CN201770475U - 具有可变负载控制功能的制氧机 - Google Patents

Abstract

本新型新型公开一种具有可变负载控制功能的制氧机，它主要由小型无油空气压缩机、过滤器、第1～第2氮氧分离装置、储氧罐、控制单元及控制阀组成；空气源通过过滤器、小型无油空气压缩机送至控制阀，所述第1～第2氮氧分离装置一端通过控制阀与压缩机连接，另一端至储氧罐，储氧罐输出端经减压阀、流量计至用户端；从第1～第2氮氧分离装置分离出的氮气接至排气消音装置；控制单元内设有压力传感器并通过该压力传感器的气源端和储氧罐相接，其输出的信号通过微处理器接至控制阀，所述各氮氧分离装置为两个分子筛罐交替工作连接结构，两个分子筛罐分别接控制阀，通过改变控制阀的转换周期，从而改变压缩机的输出压力，达到降低能量消耗的目的。

Description

具有可变负载控制功能的制氧机

技术领域

本实用新型涉及一种具有可变负载控制功能的保健供氧装置。

背景技术

氧气是人们生活的必须品，长期以来国际医疗领域的供氧方式主要有液态氧和高压氧两种，近年来由于变压吸附PSA技术的飞速发展，为这一领域带来了新的发展机遇。小型医疗保健氧气机已走进了人们的日常生活。它只需接通电源，瞬时即可从空气中分离出无尘、无菌的氧气，供氧方式独特，具有液态氧和高压氧难以比拟的优势如流量可调、操作方便、制氧成本低、使用安全可靠等。

从应用角度看，一般家用小型制氧机的出氧流量为1～5升/分钟，出氧浓度为90％左右，额定功率为480W左右。在使用时一般情况下出氧量调节到3升/分钟时可满足大部分使用者的要求，常规的制氧机无论是采用压力控制方式还是时间控制方式，当改变出氧流量时控制周期都是固定的，控制周期一定的情况下，制氧机内部压缩机的最高压力就是一定的，制氧机的消耗功率主要为压缩机，压缩机的输出功率随着输出压力的增加而加大，所以当制氧机的控制周期不变时，压缩机的输出功率是一定的。这样当制氧机用氧量小于它的额定值时制氧机消耗的功率也是不变的，这样就造成了能量的浪费。

实用新型内容

为了克服制氧机控制周期固定所带来能量浪费的不足，本新型提供一种具有可变负载控制功能的制氧机。

为实现发明的目的，技术解决方案如下：

本新型主要由小型无油空气压缩机、过滤器、第1～第2氮氧分离装置、储氧罐、控制单元及控制阀组成；空气源通过过滤器、小型无油空气压缩机送至控制阀，第1～第2氮氧分离装置一端通过控制阀与小型无油空气压缩机连接，另一端至储氧罐，储氧罐输出端经减压阀、流量计至用户端；各氮氧分离装置分离出的氮气接至排气消音装置，控制单元内设有压力传感器，该压力传感器的气源端和储氧罐相接，其输出的信号通过微处理器接至控制阀，所述第1～第2氮氧分离装置为两个分子筛罐交替工作连接结构，两个分子筛罐分别接控制阀，通过改变控制阀的转换周期，实现第1～第2氮氧分离装置在切换压力P1下交替工作。

所述小型无油空气压缩机采用ZW400。

所述压力传感器采用RGIU30。

所说的控制单元包括电源部分和与其连接的控制部分，其控制部分由数据采集模块、CPU控制模块及阀门驱动模块构成；CPU控制模块接收数据采集模块中压力传感器采集的压力信号，经处理输出至阀门驱动模块，其输出电信号通过第1、第2电磁阀至控制阀，由该控制阀控制第1～第2氮氧分离装置工作。

CPU控制模块中微处理器采用STM8S。

所说切换压力P1为两相对高低的切换压力值。

P1取值为相对高低的高压力设置范围为1.5～2.2公斤；P1的低压力设置范围为1.0～1.9公斤，高压力值与低压力值的差值为0.1公斤以上。

实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1.本实用新型采用进口压力传感器。具有准确度高、重复性好、响应时间快、寿命长等特点，并体积小，安装方便。

2.本实用新型具有实时监测制氧机内部氧气压力的功能。主要是采用压力控制方式，即通过压力来判断输出氧气的流量，当输出氧气的流量低于设定范围时，本装置可自动改变控制阀的切换周期，从而改变压缩机的输出压力，进而降低制氧机的功率消耗。

3.本实用新型具有广泛的应用前景。可以应用于医院，还可以作为家庭保健器具。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为图1控制单元与储氧罐、控制阀及第1～第2氮氧分离装置的连接方框图；

图3为图2控制单元中电源部分电路原理图；

图4为图2CPU控制模块工作原理图；

图5为图2数据采集模块工作原理图；

图6为图2阀门驱动模块工作原理图；

图7为本新型压力检测程序工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

见图1所示，该制氧机由过滤器、小型无油空压机、散热器、消音装置、控制阀、第1～第2氮氧分离装置、储氧罐、控制单元、减压阀及流量计组成。空气源通过过滤器、小型无油空压机、散热器接至控制阀，所述第1～第2氮氧分离装置一端接控制阀，另一端至储氧罐，储氧罐输出端经减压阀、流量计至用户端；控制单元分别连接控制阀和储氧罐，其内设有压力传感器JP8该压力传感器JP8的气源端与储氧罐连接，该压力传感器采用RGIU30，从氮氧分离装置分离出的氮气至消音装置；本实施例控制阀采用先导式气动控制阀1，控制单元中阀门驱动模块输出的电信号分别通过第1、第2电磁阀接至控制阀，其输出的信号控制第1、第2电磁阀的工作状态，从而改变控制阀的转换周期，因切换周期长短影响到压缩机的输出压力；所述氮氧分离装置为两个分子筛罐交替工作连接结构，两个分子筛罐分别接控制阀，即当一个氮氧分离装置为进气状态时，另一个氮氧分离装置为排气状态，实现两分离装置在切换压力P1下交替工作。切换压力P1为两相对高低的切换压力值，P1取值为相对高低的高压力设置范围为1.5～2.2公斤；P1的低压力设置范围为1.0～1.9公斤，高压力值与低压力值的差值为0.1公斤以上。所述分子筛采用市购5A型产品。

所述第1、第2氮氧分离装置主要由封头、筛板、分子筛及罐体组成，其工作原理是：来自压缩机的空气经过各氮氧分离装置，在所述罐体形成一定的压力，分子筛吸附空气中的氮气，分离出氧气至储氧罐。

所述储氧罐包括封头、罐体、气源接口、单向阀、卡簧及密封圈；储氧罐功能是：将来自氮氧分离装置的氧气通过单向阀进入罐体储存，通过气源接口向位于控制单元内的压力传感器JP8提供气源。

所述消音装置主要由消音器芯管、过滤棉、消音器筒体组成，气体通过消音器芯管进入此装置后经过滤棉降低噪音，气体通过消音器筒体上的小孔排到外部。

见图2、图3所示，所说的控制单元包括电源部分和与其连接的控制部分，其控制部分由数据采集模块、CPU控制模块及阀门驱动模块构成；CPU控制模块接收数据采集模块中压力传感器JP8采集的压力信号，经处理输出至阀门驱动模块，其输出电信号通过第1、第2电磁阀至控制阀1，该控制阀输出分别控制第1～第2氮氧分离装置。

电源部分主要由220V交流电输入端JP2，变压器输入端JP3，变压器输出端JP7，第1整流桥D3、D4、D5、D9，第2整流桥D6、D7、D8、D10，三端稳压器VR1和信号传输端JP6组成。

第1整流桥D3、D4、D5、D9，第2整流桥D6、D7、D8、D10以及三端稳压器VR1构成两路电源：220V交流电经过输入端JP2连接至变压器输入端JP3，经过变压器降压后的交流电通过变压器输出端JP7的1、2脚接至第1整流桥D3、D4、D5、D9中D3和D4，D5和D9之间，通过D3和D4输出直流12V电压，作为第1、2继电器K1、K2的电源，经信号传输端JP6输出供气动控制阀驱动使用。变压器输出端JP7的3、4脚接至第2整流桥D6、D7、D8、D1中D6和D8的2脚，通过D6的1脚和D7的2脚输出直流电，再经三端稳压器VR1稳压后输出另一路电源VCC +5V，经信号传输端JP6输出，以供数据采集模块、CPU控制模块及阀门驱动模块需要。

信号通过信号传输端JP6传递到第1继电器K1的5脚来控制小型无油压缩机输入端JP4和风扇输入端JP5与220V火线的通断以达到控制制氧机是否运行的目的。

若制氧机无220V的输入，且电源开关JP1闭合，电池BT1经过第2继电器K2供电给蜂鸣器LS1，形成断电报警。控制部分：

见图5所示，数据采集模块：它主要由第1～第5运算放大器U5A、U5B、U6A、U7A、U7B，比较器U10A，模拟开关U8，第1、第2氧浓度传感器接口JP11、JP13和压力传感器JP8构成。

由压力传感器JP8采集到的压力信号经过第1～第3运算放大器U5A、U5B、U6A、将信号放大后输入到微处理器U9的20脚。

温度传感器通过第2氧浓度传感器接口JP13将温度信号发送到微处理器U9的48脚。

微处理器U9发射出的高频信号经模拟开关U8进入氧浓度传感器，氧浓度传感器产生的信号经第1、第2氧浓度传感器接口JP11、JP13进入到模拟开关U8后，由模拟开关U8的13脚输出到第4运算放大器U7A和第5运算放大器U7B进行放大，再经比较器U10A整型后进入微处理器U9的37脚。

见图4所示，CPU控制模块：它是整个电路板的核心部分，主要由微处理器U9构成，并设有液晶显示器和指示灯接口JP14、电源接口JP16、键盘接口JP17、信号传输接口JP10、JP12和JP15。微处理器通过第41脚发射高频信号，由第20、37脚分别采集到压力、氧气浓度的模拟信号后进行处理，驱动蜂鸣器LS2，微处理器U9还对键盘接口JP17进行定时扫描，通过接口JP14驱动液晶显示器和指示灯，还可以通过接口JP10、JP12和JP15与外部设备进行信号传输，接口JP16与电源部分接口JP6相接。

见图6所示，阀门驱动模块：根据CPU微处理器的控制信号决定气动控制阀1的通断，它主要由第1、第2开关三极管Q1、Q2，第1、第2光电隔离器U1、U2以及第1、第2发光二极管DS1、DS2，先导控制阀接口JP9组成；其中第1、第2三极管Q1、Q2为第1、第2开关，其基极分别通过第1、第2光电隔离器U1、U2与微处理器U9的29、28脚相连，由这2个管脚电平的高低决定第1、第2开关三极管Q1、Q2状态，从而控制第1电磁阀和第2电磁阀的带电状态，达到最终控制气动控制阀的目的。

由第3开关三极管Q3，第3光电隔离器U3，第3发光二极管DS3构成的断电控制电路主要是控制电源通断，其第3开关三极管Q3基极通过第3光电隔离器U3与微处理器的26脚相连，以达到控制制氧机是否运行的目的。

所述微处理器U9采用STM8S，所述有开关三极管均采用8050，光电隔离器均采用TP521-1，运算放大器均采用LM358，模拟开关采用CD4052，比较器采用LM393。

所述压力传感器采用RAMPAK公司的RGIU30型传感器，该传感器检测精度较高、重复性好、响应时间快、寿命长，比较适于制氧机的使用；小型无油空气压缩机采用ZW400。

可变负载控制功能原理：当用户调节制氧机输出的氧气流量时，控制单元内压力传感器可以检测到储氧罐内压力变化情况，进而通过控制单元控制控制阀的切换周期，切换周期长短影响到压缩机的输出压力，压力的改变影响到压缩机的消耗功率。如当氧气输出流量减小时，检测到的压力升高，通过控制单元的计算使控制阀的切换周期变短，然后压缩机的输出压力变低，即压缩机的消耗功率减小。此功能主要由软件来实现：

见图7所示，压力检测实现步骤：当用户使用氧气时，程序开始对变量P2、P3、Pmin1、切换压力P1初始化，P1为设置的相对高低切换压力值，即有高、低两固定值。通过压力传感器JP8对氧气罐内压力信号进行采集，并对其放大后，并通过微处理器U9中A/D模拟转换成数字信号进行计算得出压力参数值P，并与Pmin1值相比较，取较小值赋予Pmin1。然后判断采集压力信号P是否大于切换压力P1；当Y时，取出此次切换周期中最小的压力值并赋予Pmin，同时此次切换周期中最高压力值P1赋予中间变量Pmin1，以便在下个切换周期中继续比较得出最小压力值。

接下来判断P1是否等于高压力值，当制氧机工作于正常功耗且Pmin大于更改切换压力设定值P2时，低压力值赋予P1，降低了切换压力P1，从而控制阀切换周期缩短，使压缩机输出功率降低，达到降低能耗的目的。当制氧机工作于低功耗且Pmin小于更改切换压力设定值P3时，升高切换压力P1，即将高压力值赋予P1，使制氧机恢复到正常功耗状态。

这时判断第1电磁阀是否为开启状态，当控制阀的第1电磁阀开启时第1氧氮分离装置充气，当采集储氧罐压力P大于切换压力P1时第1电磁阀关闭，第2电磁阀开启；否则控制阀的第2电磁阀开启时第2氧氮分离装置充气，当其储氧罐压力P大于切换压力P1时第2电磁阀关闭，第1电磁阀开启，从而实现两分离装置在切换压力P1下交替工作。

当用户关闭制氧机，控制单元断电，即CPU停止工作。

Claims (5)

1.具有可变负载控制功能的制氧机，它主要由小型无油空气压缩机、过滤器、第1～第2氮氧分离装置、储氧罐、控制单元及控制阀(1)组成；空气源通过过滤器、小型无油空气压缩机送至控制阀(1)，第1～第2氮氧分离装置一端通过控制阀与小型无油空气压缩机连接，另一端接至储氧罐，储氧罐输出端经减压阀、流量计至用户端；各氮氧分离装置分离出的氮气接至排气消音装置，其特征在于：控制单元内设有压力传感器(JP8)，该压力传感器的气源端和储氧罐相接，其输出的信号通过微处理器(U9)接至控制阀(1)，所述第1～第2氮氧分离装置为两个分子筛罐交替工作连接结构，两个分子筛罐分别接控制阀，通过改变控制阀(1)的转换周期，实现第1～第2氮氧分离装置在切换压力P1下交替工作。

2.根据权利要求1所述具有可变负载控制功能的制氧机，其特征在于：所述小型无油空气压缩机采用ZW400。

3.根据权利要求1所述的具有可变负载控制功能的制氧机，其特征在于：所述压力传感器(JP8)采用RGIU30。

4.根据权利要求1、2或3所述的具有可变负载控制功能的制氧机，其特征在于：所说的控制单元包括电源部分和与其连接的控制部分，其控制部分由数据采集模块、CPU控制模块及阀门驱动模块构成；CPU控制模块接收数据采集模块压力传感器(JP8)采集的压力信号，经处理后输出至阀门驱动模块，其输出电信号通过第1、第2电磁阀至控制阀(1)，由该控制阀控制第1～第2氮氧分离装置工作。

5.根据权利要求4所述的具有可变负载控制功能的制氧机，其特征在于：CPU控制模块中微处理器(U9)采用STM8S。 

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