專利名稱：一種小型智能化制壓氧一體機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧氣制備技術(shù)領(lǐng)域以及氧氣加壓灌裝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及采用變壓吸附工藝制備可供氧療保健用氧氣及通過多級壓縮對氧氣加壓灌裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著生活水平的提高，人們對身體健康更加關(guān)注，其中氧療和氧保健作為增強(qiáng)體質(zhì)、預(yù)防疾病的一種新方法正逐漸被接受。小型制氧機(jī)這一新興行業(yè)也隨之悄然興起，并表現(xiàn)出了強(qiáng)勁的增長趨勢。目前，小型制氧機(jī)已廣泛應(yīng)用于心血管疾病、腦血管疾病、 呼吸系統(tǒng)疾病、高原反應(yīng)與高原病、老年病、兒童呼吸道感染疾病、睡眠性低氧血癥及煤氣中毒缺氧等疾病的配合治療，適用于家庭、醫(yī)院、療養(yǎng)院、干休所、美容健身中心、高原哨所、 體育訓(xùn)練中心等場所，除缺氧患者氧療外，還成為廣腦力勞動(dòng)者、運(yùn)動(dòng)員、老年人、孕婦、兒童等進(jìn)行腦力和體力恢復(fù)、輔助治療和生理保健的伙伴。
目前，在我國大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)及邊遠(yuǎn)地區(qū)，由于常規(guī)氧氣站的制氧壓氧設(shè)備龐大，投資大，技術(shù)含量高，操作復(fù)雜，環(huán)境要求嚴(yán)格，再加上受地理位置及交通條件的限制，氧氣供應(yīng)存在短缺問題。雖然小型制氧機(jī)已在有些地區(qū)推廣使用，但制取的氧氣只能隨用隨制，不能充瓶儲存，使用受到很多限制，而且，受諸多因素的影響，集產(chǎn)氧與壓氧一體的小型制壓氧機(jī)在我國未有開發(fā)，使得沒有大型氧站的地區(qū)和單位氧氣充瓶困難，嚴(yán)重影響了需要氧氣單位及個(gè)人的用氧需求。中國專利200620082260. 9介紹了一種小型制氧機(jī)，該制氧機(jī)采用分子篩變壓吸附工藝制備富氧氣體，只能制備富氧氣體，是獨(dú)立的制氧系統(tǒng)，不能對制備的氧氣進(jìn)行加壓充瓶。中國專利200820087034. 9介紹了一種采用氧氣收集裝置的氧氣壓縮機(jī)，屬于大型獨(dú)立的壓氧裝置，沒有氧氣來源即無法工作，而且體積大，不適合小型制壓氧一體機(jī)的集成。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就是要提供一種小型設(shè)備，可以同時(shí)進(jìn)行氧氣的制備和氧氣的加壓灌充，并且具備制氧、吸氧和壓氧同時(shí)進(jìn)行的功能。
本發(fā)明小型制氧壓氧一體機(jī)，包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)置由控制系統(tǒng)分別控制的制氧單元、壓氧單元和供氧單元；所述控制系統(tǒng)采用單片機(jī)或可編程序控制器；
所述制氧單元包括由管路依次連接的空氣過濾器、空氣干燥器、空氣壓縮機(jī)、散熱器、吸附塔和儲氧罐，位于吸附塔頂端的二位五通閥與吸附塔集成在一起，吸附塔的排氮口下端安裝排氮消聲器，儲氧罐的出氣端安裝調(diào)壓閥，調(diào)壓閥的后段管路安裝氧氣濃度傳感器和氧氣流量傳感器；
所述供氧單元由管路依次連接的供氧單元吸氧流量調(diào)節(jié)閥和濕化瓶組成；
所述壓氧單元包括由管路依次連接的壓氧流量調(diào)節(jié)閥、緩沖罐、三級氧氣壓縮機(jī)、 單向閥和氧氣瓶，三級氧氣壓縮機(jī)與單向閥之間設(shè)置壓力傳感器；
氧氣流量傳感器的后段管路通過三通閥分別供氧單元吸氧流量調(diào)節(jié)閥和壓氧流量調(diào)節(jié)閥。
所述空氣壓縮機(jī)隔音罩兩側(cè)設(shè)置空氣過濾器，過濾器下端設(shè)置空氣干燥器，散熱器位于空氣壓縮機(jī)隔音罩的前側(cè)，儲氧罐位于散熱器的右側(cè)，吸附塔位于空氣壓縮機(jī)的右側(cè)。所述空氣壓縮機(jī)采用無油活塞式壓縮機(jī)。所述吸附塔采用雙塔結(jié)構(gòu)或多塔結(jié)構(gòu)。所述三級氧氣壓縮機(jī)外面設(shè)置隔音罩，三級氧氣壓縮機(jī)采用三級無油活塞式壓縮。
氧氣制備采用變壓吸附工藝，從空氣中制取?？諝饨?jīng)空氣過濾器濾除空氣中的固體顆粒，然后通過干燥器去除多余的水分，因?yàn)榭諝庵械乃謺Ψ肿雍Y的分離效果及使用壽命造成影響。干燥后的空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮加壓到一定壓力后，通過二位五通閥進(jìn)入吸附塔內(nèi)進(jìn)行氮?dú)馕?，吸附塔為兩塔或多塔結(jié)構(gòu)，吸附塔內(nèi)通過壓力的改變交替進(jìn)行加壓吸附和減壓解吸，以保證氧氣持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生。為了提高氧氣濃度，在吸附和解吸過程中設(shè)計(jì)了均壓過程，其過程通過控制閥門的開合來實(shí)現(xiàn)。變壓吸附產(chǎn)生的氧氣，一部分通過限流閥限流后對另一正在解吸的吸附塔進(jìn)行反吹，另一部分通過單向閥后進(jìn)入儲氣罐。解吸出來的氮?dú)鈩t通過控制閥門排出，為了消除排氮過程中產(chǎn)生的噪聲，在排氮口配置了排氮消聲器。制氧單元制備的氧氣經(jīng)過儲氧罐儲備緩沖后，可以經(jīng)流量計(jì)和濕化瓶濕化后供人員吸用，也可以直接經(jīng)氧氣緩沖罐進(jìn)入壓氧單元進(jìn)行壓縮充瓶，也可以同時(shí)為直接吸用和壓氧充瓶提供氧氣。
對于壓氧單元，在氧氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣端配置了氧氣緩沖罐，以減少壓氧時(shí)壓縮機(jī)不連續(xù)進(jìn)氣對吸氧接口造成的影響。氧氣壓縮機(jī)采用三級活塞式無油壓縮，出口壓力可達(dá) 13MPa以上，在壓縮機(jī)的出氣口配置了單向閥，防止壓氧時(shí)氧氣的回流。在單向閥后配置工作壓力為20MPa的軟管或硬管，管接頭為M14*l. 5的內(nèi)螺紋，此螺紋為標(biāo)準(zhǔn)小型氧氣瓶壓氧接口，可以方便對多種規(guī)格氧氣瓶進(jìn)行充氧。
智能化自動(dòng)控制系統(tǒng)采用單片機(jī)或可編程序控制器(PLC)設(shè)計(jì)，該控制系統(tǒng)除完成制氧系統(tǒng)的工藝循環(huán)流程控制外，還設(shè)計(jì)有多項(xiàng)報(bào)警檢測功能，如低壓報(bào)警、高壓報(bào)警、 斷電報(bào)警、切換超時(shí)報(bào)警、低氧報(bào)警及氧濃度指示等程序。在制氧單元出口處設(shè)置了氧氣濃度傳感器和流量傳感器，以便對產(chǎn)氧狀態(tài)及過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)制氧單元運(yùn)行時(shí)，顯示屏定量顯示氧氣濃度值，當(dāng)氧氣濃度低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)聲光報(bào)警。在壓氧單元氧氣出口處設(shè)置壓力傳感器，能夠?qū)貉跫俺淦繅毫M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)壓氧壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，壓氧單元聲光提示，并自動(dòng)停止壓氧程序。故障報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能及時(shí)發(fā)出系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常時(shí)的信號，以便及時(shí)停機(jī)維修，避免長時(shí)間非正常運(yùn)行造成設(shè)備元件的損壞。此外，還設(shè)計(jì)有定時(shí)及LED顯示等功能。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了制氧和壓氧功能的有機(jī)結(jié)合，具有工藝合理、自動(dòng)化程度高、使用方便、體積小重量輕、便于攜帶等的優(yōu)點(diǎn)。
1、通過機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的小型智能化制壓氧一體機(jī)，同時(shí)具有制氧和壓氧功能， 實(shí)現(xiàn)了制氧和壓氧的有機(jī)結(jié)合，提高了系統(tǒng)的集成度。
2、以空氣為原料和通過變壓吸附工藝原理設(shè)計(jì)的制氧單元，可隨時(shí)隨地連續(xù)制備直接使用和加壓充瓶的氧氣，拓寬了制氧機(jī)的使用范圍。
3、通過三級活塞壓縮工藝設(shè)計(jì)的壓氧單元，對制氧單元產(chǎn)生的氧氣經(jīng)進(jìn)行加壓充瓶，把氧氣儲存在氧氣瓶中，可隨時(shí)隨地用氧。
4、標(biāo)準(zhǔn)化壓氧接口的設(shè)計(jì)，便于不同規(guī)格氧氣瓶的灌裝。
5、智能化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了制氧和壓氧的控制系統(tǒng)集成，具有多種運(yùn)行模式及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測功能，提高了自動(dòng)化水平，保證了制壓氧一體機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性。
6、小型化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使制壓氧一體機(jī)體積小、重量輕，攜帶使用方便。


圖1是本發(fā)明的工藝結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的主視示意圖3是本發(fā)明的左視示意圖4是本發(fā)明去掉壓縮機(jī)隔音罩后的右視示意圖。
圖中標(biāo)號1、空氣過濾器，2、空氣干燥器，3、空氣壓縮機(jī)，4、散熱器，5、二位五通閥，6、排氮消聲器，7、吸附塔，8、單向閥，9、儲氧罐，10、調(diào)壓閥，11、氧濃度傳感器，12、流量傳感器，13、流量計(jì)，14、三通閥，15、吸氧流量調(diào)節(jié)閥，16、濕化瓶，17、壓氧流量調(diào)節(jié)閥，18、 緩沖罐，19、三級氧氣壓縮機(jī)，20、壓力傳感器，21、單向閥，22、氧氣瓶，23、控制箱。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳述。
小型智能化制壓氧一體機(jī)的工藝結(jié)構(gòu)如圖1所示，空氣由設(shè)置在制氧單元壓縮機(jī)隔音罩兩側(cè)的空氣過濾器1進(jìn)行過濾，除去顆粒物后，經(jīng)設(shè)置在過濾器下端和空氣壓縮機(jī)隔音罩兩側(cè)的空氣干燥器2干燥，以除去空氣中的水分，干燥后的空氣經(jīng)聯(lián)結(jié)管路至隔音罩內(nèi)的空氣壓縮機(jī)3，空氣壓縮機(jī)3采用無油活塞式壓縮機(jī)，把空氣加壓壓縮到一定壓力， 以便進(jìn)行氧氮分離。在空氣壓縮過程中，空氣溫度會升高，為了降低空氣溫度升高對分子篩吸附分離效果的影響，壓縮空氣經(jīng)散熱器4進(jìn)行散熱降溫。散熱器4采用鋁合金材料制作，利用鋁合金良好的導(dǎo)熱性能，通過增加與空氣的接觸面積加速散熱，散熱器4位于空氣壓縮機(jī)隔音罩的外側(cè)。經(jīng)過降溫的壓縮空氣進(jìn)入吸附塔7，在吸附塔7內(nèi)進(jìn)行氮?dú)馕胶徒馕?，吸附?為變壓吸附制氧的核心部件，可采用雙塔結(jié)構(gòu)或多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在吸附塔7 內(nèi)進(jìn)行的吸附過程要經(jīng)歷吸附、出氧均壓、解吸排氮、反吹等過程，在此過程中氣路的轉(zhuǎn)換是通過集成的二位五通閥5實(shí)現(xiàn)的，二位五通閥5與吸附塔7集成在一起，位于吸附塔7頂端?？諝庠谖剿?內(nèi)進(jìn)行氧氮分離后產(chǎn)生的氧氣經(jīng)單向閥8控制進(jìn)入儲氧罐9，儲氧罐9 也與吸附塔7集成在一起，位于吸附塔7的底端。吸附塔7降壓解吸的氮?dú)馔ㄟ^排氮口排出，在氮?dú)馀欧胚^程中為了降低噪聲在排氮口的下端配置了排氮消聲器6。由于吸附塔產(chǎn)生的氧氣壓力較高，同時(shí)為了維持吸氧及壓氧氧氣供應(yīng)的穩(wěn)定性，在儲氧罐9的出氣端配置了調(diào)壓閥10。
為對制壓氧一體機(jī)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在調(diào)壓閥10的后端配置了氧氣濃度傳感器11與氧氣流量傳感器12，傳感器均固定在空氣壓縮機(jī)隔音罩上。氧氣經(jīng)過三通閥14被分流成兩個(gè)流向，一路供直接吸氧使用，一路供壓氧單元加壓充瓶使用，兩路可以單獨(dú)使用，也可以同時(shí)開啟。供呼吸用的氧氣可通過吸氧流量調(diào)節(jié)閥15進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，吸氧流量調(diào)節(jié)閥15設(shè)置在面板上。流量計(jì)13和氧氣流量傳感器12可對產(chǎn)氧單元產(chǎn)生的氧氣進(jìn)行流量監(jiān)測和實(shí)時(shí)顯示。由于制氧單元制備的氧氣在前期經(jīng)過了干燥處理，所以在吸用之前要通過濕化瓶16進(jìn)行濕化處理。流量計(jì)13和濕化瓶16均安裝在前面板上。
需加壓充瓶的氧氣在進(jìn)入壓氧單元前，先要經(jīng)過壓氧流量調(diào)節(jié)閥17對壓氧流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證直接吸用氧氣的供應(yīng)。由于氧氣壓縮單元周期性的進(jìn)氣會造成氧氣壓力的較大波動(dòng)，因此，在氧氣壓縮前配備了氧氣壓縮單元進(jìn)氣緩沖罐18。經(jīng)緩沖罐18緩沖后的氧氣進(jìn)入三級氧氣壓縮機(jī)19，三級氧氣壓縮機(jī)19是壓氧單元的核心，采用三級無油活塞式壓縮，經(jīng)三級壓縮后出口氧氣壓力可以達(dá)到13MPa以上，三級氧氣壓縮機(jī)19與單向閥21 之間設(shè)置壓力傳感器20，通過壓氧出口和單向閥21與氧氣瓶22連接，直接進(jìn)行充氧。三級氧氣壓縮機(jī)19安裝位置與制氧單元平行，在三級氧氣壓縮機(jī)19的外面設(shè)置了隔音罩，以降低系統(tǒng)噪音。當(dāng)氧氣瓶中充氧壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，充氧過程會自動(dòng)停止。所有控制系統(tǒng)均安裝在控制箱23內(nèi)。
實(shí)施例1 吸氧及壓氧同時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。檢查系統(tǒng)各單元連接狀況，接通電源，選擇自動(dòng)控制系統(tǒng)的制氧壓氧功能模式。首先啟動(dòng)制氧單元，制氧單元產(chǎn)生的氧氣經(jīng)三通閥被分成兩路，一路供直接吸氧用，一路進(jìn)入壓氧單元進(jìn)行加壓充瓶。調(diào)節(jié)產(chǎn)氧流量和吸氧流量，然后啟動(dòng)壓氧單元，吸用多余的氧氣自動(dòng)進(jìn)入壓氧單元，此時(shí)吸氧和壓氧同時(shí)進(jìn)行?？刂骑@示系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示制氧和壓氧運(yùn)行工作狀態(tài)和氧氣流量、氧氣濃度、壓氧壓力和壓氧流量等主要技術(shù)參數(shù)。若氧氣瓶充氧壓力達(dá)到設(shè)定值，系統(tǒng)聲光指示，壓氧單元自動(dòng)停止運(yùn)行，而制氧單元仍繼續(xù)運(yùn)行，不影響直接吸用氧氣的供應(yīng)；若氧氣瓶充氧壓力未達(dá)到設(shè)定值，由于吸氧流量增加或其他原因不能保證壓氧供應(yīng)時(shí)，也可手動(dòng)關(guān)閉壓氧單元；若運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行。吸氧及壓氧同時(shí)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)產(chǎn)氧流量為6-10L/min，氧氣濃度為90-93 %，壓氧流量為2_5L/min，壓氧壓力0_13MPa。
實(shí)施例2 壓氧運(yùn)行狀態(tài)。檢查系統(tǒng)各單元連接狀況，接通電源，選擇自動(dòng)控制系統(tǒng)的制氧壓氧功能模式，直接啟動(dòng)壓氧單元，制氧單元和壓氧單元同時(shí)啟動(dòng)，制氧單元產(chǎn)生的氧氣全部自動(dòng)進(jìn)入壓氧單元，此時(shí)為壓氧運(yùn)行狀態(tài)?？刂骑@示系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示制氧和壓氧運(yùn)行工作狀態(tài)和氧氣流量、氧氣濃度、壓氧壓力和壓氧流量等主要技術(shù)參數(shù)。若氧氣瓶充氧壓力達(dá)到設(shè)定值，系統(tǒng)聲光指示，壓氧及制氧單元均自動(dòng)停止運(yùn)行；若氧氣瓶壓氧壓力未達(dá)到設(shè)定值，也可手動(dòng)關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)；若運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行。壓氧運(yùn)行狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)產(chǎn)氧流量為2-5L/min，氧氣濃度為90-95%，壓氧流量為2-5L/min，壓氧壓力0_13MPa。
實(shí)施例3 產(chǎn)氧運(yùn)行狀態(tài)。檢查系統(tǒng)各單元連接狀況，接通電源，選擇自動(dòng)控制系統(tǒng)的制氧功能模式，直接啟動(dòng)制氧單元，此時(shí)壓氧單元不運(yùn)行，產(chǎn)氧單元產(chǎn)生的氧氣全部用于直接吸用，即為產(chǎn)氧運(yùn)行狀態(tài)?？刂骑@示系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)和氧氣流量、氧氣濃度、壓氧壓力和壓氧流量等主要技術(shù)參數(shù)。當(dāng)不需吸氧時(shí)，手動(dòng)關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)即可。若運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行。吸氧運(yùn)行狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)產(chǎn)氧流量為3-10L/min，氧氣濃度為90-95 %。
權(quán)利要求
1.一種小型智能化制壓氧一體機(jī)，包括殼體，其特征是，殼體內(nèi)設(shè)置由控制系統(tǒng)分別控制的制氧單元、壓氧單元和供氧單元；所述控制系統(tǒng)采用單片機(jī)或可編程序控制器；所述制氧單元包括由管路依次連接的空氣過濾器、空氣干燥器、空氣壓縮機(jī)、散熱器、 吸附塔和儲氧罐，位于吸附塔頂端的二位五通閥與吸附塔集成在一起，吸附塔的排氮口下端安裝排氮消聲器，儲氧罐的出氣端安裝調(diào)壓閥，調(diào)壓閥的后段管路安裝氧氣濃度傳感器和氧氣流量傳感器；所述供氧單元由管路依次連接的供氧單元吸氧流量調(diào)節(jié)閥和濕化瓶組成； 所述壓氧單元包括由管路依次連接的壓氧流量調(diào)節(jié)閥、緩沖罐、三級氧氣壓縮機(jī)、單向閥和氧氣瓶，三級氧氣壓縮機(jī)與單向閥之間設(shè)置壓力傳感器；氧氣流量傳感器的后段管路通過三通閥分別供氧單元吸氧流量調(diào)節(jié)閥和壓氧流量調(diào)節(jié)閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型智能化制壓氧一體機(jī)，其特征是，所述空氣壓縮機(jī)隔音罩兩側(cè)設(shè)置空氣過濾器，過濾器下端設(shè)置空氣干燥器，散熱器位于空氣壓縮機(jī)隔音罩的前側(cè)，儲氧罐位于散熱器的右側(cè)，吸附塔位于空氣壓縮機(jī)的右側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型智能化制壓氧一體機(jī)，其特征是，所述空氣壓縮機(jī)采用無油活塞式壓縮機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型智能化制壓氧一體機(jī)，其特征是，所述吸附塔采用雙塔結(jié)構(gòu)或多塔結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型智能化制壓氧一體機(jī)，其特征是，所述三級氧氣壓縮機(jī)外面設(shè)置隔音罩，三級氧氣壓縮機(jī)采用三級無油活塞式壓縮。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小型智能化制壓氧一體機(jī)。本發(fā)明包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)置由控制系統(tǒng)分別控制的制氧單元、壓氧單元和供氧單元；所述控制系統(tǒng)采用單片機(jī)或可編程序控制器；所述制氧單元包括由管路依次連接的空氣過濾器、空氣干燥器、空氣壓縮機(jī)、散熱器、吸附塔和儲氧罐；所述供氧單元由管路依次連接的供氧單元吸氧流量調(diào)節(jié)閥和濕化瓶組成；所述壓氧單元包括由管路依次連接的壓氧流量調(diào)節(jié)閥、緩沖罐、三級氧氣壓縮機(jī)、單向閥和氧氣瓶。本發(fā)明通過機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的小型智能化制壓氧一體機(jī)，同時(shí)具有制氧和壓氧功能，實(shí)現(xiàn)了制氧和壓氧的有機(jī)結(jié)合，提高了系統(tǒng)的集成度。
文檔編號F17C5/00GK102515111SQ20111042697
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者寧青松, 宿紅波, 朱孟府, 朱路, 游秀東, 苑英海, 鄧橙, 陳平 申請人:中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所