587204 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種適用於變壓吸附法製氧 的控制方法與機械閥裝置，尤指一種藉由該機械閱= 的凸輪作動之閥瓣，週期性的控制壓縮空氣進入製氧機之 流向、壓力平衡時間、壓力及流量條件暨廢氣排放之時間 、壓力及流量之方法者。 【先前技術】
欠壓吸附法製氧機〔Pressure swing adsorption oxygen C〇ncentrator〕已經漸漸被普及運用於醫療設備上 ，最近幾年來更是被廣泛的運用於美容、冑氣調節以及工 業焊接等各方面，用以提供高濃度氧氣的來源。
進入製氧機的時間、壓力與流量， 造成壓縮空氣與分子篩劑的浪費。 控制的方式在改變閥位置時，會因 現有的製氧機係利用改變壓縮空氣之壓力，使製氧機 中的分子筛劑〔Molecular sieve咖⑴能藉由壓力 變化完成吸附或解離壓縮空氣中的氮分子，達到產出高濃 度氧空氣广目的一般而言’製氧機皆使用電磁閥來皇制 壓縮空氣的毯向與·麗力果-衡—腺_間，諸如美國專利第 ’ 114’ 441唬專利案中所示的，使用滑板閥來控制壓縮空 氣的流向與壓力平衡時間 '然而隨著對製氧機之品質要求 的提昇，高製氧效率與低噪音的需求增加。現有使用滑板 閥控制的方式在改變閥位置時，無法精準的控㈣縮空氣 使製氧效率無法提昇， 同時，現有使用電磁閥 改變壓縮空氣之流向及 5 587204 速度而產生明顯之氣流噪音。 【發明内容】 本發明之主要目的在於，提供一種適用於變壓吸附法 ^氧機氣體流動的控制方法，以使其能準確的控制壓縮空 :進入製氧機的流向，壓力及流量並且能控制製氧機中的 分子篩室的壓力平衡；暨廢氣排放之時間、壓力及流量排 放’達到提高製氧效率者。 本發明之另一目的在於，提供一種適用於變壓吸附法 製氧機的機械閥裝置，使其能節省製氧機之分子篩劑與壓 縮空氣之用量及降低噪音者。 為達上述目的，本發明之機械閥裝置，其係包含有一 馬達、一減速裝置、一凸輪軸、五凸輪以及五個閥瓣，其 中馬達之動力輸出經減速裝置後轉動凸輪軸於一固定轉 速下轉動’各凸輪分別設於凸輪軸上，各閥瓣係為凸輪作 動之二位二口閥並分別對應各凸輪配置，使凸輪轉動時可 依7定順序分別作動閥瓣開或關。各閥瓣並分別連接通於 ' 刀子篩至與儲氧室。藉由凸輪轴週期性的轉動各 凸輪，使其分別開關各閥瓣，達到精準控制壓縮空氣分別 既各刀子篩至的流向、時間、壓力大小與壓力平衡時間 暨廢氣排放之時間、壓力及流量，以提高製氧機之效率。 本發明亦含括採用一個(含)以上之凸輪以控制一個(含)以 ί2二位二口閥，達到精準控制壓縮空氣分別進入各分子 4至的机向、日夺間、壓力大小與壓力平衡時間，用於 吸附法製氧機系統者均屬之。 本發明之適用於變壓吸附法製氧機氣體流動的控制方 6 法，其包含有： (1 )提供一機械閥梦 一組以上彼此對應的凸輪\ 中，該機械閥袭置具有 (”連q二閥瓣與一閥致動裝置； C 2 )連π各凸輪於閥致動裝置； (3 )將該機械閥裝設於製氧 管路可選擇地連接通於該製氧機中的分子筛室別藉由 (4 )啟動閥致動裝罟ν絲 闊瓣作動；以及 置以轉動^輪作動各該對應的 (5)使用各閥瓣’在各該對應凸輪的作動下 擇地控制空氣進入與排出製氧機的流向、壓力^下“可選 〜藉由凸輪與閥瓣可以精準的控制壓縮空机篁。 篩室的流向、流量與停留於各分子篩室壓力平 分子 :高製氧機之氧氣產生效率。不僅可節省壓縮空氣：：可 師劑的用量，而且凸輪與閥瓣於 、、分子 為漸進式…’壓縮空氣之流向丄位變化 生的氣流噪音相對較小。 、 改變產 同時，由於分子篩劑的用量減少，因此 八 的分子篩筒的體積也可以減少，可以減少製氧：子師室 量，與降低整體之製造成本。 體之重 【實施方式】 請參照第一圖所示，本發明係為_ =機的機械閥裝置（1〇)，其中製氧機二附法 10)外，進一步包含有一分子篩筒（2〇 裝置 第三圖所示，分子篩筒（2 〇 )並具有 ，凊參照 21)、-第二分子筛室⑴）與—儲:室—室（ 587204 第一分子筛室（2 1 )與第二分子篩室（2 2 )分別與儲 氧室（2 3 )藉由管路連通’並於管路上串接有節流閥， 而且各分子篩室（2 1 )、（ 2 2 )分別具有分子篩劑〔
Molecular sieve material〕。儲氧室（23)則具有一 與其相連通的氧氣輸出管（231)。儲氧室彳23)中 之高濃度氧空氣，可經由氧氣輸出管（2 3 1 )提供氧氣 給使用者。 請參照第一圖與第三圖所示，機械閥装置（工〇 )係 設於分子篩筒（2 〇 )頂部位置，其包含有一座體（工工 )、一閥致動裝置、一外罩（丄2 )、一節流閥（丄3 7 )與五個二位二口閥。即第一閥瓣（i 3丄）、第二閥瓣 (132)、第三閥瓣（工33)、第四閥瓣 與第五閥瓣（1 3 5 )。座冑（1 1 )係裝置於分子篩筒 (20)上，並具有一内部空間、一氣體入口 與排氣口（102)。氣體入口（101)連接於一壓 縮空氣源，如壓縮機（1 ◦ 3 )閥致動裝置設於座體（1 上，並具有一驅動裝置（111)、一凸輪軸（11 2 )與五個凸輪（1 1 3 )。驅動裝置（1 1 1 )係設於 座體 Γ 1 1 \ 的一側並包含有一具有一轉軸的馬達與一減 速裝置。馬逵 > 絲k _ $之轉軸串聯於減速機，減速機轴連於凸輪軸 (112) ’使驅動裝置（111)之馬達轉動凸輪轴（ 112)於—固定轉速下旋轉。 各凸輪1 丄丄3)分別設於凸輪軸1 2)上，且 於座體（1 Ί、, 丄）的内部空間中。請參照第三圖所示，各凸 587204 輪（1 1 3 )分別被凸 第二圖所示之時序圖， 3 2 )、（ 1 3 3 )、 關。 輪軸（1 1 2 )帶動旋轉，且按照 依序按壓各閥瓣（1 3 1 )、（工 (1 3 4 ) 、（ χ 3 5 )作動開或 各閥瓣（1 3 3 4 )、（ 1 3 5 體（11)之容置 相對應的控制軸（ 1 )、（ 1 3 2 )、（ i 3 3 )、（丄 )係設於座體（1 1 )上，並容置於座 二間中。當各凸輪（1 1 3)按壓與其 1 3 6 )時，即作動其對應的閥瓣開啟
其中，第-閥瓣（i 3 i )係分別藉由管 =;1〇”與第-分子筛室（⑴。第二閥瓣： ^係分別藉由管路連接通於空氣入口（ 1 〇 2 )與 :接：至（21)。第三閥瓣（13 3)係分別藉由管路 之^於第一分子筛室（2 1 )與第二分子篩室（2 2 ) 广第四閥瓣（1 3 4 )係分別藉由管路 工3 )與第二分子篩室（22)。第五閥瓣（
一)係分別藉由管路連接通於排氣口（ 1 〇 2 )與第 :自:至（2 2 )。而節流閥（"7 )則串接於第三閥瓣 33)與第一分子筛室（21)間的管路上。該外罩 1 2)係設於座體（丄上，用以蓋合座體（1 1) =内部空間，並使空氣人σ ( i Q i )與排氣口（丄 )貫穿外罩（1 2 )而出。 1 μ參照第二圖與第三圖所示，第三圖係表示凸輪軸（ 1 1 2 )由一初始位置旋轉9 〇。時之瞬間狀態。即第二 9 587204 圖中線3的位置’第二與第五閥瓣（工32) (135) 上的控制軸（1 3 6 )被對應的凸輪（1 1 3 )按壓。使 第二與第五閥瓣（1 3 2 )'( i 3 5 )開啟，壓縮空氣 經空氣入口（ 1 0 1 )與第二閥胃（1 3 2 )進入第一分 子師室（2 1 )加壓。經其内部的分子篩劑吸附壓縮空氣 的氮氣後，其餘含有高濃度氧的氣體會進入儲氧室（2 3 )中，此時，第一分子篩室（2丄）内的分子篩劑係處於 「吸附階段」。 在此同時，第二分子筛室（22)由於第五閥瓣（1 3 5 )開啟而與外界大氣接通排氣。第二分子_室（2 2 )在上一吸附階段時，被沖入壓縮空氣，因此其内部壓力 咼於一大氣壓。排氣使第二分子篩室（2 2 )内之分子篩 劑於上一吸附階段所吸附氮氣分子處於游離狀態。同時， 儲氧室（2 3 )中部分含有高濃度氧的氣體會經由管路進 入第二分子篩室（2 2 )。此部分含有高濃度氧的氣體會 因沖淡氮氣分子而混合成為低濃度氧之的氣體，並經由第 五閥瓣（135)後’由排氣口（1〇2)排出製氧機。 此時，第二分子篩室（2 2 )内之分子篩劑係處於「解附 階段」，被還原成具有吸附氮氣、製造氧氣的能力。 請參照第二圖與第四圖所示，其中，第四圖係表示凸 輪軸（1 1 2 )旋轉1 6 5 °時之瞬間狀態。即第二圖中 線4的位置，第二與第三閥瓣（132) (133)上的 控制軸（1 36)被對應的凸輪（1 1 3)按壓。此時壓 縮空氣繼續經由第二閥瓣（1 3 2)進入第一分子篩室（ 10 587204 2 1 )中’並同時產生高濃度氡之氣體進入儲氧室（2 3 )°而第二閥辦（1 3 3 )被開啟的同時，由於第—分子 師室（2 1)内之壓力遠高於第二分子篩室（22)之内 部壓：：第-分子筛室（21)Θ底部之高濃度氧氣體即 經由第三閥瓣（133)進入第二分子篩室（22)中加 壓。此時凸輪軸（1 1 2 )已經旋轉使第五閥瓣（i 3 5 )關閉時，第二分子篩i ( 2 2 )中既不流入壓縮空氣， 也不排氣。但第一分子筛室（2 1 )内底部與儲氧室（2 3 )中之高濃度氧氣體則會流入第二分子篩室（2 2 )， 以提升第二分子篩室（2 2 )之壓力及氧氣濃度，此一階 段稱為「平衡階段」。亦即，在將壓縮空氣由第一分子篩 室（21)切換入第二分子篩室（22)之前，先將第一 分子篩室（2 1 )中之高濃度氧及高壓力之氣體充入低壓 之第二分子篩室（22)中加壓，使第二分子篩室（22 )得到壓力能量與高濃度氧氣體，提高整體製氧之效率。 請參照第二圖與第五圖所示，第五圖係表示凸輪轴（1工 2 )旋轉1 9 5 °時之瞬間狀態。即第二圖中線5的位置 ’第三與第四閥瓣（133) 、（134)上的控制軸（ 1 3 6 )被對應的凸輪（1 1 3 )按壓。此時，第二閥瓣 (1 3 2 )剛被關閉，第一分子篩室（2 1 )中既不流入 壓縮空氣加壓，也不排氣。但第三與第四閥瓣（1 3 3 ) 、（1 3 4 )係處於開啟狀態，因此，第一分子篩室（2 1 )之高氧濃度氣體會經由第三閥瓣（1 3 3 )流入第二 分子篩室（2 2)，同時壓縮空氣亦會經由第四閥瓣（1 3 4 )流入第二分子篩室（2 2 )中。另外，儲氧室（2 3 )中之局氧濃度之氣體亦會部分地流入第二分子篩室（ 2 2 )中。本階段係屬於「平衡階段」之後半部，第二分 子篩室（2 2 )同時接受上述三者氣體來源，使其壓力能 迅速提高’以提升製氧效率。 請參照第二圖與第六圖所示，第六圖係表示凸輪軸（ 1 1 2 )旋轉2 7 0 °時，即第二圖中線6的位置。第一 與第四閥瓣（131) ' (134)上的控制軸（136 )被對應的凸輪（1 1 3 )按壓，使第一閥瓣（1 3 1 ) 與第四閥瓣（1 3 4 )處於開啟狀態。此時，壓縮空氣持 續地經第四閥瓣（1 3 4 )進入第二分子篩室（2 2 )加 壓’經其内的分子篩劑吸附壓縮空氣的氮氣後，其餘含有 南氧濃度的氣體進入儲氧室（23)。因此，第二分子篩 室（2 2 )内的分子篩劑係處於r吸附階段」。 在此同時，由於第一閥瓣（1 3 1 )之開啟，第一分 子篩至（2 1 )能夠與大氣接通、排氣，使第一分子篩室 (2 1 )内之分子篩劑於上一吸附階段所吸附氮氣分子處 於游離狀態。同時，儲氧室（2 3 )中部分含有高氧濃度 的氣體會經由管路進入第一分子篩室（2 1);此部分含 有南氧濃度的氣體會因沖淡氮氣分子而成為低氧濃度之氣 體’並經由第一閥瓣（1 3 1 )及排氣口（丄◦ 2 )排出 製氧機。此時，第一分子篩室（2 1 )内之分子篩劑係處 於「解附階段」，被還原成具有吸附氮氣的能力。 上述第六圖中，第一分子師室（2 1 )與第二分子篩 587204 至（2 2 )提供之功能怜盘 一 卜 ^ 與弟二圖所示的相反。意即，在 第、圖：一第刀子篩室（21)提供吸附氮氣功能，第 1至（2 2 )棱供解附氮氣功能。在第六圖中，第 1至（2 1 )提供解附氮氣功能，第二分子篩室（ 2 2 )提供吸附im。此項交替功能，可使製氧機達 到週期性反覆產生氧氣的目的。 請參照第二圖與第七圖所示，第七圖係表示凸輪軸（ 1 1 2 )旋轉3 4 5。時之瞬間狀態。即第二圖中線7的 位置，第三與第四閥瓣（1 3 3 )、（工3 4 )上的控制 轴（1 3 6 )被對應的凸輪（i 1 3 )按壓而處於開啟狀 悲。第七圖與第四圖所述恰為相對應的逆動作，只不過壓 縮空氣之流向相反。換句話說，第一與第二分子篩室（2 1 )、（ 2 2 )間之氣體壓力升、降情形相反。 明參照第二圖與第八圖所示，第八圖係表示凸輪轴（ 1 1 2 )旋轉一圈後又經1 5。時之瞬間狀態。即第二圖 中線8的位置，第二與第三閥瓣（i 3 2 )、（丄3 3 ) 上的控制軸（1 3 6 )被對應的凸輪（i χ 3 )按壓而處 於開啟狀態。第八圖與第五圖所述恰為相對應的逆動作， 只不過壓縮空氣之流向相反。換句話說，第一與第二分子 筛室（21) 、（22)間之氣體壓力升、降情形相反。 上述所揭露的本發明之技術手段，係僅用以說明本發 明之較佳實施狀態，但不代表本發明之實施態樣限於上述 所揭露的較佳實施例。對熟悉此項技術的人士，依據本發 明做如外型或大小上但實質上卻與本發明所揭露的技術手 13 587204 段相同的變更，亦不應被排除於本發明所欲請求保護的申 請專利範圍之外。 587204 【圖式簡單說明】 (一） 圖式部分 第一圖係本發明之機械閥裝置，運用於一變壓吸附法 氧氣製造機的使用狀態立體圖。（代表圖） 第二圖係本發明之機械閥裝置之操作時序圖（Timing Diagram) 〇 第三圖係本發明之機械閥裝置之凸輪軸 轉動至9 0 °之氣體流路示意圖。 第四圖係本發明之機械閥裝置之凸輪轴 轉動至1 6 5 °之氣體流路示意圖。 第五圖係本發明之機械閥裝置之凸輪軸 轉動至1 9 5 °之氣體流路示意圖。 第六圖係本發明之機械閥裝置之凸輪軸 轉動至2 7 0 °之氣體流路示意圖。 第七圖係本發明之機械閥裝置之凸輪軸 轉動至3 4 5 °之氣體流路示意圖。 第八圖係本發明之機械閥裝置之凸輪轴 轉動至1 5 °之氣體流路示意圖。 (二） 元件代表符號 (1 0 )機械閥裝置 （1 0 1 )氣體入口 (1 0 2 )排氣口 （ 1 0 3 )壓縮機 (11)座體 （111)驅動裝置 (112)凸輪軸 （113)凸輪 由初始位置 由初使位置 由初始位置 由初始位置 由初始位置 由初始位置 15 587204 (1 2 )外罩 （ (1 3 2 )第二閥瓣 （ (1 3 4 )第四閥瓣 （ (1 3 6 )控制軸 （ (2 0 )分子篩筒 （ (2 2 )第二分子篩室（ (2 3 1 )氧氣輸出管 3 1 )第一閥瓣 3 3 )第三閥瓣 3 5 )第五閥瓣 3 7 )節流閥 1 )第一分子篩室 3 )儲氧室