一种制取氧气与氮气的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及气体分离技术领域，尤其涉及一种制取氧气与氮气的设备和方法。
【背景技术】
[0002]自上世纪60年代末70年代初，以压缩空气为原料，通过碳分子筛单独制取氮气或氧气在国外已经得到迅速的发展，其原理是利用分子筛对不同气体分子的吸附性能的差异而将气体混合物分开。
[0003]现有技术中，以常用的炭分子筛双罐法制取氮气为例。炭分子筛对氧气和氮气的分离作用主要是基于这两种气体在炭分子筛表面的扩散速率不同，炭分子筛是一种兼具活性炭和分子筛某些特性的炭质吸附剂。炭分子筛由很小微孔组成，孔径分布在0.3nm?Inm之间。较小直径的气体(氧气)扩散较快，较多进入分子筛固相，这样气相中就可以得到氮气的富集成分，此过程即为吸附；一段时间后，炭分子筛对氧的吸附达到平衡，根据炭分子筛在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性，降低压力使炭分子筛解除对氧的吸附，这一过程称为再生。炭分子筛双罐法通常使用两个炭分子筛罐并联，交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氮气流。
[0004]现有技术的炭分子筛双罐，其结构复杂、成本较高，不利于普及家庭使用。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提出一种制取氧气与氮气的设备，以解决现有技术中存在的问题。
[0006]为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的:
[0007]本发明实施例提供一种制取氧气与氮气的设备，包括:
[0008]—空气压缩净化器，所述空气压缩净化器与进气口连接；
[0009]—压缩空气存储罐，所述压缩空气存储罐与所述空气压缩净化器通过管路连接；
[0010]内部布置有炭分子筛的一炭分子筛罐，所述炭分子筛罐通过管路与压缩空气存储罐连接，且所述炭分子筛罐与所述压缩空气存储罐之间的管路设有一第一电磁阀；
[0011 ] —氮气存储罐和一氧气存储罐，所述氮气存储罐和所述氧气存储罐分别通过管路与所述炭分子筛罐连接，且所述氮气存储罐与氮气出口通过管路连接、所述氧气存储罐与氧气出口通过管路连接，所述炭分子筛罐与所述氮气存储罐之间的管路设有一第二电磁阀，所述炭分子筛罐与所述氧气存储罐之间的管路设有一第三电磁阀。
[0012]可选地，本实施例的制取氧气与氮气的设备还包括:
[0013]一控制器，所述控制器分别与所述第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀电连接，以通过电信号控制所述第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀的启闭。
[0014]可选地，炭分子筛罐内设有炭分子筛支撑孔板以及筒形中空内胆；
[0015]所述筒形中空内胆的一端与所述炭分子筛支撑孔板固定连接；
[0016]所述筒形中空内胆的胆壁呈锯齿形排布，且所述胆壁与所述炭分子筛罐的内表面密封连接。
[0017]可选地，所述炭分子筛罐还连接有用于采集压力信号的压力传感器，所述压力传感器与所述控制器电连接。
[0018]可选地，所述压缩空气存储罐与所述炭分子筛罐之间还进一步连接有活性炭净化罐;第一电磁阀连接于所述活性炭净化罐与所述炭分子筛罐之间。
[0019]可选地，所述活性炭净化罐与所述炭分子筛罐之间连接有第一过滤器；
[0020]所述炭分子筛罐与所述氮气存储罐之间连接有第二过滤器；
[0021 ]所述炭分子筛罐与所述氧气存储罐之间连接有第三过滤器。
[0022]本发明实施例还提供一种制取氧气与氮气的方法，使用如上所述的设备，包括:
[0023]101、将空气吸入空气压缩净化器，然后将净化后的空气传至压缩空气存储罐；
[0024]102、开启第一电磁阀，关闭第二电磁阀和第三电磁阀，将压缩空气存储罐中的空气传输至炭分子筛罐;其中，空气中的氧气随着压力的升高率先转化为液相被所述炭分子筛吸附，氮气保持为气相；
[0025]103、当所述炭分子筛罐内的压力达到第一压力时，关闭第一电磁阀、开启第二电磁阀、保持第三电磁阀关闭，将氮气传输至氮气存储罐；
[0026]104、当所述炭分子筛罐内的压力下降至第二压力时，保持第一电磁阀关闭，关闭第二电磁阀，开启第三电磁阀，被吸附的氧气由液相溢出转化为气相，并传输至所述氧气存储触;
[0027]105、当所述炭分子筛罐内的压力下降至第三压力时，关闭第三电磁阀，并返回至步骤102。
[0028]本发明的有益效果为，通过采用一个炭分子筛罐便可以实现氮气和氧气的分离，从而与现有技术相比，节省成本，简化结构，有利于家庭的普及使用。
[0029]另外，通过控制器自动控制第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀的启闭，从而可以自动控制对应管路的通断，以实现氮气和氧气的制取流程。
【附图说明】
[0030]图1为本发明实施例中的制取氧气与氮气的设备结构图；
[0031 ]图2为本发明实施例中的炭分子筛罐的结构示意图；
[0032]图3为本发明实施例中的制取氧气与氮气的设备在家庭应用的示例图一；
[0033]图4为本发明实施例中的制取氧气与氮气的设备在家庭应用的示例图二；
[0034]图5为本发明实施例中的制取氧气与氮气的设备在车载应用的示例图；
[0035]图6为本发明实施例中的制取氧气与氮气的设备使用方法流程图。
[0036]附图标记
[0037]100-制取氧气与氮气的设备；
[0038]101-过墙管；102-氮气出口； 103-氮气保鲜箱；104-氧气出口；
[0039]1-空气压缩净化器；
[0040]2-压缩空气存储罐;21-排污阀；22-压力表;23—安全阀；
[0041 ]3—活性炭净化罐;31—排污阀；32-第一过滤器；
[0042]4-第一电磁阀；
[0043]5 一炭分子筛罐;51—炭分子筛支撑孔板;52—筒形中空内胆;53—压力传感器；
[0044]6—第二过滤器;7—第二电磁阀；
[0045]8—氮气存储罐;81—排污阀;82—安全阀;83—压力表；
[0046]9—氮气出口节流阀；10—氮气出口控制阀；11一氮气出口流量计；
[0047]丨2—第三过滤器；13—第三电磁阀；
[0048]14一氧气存储罐；141 一排污阀；142—安全阀；143-压力表；
[0049]15-氧气出口节流阀；16-氧气出口控制阀；17-氧气出口流量计。
【具体实施方式】
[0050]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过具体实施例并参见附图，对本发明进行详细说明。
[0051]本发明实施例提供一种制取氧气与氮气的设备100，如图1所示，该设备100主要包括:一空气压缩净化器1、一压缩空气存储罐2、一活性炭净化罐3、一炭分子筛罐5、一氮气存储罐8和一氧气存储罐14、以及一控制器。
[0052]以下对上述各个部件的连接关系进行详细的说明。其中:
[0053]—空气压缩净化器I，所述空气压缩净化器I与进气口连接。空气经由空气压缩净化器I，可以去除大量水，粉尘，油雾，从而得到比较洁净的压缩空气。
[0054]一压缩空气存储罐2，所述压缩空气存储罐2与所述空气压缩净化器I通过管路连接。压缩空气存储罐2上设有排污阀21，压力表22，安全阀23。
[0055]当系统运行到规定时间，压缩空气存储罐2上的排污阀21打开，排除罐内杂质，保持罐内洁净。压力表22可随时监控罐内压力。安全阀23在罐内压力超过设定值时，开启泄压，保证罐内压力处于安全状态。
[0056]—活性炭净化罐3，活性炭净化罐3与压缩空气存储罐2通过管路连接。活性炭净化罐3的作用，是将进入其中的空气去除残余微量的水、粉尘、油雾，从而实现对压缩空气的深度净化。活性炭净化罐3上设有排污阀31。
[0057]内部布置有炭分子筛的一炭分子筛罐5，通过管路与压缩空气存储罐2连接，且所述炭分子筛罐5与活性炭净化罐3之间的管路设有一第一电磁阀4。
[0058]本实施例中，炭分子筛罐5作为本实施例中的制取氧气与氮气的设备的关键器件，以实现将进入其的空气进行氧气与氮气的分离。与其余部件相比，炭分子筛罐5的成本较尚，
[0059 ]更优地，参见图2，炭分子筛罐5内设有炭分子筛支撑孔板51以及筒形中空内胆52，筒形中空内胆52的一端与所述炭分子筛支撑孔板51固定连接。筒形中空内胆52的胆壁呈锯齿形排布，且所述胆壁与所述炭分子筛罐5的内表面密封连接。炭分子筛布置于炭分子筛罐5内的炭分子筛支撑孔板51以及筒形中空内胆52处。
[0060]其中，炭分子筛支撑孔板51为耐腐蚀高密度圆形孔板，板上小孔均布，既能支撑炭分子筛，又能起到气流均布，便于气体流通。锯齿形的筒形中空内胆52能够保证内胆周边的填充密度，延长在内胆周边气体透过路径，避免边缘与中心吸附状态不均匀，从而保证炭分子筛能够充分分离氧气和氮气。
[0061]在此需要声明，由于为家庭使用而并非工业使用，本实施例中的所指的氧气，并非指浓度为100%的氧气，而是指氧含量大于80%的氧气;本实施例中所指的氮气，也并非为浓度100%的氮气，而是指氮含量大于95%的氮气。本实施例中所产生的氧气，可以用于为室内保持合适的氧气浓度;本实施例中所产生的氮气，在蔬菜，水果，肉类，粮食等保鲜方面具有突出的优点和广阔的应用空间。
[0062]炭分子筛罐5还连接有用于采集压力信号的压力传感器53，所述压力传感器53与所述控制器电连接。该压力传感器53可以采集炭分子筛罐5内的压力信号并传输至控制器，从而可以使控制器根据压力的大小，发出对第一电磁阀4、第二电磁阀7和第三电磁阀13的控制信号。
[0063]另外，所述氮气存储罐8和所述氧气存储罐14分别通过管路与所述炭分子筛罐5连接，且所述氮气存储罐8与氮气出口 102通过