WO2017217835A1 - Aparato y metodo para generar oxigeno - Google Patents

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WO2017217835A1
WO2017217835A1 PCT/MX2017/000060 MX2017000060W WO2017217835A1 WO 2017217835 A1 WO2017217835 A1 WO 2017217835A1 MX 2017000060 W MX2017000060 W MX 2017000060W WO 2017217835 A1 WO2017217835 A1 WO 2017217835A1
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oxygen
air
atmospheric air
flow
amplifier
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PCT/MX2017/000060
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Inventor
John M. RODRIGUEZ III
Alfredo SALAZAR
Baldemar Alejandro FLORES FLORES
Original Assignee
Rodriguez Iii John M
Salazar Alfredo
Flores Flores Baldemar Alejandro
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/10Preparation of respiratory gases or vapours

Definitions

  • the present invention relates to the field of oxygen generation and, more specifically to a continuous production oxygen generating apparatus for hospitals, chemical laboratories, pharmacies, etc.
  • Oxygen is used in a wide variety of chemical processes and for medical purposes worldwide.
  • One of the known processes for the generation of oxygen is by the cryogenic distillation process (fractional distillation of air at low temperature and pressure).
  • the process is complex, because it is quite dynamic.
  • An efficient operation is required to reduce the energy requirements of the process. It is suitable for large-scale operations (about 200 tons of oxygen per day).
  • PSA pressure change adsorption process
  • zeolites aluminosilicate minerals known as zeolites.
  • the PSA process has been designed in such a way that nitrogen gas is adsorbed on it while oxygen (and argon) pass directly.
  • oxygen (and argon) pass directly.
  • the zeolite is rapidly saturated with nitrogen, so the use of two zeolite beds is required, one to filter the air, while the other is regenerating. This process is suitable for medium and small size production needs.
  • the units are integrated with each carbon template in series with one of Zeolite insoles, with valves at the inlets to the zeolite insoles and in the outlets of the carbon insoles.
  • the oxygen purity of the gas is selectively increased by adsorption and depletion of the nitrogen component in the zeolite insoles and the component of argon in carbon templates
  • a pair of templates receives high-pressure air as a feed gas that pressurizes the templates and establishes an oxygen flow of the product.
  • the high pressure gas in the other pair of templates is vented at a low pressure usually in The surrounding environment, and this depressurization serves to desorb the nitrogen and argon previously adsorbed during the high pressure phase cycle.
  • the adsorbent templates reverse the roles. These constant cycles result in a continuous product flow of very high oxygen purity (up to 99.1%).
  • the separation is carried out at a temperature of 297 degrees K.
  • the secondary purifier does not require a regeneration purge flow for the carbon templates for efficient operation, which minimizes the consumption of feed gas.
  • GENERATING SYSTEMS INC refers to an "improved oxygen generator” that includes an air compressor that has a pressure port and a suction port and is selectively operable to produce an air flow from the suction port to the pressure port ; a molecular sieve that has an input that communicates With the compressor and having an outlet, the sieve is adapted to adsorb nitrogen from a gas flow that passes through it; a storage tank that communicates with the sieve outlet and is adapted to store oxygen-rich gas that passes through the sieve; and a control valve operatively disposed between the compressor and the sieve and being selectively movable between a first position in which air flows from the compressor suction port through the sieve to the storage tank and in a second position in the that oxygen-rich gas flows from the storage tank through the sieve and control valve to disassemble the nitrogen in the sieve.
  • the apparatus of the invention performs a method that includes the steps of: selectively operating the control valve to allow a flow of gas advance from the compressor suction port to the storage tank through the sieve to adsorb the gas nitrogen and to accumulate oxygen-rich gas gas in the storage tank; and, alternatively operating the control valve to allow a reverse flow of oxygen-rich gas from the storage tank to the compressor pressure port to desorb the nitrogen from the molecular sieve.
  • US Patent Application No. US2006260711 (Al) assigned to Audubon Machinery Corp., refers to an oxygen filling apparatus "which is adapted to provide oxygen to oxygen tanks for use in connection with the services of EMS, ambulances, fire departments, hospitals, veterinary clinics and other services and applications
  • the present invention includes an oxygen generating unit having at least one molecular sieve, a plurality of pressure sensors, an oxygen sensor, and a PLC control unit with a graphic touch sensitive display interface configured to Selectively display current and historical operating parameters.
  • the oxygen filling apparatus can be adapted for wall mounting and can include a data communications port for remote access, monitoring and troubleshooting.
  • US Patent Publication No. US2015238895 (Al] assigned to the company Koninkl Philips NV refers to an "oxygen separation device" for a pressure swing adsorption system.
  • the oxygen separation device comprises: a gas inlet on a first side to guide an oxygen flow comprising gas in the oxygen separation device and a gas outlet to a second side to guide an oxygen enriched gas flow from the oxygen separation device; a membrane oxygen separation comprising an oxygen separation sorbent that is capable of separating oxygen from an oxygen comprising gas by sorption of at least one component of oxygen comprising a gas other than oxygen, and a support structure for supporting the membrane of oxygen separation, wherein the support structure comprises: a plurality of support bars attached to the separation membrane Oxygen ion
  • the invention also relates to an oxygen separator and a method of generating an oxygen separation device for a pressure swing adsorption system.
  • the present invention relates to an oxygen production apparatus and method that is small in size, which allows the direct and simultaneous replenishment of several oxygen tanks, which are contained within a portable cabinet and which can be moved easily.
  • this device eliminates the need to contract with compressed oxygen suppliers, as well as expenses for transportation, delivery and rental of tanks.
  • a further objective of the present invention is to provide an apparatus and a method for the production of oxygen that generates therapeutic oxygen, in a concentration, almost pure of 95% or better (+/- 3%).
  • Another objective of the present invention is to provide an apparatus and a method for the production of oxygen that does not require a pressure regulator and reduces compressor wear.
  • the device can operate in its entirety with a simple current of 115/120 volts at a level of 50/50 Hz and having a consumption lower than 10 amps. It can be turned on when connected to a common electric current, and it can include an internal backup battery or it can also be turned on using an external battery or any other type of electricity generator.
  • Figure 1 is a schematic diagram of the apparatus for the production of oxygen in accordance with the present invention
  • Figure 2 is a conventional perspective view of the apparatus for the production of oxygen, in the open position; Y,
  • Figure 3 is a conventional perspective view of the apparatus for the production of oxygen, in the closed position.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of the parts that make up the APO oxygen production apparatus (figure 2) of the present invention.
  • the APO apparatus comprises an air filter 10 through which air is passed from the atmosphere.
  • the air filter 10 is connected by a first feed line 12 to an adsorption dryer 14 to remove moisture contained in the air.
  • a second pipe 16 is connected at a first end to the outlet of the adsorption dryer 14, which is divided into two lines 16a and 16b to separate the air flow equally.
  • the second end of lines 16a and 16b is connected to the inlet of a pair of compressors 18 and 20 respectively, to suction the atmospheric air through the air filter 10 and compress it.
  • An oxygen sensor O2 is connected by a third pipe 22 in the second pipe 16 to monitor that the air passing through the adsorption dryer 14 leaves with approximately 21% oxygen.
  • a third pipe 24 and a fourth pipe 26 are connected respectively to the outlet of the compressors 18 and 20 to be connected in series to coolers 28, 30, where the pressurized air is cooled by air.
  • the coolers 28, 30 are connected by a fifth pipe 32 and a sixth pipe 34, to a directional valve 36, with two pressure inlets and one outlet, to alternately distribute the filling, emptying and draining of a pair of sieves 38 , 40, which are filled with zeolite crystal molecules as will be described later.
  • a seventh pipe 42 is connected by a first end to the directional valve 36.
  • the pipe 42 is divided into two lines 42a and 42b that are connected respectively to the pair of sieves 38, 40.
  • the air coming from the compressors 18, 20 is compressed through the pair of sieves 38, 40, which are filled with a porous material such as zeolite crystals.
  • a porous material such as zeolite crystals.
  • the operation of the sieves 38, 40 is alternative allowing, while one performs the work of compressing the other decompress. During compression the zeolite crystals attract carbon and nitrogen molecules.
  • the separation process isolates the oxygen molecules which are collected at the beginning of the decompression process.
  • Pipes 44, 46 are connected at one end to each of the sieves 38, 40, and at their opposite end to a first four-way valve 48 that close and open the flow of oxygen, sending oxygen molecules for collection while eliminating the contents of nitrogen and carbon.
  • the compressor pump 18, 20, squeezes the oxygen onto the sieves 38, 40, with a force of 3000 pounds per square inch.
  • the sieves 38, 40 are two sieve tanks which are filled with zeolite crystal materials that, at the moment when they are pressurized at a power of between 20 and 30 pounds per square inch absorb nitrogen and carbon molecules, but it will not have limitations on oxygen molecules. When depressurized at a slower rate, oxygen molecules are pushed for collection. While one of the sieve tanks 38 is being pressurized, the other (40) is being drained of nitrogen and carbon molecules.
  • a second four-way valve 50 is controlled by a PLC programmable logic control ( Figure 1), which, through a digital monitor 84 ( Figure 2) program, by means of the PLC logic control, the ignition and filling sequence of the tanks 78 alternately.
  • the oxygen obtained from sieves 38, 40 flows to the second four-way valve 50 through the pipe 52, with a purity above 85%, which is monitored by a ceramic zirconia oxygen sensor 54.
  • An air tank 56 is connected by its pipe 58 to the pipe 42 to assist in the evacuation of nitrogen after sieves 38 and 40 complete the oxygen collection.
  • the pressurized air stream is controlled by the directional valve 36 and is directed alternately to each of the sieves 38, 40, in programmed cycles.
  • the alternative passage of compressed air to each of the sieves 38, 40 is governed by the directional valve 36, the first four-way valve 48, and a second four-way valve 50 which is connected in series with the second valve of four ways 48 through the pipe 52.
  • Each of the valves 36, 48, 50 are programmed by the PLC programmable logic control that establishes the continuity of the cycles and the residence time to control the oxygen concentration.
  • the four-way valve assembly 48, 50 operates in filling, emptying and draining sequences of 14 to 8 seconds.
  • the 14-second sequence is responsible for filling a first sieve tank 38 at a pressure of between 20 and 30 pounds per square inch, so that it is then emptied and drained in 8 seconds.
  • the four-way valves 48, 50 are opened to continue with the sequence of the process that is responsible for filling, emptying and draining the second sieve tank 40, performing it in the same alternate manner and also being controlled by means of the PLC programmable logic control programming sequence.
  • the percentage of oxygen flowing between sieves 38, 40, and a reserve tank 66 will be 95% or better (+/- 3%), which will be described later.
  • the ceramic zirconium oxygen sensor 54 connected in the pipe 52 continuously monitors the flow of oxygen serving as a safety mechanism to warn low percentages of oxygen in it and that, if not attended, send a signal to the control PLC programmable logic to completely stop the compressor (s) 18, 20.
  • a first end of a pipe 56 is connected to the output of the four-way valve 50 and its opposite end is connected to an amplifier 58.
  • a gauge 60 is connected in the pipe 56 between the four-way valve 50 and the amplifier 58 to monitor and measure the oxygen flow pressure in pounds per square inch.
  • a pipe 62 is connected to the output of the amplifier 58, which in turn is connected to a high efficiency air filter 64.
  • the amplifier 58 sends the flow of pressurized oxygen to the air filter 64.
  • An oxygen reserve tank 66 is connected via a pipe 68 to the high efficiency air filter 64.
  • a directional valve 70 is connected to the outlet of the reserve tank 66 to assist the amplifier 58 parallel to the delivery of pressurized oxygen.
  • a gauge 72 connected to the pipe 68 is responsible for monitoring and measuring the flow pressure in pounds per square inch of the oxygen reserve tank 66.
  • the oxygen distributor (manifold) 74 is connected after the air filter 64, which receives the oxygen that has been produced.
  • the oxygen distributor 74 It comprises a series of external connections 76, which are finally connected to tanks 78 ( Figure 2) for filling with oxygen.
  • oxygen can be produced, for example, with 10-liter compressors to produce 20 liters in an economical manner and with very low operating costs.
  • FIG. 1 conventional perspective views of the APO oxygen production apparatus are shown, which includes a support structure 80, which includes sliding cabinets 82, through which tanks 78 are placed for pressurized filling with oxygen.
  • the cabinets 82 can contain up to three tanks or cylinders 78, each being connected to the external connections 76 (see figure 1).
  • Each support structure 80 can contain up to twelve tanks 78 for oxygen filling.
  • the support structure 80 includes the programmable logic controller (PLC), which has a digital monitor 84 to program the ignition and filling sequence of the tanks 78.
  • PLC programmable logic control is connected via various lines of connection, which are shown in dotted form, to each of the parts of the present invention.
  • the device includes a connector (not shown) to connect to any source of electrical power.
  • the method for producing oxygen by means of the apparatus of the present invention comprising the steps of:
  • the method of the present invention comprising the step of:
  • the method of the present invention comprising the step of: Provide at least one oxygen sensor to monitor the quality of the oxygen being generated; Y
  • the apparatus and method of the present invention separates oxygen from ambient air, economically, which allows it to have a high purity oxygen supplement provided to the patient.

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Abstract

La presente invención se refiere a un método y un aparato generador de oxígeno del tipo que comprende un filtro de aire atmosférico, un secador de adsorción, compresores de aire, que succionan el aire y lo comprimen, válvulas de control que dividen el flujo de aire en al menos dos, enfriadores de aire, separadores moleculares con cristales de zeolita que adsorben moléculas de carbono y nitrógeno y aislan las moléculas de oxígeno, que son recolectadas en una etapa de descompresión posterior; por último, unos amplificadores para monitorear y medir la presión del flujo de oxígeno presurizado y un distribuidor de oxígeno, que llena al menos un tanque de almacenamiento con el oxígeno producido.

Description

APARATO Y METODO PARA GENERAR OXIGENO
CAMPO DE LA INVENCION
La presente invención se refiere al campo de generación de oxígeno y, más específicamente a un aparato generador de oxígeno de producción continua para hospitales, laboratorios químicos, farmacias, etc.
ARTE RELACIONADO
El oxígeno es utilizado en una gran variedad de procesos químicos y para propósitos médicos a nivel mundial. Uno de los procesos conocidos para la generación de oxígeno es por el proceso de destilación criogénica (destilación fraccionada de aire a baja temperatura y presión). El proceso es complejo, debido a que es bastante dinámico. Se requiere una operación eficiente para reducir los requerimientos energía del proceso. Es adecuado para operaciones de gran escala (sobre 200 toneladas de oxigeno por día).
Otro proceso para obtener oxígeno es el proceso de adsorción por cambio de presión (PSA), el cual se basa en la filtración de aire a través de minerales de aluminosilicatos conocidas como zeolitas. El proceso PSA se ha diseñado de tal manera que el gas nitrógeno sea adsorbido sobre éste mientras que el oxígeno (y argón) pasan en forma directa. Mediante este proceso, la zeolita se satura rápidamente con nitrógeno, por lo que se requiere el uso de dos camas de zeolita, una para filtrar el aire, mientras que la otra se está regenerando. Este proceso es adecuado para necesidades de producción de tamaño mediano y pequeño.
En la actualidad, ya existen algunos desarrollos para generar oxígeno tal como el que se muestra en la patente Norteamericana No. 4,880,443 George Miller y Clarence Theis, el cual se refiere a un "Concentrador de oxígeno molecular con un purificador de oxígeno secundario" el cual comprende cuatro plantillas absorbentes cilindricas de tamiz molecular de tamaño pequeño de partícula (malla 16x40), dos con zeolita y dos con tamiz molecular de carbono. Las unidades están integradas con cada plantilla de carbón en serie con una de las plantillas de zeolita, con válvulas en las entradas a las plantillas de zeolita y en las salidas de las plantillas de carbono. La pureza de oxígeno del gas se incrementa selectivamente mediante la adsorción y agotamiento del componente nitrógeno en las plantillas de zeolita y el componente de argón en las plantillas de carbono. En un ciclo de dos etapas, durante la etapa 1 del ciclo, un par de plantillas (una de zeolita y una de carbono) recibe aire a alta presión como gas de alimentación que presuriza las plantillas y establece un flujo de oxígeno del producto. Simultáneamente, el gas a alta presión en el otro par de plantillas se ventila a una presión baja por lo general en el ambiente circundante, y esta despresurización sirve para desorber el nitrógeno y argón previamente adsorbido durante el ciclo de la fase de alta presión. En el paso 2 del ciclo, las plantillas adsorbentes invierten los roles. Estos ciclos constantes resultan en un flujo de producto continuo de muy alta pureza de oxígeno (hasta 99.1%). La separación se lleva a cabo a una temperatura de 297 grados K. El purificador secundario no requiere un flujo de purga de regeneración para las plantillas de carbón para un funcionamiento eficiente, lo que minimiza el consumo de gas de alimentación.
La Patente Norteamericana No. 5,928,610 asignada a la compañía OXYGEN
GENERATING SYSTEMS INC, se refiere a un "generador de oxigeno mejorado" que incluye un compresor de aire que tiene un puerto de presión y un puerto de succión y siendo selectivamente operable para producir un flujo de aire desde el puerto de succión al puerto de presión; un tamiz molecular que tiene una entrada que comunica con el compresor y que tiene una salida, el tamiz está adaptado para adsorber nitrógeno de un flujo de gas que pasa a través del mismo; un tanque de almacenaje que comunica con la salida de tamiz y es adaptado para almacenar gas rico en oxígeno que pasa a través del tamiz; y una válvula de control dispuesta operativamente entre el compresor y el tamiz y siendo selectivamente movible entre una primera posición en la que el aire fluye desde el puerto de succión del compresor a través del tamiz a el depósito de almacenamiento y en una segunda posición en la que gas rico en oxígeno fluye desde el tanque de almacenamiento a través del tamiz y válvula de control para desasorber el nitrógeno en el tamiz. En uso, el aparato de la invención realiza un método que incluye las etapas de: selectivamente hacer funcionar la válvula de control para permitir un flujo de avance de gas desde el puerto de succión del compresor al tanque de almacenamiento a través del tamiz para adsorber el nitrógeno del gas y para acumular gas rico en oxígeno gas en el tanque de almacenamiento; y, alternativamente operar la válvula de control para permitir un flujo inverso de gas rico en oxígeno desde el tanque de almacenamiento al puerto de presión del compresor para desorber el nitrógeno del tamiz molecular.
La publicación de la solicitud de Patente norteamericana No. US2006260711 (Al) asignado a Audubon Machinery Corp., se refiere a un Aparato de llenado de oxígeno" el cual es adaptado para proporcionar oxígeno a tanques de oxígeno para uso en relación con los servicios de EMS, ambulancias, departamentos de bomberos, hospitales, clínicas veterinarias y otros servicios y aplicaciones. La presente invención incluye una unidad de generación de oxígeno que tiene por lo menos un tamiz molecular, una pluralidad de sensores de presión, un sensor de oxígeno, y una unidad de control PLC con una interfaz de pantalla sensible táctil gráfica configurado para mostrar selectivamente los parámetros de funcionamiento actuales e históricos. El aparato de llenado de oxígeno puede ser adaptado para montaje en la pared y puede incluir un puerto de comunicaciones de datos para el acceso remoto, la monitorización y resolución de problemas.
Finalmente, la publicación de Patente Norteamericana No. US2015238895 (Al] asignada a la compañía Koninkl Philips NV se refiere a un "Dispositivo de separación de oxígeno" para un sistema de adsorción por oscilación de presión. El dispositivo de separación de oxígeno comprende: una entrada de gas en un primer lado para guiar un flujo de oxígeno que comprende gas en el dispositivo de separación de oxígeno y una salida de gas a un segundo lado para guiar un flujo de gas enriquecido en oxígeno del dispositivo de separación de oxígeno; una membrana de separación de oxígeno que comprende un sorbente de separación de oxígeno que es capaz de separar oxígeno de un oxígeno que comprende gas por sorción de al menos un componente del oxígeno que comprende un gas aparte de oxígeno, y una estructura de soporte para soportar la membrana de separación de oxígeno, en donde la estructura de soporte comprende: una pluralidad de barras de soporte Ajadas a la membrana de separación de oxígeno. La invención además se relaciona a un separador de oxígeno y a un método de generación de un dispositivo de separación de oxígeno para un sistema de adsorción por oscilación de presión.
Como se puede ver de lo anterior, ya existen equipos para generar oxígeno a partir de aire atmosférico. Sin embargo, para su generación, en el caso de hospitales, se requiere de la instalación de grandes equipos para producir oxígeno, el cual es distribuido en tuberías a cada cuarto o área de hospitalización. Otro modo de suministrar oxígeno, es mediante la instalación de tanques en cada área. Este tipo de sistema requiere de la contratación de compañías que provean o entreguen oxígeno de grado médico, los cuales es necesario mantener a costos muy altos.
Basado en lo anterior, la presente invención se refiere un aparato y método de producción de oxígeno que es de tamaño pequeño, que permite el reabastecimiento directo y simultáneo de varios tanques de oxígeno, los cuales se encuentran contenidos dentro un gabinete portátil y que puede desplazarse fácilmente.
Mediante este aparato por lo tanto, elimina la necesidad de tener contrato con proveedores de oxígeno comprimido, así como gastos por transportación, entrega y renta de tanques.
OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN
Es por lo tanto un primer objetivo de la presente invención, proporcionar un aparato y un método para la producción de oxígeno que utiliza separadores moleculares con cristales de zeolita para que, en una primera etapa comprima el aire presurizado contra los cristales de zeolita para absorber las moléculas de carbono y nitrógeno y aislar las moléculas de oxígeno y, en una segunda etapa de descompresión, recolectar las moléculas de oxígeno.
Es otro objetivo de la presente invención, proporcionar un aparato y un método para la producción de oxígeno, que puede producir oxígeno mediante compresores de 10 litros hasta producir 20 litros de una manera económica y con gastos de operación muy bajos. Un objetivo adicional de la presente invención, es proporcionar un aparato y un método para la producción de oxígeno que genera oxigeno terapéutico, en una concentración, casi pura de 95% o mejor (+/- 3%).
Otro objetivo de presente invención, es proporcionar un aparato y un método para la producción de oxígeno que no requiere regulador de presión y reduce el desgaste del compresor. Además, el aparato puede operar en su totalidad con una corriente simple de 115/120 voltios en un nivel de 50/50 Hz y teniendo un consumo menor a los 10 amperios. Puede ser encendido al conectarlo a una corriente eléctrica común, y puede incluir una batería de respaldo interna o puede también ser encendida utilizando una batería externa o cualquier otro tipo de generador de electricidad.
Estos y otros objetivos y ventajas adicionales de la presente invención, se harán evidentes a los expertos en el ramo de la siguiente descripción detallada de la invención, que se hará con referencia a una modalidad específica de la misma en un sentido ilustrativo pero no limitativo de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es un diagrama esquemático del aparato para la producción de oxígeno de conformidad con la presente invención;
La figura 2 es una vista en perspectiva convencional del aparato para la producción de oxígeno, en posición abierta; y,
La figura 3 es una vista en perspectiva convencional del aparato para la producción de oxígeno, en posición cerrada.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN A continuación se hará referencia a una modalidad específica de la presente invención, ilustrada en las figuras que se acompañan y en donde los mismos números se refieren a las mismas partes y en donde, la figura 1 muestran un diagrama esquemático de las partes que conforman el aparato para la producción de oxígeno APO (figura 2) de la presente invención.
El aparato APO está comprende un filtro de aire 10 a través del cual se hace pasar aire de la atmosfera. El filtro de aire 10 es conectado mediante una primera tubería de alimentación 12 a un secador de adsorción 14 para remover la humedad contenida en el aire. Una segunda tubería 16 se conecta en un primer extremo a la salida del secador de adsorción 14, la cual se divide en dos líneas 16a y 16b para separar el flujo del aire en partes iguales. El segundo extremo de las líneas 16a y 16b es conectado a la entrada de un par de compresores 18 y 20 respectivamente, para succionar el aire atmosférico a través del filtro de aire 10 y comprimirlo. Un sensor de oxígeno O2 es conectado mediante una tercera tubería 22 en la segunda tubería 16 para monitorear que el aire que pasa por el secador de adsorción 14 salga con aproximadamente 21% de oxígeno. Una tercera tubería 24 y una cuarta tubería 26 son conectadas respectivamente a la salida de los compresores 18 y 20 para ser conectadas en serie a enfriadores 28, 30, en donde el aire presurízado es enfriado por aire. Los enfriadores 28, 30 son conectados mediante una quinta tubería 32 y una sexta tubería 34, a una válvula direccional 36, con dos entradas de presión y una salida, para distribuir de manera alternada el llenado, vaciado y drenado de un par de tamices 38, 40, los cuales están llenos de moléculas de cristal de zeolita como se describirá más adelante. Una séptima tubería 42 es conectada por un primer extremo a la válvula direccional 36. La tubería 42 se divide en dos líneas 42a y 42b que se conectan respectivamente al par de tamices 38, 40. El aire que proviene de los compresores 18, 20 es comprimido a través del par de tamices 38, 40, los cuales están llenos de un material poroso tales como cristales de zeolita. El funcionamiento de los tamices 38, 40, es alternativo permitiendo que, mientras uno realiza la labor de comprimir el otro descomprima. Durante la compresión los cristales de zeolita atraen las moléculas de carbono y nitrógeno. El proceso de separación aisla las moléculas de oxígeno las cuales son recolectadas al inicio del proceso de descompresión. Tuberías 44, 46, son conectadas por un extremo a cada uno de los tamices 38, 40, y por su extremo opuesto a una primera válvula de cuatro vías 48 que cierran y abren el flujo de oxígeno, enviando las moléculas de oxígeno para su recolección mientras eliminan los contenidos de nitrógeno y carbono. La bomba de los compresores 18, 20, exprime el oxígeno sobre los tamices 38, 40, con una fuerza de 3000 libras por pulgada cuadrada.
Los tamices 38, 40 son dos tanques de tamiz los cuales están llenos con materiales de cristal zeolita que, en el momento en que éstos son presurizados a una potencia de entre 20 y 30 libras por pulgada cuadrada absorben el nitrógeno y las moléculas de carbono, pero no tendrá limitaciones en las moléculas de oxígeno. Cuando se despresuriza a una velocidad más lenta, las moléculas de oxígeno son empujadas para su recolección. Mientras uno de los tanques de tamiz 38 está siendo presurizado, el otro (40) está siendo drenado del nitrógeno y las moléculas de carbono.
Una segunda válvula de cuatro vías 50 es controlada por un control lógico programable PLC (Figura 1), la cual, a través de un monitor digital 84 (Figura 2) programa por medio del control lógico PLC, el encendido y secuencia de llenado de los tanques 78 de manera alternada. El oxígeno que se obtiene de los tamices 38, 40 fluye hacía la segunda válvula de cuatro vías 50 a través de la tubería 52, con una pureza por arriba de 85%, el cual es monitoreado por un sensor de oxígeno zirconia cerámica 54.
Un tanque de aire 56 es conectado mediante su tubería 58 a la tubería 42 para asistir a la evacuación del nitrógeno después de que los tamices 38 y 40 completan la recolección de oxígeno.
La corriente de aire presurizado es controlada por la válvula direccional 36 y es dirigida alternadamente hacia cada uno de los tamices 38, 40, en ciclos programados. El pasaje alternativo del aire comprimido a cada uno de los tamices 38, 40, son gobernados por la válvula direccional 36, la primera válvula de cuatro vías 48, y una segunda válvula de cuatro vías 50 que está conectada en serie con la segunda válvula de cuatro vías 48 a través de la tubería 52. Cada una de las válvulas 36, 48, 50 son programadas por el control lógico programable PLC que establece la continuidad de los ciclos y el tiempo de residencia para controlar la concentración de oxígeno.
El ensamble de las válvulas de cuatro vías 48, 50, opera en secuencias de llenado, vaciado y drenado de 14 a 8 segundos. La secuencia de 14 segundos se encarga de llenar un primer tanque de tamiz 38 a una presión de entre 20 y 30 libras por pulgada cuadrada, para que después sea vaciada y drenada en 8 segundos. Después, las válvulas de cuatro vías 48, 50, se abren para continuar con la secuencia del proceso que se encarga de llenar, vaciar y drenar el segundo tanque de tamiz 40, realizándolo de la misma forma alternada y siendo también controlado por medio de la secuencia de programación del control lógico programable PLC. Al llegar a este punto, el porcentaje de oxígeno que fluye entre los tamices 38, 40, y un tanque de reserva 66 será de 95% o mejor (+/- 3%), el cual se describirá más adelante.
El sensor de oxígeno de zirconio cerámico 54 conectado en la tubería 52 monitorea de forma continua el flujo de oxígeno sirviendo como mecanismo de seguridad para advertir porcentajes bajos de oxígeno en el mismo y que, en caso de no ser atendido, enviar una señal al control lógico programable PLC para detener por completo el o los compresores 18, 20.
Un primer extremo de una tubería 56 es conectada a la salida de la válvula de cuatro vías 50 y su extremo opuesto es conectado a un amplificador 58. Un calibrador 60 es conectado en la tubería 56 entre la válvula de cuatro vías 50 y el amplificador 58 para monitorear y medir la presión del flujo de oxígeno en libras por pulgada cuadrada.
Una tubería 62 es conectada a la salida del amplificador 58, la cual se conecta a su vez con un filtro de aire de alta eficiencia 64. El amplificador 58 envía el flujo de oxígeno presurizado hacía el filtro de aire 64.
Un tanque de reserva de oxígeno 66 es conectado mediante una tubería 68 al filtro de aire de alta eficiencia 64. Una válvula direccional 70 es conectada a la salida del tanque de reserva 66 para asistir al amplificador 58 en forma paralela a la entrega del oxígeno presurizado. Un calibrador 72 conectado a la tubería 68 se encarga de monitorear y medir la presión del flujo en libras por pulgadas cuadradas del tanque de reserva de oxigeno 66.
El distribuidor de oxígeno (colector) 74 es conectado después del filtro de aire 64, el cual recibe el oxígeno que ha sido producido. El distribuidor de oxígeno 74 comprende una serie de conexiones externas 76, las cuales son finalmente conectadas a los tanques 78 (Figura 2) para su llenado con oxígeno.
Mediante el presenta aparato se pueden llenar hasta 12 tanques cilindricos al mismo tiempo para su almacenamiento y uso médico.
A través del aparato de la presente invención se puede producir oxígeno por ejemplo con compresores de 10 litros para producir 20 litros de una manera económica y con gastos de operación muy bajos.
Haciendo ahora referencia a las figuras 2 y 3, se muestra vistas en perspectiva convencional del aparato para la producción de oxígeno APO, el cual incluye una estructura de soporte 80, que incluye gabinetes deslizables 82, a través de los cuales se colocan los tanques 78 para el llenado presurizado con oxígeno. Los gabinetes 82 pueden contener hasta tres tanques o cilindros 78, cada uno siendo conectado a las conexiones externas 76 (ver figura 1). Cada estructura de soporte 80 puede contener hasta doce tanques 78 para el llenado de oxígeno. La estructura de soporte 80 incluye el controlador lógico programable (PLC), que tiene un monitor digital 84 para programar el encendido y secuencia de llenado de los tanques 78. Como se observa en la figura 1, control lógico programable PLC está conectado mediante diversas líneas de conexión, las cuales de muestran en forma punteada, a cada una de las partes de la presente invención. El aparto incluye un conector (no mostrado] para conectarse a cualquier fuente de energía eléctrica.
Por lo anterior el método para producir oxígeno mediante al aparato de la presente invención comprendiendo las etapas de:
(a] Hacer pasar un flujo de aire atmosférico a través de un filtro de aire; (b) Remover la humedad contenida en el flujo de aire atmosférico mediante un secador de adsorción;
(c) Separar el flujo de aire atmosférico en dos flujos de aire;
(d) Introducir los flujos de aire hacía al menos un par de compresores, dichos compresores succionando el aire atmosférico a través del filtro de aire;
(e) Comprimir y después enfriar el aire atmosférico que ha sido comprimido en los compresores;
(f) Proveer al menos dos separadores moleculares con cristales de zeolita;
(g) Distribuir alternadamente el aire atmosférico que ha sido comprimido, en etapas de llenado, vaciado y drenado por cada separador molecular con cristales de zeolita para que, en una primera etapa comprima el aire presurizado contra los cristales de zeolita para absorber las moléculas de carbono y nitrógeno y aislar las moléculas de oxígeno y, en una segunda etapa de descompresión, recolectar las moléculas de oxígeno.
(h) Enviar el oxígeno recién obtenido hacía un amplificador para monitorear y medir la presión del flujo del oxígeno presurizado; y,
(i) Conectar el amplificador a al menos un distribuidor de oxígeno, para llenar al menos un tanque de almacenamiento con el oxígeno que ha sido producido.
El método de la presente invención comprendiendo la etapa de:
Proveer un tanque de reserva de oxígeno para asistir al amplificador, en forma paralela, para la entrega del oxígeno presurizado.
El método de la presente invención comprendiendo la etapa de: Proveer al menos un sensor de oxígeno para monitorear la calidad del oxígeno que está siendo generado; y
Enviar señales al sistema de control en caso de advertir porcentajes bajos de oxígeno, para detener el funcionamiento de los compresores.
De lo anterior, se puede observar que el aparato y método de la presente invención separa el oxígeno del aire del ambiente, de manera económica, lo que le permite tener un suplemento de oxígeno de alta pureza proporcionado al paciente
Por último, debe quedar claro que la invención no se limita exclusivamente a la descripción presentada anteriormente y que los expertos en el ramo pueden, con las enseñanzas proporcionadas por esta invención, realizar modificaciones en el aparato y método presentado el cual estará contendido dentro del alcance de la invención que se reclama en las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES.
1.- Aparato generador de oxigeno del tipo que incluye:
Medios para filtrar el aire ambiente o atmosférico;
Medios de adsorción conectados a los medios de filtrado, para remover la humedad contenida en el aire ambiente o atmosférico;
Medios de compresión de aire conectados a los medios de adsorción para succionar el aire de los medios de adsorción y para comprimir el aire atmosférico;
Medios de enfriamiento conectados a los medios de compresión para enfriar el aire atmosférico que ha sido comprimido en los medios de compresión;
Al menos una primera válvula de control conectada a la salida de los medios de enfriamiento, para dividir el flujo de aire atmosférico en al menos dos flujos de aire;
Al menos dos separadores moleculares con cristales de zeolita conectados a la salida de la válvula de control, para distribuir alternadamente el aire atmosférico que ha sido enfriado por los medios de enfriamiento, en etapas de llenado, vaciado y drenado, por cada separador molecular con cristales de zeolita para que, en una primera etapa comprima el aire presurizado contra los cristales de zeolita para absorber las moléculas de carbono y nitrógeno y aislar las moléculas de oxígeno y, en una segunda etapa de descompresión, recolectar las moléculas de oxígeno;
Al menos una segunda válvula de control conectada a la salida de los separadores moleculares, para controlar alternadamente el proceso de producción de oxígeno de los separadores moleculares y para permitir el flujo de oxígeno recién obtenido;
Medios amplificadores conectados a la salida de dichas segundas válvulas de control para monitorear y medir la presión del flujo del oxígeno presurizado; Al menos un distribuidor de oxígeno conectado al amplificador para llenar al menos un tanque de almacenamiento con el oxígeno que ha sido producido; y,
Medios de control conectados a los medios de adsorción, medios de compresión, medios de enfriamiento, válvulas de control, medios amplificadores, y distribuidor de oxígeno, para programar en forma alternada la secuencia de producción de oxígeno.
2. - Aparato generador de oxígeno, de conformidad con la reivindicación 1, incluyendo además:
Un tanque de reserva de oxígeno para asistir a los medios amplificadores, en forma paralela, para la entrega del oxígeno presurízado a dichos tanques de almacenamiento.
3. - Aparato generador de oxígeno, de conformidad con la reivindicación 1, incluyendo además:
al menos un sensor de oxígeno para monitorear la calidad del oxígeno que está siendo generado, así como, para detectar porcentajes bajos de oxígeno y enviar señales a los medios de control para detener el funcionamiento de los medios de compresión.
4. - Aparato generador de oxígeno, de conformidad con la reivindicación 1, en donde los medios de control es un control lógico programable.
5.- Aparato generador de oxígeno, de conformidad con la reivindicación 1, en donde los separadores moleculares con cristales de zeolita incluyen un tanque de aire para asistirlos en la evacuación del nitrógeno después de que dichos separadores moleculares con cristales de zeolita completan la recolección de oxígeno.
6.- Aparato generador de oxígeno, de conformidad con la reivindicación 1, incluyendo además:
al menos un sensor de presión para monitorear y medir la presión del flujo de oxígeno de los medios de compresión y de los medios amplificadores.
7.- Un método para producir oxígeno comprendiendo las etapas de:
Hacer pasar un flujo de aire atmosférico a través de medios de filtrado de aire;
Remover la humedad contenida en el flujo de aire atmosférico que ha pasado a través de los medios de filtrado mediante un secador de adsorción;
Separar el flujo de aire atmosférico que ha pasado en el secador de adsorción en dos flujos de aire;
Introducir los flujos de aire hacía al menos un par de compresores, dichos compresores succionando el aire atmosférico a través del filtro de aire;
Comprimir y después enfriar el aire atmosférico que ha sido comprimido en los compresores;
Distribuir alternadamente el flujo de aire atmosférico que ha sido enfriado en al menos dos separadores moleculares con cristales de zeolita, para llevar a cabo etapas de llenado, vaciado y drenado por cada uno de los separadores moleculares de tal manera que en una primera etapa, comprima el aire presurizado contra los cristales de zeolita para absorber las moléculas de carbono y nitrógeno y aislar las moléculas de oxígeno y, en una segunda etapa de descompresión, recolectar las moléculas de oxígeno.
Enviar el oxígeno recién obtenido de cada uno de los separadores hacía un amplificador para monitorear y medir la presión del flujo del oxígeno presurizado; y, Conectar el amplificador a al menos un distribuidor de oxígeno, para llenar al menos un tanque de almacenamiento con el oxígeno que ha sido producido.
8. - El método para producir oxígeno de conformidad con la reivindicación 7, comprendiendo las etapas de:
Proveer un tanque de reserva de oxígeno para asistir al amplificador, en forma paralela, para la entrega del oxígeno presurizado.
9. - El método de la presente invención de conformidad con la reivindicación 7 comprendiendo las etapas de:
Proveer al menos un sensor de oxígeno para monitorear la calidad del oxígeno que está siendo generado; y
Enviar señales de control en caso de advertir porcentajes bajos de oxígeno, para detener el funcionamiento de los compresores.
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