CN111807334A - 一种模块式氮气分离设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模块式氮气分离设备，包括：壳体，与所述壳体连接的吸附分离组件，所述吸附分离组件包括：第一吸附塔、第二吸附塔，均设置所述壳体内，所述第一吸附塔通过连接阀组件与第二吸附塔连接；控制器，与电源、所述连接阀组件电连接，所述连接阀组件还用于将第一吸附塔及第二吸附塔与供气设备出气端连接；所述连接阀组件还连接氮气缓冲罐，所述氮气缓冲罐的氮气进端与所述连接阀组件的氮气出端连接；所述氮气缓冲罐的氮气出端还通过管道连接有氮气检测及处理组件。本发明结构简单，减小了设备体积，从而整个分离设备的占地小，且减小成本，相比现有的大型设备，本发明工作时的噪音小，并且采用软管连接，方便安装制造。

Description

一种模块式氮气分离设备

技术领域

本发明涉及氮气制备技术领域，特别涉及一种模块式氮气分离设备。

背景技术

变压选择性吸附(PSA)制氮法，是利用O₂分子和N₂分子在碳分子筛微孔内的缝隙扩散速率不同，分子直径较小的O₂以较快的速度向微孔内扩散，并优先被碳分子筛吸附，从而实现氧氮分离，生产出高纯氮气。由于PSA法制氮工艺流程简单、节能、安全且制得的氮气纯度高，是目前工业制氮的主要方法之一。现有技术中，PSA制氮一般是将高压空气通入设有碳分子筛的吸附塔内进行吸附分离的。目前，制氮机通常结构复杂、体积庞大，大型的制氮机应用在中小型用户手中，成本投入太大，无法给用户带来太高的实用价值。

发明内容

本发明提供一种模块式氮气分离设备，用以解决目前制氮机通常结构复杂、体积庞大，大型的制氮机应用在中小型用户手中，成本投入太大的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种模块式氮气分离设备，包括：壳体，与所述壳体连接的吸附分离组件，

所述吸附分离组件包括：第一吸附塔、第二吸附塔，均设置所述壳体内，所述第一吸附塔通过连接阀组件与第二吸附塔连接；控制器，与电源、所述连接阀组件电连接，所述连接阀组件还用于将第一吸附塔及第二吸附塔与供气设备出气端连接；

所述连接阀组件还连接氮气缓冲罐，所述氮气缓冲罐的氮气进端与所述连接阀组件的氮气出端连接；所述氮气缓冲罐的氮气出端还通过管道连接有氮气检测及处理组件。

优选的，所述模块式氮气分离设备还包括第九阀门，所述第九阀门第一端与供气设备的出气口连接；所述氮气缓冲罐的进气端设置第十阀门；

所述连接阀组件包括：

第一阀门，第一端通过管道连接第九阀门的第二端；

第二阀门，一端通过管道连接第一吸附塔的进气端，另一端通过管道连接第一阀门的第二端；

第三阀门，一端通过管道连接第二吸附塔的进气端，另一端通过管道连接第一阀门的第二端；

第四阀门，一端通过管道连接第一吸附塔的进气端，另一端通过管道连接消声器；

第五阀门，一端通过管道连接第二吸附塔的进气端，另一端通过管道连接消声器；

第六阀门，第一端通过管道连接第一吸附塔的出气端；

第七阀门，第一端通过管道连接第二吸附塔的出气端；

第八阀门，第一端通过管道连接第六阀门第二端及第七阀门第二端，所述第八阀门另一端通过管道连接第十阀门远离氮气缓冲罐的一端。

优选的，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门均为气动阀，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门分别与所述控制器电连接；

所述第九阀门为手动阀门；

所述第九阀门和第一阀门之间还设置第十五阀门，所述第十五阀门为减压阀，所述第十五阀门与控制器电连接；

所述第一吸附塔和第二吸附塔的出气端均设置压力表，所述第九阀门的第二端也设置压力表。

优选的，所述氮气检测及处理组件包括：

第十一阀门，一端通过管道连接氮气缓冲罐的出气端；

第一过滤器，进气端通过管道连接第十一阀门另一端；

流量计，一端通过管道连接第一过滤器的出气端，所述流量计另一端通过管道连接第十二阀门一端和第十三阀门一端，所述第十二阀门另一端连接至氮气使用点，所述第十三阀门另一端连接废气放空口，所述流量计的另一端还连接有压力表；

氧分析仪，气体输入端连接第十四阀门一端，所述第十四阀门另一端连接第一过滤器的出气端。

优选的，所述供气设备包括：空气压缩机；第二过滤器、第三过滤器，所述第二过滤器进气端与所述空气压缩机出气端连接，所述第二过滤器出气端与第三过滤器进气端连接；冷干机，进气端与第三过滤器出气端连接；所述冷干机的出气端通过第四过滤器连接空气罐，所述空气罐与所述第九阀门的第一端连接。

优选的，所述壳体上设置触摸式显示屏，所述触摸式显示屏与所述控制器电连接。

优选的，所述壳体包括：左右间隔设置的第一安装腔和第二安装腔，所述第一安装腔用于安装控制器，所述第二安装腔用于放置所述第一吸附塔和第二吸附塔；

防护装置，位于所述第一安装腔和第二安装腔上方，所述防护装置包括：

第一固定块，固定连接在壳体顶端内壁；

两个电动绕线轮，水平间隔设置在所述第一固定块前侧，所述两个电动绕线轮之间绕卷有第一拉线；

移动块，可移动的设置在所述第一固定块上，所述移动块与所述第一拉线固定连接；

导向装置，设置在所述第一固定块上，用于对所述移动块进行导向；

第一连接杆，竖直设置，所述第一连接杆上端与移动块下端固定连接；

转动电机，固定连接在所述第一连接杆下端，所述转动电机的输出轴竖直朝下设置；

圆柱体，竖直设置，所述圆柱体上端固定连接在转动电机的输出轴；

凹槽，设置在所述圆柱体上，所述凹槽为曲线槽；

轮体，滚动连接在所述凹槽内；

第二连接杆，一端与所述轮体连接；

第三连接杆，为电动伸缩杆，所述第三连接杆上端的固定端的一侧与所述第二连接杆另一端固定连接；

集气罩组件，固定连接在所述第三连接杆下端的伸缩端，所述集气罩组件包括：罩体，固定连接在所述第三连接杆下端的伸缩端，所述罩体内设置微型吸风机；

微型散热风扇，固定连接在所述第三连接杆的伸缩端上，且位于集气罩组件上方；

滑轮，通过连接支架固定连接在所述壳体一侧壁；

第二拉线，绕在所述滑轮上，所述第二拉线一端与所述第三连接杆上端的固定端固定连接；

第二固定块，固定连接在所述壳体外侧壁；

箱体，固定连接在所述第二固定块上，所述箱体与微型吸风机的出风端通过连接管连接；

箱盖，连接在所述箱体上，所述箱盖一端与箱体上端一侧铰接，所述第二拉线另一端与所述箱盖固定连接；

所述电动绕线轮、转动电机、电动伸缩杆、微型吸风机、微型散热风扇分别与所述控制器电连接。

优选的，所述供气设备的出气端连接总连接管一端，所述总连接管另一端通过三通接头连接第一吸附塔和第二吸附塔的进气端，所述总连接管上或所述供气设备的出气端设置流速调节装置；

模块式氮气分离设备还包括：

第一气压传感器，设置在所述供气设备出气端内；

第二气压传感器，设置所述总连接管靠近三通接头的一端内；

第三气压传感器，设置在第一吸附塔和第二吸附塔的进气端；

第四气压传感器，设置在所述第一吸附塔和第二吸附塔内部靠近出气端；

温度传感器，连接在所述总连接管内或供气设备出气端；

流速传感器，设置在所述第一吸附塔和第二吸附塔的进气端；

报警器，设置在所述壳体上；

所述控制器与所述第一气压传感器、第二气压传感器、第三气压传感器、第四气压传感器、温度传感器、流速传感器、报警器电连接，所述控制器基于第一气压传感器、第二气压传感器、第三气压传感器、第四气压传感器、温度传感器、流速传感器控制所述流速调节装置及报警器工作；

步骤1：控制器基于第一气压传感器、第二气压传感器、温度传感器及公式(1)计算总连接管内气体的质量流量预估值；

其中，P为所述质量流量预估值，π为常数，取π＝3.14，A₁为第一气压传感器实时检测值，A₂为第二气压传感器实时检测值，C为总连接管的直径，η为总连接管内气体的阻力系数，K为供气设备输出的气体的压缩系数，D为理想气体常数，t为温度传感器实时检测值，L为总连接管的长度，N为总连接管的弯曲部位的数量，R为总连接管的弯曲部位的平均直径,H为总连接管的弯曲部位的压力损失系数，取值为0-1；

所述步骤1还包括：控制器比较所述质量流量预估值与预设的第一质量流量基准值，当所述质量流量预估值小于等于预设的第一质量流量基准值时，控制器控制报警器进行报警，当所述质量流量预估值大于预设的第一质量流量基准值时，控制器不控制报警器进行报警；

步骤2：当所述步骤1中报警器未报警器时，控制器基于步骤1计算的所述质量流量预估值、第三气压传感器、第四气压传感器，根据公式(2)计算目标流速；

其中，V为所述目标流速，M₀为预设的不考虑压力损失的第二质量流量基准值，所述第二质量流量基准值大于第一质量流量基准值；E为预设的第一吸附塔和第二吸附塔的吸附常数，A₃为第三气压传感器实时检测值，μ为的第一吸附塔和第二吸附塔内的气体比容，A₄为第四气压传感器实时检测值，ln为自然对数，即以常数e为底数的对数，V₀为预设的总连接管内流速基准值；

步骤3：控制器控制所述流速调节装置工作，使得所述流速传感器实时检测值在所述目标流速的预设范围内。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的结构示意图。

图2为第一吸附塔和第二吸附塔与连接阀组件连接的结构示意图。

图3为本发明供气设备的一种实施例的结构示意图。

图4为本发明防护装置的一种实施例的结构示意图。

图5为图4中圆柱体上设置凹槽的一种实施例的结构示意图。

图中：1、壳体；2、第一吸附塔；3、第二吸附塔；4、氮气缓冲罐；5、触摸式显示屏；6、控制器；PV101、第一阀门；PV102、第二阀门；PV103、第三阀门；PV104、第四阀门；PV105、第五阀门；PV106、第六阀门；PV107、第七阀门；PV108、第八阀门；V109、第九阀门；V110、第十阀门；V111、第十一阀门；V112、第十二阀门；V113、第十三阀门；V114、第十四阀门；V115、第十五阀门；7、防护装置；71、第一固定块；72、电动绕线轮；73、移动块；74、导向装置；75、第一连接杆；76、转动电机；77、圆柱体；78、凹槽；79、轮体；710、第二连接杆；711、第三连接杆；712、集气罩组件；713、滑轮；714、第二拉线；715、第二固定块；716、箱体；717、箱盖；718、微型散热风扇。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案以及技术特征可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

一种模块式氮气分离设备，如图1-3所示，包括：壳体1，与所述壳体1连接的吸附分离组件，所述吸附分离组件包括：第一吸附塔2、第二吸附塔3，均设置所述壳体1内，所述第一吸附塔2通过连接阀组件与第二吸附塔3连接；控制器6，与电源、所述连接阀组件电连接；其中所述连接阀组件还用于将第一吸附塔及第二吸附塔与供气设备(用于提供压缩后的空气)连接；

所述连接阀组件还连接氮气缓冲罐4，所述氮气缓冲罐4的氮气进端与所述连接阀组件的氮气出端连接；所述氮气缓冲罐4的氮气出端还通过管道连接有氮气检测及处理组件。优选的，氮气缓冲罐4可位于壳体内或者外部；

优选的，所述连接阀组件可为现有用于变压吸附设备的八阀结构，采用传统的八阀变压吸附原理制氮，实现分离设备操作简单且安全可靠；连接阀组件也可为下述实施例中的带有消声器的连接阀组件(下述气动阀)。本发明中连接阀组件中管道及氮气检测及处理组件中的管道均采用软管，并且管道的具有充足的余量。

优选的，第一吸附塔和第二吸附塔均为小型吸附塔；

优选的，所述壳体1上设置触摸式显示屏(操作面板)5，所述触摸式显示屏5与所述控制器6电连接，便于通过触摸式显示屏显示参数及控制控制器；优选的，本分离设备中壳体1的最大尺寸为1270x795x1700mm，控制器为西门子S7-200 Smart型控制器；

本发明采用变压吸附技术，以空气为原料，选用优质吸附剂，在一定的压力下，吸附剂对氧的吸附能力远大于氮，通过可编程程序控制气动阀的启闭，来控制第一吸附塔和第二吸附塔交替循环，加压吸附，减压脱附，完成氮氧分离，得到所需纯度的氮气。

本发明中模块式氮气分离设备，作为用于氮气分离的模块，模块包括：壳体，模块中的组件(模块中的组件包括上述第一吸附塔和第二吸附塔、及对应的连接阀组件及氮气检测及处理组件；还可包括氮气缓冲罐)，将模块中的组件小型化后集成在壳体内(设备的进出气端(如上述与供气设备出气端连接的壳体进气端，壳体出气端包括下述废气放空口和氮气使用点)均依附在壳体上)，以减小整个设备的体积；供气设备可位于壳体外，供气设备用于对所述模块进行提供空气。另外，由于集成在壳体内，工作时噪音较小；

上述技术方案的工作原理和有益效果为：分离设备本体使用时，第一吸附塔和第二吸附塔通过连接阀组件相互连接，且与供气设备及氮气缓冲罐连接，氮气缓冲罐与氮气检测及处理组件连接，第一吸附塔和第二吸附塔采用八阀变压吸附原理制氮，控制器控制连接阀组件中的阀门、第一吸附塔和第二吸附塔交替循环制氮，以及氮气检测及处理组件处理后输出氮气(如下述的通过第一过滤器过滤后，通过减压阀减压后输出，)，并对输出的氮气进行检测(如流量检测和气压检测)其中将两个第一吸附塔和第二吸附塔小型化地设计在壳体内，其最大产量在33m³/h，出气浓度能达到99.999％，满足实验室等小型场所的使用需要。上述技术方案结构简单，减小了设备体积，从而整个分离设备的占地小，且减小成本，相比现有的大型设备，本发明工作时的噪音小，并且采用软管连接，方便安装制造。

本发明解决了目前制氮机通常结构复杂、体积庞大，大型的制氮机应用在中小型用户手中，成本投入太大的技术问题。

在一个实施例中，如图2所示，

所述模块式氮气分离设备还包括第九阀门V109，所述第九阀门V109第一端与供气设备的出气口连接；所述氮气缓冲罐4的进气端设置第十阀门V110；

所述连接阀组件包括：

第一阀门PV101，第一端通过管道连接第九阀门V109的第二端；

第二阀门PV102，一端通过管道连接第一吸附塔2的进气端，另一端通过管道连接第一阀门PV101的第二端；

第三阀门PV103，一端通过管道连接第二吸附塔3的进气端，另一端通过管道连接第一阀门PV101的第二端；

第四阀门PV104，一端通过管道连接第一吸附塔2的进气端，另一端通过管道连接消声器；

第五阀门PV105，一端通过管道连接第二吸附塔3的进气端，另一端通过管道连接消声器；

第六阀门PV106，第一端通过管道连接第一吸附塔2的出气端；

第七阀门PV107，第一端通过管道连接第二吸附塔3的出气端；

第八阀门PV108，第一端通过管道连接第六阀门PV106第二端及第七阀门PV107第二端，所述第八阀门PV108另一端通过管道连接第十阀门V110远离氮气缓冲罐4的一端；

所述第一阀门PV101、第二阀门PV102、第三阀门PV103、第四阀门PV104、第五阀门PV105、第六阀门PV106、第七阀门PV107、第八阀门PV108均为气动阀，所述第一阀门PV101、第二阀门PV102、第三阀门PV103、第四阀门PV104、第五阀门PV105、第六阀门PV106、第七阀门PV107、第八阀门PV108分别与所述控制器6电连接；

所述第九阀门V109为手动阀门；

所述第九阀门V109和第一阀门PV101之间还设置第十五阀门V115，所述第十五阀门V115为减压阀，所述第十五阀门V115与控制器6电连接；

所述第一吸附塔2和第二吸附塔3的出气端均设置压力表，所述第九阀门V109的第二端也设置压力表。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：上述技术方案通过设置上述消声器用于降噪；通过控制器控制气动阀的启闭，来控制第一吸附塔和第二吸附塔交替循环，加压吸附，减压脱附，完成氮氧分离，得到所需纯度的氮气；且通过控制器控制第十五阀门调节供气设备输出至连接阀组件的进气端的气压，以便于根据需要调节连接阀组件的进气端的气压。

在一个实施例中，如图2所示，

所述氮气检测及处理组件包括：

第十一阀门V111，一端通过管道连接氮气缓冲罐4的出气端；

第一过滤器(可为现有粉尘过滤器)，进气端通过管道连接第十一阀门V111另一端；

流量计，一端通过管道连接第一过滤器的出气端，所述流量计另一端通过管道连接第十二阀门一端和第十三阀门V113一端，所述第十二阀门另一端连接至氮气使用点，所述第十三阀门V113另一端连接废气放空口，所述流量计的另一端还连接有压力表；

氧分析仪，气体输入端连接第十四阀门V114一端，所述第十四阀门V114另一端连接第一过滤器的出气端。优选的，所述第十四阀门为减压阀。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：氮气缓冲罐输出的氮气首先经过第一过滤器进行过滤处理，以去除杂质，并通过氧分析仪分析氧含量，以便于连接输出氮的氧含量，以便于根据检测结果采取相关措施；

当需要使用氮气时，通过在所述氮气使用点连接氮气应用设备，便于氮气的使用；所述流量计用于检测过滤后的氮气流量，当不需要使用氮气时或者氮气流量超出氮气应用设备的需求时通过废气放空口去除氮气至对应的氮气回收装置。

在一个实施例中，如图3所示，

所述供气设备包括：空气压缩机；第二过滤器、第三过滤器，所述第二过滤器进气端与所述空气压缩机出气端连接，所述第二过滤器出气端与第三过滤器进气端连接；冷干机，进气端与第三过滤器出气端连接；所述冷干机的出气端通过第四过滤器连接空气罐，所述空气罐与所述第九阀门V109的第一端连接。优选的，第二过滤器、第三过滤器可分别为初效过滤器和高效过滤器；

任何一种吸附对于同一被吸附气体(吸附质)来说，在吸附平衡情况下，温度越低，压力越高，吸附量越大。反之，温度越高，压力越低，则吸附量越小。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：通过空气压缩机压缩空气，便于输出高压空气至连接阀组件，加压后的空气通过第二过滤器、第三过滤器以实现双重过滤去除杂质，便于后续吸附处理制备氮气；通过冷干机对空气降温及干燥，以便于后续吸附处理制备氮气。

在一个实施例中，如图4-5所示，所述壳体1包括：左右间隔设置的第一安装腔和第二安装腔，所述第一安装腔用于安装控制器6，所述第二安装腔用于放置所述第一吸附塔2和第二吸附塔3；

防护装置7，位于所述第一安装腔和第二安装腔上方(其中，第一安装腔和第二安装腔为上端开口结构)，所述防护装置7包括：

第一固定块71，固定连接在壳体1顶端内壁；

两个电动绕线轮72，水平间隔设置在所述第一固定块71前侧，所述两个电动绕线轮72之间绕卷有第一拉线；

移动块73，可移动的设置在所述第一固定块71上，所述移动块73与所述第一拉线固定连接；

导向装置74，设置在所述第一固定块71上，用于对所述移动块73进行导向；优选的，所述导向装置包括：滑轨设置在所述第一固定块上，所述移动块滑动连接在所述滑轨上；或所述导向装置包括：导向杆，通过连接件连接在所述第一固定块前侧，所述移动块上设置用于所述导向杆穿过的导向通孔；

第一连接杆75，竖直设置，所述第一连接杆75上端与移动块73下端固定连接；

转动电机76，固定连接在所述第一连接杆75下端，所述转动电机76的输出轴竖直朝下设置；

圆柱体77，竖直设置，所述圆柱体77上端固定连接在转动电机76的输出轴；

凹槽78，设置在所述圆柱体77上，所述凹槽78为曲线槽；如图4所示，从上到下设置

轮体79，滚动连接在所述凹槽78内；

第二连接杆710，一端与所述轮体79连接(固定或转动连接)；

第三连接杆711，为电动伸缩杆，所述第三连接杆711上端的固定端的一侧与所述第二连接杆710另一端固定连接；

集气罩组件712，固定连接在所述第三连接杆711下端的伸缩端，所述集气罩组件712包括：罩体，固定连接在所述第三连接杆711下端的伸缩端，所述罩体内设置微型吸风机；

微型散热风扇718，固定连接在所述第三连接杆711的伸缩端上，且位于集气罩组件712上方；

滑轮713，通过连接支架固定连接在所述壳体1一侧壁；其中，滑轮为定滑轮；

第二拉线714，绕在所述滑轮713上，所述第二拉线714一端与所述第三连接杆711上端的固定端固定连接；

第二固定块715，固定连接在所述壳体1外侧壁；

箱体716，固定连接在所述第二固定块715上，所述箱体716与微型吸风机的出风端通过连接管连接；

箱盖717，连接在所述箱体716上，所述箱盖717一端与箱体716上端一侧铰接，所述第二拉线714另一端与所述箱盖717固定连接；

所述电动绕线轮72、转动电机76、电动伸缩杆、微型吸风机、微型散热风扇718分别与所述控制器6电连接。优选的，所述箱体内设置气压传感器；优选的，所述连接管上设置电磁阀，所述电磁阀与控制器电连接，在不存在高压气体泄漏时，控制器控制电磁阀关闭。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：所述第一安装腔用于安装控制器6以及壳体内其他需要散热的电器件；初始状态下，第三连接杆位于第一安装腔正上方，控制器控制电动绕线轮旋转能够带动第一拉线上的移动块左右移动，移动块左右移动的过程通过导向装置进行导向，使得移动块的移动运动可靠，移动块左右移动时柱体也左右移动，由于第三连接杆通过第二连接杆和轮体的作用使得第三连接杆随着移动块左右移动，从而第三连接杆上的微型散热风扇左右移动对第一安装腔内散热，且可通过控制器控制电动伸缩杆伸缩，使得微型散热风扇上下移动对第一安装腔内散热，通过第三连接杆伸缩使得散热风扇上下移动避免通过启动转动电机带动第三连接杆上下移动，避免拉动箱盖，使得箱盖开启而导致进灰；且上述散热风扇上下及左右运动保证散热均匀。

当壳体内存在泄漏时，如第一吸附塔和第二吸附塔处高压空气泄漏，控制器控制电动绕线轮工作带动第三连接杆至第二安装腔上方，可通过控制器控制电动伸缩杆向下伸长，使得集气罩组件向下靠近第一吸附塔和第二吸附塔，通过电动伸缩杆伸缩调整集气罩组件距离第一吸附塔和第二吸附塔的距离，以便于对不同部位进行泄漏的气体进行收集，此时控制器也可控制电动绕线轮转动实现移动块左右移动带动集气罩左右移动集气，通过集气罩组件将泄漏的高压气体通过连接管输入至箱体内；当箱体内气压传感器检测的气压值大于预设的气压基准值时，控制器控制转动电机正向旋转，使得转动电机旋转过程中，轮体在曲线槽中向下运动，通过与轮体连接的第二连接杆带动第三连接杆整体向下运动，从而与第三连接杆连接的第二拉线一端向下运动，从而第二拉线另一端带动箱盖开启箱体，使得箱体内高压气体排出，实现快速泄压，避免壳体内高压气体过多，存在安全风险以及存在损坏壳体内电器件的风险。

上述技术方案通过上述散热保护及泄漏保护实现对壳体内部双重保护。

在一个实施例中，所述供气设备的出气端连接总连接管一端，所述总连接管另一端通过三通接头连接第一吸附塔2和第二吸附塔3的进气端，所述总连接管上或所述供气设备的出气端设置流速调节装置；

模块式氮气分离设备还包括：

第一气压传感器，设置在所述供气设备出气端内；

第二气压传感器，设置所述总连接管靠近三通接头的一端内；

第三气压传感器，设置在第一吸附塔2和第二吸附塔3的进气端；

第四气压传感器，设置在所述第一吸附塔2和第二吸附塔3内部靠近出气端；

温度传感器，连接在所述总连接管内或供气设备出气端；

流速传感器，设置在所述第一吸附塔2和第二吸附塔3的进气端；

报警器，设置在所述壳体1上；

所述控制器6与所述第一气压传感器、第二气压传感器、第三气压传感器、第四气压传感器、温度传感器、流速传感器、报警器电连接，所述控制器6基于第一气压传感器、第二气压传感器、第三气压传感器、第四气压传感器、温度传感器、流速传感器控制所述流速调节装置及报警器工作；

步骤1：控制器基于第一气压传感器、第二气压传感器、温度传感器及公式(1)计算总连接管内气体的质量流量预估值；

其中，P为所述质量流量预估值，π为常数，取π＝3.14，A₁为第一气压传感器实时检测值，A₂为第二气压传感器实时检测值，C为总连接管的直径，η为总连接管内气体的阻力系数，K为供气设备输出的气体的压缩系数，D为理想气体常数，t为温度传感器实时检测值，L为总连接管的长度，N为总连接管的弯曲部位的数量，R为总连接管的弯曲部位的平均直径,H为总连接管的弯曲部位的压力损失系数，取值为0-1；优选的，可设置摄像装置获取总连接管的实时图像，通过图像处理系统处理图像以获取总连接管的弯曲部位的数量；

所述步骤1还包括：控制器比较所述质量流量预估值与预设的第一质量流量基准值，当所述质量流量预估值小于等于预设的第一质量流量基准值时，控制器控制报警器进行报警，当所述质量流量预估值大于预设的第一质量流量基准值时，控制器不控制报警器进行报警；

步骤2：当所述步骤1中报警器未报警器时，控制器基于步骤1计算的所述质量流量预估值、第三气压传感器、第四气压传感器，根据公式(2)计算目标流速；

其中，V为所述目标流速，M₀为预设的不考虑压力损失的第二质量流量基准值，所述第二质量流量基准值大于第一质量流量基准值；E为预设的第一吸附塔和第二吸附塔的吸附常数，A₃为第三气压传感器实时检测值，μ为的第一吸附塔和第二吸附塔内的气体比容，A₄为第四气压传感器实时检测值，ln为自然对数，即以常数e为底数的对数，V₀为预设的总连接管内流速基准值；

步骤3：控制器控制所述流速调节装置工作，使得所述流速传感器实时检测值在所述目标流速的预设范围内。

上述技术方案中，由于第一吸附塔和第二吸附塔交替进行，再通过第一吸附塔吸附工作时，公式(1)中第二气压传感器对应的为第一吸附塔的进气端，第三气压传感器，对应为第一吸附塔2的进气端；第四气压传感器，对应为第一吸附塔2内部靠近出气端；

上述技术方案的工作原理和有益效果为：上述技术方案首先步骤1中：控制器基于第一气压传感器、第二气压传感器、温度传感器及公式(1)计算总连接管内气体的当前质量流量预估值，且公式(1)中综合考虑：供气设备参数(供气设备出气端出气端气压、供气设备输出的气体的压缩系数)，第一吸附塔(2)和第二吸附塔(3)的进气端气压、总连接管的参数及总连接管内压力损失相关参数(总连接管的直径、总连接管的弯曲部位的数量、总连接管的弯曲部位的平均直径、总连接管的弯曲部位的压力损失系数、总连接管内气体的阻力系数、总连接管内气体的温度)这些多参数，以使得计算的质量流量预估值更加准确；所述步骤1还包括：控制器比较所述质量流量预估值与预设的第一质量流量基准值，当所述质量流量预估值小于等于预设的第一质量流量基准值时，控制器控制报警器进行报警，当所述质量流量预估值大于预设的第一质量流量基准值时，控制器不控制报警器进行报警，从而当当前质量流量预估值过小控制控制报警器进行报警以提醒检修(如当弯曲部位过大及弯曲部位的压力损失过大导致质量流量预估值过小，可提醒更换总连接管或者调整整个设备的安装方式，以减小总连接管的弯曲部位数量(如缠绕总连接管导致的弯曲部位过多))；

然后步骤2中，当所述步骤1中报警器未报警器时，控制器基于步骤1计算的所述质量流量预估值、第三气压传感器、第四气压传感器，根据公式(2)计算目标流速；公式(2)中综合考虑：预设的不考虑压力损失的第二质量流量基准值、第一吸附塔和第二吸附塔的吸附常数、第一吸附塔(2)和第二吸附塔(3)的进气端实时气压、第一吸附塔(2)和第二吸附塔(3)内部靠近出气端实时气压、第一吸附塔和第二吸附塔内的气体比容、总连接管的弯曲部位的压力损失系数、总连接管内气体的当前质量流量预估值等参数，以实现考虑压力损失因素增大流速，避免由于压力损失导致流速较小影响工作效率及吸附效果，且流速与第一吸附塔和第二吸附塔的当前状态相适应(上述第三气压传感器、第四气压传感器对应的气压、上述气体比容)，以保证吸附制氮的效果，避免流速过大(流速过大超出吸附塔的吸附能力时，导致吸附塔内气压过大存在安全风险且可能由此导致泄漏影响制氮效果)或者流速过小(制氮效率低)影响吸附制氮的效率及效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种模块式氮气分离设备，包括：壳体(1)，与所述壳体(1)连接的吸附分离组件，其特征在于，

所述吸附分离组件包括：第一吸附塔(2)、第二吸附塔(3)，均设置所述壳体(1)内，所述第一吸附塔(2)通过连接阀组件与第二吸附塔(3)连接；控制器(6)，与电源、所述连接阀组件电连接，所述连接阀组件还用于将第一吸附塔(2)及第二吸附塔(3)与供气设备出气端连接；

所述连接阀组件还连接氮气缓冲罐(4)，所述氮气缓冲罐(4)的氮气进端与所述连接阀组件的氮气出端连接；所述氮气缓冲罐(4)的氮气出端还通过管道连接有氮气检测及处理组件。

2.根据权利要求1所述的一种模块式氮气分离设备，其特征在于，

所述模块式氮气分离设备还包括第九阀门(V109)，所述第九阀门(V109)第一端与供气设备的出气口连接；所述氮气缓冲罐(4)的进气端设置第十阀门(V110)；

所述连接阀组件包括：

第一阀门(PV101)，第一端通过管道连接第九阀门(V109)的第二端；

第二阀门(PV102)，一端通过管道连接第一吸附塔(2)的进气端，另一端通过管道连接第一阀门(PV101)的第二端；

第三阀门(PV103)，一端通过管道连接第二吸附塔(3)的进气端，另一端通过管道连接第一阀门(PV101)的第二端；

第四阀门(PV104)，一端通过管道连接第一吸附塔(2)的进气端，另一端通过管道连接消声器；

第五阀门(PV105)，一端通过管道连接第二吸附塔(3)的进气端，另一端通过管道连接消声器；

第六阀门(PV106)，第一端通过管道连接第一吸附塔(2)的出气端；

第七阀门(PV107)，第一端通过管道连接第二吸附塔(3)的出气端；

第八阀门(PV108)，第一端通过管道连接第六阀门(PV106)第二端及第七阀门(PV107)第二端，所述第八阀门(PV108)另一端通过管道连接第十阀门(V110)远离氮气缓冲罐(4)的一端。

3.根据权利要求2所述的一种模块式氮气分离设备，其特征在于，

所述第一阀门(PV101)、第二阀门(PV102)、第三阀门(PV103)、第四阀门(PV104)、第五阀门(PV105)、第六阀门(PV106)、第七阀门(PV107)、第八阀门(PV108)均为气动阀，所述第一阀门(PV101)、第二阀门(PV102)、第三阀门(PV103)、第四阀门(PV104)、第五阀门(PV105)、第六阀门(PV106)、第七阀门(PV107)、第八阀门(PV108)分别与所述控制器(6)电连接；

所述第九阀门(V109)为手动阀门；

所述第九阀门(V109)和第一阀门(PV101)之间还设置第十五阀门(V115)，所述第十五阀门(V115)为减压阀，所述第十五阀门(V115)与控制器(6)电连接；

所述第一吸附塔(2)和第二吸附塔(3)的出气端均设置压力表，所述第九阀门(V109)的第二端也设置压力表。

4.根据权利要求1所述的一种模块式氮气分离设备，其特征在于，

所述氮气检测及处理组件包括：

第十一阀门(V111)，一端通过管道连接氮气缓冲罐(4)的出气端；

第一过滤器，进气端通过管道连接第十一阀门(V111)另一端；

流量计，一端通过管道连接第一过滤器的出气端，所述流量计另一端通过管道连接第十二阀门(V112)一端和第十三阀门(V113)一端，所述第十二阀门(V112)另一端连接至氮气使用点，所述第十三阀门(V113)另一端连接废气放空口，所述流量计的另一端还连接有压力表；

氧分析仪，气体输入端连接第十四阀门(V114)一端，所述第十四阀门(V114)另一端连接第一过滤器的出气端。

5.根据权利要求2所述的一种模块式氮气分离设备，其特征在于，所述供气设备包括：空气压缩机；第二过滤器、第三过滤器，所述第二过滤器进气端与所述空气压缩机出气端连接，所述第二过滤器出气端与第三过滤器进气端连接；冷干机，进气端与第三过滤器出气端连接；所述冷干机的出气端通过第四过滤器连接空气罐，所述空气罐与所述第九阀门(V109)的第一端连接。

6.根据权利要求2所述的一种模块式氮气分离设备，其特征在于，所述壳体(1)上设置触摸式显示屏(5)，所述触摸式显示屏(5)与所述控制器(6)电连接。

7.根据权利要求1所述的一种模块式氮气分离设备，其特征在于，

所述壳体(1)包括：左右间隔设置的第一安装腔和第二安装腔，所述第一安装腔用于安装控制器(6)，所述第二安装腔用于放置所述第一吸附塔(2)和第二吸附塔(3)；

防护装置(7)，位于所述第一安装腔和第二安装腔上方，所述防护装置(7)包括：

第一固定块(71)，固定连接在壳体(1)顶端内壁；

两个电动绕线轮(72)，水平间隔设置在所述第一固定块(71)前侧，所述两个电动绕线轮(72)之间绕卷有第一拉线；

移动块(73)，可移动的设置在所述第一固定块(71)上，所述移动块(73)与所述第一拉线固定连接；

导向装置(74)，设置在所述第一固定块(71)上，用于对所述移动块(73)进行导向；

第一连接杆(75)，竖直设置，所述第一连接杆(75)上端与移动块(73)下端固定连接；

转动电机(76)，固定连接在所述第一连接杆(75)下端，所述转动电机(76)的输出轴竖直朝下设置；

圆柱体(77)，竖直设置，所述圆柱体(77)上端固定连接在转动电机(76)的输出轴；

凹槽(78)，设置在所述圆柱体(77)上，所述凹槽(78)为曲线槽；

轮体(79)，滚动连接在所述凹槽(78)内；

第二连接杆(710)，一端与所述轮体(79)连接；

第三连接杆(711)，为电动伸缩杆，所述第三连接杆(711)上端的固定端的一侧与所述第二连接杆(710)另一端固定连接；

集气罩组件(712)，固定连接在所述第三连接杆(711)下端的伸缩端，所述集气罩组件(712)包括：罩体，固定连接在所述第三连接杆(711)下端的伸缩端，所述罩体内设置微型吸风机；

微型散热风扇(718)，固定连接在所述第三连接杆(711)的伸缩端上，且位于集气罩组件(712)上方；

滑轮(713)，通过连接支架固定连接在所述壳体(1)一侧壁；

第二拉线(714)，绕在所述滑轮(713)上，所述第二拉线(714)一端与所述第三连接杆(711)上端的固定端固定连接；

第二固定块(715)，固定连接在所述壳体(1)外侧壁；

箱体(716)，固定连接在所述第二固定块(715)上，所述箱体(716)与微型吸风机的出风端通过连接管连接；

箱盖(717)，连接在所述箱体(716)上，所述箱盖(717)一端与箱体(716)上端一侧铰接，所述第二拉线(714)另一端与所述箱盖(717)固定连接；

所述电动绕线轮(72)、转动电机(76)、电动伸缩杆、微型吸风机、微型散热风扇(718)分别与所述控制器(6)电连接。

8.根据权利要求1所述的一种模块式氮气分离设备，其特征在于，

所述供气设备的出气端连接总连接管一端，所述总连接管另一端通过三通接头连接第一吸附塔(2)和第二吸附塔(3)的进气端，所述总连接管上或所述供气设备的出气端设置流速调节装置；

模块式氮气分离设备还包括：

第一气压传感器，设置在所述供气设备出气端内；

第二气压传感器，设置所述总连接管靠近三通接头的一端内；

第三气压传感器，设置在第一吸附塔(2)和第二吸附塔(3)的进气端；

第四气压传感器，设置在所述第一吸附塔(2)和第二吸附塔(3)内部靠近出气端；

温度传感器，连接在所述总连接管内或供气设备出气端；

流速传感器，设置在所述第一吸附塔(2)和第二吸附塔(3)的进气端；

报警器，设置在所述壳体(1)上；

所述控制器(6)与所述第一气压传感器、第二气压传感器、第三气压传感器、第四气压传感器、温度传感器、流速传感器、报警器电连接，所述控制器(6)基于第一气压传感器、第二气压传感器、第三气压传感器、第四气压传感器、温度传感器、流速传感器控制所述流速调节装置及报警器工作；

步骤1：控制器基于第一气压传感器、第二气压传感器、温度传感器及公式(1)计算总连接管内气体的质量流量预估值；

其中，P为所述质量流量预估值，π为常数，取π＝3.14，A₁为第一气压传感器实时检测值，A₂为第二气压传感器实时检测值，C为总连接管的直径，η为总连接管内气体的阻力系数，K为供气设备输出的气体的压缩系数，D为理想气体常数，t为温度传感器实时检测值，N为总连接管的弯曲部位的数量，R为总连接管的弯曲部位的平均直径,L为总连接管的长度，H为总连接管的弯曲部位的压力损失系数，取值为0-1；

所述步骤1还包括：控制器比较所述质量流量预估值与预设的第一质量流量基准值，当所述质量流量预估值小于等于预设的第一质量流量基准值时，控制器控制报警器进行报警，当所述质量流量预估值大于预设的第一质量流量基准值时，控制器不控制报警器进行报警；

步骤2：当所述步骤1中报警器未报警器时，控制器基于步骤1计算的所述质量流量预估值、第三气压传感器、第四气压传感器，根据公式(2)计算目标流速；

其中，V为所述目标流速，M₀为预设的不考虑压力损失的第二质量流量基准值，所述第二质量流量基准值大于第一质量流量基准值；E为预设的第一吸附塔和第二吸附塔的吸附常数，A₃为第三气压传感器实时检测值，μ为的第一吸附塔和第二吸附塔内的气体比容，A₄为第四气压传感器实时检测值，ln为自然对数，即以常数e为底数的对数，V₀为预设的总连接管内流速基准值；

步骤3：控制器控制所述流速调节装置工作，使得所述流速传感器实时检测值在所述目标流速的预设范围内。

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