專(zhuān)利名稱(chēng)：氧濃縮設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括用于壓縮機(jī)的冷卻裝置的氧濃縮設(shè)備，所述壓縮機(jī)將壓縮空氣供應(yīng)至填充有吸附劑如沸石的多個(gè)吸附塔。
背景技術(shù)：
吸氧療法已被用作呼吸系統(tǒng)疾病如哮喘、肺氣腫或慢性支氣管炎的最有效的治療方法。在吸氧療法中，氧濃縮氣體被供應(yīng)給病人。為此目的，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出適于家用的組件型氧濃縮設(shè)備。所述組件型氧濃縮設(shè)備包括通過(guò)從空氣中分離出氮?dú)舛a(chǎn)生氧氣的氧濃縮單元、用于將壓縮空氣供應(yīng)至氧濃縮單元的壓縮機(jī)和用于容納氧濃縮單元和壓縮機(jī)以便隔離噪聲的罩殼。日本的待審專(zhuān)利公開(kāi)(Kokai)No.62-140619和No.63-218502披露了這種設(shè)備的實(shí)例。

發(fā)明內(nèi)容
近來(lái)，一些氧濃縮設(shè)備進(jìn)一步包括設(shè)置在罩殼中用于容納壓縮機(jī)從而使設(shè)備的噪聲排放最小化的壓縮機(jī)殼體。然而，壓縮機(jī)殼體防礙了設(shè)置在其中的壓縮機(jī)受到冷卻。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種得到改進(jìn)從而對(duì)設(shè)置在所述壓縮機(jī)殼體中的所述壓縮機(jī)進(jìn)行有效冷卻的氧濃縮設(shè)備，同時(shí)使所述設(shè)備的增重最小化。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種氧濃縮設(shè)備，所述氧濃縮設(shè)備包括氧濃縮單元，所述氧濃縮單元包括填充有選擇性地吸附氮?dú)舛嘤谘鯕獾奈絼┎牧系奈剿?；用于將壓縮空氣供應(yīng)至所述氧濃縮單元的壓縮機(jī)；用于容納所述壓縮機(jī)的壓縮機(jī)殼體，所述壓縮機(jī)殼體包括用于將空氣引入所述壓縮機(jī)殼體內(nèi)的多個(gè)空氣入口和用于從所述壓縮機(jī)殼體中排出空氣的空氣出口孔；安裝在所述壓縮機(jī)殼體上的所述空氣出口孔處以從所述壓縮機(jī)殼體中吸出空氣的冷卻風(fēng)機(jī)；以及所述空氣入口被設(shè)置在鄰近所述壓縮機(jī)的側(cè)壁的位置處以垂直于所述壓縮機(jī)的所述側(cè)壁引導(dǎo)由所述冷卻風(fēng)機(jī)引起的空氣流。選擇所述冷卻風(fēng)機(jī)的容量和所述空氣入口的直徑以確保通過(guò)所述空氣入口的所述空氣流的速度等于或低于15m/sec。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氧濃縮設(shè)備的圖解剖視圖；圖2是在圖1所示的氧濃縮設(shè)備中使用的壓縮機(jī)的圖解剖視圖；圖3是用以確定本發(fā)明的效果的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的框圖；圖4是示出使用圖3所示設(shè)備所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖；圖5是示出使用圖3所示設(shè)備所獲得的其它實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖；圖6是示出使用圖3所示設(shè)備所獲得的其它實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖；和圖7是示出使用圖3所示設(shè)備所獲得的其它實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1和圖2，下面將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的氧濃縮設(shè)備10包括氧濃縮單元12、用于將壓縮空氣供應(yīng)至氧濃縮單元12的壓縮機(jī)單元14、用于包含來(lái)自氧濃縮單元12的氧濃縮氣體的儲(chǔ)罐16、作為氧濃縮單元12和壓縮機(jī)單元14的電功率源18的電池、用于控制氧濃縮單元12和壓縮機(jī)單元14的電路板20和22以及容納所有上述元件12-22的罩殼24。氧濃縮設(shè)備10進(jìn)一步包括用于流體連接氧濃縮單元12、壓縮機(jī)單元14和儲(chǔ)罐16的多條導(dǎo)管或管道(未示出)。罩殼24包括空氣入口孔24a和氣體出口孔24b，空氣通過(guò)所述空氣入口孔被引入罩殼24內(nèi)，由氧濃縮單元12從空氣中分離出來(lái)的氮?dú)馔ㄟ^(guò)所述氣體出口孔被排出。
氧濃縮單元12優(yōu)選可包括變壓型氣體分離器。在該具體實(shí)施例中，氧濃縮單元12包括填充有吸附劑如沸石的多個(gè)吸附塔12a，所述吸附劑選擇性地吸附氮?dú)舛嘤谘鯕?。氧濃縮單元12進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)12b和12c，所述轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)用于對(duì)由壓縮機(jī)單元14供應(yīng)空氣的吸附塔和從其中釋放出吸收的氮的吸附塔順序地進(jìn)行選擇性轉(zhuǎn)換，以使吸附劑再生從而使得相應(yīng)的吸附塔根據(jù)吸收-再生循環(huán)反復(fù)地吸收氮?dú)馇裔尫懦鑫盏牡獨(dú)狻?br> 參見(jiàn)圖2，壓縮機(jī)單元14包括壓縮機(jī)26、由適當(dāng)材料例如合成樹(shù)脂如NBR(丁腈橡膠)制成的用以容納壓縮機(jī)26并提供噪聲隔離的壓縮機(jī)殼體28和冷卻風(fēng)機(jī)30。殼體28具有線性附接到其內(nèi)表面上作為噪聲隔離材料的發(fā)泡聚氨酯。壓縮機(jī)26可包括任何類(lèi)型的壓縮機(jī)，如往復(fù)式壓縮機(jī)和旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)。在圖2所示的實(shí)施例中，壓縮機(jī)26是往復(fù)式壓縮機(jī)且例如是可從Rietschle Thomas，7222-T Parkway Dr.，Hanover，MD購(gòu)買(mǎi)到的Horizon Model 2250壓力/真空泵。壓縮機(jī)具有活塞(未示出)被可滑動(dòng)地設(shè)置在其內(nèi)的缸26a、附接到缸26a端部上的缸蓋26b和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)26c。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)26c的輸出軸被連接到曲柄軸(未示出)上，活塞通過(guò)連桿被連接到所述曲柄軸上以使得驅(qū)動(dòng)馬達(dá)26c的轉(zhuǎn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換成活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
壓縮機(jī)殼體28優(yōu)選具有與壓縮機(jī)26的外部構(gòu)型相似的構(gòu)型從而有效地使空氣沿壓縮機(jī)26的表面運(yùn)動(dòng)。壓縮機(jī)殼體28包括多個(gè)空氣入口28a、空氣出口孔28b和面對(duì)26a的圓柱形側(cè)壁且限定出入口28a的至少一些側(cè)壁。冷卻風(fēng)機(jī)30被安裝在壓縮機(jī)殼體28上的空氣出口孔28b處。在該具體實(shí)施例中，殼體28包括二十八(28)個(gè)具有6mm直徑的空氣入口28a?？諝馊肟?8a被設(shè)置在缸26a周?chē)砸龑?dǎo)由冷卻風(fēng)機(jī)30引起的空氣流垂直于鄰近缸端部的缸26a的外表面地通過(guò)空氣入口28a，在所述外表面處，通過(guò)空氣的壓縮以及活塞與缸26a的內(nèi)表面之間的摩擦使缸26a中的空氣溫度增加。該構(gòu)型允許空氣流撞擊在缸26a的外表面上且增強(qiáng)了空氣流的冷卻效應(yīng)。通過(guò)空氣入口28a被引入壓縮機(jī)殼體28a的空氣通過(guò)空氣出口孔28b被排入罩殼24內(nèi)。
參見(jiàn)圖3-圖7，下面將對(duì)本發(fā)明的效果進(jìn)行描述。
圖4-圖7是示出使用圖3所示的設(shè)備所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。在圖3中，實(shí)驗(yàn)設(shè)備100具有模擬壓縮機(jī)單元110和通過(guò)導(dǎo)管122被流體連接至模擬壓縮機(jī)單元110的真空泵120。模擬壓縮機(jī)單元110包括加熱器單元112，所述加熱器單元具有圓柱形外部構(gòu)型和75W的熱輸出以證實(shí)壓縮機(jī)26中的生熱、用于容納加熱器單元112的中空?qǐng)A柱形殼體和用于檢測(cè)殼體中壓力的壓力計(jì)118。用于垂直于加熱器單元112的外表面引導(dǎo)冷卻空氣的多個(gè)空氣噴嘴116，具體而言為二十八(28)個(gè)噴嘴116被設(shè)置在殼體114的側(cè)壁中。
在模擬加熱器單元110與真空泵120之間的導(dǎo)管112中，設(shè)置用于控制和測(cè)量通過(guò)導(dǎo)管122的空氣流量的閥124和流量計(jì)126。實(shí)驗(yàn)設(shè)備100進(jìn)一步包括用于檢測(cè)加熱器112的外表面與室溫之間的溫差的溫度傳感器(未示出)。當(dāng)真空泵120抽吸殼體114中的空氣時(shí)，通過(guò)噴嘴116的空氣流垂直撞擊在加熱器單元112的外表面上以冷卻所述加熱器單元。
圖4示出了相對(duì)于空氣流量變化的加熱器單元112的外表面溫度變化和通過(guò)噴嘴116的壓力損失。在這方面，請(qǐng)注意加熱器單元112的外表面溫度由加熱器單元112的外表面溫度與室溫之間的溫差ΔT表示。如圖4所示，空氣流量越大，加熱器單元112受到越多冷卻，且通過(guò)噴嘴116的壓力損失越大。
圖5示出了相對(duì)于噴嘴116的直徑的加熱器單元112的外表面溫度變化和通過(guò)噴嘴116的壓力損失。與圖5所示曲線圖相關(guān)的詳細(xì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表1中所示。
表1

其中Dn噴嘴的直徑F通過(guò)噴嘴的空氣流量Tr室溫Ts加熱器單元112的外表面溫度ΔTTs-TrΔP通過(guò)噴嘴的壓力損失V通過(guò)噴嘴的空氣流速Re雷諾數(shù)。
如圖5和表1所示，當(dāng)空氣的流速大于15m/sec時(shí)，通過(guò)噴嘴116的壓力損失迅速且極度增加。因此，根據(jù)本發(fā)明，選擇空氣入口28a的直徑和通過(guò)其中的冷卻空氣的流量以使得通過(guò)空氣入口28a的空氣流的流速低于15m/sec。如果空氣入口28a包括不同尺寸的孔口，那么通過(guò)每個(gè)孔口的平均尺寸對(duì)直徑進(jìn)行估計(jì)。
壓縮機(jī)26受到冷卻風(fēng)機(jī)30所引起空氣的冷卻。選擇冷卻空氣流量以使得壓縮機(jī)26的缸26a的外表面的溫度Ts與室溫Tr之間的溫差ΔT保持低于30℃。如本領(lǐng)域已公知地，壓縮機(jī)功率越高，所需要的冷卻空氣流量越大。
如圖6所示，壓縮機(jī)功率變化與保持溫差ΔT低于預(yù)定值所需要的冷卻空氣流量變化之間存在線性關(guān)系。圖6示出了兩種具體情況，一種是溫差ΔT低于30℃的情況，由線和正方形標(biāo)記所示，且另一種為溫差ΔT低于20℃的情況，由線和三角形標(biāo)記所示。
如圖7所示，壓縮機(jī)功率變化與保持溫差ΔT低于預(yù)定值所需要的通過(guò)噴嘴116的冷卻空氣流速變化之間存在線性關(guān)系。圖7示出了兩種具體情況，一種是溫差ΔT低于30℃的情況，由線和正方形標(biāo)記所示，且另一種為溫差ΔT低于20℃的情況，由線和三角形標(biāo)記所示。
參見(jiàn)圖7，在15m/sec流速下的冷卻空氣對(duì)于280W的壓縮機(jī)而言保持溫差ΔT為30℃，且對(duì)于140W的壓縮機(jī)而言保持溫差ΔT為20℃，且因此可充分冷卻通常用于氧濃縮設(shè)備的壓縮機(jī)。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供了相對(duì)于壓縮機(jī)功率的冷卻空氣流速為0.05m/sec W(ΔT＝30℃)和0.1m/sec W(ΔT＝20℃)的參數(shù)。
如上所述，當(dāng)通過(guò)噴嘴116的空氣流的速度高于15m/sec時(shí)，壓力損失變得過(guò)高。另一方面。壓縮機(jī)的充分冷卻允許其長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行工作。進(jìn)一步地，為了提供大量冷卻空氣，需要大型冷卻風(fēng)機(jī)，這將導(dǎo)致設(shè)備的體積、重量、噪聲和功率消耗增加。因此，為了滿足這些條件，根據(jù)本發(fā)明，相對(duì)于壓縮機(jī)功率的冷卻空氣速度被選擇為0.05m/sec W或大于0.05m/sec W，優(yōu)選在0.05m/sec W-0.1m/sec W的范圍內(nèi)。當(dāng)使用100W的壓縮機(jī)時(shí)，選擇空氣入口28的直徑以使得通過(guò)空氣入口28的冷卻空氣速度落入5-15m/sec的范圍內(nèi)且優(yōu)選落入5-10m/sec的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氧濃縮設(shè)備，所述氧濃縮設(shè)備包括氧濃縮單元，所述氧濃縮單元包括填充有選擇性地吸附氮?dú)舛嘤谘鯕獾奈絼┎牧系奈剿?；用于將壓縮空氣供應(yīng)至所述氧濃縮單元的壓縮機(jī)；用于容納所述壓縮機(jī)的壓縮機(jī)殼體，所述壓縮機(jī)殼體包括用于將空氣引入所述壓縮機(jī)殼體內(nèi)的多個(gè)空氣入口和用于從所述壓縮機(jī)殼體中排出空氣的空氣出口孔；安裝在所述壓縮機(jī)殼體上的所述空氣出口孔處以從所述壓縮機(jī)殼體中吸出空氣的冷卻風(fēng)機(jī)；且所述空氣入口被設(shè)置在鄰近所述壓縮機(jī)的側(cè)壁的位置處以垂直于所述壓縮機(jī)的所述側(cè)壁引導(dǎo)由所述冷卻風(fēng)機(jī)引起的空氣流；其特征在于，選擇所述冷卻風(fēng)機(jī)的容量和所述空氣入口的直徑以確保通過(guò)所述空氣入口的所述空氣流的速度等于或低于15m/sec。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧濃縮設(shè)備，其中選擇所述冷卻風(fēng)機(jī)的容量和所述空氣入口的直徑以確保相對(duì)于所述壓縮機(jī)的電功率消耗的通過(guò)所述空氣入口的所述空氣流的速度等于或高于0.05m/sec W。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧濃縮設(shè)備，其中選擇所述冷卻風(fēng)機(jī)的容量和所述空氣入口的直徑以確保相對(duì)于所述壓縮機(jī)的電功率消耗的通過(guò)所述空氣入口的所述空氣流的速度等于或低于0.1m/sec W。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的氧濃縮設(shè)備，其中選擇所述冷卻風(fēng)機(jī)的容量以確保所述壓縮機(jī)殼體的空氣外部與所述壓縮機(jī)的外表面之間的溫差等于或低于30℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧濃縮設(shè)備，其中所述壓縮機(jī)包括活塞被可滑動(dòng)地設(shè)置在其內(nèi)的缸、曲柄軸、用于將所述活塞連接到所述曲柄軸上的連桿、附接到所述缸端部上的缸蓋和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的輸出軸被連接到所述曲柄軸上以使得所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的所述輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換成所述活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；并且所述空氣入口被設(shè)置在所述缸周?chē)砸龑?dǎo)由所述冷卻風(fēng)機(jī)引起的空氣垂直于鄰近所述缸端部的所述缸的外表面地通過(guò)所述空氣入口，在所述外表面處，通過(guò)空氣壓縮使所述缸中的空氣溫度增加。
全文摘要
一種氧濃縮設(shè)備(10)具有氧濃縮單元(12)、用于將壓縮空氣供應(yīng)至所述氧濃縮單元(12)的壓縮機(jī)(26)和用于容納所述壓縮機(jī)(26)的壓縮機(jī)殼體(28)。所述壓縮機(jī)殼體(28)包括用于將空氣引入所述壓縮機(jī)殼體(28)內(nèi)的多個(gè)空氣入口(28a)和用于從所述壓縮機(jī)殼體(28)中排出空氣的空氣出口孔(28b)。冷卻風(fēng)機(jī)(30)被安裝在所述壓縮機(jī)殼體(28)上的所述空氣出口孔(28b)處以從所述壓縮機(jī)殼體(28)中吸出空氣。所述空氣入口(28a)被設(shè)置在鄰近所述壓縮機(jī)(26)的側(cè)壁的位置處以垂直于所述壓縮機(jī)(26)的所述側(cè)壁引導(dǎo)由所述冷卻風(fēng)機(jī)引起的空氣流。選擇所述冷卻風(fēng)機(jī)(30)的容量和所述空氣入口(28a)的直徑以確保通過(guò)所述空氣入口(28a)的所述空氣流的速度等于或低于15m/sec。
文檔編號(hào)A61M16/10GK1910112SQ20058000248
公開(kāi)日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月16日
發(fā)明者峠真一, 木村善信, 豬本聰 申請(qǐng)人:帝人制藥株式會(huì)社