无电力气体提浓设备及方法与流程

1.本发明涉及一种气体提浓设备及方法，特别涉及一种无电力气体提浓设备及方法。


背景技术：

2.按，传统的气体提浓方式，依据不同气体使用不同的分离技术，例如电化学分离法、高分子复合膜材分离法，变压吸附法等等。其中，电化学分离法是利用电力将氢分子解离成氢离子，并利用其可穿透磺酸膜的原理来进行氢气纯化。高分子复合膜材分离法原理是利用控制膜材的孔隙大小来匹配欲分离的气体分子尺寸，适用于不同的气体，例如二氧化碳，氮气等等。变压吸附法是利用分子筛的孔隙大小与极性的不同，在不同的压力下进行特定气体的吸脱附，以达到分离气体的效果，是目前技术最成熟与操作成本最低的气体提浓方式。
3.但是，传统的变压吸附方式使用电力驱动阀件来控制流体流向及压力变化，会出现下列的缺点：1.若欲提浓的对像是可燃气体，则会有燃烧爆炸的风险。若改使用防爆阀件，则物料成本高昂。2.电力控制变压吸附流程复杂，需要电子控制单元及多组电力阀件的配合，控制成本高且故障风险也相对高，另外体体也相对较大。3.在偏远、深山等电力匮乏的地区，要进行气体提浓(例如氧气提浓)会有困难。
4.是以，如何解决上述现有技术的问题与缺失，即为相关业者所亟欲研发的课题所在。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种无电力气体提浓设备及方法，用于对一标的气体的提浓，该无电力气体提浓设备包括：
6.一气控阀模块，其具有一第一通孔、一第二通孔、一第一排气孔、一第二排气孔与一进气孔，其中当该进气孔与该第一通孔连通时，则该第二通孔与该第二排气孔连通，并且当该进气孔与该第二通孔连通时，则该第一通孔与该第一排气孔连通；
7.一第一可调式泄压开关模块，连接至该气控阀模块，该第一可调式泄压开关模块具有一第一压力门坎值，其中如果气体压力大于该第一压力门坎值，则该第一可调式泄压开关模块开启以泄掉气体压力，如果气体压力小于或等于该第一压力门坎值，则该第一可调式泄压开关模块关闭；
8.一第一吸脱附塔，连接至该第一可调式泄压开关模块，该第一吸脱附塔具有分子筛且用以吸附一非标的气体；
9.一第一限流阀，连接至该第一吸脱附塔，该第一限流阀用以对该标的气体的通过进行限流；
10.一第二可调式泄压开关模块，连接至该气控阀模块，该第二可调式泄压开关模块具有一第二压力门坎值，其中如果气体压力大于该第二压力门坎值，则该第二可调式泄压
开关模块开启以泄掉气体压力，如果气体压力小于或等于该第二压力门坎值，则该第二可调式泄压开关模块关闭；
11.一第二吸脱附塔，连接至该第二可调式泄压开关模块，该第二吸脱附塔具有分子筛且用以吸附一非标的气体；
12.一第二限流阀，连接至该第二吸脱附塔，该第二限流阀用以对该标的气体的通过进行限流；以及
13.一流量调节阀，连接至该第一限流阀与该第二限流阀。
14.在本发明的一实施例中，通过模块化方式来部署两组以上的多组可调式泄压开关模块、吸脱附塔、限流阀，同时相应地扩充该气控阀模块的多组通孔和排气孔，来构成多组式的无电力气体提浓设备。
15.本发明还提供了一种使用上述设备进行无电力气体提浓的方法，包括以下步骤：
16.进气程序启动，一外部气体从气控阀模块的进气孔流动至第一通孔，再从该第一通孔流动至第一吸脱附塔，该第一吸脱附塔会吸附非标的气体且让标的气体流通过，此时第二通孔与第二排气孔连通以排出第二吸脱附塔的该非标的气体，之后通过该外部气体的持续进气与第一限流阀的作用，内部气体压力逐渐上升直到大于第一可调式泄压开关模块的第一压力门坎值，以启动该第一可调式泄压开关模块的废气泄压机制并且通过废气来驱动该气控阀模块的气流信道转向以让该进气孔连通至该第二通孔且该第一通孔连通至第一排气孔以排出该第一吸脱附塔的该非标的气体。
17.在本发明的一实施例中，在该进气程序中，当该进气孔连通至该第二通孔且该第一通孔连通至该第一排气孔时，该外部气体从该进气孔流动至该第二通孔，再从该第二通孔流动至该第二吸脱附塔，该第二吸脱附塔会吸附该非标的气体且让该标的气体流通过，此时该第一通孔与该第一排气孔连通以排出该第一吸脱附塔的该非标的气体，之后通过该外部气体的持续进气与第二限流阀的作用，内部压力逐渐上升直到大于第二可调式泄压开关模块的第二压力门坎值，以启动该第二可调式泄压开关模块的废气泄压机制并且通过废气来驱动该气控阀模块的气流信道转向以让该进气孔连通至该第一通孔且该第二通孔连通至该第二排气孔以排出该第二吸脱附塔的该非标的气体。
18.在本发明的一实施例中，当该第二通孔连通至该第二排气孔时，流经该第一吸脱附塔的该标的气体会逆洗该第二吸脱附塔来将脱附的该非标的气体排挤出去且提高该标的气体的总浓度。
19.在本发明的一实施例中，当该第一通孔连通至该第一排气孔时，流经该第二吸脱附塔的该标的气体会逆洗该第一吸脱附塔来将脱附的该非标的气体排挤出去且提高该标的气体的总浓度。
20.在本发明的一实施例中，该第一吸脱附塔的分子筛依据该标的气体与该非标的气体的种类来进行设置，且该第一可调式泄压开关模块的该第一压力门坎值依据该标的气体与该非标的气体的种类来进行设置。
21.在本发明的一实施例中，该第二吸脱附塔的分子筛依据该标的气体与该非标的气体的种类来进行设置，且该第二可调式泄压开关模块的该第二压力门坎值依据该标的气体与该非标的气体的种类来进行设置。
22.在本发明的一实施例中，该第一可调式泄压开关模块的废气泄压机制启动后，并
且通过废气来驱动该气控阀模块的气流信道转向以让该进气孔连通至该第二通孔时，该第一吸脱附塔内的该非标的气体开始进行降压脱附程序。
23.在本发明的一实施例中，该第二可调式泄压开关模块的废气泄压机制启动后，并且通过废气来驱动该气控阀模块的气流信道转向以让该进气孔连通至该第一通孔时，该第二吸脱附塔内的该非标的气体开始进行降压脱附程序。
24.在本发明的一实施例中，通过使用流量调节阀进一步控制该标的气体的总浓度与流量输出。
25.综上所述，本发明所公开的无电力气体提浓设备及方法能够达到以下功效：
26.1.无需使用外部电源即可运作且提高标的气体浓度；
27.2.方便使用且降低成本；
28.3.能有效地提高气体浓度；以及
29.4.具有高扩充性，可模块化来扩充本设备及方法。
附图说明
30.图1为本发明的无电力气体提浓设备及方法的流程示意图。
31.图2为本发明的无电力气体提浓设备及方法的另一流程示意图。
32.图3为本发明的无电力气体提浓设备及方法的实际运作数据图。
33.符号说明：
34.100：无电力气体提浓设备
35.110：气控阀模块
36.111：第一通孔
37.112：第二通孔
38.113：第一排气孔
39.114：第二排气孔
40.115：进气孔
41.120：第一可调式泄压开关模块
42.130：第一吸脱附塔
43.140：第一限流阀
44.150：第二可调式泄压开关模块
45.160：第二吸脱附塔
46.170：第二限流阀
47.180：流量调节阀
48.eg：外部气体
49.tg：标的气体
50.ntg：非标的气体
51.ta、tb、t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、t10、t11：位置
具体实施方式
52.下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而
更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
53.请同时参阅图1与图2，图1为本发明的无电力气体提浓设备及方法的流程示意图。图2为本发明的无电力气体提浓设备及方法的另一流程示意图。如图所示，本发明公开一种无电力气体提浓设备100，尤其是用于一种标的气体的提浓且不需要任何外部能源来提供电力来源以进行运作，此外所谓标的气体可以是操作者专门用来提升某种气体的总浓度，例如氧气、氮气、氢气
…
等等，在以下的实施例将以空气中的氧气作为标的气体且以空气中的氮气作为非标的气体来进行说明，但本发明的精神并不以氧气或氮气作为限制。无电力气体提浓设备100包括气控阀模块110、第一可调式泄压开关模块120、第一吸脱附塔130、第一限流阀140、第二可调式泄压开关模块150、第二吸脱附塔160、第二限流阀170与流量调节阀180。第一可调式泄压开关模块120与第二可调式泄压开关模块150可以是背压阀或调压阀或其他可调整压力的阀件或结构来得到相同的结果。利用第一吸脱附塔130与第二吸脱附塔160内的分子筛在高压下会吸附非标的气体ntg，并且在低压下脱附非标的气体ntg，借此达到去除非标的气体ntg且提高标的气体tg的浓度的目的。
54.关于气控阀模块110，本实施例使用的是一个五口二位的气控阀，可以用来控制气流体的方向。在实际运作时，气控阀模块110可以用两组以上(含两组)三口二位或其他可以控制气流方向的阀件或结构来实施。气控阀模块110具有一第一通孔111、第二通孔112、第一排气孔113、第二排气孔114与进气孔115，其中当进气孔115与第一通孔111连通时，则第二通孔112会同时与第二排气孔114连通，并且当进气孔115与第二通孔112连通时，则第一通孔111与第一排气孔113连通。关于第一可调式泄压开关模块120，是连接至气控阀模块110，第一可调式泄压开关模块120具有第一压力门坎值，其中第一可调式泄压开关模块120的功能为，如果气体压力大于第一压力门坎值，则第一可调式泄压开关模块120开启以泄掉气体压力，如果气体压力小于或等于第一压力门坎值，则第一可调式泄压开关模块120关闭。需注意的是，在此的第一压力门坎值可让操作者依据标的气体与非标的气体的种类来进行设置。
55.关于第一吸脱附塔130，第一吸脱附塔130连接至第一可调式泄压开关模块120，第一吸脱附塔130具有分子筛且用以吸附一非标的气体ntg，并且让标的气体tg通过。第一吸脱附塔130的分子筛依据标的气体tg与非标的气体ntg的种类来进行设置。第一限流阀140连接至第一吸脱附塔130，第一限流阀140用以对标的气体tg的通过进行限流，并且同时会增加第一吸脱附塔130的内部气体压力。第一限流阀140可以用针阀或流量控制阀或其他可以控制气流流量或压力的阀件或结构来得到相同的效果。关于第二可调式泄压开关模块150，第二可调式泄压开关模块150连接至气控阀模块110，第二可调式泄压开关模块150具有第二压力门坎值，第二可调式泄压开关模块150的功能为，如果气体压力大于第二压力门坎值，则第二可调式泄压开关模块150开启以泄掉气体压力，如果气体压力小于或等于第二压力门坎值，则第二可调式泄压开关模块150关闭。需注意的是，在此的第二压力门坎值可让操作者依据标的气体与非标的气体的种类来进行设置。关于第二吸脱附塔160，第二吸脱附塔160连接至第二可调式泄压开关模块150，第二吸脱附塔130具有分子筛且用以吸附非标的气体ntg，并且让标的气体tg通过。第二限流阀170连接至第二吸脱附塔160，第二限流
阀170用以对标的气体tg的通过进行限流，并且同时会增加第二吸脱附塔160的内部气体压力。第二限流阀170可以用针阀或流量控制阀或其他可以控制气流流量或压力的阀件或结构来得到相同的效果。关于流量调节阀180，流量调节阀180连接至第一限流阀140与第二限流阀170，本发明实施例可以通过使用流量调节阀180来进一步控制标的气体tg的总浓度与流量输出。
56.在说明上述每一个构件功能与基本架构后，以下将进一步说明本发明无电力气体提浓设备100的运作机制。本发明能够在无需外部电力能源下来运作增压吸附，降压脱附、逆洗均压(或蓄压)的循环重复动作来提升标的气体的总浓度。
57.在当进气程序启动时，外部气体eg从进气孔115流动至第一通孔111，再从第一通孔111流动至第一吸脱附塔130，外部气体eg会从位置ta流向位置t1及t2。第一吸脱附塔130会吸附非标的气体ntg且让标的气体tg流通过至位置t5，之后再通过第一限流阀140流至位置t6。此时，第二通孔112与第二排气孔114连通以排出第二吸脱附塔160的非标的气体ntg，之后通过外部气体eg的持续进气与第一限流阀140的作用(第一限流阀140会产生阻力来增压)，内部气体压力逐渐上升直到大于第一可调式泄压开关模块120的第一压力门坎值，进而以启动第一可调式泄压开关模块120的废气泄压机制，气体会从位置t3流至位置t4并且通过废气来驱动气控阀模块110的气流信道转向以让进气孔115连通至第二通孔112且第一通孔111连通至第一排气孔113来使得第一吸脱附塔130内部压力降低以快速排出第一吸脱附塔130的非标的气体ntg，也就是说非标的气体ntg会急速脱附。
58.接下来，当在进气程序与进气孔115连通至第二通孔112且第一通孔111连通至第一排气孔113时，外部气体eg从进气孔115流动至第二通孔112，再从第二通孔112流动至第二吸脱附塔160，气体从位置tb流至位置t8及t9，第二吸脱附塔160会吸附非标的气体ntg且让标的气体tg流通过且流至位置t7，之后再通过第二限流阀170流至位置t6。此时，第一通孔111与第一排气孔113连通以排出第一吸脱附塔130的非标的气体ntg，之后通过外部气体eg的持续进气与第二限流阀170的作用(第二限流阀170会产生阻力来增压)，内部压力逐渐上升直到大于第二可调式泄压开关模块150的第二压力门坎值，以启动第二可调式泄压开关模块150的废气泄压机制，气体会从位置t11流至位置t10并且通过废气来驱动气控阀模块110的气流信道转向以让进气孔115连通至第一通孔111且第二通孔112连通至第二排气孔114来使得第二吸脱附塔160内部压力降低以排出第二吸脱附塔160的非标的气体ntg，也就是说非标的气体ntg会急速脱附。
59.在降压脱附的过程中，第一可调式泄压开关模块120的废气泄压机制启动后并且通过废气来驱动气控阀模块110的气流信道转向以让进气孔115连通至第二通孔112，第一吸脱附塔130内非标的气体ntg开始进行降压脱附程序。在逆洗均压(或蓄压)的过程中，当第一通孔111连通至第一排气孔113时，流经第二吸脱附塔160的标的气体tg会逆洗第一吸脱附塔130来将脱附的该非标的气体ntg排挤出去且提高标的气体tg的总浓度，此时非标的气体ntg会从位置t1流向位置ta并且通过第一通孔111与第一排气孔113的连通来排气出去。
60.另一方面，在降压脱附的过程中，第二可调式泄压开关模块150的废气泄压机制启动后并且通过废气来驱动气控阀模块110的气流信道转向以让进气孔115连通至第一通孔111，第二吸脱附塔160内的非标的气体ntg开始进行降压脱附程序。在逆洗均压(或蓄压)的
过程中，当第二通孔112连通至第二排气孔114时，流经第一吸脱附塔130的标的气体tg会逆洗第二吸脱附塔160来将脱附的非标的气体ntg排挤出去且提高标的气体tg的总浓度，此时非标的气体ntg会从位置t8流向位置tb并且通过第二通孔112与第二排气孔114的连通来排气出去。上述的过程，外部气体eg持续在进气孔115进行进气动作。
61.请同时参照图3，图3为本发明的无电力式气体提浓设备及方法的实际运作数据图。以空气中的氧气提浓为例，水平轴代表运行时间(单位为秒)，垂直轴代表氧气浓度，于本发明实施例中，在通过上述的运作循环程序，无电力气体提浓设备100在实际运作中可以不采用任何外部电力电源将氧气浓度提升至80％以上，并且在实际运作的数据上可获得验证。在本实施例中，经测试，若压力控制在1.26～1.4kg/cm2时，利用携带式轮胎打气机，打出的空气可借由本发明的无电力气体提浓设备100产生浓度超过80％的氧气。因此，本发明实施例不仅在实际运作上可以运行，并且能够在短时间内有效提升标的气体的总浓度。
62.此外，本发明实施例的无电力气体提浓设备100具有良好的扩充性能，可通过模块化方式来部署两组以上的多组可调式泄压开关模块、吸脱附塔、限流阀，同时相应地扩充该气控阀模块的多组通孔和排气孔，来构成多组式的无电力气体提浓设备。
63.综上所述，本发明所公开的无电力气体提浓设备及方法能够达到以下功效：
64.1.无需使用外部电源即可运作且提高标的气体浓度；
65.2.方便使用且降低成本；
66.3.能有效地提高气体浓度；及
67.4.具有高扩充性，可模块化来扩充本设备及方法。