氧氣分離器和產(chǎn)生氧氣的方法
氧氣分離器和產(chǎn)生氧氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氧氣分離裝置，包括：在第一側(cè)的氣體入口(29、31)，用于將包含氧氣的氣體流引導(dǎo)到所述氧氣分離裝置(12、14)中；在第二側(cè)的氣體出口(33、35)，用于引導(dǎo)富含氧氣的氣體流離開所述氧氣分離裝置(12、14)；具有氧氣分離吸附劑(16、18)的至少一個氧氣分離區(qū)域(20、22)，所述氧氣分離吸附劑能夠通過吸附所述包含氧氣的氣體中除氧氣以外的至少一種組分而從包含氧氣的氣體中分離氧氣且可以被污染物污染；以及具有去污材料(17、19)的去污區(qū)域(21、23)，所述去污材料用于將所述包含氧氣的氣體從至少一種污染物去污，其中所述氧氣分離區(qū)域(20、22)和所述去污區(qū)域(21、23)是通過間隔件(76、78)而流體連接的，所述間隔件包括至少一個擴(kuò)散抑制通道(80、82)，其中所述間隔件(76、78)的擴(kuò)散抑制值rR為rR>1。這一氧氣分離裝置(12、14)允許提供針對維護(hù)的明顯優(yōu)勢。本發(fā)明還涉及一種氧氣分離器(10)和一種從包含氧氣的氣體產(chǎn)生氧氣的方法。
【專利說明】氧氣分罔器和產(chǎn)生氧氣的方法發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及氧氣分離領(lǐng)域。更具體來說，本發(fā)明涉及用于呼吸應(yīng)用的氧氣分離，尤其是在家庭護(hù)理領(lǐng)域中。
【背景技術(shù)】
[0002]氧氣治療術(shù)是將氧氣施用為一種治療方式。其廣泛地用于慢性病和急癥患者護(hù)理中的各種用途，因?yàn)檠鯕鈱τ诩?xì)胞代謝是必不可少的，繼而，組織氧合對于所有生理功能都是必不可少的。氧氣治療應(yīng)當(dāng)用來以下述方式使患者受益:增加氧氣到肺部的供應(yīng)，從而增加氧氣到身體組織的可利用性，尤其是在患者正承受缺氧和/或低血氧癥時。氧氣治療可以用于醫(yī)院和家庭護(hù)理兩者的應(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)重的慢性阻塞性肺疾病(COPD)的患者。
[0003]氧氣可以用多種方式施用。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)生方法。就此而論，所謂的氧氣濃縮機(jī)或分離器等商用解決方案分別已是眾所周知的。這些氧氣濃縮機(jī)多數(shù)會將氧氣與含有氧氣的氣體分離開，以便按需(即，恰好在使用之前)提供氧氣。
[0004]本領(lǐng)域中已知的氧氣濃縮機(jī)或氧氣分離器的缺點(diǎn)分別是，繼包含氧氣的氣體的預(yù)期被吸收組分(例如，氮?dú)?之后，包含氧氣的氣體的非預(yù)期污染物(例如，水或二氧化碳)也分別被吸收至氧氣分離裝置或氧氣分離材料，從而污染了所述氧氣分離裝置或氧氣分離材料。氧氣分離材料的此污染通常導(dǎo)致在變壓過程之后需要額外的或多或少的措施，以便避免污染或再吸收污染物。
[0005]根據(jù)US 7，160，367已知一種能夠使用吸收劑來執(zhí)行氣體分離步驟的氣體分離裝置，所述吸收劑是對污染物鈍化(諸如由于大氣濕度而鈍化)敏感的。這種氣體分離裝置可以包括干燥劑區(qū)和水敏感吸收劑區(qū)，二者之間可以設(shè)置相應(yīng)的隔離閥。
[0006]然而，仍然需要改善氧氣分離裝置的污染狀態(tài)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是提供一種用于氧氣分離器的氧氣分離裝置和一種從包含氧氣的氣體中分離氧氣的方法，其構(gòu)建成本較低、易于執(zhí)行和/或就維護(hù)來說是有利的。
[0008]此目的是通過一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣分離裝置實(shí)現(xiàn)的。此目的還通過一種根據(jù)權(quán)利要求11所述的氧氣分離器和一種根據(jù)權(quán)利要求13所述的從包含氧氣的氣體中分離氧氣的方法實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的實(shí)施例限定在從屬權(quán)利要求中。
[0009]一種氧氣分離裝置包括:在第一側(cè)的氣體入口，用于將包含氧氣的氣體流引導(dǎo)到所述氧氣分離裝置中；在第二側(cè)的氣體出口，用于引導(dǎo)富含氧氣的氣體流離開所述氧氣分離裝置；具有氧氣分離吸附劑的至少一個氧氣分離區(qū)域，所述氧氣分離吸附劑能夠通過吸附所述包含氧氣的氣體中除氧氣以外的至少一種組分而從包含氧氣的氣體中分離氧氣，且可以被污染物污染；以及具有去污材料的去污區(qū)域，所述去污材料用于使所述包含氧氣的氣體從至少一種污染物去污，其中所述氧氣分離區(qū)域和所述去污區(qū)域是通過間隔件而流體連接的，所述間隔件包括至少一個擴(kuò)散抑制通道，其中所述間隔件的擴(kuò)散抑制值4為1~8?1。
[0010]術(shù)語“氧氣分離裝置”可以尤其是指氧氣分離器的有效部分。例如，氧氣分離裝置可以包括氧氣分離吸附劑，所述氧氣分離吸附劑可以與包含氧氣的氣體交互作用，或者與包含氧氣的氣體中的限定組分交互作用，且因此可以借助與所述包含氧氣的氣體中除氧氣以外的至少一種組分的交互作用而從包含氧氣的氣體中分離出氧氣。因此，如此的氧氣分離裝置或其氧氣分離吸附劑分別能夠從包含氧氣的氣體中分離出氧氣，尤其是通過吸附過程，例如吸收過程來分離。因此，所述氧氣分離裝置可以被設(shè)計(jì)為吸收劑床。其可以被示例性地形成為被裝配和布置在外殼中的緊湊裝置。
[0011]相應(yīng)地，用在本文中的術(shù)語“氧氣分離器”可以尤其是指能夠從包含氧氣的氣體中分離氧氣的裝置。因此，借助氧氣分離器，從包含氧氣的氣體著手，可以產(chǎn)生純的或基本純的氧氣或者至少是富含氧氣的氣體。
[0012]此外，用在本文中的術(shù)語“氧氣分離裝置的第一側(cè)”可以是指朝向一個方向引導(dǎo)的所述氧氣分離裝置的側(cè)或部分，其中所述包含氧氣的氣體沿所述方向被引導(dǎo)到氧氣分離裝置，而用在本文中的術(shù)語“氧氣分離裝置的第二側(cè)”可以是指朝向相反側(cè)引導(dǎo)的所述氧氣分離裝置的側(cè)或部分，即出現(xiàn)所產(chǎn)生的純氧氣或富含氧氣的氣體的一側(cè)。
[0013]另外，用在本文中的術(shù)語“包含氧氣的氣體”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“富含氧氣的氣體”應(yīng)具體是指與包含氧氣的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。
[0014]分離吸附劑可以被污染物污染的表達(dá)可以具體是指氧氣分離吸附劑的污染或沾污過程，由于此過程而使得氧氣分離裝置朝向氧氣的氧氣分離能力和/或選擇性降低。因此，污染物可以是下述任何化合物，其可以粘合或吸附(例如，不可逆地或可逆地)到氧氣分離裝置且可以因此污染所述氧氣分離裝置。其具體可以是并非包含氧氣的氣體的主要組分的物質(zhì)。它可以僅任選地和/或僅以變化的量存在于所述包含氧氣的氣體中。可能存在于所述包含氧氣的氣體中的污染物的非限制性實(shí)例可以包括水、二氧化碳、胺、二氧化硫、氮氧化物和烴。
[0015]此外，氧氣分離吸附劑可以被理解為下述材料，其從包含氧氣的氣體中吸附且因此吸引或吸收除氧氣之外的至少一種物質(zhì)、且比氧氣吸附且因此吸引或吸收得較好的至少一種物質(zhì)，且因此使得氧氣至少以大的量通過。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離區(qū)域應(yīng)當(dāng)具體地分別是指空間有限的區(qū)域，或者下述區(qū)域，其中設(shè)置有氧氣分離吸附劑且主要目的是從包含氧氣的氣體中分離氧氣。
[0017]相應(yīng)地，去污區(qū)域可以具體地分別是指空間有限區(qū)域或者下述區(qū)域，其主要目的是將所述包含氧氣的氣體從可能存在的污染物中去污。因此，去污材料位于所述去污區(qū)域中，且其因此是與至少一種污染物交互作用并吸附所述至少一種污染物且因此從所述包含氧氣的氣體中移除所述污染物的材料。所述去污材料可以與所述氧氣分離吸附劑相同或不同。
[0018]間隔件還可以被理解為下述裝置，其將氧氣分離區(qū)域與去污區(qū)域彼此空間分離開，且在所述氧氣分離區(qū)域和所述去污區(qū)域之間提供流體連接。
[0019]此外，擴(kuò)散抑制通道可以被理解為下述引導(dǎo)件，其限制污染物、具體為氣態(tài)污染物從去污區(qū)域到氧氣分離區(qū)域的擴(kuò)散速率。
[0020]此外，擴(kuò)散抑制值rK可以被如下地定義。具體來說，擴(kuò)散抑制因子或擴(kuò)散抑制值分別是特征性的被污染長度Z和間隔件的特征性參數(shù)S的乘積= Z*S)，其中特征性的被污染長度Z被定義為Z = (fw*Az)/Lz，其中fw是分離吸附劑擴(kuò)散校正因子(0.654)，Az是氧氣分離吸附劑的橫截面積，且因此是氧氣分離裝置內(nèi)部的填充有氧氣分離吸附劑的橫截面積(單位是cm2)，且Lz是擴(kuò)散抑制通道的位置，且因此是其距離氧氣分離裝置的在其第一側(cè)的氣體入口的距離(單位是cm)。此外，間隔件的特征性參數(shù)S被定義為S = Ld/ (N*Ad)，其中Ad是間隔件中的一個導(dǎo)管的橫截面積，Ld是在Ad穿過分離器的情況下擴(kuò)散抑制通道的長度(單位是cm)，且N是間隔件的導(dǎo)管的數(shù)目。
[0021]類似于上文所述的氧氣分離裝置可以為氧氣分離吸附劑提供明顯減少的污染，尤其是在氧氣分離器的關(guān)閉期間，且因此明顯改善其維護(hù)性能。
[0022]所述氧氣分離裝置包括在第一側(cè)的氣體入口，用于將包含氧氣的氣體流引導(dǎo)到氧氣分離裝置中，且所述氧氣分離裝置具有在第二側(cè)的氧氣出口，用于將富含氧氣的氣體流引導(dǎo)離開所述氧氣分離裝置。
[0023]所述氧氣分離裝置還包括具有氧氣分離吸附劑的至少一個氧氣分離區(qū)域，所述氧氣分離吸附劑能夠通過吸附所述包含氧氣的氣體的除氧氣之外的至少一種組分、或至少比氧氣吸附得較好的至少一種組分，而從包含氧氣的氣體分離氧氣。這一特征是根據(jù)變壓吸收系統(tǒng)的大體設(shè)置的，根據(jù)變壓吸收系統(tǒng)，分離吸附劑與所述包含氧氣的氣體中除氧氣之外的至少一種組分、或比氧氣吸附得較好的至少一種組分交互作用，且因此使氧氣通過。這一特征允許至少暫時地固定所述包含氧氣的氣體中的一種或多種組分，導(dǎo)致氧氣與所述包含氧氣的氣體中的其它組分分離。氧氣分離吸附劑的非限制性實(shí)例包含沸石，例如鈉或鋰沸石。氣體流，具體地講進(jìn)入到氧氣分離裝置中的包含氧氣的氣體流和離開氧氣分離裝置的富含氧氣的氣體流，可以因此通過提供壓力調(diào)節(jié)裝置而實(shí)現(xiàn)，所述壓力調(diào)節(jié)裝置在氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差。
[0024]然而，由于氧氣分離吸附劑可以被可能存在于包含氧氣的氣體中的污染物污染的事實(shí)，在大量污染物(例如水或二氧化碳)被氧氣分離吸附劑吸附的情況下氧氣分離能力可以降低。為了最小化或完全避免氧氣分離能力或氧氣選擇性的這種降低，例如，氧氣分離裝置還包括具有去污材料、具體來講去污吸附劑的去污區(qū)域，所述去污材料用于使所述包含氧氣的氣體從污染物去污。因此，通過提供去污材料，從所述包含氧氣的氣體流移除一種或多種污染物，以便避免污染物對氧氣分離吸附劑的負(fù)面影響。因此，去污材料設(shè)置在去污區(qū)域中，其主要目的是移除污染物，從而不負(fù)面地影響氧氣分離吸附劑的氧氣分離性能。因此，可以優(yōu)選地將去污區(qū)域設(shè)置在氧氣分離區(qū)域上游。此外，去污區(qū)域可以被設(shè)置在包含氧氣的氣體的主要流路中。
[0025]盡管在正常工作模式下可以良好地避免氧氣分離吸附劑的污染，但尤其是設(shè)置在便攜式氧氣分離器中的氧氣分離裝置可能就氧氣分離器的關(guān)閉時間而言對污染非常敏感，這是由于(例如)其有限的氧氣分離吸附劑量所致。
[0026]具體來說，相對于正常和活性工作模式，污染物可以在氧氣分離步驟期間被去污材料吸附，且在再生步驟期間污染物將再次被移除。因此，氧氣分離吸附劑將不再因吸收污染物而惡化。因此，被去污材料吸附的污染物(例如水)的量可能在低的環(huán)境溫度下較高，且可以通過使用(例如)鈉沸石而變得總體上非常高，例如高達(dá)30重量％。然而，如果氧氣分離器被關(guān)閉且因此處于關(guān)閉模式，即并不從包含氧氣的氣體產(chǎn)生氧氣，則不執(zhí)行氧氣分離過程，且具體來講不執(zhí)行沖洗過程。在關(guān)閉模式期間，污染物可以從去污區(qū)域移動到分離區(qū)域。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，這一步驟可以尤其是由于氣相擴(kuò)散而發(fā)生。這是由于下述事實(shí)，尤其是氣態(tài)的污染物(例如水蒸氣)可以根據(jù)去污材料的水等溫線而存在于去污材料上方。因此，污染物將由于污染物的相應(yīng)蒸氣壓力而擴(kuò)散到氧氣分離吸附劑，其中污染物將被吸附到氧氣分離吸附劑。這一效應(yīng)將隨著溫度升高而增強(qiáng)。結(jié)果，在構(gòu)成平衡狀態(tài)的規(guī)則工作模式期間并不發(fā)生惡化的氧氣分離吸附劑將尤其是在關(guān)閉時間期間被沾污。因此，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，尤其是在氧氣分離裝置的關(guān)閉時間期間(其可以示例性地介于幾小時的范圍內(nèi))，污染可以增加并擴(kuò)散到較大的量，因此由于長時間關(guān)閉會尤其使維護(hù)惡化。
[0027]為了最小化或完全避免這種效應(yīng)，將氧氣分離區(qū)域與去污區(qū)域通過間隔件而流體連接，所述間隔件包括至少一個擴(kuò)散抑制通道，其中所述間隔件具有的擴(kuò)散抑制值!",為rK>l。因此，流體連接應(yīng)具體是指可以引導(dǎo)流體(例如具體是指氣體)通過的連接，例如通過分別在擴(kuò)散抑制通道或氧氣分離裝置的任一側(cè)之間提供相應(yīng)(部分)壓力差來進(jìn)行引導(dǎo)。
[0028]本發(fā)明人已驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過提供包括至少一個擴(kuò)散抑制通道的間隔件，其中所述間隔件具有的擴(kuò)散抑制值rKSrK>l，這一措施可足以明顯減少或完全避免由擴(kuò)散所致的氣體流。具體來講，通過提供類似于上文所述的分離器，可以布置具有擴(kuò)散抑制值rK的影響的各種參數(shù)，使得擴(kuò)散被明顯減少。因此，通過提供擴(kuò)散抑制值!.,為rK>l，具體為rK>10，示例性地為rK>100，可以選擇下述參數(shù)，例如間隔件或擴(kuò)散抑制通道的位置、相應(yīng)吸附劑材料的橫截面尺寸和擴(kuò)散抑制通道的尺寸，使得所述參數(shù)可以用積極的方式彼此交互作用，導(dǎo)致協(xié)同性效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致污染物從去污區(qū)域到氧氣分離區(qū)域的擴(kuò)散明顯減少。關(guān)于擴(kuò)散抑制通道，少量通道、尤其是具有高的長度/半徑縱橫比的通道可以是優(yōu)選的?；旧希瑸榱俗钚』谘鯕夥蛛x器的關(guān)閉期間的擴(kuò)散，擴(kuò)散抑制通道的長度與半徑的比率應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地為大的。用在本文中的縱橫比可以具體是指擴(kuò)散抑制通道的長度I與其有效半徑R(eff))的比率(1/R(eff)，其中有效半徑可以被定義為R(eff) =V (Α/π)，其中A是橫截面積。
[0029]在一個實(shí)施例中，包括至少一個擴(kuò)散抑制通道的間隔件可以由多孔結(jié)構(gòu)形成。例如，可以使用由塑料制成且可以用做過濾材料的多孔結(jié)構(gòu)，且所述多孔結(jié)構(gòu)可(例如)自Genpore公司購買。示例性地，所述間隔件可以由所謂的超高分子量聚乙烯(UHMW PE)形成，其可自Genpore公司購得，且其具有50微米的孔尺寸和空體積占40-50 %的平均孔密度。然而，在滿足上述限定要求的情況下，可以使用其它多孔結(jié)構(gòu)。
[0030]根據(jù)本發(fā)明，可以明顯減少、或優(yōu)選地完全避免僅由于擴(kuò)散導(dǎo)致的從去污區(qū)域到氧氣分離區(qū)域的氣體流。除此之外，由于在最好的情況下可以忽略由擴(kuò)散抑制通道所致的壓降這一事實(shí)，氧氣分離器的正常工作性能不會或基本不會惡化。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離裝置可以基本無限制地工作，因此明顯改善污染性能且因此改善維護(hù)性能。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，此外還由于僅須將具有至少一個擴(kuò)散抑制通道的間隔件添加到氧氣分離區(qū)域和去污區(qū)域之間這一事實(shí)而提供了非常節(jié)約成本的措施。類似于上文所述的氧氣分離裝置可以因此被容易地且節(jié)約成本地形成。裝配有類似于上文所述的氧氣分離裝置的氧氣分離器的控制因此并不復(fù)雜。
[0032]除此之外，由于氧氣分離區(qū)域和去污區(qū)域以及間隔件可以被布置在一個裝置中這一事實(shí)，根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離裝置可以被設(shè)計(jì)成非常緊湊的設(shè)計(jì)。這一優(yōu)勢甚至可以通過下述措施來強(qiáng)化，所述措施是將至少一個擴(kuò)散抑制通道優(yōu)選地布置在緊湊的間隔件中，例如在具有盤狀結(jié)構(gòu)的間隔件中。此外，可以避免對復(fù)雜的管路和/或閥的需要。
[0033]類似于上文所述的氧氣分離裝置尤其有利于家庭醫(yī)療護(hù)理應(yīng)用，且與本領(lǐng)域中已知的類似氧氣分離裝置相比提供基本改善的維護(hù)特性，且其還提供更低的雜質(zhì)敏感度，尤其是在裝備有這種氧氣分離裝置的氧氣分離器的長時間關(guān)閉之后。因此，所述氧氣分離裝置確保改善的分離特性，即使在長時間關(guān)閉之后也如此。
[0034]另外，尤其是存在于便攜式氧氣濃縮機(jī)中的氧氣分離裝置對雜質(zhì)是敏感的，這分別是因?yàn)槠涮峁┙o氧氣分離裝置的空間有限，或者氧氣分離材料的量有限。例如，對于便攜式氧氣濃縮機(jī)，氧氣分離材料對雜質(zhì)(例如水)的吸收可以在多種情況下快速導(dǎo)致(例如)氧氣選擇性降低。因此，根據(jù)本發(fā)明的布置尤其有利于便攜式裝置，或者包括小型氧氣分離裝置和/或有限量的氧氣分離材料的裝置。
[0035]根據(jù)實(shí)施例，所述去污材料包括諸多微粒，且一個擴(kuò)散抑制通道的橫截面積?具有尺寸總/2〈?〈4/3，其中總對應(yīng)于去污材料微粒的平均橫截面積，且\對應(yīng)于去污材料的橫截面積，并因此對應(yīng)于氧氣分離裝置內(nèi)部的填充橫截面積，和/或其中所述氧氣分離材料包括諸多微粒，且一個擴(kuò)散抑制通道的橫截面積、具有尺寸4/2〈?〈4/3，其中仙對應(yīng)于氧氣分離微粒的平均橫截面積，且仏對應(yīng)于氧氣分離材料的橫截面積，并因此對應(yīng)于氧氣分離裝置內(nèi)部的填充橫截面積。
[0036]本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，根據(jù)這一實(shí)施例，在氣體流動經(jīng)過氧氣分離裝置且因此經(jīng)過間隔件時，可以提供尤其低的壓降。因此，根據(jù)這一實(shí)施例，明顯減少污染物從去污區(qū)域到氧氣分離區(qū)域的擴(kuò)散，且此外氧氣分離裝置在氧氣分離過程期間的大體工作特性不會受到負(fù)面影響。這可以由于下述原因而實(shí)現(xiàn)，所述原因是壓降被保持在有限尺寸內(nèi)，因此即使在使用氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間的有限壓力差時也能允許實(shí)現(xiàn)良好的工作特性。這允許以相對于壓力差的有限要求且因此以低成本操作和形成氧氣分離器。一般來講，一個擴(kuò)散抑制通道的橫截面積可以被盡可能大地選擇，以具有低的壓降，且同時具有大的污染物擴(kuò)散因子。
[0037]根據(jù)另一實(shí)施例，所述擴(kuò)散抑制通道包括至少一個沿與間隔件主方向偏離的方向伸展的區(qū)段。根據(jù)此實(shí)施例，擴(kuò)散抑制通道因此包括氣體流路，所述氣體流路并未相對于其氣體入口及其氣體出口筆直或嚴(yán)格筆直地布置，而是包括具有變化的方向的某種結(jié)構(gòu)。例如，擴(kuò)散抑制通道可以包括至少部分地沿相對于主方向成直角的方向伸展的流路。根據(jù)此實(shí)施例，擴(kuò)散抑制通道的入口和出口之間的流路的長度、且因此從間隔件一側(cè)到相反側(cè)的長度可以被明顯拉長，導(dǎo)致具體來講氣態(tài)污染物從去污區(qū)域到氧氣分離區(qū)域的擴(kuò)散明顯減少。此外，包括這一擴(kuò)散抑制通道的間隔件且因此相應(yīng)的氧氣分離器可以被形成為非常緊湊的尺寸，這可以是尤其有利于便攜式裝置的。因此，間隔件的主方向可以具體是指下述方向，其對應(yīng)于從去污材料伸展到氧氣分離吸附劑、且因此從間隔件的入口側(cè)(第一側(cè))伸展到其出口側(cè)(第二側(cè))的理論最短方向的方向，或者換句話說，對應(yīng)于氣體經(jīng)過間隔件的(理論)主要流動方向。因此，所述主方向基本上對應(yīng)于去污區(qū)域和氧氣分離區(qū)域的筆直連接。
[0038]根據(jù)另一實(shí)施例，所述擴(kuò)散抑制通道至少部分地包括彎曲結(jié)構(gòu)和/或成角度結(jié)構(gòu)。尤其是通過提供擴(kuò)散抑制通道的一個或多個彎曲結(jié)構(gòu)和/或一個或多個成角度結(jié)構(gòu)，所述流路可以被明顯拉長，尤其是在所述一個或多個彎曲結(jié)構(gòu)和/或所述一個或多個成角度結(jié)構(gòu)經(jīng)過相對于擴(kuò)散抑制通道的主方向呈直角伸展的平面的情況下。因此，彎曲的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具體是指下述結(jié)構(gòu)，其并非筆直或并非完全筆直、而是包括一個或多個彎曲區(qū)域，例如圓形或半圓形結(jié)構(gòu)。因此，成角度的結(jié)構(gòu)可以具體是指下述結(jié)構(gòu)，其也并非筆直或并非完全筆直、而是包括具有在其之間形成角度的若干方向的區(qū)域。
[0039]根據(jù)另一實(shí)施例，所述彎曲結(jié)構(gòu)和/或成角度結(jié)構(gòu)被形成為螺旋結(jié)構(gòu)，具體來講是二維螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋結(jié)構(gòu)允許明顯地拉長流路，且因此以非常緊湊的尺寸拉長氣體流路的長度。因此，螺旋結(jié)構(gòu)是尤其適合的實(shí)施例，適用于形成長的流路，且因此適用于明顯降低擴(kuò)散強(qiáng)度。因此，二維螺旋結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具體是指在一個平面內(nèi)伸展的螺旋結(jié)構(gòu)，例如呈蝸牛殼的形式。這種結(jié)構(gòu)可以被形成為嚴(yán)格彎曲的，類似于根據(jù)確切的蝸牛殼可知，或者所述結(jié)構(gòu)可以是成角度的，例如在結(jié)構(gòu)中設(shè)置了限定的筆直通道。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見，所述螺旋形結(jié)構(gòu)的入口和/或出口尤其可以離開所述二維形狀而并不脫離此實(shí)施例。
[0040]根據(jù)另一實(shí)施例，提供兩個彎曲結(jié)構(gòu)，每一個都在基本上垂直于間隔件主方向的平面內(nèi)伸展且彼此流體連接，例如借助在間隔件主方向上伸展的連接部彼此流體連接，其中第一彎曲結(jié)構(gòu)連接到所述氧氣分離區(qū)域，且另一彎曲結(jié)構(gòu)連接到所述去污區(qū)域，和/或其中提供兩個成角度結(jié)構(gòu)，每一個都在基本上垂直于間隔件主方向的平面內(nèi)伸展且彼此流體連接，例如借助在間隔件主方向上伸展的連接部彼此流體連接，其中第一成角度結(jié)構(gòu)連接到氧氣分離區(qū)域，且另一成角度結(jié)構(gòu)連接到去污區(qū)域。根據(jù)這一實(shí)施例，可以提供兩個彎曲和/或成角度的結(jié)構(gòu)，其中每一個都在基本上彼此平行延展的平面內(nèi)延伸。根據(jù)此實(shí)施例，同樣，可以實(shí)現(xiàn)流路長度的明顯增加，導(dǎo)致尤其是減少污染物從去污區(qū)域擴(kuò)散到氧氣分離區(qū)域。這允許產(chǎn)生包括所述擴(kuò)散抑制通道的相應(yīng)擴(kuò)散抑制裝置的模塊狀結(jié)構(gòu)，尤其是在所述裝置被形成為扁平且(例如)盤狀結(jié)構(gòu)的情況下。根據(jù)這種情況，可以提供擴(kuò)散抑制通道的長度和擴(kuò)散特性的極大適應(yīng)性。當(dāng)然，相對于兩個彎曲和/或成角度結(jié)構(gòu)，還可能將如上文所述的彎曲結(jié)構(gòu)與成角度結(jié)構(gòu)布置在一起。然而，由于制造原因，兩個或兩個以上的彎曲或成角度結(jié)構(gòu)可以是優(yōu)選的。
[0041]根據(jù)另一實(shí)施例，將閥布置在擴(kuò)散抑制通道中。根據(jù)此實(shí)施例，氧氣分離區(qū)域和去污區(qū)域之間的流體連接可以通過閥(例如，止回閥)而被完全關(guān)閉，尤其是且優(yōu)選地僅在關(guān)閉期間。因此，可以有效地避免氣態(tài)污染物從去污區(qū)域擴(kuò)散到氧氣分離區(qū)域，由于此原因，在關(guān)閉期間可以安全地且完全地避免氧氣分離吸附劑的污染。因此，所述閥可以僅在關(guān)閉期間被閉合，以避免污染物的擴(kuò)散，但在正常工作模式期間可以被打開，使得包含氧氣的氣體經(jīng)過氧氣分離裝置且具體是到氧氣分離區(qū)域的期望氣體流不會被負(fù)面影響。
[0042]就這一點(diǎn)來說，可以優(yōu)選地設(shè)置至少兩個擴(kuò)散抑制通道，每一個都布置有一個止回閥，以反向平行的方式布置至少兩個止回閥。根據(jù)這一實(shí)施例，從去污區(qū)域到氧氣分離區(qū)域的連接(且反之亦然)僅在例如通過在氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間提供壓力差而使氣體流被迫經(jīng)過氧氣分離裝置的情況下被打開。這可以在氧氣分離裝置處于正常工作模式的情況下實(shí)現(xiàn)，在此期間包含氧氣的氣體流動經(jīng)過氧氣分離裝置自其第一側(cè)到其第二偵1從而將氧氣與包含氧氣的氣體分離，并提供純的或基本上純的氧氣流或至少提供富含氧氣的氣體流。在氧氣分離裝置處于再生模式的情況下，氣體被迫沿反向平行方向流動，且因此從第二側(cè)到第一側(cè)，以便從氧氣分離吸附劑移除諸如氮?dú)獾冉M分，且還從去污區(qū)域中的去污材料移除污染物。在提供止回閥的情況下，裝備有這一氧氣分離裝置的氧氣分離器并不需要復(fù)雜的控制，這是因?yàn)樗鲩y僅通過在氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間提供相應(yīng)的壓力差而被相應(yīng)地打開或閉合。除此之外，擴(kuò)散抑制通道且因此氧氣分離裝置可以用成本節(jié)約的方式形成，即使在去污區(qū)域和氧氣分離區(qū)域之間提供了安全且完全的密封時也如此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見，在存在兩個止回閥的情況下，這兩個止回閥應(yīng)當(dāng)以反向平行的方式布置。在存在兩個以上止回閥的情況下，至少兩個止回閥必須以反向平行方式布置，可以根據(jù)相應(yīng)的需要來布置另外的閥。
[0043]根據(jù)另一實(shí)施例，氧氣分離區(qū)域包括氮吸附材料，和丨或去污區(qū)域包括水吸附材料。
[0044]關(guān)于氮吸附材料，可以使用篩床以在引導(dǎo)包含氧氣的氣體流經(jīng)過所述篩床時吸收氮?dú)狻Ｒ虼?，所述篩床可以包括能夠吸附或吸收氮?dú)獾珟缀趸蛲耆慌c氧氣交互作用的材料，以便使氧氣通過并分別產(chǎn)生純的或基本上純的氧氣流或富含氧氣的氣體流。所述篩床因此可以包括沸石材料，例如鋰沸石，諸如可以用3X301的名字從⑶…公司購買的篩分材料。尤其是通過使用篩床，污染物可以保留于去污區(qū)域，直到他們通過沖洗工藝而被移除為止。
[0045]關(guān)于分別包括水吸附材料或干燥劑的去污材料，水尤其是會(例如)與篩床形成一種平衡狀態(tài)的污染物，且因此在處于穩(wěn)定狀態(tài)時本質(zhì)上不會在正常工作模式期間使氧氣分離裝置的氧氣分離特性惡化。然而，如果氧氣分離裝置例如被關(guān)閉并離開所述平衡狀態(tài)的情形，則根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，水可以容易地移動到氧氣分離吸附劑。因此，尤其是在污染物包括水的情況下，干燥劑的設(shè)置是有利的，且改善維護(hù)特性以及對氧氣分離的選擇性。除此之夕卜，通過為去污材料使用篩床，尤其有效地移除或解吸所述污染物并將其固定于去污材料處。因此，尤其是通過使用篩床，根據(jù)此實(shí)施例的布置是尤其有利的。
[0046]關(guān)于干燥劑，基本上可以使用任何干燥劑。例如，可以使用五氧化二磷，例如可以用81(^1)6111:的名字從161公司購買的五氧化二磷。其它示例性干燥劑包括氧化招、娃膠或活性炭。其優(yōu)勢為高的干燥能力以及有限的重量。關(guān)于干燥能力，其可以通過在給定條件(例如溫度、負(fù)載等)下相應(yīng)材料上方的分壓或其在空氣中的殘余水含量來確定。此外，針對形成干燥劑層的干燥劑，可以使用相同的吸附劑，類似于針對氧氣分離區(qū)域所述。
[0047]本發(fā)明還涉及一種氧氣分離器，包括根據(jù)本發(fā)明的至少一個氧氣分離裝置，且因此類似于上文所述任選地具有上述特征中的一個或多個。所述氧氣分離器還包括壓力調(diào)節(jié)裝置，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。
[0048]術(shù)語“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，它可以是連接到氧氣分離裝置的第一側(cè)的氣體壓縮裝置，或者是連接到氧氣分離裝置的第二側(cè)的真空泵。
[0049]因此，類似于上文所限定的氧氣分離器包括至少一個氧氣分離裝置。因此，所述氧氣分離器可以包括僅一個氧氣分離裝置，或者是一個以上的多個氧氣分離裝置。例如，所述氧氣分離器可以包括兩個氧氣分離裝置，且可以因此大體形成變壓吸收系統(tǒng)系統(tǒng))。
[0050]例如，這一氧氣分離器允許針對維護(hù)行為的明顯改善。具體來說，尤其是在氧氣分離器的關(guān)閉時間之后，氧氣分離裝置的活性部分的污染特性可以明顯地降低。
[0051]關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離器的其它技術(shù)特征以及優(yōu)勢，參見氧氣分離裝置的說明及附圖。
[0052]根據(jù)實(shí)施例，提供一種用于加熱所述氧氣分離裝置的加熱裝置。根據(jù)這一實(shí)施例，可以改善解吸步驟。以示例性的方式，如果氧氣分離材料包括水作為污染物，則情況尤其如此。因此，可以優(yōu)選地使加熱裝置僅分別作用于去污區(qū)域，或去污材料。加熱量和因此所施加的溫度和時間可以因此取決于所使用的氧氣分離裝置和將要被解吸的污染物。
[0053]根據(jù)另一實(shí)施例，提供兩個氧氣分離裝置，其被平行布置且每一個都具有包括氧氣分離吸附劑的至少一個氧氣分離區(qū)域，所述氧氣分離吸附劑能夠通過吸附所述包含氧氣的氣體中除氧氣之外的至少一種組分而從包含氧氣的氣體分離氧氣，且可以被污染物污染，其中所述氧氣分離裝置每一個都還包括具有去污材料的去污區(qū)域，所述去污材料用于使所述包含氧氣的氣體從至少一種去污物去污，其中所述氧氣分離區(qū)域和所述去污區(qū)域是通過至少一個間隔件而流體連接的，所述間隔件包括至少一個擴(kuò)散抑制通道，其中所述間隔件具有的擴(kuò)散抑制值rK為rK>l。根據(jù)這種情況，可以提供兩個氧氣分離裝置，每一個都類似于上文和下文所述來布置。根據(jù)此實(shí)施例，氧氣分離器可以被設(shè)計(jì)成(例如)變壓吸收系統(tǒng)(PSA)或真空變壓吸收系統(tǒng)(VSA)。尤其是通過考慮這些吸收系統(tǒng)，本專利申請是有利的。具體來說，在一個分離裝置處于規(guī)則工作模式的情況下，另一個氧氣分離裝置可以處于沖洗模式。然而，在沖洗程序與一個氧氣分離裝置可以正常工作的時間相比較短、且因此在第一氧氣分離裝置需要沖洗步驟之前的情況下，所述另一氧氣分離裝置可以是處于關(guān)閉模式的。在所述關(guān)閉模式期間，例如，污染物可以擴(kuò)散到氧氣分離區(qū)域，這可以根據(jù)本發(fā)明來避免，因此可以實(shí)現(xiàn)維護(hù)特性的明顯改善。
[0054]關(guān)于所述氧氣分離器的其它優(yōu)勢和技術(shù)特征，參見對產(chǎn)生氧氣的方法的描述、附圖和【專利附圖】
【附圖說明】。
[0055]根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明還涉及一種通過分別使用氧氣分離裝置或氧氣分離器來從包含氧氣的氣體分離氧氣的方法，所述方法包括下述步驟:執(zhí)行第一氧氣產(chǎn)生周期，所述第一周期包括下述步驟，即將包含氧氣的氣體引導(dǎo)到氧氣分離裝置的第一側(cè)的步驟以及通過在氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差來產(chǎn)生經(jīng)過輸送氧氣分離裝置的氧氣流的步驟，其中所述去污區(qū)域被污染物污染；以及執(zhí)行第二氧氣產(chǎn)生周期，所述第二周期包括下述步驟，即將包含氧氣的氣體引導(dǎo)到氧氣分離裝置的第一側(cè)的步驟以及通過在氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差來產(chǎn)生經(jīng)過所述氧氣分離裝置的氧氣流的步驟，其中所述去污區(qū)域(21、23)被污染物污染，其中所述氧氣分離裝置在所述第一周期和第二周期之間被轉(zhuǎn)至關(guān)閉模式，其中通過間隔件至少部分地阻礙所述污染物從去污區(qū)域擴(kuò)散到分離區(qū)域，所述間隔件流體連接所述氧氣分離區(qū)域與所述去污區(qū)域且包括至少一個擴(kuò)散抑制通道，其中所述間隔件具有的擴(kuò)散抑制值rK為rK>l。
[0056]類似于上文所述的方法提供一種按需產(chǎn)生氧氣的方法，其允許明顯改善所使用的氧氣分離裝置的污染特性。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)明顯改善的維護(hù)特性。
[0057]關(guān)于所述產(chǎn)生氧氣的方法的其它優(yōu)勢和技術(shù)特征，參見對氧氣分離器的描述、附圖和【專利附圖】
【附圖說明】。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0058]根據(jù)下文所述的實(shí)施例將顯而易見本發(fā)明的這些和其它方面，并將結(jié)合所述實(shí)施例來說明這些和其它方面。
[0059]在下圖中:
[0060]圖1示出了包括根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離裝置的布置的一個實(shí)施例的示意圖；
[0061]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離裝置的實(shí)施例的示意圖；
[0062]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離裝置的另一實(shí)施例的示意圖；
[0063]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離裝置的另一實(shí)施例的示意圖；
[0064]圖5以剖視圖示出了適用于根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離裝置的間隔件的一個實(shí)施例的不意圖；
[0065]圖6示出了根據(jù)圖5的間隔件的子結(jié)構(gòu)的示意圖；并且
[0066]圖7示出了根據(jù)圖5的間隔件的另一子結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0067]在圖1中，示意性地示出了用于產(chǎn)生氧氣的氧氣分離器10。氧氣分離器10可以用于相對于治療應(yīng)用而產(chǎn)生氧氣，例如在⑶?0治療領(lǐng)域中。氧氣分離器10可以被設(shè)計(jì)為靜態(tài)布置，例如用于在醫(yī)院中使用所述氧氣分離器，或者其可以是便攜式裝置，例如用于在家庭護(hù)理應(yīng)用領(lǐng)域中使用所述氧氣分離器。然而，氧氣分離器10還可以被用于必須提供純的或基本上純的氧氣的任何應(yīng)用，例如在飛機(jī)中或出于焊接的目的。這種氧氣濃縮機(jī)或氧氣分離器分別可以是基于氧氣濃縮機(jī)的，例如稱為且可以從？111111)8 1^681)11-011108購買的氧氣濃縮機(jī)。
[0068]氧氣分離器10包括至少一個氧氣分離裝置12，其能夠從包含氧氣的氣體分離氧氣。然而，優(yōu)選地使氧氣分離器10包括被平行布置的至少兩個氧氣分離裝置12、14。在下文中，關(guān)于兩個氧氣分離裝置12、14來描述本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見，可以通過使用僅一個氧氣分離裝置12或兩個以上的氧氣分離裝置12、14來相應(yīng)地提供每一個特征。每一個氧氣分離裝置12、14可以被形成為篩床，且可以裝備有氧氣分離吸附劑16、18，所述氧氣分離吸附劑可以被污染物(例如水或二氧化碳)污染且設(shè)置于氧氣分離區(qū)域
20、22中。氧氣分離吸附劑16、18具體被配置用于使氧氣通過而不明顯阻礙其流動，但用于分別與存在于包含氧氣的氣體中的其它組分交互作用或吸收所述組分。在使用空氣作為包含氧氣的氣體的情況下，因此優(yōu)選地將氧氣分離材料16、18配置用于吸收氮?dú)?。適合的氧氣分離材料16、18可以包括沸石材料，例如鋰沸石材料。然而，可能使用本領(lǐng)域中已知的每一種適合的氧氣分離材料16、18，例如用于在變壓吸收過程或真空變壓吸收過程等變壓過程中使用。
[0069]此外，氧氣分離裝置12、14包括具有用于從包含氧氣的氣體流中移除污染物的去污材料17、19的去污區(qū)域21、23。在一個實(shí)施例中，去污材料17、19可以與氧氣分離材料16,18相同。然而，去污材料17、19也可以是化合物或者其它化合物的混合物，其相對于所選定的污染物具有親和性。在非限制性實(shí)例中，去污材料17、19可以是干燥劑。
[0070]氧氣分離區(qū)域20、22和去污區(qū)域21、23每一個都可以被相應(yīng)的過濾器13、15封閉，從而確保大部分固態(tài)吸附劑16、18和17、19處于適當(dāng)位置，且避免相應(yīng)的吸附劑16、18和17、19的損失。例如，過濾器13、15可以被設(shè)計(jì)為具有多個孔洞的多孔板，所述孔洞具有允許氣體通過但不能使所使用的吸附劑16、18和17、19透過的直徑。
[0071]氧氣分離區(qū)域20、22和去污區(qū)域21、23還通過至少一個間隔件76、78而流體連接，所述間隔件包括至少一個擴(kuò)散抑制通道80、82，所述擴(kuò)散抑制通道80、82將參照圖2至6來詳細(xì)說明。此外，間隔件76、78位于氧氣分離區(qū)域20、22和去污區(qū)域21、23之間的擴(kuò)散抑制區(qū)域25、27中。然而，一般來講，擴(kuò)散抑制通道80、82并且通常還有間隔件76、78適于減少污染物從去污區(qū)域21、23到氧氣分離區(qū)域20、22的擴(kuò)散，因?yàn)殚g隔件76、78具有的擴(kuò)散抑制值rKSrK>l。
[0072]入口引導(dǎo)件24被設(shè)置用于將包含氧氣的氣體流弓I導(dǎo)到氧氣分離裝置12的在第一側(cè)處的氣體入口 29。相應(yīng)地，入口引導(dǎo)件26被設(shè)置用于將包含氧氣的氣體流相應(yīng)地引導(dǎo)到氧氣分離裝置14的在其第一側(cè)處的氣體入口 31。此外，用于分別將富含氧氣的氣體或純氧氣引導(dǎo)離開氧氣分離裝置12、14的出口引導(dǎo)件28、30連接到相應(yīng)氧氣分離裝置12、14的氣體出口 33,350
[0073]氧氣分離裝置12、14的入口引導(dǎo)件24、26連接到氧氣分離器的入口 32。包含氧氣的氣體源可以連接到入口 32，例如氣體存儲裝置或環(huán)繞氧氣分離器10的空氣。另外，可以提供壓力調(diào)節(jié)裝置，用于在氧氣分離裝置12、14的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差。根據(jù)圖1，提供壓縮機(jī)34用于壓縮包含氧氣的氣體并迫使其穿過入口引導(dǎo)件36、38，所述入口引導(dǎo)件36、38可以是氧氣分離裝置12、14的入口引導(dǎo)件24、26的一部分或連接至入口引導(dǎo)件24、26。在壓縮機(jī)34下游或上游，可以提供入口過濾器40，以便提供包含氧氣的氣體的第一清潔步驟。具體來講，尤其是可以從所述包含氧氣的氣體濾出固態(tài)微粒。
[0074]為了允許將包含氧氣的氣體間歇地引導(dǎo)穿過氧氣分離裝置12、14，可以在入口引導(dǎo)件36、38中提供入口閥42、44。根據(jù)本發(fā)明的閥應(yīng)當(dāng)是可以允許氣體流、抑制氣體流和/或調(diào)節(jié)氣體流的量的任何裝置。因此，通過閉合閥44且通過打開閥42，包含氧氣的氣體可以被引導(dǎo)穿過第一氧氣分離裝置12，而通過打開閥44和通過閉合閥42，包含氧氣的氣體可以被引導(dǎo)穿過第二氧氣分離裝置14。對應(yīng)地，諸如止回閥的閥46可以被設(shè)置在出口引導(dǎo)件28中，且諸如止回閥的閥48可以被設(shè)置在出口引導(dǎo)件30中。通過引導(dǎo)包含氧氣的氣體穿過第一氧氣分離裝置12，閥46可以被打開，而閥48可以被閉合。相應(yīng)地，通過引導(dǎo)包含氧氣的氣體穿過第二氧氣分離裝置14，閥48可以被打開，而閥46可以被閉合。
[0075]在閥46、48下游，出口引導(dǎo)件28、30相應(yīng)地連接到氧氣聚合器50或氣罐，以便存儲所產(chǎn)生的氧氣。氧氣聚合器50可以連接到出口管線52，所述出口管線中可以設(shè)置有氣流控制器54，以便控制純氧氣流。除此之外，可以在出口管線52中設(shè)置純度傳感器56，以便監(jiān)視所產(chǎn)生氧氣的純度。此外，在將所產(chǎn)生的氧氣引導(dǎo)到出口 55之前，可以將另一過濾器58設(shè)置于出口管線52中。所產(chǎn)生的富含氧氣的氣體可以從出口 55被引導(dǎo)到期望的應(yīng)用，例如引導(dǎo)到患者。
[0076]第一氧氣分離裝置12的出口引導(dǎo)件28和第二氧氣分離裝置14的出口引導(dǎo)件30可以通過在閥46、48上游的交叉引導(dǎo)件60連接，所述交叉引導(dǎo)件中可以設(shè)置氣流調(diào)節(jié)器62(例如孔口)或氣流控制器。這允許出于沖洗目的而引導(dǎo)所產(chǎn)生的氧氣的限定部分(例如，在氧氣分離裝置12、14中所產(chǎn)生的)往回穿過另一氧氣分離裝置14、12，或者反之亦然，并因此用于使氧氣分離裝置12、14再生。就這一點(diǎn)來說，沖洗管線64、66設(shè)置于氧氣分離裝置12、14的第一側(cè)處，每一個都包括閥68、70。如果出于再生目的而引導(dǎo)氧氣穿過氧氣分離裝置12、14自其第二側(cè)至其第一側(cè)，則氣體流出可以被選擇性地引導(dǎo)穿過沖洗管線64、66且穿過排氣口 72。
[0077]此外，可以提供用于加熱氧氣分離裝置12、14的加熱裝置74。加熱裝置74可以作用在整個氧氣分離裝置12、14上，或者可以僅加熱特定區(qū)域，例如出于再生目的而加熱去污區(qū)域21、23。一般來講，可以使用本領(lǐng)域中已知的每一種加熱裝置74。例如，可以提供加熱線圈。
[0078]在圖2至6中示出了氧氣分離裝置12、14且具體是包括擴(kuò)散抑制通道80、82的間隔件76、78的實(shí)施例的詳細(xì)視圖。
[0079]根據(jù)圖2，氧氣分離裝置12、14包括具有去污材料17、19的去污區(qū)域21、23和具有氧氣分離吸附劑16、18的氧氣分離區(qū)域20、22。設(shè)置于具有去污材料17、19的去污區(qū)域
21、23與具有氧氣分離吸附劑16、18的氧氣分離區(qū)域20、22之間的是擴(kuò)散抑制區(qū)域25、27，所述擴(kuò)散抑制區(qū)域中形成了間隔件76、78。間隔件76、78包括至少一個擴(kuò)散抑制通道80、82，用于將具有去污材料17、19的去污區(qū)域21、23與具有氧氣分離吸附劑16、18的氧氣分離區(qū)域20、22流體連接。間隔件76、78具有的擴(kuò)散抑制值為1~8?1，以便減少或完全避免具體是氣態(tài)的污染物從去污材料17、19擴(kuò)散到氧氣分離吸附劑16、18。
[0080]因此，間隔件76、78可以被并入到氧氣分離裝置12、14內(nèi)部。其可以具體地具有與去污區(qū)域21、23和氧氣分離區(qū)域20、22相比相同的環(huán)境。例如，其可以包括管狀或圓形結(jié)構(gòu)。其可以被設(shè)計(jì)為盡可能地短，以便盡可能多地減小構(gòu)造的側(cè)面，使得最小化氧氣分離裝置12、14的尺寸增加。
[0081]此外，示出了過濾器13、15，其將去污材料17、19和氧氣分離吸附劑16、18固持于適合位置?？梢苑謩e在鄰近擴(kuò)散抑制區(qū)域25、27定位的過濾器13、15和擴(kuò)散抑制通道80、82或間隔件76、78之間設(shè)置相應(yīng)的氣體容腔84、86。此氣體容腔84、86用于收集來自去污材料17、19或氧氣分離吸附劑16、18的氣體流，以便將其引導(dǎo)穿過擴(kuò)散抑制通道80、82，或者用于將氣體流從擴(kuò)散抑制通道80、82分別分散到去污材料17、19或氧氣分離吸附劑16、18中。氣體容腔84、86可以是去污區(qū)域21、23、氧氣分離區(qū)域20、22和/或擴(kuò)散抑制區(qū)域25、27的一部分。另外，示出了擴(kuò)散抑制通道80、82的入口 81、83和出口 85、87。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見，標(biāo)記入口和出口僅是指氣體流的一個流動方向，其中所示出的標(biāo)記是指從氧氣分離裝置12、14的第一側(cè)到第二側(cè)的氣體流。在提供從氧氣分離裝置12、14的第二側(cè)流動到第一側(cè)的氣體流時，標(biāo)記為入口的位置當(dāng)然起到出口的作用，且反之亦然。
[0082]以示例性的方式，擴(kuò)散抑制值可以被計(jì)算如下。
[0083]首先，可以計(jì)算特征性的被污染長度，或者換句話說，去污材料相依因子2。擴(kuò)散抑制通道80、82的典型位置、且因此其距離氧氣分離裝置12、14的在其第一側(cè)處的氣體入口 29、31的距離、是:、=3挪。除此之外，去污材料17、19的典型直徑，且因此氧氣分離裝置(例如沸石床)內(nèi)部的典型直徑(例如，在其具有圓形形狀的情況下)是4 = 5.4(^.因此，橫截面積4可以被計(jì)算為4= (1/4)(1/ = 22.9(^2.因此，通過使用擴(kuò)散校正因子0.654，去污材料相依因子2(其中2 =(軌)/1^)為:4.989挪。
[0084]其次，可以計(jì)算分離器相依因子S。例如，在具有兩個擴(kuò)散抑制通道(N = 2)的情況下，每一個都具有的長度Ld為3.175mm，橫截面積Ad為4.383mm2 (其中直徑為1.181mm，且因此(π /4) dz2 = 22.9cm2),間隔件相依參數(shù)為S = Ld/(N*Ad)可以因此被計(jì)算為3.622*1/cm。
[0085]本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見，上述計(jì)算尤其適合于圓柱形氧氣分離裝置，其具有圓柱形去污區(qū)域以及圓柱形氧氣分離區(qū)域。然而，在不是嚴(yán)格的圓柱形形式的情況下，可能通過計(jì)算所有平均直徑或橫截面積(例如)以獲得相應(yīng)的橫截面積。
[0086]作為rK = Z*S的擴(kuò)散抑制值可以因此被計(jì)算為18.071，其滿足根據(jù)本發(fā)明的需要?？紤]到rK= I對應(yīng)于一半的擴(kuò)散，顯而易見，可以實(shí)現(xiàn)明顯的擴(kuò)散速率降低。相應(yīng)地，污染擴(kuò)散速率的抑制因子f,ed為f,ed = l+rK，其可以被計(jì)算為19.071。
[0087]關(guān)于另一實(shí)例，且具有相同的去污區(qū)域21、23但不同的間隔件76、78，擴(kuò)散抑制值可以被計(jì)算如下。此實(shí)例是指，間隔件76、78具有5個擴(kuò)散抑制通道80、82 (N = 5)，每個擴(kuò)散抑制通道具有的長度Ld為3.175mm且橫截面積為7.548mm2，所述間隔件相依參數(shù)S=Ld/(N*Ad)可以因此被計(jì)算為0.841*l/cm。相應(yīng)地，擴(kuò)散抑制值rK為rK = Z*S，其可以因此被計(jì)算為4.197，仍然是明顯減少的擴(kuò)散抑制。相應(yīng)地，污染擴(kuò)散速率的抑制因子fy為fred = l+rK，其可以被計(jì)算為5.197。
[0088]在圖3中，示意性地示出了適用于根據(jù)本發(fā)明的氧氣濃縮機(jī)10的氧氣分離裝置12,14的另一實(shí)施例。關(guān)于根據(jù)圖3的實(shí)施例，與圖2相比，相同編號限定相同或?qū)?yīng)的特征。根據(jù)圖3，將閥布置在擴(kuò)散抑制通道80、82中。具體來講，根據(jù)圖3，設(shè)置兩個擴(kuò)散抑制通道，每一個中都布置有止回閥，所述止回閥是以反向平行方式布置的。
[0089]在圖4中，示出了氧氣分離器10的另一實(shí)施例。關(guān)于根據(jù)圖4的實(shí)施例，與圖2和圖3相比，相同編號限定相同或?qū)?yīng)的特征。在圖4中，示出了擴(kuò)散抑制通道80、82包括至少一個下述區(qū)段，所述區(qū)段至少部分地沿偏離間隔件76、78主方向的方向伸展。圖4示出了擴(kuò)散抑制通道80、82的長度明顯增加，導(dǎo)致存在于去污區(qū)域21、23中的污染物到達(dá)氧氣分離區(qū)域20、22的擴(kuò)散速率明顯降低。此外，可以看出擴(kuò)散抑制通道自其入口 81、83至其出口 85、87的成角度結(jié)構(gòu)。另外，容腔84、86可以被形成為圓形結(jié)構(gòu)，如根據(jù)以下附圖將顯而易見。
[0090]在圖5至7中，根據(jù)圖4的實(shí)施例被更詳細(xì)地示出，其中圖6和7示出了間隔件76、78的相應(yīng)子結(jié)構(gòu)。如同根據(jù)圖5至7可以看出，間隔件76、78可以因此通過裝配相應(yīng)的子結(jié)構(gòu)而形成。
[0091]在圖5中，以剖視圖示出了間隔件76、78?？梢钥闯?，間隔件76、78具有圓形形式，且還被成形為盤狀的。其可以被形成為一個整體，或者其可以包括一個以上的部分，例如形成為兩個扁平盤狀裝置的兩個部分92、94。相應(yīng)的流路，例如擴(kuò)散抑制通道80、82，可以通過在所述部分94、92中的一個部分的一側(cè)內(nèi)的凹槽形成，在將所述兩個部分92、94彼此緊靠放置時所述凹槽會形成導(dǎo)管。因此，部分92、94可以被對稱地形成，使得可以僅針對兩個部分94、92使用相同的裝置，因?yàn)椴糠?2、94被彼此緊靠放置并旋轉(zhuǎn)成對齊所述凹槽。作為另外一種選擇，一個部分92、94可以包括凹槽，而另一個部分92、94形成所形成的導(dǎo)管的壁。在將氣體流動結(jié)構(gòu)設(shè)置于相應(yīng)部分92、94的每一側(cè)上的情況下，可以提供相應(yīng)的封閉結(jié)構(gòu)以便閉合所述導(dǎo)管。為了連接設(shè)置于不同側(cè)上的擴(kuò)散抑制通道80、82，可以提供連接部96，其連接了兩個或更多個彎曲結(jié)構(gòu)。通過相對于彼此旋轉(zhuǎn)所述兩個盤片，擴(kuò)散抑制通道80、82的所得長度可以是變化的。
[0092]由于期望的是分別在整個去污材料17、19和整個氧氣分離吸附劑16、18上收集和分散氣體流，因此容腔84、86可設(shè)計(jì)為設(shè)置于盤狀結(jié)構(gòu)的頂表面和底表面中且優(yōu)選地在擴(kuò)散抑制通道80、82的相反側(cè)上的圓形通道。它們可以是擴(kuò)散抑制通道80、82的一部分。當(dāng)將過濾器13、15鄰近容腔84、86的表面放置時，相應(yīng)的容腔84、86或通道分別形成流路，用于分配和/或收集經(jīng)過整個去污材料17、19和氧氣分離材料16、18的氣體流。然后，氣體可以流動經(jīng)過連接部96，以便將氣體流引導(dǎo)到擴(kuò)散抑制通道80、82中和/或引導(dǎo)氣體流離開擴(kuò)散抑制通道80、82。
[0093]關(guān)于此實(shí)例，且具有相對于圖2討論的相同的去污區(qū)域21、23但不同的間隔件76、78，擴(kuò)散抑制值rK可以被計(jì)算如下。此實(shí)例是指，間隔件76、78具有I個擴(kuò)散抑制通道80、82 (N = I)，每個擴(kuò)散抑制通道具有的長度Ld為90mm且橫截面積為12mm2，所述間隔件相依參數(shù)S = Ld/(N*Ad)可以因此被計(jì)算為75*l/cm。相應(yīng)地，擴(kuò)散抑制值rK為rK = Z*S，其可以因此被計(jì)算為374.165。可以看出，根據(jù)此實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)散的大量減少。相應(yīng)地，污染擴(kuò)散速率的抑制因子為U = l+rK，其可以被計(jì)算為375.165。
[0094]一種通過使用氧氣分離器10來從包含氧氣的氣體分離氧氣的方法因此包括下述步驟:執(zhí)行第一氧氣產(chǎn)生周期，所述第一周期包括下述步驟，即將包含氧氣的氣體引導(dǎo)到氧氣分離裝置12、14的第一側(cè)以及通過在氧氣分離裝置12、14的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差來產(chǎn)生經(jīng)過氧氣分離裝置12、14的氧氣流；以及執(zhí)行第二氧氣產(chǎn)生周期，所述第二周期包括下述步驟，即將包含氧氣的氣體引導(dǎo)到氧氣分離裝置12、14的第一側(cè)，并通過在氧氣分離裝置12、14的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差而產(chǎn)生經(jīng)過所述氧氣分離裝置12、14的氧氣流，其中所述氧氣分離裝置12、14在所述第一周期和第二周期之間被轉(zhuǎn)至關(guān)閉模式，其中通過間隔件至少部分地阻礙所述污染物從去污區(qū)域21、23擴(kuò)散到分離區(qū)域20、22，所述間隔件流體連接所述氧氣分離區(qū)域和所述去污區(qū)域且包括至少一個擴(kuò)散抑制通道，其中所述間隔件具有的擴(kuò)散抑制值rK為rK>l。
[0095]盡管已在附圖和前述說明中詳細(xì)示出和描述了本發(fā)明，但此類圖示和說明應(yīng)當(dāng)視為例示性或示例性而非約束性的；本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例。根據(jù)對附圖、公開內(nèi)容和隨附權(quán)利要求的研究，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在實(shí)踐所主張的本發(fā)明時可理解和實(shí)施所公開實(shí)施例的其它變化形式。在權(quán)利要求書中，詞語“包括”并不排除其它元件或步驟，而不定冠詞“一”或“一個”并不排除多個。在相互不同的從屬權(quán)利要求中描述某些措施并不表明這些措施不能夠有利地結(jié)合起來使用。在權(quán)利要求書中的任何元件符號不應(yīng)視為限制其范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種氧氣分離裝置，包括: 在第一側(cè)的氣體入口(29、31)和在第二側(cè)的氣體出口(33、35)，所述氣體入口用于將包含氧氣的氣體流引導(dǎo)到所述氧氣分離裝置(12、14)中，所述氣體出口用于引導(dǎo)富含氧氣的氣體流離開所述氧氣分離裝置(12、14)； 具有氧氣分離吸附劑(16、18)的至少一個氧氣分離區(qū)域(20、22)，所述氧氣分離吸附劑能夠通過吸附所述包含氧氣的氣體中除氧氣以外的至少一種組分而從包含氧氣的氣體中分離氧氣且能夠被污染物污染；以及 具有去污材料(17、19)的去污區(qū)域(21、23)，所述去污材料用于使所述包含氧氣的氣體從至少一種污染物去污，其中 所述氧氣分離區(qū)域(20、22)和所述去污區(qū)域(21、23)通過間隔件(76、78)流體連接，所述間隔件包括至少一個擴(kuò)散抑制通道(80、82)，其中所述間隔件(76、78)具有的擴(kuò)散抑制值rK為rK>l。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣分離裝置，其特征在于，所述間隔件具有的擴(kuò)散抑制值rR 為 rK>100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣分離裝置，其特征在于，所述去污材料(17、19)包括微粒，且一個擴(kuò)散抑制通道(80、82)的橫截面積Ad具有的尺寸為Ab/2〈Ad〈Az/3，和/或其中所述氧氣分離材料(16、18)包括微粒，且一個擴(kuò)散抑制通道(80、82)的所述橫截面積Ad具有的尺寸為 Ab/2〈Ad〈Az/3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣分離裝置，其特征在于，所述擴(kuò)散抑制通道(80、82)包括沿偏離所述間隔件(76、78)主方向的方向伸展的至少一個區(qū)段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧氣分離裝置，其特征在于，所述擴(kuò)散抑制通道(80、82)至少部分地包括彎曲結(jié)構(gòu)和/或成角度結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氧氣分離裝置，其特征在于，所述彎曲結(jié)構(gòu)和/或所述成角度結(jié)構(gòu)被形成為螺旋結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氧氣分離裝置，其特征在于，設(shè)置兩個彎曲結(jié)構(gòu)，每一個彎曲結(jié)構(gòu)都在基本上垂直于所述間隔件(76、78)的所述主方向的平面中伸展且彼此流體連接，其中第一彎曲結(jié)構(gòu)連接到所述氧氣分離區(qū)域20、22)，且另一彎曲結(jié)構(gòu)連接到所述去污區(qū)域(21、23)，和/或其中設(shè)置兩個成角度結(jié)構(gòu)，每一個成角度結(jié)構(gòu)都在基本上垂直于所述間隔件(76、78)的所述主方向的平面中伸展且彼此流體連接，其中第一成角度結(jié)構(gòu)連接到所述氧氣分離區(qū)域(20、22)，且另一成角度結(jié)構(gòu)連接到所述去污區(qū)域(21、23)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣分離裝置，其特征在于，在所述擴(kuò)散抑制通道(80、82)中布置閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氧氣分離裝置，其特征在于，設(shè)置至少兩個擴(kuò)散抑制通道(80、82)，每一個擴(kuò)散抑制通道中都布置有止回閥(88、90)，至少兩個止回閥(88、90)是以反向平行方式布置的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣分離裝置，其特征在于，所述氧氣分離區(qū)域(20、22)包括氮吸附材料，和/或其中所述去污區(qū)域(21、23)包括水吸附材料。
11.一種氧氣分離器，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的至少一個氧氣分離裝置(12、14)，所述氧氣分離器還包括 壓力調(diào)節(jié)裝置，其用于在所述氧氣分離裝置(12、14)的所述第一側(cè)和所述第二側(cè)之間形成壓力差。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的氧氣分離器，其特征在于，設(shè)置用于加熱所述氧氣分離裝置(12、14)的加熱裝置(74)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的氧氣分離器，其特征在于，設(shè)置兩個氧氣分離裝置(12、14)，所述兩個氧氣分離裝置被平行布置且每一個都具有包括氧氣分離吸附劑(16、18)的至少一個氧氣分離區(qū)域(20、22)，所述氧氣分離吸附劑能夠通過吸附所述包含氧氣的氣體中除氧氣之外的至少一種組分而從包含氧氣的氣體分離氧氣且能夠被污染物污染，其中所述氧氣分離裝置(12、14)中的每一個都還包括具有去污材料(17、19)的去污區(qū)域(21、23)，所述去污材料用于使所述包含氧氣的氣體從至少一種去污物去污，其中所述氧氣分離區(qū)域(20,22)和所述去污區(qū)域(21、23)通過至少一個間隔件(76、78)流體連接，所述間隔件包括至少一個擴(kuò)散抑制通道(80、82)，其中所述間隔件(76、78)具有的擴(kuò)散抑制值rK為rK>l。
14.一種通過使用根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣分離裝置(12、14)而從包含氧氣的氣體分離氧氣的方法，所述方法包括以下步驟: 執(zhí)行第一氧氣產(chǎn)生周期，所述第一氧氣產(chǎn)生周期包括下述步驟，即將包含氧氣的氣體引導(dǎo)到氧氣分離裝置(12、14)的第一側(cè)以及通過在所述氧氣分離裝置(12、14)的所述第一側(cè)和所述第二側(cè)之間形成壓力差來產(chǎn)生經(jīng)過所述氧氣分離裝置(12、14)的氧氣流，其中所述去污區(qū)域(21、23)被污染物污染；并且 執(zhí)行第二氧氣產(chǎn)生周期，所述第二氧氣產(chǎn)生周期包括下述步驟，即將包含氧氣的氣體引導(dǎo)到氧氣分離裝置(12、14)的第一側(cè)以及通過在所述氧氣分離裝置(12、14)的所述第一側(cè)和所述第二側(cè)之間形成壓力差而產(chǎn)生經(jīng)過所述氧氣分離裝置(12、14)的氧氣流，其中所述去污區(qū)域(21、23)被污染物污染，其中 所述氧氣分離裝置(12、14)在所述第一氧氣產(chǎn)生周期和所述第二氧氣產(chǎn)生周期之間被轉(zhuǎn)至關(guān)閉模式，其中 通過間隔件(76、78)至少部分地阻礙所述污染物自所述去污區(qū)域(21、23)擴(kuò)散至所述氧氣分離區(qū)域(20、22)，所述間隔件流體連接所述氧氣分離區(qū)域(20、22)和所述去污區(qū)域(21、23)且包括至少一個擴(kuò)散抑制通道，其中所述間隔件具有的擴(kuò)散抑制值^為rK>l。
【文檔編號】B01D53/04GK104302383SQ201380025425
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月16日
【發(fā)明者】P·L·布利斯, R·希爾比希, J·T·多倫斯基, A·G·R·克貝爾, P·范德斯路易斯, M·克萊, W·C·科爾 申請人:皇家飛利浦有限公司
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氧氣分離裝置，包括：在第一側(cè)的氣體入口(29、31)，用于將包含氧氣的氣體流引導(dǎo)到所述氧氣分離裝置(12、14)中；在第二側(cè)的氣體出口(33、35)，用于引導(dǎo)富含氧氣的氣體流離開所述氧氣分離裝置(12、14)；具有氧氣分離吸附劑(16、18)的至少一個氧氣分離區(qū)域(20、22)，所述氧氣分離吸附劑能夠通過吸附所述包含氧氣的氣體中除氧氣以外的至少一種組分而從包含氧氣的氣體中分離氧氣且可以被污染物污染；以及具有去污材料(17、19)的去污區(qū)域(21、23)，所述去污材料用于將所述包含氧氣的氣體從至少一種污染物去污，其中所述氧氣分離區(qū)域(20、22)和所述去污區(qū)域(21、23)是通過間隔件(76、78)而流體連接的，所述間隔件包括至少一個擴(kuò)散抑制通道(80、82)，其中所述間隔件(76、78)的擴(kuò)散抑制值rR為rR>1。這一氧氣分離裝置(12、14)允許提供針對維護(hù)的明顯優(yōu)勢。本發(fā)明還涉及一種氧氣分離器(10)和一種從包含氧氣的氣體產(chǎn)生氧氣的方法。
【專利說明】氧氣分罔器和產(chǎn)生氧氣的方法發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及氧氣分離領(lǐng)域。更具體來說，本發(fā)明涉及用于呼吸應(yīng)用的氧氣分離，尤其是在家庭護(hù)理領(lǐng)域中。
【背景技術(shù)】
[0002]氧氣治療術(shù)是將氧氣施用為一種治療方式。其廣泛地用于慢性病和急癥患者護(hù)理中的各種用途，因?yàn)檠鯕鈱τ诩?xì)胞代謝是必不可少的，繼而，組織氧合對于所有生理功能都是必不可少的。氧氣治療應(yīng)當(dāng)用來以下述方式使患者受益:增加氧氣到肺部的供應(yīng)，從而增加氧氣到身體組織的可利用性，尤其是在患者正承受缺氧和/或低血氧癥時。氧氣治療可以用于醫(yī)院和家庭護(hù)理兩者的應(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)重的慢性阻塞性肺疾病(COPD)的患者。
[0003]氧氣可以用多種方式施用。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)生方法。就此而論，所謂的氧氣濃縮機(jī)或分離器等商用解決方案分別已是眾所周知的。這些氧氣濃縮機(jī)多數(shù)會將氧氣與含有氧氣的氣體分離開，以便按需(即，恰好在使用之前)提供氧氣。
[0004]本領(lǐng)域中已知的氧氣濃縮機(jī)或氧氣分離器的缺點(diǎn)分別是，繼包含氧氣的氣體的預(yù)期被吸收組分(例如，氮?dú)?之后，包含氧氣的氣體的非預(yù)期污染物(例如，水或二氧化碳)也分別被吸收至氧氣分離裝置或氧氣分離材料，從而污染了所述氧氣分離裝置或氧氣分離材料。氧氣分離材料的此污染通常導(dǎo)致在變壓過程之后需要額外的或多或少的措施，以便避免污染或再吸收污染物。
[0005]根據(jù)US 7，160，367已知一種能夠使用吸收劑來執(zhí)行氣體分離步驟的氣體分離裝置，所述吸收劑是對污染物鈍化(諸如由于大氣濕度而鈍化)敏感的。這種氣體分離裝置可以包括干燥劑區(qū)和水敏感吸收劑區(qū)，二者之間可以設(shè)置相應(yīng)的隔離閥。
[0006]然而，仍然需要改善氧氣分離裝置的污染狀態(tài)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是提供一種用于氧氣分離器的氧氣分離裝置和一種從包含氧氣的氣體中分離氧氣的方法，其構(gòu)建成本較低、易于執(zhí)行和/或就維護(hù)來說是有利的。
[0008]此目的是通過一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣分離裝置實(shí)現(xiàn)的。此目的還通過一種根據(jù)權(quán)利要求11所述的氧氣分離器和一種根據(jù)權(quán)利要求13所述的從包含氧氣的氣體中分離氧氣的方法實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的實(shí)施例限定在從屬權(quán)利要求中。
[0009]一種氧氣分離裝置包括:在第一側(cè)的氣體入口，用于將包含氧氣的氣體流引導(dǎo)到所述氧氣分離裝置中；在第二側(cè)的氣體出口，用于引導(dǎo)富含氧氣的氣體流離開所述氧氣分離裝置；具有氧氣分離吸附劑的至少一個氧氣分離區(qū)域，所述氧氣分離吸附劑能夠通過吸附所述包含氧氣的氣體中除氧氣以外的至少一種組分而從包含氧氣的氣體中分離氧氣，且可以被污染物污染；以及具有去污材料的去污區(qū)域，所述去污材料用于使所述包含氧氣的氣體從至少一種污染物去污，其中所述氧氣分離區(qū)域和所述去污區(qū)域是通過間隔件而流體連接的，所述間隔件包括至少一個擴(kuò)散抑制通道，其中所述間隔件的擴(kuò)散抑制值4為1~8?1。
[0010]術(shù)語“氧氣分離裝置”可以尤其是指氧氣分離器的有效部分。例如，氧氣分離裝置可以包括氧氣分離吸附劑，所述氧氣分離吸附劑可以與包含氧氣的氣體交互作用，或者與包含氧氣的氣體中的限定組分交互作用，且因此可以借助與所述包含氧氣的氣體中除氧氣以外的至少一種組分的交互作用而從包含氧氣的氣體中分離出氧氣。因此，如此的氧氣分離裝置或其氧氣分離吸附劑分別能夠從包含氧氣的氣體中分離出氧氣，尤其是通過吸附過程，例如吸收過程來分離。因此，所述氧氣分離裝置可以被設(shè)計(jì)為吸收劑床。其可以被示例性地形成為被裝配和布置在外殼中的緊湊裝置。
[0011]相應(yīng)地，用在本文中的術(shù)語“氧氣分離器”可以尤其是指能夠從包含氧氣的氣體中分離氧氣的裝置。因此，借助氧氣分離器，從包含氧氣的氣體著手，可以產(chǎn)生純的或基本純的氧氣或者至少是富含氧氣的氣體。
[0012]此外，用在本文中的術(shù)語“氧氣分離裝置的第一側(cè)”可以是指朝向一個方向引導(dǎo)的所述氧氣分離裝置的側(cè)或部分，其中所述包含氧氣的氣體沿所述方向被引導(dǎo)到氧氣分離裝置，而用在本文中的術(shù)語“氧氣分離裝置的第二側(cè)”可以是指朝向相反側(cè)引導(dǎo)的所述氧氣分離裝置的側(cè)或部分，即出現(xiàn)所產(chǎn)生的純氧氣或富含氧氣的氣體的一側(cè)。
[0013]另外，用在本文中的術(shù)語“包含氧氣的氣體”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“富含氧氣的氣體”應(yīng)具體是指與包含氧氣的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。
[0014]分離吸附劑可以被污染物污染的表達(dá)可以具體是指氧氣分離吸附劑的污染或沾污過程，由于此過程而使得氧氣分離裝置朝向氧氣的氧氣分離能力和/或選擇性降低。因此，污染物可以是下述任何化合物，其可以粘合或吸附(例如，不可逆地或可逆地)到氧氣分離裝置且可以因此污染所述氧氣分離裝置。其具體可以是并非包含氧氣的氣體的主要組分的物質(zhì)。它可以僅任選地和/或僅以變化的量存在于所述包含氧氣的氣體中。可能存在于所述包含氧氣的氣體中的污染物的非限制性實(shí)例可以包括水、二氧化碳、胺、二氧化硫、氮氧化物和烴。
[0015]此外，氧氣分離吸附劑可以被理解為下述材料，其從包含氧氣的氣體中吸附且因此吸引或吸收除氧氣之外的至少一種物質(zhì)、且比氧氣吸附且因此吸引或吸收得較好的至少一種物質(zhì)，且因此使得氧氣至少以大的量通過。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離區(qū)域應(yīng)當(dāng)具體地分別是指空間有限的區(qū)域，或者下述區(qū)域，其中設(shè)置有氧氣分離吸附劑且主要目的是從包含氧氣的氣體中分離氧氣。
[0017]相應(yīng)地，去污區(qū)域可以具體地分別是指空間有限區(qū)域或者下述區(qū)域，其主要目的是將所述包含氧氣的氣體從可能存在的污染物中去污。因此，去污材料位于所述去污區(qū)域中，且其因此是與至少一種污染物交互作用并吸附所述至少一種污染物且因此從所述包含氧氣的氣體中移除所述污染物的材料。所述去污材料可以與所述氧氣分離吸附劑相同或不同。
[0018]間隔件還可以被理解為下述裝置，其將氧氣分離區(qū)域與去污區(qū)域彼此空間分離開，且在所述氧氣分離區(qū)域和所述去污區(qū)域之間提供流體連接。
[0019]此外，擴(kuò)散抑制通道可以被理解為下述引導(dǎo)件，其限制污染物、具體為氣態(tài)污染物從去污區(qū)域到氧氣分離區(qū)域的擴(kuò)散速率。
[0020]此外，擴(kuò)散抑制值rK可以被如下地定義。具體來說，擴(kuò)散抑制因子或擴(kuò)散抑制值分別是特征性的被污染長度Z和間隔件的特征性參數(shù)S的乘積= Z*S)，其中特征性的被污染長度Z被定義為Z = (fw*Az)/Lz，其中fw是分離吸附劑擴(kuò)散校正因子(0.654)，Az是氧氣分離吸附劑的橫截面積，且因此是氧氣分離裝置內(nèi)部的填充有氧氣分離吸附劑的橫截面積(單位是cm2)，且Lz是擴(kuò)散抑制通道的位置，且因此是其距離氧氣分離裝置的在其第一側(cè)的氣體入口的距離(單位是cm)。此外，間隔件的特征性參數(shù)S被定義為S = Ld/ (N*Ad)，其中Ad是間隔件中的一個導(dǎo)管的橫截面積，Ld是在Ad穿過分離器的情況下擴(kuò)散抑制通道的長度(單位是cm)，且N是間隔件的導(dǎo)管的數(shù)目。
[0021]類似于上文所述的氧氣分離裝置可以為氧氣分離吸附劑提供明顯減少的污染，尤其是在氧氣分離器的關(guān)閉期間，且因此明顯改善其維護(hù)性能。
[0022]所述氧氣分離裝置包括在第一側(cè)的氣體入口，用于將包含氧氣的氣體流引導(dǎo)到氧氣分離裝置中，且所述氧氣分離裝置具有在第二側(cè)的氧氣出口，用于將富含氧氣的氣體流引導(dǎo)離開所述氧氣分離裝置。
[0023]所述氧氣分離裝置還包括具有氧氣分離吸附劑的至少一個氧氣分離區(qū)域，所述氧氣分離吸附劑能夠通過吸附所述包含氧氣的氣體的除氧氣之外的至少一種組分、或至少比氧氣吸附得較好的至少一種組分，而從包含氧氣的氣體分離氧氣。這一特征是根據(jù)變壓吸收系統(tǒng)的大體設(shè)置的，根據(jù)變壓吸收系統(tǒng)，分離吸附劑與所述包含氧氣的氣體中除氧氣之外的至少一種組分、或比氧氣吸附得較好的至少一種組分交互作用，且因此使氧氣通過。這一特征允許至少暫時地固定所述包含氧氣的氣體中的一種或多種組分，導(dǎo)致氧氣與所述包含氧氣的氣體中的其它組分分離。氧氣分離吸附劑的非限制性實(shí)例包含沸石，例如鈉或鋰沸石。氣體流，具體地講進(jìn)入到氧氣分離裝置中的包含氧氣的氣體流和離開氧氣分離裝置的富含氧氣的氣體流，可以因此通過提供壓力調(diào)節(jié)裝置而實(shí)現(xiàn)，所述壓力調(diào)節(jié)裝置在氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差。
[0024]然而，由于氧氣分離吸附劑可以被可能存在于包含氧氣的氣體中的污染物污染的事實(shí)，在大量污染物(例如水或二氧化碳)被氧氣分離吸附劑吸附的情況下氧氣分離能力可以降低。為了最小化或完全避免氧氣分離能力或氧氣選擇性的這種降低，例如，氧氣分離裝置還包括具有去污材料、具體來講去污吸附劑的去污區(qū)域，所述去污材料用于使所述包含氧氣的氣體從污染物去污。因此，通過提供去污材料，從所述包含氧氣的氣體流移除一種或多種污染物，以便避免污染物對氧氣分離吸附劑的負(fù)面影響。因此，去污材料設(shè)置在去污區(qū)域中，其主要目的是移除污染物，從而不負(fù)面地影響氧氣分離吸附劑的氧氣分離性能。因此，可以優(yōu)選地將去污區(qū)域設(shè)置在氧氣分離區(qū)域上游。此外，去污區(qū)域可以被設(shè)置在包含氧氣的氣體的主要流路中。
[0025]盡管在正常工作模式下可以良好地避免氧氣分離吸附劑的污染，但尤其是設(shè)置在便攜式氧氣分離器中的氧氣分離裝置可能就氧氣分離器的關(guān)閉時間而言對污染非常敏感，這是由于(例如)其有限的氧氣分離吸附劑量所致。
[0026]具體來說，相對于正常和活性工作模式，污染物可以在氧氣分離步驟期間被去污材料吸附，且在再生步驟期間污染物將再次被移除。因此，氧氣分離吸附劑將不再因吸收污染物而惡化。因此，被去污材料吸附的污染物(例如水)的量可能在低的環(huán)境溫度下較高，且可以通過使用(例如)鈉沸石而變得總體上非常高，例如高達(dá)30重量％。然而，如果氧氣分離器被關(guān)閉且因此處于關(guān)閉模式，即并不從包含氧氣的氣體產(chǎn)生氧氣，則不執(zhí)行氧氣分離過程，且具體來講不執(zhí)行沖洗過程。在關(guān)閉模式期間，污染物可以從去污區(qū)域移動到分離區(qū)域。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，這一步驟可以尤其是由于氣相擴(kuò)散而發(fā)生。這是由于下述事實(shí)，尤其是氣態(tài)的污染物(例如水蒸氣)可以根據(jù)去污材料的水等溫線而存在于去污材料上方。因此，污染物將由于污染物的相應(yīng)蒸氣壓力而擴(kuò)散到氧氣分離吸附劑，其中污染物將被吸附到氧氣分離吸附劑。這一效應(yīng)將隨著溫度升高而增強(qiáng)。結(jié)果，在構(gòu)成平衡狀態(tài)的規(guī)則工作模式期間并不發(fā)生惡化的氧氣分離吸附劑將尤其是在關(guān)閉時間期間被沾污。因此，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，尤其是在氧氣分離裝置的關(guān)閉時間期間(其可以示例性地介于幾小時的范圍內(nèi))，污染可以增加并擴(kuò)散到較大的量，因此由于長時間關(guān)閉會尤其使維護(hù)惡化。
[0027]為了最小化或完全避免這種效應(yīng)，將氧氣分離區(qū)域與去污區(qū)域通過間隔件而流體連接，所述間隔件包括至少一個擴(kuò)散抑制通道，其中所述間隔件具有的擴(kuò)散抑制值!",為rK>l。因此，流體連接應(yīng)具體是指可以引導(dǎo)流體(例如具體是指氣體)通過的連接，例如通過分別在擴(kuò)散抑制通道或氧氣分離裝置的任一側(cè)之間提供相應(yīng)(部分)壓力差來進(jìn)行引導(dǎo)。
[0028]本發(fā)明人已驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過提供包括至少一個擴(kuò)散抑制通道的間隔件，其中所述間隔件具有的擴(kuò)散抑制值rKSrK>l，這一措施可足以明顯減少或完全避免由擴(kuò)散所致的氣體流。具體來講，通過提供類似于上文所述的分離器，可以布置具有擴(kuò)散抑制值rK的影響的各種參數(shù)，使得擴(kuò)散被明顯減少。因此，通過提供擴(kuò)散抑制值!.,為rK>l，具體為rK>10，示例性地為rK>100，可以選擇下述參數(shù)，例如間隔件或擴(kuò)散抑制通道的位置、相應(yīng)吸附劑材料的橫截面尺寸和擴(kuò)散抑制通道的尺寸，使得所述參數(shù)可以用積極的方式彼此交互作用，導(dǎo)致協(xié)同性效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致污染物從去污區(qū)域到氧氣分離區(qū)域的擴(kuò)散明顯減少。關(guān)于擴(kuò)散抑制通道，少量通道、尤其是具有高的長度/半徑縱橫比的通道可以是優(yōu)選的?；旧希瑸榱俗钚』谘鯕夥蛛x器的關(guān)閉期間的擴(kuò)散，擴(kuò)散抑制通道的長度與半徑的比率應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地為大的。用在本文中的縱橫比可以具體是指擴(kuò)散抑制通道的長度I與其有效半徑R(eff))的比率(1/R(eff)，其中有效半徑可以被定義為R(eff) =V (Α/π)，其中A是橫截面積。
[0029]在一個實(shí)施例中，包括至少一個擴(kuò)散抑制通道的間隔件可以由多孔結(jié)構(gòu)形成。例如，可以使用由塑料制成且可以用做過濾材料的多孔結(jié)構(gòu)，且所述多孔結(jié)構(gòu)可(例如)自Genpore公司購買。示例性地，所述間隔件可以由所謂的超高分子量聚乙烯(UHMW PE)形成，其可自Genpore公司購得，且其具有50微米的孔尺寸和空體積占40-50 %的平均孔密度。然而，在滿足上述限定要求的情況下，可以使用其它多孔結(jié)構(gòu)。
[0030]根據(jù)本發(fā)明，可以明顯減少、或優(yōu)選地完全避免僅由于擴(kuò)散導(dǎo)致的從去污區(qū)域到氧氣分離區(qū)域的氣體流。除此之外，由于在最好的情況下可以忽略由擴(kuò)散抑制通道所致的壓降這一事實(shí)，氧氣分離器的正常工作性能不會或基本不會惡化。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離裝置可以基本無限制地工作，因此明顯改善污染性能且因此改善維護(hù)性能。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，此外還由于僅須將具有至少一個擴(kuò)散抑制通道的間隔件添加到氧氣分離區(qū)域和去污區(qū)域之間這一事實(shí)而提供了非常節(jié)約成本的措施。類似于上文所述的氧氣分離裝置可以因此被容易地且節(jié)約成本地形成。裝配有類似于上文所述的氧氣分離裝置的氧氣分離器的控制因此并不復(fù)雜。
[0032]除此之外，由于氧氣分離區(qū)域和去污區(qū)域以及間隔件可以被布置在一個裝置中這一事實(shí)，根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離裝置可以被設(shè)計(jì)成非常緊湊的設(shè)計(jì)。這一優(yōu)勢甚至可以通過下述措施來強(qiáng)化，所述措施是將至少一個擴(kuò)散抑制通道優(yōu)選地布置在緊湊的間隔件中，例如在具有盤狀結(jié)構(gòu)的間隔件中。此外，可以避免對復(fù)雜的管路和/或閥的需要。
[0033]類似于上文所述的氧氣分離裝置尤其有利于家庭醫(yī)療護(hù)理應(yīng)用，且與本領(lǐng)域中已知的類似氧氣分離裝置相比提供基本改善的維護(hù)特性，且其還提供更低的雜質(zhì)敏感度，尤其是在裝備有這種氧氣分離裝置的氧氣分離器的長時間關(guān)閉之后。因此，所述氧氣分離裝置確保改善的分離特性，即使在長時間關(guān)閉之后也如此。
[0034]另外，尤其是存在于便攜式氧氣濃縮機(jī)中的氧氣分離裝置對雜質(zhì)是敏感的，這分別是因?yàn)槠涮峁┙o氧氣分離裝置的空間有限，或者氧氣分離材料的量有限。例如，對于便攜式氧氣濃縮機(jī)，氧氣分離材料對雜質(zhì)(例如水)的吸收可以在多種情況下快速導(dǎo)致(例如)氧氣選擇性降低。因此，根據(jù)本發(fā)明的布置尤其有利于便攜式裝置，或者包括小型氧氣分離裝置和/或有限量的氧氣分離材料的裝置。
[0035]根據(jù)實(shí)施例，所述去污材料包括諸多微粒，且一個擴(kuò)散抑制通道的橫截面積?具有尺寸總/2〈?〈4/3，其中總對應(yīng)于去污材料微粒的平均橫截面積，且\對應(yīng)于去污材料的橫截面積，并因此對應(yīng)于氧氣分離裝置內(nèi)部的填充橫截面積，和/或其中所述氧氣分離材料包括諸多微粒，且一個擴(kuò)散抑制通道的橫截面積、具有尺寸4/2〈?〈4/3，其中仙對應(yīng)于氧氣分離微粒的平均橫截面積，且仏對應(yīng)于氧氣分離材料的橫截面積，并因此對應(yīng)于氧氣分離裝置內(nèi)部的填充橫截面積。
[0036]本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，根據(jù)這一實(shí)施例，在氣體流動經(jīng)過氧氣分離裝置且因此經(jīng)過間隔件時，可以提供尤其低的壓降。因此，根據(jù)這一實(shí)施例，明顯減少污染物從去污區(qū)域到氧氣分離區(qū)域的擴(kuò)散，且此外氧氣分離裝置在氧氣分離過程期間的大體工作特性不會受到負(fù)面影響。這可以由于下述原因而實(shí)現(xiàn)，所述原因是壓降被保持在有限尺寸內(nèi)，因此即使在使用氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間的有限壓力差時也能允許實(shí)現(xiàn)良好的工作特性。這允許以相對于壓力差的有限要求且因此以低成本操作和形成氧氣分離器。一般來講，一個擴(kuò)散抑制通道的橫截面積可以被盡可能大地選擇，以具有低的壓降，且同時具有大的污染物擴(kuò)散因子。
[0037]根據(jù)另一實(shí)施例，所述擴(kuò)散抑制通道包括至少一個沿與間隔件主方向偏離的方向伸展的區(qū)段。根據(jù)此實(shí)施例，擴(kuò)散抑制通道因此包括氣體流路，所述氣體流路并未相對于其氣體入口及其氣體出口筆直或嚴(yán)格筆直地布置，而是包括具有變化的方向的某種結(jié)構(gòu)。例如，擴(kuò)散抑制通道可以包括至少部分地沿相對于主方向成直角的方向伸展的流路。根據(jù)此實(shí)施例，擴(kuò)散抑制通道的入口和出口之間的流路的長度、且因此從間隔件一側(cè)到相反側(cè)的長度可以被明顯拉長，導(dǎo)致具體來講氣態(tài)污染物從去污區(qū)域到氧氣分離區(qū)域的擴(kuò)散明顯減少。此外，包括這一擴(kuò)散抑制通道的間隔件且因此相應(yīng)的氧氣分離器可以被形成為非常緊湊的尺寸，這可以是尤其有利于便攜式裝置的。因此，間隔件的主方向可以具體是指下述方向，其對應(yīng)于從去污材料伸展到氧氣分離吸附劑、且因此從間隔件的入口側(cè)(第一側(cè))伸展到其出口側(cè)(第二側(cè))的理論最短方向的方向，或者換句話說，對應(yīng)于氣體經(jīng)過間隔件的(理論)主要流動方向。因此，所述主方向基本上對應(yīng)于去污區(qū)域和氧氣分離區(qū)域的筆直連接。
[0038]根據(jù)另一實(shí)施例，所述擴(kuò)散抑制通道至少部分地包括彎曲結(jié)構(gòu)和/或成角度結(jié)構(gòu)。尤其是通過提供擴(kuò)散抑制通道的一個或多個彎曲結(jié)構(gòu)和/或一個或多個成角度結(jié)構(gòu)，所述流路可以被明顯拉長，尤其是在所述一個或多個彎曲結(jié)構(gòu)和/或所述一個或多個成角度結(jié)構(gòu)經(jīng)過相對于擴(kuò)散抑制通道的主方向呈直角伸展的平面的情況下。因此，彎曲的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具體是指下述結(jié)構(gòu)，其并非筆直或并非完全筆直、而是包括一個或多個彎曲區(qū)域，例如圓形或半圓形結(jié)構(gòu)。因此，成角度的結(jié)構(gòu)可以具體是指下述結(jié)構(gòu)，其也并非筆直或并非完全筆直、而是包括具有在其之間形成角度的若干方向的區(qū)域。
[0039]根據(jù)另一實(shí)施例，所述彎曲結(jié)構(gòu)和/或成角度結(jié)構(gòu)被形成為螺旋結(jié)構(gòu)，具體來講是二維螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋結(jié)構(gòu)允許明顯地拉長流路，且因此以非常緊湊的尺寸拉長氣體流路的長度。因此，螺旋結(jié)構(gòu)是尤其適合的實(shí)施例，適用于形成長的流路，且因此適用于明顯降低擴(kuò)散強(qiáng)度。因此，二維螺旋結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具體是指在一個平面內(nèi)伸展的螺旋結(jié)構(gòu)，例如呈蝸牛殼的形式。這種結(jié)構(gòu)可以被形成為嚴(yán)格彎曲的，類似于根據(jù)確切的蝸牛殼可知，或者所述結(jié)構(gòu)可以是成角度的，例如在結(jié)構(gòu)中設(shè)置了限定的筆直通道。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見，所述螺旋形結(jié)構(gòu)的入口和/或出口尤其可以離開所述二維形狀而并不脫離此實(shí)施例。
[0040]根據(jù)另一實(shí)施例，提供兩個彎曲結(jié)構(gòu)，每一個都在基本上垂直于間隔件主方向的平面內(nèi)伸展且彼此流體連接，例如借助在間隔件主方向上伸展的連接部彼此流體連接，其中第一彎曲結(jié)構(gòu)連接到所述氧氣分離區(qū)域，且另一彎曲結(jié)構(gòu)連接到所述去污區(qū)域，和/或其中提供兩個成角度結(jié)構(gòu)，每一個都在基本上垂直于間隔件主方向的平面內(nèi)伸展且彼此流體連接，例如借助在間隔件主方向上伸展的連接部彼此流體連接，其中第一成角度結(jié)構(gòu)連接到氧氣分離區(qū)域，且另一成角度結(jié)構(gòu)連接到去污區(qū)域。根據(jù)這一實(shí)施例，可以提供兩個彎曲和/或成角度的結(jié)構(gòu)，其中每一個都在基本上彼此平行延展的平面內(nèi)延伸。根據(jù)此實(shí)施例，同樣，可以實(shí)現(xiàn)流路長度的明顯增加，導(dǎo)致尤其是減少污染物從去污區(qū)域擴(kuò)散到氧氣分離區(qū)域。這允許產(chǎn)生包括所述擴(kuò)散抑制通道的相應(yīng)擴(kuò)散抑制裝置的模塊狀結(jié)構(gòu)，尤其是在所述裝置被形成為扁平且(例如)盤狀結(jié)構(gòu)的情況下。根據(jù)這種情況，可以提供擴(kuò)散抑制通道的長度和擴(kuò)散特性的極大適應(yīng)性。當(dāng)然，相對于兩個彎曲和/或成角度結(jié)構(gòu)，還可能將如上文所述的彎曲結(jié)構(gòu)與成角度結(jié)構(gòu)布置在一起。然而，由于制造原因，兩個或兩個以上的彎曲或成角度結(jié)構(gòu)可以是優(yōu)選的。
[0041]根據(jù)另一實(shí)施例，將閥布置在擴(kuò)散抑制通道中。根據(jù)此實(shí)施例，氧氣分離區(qū)域和去污區(qū)域之間的流體連接可以通過閥(例如，止回閥)而被完全關(guān)閉，尤其是且優(yōu)選地僅在關(guān)閉期間。因此，可以有效地避免氣態(tài)污染物從去污區(qū)域擴(kuò)散到氧氣分離區(qū)域，由于此原因，在關(guān)閉期間可以安全地且完全地避免氧氣分離吸附劑的污染。因此，所述閥可以僅在關(guān)閉期間被閉合，以避免污染物的擴(kuò)散，但在正常工作模式期間可以被打開，使得包含氧氣的氣體經(jīng)過氧氣分離裝置且具體是到氧氣分離區(qū)域的期望氣體流不會被負(fù)面影響。
[0042]就這一點(diǎn)來說，可以優(yōu)選地設(shè)置至少兩個擴(kuò)散抑制通道，每一個都布置有一個止回閥，以反向平行的方式布置至少兩個止回閥。根據(jù)這一實(shí)施例，從去污區(qū)域到氧氣分離區(qū)域的連接(且反之亦然)僅在例如通過在氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間提供壓力差而使氣體流被迫經(jīng)過氧氣分離裝置的情況下被打開。這可以在氧氣分離裝置處于正常工作模式的情況下實(shí)現(xiàn)，在此期間包含氧氣的氣體流動經(jīng)過氧氣分離裝置自其第一側(cè)到其第二偵1從而將氧氣與包含氧氣的氣體分離，并提供純的或基本上純的氧氣流或至少提供富含氧氣的氣體流。在氧氣分離裝置處于再生模式的情況下，氣體被迫沿反向平行方向流動，且因此從第二側(cè)到第一側(cè)，以便從氧氣分離吸附劑移除諸如氮?dú)獾冉M分，且還從去污區(qū)域中的去污材料移除污染物。在提供止回閥的情況下，裝備有這一氧氣分離裝置的氧氣分離器并不需要復(fù)雜的控制，這是因?yàn)樗鲩y僅通過在氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間提供相應(yīng)的壓力差而被相應(yīng)地打開或閉合。除此之外，擴(kuò)散抑制通道且因此氧氣分離裝置可以用成本節(jié)約的方式形成，即使在去污區(qū)域和氧氣分離區(qū)域之間提供了安全且完全的密封時也如此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見，在存在兩個止回閥的情況下，這兩個止回閥應(yīng)當(dāng)以反向平行的方式布置。在存在兩個以上止回閥的情況下，至少兩個止回閥必須以反向平行方式布置，可以根據(jù)相應(yīng)的需要來布置另外的閥。
[0043]根據(jù)另一實(shí)施例，氧氣分離區(qū)域包括氮吸附材料，和丨或去污區(qū)域包括水吸附材料。
[0044]關(guān)于氮吸附材料，可以使用篩床以在引導(dǎo)包含氧氣的氣體流經(jīng)過所述篩床時吸收氮?dú)狻Ｒ虼?，所述篩床可以包括能夠吸附或吸收氮?dú)獾珟缀趸蛲耆慌c氧氣交互作用的材料，以便使氧氣通過并分別產(chǎn)生純的或基本上純的氧氣流或富含氧氣的氣體流。所述篩床因此可以包括沸石材料，例如鋰沸石，諸如可以用3X301的名字從⑶…公司購買的篩分材料。尤其是通過使用篩床，污染物可以保留于去污區(qū)域，直到他們通過沖洗工藝而被移除為止。
[0045]關(guān)于分別包括水吸附材料或干燥劑的去污材料，水尤其是會(例如)與篩床形成一種平衡狀態(tài)的污染物，且因此在處于穩(wěn)定狀態(tài)時本質(zhì)上不會在正常工作模式期間使氧氣分離裝置的氧氣分離特性惡化。然而，如果氧氣分離裝置例如被關(guān)閉并離開所述平衡狀態(tài)的情形，則根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，水可以容易地移動到氧氣分離吸附劑。因此，尤其是在污染物包括水的情況下，干燥劑的設(shè)置是有利的，且改善維護(hù)特性以及對氧氣分離的選擇性。除此之夕卜，通過為去污材料使用篩床，尤其有效地移除或解吸所述污染物并將其固定于去污材料處。因此，尤其是通過使用篩床，根據(jù)此實(shí)施例的布置是尤其有利的。
[0046]關(guān)于干燥劑，基本上可以使用任何干燥劑。例如，可以使用五氧化二磷，例如可以用81(^1)6111:的名字從161公司購買的五氧化二磷。其它示例性干燥劑包括氧化招、娃膠或活性炭。其優(yōu)勢為高的干燥能力以及有限的重量。關(guān)于干燥能力，其可以通過在給定條件(例如溫度、負(fù)載等)下相應(yīng)材料上方的分壓或其在空氣中的殘余水含量來確定。此外，針對形成干燥劑層的干燥劑，可以使用相同的吸附劑，類似于針對氧氣分離區(qū)域所述。
[0047]本發(fā)明還涉及一種氧氣分離器，包括根據(jù)本發(fā)明的至少一個氧氣分離裝置，且因此類似于上文所述任選地具有上述特征中的一個或多個。所述氧氣分離器還包括壓力調(diào)節(jié)裝置，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。
[0048]術(shù)語“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，它可以是連接到氧氣分離裝置的第一側(cè)的氣體壓縮裝置，或者是連接到氧氣分離裝置的第二側(cè)的真空泵。
[0049]因此，類似于上文所限定的氧氣分離器包括至少一個氧氣分離裝置。因此，所述氧氣分離器可以包括僅一個氧氣分離裝置，或者是一個以上的多個氧氣分離裝置。例如，所述氧氣分離器可以包括兩個氧氣分離裝置，且可以因此大體形成變壓吸收系統(tǒng)系統(tǒng))。
[0050]例如，這一氧氣分離器允許針對維護(hù)行為的明顯改善。具體來說，尤其是在氧氣分離器的關(guān)閉時間之后，氧氣分離裝置的活性部分的污染特性可以明顯地降低。
[0051]關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離器的其它技術(shù)特征以及優(yōu)勢，參見氧氣分離裝置的說明及附圖。
[0052]根據(jù)實(shí)施例，提供一種用于加熱所述氧氣分離裝置的加熱裝置。根據(jù)這一實(shí)施例，可以改善解吸步驟。以示例性的方式，如果氧氣分離材料包括水作為污染物，則情況尤其如此。因此，可以優(yōu)選地使加熱裝置僅分別作用于去污區(qū)域，或去污材料。加熱量和因此所施加的溫度和時間可以因此取決于所使用的氧氣分離裝置和將要被解吸的污染物。
[0053]根據(jù)另一實(shí)施例，提供兩個氧氣分離裝置，其被平行布置且每一個都具有包括氧氣分離吸附劑的至少一個氧氣分離區(qū)域，所述氧氣分離吸附劑能夠通過吸附所述包含氧氣的氣體中除氧氣之外的至少一種組分而從包含氧氣的氣體分離氧氣，且可以被污染物污染，其中所述氧氣分離裝置每一個都還包括具有去污材料的去污區(qū)域，所述去污材料用于使所述包含氧氣的氣體從至少一種去污物去污，其中所述氧氣分離區(qū)域和所述去污區(qū)域是通過至少一個間隔件而流體連接的，所述間隔件包括至少一個擴(kuò)散抑制通道，其中所述間隔件具有的擴(kuò)散抑制值rK為rK>l。根據(jù)這種情況，可以提供兩個氧氣分離裝置，每一個都類似于上文和下文所述來布置。根據(jù)此實(shí)施例，氧氣分離器可以被設(shè)計(jì)成(例如)變壓吸收系統(tǒng)(PSA)或真空變壓吸收系統(tǒng)(VSA)。尤其是通過考慮這些吸收系統(tǒng)，本專利申請是有利的。具體來說，在一個分離裝置處于規(guī)則工作模式的情況下，另一個氧氣分離裝置可以處于沖洗模式。然而，在沖洗程序與一個氧氣分離裝置可以正常工作的時間相比較短、且因此在第一氧氣分離裝置需要沖洗步驟之前的情況下，所述另一氧氣分離裝置可以是處于關(guān)閉模式的。在所述關(guān)閉模式期間，例如，污染物可以擴(kuò)散到氧氣分離區(qū)域，這可以根據(jù)本發(fā)明來避免，因此可以實(shí)現(xiàn)維護(hù)特性的明顯改善。
[0054]關(guān)于所述氧氣分離器的其它優(yōu)勢和技術(shù)特征，參見對產(chǎn)生氧氣的方法的描述、附圖和【專利附圖】
【附圖說明】。
[0055]根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明還涉及一種通過分別使用氧氣分離裝置或氧氣分離器來從包含氧氣的氣體分離氧氣的方法，所述方法包括下述步驟:執(zhí)行第一氧氣產(chǎn)生周期，所述第一周期包括下述步驟，即將包含氧氣的氣體引導(dǎo)到氧氣分離裝置的第一側(cè)的步驟以及通過在氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差來產(chǎn)生經(jīng)過輸送氧氣分離裝置的氧氣流的步驟，其中所述去污區(qū)域被污染物污染；以及執(zhí)行第二氧氣產(chǎn)生周期，所述第二周期包括下述步驟，即將包含氧氣的氣體引導(dǎo)到氧氣分離裝置的第一側(cè)的步驟以及通過在氧氣分離裝置的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差來產(chǎn)生經(jīng)過所述氧氣分離裝置的氧氣流的步驟，其中所述去污區(qū)域(21、23)被污染物污染，其中所述氧氣分離裝置在所述第一周期和第二周期之間被轉(zhuǎn)至關(guān)閉模式，其中通過間隔件至少部分地阻礙所述污染物從去污區(qū)域擴(kuò)散到分離區(qū)域，所述間隔件流體連接所述氧氣分離區(qū)域與所述去污區(qū)域且包括至少一個擴(kuò)散抑制通道，其中所述間隔件具有的擴(kuò)散抑制值rK為rK>l。
[0056]類似于上文所述的方法提供一種按需產(chǎn)生氧氣的方法，其允許明顯改善所使用的氧氣分離裝置的污染特性。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)明顯改善的維護(hù)特性。
[0057]關(guān)于所述產(chǎn)生氧氣的方法的其它優(yōu)勢和技術(shù)特征，參見對氧氣分離器的描述、附圖和【專利附圖】
【附圖說明】。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0058]根據(jù)下文所述的實(shí)施例將顯而易見本發(fā)明的這些和其它方面，并將結(jié)合所述實(shí)施例來說明這些和其它方面。
[0059]在下圖中:
[0060]圖1示出了包括根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離裝置的布置的一個實(shí)施例的示意圖；
[0061]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離裝置的實(shí)施例的示意圖；
[0062]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離裝置的另一實(shí)施例的示意圖；
[0063]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離裝置的另一實(shí)施例的示意圖；
[0064]圖5以剖視圖示出了適用于根據(jù)本發(fā)明的氧氣分離裝置的間隔件的一個實(shí)施例的不意圖；
[0065]圖6示出了根據(jù)圖5的間隔件的子結(jié)構(gòu)的示意圖；并且
[0066]圖7示出了根據(jù)圖5的間隔件的另一子結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0067]在圖1中，示意性地示出了用于產(chǎn)生氧氣的氧氣分離器10。氧氣分離器10可以用于相對于治療應(yīng)用而產(chǎn)生氧氣，例如在⑶?0治療領(lǐng)域中。氧氣分離器10可以被設(shè)計(jì)為靜態(tài)布置，例如用于在醫(yī)院中使用所述氧氣分離器，或者其可以是便攜式裝置，例如用于在家庭護(hù)理應(yīng)用領(lǐng)域中使用所述氧氣分離器。然而，氧氣分離器10還可以被用于必須提供純的或基本上純的氧氣的任何應(yīng)用，例如在飛機(jī)中或出于焊接的目的。這種氧氣濃縮機(jī)或氧氣分離器分別可以是基于氧氣濃縮機(jī)的，例如稱為且可以從？111111)8 1^681)11-011108購買的氧氣濃縮機(jī)。
[0068]氧氣分離器10包括至少一個氧氣分離裝置12，其能夠從包含氧氣的氣體分離氧氣。然而，優(yōu)選地使氧氣分離器10包括被平行布置的至少兩個氧氣分離裝置12、14。在下文中，關(guān)于兩個氧氣分離裝置12、14來描述本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見，可以通過使用僅一個氧氣分離裝置12或兩個以上的氧氣分離裝置12、14來相應(yīng)地提供每一個特征。每一個氧氣分離裝置12、14可以被形成為篩床，且可以裝備有氧氣分離吸附劑16、18，所述氧氣分離吸附劑可以被污染物(例如水或二氧化碳)污染且設(shè)置于氧氣分離區(qū)域
20、22中。氧氣分離吸附劑16、18具體被配置用于使氧氣通過而不明顯阻礙其流動，但用于分別與存在于包含氧氣的氣體中的其它組分交互作用或吸收所述組分。在使用空氣作為包含氧氣的氣體的情況下，因此優(yōu)選地將氧氣分離材料16、18配置用于吸收氮?dú)?。適合的氧氣分離材料16、18可以包括沸石材料，例如鋰沸石材料。然而，可能使用本領(lǐng)域中已知的每一種適合的氧氣分離材料16、18，例如用于在變壓吸收過程或真空變壓吸收過程等變壓過程中使用。
[0069]此外，氧氣分離裝置12、14包括具有用于從包含氧氣的氣體流中移除污染物的去污材料17、19的去污區(qū)域21、23。在一個實(shí)施例中，去污材料17、19可以與氧氣分離材料16,18相同。然而，去污材料17、19也可以是化合物或者其它化合物的混合物，其相對于所選定的污染物具有親和性。在非限制性實(shí)例中，去污材料17、19可以是干燥劑。
[0070]氧氣分離區(qū)域20、22和去污區(qū)域21、23每一個都可以被相應(yīng)的過濾器13、15封閉，從而確保大部分固態(tài)吸附劑16、18和17、19處于適當(dāng)位置，且避免相應(yīng)的吸附劑16、18和17、19的損失。例如，過濾器13、15可以被設(shè)計(jì)為具有多個孔洞的多孔板，所述孔洞具有允許氣體通過但不能使所使用的吸附劑16、18和17、19透過的直徑。
[0071]氧氣分離區(qū)域20、22和去污區(qū)域21、23還通過至少一個間隔件76、78而流體連接，所述間隔件包括至少一個擴(kuò)散抑制通道80、82，所述擴(kuò)散抑制通道80、82將參照圖2至6來詳細(xì)說明。此外，間隔件76、78位于氧氣分離區(qū)域20、22和去污區(qū)域21、23之間的擴(kuò)散抑制區(qū)域25、27中。然而，一般來講，擴(kuò)散抑制通道80、82并且通常還有間隔件76、78適于減少污染物從去污區(qū)域21、23到氧氣分離區(qū)域20、22的擴(kuò)散，因?yàn)殚g隔件76、78具有的擴(kuò)散抑制值rKSrK>l。
[0072]入口引導(dǎo)件24被設(shè)置用于將包含氧氣的氣體流弓I導(dǎo)到氧氣分離裝置12的在第一側(cè)處的氣體入口 29。相應(yīng)地，入口引導(dǎo)件26被設(shè)置用于將包含氧氣的氣體流相應(yīng)地引導(dǎo)到氧氣分離裝置14的在其第一側(cè)處的氣體入口 31。此外，用于分別將富含氧氣的氣體或純氧氣引導(dǎo)離開氧氣分離裝置12、14的出口引導(dǎo)件28、30連接到相應(yīng)氧氣分離裝置12、14的氣體出口 33,350
[0073]氧氣分離裝置12、14的入口引導(dǎo)件24、26連接到氧氣分離器的入口 32。包含氧氣的氣體源可以連接到入口 32，例如氣體存儲裝置或環(huán)繞氧氣分離器10的空氣。另外，可以提供壓力調(diào)節(jié)裝置，用于在氧氣分離裝置12、14的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差。根據(jù)圖1，提供壓縮機(jī)34用于壓縮包含氧氣的氣體并迫使其穿過入口引導(dǎo)件36、38，所述入口引導(dǎo)件36、38可以是氧氣分離裝置12、14的入口引導(dǎo)件24、26的一部分或連接至入口引導(dǎo)件24、26。在壓縮機(jī)34下游或上游，可以提供入口過濾器40，以便提供包含氧氣的氣體的第一清潔步驟。具體來講，尤其是可以從所述包含氧氣的氣體濾出固態(tài)微粒。
[0074]為了允許將包含氧氣的氣體間歇地引導(dǎo)穿過氧氣分離裝置12、14，可以在入口引導(dǎo)件36、38中提供入口閥42、44。根據(jù)本發(fā)明的閥應(yīng)當(dāng)是可以允許氣體流、抑制氣體流和/或調(diào)節(jié)氣體流的量的任何裝置。因此，通過閉合閥44且通過打開閥42，包含氧氣的氣體可以被引導(dǎo)穿過第一氧氣分離裝置12，而通過打開閥44和通過閉合閥42，包含氧氣的氣體可以被引導(dǎo)穿過第二氧氣分離裝置14。對應(yīng)地，諸如止回閥的閥46可以被設(shè)置在出口引導(dǎo)件28中，且諸如止回閥的閥48可以被設(shè)置在出口引導(dǎo)件30中。通過引導(dǎo)包含氧氣的氣體穿過第一氧氣分離裝置12，閥46可以被打開，而閥48可以被閉合。相應(yīng)地，通過引導(dǎo)包含氧氣的氣體穿過第二氧氣分離裝置14，閥48可以被打開，而閥46可以被閉合。
[0075]在閥46、48下游，出口引導(dǎo)件28、30相應(yīng)地連接到氧氣聚合器50或氣罐，以便存儲所產(chǎn)生的氧氣。氧氣聚合器50可以連接到出口管線52，所述出口管線中可以設(shè)置有氣流控制器54，以便控制純氧氣流。除此之外，可以在出口管線52中設(shè)置純度傳感器56，以便監(jiān)視所產(chǎn)生氧氣的純度。此外，在將所產(chǎn)生的氧氣引導(dǎo)到出口 55之前，可以將另一過濾器58設(shè)置于出口管線52中。所產(chǎn)生的富含氧氣的氣體可以從出口 55被引導(dǎo)到期望的應(yīng)用，例如引導(dǎo)到患者。
[0076]第一氧氣分離裝置12的出口引導(dǎo)件28和第二氧氣分離裝置14的出口引導(dǎo)件30可以通過在閥46、48上游的交叉引導(dǎo)件60連接，所述交叉引導(dǎo)件中可以設(shè)置氣流調(diào)節(jié)器62(例如孔口)或氣流控制器。這允許出于沖洗目的而引導(dǎo)所產(chǎn)生的氧氣的限定部分(例如，在氧氣分離裝置12、14中所產(chǎn)生的)往回穿過另一氧氣分離裝置14、12，或者反之亦然，并因此用于使氧氣分離裝置12、14再生。就這一點(diǎn)來說，沖洗管線64、66設(shè)置于氧氣分離裝置12、14的第一側(cè)處，每一個都包括閥68、70。如果出于再生目的而引導(dǎo)氧氣穿過氧氣分離裝置12、14自其第二側(cè)至其第一側(cè)，則氣體流出可以被選擇性地引導(dǎo)穿過沖洗管線64、66且穿過排氣口 72。
[0077]此外，可以提供用于加熱氧氣分離裝置12、14的加熱裝置74。加熱裝置74可以作用在整個氧氣分離裝置12、14上，或者可以僅加熱特定區(qū)域，例如出于再生目的而加熱去污區(qū)域21、23。一般來講，可以使用本領(lǐng)域中已知的每一種加熱裝置74。例如，可以提供加熱線圈。
[0078]在圖2至6中示出了氧氣分離裝置12、14且具體是包括擴(kuò)散抑制通道80、82的間隔件76、78的實(shí)施例的詳細(xì)視圖。
[0079]根據(jù)圖2，氧氣分離裝置12、14包括具有去污材料17、19的去污區(qū)域21、23和具有氧氣分離吸附劑16、18的氧氣分離區(qū)域20、22。設(shè)置于具有去污材料17、19的去污區(qū)域
21、23與具有氧氣分離吸附劑16、18的氧氣分離區(qū)域20、22之間的是擴(kuò)散抑制區(qū)域25、27，所述擴(kuò)散抑制區(qū)域中形成了間隔件76、78。間隔件76、78包括至少一個擴(kuò)散抑制通道80、82，用于將具有去污材料17、19的去污區(qū)域21、23與具有氧氣分離吸附劑16、18的氧氣分離區(qū)域20、22流體連接。間隔件76、78具有的擴(kuò)散抑制值為1~8?1，以便減少或完全避免具體是氣態(tài)的污染物從去污材料17、19擴(kuò)散到氧氣分離吸附劑16、18。
[0080]因此，間隔件76、78可以被并入到氧氣分離裝置12、14內(nèi)部。其可以具體地具有與去污區(qū)域21、23和氧氣分離區(qū)域20、22相比相同的環(huán)境。例如，其可以包括管狀或圓形結(jié)構(gòu)。其可以被設(shè)計(jì)為盡可能地短，以便盡可能多地減小構(gòu)造的側(cè)面，使得最小化氧氣分離裝置12、14的尺寸增加。
[0081]此外，示出了過濾器13、15，其將去污材料17、19和氧氣分離吸附劑16、18固持于適合位置?？梢苑謩e在鄰近擴(kuò)散抑制區(qū)域25、27定位的過濾器13、15和擴(kuò)散抑制通道80、82或間隔件76、78之間設(shè)置相應(yīng)的氣體容腔84、86。此氣體容腔84、86用于收集來自去污材料17、19或氧氣分離吸附劑16、18的氣體流，以便將其引導(dǎo)穿過擴(kuò)散抑制通道80、82，或者用于將氣體流從擴(kuò)散抑制通道80、82分別分散到去污材料17、19或氧氣分離吸附劑16、18中。氣體容腔84、86可以是去污區(qū)域21、23、氧氣分離區(qū)域20、22和/或擴(kuò)散抑制區(qū)域25、27的一部分。另外，示出了擴(kuò)散抑制通道80、82的入口 81、83和出口 85、87。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見，標(biāo)記入口和出口僅是指氣體流的一個流動方向，其中所示出的標(biāo)記是指從氧氣分離裝置12、14的第一側(cè)到第二側(cè)的氣體流。在提供從氧氣分離裝置12、14的第二側(cè)流動到第一側(cè)的氣體流時，標(biāo)記為入口的位置當(dāng)然起到出口的作用，且反之亦然。
[0082]以示例性的方式，擴(kuò)散抑制值可以被計(jì)算如下。
[0083]首先，可以計(jì)算特征性的被污染長度，或者換句話說，去污材料相依因子2。擴(kuò)散抑制通道80、82的典型位置、且因此其距離氧氣分離裝置12、14的在其第一側(cè)處的氣體入口 29、31的距離、是:、=3挪。除此之外，去污材料17、19的典型直徑，且因此氧氣分離裝置(例如沸石床)內(nèi)部的典型直徑(例如，在其具有圓形形狀的情況下)是4 = 5.4(^.因此，橫截面積4可以被計(jì)算為4= (1/4)(1/ = 22.9(^2.因此，通過使用擴(kuò)散校正因子0.654，去污材料相依因子2(其中2 =(軌)/1^)為:4.989挪。
[0084]其次，可以計(jì)算分離器相依因子S。例如，在具有兩個擴(kuò)散抑制通道(N = 2)的情況下，每一個都具有的長度Ld為3.175mm，橫截面積Ad為4.383mm2 (其中直徑為1.181mm，且因此(π /4) dz2 = 22.9cm2),間隔件相依參數(shù)為S = Ld/(N*Ad)可以因此被計(jì)算為3.622*1/cm。
[0085]本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見，上述計(jì)算尤其適合于圓柱形氧氣分離裝置，其具有圓柱形去污區(qū)域以及圓柱形氧氣分離區(qū)域。然而，在不是嚴(yán)格的圓柱形形式的情況下，可能通過計(jì)算所有平均直徑或橫截面積(例如)以獲得相應(yīng)的橫截面積。
[0086]作為rK = Z*S的擴(kuò)散抑制值可以因此被計(jì)算為18.071，其滿足根據(jù)本發(fā)明的需要?？紤]到rK= I對應(yīng)于一半的擴(kuò)散，顯而易見，可以實(shí)現(xiàn)明顯的擴(kuò)散速率降低。相應(yīng)地，污染擴(kuò)散速率的抑制因子f,ed為f,ed = l+rK，其可以被計(jì)算為19.071。
[0087]關(guān)于另一實(shí)例，且具有相同的去污區(qū)域21、23但不同的間隔件76、78，擴(kuò)散抑制值可以被計(jì)算如下。此實(shí)例是指，間隔件76、78具有5個擴(kuò)散抑制通道80、82 (N = 5)，每個擴(kuò)散抑制通道具有的長度Ld為3.175mm且橫截面積為7.548mm2，所述間隔件相依參數(shù)S=Ld/(N*Ad)可以因此被計(jì)算為0.841*l/cm。相應(yīng)地，擴(kuò)散抑制值rK為rK = Z*S，其可以因此被計(jì)算為4.197，仍然是明顯減少的擴(kuò)散抑制。相應(yīng)地，污染擴(kuò)散速率的抑制因子fy為fred = l+rK，其可以被計(jì)算為5.197。
[0088]在圖3中，示意性地示出了適用于根據(jù)本發(fā)明的氧氣濃縮機(jī)10的氧氣分離裝置12,14的另一實(shí)施例。關(guān)于根據(jù)圖3的實(shí)施例，與圖2相比，相同編號限定相同或?qū)?yīng)的特征。根據(jù)圖3，將閥布置在擴(kuò)散抑制通道80、82中。具體來講，根據(jù)圖3，設(shè)置兩個擴(kuò)散抑制通道，每一個中都布置有止回閥，所述止回閥是以反向平行方式布置的。
[0089]在圖4中，示出了氧氣分離器10的另一實(shí)施例。關(guān)于根據(jù)圖4的實(shí)施例，與圖2和圖3相比，相同編號限定相同或?qū)?yīng)的特征。在圖4中，示出了擴(kuò)散抑制通道80、82包括至少一個下述區(qū)段，所述區(qū)段至少部分地沿偏離間隔件76、78主方向的方向伸展。圖4示出了擴(kuò)散抑制通道80、82的長度明顯增加，導(dǎo)致存在于去污區(qū)域21、23中的污染物到達(dá)氧氣分離區(qū)域20、22的擴(kuò)散速率明顯降低。此外，可以看出擴(kuò)散抑制通道自其入口 81、83至其出口 85、87的成角度結(jié)構(gòu)。另外，容腔84、86可以被形成為圓形結(jié)構(gòu)，如根據(jù)以下附圖將顯而易見。
[0090]在圖5至7中，根據(jù)圖4的實(shí)施例被更詳細(xì)地示出，其中圖6和7示出了間隔件76、78的相應(yīng)子結(jié)構(gòu)。如同根據(jù)圖5至7可以看出，間隔件76、78可以因此通過裝配相應(yīng)的子結(jié)構(gòu)而形成。
[0091]在圖5中，以剖視圖示出了間隔件76、78?？梢钥闯?，間隔件76、78具有圓形形式，且還被成形為盤狀的。其可以被形成為一個整體，或者其可以包括一個以上的部分，例如形成為兩個扁平盤狀裝置的兩個部分92、94。相應(yīng)的流路，例如擴(kuò)散抑制通道80、82，可以通過在所述部分94、92中的一個部分的一側(cè)內(nèi)的凹槽形成，在將所述兩個部分92、94彼此緊靠放置時所述凹槽會形成導(dǎo)管。因此，部分92、94可以被對稱地形成，使得可以僅針對兩個部分94、92使用相同的裝置，因?yàn)椴糠?2、94被彼此緊靠放置并旋轉(zhuǎn)成對齊所述凹槽。作為另外一種選擇，一個部分92、94可以包括凹槽，而另一個部分92、94形成所形成的導(dǎo)管的壁。在將氣體流動結(jié)構(gòu)設(shè)置于相應(yīng)部分92、94的每一側(cè)上的情況下，可以提供相應(yīng)的封閉結(jié)構(gòu)以便閉合所述導(dǎo)管。為了連接設(shè)置于不同側(cè)上的擴(kuò)散抑制通道80、82，可以提供連接部96，其連接了兩個或更多個彎曲結(jié)構(gòu)。通過相對于彼此旋轉(zhuǎn)所述兩個盤片，擴(kuò)散抑制通道80、82的所得長度可以是變化的。
[0092]由于期望的是分別在整個去污材料17、19和整個氧氣分離吸附劑16、18上收集和分散氣體流，因此容腔84、86可設(shè)計(jì)為設(shè)置于盤狀結(jié)構(gòu)的頂表面和底表面中且優(yōu)選地在擴(kuò)散抑制通道80、82的相反側(cè)上的圓形通道。它們可以是擴(kuò)散抑制通道80、82的一部分。當(dāng)將過濾器13、15鄰近容腔84、86的表面放置時，相應(yīng)的容腔84、86或通道分別形成流路，用于分配和/或收集經(jīng)過整個去污材料17、19和氧氣分離材料16、18的氣體流。然后，氣體可以流動經(jīng)過連接部96，以便將氣體流引導(dǎo)到擴(kuò)散抑制通道80、82中和/或引導(dǎo)氣體流離開擴(kuò)散抑制通道80、82。
[0093]關(guān)于此實(shí)例，且具有相對于圖2討論的相同的去污區(qū)域21、23但不同的間隔件76、78，擴(kuò)散抑制值rK可以被計(jì)算如下。此實(shí)例是指，間隔件76、78具有I個擴(kuò)散抑制通道80、82 (N = I)，每個擴(kuò)散抑制通道具有的長度Ld為90mm且橫截面積為12mm2，所述間隔件相依參數(shù)S = Ld/(N*Ad)可以因此被計(jì)算為75*l/cm。相應(yīng)地，擴(kuò)散抑制值rK為rK = Z*S，其可以因此被計(jì)算為374.165。可以看出，根據(jù)此實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)散的大量減少。相應(yīng)地，污染擴(kuò)散速率的抑制因子為U = l+rK，其可以被計(jì)算為375.165。
[0094]一種通過使用氧氣分離器10來從包含氧氣的氣體分離氧氣的方法因此包括下述步驟:執(zhí)行第一氧氣產(chǎn)生周期，所述第一周期包括下述步驟，即將包含氧氣的氣體引導(dǎo)到氧氣分離裝置12、14的第一側(cè)以及通過在氧氣分離裝置12、14的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差來產(chǎn)生經(jīng)過氧氣分離裝置12、14的氧氣流；以及執(zhí)行第二氧氣產(chǎn)生周期，所述第二周期包括下述步驟，即將包含氧氣的氣體引導(dǎo)到氧氣分離裝置12、14的第一側(cè)，并通過在氧氣分離裝置12、14的第一側(cè)和第二側(cè)之間形成壓力差而產(chǎn)生經(jīng)過所述氧氣分離裝置12、14的氧氣流，其中所述氧氣分離裝置12、14在所述第一周期和第二周期之間被轉(zhuǎn)至關(guān)閉模式，其中通過間隔件至少部分地阻礙所述污染物從去污區(qū)域21、23擴(kuò)散到分離區(qū)域20、22，所述間隔件流體連接所述氧氣分離區(qū)域和所述去污區(qū)域且包括至少一個擴(kuò)散抑制通道，其中所述間隔件具有的擴(kuò)散抑制值rK為rK>l。
[0095]盡管已在附圖和前述說明中詳細(xì)示出和描述了本發(fā)明，但此類圖示和說明應(yīng)當(dāng)視為例示性或示例性而非約束性的；本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施例。根據(jù)對附圖、公開內(nèi)容和隨附權(quán)利要求的研究，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在實(shí)踐所主張的本發(fā)明時可理解和實(shí)施所公開實(shí)施例的其它變化形式。在權(quán)利要求書中，詞語“包括”并不排除其它元件或步驟，而不定冠詞“一”或“一個”并不排除多個。在相互不同的從屬權(quán)利要求中描述某些措施并不表明這些措施不能夠有利地結(jié)合起來使用。在權(quán)利要求書中的任何元件符號不應(yīng)視為限制其范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種氧氣分離裝置，包括: 在第一側(cè)的氣體入口(29、31)和在第二側(cè)的氣體出口(33、35)，所述氣體入口用于將包含氧氣的氣體流引導(dǎo)到所述氧氣分離裝置(12、14)中，所述氣體出口用于引導(dǎo)富含氧氣的氣體流離開所述氧氣分離裝置(12、14)； 具有氧氣分離吸附劑(16、18)的至少一個氧氣分離區(qū)域(20、22)，所述氧氣分離吸附劑能夠通過吸附所述包含氧氣的氣體中除氧氣以外的至少一種組分而從包含氧氣的氣體中分離氧氣且能夠被污染物污染；以及 具有去污材料(17、19)的去污區(qū)域(21、23)，所述去污材料用于使所述包含氧氣的氣體從至少一種污染物去污，其中 所述氧氣分離區(qū)域(20、22)和所述去污區(qū)域(21、23)通過間隔件(76、78)流體連接，所述間隔件包括至少一個擴(kuò)散抑制通道(80、82)，其中所述間隔件(76、78)具有的擴(kuò)散抑制值rK為rK>l。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣分離裝置，其特征在于，所述間隔件具有的擴(kuò)散抑制值rR 為 rK>100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣分離裝置，其特征在于，所述去污材料(17、19)包括微粒，且一個擴(kuò)散抑制通道(80、82)的橫截面積Ad具有的尺寸為Ab/2〈Ad〈Az/3，和/或其中所述氧氣分離材料(16、18)包括微粒，且一個擴(kuò)散抑制通道(80、82)的所述橫截面積Ad具有的尺寸為 Ab/2〈Ad〈Az/3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣分離裝置，其特征在于，所述擴(kuò)散抑制通道(80、82)包括沿偏離所述間隔件(76、78)主方向的方向伸展的至少一個區(qū)段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧氣分離裝置，其特征在于，所述擴(kuò)散抑制通道(80、82)至少部分地包括彎曲結(jié)構(gòu)和/或成角度結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氧氣分離裝置，其特征在于，所述彎曲結(jié)構(gòu)和/或所述成角度結(jié)構(gòu)被形成為螺旋結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氧氣分離裝置，其特征在于，設(shè)置兩個彎曲結(jié)構(gòu)，每一個彎曲結(jié)構(gòu)都在基本上垂直于所述間隔件(76、78)的所述主方向的平面中伸展且彼此流體連接，其中第一彎曲結(jié)構(gòu)連接到所述氧氣分離區(qū)域20、22)，且另一彎曲結(jié)構(gòu)連接到所述去污區(qū)域(21、23)，和/或其中設(shè)置兩個成角度結(jié)構(gòu)，每一個成角度結(jié)構(gòu)都在基本上垂直于所述間隔件(76、78)的所述主方向的平面中伸展且彼此流體連接，其中第一成角度結(jié)構(gòu)連接到所述氧氣分離區(qū)域(20、22)，且另一成角度結(jié)構(gòu)連接到所述去污區(qū)域(21、23)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣分離裝置，其特征在于，在所述擴(kuò)散抑制通道(80、82)中布置閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氧氣分離裝置，其特征在于，設(shè)置至少兩個擴(kuò)散抑制通道(80、82)，每一個擴(kuò)散抑制通道中都布置有止回閥(88、90)，至少兩個止回閥(88、90)是以反向平行方式布置的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣分離裝置，其特征在于，所述氧氣分離區(qū)域(20、22)包括氮吸附材料，和/或其中所述去污區(qū)域(21、23)包括水吸附材料。
11.一種氧氣分離器，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的至少一個氧氣分離裝置(12、14)，所述氧氣分離器還包括 壓力調(diào)節(jié)裝置，其用于在所述氧氣分離裝置(12、14)的所述第一側(cè)和所述第二側(cè)之間形成壓力差。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的氧氣分離器，其特征在于，設(shè)置用于加熱所述氧氣分離裝置(12、14)的加熱裝置(74)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的氧氣分離器，其特征在于，設(shè)置兩個氧氣分離裝置(12、14)，所述兩個氧氣分離裝置被平行布置且每一個都具有包括氧氣分離吸附劑(16、18)的至少一個氧氣分離區(qū)域(20、22)，所述氧氣分離吸附劑能夠通過吸附所述包含氧氣的氣體中除氧氣之外的至少一種組分而從包含氧氣的氣體分離氧氣且能夠被污染物污染，其中所述氧氣分離裝置(12、14)中的每一個都還包括具有去污材料(17、19)的去污區(qū)域(21、23)，所述去污材料用于使所述包含氧氣的氣體從至少一種去污物去污，其中所述氧氣分離區(qū)域(20,22)和所述去污區(qū)域(21、23)通過至少一個間隔件(76、78)流體連接，所述間隔件包括至少一個擴(kuò)散抑制通道(80、82)，其中所述間隔件(76、78)具有的擴(kuò)散抑制值rK為rK>l。
14.一種通過使用根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氣分離裝置(12、14)而從包含氧氣的氣體分離氧氣的方法，所述方法包括以下步驟: 執(zhí)行第一氧氣產(chǎn)生周期，所述第一氧氣產(chǎn)生周期包括下述步驟，即將包含氧氣的氣體引導(dǎo)到氧氣分離裝置(12、14)的第一側(cè)以及通過在所述氧氣分離裝置(12、14)的所述第一側(cè)和所述第二側(cè)之間形成壓力差來產(chǎn)生經(jīng)過所述氧氣分離裝置(12、14)的氧氣流，其中所述去污區(qū)域(21、23)被污染物污染；并且 執(zhí)行第二氧氣產(chǎn)生周期，所述第二氧氣產(chǎn)生周期包括下述步驟，即將包含氧氣的氣體引導(dǎo)到氧氣分離裝置(12、14)的第一側(cè)以及通過在所述氧氣分離裝置(12、14)的所述第一側(cè)和所述第二側(cè)之間形成壓力差而產(chǎn)生經(jīng)過所述氧氣分離裝置(12、14)的氧氣流，其中所述去污區(qū)域(21、23)被污染物污染，其中 所述氧氣分離裝置(12、14)在所述第一氧氣產(chǎn)生周期和所述第二氧氣產(chǎn)生周期之間被轉(zhuǎn)至關(guān)閉模式，其中 通過間隔件(76、78)至少部分地阻礙所述污染物自所述去污區(qū)域(21、23)擴(kuò)散至所述氧氣分離區(qū)域(20、22)，所述間隔件流體連接所述氧氣分離區(qū)域(20、22)和所述去污區(qū)域(21、23)且包括至少一個擴(kuò)散抑制通道，其中所述間隔件具有的擴(kuò)散抑制值^為rK>l。
【文檔編號】B01D53/04GK104302383SQ201380025425
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月16日
【發(fā)明者】P·L·布利斯, R·希爾比希, J·T·多倫斯基, A·G·R·克貝爾, P·范德斯路易斯, M·克萊, W·C·科爾 申請人:皇家飛利浦有限公司
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