CN107921357A - 具有改进的效率的氧气分离器 - Google Patents

Abstract

一种用于从含氧气体生成富氧气体的氧气分离器，所述氧气分离器包括：a)氧气分离器设备，其包括i)用于吸附含氧气体的至少一个组分的吸附剂材料；以及ii)至少两个可控接口，包括第一可控接口和第二可控接口，用于控制氧气分离器设备的内部与外部之间的气体的连通；b)处理器，其用于控制所述氧气分离器，使得多个阶段顺序地被执行，在所述多个阶段之中有吹扫阶段；其中，所述处理器被配置为控制所述至少两个可控接口，使得在至少吹扫阶段期间在所述第一可控接口与所述第二可控接口之间生成气体流，其中，所述第二可控接口被定位和/或控制，使得其控制在吹扫阶段期间在氧气分离器设备的内部与非富氧气体的体积之间的流体耦合。

Description

具有改进的效率的氧气分离器

技术领域

本发明涉及一种用于从含氧气体生成富氧气体的氧气分离器，所述氧气分离器包括：a)氧气分离器设备，其包括i)用于吸附含氧气体的至少一个组分的吸附剂材料，以及ii)至少两个可控接口，包括第一可控接口和第二可控接口，以用于控制氧气分离器设备的内部和外部之间的气体的连通；b)处理器，其用于控制氧气分离器，使得多个阶段顺序地执行，在它们之中有吹扫阶段，其中，所述处理器被配置为控制所述至少两个可控接口，使得在至少所述吹扫阶段期间在所述第一可控接口和所述第二可控接口之间生成气体流。

本发明还涉及一种用于控制氧气分离器以从含氧气体中分离富氧气体的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供至少一个氧气分离器设备，所述氧气分离器设备包括i)用于吸附含氧气体的至少一个组分的吸附剂材料，以及ii)至少两个可控接口，包括第一可控接口和第二可控接口，以用于控制氧气分离器设备的内部和外部之间的气体的连通；b)控制所述氧气分离器，使得多个阶段顺序地执行，在它们之中有吹扫阶段；c)控制所述至少两个可控接口，使得在至少吹扫阶段期间在所述第一可控接口和所述第二可控接口之间生成气体流。

本发明还涉及用于使富氧气体生成的计算机程序代码。

背景技术

氧气治疗是作为治疗干预的氧气的施予。氧气治疗可以用于其中需要到肺部的增加的氧气供应的慢性和急性用户护理两者中的各种干预，使得增加氧气对不同身体组织的可用性。根据用户的需要，氧气治疗可以用于不同的环境设置中，包括医院和/或家庭。

为了向用户提供富氧气体，已经提出了生成和施予的许多手段。为用户提供富氧气体的已知方式是经由所谓的氧气分离器(或氧气浓缩器)。氧气分离器是商业上可购得的，并且以不同的尺寸和效率提供从而满足不同的用户需要(例如：Philips SimplyGo)。这些氧气分离器能够从环境空气(含氧气体)分离氧气并将富氮气体排放到所述氧气浓缩器的周围，从而向用户提供富氧气体。那些已知的氧气分离器可以提供“按需”或连续的富氧气体流。

大多数已知的氧气分离器(也称为氧气浓缩器)将环境空气(含氧气体，包括以下项的混合物：约78％的氮气、约21％的氧气、约0.9％的氩气和其它气体，例如氩气、二氧化碳、氢气、氖气、氦气)以循环操作模式分离成富氧气体和贫氧气体。在富氧生成循环的产生步骤中，环境空气被加压到分离模块中，使得氮气保留(例如吸附)在所述分离模块中，并且氧气作为流出的“产品”被收集。在富氧生成循环的吹扫阶段，分离模块被再生，使得先前保留的氮气从分离模块释放并且从氧气分离器排出到周围大气中。为了实现以上，通常使用包含合适的选择性吸附或吸收材料(例如吸附剂材料)的两个或更多个分离模块。在这种结构中，当一个分离模块处于在更高压力下产生氧气的步骤中时，另一个分离模块看到其吸附剂再生，同时第一设备产生的氧气流出的部分以较低的压力流动。特定时间后，一些阀被切换，并且两者分离模块都会改变它们的角色。

便携式氧气浓缩器从US 7402193中已知。该文档公开了具有第一端和第二端的一对筛床、用于将空气递送至筛床的第一端的气体压缩器、与筛床的第二端连通的储存器以及附接至筛床的第一端的空气歧管。空气歧管包括其中的与气体压缩器和筛床的第一端连通的通道。一组阀耦合到空气歧管，并且控制器耦合到阀以选择性地开孔口(orifice)和关闭阀以交替地填充和吹扫筛床，从而将浓缩的氧气递送到储存器。氧气递送歧管与筛床的第二端连通，以用于将氧气从储存器递送到用户。压力传感器可以被提供在储存器和/或递送管线中，以用于控制控制器的操作。

已知的氧气分离器，尤其是便携式氧气分离器的缺点是，在富氧生成循环的吹扫阶段期间，需要显著量的能量来从吸附的组分吹扫(或清洁)分离模块。前述缺点导致更大的电源模块(例如电池)，其笨重，重量大并且体积要求高，从而限制了氧气分离器的便携性。

US 2004/0050255公开了一种氧气浓缩器，其以氧气生成模式和反冲洗模式循环使用两个气缸。AU 469 601公开了一种气体分离系统，其例如用于分离氧气和氮气。其包括氮气预吹扫和氮气吹扫阶段。

发明内容

本发明的目的是提供一种开头段落中所述类型的氧气分离器，所述氧气分离器被配置为通过实现能量有效的吹扫阶段，换言之，通过实现提高的能量效率的吹扫阶段，来提高其功率需求。

本发明由独立权利要求限定。

根据本发明的第一方面，该目的通过如开头段落中所定义的氧气分离器来实现，其特征在于，第二可控接口被定位和/或控制为使得其控制在吹扫阶段期间在氧气分离器设备的内部和非富氧气体的体积之间的流体耦合。

本发明的有利之处在于，它实现在吹扫阶段期间使不包括压缩富氧气体的气体流。以氧气分离器设备内的内部压力降低和在其内的低压的气体流的进入为特征的富氧生成循环的所述吹扫阶段允许含氧气体的(一个或多个)吸附的组分(例如氮气)被解吸，从而从氧气分离器中排出。因此，(一个或多个)吸附的组分从吸附剂材料释放，使得所述吸附剂材料被再生，使其适合于富氧循环的另一产生阶段，其中，将吸附含氧气体的一个或多个组分，因此使得能够生成富氧气体。在从吸附剂材料解吸(一个或多个)组分之后，氧气分离器设备内的气体的体积内的(一个或多个)所述组分的内部浓度在所述体积随着非富氧气体(或吹扫气体或清洁气体)的体积经由另一可控接口进入相同氧气分离器设备而通过可控接口从氧气分离器设备排出之前增加。随着所述非富氧气体流流入氧气分离器设备中，本发明允许从相同功率输出的富氧气体(产品)的增加的产量。因此，与现有技术中发现的类似设备相比，功效的增加或能量消耗的减少由本发明实现。对于产品的相同产量，根据本发明的氧气分离器需要较少的能量，这将在下文中进一步阐述。

本发明的另一个优点是非富氧气体流可以是未压缩的，因此独立于气体压缩器。由于前述的结果，如下文将进一步阐明的，气体压缩器可以在氧气生成循环的吹扫阶段期间处于关闭模式或空闲模式中，从而减少所述阶段期间氧气分离器的能量需求。对于产品的相同产量，根据本发明的氧气分离器需要更少的能量，是更能量有效的。

在另一个实施例中，氧气分离器设备还包括第三可控接口，所述第三可控接口被定位和/或控制，使得其控制在至少吹扫阶段期间在氧气分离器设备内部与富氧气体的体积之间的流体耦合，其中，处理器还被配置为使得在吹扫阶段期间生成在第三可控接口和第一可控接口或第二可控接口之间的另外的气体流。所述实施例的有利之处在于，所述另外的气体流朝向可控接口引导气体流，所述可控接口被配置为将体积从氧气分离器设备的内部的气体朝向所述氧气分离器设备的外部输出。该富氧气体流与非富氧气体流相混合，从而将富氧气体(产品)的使用限制到所需的最小值，使得增加的富氧气体量可用于用户。另外的气体流(富氧气体)到气体流(非富氧气体)的该添加是有利的，因为包含高浓度的氧气，允许位于第三可控接口附近的吸附剂材料保持未被含氧气体的(一个或多个)组分污染。通过将所述吸附剂材料保持为清洁，本发明允许(一个或多个)任何这样的组分在治疗期间不会进入要提供给用户的富氧气体流(或产品流)，从而使高纯度的富氧气体被递送给用户，例如减轻在递送给用户之前对另外的过滤模块的需要。

在另一个实施例中，第二可控接口流体耦合到用于容纳非富氧气体的体积的储存器。所述实施例的优点在于，吹扫阶段可以依赖于流入氧气分离器设备中的非富氧气体的恒定体积和/或压力。前述内容可确保吹扫阶段的恒定结果，因此确保在氧气产生循环的每个循环之后，从吸收材料的恒定的吸附解吸速率或吸附百分比，其中，实现了从含氧气体对富氧气体的生成。额外地或备选地，所述实施例可以是有利的，其中，储存器可以耦合到加压模块(例如与标准氧气分离器中发现的相同的气体压缩器)，使得其中包括的非富氧气体的体积处于比吹扫阶段开始时的氧气分离器设备内的体积更高的压力处，从而允许恒定非富氧气体流经由第二可控接口进入氧气分离器设备，而不需要另外的流生成器模块。

在另一个实施例中，第一可控接口或第二可控接口中的一个耦合到风扇(或通气机、或鼓风机、或充气机)，以用于生成非富氧气体流。所述实施例的优点在于，其缓解了具有气体压缩器以使非产品氧气气体流入氧气分离器设备的需要；从而改进了氧气分离器的能量效率，因为风扇(或通气机、或鼓风机、或充气机)比气体压缩器需要少得多的能量。因此，在所述实施例中，氧气分离器的气体压缩器可以在富氧生成循环的至少一个阶段期间、优选地在吹扫阶段期间关闭，或者备选地可以以较小的功率(即，在空闲模式中)运行，从而改进了氧气分离器的能量效率。能量效率的这样的改进可以被转换成用于便携式氧气分离器的更小的电池组，额外地或备选地，通过电池组的更长的寿命，额外地或备选地通过电池的重量减轻。

在另一实施例中，第一可控接口或第二可控接口中的一个耦合到真空泵(包括但不限于正排量泵、动量递送泵、再生泵或截留泵)，以生成非富氧气体流。所述实施例由于前述实施例中提出的类似原因是有利的，即，其高效地提供了能量的增加，因为这样的真空泵，同样地风扇(或通气机、或鼓风机或充气机)比用于实现气体的体积的排出气体压缩器消耗较低(或较少)量的能量。

在另一个实施例中，吸附剂材料包括：i)用于接收含氧气体流的馈送端，ii)用于输出富氧气体流的产品端，其中，第二可控接口位于第一可控接口与第三可控接口之间，处于将馈送端和产品端分开的距离的大约百分之八十(80％)或更少处。所述实施例的优点在于，非富氧气体流被引导到氧气分离器设备中，使得与所述吸附剂材料的部分(或一部分或区域)内的吸附剂材料接触，所述部分具有处于或高于环境空气的氮气浓度(即：在温度压力标准下约为78％)-由于吸附剂材料的吸附。因此，该实施例确保了在吹扫阶段期间氧气分离器设备的吸附剂材料的适当吹扫，同时限制(或减轻)所述吸附剂材料的另外的部分(或另外的一部分，或另外的区域)的污染，所述另外的部分将具有低于环境空气的氮气(N2)的浓度，因此高于环境空气的氧气(O2)的浓度。在该实施例中，第一、第二和第三可控接口之间的结构关系提供了针对氧气分离器的给定能量消耗的富氧气体的能量效率和/或产量的优化。

在另一个实施例中，氧气分离器设备还包括：i)用于接收含氧气体流的馈送侧，ii)用于输出富氧气体流的产品侧，其中，第一可控接口被定位为使得其控制含氧气体流，并且第三可控接口被定位为使得其控制富氧气体流。所述实施例的优点在于其允许第二可控接口和第三可控接口的并置，从而允许本发明与标准氧气分离器设备一起使用；后者通常包括两个可控接口(一个用于接收压缩含氧气体流，并且另一个用于输出富氧气体流)。因此，该实施例实现标准氧气分离器设备的调整，例如氧气分离器可受益于本文所阐述的本发明的优点。

在另一个实施例中，吸附剂材料是选自包括以下项的列表中的至少一项：i)Li-LSX沸石、ii)Na-X沸石、iii)碳分子筛(CMS)以及iv)金属-有机架构(MOF)。所述实施例的优点在于前述材料为根据本发明的氧气分离器提供合适的吸附能力。这样的材料通常吸附和/或吸收含氧气体中存在的(一种或多种)组分(例如氮气)，使得生成富氧气体。

在另一个实施例中，非富氧气体是环境空气。所述实施例的优点在于器实现成本高效的氧气分离器，同时允许优化上面提到的针对其他实施例的优点。由于环境空气通常在由用户使用(例如：由患者使用)时处于氧气分离器的周围，因此减轻将另外的气体源用于富氧生成循环的吹扫阶段是有利的，因为允许氧气分离器的减少的能量需求。

在另一个实施例中，其中，处理器被配置为控制第一可控接口、第二可控接口和第三可控接口，使得：从第二可控接口朝向第一可控接口引导气体流；并且从第三可控接口朝向第一可控接口引导另外的气体流；其中，所述第一可控接口被配置为输出来自所述氧气分离器设备的气体。所述实施例是有利的，因为其实现在吹扫阶段期间的吸附剂材料的吹扫，使得满足本文描述的优点。流入氧气分离器设备中的非富氧气体流和流入氧气分离器设备中的富氧气体流被混合。通过这样的气体流，被吸附剂材料吸附的一个或多个组分被解吸并被引导以从氧气分离器排出。如前所述，进入氧气分离器中的该气体混合物允许朝向氧气分离器设备的输出的气体流，同时实现在能量高效的吹扫阶段内的吸附剂材料的适当再生。

在另一个实施例中，处理器被配置为控制第一可控接口、第二可控接口和第三可控接口，使得：从第一可控接口朝向第二可控接口引导气体流；并且从第三可控接口朝向第二可控接口引导另外的气体流；其中，所述第二可控接口被配置为输出来自所述氧气分离器设备的气体。所述实施例是上述段落中描绘的实施例的备选，其提供了类似的优点。

在另一个实施例中，第一可控接口、第二可控接口和第三可控接口中的每个分别包括第一阀、第二阀和第三阀，其中，处理器被配置为在吹扫阶段期间调节阀，使得气体流和/或另外的气体流被生成。所述实施例的有利之处在于，其实现在处理器打开和/或关闭一个或多个阀之后对进入和/或离开氧气分离器设备的任何气体流的适当的(或恰当的或合适的)控制，诸如以启用和/或禁用在氧气分离器的两个或更多个元件之间的气体流，而没有被可能留在管道(导管)中的气体污染。所述实施例的有利之处在于，氧气分离器的阀系统可以在这种可控接口的位置处完全自动化，诸如以实现气体的体积的转移，使得实现上文提到优点中的一个或多个。

根据本发明的第二方面，本发明的目的通过一种用于控制用于从含氧气体分离富氧气体的氧气分离器的方法来实现，其特征在于这样的步骤，即定位和/或控制第二可控接口使得其控制在吹扫阶段期间在氧气分离器设备的内部与非富氧气体的体积之间的流体耦合。

由于类似的原因，所述实施例作为根据本发明的氧气分离器的对应实施例是有利的。

根据本发明的第三方面，通过用于使得富氧气体被生成的计算机程序代码来实现本发明的目的，所述计算机程序代码当在合适的计算机或网络上运行时被配置为使根据本发明的第一方面的氧气分离器执行根据本发明的第二方面的氧气浓缩方法的步骤。

所述实施例的有利之处在于，例如能够实现本发明方法的计算机化，从而为根据本发明的氧气分离器的对应实施例提供类似的优点。

在本发明的含义内，阀是流控制器，其被配置为实现、控制、修改、影响、禁用两个体积之间的气体流，例如氧气分离器设备的外部和氧气分离器设备的内部之间的气体流。这样的阀可以是适合用作阀的其它压力调节设备，例如可以是旋塞阀、球阀、止回阀、蝶形阀、螺线管、压力开关和/或其他压力调节设备。

在本发明的含义内，可控接口可以是开口、孔口、气体入口、气体出口、气体输入、气体输出或实现在两个不同体积(例如，氧气分离器设备的内部体积和所述氧气分离器设备的外部体积)之间的气体流的任何其他模块。这样的可控接口可以例如经由阀直接控制，或者例如经由到达或不到达可控接口的气体流间接控制。本领域的技术人员将理解，所述控制模块(例如，阀)可以连接到可控接口，额外地或备选地可以耦合到所述可控接口，额外地或备选地，可以是可耦合到所述可控接口的，额外地或备选地经由一个或多个导管与其连接。本领域技术人员还将理解，当氧气分离器包括多于一个可控接口时，前述的任何组合都是可能的，使得在至少两个体积之间控制气体流。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并且得到阐明。

本领域技术人员将意识到，本发明的上述选项、实施方式和/或方面中的两个或更多个可以以被认为有用的任何方式进行组合。

附图说明

根据本发明的应用器设备、系统和方法的这些和其它方面将参考附图进一步阐述和描述，其中：

图1是根据本发明的氧气分离器的实施例的示意性表示。

图2是在吹扫阶段期间根据本发明的氧气分离器的另一实施例的示意性表示。

图3是在吹扫阶段期间根据本发明的氧气分离器的另一实施例的示意性表示。

图4是在吹扫阶段期间根据本发明的氧气分离器的另一实施例的示意性表示。

图5是在吹扫阶段期间根据本发明的氧气分离器的另一实施例的示意性表示。

图6是在吹扫阶段期间根据本发明的氧气分离器的另一实施例的示意性表示。

图7是根据本发明的氧气分离器的另一实施例的示意性表示。

图8是根据本发明的氧气分离器的另一实施例的示意性表示，所述氧气分离器包括两个氧气分离器设备。

图9是根据本发明的用于控制氧气分离器设备的方法的框图表示。

具体实施方式

现在将参考附图更详细地描述特定实施例。在下面的描述中，即使在不同的附图中，相似的附图标记用于相似的元件。提供描述中定义的内容，诸如详细的构造和元件，以帮助全面理解示范性实施例。而且，公知的功能或结构没有被详细描述，因为它们会以不必要的细节模糊实施例。此外，诸如“至少一个”的表达当在元素的列表之前时，修饰元素的整个列表并且不修饰列表的单个元素。

本发明的实施例即描述了经由所谓的变压吸附过程(PSA)由含氧气体生成富氧气体，如下文进一步详述。本发明的备选实施例可以从诸如真空变压吸附(VSA)过程或混合变压吸附过程(PVSA)的备选过程生成富氧气体。

PSA过程依赖于气体在高压下被吸引到固体表面上的物理性质(换言之，它们被吸附)。已知压力越高，这样的固体表面(如吸附剂材料)吸附的气体就越多。当压力降低时，气体从所述固体表面释放或解吸。不同气体的分离在PSA过程下实现，因为不同的气体被不同的力吸引到给定的表面。特定气体的吸引的水平与所选固体对该特定气体的吸附的系数成正比。换言之，不同的气体不会被相同的固体以相同的力吸引(或吸附)。例如，当在给定的压力下与所述材料分子筛接触时，材料分子筛可以强烈地结合氮气(N 2)，同时在相同的压力下最小限度地结合氧气(O2)。

从上述示例将理解，含氧气体(例如环境空气)的至少一个组分(例如氮气)在给定压力下在包括吸附剂材料以及入口和出口的容器(例如筛床，例如分子筛床，例如氧气分离器设备)中流动，相比另一组分，所述吸附剂材料更强地吸引环境空气的至少一个组分，所述至少一个组分将被分子筛材料(例如沸石，例如Li-SX沸石、Na-X沸石，如下面将阐述的)部分地吸附，使得所述至少一个组分将保留在容器中，而不含所述组分的气体流将经由出口流出。

当包括氧气(O2)和氮气(N2)的气体混合物(例如环境空气)在压力下通过包含被配置成比其吸引氧气更强地吸引氮气的选择的吸附剂材料的容器(筛床、氧气分离器设备)时，氮气的部分将被筛床材料吸附，而氧气在氧气分离器设备中保持“自由”。技术人员将会看到，前述的过程不能无限期地在给定的氧气分离器设备上进行，因为在某个时刻，所述给定的氧气分离器设备达到其最大吸附容量。一旦达到该阈值(即最大吸附容量)，吸附剂材料就不能够吸附组分，并且其特征在于氮气(要吸附的气体组分)穿过氧气分离器设备，并经由出口流出。这样的结果也被称为“突破”。在前述情况下，吸附剂材料需要更改，或者被“吹扫”。吹扫吸附剂材料可以通过流入较低压力处的气体来完成，使得吸附的气体组分与吸附剂材料之间的化学结合被松弛，因此解吸或释放吸附的气体。变压吸附通常特征在于氧气分离器设备的循环馈送(或产生)和吹扫，使得包括吸附剂材料的相同氧气分离器设备可以多次使用。

通常，已知的氧气分离器包括两个氧气分离器设备，其利用循环4步骤PSA过程从而从含氧气体(例如，环境空气)产生富氧气体。作为在已知的氧气分离器上的这四个步骤的范例，本领域技术人员可以看到在氧气分离器设备中的每个上交替地进行的以下步骤：

1-加压和产生，其中，压缩的环境空气被馈送到第一氧气分离器设备中，并且其中，从所述氧气分离器设备输出富氧气体，并且其中，所述产生的富氧气体的部分被存储在储存器中。将富氧气体的部分(或一部分)引导至第二氧气分离器设备，所述部分(或一部分)由引导模块(例如导管、管道、管路、管)中的孔口(例如被动流量控制器)的尺寸限定在第一和第二氧气分离器设备之间。

2-朝着较低压力的压力平衡，其中，第一氧气分离器设备(经历加压和产生阶段)的压力下降，以及通过引导模块的第一氧气分离器设备和第二氧气分离器设备的内部压力的均衡化，所述引导模块流体耦合氧气分离器设备中的每个的相应产品端(即富氧气体流出以供递送给用户的氧气分离器设备的一侧)。

3-排气和氧气吹扫，其中，吸附剂材料内吸附的(或吸收的)氮气的排出由来自储存器的仅富氧气体制成的清洁流(吹扫气流)支持。在该氧气分离器设备中的压力大约等于阶段的结束处的大气压力(例如，1ATM)。

4-朝向较高压力的压力平衡，其中，第二氧气分离器设备的压力增加以便为产生阶段做准备，并且其中，第一氧气分离器设备经历所谓的降低平衡(如以上步骤2中所述)。

总而言之，通过循环地使两个或更多个氧气分离器设备交替地进行吹扫、产生(或馈送)、均衡和排放阶段(或步骤)，从含氧气体产生富氧气体。该“馈送”阶段可以被描述为在给定时刻加压的富氧气体由一个氧气分离器设备生成、被存储并递送给用户的步骤。该生成的富氧气体也可用于在低压下(实质上低于由气体压缩器生成的用于生成压缩环境空气流的压力，优选地低于利用所选吸附剂材料对氮的吸附压力)对另一个氧气分离器设备通气；后一种操作也被称为“吹扫”步骤。由控制装置控制的多个流量控制器通常控制“馈送”和“吹扫”步骤。本领域技术人员将会看到，尽管描述氧气分离器设备上的PSA循环的不同阶段的示范性实施例已经相对于彼此流体连接的两个氧气分离器设备完成，但是相同的过程可以在一个氧气分离器设备上执行，其中，上述四个阶段将在同一氧气分离器设备上循环执行。

在示范性系统中，在循环的产生步骤中，含氧气体在高压馈送处作为“流入”被馈送到氧气分离器设备中(“馈送”步骤)，保持氮气例如吸附在该设备内，在产品罐或容器中(产品侧)收集富氧气体作为流出的“产品”。在循环的再生步骤中，分离设备被再生，即诸如产生的富氧气体的部分的吹扫气体例如在低压吹扫处被反馈回到设备中，并且先前吸附的氮气被作为排气释放到周围的大气中(“吹扫”步骤)。当使用填充有合适的选择性吸附剂材料的两个分离设备时：当一个设备在“馈送”步骤中以较高压力产生富氧气体时，另一设备处于较低压力下的“吹扫”步骤中。在特定时间之后，分别布置的阀被切换，并且两者氧气分离器设备都改变其角色。

在氧气分离器设备的步骤改变(即：从“馈送”步骤到“吹扫”步骤或从“吹扫”步骤到“馈送”步骤)的间隔中，能够出现“均衡”步骤以均衡(或平衡)两个氧气分离器设备的内部压力。实现这种均衡步骤的一种方式是通过引导到氧气分离器设备的入口中的任何的含氧气体的加压流的不存在，而这些氧气分离器设备处于流体连接中。在备选方式中，含氧气体流在低压下被引导至氧气分离器设备的入口中的任何，而这些氧气分离器设备处于流体连接中。能够通过耦合到两个氧气分离器设备的相应出口的导管(例如均衡管)实现压力均衡。详细地，例如，如果在馈送步骤之后存储在第一设备中的压缩空气能量的部分被再次用于将第二设备加压至中间压力，则PSA循环的效率提高。为此，在操作循环的主要步骤(的一些)之间插入简短的“均衡”步骤，在该步骤期间两者装置通过所述均衡管在其产品侧(相应的出口)处连接。

尽管基于与已知氧气分离器(或氧气浓缩器)相同的物理性质，但是根据本发明的氧气分离器提出了多个如上突出显示的优点，这将在下面参考附图进行阐述。

图1是根据本发明的氧气分离器的第一实施例的示意性表示。氧气分离器100包括气体压缩器145，该气体压缩器被配置为对含氧气体(例如环境空气)加压，使得压缩含氧气体流被提供给氧气分离器设备101(例如筛床或者分子筛床)。一个或多个导管144(或管路、或管道、或通道或管)被配置为提供气体压缩器145和氧气分离器设备101之间的流体连通。所述一个或多个导管144可包括一个或多个过滤器(未示出)和/或一个或多个传感器(未示出)，以除其他之外用于测量所述一个或多个导管144中的含氧气体的流速等。阀142(馈送阀)耦合到被定位于气体压缩器145和氧气分离器设备101之间的所述导管144，以诸如控制经由另外的导管140被引导到氧气分离器设备101的压缩含氧气体流。所述阀142可以完全阻挡压缩含氧气体流，可以完全允许所述压缩含氧气体流，或者可以部分地允许或部分地阻挡所述压缩含氧气体流。

取决于氧气生成阶段(例如在之前描述的四个阶段中，例如PSA阶段)，阀142将处于预定义位置(打开、关闭、或部分打开或部分关闭)中，并且气体压缩器145将处于预定义的强度状态，例如在压缩含氧气体流时，或者关闭，或者在低强度处(例如，在空闲模式下)。例如，当氧气分离器设备101处于产生阶段(被配置为生成富氧气体)时，气体压缩器145处于开启模式中，由此压缩含氧气体流。然后压缩含氧气体将在导管144内流动，直到其到达阀142，在该产生阶段中，该阀将处于打开位置中，从而允许所述压缩含氧气体流经由另外的阀140到达氧气分离器设备101。备选地，当氧气分离器设备101处于吹扫阶段(或清洁阶段)中时，气体压缩器处于关闭模式中或处于空闲模式中(或者备选地处于其不压缩含氧气体或者备选地稍微压缩含氧气体的模式)，使得低压含氧气体经由导管144被导向处于关闭位置中的阀142，从而阻止(全部或部分地)含氧气体进入氧气分离器设备101。

另外的导管144被配置为将压缩含氧气体流引导朝向氧气分离器设备101(所谓的馈送侧)，但是也被配置为在另一个氧气生成阶段(例如排气和/或吹扫阶段)中将低压气体流引导出氧气分离器设备101，使得其经由排气管道143引导而从氧气分离器100逐出(或排出)。阀(排气阀)141耦合至排气导管143，以诸如调节从氧气分离器100逐出的气体的流。此外，一旦馈送阀142处于打开位置中，因此允许压缩含氧气体流去往氧气分离器设备101，排气阀141处于关闭位置中，使得全部或高比例的压缩含氧气体到达氧气分离器设备101。在馈送和吹扫阶段期间阀141和142的对比状态应当如上面描述的当阀141和142经由管140彼此流体连通时完成，如图1所示，以诸如实现上述的效果。

额外地或备选地，本领域技术人员可以预见导管和/或阀的其他配置。在示范性实施例中，旋转阀例如将位于导管140中，使得气体流在导管144和导管140之间或导管143和导管140之间流体连通，这取决于氧气分离器设备101所处的阶段。

氧气分离器设备101在其馈送侧与导管140流体连通，并且在其产品侧与导管119流体连通。导管119(产品导管或均衡导管)被配置为将来自氧气分离器设备101的富氧气体流朝向储存器121(或产品储存器)引导。此外，当氧气浓缩器100包括多于一个的氧气分离器设备时，所述导管119可以与(一个或多个)其他氧气分离器设备流体连通，以诸如在每个氧气分离器设备的相应的两个产品端部之间引导富氧气体流。这样的流体连通主要但不是唯一地具有在氧气生成循环的至少一个子阶段期间平衡(或均衡)多于一个的氧气分离器设备的内部压力的效果。

尽管储存器121对于本发明不是必需的，但是其提供了多个优点，这对本领域技术人员来说是清楚的，即关于富氧气体经由递送导管122到用户123的持续可用性而不管氧气分离器设备101的氧气生成阶段。所述递送导管122可包括过滤器(未示出)，一个或多个传感器(未示出)，一个或多个另外的阀(未示出)。阀120(产品阀)耦合到在氧气分离器设备101和储存器121之间的导管119。因此，当根据本发明的实施例将不包括储存器121时，不需要这种阀120(实施例未示出)。

氧气分离器设备的全部或部分内部体积包括吸附剂材料105。尽管图1中描绘的吸附剂材料105填充氧气分离器101的整个体积，但是所述吸附剂材料也可以替代地填充氧气分离器101的总内部体积的部分(或小部分)(例如，如图7描绘的)。所述吸附剂材料105被配置为吸附(吸取或吸收)周围空气的一个或多个组分，其中，在优选实施方案中，其被配置为吸附或吸收氮气。额外地或备选地，吸附剂材料105可以被配置成吸附或吸收可以在呼吸气体中发现的水蒸汽、氩气、污染物和/或其他组分。用于本发明的合适吸附剂材料的非限制性实例是Li-LSX沸石、Na-X沸石、碳分子筛(CMS)或金属有机骨架(MOF)。

“Li-LSX”和“Na-X”是表示所谓的“八面沸石(FAU)”结构类型的沸石(即铝硅酸盐)。在上述化学式内，“X”表示每单位晶胞中铝(Al)原子的数目，其中，优选4<X≤96。在上述范例中，因此“Na-X”是具有钠(Na)作为每单位晶胞的Al原子数(x)在77和96之间的金属的沸石。“Li-LSX”是具有锂(Li)作为金属的沸石，其中，其通常称为“LSX”“低硅沸石X”，其中，每单位晶胞的Al原子数(x)通常等于96(换言之，其中，Si/Al比＝1)。

氧气分离器设备101还包括至少两个可控接口110、112，所述至少两个可控接分别耦合至每个导管119、140。在氧气分离器设备101的馈送阶段上，可控接口110被配置成允许加压含氧气体流在馈送阶段期间从导管140进入氧气分离器设备101的体积中，并且允许来自氧气分离器设备101的体积的低压气体流进入导管140中，使得所述低压气体从氧气分离器100排出。

可控接口112被配置成允许在吹扫阶段期间来自氧气分离器设备101的体积的(加压)富氧气体流进入导管119中。如将在下文中阐述的，在本发明的实施例中，所述可控接口112还可以允许气体流进入氧气分离器设备112中，例如来自储存器121的富氧气体流经由导管119进入氧气分离器设备112。

氧气分离器设备101包括另外的可控接口111，以用于使得例如来自氧气分离器设备101的周围的非富氧气体流能够进入氧气分离器设备101的体积中。备选地，所述另外的可控接口111可以使得来自氧气分离器设备101的体积的非富氧气体流能够流入氧气分离器设备101的周围中。例如参考图2和图7，将在下文进一步阐述两者实施例。

氧气分离器100还包括与氧气分离器100的不同部件电通信的处理器175(或控制器、或控制单元、或处理单元、或控制模块)。在一些实施例中，处理器175可以与氧气分离器100的以下元件中的一个或多个电通信：例如气体压缩器145、可控接口110、111、112、不同的阀142、141和120、传感器(未示出)以及氧气分离器100的任何其它元件，使得可以交替地执行至少四(4)个PSA氧气生成阶段，以从含氧气体生成富氧气体。

为了提供本文归于处理器175的功能，处理器175可以运行一个或多个模块。所述一个或多个模块可以在软件；硬件；固件；软件、硬件和/或固件的某种组合中实施；和/或以其他方式实施。尽管在图1中示出了处理器175作为单个实体，这只是为了图示的目的。在一些实施方式中，处理器175可以包括多个处理单元或模块。这些处理单元可以物理地被定位于相同设备(例如，氧气分离器100)内，或者处理器175可以表示协调操作的多个设备的处理功能。例如，电通信可以借助于线或无线地(例如，Wi-Fi、蓝牙、NFC或用于在两个源(例如接收源和发射源)之间无线传输信息的任何其他模块)完成。

图2是在吹扫阶段(或清洁阶段)期间描绘的根据本发明的氧气分离器的另外的实施例的示意性表示。如上所述，吹扫阶段旨在产生阶段之后使筛材料205“再生”，在所述产生阶段中，从压缩含氧气体生成富氧气体。如前所述，在这样的产生阶段期间，筛材料205吸附(吸取或吸收)压缩含氧气体的至少一个组分，因此所述筛材料205朝着所述产生阶段的结束达到饱和或接近饱和，其中，优选地所述产生阶段在吸附剂材料205的突破之前停止(或者终止，或者结束)。

在所述阶段内，气体压缩器245处于关闭模式或空闲模式中，使得经由导管244被引导到阀242的含氧气体(例如环境空气)未被压缩(即，处于比气体压缩器245处于开启模式时低的压力处)。阀242被关闭，由此阻挡含氧气体到达氧气分离器设备201。阀220也被关闭，由此阻挡储存器221中的富氧气体到达氧气分离器设备201。在实施例中，所述富氧气体可以从储存器221经由导管222被引导到用户223，或者备选代地可以被保持在所述储存器221中从而在另外的时刻处被提供给用户223。

在氧气分离器设备200的操作期间，吸附剂材料205吸附朝向氧气分离器设备201的产品端(在可控接口212被定位的位置处)或者朝向所述吸附剂材料205的产品侧的压缩含氧气体的较少组分。这是为了确保富氧气体的纯度。如上所述，吸附剂材料205的部分不应经由第二接口接收重要量的非富氧气体，因为其中的一些组分可以被吸附剂材料205的部分吸附，从而污染要在随后的产生阶段期间被有效地递送到用户223的富氧气体。为了限制上述情况，优选(但不是必须的)在吹扫阶段期间与非富氧气体流同时地使富氧气体流流入氧气分离器设备201中。

在该实施例中，从氧气分离器设备201的周围环境(和/或氧气分离器200的周围环境)将非富氧气体(非产品气体或吹扫气体或清洁气体)的体积经由可控接口211(例如，第二可控接口211)引导到氧气分离器设备201。未压缩非富氧气体流相对于氧气分离器设备201的内部略微过压(在环境压力下，稍微高于环境压力，稍微高于氧气分离器设备的内部压力)，从而使吸附剂材料205从(一个或多个)吸附的组分解吸。例如，稍微过压可以是在0.001至0.01巴(即，10至100mmH2O)，优选0.002巴(即，20mmH2O)的范围中的压力。在产生阶段已被吸附剂材料205吸附的含氧气体的(一个或多个)组分因此在氧气分离器设备201的体积内被释放，并且从氧气分离器设备201的内部经由可控接口210(例如，第一可控接口210)朝向氧气分离器设备201的外部被引导，包括含氧气体的(一个或多个)解吸的组分的气体流由一个或多个导管240、243引导在氧气分离器200的外部。在该阶段期间，阀241打开，使得经由第二可控接口210离开氧气分离器设备的气体从氧气分离器200排出。图2中所示的箭头表示根据本发明的该实施例在吹扫阶段期间的气体流。

在图2描绘的实施例内，处理器275被配置为控制氧气分离器200的特定元件，例如一个或多个阀，诸如以实现流体连接，从而允许在氧气分离器设备201的内部与外部之间的气体流。氧气分离器设备201的内部和外部之间的这样的气体流经由第一可控接口210和(直接或间接地)第二可控接口211流动。处理器275被配置为至少控制如本文提及的的阀241、242和220以及第一可控接口210和第二可控接口211，使得非富氧气体流(清洁流)进入氧气分离器设备201中，从而使得吸附剂材料205被再生。作为前述的结果，非富氧气体与从吸附剂材料205解吸的一个或多个组分的所述混合物经由第二可控接口210从氧气分离器设备201排出。在该实施例中，可控接口211充当入口，而可控接口210在至少吹扫阶段期间用作出口。

本领域技术人员将理解，根据该实施例的可控接口211可以被定位于相对于可控接口210的不同位置处。例如但不限于，所述可控接口211可以与可控接口212(例如，第三可控接口)并置；在这样的实施例中，连接机构(例如旋转阀、另外的导管(未示出)的连接和重新连接模块)会使得非富氧气体流能够进入氧气分离器设备201中，而富氧气体保留在储存器221中，使得其对氧气分离器设备201的进入被阻塞或阻挡或限制。备选地，本领域技术人员将会看到适于根据本发明使用的多个机构，同时具有与所描绘的可控接口212并置的可控接口211，其中，将使得非富氧气体的体积能够从氧气分离器设备201的外部流入所述氧气分离器设备201的内部中，并且其中，使得没有富氧气体的体积将能够从储存器221流入所述氧气分离器设备201的内部中。

在本发明的实施例中，经由可控接口211进入氧气分离器设备201中的非富氧气体流是被动地生成的(如图2描绘的)，或者备选地是主动地生成的(如图4描绘的)。在本发明的背景下，当没有额外的能量、也没有任何额外的质量被注入用于生成所述流时，被动地生成气体流。在该背景下，作为两个体积之间(例如在氧气分离器设备201的外部与内部之间)的压力差的结果而生成气体的体积的移动。公知地，流体(液体，等离子体或气体)将从具有最高压力(例如以巴为单位)的体积流向具有最低压力的体积。

在本实施例的优点之中，如前所述，根据本发明的氧气分离器200的总能量消耗相对于已知的氧气分离器减少。例如，气体压缩器245在吹扫阶段期间处于静止模式中(处于关闭模式或空闲模式中)，由此节省了能够在例如以下中的至少一项中被转换的能量：诸如电池组的能量源(未示出)的尺寸的缩小、氧气分离器200(时间上)的增加的自主性、对于相同能量消耗的用户223可获得的富氧气体的增加的产量，或者本文提及和/或本领域技术人员将清楚的任何其它优点。

图3是在吹扫阶段(或清洁阶段)期间描绘的根据本发明的氧气分离器的另一实施例的示意性表示。与图2所示的实施例相比，在图3所示的实施例中，在吹扫阶段期间非富氧气体流与富氧气体流在氧气分离设备内组合(或混合)。图3中所示的箭头表示根据本发明的该实施例在吹扫阶段期间的气体流。

在该实施例内，处理器375被配置为控制阀320，使得在吹扫阶段期间，使得通过导管319引导，富氧气体流能够经由可控接口312从储存器321进入氧气分离器设备301中。除了经由可控接口311流入氧气分离器设备301中的非富氧气体流之外，这样的富氧气体流使得吸附剂材料305被吹扫(或解吸或清洁)。压缩含氧气体的(一个或多个)吸附的组分(在产生阶段期间由吸附剂材料305吸附的)从吸附剂材料305解吸并与由富氧气体和分别经由可控接口312和311可控接口进入氧气分离器设备301中的体积非富氧气体的混合物制成的体积混合。在从氧气分离器300排出之前，添加了(一个或多个)解吸的组分的这样的混合物经由可控接口310流动到氧气分离器301外部。氧气分离器设备301的体积内的气体混合物在吹扫阶段(其中(一个或多个)组分从吸附剂材料305解吸)之后经由可控接口310从氧气分离器设备301输出。当阀341处于打开位置中时，流动气体通过导管340和343被引导到氧气分离器300的外部。

在该实施例中，尽管阀320的状态可以根据氧气分离器300的配置而不同，但是在吹扫阶段期间，使得富氧气体的体积能够经由可控接口312进入氧气分离器设备301；因此从相同可控接口312输出在产生阶段内从含氧气体生成的富氧气体。

额外地或备选地，氧气分离器300可以包括多于一个的氧气分离器设备301，所述氧气分离器设备经由它们各自的产品端(即，在产生阶段期间从氧气分离器设备输出富氧气体的一侧)流体连通。在该实施例内，富氧气体流可以经由每个氧气分离器设备的相应端部之间的流体连通输入到氧气分离器设备301中；额外地或备选地，可以经由来自储存器321的流输入到氧气分离器设备301中。

将理解，在图3所描绘的实施例中，氧气分离器设备包括至少三个可控接口310、311、312，其可以经由处理器375被调节(备选地控制)，以诸如实现从氧气分离器设备301的外部到所述氧气分离器设备301的内部以及从氧气分离器设备301的内部到所述氧气分离器设备301的外部的气体(流)的体积的移动。由于氧气分离器设备301即是包括吸附剂材料305的中空容器，所述氧气分离器设备301的外部应该被构造为包括其周围环境，而且还包括导管340、319、通常位于氧气分离器设备301的外边界内的所有其他部件(诸如储存器321、阀342、341、320)。

在该实施例内，说明了根据本发明，氧气分离器设备301的所有可控接口310、311、312可以充当入口和/或出口，这取决于如由处理器375所控制的由氧气分离器设备301进行的氧气生成循环的阶段。

在本发明的范围内，三个可控接口310、311、312可以被独立地命名为第一可控接口、第二可控接口和第三可控接口，至少对于其中的一些，其可以并置(如本文所阐述的)。

由于在该实施例中，吹扫流(或清洁流)部分地由非富氧气体和富氧气体组成，因此可以递送给患者323的富氧气体的产量相比于仅使用富氧气体作为清洁流的已知氧气分离器显著增加，因此用于吹扫氧气分离器设备301的吸附剂材料。

图4是在吹扫阶段(或清洁阶段)期间描绘的根据本发明的氧气分离器的另一实施例的示意性表示。该实施例描绘了经由风扇(通气机、鼓风机、充气机)414生成非富氧气体流的主动方式。备选地，该实施例可包括耦合到可控接口401的真空泵446，其用于生成从氧气分离器设备401的外部到其内部的非富氧气体的移动。图4中所示的箭头表示根据本发明的该实施例的吹扫阶段期间的气体流。

尽管在两个体积之间主动生成气体流的模块414、446需要能量的输入，但是在本发明的该实施例内提出的模块需要比气体压缩器显著更少的能量，因此节能优势保持。此外，由所述装置414、446生成的额外重量相对于气体压缩器445而言是可以忽略的，因此不会限制或以其他方式阻碍使用本发明的氧气分离器的便携性。

鼓风机、空气泵或风扇414应被解释为适于将空气供应到氧气分离器设备401中的任何类型的设备并且在分离设备401中提供气体压力的小的增加(过压)。术语鼓风机、空气泵和风扇在本文中可互换使用，对一者的引用包括其他，并且反之亦然，除非另外明确规定。优选地，风扇414能够提供在例如0.01-0.15巴(大约100-1500mmH2O)的区域中的小的过压。优选地，风扇414在操作中的最大空气流量在大约12标准升每分钟(slpm)之间。在一些实施例中，鼓风机、空气泵或风扇414在氧气分离器设备401中提供达到压力的10％、或达到20％(空气压力升高分别高达1136mmH2O或高达2066mmH2O)的压力的增加是足够的，但是也预期提供较高压力升高的鼓风机、空气泵或风扇414。因此将意识到，风扇414优选是小的低功率部件。还应该意识到，鼓风机414比气体压缩器小得多，功率也小。

在第一实施例中，氧气分离器包括与可控接口411流体协作的风扇414。在优选实施例中，导管413耦合到风扇414，以诸如将来自氧气分离器设备401的外部的非富氧气体流引导到所述氧气分离器设备401中。尽管优选，但是所述导管413不是实质的，因为风扇414可以附接、耦合或以其他方式联接到氧气分离器400的(一个或多个)任何其他部件，使得在使用中，其被配置为产生到达可控接口411的非富氧气体的体积。在吹扫阶段期间，可控接口411使得非富氧气体的所述体积能够进入氧气分离器设备401，非富氧气体的过压体积从氧气分离器设备401的外部流向所述氧气分离器设备401的内部。

额外地，图4描绘的实施例可以包括可由处理器475控制的阀416。所述阀416被配置为允许经由导管413朝向可控接口411的非富氧气体的过压流。在示范性实施例中，所述阀416可以是供处理器控制可控接口411的模块。应该注意的是，本发明不需要这样的阀416，因为本领域的技术人员将预见到用于控制可控接口411的其他布置。

在使用中，根据本实施例一旦由风扇414生成的非富氧气体的轻微过压流经由可控接口411流入氧气分离器设备401中，那么非富氧气体的这样的体积可以与经由可控接口412流动的富氧气体的体积(已经处于稍高的压力处，例如作为存储在储存器421中的结果)混合，因此使得吸附剂材料405被吹扫、再生。备选地，如上所述，仅通过经由可控接口411流动的非富氧气体的过压流来引起吸附剂材料405的吹扫。

备选地，在另一实施例中，真空泵446耦合到可控接口401，使得非富氧气体流能够从氧气分离器设备401的外部经由可控接口411流入氧气分离器设备401中。在该备选实施例中，真空泵446在使用时在氧气分离器设备401内生成欠压，当可控接口411与氧气分离器设备401的外部流体连通时，所述欠压由于流体动力而导致非富氧气体的体积从所述氧气分离器设备401的外部流入所述氧气分离器设备401中。所述非富氧气体流使得吸附剂材料405基于与本文阐述的相同的原理被吹扫。备选地，如上所述，吸附剂材料405的吹扫可以通过与经由相应的可控接口411和可控接口412流入氧气分离器设备401中的富氧气体的体积的流混合的非富氧气体流来得到结果。

图5是在吹扫阶段(或清洁阶段)期间描绘的根据本发明的氧气分离器的另一实施例的示意性表示。该实施例包括与可控接口511流体协作的储存器515(或非富氧气体储存器)，例如罐、容器、器皿。所述非富氧气体储存器515可以包括环境空气、过压环境空气或任何适于在流入氧气分离器设备501中时再生或吸附吸附剂材料505的任何其它气体(或过压气体)。图5中所示的箭头表示根据本发明的该实施例的吹扫阶段期间的气体流。

非富氧气体储存器515可以与压缩器545流体连通，使得非富氧气体储存器515内的体积非富氧气体可由气体压缩器545加压。为了保持本发明的能量效率，优选的是这样的加压在产生阶段期间发生(即，同时所述气体压缩器压缩含氧气体以用于经由可控接口510递送到氧气分离器设备501中，使得经由可控接口519生成和输出富氧气体)。本领域的技术人员将会理解，在所述产生阶段期间，可控接口511将被关闭，从而禁止任何非富氧气体进入氧气分离器设备501。

额外地，图5中所描绘的实施例可以包括阀516，所述阀可由处理器545控制并且被配置为允许来自非富氧气体储存器515的气体经由导管513流向可控接口511。

额外地或备选地，可以将参考图4公开的类型的风扇(图5中未示出)添加到图5所描绘的实施例中，以确保非富氧气体流从储存器515经由可控接口511并通过导管513引导进入氧气分离器设备501中。

图6是在吹扫阶段期间根据本发明的氧气分离器的另一个实施例的示意性表示。在根据本发明的该备选实施例中，氧气分离器600被配置为使得非富氧气体的体积可以经由可控接口610流入氧气分离器设备601中，同时解吸(或清洁)吸附剂材料605所得到的气体经由可控接口611从氧气分离器设备601输出，以诸如排出到氧气分离器600的周围环境中。图6中所示的箭头表示根据本发明的该实施例的吹扫阶段期间的气体流。

在示范性实施例中，与导管640流体连通的非富氧导管647被配置为将非富氧气体流导向可控接口610。在吹扫阶段期间，流控制器(例如阀)648使得非富氧气体流能够经由可控接口610进入氧气分离器设备601。非富氧气体的体积实现吸附剂材料605的解吸，使得包括在产生阶段期间由吸附剂材料605吸附的非富氧气体和(一个或多个)气体组分的混合物的气体经由可控接口613被输出并且经由导管613被引导到氧气分离器600的周围环境中。

在该实施例中，在吹扫阶段期间，阀620使得包含在储存器621中的富氧气体的体积经由可控接口612流入氧气分离器设备601中。进入氧气分离器设备601的非富氧气体流以及进入氧气分离器设备601的富氧气体流将汇合(其中，气体的两个体积将进入到接触中)到所述氧气分离器设备601中，使得由非富氧气体、富氧气体和含氧气体的(一个或多个)解吸的组分的气体混合物组成的体积将经由可控接口611被输出，从而排出到氧气分离器600的周围环境，与上面描述的类似。

额外地或备选地，导管647可以耦合到风扇(或通气机、或鼓风机、或充气机)(未示出)，以生成非富氧气体的过压体积。备选地，导管613可以与真空泵(未示出)耦合，诸如以生成要由可控接口611输出的气体混合物的流。

图7是根据本发明的氧气分离器的另一个实施例的示意图，其中，描绘了可控接口711的最佳位置。应该理解的是，所述可控接口711被配置为使非富氧气体的体积能够进入氧气分离器设备701中，或者被配置为基于根据本发明的实施例之一来使气体的体积离开氧气分离器设备701。

由于吹扫阶段旨在清洁(解吸、恢复)吸附剂材料705，如本文所示，所述可控接口711的最佳位置与氧气分离器设备701的长度，尺寸或其它无关，而是优选地相对于由被容纳到所述氧气分离器设备中的吸附剂材料705填充的空间。

如前所述，如图7描绘的，吸附剂材料705可以仅包括氧气分离器设备701的内部体积的部分，或者可以备选地填充整个所述内部体积(如图1-6所示)。区706表示不包括吸附剂材料的氧气分离器设备706的体积，但可以包括富氧气体或诸如过滤器的其他材料。

在其最佳位置中，可控接口711将位于氧气分离器设备的表面上，在可控接口710和可控接口712之间，优选地在产生阶段期间接收压缩含氧气体流的吸附剂材料705第一侧(或末端)第一侧与吸附剂材料705的在所述产生阶段期间输出富氧气体流的第二侧(或末端)之间的距离的线性表示的大约百分之八十(80％)处。备选地，可控接口可以位于吸附剂材料705的两侧之间的所述距离的所述线性表示上的任何点处，例如在吸附剂材料705的所述第一侧与所述第二侧之间的所述线性表示的百分之七十八(78％)、百分之七十五(75％)、百分之七十(70)、百分之六十(60％)、百分之五十(50％)、百分之四十五(45％)处。备选地，如上文所述，可控接口711可以与可控接口712并置。

图8是根据本发明的氧气分离器的另一实施例的示意性表示，所述氧气分离器包括两个氧气分离器设备801A、801B。图8描绘了当氧气分离器设备801B处于产生模式(或产生阶段)中而另一个氧气分离器设备801A处于吹扫模式(或吹扫阶段)中时系统的表示。应理解，由于两个氧气分离器设备801A和801B以循环操作模式工作，因此当所述设备处于吹扫模式中时，以下关于氧气分离器设备801A的描述也适用于氧气分离器设备801B，反之亦然；因此在氧气生成循环的阶段中的一个内。

氧气分离器800可以包括根据本发明的实施例中的任何。在示范性的PSA过程内，氧气分离器800包括两个氧气分离器设备801A、801B-其中，阶段(例如，如上所述的氧气生成循环的四个阶段)在交替的氧气分离器设备上相继进行。如前所述，尽管以产生模式描绘，但氧气分离器设备801B将在氧气生成循环的另一时刻处于吹扫模式中；处理器875决定模式的这种改变，由此改变阀，使得气流使用由不同的导管引导的不同的路线。

在产生模式中，氧气分离器设备801B接收由处理器845压缩的含氧气体，并且在阀841B处于关闭位置的同时经由处于打开位置中的阀842B朝向所述氧气分离器设备801B引导。压缩含氧气体流经由可控接口810B进入氧气分离器设备801B。随着其进入氧气分离器设备801B中，压缩含氧气体的体积与吸附剂材料805B相互作用，使得所述气体的至少一个组分被吸附剂材料805B吸附，例如氮气。因此，通过可控接口811B从氧气分离器设备801B输出富氧气体的体积。在该阶段中，可控接口811B被关闭，使得非富氧气体的任何体积被阻止经由所述孔口811B进入氧气分离器设备801B。

如图8所描绘的，富氧气体的体积的部分将被导向储存器821，而富氧气体的所述体积的显著较少量的部分(吹扫体积)将被导向经历氧气生成循环的吹扫阶段的另一个氧气分离器设备801A。富氧气体(或清洁体积)的吹扫体积被引导通过包括孔口860的导管861，以修正富氧气体的所述吹扫体积的压力流。当阀820A处于关闭位置(或接近关闭位置)中时，富氧气体的所述吹扫体积被阻止进入储存器823，从而经由可控孔口812A进入氧气分离器设备801A-从而对应于富氧气体流进入氧气分离器801A以供其吹扫阶段，使得吸附剂材料805A能够再生，如上所述。因此，对于本领域技术人员而言显而易见的是根据本发明的任何实施例，例如但不限于图1至图7内所描绘以及本文中所解释的实施例，可以在包括两个氧气分离器设备801A、802B的氧气浓缩器800内使用。

备选地，在另一实施例中，导管861被移除，其中富氧气的体积从储存器821被导入氧气分离器设备801A中。

氧气分离器801A和801B也可以经由导管863流体连接，这样的导管包括平衡阀862。由处理器875控制的所述平衡阀862实现在氧气生成循环的均衡子阶段期间(例如在每个产生和吹扫循环之后)在氧气分离器801A和801B的相应的第二端之间的富氧气体流。在这样的均衡阶段期间，氧气分离器801A和801B两者的内部压力均衡(达到平衡)。在产生阶段期间，同样在吹扫阶段期间，平衡阀862处于关闭位置中，使得没有气体的体积在导管863内流动。

如前所述，氧气分离器801A处于吹扫阶段中，其可以嵌入上文所述的实施例中的任何。例如，经由可控接口812A流入氧气分离器设备801A中的富氧气体的体积遇到了经由可控孔口811A流入氧气分离器设备801A中的非富氧气体的过压体积。两者体积的这种流动将使得吸附剂材料805A被吹扫(解吸、清洁、再生)，生成将经由可控接口810A从氧气分离器设备801A输出并随后从氧气分离器800输出的气体混合物。本领域技术人员将会理解，根据本发明的任何实施例，所述氧气分离器设备801A可以被配置为具有其可控孔口811A，从而在氧气分离器设备801A的内部和外部之间实现非富氧气体的体积。

图9是根据本发明的用于控制氧气分离器设备的方法的框图表示。

步骤(S1)包括提供至少一个氧气分离器设备，其包括：i)用于吸附含氧气体的至少一个组分的吸附剂材料；以及ii)至少两个可控接口，包括第一可控接口和第二可控接口，以用于控制氧气分离器设备的内部和外部之间的气体连通。要提供的氧气分离器设备可以由任何实施例和/或本文中图示的实施的备选组成。

步骤(S2)包括控制氧气分离器，使得多个阶段被顺序执行，在它们中有吹扫阶段。所述阶段通常由处理器基于程序代码形式的指令来执行。

步骤(S3)包括控制所述至少两个可控接口，使得在至少所述吹扫阶段期间在第一可控接口与第二可控接口之间生成气体流。

步骤(S4)包括定位和/或控制第二可控接口，使得其控制在吹扫阶段期间在氧气分离器设备的内部与非富氧气体的体积之间的流体耦合。

在优选实施例中，上述方法使得其可以由处理器处理，使得可以由处理器执行其所有步骤，而无需用户交互。

尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述被认为是说明性的或示范性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载了特定措施这一事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。

计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但也可以以其他形式分布，诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统分布。

权利要求中的任何附图标记不应被解释对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于从含氧气体生成富氧气体的氧气分离器(100)，所述氧气分离器包括：

氧气分离器设备(101)，其包括：

吸附剂材料(105)，其用于吸附所述含氧气体的至少一个组分；以及

至少三个可控接口，其包括：第一馈送侧可控接口(110)，其被配置为控制所述氧气分离器设备(101)的内部与外部之间的含氧气体的连通；第二可控接口(111)，其被配置为控制所述氧气分离器设备(101)的内部与外部之间的非富氧气体的连通；以及第三产品侧可控接口(112)，其用于控制所述氧气分离器设备(101)的内部与外部之间的富氧气体的连通；

处理器(175)，其被配置为控制所述氧气分离器(100)，使得多个阶段顺序地被执行，在所述多个阶段之中有吹扫阶段，以用于吹扫所述吸附剂材料，从而释放所述含氧气体的所吸附的至少一个组分；

其中，所述处理器(175)被配置为控制至少两个可控接口，使得在至少所述吹扫阶段期间在所述第一可控接口(110)与所述第二可控接口(111)之间生成气体流；

其特征在于：

所述第二可控接口(111)被定位和/或控制，使得其控制在所述吹扫阶段期间在所述氧气分离器设备(101)的内部与非富氧气体的体积之间的流体耦合，使得所述非富氧气体被用于吹扫所述吸附剂材料。

2.如权利要求1所述的氧气分离器(100)，其中，所述第三可控接口(112)被配置为控制在至少所述吹扫阶段期间在所述氧气分离器设备(101)的内部与富氧气体的体积之间的流体耦合，

其中，所述处理器(175)还被配置为使得在所述吹扫阶段期间生成所述第三可控接口(112)与所述第一可控接口(110)或所述第二可控接口(111)之间的另外的气体流。

3.如前述权利要求中的任一项所述的氧气分离器(100)，其中，所述第二可控接口(111)流体耦合到用于容纳非富氧气体的所述体积的储存器(515)。

4.如前述权利要求中的任一项所述的氧气分离器(100)，其中，所述至少两个可控接口中的一个耦合到风扇(414)，以用于生成非富氧气体流。

5.如权利要求1至3所述的氧气分离器(100)，其中，所述至少两个可控接口中的一个耦合到真空泵(446)，以用于生成非富氧气体流。

6.如前述权利要求中的任一项所述的氧气分离器(100)，其中，所述吸附剂材料(105)包括：

馈送端，其用于接收含氧气体流；

产品端，其用于输出富氧气体流，

其中，所述第二可控接口(111)被定位于所述第一可控接口(110)与所述第三可控接口(112)之间，处于将所述馈送端与所述产品端分开的距离的大约百分之八十(80％)或更小处。

7.如权利要求2至5所述的氧气分离器(100)，其中，所述氧气分离器设备(101)还包括：

馈送侧，其用于接收含氧气体流，

产品侧，其用于输出富氧气体流，

其中，所述第一可控接口(110)被定位为使得其控制朝向所述馈送侧的所述含氧气体流，并且所述第三可控接口(112)被定位为使得其控制来自所述产品侧的所述富氧气体流。

8.如前述权利要求中的任一项所述的氧气分离器(100)，其中，所述吸附剂材料(105)是取自包括以下项的列表的至少一项：i)Li-LSX沸石、ii)Na-X沸石、iii)碳分子筛(CMS)以及iv)金属-有机框架(MOF)。

9.如前述权利要求中的任一项所述的氧气分离器(100)，其中，所述非富氧气体是环境空气。

10.如前述权利要求中的任一项所述的氧气分离器(100)，其中，所述处理器被配置为控制所述第一可控接口(110)、所述第二可控接口(111)以及所述第三可控接口(112)，使得：

从所述第二可控(111)接口朝向所述第一可控接口(110)引导所述气体流；并且

从所述第三可控接口(112)朝向所述第一可控接口(110)引导所述另外的气体流；

其中，所述第一可控接口(110)被配置为输出来自所述氧气分离器设备的气体。

11.如权利要求1至10所述的氧气分离器(100)，其中，所述处理器被配置为控制所述第一可控接口(110)、所述第二可控接口(111)以及所述第三可控接口(112)，使得：

从所述第一可控(110)接口朝向所述第二可控接口(111)引导所述气体流；并且

从所述第三可控接口(112)朝向所述第二可控接口(111)引导所述另外的气体流；

其中，所述第二可控接口(111)被配置为输出来自所述氧气分离器设备的气体。

12.如前述权利要求中的任一项所述的氧气分离器(100)，其中，所述第一可控接口、所述第二可控接口以及所述第三可控接口中的每个分别包括第一阀(141)、第二阀(416)以及第三阀(120)，其中，所述处理器(175)还被配置为在所述吹扫阶段期间调节所述阀，使得所述气体流和/或所述另外的气体流被生成。

13.一种用于控制用于从含氧气体生成富氧气体的氧气分离器的方法，所述方法包括以下步骤：

提供至少一个氧气分离器设备，其包括：

吸附剂材料，其用于吸附所述含氧气体的至少一个组分；以及

至少三个可控接口，其包括：第一馈送侧可控接口(110)，其被配置为控制所述氧气分离器设备(101)的内部与外部之间的含氧气体的连通；第二可控接口，其被配置为控制所述氧气分离器设备(101)的内部与外部之间的非富氧气体的连通；以及第三产品侧可控接口(112)，其用于控制所述氧气分离器设备(101)的内部与外部之间的富氧气体的连通；

控制所述氧气分离器，使得多个阶段顺序地被执行，在它们之中有吹扫阶段，以用于吹扫所述吸附剂材料，从而释放所述含氧气体的所吸附的至少一个组分；

控制至少两个可控接口，使得在至少所述吹扫阶段期间在所述第一可控接口与所述第二可控接口之间生成气体流；

所述方法的特征在于以下步骤：

对所述第二可控接口进行定位和/或控制，使得其控制在所述吹扫阶段期间在所述氧气分离器设备的内部与非富氧气体的体积之间的流体耦合，使得所述非富氧气体被用于吹扫所述吸附剂材料。

14.如权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：

对所述第三可控接口进行定位和/或控制，使得其控制在至少所述吹扫阶段期间在所述氧气分离器设备的内部与富氧气体的体积之间的流体耦合；

在所述吹扫阶段期间在所述第三可控接口与所述第二可控接口或所述第一可控接口之间生成另外的气体流。

15.一种用于使得富氧气体被生成的计算机程序代码，所述计算机程序代码被配置为当在合适的计算机或网络上运行时使得如权利要求1至12中的任一项所述的氧气分离器执行除了提供至少一个氧气分离器设备的步骤之外的如权利要求13至14中的任一项所述的氧气浓缩方法的步骤。