CN114007677A - 用于氧气产生的便携式系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种便携式氧气生成系统，其包括反应室、用于向反应室提供过氧化氢溶液并对此加以控制的进料系统，以及用于冷却离开反应器的热氧气和水蒸气并冷凝和除去水的冷却/冷凝系统。所述便携式化学氧气生成系统在一段延长的时间内以受控的流量和温度产生基本上不含过氧化氢及其它污染物的加湿可呼吸氧气。

Description

用于氧气产生的便携式系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年4月3日提交的第62/828,475号美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本公开属于氧气产生、产生氧气的方法和化学氧气生成器的领域。更具体地，本公开提供了一种提供高纯度可呼吸氧气的便携式化学氧气发生器。本公开还提供了例如用于除去氧气生成的水副产物的供(水)蒸气的低能量冷凝用的器具/系统。

背景技术

氧气是医学治疗的关键成分。这种治疗可以是慢性的或急性的。在紧急情况下补充氧气可以挽救生命，尽管在运输期间以及在偏远地区提供氧气的负担在成本、运输和材料方面上是相当大的。

氧气瓶很重，并且存在许多潜在危险，包括燃烧、爆炸和抛射风险。液氧系统用较小的占用空间提供大量的气体，但是很重，随着时间的推移排放出气体，并且如果处理不当则存在燃烧风险。此外，这两种氧气系统的输出都是有限的，并且需要进行重新填充，这在远期军事行动中会带来后勤问题。包括军事行动和大规模伤亡行动在内的许多紧急情况需要更简单、更轻且持续时间更长的氧气递送系统。

已经提出了便携式氧气浓缩器(POC)和化学氧气发生器(COG)作为解决方案。POC有时被称为氧气浓缩器，其从环境中吸入通常含有约21％的氧气的空气，并抽出氮气以供应浓度高达90-95％的氧气。便携式单元一般产生最多6l/min，而较大的装置(非便携式)产生高达25l/min。所有这些装置都是电动操作的，并且需要连续的电源，因此电力故障将导致氧气供应出现故障，除非有备用发电机或备用电池和电源转换器可用。而且，从便携式单元供应的气体的低流量和较低压力限制了它们在许多紧急情况下的使用。

Joseph Priestly在用氧化汞进行研究时发现了氧气，他的研究首次提出了化学氧气生成。Priestly的发现发表于1775年。在1902年，“Lancet”报道了Kamm发明的医用氧气发生器。该装置使用氯酸盐作为氧源，并且当被酒精灯加热时，在需要补充成分之前会产生大约4立方英尺的氧气。氯酸盐蜡烛例如在潜艇中已被用作紧急氧气源。然而，氯酸盐蜡烛的产生氧气的反应非常热(约700-800℃)，因此可能非常危险。

由于与液体和加压气态氧系统相关的后勤挑战、重量和爆炸风险，POC和COG已被建议作为液体和加压气态氧系统的替代品用于远期军事行动以及灾害和大规模伤亡情况中。对当前可用技术的评价表明，COG仅可运转30分钟或更短时间，具体取决于制造商和设计，并且无法调节输出使得该装置不适合于连续临床护理或长期工作。COG的氧气流速对于许多紧急用途来说也可能太低。

最近，人们有兴趣将这项技术应用于以气瓶或以液体形式供氧在后勤上困难或在经济上不允许的地区，如在战斗伤亡护理期间、在灾害情况下以及在不发达国家中极端的乡下环境中。军事行动和大规模伤亡行动需要更简单、更轻且持续时间更长的氧气递送系统。

FDA规定COG必须提供最小6L/min的氧气流量最少15分钟(21CFR第868.5440部分)。然而，美国陆军要求更高的输出，该系统必须提供8L/min至少20分钟。这使总O₂输出增加了75％，这个水平是可用的COG无法达到的。长期以来一直需要便携按需式氧气发生器。

发明内容

本公开提供了一种化学氧气生成系统，该系统在一段延长的时间内以受控的流量和温度产生基本上不含过氧化氢及其它污染物的加湿可呼吸氧气。一方面，该化学氧气生成系统可在低于约40℃的温度下产生超过约8L/min且最高约15L/min的恒定氧气流超过约30分钟。

一方面，便携式氧气生成系统包括反应室、用于向反应室提供过氧化氢溶液并对此加以控制的进料系统，以及用于冷却离开反应器的热氧气和水蒸气并冷凝和除去水的冷却/冷凝系统。反应室包括促进过氧化氢化学分解为氧气和水的催化剂、用于将过氧化氢溶液引入到反应室中的入口和用于从反应室中释放氧气和水蒸气的出口。过氧化氢进料系统包括含有过氧化氢水溶液的过氧化氢储器和用于控制过氧化氢水溶液被添加到反应室中的速率的进料流量调节器。冷却系统包括用于接收氧气和水蒸气的入口；包括两个或更多个排放管的冷凝器，每个排放管被配置成排放由冷却系统中的水蒸气冷凝的水；以及用于释放含减少的水蒸气的冷却的氧气的出口。

本公开的一方面提供了用于氧气生成的便携式装置，其包括：

a.至少一个用于盛放过氧化氢溶液的储器；

b.一个或多个反应室，其含有用于使氢溶液反应并产生氧气和水蒸气的催化剂；

c.用于将过氧化氢从储器供应给所述一个或多个反应器的进料系统；

d.与反应器的出口流体连通的用于冷却的系统，其冷凝并除去冷凝的液态水；

e.任选的被安放在反应器与冷却系统之间的干燥器，其用于从氧气流中除去一部分水；

f.任选的用于使液态水移动到贮存箱中的驱动系统；

g.任选的用于在冷却系统的氧气出口处除去水的疏水膜；和

h.任选的用于调节疏水膜出口处的氧气流量的氧气流量调节器。

冷却系统可以是可操作地安设于反应器出口与疏水膜(过滤器)之间的开放系统。冷却系统被配置成冷却在反应器与过滤器之间流动的氧气。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中储器被配置成盛放过氧化氢、过氧化氢络合物或过氧化氢溶液。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中过氧化氢溶液为至少15％的过氧化氢或为至少20％的过氧化氢。储器可以是与进料系统可拆卸地连接的料筒。料筒可以被配置成可在过氧化氢溶液用尽时立即被更换。

另一方面提供了如上提出的装置，其中料筒附接系统允许与进料系统快速附接。料筒可以是可胀缩的，具有可胀缩的内衬，或者可以是硬面或软面的。

另一方面提供了如上提出的装置，其中进料单元被配置成在软面料筒上产生压力。压力可由弹簧、活塞或气动压力产生。另外或替代地，进料系统可包括泵，例如选自排代泵(displacement pump)、蠕动泵、注射泵、活塞泵、柱塞泵、螺杆泵和往复泵的泵。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中反应器被配置成将过氧化氢分解为水和氧气。反应器含有促进过氧化氢化学分解为氧气和水的催化剂。所述催化剂可包含一种或多种选自金属、准金属、金属的合金、准金属的合金、金属的化合物和准金属的化合物的活性化合物。所述催化剂可另外包含电负性元素。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中该装置另外且任选地包括催化过滤器。如果存在催化过滤器，则其可包含至少一种催化剂，该催化剂包含一种或多种选自由金属、准金属、金属的合金、准金属的合金、金属的化合物和准金属的化合物组成的组的活性化合物。催化过滤器可包含与反应器的催化剂相同的催化剂，或者可包含不同的催化剂。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中冷却系统包括散热器。冷却系统可另外包括至少一个用于使热量容易从冷却系统中除去的风扇。所述风扇可以是电风扇。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中冷却系统包括冷凝器。包括冷凝器的冷却系统被配置成使由冷却系统冷凝的液态水容易排放。排放系统可以被配置成从沿着冷却系统的至少一个点排放冷凝水。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中冷凝水被立即且连续地排放。冷却系统可另外包括用于收集冷凝水的接受器(receptacle)。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中疏水膜由选自由丙烯酸共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚砜和聚碳酸酯组成的组中的一者或多者的材料建造。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中氧气流量调节器是被配置用于进行实时流量测量的热/质量氧气(O₂)流量计。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中该装置另外包括电子控制和显示单元，其包括以下中的一者或多者：

a.单元传感器；

b.单元控制器；

c.单元警报器；和

d.单元反馈电路。

控制单元可基于指定的印刷电路板。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中单元传感器被配置成测量选自由用户设定的O₂流量、出口O₂流量、出口O₂温度、电池容量、H₂O₂储器液位、反应室压力和/或水箱容量(例如，重量)组成的组的至少一个参数。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中单元控制装置被配置成控制选自由蠕动泵RPM、冷却风扇速度和水箱排水螺线管(water tank drainage solenoid)组成的组的至少一个参数。控制单元还可以包括针对如以上任何内容中所公开的参数中的一个或多个参数的反馈电路。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中控制单元被配置成在以下一种或多种情况下发出警报：

a.低H₂O₂储器；

b.低电量；

c.高水箱液位；

d.高装置压力；

e.氧气纯度；和

f.装置维护。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中控制单元另外包括数据记录器，数据记录器被配置成记录所述装置的状态。控制单元可以被配置成与外部系统进行通信，所选定的通信的特征为：

a.将记录的数据传输到外部系统；

b.从外部系统接收处理方案。

另一方面提供了由电池单元供电的装置，例如所述电池可以是12-18V/4-5Ah可再充电的。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的装置，其中该装置另外包括生物反馈传感器。生物反馈传感器可以被配置成检测患者的外周血O₂饱和水平。传感器可以被配置成与如上所公开的控制单元通信。例如，传感器和控制单元可以被配置成在低或高O₂患者饱和水平的情况下发出警报。

本公开的一方面提供了用于生成氧气的方法，其包括以下步骤：

a.将过氧化氢溶液与催化剂组合在一起；

b.冷却氧气和水蒸气；

c.排放液态水，该水由水蒸气冷凝；

d.任选地过滤氧气，除去水；以及

e.任选地使氧气通过流量调节器。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的方法，其中所述方法另外包括控制过氧化氢溶液进入反应器的流量的步骤。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的方法，其中所述方法另外包括使氧气和水蒸气通过任选的催化过滤器。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的方法，其中冷却氧气和水蒸气的步骤使用冷却和/或冷凝单元进行，其中至少部分地通过在冷却和/或冷凝单元的至少一部分的上方产生空气流来提供冷却，该空气是通过风扇产生的。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的方法，其中所述方法另外包括分析离开冷却系统的氧气的氧气流量和温度的步骤。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的方法，其中所述方法另外包括在低H₂O₂储器、低电量、高系统压力、高水箱液位、氧气纯度和/或低患者O₂饱和水平中的一者或多者的情况下警告使用者的步骤。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：

a.向患者提供氧气；或

b.储存氧气。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的方法，其中所述方法另外包括检测患者的O₂饱和水平的步骤。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的方法，其中所述方法另外包括以下中的一者或多者：

a.记录装置的数据；

b.记录患者的数据；

c.将数据传输到外部系统。

另一方面提供了如以上任何内容中所提出的方法，其中所述方法另外包括调节氧气流速的步骤，所述调节是通过调节选自由进入反应器中的过氧化氢溶液的流量和经由流量调节器的流量组成的组的至少一个参数来控制的，流量调节是根据选自由系统压力、反应器压力、氧气流量和患者O₂饱和水平组成的组的至少一个参数来确定的。另一方面提供了如以上任何内容中所提出的方法，其中调节氧气流速的步骤包括测量氧气流速的步骤。

附图说明

图1是根据本公开的便携式化学氧气发生器的示意图。

图2描绘根据本公开的便携式化学氧气发生器的实施方案。

图3描绘根据本公开的冷却系统的实施方案。

图4描绘根据本公开的散热器系统的实施方案。

图5描绘根据本公开的冷却系统的冷却罩壳的实施方案。

图6描绘根据本公开的冷却系统的实施方案。

图7描绘根据本公开的便携式化学氧气发生器的实施方案。

图8示出气体流量对来自每个出口的排放的液体的影响。

图9示出气体流量对排放的液体的温度的影响。

图10示出气体流量对由冷却系统释放的热量的影响。

图11示出气体流量和催化剂量对排放的液体的影响。

图12示出气体流量和催化剂量对排放的液体温度的影响。

图13示出气体流量和催化剂量对热释放的影响。

具体实施方式

根据本公开的化学氧气发生器是通过化学反应产生氧气的装置。在诸如氧气箱或电解的其它方法不可行的情况下，化学氧气发生器对于提供紧急氧气很重要。

化学氧气发生器用于补充和增加患者吸入的空气中的氧气浓度。此种气态氧具有许多可能需要补充氧气的适应症，包括血液循环问题(例如由于疾病或由于受伤)、呼吸问题、肺功能下降和高原病。低氧血症(血液中氧气不足)是急性下呼吸道感染，诸如由细菌(肺炎链球菌和流感嗜血杆菌)和病毒(呼吸道合胞病毒、流感病毒、冠状病毒)引起的肺炎的常见并发症，并且是强的死亡风险因素。

其它用途可以是需要紧凑的便携式氧气发生器的任何地方，如用在军事行动和第三世界诊所中。化学氧气发生器也可用在潜艇、航空器中，以及供消防员和矿井救援人员使用。

有利地，根据本公开的化学氧气发生器是紧凑的便携式的，而且也可靠且操作简单。这种化学氧气发生器在一段延长的时间内提供受控的氧气流和温度。氧气的流量可由使用者控制以分配0L/min直到约8L/min，或直到约10L/min或直到约15L/min的氧气。

该装置可产生持续且可控的可呼吸氧气流，基本上不含过氧化氢及其它污染物。如本文所用的术语“基本上不含”是指过氧化氢或其它污染物的浓度低于医学上可接受的水平，因此不会有造成患者受伤或不适的风险。例如，本文公开的化学氧气发生器向患者提供的氧气流具有少于约1ppm的过氧化氢或少于约0.5ppm的过氧化氢。在一些方面，本装置可在低于约40℃的温度下产生高达约8L/min或高达约10L/min或高达约15L/min的恒定氧气流超过约30分钟。

重要的是，本文公开的化学氧气发生器提供被加湿并且不需要使用外部加湿器具的氧气流。加湿的氧气提供了改善的患者舒适度和安全性。在没有适当加湿情况下，较高的氧气流速可能会导致鼻子或口腔粘膜干燥，伴随出血和可能的气道阻塞。对于用鼻咽导管、气管内管或气管造口术的患者，对供应的氧气进行加湿对于保持分泌物稀薄和避免粘液栓塞很重要。据报道，由于供应的氧气湿度不足而导致气管内导管阻塞是医院中许多不必要的死亡的原因。本文公开的化学氧气发生器通过提供加湿的氧气流解决了这些问题。

因为过氧化氢的分解是高度放热的，所以反应室中产生的氧气的温度可能高于90℃，并且最高约98℃，因此对于分配给患者来说太热。使用本文所述的化学氧气发生器，氧气通常借助于柔性管离开装置，以可舒适呼吸的温度(即，低于约40℃)递送给患者。有利地，离开装置的氧气高于环境温度(例如，室温)不超过约10℃，或者高于环境温度不超过约8℃，或者高于环境温度不超过约6℃。

便携式氧气生成系统包括反应室、用于向反应室提供过氧化氢溶液并对此加以控制的进料系统，以及用于冷却离开反应器的热氧气和水蒸气并冷凝和除去水的冷却/冷凝系统。反应室包括促进过氧化氢化学分解为氧气和水的催化剂、用于将过氧化氢溶液引入到反应室中的入口和用于从反应室中释放氧气和水蒸气的出口。过氧化氢进料系统包括含有过氧化氢水溶液的过氧化氢储器和用于控制过氧化氢水溶液被添加到反应室中的速率的进料流量调节器。冷却系统包括用于接收氧气和水蒸气的入口；包括两个或更多个排放管的冷凝器，每个排放管被配置成排放由冷却系统中的水蒸气冷凝的水；以及用于释放含减少的水蒸气的冷却的氧气的出口。

氧气源

用于化学氧气生成的氧气源是过氧化氢，或者是过氧化氢的加合物或络合物。过氧化氢的水溶液优选用作本文提供的装置中采用的化学反应中的氧气源。

反应器中采用的过氧化氢分解形成氧气的一般反应是：

2H₂O₂→O₂+2H₂O

过氧化氢通常以浓度在从3％直到70％的范围内的水溶液形式提供。H₂O₂的浓度优选为至少20％，并且可以为约30％至约70％。

催化剂

反应室含有促进过氧化氢放热分解的催化剂。所述催化剂可包括金属、准金属、金属的合金、准金属的合金、金属的化合物(如金属氧化物)和准金属的化合物，或它们的混合物。所述催化剂可包括过渡金属氧化物，如MnO₂、PbO₂、Co₃O₄、V₂O₅、KMnO₄；银基催化剂；Ni基催化剂；Fe基催化剂；Pt基催化剂；Pd基催化剂。金属催化剂可包括银、金、锌、铂、钯或其它金属催化剂中的一者或多者。替代地，可以使用酸来催化所述反应。

当使用固体非均相催化剂(即，不溶于水的催化剂)时，氧气的产生在催化剂表面发生。固体非均相催化剂可选自以上列出且不溶于水的催化剂。固体非均相催化剂的优点在于它们可以与新的过氧化氢部分一起重复使用许多次，同时保持高效率。

所述催化剂可以是粉末或颗粒的形式。粉末形式的催化剂由于表面积较大而可具有相对较快的动力学。然而，颗粒可能更便于处理和重复使用。尽管粉状催化剂的高表面积有助于确保过氧化氢快速分解，但细粉末可能存在将催化剂保留在反应室中的问题。

所述催化剂可以是例如直径为约0.5mm至约5mm的颗粒的形式。催化剂颗粒可包含金属、准金属、金属的合金、准金属的合金、金属的化合物，或准金属的化合物中的一者或多者。所述颗粒可进一步包含一种或多种粘结剂材料。

可将所述催化剂分散或涂覆在固体载体材料或基质的表面上。替代地，可将催化剂浸渍在惰性基质材料或粘结剂中。

所述催化剂可包含多孔基质，例如催化剂的纳米颗粒沉积在其上的多孔支架结构。多孔基质或支架结构可由许多合适的材料或材料的组合形成。合适材料的非限制性实例包括有机材料或无机材料，并且可以包括树脂、聚合物、金属、玻璃、陶瓷、活性炭、织物或其组合。

多孔基质或支架结构可由聚合物海绵形成。聚合物基质/载体应选自能承受反应器中高浓度过氧化氢和高温的材料，并且可包括例如聚碳酸酯、PVC、高密度聚乙烯。可通过合成聚高内相乳液(聚HIPE)方法形成多孔支架结构。HIPE的连续相的聚合导致形成多孔聚合物整体料(称为聚HIPE)。聚HIPE具有高孔隙率，孔隙尺寸为约10-100μm。

在一些方面，多孔支架结构可由粒状多孔材料形成。例如，使代表多孔支架结构的载体的多孔材料的颗粒聚集在一起以形成多孔支架结构。可以使用多种粒状多孔材料，包括但不限于活性炭、聚合物珠、石英砂、氧化锆、氧化铝、无烟煤等。

多种变量可影响氧气释放速率，所述变量包括过氧化氢的添加速率、反应室的温度以及与过氧化氢溶液接触的催化剂量。通过确保反应室含有相对于引入到反应室中的过氧化氢过量的催化剂，可以排除将催化剂作为变量。一旦反应进行，反应室的温度被保持在约90℃或约90℃以上，并且最高约98℃，同时有氧气产生。在反应室中存在足够量的固体催化剂(如二氧化锰)的情况下，可由向反应室中添加过氧化氢水溶液的速率来控制氧气产生的速率。因此，一个方面是以可控且具选择性的恒定速率产生氧气。

H₂O₂储器

储器盛放过氧化氢溶液。储器由惰性、非反应性材料如不锈钢或聚合物/塑料建造。储器可以是单次使用的容器或一次性容器，或者可以是可重新填充的。储器可以是盛放过氧化氢溶液的料筒，过氧化氢溶液由进料流量调节器进料到反应室中。在一些实施方案中，储器是系统的一部分，并且从另一个容器重新填充。

储器可以是硬面或软面的。在一些实施方案中，储器可以被建造成像“注射器”，即由筒和柱塞(或活塞)构成。

在一些实施方案中，储器是能够盛放过氧化氢在水中的溶液的罐，该罐足以持续至少约20分钟或至少约30分钟维持处于约8L/min或约10L/min或约15L/min的氧气流速下的稳定氧气流。过氧化氢的浓度为至少约15％或至少约20％。过氧化氢的浓度可以为约30％至约70％。过氧化氢储器可盛放约500ml至约4000ml的过氧化氢溶液或约1000ml至约3000ml的过氧化氢溶液。

进料流量调节器

使用者可控制进料系统向反应室提供过氧化氢溶液的速率以便维持所需的氧气流量。在一些实施方案中，进料流量调节器包括用于控制进入反应器中的过氧化氢溶液的流量的泵。该泵可以是本领域中已知的任意合适的泵送单元，包括但不限于排代泵、蠕动泵、注射泵、活塞泵、柱塞泵、螺杆泵或往复泵。在一些实施方案中，储器可以是可胀缩的，并且进料单元被配置成对储器施加压力，从而将过氧化氢溶液推入反应器中。在一些实施方案中，进料单元用作往复泵，而储器形成该泵的一部分。

反应器

反应室包括压力密闭外壳，在该外壳中发生氧气源的化学分解，氧气源通常是呈水溶液形式的过氧化氢。反应室包括促进过氧化氢化学分解为氧气和水的催化剂、用于将过氧化氢溶液引入到反应室中的入口和用于从反应室中释放氧气和水蒸气的出口。

反应室可任选包括过压阀以防止外壳破裂，例如在氧气出口被阻塞的情况下。压力阀可以被配置成通过使过多的气体释放和/或通过调节进料溶液流速来调节反应室中的压力。压力阀对流速的调节可以直接或通过控制单元进行。

反应器出口可任选包括过滤器或网，其作用是将催化剂维持在反应室中。在催化剂是粉末且粒度小的情况下，这种过滤器或网可能特别有用。

反应室由能承受至少100℃的温度的惰性、非反应性材料建造。反应器可由包括铝、不锈钢、镍合金(如Inconel)等在内的惰性/非反应性金属或金属合金建造。替代地，反应室可由惰性/非反应性聚合物材料建造。在本发明上下文中，惰性或非反应性材料是在反应条件下不降解的材料。然而，在一些实施方案中，选择用于反应室且接触过氧化氢的材料可以催化过氧化氢的分解。

过氧化氢水溶液通过至少一个孔口或入口(如喷嘴或喷雾嘴)从进料单元进入反应器中。该溶液与催化剂混合在一起，从而使H₂O₂快速地分解为H₂O和O₂。该反应是放热的，达到了高于90℃且最高约98℃的持续温度，因此水在反应器中汽化为蒸气。过氧化氢分解产生的气体从反应器出口流出反应器。任选地，反应室还可包括允许除去任何积累的液态水的排放管(drain)。气态反应产物(O₂、H₂O)流出反应室的流量与过氧化氢溶液被泵入到反应器中的速率成正比。

催化过滤器

离开反应室的有反应产物、氧气和水蒸气，并且在一些实施方案中有一些未反应的液态或气态过氧化氢。在一些过氧化氢离开反应室的情况下，氧气发生器可任选包括被称为催化过滤器的次级反应器，其使残留的过氧化氢分解。

催化过滤器被构造成使已经通过分解反应汽化或蒸馏并离开反应室的任何过氧化氢分解。催化过滤器含有一种或多种如上面所讨论的促进过氧化氢分解成氧气和水的催化剂。催化过滤器可含有与反应器的催化剂相同的催化剂或另一种催化剂。离开催化过滤器的气流可基本上不含过氧化氢，因此出口气流中的过氧化氢处于或低于医学上可接受的水平。

冷却单元/冷凝器

本公开提供了用于冷却和分离气态混合物的冷却单元或系统。尽管该冷却系统被描述为用于从氧气中冷却和分离水，但该冷却系统也可适于冷却和分离其它混合物。

进入冷却单元的热混合物包含至少两种组分(即低沸点组分和高沸点组分)的混合物。在氧气发生器的情况下，低沸点组分是氧气，且高沸点组分是水。热蒸气流入冷凝/冷却单元中。冷凝/冷却单元包括罩壳，该罩壳被配置成容纳和冷却气体/蒸气混合物，从而将可冷凝的蒸气转化成液体。在一些实施方案中，罩壳是管道或管路。冷凝罩壳包括至少一个在所述单元的整个长度上的排放管，并且优选包括多个排放管，使得冷凝的液体能够从气流中分离出来并排放到箱中。在一些实施方案中，冷却罩壳包括多个排放管，使得能够在冷却单元的整个长度上排放冷凝的液体，从而允许通过快速和连续排放来分离液体。

对于本文所述的氧气发生器，离开反应室或催化过滤器(如果存在的话)的热气体进入冷却单元中。进入冷却单元中的气流可高于约90℃，并且最高约98℃，因此对于分配给患者来说太热。冷却单元将气流冷却到可舒适呼吸的温度，即低于约40℃。

冷却单元被配置成冷却气流，从而将水蒸气冷凝成液态水，并除去液态水。冷却单元使得液态水能够从气流中被分离出来并排放到贮存箱中。在一些方面，冷却单元在冷却单元的整个长度上提供排放，从而允许快速且连续地排放液态水。在处于升高温度下的冷凝水发生冷凝时，此系统快速除去该冷凝水。通过在冷却罩壳的整个长度上从系统中除去水，冷却系统的冷却能力可被引导至有效冷却氧气流，而不必完全冷却冷凝水。这种布置将冷却系统的冷却能力引导至冷却较低质量的氧气流，从而提高了冷却的效率。

在一个实施方案中，冷却罩壳由通过U形弯管连接的垂直管段形成。当该装置处于运转中时，冷却系统的下部U形弯管被水平安放成具有位于沿该管的最低点处的排放端口，从而允许重力帮助从冷却系统中连续排放冷凝的液态水。替代地，冷却罩壳可包括呈水平盘管(coil)形式的含有气流的管，该管具有沿着每个盘管旋转部的最低点安放的排放端口。冷却罩壳可并入到散热器中，并且/或者可具有沿罩壳外部的冷却翅片。冷却流体可以被引导经过冷却罩壳，以帮助从冷却罩壳中除去热量。冷却流体可以是液体或气体，并且在一些实施方案中是冷却空气流。

在优选方面，冷却系统是有源空气冷却系统。电风扇可用作冷却系统的有源部件。风扇产生的冷却空气经过并围绕罩壳，从而冷却罩壳的主体。冷却的氧气经由排气/出口管离开冷凝罩壳。有利地，离开冷却系统的氧气高于环境温度不超过约10℃，或者高于环境温度不超过约8℃，或者高于环境温度不超过约6℃。

疏水膜

在实施方案中，离开冷却系统的湿氧气通过疏水膜，从而滤去痕量的水。液态水会干扰测量氧气流量的准确性。疏水膜是聚合物材料的微孔膜。疏水膜可由本领域中已知用于此目的的任何材料构建造，所述材料包括丙烯酸共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚砜和聚碳酸酯。具有疏水膜的市售通气塞可用于此目的。

在实施方案中，干燥器可被安放在反应室或催化过滤器(如果存在的话)与冷却系统之间。干燥器包括疏水膜，并且用来在气流进入冷却系统之前从其中除去一部分水。干燥器可从气流中除去多达约90％的水，或从气流中除去约70％至约90％的水。在气流进入冷却系统中之前除去一部分水可提高冷却系统的效率。疏水膜是聚合物材料的微孔膜，并且可由本领域中已知用于此目的的任何材料建造，所述材料包括丙烯酸共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)。

图1示意性地示出化学氧气发生器的实施方案的基本单元10。储器11盛放过氧化氢溶液。该盛放器可以是单次使用的或可重新填充的。在一些实施方案中，储器是盛放溶液并被送入系统中的料筒。在一些实施方案中，储器是系统的一部分，并且从另一个容器重新填充。储器可以是硬面或软面的。储器由惰性、非反应性、药用级材料建造。在一些实施方案中，储器被建造成像“注射器”，即由筒和柱塞(或活塞)构成。在一些实施方案中，储器是能够盛放过氧化氢(H₂O₂)在水中的溶液的罐。该过氧化氢的百分比为至少20％，并且在一些实施方案中为30-70％。

进料单元12控制进入反应器中的过氧化氢溶液的流量。在一些实施方案中，进料单元是泵。该泵可以是例如排代泵、蠕动泵、注射泵、活塞泵、柱塞泵、螺杆泵或往复泵。在一些实施方案中，储器12是可胀缩的，并且进料单元被配置成对储器施加压力，从而将过氧化氢溶液推入反应器中。在一些实施方案中，进料单元用作往复泵，其中储器形成该泵的一部分。

进料单元可以被设置成根据各种参数来控制流速，所述参数包括：过氧化氢溶液流速、氧气流速(在所述装置的出口处)和反应室压力。在一些实施方案中，进料单元另外包括压力传感器。

反应室13包括促进过氧化氢化学分解为氧气和水的催化剂、用于将过氧化氢溶液引入到反应室中的入口和用于从反应室中释放氧气和水蒸气的出口。反应室由能承受至少100℃的温度的惰性、非反应性材料建造。

过氧化氢水溶液通过至少一个孔口或入口(如喷嘴或喷雾嘴)从进料单元进入反应器中。反应器含有催化过氧化氢分解为水和氧气的催化剂。该溶液与固体催化剂颗粒混合在一起，从而使过氧化氢分解为H₂O和O₂。该反应是放热的，达到高于90℃且最高约98℃的温度。过氧化氢分解产生的气体从反应器中流出，并流经催化过滤器14。

反应室可另外包括压力阀。在一些实施方案中，压力阀被配置成通过使过多的气体释放或通过调节溶液流速来调节反应室中的压力。压力阀对流速的调节可以直接进行或通过控制单元进行。

催化过滤器14被构造成使已经通过分解反应汽化或蒸馏的任何过氧化氢分解。过滤器可由与反应器中存在的催化剂相同的催化剂或另一种催化剂构成。

流过过滤器14的气体进入冷却单元15。冷却单元被配置成冷却气体，从而使水蒸气冷凝成液态水。冷却单元使得液体能够被排放到箱中。在一些实施方案中，冷却单元在冷却单元的整个长度上提供排放。在一些实施方案中，液体被立即且连续地排放。水箱盛放水，并且可以被排干。

通过冷却单元15的气体通过疏水膜(或过滤器)16以除去在整个冷却单元中没有冷凝的任何水蒸气。

氧气流量调节器17包括测量通过过滤器16的氧气量的流量计。流量计可调节进料单元以确保氧气流是连续的且处于所需水平。流量调节器还可测量气体的温度，以确保氧气对于患者来说不是太热。在一些实施方案中，流量调节器另外包括用于调节氧气流量的阀。该阀可以是手动的、机械的或机电的。在一些实施方案中，该阀由使用者、控制单元或直接由流量计控制。

系统含有控制和显示单元以及电源18。显示单元可显示所有的关键装置参数：氧气流量、氧气温度、水箱内含物液位、储器液位、系统压力、电池电量水平等。控制和显示单元还可以跟踪系统的整体状态，如使用状态、催化剂状态、维护等。

在一些实施方案中，系统另外包括生物传感器。在一些实施方案中，生物传感器是连接于患者的O2血饱和度传感器。传感器可与控制单元连接以跟踪患者的饱和水平。在一些实施方案中，控制单元被配置成根据患者的O2饱和水平来控制氧气流速。控制单元可通过调节出口阀或进料单元来控制氧气速率。

系统含有出口端口19，产生的最终氧气通过其离开装置，然后可被递送给患者或储存起来供以后使用。

现在参考图2，其描绘了氧气生成装置的具体实施方案。

氧气生成装置20包括含有过氧化氢溶液(例如50％-60％)的过氧化氢料筒21，过氧化氢溶液是产生H₂O和O₂的化学反应的底物。料筒容积可以为750-3000ml，足以持续30-45分钟产生10L/min O₂的流量。料筒被设计成一旦变空即可快速更换，使得氧气能够持续流动。

泵22(如蠕动泵)将过氧化氢溶液从料筒21驱动到发生化学反应的反应室23。通过控制单元控制泵速(RPM)。

过氧化氢被进料到反应室23中，与固体催化剂颗粒混合在一起，并使过氧化氢分解为水和氧气。该反应是放热的，达到高于约90℃且最高98℃的温度，并产生高达1,500W的恒定功率。

离开反应室的有氧气、呈蒸气形式的水以及一些液态和气态过氧化氢。反应产物(O₂、H₂O)的流量与泵RPM成正比(该反应中的催化剂是饱和的)。压力计24a跟踪反应室中的压力。在压力过大的情况下，压力阀24b可使过多的气体释放。

离开反应室的混合物被引导至装填有催化颗粒的催化过滤器25中。痕量的过氧化氢(液态或气态)被化学分解为氧气和水，从而防止任何侵蚀性过氧化氢接触到患者。

离开催化过滤器25的热氧气和蒸气流入包括风扇26a和冷却罩壳26b的有源空气冷却系统。在经过系统时，发生冷凝，水通过在冷却罩壳内的每个转弯部(curve)底部处的端口倾泻下来。这种布置有效地将冷却能力引导至冷凝低质量蒸气而不是冷却高质量水。电风扇26b(60W)用作冷却系统的有源部件。

水被收集到水箱27中，并通过电磁控制的水龙头及时排放出来。

离开冷却系统的湿氧气流经疏水膜28，从而滤去额外的水。O₂管内的液体可能会干扰O₂流量的准确测量。

量热计29a和氧气质量流量计29b被用于对通过出口端口29c离开装置的氧气进行实时流量测量。

现在参考图3，该图提供了冷却系统30的截面。冷却空气由风扇31产生并呈漏斗状被输送(funneled)32到围绕含有由反应器产生的氧气和水蒸气的管34的区域33。然后气流通过疏水膜35被除湿，之后通过端口36离开系统以被提供给患者。

现在参考图4，该图描述了散热器冷却系统40。热氧气和水蒸气的混合物通过41进入散热器。随着气体冷却，水蒸气转化为液体，液态水通过U形弯管44的最低位置处的排放端口42排放，使得通过43离开系统的氧气中的水含量减少。图4展示了在Y轴上旋转90°的图3的冷却单元(即侧视图)。

现在参考图5，其示出冷却系统的冷却罩壳的代表性实施方案。图5A示出了包括连续U形弯管的冷却罩壳。在每个下部U形弯管51的最低部分有排放端口52，其用于排放已经在冷却罩壳中冷凝的液体(水)。图5B示出水平盘管(coil)形状的冷却罩壳，其中排放端口52被安放在每个盘管旋转部(rotation)的最低部分处。

现在参考图6，其示出冷却系统的代表性实施方案。热气体混合物(如热氧气和蒸气)流入包括风扇66a和冷却罩壳66b的有源空气冷却系统60。在经过系统时，发生冷凝，较低沸点的组分(如水)冷凝，并通过在冷却罩壳内的每个下部U形弯管66d的底部处的排放端口66e向下排放。这种布置有效地将冷却能力引导至冷却包含较低沸点组分(如氧气)的质量减少的料流，而不是冷却高质量的冷凝的较高沸点组分(如水)。电风扇66b用作冷却系统的有源部件。较高沸点的组分(如水)被收集到箱67中。

现在参考图7，其描绘了氧气生成装置的具体实施方案。氧气生成装置70包括含有过氧化氢溶液(例如50％-60％)的过氧化氢料筒71，过氧化氢溶液是产生H₂O和O₂的化学反应的底物。料筒容积可以为750-3000ml，足以持续30-45分钟产生10l/min O₂或更大的流量。料筒被设计成一旦变空即可立即更换，使得氧气能够持续流动。

泵72(如蠕动泵)将过氧化氢溶液从料筒71驱动到发生化学反应的反应室73。通过控制单元79d控制泵速(RPM)。

过氧化氢被进料到反应室73中，与固体催化剂颗粒混合在一起，并使过氧化氢分解为水和氧气。反应是放热的，达到高于约90℃且最高98℃的温度。

离开反应室的有氧气、呈蒸气形式的水以及一些液态和气态过氧化氢。反应产物(O₂、H₂O)的流量与泵RPM成正比(该反应中的催化剂是饱和的)。压力计74a跟踪反应室中的压力。在压力过大的情况下，压力阀74b可释放过多的气体。

离开反应室的混合物被引导至装填有催化颗粒的催化过滤器75中。痕量的过氧化氢(液态或气态)被化学分解为氧气和水，从而防止任何侵蚀性过氧化氢接触到患者。

离开催化过滤器75的热氧气和蒸气流入干燥器76c中，该干燥器包括疏水膜，并且用来在气流进入冷却系统之前从其中除去一部分水。

部分干燥的热氧气和水蒸气流入包括风扇76a和冷却罩壳76b的有源空气冷却系统。在经过系统时，发生冷凝，并且液态水通过在冷却罩壳内的每个下部U形弯管的底部处的排放端口向下排放。水被收集到水箱77中，并通过电磁控制的水龙头排放出来。

O₂管内的液体可能会干扰O₂流量的准确测量。离开冷却系统的湿氧气流经疏水膜78，从而滤去额外的水。任何水都可以通过排放管78a从疏水膜排放。任选地，离开疏水过滤器的氧气流通过包含干燥剂(如二氧化硅)的附加干燥过滤器78b。

温度计79a和氧气质量流量计79b被用于对通过出口端口79c离开装置的氧气进行实时流量测量。

该装置由电池单元79e供电，该电池单元可包括可再充电的12-18V/4-5Ah电池。该装置另外包括电子控制和显示单元79d。控制和显示单元79d可以被配置成控制选自泵RPM、冷却风扇速度和水箱排放的参数。控制单元还可以包括针对如以上任何内容中所公开的参数中的一个或多个参数的反馈电路。控制单元可以被配置成在低H₂O₂储器、低电量、高水箱液位、高装置压力、氧气纯度和装置维护中的一者或多者的情况下进行监测和/或发出警报。

实施例

材料和方法

通过以下若干参数测试冷却系统性能：排放的液体质量和体积、排放的液体温度和从每个出口点释放的热量。

在使用50％的过氧化氢(H₂O₂)和用于过氧化氢分解的催化剂(Hydrogen LinkOxyCatalyst)运行装置5分钟期间收集数据。气体流量由气体流量计测量，并通过使用蠕动泵控制过氧化氢流量来进行间接控制。

用量筒测量体积，并用分析天平测量质量。用温度计(ExTech 4通道温度计，SDL200型)测量温度。使用下面的等式计算热量：

Q＝m·Cp·(T_入口-T_出口)

Q＝热量(卡)

m＝排放的液体/质量(g)

T＝排放的液体温度(℃)

T_入口＝第一出口点的反应温度；

T_出口对于n＞2个出口点，前一个出口点的

表1给出在氧气发生器的冷却系统处测得的参数。

表1

1.1气体流量的影响

理论上，增加气体流量需要增加过氧化氢流量，这会增加其在反应室中的分解反应速率。添加更多的反应物(在这种情况下为过氧化氢)会促进催化剂催化分解反应。这会导致产生更多的氧气和水，并由于放热反应产生的热量而提高反应室中的温度。因此，随着过氧化氢流量增加和进入反应室中的过氧化氢量增加，预期排放的液体质量和液体温度将随着更多热量的释放而增加。

1.1.1排放的液体质量

过氧化氢分解反应的产物是水和氧气。在高流量实验(7和10LPM)中，在第一和第二出口点处排放的液体中发现痕量的过氧化氢。这表明并非所有的H₂O₂都在反应室中发生了反应，并且在冷却系统中被冷凝。可以得出结论的是，需要增加催化剂的量以补偿H₂O₂的高流量。

图8展示在5、7和10LPM流量下从出口点1-4排放的液体质量。如可以看出的，仅在10LPM的高流量下，第4出口点才参与冷却过程。此外，所有三个流量的趋势是相同的。排放的液体质量随着出口点数目的增加而减少。这可以通过以下事实来解释：由于高的温差(气流从反应室中出来时的温度为92-96℃)，大部分液体在第一出口点处被冷凝。

10LPM的曲线图以显著的方式高于其它两个，而5与7LPM之间的差异很小。然而，对于7LPM来说，从冷却系统中排放的液体总质量更高(不显著)。此外，对于7LPM来说，第3出口点参与冷却过程，而对于5LPM来说，仅需要2个出口点。

1.1.2排放的液体温度

排放的液体的温度指示在每个出口点处冷却过程的效率。如图9中所示，对于所有三个流速，温度随着出口点数目的增加而降低。不同流量之间的比较表明，在每个出口点处，温度都随流量而降低。所述效率在5LPM情况下最高，在10LPM情况下获得的效率最低。对于最高流量，产生的产物(水和氧气)具有最高的质量。因此，所需的冷却“难度更大”。它由排放的液体的较高温度和冷却所需的出口点数目表现出来。

1.1.3热量释放

基于排放的液体质量和入口与出口之间的温度差计算冷却过程期间释放的热量。此参数与温度一样指示冷却的效率。图10示出在不同流量下从每个出口点释放的热量。在每个出口点处释放的热量随着出口点数目的增加而减少，因为需要冷却的质量更少，并且温度的增量变得更小，所以释放的热量更少。这种趋势存在于所有的测试流量中。5LPM的最低流量需要最低的过氧化氢流量。低流量的反应物使得催化剂能够比在其它气体流量实验中更充分地催化过氧化氢，并且使得冷却系统能够在冷却系统开始时排出更多的热量。过氧化氢的高流量(如在7和10LPM实验中)导致要冷却的高温气体增多，因此冷却的效率较低，这表现为如图9中所示的液体温度较高以及图10中展示的释放的热量较少。

1.2催化剂量的影响

一般来说，化学反应在催化剂的存在下发生得更快，因为催化剂提供了具有比非催化机理的活化能低的活化能的替代反应途径。因此，催化剂量对反应速率有显著影响。预期催化剂量越大，得到的反应速度越大，直到催化剂以足够过量的方式存在。

1.2.1排放液体质量

图11展示对于不同的流量来说，催化剂量对排放的液体的影响。对于相同的液体流量(恒定泵电压)，为了获得一定的气体流量，在低催化剂实验中需要更长的时间(在所有低催化剂实验中为30秒)。因为总的实验时间不变(5分钟)，所以在该时间期间从第一出口点获得的排放的液体较少。对于第二和第三出口，趋势是相反的，因为要冷凝的液体较少(大部分液体在第一出口点处被冷凝)。然而，对于10LPM的高流量来说，在低催化剂量情况下从所有出口点排放的液体的质量与高量的情况相比较高。这可以通过在高流量实验中观察到的“过载现象”来解释。如第1.1.1节中所解释，发现10LPM对于该反应室设计来说太高。这导致反应室过载过氧化氢，而催化剂不能以相同的速率对其进行催化。“过载现象”的结果是反应不完全，并且排放的液体中存在过氧化氢。对于高流量(10LPM)低催化剂实验，这种现象更强烈。这意味着排放的过氧化氢与高催化剂实验相比更多。由于过氧化氢比水密度大，因此在低催化剂量情况下排放的液体质量更高。

1.2.2排放的液体温度

图12中展示出温度的结果，并且显示出主导的行为—对于一定的流量，催化剂量越低，获得的温度越高。这正是预期的，因为排放的液体的质量较低。这意味着较少的能量通过冷凝过程释放，并且它导致较高的温度。然而，10LPM显示出不一致的行为。对于第一出口点，低催化剂具有几乎相同的液体排放温度，对于第二出口，低催化剂具有较高的液体排放温度，且对于第三出口，高催化剂导致较高的温度。再次地，过载防止了一些过氧化氢在反应室中反应，并且可以合理地假定一些反应发生在冷却系统中，因此不能基于温度结果作出结论。

对不同流量的比较可以表明，对于每一催化剂量来说，减少流量降低了每个出口点的温度，因为更多的液体被冷凝，并且由于冷凝过程是吸热的，因此消耗的释放的热量也更多。

1.2.3热量释放

查看图13中所示的热量释放结果，该结果表明，对于每一催化剂量来说，增加流量减少了从每个出口释放的热量(10LPM除外，正如所解释的那样，其是过载的)。由冷却系统释放的高热量代表了冷却过程的效率。在每一催化剂量下，在较低流量情况下获得了最佳效率，因为入口和出口温度的增量最大。根据等式1，基于此温度差计算热量。所有实验的趋势都是相同的—从每个出口点释放的热量在第一与第二出口点之间急剧减少，并且斜率在第二与第三出口之间变得更缓和。这一结果证明大部分热量在第一出口点释放，并且它是最有效的冷却点。针对相同流量(10LPM除外)在两种催化剂量之间进行的比较表明，催化剂量越高，释放的热量越多，因为较高的量更好地催化反应，所以在实验期间(在泵电压是恒定时)获得较高质量的产物，并且此放热反应中产生较多的热量。

结果表明排放的液体质量随着出口点数目的增加而减少。对于每一流速，排放的液体温度随着出口点数目的增加而降低。在每个出口点处，温度也随流量降低。在每个出口点处释放的热量随着出口点数目的增加而减少。对于最高流速，产生的产物(水和氧气)的质量最高。

所述效率在5LPM情况下最高，在10LPM情况下获得的效率最低。在每一催化剂量下，在较低流量情况下获得最佳效率。第一出口点是最有效的冷却点。

Claims (27)

1.一种便携式氧气生成系统，所述氧气生成系统包括：

反应室，其包括：

促进过氧化氢化学分解为氧气和水的催化剂，

用于将过氧化氢溶液引入到所述反应室中的入口，和

用于从所述反应室中释放氧气和水蒸气的出口；

与所述反应室的所述入口流体连通的过氧化氢进料系统，其包括：

含有过氧化氢水溶液的过氧化氢储器，和

控制所述过氧化氢水溶液被添加到所述反应室中的速率的进料流量调节器；

冷却系统，其包括：

与所述反应室的所述出口流体连通的入口，其用于接收氧气和水蒸气，

包括两个或更多个排放管的冷凝器，每个所述排放管均被配置成排放由所述冷却系统中的所述水蒸气冷凝的水，和

用于释放具有减少的水蒸气的冷却的氧气的出口。

2.如权利要求1所述的装置，其中来自所述装置的氧气的流量与在装置运转期间向所述反应室中引入所述过氧化氢水溶液的速率成正比。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述催化剂选自金属、准金属、金属的合金、准金属的合金、金属的化合物如金属氧化物，和准金属的化合物，或它们的混合物。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中所述催化剂包括二氧化锰。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述过氧化氢水溶液为至少约15％或至少约20％的过氧化氢。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中所述过氧化氢水溶液为约30％与约70％之间的过氧化氢。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中所述过氧化氢储器是可更换的料筒。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中所述进料流量调节器包括使用者控制的泵。

9.如权利要求8所述的装置，其中所述泵选自由排代泵、蠕动泵、注射泵、活塞泵、柱塞泵、螺杆泵和往复泵组成的组。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中所述装置另外包括被安放成在所述反应室的所述出口与所述冷却系统的所述入口之间流体连通的催化过滤器，其中所述催化过滤器包括用于使过氧化氢分解为氧气和水的催化剂。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中所述冷凝器被配置用于在所述冷凝器的整个长度上排放液态水。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述液态水立即且连续地从所述冷凝器中排放。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其中所述冷却系统另外包括用于收集所述冷凝水的接受器。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其中所述冷却系统包括散热器。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的装置，其中所述冷却系统包括一个或多个风扇。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的装置，其中所述装置进一步包括用于除去在所述冷却系统的所述出口处的残留水的疏水膜。

17.如权利要求16所述的装置，其中所述疏水膜包括选自由丙烯酸共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)组成的组的材料。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的装置，其中离开所述装置的氧气流包含少于约1ppm的过氧化氢或少于约0.5ppm的过氧化氢。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的装置，其中所述装置在低于约40℃的温度下产生高达约8L/min或高达约10L/min或高达约15L/min的恒定氧气流超过约30分钟。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的装置，其中离开所述装置的氧气高于环境温度不超过约10℃，或者高于环境温度不超过约8℃，或者高于环境温度不超过约6℃。

21.一种用于冷却和分离气态混合物的装置，其包括：

用于接收气态混合物的入口，所述混合物至少包含较高沸点的组分和较低沸点的组分；

包括两个或更多个排放管的冷凝器，每个所述排放管均被配置成通过重力从所述冷却系统中连续排放包含所述较高沸点的组分的冷凝液体；

至少一个冷却流体源；和

用于释放具有减少的较高沸点的组分的冷却的气态混合物的出口。

22.如权利要求21所述的装置，其中所述冷凝器由通过U形弯管连接的垂直管段形成，所述冷凝器的每个下部U形弯管均包括在沿着所述U形弯管的最低点处的排放端口，从而允许重力帮助所述冷凝的液体通过所述排放端口从所述冷凝器中连续排放。

23.如权利要求21所述的装置，其中所述冷凝器为盘管的形式，具有安放在每个盘管旋转部的每个最低点处的排放端口。

24.如权利要求21至23中任一项所述的装置，其中所述冷凝器包括三个或更多个排放端口。

25.根据权利要求21至24中任一项所述的装置，其中冷凝器被并入到散热器中。

26.根据权利要求21至25中任一项所述的装置，其中所述冷却流体是空气，并且冷却空气源是电风扇。

27.根据权利要求21至26中任一项所述的装置，其中所述较高沸点的组分是水，并且所述较低沸点的组分是氧气。

Images