专利名称：高效组合式气体分离电磁阀的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种组合式电磁阀门开关，可以用于变样吸附装置的电控阀，其典型的应用装置是制氧机。
变压吸附(Pressure Swing Adsorption，简称PSA)装置是使用可吸附混合气体中某一组分的化工产品如活性碳，硅胶，分子筛等作为介质，提取混合气体中有价值的物质。制氧机是典型的变压吸附装置产品。
现有技术的PSA装置可分为1，气源部分2，吸附塔3，气体分配和处理系统4，电路控制5，辅助功能五个部分。若从吸附塔数量上来分，其有单塔型，双塔型和多塔型，但其结构还是上述五大部分。产品最多的是双塔型PSA装置，本专利属于双塔型PSA装置。
在上述基本结构中气体处理和分配系统是非常重要的环节，它决定了制氧机产品有效功能的体现状况和产品投入生产的可行性。分析同类产品在这一部分是如何处理的，可得到以下三种方法1，集成气路电磁阀先导式2，电磁阀驱动阀门开关式3，转塔阀门分配式。
集成气路电磁阀先导式是目前小型PSA装置最常用的方法。但由于集成气路自身的气道复杂性，它必须以模具成形为前体，对模具有很高的制造工艺和制造精度的要求，从而在未形成规模性生产产品前其试制和生产成本高。更为重要的是，其先导式电磁阀的结构决定还必须有气控阀为执行元件，而这样的执行元件一般为硬密封无油润滑气控阀，由于气体混合物中的介质比较复杂，极易将无油润滑的执行阀卡住，从而导致整台机器无法运转。这是目前这类机器极易出故障的最主要的原因。另外，这类方式对控制气体交换比较单一，不够灵活，因而产气效率不高。
电磁阀驱动阀门开关式较为广泛地运用于大型PSA装置中。其结构较大，对阀门的材质有很高的要求，所使用的驱动元件电磁阀数量较多，为了降低制造成本，选用的电磁阀一般为通用型电磁阀，不能保证作为驱动元件所必须有的高可靠性和耐用性。因为小型PSA装置对阀门开关的反应速度有一定的要求，而这类装置的阀门在执行开关时的速度较慢，所以它不适合小型PSA装置。
转阀分配式多用于多塔型PSA装置。但，其最大的弱点在于制造工艺复杂，生产出的产品一致性差，不利形成批量生产。
以上几种控制方式都同时存在着控制灵活上的问题，从而导致在制氧机性能指标(如氧气纯度，纯度的稳定)上的不稳定和产气效率底。这种控制方式的制氧机产氧率一般在25％左右。若输入混合气体流量67L/M，一个标准大气压，相对空气湿度为80％，按90％纯度氧气为标准，输出氧气流量为3.5L/M。
本实用新型的目的是设计一种气体分离效率高，指标稳定的气体分离组合式电磁阀。
本实用新型的电磁阀由阀体，线圈，电磁阀先导头组成五个直接式电磁阀开门关，见图2中交换阀有四个电磁阀门开关组成，见图3平衡阀由一个电磁阀门开关组成。见图2交换阀的阀体上四组线圈和四组电磁阀先导头组成四个电磁阀门开关1、2、3、4；见图3平衡阀的阀体上一组线圈和一组电磁阀先导头组成一个电磁阀门开关5，见图2、3每一个线圈内有电磁阀先导头，电磁阀先导头一端是螺纹，电磁阀门先导头通过螺纹与阀体联接组成交换阀和平衡阀。交换阀阀体内气道设置是混合气体入口10与气道接口11通过电磁阀门开关1相通，同时混合气体入口10也与接口12通过电磁阀门开关2相通，接口12、11分别与气体分离床见
图1中24、25的混合气体入口和废气排放出口13相通，见图6、7接口11、12又与废气排放口13通过电磁阀门开关3、4相通；见图8、9平衡阀阀体内气道是接口14、15的气道分别与气体分离床24、25的被分离气体输出口连接，接口14、15分别与气体流动方向控制阀(也称单向阀)16、17相通，见
图10单向阀16、17均与接口18相通，见
图11在接口14、15的气道之间有流量控制阀(也称节流阀)22，平衡阀电磁阀门开关5也是位于接口14、15之间，接口14、15之间通过电磁阀门开关5和流量控制阀22是相通的。平衡阀阀体的一侧21凸起，内是被分离气体的气道，并有控制气体流动方向的单向阀16、17，工作时五个相对独立的电磁阀对
图1中的五条气路进行单独控制。
本实用新型为了提高电磁阀门开关的实际效率，采用了非对称截面积分布的电磁线圈，减少了电磁阀的发热，提高了其实际功率，使电磁线圈能有效地产生磁力进行开关驱动。
本实用新型的五个电磁阀开关及阀体按上述要求制作好后，以分离空气中氧气为例，是如下进行工作的1、2、3、4、5是交换阀和平衡阀的电磁阀门开关，10、11、12、13分别表示气体输入，输出接口，其中10是压缩空气输入交换阀的接口，11、12是交换阀内的压缩空气输出至分离床25、24接口，11、12同时也是分离床25、24内废气排放至交换阀内的接口，接口13是交换阀内废气排放至大气的输出口。箭头26表示空气的流动方向，箭头27表示废气的流动方向。
交换阀按以下三个步骤循环工作(1)，首先1、4通电工作，2、3断电关闭。压缩机输出的压缩空气经10接口，通过打开的1电磁阀门由11接口输出至分子筛筒25进行吸附。
如图4，图7所示。
(2)，分子筛筒25吸附过程完毕，1、4断电关闭，同时2、3通电工作。压缩空气经10接口，通过打开的2阀门由12接口输出至分子筛筒24进行吸附。吸附完毕的分子筛筒25同时排放废气，废气经11接口回流由打开的3阀门通过13接口排放。如图4，图5，图6所示。
(3)，分子筛筒24吸附过程完毕，2、3阀门断电关闭，同时1、4通电工作。压缩空气经10接口，通过打开的1阀门由11接口输出至已排放废气完毕的分子筛筒25进行吸附。吸附完毕后的分子筛筒24中的废气由12接口回流，经过打开的4阀门最后由D接口排放。工作过程如图4，图5，图6，图7所示。
16、17是控制气体分离床24、25输出提纯气体流向的单向阀，22是控制气体分离床24、25吹扫气体流量的节流阀，14、15是气体分离床24、25输出的提纯氧气输入平衡阀的接口，14、15接口同时也是平衡阀输出平衡气体和吹扫气体至分离床24、25的输出口。
箭头28表示氧气的流动方向，箭头29表示吹扫气体的流动方向，箭头30表示压力平衡时气体的流动方向。
平衡阀的工作步骤有以下两个(1)，当分子筛筒24在吸附时，其输出的氧气通过接口14输入，经16从接口18输出，如图8，
图10所示；同时，对分子筛筒25的吹扫气体由接口14通过流量控制阀22经接口15输入至分子筛筒25进行吹扫，如图9，
图11所示；当分子筛筒24吸附过程结束的同时，电磁阀门开关5通电打开，压力平衡气体由接口14通过打开的阀门5经接口15输入至分子筛筒25，如图9所示。
(2)，当分子筛筒25在吸附时，其输出的氧气通过接口15输入，经17从接口18输出，如图8所示；同时，对分子筛筒24的吹扫气体由15通过流量控制阀22经接口14输入至分子筛筒24进行吹扫，如
图10，
图11所示；当分子筛筒25吸附过程结束的同时，电磁阀门开关5通电打开，压力平衡气体由接口15通过打开的阀门5经过接口14输入至分子筛筒24，如图9所示。
本实用新型采用了五个相对独立的电磁阀门即获得了各自独立的控制气路，极大地提高了气动控制系统对各路气路的交换控制，从而很好地解决了气体分离效率和性能指标的稳定性。以对空气中氧气分离为例当输入空气流量为67L/M时，按90％的氧气浓度，它的氧气输出流量达到4.5L/M，其效率为32％。
在气体分离装置工作可靠性方面，由于五个各自相对独立的电磁阀采用的是直接式的开，闭方式，从而避免了采用气控阀时遇到的诸如卡死，反应速度慢，结构复杂带来的加工工艺复杂，对元器件材料要求高等方面的问题。同时对气路采用一体化的阀体结构，使其具有一定的集成度，不至于控制阀体积过于庞大，加工工艺较为简单，生产的控制阀一致性较好。本实用新型的电磁阀线圈采用非对称均匀分布，使电磁线圈磁力驱动效率获得明显的提高。
用本实用新型的电磁阀制得的气体分离装置与现有技术相比，体积小，效率高，工作性能稳定，在市场中有良好的应用前景。
图1是本实用新型电磁阀用于气体分离装置的示意图。
图2是本实用新型电磁阀交换阀部分的示意图。
图3是本实用新型电磁阀平衡阀部分的示意图。
图4、图5、图6、图7是本实用新型电磁阀交换阀工作示意图。
图8、图9、
图10、
图11是本实用新型电磁阀平衡阀工作示意图。
交换阀阀体制作实施例见图2中的7阀体材料选取外形尺寸为72*31的鋁型材，材料牌号为YL12。截取一段长为72mm鋁块，形成长宽高各为72*72*31的长方体。
1，见图2中的772*72mm的平面上以均布形式定位1、2、3、4加工尺寸。
2，见图4、5中1、2位置上钻孔φ7深度为23.5mm，3、4位置上钻孔φ7.5深度为21.5mm。
3，见图4、5中1、2、3、4同样的位置上加工M24*1的螺纹，深度为9.8mm。
4，见图4、5中1、2的位置上加工1、2的连接通道，3、4的位置上加工3、4的连接通道。
5，见图4中在1、2的一侧加工接口10和工艺孔；接口10为G1/4管牙螺纹，深度为18mm工艺孔加工深度为45mm，并用G1/4管牙六角螺纹密封。
6，见图5中在3、4的一侧加工工艺孔；工艺孔的加工深度为25mm，并用G1/4管牙六角螺纹密封。
7，见图7中在3、1的一侧加工接口11和工艺孔；接口11为G1/4管牙螺纹，深度为22mm。工艺孔加工深度为45mm，并用G1/4管牙螺纹密封。
8，见图6中在2、4一侧加工接口12；接口C为G1/4管牙螺纹，深度为22mm。
9，见图5、6、7中在加工1、2、3、4平面的另一面加工接口13和工艺孔；接口13为G1/4管牙螺纹，工艺孔为M30*1的螺纹孔密封。
以上是交换阀阀体的加工基本九个步骤。其中工艺孔的作用是连接各个阀门，接口之间的通道，阀体加工完后必须将其密封不可泄漏。1、2、3、4通道即是电磁阀先导头开，关的气路，本实用新型中所示的五个独立的电磁阀门控制即是控制其相通和断开。
上述零配件制作完毕后按如下要求装配本实用新型的电磁阀由阀体，线圈，电磁阀先导头组成五个直接式电磁阀开门关，见图2中交换阀有四个电磁阀门开关组成，见图3平衡阀由一个电磁阀门开关组成。见图2交换阀的阀体上四组线圈和四组电磁阀先导头组成四个电磁阀门开关1、2、3、4；见图3平衡阀的阀体上一组线圈和一组电磁阀先导头组成一个电磁阀门开关5，见图2、3每一个线圈内有电磁阀先导头，电磁阀先导头一端是螺纹，电磁阀门先导头通过螺纹与阀体联接组成交换阀和平衡阀。交换阀阀体内气道设置是混合气体入口10与气道接口11通过电磁阀门开关1相通，同时混合气体入口10也与接口12通过电磁阀门开关2相通，接口12、11分别与气体分离床见
图1中24、25的混合气体入口和废气排放口13相联，见图6、7接口11、12又与废气排放口13通过电磁阀门开关3、4相联；见图8、9平衡阀阀体内气道是接口14、15的气道分别与气体分离床24、25的被分离气体输出口连接，接口14、15分别与气体流动方向控制阀(也称单向阀)16、17相联，见
图10单向阀16、17均与接口18相联，见
图11在接口14、15的气道之间有流量控制阀(也称节流阀)22，平衡阀电磁阀门开关5也是位于接口14、15之间，接口14、15之间通过电磁阀门开关5和流量控制阀22是相联的。平衡阀阀体的一侧21凸起，内是被分离气体的气道，并有控制气体流动方向的单向阀16、17，工作时五个相对独立的电磁阀对
图1中的五条气路进行单独控制。
电磁阀开关及阀体按上述步骤制作好后，若分离空气中的氧气，即如说明书所述方式进行工作。
权利要求一种高效组合式气体分离电磁阀，由阀体，线圈，电磁阀先导头组成的交换阀和平衡阀组成，其特征是交换阀的阀体7上有四组电磁开关1，2，3，4，平衡阀的阀体31上是一组电磁开关5，每组电磁开关内有线圈23，电磁阀先导头8，电磁阀先导头一端有螺纹9与阀体联接，阀体7、31上各气道由阀体上钻孔得到，各气道之间有电磁开关控制割断或截止；交换阀阀体内气道设置是气道口10与气道口11与电磁阀门开关1通过钻孔得到的气道相联，同时该气道口10也与接口12与电磁阀门开关2通过钻孔得到的气道相联，接口11，12分别与气体分离床24、25是由管道相联，接口11，12又与气道口13分别与电磁阀门开关3，4通过钻孔得到的气道相联平衡阀阀体31内气道结构是接口14，15的气道分别与气体分离床24、25是由管道联接，接口14、15分别与方向控制阀16，17通过钻孔得到的气道相联，且单向阀16，17均与接口18通过钻孔得到的气道相联，在接口14、15的气道之间设有流量控制阀22，平衡阀的电磁开关5也是位于接口14，15的气道之间，接口14、15之间电磁阀门开关5和流量控制阀22是通过钻孔得到的气道相联，平衡阀阀体一侧21凸起，内是气道，并有单向阀16，17。
专利摘要本实用新型是一种高效组合式气体分离电磁阀。现有技术的电磁阀存在体积大，气体分离效率低，工作稳定性差等不足。本实用新型交换阀阀体上是四组电磁开关，平衡阀的阀体上是一组电磁开关，每组电磁开关内有线圈和电磁阀先导头，电磁阀先导头上有螺纹与阀体联接，阀体内钻孔得到的气道由安装于电磁阀先导头上的密封圈隔断或截止，五个各自相对独立的电磁阀对五条钻孔得到的控制气路可单独隔断或截止，混合气体通过交换阀阀体内气道进入气体分离床，并排出废气，进入气体分离床的被分离气体进入平衡阀，经平衡阀内流量控制阀后的分离气体大大提高了被分离气体在提纯度和输出压力平衡上的稳定性。
文档编号F16K11/20GK2531201SQ0021787
公开日2003年1月15日 申请日期2000年5月30日 优先权日2000年5月30日
发明者徐为青, 戚泰符, 李红专 申请人:复旦大学科教仪器厂