一种变压吸附制氧机制造技术

本发明专利技术涉及一种变压吸附制氧机，将吸附罐顶部排出的氧气气流的一部分回流至原料气罐中，与空气混合形成高含氧的原料气，用于空分制氧，由于原料气中氮气含量被回流的氧气稀释，因此在穿越床层时，因氮气吸附导致的气流压力损失相较于直接空气进料而言变小，从而保证吸附罐顶部的分子筛颗粒处于相对更高的压力环境，从而具备更高的吸附分离能力，提高了整体床层的氮吸附量；通过使用梯度粒径的分子筛颗粒改善了床层阻力和氮吸附量在床层高度上的分布，使得在传统填充方案中的因床层阻力和氮吸附双重原因导致的低气压环境的床层顶部局部了相对更高的气压环境和非气压原因的氮吸附性能(高比表面积导致)；为克服梯度粒径的填充层带来的逆放难题，在吸附罐内设置若干逆放支管，以辅助逆放排气，极大改善了逆放排气效率。

【技术实现步骤摘要】
一种变压吸附制氧机
本专利技术涉及一种医疗器械，具体涉及一种变压吸附制氧机。
技术介绍
制氧机是一种常见的医疗设备，目前常规的医用制氧机，按其制氧原理可以分为两类：一类是通过电解水制造氧气；另一类是利用分子筛吸附分离空气制氧，即变压吸附(PressureSwingAdsorption.简称PSA)；电解水制氧方式分离成本低，噪音低，制氧浓度高，但易产生安全性隐患。虽然分子筛制氧的理论最高浓度仅为96％，低于电解水制氧和深冷制氧(主要用于大型工业化制氧)，但其设备简单，安全性高，且制氧浓度能够满足大多数临床用氧需求，因此是目前临床用于患者缺氧预防和治疗的主要方式。PSA制氧的核心部件是分子筛吸附罐，目前，主流的分子筛吸附罐均采用固定床填充模式，即将颗粒状沸石分子筛堆叠填充于罐体内，吸附时，使空气按预定流向穿过床层实现对空气中氮气或氧气的吸附。这一过程中，为保证出口氧浓度，需保证足够的床层厚度(指空气穿越床层的路径)，使空气在穿越床层的过程中，气流中的氮气被逐渐吸附完全。由于空气中氮气的含量占78％；床层两端存在明显的压降，该压降导致位于床层两端的分子筛表现出不同的吸附效率(上游侧压力高，分子筛吸附量大；下游侧压力低，分子筛吸附量少)，进而导致要保证出口含氧量时，需使用更大的床层厚度，并且会导致下游侧分子筛的低利用率；再者，由于上游侧分子筛接触的气流中氮含量相对较大，会最先达到吸附饱和从而失去分离功能；而此时，上游侧分子筛仍由于气流中大量氮气已被吸附，处于相对低压的工作环境，其相对吸附量也已接近饱和。因此，为提供相对长的吸附工作周期，以允许完成另一吸附罐的解吸再生过程，需要在吸附罐中填充足量的分子筛吸附剂以应对上游侧分子筛过早的吸附饱和时间。但余量的分子筛吸附剂会导致更大的床层阻力，从而进一步拉大上下游吸附剂的吸附能力差异。
技术实现思路
为解决现有技术中的问题，本发提供一种制氧机。具体方案如下：提供一种变压吸附制氧机，包括左右两个分子筛吸附罐、空压机和原料气罐；所述空压机连接原料气罐并向其供给空气；所述原料气罐分别通过左、右原料气管连接左罐和右罐底部的进气口；所述左、右原料气管上分别布置有进气阀；所述左、右罐内部均填充有分子筛吸附剂，用于吸附原料气中的氮气；所述左、右罐顶部的排气口分别通过左、右排气管连接产品气管；所述左、右排气管上分别设置有排气阀；所述左、右原料气管上位于进气阀与对应吸附罐的进气口之间的某一位置分别通过一带逆放阀的管线连通逆放管；所述左、右排气管上位于排气阀对应吸附罐的排气口之间的某一位置通过一带均压阀的均压管连通。所述制氧机还包括氧回流管和布置在其上的回流氧压缩机；所述氧回流管的下端连接原料气罐；所述左、右排气管上位于排气阀的上游某处分别通过一带回流阀的回流支管连接氧回流管的上端。本专利技术的所述制氧机工作时，吸附罐顶部排出的氧气的一部分通过回流氧压缩机加压后进入原料气罐，与空压机输送来的空气混合成为高含氧原料气；该高含氧原料气随后进入吸附罐进行空分制氧。在相应吸附罐的吸附过程中，氧气持续回流。由于运行过程中，氧气持续回流，进入分子筛吸附罐的原料气中氧含量较正常空气中的氧含量高；气流经过整个分子筛吸附罐时，因氮气吸附导致的压力损失程度减小；例如在不考虑床层阻力的情况下，采用直接空气进料时，因氮气吸附导致的压力损失可达78％；而采用例如50％高含氧原料气进料时，因氮气吸附导致的压力损失仅为50％；这使得位于吸附罐上端的分子筛也能处于较高的压力环境，因而表现出更高的吸附量，使得整体床层的吸附能力获得显著提高。分子筛吸附罐的均压、逆放、再生等过程可根据传统工艺进行。进一步的，为改善吸附罐的床层阻力，提供对吸附罐填充方式的改进。具体的，在分子筛吸附罐内沿气流方向使用粒径逐渐变小的吸附剂颗粒进行填充；具有不同粒径的分子筛填充层之间使用分隔件进行分隔，防止不同层的颗粒相互迁移，所述分隔件可以是格栅板或丝网等。各填充层的填充厚度可以相同也可以沿气流方向逐渐减小。进一步的，本专利技术在吸附罐内部纵向设置贯穿分子筛床层的若干逆放支管；所述若干逆放支管的底部通过连接管连接于汇流管；所述汇流管穿出吸附罐的底部并通过逆放辅助阀连通逆放管。所述逆放支管的首尾两端封闭，侧面设有能截留分子筛颗粒但允许逆放气通过的透气孔。优选的每一根逆放支管由若干段拼接组成，且各段分别对应于吸附罐内的不同填充层。所述逆放支管的相邻两段之间通过连接部密封连接。在逆放支管各段的连接处设置仅能向下开启的单向阀组件，以允许在逆放过程中开启通路，向下排出逆放气，而在吸附时封闭通路，防止气体窜流。相比于现有技术，本专利技术至少能够取得如下有益效果：本专利技术将吸附罐顶部排出的氧气气流的一部分回流至原料气罐中，与空气混合形成高含氧的原料气，用于空分制氧，由于原料气中氮气含量被回流的氧气稀释，因此在穿越床层时，因氮气吸附导致的气流压力损失相较于直接空气进料而言变小，从而保证吸附罐顶部的分子筛颗粒处于相对更高的压力环境，从而具备更高的吸附分离能力，提高了整体床层的氮吸附量；同时，本专利技术通过使用梯度粒径的分子筛颗粒改善了床层阻力和氮吸附量在床层高度上的分布，使得在传统填充方案中的因床层阻力和氮吸附双重原因导致的低气压环境的床层顶部局部了相对更高的气压环境和非气压原因的氮吸附性能(高比表面积导致)；此外，为克服梯度粒径的填充层带来的逆放难题，本专利技术在吸附罐内设置若干逆放支管，以辅助逆放排气，极大改善了逆放排气效率。附图说明图1为分子筛罐的管路连接关系示意；图2为分子筛罐的填充方式示意；图3为图2中不同填充方式的床层阻力示意；图4为均流格栅示意；图5为逆放支管在分子筛罐内的安装示意；图6为逆放支管示意；图7为逆放支管的单管示意；图8为图7中圆形区域的局部放大剖面示意。具体实施方式为更好地阐述本专利技术的技术构思，下面结合附图对本专利技术的方案做进一步的说明。需说明的是，本专利技术中使用的“左”、“右”、“上”、“下”描述仅是为了便于结合附图所展示的位置关系区分不同的部件，并不代表实际实施时的左右位置限制；而所使用的“上游”、“下游”则指代沿气体流动方向区分的前后关系。实施例1参见图1，提供一种变压吸附制氧机，包括两个分子筛吸附罐，分别记为左罐1和右罐2；还包括空压机3、原料气罐4；所述空压机3的出口通过空气管5连接原料气罐4；所述原料气罐4分别通过左原料气管61和右原料气管62连接左罐1和右罐2底部的进气口17；所述左原料气管61和右原料气管62上分别布置有进气左阀V1和进气右阀V2；所述左罐1和右罐2内部均填充有分子筛吸附剂，用于吸附原料气中的氮气；所述左罐1和右罐2的顶部排气口18分别通过左排气管71和右排气管72连接产品气管8；所述左排气管71和右排气管72上分别设置有左排气阀V10和右排气阀V11；所述左原料气管61上位于左进气阀V1的下游与左罐1的进气口17之间的某一位置通过带左逆放阀V3的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变压吸附制氧机，包括两个填充有分子筛吸附剂的吸附罐，分别为左罐(1)和右罐(2)；所述分子筛吸附剂能吸附空气中的氮气；还包括空压机(3)、原料气罐(4)；所述空压机(3)的出口通过空气管(5)连接原料气罐(4)；其特征在于：所述原料气罐(4)分别通过左原料气管(61)和右原料气管(62)连接左罐(1)和右罐(2)底部的进气口(17)；所述左原料气管(61)和右原料气管(62)上分别布置有进气左阀(V1)和进气右阀(V2)；所述左罐(1)和右罐(2)顶部的排气口(18)分别通过左排气管(71)和右排气管(72)连接产品气管(8)；所述左排气管(71)和右排气管(72)上分别设置有左排气阀(V10)和右排气阀(V11)；所述左原料气管(61)上位于左进气阀(V1)的下游与左罐(1)的进气口(17)之间的某一位置通过带左逆放阀(V3)的管线连通逆放管(9)；所述右原料气管(61)上位于右进气阀(V2)的下游与右罐(2)的进气口(17)之间的某一位置通过带右逆放阀(V4)的管线连通逆放管(9)；所述左排气管(71)上位于左排气阀(V10)与左罐(1)的排气口(18)之间的某一位置与右排气管(72)上位于右排气阀(V11)与右罐(2)的排气口(18)之间的某一位置之间通过一带均压阀(V7)的均压管连通；还包括还包括氧回流管(10)和布置在其上的回流氧压缩机(11)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种变压吸附制氧机，包括两个填充有分子筛吸附剂的吸附罐，分别为左罐(1)和右罐(2)；所述分子筛吸附剂能吸附空气中的氮气；还包括空压机(3)、原料气罐(4)；所述空压机(3)的出口通过空气管(5)连接原料气罐(4)；其特征在于：所述原料气罐(4)分别通过左原料气管(61)和右原料气管(62)连接左罐(1)和右罐(2)底部的进气口(17)；所述左原料气管(61)和右原料气管(62)上分别布置有进气左阀(V1)和进气右阀(V2)；所述左罐(1)和右罐(2)顶部的排气口(18)分别通过左排气管(71)和右排气管(72)连接产品气管(8)；所述左排气管(71)和右排气管(72)上分别设置有左排气阀(V10)和右排气阀(V11)；所述左原料气管(61)上位于左进气阀(V1)的下游与左罐(1)的进气口(17)之间的某一位置通过带左逆放阀(V3)的管线连通逆放管(9)；所述右原料气管(61)上位于右进气阀(V2)的下游与右罐(2)的进气口(17)之间的某一位置通过带右逆放阀(V4)的管线连通逆放管(9)；所述左排气管(71)上位于左排气阀(V10)与左罐(1)的排气口(18)之间的某一位置与右排气管(72)上位于右排气阀(V11)与右罐(2)的排气口(18)之间的某一位置之间通过一带均压阀(V7)的均压管连通；还包括还包括氧回流管(10)和布置在其上的回流氧压缩机(11)。


2.如权利要求1所述的变压吸附制氧机，其特征在于：所述氧回流管(10)的下端连接原料气罐(4)；所述左排气管(71)上位于左排气阀(V10)的上游某处通过一带左回流阀(V8)的回流支管连接氧回流管(10)的上端；所述右排气管(72)上位于右排气阀(V11)的上游某处通过一带右回流阀(V9)的回流支管连接氧回流管(10)的上端。


3.如权利要求2所述的变压吸附制氧机，其特征在于：在分子筛吸附罐内沿气流方向使用粒径逐渐变小的吸附剂颗粒进行填充，具有不同粒径吸附剂的相邻填充层之间使用分隔件(13)分隔，所述分隔件(13)允许气流通过，但禁止不同粒径的吸附剂跨层迁移。


4.如权利要求3所述的变压吸附制氧机，其特征在于：各填充层的填充厚度相同。


5.如权利要求3所述的变压吸附制氧机，其特征在于：由下至上各填充层的填充后度逐渐减小。


6.如权利要求4或5所述的变压吸附制氧机，其特征在于：吸附罐内部纵向设有贯穿分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：王麒，吴骁伟，尹琎，龚勋，旷婉，
申请(专利权)人：华中科技大学同济医学院附属同济医院，
类型：发明
国别省市：湖北;42