變壓吸附制氧機及臭氧製備裝置製造方法
2023-10-07 02:41:49
專利名稱:變壓吸附制氧機及臭氧製備裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種變壓吸附制氧機及臭氧製備裝置，所述制氧機包括吸附罐，在所述吸附罐的罐體兩端分別形成有進氣口和排氣口，在所述罐體內形成有吸附層，還包括有形成在所述罐體內、位於所述進氣口和所述吸附層之間的第一布氣部，所述第一布氣部包括正對所述進氣口的第一變孔布氣盤和位於所述第一變孔布氣盤與所述吸附層之間的第一等孔布氣盤，所述第一變孔布氣盤上形成有開孔面積不完全相等的多個氣孔，多個氣孔中正對所述進氣口的氣孔具有比其外周的其餘氣孔小的開孔面積，所述第一等孔布氣盤上形成有開孔面積相等的多個氣孔。應用本實用新型的變壓吸附制氧機，可以解決現有制氧機內因布氣不均勻導致分子篩使用壽命低的問題。
【專利說明】變壓吸附制氧機及臭氧製備裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於氣體製備設備【技術領域】，具體地說，是涉及一種變壓吸附制氧機及使用該制氧機的臭氧製備裝置。
【背景技術】
[0002]變壓吸附制氧機主要由鼓風機、真空泵、切換閥、吸附罐和氧氣平衡罐組成。吸附罐具有分別位於兩端的進氣口和排氣口，且進氣口和排氣口一般均形成在所在端的中間位置；在吸附罐內裝填有分子篩、活性氧化鋁等吸附劑形成的吸附層。原料空氣經過濾器除掉灰塵顆粒後，被鼓風機增壓而進入吸附罐內。吸附罐內空氣中的水分、二氧化碳及少量其它氣體組分被靠近吸附罐進氣口的活性氧化鋁吸附劑所吸附，隨後氮氣被裝填於活性氧化鋁上部的分子篩所吸附，而氧氣(包括氬氣)作為非吸附的產品氣，從吸附罐的排氣口處排至氧氣平衡罐。當該吸附罐吸附到一定程度後，其中的吸附劑將達到飽和狀態。此時，通過切換閥利用真空泵對之進行抽真空(與吸附方向相反)，已吸附的水分、二氧化碳、氮氣及少量其它氣體組分從吸附罐的進氣口被抽出並排至大氣中，使得吸附劑得以再生。因而，吸附罐在工作過程中交替執行吸附、解析的過程。
[0003]由於吸附罐的進氣口和排氣口相對於整個吸附罐而言口徑較小，空氣從進氣口進入吸附罐體後，與進氣口同直線方向上的吸附層處的空氣流速快，周邊空氣流速慢，使得整個吸附層上氣量分布不均勻。流速快的空氣能夠快速穿透吸附劑，而流速慢的空氣穿透吸附劑的速度也慢。因而，使得整個吸附層中不同地方的吸附劑的使用效率不一致，影響了吸附劑的利用效率。另一方面，在制氧機工作中，「吸附」過程和「解析」過程中吸附層內氣流的運動方向是相反的，由於氣量分布不均勻，使得吸附層內同層物料沿徑向方向產生壓差，當「吸附」和「解析」時將會使分子篩產生相互摩擦，加速分子篩的粉化，分子篩壽命加速降低。因分子篩佔制氧機成本的60-80%，分子篩的壽命降低，會導致制氧機的運行成本增加很多。
[0004]臭氧(O3)是一種綠色環保的強氧化劑，廣泛地應用於消毒、滅菌、去除有機汙染物、脫色除嗅、食物保鮮和空氣淨化諸多領域，其有效性已經得到了人們的一致認可。然而臭氧本身極不穩定，需現場製備、現場使用。按原理來分，製取臭氧的方法主要有3種:高壓放電法、紫外輻射法和電解法。其中，高壓放電法主要應用於工業領域大型臭氧發生器設備上，其工藝特點是產量高、能耗低，目前工業用臭氧製備裝置主要採用高壓放電法產生臭氧，然後通過射流、曝氣等混合方式把臭氧溶解於水中。製取高濃度臭氧的原材料為氧氣，原料氧氣越乾燥越有利於高壓放電的要求。一般的，高壓放電法製備臭氧對原料氣的最低相對溼度要求為0.65%RH (露點溫度_50°C )，或者更低的露點溫度。
[0005]按照我國變壓吸附制氧現有國家標準JB/T6427-2001，製備富氧的空氣原料條件為0°C、0.09MPa、相對溼度75%RH (露點溫度-3.5°C )，在此條件下經變壓吸附產生的富氧氣體的相對溼度1.2%RH (露點溫度_45°C )左右。目前，國內大多數制氧機製造廠家是按照此國家標準設計製造變壓吸附制氧設備，使得產生的富氧氣體無法直接用於臭氧發生器生產臭氧，需要通過其他工藝二次乾燥後方可以使用，導致工藝複雜，使用不便。因而，目前採用高壓放電法製備臭氧的臭氧製備裝置多採用液態氧經汽化後的氣態氧氣作為原材料。但採用液態氧汽化製備氣態氧氣的成本高，從而增加了臭氧製備的成本。
[0006]如果要降低變壓吸附制氧機的露點，雖然可以通過增加吸附罐中氧化鋁層的高度來實現。但如此一來，吸附罐的整體高度和體積就會增加。而且，氧化鋁層高度的增加使得吸附層高度增加，會加劇分子篩的粉化問題，使得分子篩的壽命更低。
[0007]因此，如何提高變壓吸附制氧機內分子篩的使用壽命以及降低臭氧製備成本便成為本申請要解決的技術問題。
【發明內容】
[0008]本實用新型的目的之一是提供一種變壓吸附制氧機，以解決現有制氧機內因布氣不均勻導致分子篩使用壽命低的問題。
[0009]為解決上述技術問題，本實用新型提供的變壓吸附制氧機採用以下技術方案予以實現:
[0010]一種變壓吸附制氧機，包括吸附罐，在所述吸附罐的罐體兩端分別形成有進氣口和排氣口，在所述罐體內形成有吸附層，所述吸附罐還包括有形成在所述罐體內、位於所述進氣口和所述吸附層之間的第一布氣部，所述第一布氣部包括正對所述進氣口的第一變孔布氣盤和位於所述第一變孔布氣盤與所述吸附層之間的第一等孔布氣盤，所述第一變孔布氣盤的面積大於所述進氣口的面積，所述第一變孔布氣盤上形成有開孔面積不完全相等的多個氣孔，多個氣孔中正對所述進氣口的氣孔具有比其外周的其餘氣孔小的開孔面積，所述第一等孔布氣盤上形成有開孔面積相等的多個氣孔。
[0011 ] 優選的，所述進氣口形成在所述罐體端部的中間位置，所述第一變孔布氣盤上面積不完全相等的多個氣孔的開孔面積從中心向外漸增。
[0012]如上所述的變壓吸附制氧機，在所述罐體內還形成有兩端開口、從所述進氣口所在的端部延伸至所述第一等孔布氣盤的第一等孔布氣筒，所述第一等孔布氣筒上形成有開孔面積相等的多個氣孔，所述第一變孔布氣盤形成在所述第一等孔布氣筒內。
[0013]如上所述的變壓吸附制氧機，所述吸附罐還包括有形成在所述罐體內、位於所述排氣口和所述吸附層之間的第二布氣部，所述第二布氣部包括正對所述排氣口的第二變孔布氣盤和位於所述第二變孔布氣盤與所述吸附層之間的第二等孔布氣盤，所述第二變孔布氣盤的面積大於所述排氣口的面積，所述第二變孔布氣盤上形成有開孔面積不完全相等的多個氣孔，多個氣孔中正對所述排氣口的氣孔具有比其外周的其餘氣孔小的開孔面積，所述第二等孔布氣盤上形成有開孔面積相等的多個氣孔。
[0014]優選的，所述排氣口形成在所述罐體端部的中間位置，所述第二變孔布氣盤上面積不完全相等的多個氣孔的開孔面積從中心向外漸增。
[0015]如上所述的變壓吸附制氧機，在所述罐體內還形成有兩端開口、從所述排氣口所在的端部延伸至所述第二等孔布氣盤的第二等孔布氣筒，所述第二等孔布氣筒上形成有開孔面積相等的多個氣孔，所述第二變孔布氣盤形成在所述第二等孔布氣筒內。
[0016]如上所述的變壓吸附制氧機，在所述吸附層和所述第二等孔布氣盤之間還形成有均氣部，所述均氣部上形成有多個氣孔。
[0017]本實用新型的目的之二是提供一種臭氧製備裝置，以解決現有裝置製備成本高的冋題。
[0018]為解決上述技術問題，本實用新型提供的臭氧製備裝置採用以下技術方案予以實現:
[0019]一種臭氧製備裝置，包括臭氧發生器和為所述臭氧發生器提供氧氣的制氧機，其中，所述制氧機為具有上述結構的變壓吸附制氧機。
[0020]與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是:本實用新型通過在制氧機的吸附罐中設置具有變孔布氣盤和等孔布氣盤的布氣部，利用變孔布氣盤變面積的氣孔使得流速快的氣流從面積小的氣孔通過，增大其流動阻力，進而使得氣流能夠均勻地流過變孔布氣盤，然後再經等孔布氣盤進行分流後均勻進入到吸附層，使得氣體穿透吸附層分子篩時基本上是勻速的，不僅提高了分子篩的使用效率和使用壽命、降低了制氧機運行成本，且有助於通過改變吸附層中氧化鋁層的高度實現降低制氧機產生的富氧氣體的露點；在將該結構的制氧機應用在臭氧製備裝置中時，可以較低的成本、簡單的工藝提高臭氧產生效率。
[0021]結合附圖閱讀本實用新型的【具體實施方式】後，本實用新型的其他特點和優點將變得更加清楚。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型變壓吸附制氧機中吸附罐一個實施例的結構示意圖；
[0023]圖2是圖1中變孔布氣盤的一種結構示意圖；
[0024]圖3是圖1中等孔布氣筒的一種結構示意圖。
[0025]上述各圖中，附圖標記及其對應的部件名稱如下:
[0026]1、罐體；2、進氣口 ；3、排氣口 ；4、吸附層；41、分子篩；42、氧化鋁層；
[0027]5、第一布氣部；51、第一變孔布氣盤；511、第一氣孔部；512、第二氣孔部；513、第三氣孔部；52、第一等孔布氣筒；521、氣孔；53、第一等孔布氣盤；
[0028]6、第二布氣部；61、第二變孔布氣盤；62、第二等孔布氣筒；63、第二等孔布氣盤；7、均氣部。
【具體實施方式】
[0029]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下將結合附圖和實施例，對本實用新型作進一步詳細說明。
[0030]請參見圖1至圖3示出的本實用新型變壓吸附制氧機中吸附罐的一個實施例。其中，圖1是該實施例吸附罐的結構示意圖，圖2是變孔布氣盤的一種結構示意圖，圖3是等孔布氣盤的一種結構不意圖。
[0031]如圖1所示，該實施例的吸附罐作為制氧機中產生氧氣的罐部件，包括有罐體1，在罐體I的下端形成有進氣口 2，在罐體I的上端形成有排氣口 3。具體而言，進氣口 2形成在罐體I下端部封頭的中間位置；與進氣口 2在縱向上相對應的，排氣口 3形成在罐體I上端部封頭的中間位置。在罐體I內形成有吸附層4。具體來說，吸附層4包括位於下方、靠近進氣口 2的氧化鋁層41以及位於氧化鋁層上方、靠近排氣口 3的分子篩42。
[0032]此外，在罐體I內還形成有位於進氣口 2和吸附層4之間的第一布氣部5。具體而言，第一布氣部5包括有第一變孔布氣盤51和第一等孔布氣盤53。
[0033]其中，第一變孔布氣盤51的具體結構如圖2所示意，整體為圓盤狀，位於進氣口 2的正上方，第一變孔布氣盤51的面積大於進氣口 2的面積，能夠完全覆蓋住進氣口 2，但第一變孔布氣盤51的面積小於其所在罐體I位置處的罐體I的橫截面面積。第一變孔布氣盤51可以通過支撐柱焊接固定在罐體I上。第一變孔布氣盤51的盤面上形成有開孔面積不完全相等的多個氣孔，且多個氣孔中正對進氣口 2的氣孔具有比起外周的其餘氣孔小的開孔面積。具體而言，第一變孔布氣盤51包括有自內而外的三個氣孔部，分別是位於中心的第一氣孔部511、位於第一氣孔部511外周的第二氣孔部512以及位於第二氣孔部512外周的第三氣孔部513，三個氣孔部自內而外形成環狀結構，第一氣孔部511正對進氣口 2。每個氣孔部包括有多個氣孔，同一氣孔部上的多個氣孔的開孔面積相同，而在不同的氣孔部上的氣孔按照自內而外的順序開孔面積漸增。也即，以圖2中的圓形氣孔為例，第一氣孔部511上的所有氣孔的孔徑均相同，且是所有第一變孔布氣盤51中的最小孔徑；第二氣孔部512上的所有氣孔的孔徑均相同，但其孔徑大於第一氣孔部511上的氣孔的孔徑；第三氣孔部513上的所有氣孔的孔徑均相同，但其孔徑大於第二氣孔部512上的氣孔的孔徑。每個氣孔部上的氣孔形狀、數量、排列形式以及不同氣孔部上的氣孔的開孔面積的增幅可以根據實際情況合理選定，該實施例所示並不構成唯一限定。
[0034]第一等孔布氣盤53位於第一變孔布氣盤51的上方、氧化鋁層41的下方。第一變孔布氣盤51為與罐體I的橫截面形狀相適配的圓盤形，能夠包裹氧化鋁層41，在第一變孔布氣盤51的盤面上形成有多個開孔面積相等的氣孔(圖中未標註)。
[0035]通過上述結構設計，經過濾器除塵後的原料空氣經鼓風機增壓、從進氣口 2進入到罐體I中時，進氣口 2同直線方向上的空氣流速快，周邊空氣流速慢。也即，空氣從進氣口 2進入後，罐體I內部中間空氣流速快，外周空氣流速慢。氣流上升經過第一變孔布氣盤51時，由於第一變孔布氣盤51中間氣孔孔徑小、周邊氣孔孔徑大，使得流經中間氣孔的氣流阻力大於流經周邊大孔徑氣孔的氣流阻力，中間的大量空氣被擠向外側，從而使得氣流在穿過第一變孔布氣盤後、在整個層面上氣流較為均勻。較為均勻的氣流再經過第一等孔布氣盤53進行再次勻速後進入到氧化鋁層41和分子篩42。如此一來，整個氧化鋁層41和分子篩42中的吸附劑的使用效率一致，提高了吸附劑的整體利用率；而且，不會出現因部分吸附劑使用過度而造成分子篩整體使用壽命降低的問題。
[0036]此外，為進一步提高進入吸附層4中的氣流在整個平面上的均勻性，作為優選實施方式，還可以在罐體I內形成位於進氣口 2和第一等孔布氣盤53間的第一等孔布氣筒52。具體而言，結合圖3的結構圖所示意，第一等孔布氣筒52為兩端開口的圓筒狀結構，從進氣口 2所在的罐體I的下端部一直向上延伸至第一等孔布氣盤53的下盤面。第一等孔布氣筒52圓筒橫截面的半徑與第一變孔布氣盤51相適配，使得在設置第一等孔布氣筒52之後，第一變孔布氣盤51位於第一等孔布氣筒52內部，並與第一等孔布氣筒52內圓周面相適配。在第一等孔布氣筒52的筒壁上形成有多個開孔面積相等的氣孔521。
[0037]設置了第一等孔布氣筒52之後，從進氣口 2進入的空氣除了經第一變孔布氣盤51和第一等孔布氣盤53勻速處理之後，還會經第一等孔布氣筒52進行勻速處理，形成三級的氣流整理，進一步提高了進入吸附層4中氣流的均勻性。而且，第一等孔布氣筒52還起到支撐吸附層4的作用，提高了吸附層4的穩定性。
[0038]作為更優選的實施方式，還可以在吸附層4和排氣口 3之間形成第二布氣部6。第二布氣部6正對排氣口 3，其結構可以是與第一布氣部5相類似的結構。具體來說，第二布氣部6包括有位於排氣口 3正下方的第二變孔布氣盤61、位於第二變孔布氣盤61和吸附層4之間的第二等孔布氣盤63以及從排氣口 3所在的罐體I的上端部向吸附層4延伸的第二等孔布氣筒62，且第二變孔布氣盤61位於第二等孔布氣筒62中。利用第二布氣部，可以使得經吸附層4吸附後、向排氣口 3排出的氣流的流速較為均勻。通過控制排出氣流的流速均勻性，利用氣流流動的順暢連續性，進而可以進一步提高進入吸附層4的氣流的流速均勻性。
[0039]而且，作為更優選的實施方式，還可以在吸附層4與第二布氣部6之間形成均氣部7。具體而言，均氣部7形成在分子篩42和第二等孔布氣盤63之間。而且，均氣部7上形成有多個氣孔，利用其氣孔結構對吸附層4流出的氣流作進一步阻擋，以進一步提高吸附層4所流出的氣流的勻速性。
[0040]通過上述各結構提高了流經吸附層4的氣流流動均勻性，減少了分子篩42因不均勻而導致的摩擦竄動，因而，無需在罐體I內部額外設置壓緊吸附層4的壓緊裝置，簡化了吸附罐結構，降低了吸附罐成本。
[0041]此外，通過上述各結構提高流經吸附層4的氣流流動均勻性後，提高了分子篩的利用效率，降低了分子篩的粉化現象的發生，因而，可以適當減少分子篩42的填裝量，在不增加吸附層4整體高度的基礎上，增加氧化鋁層41的高度，進而提高對吸附罐內氣體的乾燥強度，降低制氧機產生的氧氣的露點。
[0042]因此，在將具有上述結構的吸附罐的制氧機應用在高壓放電法產生臭氧的臭氧製備裝置中時，能夠為臭氧發生器提供低露點的原材料，提高臭氧產生量。且由於變壓吸附制氧機的制氧成本低於液態氧汽化產生氣態氧的制氧成本，因而能夠降低臭氧製備裝置製備臭氧的成本。
[0043]以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其進行限制；儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對於本領域的普通技術人員來說，依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型所要求保護的技術方案的精神和範圍。
【權利要求】
1.一種變壓吸附制氧機，包括吸附罐，在所述吸附罐的罐體兩端分別形成有進氣口和排氣口，在所述罐體內形成有吸附層，其特徵在於，所述吸附罐還包括有形成在所述罐體內、位於所述進氣口和所述吸附層之間的第一布氣部，所述第一布氣部包括正對所述進氣口的第一變孔布氣盤和位於所述第一變孔布氣盤與所述吸附層之間的第一等孔布氣盤，所述第一變孔布氣盤的面積大於所述進氣口的面積，所述第一變孔布氣盤上形成有開孔面積不完全相等的多個氣孔，多個氣孔中正對所述進氣口的氣孔具有比其外周的其餘氣孔小的開孔面積，所述第一等孔布氣盤上形成有開孔面積相等的多個氣孔。2.根據權利要求1所述的變壓吸附制氧機，其特徵在於，所述進氣口形成在所述罐體端部的中間位置，所述第一變孔布氣盤上面積不完全相等的多個氣孔的開孔面積從中心向外漸增。3.根據權利要求1所述的變壓吸附制氧機，其特徵在於，在所述罐體內還形成有兩端開口、從所述進氣口所在的端部延伸至所述第一等孔布氣盤的第一等孔布氣筒，所述第一等孔布氣筒上形成有開孔面積相等的多個氣孔，所述第一變孔布氣盤形成在所述第一等孔布氣筒內。4.根據權利要求1至3中任一項所述的變壓吸附制氧機，其特徵在於，所述吸附罐還包括有形成在所述罐體內、位於所述排氣口和所述吸附層之間的第二布氣部，所述第二布氣部包括正對所述排氣口的第二變孔布氣盤和位於所述第二變孔布氣盤與所述吸附層之間的第二等孔布氣盤，所述第二變孔布氣盤的面積大於所述排氣口的面積，所述第二變孔布氣盤上形成有開孔面積不完全相等的多個氣孔，多個氣孔中正對所述排氣口的氣孔具有比其外周的其餘氣孔小的開孔面積，所述第二等孔布氣盤上形成有開孔面積相等的多個氣孔。5.根據權利要求4所述的變壓吸附制氧機，其特徵在於，所述排氣口形成在所述罐體端部的中間位置，所述第二變孔布氣盤上面積不完全相等的多個氣孔的開孔面積從中心向外漸增。6.根據權利要求4所述的變壓吸附制氧機，其特徵在於，在所述罐體內還形成有兩端開口、從所述排氣口所在的端部延伸至所述第二等孔布氣盤的第二等孔布氣筒，所述第二等孔布氣筒上形成有開孔面積相等的多個氣孔，所述第二變孔布氣盤形成在所述第二等孔布氣筒內。7.根據權利要求4所述的變壓吸附制氧機，其特徵在於，在所述吸附層和所述第二等孔布氣盤之間還形成有均氣部，所述均氣部上形成有多個氣孔。8.一種臭氧製備裝置，包括臭氧發生器和為所述臭氧發生器提供氧氣的制氧機，其特徵在於，所述制氧機為具有上述權利要求1至7中任一項所述的變壓吸附制氧機。
【文檔編號】C01B13-02GK204281307SQ201420651211
【發明者】丁香鵬, 劉旭偉 [申請人]青島國林實業股份有限公司