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Abstract

本发明涉及一种用于在设备中生成氧气的装置，所述装置具有至少一个用于生成医用空气的单元(V、R)、真空系统(VS)、以及用于生成氧气产物流的PSA单元(A)。根据本发明，所述PSA单元(A)和所述真空系统(VS)以使PSA单元(A)的一个吸附器或多个吸附器能够通过真空系统(VS)再生的方式互相连接，和/或用于生成医用空气的单元(V、R)与PSA单元(A)以使至少所生成的医用空气的支流(2)作为进料气体输送至PSA单元(A)的方式连接。

Description

医院中的氧气生成
本发明涉及一种用于在设备中生成氧气的装置，该装置具有至少一个用于生成医用空气的单元以及真空系统。
本发明还涉及一种用于操作所述装置的方法。
单词“设备”在下文中应当理解为任何安装场所和机构，特别是医院、移动式(应急式)医院、门诊诊所、综合医院、健康中心等，其中生成氧气并具有真空系统。单词“设备”还应当理解为特别用于家庭护理领域，以及例如能够连接到轮椅上的(可移动的)设备。
现代医院的基础设施包括向患者提供所谓的“医用空气”、富氧空气以及纯氧。术语“医用空气”通常理解为空气混合物，其具有约20％的氧气和约80％的氮气，并且符合关于其它组分如水分和一氧化碳等的应用规范和/或规程。此外，医院的基础设施通常包括真空系统。这是一种通过管道系统中的真空泵和缓冲罐维持供医院中所有抽吸器具使用的真空，例如在手术室中。
医用空气或直接在现场生成，主要方法步骤是空气的压缩、净化和分析，或如果以较小量使用时以压缩气体罐的方式供给。
在具有良好基础设施的国家中，通常通过输送液态氧并通过布置在医院内或医院附近的并配有蒸发器的液罐来向医院供给氧气。相反，在具有较差基础设施的发展中国家中，氧气普遍地是借助小的PSA(变压吸附)装置在现场生成。然而这种类型的装置消耗相当多的能量以及需要高水平的维护，从而通过这些装置生成的氧气在能够获得价廉的液态氧的情况下不具有竞争性。具有多个PSA装置的这种类型的氧气供给系统在EP-A1245267中有描述。
VPSA(真空变压吸附)装置一直被用作所谓的现场装置用于生成氧气并具有非常有利的能量消耗。然而，在小装置中，其在下文中应当理解为
具有小于100Nm3/h容量的装置以及是用于供应医院的类型，由额外所需的真空泵和增加的吸附器需求所引起的较高投资花费意味着它们也不会得到广泛的使用。
现有技术中用于现场氧气生成的解决方案具有下述的劣势：它们需要相对高的投资花费、具有不良的消耗值以及需要大量额外的维护。法律条文通常要求有过剩的现场氧气生成所需的系统。这进一步增加了必需的投资花费。
本发明的目的是提供一种用于在设备中生成氧气的这类装置，以及一种用于操作这种装置的方法，所述装置和所述方法避免了前述劣势。
通过用于在设备中生成氧气的装置实现该目的，所述装置的特征在于PSA单元和真空系统以PSA单元的一个吸附器或多个吸附器能够通过真空系统再生的方式互相连接。
根据本发明的方法用于操作根据本发明的装置的方法的特征在于PSA单元是在1.3-12巴，优选2-8巴的吸附压力，和/或0.05-0.9巴，优选0.1-0.6巴的解吸附压力下运行的。
根据本发明的用于在设备中生成氧气的装置和根据本发明的用于操作所述装置的方法的其它有利的实施方案是从属权利要求的主题，并且其特征在于：
-所生成的氧气产物流的纯度为至少80％，优选至少90％，
-如果所述设备具有至少一个用于气体分析的单元，该用于气体分析的单元连接至PSA单元的产物侧，
-提供其它装置用于输送空气作为PSA单元的进气，
-所述装置配有至少一个储存罐，所述储存罐特别用于液态氧的储存，
-所述装置以可移动的方式设计，以及
-在所述真空系统至少部分故障时，PSA单元不通过真空系统再生，而是在1.01-1.5巴，优选1.01-1.1巴的解吸附压力运行。
本发明基于通过尽可能地使用医院现有基础而操作PSA装置或单元的思想。根据本发明PSA单元和真空系统的互相连接使得能够在真空条件下再生PSA单元或其吸附器。真空再生的优势和劣势对于本领域技术人员来说是公知的。由于在目前情形中能够基本无成本地获得这些优势，因为真空再生所需的真空系统已经存在，因此在所需投资花费和运转花费上实现了相当大的改进。
另外，如果选择用于生成医用空气并属于医院基础设施的单元作为输送至PSA单元的空气流源，则实现了其它的优势，这是因为能够省略对输送至PSA单元的进料空气先前所需的预净化。此外，不需要对进料空气进行单独压缩，因为这通常已经在用于生成医用空气的单元中提供。
医院通常具有用于气体分析的单元。根据本发明的装置的一个实施方式，该单元能够配置或开发成其还能够用于PSA单元中生成的氧气产物流的分析。因此，不需要提供单独的用于氧气产物流的分析单元。
根据本发明的装置、根据本发明的方法、以及所述装置和所述方法的其它实施方案将在下文中通过参照图1所示的示例性实施方案进行更加详细的说明。
通过管路1，将(环境)空气输送至通常在医院中提供的用于生成医用空气的单元。该用于生成医用空气的单元由单级或多级压缩机单元V和下游净化单元R组成。通过压缩机单元V将空气压缩至4-12巴的压力，以及不想要的组分，特别是水、一氧化碳、二氧化碳以及如果存在的话氮氧化物则在净化单元R中从空气中去除。以这种方式生成的医用空气的第一支流通过管路段3和4通入到用于医用空气的管路网中。在通入到管路网之前，通过相应的分析单元GA分析医用空气。
医用空气的第二支流2作为进料气流输送至PSA单元A。PSA单元A通常具有两个或多个吸附器，所述吸附器平行布置并交替地和/或顺序地运行吸附阶段和再生阶段。不过理论上，PSA单元还能够只由一个吸附器和另外的缓冲罐组成。PSA单元A有利地在1.3-12巴，优选3-8巴的吸附压力下，和/或0.05-0.9巴，优选0.1-0.6巴的解吸附压力下运行。
选择PSA单元A的所有参数使得所生成的氧气产物流5具有至少80％，优选至少90％的纯度。
PSA单元A所生成的氧气产物流通过管路段5和6输送至医院的氧气管路网。通过上述的分析单元GA，该氧气产物流还能够经过气体分析。
通过使用医用空气能够满足对医院所使用的氧气纯度的特定要求。
与通过PSA技术在医院中现场生成氧气的先前方案相比，现在通过医院中存在的真空系统进行真空再生。因此，PSA技术的相对高的吸附压力与VPSA技术的真空再生相结合。
PSA单元A中的残留气体侧通过管路段7和9与医院自身真空系统VS连接。真空系统VS通常具有多个真空泵和缓冲罐。
在解吸附阶段或再生阶段开始时，通过管路段7和8经由相应的废气管路排出解吸的气体优选至环境中，直到达到大气压力。在切换三通阀c后，PSA单元A能够经由管路段7和9通过真空系统VS再生至所需的低于大气压的再生压力。
在管路段9中，能够设置另外的控制阀d用于稳定经由真空系统VS脱去的残留气流，因此能够有效地避免医院的真空系统VS中不期望的压力激增。
有利地，基于解吸附压力自动地检测可得的真空性能。基于此，(自动)设定产物的最大移除。因此，在较高再生压力下移除较少产物或氧气，而在较低再生压力下移除较多氧气。
除了所提到的两个阀c和d之外，进料气体管路2和产物管路5还通常设置有阀a和b，所述阀用于调节输送至PSA单元的气体量2以及从PSA单元脱去的氧气量5。所有阀、PSA单元A、和任选存在的气体分析单元GA通过控制单元S控制，所述控制单元由虚线表示。
作为图中所示的并位于压缩机单元V下游的净化器单元R的替代，净化器单元R’能够设置在管路段3中。在该情形中，将PSA单元A设计成或者或选择其中所使用的吸附器使得经由管路2输送至PSA单元A的进料空气流的不想要的组分能够充分分离掉。
根据本发明的用于生成氧气的装置的其它实施方式(图中未示出)的特征在于输送至PSA单元A的空气通过不是用于生成医用空气单元所配备的单独的压缩机单元压缩。在该情形中，关于所需的能量消耗而言有利的是选择较低吸附压力，以及如果合适的话，再压缩从PSA单元A经由管路5脱离的氧气产物流。
此外，能够为该装置配备用于储存液态氧的储存罐(图中未示出)。例如在PSA单元是用于仅保证基本的氧需求而高峰需求由储存在储存罐的氧来满足时，该设计是有利的。
PSA单元A例如以3巴的吸附压力和0.45巴的解吸附压力运行；产物量是10Nm3/h，氧含量93％。通过真空再生的该过程具有比PSA过程更高的收益率，即对比于PSA过程的约40％，约70％。供应10Nm3/h的产物量仅需要62Nm3/h的空气量，所述空气量需要从医院自身的用于医用空气的网路中取出。在所选定的0.45巴的解吸附压力下用于真空再生所需的吸力约为60eff.m3/h。
根据本发明的产生氧气的装置和根据本发明的方法所需的投资限定为PSA单元以及用于与医院自身的用于医用空气的网路和真空系统VS相连的相应管路。其它的机器和装置对于根据本发明的装置和根据本发明的方法是不需要的。
已经发现在具有高吸附压力和真空再生的方法中，能够实现最佳操作而无需通过至少一些产物流冲洗来辅助再生。替代的，在压力平衡阶段和排废阶段后，在吸附器头部仍存在充足的氧气以实现充分的冲洗作用。冲洗循环的省略简化了PSA单元A产物侧上的管路布置并因此增加了其可靠性。相比于传统的PSA过程，还能够极大地缩减所需吸附器的尺寸。此外，PSA单元A所需的维护水平大大地低于单独的PSA或VPSA装置，因为维护仅限于实际的吸附器单元以及基本上一些转换阀。
作为根据本发明的方法的发展，建议在真空系统VS至少部分故障时，PSA单元A不通过真空系统VS进行再生，而是在稍高于大气压力的解吸附压力下，也即1.01-1.5巴，优选1.01-1.1巴下运行。
在真空系统VS故障时，PSA单元A单纯地作为PSA装置运行。然而在该操作模式中，能够生成的氧气量大大降低。
作为根据本发明的用于在设备中生成氧气的装置的发展，建议该装置设计成可移动的。单词“可移动的”这里应该理解为该装置是可运输的，例如能够在容器中或通过卡车运输。根据本发明的用于在设备中生成氧气的装置发展的这种实施方案是有利的，特别是在该装置旨在例如用于移动式(应急式)医院中时。在这一点上，根据本发明的装置还优选设计成其满足关于温度、空气湿度、沙地、以及通过陆运、空运、海运等运输的要求。
不管其中用于使用根据本发明的用于生成氧气的装置的设备是新建的或已经存在了一段时间，用于安装或组装根据本发明的装置的方法要求PSA单元和真空系统以使PSA单元的一个吸附器或多个吸附器能够通过真空系统再生的方式互相连接，和/或用于生成医用空气的单元与PSA单元以使至少所生成的医用空气的支流作为进料气体输送至PSA单元的方式连接。
根据本发明的用于在设备中生成氧气的装置现在可以降低现场生成氧气所需的投资成本。同时，用于氧气生成的消耗值和所需的维护工作与先前的方案相比能够得到极大的降低。
在家庭护理领域中，其中优选可与轮椅连接的移动式装置用于供应氧气，根据本发明的装置和根据本发明的用于操作所述生成氧气的装置的方法，与现有技术的装置相比，提供了相当多的优点。

Claims (8)

1.一种用于在医用设备中生成氧气的装置，所述装置具有至少一个用于生成医用空气的单元(V、R)、真空系统(VS)、以及用于生成氧气产物流的PSA单元(A)，其特征在于，所述PSA单元(A)和所述真空系统(VS)以使PSA单元(A)的一个吸附器或多个吸附器能够通过真空系统(VS)再生的方式互相连接，和所述用于生成医用空气的单元(V、R)与PSA单元(A)以使至少所生成的医用空气的支流(2)作为进料气体输送至PSA单元(A)的方式连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述设备具有至少一个用于气体分析的单元(GA)，其特征在于，所述用于气体分析的单元(GA)连接至PSA单元(A)的产物侧。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置配备有至少一个储存罐，所述储存罐特别用于液态氧的储存。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置设计成可移动的方式。
5.一种用于操作根据权利要求1-4之一所述装置的方法，其特征在于，PSA单元(A)在1.3-12巴的吸附压力下，和/或0.05-0.9巴的解吸附压力下运行。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述吸附压力为2-8巴。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述解吸附压力为0.1-0.6巴。
8.一种用于安装和/或组装根据权利要求1-4之一所述装置的方法，其特征在于，PSA单元(A)和真空系统(VS)以使PSA单元(A)的一个吸附器或多个吸附器能够通过真空系统(VS)再生的方式互相连接，和/或用于生成医用空气的单元(V、R)与PSA单元(A)以使至少所生成的医用空气的支流(2)作为进料气体输送至PSA单元(A)的方式连接。
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