DE69634575T3

DE69634575T3 - VERBESSERTE VORRICHTUNG ZUM FRAKTIONIEREN VON FLUIDEN, sowie entsprechendes Verfahren

Info

Publication number: DE69634575T3
Application number: DE69634575T
Authority: DE
Inventors: Charles Hill; Theodore Hill
Original assignee: Teijin Ltd; Chart Sequal Technologies Inc
Current assignee: Teijin Ltd; Chart Sequal Technologies Inc
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2016-12-21
Also published as: EP0954367B1; DE69634575T2; EP0954367A1; CA2275685A1; JP3414756B2; CA2275685C; JP2000516854A; DE69634575D1; EP0954367B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen Heimgrößen-Oxygenator und ein Verfahren zum Entfernen von Sauerstoff aus Luft und zum Bereitstellen des Sauerstoffflusses mit einer vorgeschriebenen Rate ab einen Verwender. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Bereitstellen von einer beliebigen vorgeschriebenen Flussrate von Sauerstoff mit minimalem Energieverbrauch, minimalem Geräusch und optimaler Effizienz, Zuverlässigkeit und Lebensdauer.
Es besteht eine Vorrichtung zum Aufnehmen eines Fluids wie etwa Druckluft, zum Separieren des Sauerstoffs aus der Luft und zum Weiterleiten des Sauerstoffs für eine anschließende Verwendung wie etwa durch einen Patienten. Siehe zum Beispiel US-A-5268021 , die nachfolgend im Einzelnen erläutert wird. Die Vorrichtung weist auch ein Material in einem molekularen Sieb zum Adsorbieren des Stickstoffs und der anderen Komponenten in der Druckluft auf. Wenn der von der Druckluft separierte Sauerstoff passiert ist, werden die adsorbierten Komponenten in der Druckluft durch Ablassen in die Atmosphäre desorbiert. Die Vorrichtung kann auf einer zyklischen Basis arbeiten, um einem Verwender wie etwa einem Patienten kontinuierlich Sauerstoff bereitzustellen.
Der Sauerstoff kann für viele Zwecke verwendet werden. Eine der Hauptverwendungen des Sauerstoffs ist das Bereitstellen von Sauerstoff für Patienten wie etwa ältere Menschen und solchen mit Asthma beziehungsweise einem Emphysem. Wenn die Vorrichtung für derartige Patienten verwendet wird, sollte die Vorrichtung bestimmte wünschenswerte Charakteristiken aufweisen. Sie sollte in der Lage sein, jedem Patienten Sauerstoff mit einer variablen Zuführrate und hohen Konzentration in Abhängigkeit von dem Bedarf des Patienten zuzuführen. Sie sollte in der Lage sein, Sauerstoff in einer effektiven und geeigneten Art und Weise und mit einem minimalen Energieverbrauch bereitzustellen, insbesondere da viele dicke und ältere Patienten nur ein begrenztes Einkommen haben und die Kosten für die elektrische Energie zum Betreiben der Vorrichtung sind wesentlich und erheblich. Die Vorrichtung sollte ebenfalls ruhig arbeiten, um nicht belästigend für den Patienten und diejenigen um den Patienten herum zu sein. Die Vorrichtung sollte ebenfalls eine lange Arbeits-Lebensdauer ohne irgendwelche Ausfälle haben. Diese Parameter sind insbesondere wichtig, weil die Vorrichtung kontinuierlich in der häuslichen Umgebung ohne Wartung arbeitet.
Die zurzeit verwendete Vorrichtung erfüllt nicht die in dem vorangegangenen Abschnitt spezifizierten Kriterien. Die Vorrichtung weist einen Kompressor zum Einführen von Druckluft in Säulen auf, welche ein molekulares Sieb zum Passieren von Sauerstoff und Argon und zum Adsorbieren von Stickstoff und anderen Komponenten in der Druckluft und zum anschließenden Desorbieren der adsorbierten Komponenten aufweisen. In der zur Zeit verwendeten Vorrichtung werden die Kompressoren betätigt, um einen konstanten maximalen Fluss und eine Konzentration von Sauerstoff zuzuführen, unabhängig von dem Fluss an Sauerstoff, der für den Verwender vorgeschrieben ist. Der gewünschte Fluss an Sauerstoff für den Patienten wird dann durch ein Drosselventil in der Produkt-Abzweigleitung zum Verwender eingestellt. Wie der Fachmann erkennen wird, ist dies ineffizient, wenn weniger als eine maximale Flusskapazität benötigt wird, insbesondere da der Kompressor und der Motor, der den Kompressor antreibt, eine große Energiemenge benötigen.
Der Kompressor erzeugt eine große Menge an Geräusch, während er arbeitet. Dies resultiert teilweise aus der Arbeit des Motors und des Kompressors, insbesondere da der Motor und der Kompressor mit einer festen hohen Geschwindigkeit betrieben werden. Es resultiert ebenfalls teilweise aus der Desorbtion des unter Druck stehenden Fluids in die Atmosphäre, welches in den Säulen adsorbiert wurde. Dieses Ablassen tritt nahezu unverzüglich auf, wodurch immer dann ein Geräusch/Klangpuls erzeugt wird, wenn das unter Druck stehende Fluid aus einer der Säulen in die Atmosphäre abgelassen wird.
JP 57-71804 offenbart eine Vorrichtung zum Regulieren der Sauerstoffkonzentration in einer Sauerstoff verwendenden Vorrichtung mit einem variablen Sauerstoffbedarf. Die Vorrichtung weist zwei Stickstoff adsorbierende Säulen, die abwechselnd betätigt werden, und einen Kompressor auf. Die Geschwindigkeit des Kompressors variiert in Antwort auf den durch die Vorrichtung verbrauchten Sauerstoff, wobei die Geschwindigkeit des Kompressors über einem Richtwert gehalten wird, um einen plötzlichen Anstieg zu vermeiden. Der Sauerstofffluss und die Sauerstoffkonzentration am Eingang und am Ausgang der Sauerstoff verwendenden Vorrichtung werden in eine Steuereinheit eingegeben. Wenn der benötigte Sauerstofffluss geringer als ein Schwellenwert ist, dann wird der Fluss am Eingang verringert, um eine konstante Sauerstoffkonzentration aufrechtzuerhalten.
GB-A-2003742 betrifft die Betätigung von Druckwechseladsorptionsvorrichtungen, bei denen der Bedarf an Produktgas variabel ist, zum Beispiel die Sauerstoffversorgung von Schlammreaktoren zur Abwasseraufbereitung. Offenbart wird ein System, das aufweist: eine Druckwechseladsorptionsvorrichtung, einen Kompressor zum Antreiben von Produktgas von der Vorrichtung zu einer Anwendungsvorrichtung und eine Vakuumpumpe zum Antreiben von „Abgas” aus der Vorrichtung. Die Geschwindigkeit der Vakuumpumpe wird in Antwort auf den Bedarf gesteuert, um dadurch die verbrauchte Leistung zu verringern, wenn der Bedarf an Produktgas verringert ist. Der Kompressor wird mit konstanter Geschwindigkeit betrieben, und eine Umgehungsleitung ist vorgesehen, um Produktgas erneut zuzuführen, wenn der Druck des Produktgases ausreichend hoch ist.
Die Erfindung schafft ein System, welches im Wesentlichen die Nachteile der Vorrichtung aus dem Stand der Technik überwindet. Gemäß der Erfindung wird ein wie durch Anspruch 1 unten definierter Heimgrößen-Sauerstoffkonzentrator bereitgestellt. Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Entfernen von Sauerstoff aus Luft und zum Bereitstellen des Flusses dieses Sauerstoffs mit einer vorgeschriebenen Rate an einen Benutzer gemäß der Erfindung wie in Anspruch 6 unten definiert vor. Die Vorrichtung dieser Erfindung ist dahingehend vorteilhaft, dass sie das desorbierte Fluid mit einer gleichmäßigen und gesteuerten Rate in die Atmosphäre ablässt, wodurch das Geräusch, das durch ein derartiges Ablassen erzeugt wird, signifikant reduziert wird.
Gemäß der Erfindung wählt ein rotierendes Ventil am Einlass von einer Mehrzahl von Säulen zunächst Säulen auf einer zyklischen Basis aus, um Druckluft aufzunehmen, Stickstoff und andere Komponenten in der Druckluft zu adsorbieren und Sauerstoff und Argon an einen Verwender (z. B. einen Patienten) weiterzuleiten. Das Ventil wählt ebenfalls zyklisch zweite Säulen aus, um den Stickstoff und die anderen Komponenten in diesen Säulen zu desorbieren und den Druck in dritten Säulen zyklisch auszugleichen, wobei die ersten Säulen schrittweise in die zweiten Säulen und so weiter wechseln.
Ein Kompressor mit einstellbaren Charakteristiken, der in einer offenen oder geschlossenen Schleife geregelt ist, leitet die Druckluft durch das Ventil in die ersten Säulen ein, um einen einstellbaren Luftfluss zum Beibehalten eines vorgeschriebenen Sauerstoffflusses an den Verwender bereitzustellen. Eine Anzeige kann vorgesehen sein, wenn die Kompressorcharakteristiken, die zum Beibehalten der vorgeschriebenen Sauerstoffflussrate geregelt sind, außerhalb bestimmter Grenzwerte sind.
Das Ventil weist eine variable Geschwindigkeit bezogen auf die Kompressorflussvariationen auf, um den Luftdruck in den Säulen in Abhängigkeit zur Luftflussrate in den Säulen zu regeln. Eine variable Öffnung kann in einem Ventil im Auslass von jeder Säule vorgesehen sein, die mit der Abnahme der Sauerstoffflussrate in jeder Säule zusammengezogen wird, wodurch ferner der Sauerstoffdruck in dieser Säule geregelt wird.
Ein poröser Zapfen kann in einer die desorbierten Komponenten aufnehmenden geschlossenen Kammer vorgesehen sein, der diese Komponenten langsam ohne pulsatile Geräusche in die Atmosphäre ablässt. Entsprechend erzeugt die Ausstattung die gewünschte Sauerstoffflussrate mit einem minimalen Energieverbrauch, minimalem Geräusch und optimaler Effizienz, Zuverlässigkeit und Lebensdauer.
1 ist eine schematische Repräsentation eines Atmungsunterstützungssystems mit einem Fluidfraktionierer der US-A-5268021 .
2 ist ein Seitenaufriss eines Bereiches des Unterstützungssystems aus 1 und insbesondere zeigt sie einen Fluidfraktionierer, der in einem solchen Unterstützungssystem enthalten ist.
3 ist eine Schnittansicht von dem Fraktionierer aus 2 entlang der Linie 3-3.
4 ist eine Schnittansicht des Fluidfraktionierers aus 3 entlang der Linie 4-4.
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Fluidfraktionieres aus 4 entlang der Linie 5-5.
6 ist eine teilweise aufgeschnittene ebene Draufsicht von einem Rotorschuh, der in dem Fluidfraktionierer enthalten ist.
7 ist eine Schnittansicht des Rotorschuhs aus 6 entlang der Linie 7-7.
8 ist eine ebene Draufsicht einer Anschlussplatte, die in dem Fluidfraktionierer aus den 1 bis 7 enthalten ist.
9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 9-9 aus 8.
10 ist ein schematisches Diagramm eines Geschlossene-Schleife-Systems, das eine Ausführungsform der Erfindung darstellt, für eine Verwendung mit dem Fluidfraktionierer, der in den 1–9 dargestellt ist, zum Regeln der variablen Charakteristiken eines Kompressors und anderer Komponenten, um eine gewünschte oder vorgeschriebene Rate an Fluss und Konzentration von Sauerstoff zu erhalten.
11 ist ein schematisches Diagramm eines Geschlossene-Schleife-Systems, das eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt, für eine Verwendung mit dem Fluidfraktionierer, der in den 1 bis 9 dargestellt ist, zum Regeln der variablen Charakteristiken eines Kompressors und anderer Komponenten, um eine gewünschte oder vorgeschriebene Rate eines Flusses und einer Konzentration von Sauerstoff zu erhalten.
12 ist ein schematisches Diagramm eines Offene-Schleife-Systems, das eine zusätzlich Ausführungsform der Erfindung darstellt, für eine Verwendung mit dem Fluidfraktionierer, der in den 1–9 dargestellt ist, zum Regeln der variablen Charakteristiken von einem Kompressor und anderen Komponenten, um eine gewünschte oder vorgeschriebene Rate von Fluss und Konzentration von Sauerstoff zu erhalten.
13 ist eine schematische Schnittansicht einer Öffnung, welche in dem Atmungsunterstützungssystem dieser Erfindung verwendet werden kann und welche variable Charakteristiken gemäß der Flussrate von Sauerstoff bereitstellt.
14 ist eine teilweise geschnittene Aufrissansicht von einer Vorrichtung, welche in der Erfindung enthalten sein kann, um das Geräusch zu reduzieren, das in dem System erzeugt wird, wenn Fluid desorbiert wird, das in dem Fluidfraktionierer adsorbiert wurde.
15 liefert Kurven, die (a) das Verhältnis zwischen zwei unterschiedlichen Kompressorgeschwindigkeiten und den Prozenten der Sauerstoffkonzentrationen in dem Produktfluss von dem Fluidfraktionierer und (b) das Verhältnis zwischen unterschiedlicher Kompressorgeschwindigkeit und der Flussrate des Sauerstoffs zu dem Produkttank 19 in Litern pro Minute zeigt.
16 ist ein schematisches Diagramm, das einen Fluidfraktionierer zeigt, der als ein konventioneller Fluidfraktionierer aus dem Stand der Technik angenommen werden kann und welcher modifiziert sein kann, um die Merkmale dieser Erfindung aufzunehmen.
17 liefert Kurven, die das Verhältnis zwischen den Kompressorflussraten und Kompressor-Entladedrücken für ein normales System aus dem Stand der Technik und für das System dieser Erfindung zeigt.
Die 1 bis 9 illustrieren ein System, das Sauerstoff konzentriert, das im Allgemeinen mit 10 bezeichnet ist, welches in dieser Erfindung verwendet sein kann und welches in der US-A-5268021 offenbart ist. Die in den 1 bis 9 gezeigte Ausführungsform dieser Anmeldung korrespondiert zu der Ausführungsform, die in den 1 bis 9 der US-A-5268021 gezeigt ist. In dem System des Standes der Technik, das in den 1 bis 9 gezeigt ist, wird Luft von der Atmosphäre in einen Staubfilter 11 gezogen, welcher Staub aus der Luft entfernt. Die Luft wird dann in einem Kompressor 13 unter Druck gesetzt und die Druckluft wird durch eine Rohrleitung 14 in einen Wärmetauscher 15 eingeleitet, welcher einiges von der Wärme entzieht, die während der Unterdrucksetzung erzeugt wurde. Ein Gebläse 12 kann durch den Kompressor 13 angetrieben werden, um dem Wärmetauscher 15 Wärme zu entziehen.
Die Druckluft wird dann in den Einlass 16 eines Fluidfraktionierers eingeleitet, der im Allgemeinen mit 20 bezeichnet ist und welcher in dieser Erfindung enthalten ist. Der Fluidfraktionierer 20 weist einen Produkttank 19 auf. In dem Tank 19 ist eine Mehrzahl von Adsorbersäulen 18 (3) enthalten, deren Konstruktion und Betätigung später im Detail beschrieben wird.
Jede Säule 18 trennt den Sauerstoff und Argon in der Druckluft von den anderen Komponenten in der Druckluft und leitet einiges des Sauerstoffs und des Argons durch einen Auslass 17 (1) zu einer Abgaberohrleitung 22a. Der Sauerstoff und das Argon werden dann durch ein Ventil 23 (welches manuell gesteuert sein kann) zu einem Filter 24 geleitet. Der Filter 24 kann ein hocheffizienter Partikelableiter (HEPA) sein. Der Sauerstoff und das Argon werden dann zu einer Rohrleitung 25a zur Verwendung für einen oder eine Anzahl von Zwecken geleitet. Zum Beispiel kann der Sauerstoff und das Argon zu einem Patienten geleitet werden, um das Niveau des Sauerstoffs im Blut des Patienten zu erhöhen.
Wie in 3 dargestellt, enthält der Behälter 19 eine Gruppe oder ein Feld von Adsorbersäulen 18 innerhalb seines Gehäuses. Die Säulen sind vorzugsweise in einer eng gepackten Konfiguration angeordnet. Vorzugsweise sind eine Mehrzahl, mehr als zwei (2) von derartigen Säulen in einem eng gepackten Verhältnis zueinander vorgesehen. Zwölf (12) Säulen sind in 3 dargestellt, wobei allerdings angemerkt wird, dass jede andere Anzahl vorgesehen sein kann. Der Fluidfraktionierer 20 weist ebenfalls eine drehbare Ventilverteileranordnung, die im Allgemeinen mit 21 bezeichnet ist (2), einen Getriebemotor 22 mit einem Antriebsschaft 6 und einem zweiteiligen Verteiler 7 auf (2).
Jede der Säulen 18 kann in der Form eines Zylinders sein. Jede der Säulen 18 enthält eine Schicht, die mit Adsorbiermaterial 25 (4) dicht gepackt ist, welches für eine besondere Molekularspezies von Fluid oder Fremdkörpern ausgewählt ist. Zum Beispiel kann Zeolith 5A das Adsorbiermaterial 25 bilden, wenn Sauerstoff aus der Luft separiert werden soll. Die dicht gepackte Schicht wird an Ort und Stelle durch eine Platte 26 am Boden der Schicht gehalten. Ein Druckabfallmittel wie etwa eine schmale Öffnung 27 erstreckt sich durch die Platte 26. Perforierte Platten 28 sind am Kopfende und am Boden der Schicht des Adsorbiermaterials 25 angeordnet, wobei die Bodenplatte 28 zwischen der Platte 26 und dem Adsorbiermaterial 25 angeordnet ist.
Eine Feder 29 ist in der Säule 18 über der oberen perforierten Platte 28 angeordnet, um die Platte 28 und das Adsorbiermaterial 25 in einem gepackten Verhältnis zueinander gegen die Platte 26 zu halten. Wenn das Adsorbiermaterial 25 Zeolith 5A ist, adsorbiert das Material alle Komponenten (inklusive Stickstoff) in der Druckluft und lässt Argon und Sauerstoff passieren. Für den Sauerstoff und das Argon ist es damit möglich, durch die perforierte Platte 28, das Adsorbiermaterial 25 und die Öffnung 27 in der Platte 26 zu passieren.
Die drehbare Ventilverteileranordnung 21 ist durch ein Klemmband 30A (4) an dem Behälter 19 fixiert. Die drehbare Ventilverteileranordnung 21, die in 4 dargestellt ist, weist den zweiteiligen Verteiler 31 auf, welcher mit Zugängen und Kanälen versehen ist. Der Verteiler 31 hat einen oberen Abschnitt 32, welcher mit Zugängen und Kanälen versehen ist, um einen Fluidstrom durch den Einlasszugang 16 aufzunehmen und das Fluid durch eine Luftzufuhrpassage 33 in einen zentral gelegenen Einlasszugang 34 in einem Rotorschuh 35 zu leiten, der mit einem Zugang versehen ist. Anschließend wird das Fluid, das den Rotorschuh 35 verlässt, radial von einem kreisförmigen Feld aus Einlasszugängen 38 in einer Zugangsplatte 39 zu jeder der Säulen 18 geleitet.
Der mit Öffnungen versehene Rotorschuh 35 ist in einem Rotor 41 enthalten. Der Rotor dreht in einer umlaufenden Kugellagereinheit 42. Der Motor ist durch einen Getriebemotor 22 (2) mit einer geeigneten Geschwindigkeit wie etwa zwei (2) Umdrehungen pro Minute angetrieben. Eine konische Scheibe oder Belleville-Feder 43 zwingt eine Abdeckplatte 44 und den Rotorschuh 35 abwärts, um die Abdeckplatte und den Rotorschuh in Position zu halten. Der Rotor 41 und seine assoziierten Komponenten sind in einer Abdeckung 45 eingeschlossen, welche geeignet an dem Verteiler 24 angebracht ist.
Die Zugangsplatte 39 ist aus einem geeigneten harten Material hergestellt. Die Zugangsplatte 39 ist in dem Kopf des Verteilers 31 vertieft, ist versiegelt und durch eine Nut und eine Passfeder unbeweglich gemacht. die Zugangsplatte 39 ist koaxial zu dem Ausgangszugang eines Luftversorgungskanals 47 in dem Verteiler 31. Die Zugangsplatte 39 hat eine Anzahl von Löchern, die in gleichen Abständen zueinander in einem kreisförmigen Muster angeordnet sind. Diese Anzahl ist gleich der Anzahl von Eingangszugängen der Kanäle zu den einzelnen Säulen 18. Eine drehbare Lufteinlassdichtung 48 ist in dem Verteiler 31 an einer Position innerhalb der Zugangsplatte 39 vorgesehen.
Der Rotorschuh 35 ist aus einem Material hergestellt, das im Stand der Technik bekannt ist, um geeignet für die Verwendung mit einem gehärteten Material der Zugangsplatte 39 zu sein. Der Rotorschuh gleitet auf der Zugangsplatte 39. Die Bellevillefeder 43 drückt den Rotorschuh 35 während einer derartigen Gleitbewegung gegen die Zugangsplatte 39. Es gibt drei (3) Kanäle in dem Rotorschuh 35. Einer ist ein Druckkanal oder Luftzuführkanal 50 (4 und 5), welcher an dem zentralen Fluideinlasszugang 34 beginnt. Der Zugang 50 führt strahlenförmig in einen gebogenen Schlitz 51, welcher simultan eine Rohrleitung in einige der ringförmig positionierten Zugänge 52 (5) in der Zugangsplatte 39 bereitstellt. Wenn der Rotorschuh 35 rotiert, wird jeder neue Zugang 52, der mit dem vorderen Ende des gebogenen Schlitzes 51 kommuniziert, durch das unter Druck stehende Fluid unter Druck gesetzt. Zur gleichen Zeit wird aus dem Zugang 52 an dem hinteren Ende des Schlitzes 51 der Druck abgelassen.
In einem zweiten Kanal in dem Rotorschuh 35 nimmt ein gebogener Schlitz 54 (5 und 6) die adsorbierten Fluidkomponenten in den Säulen 18 auf, welche mit dem Ausgangszugang kommunizieren. Wie vorangehend beschrieben, wenn Druckluft das Fluid ist und sie in die Säulen 18 eingeführt ist, enthält das desorbierte Fluid alle Gaskomponenten der Luft außer Sauerstoff und Argon. Die desorbierten Komponenten in den Säulen 18 werden nach oben von dem gebogenen Schlitz 54 durch den Ausgangszugang 55 (4 und 5) in der Rotorschuh-Abdeckplatte 44 in einem Rotorhohlraum entlüftet. Das desorbierte Fluid wird dann durch einen Auslass 58 in die Atmosphäre geleitet.
Der dritte Kanal in dem Rotorschuh 35 ist ein Querzugangskanal 60 (6). Der Kanal 60 dient als eine Rohrleitung zwischen zwei (2) der Säulen 18, wobei diese zwei (2) Säulen im Übergang zwischen der unter Druck setzenden und der desorbierenden Phase eines Zyklus sind. Seine Funktion ist, einen Ausgleich der Drücke in den Säulen zu schaffen, die in jedem Zyklus zwischen dem Adsorptionsdruck wechseln. Der Ausgleichdruck schafft einen Druckabfall im Fluid in jeder Säule bevor eine derartige Säule in die Desorptionsphase in jedem Zyklus eintritt. Das verhindert eine sehr schnelle Dekompression in jeder Säule und damit verhindert es einen übermäßig hohen anfänglichen Fluss des desorbierten Fluids von der Säule. Dies erhöht die Konzentration der besonderen Komponente wie etwa Sauerstoff und Argon in jeder Säule.
Die oben beschriebene Vorrichtung ist in der US-A-5268021 offenbart. Sie hat einige wichtige Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Sie schafft eine gleichmäßigere Arbeit als der Stand der Technik, weil einige der Säulen 18 das Fluid unter Druck zu jedem Moment aufnehmen und einige der anderen Säulen 18 das desorbierte Fluid in diesem Moment in die Atmosphäre ablassen. Damit wird zu jedem Zeitpunkt jede Überleitung einer Säule von einer adsorbierenden Tätigkeit zu einer desorbierenden Tätigkeit keinen so großen Überleitungspuls in der Betätigung erzeugen wie im Stand der Technik, da einige andere Säulen adsorbieren werden und einige andere Säulen werden zur gleichen Zeit desorbieren. Ferner wird der Druckaugleich in den Säulen 18 ebenfalls dazu neigen, die Überleitungspulse zu reduzieren. Diese Faktoren neigen dazu, die Effizienz in der Betätigung der Vorrichtung zu verbessern und die Geräusche bei der Betätigung der Vorrichtung zu reduzieren. Die Reduktion der Geräusche resultiert aus dem Druckausgleich, der durch den Kanal 60 und die relativ große Anzahl von Säulen erzeugt wird.
Trotz der in dem vorangegangenen Abschnitt diskutierten Vorteile gibt es Raum für Verbesserungen in dem Fluidfraktionierer 20 und in dem System 10, das einen derartigen Fluidfraktionierer enthält. In dem System arbeitet der positive Verdrängungskompressor 13 mit einer konstanten maximalen Geschwindigkeit unabhängig von der Flussrate und Konzentration des Sauerstoffs, den der Patient wünscht oder braucht. Der Kompressor 13 und der Motor, der den Kompressor antreibt, verbrauchen eine große Menge an Energie, wenn sie mit einer maximalen Geschwindigkeit arbeiten. Zum Beispiel ist der Verbrauch eines Heimgrößen-Sauerstoffkonzentrators in der Größenordnung von etwa viertausend (4000) Kilowatt-Stunden pro Jahr. Dies erzeugt Elektrizitätskosten von einigen hundert Dollar pro Jahr. Dies ist eine erhebliche Menge an Geld für die meisten Familien und insbesondere für Familien von älteren oder pensionierten Patienten oder für Patienten, die nicht in der Lage sind zu arbeiten, wegen Krankheiten wie etwa Asthma oder einem Emphysem. Die kontinuierliche Betätigung des Kompressors 13 bei maximaler Leistung ist ebenfalls nachteilhaft, weil sie die Betätigungslebensdauer des Kompressors und des Motors limitiert, der den Kompressor antreibt.
Heim-Sauerstoffkonzentratoren haben im Allgemeinen eine Sauerstoffbereitstellungskapazität im Bereich von etwa sechs Liter pro Minute (6 lpm) an Sauerstofffluss zu dem Patienten. Die Flussrate des Sauerstoffs, die von einem individuellen Patienten erfordert wird, wird durch die Art des Patienten vorgeschrieben. Die am meisten verbreitete vorgeschriebene Rate ist zwei Liter pro Minute (2 lpm). Die Vorschrift ist für gewöhnlich für eine kontinuierliche Verabreichung von vierundzwanzig Stunden (24 hr.) pro Tag, jahrein, jahraus. Da das Leiden von einigen Patienten in späteren Stadien fortschreitet, kann die Sauerstoffflussrate, die für einige Patienten vorgeschrieben ist, erhöht werden. Wenn die vorgeschriebene Flussrate geringer als die maximale Rate ist, wird die reduzierte Rate im Stand der Technik durch Drosseln des Sauerstoffflusses für den Verwender (z. B. den Patienten) erhalten.
Es wird angemerkt, dass nicht der gesamte Sauerstoff in dem Produkttank 19 zu dem Patienten fließt, sogar wenn der Sauerstoff mit einer Rate von etwa sechs (6) Litern pro Minute zu dem Patienten fließt. Sogar bei dieser Flussrate fließt ein wesentlicher Teil des Sauerstoffs und des Argons in dem Produkttank 19 zu den Säulen 18, welche desorbiert sind. Dieser Fluss von Sauerstoff und Argon ermöglicht das Entleeren des desorbierten Gases in derartigen Säulen. Auf diese Weise sind die Säulen bereit, Druckluft im nächsten Zyklus der Betätigung aufzunehmen.
Wie der Fachmann erkennen wird, fließen Sauerstoff und Argon durch die Säulen 18 zu dem Produkttank. Sauerstoff bildet etwa einundzwanzig Prozent (21%) der Luft und Argon bildet etwa ein Prozent (1%) der Luft. Wenn Sauerstoff und Argon durch die Säulen 18 fließen, bildet Sauerstoff etwa vierundneunzig Prozent (94%) des Produktes in dem Sauerstofftank. Die erhöhte Konzentration von Argon (etwa sechs Prozent (6%)) in dem Produkttank 19 hat keinen gefährlichen Effekt auf den Patienten, da Argon ein inertes Edelgas ist.
Diese Erfindung schafft ein System zum Einstellen der Flusscharakteristiken des Kompressors 13 gemäß der gewünschten Produktflussrate. Der Kompressor 13 weist eine variable Geschwindigkeit auf, und die Geschwindigkeit des Kompressors kann gemäß der gewünschten Flussrate variiert werden. Ein variabler Geschwindigkeits-Kompressorantrieb kann verschiedene Formen annehmen, inklusive der folgenden:

1. Ein Wechselstrom (AC) Induktionsmotor mit einer variablen Frequenz/variablen Spannungszuführung. Dies kann die bevorzugte Ausführungsform sein.
2. Ein Gleichstrommotor (vorzugsweise bürstenlos).
3. Ein polungswechselnder AC Induktionsmotor für zwei (2) oder drei (3) Betätigungsgeschwindigkeiten.
4. Ein AC Motor mit fester Geschwindigkeit mit einem kontinuierlich variablen mechanischem Getriebe.

All diese oben genannten sind beabsichtigt, innerhalb des Umfangs der Erfindung zu sein. Ein variabler Geschwindigkeitsmotor 79 für den Kompressor 13 ist in 10 dargestellt.
Ein variabler Verdrängungskompressor kann ebenfalls beabsichtigt sein, innerhalb des Umfangs der Erfindung zu sein. Ein derartiger Kompressor kann folgendes aufweisen:

1. Ein Laufschaufelkompressor mit einer variablen Verdrängung bei einer Einstellung der Rotorexzentrizität.
2. Ein variabler Winkeltaumelscheibenantrieb für einen axialen Kolbenkompressor.
3. Ein Kolbenkompressor mit einem Kurbelwellenantrieb mit einem Kurbelwellenantrieb mit einem variablen Hub.

10 illustriert schematisch ein System, das im Allgemeinen mit 78 bezeichnet ist, und stellt eine Ausführungsform der Erfindung zum Regeln der gewünschten Flussrate von Sauerstoff zu einem Patienten dar. Das in 10 dargestellte System weist den Wärmetauscher 15, den Kompressor 13, die Säulen 18, die Öffnungen 27 in den Säulen und den Produkttank 19, die alle in 1 dargestellt sind, und die drehbare Ventilverteileranordnung 21 auf, die in 2 dargestellt ist. Das in 10 dargestellte System weist ebenfalls eine Steuerung 80 auf, welche auf jeden gewünschten Wert voreinstellbar ist, entsprechend der vorgeschriebenen Flussrate für Sauerstoff. Diese Einstellung kann entsprechend den Werten bereitgestellt sein, die in einer Nachschlagetabelle angegeben sind. Die Steuerung 80 kann vorzugsweise eine Mikroprozessorsteuerung sein.
Die Mikroprozessorsteuerung 80 kann durch eine Anzeige von einem Temperatursensor 81 beeinflusst sein, dessen Ausgangssignal in die Steuerung eingegeben wird. Die Mikroprozessorsteuerung 80 kann ferner durch eine Anzeige eines Drucksensors 80 beeinflusst sein, dessen Ausgangssignal in die Steuerung eingegeben wird.
Der Sauerstoff (und Argon) fließt von dem Produkttank 19 durch eine Leitung 84. Ein Regler 85 kann in der Leitung 84 vorgesehen sein, um den Druck des Sauerstoffs zu reduzieren, der von dem Produkttank 19 wegfließt, da es über den Flussbereich, welcher von dem Kompressor 13 bereitgestellt werden kann, eine signifikante Änderung des Drucks des Sauerstoffs in dem Produkttank geben kann.
Der Sauerstoff fließt dann durch eine Flusssteuerungsvorrichtung 86 zum Patienten. Die Flusssteuerungsvorrichtung 86 kann einen zusätzlichen Regler aufweisen, wie etwa eine Feinsteuerung für die Rate, mit der der Sauerstoff zum Verwender, zum Beispiel dem Patienten fließt. Die Flussrate des Sauerstoffs durch die Flusssteuerungsvorrichtung 86 wird in die Mikroprozessorsteuerung 80 eingegeben. Ein Konzentrationsmonitor 88 kann die Reinheit des Sauerstoffs durch die Leitung 84 zu jedem Zeitpunkt bestimmen und kann diese Bestimmung dem Mikroprozessor anzeigen.
Wie zu sehen sein wird, ist die Mikroprozessorsteuerung 80 auf einer Geschlossene-Schleife-Basis mittels der Temperatur des konzentrierten Fluids, das durch die Säulen 18 passiert, des Drucks eines derart konzentrierten Fluids, der Geschwindigkeit des Kompressors 13, des Ausgangssignals des Konzentrationsmonitors 88 und der Flussrate des Sauerstoffs durch die Flussteuerungsvorrichtung 86 geregelt. All diese Eingangssignale in die Mikroprozessorsteuerung 80 veranlassen die Steuerung, die Geschwindigkeit des Kompressors 13 einzustellen, um einen Fluss des Sauerstoffs zu dem Verwender mit der gewünschten Rate zu erzeugen. Das Ventil 21 ist ebenfalls eingestellt, um die Rate zu steuern, mit der Luft in die Säulen 18 eingeleitet wird.
Das geregelte Ausgangssignal der Steuerung 80 kann ebenfalls in ein Kühlsystem 89 eingeleitet werden, welches die Temperatur des Kompressors 13 und den Wärmetauscher 15 regelt. Das Ausgangssignal von der Mikroprozessorsteuerung 80 kann ebenfalls zu der Flussteuerungsvorrichtung 86 geleitet werden, um die Betätigung der Flusssteuereinheit beim Erzeugen des Flusses des Sauerstoffs zu dem Verwender mit dem vorgeschriebenen Wert zu regeln. Das Ausgangssignal der Steuerung 80 kann zusätzlich an die Öffnungen 27 angelegt werden, um die Größe der Öffnungen zu regeln. Dies ist wünschenswert, da die Flussrate des Sauerstoffs durch Regeln der Öffnungsgröße geregelt werden kann. Dieses wird nachfolgend im Detail beschrieben.
Das in 10 dargestellte und oben beschriebene System hat bestimmte wichtige Vorteile inklusive der Folgenden:

1. Es gibt eine signifikante Reduktion im Energieverbrauch wegen der reduzierten Geschwindigkeit für den Kompressor 13 bei reduzierten Flussraten des Sauerstoffs. Die Reduktion des Energieverbrauchs ergibt sich auch aus der reduzierten Geschwindigkeit des Motors 79, der den Kompressor 13 antreibt.
2. Die Geräuschmenge, die durch den Fluidfraktionierer 20 erzeugt wird (oder Sauerstoffkonzentrator) ist signifikant reduziert. Dies ergibt sich teilweise aus der reduzierten Geschwindigkeit des Kompressors 13 und des Motors 79. Es resultiert auch teilweise aus dem Fakt, dass die Desorbtion der adsorbierten Fluidkomponenten in die Atmosphäre von einem reduzierten Druck der desorbierten Fluidkomponenten in jeder Säule 18 aus initiiert wird.
3. Wegen des reduzierten Drucks des Fluids in den Säulen 18 ist der Temperaturanstieg in dem komprimierten Fluid reduziert. Dies schafft eine Reduktion in der Arbeit des Kühlungssystems 89 und eine resultierende Reduktion in der Energie für die Betätigung des Kühlungssystems.
4. Eine Energiezuführung kann einbezogen werden, welche mit allen Frequenzen und Spannungen in allen Märkten mit im Wesentlichen gleicher Effektivität in den unterschiedlichen Märkten arbeiten.
5. Die Lebensdauer des Kompressors 13 wird wesentlich erhöht, weil der Kompressor mit einer reduzierten Geschwindigkeit arbeitet.
6. Es gibt eine reduzierte Vibration in dem System. Dies trägt ebenfalls zu einer langen Lebensdauer des Systems bei.
7. Die Größe und das Gewicht des Kompressors 13 und des Motors 79 können reduziert sein, insbesondere wenn der Kompressor mit relativ niedrigen Drehzahlen arbeiten soll. Außerdem wäre es, ob und wenn der Kompressor mit maximaler Geschwindigkeit arbeiten soll, wahrscheinlich nur für relativ kurze Zeitperioden. Dies würde dem Kompressor 13 und den Motor 79 erlauben, über ihrer dauerfesten Geschwindigkeit zu arbeiten, ohne den Kompressor 13 oder den Motor 79 zu beschädigen. Dies ist ein anderer Grund, warum die Größe und das Gewicht des Kompressors 13 und des Motors 79 in den meisten Fällen erheblich reduziert werden kann.
8. Der Takt der drehbaren Ventilverteileranordnung 21 und das Öffnen der Öffnungen 27 können für alle Flussraten maßgeschneidert sein, um eine optimale Arbeit des Systems zu schaffen.
9. Es gibt ein Potential, eine reduzierte Kompressoreinlassdichte in Folge einer hohen Umgebungstemperatur oder einer hohen Einsatzhöhe zu kompensieren. Dies wird nachfolgend im Detail diskutiert.

Der Takt der drehbaren Ventilverteileranordnung 21 kann auf verschiedenen Wegen bereitgestellt werden. Eine Alternative ist, dass ein Synchronmotor mit einem variablen Frequenzantrieb bereitgestellt werden kann, wie der Motor 22 (nicht in 10 dargestellt, allerdings in 11 dargestellt). Andere Alternativen schließen die Verwendung eines Schrittmotors als der Motor 22 oder eines DC-Getriebemotors ein, um die drehbare Ventilverteileranordnung 21 anzutreiben. Eine andere Alternative ist, eine pneumatische Aktuation mit einer Geschwindigkeitsanregung durch die Kompressorgeschwindigkeit bereitzustellen. Der Ventiltakt kann durch einen Mikroprozessor für Motoren kontrolliert werden, die durch eine Mikroprozessorsteuerung oder durch Digital-/Analogschaltkreise in der Steuerungseinheit gesteuert werden.
Ein Regeln der Geschwindigkeit der drehbaren Ventilverteileranordnung 21 gemäß den Variationen in der Geschwindigkeit des Kompressors 13 kann unter bestimmten Umständen wünschenswert sein. Da die Geschwindigkeit des Kompressors 123 abgesenkt ist, während die Geschwindigkeit der Ventilverteileranordnung 21 konstant gehalten wird, ist der Druck des Fluids in den Säulen 18 verringert. Dies bewirkt, dass der Druck des Stickstoffs und der anderen Komponenten, die in den molekularen Sieben in den Säulen 18 adsorbiert sind, sich verringert.
In 15 sind progressive Geschwindigkeiten des Kompressors auf der horizontalen Achse und progressive Konzentrationen des Sauerstoffs in dem Fluid in dem Produkttank 19 auf der vertikalen Achse dargestellt. Wie es bei 130 in 15 zu sehen ist, bleibt die Konzentration des Sauerstoffs im Gemisch in dem Produkttank 19 im Wesentlichen konstant bei einem Wert von etwa vierundneunzig Prozent (94%) für Kompressorgeschwindigkeiten zwischen etwa neunhundert Umdrehungen pro Minute (900 rpm) und dreizehnhundert Umdrehungen pro Minute (1300 rpm). Bei Kompressorgeschwindigkeiten, die progressiv unter etwa neunhundert Umdrehungen pro Minute (900 rpm) sind, wird die Konzentration des Sauerstoffs im Gemisch in dem Produkttank 19 progressiv reduziert. Bei Kompressorgeschwindigkeiten von etwa sechshundert Umdrehungen pro Minute (600 rpm) ist die Konzentration des Sauerstoffs im Gemisch in dem Tank 19 etwa achtundachtzig Prozent (88%).
Es ist wünschenswert, die Konzentration des Sauerstoffs in dem Gemisch in dem Produkttank 19 auf einem Wert von zumindest neunzig Prozent (90%) unabhängig von der Geschwindigkeit des Kompressors 30 zu halten. Dies kann erreicht werden durch Verringern der Drehgeschwindigkeit der Ventilverteilanordnung 21, wenn die Geschwindigkeit des Kompressors 13 verringert wird. Durch ein Verringern der Drehgeschwindigkeit der Ventilverteilanordnung 21 wird an jeder Säule 18 ein verlängerter Takt bereitgestellt, um Luft unter Druck von dem Kompressor 13 aufzunehmen. Als ein Resultat steigt der Druck der Luft in jeder Säule 18 und der Druck des Sauerstoff und des Argons in dem Produkttank 19 steigt korrespondierend. Das hindert Stickstoff in den Säulen 18 daran in den Produkttank 19 zu passieren. Auf diesem Weg kann die Konzentration des Sauerstoffs in dem Produkttank 19 auf einem Wert von zumindest neunzig Prozent (90%) gehalten werden, sogar wenn die Flussrate des Sauerstoffs und des Stickstoffs in den Produkttank abnimmt. 15 zeigt ebenfalls bei 132 die Flussrate von Sauerstoff bei unterschiedlichen Kompressorgeschwindigkeiten. Wie es zu sehen sein wird, steigt die Flussrate des Sauerstoffs zu den Patienten in Liter pro Minute (lpm) im Wesentlichen linear mit der Steigerung der Kompressordrehzahl.
17 illustriert bei 134 das Verhältnis der Flussraten des Fluids von dem Kompressor 13 zu dem Kompressorausstoßdruck in Pascal (psig) für ein normales System aus dem Stand der Technik. 17 illustriert ebenfalls bei 136 das Verhältnis von den Flussraten des Fluids von dem Kompressor 13 und dem Kompressorausstoßdruck für ein System, das bestimmte Merkmale von dem System des Anmelders enthält. Diese enthalten die drehbare Ventilverteileranordnung 21, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten arbeitet, und das Ventil, das eine variable Öffnung bereitstellt, wie in 13 dargestellt. Wie in 17 dargestellt, ist die Betätigung des Systems dieser Erfindung vorteilhaft gegenüber den Systemen aus dem Stand der Technik, weil es signifikant höhere Kompressorausstoßraten über den überwiegenden Bereich der Kompressorflussraten bereitstellt.
11 illustriert ein vereinfachtes System zum Steuern der Rate von Sauerstoff an einen Verwender, zum Beispiel einen Patienten. Das System weist den Kompressor 13, die Säulen 18, den Produkttank 19, eine Mikroprozessorsteuerung 101 korrespondierend zu der Steuerung 80 in 10, den Sauerstoffkonzentrationsmonitor 88, die drehbare Ventilverteilanordnung 21 und den Motor 22 (nicht dargestellt) zum Antreiben der Ventilverteilanordnung 21 auf. Der Kompressor 13 kann ein Axialschlagkalben-Kompressor sein und der Motor 22 kann ein Synchrongetriebemotor sein. Eine Flusssteuerung 90 korrespondierend zu der Flusssteuerung 85 (10) kann enthalten sein zum Steuern der Rate des Flusses von Sauerstoff an einen Verwender, zum Beispiel einen Patienten. Die Flusssteuerung 90 kann eine Standardflusssteuerung sein oder sie kann elektronisch sein. Ein Regler wie etwa der Regler 91 kann in der Leitung zwischen dem Produkttank 19 und der Flusssteuerungsvorrichtung 90 vorgesehen sein.
Das in 11 gezeigte System erfasst die Rate des Sauerstoffflusses in dem Monitor 88 und gibt diese erfasste Rate in die Mikroprozessorsteuerung 101 ein. Die Mikroprozessorsteuerung 101 variiert dann die Betätigung des Kompressors 13, den Motor 22 und die Flusssteuerung 90, um die Flussrate des Sauerstoffs zu dem Patienten bei der vorgeschriebenen Rate zu regeln. Das in 11 dargestellte System arbeitet auf einer Geschlossene-Schleife-Basis, um die gewünschte Regelung des Sauerstoffflusses bereitzustellen. Wie zu sehen sein wird, weist das in 11 dargestellte System keine Steuerelemente wie den Temperatursensor 81, den Drucksensor 82 und das Kühlungssystem 89 auf.
12 illustriert ein Offene-Schleife-System zum Regeln der Rate des Sauerstoffflusses zu dem Patienten. Wie zu sehen sein wird, ist das in 12 dargestellte System ähnlich dem in 11 dargestellten System, außer dass in ihm die Leitungen von der Mikroprozessorsteuerung 101 zu dem Sauerstoffmonitor 88, dem Kompressor 13 und dem Motor 79 entfernt sind. In diesem System indiziert die Mikroprozessorsteuerung 101 einen gewünschten Fluss an Sauerstoff zu dem Patienten. Der Kompressor 13, der Motor 79 und die Flusssteuerung 90 sind dann auf gewünschte Werte gesetzt, zum Beibehalten dieses gewünschten Sauerstoffflusses. Der Sauerstoffmonitor 88 wird dann während der Betätigung des Systems abgelesen. Auf der Basis dieser Ablesung werden manuell bei dem Kompressor 13, dem Motor 79 und der Flussteuerung 90 Einstellungen vorgenommen, um die gewünschte oder vorgeschriebene Rate des Sauerstoffflusses zu dem Patienten zu erhalten. Diese Einstellungen können auf der Basis einer Nachschlagetabelle gemacht werden, die individuelle Werte für diese Parameter unter unterschiedlichen Bedingungen festsetzt.
Die in den 10, 11 und 12 dargestellten Systeme können einen Anzeiger 100 zum Anzeigen aufweisen, wenn bestimmte Komponenten wie etwa der Kompressor 13 ausgetauscht werden müssen. Wie der Fachmann erkennen wird, kann die Betätigung der in den 10, 11 und 12 dargestellten Systeme mit der Zeit aufgrund einer Anzahl von Faktoren schwächer werden. Diese schließen verschmutzte Filter, Kompressorverschleiß, Motorverschleiß und pneumatische Lecks mit ein. Die in den
10, 11 und 12 dargestellten Systeme kompensieren diese Systemschwächungen durch Erhöhen des Kompressorflusses, um die Reinheit/Konzentration des Sauerstoffs bei der gewünschten oder vorgeschriebenen Flussrate beizubehalten. Der Anzeiger 100 zeigt an, wenn die Geschwindigkeit oder andere variable Charakteristiken des Kompressors 13, während sie durch den Anzeiger 100 erfasst werden, spezielle Granzwerte für die Rate des gewünschten oder vorgeschriebenen Fluidflusses übersteigen.
Wie in 13 gezeigt, kann die Öffnung 27 in jeder Säule 18 aus einem gegossenen elastomeren Material 110 wie etwa Gummi gebildet werden. Wenn der Druck von Sauerstoff, der durch die Öffnung 27 fließt, abnimmt, hat das elastomere Material 110, das die Öffnung 27 definiert, eine abnehmende Durchbiegung. Dies reduziert die Größe der Öffnung 27 in jeder Säule 18. Auf diese Weise wird die Öffnung 27 in jeder Säule 18 mit Abnahme des Drucks des Sauerstoffs geschlossen. Dies schafft eine Steigerung des Drucks in dem Fluid der Säule 18. Dies ist wünschenswert bei niedrigen Raten von Sauerstofffluss zu dem Patienten, um die Sauerstoffkonzentration in dem Sauerstoffhaltetank auf einem Wert von zumindest neunzig Prozent (90%) zu halten. Durch Verkleinern der Größe der Öffnung 27 bei diesen niedrigen Flussraten steigt der Druck des Fluids in den Säulen 18 an. Die Konzentration des Sauerstoffhaltetanks 19 wird entsprechend auf einem Wert von zumindest neunzig Prozent (90%) beibehalten.
In der in den 1–9 dargestellten Ausführungsform passieren die desorbierten Fluidkomponenten durch die Kammer 57 und den Abgasauslass 58 in die Atmosphäre. Dies verursacht ein relativ lautes Geräusch, das jedes Mal erzeugt wird, wenn das desorbierte Fluid aus einer der Säulen 18 in die Kammer 57 und von der Kammer zu dem Abgasauslass 58 abgelassen wird. 14 zeigt eine Anordnung zum signifikanten Reduzieren des Geräusches, das jedes Mal erzeugt wird, wenn das adsorbierte Fluid aus einer der Säulen 18 desorbiert wird.
Die in 14 dargestellte Ausführungsform weist die Anschlussplatte 39, den Rotorschuh 35 und den Verteiler 31 auf. Der Verteiler 31 hat eine Abdeckung 111. Ein Lagerträger 112 ist geeignet an der Verteilerabdeckung 111 wie etwa durch Schrauben 114 angebracht. Ein Lagerschaft 116 ist innerhalb der Öffnung in dem Lagerträger 112 angeordnet und eine Kammer 118 ist zwischen dem Lagerträger 112 und dem Lagerschaft 116 angeordnet.
Der Lagerträger 112 und die Verteilerabdeckung 111 definieren eine Kammer 118, welche relativ zu der Ausführungsform aus den 1–7 vergrößert ist. Das desorbierte Fluid von jeder Säule 18 passiert in die Kammer 118 und wird in der Kapselung zurückgehalten, da ein Abgasauslass korrespondierend zu dem Abgasauslass 58 in der in 12 dargestellten Ausführungsform nicht bereitgestellt wird. Poröse Stopfen 120 sind in Öffnungen 122 in dem Lagerträger 112 angeordnet. Da das desorbierte Fluid in der Kammer 118 unter einigem Druck steht, wird es langsam in die Atmosphäre durch die porösen Stopfen 120 abgelassen.
Die Reduzierung der Geräusche bei der Betätigung des in 14 dargestellten Systems resultiert aus einigen Faktoren. Ein Faktor ist das vergrößerte Volumen der Kammer 118 relativ zu der korrespondierenden Kammer 54 aus 4. Ein zweiter Faktor ist, dass das desorbierte Fluid in der Kammer 118 innerhalb der Kammer zurückgehalten wird und langsam durch die Stopfen 120 in die Atmosphäre abgelassen wird. Dies wird durch den Fakt ermöglicht, dass das desorbierte Fluid in der Kammer 118 nicht durch einen Ablass wie etwa den Ablass 58 in 4 in die Atmosphäre abgelassen wird.
Der Fachmann wird erkennen, dass alle Merkmale dieser Erfindung in einem konventionellen Zwei-(2)-Säulensystem des Standes der Technik bereitgestellt werden kann. Ein derartiges konventionelles Zwei-(2)-Säulensystem ist in 16 dargestellt. Es weist den Kompressor 13, ein Verteilerventil 148, ein Paar von Säulen 18, die Öffnungen 27, den Produkttank 19 und ein Steuerventil 150 zum Steuern der Rate auf, bei der der Sauerstoff- oder Argonfluss zu dem Verwender (z. B. dem Patienten) fließt.
Die Vorrichtung, die diese Erfindung konstituiert, hat einige wichtige Vorteile. Sie stellt eine gesteuerte und einstellbare Geschwindigkeit des Kompressors 13 bereit, um die Flussrate von Sauerstoff zu einem Verwender (z. B. einem Patienten) einzustellen. Die einstellbare Steuerung der Kompressorgeschwindigkeit kann entweder auf einer Geschlossene-Schleife-Basis oder einer Offene-Schleife-Basis sein. Außerdem kann eine Anzeige bereitgestellt sein, ob die Kompressorgeschwindigkeit außerhalb eines normalen Bereiches von Werten eingestellt wurde, um einen vorgeschriebenen Fluss von Sauerstoff an einen Verwender (z. B. einen Patienten) mit einer erforderlichen Reinheit zu erhalten.
Die Vorrichtung dieser Erfindung hat auch weitere Vorteile. Da die Geschwindigkeit des Kompressors unter einen bestimmten Wert reduziert wird, wird die Konzentration des Sauerstoffs dazu tendieren, unter einen gewünschten Wert reduziert zu sein. Die Vorrichtung dieser Erfindung stellt eine Einstellung in der drehbaren Geschwindigkeit der Ventilverteilanordnung 21 in dem Fluidfraktionierer 20 bereit, um den Druck des Fluids in den Säulen 18 in dem Fluidfraktionierer 20 zu erhöhen. Die einstellbaren Öffnungen 27 am Auslass des Fluidfraktionierers 20 tendieren ebenfalls dazu, bei einer Abnahme des Drucks des Fluids in dem Fluidfraktionierer 20 zu schließen, wodurch der Druck des Fluids in den Säulen 18 in dem Fluidfraktionierer aufrecht erhalten wird.
Da die Geschwindigkeit des Kompressors 13 reduziert ist, ist das Geräusch reduziert, das durch den Kompressor erzeugt wird. Das Geräusch in dem Fluidfraktionierer 20 ist ebenfalls durch das Bereitstellen von porösen Stopfen 120 in dem Lagerträger 112 und durch Vergrößern der Größe der Kammer 118 signifikant reduziert. Auf diese Weise schaffen die desorbierten Komponenten in der Kammer 118 ein minimales Geräusch, wenn sie in die Kammer eintreten und wenn sie von der Kammer langsam in die Atmosphäre entweichen.

Claims

Heimgrößen-Sauerstoffkonzentrator zum Entfernen von Sauerstoff aus Luft und zum Bereitstellen des Flusses dieses Sauerstoffs mit einer vorgeschriebenen Rate zu einem Verwender, wobei der Konzentrator aufweist: eine Mehrzahl von Säulen (18), wobei zumindest eine erste davon Stickstoff und andere Komponenten aus der Luft adsorbiert und den Sauerstoff in der Luft passieren lässt, und wobei zumindest eine zweite davon den Stickstoff und andere Komponenten desorbiert, die vorher in einer derartigen Säule adsorbiert wurden, eine Variable-Geschwindigkeit-Dreh-Ventil-Anordnung (21) zum Bereitstellen der Auswahl von der zumindest ersten der Säulen (18) in der Mehrzahl von Säulen (18) und der zumindest zweiten der Säulen (18) in der Mehrzahl von Säulen (18) auf einer zyklischen Basis, wobei die Variable-Geschwindigkeit-Dreh-Ventil-Anordnung (21) eine Geschwindigkeit hat, die entsprechend der Flusscharakteristiken des Kompressors (13) variiert werden kann, um den Luftdruck in den Säulen (18) zu regeln, einen Variable-Geschwindigkeit-Kompressor (13) zum Aufnehmen und unter Druck setzen der Luft und zum Einleiten der unter Druck gesetzten Luft in die zumindest erste der Säulen (18) in der Mehrzahl von Säulen (18) gemäß der Betätigung der Ventilanordnung (21), wobei der Variable-Geschwindigkeit-Kompressor (13) eine Geschwindigkeit hat, die entsprechend der gewünschten Sauerstoff-Flussrate variiert werden kann, einen Produkttank (19) zum Sammeln des Sauerstoffs, der durch die zumindest erste der Säulen (18) in der Mehrzahl von Säulen (18) passiert, und eine Steuervorrichtung (80) zum direkten Einstellen der Geschwindigkeit des Kompressors (13) und der Geschwindigkeit der Variable-Geschwindigkeit-Dreh-Ventil-Anordnung (21) auf die vorgeschriebene Flussrate für die Passage des Sauerstoffs durch die zumindest erste der Säulen (18) in der Mehrzahl von Säulen (18).
Der Konzentrator gemäß Anspruch 1, wobei der Variable-Geschwindigkeit-Kompressor (13) einen AC-Induktionsmotor mit einer variablen Frequenz/variablen Spannungszuführung, einen DC-Motor, einen Pole-Wechselnden-AC-Induktionsmotor oder einen AC-Motor mit fester Geschwindigkeit aufweist.
Der Konzentrator gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, wobei die Säulen (18) variable Öffnungen (27) aufweisen, die entsprechend den Flusscharakteristiken des Kompressors (18) variiert werden können, um den Druck in den Säulen (18) zu regeln.
Der Konzentrator gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner eine Anzeige (100) aufweist, um anzuzeigen, wenn die Flusscharakteristiken des Kompressors (13) außerhalb spezieller Grenzwerte sind.
Der Konzentrator gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Konzentrator eine Kammer (118) mit einem porösen Stopfen (120) aufweist, um desorbiertes Fluid langsam ohne pulsatile Pulse in die Atmosphäre abzugeben.
Ein Verfahren zum Entfernen von Sauerstoff aus Luft und Bereitstellen des Flusses dieses Sauerstoffs mit einer vorgeschriebenen Rate zu einem Verwender mit einem Heimgrößen-Sauerstoffkonzentrator gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: unter Druck Setzen der Luft mit einem Variable-Geschwindigkeit-Kompressor (13), Einleiten der Luft in eine Mehrzahl von Säulen (18) auf einer zyklischen Basis durch eine Variable-Geschwindigkeit-Dreh-Ventil-Anordnung (21), wobei in einer ersten von der Mehrzahl von Säulen (18) Stickstoff aus der Luft adsorbiert wird und der Sauerstoff hindurchpassiert, wobei in einer zweiten Säule von der Mehrzahl von Säulen (18) der Stickstoff desorbiert wird, Sammeln des Sauerstoffs in einem Produkttank (19), Einstellen der Flussrate des Sauerstoffs durch eine Steuervorrichtung (80) zum direkten Einstellen der Geschwindigkeit des Variable-Geschwindigkeit-Kompressors (13) entsprechend der gewünschten Sauerstoff-Flussrate, und Variieren der Geschwindigkeit der Variable-Geschwindigkeit-Dreh-Ventil-Anordnung (21) gemäß der Flusscharakteristiken des Variable-Geschwindigkeit-Kompressors (13), um den Fluiddruck in der Mehrzahl von Säulen (18) zu regeln.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, das ferner den Schritt des Variierens der variablen Öffnungen (27) in der Mehrzahl von Säulen (18) gemäß den Flusscharakteristiken des Kompressors (13) aufweist, um den Druck in der Mehrzahl von Säulen (18) zu regeln.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, das ferner den Schritt des Bereitstellens einer Anzeige (100) aufweist, um anzuzeigen, wenn die Flusscharakteristiken des Kompressors (13) außerhalb spezieller Grenzwerte liegen.
Das Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, ferner den Schritt des langsamen Desorbierens von Fluid ohne pulsatile Pulse an die Atmosphäre aufweisend.