CN205709852U - 变频式海拔高度自适应变压吸附制氧机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种变频式海拔高度自适应变压吸附制氧机，制氧机包括：空气压缩单元、散热干燥单元、制氧吸附单元、压力传感器、控制单元和变频器；空气压缩单元的第一输出端与散热干燥单元的第一输入端连接，散热干燥单元的第一输出端与制氧吸附单元的第一输入端连接；压力传感器的输入端与散热干燥单元的第一输出端连接，压力传感器的输出端与控制单元的第一输入端连接；变频器的输入端与控制单元的第一输出端连接，变频器的输出端与空气压缩单元的第一输入端连接。控制单元根据压力传感器传递的控制信号通过变频器改变空气压缩单元的电源工作频率。本实用新型能够在空气稀薄程度不同的各个不同海拔高度的地区中都满足制氧需求。

Description

变频式海拔高度自适应变压吸附制氧机

技术领域

本实用新型涉及一种变频式海拔高度自适应变压吸附制氧机，属于医疗保健器械领域。

背景技术

变压吸附(Pressure Swing Absorption，简称：PSA)制氧技术是以空气为原料，以沸石分子筛为吸附剂，对空气施以一定压力后通入吸附剂中，在一定压力下，沸石分子筛能够吸附空气中的氮气，从而将空气中的氧气富集，并且在沸石分子筛吸附氮气饱和时，对沸石分子筛降压使氮气解吸附排出而对沸石分子筛进行再生重复利用。因此，变压吸附制氧技术通过加压吸附、减压解吸附的快速循环过程，使空气原料中的氧气、氮气分离从而制备储存氧气。

随着我国近几年来在西部高原经济建设工作的大量开展，对于在高原野外工作中的需氧量也越来越多，现有的小型可携带式变压吸附制氧机分为平原型制氧机和高原型制氧机，其中，平原型制氧机主要适用于空气密度大、气压正常的平原地区，在该类地区通过气泵很容易抽取足够量空气，从而将空气以一定压力送入沸石分子筛中完成制氧过程，但是平原型制氧机在高原使用时，因吸附床进气压力不足，或产氧量、氧浓度等指标达不到相关标准要求，或阀打不开不能正常开机运行。而高原型制氧机在平原使用时，因吸附床进气压力过高，或吸附床穿透氧浓度急速下降，或压力阻塞不能正常运行。因此，现有技术中并没有能够同时适用于高原地区以及平原地区的制氧机。

实用新型内容

本实用新型提供一种变频式海拔高度自适应变压吸附制氧机，用于解决现有的小型可携带式变压吸附制氧机无法既能适用于平原地区又能适应于海拔较高的空气稀薄的高原地区的缺陷。

本实用新型提供一种变频式海拔高度自适应变压吸附制氧机，包括：空气压缩单元、散热干燥单元、制氧吸附单元、压力传感器、控制单元和变频器；

所述空气压缩单元的第一输出端与所述散热干燥单元的第一输入端连接，所述散热干燥单元的第一输出端与所述制氧吸附单元的第一输入端连接，所述空气压缩单元用于从大气中抽取空气并对所述抽取的空气进行压缩过滤；

所述压力传感器的输入端与所述散热干燥单元的第一输出端连接，所述压力传感器的输出端与所述控制单元的第一输入端连接；

所述变频器的输入端与所述控制单元的第一输出端连接，所述变频器的输出端与所述空气压缩单元的第一输入端连接，所述变频器用于改变所述空气压缩单元的工作频率；

所述压力传感器用于监测进入所述制氧吸附单元中空气的压力值，并将所述压力值传递至所述控制单元；

所述控制单元用于当所述压力值低于第一预设阈值时向所述变频器发出控制信号，以使所述变频器提高所述空气压缩单元的工作频率。

进一步地，还包括：氧气流量监测单元和氧气纯度监测单元，所述氧气流量监测单元的输入端和氧气纯度监测单元的输入端分别与所述制氧吸附单元的氧气输出端连接，所述氧气流量监测单元的第一输出端和所述控制单元的第二输入端连接，所述氧气纯度监测单元的输出端和所述控制单元的第三输入端连接。

进一步地，还包括：制氧流程驱动单元，所述制氧流程驱动单元的输入端与所述控制单元的第二输出端连接，所述制氧流程驱动单元的输出端与所述制氧吸附单元的第二输入端连接；

所述制氧流程驱动单元用于改变所述制氧吸附单元的制氧工作参数。

进一步地，所述制氧流程驱动单元包括步进电机。

进一步地，所述空气压缩单元包括气泵和过滤器，所述过滤器的输出端与所述气泵的输入端连接，所述过滤器用于过滤所述气泵从大气中抽取的空气，所述气泵用于对所述抽取的空气进行压缩。

进一步地，所述散热干燥单元包括互相连接的散热器和旋转分离器。

进一步地，所述散热干燥单元的第一输出端、所述制氧吸附单元的第一输入端和所述压力传感器的输入端通过三通连接。

进一步地，还包括接口板，所述接口板包括电路接口、气路接口和排水接口；

所述电路接口用于向所述制氧机提供工作电源；所述气路接口与所述氧气流量监测单元的第二输出端连接，用于接收氧气并向储氧设备和/或压氧设备输送所述氧气；所述排水接口与所述散热干燥单元的第二输出端连接，用于排放所述散热干燥单元中的积水。

进一步地，还包括与所述控制单元连接的操作显示屏。

本实用新型提供的变频式海拔高度自适应变压吸附制氧机，通过压力传感器监测进入制氧吸附单元的压缩空气压力，即压缩空气的进气量，并将该压力以电信号的方式传递至控制单元，控制单元将压缩空气的压力值与自身储存的第一预设阈值进行比较，当压力值低于第一预设阈值时，控制单元向变频器传递频率升高信号使变频器带动空气压缩单元以高频率工作，从而使空气压缩单元能够从外界抽取更多空气量以满足当前对制氧量与氧纯度的设计指标要求。

附图说明

图1为本实用新型的变频式海拔高度自适应变压吸附制氧机模块示意图；

图2为本实用新型中接口板的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型的变频式海拔高度自适应变压吸附制氧机模块示意图。请参考图1，本实用新型的变频式海拔高度自适应变压吸附制氧机包括空气压缩单元1、散热干燥单元2、制氧吸附单元3、压力传感器4、控制单元5和变频器6；空气压缩单元1的第一输出端11与散热干燥单元2的第一输入端22连接，散热干燥单元2的第一输出端21与制氧吸附单元3的第一输入端32连接，空气压缩单元1用于从大气中抽取空气并对抽取的空气进行压缩过滤；压力传感器4的输入端42与散热干燥单元2的第一输出端21连接，压力传感器4的输出端41与控制单元5的第一输入端52连接；变频器6的输入端62与控制单元5的第一输出端51连接，变频器6的输出端61与空气压缩单元1的第一输入端12连接，变频器6用于改变空气压缩单元1的工作频率；压力传感器4用于监测进入制氧吸附单元中3空气的压力值，并将压力值传递至控制单元5；控制单元5用于当压力值低于第一预设阈值时向变频器6发出控制信号，以使变频器6提高空气压缩单元1的工作频率。

空气压缩单元1用于抽取外界的空气并且对抽取的空气进行压缩生成压缩空气，压缩空气从空气压缩单元1输出后，在压力作用下输入散热干燥单元2，在散热干燥单元2中，压缩空气经过散热其中的水蒸气会被冷却冷凝成水，经过散热干燥单元2中的旋转分离装置处理后水分会与气体完成离心分离，从而得到干燥后的压缩空气。干燥后的压缩空气从散热干燥单元2输出后进入制氧吸附单元3，制氧吸附单元3中的分子筛在接触到带有压力的干燥后的压缩空气后，会对干燥后的压缩空气进行氮气吸附，进而得到氧气。

由于吸附氮气的分子筛在不同压力下对于氮气的吸附能力不同，只有进入分子筛的空气压力达到一定的要求后，分子筛才能完成对氮气的吸附。因而在不同的海拔高度下，为了满足制氧量的需求，对于进入制氧吸附单元3的压缩空气的进气量需要进行调节以使其达到分子筛的吸附需求。本实用新型的制氧机能够适用于各种海拔高度的高原地区，将分子筛的氮气吸附的压力需求作为对进入制氧吸附单元3的压缩空气的压力限定，该压力即为当前分子筛能够完成氮气吸附的最佳压缩空气进气量，即上述的第一预设阈值。一般的，当海拔高度为0-5000m的任何海拔高度时，该第一预设阈值为0.22-0.23MPa，该第一预设阈值可以人为设定并储存在控制单元5中。

当本实用新型的制氧机在完成了空气压缩、干燥步骤后，压力传感器4会对即将进入制氧吸附单元3中的干燥后的压缩空气进行压力检测，并将该压力检测的具体结果以电信号的方式传递至控制单元5，此时控制单元5会将接收到的压力值与储存在其中的第一预设阈值进行比较，当接收到的压力值低于第一预设阈值时，控制单元5会向变频器6传递频率升高的信号，从而使变频器6带动空气压缩单元1以较高电源频率工作，从而使空气压缩单元1能够在单位时间内从外界抽取更多空气以达到第一预设预阈值的要求。同样的，当接收到的压力值高于第一预设阈值时，控制单元5会向变频器6传递频率降低的信号，从而使变频器6带动空气压缩单元1以较低电源频率工作，从而在降低空气压缩单元1能耗的同时又能够达到第一预设预阈值的要求。

本实用新型的变频式海拔高度自适应变压吸附制氧机适用于不同海拔高度的高原地区，通过监测进入制氧吸附单元3中的压缩空气量来调整空气压缩单元对外界空气的抽气量，从而满足在不同海拔高度下吸附分子筛对于氮气的最佳吸附能力，并最终在最优能耗下达到在当前海拔高度下的制氧需求。

进一步地，为了进一步满足制氧需求，还包括氧气流量监测单元7和氧气纯度监测单元8，氧气流量监测单元7的输入端72和氧气纯度监测单元8的输入端82分别与制氧吸附单元3的氧气输出端31连接，氧气流量监测单元7的第一输出端71和控制单元5的第二输入端522连接，,氧气纯度监测单元8的输出端81和控制单元5的第三输入端533连接。

上述的氧气流量监测单元7能够用于对制氧吸附单元3输出的氧气进行流量监测并向控制单元5进行反馈，氧气纯度监测单元8能够用于对制氧吸附单元3输出的氧气进行纯度监测并向控制单元5进行反馈。可想的，制氧吸附单元3还包括一个氮气输出端(图中未示出)，该氮气输出端能够用于当分子筛对氮气吸附饱和时，通过降压处理使吸附在分子筛上的氮气解吸附排放出来，从而满足分子筛的循环利用。值得注意的是，本实用新型并不限制制氧吸附单元3中的分子筛塔的个数。

进一步地，还包括：制氧流程驱动单元9，制氧流程驱动单元9的输入端92与控制单元5的第二输出端511连接，制氧流程驱动单元9的输出端91与制氧吸附单元3的第二输入端322连接，制氧流程驱动单元9用于改变制氧吸附单元3的制氧工作参数。在干燥后的压缩空气满足分子筛对氮气的吸附压力后，为了能够更加精确控制输出氧气的流量和纯度，还可以在控制单元5中存储氧气流量阈值和氧气纯度阈值，当氧气流量监测单元7和氧气纯度监测单元8向控制单元5反馈的实时值与氧气流量阈值和氧气纯度阈值不匹配时，控制单元5能够会向制氧流程驱动单元9进行信号传递，使制氧流程驱动单元9对制氧吸附单元3的工作参数进行调整，例如氮气的吸附时间、氮气的解吸附时间以及均压时间等，直至当前的氧气流量与氧气纯度分别与存储在控制单元5中的氧气流量阈值和氧气纯度阈值相匹配。

可以想到的是，当制氧流程驱动单元9对制氧吸附单元3的工作参数进行调整使，很有可能进入制氧吸附单元3的干燥后的压缩空气的压力也受到影响，此时，压力传感器4还需执行压力监测任务从而满足第一预设阈值的需求。因此，本实用新型的变频式海拔高度自适应变压吸附制氧机能够在不同海拔高度的高原地区中正常工作，并且确保当前制氧量和氧纯度达到设计指标要求。

在一实施方式中，制氧流程驱动单元9中包括步进电机，通过步进电机对制氧吸附单元的工作参数进行实时调整。步进电机用于驱动制氧吸附单元3进行气体分配，实现制氧吸附单元3内分子筛吸附剂的氧氮分离。

进一步地，空气压缩单元1包括气泵和过滤器，过滤器的输出端与气泵的输入端连接，过滤器用于过滤气泵从大气中抽取的空气，气泵用于对所述抽取的空气进行压缩。气泵用于从大气中抽取空气，并对抽取的空气进行压缩。本实用新型中的气泵必须能够在变频器的控制下进行正常的工作运转。优选的，本实用新型的气泵可以选用涡旋气泵。

进一步地，散热干燥单元2包括互相连接的散热器和旋转分离器。散热器与空气压缩单元的输出端相连，用于对压缩空气进行散热，通过降温进行一级冷却水分离。旋转分离器与散热器输出端相连，用于二级气水分离，最终完成压缩空气的干燥除水处理。

进一步地，散热干燥单元2的第一输出端21、制氧吸附单元3的第一输入端32和压力传感器4的输入端42通过三通连接。通过三通的连接方式，能够满足压力传感器4对于从散热干燥单元2输出的干燥压缩空气的实时监测，优选的，可以将三通设置在靠近制氧吸附单元3的一侧，例如离制氧吸附单元3约20cm，该设置能够保证压力传感器4监测到最准确的即将进入制氧吸附单元3中的干燥后的压缩空气压力，避免由于散热干燥单元2和制氧吸附单元3之间管道杂质等所可能造成的压力误差。

进一步地，还包括接口板。图2为本实用新型中接口板的结构示意图，请参考图2。接口板包括电路接口a、气路接口b和排水接口c；电路接口a用于向制氧机提供工作电源，气路接口b与氧气流量监测单元7的第二输出端连接，用于接收氧气并向储氧设备和/或压氧设备输送氧气；排水接口c与散热干燥单元2的第二输出端连接，用于排放散热干燥单元2中的积水。

为了避免制氧机中管路过于繁琐，可以在制氧机中设置一接口板，该接口板专门用于完成制氧机与外界的输入和输出。电路接口a能够为制氧机提供工作电源确保制氧机的正常运行，包括电气安全用的接地端子a1、电源输入用电连接器a2和电源转接输出的电连接器a3；气路接口b是氧气输出快插接口,能够与氧气流量监测单元的第二输出端连接，完成氧气的输出。排水接口c可以与散热干燥单元2连接，用于收集并排出压缩空气在散热降温和旋转分离后所产生的水分，包括冷却排水和分离排水转换旋钮c1和排水快插接口c2。

进一步，还包括与控制单元5连接的操作显示屏10。操作显示屏10能够便于用户操作，例如可以完成对于第一预设阈值、氧气流量阈值和氧气纯度阈值的设定与输入从而使其存入控制单元5中，还可以完成压力传感器4对进入制氧吸附单元3中干燥压缩空气压力、当前氧气流量和氧气纯度的可视化，便于用户更加直观的了解当前制氧机的工作状态。优选的，该操作显示屏可以是触摸屏，设备的开机和关机也可以通过该操作显示屏进行。

本实用新型的变频式海拔高度自适应变压吸附制氧机结构简单，便于操作。通过压力传感器对进入制氧吸附单元中干燥压缩空气压力的压力值进行压力监测和调整，从而满足不同海拔高度下制氧机的正常工作条件，使氮气分子筛都能处在最佳吸附条件下满足对氮气的吸附，进而能够在高原地区制备得到氧气，因此本实用新型在西部高原地区的野外应急医学救援、野战医疗救治和高原病预防、缓解与救治等方面具有广阔的应用前景。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种变频式海拔高度自适应变压吸附制氧机，其特征在于，包括：空气压缩单元、散热干燥单元、制氧吸附单元、压力传感器、控制单元和变频器；

所述空气压缩单元的第一输出端与所述散热干燥单元的第一输入端连接，所述散热干燥单元的第一输出端与所述制氧吸附单元的第一输入端连接，所述空气压缩单元用于从大气中抽取空气并对所述抽取的空气进行压缩过滤；

所述压力传感器的输入端与所述散热干燥单元的第一输出端连接，所述压力传感器的输出端与所述控制单元的第一输入端连接；

所述变频器的输入端与所述控制单元的第一输出端连接，所述变频器的输出端与所述空气压缩单元的第一输入端连接，所述变频器用于改变所述空气压缩单元的工作频率；

所述压力传感器用于监测进入所述制氧吸附单元中空气的压力值，并将所述压力值传递至所述控制单元；

所述控制单元用于当所述压力值低于第一预设阈值时向所述变频器发出控制信号，以使所述变频器提高所述空气压缩单元的工作频率。

2.根据权利要求1所述的制氧机，其特征在于，还包括：氧气流量监测单元和氧气纯度监测单元，所述氧气流量监测单元的输入端和氧气纯度监测单元的输入端分别与所述制氧吸附单元的氧气输出端连接，所述氧气流量监测单元的第一输出端和所述控制单元的第二输入端连接，所述氧气纯度监测单元的输出端和所述控制单元的第三输入端连接。

3.根据权利要求2所述的制氧机，其特征在于，还包括：制氧流程驱动单元，所述制氧流程驱动单元的输入端与所述控制单元的第二输出端连接，所述制氧流程驱动单元的输出端与所述制氧吸附单元的第二输入端连接；

所述制氧流程驱动单元用于改变所述制氧吸附单元的制氧工作参数。

4.根据权利要求3所述的制氧机，其特征在于，所述制氧流程驱动单元包括步进电机。

5.根据权利要求1所述的制氧机，其特征在于，所述空气压缩单元包括气泵和过滤器，所述过滤器的输出端与所述气泵的输入端连接，所述过滤器 用于过滤所述气泵从大气中抽取的空气，所述气泵用于对所述抽取的空气进行压缩。

6.根据权利要求1所述的制氧机，其特征在于，所述散热干燥单元包括互相连接的散热器和旋转分离器。

7.根据权利要求1所述的制氧机，其特征在于，所述散热干燥单元的第一输出端、所述制氧吸附单元的第一输入端和所述压力传感器的输入端通过三通连接。

8.根据权利要求2所述的制氧机，其特征在于，还包括接口板，所述接口板包括电路接口、气路接口和排水接口；

所述电路接口用于向所述制氧机提供工作电源；所述气路接口与所述氧气流量监测单元的第二输出端连接，用于接收氧气并向储氧设备和/或压氧设备输送所述氧气；所述排水接口与所述散热干燥单元的第二输出端连接，用于排放所述散热干燥单元中的积水。

9.根据权利要求1-8任一所述的制氧机，其特征在于，还包括与所述控制单元连接的操作显示屏。