使用质量流量计的封装NO的设备

摘要

本发明是使用质量流量计的封装NO的设备，涉及一种用于将气态NO/N

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用质量流量计的用于将气态NO/N₂混合物封装到气 体容器、尤其是一个或多个气罐中的设备，以及一种相关的封装方法。

背景技术

NO/N₂气态混合物通常用于治疗成人或儿童的肺部血管收缩，尤其是 患原发性肺动脉高压的新生儿或者经历过心脏外科手术的病人。

这些NO/N₂混合物通常封装在钢气罐中。一般地，这些罐含有按体积 算100-1000ppm的NO，其余的是氮气(N₂)。这些罐通常具有2-50升 的容水量，这意味着，根据充填压力，例如对于数量级为200-300巴的最 终压力，其总共可以充入最多15m³的NO/N₂混合物。

这些混合物的封装(即，利用这些混合物充填气罐)是在充气中心完 成的。

但是，当给定了混合物中低的NO含量、即一般按体积计算数量级为 几百ppm的情况下，不总是能容易地在工业规模上封装这些混合物，并且 所获得的混合物不总是足够精确的。

特别地，当前的封装这种类型的NO/N₂混合物的方法一方面是基于对 进入气罐的NO的压力进行测量并且根据温度计算NO的目标压力，另一 方面是基于对气罐内的氮气的量进行称重，将该重量与控制气罐的重量进 行比较。

现在正如图1中图示出的，这种公知的方法导致在混合物方面的低的 精度水平，这是由于彼此结合的各种负面因素，这些负面因素是：

-影响用于称量气体的称重机的软管的Bourdon效应；

-NO压力传感器的有限的精度；以及

-温度的负面影响，这是因为NO的量是使用如下的热力学方程确定 的：PV＝ZnRT，其受到气体温度T的影响。

发明内容

因此，问题在于提出一种改进的封装方法，该方法提供了对于由此产 生和被封装的气态混合物的良好的精度和增加的可靠性，该混合物对上面 提到的负面因素几乎不敏感。

因此，本发明的解决方案是一种用于将气态NO/N₂混合物封装到至少 一个容器、优选地是同时封装到多个容器中的设备，包括：

-气态NO源，

-气态氮气源，

-至少一个充填系统，包括用于充填一个或多个气体容器的一个或多 个充填站，

-将气态NO源流体连接到充填系统的第一气体管线，以及

-将气态氮气源流体连接到充填系统的第二气体管线，

其特征在于：

-气态NO源包含NO和氮气的气态预混合物，以及

-第一气体管线和第二气体管线分别包括质量流量计，每个质量流量 计连接到与每个质量流量计协作的控制装置。

根据情况，本发明的设备可以具有如下的一个或多个技术特征：

-第一气体管线和第二气体管线在充填系统的上游彼此流体连接。

-NO源包含由NO和N₂构成的气态预混合物，其含有按体积计算小 于40％的NO含量，优选地NO含量按体积计算小于或等于30％，更优选 地，NO含量按体积计算小于或等于20％。

-NO源包含由NO和N₂构成的气态预混合物，其含有按体积计算小 于10％的NO含量，该预混合物优选地含有按体积计算小于或等于5％的 NO含量，一般地按NO的体积计算是4％的数量级，其余为氮气。

-NO源包括一个或多个气体容器。

-气态氮气源是液态或气态氮气存储器或气态氮气供应管线。如果气 态氮气源是液态氮气存储器，则设置气体加热器，以便于将液态氮气气化 并从而获得气态氮气。

-该设备包括流体连接到第一气体管线并与外界大气联通的排气管 线。

-气体冲洗管线和排气管线分别包括至少一个用于控制气体通道的 阀。

-所述控制装置从每个质量流量计接收表示通过每个质量流量计的气 体质量的气体质量信号。

-所述控制装置设计成使用并能够使用表示通过每个质量流量计的气 体质量的所述气体质量信号，以便于计算一个或多个目标质量设定点。

-所述控制装置作用于一调节阀，该调节阀提供对向所述系统行进的 气体流量的控制并且在达到质量设定点时使气流停止，所述控制装置还作 用于一旁通阀，所述旁通阀优选地并行于所述调节阀安装，并且在给定的 力矩T下打开，例如在充填的中间打开，以增加向所述系统行进的流量， 从而缩短充填时间。

-第一气体管线和第二气体管线通过一共用管线部分流体连接到充填 系统。

-该设备包括气体冲洗管线，所述气体冲洗管线将第二气体管线(即 运送氮气的管线)流体连接到向至少一个系统供应气体的共用部分的下游 部分和/或流体连接到第一气体管线(即运送NO的管线)的上游部分。因 此，该气体冲洗管线能够实现在压力下将氮气运输到充填软管，以便于将 它们保持在压力下，并且不仅在所述软管处而且在第一气体管线与NO源 之间的连接部分处避免空气进入或渗入。

-所述共用部分支成分部，以便于可以连接多个充填系统，并从而同 时向多个充填系统供气。

-所述气体冲洗管线将第二气体管线流体连接到向多个充填系统供应 气体的所述分部。这可以实现对每个分部供应氮气。

-该设备包括将充填系统流体连接到大气的排空管线，也称作排空回 路。

-所述排空管线包括通向大气的出口，优选地通向大气的所述出口的 气体通道由控制阀控制。

-所述排空管线流体连接到泵送管线，所述泵送管线包括真空泵。所 述真空泵具有将泵送的气体运送到大气的出口。在实际充填气罐之前的气 罐排空阶段中，该真空泵能使气罐显著地保持在真空下，即在低压下，正 如下文中解释的那样。

-冲洗管线通过所述共用部分和/或将第一和第二气体管线连接到所 述系统的分部而流体连接到每个系统。

-所述控制装置包括计算机或控制器，诸如可编程控制器。所述控制 装置运行软件。

-所述封装系统包括能实现一次连接多个容器(优选地1-20个气罐) 的连接构件。

-所述容器是气罐，优选地是具有由钢、铝或铝合金制成的本体的气 罐。

本发明还涉及一种用于将NO/N₂气态混合物封装到一个或多个气体容 器中的方法，该方法中，使用根据本发明的设备来充填气体容器，进入气 体容器的NO和N₂的比例使用质量流量计确定。

根据该方法，NO来自于含有由NO和N₂构成的气态预混合物的NO 源，其NO的含量按体积计算小于40％，优选地NO含量按体积计算小于 或等于30％，更优选地NO含量按体积计算小于或等于20％，有利地是按 体积计算小于10％。

优选地，通过实施该方法和通过使用本发明的设备封装到气罐中的 NO/N₂气态混合物包含按体积计算在100-1200ppm之间、优选地在 100-1000ppm之间的最终的NO含量，其余是氮气。

附图说明

通过下文给出的参照附图的描述会更好地理解本发明，其中：

-图1图示了在使用传统封装方法和设备获得的NO含量方面的不精 确度；

-图2图示了使用本发明的封装方法和设备获得的NO含量的精度；

-图3图示了根据本发明的设备的一个实施方式；以及

-图4示意性地绘出了可以利用图3的设备实施的气态NO/N₂混合物 的封装的周期。

具体实施方式

图1绘出了当使用根据现有技术的方法和设备生产NO/氮气混合物 (225ppm；最终压力在180巴左右)并将其封装在B5型气罐(5升容水 量)中时可能存在的NO含量的最大可能误差，该现有技术的方法和设备 正如上面解释过的那样，利用每个气罐中NO压力的测量结果和氮气量的 称量结果与控制气罐相比较。

正如可以看出的，可以观察到几乎为10％的NO含量的可能最大误差， 这是由彼此结合的多个负面因素产生的，该数字的7％完全归因于施加给 用于称量的称重机的软管上的Bourdon效应、NO压力传感器的受限精度 以及温度的负面影响。

作为比较，如图2中所示，使用根据本发明的设备——该设备的操作 基于在运送含有NO的气体的管线上和在运送氮气的管线上使用质量流量 计——可以显著地将与NO含量相关的误差或不精确度总体上降低到大约 1％以下，即，将测量结果误差从7％降低到与质量流量计的精度极限对应 的大约0.85％。

具体地说，质量流量计的使用可以摆脱前面提到的负面因素，因为不 进行称量，消除了Bourdon效应，不需要传感器来测量NO压力，并且因 为压力到质量的变换不再使用前面提到的依赖温度的方程，所以没有将温 度考虑在内。

图3示意性地绘出了根据本发明的封装设备的一个实施方式，其用于 生产含有按体积计算在100-1200ppm数量级的NO含量、其余仅有氮气的 NO/N₂混合物。

该封装设备包括：气态NO源1，例如一个或多个含有NO和氮预混 合物的气罐，该预混合物例如含有按体积计算4％左右的NO的NO/N₂混 合物；气态氮气源2，例如气态或液态氮存储器，或者替代性地是氮气供 应管线或管网。在气态氮气源2是液态氮的存储器的情况下，在所述源2 的下游设置气体加热器(未绘出)以便于将液态氮气化并从而获得气态氮。

在传统的方法中，使用一个或多个充填系统3，每个充填系统包括多 个充填站24，具有或不具有用于每个容器25的单独的阀，例如包括10-20 个充填站24，以便于利用所需的NO/N₂混合物同时充填多个容器25，比 如钢或铝气罐。

图3绘出了三个充填系统3，经由第一和第二气体管线11、12对它们 供气。

更具体地，第一气体管线11，即运送气体的管，将气态NO源1流体 连接到充填系统3，而第二气体管线12本身将气态氮气源2流体连接到所 述充填系统3。

事实上，第一和第二气体管线11、12经由共用管线部分13连接到系 统3，所述共用管线部分13可以分支成分部13a、13b、13c，尤其是在其 下游部分上，即在系统3的附近。

特别地，所述第一管线11包括氮气旁通阀30，所述第二管线包括比 例阀31，所述比例阀31使氮气流量或NO流量能够被调节；这些阀30、 31的作用在下文中详细描述。

根据本发明，质量流量计4、5分别布置在所述第一和第二气体管线 11、12上，以便于能够测量通过它们的NO和N₂的质量。

这些质量流量计4、5经由电线14、15连接到控制装置6，比如计算 机、控制器等，该控制装置包括允许操作人员例如经由触摸感应屏幕设置 设定点值的人机交互界面。

该控制装置6使用控制软件用于控制所述设备并且显著的操作所述阀 30、31。

事实上，质量流量计4、5分别测量通过它们的NO和氮气的质量并将 这些测量结果发送给控制装置6。

控制装置6本身利用预先计算好的设定点校准。NO质量-N₂质量对与 每个气罐尺寸和浓度相对应。

首先，控制装置6的软件根据设备的特定参数重新计算校准的设定点， 这些参数是：阀的配置、闭死容积(dead volume)、所连接的气罐数量等 等。这使得可以将在气罐25中看不到的气体的量考虑在内。

在充填期间，利用流量计4、5监控进入的质量的改变。控制装置6 然后通过命令和控制系统——即利用操作电动阀并转而操作气动阀的电信 号——作用于调节阀31和旁通阀30，以便于在达到重新计算的质量设定 点后使气体流动停止。

换句话说，控制装置6实时作用于两个阀30、31上，即作用于具有非 常小的截面以便于非常精确地控制流向气罐的气流并且在达到质量设定点 后使所述气流停止的调节阀31上，以及还作用于并行于所述调节阀31安 装并且其部件具有大得多的截面的旁通阀30上。事实上，在充填的中间打 开旁通阀30，以便于增加流量并缩短充填时间。

此外，所述设备还包括流体连接到第一气体管线11并且与外界大气联 通的排气管线21，气体通向大气的通道由布置在所述排气管线21上的阀 19控制。

排空管线33经由共用部分13将充填系统3流体连接到排气口34，还 连接到泵送管线36，所述泵送管线36将真空泵32流体连接到所述排空管 线33，以便于在排空气罐25的阶段期间可以去除这些气体并利用气体冲 洗它们，正如下文中解释的那样。

此外，所述设备还包括气体冲洗管线20，所述气体冲洗管线20将运 送氮气的第二气体管线12流体连接到对所述系统3供应气体的共用部分 13的下游部分上，此外还连接到运送基于NO的混合物的第一气体管线11 的上游部分。

如图3中所示，气体冲洗管线20一方面在上游端20a上连接到第二气 体管线12，在下游端20c上连接到第一气体管线11，另一方面在20b上连 接到共用部分13的各个分支出的分部13a、13b、13c。

该气体冲洗管线20防止空气进入软管和分部13a、13b、13c中，以及 进入第一管线11的上游部分中，即进入所述第一管线11与NO源1的连 接部中。

应该指出的是，分部13a、13b、13c分别包括压力表38和压力传感器 37。

气体通过各个管线的周期是通过阀18的集合以传统方式控制的，所述 阀18包括隔离阀，优选地由控制装置6致动/控制。但是，某些阀可以由 操作人员手动操作。

此外，NO源1优选地布置在罩22中，比如箱等。

附图4示意性地绘出了用于封装气态NO/N₂混合物的周期的一个实施 方式，其可以使用本发明的设备尤其是图3的设备并被应用在封装方法中。

正如可以看出的，该封装周期需要许多连续的步骤，这些步骤在从 T0-T13的时间段上间隔开，同时被应用到封装系统3的各个充填站24的 每个气罐25，下文要详细描述。一般地，该系统3包括10-20个气罐25， 例如16个气罐。

为了简明的目的，将仅针对其中一个气罐25解释该周期，尽管所有的 气罐25同时经历所述周期——该周期包括在时间T0-T13之间的间隔开的 步骤。

在T0与T1之间，设备的软管向外界空气倒空，即充填软管的内部容 积布置成与外界环境流体联通，以便于去除可能存在的任何潜在的残余过 压。在该阶段中，气体容器25的连接到软管的阀关闭，因此不发生与容器 25的气体交换。

在T1与T2之间，真空泵32用于将软管的内部置于连接的低压之下， 即在大气压力以下的压力之下，例如为0.15巴的数量级，从而可以将包含 在其中的任何残余气体和/或空气去除。该阶段因此在气罐阀关闭的情况下 实施。将软管置于真空下是一安全措施，从而使得可以检查所有软管都正 确连接并且没有泄漏。具体地，如果存在泄漏或者如果软管没有正确连接， 则不可能建立稳定的真空。

在T2与T3之间，操作人员打开每个气罐25上的阀，然后每个气罐 25中存在的残余压力升高，直到压力传感器37检测到所述压力升高。一 般地，气罐25中的残余压力的数量级大约为3-4巴绝对压力。T2之后， 不进行用氮气对容器25的进一步冲洗。

在T3与T4之间，开始对每个气罐25的实际处理。更具体地，每个 气罐25通向大气，即允许气罐25中包含的气体经由管线33在气罐的内部 与外部之间压力差的简单影响之下溢出到外部大气34，以便于将气罐的内 部压力升高到大气压力。在T4，气罐25的内部压力因此大约等于大气压 力，即数量级为1-1.5巴绝对压力。

在T4与T5之间，利用从源2获得的氮气对气罐25进行冲洗，同时 其内部压力升高到10巴左右。经由在压力下从氮气源2供气的第二气体管 线12执行氮气的添加，以便于将气罐的内部压力升高到所需压力。

在T5与T6之间，再次允许包含在每个气罐25中的氮气溢出到大气 (在34处)，这使得可以去除在气罐中可能存在的任何杂质。

在T6与T7之间，通过将气罐内部容积置于低压之下而对其进行冲洗， 这是通过利用真空泵32和泵送管线36将包含其中的残余气体抽出实现的， 直到达到低于0.2巴绝对压力，优选地低于0.1巴，例如数量级为0.05巴 的内部低压。

在T7与T8之间，与前面相同，利用氮气对气罐进行进一步的冲洗以 将其内部压力升高到10巴左右，正如在T4与T5之间的那样。

在T8与T9之间，像在时间T5与T6期间一样再次将气罐25排放到 外部大气(在34处)。然后将残余气体压力保持在1.35巴左右以便于避 免不想要的大气污染物的进入。

在T9与T10之间，利用氮气对气罐再次进行额外的冲洗以将其内部 压力正如前面所述的那样升高到10巴左右。

在T10与T11之间，像在T8与T9之间以及T5与T6之间那样将氮 气排到大气中，但是该时间保持数量级为3巴的残余内部压力。

在T11与T12之间，使由NO和N₂构成的、包含按体积计算小于10％ 的NO含量的气态预混合物进入每个气罐25，以便于达到第一充填压力 P1，其中P1＞1巴，一般地，压力P1的数量级为2-10巴绝对压力，优选 地大约为3-5巴绝对压力，例如压力P1的数量级为4巴。有利地，由NO 和N₂构成的气态预混合物包含按体积计算4％数量级的NO含量。由NO 和N₂构成的气态预混合物来自于气罐1并由第一管线11运送，然后由共 用部分13、13a、13b、13c运送。

接下来，在T12与T13之间，使由第二管线12运送然后由共用部分 13、13a、13b、13c运送的气态氮进入在第一压力P1下含有NO/N₂预混 合物的容器，以获得最终的NO/N₂混合物和第二压力P2，该最终的NO/N₂混合物含有按体积计算小于或等于1200ppm的NO含量，例如含有 200-800ppm的最终NO含量，所述第二压力P2在P1与800巴之间，例 如在该种情况下是180-200巴的压力。

使用正如上面解释的，使用质量流量计4、5、旁通阀30、比例流量调 节阀31和控制装置6调节进入气罐的气体量(N₂和NO/N₂)。

可以使用由此生产出的气态NO/N₂混合物治疗成人或儿童的肺部血管 收缩，尤其是患原发性肺动脉高压的新生儿或者经历过心脏外科手术的病 人。