氧氣分離器和產(chǎn)生氧氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氧氣分離領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及用于尤其是在家庭護(hù)理領(lǐng)域中的治療應(yīng)用的使用變壓吸附的氧氣分離。
【背景技術(shù)】
[0002]氧氣治療是將氧氣施用作為一種治療方式。其廣泛地應(yīng)用于慢性病和急癥患者護(hù)理中的各種用途，因?yàn)檠鯕鈱?duì)于細(xì)胞代謝來說是必不可少的，繼而組織氧合對(duì)于所有生理功能來說都是必不可少的。氧氣治療應(yīng)當(dāng)用于以下述方式使患者受益:增加到肺部的氧氣供應(yīng)，從而增加氧氣到身體組織的可用性，尤其是在患者正承受缺氧和/或低血氧癥時(shí)。氧氣治療可用于醫(yī)院或家庭護(hù)理兩種應(yīng)用中。氧氣治療的主要家庭護(hù)理應(yīng)用是用于具有嚴(yán)重的慢性阻塞性肺病(COPD)的患者。
[0003]氧氣可以多種方式施用。優(yōu)選的氧氣施用方式是通過使用一種所謂的氧氣按需產(chǎn)生方式。關(guān)于這個(gè)，所謂的氧氣濃縮機(jī)或分離器的商用解決方案相應(yīng)地已是眾所周知的。這些氧氣濃縮機(jī)多數(shù)會(huì)將氧氣從含氧氣體中分離，以便按需(即，在恰好使用之前)提供氧氣。
[0004]從US 7，329，304 B2已知一種便攜式氧氣濃縮機(jī)，且更詳細(xì)地已知一種用于濃縮氧氣的便攜式變壓吸附系統(tǒng)，和一種使用這種設(shè)備的方法。這種設(shè)備包括多個(gè)篩床或罐、壓縮機(jī)、于其中限定多個(gè)通道的下部或空氣歧管、儲(chǔ)罐或儲(chǔ)存器、用于產(chǎn)生通過空氣歧管內(nèi)的通道的一條或多條流動(dòng)路徑的一組空氣控制閥、和上部或氧氣輸送歧管。此外，在儲(chǔ)存器的下游設(shè)置氧氣傳感器。氧氣傳感器可與控制器聯(lián)接，并可產(chǎn)生與純度成比例的電信號(hào)，該電信號(hào)可被控制器處理，并用于控制或改變?cè)撛O(shè)備的運(yùn)行。
[0005]然而，仍有可能改善氧氣分離裝置的運(yùn)行狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種氧氣分離器和一種從含氧氣體中分離氧氣的方法，該方法節(jié)省成本、易于執(zhí)行、和/或就控制氧氣純度來說是有利的。
[0007]這一目的是通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧氣分離器實(shí)現(xiàn)的。這一目的還通過一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種從含氧氣體中分離氧氣的方法實(shí)現(xiàn)的。在從屬權(quán)利要求中限定了優(yōu)選的實(shí)施例。
[0008]—種用于產(chǎn)生富氧氣體流的氧氣分離器，包括用于從含氧氣體中分離氧氣的至少一個(gè)氧氣分離裝置，其中該氧氣分離裝置連接到排氣導(dǎo)管，該排氣導(dǎo)管用于將廢氣引導(dǎo)出氧氣分離器，且其中在排氣導(dǎo)管中設(shè)置用于確定廢氣中至少一種組分的濃度的氣體傳感器，和用于根據(jù)由氣體傳感器確定的數(shù)據(jù)來控制氧氣分離器的控制裝置。
[0009]在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“氧氣分離器”可尤其是指能夠從含氧氣體中分離出氧氣的裝置。因此，借助氧氣分離器，從含氧氣體開始，可產(chǎn)生純氧氣或基本純的氧氣或至少是富氧氣體。
[0010]術(shù)語(yǔ)“氧氣分離裝置”可尤其是指氧氣分離器的活性部分。例如，氧氣分離裝置可包括氧氣分離吸著劑，該氧氣分離吸著劑可與含氧氣體相互作用，或者與含氧氣體中的限定組分相互作用，且因此可通過與含氧氣體中除氧氣外的至少一種組分的相互作用而從含氧氣體中分離出氧氣。因此，這樣的氧氣分離裝置或其氧氣分離吸著劑相應(yīng)地能夠從含氧氣體中分離出氧氣，尤其是通過吸著過程，比如吸附過程來分離。因此，氧氣分離裝置可設(shè)計(jì)為吸附劑床。
[0011]此外，在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“氧氣分離裝置的第一側(cè)”可以是指氧氣分離裝置正對(duì)一個(gè)方向的側(cè)或部分，在該側(cè)或部分處含氧氣體被引導(dǎo)到氧氣分離裝置，而在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“氧氣分離裝置的第二側(cè)”可以是指氧氣分離裝置的正對(duì)相反側(cè)的側(cè)或部分，即，產(chǎn)生的純氧氣或富氧氣體出現(xiàn)并被引導(dǎo)到所需應(yīng)用的側(cè)。
[0012]此外，在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“含氧氣體”可以是指至少部分地包含氣態(tài)氧氣或者由氧氣組成的任何氣體。因此，術(shù)語(yǔ)“富氧氣體”應(yīng)尤其是指與含氧氣體相比具有較高的氧氣濃度，且在極端的情況下可為純氧氣的氣體。
[0013]術(shù)語(yǔ)“壓力調(diào)節(jié)裝置”可以是指能夠在氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間產(chǎn)生壓力差的任何裝置。例如，其可以是連接到氧氣分離裝置第一側(cè)的氣體壓縮裝置，或者是連接到氧氣分離裝置第二側(cè)的真空栗。
[0014]此外，可將氧氣分離吸著劑理解為下述材料，該材料從含氧氣體中吸著如吸附或吸收除氧氣外的至少一種物質(zhì)更好于吸附或吸收氧氣，因此使氧氣至少大量地通過。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，術(shù)語(yǔ)“凈化氣體”應(yīng)進(jìn)一步指一種氣體，其可用于相應(yīng)地凈化氧氣分離裝置或其氧氣分離吸著劑，以解吸被吸附的物質(zhì)，如用于再生目的。例如，凈化氣體可以是由氧氣分離裝置產(chǎn)生的富氧氣體。
[0016]術(shù)語(yǔ)“廢氣”應(yīng)進(jìn)一步指在氧氣分離裝置處于凈化狀態(tài)的情況下流出氧氣分離裝置的氣體。因此，廢氣可尤其是“用過的”凈化氣體。
[0017]在一示例性的實(shí)施例中，氧氣分離器包括至少一個(gè)氧氣分離裝置，該氧氣分離裝置包括(例如)用于從含氧氣體中分離氧氣的氧氣分離吸著劑。氧氣分離裝置具有在第一側(cè)連接到用于將含氧氣體流引導(dǎo)入氧氣分離裝置中的入口導(dǎo)管的氣體入口，和在第二側(cè)連接到用于將富氧氣體流引導(dǎo)出氧氣分離裝置的出口導(dǎo)管的氣體出口。氧氣分離裝置的第二側(cè)還可連接到用于引導(dǎo)凈化氣體通過氧氣分離裝置的凈化氣體源，且氧氣分離裝置的第一側(cè)可連接到用于引導(dǎo)廢氣離開氧氣分離器的排氣導(dǎo)管。除了這些，氧氣分離器還可包括氣體輸送裝置，以產(chǎn)生流入氧氣分離裝置的含氧氣體流，和產(chǎn)生流出氧氣分離裝置的富氧氣體流。例如，在一示例中，氧氣輸送裝置可以是用于在氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差的壓力調(diào)節(jié)裝置。
[0018]如上所述的氧氣分離器提供了改進(jìn)的氧氣分離純度，且對(duì)改變運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)節(jié)來說實(shí)現(xiàn)了更有效更快速的控制。
[0019]為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，如上文限定的氧氣分離器包括至少一個(gè)氧氣分離裝置。因此，其可以僅包括一個(gè)氧氣分離裝置或包括多個(gè)氧氣分離裝置。例如，氧氣分離裝置可包括兩個(gè)氧氣分離裝置，并且因此通常形成變壓吸附系統(tǒng)(PSA系統(tǒng))。然而，氧氣分離器也可以形成真空變動(dòng)吸附系統(tǒng)(VSA)或真空變壓吸附系統(tǒng)(VPSA)。
[0020]為了分離目的，在示例性的實(shí)施例中，氧氣分離裝置包括或填充有用于從含氧氣體中分離氧氣的氧氣分離吸著劑。因此，氧氣分離裝置可以形成篩床。從而，氧氣分離吸著劑能夠通過吸著含氧氣體中除氧氣外的至少一種組分或至少比吸著氧氣更好，而從含氧氣體中分離氧氣。這個(gè)特征是根據(jù)變壓吸附系統(tǒng)的一般設(shè)置，根據(jù)該設(shè)置，氧氣分離吸著劑與含氧氣體中除了氧氣外的至少一種組分相互作用，或比與氧氣相互作用更強(qiáng)，從而使氧氣通過。這個(gè)特征允許至少臨時(shí)地固定含氧氣體中的一種或多種組分，導(dǎo)致氧氣從含氧氣體的其他組分中分離。例如，氧氣分離吸著劑可被設(shè)計(jì)成在引導(dǎo)含氧氣體流(比如尤其是空氣)通過氧氣分離吸著劑時(shí)吸收氮?dú)?，但很少或不與氧氣相互作用，以允許氧氣通過并相應(yīng)地產(chǎn)生純氧氣流的或基本純的氧氣流，或富氧氣體流。
[0021]氧氣分離吸著劑的非限制性示例包括沸石，如鈉沸石或鋰沸石，例如，可以從CECA公司購(gòu)買到的名為SXSDM的吸著劑材料。
[0022]為了將含氧氣體引導(dǎo)到氧氣分離裝置，氧氣分離裝置，尤其是給出的每個(gè)氧氣分離裝置，包括在第一側(cè)連接到用于將含氧氣體流引導(dǎo)入氧氣分離裝置的入口導(dǎo)管的氣體入口，且具有在第二側(cè)連接到用于將富氧氣體流引導(dǎo)出氧氣分離裝置的出口導(dǎo)管的氣體出
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[0023]氣體流，尤其是進(jìn)入氧氣分離裝置的含氧氣體流和流出氧氣分離裝置的富氧氣體流，可通過提供氣體輸送裝置來達(dá)成，比如壓力調(diào)節(jié)裝置，其在氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差。例如，該壓力調(diào)節(jié)裝置可以是設(shè)置在氧氣分離裝置第一側(cè)的壓縮機(jī)，和/或其可以形成為設(shè)置在氧氣分離裝置第二側(cè)的真空栗。
[0024]在氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差之后，壓力調(diào)節(jié)裝置可因此用于將含氧氣體從含氧氣體源輸送到氣體入口，通過氧氣分離裝置，并使產(chǎn)生的氧氣通過出口導(dǎo)管輸送到用戶。該步驟尤其是在氧氣分離裝置產(chǎn)生氧氣且處于氧氣分離模式或供給模式的情況下執(zhí)行。
[0025]然而，已知相應(yīng)地對(duì)于氧氣分離裝置和氧氣分離吸著劑來說，在使用一定時(shí)間后，吸著劑材料必須更新以解吸被吸著的材料，比如尤其是氮?dú)?。所以，已知通過輸送凈化氣體通過氧氣分離裝置，使氧氣分離器或氧氣分離裝置相應(yīng)地在凈化模式下運(yùn)行。因此，氧氣分離裝置的第二側(cè)，例如氧氣分離裝置的氣體出口，優(yōu)選連接到用于引導(dǎo)凈化氣體通過氧氣分離裝置的凈化氣體源，而氧氣分離裝置的第一側(cè)，例如氧氣分離裝置的氣體入口，優(yōu)選連接到用于引導(dǎo)廢氣流出氧氣分離器的排氣導(dǎo)管。
[0026]因此，氧氣分離器在循環(huán)運(yùn)行模式下，將含氧氣體(例如空氣)主要分離成氮?dú)夂脱鯕狻Ｔ谘h(huán)的第一階段，含氧氣體作為“輸入流”以較高的供給壓力供給到氧氣分離裝置中，氮?dú)獗槐３直热绫晃皆谠撗b置內(nèi)，而純氧氣被收集為流出的“產(chǎn)品”。在循環(huán)的第二階段，氧氣分離裝置被再生，S卩，凈化氣體(例如產(chǎn)生的富氧氣體的一部分)例如以較低的凈化氣壓回輸?shù)皆撗b置內(nèi)，且之前被吸附的氮?dú)庾鳛椤皬U氣”被釋放到周圍大氣中。例如，使用填充有適當(dāng)?shù)倪x擇性氧氣分離吸著劑的至少兩個(gè)氧氣分離裝置:當(dāng)一個(gè)裝置處于“供給”階段而在較高