高原制氧機的製作方法
2023-10-19 21:00:17
專利名稱：高原制氧機的製作方法
技術領域：
本發明屬於氣體分離技術領域。
近年來，國內外都已研製過幾種變壓吸附制氧裝置，這類制氧裝置具有操作簡單、使用方便、製取氧氣快、成本低廉等優點。但對我國象青藏高原這樣的高海拔地區，氧氣很缺，運送又極不方便，到目前為止，還沒有一種能適合高原地區就地制氧的變壓吸附制氧裝置。例如我國以往研製的ZY-2型變壓吸附制氧機，在低海拔的內地使用，制氧量2m3/h，氧純度90%以上。到了青藏高原，不但生產能力下降(氧產量降到1m3/h，氧純度還不到80%)，而且由於高原有氣壓低等環境因素，閥門動力系統運轉不起來，制氧生產無法正常進行。為此，發明了一種新的適合高原用的變壓吸附制氧裝置-高原制氧機。
本發明的目的是研製一種高原制氧機，在高原海拔4000m條件下，氧產量2m3/h，氧純度90%以上。為高原實現就地制氧，解決高原醫療和生活用氧問題提供理想的制氧裝置。
本發明的要點在於研製試驗了在高原海拔4000m空氣稀薄條件下，以空氣為原料，以5A分子篩為吸附劑的四塔變壓吸附制氧工藝過程，通過多功能控制閥控制吹洗時間和吹洗氣流速及在吸附過程中分階段限量出氧;由空壓機、電磁閥、脫油器、分水濾氣器、大儲氧罐、氣缸、小儲氧罐、流量計及連接管道組成的高原制氧機中，試製了適合高原用的能代替26個單元閥工作的多功能控制閥以及4個裝填5A分子篩的制氧塔和一個電氣程序控制器，其結構新穎，運行可靠。
下面結合附圖和實施例，對本發明作詳細說明
圖1是高原制氧機工藝流程2是多功能控制閥控制功能3是多功能控制閥局部剖視4是閥座端面視5是閥體端面視6是制氧塔(A)變壓吸附工作程序圖如附圖1所示，原料空氣由空壓機(1)壓縮到具有0.34-0.4MPa的壓力，經脫油器(3)脫油，再經分水濾氣器(4)去水去油，除極小部分壓縮空氣經電磁氣閥(2)進入氣缸(9)作為動力用氣外，其餘均進入多功能控制閥(5)，由程序控制器(6)發出指令，按給定的變壓吸附工作程序，依次通過管道進入裝有5A分子篩的制氧塔(7)(A、B、C、D)。利用5A分子篩加壓時對氮的吸附容量增加，減壓時對氮的吸附容量減少的特性，使空氣中的氧氮分離而製取氧氣。氮氣從塔底引出，經多功能控制閥(附圖3)消聲器(13)消聲排空，氧氣從制氧塔頂部引出，經多功能控制閥進入小儲氧罐(10)，然後再進入大儲氧罐(8)儲存備用，流量計(11)指示產氧流量。在儲氧罐裡的氧氣帶有0.25-0.3MPa的壓力，作為管道供氧氧源，尤為理想。
工藝流程圖中的多功能控制閥(5)是高原制機的心臟，它的控制功能見附圖2。由附圖2可見，高原制氧機的四個制氧塔(A、B、C、D)的變壓吸附工作程序，如用單元閥控制，則需用26個單元閥，控制複雜，且在運行時其中有一、二個單元閥出現故障，檢查和維修都很麻煩。現在用一個多功能控制閥代替26個單元閥工作，就可以消除上述弊病。附加說明附圖2中的26個單元閥也可以說是從一個多功能控制閥中分解出來的，故在以下說明文字中分別稱之為分①閥、分②閥……
多功能控制閥的結構原理如附圖3所示。由自調氣封裝置(12)、消聲器(13)、閥體(14)、隔離墊(15)、閥座(16)和轉軸(17)組成。如附圖4所示，閥座的端面上有一條環形溝槽(20)，槽底有一孔(19)通過罐道與儲氧罐相連接。另外還有大、小孔各4個，分別與4個制氧塔的進、出口相連接。閥體端面(附圖5)上開有五種孔徑規格的大、小孔16個，這些孔在閥體旋轉時，通過隔離墊與閥座上的孔組合，形成26個單元閥工作的態勢(附圖2)。一個閥解決了以往需用26個單元閥才能解決的變壓吸附制氧閥門控制問題。多功能控制閥的轉軸(17)，頂端嵌入閥體，由兩個滾動軸承(18)定位，懸掛於閥座上，在氣缸中的活塞杆的推動下，帶動閥體旋轉。這種結構大大降低了多功能控制閥運行所需的動力，有利於多功能控制閥在高海拔、低氣壓條件下運行。
多功能控制閥的控制原理及其工作過程如下多功能控制閥按程序控制器的指令，從零位開始，順時針旋轉一周，即為高原制氧機完成一個變壓吸附制氧循環，周期為120秒。現以制氧塔A為例，結合附圖6和附圖2，說明多功能控制閥處在不同角位時，制氧塔A的工作狀況0→ (π)/6 分①、⑤閥開啟，制氧塔處在吸附狀態，此時壓縮空氣從塔底進入，空氣中的氮氣被5A分子篩吸附，氧氣則通過分子篩，從塔頂流出，經多功能控制閥，進入儲氧罐。
(π)/6 → (π)/3 狀況同上。
(π)/3 → (π)/2 分①、⑥閥開啟，此階段出氧量加大，此時的氧氣主要用於B塔的升壓。
(π)/2 → 2/3 π制氧塔進出口均關閉，處於穩壓狀態。
2/3 π→ 5/6 π分
閥開啟，制氧塔處於降壓狀態，從塔頂流出的氧純度稍低於產品氧的富氧氣，進入C塔升壓。
5/6 π→π分
閥開啟，制氧塔繼續降壓。從塔頂流出的富氧氣用於D塔吹洗。
π→ 7/6 π分
閥開啟，制氧塔進一步降壓。此時從塔頂流出的富氧氣，氧純度較低，但大於21%，用於D塔升壓。
7/6 π→ 4/3 π分②閥開啟，制氧塔處於排放狀態，以氮氣為主的廢氣從塔底流出經多功能控制閥消聲器消聲排空。
4/3 π→ 3/2 π分③、②閥開啟，制氧塔處於吹洗階段，吹洗氣來自B塔，目的使吸附在5A分子篩上的氮氣脫附乾淨。
3/2 π→ 5/3 π分④閥開啟，制氧塔開始升壓，充入來自B塔的低純度富氧氣體。
5/3 π→ 11/6 π分
閥開啟，制氧塔繼續升壓，充入來自C塔的富氧氣。
11/6 π→2π分⑥閥開啟，制氧塔再次升壓，充入來自D塔的氧氣。至此，制氧塔A完成一個變壓吸附制氧循環工作過程。然後周而復始，繼續進行。
制氧塔B、C、D與制氧塔A的工作過程相同，只是起始角位各不相同，C塔比A塔晚 (π)/2 ，B塔比C塔晚 (π)/2 ，D塔又比B塔晚 (π)/2 。每個制氧塔都有 (π)/2 角出氧，四塔正好銜接出氧，因此，高原制氧機出氧口可獲得壓力和流量都衡定的產品氧氣。氧產量2m3/h，氧純度90%以上。可作為高原醫療和生活用氧的理想制氧裝置。
權利要求
1.一種以空氣為原料，以5A分子篩為吸附劑，採用變壓吸附工藝過程製取氧氣的方法，其特徵在於，通過多功能控制閥控制吹洗時間和吹洗氣流速及在吸附過程中分階段限量出氧，在高原(海拔4000米)空氣稀薄條件下，製取氧純度90%以上的產品氧氣。
2.一種由空壓機(1)、電磁閥(2)、脫油器(3)、分水濾氣器(4)、大儲氧罐(8)、氣缸(9)、小儲氧罐(10)、流量計(11)及連接管道組成的高原制氧機，其特徵在於，它含有一個多功能控制閥(5)、四個裝填5A分子篩的制氧塔(7)(A、B、C、D)和一個電氣程序控制器(6)。
3.根據權利要求2所述的高原制氧機，其特徵在於，多功能控制閥(5)包含有一個自調氣封裝置(12)、一個消聲器(13)、一個閥體(14)、一個隔離墊(15)、一個閥座(16)和一根轉軸(17)。
4.根據權利要求2、3所述的高原制氧機，其特徵在於，所述的轉軸(17)由兩個滾動軸承(18)定位，懸掛於閥座上。
5.根據權利要求2、3所述的高原制氧機，其特徵在於所說的閥座(16)端面上開有一條園環形溝槽(20)，槽底有一孔(19)通過管道與儲氧罐連接，另外還有大、小孔各4個，分別與四個制氧塔進、出口相連接。
6.根據權利要求2、3所述的高原制氧機，其特徵在於所說的閥體(14)端面上開有五種孔徑規格的大小孔16個，這些孔在閥體旋轉時，通過隔離墊與閥座上的孔組合，形成26個單元閥工作的態勢。
全文摘要
本發明屬於氣體分離技術領域。本發明研製了一種在高原海拔4000米空氣稀薄條件下，以空氣為原料，以5A分子篩為吸附劑的變壓吸附高原制氧機，氧產量2m
文檔編號C01B13/02GK1061578SQ90109320
公開日1992年6月3日 申請日期1990年11月23日 優先權日1990年11月23日
發明者盧樟好, 鮑華明, 盧萬鎖, 趙開利 申請人:中國人民解放軍軍事醫學科學院衛生裝備研究所