和排气槽，两组环形进气槽和排气槽在周向按一定角度交错排布，在两组环形进气槽和排气槽的对称中心设置有通过旋转阀体且与旋转阀体轴线垂直的圆形均压孔槽。圆柱形旋转阀体与锥形密封环和阀座配合形成进气通道、排气通道和均压通道。圆柱形旋转阀体锥形结构密封环与阀座锥形内壁面相配合自动补偿旋转过程中出现的偏差。这种旋转阀结构简单，核心部件加工容易，成本低，密封性好，寿命长。采用该旋转阀的微型PSA制氧机集成度高，部件成本和故障率低，稳定性好。

Description

一种微型多塔PSA制氧机用旋转阀

技术领域

本发明属于气体分离技术领域，具体涉及一种微型多塔PSA制氧机用旋转阀。

背景技术

变压吸附（pressure swing adsorption, PSA）是一种重要的分离技术，已在气体分离、提纯等领域获得广泛应用，尤其在中小规模的空分制氧气方面。由于产氧浓度高、设备成本低等诸多优点，基于PSA原理的制氧设备在家庭医疗、野外个体供氧等领域获得更为广泛的应用。传统微型PSA制氧机通常采用电磁阀和简易的旋转阀控制的两塔吸附床结构，结构和工艺流程简单，使制氧效率较低，体积重量较大，长期稳定性差。为了提高制氧机便携性和运行稳定性，高度集成的多塔吸附床结构逐渐被提出应用于微型PSA制氧机中。

多塔吸附床结构的PSA制氧设备可通过多次均压和快速循环可显著地提高氧气回收率和吸附剂生产率，比传统两塔PSA制氧设备具有明显的优势。微型PSA制氧机由于对体积重量要求较高，传统的电磁阀控制不适用于多塔结构的微型PSA制氧机。

因此，人们不得不采用多通道气路分配旋转阀或多个旋转的吸附塔来实现多塔PSA制氧过程。国内专利CN104747756 B提出了一种由动阀片和静阀片组成直流电机驱动的旋转阀，高度集成四个塔结构的PSA制氧机，实现四塔制氧过程，有效提高制氧效率，在微型医疗用氧领域具有广阔的应用前景，但由于动阀片和静阀片长期旋转运行后啮合性下降造成制氧浓度降低，且寿命较短。国外专利US 6712087 B2、US 20010447824A1提出了由动阀片和静阀片组成高度集成的微型PSA制氧装置，实现多塔制氧过程，装置结构紧凑，制氧效率高，但任存在上述寿命短问题。国内专利CN101139088提出旋转多床微型PSA制氧装置，将传统的吸附塔设计成多个扇形吸附塔层结构，扇形吸附塔中心设置有电机驱动的旋转轴带动吸附塔旋转，完成各个循环步骤，可有效提高吸附效率，但该结构对吸附塔的密封性要求较高，同时床层加工难度较大。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种微型多塔PSA制氧机用旋转阀。

现有典型的微型多塔PSA制氧机用旋转阀，如图1所示，旋转阀的核心部件为圆盘状动阀片和静阀片，动阀片端面上设置有进气槽、均压槽和排气槽，静阀片设置有与吸附塔相通的多个通气孔，随着直流电机的旋转轴旋转带动动阀片旋转，动阀片和静阀片的端面相配合完成进气、均压、排气等循环步骤，实现多塔PSA分离过程，可有效提高制氧性能，但旋转阀长期运行后啮合性下降会造成制氧浓度降低，且寿命较短。

本发明提出一种微型多塔PSA制氧机用旋转阀，可用于8塔或4塔（即两组环形进气槽和排气槽在周向平行对称设置，即交错排布角度为0）PSA制氧过程，如图2、图3、图4、图5和图6所示。旋转阀进气口3通过圆柱形进气通孔104与第一环形进气槽103和第二环形进气槽108连通，第一环形进气槽103通过第一锥形密封环8上的第一通气孔9、圆柱形连接孔51、第三通气孔13与吸附塔接口连通，第二环形进气槽108通过第二锥形密封环11上的第二通气孔12与吸附塔接口连通。第一环形排气槽101和第二环形排气槽107通过圆柱形排气通孔105与顶盖6上的排气口连通。圆柱形旋转阀体与第一锥形密封环8、第二锥形密封环11以及阀座5配合分别形成由进气口3、圆柱形进气通孔104、第一环形进气槽103、第一通气孔9、圆柱形连接孔51、第三通气孔13和吸附塔接口组成的进气通道和进气口3、圆柱形进气通孔104、第二环形进气槽108、第二通气孔12和吸附塔接口组成的进气通道，第一环形排气槽101和第二环形排气槽107、排气通孔105和排气口109组成的排气通道以及由第一均压孔槽102、第二均压孔槽106组成的均压通道。第一锥形密封环8和第二锥形密封环11分别按锥面较小的面相向的方向设置于靠近旋转阀体和阀座的两端，与阀座5两端锥形内壁面相配合自动补偿旋转过程中出现的偏差。这种旋转阀结构简单，核心部件加工容易，成本低；旋转阀体上的锥形密封环自动补偿旋转过程中出现的偏差，密封性好，旋转阀寿命长。采用该旋转阀的PSA制氧设备成本和故障率低，稳定性好。

本发明的技术方案是，此种一种微型多塔PSA制氧机用旋转阀，主要由旋转电机，联轴器，底盖，阀座，旋转阀体，圆锥形密封环及顶盖等组成，其特征在于：所述的旋转电机的轴通过联轴器与旋转阀体连接，带动旋转阀旋转，旋转阀体为圆柱形阀体，圆柱形阀体上下端面分别设置有偏心的圆柱形进气通孔和排气通孔，旋转阀体侧壁上端和下端对称地设置有两组平行且周向角度小于180°互不相通的环形进气槽和排气槽，两组环形进气槽和排气槽在周向按一定角度交错排布，在环形进气槽和排气槽的对称中心设置有通过旋转阀体且与旋转阀体轴线垂直的圆形均压孔槽，环形进气槽和排气槽的周向角度相等，且该周向角度≤160°，两组环形进气槽和排气槽在周向交错排布角度≤45°，两组环形进气槽通过偏心的圆形进气通孔与阀体底面侧壁上进气口相通，两组排气槽通过偏心的圆形排气通孔与顶盖上的排气口相通。

在上述技术方案中，所述的旋转阀体和阀座之间设置有2个锥形结构密封环，2个锥形结构密封环分别按锥面较小的面相向的方向设置于靠近旋转阀体和阀座的两端，密封环上设置有与阀座圆柱形连接孔连通的通气口，且靠近圆形进气通孔位置的密封环上通气口为4个，靠近圆形排气通孔位置的密封环上的通气口为8个。

在上述技术方案中，所述的阀座两端内壁为与2个锥形结构密封环相配合的锥形面，其余的内壁为圆柱形侧壁面，且在圆柱形侧壁面的端面上设置有4个轴向的圆柱形连接孔，圆柱形侧壁面的端面圆柱形连接孔和与之配合的锥形结构密封环上的通气口相通。

在上述技术方案中，所述的顶盖上设置有8个互不连通吸附塔接口和1个解吸口，可实现8塔PSA制氧过程，将上述旋转阀体上两组环形进气槽和排气槽在周向平行对称设置，即交错排布角度为0，且将8个吸附塔接口中相邻的2个接口并联起来组成4个新的吸附塔接口，可实现4塔PSA制氧过程。

本发明的优点是，第一、旋转阀结构简单，核心部件加工容易，成本低。第二、旋转阀体上的锥形密封环自动补偿旋转过程中出现的偏差，密封性好，旋转阀寿命长。第三、应用该阀的制氧机吸附剂生产率高，装置集成度高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有典型的微型多塔PSA制氧机用旋转阀动阀片和静阀片示意图。

图2是本发明的微型多塔PSA制氧机用旋转阀外观示意图。

图3是本发明的微型多塔PSA制氧机用旋转阀的阀座示意图。

图4是本发明的微型多塔PSA制氧机用旋转阀的阀体和密封环示意图。

图5是本发明的微型多塔PSA制氧机用旋转阀体示意图。

图6是本发明的微型多塔PSA制氧机用旋转阀体主视图。

在图2、图3、图4、图5和图6中，1是直流电机，2是联轴器，3是进气口，4是底盖，5是阀座，51是圆柱形连接孔，52是阀座圆柱形侧壁面的端面，6是顶盖，7是吸附塔接口，8是第一锥形密封环，9是第一通气孔，10是圆柱形旋转阀体，11是第二锥形密封环，12是第二通气孔，13是第三通气孔，14是排气口，101是第一环形排气槽，102是第一均压孔槽，103是第一环形进气槽，104是圆柱形进气通孔，105是圆柱形排气通孔，106是第二均压孔槽，107是第二环形排气槽，108是第二环形进气槽。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的目的、技术方案和有益效果进行进一步详细说明，但所应理解的是，以下所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普遍技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均包括在本发明的范围内。

本示例采用直流电机驱动旋转阀，可用于8塔或4塔（即两组环形进气槽和排气槽在周向平行对称设置，即交错排布角度为0）PSA制氧过程，如图2、图3、图4、图5和图6所示。旋转阀进气口3通过圆柱形进气通孔104与第一环形进气槽103和第二环形进气槽108连通，第一环形进气槽103通过第一锥形密封环8上的第一通气孔9、圆柱形连接孔51、第三通气孔13与吸附塔接口连通，第二环形进气槽108通过第二锥形密封环11上的第二通气孔12与吸附塔接口连通。第一环形排气槽101和第二环形排气槽107通过圆柱形排气通孔105与顶盖6上的排气口连通。圆柱形旋转阀体与第一锥形密封环8、第二锥形密封环11以及阀座5配合分别形成由进气口3、进气通孔104、第一环形进气槽103、第一通气孔9、圆形连接孔51、第三通气孔13和吸附塔接口组成的进气通道和进气口3、圆柱形进气通孔104、第二环形进气槽108、第二通气孔12和吸附塔接口组成的进气通道，第一环形排气槽101和第二环形排气槽107、圆柱形排气通孔105和排气口109组成的排气通道以及由第一均压孔槽102、第二均压孔槽106组成的均压通道。第一锥形密封环8和第二锥形密封环11分别按锥面较小的面相向的方向设置于靠近旋转阀体和阀座的两端，与阀座5两端锥形内壁面相配合自动补偿旋转过程中出现的偏差。

使用时，直流电机1带动圆柱形旋转阀体10旋转，原料气体经进气口3、进气通孔104、第一环形进气槽103、第一通气孔9、圆柱形连接孔51以及第三通气孔13进入8个吸附塔中的一个连通，同时原料气体经进气口3、第二环形进气槽108以及第二通气孔12进入另一与上述吸附塔相邻的吸附塔，用于充压吸附过程，同时与上述两吸附塔相对称的另两个吸附塔则分别通过第一环形排气槽101、第二环形排气槽107、排气通孔105和排气口109进行降压解吸。随着旋转阀旋转，第一均压孔槽102和第二均压孔槽106依次地将完成吸附的吸附塔和完成降压解吸的吸附塔连通进行均压。圆柱形旋转阀体10每旋转一周每个吸附塔均完成上述充压吸附、均压、降压解吸等循环步骤，完成一个循环。这样采用该旋转阀的微型PSA制氧机集成度高，部件成本和故障率低，稳定性好。

Claims (4)

1.本发明的技术方案是，此种一种微型多塔PSA制氧机用旋转阀，主要由旋转电机，联轴器，底盖，阀座，旋转阀体，圆锥形密封环及顶盖等组成，其特征在于：所述的旋转电机的轴通过联轴器与旋转阀体连接，带动旋转阀旋转，旋转阀体为圆柱形阀体，圆柱形阀体上下端面分别设置有偏心的圆柱形进气通孔和排气通孔，旋转阀体侧壁上端和下端对称地设置有两组平行且周向角度小于180°互不相通的环形进气槽和排气槽，两组环形进气槽和排气槽在周向按一定角度交错排布，在环形进气槽和排气槽的对称中心设置有通过旋转阀体且与旋转阀体轴线垂直的圆形均压孔槽，环形进气槽和排气槽的周向角度相等，且该周向角度≤160°，两组环形进气槽和排气槽在周向交错排布角度≤45°，两组环形进气槽通过偏心的圆形进气通孔与阀体底面侧壁上进气口相通，两组排气槽通过偏心的圆形排气通孔与顶盖上的排气口相通。

2.在上述技术方案中，所述的旋转阀体和阀座之间设置有2个锥形结构密封环，2个锥形结构密封环分别按锥面较小的面相向的方向设置于靠近旋转阀体和阀座的两端，密封环上设置有与阀座圆柱形连接孔连通的通气口，且靠近圆形进气通孔位置的密封环上通气口为4个，靠近圆形排气通孔位置的密封环上的通气口为8个。

3.在上述技术方案中，所述的阀座两端内壁为与2个锥形结构密封环相配合的锥形面，其余的内壁为圆柱形侧壁面，且在圆柱形侧壁面的端面上设置有4个轴向的圆柱形连接孔，圆柱形侧壁面的端面圆柱形连接孔和与之配合的锥形结构密封环上的通气口相通。

4.在上述技术方案中，所述的顶盖上设置有8个互不连通吸附塔接口和1个解吸口，可实现8塔PSA制氧过程，将上述旋转阀体上两组环形进气槽和排气槽在周向平行对称设置，即交错排布角度为0，且将8个吸附塔接口中相邻的2个接口并联起来组成4个新的吸附塔接口，可实现4塔PSA制氧过程。