模块化节能变压吸附制氧设备的制作方法

1.本发明涉及制氧设备技术领域，具体涉及模块化节能变压吸附制氧设备。


背景技术：

2.变压吸附制氧的原理是以沸石分子筛为吸附剂，利用加压吸附/降压解吸的原理从空气中吸附和释放氮气，从而分离出氧气的自动化设备，参考公开号为cn104340961a的变压吸附制氧设备及方法。
3.结合上端内容所述，其原理为氮气难以通过沸石分子筛而被分离出，氧气则透过沸石分子筛排出，进行周期性的进行吸附-均压降-解吸-冲洗-均压升、解吸-冲洗-均压升-吸附-均压将等步骤，在此过程中，随着气流压力变化导致气流流速的变化，因此无法准确控制或限制吸附塔内部的气流组织流向和分配，沸石分子筛吸附效率不高，氧气浓度不稳定，那么为了稳定氧气浓度或者提高氧气浓度，往往会通过延长操作周期的方式来提高氧气浓度，而吸附制氧机设备单位时间中的耗电量较大，所以通过延长工作时间来提高氧气制备浓度的方式，耗电量会进一步提高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供模块化节能变压吸附制氧设备，用于解决当前吸附制氧过程中难以实时掌握吸附塔内部的气流组织流向和分配问题，导致沸石分子筛对氮气的吸附率不高，也就会造成氧气浓度不稳定的问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：包括三个吸附塔、plc电气柜和空压机，其特征在于，三个所述吸附塔内壁位置上均安装有沸石分子筛，且吸附塔内部设置有导向结构，所述导向结构包括通气柱和支撑环架，所述通气柱的轴线与吸附塔的轴线在竖直方向上重合，所述沸石分子筛的横截面呈圆台状，所述吸附塔内部沿沸石分子筛分隔为氧气仓和氮气仓；所述吸附塔圆周外壁下端安装有环形氧气管，所述环形氧气管与氧气仓内部之间连通，所述通气柱末端安装在支撑环架上，所述支撑环架焊接在吸附塔的内壁位置上，通气柱末端位置上连通有空气进入管，所述空气进入管末端贯穿至吸附塔的外部，所述通气柱由一个限气仓和多个固定套管和活动套管组成，所述固定套管和活动套管位于限气仓的上侧位置上去，且固定套管和活动套管沿竖直方向呈线性等距设置，多个所述活动套管圆周外壁上安装有多个出气嘴，每个所述出气嘴沿通气柱的圆心点呈环形阵列设置；三个所述吸附塔下表面中心点位置上安装有氮气回气管，且吸附塔外部位置上设置有氧气储存罐，所述氧气储存罐与环形氧气管之间连通。
6.进一步设置为：所述通气柱内部圆心点位置上沿竖直方向设置有连接导杆，所述连接导杆上沿竖直方向上设置有多个连接环扣，其中位于最下侧位置以及对应每个固定套管的所述连接环扣分别与通气柱和固定套管内壁之间焊接，所述固定套管和活动套管呈相邻交错分布，且固定套管和活动套管之间为转动连接，每个所述活动套管内壁位置上安装
有活动叶轮，所述活动叶轮与连接导杆之间为转动连接。
7.进一步设置为：沿竖直方向设置的三个相邻位置上的所述活动套管上的出气嘴设置为一组泄气结构，每组泄气结构中出气嘴的排气方向均指向沸石分子筛的内壁位置，且每组泄气结构中沿竖直方向设置的出气嘴的排气方向分别为向下倾斜、水平和向上弯曲。
8.进一步设置为：所述吸附塔内部顶端安装有工作仓，所述工作仓下端安装有返气盘，所述返气盘与位于最上侧的固定套管之间固定连接，且返气盘与最上侧的固定套管之间设置有检测气腔，返气盘的内部中心点位置转动安装有分气叶轮，且返气盘对应氧气仓的下表面位置上开设有多个返气口，所述分气叶轮与返气口之间相匹配。
9.进一步设置为：所述吸附塔对应返气盘的外部位置上设置有抽气增压泵，所述抽气增压泵的排气端与返气盘内部之间连通，且抽气增压泵的进气端与氧气储存罐的出气口之间连通。
10.进一步设置为：所述工作仓中设置有传感器组件，所述工作仓中设置有传感器组件，所述传感器组件包括压力传感器、温度传感器和信号转换器，所述压力传感器、温度传感器的探测探头分别延伸至检测气腔和氮气仓，所述信号转换器用于接收到压力传感器、温度传感器采集的压力电信号和温度电信号后，并将压力电信号和温度电信号转换为数字信号后发送至plc电气柜上。
11.进一步设置为：所述空压机的排气端上安装有总成进气管，所述总成进气管中设置为四个分支气管，三个所述吸附塔沿从左到右的方向分别设置为一号位、二号位和三号位，其中三个所述分支气管与三个吸附塔上的空气进入管相连通，另外一个所述分支气管与三号位吸附塔上的氮气回气管之间连通；所述一号位吸附塔上的氮气回气管与二号位吸附塔上的空气进入管、二号=号位吸附塔上的氮气回气管与三号位吸附塔上的空气进入管之间连接有回流气管。
12.进一步设置为：所述总成进气管与空压机的排气端之间设置有总成截流阀，多个所述分支气管和回流气管上分别设置有第一截流阀和第二截流阀，多个所述氮气回气管上均设置有抽气真空泵，所述抽气增压泵的进气端与氧气储存罐的出气口、氧气储存罐进气口与环形氧气管之间均设置有电磁阀。
13.进一步设置为：所述限气仓内部圆心点位置上设置有堵球，所述堵球在连接导杆上沿竖直方向为滑动连接，所述连接导杆位于堵球上侧位置上安装有挡片。
14.本发明具备下述有益效果：1、在本发明运行过程，首先对注入压缩空气来说明，在注入压缩空气时，压缩空气是沿着通气柱沿从下到上的方向向上流动，在压缩空气流动时，可以带动每个活动套管旋转，旋转速度与压缩空气的流速相关联，从而使压缩空气可以沿着环形的方式作用在沸石分子筛上的，避免压缩空气长期作用在沸石分子筛上的定点位置上；2、并且进一步的限制了沸石分子筛的外形，使沸石分子筛呈现圆台状，起到了促进压缩空气在氮气仓中流动的效果，以及还限制了每个活动套管上出气嘴的出气方向，使每个出气嘴呈现向下倾斜、完全水平和向上弯曲相互交错的状态，以此进一步促进空气流动，提高氧气在沸石分子筛上的通过率；3、在实时运行过程中，利用工作仓中的传感器组件来检测气压变化，利用检测气腔与氮气仓内部之间的压力差，来判定沸石分子筛是否到达了最大吸附饱和度，以此为基
础来利用抽真空和反冲洗的方式，将沸石分子筛上的所吸附的氮气吹落；4、最后，结合了每个吸附塔内部的气压变化，实现三个吸附塔内部气体之间相互流动的效果，在满足最大吸附饱和度的前提下，来反向控制空压机的运转频率，以此可以起到节能的作用。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明提出的模块化节能变压吸附制氧设备的结构示意图；图2为本发明提出的模块化节能变压吸附制氧设备中多管路系统的结构示意图；图3为本发明提出的模块化节能变压吸附制氧设备中吸附塔部件的剖切图；图4为本发明提出的模块化节能变压吸附制氧设备中吸附塔部件的剖切图正视图；图5为本发明提出的模块化节能变压吸附制氧设备中返气盘部件的结构示意图；图6为本发明提出的模块化节能变压吸附制氧设备中通气柱部件的剖切图。
17.图中：1、吸附塔；2、电磁阀；3、氧气储存罐；4、plc电气柜；5、空压机；6、总成进气管；7、总成截流阀；8、第一截流阀；9、抽气真空泵；10、工作仓；11、传感器组件；12、抽气增压泵；13、沸石分子筛；14、环形氧气管；15、通气柱；16、空气进入管；17、氮气回气管；18、返气盘；19、氧气仓；20、氮气仓；21、支撑环架；22、返气口；23、分气叶轮；24、堵球；25、限气仓；26、挡片；27、连接环扣；28、固定套管；29、活动叶轮；30、活动套管；31、连接导杆；32、检测气腔；33、分支气管；34、回流气管；35、第二截流阀。
具体实施方式
18.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
19.实施例1吸附制氧设的原理就是将空气通过沸石分子筛，氧气可以穿过沸石分子筛，而氮气会被吸附在沸石分子筛中，以此原理来制备高纯度氧气，但是在注入空气时，为了提高空气中氧气的通过率，并提高沸石分子筛的利用率，提出了如下的技术方案：参照图1、图3、图4和图6，本实施例的模块化节能变压吸附制氧设备，包括三个吸附塔1、plc电气柜4和空压机5，三个吸附塔1内壁位置上均安装有沸石分子筛13，且吸附塔1内部设置有导向结构，导向结构包括通气柱15和支撑环架21，通气柱15的轴线与吸附塔1的轴线在竖直方向上重合，沸石分子筛13的横截面呈圆台状，吸附塔1内部沿沸石分子筛13分隔为氧气仓19和氮气仓20。
20.吸附塔1圆周外壁下端安装有环形氧气管14，环形氧气管14与氧气仓19内部之间
连通，通气柱15末端安装在支撑环架21上，支撑环架21焊接在吸附塔1的内壁位置上，通气柱15末端位置上连通有空气进入管16，空气进入管16末端贯穿至吸附塔1的外部，通气柱15由一个限气仓25和多个固定套管28和活动套管30组成，固定套管28和活动套管30位于限气仓25的上侧位置上去，且固定套管28和活动套管30沿竖直方向呈线性等距设置，多个活动套管30圆周外壁上安装有多个出气嘴，每个出气嘴沿通气柱15的圆心点呈环形阵列设置。
21.三个吸附塔1下表面中心点位置上安装有氮气回气管17，且吸附塔1外部位置上设置有氧气储存罐3，氧气储存罐3与环形氧气管14之间连通。
22.通气柱15内部圆心点位置上沿竖直方向设置有连接导杆31，连接导杆31上沿竖直方向上设置有多个连接环扣27，其中位于最下侧位置以及对应每个固定套管28的连接环扣27分别与通气柱15和固定套管28内壁之间焊接，固定套管28和活动套管30呈相邻交错分布，且固定套管28和活动套管30之间为转动连接，每个活动套管30内壁位置上安装有活动叶轮29，活动叶轮29与连接导杆31之间为转动连接，沿竖直方向设置的三个相邻位置上的活动套管30上的出气嘴设置为一组泄气结构，每组泄气结构中出气嘴的排气方向均指向沸石分子筛13的内壁位置，且每组泄气结构中沿竖直方向设置的出气嘴的排气方向分别为向下倾斜、水平和向上弯曲。
23.吸附制氧的工作原理：在正常运行状态下，有空压机4压缩空气并沿着空气进入管16注入到吸附塔1的内部，在此过程分为如下部分：s1：压缩空气在注入到通气柱15中时，首先向上顶开堵球24，压缩空气得以向上流动，并逐次经过固定套管28和活动套管30；s2：压缩空气在经过活动套管30时，空气会经过活动叶轮29，在活动叶轮29的作用下，使活动套管30在两个相邻位置固定套管28中进行旋转，但是空气依旧会沿着出气嘴排出；s3：在s3部分中，空气从出气嘴排出时，首先在活动套管30的作用下，是呈螺旋状的，并且又进一步限制了出气嘴的排气方向为向下倾斜、完全水平和向上弯曲，在此基础上，空气可以均匀的作用在沸石分子筛13上，并在竖直方向进行上下浮动，使空气不会长期积累在某处，使沸石分子筛13上某处位置上很快时间中到达最大吸附饱和度；结合上述三个部分，空气在经过沸石分子筛13后，氧气进入到氧气仓19中，并沿着环形氧气管14进入到氧气储存罐3加以保存，而氮气是被吸附在沸石分子筛13上，按照此方式完成吸附制氧的过程。
24.实施例二如实施例一所述的，沸石分子筛在吸附氮气透出氧气且到达最大吸附饱和度后，氮气完全充满在沸石分子筛内部的间隙中，此时是难以继续吸附氮气的，而吸附塔内部的制氧过程难以被精确控制的，所以本实施例在实施例一的基础上做出如下改进：参照图1和图3，工作仓10中设置有传感器组件11，传感器组件11包括压力传感器、温度传感器和信号转换器，压力传感器、温度传感器的探测探头分别延伸至检测气腔32和氮气仓20，信号转换器用于接收到压力传感器、温度传感器采集的压力电信号和温度电信号后，并将压力电信号和温度电信号转换为数字信号后发送至plc电气柜4上。
25.工作原理：此部分需要结合到实施一中的工作原理，空气在注入到通气柱15中，此时空气在到达检测气腔32中的压力设置为恒值a值，可以转算为空压机5的运行频率，而氧
气仓20内部的压力不是恒值，以b值代替；那么在沸石分子筛13处于正常吸附的状态下，空气虽然会注入到氮气仓20，但是也会有一部分氧气进入到氧气仓19中，所以此时a值与b值之间是存在一定的差值的，例如a值大于b值，但是在沸石分子筛13到达最大吸附饱和度后，空气中的氮气和氧气均无法通过沸石分子筛13，那么此时氧气仓20中的压力会逐渐升高，直至出现了b值≥a值的情况，也就是说沸石分子筛13无法正常运行，需要利用反冲洗进行再生。
26.实施例三在实施例一进行时，利用导向结构限定了空气的流向，并使氧气通过沸石分子筛中，氮气会被吸附在沸石分子筛中，并再次按照实施例二中所描述的，沸石分子筛在到达最大吸附饱和度后，氧气难以透过沸石分子筛，导致氮气仓内部充满气体压力升高，所以在设备不中断的前提下，提出了如下的技术方案：参照图1、图2和图5，吸附塔1对应返气盘18的外部位置上设置有抽气增压泵12，抽气增压泵12的排气端与返气盘18内部之间连通，且抽气增压泵12的进气端与氧气储存罐3的出气口之间连通，空压机5的排气端上安装有总成进气管6，总成进气管6中设置为四个分支气管33，三个吸附塔1沿从左到右的方向分别设置为一号位、二号位和三号位，其中三个分支气管33与三个吸附塔1上的空气进入管16相连通，另外一个分支气管33与三号位吸附塔1上的氮气回气管17之间连通；一号位吸附塔1上的氮气回气管17与二号位吸附塔1上的空气进入管16、二号=号位吸附塔1上的氮气回气管17与三号位吸附塔1上的空气进入管16之间连接有回流气管34，总成进气管6与空压机5的排气端之间设置有总成截流阀7，多个分支气管33和回流气管34上分别设置有第一截流阀8和第二截流阀35，多个氮气回气管17上均设置有抽气真空泵9，抽气增压泵12的进气端与氧气储存罐3的出气口、氧气储存罐3进气口与环形氧气管14之间均设置有电磁阀2，限气仓25内部圆心点位置上设置有堵球24，堵球24在连接导杆31上沿竖直方向为滑动连接，连接导杆31位于堵球24上侧位置上安装有挡片26。
27.工作原理：结合实施例二中说明，以a值来调节空压机5的运行频率和输出功率，也就是空压机5的运行频率和输出功率越大，输出的空气越多，输入到检测气腔32中的气体量越大，a值越大；那么结合实施例二的内容，关于气体在三个吸附塔中流动的状态，增设如下方式：x1：以一号位吸附塔1为初始工作位置，在一号位吸附塔1中的沸石分子筛13到达最大吸附饱和度时，此时关闭位于一号位吸附塔1上分支气管33上的第二截流阀35，空气不会再注入到吸附塔1中，并关闭一号位吸附塔1上氧气储存罐3上的电磁阀；x2：随后，打开氧气储存罐3与抽气增压泵12之间的电磁阀2，并启动一号位吸附塔1上的抽气增压泵12，抽出氧气储存罐3内部的一部分氧气进入到返气盘18中，可以带动分气叶轮23旋转，使该部分的氧气沿着返气口22吹入到氧气仓19中，从沸石分子筛20靠近氧气仓19的一侧向氮气仓20处吹送，可以吹出沸石分子筛13上沾附的一部分氮气。最后再次关闭电磁阀2和抽气增压泵12；x3：完成x2方式后，启动一号位吸附塔1上的抽气真空泵9，抽出一号位吸附塔1内部气体，因为此时限气仓25中堵球24受到来自上方的气压，使空气进入管处于封闭状态，而在抽气真空泵9持续运行下，沸石分子筛13上沾附的氮气被吸出，沿着氮气回气管17排出；
x4：完成x1、x2和x3部分后，一号位吸附塔继续运行。
28.在上述x1-x4四个过程运行时，还包括了如下方式：y1：空压机4持续启动，并打开二号位吸附塔1或者三号位吸附塔1上的分支气管6第二截流阀35，也就是说还会有空气进入到二号位吸附塔1或者三号位吸附塔1中，进行吸附制氧过程，但是在此过程中，由x3中抽出的气体可以沿着回流气管34进入到二号位吸附塔1或者三号位吸附塔1中；y2：那么结合实施例二中说明，分别测定二号位吸附塔1或三号位吸附塔1中的压力变化，即为沸石分子筛13的运行状态，分为如下部分：1）：在某一个吸附塔1中沸石分子筛13到达最大吸附饱和度后，那么空压机4不会向该吸附塔1中注入空气，或者利用对于位置中截流阀来控制空压机4排出的气流量，亦或者降低空压机4的输出功率，直至从氮气仓20中抽出的氮气气体被收集处理，再次回复空压机4的输出功率；2）：亦或者以其中一个吸附塔1为中转位，例如其中的二号位吸附塔1为中转位，从一号位吸附塔1和三号位吸附塔1中抽出的气体会进入到二号位吸附塔1中，而空压机4不会再向二号位吸附塔1中输送气体；以上述过程，可以进一步降低空压机4的无用输出功率，在满足正常运行的前提下，来控制空压机4的运行状态，降低空压机4的能耗。
29.综上：对吸附塔中气流流向系统进行了优化，主要体现在对氮气和氧气的气压控制上，以及对吸附塔内部增设了导向结构两方向，利用沸石分子筛在到达最大吸附饱和度以及未到达最大吸附饱和度两个情况下的压力变化，来实时掌握沸石分子筛的运行状态，并结合压力变化来控制外部的空压机的运转状态，而气流在导向结构的作用下，按照限定好的轨迹流动，使气流充分接触到沸石分子筛，保证气流中的氮气以沸石分子筛的最大饱和度被吸附在沸石分子筛中，使空气得到充分的分配。
30.以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
31.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
32.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可做很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。