变压吸附装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种变压吸附装置，包括：外壳，外壳的内表面为弧面，外壳设置有至少一个进气口、至少一个排气口、至少一个出气口；转子，转子设置在外壳内，转子上设置有至少两个与上述外壳内表面始终保持滑动接触的接触端，转子外表面与外壳内表面在相邻接触端之间形成单独腔体即气腔，各气腔由上述接触端进行分隔；吸附室，吸附室设置在转子内部，为转子的一部分，与转子一起旋转，上述吸附室内部装填分子筛，吸附室设置筛孔同气腔连通。本发明的优点在于：结构简单紧凑，不需要复杂的气体管路，同步控制简单，省去传统装置中相应的电磁阀及其复杂的控制电路。
【专利说明】变压吸附装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种变压吸附装置，主要应用于气体介质分离的【技术领域】之中。
【背景技术】
[0002]变压吸附法(简称PSA)作为一种气体分离技术问世后，就受到各国工业界的关注，竞相开发和研究，发展迅速。其工作原理是:利用吸附剂分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开，吸附平衡后根据分子筛在不同压力下对吸附气体吸附量不同的特性，降低压力使分子筛解除对吸附气体的吸附，这一过程称为再生。目前，变压吸附装置通常使用两塔或多塔并联，这样可以交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的产品气。
[0003]目前，市场上大多数的变压吸附装置，如图3所示，主要都是通过传统的压缩机I’对气体进行压缩后经过管道2’进入到吸附塔(罐)3’中利用分子筛进行气体的分离。管道2’上设置有阀门4’。
[0004]这种装置存在以下几点缺陷:分离式设计、零部件多、体积大、结构松散、管耗阀损大、单位功率出气率低，需要复杂的控制电路，同步控制困难，可靠性差，成本高。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单紧凑，不需要复杂的气体管路，同步控制简单，省去传统装置中相应的电磁阀及其复杂的控制电路的变压吸附装置。
[0006]本发明是通过以下技术方案来实现的:一种变压吸附装置，包括:
[0007]外壳，所述外壳的内表面为弧面，所述外壳设置有至少一个进气口、至少一个排气口、至少一个用于排出被分离气体的出气口 ；
[0008]转子，所述转子设置在所述外壳内，所述转子设置有至少两个与所述外壳内表面始终保持滑动接触的接触端，所述转子外表面与所述外壳内表面在相邻接触端之间形成单独腔体即气腔，各气腔由所述接触端进行分隔；
[0009]吸附室，所述吸附室设置在所述转子内部，为转子的一部分，与转子一起旋转，所述吸附室内部装填分子筛，且所述吸附室对应各气腔设置筛孔同气腔连通。
[0010]进一步具体的，所述单独腔体在每一个工作循环随所述转子旋转依次经过进气口、出气口、排气口。
[0011]进一步的，所述转子的中心与所述外壳中心不重合，所述转子在旋转过程中其中心绕外壳的中心转动。
[0012]作为优化的方案，所述变压吸附装置还包括位于外壳中心处的由电机驱动旋转的具有外齿轮的中心轴，所述转子中心处设置有内齿轮，所述中心轴的外齿轮与所述转子的内齿轮相互啮合，所述外齿轮的齿数小于所述内齿轮的齿数。
[0013]作为进一步优化的方案，所述出气口处设置有泄压阀。
[0014]作为第一种优化的实施方式，所述转子顺时针设置有三个与外壳内表面始终保持滑动接触的接触端:第一接触端、第二接触端、第三接触端，所述转子外表面与所述外壳内表面之间形成三个气腔，所述转子的内部对应三个气腔分别设置有吸附室:第一吸附室、第二吸附室、第三吸附室，其中第一吸附室位于第一接触端和第二接触端之间，第二吸附室位于第二接触端和第三接触端之间，第三吸附室位于第三接触端和第一接触端之间，所述外壳设置有I个出气口，I个进气口和I个排气口，初始位置时，转子的第一接触端位于进气口的顺时针侧处，第三接触端位于排气口的逆时针侧处，进气口和排气口位于初始位置的第一接触端和第三接触端之间，且进气口位于排气口顺时针位置，出气口正对第二接触端。
[0015]上述实施方式中，所述外壳的内表面的弧形轨迹由下列方程得到:
[0016]x=R*cos a+e*cos3 α ；
[0017]y=R*sin α+e*sin3 α ；
[0018]转子的轮廓线由下列方程得到:
[0019]v=30+t*60
[0020]d=_3*e*sin(3*v)/R
[0021]u=2*v_asin (d)
[0022]x=2*e*cos(u)*cos(3*v)+R*cos(2*v)
[0023]y=2*e*sin(u)*cos(3*v)+R*sin(2*v)
[0024]上述公式中，R为创成半径，e为转子的中心与外壳中心的距离，a e [0°，360。]，t为时间。
[0025]作为第二种优化的实施方式，所述转子顺时针设置有四个与外壳内表面始终保持滑动接触的接触端:第一接触端、第二接触端、第三接触端、第四接触端，所述转子外表面与所述外壳内表面之间形成四个气腔，所述转子的内部对应四个气腔分别设置有吸附室:第一吸附室、第二吸附室、第三吸附室、第四吸附室，其中第一吸附室位于第一接触端和第二接触端之间，第二吸附室位于第二接触端和第三接触端之间，第三吸附室位于第三接触端和第四接触端之间、第四吸附室位于第四接触端和第一接触端之间，所述外壳设置有I个出气口，I个进气口和第一排气口、第二排气口，初始位置时，转子的第一接触端位于进气口的顺时针侧处，第四接触端位于第二排气口的逆时针侧处，进气口和第二排气口位于初始位置的第一接触端和第四接触端之间，且进气口位于第二排气口顺时针位置，第一排气口位于第三接触端和第四接触端之间，出气口位于第二接触端和第三接触端之间，紧邻第三接触端。
[0026]第二种优化的实施方式中，所述外壳内表面的弧形轨迹由下列方程得到:
[0027]x=e*cos( a )+R*cos(α/4)
[0028]Y=e*sin(α)+R*sin(α /4)
[0029]转子的轮廓线由下列方程得到:
[0030]xr=e*cos β +e*cos ( α - β /3) +R*cos ( α /4- β /3)
[0031]yr=e*cos β +e*sin(α -β /3)+R*sin ( α /4- β /3)
η ,5 sin(a / 2) - K sin(3a /10)
[0032]/g(5/i / 8
5 cos(a/ 2) + K cos(3a /10)
[0033]上述公式中，a e [O。，360。]，e为偏心距，R为创成半径，K=R/e。
[0034]本发明的有益效果:[0035]本发明在结构上与传统的相比将吸附室设置于转子的内部，结构更加紧凑，不再需要复杂的气体管路，气体管路的通断由转子转动的角度而决定，同步控制简单，传统装置中相应的电磁阀及其复杂的控制电路也可以减免，在气体压缩的同时也同步进行了气体的分离，完整实现了一体化的功能。整套装置布局合理，结构简单紧凑，出气率高，运行可靠，成本低，是一种较佳的新型变压吸附装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1-1至图1-6为实施案例I发明变压吸附装置的结构示意图；
[0037]图2-1至图2-8为实施案例2发明变压吸附装置的结构示意图；
[0038]图3是现有的变压吸附装置结构原理示意图。
【具体实施方式】
[0039]下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0040]实施案例1:
[0041]图1-1至图1-6为本发明变压吸附装置的结构示意图，参照图1-1，变压吸附装置，包括:外壳1、转子2、吸附室32、吸附室34、吸附室36，其中，外壳I的内表面10为弧面，其弧形轨迹由下列方程得到:
[0042]x=R*cos a +e*cos3 α ；
[0043]y=R*sin α+e*sin3 α ；
[0044]α e [O。，360° ]e=l.5R=10
[0045]外壳设置有进气口 12、排气口 14以及出气口 16，出气口 16用于排出被分离气体。转子2的轮廓线由下列方程得到:
[0046]e=l.5R=10
[0047]v=30+t*60
[0048]d=_3*e*sin(3*v)/R
[0049]u=2*v_asin(d)
[0050]x=2*e*cos (u)*cos (3*v)+R*cos(2*v)
[0051 ] y=2*e*sin(u)*cos(3*v)+R*sin(2*v)
[0052]转子2设置在外壳I内并可旋转，转子2设置有三个与外壳内表面10始终保持滑动接触的接触端，转子2与外壳内表面10在相邻接触端之间形成单独腔体即气腔，气腔随转子2旋转依次经过进气口 12、出气口 16、排气口 14。
[0053]吸附室32、吸附室34、吸附室36设置在转子2内部，成为转子一部分，并可与转子一起旋转，每个吸附室设置筛孔同气腔连通，每个吸附室内部分别装填有分子筛。
[0054]具体地，在本实施案例中，外壳I设置有I个出气口 16，I个进气口 12和I个排气口 14，进气口 12及排气口 14设置在外壳I的左侧，出气口 16设置在外壳I的右侧。出气口 16处设置有泄压阀160。
[0055]转子2设置有3个接触端，分别记为接触端21、接触端23、接触端25，通过3个接触端分隔有3个吸附室，分别记为吸附室32、吸附室34和吸附室36。
[0056]在本实施案例中，转子2的中心与外壳I中心不重合，转子2在旋转过程中其中心绕外壳I的中心转动。更具体地，外壳I中心处设置有外齿轮100，转子2中心处设置有内齿轮200，外齿轮100与内齿轮200相互啮合，外齿轮100的齿数小于内齿轮200的齿数。
[0057]本发明，变压吸附装置，其工作过程为:
[0058]参照图1-1，图1-1为初始阶段，转子2的接触端21位于进气口 12的顺时针侧处，接触端25位于排气口 14的逆时针侧处，即吸附室36、接触端21、接触端25与外壳内表面10所构成的气腔A处于新阶段的进气过程与上一阶段的排气过程中，内齿轮200和外齿轮100旋转带动转子2顺时针旋转，随着接触端25顺时针移动越过排气口 14后，气腔A开始全部进入进气状态。在此过程中，气腔A的容积逐渐增大。
[0059]参照图1-2，图1-2为气腔A容积最大阶段，随着转子2的顺时针旋转，此时气腔A的容积达到最大，接触端25越过进气口 12，接触端21滑动至右侧，气腔A完全封闭，已完成进气过程。随着转子2继续顺时针旋转，气腔A的容积将逐渐减小。
[0060]参照图1-3，图1-3为压缩过程并准备出气阶段，接触端21滑动至出气口 16，随着转子2的继续顺时针旋转，气腔A的容积进一步减小，气腔A继续压缩容积，气腔A内的气体压力逐渐增大，当压力高于分子筛的吸附压力后，分子筛开始吸附对应气体。经过一段时间后当对应气体全部吸附完成且气腔A内气体压力高于泄压阀160的阈值时，泄压阀160打开，气腔A内未被吸附室36吸附的气体开始通过出气口 16输出。
[0061]参照图1-4，图1-4为气腔A容积最小阶段，随着转子2的继续顺时针旋转，气腔A的容积逐渐减小，此阶段气腔A的容积达到最小，保持持续由出气口 16出气。
[0062]参照图1-5，图1-5为准备排气阶段，随着转子2的继续顺时针旋转，接触端25慢慢靠近出气口 16，气腔A的体积逐渐增大，气腔A内气体压力逐渐降低，当气腔A内气体压力低于泄压阀160的阈值时，泄压阀160开始闭合。随着转子的转动，气腔A内气体压力继续降低，当气腔A内气体压力低于分子筛解吸附压力后分子筛开始解吸附气体。此时，吸附室36内已吸附的气体开始进入气腔A，接触端21滑动至排气口 14的逆时针侧处，气腔A进入准备排气的阶段。
[0063]参照图1-6，图1-6为排气阶段，接触端21越过排气口 14，接触端25滑过出气口16，气腔A充满了由吸附室36解吸附出的气体，气腔A全部进入排气阶段。
[0064]继续参照图1-1，此时完成了一个气腔及相应吸附室的工作循环过程。
[0065]实施案例2:
[0066]图2-1至图2-8为本发明变压吸附装置的结构示意图，参照图2-1，变压吸附装置，包括:外壳10、转子20、吸附室320、吸附室340、吸附室360、吸附室380，其中，外壳10的内表面100为弧面，其弧形轨迹由下列方程得到:
[0067]x=e*cos( a )+R*cos(α/4)
[0068]Y=e*sin(α)+R*sin(α /4)
[0069]α e [O。，360。]，e 为偏心距，e=12，R 为创成半径，R=96。
[0070]外壳设置有进气口 120、第二排气口 140与第一排气口 160以及出气口 180，出气口 180用于排出被分离气体；转子20的轮廓线由下列方程得到:
[0071 ] xr=e*cos β +e*cos(α -β /3)+R*cos(α /4- β /3)
[0072] yr=e*cos β +e*sin(α -β /3)+R*sin(α /4- β /3)[0073]
【权利要求】
1.一种变压吸附装置，其特征在于，包括: 外壳，所述外壳的内表面为弧面，所述外壳设置有至少一个进气口、至少一个排气口、至少一个用于排出被分离气体的出气口； 转子，所述转子设置在所述外壳内，所述转子设置有至少两个与所述外壳内表面始终保持滑动接触的接触端，所述转子外表面与所述外壳内表面在相邻接触端之间形成单独腔体即气腔，各气腔由所述接触端进行分隔； 吸附室，所述吸附室设置在所述转子内部，为转子的一部分，与转子一起旋转，所述吸附室内部装填分子筛，且所述吸附室对应各气腔设置筛孔同气腔连通。
2.根据权利要求1所述的变压吸附装置，其特征在于，所述单独腔体在每一个工作循环随所述转子旋转依次经过进气口、出气口、排气口。
3.根据权利要求1所述的变压吸附装置，其特征在于，所述转子的中心与所述外壳中心不重合，所述转子在旋转过程中其中心绕外壳的中心转动。
4.根据权利要求3所述的变压吸附装置，其特征在于，所述变压吸附装置还包括位于外壳中心处的由电机驱动旋转的具有外齿轮的中心轴，所述转子中心处设置有内齿轮，所述中心轴的外齿轮与所述转子的内齿轮相互啮合，所述外齿轮的齿数小于所述内齿轮的齿数。
5.根据权利要求1所述的变压吸附装置，其特征在于，所述出气口处设置有泄压阀。
6.根据权利要求4所述的变压吸附装置，其特征在于:所述转子顺时针设置有三个与外壳内表面始终保持滑动接触的接触端:第一接触端、第二接触端、第三接触端，所述转子外表面与所述外壳内表面之间形成三个气腔，所述转子的内部对应三个气腔分别设置有吸附室:第一吸附室、第二吸附室、第三吸附室，其中第一吸附室位于第一接触端和第二接触端之间，第二吸附室位于第二接触端和第三接触端之间，第三吸附室位于第三接触端和第一接触端之间，所述外壳设置有I个出气口，I个进气口和I个排气口，初始位置时，转子的第一接触端位于进气口的顺时针侧处，第三接触端位于排气口的逆时针侧处，进气口和排气口位于初始位置的第一接触端和第三接触端之间，且进气口位于排气口顺时针位置，出气口正对第二接触端。
7.根据权利要求6所述的变压吸附装置，其特征在于:所述外壳的内表面的弧形轨迹由下列方程得到:
8.根据权利要求4所述的变压吸附装置，其特征在于:所述转子顺时针设置有四个与外壳内表面始终保持滑动接触的接触端:第一接触端、第二接触端、第三接触端、第四接触端，所述转子外表面与所述外壳内表面之间形成四个气腔，所述转子的内部对应四个气腔分别设置有吸附室:第一吸附室、第二吸附室、第三吸附室、第四吸附室，其中第一吸附室位于第一接触端和第二接触端之间，第二吸附室位于第二接触端和第三接触端之间，第三吸附室位于第三接触端和第四接触端之间、第四吸附室位于第四接触端和第一接触端之间，所述外壳设置有I个出气口，I个进气口和第一排气口、第二排气口，初始位置时，转子的第一接触端位于进气口的顺时针侧处，第四接触端位于第二排气口的逆时针侧处，进气口和第二排气口位于初始位置的第一接触端和第四接触端之间，且进气口位于第二排气口顺时针位置，第一排气口位于第三接触端和第四接触端之间，出气口位于第二接触端和第三接触端之间，紧邻第三接触端。
9.根据权利要求7所述的变压吸附装置，其特征在于:所述外壳内表面的弧形轨迹由下列方程得到:
X=Gcos( a )+Rcos(α /4)
Y=e*sin(α)+R*sin(α /4) 转子的轮廓线由下列方程得到:
【文档编号】B01D53/047GK103432863SQ201310413453
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】周小山, 孙明, 雷激 申请人:周小山, 孙明, 雷激