变压吸附制氧除水结构及带自加湿的变压吸附制氧系统的制作方法

1.本实用新型涉及变压吸附制氧技术领域，特别涉及一种变压吸附制氧除水结构及带自加湿的变压吸附制氧系统。


背景技术：

2.目前市场上家庭保健用及小型医用变压吸附制氧机以及小型制氮机或真空解吸制氧系统中，其采用未进行任何除水处理的压缩空气直接输送到分子筛吸附器内，导致分子筛会把携带大量水分（水气）的空气连同水分一起吸附，使得分子筛的使用寿命大幅降低甚至失效。
3.此外，这种传统无外加水湿化氧气的变压吸附制氧机，采取将部分压缩空气分流而输送到氧气出口处与制取的氧气进行混合，以利用压缩空气中所含水分以实现中和新制得的干燥氧气，以设想达到湿化氧气的目的，但是由于此方法只用了分流少量的压缩空气，所以其中所含水分也是极其有限的，就会导致其对新制得氧气的加湿作用十分有限，这样的制氧机所制取出的氧气仍然是比较干燥的，而长时间吸取这样的氧气会导致鼻孔不适，甚至干裂出血等症状。
4.而另外大部分传统制氧机的湿化氧气也采用人工加水的方式来进行湿化氧气的，即采用一个设有进出气通道的特制水杯，在杯子里注入一定的水后，再将氧气管连同杯子接口的一端，使氧气能够在水杯里形成吹泡泡状态，以达到曝气湿化氧气的目的，但这样的方式使用会比较麻烦，需要每次使用时人工加水在杯里，而用好后需要把杯内水清理干净，不然容易滋生细菌、污染氧气，甚至影响人体健康等弊端，长期使用后杯内还会产生水垢。因此，不管是直接利用压缩空气中的少量水分加湿新制得的氧气，或者是采用人工加水湿化氧气的方式，均不利于变压吸附制氧的高效、安全加湿。
5.综上，现有的变压吸附制氧系统通过将未干燥的压缩空气直接输入分子筛吸附器、导致分子筛易老化失效，及其直接利用压缩空气中的少量水分加湿新制得的氧气、导致新制氧气湿化不足，以及实现变压吸附制氧加湿便利化、为用户提供安全而卫生的吸氧，都是本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本实用新型为了解决上述现有技术中现有的变压吸附制氧系统通过将未干燥的压缩空气直接输入分子筛吸附器、导致分子筛易老化失效，及其直接利用压缩空气中的少量水分加湿新制得的氧气、导致新制氧气湿化不足，以及提升变压吸附制氧加湿便利性及安全性的技术问题，提出一种可用于变压吸附制氧装置的变压吸附制氧除水结构及带氧气自加湿的变压吸附制氧系统。
7.为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
8.本实用新型提出了一种变压吸附制氧除水结构，包括：空气压缩装置，用于将空气压缩后通过压缩气管路传输至降温冷凝装置；
9.降温冷凝装置用于将压缩后的空气降温冷凝并通过冷凝气管路传输至水气分离装置；
10.水气分离装置包括：罐体，设于罐体上部的干燥气道；竖向设置于罐体内的导流板及滤芯，空气通过导流板后在滤芯外侧壁与罐体内侧壁之间形成离心气流区，用于将冷凝后的空气水气分离；
11.罐体底部形成积水区，用于汇集水气分离后的形成的积水；
12.滤芯的顶端抵接连通于干燥气道的一端，干燥气道的另一端连通于罐体外侧的干燥空气出口，用于排出经滤芯过滤后形成的干燥空气。
13.进一步地，还包括：
14.设于罐体底部的水气引出装置。
15.进一步地，还包括：
16.设于罐体底部的排水装置。
17.进一步地，水气引出装置包括：
18.水气引出通道，设于水气引出通道上的压力调节阀及流量调节阀，力调节阀的一端通过水气引出通道连通于罐体内部，压力调节阀的另一端通过水气引出通道连通于流量调节阀的一端，流量调节阀的另一端通过水气引出通道连通于罐体外侧的水气引出口，压力调节阀用于调节水气引出通道内的水气压力大小，流量调节阀用于调节水气引出通道内的水气流量大小。
19.进一步地，排水装置包括：排水阀，用于实现排空积水区的富余积水，并在积水的水位达到或超过设定水位时自动排出积水。
20.进一步地，还包括：在罐体上部设于离心气流区上方的进气道，导流板设于进气道与离心气流区之间，用于将冷凝水气导流进入离心气流区并形成用于将水气分离的气旋。
21.优选地，滤芯采用可形成水气旋流的流道的高分子滤芯。
22.优选地，空气压缩装置无油润滑压缩机。
23.进一步地，冷却装置包括换热器。
24.进一步地，还包括用于换热器的散热器。
25.本实用新型还提供一种带自加湿的变压吸附制氧系统，包括依次连接的cnc冲压模块、制氧模块、集氧模块，cnc冲压模块采用上述的变压吸附制氧除水结构，制氧模块包括：
26.吸附装置，吸附装置的进气端通过干燥空气管路连通于干燥空气出口，吸附装置用于吸附干燥空气中的非氧气体组分；
27.吸附装置的出气端通过氧气管路传输至集氧模块；
28.水气引出装置通过水气引出管路将水气传输至氧气管路。
29.与现有技术比较，本实用新型提供的变压吸附制氧除水结构及带自加湿的变压吸附制氧系统，实现了压缩空气干燥后输入分子筛吸附器、避免分子筛老化失效，并利用压缩空气干燥回收的水气加湿新制氧气，可使新制得的氧气充分加湿。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术
描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本实用新型实施例中变压吸附制氧除水结构的整体结构及空气流向示意图。
32.其中，图中各附图主要标记：
33.1、无油空气压缩机；2、冷却装置；21、散热器；3、水气分离装置；31、罐体；311、干燥气道；312、干燥空气出口；313、导流板；4、滤芯；5、离心气流区；6、积水区；7、水气引出装置；71、压力调节阀；72、流量调节阀；8、排水装置；81、排水阀；82、排水口；9、水气引出管路。
具体实施方式
34.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图1及实施例，对本实用新型的原理及结构进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
35.请参阅图1，本实用新型提出了一种变压吸附制氧除水结构，包括：空气压缩装置1，用于将空气压缩后通过压缩气管路传输至冷却装置2；在本实施例中，空气压缩装置1采用无油润滑空气压缩机，该无油润滑空气压缩机可实现完全无油运转，确保其产生的压缩空气不带油滴以防对压缩机自身及其后端制氧模块的制氧工艺产生不良影响；作为优选的实施方式，滤芯4优选采用带有精密内部过滤通道的高分子滤芯；冷却装置2用于将压缩后的空气冷凝并通过冷凝气管路传输至水气分离装置3；水气分离装置3包括：罐体31，设于罐体31上部的干燥气道311；竖向设置于罐体31内导流板313的滤芯4，空气通过导流板313后在滤芯4外侧壁与罐体31内侧壁之间形成离心气流区5，用于将冷凝后的空气水气分离；罐体31底部形成积水区6，用于汇集水气分离后的形成的积水；滤芯4的顶端抵接连通于干燥气道311的一端，干燥气道311的另一端连通于罐体31外侧的干燥空气出口312，用于排出经滤芯4过滤后形成的干燥空气。
36.在本实施例中，还包括：在罐体上部设于离心气流区上方的进气道，导流板313设于进气道与离心气流区之间且采用特制导流结构，用于将进气道中的冷凝水气导流进入离心气流区并形成用于将水气分离的气旋。
37.作为优选的实施例，还包括：设于罐体31底部的水气引出装置7。作为优选的实施方式，水气引出装置7包括：水气引出通道，设于水气引出通道上的压力调节阀71及流量调节阀72，其中压力调节阀71的一端通过水气引出通道连通于罐体31内部，压力调节阀71的另一端通过水气引出通道连通于流量调节阀72的一端，流量调节阀另一端通过水气引出通道连接于罐体31外侧的水气引出口，压力调节阀71用于调节水气引出通道内的水气压力大小，流量调节阀用于调节水气引出通道内的水气流量大小，从而使得水气引出通道内的水气压力和流量预设为与制氧模块的设备相匹配的参数后，再实现水气输送。
38.作为更优的实施例，还包括：设于罐体31底部的排水装置8。作为优选的实施方式，排水装置8包括：排水阀81，用于实现排空积水区的富余积水，并在积水的水位达到或超过设定水位时自动排出积水。作为更优的实施方式，排水装置采用差压排水阀，即当变压吸附制氧系统停止运行，也就是水气分离装置停止输入压缩空气后，此时连接排水阀和积水区
的管路中压力下降，导致该压差排水阀自动打开，实现停机排空积水区的功能。在其它实施例中，排水阀也可以通过感应积水区6的水位并在水位达到或超过设定水位时自动排出积水。
39.在本实施例中，空气压缩装置1采用无油润滑空气压缩机，该无油润滑空气压缩机可实现完全无油运转，确保其产生的压缩空气不带油滴以防对压缩机自身及其后端制氧模块的制氧工艺产生不良影响；作为优选的实施方式，滤芯4优选采用带有精密内部过滤通道的高分子滤芯。
40.在本实施例中，冷却装置可以采用冷媒冷却、制冷冷却、水冷或者风冷；作为优选的实施例，冷却装置2包括换热器。作为优选的实施方式，冷却装置2包括压缩机、节流阀、作为室外机的冷凝器，和作为室内机的蒸发器（直接与压缩空气接触，通过冷媒蒸发对压缩空气进行吸热，使压缩空气中的水分冷凝液化），其中压缩机由于将冷媒压缩成高温高压气态冷媒，高温高压气态冷媒通过冷媒管路从压缩机流入室外冷凝器，冷凝器通过其翅片将高温高压气态冷媒与外界环境大气进行换热，从而使得高温高压气态冷媒在冷凝器中放热冷凝成常温高压液态冷媒，常温高压液态冷媒通过冷媒管路从冷凝器流经节流阀，通过节流阀的降压作用将常温高压液态冷媒转变为常温常压液态冷媒，常温常压液态冷媒通过冷媒管路从节流阀流向室内蒸发器，蒸发器通过其翅片将常温常压液体冷媒与压缩空气进行换热，从而使得常温常压液态冷媒在蒸发器中吸热蒸发成高温常压液态冷媒，同时压缩空气在蒸发器外部放热冷凝成携带液态水气的冷凝空气，最后高温常压液态冷媒经冷媒管道流回压缩机以完成一次制冷循环，同时冷凝后的空气通过冷凝气管路传输至水气分离装置3。
41.本实施例中，冷却装置2还包括用于换热器的与换热器一体化设置的散热器21。作为优选的实施方式，散热器21采用散热风扇。在其它实施方式中，散热器21也可以采用cnc加工的铝制散热翅片、水冷循环散热装置等等。在另一种实施例中，冷却装置2也可以不采用换热器，而只采用散热器21。
42.本实用新型还提供一种带自加湿的变压吸附制氧系统，包括依次连接的冲压模块、制氧模块（图中未示出）、集氧模块（图中未示出），冲压模块采用上述的变压吸附制氧除水结构，制氧模块包括：吸附装置，吸附装置的进气端通过干燥空气管路连通于干燥空气出口312，吸附装置用于吸附干燥空气中的非氧气体组分；吸附装置的出气端通过氧气管路传输至集氧模块；水气引出装置7通过水气引出管路9将水气传输至氧气管路。
43.在本实施例中，制氧模块还包括：分子筛吸附器、分离阀、真空装置，在吸附器分子筛吸附达到饱和后，需要进行解吸，这时自动对吸附装置抽真空以抽出非氧气体组分至大气中。以便更好地进行分子筛再生。
44.作为优选的实施例，吸附装置采用分子筛吸附器，该分子筛吸附器优选为采用分子筛吸附塔，包括上下设置的氮气吸附层和非氧氮气体组分吸附层；非氧氮气体组分吸附层设于分子筛吸附器下部，非氧氮气体组分吸附层优选为采用装填于分子筛吸附器底部的活性氧化铝作为水分、二氧化碳、及少量其它气体组分等非氧氮气体组分的吸附剂；氮气吸附层设于分子筛吸附器上部，氮气吸附层优选为采用沸石分子筛作为氮气的吸附剂。
45.在本实施例中，真空装置包括：真空泵和气压切换阀；气压切换阀可在连通分子筛吸附器内部和外界大气、且隔绝真空泵和分子筛吸附器内部的穿透大气压状态，以及隔绝分子筛吸附器内部和外界大气、且连通真空泵和分子筛吸附器内部的抽真空状态之间转
换。
46.作为优选的实施方式，集氧模块采用氧气平衡罐。
47.本实用新型还提供的变压吸附制氧除水结构及应用其的带自加湿的变压吸附制氧系统的工作原理如下：
48.当真空装置感应到分子筛吸附器对非氧气体组分的吸附未达到饱和时，气压切换阀处于连通分子筛吸附器内部和外界大气、且隔绝真空泵和分子筛吸附器内部的穿透大气压状态，此时空气压缩装置1保持运行，将空气压缩（优选为将空气在标准大气压下增压0.3-0.5barg）后通过压缩气管路传输至冷却装置2，冷却装置2将压缩后的空气冷凝并通过冷凝气管路传输至水气分离装置3，冷凝后的空气在水气分离装置3中的离心气流区5实现水气分离（即一次过滤），此时分离出的大部分水气汇聚成积水存储于积水区6，直至排水阀81感应积水区6的水位超过设定水位时自动排出积水，排出的积水通过排水管道输送到水气分离装置3的排水口82进入回收装置；同时分离出的一部分水气沉积于罐体31底部的滤芯4与积水之间，这部分水气首先通过水气引出通道进入压力调节阀71以调节水气引出通道内的水气压力大小，然后通过水气引出通道从压力调节阀71进入流量调节阀72以调节水气引出通道内的水气流量大小，当水气引出通道内的水气压力和流量值调节至与制氧模块的设备预设参数值相匹配后，将从罐体31内排出的水气通过水气引出管路9传输至制氧模块的氧气管路。
49.经上述水气分离后的气体，其在从滤芯4的外侧进入滤芯4的内部过滤通道之前仍携带部分水气，经过滤芯4的过滤通道的层层筛选实现二次过滤，此时得到的含水量极低的干燥空气从滤芯4的顶端向上进入罐体31顶部的干燥气道311，并经过干燥气道311流至罐体31外侧的干燥空气出口312排出罐体31，此时干燥空气通过干燥空气管路连通于分子筛吸附器的底部进气端，干燥空气进入分子筛吸附器后，首先由下往上穿过设于分子筛吸附器下部的活性氧化铝非氧氮气体组分吸附层，首先将水分、二氧化碳、及少量其它气体组分等非氧氮气体组分吸附并回收利用；干燥空气穿过非氧氮气体组分吸附层后，在由下往上穿过分子筛吸附器上部的沸石分子筛氮气吸附层，最后将氮气吸附并回收利用，剩下的氧气（包括氩气）作为非吸附组分从分子筛吸附器顶部的出气端通过氧气管路传输至氧气平衡罐，此时水气调节阀71排出的水气通过水气引出管路9传输至氧气管路，以对传输至氧气平衡罐中的氧气加湿。
50.当真空装置感应到分子筛吸附器对非氧气体组分的吸附达到饱和时，气压切换阀从穿透大气压状态切换至隔绝分子筛吸附器内部和外界大气、且连通真空泵和分子筛吸附器内部的抽真空状态，此时空气压缩装置1停止运行，真空泵启动并对分子筛吸附器内部进行抽真空（与吸附方向相反），真空度优选为0.65-0.75barg，将已吸附的少量残余水分、二氧化碳、氮气及少量其它气体组分抽出并排至外界大气，分子筛吸附器的两层吸附剂得到解吸并恢复吸附能力。
51.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。