重力恒压分子筛制氧系统的制作方法

本发明涉及重力恒压分子筛制氧系统，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）利用电机旋转卷起拉绳提起活塞及活塞内的重块，使活塞缸在负压下吸入空气，然后停止给电机供电，使活塞缸内的空气在活塞及活塞内重块的重力之和g的作用下，压缩活塞缸内的空气使分子筛吸附氮气并同时排出富氧气体，而后，再次给电机通电提起活塞及活塞内的重块，使活塞缸下料仓内的分子筛成负压，从而使分子筛吸附的氮气被解吸，最后，停止给电机供电，使活塞在活塞及活塞内重块的重力作用下向下移动，推挤排出活塞缸内及分子筛区域内的氮气，以此来代替现有变压吸附制氧工艺中的空压机给气体加压和真空泵给气体降压，本发明电机功率小、能耗低。

（2）利用控制系统控制电机正向旋转卷起拉绳提起活塞及活塞内的重块，使活塞在活塞缸内向远离活塞缸底部移动，以使活塞缸内吸入空气，然后停止给电机供电使电机，使活塞在活塞及活塞内重块重力的作用下，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，而且利用活塞及活塞内重块重力的恒压作用，使活塞缸内压缩空气的压力保持为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，利用控制系统给电机供电控制电机正向旋转再次卷起拉绳提起活塞及活塞内的重块，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。

本发明的目的是提供一种利用电机旋转卷起拉绳提起活塞及活塞内的重块以使活塞缸内的气体减压，和利用活塞及活塞内重块重力的作用使活塞在活塞缸内向下压移以使活塞缸内的气体加压从而达到节能制氧目的的重力恒压分子筛制氧系统。

重力恒压分子筛制氧系统，其特征在于：

1、包括一套活塞缸、活塞、重块、拉绳、电机和料仓；活塞缸的下部为料仓，活塞缸内安装有一个活塞，活塞内固定安装有一块重块，活塞上平面正中央安装有一个活塞顶鼻，活塞顶鼻固定连接一根拉绳；活塞缸的顶端有一块圆形的顶盖板，顶盖板的直径比活塞缸外径大，且顶盖板的圆心正对活塞缸14的中心轴线，顶盖板的正中央有一个锥形孔，锥形孔的大口朝上，锥形孔的小孔孔径比拉绳稍大，锥形孔的中心轴线与活塞缸和活塞的中心轴线重叠，锥形孔的目的是使拉绳提起活塞时，拉绳作用于活塞上的力为垂直向上；顶盖板的上平面固定安装有一个电机，电机的电机轴上固定安装有一个卷轮，卷轮和电机均平放在顶盖板上，卷轮的中心轴线与电机轴的中心轴线重叠，卷轮的中心轴线与顶盖板面平行，卷轮上卷有一根拉绳，拉绳的一端固定在卷轮上，另一端穿过锥形孔与活塞顶平面上的活塞顶鼻相连接，卷轮的两头各有一个凸边，凸边的作用是防止拉绳偏出卷轮；启动电机正向旋转带动卷轮正向旋转，从而卷起拉绳提起活塞及活塞内重块，关闭电机电源，由于活塞及活塞内重块的重力作用下，下拉拉绳并带动卷轮反向旋转，使活塞及活塞内重块向活塞缸底部移动。

2、活塞缸的底部为料仓，在活塞缸的底部四周对称制作有多个输入空气的进气支管，进气支管穿过料仓外壁与料仓外面的进气环管相连接，进气环管环绕料仓安装，进气环管与进气总管相连，在进气总管上安装有一个进气阀，进气阀为电磁阀或电动阀，当进气阀打开时，空气在外动力作用下可以通过进气支管直接进入到料仓的顶部区域。

3、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三通，三通的上端与料仓排气管下端固定相连，三通的下端分别与排氮管和排氧管相连，在排氮管上安装有一个排氮阀，在排氧管上安装有一个排氧阀，排氧阀为电动调节阀，排氮阀为电磁阀或电动调节阀。

4、料仓的底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，电机也有电源线和控制线与控制系统连接。

5、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过滤层，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。

6、当活塞在活塞缸的最下端时，启动制氧系统，（a）控制系统同时给电机通电和进气阀通电，进气阀通电打开进气阀通路，电机通电使电机正向旋转带动卷轮正向旋转并卷起拉绳提起活塞向上移动，从而使活塞缸内成负压，这个负压动力将空气从进气总管经进气环管和进气支管进入到活塞缸内，在活塞向上移动到活塞底部距离活塞缸底部即过滤层顶部的筛网高度为h时，控制系统停止给电机通电，电机停止正向旋转，同时，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；（b）此时控制系统停止给电机通电使电机能自由旋转，在活塞及活塞内重块的重力作用下，下拉拉绳并带动卷轮反向旋转，使活塞及活塞内重块向活塞缸底部移动，同时，活塞缸内的空气在活塞及活塞内重块的重力作用下即在活塞向活塞缸底部移动过程中不断被压缩，使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，设计好活塞及活塞内重块10的重力之和g与排氧阀的开度为k1，使此时的活塞缸内空气压力在活塞及活塞内重块的重力之和g作用下保持为p1，直到活塞向下移动到活塞缸底部，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；（c）当活塞向下移动到活塞缸底部时，控制系统给电机通电使电机正向旋转带动卷轮正向旋转并卷起拉绳提起活塞向上移动，与此同时，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，与此同时，控制系统给信号控制电机的正向旋转速度，以保持分子筛和活塞缸内气体压力为p2，当活塞向上移动到活塞底部距离活塞缸底部即过滤层顶部的筛网高度为h时，控制系统停止给电机通电，此为解吸过程；（d）此时，控制系统给电机停止供电，使活塞在活塞及活塞内重块的重力之和g作用下向下移动，与此同时，控制系统给排氮阀通电打开排氮阀通路，使活塞向下移动推挤活塞缸内和分子筛区域的富氮气体被排出，并恢复分子筛的活性，此为排氮过程；以上（a）吸气过程、（b）制氧过程、（c）解吸过程、（d）排氮过程为一个制氧排氮过程，然后控制系统重复上述四个的控制过程，使分子筛不断地制取富氧气体。

7、制取富氧气体的浓度可调，制取富氧气体的浓度由压力p1和开度k1决定，压力p1越大、开度k1越小，富氧气体浓度越大，富氧气体的浓度最高可达到99%；反之，压力p1越小（但不能小于制氧分子筛吸附氮气的最小压力）、开度k1越大，富氧气体浓度越小。

8、增加活塞缸内径与活塞缸高度比值，可以减小本发明装置的总高度。

9、本发明装置单套装置制氧为间隔性排氧，如果配备两套本发明装置则能形成连续制氧排氧。

10、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，而用小功率电机拉起重块，然后利用重力的恒重作用代替空压机使分子筛区域的空气实现恒压以吸附空气中的氮气，因此能耗小，噪音低。

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a—a剖面示意图；

图3是图1所示实施例中b放大示意图。

图1-3中：1、富氧气储罐，2、排氧阀，3、排氮阀，4、料仓，5、料仓排气管，6、进气环管，7、进气支管，8、分子筛，9、过滤层，10、重块，11、进气阀，12、活塞，13、活塞顶鼻，14、活塞缸，15、拉绳，16、电机，17、卷轮，18、锥形孔，19、顶盖板，20、进气总管，21、压力传感器，22、信号线。

具体实施方式

在图1—3所示的实施例中：重力恒压分子筛制氧系统，包括一套活塞缸14、活塞12、重块10、拉绳15、电机16和料仓4；其特征在于：活塞缸14的下部为料仓4，活塞缸14内安装有一个活塞12，活塞12内固定安装有一块重块10，活塞12上平面正中央安装有一个活塞顶鼻13，活塞顶鼻13固定连接一根拉绳15；活塞缸14的顶端有一块圆形的顶盖板19，顶盖板19的直径比活塞缸14外径大，且顶盖板19的圆心正对活塞缸14的中心轴线，顶盖板19的正中央有一个锥形孔18，锥形孔18的大口朝上，锥形孔18的小孔孔径比拉绳15稍大，锥形孔18的中心轴线与活塞缸14和活塞12的中心轴线重叠，锥形孔18的目的是使拉绳15提起活塞12时，拉绳15作用于活塞12上的力为垂直向上；顶盖板19的上平面固定安装有一个电机16，电机16的电机轴上固定安装有一个卷轮17，卷轮17和电机16均平放在顶盖板19上，卷轮17的中心轴线与电机轴的中心轴线重叠，卷轮17的中心轴线与顶盖板19面平行，卷轮17上卷有一根拉绳15，拉绳15的一端固定在卷轮17上，另一端穿过锥形孔18与活塞12顶平面上的活塞顶鼻13相连接，卷轮17的两头各有一个凸边，凸边的作用是防止拉绳15偏出卷轮17；启动电机16正向旋转带动卷轮17正向旋转，从而卷起拉绳15提起活塞12及活塞12内重块10，关闭电机16电源，由于活塞12及活塞12内重块10的重力作用下，下拉拉绳15并带动卷轮17反向旋转，使活塞12及活塞12内重块10向活塞缸14底部移动。

2、活塞缸14的底部为料仓4，在活塞缸14的底部四周对称制作有多个输入空气的进气支管7，进气支管7穿过料仓4外壁与料仓4外面的进气环管6相连接，进气环管6环绕料仓4安装，进气环管6与进气总管20相连，在进气总管20上安装有一个进气阀11，进气阀11为电磁阀或电动阀，当进气阀11打开时，空气在外动力作用下可以通过进气支管7直接进入到料仓4的顶部区域。

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8下落，在漏口安装有一根料仓排气管5，料仓排气管5下端安装有一个三通，三通的上端与料仓排气管5下端固定相连，三通的下端分别与排氮管和排氧管相连，在排氮管上安装有一个排氮阀3，在排氧管上安装有一个排氧阀2，排氧阀2为电动调节阀，排氮阀3为电磁阀或电动调节阀。

料仓4的底部安装有一个压力传感器21，压力传感器21有信号线22与控制系统连接，控制系统为plc或cpu或控制器，电机16也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9，过滤层9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过滤层，料仓4的中下部装有分子筛8，分子筛8为变压吸附专用制氧分子筛，过滤层9有一层筛网覆盖，以保护过滤层9的物料不移动。

当活塞12在活塞缸14的最下端时，启动制氧系统，（a）控制系统同时给电机16通电和进气阀11通电，进气阀11通电打开进气阀通路，电机16通电使电机16正向旋转带动卷轮17正向旋转并卷起拉绳15提起活塞12向上移动，从而使活塞缸14内成负压，这个负压动力将空气从进气总管20经进气环管6和进气支管7进入到活塞缸14内，在活塞12向上移动到活塞12底部距离活塞缸14底部即过滤层9顶部的筛网高度为h时，控制系统停止给电机16通电，电机16停止正向旋转，同时，控制系统切断进气阀11电源使进气阀11关闭通路，此为吸气过程；

（b）此时控制系统停止给电机16通电使电机16能自由旋转，在活塞12及活塞12内重块10的重力作用下，下拉拉绳15并带动卷轮17反向旋转，使活塞12及活塞12内重块10向活塞缸14底部移动，同时，活塞缸14内的空气在活塞12及活塞12内重块10的重力作用下即在活塞12向活塞缸14底部移动过程中不断被压缩，使活塞缸14内的空气压力p不断增大，当活塞缸14内空气的压力增大到p1时，压力传感器21反馈给控制系统电信号，使控制系统给排氧阀2供电，并使排氧阀2的开度为k1，从而使排氧阀2连续排出流量为v1的富氧气体，设计好活塞12及活塞12内重块10的重力之和g与排氧阀2的开度为k1，使此时的活塞缸14内空气压力在活塞12及活塞12内重块10的重力之和g作用下保持为p1，直到活塞12向下移动到活塞缸14底部，从而保证分子筛8对空气中氮气的吸附作用及吸附效率，此为制氧过程；

（c）当活塞12向下移动到活塞缸14底部时，控制系统给电机16通电使电机16正向旋转带动卷轮17正向旋转并卷起拉绳15提起活塞12向上移动，与此同时，控制系统给关闭排氧阀2，使活塞缸14内空气成负压，随着活塞12向上继续移动，活塞缸14内气体压力不断下降，当活塞缸14内气体压力降低到p2时，控制系统给排氧阀2电信号使排氧阀2打开的开度为k2，从而使富氧气储罐1内的富氧气体经排氧阀2连续以流量为v2的流速流入到分子筛8和活塞缸14内，以保证分子筛吸附的氮气被解吸并冲洗分子筛8激活分子筛的活性，k2远小于k1，即v2远小于v1，与此同时，控制系统给信号控制电机16的正向旋转速度，以保持分子筛8和活塞缸14内气体压力为p2，当活塞12向上移动到活塞12底部距离活塞缸14底部即过滤层9顶部的筛网高度为h时，控制系统停止给电机16通电，此为解吸过程；（d）此时，控制系统给电机16停止供电，使活塞12在活塞12及活塞12内重块10的重力之和g作用下向下移动，与此同时，控制系统给排氮阀3通电打开排氮阀通路，使活塞12向下移动推挤活塞缸14内和分子筛8区域的富氮气体被排出，并恢复分子筛8的活性，此为排氮过程；以上（a）吸气过程、（b）制氧过程、（c）解吸过程、（d）排氮过程为一个制氧排氮过程，然后控制系统重复上述四个的控制过程，使分子筛8不断地制取富氧气体。

制取富氧气体的浓度可调，制取富氧气体的浓度由压力p1和开度k1决定，压力p1越大、开度k1越小，富氧气体浓度越大，富氧气体的浓度最高可达到99%；反之，压力p1越小（但不能小于制氧分子筛吸附氮气的最小压力）、开度k1越大，富氧气体浓度越小。

增加活塞缸14内径与活塞缸14高度比值，可以减小本发明装置的总高度。

本发明装置单套装置制氧为间隔性排氧，如果配备两套本发明装置则能形成连续制氧排氧。

本发明装置也可用于分子筛变压吸附制取其他气体。