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(shí)用新型涉及用物理方法分離制備氧氣的裝置，具體來(lái)說(shuō)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(guó)內(nèi)已投放市場(chǎng)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(wèn)題采用氧氣袋供氧，雖然供氣設(shè)備簡(jiǎn)單，但要求有提供能供呼吸的氧氣源，同時(shí)氧氣袋的體積有限，若需要長(zhǎng)期、大量吸氧，需頻繁更換氧氣袋，給使用者帶來(lái)大量麻煩。
采用化學(xué)反應(yīng)制氧，雖然可移動(dòng)吸氧，但需頻繁添加化學(xué)藥劑，同時(shí)供氣不穩(wěn)定、不連續(xù)，攜帶也不方便，使用費(fèi)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(shí)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(lái)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(gè)制氧機(jī)體積龐大、噪音高、重量重，無(wú)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(lái)極大的困難。同時(shí)制氧機(jī)上采用20余臺(tái)電磁閥，不僅使制氧機(jī)體積增大，給攜帶和正常使用帶來(lái)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(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)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(shí)現(xiàn)一種便攜式一體化變真空吸附制氧機(jī)，包括動(dòng)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?dú)馕絼┑奈絼┦遥辉撐絼┦翼敳吭O(shè)置有當(dāng)活塞下行時(shí)開(kāi)啟、上行時(shí)關(guān)閉的氧氣輸出閥，其底部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時(shí)關(guān)閉，上行時(shí)開(kāi)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(shí)關(guān)閉，上行時(shí)開(kāi)啟的氧氣排氣閥，其底部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時(shí)開(kāi)啟，上行時(shí)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(duì)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(shí)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(dòng)或腳動(dòng))作用下，使吸附劑室上下移動(dòng)，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(shí)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(dòng)力源。
當(dāng)吸附開(kāi)始時(shí)，吸附劑室在動(dòng)力源作用下，向下緩慢移動(dòng)，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?dú)馕絼┘磳Ｓ弥蒲跷絼┏浞纸佑|，空氣中的氮?dú)獗晃絼┪?，而氧氣在氧氣室的微?fù)壓下順利地流進(jìn)氧氣室，達(dá)到產(chǎn)氧的目的，而此時(shí)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(dòng)到最下端時(shí)，吸附劑吸附空氣中氮?dú)庖堰_(dá)到飽和，吸附劑需再生，制氧機(jī)才會(huì)連續(xù)工作，制氧機(jī)才有實(shí)際意義。
吸附劑的再生是通過(guò)在動(dòng)力源的作用下向上移動(dòng)，此時(shí)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?dú)庠谡婵諣顟B(tài)下解吸出來(lái)，達(dá)到吸附劑再生的目的，同時(shí)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(guò)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(shí)由于吸附劑在吸附制氧和解吸再生所需時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾十秒，吸附劑室在殼體內(nèi)的移動(dòng)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(shí)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，大大降低制氧機(jī)噪音，使該新型制氧機(jī)幾乎無(wú)噪音污染，同時(shí)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(zhǎng)；并且由于在空氣吸進(jìn)吸附室和抽真空的過(guò)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(dòng)力為40w，從而滿足整個(gè)制氧機(jī)可方便地采用電動(dòng)、手動(dòng)或腳動(dòng)，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(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型吸附制氧過(guò)程中氣體流向圖；圖3是本實(shí)用新型真空解吸過(guò)程氣體流向圖；圖4是圖1所示空氣進(jìn)氣管的另一種實(shí)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(diǎn)后的示意圖。
具體實(shí)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(dòng)動(dòng)力窗，10.吸附劑室移動(dòng)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(gè)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(duì)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?dú)馕絼?1(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(shí)開(kāi)啟、上行時(shí)關(guān)閉的氧氣輸出閥5，其底部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時(shí)關(guān)閉，上行時(shí)開(kāi)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(shí)關(guān)閉、上行時(shí)開(kāi)啟的氧氣排氣閥1，其底部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時(shí)開(kāi)啟、上行時(shí)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(jiàn)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(kāi)有當(dāng)活塞下行時(shí)與水平管連通，上行時(shí)使水平管進(jìn)口封堵的開(kāi)口8c。利用水平管(隨活塞)對(duì)豎直管的相對(duì)位移，形成一個(gè)或開(kāi)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(kāi)有上止點(diǎn)凹口和下止點(diǎn)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(shí)，彈簧19a隨之上行，鋼珠最后進(jìn)入上止點(diǎn)凹口20中；當(dāng)活塞下行時(shí)，鋼珠最后進(jìn)入下止點(diǎn)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(kāi)始制氧過(guò)程。通過(guò)外力(電機(jī)、手動(dòng)或腳動(dòng))作用下，使吸附劑室向下移動(dòng)，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(dòng)關(guān)閉，同時(shí)氧氣輸出閥5自動(dòng)開(kāi)啟，空氣通過(guò)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?dú)獗晃剑鯕鈩t順利通過(guò)吸附劑室內(nèi)的吸附劑進(jìn)入氧氣室3，同時(shí)在真空室內(nèi)，由于吸附劑室向下移動(dòng)，真空室壓力升高，與吸附劑室相聯(lián)的真空出氣閥16自動(dòng)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(dòng)開(kāi)啟，將上一步抽真空的解吸氣(富氮?dú)?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(kāi)始解吸的過(guò)程。通過(guò)外力(電機(jī)、手動(dòng)或腳動(dòng))作用下，使吸附室向上移動(dòng)，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(dòng)開(kāi)啟，同時(shí)氧氣輸出閥5自動(dòng)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(shí)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(dòng)，真空室壓力降低，與吸附劑室相聯(lián)的真空出氣閥16自動(dòng)開(kāi)啟，而真空室殼15上的真空排氣閥17在壓力作用下自動(dòng)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(shí)吸附劑上吸附的氮?dú)獠粩嘟馕?，解吸后的氮?dú)獠粩嘟?jīng)過(guò)真空出氣閥16進(jìn)入真空室18，使吸附劑上吸附的氮?dú)饨馕耆?，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(kāi)一小孔6a，該小孔作用是當(dāng)吸附劑室向上移動(dòng)時(shí)，利用抽真空時(shí)壓差，使少量氧氣進(jìn)入吸附劑室，對(duì)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(jì)一緩沖器，對(duì)少量用氧來(lái)說(shuō)，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(duì)一般用氧場(chǎng)所，在空氣中?；煊衅渌愇兜扔袡C(jī)物，而該有機(jī)物對(duì)吸附劑容易造成中毒，為保證吸附的長(zhǎng)使用壽命，可在制氧機(jī)空氣進(jìn)氣管8增加一活性炭過(guò)濾裝置。該活性炭過(guò)濾器按使用時(shí)間和空氣中有機(jī)物多少而周期性更換，保證吸附劑長(zhǎng)時(shí)間使用。
本實(shí)用新型是以制氧過(guò)程的原料空氣和吸附劑再生過(guò)程的抽空氣體幸免以吸附器與制氧機(jī)殼體的相對(duì)移動(dòng)，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(diǎn)，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(guò)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(gè)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(shí)原料空氣和吸附劑再生過(guò)程中的抽空氣體均以吸附器與制氧機(jī)殼體的相對(duì)移動(dòng)的速度較慢，噪音特別低，對(duì)環(huán)境不造成噪音污染。創(chuàng)意之四制氧過(guò)程的吸附和抽真空過(guò)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(shí)現(xiàn)電動(dòng)、手動(dòng)和氣動(dòng)，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(dòng)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?dú)馕絼?11)的吸附劑室；該吸附劑室頂部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時(shí)開(kāi)啟、上行時(shí)關(guān)閉的氧氣輸出閥(5)，其底部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時(shí)關(guān)閉，上行時(shí)開(kāi)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(shí)關(guān)閉，上行時(shí)開(kāi)啟的氧氣排氣閥(1)，其底部設(shè)置有當(dāng)活塞下行時(shí)開(kāi)啟，上行時(shí)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(kāi)有當(dāng)活塞下行時(shí)與水平管(8b)連通，活塞上行時(shí)使水平管(8b)進(jìn)口封堵的開(kāi)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(guò)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(kāi)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(dòng)力源為電動(dòng)或手動(dòng)或腳動(dòng)。
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(dòng)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?dú)馕絼?；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(jiǎn)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(hào)B01D53/04GK2647411SQ03234238
公開(kāi)日2004年10月13日 申請(qǐng)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(qǐng)人:余蘭金, 吳莊勝