CN117795129A - 氧气浓缩器模块 - Google Patents

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Abstract

在一个方面，氧气浓缩器模块能够包括电化学电池(40)，其包括阴极(34、阳极(54)、位于阴极(34)和阳极(54)之间的质子交换膜(42)、位于阴极(34)的与质子交换膜(42)相对的一侧的阴极侧室(32)，以及位于阳极(54)的与质子交换膜(42)相对的一侧的阳极侧室(52)；与阴极侧室(32)流体连通的气体进料流(10)；与阳极侧室(52)流体连通以从阳极侧室(52)去除浓缩氧气流(56)的浓缩氧气流(56)；与阴极侧室(32)流体连通以从阴极侧室(32)去除分离的水流(96)的分离的水流(96)；经由交换流(22)与阴极侧室(32)流体连通的焓交换器(20)，其中气体进料流(10)在电化学电池(40)的上游与焓交换器(20)流体连通，以形成交换流。

Description

氧气浓缩器模块
相关申请的交叉引用
本申请要求2022年6月16日提交的美国临时专利申请序列号63/211,248的权益。相关申请通过引用以其整体并入本文。
背景技术
在这样的实例中，易于生产高度浓缩的氧气是重要的。例如，对于呼吸困难的患者，为他们提供足够量的氧气可能非常困难。医院和护理设施通常在手边保留加压氧气罐，以便根据需要为患者提供氧气，但这些罐移动起来可能很麻烦，并且在储存和运输期间必须采取许多安全预防措施。
因此需要用于按需对氧气进行浓缩的改进的系统。
发明内容
本发明公开了一种氧气浓缩器模块。
在一个方面，氧气浓缩器模块能够包括电化学电池40，其包括阴极34、阳极54、位于阴极34和阳极54之间的质子交换膜42、位于阴极34的与质子交换膜42相对的一侧的阴极侧室32，以及位于阳极54的与质子交换膜42相对的一侧的阳极侧室52；与阴极侧室32流体连通的气体进料流10；与阳极侧室52流体连通以从阳极侧室52去除浓缩氧气流56的浓缩氧气流56；与阴极侧室32流体连通以从阴极侧室32去除分离水流96的分离水流96；经由交换流22与阴极侧室32流体连通的焓交换器20，其中气体进料流10在电化学电池40的上游与焓交换器20流体连通，以形成交换流。
在另一个方面，一种浓缩氧气的方法包括向电化学电池40的阴极侧室32引入气体进料流10，该电化学电池40包括阴极34、阳极54、位于阴极34和阳极54之间的质子交换膜42、位于阴极34的与质子交换膜42相对的一侧的阴极侧室32、以及位于阳极54的与质子交换膜42相对的一侧的阳极侧室52；从阳极侧室52去除浓缩氧气流；从阴极侧室32去除分离的水流96；以及将气体进料流10引导至电化学电池40上游的焓交换器20并在焓交换器中对气体进料流10进行水合。
以上描述的和其它特征通过以下附图、详细描述和权利要求来举例说明。
附图说明
以下附图是示例性实施例，其被提供以说明本公开。附图是示例性的，其不旨在将根据本公开内容制成的设备限制于本文所阐述的材料、条件或工艺参数。
图1是氧气浓缩器模块的一个方面的图示；
图2A是具有阳极侧给水的氧气浓缩器模块的一个方面的图示；
图2B是气体进料引入单元的一个方面的图示；以及
图3是具有阴极侧给水的氧气浓缩器模块的一个方面的图示。
具体实施方式
已经开发了一种氧气浓缩器模块(Oxygen Concentrator Module，OCM)，它可以使用电化学过程来生产、储存和管理用于患者的浓缩的氧气，而不需要外部氧气供应。氧气浓缩器模块可以净化、分离和浓缩空气中的氧气，并可以在压力下同时产生氧气。氧气浓缩器模块可以最小化硬件质量、体积和功率，同时在一定范围的入口压力和氧气浓度下以高可靠性运行，并向患者递送一定范围的出口流量和浓度。氧气浓缩器模块的固态技术可以包括便携式氧气浓度堆叠和支持的电气、控制和流体系统。核心技术本身就具有流量调节能力，并且可以响应不断变化的需求，使其易于与应用反馈系统集成。与其它商业技术相比，功耗可以与浓缩氧气的流量成正比，并且体积占用空间小。
氧气浓缩器模块包括电化学电池，该电化学电池可以是水电解槽和燃料电池的组合。如图1所示，潮湿空气流(由空气、H2O箭头指示)可以被引导至电化学电池40的阴极室。水蒸气可以通过质子交换膜42渗透到电化学电池的干阳极侧。可以向电化学电池施加直流电势并且可以在阳极54上电解水以产生氧产物流(由O2箭头指示)。从电解生成的带正电的质子可以通过膜42渗透到带负电的阴极34，在那里它们可以与来自空气的氧气重新组合以重新生成水。氧气浓缩器模块可以基于所需的氧气的输出包括多于一个的电化学电池。由于氧气可以以等效速率被消耗和生成，因此氧气可以被浓缩并递送给患者或储存。来自环境空气的水蒸气可以被消耗和再生，而环境湿度没有净变化。这种设计的关键方面可以被认为是可以在电池内实现对水的管理，使得性能可以被最大化并且功率可以被最小化。
图2A是氧气浓缩器模块的一个方面的图示。图2A示出了气体进料流10可以与电化学电池40流体连通。气体进料流10可以例如经由鼓风机12、空气压缩机、压缩气体罐、泵或类似物中的至少一个被引入到系统中。一个或多个过滤器8可以位于电化学电池40的上游并且可以在引入电化学电池40之前过滤气体进料流10。气体进料流10可以包含潮湿空气。气体进料流10可以包含氮气、氧气、二氧化碳和水。气体进料流10可以基于气体进料流的总体积包含小于或等于百分之22体积、或百分之5至21体积、或百分之5至15体积的氧气。
气体进料流10的全部或一部分可以被引导至电化学电池40。在引入电化学电池40之前，气体进料流10的全部或一部分可被引导至焓交换器20。包含气体进料流10的全部或一部分的交换流22可以被引导至电化学电池40的阴极室32。空气出口流24可以从焓交换器20中移除。
来自气体进料流10的水蒸气可以通过质子交换膜42渗透到阳极54。水可以在阳极54处被电解以根据反应(1)产生氧气。
在阳极54处形成的质子可以通过质子交换膜42渗透回到阴极34，在那里它们可以与氧气组合以经由逆反应(2)重新产生水。
可以在阳极侧室52中收集产物氧气并且可以产生浓缩氧气流56。浓缩氧气流56可以基于浓缩氧气流56的总体积包含大于或等于百分之25体积、或百分之25至百分之100体积、百分之50至百分之99体积、百分之60至百分之85体积的氧气。浓缩氧气流56可以被引导至患者。浓缩氧气流56可以与氧气储罐70流体连通。浓缩氧气流56可以与干燥器60流体连通。干燥器60可以位于例如氧气储罐70或患者的上游。干燥器60可以从浓缩氧气流中去除水以形成干燥氧气流62。干燥器60可以包括冷凝器、膜分离器、热交换器或类似物中的至少一个。干燥氧气流62的一部分可以被引导回干燥器60以用于进一步干燥。干燥氧气流的全部或一部分可从干燥器60移除。背压调节器可以调节流出干燥器60的流量并且阀可以将流量引导回干燥器60和/或远离干燥器60。
可选地被干燥的浓缩氧气流56的至少一部分可以在混合器72中与气体进料流10的一部分混合。这种混合可以被用于将所得流的氧气浓度调节到预定的氧气含量。
可选地被干燥或与气体进料流10混合的浓缩氧气流56的至少一部分可以与过滤器74流体连通，例如与过滤器74，诸如高效微粒空气(high-efficiency particulate air，HEPA)过滤器流体连通。输出流78的流速可以经由流量调节器76来调节。例如作为输出流78的浓缩氧气流56可以基于输出流78的总体积包括百分之20至百分之90体积、或百分之25至百分之90体积、或百分之35至百分之90体积的氧气。
水再循环流80可以由干燥器60产生。水再循环流80的全部或一部分可以经由在阴极侧室32或阳极侧室52中的任一者或两者上的引入而与电化学电池40流体连通。水再循环流80的全部或一部分可以可选地经由储水箱90或焓交换器20中的至少一个与阴极侧室32流体连通。水再循环流80的全部或一部分可以可选地经由储水箱90与阳极侧室52流体连通。
储水箱90可以存储来自水再循环流80或来自淡水流94的水中的一个或两个。储水箱90可以存储水并以受控方式将水引入电化学电池40。来自淡水源的淡水流94可以在进入氧气浓缩器模块之前与水过滤器92流体连通。能够将液态水转化为气体的相分离器可以位于储水箱90的下游和焓交换器20的上游。
分离的水流96可以在阴极侧室32中被形成并且可以被抽出。分离的水流96可以与储水箱90流体连通。
图2B是图2A的虚线框内用于引入气体进料流10的说明性单元的图示。该单元可以包括由堆叠供电的过滤器8，该堆叠具有例如堆叠电源(由最下面的方框图示)、24伏直流电(由中间方框图示)，并且由图形用户界面(Graphical User Interface，GUI)控制器(由最上面的方框图示)操作。
图3是氧气浓缩器模块的一个方面的图示。图3图示了气体进料流10可以与电化学电池40流体连通。气体进料流10可以例如经由空气压缩机26、鼓风机、压缩气体罐2、泵或类似物中的至少一个被引入到系统中。一个或多个过滤器8可以位于电化学电池40的上游并且可以在引入电化学电池40之前过滤气体进料流10。气体进料流10可以包括潮湿空气。气体进料流10可以包括氮气、氧气、二氧化碳和水。气体进料流10可以基于气体进料流的总体积包括小于或等于百分之22体积、或百分之5至百分之21体积、或百分之5至百分之15体积的氧气。
气体进料流10的全部或一部分可以被引导至电化学电池40。在引入电化学电池40之前，气体进料流10的全部或一部分可以被引导至焓交换器20。焓交换器20可以在堆叠交换器中。包含气体进料流10的全部或一部分的交换流22可以被引导至电化学电池40的阴极室32。可以从焓交换器20中移除空气出口流24。可以从焓交换器20中移除放水流18。
来自气体进料流10的水蒸气可以通过质子交换膜42渗透到阳极54。水可以在阳极54处被电解以根据反应(1)产生氧气。
在阳极54处形成的质子可以通过质子交换膜42渗透回到阴极34，在那里它们可以与氧气组合以经由逆反应(2)重新产生水。
可以在阳极侧室52中收集产物氧气并且可以产生浓缩氧气流56。浓缩氧气流56可以被引导至患者。浓缩氧气流56可以与氧气储罐70流体连通。浓缩氧气流56可以可选地与干燥器流体连通。干燥器可以位于例如氧气储罐70或患者的上游。干燥器可以从浓缩氧气流中去除水以形成干燥氧气流。干燥器可以包括冷凝器、膜分离器、热交换器或类似物中的至少一个。
浓缩氧气流56的至少一部分可以在混合器72中与气体进料流10的一部分混合。这种混合可以被用于将所得流的氧气浓度调节到预定的氧气含量。
可选地与气体进料流10混合的浓缩氧气流56的至少一部分可以与过滤器74流体连通，例如与过滤器74，诸如HEPA过滤器流体连通。输出流78的流速可以经由流量调节器76来调节。例如作为输出流78的浓缩氧气流56可以基于输出流78的总体积包括百分之20至百分之90体积、或百分之25至百分之90体积、或百分之35至百分之90体积的氧气。
储水箱90可以从淡水流向氧气浓缩器模块供应水。储水箱90可以存储水并以受控方式将水引入电化学电池40。来自淡水源的淡水流可以在进入氧气浓缩器模块之前与水过滤器流体连通。
分离的水流96可以在阴极侧室32中被形成并且可以被抽出。分离的水流96可以与焓交换器90流体连通。
氧气浓缩器模块可以是便携式的，重量小于23公斤(kg)、或5至15公斤、或5至10公斤。氧气浓缩器模块每分钟可以产生高达5.5升的纯氧气，例如，基于每分钟52升的空气输入。氧气浓缩器模块可以产生5bara的氧气输出压力。产物氧气可以被生产为干燥的水或水饱和。系统可以具有小于或等于1.3千瓦(kW)或0.5至1.3千瓦的功率需求。注意到，这些值可以取决于模块设计并且氧气浓缩器模块同样可以被配置为提供更高或更低量的最终氧气并且在如所期望的不同压力下。
氧气浓缩器模块能够包括电化学电池40，其包括阴极34、阳极54、位于阴极34和阳极54之间的质子交换膜42、位于阴极34的与质子交换膜42相对的一侧上的阴极侧室32，以及位于阳极54的与质子交换膜42相对的一侧上的阳极侧室52；与阴极侧室32流体连通的气体进料流10；与阳极侧室52流体连通以从阳极侧室52去除浓缩氧气流56的浓缩氧气流56；与阴极侧室32流体连通以从阴极侧室32去除分离水流96的分离水流96；经由交换流22与阴极侧室32流体连通的焓交换器20，其中气体进料流10在电化学电池40的上游与焓交换器20流体连通，以形成交换流。
焓交换器20可以是堆叠交换器并且氧气浓缩器模块可以包括电化学电池40和堆叠交换器的堆叠。堆叠可以包括一个或多个电化学电池40。氧气浓缩器模块可以包括经由浓缩氧气流56与阳极侧室52流体连通的干燥器60，并且水再循环流80可以与干燥器60和焓交换器20或阳极侧室52中的一个或两个流体连通。氧气浓缩器模块可以包括与焓交换器20流体连通的储水箱90。氧气浓缩器模块可以包括混合器72，该混合器72可以与气体进料流10和浓缩氧气流流体连通，并且各个流的流速可以是可调节的，使得输出流78的氧气浓度可以被调节。氧气浓缩器模块可以包括与阳极侧室52流体连通的氧气罐70。氧气浓缩器模块可以包括鼓风机12、空气压缩机26、压缩气体罐2、或泵中的至少一个，其被配置为向阴极侧室供应气体进料流10。氧气浓缩器模块可以包括一个或多个过滤器，以净化气体进料流10或给水中的至少一个。氧气浓缩器模块可以具有小于或等于1.3kw或0.5至1.3kw的功率需求。
浓缩氧气的方法包括使用本文公开的氧气浓缩器模块从空气中浓缩氧气。该方法可以包括将气体进料流10引入电化学电池40的阴极侧室32，该电化学电池40包括阴极34、阳极54、位于阴极34和阳极54之间的质子交换膜42、位于阴极34的与质子交换膜42相对的一侧上的阴极侧室32、以及位于阳极54的与质子交换膜42相对的一侧上的阳极侧室52；从阳极侧室52中去除浓缩氧气流56；从阴极侧室32中去除分离的水流96；以及将气体进料流10引导至电化学电池40上游的焓交换器20并在焓交换器中对气体进料流10进行水合。
该方法可以包括在干燥器60中干燥浓缩氧气流56并且对气体进料流10进行水合可以包括用来自干燥器60的水再循环流80对气体进料流10进行水合。对气体进料流10进行水合可以包括用来自储水箱90的水流来水合气体进料流10。该方法可以包括通过将浓缩氧气流(56)与气体进料流(10)的一部分混合来降低浓缩氧气流(56)的氧气浓度。该方法可以包括将浓缩的氧气流引导至氧气储罐(70)。该方法可以包括过滤气体进料流10或浓缩氧气流56中的一个或多个。该方法可以每分钟产生多至5.5升的纯氧，或者，换句话说，去除浓缩氧气流56可以从氧气浓缩器模块每分钟去除多至5.5升的纯氧。
组合物、方法和制品可以替代地包括本文公开的任何适当材料、步骤或组分、由或基本上由本文公开的任何适当材料、步骤或组分组成。组合物、方法和制品可以附加地或替代地被配制成不含或基本上不含任何材料(或种类)、步骤或组分，否则这些材料(或种类)或步骤或组分对于实现该组合物、方法和制品的功能或目标是不必要的。
如本文所使用的，“一”、“一个”、“该”和“至少一个”不表示数量的限制，并且旨在涵盖单数和复数两者，除非上下文另外明确指示。例如，“一个元件”具有与“至少一个元件”相同的含义，除非上下文另有明确指示。术语“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。此外，“至少一个”意味着该列表包括每个单独的元件、以及该列表的两个或更多个元件的组合、以及该列表的至少一个元件与未命名的类似元件的组合。
术语“或”意味着“和/或”，除非上下文另有明确指示。在整个说明书中提及“一个方面”、“另一个方面”、“一些方面”等等，意味着与该方面相关描述的特定元件(例如，特征、结构、步骤或特性)被包括在本文所述的至少一个方面中，并且可以存在或可以不存在于其它方面中。此外，应当理解，所描述的元件可以在各个方面中以任何合适的方式组合。
指向相同部件或属性的所有范围的端点都包括端点，其是独立可组合的，并且包括所有中间点和范围。例如，“高达25vol％、或5至20vol％”的范围包括“5至25vol％”范围的端点和所有中间值，诸如10至23vol％等。
除非另有限定，否则本文使用的技术和科学术语具有与本公开所属的本领域技术人员通常理解的相同的含义。
在附图中，可以存在各种其它设备诸如阀(诸如减压阀)、泵、热电偶和压力调节器等。TS代表堆栈温度。
所有引用的专利、专利申请和其它参考文献通过引用整体并入本文。然而，如果本申请中的术语与所并入的参考文献中的术语矛盾或冲突，则来自本申请的术语优先于来自所并入的参考文献的冲突术语。
虽然已经描述了特定的实施例，但是对于申请人或本领域的其它技术人员来说，可能会出现目前不可预见或可能目前不可预见的替代、修改、变化、改进和实质等同物。因此，如所提交的所附权利要求以及它们可被修改的权利要求旨在涵盖所有这样的替代、修改、变化、改进和实质等同物。

Claims (16)

1.一种氧气浓缩器模块，包括：
电化学电池(40)，所述电化学电池(40)包括阴极(34)、阳极(54)、位于所述阴极(34)和阳极(54)之间的质子交换膜(42)、位于所述阴极(34)的与所述质子交换膜(42)相对的一侧的阴极侧室(32)以及位于所述阳极(54)的与所述质子交换膜(42)相对的一侧的阳极侧室(52)；
与所述阴极侧室(32)流体连通的气体进料流(10)；
浓缩氧气流(56)，所述浓缩氧气流(56)与所述阳极侧室(52)流体连通以从所述阳极侧室(52)去除所述浓缩氧气流(56)；
分离的水流(96)，所述分离的水流(96)与所述阴极侧室(32)流体连通以从所述阴极侧室(32)去除所述分离的水流(96)；以及
焓交换器(20)，所述焓交换器(20)经由交换流(22)与所述阴极侧室(32)流体连通，其中所述气体进料流(10)在所述电化学电池(40)上游与所述焓交换器(20)流体连通以形成所述交换流。
2.根据权利要求1所述的氧气浓缩器模块，其中，所述焓交换器(20)是堆叠交换器并且所述氧气浓缩器模块包括所述电化学电池(40)和所述堆叠交换器的堆叠。
3.根据前述权利要求中任一项所述的氧气浓缩器模块，还包括干燥器(60)，所述干燥器(60)经由所述浓缩氧气流(56)与所述阳极侧室(52)流体连通；其中，水再循环流80与所述干燥器(60)和所述焓交换器(20)或所述阳极侧室50中的一个或两个流体连通。
4.根据前述权利要求中任一项所述的氧气浓缩器模块，还包括与所述焓交换器(20)流体连通的储水箱(90)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的氧气浓缩器模块，还包括混合器(72)；其中，所述混合器与所述气体进料流(10)和所述浓缩氧气流流体连通；并且其中所述各个流的流速是能够调节的，使得输出流(78)的氧气浓度能够被调节。
6.根据前述权利要求中任一项所述的氧气浓缩器模块，还包括与所述阳极侧室(52)流体连通的氧气取器(70)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的氧气浓缩器模块，还包括鼓风机(12)、空气压缩机(26)、压缩气体罐(2)或泵中的至少一个，其被配置为向所述阴极侧室供应所述气体进料流(10)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的氧气浓缩器模块，还包括一个或多个过滤器，以净化所述气体进料流(10)或给水中的至少一个。
9.根据前述权利要求中任一项所述的氧气浓缩器模块，其中，所述氧气浓缩器模块具有小于或等于1.3kw、或0.5至1.3kw的功率需求。
10.一种对氧气进行浓缩的方法，包括：
向电化学电池(40)的阴极侧室(32)引入气体进料流(10)，所述电化学电池(40)包括阴极(34)、阳极(54)、位于所述阴极(34)和阳极(54)之间的质子交换膜(42)、位于所述阴极(34)的与所述质子交换膜(42)相对的一侧的所述阴极侧室(32)、以及位于所述阳极(54)的与所述质子交换膜(42)相对的一侧的阳极侧室(52)；
从所述阳极侧室(52)去除浓缩氧气流(56)；
从所述阴极侧室(32)去除分离的水流(96)；以及
将所述气体进料流(10)引导至所述电化学电池(40)上游的焓交换器(20)，并在所述焓交换器中对所述气体进料流(10)进行水合；
所述方法能够使用前述权利要求中任一项所述的氧气浓缩器模块。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括在干燥器(60)中干燥所述浓缩氧气流(56)，并且其中，所述对气体进料流(10)进行水合包括用来自所述干燥器(60)的水再循环流(80)对所述气体进料流(10)进行水合。
12.根据权利要求10至11中任一项所述的方法，其中，所述对气体进料流(10)进行水合包括用来自储水箱(90)的水流来水合所述气体进料流(10)。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，还包括通过将所述浓缩氧气流(56)与所述气体进料流(10)的一部分混合来降低所述浓缩氧气流(56)的氧气浓度。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，还包括将所述浓缩氧气流引导至氧气储罐(70)。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，还包括过滤所述气体进料流(10)或所述浓缩氧气流(56)中的一个或多个。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其中，所述去除浓缩氧气流(56)每分钟去除多达5.5升的纯氧。
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EP1275411A4 (en) * 2000-04-18 2006-04-05 Teijin Ltd OXYGEN
EP1368511A2 (de) * 2001-03-12 2003-12-10 Karl-Heinz Hecker Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von sauerstoff
US8021525B2 (en) * 2007-05-16 2011-09-20 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation PEM water electrolysis for oxygen generation method and apparatus
GB201015265D0 (en) * 2010-09-13 2010-10-27 Inotec Amd Ltd Oxygen concentrator and method

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