一种真空变压吸附制氧系统及方法与流程

本发明涉及一种制氧系统，具体涉及一种真空变压吸附制氧系统及方法，属于工业制氧。

背景技术：

1、真空变压吸附制氧技术是一种新型的氧气分离提取技术，通过吸附剂对空气进行选择性分离，制取高纯度氧气产品。该技术的工艺流程为，鼓风机输出空气到吸附罐，在吸附罐内进行选择性吸附，其中的氮气、二氧化碳、水等成分被吸附，氧气则通过吸附层后输出。该技术广泛应用于小型工业制氧系统和医用氧气制备等领域。

2、现有的真空变压吸附制氧系统中，为了降低能耗和获得更好的主机稳定性，通常使用单个电机分别带动鼓风机和真空泵，但是，电机与鼓风机和真空泵的连接通常采用机械连接结构，而机械连接结构在动力输出过程中不可避免地产生机械疲劳、摩擦损耗以及震动噪音，因此也有试图采用磁悬浮轴承连接电机与鼓风机和真空泵的技术方案，该方案虽然降低了机械疲劳、摩擦损耗以及震动噪音，但由于磁悬浮轴承需要接电，因此增加了能源消耗，而这部分能耗并未被有效利用。

技术实现思路

1、基于以上背景，本发明的目的在于提供一种提高系统能源利用效率的真空变压吸附制氧系统。

2、本发明的另一目的在于提供一种采用上述真空变压吸附制氧系统的真空变压吸附制氧方法。

3、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

4、一种真空变压吸附制氧系统，包括驱动电机、鼓风机、真空泵、两个磁悬浮传动装置、冷却器、第一吸脱附罐、第二吸脱附罐和缓冲罐；

5、所述驱动电机具有两个方向相对且同轴设置的输出轴，其中一个输出轴通过一个磁悬浮传动装置驱动鼓风机，另一个输出轴通过另一个磁悬浮传动装置驱动真空泵；所述鼓风机的出风口通过管路连通冷却器的进口端，冷却器的出口端通过管路分别连通第一吸脱附罐和第二吸脱附罐；所述第一吸脱附罐和所述第二吸脱附罐通过管路分别连通所述真空泵，所述第一吸脱附罐和所述第二吸脱附罐还通过管路分别连通所述缓冲罐；

6、每个磁悬浮传动装置包括转体笼、转盘、导体、永磁体、进气部件和导气部件，所述转体笼套设于所述转盘外，所述导体设于转体笼内壁，所述永磁体设于转盘外壁且与导体相对，永磁体与导体之间具有空气间隙，转体笼远离转盘的端部中央连接驱动电机的输出轴，转盘远离转体笼的端部中央连接鼓风机和真空泵的其中之一；所述进气部件设于转体笼远离转盘的端部，进气部件一端通过管路连通鼓风机的出风口，进气部件另一端连通永磁体与导体之间的空气间隙；所述导气部件设于转盘远离转体笼的端部，导气部件设有富氧空气进口、富氧空气出口、稀氧空气进口和稀氧空气出口，导气部件的富氧空气进口连通永磁体与导体之间的空气间隙邻近永磁体的部位，导气部件的稀氧空气进口连通永磁体与导体之间的空气间隙邻近导体的部位，导气部件的富氧空气出口通过管路连通冷却器的进口端，导气部件的稀氧空气出口通过管路排空。

7、该真空变压吸附制氧系统采用磁悬浮传动装置传递驱动电机的动力给鼓风机和真空泵，得益于磁悬浮传动装置的结构特点，驱动电机的输出轴和鼓风机以及真空泵之间为非机械连接形式，有效降低动力输出过程中的机械疲劳、摩擦损耗以及震动噪音，减小系统振动幅度；结合空气中氧分子顺磁性和氮分子逆磁性的特点，将鼓风机输出的一部分空气通入磁悬浮传动装置，利用磁悬浮传动装置自身的磁场特性，使磁悬浮传动装置起到一定的空气分离作用，在磁悬浮传动装置的一端通过导气部件收集被磁场所分离出的富氧空气和稀氧空气，将该部分富氧空气与鼓风机输出的另一部分空气混合后使其进入后续装置，提高进入冷却器及后续吸脱附罐的空气的含氧量，提高系统的空气分离效果，增加制氧量，且有效利用磁悬浮传动装置的能耗，提高整个系统的能源利用效率。

8、作为优选，所述进气部件包括第一筒体，第一筒体与转体笼同轴设置，第一筒体与转体笼端部之间具有间隙，第一筒体的一端沿轴向连通永磁体与导体之间的空气间隙，第一筒体的另一端设有连通第一筒体内部的进气口，所述进气口通过管路连通鼓风机的出风口，转体笼邻近第一筒体的部位设有多个进气孔。

9、作为优选，所述进气口位于第一筒体的外周部分，进气口沿第一筒体外壁切向连通第一筒体内部。

10、作为优选，由设置进气口的端部向着邻近转体笼的端部的方向，第一筒体的直径逐渐缩小。

11、作为优选，所述导气部件包括第二筒体，第二筒体与转盘同轴设置，第二筒体与转盘端部之间具有间隙，第二筒体与转盘相邻的表面设有环形开口，第二筒体内部设有环形隔板，环形隔板将第二筒体内部分隔为位于外环部分的稀氧空气收集区和位于内环部分的富氧空气收集区，环形隔板端部将环形开口分隔为位于外环部分的稀氧空气进口和位于内环部分的富氧空气进口，第二筒体外周部分设有稀氧空气出口，第二筒体远离转盘的表面且邻近中央部分的位置设有富氧空气出口。

12、作为优选，所述转体笼远离转盘的端部中央设有驱动轴固定件，所述驱动电机的输出轴与驱动轴固定件可拆卸固定连接，所述转盘远离转体笼的端部中央设有负载轴固定件，所述鼓风机的输入轴和真空泵的输入轴的其中之一与负载轴固定件可拆卸固定连接。

13、作为优选，该真空变压吸附制氧系统还包括过滤器、第一消音器、第二消音器和防喘振阀，所述过滤器与鼓风机的进风口通过管路连通，真空泵的排气口通过管路连通所述第一消音器排空，所述防喘振阀设置在冷却器的出口端与第二吸脱附罐之间的管路上，防喘振阀通过管路连通所述第二消音器排空。

14、作为优选，该真空变压吸附制氧系统还包括多个切换阀，至少一个切换阀设置在冷却器的出口端与第一吸脱附罐之间的管路上，至少一个切换阀设置在冷却器的出口端与第二吸脱附罐之间的管路上，至少一个切换阀设置在真空泵与第一吸脱附罐之间的管路上，至少一个切换阀设置在真空泵与第二吸脱附罐之间的管路上，至少一个切换阀设置在第一吸脱附罐与缓冲罐之间的管路上，至少一个切换阀设置在第二吸脱附罐与缓冲罐之间的管路上。

15、一种采用以上任一所述的真空变压吸附制氧系统的真空变压吸附制氧方法，该方法包括以下步骤：

16、将鼓风机出风口输出的一部分具有第一氧气含量的空气通入磁悬浮传动装置的进气部件，该部分具有第一氧气含量的空气流经永磁体与导体之间的空气间隙，分离出具有第二氧气含量的空气并被导气部件所收集，由导气部件的富氧空气出口排出后汇入鼓风机出风口输出的另一部分具有第一氧气含量的空气，形成具有第三氧气含量的空气后进入冷却器；

17、其中，所述第二氧气含量大于所述第三氧气含量，所述第三氧气含量大于所述第一氧气含量。

18、作为优选，在形成具有第三氧气含量的空气后进入冷却器之后，该方法还包括以下步骤，

19、具有第三氧气含量的空气由冷却器进入第一吸脱附罐和所述第二吸脱附罐的其中之一，具有第三氧气含量的空气中的大量氮气、水分、二氧化碳和碳氢化合物被吸附，大量未被吸附的氧气和少量氮气由第一吸脱附罐和所述第二吸脱附罐的其中之一流出至缓冲罐收集，获得产品气；

20、在所述第一吸脱附罐和所述第二吸脱附罐的其中之一的吸附达到满负荷时，使具有第三氧气含量的空气由冷却器进入第一吸脱附罐和所述第二吸脱附罐的另外之一，通过真空泵将吸附达到满负荷的第一吸脱附罐或第二吸脱附罐中的氮气、水分、二氧化碳和碳氢化合物抽吸排空。

21、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

22、本发明的一种真空变压吸附制氧系统，通过磁悬浮传动装置，既传递驱动电机的动力给鼓风机和真空泵，有效降低动力输出过程中的机械疲劳、摩擦损耗以及震动噪音，又充分利用磁悬浮传动装置内产生的磁场，结合空气中氧分子顺磁性和氮分子逆磁性的特点，将鼓风机输出的一部分空气通入磁悬浮传动装置分离出富氧空气，将该部分富氧空气与鼓风机输出的另一部分空气混合后使其进入后续装置，提高进入冷却器及后续吸脱附罐的空气的含氧量，提高系统的空气分离效果且有效利用磁悬浮传动装置的能耗，提高系统的能源利用效率。