曲轴驱动活塞式分子筛制氧系统的制作方法

本发明涉及曲轴驱动活塞式分子筛制氧系统，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）利用曲轴驱动活塞在活塞缸内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）利用曲轴驱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，而且利用曲轴继续转动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，利用曲轴反向转动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曲轴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活塞和活塞缸组成压缩空气和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曲轴驱动活塞式分子筛制氧系统。

曲轴驱动活塞式分子筛制氧系统，由a、b、c、d四套活塞缸制氧装置组成，每套活塞缸制氧装置包括活塞、活塞缸、曲轴、连杆、料仓、排氧阀、进气阀和排氮阀；其特征在于：

1、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；所述曲轴绕传动轴旋转并带动连杆做上下往复运动，从而带动活塞在活塞缸内做上下往复运动；活塞的顶端平面中央有一个活塞顶头，活塞顶头上端与连杆由活塞顶头与连杆的连接轴相连，连杆的上端有一个通孔，曲轴穿过通孔与连杆相连，曲轴与传动轴相连，使曲轴绕传动轴旋转时，带动连杆上下移动，从而使活塞在活塞缸内作上下移动，a、b、c、d四套活塞缸制氧装置的组成和结构完全相同，并顺传动轴一字排列。

2、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通连，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。

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排氧阀，排氧阀为电动调节阀，排氧阀为常闭式结构。

4、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。

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。

6、启动制氧系统使传动轴旋转并带动曲轴绕传动轴转动，对于a活塞缸制氧装置：（一）当a活塞缸制氧装置的曲轴处于最低位置，即a活塞缸制氧装置的活塞在活塞缸的最下端时，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，由于传动轴转动带动活塞向上移动，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阀、进气环管和进气支管进入到活塞缸内，曲轴转动到传动轴的正上方即最高位置时，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）随着传动轴的继续旋转，使曲轴带动活塞向下移动，随着活塞的向下移动，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，与此同时，曲轴旋转带动活塞继续向下移动，以保持活塞缸内空气压力高于p1，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）然后曲轴继续转动使活塞向上移动，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，此时曲轴继续转动使活塞继续向上移动，从而保持分子筛和活塞缸内气体压力低于p2，当活塞向上移动到最高位置时，控制系统停止给排氧阀通电，排氧阀关闭，此为解吸过程；（四）当曲轴继续转动使活塞向下移动，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。

7、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。

8、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螺杆，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e放大示意图。

图1-2中：1、料仓，2、分子筛，3、过滤层，4、活塞，5、曲轴，6、活塞缸，7、传动轴，8、活塞顶头与连杆的连接轴，9、进气阀，10、排氮阀，11、连杆，12、通孔，13、排氧阀，14、活塞顶头，15、进气支管，16、进气环管。

具体实施方式

在图1—2所示的实施例中，曲轴驱动活塞式分子筛制氧系统，由a、b、c、d四套活塞缸制氧装置组成，每套活塞缸制氧装置包括活塞4、活塞缸6、曲轴5、连杆11、料仓1、排氧阀13、进气阀9和排氮阀10；其特征在于：每套活塞缸制氧装置的活塞缸6内安装有一个与活塞缸6匹配的活塞4，活塞缸6的下端是料仓1，料仓1的上层为过滤层3，料仓1的下层为制氧分子筛2，料仓1的漏斗形底部与排氧阀13相连，排氧阀13为电动调节阀；活塞4的顶端平面中央有一个活塞顶头14，活塞顶头14上端与连杆11由活塞顶头与连杆的连接轴8相连，连杆11的上端有一个通孔12，曲轴5穿过通孔12与连杆11相连，曲轴5与传动轴7相连，使曲轴5绕传动轴7旋转时，带动连杆11上下移动，从而使活塞4在活塞缸6内作上下移动，a、b、c、d四套活塞缸制氧装置的组成和结构完全相同，并顺传动轴7一字排列。

活塞缸6下端的周围对称制作有多根进气支管15，每根进气支管15均穿透活塞缸6外壁，活塞缸6外环绕一根进气环管16，所有进气支管15均与进气环管16相连接并相通连，进气环管16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10，进气阀9为电磁阀或电动阀，排氮阀10也为电磁阀或电动阀，进气阀9和排氮阀10均为常闭式结构。

料仓1的底部为漏斗形，料仓1底部的正中央为漏斗的漏口，漏口与料仓1之间有筛网相隔，以防料仓1内的分子筛2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13，排氧阀13为电动调节阀，排氧阀13为常闭式结构。

料仓1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10、进气阀9和排氧阀13均有电源线和控制线与控制系统连接。

料仓1的上部装有过滤层3，过滤层3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1的中下部装有分子筛2，分子筛2为变压吸附专用制氧分子筛，过滤层3有一层筛网覆盖，以保护过滤层3的物料不移动。

启动制氧系统使传动轴7旋转并带动曲轴5绕传动轴7转动，（一）当a活塞缸制氧装置的曲轴5处于最低位置，即a活塞缸制氧装置的活塞4在活塞缸6的最下端时，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10和排氧阀13均未通电处于关闭状态，由于传动轴7转动带动活塞4向上移动，使活塞缸6内成负压，这个负压动力将空气从进气总管经进气阀9、进气环管16和进气支管15进入到活塞缸6内，曲轴5转动到传动轴7的正上方即最高位置时，此时活塞4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）随着传动轴7的继续旋转，使曲轴5带动活塞4向下移动，随着活塞4的向下移动，活塞缸6内的空气压力p不断增大，当活塞缸6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13供电，并使排氧阀13的开度为k1，从而使排氧阀13连续排出流量为v1的富氧气体至富氧气储罐，与此同时，曲轴5旋转带动活塞4继续向下移动，以保持活塞缸6内空气压力高于p1，直到活塞4向下移动到活塞缸6底部，此时活塞4处于最低位置，从而保证分子筛2对空气中氮气的吸附作用及吸附效率，此为制氧过程；（三）然后曲轴5继续转动使活塞4向上移动，同时，控制系统给关闭排氧阀13，使活塞缸6内空气成负压，随着活塞4向上继续移动，活塞缸6内气体压力不断下降，当活塞缸6内气体压力降低到p2时，控制系统给排氧阀13电信号使排氧阀13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13连续以流量为v2的流速流入到分子筛2和活塞缸6内，以保证分子筛2吸附的氮气被解吸并冲洗分子筛2激活分子筛2的活性，k2远小于k1，即v2远小于v1，此时曲轴5继续转动使活塞4继续向上移动，从而保持分子筛2和活塞缸6内气体压力低于p2，当活塞向上移动到最高位置时，控制系统停止给排氧阀13通电，排氧阀13关闭，此为解吸过程；（四）当曲轴5继续转动使活塞向下移动，控制系统给排氮阀10通电打开排氮阀10通路，使活塞4向下移动推挤活塞缸6内和分子筛2区域的富氮气体经进气支管15、进气环管16和排氮阀10排出，恢复分子筛2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2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。