CN209065417U - 一种双人使用的军用微型制氧机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种双人使用的军用微型制氧机，包括壳体及设于壳体内部控制板、风机，所述壳体内部设有依次通过管道连接的过滤器、压缩机和散热器，所述壳体内部设有集成制氧器，所述集成制氧器的底部为并排设置的分子筛塔A、分子筛塔B，集成制氧器的顶部为储氧罐；所述集成制氧器的端盖上设有反吹阀和供氧阀，所述反吹阀连接分子筛塔A、分子筛塔B出气端；集成制氧器的下部设有与分子筛塔A、分子筛塔B分别连通的进气阀和排气阀。本制氧机将两个分子筛塔和储氧罐进行一体设计，同时将反吹阀、供氧阀以及进气阀、排气阀分别集成在集成制氧器的上、下端盖，充分利用空间，实现了产品小型化、轻量化设计突破，有效减小了产品的体积、重量。

Description

一种双人使用的军用微型制氧机

技术领域

本实用新型属于分子筛变压吸附制氧技术领域，特别涉及一种双人使用的军用微型制氧机。

背景技术

随着海拔高度的增加，气压逐渐降低，空气密度逐渐减小，氧含量也逐渐减少。研究表明，在海拔4000m高度，空气中的氧含量只有平原地区氧含量的60%。而我国海拔高度在3500m以上的高原面积约占我国总面积的1/4，这些地区空气稀薄、气压低，容易引起人体缺氧。此外，在平原地区生活的人初进高原区，会产生如头痛、恶心、胸闷、食欲减退、双手抽搐，甚至于呼吸困难等高原反应症状。研究表明，在海拔4000m，人的综合功效较平原地区约下降6%，高原缺氧直接影响人的工作、学习。

对于高原缺氧问题，主要是通过吸氧和高压氧疗进行防护和救治，因此，研究适合高原缺氧环境的制氧技术，开发相关制氧装备对解决高原缺氧问题具有重要的应用价值。

目前，国内外制取氧气的方法主要有：深冷法、膜分离法以及变压吸附分离法。其中，深冷法制氧系统启动时间长，操作维修复杂，适合产氧量较大的氧气站等集中供氧场合。膜分离法具有设备简单、操作安全、小规模富氧经济性好的优势，但其膜材料易损，制氧浓度低，使用要求较高。变压吸附法制氧是20世纪60年代开发出来的一种新型空分制氧方法，是基于分子筛吸附剂对空气中的氧和氮选择吸附性能，使空气分离以制取氧气。变压吸附制氧的原料是空气，与化学制氧方法相比，其原料来源广泛，成本低廉且安全无污染，制氧产量大。与深冷法制氧相比则设备简单，启停方便，可根据氧气需求量大小生产不同的设备。

变压吸附法主要原理是利用N₂在吸附剂分子筛上的平衡吸附容量高于O₂，达到分离氮气、氧气的目的。而且，分子筛具有吸附容量随吸附压力变化的特性，在较高压力下，吸附的氮气容量大，在较低压力下，吸附的氮气的容量小，于是通过降压可将吸附的氮气从吸附剂中解析出来，使吸附剂得到了再生，便可循环使用。

变压吸附法制氧具有如下优点：

(1)装置启动迅速，随时开机即可制氧，启动后几分钟便可获得合格产品氧气（浓度≥90%）；

(2)装置体积小，操作简单，自动化程度高，使用维护方便；

(3)投资和管理费用比较低，单位产品能耗低，设备维护使用成本低；

(4)产品形式灵活，可以是便携式、车载式、移动式、固定式，满足不同安装使用要求。

军用设备要求对产品进行小型化、轻量化设计，其中，微型化制氧技术主要体现在产品的体积、重量方面，为减小变压吸附制氧机的体积和重量，采用先进的节氧方法是制氧供氧装置微型化的重要途径。

变压吸附法在灵活、少量、多变的用氧场合具有较大的优势，技术也日趋成熟，市场上已有许多型号的分子筛制氧机。但是此类分子筛制氧机多用于民用领域，不满足军品严苛的使用环境要求，且产品体积大，重量大，不符合军品小型化、轻量化设计要求。基于此，如何基于成熟的变压吸附制氧技术，研制出体积小、重量轻，满足军品使用环境及电磁兼容性要求的制氧机，成为军用制氧供氧装备发展的技术瓶颈。

实用新型内容

本实用新型的发明目的是提供一种双人使用的军用微型制氧机，用于解决高原部队官兵用氧问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种双人使用的军用微型制氧机，包括壳体及设于壳体内部控制板、风机，所述壳体内部设有依次通过管道连接的过滤器、压缩机和散热器，所述壳体内部设有集成制氧器，所述集成制氧器的底部为并排设置的分子筛塔A、分子筛塔B，集成制氧器的顶部为储氧罐；所述集成制氧器的端盖上设有反吹阀和供氧阀，所述反吹阀连接分子筛塔A、分子筛塔B出气端；集成制氧器的下部设有与分子筛塔A、分子筛塔B分别连通的进气阀和排气阀。

进一步方案，所述供氧阀为脉冲阀。

进一步方案，所述壳体上部设有制氧机开关，所述控制板包括电源和驱动电路，所述控制板分别与制氧机开关、风机、压缩机、反吹阀、供氧阀、进气阀和排气阀进行电连接。

进一步方案，所述散热器的出口端分别通过一进气阀与分子筛塔A、分子筛塔B连接，分子筛塔A、分子筛塔B的出气端分别通过一单向阀与储氧罐连通，所述储氧罐的出气端与两个供气阀连接。

更进一步方案，所述分子筛塔A、分子筛塔B的进气端分别连接有一个排气阀。

进一步方案，所述壳体的底端安装有减振脚。

优选的，所述减振脚为橡胶减振器。

本实用新型中的壳体采用铝板制成，能有效防护外部碰撞等，同时保证了产品的电磁兼容性密封效果；壳体底端安装橡胶减振器，通过减振器的自带阻尼对整机进行减振，适宜车载安装使用，产品满足振动冲击要求。风机是用于整机散热，保证制氧机的性能。

本装置中控制板是现有分子筛制氧机中已有的结构，其目的是用于无油空气压缩机、散热器、风机、进气阀、排气阀和反吹阀的电路连接与控制，实现其周期性工作。

本实用新型中供氧阀为脉冲阀，能自动检测呼吸信号，通过供氧阀的开启实现自动脉冲供氧，并采用两个供氧阀分别控制，从而满足两人同时吸氧需求。有研究表明，采用脉冲阀供氧是节氧最有效的方式之一，达到相同的供氧效果，脉冲供氧的耗氧量仅为连续供氧的1/6。所以其能最大限度的利用制取的氧气，有效减小产品的体积、重量。

本实用新型中的集成制氧器是将两个分子筛塔与储氧罐集成为一体，并将两个分子筛塔中各自的进气阀、排气阀都集成安装在集成制氧器的下端，而供氧阀及反吹阀集成在集成制氧器的上端，从而实现一体化设计，减小整个产品的体积、重量。另外，在两个分子筛塔的出气端之间设置反吹阀，通过反吹阀控制氧气反吹分子筛塔，保证其解吸充分，实现高效制氧。

本制氧机采用分子筛变压吸附制氧技术，其原理为：电源输入为额定DC26V时，打开制氧机开关，主控单元上电工作，连续不断的发出脉宽调制信号，控制无油空气压缩机运转，启动风机，有序地开、关进气阀、排气阀、反吹阀。其工作过程如下：

环境空气经过过滤器滤除空气中的水分等杂质后成为洁净气体；洁净的空气进入无油空气压缩机加压，成一定压力的气体；加压后的气体进入散热器降温，达到锂型高效分子筛的最佳吸附温度范围，然后打开进气阀A，关闭进气阀B，排气阀A关闭，排气阀B打开，一定压力和温度下的空气经进气阀A流向分子筛塔A，分子筛塔A内装填的锂型高效分子筛选择性的吸附空气中的氮气分子，氧气则从分子筛塔A的出气端流出，通过单向阀A进入储氧罐；同时，分子筛塔B中吸附的氮气通过排气阀B排出系统，在吸附的末期，反吹阀打开，分子筛塔A中流出的少量氧气通过反吹阀进入分子筛塔B，反吹分子筛塔B中被分子筛吸附的氮气，保证分子筛解吸充分，实现高效制氧；当分子筛塔A中氮气吸附饱和时，进气阀A关闭，进气阀B打开，排气阀A打开，排气阀B关闭，加压空气流向分子筛塔B，同时分子筛塔A开始释放氮气，分子筛塔B吸附空气中的氮气并向储氧罐流入氧气；重复以上过程，制氧装置将持续的输出氧气并储存在储氧罐中。

当人员需要吸氧时，供氧阀检测到人的吸氧信号，打开以脉冲形式将氧气从储氧罐输出；当人呼气时，供氧阀关闭，氧气停止输出，采用此脉冲节氧技术有效提高了氧气的利用率。本装置中供氧阀的出气端可连接鼻吸氧管供人们使用。

所以本发明具有以下有益效果：

1、本实用新型基于成熟变压吸附制氧技术，通过融入进气均压、排气均压技术及反吹技术，制氧回收率高，制氧浓度≥90%，同时选用高效锂型分子筛，其氮氧分离比高，有效减少分子筛的用量，减小产品重量；

2、本制氧机采用一体化设计，将两个分子筛塔和储氧罐进行一体设计，同时将反吹阀、供氧阀以及进气阀、排气阀分别集成在集成制氧器的上、下端盖，充分利用空间，实现了产品小型化、轻量化设计突破，有效减小了产品的体积、重量；

3、本制氧机中的供氧阀采用脉冲节氧技术，通过自动检测呼吸信号，实现自动脉冲供氧，单次供氧量≥40mL，达到连续供氧3.5L/min供氧效果。此外，为满足两人同时吸氧需求，设计两路输出供氧，从而实现两人同时吸氧需求。

4、本制氧机可进一步推广到民用制氧供氧领域，为高原自驾游爱好者等长时间连续供氧，解决长期生活在平原地区的人群进入高原因缺氧产生的高原反应，具有十分巨大的社会价值。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图，

图2是本实用新型的气路原理流程图，

图3是本实用新型的电路原理图。

图中：1-制氧机开关；2-风机；3-控制板；4-过滤器；5-压缩机；6-进气阀A；7-进气阀B；8-排气阀A；9-排气阀B；10-集成制氧器，10.1-分子筛塔A，10.2-分子筛塔B，10.3-储氧罐；11-反吹阀；12-供氧阀A；13-供氧阀B；14-壳体；15-减振脚；16-散热器；17.1-单向阀A，17.2-单向阀B。

具体实施方式

如图1-3所示，一种双人使用的军用微型制氧机，包括壳体14及设于壳体14内部控制板3、风机2，所述壳体14内部设有依次通过管道连接的过滤器4、压缩机5和散热器16，所述壳体14内部设有集成制氧器10，所述集成制氧器10的底部为并排设置的分子筛塔A10.1、分子筛塔B 10.2，集成制氧器10的顶部为储氧罐10.3；所述集成制氧器10的端盖上设有反吹阀11和供氧阀，所述反吹阀11连接分子筛塔A 10.1、分子筛塔B 10.2出气端；集成制氧器10的下部设有与分子筛塔A 10.1、分子筛塔B 10.2分别连通的进气阀和排气阀。

进一步方案，所述供氧阀为脉冲阀。

进一步方案，所述壳体14上部设有制氧机开关1，所述控制板3包括电源和驱动电路，所述控制板3分别与制氧机开关1、风机2、压缩机5、反吹阀11、供氧阀、进气阀和排气阀进行电连接。

进一步方案，所述散热器16的出口端分别通过一进气阀与分子筛塔A 10.1、分子筛塔B 10.2连接，分子筛塔A 10.1、分子筛塔B 10.2的出气端分别通过一单向阀与储氧罐10.3连通，所述储氧罐10.3的出气端与两个供气阀连接。

更进一步方案，所述分子筛塔A 10.1、分子筛塔B 10.2的进气端分别连接有一个排气阀。

进一步方案，所述壳体14的底端安装有减振脚15。

优选的，所述减振脚15为橡胶减振器。

如图1所示，将分子筛塔A 10.1、分子筛塔B 10.2和储氧罐10.3集成在集成制氧器10中，将集成制氧器10设置在壳体14内部的一侧，压缩机5设置在壳体14内部的另一侧，控制板安装在壳体14内部的中间。风机设置在压缩机5的上方，反吹阀11和供氧阀安装在集成制氧器10的端盖上，将进气阀和排气阀安装在集成制氧器10的底部；将散热器安装在进气阀一侧。控制板安装在从而充分地利用了壳体内部空间，有效减小了制氧机的体积、重量。

制氧机的工作过程如下：

环境空气经过过滤器4滤除空气中的水分等杂质后成为洁净气体；洁净的空气进入无油空气压缩机5加压，成一定压力的气体；加压后的气体进入散热器16降温，达到锂型高效分子筛的最佳吸附温度范围，然后打开进气阀A 6，关闭进气阀B 7，排气阀A 8关闭，排气阀B 9打开，一定压力和温度下的空气经进气阀A 6流向分子筛塔A 10.1，分子筛塔A内装填的锂型高效分子筛选择性的吸附空气中的氮气分子，氧气则从分子筛塔A的出气端流出，通过单向阀A 17.1进入储氧罐10.3；同时，分子筛塔 B 10.2中吸附的氮气通过排气阀B 9排出系统，在吸附的末期，反吹阀11打开，分子筛塔A 10.1中流出的少量氧气通过反吹阀11进入分子筛塔B 10.2，反吹分子筛塔B中被分子筛吸附的氮气，保证分子筛解吸充分，实现高效制氧；当分子筛塔A 10.1中氮气吸附饱和时，进气阀A 6关闭，进气阀B 7打开，排气阀A8打开，排气阀B 9关闭，加压空气流向分子筛塔B，同时分子筛塔A开始释放氮气，分子筛塔B吸附空气中的氮气并向储氧罐10.3流入氧气；重复以上过程，制氧装置将持续的输出氧气并储存在储氧罐中。

当人员需要吸氧时，供氧阀检测到人的吸氧信号，打开以脉冲形式将氧气从储氧罐输出；当人呼气时，供氧阀关闭，氧气停止输出，采用此脉冲节氧技术有效提高了氧气的利用率。本装置中供氧阀有两个，为供氧阀A 12、供氧阀B 13，其出气端分别连接鼻吸氧管供两个人同时使用。供氧阀采用脉冲节氧技术，通过自动检测呼吸信号，实现自动脉冲供氧，单次供氧量≥40mL，达到连续供氧3.5L/min供氧效果。

以上实施例并非仅限于本实用新型的保护范围，所有基于本实用新型的基本思想而进行修改或变动的都属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种双人使用的军用微型制氧机，包括壳体（14）及设于壳体（14）内部控制板（3）、风机（2），所述壳体（14）内部设有依次通过管道连接的过滤器（4）、压缩机（5）和散热器（16），其特征在于：所述壳体（14）内部设有集成制氧器（10），所述集成制氧器（10）的底部为并排设置的分子筛塔A（10.1）、分子筛塔B（10.2），集成制氧器（10）的顶部为储氧罐（10.3）；所述集成制氧器（10）的端盖上设有反吹阀（11）和供氧阀，所述反吹阀（11）连接分子筛塔A（10.1）、分子筛塔B（10.2）出气端；集成制氧器（10）的下部设有与分子筛塔A（10.1）、分子筛塔B（10.2）分别连通的进气阀和排气阀。

2.根据权利要求1所述的一种双人使用的军用微型制氧机，其特征在于：所述供氧阀为脉冲阀。

3.根据权利要求1所述的一种双人使用的军用微型制氧机，其特征在于：所述壳体（14）上部设有制氧机开关（1），所述控制板（3）包括电源和驱动电路，所述控制板（3）分别与制氧机开关（1）、风机（2）、压缩机（5）、反吹阀（11）、供氧阀、进气阀和排气阀进行电连接。

4.根据权利要求1所述的一种双人使用的军用微型制氧机，其特征在于：所述散热器（16）的出口端分别通过一进气阀与分子筛塔A（10.1）、分子筛塔B（10.2）连接，分子筛塔A（10.1）、分子筛塔B（10.2）的出气端分别通过一单向阀与储氧罐。

5.根据权利要求4所述的一种双人使用的军用微型制氧机，其特征在于：所述分子筛塔A（10.1）、分子筛塔B（10.2）的进气端分别连接有一个排气阀。

6.根据权利要求1所述的一种双人使用的军用微型制氧机，其特征在于：所述壳体（14）的底端安装有减振脚（15）。

7.根据权利要求6所述的一种双人使用的军用微型制氧机，其特征在于：所述减振脚（15）为橡胶减振器。