專利名稱：安全便攜功能型氣體發(fā)生器及氣體制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氣體制備技術領域，具體是指一種安全便攜功能型氣體發(fā)生器及氣體制備方法。
背景技術：
在工農業(yè)生產、市政建設施工及維護、環(huán)境保潔和人民健身、醫(yī)療保健、急救應急、娛樂休閑、登山旅游、環(huán)境監(jiān)測及廣大中小學校教學實驗課等行業(yè)或部門中，人們經常小規(guī)模、頻繁使用氧、氫、二氧化碳等常見氣體，尤其是氧氣。作為便攜制氧裝置，國內目前僅有以“氧立得”為代表的一類裝置，該裝置采用固體制氧劑，用帶有蓋子的簡單塑料容器進行制氧，每次制氧都要用手動方式直接打開并合好蓋子，注入清水，拆開制氧藥袋和催化劑藥袋先后倒入容器中，及用手將廢水廢料倒掉等一系列操作，使用起來不夠方便，而且產氣量小，供氣時間短，且產氧速度不穩(wěn)定，對處于特殊環(huán)境下的生產、生活實用意義不大。以“氧立得”為例，僅適用于短時間應急需要，按產氣率1000ml/m產氧，一次供氣僅15分鐘，且在放氧過程中，開始反應劇烈，而隨著時間延長，產氧速率急劇下降，供氣時段內不能保證以穩(wěn)定速率放氧，而且制氧成本較高，且只能制氧氣，不宜用于制備其它氣體。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述現有技術中存在的不足之處，提供一種安全便攜功能型氣體發(fā)生器及氣體制備方法。該裝置及制備方法大大提高了氣體產出量，降低了單位體積氣體的制造成本和持續(xù)供氣時間；單位時間產氧量(產氣速率)基本保持穩(wěn)定和可控；且因成本低廉，因而除了能夠滿足應急用氧之外，對處于特殊環(huán)境條件下的生產或生活活動有實用意義。
本發(fā)明所述一種安全便攜功能型氣體發(fā)生器，其特征是，它由儲藏瓶、反應瓶和洗氣瓶相互連接組成，所述儲藏瓶、反應瓶和洗氣瓶分別通過氣路、液路導流開關以及導管構成的導流管網相互連通，并分別通過開關和導管連通有充氣裝置。
本發(fā)明所述一種氣體制備方法，其特征是，采用權利要求1所述裝置，利用充氣方式加料和排廢，在反應液中投入由催化劑和添加劑混合而成的團狀固體，使催化劑均勻釋放，從而制備氣體。
具體而言，本發(fā)明所述一種氣體制備方法可以采用如下步驟第一步 在儲藏瓶中加入反應液，反應瓶和洗氣瓶(或稱水封瓶)中加入冷水，封閉洗氣瓶或水封瓶；第二步 將儲藏瓶與反應瓶的液路導通，反應瓶與洗氣瓶的氣路導通；第三步 向儲藏瓶內充氣，壓迫反應液從儲藏瓶自動流入反應瓶中，關閉儲藏瓶與反應瓶之間的液路；第四步 在反應瓶中投入催化劑，洗氣瓶的排氣口即放出氣體。
為了更好地實現本發(fā)明，所述團狀固體的混合質量比為不溶于水的固體催化劑粉末∶NaHCO3∶高嶺土∶質量百分比濃度為90％的Na2SiO4＝1∶10～50∶200～1000∶20～100；所述充氣加料過程中，在不中斷供氣的狀態(tài)下可再加料。
本發(fā)明與現有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果1.本發(fā)明完成一次制氧操作，在具有相同產氣速率的要求下，供氧時間要比現有同類產品長10倍以上，按1000ml/m的氣體產生速度，這樣的產氣速率即使對應急搶救用氧也是可以滿足需要的，可持續(xù)供氧達150分鐘(如果需要還可以更長)，而一次儲藥累計持續(xù)供氧可達10個小時以上，且能基本做到大致以穩(wěn)定的產氣速率持續(xù)放氧，并且可以在不間斷供氣的情況下，進行再加料。
2.本發(fā)明使利用價格更低、放氧量更高的液體原料制氧變?yōu)楝F實，因而使利用化學制氧用于便攜方面變得更實用。與現有裝置相比，單位體積氧氣的造價比約為1∶30。
3.本發(fā)明可以制備氧氣、氫氣、二氧化碳等氣體。


圖1是本發(fā)明的結構方框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步地詳細描述。
如圖1所示，本發(fā)明裝置由儲藏瓶、反應瓶和洗氣瓶(當用做制氫等易燃易爆氣體時，稱做水封瓶)相互連接組成，這三個獨立單元之間及各自與外界環(huán)境之間都是互相水密隔絕的，可以通過一個外殼組合成一個整體。儲藏瓶、反應瓶和洗氣瓶分別通過氣液通路開關以及導管相連通，在儲藏瓶、反應瓶和洗氣瓶上分別開有進料口，在儲藏瓶中還安裝有充氣裝置(這里采用打氣筒充氣，是整個裝置實現運作的動力驅動機構)，在反應瓶上還開有排廢口，在洗氣瓶上還開有排氣口。
當裝置處于工作狀態(tài)時，每個單元里面的下部為液體(儲藏瓶中為化學溶液，反應瓶中為化學溶液與固體粉末反應物催化劑的混合體，洗氣瓶中為冷水)，上部都為氣體。這時，打氣筒及所有多向氣液通路開關與整個導流管網構成了液路和氣路兩個次級網絡體系，實現了相互之間或每個單元與外界之間的液路與氣路的關閉與連通。根據不同需要，通過充氣方式驅動，可以實現將儲藏瓶中藥液自動移入反應瓶中以及將反應瓶(或洗氣瓶)中的廢液(或廢水)排出，或將洗氣瓶中的廢水排入反應瓶中等功能作用。一次儲藥2.5L可供多次制氧，可確保在一個工作日內(8個小時)全時段，以1000ml/m的產氣速率，對嚴重缺氧癥患者或嚴重缺氧環(huán)境下的作業(yè)工作人員呼吸供氧。在這樣產氧速率情況下，完成一次加料可持續(xù)供氧150分鐘以上，若降低單位時間內的產氣量(稱產氣速率)，供氧時間會更長。
通常情況下，儲藏瓶內儲滿液體制氧劑溶液(簡稱Y液，以下相同)備用，反應瓶和洗氣瓶則空置。使用時，先打開反應瓶及洗氣瓶投料蓋并加入適量冷水，再理順充氣通路，關閉其它相應開關，并理順反應瓶與洗氣瓶之間的氣路使其導通，用氣筒打氣(或其它充氣方法，如電動充氣)，氣體進入儲藏瓶后，迫使其中的Y液自動流入反應瓶中，實現Y液的自加料。當需要排出反應瓶中的廢液或洗氣瓶中的廢水時，只用理順相應氣，液通路，用向其中充氣的方法，迫使廢液或廢水自動排出瓶體外，進而實現自動排廢、排水的功能。與“氧立得”等用固體制劑制氧不同，本發(fā)明實施例采用更為價廉和含可釋放氧氣高得多的液體制劑L液制氧。L液在通常狀態(tài)下由于有穩(wěn)定劑保持而表現穩(wěn)定，但在催化下能夠激烈放氧在制氧時，可通過對L液進行稀釋和減少催化劑劑量的方法加以控制。由于一次制氧最好只須投一次藥，以便不至于在用氧過程中出現短暫中斷現象。但這樣勢必在開始時Y液濃度高，以后逐漸降低，若自始至終參與催化的催化劑量保持不變，則必然出現開始階段產氧氣速率(指單位時間產氧氣量)很高，之后則不斷迅速減小，便不能保證具有穩(wěn)定產氧速率的要求。本發(fā)明所以能夠做到可以在較長時間內基本穩(wěn)定放氧的關鍵在于，將催化劑和添加劑混和均勻后制成有一定大小體積的固體球(稱做S丸，以下相同)。當L液濃度隨時間降低時，同時固體球在緩慢地被溶蝕，使參與催化的催化劑總量在不斷增加。當反應到了最后階段，L液濃度達到了最低時，能夠發(fā)揮催化作用的催化劑總量由于積累卻達到了最大，從而保證了具有較為穩(wěn)定的產氧速率。對于用氣時間長短不同的要求和對于不同產氣速率的要求，則可通過改變溶濃度，及投放固體顆粒多少而達到相應的要求。需要說明的是，這里的L液和S丸及反應之后的廢料，均是無毒無害的物質不會造成任何污染。
固體催化劑小球可以采用1克S固體粉末+5克NaHCO3+75克高嶺土+適量的濃度為90％的Na2SiO4共混均勻，和成泥塊，進而制成直徑為6mm的球狀顆粒，將其曬干或烘干即可。這樣的S丸在L液中需要150分鐘才能被徹底溶蝕成粉。若要求在更長時間后才能被全部溶蝕，可按要求改變配方并將球的直徑做的更大，反之，則要將直徑做的更小。在時間長度要求一定時，要求加大產氣速度則可通過多加S顆粒來解決。關于安全性問題。由于各導流開關(每單元均有兩個開關，一共為6個)都安有壓緊彈片，通常情況下起壓緊以避免氣、液泄漏作用，而當瓶內壓力過大時，開關受到過大壓力作用時便會自動抬升，又因其形狀為錐臺形，被抬升時氣體便會自動泄出，起到減壓閥的作用。由于反應前已將L濃溶液加冷水稀釋過，增大了液體熱慣量，使得反應過程中溫升不會太高。加上限止最大產氣速率使放熱過程和緩而漫長，加上在制氣過程中反應器的整個裝置及其中的流體傳熱和空中散熱和放出氣體攜帶走揮發(fā)熱，以及輻射散熱，計算和實驗都證實，在常溫常壓下，當液體溫度最終升至70℃后，生熱與散熱基本達到平衡，不再升溫。由于保持著排氣通路暢通，反應瓶中的溫升和增壓都很有限。由于所使用的化學物質及反應后的廢料皆為無毒無害物質，所以是非常安全和符合環(huán)保要求的。
本實施例的具體操作方法(僅以制氧過程來說明)例如以要求產氣時間為150分鐘；產氣速率1000ml/m為例(這樣的產氧速率適合重癥患者及在特殊環(huán)境下從事作業(yè)人員吸氧)，敘述系統使用的操作方法和工作原理。
第一步在儲藏瓶中儲有L溶液，將反應瓶和洗氣瓶的進料口打開，在反應瓶中加入200ml冷水，在洗氣瓶中加入500ml左右的冷水，然后先將洗氣瓶的進料口關閉。
第二步通過開關使氣筒與儲藏瓶之間氣路導通；再通過開關使儲藏瓶與反應瓶液路導通；然后通過開關使反應瓶與洗氣瓶氣路導通；再通過開關使洗氣瓶內部與排氣口接通。
第三步用打氣筒打氣，氣流經開關進入儲藏瓶，壓迫液面使L溶液從儲藏瓶自動流入反應瓶中。當輸入體積達600ml時停止打氣，并通過開關關閉儲藏瓶與反應瓶之間的液路；檢查開關使反應瓶與洗氣瓶氣路導通；然后再檢查開關使洗氣瓶與排氣口導通。
第四步在反應瓶進料口中投入一粒預制好的大小為Φ6的催化劑球體，接著關閉進料口，使不致漏氣。這時排氣口便冒出純凈氧氣，速率基本穩(wěn)定在1000ml/m，純度為98.8％(約含氮氣為1.2％)，可供增氧呼吸及不同目的的使用。這樣便完成了一次制氧的全過程。
關于廢料排放的操作。
放氧結束后，處于反應瓶中液體已成廢料，因無毒無害可以直接排放；而洗氣瓶中原來的冷水，由于已升溫，若要緊接著就進行二次制氧，則最好將其排泄，并更換新鮮冷水(或為了減輕重量便于攜帶時，也要排出)，除了上述兩種情況以外，可以不排出，供下次繼續(xù)使用。
反應瓶排廢液操作(假定上述制氧后，并無扭動任何開關)第一步先通過開關使儲藏瓶與氣筒間氣路關閉。
第二步通過開關使氣筒與反應瓶間氣路導通，而反應瓶與洗氣瓶間氣路被關閉。再通過開關使反應瓶與排廢口液路導通。
第三步打氣，氣體進入反應瓶，迫使廢液自動先后經導管和開關從排廢口排出。排廢口處可接一長軟管，并使管口低于瓶底，以加速自動排流。實際上，當液體一旦開始流出，只要打開進料口，使瓶內與大氣相通，廢液便可自動流出，而無須繼續(xù)打氣了。在自動排流過程中，可從進料口倒入清水沖洗，將其中的固體粉料盡可能沖洗干凈。當到排流結束，則廢液便基本排完，雖然仍有殘量，但這對下次使用不會產生不良影響。這樣便完成了排廢功能。
洗氣瓶排廢水操作。
當確定需將洗氣瓶中廢水排掉時，采用如下步驟便可實現。(假定這一操作是在完成以上工作之后各開關位置沒有被扭動)第一步通過開關使氣筒與反應瓶氣路關閉。
第二步通過開關使氣筒與洗氣瓶之間氣路導通，且洗氣瓶的排氣口亦同時關閉；通過開關使洗氣瓶與排廢口之間的液路導通；再通過開關關閉排廢口與反應瓶之間的導管(避免廢水流入反應瓶)。
第三步用打氣筒打氣，氣體經開關進入洗氣瓶，廢水體便從排廢口向外排出。
當完成一次制氧后，若需將廢液及廢水同時排放的操作。若緊接著要進行下一次的制氧過程，或為減負以便于攜帶時，則要將反應瓶中的廢液及洗氣瓶中的廢水同時都排掉。這時可采用將廢液和廢水同時排放的方法，一次操作同時完成。具體操作步驟(假定面板上各開關在完成制氣后均未經扭動的情況下)如下第一步先通過開關使打氣筒與洗氣瓶之間氣路導通；再通過開關使反應瓶與排廢口之間液路導通，其他開關保持不動。
第二步用充氣筒充氣，氣體經開關進入洗氣瓶中，迫使廢水經開關輸出后進入反應瓶中，反應瓶中的廢液和廢水則經過開關從排廢口排出裝置之外。繼續(xù)打氣，直到顯示洗氣瓶被排干，隨后反應瓶接著排干時，停止打氣。這樣便完成了將兩個瓶中廢料通過一次操作全部排完的操作。從這一操作可以看出，在反應瓶廢液被排泄過程中，(從洗氣瓶來的“廢水”實際上是只不過變熱了的凈水)在排廢同時也沖洗了反應瓶，達到了“一舉兩得”的效果。
至此，本裝置全部功能操作完成了一遍。當下次制氧時及排廢時，只用重復以上操作或以上的部分的操作便可反復使用了。
本發(fā)明實施例主要用來制取氧氣用來供人員呼吸，同時也可用來制取氫氣、二氧化碳等常見氣體，持續(xù)供氣時間較長，供氣速度穩(wěn)定。本實施例裝置采用耐酸堿、抗氧化能力較強的塑料材料制成，自身僅重0.7公斤左右；體積大小僅為長×寬×高＝22.5×15.6×18.0(cm3)大小，因而便于攜帶。本實施例制氣時的大多數操作步驟是通過裝置的功能作用來實現，方便操作且提高了安全性；由于采用液體制氧劑，大大降低了單位體積氣體造價和氣體產出量，因而大大延長了可持續(xù)供氣時間長度和確保了供氣時間內以基本穩(wěn)定產氣速率供氣，因而不僅可以滿足病員急救的應急用氧；而且還可作為勞動保護用品使用，具有保障在特殊環(huán)境下工作人員能夠進行安全生產和生活的實用意義。
權利要求
1.一種安全便攜功能型氣體發(fā)生器，其特征是，它由儲藏瓶、反應瓶和洗氣瓶相互連接組成，所述儲藏瓶、反應瓶和洗氣瓶分別通過氣路、液路導流開關以及導管構成的導流管網相互連通，并分別通過開關和導管連通有充氣裝置。
2.一種氣體制備方法，其特征是，采用權利要求1所述裝置，利用充氣方式加料和排廢，在反應液中投入由催化劑和添加劑混合而成的團狀固體，使催化劑均勻釋放，從而制備氣體。
3.根據權利要求2所述的一種氣體制備方法，其特征是，所述團狀固體的混合質量比為不溶于水的固體催化劑粉末∶NaHCO3∶高嶺土∶質量百分比濃度為90％的Na2SiO4＝1∶10～50∶200～1000∶20～100。
4.根據權利要求2所述的一種氣體制備方法，其特征是，所述充氣加料過程中，在不中斷供氣的狀態(tài)下可再加料。
全文摘要
本發(fā)明是一種安全便攜功能型氣體發(fā)生器及氣體制備方法，該裝置由儲藏瓶、反應瓶和洗氣瓶(或稱水封瓶)分別通過氣路、液路導流開關以及導管構成的統一的導流管網相互連通，并連通有充氣裝置。該方法采用上述裝置，利用充氣驅動的方式實現裝置各部分之間以及裝置與外界環(huán)境之間的氣體或液體物質的交換；該方法將催化劑固體粉末與化學性質穩(wěn)定的添加劑混合均勻并制成團，使催化劑在反應時逐漸釋放并積累，使氣體產生速率穩(wěn)定。本發(fā)明可以制備氧氣、氫氣、二氧化碳等氣體，在相同產氣速率下，供氣時間要比現有同類產品長10倍以上，可在不中斷供氣的情況下再加料，能保持產氣速率穩(wěn)定，單位體積氧氣造價比低于1∶30。
文檔編號A62B7/00GK1486761SQ0314013
公開日2004年4月7日 申請日期2003年8月11日 優(yōu)先權日2003年8月11日
發(fā)明者吳相安 申請人:吳相安