CN111410174B - 一种离心压缩式变压吸附制氧机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种离心压缩式变压吸附制氧机，属于制氧机技术领域。解决了现有制氧机洁净制氧成本高、体积大，不适合全面推广的问题。它包括离心压缩机、中间冷却器、后冷却器、缓冲罐、过滤器和变压吸附塔，所述离心压缩机包括电机、第一叶轮、第二叶轮和悬浮轴承，所述电机两端的输出轴通过悬浮轴承的支撑分别与第一叶轮和第二叶轮直接耦合，所述中间冷却器的两端分别连接第一叶轮的出口端和第二叶轮的入口端，所述第二叶轮的出口端与后冷却器入口端相连，所述后冷却器出口端通过止回阀与缓冲罐相连，所述缓冲罐通过过滤器与变压吸附塔相连，所述离心压缩机、中间冷却器和后冷却器集成在压缩机箱体内。它主要用于制取氧气。

Description

一种离心压缩式变压吸附制氧机

技术领域

本发明属于制氧机技术领域，特别是涉及一种离心压缩式变压吸附制氧机。

背景技术

氧气在医院不仅仅是抢救治疗的必备品，也是提高机体免疫力，延缓衰老达到治疗和保健的双重功能的重要手段。如果低成本制氧且不影响周边环境的高效制氧机能在大医院、社区保健所推广，实现低成本吸氧，那么老年疾病可以大大得到缓解改善和治愈，将会改变传统的单一药物治疗习惯，节省药用支出，提高全民免疫力，产生巨大的社会效益。

医疗用氧需要洁净的氧气，而目前制氧机中的关键设备空气压缩机，通过现有手段很难生产洁净无油且低成本的压缩空气，能生产符合医疗用氧标准的设备存在寿命短、效率低、设备体积大、噪音高、频繁启停不便等各种缺陷，所以现在的医院在明知使用的液氧和钢瓶用氧比制氧贵4～8倍却仍在使用。使用液氧安全消防等环境要求也很高，需要安装在较偏僻的地方集中供氧，这又增加很多管道投资和管路压力损失。氧气作为空气中含量丰富的气体，取之不尽用之不竭，但制氧设备、运营成本等原因使医院的用氧成本居高不下。

传统的制氧机主要由空气压缩机、储罐、除油器、冷干机、变压吸附塔和多种过滤器组成。其中主要影响制氧成本、氧气品质和环境因素的是空气压缩机。活塞式压缩机具有小容量的优势，但存在噪音大、不稳定的问题，不适合长期运行及医用制氧，其适合用于制冷压缩；螺杆式压缩机具有大小容量齐全、输出压力稳定、设备维护量少的优点，但其结构中含油、除油过滤损失大、噪音大、寿命短、磨损大、耗材费用高；滑片式压缩机具有结构简单、零部件少、维修方便、噪音低、振动小、体积小、重量轻的优点，但是其机械摩擦会产生较大的能量损失，效率比螺杆压缩低10%以上，比往复活塞压缩低20%以上，且寿命只有8000小时左右。

传统离心式压缩机具有输出压力稳定且无油的优点，但存在启停复杂、操作的适应性差的问题、只适用于大流量场所。离心压缩空气，不与油脂接触是生产洁净氧气的高效稳定设备。且离心空气压缩机是速度型设备，通过高速的离心力获取动能。也就是说，压力动能与离心机的转速、叶轮直径成正比。传统的离心空气压缩机通过齿轮增速提高转速，但这种方式只能提供10,000rpm左右还需加大叶轮直径。这样传动所需要的电机容量也要加大。因此传统的离心机是大容量、大设备、噪音高不便于频繁启停的设备。一台传统的离心制氧机至少可供3个以上三甲整个医院还有余，在城市中易燃氧气不可能用管道长距离连接多个医院用氧。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种离心压缩式变压吸附制氧机。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种离心压缩式变压吸附制氧机，它包括离心压缩机、中间冷却器、后冷却器、缓冲罐、过滤器和变压吸附塔，所述离心压缩机包括电机、第一叶轮、第二叶轮和悬浮轴承，所述电机两端的输出轴通过悬浮轴承的支撑分别与第一叶轮和第二叶轮直接耦合，所述中间冷却器的两端分别连接第一叶轮的出口端和第二叶轮的入口端，所述第二叶轮的出口端与后冷却器入口端相连，所述后冷却器出口端通过止回阀与缓冲罐相连，所述缓冲罐通过过滤器与变压吸附塔相连，所述离心压缩机、中间冷却器和后冷却器集成在压缩机箱体内。

更进一步的，所述电机通过风机与空气冷却器相连。

更进一步的，所述后冷却器出口端通过放空调节阀与消音器相连。

更进一步的，所述变压吸附塔上设置有电磁阀，连接管道上设置有传感器。

更进一步的，所述传感器为压力传感器、压差传感器、流量传感器和/或温度传感器。

更进一步的，它还包括变频器和控制器，所述变频器与电机相连，所述控制器与变频器、缓冲罐、过滤器和传感器分别相连。

更进一步的，所述控制器与触控屏相连。

更进一步的，所述变频器与变频器冷却机构相连。

更进一步的，所述离心压缩机为一级压缩或多级压缩，所述变压吸附塔数量大于等于2个。

更进一步的，所述悬浮轴承为动压气浮轴承或磁悬浮轴承。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了现有制氧机制氧成本高、体积大，不适合全面推广的问题。

本发明的制氧机是离心压缩制氧，100%无油、无污染，制取的氧气超出ISO 8573-1Class 0洁净标准。超高速离心压缩节省了齿轮增速，制造精密而结构简单，相比于传统的螺杆压缩机效率高25%以上，体积减少2/3，因节省了空气储罐、空气冷干机以及多个精密过滤器，节省了3%的压力损失，5%的冷干机用电功率损失。由于本制氧机无振动、低噪音、免维护、体积小、安全可靠，所以完全可以放置在门诊、住院部等楼宇内，不仅节省中心制氧站管道输送的压力损失，而且可以将占地面积较大的液氧站进行更有效更有价值的利用。因此，比传统的制氧成本再低25%以上，满足大小医院、社区保健所、养老院低成本供氧，使老年疾病可以大大得到缓解改善和治愈，将改变传统的单一药物治疗习惯，节省支出，提高全民免疫力。

附图说明

图1为本发明所述的一种离心压缩式变压吸附制氧机结构示意图；

图2为本发明所述的离心压缩机结构示意图；

图3为本发明所述的离心压缩机剖视结构示意图；

图4为本发明所述的离心压缩式变压吸附制氧机与螺杆压缩机式制氧机结构对比图。

1-电机，2-第一叶轮，3-中间冷却器，4-后冷却器，5-消音器，6-放空调节阀，7-止回阀，8-第二叶轮，9-空气冷却器，10-风机，11-变频器冷却机构，12-压缩机箱体，13-变频器，14-控制器，15-触控屏，16-缓冲罐，17-过滤器，18-变压吸附塔，19-电磁阀，20-悬浮轴承。

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、完整地阐述。

参见图1-4说明本实施方式，一种离心压缩式变压吸附制氧机，它包括离心压缩机、中间冷却器3、后冷却器4、缓冲罐16、过滤器17和变压吸附塔18，离心压缩机包括电机1、第一叶轮2、第二叶轮8和悬浮轴承20，电机1两端的输出轴通过悬浮轴承20的支撑分别与第一叶轮2和第二叶轮8直接耦合，中间冷却器3的两端分别连接第一叶轮2的出口端和第二叶轮8的入口端，第二叶轮8的出口端与后冷却器4入口端相连，后冷却器4出口端通过止回阀7与缓冲罐16相连，缓冲罐16通过过滤器17与变压吸附塔18相连，离心压缩机、中间冷却器3和后冷却器4集成在压缩机箱体12内。

本实施例摒弃了传统的齿轮增速，在超高速电机1两端的输出轴分别直接耦合第一叶轮2和第二叶轮8，在超高速悬浮轴承20的支撑下以35000rpm-200000rpm的超高速离心压缩空气，使离心压缩机无需齿轮增速，无需大直径叶轮也能产生高动能。空气经过滤到超高速离心压缩机的第一叶轮2进行一级压缩，经过中间冷却器3进行冷却的压缩空气，进入另一端的第二叶轮8进行二级压缩，这样每次压缩效率最佳。经后冷却器4冷却的洁净压缩空气通过主管道和止回阀7经空气缓冲罐16和过滤器17，最终进入吸附塔18的A和B塔，经吸附—解吸—冲压提取超出ISO 8573-1 Class 0标准的纯净氧气。高速轴承支撑的离心压缩机驱动后传动部分开始悬浮起来超高速运行，无机械损失无磨损，在广域转速范围使压缩机负载可调节40%～100%，运行更加灵活又稳定。由于取消了齿轮增速降低了噪音，不影响周围环境，真正成为高效环保型制氧机，完全可以放置到门诊、住院部等楼宇内。

电机1通过风机10与空气冷却器9相连。制氧用气和电机冷却风是不同的两个系统，箱体12内超高速电机1产生的热量经过专用风道和风机10吸入空气冷却器9冷却后排出箱体12外，使离心压缩的空气质量不被超高速电机1冷却的风二次污染。无油、无污染，大大减少了多种昂贵的精密过滤器，降低了可观的消耗品成本而且节省了因过滤器压力损失造成的电耗。后冷却器4出口端通过放空调节阀6与消音器5相连，变压吸附塔18上设置有电磁阀19，连接管道上设置有传感器，传感器为压力传感器、压差传感器、流量传感器和/或温度传感器，变频器13与电机1相连，控制器14与变频器13、缓冲罐16、过滤器17和传感器分别相连，控制器14与触控屏15相连，变频器13与变频器冷却机构11相连。由放空调节阀6、变频器13、控制器14、触控屏15、电磁阀19构成控制离心压缩机和变压吸附塔18的一套控制系统，使控制更及时、更稳定、更高效，一体控制，全自动启停。当负载迅速降低大于缓冲罐16限定稳压范围时，通过压力和流量传感器，控制系统将迅速降低转速并开启放空调节阀6经消音器5排放，以防离心压缩机的喘振现象。驱动超高速电机1的高频变频器13产生的热量，通过变频器冷却机构11进行冷却，使变频器13效率更高，控制更迅速准确。

离心压缩机为一级压缩或多级压缩，冷却器也可以是每一级压缩后进行冷却，使压缩效率更高。变压吸附塔18数量大于等于2个。更进一步的，悬浮轴承20为动压气浮轴承或磁悬浮轴承，动压气浮轴承不仅精密，而且结构简单、造价低、免维护，极限转速300000rpm，所以压缩机的体积可以更小，通过2级压缩就能达到8bar压缩空气。压缩空气经中间冷却器3和后冷却器4时，高温空气冷凝形成疏水，当聚积一定程度后经自动排水阀排到压缩机箱体12外。比传统的螺杆压缩机和传统的离心压缩机节能25%以上，不需要昂贵的冷干机，节省制氧机5%以上的功率损失，节省设备投资和用电成本。缓冲罐16与变压吸附塔18之间的连接管道上安装多个不同类型的过滤器17。冷却器的冷媒为液体或气体。离心压缩机的体积只有传统电机大小，把离心压缩机和冷却器等一起安装在箱体12内，进一步降低噪音，提高压缩效率的同时省掉了冷干机。而且，因为离心式压缩压力稳定缓冲罐16容积可大大减少，所以完全可以与变压吸附塔18制成一体的制氧机。

变压吸附制氧与制氮是同一个设备，且工艺也完全相同，本实施例可用于制氮。

以上对本发明所提供的一种离心压缩式变压吸附制氧机，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 (7)

1.一种离心压缩式变压吸附制氧机，其特征在于：它包括离心压缩机、中间冷却器(3)、后冷却器(4)、缓冲罐(16)、过滤器(17)和变压吸附塔(18)，所述离心压缩机包括电机(1)、第一叶轮(2)、第二叶轮(8)和悬浮轴承(20)，所述电机(1)两端的输出轴通过悬浮轴承(20)的支撑分别与第一叶轮(2)和第二叶轮(8)直接耦合，所述中间冷却器(3)的两端分别连接第一叶轮(2)的出口端和第二叶轮(8)的入口端，所述第二叶轮(8)的出口端与后冷却器(4)入口端相连，所述后冷却器(4)出口端通过止回阀(7)与缓冲罐(16)相连，所述缓冲罐(16)通过过滤器(17)与变压吸附塔(18)相连，所述离心压缩机、中间冷却器(3)和后冷却器(4)集成在压缩机箱体(12)内，所述电机(1)通过风机(10)与空气冷却器(9)相连，所述离心压缩机为一级压缩或多级压缩，所述变压吸附塔(18)数量大于等于2个，所述悬浮轴承(20)为动压气浮轴承或磁悬浮轴承。

2.根据权利要求1所述的一种离心压缩式变压吸附制氧机，其特征在于：所述后冷却器(4)出口端通过放空调节阀(6)与消音器(5)相连。

3.根据权利要求2所述的一种离心压缩式变压吸附制氧机，其特征在于：所述变压吸附塔(18)上设置有电磁阀(19)，连接管道上设置有传感器。

4.根据权利要求3所述的一种离心压缩式变压吸附制氧机，其特征在于：所述传感器为压力传感器、压差传感器、流量传感器和/或温度传感器。

5.根据权利要求3或4所述的一种离心压缩式变压吸附制氧机，其特征在于：它还包括变频器(13)和控制器(14)，所述变频器(13)与电机(1)相连，所述控制器(14)与变频器(13)、缓冲罐(16)、过滤器(17)和传感器分别相连。

6.根据权利要求5所述的一种离心压缩式变压吸附制氧机，其特征在于：所述控制器(14)与触控屏(15)相连。

7.根据权利要求5所述的一种离心压缩式变压吸附制氧机，其特征在于：所述变频器(13)与变频器冷却机构(11)相连。