CN202469081U - 一种分子筛制氧设备的气体控制阀 - Google Patents

Abstract

一种分子筛制氧设备的气体控制阀，它是将由封头1、封圈3、定阀5、转阀11及转轴6组成的回旋阀36与驱动执行机构38相连而成的，通过对转阀、定阀的巧妙设计，可使得从转阀制得的高浓度氧气，汇总到定阀后导入贮氧罐。本实用新型可同时操控四个分子筛吸附塔，能够稳定控制设备的制氧纯度，制氧效率高且稳定。

Description

一种分子筛制氧设备的气体控制阀

技术领域

    本实用新型涉及一种分子筛制氧设备的气体控制阀，可广泛应用于医疗、潜水、海军及民用等分子筛变压吸附制氧设备中。

背景技术

分子筛制氧设备是以空气为原料，以沸石分子筛为吸附剂，在常温低压条件下，利用分子筛对空气中的氧气、氮气具有选择吸附的特性，采用变压吸附技术，将空气中的氧、氮气体分离，从而制取氧气。该设备具有投资少、制取氧气价格低廉；在常温低压下运行，操作简单，开机即可出氧，使用极为方便；可根据需要随时制取氧气，适合边远农村或部队在机动的条件下就地制氧、供氧；对城镇医疗单位制氧、供氧，尤其是对大、中型医院进行管道化集中供氧，也是一种十分理想的供氧设备。因此，分子筛制氧设备在各相关行业应用非常广泛。

完整的分子筛制氧设备主要由供气系统、制氧系统和供氧系统组成。其中，供气系统主要功能是为分子筛制氧设备提供标准的压缩空气。压缩空气是分子筛制氧设备进行氧气分离的主要原料气，它的质量能直接影响分子筛制氧设备的使用性能及寿命，尤其是压缩空气中的油、水及颗粒粉尘形成的乳浊液一旦进入吸附塔，会对沸石分子筛产生严重的损害，从而导致分子筛制氧设备难以发挥或维持其正常的功能。压缩空气中的污浊液越多，对沸石分子筛产生的损害就越严重。所以，供气系统中一般配备空气压缩机、储气罐、冷冻干燥机、空气过滤装置等设备。

制氧系统的核心组成部分是填充沸石分子筛的吸附塔和气体控制阀。沸石分子筛是美国UOP联合炭化有限公司于上世纪八十年代首先研制成功的新型高效吸附剂，是属于速度分离型吸附剂。当被吸附物质的性质相差不大时，直径较大的气体分子扩散速度较快，可以较多的进入分子筛的固相；而直径较小的气体分子扩散速度较慢，进入分子筛固相的量就较少。根据欧姆式的微孔结构特点，当空气经过沸石分子筛时，分子直径比氧（2.8A）稍大的氮（3.0A）以较快的速度扩散进入分子筛的孔道，并优先选择吸附，在吸附初始的短时间内，氮迅速富集于分子筛内部，而氧则因未来得及被吸附而富集在气箱中，通过回收管路被收集到贮氧罐内，由此制得符合使用标准的氧气。同时，沸石分子筛具有加压对氮的吸附量增加，减压对氮的吸附量减少的特性，因此分子筛制氧设备就是利用这一特性进行加压获得氧气，减压使分子筛再生的方式不间断地制取氧气。

制氧系统的另一重要组成部分——气体控制阀，是整个分子筛制氧设备的核心技术所在。气体控制阀通过对供氧系统提供的压缩空气进行开关控制，将其分配到两个或多个吸附塔中，并不间断地平衡控制每个吸附塔对压缩空气进行吸附、均压和解吸附。同时还要将制取的氧气源源不断地从吸附塔中导出，以达到制氧设备对产氧量和氧浓度的要求。因此，气体控制阀必须满足功能完善、程序运行稳定、故障率低、使用寿命长等技术要求。目前，国内生产的分子筛制氧设备的气体控制阀有的采用两位五通阀来控制分子筛吸附塔，其优点是设备整体体积小，结构简单，但是其制氧效率低，而且产氧量不稳定，制取的氧气质量较差；另外还有采用由多种驱动执行机构组合而成的组合阀来进行气体控制，此种控制方式虽然可以实现多个吸附塔同时工作，增加出氧量，但是氧浓度不稳定，而且因其组合部件多，体积大，故障率也高。同时，采用这两种气体控制阀的技术设计，无法避免控制阀体在即开即停过程中气流对分子筛产生冲击，也无法减少压缩空气中残留的水分对分子筛的侵蚀，从而降低了分子筛的正常使用寿命。因而，大多数的分子筛制氧设备在经过1～2年的运行过程即可发生分子筛粉化，制氧纯度和产氧量降低等应用问题。从而限制了整个分子筛制氧设备的使用寿命。

供氧系统是将制氧系统制取的氧气进行压力和流量调节，以确保向各级用氧单位集中供氧的设备和方法。供氧系统主要包括氧气增压机和贮氧罐。

综上所述，面对各行业用氧的实际要求，分子筛制氧设备需具备制氧纯度及产氧量高，氧浓度稳定，使用周期长，设备运行成本低，节省压缩空气等技术性能，而目前现有的分子筛制氧设备无法完全满足上述要求。

发明内容    

本实用新型的目的是为克服现有分子筛制氧技术运用中的气体控制阀存在的诸多不完善因素，而提供一种可以同时操控四个分子筛吸附塔，能够稳定控制设备制氧纯度，提高产氧量及氧浓度，使用周期长，运行成本低的气体控制装置。

为实现本实用新型的上述目的所采用的技术方案是：一种分子筛制氧设备的气体控制阀，包括驱动执行机构，其结构特点是还含有自调气封装置、阀体、转轴，驱动执行机构与转轴相连；

所述的自调气封装置含有封头和封圈，封头固定在封圈上，在封头和封圈之间设有密封垫，封头顶端设有空气孔，封圈上设有废气排出孔；

所述的阀体包括转阀和定阀两部分，转阀设在封圈内部，定阀安装在封圈下面，转阀的阀体顶部设有一个空气进口，转阀的阀体底部设有转阀轴孔、三个空气出口、两个废气孔以及十二个氧气孔，转阀阀体侧面设有两个废气排出孔，转阀的阀体内设有三个氧气槽，空气进口和三个空气出口在转阀阀体内相通，转阀的阀体底部的废气孔和转阀阀体侧面的废气排出口相通，转阀阀体底部的十二个氧气孔中，有四个直通到转阀上部的氧气平衡槽α中，有两个直通到转阀中部的氧气平衡槽β中，其余的六个直通到转阀上部的出氧汇总槽中；

所述的定阀阀体顶部设有定阀轴孔、四个空气孔、四个大氧气孔和十二个小氧气孔，定阀阀体侧面设有四个空气孔、四个进阀氧气孔和一个出氧孔，定阀阀体上部设有一圈氧气槽，定阀阀体顶部的四个空气孔与定阀阀体侧面的四个空气孔对应相通，定阀阀体顶部的四个大氧气孔和定阀阀体侧面的四个进阀氧气孔对应相通，定阀阀体顶部的十二个小氧气孔向下直通到氧气槽中，在氧气槽底部有一出氧孔，该出氧孔与阀侧的出氧孔相通；

密封垫与转阀之间设有轴承盖、轴承，轴承盖压在轴承上，轴承固定在转阀上，在封头与转阀阀体顶部的空气进口之间设有铜接头，转阀、定阀通过转轴相连。

自调气封装置、阀体、转轴三者构成本实用新型的回旋阀。

所述的驱动执行机构可采用现有技术中任意可用来控制回旋阀运行的执行机构。

本实用新型最好在定阀的下面设有阀座，转阀、定阀和阀座通过转轴相连，在转轴下端安装齿轮，齿轮与驱动执行机构相连。

封头和密封垫之间设有弹簧，通过弹簧将密封垫压紧。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：它不仅可以顺利实现分子筛制氧设备同时控制四个分子筛吸附塔，使其连续高效地运行，降低成本，源源不断地制取高浓度的氧气，同时也可以确保氧浓度稳定；而且回旋阀设计精巧，安装简便，体积较小，有利于各行业现场安装使用，同时组合部件少，故障率低，使用周期长；更重要的是，本实用新型的设计精妙之处在于压缩空气是通过在阀体内回旋之后进入分子筛吸附塔内，而不是直接冲进吸附塔，这样就有效避免了控制阀体在即开即停过程中气流对分子筛产生的冲击，同时也减少了压缩空气中残留的水分对分子筛的侵蚀，从而延长了分子筛的使用寿命，更能够保证整套分子筛制氧设备的使用周期，降低维护维修成本。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例的结构示意图。

图2为图1中回旋阀的纵剖面图。

图3为定阀的俯视图。

图4为定阀的仰视图。

图5为定阀的主视图。

图6为图5中N-N1向剖视图。

图7为图5中M-M1向剖视图。

图8为转阀的仰视图。

图9为转阀的俯视图。

图10为转阀的主视图。

图11为图10中P-P1向剖视图。

图12为图10中Q-Q1向剖视图。

图13为本实用新型使用时的工作原理图。

具体实施方式

    下面结合附图和具体实施的例子对本实用新型做进一步详细的描述，然而所述的实施例不应以限制的方式解释。

由图1-图12可以看出，本实用新型含有驱动执行机构38、自调气封装置、阀体、转轴6，驱动执行机构38与转轴6相连。

所述的自调气封装置含有封头1和封圈2，封头1通过螺栓39固定在封圈3上，在封头1和封圈3之间设有密封垫2，其作用是隔绝气体，使封头1和封圈3形成两个独立的气体腔室，封头1顶端设有空气孔15，设备工作时，压缩空气通过该气孔进入回旋阀36；封圈3上设有废气排出孔4，可直接将回旋阀36导出的废气（主要是氮气）排出制氧系统。

所述的阀体包括转阀11和定阀5两部分，转阀11设在封圈3内部，定阀5通过螺栓40安装固定在封圈3下面。转阀11的阀体顶部设有一个空气进口32，转阀11的阀体底部设有转阀轴孔28、三个空气出口27（K1，K2，K3）、两个废气孔29（F1，F2）以及十二个氧气孔（30、31-1、31-2、31-3、31-4、31-5、31-6、31-7、31-8、31-9、31-10、31-11），转阀11的阀体侧面设有两个废气排出孔29’（F1、F2），阀体体内设有三个氧气槽，分别是转阀氧气平衡槽α10、转阀氧气平衡槽β20、转阀出氧汇总槽12，空气进口32和三个空气出口27（K1，K2，K3）在转阀阀体内相通，形成转阀内三条不同的进气通道，阀体底部的废气孔29（F1，F2）和阀体侧面的废气排出口29’（F1、F2）相通，设备工作时，系统产生的废气通过该废气通道进入封圈3内，再经封圈3上的废气排出孔4排出。转阀11阀体底部的十二个氧气孔中，四个氧气孔31-5、31-6、31-7、31-8直通到转阀上部的氧气平衡槽α10中，两个氧气孔31-4、31-9直通到转阀中部的氧气平衡槽β中，六个氧气孔31-1、31-2、31-3、31-11、31-10及氧气孔30直通到转阀上部的出氧汇总槽20中，其中氧气孔30为固定的转阀出氧孔，如图8-图12所示。

在转阀实际运行过程中，进入出氧汇总槽12的氧气是符合制氧浓度标准的氧气，由固定的出氧孔30从转阀11中导出，而进入氧气平衡槽α和氧气平衡槽β中的氧气是用来调节四个吸附塔内的气体压力，帮助塔内分子筛完成吸附、均压和解吸附的制氧过程。

所述的定阀5的阀体顶部设有定阀轴孔22、四个空气孔25（A1、A2、A3、A4）、四个大氧气孔23（B1、B2、B3、B4）和十二个小氧气孔24；定阀阀体侧面设有四个空气孔25’（A1、A2、A3、A4）、四个进阀氧气孔23’（B1、B2、B3、B4）和一个出氧孔26’；定阀阀体上部设有一圈氧气槽21。定阀5阀体顶部的四个空气孔25（A1、A2、A3、A4）与定阀阀体侧面的四个空气孔25’（A1、A2、A3、A4）对应相通，定阀阀体顶部的四个大氧气孔23（B1、B2、B3、B4）和定阀阀体侧面的四个进阀氧气孔23’（B1、B2、B3、B4）对应相通，阀体顶部的十二个小氧气孔24向下直通到氧气槽21中，在氧气槽21底部有一出氧孔26，该出氧孔26与定阀侧面的出氧孔26’相通，系统内制取的氧气在氧气槽21进行汇总后，可通过定阀侧面的出氧孔26’导出，如图3-图7所示。

密封垫2与转阀11之间设有轴承盖16、轴承18，轴承盖16压在轴承18上，轴承18固定在转阀11的轴承卡槽33上，在封头1与转阀阀体顶部的空气进口32之间设有铜接头17，铜接头17固定在转阀11的空气孔32处，铜接头和转阀11之间设有橡胶圈19，起密封作用。转轴6固定在转阀11的轴孔28上，定阀5的下面设有阀座7，转阀11、定阀5和阀座7通过转轴6相连，定阀5通过螺栓41固定在阀座7上，在转轴6下端安装齿轮8，齿轮8下面设有齿轮座9，齿轮8通过连杆37与驱动执行机构38相连。

封头1和密封垫2之间设有弹簧14，通过弹簧14将密封垫2压紧，在密封垫2上设有弹簧座13，弹簧14一端压紧在封头1上，另一端则固定在弹簧座13上。

自调气封装置、阀体、转轴三者构成本实用新型的回旋阀36。

所述的驱动执行机构可采用现有技术中任意可用来控制回旋阀运行的执行机构，这是本领域内的普通技术人员所共知的常识，这里不再重述。

从图13给出的本实用新型使用时的工作原理图中可以看出，本实用新型通过定阀的侧面出氧孔、侧面空气孔与四个分子筛吸附塔相联接，分子筛吸附塔内含有分子筛35，定阀侧面的出氧孔26’与贮氧罐34相连，定阀侧面的进阀氧气孔23’（ B1）与Ⅰ塔的出氧孔B1相连通，定阀侧面的进阀氧气孔23’（ B2）与Ⅱ塔的出氧孔B2相连通，定阀侧面的进阀氧气孔23’（ B3）与Ⅲ塔的出氧孔B3相连通，定阀侧面的进阀氧气孔23’（ B4）与Ⅳ塔的出氧孔B4相连通，定阀侧面的空气孔 25’（A1）与Ⅰ塔的空气孔A1相连通，定阀侧面的空气孔 25’（A2）与Ⅱ塔的空气孔A2相连通，定阀侧面的空气孔 25’（A3）与Ⅲ塔的空气孔A3相连通，定阀侧面的空气孔 25’（A4）与Ⅳ塔的空气孔A4相连通。

启动驱动执行机构，带动回旋阀转轴6下端的齿轮8运转，齿轮8每转一下，转轴6即带动转阀11按顺时针方向旋转30°角，此时，通过供气系统提供的压缩空气即可从封头1顶端的空气孔15进入，经封圈3内转阀11的空气进口32进入阀体，当转阀11下端的任意一个空气出口与定阀5的任意一个空气孔相对时，压缩空气便进入定阀5中，并经定阀阀侧的空气孔进入与其相对应的四个吸附塔中的一个。与此同时，转阀上的其它若干个氧气孔会与定阀上的氧气孔相对，使另外的三个吸附塔进入排氧气、排废气或平衡状态。其中，吸附塔导出的氧气通过定阀向上进入转阀，当氧气进入出氧汇总槽12时，相对应的吸附塔处于排氧气状态，经汇总后的氧气通过转阀出氧孔（氧气孔）30再向下进入定阀顶端的小氧气孔24中，在定阀氧气槽21中缓冲汇总后通过定阀阀侧出氧孔26’导出系统；当氧气进入氧气平衡槽α或β时，相对应的吸附塔进入平衡解吸附状态，会有废气沿吸附塔的空气孔导出，经定阀空气孔向上进入转阀的废气孔，通过封圈3上的废气排出孔4排出系统。按照驱动执行机构的控制程序设定的时间，齿轮再带动转轴旋转30°角时，即会有转阀上另外的空气孔、废气孔和氧气孔与定阀上的空气孔、氧气孔相对应，也即会使四个吸附塔进入不同的吸附、均压或解吸附的状态。如此周而复始，可以控制四个吸附塔源源不断地向外导出氧气，同时排出废气。从而实现制氧系统制取氧气的目的。

Claims (4)

1.一种分子筛制氧设备的气体控制阀，包括驱动执行机构（38），其特征是还含有自调气封装置、阀体、转轴（6），驱动执行机构（38）与转轴（6）相连；

所述的自调气封装置含有封头（1）和封圈（3），封头（1）固定在封圈（3）上，在封头（1）和封圈（3）之间设有密封垫（2），封头（1）顶端设有空气孔（15），封圈（3）上设有废气排出孔（4）；

所述的阀体包括转阀（11）和定阀（5）两部分，转阀（11）设在封圈（3）内部，定阀（5）安装在封圈（3）下面，转阀（11）的阀体顶部设有一个空气进口（32），阀体底部设有转阀轴孔（28）、三个空气出口27（K1，K2，K3）、两个废气孔29（F1，F2）、十二个氧气孔（30、31-1、31-2、31-3、31-4、31-5、31-6、31-7、31-8、31-9、31-10、31-11），转阀阀体侧面设有两个废气排出孔29′（F1、F2），转阀阀体内设有转阀氧气平衡槽α（10）、转阀氧气平衡槽β（20）、转阀出氧汇总槽（12）三个氧气槽，空气进口（32）和三个空气出口27（K1，K2，K3）在转阀阀体内相通，转阀阀体底部的废气孔29（F1，F2）和转阀阀体侧面的废气排出口29’（F1、F2）相通，转阀阀体底部的十二个氧气孔（30、31-1、31-2、31-3、31-4、31-5、31-6、31-7、31-8、31-9、31-10、31-11）中，四个氧气孔（31-5、31-6、31-7、31-8）直通到转阀上部的氧气平衡槽α（10）中，两个氧气孔（31-4、31-9）直通到转阀中部的氧气平衡槽β（20）中，六个氧气孔（31-1、31-2、31-3、31-11、31-10、30）直通到转阀上部的出氧汇总槽12中；

所述的定阀阀体顶部设有定阀轴孔(22)、四个空气孔25（A1、A2、A3、A4）、四个大氧气孔23（B1、B2、B3、B4）和十二个小氧气孔(24)，定阀阀体侧面设有四个空气孔25’（A1、A2、A3、A4）、四个进阀氧气孔23’（B1、B2、B3、B4）和一个出氧孔(26’)，定阀阀体上部设有一圈氧气槽(21)，定阀阀体顶部的四个空气孔25（A1、A2、A3、A4）与定阀阀体侧面的四个空气孔25’（A1、A2、A3、A4）对应相通，定阀阀体顶部的四个大氧气孔23（B1、B2、B3、B4）和定阀阀体侧面的四个进阀氧气孔23’（B1、B2、B3、B4）对应相通，定阀阀体顶部的十二个小氧气孔(24)向下直通到氧气槽(21)中，在氧气槽(21)底部有一出氧孔(26)，出氧孔(26)与定阀侧面的出氧孔(26’)相通；

密封垫(2)与转阀(11)之间设有轴承盖(16)、轴承(18)，轴承盖(16)压在轴承(18)上，轴承(18)固定在转阀(11)上，在封头（1）与转阀阀体顶部的空气进口(32)之间设有铜接头(17)，转阀(11)、定阀(5)通过转轴(6)相连。

2.按照权利要求1所述的分子筛制氧设备的气体控制阀，其特征在于在定阀（5）的下面设有阀座（7），转阀（11）、定阀（5）和阀座（7）通过转轴（6）相连。

3.按照权利要求1或2所述的分子筛制氧设备的气体控制阀，其特征在于在转轴（6）下端安装齿轮（8），齿轮（8）通过连杆（37）与驱动执行机构（38）相连。

4.按照权利要求1所述的分子筛制氧设备的气体控制阀，其特征在于在封头（1）和密封垫（2）之间设有弹簧（14）和弹簧座（13）。

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