专利名称：高效节能变压吸附制氧设备及制氧工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗设备，具体的说是分子筛式医疗呼吸用氧气的供应设备，本发明还提供了一种制氧工艺。
背景技术：
医疗呼吸用氧历经三次革命医用钢瓶供氧、液氧贮槽供氧和PSA变压吸附制氧机供氧。普通深冷设备制出来的钢瓶氧主要用于工矿企业和冶炼，其纯度也能达到99.2％以上，但氧气中酸碱度以及一氧化碳、二氧化碳、乙炔和水份都严重超标，尤其含有对人体有害的卤素无法去除，因此不适用医疗、救治病人、呼吸之用；液氧贮槽汽化供氧是在常温下保存临界温度-176℃液态氧，技术和工艺要求相当高的，一旦发生问题，则1∶800的液气膨胀将严重威胁整个医院及医院左邻右舍的安全，除形成不安全因素外，还需经常泄压，导致损耗增大，使成本增高；PSA制氧机因其设备使用的安全性、方便性、可控制性、运行稳定性是其它氧源无可比拟的超低成本，促使PSA制氧系统的迅速发展，逐步成为医院现代化管理的硬件标志之一。但是，PSA制氧系统的产出氧气的纯度不稳定，能耗大，空气利用效率低是困绕其发展速度的主要原因。总之，设备工艺不够完善就是一个主要原因，例如空气过滤器下方的自动排污器中的油水只有达到一定程度时才能排放一次，其间油水蒸气又会返回到管道气流中去，进入分子筛床，使产氧率大大降低，空气利用率甚至达不到百分之三十，另一方面，在设备停机时管道和吸附塔内仍有一定的压力存在，给维修和保养带来了一定的安全隐患。公开号为CN1721040的中国专利申请提供了一种“医用分子筛吸附制氧机”，主要是采用在分子筛下部设置高效干燥剂来吸附油水蒸气，得到的氧气浓度可在94％以上，极限浓度为95.5％，且延长了分子筛的使用寿命，但干燥剂被油水污染后不易更换，而且停机后的安全隐患问题仍未解决。随着人们对健康水平的要求增高，对安全用氧的要求也越来越高。而分子筛的利用率是控制产氧率和氧气纯度的另一关键因素，因此提高分子筛的利用率就显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高效节能变压吸附制氧设备。在自动排污器的下方设置小口径电磁阀，采用PLC控制器智能控制排污时刻和频率，并对空气进入吸附塔内的时间和压力进行智能控制，产生氧气的浓度和稳定度都大为提高，耗能大大降低，且停机后自动卸荷，消除了安全隐患；本发明还提供了一种控制精确、分子筛利用率高的制氧工艺，根据分子筛的吸附机理和吸附等温曲线，在分子筛饱和层没有穿透前，通过控制合理的控制进气时间和吸附塔内的压力，保证理想的出氧率和出氧纯度。
本发明所采取的技术方案是一种高效节能变压吸附制氧设备，包括通过空气过滤器F1、F2、F3依次连接的空气压缩机、空气缓冲罐、冷冻干燥机和A、B两座吸附塔，空气过滤器F1、F2、F3的下端分别具有自动排污用电磁阀V1、V2、V3，电磁阀V1、V2、V3均与PLC控制器连接，均压时用于控制电磁阀V1、V2、V3的启闭时刻和频率；空气缓冲罐具有触发压力传感器G1和电磁阀V4，触发压力传感器G1和电磁阀V4与PLC控制器连接；空气压缩机、冷冻干燥机也与PLC控制器连接；A、B两座吸附塔下端具有气动阀Q1、Q2、Q3、Q4，A、B两座吸附塔上端具有气动阀Q5、Q6和均压阀Q7，气动阀Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6和均压阀Q7与PLC控制器连接。
所述的气动阀Q1与气动阀Q2之间具有消音器P。
所述的吸附塔通过氧气缓冲罐、流量计L与氧储罐连接，氧气缓冲罐具有压力表Y；氧储罐上具有限压压力传感器G2，氧储罐与流量计L之间还具有单向阀T，限压压力传感器G2与PLC控制器连接。
一种制氧工艺如下A、首先使冷冻干燥机工作，预冷3-8分钟，然后打开空气压缩机，使压缩空气进入空气缓冲罐，当空气缓冲罐内的压力达到0.4-0.45MPa时，打开进气气动阀Q3和排气气动阀Q2，气体进入吸附塔中的A座，当A座吸附塔的压力达到0.4-0.6MPa时，打开出气气动阀Q5，输出氧气12-25秒至氧储罐，然后关闭出气气动阀Q5、进气气动阀Q3和排气气动阀Q2，打开均压阀Q7 3-8秒，同时排污电磁阀V1、V2、V3、V4打开1-2秒；B、然后打开进气气动阀Q4和排气气动阀Q1，使气体进入吸附塔中的B座，当吸附塔的B座的压力达到0.4-0.6MPa时，打开出气气动阀Q6，输出氧气12-25秒至氧储罐，然后关闭出气气动阀Q6、进气气动阀Q4和排气气动阀Q1，打开均压阀Q7 3-8秒，同时排污电磁阀V1、V2、V3、V4打开1-2秒，完成一个工作周期；C、当氧储罐氧气的压力达到上限压值0.5-0.6MPa时，关闭冷冻干燥机、空气压缩机和气动阀Q3、Q4、Q5、Q6、Q7；当氧储罐氧气的压力达到下限压值0.35-0.45MPa时，打开冷冻干燥机、空气压缩机和气动阀Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，进入下一个工作周期。
为消除安全隐患，在待机或停机时，卸荷阀Q1、Q2和V4打开，使吸附塔和空气缓冲罐的内压力为零。
本发明所能达到的有益效果是1、本发明通过PLC控制器智能合理的控制分子筛床的进气和出氧时间，使分子筛的利用效率大为提高，保证了高效的产氧量，且能耗大为降低；排污电磁阀智能开启和关闭，有效的净化了原料气体，保证了氧气纯度的稳定。
2、本发明控制精度高，设备噪音小，尤其是设备待机和停机时，排气气动阀Q1、Q2和电磁阀V4自动转为卸荷阀卸去管道内压力，消除了维修和保养时的安全隐患。
图1为本发明的结构示意图。
图2为PLC控制器的控制原理图。
图3为PLC控制器的电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进一步的描述如图1、图2、图3所示，该高效节能变压吸附制氧设备主要由空气压缩机10、空气缓冲罐20、冷冻干燥机30、吸附塔40、氧气缓冲罐50和氧储罐60构成，空气压缩机10与空气缓冲罐20之间具有空气过滤器F1和手动铜球阀K1、K2，空气过滤器F1上具有小口径电磁阀V1，空气缓冲罐20上还具有触发压力传感器G1和卸荷电磁阀V4，空气缓冲罐20通过带有小口径电磁阀V2的空气过滤器F2与冷冻干燥机30连接，冷冻干燥机30通过带有小口径电磁阀V3的空气过滤器F3与A、B两座吸附塔40连接，每座吸附塔均有下均布器41、分子筛42和上均布器43构成，分子筛采用高效特种氟石分子筛，A、B两座吸附塔40的下端并接有两组串接的气动阀Q1、Q2和气动阀Q3、Q4，其中气动阀Q1、Q2之间还连接有消音器P，A、B两座吸附塔40的上端并接有串接的气动阀Q5、Q6和均压阀Q7，A、B两座吸附塔40通过氧气缓冲罐50和流量计L与氧储罐60连接，氧气缓冲罐50具有压力表Y，氧储罐60上具有限压压力传感器G2，当氧储罐60内的压力达到设定的上限压力时，整套设备停止工作，处于待机状态，当氧气消耗到下限压力状态时，整套设备自动恢复工作，氧储罐60与流量计L之间还具有单向阀T。空气压缩机10、冷冻干燥机30、阀系、触发压力传感器G1和限压压力传感器G2均与PLC控制器70连接，PLC控制器70主要由OMR CPM1A-40系列PLC芯片和外围接口构成，PLC芯片的10CH的输出口00通过继电器R1与冷却干燥机20连接，控制冷却干燥机20的起停，PLC芯片的10CH的输出口01通过继电器R2与空气压缩机10连接，控制空气压缩机10的起停，PLC芯片的10CH的输出口02、04、05、06、07分别通过继电器R3、R4、R5、R6、R7与进气气动阀Q3、进气气动阀Q4、出气气动阀Q5、出气气动阀Q6、均压阀Q7连接，控制阀系的启闭，PLC芯片的11CH的输出口00、01分别通过继电器R8、R9与排气气动阀Q1、Q2连接，PLC芯片的11CH的输出口02通过继电器R10与电磁阀V1、V2、V3、V4连接，PLC芯片的11CH的输出口03通过继电器R11与卸荷气动阀Q1、Q2、V4连接，触发压力传感器G1和限压压力传感器G2分别串接在信号电源与PLC芯片的输入口03、04之间。
该按照上述方案布置设备，下述实施例的制氧工艺的具体控制条件和出氧纯度为实施例1打开电源，使冷冻干燥机30工作，空气预冷5分钟，然后打开空气压缩机10，使压缩空气进入空气缓冲罐20，当空气缓冲罐20内的压力达到0.40MPa时，触发压力传感器G1触发信号到PLC控制器70，PLC控制器70发出使阀系开始工作的控制信号，打开进气气动阀Q3和排气气动阀Q2，使吸附塔40的B座进行解吸，同时，气体进入吸附塔40中的A座，当吸附塔40的A座内压力达到0.48MPa时，打开出气气动阀Q5，输出氧气21秒至氧储罐60，然后关闭出气气动阀Q5、进气气动阀Q3和排气气动阀Q2，打开均压阀Q7对吸附塔40中的B座进行均压，均压时间为6秒，同时排污电磁阀V1、V2、V3、V4自动打开1秒；然后打开进气气动阀Q4和排气气动阀Q1，使吸附塔40中的A座进行解吸，同时气体进入吸附塔40中的B座，当吸附塔40的B座内压力达到0.48MPa时，打开出气气动阀Q6，输出氧气21秒至氧储罐60，然后关闭出气气动阀Q6、进气气动阀Q4和排气气动阀Q1，打开均压阀Q7，对吸附塔40中的A座进行均压，均压时间为6秒，同时排污电磁阀V1、V2、V3、V4打开1秒，完成一个工作周期。重复该周期，就会源源不断地输出合格的医用氧气，此时流量计L显示氧气流量为2.3m3/h，10分钟后，氧气纯度为91.5％-93％，20分钟后，氧气纯度为92％-94％；当氧储罐70内氧气的压力到上限压值0.5MPa时，限压压力传感器G2发出信号到PLC控制器70，PLC控制器70就发出停机信号使整套设备处于待机状态，PLC控制器70自动关闭冷冻干燥机30、空气压缩机10和气动阀Q3、Q4、Q5、Q6、Q7；同时，打开卸荷阀Q1、Q2和电磁阀V4，使吸附塔40和空气缓冲罐20的内压力为零。当氧储罐60内氧气的压力达到下限压值0.4MPa时，限压压力传感器G2发出信号到PLC控制器70，PLC控制器70就发出开机信号使整套设备开始重新运行。依次打开冷冻干燥机30、空气压缩机10和气动阀Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，进入下一个工作周期；在停机时，PLC控制器70自动关闭冷冻干燥机30、空气压缩机10和气动阀Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，打开卸荷阀Q1、Q2和电磁阀V4，使吸附塔40和空气缓冲罐20的内压力为零。
实施例2打开电源，使冷冻干燥机30工作，空气预冷6分钟，然后打开空气压缩机10，使压缩空气进入空气缓冲罐20，当空气缓冲罐20内的压力达到0.43MPa时，触发压力传感器G1触发信号到PLC控制器70，PLC控制器70发出使阀系开始工作的控制信号，打开进气气动阀Q3和排气气动阀Q2，使吸附塔40的B座进行解吸，同时，气体进入吸附塔40中的A座，当吸附塔40的A座内压力达到0.5MPa时，打开出气气动阀Q5，输出氧气21秒至氧储罐60，然后关闭出气气动阀Q5、进气气动阀Q3和排气气动阀Q2，打开均压阀Q7对吸附塔40中的B座进行均压，均压时间为5秒，同时排污电磁阀V1、V2、V3、V4自动打开1.5秒；然后打开进气气动阀Q4和排气气动阀Q1，使吸附塔40中A座进行解吸，同时，气体进入吸附塔40中的B座，当吸附塔40的B座内压力达到0.5MPa时，打开出气气动阀Q6，输出氧气21秒至氧储罐60，然后关闭出气气动阀Q6、进气气动阀Q4和排气气动阀Q1，打开均压阀Q7对吸附塔40中的A座进行均压，均压时间为5秒，同时排污电磁阀V1、V2、V3、V4打开1.5秒，完成一个工作周期，重复该周期，就会源源不断地输出氧气，此时流量计L显示氧气流量为2.4m3/h，10分钟后，氧气纯度为93％-95％，20分钟后，氧气纯度为94％-96.5％。当氧储罐60内氧气的压力到上限压值0.52MPa时，限压压力传感器G2发出信号到PLC控制器70，PLC控制器70就发出停机信号使整套设备处于待机状态，PLC控制器70自动关闭冷冻干燥机30、空气压缩机10和气动阀Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，打开卸荷阀Q1、Q2和电磁阀V4，使吸附塔40和空气缓冲罐20的内压力为零，当氧储罐60内氧气的压力达到下限压值0.45MPa时，限压压力传感器G2发出信号到PLC控制器70，PLC控制器70就发出开机信号使整套设备开始重新运行，打开冷冻干燥机30、空气压缩机10和气动阀Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，进入下一个工作周期。在停机时，PLC控制器70自动关闭冷冻干燥机30、空气压缩机10和气动阀Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，打开卸荷阀Q1、Q2和电磁阀V4，使吸附塔40和空气缓冲罐20的内压力为零。
实施例3打开电源，使冷冻干燥机30工作，空气预冷6分钟，然后打开空气压缩机10，使压缩空气进入空气缓冲罐20，当空气缓冲罐20内的压力达到0.45MPa时，触发压力传感器G1触发信号到PLC控制器70，PLC控制器70发出使阀系开始工作的控制信号，打开进气气动阀Q3和排气气动阀Q2，使吸附塔40的B座进行解吸，同时，气体进入吸附塔40中的A座，当吸附塔40的A座内压力达到0.52MPa时，打开出气气动阀Q5，输出氧气20秒至氧储罐60，然后关闭出气气动阀Q5、进气气动阀Q3和排气气动阀Q2，打开均压阀Q7对吸附塔40中的B座进行均压，均压时间为3.5秒，同时排污电磁阀V1、V2、V3、V4自动打开1秒；然后打开进气气动阀Q4和排气气动阀Q1，使吸附塔40中A座进行解吸，同时，使气体进入吸附塔40中的B座，当吸附塔40的B座内压力达到0.52MPa时，打开出气气动阀Q6，输出氧气20秒至氧储罐60，然后关闭出气气动阀Q6、进气气动阀Q4和排气气动阀Q1，打开均压阀Q7对吸附塔40中的A座进行均压，均压时间为3.5秒，同时排污电磁阀V1、V2、V3、V4打开1秒，完成一个工作周期，重复该周期，就会源源不断地输出氧气，此时流量计L显示氧气流量为2.2m3/h，10分钟后，氧气纯度为95.5％-96.5％，20分钟后，氧气纯度为96.3％-98.5％。当氧储罐60内氧气的压力到上限压值0.55MPa时，限压压力传感器G2发出信号到PLC控制器70，PLC控制器70就发出停机信号使整套设备处于待机状态，PLC控制器70自动关闭冷冻干燥机30、空气压缩机10和气动阀Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，打开卸荷阀Q1、Q2和电磁阀V4，使吸附塔40和空气缓冲罐20的内压力为零，当氧储罐60内氧气的压力达到下限压值0.45MPa时，限压压力传感器G2发出信号到PLC控制器70，PLC控制器70就发出开机信号使整套设备开始重新运行，打开冷冻干燥机30、空气压缩机10和气动阀Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，进入下一个工作周期。在停机时，PLC控制器70自动关闭冷冻干燥机30、空气压缩机10和气动阀Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，同时，打开卸荷阀Q1、Q2和电磁阀V4，使吸附塔40和空气缓冲罐20的内压力为零。
实施例4打开电源，使冷冻干燥机30工作，空气预冷6.5分钟，然后打开空气压缩机10，使压缩空气进入空气缓冲罐20，当空气缓冲罐20内的压力达到0.44MPa时，触发压力传感器G1触发信号到PLC控制器70，PLC控制器70发出使阀系开始工作的控制信号，打开进气气动阀Q3和排气气动阀Q2，使吸附塔40的B座进行解吸，同时，气体进入吸附塔40中的A座，当吸附塔40的A座内压力达到0.5MPa时，打开出气气动阀Q5，输出氧气21秒至氧储罐60，然后关闭出气气动阀Q5、进气气动阀Q3和排气气动阀Q2，打开均压阀Q7对吸附塔40中的B座进行均压，均压时间为1秒，同时排污电磁阀V1、V2、V3、V4自动打开1.5秒；然后打开进气气动阀Q4和排气气动阀Q1，使吸附塔40中A座进行解吸，同时，使气体进入吸附塔40中的B座，当吸附塔40的B座内压力达到0.5MPa时，打开出气气动阀Q6，输出氧气21秒至氧储罐60，然后关闭出气气动阀Q6、进气气动阀Q4和排气气动阀Q1，打开均压阀Q7对吸附塔40中的A座进行均压，均压时间为1秒，同时排污电磁阀V1、V2、V3、V4打开1.5秒，完成一个工作周期，重复该周期，就会源源不断地输出氧气，此时流量计L显示氧气流量为2.3m3/h，10分钟后，氧气纯度为94％-95％，20分钟后，氧气纯度为95％-96％；当氧储罐60内氧气的压力到上限压值0.52MPa时，限压压力传感器G2发出信号到PLC控制器70，PLC控制器70就发出停机信号使整套设备处于待机状态，PLC控制器70自动关闭冷冻干燥机30、空气压缩机10和气动阀Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，打开卸荷阀Q1、Q2和电磁阀V4，使吸附塔40和空气缓冲罐20的内压力为零。当氧储罐60内氧气的压力达到下限压值0.45MPa时，限压压力传感器G2发出信号到PLC控制器70，PLC控制器70就发出开机信号使整套设备开始重新运行打开冷冻干燥机30、空气压缩机10和气动阀Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，进入下一个工作周期。在停机时，PLC控制器70自动关闭冷冻干燥机30、空气压缩机10和气动阀Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，同时，打开卸荷阀Q1、Q2和电磁阀V4，使吸附塔40和空气缓冲罐20的内压力为零。
权利要求
1.一种高效节能变压吸附制氧设备，包括通过空气过滤(F1、F2、F3)依次连接的空气压缩机(10)、空气缓冲罐(20)、冷冻干燥机(30)和A、B两座吸附塔(40)，其特征在于空气过滤器(F1、F2、F3)的下端分别具有自动排污用电磁阀(V1、V2、V3)，电磁阀(V1、V2、V3)均与PLC控制器(70)连接；空气缓冲罐(20)具有触发压力传感器(G1)和电磁阀(V4)，触发压力传感器(G1)和电磁阀(V4)与PLC控制器(70)连接；空气压缩机(10)、冷冻干燥机(40)也与PLC控制器(70)连接；A、B两座吸附塔(40)下端具有气动阀(Q1、Q2、Q3、Q4)，A、B两座吸附塔(40)上端具有气动阀(Q5、Q6)和均压阀(Q7)，气动阀(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)和均压阀(Q7)与PLC控制器(70)连接。
2.如权利要求1所述的高效节能变压吸附制氧设备，其特征在于气动阀(Q1)与气动阀(Q2)之间具有消音器(P)。
3.如权利要求1或2所述的高效节能变压吸附制氧设备，其特征在于A、B两座吸附塔(40)通过氧气缓冲罐(50)、流量计(L)与氧储罐(60)连接，氧气缓冲罐(50)具有压力表(Y)；氧储罐(60)上具有限压压力传感器(G2)，氧储罐(60)与流量计(L)之间还具有单向阀(T)，限压压力传感器(G2)与PLC控制器(70)连接。
4.如权利要求1、2或3所述的高效节能变压吸附制氧设备，其特征在于其制氧工艺为I、首先使冷冻干燥机(30)工作，预冷3-8分钟，然后打开空气压缩机(10)，使压缩空气进入空气缓冲罐(20)，当空气缓冲罐(20)内的压力达到0.4-0.45MPa时，打开进气气动阀(Q3)和排气气动阀(Q2)，气体进入吸附塔(40)中的A座，当吸附塔(40)的A座压力达到0.4-0.6MPa时，打开出气气动阀(Q5)，输出氧气12-25秒至氧储罐(60)，然后关闭出气气动阀(Q5)、进气气动阀(Q3)和排气气动阀(Q2)，打开均压阀(Q7)3-8秒，同时排污电磁阀(V1、V2、V3 V4)打开1-2秒；II、然后打开进气气动阀(Q4)和排气气动阀(Q1)，使气体进入吸附塔(40)中的B座，当吸附塔(40)的B座的压力达到0.4-0.6MPa时，打开出气气动阀(Q6)，输出氧气12-25秒至氧储罐(60)，然后关闭出气气动阀(Q6)、进气气动阀(Q4)和排气气动阀(Q1)，打开均压阀(Q7)3-8秒，同时排污电磁阀(V1、V2、V3 V4)打开1-2秒，完成一个工作周期；III、当氧储罐(60)内氧气的压力达到上限压值0.5-0.6MPa时，关闭冷冻干燥机(30)、空气压缩机(10)和气动阀(Q3、Q4、Q5、Q6、Q7)；当氧储罐(60)内氧气的压力达到下限压值0.35-0.45MPa时，打开冷冻干燥机(30)、空气压缩机(10)和气动阀(Q3、Q4、Q5、Q6、Q7)，进入下一个工作周期。
5.如权利要求4所述的制氧工艺，其特征在于设备待机或停机时，卸荷阀(Q1、Q2、V4)打开，使吸附塔(40)和空气缓冲罐(20)的内压力为零。
全文摘要
本发明公开一种高效节能变压吸附制氧设备，包括通过空气过滤器依次连接的空气压缩机、空气缓冲罐、冷冻干燥机和吸附塔，空气过滤器下端具有电磁排污阀，电磁排污阀均与PLC控制器连接；PLC控制器与吸附塔下端的阀系连接，控制阀系的启闭，吸附塔通过氧气缓冲罐、流量计L与氧储罐连接。本发明还提供了一种制氧工艺，通过控制阀系的开启时间和进气时间以及电磁排污阀的排污频率，使得整个制氧工艺的控制精度高，出氧稳定，且能耗大为降低；排污电磁阀智能开启和关闭，保证了氧气的纯度，尤其是设备停机时，能够自动卸荷，消除了安全隐患。
文档编号C01B13/02GK1951540SQ200610128229
公开日2007年4月25日 申请日期2006年11月17日 优先权日2006年11月17日
发明者王勤修, 徐军峰, 王良辰, 白洁芳 申请人:王勤修