Concentrador de oxígeno.

Un concentrador de oxígeno (1) al que se proporciona un lecho de adsorción (105) lleno con un adsorbente para adsorber de manera selectiva nitrógeno con respecto a oxígeno,

un dispositivo de suministro de aire comprimido (103) configurado para suministrar aire comprimido al lecho de adsorción (105), para adsorber y eliminar nitrógeno en aire de material en bruto para producir oxígeno sin absorber y un dispositivo de ajuste de tasa de flujo (110) para suministrar un gas oxígeno a una determinada tasa de flujo, comprendiendo además el concentrador: un sensor de concentración de oxígeno (301) configurado para detectar la concentración del gas oxígeno producido por el concentrador de oxígeno,

un sensor de tasa de flujo (302) configurado para medir la tasa de flujo del gas oxígeno,

en el que el concentrador de oxígeno (1) está configurado para aumentar o disminuir el volumen de flujo de aire de suministro del dispositivo de suministro de aire comprimido basándose en el valor de la concentración de oxígeno detectado para mantener la concentración de oxígeno en una concentración predeterminada, un dispositivo de control dependiente de la tasa de flujo (401) del gas oxígeno configurado para controlar el proceso de tal modo que no permita que el volumen de flujo de aire de suministro del dispositivo de suministro de aire comprimido cambie, cuando el valor de la tasa de flujo de oxígeno detectado por el sensor de tasa de flujo (302) está fuera de un rango predeterminado, y

un tanque de producto (108) para el almacenamiento del gas oxígeno.

Concentrador de oxígeno

Campo de la técnica La presente invención se refiere a un concentrador de oxígeno que elimina selectivamente gas nitrógeno de un aire de material en bruto usando un adsorbente que absorbe selectivamente moléculas de gas nitrógeno con respecto a moléculas de gas oxígeno para producir un gas enriquecido en oxígeno y suministrarlo a los usuarios.

Técnica anterior

En los últimos años, el número de pacientes que sufre enfermedades respiratorias como asma, enfisema pulmonar, bronquitis crónica y similares ha tendido a aumentar. Uno de los métodos terapéuticos más efectivos para estas enfermedades es la terapia por inhalación de oxígeno, y se han desarrollado y usado como aparatos terapéuticos para la terapia de inhalación de oxígeno unos concentradores de oxígeno que separan un gas con alta concentración de oxígeno directamente de un tanque de oxígeno o del aire.

Como concentrador de oxígeno, se ha usado ampliamente un concentrador de oxígeno de tipo de adsorción con presión oscilante (denominado en lo sucesivo tipo PSA) que produce un gas con alta concentración de oxígeno mediante la introducción de aire comprimido de un compresor en un cilindro de adsorción lleno con un adsorbente como por ejemplo zeolitas y similares que absorben selectivamente un gas nitrógeno para eliminar selectivamente el gas nitrógeno del aire.

El concentrador de oxígeno de tipo PSA produce un gas con alta concentración de oxígeno a partir de aire mediante los pasos descritos a continuación. En primer lugar, se suministra aire comprimido por medio de un compresor a un cilindro de adsorción para adsorber gas nitrógeno contenido en el aire mediante un adsorbente como zeolitas y similar. La concentración de oxígeno en el aire se aumenta mediante la adsorción selectiva y la eliminación de gas nitrógeno. El gas con alta concentración de oxígeno así obtenido es transferido a un depósito intermedio (tanque de producto) que almacena gas oxígeno por medio de una válvula antirretorno que está instalada para evitar que el gas fluya en sentido opuesto, y se almacena en el mismo.

Al mismo tiempo, el gas nitrógeno adsorbido por el adsorbente es desorbido del adsorbente reduciendo la presión interna del cilindro de adsorción para recuperar la eficiencia del adsorbente. También se puede suministrar una pequeña cantidad de gas oxígeno concentrado al cilindro de adsorción para promover la desorción del nitrógeno.

Por tanto, se puede obtener un aire enriquecido en oxígeno en altas concentraciones de hasta un 95% a partir de aire mediante la presurización y despresurización repetida del cilindro de adsorción usando el concentrador de oxígeno de tipo PSA. En años recientes, como dicha concentrador de oxígeno de tipo PSA se ha usado un concentrador de oxígeno de tipo de cilindro múltiple, que está equipado con múltiples cilindros de adsorción llenos con un adsorbente que adsorbe selectivamente un gas nitrógeno y en el que aumenta la concentración de oxígeno mediante la conmutación sucesiva de estos cilindros de adsorción mediante una válvula rotativa.

Es conocido que una concentración de oxígeno obtenida depende en gran medida de la presión del aire a comprimir por un compresor en el concentrador de oxígeno de tipo PSA. Por tanto, para obtener un gas con alta concentración de oxígeno es necesario aumentar la capacidad del compresor para aumentar la presión del aire que se va a suministrar al cilindro de adsorción lo más posible. Surge un problema, sin embargo, porque el consumo energético de aparato aumenta con la elevación de la capacidad del compresor de suministrar aire comprimido.

Se han realizado diversos intentos para resolver estos problemas del concentrador de oxígeno de tipo PSA. El documento de patente 2 describe un concentrador de oxígeno de tipo PSA que lleva a cabo una reducción del consumo de energía eléctrica del aparato modificando la capacidad de suministro de un dispositivo de suministro de aire comprimido como un compresor y similar basándose en un valor detectado por un detector de concentración de oxígeno para gas oxígeno para controlar las concentraciones de oxígeno con un valor constante.

Documento de patente 1: Publicación de patente japonesa abierta a consulta por el público número 2006-141896

Documento de patente 2: Publicación de patente japonesa abierta a consulta por el público número 2006-000340

Documento de patente 3: Publicación de patente japonesa abierta a consulta por el público número 2002-253675

Descripción de la invención Problemas que resuelve la invención y realizaciones preferidas de la misma Con el concentrador de oxígeno de tipo PSA que usa un adsorbente, cuando un volumen de suministro de aire de material en bruto desde un dispositivo de suministro de aire comprimido como un compresor y similar y una secuencia de proceso de adsorción son constantes, la concentración de oxígeno de un gas concentrado en oxígeno así obtenido generalmente cambia dependiendo de la temperatura ambiental (aire suministrado) . Cuando la temperatura es alta debido a las propiedades del adsorbente, la cantidad de nitrógeno adsorbido por el adsorbente disminuye, y por tanto el nitrógeno disminuye la concentración de oxígeno del producto. Cuando la temperatura es baja, aunque la cantidad de nitrógeno adsorbida por el adsorbente aumenta, la concentración de oxígeno de un producto disminuye debido a una desorción insuficiente del nitrógeno provocada por una disminución en la velocidad de adsorción.

En años recientes, como se muestra en el Documento de patente 1, se ha propuesto un método en el que se asegura una elevada concentración de oxígeno modificando la capacidad de un dispositivo de suministro de aire comprimido como un compresor y similar basándose en la temperatura ambiental del entorno. Dado que la presión del aire que se introduce en el cilindro de adsorción debe ser lo mayor posible y la capacidad del dispositivo de suministro de aire comprimido como un compresor y similar debe elevarse en dicho aparato, sin embargo, aparecen problemas como el aumento del consumo de energía eléctrica del aparato.

El Documento de patente 2 describe un concentrador de oxígeno de tipo PSA que consigue un bajo consumo de energía eléctrica modificando la capacidad de suministro de un dispositivo de suministro de aire acondicionado como un compresor y similar basándose en un valor detectado por un dispositivo que detecta la concentración de oxígeno en un gas de oxígeno. En el concentrador de oxígeno de tipo PSA que usa adsorbente, sin embargo, las propiedades de adsorción difieren dependiendo de la temperatura ambiente y el tiempo de respuesta a la concentración de oxígeno/capacidad de suministro cuando la capacidad de suministro del dispositivo de suministro de aire comprimido como un compresor y similar está cargado difiere dependiendo de la temperatura ambiente. En consecuencia, se debe cambiar un dispositivo de control.

Especialmente en un entorno a baja temperatura en comparación con altas temperaturas, debido a que se necesita más tiempo para estabilizar el proceso, la respuesta de la concentración de oxígeno es más lenta y se requiere más tiempo para que aparezca una disminución en la concentración de producto. Cuando se hace funcionar dicho aparato en un entorno a baja temperatura, el tiempo de estabilización de la concentración de oxígeno contra el funcionamiento de un dispositivo de suministro de aire comprimido como un compresor y similar, es decir, el tiempo de respuesta de la concentración de oxígeno es extremadamente lento, y el estado de alta concentración de oxígeno puede continuar mientras el proceso de adsorción se mantiene inestable. En consecuencia, la capacidad de un dispositivo de suministro de aire comprimido como un compresor y similar se reduce, en respuesta a una concentración de oxígeno detectada, hasta un nivel más bajo que el que requiere esencialmente un volumen de aire de material en bruto. Cuando el proceso se estabiliza más tarde, como la capacidad del dispositivo de suministro de aire de material en bruto ha sido disminuida al nivel menor que el de la cantidad de aire esencialmente requerida, la concentración de oxígeno puede disminuir rápidamente y deteriorar la CDV de un usuario.

Además, como se muestra en el Documento de patente 3, se propone un aparato que comprende un dispositivo de detección de la concentración de oxígeno y que controla la concentración de oxígeno de un gas producto producido de manera constante mediante el cambio de la capacidad de un dispositivo de suministro de aire acondicionado como un compresor y similar en respuesta a la concentración de oxígeno detectada. Dicho... [Seguir leyendo]

1. Un concentrador de oxígeno (1) al que se proporciona un lecho de adsorción (105) lleno con un adsorbente para adsorber de manera selectiva nitrógeno con respecto a oxígeno, un dispositivo de suministro de aire comprimido (103) configurado para suministrar aire comprimido al lecho de adsorción (105) , para adsorber y eliminar nitrógeno en aire de material en bruto para producir oxígeno sin absorber y un dispositivo de ajuste de tasa de flujo (110) para suministrar un gas oxígeno a una determinada tasa de flujo, comprendiendo además el concentrador:

un sensor de concentración de oxígeno (301) configurado para detectar la concentración del gas oxígeno producido por el concentrador de oxígeno,

un sensor de tasa de flujo (302) configurado para medir la tasa de flujo del gas oxígeno,

en el que el concentrador de oxígeno (1) está configurado para aumentar o disminuir el volumen de flujo de aire de suministro del dispositivo de suministro de aire comprimido basándose en el valor de la concentración de oxígeno detectado para mantener la concentración de oxígeno en una concentración predeterminada,

un dispositivo de control dependiente de la tasa de flujo (401) del gas oxígeno configurado para controlar el proceso de tal modo que no permita que el volumen de flujo de aire de suministro del dispositivo de suministro de aire comprimido cambie, cuando el valor de la tasa de flujo de oxígeno detectado por el sensor de tasa de flujo (302) está fuera de un rango predeterminado, y

un tanque de producto (108) para el almacenamiento del gas oxígeno.

2. El concentrador de oxígeno (1) según la reivindicación 1, en el que un umbral de un valor detectado por el sensor de tasa de flujo (302) es asignado individualmente de acuerdo con un valor establecido del dispositivo de ajuste de tasa de flujo (110) o independientemente de un valor de la tasa de flujo establecido.

3. El concentrador de oxígeno (1) según la reivindicación 2, en el que un dispositivo de control dependiente de la tasa de flujo está configurado para controlar el proceso de tal manera que no permita que el volumen de flujo de aire de suministro del dispositivo de suministro de aire comprimido cambie independientemente del valor detectado por el sensor de concentración de oxígeno (301) cuando el valor de la tasa de flujo de oxígeno detectado por el sensor de tasa de flujo (302) es un +10% o más o un -10% o menos que un valor establecido de la tasa de flujo de oxígeno del dispositivo de ajuste de la tasa de flujo (110) .

4. El concentrador (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el sensor de tasa de flujo (302) es un sensor de tasa de flujo de tipo ultrasónico o un sensor de tasa de flujo de tipo de cable térmico.

5. El concentrador de oxígeno (1) según la reivindicación 1, que además comprende:

un sensor de temperatura (303) configurado para medir la temperatura del aire suministrado al concentrador de oxígeno (1) , y

un dispositivo de control dependiente de la temperatura (401) configurado para controlar el volumen de flujo de aire de suministro del dispositivo de suministro de aire comprimido basándose en el valor detectado por el sensor de temperatura (303) cuando el valor detectado por el sensor de temperatura (303) está fuera de un rango predeterminado.

6. El concentrador de oxígeno (1) según la reivindicación 5, en el que el dispositivo de control (401) es un dispositivo de control configurado para controlar el proceso de tal manera que no permita que el volumen de flujo de aire de suministro del dispositivo de suministro de aire comprimido disminuya, cuando el sensor de temperatura (303) detecta un valor más bajo que un límite inferior de temperatura predeterminado del rango y el volumen de flujo de aire de suministro es menor que un volumen de flujo de aire predeterminado durante el funcionamiento del concentrador de oxígeno (1) .

7. El concentrador de oxígeno (1) según la reivindicación 5 ó 6, en el que el dispositivo de control (401) es un dispositivo configurado para llevar a cabo un control que hace que un volumen de flujo de aire de suministro del dispositivo de suministro de aire comprimido sea mayor que un volumen de flujo de aire de suministro correspondiente a un valor de concentración de oxígeno detectado por el sensor de concentración de oxígeno (301) , independientemente del valor detectado por el sensor de concentración de oxígeno (301) , cuando el sensor de temperatura (303) detecta un valor más bajo que un límite inferior de temperatura predeterminado del umbral en el arranque del concentrador de oxígeno (1) .

8. El concentrador de oxígeno (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el sensor de concentración de oxígeno (301) es un sensor de concentración de oxígeno de tipo de circonio o un sensor de concentración de oxígeno de tipo ultrasónico.

9. Uso del concentrador de oxígeno (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 para la provisión de aire enriquecido en oxígeno a un paciente.