CN112675659A - 制氧系统及其分子筛健康状态监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制氧系统及其分子筛健康状态监测方法，所述方法包括：监测分子筛的压力值；确定所述压力值达到压力阈值时的时长信息；根据所述时长信息确定分子筛状态。本发明提供的技术方案能够根据客观指标反应分子筛的实际健康状态，用户可以准确地在分子筛的性能下降时更换分子筛，从而避免提前更换导致的浪费，同时避免迟延更换导致的危险。

Description

制氧系统及其分子筛健康状态监测方法

技术领域

本发明涉及制氧设备技术领域，具体涉及一种制氧系统及其分子筛健康状态监测方法。

背景技术

制氧机是一种可以制取氧气的机器设备，根据制氧原理的不同，可以分为分子筛制氧机、高分子富氧膜制氧机、电解水制氧机和化学反应制氧机等。为了满足需氧用户活动自由的需求，目前已较多出现便携式制氧机，即，用户可以随身携带，便携式制氧机小巧、结构简单紧凑，能够满足用户氧气在手说走就走的需求。

吸附式的便携式制氧机中，分子筛属于耗材。它的使用寿命根据环境湿度、试用压力和填装紧实度都有密切关系。当分子筛使用时间增加时，其对气体的吸附性能减小，即，产氧性能降低，体现在制氧机上就是产氧浓度降低。

目前，厂家给用户的分子筛更换建议，通常为分子筛的使用年限的大体估值，比如，建议1年更换一次，或者建议2年更换一次等。但便携式制氧机中通常设置两个分子筛交替进行产氧，这种笼统的建议也只是根据厂家对分子筛寿命的经验值，用户无法得知每个分子筛真正的吸附性能如何，极大可能存在某个分子筛性能还很好，就提早更换，进而造成用户使用成本的增加、资源的浪费；或者，因为使用环境不佳，分子筛性能已经很差，但并没有达到厂家建议更换的时间，这就给需氧用户的使用埋下了潜在的安全隐患，导致用户使用体验差。

因此，针对当前正在使用的分子筛，如何给出一个具体的用于表征其健康状态的指标，来指导用户合理地更换分子筛，是现有技术中尚未解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，一种分子筛健康状态监测方法，包括：

监测分子筛的压力值；

确定所述压力值达到压力阈值时的时长信息；

根据所述时长信息确定分子筛状态。

可选地，所述压力值包括分子筛尾端的压力值。

可选地，所根据所述时长信息确定分子筛状态具体包括：

将所述时长信息与时间阈值进行比对；

当所述时长信息小于时间阈值时，判定分子筛状态异常。

可选地，所述压力值包括分子筛首端的第一压力值和分子筛尾端的第二压力值。

可选地，所确定所述压力值达到压力阈值时的时长信息具体包括：

确定所述第一压力值达到第一压力阈值时的第一时间信息，以及所述第二压力值达到第二压力阈值时的第二时间信息；

计算第二时间信息和第一时间信息的时差信息，所述时差信息为所需时长信息。

可选地，所根据所述时长信息确定分子筛状态具体包括：

将所述时差信息与时间阈值进行比对；

当所述时差信息小于时间阈值时，判定分子筛状态异常。

可选地，所述方法还包括：

当根据所述时长信息确定分子筛状态异常时，执行第一报警动作；

监测输氧管路中的氧气浓度信息是否低于浓度阈值；

当所述氧气浓度信息低于浓度阈值时，执行第二报警动作。

本发明还提供一种制氧系统控制方法，包括：

利用上述方法监测分子筛健康状态；

当分子筛状态异常时，延长压缩机向分子筛供应压缩气体的供气时长，和/或延长对分子筛进行均压的均压时长。

相应地，本发明提供一种制氧系统，包括至少一个分子筛、压缩机，以及传感器组件，用于采集分子筛的压力值；控制器，用于根据上述方法监测分子筛健康状态。

相应地，本发明提供一种制氧系统，包括两个分子筛、压缩机，以及传感器组件，用于采集分子筛的压力值；调节组件，用于改变压缩机向分子筛供应压缩气体的供气时长和/或对分子筛进行均压的均压时长；控制器，用于根据上述方法通过所述调节组件控制制氧动作。

可选地，所述传感器组件包括两个传感器，分别设置在所述两个分子筛的尾端，用于采集尾端的压力值或者；或者

所述传感器组件包括四个传感器，分别设置在所述两个分子筛的首端和尾端，用于采集首端的压力值和尾端的压力值。

本发明提供的技术方案，具有以下优点：

根据本发明提供的分子筛健康状态监测方法及制氧系统，通过监测分子筛尾端的压力值，确定从给分子筛供气开始到达到该压力阈值时的时长信息，并进一步确定该分子筛状态，实现根据客观指标反映分子筛健康状态，并及时提醒用户，使得用户可以在分子筛性能下降时及时采取措施，避免提前更换导致的浪费，同时避免迟延更换导致的危险；

本方案可以只通过检测分子筛尾端(出氧端)的压力值来确定其健康状态，制氧系统中的两个分子筛分别配置一个压力传感器，由此可以降低硬件成本；

本方案可以通过检测分子筛首端和尾端的压力值，并计算两个压力值达到其各自对应预设阈值的时间信息的时间差，来确定其健康状态，实现根据客观指标反映分子筛健康状态，由此可以进一步提高对健康状态进行判断的准确性。

据本发明提供的制氧系统及其控制方法，在检测到分子筛状态异常时，通过延长向分子筛供应压缩气体的供气时长，和/或延长对分子筛进行均压的均压时长，来提高其输出氧气的浓度，在分子筛性能下降时尽可能保障其制氧性能，给予一定的缓冲期，让用户能够及时采取措施，并结合最终输氧管路内出氧浓度，做最后提醒，以确保用户的使用安全。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术或本发明具体实施方式中的技术方案，下面对现有技术或具体实施方式描述中所使用的附图作简单介绍。

图1是本发明实施例中的制氧系统的结构示意图。

图2是本发明实施例中的一种分子筛健康状态监测方法的流程图。

图3是本发明实施例中的另一种分子筛健康状态监测方法的流程图。

附图标记：1、空气过滤器；2、压缩机；3、先导阀；4、分子筛；41、第一分子筛；411、第一气压传感器；412、第二气压传感器；421、第三气压传感器；422、第四气压传感器；42、第二分子筛；5、二位三通电磁阀；6、储气罐；7、用户；8、均压阀；9、氧浓度测量装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供一种制氧系统，如图1所示，包括依次连接的空气过滤器1、压缩机2、先导阀3、分子筛4、均压阀8和储气罐6。其中分子筛4为两个，分别为第一分子筛41和第二分子筛42，且并联设置在先导阀3和均压阀8之间；二位三通电磁阀5用于控制两个分子筛分别与储气罐6相连通；用户7从储气罐6位置获取可供使用的氧气。

外界空气经过空气过滤器1的过滤后，经过压缩机2压缩成为压缩气体，然后经先导阀3分配到不同的分子筛中制取氧气，制取得到的氧气输入到储气罐6内暂存，用户7从储气罐6位置获取可供使用的氧气。均压阀8的作用在于，当先导阀3控制为第一分子筛41的首端供应压缩气体，第一分子筛41制取的氧气从尾端输出到储气罐6时，均压阀8控制使一部分氧气从第二分子筛42的尾端倒流输入，加速第二分子筛42的排氮过程，使第二分子筛42为制取氧气做好准备；当先导阀3控制为第二分子筛42的首端供应压缩气体时，则均压阀8控制使一部分氧气从第一分子筛41的尾端倒流输入，加速第一分子筛41的排氮过程。

分子筛的吸附性能，可以通过其出氧能力做判断，这是目前可以了解到的方法。但是在双分子筛的便携式制氧机中，为了保证持续的供氧，故左、右两个分子筛交替进行制氧，且交替的频率很快。两个分子筛制氧之后还会配合均压、节流、反冲洗等等过程，然后汇集到输氧管路中给用户供氧，所以单独对每个分子筛进行氧浓度的检测，并不现实。所以，在双分子筛的便携式制氧机中无法通过对每个分子筛产氧的浓度进行单独分子筛性能的检测，而采用本申请提供方法，将更好的解决上述问题。

本系统还设有控制器，在第一实施例中，该控制器被配置为执行如图2所示的分子筛健康状态监测方法：

S1A,监测分子筛尾端的压力值。以第一分子筛41为例进行说明，控制器可获取第二气压传感器412采集的压力值，即第一分子筛41尾端的压力值fo1。

S2A,确定压力值达到压力阈值时的时长信息，即第二气压传感器412采集的压力值fo1从初始(先导阀3开始给分子筛41供应压缩气体时)达到预设的压力阈值F时所用的时间to1。

S3A,判断时长信息是否小于时间阈值，当时长信息to1小于时间阈值T时执行步骤S4A，否则可返回步骤S1A持续监测。

S4A,判定分子筛状态异常。如果分子筛尾端压力很快达到设定阈值，说明分子筛的性能已经下降，此时即可认定分子筛状态异常，并可以进行第一次报警，比如可以执行声音、光、震动等报警动作，提示用户分子筛性能下降。

在步骤S4A之后进行第一次报警时，虽然分子筛性能下降但通常并未处于完全不可用的状态，用户可以选择在第一次报警时进行更换，如果用户经济允许，也可以只是更加留意制氧机出氧情况，提前做好准备。为了弥补输出氧气的浓度降低，制氧系统可以采取一些措施，具体将在后续实施例中提供一种制氧系统控制方法对此进行详细介绍。

在分子筛性能出现第一次报警之后，为了能更加确保用户的使用安全，在另一实施例中，控制器还可以通过氧浓度测量装置9获取输氧管路中的氧气浓度信息。参见图1所示结构，氧浓度测量装置9设置在输氧管路上，输氧管路设置于二位三通电磁阀5与用户需氧处(或储气罐6)之间。控制器监测输氧管路中的氧气浓度信息是否低于浓度阈值，当氧气浓度信息低于浓度阈值时进行第二次报警，比如可以执行声音、光、震动等报警动作，或者通过通信模块给用户的手机等移动设备发送信息，提示用户分子筛性能可能已经无法满足使用需求，提醒用户及时进行分子筛的更换。

在可选的实施例中，还可以根据步骤S2A中得到的时长信息或者S3A中时长信息与设定阈值的差值,来量化分子筛的健康状态，比如据此计算分子筛的寿命，该时长信息t01越短则对应的寿命约短。

在上述分子筛健康状态监测方法中，控制器只需获取分子筛尾端的压力传感器的数值，该制氧系统中只需要设置第二气压传感器412和第四气压传感器422这两个传感器，结合先导阀3给两个分子筛的供气的切换时间节点即可监测两个分子筛的状态。

为了更进一步精确对分子筛寿命的监测，在另一实施例中，该控制器被配置为执行如图3所示的分子筛健康状态监测方法：

S1B,监测分子筛首端的第一压力值和分子筛尾端的第二压力值。仍以第一分子筛41为例进行说明，在本实施例中控制器需获取第一气压传感器411采集的压力值，即第一分子筛41首端的压力值fi1，以及获取第二气压传感器412采集的压力值，即第一分子筛41尾端的压力值fo1。

S2B,确定第一压力值达到第一压力阈值时的第一时间信息，以及第二压力值达到第二压力阈值时的第二时间信息。即从压缩机2开始供应压缩气体时，第一气压传感器411采集的压力值fi1达到预设的压力阈值F1的时间点ti1，以及第二气压传感器412采集的压力值fo1达到预设的压力阈值F2时的时间点to1。

S3B,计算第二时间信息和第一时间信息的时差信息。由于to1必然晚于ti1，因此计算时差信息为δt＝to1-ti1；

S4B,判断时差信息是否小于时间阈值，当时差信息δt小于时间阈值时执行步骤S5B，否则可以返回步骤S1B持续监测。

S5B,判定分子筛状态异常。当to1与ti1足够接近时，说明分子筛的性能已经下降，此时即可认定分子筛状态异常。与前一实施例类似的，此时可以进行第一次报警，提示用户分子筛性能下降，此时用户可以根据自己的资金情况和需求，决定是否进行分子筛的更换；制氧系统同样可以采取措施来弥补分子筛的性能下降造成的氧气浓度降低。在此之后还可以进一步通过氧浓度测量装置9获取输氧管路中的氧气浓度信息，控制器监测输氧管路中的氧气浓度信息是否低于浓度阈值，当氧气浓度信息低于浓度阈值时，进行第二次报警，确保用户使用安全。

在上述分子筛健康状态监测方法中，控制器需要获取分子筛首端和尾端的压力传感器的数值，该制氧系统中需要设置与两个分子筛相应的四个传感器。

在可选的实施例中，还可以根据步骤S3B中得到的时差信息δt来量化分子筛的健康状态，比如据此计算分子筛的寿命，该时差信息δt越短则对应的寿命越短。

下面提供一种制氧系统控制方法，该方法可以由上述控制器执行。首先，监测分子筛尾端气压传感器的压力值；确定该压力值达到压力阈值时的时长信息；以及根据所述时长信息确定分子筛状态。具体可以基于如图2或图3所示的方法监测分子筛健康状态。当分子筛状态异常时，比如在执行上述步骤S4A或S5B时，控制调节组件(包括先导阀3和均压阀8)执行调整动作。

可采取的措施包括改变压缩机向分子筛供应压缩气体的供气时长和对分子筛进行均压的均压时长，这两种措施可以被择一使用，也可同时采用。

需要说明的是，实际应用时可能出现一个分子筛正常而另一个分子筛正常的情况，两个分子筛的状态可能是不同的，上述措施只需应用于异常的分子筛。

关于改变供气时长，参照图1所示结构，假设第一分子筛41被判定为异常，控制器可控制先导阀3增加对第一分子筛41的供气时间，由此提高第一分子筛41的输出氧气的浓度，而不必对第二分子筛的供气时间做出调整。

关于改变均压时长，参照图1所示结构，假设第一分子筛41被判定为异常，控制器可控制均压阀8在增加对第一分子筛41进行均压的时间，由此可以在排氮过程中使第一分子筛41的排氮更加彻底，从而在之后的制氧过程中发挥更佳的制氧能力，而不必对第二分子筛的均压时间做出调整。

本发明采用了气体通过分子筛的时长信息(或时差信息)作为分子筛寿命的标尺，实现分子筛寿命的可视化。并通过在输氧管路上设置氧浓度测量装置9进行分子筛的最终性能的终止提醒，减少了可能存在的浪费也避免了安全隐患。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种分子筛健康状态监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

监测分子筛的压力值；

确定所述压力值达到压力阈值时的时长信息；

根据所述时长信息确定分子筛状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力值包括分子筛尾端的压力值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述时长信息确定分子筛状态具体包括：

将所述时长信息与时间阈值进行比对；

当所述时长信息小于时间阈值时，判定分子筛状态异常。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力值包括分子筛首端的第一压力值和分子筛尾端的第二压力值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定所述压力值达到压力阈值时的时长信息具体包括：

确定所述第一压力值达到第一压力阈值时的第一时间信息，以及所述第二压力值达到第二压力阈值时的第二时间信息；

计算第二时间信息和第一时间信息的时差信息，所述时差信息为所需时长信息。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述时长信息确定分子筛状态具体包括：

将所述时差信息与时间阈值进行比对；

当所述时差信息小于时间阈值时，判定分子筛状态异常。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当根据所述时长信息确定分子筛状态异常时，执行第一报警动作；

监测输氧管路中的氧气浓度信息是否低于浓度阈值；

当所述氧气浓度信息低于浓度阈值时，执行第二报警动作。

8.一种制氧系统控制方法，其特征在于，

利用权利要求1-7中任一项所述的方法监测分子筛健康状态；

当分子筛状态异常时，延长压缩机向分子筛供应压缩气体的供气时长，和/或延长对分子筛进行均压的均压时长。

9.一种制氧系统，包括至少一个分子筛、压缩机，其特征在于，所述系统还包括：

传感器组件，用于采集分子筛的压力值；

控制器，用于根据权利要求1-7中任一项所述的方法监测分子筛健康状态。

10.一种制氧系统，包括两个分子筛、压缩机，其特征在于，所述系统还包括：

传感器组件，用于采集分子筛的压力值；

调节组件，用于改变压缩机向分子筛供应压缩气体的供气时长和/或对分子筛进行均压的均压时长；

控制器，用于根据权利要求8所述的方法通过所述调节组件控制制氧动作。

11.根据权利要求9或10所述的系统，其特征在于，所述传感器组件包括两个传感器，分别设置在所述两个分子筛的尾端，用于采集尾端的压力值或者；或者

所述传感器组件包括四个传感器，分别设置在所述两个分子筛的首端和尾端，用于采集首端的压力值和尾端的压力值。

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