專利名稱：節(jié)能型空氣分離制氧裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種醫(yī)療設(shè)備，尤其涉及一種空氣分離制氧裝置。
背景技術(shù)：
醫(yī)用空氣分離制氧裝置是為醫(yī)院或醫(yī)療機構(gòu)提供醫(yī)用氧氣的中心制氧 裝置，它可以是雙機組、三機組、四機組、五機組或者六機組?？諝夥蛛x 制氧裝置主要包括螺桿式空氣壓縮機、冷凍干燥機、空氣過濾器、雙柱型 吸附式氧氣分離器及其控制部分、空氣穩(wěn)壓罐、氧氣穩(wěn)壓罐、流量調(diào)節(jié) 計、在線純度監(jiān)測儀等部分。
空氣分離制氧裝置是利用分子篩物理吸附和解吸技術(shù)與微電腦數(shù)碼測 控技術(shù)相結(jié)合的裝置，其工藝過程是空氣(制氧原料)經(jīng)過空氣壓縮機
壓縮、升壓0.3 0.6MPa，除油、去水后送至冷凍干燥機冷卻至5'C，再 經(jīng)吸入口過濾器除塵粒后，送入其中一只氧氣分離器。氧氣分離器內(nèi)裝填 由各種吸附材料按科學(xué)配比組成的吸附劑，空氣中的氮、水分、二氧化碳 及少量其它氣體組分被吸附劑吸附，而非吸附組分(氧氣)則從氧氣分離 器頂部出口排至氧氣平衡罐。當氧氣分離器中的可吸附物質(zhì)達到飽和狀態(tài) 時通過切換閥放空，吸附劑便可再生。同時另一只氧氣分離器升壓開始工 作，通過兩只氧氣分離器的交替工作獲得連續(xù)的氧氣流。制取的氧氣經(jīng)在 線檢測合格后，通過氧氣儲罐、管道、閥門、各級精密過濾器除菌過濾器 等凈化處理后送至后級使用點使用。
參照圖2，為分離制氧裝置的工作周期示意圖，空氣分離制氧機在制 氧過程中，兩只吸附式氧氣分離器A和B是交替工作的，即在0 90秒的 過程中，氧氣分離器A的壓力由OMPa (排空狀態(tài))漸升至0.6Mpa,待其 分離過程結(jié)束后即漸漸卸壓至OMPa;與此同時氧氣分離器B的壓力則由0. 6MPa降至至0Mpa再升壓至0. 6Mpa，每個氧氣分離器的所需空氣的進氣 壓力是交替而周期性漸變的。
現(xiàn)有的空氣分離制氧裝置采用的是普通空氣壓縮機，其額定頻率、額 定電壓就是電源的電壓和頻率。系統(tǒng)供氣壓力的控制方式也僅僅依據(jù)壓力 控制器的上、下限設(shè)定值來控制空器壓縮機的加/卸載，即壓力達到上限 時關(guān)閉供氣閥，空氣壓縮機進入輕載運行；壓力低至下限值時開供氣閥， 空氣壓縮機進入滿載運行。這種供氣控制方式下的空壓機，會造成如下三 部分能量浪費
(1 )由于普通型螺桿式空壓機是在滿負荷狀態(tài)下長時間連續(xù)運行， 其效率的下降也相對較快，為了使其能在長時間內(nèi)保證空氣分離器的供氣 壓力，在設(shè)計系統(tǒng)或選擇空壓機的壓力時，都要高出實際用氣壓力25%以 上，而且運行時上限值一般也是調(diào)至最大，如圖3中的"普通型空壓機壓 力變化曲線"的峰值為0.85MPa，而實際上包括消耗只需0,60MPa，造成 多供少用的狀況；又如以圖2中的A折線為例，在壓力達到最小值a點 后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升直到最大調(diào)定壓力值，在此加壓過 程中，多余的壓力轉(zhuǎn)化為熱量釋放到空氣中，導(dǎo)致電能損失；
(2) 加載時的電能消耗普通螺桿式螺桿式空壓機在0. 60 0. 85MPa 之間進行頻繁地加、卸載過程中，多出來的0. 25MPa在爬升中消耗掉，有 數(shù)據(jù)驗證壓力每爬升0. lMPa，就會多消耗額定功率的7%，以一臺0G1250 制氧裝置的螺桿式空壓機為例，其額定功率為45KW，按一年累計運行 8000小時，爬升時間累計占整個運行時間的50%計算，則其年功率浪費 為[(0.25MPaX7%/0. 1 MPa) X45KW]X (50%X 8000小時/年)=3150度/ 年；另一方面，壓力最大值高于氧氣分離器在最高點的用氣壓力后，在進 入氧氣分離器前，必須經(jīng)過減壓閥減壓后方能使用，這一過程同樣是一個 能量浪費的過程；
(3) 卸載時電能的消耗當壓力達到壓力最大值時，普通型螺桿式 空壓機通過如下方法來降壓卸載關(guān)閉供氣閥使電機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空，這又是一種能量浪費，普通
型螺桿式空壓機卸載時的能耗約占螺桿式空壓機滿載運行時的45%，卸載 時間累計按所占整個運行時間的30%計算，則其年功率浪費為(45KW X 45%) X (30% X 8000小時/年)=48600度/年，換言之，普通型螺桿式空 壓機每年要消耗掉48600度的無功電能。
另外空氣壓縮機頻繁地加、卸載變換，不僅導(dǎo)致了系統(tǒng)壓力和流量的 脈動，而且噪聲和能耗也隨之增大；電機軸承的磨損也加快，設(shè)備維護也 較高。另外與之配套的冷凍干燥機和過濾器等設(shè)備也在間歇式的沖擊狀態(tài) 下工作，所以對整套設(shè)備的使用壽命和故障率影響都比較大。如上所述一 臺OG1250 (匹配螺桿式空壓機功率45KW)型醫(yī)用空氣分離制氧裝置，每 年要消耗掉每年僅可計算的功率浪費就有5萬度。 一般醫(yī)用空氣分離制氧 裝置均為兩機組或三機組組成，僅此一項，每年的功率浪費就有10 15 萬度。在醫(yī)院這種特定的環(huán)境，在目前以節(jié)能降耗、降低運行成本為主流 的經(jīng)濟運營中，節(jié)能改造更顯迫在眉睫，勢在必行，節(jié)能后醫(yī)用空氣分離 制氧裝置的產(chǎn)品也具有著更強的生命力和更廣闊的市場前景。

實用新型內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種節(jié)能型空氣分離制氧裝置， 用于解決醫(yī)用空氣分離制氧裝置的能源浪費問題，通過降低系統(tǒng)供氣動力 源的無用能耗，以達到節(jié)能的目的。
為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供如下的技術(shù)方案節(jié)能型空 氣分離制氧裝置，包括空氣壓縮機、冷凍干燥機、空氣過濾器、壓力平衡 罐、進氣壓力調(diào)節(jié)閥、分離制氧器、壓力平衡調(diào)節(jié)器、流量控制器、氧氣 壓力控制器和氧氣自動開關(guān)；所述空氣壓縮機采用變頻式空氣壓縮機。
進一步的技術(shù)方案是，所述變頻式空氣壓縮機上設(shè)有變頻調(diào)節(jié)器，并 且在出口位置還設(shè)有壓力控制器和自動開關(guān)。
進一步的技術(shù)方案是，壓力平衡罐上設(shè)有壓縮空氣系統(tǒng)壓力變送器。進一步的技術(shù)方案是，采用PLC可編程控制器對各動作元件的工作狀 態(tài)進行時間性的自動控制。
根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案，采用變頻式空氣壓縮機，在分離制氧過 程中，可以根據(jù)系統(tǒng)壓力或流量的變化來精確改變變頻式空氣壓縮機轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)速，從而隨機改變其額定頻率和額定電壓，進而調(diào)節(jié)變頻式空氣壓縮 機的轉(zhuǎn)速和電機的負載電流，以實現(xiàn)輸出功率的匹配，從而減少無用功率 的消耗，達到節(jié)能的目的。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)原理圖2為空氣分離制氧裝置的工作周期示意圖3為本實用新型與普通空氣分離制氧裝置的壓力變化對比圖4為本實用新型與普通空氣分離制氧裝置的節(jié)能效果對比圖。
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
具體實施方式

參照圖1所示，本實用新型按照制氧流程依次包括變頻式空氣壓縮
機1、冷凍干燥機2、空氣過濾器3、壓力平衡罐4、進氣壓力調(diào)節(jié)閥5、 分離制氧器、壓力平衡調(diào)節(jié)器7、流量控制器8、氧氣壓力控制器9和氧 氣自動開關(guān)10。其中，變頻式空氣壓縮機1上設(shè)有變頻調(diào)節(jié)器1A，并且 在出口位置還設(shè)有壓力控制器1B和自動開關(guān)(未圖示)；壓力平衡罐4 上設(shè)有壓縮空氣系統(tǒng)壓力變送器4A;分離制氧器包括6A和6B兩罐，分離 制氧器上還設(shè)有排廢控制器11以及消聲器12。此外，本實用新型采用 PLC可編程控制器(未圖示)對各動作元件的工作狀態(tài)進行時間性的自動 控制。
如圖2所示，為空氣分離制氧裝置的工作周期示意圖，其中分別以兩 條折線a—b—c—d—e —f—g和a' —b' —c' —d' —e' —f' —g'表 示兩個分離制氧器A和B的工作周期，實線為分離制氧器6A的工作周期折線，其中虛線為分離制氧器6B的工作周期折線，本實用新型的工作狀
況如下
a—b (d' —e')段此階段為分離制氧器A和B的自平衡調(diào)階段， 在該階段中無需空氣壓縮機供氣，因為此時分離制氧器A在a點時空氣流 量和壓力均為零，而分離制氧器B則剛完成氧氣分離(釋放)，壓力處于 最高點d'點，于是分離制氧器器A和B通過壓力平衡調(diào)節(jié)器7進行壓力 的自平衡調(diào)節(jié)，即分離制氧器A的壓力由a升至b，而分離制氧器B的壓 力則由d'降至e'，在b (e' ) (0.22MPa)點達到平衡；
b — c一d段此階段為分離制氧器A升壓段，當空氣壓力升至c (0.45MPa)點時，分離制氧器A開始分離氧氣，直至d (0. 60MPa)點， 升壓停止，氧氣分離過程結(jié)束；
e' —f' 一g'段此階段為分離制氧器B降壓段，此時分離制氧器B 處于排廢、卸壓狀態(tài)。
根據(jù)上述分離制氧器的工作周期，本實用新型采用變頻式空氣壓縮機 1，當氧氣壓力控制器9處于"自動"位置時，將氧氣系統(tǒng)壓力的變化信 息(即超壓或欠壓)反饋至空氣分離制氧器6A和6B上游位置的進氣壓力 調(diào)節(jié)閥5。根據(jù)反饋的變化信息，若系統(tǒng)超壓，進氣壓力調(diào)節(jié)閥5便將進 氣閥口關(guān)小，以減小進氣量；若系統(tǒng)欠壓，則進氣壓力調(diào)節(jié)閥5便將進氣 閥口開大，以加大進氣量。并且，當這些信息反饋至壓力平衡罐4后，壓 力平衡罐4內(nèi)氣量的大小則通過設(shè)于其上的壓縮空氣系統(tǒng)壓力變送器4A 和變頻式空氣壓縮機1出口的壓力控制器1B反饋至PLC可編程控制器， 再通過PLC可編程控制器調(diào)節(jié)變頻調(diào)節(jié)器1A的頻率，使變頻調(diào)節(jié)器1A根 據(jù)系統(tǒng)壓力或流量的變化來精確改變變頻式空氣壓縮機1轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，從 而隨機改變其額定頻率和額定電壓，進而調(diào)節(jié)變頻式空氣壓縮機1的轉(zhuǎn)速 和電機的負載電流，以實現(xiàn)輸出功率的匹配，從而減少無用功率的消耗。
如上所述，由于兩個分離制氧器的進氣、升壓過程是交替進行的，而 且升壓占整個周期的86.7%,升壓梯度僅為0.33MPa/min，與普通空氣壓縮機相比，變頻式空氣壓縮機與普通空氣壓縮機能量消耗之差如如圖3中 的斜線填充部分所示。此外，如果以空壓機的滿載壓力/卸載壓力之比為 橫坐標，以滿載功率與卸載之比為縱坐標，則普通空氣壓縮機與變頻式空 氣壓縮機的能耗效果對比見圖4，在同一工況點的壓力最大節(jié)能可達28 %，可見，在正常的使用范圍內(nèi)可節(jié)能35 40%。
變頻螺桿式空氣壓縮機僅在開機啟動時，壓力峰值稍高一點 (0.65MPa)，待系統(tǒng)正常運行后，壓力的變化范圍僅士O. lMPa (參見圖 3)，最大程度地減少了因加載、卸載時的電能消耗。在空壓機的選型 上，按最高壓力的110%選擇螺桿式壓縮機即可，以避免功率"用不完"的 浪費，例如VS40型變頻螺桿式壓縮機，隨機變化快，能迅速適應(yīng)空氣壓 力和流量的變化要求，并且頻率調(diào)范圍廣(30-100%)。
當然，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非對其限制， 盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)當理解，依然可以對本實用新型的具體實施方式
進行修改或者等 同替換，而未脫離本實用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均 應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求1、節(jié)能型空氣分離制氧裝置，包括空氣壓縮機、冷凍干燥機、空氣過濾器、壓力平衡罐、進氣壓力調(diào)節(jié)閥、分離制氧器、壓力平衡調(diào)節(jié)器、流量控制器、氧氣壓力控制器和氧氣自動開關(guān)；其特征在于所述空氣壓縮機采用變頻式空氣壓縮機。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型空氣分離制氧裝置，其特征在于所述變頻式空氣壓縮機上設(shè)有變頻調(diào)節(jié)器，并且在出口位置還設(shè)有壓 力控制器和自動開關(guān)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型空氣分離制氧裝置，其特征在于 壓力平衡罐上設(shè)有壓縮空氣系統(tǒng)壓力變送器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型空氣分離制氧裝置，其特征在于 采用PLC可編程控制器對各動作元件的工作狀態(tài)進行時間性的自動控制。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型空氣分離制氧裝置，其特征在于 所述分離制氧器上還設(shè)有排廢控制器以及消聲器。
專利摘要本實用新型涉及一種節(jié)能型空氣分離制氧裝置，包括空氣壓縮機、冷凍干燥機、空氣過濾器、壓力平衡罐、進氣壓力調(diào)節(jié)閥、分離制氧器、壓力平衡調(diào)節(jié)器、流量控制器、氧氣壓力控制器和氧氣自動開關(guān)；所述空氣壓縮機采用變頻式空氣壓縮機。采用變頻式空氣壓縮機，根據(jù)系統(tǒng)壓力或流量的變化來精確改變變頻式空氣壓縮機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，從而隨機改變其額定頻率和額定電壓，進而調(diào)節(jié)變頻式空氣壓縮機的轉(zhuǎn)速和電機的負載電流，以實現(xiàn)輸出功率的匹配，從而減少無用功率的消耗，達到節(jié)能的目的。
文檔編號C01B13/02GK201245433SQ200820047188
公開日2009年5月27日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月30日
發(fā)明者品 呂, 軍 周, 邵巧玲 申請人:珠海市奧吉賽科技有限公司