專利名稱：安全便攜功能型氣體發(fā)生器及氣體制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種安全便攜功能型氣體發(fā)生器及氣體制備方法。
背景技術(shù)：
在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、市政建設(shè)施工及維護(hù)、環(huán)境保潔和人民健身、醫(yī)療保健、急救應(yīng)急、娛樂休閑、登山旅游、環(huán)境監(jiān)測及廣大中小學(xué)校教學(xué)實(shí)驗(yàn)課等行業(yè)或部門中，人們經(jīng)常小規(guī)模、頻繁使用氧、氫、二氧化碳等常見氣體，尤其是氧氣。作為便攜制氧裝置，國內(nèi)目前僅有以“氧立得”為代表的一類裝置，該裝置采用固體制氧劑，用帶有蓋子的簡單塑料容器進(jìn)行制氧，每次制氧都要用手動(dòng)方式直接打開并合好蓋子，注入清水，拆開制氧藥袋和催化劑藥袋先后倒入容器中，及用手將廢水廢料倒掉等一系列操作，使用起來不夠方便，而且產(chǎn)氣量小，供氣時(shí)間短，且產(chǎn)氧速度不穩(wěn)定，對處于特殊環(huán)境下的生產(chǎn)、生活實(shí)用意義不大。以“氧立得”為例，僅適用于短時(shí)間應(yīng)急需要，按產(chǎn)氣率1000ml/m產(chǎn)氧，一次供氣僅15分鐘，且在放氧過程中，開始反應(yīng)劇烈，而隨著時(shí)間延長，產(chǎn)氧速率急劇下降，供氣時(shí)段內(nèi)不能保證以穩(wěn)定速率放氧，而且制氧成本較高，且只能制氧氣，不宜用于制備其它氣體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種安全便攜功能型氣體發(fā)生器及氣體制備方法。該裝置及制備方法大大提高了氣體產(chǎn)出量，降低了單位體積氣體的制造成本和持續(xù)供氣時(shí)間；單位時(shí)間產(chǎn)氧量(產(chǎn)氣速率)基本保持穩(wěn)定和可控；且因成本低廉，因而除了能夠滿足應(yīng)急用氧之外，對處于特殊環(huán)境條件下的生產(chǎn)或生活活動(dòng)有實(shí)用意義。
本發(fā)明所述一種安全便攜功能型氣體發(fā)生器，其特征是，它由儲(chǔ)藏瓶、反應(yīng)瓶和洗氣瓶相互連接組成，所述儲(chǔ)藏瓶、反應(yīng)瓶和洗氣瓶分別通過氣路、液路導(dǎo)流開關(guān)以及導(dǎo)管構(gòu)成的導(dǎo)流管網(wǎng)相互連通，并分別通過開關(guān)和導(dǎo)管連通有充氣裝置。
本發(fā)明所述一種氣體制備方法，其特征是，采用權(quán)利要求1所述裝置，利用充氣方式加料和排廢，在反應(yīng)液中投入由催化劑和添加劑混合而成的團(tuán)狀固體，使催化劑均勻釋放，從而制備氣體。
具體而言，本發(fā)明所述一種氣體制備方法可以采用如下步驟第一步 在儲(chǔ)藏瓶中加入反應(yīng)液，反應(yīng)瓶和洗氣瓶(或稱水封瓶)中加入冷水，封閉洗氣瓶或水封瓶；第二步 將儲(chǔ)藏瓶與反應(yīng)瓶的液路導(dǎo)通，反應(yīng)瓶與洗氣瓶的氣路導(dǎo)通；第三步 向儲(chǔ)藏瓶內(nèi)充氣，壓迫反應(yīng)液從儲(chǔ)藏瓶自動(dòng)流入反應(yīng)瓶中，關(guān)閉儲(chǔ)藏瓶與反應(yīng)瓶之間的液路；第四步 在反應(yīng)瓶中投入催化劑，洗氣瓶的排氣口即放出氣體。
為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述團(tuán)狀固體的混合質(zhì)量比為不溶于水的固體催化劑粉末∶NaHCO3∶高嶺土∶質(zhì)量百分比濃度為90％的Na2SiO4＝1∶10～50∶200～1000∶20～100；所述充氣加料過程中，在不中斷供氣的狀態(tài)下可再加料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1.本發(fā)明完成一次制氧操作，在具有相同產(chǎn)氣速率的要求下，供氧時(shí)間要比現(xiàn)有同類產(chǎn)品長10倍以上，按1000ml/m的氣體產(chǎn)生速度，這樣的產(chǎn)氣速率即使對應(yīng)急搶救用氧也是可以滿足需要的，可持續(xù)供氧達(dá)150分鐘(如果需要還可以更長)，而一次儲(chǔ)藥累計(jì)持續(xù)供氧可達(dá)10個(gè)小時(shí)以上，且能基本做到大致以穩(wěn)定的產(chǎn)氣速率持續(xù)放氧，并且可以在不間斷供氣的情況下，進(jìn)行再加料。
2.本發(fā)明使利用價(jià)格更低、放氧量更高的液體原料制氧變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，因而使利用化學(xué)制氧用于便攜方面變得更實(shí)用。與現(xiàn)有裝置相比，單位體積氧氣的造價(jià)比約為1∶30。
3.本發(fā)明可以制備氧氣、氫氣、二氧化碳等氣體。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
如圖1所示，本發(fā)明裝置由儲(chǔ)藏瓶、反應(yīng)瓶和洗氣瓶(當(dāng)用做制氫等易燃易爆氣體時(shí)，稱做水封瓶)相互連接組成，這三個(gè)獨(dú)立單元之間及各自與外界環(huán)境之間都是互相水密隔絕的，可以通過一個(gè)外殼組合成一個(gè)整體。儲(chǔ)藏瓶、反應(yīng)瓶和洗氣瓶分別通過氣液通路開關(guān)以及導(dǎo)管相連通，在儲(chǔ)藏瓶、反應(yīng)瓶和洗氣瓶上分別開有進(jìn)料口，在儲(chǔ)藏瓶中還安裝有充氣裝置(這里采用打氣筒充氣，是整個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)運(yùn)作的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu))，在反應(yīng)瓶上還開有排廢口，在洗氣瓶上還開有排氣口。
當(dāng)裝置處于工作狀態(tài)時(shí)，每個(gè)單元里面的下部為液體(儲(chǔ)藏瓶中為化學(xué)溶液，反應(yīng)瓶中為化學(xué)溶液與固體粉末反應(yīng)物催化劑的混合體，洗氣瓶中為冷水)，上部都為氣體。這時(shí)，打氣筒及所有多向氣液通路開關(guān)與整個(gè)導(dǎo)流管網(wǎng)構(gòu)成了液路和氣路兩個(gè)次級網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)了相互之間或每個(gè)單元與外界之間的液路與氣路的關(guān)閉與連通。根據(jù)不同需要，通過充氣方式驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)將儲(chǔ)藏瓶中藥液自動(dòng)移入反應(yīng)瓶中以及將反應(yīng)瓶(或洗氣瓶)中的廢液(或廢水)排出，或?qū)⑾礆馄恐械膹U水排入反應(yīng)瓶中等功能作用。一次儲(chǔ)藥2.5L可供多次制氧，可確保在一個(gè)工作日內(nèi)(8個(gè)小時(shí))全時(shí)段，以1000ml/m的產(chǎn)氣速率，對嚴(yán)重缺氧癥患者或嚴(yán)重缺氧環(huán)境下的作業(yè)工作人員呼吸供氧。在這樣產(chǎn)氧速率情況下，完成一次加料可持續(xù)供氧150分鐘以上，若降低單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)氣量(稱產(chǎn)氣速率)，供氧時(shí)間會(huì)更長。
通常情況下，儲(chǔ)藏瓶內(nèi)儲(chǔ)滿液體制氧劑溶液(簡稱Y液，以下相同)備用，反應(yīng)瓶和洗氣瓶則空置。使用時(shí)，先打開反應(yīng)瓶及洗氣瓶投料蓋并加入適量冷水，再理順充氣通路，關(guān)閉其它相應(yīng)開關(guān)，并理順反應(yīng)瓶與洗氣瓶之間的氣路使其導(dǎo)通，用氣筒打氣(或其它充氣方法，如電動(dòng)充氣)，氣體進(jìn)入儲(chǔ)藏瓶后，迫使其中的Y液自動(dòng)流入反應(yīng)瓶中，實(shí)現(xiàn)Y液的自加料。當(dāng)需要排出反應(yīng)瓶中的廢液或洗氣瓶中的廢水時(shí)，只用理順相應(yīng)氣，液通路，用向其中充氣的方法，迫使廢液或廢水自動(dòng)排出瓶體外，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排廢、排水的功能。與“氧立得”等用固體制劑制氧不同，本發(fā)明實(shí)施例采用更為價(jià)廉和含可釋放氧氣高得多的液體制劑L液制氧。L液在通常狀態(tài)下由于有穩(wěn)定劑保持而表現(xiàn)穩(wěn)定，但在催化下能夠激烈放氧在制氧時(shí)，可通過對L液進(jìn)行稀釋和減少催化劑劑量的方法加以控制。由于一次制氧最好只須投一次藥，以便不至于在用氧過程中出現(xiàn)短暫中斷現(xiàn)象。但這樣勢必在開始時(shí)Y液濃度高，以后逐漸降低，若自始至終參與催化的催化劑量保持不變，則必然出現(xiàn)開始階段產(chǎn)氧氣速率(指單位時(shí)間產(chǎn)氧氣量)很高，之后則不斷迅速減小，便不能保證具有穩(wěn)定產(chǎn)氧速率的要求。本發(fā)明所以能夠做到可以在較長時(shí)間內(nèi)基本穩(wěn)定放氧的關(guān)鍵在于，將催化劑和添加劑混和均勻后制成有一定大小體積的固體球(稱做S丸，以下相同)。當(dāng)L液濃度隨時(shí)間降低時(shí)，同時(shí)固體球在緩慢地被溶蝕，使參與催化的催化劑總量在不斷增加。當(dāng)反應(yīng)到了最后階段，L液濃度達(dá)到了最低時(shí)，能夠發(fā)揮催化作用的催化劑總量由于積累卻達(dá)到了最大，從而保證了具有較為穩(wěn)定的產(chǎn)氧速率。對于用氣時(shí)間長短不同的要求和對于不同產(chǎn)氣速率的要求，則可通過改變?nèi)軡舛?，及投放固體顆粒多少而達(dá)到相應(yīng)的要求。需要說明的是，這里的L液和S丸及反應(yīng)之后的廢料，均是無毒無害的物質(zhì)不會(huì)造成任何污染。
固體催化劑小球可以采用1克S固體粉末+5克NaHCO3+75克高嶺土+適量的濃度為90％的Na2SiO4共混均勻，和成泥塊，進(jìn)而制成直徑為6mm的球狀顆粒，將其曬干或烘干即可。這樣的S丸在L液中需要150分鐘才能被徹底溶蝕成粉。若要求在更長時(shí)間后才能被全部溶蝕，可按要求改變配方并將球的直徑做的更大，反之，則要將直徑做的更小。在時(shí)間長度要求一定時(shí)，要求加大產(chǎn)氣速度則可通過多加S顆粒來解決。關(guān)于安全性問題。由于各導(dǎo)流開關(guān)(每單元均有兩個(gè)開關(guān)，一共為6個(gè))都安有壓緊彈片，通常情況下起壓緊以避免氣、液泄漏作用，而當(dāng)瓶內(nèi)壓力過大時(shí)，開關(guān)受到過大壓力作用時(shí)便會(huì)自動(dòng)抬升，又因其形狀為錐臺(tái)形，被抬升時(shí)氣體便會(huì)自動(dòng)泄出，起到減壓閥的作用。由于反應(yīng)前已將L濃溶液加冷水稀釋過，增大了液體熱慣量，使得反應(yīng)過程中溫升不會(huì)太高。加上限止最大產(chǎn)氣速率使放熱過程和緩而漫長，加上在制氣過程中反應(yīng)器的整個(gè)裝置及其中的流體傳熱和空中散熱和放出氣體攜帶走揮發(fā)熱，以及輻射散熱，計(jì)算和實(shí)驗(yàn)都證實(shí)，在常溫常壓下，當(dāng)液體溫度最終升至70℃后，生熱與散熱基本達(dá)到平衡，不再升溫。由于保持著排氣通路暢通，反應(yīng)瓶中的溫升和增壓都很有限。由于所使用的化學(xué)物質(zhì)及反應(yīng)后的廢料皆為無毒無害物質(zhì)，所以是非常安全和符合環(huán)保要求的。
本實(shí)施例的具體操作方法(僅以制氧過程來說明)例如以要求產(chǎn)氣時(shí)間為150分鐘；產(chǎn)氣速率1000ml/m為例(這樣的產(chǎn)氧速率適合重癥患者及在特殊環(huán)境下從事作業(yè)人員吸氧)，敘述系統(tǒng)使用的操作方法和工作原理。
第一步在儲(chǔ)藏瓶中儲(chǔ)有L溶液，將反應(yīng)瓶和洗氣瓶的進(jìn)料口打開，在反應(yīng)瓶中加入200ml冷水，在洗氣瓶中加入500ml左右的冷水，然后先將洗氣瓶的進(jìn)料口關(guān)閉。
第二步通過開關(guān)使氣筒與儲(chǔ)藏瓶之間氣路導(dǎo)通；再通過開關(guān)使儲(chǔ)藏瓶與反應(yīng)瓶液路導(dǎo)通；然后通過開關(guān)使反應(yīng)瓶與洗氣瓶氣路導(dǎo)通；再通過開關(guān)使洗氣瓶內(nèi)部與排氣口接通。
第三步用打氣筒打氣，氣流經(jīng)開關(guān)進(jìn)入儲(chǔ)藏瓶，壓迫液面使L溶液從儲(chǔ)藏瓶自動(dòng)流入反應(yīng)瓶中。當(dāng)輸入體積達(dá)600ml時(shí)停止打氣，并通過開關(guān)關(guān)閉儲(chǔ)藏瓶與反應(yīng)瓶之間的液路；檢查開關(guān)使反應(yīng)瓶與洗氣瓶氣路導(dǎo)通；然后再檢查開關(guān)使洗氣瓶與排氣口導(dǎo)通。
第四步在反應(yīng)瓶進(jìn)料口中投入一粒預(yù)制好的大小為Φ6的催化劑球體，接著關(guān)閉進(jìn)料口，使不致漏氣。這時(shí)排氣口便冒出純凈氧氣，速率基本穩(wěn)定在1000ml/m，純度為98.8％(約含氮?dú)鉃?.2％)，可供增氧呼吸及不同目的的使用。這樣便完成了一次制氧的全過程。
關(guān)于廢料排放的操作。
放氧結(jié)束后，處于反應(yīng)瓶中液體已成廢料，因無毒無害可以直接排放；而洗氣瓶中原來的冷水，由于已升溫，若要緊接著就進(jìn)行二次制氧，則最好將其排泄，并更換新鮮冷水(或?yàn)榱藴p輕重量便于攜帶時(shí)，也要排出)，除了上述兩種情況以外，可以不排出，供下次繼續(xù)使用。
反應(yīng)瓶排廢液操作(假定上述制氧后，并無扭動(dòng)任何開關(guān))第一步先通過開關(guān)使儲(chǔ)藏瓶與氣筒間氣路關(guān)閉。
第二步通過開關(guān)使氣筒與反應(yīng)瓶間氣路導(dǎo)通，而反應(yīng)瓶與洗氣瓶間氣路被關(guān)閉。再通過開關(guān)使反應(yīng)瓶與排廢口液路導(dǎo)通。
第三步打氣，氣體進(jìn)入反應(yīng)瓶，迫使廢液自動(dòng)先后經(jīng)導(dǎo)管和開關(guān)從排廢口排出。排廢口處可接一長軟管，并使管口低于瓶底，以加速自動(dòng)排流。實(shí)際上，當(dāng)液體一旦開始流出，只要打開進(jìn)料口，使瓶內(nèi)與大氣相通，廢液便可自動(dòng)流出，而無須繼續(xù)打氣了。在自動(dòng)排流過程中，可從進(jìn)料口倒入清水沖洗，將其中的固體粉料盡可能沖洗干凈。當(dāng)?shù)脚帕鹘Y(jié)束，則廢液便基本排完，雖然仍有殘量，但這對下次使用不會(huì)產(chǎn)生不良影響。這樣便完成了排廢功能。
洗氣瓶排廢水操作。
當(dāng)確定需將洗氣瓶中廢水排掉時(shí)，采用如下步驟便可實(shí)現(xiàn)。(假定這一操作是在完成以上工作之后各開關(guān)位置沒有被扭動(dòng))第一步通過開關(guān)使氣筒與反應(yīng)瓶氣路關(guān)閉。
第二步通過開關(guān)使氣筒與洗氣瓶之間氣路導(dǎo)通，且洗氣瓶的排氣口亦同時(shí)關(guān)閉；通過開關(guān)使洗氣瓶與排廢口之間的液路導(dǎo)通；再通過開關(guān)關(guān)閉排廢口與反應(yīng)瓶之間的導(dǎo)管(避免廢水流入反應(yīng)瓶)。
第三步用打氣筒打氣，氣體經(jīng)開關(guān)進(jìn)入洗氣瓶，廢水體便從排廢口向外排出。
當(dāng)完成一次制氧后，若需將廢液及廢水同時(shí)排放的操作。若緊接著要進(jìn)行下一次的制氧過程，或?yàn)闇p負(fù)以便于攜帶時(shí)，則要將反應(yīng)瓶中的廢液及洗氣瓶中的廢水同時(shí)都排掉。這時(shí)可采用將廢液和廢水同時(shí)排放的方法，一次操作同時(shí)完成。具體操作步驟(假定面板上各開關(guān)在完成制氣后均未經(jīng)扭動(dòng)的情況下)如下第一步先通過開關(guān)使打氣筒與洗氣瓶之間氣路導(dǎo)通；再通過開關(guān)使反應(yīng)瓶與排廢口之間液路導(dǎo)通，其他開關(guān)保持不動(dòng)。
第二步用充氣筒充氣，氣體經(jīng)開關(guān)進(jìn)入洗氣瓶中，迫使廢水經(jīng)開關(guān)輸出后進(jìn)入反應(yīng)瓶中，反應(yīng)瓶中的廢液和廢水則經(jīng)過開關(guān)從排廢口排出裝置之外。繼續(xù)打氣，直到顯示洗氣瓶被排干，隨后反應(yīng)瓶接著排干時(shí)，停止打氣。這樣便完成了將兩個(gè)瓶中廢料通過一次操作全部排完的操作。從這一操作可以看出，在反應(yīng)瓶廢液被排泄過程中，(從洗氣瓶來的“廢水”實(shí)際上是只不過變熱了的凈水)在排廢同時(shí)也沖洗了反應(yīng)瓶，達(dá)到了“一舉兩得”的效果。
至此，本裝置全部功能操作完成了一遍。當(dāng)下次制氧時(shí)及排廢時(shí)，只用重復(fù)以上操作或以上的部分的操作便可反復(fù)使用了。
本發(fā)明實(shí)施例主要用來制取氧氣用來供人員呼吸，同時(shí)也可用來制取氫氣、二氧化碳等常見氣體，持續(xù)供氣時(shí)間較長，供氣速度穩(wěn)定。本實(shí)施例裝置采用耐酸堿、抗氧化能力較強(qiáng)的塑料材料制成，自身僅重0.7公斤左右；體積大小僅為長×寬×高＝22.5×15.6×18.0(cm3)大小，因而便于攜帶。本實(shí)施例制氣時(shí)的大多數(shù)操作步驟是通過裝置的功能作用來實(shí)現(xiàn)，方便操作且提高了安全性；由于采用液體制氧劑，大大降低了單位體積氣體造價(jià)和氣體產(chǎn)出量，因而大大延長了可持續(xù)供氣時(shí)間長度和確保了供氣時(shí)間內(nèi)以基本穩(wěn)定產(chǎn)氣速率供氣，因而不僅可以滿足病員急救的應(yīng)急用氧；而且還可作為勞動(dòng)保護(hù)用品使用，具有保障在特殊環(huán)境下工作人員能夠進(jìn)行安全生產(chǎn)和生活的實(shí)用意義。
權(quán)利要求
1.一種安全便攜功能型氣體發(fā)生器，其特征是，它由儲(chǔ)藏瓶、反應(yīng)瓶和洗氣瓶相互連接組成，所述儲(chǔ)藏瓶、反應(yīng)瓶和洗氣瓶分別通過氣路、液路導(dǎo)流開關(guān)以及導(dǎo)管構(gòu)成的導(dǎo)流管網(wǎng)相互連通，并分別通過開關(guān)和導(dǎo)管連通有充氣裝置。
2.一種氣體制備方法，其特征是，采用權(quán)利要求1所述裝置，利用充氣方式加料和排廢，在反應(yīng)液中投入由催化劑和添加劑混合而成的團(tuán)狀固體，使催化劑均勻釋放，從而制備氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氣體制備方法，其特征是，所述團(tuán)狀固體的混合質(zhì)量比為不溶于水的固體催化劑粉末∶NaHCO3∶高嶺土∶質(zhì)量百分比濃度為90％的Na2SiO4＝1∶10～50∶200～1000∶20～100。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氣體制備方法，其特征是，所述充氣加料過程中，在不中斷供氣的狀態(tài)下可再加料。
全文摘要
本發(fā)明是一種安全便攜功能型氣體發(fā)生器及氣體制備方法，該裝置由儲(chǔ)藏瓶、反應(yīng)瓶和洗氣瓶(或稱水封瓶)分別通過氣路、液路導(dǎo)流開關(guān)以及導(dǎo)管構(gòu)成的統(tǒng)一的導(dǎo)流管網(wǎng)相互連通，并連通有充氣裝置。該方法采用上述裝置，利用充氣驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)裝置各部分之間以及裝置與外界環(huán)境之間的氣體或液體物質(zhì)的交換；該方法將催化劑固體粉末與化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的添加劑混合均勻并制成團(tuán)，使催化劑在反應(yīng)時(shí)逐漸釋放并積累，使氣體產(chǎn)生速率穩(wěn)定。本發(fā)明可以制備氧氣、氫氣、二氧化碳等氣體，在相同產(chǎn)氣速率下，供氣時(shí)間要比現(xiàn)有同類產(chǎn)品長10倍以上，可在不中斷供氣的情況下再加料，能保持產(chǎn)氣速率穩(wěn)定，單位體積氧氣造價(jià)比低于1∶30。
文檔編號(hào)A62B7/00GK1486761SQ0314013
公開日2004年4月7日 申請日期2003年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月11日
發(fā)明者吳相安 申請人:吳相安