[发明专利]高原制氧机

说明书

本发明属于气体分离技术领域。

近年来，国内外都已研制过几种变压吸附制氧装置，这类制氧装置具有操作简单、使用方便、制取氧气快、成本低廉等优点。但对我国象青藏高原这样的高海拔地区，氧气很缺，运送又极不方便，到目前为止，还没有一种能适合高原地区就地制氧的变压吸附制氧装置。例如我国以往研制的ZY-2型变压吸附制氧机，在低海拔的内地使用，制氧量2m³/h，氧纯度90%以上。到了青藏高原，不但生产能力下降（氧产量降到1m³/h，氧纯度还不到80%），而且由于高原有气压低等环境因素，阀门动力系统运转不起来，制氧生产无法正常进行。为此，发明了一种新的适合高原用的变压吸附制氧装置-高原制氧机。

本发明的目的是研制一种高原制氧机，在高原海拔4000m条件下，氧产量2m³/h，氧纯度90%以上。为高原实现就地制氧，解决高原医疗和生活用氧问题提供理想的制氧装置。

本发明的要点在于：研制试验了在高原海拔4000m空气稀薄条件下，以空气为原料，以5A分子筛为吸附剂的四塔变压吸附制氧工艺过程，通过多功能控制阀控制吹洗时间和吹洗气流速及在吸附过程中分阶段限量出氧;由空压机、电磁阀、脱油器、分水滤气器、大储氧罐、气缸、小储氧罐、流量计及连接管道组成的高原制氧机中，试制了适合高原用的能代替26个单元阀工作的多功能控制阀以及4个装填5A分子筛的制氧塔和一个电气程序控制器，其结构新颖，运行可靠。

下面结合附图和实施例，对本发明作详细说明：

图1是高原制氧机工艺流程图

图2是多功能控制阀控制功能图

图3是多功能控制阀局部剖视图

图4是阀座端面视图

图5是阀体端面视图

图6是制氧塔（A）变压吸附工作程序图

如附图1所示，原料空气由空压机（1）压缩到具有0.34-0.4MPa的压力，经脱油器（3）脱油，再经分水滤气器（4）去水去油，除极小部分压缩空气经电磁气阀（2）进入气缸（9）作为动力用气外，其余均进入多功能控制阀（5），由程序控制器（6）发出指令，按给定的变压吸附工作程序，依次通过管道进入装有5A分子筛的制氧塔（7）（A、B、C、D）。利用5A分子筛加压时对氮的吸附容量增加，减压时对氮的吸附容量减少的特性，使空气中的氧氮分离而制取氧气。氮气从塔底引出，经多功能控制阀（附图3）消声器（13）消声排空，氧气从制氧塔顶部引出，经多功能控制阀进入小储氧罐（10），然后再进入大储氧罐（8）储存备用，流量计（11）指示产氧流量。在储氧罐里的氧气带有0.25-0.3MPa的压力，作为管道供氧氧源，尤为理想。

工艺流程图中的多功能控制阀（5）是高原制机的心脏，它的控制功能见附图2。由附图2可见，高原制氧机的四个制氧塔（A、B、C、D）的变压吸附工作程序，如用单元阀控制，则需用26个单元阀，控制复杂，且在运行时其中有一、二个单元阀出现故障，检查和维修都很麻烦。现在用一个多功能控制阀代替26个单元阀工作，就可以消除上述弊病。附加说明：附图2中的26个单元阀也可以说是从一个多功能控制阀中分解出来的，故在以下说明文字中分别称之为分①阀、分②阀……

多功能控制阀的结构原理如附图3所示。由自调气封装置（12）、消声器（13）、阀体（14）、隔离垫（15）、阀座（16）和转轴（17）组成。如附图4所示，阀座的端面上有一条环形沟槽（20），槽底有一孔（19）通过罐道与储氧罐相连接。另外还有大、小孔各4个，分别与4个制氧塔的进、出口相连接。阀体端面（附图5）上开有五种孔径规格的大、小孔16个，这些孔在阀体旋转时，通过隔离垫与阀座上的孔组合，形成26个单元阀工作的态势（附图2）。一个阀解决了以往需用26个单元阀才能解决的变压吸附制氧阀门控制问题。多功能控制阀的转轴（17），顶端嵌入阀体，由两个滚动轴承（18）定位，悬挂于阀座上，在气缸中的活塞杆的推动下，带动阀体旋转。这种结构大大降低了多功能控制阀运行所需的动力，有利于多功能控制阀在高海拔、低气压条件下运行。

多功能控制阀的控制原理及其工作过程如下：多功能控制阀按程序控制器的指令，从零位开始，顺时针旋转一周，即为高原制氧机完成一个变压吸附制氧循环，周期为120秒。现以制氧塔A为例，结合附图6和附图2，说明多功能控制阀处在不同角位时，制氧塔A的工作状况：

0→ (π)/6 ：分①、⑤阀开启，制氧塔处在吸附状态，此时压缩空气从塔底进入，空气中的氮气被5A分子筛吸附，氧气则通过分子筛，从塔顶流出，经多功能控制阀，进入储氧罐。

(π)/6 → (π)/3 ：状况同上。