SISTEMA PORTÁTIL PARA LA CONCENTRACIÓN DE OXÍGENO.

Sistema portátil (100) para la concentración de oxígeno, adaptado para su transporte fácil por el usuario,

comprendiendo: una fuente de energía recargable interna (104); un dispositivo de separación de aire (102) accionado por dicha fuente de energía (104) y adaptado para convertir aire ambiente en oxígeno gaseoso concentrado para dicho usuario; incluyendo el dispositivo de separación de aire (102) una serie de columnas de adsorción (300), cada una de las cuales comprende un extremo de alimentación (360) y un extremo del producto (350), así como una válvula (310) que puede funcionar con respecto a la serie de columnas de adsorción (300) para proporcionar una acción de válvula para transferir selectivamente fluidos a través de la serie de columnas de adsorción (300) para convertir aire ambiente en oxígeno gaseoso concentrado para dicho usuario; y en el que el sistema portátil para la concentración de oxígeno (100) peso 2-15 libras y las columnas de adsorción (300) , caracterizado porque: la válvula (310) es una válvula rotativa, la válvula rotativa (310) es rotativa de forma relativa con respecto a la serie de columnas adsorbentes (300), incluyendo cada una de las columnas adsorbentes (300) un lecho adsorbente en forma de capas que tiene dos o más capas de materiales adsorbentes distintos, incluyendo las dos o más capas de material adsorbente distinto, como mínimo, una capa adsorbente de agua y una capa adsorbente de nitrógeno, estando situada la capa adsorbente de agua más próxima al extremo de alimentación que la capa de adsorción de nitrógeno

Antecedentes de la invención

El sector al que pertenece esta invención se refiere en general a concentradores de oxígeno y, en particular, a sistemas para la concentración de oxígeno de tipo portátil, para pacientes respiratorios de tipo ambulatorio, para permitir que puedan llevar una vida normal y productiva.

Existe una creciente necesidad de suministro de oxígeno domiciliario y ambulatorio. Es necesario oxígeno suplementario para pacientes que sufren enfermedades pulmonares; por ejemplo, fibrosis pulmonar, sarcoidosis o enfermedad pulmonar ocupacional. Para estos pacientes, la terapia de oxígeno es un elemento cada vez más beneficioso y vital. Si bien no es una curación para las enfermedades de los pulmones, el oxígeno suplementario aumenta la oxigenación de la sangre, lo que invierte la hipoxemia. Esta terapia impide efectos a largo plazo de la deficiencia de oxígeno en sistemas orgánicos, en particular el corazón, cerebro y riñones.

El tratamiento con oxígeno se prescribe también para la Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (COPD), que afecta aproximadamente a seiscientos millones de personas en los Estados Unidos, y para otras enfermedades que debilitan el sistema respiratorio, tales como enfermedades cardíacas y SIDA. La terapia de oxígeno suplementario se prescribe también para asma y enfisema.

La prescripción normal para pacientes de COPD requiere oxígeno suplementario por una cánula para vía nasal o una mascarilla veinticuatros horas al día. La prescripción media para un paciente es de dos litros por minuto de oxígeno de alta concentración para aumentar el nivel de oxígeno del aire total inspirado por el paciente desde el 21% normal hasta aproximadamente el 40%. Si bien la exigencia de caudal de oxígeno promedio es de dos litros por minuto, el concentrador promedio de oxígeno tiene una capacidad de cuatro a seis litros de oxígeno por minuto. Esta capacidad adicional es ocasionalmente necesaria para algunos pacientes que han desarrollado problemas más graves, en general no son capaces de salir de su casa (como pacientes ambulatorios) y no requieren un suministro portátil de oxígeno.

Existen en la actualidad tres modalidades de oxígeno medico suplementario: cilindros de gas a alta presión, líquido criogénico en contenedores aislados al vacío o botellas termo llamadas corrientemente “termos”, así como concentradores de oxígeno. Algunos pacientes requieren oxígeno en aplicación doméstica mientras que otros requieren oxígeno en aplicación doméstica y también ambulatoria, dependiendo de su prescripción. Las tres modalidades se aplican para utilización en el hogar, si bien son preferidos los concentradores de oxígeno a causa de que no requieren relleno de “termos” o cambio de cilindros vacíos por otros cilindros llenos. No obstante, los concentradores de oxígeno de tipo doméstico tienen también sus inconvenientes. Consumen cantidades relativamente importantes de electricidad (350-400 Vatios), son relativamente grandes (aproximadamente tienen las dimensiones de una mesilla de noche), son relativamente pesados (pesan unos 22,78 kg (50 libras)), emiten bastante calor y son relativamente ruidosos.

Solamente las botellas pequeñas de gas a alta presión y pequeños termos líquidos son realmente portátiles en grado suficiente para su utilización para necesidades ambulatorias (fuera del domicilio). Cualquiera de las modalidades puede ser utilizada tanto para utilización doméstica como ambulatoria, o se puede combinar con un concentrador de oxígeno, que proporciona utilización doméstica.

Tal como se describe más adelante, los métodos actuales de suministro de oxígeno y sus dispositivos se han mostrado engorrosos y poco flexibles, y ha existido una necesidad sentida desde hace mucho tiempo de disponer de un dispositivo portátil mejorado para suministrar oxígeno a los usuarios.

Para personas que necesitan tener oxígeno y que se encuentran alejadas de una fuente generadora de oxígeno o de almacenamiento de oxígeno, tal como un sistema estacionario de oxígeno (o incluso un sistema portátil que no puede ser fácilmente transportado), las dos opciones más corrientemente prescritas disponibles en general para los pacientes son: (a) llevar pequeños cilindros típicamente en un carrito con ruedas; y (b) llevar contenedores portátiles típicamente en una mochila. Estas dos opciones de oxígeno gaseoso y de oxígeno líquido tienen sustanciales inconvenientes, pero desde el punto de vista médico ambos tienen la capacidad de aumentar la vida productiva de un paciente.

El inconveniente más importante de la opción de oxígeno gaseoso es que los pequeños cilindros de oxígeno gaseoso pueden proporcionar gas solamente durante un corto periodo de tiempo. Otro inconveniente es que los cilindros de oxígeno gaseoso de alta presión del paciente no son permitidos en algunos lugares, tales como avienes, a causa de consideraciones de seguridad. Otro inconveniente del oxígeno gaseoso es la exigencia de relleno del oxígeno una vez que éste ha sido agotado en el cilindro. Estos pequeños cilindros de gas deben ser recogidos y rellenados por el profesional de cuidados domésticos en una instalación especializada. Esto requiere visitas regulares al domicilio del paciente por parte del profesional del servicio y una inversión sustancial en pequeños cilindros por parte de dicho profesional, dado que muchos de ellos quedan en el domicilio del paciente y en la instalación de rellenado. Si bien es técnicamente posible rellenar estos cilindros en el domicilio del paciente utilizando un concentrador de oxígeno comercial que extrae el oxígeno del aire, esta tarea requeriría de manera típica un compresor de oxígeno en el propio lugar para aumentar la presión de salida del concentrador a un nivel elevado a efectos de llenar los cilindros. Algunas desventajas de los compresores de oxígeno habituales para utilización en el propio lugar son su carácter oneroso, ruidoso y que emiten mucho calor. Además, el intentar comprimir el oxígeno en recipientes a presión en el hogar es una actividad potencialmente peligrosa, especialmente para personas sin entrenamiento para ello.

Este sistema presenta, desde luego, varias preocupaciones de seguridad para la utilización doméstica. Por ejemplo, para disponer suficiente cantidad de gas en un contenedor portátil, éste debe ser comprimido típicamente a alta presión: ~137,900 KPa (2000 psi). La compresión del oxígeno desde 34,47 kPa (5 psi) (valor típico de salida de un concentrador de oxígeno) a 137,900 KPa (2000 psi) producirá una gran cantidad de calor. (Suficiente para aumentar la temperatura 165 grados C por etapa basándose en las tres etapas de compresión adiabáticas con refrigeración intermedia.) Este calor, combinado con el oxígeno que resulta más reactivo a altas presiones, presenta un peligro de combustión potencial en el compresor en el hogar del paciente. Por lo tanto, la utilización de un sistema de gas a alta presión en el hogar doméstico es peligrosa y no es, por lo tanto, una solución práctica.

Los temas de comodidad y seguridad no son los únicos inconvenientes de este enfoque de oxígeno comprimido. Otro inconveniente es que los compresores o amplificadores de presión necesarios son costosos porque requieren especiales cuidados y materiales para compatibilidad con el oxígeno a alta presión.

Haciendo referencia nuevamente a la opción de almacenamiento de oxígeno líquido, su inconveniente más importante es que requiere un recipiente de base, un recipiente de base estacionario dentro del domicilio del paciente que tiene las dimensiones habituales de un barril de cerveza, que puede ser rellenado aproximadamente una vez a la semana de una fuente externa. El oxígeno líquido puede ser transferido desde la unidad de base del paciente a un termo portátil, que puede ser utilizado por el paciente en situación ambulatoria. Asimismo, con la opción de oxígeno líquido, existe un desperdicio sustancial, dado que una cantidad determinada de oxígeno se pierde durante la transferencia a los contenedores portátiles y por evaporación. Se estima que el 20% del contenido total del cilindro de base se perderá en el curso de dos semanas a causa de pérdidas en la transferencia y evaporación normal. Estas unidades, típicamente se vaciarán en un periodo de 30 a 60 días aunque no se extraiga oxígeno.

Se han propuesto sistemas de relleno domésticos que producen oxígeno líquido y que tienen capacidad para rellenar los termos de oxígeno líquido portátiles. No obstante, estos dispositivos requieren que... [Seguir leyendo]

1. Sistema portátil (100) para la concentración de oxígeno, adaptado para su transporte fácil por el usuario, comprendiendo: una fuente de energía recargable interna (104); un dispositivo de separación de aire (102) accionado por dicha fuente de energía (104) y adaptado para convertir aire ambiente en oxígeno gaseoso concentrado para dicho usuario; incluyendo el dispositivo de separación de aire (102) una serie de columnas de adsorción (300), cada una de las cuales comprende un extremo de alimentación (360) y un extremo del producto (350), así como una válvula (310) que puede funcionar con respecto a la serie de columnas de adsorción (300) para proporcionar una acción de válvula para transferir selectivamente fluidos a través de la serie de columnas de adsorción (300) para convertir aire ambiente en oxígeno gaseoso concentrado para dicho usuario; y en el que el sistema portátil para la concentración de oxígeno (100) peso 2-15 libras y las columnas de adsorción (300) , caracterizado porque: la válvula (310) es una válvula rotativa, la válvula rotativa (310) es rotativa de forma relativa con respecto a la serie de columnas adsorbentes (300), incluyendo cada una de las columnas adsorbentes (300) un lecho adsorbente en forma de capas que tiene dos o más capas de materiales adsorbentes distintos, incluyendo las dos o más capas de material adsorbente distinto, como mínimo, una capa adsorbente de agua y una capa adsorbente de nitrógeno, estando situada la capa adsorbente de agua más próxima al extremo de alimentación que la capa de adsorción de nitrógeno.

2. Sistema portátil para la concentración de oxígeno (100), según la reivindicación 1, en el que la capa de adsorción de agua es de alúmina activada.

3. Sistema portátil (100) para la concentración de oxígeno, según la reivindicación 1, en el que la capa de adsorción de agua es de gel de sílice.

4. Sistema portátil (100) para la concentración de oxígeno, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la capa de adsorción de nitrógeno es una zeolita de tipo X con intercambio de litio.

5. Sistema portátil (100) para la concentración de oxígeno, según las reivindicaciones 1 a 4, en el que el tamaño de los gránulos de la zeolita de tipo X con intercambio de litio es de 0,2 a 0,6 mm.

6. Sistema portátil (100) para la concentración de oxígeno, según las reivindicaciones 4 ó 5, en el que la zeolita de tipo X con intercambio de litio adopta la forma de una estructura rígida o de papel arrollado.

7. Sistema portátil (100) para la concentración de oxígeno, según las reivindicaciones 1 a 6, en el que el dispositivo de separación de aire (102) comprende cinco columnas de adsorción (300).

8. Sistema portátil (100) para la concentración de oxígeno, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que las columnas de adsorción (300) están rodeadas de una cubierta metálica (300).

9. Sistema portátil (100) para la concentración de oxígeno, según la reivindicación 8, en el que la cubierta metálica

(330) está realizada en aluminio y rodea las columnas adsorbentes (300) para formar un depósito del producto.

10. Sistema portátil (100) para la concentración de oxígeno, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que las columnas de adsorción (300) son recipientes de plástico alargados, moldeados.

11. Sistema portátil (100) para la concentración de oxígeno, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la recuperación de oxígeno del aire a partir del dispositivo separador de aire (102) es de 45-71% con una pureza aproximada de 90%.