CN2647411Y - 便携式一体化变真空吸附制氧机 - Google Patents

Abstract

一种便携式一体化变真空吸附制氧机，属于从空气中吸附分离制备氧气的装置。主要由动力源、活塞缸和活塞组成；该活塞缸为两段大、小圆筒组成的密闭容器，作为氧气室的小圆筒中设有密封活塞，作为真空室的大圆筒中设有密封活塞；所述活塞由两密封活塞中部联接一吸附剂室组成，吸附剂室中装填氮气吸附剂；吸附剂室顶部设有氧气输出阀，底部设有真空出气阀；上述活塞缸顶部设有氧气排气阀，底部设有氧气输出阀；空气进气管固联在活塞上、其出气口设在吸附剂室底部、外端伸出活塞缸。它采用变真空吸附原理制取氧气，具有结构简单、体积小、能耗低，便携式，满足家庭用氧或保健用氧的需要。

Description

便携式一体化变真空吸附制氧机

技术领域

本实用新型涉及用物理方法分离制备氧气的装置，具体来说是以空气为原料经变真空吸附分离(VSA)制备氧气的装置。

背景技术

目前在国内已投放市场的许多家用氧、保健用氧主要有氧气袋、化学反应制氧和中空纤维膜分离制氧，但上述获得氧的方法都存在或多或少的弊端，不便于家用氧、医用氧以及提高车厢、网吧等高密度人群的密闭空间内氧气含量的普及，其主要原因是存在如下一些问题：

采用氧气袋供氧，虽然供气设备简单，但要求有提供能供呼吸的氧气源，同时氧气袋的体积有限，若需要长期、大量吸氧，需频繁更换氧气袋，给使用者带来大量麻烦。

采用化学反应制氧，虽然可移动吸氧，但需频繁添加化学药剂，同时供气不稳定、不连续，携带也不方便，使用费用高，还造成环境污染，若采用大规模普及吸氧还造成消耗大量资源。

采用中空纤维膜分离制氧，其本身原理确定其氧含量不高，同时其工艺原理要求其空气压力较高，工艺流程中必须有压缩空气源，若将之做成便携式，需配置空气压缩机，不仅造成制氧机生产成本高，而且噪音大、重量较重、能耗高，体积庞大，极不方便携带。

采用氧阴极电化学制氧虽然使用较方便，噪音也低，氧气纯度也较高，但能耗很高，平均每生产1m³纯氧气，其电耗可达数十至上百度电，给一般使用者带来很大经济负担。

目前也有采用变压吸附原理生产的制氧机，但在流程上由于采用空气压缩机或真空泵，使整个制氧机体积庞大、噪音高、重量重，无法安装在密闭的小车上和一般家庭室内使用，给便携式制氧机的推广带来极大的困难。同时制氧机上采用20余台电磁阀，不仅使制氧机体积增大，给携带和正常使用带来较大麻烦，而且阀门较多，制氧机故障增加，就其结构和原理还不能达到便携。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种便携式一体化变真空吸附制氧机，旨在采用变真空吸附原理从空气中分离制备氧气，使装置小型化以及便于家用或携带。上述目的由以下技术方案加以实现：一种便携式一体化变真空吸附制氧机，包括动力源，活塞缸和活塞，其特征在于，所述活塞缸为两段大、小圆筒组成的密闭容器，作为氧气室的小圆筒中设置有密封活塞，作为真空室的大圆筒中设置有密封活塞；所述活塞为位于两密封活塞之间并与二者固联为一体、内腔中装填有氮气吸附剂的吸附剂室；该吸附剂室顶部设置有当活塞下行时开启、上行时关闭的氧气输出阀，其底部设置有当活塞下行时关闭，上行时开启的真空出气阀；上述活塞缸顶部设置有当活塞下行时关闭，上行时开启的氧气排气阀，其底部设置有当活塞下行时开启，上行时关闭的真空排气阀；还包括其出气口设置在吸附剂室底部、固联在活塞上、外端伸出活塞缸的空气进气管。

以上技术方案是针对目前变压吸附制氧吸附剂的特性，即吸附在常压或微负压下，而吸附剂的再生又需真空条件下进行。为方便制氧机的携带，本实用新型提供一种特殊的吸附器结构，该新型结构的制氧机充分利用装填吸附剂的刚性吸附剂室作为空气压缩和抽真空的活塞，而吸附剂室的外部装设一套能与吸附剂室两端密闭的刚性容器，使吸附容器与外部的刚性容器形成如活塞压缩机的压缩气缸和往复式真空泵的活塞，在外力(电机、手动或脚动)作用下，使吸附剂室上下移动，从而不断改变吸附剂室入口和出口端刚性容器体积，达到吸附制氧进在微负压下进行，而吸附剂再生时在高真空状态下进行。本新型以功能作用分吸附室、氧气室、真空室和动力源。

当吸附开始时，吸附剂室在动力源作用下，向下缓慢移动，氧气室的体积增加而使其压力降低，在氧气室微负压条件下，环境中的空气自吸附室底部进入吸附剂室，在吸附剂室内空气充分与氮气吸附剂即专用制氧吸附剂充分接触，空气中的氮气被吸附剂吸附，而氧气在氧气室的微负压下顺利地流进氧气室，达到产氧的目的，而此时真空室内的解吸气被排出制氧机，为下次解吸抽真空准备条件。当吸附剂室移动到最下端时，吸附剂吸附空气中氮气已达到饱和，吸附剂需再生，制氧机才会连续工作，制氧机才有实际意义。

吸附剂的再生是通过在动力源的作用下向上移动，此时吸附剂室下端刚性容器内的体积变大，压力降低，将吸附剂室内吸附剂吸附的氮气在真空状态下解吸出来，达到吸附剂再生的目的，同时在吸附剂室上端的氧气室体积逐渐减小，压力升高，在压力的作用下将刚产生的氧气排出制氧机。

通过改变氧气室和真空室的横截面积，可改变吸附剂室两端相应刚性容器及吸附剂室体积大小，从而可调整制氧机产氧量和纯度。

由于将空气吸进吸附剂室和抽真空有机的和二为一，使便携式制氧机体积更小巧，重量更轻，同时由于吸附剂在吸附制氧和解吸再生所需时间长达几十秒，吸附剂室在壳体内的移动速度非常缓慢，有效地避免了传统制氧所需空气压缩和抽真空时的高速转动设备，大大降低制氧机噪音，使该新型制氧机几乎无噪音污染，同时由于相互摩擦速度小，还使制氧机相互摩擦部位的寿命大大延长；并且由于在空气吸进吸附室和抽真空的过程进行非常缓慢，气体的压缩和抽真空几乎是在等温条件进行，有效地提高能量转化为有效功，就每生产1m³纯氧，其能耗小于0.4kw.h的电耗，若按正常吸氧量为2000毫升/分钟，则需要的动力为40w，从而满足整个制氧机可方便地采用电动、手动或脚动，大大提高制氧机的使用范围，使制氧机更超小型化，彻底变成可携带。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构图；

图2是本实用新型吸附制氧过程中气体流向图；

图3是本实用新型真空解吸过程气体流向图；

图4是图1所示空气进气管的另一种实施例的剖面图；

图5是图4所示空气进气管上设置上、下止点后的示意图。

具体实施方式

图中1.氧气排气阀，2.制氧机壳，3.氧气室，4.氧气室壳，5.氧气输出阀，6.压板，7.密封活塞，8.空气进气管，9.吸附剂室移动动力窗，10.吸附剂室移动定位器，11.吸附剂，12.内腔，13.空气分布器，14.密封活塞，15.真空室壳，16.真空出气阀，17.真空排气阀，18.真空室等十八个部分组成。

图1示出，活塞为两段大、小圆筒组成的密闭容器，作为氧气室3的小圆筒中设置有密封活塞7，作为真空室18的大圆筒中设置有密封活塞14；对应于上述活塞缸的活塞是由位于两密封活塞7、14之间、并与二者固联为一体的吸附剂室所组成，吸附剂室中装填有氮气吸附剂11(即制氧专用吸附剂，最好采用锂分子筛)，该吸附剂室顶部(吸附剂室顶部设有一压板6，压板经螺钉固定在吸附剂室上)设置有当活塞下行时开启、上行时关闭的氧气输出阀5，其底部设置有当活塞下行时关闭，上行时开启的真空出气阀16；上述活塞缸顶部即小圆筒顶部设置有当活塞下行时关闭、上行时开启的氧气排气阀1，其底部设置有当活塞下行时开启、上行时关闭的真空排气阀17；空气进气管8的出气口设置在吸附剂室底部、固联在活塞上、外端伸出活塞缸。参见图4，上述空气进气管可采用水平管和竖直管两段式敷设，水平管8b设置吸附剂室底部、并与上述活塞固联；竖直管8a下部开有当活塞下行时与水平管连通，上行时使水平管进口封堵的开口8c。利用水平管(随活塞)对竖直管的相对位移，形成一个或开启或关闭的阀门，目的在于取代阀门如电磁阀，以减少装置体积。图5中，竖直管8a上开有上止点凹口和下止点凹口19，弹簧19a前端固联一钢珠19b，弹簧19a固联在活塞上。当活塞上行时，弹簧19a随之上行，钢珠最后进入上止点凹口20中；当活塞下行时，钢珠最后进入下止点凹口19中。起上、下行限位作用。

在图2中，为便携式制氧机开始制氧过程。通过外力(电机、手动或脚动)作用下，使吸附剂室向下移动，由于吸附剂室与氧气室壳4和真空室壳15壳体形成刚性容器，吸附剂室上部的氧气室体积增大，压力降低，在压力的作用下，一方面氧气排气阀1自动关闭，同时氧气输出阀5自动开启，空气通过空气分布器13进入吸附剂室，在吸附剂室内，空气与装填的吸附剂(如锂分子筛)充分接触，氮气被吸附，而氧气则顺利通过吸附剂室内的吸附剂进入氧气室3，同时在真空室内，由于吸附剂室向下移动，真空室压力升高，与吸附剂室相联的真空出气阀16自动关闭，而真空室壳15上的真空排气阀17在压力作用下自动开启，将上一步抽真空的解吸气(富氮气)排出真空室，为下一次抽真空作准备。

在图3中，是便携式制氧机制氧吸附剂开始解吸的过程。通过外力(电机、手动或脚动)作用下，使吸附室向上移动，由于吸附剂室与氧气室壳4和真空室壳15壳体形成刚性容器，吸附剂室上部的氧气室3体积减小，压力升高，在压力作用下，一方面氧气排气阀1自动开启，同时氧气输出阀5自动关闭，在氧气室内的产品氧气排出氧气室3，达到供氧的目的，同时也为下一次吸附制氧作准备。在真空室内，由于吸附剂室向上移动，真空室压力降低，与吸附剂室相联的真空出气阀16自动开启，而真空室壳15上的真空排气阀17在压力作用下自动关闭，将真空室18与吸附剂室接通，在压力作用下，将吸附剂室的压力，此时吸附剂上吸附的氮气不断解吸，解吸后的氮气不断经过真空出气阀16进入真空室18，使吸附剂上吸附的氮气解吸完全，达到吸附剂再生的目的。

为获得高纯氧气，在吸附剂室上部压板6开一小孔6a，该小孔作用是当吸附剂室向上移动时，利用抽真空时压差，使少量氧气进入吸附剂室，对制氧吸附剂进行一边冲洗、一边抽真空，使吸附剂11的解吸再生更完全、彻底。

重复上述步骤，可得到氧气，但氧气为间断，在氧气输出阀后设计一缓冲器，对少量用氧来说，用单套吸附室就能完全满足要求；若大气量用氧，一方面可增大吸附剂室、真空室和氧气室的体积，另一方面可采用两套或多套相同的制氧机的吸附室(即氧气排气阀的出口并联)，达到连续供氧的目的。

对一般用氧场所，在空气中常混有其它异味等有机物，而该有机物对吸附剂容易造成中毒，为保证吸附的长使用寿命，可在制氧机空气进气管8增加一活性炭过滤装置。该活性炭过滤器按使用时间和空气中有机物多少而周期性更换，保证吸附剂长时间使用。

本实用新型是以制氧过程的原料空气和吸附剂再生过程的抽空气体幸免以吸附器与制氧机壳体的相对移动，从而改变吸附器内压力，达到变压吸附空气分离制氧的目的。创意之一：符合VSA法制取富氧的工艺操作特点，保证吸附剂产富氧能力稳定，纯度高、系统阻力小、电耗低，以及吸附剂损耗小等。创意之二：制氧过程省略掉传统空气压缩机和真空设备，并省支一般变压吸附制氧数十个电磁阀，使制氧机体积和重量比相类似制氧设备减轻65％以上，使制氧机体积小、重量轻，能满足制氧机携带的方便。创意之三：由于省掉空气压缩机和真空设备，同时原料空气和吸附剂再生过程中的抽空气体均以吸附器与制氧机壳体的相对移动的速度较慢，噪音特别低，对环境不造成噪音污染。创意之四：制氧过程的吸附和抽真空过程在等温条件下进行，使能耗最大限度的转化为有用功。创意之五：制氧机可实现电动、手动和气动，满足在不同缺氧环境下使用。

Claims (9)

1、一种便携式一体化变真空吸附制氧机，包括动力源，活塞缸和活塞，其特征在于，所述活塞缸为两段大、小圆筒组成的密闭容器，作为氧气室(3)的小圆筒中设置有密封活塞(7)，作为真空室(18)的大圆筒中设置有密封活塞(14)；所述活塞为位于两密封活塞(7、14)之间并与二者固联为一体、内腔中装填有氮气吸附剂(11)的吸附剂室；该吸附剂室顶部设置有当活塞下行时开启、上行时关闭的氧气输出阀(5)，其底部设置有当活塞下行时关闭，上行时开启的真空出气阀(16)；上述活塞缸顶部设置有当活塞下行时关闭，上行时开启的氧气排气阀(1)，其底部设置有当活塞下行时开启，上行时关闭的真空排气阀(17)；还包括其出气口设置在吸附剂室底部、固联在活塞上、外端伸出活塞缸的空气进气管(8)

2、根据权利要求1所述的制氧机，其特征在于，还包括与氧气排气阀(1)出口相连通的缓冲器。

3、根据权利要求1所述的制氧机，其特征在于，所述活塞与活塞缸为两组或两组以上，各组的氧气排气阀的出口相并联。

4、根据权利要求书1所述的制氧机，其特征在于，所述空气进气管由设置在吸附剂室底部、并与所述活塞固联的水平管(8b)和外端伸出活塞缸、与活塞缸体固联的竖直管(8a)组成，竖直管(8a)下部开有当活塞下行时与水平管(8b)连通，活塞上行时使水平管(8b)进口封堵的开口(8c)。

5、根据权利要求1-4任一权利要求所述的制氧机，其特征在于，还包括连接在空气进气管出气口的空气分布器(13)。

6、根据权利要求1-4任一权利要求所述的制氧机，其特征在于，还包括设置在空气进口管前端的活性炭过滤装置。

7、根据权利要求1-4任一权利要求所述的制氧机，其特征在于，所述吸附剂室顶部有一压板(6)，压板(6)经螺钉固定在吸附剂室上。

8、根据权利要求7所述的制氧机，其特征在于，所述压板(6)上开有一小孔(6a)。

9、根据权利要求1-4任一权利要求所述的制氧机，其特征在于，所述动力源为电动或手动或脚动。

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