ES2694098T3

ES2694098T3 - Dispositivo de concentración de oxígeno

Info

Publication number: ES2694098T3
Application number: ES13839172.7T
Authority: ES
Inventors: Sumihiro KOBAYASHI; Hisashi Kiriake
Original assignee: Teijin Pharma Ltd
Current assignee: Teijin Pharma Ltd
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2018-12-18
Anticipated expiration: 2033-09-19
Also published as: MY169415A; TW201420144A; HK1211504A1; CN104640592B; HK1206293A1; KR102158888B1; US9884162B2; WO2014046297A1; EP2898915B1; KR20150060721A; EP2898915A1; CN104640592A; US20150217078A1; EP2898915A4; BR112015005757A2; JPWO2014046297A1; TWI590847B; JP5864767B2; SG11201502190WA

Abstract

Un dispositivo de concentración de oxígeno de tipo adsorción por cambio de presión que comprende: dos cilindros (107) de adsorción llenos de un adsorbente que adsorbe selectivamente nitrógeno en lugar de oxígeno; un compresor (102) configurado para suministrar aire comprimido al cilindro (107) de adsorción; un medio de conmutación de la trayectoria de flujo que está configurado para repetir, conmutando secuencialmente una trayectoria de flujo entre el compresor (102) y cada cilindro (107) de adsorción, en unos tiempos indicados, una etapa de adsorción donde se suministra aire a presión a cada cilindro (107) de adsorción y se extrae un gas concentrado en oxígeno, una etapa de desorción donde se descomprime cada cilindro (107) de adsorción y se regenera el adsorbente, y una etapa de purga donde se introduce el gas concentrado en oxígeno desde un cilindro (107) de adsorción en un lado de etapa de adsorción en el otro cilindro (107) de adsorción en un lado de etapa de desorción, en el que el medio de conmutación de la trayectoria de flujo está configurado de manera que las etapas de los dos cilindros de adsorción están en fase opuesta entre sí de modo que, mientras el cilindro de adsorción está realizando la etapa de adsorción, el otro cilindro de adsorción realiza la etapa de desorción; un medio de ajuste del caudal que está configurado para suministrar el gas concentrado en oxígeno ajustando el caudal a un valor deseado; y un medio de control que está configurado para controlar el funcionamiento de un sensor (117) de concentración de oxígeno configurado para medir una concentración del gas concentrado en oxígeno, un sensor de presión configurado para detectar una presión del cilindro (107) de adsorción, el compresor (102) y el medio de conmutación de la trayectoria de flujo, caracterizado por que el medio de control está configurado para controlar el número de revoluciones del compresor (102) basándose en un valor detectado del sensor de concentración de oxígeno, considerar el deterioro debido a la adsorción de humedad basándose en el valor detectado del sensor de concentración de oxígeno, un valor detectado del sensor de presión y un tiempo de funcionamiento del cilindro (107) de adsorción, y cuando se satisfacen los criterios para considerar el deterioro debido a la adsorción de humedad, controlar un tiempo de conmutación del medio de conmutación de la trayectoria de flujo de modo que el tiempo para la etapa de purga se hace más corto que un valor fijado inicialmente en el que los criterios para considerar el deterioro debido a la absorción de humedad tienen que satisfacer tres condiciones: que el valor detectado del sensor de concentración de oxígeno no sea mayor que un valor de concentración indicado; que el tiempo de funcionamiento del cilindro (107) de adsorción no sea menor que un tiempo indicado; y que el valor detectado del sensor de presión aumente hasta un valor indicado o superior.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo de concentracion de ox^geno [Campo tecnico]

La presente invencion se refiere a un dispositivo de concentracion de oxfgeno de tipo adsorcion por cambio de presion que usa un adsorbente que adsorbe preferiblemente nitrogeno en relacion con oxfgeno. Mas espedficamente, la presente invencion se refiere a un dispositivo medico de concentracion de oxfgeno usado para terapia de inhalacion de oxfgeno que se realiza para un paciente con enfermedad respiratoria cronica y similares.

[Tecnica anterior]

En los ultimos anos, el numero de pacientes que padecen enfermedades del sistema respiratorio tales como asma, enfisema pulmonar, bronquitis cronica y similares ha tendido a aumentar. Uno de los metodos terapeuticos mas efectivos para estas enfermedades es la terapia de inhalacion de oxfgeno. En una terapia de inhalacion de oxfgeno de este tipo, los pacientes inhalan gas oxfgeno o gas enriquecido en oxfgeno. Se conocen un dispositivo de concentracion de oxfgeno, un cilindro de gas oxfgeno u oxfgeno lfquido, y similares como fuente de suministro de oxfgeno usada para la terapia de inhalacion de oxfgeno. Sin embargo, el dispositivo de concentracion de oxfgeno se usa principalmente para la terapia de oxfgeno en el domicilio porque es comodo de usar y facil de mantener y gestionar.

Un dispositivo de concentracion de oxfgeno es un dispositivo para suministrar oxfgeno a un usuario separando y concentrando oxfgeno que constituye el 21 % del aire. Como dispositivo de este tipo, existen un dispositivo de concentracion de oxfgeno de tipo membrana que usa una membrana que filtra selectivamente oxfgeno y un dispositivo de concentracion de oxfgeno de tipo adsorcion por cambio de presion que usa un adsorbente que puede adsorber preferiblemente nitrogeno u oxfgeno. Principalmente se usa un dispositivo de concentracion de oxfgeno de tipo adsorcion por cambio de presion debido a que puede obtener oxfgeno altamente concentrado.

El dispositivo de concentracion de oxfgeno de tipo adsorcion por cambio de presion produce de manera continua un gas oxfgeno altamente concentrado repitiendo alternativamente una etapa de compresion-adsorcion y una etapa de descompresion-desorcion. En la primera etapa, se obtiene oxfgeno no adsorbido suministrando aire comprimido mediante un compresor a un cilindro de adsorcion lleno con un adsorbente que adsorbe selectivamente nitrogeno en relacion con oxfgeno, tal como zeolitas de tamiz molecular de tipo 5A, 13X, Li-X, y adsorbiendo nitrogeno en condiciones presurizadas. En la segunda etapa, se regenera el adsorbente purgando nitrogeno adsorbido en el adsorbente a una presion reducida de presion atmosferica o menos en el cilindro de adsorcion.

El documento EP 2 497 516 A1 divulga un dispositivo de enriquecimiento en oxfgeno. Sin embargo, el documento EP 2 497 516 A1 no divulga la parte caracterizadora segun la reivindicacion 1.

El documento DE 296 05 889 U1 divulga un dispositivo para generar aire enriquecido en oxfgeno. Sin embargo, el documento DE 296 05 889 U1 no divulga la parte caracterizadora segun la reivindicacion 1.

[Lista de referencias]

Publicacion de solicitud de patente no examinada japonesa n.° 2002-253675 Publicacion de solicitud de patente no examinada japonesa n.° 2000-516854 [Sumario de la invencion]

[Problema tecnico]

En un dispositivo de concentracion de oxfgeno de tipo adsorcion por cambio de presion, la humedad contenida en aire como material de partida se adsorbe sobre un adsorbente y, dado el deterioro temporal del adsorbente debido a la absorcion de humedad, se provoca la disminucion en la concentracion de oxfgeno. Para compensar la disminucion en la concentracion de oxfgeno, el dispositivo de concentracion de oxfgeno de tipo adsorcion por cambio de presion que suministra oxfgeno a una concentracion constante esta configurado para llevar a cabo un control para aumentar la concentracion de oxfgeno aumentando la presion en un cilindro de adsorcion mediante el aumento del numero de revoluciones de un compresor (tal como se describe en la publicacion de solicitud de patente no examinada japonesa n.° 2002-253675). Sin embargo, hay un lfmite para compensar la disminucion en la concentracion de oxfgeno aumentando el numero de revoluciones del compresor.

Para compensar un cambio temporal en la concentracion del oxfgeno generado y la disminucion en la concentracion de oxfgeno debido al deterioro temporal del dispositivo, y mantener la concentracion de oxfgeno constante, tambien se conoce un dispositivo que mantiene la concentracion de oxfgeno de un gas producto detectando la concentracion

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de ox^geno de un gas concentrado en ox^geno por un sensor de ox^geno y llevando a cabo un control de realimentacion de la velocidad de alimentacion de aire del compresor, el tiempo de ciclo de adsorcion/desorcion, y similares (tal como se describe en la publicacion de solicitud de patente no examinada japonesa n.° 2000-516854). Sin embargo, la alteracion del tiempo de ciclo de conmutacion del tiempo de la etapa de adsorcion/desorcion produce una variacion temporal de la concentracion de oxfgeno, y lleva tiempo que la concentracion alcance un valor prefijado. Por tanto, este metodo tiende a carecer de un control estable.

Los presentes inventores han encontrado que el tiempo optimo de una etapa de purga, donde una parte del oxfgeno generado en una etapa de adsorcion se hace pasar al cilindro de adsorcion en un lado de etapa de desorcion para acelerar la desorcion de nitrogeno, cambia a un lado de tiempo mas corto dado el deterioro del adsorbente debido a la absorcion de humedad y que, cuando el numero de revoluciones del compresor alcanza un valor de control de lfmite superior, puede aumentarse la concentracion de oxfgeno haciendo que el tiempo de purga sea mas corto, haciendo posible asf prolongar el tiempo de funcionamiento del dispositivo de concentracion de oxfgeno.

[Solucion al problema]

La presente invencion proporciona el siguiente dispositivo de concentracion de oxfgeno.

1. Un dispositivo de concentracion de oxfgeno de tipo adsorcion por cambio de presion que comprende las caractensticas segun la reivindicacion 1.

2. El dispositivo de concentracion de oxfgeno segun el parrafo 1, en el que los criterios para considerar el deterioro debido a la absorcion de humedad tienen que satisfacer tambien la condicion: que el numero de revoluciones del compresor sea un valor de control de lfmite superior y el valor detectado del sensor de presion no sea menor que un valor de presion en una fase inicial de uso del dispositivo cuando el compresor esta girando en dicha condicion.

3. El dispositivo de concentracion de oxfgeno segun el parrafo 1, en el que los criterios para considerar el deterioro debido a la absorcion de humedad tienen que satisfacer tambien la condicion: que el numero de revoluciones del compresor sea el numero de revoluciones del compresor a un valor fijado de caudal maximo y el valor detectado del sensor de presion no sea menor que un valor de presion en una fase inicial de uso del dispositivo cuando el compresor esta girando en dicha condicion.

4. El dispositivo de concentracion de oxfgeno segun el parrafo 2 o el parrafo 3, en el que cuando, tras controlar el tiempo de conmutacion del medio de conmutacion de la trayectoria de flujo de modo que el tiempo de la etapa de purga se hace mas corto que un tiempo fijado inicialmente satisfaciendo los criterios para considerar el deterioro debido a la absorcion de humedad, se satisfacen de nuevo los criterios, el tiempo de conmutacion del medio de conmutacion de la trayectoria de flujo se controla de modo que el tiempo de la etapa de purga se hace mas corto que el tiempo fijado del control anterior.

5. El dispositivo de concentracion de oxfgeno segun uno cualquiera de los parrafos 2 a 4, en el que el valor detectado del sensor de concentracion de oxfgeno es del 90 % o menos y el tiempo de funcionamiento del cilindro de adsorcion es de 2000 horas o mas.

[Efectos ventajosos de la invencion]

Segun el dispositivo de concentracion de oxfgeno de la presente invencion, la concentracion de oxfgeno puede aumentarse rapidamente en respuesta a una disminucion en el rendimiento de adsorcion de nitrogeno producida por el deterioro temporal del adsorbente y una disminucion consecuente en la concentracion de oxfgeno del gas concentrado en oxfgeno. Por tanto, puede proporcionarse un dispositivo de concentracion de oxfgeno que permite el uso a largo plazo.

[Breve descripcion de los dibujos]

La figura 1 es un diagrama esquematico que muestra un dispositivo de concentracion de oxfgeno de tipo adsorcion por cambio de presion segun una realizacion del dispositivo de concentracion de oxfgeno de la presente invencion. Adicionalmente, la figura 2 representa los tiempos de conmutacion de apertura/cierre de valvulas de suministro, valvulas de escape y una valvula de equilibrio de presion en etapas respectivas de adsorcion/desorcion del dispositivo de concentracion de oxfgeno de tipo adsorcion por cambio de presion de la presente invencion.

La figura 3 representa una relacion entre la disminucion en la concentracion de oxfgeno producida por el deterioro del adsorbente debido a la absorcion de humedad y el tiempo de purga. Ademas, la figura 4 y la figura 5 muestran relaciones entre el cambio en la concentracion de oxfgeno producido por el deterioro temporal del dispositivo de concentracion de oxfgeno y el control del numero de revoluciones del compresor y el control del tiempo de purga.

[Descripcion de realizaciones]

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Se describira una realizacion de un dispositivo de concentracion de ox^geno de la presente invencion con referencia a los dibujos a continuacion.

La figura 1 es un diagrama estructural esquematico que muestra el dispositivo de concentracion de oxfgeno de tipo adsorcion por cambio de presion segun una realizacion de la presente invencion. El dispositivo de concentracion de oxfgeno de la presente invencion comprende: un compresor 102 que suministra aire comprimido; cilindros 107A y 104B de adsorcion llenos de un adsorbente que adsorbe selectivamente nitrogeno en lugar de oxfgeno; y valvulas 105A y 105B de suministro, valvulas 106A y 106B de escape, y una valvula 110 de equilibrio de presion que son medios de conmutacion de trayectoria de flujo que conmutan una secuencia de una etapa de adsorcion, una etapa de desorcion, una etapa de equilibrio de presion, y similares. Un gas concentrado en oxfgeno generado mediante separacion del aire comprimido se ajusta a un caudal indicado mediante una valvula 113 de control, que se libera de polvo mediante un filtro 115, y se suministra despues a un usuario mediante el uso de una canula 116 nasal.

Se lleva aire como material de partida al interior del dispositivo de concentracion de oxfgeno desde el exterior a traves de un acceso de entrada de aire equipado con un filtro 101 de entrada de aire externo para eliminar materia extrana tal como polvo y similar. En este caso, el aire normal contiene aproximadamente el 21 % de gas oxfgeno, aproximadamente el 77 % de gas nitrogeno, el 0,8 % de gas argon y el 1,2 % de otros gases tales como dioxido de carbono y similares. Un dispositivo de concentracion de oxfgeno de este tipo enriquece un gas oxfgeno, que es esencial para la respiracion, y lo extrae.

Para extraer el gas concentrado en oxfgeno, el aire como material de partida comprimido por el compresor 102 se suministra a un cilindro 107 de adsorcion lleno de un adsorbente compuesto por zeolita y similar, que adsorbe selectivamente moleculas de nitrogeno en lugar de moleculas de oxfgeno, abriendo y cerrando las valvulas 105A y 105B de suministro y las valvulas 106A y 106B de escape, mientras se conmutan los cilindros 107A y 107B de adsorcion secuencialmente, y retirando selectivamente un gas nitrogeno contenido en el aire como material de partida en el cilindro de adsorcion a una concentracion de aproximadamente el 77 %. Como adsorbente de este tipo, puede usarse zeolita de tamiz molecular tal como tipo 5A, tipo 13X, tipo Li-X, y similares.

El cilindro 107 de adsorcion esta compuesto por un recipiente cilmdrico lleno de un adsorbente, y habitualmente se usan un tipo de un cilindro, un tipo de dos cilindros y, ademas, un tipo de multiples cilindros tal como un tipo de tres o mas cilindros. Sin embargo, para producir el gas concentrado en oxfgeno de manera continua y eficaz a partir del aire como material de partida, es deseable usar un cilindro de adsorcion de un tipo de dos cilindros o un tipo de multiples cilindros.

El compresor 102 puede tener meramente una funcion de compresion o funciones tanto de compresion como de evacuacion, y puede ser un compresor de aire oscilante de tipo de dos cabezales, asf como un compresor de aire giratorio tal como de tipo tornillo, de tipo rotativo, de tipo espiral y similares. Puede usarse o bien corriente alterna o bien corriente continua como fuente de energfa de un motor electrico para accionar el compresor.

En el cilindro de adsorcion en un estado comprimido, el nitrogeno en el aire se adsorbe por el adsorbente, y el gas concentrado en oxfgeno que contiene oxfgeno como componente principal, que no se adsorbio, se extrae de un lado de salida de producto del cilindro de adsorcion y fluye al interior de un tanque 111 de producto por medio de las valvulas 108A y 108B de retencion que estan instaladas para impedir que el gas concentrado en oxfgeno fluya de vuelta al interior del cilindro de adsorcion.

Por otro lado, no es necesario que el gas nitrogeno adsorbido por el adsorbente empaquetado en el cilindro de adsorcion se desorba del adsorbente y se purgue, para que el adsorbente adsorba nitrogeno de nuevo del aire como material de partida recien introducido. Con este proposito, los cilindros 107A y 107B de adsorcion se conectan a una canalizacion de salida por medio de las valvulas 106A y 106B de escape, y un estado comprimido se conmuta a un estado abierto al aire, desorbiendo de ese modo el nitrogeno adsorbido en un estado comprimido y descargando el mismo al aire para regenerar el adsorbente. Ademas, en esta etapa de desorcion, se realiza una etapa de purga para mejorar la eficacia de desorcion de nitrogeno, en la que una parte del gas concentrado en oxfgeno generado se hace fluir de vuelta como gas de purga desde el lado de salida de producto del cilindro de adsorcion en la etapa de adsorcion al cilindro de adsorcion en la etapa de desorcion por medio de los orificios 109A y 109B y la valvula 110 de equilibrio de presion.

El gas concentrado en oxfgeno almacenado en el tanque 111 de producto contiene oxfgeno que tiene una alta concentracion de, por ejemplo, el 95 %, y el propio paciente fija un caudal de oxfgeno necesario segun la indicacion del medico. Una cantidad indicada del gas oxfgeno concentrado se suministra al paciente con presion y un caudal de suministro del mismo controlado por medio de un medio de ajuste del caudal tal como una valvula 112 de regulacion de presion, una valvula 113 de control, y similares. Por otro lado, el caudal y la concentracion de oxfgeno del gas concentrado en oxfgeno suministrado al paciente se detectan por un sensor 117 de concentracion de oxfgeno/sensor de caudal y, basandose en los resultados de deteccion, se controlan el numero de revoluciones del compresor 102, y los tiempos de apertura/cierre de los medios de conmutacion de la trayectoria de flujo tales como la valvula 105 de suministro, la valvula 106 de escape y la valvula 110 de equilibrio de presion se controlan mediante un medio de funcionamiento tal como la CPU 120 y similares para controlar la generacion de oxfgeno.

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La presion de adsorcion se mide por lo que respecta a la presion interna del cilindro de adsorcion o la presion de descarga del compresor, y se detecta por un sensor de presion, tal como se muestra en la figura 1, instalado en un conducto en un lado de descarga del compresor o un sensor de presion instalado en el cilindro de adsorcion.

La figura 2 es un diagrama esquematico de los tiempos de apertura/cierre del medio de conmutacion de la trayectoria de flujo segun una realizacion del dispositivo de concentracion de oxfgeno de la presente invencion, con los que se conmutan secuencialmente las valvulas de suministro y las valvulas de escape instaladas en una trayectoria de flujo entre el compresor y cada cilindro de adsorcion, y una valvula de equilibrio de presion que equilibra la presion entre los cilindros de adsorcion en un lado pasados los cilindros de adsorcion.

En el dispositivo de concentracion de oxfgeno de tipo adsorcion por cambio de presion de dos cilindros, tal como se muestra en la figura 2, mientras el cilindro A de adsorcion esta realizando la etapa de adsorcion, el cilindro B de adsorcion realiza la etapa de desorcion. La etapa de adsorcion y la etapa de desorcion se conmutan secuencialmente y las etapas de los cilindros A y B estan en fase opuesta entre sf para producir continuamente oxfgeno controlando la apertura/cierre de las valvulas A y B de suministro, las valvulas A y B de escape y la valvula de equilibrio de presion.

Puede producirse oxfgeno eficazmente incorporando una etapa de purga en la que una parte del oxfgeno generado en la etapa de adsorcion se hace pasar al cilindro de adsorcion en el lado de etapa de desorcion por medio de la valvula de equilibrio de presion para mejorar la eficacia en la regeneracion del adsorbente, y llevando a cabo una secuencia estacionaria de etapas de conmutacion en los cilindros A y B, en la que se realizan alternativamente una serie de la etapa de adsorcion, una etapa de purga-generacion, la etapa de desorcion y una etapa de purga-escape en el cilindro A de adsorcion y una serie de la etapa de desorcion, la etapa de purga-escape, la etapa de adsorcion y la etapa de purga-generacion en el cilindro B de adsorcion.

Tal como se muestra en la parte sombreada de la figura 2, la etapa de purga es, por ejemplo, para extraer oxfgeno del cilindro B de adsorcion que produce oxfgeno en la etapa de adsorcion, para pasar simultaneamente una parte del oxfgeno producido a traves de la valvula de equilibrio de presion al cilindro A de adsorcion que evacua nitrogeno en la etapa de desorcion, y en consecuencia para mejorar la eficacia de la desorcion de nitrogeno y la regeneracion de los adsorbentes. En el cilindro B de adsorcion, la etapa de purga-generacion se lleva a cabo para generar oxfgeno para la purga, mientras que en el cilindro A de adsorcion, se lleva a cabo una etapa de purga-descarga para hacer fluir el oxfgeno desde el lado de salida de producto como gas de purga, que entonces se descarga al exterior.

Cuando la duracion de la etapa de purga es grande, se mejora la eficacia de regeneracion de los adsorbentes, dando como resultado un aumento en la concentracion de oxfgeno del gas enriquecido en oxfgeno producido. Por otro lado, cuando el tiempo de una etapa de purga se hace demasiado largo, disminuye la cantidad de oxfgeno extrafdo desde el cilindro B de adsorcion al lado de tanque de producto y, ademas, dependiendo de la cantidad extrafda, una disminucion en la concentracion del oxfgeno generado puede producirse por la descomposicion del nitrogeno, dando como resultado el demerito de que disminuye la cantidad generada del gas producto. Cuando se controla toda la secuencia incluyendo cambios en la duracion de una etapa de adsorcion o etapa de desorcion, toda la secuencia puede llegar a desequilibrarse, lo que requiere un tiempo determinado para la estabilizacion de la concentracion de oxfgeno del gas enriquecido en oxfgeno producido. Por consiguiente, se controla la duracion de la etapa de purga en la presente invencion.

Mediante el uso del dispositivo de concentracion de oxfgeno durante un tiempo prolongado, el adsorbente se deteriora por la absorcion de humedad, lo que produce una disminucion en la concentracion de oxfgeno del gas concentrado en oxfgeno generado. La zeolita de tamiz molecular usada como absorbente de nitrogeno tiene una fuerte capacidad de adsorcion de humedad, y la humedad adsorbida por el adsorbente no puede retirarse completamente durante la etapa de desorcion y la etapa de purga, produciendo de ese modo el deterioro del rendimiento de adsorcion de nitrogeno. Habitualmente, para compensar tal disminucion en la concentracion de oxfgeno, se lleva a cabo un control para aumentar la concentracion de oxfgeno aumentando el numero de revoluciones del compresor del dispositivo de concentracion de oxfgeno, aumentando la cantidad del aire como material de partida suministrado, y aumentando la presion en el cilindro de adsorcion.

Se examino la optimizacion del tiempo de purga para responder a la disminucion en la concentracion de oxfgeno del gas concentrado en oxfgeno generado, producida por el deterioro debido a la absorcion de humedad.

Tal como se muestra en la figura 3, el valor optimo del tiempo de purga disminuye hasta el lado de tiempo mas corto con deterioro del adsorbente debido a la absorcion de humedad. Por tanto, puede intentarse un aumento en la concentracion de oxfgeno disminuyendo el tiempo de purga para hacer frente a (para compensar) el deterioro debido a la absorcion de humedad. Concretamente, para un valor prefijado inicialmente del tiempo de purga de 3,5 segundos, el tiempo de purga se acorta hasta 2,5 segundos y luego hasta 2,0 segundos a medida que el deterioro temporal avanza hasta el deterioro A y B, respectivamente. Por tanto, cambiando el tiempo de purga a un lado de tiempo mas corto, la concentracion de oxfgeno aumenta. Cuando se cambia el tiempo de purga a un lado de tiempo mas corto de este modo, es preferible no acortar el tiempo hasta un valor optimo de una vez, sino cambiar

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gradualmente el tiempo a intervalos pequenos tales como 0,1 segundos y 0,2 segundos, porque de este modo hay menos efecto sobre la concentracion del oxfgeno generado.

Cuando se cambia el ciclo de tiempo de la etapa de adsorcion/desorcion a la ligera sin considerar el motivo de la disminucion en la concentracion de oxfgeno, se incurrira en la desestabilizacion de la generacion de ox^geno. Es importante llevar a cabo un control del cambio del tiempo de purga a un lado de tiempo mas corto indicado tras considerar a partir de una pluralidad de parametros que se esta produciendo ese deterioro debido a la absorcion de humedad y entendiendo de antemano que se produce la disminucion en la concentracion de oxfgeno del gas concentrado en oxfgeno por el deterioro del adsorbente debido a la absorcion de humedad.

El deterioro del adsorbente debido a la absorcion de humedad va acompanado por los fenomenos de que la concentracion del gas concentrado en oxfgeno generado disminuye hasta una concentracion indicada o inferior y de que la presion de adsorcion aumenta hasta un valor indicado o superior. Un valor umbral de la concentracion de oxfgeno se fija preferiblemente entre el 90 % o menos y un valor mmimo del gas concentrado en oxfgeno o mas, en el que el valor mmimo se garantiza mediante el dispositivo de concentracion de oxfgeno. Por ejemplo, en el caso de un dispositivo medico de concentracion de oxfgeno que suministra un gas concentrado en oxfgeno a alta concentracion, el valor umbral se fija preferiblemente entre el 80 y el 90 %.

Aunque la presion de adsorcion muestra valores algo diferentes dependiendo del lugar de instalacion del sensor de presion, tal como puede observarse entre la presion interna del cilindro de adsorcion y la presion de descarga del compresor, puede usarse cualquier valor para llevar a cabo el control. En el caso del dispositivo de concentracion de oxfgeno, la presion vana enormemente entre la etapa de adsorcion y de desorcion. Ademas, para propositos de reduccion del consumo de electricidad y compensacion de la concentracion de oxfgeno, se lleva a cabo el control del numero de revoluciones del compresor segun un valor prefijado del caudal. En este caso, el numero de revoluciones del compresor se controla por realimentacion detectando la concentracion de oxfgeno, y la presion de adsorcion no muestra un valor umbral constante. Ademas, el valor de presion tambien vana por factores distintos del deterioro del adsorbente debido a la absorcion de humedad, tal como, por ejemplo, una disminucion en la presion de adsorcion debido a un fallo anomalo del compresor o las valvulas electromagneticas, anomalfa en los conductos, y similares.

Para excluir la variacion de la presion de adsorcion basandose en factores distintos del deterioro del adsorbente debido a la absorcion de humedad, tal como el control normal del numero de revoluciones del compresor desencadenadas por el caudal prefijado, la concentracion de oxfgeno, y similares, y la anomalfa del equipo, es preferible fijar condiciones como criterios para considerar el deterioro del adsorbente debido a la absorcion de humedad tal como 1) que el numero de revoluciones del compresor sea un valor de control de lfmite superior, y un valor detectado del sensor de presion no sea menor que un valor de presion fijado en una fase inicial de uso del

dispositivo cuando el compresor esta girando en dichas condiciones, o 2) que el numero de revoluciones del

compresor corresponda al del compresor a un valor de caudal prefijado maximo del medio de ajuste del caudal, y un valor detectado del sensor de presion no sea menor que un valor de presion fijado en una fase inicial de uso del

dispositivo cuando el compresor esta girando en dichas condiciones. Se detecta que la presion de adsorcion del

dispositivo muestra un valor de presion que no es menor que un intervalo normal. Ademas, tambien es posible detectar un aumento en la presion de adsorcion basandose en la presion de adsorcion inicial en las condiciones de funcionamiento del compresor determinadas de antemano para cada valor fijado del caudal.

Ademas, un deterioro de este tipo del adsorbente debido a la absorcion de humedad se produce como resultado del funcionamiento del dispositivo de concentracion de oxfgeno durante al menos un periodo de tiempo determinado y, si el control de la presente invencion se activa en un tiempo poco despues del comienzo de funcionamiento del dispositivo, se sugiere que esta produciendose otra anomalfa del dispositivo. Por tanto, un requisito previo para activar el control de la presente invencion para cambiar el tiempo de purga a un lado de tiempo mas corto es que al menos haya transcurrido un tiempo indicado tras el inicio del funcionamiento del dispositivo de adsorcion. Normalmente, el dispositivo de concentracion de oxfgeno se usa preferiblemente en un entorno de vida de, por ejemplo, desde 5 °C hasta 35 °C, pero tambien puede usarse en un periodo de invierno duro por debajo del punto de congelacion o en condiciones de calor intenso de 40 °C o mas. El deterioro del adsorbente debido a la absorcion de humedad aparece de manera notable especialmente en un entorno de temperatura baja de, por ejemplo, 5 °C o menos, y por debajo del punto de congelacion. La velocidad de deterioro del adsorbente vana enormemente dependiendo del entorno en que se usa el dispositivo. Por tanto, es preferible que el tiempo de funcionamiento del cilindro de adsorcion haya sido de al menos 500 horas o mas, preferiblemente 2000 horas o mas antes de activar el control.

En la figura 4 y la figura 5, se muestran las relaciones entre la concentracion de oxfgeno del gas concentrado en oxfgeno, el numero de revoluciones del compresor y un tiempo de purga cuando, en el dispositivo de concentracion de oxfgeno de la presente invencion, se lleva a cabo el cambio de tiempo de purga a un lado de tiempo mas corto tras realizarse un control por compensacion de la concentracion de oxfgeno mediante el aumento del numero de revoluciones del compresor debido a la disminucion en la concentracion de oxfgeno del gas concentrado en oxfgeno generado, y el control mediante el numero de revoluciones del compresor ha alcanzado un lfmite.

Tal como se muestra en la figura 4, la concentracion de oxfgeno muestra un valor del 95 % en una fase inicial de

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funcionamiento del dispositivo de concentracion de ox^geno, pero la concentracion de ox^geno del gas concentrado en ox^geno generado disminuye debido al deterioro temporal del adsorbente debido a la absorcion de humedad. En un punto de tiempo cuando la concentracion de oxfgeno cae por debajo del 90 %, se aumenta el numero de revoluciones del compresor y se aumenta la presion de adsorcion para mantener la concentracion de ox^geno al 90 %. A medida que avanza el deterioro debido a la absorcion de humedad, se activa un control para aumentar adicionalmente el numero de revoluciones del compresor. Sin embargo, no hay lfmite para ello y, una vez que el numero de revoluciones del compresor alcanza un lfmite superior y, en un punto de tiempo cuando la concentracion de oxfgeno cae por debajo del 88 %, se lleva a cabo el cambio de tiempo de purga a un lado de tiempo mas corto (deterioro A). Esto produce un aumento temporal en la concentracion de oxfgeno del gas concentrado en oxfgeno generado. A medida que avanza el deterioro temporal adicionalmente, y cuando la concentracion de oxfgeno cae de nuevo por debajo del 88 %, se activa un control para cambiar el tiempo de purga adicionalmente a un lado de tiempo mas corto (deterioro B). Esto produce otro aumento en la concentracion de oxfgeno del gas concentrado en oxfgeno generado.

La figura 5 muestra un ejemplo donde se usa simultaneamente el control por compensacion de la concentracion de oxfgeno en el deterioro A y el deterioro B. La concentracion de oxfgeno muestra un valor del 95 % en una fase inicial de funcionamiento del dispositivo de concentracion de oxfgeno, pero la concentracion de oxfgeno del gas concentrado en oxfgeno generado disminuye dado el deterioro temporal del adsorbente debido a la absorcion de humedad. En un punto de tiempo "a" cuando la concentracion de oxfgeno cae por debajo del 90 %, se aumenta el numero de revoluciones del compresor y se aumenta la presion de adsorcion para mantener la concentracion de oxfgeno al 90 %. En un punto de tiempo "b" cuando ha avanzado adicionalmente el deterioro debido a la absorcion de humedad y el numero de revoluciones del compresor ha alcanzado el lfmite superior, se termina el control por compensacion de la concentracion de oxfgeno. A continuacion, en un punto de tiempo "c" cuando la concentracion de oxfgeno cae por debajo del 88 %, se lleva a cabo el cambio de tiempo de purga a un lado de tiempo mas corto (deterioro A). Esto produce un aumento temporal en la concentracion de oxfgeno del gas concentrado en oxfgeno generado. Con el aumento en la concentracion de oxfgeno, se reanuda el control por compensacion de la concentracion de oxfgeno y disminuye el numero de revoluciones del compresor. En un punto de tiempo "d" cuando ha avanzado adicionalmente el deterioro debido a la absorcion de humedad y el numero de revoluciones del compresor ha alcanzado de nuevo el lfmite superior, se termina el control por compensacion de la concentracion de oxfgeno. Y, en un punto de tiempo "e" cuando la concentracion de oxfgeno cae de nuevo por debajo del 88 %, se activa un control para cambiar el tiempo de purga adicionalmente al lado de tiempo mas corto (deterioro B). Esto produce otro aumento en la concentracion de oxfgeno del gas concentrado en oxfgeno generado. A continuacion, del mismo modo que en el deterioro A, se reanuda el control por compensacion de la concentracion de oxfgeno, y se produce una disminucion en el numero de revoluciones del compresor. Posteriormente, el numero de revoluciones del compresor alcanza el lfmite superior en un punto de tiempo "f", y se produce una disminucion en la concentracion de oxfgeno.

En cuanto a tal control de cambio del tiempo de purga, la figura 4 y la figura 5 muestran ejemplos de activacion del control dos veces. Sin embargo, repitiendo el control desde 2 hasta aproximadamente 5 veces, puede mantenerse la concentracion del oxfgeno generado y se posibilita un funcionamiento de tiempo prolongado del dispositivo de concentracion de oxfgeno. La determinacion del valor de ajuste para el tiempo de purga depende de la capacidad de generacion del dispositivo de concentracion de oxfgeno, de la concentracion del oxfgeno suministrado, y similares.

En la puesta en marcha del dispositivo de concentracion de oxfgeno, el funcionamiento se inicia habitualmente con el tiempo de purga fijado por defecto. El deterioro del adsorbente por la absorcion de humedad se considera basandose en las tres condiciones anteriores, incluyendo la concentracion de oxfgeno del gas concentrado en oxfgeno generado, la presion de adsorcion y el tiempo de funcionamiento del/de los cilindro(s) de adsorcion. Por ejemplo, cuando la concentracion de oxfgeno es menor del 88 %, la presion de adsorcion cuando el compresor esta funcionando a un numero de revoluciones maximo no es menor que la presion inicial, y el tiempo de funcionamiento del cilindro de adsorcion es de 2000 horas o mas, el tiempo de purga se cambia desde 3,5 segundos hasta 2,5 segundos (deterioro A). Se almacena el numero de veces de cambio de tiempo de purga y, mientras se realiza el encendido/apagado repetido del dispositivo, cuando se lleva a cabo el cambio de tiempo de purga a un lado de tiempo mas corto, por ejemplo, tres o mas veces en las condiciones en que se satisfacen las tres condiciones del deterioro debido a la absorcion de humedad, se inicia la siguiente puesta en marcha con un tiempo de purga de deterioro A, es decir, de 2,5 segundos.

Ademas, cuando a continuacion se satisfacen de nuevo las tres condiciones, se cambia el tiempo de purga a un lado de tiempo mas corto desde 2,5 segundos hasta 2 segundos como deterioro B. Esto produce un aumento en la concentracion de oxfgeno, y puede prolongarse la duracion de uso del dispositivo de concentracion de oxfgeno.

[Aplicabilidad industrial]

El dispositivo de concentracion de oxfgeno de la presente invencion puede usarse como dispositivo medico de concentracion de oxfgeno y en particular como fuente de suministro de oxfgeno de terapia de inhalacion de oxfgeno para pacientes que padecen enfermedades del sistema respiratorio tales como asma, enfisema pulmonar, bronquitis cronica y similares. Ademas, el dispositivo de concentracion de oxfgeno puede utilizarse como dispositivo capaz de

suministrar ox^geno con estabilidad a largo plazo, que es una caractenstica de la presente invencion.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de concentracion de ox^geno de tipo adsorcion por cambio de presion que comprende:

5 dos cilindros (107) de adsorcion llenos de un adsorbente que adsorbe selectivamente nitrogeno en lugar de

oxfgeno;

un compresor (102) configurado para suministrar aire comprimido al cilindro (107) de adsorcion;

10 un medio de conmutacion de la trayectoria de flujo que esta configurado para repetir, conmutando

secuencialmente una trayectoria de flujo entre el compresor (102) y cada cilindro (107) de adsorcion, en unos tiempos indicados, una etapa de adsorcion donde se suministra aire a presion a cada cilindro (107) de adsorcion y se extrae un gas concentrado en oxfgeno, una etapa de desorcion donde se descomprime cada cilindro (107) de adsorcion y se regenera el adsorbente, y una etapa de purga donde se introduce el gas 15 concentrado en oxfgeno desde un cilindro (107) de adsorcion en un lado de etapa de adsorcion en el otro

cilindro (107) de adsorcion en un lado de etapa de desorcion, en el que el medio de conmutacion de la trayectoria de flujo esta configurado de manera que las etapas de los dos cilindros de adsorcion estan en fase opuesta entre sf de modo que, mientras el cilindro de adsorcion esta realizando la etapa de adsorcion, el otro cilindro de adsorcion realiza la etapa de desorcion;

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un medio de ajuste del caudal que esta configurado para suministrar el gas concentrado en oxfgeno ajustando el caudal a un valor deseado; y

un medio de control que esta configurado para controlar el funcionamiento de un sensor (117) de 25 concentracion de oxfgeno configurado para medir una concentracion del gas concentrado en oxfgeno, un

sensor de presion configurado para detectar una presion del cilindro (107) de adsorcion, el compresor (102) y el medio de conmutacion de la trayectoria de flujo,

caracterizado por que el medio de control esta configurado para controlar el numero de revoluciones del 30 compresor (102) basandose en un valor detectado del sensor de concentracion de oxfgeno, considerar el

deterioro debido a la adsorcion de humedad basandose en el valor detectado del sensor de concentracion de oxfgeno, un valor detectado del sensor de presion y un tiempo de funcionamiento del cilindro (107) de adsorcion, y cuando se satisfacen los criterios para considerar el deterioro debido a la adsorcion de humedad, controlar un tiempo de conmutacion del medio de conmutacion de la trayectoria de flujo de modo 35 que el tiempo para la etapa de purga se hace mas corto que un valor fijado inicialmente

en el que los criterios para considerar el deterioro debido a la absorcion de humedad tienen que satisfacer tres condiciones: que el valor detectado del sensor de concentracion de oxfgeno no sea mayor que un valor de concentracion indicado; que el tiempo de funcionamiento del cilindro (107) de adsorcion no sea menor 40 que un tiempo indicado; y que el valor detectado del sensor de presion aumente hasta un valor indicado o

superior.
2. El dispositivo de concentracion de oxfgeno segun la reivindicacion 1, en el que los criterios para considerar el deterioro debido a la absorcion de humedad tienen que satisfacer tambien la condicion: que el numero de

45 revoluciones del compresor (102) sea un valor de control de lfmite superior y el valor detectado del sensor

de presion no sea menor que un valor de presion en una fase inicial de uso del dispositivo cuando el compresor (102) esta girando en dicha condicion.
3. El dispositivo de concentracion de oxfgeno segun la reivindicacion 1, en el que los criterios para considerar

50 el deterioro debido a la absorcion de humedad tienen que satisfacer tambien la condicion: que el numero de

revoluciones del compresor (102) sea el numero de revoluciones del compresor (102) a un valor fijado de caudal maximo y el valor detectado del sensor de presion no sea menor que un valor de presion en una fase inicial de uso del dispositivo cuando el compresor (102) esta girando en dicha condicion.

55 4. El dispositivo de concentracion de oxfgeno segun la reivindicacion 2 o la reivindicacion 3, en el que cuando,

tras controlar el tiempo de conmutacion del medio de conmutacion de la trayectoria de flujo de modo que el tiempo de la etapa de purga se hace mas corto que un tiempo fijado inicialmente, se satisfacen de nuevo los criterios para considerar el deterioro debido a la absorcion de humedad, el tiempo de conmutacion del medio de conmutacion de la trayectoria de flujo se controla de modo que el tiempo de la etapa de purga se 60 hace mas corto que el tiempo fijado del control anterior.
5. El dispositivo de concentracion de oxfgeno segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que el valor detectado del sensor de concentracion de oxfgeno es del 90 % o menos y el tiempo de funcionamiento del cilindro de adsorcion es de 2000 horas o mas.