一种便携式制氧机的制作方法

1.本发明属于制氧机技术领域，具体涉及一种便携式制氧机。


背景技术：

2.中国有1/4的国土面积是高寒缺氧的高原，高原地区拥有丰富的自然资源，未来将是国家地区开发的重点目标。随着西部开发的不断推进，将有越来越多的人员进入高原地区从事生产工作，高原地区海拔均在3000m以上，存在高海拔、低气压、高寒、大温差等极端自然条件，这些极端自然条件对高原地区工作人员的生命安全和身体健康有严重的威胁。高原地区工作人员常因缺氧而出现头疼、恶心呕吐等高原反应症状，因此在高原极端环境工作的人员急需吸氧来缓解高原反应。
3.近年来我国的自然灾害现象频发，灾害现场应急救援工作是国家应急部门时刻需要重视的问题。灾害现场通常伴随着极端恶劣复杂的环境条件，比如热带雨林、洪水、暴雨等灾害现场存在高湿、高热、低温等恶劣的自然条件；沙漠、火山、爆炸、火灾等灾害现场存在高温、高颗粒物浓度等恶劣的自然条件。在这些极端灾害现场对危重伤员进行转运和治疗的过程中需要对伤员进行不间断供氧，为伤员争取抢救时间。
4.隧道、矿井等工作环境存在高颗粒物和一氧化碳、二氧化碳等复杂气氛，在此环境中从事生产的施工人员会出现头疼、恶心呕吐、胸闷、四肢乏力等不良反应，施工人员急需额外补充氧气来缓解身体的不适。因此，在隧道、矿井等密闭环境中定时为施工人员进行补氧具有重要的意义。
5.目前大多数缺氧环境和灾害急救现场多采用氧气袋和氧气罐的方式为人员供氧，但是氧气袋和氧气瓶存在储氧量有限，不方便携带等问题，导致供氧时间有限，更换繁琐，供氧成本增加。另外，目前市场所售卖的家用和医疗制氧机仅适用于日常生活保健制氧供氧和医疗制氧供氧，但是灾害急救现场(高原、雨林、沙漠、洪水、爆炸、火灾、隧道、矿井)常伴随着极端环境条件(高寒、低压、大温差、高湿、高温、高颗粒物和一氧化碳、二氧化碳等复杂气氛)，家用和医疗制氧机在此极端恶劣复杂环境中根本无法正常使用，同时还存在制氧机体积大、笨重、供氧时间短等缺陷。综上，急需开发一种适用于多种极端恶劣复杂环境的便携式制氧机。
6.当前便携式制氧机采用变压吸附制氧的原理生产氧气，变压吸附制氧技术是基于分子筛的选择吸附性对空气中的氮气进行吸附，对氧气进行富集的技术。当前的家用和医疗制氧机多采用两塔变压吸附制氧工艺，利用两个填充氧化铝和制氧分子筛的吸附塔轮流工作，在高压时制氧分子筛吸附氮气，分离出高纯度的氧气；吸附塔中的压力降低至外界气压时，分子筛将吸附的氮气进行脱附并排放至外界环境，分子筛得到解吸再生。目前市面上的家用和医疗制氧机依然存有如下问题亟待解决：
①
当前的家用或医疗制氧机在使用和存放过程中只能正放，不能倾斜或倒置，限制了制氧机的安置方式和用氧人员的灵活使用。
②
当前的家用或医疗制氧机整机结构设计不够完善，体积和重量较大，不方便随身携带使用。
③
当前的家用或医疗制氧机高海拔低气压自适应能力不足。在高原环境中运行时，制氧机
气源容量会大幅降低，直接导致制氧机的产氧效果降低，无法满足缺氧人员的用氧需求。
④
当前的家用或医疗制氧机散热功能有限。在火灾、爆炸、火山和沙漠等高温环境运行时，制氧分子筛在高温条件下的氮气吸附量降低，进而降低制氧机的产氧性能。
⑤
当前的家用或医疗制氧机大温差环境自适应能力不足。在沙漠等大温差环境中运行时，白天的高温环境会导致制氧分子筛的氮气吸附性能大幅降低；夜晚低温环境会导致制氧分子筛的解吸再生性能大幅降低，直接影响制氧机的产氧效果。
⑥
当前的家用或医疗制氧机抗水性能差。在雨林、洪水灾害等高湿环境运行时，空气中的水分进入制氧分子筛会大幅降低氮气氧气吸附分离性能，随着水分进入量的增加，短时间内便导致制氧分子筛失效。
⑦
当前的家用或医疗制氧机不适用于高一氧化碳、二氧化碳浓度等复杂气氛环境。在火灾、爆炸、隧道、矿井等含高浓度一氧化碳、二氧化碳等复杂气氛环境中运行时，一氧化碳、二氧化碳会进入制氧分子筛进而降低制氧分子筛的氮气氧气吸附分离性能，最终降低制氧机的产氧效果。
⑧
当前的家用或医疗制氧机的高浓度颗粒物过滤功能不足。在隧道、矿井和爆炸、火灾等含有高浓度颗粒物的环境中，颗粒物会造成制氧分子筛的堵孔，同时堵塞压缩机、电磁阀、气路元件等关键部件，直接导致家用制氧机报废。
⑨
当前的家用或医疗制氧机智能供氧功能有限，多采用连续供氧的方式对人员进行供氧。连续供氧方式将致使家用制氧机产出的大部分富氧产品气被浪费，导致制氧机的产氧能耗过高。
7.现有技术之一提出一种针对高原反应的便携式制氧机。该制氧机壳体内分隔为两个腔体，一个腔体内布置有过滤装置、压缩机机组、气体分离装置、无极变速电机；另一腔体中布置有吸附塔装置。制氧机控制电路板、无极变速电机和压缩机三者相互配合实现持续制氧供氧，该制氧机解决了现有氧气瓶或氧气袋在治疗人体高原反应时储氧量有限的问题。但是，该制氧机没有高海拔低气压自适应功能，导致制氧机一直处于高能耗运行状态，大幅度增加产氧成本。另外，此制氧机也不适用于大温差、高温高湿和高一氧化碳、二氧化碳浓度等复杂气氛的极端恶劣复杂环境，在以上环境中运行，短时间内便导致制氧机产氧性能下降甚至报废。该制氧机没有智能供氧功能，导致富氧产品气在使用过程中浪费严重，间接增加了能耗和成本，并缩短了制氧机的续航时间。该制氧机的放置方式有限，只能正放，不能随着使用人员的活动进行灵活翻转，导致制氧机缺乏使用灵活性。
8.现有技术之一提出一种自适应海拔的便携式制氧机，该制氧机利用流量传感器实时监测压缩机的产出流量，控制单元用于接收实时监测到的压缩机产出流量值并与压缩空气流量阈值比较，根据pid闭环反馈调节压缩机的转速使产出流量与压缩空气流量阈值匹配，从而实现便携式制氧机的海拔自适应。但是海拔自适应便携式制氧机仅能通过调节压缩机转速实现不同海拔下稳定的产氧性能，并没有利用高海拔低气压环境可促进吸附剂解吸的优势条件，同样造成制氧机产氧能耗的增加。在大温差、高温高湿、高颗粒物浓度和高一氧化碳、二氧化碳浓度等复杂气氛的极端恶劣复杂环境中，该制氧机与普通家用制氧机一样将面临产氧性能下降和报废的问题。另外，该制氧机的供氧智能化、续航时间和放置方式等问题也有待进一步的解决和突破。


技术实现要素：

9.为解决上述问题，本发明提出一种便携式制氧机，所述便携式制氧机适用于极端恶劣复杂环境条件(高海拔、低气压、大温差、高温高湿、高颗粒物浓度和高一氧化碳、二氧
化碳浓度等复杂气氛)，具有轻量化、小型化、灵活化和极端恶劣复杂环境条件强适应性等优点。
10.本发明是通过以下技术方案实现的：
11.一种便携式制氧机，所述便携式制氧机包括压缩机、进排气组合阀、制氧吸附塔组、控制模块、产氧控制阀、散热风扇、微型膜过滤装置、电池模块、支撑架、防冻冷却液储存罐、雾化喷头、转轮式清洗阀、供氧终端、显示屏、传感器模块和外壳；
12.所述压缩机、进排气组合阀、制氧吸附塔组、控制模块、产氧控制阀、散热风扇、微型膜过滤装置、电池模块、支撑架、雾化喷头、转轮式清洗阀、供氧终端、显示屏和传感器模块集成在所述外壳内；
13.所述防冻冷却液储存罐设置在所述外壳内顶部，下方与所述雾化喷头连接；
14.所述雾化喷头分别与所述传感器模块和控制模块连接；
15.所述压缩机固定设置于所述支撑架上，所述压缩机的进气端设置所述微型膜过滤装置，外界空气经过所述微型膜过滤装置过滤后进入压缩机吸气口；所述微型膜过滤装置，可有效过滤空气中的绝大部分颗粒物，防止颗粒物进入压缩机、电磁阀(包括产氧控制阀、进排气组合阀、均压阀和带压单向阀)等部件导致制氧机故障；
16.所述压缩机与所述进排气组合阀连接，具体为：所述压缩机的出气口与所述进排气组合阀的进气口相连；
17.所述进排气组合阀与所述制氧吸附塔组密封连接；具体为所述进排气组合阀两个出气口分别与所述制氧吸附塔组中的两个吸附塔密封连接；
18.所述制氧吸附塔组设置于支撑架上，并与所述供氧终端连接；所述转轮式清洗阀与所述制氧吸附塔组连接；转轮式清洗阀内嵌于集成化端盖内部，端盖中有气体管路与转轮式清洗阀相连，实现清洗过程；所述控制模块设置在所述支撑架上且位于所述制氧吸附塔组上方，分别与所述供氧终端、传感器模块和压缩机连接；所述控制模块与传感器模块连接，可监测外界大气的温度、压力、湿度状况，实时调整便携式制氧机的工作状态；
19.所述电池模块设置在所述支撑架上且位于吸附塔侧方，分别与压缩机、控制模块、产氧控制阀、散热风扇、雾化喷头、制氧吸附塔组和进排气组合阀相连；
20.所述散热风扇包括第一风扇和第二风扇，所述第一风扇位于所述压缩机下方，所述第二风扇位于所述吸附塔组上方，分别与控制模块、电池模块相连；
21.所述雾化喷头设置在所述外壳上，分别与所述控制模块、电池模块连接。
22.所述进排气组合阀排气口通过管道与所述微型膜过滤装置连接，利用所述制氧吸附塔组产生的解吸气对所述微型膜过滤装置进行吹扫，实现所述微型膜过滤装置的循环利用；
23.所述显示屏内嵌于所述外壳中，分别与控制模块、电池模块连接；
24.所述传感器模块位于控制模块侧方，分别与控制模块、电池模块和外界大气连接。
25.进一步地，所述便携式制氧机还包括若干支撑弹簧，所述支撑弹簧设置在所述压缩机在四个面的垂直方向上，即使所述便携式制氧机在垂直方向上以任意角度倾斜，均可保证压缩机的运行稳定；也即，令所述便携式制氧机可在一维方向上(360度翻转)倾斜使用，提高便携式制氧机的使用灵活性。
26.进一步地，所述制氧吸附塔组包含第一吸附塔、第二吸附塔、集成化端盖、以及氧
化铝和制氧分子筛；所述集成化端盖设置在所述第一吸附塔和所述第二吸附塔上端，与所述第一吸附塔和第二吸附塔相扣合形成密封塔体；所述集成化端盖上设置有富氧产品气出口(出氧接头)，并均通过pu管与所述供氧终端相连；
27.所述第一吸附塔和第二吸附塔均装有氧化铝和制氧分子筛的混合物；所述氧化铝和制氧分子筛体积比范围为1:2-8。
28.进一步地，在干燥环境(0％～30％)下，所述氧化铝与制氧分子筛的装填体积比范围为1：5-8；在高湿环境(湿度70％～100％)下，所述氧化铝与制氧分子筛的装填高度比例为1：2-3。
29.进一步地，所述制氧分子筛包括4a、5a、13x、li-x、ca-x、na-x、ag-x、lica-x、liag-x、cali-x、agli-x、li-lsx、ca-lsx、na-lsx、ag-lsx、lica-lsx、liag-lsx、lizn-lsx、 cali-lsx和agli-lsx中的一种或两种以上。
30.进一步地，所述制氧吸附塔组还包括若干加热电阻丝，所述加热电阻丝内嵌在所述第一吸附塔和第二吸附塔塔壁内部；所述加热电阻丝为螺旋状。
31.进一步地，所述供氧终端包括储氧罐、产氧控制阀和呼吸面罩(或鼻吸管)，所述储氧罐、产氧控制阀和呼吸面罩依次连接，所述储氧罐与所述制氧吸附塔组连接。
32.进一步地，所述集成化端盖包括集成化端盖主体、供氧管道、均压管道、清洗管道和带压单向阀；所述盖体内部设置有供氧管道均压管道和清洗管道，所述带压单向阀设置在所述供氧管道出口，所述带压单向阀的开启压力可调，可以设置成预定的目标吸附压力；所述带压单向阀的压力范围为0.01～0.2mpa，可以针对不同海拔高度或外界环境气压通过调节单向阀的开启压力调节目标吸附压力。
33.进一步地，所述供氧管道、均压管道和清洗管道在所述集成化端盖主体上形成集成化端盖暗道。
34.进一步地，所述供氧管道上设置供氧控制阀，可以调节供氧流量和供氧时间；所述均压管道上设置均压阀，可以控制均压步骤时长，在均压步骤中将高压吸附塔的高压空气送入低压吸附塔，在两个吸附塔的压力接近相等时便关闭，完成非完全均压步骤；所述清洗管道上设置所述转轮式清洗阀，转轮式清洗阀开有不同尺寸的孔径，通过旋转便可以调节清洗气流量的大小。
35.进一步地，所述传感器模块包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、流量传感器、测氧仪和微压传感器；温度传感器与控制模块相连，测量大气温度的变化；压力传感器与控制模块相连，测量大气压力的变化；湿度传感器与控制模块相连，测量大气湿度的变化；流量传感器设置于压缩机排气管路上，监测压缩机排气流量变化并与控制模块相连；测氧仪设置于供氧管道上与控制模块相连，监测产出氧气的浓度变化；微压传感器设置在供氧终端处并于控制模块相连，监测吸氧人员吸气与呼吸的压力变化。
36.进一步地，所述压力传感器，可以检测到外界气压的变化，进而将数据传给控制模块，控制模块再给压缩机和各电磁阀(包括产氧控制阀、均压阀、带压单向阀)指令。在低档位和低海拔高度时，压缩机转速较低，排气流量满足便携式制氧机气源容量的需求即可，以此降低便携式制氧机的产氧能耗；随着档位和海拔高度的增加，压缩机转速变高，排气流量增加，保证便携式制氧机气源容量的需求，进而保证便携式制氧机在高海拔、低气压条件下的产氧性能。同时，中心控制系统给转轮式清洗阀指令，并通过滑片旋转调节清洗气流量。
随着海拔高度的增加，清洗阀转到较小的孔径，降低清洗气流量，进而提高回收率，降低产氧能耗。
37.进一步地，所述控制模块通过发送指令控制所述进排气组合阀、均压阀和清洗阀的开闭状态进而控制各工艺步骤的时长以及清洗气流量的大小，最终控制整个便携式制氧工艺流程的循环运行。
38.进一步地，所述控制模块包含制氧机气源容量与外界环境气压模型，一氧化碳、二氧化碳复杂气氛条件的制氧分子筛装填量放大系数范围模型，以及制氧分子筛与氧化铝装填体积比模型。
39.进一步地，所述制氧机气源容量与外界环境气压模型用于计算制氧机气源容量与外界环境气压，令所述便携式制氧机的气源容量与外界环境气压匹配；所述制氧机气源容量与外界环境气压模型通过以下方法得到：
40.s1计算单级活塞式压缩机实际排气量：
[0041][0042]
式中q
实
为压缩机的实际排气量，m3/min；λ0为容积效率，％；d为活塞直径，m；l为活塞行程，m；n为气缸数；n为每分钟往复次数；
[0043]
其中容积效率
[0044][0045]
式中c
p
为输送气体的比定压热容，j/(kg
·
k)；cv为输送气体的比定容热容， j/(kg
·
k)；ηv为压缩机容积效率，％；p2为压缩机出口处压强，单位是pa；p1为压缩机入口处压强，pa；pa为周围环境的大气压强，pa；
[0046]
s2计算压缩机在平原地区容积气量和在高原地区容积气量比：
[0047]
若以q
平
表示气体压缩机在平原地区容积气量，以q
高
表示气体压缩机在高原地区容积气量，则可得到
[0048][0049]
式中pa为标准大气压，101325pa；p
′a为高原地区大气压，因海拔高度而异；
[0050]
s3计算高海拔低气压与压缩机排气量：
[0051]
由s1和s3的计算式得到高海拔低气压与压缩机排气量的计算式：
[0052][0053]
基于所述计算方法，所述便携式制氧机可以根据微压传感器反馈给中心控制系统的数据智能调节压缩机的排气流量，保证便携式制氧机在高海拔、低气压条件下的产氧性能。
[0054]
进一步地，所述一氧化碳、二氧化碳复杂气氛条件的制氧分子筛装填量放大系数范围模型通过以下方法得到：
[0055]
进一步地，本发明提出的便携式制氧机针对一氧化碳、二氧化碳复杂气氛条件的
制氧分子筛装填量放大系数范围计算公式
[0056]
m1＝c1*q1*t
ꢀꢀꢀ
(5)
[0057]
式中m1为吸附时间内进入吸附塔中一氧化碳的质量，kg；c1为空气中一氧化碳浓度，mg/l；q1压缩机排气流量，l/min；t为吸附时间，s。
[0058]
m2＝c2*q1*t
ꢀꢀꢀ
(6)
[0059]
式中m2为吸附时间内进入吸附塔中二氧化碳的质量，kg；c2为空气中二氧化碳浓度，mg/l；q1为压缩机排气流量，l/min；t为吸附时间，s。
[0060][0061]
式中m3为处理一氧化碳、二氧化碳需要装填多余的吸附剂用量，kg；m1为吸附时间内进入吸附塔中一氧化碳的质量，kg；w1为制氧分子筛在气压从100kpa 升至350kpa时对一氧化碳吸附量，g/kg；m2为吸附时间内进入吸附塔中二氧化碳的质量，kg；w2为制氧分子筛在气压从100kpa升至350kpa时对二氧化碳的吸附量。
[0062][0063]
式中β为一氧化碳、二氧化碳复杂气氛制氧分子筛装填用量放大系数；m3为处理一氧化碳、二氧化碳需要装填多余的吸附剂用量，kg；m为日常环境中制氧分子筛装填用量，kg。
[0064]
进一步地，所述制氧分子筛与氧化铝装填体积比模型通过以下方法得到：
[0065]
针对高湿环境，本发明还提出一种吸附塔中氧化铝装填量的计算公式：
[0066][0067]
式中v单塔氧化铝装填体积(cm3)；q为吸附塔进气流量(l/min)；t为吸附塔进气时间，即吸附时间(s)；q为氧化铝处理气量(l/kg)；ρ为氧化铝装填密度(kg/m3)。不同的极端环境中外界空气的水蒸气含量不同，吸附塔中装填氧化铝的用量也应该随之变化。
[0068]
依据经验公式1kg制氧分子筛可生产2m3/h的氧浓度为91％的氧气，可计算出便携式制氧机吸附塔组中制氧分子筛的装填体积。
[0069][0070]
式中v1为单塔制氧分子筛的装填体积，cm3；a为便携式制氧机产氧流量， l/min；γ为制氧分子筛产氧能力，即1kg制氧分子筛可生产2m3/h的氧浓度为 91％的氧气；ρ1为制氧分子筛的堆积密度，kg/m3。
[0071]
根据制氧分子筛和氧化铝装填量的计算公式，可确定不同湿度环境中制氧分子筛装填用量与氧化铝装填用量的比例范围。
[0072][0073]
式中ε为制氧分子筛装填用量与氧化铝装填用量的比例；v1为制氧分子筛的装填体积，cm3；v为单塔氧化铝装填体积，cm3。
[0074]
进一步地，所述便携式制氧机将家用制氧机或医疗制氧机常用的八步制氧工艺流程合并为六步制氧工艺流程，减少电磁阀门用量的同时简化了工艺流程，减少了产氧能耗
和成本；包括进气生压、吸附产氧、清洗、均压、降压和解吸再生六个步骤，具体内容包括：
[0075]
步骤1：第一吸附塔处于进气升压，第二吸附塔处于降压：此时进排气组合阀的进气口、第一出气口、第二出气口和第二解吸排气口呈开启状态，均压阀、产氧控制阀和转轮式清洗阀呈关闭状态；外界大气首先进入微型过滤膜装置第一进气口，过滤掉气体中的颗粒物等杂质，然后由微型过滤膜装置第一出气口进入压缩机，；再经压缩机压缩后变成高压气体经进排气组合阀进入第一吸附塔，随着气体源源不断的进入，第一吸附塔内的压力逐渐上升，直到达到目标吸附压力 (可通过带压单向阀控制)；于此同时，第二吸附塔中的高压气体通过进排气组合阀排入微型膜过滤装置第二进气口，最终由微型膜过滤装置第二出气口排向外部环境，第二吸附塔完成降压的同时对微型膜过滤装置进行了吹扫再生。
[0076]
步骤2：第一吸附塔吸附产氧，同时对吸附塔进行清洗：此时进排气组合阀的进气口、第一出气口、第二出气口、第二解吸排气口、产氧控制阀和转轮式清洗阀呈开启状态，第一出气口和均压阀呈关闭状态。随着第一吸附塔中的压力升高，第一吸附塔中的制氧分子筛开始吸附空气中的氮气，当第一吸附塔内的压力达到目标吸附压力时，第一吸附塔顶部的带压单向阀打开，大部分高浓度氧气将从集成化端盖的带压单向阀进入供氧终端。另外小部分的高浓度氧气从通过转轮式清洗阀流入第二吸附塔的顶部，然后从第二吸附塔的底部经第二进气口和第二解吸排气口排入微型膜过滤装置第二进气口，最终由微型膜过滤装置第二出气口排向外部环境，这样吸附塔便对第二吸附塔进行清洗，第二吸附塔完成了解吸再生；用于清洗的高浓度氧气即清洗气流量的大小可通过转轮式清洗阀控制。
[0077]
步骤3：第一吸附塔向第二吸附塔进行均压步骤。此时进排气组合阀的进气口、第一出气口、第二出气口和均压阀呈开启状态，进排气组合阀的第一解吸排气口、第二解吸排气口、产氧控制阀、转轮式清洗阀呈关闭状态；第一吸附塔内的高压气体通过均压阀从第一吸附塔瞬时间流向第二吸附塔，在第一吸附塔和第二吸附塔内压力接近相等时，均压阀关闭，完成非完全均压；
[0078]
步骤4：调换所述第一吸附塔和第二吸附塔功能，循环所述步骤1～3：第二吸附塔将进行进气升压、吸附生产和对第一吸附塔的清洗步骤，第一吸附塔则将进行降压步骤和解吸再生步骤，最终两塔进行均压步骤。
[0079]
进一步地，针对制氧机生产的高浓度氧气利用率低的问题，本发明提出的便携式制氧机供氧终端上设置有监测氧气流量和浓度的传感器(流量传感器、测氧仪)，所述控制模块根据供氧终端的数据并结合用氧人员的需求，智能调控产氧流量和产氧浓度，便携式制氧机的产氧流量范围0～1.5l/min，产氧浓度范围为 80％～95.5％。
[0080]
进一步地，便携式制氧机的压缩机在四个面的垂直方向上都装有支撑弹簧，使得便携式制氧机在垂直方向上以任意倾角(0-360度)放置时都能保持压缩机的稳定运行，因此便携式制氧机在垂直方向上以任意倾角(0-360度)放置时均可正常使用。
[0081]
进一步地，针对便携式制氧机在沙漠、火灾等高温环境中运行时制氧分子筛氮气吸附性能下降的问题。便携式制氧机外壳上方安装有可拆卸的防冻冷却液储存罐和雾化喷头，储存罐中装有20～50ml冷却液，冷却液由无毒环保的丙二醇与丙三醇混合配制而成，雾化喷头与温度传感器、控制模块相连接，外界温度过高时，温度传感器传输温度数据到控制模块，控制模块控制雾化喷头喷淋冷却液，降低便携式制氧机各工作部件的温度。
[0082]
进一步地，针对便携式制氧机在雨林等高湿环境中运行时空气中水分致制氧分子
筛氮气吸附性能下降的问题。便携式制氧机在吸附塔塔壁内部嵌有螺旋状的加热电阻丝，可对吸附塔进行加热，加热温度范围30℃～300℃。高湿环境中，在便携式制氧机外接电源的情况下，加热电阻丝对吸附塔进行高温加热，加热时间为6-48h，促进制氧分子筛中水分的解吸，使制氧分子筛得到完全再生。加热温度越高，制氧分子筛解吸水分的所用时间越短；加热温度越低，制氧分子筛解吸水分的所用时间越长。
[0083]
进一步地，所述便携式制氧机包括多种制氧供氧模式调节切换方案，即根据人员的用氧需求以及制氧机使用环境条件的变化，制定了多种制氧产氧模式(高原模式、平原模式、抗水模式、防尘模式和控温模式)，每种产氧模式所需的工艺参数(时间参数和气体流量参数)都已经设置好，并编写到控制模块中，所述控制模块可根据人员的用氧需求和外界环境的变化，自动切换制氧供氧模式。
[0084]
进一步地，所述便携式制氧机具有基于人员用氧需求的智能供氧功能，供氧终端安置的氧气流量和浓度传感器可以监测产氧流量和浓度，并把数据实时反馈至控制模块，根据人员的用氧需求，控制模块给压缩机和各电磁阀门下达指令，进而控制富氧产品气流量和浓度。
[0085]
本发明针对家用或医疗制氧机只能正放使用的局限性设计出在垂直方向上可任意倾斜使用便携式制氧机，便于缺氧人员以各种姿势使用。
[0086]
针对当前家用或医疗制氧机体积较大、笨重等缺陷，本发明设计的便携式制氧机结构合理，重量轻、体积小，适合单人携带使用。
[0087]
针对家用或医疗制氧机在高海拔地区使用时气源容量不足的缺点，本发明设计的便携式制氧机拥有气源容量智能匹配功能(依靠控制模块、流量传感器监测压缩机排气量，然后控制模块调控变频压缩机转速，实现压缩机供气量的调节)，可以根据外界气压的变化调节压缩机排气量，进而保证便携式制氧机的产氧性能。
[0088]
针对家用或医疗制氧机在高温环境中运行时吸附塔和压缩机等部件过热的问题，便携式制氧机外壳上方设置有冷却液雾化喷淋喷头，吸附塔和压缩机温度达到设定值时雾化喷头便进行喷淋降温。
[0089]
针对高湿环境中水分导致分子筛氮气吸附性能下降的问题，便携式制氧机吸附塔壁内部嵌有加热电阻丝，便携式制氧机在外接电源的情况下，加热电阻丝对吸附塔进行加热除去吸附塔中多余的水分。
[0090]
针对家用或医疗制氧机在高颗粒物浓度环境中颗粒物堵塞压缩机、电磁阀等部件的问题，便携式制氧机安装有微型膜过滤装置，微型膜过滤装置基于膜渗透的原理可以将颗粒物和空气分离，进排气组合阀的排气口通过管道与膜过滤装置相连，利用吸附塔解吸气对微型膜过滤装置进行吹扫，实现膜过滤装置的循环利用。该措施可应对高颗粒物浓度环境。
[0091]
针对家用或医疗制氧机无法适用于一氧化碳、二氧化碳复杂气氛的问题，本发明提出一种一氧化碳、二氧化碳气氛条件下制氧分子筛装填量放大系数计算公式，通过增加制氧分子筛装填量的方式去除气源中的一氧化碳和二氧化碳。制氧分子筛装填量的放大系数可用采用式(8)确定。
[0092]
针对家用制氧机工作模式单一，不能高效适应多种极端环境的问题，便携式制氧机设置有高原模式、平原模式、抗水模式、防尘模式、控温模式，通过切换不同的工作模式便
携式制氧机可适应多种极端环境。
[0093]
本发明提出的创新点包括：
[0094]
①
本发明提出了一套针对不同湿度环境时，便携式制氧机吸附塔中氧化铝装填体积与制氧分子筛装填体积之比的计算方法：
[0095][0096]
式中v单塔氧化铝装填体积(cm3)；q为吸附塔进气流量(l/min)；t为吸附塔进气时间，即吸附时间(s)；q为氧化铝处理气量(l/kg)；ρ为氧化铝装填密度(kg/m3)。
[0097]
依据经验公式1kg制氧分子筛可生产2m3/h的氧浓度为91％的氧气，可计算出便携式制氧机吸附塔组中制氧分子筛的装填体积。
[0098][0099]
式中v1为单塔制氧分子筛的装填体积，cm3；a为便携式制氧机产氧流量，l/min；γ为制氧分子筛产氧能力，即1kg制氧分子筛可生产2m3/h的氧浓度为 91％的氧气；ρ1为制氧分子筛的堆积密度，kg/m3。
[0100][0101]
式中ε为制氧分子筛装填用量与氧化铝装填用量的比例；v1为制氧分子筛的装填体积，cm3；v为单塔氧化铝装填体积，cm3。
[0102]
②
本发明提出了一套便携式制氧机气源容量与环境气压匹配的计算方法：
[0103][0104]
式中q
高
为高原地区压缩机排气量(l/min)；q
平
为平原地区压缩机排气量 (l/min)；p
高
为高原地区的大气压力，随海拔高度变化；p
低
为平原地区的大气压力。
[0105]
③
便携式制氧机配用的压缩机采用三相交流异步电动机，压缩机运行时满足公式：
[0106]
n＝60f(1-s)/p
ꢀꢀꢀ
(12)
[0107]
式中n压缩机电机转速(r/min)；f为压缩机供电频率(hz)；p为电机极对数(对)；s为转差率(％)。在p和s不变的情况下，压缩机运行转速会随着频率的变化而变化。
[0108]
基于压力传感器监测到的外界大气压数据和高海拔压缩机排气量计算公式
[0109][0110]
控制模块可以调节压缩机排气流量即便携式制氧机的气源容量。压缩机出气口处设置有流量传感器，可以实时监测压缩机的排气流量，实现压缩机在不同气压环境中排气量的智能调控。便携式制氧机适应的海拔高度范围为0-6000m，气源容量智能调控范围为0～12l/min。
[0111]
④
本发明提出的转轮式清洗阀前方阀体开有不同孔径的节流孔，后方阀体装有仅有单孔的滑片，后方阀体的滑片转动使滑片上的单孔对准前方阀体上不同孔径的节流孔，实现清洗气流量的调节，转轮式清洗阀前方阀体的节流孔孔径范围为0.05mm-2.0mm。随着海拔的升高，外界大气压降低，不需要太多的富氧产品气对制氧分子筛进行清洗便可保证
制氧分子筛的再生效果。因此，高海拔条件下可通过降低清洗气流量即降低清洗比(清洗气含氧量与进料气含氧量之比)的方式提高便携式制氧机的氧气回收率，减少产氧能耗。在海拔高度范围为0-1000m 时，清洗比范围为0.4-1.2；海拔高度范围为1000-2000m时清洗比范围为0.4～1.0；海拔高度范围为2000-3000m时清洗比范围为0.4～0.8；海拔高度范围为 3000-4000m时清洗比范围为0.3～0.6；海拔高度范围为4000-5000m时清洗比范围为0.4～0.6；海拔高度范围为5000-6000m时清洗比范围为0.3～0.5。
[0112]
⑤
针对家用或医疗制氧机在高颗粒物浓度环境中颗粒物堵塞压缩机、电磁阀等部件的问题，便携式制氧机安装有微型膜过滤装置，微型膜过滤装置基于膜渗透的原理可以将颗粒物和空气分离。进排气组合阀的排气口通过管道与膜过滤装置相连，利用吸附塔解吸气对微型膜过滤装置进行吹扫，实现膜过滤装置的循环利用。通过此技术，实现便携式制氧机在pm2.5(300ug/m3)和pm10(0.25mg/m3) 的环境中使用。
[0113]
⑥
本发明针对便携式制氧机在雨林等高湿环境中分子筛吸水导致氮气吸附性能下降的问题。便携式制氧机吸附塔壁内部嵌有螺旋状的加热电阻丝，加热温度(0～300℃)，加热电阻丝与温度传感器和控制模块相连。便携式制氧机设置有抗水模式，高湿(湿度为70％-100％)环境中，便携式制氧机在外接电源的情况下可开启抗水模式，加热电阻丝可对吸附塔进行加热，促进制氧分子筛中水分的解吸，延长制氧分子筛的使用寿命。
[0114]
⑦
本发明针对沙漠、火灾等高温环境中分子筛氮气吸附性能下降的问题。便携式制氧机外壳上方内嵌有防冻冷却液储存罐，防冻冷却液主要成分为丙二醇和丙三醇，储存罐下方连接有雾化喷头，雾化喷头与温度传感器、控制模块相连。在高温(30℃～100℃)环境中，温度传感器将吸附塔的温度数据传送至控制模块，控制模块根据设置的温度阈值控制雾化喷头喷淋冷却液对吸附塔组、压缩机等部件进行降温，可将温度降至10～40℃范围以内。
[0115]
⑧
便携式制氧机设置有高原模式、平原模式、抗水模式、防尘模式、控温模式，在不同的极端环境中便携式制氧机通过切换工作模式，可快速适应不同的极端环境。
[0116]
⑨
本发明提出一套便携式制氧机针对一氧化碳、二氧化碳复杂气氛条件的制氧分子筛装填量放大系数计算方法：
[0117]
m1＝c1*q1*t
ꢀꢀꢀ
(5)
[0118]
式中m1为吸附时间内进入吸附塔中一氧化碳的质量，kg；c1为空气中一氧化碳浓度，mg/l；q1压缩机排气流量，l/min；t为吸附时间，s。
[0119]
m2＝c2*q1*t
ꢀꢀꢀ
(6)
[0120]
式中m2为吸附时间内进入吸附塔中二氧化碳的质量，kg；c2为空气中二氧化碳浓度，mg/l；q1为压缩机排气流量，l/min；t为吸附时间，s。
[0121][0122]
式中m3为处理一氧化碳、二氧化碳需要装填多余的吸附剂用量，kg；m1为吸附时间内进入吸附塔中一氧化碳的质量，kg；w1为制氧分子筛在气压从100kpa 升至350kpa时对一氧化碳吸附量，g/kg；m2为吸附时间内进入吸附塔中二氧化碳的质量，kg；w2为制氧分子筛在气压从100kpa升至350kpa时对二氧化碳的吸附量。
[0123]
式中β为制氧分子筛装填用量放大系数；m3为处理一氧化碳、二氧化碳需要装填多余的吸附剂用量，kg；m为日常环境中制氧分子筛装填用量，kg。一氧化碳和二氧化碳浓度范围分别为0～50000ppm时制氧分子筛装填量放大系数范围为1.0～1.14一氧化碳和二氧化碳浓度范围分别为50000～100000ppm时制氧分子筛装填量放大系数范围为1.14～1.3；一氧化碳和二氧化碳浓度范围分别为 100000～200000ppm时制氧分子筛装填量放大系数范围为1.3～1.6。
[0124]
⑩
本发明提出了便携式制氧机在不同海拔高度下的工艺时间参数调节策略，在海拔高度为0～2000m时，吸附时间范围为4～15s，清洗时间范围为4～15s，均压时间范围为0.1～0.5s，脱附时间范围为4～15s；在海拔高度为2000～4000 m时，吸附时间范围为5～16s，清洗时间范围为5～16s，均压时间范围为0.2～0.7 s，脱附时间范围为5～16s；在海拔高度为4000～6000m时，吸附时间范围为6～17s，清洗时间范围为6～17s，均压时间范围为0.3～1.0s，脱附时间范围为 6～17s。
[0125]
本发明的一种便携式制氧机至少具有如下有益技术效果：
[0126]
1)适用于极端环境的便携式制氧机可用于特大灾害现场救援工作中对危重伤员进行紧急补氧，保障危重伤员在转运途中的生命安全。
[0127]
2)发明一种适用于极端环境的便携式制氧机，可应用于隧道挖掘、矿井作业等施工场所对施工人员进行快速持续补氧，保障施工人员的生命安全，提高施工人员的劳动效率。
[0128]
3)前往高原、极地、雨林和沙漠等极端环境的科考人员或游客可随身携带便携式制氧机，以备不时之需。
[0129]
4)用于长期居住高原等自然极端环境人员睡眠补氧或日常氧疗补氧。
附图说明
[0130]
图1为本发明实施例中一种便携式制氧机俯视图。
[0131]
图2为本发明实施例中一种便携式制氧机轴测布局图。
[0132]
图3为本发明实施例中一种便携式制氧机正视图。
[0133]
图4为本发明实施例中一种便携式制氧机吸附塔与集成阀组配合示意图。
[0134]
图5为本发明实施例中一种便携式制氧机吸附塔结构示意图。
[0135]
图6为本发明实施例中一种便携式制氧机加热带结构示意图。
[0136]
图7为本发明实施例中一种便携式制氧机转轮式清洗阀结构示意图。
[0137]
图8为本发明实施例中一种便携式制氧机中微型膜过滤装置、压缩机、吸附塔三者管路连接示意图。
[0138]
图9为本发明实施例中一种便携式制氧机中进排气组合阀示意图1。
[0139]
图10为本发明实施例中一种便携式制氧机中进排气组合阀示意图2。
[0140]
图11为本发明实施例中一种便携式制氧机中制氧机外壳与喷头连接示意图。
[0141]
图12为本发明实施例中一种便携式制氧机中制氧机集成化端盖示意图1。
[0142]
图13为本发明实施例中一种便携式制氧机中制氧机集成化端盖示意图2。
[0143]
附图标记说明：1-电池组，2-风扇1，3-集成端盖，4-第一吸附塔，5-测氧仪，6-控制模块，7-支撑架，8-集成阀组，9-过滤器，10-压缩机，11-风扇，12
‑ꢀ
产氧控制阀，13-小型储
氧罐，14-节流孔，15-阀体；16-微型膜过滤装置，17
‑ꢀ
微型开关阀，18-进排气组合阀第一出气口，19-进排气组合阀第二出气口，20
‑ꢀ
进排气组合阀进气口，21-第一解吸排气口，22-第二解吸排气口，23-雾化喷头， 24-制氧机外壳，25-防冻冷却液储存罐，26-集成化端盖主体，27-出氧接头，28
‑ꢀ
均压阀，29-集成化端盖暗道，30-微型膜过滤装置第一进气口，31-微型膜过滤装置第一出气口，32-微型膜过滤装置第二进口，33-微型膜过滤装置第二出气口， 34-第二吸附塔，35-单向阀。
具体实施方式
[0144]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及说明书附图，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0145]
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
[0146]
实施例1
[0147]
本发明实施例中提出一种便携式制氧机，所述便携式制氧机包括压缩机、进排气组合阀、制氧吸附塔组、控制模块、产氧控制阀、散热风扇、微型膜过滤装置、电池模块、支撑架、防冻冷却液储存罐、雾化喷头、转轮式清洗阀、供氧终端、显示屏、传感器模块和外壳；
[0148]
所述压缩机、进排气组合阀、制氧吸附塔组、控制模块、产氧控制阀、散热风扇、微型膜过滤装置、电池模块、支撑架、雾化喷头、转轮式清洗阀、供氧终端、显示屏和传感器模块集成在所述外壳内；
[0149]
所述防冻冷却液储存罐设置在所述外壳内顶部，下方与所述雾化喷头连接；
[0150]
所述雾化喷头分别与所述传感器模块和控制模块连接；
[0151]
所述压缩机固定设置于所述支撑架上，所述压缩机的进气端设置所述微型膜过滤装置，外界空气经过所述微型膜过滤装置过滤后进入压缩机吸气口；所述微型膜过滤装置，可有效过滤空气中的绝大部分颗粒物，防止颗粒物进入压缩机、电磁阀(包括产氧控制阀、进排气组合阀、均压阀和带压单向阀)等部件导致制氧机故障；
[0152]
所述压缩机与所述进排气组合阀连接，具体为：所述压缩机的出气口与所述进排气组合阀的进气口相连；
[0153]
所述进排气组合阀与所述制氧吸附塔组密封连接；具体为所述进排气组合阀两个出气口分别与所述制氧吸附塔组中的两个吸附塔密封连接；
[0154]
所述制氧吸附塔组设置于支撑架上，并与所述供氧终端连接；所述转轮式清洗阀与所述制氧吸附塔组连接；转轮式清洗阀内嵌于集成化端盖内部，端盖中有气体管路与转轮式清洗阀相连，实现清洗过程；所述控制模块设置在所述支撑架上且位于所述制氧吸附塔组上方，分别与所述供氧终端、传感器模块和压缩机连接；所述控制模块与传感器模块连接，可监测外界大气的温度、压力、湿度状况，实时调整便携式制氧机的工作状态；
[0155]
所述电池模块设置在所述支撑架上且位于吸附塔侧方，分别与压缩机、控制模块、产氧控制阀、散热风扇、雾化喷头、制氧吸附塔组和进排气组合阀相连；
[0156]
所述散热风扇包括第一风扇和第二风扇，所述第一风扇位于所述压缩机下方，所述第二风扇位于所述吸附塔组上方，分别与控制模块、电池模块相连；
[0157]
所述雾化喷头设置在所述外壳上，分别与所述控制模块、电池模块连接。
[0158]
所述进排气组合阀排气口通过管道与所述微型膜过滤装置连接，利用所述制氧吸附塔组产生的解吸气对所述微型膜过滤装置进行吹扫，实现所述微型膜过滤装置的循环利用；
[0159]
所述显示屏内嵌于所述外壳中，分别与控制模块、电池模块连接；
[0160]
所述传感器模块位于控制模块侧方，分别与控制模块、电池模块和外界大气连接。
[0161]
所述便携式制氧机还包括若干支撑弹簧，所述支撑弹簧设置在所述压缩机在四个面的垂直方向上，即使所述便携式制氧机在垂直方向上以任意角度倾斜，均可保证压缩机的运行稳定；也即，令所述便携式制氧机可在一维方向上(360度翻转)倾斜使用，提高便携式制氧机的使用灵活性。
[0162]
所述制氧吸附塔组包含第一吸附塔、第二吸附塔、集成化端盖、以及氧化铝和制氧分子筛；所述集成化端盖设置在所述第一吸附塔和所述第二吸附塔上端，与所述第一吸附塔和第二吸附塔相扣合形成密封塔体；所述集成化端盖上设置有富氧产品气出口(出氧接头)，并均通过pu管与所述供氧终端相连；
[0163]
所述第一吸附塔和第二吸附塔均装有氧化铝和制氧分子筛的混合物；所述氧化铝和制氧分子筛体积比范围为1:2-8。
[0164]
在干燥环境(0％～30％)下，所述氧化铝与制氧分子筛的装填体积比范围为1：5-8；在高湿环境(湿度70％～100％)下，所述氧化铝与制氧分子筛的装填高度比例为1：2-3。
[0165]
所述制氧分子筛包括4a、5a、13x、li-x、ca-x、na-x、ag-x、lica-x、liag-x、 cali-x、agli-x、li-lsx、ca-lsx、na-lsx、ag-lsx、lica-lsx、liag-lsx、lizn-lsx、 cali-lsx和agli-lsx中的一种或两种以上。
[0166]
所述制氧吸附塔组还包括若干加热电阻丝，所述加热电阻丝内嵌在所述第一吸附塔和第二吸附塔塔壁内部；所述加热电阻丝为螺旋状。
[0167]
所述供氧终端包括储氧罐、产氧控制阀和呼吸面罩(或鼻吸管)，所述储氧罐、产氧控制阀和呼吸面罩依次连接，所述储氧罐与所述制氧吸附塔组连接。
[0168]
所述集成化端盖包括集成化端盖主体、供氧管道、均压管道、清洗管道和带压单向阀；所述盖体内部设置有供氧管道均压管道和清洗管道，所述带压单向阀设置在所述供氧管道出口，所述带压单向阀的开启压力可调，可以设置成预定的目标吸附压力；所述带压单向阀的压力范围为0.01～0.2mpa，可以针对不同海拔高度或外界环境气压通过调节单向阀的开启压力调节目标吸附压力。
[0169]
所述供氧管道、均压管道和清洗管道在所述集成化端盖主体上形成集成化端盖暗道。
[0170]
所述供氧管道上设置供氧控制阀，可以调节供氧流量和供氧时间；所述均压管道上设置均压阀，可以控制均压步骤时长，在均压步骤中将高压吸附塔的高压空气送入低压吸附塔，在两个吸附塔的压力接近相等时便关闭，完成非完全均压步骤；所述清洗管道上设置所述转轮式清洗阀，转轮式清洗阀开有不同尺寸的孔径，通过旋转便可以调节清洗气流量的大小。
[0171]
所述传感器模块包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、流量传感器、测氧仪和微压传感器；温度传感器与控制模块相连，测量大气温度的变化；压力传感器与控制模块相连，测量大气压力的变化；湿度传感器与控制模块相连，测量大气湿度的变化；流量传感器设置于压缩机排气管路上，监测压缩机排气流量变化并与控制模块相连；测氧仪设置于供氧管道上与控制模块相连，监测产出氧气的浓度变化；微压传感器设置在供氧终端处并于控制模块相连，监测吸氧人员吸气与呼吸的压力变化。
[0172]
所述压力传感器，可以检测到外界气压的变化，进而将数据传给控制模块，控制模块再给压缩机和各电磁阀(包括产氧控制阀、均压阀、带压单向阀)指令。在低档位和低海拔高度时，压缩机转速较低，排气流量满足便携式制氧机气源容量的需求即可，以此降低便携式制氧机的产氧能耗；随着档位和海拔高度的增加，压缩机转速变高，排气流量增加，保证便携式制氧机气源容量的需求，进而保证便携式制氧机在高海拔、低气压条件下的产氧性能。同时，中心控制系统给转轮式清洗阀指令，并通过滑片旋转调节清洗气流量。随着海拔高度的增加，清洗阀转到较小的孔径，降低清洗气流量，进而提高回收率，降低产氧能耗。
[0173]
所述控制模块通过发送指令控制所述进排气组合阀、均压阀和清洗阀的开闭状态进而控制各工艺步骤的时长以及清洗气流量的大小，最终控制整个便携式制氧工艺流程的循环运行。
[0174]
所述控制模块包含制氧机气源容量与外界环境气压模型，一氧化碳、二氧化碳复杂气氛条件的制氧分子筛装填量放大系数范围模型，以及制氧分子筛与氧化铝装填体积比模型。
[0175]
所述制氧机气源容量与外界环境气压模型用于计算制氧机气源容量与外界环境气压，令所述便携式制氧机的气源容量与外界环境气压匹配；所述制氧机气源容量与外界环境气压模型通过以下方法得到：
[0176]
s1计算单级活塞式压缩机实际排气量：
[0177][0178]
式中q
实
为压缩机的实际排气量，m3/min；λ0为容积效率，％；d为活塞直径，m；l为活塞行程，m；n为气缸数；n为每分钟往复次数；
[0179]
其中容积效率
[0180][0181]
式中c
p
为输送气体的比定压热容，j/(kg
·
k)；cv为输送气体的比定容热容， j/(kg
·
k)；ηv为压缩机容积效率，％；p2为压缩机出口处压强，单位是pa；p1为压缩机入口处压强，pa；pa为周围环境的大气压强，pa；
[0182]
s2计算压缩机在平原地区容积气量和在高原地区容积气量比：
[0183]
若以q
平
表示气体压缩机在平原地区容积气量，以q
高
表示气体压缩机在高原地区容积气量，则可得到
[0184]
[0185]
式中pa为标准大气压，101325pa；p
′a为高原地区大气压，因海拔高度而异；
[0186]
s3计算高海拔低气压与压缩机排气量：
[0187]
由s1和s3的计算式得到高海拔低气压与压缩机排气量的计算式：
[0188][0189]
基于所述计算方法，所述便携式制氧机可以根据微压传感器反馈给中心控制系统的数据智能调节压缩机的排气流量，保证便携式制氧机在高海拔、低气压条件下的产氧性能。
[0190]
进一步地，所述一氧化碳、二氧化碳复杂气氛条件的制氧分子筛装填量放大系数范围模型通过以下方法得到：
[0191]
进一步地，本发明提出的便携式制氧机针对一氧化碳、二氧化碳复杂气氛条件的制氧分子筛装填量放大系数范围计算公式
[0192]
m1＝c1*q1*t
ꢀꢀꢀ
(5)
[0193]
式中m1为吸附时间内进入吸附塔中一氧化碳的质量，kg；c1为空气中一氧化碳浓度，mg/l；q1压缩机排气流量，l/min；t为吸附时间，s。
[0194]
m2＝c2*q1*t
ꢀꢀꢀ
(6)
[0195]
式中m2为吸附时间内进入吸附塔中二氧化碳的质量，kg；c2为空气中二氧化碳浓度，mg/l；q1为压缩机排气流量，l/min；t为吸附时间，s。
[0196][0197]
式中m3为处理一氧化碳、二氧化碳需要装填多余的吸附剂用量，kg；m1为吸附时间内进入吸附塔中一氧化碳的质量，kg；w1为制氧分子筛在气压从100kpa 升至350kpa时对一氧化碳吸附量，g/kg；m2为吸附时间内进入吸附塔中二氧化碳的质量，kg；w2为制氧分子筛在气压从100kpa升至350kpa时对二氧化碳的吸附量。
[0198][0199]
式中β为一氧化碳、二氧化碳复杂气氛制氧分子筛装填用量放大系数；m3为处理一氧化碳、二氧化碳需要装填多余的吸附剂用量，kg；m为日常环境中制氧分子筛装填用量，kg。
[0200]
所述制氧分子筛与氧化铝装填体积比模型通过以下方法得到：
[0201]
针对高湿环境，本发明还提出一种吸附塔中氧化铝装填量的计算公式：
[0202][0203]
式中v单塔氧化铝装填体积(cm3)；q为吸附塔进气流量(l/min)；t为吸附塔进气时间，即吸附时间(s)；q为氧化铝处理气量(l/kg)；ρ为氧化铝装填密度(kg/m3)。不同的极端环境中外界空气的水蒸气含量不同，吸附塔中装填氧化铝的用量也应该随之变化。
[0204]
依据经验公式1kg制氧分子筛可生产2m3/h的氧浓度为91％的氧气，可计算出便携式制氧机吸附塔组中制氧分子筛的装填体积。
[0205]
[0206]
式中v1为单塔制氧分子筛的装填体积，cm3；a为便携式制氧机产氧流量， l/min；γ为制氧分子筛产氧能力，即1kg制氧分子筛可生产2m3/h的氧浓度为 91％的氧气；ρ1为制氧分子筛的堆积密度，kg/m3。
[0207]
根据制氧分子筛和氧化铝装填量的计算公式，可确定不同湿度环境中制氧分子筛装填用量与氧化铝装填用量的比例范围。
[0208][0209]
式中ε为制氧分子筛装填用量与氧化铝装填用量的比例；v1为制氧分子筛的装填体积，cm3；v为单塔氧化铝装填体积，cm3。
[0210]
本实施例中海拔为50m，便携式制氧机工作温度为25℃，湿度为60％，吸附压力0.2mpa，脱附压力0.101mpa，压缩机进气流量11l/min，清洗比(清洗气含氧量与进料气含氧量之比)为0.6，吸附时间为10s，均压时间为0.3s。
[0211]
实施例2
[0212]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为4000m，均压时间为1s，脱附压力0.07mpa。
[0213]
实施例3
[0214]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为5000m，工作温度为15℃，清洗比0.4，脱附压力0.06mpa。
[0215]
实施例4
[0216]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为6000m，工作温度为10℃，清洗比为0.3，均压时间为1s，脱附压力0.055mpa。
[0217]
实施例5
[0218]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为2500m，工作温度为50℃，湿度为30％，清洗比为0.7，均压时间为0.6s，吸附时间为12s。
[0219]
实施例6
[0220]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为1500m，工作温度为40℃，湿度为90％，均压时间为0.4s，吸附压力0.18mpa。
[0221]
实施例7
[0222]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为500m，工作温度为60℃，湿度为40％，均压时间为0.2s，吸附压力0.22mpa，压缩机原料气中有300ug/m3的pm2.5。
[0223]
实施例7
[0224]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为1000m，工作温度为60℃，湿度为40％，清洗比为0.5，压缩机原料气中有 200ug/m3的pm2.5，压缩机原料气中有100pm一氧化碳和3000ppm二氧化碳。
[0225]
实施例8
[0226]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为-500m，工作温度为-10℃，湿度为80％，均压时间为0.5s，吸附压力0.22mpa，脱附压力0.09mpa，压缩机原料气中有0.25mg/m3的pm10。
[0227]
实施例9
[0228]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为-20m，工作温度为0℃，湿度为20％，清洗比为0.4，脱附压力0.12mpa，压缩机原料气中有1000ppm二氧化碳。
[0229]
实施例10
[0230]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为3000m，工作温度波动范围为0～40℃，湿度为80％，清洗比为0.35，均压时间为0.5s，压缩机原料气中有100ug/m3pm2.5。
[0231]
实施例11
[0232]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为4500m，均压时间为1s，脱附压力0.07mpa，压缩机原料气中有 200ug/m3pm2.5和100ppm一氧化碳。
[0233]
实施例12
[0234]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为-50m，工作温度为-20℃，湿度为30％，均压时间为0.2s，吸附压力0.22mpa，脱附压力0.09mpa。
[0235]
实施例13
[0236]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为1000m，工作温度波动范围为-10～30℃，湿度为70％，均压时间为0.15s，压缩机原料气中有0.15mg/m3pm2.5。
[0237]
实施例14
[0238]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作温度为40℃，湿度为90％，均压时间为0.15s，吸附压力0.16mpa，清洗比为0.7。
[0239]
实施例15
[0240]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为200m，工作温度为30℃，湿度为40％，清洗比为0.4，压缩机原料气中有 75ug/m3的pm2.5，压缩机原料气中有200pm一氧化碳和5000ppm二氧化碳。
[0241]
实施例16
[0242]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作温度为-10℃，清洗比为0.5，均压时间为0.25s，脱附压力0.75mpa。
[0243]
实施例17
[0244]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为2200m，工作温度为20℃，湿度为25％，均压时间为0.7s，吸附压力0.22mpa，压缩机原料气中有150ug/m3的pm2.5。
[0245]
实施例18
[0246]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为2500m，工作温度为50℃，湿度为70％，清洗比为0.8，均压时间为0.45s，吸附时间为20s。
[0247]
实施例19
[0248]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为
2000m，工作温度波动范围为-10～50℃，湿度为80％，清洗比为1.0，均压时间为0.35s，压缩机原料气中有100ug/m3pm2.5、100ppm一氧化碳和4000ppm 二氧化碳。
[0249]
实施例20
[0250]
其他操作步骤与实施例1一致，区别在于:本实施例中便携式制氧机工作海拔为3500m，均压时间为1s，脱附压力0.08mpa，压缩机原料气中有 150ug/m3pm2.5和200ppm二氧化碳。
[0251][0252]
从上表可以看出，当便携式制氧机处于的海拔越高，产氧浓度和氧回收率越低。
[0253]
从上表可以看出，当便携式制氧机处于的工作温度越高，产氧浓度和氧回收率越低。
[0254]
从上表可以看出，当便携式制氧机处于的工作温度越高，制氧机能耗越高。
[0255]
从上表可以看出，当便携式制氧机处于的工作环境越复杂，制氧机能耗越高。
[0256]
从上表可以看出，当便携式制氧机产氧浓度和氧回收率越高，制氧机能耗越高。
[0257]
从上表可以看出，当便携式制氧机工作环境中有高浓度颗粒物时，制氧机产氧浓度和氧回收率会有小幅度的下降。
[0258]
从上表可以看出，当便携式制氧机工作环境中有高浓度颗粒物、一氧化碳和二氧化碳等复杂气氛时，制氧机产氧浓度和氧回收率会出现下降。
[0259]
从上表可以看出，在一定范围(0.18～0.22mpa)内便携式制氧机吸附压力越高，制氧机产氧浓度、氧回收率和制氧机能耗越高。
[0260]
从上表可以看出，当便携式制氧机处于高湿环境中运行时，湿度越高，制氧机产氧
浓度和氧回收率越低，制氧机能耗越高。
[0261]
从表中可以看出便携式制氧机在高海拔、低气压、大温差、高温高湿、高颗粒物浓度和高一氧化碳、二氧化碳浓度等复杂气氛中一定流量下产氧浓度均可达到90％以上，能耗略大于家用或医疗制氧机，可高效适用于各种极端环境。
[0262]
本发明吸附压力、工作海拔、工作温度、均压时间、空气湿度、清洗比、脱附压力、原料气组分均会影响本发明的制氧浓度、氧气回收率及能耗。