[發明專利]一種高效醫用制氧機及制氧方法

有效

• 申請號: 202011277060.X
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112456445B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 尚鐵軍
• 申請（專利權）人: 河北金利康科技集團有限公司
• 主分類號: C01B13/02
• 分類號: C01B13/02;B01D53/047
• 代理公司: 北京久維律師事務所 11582
• 代理人: 邢江峰

本發明提供一種高效醫用制氧機及制氧方法，包括至少兩個裝填有吸附劑（2）的吸附罐（1），與所述吸附罐（1）連接的氣體管路，及配置在所述氣體管路上的若干控制閥；每個所述吸附罐（1）內由同心布置的大錐筒（3）和小錐筒（4）及設在所述罐體、大錐筒、小錐筒之間或內部的定位組件分隔為上、中、下游三段吸附劑層；所述大錐筒（3）和小錐筒（4）均采用倒置錐臺結構，且所述大錐筒（3）的傾斜度大于所述小錐筒（4），從而使得上游段和中游段可以通過流動截面的變化補償氮氣吸附造成的壓降，并且，上游段的補償速率大于中游段的補償速率。

技術領域

本發明涉及一種醫療設備，具體涉及一種高效醫用制氧機及制氧方法。

背景技術

富氧空氣吸入治療在心腦血管、呼吸系統疾病糾治過程中是一種重要手段。雙塔變壓吸附制氧（即PSA制氧），是一種以空氣為原料，分子篩等為吸附劑，采用一塔高壓吸附氮氣產生富氧空氣，另一塔低壓或常壓逆放，釋放吸附劑所吸附的氮氣從而完成吸附劑再生的制氧工藝。

與深冷制氧工藝不同，PSA制氧工藝依賴于高壓環境下分子篩吸附劑對氮氣和氧氣的吸附性能差異。而由于氮氣在空氣中所占比例遠大于氧氣，因此，在空氣流穿透吸附劑層的過程中，隨著氮氣被吸附劑的持續吸收，空氣流的壓力會出現沿流動路徑的顯著下降，繼而引起吸附劑床層上下游處于不同的壓力條件，且下游側吸附劑的利用效率顯著低于上游側吸附劑。

中國專利（CN2647412Y）涉及了這一問題，該專利主要關注的是空氣流穿透吸附劑過程中流速的變化，及由此導致的空氣流在吸附劑床層中的擴散（影響氣流在床層中的均勻分布）問題。該專利的解決方案為：在圓柱狀吸附罐內設置倒置的錐臺狀內筒，從而在罐內構造折返空氣流路，且流動過程中，由于內筒的錐臺結構，流通截面積持續縮小，進而用于對空氣流的流動進行補償，該專利還特意限制了內筒大端內徑為吸附罐內徑的/2倍，以保持流道轉折處吸附劑層截面積的連續性，這一限定對于通過截面變化補償氣流壓降而言是重要的，其防止了氣體流動過程中壓力的突然性波動，并保證了整個壓力補償過程的連貫性。同時該專利還提出，下端口截面積與下端環形吸附劑截面積的比值等于產品氣量與進口混合氣量的比值，期望恰好的補償因氮氣吸附導致的壓力損失。

該專利中，對于吸附罐下端口截面積與下端環形吸附劑截面的比值限定實質上是一種極端狀態，其狀態要求空氣恰好在到達吸附罐下端口時達到目標含氧量，換言之，其要求在空氣穿過吸附劑床層的整個流動過程中，氣流中的含氧量持續變化，從而該截面積比值限定才能夠恰好補償因氮氣吸附導致的壓力損失。

但眾所周知的是，雙塔（罐）PSA制氧機的每個罐體，在吸附-逆放-均壓的循環操作中，只有吸附過程才能正常的輸出氧氣，因此，為保證制氧過程的連續性和效率，通常希望延長吸附持續過程，而縮短逆放和均壓過程。為此，通常均在吸附罐內設置余量的吸附劑以防止上游吸附劑到達吸附飽和后（通常很快即到達保護），床層的有效吸附長度縮短，從而引起出口氣體含氧量下降。換言之，在吸附制氧的大部分時間段內，氣體在到達床層末端之前即已達到目標含氧量。在上述專利的截面積比值限定下，若想較好的補償氮氣吸附導致的壓力損失，則床層的吸附路徑長度顯然過短，不能保持較長的吸附制氧過程。

除此之外，由于隨著吸附過程的持續進行，氣流中的氮氣含量越來越少，所以，氣流在吸附床層的上下游因氮氣吸附導致的壓力損失的變化速率是不同的，在床層上游處，氮吸附導致的壓力損失迅速增加，而在床層下游，由于氮氣在氣流中的占比越來越小，氮氣吸附導致的壓力損失變化速率越來越小。而上述專利采用了單一傾斜度的內筒，流動截面的變化不能很好的匹配上述因氮氣吸附導致的壓力損失。

并且，上述專利的罐體結構使得進出氣口均位于罐體下方，而真空接口位于罐頂，這導致在逆放過程中氮氣排放不完全，且在逆放后的均壓過程中，高含氧的均壓氣體難以進入外層吸附劑區域，從而導致床層性能差異。

發明內容