本發(fā)明涉及螺桿驅動活塞分子篩高效制氧方法，適用于制氧量比較小的場合，屬于制氧技術領域。

背景技術：

現(xiàn)代常用的制氧方法包括：深冷法、分子篩變壓吸附法、膜法和魏伯卿的磁分離法，這里最節(jié)能的制氧方法是魏伯卿的磁分離法，但磁分離法還無法做到工業(yè)化，而深冷法和分子篩變壓吸附法無法做到小型化和低能耗化，膜法制氧能做到小型化，但成本和能耗還是降不下來；魏伯卿的發(fā)明專利《螺桿驅動活塞分子篩變壓吸附制氧方法》就是爭對以上缺陷研發(fā)的小型化、低能耗、低噪聲、不需要循環(huán)水的辦公和家庭用制氧方法及其裝置，其對減少霧霾對人體的傷害和增強人體抵抗力有極大的好處，從而填補國內(nèi)外能小型化、低成本、低能耗制氧裝置的空白，本專利是爭對魏伯卿的發(fā)明專利《螺桿驅動活塞分子篩制氧系統(tǒng)》進行的提效改進。

技術實現(xiàn)要素：

分子篩變壓吸附制氧的原理：分子篩在空氣加壓到壓力為p1時，流進分子篩的空氣，在p1壓力下氮氣被分子篩吸附，氧氣則不被吸附而流過分子篩并被收集成富氧氣體，然后被吸附了氮氣的分子篩在負壓p2下解吸，并用少許富氧氣體反沖洗以活化分子篩，從而恢復分子篩的吸氮能力。

本發(fā)明技術要點：

（1）利用電機帶動螺桿并驅動活塞在活塞缸內(nèi)壓縮氣體形成的壓力來代替現(xiàn)有變壓吸附制氧工藝中的空壓機給氣體加壓，電機功率小、能耗低。

（2）利用控制系統(tǒng)控制電機正向旋轉，使活塞在活塞缸內(nèi)向靠近活塞缸底部移動，以壓縮活塞缸內(nèi)空氣，當活塞缸內(nèi)的空氣達到一定壓力p1后，控制系統(tǒng)控制自動打開排氧閥的開度為k1，從而使活塞缸內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)制氧分子篩吸附氮氣后，從排氧閥中流出，而且利用控制系統(tǒng)控制電機轉速一直穩(wěn)定活塞缸內(nèi)壓縮空氣的壓力為p1，直到活塞缸內(nèi)壓縮空氣全部經(jīng)制氧分子篩吸附氮氣后從排氧閥中排出。

（3）制氧分子篩吸附氮氣后，利用控制系統(tǒng)控制電機反轉，使活塞在活塞缸內(nèi)向遠離活塞缸底部移動，以使活塞缸內(nèi)的氣體形成負壓，當活塞缸內(nèi)氣體負壓達到p2時，吸附氮氣的制氧分子篩中的氮氣在負壓p2下被解吸，此時，控制系統(tǒng)控制自動打開排氧閥的開度為k2，使富氧氣儲罐的富氧氣體部分返回到制氧分子篩中活化制氧分子篩。

本發(fā)明的目的是提供一種利用螺桿旋轉驅動活塞在活塞缸內(nèi)移動從而給活塞缸內(nèi)的氣體加壓和減壓以達到節(jié)能目的的螺桿驅動活塞分子篩制氧方法。

螺桿驅動活塞分子篩制氧方法，其特征在于：

1、利用螺桿旋轉產(chǎn)生推擠或抽拉活塞在活塞缸內(nèi)往復運動，使活塞給活塞缸加壓或減壓實現(xiàn)制氧的目的，將分子篩和過濾層料倉安裝在活塞缸的底部位置，螺桿旋轉產(chǎn)生推擠或抽拉活塞在活塞缸內(nèi)往復運動，產(chǎn)生氣體的壓縮或抽真空直接連接到分子篩區(qū)域，從而實現(xiàn)直接給分子篩的加壓和減壓，具體過程為：利用活塞在活塞缸內(nèi)向遠離活塞缸底部移動以吸入空氣，完成吸氣過程（a），然后利用活塞在活塞缸內(nèi)向靠近活塞缸底部移動以壓縮空氣使分子篩在壓力p1下吸附氮氣而排出氧氣達到分離制取氧氣的目的，完成制氧過程（b），再后就是再利用活塞在活塞缸內(nèi)向遠離活塞缸底部移動以使活塞缸內(nèi)和分子篩區(qū)域形成負壓p2，從而使分子篩吸附的氮氣在負壓p2條件下解吸，完成解吸過程（c），最后就是再利用活塞在活塞缸內(nèi)向靠近活塞缸底部移動以推擠解吸到活塞缸內(nèi)的氮氣排出活塞缸外，完成排氮過程（d）；在制氧過程（b）中，當活塞在活塞缸內(nèi)壓縮空氣壓力達到p1時，控制系統(tǒng)可延時t1秒時間后再打開排氧閥至開度為k1，這樣可以讓活塞缸內(nèi)的空氣壓力稍大于p1，從而增加分子篩的氮氣吸附量，并排放出濃度更高濃度的富氧氣體，0<t1≤5；在解吸過程（c）中，當活塞在活塞缸內(nèi)向遠離活塞缸底部移動使活塞缸氣體壓力下降至p2時，活塞可停留t2秒時間不向遠離活塞缸底部方向移動，然后活塞再向遠離活塞缸底部方向移動并打開排氧閥至開度k2，使分子篩吸附的氮氣有更多的時間解吸更完全，在解吸過程（c）中，排氧閥可以在活塞缸氣體壓力下降到p2或小于p2時打開至開度k2，0<t2≤3；另外，活塞也可在活塞缸內(nèi)向遠離活塞缸底部移動到活塞距離活塞缸底部最大距離時，停留t2秒時間，使分子篩將吸附的氮氣完全解吸，以提高分子篩的吸附氮氣的效率。

2、對于料倉內(nèi)徑與活塞缸內(nèi)徑一樣大的直桶型料倉，在活塞缸底端與過濾層之間安裝一層導流桶，導流桶為多個中心軸相重疊的圓形桶或圓錐桶組成，距離圓心為半徑的二分之一到圓心之間的導流桶為圓形桶，圓形桶壁與料倉的中心軸線平行，距離圓心為半徑的二分之一到料倉內(nèi)壁之間的導流桶為圓錐桶，圓錐桶壁與料倉的中心軸線成一個α角，?0<α≤18?，而且從圓心方向到料倉內(nèi)壁，α角逐漸增大，使經(jīng)導流桶進入到過濾層和分子篩的壓縮空氣能均勻地分布到整個料倉橫截面的物料上，從而改變了料倉中心軸線上的空氣流速和流量永遠大于料倉內(nèi)壁區(qū)的空氣流速和流量的不均衡狀態(tài)，進而提高所有過濾層和分子篩的吸附效率而實現(xiàn)高效制氧；對于料倉內(nèi)徑比活塞缸內(nèi)徑大的變徑型料倉，在活塞缸底端與過濾層之間安裝一層導流桶，導流桶為多個中心軸相重疊的圓形桶或圓錐桶組成，距離圓心為半徑的五分之二到圓心之間的導流桶為圓形桶，圓形桶壁與料倉的中心軸線平行，距離圓心為半徑的五分之二到料倉內(nèi)壁之間的導流桶為圓錐桶，圓錐桶壁與料倉的中心軸線成一個α角，?0<α≤30?，而且從圓心方向到料倉內(nèi)壁，α角逐漸增大，使經(jīng)導流桶進入到過濾層和分子篩的壓縮空氣能均勻地分布到整個料倉橫截面的物料上，從而改變了料倉中心軸線上的空氣流速和流量永遠大于料倉內(nèi)壁區(qū)的空氣流速和流量的不均衡狀態(tài)，進而提高所有過濾層和分子篩的吸附效率而實現(xiàn)高效制氧。

3、在活塞缸底部和填裝分子篩與過濾層的料倉之間的接合區(qū)，安裝有空氣進氣口和氮氣排放口，使空氣進氣和氮氣排放不通過料倉的分子篩與過濾層，速度快、阻力小，而且還不讓快速流動的氣流磨損分子篩和過濾層料，以延長分子篩和過濾層料的使用壽命。

4、用plc或cpu或控制器控制電機的旋轉速度，并配合活塞缸內(nèi)氣體的壓力，以控制螺桿在吸氣、制氧、解吸、排氮四個過程中各個階段的不同旋轉速度，驅動活塞以不同的速度往復運動，從而實現(xiàn)分子篩吸附氮氣和解吸氮氣的特殊要求，最終實現(xiàn)高效制取氧氣的目的。

5、螺桿驅動活塞分子篩制氧方法還提供了相應的裝置，裝置包括活塞缸、活塞、螺桿、滑桿、電機和料倉；其特征在于：活塞缸的下部為料倉，活塞缸的上端有一個十字架為螺孔固定架，螺孔固定架的四端頭固定安裝在活塞缸的上端面，螺孔固定架的中心有一個螺孔，螺孔有內(nèi)螺紋，螺孔的中軸線與活塞缸中軸線重疊，螺孔固定架的平面與活塞缸中軸線垂直，活塞缸的上端還固定安裝有四根滑桿，滑桿的頂端有頂帽，四根滑桿與螺孔固定架的平面垂直，四根滑桿之間套有一個電機固定架，使電機固定架可以順滑桿上下移動，電機固定架的正中央固定安裝有一個電機，電機轉軸的中軸線與活塞缸中軸線重疊；活塞缸內(nèi)套裝有一個活塞，活塞與活塞缸相匹配，活塞的上端有一個上端頭，上端頭上端與螺桿由活節(jié)連接，活節(jié)由螺桿的球頭和上端頭的球窩組成，使球頭在球窩內(nèi)自由旋轉而使球頭不能從球窩中抽出，球窩為兩個半球窩扣合安裝結構；螺桿的上端與電機軸同軸心固定相連，螺桿的外周制作有螺紋，螺桿的外螺紋與螺孔的內(nèi)螺紋相匹配，螺桿擰套在螺孔上，當電機正向旋轉時，帶動螺桿正向旋轉并帶動活塞向上移動使活塞缸內(nèi)氣體成負壓，當電機反向旋轉時，帶動螺桿反向旋轉并帶動活塞向下移動使活塞缸內(nèi)氣體成正壓。

6、活塞缸的底部為料倉，在活塞缸的底部四周對稱制作有多個輸入空氣的進氣支管，進氣支管穿過料倉外壁與料倉外面的進氣環(huán)管相連接，進氣環(huán)管環(huán)繞料倉安裝，進氣環(huán)管與進氣總管相連，在進氣總管上安裝有一個進氣閥，進氣閥為電磁閥或電動閥，當進氣閥打開時，空氣在外動力作用下可以通過進氣支管直接進入到料倉的頂部區(qū)域，在進氣環(huán)管上還安裝有一個排氮閥，排氮閥為電磁閥或電動調(diào)節(jié)閥，排氮閥打開時，分子篩吸附的氮氣可以通過活塞壓力經(jīng)進氣支管和進氣支管進入排氮閥排放。

7、料倉的底部為漏斗形，料倉底部的正中央為漏斗的漏口，漏口與料倉之間有篩網(wǎng)相隔，以防料倉內(nèi)的分子篩下落，在漏口安裝有一根料倉排氣管，料倉排氣管下端安裝有一個排氧閥，排氧閥為電動調(diào)節(jié)閥。

8、料倉的頂部安裝有一個壓力傳感器，壓力傳感器有信號線與控制系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)為plc或cpu或控制器，電機也有電源線和控制線與控制系統(tǒng)連接，。

9、料倉的上部裝有過濾層，過濾層為活性氧化鋁或其他能吸附空氣中水分子和二氧化碳分子的過濾層，料倉的中下部裝有分子篩，分子篩為變壓吸附專用制氧分子篩，過濾層有一層篩網(wǎng)覆蓋，以保護過濾層的物料不移動。

10、當活塞在活塞缸的最下端時，啟動制氧系統(tǒng)，（a）控制系統(tǒng)同時給電機正向通電和進氣閥通電，進氣閥通電打開進氣閥通路，此時排氮閥未通電處于關閉狀態(tài)，電機正向通電使電機正向旋轉帶動螺桿正向旋轉并帶動活塞向上移動，從而使活塞缸內(nèi)成負壓，這個負壓動力將空氣從進氣總管經(jīng)進氣環(huán)管和進氣支管進入到活塞缸內(nèi)，在活塞向上移動到活塞底部距離活塞缸底部即過濾層頂部的篩網(wǎng)高度為h時，控制系統(tǒng)停止給電機正向通電，電機停止正向旋轉，同時，控制系統(tǒng)切斷進氣閥電源使進氣閥關閉通路，此為吸氣過程；（b）此時控制系統(tǒng)給電機反向通電使電機反向旋轉，帶動活塞向下移動，隨著活塞的向下移動，活塞缸內(nèi)的空氣壓力p不斷增大，當活塞缸內(nèi)空氣的壓力增大到p1時，壓力傳感器反饋給控制系統(tǒng)電信號，使控制系統(tǒng)給排氧閥供電或延時t1秒時間供電，并使排氧閥的開度為k1，從而使排氧閥連續(xù)排出流量為v1的富氧氣體，與此同時，控制系統(tǒng)給信號控制電機的反向旋轉速度，以保持活塞缸內(nèi)空氣壓力為p1，直到活塞向下移動到活塞缸底部，從而保證分子篩對空氣中氮氣的吸附作用及吸附效率，此為制氧過程；（c）當活塞向下移動到活塞缸底部時，控制系統(tǒng)停止給電機反向供電，而改為給電機正向通電使活塞向上移動，與此同時，控制系統(tǒng)給關閉排氧閥，使活塞缸內(nèi)空氣成負壓，隨著活塞向上繼續(xù)移動，活塞缸內(nèi)氣體壓力不斷下降，當活塞缸內(nèi)氣體壓力降低到p2時，活塞停留t2秒時間不向上移動，然后控制系統(tǒng)再給電機電信號使活塞繼續(xù)向上移動，同時控制系統(tǒng)給排氧閥電信號使排氧閥打開的開度為k2，從而使富氧氣儲罐內(nèi)的富氧氣體經(jīng)排氧閥連續(xù)以流量為v2的流速流入到分子篩和活塞缸內(nèi)，以保證分子篩吸附的氮氣被解吸并沖洗分子篩激活分子篩的活性，k2遠小于k1，即v2遠小于v1，與此同時，控制系統(tǒng)給信號控制電機的正向旋轉速度，以保持分子篩和活塞缸內(nèi)氣體壓力為p2，當活塞向上移動到活塞底部距離活塞缸底部即過濾層頂部的篩網(wǎng)高度為h時，控制系統(tǒng)停止給電機正向通電，電機停止正向旋轉，此為解吸過程，解吸過程可以加長以使分子篩解吸完全；（d）此時，控制系統(tǒng)立即給電機反向通電使活塞向下移動，與此同時，控制系統(tǒng)給排氮閥通電打開排氮閥通路，使活塞向下移動推擠活塞缸內(nèi)和分子篩區(qū)域的富氮氣體被排出，并恢復分子篩的活性，此為排氮過程；以上（a）吸氣過程、（b）制氧過程、（c）解吸過程、（d）排氮過程為一個制氧排氮過程，然后控制系統(tǒng)重復上述四個的控制過程，使分子篩不斷地制取富氧氣體。

11、制取富氧氣體的濃度可調(diào)，制取富氧氣體的濃度由壓力p1和開度k1決定，壓力p1越大、開度k1越小，富氧氣體濃度越大，富氧氣體的濃度最高可達到99%；反之，壓力p1越?。ǖ荒苄∮谥蒲醴肿雍Y吸附氮氣的最小壓力）、開度k1越大，富氧氣體濃度越小。

12、在螺桿的頂端加裝一個減速齒輪，在電機軸上加裝一個電機齒輪，這樣通過較大的減速齒輪比較小的電機齒輪的嚙合旋轉傳輸動力，使螺桿獲得的旋轉速度比電機輸出的旋轉速度小，從而增大螺桿旋轉推動活塞的推力，同時還可以增加電機控制活塞缸內(nèi)氣體壓力的精度。

13、增加活塞缸內(nèi)徑與活塞缸高度比值，可以減小本發(fā)明裝置的總高度。

14、本發(fā)明裝置單套裝置制氧為間隔性排氧，如果配備兩套本發(fā)明裝置，則能形成連續(xù)制氧排氧。

15、將電機臥倒橫放，并將電機齒輪和減速齒輪均改成45?角的錐齒輪，電機齒輪的錐齒面斜面朝內(nèi)，減速齒輪的錐齒面斜面朝外，則不僅可以降低本裝置的總高度，而且還可以將橫放電機安裝在減速齒輪中心正上方，使橫放電機的重心正對著螺桿，從而保證活塞在活塞缸內(nèi)受力不偏斜而穩(wěn)定運行。

16、電機為變頻電機或其他可調(diào)控電機。

17、本發(fā)明裝置也可用于分子篩變壓吸附制取其他氣體。

18、本裝置可以將活塞缸與料倉做成分體式，以減小裝置總高度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

1、目前市場上還沒有發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明相似或類似的產(chǎn)品，也沒有查到相關文獻或專利資料；

2、本發(fā)明裝置體積小巧、結構簡單、使用靈活、穩(wěn)定可靠、制氧效率高，可廣泛用于辦公、居家等之用；

3、本發(fā)明裝置不使用空壓機，而用小功率電機驅動螺桿，能耗小，噪音低。

4、利用料倉上端的導流桶，使進入到料倉的空氣能均勻地流過分子篩區(qū)，從而提高分子篩的效能。

5、利用活塞在活塞缸延時移動，可提高分子篩吸附氮氣或解吸氮氣的效率，從而提高分子篩的使用效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的剖面結構示意圖；

圖2是圖1所示實施例中a—a剖面示意圖；

圖3是圖1所示實施例中b—b剖面示意圖；

圖4是圖1所示實施例中c—c剖面示意圖；

圖5是圖1所示實施例中d—d剖面示意圖；

圖6是圖1所示實施例中e放大示意圖；

圖7是圖1所示實施例中電機橫臥減速示意圖；

圖8是圖1所示實施例中直桶料倉導流桶示意圖；

圖9是圖1所示實施例中變徑料倉導流桶示意圖。

圖1-9中：1、排氮閥，2、料倉，3、料倉排氣管，4、進氣環(huán)管，5、進氣支管，6、分子篩，7、過濾層，8、活塞，9、活塞缸，10、進氣閥，11、活節(jié)，12、螺桿，13、螺孔，14、螺孔固定架，15、電機固定架，16、電機，17、滑桿，18、頂帽，19、電機軸，20、進氣總管，21、壓力傳感器，22、信號線，23、排氧閥，24、減速齒輪，25、電機齒輪，26、富氧氣儲罐，27、導流桶，28、料倉變徑區(qū)。

具體實施方式

在圖1—9所示的實施例中：螺桿驅動活塞分子篩高效制氧方法，當活塞8在活塞缸9的最下端時，啟動制氧系統(tǒng)，（a）控制系統(tǒng)同時給電機16正向通電和進氣閥10通電，進氣閥10通電打開進氣閥通路，此時排氮閥1未通電處于關閉狀態(tài)，電機16正向通電使電機16正向旋轉帶動螺桿12正向旋轉并帶動活塞8向上移動，從而使活塞缸9內(nèi)成負壓，這個負壓動力將空氣從進氣總管20經(jīng)進氣環(huán)管4和進氣支管5進入到活塞缸9內(nèi)，在活塞8向上移動到活塞8底部距離活塞缸9底部即過濾層7頂部的篩網(wǎng)高度為h時，控制系統(tǒng)停止給電機16正向通電，電機16停止正向旋轉，同時，控制系統(tǒng)切斷進氣閥10電源使進氣閥10關閉通路，此為吸氣過程；（b）此時控制系統(tǒng)給電機16反向通電使電機16反向旋轉，帶動活塞8向下移動，隨著活塞8的向下移動，活塞缸9內(nèi)的空氣壓力p不斷增大，當活塞缸9內(nèi)空氣的壓力增大到p1時，壓力傳感器21反饋給控制系統(tǒng)電信號，使控制系統(tǒng)給排氧閥23供電或延時t1秒時間供電，并使排氧閥23的開度為k1，從而使排氧閥23連續(xù)排出流量為v1的富氧氣體，與此同時，控制系統(tǒng)給信號控制電機16的反向旋轉速度，以保持活塞缸9內(nèi)空氣壓力為p1，直到活塞8向下移動到活塞缸9底部，從而保證分子篩6對空氣中氮氣的吸附作用及吸附效率，此為制氧過程；（c）當活塞8向下移動到活塞缸9底部時，控制系統(tǒng)停止給電機16反向供電，而改為給電機16正向通電使活塞8向上移動，與此同時，控制系統(tǒng)給關閉排氧閥23，使活塞缸9內(nèi)空氣成負壓，隨著活塞8向上繼續(xù)移動，活塞缸9內(nèi)氣體壓力不斷下降，當活塞缸9內(nèi)氣體壓力降低到p2時，活塞8停留t2秒時間不向上移動，然后控制系統(tǒng)再給電機16電信號使活塞8繼續(xù)向上移動，同時控制系統(tǒng)給排氧閥23電信號使排氧閥23打開的開度為k2，從而使富氧氣儲罐26內(nèi)的富氧氣體經(jīng)排氧閥23連續(xù)以流量為v2的流速流入到分子篩6和活塞缸9內(nèi)，以保證分子篩吸附的氮氣被解吸并沖洗分子篩6激活分子篩的活性，k2遠小于k1，即v2遠小于v1，與此同時，控制系統(tǒng)給信號控制電機16的正向旋轉速度，以保持分子篩6和活塞缸9內(nèi)氣體壓力為p2，當活塞8向上移動到活塞8底部距離活塞缸9底部即過濾層7頂部的篩網(wǎng)高度為h時，控制系統(tǒng)停止給電機16正向通電，電機16停止正向旋轉，此為解吸過程；（d）此時，控制系統(tǒng)立即給電機16反向通電使活塞8向下移動，與此同時，控制系統(tǒng)給排氮閥1通電打開排氮閥通路，使活塞8向下移動推擠活塞缸9內(nèi)和分子篩6區(qū)域的富氮氣體被排出，并恢復分子篩6的活性，此為排氮過程；以上（a）吸氣過程、（b）制氧過程、（c）解吸過程、（d）排氮過程為一個制氧排氮過程，然后控制系統(tǒng)重復上述四個的控制過程，使分子篩6不斷地制取富氧氣體。