CN220546773U - 单塔制氮系统及冰箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单塔制氮系统及冰箱，单塔制氮系统包括分子筛塔、反吹罐和节流环，分子筛塔具有第一接口和第二接口，第一接口和第二接口分别位于分子筛塔的两端，反吹罐通过管路连通于第一接口，节流环安装于管路的通道上，节流环的孔径小于管路的孔径。单塔制氮系统在分子筛塔的后端设置反吹罐，当分子筛塔解吸排氧时，分子筛塔内的压力下降，反吹罐的高浓度氮气在高压下向分子筛塔流动，推动分子筛塔内解析的富氧气体加速外排，排氧的速度更快、更彻底，可缩短分子筛的静置时间，提升单塔制氮系统的制氮浓度和效率，在分子筛塔和反吹罐之间设置节流环，以调节反吹气速，延长反吹时间，进一步提升分子筛塔制氮的浓度和效率。

Description

单塔制氮系统及冰箱

技术领域

本实用新型涉及一种制气设备，特别涉及一种单塔制氮系统及冰箱。

背景技术

PSA(Pressure Swing Adsorption)变压制氮技术可进行高效的氮氧分离，目前主要应用于工业制氮，如制氮机、冷库及远洋船舶制氮气等，所制氮气广泛应用于食品保鲜。但是，利用变压制氮技术的装置体积庞大、流程复杂，小型化存在一系列技术问题，导致在冰箱上的保鲜应用尚未有实质性进展。很多专利试图将直接PSA制氮技术引用到冰箱上，如海尔的专利申请(CN 106091519A)、澳柯玛的专利申请(CN 115507603 A)等，但他们均为双塔制氮，具有多种不足，例如，体积大：双塔、多个电磁阀，占用大量空间。流程复杂：控制双塔气流换向、截止、均压等。器件多：4～5电磁阀，总功率大，可靠性低，难以在冰箱上实际应用。在专利申请CN 106091519 A中，试图克服上述缺陷，即采用单塔制氮，以单塔规避上述问题，但单塔因无法实现双塔法的均压流程，故而存在着分子筛解析速度慢、排氧不彻底、制氮浓度和效率低的缺点，达不到保鲜所需的氮气浓度要求(≥85％)，也难以实际应用。还有在少部分单塔制氮的设备中，通过反吹罐来提高分子筛的解析速度，但是反吹罐的反吹时间短，效果不佳。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术单塔制氮中的反吹罐的反吹时间短的缺陷，提供一种单塔制氮系统及冰箱。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种单塔制氮系统，所述单塔制氮系统包括分子筛塔、反吹罐和节流环，所述分子筛塔具有第一接口和第二接口，所述第一接口和所述第二接口分别位于所述分子筛塔的两端，所述反吹罐通过管路连通于所述第一接口，所述节流环安装于所述管路的通道上，所述节流环的孔径小于所述管路的孔径。

在本方案中，该单塔制氮系统在分子筛塔的后端设置反吹罐，当分子筛塔解吸排氧时，分子筛塔内的压力下降，反吹罐的高浓度氮气在高压下向分子筛塔流动，推动分子筛塔内解析的富氧气体加速外排，在分子筛塔自身及反吹罐气压的双重作用下，排氧的速度更快、更彻底，可缩短分子筛的静置时间，提升单塔制氮系统的制氮浓度和效率，同时，在分子筛塔和反吹罐之间设置节流环，以调节反吹气速，延长反吹时间，进一步提升分子筛塔制氮的浓度和效率。

较佳地，所述节流环的孔径不大于1毫米。

在本方案中，采用上述结构设置，使得反吹气流经过节流环时，会因孔径收缩而遇到一个明显增大的阻力，导致流速变慢。由于反吹罐和分子筛塔的连通性，经过一段时间的气体流动后，二者间的气压终将一致，但由于节流环的作用，该气压达成一致的时间将明显延长，节流环的孔径越小，并且节流环的孔径和管路的孔径的比值越悬殊，气压达成一致的时间就越长，反吹作用越明显。

较佳地，所述反吹罐的容积与所述分子筛塔的容积的比值范围为大于等于三分之一且小于等于三分之二。

在本方案中，考虑到筛塔内制氮时，气压高达0.6～0.8MPa，即6～8倍大气压，可知充入反吹罐的氮气为罐内气体的6～8倍，假如反吹罐内原有气体全为空气，经此过程后，反吹罐内氮气浓度也已经很高(＞96％)，同时因反吹罐内容积为筛塔的1/3～2/3，则6～8倍大气压下，反吹罐内充入的气体量将足以实现对分子筛塔的有效反吹。

较佳地，所述分子筛塔内装有分子筛，所述分子筛用于吸附氧气。

在本方案中，由于空气的成分主要由氮气和氧气组成，分子筛塔内的分子筛用于吸附氧气，分子筛将空气中的氧气吸附以后，余下的绝大部分为氮气，用于保鲜。

较佳地，所述单塔制氮系统还包括压力截止阀，所述分子筛塔具有排气口，所述压力截止阀安装于所述排气口；

当所述压力截止阀所受到的压力值超过预设压力值时，所述压力截止阀开启；

当所述压力截止阀所受到的压力值小于预设压力值时，所述压力截止阀关闭。

在本方案中，当分子筛塔内的分子筛进行氮氧分离时，分子筛塔内气压升高，当压力截止阀所受到的压力值超过预设压力值时，压力截止阀打开，所制高浓度氮气从分子筛塔的排气口流出。当分子筛塔内的分子筛吸附饱和、需要解吸时，分子筛塔内的气体排出，分子筛塔内压力下降，当降低至某一预设压力值时，压力截止阀关闭，分子筛塔内的富氧气体经过分子筛塔的其他出口排出，而不能够流向排气口。

较佳地，所述单塔制氮系统还包括气泵，所述气泵通过管道连通于所述第二接口。

在本方案中，气泵用于给分子筛塔输送空气，且使分子筛塔内在制气过程中保持有足够的压力，便于制气。

较佳地，所述单塔制氮系统还包括三通和第一电磁阀，所述三通具有第一分流口、第二分流口和第三分流口，所述第一分流口连通于所述第二接口，所述第二分流口通过管道连通于所述气泵，所述第三分流口安装有所述第一电磁阀。

在本方案中，通过在第二接口上安装三通，便于安装多个管路，使直接安装在分子筛塔上的接口变少，节省管道。在制气阶段，气泵工作时，外部的空气通过第一分流口和第二接口输入分子筛塔。在解析阶段，气泵关闭，第一电磁阀打开，分子筛塔内的废气(富氧)通过第三分流口排出。

较佳地，所述单塔制氮系统还包括控制器，所述控制器分别与所述第一电磁阀和所述气泵电连接。

在本方案中，控制器用于控制第一电磁阀的开启和关闭，控制器还用于控制气泵的启动和停止，实现单塔制氮系统自动控制和运行，无需人为操作，自动化程度高。

较佳地，所述单塔制氮系统还包括第二电磁阀，所述第二电磁阀安装于所述分子筛塔和所述反吹罐之间的管路上。

在本方案中，在第二电磁阀开启时，分子筛塔内的制得的氮气通过管路流向反吹罐；在第二电磁阀关闭时，反吹罐内的气体不能够对分子筛塔进行反吹。第二电磁阀的开启或关闭，可根据用户需要进行设置。

一种冰箱，所述冰箱包括如上所述的单塔制氮系统。

在本方案中，单塔制氮系统的排气口连通于冰箱的保鲜室，利用单塔制氮系统制得的氮气进行保鲜。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。

本实用新型的积极进步效果在于：该单塔制氮系统在分子筛塔的后端设置反吹罐，当分子筛塔解吸排氧时，分子筛塔内的压力下降，反吹罐的高浓度氮气在高压下向分子筛塔流动，推动分子筛塔内解析的富氧气体加速外排，在分子筛塔自身及反吹罐气压的双重作用下，排氧的速度更快、更彻底，可缩短分子筛的静置时间，提升单塔制氮系统的制氮浓度和效率，同时，在分子筛塔和反吹罐之间设置节流环，以调节反吹气速，延长反吹时间，进一步提升分子筛塔制氮的浓度和效率。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例的单塔制氮系统的结构示意图(制气阶段)。

图2为本实用新型一较佳实施例的单塔制氮系统的结构示意图(解析阶段)。

附图标记说明：

分子筛塔1

第一接口11

第二接口12

排气口13

反吹罐2

节流环3

压力截止阀4

气泵5

三通6

第一分流口61

第二分流口62

第三分流口63

第一电磁阀7

气流方向10

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

如图1和图2所示，本实施例了公开了一种单塔制氮系统，该单塔制氮系统包括分子筛塔1、反吹罐2和节流环3，分子筛塔1具有第一接口11和第二接口12，第一接口11和第二接口12分别位于分子筛塔1的两端，反吹罐2通过管路(图中未示出)连通于第一接口11，节流环3安装于管路的通道上，节流环3的孔径小于管路的孔径。

由于空气的成分主要由氮气和氧气组成，分子筛塔1内装有分子筛，分子筛用于吸附氧气。分子筛将空气中的氧气吸附以后，余下的绝大部分为氮气，用于保鲜。

本实施例的单塔制氮系统一共有两个工作阶段，一个是制气阶段(如图1所示)，另一个是解析阶段(如图2所示)，这个两个阶段交替进行。在制气阶段，用于制造氮气，所制的一部分氮气流向排气口13，另一部分氮气充入反吹罐2。在解析阶段，反吹罐2反吹，分子筛塔1内的分子筛解析排氧。

如图2所示，在本实施例中，该单塔制氮系统在分子筛塔1的后端设置反吹罐2，当分子筛塔1解吸排氧时，分子筛塔1内的压力下降，反吹罐2的高浓度氮气在高压下向分子筛塔1流动，推动分子筛塔1内解析的富氧气体加速外排，在分子筛塔1自身及反吹罐2气压的双重作用下，排氧的速度更快、更彻底，可缩短分子筛的静置时间，提升单塔制氮系统的制氮浓度和效率，同时，在分子筛塔1和反吹罐2之间设置节流环3，以调节反吹气速，延长反吹时间，进一步提升分子筛塔1制氮的浓度和效率。在解析阶段，气流方向10如图2中的箭头所示，

优选的，节流环3的孔径不大于1毫米，使得反吹气流经过节流环3时，会因孔径收缩而遇到一个明显增大的阻力，导致流速变慢。由于反吹罐2和分子筛塔1的连通性，经过一段时间的气体流动后，二者间的气压终将一致，但由于节流环3的作用，该气压达成一致的时间将明显延长，节流环3的孔径越小，并且节流环3的孔径和管路的孔径的比值越悬殊，气压达成一致的时间就越长，反吹作用越明显。

反吹罐2的容积与分子筛塔1的容积的比值范围为大于等于三分之一且小于等于三分之二。考虑到筛塔内制氮时，气压高达0.6～0.8MPa，即6～8倍大气压，可知充入反吹罐2的氮气为罐内气体的6～8倍，假如反吹罐2内原有气体全为空气，经此过程后，反吹罐2内氮气浓度也已经很高(＞96％)，同时因反吹罐2内容积设置为筛塔的1/3～2/3，则6～8倍大气压下，反吹罐2内充入的气体量将足以实现对分子筛塔1的有效反吹。

如图1和图2所示，单塔制氮系统还包括压力截止阀4，分子筛塔1具有排气口13，压力截止阀4安装于排气口13。当压力截止阀4所受到的压力值超过预设压力值时，压力截止阀4开启；当压力截止阀4所受到的压力值小于预设压力值时，压力截止阀4关闭。在本实施例中，在分子筛塔1的上端安装有三通阀，三通阀的两个接口分别为第一接口和排气口。预设压力值为0.15～0.3MPa。

如图1所示，当分子筛塔1内的分子筛进行氮氧分离时，分子筛塔1内气压升高，当压力截止阀4所受到的压力值超过预设压力值时，压力截止阀4打开，一部分所制高浓度氮气从分子筛塔1的排气口13流出，另一部分通过管路、节流环3充入反吹罐2。在制氮气阶段，气流方向10如图1中的箭头所示。当分子筛塔1内的分子筛吸附饱和、需要解吸时，分子筛塔1内的气体排出，分子筛塔1内压力下降，当降低至某一预设压力值时，压力截止阀4关闭，分子筛塔1内的富氧气体经过分子筛塔1的其他出口排出，而不能够流向排气口13。在解析阶段，气流方向10如图2中的箭头所示，

如图1和图2所示，单塔制氮系统还包括气泵5，气泵5通过管道连通于第二接口12。气泵5用于给分子筛塔1输送空气，且使分子筛塔1内在制气过程中保持有足够的压力，便于制气。

如图1和图2所示，单塔制氮系统还包括三通6和第一电磁阀7，三通6具有第一分流口61、第二分流口62和第三分流口63，第一分流口61连通于第二接口12，第二分流口62通过管道连通于气泵5，第三分流口63安装有第一电磁阀7。通过在第二接口12上安装三通6，便于安装多个管路，使直接安装在分子筛塔1上的接口变少，节省管道。

在制气阶段，气泵5工作时，外部的空气通过第一分流口61和第二接口12输入分子筛塔1。在解析阶段，气泵5关闭，第一电磁阀7打开，分子筛塔1内的废气(富氧)通过第三分流口63排出。

单塔制氮系统还包括控制器(图中未示出)，控制器分别与第一电磁阀7和气泵5电连接。控制器用于控制第一电磁阀7的开启和关闭，控制器还用于控制气泵5的启动和停止，实现单塔制氮系统自动控制和运行，无需人为操作，自动化程度高。

在另一实施例中，单塔制氮系统还包括第二电磁阀，第二电磁阀安装于分子筛塔1和反吹罐2之间的管路上。在第二电磁阀开启时，分子筛塔1内的制得的氮气通过管路流向反吹罐2；在第二电磁阀关闭时，反吹罐2内的气体不能够对分子筛塔1进行反吹。第二电磁阀的开启或关闭，可根据用户需要进行设置。

本实施例还公开了一种冰箱，该冰箱包括如上所述的单塔制氮系统。单塔制氮系统的排气口13连通于冰箱的保鲜室，利用单塔制氮系统制得的氮气进行保鲜。

通过实验验证可知，在解析阶段，分子筛塔1的压力下降(也即排氧速度)呈抛物线形状，即高压时富氧气体排出速度快，低压时排出速度慢，而当后期排氧速度趋近于零时，由于分子筛塔1内过滤棉、分流板、接头等管阻的存在，可知此时分子筛塔1内还存在较多的富氧气体；若分子筛塔1和反吹罐之间没有节流环，反吹罐内的气体可直接而迅速流向分子筛塔1，二者压力可迅速达成一致，即反吹在解析阶段的前期有明显作用，但到解析后期时，反吹罐的反吹作用已然微弱，难以达到足够理想的效果。

当设置有节流环后，由于其节流作用，反吹罐的反吹时间被拉长，相当于在解析前期，分子筛塔1排氧有自身和反吹罐的双重动力，其中以分子筛塔1自身气压为主，解析后期，分子筛塔1排氧以反吹罐反吹动力为主，即在排氧的整个过程中，分子筛塔1都有足够的动力克服管阻，排氧速度明显加快，排氧更加彻底，相应地可明显缩短分子筛解吸静置时间，从而提升了单塔的制氮浓度和效率。

在本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种单塔制氮系统，其特征在于，所述单塔制氮系统包括分子筛塔、反吹罐和节流环，所述分子筛塔具有第一接口和第二接口，所述第一接口和所述第二接口分别位于所述分子筛塔的两端，所述反吹罐通过管路连通于所述第一接口，所述节流环安装于所述管路的通道上，所述节流环的孔径小于所述管路的孔径。

2.如权利要求1所述的单塔制氮系统，其特征在于，所述节流环的孔径不大于1毫米。

3.如权利要求1所述的单塔制氮系统，其特征在于，所述反吹罐的容积与所述分子筛塔的容积的比值范围为大于等于三分之一且小于等于三分之二。

4.如权利要求1所述的单塔制氮系统，其特征在于，所述分子筛塔内装有分子筛，所述分子筛用于吸附氧气。

5.如权利要求1所述的单塔制氮系统，其特征在于，所述单塔制氮系统还包括压力截止阀，所述分子筛塔具有排气口，所述压力截止阀安装于所述排气口；

当所述压力截止阀所受到的压力值超过预设压力值时，所述压力截止阀开启；

当所述压力截止阀所受到的压力值小于预设压力值时，所述压力截止阀关闭。

6.如权利要求1所述的单塔制氮系统，其特征在于，所述单塔制氮系统还包括气泵，所述气泵通过管道连通于所述第二接口。

7.如权利要求6所述的单塔制氮系统，其特征在于，所述单塔制氮系统还包括三通和第一电磁阀，所述三通具有第一分流口、第二分流口和第三分流口，所述第一分流口连通于所述第二接口，所述第二分流口通过管道连通于所述气泵，所述第三分流口安装有所述第一电磁阀。

8.如权利要求7所述的单塔制氮系统，其特征在于，所述单塔制氮系统还包括控制器，所述控制器分别与所述第一电磁阀和所述气泵电连接。

9.如权利要求1-8中任一项所述的单塔制氮系统，其特征在于，所述单塔制氮系统还包括第二电磁阀，所述第二电磁阀安装于所述分子筛塔和所述反吹罐之间的管路上。

10.一种冰箱，其特征在于，所述冰箱包括如权利要求1-9中任一项所述的单塔制氮系统。