CN104302383B - 氧气分离器和产生氧气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氧气分离装置，包括：在第一侧的气体入口(29、31)，用于将包含氧气的气体流引导到所述氧气分离装置(12、14)中；在第二侧的气体出口(33、35)，用于引导富含氧气的气体流离开所述氧气分离装置(12、14)；具有氧气分离吸附剂(16、18)的至少一个氧气分离区域(20、22)，所述氧气分离吸附剂能够通过吸附所述包含氧气的气体中除氧气以外的至少一种组分而从包含氧气的气体中分离氧气且可以被污染物污染；以及具有去污材料(17、19)的去污区域(21、23)，所述去污材料用于将所述包含氧气的气体从至少一种污染物去污，其中所述氧气分离区域(20、22)和所述去污区域(21、23)是通过间隔件(76、78)而流体连接的，所述间隔件包括至少一个扩散抑制通道(80、82)，其中所述间隔件(76、78)的扩散抑制值rR为rR>1。这一氧气分离装置(12、14)允许提供针对维护的明显优势。本发明还涉及一种氧气分离器(10)和一种从包含氧气的气体产生氧气的方法。

Description

氧气分离器和产生氧气的方法
发明领域
本发明涉及氧气分离领域。更具体来说，本发明涉及用于呼吸应用的氧气分离，尤其是在家庭护理领域中。
背景技术
氧气治疗术是将氧气施用为一种治疗方式。其广泛地用于慢性病和急症患者护理中的各种用途，因为氧气对于细胞代谢是必不可少的，继而，组织氧合对于所有生理功能都是必不可少的。氧气治疗应当用来以下述方式使患者受益：增加氧气到肺部的供应，从而增加氧气到身体组织的可利用性，尤其是在患者正承受缺氧和/或低血氧症时。氧气治疗可以用于医院和家庭护理两者的应用中。氧气治疗的主要家庭护理应用是用于具有严重的慢性阻塞性肺疾病(COPD)的患者。
氧气可以用多种方式施用。优选的氧气施用方式是通过使用一种所谓的氧气按需产生方法。就此而论，所谓的氧气浓缩机或分离器等商用解决方案分别已是众所周知的。这些氧气浓缩机多数会将氧气与含有氧气的气体分离开，以便按需(即，恰好在使用之前)提供氧气。
本领域中已知的氧气浓缩机或氧气分离器的缺点分别是，继包含氧气的气体的预期被吸收组分(例如，氮气)之后，包含氧气的气体的非预期污染物(例如，水或二氧化碳)也分别被吸收至氧气分离装置或氧气分离材料，从而污染了所述氧气分离装置或氧气分离材料。氧气分离材料的此污染通常导致在变压过程之后需要额外的或多或少的措施，以便避免污染或再吸收污染物。
根据US 7,160,367已知一种能够使用吸收剂来执行气体分离步骤的气体分离装置，所述吸收剂是对污染物钝化(诸如由于大气湿度而钝化)敏感的。这种气体分离装置可以包括干燥剂区和水敏感吸收剂区，二者之间可以设置相应的隔离阀。
文献US 2011/232482 A1描述了一种用于使供给空气经受分馏以在变压吸收系统中自其恢复成品氧气部分的方法。根据此文献，将预处理的吸收剂的床放置于供给空气与氮气选择性吸收剂的床之间，其中可控制阀定位于所述预处理的吸收剂床与所述氮气选择性吸收剂床之间，以便允许对所述氮气选择性吸收剂床污染。
然而，仍然需要改善氧气分离装置的污染状态。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于氧气分离器的氧气分离装置和一种从包含氧气的气体中分离氧气的方法，其构建成本较低、易于执行和/或就维护来说是有利的。
此目的是通过一种氧气分离装置实现的。此目的还通过一种氧气分离器和一种从包含氧气的气体中分离氧气的方法实现。
一种氧气分离装置包括：在第一侧的气体入口，用于将包含氧气的气体流引导到所述氧气分离装置中；在第二侧的气体出口，用于引导富含氧气的气体流离开所述氧气分离装置；具有氧气分离吸附剂的至少一个氧气分离区域，所述氧气分离吸附剂能够通过吸附所述包含氧气的气体中除氧气以外的至少一种组分而从包含氧气的气体中分离氧气，且可以被污染物污染；以及具有去污材料的去污区域，所述去污材料用于使所述包含氧气的气体从至少一种污染物去污，其中所述氧气分离区域和所述去污区域是通过间隔件而流体连接的，所述间隔件包括至少一个扩散抑制通道，其中所述间隔件的扩散抑制值rR为rR>1。
术语“氧气分离装置”可以尤其是指氧气分离器的有效部分。例如，氧气分离装置可以包括氧气分离吸附剂，所述氧气分离吸附剂可以与包含氧气的气体交互作用，或者与包含氧气的气体中的限定组分交互作用，且因此可以借助与所述包含氧气的气体中除氧气以外的至少一种组分的交互作用而从包含氧气的气体中分离出氧气。因此，如此的氧气分离装置或其氧气分离吸附剂分别能够从包含氧气的气体中分离出氧气，尤其是通过吸附过程，例如吸收过程来分离。因此，所述氧气分离装置可以被设计为吸收剂床。其可以被示例性地形成为被装配和布置在外壳中的紧凑装置。
相应地，用在本文中的术语“氧气分离器”可以尤其是指能够从包含氧气的气体中分离氧气的装置。因此，借助氧气分离器，从包含氧气的气体着手，可以产生纯的或基本纯的氧气或者至少是富含氧气的气体。
此外，用在本文中的术语“氧气分离装置的第一侧”可以是指朝向一个方向引导的所述氧气分离装置的侧或部分，其中所述包含氧气的气体沿所述方向被引导到氧气分离装置，而用在本文中的术语“氧气分离装置的第二侧”可以是指朝向相反侧引导的所述氧气分离装置的侧或部分，即出现所产生的纯氧气或富含氧气的气体的一侧。
另外，用在本文中的术语“包含氧气的气体”可以是指至少部分地包含气态氧气或者由氧气组成的任何气体。因此，术语“富含氧气的气体”应具体是指与包含氧气的气体相比具有较高的氧气浓度、且在极端的情况下可为纯氧气的气体。
分离吸附剂可以被污染物污染的表达可以具体是指氧气分离吸附剂的污染或沾污过程，由于此过程而使得氧气分离装置朝向氧气的氧气分离能力和/或选择性降低。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)到氧气分离装置且可以因此污染所述氧气分离装置。其具体可以是并非包含氧气的气体的主要组分的物质。它可以仅任选地和/或仅以变化的量存在于所述包含氧气的气体中。可能存在于所述包含氧气的气体中的污染物的非限制性实例可以包括水、二氧化碳、胺、二氧化硫、氮氧化物和烃。
此外，氧气分离吸附剂可以被理解为下述材料，其从包含氧气的气体中吸附且因此吸引或吸收除氧气之外的至少一种物质、且比氧气吸附且因此吸引或吸收得较好的至少一种物质，且因此使得氧气至少以大的量通过。
根据本发明的氧气分离区域应当具体地分别是指空间有限的区域，或者下述区域，其中设置有氧气分离吸附剂且主要目的是从包含氧气的气体中分离氧气。
相应地，去污区域可以具体地分别是指空间有限区域或者下述区域，其主要目的是将所述包含氧气的气体从可能存在的污染物中去污。因此，去污材料位于所述去污区域中，且其因此是与至少一种污染物交互作用并吸附所述至少一种污染物且因此从所述包含氧气的气体中移除所述污染物的材料。所述去污材料可以与所述氧气分离吸附剂相同或不同。
间隔件还可以被理解为下述装置，其将氧气分离区域与去污区域彼此空间分离开，且在所述氧气分离区域和所述去污区域之间提供流体连接。
此外，扩散抑制通道可以被理解为下述引导件，其限制污染物、具体为气态污染物从去污区域到氧气分离区域的扩散速率。
此外，扩散抑制值rR可以被如下地定义。具体来说，扩散抑制因子或扩散抑制值分别是特征性的被污染长度Z和间隔件的特征性参数S的乘积(rR＝Z*S)，其中特征性的被污染长度Z被定义为Z＝(fW*Az)/Lz，其中fW是分离吸附剂扩散校正因子(0.654)，Az是氧气分离吸附剂的横截面积，且因此是氧气分离装置内部的填充有氧气分离吸附剂的横截面积(单位是cm2)，且Lz是扩散抑制通道的位置，且因此是其距离氧气分离装置的在其第一侧的气体入口的距离(单位是cm)。此外，间隔件的特征性参数S被定义为S＝Ld/(N*Ad)，其中Ad是间隔件中的一个导管的横截面积，Ld是在Ad穿过分离器的情况下扩散抑制通道的长度(单位是cm)，且N是间隔件的导管的数目。
类似于上文所述的氧气分离装置可以为氧气分离吸附剂提供明显减少的污染，尤其是在氧气分离器的关闭期间，且因此明显改善其维护性能。
所述氧气分离装置包括在第一侧的气体入口，用于将包含氧气的气体流引导到氧气分离装置中，且所述氧气分离装置具有在第二侧的氧气出口，用于将富含氧气的气体流引导离开所述氧气分离装置。
所述氧气分离装置还包括具有氧气分离吸附剂的至少一个氧气分离区域，所述氧气分离吸附剂能够通过吸附所述包含氧气的气体的除氧气之外的至少一种组分、或至少比氧气吸附得较好的至少一种组分，而从包含氧气的气体分离氧气。这一特征是根据变压吸收系统的大体设置的，根据变压吸收系统，分离吸附剂与所述包含氧气的气体中除氧气之外的至少一种组分、或比氧气吸附得较好的至少一种组分交互作用，且因此使氧气通过。这一特征允许至少暂时地固定所述包含氧气的气体中的一种或多种组分，导致氧气与所述包含氧气的气体中的其它组分分离。氧气分离吸附剂的非限制性实例包含沸石，例如钠或锂沸石。气体流，具体地讲进入到氧气分离装置中的包含氧气的气体流和离开氧气分离装置的富含氧气的气体流，可以因此通过提供压力调节装置而实现，所述压力调节装置在氧气分离装置的第一侧和第二侧之间形成压力差。
然而，由于氧气分离吸附剂可以被可能存在于包含氧气的气体中的污染物污染的事实，在大量污染物(例如水或二氧化碳)被氧气分离吸附剂吸附的情况下氧气分离能力可以降低。为了最小化或完全避免氧气分离能力或氧气选择性的这种降低，例如，氧气分离装置还包括具有去污材料、具体来讲去污吸附剂的去污区域，所述去污材料用于使所述包含氧气的气体从污染物去污。因此，通过提供去污材料，从所述包含氧气的气体流移除一种或多种污染物，以便避免污染物对氧气分离吸附剂的负面影响。因此，去污材料设置在去污区域中，其主要目的是移除污染物，从而不负面地影响氧气分离吸附剂的氧气分离性能。因此，可以优选地将去污区域设置在氧气分离区域上游。此外，去污区域可以被设置在包含氧气的气体的主要流路中。
尽管在正常工作模式下可以良好地避免氧气分离吸附剂的污染，但尤其是设置在便携式氧气分离器中的氧气分离装置可能就氧气分离器的关闭时间而言对污染非常敏感，这是由于(例如)其有限的氧气分离吸附剂量所致。
具体来说，相对于正常和活性工作模式，污染物可以在氧气分离步骤期间被去污材料吸附，且在再生步骤期间污染物将再次被移除。因此，氧气分离吸附剂将不再因吸收污染物而恶化。因此，被去污材料吸附的污染物(例如水)的量可能在低的环境温度下较高，且可以通过使用(例如)钠沸石而变得总体上非常高，例如高达30重量％。然而，如果氧气分离器被关闭且因此处于关闭模式，即并不从包含氧气的气体产生氧气，则不执行氧气分离过程，且具体来讲不执行冲洗过程。在关闭模式期间，污染物可以从去污区域移动到分离区域。本发明人已发现，这一步骤可以尤其是由于气相扩散而发生。这是由于下述事实，尤其是气态的污染物(例如水蒸气)可以根据去污材料的水等温线而存在于去污材料上方。因此，污染物将由于污染物的相应蒸气压力而扩散到氧气分离吸附剂，其中污染物将被吸附到氧气分离吸附剂。这一效应将随着温度升高而增强。结果，在构成平衡状态的规则工作模式期间并不发生恶化的氧气分离吸附剂将尤其是在关闭时间期间被沾污。因此，本发明人已发现，尤其是在氧气分离装置的关闭时间期间(其可以示例性地介于几小时的范围内)，污染可以增加并扩散到较大的量，因此由于长时间关闭会尤其使维护恶化。
为了最小化或完全避免这种效应，将氧气分离区域与去污区域通过间隔件而流体连接，所述间隔件包括至少一个扩散抑制通道，其中所述间隔件具有的扩散抑制值rR为rR>1。因此，流体连接应具体是指可以引导流体(例如具体是指气体)通过的连接，例如通过分别在扩散抑制通道或氧气分离装置的任一侧之间提供相应(部分)压力差来进行引导。
本发明人已惊奇地发现，通过提供包括至少一个扩散抑制通道的间隔件，其中所述间隔件具有的扩散抑制值rR为rR>1，这一措施可足以明显减少或完全避免由扩散所致的气体流。具体来讲，通过提供类似于上文所述的分离器，可以布置具有扩散抑制值rR的影响的各种参数，使得扩散被明显减少。因此，通过提供扩散抑制值rR为rR>1，具体为rR>10，示例性地为rR>100，可以选择下述参数，例如间隔件或扩散抑制通道的位置、相应吸附剂材料的横截面尺寸和扩散抑制通道的尺寸，使得所述参数可以用积极的方式彼此交互作用，导致协同性效应，进而导致污染物从去污区域到氧气分离区域的扩散明显减少。关于扩散抑制通道，少量通道、尤其是具有高的长度/半径纵横比的通道可以是优选的。基本上，为了最小化在氧气分离器的关闭期间的扩散，扩散抑制通道的长度与半径的比率应当优选地为大的。用在本文中的纵横比可以具体是指扩散抑制通道的长度l与其有效半径R(eff))的比率(l/R(eff)，其中有效半径可以被定义为R(eff)＝√(A/π)，其中A是横截面积。
在一个实施例中，包括至少一个扩散抑制通道的间隔件可以由多孔结构形成。例如，可以使用由塑料制成且可以用做过滤材料的多孔结构，且所述多孔结构可(例如)自Genpore公司购买。示例性地，所述间隔件可以由所谓的超高分子量聚乙烯(UHMW PE)形成，其可自Genpore公司购得，且其具有50微米的孔尺寸和空体积占40-50％的平均孔密度。然而，在满足上述限定要求的情况下，可以使用其它多孔结构。
根据本发明，可以明显减少、或优选地完全避免仅由于扩散导致的从去污区域到氧气分离区域的气体流。除此之外，由于在最好的情况下可以忽略由扩散抑制通道所致的压降这一事实，氧气分离器的正常工作性能不会或基本不会恶化。结果，根据本发明的氧气分离装置可以基本无限制地工作，因此明显改善污染性能且因此改善维护性能。
根据本发明，此外还由于仅须将具有至少一个扩散抑制通道的间隔件添加到氧气分离区域和去污区域之间这一事实而提供了非常节约成本的措施。类似于上文所述的氧气分离装置可以因此被容易地且节约成本地形成。装配有类似于上文所述的氧气分离装置的氧气分离器的控制因此并不复杂。
除此之外，由于氧气分离区域和去污区域以及间隔件可以被布置在一个装置中这一事实，根据本发明的氧气分离装置可以被设计成非常紧凑的设计。这一优势甚至可以通过下述措施来强化，所述措施是将至少一个扩散抑制通道优选地布置在紧凑的间隔件中，例如在具有盘状结构的间隔件中。此外，可以避免对复杂的管路和/或阀的需要。
类似于上文所述的氧气分离装置尤其有利于家庭医疗护理应用，且与本领域中已知的类似氧气分离装置相比提供基本改善的维护特性，且其还提供更低的杂质敏感度，尤其是在装备有这种氧气分离装置的氧气分离器的长时间关闭之后。因此，所述氧气分离装置确保改善的分离特性，即使在长时间关闭之后也如此。
另外，尤其是存在于便携式氧气浓缩机中的氧气分离装置对杂质是敏感的，这分别是因为其提供给氧气分离装置的空间有限，或者氧气分离材料的量有限。例如，对于便携式氧气浓缩机，氧气分离材料对杂质(例如水)的吸收可以在多种情况下快速导致(例如)氧气选择性降低。因此，根据本发明的布置尤其有利于便携式装置，或者包括小型氧气分离装置和/或有限量的氧气分离材料的装置。
根据实施例，所述去污材料包括诸多微粒，且一个扩散抑制通道的横截面积Ad具有尺寸Ab/2<Ad<Az/3，其中Ab对应于去污材料微粒的平均横截面积，且Az对应于去污材料的横截面积，并因此对应于氧气分离装置内部的填充横截面积，和/或其中所述氧气分离材料包括诸多微粒，且一个扩散抑制通道的横截面积Ad具有尺寸Ab/2<Ad<Az/3，其中Ab对应于氧气分离微粒的平均横截面积，且Az对应于氧气分离材料的横截面积，并因此对应于氧气分离装置内部的填充横截面积。
本发明人已发现，根据这一实施例，在气体流动经过氧气分离装置且因此经过间隔件时，可以提供尤其低的压降。因此，根据这一实施例，明显减少污染物从去污区域到氧气分离区域的扩散，且此外氧气分离装置在氧气分离过程期间的大体工作特性不会受到负面影响。这可以由于下述原因而实现，所述原因是压降被保持在有限尺寸内，因此即使在使用氧气分离装置的第一侧和第二侧之间的有限压力差时也能允许实现良好的工作特性。这允许以相对于压力差的有限要求且因此以低成本操作和形成氧气分离器。一般来讲，一个扩散抑制通道的横截面积可以被尽可能大地选择，以具有低的压降，且同时具有大的污染物扩散因子。
根据另一实施例，所述扩散抑制通道包括至少一个沿与间隔件主方向偏离的方向伸展的区段。根据此实施例，扩散抑制通道因此包括气体流路，所述气体流路并未相对于其气体入口及其气体出口笔直或严格笔直地布置，而是包括具有变化的方向的某种结构。例如，扩散抑制通道可以包括至少部分地沿相对于主方向成直角的方向伸展的流路。根据此实施例，扩散抑制通道的入口和出口之间的流路的长度、且因此从间隔件一侧到相反侧的长度可以被明显拉长，导致具体来讲气态污染物从去污区域到氧气分离区域的扩散明显减少。此外，包括这一扩散抑制通道的间隔件且因此相应的氧气分离器可以被形成为非常紧凑的尺寸，这可以是尤其有利于便携式装置的。因此，间隔件的主方向可以具体是指下述方向，其对应于从去污材料伸展到氧气分离吸附剂、且因此从间隔件的入口侧(第一侧)伸展到其出口侧(第二侧)的理论最短方向的方向，或者换句话说，对应于气体经过间隔件的(理论)主要流动方向。因此，所述主方向基本上对应于去污区域和氧气分离区域的笔直连接。
根据另一实施例，所述扩散抑制通道至少部分地包括弯曲结构和/或成角度结构。尤其是通过提供扩散抑制通道的一个或多个弯曲结构和/或一个或多个成角度结构，所述流路可以被明显拉长，尤其是在所述一个或多个弯曲结构和/或所述一个或多个成角度结构经过相对于扩散抑制通道的主方向呈直角伸展的平面的情况下。因此，弯曲的结构应当具体是指下述结构，其并非笔直或并非完全笔直、而是包括一个或多个弯曲区域，例如圆形或半圆形结构。因此，成角度的结构可以具体是指下述结构，其也并非笔直或并非完全笔直、而是包括具有在其之间形成角度的若干方向的区域。
根据另一实施例，所述弯曲结构和/或成角度结构被形成为螺旋结构，具体来讲是二维螺旋结构。螺旋结构允许明显地拉长流路，且因此以非常紧凑的尺寸拉长气体流路的长度。因此，螺旋结构是尤其适合的实施例，适用于形成长的流路，且因此适用于明显降低扩散强度。因此，二维螺旋结构应当具体是指在一个平面内伸展的螺旋结构，例如呈蜗牛壳的形式。这种结构可以被形成为严格弯曲的，类似于根据确切的蜗牛壳可知，或者所述结构可以是成角度的，例如在结构中设置了限定的笔直通道。因此，本领域的技术人员将显而易见，所述螺旋形结构的入口和/或出口尤其可以离开所述二维形状而并不脱离此实施例。
根据另一实施例，提供两个弯曲结构，每一个都在基本上垂直于间隔件主方向的平面内伸展且彼此流体连接，例如借助在间隔件主方向上伸展的连接部彼此流体连接，其中第一弯曲结构连接到所述氧气分离区域，且另一弯曲结构连接到所述去污区域，和/或其中提供两个成角度结构，每一个都在基本上垂直于间隔件主方向的平面内伸展且彼此流体连接，例如借助在间隔件主方向上伸展的连接部彼此流体连接，其中第一成角度结构连接到氧气分离区域，且另一成角度结构连接到去污区域。根据这一实施例，可以提供两个弯曲和/或成角度的结构，其中每一个都在基本上彼此平行延展的平面内延伸。根据此实施例，同样，可以实现流路长度的明显增加，导致尤其是减少污染物从去污区域扩散到氧气分离区域。这允许产生包括所述扩散抑制通道的相应扩散抑制装置的模块状结构，尤其是在所述装置被形成为扁平且(例如)盘状结构的情况下。根据这种情况，可以提供扩散抑制通道的长度和扩散特性的极大适应性。当然，相对于两个弯曲和/或成角度结构，还可能将如上文所述的弯曲结构与成角度结构布置在一起。然而，由于制造原因，两个或两个以上的弯曲或成角度结构可以是优选的。
根据另一实施例，将阀布置在扩散抑制通道中。根据此实施例，氧气分离区域和去污区域之间的流体连接可以通过阀(例如，止回阀)而被完全关闭，尤其是且优选地仅在关闭期间。因此，可以有效地避免气态污染物从去污区域扩散到氧气分离区域，由于此原因，在关闭期间可以安全地且完全地避免氧气分离吸附剂的污染。因此，所述阀可以仅在关闭期间被闭合，以避免污染物的扩散，但在正常工作模式期间可以被打开，使得包含氧气的气体经过氧气分离装置且具体是到氧气分离区域的期望气体流不会被负面影响。
就这一点来说，可以优选地设置至少两个扩散抑制通道，每一个都布置有一个止回阀，以反向平行的方式布置至少两个止回阀。根据这一实施例，从去污区域到氧气分离区域的连接(且反之亦然)仅在例如通过在氧气分离装置的第一侧和第二侧之间提供压力差而使气体流被迫经过氧气分离装置的情况下被打开。这可以在氧气分离装置处于正常工作模式的情况下实现，在此期间包含氧气的气体流动经过氧气分离装置自其第一侧到其第二侧，从而将氧气与包含氧气的气体分离，并提供纯的或基本上纯的氧气流或至少提供富含氧气的气体流。在氧气分离装置处于再生模式的情况下，气体被迫沿反向平行方向流动，且因此从第二侧到第一侧，以便从氧气分离吸附剂移除诸如氮气等组分，且还从去污区域中的去污材料移除污染物。在提供止回阀的情况下，装备有这一氧气分离装置的氧气分离器并不需要复杂的控制，这是因为所述阀仅通过在氧气分离装置的第一侧和第二侧之间提供相应的压力差而被相应地打开或闭合。除此之外，扩散抑制通道且因此氧气分离装置可以用成本节约的方式形成，即使在去污区域和氧气分离区域之间提供了安全且完全的密封时也如此。本领域的技术人员显而易见，在存在两个止回阀的情况下，这两个止回阀应当以反向平行的方式布置。在存在两个以上止回阀的情况下，至少两个止回阀必须以反向平行方式布置，可以根据相应的需要来布置另外的阀。
根据另一实施例，氧气分离区域包括氮吸附材料，和/或去污区域包括水吸附材料。
关于氮吸附材料，可以使用筛床以在引导包含氧气的气体流经过所述筛床时吸收氮气。因此，所述筛床可以包括能够吸附或吸收氮气但几乎或完全不与氧气交互作用的材料，以便使氧气通过并分别产生纯的或基本上纯的氧气流或富含氧气的气体流。所述筛床因此可以包括沸石材料，例如锂沸石，诸如可以用SXSDM的名字从CECA公司购买的筛分材料。尤其是通过使用筛床，污染物可以保留于去污区域，直到他们通过冲洗工艺而被移除为止。
关于分别包括水吸附材料或干燥剂的去污材料，水尤其是会(例如)与筛床形成一种平衡状态的污染物，且因此在处于稳定状态时本质上不会在正常工作模式期间使氧气分离装置的氧气分离特性恶化。然而，如果氧气分离装置例如被关闭并离开所述平衡状态的情形，则根据现有技术，水可以容易地移动到氧气分离吸附剂。因此，尤其是在污染物包括水的情况下，干燥剂的设置是有利的，且改善维护特性以及对氧气分离的选择性。除此之外，通过为去污材料使用筛床，尤其有效地移除或解吸所述污染物并将其固定于去污材料处。因此，尤其是通过使用筛床，根据此实施例的布置是尤其有利的。
关于干燥剂，基本上可以使用任何干燥剂。例如，可以使用五氧化二磷，例如可以用sicapent的名字从Merck公司购买的五氧化二磷。其它示例性干燥剂包括氧化铝、硅胶或活性炭。其优势为高的干燥能力以及有限的重量。关于干燥能力，其可以通过在给定条件(例如温度、负载等)下相应材料上方的分压或其在空气中的残余水含量来确定。此外，针对形成干燥剂层的干燥剂，可以使用相同的吸附剂，类似于针对氧气分离区域所述。
本发明还涉及一种氧气分离器，包括根据本发明的至少一个氧气分离装置，且因此类似于上文所述任选地具有上述特征中的一个或多个。所述氧气分离器还包括压力调节装置，用于在氧气分离装置的第一侧和第二侧之间形成压力差。
术语“压力调节装置”可以是指能够在氧气分离装置的第一侧和第二侧之间产生压力差的任何装置。例如，它可以是连接到氧气分离装置的第一侧的气体压缩装置，或者是连接到氧气分离装置的第二侧的真空泵。
因此，类似于上文所限定的氧气分离器包括至少一个氧气分离装置。因此，所述氧气分离器可以包括仅一个氧气分离装置，或者是一个以上的多个氧气分离装置。例如，所述氧气分离器可以包括两个氧气分离装置，且可以因此大体形成变压吸收系统(PSA系统)。
例如，这一氧气分离器允许针对维护行为的明显改善。具体来说，尤其是在氧气分离器的关闭时间之后，氧气分离装置的活性部分的污染特性可以明显地降低。
关于根据本发明的氧气分离器的其它技术特征以及优势，参见氧气分离装置的说明及附图。
根据实施例，提供一种用于加热所述氧气分离装置的加热装置。根据这一实施例，可以改善解吸步骤。以示例性的方式，如果氧气分离材料包括水作为污染物，则情况尤其如此。因此，可以优选地使加热装置仅分别作用于去污区域，或去污材料。加热量和因此所施加的温度和时间可以因此取决于所使用的氧气分离装置和将要被解吸的污染物。
根据另一实施例，提供两个氧气分离装置，其被平行布置且每一个都具有包括氧气分离吸附剂的至少一个氧气分离区域，所述氧气分离吸附剂能够通过吸附所述包含氧气的气体中除氧气之外的至少一种组分而从包含氧气的气体分离氧气，且可以被污染物污染，其中所述氧气分离装置每一个都还包括具有去污材料的去污区域，所述去污材料用于使所述包含氧气的气体从至少一种去污物去污，其中所述氧气分离区域和所述去污区域是通过至少一个间隔件而流体连接的，所述间隔件包括至少一个扩散抑制通道，其中所述间隔件具有的扩散抑制值rR为rR>1。根据这种情况，可以提供两个氧气分离装置，每一个都类似于上文和下文所述来布置。根据此实施例，氧气分离器可以被设计成(例如)变压吸收系统(PSA)或真空变压吸收系统(VSA)。尤其是通过考虑这些吸收系统，本专利申请是有利的。具体来说，在一个分离装置处于规则工作模式的情况下，另一个氧气分离装置可以处于冲洗模式。然而，在冲洗程序与一个氧气分离装置可以正常工作的时间相比较短、且因此在第一氧气分离装置需要冲洗步骤之前的情况下，所述另一氧气分离装置可以是处于关闭模式的。在所述关闭模式期间，例如，污染物可以扩散到氧气分离区域，这可以根据本发明来避免，因此可以实现维护特性的明显改善。
关于所述氧气分离器的其它优势和技术特征，参见对产生氧气的方法的描述、附图和附图说明。
根据本发明，本发明还涉及一种通过分别使用氧气分离装置或氧气分离器来从包含氧气的气体分离氧气的方法，所述方法包括下述步骤：执行第一氧气产生周期，所述第一周期包括下述步骤，即将包含氧气的气体引导到氧气分离装置的第一侧的步骤以及通过在氧气分离装置的第一侧和第二侧之间形成压力差来产生经过输送氧气分离装置的氧气流的步骤，其中所述去污区域被污染物污染；以及执行第二氧气产生周期，所述第二周期包括下述步骤，即将包含氧气的气体引导到氧气分离装置的第一侧的步骤以及通过在氧气分离装置的第一侧和第二侧之间形成压力差来产生经过所述氧气分离装置的氧气流的步骤，其中所述去污区域(21、23)被污染物污染，其中所述氧气分离装置在所述第一周期和第二周期之间被转至关闭模式，其中通过间隔件至少部分地阻碍所述污染物从去污区域扩散到分离区域，所述间隔件流体连接所述氧气分离区域与所述去污区域且包括至少一个扩散抑制通道，其中所述间隔件具有的扩散抑制值rR为rR>1。
类似于上文所述的方法提供一种按需产生氧气的方法，其允许明显改善所使用的氧气分离装置的污染特性。结果，可以实现明显改善的维护特性。
关于所述产生氧气的方法的其它优势和技术特征，参见对氧气分离器的描述、附图和附图说明。
附图说明
根据下文所述的实施例将显而易见本发明的这些和其它方面，并将结合所述实施例来说明这些和其它方面。
在下图中：
图1示出了包括根据本发明的氧气分离装置的布置的一个实施例的示意图；
图2示出了根据本发明的氧气分离装置的实施例的示意图；
图3示出了根据本发明的氧气分离装置的另一实施例的示意图；
图4示出了根据本发明的氧气分离装置的另一实施例的示意图；
图5以剖视图示出了适用于根据本发明的氧气分离装置的间隔件的一个实施例的示意图；
图6示出了根据图5的间隔件的子结构的示意图；并且
图7示出了根据图5的间隔件的另一子结构的示意图。
具体实施方式
在图1中，示意性地示出了用于产生氧气的氧气分离器10。氧气分离器10可以用于相对于治疗应用而产生氧气，例如在COPD治疗领域中。氧气分离器10可以被设计为静态布置，例如用于在医院中使用所述氧气分离器，或者其可以是便携式装置，例如用于在家庭护理应用领域中使用所述氧气分离器。然而，氧气分离器10还可以被用于必须提供纯的或基本上纯的氧气的任何应用，例如在飞机中或出于焊接的目的。这种氧气浓缩机或氧气分离器分别可以是基于氧气浓缩机的，例如称为EverGo且可以从Philips Respironics购买的氧气浓缩机。
氧气分离器10包括至少一个氧气分离装置12，其能够从包含氧气的气体分离氧气。然而，优选地使氧气分离器10包括被平行布置的至少两个氧气分离装置12、14。在下文中，关于两个氧气分离装置12、14来描述本发明。然而，本领域技术人员将显而易见，可以通过使用仅一个氧气分离装置12或两个以上的氧气分离装置12、14来相应地提供每一个特征。每一个氧气分离装置12、14可以被形成为筛床，且可以装备有氧气分离吸附剂16、18，所述氧气分离吸附剂可以被污染物(例如水或二氧化碳)污染且设置于氧气分离区域20、22中。氧气分离吸附剂16、18具体被配置用于使氧气通过而不明显阻碍其流动，但用于分别与存在于包含氧气的气体中的其它组分交互作用或吸收所述组分。在使用空气作为包含氧气的气体的情况下，因此优选地将氧气分离材料16、18配置用于吸收氮气。适合的氧气分离材料16、18可以包括沸石材料，例如锂沸石材料。然而，可能使用本领域中已知的每一种适合的氧气分离材料16、18，例如用于在变压吸收过程或真空变压吸收过程等变压过程中使用。
此外，氧气分离装置12、14包括具有用于从包含氧气的气体流中移除污染物的去污材料17、19的去污区域21、23。在一个实施例中，去污材料17、19可以与氧气分离材料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，其相对于所选定的污染物具有亲和性。在非限制性实例中，去污材料17、19可以是干燥剂。
氧气分离区域20、22和去污区域21、23每一个都可以被相应的过滤器13、15封闭，从而确保大部分固态吸附剂16、18和17、19处于适当位置，且避免相应的吸附剂16、18和17、19的损失。例如，过滤器13、15可以被设计为具有多个孔洞的多孔板，所述孔洞具有允许气体通过但不能使所使用的吸附剂16、18和17、19透过的直径。
氧气分离区域20、22和去污区域21、23还通过至少一个间隔件76、78而流体连接，所述间隔件包括至少一个扩散抑制通道80、82，所述扩散抑制通道80、82将参照图2至6来详细说明。此外，间隔件76、78位于氧气分离区域20、22和去污区域21、23之间的扩散抑制区域25、27中。然而，一般来讲，扩散抑制通道80、82并且通常还有间隔件76、78适于减少污染物从去污区域21、23到氧气分离区域20、22的扩散，因为间隔件76、78具有的扩散抑制值rR为rR>1。
入口引导件24被设置用于将包含氧气的气体流引导到氧气分离装置12的在第一侧处的气体入口29。相应地，入口引导件26被设置用于将包含氧气的气体流相应地引导到氧气分离装置14的在其第一侧处的气体入口31。此外，用于分别将富含氧气的气体或纯氧气引导离开氧气分离装置12、14的出口引导件28、30连接到相应氧气分离装置12、14的气体出口33、35。
氧气分离装置12、14的入口引导件24、26连接到氧气分离器的入口32。包含氧气的气体源可以连接到入口32，例如气体存储装置或环绕氧气分离器10的空气。另外，可以提供压力调节装置，用于在氧气分离装置12、14的第一侧和第二侧之间形成压力差。根据图1，提供压缩机34用于压缩包含氧气的气体并迫使其穿过入口引导件36、38，所述入口引导件36、38可以是氧气分离装置12、14的入口引导件24、26的一部分或连接至入口引导件24、26。在压缩机34下游或上游，可以提供入口过滤器40，以便提供包含氧气的气体的第一清洁步骤。具体来讲，尤其是可以从所述包含氧气的气体滤出固态微粒。
为了允许将包含氧气的气体间歇地引导穿过氧气分离装置12、14，可以在入口引导件36、38中提供入口阀42、44。根据本发明的阀应当是可以允许气体流、抑制气体流和/或调节气体流的量的任何装置。因此，通过闭合阀44且通过打开阀42，包含氧气的气体可以被引导穿过第一氧气分离装置12，而通过打开阀44和通过闭合阀42，包含氧气的气体可以被引导穿过第二氧气分离装置14。对应地，诸如止回阀的阀46可以被设置在出口引导件28中，且诸如止回阀的阀48可以被设置在出口引导件30中。通过引导包含氧气的气体穿过第一氧气分离装置12，阀46可以被打开，而阀48可以被闭合。相应地，通过引导包含氧气的气体穿过第二氧气分离装置14，阀48可以被打开，而阀46可以被闭合。
在阀46、48下游，出口引导件28、30相应地连接到氧气聚合器50或气罐，以便存储所产生的氧气。氧气聚合器50可以连接到出口管线52，所述出口管线中可以设置有气流控制器54，以便控制纯氧气流。除此之外，可以在出口管线52中设置纯度传感器56，以便监视所产生氧气的纯度。此外，在将所产生的氧气引导到出口55之前，可以将另一过滤器58设置于出口管线52中。所产生的富含氧气的气体可以从出口55被引导到期望的应用，例如引导到患者。
第一氧气分离装置12的出口引导件28和第二氧气分离装置14的出口引导件30可以通过在阀46、48上游的交叉引导件60连接，所述交叉引导件中可以设置气流调节器62(例如孔口)或气流控制器。这允许出于冲洗目的而引导所产生的氧气的限定部分(例如，在氧气分离装置12、14中所产生的)往回穿过另一氧气分离装置14、12，或者反之亦然，并因此用于使氧气分离装置12、14再生。就这一点来说，冲洗管线64、66设置于氧气分离装置12、14的第一侧处，每一个都包括阀68、70。如果出于再生目的而引导氧气穿过氧气分离装置12、14自其第二侧至其第一侧，则气体流出可以被选择性地引导穿过冲洗管线64、66且穿过排气口72。
此外，可以提供用于加热氧气分离装置12、14的加热装置74。加热装置74可以作用在整个氧气分离装置12、14上，或者可以仅加热特定区域，例如出于再生目的而加热去污区域21、23。一般来讲，可以使用本领域中已知的每一种加热装置74。例如，可以提供加热线圈。
在图2至6中示出了氧气分离装置12、14且具体是包括扩散抑制通道80、82的间隔件76、78的实施例的详细视图。
根据图2，氧气分离装置12、14包括具有去污材料17、19的去污区域21、23和具有氧气分离吸附剂16、18的氧气分离区域20、22。设置于具有去污材料17、19的去污区域21、23与具有氧气分离吸附剂16、18的氧气分离区域20、22之间的是扩散抑制区域25、27，所述扩散抑制区域中形成了间隔件76、78。间隔件76、78包括至少一个扩散抑制通道80、82，用于将具有去污材料17、19的去污区域21、23与具有氧气分离吸附剂16、18的氧气分离区域20、22流体连接。间隔件76、78具有的扩散抑制值rR为rR>1，以便减少或完全避免具体是气态的污染物从去污材料17、19扩散到氧气分离吸附剂16、18。
因此，间隔件76、78可以被并入到氧气分离装置12、14内部。其可以具体地具有与去污区域21、23和氧气分离区域20、22相比相同的环境。例如，其可以包括管状或圆形结构。其可以被设计为尽可能地短，以便尽可能多地减小构造的侧面，使得最小化氧气分离装置12、14的尺寸增加。
此外，示出了过滤器13、15，其将去污材料17、19和氧气分离吸附剂16、18固持于适合位置。可以分别在邻近扩散抑制区域25、27定位的过滤器13、15和扩散抑制通道80、82或间隔件76、78之间设置相应的气体容腔84、86。此气体容腔84、86用于收集来自去污材料17、19或氧气分离吸附剂16、18的气体流，以便将其引导穿过扩散抑制通道80、82，或者用于将气体流从扩散抑制通道80、82分别分散到去污材料17、19或氧气分离吸附剂16、18中。气体容腔84、86可以是去污区域21、23、氧气分离区域20、22和/或扩散抑制区域25、27的一部分。另外，示出了扩散抑制通道80、82的入口81、83和出口85、87。然而，本领域的技术人员将显而易见，标记入口和出口仅是指气体流的一个流动方向，其中所示出的标记是指从氧气分离装置12、14的第一侧到第二侧的气体流。在提供从氧气分离装置12、14的第二侧流动到第一侧的气体流时，标记为入口的位置当然起到出口的作用，且反之亦然。
以示例性的方式，扩散抑制值rR可以被计算如下。
首先，可以计算特征性的被污染长度，或者换句话说，去污材料相依因子Z。扩散抑制通道80、82的典型位置、且因此其距离氧气分离装置12、14的在其第一侧处的气体入口29、31的距离Lz是：Lz＝3cm。除此之外，去污材料17、19的典型直径，且因此氧气分离装置(例如沸石床)内部的典型直径(例如，在其具有圆形形状的情况下)是dz＝5.4cm。因此，横截面积Az可以被计算为Az＝(π/4)dz 2＝22.9cm2。因此，通过使用扩散校正因子0.654，去污材料相依因子Z(其中Z＝(fW*Az)/Lz)为：4.989cm。
其次，可以计算分离器相依因子S。例如，在具有两个扩散抑制通道(N＝2)的情况下，每一个都具有的长度Ld为3.175mm，横截面积Ad为4.383mm2(其中直径为1.181mm，且因此(π/4)dz 2＝22.9cm2)，间隔件相依参数为S＝Ld/(N*Ad)可以因此被计算为3.622*1/cm。
本领域技术人员将显而易见，上述计算尤其适合于圆柱形氧气分离装置，其具有圆柱形去污区域以及圆柱形氧气分离区域。然而，在不是严格的圆柱形形式的情况下，可能通过计算所有平均直径或横截面积(例如)以获得相应的横截面积。
作为rR＝Z*S的扩散抑制值rR可以因此被计算为18.071，其满足根据本发明的需要。考虑到rR＝1对应于一半的扩散，显而易见，可以实现明显的扩散速率降低。相应地，污染扩散速率的抑制因子fred为fred＝1+rR，其可以被计算为19.071。
关于另一实例，且具有相同的去污区域21、23但不同的间隔件76、78，扩散抑制值rR可以被计算如下。此实例是指，间隔件76、78具有5个扩散抑制通道80、82(N＝5)，每个扩散抑制通道具有的长度Ld为3.175mm且横截面积为7.548mm2，所述间隔件相依参数S＝Ld/(N*Ad)可以因此被计算为0.841*1/cm。相应地，扩散抑制值rR为rR＝Z*S，其可以因此被计算为4.197，仍然是明显减少的扩散抑制。相应地，污染扩散速率的抑制因子fred为fred＝1+rR，其可以被计算为5.197。
在图3中，示意性地示出了适用于根据本发明的氧气浓缩机10的氧气分离装置12、14的另一实施例。关于根据图3的实施例，与图2相比，相同编号限定相同或对应的特征。根据图3，将阀布置在扩散抑制通道80、82中。具体来讲，根据图3，设置两个扩散抑制通道，每一个中都布置有止回阀，所述止回阀是以反向平行方式布置的。
在图4中，示出了氧气分离器10的另一实施例。关于根据图4的实施例，与图2和图3相比，相同编号限定相同或对应的特征。在图4中，示出了扩散抑制通道80、82包括至少一个下述区段，所述区段至少部分地沿偏离间隔件76、78主方向的方向伸展。图4示出了扩散抑制通道80、82的长度明显增加，导致存在于去污区域21、23中的污染物到达氧气分离区域20、22的扩散速率明显降低。此外，可以看出扩散抑制通道自其入口81、83至其出口85、87的成角度结构。另外，容腔84、86可以被形成为圆形结构，如根据以下附图将显而易见。
在图5至7中，根据图4的实施例被更详细地示出，其中图6和7示出了间隔件76、78的相应子结构。如同根据图5至7可以看出，间隔件76、78可以因此通过装配相应的子结构而形成。
在图5中，以剖视图示出了间隔件76、78。可以看出，间隔件76、78具有圆形形式，且还被成形为盘状的。其可以被形成为一个整体，或者其可以包括一个以上的部分，例如形成为两个扁平盘状装置的两个部分92、94。相应的流路，例如扩散抑制通道80、82，可以通过在所述部分94、92中的一个部分的一侧内的凹槽形成，在将所述两个部分92、94彼此紧靠放置时所述凹槽会形成导管。因此，部分92、94可以被对称地形成，使得可以仅针对两个部分94、92使用相同的装置，因为部分92、94被彼此紧靠放置并旋转成对齐所述凹槽。作为另外一种选择，一个部分92、94可以包括凹槽，而另一个部分92、94形成所形成的导管的壁。在将气体流动结构设置于相应部分92、94的每一侧上的情况下，可以提供相应的封闭结构以便闭合所述导管。为了连接设置于不同侧上的扩散抑制通道80、82，可以提供连接部96，其连接了两个或更多个弯曲结构。通过相对于彼此旋转所述两个盘片，扩散抑制通道80、82的所得长度可以是变化的。
由于期望的是分别在整个去污材料17、19和整个氧气分离吸附剂16、18上收集和分散气体流，因此容腔84、86可设计为设置于盘状结构的顶表面和底表面中且优选地在扩散抑制通道80、82的相反侧上的圆形通道。它们可以是扩散抑制通道80、82的一部分。当将过滤器13、15邻近容腔84、86的表面放置时，相应的容腔84、86或通道分别形成流路，用于分配和/或收集经过整个去污材料17、19和氧气分离材料16、18的气体流。然后，气体可以流动经过连接部96，以便将气体流引导到扩散抑制通道80、82中和/或引导气体流离开扩散抑制通道80、82。
关于此实例，且具有相对于图2讨论的相同的去污区域21、23但不同的间隔件76、78，扩散抑制值rR可以被计算如下。此实例是指，间隔件76、78具有1个扩散抑制通道80、82(N＝1)，每个扩散抑制通道具有的长度Ld为90mm且横截面积为12mm2，所述间隔件相依参数S＝Ld/(N*Ad)可以因此被计算为75*1/cm。相应地，扩散抑制值rR为rR＝Z*S，其可以因此被计算为374.165。可以看出，根据此实施例，实现了扩散的大量减少。相应地，污染扩散速率的抑制因子fred为fred＝1+rR，其可以被计算为375.165。
一种通过使用氧气分离器10来从包含氧气的气体分离氧气的方法因此包括下述步骤：执行第一氧气产生周期，所述第一周期包括下述步骤，即将包含氧气的气体引导到氧气分离装置12、14的第一侧以及通过在氧气分离装置12、14的第一侧和第二侧之间形成压力差来产生经过氧气分离装置12、14的氧气流；以及执行第二氧气产生周期，所述第二周期包括下述步骤，即将包含氧气的气体引导到氧气分离装置12、14的第一侧，并通过在氧气分离装置12、14的第一侧和第二侧之间形成压力差而产生经过所述氧气分离装置12、14的氧气流，其中所述氧气分离装置12、14在所述第一周期和第二周期之间被转至关闭模式，其中通过间隔件至少部分地阻碍所述污染物从去污区域21、23扩散到分离区域20、22，所述间隔件流体连接所述氧气分离区域和所述去污区域且包括至少一个扩散抑制通道，其中所述间隔件具有的扩散抑制值rR为rR>1。
尽管已在附图和前述说明中详细示出和描述了本发明，但此类图示和说明应当视为例示性或示例性而非约束性的；本发明并不限于所公开的实施例。根据对附图、公开内容和随附权利要求的研究，本领域的技术人员在实践所主张的本发明时可理解和实施所公开实施例的其它变化形式。在权利要求书中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，而不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中描述某些措施并不表明这些措施不能够有利地结合起来使用。在权利要求书中的任何元件符号不应视为限制其范围。

Claims (14)

1.一种氧气分离装置，包括：
在第一侧的气体入口(29、31)和在第二侧的气体出口(33、35)，所述气体入口用于将包含氧气的气体流引导到所述氧气分离装置(12、14)中，所述气体出口用于引导富含氧气的气体流离开所述氧气分离装置(12、14)；
具有氧气分离吸附剂(16、18)的至少一个氧气分离区域(20、22)，所述氧气分离吸附剂能够通过吸附所述包含氧气的气体中除氧气以外的至少一种组分而从包含氧气的气体中分离氧气且能够被污染物污染；以及
具有去污材料(17、19)的去污区域(21、23)，所述去污材料用于使所述包含氧气的气体从至少一种污染物去污，其中
所述氧气分离区域(20、22)和所述去污区域(21、23)通过间隔件(76、78)流体连接，所述间隔件包括至少一个扩散抑制通道(80、82)，其中所述间隔件(76、78)具有的扩散抑制值rR为rR>1，其中，扩散抑制值rR＝Z*S，Z是特征性的被污染长度，S是间隔件的特征性参数，特征性的被污染长度Z被定义为Z＝(fW*Az)/Lz，其中fW是分离吸附剂扩散校正因子，所述分离吸附剂扩散校正因子的值为0.654，Az是单位为cm2的氧气分离吸附剂的横截面积，且Lz是扩散抑制通道到氧气分离装置的在其第一侧的气体入口的距离，Lz的单位是cm，所述间隔件的特征性参数S被定义为S＝Ld/(N*Ad)，其中Ad是间隔件中的所述至少一个扩散抑制通道中的一个扩散抑制通道的平均横截面积，Ad的单位是cm2，Ld是在Ad穿过分离器的情况下所述至少一个扩散抑制通道的平均长度，Ld的单位是cm，且N是间隔件的扩散抑制通道的数目。
2.根据权利要求1所述的氧气分离装置，其特征在于，所述间隔件具有的扩散抑制值rR为rR>100。
3.根据权利要求1所述的氧气分离装置，其特征在于，所述去污材料(17、19)包括微粒，且一个扩散抑制通道(80、82)的横截面积Ad具有的尺寸为Ab/2<Ad<Az/3，和/或其中所述氧气分离材料(16、18)包括微粒，且一个扩散抑制通道(80、82)的所述横截面积Ad具有的尺寸为Ab/2<Ad<Az/3，其中Ab对应于所述氧气分离材料的微粒的平均横截面积，且Az对应于所述氧气分离材料的所述横截面积。
4.根据权利要求1所述的氧气分离装置，其特征在于，所述扩散抑制通道(80、82)包括沿偏离所述间隔件(76、78)主方向的方向伸展的至少一个区段。
5.根据权利要求4所述的氧气分离装置，其特征在于，所述扩散抑制通道(80、82)至少部分地包括弯曲结构和/或成角度结构。
6.根据权利要求5所述的氧气分离装置，其特征在于，所述弯曲结构和/或所述成角度结构被形成为螺旋结构。
7.根据权利要求5所述的氧气分离装置，其特征在于，设置两个弯曲结构，每一个弯曲结构都在基本上垂直于所述间隔件(76、78)的所述主方向的平面中伸展且彼此流体连接，其中第一弯曲结构连接到所述氧气分离区域(20、22)，且另一弯曲结构连接到所述去污区域(21、23)，和/或其中设置两个成角度结构，每一个成角度结构都在基本上垂直于所述间隔件(76、78)的所述主方向的平面中伸展且彼此流体连接，其中第一成角度结构连接到所述氧气分离区域(20、22)，且另一成角度结构连接到所述去污区域(21、23)。
8.根据权利要求1所述的氧气分离装置，其特征在于，在所述扩散抑制通道(80、82)中布置阀。
9.根据权利要求8所述的氧气分离装置，其特征在于，设置至少两个扩散抑制通道(80、82)，每一个扩散抑制通道中都布置有止回阀(88、90)，至少两个止回阀(88、90)是以反向平行方式布置的。
10.根据权利要求1所述的氧气分离装置，其特征在于，所述氧气分离区域(20、22)包括氮吸附材料，和/或其中所述去污区域(21、23)包括水吸附材料。
11.一种氧气分离器，包括：
根据权利要求1所述的至少一个氧气分离装置(12、14)，所述氧气分离器还包括
压力调节装置，其用于在所述氧气分离装置(12、14)的所述第一侧和所述第二侧之间形成压力差。
12.根据权利要求11所述的氧气分离器，其特征在于，设置用于加热所述氧气分离装置(12、14)的加热装置(74)。
13.根据权利要求11所述的氧气分离器，其特征在于，设置两个氧气分离装置(12、14)，所述两个氧气分离装置被平行布置且每一个都具有包括氧气分离吸附剂(16、18)的至少一个氧气分离区域(20、22)，所述氧气分离吸附剂能够通过吸附所述包含氧气的气体中除氧气之外的至少一种组分而从包含氧气的气体分离氧气且能够被污染物污染，其中所述氧气分离装置(12、14)中的每一个都还包括具有去污材料(17、19)的去污区域(21、23)，所述去污材料用于使所述包含氧气的气体从至少一种去污物去污，其中所述氧气分离区域(20、22)和所述去污区域(21、23)通过至少一个间隔件(76、78)流体连接，所述间隔件包括至少一个扩散抑制通道(80、82)，其中所述间隔件(76、78)具有的扩散抑制值rR为rR>1。
14.一种通过使用根据权利要求1所述的氧气分离装置(12、14)而从包含氧气的气体分离氧气的方法，所述方法包括以下步骤：
执行第一氧气产生周期，所述第一氧气产生周期包括下述步骤，即将包含氧气的气体引导到氧气分离装置(12、14)的第一侧以及通过在所述氧气分离装置(12、14)的所述第一侧和所述第二侧之间形成压力差来产生经过所述氧气分离装置(12、14)的氧气流，其中所述去污区域(21、23)被污染物污染；并且
执行第二氧气产生周期，所述第二氧气产生周期包括下述步骤，即将包含氧气的气体引导到氧气分离装置(12、14)的第一侧以及通过在所述氧气分离装置(12、14)的所述第一侧和所述第二侧之间形成压力差而产生经过所述氧气分离装置(12、14)的氧气流，其中所述去污区域(21、23)被污染物污染，其中
所述氧气分离装置(12、14)在所述第一氧气产生周期和所述第二氧气产生周期之间被转至关闭模式，其中
通过间隔件(76、78)至少部分地阻碍所述污染物自所述去污区域(21、23)扩散至所述氧气分离区域(20、22)，所述间隔件流体连接所述氧气分离区域(20、22)和所述去污区域(21、23)且包括至少一个扩散抑制通道，其中 所述间隔件具有的扩散抑制值rR为rR>1。
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