EP1368511A2 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von sauerstoff - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von sauerstoff

Info

Publication number
EP1368511A2
EP1368511A2 EP02750540A EP02750540A EP1368511A2 EP 1368511 A2 EP1368511 A2 EP 1368511A2 EP 02750540 A EP02750540 A EP 02750540A EP 02750540 A EP02750540 A EP 02750540A EP 1368511 A2 EP1368511 A2 EP 1368511A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oxygen
water
hydrogen
electrical energy
splitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02750540A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Hecker
Stefan Fiedler
Rudolf Schinagl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Karl-Heinz Hecker
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE20104256U external-priority patent/DE20104256U1/de
Priority claimed from DE2001111749 external-priority patent/DE10111749C2/de
Priority claimed from DE20104713U external-priority patent/DE20104713U1/de
Application filed by Karl-Heinz Hecker filed Critical Karl-Heinz Hecker
Publication of EP1368511A2 publication Critical patent/EP1368511A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/10—Preparation of respiratory gases or vapours
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/10—Preparation of respiratory gases or vapours
    • A61M16/1005—Preparation of respiratory gases or vapours with O2 features or with parameter measurement
    • A61M16/101—Preparation of respiratory gases or vapours with O2 features or with parameter measurement using an oxygen concentrator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B01D53/326—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00 in electrochemical cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/0003—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure
    • A61M2016/0015—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure inhalation detectors
    • A61M2016/0018—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure inhalation detectors electrical
    • A61M2016/0021—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure inhalation detectors electrical with a proportional output signal, e.g. from a thermistor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00—Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/0003—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure
    • A61M2016/0015—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure inhalation detectors
    • A61M2016/0018—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure inhalation detectors electrical
    • A61M2016/0024—Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure inhalation detectors electrical with an on-off output signal, e.g. from a switch
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2202/00—Special media to be introduced, removed or treated
    • A61M2202/02—Gases
    • A61M2202/0208—Oxygen
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2202/00—Special media to be introduced, removed or treated
    • A61M2202/03—Gases in liquid phase, e.g. cryogenic liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0046—Nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/065—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by dissolution of metals or alloys; by dehydriding metallic substances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/186—Regeneration by electrochemical means by electrolytic decomposition of the electrolytic solution or the formed water product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for generating oxygen and their use in different fields.
  • O concentrators So-called oxygen or O concentrators are used, for example.
  • two molecular sieves are controlled alternately by sucking air in through an air filter, compressing it with a compressor and feeding it to the molecular sieves alternately via valves.
  • the molecular sieves are filled with zeolites that absorb gases.
  • the adsorption ratio of oxygen to nitrogen is shifted to nitrogen to a large extent by the pressure generated, so that almost pure oxygen leaves the molecular sieve, of which approximately a third is supplied to the user or patient.
  • O 2 concentrators are generally faulty and susceptible.
  • the compressors are correspondingly noise-intensive and the devices are bulky.
  • the present invention provides two methods for generating oxygen.
  • water is split into hydrogen and oxygen, which is the electrolysis known per se
  • Breathing air is then added.
  • the resulting hydrogen can then are converted back into water together with ambient air via a fuel reaction coupled to it, it being essential to the invention that the electrolysis and the fuel reaction are coupled to one another in such a way that they form a reaction cycle and can run simultaneously and continuously.
  • the electrical energy released in the fuel reaction is then used to reduce the energy requirement for the splitting.
  • the water obtained in the fuel reaction is fed back to the splitting.
  • the electrical energy required to maintain the reaction cycle is generated either by the fuel reaction itself, which is coupled to the electrolysis, or by a second fuel reaction which proceeds separately from the latter, hydrogen being then additionally supplied to both fuel reactions, which is not from the Electrolysis comes from, or supplied by a separate energy source.
  • the additional hydrogen required for this can be provided directly from a store, in particular a metal hybrid store or pressure store, the hydrogen being obtained according to an embodiment of the invention by means of a fuel reforming process of a fuel, for example sodium borohydride.
  • a fuel for example sodium borohydride.
  • the fuel can be methanol, for example.
  • oxygen can also be generated in a second method by interweaving the electrolysis process and the fuel reaction in such a way that the intermediate step of transferring the hydrogen generated during the electrolysis into the fuel reaction is eliminated.
  • water is catalytically split into hydrogen ions and oxygen ions on an anode side of a cell, the hydrogen ions moving through a polymer electrolyte membrane (PEM) onto a cathode side of this cell, in which they are converted catalytically back to water with ambient air , On the anode side, the oxygen ions react to give off electrons to form oxygen, which is then added to the air we breathe.
  • PEM polymer electrolyte membrane
  • the water obtained on the cathode side can be fed back to the splitting on the anode side.
  • the electrical energy required to maintain the reaction cycle can be provided by an additional fuel reaction which takes place separately from the method, by supplying additional hydrogen, which can possibly be reformed from a fuel, to the latter.
  • an electrolyzer is electrically connected to a fuel cell and for the transmission of fluids.
  • the electrolyzer and / or the fuel cell are designed as a so-called PEM cell.
  • a plastic membrane is used as the electrolyte, which carries out the ion transport and only conducts protons.
  • the advantage of polymer membranes over potassium hydroxide solution as an electrolyte is above all the higher power density that can be achieved with them.
  • a PEM cell is insensitive to impurities caused by carbon dioxide, which means that very pure reaction gases can be used and fuel cells can also be operated with air.
  • this fuel cell corresponds to the reverse principle of the corresponding electrolysis cell.
  • the hydrogen gas fed to the anode of this cell is oxidized, whereby it decomposes into protons and electrons due to the catalytic effect of the electrode (2H 2 - 4H + + 4e " ).
  • the H + ions in turn reach the through a proton-conducting PEM membrane
  • the electrons migrate to the cathode when the external circuit is closed and do electrical work in this way.
  • the (impure) oxygen contained in the ambient air is then reduced and water is formed together with the protons (4e " + 4H + + O 2 ⁇ 2H O), so that the overall reaction to 2H 2 + O 2 - »2H 2 O results.
  • the water obtained in this way is fed back to the splitting process on the anode side of the PEM electrolyser.
  • the second-mentioned method can be carried out according to the invention in that an electrolyzer and a fuel cell are combined in one cell, preferably as a PEM cell.
  • the step of generating the gaseous hydrogen from the electrolysis and forwarding it as the starting product for a fuel reaction is omitted, only one polymer membrane being used as the electrolyte.
  • Water supplied is catalytically split into oxygen ions and hydrogen ions (H 2 O - »O 2" + 2H + ).
  • the water ions are passed through the polymer membrane to the cathode side of the cell and there react to water catalytically with oxygen supplied from the ambient air 4H + + O 2 + 4e " -> 2H 2 O.
  • the water thus created can in turn be returned and fed to the anode side of this cell.
  • the oxygen ions then give off the oxygen according to 2O 2 " -» O 2 + 4e " with the release of electrons.
  • the gaseous oxygen can then be removed from this cell and added to the breathing air of a user accordingly.
  • the gaseous pure oxygen in the form of bubbles is formed on the anode side in the supplied water, which is then discharged and, in one embodiment of the invention, fed to a water separator in which the bubbles of the pure oxygen separate from the water and then this can be removed accordingly.
  • the device according to the invention provides an electronic, preferably microprocessor-controlled control unit, also referred to as a so-called demand system, which only makes this part available to the user at the beginning of the inhalation phase, i.e. this specific amount is admixed to the user in the breathing intervals of his breathing air.
  • an electrolyser is already suitable as a generator unit with relatively small dimensions while providing relatively small amounts of water as a starting material for generating oxygen.
  • the resulting hydrogen can, for example, be catalytically discharged to the environment as a vapor via a combustion tube or, in the preferred embodiment in which the electrolyzer is coupled to the fuel cell, is converted back into water together with ambient air via the fuel reaction coupled to it.
  • either a direct power supply connection or an exchangeable battery can serve as the supplier for the electrical energy for carrying out or maintaining the individual reactions.
  • a further fuel cell preferably a direct methanol fuel cell, serves as the electricity supplier, the methanol optionally being provided via a cartridge system.
  • the oxygen is collected in a memory, from which it can then be selectively removed by means of the electronic control unit and supplied to the user.
  • the generator unit, the pressure accumulator, the supply line and the electronic control unit form a unit which is designed in such a way that it is portable as a whole unit, for example, it is suitable for carrying around the patient.
  • the electrical energy required to carry out the oxygen generation is provided by an electrical energy source, preferably a mains connection.
  • this electrical energy source can be stationary. It forms, so to speak, a "docking unit" into which the mobile unit of the device can be plugged in and coupled accordingly, so that the process of O 2 generation can then take place.
  • the mobile unit is in its mobile state, separated from the energy source, for as long as usable how oxygen is in the storage.
  • the pressure accumulator is empty, the mobile unit is reconnected to the electrical energy source to be filled with pure oxygen. The subsequent useful life of the mobile unit depends on the size of the pressure accumulator.
  • the generator unit either has a separate inlet for the necessary water, through which it can be filled, for example from the pressure accumulator, or, in one embodiment of the invention, a connection which has a connection provided on the stationary "docking unit" for supplying water connected is.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the method and the device of the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a device according to the invention as a mobile unit.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the principle according to the invention for generating oxygen with a generator unit 1.
  • the generator unit 1 consists either of an electrolyser which is coupled to a fuel cell or of a single PEM cell which performs the functions of an electrolyser and a fuel cell.
  • the basic structure of such cells is generally known.
  • the generator unit 1 is fed from a water reservoir 2 with water as the starting material. The corresponding reactions of the electrolysis and the fuel reaction then take place in the generator unit 1.
  • the resulting pure oxygen is produced in the form of bubbles in the water present on the anode side of the generator unit 1. This is discharged together with the oxygen and fed to a water separator 3 in which the pure oxygen separates from the water, so that the water separator 3 serves on the one hand as an oxygen reservoir 4 and on the other hand as the water reservoir 2.
  • ambient air is supplied via a line 5 in order to enable the conversion back into water.
  • the resulting water like the nitrogen produced, is optionally discharged via a common line 6 via a water separator 7. After it has been collected in a water reservoir 8, the water is admixed again by the water reservoir 2 via a return line 9 to the supply water line 10, so that a closed circuit is formed.
  • the pure oxygen from the oxygen reservoir 4 is supplied to the patient's breathing air via a supply line 11.
  • An electronic control system 12 also called a demand system, which is controlled by a CPU 13, regulates the selective removal of the pure oxygen via a valve 14.
  • the CPU 13 in turn controls the supply of water from a water refill system 16 via a valve 15.
  • the CPU 13 or the demand system 12 can be connected to sensors that determine the respective need for pure oxygen depending on the inhalation of the user.
  • the entire system is supplied with the electrical energy necessary for carrying out the control and for carrying out the splitting and conversion processes from an energy source (not shown), which can be designed as a rechargeable battery, power supply connection or as a further fuel cell, a current transformer 17 being used comes.
  • an energy source not shown
  • a current transformer 17 being used comes.
  • Figure 2 shows schematically the device according to the invention, which consists of a mobile unit 18 and a stationary unit 19.
  • the mobile unit 18 consists of an oxygen generator unit 1, a pressure accumulator 20 directly connected to it, in which the pure oxygen generated from the electrolysis is collected.
  • a pressure reducer 22 is provided between the pressure accumulator 20 and a supply line 21 to a patient.
  • the supply line 21 is coupled to an electronic control system 12 via a valve technology known per se, so that pure oxygen is removed from the pressure accumulator 20 only at certain times during the inhalation phase and is supplied to the patient's breathing air and the concentration of oxygen therein selectively elevated.
  • the generator unit 1 of the mobile unit 18 is connected via an electrical line 23 to a power supply unit 24 of the stationary unit 19.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von elementarem Sauerstoff bzw. zur Erhöhung von dessen Konzentration in der Atemluft eines Benutzers. Bei dem Verfahren wird Wasser mittels elektrischer Energie in Wasserstoff und in elementaren Sauerstoff aufgespaltet (Elektrolyse), der elementare Sauerstoff der Atemluft beigemischt und der Wasserstoff mit Umgebungsluft wieder in Wasser umgewandelt (Brennstoffreaktion), wobei die Aufspaltung des Wassers in Wasserstoff und in elementaren Sauerstoff und die Umwandlung des Wasserstoffs mit Umgebungsluft in Wasser unter Ausbildung eines Reaktionskreislaufes gleichzeitig und Umwandlung gewonnene elektrische Energie zur Reduktion des Energiebedarfs für die Aufspaltung genutzt wird. Zu diesem Zweck stehen eine Elektrolyseur zur Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und elementaren Sauerstoff, und eine Brennstoffzelle zur Umwandlung des Wasserstoffs mit Umgebungsluft in Wasser elektrisch und zur Übertragung von Fluiden in Verbindung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff sowie deren Verwendung in unterschiedlichen Gebieten.
Nahezu reiner Sauerstoff wird oftmals dann benötigt, wenn einem Benutzer bzw. einem Patienten aus medizinischen oder sonstigen Gründen anstatt des herkömm- liehen in der Umgebungsluft vorkommenden Sauerstoffs entsprechend reiner Sauerstoffzugeführt werden soll.
Aus dem Stand der Technik sind hierzu im wesentlichen drei mögliche Vorrichtungen bzw. Verfahren bekannt.
So kommen beispielsweise sogenannte Sauerstoff- oder O -Konzentratoren zum Einsatz. In diesen werden zwei Molekularsiebe wechselweise angesteuert, indem Luft über einen Luftfilter angesaugt, mit einem Kompressor verdichtet und über Ventile den Molekularsieben wechselweise zugeführt wird. Die Molekularsiebe sind mit Zeolithen gefüllt, die Gase absorbieren. Durch den erzeugten Druck wird das Adsorptionsverhältnis von Sauerstoff zu Stickstoff in hohem Maße zu Stickstoff hin verschoben, so dass den Molekularsieb nahezu reiner Sauerstoff verlässt, wovon ca. ein Drittel dem Benutzer bzw. Patienten zugeführt wird. O2- Konzentratoren sind im Allgemeinen fehlerbehaftet und anfallig. Zudem sind die Kompressoren entsprechend geräuschintensiv und die Geräte voluminös.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung nahezu reinen Sauerstoffs beruht auf der Tatsache, einen in einem flüssigen Aggregatszustand vorliegenden Sauerstoff, der in entsprechenden Druckbehältnissen gelagert ist, über einen aus dem Stand der Technik an sich hinlänglich bekannten Umwandlungsprozess in einen gasförmigen Aggregatszustand zu überfuhren und sodann einem Patienten zuzuführen. Dieser Möglichkeit wohnt der Nachteil inne, dass stets flüssiger Sauerstoff zur Verfügung stehen muss, was gerade bei einem Einsatz insbesondere außerhalb einer Klinik einen gewissen Aufwand erfordert.
Es ist des Weiteren auch bekannt, den erforderlichen Sauerstoff in Druckgasflaschen bereitzustellen. Auch hier ist ein gewisser logistischer Aufwand nicht zu vermeiden, zudem sind die Druckflaschen, die einen Druck bis zu 200 bar aushalten müssen, entsprechend schwer und schwierig zu transportieren.
Allen drei oben genannten Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Sauerstoffist der wesentliche Nachteil gemeinsam, dass sie für einen mobilen Einsatz aufgrund ihrer spezifischen konstruktiven Ausgestaltung einerseits und ihrer Notwendigkeit zur Bereitstellung von Ausgangsstoffen andererseits nur bedingt oder überhaupt nicht mobil einsatzfähig sind.
Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Nachteilen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das auf einfachste Weise einem Benutzer nahezu reinen Sauerstoff zur Verfügung stellen kann. Darüber hinaus ist es die Aufgabe dieser Erfindung, eine dieses Verfahren implementierende Vorrichtung bereitzustellen, die leicht zu handhaben und entsprechend geräuscharm sowie leicht ist.
Gelöst werden diese Aufgaben einerseits mit einem Verfahren jeweils gemäß dem Anspruch 1 und Anspruch 6 sowie einer Vorrichtung nach Anspruch 11.
Prinzipiell stellt die vorliegende Erfindung zwei Verfahren zur Erzeugung von Sauerstoff bereit.
Bei einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels der an sich bekann- ten Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und in Sauerstoff aufgespaltet, welcher der
Atemluft dann beigemischt wird. Der dabei entstehende Wasserstoff kann dann über eine daran gekoppelte Brennstoffreaktion zusammen mit Umgebungsluft wieder in Wasser umgewandelt werden, wobei es erfindungswesentlich ist, dass die Elektrolyse und die Brennstoffreaktion so miteinander gekoppelt sind, dass sie einen Reaktionskreislauf ausbilden und gleichzeitig und kontinuierlich ablaufen können. Gemäß der Erfindung wird die bei der Brennstoffreaktion freiwerdende elektrische Energie dann zur Reduktion des Energiebedarfs für die Aufspaltung herangezogen.
Nach einer weiteren Ausführung dieses Verfahrens wird das bei der Brennstoffre- aktion gewonnene Wasser der Aufspaltung wieder zugeführt.
Nach einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird die zur Aufrechterhaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie entweder durch die mit der Elektrolyse gekoppelte Brennstoffreaktion selbst oder durch eine von die- ser getrennt ablaufenden zweiten Brennstoffreaktion erzeugt, wobei beiden Brennstoffreaktionen dann zusätzlich Wasserstoff zugeführt wird, der nicht von der Elektrolyse stammt, oder aber von einer separaten Energiequelle geliefert.
Der hierzu notwendige zusätzliche Wasserstoff kann direkt aus einem Speicher, insbesondere einem Metallhybridspeicher oder Druckspeicher, bereitgestellt werden, wobei der Wasserstoff gemäß einer Ausführung der Erfindung mittels eines Brennstoffreformprozesses eines Brennstoffes, beispielsweise von Natriumborhydrid, gewonnen wird.
In einer vorteilhaften Ausführung dieses Verfahrens kann der Brennstoff beispielsweise Methanol sein.
Gemäß der Erfindung lässt sich Sauerstoff in einem zweiten Verfahren auch dadurch erzeugen, dass der Elektrolyseprozess und die Brennstoffreaktion miteinan- der so verwoben werden, dass der Zwischenschritt der Überfuhrung des bei der Elektrolyse erzeugten Wasserstoffs in die Brennstoffreaktion entfällt. Hierzu wird gemäß der Erfindung Wasser katalytisch an einer Anodenseite einer Zelle in Wasserstoffionen und Sauerstoffionen aufgespaltet, wobei sich die Wasserstoffionen durch eine Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) auf eine Kathodenseite dieser Zelle bewegen, in der diese katalytisch mit Umgebungsluft wieder zu Wasser um- gewandelt werden. An der Anodenseite reagieren die Sauerstoffionen unter Abgabe von Elektronen zu Sauerstoff, der dann der Atemluft beigemischt wird.
Gemäß der Erfindung kann auch bei diesem zweiten Verfahren das auf der Kathodenseite gewonnene Wasser der Aufspaltung an der Anodenseite wieder zuge- führt.
Auch bei dieser erfmdungsgemäßen Verfahrensvariante lässt sich die zur Aufrechterhaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie durch eine zusätzliche, getrennt zu dem Verfahren ablaufende Brennstoffreaktion bereit- stellen, indem zusätzlicher Wasserstoff, der gegebenenfalls aus einem Brennstoff reformierbar ist, dieser zugeführt wird.
Zur Durchführung des erstgenannten Verfahrens wird gemäß der Erfindung ein Elektrolyseur mit einer Brennstoffzelle elektrisch und zur Übertragung von Flui- den verbunden.
Hierbei ist es gemäß der Erfindung vorteilhaft, wenn der Elektrolyseur und/oder die Brennstoffzelle als sog. PEM-Zelle ausgebildet sind. Bei dieser wird als Elektrolyt eine Kunststoffmembran verwendet, die den Ionentransport durchführt und dabei nur Protonen leitet. Der Vorteil von Polymermembranen gegenüber Kalilauge als Elektrolyt ist neben einer Systemvereinfachung vor allem eine damit erreichbare höhere Leistungsdichte. Darüber hinaus ist eine PEM-Zelle im Vergleich zu einer alkalischen Einheit unempfindlich gegenüber Verunreinigungen durch Kohlendioxid, wodurch auf die Verwendung sehr reiner Reaktionsgase ver- ziehtet werden kann und damit auch ein Brennstoffzellenbetrieb mit Luft möglich ist. Bei dem PEM-Elektrolyseur wird auf der Anodenseite Wasser bei angelegter äußerer Spannung elektrolytisch direkt in gasförmigen Sauerstoff, Elektronen und H+-Ionen nach der Gleichung 2H2O -» 4e" + 4H+ + O2 aufgespaltet. Die H+-Ionen (Protonen) wandern durch eine protonenleitende PEM-Membran zur Kathode und bilden dort mit den über einen äußeren Leiterkreis fließenden Elektronen Wasserstoffgas nach der Gleichung 4H+ + 4e" -» 2H , wobei sich die Gesamtreaktion ergibt zu 2H O -» 2H + O2. Der reine Sauerstoff O2 wird dann abgeführt, um der Atemluft eines Patienten beigemischt zu werden, während der Wasserstoff an eine PEM-Brennstoffzelle weitergeleitet wird.
Die Funktionsweise dieser Brennstoffzelle entspricht quasi dem umgekehrten Prinzip der entsprechenden Elektrolysezelle. Das an die Anode dieser Zelle geführte Wasserstoffgas wird oxidiert, wobei es durch die katalytische Wirkung der Elektrode in Protonen und Elektronen zerfällt (2H2 - 4H+ + 4e"). Die H+-Ionen gelangen wiederum durch eine protonenleitende PEM-Membran auf die Kathodenseite. Die Elektronen wandern bei geschlossenem äußeren Stromkreis zur Kathode und verrichten auf diesem Wege elektrische Arbeit. Der an die Kathode geführte, in der Umgebungsluft enthaltene (nicht reine) Sauerstoff wird sodann reduziert, wobei zusammen mit den Protonen Wasser gebildet wird (4e" + 4H+ + O2 → 2H O), so dass sich die Gesamtreaktion zu 2H2 + O2 -» 2H2O ergibt.
Wie vorhergehend bereits erwähnt, wird das dabei gewonnene Wasser wieder dem Aufspaltungsprozess an der Anodenseite des PEM-Elektrolyseurs zugeführt.
Das zweitgenannte Verfahren lässt sich gemäß der Erfindung dadurch durchführen, dass ein Elektrolyseur und eine Brennstoffzelle in einer Zelle, vorzugsweise als PEM-Zelle, vereint werden. Hierbei wird gemäß der Erfindung der Schritt zur Erzeugung des gasförmigen Wasserstoffs aus der Elektrolyse und dessen Weiter- leitung als Ausgangsprodukt für eine Brennstoffreaktion ausgelassen, wobei nur eine Polymermembran als Elektrolyt zum Einsatz kommt. Auf der Anodenseite wird zugeführtes Wasser katalytisch in Sauerstoffionen und Wasserstoffionen aufgespaltet (H2O -» O2" + 2H+). Die Wasserionen (Protonen) werden durch die Polymermembran zur Kathodenseite der Zelle geleitet und reagieren dort katalytisch mit aus der Umgebungsluft zugeleiteten Sauerstoff zu Wasser nach 4H++ O2 + 4e" — > 2H2O. Das so entstandene Wasser kann wiederum zurückgeleitet und der Anodenseite dieser Zelle zugeführt werden.
An der Anodenseite bilden die Sauerstoffionen unter Abgabe von Elektronen dann den Sauerstoff nach 2O2" -» O2 + 4e" aus. Der gasförmige Sauerstoff kann dann aus dieser Zelle abgeführt werden und der Atemluft eines Benutzers entsprechend beigemischt werden.
In beiden Varianten des Verfahrens gemäß der Erfindung entsteht auf der Anodenseite der gasförmige reine Sauerstoff in Bläschenform in dem zugeleiteten Wasser, wobei dieses dann abgeleitet und in einer Ausführungsform der Erfindung einem Wasserabscheider zugeführt wird, in dem sich die Bläschen des reinen Sauerstoffs von dem Wasser trennen und dann dieser entsprechend abgeführt werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass nur ca. 8% des gesamten Volumenstroms während der Inhalationsphase eines Menschen in der Lunge umgesetzt und in den Blutkreislauf übertragen werden können. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung stellt eine elektronische, vorzugsweise mikroprozessorgesteuerte Steuereinheit, auch als sog. Demand-System bezeichnet, bereit, das nur genau diesen Anteil zu Anfang der Inhalationsphase des Benutzers zur Verfügung stellt, d.h. es wird diese bestimmte Menge dem Benutzer in den Atmungsintervallen seiner Atemluft beigemischt.
Aus diesem Grund eignet sich bereits ein Elektrolyseur als Erzeugereinheit mit relativ kleinen Abmessungen unter Bereitstellung relativ kleiner Mengen an Was- ser als Ausgangsstoff zur Sauerstofferzeugung. Der dabei entstehende Wasserstoff kann beispielsweise katalytisch über ein Ver- brennungsröhrchen als Dampf an die Umgebung abgeführt werden, oder wird in der bevorzugten Ausfuhrungsform, bei welcher der Elektrolyseur mit der Brennstoffzelle gekoppelt ist, über die daran gekoppelte Brennstoffreaktion zusammen mit Umgebungsluft wieder in Wasser umgewandelt.
Als Lieferanten für die elektrische Energie zur Durchführung bzw. Aufrechterhaltung der einzelnen Reaktionen kann erfindungsgemäß entweder eine direkter Stromnetzanschluss oder ein austauschbarer Akku dienen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient als Stromlieferant eine weitere Brennstoffzelle, vorzugsweise eine Direkt-Methanol- Brennstoffzelle, wobei das Methanol gegebenenfalls über ein Kartuschensystem bereitgestellt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Sauerstoff in einem Speicher gesammelt, aus dem er dann mittels der elektronischen Steuereinheit selektiv entnommen werden kann und dem Benutzer zugeführt wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung bilden die Erzeugereinheit, der Druckspeicher, die Versorgungsleitung und die elektronische Steuereinheit eine Einheit, die so ausgebildet ist, dass diese als gesamte Einheit portabel ist, beispielsweise tragefähig zum Umhängen um den Patienten.
Die für die Durchführung der Sauerstofferzeugung notwendige elektrische Energie wird von einer elektrischen Energiequelle, vorzugsweise einem Netzanschluss, bereitgestellt. Gemäß der Erfindung kann diese elektrische Energiequelle stationär ausgebildet sein. Sie bildet sozusagen eine "docking unit", in welche die mobile Einheit der Vorrichtung einsteckbar und entsprechend koppelbar ist, so dass dann der Vorgang der O2-Erzeugung stattfinden kann. Mit anderen Worten ist die mobile Einheit solange in ihrem mobilen, von der Energiequelle getrennten Zustand nutzbar, wie sich Sauerstoff in dem Speicher befindet. Wenn der Druckspeicher entleert ist, wird die mobile Einheit wieder zum Befallen mit reinem Sauerstoff mit der elektrischen Energiequelle verbunden. Je nach Größe des Druckspeichers ergibt sich die anschließende Nutzungsdauer der mobilen Einheit.
Die Erzeugereinheit weist entweder einen separaten Eingang für das notwendige Wasser, durch den dieser, beispielsweise von dem Druckspeicher, befüllbar ist, oder in einer Ausführungsform der Erfindung einen Anschluss auf, der mit einem an der stationären "docking unit" vorgesehenen Anschluss zur Zuleitung von Wasser verbunden ist.
Es wird deutlich, dass durch die Verwendung eines Elektrolyseurs und einer Brennstoffzelle, entweder getrennt voneinander oder in einer einzigen Zelle kombiniert, vorzugsweise in ihrer Ausführung als PEM-Zelle, eine leichte und kom- pakte Einheit gebildet wird, die aufgrund der darin ablaufenden Reaktionen auch äußerst geräuscharm ist. Darüber hinaus ermöglicht die elektronisch gesteuerte selektive Abnahme des erzeugten Sauerstoffs eine weitergehende Verkleinerung der Einheit, da nicht das gesamte Inhalationsvolumen, sondern lediglich ein bestimmter Bruchteil, an Sauerstoff erzeugt werden muss. Die Verwendung von herkömmlichem Wasser als Sauerstofflieferant vereinfacht auch den Einsatz dieser Vorrichtung, so dass diese unproblematisch zu Hause einsetzbar ist und in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung auch als mobile Einheit ausgestaltet sein kann.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Vorrichtungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Im Folgenden soll die Funktionsweise des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips anhand von in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei- spielen näher erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Verfahren bzw. der Vorrichtung der Erfindung; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfin- düng als mobile Einheit.
Die Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Prinzips zur Erzeugung von Sauerstoff mit einer Erzeugereinheit 1. Die Erzeugereinheit 1 besteht je nach Ausführungsform entweder aus einem Elektrolyseur, der mit einer Brenn- stoffzelle gekoppelt ist, oder aus einer einzigen PEM-Zelle, die die Funktionen eines Elektrolyseurs und einer Brennstoffzelle vereint. Der prinzipielle Aufbau solcher Zellen ist allgemein bekannt.
Der Erzeugereinheit 1 wird aus einem Wasserspeicher 2 mit Wasser als Aus- gangsstoff gespeist. In der Erzeugereinheit 1 laufen dann die entsprechenden Reaktionen der Elektrolyse und der Brennstoffreaktion ab.
Der dabei entstehende reine Sauerstoff entsteht in Bläschenform in dem an der Anodenseite der Erzeugereinheit 1 vorhandenen Wasser. Dieses wird gemeinsam mit dem Sauerstoff abgeführt und einem Wasserabscheider 3 zugeleitet, in dem sich der reine Sauerstoff von dem Wasser trennt, so dass der Wasserabscheider 3 einerseits als ein Sauerstoffspeicher 4 und andererseits als der Wasserspeicher 2 dient.
An der Kathodenseite der Erzeugereinheit 1 wird Umgebungsluft über eine Leitung 5 zugeführt, um die Rückumwandlung in Wasser zu ermöglichen. Das dabei entstehende Wasser wird, ebenso wie der dabei anfallende Stickstoff über eine gemeinsame Leitung 6 gegebenenfalls über einen Wasserabscheider 7 abgeführt. Das Wasser wird, nachdem es in einem Wasserspeicher 8 gesammelt wurde, über eine rückf hrende Leitung 9 der zuführenden Wasserleitung 10 von dem Wasserspeicher 2 wieder beigemischt, so dass sich ein geschlossener Kreislauf bildet.
Über eine Versorgungsleitung 11 wird der Atemluft des Patienten der reine Sauerstoff aus dem Sauerstoffspeicher 4 zugeführt.
Ein elektronisches Steuersystem 12, auch Demand-System genannt, das von einer CPU 13 kontrolliert wird, regelt über ein Ventil 14 die selektive Entnahme des reinen Sauerstoffs.
Die CPU 13 steuert wiederum über ein Ventil 15 die Zuführung von Wasser aus einem Wassernachfüllsystem 16.
Die CPU 13 bzw. das Demand-System 12 können dabei mit Sensoren in Verbindung stehen, die den jeweiligen Bedarf an reinem Sauerstoff in Abhängigkeit der Inhalation des Benutzers ermitteln.
Von einer nicht dargestellten Energiequelle, die als Akku, Stromnetzanschluss oder als weitere Brennstoffzelle ausgebildet sein kann, wird das gesamte System mit dem zur Durchführung der Steuerung und zur Durchführung der Aufspal- tungs- und Umwandlungsprozesse notwendigen elektrischen Energie versorgt, wobei ein Stromwandler 17 zum Einsatz kommt.
Die Figur 2 zeigt schematisch die Vorrichtung gemäß der Erfindung, die aus einer mobilen Einheit 18 und einer stationären Einheit 19 besteht.
Die mobile Einheit 18 besteht aus einer Sauerstofferzeugereinheit 1, einem mit dieser unmittelbar in Verbindung stehenden Druckspeicher 20, in dem der aus der Elektrolyse erzeugte reine Sauerstoff gesammelt wird. Zwischen dem Druckspeicher 20 und einer Versorgungsleitung 21 zu einem Patienten ist ein Druckminderer 22 vorgesehen. Die Versorgungsleitung 21 ist über eine an sich bekannte Ventiltechnik mit einem elektronischen Steuersystem 12 gekoppelt, so dass in bestimmten Abständen nur zu gewissen Zeitpunkten der Inhalationsphase dem Druckspeicher 20 reiner Sauerstoff entnommen wird und der Atemluft des Patienten zugeführt wird und die Konzentration von Sauerstoff in dieser selektiv erhöht.
Der Erzeugereinheit 1 der mobilen Einheit 18 steht über eine elektrische Leitung 23 mit einem Stromnetzteil 24 der stationären Einheit 19 in Verbindung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erhöhung der Konzentration von Sauerstoff in der Atemluft, bei welchem Wasser mittels elektrischer Energie in Wasserstoff und in Sauerstoff aufgespaltet (Elektrolyse), der Sauerstoff der Atemluft beigemischt und der Wasserstoff mit Umgebungsluft wieder in Wasser umgewandelt (Brenn- stoffreaktion) wird, wobei die Aufspaltung des Wassers in Wasserstoff und in Sauerstoff und die Umwandlung des Wasserstoffs mit Umgebungsluft in
Wasser unter Ausbildung eines Reaktionskreislaufes gleichzeitig und kontinuierlich ablaufen und miteinander gekoppelt sind, indem die bei der Umwandlung gewonnene elektrische Energie zur Reduktion des Energiebedarfs für die Aufspaltung genutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das bei der Umwandlung gewonnene Wasser der Aufspaltung wieder zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die für den Beginn und/oder Aufrechthaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie einer Energiequelle entnommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die für den Beginn und /oder Aufrechterhaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie ausschließlich durch die Brennstoffreaktion oder durch eine weitere, dazu getrennt ablaufende Brennstoffreaktion erzeugt wird, denen jeweils zusätzlich Wasserstoff zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem der zusätzliche Wasserstoff aus Methanol gewonnen wird.
6. Verfahren zur Erhöhung der Konzentration von Sauerstoff in der Atemluft, bei welchem Wasser mittels elektrischer Energie katalytisch in Wasserstoffionen und Sauerstoffionen aufgespaltet wird, wobei sich die Sauerstoffionen unter Abgabe von Elektronen zu Sauerstoff verbinden, der der Atemluft bei- gemischt wird, und die Wasserstoffionen katalytisch mit den Elektronen und
Umgebungsluft wieder in Wasser umgewandelt werden, wobei die Aufspaltung von Wasser in Wasserstoffionen und Sauerstoffionen, deren Verbindung zu Sauerstoff und die Umwandlung der Wasserstoffionen mit Umgebungsluft zu Wasser unter Ausbildung eines Reaktionskreislaufes gleichzeitig und kon- tinuierlich ablaufen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem das gewonnene Wasser der Aufspaltung wieder zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei welchem die für den Beginn und/oder Aufrechthaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie einer Energiequelle entnommen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei welchem die für den Beginn und/oder Aufrechthaltung des Reaktionskreislaufes notwendige elektrische Energie durch eine getrennt ablaufende Brennstoffreaktion erzeugt wird, der zusätzlich Wasserstoff zugeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der zusätzliche Wasserstoff aus Methanol gewonnen wird.
11. Vorrichtung zur Erhöhung der Konzentration von Sauerstoff in der Atemluft, bestehend aus einer Erzeugereinheit (1) für Sauerstoff, einer elektrischen Energiequelle, einer Versorgungsleitung (11) von der Erzeugereinheit (1) zu einem Benutzer und aus einer elektronischen Steuereinheit (12), das den er- zeugten Sauerstoff selektiv der Atemluft des Benutzers, insbesondere nur zu Anfang der Inhalationsphase, beimischt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeuge- reinheit (1) ein Elektrolyseur zur Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und
Sauerstoff ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennstoffzelle zur Umwandlung des Wasserstoffs mit Umgebungsluft in Wasser mit dem Elektrolyseur elektrisch und zur Übertragung von Fluiden so in Verbindung steht, dass die bei der Umwandlung gewonnene elektrische Energie zur Reduktion des Energiebedarfs für die Aufspaltung genutzt wird und dass das bei der Umwandlung gewonnene Wasser der Aufspaltung wieder zugeführt wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur und/oder die Brennstoffzelle als PEM(Polymer Elektrolyt Membran)- Zelle ausgebildet ist/sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle mit einem wiederbefüllbaren oder austauschbaren Wasserstoffspeicher (2), insbesondere einem Metallhybridspeicher oder Druckspeicher, in Verbindung steht.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffspeicher mit einem Brennstoff-Reformer in Verbindung steht.
17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyseur und die Brennstoffzelle in einer Zelle, insbesondere als PEM-Zelle, ver- eint sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energiequelle als ein Akku und/oder als ein Stromnetzan- schluss ausgebildet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energiequelle als eine weitere Brennstoffzelle ausgebildet ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff- zelle als eine Direkt-Methanol-Brennstoffzelle ausgebildet ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Einweg- oder Mehrwegkartuschensystem für das Methanol aufweist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Brennstoffzelle mit dem wiederbefüllbaren oder austauschbaren Wasserstoffspeicher in Verbindung steht.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Erzeugereinheit (1) und der Versorgungsleitung (11) für den Sauerstoff ein integrierter oder abnehmbarer Sauerstoffspeicher (4), insbesondere Druckspeicher, vorgesehen ist, in welchem der in der Erzeugereinheit (1) kontinuierlich erzeugte Sauerstoff gesammelt wird und aus dem dieser mittels der elektronischen Steuereinheit (12) selektiv, insbesondere nur zu Anfang der Inhalationsphase, entnommen und der Atemluft beigemischt wird.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (12) mit Sensoren zur Messung des Sauerstoffsbedarfs des Benutzers in Verbindung steht.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass diese als stationäre oder mobile Einheit ausgebildet ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeuge- reinheit (1), der Druckspeicher (20), die Versorgungsleitung (11) und die elektronische Steuereinheit (12) als mobile Einheit (18) und die elektrische Energiequelle als stationäre Einheit (19) ausgebildet sowie miteinander zur Erzeugung und Speicherung des Sauerstoffs verbindbar sind.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre Einheit (19) einen Verbindungsanschluss für Wasser aufweist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (20) zur Versorgungsleitung einen Druckminderer (22) auf- weist.
29. Verwendung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10 und einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 28 zur unterstützenden Versorgung von Patienten mit pathologischen Lungenschäden oder zur Unterstützung der künstlichen Beatmung von Intensivpatienten oder zur Trainingsunterstützung von Sportlern oder zur Unterstützung einer Sauerstofftherapie.
EP02750540A 2001-03-12 2002-03-12 Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von sauerstoff Withdrawn EP1368511A2 (de)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE20104256U DE20104256U1 (de) 2001-03-12 2001-03-12 Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff
DE20104256U 2001-03-12
DE2001111749 DE10111749C2 (de) 2001-03-12 2001-03-12 Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von elementarem Sauerstoff
DE10111749 2001-03-12
DE20104713U 2001-03-19
DE20104713U DE20104713U1 (de) 2001-03-19 2001-03-19 Vorrichtung zur Versorgung mit Sauerstoff
PCT/EP2002/002709 WO2002072919A2 (de) 2001-03-12 2002-03-12 Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von sauerstoff

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1368511A2 true EP1368511A2 (de) 2003-12-10

Family

ID=27214334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP02750540A Withdrawn EP1368511A2 (de) 2001-03-12 2002-03-12 Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von sauerstoff

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7504015B2 (de)
EP (1) EP1368511A2 (de)
JP (1) JP2004534907A (de)
KR (1) KR20040069970A (de)
CA (1) CA2440736A1 (de)
MX (1) MXPA03007968A (de)
WO (1) WO2002072919A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109216734A (zh) * 2018-09-30 2019-01-15 河南豫氢动力有限公司 一种有助于燃料电池增湿和低温启动的辅助系统

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10354219B4 (de) * 2003-11-20 2007-08-16 Pauling, Hans Jürgen, Dr. Transportvorrichtung und -verfahren für ein Gas sowie Nachweiseinrichtung für ein Gas
WO2005060037A1 (en) * 2003-12-17 2005-06-30 Invacare Corporation Oxygen supply system
GB0504445D0 (en) * 2005-03-03 2005-04-06 Univ Cambridge Tech Oxygen generation apparatus and method
CN1854063A (zh) * 2005-04-28 2006-11-01 黄潮 电化学锌－水制氢、储氢方法
US8021525B2 (en) * 2007-05-16 2011-09-20 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation PEM water electrolysis for oxygen generation method and apparatus
CN101896230B (zh) * 2007-12-10 2013-07-17 诺基亚公司 便携式氧输送装置和向移动用户输送氧气的方法
EP2090335B1 (de) * 2008-02-12 2016-05-04 Zodiac Aerotechnics Sauerstoffatmungsvorrichtung
CN203609733U (zh) * 2013-10-10 2014-05-28 林信涌 具有安全系统的保健气体产生器
WO2015067165A1 (zh) 2013-11-05 2015-05-14 大连理工大学 一种由含氧混合气制备纯氧及贫氧气体的电化学方法
CN108295352B (zh) * 2014-01-07 2019-09-27 上海潓美医疗科技有限公司 保健气体产生系统
NO20150411A1 (en) * 2015-04-09 2016-10-10 Aker Solutions As Method and plant for oxygen generation
CN105206853A (zh) * 2015-10-12 2015-12-30 上海合既得动氢机器有限公司 一种水氢医疗设备
CN105362008A (zh) * 2015-10-12 2016-03-02 上海合既得动氢机器有限公司 一种水氢icu电动病床
CN105232030A (zh) * 2015-10-12 2016-01-13 上海合既得动氢机器有限公司 一种水氢心电图机
CN105194779A (zh) * 2015-10-12 2015-12-30 上海合既得动氢机器有限公司 一种水氢呼吸机
CN105207299A (zh) * 2015-10-12 2015-12-30 上海合既得动氢机器有限公司 一种水氢血液分析仪
TWM536542U (zh) * 2016-07-27 2017-02-11 林信湧 保健氣體產生系統
CN106532087A (zh) * 2016-09-30 2017-03-22 李连博 燃料动力电池发电机及发电方法
US10525224B2 (en) * 2017-09-25 2020-01-07 Philip Hsueh Systems and methods for therapeutic gas delivery for personal medical consumption
TWI797434B (zh) * 2019-03-20 2023-04-01 有琳 薛 用於個人醫療用途之具有安全裝置或功能的治療性氣體傳輸系統及其方法
CN117795129A (zh) * 2021-06-16 2024-03-29 斯凯瑞股份有限公司 氧气浓缩器模块

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2126403A1 (en) * 1970-06-08 1971-12-16 Institut für Technologie der Gesundheitsbauten, χ 1134 Berlin Temporary oxygen prodn system - using electrolytic cell - connected to mains supply
US3992271A (en) * 1973-02-21 1976-11-16 General Electric Company Method for gas generation
JPS58206070A (ja) 1982-05-25 1983-12-01 Motoda Electronics Co Ltd 酸素供給装置
JPS59162106A (ja) 1983-03-07 1984-09-13 Japan Storage Battery Co Ltd 酸素発生装置
DE3339934A1 (de) * 1983-11-04 1985-05-15 R & S trade & transport GmbH, 2000 Hamburg Inhalations-anlage
JPS62202805A (ja) 1986-03-02 1987-09-07 Sankuru:Kk 医療用酸素発生装置
JPH04371592A (ja) 1991-06-17 1992-12-24 Permelec Electrode Ltd 高濃度酸素含有ガスの製造方法
JP3327611B2 (ja) 1993-03-01 2002-09-24 三菱重工業株式会社 ２次電池を備えた水電解装置付き燃料電池発電システム
US5495848A (en) * 1994-11-25 1996-03-05 Nellcar Puritan Bennett Monitoring system for delivery of therapeutic gas
DE19533097A1 (de) 1995-09-07 1997-03-13 Siemens Ag Brennstoffzellensystem
US5750077A (en) * 1996-07-22 1998-05-12 Schoen; Neil C. Compact man-portable emergency oxygen supply system
DE19639068A1 (de) 1996-09-15 1998-03-19 Matthias Dr Bronold Demonstrationsanlage zur Wasserstoff-Energieerzeugung
DE19707097C2 (de) * 1997-02-22 1999-08-05 Air Be C Medizintech Gmbh Kombiniertes Sauerstofferzeugungs- und Sauerstoffversorgungssystem
ITMI980914A1 (it) 1998-04-29 1999-10-29 De Nora Spa Metodo per l'integrazione di celle a combustibile con impianti elettrochimici
JP3978757B2 (ja) 1998-08-05 2007-09-19 株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション 燃料電池用ガス拡散電極−電解質膜接合体およびその製造方法
FR2791659B1 (fr) * 1999-04-02 2002-06-07 Air Liquide Procede et installation de generation d'oxygene de grande purete
JP2001333983A (ja) 2000-05-26 2001-12-04 Shinko Pantec Co Ltd 酸素供給システム
US6569298B2 (en) * 2000-06-05 2003-05-27 Walter Roberto Merida-Donis Apparatus for integrated water deionization, electrolytic hydrogen production, and electrochemical power generation
DE20104256U1 (de) * 2001-03-12 2001-06-28 Hecker Karl Heinz Vorrichtung zur Erzeugung von Sauerstoff
DE20104713U1 (de) * 2001-03-19 2001-05-31 Hecker Karl Heinz Vorrichtung zur Versorgung mit Sauerstoff
US6495025B2 (en) * 2001-04-20 2002-12-17 Aerovironment, Inc. Electrochemical oxygen generator and process

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO02072919A2 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109216734A (zh) * 2018-09-30 2019-01-15 河南豫氢动力有限公司 一种有助于燃料电池增湿和低温启动的辅助系统
CN109216734B (zh) * 2018-09-30 2023-10-31 河南豫氢动力有限公司 一种有助于燃料电池增湿和低温启动的辅助系统

Also Published As

Publication number Publication date
CA2440736A1 (en) 2002-09-19
JP2004534907A (ja) 2004-11-18
US20040146759A1 (en) 2004-07-29
MXPA03007968A (es) 2004-10-15
WO2002072919A3 (de) 2003-03-20
KR20040069970A (ko) 2004-08-06
US7504015B2 (en) 2009-03-17
WO2002072919A2 (de) 2002-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1368511A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von sauerstoff
DE602005001871T2 (de) Sauerstoffanreicherungsgerät mit zwei Betriebsarten
DE2655070C2 (de) Sauerstoffkonzentrator
EP0068522B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur synthetischen Herstellung von Ozon durch Elektrolyse und deren Verwendung
EP1194971A2 (de) Brennstoffzellen-system und brennstoffzelle für derartiges system
EP0095997A1 (de) Verfahren zur elektrolytischen Erzeugung von Wasserstoffperoxyd und dessen Verwendung
DE10111749C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von elementarem Sauerstoff
EP1334741B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von Atemgas
DE102019219302A1 (de) Verfahren und Elektrolyseur zur Kohlenstoffdioxidreduktion
DE4126349C2 (de) Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Methanol und Methan durch Reduktion von Kohlendioxid
DE102020208604B4 (de) Energiewandlungssystem
WO2010054937A1 (de) Brennstoffzellensystem mit energieeffizientem reaktandenrecycling
WO2003017406A1 (de) Brennstoffzellenkombination
WO2019137827A1 (de) Herstellung eines kohlenmonoxid enthaltenden gasprodukts
DE102020205213A1 (de) System zur Bereitstellung und Abgabe von zumindest nahezu reinem Sauerstoff
WO2020126118A1 (de) Elektrolyseur zur kohlenstoffdioxidreduktion
DE102012008963A1 (de) Versorgungssystem mit Metall-Luft-Batterie und Luftzerlegungsanlage
DE2146933A1 (de) Verfahren zum betrieb von brennstoffbatterien mit inertgashaltigen reaktionsgasen
DE102017214456A1 (de) CO2-Elektrolyseur und Anlagenkomplex
US20170175278A1 (en) Oxygen Gas Supply Device and Method
EP0312766B1 (de) Beseitigung von Wasserstoff und Sauerstoff im Elektrolyten von im schwerelosen Raum betriebenen Wasserstoff/Sauerstoff-Brennstoffzellenbatterien
DE102020115789A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Brennstoffzellenfahrzeug
DE10354219B4 (de) Transportvorrichtung und -verfahren für ein Gas sowie Nachweiseinrichtung für ein Gas
DE19757319C1 (de) Brennstoffzellendemonstrationsmodell in Form eines Miniaturbootes
DE102011112787A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur reversiblen katalytischen Hydration von Carbazol mittels protonenleitender Membranen

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20030807

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK RO SI

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: 7H 01M 8/18 B

Ipc: 7A 61M 16/10 A

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: LINDE AG

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20131001