Введение. 
Конструкции кислородных концентраторов

Открытие кислорода Джозефом Пристли 1 августа 1774 года, разложением оксида ртути дало начало развитию новых областей наук.

Как известно — кислород это самый широко распространённый элемент на нашей планете, он составляет примерно 47% от массы земной коры. Морская вода содержит 88% кислорода, а атмосфера 21%. Кислород окружает нас повсюду, и содержится в каждом живом элементе на Земле. Большинство живых существ дышат кислородом из воздуха и являются аэробами. дыхание газообмен кислородный концентратор Кислород в чистом виде применяется во многих областях науки. Медицина, сварка, энергетика, машиностроение и судостроение, резка металла, химическая и радиоэлектронная промышленность.

В промышленных масштабах кислород получают из воздуха, путем криогенного разделения. Однако, последнее время также широкое распространение получили методы мембранного разделения воздуха.

Температуры кипения кислорода и азота входящих в состав воздуха отличаются, поэтому жидкий воздух можно разделять в специальных ректификационных колоннах. Но на этом этапе перед нами встает проблема, а именно — охлаждение воздуха до температуры -196°C.

Для получения температур такого порядка необходимы специальные охладительные машины под названием детандеры. В частности, советский физик П. Л. Капица предложил использовать так называемые турбодетандеры, способные охлаждать воздух при рабочем давлении всего в несколько атмосфер. Далее жидкий воздух закачивают в сосуды Дьюара — баллоны с вакуумированным пространством между стенками.

Жидкий кислород кипит при температуре -183°C, в то время как азот при температуре -196°C. Следовательно когда температура жидкости медленно повышается от -200°C, до -180°C, сначала перегоняют азот, а лишь затем кислород. Многократное повторение данных циклов перегонки может дать отличный результат, который будет отражен в чистоте полученных газов.

Однако использование кислорода такой концентрации в медицине совершено не нужно и во многих случаях даже может навредить больному. В качестве примера можно привести разрушающее действие чистого кислорода на сурфактант лёгких. Поэтому использование воздуха обогащенного кислородом на 80−95% вполне соответствует требованиям предъявляемым современной медициной.

В настоящее время крупные больницы и госпитали используют кислород полученный вне больницы, на оборудовании подобном тому что описано выше. Голубые баллоны с кислородом под высоким давлением (150атм) в больших количествах закупаются больницами и подключаются к кислородным станциям, которые необходимо располагать вне помещений лечебного учреждения. Далее кислород посредством газификаторов переводят из жидкой в газообразную стадию и распределяют по отделениям и палатам посредством сложной системы трубопроводов. Кроме того, данные системы снабжения требуют постоянное квалифицированное обслуживание вне числа медицинского персонала больницы. Отдельная сложность-это период технического обслуживания системы.

Наиболее лучшим выходом из сложившейся ситуации является получение кислорода непосредственно на месте его использования, а именно — применение технологии разделения воздуха на молекулярных ситах в условиях низкого давления. Установки основанные на этой технологии часто называют кислородными генераторами, однако такое название не совсем корректно. Более подходящее название для данных устройств — кислородный концентратор.

Необходимо так же отметить, что общими тенденциями развития воздухоразделительных установок являются: снижение затрат на производство продуктов разделения, энергетических затрат, повышение надёжности установок, увеличение продолжительности рабочих циклов, автоматизация процессов управления воздухоразделительными установками.

Основной целью данной работы является тщательная проработка конструкции кислородных концентраторов использующихся в медицине как для индивидуального использования, так и для комплексного оснащения палат медицинских учреждений высококачественным кислородом с заданными выходными характеристиками газа.

К задачам можно отнести: теоретическую обработку информации на основе имеющихся данных, создание установки для разделения газов и проведение ряда экспериментов с ее использованием, а так же разработка концепта компактного кислородного концентратора для индивидуального использования.