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_4

文档序号:9290665阅读:来源:国知局
压力均衡阀PE的该触动或之后不久停用。在压力均衡阀PE的该触动之后不久,主阀MVl停用,并且主阀MV2触动,以将由真空栗408生成的排出气流从第一筛床300切换至第二筛床300。压力均衡阀PE在主阀MVl和MV2切换之后不久停用。典型地,入口阀EVl随压力均衡阀PE的停用触动,以容许筛床300之间的压力均衡继续。然而,如果期望,则入口阀EVl可随主阀MVl的停用或之后不久,并且在压力均衡阀PE的停用之前触动。
[0053]该过程以交替方式继续,以提供VSA过程。在其它实施例中,主阀MVl和MV2可以以"先接后断"的顺序切换,其中开启的主阀在闭合主阀闭合之前不久开启。以该方式,主阀MVl和MV2中的一个总是开启。主阀MVl和MV2的开启和闭合之间的延迟可相对短。该类型的切换尽管未示出,但可在主阀MVl和MV2在图中示为切换的任何情况下利用。
[0054]具体而言,可看到的是,排泄阀502在使用时,可大体上闭合或〃关闭〃,而压力均衡阀PE开启或〃打开〃,但不必是这种情况。还可看到的是,排泄阀的可变〃打开延迟〃时间在压力均衡阀PE从闭合或〃关闭〃过渡至开启或〃打开〃时开始,但也不必是这种情况。在一些情形下可有益的是允许这些阀的开启或〃打开〃状态的重叠。换言之,在某些情形下,排泄阀502和压力均衡阀PE两者可同时使用,或以任何组合使用,以提供从填充筛床300到另一个筛床300的排泄流用于其吹扫和再生。
[0055]图5E示出了在入口阀EVl、排泄阀502和主阀MV2触动(S卩,开启)并且入口阀EV2和主阀MVl停用(S卩,闭合)时用于流从筛床I穿过孔口 I和筛床2至排出气体出口的示例性路径。图5F示出了在入口阀EV2、排泄阀502和主阀MVl触动并且入口阀EVl和主阀MV2停用时用于流从筛床2穿过孔口 I和筛床I至排出气体出口的示例性可替代路径。如虚线所示,在一个实施例中,排泄阀502和孔口 I的功能可提供在单个构件中,该单个构件可称为可变限制器。在另一个实施例中,孔口 2可提供平行于排泄阀502和孔口 I的连续固定流。孔口 2将建立最小流,其可由如本文中所述的排泄阀502的触动来增大。在又一个实施例中,压力均衡阀PE可选择性地触动成提供或补充与孔口 2,或排泄阀502和孔口I的串联组合组合的流动。
[0056]在另一个实施例中,控制器506可监测VSA转换时间(即,填充循环时间),以识别用于浓缩器操作的某些陆地高度范围的操作的可替代模式。例如,低高度模式可针对高达大约6300英尺的操作实施,而高高度模式可针对高于6300英尺的操作实施。当然,预想其它高度范围,并且可实施附加的高度模式。由于较低环境大气("室内")压力(即,较稀薄的空气),故VSA转换时间趋于在较高高度处增大。浓缩器的某些操作参数可基于给定的高度范围调整,以便改进效率和维持产品气体体积输出、流率和纯度的适当水平。
[0057]基于流动设定输入504的排泄阀502的固定〃打开延迟〃可在低高度操作模式中为可接受的。然而,因为浓缩器花费较长时间来建造期望的转换压力,所以高度越高,交替的筛床300的填充之间的转换时间就越长。响应于较长的转换时间,浓缩器可转换至较高高度模式,其可调整一个或更多个操作参数(即,产品罐输出压力、蓄积器压力、筛床输出压力、排泄阀控制),以将转换时间保持在最佳范围中。如果排泄阀502的固定〃打开延迟"横跨宽高度范围保持,则可在高度范围的较低海拔处存在较少或没有排泄流。此外,当转换时间显著延长时,固定〃打开延迟〃可在较高海拔处导致过多排泄流。没有排泄流和过多排泄流可导致来自浓缩器的产品气体在用于宽高度范围的较低和较高海拔处的操作的期望的纯度水平之外。
[0058]应当注意的是,本申请各处的用语"压力"的使用包括低于大气压力的压力,例如,包括小于环境压力的负压,和亚大气压力,以及处于或高于大气压力或环境压力的压力。
[0059]适当的转换时间阈值可建立用于从低高度模式到高高度模式的过渡(例如,大约12秒)和用于从高高度模式到低高度模式的过渡(例如,大约5.5秒)。当然,不同转换时间阈值可建立用于不同流动设定输入504。例如,用于从低高度模式到高高度模式的过渡的转换时间阈值可对于不同流动设定输入504在10.5到14秒之间的范围中。类似地,用于从高高度模式到低高度模式的过渡的转换时间阈值可对于不同流动设定输入504在5.0到
5.5秒之间的范围中。典型地,阈值将不同,并且用于从高高度模式到低高度模式的过渡的阈值将小于其它阈值以建立适当的滞后。在另一个实施例中,高度模式之间的过渡可延迟固定时间,或直到用于预定量的连续填充循环(例如,三个连续循环)的转换时间指示高度模式过渡是适合的。
[0060]排泄阀502可以以本文所述的任何方式控制用于任何高度模式。值得注意地,排泄阀502可在不同高度模式中不同地控制。因此,优选的排泄阀控制技术可至少部分地基于高度模式来实施,并且高度模式的过渡可以以排泄阀控制技术产生对应的过渡。
[0061 ] 在一个实施例中,与触动排泄阀502相关联的〃打开延迟〃时间和VSA转换时间(即,填充循环时间)可具有包含流动设定输入506的范围的大体上线性关系。转换时间可由各个流动设定输入506的转换压力设定点代表,因为转换时间是给定筛床300达到关于其全容量的压力所花费的时间。在描述的实施例中,在筛床300中构建的压力可假定为线性的。这允许排泄阀触动压力表达为各个流动设定输入506的压力设定点之比。接着,比可用于确定阈值压力值。在压力建造期间,如果压力超过阈值压力值,则控制器506触动(即,开启)排泄阀502。这可确保存在至少足够的排泄流来保持期望水平的纯度,同时还限制排泄流以避免不必要的氧损失。在其它实施例中,〃打开延迟〃时间可为VSA转换时间的非线性函数。类似地,用于确定"打开延迟"时间的函数可在其它实施例中对于不同流动设定输入506为不同的。
[0062]在另一个实施例中,控制器506可利用计时器功能来监测VSA循环转换时间。可将该监测到的转换时间测量值与存储在非易失存储器中的转换时间范围比较。控制器506可使用该比较的结果来确定浓缩器应当在低高度模式下还是在高高度模式下操作。在低高度模式下,对于各个流动设定输入504,浓缩器可根据存储在非易失存储器中的固定压力值操作。在高高度模式下,浓缩器可根据用于各个流动设定输入504的固定压力值操作,该固定压力值至少部分地基于对应的低高度固定压力值。
[0063]在又一个实施例中,在低高度模式中,对于各个流动设定输入504,浓缩器可根据存储在非易失存储器中的、用于触动排泄阀502的固定“打开延迟”时间操作。在高高度模式中,浓缩器可根据基于用于各个流动设定输入504的固定压力值或监测到的VSA循环转换时间而缩放的可变排泄阀触动时间操作。可从固定压力值或监测到的VSA循环转换时间计算出排泄阀缩放因子。
[0064]前述功能可作为软件或控制器逻辑而执行。“逻辑”,如本文中使用的,包括但不限于,硬件、固件、软件和/或各个的组合,以执行(多个)功能或(多个)动作,并且/或者引起来自另一构件的功能或动作。例如,基于期望应用或需求,逻辑可包括软件控制的微处理器、离散逻辑,如专用集成电路(ASIC),或其它编程逻辑装置。逻辑还可完全实施为软件。
[0065]“软件”,如本文中使用的,包括但不限于一种或更多种计算机可读和/或可执行的指令,其引起计算机或其它电子装置以期望的方式执行功能、动作和/或运转。指令可以以各种形式实施,如包括来自动态链接库的独立应用或代码的例程、算法、模块或程序。软件也可以以各种形式实施,如独立程序、函数调用、小服务程序、小应用程序、存储在存储器中的指令、操作系统的部分或另一种类型的可执行指令。本领域技术人员将认识到,软件的形式取决于例如,期望应用的要求、其运行的环境和/或设计者/编程者的期望等。
[0066]本发明的系统和方法可在多种平台上实施,包括例如,联网控制系统和独立控制系统。此外,本文所示和描述的逻辑、数据库或表格优选地驻留在计算机可读介质之中或之上,该计算机可读介质如例如,闪存、只读存储器(R0M)、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、磁盘或磁带,以及任选地包括⑶-ROM和DVD-ROM的光可读介质。更进一步,本文中所描述的过程和逻辑可合并到一个大过程流程中或者划分成多个子过程流程。本文中描述的过程流程的顺序不是关键的,并且可重新安排,同时仍然实现相同结果。实际上,本文中所述的过程流程可根据授权或期望在它们的实施中重新布置、合并和/或重新组织。
[0067]图5G和5H还示出了可包括排泄阀502和其它构件的阀组件214的示例性实施例。在该实施例中,浓缩器500的排泄阀502、压力均衡阀PE、节约阀512、固定孔口 514、固定孔口 515以及止回阀516安装或附于具有多个入口、出口以及连接入口、出口和阀的内部通路的块状歧管本体,如所示。如此构造,阀组件214导致空间和重量节约,其可适应于便携式氧浓缩器和其它装置。构造还允许在必要时阀组件214的容易维修和更换。在其它实施例中,浓缩器可包括一个或更多个阀组件中的离散的构件或构件的任何适当组合。特别地,排泄阀502和固定孔口 514可组合在模块化组件中。在另一个实施例中,浓缩器550的排泄阀502、压力均衡阀PE、节约阀512、固定孔口 514、固定孔口 515以及止回阀516安装或附于块状歧管本体,其具有多个入口、出口和内部通路,其连接入口、出口和阀,如图5G和5H中所示,但连接于高压产品罐552和低压产品罐554,替代了产品罐302。
[0068]输出端口
在本发明的一个实施例中,输出端口 108包括适当的空气过滤器。虽然离开筛和产品罐的氧在氮-氧分离过程之前已经被过滤,但附加的过滤可对某些患者有帮助。现在参照图6A,示出了输出端口 108的一个实施例的透视图。输出端口 108包括主体600、输入部602、延伸部604和输出部610。输入部602构造成与输送氧的气动管道系统接触。通过输入部602接收的氧进入主体600。主体600在其中包括适当的过滤器,如例如,HEPA过滤器或其它适当的过滤器,用于过滤氧。延伸部604包括键面606和螺纹608。在与氧浓缩器的壳体组装期间,表面606便于输出端口 108的正确定向。螺纹608便于经由六角螺母或其它类型的紧固件将输出端口 108紧固于氧浓缩器的壳体。输出部610构造成与向患者或医疗配件输送氧的管道系统配合。
[0069]现在参照图6B,示出了沿图6A的剖切线6B-6B截取的日间(day)截面图。主体600的过滤器以612示出。过滤器612占据主体600的内部空间的相当大部分,以过滤通过输入部602接收的氧。就此而言,过滤器612具有与主体600的内部空间的形状和几何形状互补的形状和几何形状。在一个实施例中,过滤器612由硼硅玻璃微纤维制成并且为疏水性的。对于0.2微米或更大的颗粒尺寸,过滤器612还提供高于99.99%的过滤效率。还可使用具有少于所有这些特性的其它过滤器。
[0070]在一个实施例中,主体600由聚丙烯材料制成,并且其内部空间提供3.5cm2的有效过滤面积。主体的材料可为任何适当的材料,并且过滤面积可比所述的更大或更小。在一个实施例中,优选地,通过将在主体600的区域中对接的两个区段连结以形成整个输出端口 108,来制作输出端口 108。在该实例中,两个区段示出为由延伸穿过主体600的对接轴线614分开。过滤器612插入到形成主体600的内部空间的一部分的区段中的一个中。接着,将通过粘合或焊接而连结另一个区
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