具有快速诊断的氧分离器的制造方法

具有快速诊断的氧分离器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种生成富氧气体的流的氧分离器，所述氧分离器包括被布置为将将氧气从含氧气体分离的至少两个氧分离设备，所述至少两个氧分离设备每者包括用于接收所述含氧气体的第一端和用于递送富氧气体的第二端。所述氧分离器还包括平衡导管，所述平衡导管流体地耦合到所述至少两个氧分离设备的各自的第二端，在所述平衡导管中提供第一气体传感器，使得所述第一气体传感器被布置为监测所述平衡导管中的所述富氧气体的至少一种成分；并且控制设备被布置为基于由所述第一气体传感器进行的所述监测，控制所述氧分离器。
【专利说明】
具有快速诊断的氧分离器
技术领域
[0001]本发明涉及氧分离的领域。更具体而言，本发明涉及使用被布置为将将氧气从含氧气体分离的至少两个氧分离设备的装置。所述至少两个氧分离设备各自包括用于接收含氧气体的第一端和用于递送富氧气体的第二端，其中，平衡导管流体地耦合到所述至少两个氧分离设备的各自的第二端。
[0002]本发明还涉及用于将将氧气从含氧气体分离的方法，方法包括以下步骤:操作用于生成富氧气体的氧分离器，所述氧分离器包括至少两个氧分离设备以将将氧气从含氧气体分离并且通过生成平衡导管中的富氧气体的平衡流来对氧分离器进行平衡，所述平衡导管流体地耦合至少两个分离设备的各自的第二端。
【背景技术】
[0003]氧治疗是作为治疗性介入的氧的施予。氧治疗可以被用于慢性和急性用户护理二者中的各种介入，其中，需要氧对肺的增加的供应，因此增加氧对不同的身体组织的可用性。氧治疗可以使用在包括医院和/或家庭的不同的环境设置中，这取决于用户的需要。
[0004]为了给用户提供富氧气体，已经提出施予的很多方式。给用户提供富氧气体的已知方式是通过氧浓缩器。氧浓缩器是可商购的并且以不同的大小和效率提供以实现不同的用户的需要。那些氧浓缩器能够将氧与周围空气分离，因此给用户提供富氧气体并且在所述氧浓缩器的周围对富氮气体进行排气。那些已知氧浓缩器可以提供富氧气体的“按需”或连续流。
[0005]从W01998/56488已知一种用于通过氧浓缩器将将氧气从含氧气体分离的方法。该文档公开了气体混合物在压力下供应到物理分离介质的底座，其吸收至少一个可吸收成分并且传送混合物的至少一个基本上不可吸收的成分，同时排空第二底座。在到达气体混合物供应的底座以吸收可吸收的成分之前，通过允许气体在底座之间流动(即，流体连通)使底座进行压力平衡。虽然在底座之间引导气体流，但是气体混合物的供应和底座的排空是反转的。即，气体混合物供应到在此之前排空的底座并且在此之前气体混合物供应的底座被排空。在反转气体混合物的供应和底座的排空之后，终止压力平衡流。循环地重复这些步骤以提供不可吸收的成分的连续的生产。
[0006]已知氧浓缩器的缺点在于，要提供给用户的富氧气体的氧浓度(或纯度)不利地受所述氧浓缩器的操作条件的(一个或多个)修改影响。因此，存在改进氧浓缩器以便跟随所述氧浓缩器的操作条件的(一个或多个)修改或(一个或多个)变更以提供要供应给用户的富氧气体的稳定和连续的氧浓度(或纯度)的需要。

【发明内容】

[0007]本发明的目标是提供一种氧分离器，其对氧分离器的操作条件的修改反应以便提供要提供给用户的富氧气体中的氧的稳定浓度(或纯度)。更具体而言，本发明的目标是即使在将修改和/或变更所述氧分离器的所述操作条件的事件之后，也允许所述氧分离器的一个或多个分离设备在其最大气体分离容量附近恒定地操作。
[0008]根据本发明，该目标实现于，平衡导管包括提供在所述平衡导管中的气体传感器，使得所述第一传感器被配置为监测富氧气体的至少一种成分并且控制设备被布置为基于所述气体传感器的所述监测来控制所述氧分离器。这样的布置提供通过至少两个氧分离设备控制将一个化合物与流体混合物分离的较好的诊断过程。
[0009]该目标还通过用于将将氧气从含氧气体分离的方法实现，所述方法包括以下步骤:1)通过提供在所述平衡导管中的气体传感器监测所述平衡导管中的所述富氧气体的至少一种成分和2)经由控制设备基于所述气体传感器的所述测量来控制所述氧分离器。
[0010]本发明基于以下认识:用于将含氧气体分离为富氧气体的至少两个氧分离设备循环地进入“馈送”阶段和“清洗”阶段，还如下文所描述的，所述循环散布有“平衡”阶段。该“馈送”阶段可以被描述为其中在给定时刻处加压富氧气体由一个氧分离设备生成、存储和递送给用户的阶段。该所生成的富氧气体还可以被用于在低压处给另一氧分离设备换气；这样的操作还被称为“清洗”阶段。通常，通过由控制设备所控制的许多若干流控制器来控制所述“馈送”和“清洗”阶段。通常，两个氧分离设备填充适合的选择性吸收材料以将将氧气从含氧气体分离。吸附剂材料可以从而被理解为比该混合物的至少一个其他化合物好得多地吸附以及因此吸附或吸收来自流体混合物的至少一种化合物，例如气体混合物或包括一个或多个气体和一个或多个液体的混合物。将理解到，所述两个氧分离设备包括各自的第一端和第二端，所述第一端耦合到用于引导含氧气体的加压流量以进入各自的氧分离设备和引导所述氧浓缩器(在所述用户的周围的)外部的流动富氮气体的入口导管，通过所述第二端所述富氧气体能够能够在“馈送”阶段经由出口导管离开所述至少两个氧分离设备和/或在“清洗”阶段进入这样的氧分离设备。
[0011]例如，所述氧分离器可以包括两个氧分离设备并且可以因此一般地形成变压吸附(PSA)系统。然而，所述氧分离器也可以形成真空变压吸附系统(VSA)或真空变压吸附系统(VPSA)。在示范性系统中，在所述周期的第一阶段中，所述含氧气体被馈送为“流入”高压馈送(“馈送”阶段)处的氧分离设备中，氮气保持在诸如吸附在该设备内并且富氧气体被采集为产品罐或容器(产品侧)中的流出的“产品”。在所述周期的第二阶段中，所述分离设备被再生，即诸如所述所产生的富氧气体的一部分的清洗气体例如以低压力清洗被馈送回所述设备中，并且先前吸附的氮被释放为排出到所述周围的大气中(“清洗”阶段)。在使用填充适合的选择性地氧分离吸附剂的两个分离设备时:虽然一个设备在高压处的产生富氧气体的“馈送”阶段，但是另一设备在低压处的所述“清洗”阶段。在特定时间之后，切换相应地布置的流控制器，并且两个设备改变其角色。
[0012]在氧分离设备的阶段的所述改变的所述间隔中(S卩:从“馈送”阶段到“清洗”阶段或从“清洗”阶段到“馈送”阶段)，“平衡”阶段可以关于平衡所述两个氧分离设备的所述内部压力而发生。实现这样的平衡阶段的方式是通过引导到所述氧分离设备中的所述第一端中的任一个的含氧气体的加压流的缺乏。以备选的方式，在低压处将含氧气体的流引导到所述氧分离设备的所述第一端中的任一个。通过耦合到所述两个氧分离设备的所述各自的第二端的平衡导管使压力平衡可能。详细地，例如，如果在所述馈送阶段之后存储在所述第一设备中的所述压缩空气能量的一部分被重新用于将所述第二设备加压到中间压力，则增加PSA周期的所述效率。为了该目的，在其期间这两个设备通过所述平衡导管连接在其产品侦K各自的第二端)的短的“平衡”阶段被插入所述操作周期的所述主要阶段之间。
[0013]本发明关于至少两个氧分离设备(例如，分子筛床)是有利的，因为那些在其分离能力方面从不是确切地相同的。作为该非对称性的结果，将首先突破具有较小的氮能力的一个。突破是所述吸附剂材料的饱和的结果，其可以导致该吸附剂材料吸附(或吸收)所要求的成分的无能力。该突破可以导致过度增加所述全过程的振荡，其导致所述富氧气体的所述氧气浓度的减少。换句话说，这样的突破导致吸附(或吸收)例如所述氧分离器的所述产品侧中的氮气的成分的增加，其可以在其极限处意味着馈送给所述氧分离器设备的气体的加压流的成分的浓度与由这样的氧浓度设备所输出的气体的流中的成分的浓度相同或几乎相同。所述平衡导管中的传感器(优选地气体传感器)的存在使能这些振荡的开始的确定并且提供相关信息以评估所述两个氧分离设备之一将落入突破中。利用该传感器信息，所述氧分离器的操作条件的修改可以通过所述控制设备来实现，使得所述氧分离器返回到最佳对称操作条件。所述所得传感器信号使能可靠的过程诊断以控制所述分离过程，换句话说，避免使所述氮突破到要提供给用户的富氧气体中。
[0014]作为所述操作条件(例如，温度或湿度)的一个或多个修改的结果，所述控制设备的传感器信号的使用允许减少所述富氧气体的所述氧浓度(或纯度)的波动。这样的优点产生操作条件对包括在所述氧分离设备中的吸附剂材料的吸附能力产生影响。
[0015]本发明的另一优点确保高度高效的操作方案处的所述氧分离器的操作条件。例如，高度高效的操作方案是例如其中输入到所述分离设备中的所述绝热压缩功率输入是低的方案。到能够在所述“平衡”阶段期间监测(例如监测、例如测量)气体成分以检测或监测可能的氮突破的平衡导管中的传感器的所述使用可以是用于操作如由控制设备所控制的所述期望的高度高效方案中的所述至少两个氧分离器设备的所述PSA系统的先决条件。
[0016]本发明的另一优点在于，操作接近所述氧分离设备的所述分离能力的氧浓度设备确保所述设备的较好的能量效率。
[0017]在优选的实施例中，所述气体传感器被布置为在所述“平衡”阶段期间监测(例如检测、例如测量)所述平衡导管中的所述富氧气体的至少一种成分的所述浓度。该布置具有以下优点:提供所述富氧气体中的氧的浓度的直接确定以提供所述“平衡”阶段期间的所述至少一种成分的准确的监测，并且因此提供所述控制设备对所述系统的所述操作条件的准确的控制。
[0018]在另一实施例中，所述气体传感器能够在氧气与氮气之间进行区别。该实施例具有以下优点:所述传感器允许测量所述“平衡”阶段期间所述平衡导管中的氧气或氮气的增加或减少。这样的实施例具有以下优点:提供所述富氧气体信息到所述控制设备的快速区另IJ，因为所述传感器提供例如关于先前进入“馈送”阶段中的所述氧分离设备的饱和状态的直接监测。
[0019]在另一实施例中，所述控制设备能够控制对所述“馈送”阶段期间所生成的所述富氧气体的浓度和/或组成和/或纯度产生影响的至少一个参数。这样的至少一个参数使得所述氧分离器能够接近所述氧分离设备的最大气体分离能力分离所述含氧气体。尽管所述氧分离器的所述操作条件的(一个或多个)可能修改，但是该布置使能所述富氧气体的恒定浓度和/或组成和/或纯度。为了其进行，可以建议所述至少一个参数将选自以下组:分离持续时间、流控制器控制、压力控制或使用中的分离设备。
[0020]在另一实施例中，所述至少两个氧分离设备中的每一个的所述各自的第一端流体地耦合到排气导管以将排出气体的流从所述氧分离器当中引导到所述周围的环境中。这样的排气导管优选地包括第二气体传感器，所述第二气体传感器被布置为(例如检测、例如测量)监测排出气体的这样的流中的排出气体的至少一种成分。所述第二气体传感器提供与从所述设备换气的气体的信息，使得关于所述氧分离器的所述效率的第二数据集提供给所述控制设备或任何设备。该实施例具有以下优点:提供所述氧分离设备的甚至更好的诊断以更高效地控制所述氧分离器的至少一个参数。所述排气导管可以是耦合到所述氧分离设备的所述各自的第一端的一个导管，备选地其可以是两个导管，每个导管相应地耦合到氧分离设备的第一端。
[0021]在另一实施例中，所述第二气体传感器被布置为检测所述排出气体的至少一种成分的浓度。该布置具有以下优点:提供从所述系统换气的氧气和/或氮气的浓度的直接监测。该布置允许所述监测的所述准确度水平的增加，从而使得所述氧分离器设备的较好的诊断以更高效地控制所述氧分离器的所述参数。
[0022]在另一实施例中，所述控制设备被布置为基于由所述第一气体传感器和由所述第二气体传感器所接收的所述监测数据来控制所述氧分离器。这样的第二气体传感器监测数据，与所述平衡导管中的所述气体传感器(第一气体传感器)的所述监测数据相组合，给所述控制设备提供增加数目的相关监测数据，使得可以实现对由所述两个氧气分离设备所生成的所述富氧气体的所述浓度(或纯度)产生影响的所述氧浓缩器和(一个或多个)氧分离器参数的增加的控制。为了进行其，可建议所述至少一个参数要选自以下的组:分离持续时间、流控制器控制、压力控制或使用中的分离设备。
[0023]在另一实施例中，所述氧分离器还包括至少一个平衡流控制器(阀)，其被配置为通过所述平衡导管来控制富氧气体的流。这样的平衡流控制器提供打开或关闭或部分地允许富氧气体流到所述平衡导管中的可能性。作为其结果，所述平衡导管可以在“馈送”和/或“清洗”阶段期间关闭以防止所述氧分离器的效率的减少。
[0024]在另一实施例中，所述氧分离器还包括清洗导管，所述清洗导管包括清洗流控制器，所述清洗流控制器被配置为控制在所述“清洗”阶段期间从所述至少两个氧分离设备之一的所述第二端到另一氧分离设备的所述第二端的富氧气体的流。流体地耦合到所述氧分离设备中的每一个的所述第二端的所述清洗导管的优点是允许“清洗”阶段期间的专用导管。这样的专用导管通过至少一个流控制器使得所述平衡导管的所述传感器能够在所述“平衡”阶段期间专有地请求并且因此避免所述传感器的饱和。备选地，所述平衡导管还可以充当清洗导管，其中，将确认到，要使用的所述传感器(备选地所述传感器的所述布置)将被选择为使得所述传感器不在除所述“平衡” 一个之外的其他阶段中饱和或影响。
[0025]在另一实施例中，至少一个产品流控制器被布置为控制富氧气体到储存器罐或累加器中的产品流。所述储存器在富氧气体递送给所述用户之前对其进行存储，这允许气体恒定流到所述用户，不管所述氧分离器进入的阶段。即，该布置具有以下优点:允许富氧气体恒定流到用户。此外，其允许所述氧分离器的一个或多个参数的控制的另一监测点，所述氧分离器被布置为作为这样的氧分离设备的操作条件的改变的结果而修改。
[0026]根据本发明所述的方法特征在于:对用于生成富氧气体的氧分离器进行操作，所述氧分离器包括将氧气从含氧气体分离的至少两个氧分离设备;通过生成平衡导管中的富氧气体的平衡流，对所述氧分离器进行平衡，所述平衡导管流体地耦合所述至少两个分离设备的所述各自的第二端;利用提供在所述平衡导管中的第一气体传感器来监测所述平衡导管中的所述富氧气体的至少一种成分;经由控制设备基于所述第一气体传感器的所述确定，控制所述氧分离器。该方法具有以下优点:得到的传感器信号使得可靠的过程诊断能够控制所述氧与含氧气体的分离过程;换句话说，所述方法允许所述避免使氮突破到所述富氧气体中以实质上提供给所述用户。氮气的这样的突破可以导致全分离过程的过度增加的振荡，其导致所述富氧气体的氧气浓度(或纯度)的减少。所述所提出的方法使得能够确定这些振荡的开始并且经由传感器数据提供相关信息以允许所述控制设备或任何其他设备评估利用从气体传感器的信号提供到所述平衡导管中的该信息，可以实现所述氧分离器的至少一个所述操作条件的修改，使得所述氧分离器和所述氧分离器设备返回到所述最佳对称操作条件。而且，所提出的方法允许避免要提供给所述用户的富氧气体的氧浓度(或纯度)的波动。
[0027]该方法的另一优点确保所述氧分离器的操作条件处于高度高效的操作方案。例如，高度高效的操作方案是例如其中输入到所述分离设备中的所述绝热压缩功率输入是低的方案。到被布置用于在所述“平衡”阶段期间监测(例如检测、例如测量)一个或多个气体成分的平衡导管中的所述气体传感器的使用以识别可能的氮气突破，在由控制设备所控制的所述期望的高度高效的方案中的所述至少两个氧分离器设备的所述PSA系统中可以是有利的。
[0028]该方法的另一优点在于，操作接近所述氧分离设备的所述分离能力的氧浓度设备确保所述设备的较好的能量效率。
[0029]关于生成氧的所述方法的其他优点和技术特征，参考对所述氧分离器的描述、附图和对附图的描述。
[0030]如本文所使用的，术语含氧气体可以是指至少部分包括气体氧的气体。因此，术语富氧气体应当特别地意指具有含氧气体相比较更高的浓度的气体氧的气体并且在其极端情况下可以包括纯氧气体。
[0031]如本文所使用的，术语氧分离器可以是指提供富氧气体所必要的氧浓缩器的一部分。所述氧分离器包括例如至少两个氧分离设备、一个或多个导管、一个或多个传感器并且可以由控制设备或处理器控制。
[0032]如本文所使用的，术语导管可以是指任何槽、管、管道或将气体流从一个点引导到另一个的其他装置。
[0033]术语氧分离设备可以是指能够将氧气从含氧气体分离的设备。这可以例如通过过滤、吸收或吸附实现。其可以例如包括包含能够吸附来自所述含氧气体的氮以及其他杂质以提供富氧气体的吸附剂材料的受体。所述含氧气体被引导通过其第一端进入这样的容器，其中，吸附氮气和其他杂质，其中，输出所述富氧气体。
[0034]所述吸附剂材料意指能够吸附或吸收至少一种气体的任何材料。能够吸附来自含氮气体(例如周围空气)的氮气的吸附材料的非限制性范例包括沸石，诸如钠或锂沸石。
[0035]如本文所使用的，术语氧浓缩器可以是指能够将富氧气体提供给用户的设备。所述设备包括例如包括至少一个氧分离设备的氧分离器，而且允许用户能够接收富氧气体的所有其他装置。
[0036]如本文所使用的，术语流控制器可以是指被动阀(其不要求额外的能源并且可以通过导致所述阀的足够的过压上游的机械位移运行)或主动阀(其要求额外的能源，其中，所述阀将机械地偏离所述阀的一部分)。(一个或多个)这样的阀可以单向或双向的。流控制器将被理解为是可以允许气体流、抑制气体流和/或调节气流的量的设备。
[0037]术语氧分离设备的第一端可以是指所述含氧气体进入所述氧分离设备的所述氧分离器的侧。含氧气体(其可以是周围空气)主动或被动地引导向所述氧分离设备的所述第一端。所述第一端还可以使用在分离的所述清洗阶段中以释放缺氧气体(富氮气体)的流。
[0038]术语所述氧分离设备的第二端可以是指所述富氧气体离开所述氧分离器设备的所述氧分离器设备的侧。作为范例，所述含氧气体可以通过其第一端进入所述氧分离设备，其中，(一个或多个)成分将由吸附剂材料吸附，其中，富氧气体将通过这样的第二端离开所述氧分离器。
[0039]如本文所使用的，术语传感器可以是指能够监测物理量和能够将所述监测数据转换为能够由控制设备、处理器或任何其他装置读取的信号的任何设备。
[0040]术语最佳对称操作条件可以是指所述氧分离设备接近其最佳分离能力的操作。
[0041]术语氧分离器的一个参数可以是指可以对由一个或多个氧分离设备所生成的富氧气体的氧浓度产生直接或间接影响的任何参数、函数。例如，但非限制性地，所述参数可以是所述气体在所述氧分离设备的所述第一端和所述第二端之间花费的时间、所述气体穿过所述氧分离器的不同元件的所述压力、所述氧分离器内的不同流控制器的控制、所述分离设备内的气体的温度、使用中的所述氧分离器。
[0042]本发明的这些和其他方面将根据在下文中所描述的实施例而显而易见并且参考在下文中所描述的实施例得以阐述。
【附图说明】
[0043]现在将参考附图仅以范例的方式描述本发明的示范性实施例，其中:
[0044]图1示意性地示出了根据本发明的实施例的氧分离器；
[0045]图2示意性地示出了“平衡”阶段期间的根据本发明分离器的氧分离器;并且
[0046]图3图形示出了根据本发明的相对于氧分离设备的轴向坐标的“馈送”阶段期间的氮浓度。
【具体实施方式】
[0047]现在将参考附图更详细地描述某些实施例。在以下描述中，针对相似的元件使用相似的附图标记，即使在不同的附图中。提供诸如详细构建和元件的在描述中所定义的事项以辅助示范性实施例的全面理解。然而，可以在没有那些特别定义的事项的情况下实践实施例。而且，未详细描述的众所周知的功能或构建，因为其将使具有不必要的细节的实施例难以理解。而且，在元件的列表之前，诸如“中的至少一个”的表达修饰元件的整个列表并且不修饰列表的单独的元件。除非“一个实施例”的特征与其他实施例的特征不一致，否则术语“一个实施例”应当被理解为结合与其一致的所有其他特征的相关联的特征的公开。
[0048]图1示意性地示出了根据本发明的氧分离器100。这样的氧分离器100可以被用于生成富氧气体，例如以施予给鉴于其身体状况需要氧治疗的用户。氧分离器100是氧浓缩器(未示出)的一部分，其可以被设计为固定布置例如以用于将其使用在医院中，或其可以是便携式设备例如以用于将其使用在家庭护理应用的领域中。将注意到，氧分离器100还可以被用于可以是必须要提供纯的或基本上纯的高浓度的氧气的任何应用，例如在飞机中或用于焊接目的。
[0049]本文所描述的氧分离器100操作基于变压吸附(PSA)的已知过程。这样的过程依赖于气体的物理性质，其在高压下常常由固体表面吸附。PSA过程被用于将气体与包括超过一个气体(周围空气是范例)的气体混合物分离，因为不同的气体吸引到具有不同的吸附系数的不同的固体表面。
[0050]根据本发明的氧浓缩器(未示出)包括压缩器或栗115，其能够将高压处的周围空气(含氧气体)的流馈送给氧分离器100。更精确地，通过馈送流控制器117a、117b将周围空气的过滤的流引导向两个氧分离器设备101、102的第一端。在由入口导管120引导到氧分离器100，周围空气的流优选地由过滤器116过滤。备选地，过滤器可以位于生成高压气体流的压缩器115之后。
[0051]至少两个氧分离设备101、102中的每一个被填充有吸附材料。两个氧分离设备101a、102a中的各自的第一端被布置为在“馈送”阶段期间接收高压处的周围空气的过滤流并且被布置为在“清洗”阶段期间对富氮气体的流进行换气。下文还将描述“馈送”和“清洗”阶段。富氮气体的这样的流经由离开流控制器118a、118b由离开导管121引导向氧浓缩器(未示出)的离开点并且然后释放在用户的周围的区域中。备选地，在清洗阶段期间换气的富氮气体可以保持在系统中并且与在“馈送”阶段中引导到氧分离设备101、102的第一端的含氧气体的高压流混合。
[0052]根据本发明，为了继续将氧气与含氧气体(例如周围空气)分离，以周期的方式执行PSA周期的四个不同的阶段是优选的，如下文进一步描述。即使将不同地描述那些四个阶段，技术人员也可以预见到，实现类似结果和那些范例的其他方式不应当被理解为对本发明的限制。例如，可以同时完成“馈送”阶段和“清洗”阶段;换句话说，在氧分离设备101、102中的一个加压到其“馈送”阶段中时，氧分离设备101、102中的另一个未加压到其“清洗”阶段中。技术人员将理解到，为了生成富氧气体，氧分离设备101、102异相并且以周期的方式工作是优选的。该“馈送”和“清洗”阶段将交替地工作，其中，一个氧分离设备101、102馈送有要被分离的高压处的过滤的周围空气的流并且该氧分离设备101、102馈送有低压处的富氧气体的流可以由使用在氧分离设备11、102中的吸附材料的物理性质解释，其中，使氧分离设备101、102 二者的吸附剂材料同时饱和不是最佳的。备选地，两个底座可以同相工作，其中，由吸附剂材料所吸附的氮的换气将需要以如本描述中所描述的那个备选的方式实现。
[0053]在“馈送”阶段期间，加压的过滤的周围空气的流经由入口导管120和流控制器117a、117b引导到氧分离设备10 la、102a之一的第一端。作为包含在氧分离设备中的所选择的吸附剂材料的吸附性质的结果，包括在过滤的周围空气中的氮气将由吸附材料吸附并且将保持在氧分离设备11、1 2中。吸附剂材料被选择为使得包括在过滤的周围空气中的氧气将不被吸附或将有限地被吸附，使得将通过其第二端101b、102b离开氧分离设备的气体的流是富氧气体。然后，所述富氧气体将引导在清洗导管103中并且到产品罐或储存器110中。引导到清洗导管103的含富氧气体的流将被用于“清洗”阶段，而含富氧气体通过出口导管125引导到产品罐或储存器110以递送给用户113。在施予到用户113之前，产品储存器110存储如由氧分离设备101、102所浓缩的富氧气体。在其这样的富氧气体施予给用户113之前，通过产品流调节器108、109调节所述产品储存器110中的富氧气体的流。
[0054]两个氧分离设备中的所述各自的第二端101a、102b经由使用在“清洗”阶段中的清洗导管103流体连通，在下文中还将解释所述阶段。作为主要目标，“清洗”阶段必须从先前所吸附的氮气清理吸附剂材料。该阶段主要通过由清洗导管103从“馈送”阶段中的氧分离设备的第二端101b、102b引导向“清洗”阶段中的氧分离设备的第二端101b、102b的富氧气体的低压流来实现。对“清洗”阶段进行布置，使得富氧气体经由离开导管121从“清洗”阶段中的氧分离设备101、102的第一端101a、102a引导向氧浓缩器(未示出)的离开点。清洗导管103包括清洗的流控制器104(优选地双向流控制器)以用于允许富氧气体在氧分离设备101b、102b的第二端中从“馈送”阶段中的氧分离设备流到“清洗”阶段中的那个。技术人员将理解到，该清洗的流控制器104可以是主动或被动的。
[0055]在根据本发明的优选的实施例中，两个氧分离设备101b、102b的各自的第二端而且经由平衡导管105流体连通。所述平衡导管105优选地仅在“平衡”阶段期间打开，其还将通过图3的描述在下文中详述。“平衡”阶段的目标之一是两个氧分离设备101、102的内部压力的平衡，其中，没有周围空气的加压流被引导到氧分离设备101a、102a的两个第一端中的任一个或全部，备选地，周围空气的加压量可以被引导到氧分离设备101a、102a中的任一个或全部。该平衡导管105至少包括传感器106(优选地气体传感器)和平衡流控制器107。技术人员将理解到，传感器106可以位于任何地点处以允许对流到平衡导管105中的富氧气体的至少一种成分的监测(例如检测、例如测量)。备选地，气体传感器106可以测量流到平衡导管105的含富氧气体的流的成分的相对或绝对浓度。优选地，传感器106是要么氧传感器要么氮传感器。平衡流控制器107被布置为允许“平衡”阶段期间的所述平衡导管105内的气体的流和阻塞“馈送”和“清洗”阶段期间的对平衡导管105的访问。将理解到，特别地如果平衡导管105也是使用中的清洗导管，则可以由技术人员不同地预见到该布置。气体传感器106被布置为在“平衡”阶段期间检测富氧气体的至少一种成分，并且与控制设备或处理器119电子通信。所述控制设备119能够控制氧分离器的至少一个参数。
[0056]根据本范例实施例，在清洗阶段中，同样地在馈送阶段中，平衡导管不接收大量的富氧气体以影响平衡传感器106测量结果。作为其结果，控制设备119不由该平衡传感器106的读数影响并且然后由其他传感器装置114、112(例如纯度传感器)控制。备选地，平衡传感器106可以在可以任选地使平衡流控制器107的使用分离的“清洗”阶段期间去激活或禁止，使平衡导管备选地充当清洗导管和平衡导管。
[0057]图2示意性地示出了根据本发明的“平衡”阶段期间的氧分离器200的范例。这样的“平衡”阶段允许氧分离设备201、202 二者到达其相对内部压力中的压力平衡，因为氧分离设备201、202 二者经由清洗导管203和平衡导管205流体连通。鉴于其物理性质，两个氧分离设备201、202不具有确切的相同的吸附能力；因此其到类似阶段中的内部压力将是不同的。
[0058]在示范性场景中，跟随“清洗”和“馈送”阶段，氧分离设备201中的一个是过加压的，而另一个氧分离器设备202是欠加压的。而且，包含在氧分离设备中的每一个中的吸附剂材料的饱和将是相反的，因为加压氧分离设备201已经到达其饱和点或在其附近，而另一氧分离设备没有或几乎没有氮。平衡导管205与平衡流控制器207耦合，优选地，作为加压的氧分离设备的结果，可以在打开和闭合位置切换双路流控制器。该平衡流控制器207被布置为将气体流从过加压的氧分离设备201引导到欠加压的氧浓度设备202。
[0059]在根据本发明的“平衡”阶段内，压缩器(未示出)将不生成系统中的气体流，或者备选地，所述压缩器将生成低压气体流，使得不影响两个氧分离设备201、202之间的平衡。在另一实施例中，压缩器将生成气体的加压流量，其经由入口流控制器217a、217b的装置和入口导管引导到氧浓缩器(未示出)的周围区域中，使得没有流被引导通过氧分离器设备中的一个或多个。
[0060]“平衡”阶段中的最大氮气浓度通常比“馈送”和“清洗”阶段中的氮气浓度高2-3倍。而且，在“平衡”阶段中的分离设备201、202之间交换的气体体积通常比从“清洗”阶段中的分离设备离开的气体体积大2倍。第一气体传感器206被布置为测量在平衡阶段期间被引导通过平衡导管205的气体流的至少一种成分。所得的传感器信号使得可能的过程诊断能够通过控制设备219控制分离过程。这样的控制避免“馈送”阶段所生成的含富氧气体中的氮气的“突破”，其具有避免富氧气体的氧浓度(或纯度)的波动以及，在一个实施例中，最小化所需要的电力输入的益处。第一气体传感器206的监测被布置为由控制设备使用，其中，因此，可以变更和/或修改系统的一个或多个参数。
[0061]由第一气体传感器206所做出的监测将鉴于氧分离器设备201、202的操作条件的修改而波动。吸附剂材料的吸附能力由若干因素(例如但不限于湿度、温度、外部压力)影响，被布置为测量平衡导管205中的气体流的至少一种成分的第一传感器206允许控制设备或处理器219的操作条件的提示诊断。可以预见若干装置，使得例如经由压缩器215、不同的流控制器217a、217b、产品流控制器208、209、清洗流控制器204修改操作条件。备选地，可以改变不同的流控制器的位置的改变之间的时间或由压缩器所生成的压力。
[0062]即使氧分离器200可以仅利用一个氧分离设备工作，技术人员也将理解到，使用两个氧分离设备允许气体的几近连续性生产。为了允许平衡阶段，本描述公开了至少两个氧分离设备，其彼此流体连通使得富氧气体可以使用在加压的氧分离设备中以平衡减压的氧分离设备的压力以至少部分加压这样的第二氧分离设备。
[0063]对于平衡导管中的第一气体传感器206和平衡流控制器207而言，备选地，本发明不限于该实施例，并且这样的第一气体传感器206和这样的平衡流控制器可以定位在其适于根据平衡导管205中的富氧气体的流来实现本文所描述的功能的任何地方。例如，第一气体传感器206可以在平衡导管205附近，而平衡流控制器207可以在平衡导管的两个端开口之一处。
[0064]优选地，第一气体传感器206是要么氧传感器要么氮传感器，其中，要么氧气要么氮气的浓度可以由控制设备219或能够这样做的任何其他装置推断并且将数据提供给控制设备219。
[0065]备选地，在本发明的另一实施例中，这样的氧分离器200包括至少两个其他传感器214、212。排气传感器214被用于检测和/或测量要施予给用户的富氧气体的组成，而用户传感器212被用于检测和/或测量从氧分离器201、202换气并且经由一个或多个排气导管(或离开导管)221释放到周围的环境中的气体的组成。
[0066]在该实施例内，第二气体传感器(诸如氧传感器或氮传感器)例如光学传感器214提供在排气导管221中以用于监测排出气体的至少一种成分的浓度。可以优选的是，第二气体传感器214定位在共同排气导管221中或者各自的气体传感器可以额外地或备选地定位在第一氧分离设备201的排气导管中和/或第二氧分离设备202的排气导管中。
[0067]图3图形表示了生产(虚线箭头)和平衡阶段(实线箭头)期间的“质量转移区”的移动。出于本申请的目的，“质量转移区”应当被理解为其中(在该瞬间)氮吸附将发生的氧分离设备的区域，即其中氮浓度(如在图3中所绘制的)在氮的吸附之后将从低值(?少数％)增加到高值(?80%)。根据图3，清楚的是，质量转移区在“馈送”阶段期间将向氧浓度设备的第二端前进。如果质量转移区将到达氧浓度设备的第二端，则所谓的“氮突破”(即所产生的气体中的氮气浓度的增加)将发生。图3还示出了在“平衡”阶段期间，质量转移区还将向氧浓度设备的第二端前进。因此，“氮突破”将首先在“平衡”阶段期间观察(如果适合的传感器提供在如由本发明所主张的平衡导管内)；这意指到“馈送”阶段期间所产生的气体中的最不希望的“氮突破”之前的若干PSA过程周期。
[0068]虽然在附图和前述描述中已经详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述将被认为是说明性或示范性而非限制性的;本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和随附的权利要求书，本领域的技术人员在实践所主张的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施的，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记均不应被解释为对范围的限制。
【主权项】
1.一种用于生成富氧气体的流的氧分离器(100)，所述氧分离器包括: 至少两个氧分离设备(101、102)，其被布置为将将氧气从含氧气体分离，所述至少两个氧分离设备(101、102)每者包括用于接收所述含氧气体的第一端(101a、102a)和用于递送富氧气体的第二端(101b、102b)， 平衡导管(105)，其流体地耦合到所述至少两个氧分离设备(101、102)中的各自的第二端(101b、102b)以使得能够平衡所述至少两个氧分离设备(101、102)的内部压力， 其特征在于: 第一气体传感器(106)被提供在所述平衡导管(105)中，使得所述第一气体传感器(106)被布置为监测所述平衡导管(105)中的所述富氧气体的至少一种成分；以及 控制设备(119)，其被布置为基于由所述第一气体传感器(106)进行的监测来控制所述氧分离器。2.根据权利要求1所述的氧分离器(100)，其中，所述第一气体传感器(106)被布置为监测所述富氧气体的所述至少一种成分的浓度。3.根据权利要求1或2所述的氧分离器(100)，其中，所述第一气体传感器(106)能够在氧气与氮气之间进行区别。4.根据权利要求1至3所述的氧分离器(100)，其中，所述控制设备(119)控制对所述富氧气体的浓度和/或组成有影响的至少一个参数，其中，所述至少一个参数选自包括以下项的组:分离持续时间、流量、压力或对使用中的所述至少两个分离设备中的一个的选择。5.根据前述权利要求中的任一项所述的氧分离器(100)，其中: 所述至少两个氧分离设备(101、102)被流体地耦合到排气导管(121); 其中，所述排气导管(121)被流体地耦合到所述至少两个氧分离设备(101、102)中的每个以便将来自所述至少两个氧分离设备的排出气体从所述氧分离器(100)引导出。6.根据权利要求5所述的氧分离器(100)，还包括第二气体传感器(114)，所述第二气体传感器被布置为监测所述排出气体的至少一种成分。7.根据权利要求6所述的氧分离器(100)，其中，所述第二气体传感器(114)被布置为监测所述排出气体的至少一种成分的浓度。8.根据权利要求6或7所述的氧分离器(100)，其中，所述控制设备(119)被布置为基于由所述第一气体传感器(106)进行的监测和由所述第二气体传感器(114)进行的监测来控制所述氧分离器(100)。9.根据前述权利要求中的任一项所述的氧分离器(100)，还包括至少一个平衡流(107)控制器，所述平衡流控制器被布置为通过所述平衡导管(105)来控制富氧气体的平衡流。10.根据前述权利要求中的任一项所述的氧分离器(100)，还包括: 清洗导管(103)，其流体地耦合所述至少两个氧分离设备(101、102)的各自的第二端(101b、102b); 所述清洗导管(103)包括清洗流控制器(104)，所述清洗流控制器被布置为控制富氧气体到所述至少两个氧分离设备(101、102)中的一个的所述第二端(101b、102b)的清洗流。11.一种氧浓缩器，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的氧分离器(100)。12.—种用于将将氧气从含氧气体分离的方法，所述方法包括以下步骤: 操作氧分离器以生成富氧气体，所述氧分离器包括用于将氧气从含氧气体分离的至少两个氧分离设备； 通过生成平衡导管中的富氧气体的平衡流来对所述氧分离器进行平衡，所述平衡导管流体地耦合所述至少两个分离设备的各自的第二端以使得能够平衡所述至少两个氧分离设备的内部压力； 其特征在于: 利用提供在所述平衡导管中的第一气体传感器来监测所述平衡导管中的所述富氧气体的至少一种成分； 经由控制设备基于由所述第一气体传感器进行的确定来控制所述氧分离器。13.根据前述权利要求12中的任一项所述的方法，还包括以下步骤: 利用第二气体传感器来监测排气导管中的所述气体的至少一种成分;并且 其中，控制所述氧分离器的所述步骤还基于由所述第二气体传感器进行的监测。14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，控制所述氧分离器的所述步骤要影响对所述富氧气体的浓度和/或组成产生影响的所述氧分离器的至少一个参数，其中，所述至少一个参数选自包括以下项的组:分离持续时间、流量、压力，或者控制所述氧分离器的所述步骤包括对使用中的所述至少两个分离设备中的一个的选择。15.—种包括代码的计算机程序产品，所述代码用于使得处理器当所述代码在所述处理器上运行时使得根据权利要求1至11所述的设备能够执行根据权利要求12至14中的任一项所述的方法。
【文档编号】B01D53/047GK105828912SQ201480069721
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月20日
【发明人】A·G·R·克贝尔, R·希尔比希, P·范德斯路易斯
【申请人】皇家飞利浦有限公司