变压吸附制氧机及臭氧制备装置制造方法

专利名称:变压吸附制氧机及臭氧制备装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种变压吸附制氧机及臭氧制备装置，所述制氧机包括吸附罐，在所述吸附罐的罐体两端分别形成有进气口和排气口，在所述罐体内形成有吸附层，还包括有形成在所述罐体内、位于所述进气口和所述吸附层之间的第一布气部，所述第一布气部包括正对所述进气口的第一变孔布气盘和位于所述第一变孔布气盘与所述吸附层之间的第一等孔布气盘，所述第一变孔布气盘上形成有开孔面积不完全相等的多个气孔，多个气孔中正对所述进气口的气孔具有比其外周的其余气孔小的开孔面积，所述第一等孔布气盘上形成有开孔面积相等的多个气孔。应用本实用新型的变压吸附制氧机，可以解决现有制氧机内因布气不均匀导致分子筛使用寿命低的问题。
【专利说明】变压吸附制氧机及臭氧制备装置

【技术领域】
[0001]本实用新型属于气体制备设备【技术领域】，具体地说，是涉及一种变压吸附制氧机及使用该制氧机的臭氧制备装置。

【背景技术】
[0002]变压吸附制氧机主要由鼓风机、真空泵、切换阀、吸附罐和氧气平衡罐组成。吸附罐具有分别位于两端的进气口和排气口，且进气口和排气口一般均形成在所在端的中间位置；在吸附罐内装填有分子筛、活性氧化铝等吸附剂形成的吸附层。原料空气经过滤器除掉灰尘颗粒后，被鼓风机增压而进入吸附罐内。吸附罐内空气中的水分、二氧化碳及少量其它气体组分被靠近吸附罐进气口的活性氧化铝吸附剂所吸附，随后氮气被装填于活性氧化铝上部的分子筛所吸附，而氧气(包括氩气)作为非吸附的产品气，从吸附罐的排气口处排至氧气平衡罐。当该吸附罐吸附到一定程度后，其中的吸附剂将达到饱和状态。此时，通过切换阀利用真空泵对之进行抽真空(与吸附方向相反)，已吸附的水分、二氧化碳、氮气及少量其它气体组分从吸附罐的进气口被抽出并排至大气中，使得吸附剂得以再生。因而，吸附罐在工作过程中交替执行吸附、解析的过程。
[0003]由于吸附罐的进气口和排气口相对于整个吸附罐而言口径较小，空气从进气口进入吸附罐体后，与进气口同直线方向上的吸附层处的空气流速快，周边空气流速慢，使得整个吸附层上气量分布不均匀。流速快的空气能够快速穿透吸附剂，而流速慢的空气穿透吸附剂的速度也慢。因而，使得整个吸附层中不同地方的吸附剂的使用效率不一致，影响了吸附剂的利用效率。另一方面，在制氧机工作中，“吸附”过程和“解析”过程中吸附层内气流的运动方向是相反的，由于气量分布不均匀，使得吸附层内同层物料沿径向方向产生压差，当“吸附”和“解析”时将会使分子筛产生相互摩擦，加速分子筛的粉化，分子筛寿命加速降低。因分子筛占制氧机成本的60-80%，分子筛的寿命降低，会导致制氧机的运行成本增加很多。
[0004]臭氧(O3)是一种绿色环保的强氧化剂，广泛地应用于消毒、灭菌、去除有机污染物、脱色除嗅、食物保鲜和空气净化诸多领域，其有效性已经得到了人们的一致认可。然而臭氧本身极不稳定，需现场制备、现场使用。按原理来分，制取臭氧的方法主要有3种:高压放电法、紫外辐射法和电解法。其中，高压放电法主要应用于工业领域大型臭氧发生器设备上，其工艺特点是产量高、能耗低，目前工业用臭氧制备装置主要采用高压放电法产生臭氧，然后通过射流、曝气等混合方式把臭氧溶解于水中。制取高浓度臭氧的原材料为氧气，原料氧气越干燥越有利于高压放电的要求。一般的，高压放电法制备臭氧对原料气的最低相对湿度要求为0.65%RH (露点温度_50°C )，或者更低的露点温度。
[0005]按照我国变压吸附制氧现有国家标准JB/T6427-2001，制备富氧的空气原料条件为0°C、0.09MPa、相对湿度75%RH (露点温度-3.5°C )，在此条件下经变压吸附产生的富氧气体的相对湿度1.2%RH (露点温度_45°C )左右。目前，国内大多数制氧机制造厂家是按照此国家标准设计制造变压吸附制氧设备，使得产生的富氧气体无法直接用于臭氧发生器生产臭氧，需要通过其他工艺二次干燥后方可以使用，导致工艺复杂，使用不便。因而，目前采用高压放电法制备臭氧的臭氧制备装置多采用液态氧经汽化后的气态氧气作为原材料。但采用液态氧汽化制备气态氧气的成本高，从而增加了臭氧制备的成本。
[0006]如果要降低变压吸附制氧机的露点，虽然可以通过增加吸附罐中氧化铝层的高度来实现。但如此一来，吸附罐的整体高度和体积就会增加。而且，氧化铝层高度的增加使得吸附层高度增加，会加剧分子筛的粉化问题，使得分子筛的寿命更低。
[0007]因此，如何提高变压吸附制氧机内分子筛的使用寿命以及降低臭氧制备成本便成为本申请要解决的技术问题。


【发明内容】

[0008]本实用新型的目的之一是提供一种变压吸附制氧机，以解决现有制氧机内因布气不均匀导致分子筛使用寿命低的问题。
[0009]为解决上述技术问题，本实用新型提供的变压吸附制氧机采用以下技术方案予以实现:
[0010]一种变压吸附制氧机，包括吸附罐，在所述吸附罐的罐体两端分别形成有进气口和排气口，在所述罐体内形成有吸附层，所述吸附罐还包括有形成在所述罐体内、位于所述进气口和所述吸附层之间的第一布气部，所述第一布气部包括正对所述进气口的第一变孔布气盘和位于所述第一变孔布气盘与所述吸附层之间的第一等孔布气盘，所述第一变孔布气盘的面积大于所述进气口的面积，所述第一变孔布气盘上形成有开孔面积不完全相等的多个气孔，多个气孔中正对所述进气口的气孔具有比其外周的其余气孔小的开孔面积，所述第一等孔布气盘上形成有开孔面积相等的多个气孔。
[0011 ] 优选的，所述进气口形成在所述罐体端部的中间位置，所述第一变孔布气盘上面积不完全相等的多个气孔的开孔面积从中心向外渐增。
[0012]如上所述的变压吸附制氧机，在所述罐体内还形成有两端开口、从所述进气口所在的端部延伸至所述第一等孔布气盘的第一等孔布气筒，所述第一等孔布气筒上形成有开孔面积相等的多个气孔，所述第一变孔布气盘形成在所述第一等孔布气筒内。
[0013]如上所述的变压吸附制氧机，所述吸附罐还包括有形成在所述罐体内、位于所述排气口和所述吸附层之间的第二布气部，所述第二布气部包括正对所述排气口的第二变孔布气盘和位于所述第二变孔布气盘与所述吸附层之间的第二等孔布气盘，所述第二变孔布气盘的面积大于所述排气口的面积，所述第二变孔布气盘上形成有开孔面积不完全相等的多个气孔，多个气孔中正对所述排气口的气孔具有比其外周的其余气孔小的开孔面积，所述第二等孔布气盘上形成有开孔面积相等的多个气孔。
[0014]优选的，所述排气口形成在所述罐体端部的中间位置，所述第二变孔布气盘上面积不完全相等的多个气孔的开孔面积从中心向外渐增。
[0015]如上所述的变压吸附制氧机，在所述罐体内还形成有两端开口、从所述排气口所在的端部延伸至所述第二等孔布气盘的第二等孔布气筒，所述第二等孔布气筒上形成有开孔面积相等的多个气孔，所述第二变孔布气盘形成在所述第二等孔布气筒内。
[0016]如上所述的变压吸附制氧机，在所述吸附层和所述第二等孔布气盘之间还形成有均气部，所述均气部上形成有多个气孔。
[0017]本实用新型的目的之二是提供一种臭氧制备装置，以解决现有装置制备成本高的冋题。
[0018]为解决上述技术问题，本实用新型提供的臭氧制备装置采用以下技术方案予以实现:
[0019]一种臭氧制备装置，包括臭氧发生器和为所述臭氧发生器提供氧气的制氧机，其中，所述制氧机为具有上述结构的变压吸附制氧机。
[0020]与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是:本实用新型通过在制氧机的吸附罐中设置具有变孔布气盘和等孔布气盘的布气部，利用变孔布气盘变面积的气孔使得流速快的气流从面积小的气孔通过，增大其流动阻力，进而使得气流能够均匀地流过变孔布气盘，然后再经等孔布气盘进行分流后均匀进入到吸附层，使得气体穿透吸附层分子筛时基本上是匀速的，不仅提高了分子筛的使用效率和使用寿命、降低了制氧机运行成本，且有助于通过改变吸附层中氧化铝层的高度实现降低制氧机产生的富氧气体的露点；在将该结构的制氧机应用在臭氧制备装置中时，可以较低的成本、简单的工艺提高臭氧产生效率。
[0021]结合附图阅读本实用新型的【具体实施方式】后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

【附图说明】

[0022]图1是本实用新型变压吸附制氧机中吸附罐一个实施例的结构示意图；
[0023]图2是图1中变孔布气盘的一种结构示意图；
[0024]图3是图1中等孔布气筒的一种结构示意图。
[0025]上述各图中，附图标记及其对应的部件名称如下:
[0026]1、罐体；2、进气口 ；3、排气口 ；4、吸附层；41、分子筛；42、氧化铝层；
[0027]5、第一布气部；51、第一变孔布气盘；511、第一气孔部；512、第二气孔部；513、第三气孔部；52、第一等孔布气筒；521、气孔；53、第一等孔布气盘；
[0028]6、第二布气部；61、第二变孔布气盘；62、第二等孔布气筒；63、第二等孔布气盘；7、均气部。

【具体实施方式】
[0029]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明。
[0030]请参见图1至图3示出的本实用新型变压吸附制氧机中吸附罐的一个实施例。其中，图1是该实施例吸附罐的结构示意图，图2是变孔布气盘的一种结构示意图，图3是等孔布气盘的一种结构不意图。
[0031]如图1所示，该实施例的吸附罐作为制氧机中产生氧气的罐部件，包括有罐体1，在罐体I的下端形成有进气口 2，在罐体I的上端形成有排气口 3。具体而言，进气口 2形成在罐体I下端部封头的中间位置；与进气口 2在纵向上相对应的，排气口 3形成在罐体I上端部封头的中间位置。在罐体I内形成有吸附层4。具体来说，吸附层4包括位于下方、靠近进气口 2的氧化铝层41以及位于氧化铝层上方、靠近排气口 3的分子筛42。
[0032]此外，在罐体I内还形成有位于进气口 2和吸附层4之间的第一布气部5。具体而言，第一布气部5包括有第一变孔布气盘51和第一等孔布气盘53。
[0033]其中，第一变孔布气盘51的具体结构如图2所示意，整体为圆盘状，位于进气口 2的正上方，第一变孔布气盘51的面积大于进气口 2的面积，能够完全覆盖住进气口 2，但第一变孔布气盘51的面积小于其所在罐体I位置处的罐体I的横截面面积。第一变孔布气盘51可以通过支撑柱焊接固定在罐体I上。第一变孔布气盘51的盘面上形成有开孔面积不完全相等的多个气孔，且多个气孔中正对进气口 2的气孔具有比起外周的其余气孔小的开孔面积。具体而言，第一变孔布气盘51包括有自内而外的三个气孔部，分别是位于中心的第一气孔部511、位于第一气孔部511外周的第二气孔部512以及位于第二气孔部512外周的第三气孔部513，三个气孔部自内而外形成环状结构，第一气孔部511正对进气口 2。每个气孔部包括有多个气孔，同一气孔部上的多个气孔的开孔面积相同，而在不同的气孔部上的气孔按照自内而外的顺序开孔面积渐增。也即，以图2中的圆形气孔为例，第一气孔部511上的所有气孔的孔径均相同，且是所有第一变孔布气盘51中的最小孔径；第二气孔部512上的所有气孔的孔径均相同，但其孔径大于第一气孔部511上的气孔的孔径；第三气孔部513上的所有气孔的孔径均相同，但其孔径大于第二气孔部512上的气孔的孔径。每个气孔部上的气孔形状、数量、排列形式以及不同气孔部上的气孔的开孔面积的增幅可以根据实际情况合理选定，该实施例所示并不构成唯一限定。
[0034]第一等孔布气盘53位于第一变孔布气盘51的上方、氧化铝层41的下方。第一变孔布气盘51为与罐体I的横截面形状相适配的圆盘形，能够包裹氧化铝层41，在第一变孔布气盘51的盘面上形成有多个开孔面积相等的气孔(图中未标注)。
[0035]通过上述结构设计，经过滤器除尘后的原料空气经鼓风机增压、从进气口 2进入到罐体I中时，进气口 2同直线方向上的空气流速快，周边空气流速慢。也即，空气从进气口 2进入后，罐体I内部中间空气流速快，外周空气流速慢。气流上升经过第一变孔布气盘51时，由于第一变孔布气盘51中间气孔孔径小、周边气孔孔径大，使得流经中间气孔的气流阻力大于流经周边大孔径气孔的气流阻力，中间的大量空气被挤向外侧，从而使得气流在穿过第一变孔布气盘后、在整个层面上气流较为均匀。较为均匀的气流再经过第一等孔布气盘53进行再次匀速后进入到氧化铝层41和分子筛42。如此一来，整个氧化铝层41和分子筛42中的吸附剂的使用效率一致，提高了吸附剂的整体利用率；而且，不会出现因部分吸附剂使用过度而造成分子筛整体使用寿命降低的问题。
[0036]此外，为进一步提高进入吸附层4中的气流在整个平面上的均匀性，作为优选实施方式，还可以在罐体I内形成位于进气口 2和第一等孔布气盘53间的第一等孔布气筒52。具体而言，结合图3的结构图所示意，第一等孔布气筒52为两端开口的圆筒状结构，从进气口 2所在的罐体I的下端部一直向上延伸至第一等孔布气盘53的下盘面。第一等孔布气筒52圆筒横截面的半径与第一变孔布气盘51相适配，使得在设置第一等孔布气筒52之后，第一变孔布气盘51位于第一等孔布气筒52内部，并与第一等孔布气筒52内圆周面相适配。在第一等孔布气筒52的筒壁上形成有多个开孔面积相等的气孔521。
[0037]设置了第一等孔布气筒52之后，从进气口 2进入的空气除了经第一变孔布气盘51和第一等孔布气盘53匀速处理之后，还会经第一等孔布气筒52进行匀速处理，形成三级的气流整理，进一步提高了进入吸附层4中气流的均匀性。而且，第一等孔布气筒52还起到支撑吸附层4的作用，提高了吸附层4的稳定性。
[0038]作为更优选的实施方式，还可以在吸附层4和排气口 3之间形成第二布气部6。第二布气部6正对排气口 3，其结构可以是与第一布气部5相类似的结构。具体来说，第二布气部6包括有位于排气口 3正下方的第二变孔布气盘61、位于第二变孔布气盘61和吸附层4之间的第二等孔布气盘63以及从排气口 3所在的罐体I的上端部向吸附层4延伸的第二等孔布气筒62，且第二变孔布气盘61位于第二等孔布气筒62中。利用第二布气部，可以使得经吸附层4吸附后、向排气口 3排出的气流的流速较为均匀。通过控制排出气流的流速均匀性，利用气流流动的顺畅连续性，进而可以进一步提高进入吸附层4的气流的流速均匀性。
[0039]而且，作为更优选的实施方式，还可以在吸附层4与第二布气部6之间形成均气部7。具体而言，均气部7形成在分子筛42和第二等孔布气盘63之间。而且，均气部7上形成有多个气孔，利用其气孔结构对吸附层4流出的气流作进一步阻挡，以进一步提高吸附层4所流出的气流的匀速性。
[0040]通过上述各结构提高了流经吸附层4的气流流动均匀性，减少了分子筛42因不均匀而导致的摩擦窜动，因而，无需在罐体I内部额外设置压紧吸附层4的压紧装置，简化了吸附罐结构，降低了吸附罐成本。
[0041]此外，通过上述各结构提高流经吸附层4的气流流动均匀性后，提高了分子筛的利用效率，降低了分子筛的粉化现象的发生，因而，可以适当减少分子筛42的填装量，在不增加吸附层4整体高度的基础上，增加氧化铝层41的高度，进而提高对吸附罐内气体的干燥强度，降低制氧机产生的氧气的露点。
[0042]因此，在将具有上述结构的吸附罐的制氧机应用在高压放电法产生臭氧的臭氧制备装置中时，能够为臭氧发生器提供低露点的原材料，提高臭氧产生量。且由于变压吸附制氧机的制氧成本低于液态氧汽化产生气态氧的制氧成本，因而能够降低臭氧制备装置制备臭氧的成本。
[0043]以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种变压吸附制氧机，包括吸附罐，在所述吸附罐的罐体两端分别形成有进气口和排气口，在所述罐体内形成有吸附层，其特征在于，所述吸附罐还包括有形成在所述罐体内、位于所述进气口和所述吸附层之间的第一布气部，所述第一布气部包括正对所述进气口的第一变孔布气盘和位于所述第一变孔布气盘与所述吸附层之间的第一等孔布气盘，所述第一变孔布气盘的面积大于所述进气口的面积，所述第一变孔布气盘上形成有开孔面积不完全相等的多个气孔，多个气孔中正对所述进气口的气孔具有比其外周的其余气孔小的开孔面积，所述第一等孔布气盘上形成有开孔面积相等的多个气孔。2.根据权利要求1所述的变压吸附制氧机，其特征在于，所述进气口形成在所述罐体端部的中间位置，所述第一变孔布气盘上面积不完全相等的多个气孔的开孔面积从中心向外渐增。3.根据权利要求1所述的变压吸附制氧机，其特征在于，在所述罐体内还形成有两端开口、从所述进气口所在的端部延伸至所述第一等孔布气盘的第一等孔布气筒，所述第一等孔布气筒上形成有开孔面积相等的多个气孔，所述第一变孔布气盘形成在所述第一等孔布气筒内。4.根据权利要求1至3中任一项所述的变压吸附制氧机，其特征在于，所述吸附罐还包括有形成在所述罐体内、位于所述排气口和所述吸附层之间的第二布气部，所述第二布气部包括正对所述排气口的第二变孔布气盘和位于所述第二变孔布气盘与所述吸附层之间的第二等孔布气盘，所述第二变孔布气盘的面积大于所述排气口的面积，所述第二变孔布气盘上形成有开孔面积不完全相等的多个气孔，多个气孔中正对所述排气口的气孔具有比其外周的其余气孔小的开孔面积，所述第二等孔布气盘上形成有开孔面积相等的多个气孔。5.根据权利要求4所述的变压吸附制氧机，其特征在于，所述排气口形成在所述罐体端部的中间位置，所述第二变孔布气盘上面积不完全相等的多个气孔的开孔面积从中心向外渐增。6.根据权利要求4所述的变压吸附制氧机，其特征在于，在所述罐体内还形成有两端开口、从所述排气口所在的端部延伸至所述第二等孔布气盘的第二等孔布气筒，所述第二等孔布气筒上形成有开孔面积相等的多个气孔，所述第二变孔布气盘形成在所述第二等孔布气筒内。7.根据权利要求4所述的变压吸附制氧机，其特征在于，在所述吸附层和所述第二等孔布气盘之间还形成有均气部，所述均气部上形成有多个气孔。8.一种臭氧制备装置，包括臭氧发生器和为所述臭氧发生器提供氧气的制氧机，其特征在于，所述制氧机为具有上述权利要求1至7中任一项所述的变压吸附制氧机。
【文档编号】C01B13-02GK204281307SQ201420651211
【发明者】丁香鹏, 刘旭伟 [申请人]青岛国林实业股份有限公司