CN210660355U - 一种双气源psa制氧用于内燃机的节能减排装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，包括：制氧机与内燃机，制氧机的出气口与内燃机的进气口相连，与内燃机成为一体；所述制氧机包括：第一制氧机入口与内燃机配套空压机连接，又与第一空气单向阀连接，第一空气单向阀另一端与旋转分离阀相连；第二制氧机入口与外配空气过滤器连接，外配空压机的一端连接空气过滤器，另一端连接第二空气单向阀，第二空气单向阀另一端与旋转分离阀相连，旋转分离阀与分子筛塔的一端连接，分子筛塔包括第一吸附分离器模块和第二吸附分离器模块。第二吸附分离器模块和第二吸附分离器模块二者交替工作完成连续生产氧气。

Description

一种双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置

技术领域

本实用新型属于内燃机排放处理技术领域，具体涉及一种双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置。

背景技术

目前国际上(如德国、美国、日本等国)对内燃机排放采用的是内燃机(或发动机)后处理装置，而其减排效果并不特别理想、不稳定，会降低内燃机动力，容易形成“氨逃逸”，带来二次污染。后处理装置成本都比较高，每套系统需要投资几千美元(有的高达上万美元)。由于在现有技术下，各国政府得不到满意的效果，很难满足要求，因而减排指标很难大幅降低。除了“内燃机后处理系统或循环处理系统”外，国内目前主要是“三元催化装置”、“高磁”或水剂、乳剂倒入油箱的方式，其同样存在减排效果不理想的种种问题。

因此，目前急需发明出新的产品，以进一步提高减排环保效果。

实用新型内容

为了克服上述技术缺陷，本实用新型提出一种双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，包括：制氧机与内燃机，所述制氧机的出气口与内燃机的进气口相连，与内燃机成为一体；所述制氧机包括：第一制氧机入气口，第二制氧机入气口，空气过滤器，将空气压缩的空压机，用于分离空气的旋转分离阀，分子筛塔，三通及制氧机出气口；第一制氧机入口与内燃机配套空压机连接，又与第一空气单向阀连接，所述第一空气单向阀另一端与旋转分离阀相连；第二制氧机入口与外配空气过滤器连接，所述外配空压机的一端连接空气过滤器，另一端连接第二空气单向阀，所述第二空气单向阀另一端与旋转分离阀相连，所述旋转分离阀与分子筛塔的一端连接，分子筛塔包括第一吸附分离器模块和第二吸附分离器模块，且第一吸附分离器模块和第二吸附分离器模块采用双分离器模块并联设置，所述三通具有三个开口，其中一个开口与第一吸附分离器模块的另一端连接，其中一个开口与第二吸附分离器模块的另一端连接，另一个开口与制氧机的出气口相连。

另外，根据本实用新型公开的一种双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置还可以具有如下附加技术特征：

进一步地，所述旋转分离阀与第一制氧机入口之间设有用以净化内燃机配套空压机空气的空气过滤器。

进一步地，所述旋转分离阀与所述第二制氧机入口之间设有用以分解压力和流量的涡旋管。

进一步地，所述节能减排装置还包括：废气排气口，所述废气排气口与所述旋转分离阀连接以排出旋转分离阀的废气。

进一步地，所述废气排气口与所述旋转分离阀之间具有消声器以消除或减轻排出废气的噪音。

进一步地，所述外配空压机包括微型静音无油空气压缩机。

进一步地，所述节能减排装置应用于汽车、轮船、工程机械、农业机械、或军车战车上。

进一步地，所述节能减排装置还包括：精筛塔，所述精筛塔设于所述三通与所述制氧机的出气口之间。

进一步地，所述节能减排装置还包括：流量计，所述流量计设于所述精筛塔与所述制氧机的出气口之间。

进一步地，所述节能减排装置还包括安装在所述节能减排装置底部的弹性底座。

进一步地，所述内燃机所用的燃料包括：汽油、柴油、重油HFO、天然气、石油气、生物质气。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型中的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，当内燃机刚启动时，由于配套空压机尚没有中压空气源输出，此时外配无油静音空压机，产生的0.6～0.7MPa压缩空气经过涡旋管的作用，把压缩空气变成压力0.3～0.4MPa的超冷空气，把空气中的水分凝析出来，再经过自动排水的空气过滤器过滤后，此为A1空气源；当内燃机运转一定的时间后，配套的中压储气罐有富余的空气，经过一个定压安全阀后，用管道连接到此装置来，此为A2空气源；A1、A2压缩空气进入PA与PB双分子筛吸附塔交替吸附氮气，输出50～80％的高纯度氧气，再输入到内燃机的进气管，提高进气的氧含量，使得内燃机的燃烧更充分，提升动力，促进缸内积炭的慢慢清除，从而起到节省燃料及减少排放的效果。

附图说明

图1是本实用新型的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置的示意图。

图2是本实用新型的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置的一个实施例的示意图。

图3是本实用新型的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置的一个实施例的示意图。

图4是本实用新型的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置的一个实施例的示意图。

其中，

A1 为第一空气源；

A2 为第二空气源；

F1 为第一空气过滤器；F2为第二空气过滤器；F3为第三空气过滤器；

MT 为外配DC24V无油静音空压机；

C1 为涡旋管；

SV1 为第一空气单向阀；SV2为第二空气单向阀；SV3为第二空气单向阀；

RV1 为电控切换阀；

PA 为第一吸附分离器模块；PB为第二吸附分离器模块；

SL 为排气消声器；

FA1、FA2、FB1和FB2 为旋转分离阀的内部开关。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案实现：一种双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，包括制氧机与内燃机，所述制氧机的出气口与内燃机的进气口相连，与内燃机成为一体；所述制氧机包括：第一制氧机入气口，第二制氧机入气口，空气过滤器F，将空气压缩的空压机，用于分离空气的旋转分离阀1，分子筛塔，三通2及制氧机出气口；第一制氧机入口与内燃机配套空压机连接，又与第一空气单向阀SV1连接，所述第一空气单向阀SV1另一端与旋转分离阀1相连；第二制氧机入口与外空气过滤器连接，所述外配空压机MT的一端连接空气过滤器F，另一端连接第二空气单向阀SV2，所述第二空气单向阀SV2另一端与旋转分离阀1相连，所述旋转分离阀1与分子筛塔的一端连接，分子筛塔包括第一吸附分离器模块和第二吸附分离器模块，所述三通2具有三个开口，其中一个开口与第一吸附分离器模块的另一端连接，其中一个开口与第二吸附分离器模块的另一端连接，另一个开口与制氧机的出气口相连。

分子筛式制氧机是指以变压吸附(PSA)技术为基础，从空气中源源不断提取氧气的新型设备；其利用分子筛物理吸附和解吸技术，在制氧机内装填分子筛，在加压时可将空气中氮气吸附，剩余的未被吸附的氧气被收集起来，经过净化处理后即成为高纯度的氧气。需要说明的是，PSA制氧设备，在常温常压的条件下，利用PSA专用分子筛选择性吸附空气中的氮气、二氧化碳和水等杂质，从而取得纯度较高的氧气(93％±2)。

PSA型制氧机具有机组简单；对分子筛要求比较低，同样产氧量设备，分子筛用量少；设备体积小，故其成本比较低；对整台设备的自动化程度要求比较低，空气压缩机、冷冻干燥机/冷凝器可与制氧机分开单独启停控制，也可联动控制。

原料空气经吸入口过滤器除掉灰尘颗粒后,被空气压缩机增压而进入其中一只吸附器内；吸附器内装填吸附剂,其中水分、二氧化碳、及少量其它气体组分在吸附器入口处被装填于底部的活性氧化铝所吸附,随后氮气被装填于活性氧化铝上部的沸石分子筛所吸附；而氧气(包括氩气)为非吸附组分从吸附器顶部出口处作为产品气排至氧气平衡罐。当该吸附器吸附到一定程度,其中的吸附剂将达到饱和状态,此时通过切换阀放空，已吸附的水分、二氧化碳、氮气及少量其它气体组分排至大气,吸附剂得到再生。

吸附剂氧分子筛，分子筛是一种晶状铝硅酸盐，其原子按一定的形状排列，基本结构单元是四个氧阴离子围绕一个较小的硅或铝离子而形成的四面体；钠离子或其它阳离子的作用是补充铝氧四面体正电荷的不足；四个氧阴离子的每一个，又都分被另一个铝氧或硅氧四面体共用，使晶格作三维延伸；晶格中暴露的阳离子使分子筛具有更强的吸附能力，这些阳离子起着局部强正电荷格点的作用，对极性分子的阴端进行静电吸引，分子的偶极矩越大，被吸引和吸附得越牢；在阳离子上的局部强正电荷的影响下，分子会受到电磁感应而产生偶矩；氧和氮都具有四极矩,但氮的四极矩

比氧

大得多；因此，氮原子与阳离子之间的作用力较强，而被优先吸附；当有压力时，分子筛会吸附较多的氮原子；当减压时，分子筛会将吸附的氮原子释放出来(称为解吸)。

空气经过滤器进入压缩机,压缩空气通过旋转分离阀进人第一吸附分离器模块和第二吸附分离器模块进行吸附分离，控制系统控制分离阀改变吸附周期，以及分配进气和排气流动方向；以过程中一个循环为例(见图3)，压缩空气进人第一吸附分离器模块，电控切换阀RV1用以切换旋转分离阀内部开关的开和关，(需要说明的是，电控切换阀RV1本装置一般选用DC24V的二位五通阀)此时旋转阀门FA1、FA2打开，FB1、FB2关闭，空气中的氮气被吸附到吸附器内的分子筛中，氧气通过吸附器顶端三通流出，一部分用于反吹处于解吸状态的第二吸附分离器模块，另一部分经过精筛塔和流量计输出；当第一吸附分离器模块中分子筛达到吸附饱和临界状态前，控制器将阀门FA1、FA2关闭，FB1、FB2打开，见图4，进气被切换到第二吸附分离器模块，同时对第一吸附分离器模块减压解吸，解吸气(废气富氮)经分离阀排出；第二吸附分离器模块工作过程同第一吸附分离器模块完全相同，二者交替工作完成连续生产氧气。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型中的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，当内燃机刚启动时，由于配套空压机尚没有中压空气源输出，此时外配无油静音空压机，产生的0.6～0.7MPa压缩空气经过涡旋管的作用，把压缩空气变成压力0.3～0.4MPa的超冷空气，把空气中的水分凝析出来，再经过自动排水的空气过滤器过滤后，此为A2空气源；当内燃机运转一定的时间后，配套的中压储气罐有富余的空气，经过一个定压安全阀后，用管道连接到此装置来，此为A1空气源；A1、A2压缩空气进入PA与PB双分子筛吸附塔交替吸附氮气，输出50～80％的高纯度氧气，再输入到内燃机的进气管，提高进气的氧含量，使得内燃机的燃烧更充分，提升动力，促进缸内积炭的慢慢清除，从而起到节省燃料及减少排放的效果。

需要说明的是，如果A1有足够的空气，则A2无油空压机不启动；如果A1的气量不够或者没有，则A2补充。

另外，如图1所示，所述旋转分离阀1与第一制氧机入口之间设有空气过滤器F1。需要说明的是，此处的空气过滤F1器是为了将内燃机配套空压机经净化处理后储存于中压储气罐的空气源的空气杂质进行过滤，避免了空气中的杂质影响后期的制氧效率和精度。

另外，如图1所示，所述旋转分离阀1与所述第二制氧机入口之间设有涡旋管C1。需要说明的是，将无油静音空压机，产生的0.6～0.7MPa压缩空气经过涡旋管C1的作用，把压缩空气变成压力0.3～0.4MPa的超冷空气，把空气中的水分凝析出来，再经过自动排水的F3过滤。需要说明的是，所述涡旋管C1，可以把高压空气分解出压力与流量均为一半的低温气体。

另外，所述节能减排装置还包括：废气排气口，所述废气排气口与所述旋转分离阀1连接。另外，所述废气排气口与所述旋转分离阀1之间具有消声器SL。需要说明的是，具有消声器SL使节能减排装置在排放废气富氮的时候减小噪音对使用者的影响。

另外，所述节能减排装置还包括：精筛塔3，流量计4，所述精筛塔3设于所述三通2与所述制氧机的出气口之间；所述流量计4设于所述精筛塔与3所述制氧机的出气口之间。需要说明的是，采用流量计4，为了计算产生的氧气量，以便能够精准的计算整个节能减排装置的产氧量。

另外，所述外配空压机MT包括微型静音无油空气压缩机，本申请的外配空压机MT为外配DC24V无油静音空压机，其压缩的空气压力为0.6～0.7MPa。需要说明的是，静音无油空压机属于微型往复式活塞式压缩机，电机单轴驱动压缩机曲轴旋转时，通过连杆的传动，具有自润滑而不添加任何润滑剂的活塞便做往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化；活塞式压缩机的活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时，气体即沿着进气管，推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；活塞式压缩机的活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。当活塞式压缩机的活塞再次反向运动时，上述过程重复出现；即：活塞式压缩机的曲轴旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环；单轴双缸的结构设计使压缩机气体流量在额定转速一定时为单缸的两倍，而且在振动噪音控制上得到了很好的控制。

另外，所述节能减排装置应用于包括汽车、轮船、工程机械、农业机械、或军车战车上，同时也不限于以上设备上，具有内燃机的设备均可以使用本申请的节能减排装置。

另外，所述节能减排装置还包括安装在所述节能减排装置底部的弹性底座。需要说明的是，优选地，弹性底座包括四根弹簧的弹性底座，此种底座不但能够减震，防雨等功能，同时稳定性也得到了保证，同时减少震动对于元器件的冲击。

另外，所述内燃机所用的燃料包括：汽油、柴油、重油HFO、天然气、石油气、生物质气。需要说明的是，除了传统的汽油、柴油、重油HFO外，天然气、石油气、生物质气等燃料也在本装置节能的范围内。优选地，本装置全程用一块定制的电路板自动控制，包括监测空气流量、电磁阀动作的控制及DC24V空压机的启停与运转速度，本电路板还具有当内燃机启动时，延迟一定时间再启动DC24V无油空压机，让内燃机配套的蓄电池先充电的功能。优选地，使用此双气源之某一种气源而改造成的PSA制氧装置，用于内燃机的富氧助燃，也应在本专利的保护范围之内。

另，本装置设有通风散热装置。本装置设置包括高原与平地两种模式，使用者可视使用场景进行选择，以实现使用者对于不同的地形具有不同的选择。

以上所述仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请做任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，包括：制氧机与内燃机，所述制氧机的出气口与内燃机的进气口相连，与内燃机成为一体；其特征在于，所述制氧机包括：第一制氧机入气口，第二制氧机入气口，空气过滤器，将空气压缩的空压机，用于分离空气的旋转分离阀，分子筛塔，三通及制氧机出气口；

第一制氧机入口分别与内燃机的配套空压机和第一空气单向阀连接，所述第一空气单向阀另一端与旋转分离阀相连；

第二制氧机入口与外配空气过滤器连接；所述空压机的一端连接空气过滤器，另一端连接第二空气单向阀；所述第二空气单向阀另一端与旋转分离阀相连，所述旋转分离阀与分子筛塔的一端连接，分子筛塔包括第一吸附分离器模块和第二吸附分离器模块，且第一吸附分离器模块和第二吸附分离器模块采用双分离器模块并联设置；所述三通具有三个开口，其中一个开口与第一吸附分离器模块的另一端连接，其中一个开口与第二吸附分离器模块的另一端连接，另一个开口与制氧机的出气口相连。

2.根据权利要求1所述的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，其特征在于，所述旋转分离阀与第一制氧机入口之间设有用以净化内燃机配套空压机空气的空气过滤器。

3.根据权利要求1所述的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，其特征在于，所述旋转分离阀与所述第二制氧机入口之间设有用以分解压力和流量的涡旋管。

4.根据权利要求1所述的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，其特征在于，所述节能减排装置还包括：废气排气口，所述废气排气口与所述旋转分离阀连接以排出旋转分离阀的废气。

5.根据权利要求4所述的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，其特征在于，所述废气排气口与所述旋转分离阀之间具有消声器以消除或减轻排出废气的噪音。

6.根据权利要求1所述的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，其特征在于，所述空压机包括微型静音无油空气压缩机。

7.根据权利要求1所述的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，其特征在于，所述节能减排装置应用于汽车、轮船、工程机械、农业机械、或军车战车上。

8.根据权利要求1所述的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，其特征在于，所述节能减排装置还包括：精筛塔和流量计，所述精筛塔设于所述三通与所述制氧机的出气口之间，所述流量计设于所述精筛塔与所述制氧机的出气口之间。

9.根据权利要求1-8任一所述的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，其特征在于，所述节能减排装置还包括安装在所述节能减排装置底部的弹性底座。

10.根据权利要求1-8任一项所述的双气源PSA制氧用于内燃机的节能减排装置，其特征在于，所述内燃机所用的燃料包括：汽油、柴油、重油HFO、天然气、石油气、生物质气。

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