CN115215304B - 一种模块化制氮机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种模块化制氮机，属于制氮机技术领域，一种模块化制氮机，包括第一吸附塔以及第二吸附塔，所述第一吸附塔与所述第二吸附塔均设置于模块机架上，且第一吸附塔与第二吸附塔之间设有气压平衡组件；所述第一吸附塔与所述第二吸附塔的结构一致，所述第一吸附塔内设有位于第一吸附塔中部的分子筛组件，且所述第一吸附塔的侧壁上开设有分别位于所述分子筛组件上下两侧的上调节口和下调节口；所述上调节口内与所述下调节口内均固定有弹性膜片，所述气压平衡组件用于驱动所述弹性膜片朝向吸附塔内和外部变形，具有增强制氮机排放氮气氧气的充分性的效果。

Description

一种模块化制氮机

技术领域

本申请涉及制氮机技术领域，更具体地说，涉及一种模块化制氮机。

背景技术

制氮是以干净的压缩空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，运用变压吸附原理，使充满微孔的碳分子筛对气体分子有选择性的吸附来获得氮气的新型制氮技术。制氮机的吸附塔内的碳分子筛是由硬煤磨细后，经一系列加工成型烧结所得，经活化成型后的碳分子筛的晶粒体分布着无数微孔孔穴，孔穴直径控制在氧分子直径与氮分子直径之间(注：氧分子直径小于氮分子直径)。对于小于孔穴直径的气体分子能进入孔穴内，把大于孔穴的分子挡在孔外，起着筛分分子的作用。

在单个吸附塔的工作过程中，包括排氮气和排氧气两个工作循环交替，故而一般采用双吸附塔的结构以实现氮气的持续性生产。但是，在实际使用过程中，在两个吸附塔切换时，利用阀体实现气路切换，容易引起吸附塔内压力失衡，从而导致氮气和氧气的排放不充分。

发明内容

为了增强制氮机排放氮气氧气的充分性，本申请提供一种模块化制氮机。

本申请提供的一种模块化制氮机采用如下的技术方案：

一种模块化制氮机，包括第一吸附塔以及第二吸附塔，所述第一吸附塔与所述第二吸附塔均设置于模块机架上，且第一吸附塔与第二吸附塔之间设有气压平衡组件；所述第一吸附塔与所述第二吸附塔的结构一致，所述第一吸附塔内设有位于第一吸附塔中部的分子筛组件，且所述第一吸附塔的侧壁上开设有分别位于所述分子筛组件上下两侧的上调节口和下调节口；所述上调节口内与所述下调节口内均固定有弹性膜片，所述气压平衡组件用于驱动所述弹性膜片朝向吸附塔内和外部变形。

通过上述技术方案，当第一吸附塔与第二吸附塔中任一处于排放氮气末段时，气压平衡组件驱动位于分子筛组件上侧的弹性膜片朝向第一吸附塔或第二吸附塔内变形，从而挤压了第一吸附塔或第二吸附塔内通过分子筛组件提纯的氮气所在的空间，使得氮气的排放更为彻底；同理，当第一吸附塔与第二吸附塔中任一处于排放氮气末段时，气压平衡组件驱动位于分子筛组件下侧的弹性膜片朝内变形，从而使得氧气的排放更为彻底，故而由上述可知，增强了制氮机排放氮气氧气的充分性。

进一步的，所述气压平衡组件包括固定于所述模块机架上的安装架、转动安装在所述安装架上的X形杆以及设置于所述安装架上的用于驱动所述X形杆转动的驱动部；所述X形杆设置于所述第一吸附塔与所述第二吸附塔之间，且X形杆同一侧的两端端部分别用于抵接同侧并上下分布的两个所述弹性膜片。

通过上述技术方案，当驱动部驱动X形杆转动后，位于分子筛组件上下两侧的弹性膜片变形状态不同，且处于同一高度的分别位于第一吸附塔和第二吸附塔上的弹性膜片的变形状态不同，符合第一吸附塔和第二吸附塔上各个弹性膜片的变形逻辑顺序。

进一步的，所述驱动部包括与所述X形杆中部固定连接的转动杆、固定于所述转动杆上的从动齿轮、转动安装于所述安装架上的传动杆、套设于所述传动杆上并与之固定连接的第一传动齿轮、套设并固定于传动杆上的第二传动齿轮、固定于安装架上的伺服电机以及固定于所述伺服电机输出轴上的主动齿轮；所述转动杆转动安装在所述安装架上，所述主动齿轮与所述第二传动齿轮啮合设置，所述第一传动齿轮与所述从动齿轮啮合；所述从动齿轮的齿数大于所述第一传动齿轮的齿数，所述第二传动齿轮的齿数大于所述主动齿轮的齿数。

通过上述技术方案，当伺服电机启动时，伺服电机驱动主动齿轮转动，主动齿轮带动第二传动齿轮转动，使得传动杆带动第一传动齿轮转动，驱动了从动齿轮以及转动杆转动，从而驱动了X形杆转动，通过多级的减速传动设计，使得传递至X形杆上的力矩更大，传动更稳定。

进一步的，所述X形杆的端部上均转动安装有弧形抵接片，所述弧形抵接片与所述弹性膜片贴合设置。

通过上述技术方案，弧形抵接片的设置，使得X形杆端部与弹性膜片之间在任何角度时均能保持光滑接触，有利于防止弹性膜片破损。

进一步的，所述分子筛组件包括固定于第一吸附塔内的固定套、固定于所述固定套两端的两块过滤板以及设置于固定套内的分子筛填充物，所述分子筛填充物填充设置于所述过滤板之间。

通过上述技术方案，分子筛填充物设置于固定套内并位于两块过滤板之间，有利于防止分子筛填充物的流失。

进一步的，所述固定套内设有若干钢丝网，所述钢丝网于固定套内分层设置，且所述分子筛填充物均匀填充设置于相邻的钢丝网内。

通过上述技术方案，钢丝网的设置，有利于保持分子筛填充物的分布，防止分子筛填充物的堆积，有利于保证对氧气的吸附效果。

进一步的，所述模块机架上固定安装有气阀集成座，所述气阀集成座上集成安装有第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀以及第八电磁阀；所述第一电磁阀与所述第二电磁阀之间连接有第一输气管，所述第一电磁阀与所述第三电磁阀之间连接有第二输气管，且所述第一电磁阀上连接有用于接入压缩空气的主输气管；所述第二电磁阀与所述第一吸附塔入口之间连接有第三输气管，所述第三电磁阀与所述第二吸附塔入口之间连接有第四输气管；所述第一吸附塔入口延伸设置有第一氧气排放管，所述第四电磁阀安装在所述第一氧气排放管上；所述第二吸附塔入口延伸设置有第二氧气排放管，所述第五电磁阀安装在所述第二氧气排放管上；所述第六电磁阀与所述第一吸附塔出口之间连接有第一氮气排放管，所述第七电磁阀与所述第一吸附塔出口之间连接有第二氮气排放管；所述第八电磁阀与所述第六电磁阀之间连接有第一连通管，所述第八电磁阀与所述第七电磁阀之间连接有第二连通管，所述第八电磁阀上连接有主氮气排放管。

通过上述技术方案，压缩空气通过主输气管以及第一输气管进入第一吸附塔内，使得压缩空气通过第一吸附塔内分子筛组件的吸附后纯化为氮气，再通过第一氮气排放管以及主氮气排放管排出，然后，第一电磁阀、第二电磁阀、第六电磁阀关闭，第四电磁阀开启，从而使得分子筛组件内吸附的氧气通过第一氧气排放管排出，同理，第二吸附塔的变压吸附过程与第一吸附塔的变压吸附过程相同，而当第四电磁阀开启，第一吸附塔排放氧气时，第五电磁阀关闭，第二吸附塔处于排放氮气的阶段，从而实现氮气以及氧气的持续性排放，工作效率高。

进一步的，所述气阀集成座上安装有控制器，所述控制器分别与所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述第四电磁阀、所述第五电磁阀、所述第六电磁阀、所述第七电磁阀以及所述第八电磁阀均电连接；所述伺服电机与所述控制器电连接。

通过上述技术方案，电磁阀通过控制器电控开启或关闭，且当控制器接收到各个电磁阀的启闭信号后发送驱动信号至伺服电机，使得伺服电机最终得以驱动X形杆转动，得以配合第一吸附塔以及第二吸附塔平衡气压，控制逻辑稳定。

综上所述，本申请包括以下至少一种模块化制氮机有益技术效果：

(1)当第一吸附塔与第二吸附塔中任一处于排放氮气末段时，气压平衡组件驱动位于分子筛组件上侧的弹性膜片朝向第一吸附塔或第二吸附塔内变形，从而挤压了第一吸附塔或第二吸附塔内通过分子筛组件提纯的氮气所在的空间，使得氮气的排放更为彻底；同理，当第一吸附塔与第二吸附塔中任一处于排放氮气末段时，气压平衡组件驱动位于分子筛组件下侧的弹性膜片朝内变形，从而使得氧气的排放更为彻底，故而由上述可知，增强了制氮机排放氮气氧气的充分性；

(2)通过多级的减速传动设计，使得传递至X形杆上的力矩更大，传动更稳定；

(3)弧形抵接片的设置，使得X形杆端部与弹性膜片之间在任何角度时均能保持光滑接触，有利于防止弹性膜片破损。

附图说明

图1为本申请一种模块化制氮机的结构示意图；

图2为第一吸附塔的结构示意图；

图3为气压平衡组件的结构示意图；

图4为阀集成座的结构示意图。

图中标号说明：

1、模块机架；2、第一吸附塔；21、上调节口；22、下调节口；3、第二吸附塔；4、气压平衡组件；41、安装架；42、X形杆；421、弧形抵接片；43、驱动部；431、转动杆；432、从动齿轮；433、传动杆；434、第一传动齿轮；435、第二传动齿轮；436、伺服电机；437、主动齿轮；5、分子筛组件；51、固定套；52、过滤板；53、分子筛填充物；54、钢丝网；6、弹性膜片；7、气阀集成座；71、第一电磁阀；711、主输气管；72、第二电磁阀；721、第一输气管；722、第三输气管；73、第三电磁阀；731、第二输气管；732、第四输气管；74、第四电磁阀；741、第一氧气排放管；75、第五电磁阀；751、第二氧气排放管；76、第六电磁阀；761、第一氮气排放管；77、第七电磁阀；771、第二氮气排放管；78、第八电磁阀；781、主氮气排放管；8、控制器。

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、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅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“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种模块化制氮机，请参阅图1，模块化制氮机包括模块机架1、设置于模块机架1上的第一吸附塔2和第二吸附塔3、设置于第一吸附塔2和第二吸附塔3之间的气压平衡组件4。

参照图1，第一吸附塔2与第二吸附塔3的结构一致，结合图2所示，第一吸附塔2为竖直设置的筒状结构，且第一吸附塔2顶部设有出口，第一吸附塔2底部设有入口。此外，第一吸附塔2内设有分子筛组件5。分子筛组件5包括固定于第一吸附塔2内并位于第一吸附塔2中部的固定套51、固定于固定套51两端的两块过滤板52以及设置于固定套51内的分子筛填充物53。分子筛填充物53填充设置于两块过滤板52之间并充满固定套51，且分子筛填充物53为常用的PSA变压吸附分子筛，此外，过滤板52上均匀布设有多处内径小于分子筛填充物53粒径的过滤孔。而固定套51内设有若干钢丝网54，钢丝网54于固定套51内分层设置，且分子筛填充物53均匀填充设置于相邻的钢丝网54内。在第一吸附塔2以及第二吸附塔3进行变压吸附时，压缩空气通过入口进入塔内，在高压作用下，压缩空气通过分子筛组件5内的分子筛填充物53，使得空气中的氧气吸附在分子筛填充物53内，而氮气则通过出口排出，从而实现氮氧分离。

参照图1、图2，第一吸附塔2与第二吸附塔3相互靠近的一侧侧壁上开设有分别位于分子筛组件5上下两侧的上调节口21和下调节口22，上调节口21内与下调节口22内均固定有弹性膜片6，弹性膜片6可依据塔内气压值选用高强度橡胶材料制成。

参照图1，图3，气压平衡组件4包括固定于模块机架1上的安装架41、设置在安装架41上的X形杆42以及驱动部43。X形杆42设置于述第一吸附塔2与所述第二吸附塔3之间，且X形杆42同一侧的两端端部分别用于抵接同侧并上下分布的两个弹性膜片6。而X形杆42的端部上均转动安装有弧形抵接片421，弧形抵接片421与弹性膜片6贴合设置，此外，弧形抵接片421由铜片制成。

参照图3，驱动部43包括与X形杆42中部固定连接的转动杆431、固定于转动杆431上的从动齿轮432、转动安装于安装架41上的传动杆433、套设于传动杆433上并与之固定连接的第一传动齿轮434、套设并固定于传动杆433上的第二传动齿轮435、固定于安装架41上的伺服电机436以及固定于伺服电机436输出轴上的主动齿轮437。转动杆431转动安装在安装架41上，主动齿轮437与第二传动齿轮435啮合设置，第一传动齿轮434与从动齿轮432啮合。从动齿轮432的齿数大于第一传动齿轮434的齿数，第二传动齿轮435的齿数大于主动齿轮437的齿数。

当伺服电机436启动时，伺服电机436驱动主动齿轮437转动，主动齿轮437带动第二传动齿轮435转动，使得传动杆433带动第一传动齿轮434转动，驱动了从动齿轮432以及转动杆431转动，从而驱动了X形杆42转动，通过多级的减速传动设计，使得传递至X形杆42上的力矩更大，传动更稳定；而当X形杆42转动时，位于分子筛组件5上下两侧的弹性膜片6变形状态不同，且处于同一高度的分别位于第一吸附塔2和第二吸附塔3上的弹性膜片6的变形状态不同，符合第一吸附塔2和第二吸附塔3上各个弹性膜片6的变形逻辑顺序，此外，弧形抵接片421的设置，使得X形杆42端部与弹性膜片6之间在任何角度时均能保持光滑接触，有利于防止弹性膜片6破损。

参照图1，模块机架1内顶部固定安装有气阀集成座7，结合图4所示，气阀集成座7上集成安装有第一电磁阀71、第二电磁阀72、第三电磁阀73、第四电磁阀74、第五电磁阀75、第六电磁阀76、第七电磁阀77、第八电磁阀78以及控制器8。第一电磁阀71与第二电磁阀72之间连接有第一输气管721，第一电磁阀71与第三电磁阀73之间连接有第二输气管731，且第一电磁阀71上连接有用于接入压缩空气的主输气管711。第二电磁阀72与第一吸附塔2入口之间连接有第三输气管722，第三电磁阀73与第二吸附塔3入口之间连接有第四输气管732。第一吸附塔2入口延伸设置有第一氧气排放管741，第四电磁阀74安装在第一氧气排放管741上。第二吸附塔3入口延伸设置有第二氧气排放管751，第五电磁阀75安装在第二氧气排放管751上。第六电磁阀76与第一吸附塔2出口之间连接有第一氮气排放管761，第七电磁阀77与第一吸附塔2出口之间连接有第二氮气排放管771。第八电磁阀78与第六电磁阀76之间连接有第一连通管，第八电磁阀78与第七电磁阀77之间连接有第二连通管，第八电磁阀78上连接有主氮气排放管781。而控制器8分别与第一电磁阀71、第二电磁阀72、第三电磁阀73、第四电磁阀74、第五电磁阀75、第六电磁阀76、第七电磁阀77以及第八电磁阀78均电连接。伺服电机436与控制器8电连接。

压缩空气通过主输气管711以及第一输气管721进入第一吸附塔2内，使得压缩空气通过第一吸附塔2内分子筛组件5的吸附后纯化为氮气，再通过第一氮气排放管761以及主氮气排放管781排出，然后，控制器8控制第一电磁阀71、第二电磁阀72、第六电磁阀76关闭，第四电磁阀74开启，从而使得分子筛组件5内吸附的氧气通过第一氧气排放管741排出，同理，第二吸附塔3的变压吸附过程与第一吸附塔2的变压吸附过程相同，而当第四电磁阀74开启，第一吸附塔2排放氧气时，第五电磁阀75关闭，第二吸附塔3处于排放氮气的阶段，从而实现氮气以及氧气的持续性排放，工作效率高。而磁阀通过控制器8电控开启或关闭，且当控制器8接收到各个电磁阀的启闭信号后发送驱动信号至伺服电机436，使得伺服电机436最终得以驱动X形杆42转动，得以配合第一吸附塔2以及第二吸附塔3平衡气压，控制逻辑稳定。

本申请实施例一种模块化制氮机的实施原理为：当第一吸附塔2与第二吸附塔3中任一处于排放氮气末段时，气压平衡组件驱动位于分子筛组件5上侧的弹性膜片6朝向第一吸附塔2或第二吸附塔3内变形，从而挤压了第一吸附塔2或第二吸附塔3内通过分子筛组件5提纯的氮气所在的空间，使得氮气的排放更为彻底；同理，当第一吸附塔2与第二吸附塔3中任一处于排放氮气末段时，气压平衡组件驱动位于分子筛组件5下侧的弹性膜片6朝内变形，从而使得氧气的排放更为彻底，故而由上述可知，增强了制氮机排放氮气氧气的充分性。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模块化制氮机，包括第一吸附塔(2)以及第二吸附塔(3)，其特征在于：所述第一吸附塔(2)与所述第二吸附塔(3)均设置于模块机架(1)上，且第一吸附塔(2)与第二吸附塔(3)之间设有气压平衡组件；所述第一吸附塔(2)与所述第二吸附塔(3)的结构一致，所述第一吸附塔(2)内设有位于第一吸附塔(2)中部的分子筛组件(5)，且所述第一吸附塔(2)的侧壁上开设有分别位于所述分子筛组件(5)上下两侧的上调节口(21)和下调节口(22)；所述上调节口(21)内与所述下调节口(22)内均固定有弹性膜片(6)，所述气压平衡组件用于驱动所述弹性膜片(6)朝向吸附塔内和外部变形；

所述气压平衡组件包括固定于所述模块机架(1)上的安装架(41)、转动安装在所述安装架(41)上的X形杆(42)以及设置于所述安装架(41)上的用于驱动所述X形杆(42)转动的驱动部(43)；所述X形杆(42)设置于所述第一吸附塔(2)与所述第二吸附塔(3)之间，且X形杆(42)同一侧的两端端部分别用于抵接同侧并上下分布的两个所述弹性膜片(6)，当X形杆(42)转动时，位于分子筛组件(5)上下两侧的弹性膜片(6)变形状态不同，且处于同一高度的分别位于第一吸附塔(2)和第二吸附塔(3)上的弹性膜片(6)的变形状态不同；

所述模块机架(1)上固定安装有气阀集成座(7)，所述气阀集成座(7)上集成安装有第一电磁阀(71)、第二电磁阀(72)、第三电磁阀(73)、第四电磁阀(74)、第五电磁阀(75)、第六电磁阀(76)、第七电磁阀(77)以及第八电磁阀(78)；所述第一电磁阀(71)与所述第二电磁阀(72)之间连接有第一输气管(721)，所述第一电磁阀(71)与所述第三电磁阀(73)之间连接有第二输气管(731)，且所述第一电磁阀(71)上连接有用于接入压缩空气的主输气管(711)；所述第二电磁阀(72)与所述第一吸附塔(2)入口之间连接有第三输气管(722)，所述第三电磁阀(73)与所述第二吸附塔(3)入口之间连接有第四输气管(732)；所述第一吸附塔(2)入口延伸设置有第一氧气排放管(741)，所述第四电磁阀(74)安装在所述第一氧气排放管(741)上；所述第二吸附塔(3)入口延伸设置有第二氧气排放管(751)，所述第五电磁阀(75)安装在所述第二氧气排放管(751)上；所述第六电磁阀(76)与所述第一吸附塔(2)出口之间连接有第一氮气排放管(761)，所述第七电磁阀(77)与所述第一吸附塔(2)出口之间连接有第二氮气排放管(771)；所述第八电磁阀(78)与所述第六电磁阀(76)之间连接有第一连通管，所述第八电磁阀(78)与所述第七电磁阀(77)之间连接有第二连通管，所述第八电磁阀(78)上连接有主氮气排放管(781)。

2.根据权利要求1所述的一种模块化制氮机，其特征在于：所述驱动部(43)包括与所述X形杆(42)中部固定连接的转动杆(431)、固定于所述转动杆(431)上的从动齿轮(432)、转动安装于所述安装架(41)上的传动杆(433)、套设于所述传动杆(433)上并与之固定连接的第一传动齿轮(434)、套设并固定于传动杆(433)上的第二传动齿轮(435)、固定于安装架(41)上的伺服电机(436)以及固定于所述伺服电机(436)输出轴上的主动齿轮(437)；所述转动杆(431)转动安装在所述安装架(41)上，所述主动齿轮(437)与所述第二传动齿轮(435)啮合设置，所述第一传动齿轮(434)与所述从动齿轮(432)啮合；所述从动齿轮(432)的齿数大于所述第一传动齿轮(434)的齿数，所述第二传动齿轮(435)的齿数大于所述主动齿轮(437)的齿数。

3.根据权利要求1所述的一种模块化制氮机，其特征在于：所述X形杆(42)的端部上均转动安装有弧形抵接片(421)，所述弧形抵接片(421)与所述弹性膜片(6)贴合设置。

4.根据权利要求1所述的一种模块化制氮机，其特征在于：所述分子筛组件(5)包括固定于第一吸附塔(2)内的固定套(51)、固定于所述固定套(51)两端的两块过滤板(52)以及设置于固定套(51)内的分子筛填充物(53)，所述分子筛填充物(53)填充设置于所述过滤板(52)之间。

5.根据权利要求4所述的一种模块化制氮机，其特征在于：所述固定套(51)内设有若干钢丝网(54)，所述钢丝网(54)于固定套(51)内分层设置，且所述分子筛填充物(53)均匀填充设置于相邻的钢丝网(54)内。

6.根据权利要求1所述的一种模块化制氮机，其特征在于：所述气阀集成座(7)上安装有控制器(8)，所述控制器(8)分别与所述第一电磁阀(71)、所述第二电磁阀(72)、所述第三电磁阀(73)、所述第四电磁阀(74)、所述第五电磁阀(75)、所述第六电磁阀(76)、所述第七电磁阀(77)以及所述第八电磁阀(78)均电连接；伺服电机(436)与所述控制器(8)电连接。