Concentrador de oxígeno portátil de peso optimizado.

Un sistema concentrador de oxígeno portátil para producir un gas rico en oxígeno,

que comprende

(a) un dispositivo de desplazamiento de gas primario que incluye un primer compresor adaptado para comprimir el aire atmosférico con el fin de proporcionar aire de alimentación a presión y un segundo compresor adaptado para comprimir un gas residual de presión subatmosférica a presión atmosférica, en el que el dispositivo de desplazamiento de gas primario está caracterizado por un peso Wp;

(b) un motor de accionamiento adaptado para accionar el primer y segundo compresores;

(c) una fuente de energía recargable adaptada para suministrar energía al motor de accionamiento, en la que la fuente de energía recargable está caracterizada por un peso Wb; y

(d) una unidad de adsorción de oscilación de presión al vacío adaptada para separar el aire de alimentación presurizado en un producto rico en oxígeno a un caudal de producto Fp y un gas residual privado de oxígeno, en la que la unidad de adsorción comprende una pluralidad de lechos adsorbentes que contienen un adsorbente, en el que la cantidad total del adsorbente contenido en los lechos adsorbentes está caracterizada por un peso de adsorbente total Wa;

en el que el peso combinado, Wt, del adsorbente, del dispositivo de desplazamiento de gas primario, y de la fuente de energía recargable está caracterizado por la expresión

0,75 Fp

Concentrador de oxígeno portátil de peso optimizado.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El suministro de oxígeno terapéutico a pacientes en hogares domésticos y otras aplicaciones residenciales es un segmento importante y creciente de la industria de cuidados de la salud. Un segmento de este mercado incluye el desarrollo y comercialización de concentradores de oxígeno portátiles, particularmente unidades que puedan transportarse fácilmente por los pacientes que requieran terapia de oxígeno continua. Se puede proporcionar un suministro de oxígeno que se transporte fácilmente y portátil mediante oxígeno líquido u oxígeno comprimido con un sistema de vaporización apropiado o de regulación de presión y una cánula de suministro de gas. Como alternativa y preferiblemente, se puede suministrar oxígeno por un pequeño dispositivo de separación de aire transportado por el paciente que suministra oxígeno gaseoso con la pureza, caudal y presión deseados. La energía para hacer funcionar el dispositivo puede proporcionarse por una fuente de alimentación recargable, típicamente una batería recargable. El pequeño dispositivo de separación de aire puede ser un sistema basado en adsorción que usa un proceso de adsorción de oscilación de presión (PSA) .

La tasa de utilización de oxígeno respiratorio típicamente varía hasta aproximadamente 5 lpm (litros por minuto a 22 ºC y 1 atmósfera de presión) para pacientes ambulatorios con exigencias relativamente reducidas de oxígeno. El diseño de un concentrador de oxígeno que se lleva fácilmente, recargable y portátil en esta gama de producto debe conseguir un equilibrio apropiado entre el caudal del gas del producto, el peso y la vida útil de la fuente de alimentación o el tiempo de realización (es decir, el tiempo operativo entre las recargas de la fuente de alimentación) . Este equilibrio requiere la elección apropiada de numerosos parámetros de funcionamiento y de diseño y presenta un reto significativo para los diseñadores en ingeniería. En una pequeña unidad de separación de aire por adsorción, por ejemplo, los parámetros de diseño pueden incluir la pureza del producto, la presión de suministro del producto, el tipo de ciclo de procesos, la envolvente de la presión del ciclo de procesos, el adsorbente, el número y dimensiones de los lechos adsorbentes, el tipo de dispositivo de desplazamiento de gas, el tipo de fuente de alimentación, procedimientos de control del flujo de gas, sistemas de control eléctricos, y los materiales de construcción.

Existe la necesidad en la técnica de procedimientos para diseñar sistemas de generación de oxígeno basados en adsorción portátiles que proporcionen las velocidades de suministro de gas y los tiempos de realización requeridos con un peso del sistema mínimo. Esta necesidad puede cumplirse mediante procedimientos de optimización que permiten a los diseñadores equilibrar estos requisitos al mismo tiempo que se especifica un proceso y parámetros mecánicos apropiados para estos sistemas.

El documento WO 03/092817 A1 desvela un sistema de concentración de oxígeno portátil con un peso de 0, 9-7 kg.

BREVE RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Esta necesidad de un diseño optimizado de pequeños concentradores de oxígeno basados en adsorción que se transportan fácilmente se cumple por las diversas realizaciones de la presente invención. Como se describe en detalle en este documento, se ha descubierto que puede determinarse un intervalo de peso mínimo para un sistema basado en adsorción para cualquier combinación operativa de caudal de producto, pureza de producto, presión de suministro del producto y tiempo de realización. Esto puede conseguirse determinando el peso de cada componente del sistema de peso variable en función de un parámetro de proceso seleccionado, añadiendo los pesos de estos componentes a diversos valores del parámetro seleccionado, y generando una curva de peso variable frente al parámetro seleccionado. Esta curva muestra en general un peso mínimo en un intervalo preferido del parámetro de proceso seleccionado. El parámetro de proceso seleccionado es la presión mínima del lecho durante el ciclo de procesos.

La invención se refiere a un sistema concentrador de oxígeno portátil para producir un gas rico en oxígeno que comprende

(a) un dispositivo de desplazamiento de gas primario que incluye un primer compresor adaptado para comprimir el aire atmosférico con el fin de proporcionar aire de alimentación a presión y un segundo compresor adaptado para comprimir un gas residual de presión subatmosférica a presión atmosférica, en el que el dispositivo de desplazamiento de gas primario está caracterizado por un peso Wp;

(b) un motor de accionamiento adaptado para accionar el primer y segundo compresores;

(c) una fuente de energía recargable adaptada para suministrar energía al motor de accionamiento, en el que la fuente de energía recargable está caracterizada por un peso Wb; y

(d) una unidad de adsorción de oscilación de presión al vacío adaptada para separar el aire de alimentación presurizado en un producto rico en oxígeno a un caudal de producto Fp y un gas residual privado de oxígeno, en el que la unidad de adsorción comprende una pluralidad de lechos adsorbentes que contienen

un adsorbente, en el que la cantidad total del adsorbente contenido en los lechos adsorbentes está caracterizada por un peso de adsorbente total Wa;

en el que el peso combinado, Wt, del adsorbente, del dispositivo de desplazamiento de gas primario, y de la fuente de energía recargable puede estar caracterizado por la expresión 0, 75 Fp < W, /0, 454 < 2, 02 Fp

donde Fp está en litros por min (a 23 ºC y 1 atma de presión) y Wa, Wp y Wb están en kg, en la que la fuente de alimentación recargable está caracterizada por un tiempo de realización operativo en horas, tr, entre una carga de trabajo máxima y mínima, y el sistema está caracterizado adicionalmente por cada una de las expresiones 0, 21 Fp < Wa /0, 454 < 0, 61 Fp,

0;36 Fp < Wp /0, 454 < 0, 70 Fp,

0, 18 Fp < Wb /0, 454 <0, 71 Fp,

y

0, 10 Fp tr < Wb /0, 454 <0, 40 Fp tr.

La pluralidad de lechos adsorbentes puede comprender cuatro o más lechos, y puede consistir en cuatro lechos.

Cada uno del primer y segundo compresores pueden seleccionarse entre el grupo que consiste en compresores en espiral, de diafragma, de pistón y rotativos de paletas. El primer y segundo compresores pueden ser compresores de tipo en espiral. El sistema puede comprender adicionalmente un conservante.

El sistema puede tener un peso total de menos de 5, 44 kg (12 libras) , puede tener un peso total de menos de 4, 54 kg (10 libras) , y puede tener un peso total de menos de 8 libras.

El adsorbente puede seleccionarse entre el grupo que consiste en zeolita X intercambiada con uno o más cationes metálicos seleccionados entre el grupo que consiste en litio, calcio, cinc, cobre, sodio, potasio y plata. Los lechos adsorbentes pueden comprender adicionalmente un adsorbente adicional selectivo para la adsorción de agua y dióxido de carbono del aire, y donde el adsorbente adicional se selecciona entre el grupo que consiste en (1) alúmina activada y (2) zeolita X intercambiada con uno o más cationes metálicos seleccionados entre el grupo que consiste en litio, sodio y potasio.

La fuente de energía recargable puede ser una batería. Como alternativa, la fuente de energía recargable puede ser una pila de combustible.

El sistema puede comprender adicionalmente una carcasa externa que rodea el dispositivo de desplazamiento de gas primario, el motor de accionamiento, la fuente de energía recargable, y el sistema de adsorción de oscilación de presión al vacío, y una pantalla/panel de control de usuario montado en el lado exterior de la carcasa. Este sistema puede tener un peso total de menos de 5, 44 kg (12 libras) , puede tener un peso total de menos de 4, 54 kg (10 libras) , y puede tener un peso total de menos de 3, 63 kg (8 libras) .

El sistema puede comprender adicionalmente elementos adicionales que incluyen cableado eléctrico y sistemas de control, una carcasa o alojamiento, y una pantalla/panel de control de usuario montado en el lado exterior del alojamiento, donde el sistema de generación de oxígeno y los elementos adicionales se combinan para formar un concentrador de oxígeno portátil, y medios para el usuario para llevar la unidad de concentrador portátil.

El sistema de adsorción de oscilación de presión al vacío puede tener cuatro lechos adsorbentes, y cada uno de los lechos adsorbentes puede someterse, a su vez, a una serie de etapas de ciclos... [Seguir leyendo]

1. Un sistema concentrador de oxígeno portátil para producir un gas rico en oxígeno, que comprende

(a) un dispositivo de desplazamiento de gas primario que incluye un primer compresor adaptado para comprimir el aire atmosférico con el fin de proporcionar aire de alimentación a presión y un segundo compresor adaptado para comprimir un gas residual de presión subatmosférica a presión atmosférica, en el que el dispositivo de desplazamiento de gas primario está caracterizado por un peso Wp;

(b) un motor de accionamiento adaptado para accionar el primer y segundo compresores;

(c) una fuente de energía recargable adaptada para suministrar energía al motor de accionamiento, en la que la fuente de energía recargable está caracterizada por un peso Wb; y

(d) una unidad de adsorción de oscilación de presión al vacío adaptada para separar el aire de alimentación presurizado en un producto rico en oxígeno a un caudal de producto Fp y un gas residual privado de oxígeno, en la que la unidad de adsorción comprende una pluralidad de lechos adsorbentes que contienen un adsorbente, en el que la cantidad total del adsorbente contenido en los lechos adsorbentes está caracterizada por un peso de adsorbente total Wa;

en el que el peso combinado, Wt, del adsorbente, del dispositivo de desplazamiento de gas primario, y de la fuente de energía recargable está caracterizado por la expresión 0, 75 Fp < Wt /0, 454 < 2, 02 Fp

donde Fp está en litros por minutos (a 23 ºC y 1 atma de presión) y Wa, Wp y Wb están en kg

en la que la fuente de energía recargable está caracterizada por tiempo de realización operativo en horas, tr, entre una carga de trabajo máxima y mínima, y en la que el sistema está caracterizado adicionalmente por cada una de las expresiones 0, 21 Fp < Wa /0, 454 < 0, 61 Fp,

0, 36 Fp < Wp /0, 454 < 0, 70 Fp,

0, 18 Fp<Wb /0454 <0, 71 Fp,

y

0, 10 Fp tr < Wb /0, 454 < 0, 40 Fp tr.

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que la pluralidad de lechos adsorbentes comprende cuatro o más lechos.

3. El sistema de la reivindicación 2, en el que la pluralidad de lechos adsorbentes consiste en cuatro lechos.

4. El sistema de la reivindicación 1, en el que cada uno del primer y segundo compresores se seleccionan entre el grupo que consiste en compresores en espiral, de diafragma, de pistón y rotativos de paletas.

5. El sistema de la reivindicación 4, en el que el primer y segundo compresores son compresores del tipo espiral.

6. El sistema de la reivindicación 1, que tiene un peso total de menos de 5, 44 kg (12 libras) .

7. El sistema de la reivindicación 6, que tiene un peso total de menos de 4, 54 kg (10 libras) .

8. El sistema de la reivindicación 7, que tiene un peso total de menos de 3, 63 kg (8 libras) .

9. El sistema de la reivindicación 1, en el que el adsorbente se selecciona entre el grupo que consiste en zeolita X intercambiada con uno o más cationes metálicos seleccionados entre el grupo que consiste en litio, calcio, cinc, cobre, sodio, potasio y plata.

10. El sistema de la reivindicación 9, en el que los lechos adsorbentes comprenden adicionalmente un adsorbente adicional selectivo para la adsorción de agua y dióxido de carbono del aire, y donde el adsorbente adicional se selecciona entre el grupo que consiste en (1) alúmina activada y (2) zeolita X intercambiada con uno o más cationes metálicos seleccionados entre el grupo que consiste en litio, sodio y potasio.

11. El sistema de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un conservante.

12. El sistema de la reivindicación 1, en el que la fuente de energía recargable es una batería.

13. El sistema de la reivindicación 1, en el que la fuente de energía recargable es una pila de combustible.

14. El sistema de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente una carcasa externa que rodea el dispositivo de desplazamiento de gas primario, un motor de accionamiento, una fuente de energía recargable, y un sistema de adsorción de oscilación de presión al vacío, y una pantalla/panel de control de usuario montado en el

lado exterior de la carcasa.

15. El sistema de la reivindicación 14, que tiene un peso total de menos de 5, 44 kg (12 libras) .

16. El sistema de la reivindicación 15, que tiene un peso total de menos de 4, 54 kg (10 libras) . 15

17. El sistema de la reivindicación 16, que tiene un peso total de menos de 3, 63 kg (8 libras) .