КОНЦЕНТРАТОР КИСЛОРОДА

КОНЦЕНТРАТОР КИСЛОРОДА


RU (11) 2117522 (13) C1

(51) 6 B01D53/04, G05D27/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 15.01.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 96124260/25 
(22) Дата подачи заявки: 1996.12.26 
(45) Опубликовано: 1998.08.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2060796 С1, 27.05.96. SU 597400 А, 1978. GB 2227685 А, 1990. FP 2653355 А1, 1991. GB 2091121 А, 28.07.82. DE 3936781 А1, 1991. DE 4033140 А1, 1991. 
(71) Заявитель(и): Товарищество с ограниченной ответственностью "Фирма Климби" 
(72) Автор(ы): Бровко А.П.; Клементьев И.Ю.; Малаков В.Ф.; Фефилатьев Л.П. 
(73) Патентообладатель(и): Товарищество с ограниченной ответственностью "Фирма Климби" 

(54) КОНЦЕНТРАТОР КИСЛОРОДА 

Концентратор кислорода предназначен для разделения воздуха с получением обогащенной кислородом фракции. Концентратор кислорода содержит компрессор, пневмораспределитель и два адсорбера. Выходы адсорберов подключены к выводам дросселя и входам емкости для сбора кислорода. Концентратор содержит также блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами пневмораспределителя и нормально закрытого пневмоклапана. При этом эффективная высота адсорберов выбрана из соотношений



hэфф - 20 r,

Qк 25Q,

P1 > P2,

где Qк - расход воздуха на выходе компрессора, л/мин, hэфф - эффективная высота адсорберов, дм, Q - заданная производительность концентратора кислорода, л/мин, - коэффициент, зависящий от природы сорбента и изменяющийся в пределах от 0,048 до 0,058, P1 - избыточное давление на выходе компрессора, ати, P2 - избыточное давление на выходе адсорбера, ати, r - радиус адсорбера, дм, C - заданная концентрация кислорода на выходе адсорбера, об. %, к1 и к2 - показатели степени, удовлетворяющие неравенствам 0,41 < к1 < 0,58, -0,37 < к2 < -0,26. Изобретение позволяет повысить производительность концентратора при одновременном снижении его габаритов. 5 з.п. ф-лы, 6 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к технологии разделения газовых смесей, в частности к средствам короткоциклового безнагревного адсорбционного разделения воздуха с получением обогащенной кислородом фракции, которая может использоваться в установках газовой сварки, в медицине и биологии.

Известна и установка для адсорбционного разделения воздуха, содержащая компрессор, три адсорбера, группу управляемых вентилей и выходную емкость для сбора газа (заявка Франции N 2653355, B 01 D 53/04, 1990).

Однако наличие трех адсорберов усложняет конструкцию установки.

В патенте Великобритании N 2227685 B 01 D 53/04, 1989) описана установка для адсорбционного разделения воздуха, содержащая компрессор, емкость для отработанного газа, два адсорбера и группу управляемых вентилей, соединяющих верхние и нижние части адсорберов.

К недостаткам известной установки также относятся сложность конструкции, обусловленная большим числом вентилей.

Наиболее близким к предложенному является концентратор кислорода, содержащий компрессор, выход которого соединен через ресивер с входом пневмораспределителя, выводы которого подключены соответственно к входам первого и второго адсорберов, выходы которых подключены к выводам дросселя и входам емкости для сбора кислорода, а также блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами пневмораспределителя и нормально закрытого пневмоклапана, подключенного к адсорберам (см. патент РФ N 2060796, B 01 D 53/04, 1994).

Однако и этому устройству свойствен ряд недостатков. Так, концентрация кислорода на выходе установки составляет не более 50-60% даже при минимальной производительности. Кроме того, высота адсорберов значительна, что делает устройство весьма громоздким. Дополнительному снижению производительности способствует неэффективное использование сорбента (цеолита) и скопление в нижней части адсорберов влаги, которая при открывании нормально закрытого пневмоклапана попадает в соседний адсорбер.

Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение производительности концентратора кислорода при одновременном снижении его габаритов.

Указанный результат достигается тем, что в известном концентраторе кислорода, содержащем компрессор, выход которого соединен через ресивер с входом пневмораспределителя, выводы которого подключены соответственно к входам первого и второго адсорберов, выходы которых подключены к выводам дросселя и входам емкости для сбора кислорода, а также блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами пневмораспределителя и нормально закрытого пневмоклапана, подключенного к адсорберам, эффективную высоту адсорберов выбирают из соотношений

,

hэфф = 20 r;

QK 25Q;

P1 > P2,

где

QK - расход воздуха на выходе компрессора, л/мин;

hэфф - эффективная высота адсорберов, дм;

Q - заданная производительность концентратора кислорода, л/мин;

- коэффициент, зависящий от природы сорбента и изменяющийся в пределах от 0,048 до 0,058;

P1 - избыточное давление на выходе компрессора, ати;

P2 - избыточное давление на выходе адсорбера, ати;

r - радиус адсорбера, дм;

C - заданная концентрация кислорода на выходе адсорбера, об.%;

к1 и к2 - показатели степени, удовлетворяющие неравенствам

0,41 < к1 < 0,58

-0,37 < к2 < -0,26,

Кроме того, дроссель может быть выполнен регулируемым.

Целесообразно также адсорбер выполнить в виде полого цилиндрического корпуса и полой вставки с односторонне расположенными патрубками, заполненных сорбентом, при этом площади оснований корпуса и вставки должны удовлетворять одному из следующих условий: 2Sвст. Sкорп. при подключении патрубков вставки и корпуса соответственно к входу и выходу адсорбера, 2Sвст. Sкорп. при подключении патрубков вставки и корпуса соответственно к выходу и входу адсорбера, где Sвст. - площадь удаленного от патрубка основания вставки, Sкорп. - площадь основания корпуса.

Рекомендуется также выполнить вставку конической.

При этом угол при вершине конуса лежит в диапазоне 4,5-5,5o, а 2Sвст. = Sкорп..

И наконец, адсорберы могут быть выполнены с промежуточными выводами, которые соединены с соответствующими выводами нормально закрытого пневмоклапана.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого концентратора кислорода, а на фиг. 2 - временная диаграмма его работы. Фиг. 3-5 иллюстрируют варианты конструкции адсорберов, а на фиг. 6 показано соединение их промежуточных выводов с помощью закрытого пневмоклапана.

Концентратор содержит (фиг. 1) адсорберы (адсорбционные колонки) 1, 2, компрессор 3, ресивер 4, емкость 5 для кислорода, регулируемый дроссель 6, пневмораспределитель 7, нормально закрытый пневмоклапан 8 и блок 9 управления.

Как показано на фиг. 1, компрессор 3 подключен к адсорберам 1, 2 через ресивер 4 и пневмораспределитель 7, между входами адсорберов 1, 2 установлен пневмоклапан 8, а емкость 5 подключена к выходам адсорберов 1, 2.

Адсорберы 1, 2 выполнены в виде цилиндрического корпуса 9 с патрубком 10 (фиг. 3-5) и вставки 11 с патрубком 12. Полости корпуса 9 и вставки 11 заполнены цеолитом. Промежуточный вывод адсорбера образован патрубком 13 (фиг. 5). Патрубки 13 адсорберов 1,2 соединяются с патрубками 14 выводов пневмоклапана 7 (фиг. 6).

Устройство работает следующим образом. В течение времени T1 компрессор 3 через ресивер 4 и пневмораспределитель 7 нагнетает воздух в полость адсорбера 1 (фиг. 1, 2). Вход адсорбера 2 соединен с атмосферой, компрессор 3 от входа адсорбера отсоединен. Пневмоклапан 8 закрыт. Сорбент, находящийся в полости адсорбера 1, поглощает азот, и обогащенный кислородом воздух поступает через обратный клапан (не показан) в емкость 5. По окончании интервала T1 блок 9 через пневмораспределитель 7 перекрывает вход адсорбера 1 и открывает пневмоклапан 8. В течение интервала T2 происходит выравнивание давления в адсорберах 1,2 с целью экономии электрической энергии при работе компрессора, затем на время T1 открывается вход адсорбера 2 и наполнение емкости 5 кислородом возобновляется. В это время вход адсорбера 1 соединен через пневмораспределитель 7 с атмосферой, так что в течение последующего интервала T1 происходит регенерация сорбента в адсорбере 1.

В качестве сорбента могут использоваться соединения NaA, NaX, CaA, CaX.

Под входами и выходами соответствующих элементов понимаются их входные и выходные штуцеры, патрубки.

Выполнение пневмораспределителя 7, нормально закрытого клапана 8 и блока 9 определяется описанным алгоритмом работы устройства и производится в соответствии с известными источниками информации. Например, пневмораспределитель 7 можно выполнить в виде четырех управляемых вентилей, а блок 9 - в виде последовательно соединенных генератора импульсов, счетчика и дешифратора с тремя выходами, первые два из которых подключены к соответствующим управляющим входам первых двух вентилей пневмораспределителя 7. Дешифратор реализует диаграмму, показанную на фиг. 2: на первых двух выходах дешифратора присутствуют первый и второй сигналы по фиг. 2, так что в течение интервала T2 закрыты оба вентиля пневмораспределителя 7. Третий выход дешифратора подключен к управляющему входу пневмоклапана 8, так что в течение интервала T2 он открыт. Введение в пневмораспределитель еще двух вентилей, соединяющих входы адсорберов с атмосферой и работающих в противофазе с первой парой вентилей (с этой целью управляющие сигналы подаются на третий и четвертый вентили с тех же выходов дешифратора, но через инвертор), позволит обогащенному кислородом воздуху с выхода работающего адсорбера 1 (2) попасть через пневмодроссель 6 на выход регенерируемого адсорбера 2 (1).

Дроссель 6 выполняется регулируемым с целью достижения максимальной производительности концентратора путем выбора оптимального соотношения между потоками, поступающими в емкость 5 и на выход регенерируемого адсорбера 1 (2).

Под эффективной высотой адсорбера понимается высота цилиндрического адсорбера, выполненного без вставки, или удвоенная высота корпуса 9 адсорбера, выполненного со вставкой 11 (фиг. 3-5). Это означает, что наличие вставки 11 позволяет в два раза снизить габариты устройства.

Более эффективная работа сорбента достигается, когда сечение, по которому проходит поток от входного к выходному патрубкам адсорбера, уменьшается ступенчато (при цилиндрической вставке) или непрерывно (при конической вставке).

Поскольку воздух, поступающий в адсорберы 1, 2 (фиг. 1), содержит влагу, последняя скапливается в нижних частях адсорберов 1, 2, кроме того, в нижних частях адсорберов наибольшая концентрация сорбированного цеолитом азота. Поэтому при соединении их нижних частей пневмоклапаном 8 имеет место перекачивание воды и воздуха, обогащенного азотом, из одного адсорбера в другой, что снижает производительность концентратора. В связи с этим адсорберы 1, 2 выполняются с выводами 13 (фиг. 5), расположенными на половине эффективной высоты колонок адсорберов 1, 2 (фиг. 5, 6).

Проведенные испытания показали, что производительность предлагаемого концентратора на 30-35%, а предельная концентрация кислорода на 6-8% выше, чем у известного, что достигается выбором параметров концентратора в соответствии с вышеприведенным соотношением. Выбор отдельных параметров в вышеуказанных пределах производится экспериментально, путем подбора исходя из достижения максимальной производительности концентратора и повышения концентрации кислорода на его выходе. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Концентратор кислорода, содержащий компрессор, выход которого соединен через ресивер с входом пневмораспределителя, выходы которого подключены к входам первого и второго соответствующих адсорберов, выходы которых поключены соответственно к выводам дросселя и входам емкости для сбора кислорода, а также блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами пневмораспределителя и нормально закрытого пневмоклапана, подключенного к адсорберам, отличающийся тем, что эффективная высота адсорберов выбрана из соотношений



hэфф = 20r;

Qк 25Q;

P1 > P2,

где Qк - расход воздуха на выходе компрессора, л/мин;

hэфф - эффективная высота адсорберов, дм;

Q - заданная производительность концентратора кислорода, л/мин;

- коэффициент, зависящий от природы сорбента и изменяющийся в пределах от 0,048 до 0,058;

P1 - избыточное давление на выходе компрессора, ати;

Р2 - избыточное давление на выходе адсорбера, ати;

r - радиус адсорбера, дм;

С - заданная концентрация кислорода на выходе адсорбера, об.%:

к1 и к2 - показатели степени, удовлетворяющие неравенствам:

0,41 < к1 < 0,58;

-0,37 < к2 < -2,26.

2. Концентратор по п.1, отличающийся тем, что дроссель выполнен регулируемым.

3. Концентратор по п.1, отличающийся тем, что каждый адсорбер выполнен в виде полого цилиндрического корпуса и полой вставки, заполненных сорбентом, с односторонне расположенными патрубками, при этом площади оснований корпуса и вставки должны удовлетворять условию 2Sвст. Sкорп. при подключении патрубков вставки и корпуса соответственно к входу и выходу адсорбера, где Sвст - площадь удаленного от патрубка основания вставки; Sкорп - площадь основания корпуса.

4. Концентратор по п.3, отличающийся тем, что вставка выполнена конической.

5. Концентратор по п.4, отличающийся тем, что угол при вершине конуса лежит в диапазоне 4,5 - 5,5o, а 2Sвст. = Sкорп..

6. Концентратор по п. 1, отличающийся тем, что адсорберы выполнены с промежуточными выводами, которые соединены с соответствующими выводами нормально закрытого пневмоклапана.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы получения, хранения водорода, кислорода и биогаза






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+водород -молекулярный".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "водород" будут найдены слова "водорода", "водородный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("водород!").


Устройства и способы получения кислорода и водорода | Устройства и способы хранения водорода и кислорода | Устройства и способы получения и хранения биогаза


Рейтинг@Mail.ru