椭轮驱动活塞分子筛制氧系统的制作方法

本发明涉及椭轮驱动活塞分子筛制氧系统，适用于制氧量比较小的场合，属于制氧技术领域。

背景技术：

现代常用的制氧方法包括：深冷法、分子筛变压吸附法、膜法和魏伯卿的磁分离法，这里最节能的制氧方法是魏伯卿的磁分离法，但磁分离法还无法做到工业化，而深冷法和分子筛变压吸附法无法做到小型化和低能耗化，膜法制氧能帮到小型化，但成本和能耗还是降不下来；本发明就是争对以上缺陷研发的小型化、低能耗、低噪声、不需要循环水且连续制取并供给氧气的办公和家庭用制氧装置，其对减少雾霾对人体的伤害和增强人体抵抗力有极大的好处。

技术实现要素：

分子筛变压吸附制氧的原理：分子筛在空气加压到压力为p1时，流进分子筛的空气，在p1压力下氮气被分子筛吸附，氧气则不被吸附而流过分子筛并被收集成富氧气体，然后被吸附了氮气的分子筛在负压p2下解吸，并用少许富氧气体反冲洗以活化分子筛，从而恢复分子筛的吸氮能力。

本发明技术要点：

（1）利用电机驱动传动轴旋转带动椭轮顶压椭圆桶的巧妙结构，使椭圆桶做上下运动驱动活塞在活塞缸内做上下运动给活塞缸内气体加压或减压来代替现有变压吸附制氧工艺中的空压机和真空泵，电机功率小、能耗低。

（2）利用电机驱动传动轴旋转带动椭轮顶压椭圆桶以驱动活塞在活塞缸内向靠近活塞缸底部移动，以压缩活塞缸内空气，当活塞缸内的空气达到一定压力p1后，控制系统控制自动打开排氧阀的开度为k1，从而使活塞缸内的压缩空气经制氧分子筛吸附氮气后，从排氧阀中流出，而且利用椭轮顶压椭圆桶继续使活塞缸内压缩空气的压力大于p1，直到活塞缸内压缩空气全部经制氧分子筛吸附氮气后从排氧阀中排出。

（3）制氧分子筛吸附氮气后，利用电机驱动传动轴旋转带动椭轮顶压椭圆桶，继续使活塞在活塞缸内向远离活塞缸底部移动，以使活塞缸内的气体形成负压，当活塞缸内气体负压达到p2时，吸附氮气的制氧分子筛中的氮气在负压p2下被解吸，此时，控制系统控制自动打开排氧阀的开度为k2，使富氧气储罐的富氧气体部分返回到制氧分子筛中活化制氧分子筛。

（4）一组活塞和活塞缸及椭圆桶和椭轮柱组成一套活塞缸制氧装置，四套活塞缸制氧装置组合成一套连动装置，使四套活塞缸制氧装置分别处于吸气过程、制氧过程、解吸过程、排氮过程，从而形成连续供氧的组合体。

本发明的目的是提供一种由电机驱动传动轴旋转带动椭轮顶压椭圆桶做上下运动，并带动活塞在活塞缸内做上下运动，从而使活塞压缩空气或抽取真空形成变压吸附制取氧气的活塞缸制氧装置，并由四套活塞缸制氧装置组成组合实现连续供氧的椭轮驱动活塞分子筛制氧系统。

椭轮驱动活塞分子筛制氧系统，包括a、b、c、d四套活塞缸制氧装置，每套活塞缸制氧装置包括活塞、活塞缸、连杆、料仓、排氧阀、进气阀、排氮阀和椭轮驱动装置；椭轮驱动装置包括椭圆桶、椭轮柱和限位杆；其特征在于：

1、每套活塞缸制氧装置的活塞缸内安装有一个与活塞缸匹配的活塞，活塞缸的下端是料仓，料仓的上层为过滤层，料仓的下层为制氧分子筛，料仓的漏斗形底部与排氧阀相连，排氧阀为电动调节阀。

2、活塞的顶端平面中央有一个活塞顶头，活塞顶头上端与连杆固定相连，连杆的上端与椭圆桶最低端固定相连，椭圆桶的最高端与限位杆的下端相连，限位杆的外周间隙地套有一根上限位板，使限位杆仅可以在上限位板的内孔内做上下移动，连杆的外周间隙地套有一根下限位板，使连杆仅可以在下限位板的内孔内做上下移动，从而使椭圆桶只能做垂直的上下运动。

3、椭圆桶为水平放置，即椭圆桶的长轴成水平状态且与活塞和活塞缸的中轴线垂直，椭圆桶的长轴与上限位板的中心轴线和下限位板的中心轴线垂直，椭圆桶内间隙地安装有一个椭轮柱，椭轮柱的长轴长度s与椭圆桶的短轴t相近，t=r+k，1mm≤k≤6mm，使椭轮柱的长轴间隙地内套于椭圆桶的短轴方向；当椭轮柱的长轴为垂直状态时，在上椭轮柱焦点往左移l距离再往上移h距离的位置点q，0≤l≤（s/4），0≤h≤（s/5），s为椭轮柱的短轴长度，以q点为中心开有一个半径为r的小孔，这个小孔就是椭轮柱的绕转孔，在椭轮柱绕转孔内固定套有一根传动轴，使传动轴顺时针旋转带动椭轮柱绕椭轮柱绕转孔旋转，从而使椭轮柱长轴方向且与绕转孔相远的另一端端头旋转到绕转孔的下方时，顶压椭圆桶内壁的短轴下弧面，使椭圆桶下移带动连杆下移，并带动活塞在活塞缸内下移，然后传动轴继续顺时针旋转带动椭轮柱绕椭轮柱绕转孔旋转，从而使椭轮柱长轴方向且与绕转孔相远的另一端端头旋转到绕转孔的上方时，顶压椭圆桶内壁的短轴上弧面，使椭圆桶上移带动连杆上移，并带动活塞在活塞缸内上移，限位杆和连杆限定椭圆桶只能做垂直的上下运动，所以传动轴顺时针旋转带动椭轮柱绕椭轮柱绕转孔旋转时，椭轮柱的外表面推挤顶压着椭圆桶短轴方向的上侧或下侧内表面弧面，使椭圆桶和连杆只做上下运动并带动动活塞在活塞缸内做上下运动；a、b、c、d四套活塞缸制氧装置的组成和结构完全相同，并顺上限位板和下限位板成一字型摆放。

4、由于绕转孔的中心与焦点的偏离距离，当椭轮柱顶压椭圆桶内壁的短轴上弧面时，使活塞在活塞缸内的最高位置点附近的时间加长，从而使活塞在抽气过程中能使空气的可扩伸性得到缓冲而抽入更多的空气、或在抽真空过程中能使分子筛停留在接近最高负压附近的时间加长以使分子筛吸附的氮气解吸更完全；当椭轮柱顶压椭圆桶内壁的短轴下弧面时，使活塞在活塞缸内的最低位置点附近的时间加长，从而使活塞在压缩空气制氧过程中能使压缩的空气因空气的可压缩性得到缓冲，进而使压缩的空气有更多的时间在分子筛区域被分子筛吸附氮气而氧气流出排氧阀、或在排氮过程中能使氮气排放更完全。

5、或者当椭轮柱的长轴为垂直状态时，使绕转孔的圆心与椭轮柱的上椭轮柱焦点重叠，然后将上椭轮柱焦点的左上侧外表面削下一片区域，并使削下的椭轮柱削下面接近平面，同时将下椭轮柱焦点右下侧面凸起一片区域，并使凸起的椭轮柱凸起面与原椭轮柱的椭圆面有较好的弧面过度，以达到绕转孔的中心与上椭轮柱焦点偏离的同样效果。

6、活塞缸下端的周围对称制作有多根进气支管，每根进气支管均穿透活塞缸外壁，活塞缸外环绕一根进气环管，所有进气支管均与进气环管相连接并相连通，进气环管上安装有一根进气总管和一根排氮总管，在进气总管上安装有一个进气阀，在排氮总管上安装有一个排氮阀，进气阀为电磁阀或电动阀，排氮阀也为电磁阀或电动阀，进气阀和排氮阀均为常闭式结构。

7、料仓的底部为漏斗形，料仓底部的正中央为漏斗的漏口，漏口与料仓之间有筛网相隔，以防料仓内的分子筛下落，在漏口安装有一根料仓排气管，料仓排气管下端安装有一个排氧阀，排氧阀为电动调节阀，排氧阀为常闭式结构。

8、料仓的顶部安装有一个压力传感器，压力传感器有信号线与控制系统连接，控制系统为plc、或cpu、或控制器，排氮阀、进气阀和排氧阀均有电源线和控制线与控制系统连接。

9、料仓的上部装有过滤层，过滤层为活性氧化铝或其他能吸附空气中水分子和二氧化碳分子的物质，料仓的中下部装有分子筛，分子筛为变压吸附专用制氧分子筛，过滤层有一层筛网覆盖，以保护过滤层的物料不移动。

10、启动制氧系统使传动轴顺时针旋转并带动椭轮柱绕传动轴顺时针转动，当a活塞缸制氧装置的活塞在活塞缸的最下端时，（一）使控制系统给进气阀通电，进气阀通电打开进气阀通路，此时排氮阀和排氧阀均未通电处于关闭状态，由于传动轴顺时针旋转带动椭轮柱和连杆及活塞向上移动，使活塞缸内成负压，这个负压动力将空气依次从进气总管经进气阀、进气环管和进气支管进入到活塞缸内，当传动轴旋转带动椭轮柱的长轴方向与绕转孔相远的另一端端头旋转到绕转孔的正上方即最高位置时，此时活塞处于最高位置，控制系统切断进气阀电源使进气阀关闭通路，此为吸气过程；（二）随着传动轴的继续顺时针旋转，带动椭轮柱和连杆及活塞向下移动，活塞缸内的空气压力p不断增大，当活塞缸内空气的压力增大到p1时，压力传感器反馈给控制系统电信号，使控制系统给排氧阀供电，并使排氧阀的开度为k1，从而使排氧阀连续排出流量为v1的富氧气体至富氧气储罐，此时传动轴继续顺时针旋转并带动椭轮柱和连杆及活塞向下移动，直到活塞向下移动到活塞缸底部，此时活塞处于最低位置，从而保证分子筛对空气中氮气的吸附作用及吸附效率，此为制氧过程；（三）然后传动轴的继续顺时针旋转，带动椭轮柱和连杆及活塞向上移动，同时，控制系统给关闭排氧阀，使活塞缸内空气成负压，随着活塞向上继续移动，活塞缸内气体压力不断下降，当活塞缸内气体压力降低到p2时，控制系统给排氧阀电信号使排氧阀打开的开度为k2，从而使富氧气储罐内的富氧气体经排氧阀连续以流量为v2的流速流入到分子筛和活塞缸内，以保证分子筛吸附的氮气被解吸并冲洗分子筛激活分子筛的活性，k2远小于k1，即v2远小于v1，此时传动轴继续顺时针旋转并带动椭轮柱和连杆及活塞向上移动，当活塞向上移动到最高位置时，控制系统停止给排氧阀通电，排氧阀关闭，此为解吸过程；（四）当传动轴继续顺时针旋转并带动椭轮柱和连杆及活塞向下移动，控制系统给排氮阀通电打开排氮阀通路，活塞向下移动推挤活塞缸内和分子筛区域的富氮气体经进气支管、进气环管和排氮阀排出，恢复分子筛的活性，此为排氮过程；以上（一）吸气过程、（二）制氧过程、（三）解吸过程、（四）排氮过程为一个吸气制氧解吸排氮过程，然后控制系统重复上述四个的控制过程，使分子筛不断地在加压和减压条件下制取富氧气体。

11、b活塞缸制氧装置、c活塞缸制氧装置和d活塞缸制氧装置与a活塞缸制氧装置的制取富氧气体的条件和过程完全相同，且当a活塞缸制氧装置处于吸气过程时，b活塞缸制氧装置处于制氧过程，c活塞缸制氧装置处于解吸过程，d活塞缸制氧装置处于排氮过程，从而使富氧气储罐有连续不断的富氧气体输入。

12、本发明装置也可用于分子筛变压吸附制取其他气体。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、目前市场上还没有发现与本发明相似或类似的产品，也没有查到相关文献或专利资料；

2、本发明装置体积小巧、结构简单、使用灵活、稳定可靠、制氧效率高，可广泛用于办公、居家等之用；

3、本发明装置不使用空压机，而用小功率电机驱动椭轮顶压椭圆桶的巧妙结构，能耗小，噪音低；

4、本发明四装置组合，能连续供给富氧气体，供氧稳定、可靠。

附图说明

图1是本发明实施例的剖面结构示意图；

图2是图1所示实施例中e-e剖面示意图；

图3是图2所示实施例中p放大示意图；

图4是图2所示实施例中椭轮旋转0˚位置示意图；

图5是图2所示实施例中椭轮旋转45˚位置示意图；

图6是图2所示实施例中椭轮旋转90˚位置示意图；

图7是图2所示实施例中椭轮旋转135˚位置示意图；

图8是图2所示实施例中椭轮旋转180˚位置示意图；

图9是图2所示实施例中椭轮旋转225˚位置示意图；

图10是图2所示实施例中椭轮旋转270˚位置示意图；

图11是图2所示实施例中椭轮旋转315˚位置示意图；

图12是图2所示实施例中椭轮变形示意图。

图1-12中：1、排氮阀，2、进气阀，3、进气环管，4、料仓，5、排氧阀，6、分子筛，7、过滤层，8、活塞，9、活塞缸，10、活塞顶头，11、连杆，12、椭圆桶，13、椭轮柱，14、限位杆，15、传动轴，16、上限位板，17、下限位板，18、椭轮柱焦点，19、绕转孔，20、椭轮柱截面标示槽，21、椭轮柱截面标示圈，22、椭轮柱削下面，23、椭轮柱凸起面，24、富氧气储罐。

具体实施方式

在图1—12所示的实施例中，椭轮驱动活塞分子筛制氧系统，包括a、b、c、d四套活塞缸制氧装置，每套活塞缸制氧装置包括活塞8、活塞缸9、连杆11、料仓4、排氧阀5、进气阀2和排氮阀1、椭圆桶12、椭轮柱13和限位杆14；其特征在于：每套活塞缸制氧装置的活塞缸9内安装有一个与活塞缸9匹配的活塞8，活塞缸9的下端是料仓4，料仓4的上层为过滤层7，料仓4的下层为制氧分子筛6，料仓4的漏斗形底部与排氧阀5相连，排氧阀5为电动调节阀；活塞8的顶端平面中央有一个活塞顶头10，活塞顶头10上端与连杆11固定相连，连杆11的上端与椭圆桶12最低端固定相连，椭圆桶12的最高端与限位杆14的下端相连，限位杆14的外周间隙地套有一根上限位板16，使限位杆14仅可以在上限位板16的内孔内做上下移动，连杆11的外周间隙地套有一根下限位板17，使连杆11仅可以在下限位板17的内孔内做上下移动，从而使椭圆桶12只能做垂直的上下运动，椭圆桶12为水平放置，即椭圆桶12的长轴成水平状态且与活塞8和活塞缸9的中轴线垂直，椭圆桶12内间隙地安装有一个椭轮柱13，椭轮柱13的长轴长度与椭圆桶12的短轴相近，使椭轮柱13的长轴间隙地内套于椭圆桶12的短轴方向；当椭轮柱13的长轴为垂直状态时，在上椭轮柱焦点18往左移l距离再往上移h距离的位置点q，0≤l≤s/4，0≤h≤s/5，s为椭轮柱13的短轴长度，以q点为中心开有一个半径为r的小孔，这个小孔就是椭轮柱13的绕转孔19，在椭轮柱绕转孔19内固定套有一根传动轴15，使传动轴15顺时针旋转带动椭轮柱13绕椭轮柱绕转孔19旋转，从而使椭轮柱13长轴方向且与绕转孔19相远的另一端端头旋转到绕转孔19的下方时，顶压椭圆桶12内壁的短轴下弧面，使椭圆桶12下移带动连杆11下移，并带动活塞8在活塞缸9内下移，然后传动轴15继续顺时针旋转带动椭轮柱13绕椭轮柱绕转孔19旋转，从而使椭轮柱13长轴方向且与绕转孔19相远的另一端端头旋转到绕转孔19的上方时，顶压椭圆桶12内壁的短轴上弧面，使椭圆桶12上移带动连杆11上移，并带动活塞8在活塞缸9内上移，限位杆14和连杆11限定椭圆桶12只能做垂直的上下运动，所以传动轴15顺时针旋转带动椭轮柱13绕椭轮柱绕转孔19旋转时，椭轮柱13的外表面推挤顶压着椭圆桶12短轴方向的上侧或下侧内表面弧面，使椭圆桶12和连杆11只做上下运动并带动动活塞8在活塞缸9内做上下运动；a、b、c、d四套活塞缸制氧装置的组成和结构完全相同，并成一字型摆放。

由于绕转孔19的中心与焦点的偏离距离，当椭轮柱13顶压椭圆桶12内壁的短轴上弧面时，使活塞8在活塞缸9内的最高位置点附近的时间加长，从而使活塞8在抽气过程中能使空气的可扩伸性得到缓冲而抽入更多的空气、或在抽真空过程中能使分子筛停留在接近最高负压附近的时间加长以使分子筛吸附的氮气解吸更完全；当椭轮柱13顶压椭圆桶12内壁的短轴下弧面时，使活塞8在活塞缸9内的最低位置点附近的时间加长，从而使活塞8在压缩空气制氧过程中能使压缩的空气因空气的可压缩性得到缓冲，进而使压缩的空气有更多的时间在分子筛区域被分子筛吸附氮气而氧气流出排氧阀5、或在排氮过程中能使氮气排放更完全。

或者当椭轮柱13的长轴为垂直状态时，使绕转孔19的圆心与椭轮柱13的上椭轮柱焦点18重叠，然后将上椭轮柱焦点18的左上侧外表面削下一片区域，并使削下的椭轮柱削下面22接近平面，同时将下椭轮柱焦点18右下侧面凸起一片区域，并使凸起的椭轮柱凸起面23与原椭轮柱13的椭圆面有较好的弧面过度，以达到绕转孔19的中心与上椭轮柱焦点18偏离的同样效果。

活塞缸9下端的周围对称制作有多根进气支管，每根进气支管均穿透活塞缸9外壁，活塞缸9外环绕一根进气环管3，所有进气支管均与进气环管3相连接并相连通，进气环管3上安装有一根进气总管和一根排氮总管，在进气总管上安装有一个进气阀2，在排氮总管上安装有一个排氮阀1，进气阀2为电磁阀或电动阀，排氮阀1也为电磁阀或电动阀，进气阀2和排氮阀1均为常闭式结构。

料仓4的底部为漏斗形，料仓4底部的正中央为漏斗的漏口，漏口与料仓4之间有筛网相隔，以防料仓4内的分子筛6下落，在漏口安装有一根料仓排气管，料仓排气管下端安装有一个排氧阀5，排氧阀5为电动调节阀，排氧阀5为常闭式结构。

料仓4的顶部安装有一个压力传感器，压力传感器有信号线与控制系统连接，控制系统为plc、或cpu、或控制器，排氮阀1、进气阀2和排氧阀5均有电源线和控制线与控制系统连接。

料仓4的上部装有过滤层7，过滤层7为活性氧化铝或其他能吸附空气中水分子和二氧化碳分子的物质，料仓4的中下部装有分子筛6，分子筛6为变压吸附专用制氧分子筛，过滤层7有一层筛网覆盖，以保护过滤层7的物料不移动。

启动制氧系统使传动轴15顺时针旋转并带动椭轮柱13绕传动轴15顺时针转动，当a活塞缸制氧装置的活塞8在活塞缸9的最下端时，（一）使控制系统给进气阀2通电，进气阀2通电打开进气阀2通路，此时排氮阀1和排氧阀5均未通电处于关闭状态，由于传动轴15顺时针旋转带动椭轮柱13和连杆11及活塞8向上移动，使活塞缸9内成负压，这个负压动力将空气依次从进气总管经进气阀2、进气环管3和进气支管进入到活塞缸9内，当传动轴15旋转带动椭轮柱13的长轴方向与绕转孔19相远的另一端端头旋转到绕转孔19的正上方即最高位置时，此时活塞8处于最高位置，控制系统切断进气阀2电源使进气阀2关闭通路，此为吸气过程；（二）随着传动轴15的继续顺时针旋转，带动椭轮柱13和连杆11及活塞8向下移动，活塞缸9内的空气压力p不断增大，当活塞缸9内空气的压力增大到p1时，压力传感器反馈给控制系统电信号，使控制系统给排氧阀5供电，并使排氧阀5的开度为k1，从而使排氧阀5连续排出流量为v1的富氧气体至富氧气储罐24，此时传动轴15继续顺时针旋转并带动椭轮柱13和连杆11及活塞8向下移动，直到活塞8向下移动到活塞缸9底部，此时活塞8处于最低位置，从而保证分子筛6对空气中氮气的吸附作用及吸附效率，此为制氧过程；（三）然后传动轴15的继续顺时针旋转，带动椭轮柱13和连杆11及活塞8向上移动，同时，控制系统给关闭排氧阀5，使活塞缸9内空气成负压，随着活塞8向上继续移动，活塞缸9内气体压力不断下降，当活塞缸9内气体压力降低到p2时，控制系统给排氧阀5电信号使排氧阀5打开的开度为k2，从而使富氧气储罐24内的富氧气体经排氧阀5连续以流量为v2的流速流入到分子筛6和活塞缸9内，以保证分子筛6吸附的氮气被解吸并冲洗分子筛6激活分子筛6的活性，k2远小于k1，即v2远小于v1，此时传动轴15继续顺时针旋转并带动椭轮柱13和连杆11及活塞8向上移动，当活塞8向上移动到最高位置时，控制系统停止给排氧阀5通电，排氧阀5关闭，此为解吸过程；（四）当传动轴15继续顺时针旋转并带动椭轮柱13和连杆11及活塞8向下移动，控制系统给排氮阀1通电打开排氮阀1通路，活塞8向下移动推挤活塞缸9内和分子筛6区域的富氮气体经进气支管、进气环管3和排氮阀1排出，恢复分子筛6的活性，此为排氮过程；以上（一）吸气过程、（二）制氧过程、（三）解吸过程、（四）排氮过程为一个吸气制氧解吸排氮过程，然后控制系统重复上述四个的控制过程，使分子筛6不断地在加压和减压条件下制取富氧气体。

b活塞缸制氧装置、c活塞缸制氧装置和d活塞缸制氧装置与a活塞缸制氧装置的制取富氧气体的条件和过程完全相同，且当a活塞缸制氧装置处于吸气过程时，b活塞缸制氧装置处于制氧过程，c活塞缸制氧装置处于解吸过程，d活塞缸制氧装置处于排氮过程，从而使富氧气储罐24有连续不断的富氧气体输入。

本发明装置也可用于分子筛变压吸附制取其他气体。

附图4至附图11标示椭轮柱13在椭圆桶12内旋转顶压椭圆桶12内壁的过程。