便携式一体化变真空吸附制氧机制造技术

一种便携式一体化变真空吸附制氧机，属于从空气中吸附分离制备氧气的装置。主要由动力源、活塞缸和活塞组成；该活塞缸为两段大、小圆筒组成的密闭容器，作为氧气室的小圆筒中设有密封活塞，作为真空室的大圆筒中设有密封活塞；所述活塞由两密封活塞中部联接一吸附剂室组成，吸附剂室中装填氮气吸附剂；吸附剂室顶部设有氧气输出阀，底部设有真空出气阀；上述活塞缸顶部设有氧气排气阀，底部设有氧气输出阀；空气进气管固联在活塞上、其出气口设在吸附剂室底部、外端伸出活塞缸。它采用变真空吸附原理制取氧气，具有结构简单、体积小、能耗低，便携式，满足家庭用氧或保健用氧的需要。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及用物理方法分离制备氧气的装置，具体来说是以空气为原料经变真空吸附分离(VSA)制备氧气的装置。
技术介绍
目前在国内已投放市场的许多家用氧、保健用氧主要有氧气袋、化学反应制氧和中空纤维膜分离制氧，但上述获得氧的方法都存在或多或少的弊端，不便于家用氧、医用氧以及提高车厢、网吧等高密度人群的密闭空间内氧气含量的普及，其主要原因是存在如下一些问题采用氧气袋供氧，虽然供气设备简单，但要求有提供能供呼吸的氧气源，同时氧气袋的体积有限，若需要长期、大量吸氧，需频繁更换氧气袋，给使用者带来大量麻烦。采用化学反应制氧，虽然可移动吸氧，但需频繁添加化学药剂，同时供气不稳定、不连续，携带也不方便，使用费用高，还造成环境污染，若采用大规模普及吸氧还造成消耗大量资源。采用中空纤维膜分离制氧，其本身原理确定其氧含量不高，同时其工艺原理要求其空气压力较高，工艺流程中必须有压缩空气源，若将之做成便携式，需配置空气压缩机，不仅造成制氧机生产成本高，而且噪音大、重量较重、能耗高，体积庞大，极不方便携带。采用氧阴极电化学制氧虽然使用较方便，噪音也低，氧气纯度也较高，但能耗很高，平均每生产1m3纯氧气，其电耗可达数十至上百度电，给一般使用者带来很大经济负担。目前也有采用变压吸附原理生产的制氧机，但在流程上由于采用空气压缩机或真空泵，使整个制氧机体积庞大、噪音高、重量重，无法安装在密闭的小车上和一般家庭室内使用，给便携式制氧机的推广带来极大的困难。同时制氧机上采用20余台电磁阀，不仅使制氧机体积增大，给携带和正常使用带来较大麻烦，而且阀门较多，制氧机故障增加，就其结构和原理还不能达到便携。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种便携式一体化变真空吸附制氧机，旨在采用变真空吸附原理从空气中分离制备氧气，使装置小型化以及便于家用或携带。上述目的由以下技术方案加以实现一种便携式一体化变真空吸附制氧机，包括动力源，活塞缸和活塞，其特征在于，所述活塞缸为两段大、小圆筒组成的密闭容器，作为氧气室的小圆筒中设置有密封活塞，作为真空室的大圆筒中设置有密封活塞；所述活塞为位于两密封活塞之间并与二者固联为一体、内腔中装填有氮气吸附剂的吸附剂室；该吸附剂室顶部设置有当活塞下行时开启、上行时关闭的氧气输出阀，其底部设置有当活塞下行时关闭，上行时开启的真空出气阀；上述活塞缸顶部设置有当活塞下行时关闭，上行时开启的氧气排气阀，其底部设置有当活塞下行时开启，上行时关闭的真空排气阀；还包括其出气口设置在吸附剂室底部、固联在活塞上、外端伸出活塞缸的空气进气管。以上技术方案是针对目前变压吸附制氧吸附剂的特性，即吸附在常压或微负压下，而吸附剂的再生又需真空条件下进行。为方便制氧机的携带，本技术提供一种特殊的吸附器结构，该新型结构的制氧机充分利用装填吸附剂的刚性吸附剂室作为空气压缩和抽真空的活塞，而吸附剂室的外部装设一套能与吸附剂室两端密闭的刚性容器，使吸附容器与外部的刚性容器形成如活塞压缩机的压缩气缸和往复式真空泵的活塞，在外力(电机、手动或脚动)作用下，使吸附剂室上下移动，从而不断改变吸附剂室入口和出口端刚性容器体积，达到吸附制氧进在微负压下进行，而吸附剂再生时在高真空状态下进行。本新型以功能作用分吸附室、氧气室、真空室和动力源。当吸附开始时，吸附剂室在动力源作用下，向下缓慢移动，氧气室的体积增加而使其压力降低，在氧气室微负压条件下，环境中的空气自吸附室底部进入吸附剂室，在吸附剂室内空气充分与氮气吸附剂即专用制氧吸附剂充分接触，空气中的氮气被吸附剂吸附，而氧气在氧气室的微负压下顺利地流进氧气室，达到产氧的目的，而此时真空室内的解吸气被排出制氧机，为下次解吸抽真空准备条件。当吸附剂室移动到最下端时，吸附剂吸附空气中氮气已达到饱和，吸附剂需再生，制氧机才会连续工作，制氧机才有实际意义。吸附剂的再生是通过在动力源的作用下向上移动，此时吸附剂室下端刚性容器内的体积变大，压力降低，将吸附剂室内吸附剂吸附的氮气在真空状态下解吸出来，达到吸附剂再生的目的，同时在吸附剂室上端的氧气室体积逐渐减小，压力升高，在压力的作用下将刚产生的氧气排出制氧机。通过改变氧气室和真空室的横截面积，可改变吸附剂室两端相应刚性容器及吸附剂室体积大小，从而可调整制氧机产氧量和纯度。由于将空气吸进吸附剂室和抽真空有机的和二为一，使便携式制氧机体积更小巧，重量更轻，同时由于吸附剂在吸附制氧和解吸再生所需时间长达几十秒，吸附剂室在壳体内的移动速度非常缓慢，有效地避免了传统制氧所需空气压缩和抽真空时的高速转动设备，大大降低制氧机噪音，使该新型制氧机几乎无噪音污染，同时由于相互摩擦速度小，还使制氧机相互摩擦部位的寿命大大延长；并且由于在空气吸进吸附室和抽真空的过程进行非常缓慢，气体的压缩和抽真空几乎是在等温条件进行，有效地提高能量转化为有效功，就每生产1m3纯氧，其能耗小于0.4kw.h的电耗，若按正常吸氧量为2000毫升/分钟，则需要的动力为40w，从而满足整个制氧机可方便地采用电动、手动或脚动，大大提高制氧机的使用范围，使制氧机更超小型化，彻底变成可携带。附图说明图1是本技术一个实施例的结构图；图2是本技术吸附制氧过程中气体流向图；图3是本技术真空解吸过程气体流向图；图4是图1所示空气进气管的另一种实施例的剖面图；图5是图4所示空气进气管上设置上、下止点后的示意图。具体实施方式图中1.氧气排气阀，2.制氧机壳，3.氧气室，4.氧气室壳，5.氧气输出阀，6.压板，7.密封活塞，8.空气进气管，9.吸附剂室移动动力窗，10.吸附剂室移动定位器，11.吸附剂，12.内腔，13.空气分布器，14.密封活塞，15.真空室壳，16.真空出气阀，17.真空排气阀，18.真空室等十八个部分组成。图1示出，活塞为两段大、小圆筒组成的密闭容器，作为氧气室3的小圆筒中设置有密封活塞7，作为真空室18的大圆筒中设置有密封活塞14；对应于上述活塞缸的活塞是由位于两密封活塞7、14之间、并与二者固联为一体的吸附剂室所组成，吸附剂室中装填有氮气吸附剂11(即制氧专用吸附剂，最好采用锂分子筛)，该吸附剂室顶部(吸附剂室顶部设有一压板6，压板经螺钉固定在吸附剂室上)设置有当活塞下行时开启、上行时关闭的氧气输出阀5，其底部设置有当活塞下行时关闭，上行时开启的真空出气阀16；上述活塞缸顶部即小圆筒顶部设置有当活塞下行时关闭、上行时开启的氧气排气阀1，其底部设置有当活塞下行时开启、上行时关闭的真空排气阀17；空气进气管8的出气口设置在吸附剂室底部、固联在活塞上、外端伸出活塞缸。参见图4，上述空气进气管可采用水平管和竖直管两段式敷设，水平管8b设置吸附剂室底部、并与上述活塞固联；竖直管8a下部开有当活塞下行时与水平管连通，上行时使水平管进口封堵的开口8c。利用水平管(随活塞)对竖直管的相对位移，形成一个或开启或关闭的阀门，目的在于取代阀门如电磁阀，以减少装置体积。图5中，竖直管8a上开有上止点凹口和下止点凹口19，弹簧19a前端固联一钢珠19b，弹簧19a固联在活塞上。当活塞上行时，弹簧19a随之上行，钢珠最后进入上止点凹口20中；当活塞下行时，钢珠最后进入下止点凹口19中。起上、下行限位作用。在图2中，为便携式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式一体化变真空吸附制氧机，包括动力源，活塞缸和活塞，其特征在于，所述活塞缸为两段大、小圆筒组成的密闭容器，作为氧气室（３）的小圆筒中设置有密封活塞（７），作为真空室（１８）的大圆筒中设置有密封活塞（１４）；所述活塞为位于两密封活塞（７、１４）之间并与二者固联为一体、内腔中装填有氮气吸附剂（１１）的吸附剂室；该吸附剂室顶部设置有当活塞下行时开启、上行时关闭的氧气输出阀（５），其底部设置有当活塞下行时关闭，上行时开启的真空出气阀（１６）；上述活塞缸顶部设置有当活塞下行时关闭，上行时开启的氧气排气阀（１），其底部设置有当活塞下行时开启，上行时关闭的真空排气阀（１７）；还包括其出气口设置在吸附剂室底部、固联在活塞上、外端伸出活塞缸的空气进气管（８）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余兰金，
申请(专利权)人：余兰金，吴庄胜，
类型：实用新型
国别省市：90[中国|成都]