专利名称：氧气发生器的控制装置与控制方法
技术领域：
本发明涉及氧气发生器的制造，具体来说这种氧气发生器装置和控制方法是由外部空气吸附氮气，分离生成氧气。
背景技术：
一般而言，氧气发生器是将大气中所含约占21％的氮气进行分离提供给使用者。众所周知，可以利用将水进行电分解的方式和化学物质反应的方式等，但是，这些方式存在着操作性繁杂、稳定性能低的缺点。
最近以来，采用由大气完成吸附或解吸氧气过程的方法，分离供给氧气的氧气发生器，正在被广泛应用。图1示出了这种传统氧气发生器的概况组成情况。
如图所示，传统的氧气发生器大体是由以下各部分所组成使空气强制循环的气泵10；与上述气泵10并联，选择性地形成空气气路的二个三通阀21、22；与上述二个三通阀21、22相连，内部充填吸附剂Z由空气吸附氮气用的吸附塔30；与上述吸附塔30连接，将上述吸附剂Z分离后的氧气气体排向外部的氧气排气部40；以及装在上述吸附塔30和上述氧气排气部40之间的单向阀50。作为填充上述吸附塔30用的吸附剂Z，一般多使用吸附性能非常好的沸石材料。
上述组成的传统氧气发生器的动作，分成加压阶段和真空阶段两部分。加压阶段是从外部空气中吸附氮气后，分离生成氧气。为此要对吸附塔30内部加压。真空阶段则是把吸附剂Z吸附的氮气进行解吸排放。下面对各阶段动作做具体说明。
首先，加压阶段靠气泵10的动作，经第1三通阀21，流入外部空气，压缩后再经第2三通阀22供给吸附塔30内部，随之，吸附塔30靠外部流入的空气而被加压。
此时，包含在外部空气中的氮气被吸附剂Z吸附，分离出氧气，当超过一定的压力，就通过单向阀50，向氧气排放部40排放。
而真空阶段，其第1.2三通阀21、22则切换成与加压阶段相反的流路，并且靠空气泵10的吸力作用，使吸附塔30内部变为真空状态。同时，氮气从吸咐剂Z中解吸，依次经过上述第1个三通阀21、气泵10、第2个三通阀22而向外部排放。
上述传统的氧气发生器就是这样反复经过分离，生成氧气的加压阶段和解吸排放氮气的真空阶段，来产生氧气的。
图2示出了传统氧气发生器加压阶段和真空阶段周期的吸附塔内部压力变化的情况。从图中可看出，传统的氧气发生器在其加压阶段，从真空状态到设定压力状态对吸附塔30加压的时间，以及在其真空阶段，从设定压力状态到真空状态使吸附塔30变为真空，都需要有一段时间。
也就是说存在着加压时间长和真空时间长，增加了氧气发生器整个加压和真空的周期这样的问题。
特别是由于从真空状态到达设定压力状态的时间长，因而当把一定的加压时间视作为标准时，相对缩减加压时间，和吸附塔30内的压力保持正比关系的氧气排流量就有了一定限度。
同时，传统的氧气发生器从加压阶段到真空阶段，或从真空阶段到加压阶段，都是急剧地进行转换，由于此时压力变化，气泵10瞬间要产生严重的冲击，对氧气发生器的可靠性将产生恶劣的影响。
发明内容
本发明提供一种氧气发生器的控制装置与控制方法，可以解决上述技术问题，其目的如下所述。
第一，氧气发生器在加压阶段和真空阶段的相互变化时，缩减了从真空状态到设定压力状态的时间，或缩减了从设定压力状态到真空状态的时间，从而缩短了氧气发生器的整体加压周期和真空周期。
第二，防止从加压阶段向真空阶段，或从真空状态向加压阶段的急剧转换，抑制空气泵瞬间出现的冲击，因而提高了氧气发生器的可靠性。
第三，以最佳的状态使提供给室内的氧气浓度保持恒定不变。
本发明包括下列各个组成部分，并以此为其特征。内部填充吸附剂，从流入的空气中吸附氮气，排出氧气用的吸附塔；对上述吸附塔进行加压或变为真空用的空气泵；上述吸附塔和上述空气泵并列连接，形成流动气路用的配管；位于上述气泵的入口、装在配管上部，在外部大气压、气泵进气口和吸附塔三个方向中，选择连通二个方向用的三通阀的吸气阀；位于上述气泵的排气口、装在上述配管上面，在外部大气压、气泵排气口和吸附塔三个方向中，选择连通二个方向用的三通阀的排气阀；指令上述吸气阀和上述排气阀进行切换，把上述吸附塔控制成真空状态或加压状态用的控制部分；输入信号使上述控制部判定阀门切换，判定是否以加压状态或真空状态进行运转用的信号输入部分。
上述控制部分在使上述吸附塔从加压状态向真空状态，或从真空状态向加压状态进行变换的过程中，驱动上述进气阀或上述排气阀的某一个方向，使吸附塔与外部连通，吸附塔内部按照“加压状态→大气压状态→真空状态”，或“真空状态→大气压状态→加压状态”保持一致。
本发明提供了包括下列各组成阶段的氧气发生器的控制方法即内部配置的吸附剂从外部空气里吸附氮气，分离生成氧气的吸附塔，随着与外部被同时打开，上述吸附塔内部保持大气压状态的阶段；大气压状态的上述吸附塔内部空气向外部排放的同时，解吸消除被上述吸附剂的氮气，上述吸附塔内部减压成真空状态的阶段；真空状态的上述吸附塔与外部被打开，上述吸附塔的内部保持大气压状态的阶段；外部空气进入大气压状态的上述吸附塔内，使上述吸附塔加压到设定压力状态的阶段。
本发明具有以下效果第一，由于在加压阶段和真空阶段之间加进了大气压阶段，因而有效地缩短了到达设定压力状态或到达真空状态的时间，缩短了加压周期和真空周期。
第二，随着到达设定压力状态或到达真空状态时间的缩短，本发明在保持与传统方式相同的加压周期和真空周期时，可以提高设定压力和真空度。
同时，与传统相比，本发明由于到达设定压力状态时间快，在剩下的时间里进行加压，因而可以提高与氧气发生量和氧气浓度成正比的吸附塔内部压力，可以增加氧气的发生量和氧气的浓度。
第三，由于是从大气压状态下变成加压或真空，因此，可以防止加压和真空的急剧转换，抑制空气泵瞬间产生的冲击，有助于提高氧气发生器的可靠性。
第四，可以测定室内特定的气体浓度，调节氧气的生成和供给，使室内的氧气浓度保持在一定范围内。
第五，根据使用者的选择，可以很主便地相互变换加压阶段和真空阶段。
图1为传统氧气发生器的简要构成图；图2为传统氧气发生器依照加压阶段和真空阶段周期吸附塔内部压力变化的说明图；图3 a、3b、3c为本发明第一实施例氧气发生器动作状态说明用的状态图；图4为本发明第一实施例氧气发生器控制部分和信号输入部分的动作顺序图；图5为表示本发明第一实施例氧气发生器不同加压阶段和真空阶段周期，其吸附塔内部的压力变化图；图6为本发明第一实施例氧气发生器加压阶段和真空阶段不同周期时，其吸附塔内部的压力变化说明图；图7为本发明第二实施例氧气发生器的构成图；图8为本发明第二实施例氧气发生器控制部分和信号输入部分的动作顺序图；图9为本发明第二实例不同形态的氧气发生器控制部分与信号输入部分的动作顺序图；图10为本发明第三实施例氧气发生器的构成图。
如图所示，10、110空气泵；21、22三通阀；40、140氧气排气部；50、150单向阀；121吸气阀；122排气阀；123配管；30、130吸附塔；170、171、172控制部分；180、181、182信号输入部分；Z吸附剂。
具体实施例方式
下面参照本发明所附实施例的图3a、b、c、以及图5，做下列具体说明，但是这些实施例并不是对本发明作出的限制。
图3a为采用本发明第1实施例的氧气发生器大气压状态的示意图。图3b为采用本发明第1实施例的氧气发生器的真空状态示意图。图3c为采用本发明第1实施例的氧气发生器加压状态示意图。
如图所示，本发明包括并大体由下列各个部分所组成。内部装有吸附Z的吸附塔130；使上述吸附塔130变成加压或真空状态的空气泵110；并列连接上述空气泵110和上述吸附塔130，形成流动回路的配管123；装在上述空气泵进气端配管123上的吸气阀121；装在上述空气泵排放端配管123上的排气阀122；用单向阀150与上述吸附塔130连接的氧气排放部分140；指令上述进气阀121和上述排气阀122进行切换，将上述吸附塔130控制成真空状态或加压状态的控制部分170；输入信号使上述控制部分170判定阀门切换，判定是否以真空状态或以加压状态进行运行运转的信号输入部分180。
尤其是上述吸气阀121它是一种三通阀方式的方向切换阀。它呆以对吸附塔130端和外部0端、吸附塔130端和空气泵110端，以及外部0端与空气泵110端分别进行选择连通。
同时，上述排气阀122也是一种三通阀方式的方向切换阀。它可以对吸附塔130端和外部0端，空气泵110端和外部0端，以及空气泵110端和吸附塔130端分别进行选择连通。
上述吸气阀121和排气阀122的方向切换受控制部分170控制，上述控制部分170上连接有信号输入部分180。
在这里上述信号输入部分180作为输入时间的计时器使用。上述控制部分170对上述计时器输入的时间值与设定值进行比较，切换吸气阀121和排气阀122，使其变为加压状态或真空状态。
图4为采用本发明第1实施例的氧气发生器控制部与信号输入部的动作顺序图。参照图4，对控制部170和信号输入部180的作用做进一步具体说明。
当氧气发生器动作时，吸气阀121和排气阀122被保持或被切换，使氧气发生器成为大气压状态。信号输入部180开始进行时间计数，在上述信号输入部180计数时间与控制部170设定的大气压保持时间Ta一致之前，氧气发生器保持为大气压状态。
也就是说在控制部170设定的大气压保持时间Ta内，保持着大气压状态。
当上述信号输入部180计数时间与大气压保持时间Ta变为一致时，吸气阀121和排气阀122进行切换，变成真空状态，进入真空阶段。
此时，上述信号输入部180的计数时间计数复位重新计数。上述信号输入部180计数的时间与控制部170设定的真空状态保持时间Tv一致之前，氧气发生器保持为真空状态，其结果，在控制部170设定的真空状态保持时间Tv内，进入真空阶段。
如果上述信号输入部180计数的时间与真空状态保持时间Tv变为一致时，吸气阀121和排气阀122进行切换，又变为大气压状态。此时，和前面叙述的一样，在控制部170设定的大气压保持时间Ta内，氧气发生器保持为大气压状态。
如果上述信号输入部180计数的时间与大气压保持时间Ta变为一致，那么，吸气阀121和排气阀122就进行切换，变为加压状态，进入加压阶段。
此时，上述信号输入部180的时间计数复位，重新计数。上述信号输入部180计数的时间与控制部170设定的加压状态保持时间Tc一致之前，氧气发生器保持为加压状态，所以在控制部170设定的加压状态保持时间Tc内，进入加压阶段。
最后，本发明第1实施例的上述各个阶段构成了一个周期，周而复始地进行。
按照这种组成而提出的本发明氧气发生器的作用，做些具体介绍。
开始本发明氧气发生器如图3a所示，在控制部170的控制作用下，吸气阀121与吸附塔130端和外部0端相连接，同时，排气阀122也与吸附塔130端和外部0端连接。
接着，上述吸附塔130经过吸气阀121和排气阀122，与外部打开，使上述吸附塔130内部保持为大气压状态。
然后，在控制部170的设定时间Ta里，被保持为大气压状态后，如图3b所示，靠控制部170的控制作用，上述吸气阀121向吸附塔130端和空气泵110端切换、连接，与此同时，排气阀122也向空气泵110端和外部0端切换、连接。
这样，空气泵110被起动，受上述气泵110进气力的作用，上述吸附塔130内部吸进空气，向外部排放的同时减压倒真空状态。
这时，吸附在吸附剂Z上的氮气在气泵110进气力作用下，脱开上述吸附剂Z，顺序经过进气阀121、空气泵110和排气阀122，向外部排放。
特别是本发明脱氮的上述真空阶段，其吸附塔130为大气压状态，因此，如图5中所示，与传统相比，上述吸附塔130到达真空状态的时间被缩短了。
而且，与此同时，上述吸附剂Z所吸附的氮气解吸，使上述吸附剂Z再生，从而重新吸附氮气，分离生成氧气变为一种可能。
如前所述，在控制部170设定的真空时间Tv里，完成真空阶段以后，如图3a所示，受控制部180的控制作用，上述进气阀121再次连接吸附塔130端和外部0端。与此同时，排气阀122也重新连接吸附塔130端和外部0端，因此，上述吸附塔130通过进气阀121和排气阀122，与外部打开，空气泵110停止。
接着，外部空气通过上述进气阀121和上述排气阀122，进入内部，因而，上述吸附塔130内部在控制部170设定的大气压保持时间Ta里，再次保持为大气压状态。
接下来如图3c所示，受控制部170的控制作用，上述进气阀121向外部0端与空气泵110端切换、连接，与此同时，排气阀122进行切换，连接空气泵110端和吸附塔130端，空气泵110起动。
上述空气泵110压缩的外部空气依次经过进气阀121、空气泵110和排气阀122，流向吸附塔130内部。在控制部170设定的加压时间Tc里，使上述吸附塔130从大气压状态，加压成设定压力状态。
此时，包含在外部空气中的氮气随着吸附剂Z的吸附，分离生成氧气。
这样，分离生成的氧气经过单向阀150，从氧气排放部140向外排放。
特别是本发明在分离生成氧气的上述加压阶段，其吸附塔130为大气压状态，所以，如图5中所示，与传统相比，上述吸附塔130到达设定压力状态的时间被缩短了。
从以上叙述可知，本发明是依次反复进行上述各阶段动作，即反复进行大气压阶段—真空阶段—大气压阶段—加压阶段，来产生氧气的。
由此可知本发明可以做到缩短加压阶段时到达设定压力状态的时间，以及真空阶段时到达真空状态的时间。
如果以和传统方式相同的周期来设定加压时间Tc和真空时间Tv，那么，本发明可以提高氧气发生器的设定压力和真空度。
同时，由于氧气发生器的氧气发生量和氧气浓度与吸附塔130内部的压力具有比例关系，因此，本发明还可以使氧气发生量与氧气浓度得以增加。
图6示出了本发明第1实施例氧气发生器不同加压阶段和真空阶段周期其吸附塔内部的压力变化情况。
本发明中从加压阶段到达设定压力状态，以及从真空阶段到达真空状态的时间被缩短情况，如上所述。
如图6中所示，以与传统方式相同的加压和真空效果为基准，使用本发明氧气发生器时，也可以缩短加压周期和真空周期。
下面对采用本发明第2实施例的氧气发生器加以说明。
图7为采用本发明第2实施例的氧气发生器的组成图。如图中所示，采用本发明第2实施例的氧气发生器整体组成，与前述的本发明第1实施例相同，只是在本实例中指令进气阀121和排气阀122的切换，把上述吸附塔130控制成真空状态或加压状态的控制部分171和输入信号，使上述控制部分171判定阀的切换，判定是以真空状态或加压状态进行运转用的信号输入部分181，有其特征的。
图8为采用本发明第2实施例的氧气发生器的控制部分和信号输入部分的动作顺序图。
也就是说信号输入部分181，是一个检测室内气体浓度，输出气体浓度用的气体传感器。控制部分171是使具有气体传感器功能、上述信号输入部181输入的浓度值与设定值进行比较，切换进气阀121和排气阀122，使其成可加压状态或真空状态。
尤其是本发明中的上述信号输入部分181可以选择多种检测的气体，而在本实施例中，以检测二氧化碳为一例，进行说明。
开始如果氧气发生器投入运行，那么，进气阀121和排气阀122就进行保持或切换，使氧气发生器变为真空状态。进入真空阶段后，信号输入部分181即测定室内的二氧化碳浓度。
此时，上述信号输入部分181测定的室内二氧化碳浓度如果超过控制部分171设定的二氧化碳最高浓度设定值，那么，控制部分171就要对进气阀121和排气阀122进行切换，使氧气发生器成为加压状态。
换言之，上述信号输入部分181测定的二氧化碳浓度增加，就意味着室内氧气浓度相应地降低，所以，就要增加室内的氧气浓度。
同样，在进入加压阶段期间，信号输入部分181继续测定室内的二氧化碳浓度。测得的室内二氧化碳浓度如果低于控制部分171设定的二氧化碳最低浓度设定值，那么，控制部分171就要对进气阀121和排气阀122进行切换，使氧气发生器成为真空状态。
上述信号输入部分181测定的二氧化碳浓度减小，就意味着室内氧气浓度相应地提高，所以，就要适当地减小室内的氧气浓度。
换言之，本实例设定了二氧化碳最高浓度和二氧化碳最低浓度的范围，在上述二氧化碳浓度范围内，反复进行加压阶段和真空阶段动作，因此，可以使室内保持最佳的二氧化碳浓度。
图9为本发明第2实施例另外形态的氧气发生器控制部分和信号输入部分的动作顺序图。
如图中所示，本发明第2实例的不同形态同样是由信号输入部分181检测室内的二氧化碳浓度，控制部分171对上述信号输入部分181测定的二氧化碳浓度值和设定的浓度值进行比较，如果室内的二氧化碳浓度超过最高设定值，就执行加压阶段动作，分离生成氧气。如果室内二氧化碳浓度低于最低设定值，就执行真空阶段动作，减脱氮气。
特别是第2实施例的另外形态，其氧气发生器依据设定的浓度值，从加压状态向真空状态变化，或从真空状态向加压状态变化时，都是经过大气压状态的。
氧气发生器以大气压状态→真空状态→大气压状态→加压状态构成一个周期循环反复进行，因此，可以使室内保持最佳状态的氧气浓度。
同时，在上述控制部分171从加压状态向真空状态变换，或从真空状态向加压状态变换时，随着所经过的大气压状态，如同前面第1实施例所介绍那样，到达设定压力状态的时间的及到达真空状态的时间也能够缩短。
以下对采用本发明第3实施例的氧气发生器加以说明。
图10为采用本发明第3实施例的氧气发生器的组成图。如图中所示，采用本发明第3实施例的氧气发生器整体构成，与前述本发明的第1实施例，第2实施例一样，只是在本实施例中，指令进气阀121和排气阀122的切换，将上述吸附塔130控制成真空状态或加压状态的控制部分171，以及输入信号使上述控制部分171判定阀的切换，判定是否以真空状态或加压状态进行运转的信号输入部分181，有其特征的。
下面对采用本发明第3实施例的氧气发生器加以说明。
采用本发明第3实施例的氧气发生器整体组成和动作也与前述本发明的第1实例一样。该实施例的特点是，信号输入部分182由键控输入来组成，使用者可选择加压状态或真空状态。控制部分172根据上述信号输入部分182的输入值来决定是以加压状态进行运转还是以真空状态进行运转。
换言之，受键控输入部分信号输入部182的输入作用，其控制部172随上述信号输入部182输入值的变化，决定阀门的切换，使用者可以有选择地从加压状态向真空状态变化，或者以真空状态向加压状态变化。
根据信号输入部182的输入变化，氧气发生器在从加压状态向真空状态变化时，以及从真空状态向加压状态变化时，本发明的第3实施例也同样要经过大气压状态的。所以，与前述的第1实施例，第2实施例所介绍的一样，同样也可以缩短到达设定压力状态的时间，或缩短到达真空状态的时间。
权利要求
1.一种氧气发生器的控制装置，其特征在于它包括下列各个组成部分内部装填吸附剂，从流入的空气中吸附氮气，放出氧气的吸附塔；使上述吸附塔进行加压或真空动作的空气泵；并列连接上述吸附塔和上述气泵，形成流动气路的配管；位于上述气泵进气口并装在上述配管上部，在外部大气压环境，气泵进气口吸附塔三个方向中，有选择地连通二个方向用的三通阀即进气阀；位于上述气泵排气口并装在上述配管上部，在外部大气压环境，气泵排气口和吸附塔三个方向中，有选择地连通二个方向用的三通阀的排气阀；指令上述进气阀和上述排气阀的切换，将上述吸附塔控制成真空状态或加压状态用的控制部分；输入信号，使上述控制部分判定阀门切换，判定是以真空状态运转还是以加压状态动转用的信号输入部分。
2.根据权利要求1所说的氧气发生器的控制装置，其特征在于所说的控制部分在上述吸附塔从加压状态向真空状态变换，或从真空状态向加压状态变换过程中，驱动上述进气阀或上述排气阀的某个方向，使吸附塔与外部连通，而吸附塔的内部则与“加压状态→大气压状态→真空状态”，“或真空状态→大气压状态→加压状态”保持一致。
3.根据权利要求1所说的氧气发生器的控制装置，其特征在于所说的信号输入部分作为输入时间的计时器使用，所说的控制部分对所说的计时器输入的时间值与设定值进行比较，切换吸气阀和排气阀，使其变为加压状态或真空状态。
4.根据权利要求1所说的氧气发生器的控制装置，其特征在于所说的信号输入部分是检测室内气体浓度，所说的控制部分是使具有气体传感器功能、上述信号输入部输入的浓度值与设定值进行比较，切换进气阀和排气阀，使其成可加压状态或真空状态。
5.根据权利要求4所说的氧气发生器的控制装置，其特征在于所说的检测室内气体浓度是检测二氧化碳浓度。
6.根据权利要求1所说的氧气发生器的控制装置，其特征在于所说的信号输入部分由键控输入来组成，所说的控制部分根据所说的信号输入部分的输入值来决定，决定阀门的切换，以加压状态进行运转还是以真空状态进行运转。
7.权利要求1所说的氧气发生器的控制装置的控制方法，其特征在于包括下述步骤即内部配置的吸附剂从外部空气里吸附氮气，分离生成氧气的吸附塔，随着与外部被同时打开，上述吸附塔内部保持大气压状态的阶段；大气压状态的上述吸附塔内部空气向外部排放的同时，解吸消除被上述吸附剂的氮气，上述吸附塔内部减压成真空状态的阶段；真空状态的上述吸附塔与外部被打开，上述吸附塔的内部保持大气压状态的阶段；外部空气进入大气压状态的上述吸附塔内，使上述吸附塔加压到设定压力状态的阶段。
全文摘要
本发明涉及氧气发生器的制造，它包括内部充填吸附剂，以流进的空气吸附氮气放出氧气的吸附塔；使吸附塔加压或变为真空的空气泵；将吸附塔和空气泵并连形成流动回路的配管，靠近空气泵入口处、装在配管上、并在外部大气压、空气泵出口处和吸附塔三个方向中选择连通二个方向用的三通阀，即排气阀，指令吸气阀和排气阀切换，将吸附塔控制成真空状态或加压状态的控制部分；输入信号使控制部分判定阀门切换，判定是否以真空状态或加压状态工作的信号输入部分组成。本发明的特点是当氧气发生器加压阶段和真空阶段相互变换时，采用缩小从真空状态到设定压力状态、或者从设定压力状态到真空状态的时间间隔，以降低氧气发生器的整个加压周期和真空周期。
文档编号B01D53/047GK1411895SQ0113637
公开日2003年4月23日 申请日期2001年10月12日 优先权日2001年10月12日
发明者赵敏喆 申请人:乐金电子(天津)电器有限公司