CN112569443B - 一种具有低供氧间隔的医用制氧机及制氧方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有低供氧间隔的医用制氧机及制氧方法，所述制氧机包括至少两个装填有吸附剂的吸附罐，与所述吸附罐连接的气体管路，及配置在所述气体管路上的若干控制阀；每个所述吸附罐内由同心布置的大锥筒和小锥筒及设在所述罐体、大锥筒、小锥筒之间或内部的定位组件分隔为上、中、下游三段吸附剂层，且三段吸附剂层的吸附剂颗粒尺寸梯度缩小；所述大锥筒和小锥筒均采用倒置锥台结构，且所述大锥筒的倾斜度大于所述小锥筒，从而使得上游段和中游段可以通过流动截面的变化补偿氮气吸附造成的压降，并且，上游段的补偿速率大于中游段的补偿速率。

Description

一种具有低供氧间隔的医用制氧机及制氧方法

技术领域

本发明涉及一种医疗设备，具体涉及一种具有低供氧间隔的医用制氧机及制氧方法。

背景技术

富氧空气吸入治疗在心脑血管、呼吸***疾病纠治过程中是一种重要手段。双塔变压吸附制氧(即PSA制氧)，是一种以空气为原料，分子筛等为吸附剂，采用一塔高压吸附氮气产生富氧空气，另一塔低压或常压逆放，释放吸附剂所吸附的氮气从而完成吸附剂再生的制氧工艺。

与深冷制氧工艺不同，PSA制氧工艺依赖于高压环境下分子筛吸附剂对氮气和氧气的吸附性能差异。而由于氮气在空气中所占比例远大于氧气，因此，在空气流穿透吸附剂层的过程中，随着氮气被吸附剂的持续吸收，空气流的压力会出现沿流动路径的显著下降，继而引起吸附剂床层上下游处于不同的压力条件，且下游侧吸附剂的利用效率显著低于上游侧吸附剂。

中国专利(CN2647412Y)涉及了这一问题，该专利主要关注的是空气流穿透吸附剂过程中流速的变化，及由此导致的空气流在吸附剂床层中的扩散(影响气流在床层中的均匀分布)问题。该专利的解决方案为：在圆柱状吸附剂罐内设置倒置的锥筒状内筒，从而在罐内构造折返空气流路，且流动过程中，由于内筒的锥筒结构，流通截面积持续缩小，进而用于对空气流的流动进行补偿，该专利还特意限制了内筒大端内径为吸附剂罐内径的

倍，以保持流道转折处吸附剂层截面积的连续性，这一限定对于通过截面变化补偿气流压降而言是重要的，其防止了气体流动过程中压力的突然性波动，并保证了整个压力补偿过程的连贯性。同时该专利还提出，下端口截面积与下端环形吸附剂截面积的比值等于产品气量与进口混合气量的比值，期望恰好的补偿因氮气吸附导致的压力损失。

该专利中，对于吸附罐下端口截面积与下端环形吸附剂截面的比值限定实质上是一种极端状态，其状态要求空气恰好在到达吸附罐下端口时达到目标含氧量，换言之，其要求在空气穿过吸附剂床层的整个流动过程中，气流中的含氧量持续变化，从而该截面积比值限定才能够恰好补偿因氮气吸附导致的压力损失。

但众所周知的是，双塔(罐)PSA制氧机的每个罐体，在吸附-逆放-均压的循环操作中，只有吸附过程才能正常的输出氧气，因此，为保证制氧过程的连续性和效率，通常希望延长吸附持续过程，而缩短逆放和均压过程。为此，通常均在吸附罐内设置余量的吸附剂以防止上游吸附剂到达吸附饱和后(通常很快即到达保护)，床层的有效吸附长度缩短，从而引起出口气体含氧量下降。换言之，在吸附制氧的大部分时间段内，气体在到达床层末端之前即已达到目标含氧量。在上述专利的截面积比值限定下，若想较好的补偿氮气吸附导致的压力损失，则床层的吸附路径长度显然过短，不能保持较长的吸附制氧过程。

除此之外，由于随着吸附过程的持续进行，气流中的氮气含量越来越少，所以，气流在吸附床层的上下游因氮气吸附导致的压力损失的变化速率是不同的，在床层上游处，氮吸附导致的压力损失迅速增加，而在床层下游，由于氮气在气流中的占比越来越小，氮气吸附导致的压力损失变化速率越来越小。而上述专利采用了单一倾斜度的内筒，流动截面的变化不能很好的匹配上述因氮气吸附导致的压力损失。

并且，上述专利的罐体结构使得进出气口均位于罐体下方，而真空接口位于罐顶，这导致在逆放过程中氮气排放不完全，且在逆放后的均压过程中，高含氧的均压气体难以进入外层吸附剂区域，从而导致床层性能差异。

另一方面，上述专利中，由于内筒的存在，上游的吸附剂采用环形布置，在这样的布置方式下，偏置的进气口极易导致气流在吸附剂层中的分布差异，从而影响吸附剂的整体利用效率。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种具有低供氧间隔的医用制氧机及制氧方法，其能够实现更长的吸附制氧时间，同时具有更低的逆放、均压耗时，并且具有更高的吸附剂整体利用率。为实现这一目的，本发明具体提供如下方案：

一种具有低供氧间隔的医用制氧机，包括至少两个装填有吸附剂的吸附罐，与所述吸附罐连接的气体管路，及配置在所述气体管路上用于控制气体流通路径的若干控制阀；所述的吸附罐具有圆柱状的罐体1，所述罐体1底部设有与所述罐体1同轴的进气口104，所述罐体1的上端设有可移除的盖体2，所述盖体2上设有与所述盖体2同轴的出气口201，及位于所述盖体2内侧，并与所述出气口201连通的连接管202；在所述罐体1内部，位于所述吸附剂层下方还设有布气装置6。与所述罐体1同轴设置的进气口104及所述布气装置6允许待处理气流在到达所述吸附剂层前在所述吸附剂层的水平截面上均匀的分布。

优选的，所述罐体1的包括圆柱状的筒壁，与所述筒壁底部边缘连接的环形底板101，与所述环形底板101的内缘连接，且在所述罐体1高度方向向下延伸的连接壁102，所述连接壁102可以是圆柱或者倒置的锥筒；还包括与所述连接壁102的下端连接并封闭所述罐体1的底部的圆形底板103；所述进气口104设在所述圆形底板103上。

优选的，所述吸附罐内部设置有折流组件，其用于在所述吸附罐内构造折返流路，从而延长气体流通路径，所述折返流路沿气体流通路径被分割为上游(本文中所述的上游、中游、下游均按照吸附制氧阶段的气体流动方向)段、中游段和下游段；其中，上游段和中游段可以通过流动截面的变化补偿氮气吸附造成的压降，并且，上游段的补偿速率大于中游段的补偿速率。

具体的，所述上游段和中游段补偿速率的差异通过如下手段实现：使用同轴设置的大锥筒3和小锥筒4构造所述折流组件；其中，所述小锥筒4的上端与所述连接管202匹配(指具有相同的内外径尺寸)并密封连接，所述大锥筒3和小锥筒4均为倒置的锥筒结构；且所述大锥筒3的倾斜度(指锥筒母线与竖直方向之间的锐角夹角)大于小锥筒4的倾斜度。

优选的，所述大锥筒3的底端连接有底筒5，所述底筒5可以是圆柱形筒或导致的锥筒，且所述底筒5的底部设有封闭所述底筒5的封闭板501。所述底筒5及所述封闭板501构造出位于大锥筒3底部的封闭的气腔，所述气腔提供气体从大锥筒内侧转入小锥筒内腔的转折流路。

所述大锥筒3被设置为相对于罐体1同轴的定位，例如，可以借助位于所述圆形底板103内侧(指位于罐体内的一侧)，且间隔设置的若干凸块105，以支撑和固定所述封闭板501。

优选的，所述布气装置6为旋流叶片，所述旋流叶片固定设置在所述底筒5的外表面。所述连接壁102、圆形底板103、底筒5、封闭板501及位于所述底筒5外表面的旋流叶片共同构成罐体1的进气腔。

优选的，所述底筒5的至少一部分位于所述环形板101的下方，且所述旋流叶片被布置在所述底筒5的外壁与所述连接壁102之间，从而能够提供仅位于内侧(指相对于环形板101的内缘)的局部旋流引导，防止在整个截面进行旋流引导时，气体因过强的离心作用，在外侧过度富集；从而有利于改善气流沿罐体径向的分布均匀性。

优选的，当所述吸附罐1组装完成后，所述大锥筒3与所述小锥筒4的上下端均处于相同的水平高度。

优选的，所述封闭板501上设有至少一个通孔502，所述通孔502内嵌设有胶阀7；所述胶阀包括阀帽701，阀塞702，及连接所述阀帽701和所述阀塞702的多个胶条703；所述阀帽701位于所述封闭板501的外侧，且其具有大于所述通孔502的底部直径，并能够与所述通孔502配合从而封闭所述通孔502；所述阀塞702的下部密封嵌设于所述通孔502内，其上部具有大于所述通孔502的直径从而能够限制所述阀塞702向所述底筒5外侧的移动；所述胶条703具有弹性，且其被设置为当所述胶阀7被安装在所述通孔502中时，所述胶条703恰好处于自然状态，且所述阀帽701封闭所述通孔502。

所述带胶阀7的通孔502在所述底筒5的底部提供选择性启闭的气流通道，在吸附制氧过程中，所述底筒5外侧气压大于内侧气压，所述阀帽701在内外侧压差作用下，封闭所述通孔502；待处理气流被迫流经由所述大锥筒3和小锥筒4构造的折返流路；而在逆放过程中，由于底筒5外侧吸附剂装填量和吸附量均相对更高，因此，在逆放前期，底筒5外侧气压高于内侧，而随着逆放气被迅速排出，底筒5内外侧气压大小反转，底筒5的内侧压力大于外侧，从而迫使所述胶条703拉伸，所述阀帽701脱离所述封闭板501，所述通孔502开启，形成逆放排气通道；换言之，逆放过程中，逆放气无需采用折返流路，从而可以迅速实现逆放排空。

优选的，所述连接管202上也设有若干胶阀7，且所述阀帽701位于所述连接管202的外壁。所述连接管202上的胶阀7允许在均压过程中，均压气体经连接管202内腔和侧壁同时流向小锥筒4的内外侧，从而所述均压气体也无需采用折返流路，允许实现迅速均压。

优选的，所述吸附罐内部还设有定位组件，所述定位组件用于支撑和保持吸附剂层，并将所述吸附剂层定位在预定的位置处。所述定位组件可以是格栅板、孔板或能够自支撑的丝网组件。具体的，所述定位组件均水平设置，其包括固定在所述大锥筒3底端外侧的外底板301、固定在所述大锥筒顶端外侧的外顶板302、位于大锥筒3的底端与所述小锥筒4的底端之间的中底板304、位于小锥筒4的顶端内侧的内顶板402；此外，所述定位组件还包括位于所述大锥筒3与所述小锥筒4之间，且位于所述大锥筒3顶端以下的中顶板303，以及位于所述小锥筒4内部，且位于所述小锥筒4底端以上的内底板401；所述的外底板301、外顶板302、罐体1的内壁与所述大锥筒3的外壁之间构成吸附剂床层的上游段填充腔；所述中底板304、中顶板303、大锥筒3的内壁与所述小锥筒4的外壁之间构成吸附剂床层的中游段填充腔；所述内底板401、内顶板402与所述小锥筒4的内壁构成吸附剂床层的下游段填充腔。

其中，各填充腔中采用相同的填充密度填充有相同规格的吸附剂，或者上游段、中游段、下游段吸附剂的颗粒尺寸逐级缩小。具体的，所述上游段填充腔内装填大颗粒吸附剂11，中游段填充腔内装填中等颗粒吸附剂12，下游段填充腔内装填小颗粒吸附剂13。

本发明的发明人创造性的发现，所述逐级缩小的吸附剂尺寸有利于优化气流在吸附剂床层，尤其是上游段床层中的分布均匀性。这可能是因为，在环形布置，且流通截面教大的上游段采用较大颗粒的吸附剂，由于大颗粒吸附剂堆叠形成的吸附剂层的床层阻力(不考虑氮气吸附引起的压降)更小，气体在床层中受阻绕流，从而在局部富集的几率更小。

优选的，所述大锥筒3顶端的内径大于吸附罐1的罐体内径的

倍，但所述中顶板303与所述外顶板302的截面积相等，以允许在构造连续的吸附补偿路径(指气体在流经吸附剂层时，吸附剂层的截面积变化不出现突然的跃变)的情况下，增加所述大锥筒3的倾斜度(指相比于背景技术中内锥筒的倾斜度)。这有利于在气流中氮气含量更高，因而减压速度更快的吸附剂上游段构造出沿气体流动方向更快的流动截面变化速率，从而增大在吸附剂上游段处对气流的压力补偿程度，以更好的应对吸附剂层上游侧减压速度高于下游侧的压力分布特点。

所述的小锥筒4的倒置锥筒结构提供了对中游段填充腔的径向压缩，从而使得中游段吸附剂层延气体流动路径方向的截面变化速率小于上游段吸附剂层。所述大锥筒4顶端的内径尺寸及所述小锥筒4的倒锥筒结构共同构造了对流经吸附剂床层的气流更合理的压力补偿模式，使得在减压速度更大的上游段获得更快速，更大幅的压力补偿，而在减压速度相对较小的中游段则采用相对小的补偿幅度。

虽然，小锥筒4的倒锥筒结构会导致下游段吸附剂层无法提供压力补偿，甚至由于沿气体流动路径，下游段吸附剂层的截面逐渐增大反而导致进一步的减压，但由于小锥筒4的倾斜度较大锥筒3更小，其截面变化速率和程度均较低；同时下游段吸附剂层处于吸附制氧流程的末期；此阶段，气流中的氮气含量已处于极低水平，氮气吸附导致的减压作用几乎可以忽略；因此，下游段的减压对于该阶段的吸附过程及出口处的氧含量不会造成显著的影响。本发明中，小锥筒4内的吸附剂层主要作为备用余量，以在保证制氧浓度的情况下，延长吸附制氧过程的延续时间。

所述小锥筒4提供了高含氧气体自罐体底部至罐体顶部的流动通路，其允许实现在吸附过程中，从吸附罐的底部进气，顶部排气；这对于在逆放和均压阶段实现氮气更彻底的排放是有利的。

本发明还提供与所述吸附罐相匹配的气体管路，及位于所述气体管路上的控制阀。具体的，所述气体管路和控制阀布置方式如下：包括进气主管8，自所述进气主管8末端处分流的左进气管901和右进气管902；所述左进气管901上设有左进气阀903，右进气管902上设有右进气阀904；所述左进气管901上位于所述左进气阀903的下游处，通过一带左逆放阀1001的管路连通逆放管10；相应的，所述右进气管902上，位于所述右进气阀904的下游处，通过一带右逆放阀1002的管路连通逆放管10；左右两根进气管的末端分别连通相应罐体1底部的所述圆形底板103中心处的进气口104。

所述左吸附罐顶部的出气口201通过左出气管1401连接供氧管16；右吸附罐顶部的出气口201通过右出气管1402连接供氧管16；所述左出气管1401上设有左出气阀1403，所述右出气管1402上设有右出气阀1404；所述左右两个出气管位于所述相应出气阀的上游处通过均压管15连通，所述均压管15上设有均压阀1501。

使用时，首先控制右进气阀904、右逆放阀1002、左逆放阀1001、右出气阀1404、均压阀1501关闭，左进气阀903和左出气阀1403开启，高压空气经左吸附罐底部的进气口104进入进气腔，此时，所述封闭板501外侧的气压大于内侧，迫使所述封闭板501上的胶阀7闭合，从而封闭所述通孔502；气流随后经过旋流叶片起旋，从而被均匀的分布到所述外底板301的下方，然后依次穿过上游段、中游段和下游段吸附剂层后经出气口201排入供氧管16；气流在穿过上游段和中游段吸附剂层时，由于两段填充腔的截面积迅速缩小，因氮气吸附导致的压力损失被有效补偿，因而气流在吸附剂层中仍然保有较高的压力，使得不同位置处的吸附剂处于相对稳定的压力条件，吸附剂利用率大幅提升；

待左侧吸附罐即将到达吸附饱和或预定吸附时间时，打开均压阀1501，利用左侧吸附罐产生的高含氧气体向右侧吸附罐内部均压，均压气流通过右侧吸附罐顶部的出气口201进入连接管202；在该处，连接管202内腔的气压大于外部，从而均压气体迫使连接管202侧壁上的胶阀开启，部分均压气体自胶阀7处穿过连接管202的侧壁直接进入所述小锥筒4的外侧；另一部分均压气体则沿着所述小锥筒4的内腔向下流动，从而实现迅速均压过程；

均压完成后，控制右进气阀904、左逆放阀1001、右出气阀1404开启，左进气阀903、右逆放阀1002、左出气阀1403、均压阀1501关闭，高压空气进入右侧吸附罐，同时，左侧吸附罐1进行逆放，此时，左侧吸附罐中，底筒5内侧气压大于外侧，迫使所述封闭板501上的胶阀7开启，从而所述通孔502处于开放状态；中游段和下游段吸附剂层所释放的氮气通过所述通孔502直接排放至进气腔，随后排入逆放管10，逆放气流动路径大幅缩短；当右侧吸附罐即将达到吸附饱和或预定吸附时间时，重复上述均压、逆放、吸附步骤。

相比于现有技术，本发明至少能够取得如下有益效果：本发明在现有单内锥筒双折流制氧机吸附罐体的基础上，增设了一个锥筒，从而构造出三折流制氧路径，延长了吸附路径，从而利于保证出口气氧含量，并延长吸附流程时间；增设的锥筒还提供了从吸附剂罐底部到顶部的排气通路，使得吸附过程中，进气和排气分别在吸附剂罐的上下两端进行，利于管路布置及逆放过程中氮气的彻底排放；通过降低中游段吸附剂的填充高度，在保证上游段末端与中游段始端吸附剂层截面积相同的情况下，增大大锥筒的倾斜度，从而为在上游段吸附剂层中流动的高含氮气流提供更有效的压力补偿；同时，将小锥筒采用导致锥筒结构，使得中游段吸附剂层的压力补偿速率和程度小于上游段吸附剂层，更符合气流在上游段和中游段吸附剂层中流动时的压力变化规律，防止采用过大倾斜度的大锥筒时，因气流在中游段吸附剂层中流动时压力损失程度小于补偿量而导致局部压力升高，造成气阻；通过在底筒底部的封闭板及所述连接通的侧壁上设置可单向开启的胶阀，可以控制在吸附过程中，气体采用三折流路径；而在逆放和均压过程中，气流则无需折流穿过三段吸附剂层，从而允许延长吸附制氧时间，同时削减逆放和均压时间，大幅缩短所述制氧机的供氧间隔；在底筒外壁配置了旋流叶片式布气装置，并限制了所述旋流叶片的外径，同时，配合以梯度粒径在上、中、下游段装填的吸附剂颗粒，进一步改善了待处理气流在进入吸附剂层前，及进入吸附剂层后的分布均匀性，提高了吸附剂的整体利用效率。

附图说明

图1为吸附罐(尚未装填吸附剂)的剖视图；

图2为罐体的剖视图；

图3为折流组件与定位组件的组合示意；

图4为折流组件的示意图；

图5为胶阀在封闭板上的安装示意图；

图6为自底筒顶部俯视的吸附罐示意图；

图7为旋流叶片的安装示意图；

图8为双吸附罐制氧机的管路连接示意图。

图中：1为罐体，101为环形底板，102为连接壁，103为圆形底板，104为进气口，105为凸块，2为盖体，201为出气口，202为连接管，3为大锥筒，301为外底板，302为外顶板，303为中顶板，304为中底板，4为小锥筒，401为内底板，402为内顶板，5为底筒，501为封闭板，502为通孔，6为布气装置，7为胶阀，701为阀帽，702为阀塞，703为胶条，8为进气主管，901为左进气管，902为右进气管，903为左进气阀，904为右进气阀，10为逆放管，1001为左逆放阀，1002为右逆放阀，11为大颗粒吸附剂，12为中等颗粒吸附剂，13为小颗粒吸附剂，1401为左出气管，1402为右出气管，1403为左出气阀，1404为右出气阀，15为均压管，1501为均压阀，16为供氧管。

具体实施方式

实施例1

参见图1-8，提供一种具有低供氧间隔的医用制氧机，包括至少两个装填有吸附剂的吸附罐，与所述吸附罐连接的气体管路，及配置在所述气体管路上用于控制气体流通路径的若干控制阀；所述的吸附罐具有圆柱状的罐体1，所述罐体1底部设有与所述罐体1同轴的进气口104，所述罐体1的上端设有可移除的盖体2，所述盖体2上设有与所述盖体2同轴的出气口201，及位于所述盖体2内侧，并与所述出气口201连通的连接管202；在所述罐体1内部，位于所述吸附剂层下方还设有布气装置6。

其中，所述罐体1的包括圆柱状的筒壁，与所述筒壁底部边缘连接的环形底板101，与所述环形底板101的内缘连接，且在所述罐体1高度方向向下延伸的连接壁102，本实施例中，所述连接壁102是圆柱形筒，应当理解的是，所述连接壁102还可以是倒锥形筒等其他形式；还包括与所述连接壁102的下端连接并封闭所述罐体1的底部的圆形底板103；所述进气口104贯穿设在所述圆形底板103上。

所述吸附罐内部设置有折流组件，其用于在所述吸附罐内构造折返流路，从而延长气体流通路径，所述折返流路沿气体流通路径被分割为上游段、中游段和下游段；其中，上游段和中游段可以通过流动截面的变化补偿氮气吸附造成的压降，并且，上游段的补偿速率大于中游段的补偿速率。

具体的，所述上游段和中游段补偿速率的差异通过如下手段实现：使用同轴设置的大锥筒3和小锥筒4构造所述折流组件；其中，所述小锥筒4的上端与所述连接管202匹配并密封连接，所述大锥筒3和小锥筒4均为倒置的锥筒结构；且所述大锥筒3的倾斜度大于小锥筒4的倾斜度。

所述大锥筒3的底端连接有底筒5，所述底筒5可以是圆柱形筒或倒置的锥筒，且所述底筒5的底部设有封闭所述底筒5的封闭板501。所述底筒5及所述封闭板501构造出位于大锥筒3底部的封闭的气腔，所述气腔提供气体从大锥筒3内侧转入小锥筒4内腔的转折流路。

所述大锥筒3被设置为相对于罐体1同轴的定位，具体的，所述定位借助位于所述圆形底板103内侧，且间隔设置的若干凸块105，以支撑和固定所述封闭板501。

所述布气装置6为旋流叶片，所述旋流叶片固定设置在所述底筒5的外表面。所述连接壁102、圆形底板103、底筒5、封闭板501及位于所述底筒5外表面的旋流叶片共同构成罐体1的进气腔。

所述底筒5的至少一部分位于所述环形板101的下方，且所述旋流叶片被布置在所述底筒5的外壁与所述连接壁102之间，从而能够提供仅位于环形板101内侧的局部旋流引导。

当所述吸附罐1组装完成后，所述大锥筒3与所述小锥筒4的上下端均处于相同的水平高度。

所述封闭板501上设有至少一个通孔502，所述通孔502内嵌设有胶阀7；所述胶阀7包括阀帽701，具有贯通内腔的阀塞702，及连接所述阀帽701和所述阀塞702的多个胶条703；所述阀帽701位于所述封闭板501的外侧，且其具有大于所述通孔502的底部直径，并能够与所述通孔502配合从而封闭所述通孔502；所述阀塞702的下部密封嵌设于所述通孔502内，其上部具有大于所述通孔502的直径从而能够限制所述阀塞702向所述底筒5外侧的移动；所述胶条703具有弹性，且其被设置为当所述胶阀7被安装在所述通孔502中时，所述胶条703恰好处于自然状态，且所述阀帽701封闭所述通孔502。

所述连接管202上也设有若干胶阀7，且所述阀帽701位于所述连接管202的外壁。

所述吸附罐内部还设有定位组件，所述定位组件用于支撑和保持吸附剂层，并将所述吸附剂层定位在预定的位置处。所述定位组件可以是格栅板、孔板或能够自支撑的丝网组件。具体的，所述定位组件均水平设置，其包括固定在所述大锥筒3底端外侧的外底板301、固定在所述大锥筒顶端外侧的外顶板302、位于大锥筒3的底端与所述小锥筒4的底端之间的中底板304、位于小锥筒4的顶端内侧的内顶板402；此外，所述定位组件还包括位于所述大锥筒3与所述小锥筒4之间，且位于所述大锥筒3顶端以下的中顶板303，以及位于所述小锥筒4内部，且位于所述小锥筒4底端以上的内底板401；所述的外底板301、外顶板302、罐体1的内壁与所述大锥筒3的外壁之间构成吸附剂床层的上游段填充腔；所述中底板304、中顶板303、大锥筒3的内壁与所述小锥筒4的外壁之间构成吸附剂床层的中游段填充腔；所述内底板401、内顶板402与所述小锥筒4的内壁构成吸附剂床层的下游段填充腔。

其中，各填充腔中采用相同的填充密度填充有相同规格的吸附剂，或者上游段、中游段、下游段吸附剂的颗粒尺寸逐级缩小。具体的，所述上游段填充腔内装填大颗粒吸附剂11，中游段填充腔内装填中等颗粒吸附剂12，下游段填充腔内装填小颗粒吸附剂13。

所述大锥筒3顶端的内径大于吸附罐1的罐体内径的

倍，但所述中顶板303与所述外顶板302的截面积相等。

参见图8，还包括与所述吸附罐相匹配的气体管路，及位于所述气体管路上的控制阀。具体的，所述气体管路和控制阀布置方式如下：包括进气主管8，自所述进气主管8末端处分流的左进气管901和右进气管902；所述左进气管901上设有左进气阀903，右进气管902上设有右进气阀904；所述左进气管901上位于所述左进气阀903的下游处，通过一带左逆放阀1001的管路连通逆放管10；相应的，所述右进气管902上，位于所述右进气阀904的下游处，通过一带右逆放阀1002的管路连通逆放管10；左右两根进气管的末端分别连通相应罐体1底部的所述圆形底板103中心处的进气口104。

所述左吸附罐顶部的出气口201通过左出气管1401连接供氧管16；右吸附罐顶部的出气口201通过右出气管1402连接供氧管16；所述左出气管1401上设有左出气阀1403，所述右出气管1402上设有右出气阀1404；所述左右两个出气管位于所述相应出气阀的上游处通过均压管15连通，所述均压管15上设有均压阀1501。

实施例2

本实施例提供一种使用实施例1所述的具有极低供氧间隔的医用制氧机制取高含氧空气的方法，具体步骤如下：首先控制右进气阀904、右逆放阀1002、左逆放阀1001、右出气阀1404、均压阀1501关闭，左进气阀903和左出气阀1403开启，高压空气经左吸附罐底部的进气口104进入进气腔，此时，所述封闭板501外侧的气压大于内侧，迫使所述封闭板501上的胶阀7闭合，从而封闭所述通孔502；气流随后经过旋流叶片起旋，从而被均匀的分布到所述外底板301的下方，然后依次穿过上游段、中游段和下游段吸附剂层后经出气口201排入供氧管16；气流在穿过上游段和中游段吸附剂层时，由于两段填充腔的截面积迅速缩小，因氮气吸附导致的压力损失被有效补偿，因而气流在吸附剂层中仍然保有较高的压力，使得不同位置处的吸附剂处于相对稳定的压力条件，吸附剂利用率大幅提升；

待左侧吸附罐即将到达吸附饱和或预定吸附时间时，打开均压阀1501，利用左侧吸附罐产生的高含氧气体向右侧吸附罐内部均压，均压气流通过右侧吸附罐顶部的出气口201进入连接管202；在该处，连接管202内腔的气压大于外部，从而均压气体迫使连接管202侧壁上的胶阀开启，部分均压气体自胶阀7处穿过连接管202的侧壁直接进入所述小锥筒4的外侧；另一部分均压气体则沿着所述小锥筒4的内腔向下流动，从而实现迅速均压过程；

均压完成后，控制右进气阀904、左逆放阀1001、右出气阀1404开启，左进气阀903、右逆放阀1002、左出气阀1403、均压阀1501关闭，高压空气进入右侧吸附罐，同时，左侧吸附罐1进行逆放，此时，左侧吸附罐中，底筒5内侧气压大于外侧，迫使所述封闭板501上的胶阀7开启，从而所述通孔502处于开放状态；中游段和下游段吸附剂层所释放的氮气通过所述通孔502直接排放至进气腔，随后排入逆放管10，逆放气流动路径大幅缩短；当右侧吸附罐即将达到吸附饱和或预定吸附时间时，重复上述均压、逆放、吸附步骤。

以上仅是对本发明的构思的较佳实施方式举例，但本发明可行的实施方式不限于此，本领域的普通技术人员在不经过创造性劳动的情况下，通过常规手段的替换等改进方式所得到的实施方案也属于本发明可行的实施方式范畴，本发明的实际保护范围以权利要求书的内容为准。

Claims (8)

1.一种具有低供氧间隔的医用制氧机，包括左、右两个装填有吸附剂的吸附罐，与所述吸附罐连接的气体管路，及配置在所述气体管路上用于控制气体流通路径的若干控制阀；所述的吸附罐具有圆柱状的罐体（1），其特征在于：所述罐体（1）底部设有与所述罐体（1）同轴的进气口（104），所述罐体（1）的上端设有可移除的盖体（2），所述盖体（2）上设有与所述盖体（2）同轴的出气口（201），及位于所述盖体（2）内侧，并与所述出气口（201）连通的连接管（202）；在所述罐体（1）内部，位于吸附剂层下方还设有布气装置（6）；其中，所述罐体（1）的包括圆柱状的筒壁，与所述筒壁底部边缘连接的环形底板（101），与所述环形底板（101）的内缘连接，且在所述罐体（1）高度方向向下延伸的连接壁（102）；还包括与所述连接壁（102）的下端连接并封闭所述罐体（1）的底部的圆形底板（103）；所述进气口（104）贯穿设在所述圆形底板（103）上；所述吸附罐内部设置有折流组件，其用于在所述吸附罐内构造折返流路，所述折返流路包括上游段、中游段和下游段；其中，上游段和中游段通过流动截面的变化补偿氮气吸附造成的压降，并且，上游段的补偿速率大于中游段的补偿速率；使用同轴设置的大锥筒（3）和小锥筒（4）构造所述折流组件；其中，所述小锥筒（4）的上端与所述连接管（202）匹配并密封连接，所述大锥筒（3）和小锥筒（4）均为倒置的锥筒结构；且所述大锥筒（3）的倾斜度大于小锥筒（4）的倾斜度；所述大锥筒（3）的底端连接有底筒（5），所述底筒（5）是圆柱形筒或倒置的锥筒，且所述底筒（5）的底部设有封闭所述底筒（5）的封闭板（501）；吸附罐内部还设有定位组件，所述定位组件包括固定在所述大锥筒（3）底端外侧的外底板（301）、固定在所述大锥筒顶端外侧的外顶板（302）、位于大锥筒（3）的底端与所述小锥筒（4）的底端之间的中底板（304）、位于小锥筒（4）的顶端内侧的内顶板（402）、位于所述大锥筒（3）与所述小锥筒（4）之间，且位于所述大锥筒（3）顶端以下的中顶板（303），以及位于所述小锥筒（4）内部，且位于所述小锥筒（4）底端以上的内底板（401）；所述大锥筒（3）顶端的内径大于吸附罐（1）的罐体内径的

/2倍，但所述中顶板（303）与所述外顶板（302）的截面积相等。

2.如权利要求1所述的具有低供氧间隔的医用制氧机，其特征在于：所述布气装置（6）为旋流叶片，所述旋流叶片固定设置在所述底筒（5）的外表面；所述连接壁（102）、圆形底板（103）、底筒（5）、封闭板（501）及位于所述底筒（5）外表面的旋流叶片共同构成罐体（1）的进气腔；所述底筒（5）的至少一部分位于所述环形底板（101）的下方，且所述旋流叶片被布置在所述底筒（5）的外壁与所述连接壁（102）之间，从而能够提供仅位于环形底板（101）内侧的局部旋流引导。

3.如权利要求2所述的具有低供氧间隔的医用制氧机，其特征在于：所述封闭板（501）上设有至少一个通孔（502），所述通孔（502）内嵌设有胶阀（7）；所述胶阀（7）包括阀帽（701），具有贯通内腔的阀塞（702），及连接所述阀帽（701）和所述阀塞（702）的多个胶条（703）；所述阀帽（701）位于所述封闭板（501）的外侧，且其具有大于所述通孔（502）的底部直径，并能够与所述通孔（502）配合从而封闭所述通孔（502）；所述阀塞（702）的下部密封嵌设于所述通孔（502）内，其上部具有大于所述通孔（502）的直径从而能够限制所述阀塞（702）向所述底筒（5）外侧的移动；所述胶条（703）具有弹性，且其被设置为当所述胶阀（7）被安装在所述通孔（502）中时，所述胶条（703）恰好处于自然状态，且所述阀帽（701）封闭所述通孔（502）；所述连接管（202）上也设有若干胶阀（7），且所述阀帽（701）位于所述连接管（202）的外壁。

4.如权利要求3所述的具有低供氧间隔的医用制氧机，其特征在于：所述的外底板（301）、外顶板（302）、罐体（1）的内壁与所述大锥筒（3）的外壁之间构成吸附剂的上游段填充腔；所述中底板（304）、中顶板（303）、大锥筒（3）的内壁与所述小锥筒（4）的外壁之间构成吸附剂的中游段填充腔；所述内底板（401）、内顶板（402）与所述小锥筒（4）的内壁构成吸附剂的下游段填充腔。

5.如权利要求4所述的具有低供氧间隔的医用制氧机，其特征在于：其中，上游段填充腔内装填大颗粒吸附剂（11），中游段填充腔内装填中等颗粒吸附剂（12），下游段填充腔内装填小颗粒吸附剂（13）。

6.如权利要求5所述的具有低供氧间隔的医用制氧机，其特征在于：所述气体管路和控制阀包括进气主管（8），自所述进气主管（8）末端处分流的左进气管（901）和右进气管（902）；所述左进气管（901）上设有左进气阀（903），右进气管（902）上设有右进气阀（904）；所述左进气管（901）上位于所述左进气阀（903）的下游处，通过一带左逆放阀（1001）的管路连通逆放管（10）；相应的，所述右进气管（902）上，位于所述右进气阀（904）的下游处，通过一带右逆放阀（1002）的管路连通逆放管（10）；左右两根进气管的末端分别连通相应罐体（1）底部的进气口（104）。

7.如权利要求6所述的具有低供氧间隔的医用制氧机，其特征在于：所述左吸附罐顶部的出气口（201）通过左出气管（1401）连接供氧管（16）；右吸附罐顶部的出气口（201）通过右出气管（1402）连接供氧管（16）；所述左出气管（1401）上设有左出气阀（1403），所述右出气管（1402）上设有右出气阀（1404）；所述左出气管和右出气管位于相应出气阀的上游处通过均压管（15）连通，所述均压管（15）上设有均压阀（1501）。

8.使用如权利要求7所述的具有低供氧间隔的医用制氧机制取高含氧空气的方法，其特征在于：包括如下步骤，首先控制右进气阀（904）、右逆放阀（1002）、左逆放阀（1001）、右出气阀（1404）、均压阀（1501）关闭，左进气阀（903）和左出气阀（1403）开启，高压空气经左吸附罐底部的进气口（104）进入进气腔，此时，所述封闭板（501）外侧的气压大于内侧，迫使所述封闭板（501）上的胶阀（7）闭合，从而封闭所述通孔（502）；气流随后经过旋流叶片起旋，从而被均匀的分布到所述外底板（301）的下方，然后依次穿过上游段、中游段和下游段吸附剂层后经出气口（201）排入供氧管（16）；

待左侧吸附罐即将到达吸附饱和或预定吸附时间时，打开均压阀（1501），利用左侧吸附罐产生的高含氧气体向右侧吸附罐内部均压，均压气流通过右侧吸附罐顶部的出气口（201）进入连接管（202）；连接管（202）内腔的气压大于外部，从而均压气体迫使连接管（202）侧壁上的胶阀（7）开启，部分均压气体自胶阀（7）处穿过连接管（202）的侧壁直接进入所述小锥筒（4）的外侧；另一部分均压气体则沿着所述小锥筒（4）的内腔向下流动，从而实现迅速均压过程；

均压完成后，控制右进气阀（904）、左逆放阀（1001）、右出气阀（1404）开启，左进气阀（903）、右逆放阀（1002）、左出气阀（1403）、均压阀（1501）关闭，高压空气进入右侧吸附罐，同时，左侧吸附罐（1）进行逆放，此时，左侧吸附罐中，底筒（5）内侧气压大于外侧，迫使所述封闭板（501）上的胶阀（7）开启，从而所述通孔（502）处于开放状态；中游段和下游段吸附剂层所释放的氮气通过所述通孔（502）直接排放至进气腔，随后排入逆放管（10），逆放气流动路径大幅缩短；

当右侧吸附罐即将达到吸附饱和或预定吸附时间时，重复上述均压、逆放、吸附步骤。

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