小型分子筛制氧机的降噪风道壳体设计

张丽琴 蔡林泉

摘要：本文主要介绍了一种制氧机降噪方式，利用其壳体内的多对隔板形成的气流风路通道，隔离和降低噪音效果明显。采用本设计方案的制氧机结构简洁，成本低，便于大批量生产。

关键词：制氧机;降噪风道壳体;噪音

本设计方案试验了一种降噪风道壳体及使用其的氮氧分离装置的小型分子筛制氧机（以下简称制氧机）。本文所述降噪风道壳体包括第一分壳体和第二分壳体，二者拼装形成一个完整的壳体，壳体内部形成放置制氧组件的容置腔，两个分开的壳体内壁对应匹配设有多对隔板，隔板将所述容置腔分隔成多个相连通的腔室，多个相连通的腔室和所述制氧组件之间组合形成气流风路通道。

1.背景技术

随着人民生活水平的提高和社会的进步，特别是经历过新冠肺炎疫情，人们对自身的健康关注度提高，其中氧疗和氧保健作为增强体质、预防疾病的一种新技术正逐渐被接受和推广。人们对制氧机有了更多的认知，使用需求也在增加，已广泛用于医院和家庭等不同场合。制氧机是一种提供缺氧患者给氧用的高纯度氧气的设备。制氧机供患有呼吸系统疾病、心脑血管系统疾病、高原反应及高原性疾病的人群，适用于中老年体弱者、用脑过度的学生和孕妇等人群，以及缺氧环境下工作生活的人群，因为增加吸氧可以促进血液循环，使头脑清新，并可消除疲劳，有效增进工作效率，因此在日常生活或工作场所中，备有制氧机以方便随时使用，亦为良好的生活方式。

制氧机采用物理的变压吸附（Pressure Swing Adsorption）PSA法气体分离技术，在常温环境条件下，以压缩机为动力源，使用空气为原料、分子筛为吸附剂，加压吸附氮气通过氧气、常压解吸脱附氮气的循环转换工作过程，将空气中的氧气、氮气进行分离，从而制取高纯度氧气。制氧机主要由压缩机、换向阀、吸附塔、风机、消音器、电路系统、气路系统、壳体等组成。

目前，市场上的制氧机系统结构比较复杂、生产装配复杂、效率低、成本高，噪音也比较高。医药行业标准《YY0732-2009医用氧气浓缩器 安全要求》中“4.6振动与噪声，在正常使用条件下，氧气浓缩器的最大A计权声压级（稳定值或峰值）不应超过60dB”。市面上的制氧机的噪音大多≥50dB，夜晚置于室内时，其运行时的噪音会使人烦躁，影响用户正常的休息、睡眠等，同时也影响使用者的氧疗效果。因此，降低制氧机噪音成为提高产品质量、增强市场竞争力的迫切需要。

制氧机的噪声源主要包括进气噪音、排气噪音、换向阀切换时的噪音和压缩机噪音等空气动力性噪声。目前市场上制氧机主要利用多孔吸声材料来降低噪音，把吸声材料固定在气流通道的内壁上或按照一定的方式在管道中排列，构成一种阻尼消音器，阻尼消音器对中高频消音效果好，对低频消音效果较差。

因此，如何改良制氧机的构造组成，使制氧机噪音更低非常必要。

2.设计方案

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本设计方案的目的在于提供一种降噪风道壳体，该壳体内采用一种新的气流风路通道，能够有效地隔离和降低制氧机的噪音，提高机器在使用中给客户带来的舒适度，取得良好的消音降噪效果。

2.1设计思路

本设计思路解决其技术问题采用的技术方案是：制氧机采用一种复合式的降噪风道壳体，该风道壳体包括第一分壳体和第二分壳体，二者拼装形成一个完整的壳体，形成制氧机的整个机体，如图1、图2所示。每个分壳体内部形成放置制氧组件的容置腔，两个分壳体内壁分别对应匹配设计有多对隔板。多对隔板将制氧组件的容置腔分隔成多个相连通的腔室。制氧组件分别按对应放置在壳体的位置内，多个相连通的腔室和制氧组件之间组合形成气流风路通道，即气道A（进气）→B→C→D→E→F→G→H→J（出气），如图3所示。

2.2设计方法

将隔板设计分成三对，即设有三个隔板对：第一隔板对、第二隔板对和第三隔板对。其中第三隔板对竖直设置在组件的容置腔内形成气流挡板，其一侧为如图所示气体从进气口A进入的气流通道的上升腔室，上升腔室内仅有底端和顶端可以流通气流，即气体从A依次流向B、C、D;其另一侧设置由第一隔板对、第二隔板对和以及所述壳体的底壁和侧壁四者依次连接形成的半封闭腔室。第一隔板对上设有缺口，便于气流上下通过，第二隔板对设为全封闭式板状结构，其与所述壳体的底壁连接，所述半封闭腔室下通所述出气口。

将隔板对设计再增加第四隔板对。所述第一隔板对、第二隔板对、第四隔板对以及所述制氧机的壳体侧壁四者依次连接形成的半封闭腔室，第一隔板对和第四隔板对上均设有开口，便于气流上下通过，即气体从D依次流向E→F→G→H;第四隔板对的开口与所述出气口相通，即气体从H流向J出气口，从而形成整个气流通道。

所述第三隔板对与所述半封闭腔室之间设有吸附塔;所述半封闭腔室内设有压缩机，压缩机上方设有风机，风机旋转使气流能够上下流动。将两个分壳体对应拼装成整个壳体，组成壳体的全封闭腔室，从而形成制氧整机的氣流风路通道。

2.3设计效果

本设计方法的降噪风道壳体方案，能够达到有效的对制氧机内部散热，同时延长了气体进入壳体内部气流风路通道的长度，可以有效地隔离、降低和吸收制氧机壳体内部气流、压缩机、换向阀和进气、排气消音器等噪声源形成的噪音。

3.测试数据

按照上述方案设计完成后，进行了制氧机的样机制作，随后安排了对样机的测试。

3.1被测声源

声源对象为3升制氧机。目前小型分子筛3升制氧机是国内家用客户群体选用主流的医用制氧机。所以，选择按上述方案设计制作了3升制氧样机，即该样机的最大氧流量是每分钟出氧量3升。

3.2测试仪器

仪器选用符合标准《GB/T3785.1-2010 电声学 声级计 第1部分：规范》规定的I型仪表各项要求，具有A频率计权，且能用于测量人耳听觉范围声音的声级计传声器。声级计型号是AWA6228型多功能声级计，生产厂商为杭州爱华仪器有限公司。

3.3测试环境

测试的静音房，使用在符合国家标准《GB/T3767-2016 声学 声压法测定噪声源声功率级和声能量级 反射面上方近似自由场的工程法》的半消音室的实验室，A计权背景噪音的量值低于测量值至少10dB。

3.4测试方法

采用半球测量面法测试制氧机的噪声。测试时，将声级计置于穿过制氧机几何中心为圆心，半径为1米的水平圆面上（如图4所示）。制氧机设定为最大氧流量3升/分钟的正常工作状态，分别在不同的路径位置点依次进行测试。声级计工作状态设定为频率A计权特性，时间F计权特性。

3.5测试结果

测试数据按照GB/T3767中在反射面上方的自由场中取得。测试结果，经过上述方案设计制作的3升制氧样机的噪音达到42dB（A）左右，比市场上同类型、同等级的制氧机下降幅度达到8dB（A）左右，降噪效果比较明显。

4.结束语

通过试验研究，本设计方案具有的有益效果如下：

（1）本设计试验利用壳体内部的隔板形成的特殊气流风路通道，有效地隔离和降低壳体内部噪音。采取本设计试验的技术方案的制氧机噪音在42dB左右，比市面上的制氧机降噪效果明显，改善了使用者的舒适度。

（2）采用本设计的降噪风道壳体，其不需要额外设置降噪结构，结构更加简洁、精致，成本低，便于大批量生产，经济效益明显。

参考文献

[1]YY0732-2009，医用氧气浓缩器 安全要求[S].北京：国家食品药品监督管理局，2009.

[2]GB/T3785.1-2010，电声学 声级计 第1部分：规范[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2010.

[3]GB/T3767-2016，声学 声压法测定噪声源声功率级和声能量级 反射面上方近似自由场的工程法[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2016.

[4]张丽琴、毛坚强、蔡林泉.一种降噪风道壳体及使用其的氮氧分离装置：中国：201811621865.4[P].2019-03-15.