一种高效医用制氧机及制氧方法技术

本发明专利技术提供一种高效医用制氧机及制氧方法，包括至少两个装填有吸附剂（2）的吸附罐（1），与所述吸附罐（1）连接的气体管路，及配置在所述气体管路上的若干控制阀；每个所述吸附罐（1）内由同心布置的大锥筒（3）和小锥筒（4）及设在所述罐体、大锥筒、小锥筒之间或内部的定位组件分隔为上、中、下游三段吸附剂层；所述大锥筒（3）和小锥筒（4）均采用倒置锥台结构，且所述大锥筒（3）的倾斜度大于所述小锥筒（4），从而使得上游段和中游段可以通过流动截面的变化补偿氮气吸附造成的压降，并且，上游段的补偿速率大于中游段的补偿速率。速率大于中游段的补偿速率。速率大于中游段的补偿速率。

【技术实现步骤摘要】
一种高效医用制氧机及制氧方法


[0001]本专利技术涉及一种医疗设备，具体涉及一种高效医用制氧机及制氧方法。

技术介绍

[0002]富氧空气吸入治疗在心脑血管、呼吸系统疾病纠治过程中是一种重要手段。双塔变压吸附制氧（即PSA制氧），是一种以空气为原料，分子筛等为吸附剂，采用一塔高压吸附氮气产生富氧空气，另一塔低压或常压逆放，释放吸附剂所吸附的氮气从而完成吸附剂再生的制氧工艺。
[0003]与深冷制氧工艺不同，PSA制氧工艺依赖于高压环境下分子筛吸附剂对氮气和氧气的吸附性能差异。而由于氮气在空气中所占比例远大于氧气，因此，在空气流穿透吸附剂层的过程中，随着氮气被吸附剂的持续吸收，空气流的压力会出现沿流动路径的显著下降，继而引起吸附剂床层上下游处于不同的压力条件，且下游侧吸附剂的利用效率显著低于上游侧吸附剂。
[0004]中国专利（CN2647412Y）涉及了这一问题，该专利主要关注的是空气流穿透吸附剂过程中流速的变化，及由此导致的空气流在吸附剂床层中的扩散（影响气流在床层中的均匀分布）问题。该专利的解决方案为：在圆柱状吸附剂罐内设置倒置的锥台状内筒，从而在罐内构造折返空气流路，且流动过程中，由于内筒的锥台结构，流通截面积持续缩小，进而用于对空气流的流动进行补偿，该专利还特意限制了内筒大端内径为吸附剂罐内径的/2倍，以保持流道转折处吸附剂层截面积的连续性，这一限定对于通过截面变化补偿气流压降而言是重要的，其防止了气体流动过程中压力的突然性波动，并保证了整个压力补偿过程的连贯性。同时该专利还提出，下端口截面积与下端环形吸附剂截面积的比值等于产品气量与进口混合气量的比值，期望恰好的补偿因氮气吸附导致的压力损失。
[0005]该专利中，对于吸附罐下端口截面积与下端环形吸附剂截面的比值限定实质上是一种极端状态，其状态要求空气恰好在到达吸附罐下端口时达到目标含氧量，换言之，其要求在空气穿过吸附剂床层的整个流动过程中，气流中的含氧量持续变化，从而该截面积比值限定才能够恰好补偿因氮气吸附导致的压力损失。
[0006]但众所周知的是，双塔（罐）PSA制氧机的每个罐体，在吸附-逆放-均压的循环操作中，只有吸附过程才能正常的输出氧气，因此，为保证制氧过程的连续性和效率，通常希望延长吸附持续过程，而缩短逆放和均压过程。为此，通常均在吸附罐内设置余量的吸附剂以防止上游吸附剂到达吸附饱和后（通常很快即到达保护），床层的有效吸附长度缩短，从而引起出口气体含氧量下降。换言之，在吸附制氧的大部分时间段内，气体在到达床层末端之前即已达到目标含氧量。在上述专利的截面积比值限定下，若想较好的补偿氮气吸附导致的压力损失，则床层的吸附路径长度显然过短，不能保持较长的吸附制氧过程。
[0007]除此之外，由于随着吸附过程的持续进行，气流中的氮气含量越来越少，所以，气流在吸附床层的上下游因氮气吸附导致的压力损失的变化速率是不同的，在床层上游处，氮吸附导致的压力损失迅速增加，而在床层下游，由于氮气在气流中的占比越来越小，氮气
吸附导致的压力损失变化速率越来越小。而上述专利采用了单一倾斜度的内筒，流动截面的变化不能很好的匹配上述因氮气吸附导致的压力损失。
[0008]并且，上述专利的罐体结构使得进出气口均位于罐体下方，而真空接口位于罐顶，这导致在逆放过程中氮气排放不完全，且在逆放后的均压过程中，高含氧的均压气体难以进入外层吸附剂区域，从而导致床层性能差异。

技术实现思路

[0009]为解决现有技术中的上述问题，本专利技术提供一种高效医用制氧机及制氧方法，其能够实现更长的吸附制氧时间，同时具有更低的逆放、均压耗时，并且具有更高的吸附剂整体利用率。为实现这一目的，本专利技术具体提供如下方案：一种高效医用制氧机，包括至少两个装填有吸附剂2的吸附罐1，与所述吸附罐1连接的气体管路，及配置在所述气体管路上用于控制气体流通路径的若干控制阀；所述的吸附罐1具有圆柱状的罐体及由底板103封闭的底部，所述罐体的上端敞开，并可借助设在其上端开口处的连接部109实现与盖体101的密封连接；所述底板103上设置有至少一个进气口，用于在吸附过程中向所述吸附罐1内供应待处理的空气及在逆放过程和均压初期排出富氮气流；所述盖体101上设有与所述盖体101同轴的出气口107，用于在吸附过程中排出经吸附后的高含氧气流，或在均压过程中向吸附罐1内供应富氧气流。
[0010]优选的，所述吸附罐1内部设置有折流组件，其用于在所述吸附罐1内部构造折返流路，从而延长气体流体路径，所述折返流路沿气体流通路径被分割为上游（本文中所述的上游、中游、下游均按照吸附制氧阶段的气体流动方向）段、中游段和下游段；其中，上游段和中游段可以通过流动截面的变化补偿氮气吸附造成的压降，并且，上游段的补偿速率大于中游段的补偿速率。
[0011]具体的，所述上游段和中游段补偿速率的差异通过如下手段实现：使用同心设置的大锥筒3和小锥筒4构造所述折流组件；所述大锥筒3和小锥筒4均为倒置的锥台结构；且所述大锥筒3的倾斜度（指锥筒母线与竖直方向之间的锐角夹角）大于小锥筒4的倾斜度。
[0012]优选的，所述折流组件还包括位于所述底板103的内侧（指安装后位于罐体内的一侧）且与所述底板103同轴设置的圆柱状座环104；及位于所述盖板101的内侧，且与所述盖板101同轴设置的吊环102；所述座环104与所述大锥筒3的底部相匹配，以用于支撑和固定所述大锥筒3；所述吊环102与所述小锥筒4的顶部相匹配，以用于吊挂小锥筒4；所述座环104与大锥筒3之间及所述吊环102与所述小锥筒4之间均采用气密连接，具体的连接方式例如可以采用螺纹连接、焊接、胶黏、卡接等本领域常规的连接手段，此处不做赘述。
[0013]所述吊环102的顶部连通于所述盖板101上的出气口107，且优选所述吊环102的内径与所述出口气107的内径相同，以提供自所述小锥筒4内部至出气口107之间的平滑气流通路。
[0014]优选的，当所述吸附罐1组装完成后，所述大锥筒3与所述小锥筒4的上下端均处于相同的水平高度。
[0015]优选的，所述吸附罐1内部还设有定位组件，所述定位组件用于支撑和保持吸附剂层，并将所述吸附剂层定位在预定的位置处。所述定位组件可以是格栅板、孔板或能够自支撑的丝网组件。具体的，所述定位组件均水平设置，其包括固定在所述大锥筒3底端外侧的
外底板301、固定在所述大锥筒顶端外侧的外顶板302、位于大锥筒3的底端与所述小锥筒4的底端之间的中底板304、位于小锥筒4的顶端内侧的内顶板402；此外，所述定位组件还包括位于所述大锥筒3与所述小锥筒4之间，且位于所述大锥筒3顶端以下的中顶板303，以及位于所述小锥筒4内部，且位于所述小锥筒4底端以上的内底板401；所述的外底板301、外顶板302、罐体内壁与所述大锥筒3的外壁之间构成吸附剂床层的上游段填充腔；所述中底板304、中顶板303、大锥筒3的内壁与所述小锥筒4的外壁之间构成吸附剂床层的中游填充腔；所述内底板401、内顶板402与所述小锥筒4的内壁构成吸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效医用制氧机，包括至少两个装填有吸附剂（2）的吸附罐（1），与所述吸附罐（1）连接的气体管路，及配置在所述气体管路上的若干控制阀；所述吸附罐（1）具有圆柱状的罐体、底板（103）和盖体（101）；所述底板（103）上设有至少一个进气口；所述盖体（101）上设有与所述盖体出气口（107）；所述吸附罐（1）内部设置有折流组件，其用于在所述吸附罐（1）内部构造折返流路，其特征在于：所述折返流路沿气体流通路径被分割为上游段、中游段和下游段；其中，上游段和中游段可以通过流动截面的变化补偿氮气吸附造成的压降，并且，上游段的补偿速率大于中游段的补偿速率。2.如权利要求1所述的高效医用制氧机，其特征在于：所述折流组件包括同心设置的大锥筒（3）和小锥筒（4）；所述大锥筒（3）和小锥筒（4）均为倒置的锥台结构；且所述大锥筒（3）的倾斜度大于小锥筒（4）的倾斜度。3.如权利要求2所述的高效医用制氧机，其特征在于：所述折流组件还包括位于所述底板（103）的内侧且与所述底板（103）同轴设置的圆柱状座环（104）、位于所述盖板（101）的内侧，且与所述盖板（101）同轴设置的吊环（102）；所述座环（104）与所述大锥筒（3）的底部相匹配，以用于支撑和固定所述大锥筒（3）；所述吊环（102）与所述小锥筒（4）的顶部相匹配，以用于吊挂小锥筒（4），且所述吊环（102）的内腔与出气口（107）密封连通所述座环（104）与大锥筒（3）之间及所述吊环（102）与所述小锥筒（4）之间均采用气密连接。4.如权利要求3所述的高效医用制氧机，其特征在于：所述吸附罐（1）内部还设有用于支撑和保持吸附剂层的定位组件，所述定位组件均水平设置，其包括固定在所述大锥筒（3）底端外侧的外底板（301）、固定在所述大锥筒顶端外侧的外顶板（302）、位于大锥筒（3）的底端与所述小锥筒（4）的底端之间的中底板（304）、位于小锥筒（4）的顶端内侧的内顶板（402）；此外，还包括位于所述大锥筒（3）与所述小锥筒（4）之间，且位于所述大锥筒（3）顶端以下的中顶板（303），以及位于所述小锥筒（4）内部，且位于所述小锥筒（4）底端以上的内底板（401）。5.如权利要求4所述的高效医用制氧机，其特征在于：所述的外底板（301）、外顶板（302）、罐体内壁与所述大锥筒（3）的外壁之间构成吸附剂床层的上游段填充腔；所述中底板（304）、中顶板（303）、大锥筒（3）的内壁与所述小锥筒（4）的外壁之间构成吸附剂床层的中游填充腔；所述内底板（401）、内顶板（402）与所述小锥筒（4）的内壁构成吸附剂床层的下游段填充腔，各填充腔中采用相同的填充密度填充有相同规格的吸附剂。6.如权利要求4所述的高效医用制氧机，其特征在于：所述大锥筒（3）上端的内径大于吸附罐（1）的罐体内径的√2/2倍，且所述中顶板（303）与所述外顶板（302）的截面积相等。7.如权利要求6所述的高效医用制氧机，其特征在于：所述底板（103）上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚铁军，
申请(专利权)人：尚铁军，
类型：发明
国别省市：