CN103857448B - 氧浓缩器和液化器系统及其操作方法 - Google Patents

氧浓缩器和液化器系统及其操作方法 Download PDF

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Abstract

一种氧液化器系统可以被配置成对包括在其中的氧气管线进行解冻。该系统可包括一个或多个筛床、液氧储存器、氧气管线、控制器、加热装置和/或其它部件。一个或多个筛床被配置成从获取自周围环境的空气中提取氧气。液氧储存器被配置为储存在一个或多个筛床提取的已被液化的氧气。氧气管线被配置为提供一个或多个筛床和液氧储存器之间的流体连通。控制器被配置成基于液氧制造速率来检测氧气管线内的由冻结液体引起的堵塞。加热装置被配置为响应于检测到堵塞，对氧气管线进行解冻，以融化氧气管线中的冻结液体。

Description

氧浓缩器和液化器系统及其操作方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2011年3月14日提交的申请号为61/452206的美国临时申请的优先权益，在此通过参考将该美国临时申请的内容并入。
技术领域
本公开涉及对氧液化器的组件进行解冻，并且特别涉及对氧浓缩器和液化器系统中的氧气管线进行解冻，以便去除氧气管线内的由冻结液体(例如水)所引起的全部或者部分堵塞。
背景技术
对氧气和其它气体进行液化是所熟知的。可以通过简单的冷却在正常大气压下将许多气体变为液体状态；有些还需要加压，如二氧化碳。一些气体液化器通常依赖于待液化气体中的水分缺失。一些用来除去水分的标准技术包括使用膜、吸附、吸收、和/或低温蒸馏。
然而，直接来自用作氧浓缩器的标准变压吸附(PSA)系统的氧气可能仍含有痕量水分。一些情况下，例如，痕量水分可能具有约-60℃的露点。结果，在来自PSA系统的氧气的液化期间，冰可能会在气体管线内形成，从而限制或堵塞氧气流，和/或充当降低热交换效率的绝热体的作用。
发明内容
因此，一个或多个实施例的一方面提供一种用于操作氧浓缩器和液化器系统的方法。该方法包括使用一个或多个筛床从空气中提取氧气，该空气是从周围环境获取。该方法包括将在该一个或多个筛床处提取的氧气经由氧气管线传递到液氧储存器。在一个或多个筛床处提取的氧气在该一个或多个筛床与液氧储存器之间被液化。该方法包括对氧气管线进行解冻，以融化氧气管线中的冻结液体。
一个或多个实施例的又一方面提供了一种氧浓缩器和液化器系统，该系统被配置为对包括在其中的一个或多个氧气管线进行解冻。该系统包括一个或多个筛床、液氧储存器、氧气管线和加热装置。所述一个或多个筛床被配置成在从获取自周围环境的空气提取氧气。所述液氧储存器被配置为储存在一个或多个筛床提取的已被液化的氧气。氧气管线被配置为提供在一个或多个筛床与液氧储存器之间的流体连通。加热装置被配置成对氧气管线进行解冻，以融化氧气管线中的冻结液体。
一个或多个实施例的又一方面提供了一种氧浓缩器和液化器系统，该系统被配置为对包括在其中的氧气连通模块进行解冻。该系统包括提取模块、储存模块、氧气连通模块、和加热模块。该提取模块用于从获取自周围环境的空气提取氧气。储存模块是储存在提取模块提取的已被液化的氧气。氧气连通模块用于提供所述提取模块和所述储存模块之间的流体连通。所述加热装置是用于为氧气连通模块进行解冻，以融化氧气连通模块中的冻结液体。
在参考附图研究下面的说明书和所附权利要求之后，本发明的这些和其它目的、特征和特性，以及操作的方法和结构的相关元件的功能，以及部件的组合和制造的经济性将变得更清楚，所有附图构成了本说明书的一部分，其中在各个附图中相同的附图标记表示对应的部件。然而应该清楚地理解，附图只是为了说明和描述的目的，并非定义用作对本发明的限制。
附图说明
图1是示出根据一个或者多个实施例、被配置用于氧气浓缩和液化的系统的方框图；
图2示出了多导管管道部分的示例性实施例；以及
图3示出了根据一个或多个实施例的用于为耦接到氧浓缩器的氧液化器中的氧气管道进行解冻的方法。
具体实施方式
如本文所使用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。如本文所用的，两个或多个部分或部件是“耦接”的表述应当表示这些部件被直接或间接地(即，经由一个或多个中间部分或部件，只要形成链路)接合或在一起工作。如本文所用，“直接耦接”指两个元件直接相互接触。如本文所用，“固定地耦接”或“固定”指的是两个部件被耦接，使得如一个那样移动，同时相对于彼此保持恒定的取向。
如本文所用，词语“单个的”表示部件被创建为单个零件或单元。即，包括被单独创建并被耦接在一起作为单元的零件的部件不是“单个的”部件或主体。如本文采用的，两个或多个部分或部件彼此“啮合”的表述应当指这些部分直接或通过一个或多个中间部分或部件彼此施加力。如本文所采用的，词语“数量”是指一或者大于一的整数(即多个)。
本文使用的方向词语，例如但不限于，顶、底、左、右、上、下、前、后及其衍生词，涉及到附图中所示的元件的方位，并不构成对权利要求的限制，除非在其中明确说明。
图1是示出了根据一个或多个实施例的被配置用于氧气浓缩和液化的系统100的框图。如图1所描绘的，系统100包括用户接口102、控制器104、氧浓缩器106、氧液化器108、和/或其它部件。系统100的描述是说明性的，而不是限制性的。例如，系统100可以包括对于描述本技术来说是没有必要的附加部件。此外，尽管本技术是在氧气浓缩和液化系统的上下文中描述的，但是概念可以应用于其它类型的气体液化系统(例如，氮气液化系统)。
用户接口102被配置成提供系统100和用户之间的接口，用户可通过该接口将信息提供至系统100或从系统100接收信息。这使得数据、结果和/或指令以及任何其他可通信项目(统称为“信息”)能够在用户和系统10之间传递。如本文所用，词语“用户”可指单一个体或可以是协同工作的一组个体。适合于包含在用户接口102中的接口设备的例子包括小键盘、按钮、开关、键盘、旋钮、控制杆、显示屏、触摸屏、扬声器、麦克风、指示器灯、可听警报器和打印机。在一个实施例中，用户接口102实际包括多个单独的接口。
应当理解，其它的通信技术(有线或无线的)也被预期作为用户接口102。例如，用户接口102可以集成有由电子存储设备提供的可移动存储接口。在本实施例中，信息可从可移动存储设备(例如，智能卡、闪存驱动器、可移动盘等)装载到系统100，该可移动存储设备使用户能够定制系统100的实施方式。作为用户接口102适用于与系统100一起使用的其它示例性输入设备和技术包括但不限于RS-232端口、RF链路、IR链路、调制解调器(电话、电缆或其他)。简而言之，任何用于与系统100传送信息的技术被预期用于用户接口102。
控制器104被配置为在系统100中提供信息处理能力。控制器104可通信地耦接到系统100的一个或多个部件。控制器104可被配置成控制系统100的一个或多个部件的操作和/或它们之间的协作。这样，控制器104可以包括数字处理器、模拟处理器、被设计为处理信息的数字电路、被设计为处理信息的模拟电路、状态机和/或用于电子地处理信息的其它机构中的一个或多个。在一些实施例中，控制器104包括和/或被通信地耦接到电子存储介质，该电子存储介质被配置为存储可由控制器104执行的指令。虽然控制器104在图1中被示出为单一实体，但是这仅是为了说明的目的。在某些实施方式中，控制器104可包括多个处理单元。这些处理单元可以物理上位于同一设备或计算平台中，或控制器104可以代表协同工作的多个设备的处理功能。
氧浓缩器106被配置成从周围空气(大约78％氮气、21％氧气、0.93％氩气、0.038％二氧化碳和少量的其它气体)、来自气瓶的气体和/或任何其它气源生成具有升高的氧气含量的气体(例如，93％纯医学等级的氧气)。在图1所描述的实施例中，氧气浓缩器106包括气体压缩机110、阀112、一个或多个变压吸附(PSA)筛床114、水分去除级116、和/或其它部件。该氧气浓缩器106的描述是说明性的，而不是限制性的。例如，氧气浓缩器106可包括对于描述本技术来说不是必需的额外部件，这样的产品如卸压阀和过滤器。此外，尽管本技术是在变压吸附系统的上下文中描述的，但是概念可以被应用于其它类型的气体浓缩器，例如陶瓷和蒸馏类型的氧气生成系统。
压缩机110被配置为提供处于相对于大气压升高的压力下的气体。气体(例如空气)是通过气体压缩机110从气源(例如周围环境)获取。气体经由空气引入管线118被引入气体压缩机110。气体压缩机110通过主空气管线120提供加压气体。作为非限制性示例，气体压缩机110可以包括活塞式压缩机、旋转式螺杆压缩机、叶片式压缩机、离心式压缩机、和/或被配置为提供处于相对于大气压升高的压力下的气体的其它设备中的一个或多个。根据一些实施例，由气体压缩机110提供的加压气体相对于通过空气引入管线118得到的气体具有升高的温度，因为气体压缩机110执行了气体压缩。例如，由气体压缩机110提供的加压气体可具有约80℃-90℃的温度，这取决于通过空气引入管线118得到的气体的温度。
阀112被配置成在系统100的两个或多个部件之间全部或部分地重新引导所接收的气体。如图1所描绘的，阀112经由主空气管线120从气体压缩机110接收加压气体。在正常操作期间，即产生具有高氧气含量的气体期间，阀112引导加压气体经由至少一个筛床空气管线122到达PSA筛床114。当对系统100的一个或多个气体管线进行解冻时，阀112引导加压气体到达解冻装置空气管线124。作为非限制性示例，阀112可以通过液压、气动、手动、螺线管、电动机、和/或适用于控制阀112以重新引导气体的其它技术来控制。在一些实施例中，控制器104引导阀112以重新引导气体。这种重新引导可以响应于检测到包括在系统100中的气体管线的全部或者部分堵塞。
PSA筛床114被配置为从经由筛床空气管线122接收的处于压力下的气体混合物分离一种或多种气体种类。可以根据该一个或多个种类的分子特性和对吸附材料的亲和性来分离该一种或多种气体种类。吸附性材料(例如活性炭、硅胶、氧化铝、沸石和/或其它适当的材料)被用作分子筛以吸附在升高的压力下的一种或多种气体种类。用于PSA系统的吸附材料通常是因为它们的大的表面积而被选择的非常多孔的材料。在利用该一种或多种气体种类使吸附性材料完全或部分饱和之后，过程转变为低压以便从吸附材料释放或解吸该一种或多种种类。从气体混合物中分离的一种或多种的气体物质被经由氧气管线126输出。
为了说明的目的，可以使经由筛床空气管线122接收的加压空气穿过含有吸附床的PSA筛床，该吸附床比吸附氧气更强烈地吸附氮气。部分或所有的氮气将被吸附在PSA筛床中，而且从PSA筛床出来的气体将富集氧气。当筛床达到其吸附氮气的能力的极限时，它可通过降低压力从而释放所吸附的氮气而被再生。其然后准备好制造富氧的下一循环。使用两个PSA筛床允许目标气体的类持续性制造。这样的使用还允许所谓的压力均衡，其中离开第一PSA筛床的被减压的气体被用于部分地对第二PSA筛床进行加压。
根据一些实施例，水分去除级116被配置成从经由氧气管线126从PSA筛床114接收的气体中去除水分。在一些实施例中，为了成本效率和/或其它的目的，不执行对来自PSA筛床114的气体的进一步调理以去除水分。因此，在一些实施例中，去除水分级116从系统100中省去。水分去除级116可利用一个或多个技术以去除水分，包括膜、吸附、吸收、和/或其它适于从气体中去除水分的技术。
氧液化器108被配置为从气态氧生成液化氧。经由氧气管线126从氧浓缩器106接收气态氧。通过降低气态氧的温度(例如，至低温水平)和/或通过加压气态氧，可以从气态氧生成液化氧。在图1所描绘的实施例中，氧液化器108包括热交换器128、包含在环境隔离装置132中的液氧储存器130、制冷系统134、温度传感器136、流量传感器138、和/或其它部件。氧液化器108的描述是说明性的而不是限制性的。例如，氧液化器108可以包括对描述本技术来说没有必要的另外部件。另外，在这里公开的概念可以被应用于其它类型的气体液化器。
热交换器128被配置为将热量从一个介质传递到另一个。这样的热传递可用来液化由氧气管线126承载的气体，和/或熔化氧气管线126内的冻结液体(例如水)。根据一个或多个实施例，氧气管线126被定位于与解冻装置空气管线124、制冷剂管线140和/或配置成承载流体的一个或多个其它管线热接触。制冷剂管线140被配置为从氧气管线126汲取热量，并结合制冷系统134进一步详细描述制冷剂管线140。
解冻装置空气管线124被配置为将热量提供给氧气管线126。氧气管线126、解冻装置空气管线124和/或制冷剂管线140之间的热接触可以以若干种配置实现。例如，氧气管线126、解冻装置空气管线124和/或制冷剂管线140可以以共线配置接合在一起，例如通过焊接。作为另一示例，氧气管线126、解冻空气管线124和/或制冷剂管线140可以被组合作为单个部件，例如多导管管道，从而在其间提供热接触。多导管管道部分可包括氧气管线126、解冻装置空气管线124、制冷剂管线140和/或其它管线中的一个或多个，结合图2进一步详细描述多导管管道部分的示例性实施例。
根据一些实施例，解冻装置空气管线124和氧气管线126之间的热接触在热交换器128的整个长度上或热交换器128的一部分上延伸。在一些实施例中，解冻装置空气管线124和氧气管线126之间的热接触从接近沿着氧气管线126的一点处(在该点处，氧气管线126的温度被确定为小于氧气管线126内的氧气的露点)开始，并在沿氧气管线126的下游点处结束。
值得注意的是，在一些实施例中，热交换器128实施其它技术将热量传递到氧气管线126和传递来自氧气管线126的热量。在一些实施例中，例如，通过电加热线圈或棒将热量提供给氧气管线126。在一些实施例中，凝胶或其它流体在氧气管线126上流过，以提供热量给氧气管线126或从氧气管线126汲取热量。本文关于热交换器128提供的示例不是限制性的，因为其它方法和技术被预期到用于将热量传递到氧气管线126和传递来自氧气管线126的热量。
一旦氧气管线126内冻结的液体(例如水)已被熔化，所得到的液体可以被去除。在各种实施例中，液体(即水)可通过重力被排干，通过将气体吹过氧气管线126而被清除，被蒸发，和/或使用适于从氧气管线126排出液态水的其他技术而被去除。
液氧储存器130被配置为储存液化气体。在一些实施方案中，由氧浓缩器106制造并由氧液化器108液化的富氧气体被液氧储存器130储存。由液氧储存器130储存的液化气体可被回收并用于各种目的，例如用于医学应用。液氧储存器130可包括保温瓶或杜瓦、和/或适于储存在低温下的材料的其它容器。
环境隔离装置132被配置为对热交换器128、液氧储存器130和/或来自周围环境的其它部件进行热隔离。根据一些实施例，环境隔离装置132可包括被配置为容纳热交换器128、液氧储存器130和/或其它部件的真空或被部分排空的体积。
制冷系统134被配置为对制冷剂进行冷却，并使制冷剂循环穿过热交换器128，以便将热量从氧气管线126汲取出。执行将热量从氧气管线126的汲取，以液化由氧气管线126承载的气体。制冷系统134可以包括被配置为驱动制冷剂的循环的制冷压缩机(未描绘)。制冷系统134可以包括被配置为冷却或以其他方式处理上述制冷剂的各种其它部件(未描绘)，例如冷凝器线圈、风扇、热分离器、冷分离器、过滤器、干燥器和/或用于冷却或以其他方式处理制冷剂的其他部件中的一个或多个。被冷却的制冷剂可以从制冷系统134经由冷却剂管线140被传递到热交换器128，而失去效能的制冷剂可以从热交换器128经由制冷剂管线140返回到制冷系统134。
温度传感器136被配置为产生可用于确定温度的信号。在一些实施例中，温度传感器136结合控制器104一起使用以确定热交换器128中的特定点处的温度。温度传感器136可被用于确定，在沿氧气管线126的一些位置处的温度何时下降到由氧气管线126承载的气体的露点以下。这样的确定可以被控制器104利用作为基础来实现将系统100的工作状态从氧浓缩和液化变为氧气管线126的解冻，反之亦然。尽管在图1中被描绘为单个元件，温度传感器136可代表被定位在整个系统100中的一个或多个位置处的一个或多个温度传感器。作为非限制性示例，温度传感器136可包括热敏电阻器、温度计、和/或被配置为确定温度的其它设备。
流量传感器138被配置为产生可用于确定经过导管的流体的流速的信号。在一些实施例中，流量传感器138结合控制器104一起使用以确定通过氧气管线126的液化或气态氧气的流速。这样的确定可以通过监测氧气管线126内的压力而完成。流速可以由控制器104利用作为基础来实现将系统100的工作状态从氧浓缩和液化变为氧气管线126的解冻，反之亦然。根据一些实施例，由冻结水引起的氧气管线126的全部或者部分堵塞最终导致氧气管线126内压力增加，但最初它导致压力降低。这样的压力降低可用来触发控制器104改变系统100的工作状态。尽管在图1中被描绘为单个元件，流量传感器138可以表示被定位在整个系统100中的一个或多个位置的一个或多个流量传感器。作为非限制性示例，流量传感器138可包括压力传感器、旋转电位计、速度计、叶片计传感器、热丝传感器、冷丝传感器、卡门涡旋传感器、薄膜传感器、层流元件、和/或被配置为确定流体流速的其它装置。
根据一些实施例，持续一段预定长度的时间对氧气管线126进行解冻。在此时间段之后，氧液化器108可以继续液化由氧气管线126接收的氧气。在一些实施例中，在解冻和液化之间有暂停。在执行了解冻周期后，如果检测到堵塞时，系统100可以发起另一解冻周期。在一些实施例中，基于如结合温度传感器136确定的氧气管线126的温度(或热交换器128的其它部件)来终止解冻例程。
在一些实施例中(图1中未描绘)，阀112位于PSA筛床114和氧液化器108之间。在这样的实施例中，阀112被配置成完全或部分地重新引导由PSA筛床114输出的氧气到达解冻装置空气管线124。然后，被重新引导的由解冻装置空气管线124承载的氧气可用来将热量提供给热交换器128内的氧气管线126。根据一些实施例，加热器(未描绘)可以被包括在系统100中，以加热由解冻装置空气管线124承载的气体。
图2示出了多导管管道部分的示例性实施例。更具体地，被配置为承载两个或更多流体的多导管管道部分202、多导管管道部分204、多导管管道部分206、多导管管道部分208、和/或其它多导管管道部分可以被包括在热交换器128中(参见图1)，以便于解冻装置空气管线124、氧气管线126、制冷剂管线140和/或其它管线之间的热传递。多导管管道部分202、204、206和/或208的描述是说明性的，而不是限制性的。例如，尽管多导管管道部分202、204、206和/或208在图2中被描绘为具有两个导管，但是多导管管道部分202、204、206和/或208可以包括两个或多个导管。
多导管管道部分202示出了解冻装置空气管线124和氧气管线126被接合在一起以在其间形成热接触。这样的接合可以通过焊接和/或适于接合气体管线的其它技术来实现。多导管管道部分204示出了解冻装置空气管线124和氧气管线126形成为具有矩形轮廓的单个部件。多导管管道部分206示出了解冻装置空气管线124和氧气管线126形成为具有椭圆形轮廓的单个部件。多导管管道部分208示出了同轴结构，其中内部导管是解冻装置空气管线124或氧气管线126，而且外部管线是另外一个。
图3示出了根据一个或多个实施例的用于为耦接到氧浓缩器的氧液化器中的氧气管线进行解冻的方法300。以下介绍的方法300的操作是说明性的。在一些实施方式中，方法300可以利用没有描述的一个或多个附加操作来完成，和/或不利用所讨论的一个或多个操作来完成。另外，图3中示出的以及下面描述的方法300的操作的顺序不是限制性的。
在一些实施方式中，可以在一个或多个处理设备中和/或通过一个或多个处理设备(例如数字处理器、模拟处理器、被设计为处理信息的数字电路、被设计为处理信息的模拟电路、状态机和/或用于电子地处理信息的其它机构)。一个或多个处理设备可以包括响应于电子地存储在电子存储介质上的指令，执行和/或实施方法300的一些或全部操作的一个或多个设备。一个或多个处理设备可以包括被配置为通过硬件、固件和/或软件被特别设计为用于执行方法300的一个或多个操作的一个或多个设备。
在操作302，使用一个或多个筛床从空气中提取氧气，该空气是从周围环境获取的。根据一些实施例，氧浓缩器106和/或其中的部件执行操作302。
在操作304，在一个或多个筛床处提取的氧气经由氧气管线被传递到液氧储存器。在一些实施例中，氧气管线126可以便于将氧气从一个或多个筛床传输到液氧储存器。在所述一个或多个筛床处提取的氧气在一个或多个筛床和液氧储存器之间被液化。根据一些实施例，热交换器128对在一个或多个筛床处提取的氧气进行液化。
在操作306，基于液氧制造速率或气态氧气的流速，来检测氧气管线内的全部或者部分堵塞，其中全部或部分堵塞是由冻结水引起。根据各个实施例，控制器104与温度传感器136和/或流量传感器138相结合以执行操作306。
在操作308，响应于检测到氧气管线内的全部或者部分堵塞，阀被触发以将空气从压缩机发送(route)到与氧气管线热接触的空气管线，而不是发送到一个或多个筛床。根据一些实施例，阀112由控制器104触发，以将空气从气体压缩机110发送到解冻装置空气管线124，而不是PSA筛床114。
在操作310，使用由空气管线提供的热量，对氧气管线内进行解冻，以融化氧气管线内的冻结水。在一些实施例中，对氧气管线进行解冻包括经由解冻装置空气管线124承载来自气体压缩机110的空气，使得热量从解冻装置空气管线124被传递到氧气管线126，这是由于解冻装置空气管线124和氧气管线126之间的热接触引起的。
在权利要求中，括号之间的任何附图标记不应被解释为限制该权利要求。词语“包含”或“包括”并不排除除了权利要求中所列出的元件和步骤之外的元件或步骤的存在。在列举了几个模块的设备权利要求中，这些模块中的一些可以由一个和同一项的硬件来实施。元件之前所使用的词语“一个”或“一种”并不排除存在多个这样的元件。在任何列举了几个模块的设备权利要求中，这些模块中的一些可以由一个和同一项的硬件来实施。某些元件被记载在相互不同的从属权利要求中的事实并不表明不能使用这些元件的组合。
尽管为了说明的目的，基于目前认为是最实用和优选的实施例，详细地描述了本发明，但是应当理解，这些细节仅用于该目的，并且本发明并不局限于所公开的实施例，相反，本发明意在覆盖所附权利要求的精神和范围内的修改和等同布置。例如，应当理解的是，本发明预期，在可能的程度上，任何实施例的一个或多个特征可以与任何其它实施例的一个或多个特征结合。

Claims (15)

1.一种用于操作氧浓缩器和液化器系统(100)的方法，所述方法包括：
使用一个或多个筛床(114)从经由阀(112)获取自周围环境的空气中提取氧气；
将在所述一个或多个筛床处提取的氧气经由氧气管线(126)传递到液氧储存器(130)，在所述一个或多个筛床处提取的所述氧气在所述一个或多个筛床和所述液氧储存器之间被液化；以及
对所述氧气管线进行解冻，以融化所述氧气管线内的冻结液体，其中所述阀(112)被配置为将所述空气发送到空气管线(124)，以用于对所述氧气管线进行解冻。
2.如权利要求1所述的方法，还包括基于液氧制造速率或气态氧气的流速，来检测所述氧气管线内的全部或者部分堵塞，所述全部或者部分堵塞由冻结液体引起，其中，响应于检测到所述全部或者部分堵塞，来执行对所述氧气管线进行的解冻。
3.如权利要求1所述的方法，其中，对所述氧气管线进行解冻包括经由所述空气管线(124)承载来自压缩机的空气，所述空气管线与所述氧气管线进行热接触，使得热量从所述空气管线被传递到所述氧气管线，以对所述氧气管线进行解冻，从而融化所述氧气管线内的冻结液体。
4.如权利要求3所述的方法，还包括响应于检测到所述氧气管线内的全部或者部分堵塞，触发所述阀(112)以将空气从所述压缩机发送到所述空气管线，而不是发送到所述一个或多个筛床，所述全部或者部分堵塞由冻结液体引起。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述空气管线和所述氧气管线之间的所述热接触从所述氧气管线的温度小于所述氧气管线内的氧气的露点的沿着所述氧气管线的一点附近处开始，并在沿所述氧气管线的下游点处结束。
6.一种氧浓缩器和液化器系统(100)，被配置为对包括在其中的一个或多个氧气管线进行解冻，所述系统包括：
一个或多个筛床(114)，其被配置成从经由阀(112)获取自周围环境的空气中提取氧气；
液氧储存器(130)，其被配置为储存在所述一个或多个筛床处提取的已被液化的氧气；
氧气管线(126)，其被配置为提供所述一个或多个筛床与所述液氧储存器之间的流体连通；以及
加热装置(128)，其被配置为对所述氧气管线进行解冻，以融化所述氧气管线内的冻结液体，其中所述阀(112)被配置为将所述空气发送到空气管线(124)，以用于对所述氧气管线进行解冻。
7.如权利要求6所述的系统，还包括压缩机(110)，所述压缩机(110)被配置为将从周围环境获取的空气提供至所述一个或多个筛床，其中，所述加热装置包括所述空气管线(124)，所述空气管线(124)被配置为承载来自所述压缩机的空气，所述空气管线与所述氧气管线进行热接触，使得热量从所述空气管线被传递到所述氧气管线，以便对所述氧气管线进行解冻，从而融化所述氧气管线内的冻结液体。
8.如权利要求7所述的系统，还包括控制器(104)，所述控制器(104)被配置为基于液氧制造速率或气态氧气的流速，来检测所述氧气管线内的全部或者部分堵塞，所述全部或者部分堵塞由冻结液体引起。
9.如权利要求8所述的系统，还包括所述阀(112)，所述阀(112)被配置为响应于所述控制器检测到所述氧气管线内的所述全部或者部分堵塞，将空气从所述压缩机发送到所述空气管线，而不是发送到所述一个或多个筛床。
10.如权利要求7所述的系统，其中，所述空气管线和所述氧气管线之间的热接触从所述氧气管线的温度小于所述氧气管线内的氧气的露点的沿着所述氧气管线的一点附近处开始，并在沿所述氧气管线的下游点处结束。
11.一种氧浓缩器和液化器系统(100)，被配置成对包括在其中的氧气连通模块进行解冻，所述系统包括：
提取模块，其用于从经由空气发送模块获取自周围环境的空气中提取氧气；
储存模块，其用于储存在所述提取模块处提取的已被液化的氧气；
氧气连通模块，其用于提供所述提取模块和所述储存模块之间的流体连通；以及
加热模块，其用于对所述氧气连通模块进行解冻，以融化所述氧气连通模块内的冻结液体，其中所述空气发送模块被配置为将所述空气发送到空气连通模块，以用于对所述氧气连通模块进行解冻。
12.如权利要求11所述的系统，还包括压缩机模块，所述压缩机模块用于将从周围环境获取的空气提供到所述提取模块，其中，所述加热模块包括所述空气连通模块，所述空气连通模块用于承载来自所述压缩机模块的空气，所述空气连通模块与所述氧气连通模块进行热接触，使得热量从所述空气连通模块被传递到所述氧气连通模块，以便对所述氧气连通模块进行解冻，从而融化所述氧气连通模块内的冻结液体。
13.如权利要求12所述的系统，还包括控制器模块，所述控制器模块基于液氧制造速率或气态氧气的流速，来检测所述氧气连通模块内的全部或者部分堵塞，所述全部或者部分堵塞由冻结液体引起。
14.如权利要求13所述的系统，还包括所述空气发送模块，所述空气发送模块响应于所述控制器模块检测到所述氧气连通模块内的所述全部或者部分堵塞，将空气从所述压缩机模块发送到所述空气连通模块，而不是发送到所述提取模块。
15.如权利要求12所述的系统，其中，所述空气连通模块和所述氧气连通模块之间的热接触从所述氧气连通模块的温度小于所述氧气连通模块内的氧气的露点的沿着所述氧气连通模块的一点处附近开始，并在沿所述氧气连通模块的下游点处结束。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020254001A1 (en) * 2019-06-17 2020-12-24 E2S Power AG Energy storage device and method for storing energy

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4496376A (en) 1978-01-26 1985-01-29 Litton Systems, Inc. Variable area molecular sieve container having a thermal control system
US4831833A (en) * 1987-07-13 1989-05-23 Parker Hannifin Corporation Frost detection system for refrigeration apparatus
US5979440A (en) 1997-06-16 1999-11-09 Sequal Technologies, Inc. Methods and apparatus to generate liquid ambulatory oxygen from an oxygen concentrator
US6691702B2 (en) 2000-08-03 2004-02-17 Sequal Technologies, Inc. Portable oxygen concentration system and method of using the same
JP3945208B2 (ja) * 2001-10-09 2007-07-18 株式会社デンソー 熱交換用チューブ及び熱交換器
AU2003272218A1 (en) 2002-08-08 2004-02-25 Pacific Consolidated Industries, L.P. Nitrogen generator
DE10323137B4 (de) 2003-05-22 2008-04-30 DRäGER AEROSPACE GMBH Vorrichtung zur Anreicherung von Luft mit Sauerstoff in einem Flugzeug und einem Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung
JP4494049B2 (ja) * 2004-03-17 2010-06-30 株式会社ティラド 二重管型熱交換器の製造方法および、該方法による二重管型熱交換器
US8602745B2 (en) * 2004-08-26 2013-12-10 Pentair Water Pool And Spa, Inc. Anti-entrapment and anti-dead head function
US7165422B2 (en) 2004-11-08 2007-01-23 Mmr Technologies, Inc. Small-scale gas liquefier
FR2916145A1 (fr) * 2007-05-14 2008-11-21 Air Liquide Dispositif de fourniture d'oxygene domestique et ambulatoire
FR2946132B1 (fr) * 2009-06-02 2014-04-04 Valeo Systemes Thermiques Unite d'echange thermique et echangeur thermique correspondant, procede de realisation d'une unite d'echange thermique.

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