一种用于弥散供氧方式的旋转式制氧装置及方法与流程

本发明属于医疗器械，具体而言，涉及一种用于弥散供氧方式的旋转式制氧装置及方法。

背景技术：

1、氧气是维持人体生命活动的必要物质，是人类赖以生存的条件，人类对氧气的依赖就如同鱼离不开水，维持工作和生活环境中氧气量，是人体生命健康的第一需要。

2、在工业上国内外常用的空气分离制氧技术主要有低温精馏制氧工艺、薄膜分离制氧工艺和变压吸附(psa)制氧工艺。其中低温精馏制氧工艺可制取浓度高达99.5％以上的氧气，但是此法具有投资大、能耗高、操作比较复杂的特点，不适合用于人体供氧，被广泛应用于大规模工业制氧领域。膜分离制氧工艺具有能耗低、工艺简单和操作简便等特点，但是此法仅能生产浓度为40％左右的氧气，且膜分离装置中所采用的分子筛膜容易破损，使用寿命有限，要经常进行更换，这样就间接的增加了膜分离制氧工艺的成本，也不适用于为人体供氧。变压吸附制氧工艺可以产生浓度为93％左右的氧气，具有流程简单、安全稳定、成本低等特点，因此在家庭氧疗制氧机和医院医疗制氧机中得到了广泛的应用，但是此制氧工艺的噪音较大，经常会影响到使用人员的正常休息。

3、随着人们经济水平的提高和医学的飞跃进步，弥散供氧方式以操作简单和更加安全、绿色环保的优势成为最常见和应用最为广泛的供氧方式。弥散供氧方式多用于房间、车室、病房、矿井和人员密集的相对密闭空间供氧。尤其是在高原地区，为了防止旅客因缺氧造成的身体不适，许多旅店都采用弥散供氧方式。另外，在高原地区修建铁路和公路时，隧道掌子面也多采用弥散供氧的方式为施工人员供氧。弥散供氧方式的目的是将相对密封空间的氧气分压提高至平原地区室外的氧气分压，这样便会让人体感到舒适，因此对制氧工艺的产氧浓度要求不是很高，只需要较高的富氧产品气流量，即较高的纯氧(氧气浓度为100％)体积或质量。低温精馏制氧工艺和变压吸附制氧工艺都是花费巨大的成本将空气中的氧气浓度富集到90％以上，然而氧气在空气中的扩散速度很快，所制取的高浓度氧气并未能得到有效利用，这样就造成了富氧产品气的浪费，间接增加了制氧成本和能耗。膜分离制氧工艺由于分子筛膜的加工成本高，使用寿命有限等原因，并未取得广泛的应用。综上所述，目前的制氧工艺都不适合应用于弥散供氧方式。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于弥散供氧方式的旋转式制氧装置及方法，将具有氮氧分离性能的制氧吸附剂负载到陶瓷纤维上然后卷成圆盘状制成吸附床层，当吸附床层处于吸附区时开始吸附流入空气中的氮气并将分离得出的富氧产品气送至产品气出气管道，当吸附床层转动进入脱附区，吸附饱和的吸附床层在脱附区高温或者真空条件下进行脱附再生，将吸附的氮气解吸出来并进行收集。然后再进入冷却区冷却吸附床层。

2、为了实现上述技术目的，本发明提供了以下技术方案:

3、本发明提供了一种用于弥散供氧方式的旋转式制氧装置，包括吸附床层和外壳，所述外壳包覆在所述吸附床层的外侧，所述外壳内部设置有吸附区、脱附区和冷却区，所述脱附区连接有用以解析氮气的真空泵。

4、现有技术中，变压吸附制氧工艺的噪音较大，经常会影响到使用人员的正常休息。另外，当采用弥散供氧方式为人员进行供氧时，变压吸附制氧工艺所制取的高浓度氧气未能得到有效利用，这样就造成了富氧产品气的浪费，间接的增加了制氧成本和能耗。

5、本发明提供了一种用于弥散供氧方式的旋转式制氧装置，还包括外壳，外壳内部设置有吸附区、脱附区、冷却区以及吸附床层，吸附床层与吸附区、脱附区和冷却区配合，以实现吸附床层在旋转的过程中吸附氮气与脱附氮气。此制氧方式减少了成本和能耗，并且没有噪音，适合弥撒供氧方式。本发明还通过采用高温和真空的脱附方式对氮气进行解吸，省去了变压吸附制氧工艺中的清洗步骤，因此节约了富氧产品气，提高了氧气回收率。

6、此外，吸附区、脱附区和冷却区的外部设置有圆周挡板，吸附区、脱附区和冷却区之间设置有分隔板，吸附区、脱附区、冷却区和圆周挡板由密封材料进行密封，避免气体的泄漏。

7、优选的，所述沸石吸附床层为陶瓷纤维旋转制成的吸附床层状圆盘，所述陶瓷纤维横截面的形状为蜂窝状，所述沸石吸附床层上还包覆有制氧吸附剂。

8、优选的，所述制氧吸附剂的成分为a型、x型、3a、4a、5a、13x、ca-x、li-x、ag-x、cali-x、agli-x、ca-lsx、li-lsx、ag-lsx、cali-lsx、agli-lsx、mof和zif中一种或几种的组合。

9、优选的，所述吸附区一侧连接有第一空气过滤器、第一压缩机和第一换热器用以对空气进行过滤、压缩和冷却降温，所述吸附区的另一侧连接有带压单向阀、储氧罐、产品气出气管道和用以调节所述冷却区输送富氧产品气的第一流量控制阀，所述真空泵还连接有用以储存氮气的储氮罐。其中第二换热器的温度要高于脱附温度20-40℃。换热类型可为间壁式换热或蓄热式，换热器的类型可以为管壳式换热器、板式换热器、夹套式换热器和沉浸式蛇管换热器等。

10、优选的，所述产品气出气管道上还设置有氧气分析仪用以监控氧气流量和浓度，所述氧气分析仪连接有控制中心系统，所述控制中心系统根据所述氧气分析仪的数据来调整氧气浓度和流量。

11、另外本发明还提供了一种利用用于弥散供氧方式的旋转式制氧装置的制氧方法，包括如下步骤：

12、空气经过过滤、压缩和冷却降温后进行吸附，吸附空气中的氮气，并输出富氧产品气；

13、吸附床层转动，对含有氮气的部分进行吹扫与解吸脱附，储存部分解吸的氮气，另一部分解吸气返回继续吹扫吸附床层；

14、对脱附后的吸附床层进行冷却。

15、优选的，用于冷却的富氧产品气与排放至使用场景中的富氧产品气的流量比0.1:1-1:1。

16、优选的，用于吹扫的解吸气与吹扫气空气的流量比值以及吹扫气中氮气浓度与吹扫气温度有关。吹扫气温度越低，用于吹扫的解吸气流量与吹扫气空气流量比值越低，吹扫气中氮气浓度越低。用于吹扫的解吸气与吹扫气空气的流量比为0.1:1-1:1，吹扫气中氮气浓度为78.08％-90％。

17、优选的，所述吸附床层连续式转动时，所述吸附区、所述脱附区与所述冷却区分别占所述吸附床层面积的1:4-3:4、1:8-3:8和1:8-3:8，所述脱附区与所述冷却区面积相同。

18、所述吸附的温度为5-25℃，所述吸附的压力为0-50kpa，所述脱附的温度为25-200℃，所述脱附区的压力为0kpa，所述吸附床层转动的转速为3-20r/h，所述空气的进气流速为0.05-2m/s；

19、吹扫气的温度为45-240℃，所述吹扫气中的解吸气与空气的流量比为0.1:1-1:1，吹扫气中氮气浓度为78.08％-90％，用于冷却的富氧产品气与提供给用户的富氧产品气的流量比为0.1:1-1:1。

20、优选的，所述吸附床层间断式转动时，所述吸附区、所述脱附区与所述冷却区面积相同。

21、所述吸附的温度为5-25℃，所述吸附的压力为50-300kpa，所述脱附的温度为25-50℃，所述脱附的压力为-100-0kpa，所述吸附床层转动的转速为20-240r/h，所述间断的时间为5-60s，所述空气的进气流速为0.05-2m/s，用于冷却的富氧产品气与提供给用户的富氧产品气的流量比为0.1:1-1:1。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

23、(1)本发明可以增加吸附剂在循环工艺中的氮气吸附量，提高富氧效果；

24、(2)本发明将具有氮氧分离性能的制氧吸附剂负载到陶瓷纤维上然后卷成圆盘状制成吸附床层，在制氧过程中，吸附床层在驱动装置带动下缓慢转动，当沸石吸附床层处于吸附区时开始吸附流入空气中的氮气并将分离得出的富氧产品气送至产品气出气管道，当吸附床层达到饱和状态之后进入脱附区，吸附饱和的吸附床层在脱附区真空条件下进行脱附再生，将吸附的氮气解吸出来，然后再进入冷却区进行冷却。因此本发明拥有较小的噪音，降低了压缩机的运行能耗，节约了富氧产品气，提高了回收率；

25、(3)本发明的吸附制氧装置操作简便，能耗和成本低，可源源不断的产生富氧产品气且噪音较小，适合应用于弥散供氧方式。