一种高效氮气纯化设备及其中间收集方法与流程

本发明属于气体纯化设备技术领域，具体涉及一种高效氮气纯化设备及其中间收集方法。

背景技术：

氮气纯化是指利用物理或化学的方法除去氮气中的杂质。首先利用psa变压吸附制氮机制取纯度为99.9％的氮气，将氮气通入氮气纯化装置中，在一定的温度下，氮气中残氧和脱氧剂发生反应，从而除去氮气中的氧水汽和尘埃等。现有的氮气纯化设备主要有氢脱氧纯化设备和无氢脱氧纯化设备。

现有技术中的氮气纯化设备，由于在不使用的时候，内部纯度较低，在启动的时候需要较长的时间进行纯化以达到所需的纯度，从而导致纯化设备启动时间较长，氮气纯化成本较高，变相的导致氮气纯化的效率低下，不能达到即开即用的要求。

技术实现要素：

基于上述背景技术中提到的问题，本发明提供了一种高效氮气纯化设备及其中间收集控制方法，它在纯化装置气动时即可开始收集高纯度氮气，避免了设备气动时间对氮气收集的影响，提高了纯化效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种高效氮气纯化设备包括纯化装置、中间收集装置和最终收集装置，所述纯化装置用于对氮气提纯，所述中间收集装置包括收集罐，所述收集罐内安装有活塞，所述活塞将收集罐分隔为上腔体和下腔体，所述上腔体与下腔体之间安装有连通管，所述连通管上连接有进气管、排气管和收集管，所述进气管和排气管位于上腔体与收集管之间，所述连通管于进气管和排气管之间安装有第一电磁阀，所述连通管于进气管和收集管之间安装有第二电磁阀，排气管上安装有第三电磁阀，所述收集管上安装有第四电磁阀，所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀连接有电磁阀控制系统，所述收集管分别于上腔体和下腔体内安装有第一触发器和第二触发器，所述第一触发器和第二触发器均与电磁阀控制系统里连接。

进一步，所述活塞外壁上设有多条密封圈。通过密封圈进行对上腔体和下腔体进行密封，减小活塞与收集罐之间的接触面积，在具备较好气密性的同时，有利于活塞的滑动。

进一步，所述活塞为橡胶活塞，所述活塞内部安装有支撑架，所述支撑架包括一体成型的轴芯、支架和支撑环。活塞的质量较小，便于上腔体和下腔体中内部气压推动活塞，同时在支撑架的作用下，活塞不会产生较大形变，从而不易脱落。

进一步，所述上腔体内安装有第一触头，所述第一触头上开设有第一通孔，所述第一通孔内穿设于有第一限位杆，所述第一限位杆上套设有第一限位弹簧，所述第一限位弹簧的两端分别与第一触头和收集罐上，所述下腔体内安装有第二触头，所述第二触头上开设有第二通孔，所述第二通孔内穿设于有第二限位杆，所述第二限位杆上套设有第二限位弹簧，所述第二限位弹簧的两端分别与第二触头和收集罐上，所述第一触发器、第二触发器与收集罐之间安装有缓冲弹簧。第一触发器和第二触发器的设置，便于了解活塞的移动情况，通过第一触发器的状态可了解活塞是否到达收集罐顶部、通过第二触发器的状态可了解活塞是否到达收集罐底部。

本发明还记载了一种氮气中间收集方法：

将氮气纯化进程按氮气纯度分为氮气补偿、氮气回收和氮气补充三个过程；

氮气补偿：在纯化设备启动到纯化设备内氮气纯度达标的过程中，通过电磁阀控制系控制氮气流向，将中间收集装置中储存纯度达标氮气排入最终收集装置、同时纯化装置将产出的氮气排入中间收集装置，通过氮气补偿在纯化装置启动后，最终收集装置即可获取高纯度氮气，有利于提高氮气纯化的效率；

氮气回收：在纯化装置内氮气纯度达标后氮气补偿停止，通过电磁阀控制系统控制氮气流向，将纯化装置内氮气直接排入最终收集装置；

氮气补充：在纯化结束前，通过电磁阀控制系统控制氮气流向，阻断最终收集装置的氮气收集，同时将氮气充入中间收集装置内进行补充，在最终收集装置收集完成，对下腔体内氮气进行补充，以便于下次使用。

进一步，所述氮气补偿中，中间收集装置中氮气排放的上限时间大于纯化装置中氮气纯度达标所需时间。避免下腔体中氮气排放完毕后，纯化装置产出氮气仍不达标。

进一步，所述氮气补偿的开始时刻为纯化装置的启动时刻，停止时刻为活塞与第二触发器的接触时刻，纯化装置启动时，第一电磁阀、第四电池阀开启，第二电磁阀和第三电磁阀关闭。

进一步，所述氮气回收的开始时刻为活塞与第二触发器的接触时刻，停止时刻为最终收集装置停止收集的时刻，氮气回收开始时，第一电磁阀和第三电磁阀关闭，第二电磁阀和第四电池阀开启。

进一步，所述氮气补充的开始时刻为最终收集装置停止收集的时刻、停止时刻为活塞与第一触发器接触的时刻，氮气补充开始时，第一电磁阀和第四电池阀关闭、第二电磁阀和第三电磁阀开启。

本发明的有益效果：

通过中收集罐可用于对高纯度氮气进行回收用于备用，在纯化装置开始工作，装置内部氮气纯度较低时，通过将低纯度的氮气冲入上腔体中挤压活塞，将下腔体内备用的高纯度氮气冲入最终收集装置中，一段时后纯化装置内的氮气纯度逐渐达标，控制系统将阻断氮气继续冲入上腔体内，同时将达标氮气直接冲入最终收集装置中；最终收集装置停止收集时，控制系统将达标氮气冲入下腔体内，补充下腔体内氮气的消耗，同时将上腔体内纯度不达标的氮气压回氮气纯化装置中，以便于重新提纯。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明一种高效氮气纯化设备实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例中一种高效氮气纯化设备的剖切结构示意图；

图3为本发明一种高效氮气纯化设备实施例中活塞的结构示意图；

主要元件符号说明如下：

收集罐1、活塞2、支撑环21、支架22、轴芯23、密封圈24、第二限位杆31、第二限位弹簧32、第二触发器33、第二触头34、第一限位杆41、第一限位弹簧42、第一触发器43、第一触头44、第一电磁阀51、第二电磁阀52、进气管61、排气管62、第三电磁阀621、收集管63、四电磁阀631。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

实施例

如图1～3所示，一种高效氮气纯化设备包括纯化装置、中间收集装置和最终收集装置，纯化装置用于对氮气提纯，中间收集装置包括收集罐1，收集罐1内安装有活塞2，活塞2外壁上设有多条密封圈24，活塞2为橡胶活塞，活塞2内部安装有支撑架，支撑架包括一体成型的轴芯23、支架22和支撑环21，活塞2将收集罐1分隔为上腔体和下腔体，上腔体与下腔体之间安装有连通管5，连通管5上连接有进气管61、排气管62和收集管63，进气管61和排气管62位于上腔体与收集管63之间，连通管5于进气管61和排气管62之间安装有第一电磁阀51，连通管5于进气管61和收集管63之间安装有第二电磁阀52，排气管62上安装有第三电磁阀621，收集管63上安装有第四电磁阀631，第一电磁阀51、第二电磁阀52、第三电磁阀621和第四电磁阀631仅通过中间继电器连接有电磁阀控制系统，收集管1分别于上腔体和下腔体内安装有第一触发器43和第二触发器33，第一触发器43和第二触发器33均与电磁阀控制系统里连接，上腔体内安装有第一触头44，第一触头44上开设有第一通孔，第一通孔内穿设于有第一限位杆41，第一限位杆41上套设有第一限位弹簧42，第一限位弹簧42的两端分别与第一触头44和收集罐1上，下腔体内安装有第二触头34，第二触头34上开设有第二通孔，第二通孔内穿设于有第二限位杆31，第二限位杆31上套设有第二限位弹簧32，第二限位弹簧32的两端分别与第二触头34和收集罐1上，第一触发器43、第二触发器33与收集罐1之间安装有缓冲弹簧。

在纯化过程中，纯化设备启动到纯化设备内氮气纯度达标的过程中，第一电磁阀51、第四电池阀631开启，第二电磁阀52和第三电磁阀621关闭，纯化装置中产出的氮气充入到收集罐1的上腔体内，随着氮气的充入，上腔体内气压逐渐增强，活塞2向下移动，将下腔体内的纯氮气充入最终收集装置中，当活塞2与第二触发器33的接触时，氮气回收开始；第一电磁阀51和第三电磁阀621关闭，第二电磁阀52和第四电池阀631开启，纯化装置中产出的氮气直接充入最终收集装置内，时最终收集装置可持续收集纯化氮气；当最终收集装置停止收集氮气时，第一电磁阀51和第四电池阀631关闭、第二电磁阀52和第三电磁阀621开启，纯化装置中高纯度氮气直接充入收集罐1的下腔体中，下腔体内气压逐渐增强，活塞2向上移动，将上腔体内纯度未达标的氮气被压回纯化装置中重新提纯，当活塞2与第一触发器43的接触时结束。

以上对本发明提供的一种高效氮气纯化设备进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。