一种余热余湿利用节能型新风供氧系统的制作方法

本发明涉及一种供氧系统，特别是一种余热余湿利用节能型新风供氧系统。
背景技术：
：中国是世界上高原面积最大的国家，其中号称“世界屋脊”的青藏高原就占国土面积约1/4，平均海拔超过4500m。高原具有低气压、低氧、寒冷、昼夜温差大、干燥、强辐射和强紫外线等特点，随着海拔高度升高，大气氧分压下降，人体的动脉氧分压也随之下降，只有当人的动脉氧分压高于7.98kpa时才能满足机体的基本需要。急进高原人员因机体在短时间内出现一系列急性缺氧表现易产生急性高原反应，未习服人员乘飞机到达海拔3600m左右地区的发病率为20％至50％不等，严重的将引发高原肺水肿、高原脑水肿等急性高原病，其发病率为1％至2％，救治不及时，死亡率可高达10％以上。常驻高原人群因习服失败或丧失适应产生过度的红细胞增多、显著的肺动脉高压及严重的低氧血症，引发慢性高原病。藏族世居者慢性高山病患病率为1.21％，移居汉族为5.57％，青藏高原约有25万人患有慢性高原病。高原恶劣环境严重威胁人类健康，与低海拔地区相比其需要进行改善的技术关键点有：1.低温：青藏高原大面积处于严寒或寒冷地区。2.缺氧：4000m海拔地区的氧气含量仅为低海拔地区的60％左右。3.低湿：由于冬季低温，导致相对湿度常处于40％以下。因此，如何利用发明创造，在低能耗的基础上，解决现有高原环境的低温、缺氧、低湿问题，是现今需要解决的一项技术难题。技术实现要素：本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够实现同时供氧、余热利用及加湿的余热余湿利用节能型新风供氧系统。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种余热余湿利用节能型新风供氧系统，其特征在于：包括空压机、储气罐、吸干机、变压吸附机、氧气存储罐、风机、制氧段、活性炭过滤器、空气过滤器以及全热交换器，所述全热交换器分别与回风口和新风口连通，所述全热交换器与空气过滤器相连，所述空气过滤器通过活性炭过滤器与制氧段连接，所述制氧段通过空压机入口与空压机连接，所述制氧段通过分支管一与吸干机连接，所述制氧段通过分支管二与氧气存储罐连接，所述制氧段产生的氧气通过风机送入室内，所述空压机与储气罐连接，所述储气罐与吸干机连接，所述吸干机与变压吸附机连接，所述变压吸附机分别与氧气存储罐和全热交换器连接。本发明所述的余热余湿利用节能型新风供氧系统，其所述空压机入口呈上小下大的喇叭形结构，所述空压机入口的小开口端与空压机连接，其大开口端与制氧段的壳体相连。本发明所述的余热余湿利用节能型新风供氧系统，其所述空压机入口的壁面结构满足函数：y/y/0.25＝exp(5.75-2x/x+1.1(x/x)2)其中x为空压机入口的高度，y为空压机入口的宽度，x、y为空压机入口壁面弧线形状坐标。本发明所述的余热余湿利用节能型新风供氧系统，其所述分支管一与制氧段的壳体内设置的混流口组一相连，所述分支管二与制氧段的壳体内设置的混流口组二相连，所述混流口组一和混流口组二分别由若干个混流口组成。本发明所述的余热余湿利用节能型新风供氧系统，其所述混流口组一和混流口组二中的混流口同一高度下的大小相等，垂直方向上混流口的大小服从函数：式中，n为垂直方向混流口数，m为水平方向混流口数，i为垂直方向的第i个混流口，x为积分变量，f为壳体横截面积，f为混流口面积。本发明通过独特的结构设计，能够实现同时供氧、余热利用及加湿的功能，另外，能够通过低阻空压机入口实现低流动阻力从而达到降低流动阻力，通过分支管组实现空气水分回收，从而达到节能及余热利用及余湿利用的目的。附图说明图1是本发明的结构示意图。图2是本发明中制氧段的示意图。图3是本发明中混流口组一的示意图。图4是本发明中混流口组二的示意图。图5是本发明中空压机入口可能的多种优化曲线示意图。图6是本发明中空压机入口最优化形式。图7是本发明中空压机入口在可能的多种优化曲线下的阻力示意图。图8是本发明中空压机入口吸入空气对制氧段边界层消减效果示意图。图9是实验获得的空压机入口后制氧段内的流速分布示意图。图10是本发明中混流口组一及混流口组二的混流效果示意图。附图标记：1为空压机，2为储气罐，3为吸干机，4为变压吸附机，5为氧气存储罐，6为风机，7为制氧段，8为活性炭过滤器，9为空气过滤器，10为全热交换器，11为回风口，12为新风口，13为空压机入口，14为分支管一，15为分支管二，16为混流口组一，17为混流口组二，18为壳体。具体实施方式下面结合附图，对本发明作详细的说明。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。如图1所示，一种余热余湿利用节能型新风供氧系统，包括空压机1、储气罐2、吸干机3、变压吸附机4、氧气存储罐5、风机6、制氧段7、活性炭过滤器8、空气过滤器9以及全热交换器10，所述全热交换器10分别与回风口11和新风口12连通，所述全热交换器10与空气过滤器9相连，所述空气过滤器9通过活性炭过滤器8与制氧段7连接，所述制氧段7通过空压机入口13与空压机1连接，所述制氧段7通过分支管一14与吸干机3连接，所述制氧段7通过分支管二15与氧气存储罐5连接，所述制氧段8产生的氧气通过风机6送入室内，所述空压机1与储气罐2连接，所述储气罐2与吸干机3连接，所述吸干机3与变压吸附机4连接，所述变压吸附机4分别与氧气存储罐5和全热交换器10连接。室外低氧干燥低温空气由新风口进入系统，并与从回风口进入的回风以及从变压吸附机排出的高压氮气(废气)进行全热交换(只热交换，不进行质交换)。换热后的空气进入空气过滤器及活性炭过滤器过滤掉空气中的粉尘及其他污染物，从而一方面净化送入房间内的空气同时提高进入供氧段变压吸附的效率。净化后的空气送入供氧段，送入供养段的空气一部分流入空压机进行加压，另一部分留在供氧段内等待与从吸干机及变压吸附机流入的高氧气体混合。流入空压机的空气被加压后送入储气罐储藏，随后被送入吸干机中除去水分，然后被送入变压吸附机中生产氧气。生成的氧气流入氧气存储罐中储存，然后被送入制氧段中。经过制氧段后，室外空气氧气富集，并通过风机送入室内。室内的空气一部分直接排除，另一部分经过回风口再次进入全热交换器进行热交换，如此循环。从而同时实现了供氧、余热利用及余湿利用。如图2所示，所述空压机入口13呈上小下大的喇叭形结构，所述空压机入口13的小开口端与空压机1连接，其大开口端与制氧段7的壳体18相连，所述空压机入口13的壁面结构满足函数：y/y/0.25＝exp(5.75-2x/x+1.1(x/x)2)其中x为空压机入口的高度，y为空压机入口的宽度，x、y为空压机入口壁面弧线形状坐标。高海拔地区的氧气浓度仅为低海拔地区的60％左右(以4000m海拔为例)，变压吸附机的制氧浓度约为90％，空气中的氧气含量为20％。这时，送入变压吸附机的空气流量与留在制氧段等待混合的空气流量比m1/m2。在这一流量比下对空压机入口的形式进行了弧线优化。如图5所示，尝试了多种形式的弧线形式，发现当弧线形式满足y/y/0.25＝exp(5.75-2x/x+1.1(x/x)2)函数时，如图6所示，不仅从制氧段流经空压机这一段管路的阻力最低，如图7所示；同时，这种结构形式下的空压机入口还能够消减制氧段的流动边界层，如图8所示，从而使得制氧段的流动阻力降低，最终实现制氧段的风机能耗降低。如图3和4所示，所述分支管一14与制氧段7的壳体18内设置的混流口组一16相连，所述分支管二15与制氧段7的壳体18内设置的混流口组二17相连，所述混流口组一16和混流口组二17分别由若干个混流口组成。在空气进入变压吸附机前必须要对这部分空气进行吸干，从而降低空气湿度，否则变压吸附机会吸收空气中的水汽，降低变压吸附机的制氧效果，而吸干机中的水分实际上是有用的需要进行再次利用，因此，本系统通过分支管一将吸干机中富含水汽的高压气体再次通入制氧段对与空气进行混合、加湿，从而达到了余湿利用的目的。实验研究发现，空压机入口后的流速分布满足函数式中y为流速，x为管道径向位置，如图9所示。因此，列能量守恒方程式如下：式中，n为垂直方向混流口数，m为水平方向混流口数，i为垂直方向的第i个风口，x为积分变量，f为壳体横截面积，f(i)为混流口面积。由此，可以首次获得针对本供氧段。其中，所述混流口组一16和混流口组二17中的混流口同一高度下的大小相等，垂直方向上混流口的大小服从函数：式中，n为垂直方向混流口数，m为水平方向混流口数，i为垂直方向的第i个混流口，x为积分变量，f为壳体横截面积，f为混流口面积。在这一优化下，混流口的流体混合显著均匀，并且混合快速，如图10所示。具体实施例：一种余热余湿利用节能型新风供氧系统，包括空压机(6m3/min)、储气罐(0.6mpa)、吸干机(6m3/min)、变压吸附机(20m3/h)、氧气存储罐(0.6mpa)、风机(60m3/min)、制氧段(60m3/min)、活性炭过滤器(60m3/min)、空气过滤器(60m3/min)、全热交换器(60m3/min)、回风口、新风口、壳体(1m×1m×3m)、空压机入口(0.25m×1m×1m)、分支管一、分支管二、混流口组一和混流口组二。其中，空压机入口的高度和宽度分别为1.2m及0.25m，弧面形式方程为：y＝exp(5.75-2x+1.1x2)，混流口组一及混流口组二中的混流口均为5×5＝25个，水平方向大小一致，垂直方向大小为下表：混流口正方形边长第1个混流口边长0.16m第2个混流口边长0.15m第3个混流口边长0.14m第4个混流口边长0.13m第5个混流口边长0.13m室外低氧干燥低温空气由新风口进入系统，并与从回风口进入的回风以及从变压吸附机排出的高压氮气(废气)进行全热交换(只热交换，不进行质交换)。换热后的空气进入空气过滤器及活性炭过滤器过滤掉空气中的粉尘及其他污染物，从而一方面净化送入房间内的空气同时提高进入供氧段变压吸附的效率。净化后的空气送入供氧段，送入供养段的空气一部分流入空压机进行加压，另一部分留在供氧段内等待与从吸干机及变压吸附机流入的高氧气体混合。流入空压机的空气被加压后送入储气罐储藏，随后被送入吸干机中除去水分，然后被送入变压吸附机中生产氧气。生成的氧气流入氧气存储罐中储存，然后被送入制氧段中。经过制氧段后，室外空气氧气富集，并通过风机送入室内。室内的空气一部分直接排出，另一部分经过回风口再次进入全热交换器进行热交换，如此循环。从而同时实现了供氧、余热利用及余湿利用。这时可以从图7看出，这种形式下从制氧段流经空压机这一段管路的阻力最低，为0.9pa。同时从图8中可以看出，这种结构形式下的空压机入口能够对制氧段的边界层起到消减作用。图8中右上及右下部分的白色区域(流体边界层)明显变薄，边界层变薄，则能够显著的降低制氧段的流动阻力，从而最终实现制氧段的风机能耗降低。本系统通过分支管一将吸干机中富含水汽的高压气体再次通入制氧段与空气进行混合、加湿，从而达到了余湿利用的目的。从图10中可以看出，采用这类边长分布下的湿混合或者氧混合非常均匀，混合长度为1m左右。而采用传统等间距布置时，6m的混合长度仍不能保证完全混合。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12