CN110357042B - 一种电磁加热式制氧方法及氧气发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁加热式制氧方法及氧气发生器，将氧气制备领域通用的氧烛产氧剂制成氧烛或药片，将氧烛或药片放入一容器中，使用电磁加热器对其进行加热，使其分解放出氧气。本发明使用电磁加热的方式取代传统的使用氧烛配方内部金属粉放热的方式，使得放氧过程不需要电子点火具或撞击式点火具，由电磁加热的快慢决定放氧的速度。内部氧气发生剂可便捷更换，使得氧气发生器可以重复使用。本发明所用的电磁加热式制氧方法及氧气发生器，具有可更换氧源、电源可充电、便携、体积小、重量轻的特点，在应急救生、保健、医疗等领域具有广阔的发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁加热式制氧方法及氧气发生器，属于氧气制备领域。
背景技术
氧气发生器具有较长的使用历史，早在1940年时，国外已有较为成熟的制造氧气发生器的技术，并开始在军用舰艇上、煤矿上使用。我国从上世纪80年代开始研制固体氧气发生器，迄今已取得了相当丰富的成果，在军用和民用的各个领域均得到了广泛的应用。但是氧气发生器仍然存在以下的缺点：
1、传统的氧气发生器采用在氧烛中添加金属燃料，通过金属燃料的燃烧来控制氧烛的放氧速度，金属燃料不仅增加了重量，还使产氧率降低。
2、氧烛的配方和级配结构一旦确定，燃速不能改变。
3、金属燃料的价格昂贵，成本高。
4、氧气发生器不能重复使用，造成较大的浪费。
5、氧烛一旦启动，燃烧完才能停止，过程无法控制。
如何提供一种重量轻、成本低、产氧过程可控的制氧方法及装置，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电磁加热式制氧方法及氧气发生器，以不加金属粉的氧烛，通过电磁加热的方式使氧烛分解，并通过传动控制系统控制加热位置，从而控制产氧速度。
本发明目的通过如下技术方案予以实现：
提供一种电磁加热式氧气发生器，包括电机、过滤盒、壳体、内胆、氧烛、线圈以及控制器；
内胆、电机、过滤盒和线圈设置在壳体内；
氧烛原料中含有6～8％重量百分比的金属粉，放置在内胆内；内胆为非金属材质；
线圈的高度小于氧烛的高度的1/3，套设在内胆外部，线圈通入高频交变电流，氧烛感应加热；
控制器控制电机的驱动线圈沿内胆移动，调整氧烛加热的位置；控制线圈通入高频交变电流的大小；
氧烛加热后产生氧气通过过滤盒进行过滤后，从壳体的出气口排出。
优选的，还包括电源、转换器；转换器包含LC振荡电路，将电源提供电流转换为高频交变电流，为线圈供电。
优选的，转换器还包含可变电阻，控制器通过调整可变电阻的大小，调整线圈驱动高频交变电流的大小。
优选的，还包括平行设置的固定支架和轨道；线圈通过连杆连接至螺母；固定支架固定在壳体内部，为线圈移动提供导向，轨道采用丝杆，在电机的驱动下旋转，使得螺母能够沿轨道移动。
优选的，出气口上设置出气弹簧和出气单向阀，当压力大于出气弹簧的最小出气压力时氧气通过出气单向阀，单向排气，外部的气体不能进入氧气发生器内部。
优选的，壳体上还设置泄压阀，包括泄压弹簧和泄压单向阀，当防止意外情况导致内部大于泄压弹簧的出气压力时，通过泄压单向阀，单向排气，外部的气体不能进入氧气发生器内部。
优选的，还包括气体流量传感器，设置在出气口内，监测出气量。
优选的，还包括温度传感器，检测线圈下部的温度并发送给控制器；如果温度传感器检测到温度低于阈值则重新增加电流。
优选的，设置安全温度阈值，如果果温度传感器检测到温度高于阈值，则控制器将驱动电流调整至最小。
优选的，当气体流量传感器检测到气体流量下降到出气量阈值以下时，控制器判断，如果当前的温度值低于温度阈值，则将电流调整至最大；如果当前的温度值没有低于温度阈值则控制电机带动线圈向下移动设定距离。
优选的，所述设定距离为线圈高度的1/5。
优选的，氧气发生器开机工作后，气体流量传感器待温度检测到温度上升至温度阈值后才开始检测出气量。
优选的，氧烛原料的重量百分比：氯酸盐或高氯酸盐75％-90％、催化剂0-8％、抑氯剂0-8％、粘合剂0-8％，金属粉6～8％，混合后压制而成。
本发明另一方面提供一种电磁加热制氧方法，包括：
取以下重量百分比：氯酸盐或高氯酸盐75％-90％、催化剂0-8％、抑氯剂0-8％、粘合剂0-8％，金属粉6～8％，混合后压制成氧烛或药片；
将氧烛放入一容器中，使用电磁加热器对氧烛进行加热，并使用传动设备控制加热位置，使氧烛分解放出氧气，并由容器的出气口排出。
优选的，所述的催化剂为氧化镍、氧化铜、氧化铁、四氧化三铁、四氧化三钴、三氧化二钴、二氧化锰中的一种或一种以上的混合。
优选的，所述的粘合剂为二氧化硅或云母粉或高岭土。
优选的，所述的抑氯剂为过氧化钡或过氧化钠及其他过氧化物或超氧化物。
优选的，所述的氧烛是单独无孔氧烛，无孔药片、带孔药片或带孔氧烛。
优选的，所述过滤盒中的过滤药由分子筛、霍加拉特试剂、氢氧化钠、氢氧化钾、过氧化钠中的一种或几种组成。
优选的，所述金属粉为铜粉或铁粉。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)高可控性，本发明可以根据使用者的需要，通过控制线圈的电流和传动速度的快慢，直接可以控制氧烛的燃烧速度，在实际使用中，甚至可以关闭加热设备，氧烛由于无法连续燃烧而停止，在需要开启时，重新开启加热即可重新产生氧气，更加灵活。使用电磁加热的方式取代传统的使用氧烛配方内部金属燃料放热的方式，使得放氧过程不需要电子点火具或撞击式点火具，由电磁加热的快慢决定放氧的速度，而不是传统的调节多级配方和多层结构来调节。
(2)可更换性，在氧烛燃烧完后，可以通过更换一个新的内胆和新的氧烛及过滤盒即可重复使用，使得氧气发生器的使用成本降低。电源可以可重复充电使用。
(3)高产氧率，和传统的氧气发生器相比，释放的氧气不用于金属燃烧，配方中的氯酸盐或高氯酸盐的含量增加，产氧率更高。
(4)制造时，从工艺性到装配性，复杂程度大大降低，降低了生产时间和成本。
(5)由于没有金属燃料的存在，氧烛的老化性能得到极大的提升，在妥善保存的情况下，理论有效保存时间可延长到20年以上，是现有氧气发生器的4倍。
(6)电磁加热的方式克服了温度对氧烛放氧的影响，内部传感器根据氧烛温度的高低自动调节输出电流，使得在不同的环境温度下均具有相同的放氧速率。
附图说明
图1为本发明电磁加热式氧气发生器组成示意图。
其中：1微型电机；2电源；3转换器；4导轨；5固定支架；6过滤盒；7泄压阀；8出气口；9壳体；10内胆；11氧烛；12线圈；13温度传感器；14气体流量传感器；15螺母；16连杆。
具体实施方式
一种电磁加热式制氧方法，主要方法如下：取以下重量百分比：氯酸盐或高氯酸盐75％-90％、催化剂0-8％、抑氯剂0-8％、粘合剂0-8％，金属粉6～8％混合后压制成氧烛或药片(以下简称“氧烛”)，将氧烛放入一容器中，使用电磁加热器对其进行加热，并使用传动设备控制其加热位置，使其分解放出氧气，并由出气口排出。
所述的催化剂为氧化镍、氧化铜、氧化铁、四氧化三铁、四氧化三钴、三氧化二钴、二氧化锰中的一种或一种以上的混合。
所述的粘合剂为二氧化硅或云母粉或高岭土。
所述的抑氯剂为过氧化钡或过氧化钠及其他过氧化物或超氧化物。
所述的氧烛可以是单独的氧烛，也可以是药片或带孔药片或带孔氧烛。
所述金属粉为铜粉或铁粉。
所述的电磁加热方法的电源可以家用200V或380v交流电，也可以是充电式电源。
如图1所示，电磁加热式氧气发生器包括电机1、电源2、转换器3、导轨4、固定支架5、过滤盒6、壳体9、内胆10、氧烛11、线圈12和控制器。
壳体9上部设置过滤盒6，顶端设置出气口8和泄压阀7；固定支架5固定在壳体9内部，与轨道4平行设置，线圈12通过连杆连接至螺母，轨道4采用丝杆，在电机1的驱动下旋转，使得螺母15能够沿轨道4移动，带动线圈12移动。连杆16的一端设置滑块沿固定支架5移动，为线圈的移动提供导向。
所述的氧烛11装配在内胆10中，内胆10的内径与氧烛11的外径匹配，内胆10的材质一般为陶瓷等非金属材料，其顶部具有开孔，并用铝箔密封。在使用时撕开铝箔，将内胆放入即可。
电源2可以家用200V或380v交流电，也可以是充电式电源。转换器3包含可变电阻用于调整电流大小，电容、电感构成的LC振荡电路，将电流转换为频率大于100Hz的高频交变电流。
在内胆10的外部套上线圈12，由电源2供给的电流，由转换器3将电流转化为高频交变电流，交变电流在线圈12内形成不断变化的磁场，金属粉被加热，于是在氧烛内部就会出现遍布氧烛的炽热粒子，从而加热氧烛11，氧烛11内部的催化剂，催化剂发热引燃氧烛11，氧烛11燃烧放出氧气，氧气从内胆10上部的孔中排出，经过过滤盒6中过滤药过滤，最终由出气口8排出供人使用。线圈12能够沿内胆10上下移动，使线圈12对于氧烛11的加热位置能上下移动。
还设置气体流量传感器14，装备在出气口附近，温度传感器13装备在连杆的一端，主要检测线圈下部的温度。控制器通过调整可变电阻的大小，调整线圈驱动电流。刚开始工作时，控制器通过可变电阻调整装置调整可变电阻，控制线圈的输入电流最大，全功率加热；之后线圈的电流逐渐减小至恒定值，如果温度传感器13检测到温度低于阈值则重新增加电流；可以设置安全温度阈值，如果果温度传感器13检测到温度高于阈值，则将驱动电流调整至最小，快速降温。
当气体流量传感器14检测到气体流量下降到一定值时，控制器判断如果当前的温度值低于温度阈值，则增加电流值至最大；如果当前的温度值没有低于温度阈值则控制电机带动线圈向下移动一定距离。在一个实施例中，线圈每次向下移动线圈高度的1/5。
为了避免刚开始加热时，温度低造成的误判断，气体流量传感器14待温度检测到温度上升至温度阈值后才开始检测出气量。
在一个实施例中，还设置液晶面板，使用者设定出气量，可以连续调节设置出气量或设置多个档位。如果出气量要求较高，则温度阈值设置较高，加热电流恒定值较大。出气量较大则供氧时间会减短，氧烛的量应当保证在正常出气量的情况下连续供氧25min。反应温度为400℃，因此温度阈值大于等于400℃。
壳体上还设置开关，控制电源关断，停止加热则氧烛的温度逐渐降低不再释放氧气。
产生的氧气通过发生器上部的过滤盒6，采用现有常用的过滤药，过滤掉有害气体，并通过出气口8排出。出气口8上设置出气弹簧和单向阀，出气弹簧控制其最小出气压力，且只可通过单向阀，单向排气，外部的气体不能进入氧气发生器内部。泄压阀7用于泄压，包括泄压弹簧和泄压单向阀，当防止意外情况导致内部大于泄压弹簧的出气压力时，通过泄压单向阀，单向排气，外部的气体不能进入氧气发生器内部。另外，氧烛采用现有市售氧烛即可，设计与其尺寸匹配的内胆，过滤药装在过滤盒中，用完一次后只需要更换一个装有氧烛的内胆和过滤盒，即可继续使用。
电磁加热式氧气发生器具有可更换氧源、电源可充电、便携、体积小、重量轻的特点，在应急救生、保健、医疗等领域具有广阔的发展前景。
所述的线圈为一匝或多匝，所用的材质一般为铜，也可是其他常见金属。
所述的可更换式内胆为承载氧烛所用，其上部开有单孔或多空，材质为陶瓷。
所述的过滤层由分子筛、霍加拉特试剂、氢氧化钠、氢氧化钾、过氧化钠中的一种或几种组成。
电源可以选用可充电式电源，可以重复使用。另外，氧烛装在内胆中，过滤药装在过滤盒中，用完一次后只需要更换一个装有氧烛的内胆和过滤盒，即可继续使用。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (12)
1.一种电磁加热式氧气发生器，其特征在于：包括电机(1)、过滤盒(6)、壳体(9)、内胆(10)、氧烛(11)、线圈(12)以及控制器；
内胆(10)、电机(1)、过滤盒(6)和线圈(12)设置在壳体(9)内；
氧烛(11)原料重量百分比：氯酸盐或高氯酸盐75％-90％、催化剂0-8％、抑氯剂0-8％、粘合剂0-8％，金属粉6～8％，混合后压制而成，氧烛(11)放置在内胆(10)内；内胆(10)为非金属材质；
线圈(12)的高度小于氧烛的高度的1/3，套设在内胆(10)外部，线圈(12)通入高频交变电流，金属粉被加热，从而加热氧烛(11)，氧烛(11)内部的催化剂发热引燃氧烛(11)；
控制器控制电机(1)驱动线圈(12)沿内胆(10)移动，调整氧烛(11)加热的位置；控制线圈(12)通入高频交变电流的大小；
氧烛(11)加热后产生氧气通过过滤盒(6)进行过滤后，从壳体(9)的出气口排出；
电磁加热式氧气发生器还包括电源(2)、转换器(3)；转换器(3)包含LC振荡电路，将电源(2)提供电流转换为高频交变电流，为线圈(12)供电；
转换器(3)还包含可变电阻，控制器通过调整可变电阻的大小，调整线圈驱动高频交变电流的大小；
电磁加热式氧气发生器还包括气体流量传感器(14)，设置在出气口内，监测出气量；
电磁加热式氧气发生器还包括温度传感器(13)，检测线圈下部的温度并发送给控制器；
开始工作时，控制器通过调整可变电阻，控制线圈的输入电流最大，全功率加热；之后线圈的电流逐渐减小至恒定值；
如果温度传感器(13)检测到温度低于阈值则重新增加电流；
设置安全温度阈值，如果温度传感器(13)检测到温度高于阈值，则控制器将驱动电流调整至最小；
当气体流量传感器(14)检测到气体流量下降到出气量阈值以下时，控制器判断，如果当前的温度值低于温度阈值，则将电流调整至最大；如果当前的温度值没有低于温度阈值则控制电机带动线圈向下移动设定距离，其中，线圈每次向下移动线圈高度的1/5。
2.根据权利要求1所述的电磁加热式氧气发生器，其特征在于：还包括平行设置的固定支架(5)和轨道(4)；线圈(12)通过连杆连接至螺母；固定支架(5)固定在壳体(9)内部，为线圈(12)移动提供导向，轨道(4)采用丝杆，在电机(1)的驱动下旋转，使得螺母能够沿轨道(4)移动。
3.根据权利要求1所述的电磁加热式氧气发生器，其特征在于：出气口上设置出气弹簧和出气单向阀，当压力大于出气弹簧的最小出气压力时氧气通过出气单向阀，单向排气，外部的气体不能进入氧气发生器内部。
4.根据权利要求1所述的电磁加热式氧气发生器，其特征在于：壳体(9)上还设置泄压阀，包括泄压弹簧和泄压单向阀，当防止意外情况导致内部大于泄压弹簧的出气压力时，通过泄压单向阀，单向排气，外部的气体不能进入氧气发生器内部。
5.根据权利要求1所述的电磁加热式氧气发生器，其特征在于：氧气发生器开机工作后，气体流量传感器(14)待温度检测到温度上升至温度阈值后才开始检测出气量。
6.一种电磁加热制氧方法，其特征在于，包括：
取以下重量百分比：氯酸盐或高氯酸盐75％-90％、催化剂0-8％、抑氯剂0-8％、粘合剂0-8％，金属粉6～8％，混合后压制成氧烛或药片；
将氧烛放入如权利要求1至5中任一项所述的电磁加热式氧气发生器的内胆(10)中，使用线圈(12)对氧烛进行加热，并控制电机(1)驱动线圈(12)沿内胆(10)移动，调整氧烛(11)加热的位置，使氧烛分解放出氧气，并由壳体(9)的出气口排出。
7.如权利要求6所述的电磁加热制氧方法，其特征在于：所述的催化剂为氧化镍、氧化铜、氧化铁、四氧化三铁、四氧化三钴、三氧化二钴、二氧化锰中的一种或两种以上的混合。
8.如权利要求6所述的电磁加热制氧方法，其特征在于：所述的粘合剂为二氧化硅或云母粉或高岭土。
9.如权利要求6所述的电磁加热制氧方法，其特征在于：所述的抑氯剂为过氧化钡或过氧化钠及其他过氧化物或超氧化物。
10.如权利要求6所述的电磁加热制氧方法，其特征在于：所述的氧烛是单独无孔氧烛，无孔药片、带孔药片或带孔氧烛。
11.如权利要求6所述的电磁加热制氧方法，其特征在于：所述过滤盒中的过滤药由分子筛、霍加拉特试剂、氢氧化钠、氢氧化钾、过氧化钠中的一种或几种组成。
12.如权利要求6所述的电磁加热制氧方法，其特征在于：所述金属粉为铜粉或铁粉。
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