JP2023514811A - 携帯型酸素濃縮器 - Google Patents

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Abstract

携帯型酸素濃縮器が提供される。この携帯型酸素濃縮器は、吸気口及び排気口、吸気口に隣接する吸着材料の第１の領域、並びに排気口に隣接する吸着材料の第２の領域を有するシーブベッドを含む。吸着材料の第１及び第２の領域は、吸着材料のビーズを有する。第１の領域は、第１のサイズのビーズを有し、第２の領域は、第１のサイズよりも大きい第２のサイズのビーズを有する。

Description

本開示は、携帯型酸素濃縮器、及び空気から酸素を濃縮する方法に関する。
必要に応じて酸素を供給するために、治療モダリティとして酸素を投与するために、市販の解決法、いわゆる酸素濃縮器が開発されてきた。携帯型酸素濃縮器（ＰＯＣ）は、ＣＯＰＤ患者の移動性を向上させることを可能にする。これらのシステムは、高い製品純度での小型・軽量で長時間のバッテリーの使用（エネルギー消費が少ないこと）が要求される。携帯型酸素濃縮器のシーブベッド(sieve bed)のサイズ（及びこの場合、シーブベッドに使用される活性物質の量）は、ますます小さくなってきている。これは、シーブベッドが不純物の取り込みに対しさらに敏感となり、これにより性能の低下となる。例えばリチウム交換ゼオライト（LiLSXモレキュラーシーブ）のような、酸素濃縮器に使用される典型的な吸着剤は、窒素を優先的に吸着する吸着剤の能力の低下を引き起こす大気の湿度のような汚染物質の影響を受けやすい。携帯型の濃縮器は、断続的な使用方法でかなりの頻度で使用され、これが性能のさらなる損失をもたらすことも確認されている。例えば活性アルミナのような材料の保護層を加えることによって、並びに米国特許番号第8,894,751号及び第9,592,360号に見られるような分野において、シーブベッドを単に容易に交換可能にすることによって、より小さいシーブベッドの劣化速度に対処する試みがなされてきた。
既存のシステムでは、小型の携帯型酸素濃縮器にあるシーブベッドの寿命が、装置の所望する耐用寿命よりも大幅に短くなることも認められる。
上述したように、既存の装置及び方法の制限は、既存のシーブベッドが携帯型酸素濃縮器の要件に適合しないことである。不純物に対する感度が低くなるだけでなく、携帯型酸素濃縮器の非常に効率的で、時には断続的な動作に対する要求も満たすシーブベッドの改善が必要とされるので、これらの制限に対処することは価値がある。
従って、第１の態様によれば、吸気口及び排気口、前記吸気口に隣接する吸着材料の第１の領域、並びに前記排気口に隣接する吸着材料の第２の領域から構成されるシーブベッドを有する携帯型酸素濃縮器が提供され、吸着材料の第１及び第２の領域は、吸着材料のビーズを有し、前記第１の領域は、第１のサイズのビーズを有し、前記第２の領域は、第１のサイズよりも大きい第２のサイズのビーズを有する。
第１の態様に規定されるようなシーブベッドを使用することによって、他のシーブベッドの構成と比べて、Ｎ２の容量損失が減るので、携帯型酸素濃縮器の性能は改善される。
幾つかの実施形態において、第１の領域は、第２の領域のビーズからなる櫛目の口径より小さい櫛目の口径を持つビーズを有する。
幾つかの実施形態において、第１の領域は、第１のサイズのビーズの少なくとも１０重量％を有する。
幾つかの実施形態において、第１の領域及び／又は第２の領域における吸着材料は、ゼオライトを有する。
幾つかの実施形態において、第１の領域及び第２の領域におけるゼオライトは同じである。
幾つかの実施形態において、第１の領域及び第２の領域の一方又は両方における吸着材料は、ＬｉＬＳＸゼオライトを有する。
幾つかの実施形態において、第１の領域における吸着材料の量は、シーブベッドの寸法及び携帯型酸素濃縮器の使用目的の関数として決定される。
幾つかの実施形態において、第１の領域の長さは、シーブベッドの全長の５０％以下である。
幾つかの実施形態において、前記シーブベッドは、第１のシーブベッドであり、携帯型酸素濃縮器は、第１のシーブベッドに並列に接続される第２のシーブベッドを有する。
幾つかの実施形態において、携帯型酸素濃縮器は、第１のシーブベッド及び第２のシーブベッドの一方又は両方のパージ量を制御するように適応する少なくとも１つの切り替え可能なパージ弁を有する。
第２の態様によれば、酸素を濃縮する方法が提供され、この方法は、酸素含有ガス流を、吸着材料の第１の領域、及び前記第１の領域より下流にある、吸着材料の第２の領域を有するシーブベッドに通すステップを有し、これら吸着材料の第１及び第２の領域は、吸着材料の粒子を有し、第１の領域は、第２の領域の粒子の粒子サイズより小さい粒子サイズを持つ粒子を有する。
幾つかの実施形態において、前記シーブベッドは、第１のシーブベッドであり、第２のシーブベッドに並列に接続され、前記酸素含有ガス流は、第１のシーブベッド及び第２のシーブベッドを交互に通過する。
幾つかの実施形態において、第２のシーブベッドは、第１のシーブベッドと同一である。
幾つかの実施形態において、第１及び第２のシーブベッドは、圧力スイング吸着プロセスで動作可能である。
幾つかの実施形態において、前記吸着材料は、LiLSXゼオライトを有する。
上述した態様及び実施形態に従って、現在の技術の制限が対処される。特に、上述した態様及び実施形態に従って、シーブベッドの性能は、サイズが１つのだけの粒子からなるシーブベッドと比べて、及びより大きな粒子からなる保護層を持つシーブベッドの性能と比べて、思いのほか改善される。特に、シーブベッドの寿命性能を延ばすことができ、窒素容量の損失が減る。従って、改善される携帯型酸素濃縮器及び空気から酸素を濃縮する方法が提供される。
本開示のこれら及び他の態様、目的、特徴並びに特性は、付随する図面を参照して、以下に記載される実施形態から明白となり、これらの全てが本明細書を形成している。様々な図面において、同様の参照番号は対応する部品を示している。しかしながら、これら図面は単に例証及び説明を目的とするものであり、本発明の境界を規定するものとは意図されないことは明白に理解されるべきである。
例示的な実施形態は、以下の図面を参照して、単に例として記載される。
図１は、一実施形態による携帯型酸素濃縮器を示す。 図２は、一実施形態による層状のシーブベッドを示す。 図３は、ある対照の実施形態に対する、動作時間を関数とする容量の損失を示す。 図４は、２つの対照に対する、使用時間の平方根を関数とする容量の損失を示す。 図５は、２つの対照の実施形態に対する、動作時間を関数とする容量の損失を示す。 図６は、ある対照の実施形態に対する、動作時間を関数とする容量の損失を示す。
別段の定義がない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本明細書に開示される主題が属する当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと類似又は同等の如何なる方法、装置及び材料が、本明細書に開示される主題の実施又は試験において使用されることができたとしても、代表的な装置、方法及び材料が、ここに記載される。
明細書において、特に文脈上はっきりと述べていない限り、複数あると述べていなくても、それらが複数あることを含む。
特に断らない限り、本明細書及び記載に用いられる分量、特性等を示す全ての数字は、全ての例において、"約"という用語により修正されるものと理解されるべきである。従って、反対に示されない限り、本明細書及び記載に述べる数値パラメタは、本明細書に開示される主題により得られることが求められる所望の特性に応じて変化し得る近似値である。
本明細書に使用されるように、"約"という用語は、質量、重量、時間、容量、濃度又はパーセンテージの値又は量を指すとき、特定の量から、ある実施形態では±２０％、ある実施形態では±１５％、ある実施形態では±１０％、ある実施形態では±５％、ある実施形態では±１％、ある実施形態では±０．５％、及びある実施形態では±０．１％の変化量を含むことを意味し、その変化量自身は、開示する発明を実行するのに適切である。
本明細書の全ての測定値は、特に明記しない限り、標準条件の下で測定される。本明細書に言及される全ての測定値は、特に断らない限り、平均値を指す。
本明細書に使用されるように、範囲は、"およその（約）"ある特定の値から、及び／又は"およその（約）"別の特定の値までとして表すことができる。本明細書において、多くの値が開示され、各値は、その値自身に加え、"およその（約）"その特定の値として本明細書に開示されることも理解される。例えば、値"１０"が開示されるとき、"約１０"も開示される。２つの特定の単位量間の各単位量も開示されていることも理解される。例えば、"１０"及び"１５"が開示されるとき、１１、１２、１３及び１４も開示される。
本明細書で使用されるように、"有する"という用語は、他の特定されていない特徴が存在し得ることを可能にする限定されない意味(open meaning)を持つ。この用語は、これらに限定されないが、"本質的に～からなる"という半閉鎖的な用語及び"からなる"という閉鎖的な用語を含む。文脈が他に指示しない限り、"有する"という用語は、"本質的に～からなる"又は"からなる"の何れかで置き換えられる。
本明細書で使用されるように、"吸着材料"及び"シーブ材料"という用語は、互換的に使用することができ、一般に、この材料を通過するガス流から窒素を取り除くために、窒素ガスを吸着することが可能である粒子状又はペレット状の材料を指す。幾つかの実施形態において、吸着材料又はシーブ材料は、モレキュラーシーブ材料でもよい。幾つかの実施形態において、吸着材料又はシーブ材料は、ゼオライトを有する。
本明細書で使用されるように、"粒子"、"ビーズ"、"粒子サイズ"及び"ビーズサイズ"という用語は、一般に、吸着剤材料の物理的形状、例えば吸着シーブ材料の物理的形状を指し、規定の直径を持つ球形（又は略球形）粒子だけでなく、規定の最小主軸を持つ楕円形の粒子、及び規定の直径の吸着シーブ材料の略円筒形のペレットも含む。言い換えると、"粒子サイズ"又は"ビーズサイズ"に関する"サイズ"は、例えば、略球形の粒子又はビーズの直径、或いは円筒形の粒子の直径を指す。本明細書で使用されるように、"ｄ５０"は、粒子サイズを指し、ここで、粒子分布の５０％（典型的には質量）は、より小さいサイズを持ち、粒子分布の５０％は、より大きいサイズを持つ、すなわち中央の(median)粒子サイズを持つ。本明細書で使用されるように、"ｄ９０"は、粒子サイズを指し、ここで、粒子分布の９０％（典型的には質量）は、より小さいサイズを持ち、粒子分布の１０％は、より大きいサイズを持つ。粒子の直径は、ふるい分析(sieve analysis)、例えばASTM C136/C136 M及び／又はASTM E11に従うふるい分析により決定されることができる。粒子又はビーズのサイズは、光学的特性評価に基づいた個数平均径(number mean diameter)、例えば、粒子のサンプル中の各個別の粒子の最長両端距離又は最短両端距離を測定することに基づく画像分析でもよい。
一般に、酸素は、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）と呼ばれる処理によって、酸素濃縮器において空気から精製される。酸素濃縮器は、一般に、シーブベッドを形成する、モレキュラーシーブ材料（例えば、ゼオライト）で満たされた管で作られる。ＰＳＡ処理により動作する酸素濃縮器は、一般に、２つのシーブベッドが並列に接続されている。ゼオライト材料は、酸素又はアルゴンよりも窒素を優先的に吸着する。この特性は、加圧した空気がシーブベッドの一方を流れるとき、この空気流から窒素分子の大部分を取り除くことによって、酸素及び／又はアルゴン富化の製品ガス流を生成するために使用され得る。周囲空気は、約７８．０９％の窒素、約２０．９５％の酸素、０．９３％のアルゴン、約０．０３９％の二酸化炭素及び水蒸気を含む微量の他のガスから構成される。窒素の大部分が空気から取り除かれる場合、結果生じる製品ガスは、約９５．５８％の酸素及び約４．２４％のアルゴンである。
一般的に、吸着材料の単一の管（シーブベッド）は、窒素が吸着平衡に達し、窒素がシーブベッドの酸素出口から出始める前に、任意の一定圧力及び温度で有限の窒素吸着容量を持ち、従って、酸素濃縮処理の有効性を低下させる。この時点に達する直前に、酸素生成は、第２のシーブベッドに切り替えられるのに対し、第１のシーブベッドは、その圧力を排出し、周囲条件で平衡に再生する。この処理は、２つのシーブベッドの間を行ったり来たりして、濃縮した酸素ガスの略連続的な流れを患者に供給する。
吸着剤の劣化は、一般に、圧力スイング吸着処理の動作中又はオフ時間中の外部の周囲空気からの漏入によって、システムに入る水分子により引き起こされる。これら水分子は、通常は窒素を吸着するために使用されるゼオライトの吸着部位に最終的に結合する。水分子は、システムのオフ時間又はアイドリング時間中に、シーブベッドにわたり拡散することもでき、携帯型酸素濃縮器の市場においてますます重要になっているのは、このオフ時間の拡散である。ＰＳＡサイクルのためのバルブ、シーブ材料及び圧縮器の技術、並びに製造能力が進歩し続ける、及び小型・軽量の携帯型濃縮器のニーズ高まり続けるため、酸素濃縮器の装置全体を小型化し続けようとする要望がある。これは、通常、劣化をますます起こし易くするより小さいベッドのサイズ因子（酸素に出力に対する使用される吸着剤の量の比）を持つますます小さい吸着剤ベッド（シーブベッド）となる。これらの携帯型の装置は、より大きな濃縮器又はより大きなガス分離装置よりもより断続的に使用され、これは、動作時間に対するアイドリング時間の比率が高くなる。
上述したように、現在の携帯型酸素濃縮器及び方法の問題の幾つかに対処している、改善された携帯型酸素濃縮器及び酸素濃縮方法が本明細書に提供される。
幾つかの実施形態において、携帯型酸素濃縮器は、圧力スイング吸着の携帯型酸素濃縮器である。幾つかの実施形態において、携帯型酸素濃縮器は、並列に接続される２つのシーブベッドを有する。
図１は、一実施形態による携帯型酸素濃縮器１００を示す。
酸素濃縮器１００は、既存のシステムの欠点の幾つか又は全てを克服することができる。一般に、ＰＳＡサイクルは５つのステップを含む。これらのステップは、加圧(pressurization)、酸素製造(oxygen production)、平衡(balance)、ブローダウン(blowdown)（排出）及びパージ(purge)を含む。シーブベッド１０２ａが加圧されることから始まる酸素濃縮器１００の使用が以下に説明される。
加圧：
圧縮器１０４は、開放供給弁１０６ａを通してシーブベッド１０２ａに空気を供給し、その圧力を増大させ、その結果、窒素がガス流から吸着され、窒素吸着区域の前方を進行する精製された酸素流フロントが残る。シーブベッド１０２ａにおいて増大した圧力が、製品タンク１０８内に貯蔵される酸素ガスの圧力を超えるとき、逆止弁１１０ａが開く。（シーブベッド１０２ａから空気圧を抜くのに用いられる）排気弁１１２ａは閉じられ、開放供給弁１０６ｂは閉じられ、逆止弁１１０ｂは、シーブベッド１０２ｂが低圧であるため閉じられ、（シーブベッド１０２ｂからの空気圧を抜くのに用いられる）排気弁１１２ｂは開いていることを述べておく。幾つかの実施形態において、供給弁１０６ａ及び排気弁１１２ａは、シーブベッド１０２ａを圧縮器１０４及び周囲空気に接続する単一の三方向弁で置き換えられる。供給弁１０６ｂ及び排気弁１１２ｂも同様に、単一の三方向弁で置き換えることができる。
酸素製造：
圧縮器１０４は、シーブベッド１０２ａに空気を供給し続け、その結果、窒素吸着区域がシーブベッドの流路の酸素側に向かって進行する一方、精製された酸素ガスは、開いた逆止弁１１０ａを通り製品タンク１０８に押し込まれる。幾つかの実施形態において、製品タンク１０８は、圧力バッファとして使用されるガス貯蔵タンクであり、患者に送出するための濃縮酸素ガスの比較的安定した供給源を提供するのを助ける。幾つかの実施形態において、酸素濃縮器は、ガス貯蔵タンクを含まず、濃縮酸素ガスが直接患者に送出される。酸素製造ステップは、窒素吸着区域がシーブベッドの酸素出口に到達する前に終了すべきであり、窒素ガスがシーブベッドから出て、製品タンク１０８に流入し、患者に供給されるための貯蔵される酸素の純度を低下させることを防止する。
平衡：
酸素製造ステップの終わりに、シーブベッド１０２ａは、そのサイクルの最大圧力付近まで加圧され、シーブベッド１０２ｂは、大気圧付近である。前の２つのステップ中に取り除かれた窒素分子は、依然として主にシーブ材料内に吸着されている。この加圧したガスを単に大気中に放出することは、次のステップで必要とされるよりも多くの周囲空気を加圧するためのかなりの量のエネルギーを無駄にする。従って、このエネルギーの一部を回収するために、短時間、排気弁１１２ｂが閉じられ、シーブベッドの酸素出口において、切り替え可能なパージ弁１１４ａ及び１１４ｂが同時に開き、これら２つのシーブベッド間の圧力を等しくする。このようにして、シーブベッド１０２ｂにおいて新しい空気を加圧するのに必要なエネルギーがより少なくなる。シーブベッド１０２ａと１０２ｂとの間にアクティブなパージ弁１１４ａ及び１１４ｂを持つことは、パージする量を、製品の出力流の範囲に適応させることを可能にする。平衡ステップの途中で、空気の供給は、供給弁１０６ａから供給弁１０６ｂに切り替わる。
ブローダウン：
残っている加圧したガスをシーブベッド１０２ａから大気中に放出し、ゼオライトがシーブベッド１０２ａにある過剰な窒素を脱着させるために、排気弁１１２ａが開かれる。
パージ：
一方のシーブベッドの圧力が、他方のシーブベッドの圧力よりも低いときはいつも、少量の酸素富化ガスの流れが、圧力が高い方のシーブベッドの酸素出口から、酸素タンク１０８を介して、パージオリフィス１１６及びアクティブなパージ弁１１４ａ又は１１４ｂの一方をそれぞれ通り、このシーブベッドからの過剰な窒素ガスを大気中にパージするために放出される、圧力が低い方のシーブベッドの酸素出口に流入する。この場合、シーブベッド１０２ａは、シーブベッド１０２ｂからの濃縮酸素流を用いてパージされる。このパージステップは、再吸着し、後続するサイクルの空気分離能力を低下させる過剰な窒素のシーブベッド１０２ａを浄化するために使用される。
２つのシーブベッドは、協力して動作し、一方のシーブベッドがそのサイクルの加圧又は酸素製造側であるのに対し、他方のシーブベッドがそのサイクルのブローダウン又はパージ側である。次の半サイクル中、２つのシーブベッドは、ステップを切り替え、略定常的な濃縮酸素ガス流を製造する。幾つかの実施形態において、吸気フィルタ（図示せず）が、この装置に入る前の空気にある、より大きな粒子をフィルタで取り除くために使用されてもよい。幾つかの実施形態において、シーブベッド１０２ａの圧力が製品タンクの圧力を超えるときはいつも、生成された濃縮酸素ガスが製品タンク１０８に流入することを可能にするために、逆止弁１１０ａが使用されてよい。幾つかの実施形態において、シーブベッド１０２ｂの圧力が製品タンクの圧力を超えるときはいつも、生成された濃縮酸素ガスが製品タンク１０８に流入することを可能にするために、逆止弁１１０ｂが使用されてよい。幾つかの実施形態において、患者送出弁１１８が使用されてもよい。例えば、より大きな定置式ユニットに通常見られるような定流量濃縮器において、患者送出弁１１８は、患者設定のロータメータ(rotameter)を通る定常流（透明チューブ内を浮遊するボールにより示される流量）を制御するニードル弁でもよい。幾つかの実施形態において、患者送出弁１１８は、前記ユニットの流量設定に応じて、各呼吸の開始時に、指定したパルス状のボーラス容量を送出するように、患者の呼吸検出回路により制御される直接作動するソレノイド弁でもよい。幾つかの実施形態において、殆ど粒子のない酸素のきれいな流れを患者に提供するために、患者フィルタ（例えば、微細フィルタ媒体（図示せず））が使用されてもよい。
上述したように、水蒸気分子は、窒素分子よりもさらに高い結合強度でシーブ材料に吸着する。水分子の結合強度は十分に強く、その強さは、水蒸気分子の幾つかが（供給中に流入する水分子がブローダウン及びパージ中に取り除かれる水分子に等しい）定常状態の吸着に達するまで、シーブ材料に不可逆的に吸着するほどであり、シーブベッドの流路の入口端においてシーブ材料を汚染する。水分子の極性値が高いため、水分子は、可能性のある窒素吸着側だけでなく、最初の定常状態の吸着が生じるときに窒素の吸着に利用できない前記入口端付近の他の表面にも付着する。
ＰＳＡサイクルが実行している間、シーブベッドに入る及びシーブベッドから出るガス流は、このシーブベッドの下方へのさらなる水の拡散を大幅に遅らせる。しかしながら、ガスが流れていない非使用の期間中、弱い吸着の表面から窒素の吸着に使用可能である下流のより強い吸着側への水分子の自然な拡散を防ぐものはなく、その結果、シーブベッドをより長い距離で汚染する。次いで、ＰＳＡサイクルが開始すると、水分子の幾つかは、シーブベッドの入口端から下流に拡散して失われたので、シーブベッドはもはや、周期的な定常状態から開始しない。従って、各再始動の後、より長い水汚染区域を持つ新しい定常状態が形成される。
図２は、これらの制限の幾つか又は全てに対処する実施形態に従う携帯型酸素濃縮器のシーブベッド２００を示す。幾つかの実施形態において、シーブベッド１０２ａ及び／又はシーブベッド１０２ｂとして携帯型酸素濃縮器１００に組み込まれるシーブベッド２００は、入ってくる周囲空気から窒素を取り除くための吸着材料を保持するように構成されるハウジング２０２を有する。シーブベッド２００は、後述するように、吸着材料の第１の領域２０４ａ及び吸着材料の第２の領域２０４ｂを有する。幾つかの実施形態において、シーブベッド２００は、酸素含有ガス流をシーブベッド２００内に誘導するように構成される吸気口であり、前記吸着材料の第１の領域が隣接している吸気口、及びシーブベッド２００内にあるシーブ材料を通過した後、シーブベッド２００から酸素富化ガス流を誘導するように構成される排気口であり、前記吸着材料の第２の領域が隣接している排気口を含む。従って、吸着材料の第１の領域２０４ａは、吸着材料の第２の領域２０４ｂの上流にあると考えられる。幾つかの実施形態において、酸素が富化された排気流を、吸気ガスが最初に流入したのと同じ端部に戻す（シーブ材料を含有している）シーブベッド２００内の閉端した逆流する通路がある。幾つかの実施形態において、吸気口及び排気口は、シーブベッド２００の別々の端部（例えば、両端）に配されてもよい。幾つかの実施形態において、シーブ材料は、ハウジング２０２の閉鎖端に又は閉鎖端に向いて配される負荷ばね２０６により圧縮される。図２の例において、ばね２０６は、デッドスペース（吸着材料を持たないシーブベッド２００の内部の空間）を最小限にするために、シーブベッド２００の加圧される部分の外側に位置決めされる。フィルタ２０８及び２１０は、吸着材料をシーブベッド２００の前記加圧される部分内に保持するのに役立つ。
シーブベッド２００は、吸着材料の第１領域２０４ａ及び吸着材料の第２領域２０４ｂを有し、吸着材料の第１領域２０４ａは、吸気口に隣接し、吸着材料の第２領域２０４ｂは、排気口に隣接している。幾つかの実施形態において、第１の領域２０４ａは、保護層(guard layer)と見なすことができ、第２の領域２０４ｂは、主要なシーブベッドとして作用する。幾つかの実施形態において、吸着材料の第１の領域２０４ａと吸着材料の第２の領域２０４ｂとの間にフィルタ又は多孔質膜が設けられる。幾つかの実施形態において、吸着材料の第１の領域２０４ａと吸着材料の第２の領域２０４ｂとの間に物理的な仕切りはない。
吸着材料の第１の領域２０４ａ及び吸着材料の第２の領域２０４ｂは、吸着材料のビーズを有し、前記第１の領域は、第１のサイズのビーズ２１２を有し、前記第２の領域は、前記第１のサイズよりも大きい第２のサイズのビーズ２１４を有する。誤解を避けるために、図２に示されるビーズ２１２及び２１４の互いに対するサイズ、並びにシーブベッド２００の全体寸法に対するサイズは、単に概略的であると考えられ、この図から得られる相対的又は絶対的なサイズに関する推測はない。本願の発明者は、第２の領域２０４ｂ（例えば、主要なシーブベッド）にある吸着材料の粒子の直径に対し、より小さい直径の吸着材料の粒子からなる第１の領域２０４ａ（例えば、保護層）を持つ場合、シーブベッドの性能が悪化する速度は、大幅に遅くなることを偶然発見した。
幾つかの実施形態において、前記ビーズは略球形である。幾つかの実施形態において、第１の領域２０４ａは、第２の領域２０４ｂの吸着材料のビーズ２１４のシーブの直径より小さいシーブの直径を持つ吸着材料のビーズ２１２を有する。幾つかの実施形態において、前記ビーズは略円筒形であり、ペレットと呼ばれる。幾つかの実施形態において、第１の領域２０４ａの吸着材料は、第２の領域２０４ｂの吸着材料の略円筒形のペレットの直径より小さい直径を持つ略円筒形のペレットを有する。誤解を避けるために、本明細書におけるビーズの直径又はペレットの直径に対する言及は、バルク材料の直径に対するものであり、吸着材料の孔の直径に対するものではない。
酸素濃縮器のための吸着材料は、当技術分野で知られており、モレキュラーシーブ又は天然或いは合成ゼオライトであるゼオライトを含む。そのような吸着材料は、空気から窒素を選択的に吸着し、それによって、酸素濃縮器のシーブベッドを流れるガスの酸素含有量を富化させる。幾つかの実施形態において、第１の領域及び第２の領域の一方又は両方における吸着材料は、窒素選択性の吸着材料を有する。幾つかの実施形態において、第１の領域及び第２の領域の一方又は両方における吸着材料は、窒素選択性の吸着材料を有する。幾つかの実施形態において、第１の領域及び第２の領域の一方又は両方における吸着材料は、窒素選択性のゼオライトモレキュラーシーブを有する。幾つかの実施形態において、第１の領域及び第２の領域の一方又は両方における吸着材料は、低シリカゼオライトを有する。適切な吸着材料の例は、低シリカフォージャサイト型ゼオライト(LSX)及びそのリチウム交換形態(LiLSX)、並びに例えばカルシウム、ストロンチウム、コバルト、銅、クロム、鉄、マンガン、ニッケル及び銀のような他の金属と交換したゼオライトＸ及びＬＳＸを含む。Ａ型ゼオライト（リンデＡ型）材料が使用されてもよい。
幾つかの実施形態において、第１の領域２０４ａは、前記第１のサイズのビーズ２１２の少なくとも１０重量％、例えば、前記第１のサイズのビーズの少なくとも２０重量％、例えば、少なくとも３０重量％、例えば、少なくとも４０重量％、例えば、少なくとも５０％を有する。これらの実施形態において、吸着材料の平衡を作り出す材料は、第２のサイズのビーズ２１４、すなわち、シーブベッドの第２の領域２０４ｂに存在するのと同じビーズを有する。
幾つかの実施形態において、第１の領域２０４ａ及び／又は第２の領域２０４ｂにおける吸着材料は、ゼオライトを有する。幾つかの実施形態において、第１の領域及び第２の領域におけるゼオライトは同じである。幾つかの実施形態において、第１の領域及び第２の領域の一方又は両方における吸着材料は、LiLSXゼオライトを有する。
第１の領域２０４ａ及び第２の領域２０４ｂで使用される吸着材料の正確な組成及び直径は、一部は、シーブベッドが組み込まれる酸素濃縮器の性能要件によって決定される。
幾つかの実施形態において、第１の領域の吸着材料は、約０．４ｍｍ以下の直径ｄ５０のビーズを有するのに対し、第２の領域の吸着材料は、少なくとも０．５ｍｍ、例えば、少なくとも０．６ｍｍ、例えば、少なくとも０．７ｍｍ、例えば、少なくとも０．８ｍｍ、例えば、少なくとも０．９ｍｍ、例えば、約１ｍｍの直径ｄ５０のビーズを有する。幾つかの実施形態において、第１の領域の吸着材料は、約０．３ｍｍ以下の直径ｄ５０のビーズを有するのに対し、第２の領域の吸着材料は、少なくとも０．４ｍｍ、例えば、少なくとも０．５ｍｍ、例えば、少なくとも０．６ｍｍ、例えば、少なくとも０．７ｍｍ、例えば、少なくとも０．８ｍｍ、例えば、少なくとも０．９ｍｍ、例えば、約１ｍｍの直径ｄ５０のビーズを有する。幾つかの実施形態において、第１の領域の吸着材料は、約０．２ｍｍ以下の直径ｄ５０のビーズを有するのに対し、第２の領域の吸着材料は、少なくとも０．３ｍｍ、例えば、少なくとも０．４ｍｍ、例えば、少なくとも０．５ｍｍ、例えば、少なくとも０．６ｍｍ、例えば、少なくとも０．７ｍｍ、例えば、少なくとも０．８ｍｍ、例えば、少なくとも０．９ｍｍ、例えば、約１ｍｍの直径ｄ５０のビーズを有する。
幾つかの実施形態において、第１の領域の吸着材料は、約０．４ｍｍ以下の直径ｄ９０のビーズを有するのに対し、第２の領域の吸着材料は、少なくとも０．５ｍｍ、例えば、少なくとも０．６ｍｍ、例えば、少なくとも０．７ｍｍ、例えば、少なくとも０．８ｍｍ、例えば、少なくとも０．９ｍｍ、例えば、約１ｍｍの直径ｄ９０のビーズを有する。幾つかの実施形態において、第１の領域の吸着材料は、約０．３ｍｍ以下の直径ｄ９０のビーズを有するのに対し、第２の領域の吸着材料は、少なくとも０．４ｍｍ、例えば、少なくとも０．５ｍｍ、例えば、少なくとも０．６ｍｍ、例えば、少なくとも０．７ｍｍ、例えば、少なくとも０．８ｍｍ、例えば、少なくとも０．９ｍｍ、例えば、約１ｍｍの直径ｄ９０のビーズを有する。幾つかの実施形態において、第１の領域の吸着材料は、約０．２ｍｍ以下の直径ｄ９０のビーズを有するのに対し、第２の領域の吸着材料は、少なくとも０．３ｍｍ、例えば、少なくとも０．４ｍｍ、例えば、少なくとも０．５ｍｍ、例えば、少なくとも０．６ｍｍ、例えば、少なくとも０．７ｍｍ、例えば、少なくとも０．８ｍｍ、例えば、少なくとも０．９ｍｍ、例えば、約１ｍｍの直径ｄ９０のビーズを有する。
幾つかの実施形態において、第１の領域の吸着材料は、約０．４ｍｍ以下の個数平均径(number mean diameter)のビーズを有するのに対し、第２の領域の吸着材料は、少なくとも０．５ｍｍ、例えば、少なくとも０．６ｍｍ、例えば、少なくとも０．７ｍｍ、例えば、少なくとも０．８ｍｍ、例えば、少なくとも０．９ｍｍ、例えば、約１ｍｍの個数平均径のビーズを有する。幾つかの実施形態において、第１の領域の吸着材料は、約０．３ｍｍ以下の個数平均径のビーズを有するのに対し、第２の領域の吸着材料は、少なくとも０．４ｍｍ、例えば、少なくとも０．５ｍｍ、例えば、少なくとも０．６ｍｍ、例えば、少なくとも０．７ｍｍ、例えば、少なくとも０．８ｍｍ、例えば、少なくとも０．９ｍｍ、例えば、約１ｍｍの個数平均径のビーズを有する。幾つかの実施形態において、第１の領域の吸着材料は、約０．２ｍｍ以下の個数平均径のビーズを有するのに対し、第２の領域の吸着材料は、少なくとも０．３ｍｍ、例えば、少なくとも０．４ｍｍ、例えば、少なくとも０．５ｍｍ、例えば、少なくとも０．６ｍｍ、例えば、少なくとも０．７ｍｍ、例えば、少なくとも０．８ｍｍ、例えば、少なくとも０．９ｍｍ、例えば、約１ｍｍの個数平均径のビーズを有する。
幾つかの実施形態において、第１の領域の吸着材料は、メッシュサイズ４０×６０のビーズを有するのに対し、第２の領域の吸着材料は、メッシュサイズ１０×３５のビーズを有する。幾つかの実施形態において、第１の領域の吸着材料は、メッシュサイズ４０×５０のビーズを有するのに対し、第２の領域の吸着材料は、メッシュサイズ１８×３５のビーズを有する。
幾つかの実施形態において、第２の領域２０４ｂ（主要なシーブベッド）における吸着材料のビーズのサイズは、要求される出力効率及び０時間運転でのＯ２の製品純度により決定され、次いで、第１の領域２０４ａにおける吸着材料のビーズのサイズは、第２の領域２０４ｂにおける吸着材料のビーズのサイズに基づいて選択される。
幾つかの実施形態において、第１の領域２０４ａの吸着材料は、酸素分子ではなく、窒素分子及び／又は水分子の吸着に適した細孔サイズを持つ。幾つかの実施形態において、第２の領域２０４ｂの吸着材料は、酸素分子ではなく窒素分子及び／又は水分子の吸着に適した細孔のサイズを持つ。幾つかの実施形態において、第１の領域２０４ａの吸着材料及び第２の領域２０４ｂの吸着材料は、同じ細孔のサイズを持つ。例えば、これらの要件を定めている例えばゼオライトのような吸着材料は、酸素濃縮器に使用することが知られており、これ以上の議論を必要としない。酸素濃縮器の動作要件に基づいて、吸着材料（例えばゼオライト）を選択することは、当業者の必要な手段内である。適切な市販の材料は、Nitroxy Revolution、Nitroxy Efficiency、Nitroxy 5、Nitroxy 51及びNitroxy SXSDMを含むArkema社によるモレキュラーシーブのNitroxyの取り扱い製品を含むのに対し、US 5,152,813及びUS 5,417,957は、混合ガスから窒素を選択的に吸着するための他のＸ－ゼオライトを開示している。
幾つかの実施形態において、第１の領域２０４ａにおける吸着材料の量は、シーブベッド２００の寸法及び携帯型酸素濃縮器の使用目的の関数として決定される。幾つかの実施形態において、第１の領域２０４ａ又は保護層における吸着材料の最適な量は、第１の領域２０４ａにおけるビーズのサイズ、酸素濃縮器の動作パラメタ（空気の流入及び圧力）、並びにシーブベッドの最低限の期待／保証される性能の寿命に依存する。第１の領域２０４ａにおける保護層の材料の最小量は、通常、要求される濃縮器の寿命性能により決定される。第１の領域２０４ａにおける保護層の材料の最大量は、通常、第１の領域２０４ａにおける圧力低下が増大することによるさらなる出力損失により制限される。
酸素濃縮器の通常のＰＳＡ運転の間、水蒸気のような不純物が、供給の半サイクル中にシーブベッドに流れ込む。数時間の連続運転の後、シーブベッドに流れ込んだのと略同量の水が、パージの半サイクル中にシーブベッドから取り除かれ、不純物の平衡に達する。この時点で、不純物は、供給側からある距離Ｌｗａｔｅｒだけシーブベッド内に侵入し、対応する量のシーブベッド材料は、主に酸素濃縮処理に対し不活性化される。第２の領域のビーズのサイズに比べ小さいサイズの第１の領域のビーズは、この平衡がより速く達成され、Ｌｗａｔｅｒの長さも短くなる。
アクティブな水区域を、第２の領域における主要な材料との（より強い）相互作用から守るための第１の領域の最小限の長さは、選択されるシーブベッドの幾何学的形状（シーブベッドの直径、容量及び長さ、並びに第１の領域におけるビーズの大きさ）、供給フェーズ中の製品の流れ及び平均のＰＳＡ圧力、並びに６ヶ月後の前記水区域の長さ（Ｌｗａｔｅｒ）に基づいて導出されることができる。
小型の携帯型酸素濃縮器のシーブベッドは、１ｍｍ未満のビーズ直径を持つ活性物質で通常は満たされる。このビーズサイズの区域において、サイズのビーズが小さいほど、より低い吸着能力を示す。故に、幾何学的形状が一定に保たれる場合、保護層の区域が長いほど、シーブベッドの能力は低下する。第２に、ビーズのサイズが小さいほど、より高い空気抵抗、すなわち、シーブベッド内の長さ当たりの圧力降下がより高くなり、結果として、空気圧縮器の入力する力の増大をもたらす。
従って、幾つかの実施形態において、（要求される出力効率及び０時間運転でのＯ２の製品純度に対し）所与のシーブベッドサイズで濃縮器の必要とされる吸着能力を保持するために、第１の領域２０４ａの長さは、シーブベッドの全長、すなわち第１の領域２０４ａと第２の領域２０４ｂとからなる全長の５０％以下である。幾つかの実施形態において、第１の領域２０４ａの長さは、シーブベッドの全長の４０％以下、例えばシーブベッドの全長の３０％以下、例えばシーブベッドの全長の２０％以下である。幾つかの実施形態において、第１の領域２０４ａの長さは、シーブベッドの全長、すなわち第１の領域２０４ａと第２の領域２０４ｂとからなる全長の５％から５０％である。幾つかの実施形態において、第１領域２０４ａの長さは、シーブベッドの全長の１０％から４０％であり、例えばシーブベッドの全長の２０％から３０％、例えばシーブベッドの全長の約２５％である。
第２の態様によれば、酸素を濃縮する方法が提供され、この方法は、酸素含有ガス流を、吸着材料の第１の領域及びこの第１の領域の下流にある吸着材料の第２の領域を有するシーブベッドに通すステップを有し、前記吸着材料の第１の領域及び第２の領域は、吸着材料の粒子を有し、並びに第１の領域は、第２の領域の粒子の粒子サイズより小さい粒子サイズを持つ粒子を有する。
幾つかの実施形態において、シーブベッドは、第１のシーブベッドであり、第２のシーブベッドと並列に接続され、酸素含有ガス流は、第１のシーブベッド及び第２のシーブベッドを交互に通過する。幾つかの実施形態において、前記方法は、少なくとも第１のシーブベッド及び第２のシーブベッドの一方又は両方の、他方のシーブベッドに送出されるパージ量を制御するステップを有する。このような実施形態において、この方法は、上述したような圧力スイング吸着方法である。
幾つかの実施形態において、第１及び／又は第２のシーブベッドは、本明細書に記載されるとおりである。
幾つかの実施形態において、前記方法は、本明細書に記載されるような携帯型酸素濃縮器で行われる。
例
本発明は、以下の例を参照して説明される。これらの例は、添付の特許請求の範囲に定義される保護の範囲を決して制限するものではないことが理解される。
連続運転
携帯型酸素濃縮器の連続運転において、減少したビーズのサイズの効果を実証するために、以下の試験が行われた。
一般条件
図１に従う携帯型酸素濃縮器は、Φｔ＝０．６６標準リットル／分（ｓｌｐｍ）のＯ２製品の出力設定で動作する。ＰＯＣのサイクル時間は、ｔｃｙｃ＝９．４秒（→半サイクル時間ｔｈｃｙｃ＝４．７秒）である。２つのシーブベッドのシリンダ（直径２７ｍｍ）の各々は、Ｌ＝２２５ｍｍの長さを持つ。
本実施形態で示される試験結果に対して特異的な条件
２つのユニット（ユニット１及びユニット３）は、供給側に保護層の材料を２０％及び（製品側に）主要なシーブベッドの材料を８０％で満たされるシーブベッドのシリンダが装備される。
保護層の材料：LiLSX（Arkema社のNitroxy Revolution；ビーズの直径～０．４ｍｍ）
主要なシーブ材料：LiLSX（Arkema社のNitroxy Efficiency；ビーズの直径～０．５６ｍｍ）
２つのユニット（ユニット２及びユニット４）は、主要なシーブベッドの材料を１００％で満たされるシーブベッドのシリンダが装備される。
主要なシーブ材料：LiLSX（Arkema社のNitroxy Efficiency；ビーズの直径～０．５６ｍｍ）
これらのユニットは、約１８０時間連続して動作し、寿命試験中、シーブ容量（窒素吸着の能力）が数回測定される。
図３は、（保護層を持たない）単層のシーブベッド及び（保護層を持つ）層状のシーブベッドに対し測定される容量の損失を運転時間の関数として示す。図３は、同じ種類の材料(LiLSX)であるが、減少したビーズのサイズを持つ保護層を使用するシーブベッドのシリンダが装備されるユニット１及び３の良好な性能（四角及びひし形、より少ない容量損失）を明確に示している。
対照群として、LiLSXの主要なシーブベッドの材料（６４ｇのArkema社のNitroxy Revolution；ビーズの直径０．４ｍｍ）、及び保護層として活性アルミナ(Drysphere（登録商標）、１から３ｍｍの球状粒子；長さ～１０ｍｍ)を持つシーブベッド（～直径４０ｍｍ）が装備される３つの携帯型酸素濃縮器の性能が、LiLSXの主要なシーブベッドの材料（６４ｇのArkema社のNitroxy Revolution；ビーズの直径０．４ｍｍ）、及び不活性の保護層（直径０．１ｍｍのビーズのサイズを持つガラスのビーズ、長さ６．５ｍｍ）を持つシーブベッドが装備される３つの濃縮器の性能と比較された。これら６つの濃縮器の選択される動作条件は同一（酸素製品の流量：６９０ｍＬ／分、９秒のサイクル時間）である。反復的な使用スキームは、翌日２回に分けて３時間２０分の運転（合間に２０時間４０分のオフ時間）であり、２回目の運転後は、５日と２０時間４０分のオフ時間がある。
図４は、この対照群の結果、特に、測定される窒素の容量損失（３つのシステムの平均）を、使用時間の平方根の関数として示す。丸は、アルミナの保護層、ひし形は、ガラスのビーズの保護層である。この図は、活性アルミナの保護層の使用が性能を改善しないことを明確に示し、より長い時間スケール（＞１ヶ月［すなわち、使用時間の平方根＝５．５ｓｑｒｔ（日）］では、窒素の容量損失は、保護層としてより少ない及び不活性な材料（ガラスビーズ）を使用する濃縮器の損失よりもさらに悪い。これは、活性アルミナの保護層の長さが、不活性なガラスビーズの長さよりも長いという事実にもかかわらず当てはまる。従って、大容量の酸素製造プラントのシーブベッドにおいて保護層として使用される（活性アルミナのような）材料は、携帯型酸素濃縮器には適していない。ＰＯＣにおける保護層として、そのような材料を使用することは、（活性層を持たないシーブベッドと比較した場合であっても）より悪い性能及び／又はより悪い出力効率となる。
週末運転
携帯型酸素濃縮器を週末に運転する際の、減少したビーズサイズの効果を実証するために、以下の試験を行った。
一般条件
図１に従う携帯型酸素濃縮器は、Φｔ＝０．６６ｓｌｐｍのＯ２製品の出力設定で動作する。ＰＯＣのサイクル時間は、ｔｃｙｃ＝９．４秒（→半サイクル時間ｔｈｃｙｃ＝４．７秒）である。２つのシーブベッドのシリンダ（直径２７ｍｍ）の各々は、Ｌ＝２２５ｍｍの長さを持つ。ｔ＝４．３秒の供給フェーズの時間期間中の空気側の流入は、ｐ＝１．７９ｂａｒの平均供給圧力で、Φ＝９．３５ｓｌｐｍである。
反復的な使用スキームは、翌日２回に分けて３時間の運転（合間に２１時間のオフ時間）であり、２回目の運転後は、５日と２１時間のオフ時間がある。
試験結果に対して特異的な条件
タイプＡの濃縮器は、供給側に保護層の材料を２５％及び（製品側に）主要なシーブ材料を７５％で満たされるシーブベッドのシリンダが装備される。
保護層の材料：LiLSX（ビーズの直径～０．４ｍｍ）
主要なシーブ材料：LiLSX（ビーズの直径～０．５６ｍｍ）
タイプＢの濃縮器は、１００％の主要なシーブ材料で満たされるシーブベッドのシリンダが装備される。
主要なシーブ材料：LiLSX（ビーズの直径～０．５６ｍｍ）
反対の例として、タイプＣの濃縮器は、供給側に大きい直径の保護層の材料を２５％及び（製品側に）主要なシーブ材料を７５％で満たされるシーブベッドのシリンダが装備される。
保護層の材料：LiLSX（ビーズの直径～１ｍｍ）
主要なシーブ材料：LiLSX（ビーズの直径～０．５６ｍｍ）
図５は、一実施形態に従う層状のシーブベッドを持つユニット（タイプＡ、太い実線）、単層のシーブベッドを持つユニット（タイプＢ、保護層なし、破線）及び主要な材料よりも大きなビーズの保護層を持つユニット（タイプＣ、細い実線）に対する、この試験に対しシミュレーションを行った容量損失を、動作時間を関数として示す。（主要な材料よりも大きなビーズである）Ｃ型のユニットの性能は、（主要な材料よりも小さなビーズである）Ａ型のユニットの性能よりも悪い。タイプＣのユニットは、タイプＢのユニット（保護層なし）と比べてても性能が悪い。
週末運転：変動する保護層の長さ
本発明に従う携帯型酸素濃縮器を週末に運転する際の変動する保護層の長さの効果を実証するために、以下の試験を行った。
一般条件
図１に従う携帯型酸素濃縮器は、Φｔ＝０．６６ｓｌｐｍのＯ２製品の出力設定で動作する。ＰＯＣのサイクル時間は、ｔｃｙｃ＝９．４秒（→半サイクル時間ｔｈｃｙｃ＝４．７秒）である。２つのシーブベッドのシリンダ（直径２７ｍｍ）の各々は、Ｌ＝２２５ｍｍの長さを持つ。ｔ＝４．３秒の供給フェーズの時間期間中の空気側の流入は、ｐ＝１．７９ｂａｒの平均供給圧力で、Φ＝９．３５ｓｌｐｍである。
試験結果に対して特異的な条件
タイプＡの濃縮器は、供給側に保護層の材料を２５％及び（製品側に）主要なシーブ材料を７５％で満たされるシーブベッドのシリンダが装備される。
保護層の材料：LiLSX（Arkema社のNitroxy Revolution；ビーズの直径～０．４ｍｍ）
主要なシーブ材料：LiLSX（Arkema社のNitroxy Efficiency；ビーズの直径～０．５６ｍｍ）
タイプＢの濃縮器は、供給側に保護層の材料を２０％及び（製品側に）主要なシーブ材料を８０％で満たされるシーブベッドのシリンダが装備される。
保護層の材料：LiLSX（Arkema社のNitroxy Revolution；ビーズの直径～０．４ｍｍ）
主要なシーブ材料：LiLSX（Arkema社のNitroxy Efficiency；ビーズの直径～０．５６ｍｍ）
タイプＣの濃縮器は、供給側に保護層の材料を１０％及び（製品側に）主要なシーブ材料を９０％で満たされるシーブベッドのシリンダが装備される。
保護層の材料：LiLSX（Arkema社のNitroxy Revolution；ビーズの直径～０．４ｍｍ）
主要なシーブ材料：LiLSX（Arkema社のNitroxy Efficiency；ビーズの直径～０．５６ｍｍ）
タイプＤの濃縮器は、主要なシーブ材料を１００％で満たされるシーブベッドのシリンダが装備される。
主要なシーブ材料：LiLSX（Arkema社のNitroxy Efficiency；ビーズの直径～０．５６ｍｍ）
反復的な使用スキームは、翌日２回に分けて３時間の運転（合間に２１時間のオフ時間）であり、２回目の運転後は、５日と２１時間のオフ時間がある。
図６は、単層のシーブベッド（タイプＤ、保護層なし、実線）及び層状のシーブベッド（タイプＡ、Ｂ及びＣ、第１及び第２の領域を異なる比で持つ、夫々、点線、破線及び一点鎖線）の予測される容量損失を使用時間の平方根の関数として示す。図６は、同じ種類の材料(LiLSX)であるが、減少したビーズサイズの保護層の材料からなる保護層を使用するシーブベッドのシリンダが装備される濃縮器Ａ、Ｂ及びＣの良好な性能（点線、破線及び一転鎖線、より小さい容量損失）を明確に示している。
従って、既存の装置及び技法に関連する制限に対処する、改善された携帯型酸素濃縮器１００及び酸素を濃縮する方法が本明細書に提供される。
開示される実施形態に対する変形例は、図面、本開示及び添付の特許請求の範囲の検討から、本明細書に記載される原理及び技術を実施する際に当業者により理解及び実施され得る。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを排除するものではない。要素が複数あることを述べなくても、その要素が複数あることを排除するものではない。ある特定の方法が互いに異なる従属請求項に挙げられているという単なる事実は、これらの方法の組み合わせが有利に使用され得ないことを示さない。請求項における如何なる参照符号も、その範囲を限定すると解釈されるべきではない。

Claims (15)

  1. 吸気口及び排気口、
    前記吸気口に隣接する吸着材料の第１の領域、並びに
    前記排気口に隣接する吸着材料の第２の領域
    を有するシーブベッド含む携帯型酸素濃縮器において、前記吸着材料の第１及び第２の領域は、吸着材料のビーズを有し、前記第１の領域は、第１のサイズのビーズを有し、前記第２の領域は、前記第１のサイズよりも大きい第２のサイズのビーズを有する、携帯型酸素濃縮器。
  2. 前記第１の領域は、前記第２の領域のビーズからなるシーブ直径よりも小さいシーブ直径を持つビーズを有する、請求項１に記載の携帯型酸素濃縮器。
  3. 前記第１の領域は、前記第１のサイズのビーズの少なくとも１０重量％を有する、請求項１又は２に記載の携帯型酸素濃縮器。
  4. 前記第１の領域及び／又は前記第２の領域における吸着材料は、ゼオライトを有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の携帯型酸素濃縮器。
  5. 前記第１及び第２の領域におけるゼオライトは同じである、請求項４に記載の携帯型酸素濃縮器。
  6. 前記第１の領域及び第２の領域の一方又は両方における前記吸着材料は、LiLSXゼオライトを有する、請求項１乃至５の何れ一項に記載の携帯型酸素濃縮器。
  7. 前記第１の領域における吸着材料の量は、前記シーブベッドの寸法及び前記携帯型酸素濃縮器の使用目的の関数として決定される、請求項１乃至６の何れか一項に記載の携帯型酸素濃縮器。
  8. 前記第１の領域の長さは、前記シーブベッドの全長の５０％以下である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の携帯型酸素濃縮器。
  9. 前記シーブベッドは、第１のシーブベッドであり、前記携帯型酸素濃縮器は、前記第１のシーブベッドに並列に接続される第２のシーブベッドを有する、請求項１乃至８の何れか一項に記載の携帯型酸素濃縮器。
  10. 前記第１のシーブベッド及び前記第２のシーブベッドの一方又は両方のパージ量を制御するように適応する少なくとも１つの切換可能なパージ弁をさらに有する、請求項１乃至９の何れか一項に記載の携帯型酸素濃縮器。
  11. 酸素を濃縮する方法であって、
    酸素含有ガス流を、吸着材料の第１の領域及び前記第１の領域より下流にある吸着材料の第２の領域を有するシーブベッドに通すステップを有し、前記吸着材料の第１の領域及び第２の領域は、吸着材料の粒子を有し、前記第１の領域は、前記第２の領域の粒子の粒子サイズより小さい粒子サイズを持つ粒子を有する、方法。
  12. 前記シーブベッドは、第１のシーブベッドであり、第２のシーブベッドに並列に接続され、前記酸素含有ガス流は、前記第１のシーブベッドと前記第２のシーブベッドとを交互に通過する、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記第２のシーブベッドは、前記第１のシーブベッドと同一である、請求項１１又は１２に記載の方法。
  14. 前記第１のシーブベッド及び前記第２のシーブベッドは、圧力スイング吸着処理で動作可能である、請求項１２又は１３に記載の方法。
  15. 前記吸着材料は、LiLSXゼオライトを有する、請求項１１乃至１４の何れか一項に記載の方法。
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