一种氧气浓缩器的制作方法

1.本发明属于制氧设备的技术领域，尤其涉及一种氧气浓缩器。


背景技术：

2.氧气浓缩器是一种常用的氧气收集装置，其工作原理是以沸石分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理将空气中氮气吸附和释放，从而完成氧气收集和浓度提高。
3.现有的氧气浓缩器存在以下缺陷：在不同海拔条件，尤其是高海拔低压环境下，无法高效维持高氧气浓度连续供氧；无法根据不同使用者的吸氧需求进行动态供氧调节。
4.此外，现有的氧气浓缩器一般采用高压吸附和常压解吸的psa技术，为满足输出氧气的流量充足，需提高整机系统压力，压力的提高导致压缩机压缩比较大，耗电量升高，电池工作时间缩短。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是解决背景技术中的问题，提出一种氧气浓缩器，能够在高海拔地区高效维持90％氧气浓度连续供氧，依据人体肺活量差异动态调节氧气输出流量保证高吸氧效率，采用正压吸附负压解吸技术，降低能耗。
6.为实现上述目的，本发明提出了一种氧气浓缩器，包括外壳、安装在外壳内部的氮氧分离塔、正负压空压机、氧气存储罐、控制单元，所述氮氧分离塔的进气口、氮气出口与正负压空压机相连，氮氧分离塔的氧气出口与氧气存储罐相连，氧气存储罐的出气端与超声波流量计的进气端相连，超声波流量计的出气端、电磁比例阀、外壳上的出氧口依次相连，所述氧气存储罐、外壳分别安装有检测罐内氧气压力用的第一压力传感器、检测外界大气压力用的第二压力传感器，所述出氧口设有脉动压力传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器、脉动压力传感器均与控制单元相连，控制单元根据第一压力传感器或第二压力传感器反馈的压力检测数值与预设值对比后控制正负压空压机的电机转速以实现出氧口的持续高氧气浓度氧气输出，控制单元根据脉动压力传感器反馈的呼吸压差检测数值动态调节电磁比例阀的开启状态进而调节氧气输出流量。
7.作为优选，所述氮氧分离塔包括步进电机、分子筛筒、安装在分子筛筒上、下端的空气分离阀组件和氧气分离阀组件，所述空气分离阀组件、分子筛筒和氧气分离阀组件之间形成有压缩空气气路、氧气气路、氮气气路，所述分子筛筒设有进气口、氮气出口、氧气出口，所述空气分离阀组件和氧气分离阀组件之间用中心轴相连，所述步进电机安装在分子筛筒一侧并用齿轮组传动机构与中心轴上端相连，步进电机驱动中心轴转动后空气分离阀组件和氧气分离阀组件同步转动改变压缩空气气路、氧气气路、氮气气路之间的通断，实现氮氧分离塔的间歇性循环供气或出氧或解吸状态切换。
8.作为优选，所述空气分离阀组件包括上分配阀和吸气阀板，上分配阀设有压缩空气通道和氮气通道，所述吸气阀板上设有与进气口相连通的压缩空气孔、与氮气出口相连通的氮气孔，所述氧气分离阀组件包括排气阀板、下分配阀，下分配阀设有均压孔、反吹冲
洗孔和氧气通道，所述排气阀板设有氧气出口相连通的通气孔，在驱动力作用下上分配阀和下分配阀绕中心轴转动后压缩空气通道与压缩空气孔之间、氮气通道和氮气孔之间、通气孔与氧气通道之间相互接通或断开，实现氮氧分离塔的间歇性循环供气或出氧或解吸状态切换。
9.作为优选，所述正负压空压机包括永磁无刷电机、空压机和真空泵，所述空压机和真空泵分别与永磁无刷电机的双向输出端一一对应相连，空压机、真空泵分别用气管与氮氧分离塔的进气口、氮气出口相连，永磁无刷电机安装有检测转速用的霍尔传感器，霍尔传感器与控制单元相连。
10.作为优选，所述真空泵连接有排气管，排气管设有消音器。
11.作为优选，所述永磁无刷电机的壳体上设有空气冷却通道，永磁无刷电机的双向输出端均安装有平衡块。
12.作为优选，氧气浓缩器还包括安装在外壳上的电源、显示操作板、综合驱动板、电源控制板，外壳上设有电源定位座、充电插座，所述电源安装在电源定位座上，所述显示操作板、综合驱动板、电源控制板均与控制单元相连。
13.作为优选，所述外壳包括控制单元外壳和主机外壳，控制单元外壳和主机外壳之间用环圈和减震环相连，外壳由纤维材料制成。
14.作为优选，所述超声波流量计内部安装有检测内部氧气温度用的温度传感器，温度传感器与控制单元相连，控制单元根据温度传感器的氧气温度检测数值变化情况调节电磁比例阀的开启状态使得超声波流量计的计量值保持在预定值。
15.作为优选，所述氧气存储罐紧贴安装在正负压空压机侧壁，所述电磁比例阀的开启采用前馈控制。
16.本发明的有益效果：通过在外壳的出氧口设置脉动压力传感器，控制单元根据脉动压力传感器反馈的呼吸压差检测数值动态调节电磁比例阀的开启状态进而调节氧气输出流量，以便氧气浓缩器依据不同人体肺活量动态调节氧气输出流量保证高吸氧效率。
17.通过设置检测罐内氧气压力用的第一压力传感器、检测外界大气压力用的第二压力传感器，控制单元根据第一压力传感器或第二压力传感器反馈的压力检测数值与预设值对比后控制正负压空压机的电机转速以实现出氧口的持续高氧气浓度氧气输出，以便在不同海拔条件和供氧量下正负压空压机转速处于最佳水平，氧气浓缩器在高海拔地区高效维持90％氧气浓度连续供氧。
18.将氮氧分离塔的进气口、氮气出口与正负压空压机相连，正负压空压机采用正压吸附负压解吸技术，降低氧气浓缩器的能耗。
19.本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
20.图1是本发明实施例的剖视示意图。
21.图2是本发明实施例的工作原理示意图。
22.图3是本发明实施例的氮氧分离塔示意图。
23.图4是本发明实施例的氮氧分离塔剖视示意图。
24.图5是本发明实施例的氮氧分离塔局部示意图。
25.图6是本发明实施例的氮氧分离塔局部剖视示意图。
26.图7是本发明实施例的正负压空压机示意图。
27.图8是本发明实施例的永磁无刷电机示意图。
28.图9是本发明实施例的永磁无刷电机剖视示意图。
29.图10是本发明实施例的超声波流量计示意图。
30.图11是本发明实施例的上分配阀示意图。
31.图12是本发明实施例的吸气阀板示意图。
32.图13是本发明实施例的下分配阀示意图。
33.图14是本发明实施例的排气阀板示意图。
34.图中：1-外壳、2-氮氧分离塔、3-正负压空压机、4-控制单元、5-超声波流量计、6-电磁比例阀、11-充电插座、12-电源定位座、20-步进电机、21-空气分离阀组件、22-氧气分离阀组件、23-分子筛筒、24-中心轴、31-空压机、32-永磁无刷电机、33-真空泵、34-进气口、35-平衡块、36-空气冷却通道、211-上分配阀、212-吸气阀板、213-压缩空气通道、214-氮气通道、215-压缩空气孔、216-氮气孔、221-排气阀板、222-下分配阀、223-通气孔、224-氧气通道、225-冲洗孔、226-反吹孔、231-上端盖、232-筒体、233-下端盖、234-进气口、235-氮气出口、236-氧气出口。
具体实施方式
35.参阅图1、图2和图10，本实施例提供了一种氧气浓缩器，包括外壳1、安装在外壳1内部的氮氧分离塔2、正负压空压机3、氧气存储罐、控制单元4，氮氧分离塔2的进气口234、氮气出口235与正负压空压机3相连，氮氧分离塔2的氧气出口236与氧气存储罐相连，氧气存储罐的出气端与超声波流量计5的进气端相连，超声波流量计5的出气端、电磁比例阀6、外壳1上的出氧口依次相连，氧气存储罐、外壳1分别安装有检测罐内氧气压力用的第一压力传感器、检测外界大气压力用的第二压力传感器，出氧口设有脉动压力传感器，第一压力传感器、第二压力传感器、脉动压力传感器均与控制单元4电性连接，控制单元4采用pid控制方法根据第一压力传感器和第二压力传感器反馈的压力检测数值与存储在控制单元内部的预设值对比后控制正负压空压机3的电机转速以实现出氧口持续以高于90％氧气浓度氧气输出，预设值包括预设外界大气压力值或预设氧气压力值，控制单元4根据脉动压力传感器反馈的呼吸压差检测数值动态调节电磁比例阀6的开启状态进而调节氧气输出流量，其中，控制单元4包括mcu芯片，外壳1内部安装有与控制单元4相连的蜂鸣器，控制单元4与氧气浓缩器上的各电气件电性连接并控制各电气件的工作情况，出氧口设有过滤器，外壳1上设有背带，电磁比例阀6的开启状态包括电磁比例阀6的开启时间和开度。
36.参阅3至图6以及图11至图14，氮氧分离塔2包括步进电机20、分子筛筒23、安装在分子筛筒23上、下端的空气分离阀组件21和氧气分离阀组件22，空气分离阀组件21、分子筛筒23和氧气分离阀组件22之间形成有压缩空气气路、氧气气路、氮气气路，分子筛筒23设有与压缩空气气路相连通的进气口234、与氮气气路相连通的氮气出口235、与氮气气路相连通的氧气出口236，空气分离阀组件21和氧气分离阀组件22之间用中心轴24相连，步进电机20安装在分子筛筒23一侧并用齿轮组传动机构与中心轴24上端相连，步进电机20驱动中心轴24转动后空气分离阀组件21和氧气分离阀组件22同步转动改变压缩空气气路、氧气气
路、氮气气路之间的通断，实现氮氧分离塔2的间歇性循环供气或出氧或解吸状态切换，齿轮组传动机构包括依次相互啮合的主动齿轮、介轮和渐开线齿轮，渐开线齿轮、主动齿轮分别与中心轴24、步进电机20的输出端相连，步进电机20与控制单元电性连接，控制单元控制步进电机20的转速进一步控制氮氧分离塔2的氧气输出、压缩空气吸入和氮气排出，步进电机20控制空气分离阀组件21转动便可实现压缩空气吸入、负压氮气排出及氧气输出切换，使得氮氧分离塔2整体体积小，故障率低。
37.空气分离阀组件21包括上分配阀211和吸气阀板212，渐开线齿轮一体设置在上分配阀211的外侧面，上分配阀211设有压缩空气通道213和氮气通道214，吸气阀板212上设有与进气口234相连通的压缩空气孔215、与氮气出口235相连通的氮气孔216，氧气分离阀组件22包括排气阀板221、下分配阀222，下分配阀222设有反吹孔226、冲洗孔225和氧气通道224，排气阀板221设有氧气出口236相连通的通气孔223，步进电机20驱动上分配阀211和下分配阀222绕中心轴24转动后压缩空气通道213与压缩空气孔215之间、氮气通道214和氮气孔216之间、通气孔223与氧气通道224之间相互接通或断开进而改变压缩空气气路、氧气气路、氮气气路之间的通断，实现氮氧分离塔2的间歇性循环供气或出氧或解吸状态切换，空气分离阀组件21和氧气分离阀组件22连续转动实现压缩空气吸入、负压氮气排出、氧气的收集和输出，空气分离阀组件21和氧气分离阀组件22转动切换平缓压力波动小，反吹孔226、冲洗孔225的设计有效提高氧气浓度。
38.空气分离阀组件21和氧气分离阀组件22均采用添加有自润滑材料的peek材料制成，以便实现长期无油运转。
39.分子筛筒23包括筒体232、安装在筒体232上、下端的上端盖231和下端盖233，进气口234、氮气出口235设置在上端盖231上，氧气出口236设置在下端盖233上，空气分离阀组件21安装在上端盖231上端，氧气分离阀组件22安装在下端盖233下端，筒体232内部填充有沸石分子筛。
40.参阅图7至图9，正负压空压机3包括永磁无刷电机32、空压机31和真空泵33，空压机31和真空泵33分别与永磁无刷电机32的双向输出端一一对应相连，空压机31、真空泵33分别用气管与氮氧分离塔2的进气口234、氮气出口235相连，永磁无刷电机32安装有检测电机转速用的霍尔传感器34，霍尔传感器34、永磁无刷电机32与控制单元4相连，永磁无刷电机32的工作转速为1000～6000转/分，空压机31的内壁设有与控制单元4电性连接的温度传感器，该温度传感器检测压缩空气的温度，空压机31的进气端安装有空气过滤器。
41.真空泵33连接有排气管，排气管设有消音器和过滤器，排气管的管口与外壳1外部相连通，降低排气噪音，以便将自氮氧分离塔2抽吸的氮气有效排出氧气浓缩器外。
42.永磁无刷电机32的壳体上设有空气冷却通道36，永磁无刷电机32的双向输出端均安装有平衡块35，采用风冷设计，气流通过永磁无刷电机32的定子和转子之间的间隙对电机线圈直接降温，保证电机工作温度处于合理水平，设置平衡块35保证永磁无刷电机32输出端的转动平衡性。
43.氧气浓缩器还包括安装在外壳1上的电源、显示操作板、综合驱动板、电源控制板，外壳1上设有电源定位座12、充电插座11，充电插座11选用航空插座，电源安装在电源定位座12上，显示操作板、综合驱动板、电源控制板均与控制单元电性连接，综合驱动板与步进电机20和永磁无刷电机32电性连接，电源包括锂充电电池，锂充电电池内置有温度传感器，
该温度传感器与控制单元4电性连接，实时监测电池温度，提高整机安全性同时延长电池寿命。
44.外壳1包括控制单元外壳和主机外壳，控制单元外壳和主机外壳之间用环圈和减震环相连，外壳1由纤维材料制成，氧气浓缩器的整机重量不超过6kg且强度高，减震环设计有利于减少共振及氧气浓缩器使用过程中的噪音，外壳1可拆装以便对内部零部件进行维护更换。
45.超声波流量计5内部安装有检测内部氧气温度用的温度传感器，该温度传感器与控制单元4相连，由于氧气温度变化导致氧气输出体积改变，控制单元4依据温度传感器的当前氧气温度反馈值，调节电磁比例阀6的开启状态，对超声波流量计5的计量值进行补偿，保证每次氧气输出体积流量的稳定性及超声波流量计5的计量精准度。
46.氧气存储罐紧贴安装在正负压空压机3侧壁，使得正负压空压机3工作后产生的热量传递至氧气存储罐以加热罐内氧气，减少低温氧气对人体呼吸系统的刺激。
47.电磁比例阀6的开启采用前馈控制技术，以便使用者在吸气的前30毫秒优化氧气供应量，提高氧气吸收效率。
48.本发明工作过程：
49.本氧气浓缩器在工作过程中，氧气浓缩器具有连续氧气输出模式和断续氧气输出模式，开机后立刻进入连续氧气输出模式，用户通过显示控制板选择氧气输出模式，当选择断续氧气输出模式后，如果在预定时间内未检测到脉动压力传感器的检测数值变化信号，将自动切换到连续氧气输出模式，电磁比例阀6先按预设开度开启，超声波流量计5对实际输出氧气流量进行检测，并根据实际流量数值实时修正氧气输出流量，当使用者呼吸稳定后控制单元会优先10毫秒开启电磁比例阀，由于不同使用者的呼吸量存在差异，脉动压力传感器的检测数值会存在差异，控制单元4会根据脉动压力传感器的检测数据优化控制电磁比例阀6的开启时间和速度，以满足不同使用者的实际需求合理供氧。
50.第一压力传感器和第二压力传感器的检测数值作为永磁无刷电机和步进电机转速的调节输入信息，当海拔提高后环境中大气压力下降，第二压力传感器将实际大气压检测数值转化为电压信号传递给控制单元4，控制单元4输出控制信号给永磁无刷电机32使其提高转速，进而提高进入氮氧分离塔2的压缩空气流量，保证足够的氧气输出；当氧气需求量加大时，第一压力传感器检测到的罐内压力下降，并将氧气压力检测数值转化为电压信号传递给控制单元4，控制单元4输出控制信号给永磁无刷电机32使其提高转速，进而提高进入氮氧分离塔的压缩空气流量，以保证足够的氧气输出和氧气存储罐的压力，反之，当氧气需求量下降时，控制单元输出控制信号给永磁无刷电机使其降低转速。
51.氮氧分离塔2在工作过程中，步进电机20启动后通过齿轮传动带动上分配阀211转动，上分配阀211转动后通过中心轴24带动下分配阀222同步转动，压缩空气自进气口34流入上端盖231内，当上分配阀211和下分配阀222转动一定角度后压缩空气通道213与压缩空气孔215、通气孔223和氧气通道224相连通，压缩空气进入分子筛筒23内，分子筛筒23内的沸石分子筛先将压缩空气中的氮气吸附使得流出分子筛筒23底部的气体主要为氧气，氧气依次沿通气孔223、氧气通道224和通气孔223后自氧气出口236流出，当上分配阀211和下分配阀222继续转动一定角度后压缩空气通道213与压缩空气孔215、通气孔223和氧气通道224相断开，氮气孔216和氮气通道214相连通，在真空泵33连续抽吸作用下，分子筛筒23内
沸石分子筛吸附的氮气完成降压解吸，解吸出的氮气依次沿氮气孔216、氮气通道214和氮气孔216后自氮气出口235流出，连续转动上分配阀211和下分配阀222实现间歇性循环供氧和解吸状态切换。
52.上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。