一种模块式制氮系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种制氮系统，特别地涉及一种模块式制氮系统。

背景技术：

2.随着利用纤维膜将空气中的氧气和氮气分离而获得氮气的技术日益成熟，高压制氮装置被越来越多的应用于石油、化工、航天、军事。目前，行业内常用中空纤维膜组制取氮气，并与一台增压设备进行连接，从而达到制备高压氮气的效果。但是目前的中空纤维膜制氮设备的氮气纯度一定时，气量无法调节，不能满足有不同气量需求的情形。
3.但设备无法满足用户使用一套高压制氮系统获取多种气量氮气的需要。模块式高压制氮系统中空纤维膜组采用多种类多数量的组合结构，同时系统使用一台或多台增压机达到获得高气量氮气的效果。模块式组合结构直接影响该技术能否大范围的推广与应用。

技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提出了一种模块式制氮系统，包括：空气压缩机，配置为输出压缩空气；制氮装置，包括至少两个膜组，与所述空气压缩机通过管路相连，配置为接收所述空气压缩机输出的压缩空气，将所述压缩空气转化为不同纯度和/或气量的氮气并输出；其中，所述制氮装置内的多个膜组可以通过串联和/或并联连接。
5.特别的，所述膜组至少包括：第一膜组，配置为复合膜；第二膜组，配置为均质膜。
6.特别的，所述至少两个膜组串联和/或并联连接通过调整管路或者控制阀实现。
7.特别的，所述至少两个膜组并联连接时，至少一个膜组的进气口前装有第一控制阀，经配置使压缩空气进入不同的膜组。
8.特别的，所述制氮装置内包括：相互并联的至少两个第一模组和相互并联的至少两个第二模组；其中，所述所有第一膜组的出气口经一三通控制阀耦合至所有第二模组的进气口；所述三通控制阀的另一出气口耦合至所有第二模组的出气口。
9.特别的，所述制氮装置内包括：两个第一模组，所述两个第一模组的进气口分别设置有第一和第二控制阀，其中一第一模组出气口经第三控制阀耦合至另一第一模组进气口；其中，两个第一模组的出气口耦合至第四控制阀进气口；两个第二膜组，所述两个第二模组的进气口分别设置有第五和第六控制阀，其中一第二模组出气口经第七控制阀耦合至另一第二模组进气口；其中，第五和第六控制阀的进气口耦合至第四控制阀的出气口。
10.特别的，所述制氮装置内包括：两个第一模组，所述两个第一模组的进气口分别设置有第一和第二控制阀，其中一第一模组出气口经第三控制阀耦合至另一第一模组进气口；两个第二膜组，所述两个第二模组的进气口分别设置有第五和第六控制阀，其中一第二模组出气端经第七控制阀耦合至另一第二模组进气口；其中，一第一膜组出气口耦合至第五控制阀进气口，另一第一膜组出气口耦合至第六控制阀进气口。
11.特别的，进一步包括储气装置和增压装置，制氮装置出气口经所述储气装置连接至所述增压装置；其中，所述增压装置包括至少一个增压机。
12.特别的，所述制氮装置进一步包括：加热装置，套设在所述第一膜组和/或第二膜组外，配置为提升或保持第一膜组和/或第二膜组及其内气体温度。
13.特别的，所述加热装置包括：伴热带和/或保温层，所述保温层套设在所述伴热带外。
14.本实用新型的目的通过以下技术方案实现：针对一套制氮设备无法输出不同气量高压氮气的问题，提供一种模块式制氮系统，实现一套系统能够输出多种气量并自由切换。该系统主要利用中空纤维膜组和增压机的能够模块式组合的特点进行设计。不同类型的膜组采用并联或串联安装，以及工作阶段管路配合的工作模式，实现获得不同纯度不同气量氮气的效果；增压机采用并联连接方式，利用一台或多台增压机运行的方式，满足不同气量氮气的增压要求。采用多数量膜组串联或并联的模块式结构，解决了用户设备空间有限，而对于多种氮气产量、多种氮气纯度要求较高的问题。
附图说明
15.下面，将结合附图对本实用新型的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：
16.图1是根据本实用新型的一个实施例一种模块式制氮系统结构示意图；
17.图2a是根据本实用新型的一个实施例一种模块式制氮系统膜组结构示意图；
18.图2b是根据本实用新型的另一个实施例一种模块式制氮系统膜组结构示意图；
19.图2c是根据本实用新型的另一个实施例一种模块式制氮系统膜组结构示意图；
20.图2d是根据本实用新型的另一个实施例一种模块式制氮系统膜组结构示意图；
21.图2e是根据本实用新型的另一个实施例一种模块式制氮系统膜组结构示意图；
22.图3是根据本实用新型的一个实施例一种模块式制氮系统膜组多增压机结构示意图；
23.图4a是根据本实用新型的一个实施例一种模块式制氮系统膜组保温层结构示意图；以及
24.图4b是根据本实用新型的一个实施例一种模块式制氮系统膜组伴热带结构示意图。
具体实施方式
25.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.在以下的详细描述中，可以参看作为本技术一部分用来说明本技术的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本技术的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本技术的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本技术的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。
27.图1是根据本实用新型的一个实施例一种模块式制氮系统结构示意图。如图1所
示，模块式制氮系统包括：空气压缩机100、制氮装置200、储气装置300、增压装置400以及出气口500。在一些实施例中，储气装置300、增压装置400以及出气口500不是必须的。如图1所示，空气压缩机100经管线连接至制氮装置200，制氮装置200经管线连接至储气装置300，储气装置300经管线连接至增压装置400，最后气体可由与增压装置400连接的出气口500排出。
28.在一些实施例中，增压装置400包括至少一台增压机41。
29.使用时，空气压缩机100吸入空气并进行加压，使制氮装置200达到的较佳的分离效率。初步加压的空气经制氮装置200制取洁净氮气并由储气装置300贮存，当储气装置300内压力达到0.8～1.0mpa后，系统控制一台或多台增压机41运行，以获得不同气量的高压氮气。
30.其中，制氮装置200包括至少两个膜组。在一些实施例中，两个膜组可以是两种不同类型的膜组。在一些实施例中，不同类型膜组为第一膜组21和/或第二膜组。在一些实施例中，第一膜组21是一种复合膜，第二膜组是一种均质膜。一般的，复合膜对于环境适应性更好，应用场景更广泛；均质膜的分离效率更高，但对于环境要求相较更为苛刻。在一些实施例中，在低温环境中一般选用复合膜，其膜组具有能效高，耐低温、耐水的特点，如帕米亚膜组。在一些实施例中，在常温环境选用复合膜组和均质膜均可。
31.在一些实施例中，储气装置300是耐压不低于1.4mpa的罐体，储气装置300内部经喷砂处理，外表面进行磷化处理，再喷涂防锈漆，具备防潮、防盐雾能力。
32.在一些实施例中，增压机41选用活塞式压缩机，系统运行时可以单台运行或多台同时运行，运行过程中设备无干扰，系统压力稳定，实现产氮气最高压力不低于35mpa。
33.在一些实施例中，本技术方案进一步包括控制阀，控制阀可以设置在膜组21或膜组22的进气口位置，控制阀控制气体通路是否导通。例如图2a、2b、2c中，第一控制阀61、63、66，其中控制阀62是一种三通控制阀。在一些实施例中，通过控制阀61、66的通断，可以控制其中一根、两根或者三根膜组工作，以实现不通气量或气体浓度的要求。
34.下面结合附图对本实用新型的具体实施做详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
35.图2a是根据本实用新型的一个实施例一种模块式制氮系统膜组结构示意图；图2b是根据本实用新型的另一个实施例一种模块式制氮系统膜组结构示意图；图2c是根据本实用新型的另一个实施例一种模块式制氮系统膜组结构示意图。
36.如图2a所示，本技术所涉及模块式制氮系统中，三根膜组并联，其中有两根膜组前装有控制阀66、61，当两个控制阀均关闭时，可以输出一种气量，当其中一个控制阀打开，或两个控制阀全部打开时，会输出另外两种气量的氮气。
37.在一些实施例中，并联的膜组的类型可以不同，从而进行组合输出更多种气量，例如2b所示的情形。相较图2a中的结构，图2b中将一根第一膜组21更换为第二膜组22。本领域的技术人员应当知道，具体应用过程中，并联的膜组数量和类型不做具体限制，例如也可以是两根，四根或者更多，从而有更多的组合方式。
38.在一些实施例中，如图2c所示，可以将两种类型的三根膜组先并联，再整体串联，也可以实现对制氮机气量和纯度的调节。在一些实施例中，串联的两组膜组的种类相同。优选的，前端的膜组一般结实耐用，且环境适应能力强，后端的膜组具有较好的分离性能。
39.如图2c所示结构中，制氮系统有两种工作模式，一种模式是三通控制阀62将前段膜组与储气装置之间的管路导通，经空气压缩机压缩的气体可经前段的膜组模块分离后，进入储气装置300经增压机41增压后输出；另一种模式是三通控制阀62将前段膜组模块与后段膜组模块之间的管路导通，压缩空气依次进入前段膜组模块、后段膜组模块，然后将分离出的氮气输送至储气装置300经增压机41增压后输出。
40.在一些实施例中，图2c中位置64处可以进一步包括控制阀(图中未示出)可以控制选择气体经过后续膜组21的一个或几个膜组。这样不但可以在配置制氮装置200时设置膜组组合，还可以在膜组设置完成后，选择膜组组合方式，进一步对膜组组合方式重新整合。
41.图2d中，除了设置有第一膜组21和第二膜组22前的第一控制阀61a、第二控制阀61b、第五控制阀64a和第六控制阀64b，还进一步包括两个第一膜组21之间的第三控制阀62a，两个第二膜组22之间的第七控制阀65a，以及设置在第一模组出气口和第五控制阀64a和第六控制阀64b之间的第四控制阀63a。如图2d所示结构，当控制阀61a、62a、63a、64a和65a开启、其他阀关闭时，该系统中所有膜组处于串联状态。当控制阀61a、61b、63a、64a和64b开启时，该系统中前置膜组和后置膜组先并联，然后整体串联。
42.图2e中，不包括第四控制阀63a，两个第一模组出气口分别与控制阀64a和64b进气口连接。如图2e所示结构，当控制阀61a、61b、64a和64b开启，其他阀关闭时，该系统中前置膜组与后置膜组先串联，后整体并联。
43.图2d和图2e所示结构中表明，本技术中的模块化结构(串并联)不但可以在膜组安装设置时进行调控，也可以在安装完成后，通过控制阀实现膜组串并联关系的选择。这样可以实现更多气量的组合。
44.在一些实施例中，上述的各个控制阀具有包括全开、半开或者1/4开的多种气量模式。在前置模组与后置模组能够进行不同数量和连接方式组合的情况下，还可以通过控制各个控制阀的气量，从而实现更加精确的气量组合和气量控制。不但更加经济环保，而且还能够提高高压制氮系统的使用寿命。
45.在一些实施例中，上述的各个控制阀具有气量自动保护功能。当控制阀开启后，流经的气量低于预定的阈值，控制阀将自动关闭。这样，既能够保证气量的精确控制，有能够防止非故意的漏气情况发生，从而保证系统的正常运行。
46.图3是根据本实用新型的一个实施例一种模块式制氮系统多增压机结构示意图。
47.如图所示，在一些实施例中，一种模块式制氮系统包括多增压机41结构，即不同膜组配合输出不同气量的氮气时，需要不同数量的增压机41运行，以完成不同气体氮气的增压。
48.图4是根据本实用新型的一个实施例一种模块式制氮系统膜组加热装置机结构示意图。由图4所示，本技术所述模块式制氮系统进一步包括加热装置，设置在制氮装置200内部。所述加热装置包括：保温层51和伴热带52。伴热带52套设在膜组外部，保温层51套设在伴热带52外。其中，伴热带52可以对膜组内气体加热。
49.当压缩气体进入经加热器装置加热至设定的温度进入膜组，经氮氧分离从而制取高纯度的氮气。在低温状态下，开启加热装置后，氮气经第一膜组21(例如复合膜)通过时加热至设定温度，待第一膜组21出口温度达到设定值，进入第二膜组22(例如均质膜)获得氮气纯度高、露点温度低的气体，合格的氮气再送入储气装置。
50.通过控制控制阀的切换，实现第一膜组与第二膜组的选择使用，既能在低温环境下优先选用复合膜组件进行预热吹扫，再使用均质膜制取低露点的氮气，也能达到制取两种不同气量氮气的效果。在一些实施例中，由于第一膜组内气体已经加热，第二膜组外只套设有保温层51。
51.本实用新型的目的通过以下技术方案实现：针对一套制氮设备无法输出不同气量高压氮气的问题，提供一种模块式制氮系统，实现一套系统能够输出多种气量并自由切换。该系统主要利用中空纤维膜组和增压机的能够模块式组合的特点进行设计。不同类型的膜组采用并联或串联安装，以及工作阶段管路配合的工作模式，实现获得不同纯度不同气量氮气的效果；增压机采用并联连接方式，利用一台或多台增压机运行的方式，满足不同气量氮气的增压要求。采用多数量膜组串联或并联的模块式结构，解决了用户设备空间有限，而对于多种氮气产量、多种氮气纯度要求较高的问题。
52.另外，其具有结构简单、易于组装，获得氮气露点温度低、产气量高等优点，能够根据用户需要组合为适用于各种温度环境、海拔高度等条件下制取高压高纯氮气的系统。系统满负荷状态时氮气最大输出产量，可以至少达到最低功率状态时的两倍，且纯度不变。
53.上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本实用新型公开的范畴。

技术特征：

1.一种模块式制氮系统，其特征在于，包括：空气压缩机，配置为输出压缩空气；制氮装置，包括至少两个膜组，与所述空气压缩机通过管路相连，配置为接收所述空气压缩机输出的压缩空气，将所述压缩空气转化为不同纯度和/或气量的氮气并输出；其中，所述制氮装置内的多个膜组可以通过串联和/或并联连接。2.根据权利要求1所述的模块式制氮系统，其特征在于，所述膜组至少包括：第一膜组，配置为复合膜；第二膜组，配置为均质膜。3.根据权利要求2所述的模块式制氮系统，其特征在于，所述至少两个膜组串联和/或并联连接通过调整管路或者控制阀实现。4.根据权利要求1所述的模块式制氮系统，其特征在于，所述至少两个膜组并联连接时，至少一个膜组的进气口前装有第一控制阀，经配置使压缩空气进入不同的膜组。5.根据权利要求2所述的模块式制氮系统，其特征在于，所述制氮装置内包括：相互并联的至少两个第一模组和相互并联的至少两个第二模组；其中，所有所述第一膜组的出气口经一三通控制阀耦合至所有第二模组的进气口；所述三通控制阀的另一出气口耦合至所有第二模组的出气口。6.根据权利要求2所述的模块式制氮系统，其特征在于，所述制氮装置内包括：两个第一模组，所述两个第一模组的进气口分别设置有第一和第二控制阀，其中一第一模组出气口经第三控制阀耦合至另一第一模组进气口；其中，两个第一模组的出气口耦合至第四控制阀进气口；两个第二膜组，所述两个第二模组的进气口分别设置有第五和第六控制阀，其中一第二模组出气口经第七控制阀耦合至另一第二模组进气口；其中，第五和第六控制阀的进气口耦合至第四控制阀的出气口。7.根据权利要求2所述的模块式制氮系统，其特征在于，所述制氮装置内包括：两个第一模组，所述两个第一模组的进气口分别设置有第一和第二控制阀，其中一第一模组出气口经第三控制阀耦合至另一第一模组进气口；两个第二膜组，所述两个第二模组的进气口分别设置有第五和第六控制阀，其中一第二模组出气端经第七控制阀耦合至另一第二模组进气口；其中，一第一膜组出气口耦合至第五控制阀进气口，另一第一膜组出气口耦合至第六控制阀进气口。8.根据权利要求1所述的模块式制氮系统，其特征在于，进一步包括储气装置和增压装置，制氮装置出气口经所述储气装置连接至所述增压装置；其中，所述增压装置包括至少一个增压机。9.根据权利要求3所述的模块式制氮系统，其特征在于，所述制氮装置进一步包括加热装置，套设在所述第一膜组和/或第二膜组外，配置为提升或保持第一膜组和/或第二膜组及其内气体温度。10.根据权利要求9所述的模块式制氮系统，其特征在于，所述加热装置包括：伴热带和/或保温层，所述保温层套设在所述伴热带外。

技术总结

本申请涉及一种模块式制氮系统，包括：空气压缩机，配置为输出压缩空气；制氮装置，包括至少两个膜组，与所述空气压缩机通过管路相连，配置为接收所述空气压缩机输出的压缩空气，将所述压缩空气转化为不同纯度和/或气量的氮气并输出；其中，所述制氮装置内的多个膜组可以通过串联和/或并联连接。组可以通过串联和/或并联连接。组可以通过串联和/或并联连接。