(57)【要約】  少なくとも１つの医療用空気を発生させるユニット（Ｖ，Ｒ）と、真空系（ＶＳ）と、酸素製品流れを発生させる機能を有するＰＳＡユニット（Ａ）とを備える、施設内で酸素を発生させる配置構造が記載される。本発明によれば、真空系（ＶＳ）によりＰＳＡユニット（Ａ）の１つまたは複数の吸着器の再生が実現可能であるように、ＰＳＡユニット（Ａ）および真空系（ＶＳ）は、相互に接続されていて、かつ／またはＰＳＡユニット（Ａ）に、用ガスとして発生させられる医療用空気の少なくとも１つの部分流れ（２）が供給されるように、医療用空気を発生させるユニット（Ｖ，Ｒ）は、ＰＳＡユニット（Ａ）と接続されている。
2013521905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの医療用空気を発生させるユニット（Ｖ，Ｒ）と、真空系（ＶＳ）と、酸素製品流れを発生させる機能を有するＰＳＡユニット（Ａ）とを備える、施設内で酸素を発生させる配置構造であって、
前記真空系（ＶＳ）により前記ＰＳＡユニット（Ａ）の１つまたは複数の吸着器の再生が実現可能であるように、前記ＰＳＡユニット（Ａ）および前記真空系（ＶＳ）は、相互に接続されていて、
かつ／または前記ＰＳＡユニット（Ａ）に、使用ガスとして発生させられる医療用空気の少なくとも１つの部分流れ（２）が供給されるように、前記医療用空気を発生させるユニット（Ｖ，Ｒ）は、前記ＰＳＡユニット（Ａ）と接続されている、
ことを特徴とする、施設内で酸素を発生させる配置構造。
【請求項２】
発生させられる酸素製品流れ（５）は、少なくとも８０％好適には少なくとも９０％の純度を有する、請求項１記載の配置構造。
【請求項３】
前記施設は、少なくとも１つのガス分析用のユニット（ＧＡ）を備え、前記ガス分析用のユニット（ＧＡ）は、前記ＰＳＡユニット（Ａ）の製品側と接続されている、請求項１または２記載の配置構造。
【請求項４】
前記ＰＳＡユニット（Ａ）用の使用ガスとしての空気を供給する追加的な手段を備える、請求項１から３までのいずれか１項記載の配置構造。
【請求項５】
当該配置構造に対応して、特に液状の酸素を貯蔵する機能を有する少なくとも１つの貯蔵容器が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の配置構造。
【請求項６】
当該配置構造は、移動式に構成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の配置構造。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項記載の配置構造を運転する方法であって、
前記ＰＳＡユニット（Ａ）を、１．３ｂａｒ〜１２ｂａｒ好適には２ｂａｒ〜８ｂａｒの吸着圧で、かつ／または０．０５ｂａｒ〜０．９ｂａｒ好適には０．１ｂａｒ〜０．６ｂａｒの脱着圧で運転する、
ことを特徴とする、配置構造を運転する方法。
【請求項８】
前記真空系（ＶＳ）に少なくとも部分的にトラブルが生じる場合、前記ＰＳＡユニット（Ａ）を、前記真空系（ＶＳ）により再生せず、１．０１ｂａｒａ〜１．５ｂａｒａ好適には１．０１ｂａｒａ〜１．１ｂａｒａの脱着圧で運転する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
請求項１から６までのいずれか１項記載の配置構造を設置するかつ／または組み立てる方法であって、
前記真空系（ＶＳ）により前記ＰＳＡユニット（Ａ）の１つまたは複数の吸着器の再生が実現可能であるように、前記ＰＳＡユニット（Ａ）および前記真空系（ＶＳ）を相互に接続し、
かつ／または前記ＰＳＡユニット（Ａ）に、使用ガスとして発生させられる医療用空気の少なくとも１つの部分流れ（２）が供給されるように、前記医療用空気を発生させるユニット（Ｖ，Ｒ）を前記ＰＳＡユニット（Ａ）と接続する、
ことを特徴とする、配置構造を設置するかつ／または組み立てる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの医療用空気を発生させるユニットと真空系とを備える、施設内で酸素を発生させる配置構造に関する。
【０００２】
さらに本発明は、このような配置構造を運転する方法に関する。
【０００３】
「施設」とは、以下において、酸素が発生させられかつ真空系が備え付けられた任意の設備および施設、特に病院、移動式の（非常時用）病院、救急車、診療所、ウエルネスセンター等と解される。また「施設」とは、特にホームケア分野で用いられる（移動式）機器と解され、機器は、例えば車椅子に取付け可能である。さらに「施設」とは、酸素が発生させられる生産場所や（大きな）設備等と解される。発生させられる酸素がどのような利用目的のものであるのかは重要ではない。
【０００４】
近年の病院のインフラ構造には、とりわけ「医療用空気」、酸素濃縮空気ならびに純酸素を患者に供給する供給装置が含まれる。「医療用空気」とは、一般的に約２０％の酸素と約８０％の窒素とを含み、別の成分例えば水および一酸化炭素に関して相応の規格および／または規定を満たす混合物と解される。さらに病院のインフラ構造には、一般的に真空系が含まれる。真空系は、真空ポンプおよび緩衝容器を用いて管路系に真空を維持する系であり、系は、病院において、例えば手術室におけるあらゆる吸引処置に提供される。
【０００５】
医療用空気は、直接現場で発生させられる（その際の主要な方法ステップは空気圧縮、空気浄化および空気分析である）か、または小規模の使用では圧縮ガス瓶で提供される。
【０００６】
良好なインフラ構造を有する国では、病院の酸素供給は、通常、液体酸素の提供装置を介して、ならびに病院内にもしくは病院の直ぐ傍に配置された液体タンク（液体タンクに対応して気化器が配置されている）を用いて行われる。これに対してインフラ構造が良好でない発展途上国では、小さなＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）設備を用いた現場での発生が定着している。しかしこのような設備は、比較的大量のエネルギを消費し、比較的高い頻度の保守の必要性を有するので、安価な液体酸素が提供される場合には、この設備により発生させられる酸素は、競争力がない。欧州特許公開第１２４５２６７号明細書において複数のＰＳＡ設備を備えたこのような酸素供給装置が開示されている。
【０００７】
ＶＰＳＡ（Vacuum Pressure Swing Adsorption）設備が以前からいわゆる酸素を発生させるオンサイト（現場）設備として用いられ、これは極めて良好なエネルギ所要量を有する。病院の供給装置に必要であるような小規模設備（これは１００Ｎｍ3／ｈよりも小さな生産能力を有する設備と解される）では、小規模設備は、追加的に必要な真空ポンプおよび比較的高い吸収剤所要量の結果として生じる比較的高い投資コストに基づいて今まで定着していない。
【０００８】
従来技術に挙げられる酸素を現場発生させる構成は、以下の欠点を有する。その構成により投資コストが比較的高くなり、またその構成は不良の消費量を有し、追加的な保守に掛かる多大な手間が要求される。法規により、一般的に、酸素を現場で発生させるために必要な系の冗長性が要求される。これにより必要な投資コストがさらに高まる。
【０００９】
本発明の課題は、冒頭で述べたような施設内で酸素を発生させる配置構造ならびに冒頭で述べたようなこのような配置構造を運転する方法を改良して、前述の欠点を解消するものを提供することである。
【００１０】
この課題を解決するために提案される、施設内で酸素を発生させる配置構造の特徴によれば、ＰＳＡユニットおよび真空系が、相互に接続されていて、真空系により、ＰＳＡユニットの１つまたは複数の吸着器の再生が実現可能である。
【００１１】
本発明による配置構造を運転する方法の特徴によれば、ＰＳＡユニットを、１．３ｂａｒ〜１２ｂａｒ好適には２ｂａｒ〜８ｂａｒの吸着圧で、かつ／または０．０５ｂａｒ〜０．９ｂａｒ好適には０．１ｂａｒ〜０．６ｂａｒの脱着圧で運転する。
【００１２】
本発明による施設内で酸素を発生させる配置構造ならびに本発明によるこのような配置構造を運転する方法の別の好適な態様は、従属請求項の対象であり、その特徴によれば、
・発生させられる酸素製品流れは、少なくとも８０％好適には少なくとも９０％の純度を有し、
・施設が少なくとも１つのガス分析用のユニットを有する場合、ガス分析用のユニットは、ＰＳＡユニットの製品側と接続されており、
・ＰＳＡユニット用の使用ガスとして空気を供給する追加的な手段を備え、
・配置構造に対応して、特に液状の酸素を貯蔵する機能を有する少なくとも１つの貯蔵容器が配置されており、
・配置構造は、移動式に構成されており、
・真空系に少なくとも部分的にトラブルが生じる場合、ＰＳＡユニットを、真空系により再生せず、１．０１ｂａｒａ〜１．５ｂａｒａ好適には１．０１ｂａｒａ〜１．１ｂａｒａの脱着圧で運転する。
【００１３】
本発明の根底を成す思想によれば、ＰＳＡ設備もしくはＰＳＡユニットを運転するために、できる限り病院の既存のインフラ構造が用いられる。本発明によるＰＳＡユニットおよび真空系の接続により、ＰＳＡユニットもしくはその吸着器を真空条件下で再生することができる。真空再生の利点および欠点は、専門家には既知である。真空再生に必要な真空系が既存であるので、本発明では、その利点を多少なりとも費用を掛けずに得ることができ、それゆえ必要な投資コストおよび運転コストに関して大幅な改善がみられる。
【００１４】
さらに同様に病院のインフラ構造に挙げられる医療用空気を発生させるユニットが、ＰＳＡユニットに供給される空気流れの源として選択される場合、従来必要であった、ＰＳＡユニットに供給される使用空気の前浄化を省略することができるので、更なる利点が得られる。通常、医療用空気を発生させるユニット内には既に圧縮装置が設けられているので、さらに使用空気の個別の圧縮装置を設ける必要はない。
【００１５】
一般的に、病院には、ガス分析用のユニットが備え付けられている。本発明による配置構造の別の態様によれば、ガス分析用のユニットは、ＰＳＡユニット内で発生させられる酸素製品流れの分析にも用いることができるように構成するかもしくは機能拡張することができる。したがって酸素製品流れ用の独自の分析ユニットを設ける必要はない。
【００１６】
以下に、図示の態様に基づいて、本発明による配置構造、本発明による方法ならびにその別の形態を詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による施設内で酸素を発生させる配置構造を示す図である。
【００１８】
管路１を介して、（周囲）空気は、病院で一般的に設けられる、医療用空気を発生させるユニットに送られる。医療用空気を発生させるユニットは、単段または多段の圧縮ユニットＶならびにその下流側に配置された浄化ユニットＲから成る。圧縮ユニットＶによって、空気は、４ｂａｒ〜１２ｂａｒの圧力に圧縮され、次いで浄化ユニットＲにおいて、所望されない成分、特に水、一酸化炭素、二酸化炭素および場合によっては窒素酸化物に関して浄化される。このようにして発生させられる医療用空気の第１の部分流れは、管路区分３，４を介して医療用空気用の管路網に供給される。供給前に、相応の分析ユニットＡＧによる医療用空気の分析が行われる。
【００１９】
医療用空気の第２の部分流れは、使用流れとしてＰＳＡユニットＡに送られる。ＰＳＡユニットＡは、一般的に、２つまたは３つ以上の並列に配置された吸着器を備え、吸着器は、交互にもしくは時間的にずらして吸着段階および再生段階を行う。一般的に、ＰＳＡユニットＡは、１つの吸着器と追加的なバッファ容器とから成っていてもよい。ＰＳＡユニットＡは、好適には１．３ｂａｒ〜１２ｂａｒより好適には３ｂａｒ〜８ｂａｒの吸着圧で、かつ／または０．０５ｂａｒ〜０．９ｂａｒ好適には０．１ｂａｒ〜０．６ｂａｒの脱着圧で運転される。
【００２０】
ＰＳＡユニットＡの全パラメータは、発生させられる酸素製品流れ５が少なくとも８０％の純度好適には少なくとも９０％の純度を有するように、選択される。
【００２１】
ＰＳＡユニットＡで発生させられる酸素製品流れは、管路区分５，６を介して病院の酸素管路網に送られる。前述の分析ユニットＧＡにより、酸素製品流れもガス分析にかけられる。
【００２２】
病院において使用される酸素に対する格別な純度要求は、医療用空気の使用により、さらに手間を掛ける必要なく満たすことができる。
【００２３】
従来実現されてきた、ＰＳＡ方式に応じた病院内で酸素を現場で発生させる構成とは異なり、病院に存在する真空系を用いた真空再生が実現される。したがってＰＳＡユニットＡの比較的高い吸着圧が、ＶＰＳＡ方式の真空再生と組み合わされる。
【００２４】
管路区分７，９を介して、ＰＳＡユニットＡの残留ガス側が、病院固有の真空系ＶＳと接続されている。真空系ＶＳは、通常、主に複数の真空ポンプと緩衝容器とを備える。
【００２５】
脱着段階もしくは再生段階の開始時に、大気圧への到達まで、管路区分７，８を介して脱着されるガスは相応の排ガス管路を介して好適には周囲に放出される。３方弁ｃを切り換えたあとで、ＰＳＡユニットＡは、管路区分７，９を介して、真空系ＶＳにより、大気圧を下回る所望の再生圧まで再生可能である。
【００２６】
管路区分９には、追加的な制御弁ｄを設けてよく、この制御弁ｄは、真空系ＶＳを介して吸い出される残留ガス流れを均一化する機能を有し、これにより、病院の真空系ＶＳにおける不都合な強い圧力上昇を効果的に回避することができる。
【００２７】
好適には、提供される真空出力の自動検出が、生じる脱着圧を介して行われる。脱着圧の検出に従って、（自動的に）最大製品取出し量が調節され、したがって比較的高い再生圧では比較的少量の製品もしくは酸素が取り出され、比較的低い再生圧では比較的大量の酸素が取り出される。
【００２８】
通常、前述の両弁ｃ，ｄの他に、使用ガス管路２および製品管路５に弁ａ，ｂが設けられており、弁ａ，ｂは、ＰＳＡユニットＡに送られる空気量２ならびにＰＳＡユニットＡから吸い出される酸素量５を調整する機能を有する。全ての弁ならびにＰＳＡユニットＡおよび場合によってはガス分析ユニットＧＡの制御は、制御ユニットＳを介して行われ、制御は、一点鎖線で示すラインを介して行われる。
【００２９】
圧縮ユニットＶの下流側に接続された図示の浄化ユニットＲに対して択一的に、管路区分３に浄化ユニットＲ’を設けてもよい。この場合、管路２を介してＰＳＡユニットＡに送られる使用空気流れの不都合な成分を満足できる程度に分離できるように、ＰＳＡユニットＡを設計するか、もしくは、ＰＳＡユニットＡ内で用いられる脱着剤を選択することができる。
【００３０】
本発明による酸素を発生させる配置構造の図示していない別の態様の特徴によれば、ＰＳＡユニットＡに送られる空気は、医療用空気を発生させるユニットに対応して配置されていない別個の圧縮ユニットにより圧縮される。このような場合、要求されるエネルギ所要量に関して好適には、比較的低い吸着圧が選択され、管路５を介してＰＳＡユニットＡから送り出される酸素生成流れが場合によっては後で圧縮される。
【００３１】
さらに配置構造に対応して、液状の酸素を貯蔵する機能を有する図示していない貯蔵容器を配置してよい。例えばこのような構成は、ＰＳＡユニットＡにより単に酸素・基本負荷供給量を確保すればよい場合に好適であり、これに対してピーク所要量は、貯蔵容器に貯蔵された酸素によりカバーされる。
【００３２】
ＰＳＡユニットＡは、例えば３ｂａｒａの吸着圧および０．４５ｂａｒａの脱着圧で運転され、その際、製品量は１０Ｎｍ3／ｈであり、酸素含有量は９３％である。真空再生を有するこのようなプロセスは、ＰＳＡプロセスよりも極めて高い収率（Ausbeute）を有し、つまりＰＳＡプロセスの約４０％に対して約７０％である。１０Ｎｍ3／ｈの製品量を提供するには、病院固有の医療用空気用の回路網から取り出すべき空気量は６２Ｎｍ3／ｈしか必要としていない。真空再生に必要な有効吸込出力は、選択された０．４５ｂａｒａの脱着圧では約６０ｍ3／ｈである。
【００３３】
本発明による酸素を発生させる配置構造ならびに本発明による方法の実現に要求される投資は、ＰＳＡユニットＡ、ならびに医療用空気用の病院固有の回路網および真空系ＶＳを有する相応の配管に限定される。これに対して追加的な機械および機器は、本発明による配置構造ならびに本発明による方法の実現には不要である。
【００３４】
高い吸着圧と真空再生とを有する方法では、最適な運転方式のために製品流れの少なくとも一部を用いたパージによる再生のアシストは不要であることが判明した。むしろ圧力補償段階およびブローダウン段階（Dumpphase）のあとで、十分なパージ作用を得るために、依然として十分な酸素が吸着器ヘッドに存在する。パージサイクルの省略により、ＰＳＡユニットＡの製品側の配管が簡略化され、ひいてはＰＳＡユニットＡの信頼性が高まる。要求される吸着器のサイズは、従来のＰＳＡプロセスに対して大幅に縮小される。さらにＰＳＡユニットＡの保守に掛かる手間は、単に、固有の吸着ユニットひいては実質的に少数の幾つかの切換弁に限定されるので、個別のＰＳＡ設備またはＶＰＳＡ設備の保守よりも極めて小さい。
【００３５】
本発明による方法の別の態様によれば、真空系ＶＳに少なくとも部分的なトラブルが発生する場合にＰＳＡユニットＡは真空系ＶＳにより再生されず、大気の空気圧を僅かに上回る、つまり１．０１ｂａｒａ〜１．５ｂａｒａ好適には１．０１ｂａｒａ〜１．１ｂａｒａの脱着圧で運転される。
【００３６】
真空系ＶＳの機能停止が生じる場合、ＰＳＡユニットＡは、純粋なＰＳＡ設備として運転される。しかしこのような運転方式では、発生可能な酸素量が大幅に減じられる。
【００３７】
本発明による施設内で酸素を発生させる配置構造の別の態様によれば、配置構造が移動式であるように構成されている。ここでは「移動式」とは、配置構造が持運び可能に構成されており、例えばコンテナ内で搬送可能であるか、または貨物自動車で搬送可能であると解される。このような本発明による施設内で酸素を発生させる配置構造の別の態様は、特に配置構造が例えば移動式の（非常時用）病院で使用しようとする場合に好適である。その際、本発明による配置構造は、さらに好適には、温度、空気湿度、砂漠、陸上、海上、空中搬送等に関する要求に適合できるように、構成されている。
【００３８】
本発明による酸素を発生させる配置構造が実現されるよう所望される施設が新たに設立されるかまたは既存であるかとは関係なく、本発明による配置構造を設置するかまたは組み立てる方法によれば、ＰＳＡユニットＡおよび真空系は、相互に接続され、真空系により、ＰＳＡユニットＡの１つまたは複数の吸着器の再生が実現可能であり、かつ／または医療用空気を発生させるユニットは、ＰＳＡユニットＡと接続され、ＰＳＡユニットＡに、使用ガスとして発生させられる医療用空気の少なくとも１つの部分流れを供給することができる。
【００３９】
本発明による施設内で酸素を発生させる配置構造により、酸素を現場で発生させるために必要な投資コストの削減が実現される。同時に、従来の構成に対して、酸素発生に関する消費量ならびに必要な保守作業を大幅に低減することができる。
【００４０】
本発明による配置構造ならびに本発明による酸素を発生させる配置構造を運転する方法は、ホームケア分野（そこでは特に移動式の、好適には車椅子に取付け可能な酸素供給機器が用いられる）で実現する場合に従来技術に挙げられる機器に対して顕著な利点を有する。
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【国際調査報告】
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2013521905.tif 000005
2013521905.tif 000006
2013521905.tif 000007