专利名称：产生一氧化氮的方法在多种应用中使用一氧化氮是众所周知的，例如在从氨合成硝酸的奥斯特瓦尔德法(Ostwald process)中作为中间体。此外，还已知数种治疗性应用。作为实例，一氧化氮被血管内皮用作周围的平滑肌放松的信号，从而导致扩宽血管并因此增加血流量。这导致一氧化氮特别适用于血压病。然而，许多类似的或其他应用是已知的一氧化氮的用途。一氧化氮的示例性的应用是改善肺功能并用于治疗或预防支气 管狭窄或可逆的肺血管收缩等、用于治疗或预防哺乳动物中过度的内膜增生导致的动脉再狭窄、用于治疗受感染的组织例如杀死细菌，其涉及局部递送含一氧化氮的气源到含有受感染组织的皮肤表面。然而，最有名的一氧化氮的应用之一是施用到患有持续性肺动脉高压(PPHN)的患者。一氧化氮可以用几种方式施用。已知提供在气瓶内的含一氧化氮的气体。然而，后者的处理和贮存在安全措施方面是复杂的。此外，在治疗应用的方面，贮存的气体必须符合非常苛刻的要求。因此，采用按需施用是更有利的。这使得一氧化氮在使用前不久产生，从而避免了安全性和贮存问题。这种按需施用尤其非常适于家庭护理应用。为了促进一氧化氮的家庭护理应用，一氧化氮的移动式产生是最有利的。已知产生一氧化氮的方法，包括移动式的一氧化氮产生。例如，已知仅仅使用空气和电源、通过电气排放(electric gas discharge)以产生一氧化氮。现有技术可用于医疗或紧急护理设施，递送与其他气体混合的治疗有效浓度的一氧化氮到人体的特定器官。已知现有技术的这些方法的主要缺点是大量形成更高氧化态的氮氧化物。作为实例，形成了二氧化氮。由于这些较高氧化态的氮氧化物的毒性高，尤其是二氧化氮，产生的气体混合物不能直接使用，而需要进一步的纯化步骤。
本发明的一个目标是提供一种产生一氧化氮的方法，其克服上述的局限。本发明的另一个目标是提供一种产生一氧化氮的方法，其中有效地防止较高氧化态的氮氧化物的形成，尤其是二氧化氮的形成。本发明的另一个目标是提供一种产生一氧化氮的方法，其容易执行并且可用于家庭护理应用。这些目的中至少一个可通过产生一氧化氮的方法实现，特别是用于治疗性应用，该方法包括以下步骤引导工艺气体(process gas)进入反应室中，其中所述工艺气体包括氮气和氧气；加热工艺气体至足够高的温度，使氧气和氮气能够反应形成一氧化氮，从而形成包含一氧化氮的气体；并且从反应室提取包含一氧化氮的气体，其中在反应室内的工艺气体中存在的氧气的量为< 5体积％。因此，所述反应室内工艺气体的氧含量低是本发明的一个基本特征。因此，或者可以使用具有所需的氧含量的工艺气体。还可以使用具有较高氧含量的工艺气体，从而在工艺气体进入反应室之前减少氧含量。这样产生的优点是只有非常少量的氧气留在反应体积中，氧气可以把一种组分进一步氧化成较高氧化态的氮氧化物。作为实例，众所周知，一氧化氮易被氧化成二氧化氮。然而，二氧化氮是一种非常有毒的气体，应用前必须通过纯化步骤将其除去。根据本发明，大体上防止了形成较高氧化态的氮氧化物并从而形成有毒的副产品。产生的含一氧化氮的气体可分别直接用于治疗应用或者医疗应用。这样可以对患者直接施用。复杂或昂贵的纯化步骤是不必要的，因为一氧化氮存在于接近大气密度的纯氮气或基本上为纯氮气的气氛中。此外，即使以类似上述的方式，在反应室内的工艺气体中使用这么少量的氧气，可以提供治疗有效浓度的一氧化氮。因此，浓缩步骤不是必要的，而产生的气体可用于直接按需施用。 含一氧化氮的气体优选是包含氮气和一氧化氮的气体混合物。然而,氮气的含量大大过剩，从而发挥惰性气体的作用。在产生的气体混合物中仍然存在一些氧气并将与一氧化氮反应的情况下，无论如何二氧化氮的形成是在有害水平以下的，从而没有负面影响。此外，根据本发明的方法提供了良好的系统维护的可能性，因为没有化学反应造成的化合物的消耗和中毒。根据本发明的方法必须使用的设备可以是简单、重量轻且节能的。在本发明的优选实施方案中，在反应室内的工艺气体中的氧气含量为所包含的氧气完全或至少基本完全被转化成一氧化氮。这意味着，工艺气体被处理成在反应室内只包含大幅减少的含氧量。然后,所有或几乎所有包含的氧气与反应室内的一氧化氮反应。反应后，可能只有微量的氧气量存在于产生的气体混合物中。在本发明的进一步优选的实施方案中，空气被用作工艺气体。对于家庭护理应用，这尤其有利。此外，不必贮存工艺气体。根据本发明的方法的这一实施方案实施简单且节约成本。本发明的进一步优选的实施方案中，在反应室内的工艺气体中的氧气存在的分压为20Pa。这是一个几乎完全防止高氧化态的氮氧化物形成的浓度，而所产生的包含一氧化氮的气体被浓缩到足以是治疗有效的。在进一步优选的实施方案中，一氧化氮在产生的含一氧化氮的气体中的含量为彡IOppm至彡IOOOppm0这是一个即使如上述工艺气体中的氧含量被减少也可以容易达到的量。此外，产生的气体中一氧化氮的浓度高到足以达到治疗有效的水平。该气体因此可以被直接用于施用。本发明进一步优选的实施方案中，工艺气体被加热到> 1000K的温度范围。这个温度范围使氧气和氮气有效反应，从而是节能的。本发明进一步优选的实施方案中，反应室通过热隔离进行隔离。这项措施进一步减少能量输入从而提高能源效率，以便有效地加热反应室、并因此有效加热工艺气体。因此，该实施方案尤其节约成本。本发明进一步优选的实施方案中，反应室内的氧含量通过引导工艺气体通过第一膜来实现。这是非常有效的形成氧含量足够低的工艺气体的措施，即使是以具有更大氧气量的工艺气体开始的。合适的膜的寿命长，且对于维护的要求低。此外，通过提供第一膜以降低氧含量，根据本发明的方法可以很容易地按需进行，即，在使用前不久进行。不需要贮存特殊的工艺气体。本发明进一步优选的实施方案中，所产生的包含一氧化氮的气体通过第二膜从反应室提取到提取室。这是一种特别简单的、节省成本的提取所产生气体的方法，并提供后者用于施用。本发明进一步优选的实施方案中，使用摆动法(swing process)。所述摆动法是在反应室的加热阶段之后进行冷却阶段的方法。这样可将膜再生，从而得到最佳的反应条件。在这种情况下，如果使用两个平行布置的反应室是尤其优选的。因此，产生的含一氧化氮气体可产生连续流动,尤其是在相反阶段工作的时候。本发明进一步优选的实施方案中，该方法包括以下额外的步骤 提供第一室，所述第一室包括额外气体，所述额外气体包括氮气；从所述额外气体获得氮气；使用获得的氮气作为运送从反应室提取到的一氧化氮和/或引导获得的氮气进入反应室的载气。本实施方案具有的优点是它能够通过使用获得的氮气作为载气，把从反应室提取的一氧化氮运送到需要一氧化氮的位置。另一个或者额外的优点是获得的氮气可用于产生工艺气体。本发明进一步优选的实施方案中，所述方法包括以下额外的步骤提供所述额外气体，从而它包括氮气和氧气；从所述额外气体获得氧气；弓I导至少部分获得的氧气进入反应室。本实施方案具有的优点是所获得的氧气可以被用来产生工艺气体。另一部分获得的氧气可用于其他目的，例如施用给患者。可以在使用获得的氧气产生工艺气体之外或者不使用获得的氧气产生工艺气体而代替性地追求这类其他目的。
参考以下所述的实施方案，本发明的这些以及其他方面将显而易见并得以说明。附图中图I显示为根据本发明的方法而设计的布置的示意图；图2-图3显示为根据本发明的方法而设计的布置的额外的示意图；图4示意性地显示本发明背后的概念的概括。实施方案的详细说明图I中，示意性地显示了布置I。布置I可以包括第一膜2，以制备工艺气体；反应室3，用于进行氮气和氧气的反应；第二膜4，用于纯化产生的气体；以及提取室5，用于提取所产生的含一氧化氮的气体。设计所述布置I来实施根据本发明的产生一氧化氮的方法，如下文所述。根据本发明，产生至少部分包含一氧化氮的气体。因此，使用作为基础材料的工艺气体。所述工艺气体可以是任何一种气体，该气体中至少部分包含氮气和氧气，是形成一氧化氮的离析物(educt)。然而，优选工艺气体基本上由氮气和氧气组成，其中氮气的过剩是有利的。因此，可以优选使用空气作为工艺气体。因此，所述反应室3可以连接到进气口 6，进气口 6配备有泵，该泵迫使工艺气体，例如空气，通过进气口 6进入反应室3。根据本发明，使用低氧含量的工艺气体是必需的，即，反应室内氧含量在按体积<5%(体积％)范围内。使用在氮气环境中的减少的氧气含量是非常适合抑制NO(NOx)的较高的氧化态的措施。尤其是非常有毒的二氧化氮可保持在有害水平以下。氧含量减少时也可以递送医疗应用所需的量。可以指出，以较高的氧含量开始时，除了减少在工艺气体中的含氧量之外，总压力下降也可以是有利的。这样的压力减小也就是存在的氧气的绝对量的减少，可以与工艺气体中的氧气压力进一步降低组合使用。必须指出，可使用升高的温度来实现相应的效果(抑制氮氧化物的较高氧化态)。因此，减少氧含量和提高温度的组合可以是有利的。然而，为实现反应室内的含氧量减少的工艺气体的应用，引导工艺气体通过进气口 6进入反应室3，从而穿过第一膜2。作为目标，第一膜2必须把工艺气体中的氧含量降 低到< 5体积％的量，或者，在优选的实施方案中，降低到所有依然存在于反应室3内的氧气可以与一氧化氮反应的量。示例性的氧含量可以在20Pa的分压范围内。形成这种第一膜2的一种简单的方法是使用与氧气相比更好地渗透氮气的膜。这种膜对于氧气可以是致密的。这意味着所述膜对大多数气体是可透过性的，尤其是氮气，然而它对于氧气具有减小很多的渗透性能。在这种情况下，膜2可以被设计成进气口 6的塞子。还可以设计膜2作为反应室3的封口。然而，重要的是引导工艺气体在进入反应室3之前通过第一膜2。不使用膜2关于减少氧含量的渗透性能，第一膜2也可以设计成通过氧吸附来减少氧含量。在这种情况下，第一膜2可如上所述地定位，或者，可替代地，在反应室3内这样定位。在这种情况下，可直接引导所述工艺气体到反应室3，而非通过第一膜2对其进行应用。此外，在反应室3内存在的工艺气体中氧含量的减少可通过氮分离器实现。该氮分离器(如UBE Industries的氮分离器)可以包括聚酰亚胺膜的模块，它主要由中空纤维膜组成。使氧气向外侧渗透，导致剩下的氮气具有非常低的氧含量。作为示例性的值，如此产生的工艺气体可以具有99%的氮纯度。使用沸石(zeolithe)可达到相应的效果。在这种情况下，氧气渗透过外侧，而滞留物流(retentate flow)的含氧量大幅降低。另一种可能性是使用可逆固氧剂，即氧选择性材料，这样工艺气体中的氧气由所述试剂吸附。然而，必须指出，如果工艺气体是由混合基础气体产生的，尤其是以这种方式混合氧气和氮气，则氧气的量处于所描述的范围内，可以省略第一膜2。到此为止，规定量的氮气和氧气可以被引导入反应室3。这可以通过两个气插嘴(gas insert)插入规定量的氮气和氧气来进行。还可以在把它们插入所述反应室3之前直接混合纯净的氮气和氧气。然而，优选直接在使用前通过第一膜2减少氧气含量，因为在这种情况下不需要贮存基础气体，这对于家庭护理应用尤其有利。通过使用惰性气体或稀有气体，氧气的浓度可以进一步降低，惰性气体或稀有气体分别为载体。可能的载体可以是氮气或氩气。在第一膜2的下游，具有降低的氧气含量的工艺气体被引导入反应室3，进行氧气和氮气的反应形成一氧化氮。反应室3至少部分地由壁7所包围。壁7以及由此反应室3可以具有任何合适的构型；但是可优选管状。形成壁7的感兴趣的材料是塑料、玻璃、陶瓷等。反应室3在两个对边可以分别由第一膜2和第二膜4封闭，其如图I中所示。然而，膜2和膜4分别只是在进气口 6或出气口 8内的小插头(plug)可能是有利的。在后一种情况下，膜2和膜4至少部分地由壁材料7形成的端壁取代，并如此形成壁7的一部分。为了使工艺气体反应，必须加热工艺气体到一个升高的温度。加热氧含量减少的工艺气体很快导致可以按需供应一氧化氮。这进一步降低一氧化氮被氧化并形成较高氧化态的氮氧化物的危险。为加热工艺气体，提供了加热装置11。所述加热装置11可以是任何合适的加热装 置，其被设计来加热所述工艺气体。优选所述加热装置11连接到位于反应室3外的电源。所述加热装置11和电源之间的电连接可以只是电线，优选布置电线把反应室3内的加热设备11电连接到外面的电源。—种合适的加热装置11包括电极，并被设计用于气体放电燃烧，从而产生等离子体，其中工艺气体与气体放电形成的等离子体接触。在这种情况下，可以使用非常高的温度，例如超过3300K的温度可以是合适的。在这种情况下，重要的是使用在目前条件下惰性的电极材料。此外，还可以利用放电，所述放电基于电容性、电感性或微波耦合，从而无需电极(electrode-less)。在这种情况下,可以避免放电电极的材料损失。此外，应用等离子体是有利的，因为等离子体提供发出蓝光和紫外光的额外优点。因此，由于二氧化氮被光致离解成一氧化氮，反应室3内存在的二氧化氮的量进一步减少。另一种可能的加热装置11是一种装置，该装置可以由电流直接加热并且是基于导电材料的。例如，其可以是金属丝或半导体材料。示例性的材料可以是钼、钽和锇、Nernst-glower(稀土氧化物)或碳化娃(siIiciumcarbide)制得的细丝。然而，重要的是所用的材料对反应室3内的条件具有惰性。在这种情况下，约1000K或以上(彡1000K)的温度可以是足够的。此外，还可以使用间接加热的隔离材料。简单的实例可以是石英玻璃管和氧化铝管(DGA)，例如由钨丝(如卤素白炽灯)加热，或由气体放电加热(在石英或DGA内的高强度气体放电灯)。再次，所用的材料必须有足够的惰性，约1000K或以上(彡1000K)的温度可以是足够的。另一种可能的加热装置11设计成从外部加热工艺气体(外部加热)。这可以通过施加外加场(即微波、激光、光等)实现。然而,可使用任何加热装置11,其用于加热工艺气体到一个温度范围,使氮气和氧气反应。必须指出，升高的温度Twall>600K可以被应用到所述的壁来抑制进一步的氧化，与加热工艺气体的方式无关。这意味着进一步防止一氧化氮与最后剩余的氧气形成二氧化氮。为了实现有效并节能地加热工艺气体，可以提供热隔离12。所述热隔离12可安排在壁7外或反应室3内，优选连接到壁7上。所述热隔离减少能量，所述能量是加热工艺气体到足够高的值使氮气和氧气反应形成一氧化氮所必需的。该热隔离12可设计成防止热传导和/或热辐射造成的损失。众所周知的措施为，例如，施加真空(传导率)或施加例如金属反射层(辐射)。所述壁7本身也可以用来隔热，例如通过由金属或任何已知的绝缘材料制得壁7。在氮气和氧气反应形成一氧化氮的方面，摆动法可以是有利的。在加热阶段，产生一氧化氮，并由于在反应室3内气体温度升高引起的总压或分压梯度，直接迫使一氧化氮流进提取室5。在这个阶段，第一膜2也可以向例如空气释放吸附的氧气，因此，通过进气口 6返回。在冷却阶段，由于反应室3内气体的温度下降导致的例如空气和反应室3之间的总压或分压梯度，进入反应室3的氧气以及，根据实施方案的种类，氮气的流速增加。然而，通过提供例如两个在相反阶段工作的反应室3，可以不断产生一氧化氮。通过气体温度调节和/或通过脉冲式功率沉积(例如开-关周期)，每秒递送的一氧化氮的量可以适应应用的需求。在反应室3的下游，可以提供第二膜4。该第二膜4是一氧化氮可渗透的膜。用第 二膜4进一步净化从反应室3提取到提取室5的一氧化氮。因此，很明显，反应后通过在反应室3提供气体混合物可以省略所述第二膜4，该气体混合物适合直接使用。这可以通过提供各自的工艺气体来实现。在这种情况下，第二膜可以由阀门替换。然而，如果使用第二膜4，第二膜4对高氧化态的氮氧化物(NOx)以及此外对于氧气的渗透大大减少，以防止稍后氧气对一氧化氮的氧化。第二膜4也可以用作壁7的一部分。在这种情况下，优选使用对于一氧化氮不可渗透，但对于较高氧化态的氮氧化物高度可渗透的膜。这样的膜可以采用例如PermSelect提供的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在这种情况下，第二膜4没有用作反应室3和提取室5之间的分隔，而是作为壁7的一部分。然后，不需要的较高氧化态的氮氧化物被引导至例如大气中，在那里可以收集氮氧化物，而引导含一氧化氮的气体通过出气口 10。提及提取室5，后者以从反应室3提取产生的一氧化氮作为目标。这使得产生的一氧化氮适用于医疗应用，即作为吸入气体等施用到患者。通过提供第二膜4作为反应室3和提取室5之间的间隔，一氧化氮可以分别通过工艺气体或含产生的一氧化氮的气体的流动来提取。提取室5也可以被设计成压缩机系统的较低压力侧，在极端情况下，设计成真空泵，该真空泵把这个室内的富一氧化氮的气体压缩回标准压力条件。提取的主要组分将是氮气，氮气也(部分)渗透通过所述第二膜。在省略第二膜4的情况下，即提取室5直接接触反应室3，提取室5配备阀门，取决于操作的状态，该阀门打开或关闭该设备对着应用一氧化氮的区域。图2-4显示为根据本发明的方法设计的布置的额外示意图。图2示意性显示包括氮气和氧气的第一室25。作为示例，所述第一室25可包括空气，当然空气包括氮气和氧气。也可以存在氮气和氧气以外的组分。在第一室25内，氮气和氧气可保持在压力下，例如6bar的压力下。在本实例中,氮气和氧气是从第一室25得到的。一方面，氮气和氧气从第一室25迁移进反应室30。该反应室30与图I所示的反应室3类似，但并不一定包括例如隔离12。在本实施方案中，反应室30包括加热装置32，其处于类似于图I中的加热装置11的情形下。由第一室25获得的氮气和氧气通过第一膜2迁移进反应室30，该第一膜2降低氮/氧混合物的氧含量。另一方面，分别通过路径35和路径40从第一室25获得氮气和氧气。膜45和膜50可用于分别获得来自第一室25沿着路径35和路径40迁移的氮气和氧气。类似图I中的情形，反应室30包括任选的第二膜4，该第二膜用于从反应室30提取一氧化氮。提取的一氧化氮保持在提取室5中。根据本图中所示的实施方案，从第一室25获得的氮气沿路径35迁移，并用于从提取室5运输一氧化氮至位置47的载气，一氧化氮在位置47被使用。这样的位置可以是需要一氧化氮的患者。一氧化氮连同氮气载气可以置于超过Ibar的压力下，把一氧化氮运送到需要一氧化氮的位置。从第一室25获得的氧气沿着路径40迁移到需要氧气的位置。这样的位置可能也是需要氧气的患者，和需要一氧化氮的患者是同一位，或者其他用途。本图所示情形的可能变化包括其中路径35不存在的情形，以及路径40不存在的情形。第一室25不需要通过第一膜2直接接触反应室30。在这种情况下，氮气和氧气需要通过其他手段提供到反应室30，如直接馈送。这些情形将在下面的图中显示。另一种可能的情形是第一室25只包括氮气。显然，在这种情形下路径40是不存在的。仍然是在后一种情形下，可从第一室25向反应室30为工艺气体提供氮气，和/或减少工艺气体中氧气的相对含量。然而，来自第一室25的氮气也可能专门用作在提取室5中提取的一氧化氮的载气。在本发明所有的实施方案 中，通过从第一室25或任何其他合适的构件例如氮气储罐向反应室30提供氮气，可以减少工艺气体中氧气的相对含量。图3示意性显示了与图2显示的布置类似的布置。请读者参考对上图中布置的运行的描述。在这两幅图中相应的元件已经给出了相同的附图标记。本图再次显示了第一室25、反应室30、加热装置32、路径35和路径40、提取室5、可选的第二膜4、使用位置47以及膜45和膜50。然而，在本图中，第一室25不通过第一膜2接触反应室30。相反，至少部分使用膜45从第一室25获得并沿路径35迁移的氮气被抽走，沿着新路径37流向反应室30。类似地，至少部分使用膜50从第一室25获得并沿路径40迁移的氧气被抽走，沿新路径42流向反应室30。可选的吸入泵60和65可用于分别运输氮气和氧气离开第一室25。本图所示情形的可能变化包括不存在路径35的情形、不存在37路径的情形、路径35和路径37都不存在的情形、不存在40路径的情形、不存在路径42的情形以及路径40和路径42都不存在的情形。在不从第一室25获得氧气的情形下，第一室25显然不需要包括氧气或用于从第一室25获得氧气的膜50。在这种情形下，氧气需要从其他构件提供到反应室30，如氧气储罐。图4示意性显示了本发明背后的概念的概括。反应室70用于产生一种气体，该气体包括预期目的所需的目标气体。从反应室70提取目标气体，并保持在提取室75内。任选的膜100可用于提取用途。本图所示的布置还包括了包括额外气体的第一室80。至少额外气体的第一部分是从第一室80得到的，并作为把目标气体从提取室75运送到位置200的载气，在位置200需要目标气体。任选的膜210可用于从第一室80获得所述的第一部分。通过路径85从第一室80运输所述第一部分到提取室75。可替代地或额外地，获得额外气体的第二部分，并通过路径90运输到另外的位置200，在位置200需要第二部分。这个位置可以是但不必须是与需要目标气体的位置相同的位置。一个可能的将要使用目标气体和/或从额外气体中得到的第二部分的位置是患者，该患者需要目标气体和/或第二部分。可使用一种任选的膜220从第一室80获得第二部分。如之前的实施方案中所示，额外气体可能包括氮气和氧气，额外气体的第一部分和第二部分可以分别是氮气和氧气。在本图所示的情形的变化包括不存在路径85的情形以及不存在路径90的情形。任选的吸入泵105和110可用于分别沿路径85和路径90运输从第一室80得到的第一部分和第二部分。至少部分在第一室80内的额外气体可运输进反应室70，以支持含目标气体的气体的产生。本图中未显示这种运输，但是例如在前面两幅图中所示。该具体实施方案具有有效利用该布置中可得到的材料的优点。虽然在附图和前面的说明中详细地说明和描述了本发明，这样的说明和描述应当被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于已披露的实施 方案。通过研究附图、本公开以及所附的权利要求，本领域的技术人员在实施被主张权利的本发明时，可以理解和完成对披露的实施方案的其他的变体。在权利要求中，单词“包括(comprising)”不排除其他元件或步骤，且不定冠词“a”或“an”不排除复数。在相异的从属权利要求中叙述某些措施这一事实并不表示不能利用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应解释为限制本发明的范围。


本发明涉及产生一氧化氮的方法，特别是用于治疗性应用，该方法包括以下步骤引导工艺气体进入反应室3中，其中所述工艺气体包括氮气和氧气；加热所述工艺气体至高到足以使氧气和氮气反应形成一氧化氮的温度，从而形成包含一氧化氮的气体；并且从所述反应室3提取所述包含一氧化氮的气体，其中在所述反应室内的所述工艺气体中存在的氧气的量为≤5体积%。