دستگاه اکسیژن ساز

از جمله مهمترین گازهایی که در هوا وجود دارند باید به اکسیژن و نیتروژن اشاره نماییم. میدانیم که در اصل هوا از ۲۱ درصد اکسیژن و ۷۸ درصد نیتروژن تشکیل شده است. البته گازه ای دیگری نیز در هوا وجود دارند که می توانیم به گازهای دی اکسید کربن، گوگرد، اکسید های نیتروژن، گاز های بی اثر و … اشاره نماییم.
بسیاری از افراد با معنی لغوی کلمه اکسیژن این کلمه را تولید اسید معنا می کنند. در حالی که این تفکر اشتباه اولین بار توسط شخصی به نام لاوازیه مطرح گردید. اما پس از آن در سال ۱۷۹۰ به نام اکسیژن شناخته شد. اکسیژن برای اولین بار در سال ۱۷۷۴ توسط Dephlogisticated مطرح شد. اما دستگاه اکسیژن ساز چگونه وارد دنیای انسان ها گردید، خود مسئله دیگری است که باید به آن بپردازیم.

 کمپرسور اکسیژن ساز

این دستگاه ها اولین بار در سال ۱۹۷۰ تولید شده و در اوایل این سال برای مصارف پزشکی مورد استفاده قرار گرفتند. شرکت های مختلفی در زمینه تولید این دستگاه ها فعالیت دارند، که از جمله معروف ترین آنها می توانیم به شرکت های Bendix و Union Carbide اشاره نماییم.
پیش از این که دستگاه اکسیژن ساز تولید شود، برای تولید اکسیژن در منازل نیاز به استفاده از سیستم های کوچک اکسیژن مایع کرایوژنیک و سیلندرهای اکسیژن فشار قوی بود. که البته هر دوی این سیستم ها نیاز به بررسی و تعمیر مداوم داشتند.
از آن پس متخصصان به دنبال تولید سیستمی رفتند که هزینه های تعمیر و بازدید کمتری داشته باشد. از این رو دستگاه اکسیژن ساز را طراحی و تولید نمودند که به میزان قابل توجهی تعداد سیستم های فشار قوی اولیه را در خانه های ایالات متحده در آن زمان کاهش داد. پس از آن دیگر این سیستم ها جایگزینی مناسب به عنوان کپسول های اکسیژن شناخته شدند.
دستگاه های اکسیژن ساز قابل حمل
با افزایش استفاده از این دستگاه ها، در سال ۲۰۰۰ تعدادی دستگاه اکسیژن ساز طراحی و تولید شدند، که قابلیت حمل داشتند. این دستگاه ها که هنوز مورد استفاده قرار می گیرند، در اصل معادل یک تا پنج لیتر در دقیقه اکسیژن تولید می کنند.
برخی از این سیستم ها نیز وجود دارند، که از جریان تقاضا یا پالس برای تحویل اکسیژن به بیمار برخوردار هستند. این فرایند زمانی رخ می دهد که بیمار اقدام به عمل دم نماید. این سری از دستگاه ها قادر هستند پالس های اکسیژن را برای تامین جریان بالاتر یا کاهش مصرف اکسیژن تولید نمایند.
طبق تحقیقات صورت پذیرفته بر روی میزان غلظت اکسیژن، اکسیژن مورد نیاز که توسط دستگاه اکسیژن ساز پزشکی جذب می شود، می تواند تا یک سوم کاهش یابد. در حالی که این سیستم می تواند اکسیژن بالاتری نسبت به کپسول های معمولی تولید کند.
دستگاه های اکسیژن ساز را هم می توان به پریز برق متصل کرد، و هم می توان از باتری داخلی یا خارجی برای کارکرد آن استفاده کرد. دستگاه اکسیژن ساز قابل حمل بوده و به خروجی DC نیز متصل می شوند. سازمان FAA استفاده از این دستگاه های اکسیژن ساز را حتی در خطوط تجاری- هوایی نیز تایید نموده است.
اما برای استفاده از این دستگاه ها باید ابتدا به مارک و مدل آن توجه شود. زیرا بر خلاف خطوط تجاری- هوایی، در سیستم هواپیمایی علاوه بر کابین خلبان، نیاز به استفاده از دستگاه اکسیژن ساز در دیگر بخش ها نیز وجود دارد.
یک نمونه از دستگاه اکسیژن ساز قابل حمل از نوع پالسی، اصولا برای محیط های پزشکی و بیمارانی که در خواب هستند استفاده نمی شود. زیرا در این حالت سنسور های دستگاه قادر به تشخیص تنفس بیمار نبوده، و ممکن است اکسیژن به میزان لازم به بیمار نرسد.
از این رو نمونه های دیگری از دستگاه اکسیژن ساز طراحی و تولید شده است که قادر است هم در حالت جریان مداوم و هم پالس فعالیت کند. که این دستگاه ها برای بیماران حتی در حالت خواب و بیهوشی نیز مناسب خواهد بود.

شیوه کار دستگاه اکسیژن ساز به چه صورت است؟

از این دستگاه ها معمولا برای مصارف مختلفی استفاده می شود. از جمله مصارف خانگی، حمل و نقل، کلینیک ها و … . که این دستگاه ها می توانند روش جذب نوسان فشار را به صورت گسترده ای مورد استفاده قرار دهند. از سوی دیگر روش جذب نوسان فشار(PSA) می تواند خطرات ناشی از استفاده دستگاه های اکسیژن ساز را کاهش دهد.
معمولا دستگاه های اکسیژن ساز (PSA) برای استفاده در منازل مناسب است. برای دیگر محیط ها نیز از فناوری های مبتنی بر غشا استفاده می گردد. به طور کلی باید بگوییم روش عمومی فعالیت دستگاه اکسیژن ساز به این صورت است، که هوا را دریافت کرده و با حذف نیتروژن اکسیژن غنی شده ای را عرضه می کند. اصولا از این نوع دستگاه ها در مصارف پزشکی استفاده می شود.

فرایند جداسازی هوا (AIR SEPARATION)

در این فرایند در اصل گازهای سازنده هوا از هم جدا می شوند. می دانیم که هوا از ۲۱ درصد اکسیژن و ۷۸ درصد نیتروژن تشکیل می شود. علاوه بر آن عناصر دیگری نیز در هوا وجود دارد. از جمله زنون، آرگون، هلیم، نئون، کریپتون، کربن مونواکسید، کربن دی اکسید، اکسید های نیتروژن و گوگرد، متان و برخی هیدروکربن ها.علاوه بر تمامی این عناصر، مقادیری نیز از آب به صورت رطوبتی در هوا وجود دارد.

انواع دستگاه های اکسیژن ساز

روش های بسیاری برای جداسازی عناصر هوا وجود دارد، که در نهایت اکسیژن خالص تولید می کند. از جمله:
• روش غشایی:
در این روش با استفاده از غشاهای مولکولی می توان اکسیژن و نیتروژن خالص ۴۰ درصدی تولید کرد. معمولا از این روش بیشتر برای آزمایشگاه ها استفاده می شود.
• روش تقطیر سرمایشی:
دستگاه اکسیژن ساز به روش تقطیر سرمایشی، هوا را در یک برج سرد می کند. پس از آن با افزایش دما، تمامی اجزای سازنده هوا در حالت جوش از یکدیگر جدا می شوند.
• اکسیژن ساز صنعتی:
این نوع دستگاه ها نوعی فرایند صنعتی هستند که نیاز به فشار و جریان بیشتری نسبت به واحد های پزشکی دارند. برای این که این نیاز دستگاه های اکسیژن ساز برطرف شود، از فرایند جذب نوسان خلا( VSA) استفاده می شود.
این فرایند از یک دریچه و فنر فشار کم استفاده می کند، که جریان را از طریق دمنده معکوس می نماید. از این رو مرحله بازسازی تحت یک خلاء رخ می دهد. بیشترین نمونه دستگاه اکسیژن ساز که از این روش استفاده می کنند. برای محیط های صنعتی همچون صنایع پرورش ماهی و جانداران دریایی کاربرد دارد.
دستگاه های اکسیژن ساز صنعتی نسبت به دستگاه های اکسیژن ساز پزشکی در ابعاد وسیع ترین طراحی و تولید می شوند. حتی می توانیم این نوع دستگاه ها را به عنوان ژنراتور های صنعتی نیز به شمار آوریم. اما به جای استفاده از نام ژنراتورهای اکسیژن، از این سیستم ها با نام دستگاه اکسیژن ساز صنعتی استفاده می شود. تا مبادا استفاده از آن نام منجر به سردرگمی شود.
علاوه بر آن باید بگوییم استفاده از نام ژنراتورهای اکسیژن برای این دستگاه ها نادرست است. زیرا اکسیژن تولید شده توسط این دستگاه ها از هوا متمرکز می شود نه از اوزون.
• روش جذب سطحی:
در این روش اکسیژن و نیتروژن با خلوص ۹۰ درصد تولید می شود.
تولید گاز به روش الکترولیز آب
در این روش دستگاه اکسیژن ساز، اکسیژن و هیدروژن دو عنصر اب از هم جدا می شوند. زمانی که الکتریسیته از طریق الکترولیز وارد آب میشود، یک کاتد منفی و یک آند مثبت به الکترود های غیر همنام خود جذب می شوند. یعنی به طور کلی یون های اکسیژن و هیدروژن با بار منفی بر روی اند تجمع می کنند. به دلیل هزینه سنگین تولید اکسیژن با این روش، نمی توانیم آن را مقرون به صرفه بیان کنیم.
تولید گاز به روش CRYOGENIC
یکی از روش های متداول تولید گاز های صنعتی، روش CRYOGENIC است. این روش گازهای موجود در هوا را از هم جدا نموده و یک روش مقرون به صرفه برای تولید با ظرفیت بالا به شمار می رود. علاوه بر آن این دستگاه های تولید گازهای صنعتی با خلوص بالای ۹۹% گاز تولید می کنند.
نحوه جدا سازی گازهای موجود در هوا با روش CRYOGENIC:
برای انجام این فرایند ابتدا لازم است حجمی از هوای اتمسفر ذخیره شود. پس از ان که این هوا فشرده شده و سرد شد تبدیل به مایع می گردد. حال لازم است به وسیله روش تقطیر، گازهای تشکیل دهنده هوا را از هم جدا کرد. چرخه تولید این گازها بسته به نیاز مصرف کننده به دسته های مختلفی تقسیم می شوند. از جمله:
• فشار گاز درخواستی
• انواع محصولات مورد نیاز همچون آرگون، نیتروژن و اکسیژن
• مدت زمان لازم برای ماندن محصول به صورت مایع
• درصد خلوص گاز درخواستی

تولید گاز با روش جذبی( PSA)
به راحتی می توان اکسیژن و نیتروژن را در بستر غربال مولکولی تولید نمود. روش جذب PSA یکی از نمونه فرایند های جذبی تولید نیتروژن به شمار می رود. به این صورت که هوای فشرده در اولین تماس با بستر غربال مولکولی، اکسیژن، دی اکسید کربن و بخار آب را از دست میدهد. اما نیتروژن از غربال مولکولی رد می شود.
در دومین تماس با بستر غربال مولکولی نیز دیگر عناصر از آب جدا می شوند. این فرایند بسته به میزان خلوص نیتروژن مورد نیاز انجام می شود تا در نهایت نیتروژن خالص مورد نیاز به دست آید. این روش اکسیژن ساز در تصفیه آب، نیتروژن خالص با ۹۵ تا ۹۹ درصد را تولید می کند.
به ازای هر متر مکعب نیتروژن نیاز به انرژی ۰.۶ کیلو وات ساعت خواهد بود. که این میزان نیتروژن، حاوی ۱۰۰۰ PPM اکسیژن است. پس باید بگوییم با استفاده از این دستگاه اکسیژن ساز، اکسیژن خالص نیز با ۹۰ تا ۹۵ درصد تولید می شود. که محدوده ظرفیت این سیستم بین ۱ تا ۶۰ تن در روز است.
در این روش نیازی به تجهیزات خشک کن، گرمکن و تبریدی وجود ندارد. زیرا هر مخزن در دو مرحله جذب و احیا به فعالیت می پردازد. در صورتی که یک مخزن در حال انجام فرایند جذب باشد، مخزن دیگر فرایند احیا را انجام می دهد. تا در نتیجه هوای فشرده به صورت اتوماتیک، به دیگر مخازن سوئیچ شود. از این رو نیز مخزن اولی وارد مرحله احیا می شود.
حال نوبت آن است که ناخالصی های حاصل از احیا، به اتمسفر هدایت شوند، و در نهایت عمل احیا در فشار محیط تکمیل خواهد شد.
مزایا استفاده از روش تولید گاز PSA
• عملکرد ۱۰۰ درصد اتوماتیک بدون دخالت اپراتور
• بهره مندی از تکنولوژی های پیشرفته روز دنیا و استفاده از ژنراتور های مولد نیتروژن و اکسیژن
• نیاز به حداقل انرژی جهت بهره گیری پایین از Air.factor
• بهره گیری از زئولیت و CMS که متعلق به بزرگترین کارخانه سازنده مواد در اروپا است.

قیمت دستگاه های اکسیژن ساز

قیمت این سری از دستگاه ها به عوامل مختلفی وابسته است. از جمله حجم اکسیژن تولید شده، غلظت آن و سرعت تولید آن. بهتر است در زمان خرید دستگاه اکسیژن ساز به بالا بودن کیفیت آن توجه ویژه ای داشته باشید.
دیگر کاربرد های استفاده از دستگاه های اکسیژن ساز
با وجود این که این دستگاه ها در شرکت آب شیرین کن  استفاده می شوند، اما کاربرد های دیگری نیز دارند. از جمله استفاده در محیط های جوشکاری، کار با مشعل های کوچک برش و لامپ سازی.
تولید گاز به روش احتراق هیدروکربن با هوا
در این روش تولید نیتروژن محدوده ای برابر با ۳۰ تا ۳۰۰ متر مکعب در ساعت را در بر می گیرد. به این صورت که گاز طبیعی با پروپان موجود در هوا سوزانده می شود. پس از آن محصولات حاصل از احتراق جداسازی شده و نیتروژن خالص به جا می ماند.
در این روش لازم است نسبت هوا و گاز طبیعی قبل از ورود به مشعل تنظیم شود. پس از آن در محفظه احتراق، گاز طبیعی سوزانده می شود و نیتروژن خالص باقی می ماند. گازهایی که در محفظه احتراق باقی می مانند گاز های N2, Co2, H2O و مقدار محدودی Co و H2 هستند.
تمامی این گاز ها در یک کندانسور خنک شده و از یک جدا کننده بخار، آب کندانس شده به راحتی جدا خواهد شد. حال باید گاز های تولید شده وارد یک خشک کن تبریدی شوند. در این مرحله گازها تا حدود ۴ درجه سانتیگراد تقلیل یافته و سپس عبور داده می شوند.
در این مرحله دی اکسید کربن و بخار آب مازاد در بستر غربال مولکولی دستگاه اکسیژن ساز جذب و حذف خواهند شد. یکی از بستر ها دارای گاز های تخلیص شده است و بستر دیگر عمل فعال سازی را انجام می دهد. گاز نهایی تولید شده در این دستگاه ها، حاوی ۵۰۰ ppm دی اکسید کربن و ۱۰۰۰ ppm مونوکسید کربن می باشد. که با فشار کمتری بالاتر از فشار اتمسفر تولید شده اند.
در اصل یک ژنراتور تولید کننده نیتروژن با ظرفیت ۱۱۵ متر مکعب در ساعت، باید حدود ۰.۱۵ متر مکعب گاز طبیعی، ۰.۰۵ متر مکعب آب و ۰.۱۴ کیلووات ساعت برق به ازای هر متر مکعب، نیتروژن مصرف کند.
رعایت نکات ایمنی در استفاده از دستگاه اکسیژن ساز
با این که در هر دو روش اکسیژن سازی به صورت بالینی و مراقبت های اضطراری، خطری به اندازه سیلندر های اکسیژن وجود ندارد، اما باید بگوییم استفاده از دستگاه اکسیژن ساز نیز می تواند خطرات خاص خود را داشته باشد. از این رو باید مراقبت های لازم را در نظر داشت.
مثلا در صورتی که پارگی یا نشتی در دستگاه اکسیژن ساز رخ دهد، می تواند میزان احتراق به آتش را افزایش داده و خطر آفرین باشد. پس استفاده از این دستگاه ها در موقعیت های نظامی، یا محیط هایی که ممکن است در آن بلایای طبیعی رخ دهد، خطرات زیادی به همراه دارند. اما مزیت استفاده از آنها را نیز نمی توان انکار کرد.
اصولا دستگاه اکسیژن ساز را به گونه ای تولید می کنند که ضد آب باشند. تا به عنوان یک دستگاه مناسب برای خانه های بیماران مورد استفاده قرار گیرد. می توانیم استفاده از دستگاه اکسیژن ساز را به عنوان نوعی نیروی کمکی برای درمان آپنه خواب شدید در بیماران به شمار آوریم.
علاوه بر آن بیمارانی که از تنگی نفس شدید رنج می برند نیز می توانند از دستگاه اکسیژن ساز در منزل خود استفاده کنند. پس با وجود این همه مزیت برای خرید و استفاده از این دستگاه ها، لازم است حتما به سراغ فروشنده های معتبر برای خرید این دستگاه ها مراجعه نمایید.