CN1301140C - 一种医用制氧设备及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种医用制氧设备，包括空压机、空气储罐、冷冻干燥机、制氧主机、氧气储罐、电磁阀等设备，空压机、空气储罐、冷冻干燥机、制氧主机、氧气储罐在气路上顺序连接，制氧主机内包括吸附塔、多通旋转分配阀、控制电磁阀、产氧阀、排空阀、测氧阀、气缸和氧气缓冲罐，吸附塔通过气管与多通旋转分配阀相连，气缸位于控制阀与多通旋转分配阀之间，氧气缓冲罐位于多通旋转分配阀后；冷冻干燥机和制氧主机之间气路上还设有分离器、分水滤气器；它还包括控制器，控制器分别与空压机、冷冻干燥机、制氧主机、电磁阀在电路上相连。本发明体积小、采用智能化控制、操作人员劳动强度小、氧回收率高、设备工作效率高，可以广泛用于医院及野外制氧需要。

Description

一种医用制氧设备及控制方法

技术领域

本发明涉及医用设备领域，尤其是一种医用制氧设备及控制方法。

背景技术

医用制氧设备，在医疗救护特别是野战救治中，占有不可或缺的重要地位。医用制氧技术，大都是对大气进行处理，采用电化学技术或变压吸附技术来制取氧气。其中变压吸附制氧技术一般包括几个步骤：1、空气通过空压机(薄膜泵或电磁泵)进入储存罐储存；2、储存空气经过干燥或冰冷干燥处理；3、干燥气体经过分离等预处理(包括去尘、分水、二级去湿)；4、预处理气体经过几级分子筛处理；5、氧气缓冲储存；6、加压处理后储存备用。目前的医用制氧设备多是采用机械控制或机电一体控制，控制设备较少的环节采用了自动控制技术，例如无论是中冷却、或冷却，或者是空气缓冲罐放水阀的开关都是需要人工根据经验在不同的工艺过程中，打开或关闭；对于空压机、冷冻干燥机、制氧主机、加压泵等更是主要人工根据压力仪表的显示，去操控这些设备，对于制氧主机的状态也没有检测。在制氧设备中，主要的部件为多通旋转分配阀。例如发明专利ZL90109320公开的一种高原制氧机中的多通旋转分配阀，其动作采用凸轮控制旋转，轮流导通不同的阀口。但是现有的阀体结构由于没有状态检测装置，而导致一旦有问题，无法判断具体问题的原因，就必须停止工作，将阀体打开，一一调整，才能判断和修复故障。实际工作中，往往由于一时的操作误差影响，而致使多通旋转分配阀出现临时性地故障，例如，转盘的移动没有到位，导致多通旋转分配阀没有对准阀口，一般只需要进一步地动作就能够重新正常工作，而不需要将整个设备打开。可有时，多通旋转分配阀出现故障却必须将整个设备打开进行维护，例如主要的驱动机构等出现问题等。那么，多通旋转分配阀表现出来的故障到底是哪一类的故障，现有产品是不具备检测、传感的能力。再有，目前的吸附塔不仅整体分为三层结构，中段通过法兰盘连接，下段设置干燥剂等，整体结构庞大，维护不方便，尤其是其出氧管设计在塔外，使得塔的结构更为零乱，体积更为庞大、笨重，塔和塔相互之间不容易连接，设备整体不容易安装放置，而且塔外部的管道容易发生破损等故障。

因此就上述的缺点，再加上人工操控的不稳定性，现有技术在氧回收率、操作人员的劳动强度、运行平稳性、安全性、可靠性等方面存在严重地不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种的医用制氧设备及控制方法，该发明体积小、采用智能化控制、操作人员劳动强度小、氧回收率高、设备工作效率高。

本发明的再一目的在于提供一种制氧设备用控制器，它采用智能化控制、降低操作人员劳动强度、提高氧回收率、提高设备工作效率。

本发明的另一目的在于提供一种带有状态检测发生装置的多通旋转分配阀，它能够在不影响多通旋转分配阀工作的前提下，将其主要部件工作状态检测、传感、传递出来，从而使操作人员或其他监控装置能够得到传感信号，判断出故障的原因。

本发明的又一目的在于提供一种气体分离吸附塔，整体为一体结构，简单、紧凑，使用寿命长，容易安装设置。

本发明的目的是这样实现的：

一种医用制氧设备，包括空压机、空气储罐、冷冻干燥机、制氧主机、氧气储罐、电磁阀等设备，空压机、空气储罐、冷冻干燥机、制氧主机、氧气储罐在气路上顺序连接，其特征在于：所述的制氧主机内包括吸附塔、多通旋转分配阀、控制电磁阀、气缸和氧气缓冲罐，吸附塔通过气管与多通旋转分配阀相连，气缸位于控制阀与多通旋转分配阀之间，氧气缓冲罐位于多通旋转分配阀后；所述的制氧主机内包括产氧阀、排空阀、测氧阀，其中测氧阀、产氧阀和排空阀并联于氧气缓冲罐后，测氧阀在气路上与控制器相连，产氧阀位于加压泵前，排空阀与外界大气相通；所述的冷冻干燥机和制氧主机之间气路上还设有分离器、分水滤气器；加压泵，连接在制氧主机后，氧气储罐前；还包括控制器，它分别与空压机、冷冻干燥机、制氧主机、电磁阀在电路上相连。

所述的电磁阀包括控制电磁阀、储氧阀、产氧阀、排空阀、测氧阀。

控制器接电源，电源主回路上还接有测氧仪、计时器、空压机、加压泵，其特征在于：所述的控制器输入端接控制面板的操控按钮、压力传感器，输出端接制氧主机电磁阀，通过继电器接冷冻干燥机，干燥机以及空气缓冲罐放水阀，控制器输出端还接有报警器、显示器。

所述的控制器的输入端还接有制氧主机运行状态检测器的输出端。

所述的吸附塔为一体结构，由罐体、堵头、进气管、出氧管、过滤网、分子筛、底盘组成，分子筛装在吸附塔中部，出氧管设置在罐体的内部，出氧管进氧口位于吸附塔的顶部，出氧管出氧口位于塔底部或塔体侧部，过滤网位于出氧管进氧口处。

所述的制氧主机的多通旋转分配阀上的检测器件为在多通旋转分配阀本体的转盘位置齿轮上设置有多通旋转分配阀工作故障状态检测发生装置，所述的多通旋转分配阀本体的转盘轴套上设置有起始位置复位信号发生装置。

所述的工作故障状态检测发生装置或起始位置复位信号发生装置为行程开关或霍尔器件或光电传感器。

所述的行程开关设在抵触在转盘侧部，触发块设置在转盘对应位置齿处，正常位置状态抵触于对应多通阀口的转盘位置齿处；所述的复位信号发生装置行程开关对应设置在轴套锁定螺栓处。

一种制氧设备的控制方法，其操作控制步骤包括：

a、控制系统上电，控制器发出启动指令；

b、设备初始化，控制器检测初始工作状态并显示；

c、启动冰冷干燥机工作；

d、启动空压机工作；

e、检测空气储存罐压力，并适时显示；

f、压力达到设定值后，控制电磁阀工作；

g、电磁阀控制制氧主机工作，它包括；

g1、电磁阀控制气缸工作；

g2、气缸控制多通旋转分配阀工作；

g3、控制器控制多通旋转分配阀的气体流向和流通时间；

g4、检测多通旋转分配阀工作状态，并输出至控制器；

h、检测制氧主机的氧气浓度、压力指标；

i、达到预定值后，启动储氧阀和加压泵；

j、检测储氧罐压力；

k、达到指标后，空压机设备待机或关闭。

步骤b所述的控制包括：

b1、关断排空阀、产氧阀；

b2、控制器打开测氧阀，检测氧气浓度；

b3、氧气浓度未达到预定指标，打开排空阀；

b4、达到预定指标后，关断排空阀、打开产氧阀；

b5、检测氧气储罐压力，当超过预定范围高限时，控制空压机及相关设备进入待机状态；

b6、当压力小于预定范围低限，控制空压机及相关设备工作。

步骤d所述的状态检测输出到控制器后，当检测到多通旋转分配阀旋转未到位时，控制器控制整个设备重新开始；当检测到多通旋转分配阀旋转未到位频繁度超过设定值时，报警，并关机。

本发明实现了制氧过程的在线优化，提高了氧收率，实现了整机运行过程的自动控制，简化了操作，实现了故障故障自诊和自排除，降低了故障率，提高了维修效率，而且本发明发明可以方便地实现远程监控功能。

附图说明

图1为本发明的系统构成方框图；

图2为本发明的控制器电路框图；

图3为本发明的控制器电路原理图；

图4为本发明一种吸附塔结构示意图；

图5为本发明另一种吸附塔结构示意图；

图6为本发明中多通分配阀状态检测器结构示意图。

图7为本发明的控制方法主流程图；

图8为本发明的控制方法子流程图。

图中：

1--控制器    2--空压机    3--空气储存罐

4--空气储存罐压力传感器

5--冰冷干燥机    6--分离器    7--分水滤水器

8--空气缓冲罐    9--控制电磁阀    10--多通旋转分配阀

11--气缸    12--运行状态检测器    13--吸附塔

14--氧气储存罐压力传感器    15--氧气储存罐

16--储氧阀    17--加压泵    18--氧气缓冲罐

19--产氧阀    20--排空阀    21--测氧阀

22--制氧主机

23--齿轮    24--复位限位开关    25--故障位限位开关

26--底盘    27--

28--控制器主板

29--控制器面板

30--底盘    31--罐体    32--堵头    33--进气管

34--出氧管    35--过滤网

具体实施方式

参见图1，本发明为一种医用制氧设备，包括控制器1、空压机2、空气储存罐3、冰冷干燥机5、分离器6、分水滤水器7、制氧主机22、加压泵17、氧气储存罐15等组成。上述设备的连接关系见图1。

其中，控制器1包括控制器主板28、控制器面板29、空气储存罐压力传感器、控制电磁阀9、运行状态检测器2、氧气储存罐压力传感器14、储氧阀16、产氧阀19、排空阀20、测氧阀21等。控制器1通过继电器与空压机相连，通过继电器与冰冷干燥机相连，控制器1连接制氧主机及控制电磁阀9、运行状态检测器2、空气储存罐压力传感器、氧气储存罐压力传感器14等，并连接于显示器、报警器、测氧器、累时器等。

控制器1通过检测传感器、检测器反馈回来的情况，经过控制器分析和处理，直接控制设备运行。控制器1可以是可编程控制器，也可以是计算机。

具体电器连接如图2、3所示，控制器为PLC。控制器接电源，电源主回路上还接有测氧仪、计时器、空压机、加压泵，其中所述的控制器输入端接控制面板的操控按钮、压力传感器，输出端接制氧主机电磁阀，通过继电器接冷冻干燥机，控制器输出端还接有报警器、显示器。

具体实施例，如图2所示，PLC输入端接控制面板上的操控按钮，也就是PCL的0004、0005、0006、0007、0103分别开关机按钮SB1、紧急停止按钮SB2、调试用氧浓度检测开关SB3、测氧按钮SB4以及调试用复位按钮SB5。同时，PLC的输入端口0003还接空气储罐上的压力传感器SP1、端口0101和0102接氧气储罐上的上下限压力传感器SP2、SP3。通过上述信号的输入操控，PLC得到运行的操控命令。

PLC的输出端口0502接空气缓冲罐放水阀YV1，端口0503接干燥机中冷却气放水阀YV2，端口0504接干燥机后冷却气放水阀YV3，端口0507接汽缸电磁阀YV4，端口0600接氧气缓冲电磁阀YV5，端口0601接排空阀YV6，端口0602接储氧罐电磁阀YV7，端口0603接加压泵电磁阀YV8。这样，PLC通过输入端口的指令和传感器的输出，通过内部程序，从输出端控制上述设备的动作，从而实现医用制氧设备的自动控制。

再有，为进一步直观显示和对故障的技术处理，PLC输出端0505、0506接正常运行和故障指示灯，另外，在端口0506和电源之间还接有报警器。PLC的端口0511、0510、0509、0508接运行状态显示器、

针对制氧主机22的状态检测，PLC的输入端口0002、0100分别接有制氧主机22分配阀10起始状态检测器和运行状态检测器。根据检测器能够得知，制氧主机22分配阀10的状态，也为及时准确地排除故障提供了依据。检测器的具体结构见下述。

制氧主机22包括空气缓冲罐8、多通旋转分配阀10、气缸11、ABCD四个、氧气缓冲罐18底座30等。

其中吸附塔13见图4、5，由罐体31、堵头32、进气管33、出氧管34、过滤网35、底盘30等组成。罐体31用于盛装分子筛，堵头32用于往罐体31内填装分子筛后的密封，进气管33用于引入空气，出氧管34用于输出氧气，过滤网35用于滤除分子筛和气体中的粉尘，底盘36用于固定吸附塔。吸附塔13设计为整体密封结构，吸附塔13出氧管34进口设计在塔内上部。为使整机结构紧凑、外形美观，根据制氧主机22的整机布局结构，A、B塔出氧管34在塔内穿过从塔底引出，C、D塔出氧管34则从中部引出，过滤网35直接固定在出氧管34进口处，其面积可以降低到最小，受力也最小，使用寿命得以延长，且能更为有效地阻止分子筛粉尘进入输氧管道34。

再，如图6所示，为带有状态检测发生装置的多通旋转分配阀10的具体结构。包括多通旋转分配阀本体10、带有轴套的转盘102以及与转盘连接的驱动机构103。多通旋转分配阀10设置在转盘上部，其驱动轴1011套设在底部转盘102的轴套1021内，其中对应多通旋转分配阀本体1的转盘102齿轮1022上，设置有多通旋转分配阀工作故障状态检测发生装置105，也就是故障检测传感器。作为传感器的器件可为行程开关或霍尔器件或光电传感器。本实施例中，传感器为行程开关。行程开关105设在抵触在转盘102侧部，触发块1051设置在转盘102对应位置齿1023处，触发块1051正常位置状态抵触于对应多通阀口的转盘102位置齿1023处。

多通旋转分配阀10工作时，由驱动机构103驱动旋转，通常对应每个阀口旋转行进一个齿的位置。这样当多通旋转分配阀10工作正常时，行程开关105的触发块1051推抵齿1023口内；若多通旋转分配阀10工作出现故障，也就是阀口不到位，行程开关105的触发块1051抵触在齿1023身上，这是触发块1051后部抵触行程开关，而发出触发信号，外部得到报警信息。

另外，为能够检测多通旋转分配阀本体10的起始状态和过程状态，在多通旋转分配阀本体10的转盘102轴套1021上设置有起始位置复位信号发生装置104。同样，复位信号发生装置可为行程开关或霍尔器件或光电传感器。在本实施例中，行程开关104对应设置在轴套锁定螺栓1024处。多通旋转分配阀10处于工作状态起始位置时，轴套锁定螺栓1024抵触行程开关104，该开关发出触发信号；当多通旋转分配阀10处于工作状态过程位置时，轴套锁定螺栓1024不再抵触行程开关104，该开关没有触发信号发出，因此得到多通旋转分配阀10处于工作状态过程位置的信息。多通旋转分配阀10旋转一圈回到状态起始位置，开关发出复位信号。

通过上述故障信号和复位信号，可得到多通旋转分配阀10的状态，及时判断多通旋转分配阀10的故障情况，便于操作人员进行操作。

设备连接关系及工作流程见图5：

操作人员通过控制器1的人机界面开机后，控制系统上电，控制器启动故障检测子程序，控制指令子程序(见图6)。

如果检测到空压机有压力，则释放残存压力，否则，启动冰冷干燥机5，5秒钟后启动空压机2，同时启动放水子程序。

空气经过空压机2被压缩进空气储存罐3中，并经过冰冷干燥机5一级冰冷去潮湿处理、分离器6去尘处理、分水滤气器7二级去湿处理后，进入空气缓冲罐8。

当压力达到一定值(如3.5KG)时，通过空气储存罐的压力传感器4将信息反馈回控制器1，控制器1启动制氧主机，并启动分配阀起始位检测子程序和失步(故障位)检测子程序。

根据程序电磁阀9动作，电磁阀9控制气缸11运行，气缸11推动多通旋转分配阀10旋转。来自于空气缓冲罐8的空气根据多通旋转分配阀10所处的不同的状态位分别进入A、B、C、D吸附塔13，吸附塔内装分子筛，空气中的氮气和氧气在分子筛加压吸附和减压解吸特性的作用下，由于氧气和氮气的吸附和解吸的程度相差悬殊而被分离开。

氧气从吸附塔13上的管道输出，并经过多通旋转分配阀10进入氧气缓冲罐18，氮气从吸附塔13下管道输出，并经过多通旋转分配阀10排放到大气中。

当多通旋转分配阀10开始工作时，控制器1关断排空阀20、产氧阀19一段时间，以增加吸附塔13压力，提高吸附塔13内分子筛吸附剂对氮气和氧气的分离效果，达到快速提供产品氧的目的。

当多通旋转阀10工作一段时间(5分钟)后，控制器1打开测氧阀21，检测氧气浓度。

当浓度低于90％时，打开排空阀20，将氧气排空。当氧气浓度达到90％时，控制器1关断排空阀20和测氧阀21，打开产氧阀19。当氧气储存罐压力传感器14检测到氧气储存罐15低于一定压力(如0.4Mpa或4KG)时，启动加压泵17、打开储氧阀16，给氧气储存罐15充氧。当检测到氧气储存罐15大于一定压力(如0.8Mpa或8KG)时，关闭加压泵17、储氧阀16及产氧阀19。同时关闭电磁阀9、空压机2、冰冷干燥机5，使设备自动进入待机状态。打开放水阀，延时5分钟。

当氧气储存罐压力传感器14检测到氧气储存罐15低于压力0.4MPa时，在控制器1的控制下，按上述开机顺序自动启动整个设备。

运行状态检测器12用于检测设备运行状态，检测结果送控制器1分析、处理，将二进制形式的运行状态转换为十进制形式送控制器1中的显示器上显示。

当控制器1分析结果认为制氧流程错乱时，控制器1自动调整内部软件，使之与运行状态为一致。

如果多通旋转分配阀10的底盘齿轮旋转至故障位(失步位)时，没有顶出故障限位开关，说明出现可自校正故障，该运行状态即反馈回控制器1，通过程序进行调整。

如果多通旋转分配阀10的底盘齿轮旋转至复位位(起始位)时，没有顶出限位开关，说明出现不可自校正故障，该运行状态即反馈回控制器1，需要关机进行人工调整。

为防止设备停机时，吸附塔13内的分子筛与外界空气接触受潮而降低吸附效果，控制器1根据运行状态检测器12检测到的设备运行状态结果，控制设备在停机时，制氧流程处于特定位置上，使A、B、C、D吸附塔13与外界隔离。

而且，当设备出现氧气浓度达不到要求、多通旋转阀10运行不正常、空气储存罐3压力不正常、氧气储存罐15压力不正常等故障时，通过控制器1中的测氧仪、运行状态检测器12、空气储存罐压力传感器4、氧气储存罐压力传感器14将故障信息反馈回控制器1中，控制器1经分析、处理后，对不能自校正的故障，将故障原因显示在控制器1的显示器上，并通过控制器1中的报警器发出声光报警。

Claims (17)

1、一种医用制氧设备，包括空压机、空气储罐、冷冻干燥机、制氧主机、氧气储罐、电磁阀等设备，空压机、空气储罐、冷冻干燥机、制氧主机、氧气储罐在气路上顺序连接，其特征在于：所述的制氧主机内包括吸附塔、多通旋转分配阀、控制电磁阀、气缸和氧气缓冲罐，吸附塔通过气管与多通旋转分配阀相连，气缸位于控制阀与多通旋转分配阀之间，氧气缓冲罐位于多通旋转分配阀后；所述的制氧主机内包括产氧阀、排空阀、测氧阀，其中测氧阀、产氧阀和排空阀并联于氧气缓冲罐后，测氧阀在气路上与控制器相连，产氧阀位于加压泵前，排空阀与外界大气相通；所述的冷冻干燥机和制氧主机之间气路上还设有分离器、分水滤气器；加压泵，连接在制氧主机后，氧气储罐前；它还包括控制器，控制器分别与空压机、冷冻干燥机、电磁阀在电路上相连。

2、如权利要求1所述的医用制氧设备，其特征在于：所述的电磁阀包括控制电磁阀、储氧阀、产氧阀、排空阀、测氧阀。

3、如权利要求1或2所述的医用制氧设备，其特征在于：控制器接电源，电源主回路上还接有测氧仪、计时器、空压机、加压泵，其中：所述的控制器输入端接控制面板的操控按钮、压力传感器，输出端接制氧主机电磁阀，通过继电器接冷冻干燥机，干燥机以及空气缓冲罐放水阀，控制器输出端还接有报警器、显示器。

4、如权利要求3所述的医用制氧设备，其特征在于：所述的控制器的输入端还接有制氧主机运行状态检测器的输出端。

5、如权利要求4所述的医用制氧设备，其特征在于：所述检测器件为在多通旋转分配阀本体的转盘位置齿轮上的工作故障状态检测发生装置。

6、如权利要求4所述的医用制氧设备，其特征在于：所述检测器件为在多通旋转分配阀本体的转盘轴套上所设的起始位置复位信号发生装置。

7、如权利要求5所述的医用制氧设备，其特征在于：所述的工作故障状态检测发生装置或起始位置复位信号发生装置为行程开关或霍尔器件或光电传感器。

8、如权利要求7所述的医用制氧设备，其特征在于：所述的行程开关设在抵触在转盘侧部，触发块设置在转盘对应位置齿处，正常位置状态抵触于对应多通阀口的转盘位置齿处。

9、如权利要求6所述的医用制氧设备，其特征在于：所述的起始位置复位信号发生装置为行程开关或霍尔器件或光电传感器。

10、如权利要求9所述的医用制氧设备，其特征在于：所述的复位信号发生装置行程开关对应设置在轴套锁定螺栓处。

11、如权利要求1所述的医用制氧设备，其特征在于：所述的吸附塔为一体结构，由罐体、堵头、进气管、出氧管、过滤网、分子筛、底盘组成，分子筛装在吸附塔中部，出氧管设置在罐体的内部，出氧管进氧口位于吸附塔的顶部，出氧管出氧口位于塔底部

12、如权利要求11所述的医用制氧设备，其特征在于：所述的出氧管出氧口位于塔体侧部。

13、如权利要求11所述的医用制氧设备，其特征在于：所述的过滤网位于出氧管进氧口处。

14、一种制氧设备的控制方法，其特征在于：操作控制步骤包括：

a、控制系统上电，控制器发出启动指令；

b、设备初始化，控制器检测初始工作状态并显示；

c、启动冰冷干燥机工作；

d、启动空压机工作；

e、检测空气储存罐压力，并适时显示；

f、压力达到设定值后，控制电磁阀工作；

g、电磁阀控制制氧主机工作；

h、检测制氧主机的氧气浓度、压力指标；

j、检测储氧罐压力；

k、达到指标后，空压机设备待机或关闭。

15、如权利要求14所述的制氧设备的控制方法，其特征在于：步骤b所述的控制包括：

b1、关断排空阀、产氧阀；

b2、控制器打开测氧阀，检测氧气浓度；

b3、氧气浓度未达到预定指标，打开排空阀；

b4、达到预定指标后，关断排空阀、打开产氧阀；

b5、检测氧气储罐压力，当超过预定范围高限时，控制空压机及相关设备进入待机状态；

b6、当压力小于预定范围低限，控制空压机及相关设备工作。

16、如权利要求14所述的制氧设备的控制方法，其特征在于：步骤g电磁阀控制制氧主机工作包括：

g1、电磁阀控制气缸工作；

g2、气缸控制多通旋转分配阀工作；

g3、控制器控制多通旋转分配阀的气体流向和流通时间；

g4、检测多通旋转分配阀工作状态，并输出至控制器。

17、如权利要求14所述的制氧设备的控制方法，其特征在于：步骤d所述的状态检测输出到控制器后，当检测到多通旋转分配阀旋转未到位时，控制器控制整个设备重新开始；当检测到多通旋转分配阀旋转未到位频繁度超过设定值时，报警，并关机。

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