CN1748838A - 一种吸附器进气端均压的小型变压吸附制氧装置 - Google Patents

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刘应书
刘文海
侯庆文
卜令兵
张德鑫
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Abstract

一种吸附器进气端均压的小型变压吸附制氧装置，属于空气分离领域，广泛应用于医疗保健领域。本发明由过滤消声器、空气压缩机、冷却盘管、电磁阀门、装有沸石分子筛的吸附器、排气消音器、三通、稳压罐以及流量调节计等部件构成。其特征在于：该制氧装置采用了“增压吸附、降压解吸、反吹清洗、升压均压”的进气端均压工艺流程，使得能耗降低，氧气回收率提高，从而减小压缩机的功率，减轻了整机的体积和重量，降低了成本。本发明装置具有能耗低，经济性能优良的特点。

Description

一种吸附器进气端均压的小型变压吸附制氧装置
技术领域
本发明属于空气分离领域，特别涉及空气分离制氧领域内的一种小型(氧产量小于1立方米/小时)变压吸附制氧装置，广泛应用于医疗保健领域。
背景技术
变压吸附(英文简称PSA)制氧技术是指利用空气中的氧气和氮气在沸石分子筛上的吸附容量、吸附速度、吸附力等方面的差异以及沸石分子筛对氧氮随压力不同具有不同的吸附容量的特性来完成氧氮分离的技术。变压吸附技术最早出现于20世纪50年代末期，经过几十年的发展，正在不断趋向于成熟和完善。小型变压吸附制氧技术已经广泛应用于医疗保健、家庭氧疗、室内增氧、高原补氧、科研氧源以及养殖业用氧等领域，是变压吸附制氧的一个重要的研究和应用领域。通常的小型变压吸附制氧装置是由空气过滤消声器、压缩机、冷却装置、电磁阀门、排气消音器、两个装填有沸石分子筛的吸附器、反吹清洗系统、稳压罐和流量调节计等部件构成。空气由过滤消声器去除杂质，经压缩机压缩后进入冷却盘管冷却，然后通过阀门的切换，进入其中一个装有沸石分子筛的吸附器，空气中的强吸附组分氮气被分子筛吸附，而弱吸附组分氧气则穿过吸附床从吸附器的出口排出。吸附器流出的氧气中，一部分进入稳压罐作为产品气，另一部分通过反吹清洗系统对处于解吸状态的另一个吸附床反吹，促进分子筛的解吸再生。当吸附床中的分子筛达到最大吸附量之前，通过电磁阀动作将空气切换到另一吸附器中进行吸附分离过程，同时对达到饱和状态的吸附器泄压解吸，解吸时废气通过排气消音器排入大气。这样，两个吸附器交替工作，就完成了生产的连续进行。
目前的小型变压吸附制氧装置均采用“增压吸附-降压解吸-反吹清洗”的工艺流程，在这种工艺流程中，吸附阶段完成时，完成吸附的吸附器将已完成吸附分离的气体直接排入大气，而已完成解吸的吸附器的压力从零(相对于大气的压力)逐渐升高，进入此吸附器的气体全部来自压缩机。这样的工艺流程中，完成吸附的吸附器内的已完成吸附分离的气体具有较高的压力，这部分气体解吸时直接排入大气，其具有的能量没有被利用，从而造成能量的浪费，使得制氧装置的整体能耗较高，使得所使用的压缩机功率较大，故此利用这种工艺的制氧装置成本较高、体积较大。
发明内容
本发明目的在于解决降低小型变压吸附制氧装置的能耗问题，并通过改进工艺流程，能够保证在原有工艺流程的氧气产量和纯度等前提之下，大大降低系统的能耗，从而减小压缩机功率，减少制氧机的体积和重量，降低成本。
一种吸附器进气端均压的小型变压吸附制氧装置，该装置由过滤消声器1、压缩机2、冷却器3、电磁阀4、排气消音器5、吸附器6、吸附器7、三通8、稳压罐9、流量调节计10等元件组成。压缩机2前安装过滤消声器1，后连接冷却器3，电磁阀4在冷却器3与吸附器6、7之间，稳压罐9通过三通8与吸附器连接，稳压罐后为流量计10。过滤消声器1与压缩机2进口之间、压缩机2出口与冷却器3之间用软管连接，其余零件之间通过接头用尼龙管或PU管连接。其特征在于本发明采用了一个电磁阀控制实现的吸附器进气端均压的工艺流程，即：“增压吸附、均压降压、降压解吸、反吹清洗、均压升压”的循环流程。空气经过滤消声器1过滤后，进入压缩机2加压，高压气体在冷却器3中冷却，电磁阀4在冷却器3与吸附器6、7之间控制气路的切换，气体进入吸附器6增压吸附，由吸附器6产生的氧气一部分通过三通8进入吸附器7，对吸附器7进行反吹清洗，另一部分通过三通8进入稳压罐9，通过流量调节器10流出，供用户使用；当吸附器6完成吸附时，电磁阀4将吸附器6入口与吸附器7入口接通，吸附器6入口处的高压空气进入吸附器7，从而实现一次均压过程；均压结束后，吸附器6通过电磁阀4与排气消音器5接通，吸附器6内残余的气体通过排气消音器排入大气，此时，吸附器7增压吸附，由吸附器7产生的氧气一部分通过三通8进入吸附器6，对吸附器6进行反吹清洗，另一部分通过三通8进入稳压罐9，通过流量调节器10，供用户使用，清洗完成后，电磁阀4将吸附器6入口与吸附器7入口接通，吸附器7入口处的高压空气进入吸附器6，完成第二次均压过程。这样，通过一个电磁阀控制两个吸附器交替完成“增压吸附、均压降压、降压解吸、反吹清洗、均压升压”的进气端均压工艺流程，并连续产出浓度大于93％的氧气。采用该均压工艺流程使得制氧装置的能耗大大降低，需要的压缩机排气量大大减小，从而减小了压缩机的功率，使得制氧机的能耗、体积、重量都大为减小，制氧机的整体性能大大提高。
电磁阀4为双电控电磁阀，其结构由一个进气口、一个排气口、两个出气口、两个阀芯和两个电磁头组成。两个电磁头同时工作时，两个出气口同时与进气口接通；一个电磁头工作时，与之对应的出气口与进气口接通，另一出气口与排气口接通。
采用本发明所述均压工艺流程，完成吸附的吸附器内的高压空气所具有的能量得到回收利用，吸附器进口处未被吸附的空气得到重新分离，从而降低了变压吸附制氧装置的能耗和所需压缩机的排气量，提高了氧气的回收率。采用本发明所述均压工艺流程后，可以减小制氧装置的压缩机功率，进一步减小体积，减轻重量。
附图说明
图1为吸附器进气端均压的小型变压吸附制氧装置流程图
图中，1-过滤消声器，2-压缩机，3-冷却器，4-电磁阀，5-排气消音器，6、7-吸附器，8-三通，9-稳压罐，10-流量调节计
具体实施方式
见图1，空气经过滤消声器1过滤后，进入压缩机2加压，高压气体在冷却器3中冷却，通过电磁阀4的切换，进入吸附器6增压吸附，空气中的氮气被吸附器中的沸石分子筛吸附，剩余的浓度大于93％的氧气从吸附器中流出，其中一部分氧气经三通8进入稳压罐9，经流量调节计10流出供用户使用，另一部分经三通8进入吸附器7，对吸附器7进行反吹清洗。当吸附器完成6吸附时，电磁阀4将吸附器6的入口与吸附器7的入口接通，吸附器6入口处的高压空气进入吸附器7，从而实现一次均压过程；均压结束后，吸附器6通过电磁阀4与排气消音器5接通，吸附器6内残余的气体通过排气消音器排入大气，此时由吸附器7产生的氧气一部分经三通8进入稳压罐9，经流量调节10计流出供用户使用，另一部分经三通8进入吸附器6，对吸附器6进行反吹清洗；吸附器7完成吸附，吸附器6完成解吸后，电磁阀4将吸附器6的入口与吸附器7的入口接通，吸附器7入口处的高压空气进入吸附器6，完成第二次均压过程。如此两吸附器交替往复循环，连续产出浓度大于93％的氧气。这样，通过一个电磁阀控制两个吸附器交替完成“增压吸附、均压降压、降压解吸、反吹清洗、均压升压”的进气端均压工艺流程。该均压工艺流程使得循环过程中完成吸附的吸附器内的高压气体具有的能量得到重新利用，完成吸附的吸附器入口处的空气进入另一吸附器进行重新分离，从而降低了系统的能耗和所需压缩机的排气量，提高了氧气的回收率，进而减小了压缩机的功率，减小了制氧装置的体积、重量，降低了成本。

Claims (5)

1、一种吸附器进气端均压的小型变压吸附制氧装置，由过滤消声器(1)、压缩机(2)、冷却器(3)、排气消音器(5)、吸附器(6)、(7)，三通(8)、稳压罐(9)、流量调节计(10)元件组成，其特征在于本发明中制氧装置中增加了电磁阀(4)，电磁阀(4)为双电控电磁阀，双电控电磁阀结构由一个进气口、一个排气口、两个出气口、两个阀芯和两个电磁头组成；压缩机(2)前安装过滤消声器(1)，后连接冷却器(3)，电磁阀(4)在冷却器(3)与吸附器(6)、(7)之间，稳压罐(9)通过三通(8)与吸附器连接，稳压罐后为流量计(10)，过滤消声器(1)与压缩机(2)进口之间、压缩机(2)出口与冷却器(3)之间用软管连接，其余零件之间通过接头用尼龙管或PU管连接。
2、如权利要求1所述的吸附器进气端均压的小型变压吸附制氧装置，其工艺流程的特征为：空气经过滤消声器(1)过滤后，进入压缩机(2)加压，高压气体在冷却器(3)中冷却，通过电磁阀(4)的切换，进入吸附器(6)加压吸附，空气中的氮气被吸附器中的沸石分子筛吸附，剩余的浓度大于90％的氧气从吸附器中流出，其中一部分氧气经三通(8)进入稳压罐(9)，经流量调节计(10)流出供用户使用，另一部分经三通(8)进入吸附器(7)，对吸附器(7)进行反吹清洗；当吸附器(6)完成吸附时，电磁阀(4)将吸附器(6)的入口与吸附器(7)的入口接通，吸附器(6)入口处的高压空气进入吸附器(7)，从而实现一次均压过程；均压结束后，吸附器(6)通过电磁阀(4)与排气消音器(5)接通，吸附器(6)内残余的气体通过消音器排入大气，此时由吸附器(7)产生的氧气一部分经三通(8)进入稳压罐(9)，经流量调节计(10)流出供用户使用，另一部分经三通(8)进入吸附器(6)，对吸附器(6)进行反吹清洗；吸附器(7)完成吸附，吸附器(6)完成解吸后，电磁阀(4)将吸附器(6)的入口与吸附器(7)的入口接通，吸附器(7)入口处的高压空气进入吸附器(6)，完成第二次均压过程；如此两吸附器交替往复循环。
3、如权利要求1所述的吸附器进气端均压的小型变压吸附制氧装置，其特征在于用2～6个控制阀组成阀组代替电磁阀4。
4、如权利要求2所述的吸附器进气端均压的小型变压吸附制氧装置的工艺流程，其特征在于吸附器均压时间为0.01秒～5秒。
5、如权利要求2所述的吸附器进气端均压的小型变压吸附制氧装置的工艺流程，其特征在于使用50W～1000W的空气压缩机，生产流量为0.1L/min～15L/min、浓度为22％～95％的氧气的小型变压吸附制氧机。
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