CN220257608U - 一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置，包括通过管路依次相连的进气过滤器、压缩泵、气路电磁阀组、筛塔组件、氧气缓冲罐，筛塔组件进气管路上还连接有压力传感器，压缩泵上还连接有压缩泵驱动器，筛塔组件上方还连接有控制器，控制器分别与压缩泵驱动器、压力传感器、气路电磁阀组和筛塔组件电连接；所述筛塔组件包括三个吸附塔，气路电磁阀组包括三个二位三通电磁阀，每个吸附塔进气口与一个二位三通电磁阀相连。通过三床分子筛结构，保证制氧装置在任何时间段都有分子筛床，即吸附塔在吸附产氧，产品气输出压力稳定性更好。
Description
技术领域
本实用新型属于气体分离领域，具体涉及一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置。
背景技术
随着海拔高度的升高，特别是海拔3000米以上，稀薄的氧气难以保障作业人员的用氧需求，不利于人员持续作业能力发挥。在高海拔环境下，氧气瓶供氧能在一定程度上解决人员用氧需求，但供氧时间有限，对前期所需的配套保障条件较多。而变压吸附制氧装置只要搭载的平台能够提供必要的不间断的供电，通过对自然空气中的氧氮分离就能实现持续供氧，供氧浓度达到93%左右。
变压吸附制氧属于物理制氧，是国内外车载或机载制氧比较普遍采用的制氧方式。变压吸附制氧以自然空气作为原料气，将空气中氧气和氮气通过加压吸附、降压解吸的方式进行分离。随着海拔高度的升高，大气中的氧分压不断下降，大气压力在海拔3000米降低到69.7kPa，大气中的氧分压降为14.6kPa，大气压力在海拔7000米降低到41kPa，大气中的氧分压降为8.6kPa。变压吸附制氧的原料气来自自然环境中的空气，空气中氧分压的降低对变压吸附制氧的性能会产生较大影响。一方面系统配置的空压机的质量排气量和排气压力会随海拔高度升高而下降；另一方面，低气压会对变压吸附过程的最佳吸附时间等产生影响。因此，在海拔3000-7000米的作业环境中，采用变压吸附制氧对制氧装置的制氧性能有更高要求。
同时，常规的两床分子筛吸附塔，在实现每个分子筛半周期吸附产氧和半周期解吸附排氮，电磁阀在两个分子筛塔间控制切换的瞬间，两个分子筛塔均处于不产氧状态，容易造成产品气输出压力不稳定、压力波动大。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置，以实现在高海拔环境下稳定输出氧气。
本实用新型的目的是通过以下技术手段实现的，一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置，包括通过管路依次相连的进气过滤器、压缩泵、气路电磁阀组、筛塔组件、氧气缓冲罐，
筛塔组件进气管路上还连接有压力传感器，压缩泵上还连接有压缩泵驱动器，筛塔组件上方还连接有控制器，控制器分别与压缩泵驱动器、压力传感器、气路电磁阀组和筛塔组件电连接；
所述筛塔组件包括三个吸附塔，气路电磁阀组包括三个二位三通电磁阀，每个吸附塔进气口与一个二位三通电磁阀相连。
所述控制器内还设置有大气压力传感器，大气压力传感器与控制器电连接。
所述压缩泵出气口还连接有散热器，散热器出口连接气路电磁阀组进气口。
所述散热器为内部中空的散热翅片，散热翅片下方还连接有若干轴流风扇。
所述吸附塔内填充LiX筛料。
所述氧气缓冲罐出气口处连接有氧浓度/流量传感器，氧浓度/流量传感器与控制器电连接。
所述氧气缓冲罐和氧浓度/流量传感器之间的管线上还连接有调压阀。
本实用新型的有益效果在于：
1.通过三床分子筛结构，保证制氧装置在任何时间段都有分子筛床，即吸附塔在吸附产氧，产品气输出压力稳定性更好。
2、通过控制器内部的大气压力传感器监测环境大气压力，实现随海拔高度变化的压缩泵转速和气路电磁阀组切换时间的自动匹配，保证在0-7000米海拔高度对应的低气压环境中制氧浓度基本稳定。
附图说明
图1为一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置结构图；
图2为一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置制氧流程图；
图3为控制器控制原理图；
图中1压缩泵；2压缩泵驱动器；3进气过滤器；4散热器；5轴流风扇；6压力传感器；7筛塔组件；8氧浓度/流量传感器；9氧气缓冲罐；10调压阀；11控制器；12气路电磁阀组；13散热翅片；
以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。
具体实施方式
【实施例1】
如图1和图2所示，一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置，包括通过管路依次相连的进气过滤器3、压缩泵1、气路电磁阀组12、筛塔组件7、氧气缓冲罐9，
筛塔组件7进气管路上还连接有压力传感器6，压缩泵1上还连接有压缩泵驱动器2，筛塔组件7上方还连接有控制器11，控制器11分别与压缩泵驱动器2、压力传感器6、气路电磁阀组12和筛塔组件7电连接；
所述筛塔组件7包括三个吸附塔，气路电磁阀组12包括三个二位三通电磁阀，每个吸附塔进气口与一个二位三通电磁阀相连。
适应DC22V～30V电压的直流压缩泵1，将外部空气吸入，压缩泵1进气口的进气过滤器3对吸入空气中的灰尘进行过滤，压缩后的空气进入气路电磁阀组12，通过气路电磁阀组12控制压缩空气进入筛塔组件7中，压缩空气在筛塔组件7通过分子筛吸附制氧得到成品氧气，输入氧气缓冲罐9存储。
筛塔组件7进气管路上连接有压力传感器6，用于监测筛塔组件7进气端压缩空气的压力；
压缩驱动器2用于为压缩泵1提供电源和控制信号，压缩泵1转速多档可调。控制器11控制气路电磁阀组12的切换。
气路电磁阀组12包括三个二位三通电磁阀，每个二位三通电磁阀与一个吸附塔的进气端相连，
控制器11通过内部电磁阀驱动，可输出3路电磁阀24VDC控制信号，实现对气路电磁阀组12内三个二位三通电磁阀控制，实现对三床分子筛塔，即三个吸附塔的时序控制。
分子筛塔即采用分子筛的吸附塔。
如图2所示，三个分子筛床交互循环工作的周期与电磁阀切换时间关联，三个吸附塔分别为A、B、C塔。当A塔对应的二位三通电磁阀进气通路开启，A塔处于升压吸附，同时B塔对应的二位三通电磁阀排氮通路开启，排出氮气，B塔处于反吹解吸或均压升压，C塔对应的二位三通电磁阀排氮通路开启，C塔处于均压降压或反吹解吸。三床分子筛循环操作时序按照升压吸附→均压降压→反吹解吸→均压升压循环交替工作,持续不断实现氧气和氮气的分离。
控制器11依据控制策略可实现对压缩泵1转速和气路电磁阀组12切换时间的手动和自动控制，实现制氧装置在任何时间段均有分子筛床在吸附产氧，产品气输出压力稳定性更好。
所述控制器11内还设置有大气压力传感器，大气压力传感器与控制器11电连接。大气压力传感器实时感知环境大气压力，用于控制器11内部调整压缩泵1转速，以针对海拔变化，同时上传给控制器11的上位机，实现对整个制氧装置运行状态的实时监控。
通过0-7000米海拔高度范围内多个典型海拔高度的低气压试验，获得了低气压环境下制氧装置性能变化规律和主要制氧参数的最佳值，形成控制器控制策略。通过控制器11内置的大气压力传感器实时监测环境大气压力，结合控制策略，实现随海拔高度变化的压缩泵1转速和气路电磁阀组12切换时间的自动匹配。
所述压缩泵1出气口还连接有散热器4，散热器4出口连接气路电磁阀组12进气口。
所述散热器4为内部中空的散热翅片13，散热翅片下方还连接有若干轴流风扇5。
经过压缩泵1压缩的空气进入散热器4中进行降温，然后输入气路电磁阀组12。
具体的，散热器4为内部中空，包括进气口和出气口的散热翅片13，高温压缩空气进入散热器4中通过翅片散热，然后从出气口进入气路电磁阀组12中。
散热翅片13下方还连接有若干向散热翅片13吹风的轴流风扇5，加速散热翅片13的散热。
所述吸附塔内填充LiX筛料。即锂基分子筛。
所述氧气缓冲罐9出气口处连接有氧浓度/流量传感器8，氧浓度/流量传感器8与控制器11电连接。每个吸附塔氧气出口至氧气缓冲罐9的管道里，还设置节流孔。
通过氧浓度/流量传感器8，一体化的超声波氧气浓度传感器和氧气流量传感器，监测向外输出的成品氧气的浓度和流量。用于整个装置内部闭环控制，稳定出口流量和氧浓度
如图3所示，控制器11还将大气压力传感器、压力传感器6、氧浓度/流量传感器8数据传输给控制器11的上位机实时监控变压吸附制氧过程相关参数，必要时通过上位机手动调整压缩泵1档位、气路电磁阀组12切换时间。
所述氧气缓冲罐9和氧浓度/流量传感器8之间的管线上还连接有调压阀10。
Claims (7)
1.一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置，其特征在于：包括通过管路依次相连的进气过滤器(3)、压缩泵(1)、气路电磁阀组(12)、筛塔组件(7)、氧气缓冲罐(9)，
筛塔组件(7)进气管路上还连接有压力传感器(6)，压缩泵(1)上还连接有压缩泵驱动器(2)，筛塔组件(7)上方还连接有控制器(11)，控制器(11)分别与压缩泵驱动器(2)、压力传感器(6)、气路电磁阀组(12)和筛塔组件(7)电连接；
所述筛塔组件(7)包括三个吸附塔，气路电磁阀组(12)包括三个二位三通电磁阀，每个吸附塔进气口与一个二位三通电磁阀相连。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置，其特征在于：所述控制器(11)内还设置有大气压力传感器，大气压力传感器与控制器(11)电连接。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置，其特征在于：所述压缩泵(1)出气口还连接有散热器(4)，散热器(4)出口连接气路电磁阀组(12)进气口。
4.根据权利要求3所述的一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置，其特征在于：所述散热器(4)为内部中空的散热翅片(13)，散热翅片下方还连接有若干轴流风扇(5)。
5.根据权利要求1所述的一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置，其特征在于：所述吸附塔内填充LiX筛料。
6.根据权利要求1所述的一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置，其特征在于：所述氧气缓冲罐(9)出气口处连接有氧浓度/流量传感器(8)，氧浓度/流量传感器(8)与控制器(11)电连接。
7.根据权利要求6所述的一种适用于高海拔环境的变压吸附制氧装置，其特征在于：所述氧气缓冲罐(9)和氧浓度/流量传感器(8)之间的管线上还连接有调压阀(10)。
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