WO2019011974A1 - Druckbehälter, befüllt mit sauerstoff und einem sauerstoff-sorptionsmittel - Google Patents

Druckbehälter, befüllt mit sauerstoff und einem sauerstoff-sorptionsmittel Download PDF

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Nikolai CZECH
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Care Connection Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels

Definitions

  • Pressure vessel filled with oxygen and an oxygen sorbent
  • the present invention relates to a pressure vessel for storing oxygen, in particular medical oxygen having an oxygen content of 98 to 100%.
  • Such pressure vessels are used for inhalation of oxygen by a user for medical or performance-enhancing purposes.
  • the present invention is based on the object to increase the storage capacity of pressure vessels for storing oxygen.
  • the invention provides that the pressure vessel is filled with oxygen and an oxygen sorbent.
  • the oxygen sorbent enriches oxygen within it (absorption) or on a surface thereof (adsorption). This effect reduces the gas pressure within the pressure vessel, allowing larger amounts of oxygen to be stored in the pressure vessel.
  • a carbon dioxide-containing pressure vessel which is filled to reduce the volume of carbon dioxide in the interior thereof with activated carbon.
  • this principle is analogously transferred to a pressure vessel for the storage of oxygen.
  • the pressure vessel according to the invention can be filled according to a method described in DE 10 2005 004 412 A1.
  • the contents of DE 10 2005 004 412 A1 are expressly incorporated by reference into the disclosure of this application.
  • the oxygen sorbent reversibly adsorbs and / or absorbs the oxygen.
  • the amount of oxygen introduced into the pressure vessel can, if necessary, be removed completely or at least almost completely from the pressure vessel.
  • the oxygen sorbent may prove useful when the oxygen sorbent is in granular form. In granular form, the oxygen sorbent due to the size of the available surface in a short time to accumulate large amounts of oxygen and also give back so that the time required for filling and emptying the pressure vessel is shortened.
  • oxygen sorbent contains or consists of activated carbon, activated carbon, silica gel and / or molecular sieves (zeolites). Such sorbents have proven themselves in practice.
  • the pressure vessel has a volume in the range of 0.05 to 2 liters, preferably in the range of 0.1 to 1 liter, preferably in the range of 0.125 to 0.5 liter. Such pressure vessels are handy and can be used in an advantageous manner mobile.
  • the pressure vessel has a filling pressure in the range of 1 to 50 bar, preferably in the range of 5 to 20 bar, preferably in the range of 10 to 15 bar.
  • Such pressure vessels can be produced with reasonable effort and can be controlled in terms of pressure resistance.
  • the pressure vessel contains an amount of oxygen in the range of 1 to 100 grams, preferably in the range of 10 to 75 grams, preferably in the range of 25 to 50 grams. Such amounts of oxygen represent a significant increase over conventional pressure vessels.
  • the pressure vessel has a pressure valve and an inhalation mask, wherein the pressure valve is preferably actuated automatically or by separate activation when applying the inhalation mask.
  • the pressure valve can be controlled via a lever which extends across the removal opening in the inhalation mask. By applying the inhalation mask to the user's mouth, pressure can be exerted on the lever. As the pressure on the lever increases, the opening of the pressure valve and the amount of oxygen that can be removed increase. By modulating the pressure exerted on the lever, the amount of oxygen withdrawn per unit time can be well dosed.
  • the pressure vessel is designed as a mobile pressure vessel. This opens up a wider field of application for the pressure vessel compared to purely stationary applications. But it may also be useful if the pressure vessel contains oxygen in the gaseous state. This eliminates the conversion to a useable aggregate state.
  • oxygen is understood to be pure or medicinal oxygen having an oxygen content of 98 to 100%, naturally taking into account unavoidable impurities.
  • Oxygen sorption in the context of this invention refers to the accumulation of oxygen within a phase or at an interface between two phases.
  • the accumulation of oxygen within a phase is called oxygen absorption, which at the interface as oxygen adsorption.
  • the oxygen sorption reduces the volume of oxygen within the pressure vessel and is reversible, so that the amount of oxygen filled in the pressure vessel is also released if necessary.
  • the oxygen sorbent is understood to mean any substance having an oxygen-sorbing action.
  • An oxygen absorbent refers to any substance that accumulates oxygen inside, while an oxygen adsorbent refers to any substance that accumulates oxygen on its surface.
  • Adsorbent and absorbent are summarized under the generic term sorbent.
  • the oxygen adsorbent comprises a plurality of preferably spherical particles. More than 80% or more than 95% of the particles have a size or a diameter in the range of 0.1 to 1.0 mm, preferably in the range of 0.25 to 0.75, preferably in the range of 0.315 to 0, 58 mm up.
  • the average particle diameter is in the range of 0.1 to 1.0 mm, preferably in the range of 0.315 to 0.58 mm, preferably in the range of 0.45 to 0.5 mm, more preferably 0.457 mm or 0.475 mm or at 0.478 mm (test method: ASTM D2862-97 / 04).
  • the iodine number is in the range of 1 .000 to 1750 mg / g, preferably in the range of 1200 to 1 .630 mg / g, preferably in the range of 1200 to 1 .300 mg / g or in the range of 1 .380 to 1480 mg / g or in the range of 1 .580 to 1 .630 (test method: CEFIC).
  • the surface area is in the range from 1 .000 to 2,000 m 2 / g, preferably in the range from 1,100 to 1,800 m 2 / g, preferably in the range from 1,200 to 1,750 m 2 / g, more preferably in the range of 1200 to 1 .300 m 2 / g, in particular at 1248 m 2 / g, or in the range of 1450 to 1550 m 2 / g, in particular at 1486 m 2 / g, or in the range of 1700 to 1,750 m 2 / g, in particular 1 736 m 2 / g (test method: ASTM D6556-04).
  • the ash content is in the range of 0.1 to 1.0%, preferably in the range of 0.2 to 0.7%, preferably 0.2% or 0.3% or 0.5% (Test Method: ASTM D2866-94 / 04).
  • the water content is in the range of 0.05 to 1.0%, preferably in the range of 0.1 to 0.5%, preferably 0.1% or 0.2% or 0.5% (Test Method: ASTM 2867-04).
  • the shaking density is in the range of 200 to 800 kg / m 3 , preferably in the range of 400 to 700 kg / m 3 , preferably in the range of 450 to 650 kg / m 3 , particularly preferably 489 kg / m 3 or 562 kg / m 3 or at 641 kg / m 3 (test method: ASTM B527-93 / 00).
  • Figure 1 a schematic view of a pressure vessel according to the invention, which is filled with oxygen and an oxygen sorbent, wherein the container wall is shown partially transparent.
  • FIG. 1 shows schematically a mobile pressure vessel 1 according to the invention, which is filled with medical oxygen (oxygen content more than 99.5%) in the gaseous state and an oxygen sorbent 2.
  • the oxygen sorbent 2 is in granular form to reversibly adsorb and / or absorb the oxygen contained in the pressure vessel 1.
  • Exemplary oxygen sorbents 2 are activated carbon, activated carbon, silica gel and / or molecular sieves (zeolites).
  • the pressure vessel 1 is designed for a volume of 0.5 liters and a filling pressure up to 20 bar.
  • a filling of the pressure vessel with 50 g of oxygen gives at ambient pressure 1, 013 bar and 15 ° C, a volume of about 37 liters.
  • the pressure vessel 1 has a pressure valve 3 and an inhalation mask 4 through which the oxygen stored in the pressure vessel 1 can be removed as needed.
  • the pressure valve 3 via a lever (not shown) is automatically actuated.
  • the extracted amount of oxygen can be precisely metered via the lever travel.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von Sauerstoff, insbesondere medizinischem Sauerstoff mit einem Sauerstoffgehalt von 98 bis 100 %. Um die Speicherkapazität von Druckbehältern zur Speicherung von Sauerstoff zu erhöhen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Druckbehälter mit Sauerstoff und einem Sauerstoff-Sorptionsmittel befüllt ist. Durch das Sauerstoff-Sorptionsmittel wird Sauerstoff innerhalb davon (Absorption) oder auf einer Oberfläche davon (Adsorption) angereichert. Durch diesen Effekt verringert sich der Gas- druck innerhalb des Druckbehälters, sodass größere Mengen an Sauerstoff in dem Druckbehälter gespeichert werden können.

Description

Druckbehälter, befüllt mit Sauerstoff und einem Sauerstoff -Sorptionsmittel
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung von Sauerstoff, insbesondere medizinischem Sauerstoff mit einem Sauerstoffgehalt von 98 bis 100 %.
Derartige Druckbehälter werden zur Inhalation von Sauerstoff durch einen Benutzer zu medizinischen oder leistungssteigernden Zwecken eingesetzt.
Mit herkömmlichen Druckbehältern sind aufgrund deren begrenzter Druckbeständigkeit nur vergleichsweise geringe Mengen an Sauerstoff speicherbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Speicherkapazität von Druckbehältern zur Speicherung von Sauerstoff zu erhöhen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Druckbehälter mit Sauerstoff und einem Sauerstoff-Sorptionsmittel befüllt ist. Durch das Sauerstoff-Sorptionsmittel wird Sauerstoff innerhalb davon (Absorption) oder auf einer Oberfläche davon (Adsorption) angereichert. Durch diesen Effekt verringert sich der Gasdruck innerhalb des Druckbehälters, sodass größere Mengen an Sauerstoff in dem Druckbehälter gespeichert werden können.
Aus der DE 10 2005 004 412 A1 ist ein Kohlendioxid enthaltender Druckbehälter bekannt, der zur Verringerung des Volumens des Kohlendioxids im Inneren davon mit Aktivkohle befüllt ist. Nach der vorliegenden Erfindung wird dieses Prinzip sinngemäß auf einen Druckbehälter zur Speicherung von Sauerstoff übertragen. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Druckbehälter nach einem in der DE 10 2005 004 412 A1 beschriebenen Verfahren befüllt sein. Die Inhalte der DE 10 2005 004 412 A1 sind durch Bezugnahme ausdrücklich in der Offenbarung dieser Anmeldung enthalten.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.
Es kann von Vorteil sein, wenn das Sauerstoff-Sorptionsmittel den Sauerstoff reversibel adsorbiert und/oder absorbiert. Dadurch kann die in den Druckbehälter eingefüllte Sauerstoffmenge bei Bedarf vollständig oder zumindest nahezu vollständig wieder aus dem Druckbehälter entnommen werden.
Es kann sich als nützlich erweisen, wenn das Sauerstoff-Sorptionsmittel in granulärer Form vorliegt. In granulärer Form kann das Sauerstoff-Sorptionsmittel aufgrund der Größe der zur Verfügung stehenden Oberfläche in geringer Zeit große Mengen an Sauerstoff anreichern und auch wieder abgeben, sodass sich der zur Befüllung sowie zur Entleerung des Druckbehälters erforderliche Zeitraum verkürzt.
Es kann sinnvoll sein, wenn das Sauerstoff-Sorptionsmittel Aktivkohle, Aktivkoks, Silicagel und/oder Molekularsiebe (Zeolithe) enthält oder daraus besteht. Derartige Sorptionsmittel haben sich in der Praxis bewährt.
Es kann vorteilhaft sein, wenn der Druckbehälter ein Volumen im Bereich von 0,05 bis 2 Liter, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1 Liter, bevorzugt im Bereich von 0,125 bis 0,5 Liter aufweist. Derartige Druckbehälter sind handlich und können in vorteilhafter Weise mobil eingesetzt werden.
Es kann sich aber auch als hilfreich erweisen, wenn der Druckbehälter einen Fülldruck im Bereich von 1 bis 50 bar vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20 bar, bevorzugt im Bereich von 10 bis 15 bar aufweist. Derartige Druckbehälter sind mit vertretbarem Aufwand herstellbar und im Hinblick auf die Druckbeständigkeit beherrschbar.
Es kann aber auch sinnvoll sein, wenn der Druckbehälter eine Sauerstoffmenge im Bereich von 1 bis 100 Gramm, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 75 Gramm, bevorzugt im Bereich von 25 bis 50 Gramm enthält. Derartige Sauerstoffmengen stellen gegenüber herkömmlichen Druckbehältern eine deutliche Steigerung dar.
Es kann sich als praktisch erweisen, wenn der Druckbehälter ein Druckventil und eine Inhalationsmaske aufweist, wobei das Druckventil beim Ansetzen der Inhalationsmaske vorzugsweise automatisch oder durch gesonderte Aktivierung betätigt wird. Dadurch kann die entnommene Sauerstoffmenge exakt dosiert werden und eine unbeabsichtigte Entnahme von Sauerstoff weitgehend vermieden werden. Das Druckventil kann über einen Hebel angesteuert werden, der sich quer über die Entnahmeöffnung in der Inhalationsmaske erstreckt. Durch Ansetzen der Inhalationsmaske am Mund des Benutzers kann Druck auf den Hebel ausgeübt werden. Mit zunehmendem Druck auf den Hebel vergrößert sich die Öffnung des Druckventils und die entnehmbare Sauerstoffmenge. Durch Modulation des auf den Hebel ausgeübten Drucks kann die pro Zeiteinheit entnommene Sauerstoffmenge gut dosiert werden.
Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn der Druckbehälter als mobiler Druckbehälter ausgebildet ist. Dadurch erschließt sich ein breiteres Anwendungsfeld für den Druckbehälter gegenüber rein stationären Anwendungen. Es kann aber auch sinnvoll sein, wenn der Druckbehälter Sauerstoff in gasförmigem Zustand enthält. Dadurch entfällt die Umwandlung in einen für Benutzer verwertbaren Aggregatszustand.
Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch Kombinationen der Merkmale, die in den Ansprüchen, den Zeichnungen und in der Beschreibung offenbar sind.
Begriffe und Definitionen
Sauerstoff
Unter Sauerstoff wird im Rahmen dieser Erfindung reiner bzw. medizinischer Sauerstoff mit einem Sauerstoffgehalt von 98 bis 100 % verstanden, naturgemäß unter Berücksichtigung unvermeidbarer Verunreinigungen.
Sauerstoff-Sorption
Als Sauerstoff-Sorption wird im Rahmen dieser Erfindung die Anreicherung von Sauerstoff innerhalb einer Phase oder auf einer Grenzfläche zwischen zwei Phasen bezeichnet. Die Anreicherung von Sauerstoff innerhalb einer Phase bezeichnet man als Sauerstoff-Absorption, die an der Grenzfläche als Sauerstoff-Adsorption. Die Sauerstoff-Sorption reduziert das Volumen von Sauerstoff innerhalb des Druckbehälters und ist reversibel, sodass die in den Druckbehälter eingefüllte Sauerstoffmenge bei Bedarf auch wieder freigegeben wird.
Sauerstoff-Sorptionsmittel
Als Sauerstoff-Sorptionsmittel wird im Rahmen dieser Erfindung jede Substanz mit sauer- stoffsorbierender Wirkung verstanden. Ein Sauerstoff-Absorbens bezeichnet jede Substanz, die Sauerstoff im Inneren anreichert, während ein Sauerstoff-Adsorbens jede Substanz bezeichnet, die Sauerstoff an deren Oberfläche anreichert. Adsorbens und Absorbens werden unter dem Oberbegriff Sorptionsmittel zusammengefasst.
Ein beispielhaftes Sauerstoff-Sorptionsmittel ist ein Sauerstoff-Adsorbens, das vorzugsweise wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist:
Das Sauerstoff-Adsorbens umfasst eine Vielzahl von vorzugsweise sphärischen Partikeln. Mehr als 80% oder mehr als 95% der Partikel weisen eine Größe bzw. einen Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 1 ,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,25 bis 0,75, bevorzugt im Bereich von 0,315 bis 0,58 mm auf.
Der mittlere Partikeldurchmesser liegt im Bereich von 0,1 bis 1 ,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,315 bis 0,58 mm, bevorzugt im Bereich von 0,45 bis 0,5 mm, besonders bevorzugt bei 0,457 mm oder bei 0,475 mm oder bei 0,478 mm (Testmethode: ASTM D2862-97/04).
Die Jodzahl liegt im Bereich von 1 .000 bis 1.750 mg/g, vorzugsweise im Bereich von 1.200 bis 1 .630 mg/g, bevorzugt im Bereich von 1.200 bis 1 .300 mg/g oder im Bereich von 1 .380 bis 1.480 mg/g oder im Bereich von 1 .580 bis 1 .630 (Testmethode: CEFIC).
- Die Oberfläche (BET-Oberfläche bzw. MP BET) liegt im Bereich von 1 .000 bis 2.000 m2/g, vorzugsweise im Bereich von 1.100 bis 1 .800 m2/g, bevorzugt im Bereich von 1.200 bis 1.750 m2/g, besonders bevorzugt im Bereich von 1.200 bis 1 .300 m2/g, insbesondere bei 1.248 m2/g, oder im Bereich von 1.450 bis 1.550 m2/g, insbesondere bei 1.486 m2/g, oder im Bereich von 1.700 bis 1.750 m2/g, insbesondere bei 1 .736 m2/g (Testmethode: ASTM D6556-04).
Der Aschegehalt liegt im Bereich von 0,1 bis 1 ,0 %, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,7 %, bevorzugt bei 0,2 % oder bei 0,3 % oder bei 0,5 % (Testmethode: ASTM D2866- 94/04).
Der Wassergehalt liegt im Bereich von 0,05 bis 1 ,0 %, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,5 %, bevorzugt bei 0,1 % oder bei 0,2 % oder bei 0,5 % (Testmethode: ASTM 2867-04).
Die Rütteldichte liegt im Bereich von 200 bis 800 kg/m3, vorzugsweise im Bereich von 400 bis 700 kg/m3, bevorzugt im Bereich von 450 bis 650 kg/m3, besonders bevorzugt bei 489 kg/m3 oder bei 562 kg/m3 oder bei 641 kg/m3 (Testmethode: ASTM B527-93/00).
Ein bevorzugten Ausführungsbeispiel der beanspruchten Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigt: Figur 1 : eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Druckbehälters, der mit Sauerstoff und einem Sauerstoff-Sorptionsmittel befüllt ist, wobei die Behälterwand teilweise durchsichtig dargestellt ist.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
In Figur 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßer mobiler Druckbehälter 1 dargestellt, der mit medizinischem Sauerstoff (Sauerstoffgehalt mehr als 99,5 %) in gasförmigem Zustand und einem Sauerstoff-Sorptionsmittel 2 befüllt ist. Das Sauerstoff-Sorptionsmittel 2 liegt in granulärer Form vor, um den im Druckbehälter 1 enthaltenen Sauerstoff reversibel zu adsorbieren und/oder absorbieren. Beispielhafte Sauerstoff-Sorptionsmittel 2 sind Aktivkohle, Aktivkoks, Silicagel und/oder Molekularsiebe (Zeolithe).
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Druckbehälter 1 für ein Volumen von 0,5 Liter und einen Fülldruck bis zu 20 bar ausgelegt. Ein Gramm Sauerstoff hat bei Umgebungsdruck 1 ,013 bar und 15°C in etwa ein Volumen von 0,75 Liter. Durch Anreicherung des Sauerstoffs an oder in dem Sauerstoff-Sorptionsmittel 2 wird das Volumen deutlich verringert. Eine Füllung des Druckbehälters mit 50 g Sauerstoff ergibt bei Umgebungsdruck 1 ,013 bar und 15°C ein Volumen von ca. 37 Liter.
Der Druckbehälter 1 hat ein Druckventil 3 und eine Inhalationsmaske 4, durch die der im Druckbehälter 1 gespeicherte Sauerstoff bedarfsweise entnommen werden kann. Beim Ansetzen der Inhalationsmaske 4 wird das Druckventil 3 über einen Hebel (nicht dargestellt) automatisch betätigt. Die entnommene Sauerstoffmenge ist über den Hebelweg genau dosierbar.

Claims

Ansprüche
1. Druckbehälter (1 ), befüllt mit Sauerstoff und einem Sauerstoff-Sorptionsmittel (2).
2. Druckbehälter (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sauerstoff- Sorptionsmittel (2) den Sauerstoff reversibel adsorbiert und/oder absorbiert.
3. Druckbehälter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sauerstoff-Sorptionsmittel (2) in granulärer Form vorliegt.
4. Druckbehälter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sauerstoff-Sorptionsmittel (2) Aktivkohle, Aktivkoks, Silicagel und/oder Molekularsiebe (Zeolithe) enthält oder daraus besteht.
5. Druckbehälter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1 ) ein Volumen im Bereich von 0,05 bis 2 Liter, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1 Liter, bevorzugt im Bereich von 0,125 bis 0,5 Liter aufweist.
6. Druckbehälter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1 ) einen Fülldruck im Bereich von 1 bis 50 bar vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20 bar, bevorzugt im Bereich von 10 bis 15 bar aufweist.
7. Druckbehälter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1 ) eine Sauerstoffmenge im Bereich von 1 bis 100 Gramm, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 75 Gramm, bevorzugt im Bereich von 25 bis 50 Gramm enthält.
8. Druckbehälter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1 ) ein Druckventil (3) und eine Inhalationsmaske (4) aufweist, wobei das Druckventil (3) beim Ansetzen der Inhalationsmaske (4) vorzugsweise automatisch oder durch gesonderte Aktivierung betätigt wird.
9. Druckbehälter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1 ) als mobiler Druckbehälter (1 ) ausgebildet ist.
10. Druckbehälter (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1 ) Sauerstoff in gasförmigem Zustand enthält.
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