专利名称：一种小型智能化制压氧一体机的制作方法
技术领域：
本发明涉及氧气制备技术领域以及氧气加压灌装技术领域，尤其涉及采用变压吸附工艺制备可供氧疗保健用氧气及通过多级压缩对氧气加压灌装技术领域。
背景技术：
近年来，随着生活水平的提高，人们对身体健康更加关注，其中氧疗和氧保健作为增强体质、预防疾病的一种新方法正逐渐被接受。小型制氧机这一新兴行业也随之悄然兴起，并表现出了强劲的增长趋势。目前，小型制氧机已广泛应用于心血管疾病、脑血管疾病、 呼吸系统疾病、高原反应与高原病、老年病、儿童呼吸道感染疾病、睡眠性低氧血症及煤气中毒缺氧等疾病的配合治疗，适用于家庭、医院、疗养院、干休所、美容健身中心、高原哨所、 体育训练中心等场所，除缺氧患者氧疗外，还成为广脑力劳动者、运动员、老年人、孕妇、儿童等进行脑力和体力恢复、辅助治疗和生理保健的伙伴。
目前，在我国大部分乡镇及边远地区，由于常规氧气站的制氧压氧设备庞大，投资大，技术含量高，操作复杂，环境要求严格，再加上受地理位置及交通条件的限制，氧气供应存在短缺问题。虽然小型制氧机已在有些地区推广使用，但制取的氧气只能随用随制，不能充瓶储存，使用受到很多限制，而且，受诸多因素的影响，集产氧与压氧一体的小型制压氧机在我国未有开发，使得没有大型氧站的地区和单位氧气充瓶困难，严重影响了需要氧气单位及个人的用氧需求。中国专利200620082260. 9介绍了一种小型制氧机，该制氧机采用分子筛变压吸附工艺制备富氧气体，只能制备富氧气体，是独立的制氧系统，不能对制备的氧气进行加压充瓶。中国专利200820087034. 9介绍了一种采用氧气收集装置的氧气压缩机，属于大型独立的压氧装置，没有氧气来源即无法工作，而且体积大，不适合小型制压氧一体机的集成。发明内容
本发明需要解决的技术问题就是要提供一种小型设备，可以同时进行氧气的制备和氧气的加压灌充，并且具备制氧、吸氧和压氧同时进行的功能。
本发明小型制氧压氧一体机，包括壳体，壳体内设置由控制系统分别控制的制氧单元、压氧单元和供氧单元；所述控制系统采用单片机或可编程序控制器；
所述制氧单元包括由管路依次连接的空气过滤器、空气干燥器、空气压缩机、散热器、吸附塔和储氧罐，位于吸附塔顶端的二位五通阀与吸附塔集成在一起，吸附塔的排氮口下端安装排氮消声器，储氧罐的出气端安装调压阀，调压阀的后段管路安装氧气浓度传感器和氧气流量传感器；
所述供氧单元由管路依次连接的供氧单元吸氧流量调节阀和湿化瓶组成；
所述压氧单元包括由管路依次连接的压氧流量调节阀、缓冲罐、三级氧气压缩机、 单向阀和氧气瓶，三级氧气压缩机与单向阀之间设置压力传感器；
氧气流量传感器的后段管路通过三通阀分别供氧单元吸氧流量调节阀和压氧流量调节阀。
所述空气压缩机隔音罩两侧设置空气过滤器，过滤器下端设置空气干燥器，散热器位于空气压缩机隔音罩的前侧，储氧罐位于散热器的右侧，吸附塔位于空气压缩机的右侧。所述空气压缩机采用无油活塞式压缩机。所述吸附塔采用双塔结构或多塔结构。所述三级氧气压缩机外面设置隔音罩，三级氧气压缩机采用三级无油活塞式压缩。
氧气制备采用变压吸附工艺，从空气中制取。空气经空气过滤器滤除空气中的固体颗粒，然后通过干燥器去除多余的水分，因为空气中的水分会对分子筛的分离效果及使用寿命造成影响。干燥后的空气经压缩机压缩加压到一定压力后，通过二位五通阀进入吸附塔内进行氮气吸附，吸附塔为两塔或多塔结构，吸附塔内通过压力的改变交替进行加压吸附和减压解吸，以保证氧气持续稳定产生。为了提高氧气浓度，在吸附和解吸过程中设计了均压过程，其过程通过控制阀门的开合来实现。变压吸附产生的氧气，一部分通过限流阀限流后对另一正在解吸的吸附塔进行反吹，另一部分通过单向阀后进入储气罐。解吸出来的氮气则通过控制阀门排出，为了消除排氮过程中产生的噪声，在排氮口配置了排氮消声器。制氧单元制备的氧气经过储氧罐储备缓冲后，可以经流量计和湿化瓶湿化后供人员吸用，也可以直接经氧气缓冲罐进入压氧单元进行压缩充瓶，也可以同时为直接吸用和压氧充瓶提供氧气。
对于压氧单元，在氧气压缩机的进气端配置了氧气缓冲罐，以减少压氧时压缩机不连续进气对吸氧接口造成的影响。氧气压缩机采用三级活塞式无油压缩，出口压力可达 13MPa以上，在压缩机的出气口配置了单向阀，防止压氧时氧气的回流。在单向阀后配置工作压力为20MPa的软管或硬管，管接头为M14*l. 5的内螺纹，此螺纹为标准小型氧气瓶压氧接口，可以方便对多种规格氧气瓶进行充氧。
智能化自动控制系统采用单片机或可编程序控制器(PLC)设计，该控制系统除完成制氧系统的工艺循环流程控制外，还设计有多项报警检测功能，如低压报警、高压报警、 断电报警、切换超时报警、低氧报警及氧浓度指示等程序。在制氧单元出口处设置了氧气浓度传感器和流量传感器，以便对产氧状态及过程进行实时监测。当制氧单元运行时，显示屏定量显示氧气浓度值，当氧气浓度低于设定值时，系统声光报警。在压氧单元氧气出口处设置压力传感器，能够对压氧及充瓶压力进行实时监测，当压氧压力达到设定值时，压氧单元声光提示，并自动停止压氧程序。故障报警系统的设计，能及时发出系统运转不正常时的信号，以便及时停机维修，避免长时间非正常运行造成设备元件的损坏。此外，还设计有定时及LED显示等功能。
本发明实现了制氧和压氧功能的有机结合，具有工艺合理、自动化程度高、使用方便、体积小重量轻、便于携带等的优点。
1、通过机电一体化设计的小型智能化制压氧一体机，同时具有制氧和压氧功能， 实现了制氧和压氧的有机结合，提高了系统的集成度。
2、以空气为原料和通过变压吸附工艺原理设计的制氧单元，可随时随地连续制备直接使用和加压充瓶的氧气，拓宽了制氧机的使用范围。
3、通过三级活塞压缩工艺设计的压氧单元，对制氧单元产生的氧气经进行加压充瓶，把氧气储存在氧气瓶中，可随时随地用氧。
4、标准化压氧接口的设计，便于不同规格氧气瓶的灌装。
5、智能化控制系统实现了制氧和压氧的控制系统集成，具有多种运行模式及运行状态监测功能，提高了自动化水平，保证了制压氧一体机运行的安全性和可靠性。
6、小型化的结构设计，使制压氧一体机体积小、重量轻，携带使用方便。
图1是本发明的工艺结构示意图2是本发明的主视示意图3是本发明的左视示意图4是本发明去掉压缩机隔音罩后的右视示意图。
图中标号1、空气过滤器，2、空气干燥器，3、空气压缩机，4、散热器，5、二位五通阀，6、排氮消声器，7、吸附塔，8、单向阀，9、储氧罐，10、调压阀，11、氧浓度传感器，12、流量传感器，13、流量计，14、三通阀，15、吸氧流量调节阀，16、湿化瓶，17、压氧流量调节阀，18、 缓冲罐，19、三级氧气压缩机，20、压力传感器，21、单向阀，22、氧气瓶，23、控制箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详述。
小型智能化制压氧一体机的工艺结构如图1所示，空气由设置在制氧单元压缩机隔音罩两侧的空气过滤器1进行过滤，除去颗粒物后，经设置在过滤器下端和空气压缩机隔音罩两侧的空气干燥器2干燥，以除去空气中的水分，干燥后的空气经联结管路至隔音罩内的空气压缩机3，空气压缩机3采用无油活塞式压缩机，把空气加压压缩到一定压力， 以便进行氧氮分离。在空气压缩过程中，空气温度会升高，为了降低空气温度升高对分子筛吸附分离效果的影响，压缩空气经散热器4进行散热降温。散热器4采用铝合金材料制作，利用铝合金良好的导热性能，通过增加与空气的接触面积加速散热，散热器4位于空气压缩机隔音罩的外侧。经过降温的压缩空气进入吸附塔7，在吸附塔7内进行氮气吸附和解吸，吸附塔7为变压吸附制氧的核心部件，可采用双塔结构或多塔结构设计。在吸附塔7 内进行的吸附过程要经历吸附、出氧均压、解吸排氮、反吹等过程，在此过程中气路的转换是通过集成的二位五通阀5实现的，二位五通阀5与吸附塔7集成在一起，位于吸附塔7顶端。空气在吸附塔7内进行氧氮分离后产生的氧气经单向阀8控制进入储氧罐9，储氧罐9 也与吸附塔7集成在一起，位于吸附塔7的底端。吸附塔7降压解吸的氮气通过排氮口排出，在氮气排放过程中为了降低噪声在排氮口的下端配置了排氮消声器6。由于吸附塔产生的氧气压力较高，同时为了维持吸氧及压氧氧气供应的稳定性，在储氧罐9的出气端配置了调压阀10。
为对制压氧一体机进行运行状态进行实时监测，在调压阀10的后端配置了氧气浓度传感器11与氧气流量传感器12，传感器均固定在空气压缩机隔音罩上。氧气经过三通阀14被分流成两个流向，一路供直接吸氧使用，一路供压氧单元加压充瓶使用，两路可以单独使用，也可以同时开启。供呼吸用的氧气可通过吸氧流量调节阀15进行流量调节，吸氧流量调节阀15设置在面板上。流量计13和氧气流量传感器12可对产氧单元产生的氧气进行流量监测和实时显示。由于制氧单元制备的氧气在前期经过了干燥处理，所以在吸用之前要通过湿化瓶16进行湿化处理。流量计13和湿化瓶16均安装在前面板上。
需加压充瓶的氧气在进入压氧单元前，先要经过压氧流量调节阀17对压氧流量进行调节，以保证直接吸用氧气的供应。由于氧气压缩单元周期性的进气会造成氧气压力的较大波动，因此，在氧气压缩前配备了氧气压缩单元进气缓冲罐18。经缓冲罐18缓冲后的氧气进入三级氧气压缩机19，三级氧气压缩机19是压氧单元的核心，采用三级无油活塞式压缩，经三级压缩后出口氧气压力可以达到13MPa以上，三级氧气压缩机19与单向阀21 之间设置压力传感器20，通过压氧出口和单向阀21与氧气瓶22连接，直接进行充氧。三级氧气压缩机19安装位置与制氧单元平行，在三级氧气压缩机19的外面设置了隔音罩，以降低系统噪音。当氧气瓶中充氧压力达到设定值时，充氧过程会自动停止。所有控制系统均安装在控制箱23内。
实施例1 吸氧及压氧同时运行状态。检查系统各单元连接状况，接通电源，选择自动控制系统的制氧压氧功能模式。首先启动制氧单元，制氧单元产生的氧气经三通阀被分成两路，一路供直接吸氧用，一路进入压氧单元进行加压充瓶。调节产氧流量和吸氧流量，然后启动压氧单元，吸用多余的氧气自动进入压氧单元，此时吸氧和压氧同时进行。控制显示系统可实时显示制氧和压氧运行工作状态和氧气流量、氧气浓度、压氧压力和压氧流量等主要技术参数。若氧气瓶充氧压力达到设定值，系统声光指示，压氧单元自动停止运行，而制氧单元仍继续运行，不影响直接吸用氧气的供应；若氧气瓶充氧压力未达到设定值，由于吸氧流量增加或其他原因不能保证压氧供应时，也可手动关闭压氧单元；若运行过程中出现故障，系统自动停止运行。吸氧及压氧同时运行时系统的主要技术参数产氧流量为6-10L/min，氧气浓度为90-93 %，压氧流量为2_5L/min，压氧压力0_13MPa。
实施例2 压氧运行状态。检查系统各单元连接状况，接通电源，选择自动控制系统的制氧压氧功能模式，直接启动压氧单元，制氧单元和压氧单元同时启动，制氧单元产生的氧气全部自动进入压氧单元，此时为压氧运行状态。控制显示系统可实时显示制氧和压氧运行工作状态和氧气流量、氧气浓度、压氧压力和压氧流量等主要技术参数。若氧气瓶充氧压力达到设定值，系统声光指示，压氧及制氧单元均自动停止运行；若氧气瓶压氧压力未达到设定值，也可手动关闭整个系统；若运行过程中出现故障，系统自动停止运行。压氧运行状态时系统的主要技术参数产氧流量为2-5L/min，氧气浓度为90-95%，压氧流量为2-5L/min，压氧压力0_13MPa。
实施例3 产氧运行状态。检查系统各单元连接状况，接通电源，选择自动控制系统的制氧功能模式，直接启动制氧单元，此时压氧单元不运行，产氧单元产生的氧气全部用于直接吸用，即为产氧运行状态。控制显示系统可实时显示系统工作状态和氧气流量、氧气浓度、压氧压力和压氧流量等主要技术参数。当不需吸氧时，手动关闭整个系统即可。若运行过程中出现故障，系统自动停止运行。吸氧运行状态时系统的主要技术参数产氧流量为3-10L/min，氧气浓度为90-95 %。
权利要求
1.一种小型智能化制压氧一体机，包括壳体，其特征是，壳体内设置由控制系统分别控制的制氧单元、压氧单元和供氧单元；所述控制系统采用单片机或可编程序控制器；所述制氧单元包括由管路依次连接的空气过滤器、空气干燥器、空气压缩机、散热器、 吸附塔和储氧罐，位于吸附塔顶端的二位五通阀与吸附塔集成在一起，吸附塔的排氮口下端安装排氮消声器，储氧罐的出气端安装调压阀，调压阀的后段管路安装氧气浓度传感器和氧气流量传感器；所述供氧单元由管路依次连接的供氧单元吸氧流量调节阀和湿化瓶组成； 所述压氧单元包括由管路依次连接的压氧流量调节阀、缓冲罐、三级氧气压缩机、单向阀和氧气瓶，三级氧气压缩机与单向阀之间设置压力传感器；氧气流量传感器的后段管路通过三通阀分别供氧单元吸氧流量调节阀和压氧流量调节阀。
2.根据权利要求1所述的小型智能化制压氧一体机，其特征是，所述空气压缩机隔音罩两侧设置空气过滤器，过滤器下端设置空气干燥器，散热器位于空气压缩机隔音罩的前侧，储氧罐位于散热器的右侧，吸附塔位于空气压缩机的右侧。
3.根据权利要求1所述的小型智能化制压氧一体机，其特征是，所述空气压缩机采用无油活塞式压缩机。
4.根据权利要求1所述的小型智能化制压氧一体机，其特征是，所述吸附塔采用双塔结构或多塔结构。
5.根据权利要求1所述的小型智能化制压氧一体机，其特征是，所述三级氧气压缩机外面设置隔音罩，三级氧气压缩机采用三级无油活塞式压缩。
全文摘要
本发明公开了一种小型智能化制压氧一体机。本发明包括壳体，壳体内设置由控制系统分别控制的制氧单元、压氧单元和供氧单元；所述控制系统采用单片机或可编程序控制器；所述制氧单元包括由管路依次连接的空气过滤器、空气干燥器、空气压缩机、散热器、吸附塔和储氧罐；所述供氧单元由管路依次连接的供氧单元吸氧流量调节阀和湿化瓶组成；所述压氧单元包括由管路依次连接的压氧流量调节阀、缓冲罐、三级氧气压缩机、单向阀和氧气瓶。本发明通过机电一体化设计的小型智能化制压氧一体机，同时具有制氧和压氧功能，实现了制氧和压氧的有机结合，提高了系统的集成度。
文档编号F17C5/00GK102515111SQ20111042697
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者宁青松, 宿红波, 朱孟府, 朱路, 游秀东, 苑英海, 邓橙, 陈平 申请人:中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所