一种带换热结构的缓冲罐在医用分子筛制氧系统中的应用

申静静

摘 要：介绍一种带换热盘管结构的空气缓冲罐，它可以去除空气中部分冷凝水，减轻冷冻式干燥机负荷，还可以使高温空气给低温空气（冷干机处理后的空气）传热，从而使合格空气升温，为后续制氧过程中变压吸附提供高品质空气，从而提高医用分子筛制氧系统中产品氧气纯度和产量。

关键词：空气缓冲罐;换热结构;医用分子筛制氧系统

1 引言

医用分子筛制氧设备是利用变压吸附技术（Pressure Swing Adsorption，简称PSA），通过加压吸附，降压解吸把氧气从空气中分离出来，再经过过滤，得到符合医疗使用的成品氧气。随着医疗行业技术设备更新的加快，医用分子筛制氧设备正在被越来越多的医院使用，因此，针对这种发展趋势，如何有效地提高制氧机的工作效率，即产品氧气的纯度和产量显得尤为重要。

2 现状

医用分子筛制氧设备由空气压缩单元、空气净化单元、制氧主机、控制单元、产品氧气监控输出单元组成。

基本流程：空压机→压缩空气→空气缓冲罐→冷干机→净化过滤器组→制氧主机→控制单元→成品氧气输出。

空气压缩机对空气加压，经过空气缓冲罐，空气稳压、降温、除水后进入空气净化单元，即冷冻式干燥机，过滤器等，滤除空气中尘埃、油污及水分，然后通过分子筛吸附塔制取合格的产品氧气，供医院临床病人吸氧。

空气缓冲罐的作用是：针对压缩空气起到缓冲，稳压作用。

3 工艺改进

目前，针对医用分子筛制氧设备的技术改进和专利层次不穷，主要目的就是提高装置的运行效率和生产能力。下面具体介绍空气缓冲罐结构的改进对整个系统的影响。

空气缓冲罐结构改变主要基于：①罐体内设置螺旋盘管结构;②空气缓冲罐侧面进气;③出气口从顶部接管至罐底;④冷干机处理后空气进螺旋盘管与原空气热传递。附图1如下：

图1

改进后医用分子筛制氧设备流程：空压机→压缩空气→空气缓冲罐进气口→空气缓冲罐出气口→冷干机→空气缓冲罐盘管进气口→空气缓冲罐盘管出气口→净化过滤器组→制氧主机→控制单元→成品氧气输出。

压缩空气由空压机输出，带有一定温度（大约20℃-40℃），由进气口进入空气缓冲罐，进入缓冲罐的空气迅速膨胀、降温、水分雾化，再经气流的旋转、碰撞、拦截、重力等因素，雾化后的水分沿罐体流入底部，经自动排污阀排出，过滤掉空气中部分水分，减轻冷干机定量负荷。滤过水分的空气从顶部出气口进入冷干机，利用冷干机中冷媒与其进行热交换，把压缩空气温度降到2～10℃范围的露点温度，使压缩空气中含水量趋于超饱和的状态，从而除去压缩空气中的水分（水蒸气成分）。低温干燥空气再进入空气缓冲罐螺旋盘管，在罐体内与盘管外部高温空气热传递，使低温空气提高温度，从盘管输出，使合格空气升温，经过滤器后进入制氧主机，高温合格空气有利于变压吸附，提高产品气纯度和产量，从而提高变压吸附的效率。

4 效益

醫用分子筛制氧设备中空气缓冲罐结构的改变，从一定程度上提高了进入制氧吸附塔的空气温度，提高了变压吸附的效率，从而提高了产品气纯度和产量，基于此改进，我公司采用20m3/h的制氧机，针对空气缓冲罐结构改进前后做了对比试验，考察了其对产品氧气纯度和产量的影响，试验数据如附图2，附图3所示：

图2

图3

由图2可知：空气缓冲罐改进后，医用分子筛制氧设备开机30min内氧气纯度上升明显高于改进前，且达到标准要求的90%浓度加快5min。

由图3可知：设备稳定，纯度稳定，空气缓冲罐改进后的制氧机产氧气的量要高于改进前。

另外，空气缓冲罐的改进，还在一定程度上减轻了冷冻式干燥机的负荷，增强了其使用寿命，降低了冷干机的售后和维修成本。

5 结论

目前，国内外医用分子筛制氧设备的研究开发主要围绕节能降耗进行，一种空气缓冲罐盘管结构，不仅对压缩空气起到缓冲，稳压稳流，还可以去除空气中部分冷凝水，减轻冷冻式干燥机负荷，而且使高温空气给低温空气（冷干机处理后的空气）传热，从而使合格空气升温，有利于变压吸附，提高产品气纯度和产量。