[发明专利]氧气浓缩系统

说明书

优先权声明

本申请根据美国法典第35卷第119条(35U.S.C§119)要求享有 2006年8月28日提交的美国专利临时申请no.60/840,523的优先权，并根 据美国法典第35卷第119条第365款(35U.S.C.§120/365)要求享有2006 年12月6日提交的美国系列申请No.11/636,233的优先权，这些内容以引 用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种变压吸附系统，更特别地，涉及一种氧气浓缩器系 统，其具有多室罐以用于接收来自压缩机的压缩空气并将所述空气引导通 过整合在单个组件内的一系列室从而在变压吸附系统中产生浓缩氧气，所 述系统提供在至少90％的氧气浓度下5LPM。

背景技术

吸附分离过程取决于某些固体从气体混合物中选择性地吸附一种 或多种组分的能力。在供患者使用的氧气浓缩器中，吸附分离过程通常是 固定床操作，包括两个主要步骤，吸附步骤和解吸步骤。

变压吸附(PSA)是一种在这样的医学用途中对气体混合物的组分 进行分离的有用技术。将气体混合物(典型地为周围空气)送入室中，在 室中将各组分分离，从而生成具有一种组分高百分比的气流。空气含有很 多组分，即近似21％的氧气、78％的氮气、0.9％的氩气和0.1％的其他微 量气体。可以使用PSA从进入空气中分离出氧气，以给患者供应更高浓度 的氧气。

一般而言，通过使用沸石或分子筛实现在室中的这种组分分离，沸 石或分子筛具有能吸附混合物中某种组分的选择性亲和力。沸石是具有均 匀孔隙或晶体孔穴的天然或人工制成的分子筛。足够小到适合沸石孔隙的 化学组分被吸附到沸石材料的表面上。在沸石上吸附组分有多容易取决于 与沸石球中孔隙形状和大小相比的分子的形状和大小。沸石能吸附任何直 径高达其自己孔隙大小的分子。

变压吸附依赖压力的变动从而使所述室顺序地从选择性吸附到解 吸进行循环。这种变动可以发生从高压到大气压或从大气压到真空。如果 所述变动发生从大气压到真空，则在技术上将其认为是真空变压吸附 (VPSA)。对于本领域技术人员而言，众所周知的是用于组分分离的PSA 和VPSA技术是非常不同的，每种技术具有伴随其自身的优点和缺点。

典型的变压吸附系统是氧气浓缩器，其从空气中分离出氧气以供患 者随后吸入。常规系统提供介于0.5升每分钟(LPM)到10LPM之间。这 种氧气浓缩器包括多个将气体分离成氧气馏分和氮气馏分的分子筛床，借 此随后将氧气提供给患者，而将氮气留在筛床中并随后被吹扫掉。这些氧 气浓缩器包括若干部件，例如空气压缩机、两个三通空气阀、多个罐(每 一个收纳单独的分子筛)和产物贮存箱。这样的结构要求大量的影响这些 系统效率和成本的阀和管道。

一些现有技术的PSA系统包括用于变压吸附系统的包括至少三个 室的多室罐。所述罐包括具有一般长度的外罩。将第一分子筛室置于所述 外罩内，用于容纳将来自周围环境中的空气分离成浓缩气体组分的第一分 子筛。同样至少将第二分子筛室置于所述外罩内，用于容纳将来自周围环 境的空气分离成浓缩气体组分的第二分子筛。将供应室置于所述外罩内， 用于接收来自周围环境的空气，并用于将所述空气传送给第一或第二分子 筛室。

虽然很多常规系统能够输送足以满足患者需要的流率，但是它们不 能满足包括期望高效率、产物气体浓度高和重量轻的患者需求中的很多。 例如，很多常规系统要求操作数量巨大的分子筛材料和功率。其他系统在 一定流率下提供的氧气纯度不够。一些常规系统已经实现了试图解决这些 不足中的一些的特征和方法。

例如，美国专利No.6,683,256(“专利′256”)公开了一种分子筛型 气体分离装置，其根据产物气体的期望浓度而改变解吸再生阶段和吸附生 成阶段的持续时间。更具体地，专利′256公开了一种用于使用了响应于产 物气体构成浓度的氧气传感器的气体分离装置的自适应控制方法。根据从 所述氧气传感器接收的数据，所述气体分离装置可以修改吸附生成阶段和 解吸再生阶段的持续时间。如果所述传感器指示产物气体的浓度构成高于 所期望的，则可缩短所述解吸阶段，从而可以减少进入气体供应的需求。