一種帶換熱結(jié)構(gòu)的緩沖罐在醫(yī)用分子篩制氧系統(tǒng)中的應(yīng)用

申靜靜

摘 要：介紹一種帶換熱盤管結(jié)構(gòu)的空氣緩沖罐，它可以去除空氣中部分冷凝水，減輕冷凍式干燥機(jī)負(fù)荷，還可以使高溫空氣給低溫空氣（冷干機(jī)處理后的空氣）傳熱，從而使合格空氣升溫，為后續(xù)制氧過程中變壓吸附提供高品質(zhì)空氣，從而提高醫(yī)用分子篩制氧系統(tǒng)中產(chǎn)品氧氣純度和產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：空氣緩沖罐;換熱結(jié)構(gòu);醫(yī)用分子篩制氧系統(tǒng)

1 引言

醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備是利用變壓吸附技術(shù)（Pressure Swing Adsorption，簡稱PSA），通過加壓吸附，降壓解吸把氧氣從空氣中分離出來，再經(jīng)過過濾，得到符合醫(yī)療使用的成品氧氣。隨著醫(yī)療行業(yè)技術(shù)設(shè)備更新的加快，醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備正在被越來越多的醫(yī)院使用，因此，針對這種發(fā)展趨勢，如何有效地提高制氧機(jī)的工作效率，即產(chǎn)品氧氣的純度和產(chǎn)量顯得尤為重要。

2 現(xiàn)狀

醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備由空氣壓縮單元、空氣凈化單元、制氧主機(jī)、控制單元、產(chǎn)品氧氣監(jiān)控輸出單元組成。

基本流程：空壓機(jī)→壓縮空氣→空氣緩沖罐→冷干機(jī)→凈化過濾器組→制氧主機(jī)→控制單元→成品氧氣輸出。

空氣壓縮機(jī)對空氣加壓，經(jīng)過空氣緩沖罐，空氣穩(wěn)壓、降溫、除水后進(jìn)入空氣凈化單元，即冷凍式干燥機(jī)，過濾器等，濾除空氣中塵埃、油污及水分，然后通過分子篩吸附塔制取合格的產(chǎn)品氧氣，供醫(yī)院臨床病人吸氧。

空氣緩沖罐的作用是：針對壓縮空氣起到緩沖，穩(wěn)壓作用。

3 工藝改進(jìn)

目前，針對醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)和專利層次不窮，主要目的就是提高裝置的運(yùn)行效率和生產(chǎn)能力。下面具體介紹空氣緩沖罐結(jié)構(gòu)的改進(jìn)對整個(gè)系統(tǒng)的影響。

空氣緩沖罐結(jié)構(gòu)改變主要基于：①罐體內(nèi)設(shè)置螺旋盤管結(jié)構(gòu);②空氣緩沖罐側(cè)面進(jìn)氣;③出氣口從頂部接管至罐底;④冷干機(jī)處理后空氣進(jìn)螺旋盤管與原空氣熱傳遞。附圖1如下：

圖1

改進(jìn)后醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備流程：空壓機(jī)→壓縮空氣→空氣緩沖罐進(jìn)氣口→空氣緩沖罐出氣口→冷干機(jī)→空氣緩沖罐盤管進(jìn)氣口→空氣緩沖罐盤管出氣口→凈化過濾器組→制氧主機(jī)→控制單元→成品氧氣輸出。

壓縮空氣由空壓機(jī)輸出，帶有一定溫度（大約20℃-40℃），由進(jìn)氣口進(jìn)入空氣緩沖罐，進(jìn)入緩沖罐的空氣迅速膨脹、降溫、水分霧化，再經(jīng)氣流的旋轉(zhuǎn)、碰撞、攔截、重力等因素，霧化后的水分沿罐體流入底部，經(jīng)自動排污閥排出，過濾掉空氣中部分水分，減輕冷干機(jī)定量負(fù)荷。濾過水分的空氣從頂部出氣口進(jìn)入冷干機(jī)，利用冷干機(jī)中冷媒與其進(jìn)行熱交換，把壓縮空氣溫度降到2～10℃范圍的露點(diǎn)溫度，使壓縮空氣中含水量趨于超飽和的狀態(tài)，從而除去壓縮空氣中的水分（水蒸氣成分）。低溫干燥空氣再進(jìn)入空氣緩沖罐螺旋盤管，在罐體內(nèi)與盤管外部高溫空氣熱傳遞，使低溫空氣提高溫度，從盤管輸出，使合格空氣升溫，經(jīng)過濾器后進(jìn)入制氧主機(jī)，高溫合格空氣有利于變壓吸附，提高產(chǎn)品氣純度和產(chǎn)量，從而提高變壓吸附的效率。

4 效益

醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備中空氣緩沖罐結(jié)構(gòu)的改變，從一定程度上提高了進(jìn)入制氧吸附塔的空氣溫度，提高了變壓吸附的效率，從而提高了產(chǎn)品氣純度和產(chǎn)量，基于此改進(jìn)，我公司采用20m3/h的制氧機(jī)，針對空氣緩沖罐結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后做了對比試驗(yàn)，考察了其對產(chǎn)品氧氣純度和產(chǎn)量的影響，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如附圖2，附圖3所示：

圖2

圖3

由圖2可知：空氣緩沖罐改進(jìn)后，醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備開機(jī)30min內(nèi)氧氣純度上升明顯高于改進(jìn)前，且達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的90%濃度加快5min。

由圖3可知：設(shè)備穩(wěn)定，純度穩(wěn)定，空氣緩沖罐改進(jìn)后的制氧機(jī)產(chǎn)氧氣的量要高于改進(jìn)前。

另外，空氣緩沖罐的改進(jìn)，還在一定程度上減輕了冷凍式干燥機(jī)的負(fù)荷，增強(qiáng)了其使用壽命，降低了冷干機(jī)的售后和維修成本。

5 結(jié)論

目前，國內(nèi)外醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備的研究開發(fā)主要圍繞節(jié)能降耗進(jìn)行，一種空氣緩沖罐盤管結(jié)構(gòu)，不僅對壓縮空氣起到緩沖，穩(wěn)壓穩(wěn)流，還可以去除空氣中部分冷凝水，減輕冷凍式干燥機(jī)負(fù)荷，而且使高溫空氣給低溫空氣（冷干機(jī)處理后的空氣）傳熱，從而使合格空氣升溫，有利于變壓吸附，提高產(chǎn)品氣純度和產(chǎn)量。