专利名称：使用双压头空气压缩机的气体分离设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用双压头空气压缩机的气体分离设备，更具体地说，涉及通过采用双头压缩机中的一个压头压缩待引入的气体混合物，及采用双头空气压缩机的另一头减少透过气体的压力，用于增强其中气体分离膜组件气体分离效率的气体分离设备。
韩国公开的实用新型申请公开1999-0038877公开了根据常规技术的采用气体分离膜的气体分离设备，其中使用压力约为4.8kgf/cm2的空气压缩机，将压缩的空气送到气体分离膜组件。而且，根据常规技术的另一气体分离设备公开于欧洲专利0312910中，其中使用鼓风机将未压缩的空气吹入气体分离膜组件中，使用真空泵获得透过气体分离膜组件的气体。同样，在使用气体分离膜组件的气体分离方法中，空气不可避免地被空气压缩机压缩，或必须通过真空泵减少空气压力，于是不同的压力应施加于气体分离膜。为此开发一种具有优异性能的空气压缩机或真空泵以拓展气体分离膜的用途及其应用是非常重要的。
气体分离膜的应用最近拓展于家用水净化器、家用空调器、车用制氧设备等中，所述的设备必须尺寸小、容易维护而且以成本低供应。因此，重要的是设计即使使用小容量的空气压缩机，也具有效能最大化能力的气体分离设备，以及优异的气体分离膜性能。而且，当气体分离膜应用拓展到家用电器等时，看起来需要小尺寸的设备以延长空气压缩机的使用寿命和降低设备的噪音水平。
本发明的另一个目的是提供使用双压头空气压缩机的气体分离设备，所述的压缩机尺寸小、容易维护而且制造成本低。
本发明的又一个目的是提供使用双压头空气压缩机的气体分离设备，其中空气压缩和空气减压由一个压缩机同时进行，减少了压缩机的负荷，而且最终延长了使用寿命及减少了压缩机的噪音。
为完成上述的目的，本发明的气体分离设备包括空气压缩机，所述的空气压缩机具有用于减压的第一圆柱形压头和用于压缩的第二圆柱形压头。在第一和第二圆柱形压头的每一个中，形成进口和出口。同时，本发明的气体分离设备还包括气体分离膜组件，所述的组件用于接受来自第二圆柱形压头的气体混合物以从气体混合物中分离一些组分，并接着在减压或真空的状态下将分离的气体排出到第一圆柱形压头的进口中。
本发明的气体分离膜组件包括一个壳体和一个空心纤维组件，所述的空心纤维组件由许多空心聚合物纤维组成，纤维安装在壳体中并在与壳体平行的方向上延伸。在许多空心聚合物纤维的一端形成一个进口，将从第二圆柱形压头出口排出的压缩气体引入到该进口，在许多空心聚合物纤维的另一端形成一个出口，没有透过所述许多空心聚合物纤维的气体被排出到该出口。在壳体的一侧形成排出孔，用于排出透过所述许多空心聚合物纤维的气体，优选将排出孔连接于第一圆柱形压头的进口处。
气体分离设备还包括质量流量控制阀，所述的阀安装于所述许多空心聚合物纤维的另一端形成的出口的后部，用于调节所述许多空心聚合物纤维的另一端形成的出口排出的气流。
本发明的气体分离设备可用于制氧设备、制氮设备或用于从气体中去除湿气的减湿器。
发明详述参考
本发明的优选实施方式。
图1是根据本发明的一个具体实施方式
的使用双压头的空气压缩机的气体分离设备。如图1所示，根据本发明的一个具体实施方式
的气体分离设备包括空气压缩机1和气体分离膜组件20。
空气压缩机1包括第一圆柱形压头2和第二圆柱形压头3，所有压头可被用于气体压缩和气体减压，空气压缩机进一步包括一个发动机9。在图1示意的实施方式中，空气压缩机1的第一圆柱形压头2用于气体减压，并具有进口6和出口7，同时第二圆柱形压头用于气体压缩，并具有进口4和出口5。
气体分离膜组件20具有圆柱形壳体25，及安装于壳体25内并沿与壳体平行的方向延伸的许多空心聚合物纤维24。空心聚合物纤维24分别通过第一环氧填充层23及第二环氧填充层26被固定于壳体25的右侧和左侧。在第一环氧填充层23的右侧形成有进口21，用于将从第二圆柱形压头3的气体出口5排出的压缩气体送到空心聚合物纤维24。在第二环氧陶瓷26的左侧形成有第一出口27，用于排出没有透过空心聚合物纤维24的气体。结果通过第一和第二环氧填充层23和26及空心聚合物纤维24，气体混合物和透过空心聚合物纤维24的气体得以彼此分离。同时在壳体23的一侧形成有孔22，用于排出透过空心聚合物纤维24的气体。排出孔22与第一圆柱形压头2的进口6相连接，并处于减压或真空之下。因此透过空心聚合物纤维的气体通过壳体28中的空间28被排出到排放口22。
根据本发明一个具体实施方式
的气体分离设备还包括安装于第一出口27后部的质量流量控制阀30，目的是调节从气体分离膜组件20的第一出口27排出的气流。另外，本发明的气体分离设备还包括冷却盘管40，用于分散从第二圆柱形压头3的气体出口5排出的气体的热量，及过滤器10用于去除来自压缩气体混合物的水份和灰尘等外来物质，接着将经过滤的气体送到气体分离膜组件20。
以下说明根据本发明的一个具体实施方式
的气体分离设备的工作方式。流入到用于压缩气体的第二圆柱形压头3的进口4的气体混合物在第二圆柱形压头3被压缩，并通过出口5被排出。通过冷却盘管40冷却排出的气体，接着冷却的气体通过过滤器10，以使诸如相对大颗粒的灰尘和水气等外来物质被过滤。经过滤及压缩的气体通过气体分离膜组件20的进口21被送到空心聚合物纤维24。引入到空心聚合物纤维24的气体混合物的每一个组分，由于它们的透过速度不同而被分离。透过速度相对低的气体不能透过气体分离膜，并通过第一出口27排出，同时透过速度相对高的气体透过空心聚合物纤维24，并通过气体分离膜组件20的壳体内的空间28被排出到排放口22。
排放口22与第一圆柱形压头2的进口6相连接，用于减压空气压缩机1中的空气，因此气体分离膜组件20中的壳体的空间28，及排放口22处于减压或真空的状态下。因此透过空心聚合物纤维的气体快速地通过排放口22和第一圆柱形压头2，由此通过出口7被排出。可以通过质量流量控制阀30调节透过和没有透过空心聚合物纤维24的气体的流量和纯度。
图2是根据本发明另一个实施方式的使用双压头的气体分离设备。在图2示意的气体分离设备中，在壳体23的一侧形成有气体进口32和第二出口34，来自第二圆柱形压头3的气体出口5的压缩气体被引入到气体进口32。透过空心聚合物纤维24的气体被送到处于减压或真空的状态下的第一圆柱形压头2的气体进口6，由此通过第一出口27排出，同时没有透过空心聚合物纤维24的气体通过第二出口34被排出。可以通过安装在第二出口34后部的质量流量控制阀30′调节透过和没有透过空心聚合物纤维24的气体的流量和纯度。进口21可以根据需要在某些情况下关闭。
以下测试根据本发明的一个具体实施方式
的气体分离设备的气体分离能力。其中常规的气体分离设备具有用于压缩气体的空气压缩机1的两个圆柱形压头2和3，即两个圆柱形压头2和3的出口5和6都与过滤器10连接，透过空心聚合物纤维24的气体通过气体分离膜组件20的排放口22被排出到外部。测量氧气的纯度和流量为测定分离的氧气的纯度和流量，通过控制质量流量控制阀20得到4kgf/cm2的压缩空气，被作为进料气体引入。在按照本发明的一个具体实施方式
的气体分离设备中，在壳体温下测定通过空气压缩机1的圆柱形压头2的出口7排出的氧气纯度和流量。在常规的设备中，也在壳体温下测定从气体分离膜组件的排放口22排出的氧气的纯度和流量。测定结果见表1。
表1
如表1所示，使用按照本发明具体实施方式
的气体分离设备测定的氧气纯度和流量比使用常规的气体分离设备的高，而且，使用按照本发明具体实施方式
的气体分离设备测定的氧气流量是使用常规的气体分离设备测定的氧气流量的两倍或更高。测量给定纯度的氮气的流量为测定给定纯度的氮气的流量，在空气压缩机1和过滤器10之间安装了压力调节器以稳定4kgf/cm2的压缩空气。控制质量流量控制阀30，这样从气体分离膜组件20第一出口27和质量流量控制阀排出的氮气纯度达到95％。此后测定了从第一出口27排出的氮气，测定结果见表2。表2
如表2所示，在相同的氮气纯度下，在使用按照本发明具体实施方式
的气体分离设备的情况下，氮气流量是使用常规的气体分离设备氮气流量的约2倍。因此我们确信本发明的气体分离设备的气体分离效率比常规气体分离设备的效率高。
根据本发明的气体分离设备可以被广泛地应用于制氧的气体分离设备中，例如产氧的水净化器、家用制氧器、车用制氧器、增加氮气纯度和含量的气体分离设备或用于从气体中去除湿气以增加去湿效果。
尽管参考本发明的优选实施方式对本发明进行了详细的描述，本领域的普通技术人员可以理解在不背离如所附权利要求所述的本发明精神和范围的条件下，本发明可以进行各种变化和替换。例如对于本领域的普通技术人员而言可以使用熟知的各种空气压缩机1作为本发明气体分离设备的空气压缩机1，及包括堆积式平面膜组件和空心聚合物纤维的各种气体分离膜组件都可作为本发明气体分离膜组件20。
如上所述，本发明的气体分离设备具有如下一些优点尺寸小、容易维护、制造成本低及气体分离效率的提高。同时在本发明的气体分离设备中，仅有一个空气压缩机进行压缩和减压，因此减少了空气压缩机的负荷，增加了空气压缩机的使用寿命，降低了噪音并增加了能量效率。
权利要求
1.一种气体分离设备包括空气压缩机，所述的空气压缩机具有用于使气体减压的第一圆柱形压头和用于压缩气体的第二圆柱形压头，其中在第一和第二圆柱形压头的每一个中形成进口和出口；及气体分离膜组件，所述的组件用于接受来自第二圆柱形压头的气体混合物，以从气体混合物中分离一些组分，并接着在减压或真空的状态下将分离的气体排出到第一圆柱形压头的进口中。
2.如权利要求1的气体分离设备，其中气体分离膜组件包括一个壳体和一个空心纤维组件，所述的空心纤维组件由许多聚合物纤维组成，安装在壳体中并在与壳体平行的方向上延伸，且其中在所述的许多空心聚合物纤维的一端形成一个进口，将从第二圆柱形压头出口排出的压缩气体引入到该进口，在所述的许多空心聚合物纤维的另一端形成一个出口，没有透过所述的许多空心聚合物纤维的气体被排出到该出口，在壳体的一侧形成排出孔，用于排出透过所述的许多空心聚合物纤维的气体，且排出孔连接于第一圆柱形压头的进口处。
3.如权利要求1的气体分离设备，其还包括质量流量控制阀，所述的阀用于调节从所述的许多空心聚合物纤维的另一端形成的出口排出的气体流量，所述的阀安装于在所述的许多空心聚合物纤维的另一端形成的出口的后部。
4.如权利要求1的气体分离设备，其中气体分离膜组件是空心纤维组件或堆积式平面膜组件。
5.如权利要求1的气体分离设备，其中气体分离设备是制氧设备或制氮设备。
6.如权利要求1的气体分离设备，其中气体分离设备为用于从气体中去除湿气的减湿器。
全文摘要
一种使用双压头空气压缩机的气体分离设备，通过采用双压头空气压缩机的一个压头压缩空气，采用双压头的空气压缩机的另一个压头减少透过气体的压力，可增强其中气体分离膜组件的气体分离效率。该气体分离设备包括空气压缩机，所述的空气压缩机具有用于使气体减压的第一圆柱形压头和用于压缩气体的第二圆柱形压头，其中在第一和第二圆柱形压头的每一个中形成进口和出口；及气体分离膜组件，所述的组件用于接受来自第二圆柱形压头的气体混合物，以从气体混合物中分离一些组分，并接着在减压或真空的状态下将分离的气体排出到第一圆柱形压头的进口中。
文档编号C01B13/02GK1445017SQ02143440
公开日2003年10月1日 申请日期2002年9月25日 优先权日2002年3月18日
发明者高成坤, 朱永吉, 李贤洙, 权赫胤 申请人:权赫胤