氧气浓缩系统及方法技术方案

本系统是一种用于将空气分离成浓缩气体组分的吸附系统（１００），其具有空气供应，用来接收并压缩气体供应、进而提供压缩空气供应的压缩机（１１５），以及用来将压缩空气供应分离成浓缩气体组分的分子筛材料。所述吸附系统以至少５升每分钟（ＬＰＭ）输送来自所述分子筛材料的浓缩气体组分，其中所述系统具有＜９ｌｂｓ／ＬＰＭ的每ＬＰＭ总比重。另外，由所述吸附系统输送输出量的所述浓缩气体，并将吹扫量的所述浓缩气体分配到正经历吹扫循环的所述吸附系统的筛室中。所述吹扫量的值等于或小于最大量与所述输出量之间的差，并且基于所述输出量对所述吹扫量进行控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种变压吸附系统，更具体地，涉及一种氧气浓縮器系 统及其操作方法，所述系统具有多室罐以用于接收来自压縮机的压縮空气 并将所述空气引导通过整合在单个组件内的一系列室从而在变压吸附系统 中产生浓縮氧气。
技术介绍
吸附分离过程取决于某些固体从气体混合物中选择性地吸附一种 或多种组分的能力。在供患者使用的氧气浓縮器中，吸附分离过程通常是 固定床操作，包括两个主要步骤，吸附步骤和解吸步骤。变压吸附(PSA)是一种在这样的医学用途中对气体混合物的组分 进行分离的有用技术。将气体混合物(典型地为周围空气)送入室中，在 室中将各组分分离，从而生成具有一种组分高百分比的气流。空气含有很 多组分，即近似21%的氧气、78%的氮气、0.9%的氩气和0.1%的其他微 量气体。可以使用PSA从进入空气中分离出氧气，以给患者供应更高浓度 的氧气。—般而言，通过使用沸石或分子筛实现在室中的这种组分分离，沸 石或分子筛具有能吸附混合物中某种组分的选择性亲和力。沸石是具有均匀孔隙或晶体孔穴的天然或人工制成的分子筛。足够小到适合沸石孔隙的 化学组分被吸附到沸石材料的表面上。在沸石上吸附组分有多容易取决于 与沸石球中孔隙形状和大小相比的分子的形状和大小。沸石能吸附任何直 径高达其自己孔隙大小的分子。变压吸附依赖压力的变动从而使所述室顺序地从选择性吸附到解吸进行循环。这种变动可以发生从高压到大气压或从大气压到真空。如果 所述变动发生从大气压到真空，则在技术上将其认为是真空变压吸附(VPSA)。对于本领域技术人员而言，众所周知的是用于组分分离的PSA 和VPSA技术是非常不同的，每种技术具有伴随其自身的优点和缺点。典型的变压吸附系统是氧气浓縮器，其从空气中分离出氧气以供患 者随后吸入。常规系统提供介于0.5升每分钟(LPM)到IOLPM之间。这 种氧气浓縮器包括多个将气体分离成氧气馏分和氮气馏分的分子筛床，借 此随后将氧气提供给患者，而将氮气留在筛床中并随后被吹扫掉。这些氧 气浓縮器包括若干部件，例如空气压縮机、两个三通空气阀、多个罐(每 一个收纳单独的分子筛)和产物贮存箱。这样的结构要求大量的影响这些 系统效率和成本的阀和管道。—些现有技术的PSA系统包括用于变压吸附系统的包括至少三个 室的多室罐。所述罐包括具有一般长度的外罩。将第一分子筛室置于所述 外罩内，用于容纳将来自周围环境中的空气分离成浓縮气体组分的第一分 子筛。同样至少将第二分子筛室置于所述外罩内，用于容纳将来自周围环 境的空气分离成浓縮气体组分的第二分子筛。将供应室置于所述外罩内， 用于接收来自周围环境的空气，并用于将所述空气传送给第一或第二分子 筛室。 '虽然很多常规系统能够输送足以满足患者需要的流率，但是它们不 能满足包括期望高效率、产物气体浓度高和重量轻的患者需求中的很多。 例如，很多常规系统要求操作数量巨大的分子筛材料和功率。其他系统在 一定流率下提供的氧气纯度不够。 一些常规系统已经实现了试图解决这些 不足中的一些的特征和方法。例如，美国专利No.6，683,256 (专利'256)公开了一种分子筛型 气体分离装置，其根据产物气体的期望浓度而改变解吸再生阶段和吸附生生阶段的持续时间。更具体地，专利'256公开了一种用于使用了响应于产 物气体构成浓度的氧气传感器的气体分离装置的自适应控制方法。根据从 所述氧气传感器接收的数据，所述气体分离装置可以修改吸附生成阶段和 解吸再生阶段的持续时间。如果所述传感器指示产物气体的浓度构成高于 所期望的，则可縮短所述解吸阶段，从而可以减少进入气体供应的需求。类似地，美国专利No.5，906，672 (专利'672)公开了一种氧气浓 縮器，其集成有微处理器以便对来自所述氧气浓縮器的产物气体输出进行 评估。附加地，所设置的设备包括闭环反馈回路，以对变压吸附循环阶段 的持续时间进行评估。所述微处理器命令该设备递增地增加阀时序，直到 感测到氧气输出减少。当检测到氧气输出减少时，所述微处理器命令该设 备返回以前的时序。美国专利No.5,474,595 (专利'595)公开了一种具有压縮机容量 控制系统的变压吸附装置。所述容量控制系统在所述单元的外罩内设置机 械阀，可对其手动设定以限制吸入压縮机的周围空气。数量受到限制的周 围空气降低了所述压縮机的载荷，因而降低了该系统所消耗的功率。虽然现有技术的系统适合它们预期的目的，但是它们不能在具有最 小重量、大小、声级和功率消耗特征的系5LPM统中以输送90X或更高的 可靠氧气浓度。此外，现有技术未教导出一种能够对于从0到5LPM的流 率而言有可能生成最大氧气浓縮纯度的设备。此外，现有技术未教导出一 种能够在从0到5LPM的流率下以最小功率要求操作的系统。另外，现有 技术未教导出一种能够在低功率模式和以氧气增加模式中操作的系统。本 专利技术主要关注的正是这种氧气浓縮系统。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种克服常规吸附系统缺陷的吸附系统和/或方法。根据本专利技术的一个实施例，这一目的通过提供一种用于将空气 分离成浓縮气体组分的方法来实现，在该方法中通过吸附系统的操作生成 最大量的浓縮气体组分。此外，由所述吸附系统输送输出量的浓縮气体， 并将吹扫量的浓縮气体分配到正经历吹扫循环的所述吸附系统的筛室。所 述吹扫量的值等于或小于最大量和输出量之间的差，并且根据所述输出量 对所述吹扫量进行控制。另外，本专利技术的示范性实施例提供了一种吸附系统以及一种操作吸 附系统以将空气分离成浓縮气体组分的方法，在该方法中用压縮空气供应 对第一分子筛室进行加压。此外，从第一分子筛室输出产物气体，然后将 第一分子筛室中的压力水平与第二分子筛室中的压力水平相平衡。随后， 同时对第一分子筛室和第二分子筛室进行加压以达到高于所述筛室的均衡 压力水平的压力水平。本专利技术的又一目的是提供一种将空气分离成浓縮气体组分的吸附 系统和方法，其包括提供压縮空气供应的压縮机、第一和第二筛室、置于 所述筛室内的分子筛材料以及在第一分子筛室和第二分子筛室之间传送浓 縮气体组分的吹扫设备。所述系统还包括控制所述吹扫设备的控制器，使 得所述吹扫设备在多种操作模式下进行操作。可以例如根据所监测的由所 述筛材料产生的气流的氧气浓度，手动或自动选择所述操作模式。在参考附图考虑说明书和权利要求书后，本专利技术的这些及其他目的、特点和特征，以及相关结构元件的操作方法和功能以及各部件及制造 经济性的组合将变得显然，全部附图形成本说明书的一部分，其中相似的 附图标记指代各图中的对应部分。然而，可以清楚地明了，附图只是为了 图示和描述的目的，并非拟为本专利技术的限定定义。如说明书和权利要求中 所用的那样，单数形式的一、一个和该包括复数含义，除非上 下文另有清晰地规定。附图说明图1是根据本专利技术原理的变压吸附系统的示意图；图2是示出了在PSA过程期间PSA产物箱内的典型压力图表，而 图3是示出了当为流量估计目的而取得压力信号斜率时的T窗示例的相同图表；图4是示出了产物箱的压力信号斜率与来自所述系统的氧气流率 之间的关系的图表；图5A和5B分别是根据本专利技术原理的变压吸附系统的一部分的顶 透视图和底透视图；图6A和6B分别是根据本专利技术原理的图5A和5B变压吸附系统中 顶盖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将空气分离成浓缩气体组分的方法，所述方法包括如下步骤：　通过吸附系统的操作生成最大量的所述浓缩气体组分；　输送由所述吸附系统生成的、输出量的所述浓缩气体；　将吹扫量的所述浓缩气体分配到正经历解吸循环的所述吸附系统的 筛室中，其中，所述吹扫量的值小于或等于所述最大量与所述输出量之间的差；以及　根据所述输出量对所述吹扫量进行控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-8-28 60/840,523;US 2006-12-8 11/636,2331、一种用于将空气分离成浓缩气体组分的方法，所述方法包括如下步骤通过吸附系统的操作生成最大量的所述浓缩气体组分；输送由所述吸附系统生成的、输出量的所述浓缩气体；将吹扫量的所述浓缩气体分配到正经历解吸循环的所述吸附系统的筛室中，其中，所述吹扫量的值小于或等于所述最大量与所述输出量之间的差；以及根据所述输出量对所述吹扫量进行控制。2、 如权利要求l所述的方法，其中，所述吹扫量随所述输出量的减少 而增加。3、 如权利要求1所述的方法，其中，所述吸附系统包括变压吸附系统。4、 如权利要求l所述的方法，其中，所述浓縮气体组分是氧气。5、 一种将空气分离成浓縮气体组分的吸附系统(100)，所述系统包括 压縮机(115)，其用于接收并压縮来自空气供应的空气，从而提供压縮空气供应；-分子筛材料，其用于将所述压縮空气供应分离成浓縮气体组分； 第一分子筛室(130)，其用于容纳所述分子筛材料； 第二分子筛室(135)，其用于容纳所述分子筛材料； 供应室，其用于接收所述压縮空气供应，并用于将所述压縮空气供应传送至所述第一和第二分子筛室；出口，其用于输送来自所述分子筛材料的所述浓縮气体组分； 吹扫设备(190)，其用于在所述第一分子筛室和所述第二分子筛室之间传送所述浓縮气体组分，并且其中，所述吹扫设备的通过率是可修改的。6、 如权利要求5所述的系统，其中，所述吹扫设备的所述通过率可以 由逻辑控制单元(150)进行修改。7、 如权利要求6所述的系统，其中，所述逻辑控制单元执行算法，其 中，所述算法根据期望的流率输出，为所述第一分子筛室或所述第二分子 筛室开始吹扫步骤的延迟提供不同的值。8、 如权利要求5所述的系统，其中，所述吹扫设备的所述通过率可以 被修改为零值。9、 一种操作吸附系统以将空气分离成浓縮气体组分的方法，所述方法 包括如下步骤用压縮空气供应对第一分子筛室进行加压； 从所述第一分子筛室中输出产物气体； 将所述第一分子筛室吹扫到第二分子筛室；以及 相对于所述加压步骤改变所述吹扫步骤的启动。10、 如权利要求9所述的方法，其中，所述吹扫步骤与所述加压步骤 同时启动。11、 如权利要求9所述的方法，其中，在所述加压步骤启动之后的预 定延迟时启动所述吹扫步骤。12、 如权利要求ll所述的方法，其中，所述预定延迟是取决于所述吸 附系统的输出流率的动态值。13、 一种操作吸附系统以将空气分离成浓縮气体组分的方法，所述方 法包括如下步骤用压縮空气供应对第一分子筛室进行加压；从所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：JT多伦斯基，
申请(专利权)人：RIC投资有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]