Сказать, что за год с начала пандемии COVID-19 произошло много событий, — это еще мягко сказано, настолько масштабных, что трудно вспомнить ранние дни сообщества хакеров, которые использовали массово производимые средства индивидуальной защиты, самодельные аппараты ИВЛ и так далее. Однако мы не помним, что на начальном этапе развития было много попыток создать самодельный кислородный концентратор.
Учитывая простоту и эффективность конструкции под названием OxiKit, кажется странным, что мы не видели больше подобных устройств. OxiKit использует цеолит — пористый минерал, который можно использовать в качестве молекулярного сита. Крошечные гранулы упакованы в цилиндр, изготовленный из ПВХ-труб и фитингов, купленных в хозяйственном магазине, и соединены с безмасляным воздушным компрессором через пневматический клапан, управляемый несколькими электромагнитными клапанами. После охлаждения в медной трубке сжатый воздух пропускается через цеолитовую колонну, которая преимущественно удерживает азот, пропуская кислород. Поток кислорода разделяется: одна часть поступает в буферный резервуар, а другая — на выход второго цеолитового резервуара, где принудительно адсорбированный азот высвобождается. Arduino управляет клапаном, попеременно подавая газ туда и обратно, чтобы производить 15 литров 96%-ного чистого кислорода в минуту.
OxiKit не оптимизирован так же, как коммерческие генераторы кислорода, поэтому он не особенно тихий. Но он намного дешевле коммерческого устройства, и для большинства энтузиастов его легко собрать. Все разработки OxiKit имеют открытый исходный код, но они продают наборы инструментов и некоторые труднодоступные детали и расходные материалы, такие как цеолит. Мы попробуем собрать что-то подобное, потому что технология очень интересная. Наличие источника кислорода с высокой пропускной способностью тоже не помешает.
15 литров в минуту — это очень впечатляющий показатель. В масштабах это достаточно для поддержания жизни 7 человек в нормальных условиях (каждый человек — по 2 литра в минуту).
Мне всегда хотелось узнать, как это работает. Интересно. Кажется, это почти противоречит законам термодинамики, но это не так.
Учитывая такое большое количество производимого кислорода, мне интересно, что произойдет, если подвесить это устройство на автомобильный двигатель и/или увеличить его размеры. Возможно, это будет похоже на образование нитритов. Это будет довольно безопасно, потому что можно настроить систему так, чтобы производимый «чистый» кислород потреблялся непосредственно рядом с двигателем, а не накапливался где-либо еще. Однако сначала мне нужно отрегулировать машину. Произошла обратная вспышка… «Будет плохо».
Думаю, это хорошо подходит для сварки/пайки/резки кислородом/пропаном, кислородом/водородом или кислородом/ацетиленом.
Да, после просмотра этого видео на YouTube появилось видео с предложением Далбора Фарни о кислородном концентраторе. Его цель — обеспечить кислородной горелкой, необходимой ему для стеклодувного станка. Изготовьте свою собственную цифровую трубку. На самом деле, шесть таких трубок в сумме дают 30 л/мин кислорода.
Я предполагаю, что 2-литровый двигатель, работающий на нескольких тысячах оборотов в минуту, может израсходовать столько же топлива, сколько 15-литровый двигатель за минуту. Однако, может ли это повысить уровень кислорода во всасываемом воздухе до достаточного уровня? Честно говоря, не знаю.
Нитрит может обеспечивать энергию, поскольку он выделяет молекулу азота на каждую разложившуюся молекулу закиси азота (он сохраняет свой объем по мере потребления кислорода), так же как и увеличивает эффективную концентрацию кислорода (выделение также сопровождается выделением тепла). Подача чистого кислорода не так выгодна, поскольку вы все равно теряете объем и сталкиваетесь с проблемами, которые могут привести к воспламенению блока цилиндров двигателя.
Вам потребуется серьезно увеличить масштаб. Двухлитровый автомобильный двигатель со скоростью 2500 об/мин «дышит» примерно 2,5 кубических метра воздуха в минуту (21% O²). Это примерно в 600 раз больше, чем у человека в состоянии покоя. Объем дыхательных путей, потребляемых человеком, составляет около 25% O², тогда как объем дыхательных путей автомобиля составляет около 90%…
Кроме того, при таком способе сгорания сильно нагреваются и расплавляются поршни. Изменение состава топливной смеси позволяет увеличить мощность двигателя. Однако поршень расплавится из-за повышения температуры. Низкое содержание кислорода предотвращает плавление металла.
Обычные автомобильные двигатели ограничены потоком воздуха и развивают максимальную мощность при сгорании всего кислорода в воздухе. Это достигается за счет небольшого обогащения смеси, при котором часть бензина не сгорает. Если максимальная мощность не требуется, автомобильные двигатели обычно работают с небольшим перегрузом, поскольку работа на обогащенной смеси приводит к снижению топливной экономичности и увеличению выбросов углеводородов.
Если вы хотите использовать эту функцию для увеличения мощности, вам нужен способ обмануть бортовой компьютер двигателя, чтобы он одновременно добавлял определенный процент топлива.
Если поддерживать постоянное соотношение воздуха и топлива, это примерно эквивалентно открытию дроссельной заслонки всего на несколько процентов.
Однако, если вы превысите «несколько процентов» (намеренная двусмысленность…), вы можете достичь предела способности блока управления двигателем (ЭБУ) понимать, сколько воздуха поступает, или контролировать количество выходящего топлива, или устанавливать правильное время зажигания независимо от скорости и расхода воздуха.
Необходимая скорость потока воздуха для поддержания жизни человека во многом зависит от его состояния! 2 л/мин — это довольно просто. Многим пациентам, нуждающимся в интенсивной терапии, требуется 15 л/мин.
Просто будьте осторожны, чтобы не закончился кислород. Высокие концентрации кислорода могут сделать многие вещества легковоспламеняющимися и способствовать самовозгоранию многих масел и смазочных материалов. Именно поэтому используются безмасляные компрессоры.
Этот и многие другие «не сразу очевидные» методы обработки кислорода могут навредить вам, особенно при повышении давления.
Если вы используете кислород, можете воспользоваться приложением Oxygen Hacker's Companion от Вэнса Харлоу (у дайверов, использующих нитрокс, это приложение, возможно, уже есть): http://www.airspeedpress.com/newoxyhacker.html
Я не знаком с этой книгой, она предназначена для пользователя, а не для настройщика. Тем не менее, спасибо за ссылку, я закажу экземпляр, как только форма вступит в силу!
Да, я это отмечу. Основной причиной отказа пневматической системы из ПВХ является взрыв осколков, поэтому внимательно следите за указанными значениями давления — с увеличением диаметра трубы номинальное давление будет снижаться.
В начале 1980-х я работал в компании по лизингу медицинского оборудования, которая сдавала в аренду и обслуживала кислородные генераторы Devilbiss. В то время эти устройства были размером всего лишь с небольшой холодильник для пива. Я отчетливо помню, как их внутренняя конструкция представляла собой «хранилище оборудования». Я до сих пор помню, что ситовый слой был сделан из ПВХ-труб диаметром 4 дюйма и покрыт крышкой, поэтому конструкция, описанная в этом проекте, соответствует предыдущим историческим (но, очевидно, практическим) технологиям.
Компрессор представляет собой двухпоршневой/диафрагменный компрессор с двойным колебательным движением, поэтому в сжатом воздухе отсутствует масло. Клапан в головке компрессора представляет собой тонкий лепестковый клапан из нержавеющей стали.
Сортировка потока осуществляется с помощью механического таймера, Arduino не требуется. Таймер имеет синхронизатор (двигатель с зубчатой ​​передачей), который приводит в движение вал с несколькими кулачковыми колесами. Микропереключатель, расположенный на кулачке, срабатывает на электромагнитный клапан, вызывая движение газа.
Главный враг этих машин — высокая влажность. Адсорбция молекул воды разрушает сито.
Незадолго до моего ухода из компании мы начали закупать концентратор у конкурента Devilbiss (название мне сейчас неизвестно), и компания продемонстрировала значительный прогресс. Помимо более компактного и тихого нового концентратора, компания также изготовила ситовый слой из алюминиевых трубок. Трубка покрыта пластиной с обработанными канавками для уплотнительных колец. Мне кажется, речь идёт о резьбовой опоре, соединяющей узлы. Преимущество такой конструкции в том, что при необходимости слой можно разъединить и заменить ситовый материал. Также они отказались от механических таймеров и заменили их простыми электронными устройствами и твердотельными реле для управления соленоидами.
Для их работы требуется использование трубопроводов SCH40 (номинальное давление 260 psi при диаметре 3 дюйма), и они, очевидно, оснащены предохранительным клапаном на 40 psi и регулятором давления 20-30 psi перед созданием давления в ПВХ-трубах, что обеспечивает хороший запас прочности. Не уверен, как они будут подвергаться воздействию кислорода. Изменение интенсивности.
Давление разрыва трубы SCH40 во много раз превышает номинальное давление — в зависимости от диаметра. Для трубы диаметром 3 дюйма это примерно 850 psi, а для трубы диаметром 6 дюймов — примерно 500 psi. Для трубы диаметром 1/2 дюйма — около 2000 psi. Вдвое больше, чем у SCH80. Именно поэтому теннисные ракетки из ПВХ не взрываются — их слишком много. Увеличение диаметра камеры сгорания до 6 или 8 дюймов повысит ваши шансы на успех. Но в целом, сообщество энтузиастов склонно серьезно недооценивать прочность пластиковых труб. https://www.pvcfittingsonline.com/resource-center/strength-of-pvc-pipe-with-strength-chart/
Меня бы заинтересовала возможность ограничить возможности любителей использования фейерверков (и, возможно, снизить их чистоту). На рынке товаров для хобби обычно покупают списанные медицинские кислородные баллоны. Это была моя первая идея, но стоимость комплекта + комплектующие значительно превышали цену списанного медицинского баллона.
Двигатель автомобиля объемом 2 литра может потреблять 9000 литров кислорода в минуту (на высоких оборотах), поэтому 15 литров в минуту — это примерно в 600 раз меньше. Это классное устройство. Я купил несколько восстановленных концентраторов по 5 литров в минуту по 300 долларов каждый (цена, похоже, растет). Он производит 5 литров в минуту. Потребляется несколько сотен ватт, поэтому экстраполировано, что для 9000 литров в минуту (только для развлечения) требуется примерно 360 кВт (480 л.с.).
Потому что их алгоритм написала берлинская группа. (Посчитайте единицу, и получите золотую звездочку.)
Посмотрите сайт компании… ну, характеристики в их магазине немного расплывчаты, но они продадут вам 5 фунтов за 75 долларов. Давайте посмотрим на GitHub. Не стоит. Там нет спецификации материалов.
У нас есть электромеханическая схема с открытым исходным кодом, которая подскажет, как её собрать, а не как её заполнить. Я называю это местом, где отсутствует ключевая информация. Это как персонаж, который поднимает брови… это завораживает.
В комментарии к одному из своих видео (на которое я дал ссылку в статье, если я правильно помню) компания OxiKit упомянула, что это цеолит натрия.
Как и в случае с любым другим молекулярным ситом, вы сообщаете производителю, для чего вы хотите его использовать, а не для чего он предназначен. Потому что это одно и то же, просто размер пор различается.
В кислородных концентраторах обычно используется цеолит 13X 0,4–0,8 мм или цеолит JLOX 101, второй — самый дорогой. При переделке кислородного концентратора, купленного на Craigslist, я использовал 13X. Зеленый индикатор горит постоянно, поэтому чистота кислорода составляет не менее 94%.

https://catalysts.basf.com/files/literature-library/BASF_13X-Molecular-Sieve_Datasheet_Rev.08-2020.pdf

Также можно использовать молекулярные сита 5A (5 ангстрем). Думаю, они менее избирательны по отношению к азоту, но их все равно можно использовать.
На Википедии есть хорошая анимация, которая поможет вам интуитивно понять принцип работы устройства: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Pressure_swing_adsorption_principle.svg Вход сжатого воздуха A Адсорбция O Выход кислорода D Десорбция E Выхлоп
Когда цеолитная колонка почти полностью заполнена азотом, все клапаны переворачиваются, чтобы выпустить азот, адсорбированный колонкой.
Большое спасибо за краткое объяснение. Я всегда задавался вопросом, можно ли использовать генератор азота для домашних проектов по сварке азотом. Получается, что отработанным газом кислородного концентратора является в основном азот: отлично, я буду использовать его в своей паяльной станции для бессвинцовой пайки.
Действительно, для любителей очень полезно уметь преобразовывать воздух в преимущественно чистый кислород и преимущественно чистый азот. Я хотел бы узнать, можно ли использовать «преимущественно азот» в качестве защитного газа при сварке.
Что касается TIG-сварки (также известной как GTAW), поскольку плазменный факел очень чувствителен, я не уверен. В основном используется аргон, иногда с небольшим добавлением гелия для проникновения в такие материалы, как алюминий и титан. Расход составляет около 6-8 л/мин, что может быть слишком большим для стандартного компрессора.
Для сварки, вероятно, все основные производители сварочных аппаратов продают защитный газ на основе азота для соответствия требованиям RoHS, но цена комплекта составляет от 1 до 2 тысяч евро. Расход газа составляет около 1 л/мин, что очень подходит для молекулярно-ситовых сварных швов. Так что давайте соберем необходимое оборудование и займемся бессвинцовой пайкой без флюса в домашних условиях!
Сварщики хотят иметь возможность использовать чистый азот в качестве защитного газа. Он дешевле аргона или более дешевого гелия. К сожалению, он достаточно реактивен при температуре, достигаемой дугой, и имеет тенденцию к образованию нежелательных нитридов в сварном шве.
Он используется в качестве защитного газа при сварке, но даже небольшое его количество может изменить характеристики сварного шва.
Очевидно, что его можно использовать в лазерной сварке, но даже хорошо оборудованное производство может не обладать этой функцией.
Таким образом, теоретически, по крайней мере один PSA можно использовать для восстановления азота, а затем другой PSA (с использованием другого цеолита) для восстановления кислорода, в результате чего образуется более высокая концентрация веществ, которые не являются ни кислородом, ни азотом.
Если вы окажетесь правы, то я предлагаю вам сконденсировать воздух, а затем провести дистилляцию, чтобы отделить нужный/ненужный газ.
@Foldi-Точка сгиба с точки зрения затрат энергии и выхода газа. Я полностью согласен, что эффективность будет намного выше в больших масштабах, потому что можно использовать испарение для предварительного охлаждения.
Но в очень небольших масштабах у вас будет 1 компрессор, 4 цеолитовые башни и множество электронных клапанов регулирования давления, а первоначальные затраты на дешевый контроллер (мозг), как мне кажется, будут меньше.
@irox, по аналогии можно с уверенностью сказать, что никто, использующий 2 литра кислорода, не умрет быстро/не ухудшится без кислородной поддержки. Для сравнения, наши пациенты в отделении интенсивной терапии (ОИТ), у которых наблюдается вторичный высокий поток кислорода из-за COVID, получают 45-55 литров при концентрации кислорода во вдыхаемой смеси 60-90%. Это наши «стабильные» пациенты. Если высокого потока нет, их состояние определенно быстро ухудшится, но они не будут настолько больны, чтобы потребовалась интубация. Вы увидите аналогичные или более высокие показатели у других пациентов с ОРДС или в большинстве других ситуаций, требующих использования более крупной носовой канюли, чем обычная.
Для меня это нишевое применение. Это устройство позволяет поддерживать давление 6-8 л/мин у двух пациентов, что фактически является уровнем, превосходящим возможности обычной носовой канюли или неинвазивной вентиляции легких. Я бы сказал, что оно очень эффективно для небольшой больницы с ограниченным запасом кислорода и может оказывать медицинскую помощь пациентам с хроническими заболеваниями в краткосрочных экстренных ситуациях.
Потребляет ли пациент 6 литров (или 45-55 литров) кислорода в минуту, или часть его теряется, выдыхается в окружающую среду или что-то подобное?
Мой опыт ограничивается системами жизнеобеспечения для здоровых людей (с удалением углекислого газа и добавлением примерно 2 литров углекислого газа на человека в минуту), поэтому, учитывая множество медицинских применений, это действительно открывает глаза!
Важно помнить, что они принимают кислород, потому что при его употреблении легкие сильно сдавливаются. Поэтому, по сравнению с теоретическими потребностями человеческого организма, затраты очень высоки, поскольку на практике в таких условиях участвует очень мало людей.
Я не знаю, был ли тот, кто это говорил, тем, кто это разработал, но это не соответствует тому, как он это описал. Молекулярные сита и цеолиты не улавливают N2, они могут улавливать O2. Для улавливания N2 необходим поглотитель азота, а это совершенно другое дело. Сито улавливает O2 под давлением, в то время как азот продолжает проходить через него. Это должно быть правильно, потому что, когда вы сбрасываете давление и используете его для сброса N2 в другую колонну, нет смысла пытаться удалить N2 с помощью N2. Это установки адсорбции с переменным давлением (PSA), они работают за счет улавливания O2. Более высокое давление и большие цилиндры могут обеспечить более высокую эффективность (4 цилиндра имеют эффективность до 85%). Это действительно конденсирует O2, но это работает не так, как он говорит (или как написано в статье).
Необходимо указать запрошенный источник информации, поскольку адсорбция N2 на молекулярных ситах из цеолитов 13X и 5A абсолютно реальна. http://www.phys.ufl.edu/REU/2008/reports/magee.pdf
Статья в Википедии о процессе адсорбции под давлением также подтверждает, что цеолит поглощает азот. https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_swing_adsorption#Process
«Однако это намного дешевле, чем коммерческий концентратор». Поскольку стоимость комплектующих превышает 1000 долларов, мне трудно подтвердить это утверждение. Стоимость комплектующих для бытовых (непереносных) коммерческих концентраторов составляет примерно треть от этой суммы, их легко найти, и для их изготовления не требуется рабочая сила. Я понимаю, что 17 л/мин — это круто, но никто за пределами больницы не будет запрашивать такой объем. Любой, кто запросит такой объем, скоро умрет или будет интубирован.
Да, это интересный проект, но его экономическая эффективность в некоторой степени незначительна. В Австралии новое оборудование производительностью 10 л/мин стоит всего около 1500 австралийских долларов. Если предположить, что 1000 долларов — это доллары США, то это снижает стоимость приобретения нового оборудования.
До пандемии я купил на eBay один напорный кондиционер примерно за 160 фунтов стерлингов с производительностью 1,5 литра в минуту и ​​коэффициентом водопотребления 98%. И этот работает гораздо тише! Так можно спокойно заснуть.
Но, тем не менее, это огромная работа. Разместите его в комнате рядом с длинной трубой, чтобы избежать шума и опасности взрыва…
Я хотел бы узнать, возможно ли использовать его в качестве практически чистого источника азота в защитных средах или даже при сварке?
А как насчет шин, накачанных азотом? Учитывая стоимость этой услуги, азот, должно быть, очень дорогой…
Следующий шаг может представлять интерес: получить выходной поток этого концентратора и отделить смесь, состоящую из 95% O2 и 5% Ar. Это можно сделать методом кинетического разделения с использованием молекулярного сита CMS в системе PSA. Затем установить насос на 150 бар для заполнения баллона с аргоном.
Теперь нам нужен лишь кто-то, кто сможет выполнить процедуру Линде дома, чтобы по-настоящему устроить взрывное веселье.
Используя наш веб-сайт и услуги, вы явно соглашаетесь на размещение нами файлов cookie, обеспечивающих производительность, функциональность и рекламу. Узнать больше