专利名称：一种空气分离富集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种空气分离装置，具体地说，涉及一种氧气和二氧化碳分离与富集的装置。本实用新型可提供洁净、富氧、贫二氧化碳的空气，适用于环境保护和医疗保健。
背景技术：
目前，在分离、富集空气的应用中，尤其是在呼吸的应用中，都存在一些问题。从空气中分离、富集氧气的方法和装置很多，由于技术和经济的原因，至今未能广泛地推广应用，尤其是在中小型地方和家庭中的应用。目前，只是在一些特定的地方有所应用，如在医院，在金属切割等一些地方，普遍使用的是瓶装氧气。
目前，空气的分离富集技术包括1、深冷法 包括深冷液化继之精馏。由于生产过程的复杂性，需要很大的生产规模才是经济的，加之后续的罐装和运输，在制造和使用中都需要专业人员才是安全的。这对推广应用有很大的局限性。
2、膜法和分子筛吸附法 使用该法来分离空气，以替代深冷法。但是，由于分子筛吸附剂和气体分离膜，都有一个共同的弱点，即经过反复使用后，会产生劣化现象，使分离效果下降，以至失效。其主要原因是这两种物质的表面容易被油雾及其它物质所污染。因此，在实际应用中受到很大的限制。
3、电解制氧法 耗电高，在电力能源十分短缺的情况下，不宜推广。
4、化学法 制氧的成本高，并且还造成二次污染。
空气是人类赖以生存的基本要素之一。成年人平均每天吸入15kg的空气，消耗600升左右的氧气。空气的品质直接关系着人类的生活、工作质量和身体健康。人一生中有70％左右的时间在室内度过。如果，空气污染，人体接触环境污染物过多，将危害人体的健康。
近年来，室内空气的品质，空气的污染与健康成为各国政府和公众关注的环境问题之一。特别是在我国，随着人民群众物质生活水平的提高，室内装饰，多种日用化学品的使用，大量电气产品的普及，尤其是空调的使用，导致居住房间密闭程度增加，造成室内空气的品质严重下降，致使室内产生大量的物理、化学、生物以及放射性污染因素。长期处于这些有毒有害的物质下，就会对人体产生不良影响，甚至发生各种疾病。
随着机械通气技术的不断改进和医学模式的转变，家庭通气治疗已成为一种辅助治疗的重要手段和改善生活质量的重要措施之一。实践证明长期家庭通气治疗能明显改善患者的主观症状，提高生活质量，降低医疗费用。
本实用新型主要涉及室内空气的品质，控制室内空气的氧气和二氧化碳的含量，使之达到卫生的标准。
发明内容
本实用新型的目的就是克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种结构简单、成本低、易于维护保养，可以中小型化、家用的气体分离富集装置。可提供洁净、富氧、贫二氧化碳的空气。
本实用新型的目的是这样实现的。
由图1可知，本实用新型由吸收装置A和解吸装置B组成并相互连接；(1)吸收装置A由第一过滤器1、压气泵2、冷却器3、射流混合器4、吸收室5、选择性液体6、冷凝器7、微孔分散器8、测温元件9、气液分离器10、振动换向阀11、第一阀门12、膜分离器13、水液分离器14、第二阀门15组成；各部件之间的位置及其连接关系是第一过滤器1、压气泵2、冷却器3依次连接，冷却器3中两接口分别与射流混合器4、气液分离器10连接；射流混合器4与微孔分散器8连接；微孔分散器8置于吸收室5中；吸收室5、振动换向阀11、膜分离器13依次连接；吸收室5外设置有冷凝器7、测温元件9；吸收室5、水液分离器14、第二阀门15依次连接；吸收室5中盛装有选择性液体6。
(2)解吸装置B由选择性液体6、浮子开关阀16、第三阀门17、第四阀门18、液气分离器19、抽气泵20、第二过滤器21、解吸室22组成；各个部件之间的位置及其连接关系是液气分离器19中盛装有选择性液体6，其内设置有浮子开关阀16；液气分离器19与第三阀门17连接；液气分离器19、第四阀门18、解吸室22依次连接；解吸室22的上部设置第二过滤器21；解吸室22与抽气泵20连接。
吸收装置A与解吸装置B的连接关系气液分离器10与第三阀门17连接；膜分离器13与液气分离器19连接；解吸室22与射流混合器4连接。
在吸收装置A中形成含有溶解气体的选择性液体6和未能溶解的气体，将未能溶解的气体分离出来；进一步在解吸装置B中从选择性液体6中分离出溶解的气体。由于采用选择性液体6，造成气体溶解的差别，使得溶解的气体与未溶解气的组分比例发生变化。
本实用新型的工作原理为了得到富集的气体，采用选择性溶解的方法，分别产生未溶解的气体和经过溶解、再解吸的两种气体。如图1所示空气经第一过滤器1，由压气泵2使空气得到压缩，由冷却器3来降低压缩空气的温度，接近室温。具有高于大气压的空气流经射流混合器4时，流动时产生压力差的作用，吸引经过再生和回收的选择性液体6一同流动混合。经过微孔分散器8，气体分散成微小的气泡，进入到吸收室5，使得吸收室5内的气体和选择性液体6都具有势能，迫使吸收室5的气体和选择性液体6，流到膜分离器13内多孔膜的两侧流动。由于振动换向阀11的振动和换向作用，使得在多孔膜两侧的气体和选择性液体6产生相互窜动，使得整个选择性的溶解变得非常容易，加强气体向选择性液体6中溶解的过程，提高溶解的效率。未溶解的气体经过第一阀门12流到气液分离器10中分离出的选择性液体6则经射流混合器4回收再循环使用，气液分离器10中分离出的未溶解的气体流到冷却器4中去冷却刚进入的压缩空气。在空气中含有一定的水蒸汽，空气溶解于选择性液体6时，难免有些水蒸汽变为液体留在选择性液体6中，水液分离器14的主要作用是分离出一部分水溶液。第一阀门12其主要作用是控制气体的流量，达到控制本实用新型的循环。采用冷凝器7来降低吸收室5的温度，测温元件9测量温度并用来控制冷凝器7的温度，达到提高溶解的效率。即，冷凝器7和测温元件9可组成温度控制系统。
解吸装置B中，含有饱和溶解气的选择性液体6和夹杂着未溶解的气体，从吸收装置A中的膜分离器13流入液气分离器19中，未溶解的气体浮在选择性液体6的上面，当数量达到一定数量时，打开浮子开关阀16，气体的压力高于第三阀门17的设定值时，放出一部分未溶解的气体。含有饱和溶解气的选择性液体6流过第四阀门18进入解吸室22。由于抽气泵20的作用，使解吸室22内的压力降低，溶解的气体从选择性液体6内逸出来，解吸的气体由抽气机20送到指定的地方。同时，含有饱和溶解气的选择性液体6在解吸室22中释放了气体得到再生，并由射流混合器4吸引并重复循环使用。
选择性液体6可以为不同的选择性液体，例如为富氧液膜6.1和富二氧化碳液膜6.2。
富氧液膜6.1，其主要作用是富集溶解O2。
富二氧化碳液膜6.2，其主要作用是富集溶解CO2。
富氧液膜6.1、富二氧化碳液膜6.2，均可到市场选购。
本实用新型的富氧液膜6.1是自制的，其组成及其工作原理如下图4中，富氧液膜6.1由磁铁微粉末25、偶联剂26、易溶氧油状液体23、表面活性剂24和膜稳定剂27组成。
以磁铁微粉末25(在100纳米左右)为核与易溶氧油状液体23通过偶联剂26进行粘接，在表面覆盖一层表面活性剂24组成富氧液膜，在表面活性剂24中含有膜稳定剂。具体地说，磁铁微粉末25为核，易溶氧油状液体23通过偶联剂26与磁铁微粉末25粘接，易溶氧油状液体23包围磁铁微粉末25，易溶氧液体23被表面活性剂24包围组成的富氧液膜，在表面活性剂24中加上膜稳定剂27，使膜更稳定。
富氧液膜6.1的工作原理某些气体在液体中的溶解度大，并且在溶液中的扩散系数一般也比在固膜中大。故液体对某些气体本来就有较高的选择性，反之，这些气体在这些液体中也有较高的渗透些。即某些气体流经这种液膜，通过加入载体物质进行富集，并且在若干情况下，液膜的渗透性和选择性会使该气体的富集度成数量级地增加。
易溶氧油状液体23，可以看成是具有均匀的电子云或电子轨迹的三维表面，点与点之间电子密度的差异达到一定程度后，就在这些基团上产生许多持久的偶极，甚至有离子存在。在分子水平上，氧气向可溶剂性的点位扩散来完成溶氧的过程。氧气是气体中最好的顺磁性物质。氧气具有感磁性，氧分子在磁铁的作用下可以带磁性，并可被磁极所吸引，而氮气则是反磁性物质。因此，产生了很好的选择分离效果。本实用新型的任务充分利用易溶氧油状液体23的选择性和氧气分子的顺磁特性，形成有机地结合，使得易溶氧油状液体23的电子云密度差异产生的偶极力和磁铁微粉末25的磁性作用力叠加，增加了分子水平级的动力学行为，在宏观上为实验可测得的输送性，成为本实用新型的富氧液膜。
富氧液膜6.1的制作磁铁微粉末25与偶联剂26混合，使之完全浸润，再加上易溶氧油状液体23混合均匀，产生偶合接枝反应，然后，加入表面活性剂24，倒入水溶液，用超声波或高速搅拌下即可生成富氧液膜6.1，加上膜稳定剂27，使膜更稳定。
本实用新型具有以下优点和积极效果1、吸收装置A能提高空气在液体中接触的面积和时间，增加气体的溶解数量，从而减小整个装置的体积。
2、应用范围极其广泛，如呼吸方面的吸氧、空调室内的降二氧化碳和增氧等。
3、生产过程简单、安全，容易推广；制氧成本低、耗电小，按制等量的氧气的耗电量仅“电解法”的几十分之一。
4、本实用新型不存在二次污染。
图1—本实用新型组成示意图；图2—本实用新型组成富氧呼吸器的原理框图；图3—本实用新型组成贫CO2呼吸器的原理框图；图4—富氧液膜6.1的组成示意图。
其中A-吸收装置，其主要功能是在较高的压力下，使空气能较多地溶解于选择性液体6中，因此采用不同的选择性液体6就能分离富集不同的气体。
B-解吸装置，其主要功能是在减压的情况下，使溶解于选择性液体6中的气体释放出来。
1-第一过滤器，一种常用外构件，由过滤筛组成，对外来的空气作净化处理。
2-压气泵，一种常用外构件，为空气提供能量，使空气得到压缩，使空气和选择性液体6在本装置内循环流动。
3-冷却器，一种常用外构件，降低压缩空气的温度，接近室温。
4-射流混合器，一种常用外构件，高压空气流经射流混合器4时产生压力差，从而吸引经过再生和回收的选择性液体6一同流动混合。
5-吸收室，一种盛装选择性液体6的密闭的容器，使得其内的选择性液体6和进入的气体都具有势能。
6-选择性液体，包括富氧(O2)液膜6.1和富二氧化碳(CO2)液膜6.2。采用不同的选择性液体时，可分别富集不同的气体，使本实用新型具有多功能的性能。
7-冷凝器，一种常用外构件，降低吸收室5的温度，提高溶解气的数量。
8-微孔分散器，一种常用外构件，其上布满微孔的长筒，使气体分散成微小的气泡，有利于空气的溶解。
9-测温元件，一种测量温度的常用外构件，可与冷凝器7组成温度控制系统。
10-气液分离器，一种常用外构件，从未溶解的气体中分离出选择性液体6的微滴。
11-振动换向阀，一种常用外构件，由于振动和换向作用，使得在膜分离器13两侧的气体和液体产生相互窜动，加强气体向液体中溶解的过程。
12-第一阀门，一种常用外构件，调节未溶解气的流量。
13-膜分离器，一种常用外构件，由多孔膜和多孔膜两侧的气体流道和液体流道组成，增加气体和液体的接触时间和面积，增加气体向液体中溶解的数量，并能缩小装置的体积。
14-水液分离器，一种密闭的容器，其中间有过滤水的过滤膜，分离出水蒸汽形成的水溶液。
15-第二阀门，一种常用外构件，放掉水液分离器14分离出的水。
16-浮子开关阀，一种常用外构件，防止选择性液体6从第三阀门17等地方流失。
17-第三阀门，一种常用外构件，液气分离器19的气体压力高于设定值时，放出未溶解的气体。
18-第四阀门，一种常用外构件，控制选择性液体6的流量。
19-液气分离器，一种盛装选择性液体6的密闭的容器，其底部有一园筒，分离出选择性液体6中夹杂的未溶解的气体。
20-抽气泵，一种常用外构件，降低解吸室22内的空气压力值。
21-第二过滤器，一种常用外构件，防止选择性液体6的流失。
22-解吸室，一种密闭的容器，由于解吸室22内的空气压力值较低，使溶解气从选择性液体6中逸出。
23-易溶氧油状液体，一种常用外购物质，具有气体交换功能和较大的溶解气体的能力，是磁铁微粉末25的体积的1-4倍。
24-表面活性剂，一种常用外购物质，是一种同时具有亲水性和疏水性的两种不同的官能团的低分子化合物，其中亲水基和疏水基定向排列，固定油水界面，形成稳定的膜形状，由于亲水基向外侧，抗污能力强，是易溶氧油状液体23体积的1-5％。
25-磁铁微粉末，一种常用外购物质，尺寸在100-1000纳米左右，具有磁性力的磁铁微粉末，氧气是气体中最好的顺磁性物质。氧气具有感磁性，氧分子在磁铁的作用下可以带磁性，并可被磁极所吸引。
26-偶联剂，一种常用外购物质，是一种同时具有能分别与无机物和有机物反应两种不同官能团的低分子化合物，偶合接枝反应实质上是化学键，生成的偶合键，是共价键，使得粘合强度显著提高。是磁铁的微粉末25体积的0.5-2％。
27-膜稳定剂，一种常用外购物质，是一种使膜更稳定，是表面活性剂24的0.1-0.3倍。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型进一步说明图2中，本实用新型的吸收装置A与解吸装置B的相互连接，在装置中循环流动的选择性液体6是本实用新型的富氧液膜6.1，则产生富氧的空气从解吸装置B送出。由本实用新型的吸收装置A与解吸装置B和富氧液膜等可组成富氧呼吸器。
图3中，本实用新型的吸收装置A与解吸装置B的相互连接，在装置中循环流动的选择性液体6是富CO2的液膜6.2，则产生富CO2的空气从解吸装置B中排出，气液分离器10中分离出的未溶解气则是贫二氧化碳的空气。采用本实用新型的吸收装置A与解吸装置B富CO2液膜等可组成，可产生贫CO2的空气。
权利要求1.一种空气分离富集装置，其特征在于由吸收装置(A)和解吸装置(B)组成并相互连接；吸收装置(A)由第一过滤器(1)、压气泵(2)、冷却器(3)、射流混合器(4)、吸收室(5)、选择性液体(6)、微孔分散器(8)、气液分离器(10)、振动换向阀(11)、第一阀门(12)、膜分离器(13)、水液分离器(14)、第二阀门(15)组成；各部件之间的位置及其连接关系是第一过滤器(1)、压气泵(2)、冷却器(3)依次连接；冷却器(3)中两接口分别与射流混合器(4)、气液分离器(10)连接；射流混合器(4)与微孔分散器(8)连接；微孔分散器(8)置于吸收室(5)中；吸收室(5)、振动换向阀(11)、膜分离器(13)依次连接；吸收室(5)、水液分离器(14)、第二阀门(15)依次连接；吸收室(5)中盛装有选择性液体(6)；解吸装置(B)由选择性液体(6)、浮子开关阀(16)、第三阀门(17)、第四阀门(18)、液气分离器(19)、抽气泵(20)、第二过滤器(21)、解吸室(22)组成；各个部件之间的位置及其连接关系是液气分离器(19)中盛装有选择性液体(6，)其内设置有浮子开关阀(16)；液气分离器(19)与第三阀门(17)连接；液气分离器(19)、第四阀门(18)、解吸室(22)依次连接；解吸室(22)的上部设置第二过滤器(21)；解吸室(22)与抽气泵(20)连接；吸收装置(A)与解吸装置(B)的连接关系气液分离器(10)与第三阀门(17)连接；膜分离器(13)与液气分离器(19)连接；解吸室(22)与射流混合器(4)连接。
2.按照权利要求1所述的一种空气分离富集装置，其特征在于吸收室5外设置有冷凝器(7)和测温元件(9)。
3.按照权利要求1所述的一种空气分离富集装置，其特征在于选择性液体(6)，或为富氧液膜(6.1)，或为富二氧化碳液膜(6.2)。
4.按照权利要求3所述的一种选择性液体(6)，其特征在于富氧液膜(6.1)由磁铁微粉末(25)、偶联剂(26)、易溶氧油状液体(23)、表面活性剂(24)和膜稳定剂(27)组成；磁铁微粉末(25)为100-1000纳米，偶联剂(26)是磁铁微粉末(25)体积的0.5-2％，易溶氧油状液体(23)是磁铁微粉末(25)体积的1-4倍，表面活性剂(24)是易溶氧油状液体(23)体积的1-5％，膜稳定剂(27)是表面活性剂(24)体积的0.1-0.3倍；各种物质之间的相互关系是易溶氧油状液体(23)通过偶联剂(26)与磁铁微粉末(25)粘接，易溶氧油状液体(23)包围磁铁微粉末(25)，表面活性剂(24)包围易溶氧液体(23)。
专利摘要本实用新型公开了一种空气分离富集装置，涉及一种空气分离装置，具体说，涉及一种氧气和二氧化碳分离与富集的装置。本实用新型由吸收装置A和解吸装置B组成并相互连接；吸收装置A由第一过滤器1、压气泵2、冷却器3、射流混合器4、吸收室5、选择性液体6、冷凝器7、微孔分散器8、测温元件9、气液分离器10、振动换向阀11、第一阀门12、膜分离器13、水液分离器14、第二阀门15组成；解吸装置B由选择性液体6、浮子开关阀16、第三阀门17、第四阀门18、液气分离器19、抽气泵20、第二过滤器21、解吸室22组成。本实用新型可提供洁净、富氧、贫二氧化碳的空气，适用于环境保护和医疗保健；生产过程简单、安全，容易推广。
文档编号F24F1/00GK2729559SQ200420076388
公开日2005年9月28日 申请日期2004年8月24日 优先权日2004年8月24日
发明者徐伯柳 申请人:徐伯柳