一种智能型氮气发生器的制作方法

1.本实用新型涉及氮气制备技术领域，特别涉及一种氮气发生器。


背景技术：

2.氮气是一种无色无味的惰性气体，约占空气的78.09％。氮气在人们的生产生活中发挥着重要的作用，特别是在实验室仪器分析过程中扮演着重要的角色。采用制氮膜分离技术制备氮气，具有经济性、安全性、便利性等优势，广泛被实验室采用。
3.膜分离技术制氮工艺流程如图1所示，空气依次经空气压缩机、过滤器、干燥器、过滤器、电加热器后进入膜组件，膜组件所采用的是一种高科技中空纤维膜，这种膜材料是具有精密微孔径的高分子聚合物，利用空气中的氮气和氧气的扩散速率不同，氧气、二氧化碳及少量水汽等扩散速度快的气体(也称快气)，透过中空纤维膜被排除；剩下的氮气(也称慢气)被富集成高纯度的氮气，氮气随后储存在储气罐中。实验室通常使用笨重的钢瓶存储有限的氮气来满足日常的用气需求。钢瓶需要使用专用设备存放在固定位置，使得实验室空间更加紧张，钢瓶更换会消耗操作者大量的时间和体力，甚至导致实验过程中断，影响工作效率。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是：针对现有技术的不足，提供一种智能型氮气发生器，做到氮气的随用随制。
5.本实用新型的技术方案是：一种智能型氮气发生器，它包括：配有风机的空气压缩机、干燥器、膜组件。
6.空气压缩机经管路连接冷凝器，冷凝器之后的管路分为两路，一路为高压空气管路经单向阀a、气液过滤器连接干燥器，另一路经控制阀门a、节流阀a、过滤器b进入内置海绵的接水盒；经气液过滤器分离的液体经管路汇入接水盒；干燥器一方面经设有单向阀b的干燥气体管路与储气罐连接，另一方面通过设有单向阀c的再生气体管路接入控制阀门a、节流阀a间的管路；储气罐的出气口的管路上依次设有控制阀门b、油雾分离器、调压阀、膜组件、单向阀d、监测单元、节流阀b、带有调压阀的压力表以及氮气出口开关，储气罐底部还设有排气节流阀，用于长时间不用时泄压。
7.控制阀门a为常开阀门，控制阀门b为常闭阀门。设定氮气出口端管路中的气体压力范围，通过监测单元进行实时的监测，当气体压力低于下限时，控制阀门b开启，当气体压力高于上限时，控制阀门b关闭。监测单元可使用压力传感器或其它能够感受管路内气压变化的装置。
8.当有用气需求时，开启氮气出口开关，此时，监测单元监测到管路中压力骤降，当管路中的气体压力低于设定下限时，控制系统开启控制阀门b，储气罐中的干燥空气马上进入膜组件，制备高纯度的氮气，满足用户需求。管路中的气体压力，通过监测单元实时监测。
9.用气需求结束后，关闭氮气出口开关，此时，监测单元监测到管路中压力瞬时增
加，到达压力范围上限时，控制系统关闭控制阀门b，氮气停止制备。
10.在上述方案的基础上，进一步的，在空气压缩机的进气管路上设有过滤器a，在空气进入空气压缩机前进行初次的过滤。
11.在上述方案的基础上，进一步的，储气罐配有压力传感器以及弹性安全阀，确保使用的安全。
12.在上述方案的基础上，进一步的，干燥器为防沉降式过滤器，干燥器的罐体内设有金属过滤网与压簧，金属过滤网在压簧的作用下，对罐体内的干燥剂颗粒进行压实。使用时：高压高湿的压缩空气经高压空气管路进入罐体内，罐体内的干燥剂颗粒吸收空气中的水蒸气，并由金属过滤网过滤空气中的颗粒物，之后，干燥的空气向外排出进入干燥气体管路进行后续处理。干燥过程中，罐体内的干燥剂颗粒会出现沉降现象，此时，在压簧的作用下，金属过滤网向下运动，对干燥剂颗粒进行压实，避免在干燥剂颗粒出现摩擦或碰撞。
13.在上述方案的基础上，进一步的，罐体内设有锥台结构的消音器，消音器的通气端设有金属微孔结构。消音器的特殊结构有利于高压高湿的压缩空气的快速散开，增加与干燥剂颗粒的接触面积。金属过滤网的底面设有毛毡垫。毛毡垫具备一定的厚度，能够更好地适应干燥剂颗粒不规则的表面。
14.在上述方案的基础上，进一步的，干燥器为a、b罐配合使用，其中，a罐设置有三通阀a1及开关阀a2，b罐设置有三通阀b1及开关阀b2。三通阀a1的第一出口与高压空气管路连通，三通阀a1的第二出口与a罐连通，三通阀a1的第三出口与再生气排出管路连通；三通阀b1的第一出口与高压空气管路连通，三通阀b1的第二出口与b罐连通，三通阀b1的第三出口与再生气排出管路连通；开关阀a2与开关阀b2在接入干燥气体管路的同时，通过管路相互连通。开关阀a2与开关阀b2优选使用为节流阀，节流阀相较于电磁阀，只需转动旋钮即可调节流量大小，结构简单，经济性好，易于维护和更换。
15.a罐、b罐交替使用：
16.使用a罐时，开启三通阀a1的第一出口及第二出口、开关阀a2、开关阀b2、三通阀b1的第二出口及第三出口，其余阀门为关闭状态；高压高湿的压缩空气经高压空气管路进入a罐内，由消音器将空气散开，干燥剂颗粒吸附空气中的水蒸气，毛毡垫及金属过滤网过滤空气中的颗粒物。干燥的空气通过开关阀a2排出a罐，少部分干燥的空气作为再生气经过开关阀b2流入b罐内，将干燥剂表面的水分通过三通阀b1带出b罐排入再生气排出管路。
17.使用b罐时，开启三通阀b1的第一出口及第二出口、开关阀b2、开关阀a2、三通阀a1的第二出口及第三出口，其余阀门为关闭状态；高压高湿的压缩空气经高压空气管路进入b罐内，由消音器将空气散开，干燥剂颗粒吸附空气中的水蒸气，毛毡垫及金属过滤网过滤空气中的颗粒物。干燥的空气通过开关阀b2排出b罐，少部分干燥的空气作为再生气经过开关阀a2流入a罐内，将干燥剂表面的水分通过三通阀a1带出a罐排入再生气排出管路。
18.a罐、b罐中的干燥剂颗粒经气体反复充压，会出现沉降现象，此过程中，压簧向下压住金属过滤网，压实干燥剂颗粒。
19.在上述方案的基础上，进一步的，节能型氮气发生器中的空气压缩机、干燥器、膜组件、储气罐及相关管路均设置在箱体内，箱体配有带锁脚轮，方便移动和锁定位置。
20.在上述方案的基础上，进一步的，箱体的前侧设有指示灯带，侧壁设有扬声器。指示灯带有红橙黄绿青蓝紫7种颜色，节能型氮气发生器在开机自检过程中指示灯带颜色为
绿色循环显示，自检过程如有器件故障，指示灯带颜色变为红色，同时语音播报故障点，自检完成后指示灯带显示为绿色，节能型氮气发生器运行过程中出现器件故障，指示灯带颜色变为红色，同时语音播报故障点。
21.有益效果：(1)本实用新型取消了储存氮气所用到的储气瓶，通过设置监测单元随时监控管路中的气压变化，根据用气需求实时生产氮气，既满足用气需求，又减少了氮气存储环节的安全隐患，同时减少了气体存储过程的损耗，实现氮气智能化的随用随制，节能环保。
22.(2)本实用新型通过指示灯和扬声器将氮气发生器的状态信息，特别是维保信息和故障信息主动的传送到操作者，提醒操作者氮气发生器的维护情况和主动上报故障点，实现友好的人机交互。
23.(3)本实用新型中的干燥器的罐体内设置了压簧及金属过滤网，利用压簧对金属过滤网施加向下的压力，对干燥剂颗粒进行压实，有效的降低了空气露点，进而提高氮气的纯度。经测试，利用本实用新型可将空气的露点降低到-55℃。
附图说明
24.图1为背景技术中所述的现有膜分离技术制氮工艺流程图；
25.图2为本实用新型的工艺流程示意图；
26.图3为本实用新型中干燥器的原理示意图；
27.图4为干燥剂颗粒沉降前后的对比示意图；
28.图5为本实用新型中箱体的结构；
29.其中：1-过滤器a、2-风机、3-空气压缩机、4-冷凝器、5-单向阀a、6-气液过滤器、7-控制阀门a、8-干燥器、8.1-罐体、8.2-金属过滤网、8.3-压簧、8.4-干燥剂颗粒、8.5-消音器、8.6-毛毡垫、9-单向阀c、10-节流阀a、11-过滤器b、12-接水盒、13-排气节流阀、14-单向阀、15-储气罐、16-控制阀门b、17-油雾分离器、18-调压阀、19-膜组件、20-单向阀d、21-监测单元、22-节流阀b、23-压力表、24-氮气出口开关、25-箱体、25.1-带锁脚轮、25.2-指示灯带。
具体实施方式
30.实施例1，参见附图2，一种智能型氮气发生器，它包括：配有风机2的空气压缩机3、干燥器8、膜组件19。
31.在空气压缩机3的进气管路上设有过滤器a1，在空气进入空气压缩机3前进行初次的过滤。空气压缩机3经管路连接冷凝器4，冷凝器4之后的管路分为两路，一路为高压空气管路经单向阀a5、气液过滤器6连接干燥器8，另一路经控制阀门a7、节流阀a10、过滤器b11进入内置海绵的接水盒12；经气液过滤器6分离的液体经管路汇入接水盒12；干燥器8一方面经设有单向阀b14的干燥气体管路与储气罐15连接，另一方面通过设有单向阀c9的再生气体管路接入控制阀门a7、节流阀a10间的管路；储气罐15的出气口的管路上依次设有控制阀门b16、油雾分离器17、调压阀18、膜组件19、单向阀d20、监测单元21、开关阀b22、带有调压阀的压力表23以及氮气出口开关24，储气罐15底部还设有排气节流阀13，用于长时间不用时泄压。储气罐15配有压力传感器以及弹性安全阀，确保使用的安全。
32.本例中的监测单元21使用压力传感器；控制阀门a为常开阀门，控制阀门b为常闭阀门；设定氮气出口端管路中的气体压力范围，通过监测单元21进行实时的监测，当气体压力低于下限时，控制阀门b16开启，当气体压力高于上限时，控制阀门b16关闭。
33.当有用气需求时，开启氮气出口开关24，此时，监测单元21监测到管路中压力骤降，当管路中的气体压力低于设定下限时，控制系统开启控制阀门b16，储气罐15中的干燥空气马上进入膜组件19，制备高纯度的氮气，满足用户需求。管路中的气体压力，通过监测单元21实时监测。
34.用气需求结束后，关闭氮气出口开关24，此时，监测单元21监测到管路中压力瞬时增加，到达压力范围上限时，控制系统关闭控制阀门b16，氮气停止制备。
35.实施例2，在实施例1的基础上，进一步的，对干燥器8作进一步的限定：
36.参见附图3，干燥器8为防沉降式过滤器，干燥器8的罐体8.1内设有金属过滤网8.2与压簧8.3，金属过滤网8.2在压簧8.3的作用下，对罐体8.1内的干燥剂颗粒8.4进行压实。使用时：高压高湿的压缩空气经高压空气管路进入罐体8.1内，罐体8.1内的干燥剂颗粒8.4吸收空气中的水蒸气，并由金属过滤网8.2过滤空气中的颗粒物，之后，干燥的空气向外排出进入干燥气体管路进行后续处理。干燥过程中，罐体8.1内的干燥剂颗粒8.4会出现沉降现象，此时，在压簧8.3的作用下，金属过滤网8.2向下运动，对干燥剂颗粒8.4进行压实，避免在干燥剂颗粒8.4出现摩擦或碰撞。
37.本例中，优选的，罐体8.1内设有锥台结构的消音器8.5，消音器8.5的通气端设有金属微孔结构。消音器8.5的特殊结构有利于高压高湿的压缩空气的快速散开，增加与干燥剂颗粒8.4的接触面积。金属过滤网8.2的底面设有毛毡垫8.6。毛毡垫8.6具备一定的厚度，能够更好地适应干燥剂颗粒不规则的表面。
38.干燥器8为a、b罐配合使用，其中，a罐设置有三通阀a1及开关阀a2，b罐设置有三通阀b1及开关阀b2。本例中，开关阀a2与开关阀b2使用为节流阀；三通阀a1的第一出口与高压空气管路连通，三通阀a1的第二出口与a罐连通，三通阀a1的第三出口与再生气排出管路连通；三通阀b1的第一出口与高压空气管路连通，三通阀b1的第二出口与b罐连通，三通阀b1的第三出口与再生气排出管路连通；开关阀a2与开关阀b2在接入干燥气体管路的同时，通过管路相互连通。
39.a罐、b罐交替使用：
40.使用a罐时，开启三通阀a1的第一出口及第二出口、开关阀a2、开关阀b2、三通阀b1的第二出口及第三出口，其余阀门为关闭状态；高压高湿的压缩空气经高压空气管路进入a罐内，由消音器8.5将空气散开，干燥剂颗粒8.4吸附空气中的水蒸气，毛毡垫8.6及金属过滤网8.2过滤空气中的颗粒物。干燥的空气通过开关阀a2排出a罐，少部分干燥的空气作为再生气经过开关阀b2流入b罐内，将干燥剂表面的水分通过三通阀b1带出b罐排入再生气排出管路。
41.使用b罐时，开启三通阀b1的第一出口及第二出口、开关阀b2、开关阀a2、三通阀a1的第二出口及第三出口，其余阀门为关闭状态；高压高湿的压缩空气经高压空气管路进入b罐内，由消音器8.5将空气散开，干燥剂颗粒8.4吸附空气中的水蒸气，毛毡垫8.6及金属过滤网8.2过滤空气中的颗粒物。干燥的空气通过开关阀b2排出b罐，少部分干燥的空气作为再生气经过开关阀a2流入a罐内，将干燥剂表面的水分通过三通阀a1带出a罐排入再生气排
出管路。
42.参见附图4，a罐、b罐中的干燥剂颗粒经气体反复充压，会出现沉降现象，此过程中，压簧向下压住金属过滤网，压实干燥剂颗粒。
43.实施例3，在实施例1或2的基础上，进一步的，参见附图5，智能型氮气发生器中的空气压缩机3、干燥器8、膜组件19、储气罐15及相关管路均设置在箱体25内，箱体25配有带锁脚轮25.1，方便移动和锁定位置。
44.箱体25的前侧设有指示灯带25.2，侧壁设有扬声器。指示灯带25.2有红橙黄绿青蓝紫7种颜色，智能型氮气发生器在开机自检过程中指示灯带25.2颜色为多色闪烁，自检过程如有器件故障，指示灯带25.2颜色变为红色，同时语音播报故障点，自检完成后指示灯带25.2显示为绿色，智能型氮气发生器运行过程中出现器件故障，指示灯带25.2颜色变为红色，同时语音播报故障点。
45.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。