專利名稱：小型變壓吸附制氧機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種變壓吸附制氧機，屬于制氧設備領域。
背景技術：
隨著生活水平的不斷提高，人們對自身的身心健康情況也越來越重視。氧氣因對人體有多項益處，而被人們廣泛用于家庭保健、醫(yī)療、體育訓練、洗浴美容等多種行業(yè)，相應的各種原理的制氧機也越來越多。深冷法因工藝復雜、能耗高而逐漸退出了民用制氧行業(yè)，化學法和電解法制氧技術也因成本高、污染嚴重而難以被重用，而變壓吸附法制氧技術因工藝簡單、成本低、無污染、自動化程度高而逐漸在民用領域占據(jù)了主導地位。
近年來，許多科技工作者相繼開發(fā)了多種變壓吸附法制氧技術和相應設備，但因設備結構沒有太大突破，或吸附劑裝填品種和形式單一，致使制氧機設備體積太大、太重，制氧機功能也很單一；除了能把空氣中的氧氣富集到90％左右外，再沒有其他功能可用。中國專利局公開了號為CN2178138Y的專利申請，其中設計了一種板式管路來連接吸附管和電磁閥組，但其吸附管是圓筒直線形，致使整機高度增加；中國專利局所公開的號為CN2354923Y的專利申請，其中設計了一種隔套式變壓吸附法空分設備，把干燥管放在吸附管內(nèi)部，而吸附管本身仍是圓筒狀，這樣又增加了吸附管的體積和重量；中國專利局又公開其號為CN2363731Y的專利申請，其中設計了一種進排氣管可以隨意拆裝的吸附裝置，但只是解決了幾個吸附管之間的靈活拆裝問題，吸附管本身形狀并沒有改變圓筒狀結構。
現(xiàn)有技術的制氧機主要包括空氣壓縮機、風冷管、二位五通閥、吸附管、單向閥、緩沖器、飽和器和排風扇，它在結構上和制氧效果上存在有下列不足①所采用的吸附管是圓筒形結構，其內(nèi)腔又呈圓形橫斷面，因此，無法解決管內(nèi)氣流單一流動狀態(tài)，②吸附劑裝填品種和形式單一，導致制氧機功能單一，③制氧機體積大，重量大，④凈化效果低。
本實用新型的目的是要克服現(xiàn)有技術存在有①不利于提高吸附劑多向吸附性能的圓形筒形結構的吸附管，②制氧機重量大、體積大，③吸附功能單一、成本高，④凈化效果低的不足，并提供一種重量輕，體積小，成本低、功能多，凈化效果好的制氧機，特提出本實用新型的技術解決方案。
實用新型的內(nèi)容 本實用新型的基本構思是，將吸附管的圓筒形內(nèi)腔結構，改為其橫斷面為橢圓形或多邊形的內(nèi)腔結構；將直筒形的吸附管結構改為“U”形、“N”形或“W”形結構；并在內(nèi)腔中加有隔板及多個裝填層結構；將緩沖器和飽和器制作成扁平狀；風冷管制作成曲折狀和盤繞狀；在風冷管與二位五通閥之間加有過濾分水器，以及將單向閥改為單向閥組的結構。
本實用新型所設計的一種小型變壓吸附制氧機，主要是由空氣壓縮機[3]、風冷管[1]、二位五通閥[18]、吸附管[5]、單向閥、緩沖器[12]、流量計[6]、飽和器[7]和排風扇[24]所構成，其特征在于與空氣壓縮機[3]出口相連的風冷管[1]制成曲拆狀和盤繞狀，固定在壓縮機兩端風扇[2]和排風扇[24]前面；風冷管[1]的末端與二位五通閥入口[17]之間，還連接有過濾分水器[21]；制氧機內(nèi)所設計的多個吸附管[5]，均制成“U”形、“N”形、“W”形，其腔體的橫斷面是橢圓形或由直邊或曲邊、或直邊與曲邊所構成的多邊形管腔，在多邊形的管腔中還設有隔板[28]，將其管腔隔成多個隔間結構，隔板與腔底之間留有氣體通道[26]，管腔的底面是封閉的，吸附管上端的兩個管口，用螺旋帽蓋[29]或法蘭或螺栓壓蓋密封，并在其中間位置，分別開有吸附管入口[14]和吸附管出口[13]；緩沖器[21]和飽和器[7]均制成扁平狀結構。
本實用新型的進一步特征在于吸附管[5]內(nèi)，從吸附管入口[14]開始，還分別設有吸水層[30]、復合吸附層[31]、分子篩層[32]和沸石分子篩層[27]的金屬篩網(wǎng)[33]；在吸附管出口[13]與緩沖器[12]之間裝有單向閥組[10]，單向閥組的每個單向閥進口[9]，分別用細管[11]與相對應吸附管出口[13]相連，單向閥進口[9]，用彈簧片[37]或螺旋彈簧反向壓緊，單向閥組出口與緩沖器[12]通過連接導管[36]接觸相連，緩沖器出口的接管[35]上裝有減壓閥[8]。
本實用新型所設計的技術方案，是使用兩端都帶有風扇的雙缸活塞式無油空氣壓縮機；采用傳熱系數(shù)大的銅或鋁合金管制作的風冷管，在經(jīng)過壓縮機兩端和底部排風扇處，均呈曲折和盤繞式狀態(tài)，使壓縮空氣冷卻，這樣，也就可以省去專門用于冷卻空氣用的多余風扇，減少體積和成本；在風冷管的末端連接一個過濾分水器，其目的是為了把經(jīng)過冷卻而凝結的水和空氣粉塵過濾除去，這樣即可以保證進入吸附管氣體干凈，又可延長吸附劑的使用壽命，使用中經(jīng)常采用的是旋風式過濾分水器；整臺制氧機通常安裝2～4個吸附管，用塑料、鋁合金、樹脂或玻璃鋼材料經(jīng)澆鑄或加工而成“U”形、“N”形、“W”形，其管腔的橫斷面為橢圓形或由直邊或曲邊、或直邊與曲邊所構成的多邊形，在該腔內(nèi)還設有隔板將管腔隔成2～4個隔間，隔板一端留有通氣的通道，以使相鄰兩個隔間相通，這樣就可以保證吸附管長徑比的前提下，使吸附管的高度大比例縮減，充分利用有效空間，減小整體體積，由于吸附管的橫斷面的形狀采用了橢圓形或多邊形，這樣就會使平穩(wěn)的氣體流動狀態(tài)得到改變，增加氣體混合流型和湍動度有利于提高吸附劑的多向吸附性能；吸附管的進出氣口用螺旋帽蓋或螺旋結構密封壓緊，是為了便于靈活擺放吸附管而不使吸附劑活動和流失；因此，每個吸附管可以正放、倒放或斜放，即方便又可節(jié)省空間；吸附管內(nèi)設有4個隔層，是為了裝填不同吸附劑，而使在制氧的同時，還可以有效吸附空氣中對人體有害的其他多種雜質氣體，使人們能吸收到真正干凈的氧氣，從進氣口開始第一層是由氧化鋁制作的吸水層，是用來吸附空氣中的水份，第二層是復合吸附層，是由活性炭和活性炭纖維混合制成，它是用來吸附空氣中的有機揮發(fā)物、油煙、硫化物、氮氧化物等，第三層是分子篩層，是由在氧化鋁上負載錳酸鹽、磷氧化物而制成的，其目的是用來吸附分解氨、一氧化碳、惡臭等氣體，第四層是沸石分子篩層，它是專門用來吸附氮氣的；在每個吸附管的出口通過細管與單向閥連通，是為了避免吸附管之間相互串通氣體，而單向閥進口[9]用彈簧片或螺旋彈簧反向壓緊，是為了減少分體式單向閥所占用的空間；緩沖器和飽和器，均制作成扁平狀，可以減小體積，緩沖器用非金屬材料澆鑄制成，與單向閥組組裝在一起，并在其出口裝有減壓調節(jié)閥，使結構更加緊湊，飽和器用透明材料制作，有利于觀察里面水位的變化；二位五通閥是用電子控制器[15]帶動閥芯自動切換，以實現(xiàn)整機的自動化運作；空氣壓縮機安裝在隔音箱[23]中，除流量計和飽和器外，其他組件都安裝在外殼[22]內(nèi)，這有利于減少噪音和整機的美觀。
本實用新型所設計的小型變壓吸附制氧機的主要優(yōu)點是①體積比已有技術可減小1/3，重量也減少1/3，而成本相應降低1/5，②在制備氧氣的同時，還具備能去除多種有害雜質的功能，③所制備的氧氣產(chǎn)品純凈無毒，吸入后有利于人們的身心健康。


下面是結合附圖進一步闡明本實用新型的具體細節(jié)本實用新型共設計6幅附圖圖1是本實用新型打開外殼后其內(nèi)部整體組裝結構示意圖，圖2是本實用新型所設計的吸附管剖面結構示意圖，圖3是通過連接導管與緩沖器連在一起的單向閥組剖面結構示意圖，圖4是圖3處于右邊單向閥進氣時的剖面結構狀態(tài)示意圖，圖5是圖3處于左邊單向閥進氣時的剖面結構狀態(tài)示意圖，圖6是本實用新型所設計的制氧機外形結構示意圖，現(xiàn)分別說明如下圖1是本實用新型打開外殼后其內(nèi)部整體組裝結構示意圖。
該圖用點劃線表示制氧機的外殼[22]位置，點線表示制氧機內(nèi)設有的隔音箱[23]位置，圖中顯示，兩端帶有風扇[2]的空氣壓縮機[3]，風冷管[1]、排風扇[24]和過濾分水器[21]均設在隔音箱[23]內(nèi)，而風冷管在空氣壓縮機兩端處和在排風口[25]處均設置成曲折狀或盤繞狀，風冷管的末端與過濾分水器入口[19]相連，而過濾分水器出口[20]則通過細管[11]與二位五通閥入口[17]相連，在隔音箱[23]的外部，外殼[22]之內(nèi)，則設有二位五通閥[18]、電子控制器[15]、吸附管[5]、單向閥組[10]、緩沖器[12]和減壓閥[8]，而流量計[6]、飽和器[7]則設在外殼的外部。二位五通閥[18]由電子控制器[15]控制其氣體進入每個吸附管[5]的時間，使氣體在變壓條件下，由二位五通閥出口[16]通過細管[11]及吸附管[5]而先后交替進入每個單向閥進口[9]，然后，通過單向閥組[10]與緩沖器[12]的連接導管進入緩沖器[12]，再經(jīng)接管和減壓閥[8]，由細管進入設在外殼外面的流量計[6]和飽和器[7]，最后，將制得的干凈氧氣送入室內(nèi)。應注意的是，圖中所設的吸附管[5]為兩個“U”形管，各有一個吸附管入口[14]，因此，也就有兩個吸附管入口[14]和兩個吸附管出口[13]，這樣二位五通閥就有兩個二位五閥出口[16]和二個單向閥進口[9]，實際上，由二位五閥出來的氣體是從兩個出口出來的兩條路線，在電子控制器[15]作用下，二位五通閥[18]的兩個出口先后交替向各自的路線中的吸附管充氣、斷氣以達到交替變壓吸附的目的。圖中由二位五通閥出口[16]，通向二個吸附管入口[14]的兩個箭頭和二個吸附管出口[13]向二個單向閥進口[9]的兩個箭頭，只表示氣體流動方向，而不是表示工作時的同時進、出關系。實際上，它們是在電子控制器[15]的指令下，由于二位五通閥的兩個出口是交替開、閉，兩個“U”形管便產(chǎn)生一個增壓、一個減壓，而二個單向閥進口[9]，也是一個開啟一個關閉的交替工作，使緩沖器內(nèi)保持穩(wěn)定的氣流和壓力。
圖2是本實用新型所設計的吸附管的剖面結構示意圖。
圖中顯示，該吸附管[5]是一種“U”型結構，它像似兩個連在一起的“瓶子”，其內(nèi)腔近似“U”型狀，而內(nèi)腔橫斷面是長方形，在內(nèi)腔中加有隔板[28]，隔板兩側空腔的上部用螺旋帽蓋[29]密封，并在設有金屬篩網(wǎng)[33]一側的螺旋帽蓋中間設有吸附管入口[14]，在其相對側螺旋帽蓋中間設有吸附管出口[13]，在隔板的下方與吸附管底面之間留有氣體通道[26]，在金屬篩網(wǎng)上，從入口開始，分別裝填顆粒狀氧化鋁的吸水層[30]、由活性炭和活性炭纖維混合制作的復合吸附層[31]，由錳酸鹽、磷氧化物制作的分子篩層[32]和沸石分子篩層[27]，每層中間有金屬篩網(wǎng)[33]相隔。箭頭方向表示工作時氣體的流動方向。
圖3是通過連接導管與緩沖器連在一起的單向閥組的剖面結構示意圖。
圖中顯示，單向閥組[10]通過連接導管[36]與緩沖器[12]接觸連接并相通。而在兩個單向閥進口[9]的末端上方用加有密封墊[34]的彈簧片[37]反向壓緊，在兩個單向閥進口的中間設有與彈簧片連在一起的彈簧片支撐座[38]，在緩沖器[12]的一端的接管[35]上，安裝有減壓閥[8]，本圖是表示單向閥組[10]與緩沖器[12]的結構連接關系，進出氣流的流動方向關系，而不是表示工作狀態(tài)，因為加有密封墊[34]的彈簧片[37]在反向壓力作用下已將兩個單向閥進口[9]封閉，此時，已不是進氣狀態(tài)。而工作時的進氣則其兩個單向閥進口則是一個是開的，另一個則是封閉的，兩個單向閥是交替進氣的。
圖4是圖3處于右邊單向閥進氣時的剖面結構狀態(tài)示意圖。
圖中顯示，處在單向閥組[10]右邊的單向閥進口[9]開啟，這表明右邊的吸附管壓力增大，克服彈簧片[37]的壓力而將右邊的單向閥進口打開，工作氣體則由此經(jīng)單向閥組順其連接導管[36]而進入緩沖器[12]，并由接管[35]通過減壓閥[8]而進入流量計，而左邊的單向閥進口仍是關閉的，圖中的箭頭方向表示工作氣體的流動方向。其他符號同圖3。
圖5是圖3處于左邊單向閥開始進氣的剖面結構狀態(tài)示意圖。
圖中顯示，處在單向閥組[10]左邊的單向閥進口[9]開啟，而此時，處在右邊的單向閥進口則是關閉的，箭頭方向表示工作氣體的流動方向，其他內(nèi)容及其符號均同圖4。
圖6是本實用新型所設計的一種小型變壓吸附制氧機外形結構示意圖。
圖中顯示，制氧機的各零部件均按圖1的連接關系，被裝置在一個外殼[22]內(nèi)，外殼的底部的4個角均設有腳輪[40]，其上部設有開關[39]，其流量計[6]和緩沖器[7]則露在外面。
具體實施方式
實施例1××公司在會議室內(nèi)裝設有本實用新型的一種小型變壓制氧機，其外形尺寸為300mm×280mm×280mm，重量為16.2kg，氧氣產(chǎn)量1～5L/min，采用雙缸活塞式無油空氣壓縮機[3]，其排氣量為98L/min，排氣壓力為0.2MPa，風冷管[1]是φ10×1的銅管，總長2.6m，在壓縮機兩端風扇和底部排風扇[24]的排風處都設有風冷管盤繞狀的冷卻段，在風冷管的末端連接一個φ40的旋風式過濾分水器[21]，過濾分水器出口[20]與二位五通閥入口[17]用細管連接，二位五通閥出口[16]再用細管與吸附入口連接，吸附管出口[13]與單向閥進口[9]相連，在單向閥組[10]中的氣體由連接導管[36]進入緩沖器腔體，緩沖器通過減壓閥[8]用細管與流量計[6]相連，流量計再用細管與飽和器[7]相連接。
制氧機共設有兩個吸附管[5]，每個吸附管截面為78×156mm的長方形方筒，高200mm，底部用平板密封，中間用平板制作一個隔板[28]，把方筒內(nèi)部空腔隔成兩個截面是78×78mm的正方形隔間，隔板與筒底之間留有10mm寬的氣體通道；兩個正方形隔間的頂部用螺旋帽蓋[29]密封，中間留有進出氣接口，采用聚丙烯材質澆鑄而成，整體呈現(xiàn)“U”形；吸附管內(nèi)部從進氣端開始，第一層裝φ2mm的顆粒狀氧化鋁，第二層裝碳素材料復合吸附劑，第三層裝除臭分子篩，第四層裝沸石分子篩；兩個吸附管裝填吸附劑總量2.6kg；單向閥組[10]采用雙體組合式，閥芯由彈簧片[37]反向壓緊；緩沖器[12]內(nèi)部空間長寬高分別是250×60×15mm，用聚丙烯材料澆鑄而成，出口裝有減壓閥的飽和器尺寸100×5020mm，用有機玻璃制作。
操作過程中，當打開電源開關后，制氧機便開始工作，此時壓縮空氣便由其出口進入風冷管，經(jīng)風扇的冷卻后進入過濾分水器，在連接細管的導引下，隨后氣體先后進入二位五通閥，吸附管、單向閥組、緩沖器、流量計，最后進入飽和器，由飽和器出口進入會議室。
經(jīng)檢測，含氧濃度達92±3％，殘余氮氣和氬氣濃為5～10％，不含其他對體有害雜質。
權利要求1.一種小型變壓吸附制氧機，主要是由空氣壓縮機[3]，風冷管[1]、二位五通閥[18]、吸附管[5]、單向閥、電子控制器[15]、緩沖器[12]、流量計[6]、飽和器[7]和排風扇[24]所構成，其特征在于a)與空氣壓縮機[3]出口相連的風冷管[1]制成曲折狀和盤繞狀，固定在其壓縮機兩端風扇[2]和排風扇[24]前面，b)風冷管[1]的末端與二位五通閥入口[17]之間，還連接有過濾分水器[21]，c)制氧機內(nèi)所設計的多個吸附管[5]，均制成“U”形、“N”形、“W”形，其腔體的橫斷面是橢圓形，或由直邊、或曲邊、或直邊與曲邊所構成的多邊形管腔，在多邊形的管腔中，還設有隔板[28]，將其管腔隔成多個隔間結構，隔板[28]與腔底之間留有氣體通道[26]，管腔底面是密封的，吸附管[5]上端的兩個管口，用螺旋帽蓋[29]或法蘭或螺栓壓蓋密封，并在其中間位置，分別開有吸附管入口[14]和吸附管出口[13]，d)緩沖器[21]和飽和器[7]均制成扁平狀結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種小型變壓吸附制氧機，其特征在于吸附管[5]內(nèi)，從吸附管入口[14]開始，還分別設有吸水層[30]、復合吸附層[31]、分子篩層[32]和沸石分子篩層[27]的金屬篩網(wǎng)[33]。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種小型變壓吸附制氧機，其特征在于在吸附管出口[13]與緩沖器[12]之間，裝有單向閥組[10]，單向閥組的每個單向閥進口[9]，分別用細管[11]與相對應的吸附管出口[13]相連，單向閥進口[9]用彈簧片[37]或螺旋彈簧反向壓緊，單向閥組[10]通過連接導管[36]與緩沖器[12]接觸相連，在緩沖器出口的接管[35]上裝有減壓閥[8]。
專利摘要一種小型變壓吸附制氧機，由空氣壓縮機[3]、風冷管[1]、二位五通閥[18]、吸附管[13]、單向閥、緩沖器[12]、流量計[6]、飽和器[7]和排風扇[24]所構成，特征風冷管盤繞在空氣壓縮機兩端的風扇前面和排風扇[24]前面；風冷管的末端與二位五通閥入口[17]之間，還連接有過濾分水器[21]；吸附管制成“U”、“N”、“W”型結構，管內(nèi)橫斷面呈橢圓形或多邊形，并設有隔板和裝有四種不同功能吸附劑的隔層，緩沖器和飽和器制成扁平狀。優(yōu)點制氧機體積小、重量輕、功能全、成本低。
文檔編號B01D53/047GK2523490SQ0128045
公開日2002年12月4日 申請日期2001年12月28日 優(yōu)先權日2001年12月28日
發(fā)明者張永春 申請人:大連理工大學