TWI810788B - 無電力氣體提濃系統 - Google Patents
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Abstract
一種無電力氣體提濃系統包括氣控閥模組、第一可調式洩壓開關模組、
第一吸脫附塔、第一限流閥、第二可調式洩壓開關模組、第二吸脫附塔、第二限流閥與流量調節閥。當進氣程序啟動，外部氣體從進氣孔流動至第一通孔，第一吸脫附塔會吸附非標的氣體且讓標的氣體流通過，此時第二通孔與第二排氣孔連通以排出第二吸脫附塔的非標的氣體，之後透過外部氣體之持續進氣與第一限流閥的作用，氣體壓力上升直到大於第一壓力門檻值，以啟動廢氣洩壓機制並且透過廢氣來驅動氣流通道轉向以讓進氣孔連通至第二通孔且第一通孔連通至第一排氣孔。
Description
一種氣體提濃設備，尤指一種無電力氣體提濃系統。
按，傳統的氣體提濃方式，依據不同氣體使用不同的分離技術，例如電化學分離法、高分子復合膜材分離法，變壓吸附法等等。其中，電化學分離法係利用電力將氫分子解離成氫離子，並利用其可穿透磺酸膜的原理來進行氫氣純化。高分子復合膜材分離法原理，係利用控制膜材的孔隙大小來匹配欲分離的氣體分子尺寸，適用於不同的氣體，例如二氧化碳，氮氣等等。變壓吸附法，係利用分子篩的孔隙大小與極性的不同，在不同的壓力下進行特定氣體的吸脫附，以達到分離氣體的效果，是目前技術最成熟與操作成本最低的氣體提濃方式。
但是，傳統的變壓吸附方式使用電力驅動閥件來控制流體流向及壓力變化，會出現下列的缺點：1.若欲提濃的對像是可燃氣體，則會有燃燒爆炸的風險。若改使用防爆閥件，則物料成本高昂。2.電力控制變壓吸附流程複雜，需要電子控制單元及多組電力閥件的配合，控制成本高且故障風險也相對高，另外體體也相對較大。3.在偏遠、深山等電力匱乏的地區，要進行氣體提濃(例如氧氣提濃)會有困難。
是以，如何解決上述現有技術之問題與缺失，即為相關業者所亟欲研發之課題所在。
本發明之主要目的乃在於提供一種無電力氣體提濃系統，用於對一標的氣體之提濃，無電力氣體提濃系統包括氣控閥模組、第一可調式洩壓開關模組、第一吸脫附塔、第一限流閥、第二可調式洩壓開關模組、第二吸脫附塔、第二限流閥與流量調節閥。氣控閥模組具有一第一通孔、第二通孔、第一排氣孔、第二排氣孔與進氣孔，其中當進氣孔與第一通孔連通時，則第二通孔與第二排氣孔連通，並且當進氣孔與第二通孔連通時，則第一通孔與第一排氣孔連通。第一可調式洩壓開關模組連接至氣控閥模組，第一可調式洩壓開關模組具有第一壓力門檻值，其中如果氣體壓力大於第一壓力門檻值，則第一可調式洩壓開關模組開啟以卸掉氣體壓力，如果氣體壓力小於或等於第一壓力門檻值，則第一可調式洩壓開關模組關閉。第一吸脫附塔連接至第一可調式洩壓開關模組，第一吸脫附塔具有分子篩且用以吸附一非標的氣體。第一限流閥連接至第一吸脫附塔，第一限流閥用以對標的氣體的通過進行限流。第二可調式洩壓開關模組連接至氣控閥模組，第二可調式洩壓開關模組具有第二壓力門檻值，其中如果氣體壓力大於第二壓力門檻值，則第二可調式洩壓開關模組開啟以卸掉氣體壓力，如果氣體壓力小於或等於第二壓力門檻值，則第二可調式洩壓開關模組關閉。第二吸脫附塔連接至第二可調式洩壓開關模組，第二吸脫附塔具有分子篩且用以吸附非標的氣體。第二限流閥連接至第二吸脫附塔，第二限流閥用以對標的氣體的通過進行限流。流量調節閥連接至第一限流閥與第二限流閥。當進氣程序啟動，外部氣體從進氣孔流動至第一通孔，再從第一通孔
流動至第一吸脫附塔，第一吸脫附塔會吸附非標的氣體且讓標的氣體流通過，此時第二通孔與第二排氣孔連通以排出第二吸脫附塔的非標的氣體，之後透過外部氣體之持續進氣與第一限流閥的作用，內部氣體壓力逐漸上升直到大於第一可調式洩壓開關模組之第一壓力門檻值，以啟動第一可調式洩壓開關模組之廢氣洩壓機制並且透過廢氣來驅動氣控閥模組之氣流通道轉向以讓進氣孔連通至第二通孔且第一通孔連通至第一排氣孔以排出第一吸脫附塔之非標的氣體。
在本發明之一實施例中，當在進氣程序與進氣孔連通至第二通孔且該第一通孔連通至第一排氣孔時，外部氣體從進氣孔流動至第二通孔，再從第二通孔流動至第二吸脫附塔，第二吸脫附塔會吸附非標的氣體且讓標的氣體流通過，此時第一通孔與第一排氣孔連通以排出第一吸脫附塔的非標的氣體，之後透過外部氣體之持續進氣與第二限流閥的作用，內部壓力逐漸上升直到大於第二可調式洩壓開關模組之第二壓力門檻值，以啟動第二可調式洩壓開關模組之廢氣洩壓機制並且透過廢氣來驅動氣控閥模組之氣流通道轉向以讓進氣孔連通至第一通孔且第二通孔連通至第二排氣孔以排出第二吸脫附塔之非標的氣體。
在本發明之一實施例中，當第二通孔連通至第二排氣孔時，流經第一吸脫附塔的標的氣體會逆洗第二吸脫附塔來將脫附的非標的氣體排擠出去且提高該標的氣體的總濃度。
在本發明之一實施例中，當第一通孔連通至第一排氣孔時，流經第二吸脫附塔的標的氣體會逆洗第一吸脫附塔來將脫附的非標的氣體排擠出去且提高標的氣體的總濃度。
在本發明之一實施例中，第一吸脫附塔之分子篩依據標的氣體與非標的氣體之種類來進行設置且第一可調式洩壓開關模組之第一壓力門檻值依據標的氣體與非標的氣體之種類來進行設置。
在本發明之一實施例中，第二吸脫附塔之分子篩依據標的氣體與非標的氣體之種類來進行設置且第二可調式洩壓開關模組之第二壓力門檻值依據標的氣體與非標的氣體之種類來進行設置。
在本發明之一實施例中，第一可調式洩壓開關模組之廢氣洩壓機制啟動後並且透過廢氣來驅動氣控閥模組之氣流通道轉向以讓進氣孔連通至第二通孔，第一吸脫附塔內之非標的氣體開始進行降壓脫附程序。
在本發明之一實施例中，第二可調式洩壓開關模組之廢氣洩壓機制啟動後並且透過廢氣來驅動氣控閥模組之氣流通道轉向以讓進氣孔連通至第一通孔，第二吸脫附塔內之非標的氣體開始進行降壓脫附程序。
在本發明之一實施例中，透過模組化方式來部署兩個以上的多個吸脫附塔模組並且透過氣控閥模組之擴充來達到陣列式氣體提濃設備。
在本發明之一實施例中，透過使用流量調節閥進一步控制標的氣體的總濃度與流量輸出。
綜上所述，本發明所揭露之無電力氣體提濃系統能夠達到以下功效：1.無需使用外部電源即可運作且提高標的氣體濃度；2.方便使用且降低成本；3.能有效地提高氣體濃度；以及4.具有高擴充性，可模組化來擴充本系統。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
100:無電力氣體提濃系統
110:氣控閥模組
111:第一通孔
112:第二通孔
113:第一排氣孔
114:第二排氣孔
115:進氣孔
120:第一可調式洩壓開關模組
130:第一吸脫附塔
140:第一限流閥
150:第二可調式洩壓開關模組
160:第二吸脫附塔
170:第二限流閥
180:流量調節閥
EG:外部氣體
TG:標的氣體
NTG:非標的氣體
TA、TB、T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T11:位置
第一圖係為本發明的無電力氣體提濃系統之示意圖。
第二圖係為本發明的無電力氣體提濃系統之另一示意圖。
第三圖係為本發明的無電力氣體提濃系統之實際運作數據圖。
為能解決現有氣體提濃設備的問題，發明人經過多年的研究及開發，據以改善現有產品的詬病，後續將詳細介紹本發明如何以一種無電力氣體提濃系統來達到最有效率的功能訴求。
請同時參閱第一圖與第二圖，第一圖係為本發明的無電力氣體提濃系統之示意圖。第二圖係為本發明的無電力氣體提濃系統之另一示意圖。如圖所示，本發明揭露一種無電力氣體提濃系統100，尤其是用於一種標的氣體之提濃且不需要任何外部能源來提供電力來源以進行運作，此外所謂標的氣體可以是操作者專門用來提升某種氣體的總濃度，例如氧氣、氮氣、氫氣...等等，在以下的實施例將以空氣中的氧氣作為標的氣體且以空氣中的氮氣作為非標的氣體來進行說明，但本發明之精神並不以氧氣或氮氣作為限制。無電力氣體提濃系統100包括氣控閥模組110、第一可調式洩壓開關模組120、第一吸脫附塔130、第一限流閥140、第二可調式洩壓開關模組150、第二吸脫附塔160、第二
限流閥170與流量調節閥180。第一可調式洩壓開關模組120與第二可調式洩壓開關模組150可以是背壓閥或調壓閥或其他可調整壓力的閥件或結構來得到相同的結果。利用第一吸脫附塔130與第二吸脫附塔160內的分子篩可在高壓下會吸附非標的氣體NTG，並且在低壓下脫附非標的氣體NTG，藉此達到去除非標的氣體NTG且提高標的氣體TG的濃度。
關於氣控閥模組110，其是一個五口二位的氣控閥模組110，可以用來控制氣流體的方向。在實際運作上，氣控閥模組110可以用兩組以上(含兩組)三口二位或其他可以控制氣流方向的閥件或結構來實施。氣控閥模組110具有一第一通孔111、第二通孔112、第一排氣孔113、第二排氣孔114與進氣孔115，其中當進氣孔115與第一通孔111連通時，則第二通孔112會同時與第二排氣孔114連通，並且當進氣孔115與第二通孔112連通時，則第一通孔111與第一排氣孔113連通。關於第一可調式洩壓開關模組120，係連接至氣控閥模組110，第一可調式洩壓開關模組120具有第一壓力門檻值，其中第一可調式洩壓開關模組120之功能為如果氣體壓力大於第一壓力門檻值，則第一可調式洩壓開關模組120開啟以卸掉氣體壓力，如果氣體壓力小於或等於第一壓力門檻值，則第一可調式洩壓開關模組120關閉。需注意的是，在此的第一壓力門檻值可讓操作者依據標的氣體與非標的氣體之種類來進行設置。
關於第一吸脫附塔130，第一吸脫附塔130連接至第一可調式洩壓開關模組120，第一吸脫附塔130具有分子篩且用以吸附一非標的氣體NTG，並且讓標的氣體TG通過。第一吸脫附塔130之分子篩依據標的氣體TG與非標的氣體NTG之種類來進行設置。第一限流閥140連接至第一吸脫附塔130，第一限流閥140用以對標的氣體TG的通過進行限流，並且同時會增加第一吸脫附塔130的內部氣體壓力。第一限流閥140可以用針閥或流量控制閥或其他可以控制氣流流
量或壓力的閥件或結構來得到相同的效果。關於第二可調式洩壓開關模組150，第二可調式洩壓開關模組150連接至氣控閥模組110，第二可調式洩壓開關模組150具有第二壓力門檻值，第二可調式洩壓開關模組150之功能為如果氣體壓力大於第二壓力門檻值，則第二可調式洩壓開關模組150開啟以卸掉氣體壓力，如果氣體壓力小於或等於第二壓力門檻值，則第二可調式洩壓開關模組150關閉。需注意的是，在此的第二壓力門檻值可讓操作者依據標的氣體與非標的氣體之種類來進行設置。關於第二吸脫附塔160，第二吸脫附塔160連接至第二可調式洩壓開關模組150，第二吸脫附塔160具有分子篩且用以吸附非標的氣體NTG，並且讓標的氣體TG通過。第二限流閥170連接至第二吸脫附塔160，第二限流閥170用以對標的氣體TG的通過進行限流，並且同時會增加第二吸脫附塔160的內部氣體壓力。第二限流閥170可以用針閥或流量控制閥或其他可以控制氣流流量或壓力的閥件或結構來得到相同的效果。關於流量調節閥180，流量調節閥180連接至第一限流閥140與第二限流閥170，本發明實施例可以透過使用流量調節閥180來進一步控制標的氣體TG的總濃度與流量輸出。
在說明上述每一個構件功能與基本架構後，以下將進一步說明本發明無電力氣體提濃系統100之運作機制。本發明能夠在無需外部電力能源下來運作增壓吸附，降壓脫附、逆洗均壓(或蓄壓)之循環重複動作來提昇標的氣體的總濃度。
在當進氣程序啟動時，外部氣體EG從進氣孔115流動至第一通孔111，再從第一通孔111流動至第一吸脫附塔130，外部氣體EG會從位置TA流向位置T1及T2。第一吸脫附塔130會吸附非標的氣體NTG且讓標的氣體TG流通過至位置T5，之後再通過第一限流閥140流至位置T6。此時，第二通孔112與第二排氣孔114連通以排出第二吸脫附塔160的非標的氣體NTG，之後透過外部氣體
EG之持續進氣與第一限流閥140的作用(第一限流閥140會產生阻力來增壓)，內部氣體壓力逐漸上升直到大於第一可調式洩壓開關模組120之第一壓力門檻值，進而以啟動第一可調式洩壓開關模組120之廢氣洩壓機制，氣體會從位置T3流至位置T4並且透過廢氣來驅動氣控閥模組110之氣流通道轉向以讓進氣孔115連通至第二通孔112且第一通孔111連通至第一排氣孔113來使得第一吸脫附塔130內部壓力降低以快速排出第一吸脫附塔130之非標的氣體NTG，也就是說非標的氣體NTG會急速脫附。
接下來，當在進氣程序與進氣孔115連通至第二通孔112且第一通孔111連通至第一排氣孔113時，外部氣體EG從進氣孔115流動至第二通孔112，再從第二通孔112流動至第二吸脫附塔160，氣體從位置TB流至位置T8及T9，第二吸脫附塔160會吸附非標的氣體NTG且讓標的氣體TG流通過且流至位置T7，之後再通過第二限流閥170流至位置T6。此時，第一通孔111與第一排氣孔113連通以排出第一吸脫附塔130的非標的氣體NTG，之後透過外部氣體EG之持續進氣與第二限流閥170的作用(第二限流閥170會產生阻力來增壓)，內部壓力逐漸上升直到大於第二可調式洩壓開關模組150之第二壓力門檻值，以啟動第二可調式洩壓開關模組150之廢氣洩壓機制，氣體會從位置T11流至位置T10並且透過廢氣來驅動氣控閥模組110之氣流通道轉向以讓進氣孔115連通至第一通孔111且第二通孔112連通至第二排氣孔114來使得第二吸脫附塔160內部壓力降低以排出第二吸脫附塔160之非標的氣體NTG，也就是說非標的氣體NTG會急速脫附。
在降壓脫附的過程中，第一可調式洩壓開關模組120之廢氣洩壓機制啟動後並且透過廢氣來驅動氣控閥模組110之氣流通道轉向以讓進氣孔115連通至第二通孔112，第一吸脫附塔130內之非標的氣體NTG開始進行降壓脫附程序。在逆洗均壓(或蓄壓)的過程中，當第一通孔111連通至第一排氣孔113時，流
經第二吸脫附塔160的標的氣體TG會逆洗第一吸脫附塔130來將脫附的該非標的氣體NTG排擠出去且提高標的氣體TG的總濃度，此時非標的氣體NTG會從位置T1流向位置TA並且透過第一通孔111與第一排氣孔113的連通來排氣出去。
另一方面，在降壓脫附的過程中，第二可調式洩壓開關模組150之廢氣洩壓機制啟動後並且透過廢氣來驅動氣控閥模組110之氣流通道轉向以讓進氣孔115連通至第一通孔111，第二吸脫附塔160內之非標的氣體NTG開始進行降壓脫附程序。在逆洗均壓(或蓄壓)的過程中，當第二通孔112連通至第二排氣孔114時，流經第一吸脫附塔130的標的氣體TG會逆洗第二吸脫附塔160來將脫附的非標的氣體NTG排擠出去且提高標的氣體TG的總濃度，此時非標的氣體NTG會從位置T8流向位置TB並且透過第二通孔112與第二排氣孔114的連通來排氣出去。上述之過程，外部氣體EG持續在進氣孔115進行進氣動作。
請同時參照第三圖，第三圖係為本發明的無電力氣體提濃系統之實際運作數據圖。以空氣中的氧氣提濃為例，水平軸代表運行時間(單位為秒)，垂直軸代表氧氣濃度，於本發明實施例中，在透過上述的運作循環程序，無電力氣體提濃系統100在實際運作中可以不採用任何外部電力電源將氧氣濃度提升至80%以上，並且在實際運作的數據上可獲得驗證。在本實施例中，經測試，若壓力控制在1.26~1.4kg/cm2時，利用攜帶式輪胎打氣機，打出的空氣可藉由本發明之無電力氣體提濃系統100產生濃度超過80%的氧氣。因此，本發明實施例不僅在實際運作上可以運行，並且能夠在短時間內有效提升標的氣體的總濃度。
此外，本發明實施例之無電力氣體提濃系統100具有良好的擴充性能，可透過模組化方式來部署兩個以上的多個吸脫附塔模組並且透過氣控閥模組之擴充來達到陣列式氣體提濃設備。
綜上所述，本發明所揭露之無電力氣體提濃系統能夠達到以下功效：1.無需使用外部電源即可運作且提高標的氣體濃度；2.方便使用且降低成本；3.能有效地提高氣體濃度；及4.具有高擴充性，可模組化來擴充本系統。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
100:無電力氣體提濃系統
110:氣控閥模組
111:第一通孔
112:第二通孔
113:第一排氣孔
114:第二排氣孔
115:進氣孔
120:第一可調式洩壓開關模組
130:第一吸脫附塔
140:第一限流閥
150:第二可調式洩壓開關模組
160:第二吸脫附塔
170:第二限流閥
180:流量調節閥
EG:外部氣體
TG:標的氣體
NTG:非標的氣體
TA、TB、T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T11:位置
Claims (10)
- 一種無電力氣體提濃系統，用於對一標的氣體之提濃，該無電力氣體提濃系統包括：一氣控閥模組，其具有一第一通孔、一第二通孔、一第一排氣孔、一第二排氣孔與一進氣孔，其中當該進氣孔與該第一通孔連通時，則該第二通孔與該第二排氣孔連通，並且當該進氣孔與該第二通孔連通時，則該第一通孔與該第一排氣孔連通；一第一可調式洩壓開關模組，連接至該氣控閥模組，該第一可調式洩壓開關模組具有一第一壓力門檻值，其中如果氣體壓力大於該第一壓力門檻值，則該第一可調式洩壓開關模組開啟以卸掉氣體壓力，如果氣體壓力小於或等於該第一壓力門檻值，則該第一可調式洩壓開關模組關閉；一第一吸脫附塔，連接至該第一可調式洩壓開關模組，該第一吸脫附塔具有分子篩且用以吸附一非標的氣體；一第一限流閥，連接至該第一吸脫附塔，該第一限流閥用以對該標的氣體的通過進行限流；一第二可調式洩壓開關模組，連接至該氣控閥模組，該第二可調式洩壓開關模組具有一第二壓力門檻值，其中如果氣體壓力大於該第二壓力門檻值，則該第二可調式洩壓開關模組開啟以卸掉氣體壓力，如果氣體壓力小於或等於該第二壓力門檻值，則該第二可調式洩壓開關模組關閉；一第二吸脫附塔，連接至該第二可調式洩壓開關模組，該第二吸脫附塔具有分子篩且用以吸附一非標的氣體；一第二限流閥，連接至該第二吸脫附塔，該第二限流閥用以對該標的氣體的通過進行限流；以及 一流量調節閥，連接至該第一限流閥與該第二限流閥，其中當進氣程序啟動，一外部氣體從該進氣孔流動至該第一通孔，再從該第一通孔流動至該第一吸脫附塔，該第一吸脫附塔會吸附該非標的氣體且讓該標的氣體流通過，此時該第二通孔與該第二排氣孔連通以排出該第二吸脫附塔的該非標的氣體，之後透過該外部氣體之持續進氣與該第一限流閥的作用，內部氣體壓力逐漸上升直到大於該第一可調式洩壓開關模組之該第一壓力門檻值，以啟動該第一可調式洩壓開關模組之廢氣洩壓機制並且透過廢氣來驅動該氣控閥模組之氣流通道轉向以讓該進氣孔連通至該第二通孔且該第一通孔連通至該第一排氣孔以排出該第一吸脫附塔之該非標的氣體。
- 如請求項1所述之無電力氣體提濃系統，其中當在該進氣程序與該進氣孔連通至該第二通孔且該第一通孔連通至該第一排氣孔時，該外部氣體從該進氣孔流動至該第二通孔，再從該第二通孔流動至該第二吸脫附塔，該第二吸脫附塔會吸附該非標的氣體且讓該標的氣體流通過，此時該第一通孔與該第一排氣孔連通以排出該第一吸脫附塔的該非標的氣體，之後透過該外部氣體之持續進氣與該第二限流閥的作用，內部壓力逐漸上升直到大於該第二可調式洩壓開關模組之該第二壓力門檻值，以啟動該第二可調式洩壓開關模組之廢氣洩壓機制並且透過廢氣來驅動該氣控閥模組之氣流通道轉向以讓該進氣孔連通至該第一通孔且該第二通孔連通至該第二排氣孔以排出該第二吸脫附塔之該非標的氣體。
- 如請求項1所述之無電力氣體提濃系統，其中當該第二通孔連通至該第二排氣孔時，流經該第一吸脫附塔的該標的氣體會逆洗該第二吸脫附塔來將脫附的該非標的氣體排擠出去且提高該標的氣體的總濃度。
- 如請求項2所述之無電力氣體提濃系統，其中當該第一通孔連通至該第一排氣孔時，流經該第二吸脫附塔的該標的氣體會逆洗該第一吸脫附塔來將脫附的該非標的氣體排擠出去且提高該標的氣體的總濃度。
- 如請求項1所述之無電力氣體提濃系統，其中該第一吸脫附塔之分子篩依據該標的氣體與該非標的氣體之種類來進行設置且該第一可調式洩壓開關模組之該第一壓力門檻值依據該標的氣體與該非標的氣體之種類來進行設置。
- 如請求項1所述之無電力氣體提濃系統，其中該第二吸脫附塔之分子篩依據該標的氣體與該非標的氣體之種類來進行設置且該第二可調式洩壓開關模組之該第二壓力門檻值依據該標的氣體與該非標的氣體之種類來進行設置。
- 如請求項1所述之無電力氣體提濃系統，其中該第一可調式洩壓開關模組之廢氣洩壓機制啟動後並且透過廢氣來驅動該氣控閥模組之氣流通道轉向以讓該進氣孔連通至該第二通孔，該第一吸脫附塔內之該非標的氣體開始進行降壓脫附程序。
- 如請求項2所述之無電力氣體提濃系統，其中該第二可調式洩壓開關模組之廢氣洩壓機制啟動後並且透過廢氣來驅動該氣控閥模組之氣流通道轉向以讓該進氣孔連通至該第一通孔，該第二吸脫附塔內之該非標的氣體開始進行降壓脫附程序。
- 如請求項1所述之無電力氣體提濃系統，其中透過模組化方式來部署兩個以上的多個吸脫附塔模組並且透過該氣控閥模組之擴充來達到陣列式氣體提濃設備。
- 如請求項1所述之無電力氣體提濃系統，其中透過使用該流量調節閥進一步控制該標的氣體的總濃度與流量輸出。
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- 2022-01-14 TW TW111101667A patent/TWI810788B/zh active
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