一种制氮机及制氮方法

技术领域

本发明涉及制氮技术领域，具体为一种制氮机及制氮方法。

背景技术

目前，制氮机制氮通常采用膜分离制氮技术或变压吸附法制氮技术。膜分离制氮技术是利用高分子中空纤维膜对空气中氮和氧等气体分子在膜中溶解度和扩散系数不同，从而具有不同的渗透速率，将氮、氧等气体进行分离而制取氮气或氧气的技术。变压吸附法是一种新的气体分离技术，自60年代末70年代初在国外已经得到迅速的发展，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开，它是以空气为原料，利用一种高效能、高选择的固体吸附剂对氮和氧的选择性吸附的性能把空气中的氮和氧分离出来。

现有的制氮机，通常包括：空压机、缓冲罐、冷干机、过滤装置、氮气产生装置（如分离膜组）、储存罐，如CN208948854U一种能够控温的膜分离制氮机，具有以下问题：

1.只有一个空压机、氮气产生装置，当空压机或氮气产生装置异常，整个装置将无法制氮，影响整个装置的效率；

2.过滤装置的过滤效果需要进一步提升，且过滤装置中缺乏气压预警装置，影响整个装置的安全性。

发明内容

本发明提供一种制氮机及制氮方法，用以解决上述提出技术问题中至少一项。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种制氮机，包括底板，所述底板上安装有：

空压机组，空压机组包括：第一主管和若干空压机，若干空压机的出气口通过第一支管连接第一主管；

缓冲罐，缓冲罐的进气口与第一主管连接，缓冲罐的出气口与第二主管连接；

若干制备组件，制备组件包括依次连通的：冷干机、过滤装置、氮气产生装置、储存罐，冷干机的进气口通过第二支管与第二主管连通。

优选的，第一主管、第一支管、第二主管、第二支管上分别连接有控制阀门。

优选的，过滤装置包括：

过滤箱，所述过滤箱左侧设置进气管，所述过滤箱内从左到右依次设置第一过滤网、过滤网组，过滤网组包括：从左到右依次设置的若干组不同的次过滤网。

优选的，所述过滤箱内还设置：泄压及预警装置，泄压及预警装置包括：

两组上下对称的泄压组件，上侧的泄压组件包括：水平隔板，水平隔板左侧、前侧、后侧分别与过滤箱左侧、前侧、后侧内壁固定连接，所述水平隔板中部上下贯穿嵌设第二过滤网，水平隔板下端左侧一体固定设置凸块一，水平滑板上端沿着左右方向滑动连接在水平隔板下端，水平滑板左部上下贯穿设置连通口，水平滑板左侧通过第一弹簧与凸块一固定连接；两组泄压组件的水平滑板分别可拆卸连接在第一过滤网上下两端；第一过滤网左侧气压正常时，连通口位于第二过滤网左侧；

预警组件，预警组件与一组泄压组件连接，预警组件包括：第一导体、第二导体，第一导体与一组水平滑板右端固定连接，第二导体固定连接在对应的水平隔板的内侧，第一导体、第一报警器、电源、第二导体依序依次通过导线电性连接，第一导体和第二导体接触导通使得电源给第一报警器供电，电源、第一报警器分别设置在过滤箱外。

优选的，第一过滤网、第二过滤网为同一种过滤网，所述过滤箱右侧设置第一排气口，所述过滤箱右侧设置气体加热器，气体加热器的进气口与第一排气口连通。

优选的，还包括稳固结构，所述稳固结构用于固定过滤网组，所述稳固结构包括：

若干第一凹槽，左右间隔的设置在过滤箱下端，次过滤网下端一一对应的连接在第一凹槽内，次过滤网上端设置第二凹槽；

驱动腔，嵌设在过滤箱上壁，驱动腔内左右两端转动设置水平杆，水平杆由驱动装置驱动旋转，水平杆上水平间隔的固定套设凸轮；

压块，上下滑动连接在驱动腔下部，压块上端与凸轮下端接触，驱动腔内壁设置凸块二，压块上端与凸块二下端固定连接第二弹簧；

若干组第三凹槽，左右间隔的设置在压块下端，第三凹槽与次过滤网一一对应，第三凹槽内上下滑动设置滑块，滑块上端设置第三弹簧，密封板固定套设在滑块外侧，竖向螺杆与第三凹槽上端贯穿螺纹连接。

优选的，氮气产生装置包括：

箱体，箱体下部一侧贯穿连接主进气管，箱体上部一侧贯穿连接主出气管，固定板固定连接在箱体下部，滑动板上下滑动连接在箱体内上部；

吸附塔组，吸附塔组包括：若干左右水平间隔布置的吸附塔，吸附塔下部一一对应的安装在固定板上端的限位凹槽内，竖出气支管与吸附塔上端的出气口一一对应连通，竖出气支管上下贯穿滑动板后与主出气管连通，吸附塔的进气口通过竖进气支管与主进气管连通。

优选的，吸附塔组还包括可调式稳定装置，可调式稳定装置包括：

每个吸附塔左右两侧分别设置的竖螺杆，竖螺杆下端安装在固定板上端，竖螺杆上端安装在箱体侧壁固定设置的固定块上，竖螺杆活动贯穿滑动板，前弧形套前侧固定连接在箱体前侧内壁，后弧形套后侧固定连接在箱体后侧内壁；

两组螺母组，两组螺母组与两个竖螺杆连接，螺母组包括两组上下间隔的第一螺母，第一螺母螺纹连接在竖螺杆上，两组第一螺母分别位于滑动板上下两端；

若干组稳定机构，与若干吸附塔一一对应，稳定机构包括左右对称的两组稳定组，稳定组通过与对应的竖螺杆配合夹紧吸附塔。

本发明还公开了一种制氮机的制氮方法，应用于所述的制氮机，包括：

步骤1：根据制氮需求确定空压机的工作数量、制备组件的工作数量；

步骤2：包括步骤21:

空气通过空压机进行压缩，压缩后的空气通过第一支管、第一主管汇集至缓冲罐;

步骤22：缓冲罐中压缩的空气通过第二主管、第二支管进入制备组件；

步骤3：制备组件进行制氮：制备组件中压缩的空气进入冷干机进行冷干，冷干后的空气通过过滤装置进行过滤，过滤后的空气通过氮气产生装置进行制氮，制备的氮气通过储存罐储存。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

本发明中，根据需要选择不同数量的空压机进行工作，空气通过空压机进行压缩，压缩后的空气汇集至缓冲罐，缓冲罐中压缩的空气通过第二主管、第二支管进入制备组件，可根据需要选择不同数量的制备组件进行工作，制备组件中压缩的空气进入冷干机进行冷干，冷干后的空气通过过滤装置进行过滤，过滤后的空气通过氮气产生装置进行制氮；

本发明中，设置若干空压机、若干制备组件，可根据需要选择空压机和制备组件的数量，以满足不同的制备需求。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的过滤装置的一种实施例的剖视结构示意图；

图3为图2中的A区域放大结构示意图；

图4为图2中的B区域放大结构示意图；

图5为本发明的氮气产生装置的一种实施例的结构示意图；

图6为图5中的C区域放大结构示意图；

图7为本发明的氮气产生装置的左侧的第一弧形套、右侧的第一弧形套未夹紧时：前弧形套、后弧形套、左侧的第一弧形套、右侧的第一弧形套的俯视结构示意图。

图中：1、空压机组；11、空压机；12、第一主管；13、第一支管；2、缓冲罐；3、第二主管；4、制备组件；41、冷干机；42、过滤装置；421、过滤箱；422、进气管；423、第一排气口；424、气体加热器；425、第一过滤网；426、次过滤网；4261、第二凹槽；43、氮气产生装置；431、箱体；432、主出气管；433、主进气管；434、滑动板；435、吸附塔；436、竖出气支管；437、后弧形套；438、固定板；439、竖进气支管；4310、前弧形套；44、储存罐；45、第二支管；5、底板；6、泄压及预警装置；61、水平隔板；62、第二过滤网；63、水平滑板；64、连通口；65、第一弹簧；66、第一导体；67、第二导体；68、第一报警器；69、电源；610、凸块一；7、稳固结构；71、第一凹槽；72、驱动腔；73、水平杆；74、凸轮；75、驱动装置；76、压块；77、第三凹槽；78、滑块；79、密封板；710、竖向螺杆；711、凸块二；712、第二弹簧；713、第三弹簧；8、可调式稳定装置；81、竖螺杆；82、第一螺母；83、固定箱；84、第一弧形套；85、缓冲弹簧；86、竖向杆；87、第二螺母；88、锥形配合面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案以及技术特征可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供如下实施例

本发明实施例提供了一种制氮机，如图1-图2所示，包括底板5，所述底板5上安装有：

空压机组1，空压机组1包括：第一主管12和若干空压机11，若干空压机11的出气口通过第一支管13连接第一主管12；

缓冲罐2，缓冲罐2的进气口与第一主管12连接，缓冲罐2的出气口与第二主管3连接；

若干制备组件4，制备组件4包括依次连通的：冷干机41、过滤装置42、氮气产生装置43、储存罐44，冷干机41的进气口通过第二支管45与第二主管3连通。优选的，第二主管3上设置水分离器；氮气产生装置43可为现有的膜分离式制氮装置或变压吸附制氮装置。过滤装置42也可为现有的过滤装置。

优选的，第一主管12、第一支管13、第二主管3、第二支管45上分别连接有控制阀门。

优选的，过滤装置42包括：

过滤箱421，所述过滤箱421左侧设置进气管422，所述过滤箱421右侧设置第一排气口423，所述过滤箱421右侧设置气体加热器424，气体加热器424的进气口与第一排气口423连通，所述过滤箱421内从左到右依次设置第一过滤网425、过滤网组，过滤网组包括：从左到右依次设置的若干组不同的次过滤网426。第一过滤网425(粗过滤网)和次过滤网426选择不同种类的过滤网(次过滤网的过滤精度可依次增高)，具体的过滤网的种类根据制氮中空气需要选择，此为现有技术（CN213446230U、CN212142135U），在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种制氮机的制氮方法，应用于所述的制氮机，包括：

步骤1：根据制氮需求确定空压机11的工作数量、制备组件4的工作数量；

步骤2：包括步骤21:

空气通过空压机11进行压缩，压缩后的空气通过第一支管13、第一主管12汇集至缓冲罐2;

步骤22：缓冲罐2中压缩的空气通过第二主管3、第二支管45进入制备组件4；

步骤3：制备组件4进行制氮：制备组件4中压缩的空气进入冷干机41进行冷干，冷干后的空气通过过滤装置42进行过滤，过滤后的空气通过氮气产生装置43进行制氮，制备的氮气通过储存罐44储存。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本发明中，根据需要选择不同数量的空压机进行工作，空气通过空压机11进行压缩，压缩后的空气汇集至缓冲罐2，缓冲罐2中压缩的空气通过第二主管3、第二支管45进入制备组件4，可根据需要选择不同数量的制备组件进行工作，制备组件4中压缩的空气进入冷干机41进行冷干，冷干后的空气通过过滤装置42进行过滤，过滤后的空气通过氮气产生装置43进行制氮；

本发明中，设置若干空压机11、若干制备组件4，可根据需要选择空压机11和制备组件4的数量，以满足不同的制备需求。

通过过滤装置42能够将空气进行纯化处理，可防止空气中的杂质对分离纯度进行影响。

本发明解决了背景技术提出的：现有的制氮机，如CN208948854U一种能够控温的膜分离制氮机，具有的以下问题：只有一个空压机、氮气产生装置，当空压机或氮气产生装置异常，整个装置将无法制氮，影响整个装置的效率。

如图2-图3所示，所述过滤箱421内还设置：泄压及预警装置6，泄压及预警装置6包括：

两组上下对称的泄压组件，上侧的泄压组件包括：水平隔板61，水平隔板61左侧、前侧、后侧分别与过滤箱421左侧、前侧、后侧内壁固定连接，所述水平隔板61中部上下贯穿嵌设第二过滤网62，水平隔板61下端左侧一体固定设置凸块一610，水平滑板63上端沿着左右方向滑动连接在水平隔板61下端，水平滑板63左部上下贯穿设置连通口64，水平滑板63左侧通过第一弹簧65与凸块一610固定连接；两组泄压组件的水平滑板63分别可拆卸连接在第一过滤网425上下两端；第一过滤网425左侧气压正常时，连通口64位于第二过滤网62左侧；

预警组件，预警组件与一组泄压组件连接，预警组件包括：第一导体66、第二导体67，第一导体66与一组水平滑板63右端固定连接，第二导体67固定连接在对应的水平隔板61的内侧，第一导体66、第一报警器68、电源69、第二导体67依序依次通过导线电性连接，第一导体66和第二导体67接触导通使得电源69给第一报警器68供电，电源69、第一报警器68分别设置在过滤箱421外。

优选的，第一过滤网425、第二过滤网62为同一种过滤网。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：

压缩空气通过进气管422进入过滤箱421内首先通过第一过滤网425过滤，在第一过滤网425进气侧压力正常时，如图2所示，压缩空气通过第一过滤网425进行粗过滤；当第一过滤网425进气侧压力异常（包括第一过滤网堵塞原因或过滤箱421前侧其他部件的原因），第一过滤网425向右移动，使得第一导体66和第二导体67接触导通使得电源给第一报警器供电，一方面通过第一报警器报警提醒检修调整或更换第一过滤网425，另一方面第一过滤网425向右移动，使得连通口64与第二过滤网62连通，可通过第二过滤网62泄压。

以上通过气压预警及泄压，保证了装置的安全性。

本发明解决了背景技术提出的：过滤装置中缺乏气压预警装置，影响整个装置的安全性的问题。

如图2、图4所示，还包括稳固结构7，所述稳固结构7用于固定过滤网组，所述稳固结构7包括：

若干第一凹槽71，左右间隔的设置在过滤箱421下端，次过滤网426下端一一对应的连接在第一凹槽71内，次过滤网426上端设置第二凹槽4261；

驱动腔72，嵌设在过滤箱421上壁，驱动腔72内左右两端转动设置水平杆73，水平杆73由驱动装置75驱动旋转，水平杆73上水平间隔的固定套设凸轮74；

压块76，上下滑动连接在驱动腔72下部，压块76上端与凸轮74下端接触，驱动腔72内壁设置凸块二711，压块76上端与凸块二711下端固定连接第二弹簧；

若干组第三凹槽77，左右间隔的设置在压块76下端，第三凹槽77与次过滤网426一一对应，第三凹槽77内上下滑动设置滑块78，滑块78上端设置第三弹簧713，密封板79固定套设在滑块78外侧，竖向螺杆710与第三凹槽77上端贯穿螺纹连接；竖向螺杆710可与滑块78上端转动连接或仅仅接触。

驱动装置75可包括电机和齿轮传动装置（包括主齿轮和从齿轮，主齿轮固定套接在电机，从齿轮固定套接在水平杆73），电机通过齿轮传动装置驱动水平杆73旋转；

本发明中，也可不设置第二凹槽4261，仅仅通过滑块78压紧次过滤网426上端。次过滤网426为不同类型的过滤网(起不同的空气过滤作用);

上述技术方案的工作原理和有益效果为：

1.本发明中，可在过滤箱421前侧设置可开合的箱门，本发明安装次过滤网426时，打开箱门，然后将次过滤网426下部依次连接至第一凹槽71然后再固定次过滤网426，由于不同次过滤网426的高度可能不同或者避免安装困难，使得次过滤网426上端与过滤箱421上端内壁之间存在间隙；固定次过滤网426时，首先旋转竖向螺杆710使得滑块78下端高度不同以适应不同的次过滤网426，控制驱动装置75旋转，带动水平杆73，使得凸轮74下压压块76，使得滑块78压入第二凹槽4261内，同时密封板79对次过滤网426上端和过滤箱421上端内壁之间进行密封，保证了过滤效果。

2.本发明通过一个驱动装置，可实现若干个次过滤网426的滑块78同时下压固定，固定方便且提高了安装效率；且本发明当需要同时拆卸多个次过滤网426时，也可通过驱动装置75驱动水平杆73，使得凸轮74停止下压压块76，使得滑块78离开第二凹槽4261，拆卸方便，且提升拆卸效率；

3.由于不同次过滤网426可能有时候不需要同时拆卸，此时仅仅旋转竖向螺杆710使得滑块78向上移动，使得滑块78松开对次过滤网426的压紧，便于拆卸单个次过滤网426。

如图5-图7所示，氮气产生装置43包括：

箱体431，箱体431下部一侧贯穿连接主进气管433，箱体431上部一侧贯穿连接主出气管432，固定板438固定连接在箱体431下部，滑动板434上下滑动连接在箱体431内上部；

吸附塔组，吸附塔组包括：若干左右水平间隔布置的吸附塔435，吸附塔435下部一一对应的安装在固定板438上端的限位凹槽内，竖出气支管436与吸附塔435上端的出气口一一对应连通，竖出气支管436上下贯穿滑动板434后与主出气管432连通。

吸附塔435的进气口通过竖进气支管439与主进气管433连通，竖出气支管436和竖进气支管439分别连接控制阀门；

吸附塔435可为现有的变压吸附制氮使用的吸附塔。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：吸附塔435下部一一对应的安装在固定板438上端的限位凹槽内，然后可通过调整滑动板434的位置，实现通过固定板438和滑动板434将吸附塔435上下压紧；

通过设置多个吸附塔435，可根据需要选择制氮使用的吸附塔435的数量，在一个吸附塔435异常或更换还可使用其他的吸附塔435，保证了制氮工作的可靠进行。

如图5-图7所示，吸附塔组还包括可调式稳定装置8，可调式稳定装置8包括：

每个吸附塔435左右两侧分别设置的竖螺杆81，竖螺杆81下端安装在固定板438上端，竖螺杆81上端安装在箱体431侧壁固定设置的固定块上，竖螺杆81活动贯穿滑动板434；

两组螺母组，两组螺母组与两个竖螺杆81连接，螺母组包括两组上下间隔的第一螺母82，第一螺母82螺纹连接在竖螺杆81上，两组第一螺母82分别位于滑动板434上下两端；

若干组稳定机构，与若干吸附塔435一一对应，稳定机构包括左右对称的两组稳定组，稳定组通过与对应的竖螺杆81配合夹紧吸附塔435；

左侧的稳定组包括：

固定箱83，固定箱83的右侧开口，固定箱83的左端与吸附塔435左侧的竖螺杆81固定连接，第一弧形套84前后两端分别与固定箱83的前后两侧内壁左右滑动连接，第一弧形套84与固定箱83的左侧内壁之间固定连接缓冲弹簧85；

两组上下对称的调节组件，分别与第一弧形套84上下两端配合，上方的调节组件包括：竖向杆86和第二螺母87，竖向杆86上下滑动贯穿固定箱83上端，第一弧形套84左侧上端设置左低右高的锥形配合面88，锥形配合面88与竖向杆86下端的球状体接触配合，第二螺母87与第一弧形套84所在的竖螺杆81上部螺纹连接，第二螺母87下端与竖向杆86上端接触。

优选的，前弧形套4310前侧固定连接在箱体431前侧内壁，后弧形套437后侧固定连接在箱体431后侧内壁，左侧的第一弧形套84和右侧的第一弧形套84之间还可拆卸连接前弧形套4310，前弧形套4310、右侧的第一弧形套84、后弧形套437、左侧的第一弧形套84内侧均设置调温凹槽，调温凹槽内设置调温器件；前弧形套4310、右侧的第一弧形套84、后弧形套437、左侧的第一弧形套84连接之后构成完成的圆形柱状套，通过通过调温器件（或调温装置）对吸附塔内部调温，保证制氮效果的稳定性。调温器件（或调温装置）为现有技术。竖向杆86与固定箱83内壁也可设置复位弹簧；

上述技术方案的工作原理和有益效果为：

1.如图5所示，首先将吸附塔435下部安装至固定板438上端的限位凹槽内，然后旋转每个竖螺杆81上的第二螺母87，使得每个竖螺杆81上的两个第二螺母87相互靠近，从而第二螺母87挤压对应的竖向杆86，使得上下相对的竖向杆86相互靠近，通过竖向杆86的球状体与锥形配合面88接触，使得左侧的第一弧形套84靠近吸附塔435，夹紧吸附塔435左侧（右侧的稳定组也参照左侧的稳定组的运动，夹紧吸附塔435右侧；可根据不同直径的吸附塔435调整第二螺母87的移动距离，以满足不同直径的吸附塔435的夹紧需求；

2.然后上下滑动所述滑动板434，通过旋转第一螺母82，使得滑动板434高度确定，从而实现不同高度的吸附塔435，且可通过一个滑动板434压紧多个吸附塔435，压紧方便；

3.左侧的第一弧形套84和右侧的第一弧形套84高度较高，且左侧的第一弧形套84和右侧的第一弧形套84均通过上下侧的调节组件驱动夹紧，保证了对吸附塔435的侧向夹紧面积及夹紧稳定性。

4.本发明的滑动板434、竖螺杆81、左侧的第一弧形套84和右侧的第一弧形套84相互连接形成一个稳定的连接结构，保证了吸附塔435的整体稳定性。

竖进气支管439连接有控制阀门，制氮机还包括：智能调控系统，智能调控系统周期性工作，智能调控系统包括：

第一采集模块，用于采集主进气管433内实际氮含量（可为摩尔百分比）；

第二采集模块，用于采集竖出气支管436内实际氮含量；

第三采集模块，用于采集竖出气支管436内实际气体参数，实际气体参数包括：实际气压、实际气体流量；

第四采集模块，用于采集竖进气支管439内实际气体参数；

温度检测模块，用于检测吸附塔435内温度；

控制模块、第二报警器，控制模块分别与第一采集模块、第二采集模块、第三采集模块、第四采集模块、温度检测模块、竖进气支管连接的控制阀门、第二报警器电连接，控制模块基于第一采集模块、第二采集模块、第三采集模块、第四采集模块、温度检测模块控制第二报警器和竖进气支管连接的控制阀门工作，包括：

步骤S1：控制模块基于第一采集模块、第二采集模块、第三采集模块、第四采集模块、温度检测模块在评估时段内检测值，确定每个吸附塔435的吸附状态参数，当吸附塔435的吸附状态参数大于对应的吸附状态参数阈值（不同

；

为第i个吸附塔435的吸附状态参数；/>

步骤S2：当第二报警器未报警，基于吸附塔435的吸附状态参数计算目标流量，控制模块控制吸附塔的竖进气支管439连接的控制阀门工作，使得吸附塔的竖进气支管439的实际流量为所述目标流量；

；

为第i个吸附塔435的目标流量；/>

上述技术方案的有益效果为：

1.步骤S1实现对每个吸附塔435的当前的吸附性能状态进行评估，当吸附性能状态异常时及时报警提醒检修或更换分子筛，保证了制氮效率及效果。

确定吸附性能状态时基于：氮含量的变化状态

2.步骤S2根据吸附塔435的吸附状态参数，确定合适的进气流量，保证吸附塔的吸附效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。