便携式制氧机及其使用方法与流程

1.本发明涉及分子筛变压吸附制氧技术领域，具体涉及一种便携式制氧机及其使用方法。


背景技术：

2.变压吸附空分制氧以沸石分子筛为吸附剂，采用常温下变压吸附原理(psa)分离空气制取高纯度的氧气，其原理是基于：氧、氮两种气体分子在分子筛表面上的扩散速率不同，直径较小的气体分子(o2)扩散速率较快，较多地进入碳分子筛微孔，直径较大的气体分子(n2)扩散速率较慢，进入碳分子筛微孔较少。利用碳分子筛对氮和氧的这种选择吸附性差异，导致短时间内氧在吸附相富集，氮在气体相富集，形成氧氮分离，得到气相富集物氧气。变压吸附法制氧装置具有简单灵活、故障率低、易于维修、自动化程度高、操作方便、能耗低等优点，适合中小规模的空分制氧场合。
3.现有变压吸附(psa)制氧设备基本都采用微型空气压缩泵，以及各种电磁阀进行气路控制，这些设备都离不开电源供应，当在野外出现电力不足或没有电力的情况下，这些制氧设备则无法在紧急情况下提供氧气支持。且现有制氧机都是用电磁阀来控制压缩空气的流向与压力平衡时间，然而随着对制氧机品质要求的提升，现有技术的电磁阀无法精准控制压缩空气进入制氧机的时间、压力与流量，使制氧机的效率无法提高。同时，现有的电磁阀控制的方式在改变阀位置时，会因改变压缩空气的流向及速度而产生明显的气流噪音。


技术实现要素：

4.针对上述存在的技术问题，本发明提供一种便携式制氧机及其使用方法。
5.本发明的技术方案为：
6.一种便携式制氧机，包括空气加压机构、压缩空气缓存罐、第一吸附舱、第二吸附舱、氧气缓存舱和气路延时开关组；
7.所述空气加压机构通过管路与压缩空气缓存罐连通，所述压缩空气缓存罐通过吸附气路分别与第一吸附舱、第二吸附舱连通，两吸附舱内均设有制氧分子筛，两吸附舱分别通过冲洗气路与氧气缓存舱连通，两吸附舱还分别通过排气气路与氧气缓存舱连通，两吸附舱分别设有解吸气路，所述气路延时开关组通过控制气路调节件来控制对应的吸附气路、冲洗气路、排气气路和解吸气路分别打开和闭合；
8.所述空气加压机构包括空气加压舱和设于其内的活塞，所述活塞内设有滚轮运行腔和滚轮，所述滚轮与滚轮运行腔的内壁接触，所述滚轮与摇臂固定连接，通过所述摇臂的转动能够实现所述活塞在所述空气加压舱内的往复运动，将空气压入压缩空气缓存罐。
9.优选地，所述气路延时开关组包括凸轮组驱动轴和固定其上的若干旋转凸轮，所述凸轮组驱动轴与动力机构相连，所述旋转凸轮包括凸轮主体以及至少一个设于所述凸轮主体外周面的凸起部，每个所述旋转凸轮与至少一个所述气路调节件相配合，在所述旋转
凸轮旋转的过程中，当所述气路调节件与所述凸起部抵接接触时，气路关闭，当所述气路调节件与所述凸起部错位时，气路打开。
10.优选地，所述气路调节件包括触头和与之连接的阀体，在所述凸轮的旋转过程中，通过所述触头与所述凸轮外侧不同位置接触来调节所述阀体的开启与闭合。
11.优选地，所述摇臂与活塞驱动轴相连，所述活塞驱动轴与动力机构传动相连。
12.优选地，所述动力机构包括主驱动轴和设于其上的第一变速齿轮、第二变速齿轮，所述活塞驱动轴设有与所述第一变速齿轮啮合的活塞驱动轴齿轮，所述凸轮组驱动轴设有与所述第二变速齿轮啮合的气路开关组齿轮。
13.优选地，所述主驱动轴与手轮相连，在没有电力的情况下，通过手动操纵所述手轮带动所述主驱动轴转动。
14.优选地，所述主驱动轴与电机相连，所述电机采用电池供电，该电池为各种便携式电池，如锂电池，氢燃料电池等。
15.优选地，所述滚轮运行腔的纵向截面形状呈椭圆形或近似椭圆形，所述形状的曲面曲度决定了活塞的运行速度；且所述形状的长轴方向与活塞的运动方向垂直，所述形状的长轴的长度为所述摇臂的直径；所述形状的短轴长度和摇臂的直径共同决定活塞的行程。
16.优选地，所述空气加压舱的顶部设有第一外界空气单向阀，且所述空气加压舱顶部通过第一连接管与所述压缩空气缓存罐相连，所述第一连接管设有第一压缩空气单向阀；所述空气加压舱底部设有第二外界空气单向阀，且所述空气加压舱底部通过第二连接管与所述压缩空气缓存罐相连，所述第二连接管设有第二压缩空气单向阀。
17.制氧分子筛为超高效锂型分子筛颗粒，或与特殊高分子材料融合的锂型分子筛复合材料。
18.一种便携式制氧机的使用方法，包括如下步骤：
19.s1、采用手轮或电机为动力机构的动力，带动主驱动轴，使动力机构以一定的速度转动；
20.s2、动力机构通过齿轮带动活塞驱动轴，使固定在活塞驱动轴上的摇臂转动，通过摇臂的转动带动活塞在空气加压舱内上下往复运动，将空气压入压缩空气缓存罐；
21.s3、与s2同时，动力机构通过齿轮带动凸轮组驱动轴，使固定在凸轮组驱动轴上的旋转凸轮开始工作，并通过控制气路调节件来控制对应的吸附气路、冲洗气路、排气气路和解吸气路分别打开和闭合，使得第一吸附舱与第二吸附舱按顺序进行吸附、冲洗、均压、排气、解吸作业，实现连续制氧。
22.本发明的有益效果是：
23.(1)本发明的制氧机满足便携要求，且结构简单，仅采用单个空气加压舱和单个活塞，占用空间小；
24.(2)本发明仅设置一个动力机构，占用空间小，且该动力机构既可以用于驱动摇臂转动，进而带动空气加压机构工作，也可以驱动凸轮组驱动轴转动，进而带动气路延时开关组工作，该动力机构能够通过电机、手轮等多种方式提供动力，以制取氧气，特别是可以完全不需要电力，以纯手动的方式制取氧气；
25.(3)本发明采用凸轮式的气路延时开关组，多个旋转凸轮安装在同一轴上，实现多
气路联合时序开关控制，且该凸轮式的气路延时开关组能够精准控制压缩空气进入制氧机的时间、压力与流量，有助于保证制氧机的效率，在使用过程中，通过气路延时开关组使得第一吸附舱与第二吸附舱依次进行吸附、冲洗、均压、排气、解吸等作业，实现连续制氧；
26.(4)本发明的制氧机的制氧效率为每分钟1
‑
100l。
附图说明
27.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
28.图1为本发明的整体结构示意图；
29.图2a为本发明空气加压机构的侧面示意图；
30.图2b为本发明空气加压机构的正面示意图；
31.图3a为本发明空气加压机构另一工作状态的侧面示意图；
32.图3b为本发明空气加压机构另一工作状态的正面示意图；
33.图4为本发明气路延时开关组的结构示意图；
34.图5为本发明凸轮控制一路气路开闭的示意图；
35.图6为本发明凸轮控制一路气路开闭的又一示意图；
36.图7为本发明凸轮控制多路气路开闭的示意图；
37.图8为本发明气路延时开关组控制多路气路开闭的控制时序图。
38.图中标记为：1、手轮；2、第一变速齿轮；3、气路开关组齿轮；4、活塞驱动轴齿轮；5、第二变速齿轮；6、气路延时开关组；7、摇臂；8、空气加压舱；9、活塞驱动轴；10、第一外界空气单向阀；11、第二外界空气单向阀；12、第一压缩空气单向阀；13、第二压缩空气单向阀；14、压缩空气缓存罐；15、第一吸附阀；16、第二吸附阀；17、第一解吸阀；18、第二解吸阀；19、第一吸附舱；20、第二吸附舱；21、均压阀；22、第一冲洗阀；23、第二冲洗阀；24、氧气缓存舱；25、第一排气阀；26、氧气出口；27、第二排气阀；28、活塞；29、滚轮；30、滚轮运行腔；31、主驱动轴；32、凸轮组驱动轴。
具体实施方式
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
40.如图1所示，一种便携式制氧机，包括空气加压机构、压缩空气缓存罐14、第一吸附舱19、第二吸附舱20、氧气缓存舱24和气路延时开关组6，两吸附舱内均设有制氧分子筛。
41.压缩空气缓存罐14通过第一吸附气路与第一吸附舱19相连，第一吸附气路设有第一吸附阀15，第一吸附舱19连接有第一解吸气路，第一解吸气路设有第一解吸阀17；压缩空气缓存罐14通过第二吸附气路与第二吸附舱20相连，第二吸附气路设有第二吸附阀16，第二吸附舱20连接有第二解吸气路，第二解吸气路设有第二解吸阀18。
42.第一吸附舱19通过第一冲洗气路、第一排气气路与氧气缓存舱24相连，第一冲洗气路设有第一冲洗阀22，第一排气气路设有第一排气阀25；第二吸附舱20通过第二冲洗气路、第二排气气路与氧气缓存舱24相连，第二冲洗气路设有第二冲洗阀23，第二排气气路设
有第二排气阀27；第一冲洗气路、第一排气气路、第二冲洗气路和第二排气气路通过均压气路连通，均压气路设有均压阀21。
43.氧气缓存舱24设有氧气出口26用于供氧。
44.气路延时开关组6通过控制气路调节件来控制对应的吸附气路、冲洗气路、排气气路和解吸气路分别的打开和闭合。
45.空气加压机构包括空气加压舱8，空气加压舱8的顶部设有第一外界空气单向阀10，且空气加压舱8顶部通过第一连接管与压缩空气缓存罐14相连，第一连接管设有第一压缩空气单向阀12；空气加压舱8底部设有第二外界空气单向阀11，且空气加压舱8底部通过第二连接管与压缩空气缓存罐14相连，第二连接管设有第二压缩空气单向阀13。
46.空气加压舱8内设有活塞28，活塞28内设有滚轮运行腔30，滚轮运行腔30的纵向截面呈椭圆形，且椭圆形的长轴方向与活塞28的运动方向垂直，滚轮运行腔30内设有滚轮29，且滚轮29与滚轮运行腔30的内壁接触，滚轮29与摇臂7固定连接，摇臂7与活塞驱动轴9相连，活塞驱动轴9与动力机构相连，通过摇臂7的转动能够实现活塞28在空气加压舱8内的往复运动。如图2a和2b所示，活塞28在摇臂7的带动下向上运动，将活塞28上方的空气压入到压缩空气缓存罐14，如图3a和3b所示，活塞28在摇臂7的带动下运动，将活塞28下方的空气压入压缩空气缓存罐14，在活塞28往复运动的过程中，滚轮29始终与滚轮运行腔30的内壁接触。
47.如图4所示，气路延时开关组6包括凸轮组驱动轴32，凸轮组驱动轴32与动力机构相连，凸轮组驱动轴32设有若干旋转凸轮，旋转凸轮包括凸轮主体以及一个设于凸轮主体外周面的凸起部，每个旋转凸轮与至少一个气路调节件相配合，在旋转凸轮旋转的过程中，当气路调节件与凸起部抵接接触时，气路关闭，当气路调节件与凸起部错位时，气路打开。具体地，气路调节件包括触头和阀体，在凸轮的旋转过程中，通过触头与凸轮外侧不同位置接触来调节阀体的开启与闭合。对于仅设置一个凸起部的凸轮，该凸轮与一个气路调节件相配合，可以通过控制凸起部长度占对应周长的比例，从而调节一个旋转周期内气路通道开闭所需的时间，例如图5所示，凸起部长度为对应周长的一半，则一个周期50％时间关闭，50％时间打开，若当10s旋转一周时，依次控制气路开启5s，关闭5s；或者如图6所示，凸起部长度为对应周长的25％，则一个周期25％时间关闭，75％时间打开，若10s旋转一周时，控制开启7.5s，关闭2.5s、开启4.5s。此外，如图7所示，单个旋转凸轮可以与多个气路控制件相配合，从而通过单个凸轮控制多气路的开闭情况，该凸轮式的气路延时开关组能够精准控制压缩空气进入制氧机的时间、压力与流量，有助于保证制氧机的效率。
48.如图1所示，动力机构包括主驱动轴31，主驱动轴31设有第一变速齿轮2和第二变速齿轮5，活塞驱动轴9设有与第一变速齿轮2啮合的活塞驱动轴齿轮4，凸轮组驱动轴32设有与第二变速齿轮5啮合的气路开关组齿轮3，通过第一变速齿轮2啮合活塞驱动轴齿轮4带动活塞驱动轴9转动，继而驱动滚轮29滚动，通过第二变速齿轮5啮合气路开关组齿轮3驱动凸轮组驱动轴32转动，主驱动轴31与手轮1相连，在没有电力的情况下，通过手动操纵手轮1带动主驱动轴31转动，主驱动轴31也可以与电机相连，电机采用电池供电，该电池为各种便携式电池，如锂电池，氢燃料电池等。本实施例仅设置一个动力机构，占用空间小，且该动力机构既可以用于驱动摇臂7转动，进而带动空气加压机构工作，也可以驱动凸轮组驱动轴32转动，进而带动气路延时开关组6工作，该动力机构能够通过电机、手轮1等多种方式提供动
力，以制取氧气。
49.本技术优选的一实施例中，凸轮组驱动轴32上设有9个旋转凸轮，每个旋转凸轮与一个气路调节件相配合，分别对第一吸附阀15、第二吸附阀16、第一解吸阀17、第二解吸阀18、均压阀21、第一冲洗阀22、第二冲洗阀23、第一排气阀25和第二排气阀27，这9个阀门进行气路开闭控制。
50.本实施例的便携式制氧机利用变压吸附原理分离空气制取高纯度的氧气，所使用的制氧分子筛为超高效锂型分子筛颗粒，或与特殊高分子材料融合的锂型分子筛复合材料。本实施例以第一吸附舱19作为a单元，第二吸附舱20作为b单元，利用气路延时开关组6控制多路气路的开闭，依时序进行控制的过程如图8所示。本实施例的制氧机满足便携要求，且结构简单，仅采用单个空气加压舱8和单个活塞28，占用空间小；本实施例采用凸轮式的气路延时开关组6，多个旋转凸轮安装在同一轴上，实现多气路联合时序开关控制，在使用过程中，通过气路延时开关组6使得第一吸附舱19与第二吸附舱20依次进行吸附、冲洗、均压、排气、解吸等作业，实现连续制氧；本实施例的制氧机的制氧效率为每分钟1
‑
100l。本实施例的便携式制氧机是使用方法如下：
51.s1、采用手轮1或电机为动力带动主驱动轴31，使动力机构以一定的速度转动；
52.s2、动力机构带动活塞驱动轴9，使固定在活塞驱动轴9上面的摇臂7转动，然后通过摇臂7的转动带动活塞28在空气加压舱8内上下往复运动，将空气压入压缩空气缓存罐14；
53.s3、与s2同时，动力机构带动凸轮组驱动轴32转动，进而带动气路延时开关组6开始工作，并通过控制气路调节件来控制对应的吸附气路、冲洗气路、排气气路和解吸气路分别打开和闭合，使得第一吸附舱19与第二吸附舱20按顺序进行吸附、冲洗、均压、排气、解吸作业，以10s为一个周期，具体过程如下：
54.在0
‑
2.5s时，第一吸附阀15和第一排气阀25打开，第二解吸阀18也打开，其余阀门处于关闭状态，第一吸附舱19内升压，进行吸附作业，第二吸附舱20内进行解吸作业；
55.在2.5
‑
4s时，第一吸附阀15和第一排气阀25继续打开，第二冲洗阀23和第二解吸阀18也打开，其余阀门处于关闭状态，第一吸附舱19内继续进行吸附作业，第二吸附舱20内进行解吸作业和冲洗作业；
56.在4
‑
5s时，在前0.5s，均压阀21打开，其余阀门处于关闭状态，在后0.5s，均压阀21关闭，并打开第二排气阀27和第一解吸阀17，从而进行均压作业，第一吸附舱19内压力降低，第二吸附舱20内压力升高；
57.在5
‑
7.5s时，第二吸附阀16和第二排气阀27打开，第一吸附阀15也打开，其余阀门处于关闭状态，第二吸附舱20内升压，进行吸附作业，第一吸附舱19内进行解吸作业；
58.在7.5
‑
9s时，第二吸附阀16和第二排气阀27继续打开，第一冲洗阀22和第一解吸阀17也打开，其余阀门处于关闭状态，第二吸附舱20内继续进行吸附作业，第一吸附舱19内进行解吸作业和冲洗作业；
59.在9
‑
10s时，在前0.5s，均压阀21打开，其余阀门处于关闭状态，在后0.5s，均压阀21关闭，并打开第一排气阀25和第二解吸阀18，从而进行均压作业，第二吸附舱20内压力降低，第一吸附舱19内压力升高。
60.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的
原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。