专利名称：小型变压吸附制氧机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种变压吸附制氧机，属于制氧设备领域。
背景技术：
随着生活水平的不断提高，人们对自身的身心健康情况也越来越重视。氧气因对人体有多项益处，而被人们广泛用于家庭保健、医疗、体育训练、洗浴美容等多种行业，相应的各种原理的制氧机也越来越多。深冷法因工艺复杂、能耗高而逐渐退出了民用制氧行业，化学法和电解法制氧技术也因成本高、污染严重而难以被重用，而变压吸附法制氧技术因工艺简单、成本低、无污染、自动化程度高而逐渐在民用领域占据了主导地位。
近年来，许多科技工作者相继开发了多种变压吸附法制氧技术和相应设备，但因设备结构没有太大突破，或吸附剂装填品种和形式单一，致使制氧机设备体积太大、太重，制氧机功能也很单一；除了能把空气中的氧气富集到90％左右外，再没有其他功能可用。中国专利局公开了号为CN2178138Y的专利申请，其中设计了一种板式管路来连接吸附管和电磁阀组，但其吸附管是圆筒直线形，致使整机高度增加；中国专利局所公开的号为CN2354923Y的专利申请，其中设计了一种隔套式变压吸附法空分设备，把干燥管放在吸附管内部，而吸附管本身仍是圆筒状，这样又增加了吸附管的体积和重量；中国专利局又公开其号为CN2363731Y的专利申请，其中设计了一种进排气管可以随意拆装的吸附装置，但只是解决了几个吸附管之间的灵活拆装问题，吸附管本身形状并没有改变圆筒状结构。
现有技术的制氧机主要包括空气压缩机、风冷管、二位五通阀、吸附管、单向阀、缓冲器、饱和器和排风扇，它在结构上和制氧效果上存在有下列不足①所采用的吸附管是圆筒形结构，其内腔又呈圆形横断面，因此，无法解决管内气流单一流动状态，②吸附剂装填品种和形式单一，导致制氧机功能单一，③制氧机体积大，重量大，④净化效果低。
本实用新型的目的是要克服现有技术存在有①不利于提高吸附剂多向吸附性能的圆形筒形结构的吸附管，②制氧机重量大、体积大，③吸附功能单一、成本高，④净化效果低的不足，并提供一种重量轻，体积小，成本低、功能多，净化效果好的制氧机，特提出本实用新型的技术解决方案。
实用新型的内容 本实用新型的基本构思是，将吸附管的圆筒形内腔结构，改为其横断面为椭圆形或多边形的内腔结构；将直筒形的吸附管结构改为“U”形、“N”形或“W”形结构；并在内腔中加有隔板及多个装填层结构；将缓冲器和饱和器制作成扁平状；风冷管制作成曲折状和盘绕状；在风冷管与二位五通阀之间加有过滤分水器，以及将单向阀改为单向阀组的结构。
本实用新型所设计的一种小型变压吸附制氧机，主要是由空气压缩机[3]、风冷管[1]、二位五通阀[18]、吸附管[5]、单向阀、缓冲器[12]、流量计[6]、饱和器[7]和排风扇[24]所构成，其特征在于与空气压缩机[3]出口相连的风冷管[1]制成曲拆状和盘绕状，固定在压缩机两端风扇[2]和排风扇[24]前面；风冷管[1]的末端与二位五通阀入口[17]之间，还连接有过滤分水器[21]；制氧机内所设计的多个吸附管[5]，均制成“U”形、“N”形、“W”形，其腔体的横断面是椭圆形或由直边或曲边、或直边与曲边所构成的多边形管腔，在多边形的管腔中还设有隔板[28]，将其管腔隔成多个隔间结构，隔板与腔底之间留有气体通道[26]，管腔的底面是封闭的，吸附管上端的两个管口，用螺旋帽盖[29]或法兰或螺栓压盖密封，并在其中间位置，分别开有吸附管入口[14]和吸附管出口[13]；缓冲器[21]和饱和器[7]均制成扁平状结构。
本实用新型的进一步特征在于吸附管[5]内，从吸附管入口[14]开始，还分别设有吸水层[30]、复合吸附层[31]、分子筛层[32]和沸石分子筛层[27]的金属筛网[33]；在吸附管出口[13]与缓冲器[12]之间装有单向阀组[10]，单向阀组的每个单向阀进口[9]，分别用细管[11]与相对应吸附管出口[13]相连，单向阀进口[9]，用弹簧片[37]或螺旋弹簧反向压紧，单向阀组出口与缓冲器[12]通过连接导管[36]接触相连，缓冲器出口的接管[35]上装有减压阀[8]。
本实用新型所设计的技术方案，是使用两端都带有风扇的双缸活塞式无油空气压缩机；采用传热系数大的铜或铝合金管制作的风冷管，在经过压缩机两端和底部排风扇处，均呈曲折和盘绕式状态，使压缩空气冷却，这样，也就可以省去专门用于冷却空气用的多余风扇，减少体积和成本；在风冷管的末端连接一个过滤分水器，其目的是为了把经过冷却而凝结的水和空气粉尘过滤除去，这样即可以保证进入吸附管气体干净，又可延长吸附剂的使用寿命，使用中经常采用的是旋风式过滤分水器；整台制氧机通常安装2～4个吸附管，用塑料、铝合金、树脂或玻璃钢材料经浇铸或加工而成“U”形、“N”形、“W”形，其管腔的横断面为椭圆形或由直边或曲边、或直边与曲边所构成的多边形，在该腔内还设有隔板将管腔隔成2～4个隔间，隔板一端留有通气的通道，以使相邻两个隔间相通，这样就可以保证吸附管长径比的前提下，使吸附管的高度大比例缩减，充分利用有效空间，减小整体体积，由于吸附管的横断面的形状采用了椭圆形或多边形，这样就会使平稳的气体流动状态得到改变，增加气体混合流型和湍动度有利于提高吸附剂的多向吸附性能；吸附管的进出气口用螺旋帽盖或螺旋结构密封压紧，是为了便于灵活摆放吸附管而不使吸附剂活动和流失；因此，每个吸附管可以正放、倒放或斜放，即方便又可节省空间；吸附管内设有4个隔层，是为了装填不同吸附剂，而使在制氧的同时，还可以有效吸附空气中对人体有害的其他多种杂质气体，使人们能吸收到真正干净的氧气，从进气口开始第一层是由氧化铝制作的吸水层，是用来吸附空气中的水份，第二层是复合吸附层，是由活性炭和活性炭纤维混合制成，它是用来吸附空气中的有机挥发物、油烟、硫化物、氮氧化物等，第三层是分子筛层，是由在氧化铝上负载锰酸盐、磷氧化物而制成的，其目的是用来吸附分解氨、一氧化碳、恶臭等气体，第四层是沸石分子筛层，它是专门用来吸附氮气的；在每个吸附管的出口通过细管与单向阀连通，是为了避免吸附管之间相互串通气体，而单向阀进口[9]用弹簧片或螺旋弹簧反向压紧，是为了减少分体式单向阀所占用的空间；缓冲器和饱和器，均制作成扁平状，可以减小体积，缓冲器用非金属材料浇铸制成，与单向阀组组装在一起，并在其出口装有减压调节阀，使结构更加紧凑，饱和器用透明材料制作，有利于观察里面水位的变化；二位五通阀是用电子控制器[15]带动阀芯自动切换，以实现整机的自动化运作；空气压缩机安装在隔音箱[23]中，除流量计和饱和器外，其他组件都安装在外壳[22]内，这有利于减少噪音和整机的美观。
本实用新型所设计的小型变压吸附制氧机的主要优点是①体积比已有技术可减小1/3，重量也减少1/3，而成本相应降低1/5，②在制备氧气的同时，还具备能去除多种有害杂质的功能，③所制备的氧气产品纯净无毒，吸入后有利于人们的身心健康。
下面是结合附图进一步阐明本实用新型的具体细节本实用新型共设计6幅附图图1是本实用新型打开外壳后其内部整体组装结构示意图，图2是本实用新型所设计的吸附管剖面结构示意图，图3是通过连接导管与缓冲器连在一起的单向阀组剖面结构示意图，图4是图3处于右边单向阀进气时的剖面结构状态示意图，图5是图3处于左边单向阀进气时的剖面结构状态示意图，图6是本实用新型所设计的制氧机外形结构示意图，现分别说明如下图1是本实用新型打开外壳后其内部整体组装结构示意图。
该图用点划线表示制氧机的外壳[22]位置，点线表示制氧机内设有的隔音箱[23]位置，图中显示，两端带有风扇[2]的空气压缩机[3]，风冷管[1]、排风扇[24]和过滤分水器[21]均设在隔音箱[23]内，而风冷管在空气压缩机两端处和在排风口[25]处均设置成曲折状或盘绕状，风冷管的末端与过滤分水器入口[19]相连，而过滤分水器出口[20]则通过细管[11]与二位五通阀入口[17]相连，在隔音箱[23]的外部，外壳[22]之内，则设有二位五通阀[18]、电子控制器[15]、吸附管[5]、单向阀组[10]、缓冲器[12]和减压阀[8]，而流量计[6]、饱和器[7]则设在外壳的外部。二位五通阀[18]由电子控制器[15]控制其气体进入每个吸附管[5]的时间，使气体在变压条件下，由二位五通阀出口[16]通过细管[11]及吸附管[5]而先后交替进入每个单向阀进口[9]，然后，通过单向阀组[10]与缓冲器[12]的连接导管进入缓冲器[12]，再经接管和减压阀[8]，由细管进入设在外壳外面的流量计[6]和饱和器[7]，最后，将制得的干净氧气送入室内。应注意的是，图中所设的吸附管[5]为两个“U”形管，各有一个吸附管入口[14]，因此，也就有两个吸附管入口[14]和两个吸附管出口[13]，这样二位五通阀就有两个二位五阀出口[16]和二个单向阀进口[9]，实际上，由二位五阀出来的气体是从两个出口出来的两条路线，在电子控制器[15]作用下，二位五通阀[18]的两个出口先后交替向各自的路线中的吸附管充气、断气以达到交替变压吸附的目的。图中由二位五通阀出口[16]，通向二个吸附管入口[14]的两个箭头和二个吸附管出口[13]向二个单向阀进口[9]的两个箭头，只表示气体流动方向，而不是表示工作时的同时进、出关系。实际上，它们是在电子控制器[15]的指令下，由于二位五通阀的两个出口是交替开、闭，两个“U”形管便产生一个增压、一个减压，而二个单向阀进口[9]，也是一个开启一个关闭的交替工作，使缓冲器内保持稳定的气流和压力。
图2是本实用新型所设计的吸附管的剖面结构示意图。
图中显示，该吸附管[5]是一种“U”型结构，它像似两个连在一起的“瓶子”，其内腔近似“U”型状，而内腔横断面是长方形，在内腔中加有隔板[28]，隔板两侧空腔的上部用螺旋帽盖[29]密封，并在设有金属筛网[33]一侧的螺旋帽盖中间设有吸附管入口[14]，在其相对侧螺旋帽盖中间设有吸附管出口[13]，在隔板的下方与吸附管底面之间留有气体通道[26]，在金属筛网上，从入口开始，分别装填颗粒状氧化铝的吸水层[30]、由活性炭和活性炭纤维混合制作的复合吸附层[31]，由锰酸盐、磷氧化物制作的分子筛层[32]和沸石分子筛层[27]，每层中间有金属筛网[33]相隔。箭头方向表示工作时气体的流动方向。
图3是通过连接导管与缓冲器连在一起的单向阀组的剖面结构示意图。
图中显示，单向阀组[10]通过连接导管[36]与缓冲器[12]接触连接并相通。而在两个单向阀进口[9]的末端上方用加有密封垫[34]的弹簧片[37]反向压紧，在两个单向阀进口的中间设有与弹簧片连在一起的弹簧片支撑座[38]，在缓冲器[12]的一端的接管[35]上，安装有减压阀[8]，本图是表示单向阀组[10]与缓冲器[12]的结构连接关系，进出气流的流动方向关系，而不是表示工作状态，因为加有密封垫[34]的弹簧片[37]在反向压力作用下已将两个单向阀进口[9]封闭，此时，已不是进气状态。而工作时的进气则其两个单向阀进口则是一个是开的，另一个则是封闭的，两个单向阀是交替进气的。
图4是图3处于右边单向阀进气时的剖面结构状态示意图。
图中显示，处在单向阀组[10]右边的单向阀进口[9]开启，这表明右边的吸附管压力增大，克服弹簧片[37]的压力而将右边的单向阀进口打开，工作气体则由此经单向阀组顺其连接导管[36]而进入缓冲器[12]，并由接管[35]通过减压阀[8]而进入流量计，而左边的单向阀进口仍是关闭的，图中的箭头方向表示工作气体的流动方向。其他符号同图3。
图5是图3处于左边单向阀开始进气的剖面结构状态示意图。
图中显示，处在单向阀组[10]左边的单向阀进口[9]开启，而此时，处在右边的单向阀进口则是关闭的，箭头方向表示工作气体的流动方向，其他内容及其符号均同图4。
图6是本实用新型所设计的一种小型变压吸附制氧机外形结构示意图。
图中显示，制氧机的各零部件均按图1的连接关系，被装置在一个外壳[22]内，外壳的底部的4个角均设有脚轮[40]，其上部设有开关[39]，其流量计[6]和缓冲器[7]则露在外面。
具体实施方式
实施例1××公司在会议室内装设有本实用新型的一种小型变压制氧机，其外形尺寸为300mm×280mm×280mm，重量为16.2kg，氧气产量1～5L/min，采用双缸活塞式无油空气压缩机[3]，其排气量为98L/min，排气压力为0.2MPa，风冷管[1]是φ10×1的铜管，总长2.6m，在压缩机两端风扇和底部排风扇[24]的排风处都设有风冷管盘绕状的冷却段，在风冷管的末端连接一个φ40的旋风式过滤分水器[21]，过滤分水器出口[20]与二位五通阀入口[17]用细管连接，二位五通阀出口[16]再用细管与吸附入口连接，吸附管出口[13]与单向阀进口[9]相连，在单向阀组[10]中的气体由连接导管[36]进入缓冲器腔体，缓冲器通过减压阀[8]用细管与流量计[6]相连，流量计再用细管与饱和器[7]相连接。
制氧机共设有两个吸附管[5]，每个吸附管截面为78×156mm的长方形方筒，高200mm，底部用平板密封，中间用平板制作一个隔板[28]，把方筒内部空腔隔成两个截面是78×78mm的正方形隔间，隔板与筒底之间留有10mm宽的气体通道；两个正方形隔间的顶部用螺旋帽盖[29]密封，中间留有进出气接口，采用聚丙烯材质浇铸而成，整体呈现“U”形；吸附管内部从进气端开始，第一层装φ2mm的颗粒状氧化铝，第二层装碳素材料复合吸附剂，第三层装除臭分子筛，第四层装沸石分子筛；两个吸附管装填吸附剂总量2.6kg；单向阀组[10]采用双体组合式，阀芯由弹簧片[37]反向压紧；缓冲器[12]内部空间长宽高分别是250×60×15mm，用聚丙烯材料浇铸而成，出口装有减压阀的饱和器尺寸100×5020mm，用有机玻璃制作。
操作过程中，当打开电源开关后，制氧机便开始工作，此时压缩空气便由其出口进入风冷管，经风扇的冷却后进入过滤分水器，在连接细管的导引下，随后气体先后进入二位五通阀，吸附管、单向阀组、缓冲器、流量计，最后进入饱和器，由饱和器出口进入会议室。
经检测，含氧浓度达92±3％，残余氮气和氩气浓为5～10％，不含其他对体有害杂质。
权利要求1.一种小型变压吸附制氧机，主要是由空气压缩机[3]，风冷管[1]、二位五通阀[18]、吸附管[5]、单向阀、电子控制器[15]、缓冲器[12]、流量计[6]、饱和器[7]和排风扇[24]所构成，其特征在于a)与空气压缩机[3]出口相连的风冷管[1]制成曲折状和盘绕状，固定在其压缩机两端风扇[2]和排风扇[24]前面，b)风冷管[1]的末端与二位五通阀入口[17]之间，还连接有过滤分水器[21]，c)制氧机内所设计的多个吸附管[5]，均制成“U”形、“N”形、“W”形，其腔体的横断面是椭圆形，或由直边、或曲边、或直边与曲边所构成的多边形管腔，在多边形的管腔中，还设有隔板[28]，将其管腔隔成多个隔间结构，隔板[28]与腔底之间留有气体通道[26]，管腔底面是密封的，吸附管[5]上端的两个管口，用螺旋帽盖[29]或法兰或螺栓压盖密封，并在其中间位置，分别开有吸附管入口[14]和吸附管出口[13]，d)缓冲器[21]和饱和器[7]均制成扁平状结构。
2.根据权利要求1所述的一种小型变压吸附制氧机，其特征在于吸附管[5]内，从吸附管入口[14]开始，还分别设有吸水层[30]、复合吸附层[31]、分子筛层[32]和沸石分子筛层[27]的金属筛网[33]。
3.根据权利要求1所述的一种小型变压吸附制氧机，其特征在于在吸附管出口[13]与缓冲器[12]之间，装有单向阀组[10]，单向阀组的每个单向阀进口[9]，分别用细管[11]与相对应的吸附管出口[13]相连，单向阀进口[9]用弹簧片[37]或螺旋弹簧反向压紧，单向阀组[10]通过连接导管[36]与缓冲器[12]接触相连，在缓冲器出口的接管[35]上装有减压阀[8]。
专利摘要一种小型变压吸附制氧机，由空气压缩机[3]、风冷管[1]、二位五通阀[18]、吸附管[13]、单向阀、缓冲器[12]、流量计[6]、饱和器[7]和排风扇[24]所构成，特征风冷管盘绕在空气压缩机两端的风扇前面和排风扇[24]前面；风冷管的末端与二位五通阀入口[17]之间，还连接有过滤分水器[21]；吸附管制成“U”、“N”、“W”型结构，管内横断面呈椭圆形或多边形，并设有隔板和装有四种不同功能吸附剂的隔层，缓冲器和饱和器制成扁平状。优点制氧机体积小、重量轻、功能全、成本低。
文档编号B01D53/047GK2523490SQ0128045
公开日2002年12月4日 申请日期2001年12月28日 优先权日2001年12月28日
发明者张永春 申请人:大连理工大学