專利名稱：便攜式一體化變真空吸附制氧機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用物理方法分離制備氧氣的裝置，具體來說是以空氣為原料經(jīng)變真空吸附分離(VSA)制備氧氣的裝置。
背景技術(shù)：
目前在國內(nèi)已投放市場的許多家用氧、保健用氧主要有氧氣袋、化學(xué)反應(yīng)制氧和中空纖維膜分離制氧，但上述獲得氧的方法都存在或多或少的弊端，不便于家用氧、醫(yī)用氧以及提高車廂、網(wǎng)吧等高密度人群的密閉空間內(nèi)氧氣含量的普及，其主要原因是存在如下一些問題采用氧氣袋供氧，雖然供氣設(shè)備簡單，但要求有提供能供呼吸的氧氣源，同時氧氣袋的體積有限，若需要長期、大量吸氧，需頻繁更換氧氣袋，給使用者帶來大量麻煩。
采用化學(xué)反應(yīng)制氧，雖然可移動吸氧，但需頻繁添加化學(xué)藥劑，同時供氣不穩(wěn)定、不連續(xù)，攜帶也不方便，使用費用高，還造成環(huán)境污染，若采用大規(guī)模普及吸氧還造成消耗大量資源。
采用中空纖維膜分離制氧，其本身原理確定其氧含量不高，同時其工藝原理要求其空氣壓力較高，工藝流程中必須有壓縮空氣源，若將之做成便攜式，需配置空氣壓縮機(jī)，不僅造成制氧機(jī)生產(chǎn)成本高，而且噪音大、重量較重、能耗高，體積龐大，極不方便攜帶。
采用氧陰極電化學(xué)制氧雖然使用較方便，噪音也低，氧氣純度也較高，但能耗很高，平均每生產(chǎn)1m3純氧氣，其電耗可達(dá)數(shù)十至上百度電，給一般使用者帶來很大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
目前也有采用變壓吸附原理生產(chǎn)的制氧機(jī)，但在流程上由于采用空氣壓縮機(jī)或真空泵，使整個制氧機(jī)體積龐大、噪音高、重量重，無法安裝在密閉的小車上和一般家庭室內(nèi)使用，給便攜式制氧機(jī)的推廣帶來極大的困難。同時制氧機(jī)上采用20余臺電磁閥，不僅使制氧機(jī)體積增大，給攜帶和正常使用帶來較大麻煩，而且閥門較多，制氧機(jī)故障增加，就其結(jié)構(gòu)和原理還不能達(dá)到便攜。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種便攜式一體化變真空吸附制氧機(jī)，旨在采用變真空吸附原理從空氣中分離制備氧氣，使裝置小型化以及便于家用或攜帶。上述目的由以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)一種便攜式一體化變真空吸附制氧機(jī)，包括動力源，活塞缸和活塞，其特征在于，所述活塞缸為兩段大、小圓筒組成的密閉容器，作為氧氣室的小圓筒中設(shè)置有密封活塞，作為真空室的大圓筒中設(shè)置有密封活塞；所述活塞為位于兩密封活塞之間并與二者固聯(lián)為一體、內(nèi)腔中裝填有氮氣吸附劑的吸附劑室；該吸附劑室頂部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時開啟、上行時關(guān)閉的氧氣輸出閥，其底部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時關(guān)閉，上行時開啟的真空出氣閥；上述活塞缸頂部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時關(guān)閉，上行時開啟的氧氣排氣閥，其底部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時開啟，上行時關(guān)閉的真空排氣閥；還包括其出氣口設(shè)置在吸附劑室底部、固聯(lián)在活塞上、外端伸出活塞缸的空氣進(jìn)氣管。
以上技術(shù)方案是針對目前變壓吸附制氧吸附劑的特性，即吸附在常壓或微負(fù)壓下，而吸附劑的再生又需真空條件下進(jìn)行。為方便制氧機(jī)的攜帶，本實用新型提供一種特殊的吸附器結(jié)構(gòu)，該新型結(jié)構(gòu)的制氧機(jī)充分利用裝填吸附劑的剛性吸附劑室作為空氣壓縮和抽真空的活塞，而吸附劑室的外部裝設(shè)一套能與吸附劑室兩端密閉的剛性容器，使吸附容器與外部的剛性容器形成如活塞壓縮機(jī)的壓縮氣缸和往復(fù)式真空泵的活塞，在外力(電機(jī)、手動或腳動)作用下，使吸附劑室上下移動，從而不斷改變吸附劑室入口和出口端剛性容器體積，達(dá)到吸附制氧進(jìn)在微負(fù)壓下進(jìn)行，而吸附劑再生時在高真空狀態(tài)下進(jìn)行。本新型以功能作用分吸附室、氧氣室、真空室和動力源。
當(dāng)吸附開始時，吸附劑室在動力源作用下，向下緩慢移動，氧氣室的體積增加而使其壓力降低，在氧氣室微負(fù)壓條件下，環(huán)境中的空氣自吸附室底部進(jìn)入吸附劑室，在吸附劑室內(nèi)空氣充分與氮氣吸附劑即專用制氧吸附劑充分接觸，空氣中的氮氣被吸附劑吸附，而氧氣在氧氣室的微負(fù)壓下順利地流進(jìn)氧氣室，達(dá)到產(chǎn)氧的目的，而此時真空室內(nèi)的解吸氣被排出制氧機(jī)，為下次解吸抽真空準(zhǔn)備條件。當(dāng)吸附劑室移動到最下端時，吸附劑吸附空氣中氮氣已達(dá)到飽和，吸附劑需再生，制氧機(jī)才會連續(xù)工作，制氧機(jī)才有實際意義。
吸附劑的再生是通過在動力源的作用下向上移動，此時吸附劑室下端剛性容器內(nèi)的體積變大，壓力降低，將吸附劑室內(nèi)吸附劑吸附的氮氣在真空狀態(tài)下解吸出來，達(dá)到吸附劑再生的目的，同時在吸附劑室上端的氧氣室體積逐漸減小，壓力升高，在壓力的作用下將剛產(chǎn)生的氧氣排出制氧機(jī)。
通過改變氧氣室和真空室的橫截面積，可改變吸附劑室兩端相應(yīng)剛性容器及吸附劑室體積大小，從而可調(diào)整制氧機(jī)產(chǎn)氧量和純度。
由于將空氣吸進(jìn)吸附劑室和抽真空有機(jī)的和二為一，使便攜式制氧機(jī)體積更小巧，重量更輕，同時由于吸附劑在吸附制氧和解吸再生所需時間長達(dá)幾十秒，吸附劑室在殼體內(nèi)的移動速度非常緩慢，有效地避免了傳統(tǒng)制氧所需空氣壓縮和抽真空時的高速轉(zhuǎn)動設(shè)備，大大降低制氧機(jī)噪音，使該新型制氧機(jī)幾乎無噪音污染，同時由于相互摩擦速度小，還使制氧機(jī)相互摩擦部位的壽命大大延長；并且由于在空氣吸進(jìn)吸附室和抽真空的過程進(jìn)行非常緩慢，氣體的壓縮和抽真空幾乎是在等溫條件進(jìn)行，有效地提高能量轉(zhuǎn)化為有效功，就每生產(chǎn)1m3純氧，其能耗小于0.4kw.h的電耗，若按正常吸氧量為2000毫升/分鐘，則需要的動力為40w，從而滿足整個制氧機(jī)可方便地采用電動、手動或腳動，大大提高制氧機(jī)的使用范圍，使制氧機(jī)更超小型化，徹底變成可攜帶。


圖1是本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實用新型吸附制氧過程中氣體流向圖；圖3是本實用新型真空解吸過程氣體流向圖；圖4是圖1所示空氣進(jìn)氣管的另一種實施例的剖面圖；圖5是圖4所示空氣進(jìn)氣管上設(shè)置上、下止點后的示意圖。
具體實施方式
圖中1.氧氣排氣閥，2.制氧機(jī)殼，3.氧氣室，4.氧氣室殼，5.氧氣輸出閥，6.壓板，7.密封活塞，8.空氣進(jìn)氣管，9.吸附劑室移動動力窗，10.吸附劑室移動定位器，11.吸附劑，12.內(nèi)腔，13.空氣分布器，14.密封活塞，15.真空室殼，16.真空出氣閥，17.真空排氣閥，18.真空室等十八個部分組成。
圖1示出，活塞為兩段大、小圓筒組成的密閉容器，作為氧氣室3的小圓筒中設(shè)置有密封活塞7，作為真空室18的大圓筒中設(shè)置有密封活塞14；對應(yīng)于上述活塞缸的活塞是由位于兩密封活塞7、14之間、并與二者固聯(lián)為一體的吸附劑室所組成，吸附劑室中裝填有氮氣吸附劑11(即制氧專用吸附劑，最好采用鋰分子篩)，該吸附劑室頂部(吸附劑室頂部設(shè)有一壓板6，壓板經(jīng)螺釘固定在吸附劑室上)設(shè)置有當(dāng)活塞下行時開啟、上行時關(guān)閉的氧氣輸出閥5，其底部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時關(guān)閉，上行時開啟的真空出氣閥16；上述活塞缸頂部即小圓筒頂部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時關(guān)閉、上行時開啟的氧氣排氣閥1，其底部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時開啟、上行時關(guān)閉的真空排氣閥17；空氣進(jìn)氣管8的出氣口設(shè)置在吸附劑室底部、固聯(lián)在活塞上、外端伸出活塞缸。參見圖4，上述空氣進(jìn)氣管可采用水平管和豎直管兩段式敷設(shè)，水平管8b設(shè)置吸附劑室底部、并與上述活塞固聯(lián)；豎直管8a下部開有當(dāng)活塞下行時與水平管連通，上行時使水平管進(jìn)口封堵的開口8c。利用水平管(隨活塞)對豎直管的相對位移，形成一個或開啟或關(guān)閉的閥門，目的在于取代閥門如電磁閥，以減少裝置體積。圖5中，豎直管8a上開有上止點凹口和下止點凹口19，彈簧19a前端固聯(lián)一鋼珠19b，彈簧19a固聯(lián)在活塞上。當(dāng)活塞上行時，彈簧19a隨之上行，鋼珠最后進(jìn)入上止點凹口20中；當(dāng)活塞下行時，鋼珠最后進(jìn)入下止點凹口19中。起上、下行限位作用。
在圖2中，為便攜式制氧機(jī)開始制氧過程。通過外力(電機(jī)、手動或腳動)作用下，使吸附劑室向下移動，由于吸附劑室與氧氣室殼4和真空室殼15殼體形成剛性容器，吸附劑室上部的氧氣室體積增大，壓力降低，在壓力的作用下，一方面氧氣排氣閥1自動關(guān)閉，同時氧氣輸出閥5自動開啟，空氣通過空氣分布器13進(jìn)入吸附劑室，在吸附劑室內(nèi)，空氣與裝填的吸附劑(如鋰分子篩)充分接觸，氮氣被吸附，而氧氣則順利通過吸附劑室內(nèi)的吸附劑進(jìn)入氧氣室3，同時在真空室內(nèi)，由于吸附劑室向下移動，真空室壓力升高，與吸附劑室相聯(lián)的真空出氣閥16自動關(guān)閉，而真空室殼15上的真空排氣閥17在壓力作用下自動開啟，將上一步抽真空的解吸氣(富氮氣)排出真空室，為下一次抽真空作準(zhǔn)備。
在圖3中，是便攜式制氧機(jī)制氧吸附劑開始解吸的過程。通過外力(電機(jī)、手動或腳動)作用下，使吸附室向上移動，由于吸附劑室與氧氣室殼4和真空室殼15殼體形成剛性容器，吸附劑室上部的氧氣室3體積減小，壓力升高，在壓力作用下，一方面氧氣排氣閥1自動開啟，同時氧氣輸出閥5自動關(guān)閉，在氧氣室內(nèi)的產(chǎn)品氧氣排出氧氣室3，達(dá)到供氧的目的，同時也為下一次吸附制氧作準(zhǔn)備。在真空室內(nèi)，由于吸附劑室向上移動，真空室壓力降低，與吸附劑室相聯(lián)的真空出氣閥16自動開啟，而真空室殼15上的真空排氣閥17在壓力作用下自動關(guān)閉，將真空室18與吸附劑室接通，在壓力作用下，將吸附劑室的壓力，此時吸附劑上吸附的氮氣不斷解吸，解吸后的氮氣不斷經(jīng)過真空出氣閥16進(jìn)入真空室18，使吸附劑上吸附的氮氣解吸完全，達(dá)到吸附劑再生的目的。
為獲得高純氧氣，在吸附劑室上部壓板6開一小孔6a，該小孔作用是當(dāng)吸附劑室向上移動時，利用抽真空時壓差，使少量氧氣進(jìn)入吸附劑室，對制氧吸附劑進(jìn)行一邊沖洗、一邊抽真空，使吸附劑11的解吸再生更完全、徹底。
重復(fù)上述步驟，可得到氧氣，但氧氣為間斷，在氧氣輸出閥后設(shè)計一緩沖器，對少量用氧來說，用單套吸附室就能完全滿足要求；若大氣量用氧，一方面可增大吸附劑室、真空室和氧氣室的體積，另一方面可采用兩套或多套相同的制氧機(jī)的吸附室(即氧氣排氣閥的出口并聯(lián))，達(dá)到連續(xù)供氧的目的。
對一般用氧場所，在空氣中常混有其它異味等有機(jī)物，而該有機(jī)物對吸附劑容易造成中毒，為保證吸附的長使用壽命，可在制氧機(jī)空氣進(jìn)氣管8增加一活性炭過濾裝置。該活性炭過濾器按使用時間和空氣中有機(jī)物多少而周期性更換，保證吸附劑長時間使用。
本實用新型是以制氧過程的原料空氣和吸附劑再生過程的抽空氣體幸免以吸附器與制氧機(jī)殼體的相對移動，從而改變吸附器內(nèi)壓力，達(dá)到變壓吸附空氣分離制氧的目的。創(chuàng)意之一符合VSA法制取富氧的工藝操作特點，保證吸附劑產(chǎn)富氧能力穩(wěn)定，純度高、系統(tǒng)阻力小、電耗低，以及吸附劑損耗小等。創(chuàng)意之二制氧過程省略掉傳統(tǒng)空氣壓縮機(jī)和真空設(shè)備，并省支一般變壓吸附制氧數(shù)十個電磁閥，使制氧機(jī)體積和重量比相類似制氧設(shè)備減輕65％以上，使制氧機(jī)體積小、重量輕，能滿足制氧機(jī)攜帶的方便。創(chuàng)意之三由于省掉空氣壓縮機(jī)和真空設(shè)備，同時原料空氣和吸附劑再生過程中的抽空氣體均以吸附器與制氧機(jī)殼體的相對移動的速度較慢，噪音特別低，對環(huán)境不造成噪音污染。創(chuàng)意之四制氧過程的吸附和抽真空過程在等溫條件下進(jìn)行，使能耗最大限度的轉(zhuǎn)化為有用功。創(chuàng)意之五制氧機(jī)可實現(xiàn)電動、手動和氣動，滿足在不同缺氧環(huán)境下使用。
權(quán)利要求1.一種便攜式一體化變真空吸附制氧機(jī)，包括動力源，活塞缸和活塞，其特征在于，所述活塞缸為兩段大、小圓筒組成的密閉容器，作為氧氣室(3)的小圓筒中設(shè)置有密封活塞(7)，作為真空室(18)的大圓筒中設(shè)置有密封活塞(14)；所述活塞為位于兩密封活塞(7、14)之間并與二者固聯(lián)為一體、內(nèi)腔中裝填有氮氣吸附劑(11)的吸附劑室；該吸附劑室頂部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時開啟、上行時關(guān)閉的氧氣輸出閥(5)，其底部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時關(guān)閉，上行時開啟的真空出氣閥(16)；上述活塞缸頂部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時關(guān)閉，上行時開啟的氧氣排氣閥(1)，其底部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時開啟，上行時關(guān)閉的真空排氣閥(17)；還包括其出氣口設(shè)置在吸附劑室底部、固聯(lián)在活塞上、外端伸出活塞缸的空氣進(jìn)氣管(8)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制氧機(jī)，其特征在于，還包括與氧氣排氣閥(1)出口相連通的緩沖器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制氧機(jī)，其特征在于，所述活塞與活塞缸為兩組或兩組以上，各組的氧氣排氣閥的出口相并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的制氧機(jī)，其特征在于，所述空氣進(jìn)氣管由設(shè)置在吸附劑室底部、并與所述活塞固聯(lián)的水平管(8b)和外端伸出活塞缸、與活塞缸體固聯(lián)的豎直管(8a)組成，豎直管(8a)下部開有當(dāng)活塞下行時與水平管(8b)連通，活塞上行時使水平管(8b)進(jìn)口封堵的開口(8c)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的制氧機(jī)，其特征在于，還包括連接在空氣進(jìn)氣管出氣口的空氣分布器(13)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的制氧機(jī)，其特征在于，還包括設(shè)置在空氣進(jìn)口管前端的活性炭過濾裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的制氧機(jī)，其特征在于，所述吸附劑室頂部有一壓板(6)，壓板(6)經(jīng)螺釘固定在吸附劑室上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制氧機(jī)，其特征在于，所述壓板(6)上開有一小孔(6a)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的制氧機(jī)，其特征在于，所述動力源為電動或手動或腳動。
專利摘要一種便攜式一體化變真空吸附制氧機(jī)，屬于從空氣中吸附分離制備氧氣的裝置。主要由動力源、活塞缸和活塞組成；該活塞缸為兩段大、小圓筒組成的密閉容器，作為氧氣室的小圓筒中設(shè)有密封活塞，作為真空室的大圓筒中設(shè)有密封活塞；所述活塞由兩密封活塞中部聯(lián)接一吸附劑室組成，吸附劑室中裝填氮氣吸附劑；吸附劑室頂部設(shè)有氧氣輸出閥，底部設(shè)有真空出氣閥；上述活塞缸頂部設(shè)有氧氣排氣閥，底部設(shè)有氧氣輸出閥；空氣進(jìn)氣管固聯(lián)在活塞上、其出氣口設(shè)在吸附劑室底部、外端伸出活塞缸。它采用變真空吸附原理制取氧氣，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、能耗低，便攜式，滿足家庭用氧或保健用氧的需要。
文檔編號B01D53/04GK2647411SQ03234238
公開日2004年10月13日 申請日期2003年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月6日
發(fā)明者余蘭金 申請人:余蘭金, 吳莊勝