氧气分离器和产生氧气的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及氧气分离领域。更具体地说，本发明涉及用于尤其是在家庭护理领域中的治疗应用的使用变压吸附的氧气分离。
【背景技术】
[0002]氧气治疗是将氧气施用作为一种治疗方式。其广泛地应用于慢性病和急症患者护理中的各种用途，因为氧气对于细胞代谢来说是必不可少的，继而组织氧合对于所有生理功能来说都是必不可少的。氧气治疗应当用于以下述方式使患者受益:增加到肺部的氧气供应，从而增加氧气到身体组织的可用性，尤其是在患者正承受缺氧和/或低血氧症时。氧气治疗可用于医院或家庭护理两种应用中。氧气治疗的主要家庭护理应用是用于具有严重的慢性阻塞性肺病(COPD)的患者。
[0003]氧气可以多种方式施用。优选的氧气施用方式是通过使用一种所谓的氧气按需产生方式。关于这个，所谓的氧气浓缩机或分离器的商用解决方案相应地已是众所周知的。这些氧气浓缩机多数会将氧气从含氧气体中分离，以便按需(即，在恰好使用之前)提供氧气。
[0004]从US 7，329，304 B2已知一种便携式氧气浓缩机，且更详细地已知一种用于浓缩氧气的便携式变压吸附系统，和一种使用这种设备的方法。这种设备包括多个筛床或罐、压缩机、于其中限定多个通道的下部或空气歧管、储罐或储存器、用于产生通过空气歧管内的通道的一条或多条流动路径的一组空气控制阀、和上部或氧气输送歧管。此外，在储存器的下游设置氧气传感器。氧气传感器可与控制器联接，并可产生与纯度成比例的电信号，该电信号可被控制器处理，并用于控制或改变该设备的运行。
[0005]然而，仍有可能改善氧气分离装置的运行状态。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种氧气分离器和一种从含氧气体中分离氧气的方法，该方法节省成本、易于执行、和/或就控制氧气纯度来说是有利的。
[0007]这一目的是通过根据权利要求1所述的一种氧气分离器实现的。这一目的还通过一种根据权利要求7所述的一种从含氧气体中分离氧气的方法实现的。在从属权利要求中限定了优选的实施例。
[0008]—种用于产生富氧气体流的氧气分离器，包括用于从含氧气体中分离氧气的至少一个氧气分离装置，其中该氧气分离装置连接到排气导管，该排气导管用于将废气引导出氧气分离器，且其中在排气导管中设置用于确定废气中至少一种组分的浓度的气体传感器，和用于根据由气体传感器确定的数据来控制氧气分离器的控制装置。
[0009]在本文中使用的术语“氧气分离器”可尤其是指能够从含氧气体中分离出氧气的装置。因此，借助氧气分离器，从含氧气体开始，可产生纯氧气或基本纯的氧气或至少是富氧气体。
[0010]术语“氧气分离装置”可尤其是指氧气分离器的活性部分。例如，氧气分离装置可包括氧气分离吸着剂，该氧气分离吸着剂可与含氧气体相互作用，或者与含氧气体中的限定组分相互作用，且因此可通过与含氧气体中除氧气外的至少一种组分的相互作用而从含氧气体中分离出氧气。因此，这样的氧气分离装置或其氧气分离吸着剂相应地能够从含氧气体中分离出氧气，尤其是通过吸着过程，比如吸附过程来分离。因此，氧气分离装置可设计为吸附剂床。
[0011]此外，在本文中使用的术语“氧气分离装置的第一侧”可以是指氧气分离装置正对一个方向的侧或部分，在该侧或部分处含氧气体被引导到氧气分离装置，而在本文中使用的术语“氧气分离装置的第二侧”可以是指氧气分离装置的正对相反侧的侧或部分，即，产生的纯氧气或富氧气体出现并被引导到所需应用的侧。
[0012]此外，在本文中使用的术语“含氧气体”可以是指至少部分地包含气态氧气或者由氧气组成的任何气体。因此，术语“富氧气体”应尤其是指与含氧气体相比具有较高的氧气浓度，且在极端的情况下可为纯氧气的气体。
[0013]术语“压力调节装置”可以是指能够在氧气分离装置的第一侧和第二侧之间产生压力差的任何装置。例如，其可以是连接到氧气分离装置第一侧的气体压缩装置，或者是连接到氧气分离装置第二侧的真空栗。
[0014]此外，可将氧气分离吸着剂理解为下述材料，该材料从含氧气体中吸着如吸附或吸收除氧气外的至少一种物质更好于吸附或吸收氧气，因此使氧气至少大量地通过。
[0015]根据本发明，术语“净化气体”应进一步指一种气体，其可用于相应地净化氧气分离装置或其氧气分离吸着剂，以解吸被吸附的物质，如用于再生目的。例如，净化气体可以是由氧气分离装置产生的富氧气体。
[0016]术语“废气”应进一步指在氧气分离装置处于净化状态的情况下流出氧气分离装置的气体。因此，废气可尤其是“用过的”净化气体。
[0017]在一示例性的实施例中，氧气分离器包括至少一个氧气分离装置，该氧气分离装置包括(例如)用于从含氧气体中分离氧气的氧气分离吸着剂。氧气分离装置具有在第一侧连接到用于将含氧气体流引导入氧气分离装置中的入口导管的气体入口，和在第二侧连接到用于将富氧气体流引导出氧气分离装置的出口导管的气体出口。氧气分离装置的第二侧还可连接到用于引导净化气体通过氧气分离装置的净化气体源，且氧气分离装置的第一侧可连接到用于引导废气离开氧气分离器的排气导管。除了这些，氧气分离器还可包括气体输送装置，以产生流入氧气分离装置的含氧气体流，和产生流出氧气分离装置的富氧气体流。例如，在一示例中，氧气输送装置可以是用于在氧气分离装置的第一侧和第二侧之间形成压力差的压力调节装置。
[0018]如上所述的氧气分离器提供了改进的氧气分离纯度，且对改变运行状态的调节来说实现了更有效更快速的控制。
[0019]为了实现这一点，如上文限定的氧气分离器包括至少一个氧气分离装置。因此，其可以仅包括一个氧气分离装置或包括多个氧气分离装置。例如，氧气分离装置可包括两个氧气分离装置，并且因此通常形成变压吸附系统(PSA系统)。然而，氧气分离器也可以形成真空变动吸附系统(VSA)或真空变压吸附系统(VPSA)。
[0020]为了分离目的，在示例性的实施例中，氧气分离装置包括或填充有用于从含氧气体中分离氧气的氧气分离吸着剂。因此，氧气分离装置可以形成筛床。从而，氧气分离吸着剂能够通过吸着含氧气体中除氧气外的至少一种组分或至少比吸着氧气更好，而从含氧气体中分离氧气。这个特征是根据变压吸附系统的一般设置，根据该设置，氧气分离吸着剂与含氧气体中除了氧气外的至少一种组分相互作用，或比与氧气相互作用更强，从而使氧气通过。这个特征允许至少临时地固定含氧气体中的一种或多种组分，导致氧气从含氧气体的其他组分中分离。例如，氧气分离吸着剂可被设计成在引导含氧气体流(比如尤其是空气)通过氧气分离吸着剂时吸收氮气，但很少或不与氧气相互作用，以允许氧气通过并相应地产生纯氧气流的或基本纯的氧气流，或富氧气体流。
[0021]氧气分离吸着剂的非限制性示例包括沸石，如钠沸石或锂沸石，例如，可以从CECA公司购买到的名为SXSDM的吸着剂材料。
[0022]为了将含氧气体引导到氧气分离装置，氧气分离装置，尤其是给出的每个氧气分离装置，包括在第一侧连接到用于将含氧气体流引导入氧气分离装置的入口导管的气体入口，且具有在第二侧连接到用于将富氧气体流引导出氧气分离装置的出口导管的气体出
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[0023]气体流，尤其是进入氧气分离装置的含氧气体流和流出氧气分离装置的富氧气体流，可通过提供气体输送装置来达成，比如压力调节装置，其在氧气分离装置的第一侧和第二侧之间形成压力差。例如，该压力调节装置可以是设置在氧气分离装置第一侧的压缩机，和/或其可以形成为设置在氧气分离装置第二侧的真空栗。
[0024]在氧气分离装置的第一侧和第二侧之间形成压力差之后，压力调节装置可因此用于将含氧气体从含氧气体源输送到气体入口，通过氧气分离装置，并使产生的氧气通过出口导管输送到用户。该步骤尤其是在氧气分离装置产生氧气且处于氧气分离模式或供给模式的情况下执行。
[0025]然而，已知相应地对于氧气分离装置和氧气分离吸着剂来说，在使用一定时间后，吸着剂材料必须更新以解吸被吸着的材料，比如尤其是氮气。所以，已知通过输送净化气体通过氧气分离装置，使氧气分离器或氧气分离装置相应地在净化模式下运行。因此，氧气分离装置的第二侧，例如氧气分离装置的气体出口，优选连接到用于引导净化气体通过氧气分离装置的净化气体源，而氧气分离装置的第一侧，例如氧气分离装置的气体入口，优选连接到用于引导废气流出氧气分离器的排气导管。
[0026]因此，氧气分离器在循环运行模式下，将含氧气体(例如空气)主要分离成氮气和氧气。在循环的第一阶段，含氧气体作为“输入流”以较高的供给压力供给到氧气分离装置中，氮气被保持比如被吸附在该装置内，而纯氧气被收集为流出的“产品”。在循环的第二阶段，氧气分离装置被再生，S卩，净化气体(例如产生的富氧气体的一部分)例如以较低的净化气压回输到该装置内，且之前被吸附的氮气作为“废气”被释放到周围大气中。例如，使用填充有适当的选择性氧气分离吸着剂的至少两个氧气分离装置:当一个装置处于“供给”阶段而在较高