专利名称：便携式功能型气体发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体制备技术领域，具体是指一种便携式功能型气体发生器。
背景技术：
在工农业生产、环保、医疗保健、娱乐休闲及广大中小学教学、实验等行业或部门中，人们经常小规模、频繁使用氧、氢、二氧化碳等常见气体，尤其是氧气。作为便携制氧装置，国内目前仅有以“氧立得”为代表的一类装置，该装置采用固体制氧剂，用带有盖子的简单塑料容器进行制氧，每次制氧都要用手动方式直接打开并合好盖子，注入清水，拆开制氧药袋和催化剂药袋，将其先后倒入容器中，用手将废水料倒掉，使用起来不够方便。而更本质的缺点是全部反应物是一次性投入，无法做到在不停止供氧的情况下进行再加料，总的产气量必然很小，供气时间必然很短，并且产氧量由于投入物质一开始就全部起作用，必然导致先多后少。因此，该装置在生产、生活中实用意义不大。以“氧立得”为例，仅适用于短时间应急需要，按产气率500ml/min产氧，一次供气仅15分钟，并且制氧成本因使用固体制氧剂(Na2O2)，与液体制氧剂(H2O2)相比较，在相同产氧量情况下，造价要高出8至10倍。而液体制气剂，包括双氧水在内，却存在着具有一定的腐蚀性或刺激性，加上是液体形态，在使用、携带上都十分不便，因此显然不宜直接用来制氧。这正是现在市场产品皆未采用液体制氧剂的根本原因。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术中存在的不足之处，提供一种便携式功能型气体发生器。该装置可以使用液体制氧剂制氧，大大提高了气体产出量，降低了单位体积气体的制造成本，延长持续供气时间；单位时间产氧量(产气速率)基本保持稳定和可控；且因成本低廉，因而除了能够满足应急用氧之外，对处于特殊环境条件下的生产、生活有实用意义。
本发明所述一种便携式功能型气体发生器，包括机上盖以及安装在机上盖下方的储藏室、反应室和洗气室相互连接组成，所述机上盖上活动安装有面板；所述机上盖与储藏室、反应室和洗气室的顶部固定密封连接，所述面板上分别设置有充气手柄、开关一、开关二、开关三、主调节开关和辅调节开关，并分别开有加水口、加液口、出气口和排废口，所述充气手柄连接有充气筒，所述充气筒固定安装在机上盖上，充气筒的开口向上，筒体伸入储藏室内；所述开关一为四通开关，通过导管分别与开关二、充气筒底部、开关三和储藏室内顶部相连通；所述开关二为五通开关，通过导管分别与反应室底部、储藏室底部、开关一、排废口和反应室内顶部相连通；所述开关三为四通开关，通过导管分别与出气口、开关一相连通，并分两路与洗气室内顶部相连通；所述主调节开关和辅调节开关分别通过螺杆连接有反应器，所述两个反应器的位置均处于反应室内；所述加水口与洗气室内顶部相连通，所述加液口与储藏室内顶部相连通；所述反应室内的顶部通过导管与洗气室的底部相连通。
为了更好地实现本发明，所述开关一、开关二、开关三、主调节开关和辅调节开关均固定安装于机上盖上，并通过安装槽口设置于面板上；所述开关一与充气筒底部之间的导管以及开关二与储藏室底部之间的导管均由下而上穿过机上盖，且管中均安装有单向阀，单向阀的位置均固定在机上盖上面一侧的相应管路中；所述开关三内安装有净化器；所述储藏室、反应室和洗气室的底部对应导管开口位置均设有汇聚槽；所述五通开关包括壳体，所述壳体中央固定有一个连通管孔五，其一端开口于壳体底部，另一端开口于壳体顶部中央，所述连通管孔五周围另均匀设置有四个连通管孔一、二、三、四，四个连通管孔的一端均开口于壳体顶部，另一端均开口于壳体外侧；在壳体顶部安装有旋盖，所述旋盖底端开有两个连通槽，所述连通槽一分别与连通管孔五和连通管孔一、二、三、四中的任意一个开口相连通，分别形成一条流体通路，所述连通槽二分别将连通管孔一、二、三、四中的任意相邻两个开口相连通，分别形成另一条流体通路；所述四通开关为五通开关中除连通管孔五外的任一连通管孔被封闭构成；所述反应器套装在螺杆上，与螺杆螺纹滑动连接，其底部开有直径为2.5～3.0毫米的小孔，侧壁靠近顶部处开有出气孔，两侧固定有与螺杆平行的沟槽，所述沟槽滑动设置在两侧的导轨上；加水口、加液口通过滑动或转动的密封垫或密封套安装有顶盖；所述主调节开关和辅调节开关的螺杆上安装有带滑动转动密封垫和密封套的扣环，所述螺杆通过滑动转动的密封套与扣环活动连接，所述主调节开关和辅调节开关通过扣环和滑动转动的密封垫与机上盖密封滑动转动连接。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1、本发明通过独特的结构设计，实现了氧气制备时利用液体制氧剂(如双氧水)制氧，与通常采用固体制氧剂(过氧化钠)相比，使制氧成本降低90％以上。
2、本发明解决了在不中断供气的情况下进行多次再加料问题，使整个装置的产气量和供应时间都提高或延长了一个数量级以上。
3、本发明增加了净化器结构，更进一步提高了产气纯度。例如制备氧气时，极大地降低了产出氧气中的微量过氧化物成份，更有利于人体健康。
4、本发明由于实现了对反应过程地操控调节，使产气速率平稳均匀。
5、本发明巧妙地采用三个开关组成管网控制系统，结构和操作都更加简单，更加实用。
图1是本发明的外观示意图；图2是本发明的结构示意图；图3、4是本发明的管路结构示意图；图5是本发明中五通开关的转换开关座的剖视图；图6是本发明中五通开关的转换开关座的俯视图(打开转换开关盖后)；图7是本发明中五通开关的转换开关盖的仰视图；图8至14是本发明的工作状态管路示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步地详细说明。由于目前人们日常使用的气体发生器大多以制备氧气为主，为便于理解，本发明也以制备氧气的气体发生器为例，但本发明的实施并不限于此，例如制备二氧化碳气体等，在此不做具体叙述。
如图1、2、3和4所示，本发明所述一种便携式功能型气体发生器，包括机上盖1以及安装在机上盖1下方的储藏室2、反应室3和洗气室4三个容器相互连接组成，机上盖1上方活动安装有面板5，下方与储藏室2、反应室3和洗气室4的顶部四壁通过专用带卡槽的硅胶垫圈17固定密封连接，使得储藏室2、反应室3和洗气室4之间以及与外界空间之间密封隔绝，夹在机上盖1与面板5之间的空间用来排布导管等器件，面板5上分别设置有充气手柄6、开关一7、开关二8、开关三9、主调节开关10和辅调节开关11，并分别开有加水口12、加液口13、出气口14和排废口15，开关一7、开关二8、开关三9及主调节开关10和辅调节开关11均安装于机上盖1上，并通过相应位置的孔位嵌装在面板5上。面板5的作用一是保护装置内各个容器、导管网，二是对设置在面板5上的各个操作部件进行文字标识，以便于使用。加水口12、加液口13通过可以滑动或转动的密封垫或密封套16-2安装有顶盖16-1。主调节开关10和辅调节开关11的螺杆上套装有带滑动转动密封套的扣环，实现螺杆在对扣环自由转动时对外界地滑动或转动密封。主调节开关10和辅调节开关11与机上盖1通过扣环以及安装在扣环上的转动滑动密封垫压紧连接，工作时安好旋紧，使主调节开关10和辅调节开关11固定位置并压紧密封，当调节开关及反应器被拆下时，所留槽口可以作为反应室3的加水口。
充气手柄6通过气筒盖6-1、气筒活塞O型环6-2、气筒活塞卡座6-3连接有充气筒6-4，充气筒6-4固定安装在机上盖1上，充气筒6-4的开口向上，筒体伸入储藏室2内。开关一7为四通开关，由旋帽7-1、压紧O环7-2、压紧扣环7-3、转换开关盖7-4、滑动密封五孔垫片7-5、转换开关座7-6构成，并分别通过导管与开关二8、开关三9、储藏室2内顶部相连通，还通过输气管6-5与充气筒6-4底部相连通。开关二8为五通开关，由旋帽8-1、压紧O环8-2、压紧扣环8-3、转换开关盖8-4、滑动密封五孔垫片8-5、转换开关座8-6构成，并通过导管分别与反应室3底部、储藏室2底部、开关一7、排废口15和反应室3内顶部相连通。开关三9为四通开关，由旋帽9-1、转换开关座9-6等构成(结构同开关一7)，并通过导管分别与出气口14、开关一7相连通，并分两路与洗气室4内顶部相连通。主调节开关10通过带有滑动密封套10-2、密封旋扣10-3、密封旋扣垫圈10-4的螺杆10-1连接有带有盖子的主反应器10-5；辅调节开关11通过带有滑动密封套11-2、密封旋扣11-3、密封旋扣垫圈11-4的螺杆11-1连接有带有盖子的辅反应器11-5，上述两个反应器均安装在反应室3内。加水口12与洗气室4内顶部相连通，加液口13与储藏室2内顶部相连通，反应室3内的顶部通过导管与洗气室4的底部相连通。储藏室2、反应室3和洗气室4三个容器置于一个箱体18内。
开关一7与充气筒6-4底部之间的导管以及开关二8与储藏室2底部之间的导管中均安装有单向阀20，分别阻止气体、液体倒流，单向阀20的位置均固定在管道中位于机上盖1上方一侧；开关三9内安装有净化器9-7，净化器9-7为一装满催化剂(例如二氧化锰)固体颗粒的带盖容器，其上盖与器底均开有多个孔，在氧气排出通路中进一步净化氧气中的过氧化物成分；储藏室2、反应室3和洗气室4的底部分别对应导管23-1、23-2、23-3开口位置均设有汇聚槽21，作为装置底脚有利于摆放，排液时还可以汇集余液，到达尽可能排放干净的效果。储藏室2、反应室3和洗气室4三个容器的底部对外连通均由导管一端探入容器内底部，另一端由容器顶部出口实现，导管插入容器内底部的一端均安装有过滤咀22-1(细孔、在储藏室2内)、22-2(粗孔、在反应室3内)、22-3(细孔、在洗气室4内)，并正对汇聚槽21底部，过滤咀在排放液体时阻挡异物进入，保证管路畅通，或在作为洗气时的氧气出口，将氧气切割成足够小的气泡，以提高洗涤、净化效果。
反应器为一个带有盖子的容器，其中央嵌有内壁带螺纹的圆柱形管，反应器通过圆柱形管螺纹套装在螺杆上，与螺杆螺纹滑动连接，其底部开有直径为2.5～3.0毫米的小孔(使反应液能够进入器内，并防止较大固体颗粒从中脱漏，及控制进入液体的快慢)，侧壁靠近顶部处开有出气孔，两侧还带有与螺杆平行的沟槽，两个沟槽分别滑动地卡在导轨对19-1、19-2(主反应器)，19-3、19-4(辅反应器)上。反应器底部开小孔和将出气口开在顶部的共同作用是当反应液开始反应时，形成液体不断进入和气体不断冒出的通路，并造成一个相对于环境温度高出10～15℃的高温区域，使得当全部液体温度尚低时就能发生足够强劲的反应，起到缩短起动反应时间的作用。反应器两侧沟槽与导轨的作用是当扭动螺杆时，在导轨的制约下，反应器只能发生上、下移动而不发生转动，从而控制气体制备时反应的开始与停止。
如图5、6和7所示，五通开关(即开关二)的转换开关座包括壳体24，壳体24中央固定有一个连通管孔五25，其一端开口于壳体24底部，另一端开口于壳体24顶部，连通管孔五25周围另均匀设置有四个连通管孔一26、二27、三28、四29，四个连通管孔的一端均开口于壳体24内顶部，另一端均开口于壳体24外侧，在壳体24顶部安装有转换开关盖8-4，转换开关盖8-4底面开有两个连通槽，连通槽一30分别与连通管孔五25和连通管孔一26、二27、三28、四29中的任意一个开口相连通，分别形成一条流体通路，连通槽二31分别与连通管孔一26、二27、三28、四29中的任意相邻两个开口相连通，分别形成另一条流体通路。四通开关(即开关一、三)为封闭五通开关中的连通管孔一26构成。
本发明中的三个多通路流体转换开关是配合使用的，在共同配合下实现功能作用。三个开关的位置搭配关系一共有64种，本发明仅采用其中最优的七种，实现相应的七种功能控制作用“加液”、“排水”、“排废”、“排水-废”、“制氧”、“通常”、“减压”，完全满足了本发明在使用过程中任何一种可能的要求。当采用某一种搭配时，进行该功能操作所需要打通的气路与液路便被全部打开了，而必须关闭的通路则被全部关闭，起到进行正常工作的作用。
本发明的工作状态说明如下(一)加液如图8所示，“加液”是指通过操作，将储藏室2中的液体制氧剂(如双氧水)基本定量地加入到反应室3中。方法是先将三个开关分别放置在“b”、“b”、“b”位置上。然后进行充气，驱动气体经开关一7的“b”端进入开关一7，并从开关一7的中央孔充入储藏室2。储藏室2中的液体在压力作用下，从过滤咀22-1进入23-1管，并沿23-1管→单向阀20→开关二8的“b”端口→开关二8的中央孔，最终进入反应室3中。同时，反应室3中因外来液体进入压力增大，其中的气体沿23-2管上口进入23-2管，再经过滤咀22-2从水底冒出，进入洗气室4，然后穿过开关三9底部的净化器9-7，经开关三9的中央孔，再经开关三9的“b”端口，最后从排气口14排向外界，使得加液顺利进行。
(二)制氧如图9所示，“制氧”是指在进行制氧时控制系统中各部分位置关系和状态。进行制氧的方法是先将开关一7、开关二8、开关三9三个开关分别放置在“b”、“a”、“b”位置上。然后转动反应器的螺杆，使装有催化剂固体颗粒的反应器进入反应液中。反应液从反应器底部的小孔进入反应器，与催化剂作用放出氧气。由于反应器材料的绝热性和进入液体的速度有限，使得反应器中形成一个相对于外部液体温度高出10～15℃的相对高温环境，使得反应速度很快增大，起缩短反应起动时间的作用。随着反应过程的进行，整体液体一方面浓度在降低，但另一方面水温却在升高，固体催化剂颗粒在起作用的同时也在不断粉化，使得参与起作用的催化剂总量随时间延长而积累增多，对产氧速度由于液体浓度降低造成的负面影响起到补偿作用。再加上反应调节器，有主、辅两只且可以随时调入或调出反应液，因而达到对产氧速率的调控。
在制氧状态时，储藏室2与反应室3之间以及储藏室2与洗气室4之间处于隔绝状态，而反应室3与洗气室4之间则处于气路联通状态；反应室3中产生的气体从反应室3中进入导管，再经23-3管的上口进入23-3管，并从过滤咀22-3的各出气孔中被切割成小气泡，由水底冒出而被洗涤和净化，然后穿过开关三9中的净化器9-7进行第二次净化后，从开关三9的中央孔进入，并经开关三9的“b”端出口，再经排气导管，从出气口14排出，制得纯净氧气产品。利用本发明具有可以进行“再加液”的特点，在不停供氧的情况下，可以进行一次或多次再加液。方法是先将在开关二8转至位置“b”，然后进行充气，储藏室2中制氧液便自动流入反应室3中。再加液后，将开关二8转回位置“a”，继续制氧。这一过程对产氧的连续性不产生任何影响，即产氧过程不发生任何中断。这样的操作可以重复进行多次，直到储藏室2中的全部液体排放干净为止。需要说明的是“再加液”过程中，固体催化剂却不必再增加。原因是，一方面“再加液”时液体整体温度已经升高，另一方面能够起作用的催化剂总量已有足够多的积累，所以再加液后即刻便能达到原有的产氧水平。这也是本发明的一大特点。
(三)排水如图10所示，是指将洗气室4中的水排入到反应室3中的操作。方法是首先将开关一7、开关二8、开关三9三个开关分别放置在“a”、“d”、“d”位置上。进行充气，驱动气体从开关一7的“b”端口进入开关一7，并从开关一7的“c”端输出→开关三9的“d”端口进入开关三9，再从开关三9的中央孔流入洗气室4(此时开关三9的“b”端恰好是被关闭的)。在驱动气体的压力下，洗气室4中的液体从过滤咀22-3进入导管23-3，并经23-3管上口进入反应室3中。反应室3因外来液体进入而升压，其中的气体则从开关二8的中央孔进入开关二8，并从开关二8的“d”端口排出，通过排废口15，从而排向外界，使得排水顺利进行。
(四)排废如图11所示，指的是将反应室3中的废液排放出去。方法是首先将开关一7、开关二8、开关三9三个开关分别放置在“d”、“c”、“d”位置上，然后充气。驱动气体从开关一7的“b”端进入，并从“a”端输出，然后进入开关二8的“c”端口，再经开关二8的中央孔进入反应室3中。反应室3中因驱动气体进入压力增大，使得其中液体从过滤咀22-2进入23-2管，并从23-2管上口排出，再从开关二8的“a”端口进入开关二8，然后再从开关二8的“d”端口排出，然后再经排废口15向外排放。实际上，由于虹吸作用，一经开始排废，便基本不用再充气就能将废液全部排放干净。
(五)排水-废指的是将洗气室中的水和反应室中废液同时排放的过程。方法是如图12所示，将开关一7、开关二8、开关三9三个开关分别放置在“a”、“c”、“d”位置上。然后充气，驱动气体经开关一7的“b”端口进入开关一7，并从开关一7的“c”端口输出，然后从开关三9的“d”端口进入开关三9，并从开关三9的中央孔进入洗气室4，使洗气室4中的液体从过滤咀22-3进入23-3管，然后进入反应室3中。反应室3因外来液体进入压力增大，使得其中的液体从过滤咀22-2进入23-2管，然后经开关二8的“a”端口进入开关二8，并从开关二8的“d”端口输出，经排废口15，排废液流向外界。随着充气地进行，先使洗气室4中的液体被排放干净，接着反应室3中的废液也被排放干净。
(六)减压指的是，装置的一项保护措施。因为化学制氧往往是一个放热过程，尚若使用者盲目操作造成产氧量过大，以致超出装置承受的能力时，直接将气体排放出去，起到安全作用。方法是如图13所示，将开关二8转至位置“d”上。此时由于开关二8的中央孔与开关二8的“d”端直接联通，气体直接从排废口15排出。这种操作的代价是，中断供氧，氧气被直接排放掉。
(七)通常指的是一种状态，当使用者盲目充气时气体被直接排放掉，避免带来不良影响。方法是如图14所示，将开关一7、开关二8、开关三9三个开关分别放置在“a”、“b”、“b”位置上。这时进行充气，气体沿开关一7的“b”端、开关一7的“c”端、开关三9的“d”端、开关三9的“c”端，最后进入洗气室4。然后，再经开关三9的底部经净化器9-7、开关三9的中央孔、开关三9的“b”端口，再经排气口14排向外界。
以上七种功能中，前五种完成一次完整操作，就是完成一次完整的制氧过程。
实现以上七种控制功能或状态，各开关的位置关系搭配见下表表一
如上所述，即可较好地实现本发明。
权利要求
1.一种便携式功能型气体发生装置，其特征是，包括机上盖以及安装在机上盖下方的储藏室、反应室和洗气室相互连接组成，所述机上盖上活动安装有面板；所述机上盖与储藏室、反应室和洗气室的顶部固定密封连接，所述面板上分别设置有充气手柄、开关一、开关二、开关三、主调节开关和辅调节开关，并分别开有加水口、加液口、出气口和排废口，所述充气手柄连接有充气筒，所述充气筒固定安装在机上盖上，充气筒的开口向上，筒体伸入储藏室内；所述开关一为四通开关，通过导管分别与开关二、充气筒底部、开关三和储藏室内顶部相连通；所述开关二为五通开关，通过导管分别与反应室底部、储藏室底部、开关一、排废口和反应室内顶部相连通；所述开关三为四通开关，通过导管分别与出气口、开关一相连通，并分两路与洗气室内顶部相连通；所述主调节开关和辅调节开关分别通过螺杆连接有反应器，所述两个反应器的位置均处于反应室内；所述加水口与洗气室内顶部相连通，所述加液口与储藏室内顶部相连通；所述反应室内的顶部通过导管与洗气室的底部相连通。
2.根据权利要求1所述一种便携式功能型气体发生装置，其特征是，所述开关一、开关二、开关三、主调节开关和辅调节开关均固定安装于机上盖上，并通过安装槽口设置于面板上。
3.根据权利要求1所述一种便携式功能型气体发生装置，其特征是，所述开关一与充气筒底部之间的导管以及开关二与储藏室底部之间的导管均由下而上穿过机上盖，且管中均安装有单向阀，单向阀的位置均固定在机上盖上面一侧的相应管路中。
4.根据权利要求1所述一种便携式功能型气体发生装置，其特征是，所述开关三内安装有净化器。
5.根据权利要求1所述一种便携式功能型气体发生装置，其特征是，所述储藏室、反应室和洗气室的底部对应导管开口位置均设有汇聚槽。
6.根据权利要求1所述一种便携式功能型气体发生装置，其特征是，所述五通开关包括壳体，所述壳体中央固定有一个连通管孔五，其一端开口于壳体底部，另一端开口于壳体顶部中央，所述连通管孔五周围另均匀设置有四个连通管孔一、二、三、四，四个连通管孔的一端均开口于壳体顶部，另一端均开口于壳体外侧；在壳体顶部安装有旋盖，所述旋盖底端开有两个连通槽，所述连通槽一分别与连通管孔五和连通管孔一、二、三、四中的任意一个开口相连通，分别形成一条流体通路，所述连通槽二分别将连通管孔一、二、三、四中的任意相邻两个开口相连通，分别形成另一条流体通路。
7.根据权利要求6所述一种便携式功能型气体发生装置，其特征是，所述五通开关中除连通管孔五外的任一连通管孔被封闭构成四通开关。
8.根据权利要求1所述一种便携式功能型气体发生装置，其特征是，所述反应器套装在螺杆上，与螺杆螺纹滑动连接，其底部开有直径为2.5～3.0毫米的小孔，侧壁靠近顶部处开有出气孔，两侧固定有与螺杆平行的沟槽，所述沟槽滑动设置在两侧的导轨上。
9.根据权利要求1所述一种便携式功能型气体发生装置，其特征是，所述加水口、加液口通过滑动或转动的密封垫或密封套安装有顶盖。
10.根据权利要求1所述一种便携式功能型气体发生装置，其特征是，所述主调节开关和辅调节开关的螺杆上安装有带滑动转动密封垫和密封套的扣环，所述螺杆通过滑动转动的密封套与扣环活动连接，所述主调节开关和辅调节开关通过扣环和滑动转动的密封垫与机上盖密封滑动转动连接。
全文摘要
本发明是一种便携式功能型气体发生装置，由机上盖、储藏室、反应室和洗气室组成，机上盖上安装面板，并设置充气手柄、开关一、开关二、开关三、主调节开关和辅调节开关，并开有加水口、加液口、出气口和排废口，充气手柄连接充气筒，开关一与开关二、充气筒底部、开关三和储藏室顶部连通，开关二与反应室底部、储藏室底部、开关一、排废口和反应室顶部连通，开关三与出气口、开关一连通，并分两路与洗气室内顶部相连通，主调节开关和辅调节开关分别连接反应器，反应室的顶部与洗气室的底部连通。本发明结构简单实用，实现了液体制氧剂制氧和在不中断供气的情况下进行多次再加料，使成本降低90％以上，提高了产气纯度，并使产气速率平稳均匀。
文档编号B01J7/00GK1973984SQ20061012227
公开日2007年6月6日 申请日期2006年9月20日 优先权日2006年9月20日
发明者吴相安 申请人:吴相安