專利名稱：一種小型智能化制壓氧一體機的制作方法
技術領域：
本發明涉及氧氣制備技術領域以及氧氣加壓灌裝技術領域，尤其涉及采用變壓吸附工藝制備可供氧療保健用氧氣及通過多級壓縮對氧氣加壓灌裝技術領域。
背景技術：
近年來，隨著生活水平的提高，人們對身體健康更加關注，其中氧療和氧保健作為增強體質、預防疾病的一種新方法正逐漸被接受。小型制氧機這一新興行業也隨之悄然興起，并表現出了強勁的增長趨勢。目前，小型制氧機已廣泛應用于心血管疾病、腦血管疾病、 呼吸系統疾病、高原反應與高原病、老年病、兒童呼吸道感染疾病、睡眠性低氧血癥及煤氣中毒缺氧等疾病的配合治療，適用于家庭、醫院、療養院、干休所、美容健身中心、高原哨所、 體育訓練中心等場所，除缺氧患者氧療外，還成為廣腦力勞動者、運動員、老年人、孕婦、兒童等進行腦力和體力恢復、輔助治療和生理保健的伙伴。
目前，在我國大部分鄉鎮及邊遠地區，由于常規氧氣站的制氧壓氧設備龐大，投資大，技術含量高，操作復雜，環境要求嚴格，再加上受地理位置及交通條件的限制，氧氣供應存在短缺問題。雖然小型制氧機已在有些地區推廣使用，但制取的氧氣只能隨用隨制，不能充瓶儲存，使用受到很多限制，而且，受諸多因素的影響，集產氧與壓氧一體的小型制壓氧機在我國未有開發，使得沒有大型氧站的地區和單位氧氣充瓶困難，嚴重影響了需要氧氣單位及個人的用氧需求。中國專利200620082260. 9介紹了一種小型制氧機，該制氧機采用分子篩變壓吸附工藝制備富氧氣體，只能制備富氧氣體，是獨立的制氧系統，不能對制備的氧氣進行加壓充瓶。中國專利200820087034. 9介紹了一種采用氧氣收集裝置的氧氣壓縮機，屬于大型獨立的壓氧裝置，沒有氧氣來源即無法工作，而且體積大，不適合小型制壓氧一體機的集成。發明內容
本發明需要解決的技術問題就是要提供一種小型設備，可以同時進行氧氣的制備和氧氣的加壓灌充，并且具備制氧、吸氧和壓氧同時進行的功能。
本發明小型制氧壓氧一體機，包括殼體，殼體內設置由控制系統分別控制的制氧單元、壓氧單元和供氧單元；所述控制系統采用單片機或可編程序控制器；
所述制氧單元包括由管路依次連接的空氣過濾器、空氣干燥器、空氣壓縮機、散熱器、吸附塔和儲氧罐，位于吸附塔頂端的二位五通閥與吸附塔集成在一起，吸附塔的排氮口下端安裝排氮消聲器，儲氧罐的出氣端安裝調壓閥，調壓閥的后段管路安裝氧氣濃度傳感器和氧氣流量傳感器；
所述供氧單元由管路依次連接的供氧單元吸氧流量調節閥和濕化瓶組成；
所述壓氧單元包括由管路依次連接的壓氧流量調節閥、緩沖罐、三級氧氣壓縮機、 單向閥和氧氣瓶，三級氧氣壓縮機與單向閥之間設置壓力傳感器；
氧氣流量傳感器的后段管路通過三通閥分別供氧單元吸氧流量調節閥和壓氧流量調節閥。
所述空氣壓縮機隔音罩兩側設置空氣過濾器，過濾器下端設置空氣干燥器，散熱器位于空氣壓縮機隔音罩的前側，儲氧罐位于散熱器的右側，吸附塔位于空氣壓縮機的右側。所述空氣壓縮機采用無油活塞式壓縮機。所述吸附塔采用雙塔結構或多塔結構。所述三級氧氣壓縮機外面設置隔音罩，三級氧氣壓縮機采用三級無油活塞式壓縮。
氧氣制備采用變壓吸附工藝，從空氣中制取。空氣經空氣過濾器濾除空氣中的固體顆粒，然后通過干燥器去除多余的水分，因為空氣中的水分會對分子篩的分離效果及使用壽命造成影響。干燥后的空氣經壓縮機壓縮加壓到一定壓力后，通過二位五通閥進入吸附塔內進行氮氣吸附，吸附塔為兩塔或多塔結構，吸附塔內通過壓力的改變交替進行加壓吸附和減壓解吸，以保證氧氣持續穩定產生。為了提高氧氣濃度，在吸附和解吸過程中設計了均壓過程，其過程通過控制閥門的開合來實現。變壓吸附產生的氧氣，一部分通過限流閥限流后對另一正在解吸的吸附塔進行反吹，另一部分通過單向閥后進入儲氣罐。解吸出來的氮氣則通過控制閥門排出，為了消除排氮過程中產生的噪聲，在排氮口配置了排氮消聲器。制氧單元制備的氧氣經過儲氧罐儲備緩沖后，可以經流量計和濕化瓶濕化后供人員吸用，也可以直接經氧氣緩沖罐進入壓氧單元進行壓縮充瓶，也可以同時為直接吸用和壓氧充瓶提供氧氣。
對于壓氧單元，在氧氣壓縮機的進氣端配置了氧氣緩沖罐，以減少壓氧時壓縮機不連續進氣對吸氧接口造成的影響。氧氣壓縮機采用三級活塞式無油壓縮，出口壓力可達 13MPa以上，在壓縮機的出氣口配置了單向閥，防止壓氧時氧氣的回流。在單向閥后配置工作壓力為20MPa的軟管或硬管，管接頭為M14*l. 5的內螺紋，此螺紋為標準小型氧氣瓶壓氧接口，可以方便對多種規格氧氣瓶進行充氧。
智能化自動控制系統采用單片機或可編程序控制器(PLC)設計，該控制系統除完成制氧系統的工藝循環流程控制外，還設計有多項報警檢測功能，如低壓報警、高壓報警、 斷電報警、切換超時報警、低氧報警及氧濃度指示等程序。在制氧單元出口處設置了氧氣濃度傳感器和流量傳感器，以便對產氧狀態及過程進行實時監測。當制氧單元運行時，顯示屏定量顯示氧氣濃度值，當氧氣濃度低于設定值時，系統聲光報警。在壓氧單元氧氣出口處設置壓力傳感器，能夠對壓氧及充瓶壓力進行實時監測，當壓氧壓力達到設定值時，壓氧單元聲光提示，并自動停止壓氧程序。故障報警系統的設計，能及時發出系統運轉不正常時的信號，以便及時停機維修，避免長時間非正常運行造成設備元件的損壞。此外，還設計有定時及LED顯示等功能。
本發明實現了制氧和壓氧功能的有機結合，具有工藝合理、自動化程度高、使用方便、體積小重量輕、便于攜帶等的優點。
1、通過機電一體化設計的小型智能化制壓氧一體機，同時具有制氧和壓氧功能， 實現了制氧和壓氧的有機結合，提高了系統的集成度。
2、以空氣為原料和通過變壓吸附工藝原理設計的制氧單元，可隨時隨地連續制備直接使用和加壓充瓶的氧氣，拓寬了制氧機的使用范圍。
3、通過三級活塞壓縮工藝設計的壓氧單元，對制氧單元產生的氧氣經進行加壓充瓶，把氧氣儲存在氧氣瓶中，可隨時隨地用氧。
4、標準化壓氧接口的設計，便于不同規格氧氣瓶的灌裝。
5、智能化控制系統實現了制氧和壓氧的控制系統集成，具有多種運行模式及運行狀態監測功能，提高了自動化水平，保證了制壓氧一體機運行的安全性和可靠性。
6、小型化的結構設計，使制壓氧一體機體積小、重量輕，攜帶使用方便。


圖1是本發明的工藝結構示意圖2是本發明的主視示意圖3是本發明的左視示意圖4是本發明去掉壓縮機隔音罩后的右視示意圖。
圖中標號1、空氣過濾器，2、空氣干燥器，3、空氣壓縮機，4、散熱器，5、二位五通閥，6、排氮消聲器，7、吸附塔，8、單向閥，9、儲氧罐，10、調壓閥，11、氧濃度傳感器，12、流量傳感器，13、流量計，14、三通閥，15、吸氧流量調節閥，16、濕化瓶，17、壓氧流量調節閥，18、 緩沖罐，19、三級氧氣壓縮機，20、壓力傳感器，21、單向閥，22、氧氣瓶，23、控制箱。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步的詳述。
小型智能化制壓氧一體機的工藝結構如圖1所示，空氣由設置在制氧單元壓縮機隔音罩兩側的空氣過濾器1進行過濾，除去顆粒物后，經設置在過濾器下端和空氣壓縮機隔音罩兩側的空氣干燥器2干燥，以除去空氣中的水分，干燥后的空氣經聯結管路至隔音罩內的空氣壓縮機3，空氣壓縮機3采用無油活塞式壓縮機，把空氣加壓壓縮到一定壓力， 以便進行氧氮分離。在空氣壓縮過程中，空氣溫度會升高，為了降低空氣溫度升高對分子篩吸附分離效果的影響，壓縮空氣經散熱器4進行散熱降溫。散熱器4采用鋁合金材料制作，利用鋁合金良好的導熱性能，通過增加與空氣的接觸面積加速散熱，散熱器4位于空氣壓縮機隔音罩的外側。經過降溫的壓縮空氣進入吸附塔7，在吸附塔7內進行氮氣吸附和解吸，吸附塔7為變壓吸附制氧的核心部件，可采用雙塔結構或多塔結構設計。在吸附塔7 內進行的吸附過程要經歷吸附、出氧均壓、解吸排氮、反吹等過程，在此過程中氣路的轉換是通過集成的二位五通閥5實現的，二位五通閥5與吸附塔7集成在一起，位于吸附塔7頂端。空氣在吸附塔7內進行氧氮分離后產生的氧氣經單向閥8控制進入儲氧罐9，儲氧罐9 也與吸附塔7集成在一起，位于吸附塔7的底端。吸附塔7降壓解吸的氮氣通過排氮口排出，在氮氣排放過程中為了降低噪聲在排氮口的下端配置了排氮消聲器6。由于吸附塔產生的氧氣壓力較高，同時為了維持吸氧及壓氧氧氣供應的穩定性，在儲氧罐9的出氣端配置了調壓閥10。
為對制壓氧一體機進行運行狀態進行實時監測，在調壓閥10的后端配置了氧氣濃度傳感器11與氧氣流量傳感器12，傳感器均固定在空氣壓縮機隔音罩上。氧氣經過三通閥14被分流成兩個流向，一路供直接吸氧使用，一路供壓氧單元加壓充瓶使用，兩路可以單獨使用，也可以同時開啟。供呼吸用的氧氣可通過吸氧流量調節閥15進行流量調節，吸氧流量調節閥15設置在面板上。流量計13和氧氣流量傳感器12可對產氧單元產生的氧氣進行流量監測和實時顯示。由于制氧單元制備的氧氣在前期經過了干燥處理，所以在吸用之前要通過濕化瓶16進行濕化處理。流量計13和濕化瓶16均安裝在前面板上。
需加壓充瓶的氧氣在進入壓氧單元前，先要經過壓氧流量調節閥17對壓氧流量進行調節，以保證直接吸用氧氣的供應。由于氧氣壓縮單元周期性的進氣會造成氧氣壓力的較大波動，因此，在氧氣壓縮前配備了氧氣壓縮單元進氣緩沖罐18。經緩沖罐18緩沖后的氧氣進入三級氧氣壓縮機19，三級氧氣壓縮機19是壓氧單元的核心，采用三級無油活塞式壓縮，經三級壓縮后出口氧氣壓力可以達到13MPa以上，三級氧氣壓縮機19與單向閥21 之間設置壓力傳感器20，通過壓氧出口和單向閥21與氧氣瓶22連接，直接進行充氧。三級氧氣壓縮機19安裝位置與制氧單元平行，在三級氧氣壓縮機19的外面設置了隔音罩，以降低系統噪音。當氧氣瓶中充氧壓力達到設定值時，充氧過程會自動停止。所有控制系統均安裝在控制箱23內。
實施例1 吸氧及壓氧同時運行狀態。檢查系統各單元連接狀況，接通電源，選擇自動控制系統的制氧壓氧功能模式。首先啟動制氧單元，制氧單元產生的氧氣經三通閥被分成兩路，一路供直接吸氧用，一路進入壓氧單元進行加壓充瓶。調節產氧流量和吸氧流量，然后啟動壓氧單元，吸用多余的氧氣自動進入壓氧單元，此時吸氧和壓氧同時進行。控制顯示系統可實時顯示制氧和壓氧運行工作狀態和氧氣流量、氧氣濃度、壓氧壓力和壓氧流量等主要技術參數。若氧氣瓶充氧壓力達到設定值，系統聲光指示，壓氧單元自動停止運行，而制氧單元仍繼續運行，不影響直接吸用氧氣的供應；若氧氣瓶充氧壓力未達到設定值，由于吸氧流量增加或其他原因不能保證壓氧供應時，也可手動關閉壓氧單元；若運行過程中出現故障，系統自動停止運行。吸氧及壓氧同時運行時系統的主要技術參數產氧流量為6-10L/min，氧氣濃度為90-93 %，壓氧流量為2_5L/min，壓氧壓力0_13MPa。
實施例2 壓氧運行狀態。檢查系統各單元連接狀況，接通電源，選擇自動控制系統的制氧壓氧功能模式，直接啟動壓氧單元，制氧單元和壓氧單元同時啟動，制氧單元產生的氧氣全部自動進入壓氧單元，此時為壓氧運行狀態。控制顯示系統可實時顯示制氧和壓氧運行工作狀態和氧氣流量、氧氣濃度、壓氧壓力和壓氧流量等主要技術參數。若氧氣瓶充氧壓力達到設定值，系統聲光指示，壓氧及制氧單元均自動停止運行；若氧氣瓶壓氧壓力未達到設定值，也可手動關閉整個系統；若運行過程中出現故障，系統自動停止運行。壓氧運行狀態時系統的主要技術參數產氧流量為2-5L/min，氧氣濃度為90-95%，壓氧流量為2-5L/min，壓氧壓力0_13MPa。
實施例3 產氧運行狀態。檢查系統各單元連接狀況，接通電源，選擇自動控制系統的制氧功能模式，直接啟動制氧單元，此時壓氧單元不運行，產氧單元產生的氧氣全部用于直接吸用，即為產氧運行狀態。控制顯示系統可實時顯示系統工作狀態和氧氣流量、氧氣濃度、壓氧壓力和壓氧流量等主要技術參數。當不需吸氧時，手動關閉整個系統即可。若運行過程中出現故障，系統自動停止運行。吸氧運行狀態時系統的主要技術參數產氧流量為3-10L/min，氧氣濃度為90-95 %。
權利要求
1.一種小型智能化制壓氧一體機，包括殼體，其特征是，殼體內設置由控制系統分別控制的制氧單元、壓氧單元和供氧單元；所述控制系統采用單片機或可編程序控制器；所述制氧單元包括由管路依次連接的空氣過濾器、空氣干燥器、空氣壓縮機、散熱器、 吸附塔和儲氧罐，位于吸附塔頂端的二位五通閥與吸附塔集成在一起，吸附塔的排氮口下端安裝排氮消聲器，儲氧罐的出氣端安裝調壓閥，調壓閥的后段管路安裝氧氣濃度傳感器和氧氣流量傳感器；所述供氧單元由管路依次連接的供氧單元吸氧流量調節閥和濕化瓶組成； 所述壓氧單元包括由管路依次連接的壓氧流量調節閥、緩沖罐、三級氧氣壓縮機、單向閥和氧氣瓶，三級氧氣壓縮機與單向閥之間設置壓力傳感器；氧氣流量傳感器的后段管路通過三通閥分別供氧單元吸氧流量調節閥和壓氧流量調節閥。
2.根據權利要求1所述的小型智能化制壓氧一體機，其特征是，所述空氣壓縮機隔音罩兩側設置空氣過濾器，過濾器下端設置空氣干燥器，散熱器位于空氣壓縮機隔音罩的前側，儲氧罐位于散熱器的右側，吸附塔位于空氣壓縮機的右側。
3.根據權利要求1所述的小型智能化制壓氧一體機，其特征是，所述空氣壓縮機采用無油活塞式壓縮機。
4.根據權利要求1所述的小型智能化制壓氧一體機，其特征是，所述吸附塔采用雙塔結構或多塔結構。
5.根據權利要求1所述的小型智能化制壓氧一體機，其特征是，所述三級氧氣壓縮機外面設置隔音罩，三級氧氣壓縮機采用三級無油活塞式壓縮。
全文摘要
本發明公開了一種小型智能化制壓氧一體機。本發明包括殼體，殼體內設置由控制系統分別控制的制氧單元、壓氧單元和供氧單元；所述控制系統采用單片機或可編程序控制器；所述制氧單元包括由管路依次連接的空氣過濾器、空氣干燥器、空氣壓縮機、散熱器、吸附塔和儲氧罐；所述供氧單元由管路依次連接的供氧單元吸氧流量調節閥和濕化瓶組成；所述壓氧單元包括由管路依次連接的壓氧流量調節閥、緩沖罐、三級氧氣壓縮機、單向閥和氧氣瓶。本發明通過機電一體化設計的小型智能化制壓氧一體機，同時具有制氧和壓氧功能，實現了制氧和壓氧的有機結合，提高了系統的集成度。
文檔編號F17C5/00GK102515111SQ20111042697
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者寧青松, 宿紅波, 朱孟府, 朱路, 游秀東, 苑英海, 鄧橙, 陳平 申請人:中國人民解放軍軍事醫學科學院衛生裝備研究所