CN109506014A - 一种变压吸附制氧机用多通道气路分配旋转阀 - Google Patents

Abstract

一种变压吸附制氧机用多通道气路分配旋转阀，主要由旋转驱动机构，底盖，中间连接件，圆柱形旋转阀体，出气连接组件，顶盖等组成，圆柱形旋转阀体上下端面设置偏心的圆形进气通孔和排气通孔，侧壁对称地设置有角度小于180°互不相通的环形进气槽和排气槽，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垂直的圆形均压孔槽。圆柱形旋转阀体与出气连接组件配合形成进气通道、排气通道和均压通道。圆柱形旋转阀体上锥形结构密封环与出气连接组件下端倒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。

Description

一种变压吸附制氧机用多通道气路分配旋转阀

技术领域

本发明属于气体分离技术领域，具体涉及一种变压吸附制氧机用多通道气路分配旋转阀。

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、医院供氧等领域获得更为广泛的应用。传统PSA制氧设备通常为基于电磁阀或电磁阀和气动阀相结合来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，尤其是能耗较高，长期稳定性差。为了提高制氧性能和运行稳定性，多塔吸附床结构逐渐被提出应用于PSA制氧设备中。

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。气路控制阀是PSA制氧设备中核心部件，传统多塔结构的PSA制氧设备通常采用多个电磁阀和气动阀相结合来实现气路切换控制，结构复杂，设备成本及故障率高。

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。

国内专利CN201423231、CN201010140分别提出了用于大型PSA制氧设备的四塔和六塔结构的旋转阀，通过气缸和棘轮推动旋转阀动阀片旋转，动阀片每旋转30°与静阀片组合形成不同的气路，实现制氧过程充压、吸附、解吸、反吹、均压等多个循环步骤，制氧性能明显提高，但高集成度的气路结构使旋转阀内部结构复杂，加工精度要求高。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种变压吸附制氧机用多通道旋转阀。

现有典型的变压吸附制氧机用多通道旋转阀动阀片和静阀片，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，随着旋转驱动机构带动动阀片旋转，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。对于微型PSA制氧装置，旋转阀的驱动机构通常为偏心直流电机；对于大型PSA制氧设备，旋转阀的驱动机构通常为气缸推动棘轮带动旋转阀动阀片旋转。虽然这两种旋转阀的驱动方式不同，但利用该类旋转阀的工作原理是相通的。对于微型PSA制氧装置，该类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；对于大型PSA制氧设备，该类旋转阀内部结构复杂，加工精度要求高。

本发明提出一种变压吸附制氧机用多通道气路分配旋转阀，可用于四塔（即通气口13和吸附塔接口5均为4个）PSA制氧过程，如图2、图3、图4和图5所示。多通道气路分配旋转阀底盖2上设置有进气口3，进气口3通过进气通孔111与环形进气槽112连通，环形进气槽112通过锥形结构密封环12上的通气口13与吸附塔接口5连通。环形排气槽113通过排气通孔114与顶盖7上的排气口8连通。圆柱形旋转阀体与出气连接组件配合形成由进气口3、进气通孔111、环形进气槽112、通气口13和吸附塔接口5组成的进气通道，由环形排气槽113、排气通孔114和排气口8组成的排气通道以及由均压孔槽115组成的均压通道。偏心直流电机1的偏心轴9穿过底盖2通过轴连接件10与圆柱形旋转阀体11连接。锥形结构密封环12与出气连接组件6下端倒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。

一种变压吸附制氧机用多通道气路分配旋转阀，主要由旋转驱动机构，底盖，中间连接件，旋转阀体，出气连接组件，顶盖等组成，其特征在于：所述的旋转阀体为圆柱形阀体，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，旋转阀体侧壁对称地设置有周向角度小于180°互不相通的环形进气槽和排气槽,环形进气槽和排气槽的周向角度相等，且≤160°,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,环形进气槽通过偏心的圆形进气通孔与底盖侧壁上进气口相通，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，所述的旋转驱动机构为偏心直流电机或气缸驱动的棘轮，通过偏心直流电机的偏心轴和气缸驱动棘轮的轴带动旋转阀体旋转，直流电机的偏心轴和气缸驱动棘轮的轴通过底盖中心通孔与旋转阀体相连接。

在上述技术方案中，所述的底盖侧壁上设置有与旋转阀体进气通孔相通的进气口，底盖中心设置有与旋转阀体同心的通孔。

在上述技术方案中，所述的出气连接组件侧壁设置有至少4个均匀排布且互不相通的通气孔，在出气连接组件上有通气孔的下端内壁面为倒锥形结构，该通气孔个数为4个或6个。

在上述技术方案中，所述的旋转阀体和出气连接组件之间设置有锥形结构密封环，密封环上设置有与出气连接组件侧壁上通气孔连通的通气口，密封环上的通气口与出气连接组件侧壁上的通气孔个数相同。

本发明的优点是，

第一、本发明旋转阀结构简单，核心部件加工容易，成本低。

第二、本发明的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。

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是现有典型的变压吸附制氧机用多通道旋转阀动阀片和静阀片示意图。

图2是本发明的多通道气路分配旋转阀外观示意图。

图3是本发明的多通道气路分配旋转阀的圆柱形旋转阀体外观示意图。

图4是本发明的多通道气路分配旋转阀的圆柱形旋转阀体主视图。

图5是本发明的多通道气路分配旋转阀的圆柱形旋转阀体左视图。

在图2、图3、图4和图5中：1是旋转驱动机构（偏心直流电机），2是底盖，3是进气口，4是中间连接件，5是吸附塔接口，6是出气连接组件，7是顶盖，8是排气口，9是旋转轴，10是轴连接件，11是圆柱形旋转阀体，12是锥形结构密封环，13是密封环通气口，111是进气通孔，112是环形进气槽，113是环形排气槽，114是排气通孔，115是均压孔槽。

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。

本示例采用偏心直流电机作为旋转驱动机构的多通道气路分配旋转阀，可用于四塔（即通气口13和吸附塔接口5均为4个）PSA制氧过程，如图2、图3、图4和图5所示。多通道气路分配旋转阀底盖2上设置有进气口3，进气口3通过进气通孔111与环形进气槽112连通，环形进气槽112通过锥形结构密封环12上的通气口13与吸附塔接口5连通。环形排气槽113通过排气通孔114与顶盖7上的排气口8连通。偏心直流电机1的偏心轴9穿过底盖2通过轴连接件10与圆柱形旋转阀体11连接。锥形结构密封环12与出气连接组件6下端倒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，偏心直流电机带动圆柱形旋转阀体11旋转，原料气体经进气口3进入环形进气槽112通过通气口13和吸附塔接口5与4个吸附塔中的一个连通，用于该塔充压吸附，同时与该塔相邻的第二吸附塔和第四吸附塔通过均压孔槽115将第二吸附塔和第四吸附塔的进气端连通进行均压，而与该塔相对称的另一塔则通过环形排气槽113、排气通孔114及顶盖7上的排气口8进行降压解吸。圆柱形旋转阀体11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PSA制氧设备成本和故障率低，稳定性好。

Claims (5)

1.一种变压吸附制氧机用多通道气路分配旋转阀，主要由旋转驱动机构，底盖，中间连接件，旋转阀体，出气连接组件，顶盖等组成，其特征在于：所述的旋转阀体为圆柱形阀体，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，旋转阀体侧壁对称地设置有周向角度小于180°互不相通的环形进气槽和排气槽,环形进气槽和排气槽的周向角度相等，且≤160°,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,环形进气槽通过偏心的圆形进气通孔与底盖侧壁上进气口相通，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，所述的旋转驱动机构为偏心直流电机或气缸驱动的棘轮，通过偏心直流电机的偏心轴和气缸驱动棘轮的轴带动旋转阀体旋转，直流电机的偏心轴和气缸驱动棘轮的轴通过底盖中心通孔与旋转阀体相连接。

3.在上述技术方案中，所述的底盖侧壁上设置有与旋转阀体进气通孔相通的进气口，底盖中心设置有与旋转阀体同心的通孔。

4.在上述技术方案中，所述的出气连接组件侧壁设置有至少4个均匀排布且互不相通的通气孔，在出气连接组件上有通气孔的下端内壁面为倒锥形结构，该通气孔个数为4个或6个。

5.在上述技术方案中，所述的旋转阀体和出气连接组件之间设置有锥形结构密封环，密封环上设置有与出气连接组件侧壁上通气孔连通的通气口，密封环上的通气口与出气连接组件侧壁上的通气孔个数相同。