齿轮驱动活塞分子筛制氧系统的制作方法

本发明涉及齿轮驱动活塞分子筛制氧系统，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、不需要循环水且连续制取并供给氧气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）利用电机驱动传动轴旋转带动推拉轮旋转并通过推拉杆带动活塞在活塞缸内做上下运动给活塞缸内气体加压或减压来代替现有变压吸附制氧工艺中的空压机和真空泵，电机功率小、能耗低。

（2）利用电机驱动传动轴旋转带动推拉轮旋转并通过推拉杆带动活塞在活塞缸内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，而且利用推拉轮旋转继续使活塞缸内压缩空气的压力大于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，利用电机驱动传动轴旋转带动推拉轮旋转并通过推拉杆，继续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。

（4）一组活塞和活塞缸及推拉杆、推拉轮和传动轴轮组成一套活塞缸制氧装置，四套活塞缸制氧装置组合成一套连动装置，使四套活塞缸制氧装置分别处于吸气过程、制氧过程、解吸过程、排氮过程，从而形成连续供氧的组合体。

本发明的目的是提供一种由利用电机驱动传动轴旋转带动推拉轮旋转并通过推拉杆带动活塞在活塞缸内做上下运动，从而使活塞压缩空气或抽取真空形成变压吸附制取氧气的活塞缸制氧装置，并由四套活塞缸制氧装置组成组合实现连续供氧的齿轮驱动活塞分子筛制氧系统。

齿轮驱动活塞分子筛制氧系统，其特征在于：

1、制氧系统包括a、b、c、d四套活塞缸制氧装置，每套活塞缸制氧装置包括活塞、活塞缸、推拉轮、推拉杆、传动轴轮、料仓、排氧阀、进气阀和排氮阀；每套活塞缸制氧装置的活塞缸内安装有一个与活塞缸匹配的活塞，活塞缸的下端是料仓，料仓的上层为过滤层，料仓的下层为制氧分子筛，料仓的漏斗形底部与排氧阀相连，排氧阀为电动调节阀；活塞的顶端平面中央有一个活塞顶头，活塞顶头上端与推拉杆由连接轴相连，推拉杆的上端有一个半连轴，半连轴的一端固定安装在推拉杆的上端，半连轴的另一端卡扣在推拉轮的弧形槽内，弧形槽位于靠近推拉轮外边缘的位置，弧形槽为一穿透推拉轮的弧形空槽，弧形槽的宽度与半连轴相匹配，弧形槽的弧形线长度为小于推拉轮外圆周长的八分之一，半连轴穿入推拉轮的弧形槽的另一端安装有一个扣帽，这个扣帽的直径大于弧形槽的宽度，以防半连轴从弧形槽脱出。

2、推拉轮的外圆周制作有轮齿，每两个推拉轮之间有一个传动轴轮，传动轴轮的外圆周制作有轮齿，推拉轮的轮齿与传动轴轮的轮齿相匹配相啮合，传动轴轮的中心孔固定套装在传动轴上，当传动轴逆时针旋转带动传动轴轮逆时针旋转，并带动传动轴轮左侧相啮合的推拉轮和右侧相啮合的推拉轮顺时针旋转，使卡扣在推拉轮弧形槽内的半连轴顺推拉轮顺时针旋转，从而使推拉杆经推拉杆与活塞顶头相连接的连接轴带动活塞在活塞缸内做上下往复运动。

3、半连轴一端卡扣在推拉轮的弧形槽内，当弧形槽旋转到推拉轮的最低点位置时，活塞在活塞缸的最低位置，此时，推拉轮顺时针旋转，使半连轴卡扣在推拉轮弧形槽的相对于弧形槽前进方向后端的槽后弧口，并且由弧形槽的槽后弧口拉着半连轴带动活塞在活塞缸内向远离活塞缸底部运动，使活塞缸抽进空气或抽真空，此时活塞缸内的气体瞬时压力小于活塞缸外大气压力，当弧形槽旋转到推拉轮的最高点位置时，由于推拉轮的旋转速度比较慢（推拉轮每旋转一圈需要几秒或十几秒），所以在活塞缸内气体瞬时负压的作用下，在弧形槽的槽后弧口越过推拉轮的最高点位置后，半连轴会快速地顺推拉轮的旋转方向滑到弧形槽的槽前弧口位置，此瞬间，推拉轮的旋转对活塞没有推拉作用，直到推拉轮的旋转到槽后弧口顶压到半连轴时，推拉轮的旋转继续带动活塞在活塞缸内向靠近活塞缸底部运动，这个推拉轮的旋转对活塞没有推拉作用的时间段，使活塞缸内的气体负压短暂的稳定，有利于分子筛解吸氮气的作用；当弧形槽继续向推拉轮的最低点位置旋转时，槽后弧口顶压半连轴顺时针旋转，使活塞在活塞缸内向靠近活塞缸底部运动，从而使活塞缸内抽进的空气压力增大而被压缩或解吸的氮气排出活塞缸外，当弧形槽继续旋转到推拉轮的最低端位置时，活塞在活塞缸的最低位置，此时活塞缸内抽进的空气被压缩到最大而压力远大于活塞缸外的大气压力，与此同时，半连轴卡扣在推拉轮弧形槽的槽后弧口，由于推拉轮的旋转速度比较慢（推拉轮每旋转一圈达几秒或十几秒），所以在活塞缸内压缩空气的瞬时压力作用下，在弧形槽的槽后弧口越过推拉轮的最低点位置时，半连轴会快速地顺推拉轮的旋转方向滑到弧形槽的槽前弧口位置，此瞬间，推拉轮的旋转对活塞没有推拉作用，直到推拉轮的旋转到槽后弧口顶压到半连轴时，推拉轮的旋转继续带动活塞在活塞缸内向远离活塞缸底部运动，这个推拉轮的旋转对活塞没有推拉作用的时间段，使活塞缸内的压缩空气压力短暂的稳定，这个稳定有利于分子筛吸附氮气的作用，从而对分子筛制氧有利。

4、a、b、c、d四套活塞缸制氧装置的组成和结构完全相同，并成田字型摆放。

5、活塞缸下端的周围对称制作有多根进气支管，每根进气支管均穿透活塞缸外壁，活塞缸外环绕一根进气环管，所有进气支管均与进气环管相连接并相连通，进气环管上安装有一根进气总管和一根排氮总管，在进气总管上安装有一个进气阀，在排氮总管上安装有一个排氮阀，进气阀为电磁阀或电动阀，排氮阀也为电磁阀或电动阀，进气阀和排氮阀均为常闭式结构。

6、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排氧阀，排氧阀为电动调节阀，排氧阀为常闭式结构。

7、料仓的顶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，排氮阀、进气阀和排氧阀均有电源线和控制线与控制系统连接。

8、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物质，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。

9、启动制氧系统使传动轴逆时针旋转带动传动轴轮绕传动轴逆时针旋转，并带动左侧和右侧相啮合的推拉轮顺时针旋转，当a活塞缸制氧装置的推拉轮旋转到弧形槽处于推拉轮的最低点位置时，a活塞缸制氧装置的活塞刚好在活塞缸的最低端位置，（一）使控制系统给进气阀通电，进气阀通电打开进气阀通路，此时排氮阀和排氧阀均未通电处于关闭状态，由于传动轴逆时针旋转带传动轴轮逆时针旋转并带动推拉杆及活塞向上移动，使活塞缸内成负压，这个负压动力将空气依次从进气总管经进气阀、进气环管和进气支管进入到活塞缸内，当推拉轮顺时针旋转到弧形槽处于推拉轮的最高点位置时，此时活塞处于最高位置，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；（二）随着推拉轮继续顺时针旋转，并带动推拉杆及活塞向下移动，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的富氧气体至富氧气储罐，排氧阀的打开控制或通过推拉轮旋转的角度位置控制，此时推拉轮继续顺时针旋转并带动推拉杆及活塞向下移动，直到活塞向下移动到活塞缸底部，此时活塞处于最低位置，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；（三）然后推拉轮继续顺时针旋转，并带动推拉杆及活塞向上移动，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，排氧阀的打开控制或通过推拉轮旋转的角度位置控制；此时推拉轮继续顺时针旋转并带动推拉杆及活塞向上移动，当活塞向上移动到最高点位置时，控制系统停止给排氧阀通电，排氧阀关闭，此为解吸过程；（四）当推拉轮继续顺时针旋转并带动推拉杆及活塞向下移动，控制系统给排氮阀通电打开排氮阀通路，活塞向下移动推挤活塞缸内和分子筛区域的富氮气体经进气支管、进气环管和排氮阀排出，恢复分子筛的活性，此为排氮过程；以上（一）吸气过程、（二）制氧过程、（三）解吸过程、（四）排氮过程为一个吸气制氧解吸排氮过程，然后控制系统重复上述四个的控制过程，使分子筛不断地在加压和减压条件下制取富氧气体。

10、b活塞缸制氧装置、c活塞缸制氧装置和d活塞缸制氧装置与a活塞缸制氧装置的制取富氧气体的条件和过程完全相同，且当a活塞缸制氧装置处于吸气过程时，b活塞缸制氧装置处于制氧过程，c活塞缸制氧装置处于解吸过程，d活塞缸制氧装置处于排氮过程，从而使富氧气储罐有连续不断的富氧气体输入。

11、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，而用小功率电机驱动推拉轮旋转并带动推拉杆及活塞上下移动的巧妙结构，能耗小，噪音低；

4、本发明四装置组合，能连续供给富氧气体，供氧稳定、可靠。

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p放大示意图.

图1-2中：1、推拉轮，2、弧形槽，3、料仓，4、推拉杆，5、连接轴，6、排氧阀，7、富氧气储罐，8、排氮阀，9、进气阀，10、分子筛，11、过滤层，12、活塞，13、进气环管，14、活塞缸，15、传动轴轮，16、活塞顶头，17、传动轴，18、推拉轮轴，19、半连轴，20、槽后弧口，21、槽前弧口。

具体实施方式

在图1—2所示的实施例中，齿轮驱动活塞分子筛制氧系统，包括a、b、c、d四套活塞缸制氧装置，每套活塞缸制氧装置包括活塞12、活塞缸14、推拉轮1、推拉杆4、传动轴轮15、料仓3、排氧阀6、进气阀9和排氮阀8；其特征在于：每套活塞缸制氧装置的活塞缸14内安装有一个与活塞缸14匹配的活塞12，活塞缸14的下端是料仓3，料仓3的上层为过滤层11，料仓3的下层为制氧分子筛10，料仓3的漏斗形底部与排氧阀6相连，排氧阀6为电动调节阀；活塞12的顶端平面中央有一个活塞顶头16，活塞顶头16上端与推拉杆4由连接轴5相连，推拉杆4的上端有一个半连轴19，半连轴19的一端固定安装在推拉杆4的上端，半连轴19的另一端卡扣在推拉轮1的弧形槽2内，弧形槽2位于靠近推拉轮1外边缘的位置，弧形槽2为一穿透推拉轮1的弧形空槽，弧形槽2的宽度与半连轴19相匹配，弧形槽2的弧形线长度为小于推拉轮1外圆周长的八分之一，半连轴19穿入推拉轮1的弧形槽2的另一端安装有一个扣帽，这个扣帽的直径大于弧形槽2的宽度，以防半连轴19从弧形槽2脱出；推拉轮1的外圆周制作有轮齿，每两个推拉轮1之间有一个传动轴轮15，传动轴轮15的外圆周制作有轮齿，推拉轮1的轮齿与传动轴轮15的轮齿相匹配相啮合，传动轴轮15的中心孔固定套装在传动轴17上，当传动轴17逆时针旋转带动传动轴轮15逆时针旋转，并带动传动轴轮15左侧相啮合的推拉轮1和右侧相啮合的推拉轮1顺时针旋转，使卡扣在推拉轮1弧形槽2内的半连轴19顺推拉轮1顺时针旋转，从而使推拉杆4经推拉杆4与活塞顶头16相连接的连接轴5带动活塞12在活塞缸14内做上下往复运动。

半连轴19一端卡扣在推拉轮1的弧形槽2内的作用是：当弧形槽2旋转到推拉轮1的最低点位置时，活塞12在活塞缸14的最低位置，此时，推拉轮1顺时针旋转，使半连轴19卡扣在推拉轮1弧形槽2的相对于弧形槽2前进方向后端的槽后弧口20，并且由弧形槽2的槽后弧口20拉着半连轴19带动活塞12在活塞缸14内向远离活塞缸14底部运动，使活塞缸14抽进空气或抽真空，此时活塞缸14内的气体瞬时压力小于活塞缸14外大气压力，当弧形槽2旋转到推拉轮1的最高点位置时，由于推拉轮1的旋转速度比较慢（推拉轮每旋转一圈达几秒或十几秒），所以在活塞缸14内气体瞬时负压的作用下，在弧形槽2的槽后弧口20越过推拉轮1的最高点位置后，半连轴19会快速地顺推拉轮1的旋转方向滑到弧形槽2的槽前弧口21位置，此瞬间，推拉轮1的旋转对活塞12没有推拉作用，直到推拉轮1的旋转到槽后弧口20顶压到半连轴19时，推拉轮1的旋转继续带动活塞12在活塞缸14内向靠近活塞缸14底部运动，这个推拉轮1的旋转对活塞12没有推拉作用的时间段，使活塞缸14内的气体负压短暂的稳定，有利于分子筛解吸氮气的作用；当弧形槽2继续向推拉轮1的最低点位置旋转时，槽后弧口20顶压半连轴19顺时针旋转，使活塞12在活塞缸14内向靠近活塞缸14底部运动，从而使活塞缸14内抽进的空气压力增大而被压缩或解吸的氮气排出活塞缸14外，当弧形槽2继续旋转到推拉轮1的最低端位置时，活塞12在活塞缸14的最低位置，此时活塞缸14内抽进的空气被压缩到最大而压力远大于活塞缸14外的大气压力，与此同时，半连轴19卡扣在推拉轮1弧形槽2的槽后弧口20，由于推拉轮1的旋转速度比较慢（推拉轮每旋转一圈达几秒或十几秒），所以在活塞缸14内压缩空气的瞬时压力作用下，在弧形槽2的槽后弧口20越过推拉轮1的最低点位置时，半连轴19会快速地顺推拉轮1的旋转方向滑到弧形槽2的槽前弧口21位置，此瞬间，推拉轮1的旋转对活塞12没有推拉作用，直到推拉轮1的旋转到槽后弧口20顶压到半连轴19时，推拉轮1的旋转继续带动活塞12在活塞缸14内向远离活塞缸14底部运动，这个推拉轮1的旋转对活塞12没有推拉作用的时间段，使活塞缸14内的压缩空气压力短暂的稳定，这个稳定有利于分子筛吸附氮气的作用，从而对分子筛制氧有利。

a、b、c、d四套活塞缸制氧装置的组成和结构完全相同，并成田字型摆放。

活塞缸14下端的周围对称制作有多根进气支管，每根进气支管均穿透活塞缸14外壁，活塞缸14外环绕一根进气环管13，所有进气支管均与进气环管13相连接并相连通，进气环管13上安装有一根进气总管和一根排氮总管，在进气总管上安装有一个进气阀9，在排氮总管上安装有一个排氮阀8，进气阀9为电磁阀或电动阀，排氮阀8也为电磁阀或电动阀，进气阀9和排氮阀8均为常闭式结构。

料仓3的底部为漏斗形，料仓3底部的正中央为漏斗的漏口，漏口与料仓3之间有筛网相隔，以防料仓3内的分子筛10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排氧阀6，排氧阀6为电动调节阀，排氧阀6为常闭式结构。

料仓3的顶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，排氮阀8、进气阀9和排氧阀6均有电源线和控制线与控制系统连接。

料仓3的上部装有过滤层11，过滤层11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物质，料仓3的中下部装有分子筛10，分子筛10为变压吸附专用制氧分子筛，过滤层11有一层筛网覆盖，以保护过滤层11的物料不移动。

启动制氧系统使传动轴17逆时针旋转带动传动轴轮15绕传动轴17逆时针旋转，并带动左侧和右侧相啮合的推拉轮1顺时针旋转，当a活塞缸制氧装置的推拉轮1旋转到弧形槽2处于推拉轮1的最低点位置时，a活塞缸制氧装置的活塞12刚好在活塞缸14的最低端位置，（一）使控制系统给进气阀9通电，进气阀9通电打开进气阀9通路，此时排氮阀8和排氧阀6均未通电处于关闭状态，由于传动轴17逆时针旋转带传动轴轮15逆时针旋转并带动推拉杆4及活塞12向上移动，使活塞缸14内成负压，这个负压动力将空气依次从进气总管经进气阀9、进气环管13和进气支管进入到活塞缸14内，当推拉轮1顺时针旋转到弧形槽2处于推拉轮1的最高点位置时，此时活塞12处于最高位置，控制系统切断进气阀9电源使进气阀9关闭通路，此为吸气过程；（二）随着推拉轮1继续顺时针旋转，并带动推拉杆4及活塞12向下移动，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，压力传感器反馈给控制系统电信号，使控制系统给排氧阀6供电，并使排氧阀6的开度为k1，从而使排氧阀6连续排出流量为v1的富氧气体至富氧气储罐7，排氧阀6的打开控制或通过推拉轮1旋转的角度位置控制，此时推拉轮1继续顺时针旋转并带动推拉杆4及活塞12向下移动，直到活塞12向下移动到活塞缸14底部，此时活塞12处于最低位置，从而保证分子筛10对空气中氮气的吸附作用及吸附效率，此为制氧过程；（三）然后推拉轮1继续顺时针旋转，并带动推拉杆4及活塞12向上移动，同时，控制系统给关闭排氧阀6，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6电信号使排氧阀6打开的开度为k2，从而使富氧气储罐7内的富氧气体经排氧阀6连续以流量为v2的流速流入到分子筛10和活塞缸14内，以保证分子筛10吸附的氮气被解吸并冲洗分子筛10激活分子筛10的活性，k2远小于k1，即v2远小于v1，排氧阀6的打开控制或通过推拉轮1旋转的角度位置控制；此时推拉轮1继续顺时针旋转并带动推拉杆4及活塞12向上移动，当活塞12向上移动到最高点位置时，控制系统停止给排氧阀6通电，排氧阀6关闭，此为解吸过程；（四）当推拉轮1继续顺时针旋转并带动推拉杆4及活塞12向下移动，控制系统给排氮阀8通电打开排氮阀8通路，活塞12向下移动推挤活塞缸14内和分子筛10区域的富氮气体经进气支管、进气环管13和排氮阀8排出，恢复分子筛10的活性，此为排氮过程；以上（一）吸气过程、（二）制氧过程、（三）解吸过程、（四）排氮过程为一个吸气制氧解吸排氮过程，然后控制系统重复上述四个的控制过程，使分子筛10不断地在加压和减压条件下制取富氧气体。

b活塞缸制氧装置、c活塞缸制氧装置和d活塞缸制氧装置与a活塞缸制氧装置的制取富氧气体的条件和过程完全相同，且当a活塞缸制氧装置处于吸气过程时，b活塞缸制氧装置处于制氧过程，c活塞缸制氧装置处于解吸过程，d活塞缸制氧装置处于排氮过程，从而使富氧气储罐7有连续不断的富氧气体输入。

本发明装置也可用于分子筛变压吸附制取其他气体。