Кислородный концентратор - Oxygen concentrator

An кислородный концентратор это устройство, которое концентрирует кислород от источника газа (обычно окружающего воздуха) путем выборочного удаления азота для подачи потока газа, обогащенного кислородом.

Обычно используются два метода: адсорбция при переменном давлении и мембранное разделение газов.

История

Домашние медицинские концентраторы кислорода были изобретены в начале 1970-х годов, и в конце 1970-х годов производство этих устройств увеличилось. Union Carbide Корпорация и Bendix Corporation оба были первыми производителями. До этого времени домашняя медицинская кислородная терапия требовала использования тяжелых кислородных баллонов высокого давления или небольших криогенных систем с жидким кислородом. Обе эти системы доставки требовали частых визитов поставщиков на дом для пополнения запасов кислорода. В Соединенных Штатах Medicare перешла с платы за услуги на фиксированную ежемесячную ставку за кислородную терапию в домашних условиях в середине 1980-х годов, в результате чего индустрия медицинского оборудования длительного пользования (DME) быстро использовала концентраторы как способ контроля затрат. Это изменение компенсации резко сократило количество первичных систем подачи высокого давления и жидкого кислорода, используемых в домах в то время. Кислородные концентраторы стали предпочтительным и наиболее распространенным средством доставки кислорода в дом. В результате этого изменения количество производителей, выходящих на рынок концентраторов кислорода, увеличилось в геометрической прогрессии. Union Carbide Корпорация изобрела молекулярная решетка в 1950-х годах, которые сделали эти устройства возможными. В 1960-х годах она также изобрела первые криогенные домашние медицинские кислородные системы.

Как работают кислородные концентраторы

Дальнейшая информация: Адсорбция при переменном давлении и Мембранное разделение газов

Кислородные концентраторы с использованием адсорбция при переменном давлении (PSA) технология широко используется для обеспечения кислородом в медицинских целях, особенно там, где жидкий кислород или сжатый кислород слишком опасен или неудобен, например, дома или в переносных клиниках. Для других целей также существуют концентраторы на базе мембрана для разделения азота технологии.

Кислородный концентратор забирает воздух и удаляет из него азот, оставляя обогащенный кислородом газ для использования людьми, которым требуется медицинский кислород из-за низкого уровня кислорода в крови.[1] Кислородные концентраторы являются экономичным источником кислорода в промышленных процессах, где они также известны как генераторы газообразного кислорода или установки по производству кислорода.

Адсорбция при переменном давлении

Modern Fritz Stephan GmbH Многоплатформенный концентратор кислорода с несколькими молекулярными ситами FS360 л / мин

В этих концентраторах кислорода используется молекулярная решетка адсорбировать газы и работать по принципу адсорбция при быстром колебании давления атмосферного азот на цеолит минералы, а затем выпустить азот. Таким образом, адсорбционная система этого типа функционально представляет собой азотный скруббер, через который проходят другие атмосферные газы, а в качестве основного остающегося газа остается кислород. Технология PSA - это надежный и экономичный метод получения кислорода в малых и средних масштабах. Криогенное разделение больше подходит для больших объемов, а внешняя доставка обычно больше подходит для небольших объемов.[2]

При высоком давлении пористый цеолит адсорбирует большое количество азота из-за большой площади поверхности и химических характеристик. После сбора кислорода и других свободных компонентов давление падает, что позволяет азоту десорбироваться, после чего его можно удалить.

Анимация адсорбции при переменном давлении (1) и (2), показывающая чередование адсорбции и десорбции
я вход сжатого воздуха А адсорбция
О выход кислорода D десорбция
E выхлоп

Кислородный концентратор имеет воздушный компрессор, два цилиндра, заполненных гранулами цеолита, резервуар для выравнивания давления, а также некоторые клапаны и трубки. В первом полупериоде первый цилиндр получает воздух от компрессора, который длится около 3 секунд. В течение этого времени давление в первом цилиндре повышается от атмосферного до примерно 2,5-кратного нормального атмосферного давления (обычно 20 фунтов на квадратный дюйм / 138 кПа по манометру, или 2,36 атмосфер абсолютного давления), и цеолит насыщается азотом. Когда первый цилиндр достигает почти чистого кислорода (есть небольшое количество аргона, CO2, водяной пар, радон и другие второстепенные атмосферные компоненты) в первом полупериоде открывается клапан, и обогащенный кислородом газ течет в резервуар для выравнивания давления, который соединяется с кислородным шлангом пациента. В конце первой половины цикла происходит еще одно изменение положения клапана, так что воздух из компрессора направляется во второй цилиндр. Давление в первом цилиндре падает, когда обогащенный кислород перемещается в резервуар, позволяя азоту десорбироваться обратно в газ. В середине второй половины цикла происходит еще одно изменение положения клапана, чтобы выпустить газ из первого цилиндра обратно в окружающую атмосферу, удерживая концентрацию кислорода в резервуаре для выравнивания давления ниже примерно 90%. Давление в шланге, подающем кислород из уравнительного резервуара, поддерживается редукционным клапаном.

Старые установки работали с периодом около 20 секунд и подавали до 5 литров в минуту 90 +% кислорода. Примерно с 1999 г. стали доступны устройства, способные подавать до 10 л / мин.

Существуют классические двухслойные концентраторы кислорода с молекулярными ситами, а также более новые концентраторы кислорода с многослойными молекулярными ситами. Преимущество технологии многослойных молекулярных сит заключается в повышенной доступности и избыточности, поскольку молекулярные сита 10 л / мин расположены в шахматном порядке и увеличиваются на нескольких платформах. Благодаря этому могут быть реализованы значения до 960 л / мин и более. Время разгона (время, необходимое концентратору для начала производства кислорода> 90% после включения) концентраторов кислорода с несколькими молекулярными ситами часто составляет менее 2 минут и намного меньше, по сравнению с простыми концентраторами кислорода с двумя слоями молекулярных сит. Это преимущество часто требуется в мобильных приложениях для экстренных ситуаций. Возможность заполнения стандартных кислородных баллонов (например, 50 л при 200 бар = 10.000 л каждый) ускорителями высокого давления, чтобы обеспечить автоматическое переключение на ранее заполненные резервные баллоны и обеспечить цепочку подачи кислорода, например, в случае сбоя питания, выдается с этими системами.

Мембранное разделение

В мембранное разделение газов, мембраны действуют как проницаемый барьер, через который разные соединения перемещаются с разной скоростью или не пересекаются вообще.

Приложения

Fritz Stephan GmbH Стационарный или контейнерный многомолекулярный ситовый кислородный концентратор FS240 л / мин с буферными резервуарами, наполнением баллонов и резервными баллонами. Применение: медицинские учреждения / больницы (стационарные) или контейнерные решения (например, военные сценарии или сценарии бедствий).

Медицинские концентраторы кислорода используются в больницах или дома для производства * кислорода для пациентов. Генераторы PSA обеспечивают рентабельный источник кислород. Они безопаснее,[3] менее дорогой,[4] и более удобная альтернатива резервуарам с криогенным кислородом или баллонам под давлением. Их можно использовать в различных отраслях промышленности, включая медицину, фармацевтику, водоочистку и производство стекла.

  • Примечание. На самом деле новые молекулы кислорода не «производятся» и не производятся; более крупные молекулы азота отделяются, а оставшийся пар «обогащается кислородом», который затем доставляется через трубку устройства нуждающемуся пациенту.

Генераторы PSA особенно полезны в удаленных или труднодоступных частях мира или на мобильных устройствах. медицинское оборудование (военные госпитали, объекты катастроф).[5][6]

Переносные концентраторы кислорода

Fritz Stephan GmbH - Modern FS40 л / мин Компактный мобильный концентратор кислорода с несколькими молекулярными ситами и возможностью заполнения баллона
Домашний кислородный концентратор в эмфизема дом пациента. Показана модель DeVILBISS LT 4000.
Основная статья: Портативный кислородный концентратор

С начала 2000-х годов ряд компаний производили портативные концентраторы кислорода.[7] Обычно эти устройства производят непрерывный поток кислорода, эквивалентный от одного до пяти литров в минуту, и они используют некоторую версию импульсного потока или «потока по требованию» для доставки кислорода только тогда, когда пациент вдыхает. Они также могут подавать импульсы кислорода либо для обеспечения более высоких прерывистых потоков, либо для снижения потребления энергии.

Исследования концентрации кислорода продолжаются, и современные методы предполагают, что количество адсорбента, необходимое для медицинских концентраторов кислорода, может быть потенциально «уменьшено в три раза, обеспечивая при этом повышение извлечения кислорода на ~ 10–20% по сравнению с типичной коммерческой установкой».[8]

Эти портативные концентраторы обычно подключаются к электрической розетке и могут иметь внутреннюю батарею или внешний батарейный блок для работы вдали от дома и во время отключения электроэнергии. Портативные концентраторы кислорода обычно можно подключить к розетке постоянного тока автомобиля, и большинство из этих устройств подходят для амбулаторного использования.

FAA одобрило использование портативных концентраторов кислорода на коммерческих авиалиниях.[9] Тем не менее, пользователи этих устройств должны заранее проверить, разрешена ли конкретная марка или модель в конкретной авиакомпании.[10] В отличие от коммерческих авиакомпаний, пользователи самолетов без герметизация кабины нужны концентраторы кислорода, способные обеспечить достаточный расход даже на большой высоте.

Обычно пациенты не используют кислородные концентраторы «по требованию» или импульсные концентраторы кислорода во время сна. Были проблемы с концентраторами кислорода, которые не могли определить, когда спящий пациент вдыхает. Некоторые более крупные портативные концентраторы кислорода предназначены для работы в непрерывном режиме в дополнение к импульсному режиму. Режим непрерывного потока считается безопасным для использования в ночное время в сочетании с CPAP машина.

Обычные модели продаются по цене около 600 долларов.[нужна цитата ] Лизинговые соглашения могут быть доступны через различные медицинские компании и / или страховые агентства.

Альтернативные приложения

Можно заставить работать переделанные медицинские концентраторы кислорода или специализированные промышленные концентраторы кислорода. маленький окси ацетилен резка, сварка и лэмпворк факелы.[11]

Концентратор кислорода для дома Philips Respironics.

Безопасность

Преимущество кислородных концентраторов как в клинических, так и в неотложных ситуациях заключается в том, что они не так опасны, как кислородные баллоны, который в случае разрыва или утечки может значительно увеличить скорость возгорания. Таким образом, концентраторы кислорода особенно полезны в военные или стихийное бедствие ситуации, когда кислородные баллоны могут быть опасными или невозможными.

Кислородные концентраторы считаются достаточно надежными, чтобы поставляться отдельным пациентам по рецепту для использования в домашних условиях. Обычно они используются в качестве дополнения к CPAP лечение тяжелых апноэ во сне. Существуют также другие медицинские применения концентраторов кислорода, в том числе: ХОБЛ и другие респираторные заболевания.

Подержанные и отремонтированные устройства следует приобретать у надежных дилеров. Температурные единицы бесполезны для медицинского сообщества, поскольку здоровье человека часто зависит от постоянной продолжительной работы единицы. Однако такие устройства ценны для любителей металла и стекла. Поскольку кислород является «постоянным газом» (его нельзя сжижать при любом давлении и комнатной температуре), его дорого получить в бутылочной форме.

Концентраторы кислорода промышленные

Адсорбционный медицинский генератор кислорода с переменным давлением "R-OXY" фирмы RIFAIR Technical Systems

В производственных процессах могут использоваться гораздо более высокие давления и потоки, чем в медицинских установках. Чтобы удовлетворить эту потребность, другой процесс, названный адсорбция в вакууме (VSA), был разработан Продукты Air. В этом процессе используется один нагнетатель низкого давления и клапан, который меняет направление потока через нагнетатель, так что фаза регенерации происходит под вакуумом. Генераторы, использующие этот процесс, продаются аквакультура промышленность. Промышленные концентраторы кислорода часто доступны в гораздо более широком диапазоне мощностей, чем медицинские концентраторы.

Промышленные концентраторы кислорода иногда называют кислородными. генераторы в кислородной и озоновой промышленности, чтобы отличить их от медицинского кислорода концентраторы. Это различие используется в попытке пояснить, что промышленные концентраторы кислорода не медицинское оборудование одобрено Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA), и они не подходят для использования в качестве прикроватных медицинских концентраторов. Однако использование номенклатуры генератора кислорода может привести к путанице. Термин кислород генератор, это неправильное название, поскольку кислород не генерируется как это с химический генератор кислорода, а скорее концентрируется из воздуха.

Немедицинские концентраторы кислорода могут использоваться в качестве исходного газа для медицинской кислородной системы, такой как кислородная система в больнице, хотя требуется разрешение правительства, например, FDA, и обычно требуется дополнительная фильтрация.

Смотрите также

Заметки

  1. ^ Что такое кислородный концентратор? Как это работает?. medequip.co.in Дата обращения 5 января 2018.
  2. ^ Рутвен, Дуглас М .; Шамсузман Фарук, Кент С. Кнебель (1993). Адсорбция при переменном давлении. Wiley-VCH. п. 6,304. ISBN  978-0-471-18818-6.
  3. ^ Duke, T .; Wandi, F .; Джонатан, М .; Matai, S .; Каупа, М .; Saavu, M .; Subhi, R .; Пил, Д. (2008). «Улучшенные кислородные системы для детской пневмонии: мультибольничное исследование эффективности в Папуа-Новой Гвинее». Ланцет. 372 (9646): 1328–1333. Дои:10.1016 / S0140-6736 (08) 61164-2. PMID  18708248.
  4. ^ Friesen, R.M .; Raber, M. B .; Реймер, Д. Х. (1999). «Кислородные концентраторы: основной источник подачи кислорода». Канадский журнал анестезии. 46 (12): 1185–1190. Дои:10.1007 / BF03015531. PMID  10608216.
  5. ^ «Исследование CO2CRC - Хранение CO2». Архивировано из оригинал 28 сентября 2013 г.
  6. ^ Shrestha, B.M .; Singh, B.B .; Gautam, M.P .; Чанд, М. Б. (2002). «Кислородный концентратор - подходящая альтернатива кислородным баллонам в Непале». Канадский журнал анестезии. 49 (1): 8–12. Дои:10.1007 / BF03020412. PMID  11782322.
  7. ^ «Рост производителей портативных концентраторов». Характеристики концентраторов кислорода. Получено 2013-10-12.
  8. ^ Рама Рао, V .; Kothare, M. V .; Сиркар, С. (2014). «Новая конструкция и характеристики медицинского концентратора кислорода с использованием концепции быстрой адсорбции при изменении давления». Журнал Айше. 60 (9): 3330–3335. Дои:10.1002 / aic.14518.
  9. ^ «Утвержденные FAA портативные концентраторы кислорода». FAA. Получено 2012-03-09.
  10. ^ «Список авиакомпаний, разрешающих переносные кислородные аппараты». Inogen Oxygen. Архивировано из оригинал на 2014-07-14. Получено 2014-03-26.
  11. ^ "Отзывы". Архивировано из оригинал 7 июля 2007 г.. Получено 2013-09-18.

внешние ссылки