一种负压制氧装置的制作方法

本发明涉及物理领域，尤其涉及一种通过物理的方法制得氧气并收集氧气的一种装置。

背景技术：

国内工业制氧主要有四种方法，即分离液态空气法、膜分离技术法、分子筛制氧法和电解制氧法。1.分离液态空气法根据氮气的沸点温度比氧气的沸点低，利用沸点温度不同物理分离两种气体，该方法需要大型的成套设备和严格的安全操作技术，个人或家庭难以用此法获得高纯度氧气。2.膜分离技术法是在一定压力下，让空气通过具有富集氧气功能的薄膜，可得到含氧量较高的富氧空气，需要多次分级分离提纯。3.分子筛制氧法利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子筛把空气中的氧离分出来，经过一段时间，分子筛吸附的氮逐渐增多，吸附能力减弱，产出的氧气纯度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子筛上面的氮，重复操作，制氧过程复杂，且存在氧气不纯的风险。4.电解制氧法就是将水放入电解槽中，加入氢氧化钠或氢氧化钾以提高水的电解度，然后通入直流电，水就分解为氧气和氢气，电解法并不经济，耗电能较多，不适用于大量制氧，不适用家庭制氧，且产生的氢气需要很高的要求来储存。

目前工业制氧采用最多的方法是液态分离法，液态分离法根据空气组分、液化温度差异制取纯度较高氧气的同时可以分离得到纯度较高的氮气。但是液态分离法需要大型的成套设备和严格的安全操作技术，其方法制取氧气，不仅成本造价高，不经济外，还存在安全隐患。

综上所述现有技术的缺点：1.对硬件生产设备要求极高，设备需要满足高压低温条件，因此只能用特种钢材，导致先期投入成本增加。2.生产工艺复杂。液态分离法需要将气体净化、压缩、冷却，后多次蒸发和冷凝获取氧气和氮气，其生产工艺程序多而复杂。3.高成本，高耗能。工业制氧需要大型的成套设备和严格的安全操作技术，规模化生产成本高，耗能大。

技术实现要素：

本发明提供了一种负压制氧装置，发明的目的：提供一种低耗能负压制氧方法及装置。可以随用随制，且设备结构简单，该装置能达到低耗能、低成本，稳定制取氧气的效果，并可以实现智能化、规模化制氧，较其他制氧方法，投入成本低，生产耗能低、可以持续稳定制氧。

技术方案：一种负压制氧装置，所述负压制氧装置包括储水槽1、管道2、集气室体3，所述储水槽1内装有水体10，所述管道2与水平面垂直，所述管道2的下端与所述储水槽1的槽底连接，所述管道2的上端与集气室体3的室体底部连接，所述管道2与所述储水槽1的高度差至少为十米，所述集气室体3的室体顶部连接有真空泵4，所述集气室体3与所述真空泵4之间的管路中设有第一单向阀5，所述集气室体3的所述室体底部连接有气体收集管道7，气体收集管道7的管路设有第二单向阀8，在所述第二单向阀8的输入接口端设有压力计9。

进一步，所述储水槽1的容积至少为所述管道2的管腔容积的五倍。

本发明的有益效果如下：空气溶解，首次净化聚氧，溶解气体质点在压差作用下向负压区运移，该负压为<0.1mpa。在溶液中以空化传质方式运移到溶液最高界面，气泡突破界面而溃灭，溶解气体随即进入负压集气区。

负压在传质作用中的意义：空化是因流体流动中局部压力低于相应温度下的饱和蒸气压而出现的空泡形成、发展、收缩，最后溃灭的流体动力学现象。负压在传质作用中的意义有两点，其一可以为流体流动提供动力，其二为流动的流体提供瞬时低压，导致空泡形成，空化作用开始，溶解的气体以空泡形式继续向负压区运移，突破液体界面进入负压集气区，空泡破裂进行二次聚气。

利于大气压作用，将空气中氮气和氧气溶解于水中，不耗费能源。

抽真空，形成负压条件，在压差作用下，利用溶解气体在溶液中以空化传质的方式运移，直到传输至液面最高处突破液面，空泡破裂进行二次聚气，分离气体原理简单。

综上所述，提供一种低耗能负压制氧方法及装置。可以随用随制，且设备结构简单，该装置能达到低耗能、低成本，稳定制取氧气的效果，并可以实现智能化、规模化制氧，较其他制氧方法，投入成本低，生产耗能低、可以持续稳定制氧。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下联合附图和具体实施例对本发明作出详述。

图1中：储水槽1、管道2、集气室体3、真空泵4、第一单向阀5、支撑台6、收集管道7、第二单向阀8、压力计9、水体10。

一种负压制氧装置，所述负压制氧装置包括储水槽1、管道2、集气室体3，所述水槽1为玻璃钢容器，管道2为塑钢管道，集气室体3为密闭的气瓶，所述气瓶通过支撑台6与地表面安装，支撑台6为钢结构焊接而成的支架，上端焊接后可将集气室体3加焊在支撑台6上、也可以设置开设有提供收集管道7引出孔洞的铁皮凹坑，将集气室体3之间放置在该凹坑中，总是安装连接的方式千变万化。所述储水槽1内装有水体10，所述管道2与水平面垂直，所述管道2的下端与所述储水槽1的槽底螺纹密封连接，所述管道2的上端与集气室体3的室体底部螺纹密封连接，所述管道2与所述储水槽1的高度差至少为十米，确保所述集气室体3被抽真空后管道2内的水被吸高，众所周知，1个标准大气压可以支撑10米高的水柱。所述集气室体3的室体顶部连接有真空泵4，将集气室体3内吸真空，所述集气室体3与所述真空泵4之间的管路中设有第一单向阀5，使得真空泵4在吸真空的时候不会形成气体的返流，保证抽真空的质量效果。所述集气室体3的所述室体底部螺纹密封连接有气体收集管道7，气体收集管道7的管路设有第二单向阀8，在所述第二单向阀8的输入接口端设有压力计9。第二单向阀8的设置是为了避免在提取氧气的过程中气体的返流。

所述储水槽1的容积至少为所述管道2的管腔容积的五倍。保证具有足够的水分从而能收集足够多的气体。

结构原理：本发明所述的低耗负压制氧装置由三部分装置组成。一是集气装置，该装置由一个方形的储水槽1构成，注水后开口直接与外界空气接触，储水槽1下部有一个出水口并且接上管道接头，螺纹密封连接一垂直与水平面的管道2。二是抽真空装置，管道2上端连接一个集气室体3，该集气室体3上端连接第一单向阀5后接入真空泵，该第一单向阀5为单向气流针阀，集气室体3始终处于负压状态。三是氧气收集装置，在管道末端连接的集气装置下部开通一排气口，用管道依次连接压力计9、第二单向阀8和抽气泵抽取集气室体3下部富集的氧气。解释，氧气的密度大于氮气，使氧气聚集在集气室体3的底部区域。

工作原理：储水槽1中的水体与空气接触，储水槽1中的水可以溶解空气中的氧气和氮气，常温为20℃常压为101kpa下氧气溶解度为31ml/l，氮气溶解度为20ml/l，氧气微溶于水，即、氧气不会与水生成水合物，这是制氧的先决条件。

1个标准大气压下水柱高度为10米，抽真空状态下，管道2中的水高度高于储水槽1中水平面10米，上升10米后储水槽1、管道2水面将保持不变。继续抽真空，溶解水中的氧气和氮气在压差作用下，会以空化传质方式向真空集气装置中运移和储集，由于氧气的密度大于氮气,氧气富集在装置下部，氮气富集在装置上部。空化传质解释：是因流体流动中局部压力低于相应温度下的饱和蒸气压而形成的空泡，该空泡由溶解气体构成，在压差作用下向低压区运移，进而传输溶解气体。例如，在雨天低压的情况下湖水中的溶氧量下降，水中的氧气会以气泡的形成析出水面，鱼儿争先恐后的到水面吸氧。

打开集气室体3下部吸气泵，抽取富集在集气室体3下部的氧气，气体在第二单向阀8控制下，不能回流，将逐渐富集，将富集的氧气储存起来，即为制取的高纯度氧气，制氧过程结束。如需更高纯度的氧，可以多级并联该装置进行多级提纯。

水槽中的水溶液可以加入高效活化剂以减少液柱高度，增大溶氧量。以上详述本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。