一种中间气体加压制氧机和控制方法与流程

本发明涉及制氧机领域，具体为一种中间气体加压制氧机和控制方法。

背景技术

快速变压吸附制氧方法是变压吸附制氧的一种改进，具有周期短、生产率高的特点，广泛用与微型医疗制氧装置，但由于其采用单分子筛循环，没有反冲气体进行解吸，而只能使用降压解吸，随着吸附压力的升高，氧气回收率有所增加，但过高的吸附压力易导致分子筛上的吸附剂流失或粉化。快速真空变压吸附采用真空泵进行抽真空操作，降低吸附压力过大，避免分子筛损坏，但仍存在氧气回收率低的问题。

技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种中间气体加压制氧机和控制方法，为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括空压机，原料气管路，原料气储存罐，压力表ⅰ，流量计，电磁阀ⅰ，电磁阀ⅱ，抽真空管路，真空泵，三通接口，进气管路，制氧装置，控制装置，产品气管路，止回阀，产品气储存罐，氧浓度传感器；其中原料气管路一端与空压机相连，另一端与三通接口左端相连；原料气管路从左至右依次安装有原料气储存罐、压力表ⅰ、流量计、电磁阀ⅰ；抽真空管路一端与三通接口右端相连，另一端与真空泵相连，电磁阀ⅱ安装在抽真空管路上；进气管路底部与三通接口上部端口相连，顶部与制氧装置相连；控制装置位于制氧装置左侧；制氧装置右侧上部安装有产品气管路；产品气管路从上至下依次安装有止回阀、产品气储存罐和氧浓度传感器；压力表ⅰ、流量计、电磁阀ⅰ、电磁阀ⅱ和氧浓度传感器均与制氧装置连接进行数据交换或控制。

所述制氧装置包括分子筛，压力表ⅱ，中间气储气罐、电磁阀ⅲ、压力表ⅲ、回气管路，电动三通阀，电磁阀ⅳ，热电偶，增压机；其中分子筛底部与进气管路连接，分子筛与进气管路之间安装有压力表ⅱ；中间气储气罐位于分子筛上方并与分子筛通过管路相连，其相连的管路上自下至上依次安装有电磁阀ⅲ和压力表ⅲ；回气管路一端安装在中间气储气罐右侧，另一端与进气管路连接，连接处位于压力表ⅱ下方；回气管路自上至下安装有电动三通阀、增压机和电磁阀ⅳ；电动三通阀有三个控制位，第一控制位使上下两个端口与回气管路导通，第二控制位使上部端口的回气管路与右侧端口产品气管路导通，第三控制位使三个端口均封闭；热电偶深入至分子筛中检测气体温度；压力表ⅱ、电磁阀ⅲ、压力表ⅲ、电动三通阀、电磁阀ⅳ、热电偶和增压机均与控制装置连接进行数据交换或控制。

所述制氧装置还包括第二中间气储气罐和电磁阀ⅴ；其中第二中间气储气罐位于中间气储气罐右侧，电动三通阀安装在中间气储气罐与分子筛之间的管路上，位于电磁阀ⅲ与压力表ⅲ之间；电动三通阀右侧端口通过管路连接在第二中间气储气罐底部；回气管路一端安装在中间气储气罐右侧，另一端与进气管路连接，连接处位于压力表ⅱ下方，回气管路自上至下安装有增压机和电磁阀ⅳ；中间气储气罐右侧与产品气管路连接，电磁阀ⅴ安装在产品气管路上，位于中间气储气罐与止回阀之间；电磁阀ⅴ与控制装置连接并受其控制。

所述控制装置为stm微控制器。

一种中间气体加压制氧机的控制方法，包括中间气一次加压控制方法和中间气二次加压控制方法，所述中间气一次加压方法包括以下步骤：

step.1控制装置打开电磁阀ⅰ并关闭电磁阀ⅱ，启动空压机；

step.2空气进入制氧装置开始升压吸附，打开电磁阀ⅲ，启动电动三通阀至第二控制位使回气管路与产品气管路连通，一部分氧气通过产品气管路输送至产品气储存罐中，由氧浓度传感器对产品气储存罐的氧气浓度进行检测，封闭电动三通阀，使一部分氧气存储在中间气储存罐中；

step.3.关闭电磁阀ⅲ，控制装置打开电磁阀ⅱ并关闭电磁阀ⅰ，启动真空泵对制氧装置进行解吸操作；

step.4关闭电磁阀ⅱ，启动电动三通阀至第一控制位使回气管路导通，启动增压机并打开电磁阀ⅳ；

step.5封闭电动三通阀，关闭增压机与电磁阀ⅳ；

step.6重复step.1至step.5的操作。

所述中间气二次加压方法包括以下步骤：

step.1控制装置打开电磁阀ⅰ并关闭电磁阀ⅱ，启动空压机；

step.2空气进入制氧装置开始升压吸附，打开电磁阀ⅲ，启动电动三通阀至第二控制位使第二中间气储存罐与分子筛导通，第二中间气储存罐充满后切换电动三通阀至第一控制位使分子筛与中间气储存罐导通，打开电磁阀ⅴ，一部分氧气通过产品气管路输送至产品气储存罐中，由氧气浓度传感器对产品气储存罐的氧气浓度进行检测，待产品气储存罐充满后关闭电磁阀ⅴ，使一部分氧气存储在中间气储存罐中；

step.3封闭电动三通阀，关闭电磁阀ⅲ，控制装置打开电磁阀ⅱ并关闭电磁阀ⅰ，启动真空泵对制氧装置进行解吸操作；

step.4关闭电磁阀ⅱ，打开电磁阀ⅲ，启动电动三通阀至第一控制位使分子筛与中间气储存罐导通，

step.5一段时间后关闭电磁阀ⅲ并封闭电动三通阀，启动增压机并打开电磁阀ⅳ；

step.6一段时间后关闭增压机与电磁阀ⅳ；

step.7重复step.1至step.6的操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在制氧装置中增加一个或两个中间气储存罐，采用中间气一次加压控制方法对分子筛进气端进行加压可有效提高氧气回收率；采用中间气二次加压控制方法，不仅在分子筛出气端提高氧气浓度，亦可以提高氧气回收率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的制氧装置一种实施例的结构示意图；

图3为本发明的制氧装置另一种实施例的结构示意图。

图中：1-空压机，2-原料气管路，3-原料气储存罐，4-压力表ⅰ，5-流量计，6-电磁阀ⅰ，7-电磁阀ⅱ，8-抽真空管路，9-真空泵，10-三通接口，11-进气管路，12-制氧装置，1201-分子筛，1202-压力表ⅱ，1203-中间气储气罐，1204-电磁阀ⅲ，1205-压力表ⅲ，1206-回气管路，1207-电动三通阀，1208-电磁阀ⅳ，1209-热电偶，1210-增压机，1211-第二中间气储气罐，1212-电磁阀ⅴ，13-控制装置，14-产品气管路，15-止回阀，16-产品气储存罐，17-氧浓度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提供一种技术方案：如图1所示，包括空压机1，原料气管路2，原料气储存罐3，压力表ⅰ4，流量计5，电磁阀ⅰ6，电磁阀ⅱ7，抽真空管路8，真空泵9，三通接口10，进气管路11，制氧装置12，控制装置13，产品气管路14，止回阀15，产品气储存罐16，氧浓度传感器17；其中原料气管路2一端与空压机1相连，另一端与三通接口10左端相连；原料气管路2从左至右依次安装有原料气储存罐3、压力表ⅰ4、流量计5、电磁阀ⅰ；抽真空管路8一端与三通接口10右端相连，另一端与真空泵9相连，电磁阀ⅱ7安装在抽真空管路8上；进气管路11底部与三通接口10上部端口相连，顶部与制氧装置12相连；控制装置13位于制氧装置12左侧；制氧装置12右侧上部安装有产品气管路14；产品气管路14从上至下依次安装有止回阀15、产品气储存罐16和氧浓度传感器17；压力表ⅰ4、流量计5、电磁阀ⅰ、电磁阀ⅱ7和氧浓度传感器17均与制氧装置12连接进行数据交换或控制。

如图2所示，所述制氧装置12包括分子筛1201，压力表ⅱ1202，中间气储气罐1203、电磁阀ⅲ1204、压力表ⅲ1205、回气管路1206，电动三通阀1207，电磁阀ⅳ1208，热电偶1209，增压机1210；其中分子筛1201底部与进气管路11连接，分子筛1201与进气管路11之间安装有压力表ⅱ1202；中间气储气罐1203位于分子筛1201上方并与分子筛1201通过管路相连，其相连的管路上自下至上依次安装有电磁阀ⅲ1205和压力表ⅲ1205；回气管路1206一端安装在中间气储气罐1203右侧，另一端与进气管路11连接，连接处位于压力表ⅱ1202下方；回气管路1206自上至下安装有电动三通阀1207、增压机1210和电磁阀ⅳ1208；电动三通阀1207有三个控制位，第一控制位使上下两个端口与回气管路1206导通，第二控制位使上部端口的回气管路1206与右侧端口产品气管路14导通，第三控制位使三个端口均封闭；热电偶1209深入至分子筛1201中检测气体温度；压力表ⅱ1202、电磁阀ⅲ1204、压力表ⅲ1205、电动三通阀1207、电磁阀ⅳ1208、热电偶1209和增压机1210均与控制装置13连接进行数据交换或控制。

如图3所示，所述制氧装置12还包括第二中间气储气罐1211和电磁阀ⅴ1212；其中第二中间气储气罐1211位于中间气储气罐1203右侧，电动三通阀1207安装在中间气储气罐1203与分子筛1201之间的管路上，位于电磁阀ⅲ1204与压力表ⅲ1205之间；电动三通阀1207右侧端口通过管路连接在第二中间气储气罐1211底部；回气管路1206一端安装在中间气储气罐1203右侧，另一端与进气管路11连接，连接处位于压力表ⅱ1202下方，回气管路1206自上至下安装有增压机1210和电磁阀ⅳ1208；中间气储气罐1203右侧与产品气管路14连接，电磁阀ⅴ1212安装在产品气管路14上，位于中间气储气罐1203与止回阀15之间；电磁阀ⅴ1212与控制装置13连接并受其控制。

所述控制装置13为stm32微控制器。stm32微控制器被广泛用于温湿度、浓度、压力等传感器的信息采集，并可控制电磁阀、电动阀的启停，是广泛使用的现有技术，stm32微控制器与各个部件的连接方式可通过技术手册得知并实施，属于本领域技术人员可轻易获取的现有技术。

一种中间气体加压制氧机的控制方法，包括中间气一次加压控制方法和中间气二次加压控制方法，所述中间气一次加压方法包括以下步骤：

step.1控制装置13打开电磁阀ⅰ6并关闭电磁阀ⅱ7，启动空压机1；

stpe.2空气进入制氧装置12开始升压吸附，打开电磁阀ⅲ1204，启动电动三通阀1207至第二控制位使回气管路1206与产品气管路14连通，一部分氧气通过产品气管路14输送至产品气储存罐16中，由氧浓度传感器17对产品气储存罐16的氧气浓度进行检测，封闭电动三通阀1207，使一部分氧气存储在中间气储存罐1203中；

stpe.3关闭电磁阀ⅲ1204，控制装置13打开电磁阀ⅱ7并关闭电磁阀ⅰ6，启动真空泵9对制氧装置12进行解吸操作；

step.4关闭电磁阀ⅱ7，启动电动三通阀1207至第一控制位使回气管路1206导通，启动增压机1210并打开电磁阀ⅳ1208；

step.5封闭电动三通阀1207，关闭增压机1210与电磁阀ⅳ1208；

step.6重复step.1至step.5的操作。

中间气一次加压控制方法是在解吸完成后将中间气储存罐1203中的氧气通过增压机1210加压后充至分子筛1201的进气端，此时分子筛1201内被真空泵9抽至真空呈负压状态，中间气储存罐1203中的氧气从进气端进入后使分子筛1201的床层压力升高，提升了氧气回收率，随着中间气的不断充压，床层压力升高变慢，原因在于中间气的消耗导致其浓度下降，而在分子筛1201的进气端聚集高浓度氧气，可降低下次循环所需的原料气。

所述中间气二次加压方法包括以下步骤：

step.1控制装置13打开电磁阀ⅰ6并关闭电磁阀ⅱ7，启动空压机1；

stpe.2空气进入制氧装置12开始升压吸附，打开电磁阀ⅲ1204，启动电动三通阀1207至第二控制位使第二中间气储存罐1211与分子筛1201导通，第二中间气储存罐1211充满后切换电动三通阀1207至第一控制位使分子筛1201与中间气储存罐1203导通，打开电磁阀ⅴ1212，一部分氧气通过产品气管路14输送至产品气储存罐16中，由氧气浓度传感器17对产品气储存罐16的氧气浓度进行检测，待产品气储存罐16充满后关闭电磁阀ⅴ1212，使一部分氧气存储在中间气储存罐1203中；

stpe.3封闭电动三通阀1207，关闭电磁阀ⅲ1204，控制装置13打开电磁阀ⅱ7并关闭电磁阀ⅰ6，启动真空泵9对制氧装置12进行解吸操作；

step.4关闭电磁阀ⅱ7，打开电磁阀ⅲ1204，启动电动三通阀1207至第一控制位使分子筛1201与中间气储存罐1203导通，

step.5一段时间后关闭电磁阀ⅲ1204并封闭电动三通阀1207，启动增压机1210并打开电磁阀ⅳ1208；

step.6一段时间后关闭增压机1210与电磁阀ⅳ1208；

step.7重复step.1至step.6的操作。

中间气二次加压控制方法同样是在解吸完成后进行，与一次加压的区别在于增加了第二中间气储存罐1211，并在充压阶段首先使中间气储存罐1203的氧气从分子筛1201的出气端被分子筛1201的负压吸入，将分子筛1201中残存的氮气压至进气端，使出气端的氧气浓度迅速升高，封闭出气端后再由第二中间气储存罐1211的氧气从进气端充压，并在进气端提高氧气浓度，当下一次循环开始后由于分子筛1201的进气端和出气端均聚集了大量高浓度氧气，因此提高了产品气的氧气浓度，此外与一次加压的效果相同，可降低下次循环所需的原料气。

通过模拟试验，中间气一次加压控制方法可使氧气回收率提高3.17％；中间气二次加压控制方法的氧气浓度稳定在92.73％，比原料气充压提高2.57％，氧气回收率提高2.99％。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。