ES2254458T3 - Concentrador de oxigeno portatil miniaturizado. - Google Patents
Concentrador de oxigeno portatil miniaturizado.Info
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Abstract
Un concentrador de gas para enriquecer una concentración de gas componente diana y minimizar una concentración de gas componente residual en un flujo de gas, que comprende: un compresor de aire, un primer recipiente hermético al aire en comunicación de fluido con dicho compresor a través de un primer conducto de gas y un segundo recipiente hermético al aire en comunicación de fluido con dicho primer recipiente a través de un segundo conducto de gas, en donde dicho primer recipiente contiene un lecho de tamices moleculares para adsorber un gas componente residual, un controlador de flujo de gas que controla una pluralidad de ciclos repetitivos de actuación secuencial de válvulas montadas en dichos conductos de gas, regulando dichas válvulas secuencialmente el flujo de aire a través de dichos conductos, proporcionando dicho controlador de flujo de gas y dichas válvulas: (a) unos medios para impedir primero un flujo de gas entre dichos recipientes primero y segundo y permitir que un gas comprimido pase de dicho compresor a dicho primer recipiente durante una primera fase de presurización de gas, con lo que dicho primer recipiente es presurizado hasta un nivel de presión umbral para crear un paquete de gas que tiene una concentración de gas componente diana incrementalmente enriquecida; (b) unos medios para impedir después secuencialmente un flujo de gas hacia dicho primer recipiente desde dicho compresor y permitir un flujo de gas de dicho primer recipiente a dicho segundo recipiente durante una fase de transferencia del paquete de aire, en donde dicho paquete de aire es transferido a dicho segundo recipiente.
Description
Concentrador de oxígeno portátil
miniaturizado.
Esta invención se refiere al campo de los
concentradores de gas y, en particular, a un concentrador de gas
portátil miniaturizado y a un método de concentración de gas
miniaturizada.
El ciclo de adsorción por oscilación de presión
fue desarrollado por Charles Skarstrom. Las figuras A y B describen
el funcionamiento del "secador sin calor" de Skarstrom. En
particular, se aspira aire ambiente húmedo hacia dentro del sistema
desde una lumbrera de admisión por medio de un compresor. El aire
presurizado circula desde el compresor, a través de un conducto 9,
hasta una válvula de conmutación 4. Con la válvula en la posición
mostrada en la figura A, pasa aire presurizado a través del conducto
5a hasta una vasija de presión 6a. El aire entra en la vasija de
presión hasta un orificio 1a restrictivo del flujo. El efecto del
orificio restrictivo es restringir el flujo de gas que escapa de la
vasija de presión. A medida que se acumula la presión en la vasija
de presión, se condensa agua sobre el material de tamiz 8. Aire con
humedad reducida pasa por el conducto 1a hasta el conducto 12. En
un empalme de conductos 11 se extrae algo del aire para su uso desde
la lumbrera 2 de extracción de aire, mientras que el resto pasa por
el conducto 13 hasta el orificio restrictivo 1b. El aire menos
húmedo que pasa por el orificio 1b es utilizado para expulsar aire
húmedo de la vasija 6b sin presurizar, a través del conducto 5b y a
través de la válvula 4, hasta una lumbrera de descarga 7. Cuando la
válvula 4 conmuta a la posición mostrada en la figura B, tiene lugar
el ciclo opuesto.
Por tanto, a medida que la válvula 4 pasa en
ciclo de la posición de la figura A a la posición de la figura B se
produce cíclicamente una reducción gradual de humedad en el aire
muestreado en la lumbrera 2. Asimismo, se pueden separar gases por
adsorción de componentes del gas sobre tamices moleculares
selectivos.
Por observaciones de laboratorio, empleando el
ciclo de Skarstrom en el contexto de un separador o concentrador de
oxígeno, en el que se absorbe nitrógeno por medio de lechos de
tamices moleculares para producir incrementalmente aire enriquecido
en oxígeno, y usando un precursor de la disposición de concentrador
10 de la figura 1, se observó que lechos de tamices moleculares 12 y
14 miniaturizados (en este caso, tubo NPT de ¾ de pulgada nominales
x 6 pulgadas de longitud) podrían alcanzar solamente un máximo de
oxígeno concentrado o enriquecido al 30% detectado en las lumbreras
11 de extracción de gas. Se pensó que esto era debido a que la
válvula de control de la disposición del laboratorio estaba
conmutando antes de que todo el nitrógeno pudiera ser descargado de
los lechos de tamices moleculares y de las tuberías de escape. Sin
embargo, las mediciones realizadas en estos sitios mostraron que la
concentración de oxígeno era más alta que la normal. Por tanto, esto
no era el problema.
Se observó también que había un flujo grande de
aire saliendo del lecho de tamices moleculares antes de que este
lecho estuviera completamente presurizado. Parecía que el lecho de
tamices moleculares estuviera saturado con nitrógeno antes de que se
acabara de presurizar dicho lecho. La figura 2 representa
diagramáticamente un lecho de tamices moleculares 16 de esta clase.
Aire comprimido entra en el lecho en la dirección A a través del
paso de entrada 16a. Un volumen de aire B está contenido dentro de
la cavidad del lecho. Una proporción del volumen de aire C escapa a
través de una válvula de aguja de salida 18 mientras se presuriza el
lecho de tamices moleculares. Se pensó que el volumen de aire C que
escapa podría ser un volumen mucho mayor que el volumen de aire B
dentro del lecho 16. Así, la cuestión pasó a ser ¿qué es lo que
sucede cuando se disminuye el volumen del lecho de tamices
moleculares durante la miniaturización, pero todo lo demás se
conserva igual?.
Se utilizó la ley de Poiseauille al comparar el
volumen B del lecho viejo con el volumen del lecho miniaturizado
para calcular el flujo de un fluido que pasa por un pequeño agujero,
tal como una válvula de aguja 18, bajo una diferencia de
presión.
1)
Q =
\frac{r^{4}(p_{DentroLecho} - p_{FueraLecho})}{8\eta
L}
en donde "Q" es el flujo de
fluido en metros cúbicos por segundo, "r" es el radio del
agujero pequeño, "p_{DentroLecho} - p_{FueraLecho}" es
igual a la diferencia de presión entre el interior del lecho de
tamices moleculares y el exterior del mismo, "\eta" es la
viscosidad del fluido y "L" es la profundidad del agujero
pequeño.
El caudal Q en metros por segundo multiplicado
por el tiempo durante el cual se produjo dicho caudal es igual al
volumen de flujo en metros cúbicos.
2)
V =
Qt
La variable para Q en la ecuación 1 en este caso
es constante, por lo que
3)
V =
Kt
en donde K es algún valor
constante.
El uso de esta información para crear una
comparación de los flujos y volúmenes del volumen original del lecho
del concentrador de oxígeno con el nuevo volumen del lecho puede
describirse como:
4)
R
=\frac{\frac{V_{FlujoNuevo}}{V_{LechoVolumenNuevo}}}{\frac{V_{FlujoViejo}}{V_{LechoVolumenViejo}}}
Dado que el tiempo para presurizar el lecho de
tamices moleculares puede sincronizarse con precisión utilizando un
temporizador de controlador lógico programable (PLC), puede
indicarse lo siguiente:
5)
R
=\frac{\frac{Kt_{Nuevo}}{V_{LechoVolumenNuevo}}}{\frac{Kt_{Viejo}}{V_{LechoVolumenViejo}}}
o
6)
R=\frac{Kt_{Nuevo}
V_{LechoVolumenViejo}}{Kt_{Viejo}
V_{LechoVolumenNuevo}}=\frac{t_{Nuevo}
V_{LechoVolumenViejo}}{t_{Viejo}
V_{LechoVolumenNuevo}}
La relación puede ser calculada entonces
insertando valores que utilizan valores representativos para un
lecho de la técnica anterior y un lecho miniaturizado (en este caso,
NPT de ¾ de pulgada x 6 pulgadas de longitud). Así, por ejemplo:
7)
R
=\frac{(1)(0.001885741)}{(7)(0.0000434375)}=
6.2
Se concluye de esto que el material de tamiz
molecular de un lecho de tamices moleculares de tubo NPT de ¾ de
pulgada nominales x 6 pulgadas de longitud (el ejemplo utilizado en
la ecuación 7) tiene aproximadamente 6,2 veces más aire pasando por
él durante su ciclo de presurización que el material de tamiz
molecular de un concentrador de oxígeno de la técnica anterior
durante su ciclo de presurización.
Como consecuencia de los hallazgos de este
análisis, se encontró que es ventajoso presurizar y ventilar los
lechos de tamices moleculares de una manera diferente en comparación
con el método de adsorción por oscilación de presión (PSA) de la
técnica anterior. En el método de la presente invención no se
ventila el lecho hasta que este lecho esté en esencia completamente
presurizado, denominado seguidamente sistema o método del paquete de
aire. Los documentos US-A-5 871 564
y US-A-5 531 807 son ilustrativos de
sistemas de la técnica anterior.
En resumen, el concentrador de gas, tal como
oxígeno, de la presente invención para enriquecer una concentración
de gas componente diana, tal como la concentración de oxígeno, y
minimizar una concentración de gas componente residual, tal como la
concentración de nitrógeno, en un flujo de gas incluye un compresor
de aire, un primer recipiente hermético al aire que contiene un
lecho de tamices moleculares para adsorber el gas componente
residual, estando el primer recipiente en comunicación de fluido con
el compresor a través de un primer conducto de gas, y un segundo
recipiente hermético al aire en comunicación de fluido con el primer
recipiente a través de un segundo conducto de gas. Un controlador de
flujo de gas, tal como PLC, controla la actuación de válvulas
montadas en los conductos de gas. Las válvulas regulan el flujo de
aire a través de los conductos para, secuencialmente y en ciclos
repetitivos:
- (a)
- impedir un flujo de gas entre los recipientes primero y segundo y permitir que entre gas comprimido del compresor en el primer recipiente durante una primera fase de presurización de gas, con lo que se presuriza el primer recipiente hasta un nivel de presión umbral para crear un paquete de gas que tiene una concentración de gas componente diana incrementalmente enriquecida, tal como aire enriquecido en oxígeno incrementalmente enriquecido;
- (b)
- impedir un flujo de gas hacia el primer recipiente desde el compresor y permitir un flujo de gas desde el primer recipiente hacia el segundo recipiente durante una fase de transferencia de paquete de gas, en donde se transfiere el paquete de gas al segundo recipiente;
- (c)
- impedir un flujo de gas hacia el segundo recipiente desde el primer recipiente y permitir la descarga de gas a la atmósfera desde el primer recipiente a través de una válvula de purga del primer recipiente;
- (d)
- permitir un flujo de gas entre los recipientes primero y segundo desde el segundo recipiente hasta el primer recipiente durante una fase de contraflujo de paquete de gas, en donde el paquete de gas fluye del segundo recipiente al primer recipiente; y
- (e)
- impedir un flujo de gas que salga del primer recipiente a través de la válvula de purga del primer recipiente.
En el segundo conducto de gas está montado un
divisor de flujo de gas para desviar una porción del paquete de gas
hacia una tubería de gas para la entrega del gas componente diana,
tal como aire enriquecido en oxígeno para un uso final, incluyendo
su uso por un usuario final, aguas abajo a lo largo de la tubería de
gas.
En una realización de la presente invención,
tanto el primero como el segundo recipientes contienen lechos de
tamices moleculares para adsorber el gas componente residual, en
cuyo caso el segundo recipiente está también en comunicación de
fluido con el compresor; por ejemplo, a través de un tercer
conducto. Asimismo, en ese caso, el controlador de flujo de gas,
después de la fase de transferencia del paquete de aire y después de
impedir el flujo de gas hacia el segundo recipiente desde el primer
recipiente, permite que pase gas comprimido del compresor al segundo
recipiente durante una segunda fase de presurización de gas, con lo
que el segundo recipiente es presurizado hasta el nivel de presión
umbral. El controlador de flujo de gas, después de impedir que se
descargue el flujo de gas del primer recipiente a través de la
válvula de ventilación del primer recipiente y después de impedir un
flujo de gas entre los recipientes primero y segundo durante la
primera fase de presurización de gas, permite que se descargue gas a
la atmósfera desde el segundo recipiente a través de una válvula de
purga del segundo recipiente e impide un flujo de gas hacia el
segundo recipiente desde el compresor.
El controlador del flujo de gas puede ser un
procesador que coopere con el compresor para desconectar el
compresor cuando se impida un flujo de gas del compresor a ambos
recipientes primero y segundo. El procesador y el compresor pueden
ser alimentados por una batería. Los recipientes primero y segundo,
los conductos, las válvulas, el procesador, el compresor y la
batería pueden estar montados en un alojamiento.
Los recipientes primero y segundo pueden ser
conductos huecos alargados. Los lechos de tamices moleculares,
cuando el gas componente residual sea nitrógeno, pueden incluir
zeolita en calidad de material de tamiz molecular. Los recipientes
primero y segundo pueden ser generalmente paralelos y estar montados
en el alojamiento en disposición paralela. Pueden estar espaciados
lateralmente con relación a la longitud de los recipientes a fin de
definir un canal entre ellos. El procesador y el compresor pueden
estar montados en el canal. Un alojamiento de válvulas y múltiples
puede estar montado también en el canal, estando las válvulas
montadas en el alojamiento de válvulas y múltiples. El alojamiento
de válvulas y múltiples incluye múltiples de interconexión para
interconectar las válvulas con los recipientes primero y segundo y
con el compresor a través de los conductos de gas.
Puede estar previsto un depósito de gas, por
ejemplo formado como parte del alojamiento de válvulas y múltiples,
en comunicación de fluido con el divisor del flujo de gas. El
depósito es para contener una reserva de, por ejemplo, el aire
enriquecido en oxígeno para su suministro al uso final. Una de las
válvulas es una válvula de demanda que coopera con la tubería de gas
y el depósito para liberar la reserva hacia la tubería de gas al
producirse una actuación de disparo por un evento de disparo de la
válvula de demanda. En una realización, un sensor de presión coopera
con la tubería de gas y el evento de disparo es una caída en la
presión de la tubería de gas percibida por el sensor de presión. El
sensor de presión proporciona una señal para disparar la actuación
de la válvula de demanda al detectarse la caída de presión, por
ejemplo hasta una presión umbral inferior prefijada, por debajo de
la cual el sensor de presión proporciona la señal de disparo.
En una realización, el compresor se hace
funcionar intermitentemente al presentarse señales de actuación
procedentes del procesador de manera que funcione solamente cuando
se requiera, incluyendo durante la fase de presurización.
En la realización en la que el uso final es, por
ejemplo, el suministro de oxígeno a un usuario final, tal como un
paciente, los recipientes primero y segundo pueden ser de
configuración alargada y estar curvados a lo largo de su longitud
para adaptarse a una forma del cuerpo del usuario final cuando el
concentrador de gas sea llevado por este usuario final. En cualquier
caso, cuando el uso final es un suministro de oxígeno a un usuario
final, se pretende que el concentrador de gas pueda adaptarse para
que sea llevado por el usuario final.
Así, el método de la presente invención incluye
las operaciones secuenciales, en ciclos repetitivos, de:
- (a)
- impedir un flujo de gas entre los recipientes primero y segundo y permitir que pase gas comprimido del compresor al primer recipiente durante una primera fase de presurización de gas, con lo que se presuriza el primer recipiente hasta un nivel de presión umbral para crear un paquete de gas que tiene una concentración de gas componente diana incrementalmente enriquecida;
- (b)
- impedir un flujo de gas hacia el primer recipiente desde el compresor y permitir un flujo de gas del primer recipiente al segundo recipiente durante una fase de transferencia del paquete de gas, en la cual se transfiere el paquete de gas al segundo recipiente;
- (c)
- impedir un flujo de gas hacia el segundo recipiente desde el primer recipiente y permitir que escape gas a la atmósfera desde el primer recipiente a través de una válvula de purga del primer recipiente;
- (d)
- permitir un flujo de gas entre los recipientes primero y segundo desde el segundo recipiente hasta el primer recipiente durante una fase de contraflujo del paquete de aire, en la que el paquete de gas fluye del segundo recipiente al primer recipiente; y
- (e)
- impedir que se descargue un flujo de gas del primer recipiente a través de la válvula de purga de dicho primer recipiente.
Cuando el concentrador de gas incluye, además, un
lecho de tamices moleculares para adsorber el gas componente
residual en el segundo recipiente y en donde el segundo recipiente
está en comunicación de fluido con el compresor a través de un
tercer conducto, el método de la presente invención incluye, además,
los pasos de:
- (a)
- después de la fase de transferencia del paquete de aire y después de impedir un flujo de gas hacia el segundo recipiente desde el primer recipiente, el controlador de flujo de gas permite que pase gas comprimido del compresor al segundo recipiente durante una segunda fase de presurización de gas, con lo que se presuriza el segundo recipiente hasta el nivel de presión umbral; y
- (b)
- después de impedir que se descargue el flujo de gas del primer recipiente a través de la válvula de purga del primer recipiente y después de impedir un flujo de gas entre los recipientes primero y segundo durante la primera fase de presurización de gas, el controlador de flujo de gas permite que se descargue gas a la atmósfera desde el segundo recipiente a través de una válvula de purga de dicho segundo recipiente e impide un flujo de gas hacia el segundo recipiente desde el compresor.
Las figuras A y B ilustran el dispositivo de
secado por aire sin calor de Skarstrom.
La figura 1 es, en vista en perspectiva, una
realización prototipo del concentrador de oxígeno de la presente
invención.
La figura 1a es, en una vista ampliada
parcialmente recortada, un extremo de un lecho de tamices
moleculares de la figura 1.
La figura 2 es una vista diagramática de un lecho
singular de tamices moleculares que tiene un orificio de salida
incontrolada tal como el que se encontraría en el método de
adsorción por oscilación de presión de la técnica anterior.
La figura 3 es un diagrama de bloques de una
realización del concentrador de oxígeno de la presente
invención.
La figura 4 es un diagrama de bloques de otra
realización del concentrador de oxígeno de la presente invención
durante la presurización de un primer lecho de tamices moleculares
durante una fase de presurización inicial.
La figura 5 es un diagrama de bloques del
concentrador de oxígeno de la figura 4 durante una fase de
transferencia de un paquete de aire.
La figura 6 es el concentrador de oxígeno de la
figura 5 durante la presurización de un segundo lecho de tamices
moleculares.
La figura 6a es un diagrama de bloques de una
realización del concentrador de oxígeno de la presente
invención.
La figura 7 es, en una vista en perspectiva
despiezada, una realización del concentración de oxígeno de la
presente invención.
La figura 8 es, en vista en perspectiva, otra
realización del concentrador de oxígeno de la presente
invención.
La figura 8a es una vista en sección transversal
a lo largo de la línea 8a-8a de la figura 8.
La figura 9 es, en vista en perspectiva por un
extremo, un alojamiento de acuerdo con una realización del
concentrador de oxígeno de la presente invención.
La figura 10 es, en vista en perspectiva, un
usuario final que lleva un concentrador de oxígeno de acuerdo con
una realización de la presente invención.
La figura 11 es un diagrama de bloques de otra
realización del concentrador de oxígeno según la presente
invención.
La figura 12 es, en vista en perspectiva, un
alojamiento de válvulas y múltiples de acuerdo con una realización
del concentrador de oxígeno de la presente invención.
La figura 13 es, en vista en alzado lateral, el
alojamiento de válvulas y múltiples de la figura 12.
La figura 14 es, en vista en planta, el
alojamiento de válvulas y múltiples de la figura 13.
la figura 15 es una vista en sección transversal
a lo largo de la línea 15-15 de la figura 12.
La figura 16 es, en vista en perspectiva
parcialmente recortada, otra realización de los lechos de tamices
moleculares del concentrador de oxígeno de la presente
invención.
La figura 16a es, en vista ampliada parcialmente
recortada, un extremo de los lechos de tamices moleculares de la
figura 16.
Con referencia a las figuras que se acompañan, en
las que las partes iguales tienen los mismos números de referencia
en cada vista, se proporcionan ahora detalles del procedimiento y
aparato de concentración de la presente invención. Tal como se
utiliza aquí, incluyendo lo que se utiliza en las reivindicaciones
recogidas más adelante, todas las referencias a oxígeno o
enriquecido en oxígeno están destinadas a incluir otros gases de uso
final que puedan utilizarse ventajosamente en cualquier uso final
una vez separados o concentrados de acuerdo con la presente
invención a partir de un gas padre (por ejemplo, aire ambiente) que
comprende el gas de uso final (por ejemplo, oxígeno) y gases
residuales (por ejemplo, nitrógeno) que pueden ser adsorbidos por un
lecho de tamices moleculares.
Como puede verse también en la figura 3, que es
una ilustración diagramática de una disposición que implementa el
concentrador de oxígeno de la presente invención, se filtra aire a
través de un filtro de admisión 20 y se presuriza este aire por
medio de un compresor 20. La corriente de aire es dirigida a
presurizar un lecho 12 haciendo que se abra una válvula de
suministro 24 para el lecho 12 y que se cierre una salida de
nitrógeno 26 para el lecho 12. Se cierra una válvula de control 28
de modo que se presurice el lecho 12 sin ninguna descarga de aire.
Las válvulas 24, 26 y 28 pueden ser válvulas de solenoide. Cuando se
presuriza el lecho 12, por ejemplo hasta 10 psi, se cierra entonces
la válvula de suministro 24 de modo que no entre más aire en el
lecho 12. Al mismo tiempo, se abre la válvula de control 28 durante
un tiempo apropiado para permitir que fluya aire enriquecido en
oxígeno a través de un conducto de aire 30 y a través de un divisor
de flujo de aire 32 para dividir un porcentaje del flujo de aire a
través de una lumbrera de extracción de gas y un conducto de flujo
de aire 34 para suministrar aire enriquecido en oxígeno a un usuario
final en el extremo del conducto 34, tal como un paciente que
respire el flujo de aire enriquecido en oxígeno. El conducto 34
suministra un flujo en la dirección D a un uso final (tal como una
máquina que requiera o use aire enriquecido en oxígeno) o a un
usuario final (tal como se ve en la figura 10) a través de una
válvula de aguja 36. El resto del flujo de aire continúa por un
conducto 38 a través de una válvula de control abierta 40 hasta un
lecho 14 para quedar contenido en éste. El aire enriquecido en
oxígeno que entra en el lecho 14 para purgar el lecho de nitrógeno
escapa a través de la salida de nitrógeno 42. En una realización en
la que no se conecta y desconecta el compresor para preservar la
vida de la batería mientras el lecho 12 está generando aire
enriquecido en oxígeno, una válvula de alivio de presión 44 puede
estar descargando aire del compresor 26 a menos que este compresor
esté siendo hecho funcionar intermitentemente sobre una base
fundamentada en la demanda, tal como se describe mejor más adelante.
Se puede aliviar la presión mediante el uso de válvulas de solenoide
controladas en tiempo por PLC o válvulas de alivio de presión. Se ha
visto que es ventajoso utilizar zeolita de 10 Angstroms, por
ejemplo zeolita Oxi-sive 5 (13x)® comercializada por
OUP en Calgary, Alberta, Canadá, aunque trabajarán también otras
formas de zeolita.
Los pasos para concentrar oxígeno se ilustran
diagramáticamente en las figuras 4 a 6. El primer paso consiste en
introducir aire ambiente en el interior del lecho 12 (es decir, una
cámara llena de zeolita) y luego presurizar dicho lecho 12.
La figura 4 ilustra la presurización del lecho 12
por primera vez. En esta figura, las tuberías de suministro de aire
engrosadas y ennegrecidas 50 y el lecho ennegrecido 12 indican flujo
presurizado o gas estático presurizado. La válvula de control 28, el
lecho de purga de nitrógeno 26 y la válvula de suministro 46 para el
lecho 14 están cerradas, mientras que la válvula de suministro 24
está abierta. En este punto, el compresor 22 está introduciendo aire
ambiente en el lecho 12 y presurizándolo. Esto continúa hasta que el
lecho alcance, por ejemplo, 10 psi, tal como se indica por el
manómetro 52. A continuación, se cierra la válvula de suministro 24
y el aire presurizado contenido en el lecho 12 es separado en
oxígeno y nitrógeno por el material de tamiz molecular 48 de zeolita
granular, que se ve mejor en la figura 1a. A un nivel molecular, el
nitrógeno es adsorbido por la zeolita y retenido en tanto el lecho
esté bajo presión. Esto deja el gas enriquecido en oxígeno dentro de
la cámara o cavidad presurizada del lecho. Se ha observado que este
proceso se desarrolla casi instantáneamente. La presión en el lecho
14 sigue siendo la presión ambiente, tal como se indica con el
manómetro 54.
A continuación, como se muestra en la figura 5,
se abre la válvula de control 28. El oxígeno que se había separado
dentro de la cámara del lecho 12 es el primer gas en salir de dicho
lecho 12 a medida que se libera presión a través de la válvula de
control 28. Este aire enriquecido en oxígeno es alimentado del lecho
12 al lecho 14 a través de los conductos 30 y 38. Durante esta
transferencia, algo del aire enriquecido en oxígeno es liberado
también a través del divisor 34 o a través del conducto 34 hacia el
uso final o el usuario final en forma de un flujo de aire en la
dirección D, regulado por la válvula de aguja ajustable 36. El
divisor 32 y la válvula 36 pueden ser un empalme en T que tiene una
válvula de aguja que permite controlar el caudal escindido. Como se
describe mejor más adelante, esto puede ser realizado por un
orificio calibrado que controle el caudal escindido. A medida que el
aire enriquecido en oxígeno entra en el lecho 14, desplaza el aire
ambiente del lecho 14 para evacuarlo por la salida de nitrógeno 42.
Resulta un incremento neto de la concentración de oxígeno contenida
dentro del lecho 14. Se interrumpe el contraflujo antes de que se
introduzca nitrógeno en el sistema para impedir una caída de la
concentración de oxígeno. Por ejemplo, se interrumpiría un
contraflujo en un lecho inicialmente presurizado a 20 psi cuando la
presión caiga a aproximadamente 7 psi, debido a que en ese punto
comenzará a infiltrarse nitrógeno en la corriente de aire. En una
realización industrial de mayor tamaño de la presente invención, en
donde se emplea el sistema de paquete de la presente invención para
su uso con lechos grandes, se pueden emplear entonces sensores de
oxígeno o de nitrógeno para detectar cuándo se alcanzan (es decir,
se hacen máximos) niveles de concentración óptima de oxígeno o para
detectar cuándo los niveles de nitrógeno comienzan a subir a fin de
controlar la duración del contraflujo. Tales sensores pueden estar
instalados, por ejemplo, junto a las válvulas de control, por
ejemplo las válvulas de control 28, 40.
Se repite después el proceso, pero en orden
inverso. Como se ve en la figura 6, que muestra la presurización
del lecho 14, el aire enriquecido en oxígeno que se había
introducido en el lecho 14 queda contenido cerrando la válvula de
control 40 y la salida de nitrógeno 42. A continuación, se abre la
válvula de suministro 46 y el compresor 22 comienza a comprimir el
aire enriquecido en oxígeno, nuevamente hasta, por ejemplo, 10 psi,
a través de conductos de aire 56 que van al lecho 14. Asimismo, se
abren en este momento la válvula de control 28 y la salida de
nitrógeno 26 para descargar el nitrógeno residual del lecho 12. La
válvula de suministro 24 está cerrada.
Después de que se presurizan el material de tamiz
molecular 48 y el gas contenido dentro del lecho 14, se abren la
válvula de control 40, la válvula de control 28 y la salida de
nitrógeno 26. El aire enriquecido en oxígeno retorna entonces al
lecho 12 desde el lecho 14. A medida que se introduce este aire en
el lecho 12, ayuda a desplazar el nitrógeno residual del lecho 12
para que se descargue por la salida de nitrógeno 26. Después de un
tiempo optimizado, se cierra la válvula 26 de salida de nitrógeno
junto con la válvula de control 28 y se abre la válvula de
suministro 24 para iniciar el ciclo una vez más desde el
principio.
El proceso de transferir o derivar aire
enriquecido en oxígeno de un lecho a otro es conocido como
contraflujo. Se puede emplear un depósito 58 montado aguas arriba de
la entrada para cada lecho de tamices moleculares a fin de aumentar
la relación de volumen de contraflujo a volumen de flujo de gas al
usuario final.
Alternativamente, como se ve en la figura 6a, se
puede conseguir un contraflujo mediante el uso de solamente un
lecho de tamices moleculares 12' y un depósito 14'. El compresor 22
presuriza un flujo de aire a través de la válvula 24' hacia el lecho
12'. Aire enriquecido en oxígeno es derivado a través de la válvula
28' desde el lecho 12' hacia el depósito 14' en vez de hacía un
segundo lecho, y luego es hecho retornar en contraflujo desde el
depósito hasta el lecho utilizando el sistema de flujo de aire en
paquetes de la presente invención. Esto proporciona también aumentos
incrementales por ciclo en la concentración de oxígeno del paquete
de aire que está siendo derivado en vaivén desde y hasta el lecho a
fin de permitir la división o sangrado hacia un usuario final de un
suministro de aire enriquecido en oxígeno a través del orificio 128'
y la válvula 134'. El nitrógeno del lecho 12' es purgado o
descargado a través de la válvula 26'. Como alternativa, la
concentración de oxígeno de acuerdo con la presente invención puede
conseguirse utilizando una pluralidad de lechos de tamices
moleculares.
El proceso de contraflujo se sincroniza
óptimamente de manera que se consiga un aumento incremental en la
concentración de oxígeno por ciclo. Un modo de conseguir esto es
colocando un sensor de concentración de oxígeno en el conducto 34 de
flujo de aire del usuario final y luego, por ejemplo, usando un
divisor 34 ajustable o regulable de otra manera para variar el
porcentaje de flujo de aire que se desvía en dirección D hacia el
usuario final y vigilando la concentración porcentual de oxígeno en
el conducto 34. La solicitante ha tenido la experiencia de que de
esta manera se puede verificar una concentración porcentual máxima
de oxígeno que atraviesa el conducto 34 y que, una vez encontrada,
se puede optimizar de manera correspondiente el ajuste del divisor
32. Una vez que, para una disposición particular, se ha verificado
un caudal o ajuste de válvula optimizado, el divisor 32 puede ser
sustituido por un divisor de flujo no ajustable que tenga un
restrictor de flujo en la tubería de flujo de gas del usuario final
que esté preajustado o precalibrado para replicar el caudal de gas
optimizado del usuario final. La solicitante ha encontrado que es
ventajoso que, al optimizar el contraflujo, se empiece con un
contraflujo en exceso y luego se reduzca la cantidad de contraflujo
(disminuyendo el tiempo de contraflujo), por ejemplo empezando con
un tiempo de contraflujo equivalente a un 75% del tiempo que lleva
presurizar los lechos hasta 10 psi. Sin embargo, esto no ha de
considerarse como una implicación de que la presurización puede
hacerse solamente utilizando un método basado en el tiempo, ya que
se pretende que el alcance de esta invención incluya utilizar un
método de paquetes de aire que se base en la presión en vez de
basarse en el tiempo. Es decir, en vez de presurizar o despresurizar
los lechos durante un tiempo preajustado, puede ocurrir que la
presión del lecho sea vigilada y que el paquete de aire sea derivado
cuando se alcance un umbral de presión preajustado. La solicitante
ha encontrado también que, utilizando el método de la presente
invención, se puede reducir el tamaño de los lechos de tamices
moleculares con respeto al que se encuentra actualmente en la
técnica anterior, por ejemplo reduciéndolo a un 75% del tamaño
actualmente utilizado en la técnica anterior. La solicitante ha
encontrado también que, utilizando el método y el aparato de la
presente invención, los niveles de oxígeno en la tubería de flujo de
gas del usuario final pueden rebasar el 90%, pensándose que están
disponibles en forma sostenible niveles de oxígeno del 95%.
Como se ve en la realización de la figura 7, los
lechos de tamices moleculares 12 y 14 están contenidos dentro del
alojamiento 60 en disposición paralela y espaciada a fin de que los
lechos queden desplazados lateralmente dentro de la cavidad del
alojamiento, dejando así un espacio entre los lechos que corre por
toda la longitud del alojamiento. Se puede acceder a este espacio
entre los lechos en una realización retirando la placa frontal 62
del alojamiento 60, estando esta placa frontal 62 montada de forma
soltable en el alojamiento 60, por ejemplo por medio de sujetadores
de tornillo 64.
Entre los lechos 12 y 14 están montados dentro
del alojamiento 60 un compresor 66, un alojamiento de válvulas y
múltiples 68, una válvula divisora 70 (para que realice la función
del divisor 32) y diversas tuberías o tubos flexibles para que
sirvan de conductos de aire, según se describe mejor más adelante.
La sincronización de actuación de las válvulas y la sincronización
de actuación del compresor son controladas por señales de un PLC u
otro procesador. En la realización de la figura 7, el compresor está
alejado del alojamiento 60 y se comunica a través de un enchufe de
interconexión 74. En la realización de la figura 8, que, por lo
demás, es sustancialmente similar a la de la figura 7, el PLC o
procesador remoto está sustituido por un PLC o procesador de placa
76 montado en la placa de circuito 78, en donde la placa de circuito
78 está montada entre el compresor 66 y el alojamiento de válvula
68. Asimismo, en la realización de la figura 8, la placa frontal 62
está sustituida por una cubierta del estilo de media concha de
almeja (no mostrada), es decir que el alojamiento está formado como
una disposición de cubierta de concha de almeja, como se ve mejor en
la figura 9, y ha sido rotulado como alojamiento 60'. Un panel de
control montado en el extremo puede contener un interruptor de
conexión/desconexión de potencia 63, una lumbrera de extracción de
aire 34', una placa perforada o rejilla de admisión de aire 65 y un
conector 67 de 12 voltios en corriente continua.
El alojamiento 60' puede tener un mango 80
montado a lo largo de un lado lateral para llevar el concentrador
de oxígeno de la presente invención, entendiéndose que no se
pretende que la previsión de llevar el concentrador sujeto con la
mano sea limitativa. La presente invención está destinada también en
realizaciones alternativas a ser llevada por un usuario, por ejemplo
en o como una mochila o una riñonera o un llamado paquete de
fantasía 81, tal como puede verse en la figura 10. El conducto 34 se
extiende desde el alojamiento hasta el usuario final de modo que,
cuando el usuario final es un paciente que requiere un suministro de
aire enriquecido en oxígeno, el conducto 34 puede alimentar a unos
tubos nasales 35 como los que están corrientemente en uso en la
técnica anterior.
En las realizaciones de las figuras 7 y 8 los
lechos 12 y 14 pueden ser un tubo de 2 pulgadas de diámetro
interior con una longitud de aproximadamente 12 pulgadas para
permitir que se lleve en el mismo material de tamiz molecular con un
longitud de, en una realización, al menos 9 pulgadas y media para
obtener una concentración de oxígeno de más del 90%. Los lechos
están sellados en sus extremos por tapas extremas 82 adecuadamente
taladradas o perforadas de otra manera para que cooperen con
tuberías de conducción de aire que forman el circuito neumático (no
mostrado en la figura 7 por razones de claridad) y permitir la
sujeción de las tapas extremas sobre los extremos de los tubos de
los lechos, por ejemplo mediante el uso de pernos alargados 84, como
se ve en la figura 7. El material de tamiz molecular de zeolita 48
está emparedado longitudinalmente dentro del alojamiento del tubo
cilíndrico de cada lecho entre un par de membranas porosas 86,
emparedadas a su vez entre un par de placas de respaldo porosas 88.
El emparedamiento de las placas de respaldo porosas 88, las
membranas porosos 86 y el material de tamiz molecular 48 puede ser
empujado elásticamente hacia un extremo del lecho por unos medios de
solicitación elástica, tal como un muelle helicoidal 90. Las
membranas porosas 86, que pueden ser de material de respaldo poroso
de fieltro o de otro material para impedir que material del lecho
de tamices moleculares atraviese las aberturas de las placas de
respaldo porosas 88, están dimensionadas para cubrir toda la
abertura dentro de los lechos cilíndricos. Las placas de respaldo
porosas 88 pueden ser placas rígidas con agujeros taladrados a
través de ellas. Las tapas extremas 82 pueden sellarse sobre los
extremos de las tuberías que forman los alojamientos de los lechos
por medio de anillos tóricos 92.
El compresor 66, que puede ser un compresor
Thomas® 8009DC con una placa de montaje retirada y adaptado para
hacer girar las lumbreras de cabeza en 180º, o un compresor Thomas®
de la serie 7006, como se ilustra en la figura 8, puede estar
montado dentro del alojamiento 60 por medio de una placa de montaje
elástica 94 que puede ser de espuma de alta densidad, de celdas
abiertas, o de Sorbothane® u otro material amortiguador. Una placa
de montaje elástica adicional 96, que puede ser también de espuma de
alta densidad, de celdas abiertas, puede ser empleada para montar el
alojamiento de válvulas 68 en el alojamiento 60. En la realización
de la figura 7 el alojamiento de válvulas y múltiples 68 incluye una
serie de siete válvulas autónomas Humphrey® de la serie 310, de 24
voltios en corriente continua, empernadas en disposición adyacente
lado a lado por medio de pernos alargados 98. Como se ilustra en la
figura 7, las válvulas pueden ser también válvulas Humphrey®
HK5.
El alojamiento de válvulas y múltiples 68 tiene
una agrupación de válvulas montadas en posiciones adyacentes como
un bloque 68a, y a lo largo del lado dorsal del bloque está
dispuesto convenientemente un múltiple de depósito y de silenciador
68b. Unos conductos de aire llevan a la cavidad del silenciador, que
puede ser un ánima formada en el múltiple 68b y rellena de material
amortiguador acústico, por ejemplo fibra de celulosa, y un conducto
lleva del silenciador al compresor a fin de suministrar aire a este
compresor. Un conducto adicional lleva después del compresor al
bloque de válvulas 68a para suministrar aire comprimido a las
válvulas de suministro. Así, como se ve en la figura 8, un acoplador
100 y su conducto de aire correspondiente aspiran aire del exterior
del alojamiento y lo alimentan al silenciador 102 mostrado en líneas
de trazos. Se puede acceder al silenciador 102 a través de una tapa
extrema 104 que puede estar montada a rosca en el extremo del ánima
del silenciador. Aire procedente del acoplador de admisión de aire
100 atraviesa el silenciador 102 en la dirección F para salir por el
acoplador de salida 106 del silenciador y su correspondiente
conducto de aire, que alimenta aire al compresor 66 y, en
particular, a la culata 66a del compresor. Al comprimirse el aire
por efecto del funcionamiento del cilindro del compresor contenido
dentro del alojamiento 66a de la culata del compresor debido al
funcionamiento del motor 66b, se comprime aire y se da salida a éste
por el acoplador de salida 108 del compresor y su correspondiente
conducto de aire.
Como se ve mejor en la figura 8a, que ilustra la
cara frontal del bloque de válvulas 68a, están dispuestos siete
acopladores de conductos de aire. Sin pretender limitarse a esta
disposición, se tienen el acoplador 110 de alimentación del lecho 12
entre la válvula de suministro 24 y el lecho 12, el acoplador común
112 de purga de nitrógeno que comúnmente descarga desde la salida de
nitrógeno 26 y la salida de nitrógeno 42, el acoplador 114 de
alimentación de aire comprimido desde el compresor 22, el acoplador
116 de alimentación del lecho 14 entre este lecho 14 y la válvula de
suministro 46, el acoplador 118 de descarga del lecho 12 entre este
lecho 12 y la válvula de control 28, el acoplador 120 de descarga
entre el lecho 14 y la válvula de control 40, y el acoplador 122
del flujo de aire al paciente. Estos acopladores se ilustran en el
diagrama de la figura 11, que ilustra también el purgado común de
las salidas de nitrógeno 26 y 42 a través de la tubería de purga 124
y la retirada de la válvula de alivio de presión de la figura 3 por
ser innecesaria debido a la conexión y desconexión del compresor 22.
La figura 11 ilustra también características de una realización
alternativa para el alojamiento de válvulas y múltiples 68 y en
particular para el alojamiento de válvulas y múltiples 126 que se
ilustra en las figuras 12 a 16.
La figura 11 ilustra también una realización
adicional del concentrador de oxígeno de la presente invención. En
vez de utilizar un divisor de flujo ajustable 32 o una válvula de
aguja ajustable 36, la proporción del flujo de aire enriquecido en
oxígeno que circula en la dirección D a través del conducto 34 es
regulada por un orificio optimizado preajustado 128 y luego circula
por una válvula de retención 130 hasta un depósito 132. El flujo de
salida del depósito 132 es controlado por una válvula de demanda
134. El flujo de aire puede dividirse después entre flujo de aire al
paciente a lo largo del conducto 136 y flujo de aire a un sensor de
presión (no mostrado) a lo largo del conducto 138. El sensor del
conducto 138 puede emplearse entonces para detectar cuándo un
paciente está demandando una liberación brusca de aire enriquecido
en oxígeno desde el depósito 132. Así, cuando el paciente crea una
caída de presión en el conducto 136 tal como la que sería causada
por una succión aplicada a dicho conducto 136, el sensor detecta la
caída de presión por debajo de un umbral preajustado y hace que el
procesador dispare la liberación de la reserva de aire enriquecido
en oxígeno contenida dentro del depósito 132. En realizaciones
alternativas, el depósito puede ser lo bastante grande para contener
un suministro suficiente de aire enriquecido en oxígeno para más de
una inhalación sobre demanda por el paciente a través de la válvula
de demanda 132.
Esta realización se refleja también en las
figuras 12 a 16, que ilustran un depósito perforado 132 taladrado
en el bloque de múltiples 126b paralelamente al silenciador 102. Al
igual que con el silenciador, el depósito puede ser perforado y
sellado utilizando una tapa extrema roscada 104.
Como se ve en las figuras 16 y 16a, se pretende
que forme parte del alcance de la presente invención la
circunstancia de que los lechos de tamices moleculares 12'' y 14''
pueden ser curvos en vez de lineales. Por ejemplo, los lechos 12'' y
14'' pueden ser curvos en toda su longitud para ajustarse mejor a la
forma de la cintura de un usuario que los lleve, tal como en la
figura 10. Las placas extremas 69 pueden empernarse a través de
agujeros de perno 71 al bastidor o carcasa del alojamiento o los
lechos, respectivamente, para sellar los extremos de los lechos. Los
lechos pueden estar conformados como un par de lechos paralelos
adyacentes curvos, tal como se ve en la figura 16, o, en consonancia
con las realizaciones anteriormente descritas, pueden estar
espaciados lateralmente y ser paralelos dentro de un alojamiento que
tendría entonces también una superficie correspondientemente curva
para proporcionar facilidad y confort en la acción de llevar el
concentrador de oxígeno de la presente invención. En todas estas
realizaciones portátiles puede ocurrir que unos interruptores de
control, tal como el interruptor de "conexión/desconexión", la
admisión de aire, la salida de flujo de aire al usuario final y
similares, estén montados dentro de los medios portadores, tal como
una mochila, un paquete de fantasía, etc., a fin de que queden al
descubierto desde un extremo del alojamiento y desde un lado de los
medios portadores. Así, como se ve en la figura 10, el usuario tiene
facilidad de acceso a las funciones de control y a la salida del
flujo de aire desde la cual se extiende para su uso el conducto de
flujo de aire.
Como resultará evidente para los expertos en la
materia a la luz de la descripción anterior, son posibles muchas
alteraciones y modificaciones en la práctica de esta invención sin
apartarse del alcance de la misma. Por consiguiente, el alcance de
la invención ha de ser interpretado de acuerdo con la sustancia
definida por las reivindicaciones siguientes.
Claims (40)
1. Un concentrador de gas para enriquecer una
concentración de gas componente diana y minimizar una concentración
de gas componente residual en un flujo de gas, que comprende:
un compresor de aire,
un primer recipiente hermético al aire en
comunicación de fluido con dicho compresor a través de un primer
conducto de gas y un segundo recipiente hermético al aire en
comunicación de fluido con dicho primer recipiente a través de un
segundo conducto de gas,
en donde dicho primer recipiente contiene un
lecho de tamices moleculares para adsorber un gas componente
residual,
un controlador de flujo de gas que controla una
pluralidad de ciclos repetitivos de actuación secuencial de
válvulas montadas en dichos conductos de gas, regulando dichas
válvulas secuencialmente el flujo de aire a través de dichos
conductos, proporcionando dicho controlador de flujo de gas y dichas
válvulas:
- (a)
- unos medios para impedir primero un flujo de gas entre dichos recipientes primero y segundo y permitir que un gas comprimido pase de dicho compresor a dicho primer recipiente durante una primera fase de presurización de gas, con lo que dicho primer recipiente es presurizado hasta un nivel de presión umbral para crear un paquete de gas que tiene una concentración de gas componente diana incrementalmente enriquecida;
- (b)
- unos medios para impedir después secuencialmente un flujo de gas hacia dicho primer recipiente desde dicho compresor y permitir un flujo de gas de dicho primer recipiente a dicho segundo recipiente durante una fase de transferencia del paquete de aire, en donde dicho paquete de aire es transferido a dicho segundo recipiente;
- (c)
- unos medios para impedir después secuencialmente un flujo de gas hacia dicho segundo recipiente desde dicho primer recipiente y permitir que se descargue gas a la atmósfera desde dicho primer recipiente a través de una válvula de purga de dicho primer recipiente;
- (d)
- unos medios para permitir después secuencialmente un flujo de gas entre dichos recipientes primero y segundo desde dicho segundo recipiente hasta dicho primer recipiente durante una fase de contraflujo del paquete de aire, en donde dicho paquete de gas circula de dicho segundo recipiente a dicho primer recipiente;
- (e)
- unos medios para impedir después secuencialmente que se descargue un flujo de gas de dicho primer recipiente a través de dicha válvula de purga de dicho primer recipiente; y
- (f)
- unos medios para realizar ciclos secuenciales de dicho controlador de flujo de gas y dichas válvulas a través de dicha pluralidad de ciclos repetitivos de actuación secuencial de dichas válvulas para aumentar incrementalmente dicha concentración de gas componente diana en dicho paquete de gas por ciclo de dicha pluralidad de ciclos repetitivos a medida que dicho paquete de gas es desviado en vaivén entre dichos recipientes primero y segundo,
y un conducto de flujo de gas en comunicación de
fluido con dicho segundo recipiente para entregar una porción de
dicho paquete de gas para un uso final aguas abajo.
2. El dispositivo de la reivindicación 1, en el
que dicho gas componente diana es oxígeno y en el que dicho gas
componente residual es nitrógeno.
3. El dispositivo de la reivindicación 2, en el
que dichos dos recipientes primero y segundo contienen lechos de
tamices moleculares y en el que dicho segundo recipiente está en
comunicación de fluido con dicho compresor a través de un tercer
conducto,
y en el que dicho controlador de flujo de gas,
después de dicha fase de transferencia del paquete de aire y
después de impedir un flujo de gas hacia dicho segundo recipiente
desde dicho primer recipiente, permite que pase gas comprimido de
dicho compresor a dicho segundo recipiente durante una segunda fase
de presurización de gas, con lo que dicho segundo recipiente es
presurizado hasta dicho nivel de presión umbral,
y en el que dicho controlador de flujo de gas,
después de impedir que dicho flujo de gas se descargue de dicho
primer recipiente a través de dicha válvula de purga de dicho primer
recipiente y después de impedir un flujo de gas entre dichos
recipientes primero y segundo durante dicha primera fase de
presurización de gas, permite que se descargue gas a la atmósfera
desde dicho segundo recipiente a través de una válvula de purga de
dicho segundo recipiente e impide un flujo de gas hacia dicho
segundo recipiente desde dicho compresor.
4. El dispositivo de la reivindicación 3, en el
que dicho controlador de flujo de gas es un procesador que coopera
con dicho compresor para cerrar al flujo dicho compresor cuando se
impide un flujo de gas de dicho compresor a dichos dos recipientes
primero y segundo, y en el que tanto dicho procesador como dicho
compresor son alimentados por una batería eléctrica, y en el que
dichos recipientes primero y segundo, dichos conductos, dichas
válvulas, dicho procesador, dicho compresor y dicha batería están
montados en un alojamiento.
5. El dispositivo de la reivindicación 2, en el
que dicho primer recipiente es un conducto hueco alargado y en el
que dicho lecho de tamices moleculares es de zeolita.
6. El dispositivo de la reivindicación 3, en el
que dichos recipientes primero y segundo son conductos huecos
alargados y en el que dichos lechos de tamices moleculares son de
zeolita.
7. El dispositivo de la reivindicación 4, en el
que dichos recipientes primero y segundo son conductos huecos
alargados y en el que dichos lechos de tamices moleculares son de
zeolita, y en el que dichos recipientes primero y segundo son en
general paralelos y están montados en dicho alojamiento en formación
paralela.
8. El dispositivo de la reivindicación 7, en el
que dicha formación está espaciada lateralmente con relación a la
longitud de dichos recipientes para definir un canal entre
ellos.
9. El dispositivo de la reivindicación 8, en el
que dicho procesador y dicho compresor están montados en dicho
canal.
10. El dispositivo de la reivindicación 9, que
comprende un alojamiento de válvulas y múltiples montado en dicho
canal, estando dichas válvulas montadas en dicho alojamiento de
válvulas y múltiples, teniendo dicho alojamiento de válvulas y
múltiples unos múltiples de interconexión para interconectar dichas
válvulas con dichos recipientes primero y segundo y dicho compresor
a través de dichos conductos de gas.
11. El dispositivo de la reivindicación 10, que
comprende además un depósito de gas en comunicación de fluido con
dicho divisor de flujo de gas, sirviendo dicho depósito para
contener una reserva de dicho aire enriquecido en oxígeno para su
entrega a dicho uso final, y en el que una de dichas válvulas en una
válvula de demanda que coopera entre dicha tubería de gas y dicho
depósito para liberar dicha reserva hacia dicha tubería de gas al
producirse una actuación de disparo por un evento de disparo de
dicha válvula de demanda.
12. El dispositivo de la reivindicación 11, que
comprende además un sensor de presión que coopera con dicha tubería
de gas, en donde dicho evento de disparo es una caída de presión en
dicha tubería de gas detectada por dicho sensor de presión y en
donde dicho sensor de presión proporciona una señal de disparo para
disparar dicha actuación de dicha válvula de demanda al detectar
dicha caída de presión.
13. El dispositivo de la reivindicación 12, en el
que dicha caída de presión es una presión umbral inferior
preajustada, por debajo de la cual dicho sensor de presión
proporciona dicha señal de disparo.
14. El dispositivo de la reivindicación 11, en el
que dicho compresor es hecho funcionar intermitentemente por señales
de actuación procedentes de dicho procesador de tal manera que
funcione solamente cuando se requiera.
15. El dispositivo de la reivindicación 2, en el
que dicho uso final es un suministro de oxígeno a un usuario final
y en el que dichos recipientes primero y segundo son alargados y
están curvados a lo largo de su longitud para adaptarse a una forma
corporal de dicho usuario final cuando dicho concentrador de oxígeno
es llevado por dicho usuario final.
16. El dispositivo de la reivindicación 2, en el
que dicho uso final es un suministro de oxígeno a un usuario final
y en el que dicho concentrador de oxígeno está adaptado para ser
llevado por dicho usuario final.
17. El dispositivo de la reivindicación 4, en el
que dicho uso final es un suministro de oxígeno a un usuario final
y en el que dichos recipientes primero y segundo son alargados y
están curvados a lo largo de toda su longitud para adaptarse a un
forma corporal de dicho usuario final cuando dicho concentrador de
oxígeno es llevado por dicho usuario final.
18. El dispositivo de la reivindicación 4, en el
que dicho uso final es un suministro de oxígeno a un usuario final
y en el que dicho concentrador de oxígeno está adaptado para ser
llevado por dicho usuario final.
19. El dispositivo de la reivindicación 1, en el
que dichos dos recipientes primero y segundo contienen lechos de
tamices moleculares y en el que dicho segundo recipiente está en
comunicación de fluido con dicho compresor a través de un tercer
conducto,
y en el que dicho controlador de flujo de gas,
después de dicha fase de transferencia del paquete de aire y
después de impedir un flujo de gas hacia dicho segundo recipiente
desde dicho primer recipiente, permite que pase gas comprimido de
dicho compresor a dicho segundo recipiente durante una segunda fase
de presurización de gas, con lo que dicho segundo recipiente es
presurizado hasta dicho nivel de presión umbral,
y en el que dicho controlador de flujo de gas,
después de impedir que dicho flujo de gas se descargue de dicho
primer recipiente a través de dicha válvula de purga de dicho primer
recipiente y después de impedir un flujo de gas entre dichos
recipientes primero y segundo durante dicha primera fase de
presurización de gas, permite que se descargue gas a la atmósfera
desde dicho segundo recipiente a través de una válvula de purga de
dicho segundo recipiente e impide un flujo de gas hacia dicho
segundo recipiente desde dicho compresor.
20. El dispositivo de la reivindicación 19, en el
que dicho controlador de flujo de gas es un procesador que coopera
con dicho compresor para cerrar a flujo dicho compresor cuando se
impide un flujo de gas de dicho compresor a dichos dos recipientes
primero y segundo, y en el que tanto dicho procesador como dicho
compresor son alimentados por una batería eléctrica, y en el que
dichos recipientes primero y segundo, dichos conductos, dichas
válvulas, dicho procesador, dicho compresor y dicha batería están
montados en un alojamiento.
21. El dispositivo de la reivindicación 1, en el
que dicho primer recipiente es un conducto hueco alargado.
22. El dispositivo de la reivindicación 19, en el
que dichos recipientes primero y segundo son conductos huecos
alargados.
23. El dispositivo de la reivindicación 20, en el
que dichos recipientes primero y segundo son conductos huecos
alargados y en el que dichos recipientes primero y segundo son
generalmente paralelos y están montados en dicho alojamiento en
formación paralela.
24. El dispositivo de la reivindicación 23, en
que el dicha formación está espaciada lateralmente con relación a
la longitud de dichos recipientes para definir un canal entre
ellos.
25. El dispositivo de la reivindicación 24, en el
que dicho procesador y dicho compresor están montados en dicho
canal.
26. El dispositivo de la reivindicación 25, que
comprende además un alojamiento de válvulas y múltiples montado en
dicho canal, estando montadas dichas válvulas en dicho alojamiento
de válvulas y múltiples, teniendo dicho alojamiento de válvulas y
múltiples unos múltiples de interconexión para interconectar dichas
válvulas con dichos recipientes primero y segundo y dicho compresor
a través de dichos conductos de gas.
27. El dispositivo de la reivindicación 26, que
comprende además un depósito de gas en comunicación de fluido con
dicho divisor de flujo de gas, sirviendo dicho depósito para
contener una reserva de dicho aire enriquecido en gas componente
diana para su entrega a dicho uso final, y en el que una de dichas
válvulas es una válvula de demanda que coopera entre dicha tubería
de gas y dicho depósito para liberar dicha reserva hacia dicha
tubería de gas al producirse una actuación de disparo por un evento
de disparo de dicha válvula de demanda.
28. El dispositivo de la reivindicación 27, que
comprende además un sensor de presión que coopera con dicha tubería
de gas, en donde dicho evento de disparo es una caída de presión en
dicha tubería de gas detectada por dicho sensor de presión y en
donde dicho sensor de presión proporciona una señal de disparo para
disparar dicha actuación de dicha válvula de demanda al detectarse
dicha caída de presión.
29. El dispositivo de la reivindicación 28, en el
que dicha caída de presión es una presión umbral inferior
preajustada, por debajo de la cual dicho sensor de presión
proporciona dicha señal de disparo.
30. El dispositivo de la reivindicación 29, en el
que dicho compresor es hecho funcionar intermitentemente por señales
de actuación procedentes de dicho procesador a fin de que funcione
solamente cuando se requiera.
31. El dispositivo de la reivindicación 1, en el
que dicho uso final es un suministro de oxígeno a un usuario final
y en el que dichos recipientes primero y segundo son alargados y
están curvados a lo largo de su longitud para adaptarse a una forma
corporal de dicho usuario final cuando dicho concentrador de gas es
llevado por dicho usuario final.
32. El dispositivo de la reivindicación 1, en el
que dicho uso final es un suministro de oxígeno a un usuario final
y en el que dicho concentrador de gas está adaptado para ser llevado
por dicho usuario final.
33. El dispositivo de la reivindicación 20, en el
que dicho uso final es un suministro de oxígeno a un usuario final
y en el que dichos recipientes primero y segundo son alargados y
están curvados a lo largo de su longitud para adaptarse a una forma
corporal de dicho usuario final cuando dicho concentrador de oxígeno
es llevado por dicho usuario final.
34. El dispositivo de la reivindicación 20, en el
que dicho uso final es un suministro de oxígeno a un usuario final
y en el que dicho concentrador de oxígeno está adaptado para ser
llevado por dicho usuario final.
35. Método de aumentar la concentración de un gas
componente diana en un gas que contiene el gas componente diana y
un gas componente residual, que comprende los pasos de:
habilitar un compresor de gas en comunicación de
fluido a través de un primer conducto de gas con un primer
recipiente hermético al gas,
habilitar un segundo recipiente, en donde dicho
primer recipiente está en comunicación de fluido con dicho segundo
recipiente a través de un segundo conducto de gas,
habilitar un lecho de tamices moleculares montado
en dicho primer recipiente,
habilitar válvulas montadas en dichos conductos
de gas y un controlador de flujo de gas que controla la actuación
de dichas válvulas,
habilitar otro conducto de flujo de gas en
comunicación de fluido con dicho segundo recipiente para entregar
una porción de un paquete de gas enriquecido incrementalmente en gas
componente diana a un uso final aguas abajo a lo largo de dicho
conducto de flujo de gas adicional,
controlar la actuación de dichas válvulas a fin
de regular un flujo de aire a través de dichos conductos para
derivar secuencialmente dicho paquete de gas de un lado para otro
entre dichos recipientes primero y segundo en ciclos repetitivos
mediante las acciones de:
- (a)
- impedir un flujo de gas entre dichos recipientes primero y segundo y permitir que pase gas comprimido de dicho compresor a dicho primer recipiente durante una primera fase de presurización de gas, con lo que dicho primer recipiente es presurizado hasta una nivel de presión umbral para crear un paquete de gas enriquecido incrementalmente en gas componente diana;
- (b)
- impedir un flujo de gas hacia dicho primer recipiente desde dicho compresor y permitir un flujo de gas de dicho primer recipiente a dicho segundo recipiente durante una fase de transferencia del paquete de gas, en donde dicho paquete de gas enriquecido incrementalmente en gas componente diana es transferido a dicho segundo recipiente;
- (c)
- impedir un flujo de gas hacia dicho segundo recipiente desde dicho primer recipiente y permitir que se descargue gas a la atmósfera desde dicho primer recipiente a través de una válvula de purga de dicho primer recipiente;
- (d)
- permitir un flujo de gas entre dichos recipientes primero y segundo desde dicho segundo recipiente hasta dicho primer recipiente durante una fase de contraflujo del paquete de gas, en donde dicho paquete de gas enriquecido incrementalmente en gas componente diana circula de dicho segundo recipiente a dicho primer recipiente; y
- (e)
- impedir un flujo de gas desde dicho primer recipiente a través de dicha válvula de purga de dicho primer recipiente.
36. El método de la reivindicación 35, en el que
el método incluye además habilitar un segundo lecho de tamices
moleculares montado en dicho segundo recipiente y conectar dicho
segundo recipiente en comunicación de fluido con dicho compresor a
través de un tercer conducto de gas, y controlar además la actuación
de dichas válvulas para que, además, secuencialmente:
- a.
- después de dicha fase de transferencia del paquete de gas y después de impedir un flujo de gas hacia dicho segundo recipiente desde dicho primer recipiente, se permita que pase gas comprimido de dicho compresor a dicho segundo recipiente durante una segunda fase de presurización de gas, con lo que dicho segundo recipiente es presurizado hasta dicho nivel de presión umbral; y
- b.
- después de impedir que dicho flujo de gas se descargue de dicho primer recipiente a través de dicha válvula de purga de dicho primer recipiente y después de impedir un flujo de gas entre dichos recipientes primero y segundo durante dicha primera fase de presurización de gas, se permita que se descargue gas de dicho segundo recipiente a través de una válvula de purga de dicho segundo recipiente y se impida un flujo de gas hacia dicho segundo recipiente desde dicho compresor.
37. El método de la reivindicación 36, en el que
dicho controlador de flujo de gas es un procesador que coopera con
dicho compresor, comprendiendo además el paso de cerrar al flujo
dicho compresor mientras se impide un flujo de gas de dicho
compresor a dichos dos recipientes primero y segundo.
38. El método de la reivindicación 35, en el que
dicho gas es aire y dicho gas componente diana es oxígeno.
39. El método de la reivindicación 38, en el que
el método comprende además habilitar un segundo lecho de tamices
moleculares montado en dicho segundo recipiente y conectar dicho
segundo recipiente en comunicación de fluido con dicho compresor a
través de un tercer conducto, y controlar, además, la actuación de
dichas válvulas para que, además, secuencialmente:
- (a)
- después de dicha fase de transferencia del paquete de gas y después de impedir un flujo de gas hacia dicho segundo recipiente desde dicho primer recipiente, se permita que pase aire comprimido de dicho compresor a dicho segundo recipiente durante una segunda fase de presurización de gas, con lo que dicho segundo recipiente es presurizado hasta dicho nivel de presión umbral; y
- (b)
- después de impedir que dicho flujo de gas se descargue de dicho primer recipiente a través de dicha válvula de purga de dicho primer recipiente y después de impedir un flujo de gas entre dichos recipientes primero y segundo durante dicha primera fase de presurización de gas, se permita que se descargue aire a la atmósfera desde dicho segundo recipiente a través de una válvula de purga de dicho segundo recipiente y se impida un flujo de aire hacia dicho segundo recipiente desde dicho compresor.
40. El método de la reivindicación 39, en el que
dicho controlador de flujo de gas es un procesador que coopera con
dicho compresor, comprendiendo además el paso de cerrar al flujo
dicho compresor mientras se impide un flujo de gas de dicho
compresor a dichos dos recipientes primero y segundo.
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