利用真空变压吸附的产品气体浓缩器及与其相关联的方法
【专利说明】利用真空变压吸附的产品气体浓缩器及与其相关联的方法
[0001]相关申请的交叉引用
本申请请求享有2013年3月8日提交的美国专利申请序列第13/790，473号的优先权和权益，该申请请求享有2013年I月9日提交的美国临时申请序列第61/750，517号的优先权，其通过引用全部并入本文中。本申请涉及2008年4月21日提交的共同未决的美国申请序列第12/106，861号(代理人卷号12873/05505)。所有上文识别的(多个)专利申请和(多个)专利的内容通过引用全部并入本文中。
【背景技术】
[0002]存在用于分离气态混合物的各种应用。例如，从环境空气分离氮可提供高浓度的氧源。这些各种应用包括提供升高浓度的氧来用于医疗患者和飞行人员。因此，合乎需要的是提供系统，其分离气态混合物来提供浓缩产品气体，如具有一定浓度的氧的呼吸气体。
[0003]若干现有的产品气体或氧浓缩器例如在共同转让给InvacareCorporat1n (Elyria, Oh1)并且通过引用全部并入本文中的美国专利号4，449，990、5，906，672、5，917，135、5，988，165、7，455，717、7，722，700、7，875，105、8，070，853 和8，282，717，以及美国专利申请序列号61/608，874,61/661, 260和13/790，312中公开。
【附图说明】
[0004]图1提供了产品气体浓缩器的示例性实施例的透视图；
图2提供了图1的产品气体浓缩器的分解视图；
图2A-D提供了其它示例性产品气体浓缩器的分解视图；
图3A-H提供了用于示例性产品气体浓缩器的筛床和产品罐组件的示例性实施例的各种透视、截面、分解视图；
图31-0提供了用于图3A的筛床和产品罐组件的端盖的备选示例性实施例的各种透视、截面、分解视图；
图4A-D提供了用于示例性产品气体浓缩器的真空栗组件的示例性实施例的各种透视、截面、分解视图；
图4E提供了用于图4A的真空栗组件的多个悬杆的备选示例性实施例的俯视图；
图4F提供了用于示例性产品气体浓缩器的真空栗组件的另一个示例性实施例的透视图；
图4G提供了产品气体浓缩器的示例性实施例的示例性压力级的框图；
图5A提供了另一产品气体浓缩器的示例性实施例的示意性框图；
图5B提供了包括另一产品气体浓缩器的示例性实施例的示例性控制器的框图；
图5C提供了另一产品气体浓缩器的示例性实施例的示意性框图；
图f5D提供了用于图5A的产品气体浓缩器的阀控制方案的示例性实施例的正时图；
图5E提供了示出示例性产品气体浓缩器的示例性实施例的用于从筛床I到筛床2的流动的若干示例性策略的框图； 图5F提供了示出示例性产品气体浓缩器的示例性实施例的用于从筛床2到筛床I的流动的若干策略的框图；
图5G提供了用于图5A的产品气体浓缩器的阀组件的示例性实施例的俯视图和侧视图；
图5H提供了图5G的阀组件的框图；
图6A和6B提供了用于示例性产品气体浓缩器的出口端口的示例性实施例的透视图和截面视图；
图7提供了用于关于示例性产品气体浓缩器的示例性真空/压力传感器校准的过程的示例性实施例的流程图；
图8提供了用于确定用于分配示例性产品气体浓缩器的一团浓缩产品气体的持续时间的过程的示例性实施例的流程图；
图9提供了用于示例性产品气体浓缩器的节约阀控制方案的示例性实施例的正时图；图10提供了产品气体浓缩器的又一个示例性实施例的框图；以及图11提供了用于连同产品气体浓缩器将浓缩的产品气体分送至使用者的过程的示例性实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0005]在图1中示出了示例性氧浓缩器100的一个实施例。氧浓缩器100包括具有前部104和后部106的壳体102。前部104和后部106包括多个用于吸入和排放各种气体的开口，如例如吸入室内空气并排放氮和其它气体。氧浓缩器100大体吸入主要由氧和氮构成的室内空气，并将氮与氧分离。氧可储存在储存罐中，而氮可排放回到室内空气中。例如，可通过管道系统和鼻管将氧气排放穿过端口 108至患者。
[0006]图2是图1的示例性氧浓缩器100的分解透视图。氧浓缩器100还包括中央框架202，中央框架202具有电路板和其它与其连接的示例性构件。这些构件包括电池组204、筛床和产品罐组件206和208、蓄积器209、真空栗210、换气栗211、冷却风扇212和阀组件214。虽然这些构件描述为连接于中央框架202，但不必是这种情况。这些构件的一个或更多个可连接于壳体部104或106。其它示例性构件也容纳在氧浓缩器100内，包括，例如，声音衰减器或消音器216和218以及一个或更多个入口过滤器220。在其它实施例中，声音衰减器或消音器可集成到筛床底盖中。
[0007]此外，本发明的若干其它实施包括以上构件的各种组合。例如，这些实施例中的一些在图2A-2D中示出如下:图2A示出了没有蓄积器209，具有一个筛床和产品罐组件206，并且具有一个筛床和蓄积器组件208’的实施例；图2B示出了没有换气栗211并且具有组合的真空/换气栗组件210’的实施例；图2(:示出了没有蓄积器209，没有换气栗211，具有一个筛床和产品罐组件206，具有一个筛床和蓄积器组件208’，并且具有组合的真空/换气栗组件210’的实施例；并且图2D示出了没有冷却风扇212的实施例。如可认识到的，包括这些构件的其它组合的许多其它实施例可用于实践本发明。
[0008]筛床和产品罐组件
现在参照图3A和3B，并且更具体地参照透视图3A，示出了筛床和产品罐组件206。筛床和产品罐组件208类似地构造，并且将不单独描述。组件206包括具有筛床部300和产品罐部302的本体。本体的远端具有第一端盖304和第二端盖306。端盖304包括出口，如出口端口 308和310。出口端口 308与筛床部300相关联，而出口端口 310与产品罐部302相关联。端盖306包括入口，如输入端口 312和314。输入端口 312与筛床部300相关联，而输入端口 314与产品罐部302相关联。端盖304和306利用紧固件(如螺钉或螺栓)适当地连接于组件206的本体，但还可使用任何其它适当的附接器件。
[0009]图3C和3D示出了沿图3A的剖切线3C-3C和3D-3D截取的截面图。筛床部300包括第一穿孔插入物316和第二穿孔插入物318。弹簧320还被提供，并且压靠插入物316，插入物316进而压靠设置于插入物316和318之间的分离介质。这确保了物理分离介质压在插入物316和318之间。
[0010]穿孔插入物316和318之间的空间填充有物理分离介质或材料。分离材料选择性地吸附气态混合物(如例如氮和氧的气态混合物)的一种或更多种可吸附组分，并且允许气态混合物的一种或更多种不可吸附组分通过。物理分离材料为具有孔隙的分子筛，该孔隙具有均匀大小和基本上相同的分子尺寸。这些孔隙根据分子形状、极性、饱和度等选择性地吸附分子。在一个实施例中，物理分离介质是具有4至5埃孔隙的铝硅酸盐成分。在该实施例中，分子筛是钠或钙形式的铝硅酸盐，如5A型沸石。作为备选，铝硅酸盐可具有更高的硅铝比、更大的孔隙以及针对极性分子的亲和力，例如13x型沸石。在另一个实施例中，可使用锂基沸石。在其它实施例中，可使用任何适当的沸石或其它吸附性材料。沸石吸附氮、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气以及空气的其它重要组分。不吸附在筛床部300的气体(如氧)可收集和储存在产品罐部302中。
[0011]图3E是沿图3D的线3E-3E截取的截面图。示出了产品罐部302和筛床部300的插入物316。图3F是沿图3D的线3F-3F截取的又一截面图，并且以透视图示出。如在该实施例中示出的，筛床部300和产品罐部302由材料(如例如铝)的单个挤压件形成。还可使用其它能够挤压的材料。
[0012]筛床部300和产品罐部302共用公用的壁部，并且形成集成的筛床和产品罐组件。具体地，筛床部300和产品罐部302的内部空间至少部分地由公用的壁结构界定。在该实施例中，公用的壁结构示为由筛床部300和产品罐部302共用的弓形或弯曲壁的一部分。在其它实施例中，公用的壁结构不必是弓形或弯曲的，并且可为线性的或任何其它的形状。此外，能够挤压的其它结构可以以其它方式连结分离的筛床部和产品罐部，包括，例如，(多个)腹板、凸起或延伸部。
[0013]更进一步，多于一个筛床部300和多于一个产品罐部302可通过挤压形成并且连接，如本文中所述。例如，图3F中所示的筛床部300可与多个产品罐部302共用公用的壁结构，该公用的壁结构可以以与产品罐部302相同的方式部分或全部地围绕筛床部300。类似地，产品罐部302可与多个筛床部300共用公用的壁结构。
[0014]现在参照图3G，示出了筛床和产品罐组件206的分解透视图。如早先描述的，组件206包括端盖304和306，其附接于筛床部300和产品罐部302。通过密封部件322和324便于端盖304和306的附接。如图3G所示，密封部件322和324具有与筛床部300和产品罐部302的远端的横截面匹配的物理几何形状。密封部件322和324构造成接收筛床部300和产品罐部302的端部。密封部件322和324还构造成接收在端盖304和305的配合部内。以该方式，密封部322和324提供了便于端盖304和306的附接以及筛床部302和产品罐部304的内部空间的密封的垫圈效果。各个密封部包括用于密封筛床部300和产品罐部302的构件。在其它实施例中，通过在端盖304和306内提供密封部可省略密封部件322 和 324。
[0015]图3H是筛床和产品罐组件206的上部的细节图。密封部件322包括多个凹部326、328和330，例如，用于接收筛床部300和产品罐部302的端部。各个凹部被壁围绕并且包括例如顶部332、334和336。密封部件322的顶部332、334和336接收在例如端盖304的凹部338、340和342内。端盖304的凹部338、340和342例如由从端盖304凸出的壁形成。当端盖304经由紧固件固定于筛床部300和产品罐部302时，端盖304以及筛床部300和产品罐部302压缩密封部件322，从而提供不透气密封。端盖306和密封部件324类似地构造。如上所述，可省略密封部件322和324，并且可在端盖304中制造凹部338、340和342以形成不透气密封。
[0016]现在参照图31-3L，并且更具体地参照图3J，示出了可替代端盖设计350的透视图。端盖350与前述端盖304的区别在于，端盖350包括集成的声音衰减器或消音器。然而，图2的实施例包括分立的声音衰减器或消音器216和218，端盖350的实施例将声音衰减器或消音器集成到其结构中。
[0017]如图3J所示，端盖350包括具有筛床/产品罐对接部352的本体。对接部352还用作基部，消音器部354从该基部延伸。安装突起356也从对接部352延伸。消音器块358容纳在消音器部354内，并且穿孔排气盖360闭合消音器部354。安装突起356接受穿过排气盖360和消音器块358的紧固件。也可利用用于固定这些构件的备选器件。
[0018]端盖350还包括输入端口 362以及可附接于其的配件364。在其它实施例中，可使用其它类