ES2355199T3 - Sistema portátil de concentración de oxígeno y procedimiento para su utilización. - Google Patents

Sistema portátil de concentración de oxígeno y procedimiento para su utilización. Download PDF

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Theodore B. Hill
Edward A. Radtke
Robert A. Schneider
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Teijin Ltd
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Abstract

Sistema concentrador de oxígeno portátil (100) transportable por un usuario que comprende: una fuente de energía recargable interna (104); un dispositivo de separación de aire (102) accionado por dicha fuente de energía y adaptado para convertir aire ambiente en oxígeno gaseoso concentrado para dicho usuario, y expulsa el gas de escape, incluyendo el dispositivo de separación de aire (102) una serie de columnas de adsorción, una válvula rotativa, válvula rotativa que puede girar con respecto a la serie de columnas de adsorción para proporcionar una acción de válvula para transferir fluidos selectivamente a través de la serie de columnas de adsorción para convertir aire ambiente en oxígeno gaseoso concentrado para dicho usuario, un compresor (112) y un concentrador de oxígeno (114) por adsorción por oscilación de presión con vacío "VPSA", estando el comprensor (112) adaptado para comprimir y suministrar aire ambiente a dicho concentrador de oxígeno VPSA (114) y estando adaptado dicho concentrador de oxígeno VPSA (114) para separar oxígeno gaseoso concentrado del aire ambiente suministrado; como mínimo un sensor adaptado para detectar uno o varios estados indicativos de las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario; una unidad de control (110) interrelacionada con dicho dispositivo de separación de aire y dicho, como mínimo, un sensor para controlar el dispositivo de separación de aire a efectos de suministrar una cantidad de oxígeno gaseoso equivalente a las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario, basándose como mínimo en parte en el estado o estados detectados por dicho como mínimo un sensor; y un generador de vacío (124) que extrae gases de escape del dispositivo de separación de aire (102) para mejorar la recuperación y productividad del dispositivo de separación de aire (102), incluyendo el generador de vacío (124) un lado de vacío con una presión comprendida entre -8,8 y -4,4 psig con el generador de vacío (124) a la velocidad nominal máxima; en el que la combinación de la fuente de energía recargable interna (104) y el dispositivo de separación de aire (102) que tiene una serie de columnas de adsorción y válvula rotativa que forman el sistema concentrador de oxígeno portátil (100) que tienen un peso comprendido entre 0,90 kilos y 6,80 kilos (2 libras a 15 libras).

Description

Antecedentes de la invención
El sector técnico de esta invención se refiere, en general, a concentradores de oxígeno y, en particular, a sistemas de concentración de oxígeno de tipo portátil para pacientes respiratorios de tipo ambulatorio que les permite llevar una vida normal y productiva. 5
Existe una necesidad creciente de oxígeno de aplicación ambulatoria y en el hogar. Un suplemento de oxígeno es necesario para pacientes que sufren de enfermedades de los pulmones; por ejemplo, fibrosis pulmonar, sarcoidosis o bien enfermedades pulmonares profesionales. Para estos pacientes, la terapia de oxígeno es un sistema que facilita sus vidas, beneficioso de forma creciente. Si bien no constituye una curación para las enfermedades pulmonares, el oxígeno suplementario aumenta la oxigenación de la sangre, lo que invierte la hipoxemía. Esta terapia impide los efectos a largo 10 plazo de la deficiencia de oxígeno sobre los sistemas de órganos, en particular el corazón, el cerebro y el riñón. El tratamiento con oxígeno se prescribe también para la Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (COPD) que afecta aproximadamente seis millones de personas en USA y para otras enfermedades que debilitan el sistema respiratorio, tal como enfermedades cardiacas y sida. La terapia con oxígeno suplementario se prescribe para asma y enfisema.
La prescripción normal para pacientes de COPD requiere un caudal de oxígeno suplementario mediante una cánula o 15 mascara nasal las 24 horas del día. La prescripción para un paciente promedio es de dos litros por minuto de oxígeno de alta concentración para incrementar el nivel de oxígeno del aire total inspirado por el paciente desde un normal de 21% hasta aproximadamente 40%. Si bien la exigencia de flujo de oxígeno promedio es de dos litros por minuto, el concentrador de oxígeno promedio tiene una capacidad de 4 a 6 litros de oxígeno por minuto. Esta capacidad adicional es ocasionalmente necesaria para algunos pacientes que han desarrollado problemas más graves, no siendo en general 20 capaces de abandonar su casa (tal como ocurre con los pacientes ambulatorios) y no requieren un suministro de oxígeno portátil.
En la actualidad existen tres modalidades de oxígeno médico suplementario: cilindros de gas a alta presión, líquido criogénico en contenedores aislados en vacío o botellas termo habitualmente llamadas “dewar” y concentradores de oxígeno. Algunos pacientes requieren oxígeno en suministro domiciliario mientras que otros requieren oxígeno 25 domiciliario y también ambulatorio dependiendo de la prescripción. Las tres modalidades son utilizadas para utilización domiciliaria, si bien los concentradores de oxígeno son preferentes porque no requieren rellenado de recipientes termo o intercambio de cilindros vacíos por otros llenos. No obstante, los concentradores de oxígeno de tipo doméstico tienen sus inconvenientes. Consumen cantidades relativamente grandes de electricidad (350-400 vatios), son relativamente grandes (aproximadamente las dimensiones de una mesilla de noche), son relativamente pesados (peso de unas 50 30 libras), emiten bastante calor y son relativamente ruidosos.
Solamente las pequeñas botellas de gas a presión y pequeños recipientes “dewar” son verdaderamente portátiles en grados suficientes para su utilización para necesidades ambulatorias (fuera del domicilio). Cualquiera de las modalidades puede ser utilizada tanto de forma ambulatoria como domiciliaria o bien se puede combinar con un concentrador de oxígeno que proporcionaría la utilización doméstica. 35
Tal como se describe más adelante, los métodos y dispositivos actualmente conocidos de suministro de oxígeno se han demostrado engorrosos y poco adaptables y existe desde hace tiempo la necesidad de un dispositivo portátil mejorado para suministrar oxígeno para el usuario.
Para personas que necesitan disponer de oxígeno y que se encuentran habitualmente lejos de un centro generador de oxígeno o de almacenamiento de oxígeno, tal como un sistema de oxígeno estacionario (o incluso un sistema portátil 40 que no puede ser transportado fácilmente) las dos opciones más frecuentemente recomendadas de las que disponen los pacientes son: (a) llevar pequeños cilindros de manera típica en un carrito con ruedas; y (b) llevar contenedores portátiles típicamente en una mochila. Estas dos opciones de oxígeno gaseoso y oxígeno líquido tienen sustanciales inconvenientes, pero desde el punto de vista médico ambas tienen la capacidad de incrementar la vida productiva de un paciente. 45
El inconveniente más importante de una opción de oxígeno gaseoso es que los pequeños cilindros de oxígeno gaseoso pueden proporcionar gas solamente durante un periodo de tiempo corto. Otro inconveniente es que los cilindros de oxígeno gaseoso de alta presión para un paciente no son permitidos en algunos lugares tales como aviones por consideraciones de seguridad. Otro inconveniente de la opción del oxígeno gaseoso es la exigencia de rellenado de oxígeno una vez que éste se ha agotado en el cilindro. Estos cilindros de gas de pequeñas dimensiones deben ser 50 recogidos por el cuidador domiciliario y rellenados en una instalación especializada. Esto requiere visitas regulares al domicilio del paciente por el cuidador y una sustancial inversión en cilindros de pequeñas dimensiones por el proveedor porque muchos de ellos quedan en el domicilio del paciente y en la instalación de rellenado. Si bien es técnicamente posible rellenar estos cilindros en el domicilio del paciente utilizando un concentrador de oxígeno de tipo comercial que extrae oxígeno del aire, esta tarea requeriría de manera típica un compresor de oxígeno en el propio lugar para reforzar 55 la presión de salida del concentrador a un nivel elevado a efectos de llenar los cilindros. Algunas desventajas del sistema de compresores de oxígeno en el mismo lugar es que son caras, la generación de ruidos y la emisión de calor. Además el intentar comprimir el oxígeno en recipientes a presión en el propio domicilio es potencialmente peligroso, especialmente por parte de personas no entrenadas para ello. Este sistema presenta desde luego varios problemas de seguridad para su utilización doméstica. Por ejemplo, a efectos de disponer suficiente cantidad de gas en un contenedor portátil, éste se debe comprimir de manera típica a una elevada presión (-2000 psi). La compresión de oxígeno desde 5 psi (presión de salida típica de un concentrador de oxígeno) hasta 2000 psi produce una gran cantidad de calor. 5 (Suficiente para elevar la temperatura a 165ºC por etapa basándose en tres etapas de compresión adiabática con refrigeración intermedia). Este calor combinado con el oxígeno que pasa a ser más reactivo a presiones más elevadas, plantea un problema potencial de combustión en el compresor en el domicilio del paciente. Por lo tanto, el sistema basado en la utilización de gas a alta presión en el hogar del paciente es peligroso y no es una solución práctica.
Las cuestiones de comodidad y de seguridad no son los únicos inconvenientes de este enfoque del oxígeno 10 comprimido. Otro inconveniente es que los compresores o amplificadores de presión necesarios son costosos porque requieren cuidados y materiales especiales para su compatibilidad con oxígeno a alta presión.
Haciendo referencia a continuación a la opción de almacenamiento de oxígeno líquido, su inconveniente principal es que requiere un recipiente de base
-- un recipiente estacionario de base dentro del domicilio del paciente que tiene las dimensiones habituales de un barril 15 de cerveza
-- que puede ser rellenado una vez a la semana aproximadamente desde una fuente externa. Entonces se puede transferir oxígeno líquido desde la unión de base del paciente a un recipiente dewars portátil, que puede ser utilizado por el paciente ambulatorio. Asimismo, con la opción de oxígeno líquido existe un desperdicio sustancial dado que una determinada cantidad de oxígeno se pierde durante la transferencia a los contenedores portátiles y por la evaporación. 20 Se estima que el 20% del contenido total del cilindro base se pierde en el curso de dos semanas a causa de pérdidas en las transferencias y evaporación normal. Estas unidades se vacían por completo de manera típica a lo largo de un periodo de 30 a 60 días incluso si no se extrae oxígeno. Los sistemas de rellenado doméstico que producen oxígeno líquido y tienen capacidad de rellenado de recipientes “dewar” de oxígeno líquido portátiles han sido también objeto de propuesta. No obstante, estos dispositivos requieren que el usuario lleve a cabo la tarea de rellenado de botellas y 25 añadiendo elevados costes al mes a la factura de electricidad del usuario que no son reembolsables.
Existen otras complicaciones con los mencionados cilindros portátiles a alta presión y recipientes dewars de oxígeno líquido. De manera típica, se suministra oxígeno suplementario al paciente mediante un cuidador doméstico, a cambio de lo cual el cuidador recibe un pago fijo de la compañía de seguros o de la organización médica Medicare con independencia de la modalidad. Los concentradores de oxígeno son los preferidos por los suministradores como opción 30 menos cara para el suministro de las necesidades del paciente en su domicilio. No obstante, para la utilización fuera del domicilio solamente se pueden utilizar para necesidades ambulatorias pequeñas botellas de gas a alta presión y pequeños recipientes dewars de oxígeno líquido por ser suficientemente portátiles. Cualquiera de estas dos modalidades puede ser utilizada tanto para utilización doméstica y ambulatoria o se puede combinar con un concentrador de oxígeno, que proporcionaría utilización doméstica. En cualquier caso, el cuidador doméstico debe 35 efectuar costosos desplazamientos semanales o bisemanales al domicilio del paciente para rellenar el oxígeno. Uno de los objetivos de la presente invención consiste en eliminar estos costosos desplazamientos.
Se dispone comercialmente de los concentradores de oxígeno llamados “portátiles” para proporcionar a los pacientes oxígeno gaseoso al convertir el aire ambiente en oxígeno gaseoso concentrado. No obstante, estos dispositivos son usualmente “portátiles” en el sentido de que son capaces de ser transportados a otro punto de utilización mediante un 40 automóvil o avión. Uno de estos dispositivos es envasado en una maleta y es facturado como aparato transportable en vez de verdadero concentrador de oxígeno portátil. El dispositivo pesa unas 37 libras sin batería y requiere 135 vatios de potencia con un caudal de oxígeno de 2 LPM (litros por minuto). El funcionamiento basado en una batería de automóvil es posible cuando se encuentra de viaje en un automóvil pero el funcionamiento a partir de una batería separada no es práctico. Otro dispositivo es un concentrador de 3 LPM montado en su propio carro. Pesa 22 libras sin 45 batería y también requiere unos 135 vatios de potencia. Otro dispositivo adicional pesa unas 28 libras sin batería y requiere de un caudal y de potencia similares a los dispositivos anteriormente indicados. Incluso sin baterías estos dispositivos son demasiado pesados para el paciente ambulatorio respiratorio promedio. Con el peso de la batería, estos dispositivos de la técnica anterior no son “portátiles” en el sentido real de la palabra porque no pueden ser transportados fácilmente desde un punto a otro. Dado que estos dispositivos tiene una exigencia de consumo de 50 potencia relativamente grande, también requieren una batería bastante voluminosa.
Además, aparte de los problemas de consumo de potencia y de peso con los concentradores de oxígeno anteriormente indicados, ninguno de estos concentradores de la técnica anterior son especialmente silenciosos. Producen niveles de ruido similares a los producidos por un concentrador doméstico. En realidad, uno de estos dispositivos especifica una generación de ruido de 60 dBA (decibelios), es decir aproximadamente el doble del ruido de un concentrador doméstico. 55 Como consecuencia, ninguno de estos concentradores de oxígeno llamados “portátiles” son adecuados para su utilización en ambientes en los que un ruido reducido es especialmente importante, por ejemplo restaurantes, bibliotecas, iglesias y teatros.
Por lo tanto, existe la necesidad, desde hace mucho tiempo, de conseguir un sistema de concentración de oxígeno realmente “portátil” que elimine la necesidad de cilindros de gas a alta presión y recipientes dewars de oxígeno líquido, las exigencias constantes de relleno/sustitución asociada con los cilindros de gas a alta presión y los recipientes dewar de oxígeno líquido y la necesidad de un sistema de concentración de oxígeno doméstico separado para pacientes respiratorios ambulatorios. Un verdadero sistema de concentración de oxígeno “portátil” tendría que ser suficientemente 5 ligero de manera que, incluso con una batería, un paciente respiratorio ambulatorio promedio pudiera transportar el dispositivo. De manera inherente el dispositivo tendría que ser diseñado para tener exigencias de consumo de potencia relativamente bajas, de manera que se pueden utilizar un conjunto de baterías de peso reducido u otra fuente de energía similar. Además, el dispositivo debería ser suficientemente reducido para poder ser transportado cómodamente por el usuario, emitiendo un bajo nivel de ruido y emitiendo solamente una pequeña cantidad de calor. 10
EP-A-0312910 da a conocer un aparato portátil para el enriquecimiento de oxígeno a utilizar en varios lugares mediante la utilización de células secas o baterías comerciales, habiéndose incorporado una bomba de vacío en el aparato de enriquecimiento de oxígeno.
El documento DE 19707097A1 da a conocer un sistema generador de oxígeno que tiene un dispositivo para dosificar el suministro de gas producto al paciente dependiendo de la respiración del paciente y un dispositivo de medición para 15 detectar la respiración del mismo.
WO 99/16529A da a conocer un aparato y procedimiento para la formación de un gas enriquecido en oxígeno y su compresión para utilización en almacenamiento móvil a alta presión.
Resumen de la invención
La presente invención da a conocer un sistema concentrador de oxígeno portátil de adsorción por oscilación de presión 20 con vacío (VPSA) de acuerdo con la reivindicación 1. Otras realizaciones del sistema concentrador de oxígeno portátil se describen en las reivindicaciones dependientes.
Un aspecto de la presente invención se refiere a un sistema concentrador de oxígeno portátil adaptado para su fácil transporte por el usuario. El sistema concentrador de oxígeno portátil comprende una fuente de energía, un dispositivo separador de aire accionado por dicha fuente de energía y adaptado para convertir aire ambiente en oxígeno gaseoso 25 concentrado para el usuario, como mínimo un sensor adaptado para detectar una o varia situaciones indicativas de las necesidades de oxígeno gaseoso por parte del usuario y una unidad de control interrelacionada con el dispositivo de separación de aire y el sensor o sensores para controlar el dispositivo de separación de aire a efectos de suministrar una cantidad de oxígeno gaseoso equivalente a las necesidades de oxígeno gaseoso del usuario basadas, como mínimo en parte, en dichas una o varias situaciones detectadas por dichos uno o varios sensores. 30
Un método de suministro de oxígeno gaseoso al usuario utilizando el sistema concentrador de oxígeno portátil según la presente invención adaptado para su transporte fácil por el usuario puede comprender la detección de una o varias situaciones indicativas de las necesidades de oxígeno gaseoso del usuario mediante uno o varios sensores y controlar el dispositivo de separación de aire para convertir el aire ambiente en oxígeno gaseoso concentrado y suministrar una cantidad de oxígeno gaseoso concentrado equivalente a las necesidades de oxígeno gaseoso del usuario basándose en 35 dicha situación o situaciones detectadas por el detector o detectores.
Otros objetivos, características, aspectos y ventajas distintas y adicionales de la presente invención quedarán mejor comprendidos con la siguiente descripción detallada de los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de concentración de oxígeno portátil construido de acuerdo con 40 una realización de la invención;
La figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema de concentración de oxígeno portátil construido de acuerdo con otra realización de la invención y muestra en particular una realización de un dispositivo separador de aire;
La figura 3 es una ilustración esquemática de otra realización del sistema de concentración de oxígeno portátil y una realización de una cuna para utilización con el sistema de concentración de oxígeno portátil; 45
La figura 4 es un diagrama de bloques de uno o varios sensores que pueden ser utilizados con una realización del sistema de concentración de oxígeno portátil;
La figura 5 es un diagrama de bloques del componente o componentes que pueden ser controlados por la unidad de control del sistema de concentración de oxígeno portátil;
La figura 6 es un diagrama de bloques de un sistema de concentración de oxígeno portátil construido de acuerdo con 50 una realización adicional de la invención; y
La figura 7 es una ilustración esquemática de otra realización de un sistema de concentración de oxígeno portátil que incluye un recipiente a alta presión.
Descripción detallada de la realización preferente
I. Sistema de Concentración de Oxígeno Portátil
Haciendo referencia a la figura 1, un sistema de concentración de oxígeno portátil indicado de manera general con el numeral de referencia (100), construido de acuerdo con una realización de la invención, será descrito a continuación. El sistema de concentración de oxígeno (100) comprende un dispositivo de separación de aire tal como el generador de 5 oxígeno gaseoso (102) que separa oxígeno gaseoso concentrado con respecto al aire ambiente, una fuente de energía tal como una batería recargable, un paquete de baterías o una célula de combustible (104) que acciona, como mínimo, una parte del generador de oxígeno gaseoso (102), uno o varios sensores de salida (106) utilizados para detectar una o varias situaciones del usuario (108), medio ambiente, etc. para determinar la salida de oxígeno necesaria por el usuario o requerida por el sistema (100) y una unidad de control (110) unida al sensor de salida (106), el dispositivo de 10 separación de aire (102) y la fuente de energía (104) para controlar el funcionamiento del dispositivo de separación de aire (102) como respuesta a la situación o situaciones detectadas por el detector o detectores de salida (106).
En una realización alternativa, el sistema (100) puede no incluir el sensor o sensores de salida (106) acoplado a la unidad de control (110). En esta realización, las condiciones del sistema (100) tal como caudal, nivel de concentración de oxígeno, etc. pueden ser constantes para el sistema o pueden ser controlables manualmente. Por ejemplo, el 15 sistema (100) puede incluir un interfaz de usuario (111) (figura 5) que permite que el usuario, proveedor, doctor, etc. introduzca información, por ejemplo, nivel de prescripción de oxígeno, caudal, etc. para controlar la salida de oxígeno del sistema (100).
Cada uno de los elementos del sistema (100) se ha descrito a continuación de manera más detallada.
A. Dispositivo de Separación de Aire 20
Con referencia a la figura 2, el dispositivo de separación de aire es preferentemente un generador de oxígeno (102) que comprende de manera general una bomba tal como un compresor (112) y un concentrador de oxígeno (114) (OC) que se pueden encontrar integrados.
El generador de oxígeno (102) puede incluir también uno o varios de los elementos descritos a continuación y mostrados dentro de la línea de limitación segmentada de la figura 2. El aire ambiente puede ser introducido a través de 25 un amortiguador de entrada (116) por el compresor (112). El compresor (112) puede ser accionado por uno o varios motores de corriente continua (118) (M) que funcionan mediante la corriente continúa suministrada por la batería recargable (104) (RB). El motor (118) impulsa también preferentemente la parte del ventilador de refrigeración del cambiador de calor (120). Un controlador de velocidad variable (VSC) o controlador de velocidad del motor del compresor (119) que se describe más adelante de forma más detallada pueden formar parte o encontrarse separados 30 de la unidad de control (110) (CU) y está preferentemente acoplado al motor (118) para conservar el consumo de electricidad. El compresor (112) suministra el aire a presión al concentrador (114). En una realización preferente, a una velocidad máxima se suministra aire al concentrador (114) a 7.3 psig nominales y puede variar de 6,0 a 11,8 psig. El caudal es, como mínimo, de 0,88 SCFM en condiciones de entrada de 29,92 pulgadas de columna de mercurio absoluto, 70ºF, 50% HR. 35
Un cambiador de calor (120) puede estar situado entre el compresor (112) y el concentrador (114) para enfriar o calentar el aire a la temperatura deseada antes de entrar en el concentrador (114), un filtro (no mostrado) puede estar situado entre el compresor (112) y el concentrador (114) para retirar impurezas del suministro de aire y un transductor de presión (122) puede estar situado entre el compresor (112) y el concentrador (114) para conseguir un valor de la presión del aire que entra en el concentrador (114). 40
El concentrador (114) separa oxígeno gaseoso del aire para su eventual suministro al usuario (108) de forma bien conocida. Uno o varios de los componentes siguientes pueden estar situados en una conducción de suministro (121) entre el concentrador (114) y el usuario (108): un sensor de presión (123), un sensor de temperatura (125), una bomba (127), un recipiente de baja presión (129), una válvula de suministro (160), un sensor de flujo y de pureza (131) y un dispositivo de conservación (190). Tal como se utiliza en esta descripción, la conducción de suministro (121) se refiere a 45 los tubos, conectores, etc. utilizados para conectar los componentes de la conducción. La bomba (127) puede ser accionada por el motor (118). El oxígeno gaseoso puede ser almacenado en un recipiente de baja presión (129) y suministrado desde allí con intermedio de la conducción de suministro (121) al usuario (108). La válvula de alimentación (160) puede ser utilizada para controlar el suministro de oxígeno gaseoso desde el recipiente de baja presión (129) al usuario (108) a presión atmosférica. 50
También se pueden expulsar gases de escape desde el concentrador (114). En una realización preferente de la invención, un generador de vacío (124) (V), que puede ser también accionado por el motor (118) e integrado con el compresor (112), extrae gases de escape del concentrador (114) para mejorar la recuperación y productividad del concentrador (114). Los gases de escape pueden salir del sistema (100) a través del amortiguador de escape (126). Un transductor de presión (128) puede quedar localizado entre el concentrador (114) y el generador de vacío (124) para 55 conseguir la presión determinada del flujo de escape desde el concentrador (114). A la máxima velocidad nominal y flujo nominal de 0,78 SCFM la presión en el lado de vacío es preferentemente de -5,9 psig nominal y puede variar entre -8,8 y -4,4 psig.
1. Compresor/Controlador de Velocidad Variable
Se incluye entre los ejemplo de tecnologías de compresor que pueden ser utilizados para el compresor (112), sin que ello sea limitativo, paletas rotativas, pistón lineal con vástago de articulación, pistón lineal sin vástago de articulación, disco inclinado, espiral, pistón rodante, bombas de diafragma y acústicos. Preferentemente, el compresor (112) y el generador de vacío (124) están integrados con el motor (118) y carecen de engrase por aceite, impidiendo la posibilidad 5 de que entre aceite o grasa en la trayectoria del flujo del aire.
El compresor (112) comprende preferentemente, como mínimo, una relación de velocidad 3:1 con una velocidad baja, como mínimo, de 1000 rpm y una vida operativa de 15.000 horas cuando funciona a toda velocidad. La temperatura operativa en la zona circundante del sistema compresor/motor es preferentemente de 32 a 122ºF. La temperatura de almacenamiento es preferentemente de -4 a 140ºF. La humedad relativa es preferentemente de 5 a 95% HR, sin 10 condensación. El voltaje para el compresor (112) es preferentemente de 12 voltios en corriente continua o 24 voltios en corriente continua y las exigencias de potencia eléctrica son preferentemente menores de 100W a toda velocidad con un flujo previsto/presión nominal de menos de 40 W a 1/3 de la velocidad y 1/3 de caudal a la presión prevista. Un ventilador montado en el eje o un soplante pueden ser incorporados con el compresor (112) para la refrigeración del compresor y refrigerar posiblemente el sistema completo. El nivel de presión sonora máximo del compresor (112) puede 15 ser de 46 dBA a la velocidad máxima y caudal/presión máximos teóricos y 36 dBA a 1/3 de la velocidad nominal. Preferentemente el compresor (112) pesa menos de 3,5 libras.
Es deseable que el compresor (112) funcione a una variedad de velocidades, proporcione los niveles requeridos de vacío/presión y caudales, que emita poco ruido y vibraciones, que emita poco calor, que tenga dimensiones reducidas, que no sea pesado y que consuma una potencia reducida. 20
El controlador de velocidad variable (119) es importante para reducir las exigencias de consumo de potencia del compresor (112) sobre la batería recargable (104) u otra fuente de energía. Con un controlador de velocidad variable, la velocidad de un compresor (112) se puede variar con el nivel de actividad del usuario, estado metabólico del mismo, estado ambiental u otro estado indicativo de las necesidades de oxígeno del usuario determinadas con intermedio de uno o varios sensores de salida (106). 25
Por ejemplo, el controlador de velocidad variable puede disminuir la velocidad del motor (118) cuando se determina que las exigencias de oxígeno del usuario (108) son relativamente bajas, por ejemplo cuando el usuario está sentado, durmiendo, a alturas reducidas, etc. y se puede incrementar cuando se determina que las exigencias de oxígeno del usuario (108) son relativamente altas o más elevadas, por ejemplo cuando el usuario se encuentra de pie, cuando el usuario desarrolla actividad, cuando el usuario se encuentra a alturas mayores, etc. Eso ayuda a conservar la vida de la 30 batería (104), reduce el peso y dimensiones de dicha batería (104) y reduce el desgaste del compresor, mejorando su fiabilidad.
Uno de los inventores de la presente invención ha sido co-inventor de un controlador de velocidad variable con anterioridad que regulaba la velocidad del compresor para el funcionamiento del compresor solamente a la velocidad y potencia necesaria para suministrar oxígeno con el caudal prescrito para el usuario. 35
El controlador de velocidad variable (119) permite que el compresor (112) funcione a una tasa promedio baja, típicamente la tasa o velocidad promedio se encontrará entre el valor de la velocidad máxima y 1/3 de la velocidad máxima del compresor (112), resultando ello en un aumento de la vida de la batería, disminución de las dimensiones y peso de la batería y disminución en el ruido del compresor y en el calor emitido.
2. Concentrador 40
En una realización preferente, el concentrador (114) es un Fraccionador de Tecnología Avanzada (ATF) que puede ser utilizado para aplicaciones médicas e industriales. El ATF implementa un proceso de adsorción por oscilación de presión con vacío (VPSA). El concentrador incluye un mecanismo de válvula rotativa para controlar el flujo de aire a través de múltiples lechos de cribado. Los lechos de cribado pueden ser cónicos de manera que tienen mayor diámetro donde entra el flujo gaseoso en los lechos y menor diámetro donde sale el flujo gaseoso de dichos lechos. La conicidad de los 45 lechos de cribado de este modo requiere menos material de cribado y un flujo más reducido para obtener la misma salida.
El ATF utilizado preferentemente es significativamente más reducido que los ATF diseñados anteriormente. Los inventores de la presente invención reconocen que la reducción de las dimensiones del concentrador ATF (114) no solamente ha hecho el sistema (100) más reducido y más portátil sino que mejora también el porcentaje de 50 recuperación, es decir el porcentaje de gas oxígeno en el aire que es recuperado o producido por el concentrador (114) y la productividad (litros por minuto/libra de material de cribado) del concentrador (114). La reducción de las dimensiones del ATF disminuye el tiempo del ciclo del dispositivo. Como resultado, la productividad se incrementa.
Además, los inventores han descubierto también que los materiales de cribado más finos incrementan las tasas de recuperación y la productividad. La constante de tiempo para adsorber gases no deseados es menor para partículas 55 más finas dado que la trayectoria de fluido es más corta para los gases que para las partículas más grandes. Por esta razón, los materiales de cribado fino que tienen constantes de tiempo reducidas son preferentes. El material de cribado puede ser una zeolita de litio X que permite un elevado intercambio de iones de litio. El tamaño de los lechos pueden ser, por ejemplo, de 0,2-0,6 mm. La zeolita puede ser extorsionada y la estructura del material de la criba puede adaptar forma de papel arroyado.
Las dimensiones del concentrador (114) pueden variar con el caudal deseado. Por ejemplo, el concentrador (114) puede tener una capacidad de 1,5 litros por minuto (LPM), dimensiones de 2 LPM, dimensiones de 2,5 LPM, dimensiones de 3 5 LPM, etc.
El generador de oxígeno gaseoso (102) puede incluir también una fuente de oxígeno además del concentrador (114) tal como, si bien no de forma limitativa, un recipiente de oxígeno de alta presión, tal como se describe más adelante de forma detallada.
Un controlador de válvula ATF (133) puede estar acoplado de forma integral o separada de la unidad de control (110) y 10 estar acoplado con elementos electrónicos de válvula en el concentrador (114) para controlar la válvula o válvulas de dicho concentrador (114).
El concentrador puede tener una o varias de las siguientes modalidades de ahorro de energía: una modalidad de reserva (“sleep”), una modalidad de conservación y una modalidad activa. La selección de estas modalidades se puede realizar manualmente por el usuario (108) o automáticamente así como, a través de uno o varios de los sensores 15 descritos (106) y la unidad de control (110).
B. Fuente de energía
Haciendo referencia adicionalmente a la figura 3, a efectos de funcionar apropiadamente como sistema ligero y portátil (100), dicho sistema (100) debe ser activado por una fuente de energía recargable adecuada. La fuente de energía comprende preferentemente una batería recargable (104) del tipo de iones de litio. Será evidente para los técnicos en la 20 materia que el sistema (100) puede ser activado por una fuente de energía portátil distinta de una batería de iones de litio. Por ejemplo, se puede utilizar una célula de combustible recargable o renovable. Si bien, el sistema se describe de manera general accionado por una batería recargable (104), el sistema (100) puede ser accionado por múltiples baterías. Por lo tanto, tal como se utiliza en esta descripción, el termino “batería” incluye una o varias baterías. Además, la batería recargable (104) puede estar constituida por una o varias baterías internas y/o externas. La batería (104) o un 25 módulo de batería que incluye la batería (104) es desmontable preferentemente de un sistema (100). El sistema (100) puede utilizar una batería interna normal, una batería de bajo coste, una batería interna de funcionamiento prolongado y una batería secundaria externa en un módulo acoplable.
El sistema (100) puede tener un adaptador incorporado que comprende un circuito (130) de carga de la batería y uno o varios enchufes (132) configurados para permitir que el sistema (100) sea accionado a partir de una fuente de potencia 30 en corriente continua (por ejemplo, un adaptador para mechero para cigarrillos de un automóvil) y/o una fuente de potencia en corriente alterna (por ejemplo, un enchufe habitual de oficina o doméstico de 110 voltios en corriente alterna) mientras la batería (104) está siendo cargada simultáneamente a partir de una fuente de potencia de corriente continua (CC) o corriente alterna (CA). El adaptador o cargador podía ser también un accesorio separado. Por ejemplo, el adaptador puede ser un adaptador para mechero para cigarrillos separado utilizado para activar el sistema (100) y/o 35 cargar la batería (104) en un automóvil. Se puede utilizar un adaptador separado CA para convertir la corriente (CA) de una salida de corriente alterna en corriente continua (CC) a utilizar por el sistema (100) y/o cargar la batería (104). Otro ejemplo de adaptador puede ser un adaptador utilizado con baterías para sillas de ruedas u otro tipo de vehículo.
De forma alternativa o adicional, una cuna (134) para la carga de baterías adaptada para recibir y soportar el sistema (100) puede tener un adaptador que comprende circuitos (130) para la carga de baterías y un enchufe (132) que permite 40 también que el sistema (100) sea activado mientras la batería (104) es cargada simultáneamente a partir de una fuente de potencia CC y/o CA
El sistema (100) y la cuna (134) incluyen preferentemente las secciones acoplables correspondientes (138), (140) que permite que el sistema (100) pueda ser depositado fácilmente dentro de la cuna (134) para adaptar el sistema (100) con la cuna (134). Las secciones acoplables (138), (140) pueden incluir los contactos eléctricos correspondientes (142), 45 (144) para conectar eléctricamente el sistema (100) a la cuna (134).
La cuna (134) puede ser utilizada para recargar y/o activar el sistema (100) en el hogar, oficina, automóvil, etc. La cuna (134) puede ser considerada parte del sistema (100) o un accesorio separado para dicho sistema (100). La cuna (134) puede comprender uno o varios receptáculos adicionales de carga (146) acoplados a los circuitos de carga (130) para cargar paquetes de batería de recambio (104). Con un receptáculo de carga (146) y uno o varios paquetes de baterías 50 adicionales (104) el usuario puede tener siempre un suministro de baterías cargadas nuevas adicionales (104).
En realizaciones alternativas, la cuna (134) puede adaptar una o varias diferentes dimensiones para recibir uno o varios tipos distintos de sistemas (100).
La cuna (134) y/o el sistema (100) pueden comprender también un mecanismo humidificador (148) para añadir humedad al flujo de aire del sistema (100) a través de conexiones apropiadas (149). En una realización alternativa de la 55 invención, el mecanismo humidificador (148) puede ser separado del sistema (100) y de la cuna (134). En caso de que el sistema (100) y la cuna (134) sean separados, la cuna (134) y/o el sistema (100) pueden incluir puertos de comunicación apropiados para comunicar con el mecanismo humidificador separado (148). La cuna (134) puede incluir también un receptáculo adaptado para recibir un mecanismo humidificador separado (148) para su utilización con el sistema (100) cuando dicho sistema (100) está alojado en la cuna (134).
La cuna (134) y/o el sistema (100) pueden incluir también un mecanismo de telemetría o modem (151) tal como un 5 modem de teléfono, modem de cable de alta velocidad, modem sin cables RF o similar para comunicar la unidad de control (110) del sistema (100) con uno o varios ordenadores remotos. Con este objetivo, la cuna (135) puede comprender un conductor (153) con un adaptador de cable o enchufe de teléfono (155) o una antena RF (157). En una realización alternativa de la invención, el mecanismo de telemetría o modem (151) puede ser separado de la cuna (134) y con este objetivo la cuna (134) o sistema (100) pueden incluir uno o más puertos de comunicación apropiada, por 10 ejemplo un puerto PC, para comunicación directa del modem o mecanismo de telemetría (151) con la cuna (134) o sistema (100). Por ejemplo, la cuna (134) puede estar adaptada para comunicar con un ordenador (en la localización de la cuna) que incluye el mecanismo de telemetría o modem (151). El ordenador puede incluir software apropiado para comunicar información que se describe más adelante utilizando un mecanismo de telemetría o modem (151) con uno o varios ordenadores remotos. 15
El mecanismo de telemetría o modem (151) puede ser utilizado para comunicar información fisiológica del usuario tal como, sin que ello sirva de limitación, ritmo cardíaco, saturación de oxígeno, ritmo respiratorio, presión sanguínea, EKG, temperatura corporal, proporción de tiempo de inspiración/expiración (proporción I a E) con uno o varios ordenadores remotos. El mecanismo de telemetría del modem (151) puede ser utilizado para comunicar otros tipos de información tales como, sin que ello sirva de limitación, utilización de oxígeno, programas de mantenimiento del sistema (100) y 20 utilización de la batería con uno o varios ordenadores remotos.
Un usuario utiliza idealmente el sistema (100) en su cuna (134) en el hogar, en la oficina, en el automóvil, etc. El usuario puede decidir utilizar una o varias cunas, por ejemplo una en el hogar, una en la oficina, una en el automóvil o múltiples cunas en la casa, cada una de ellas en una habitación. Por ejemplo, si el usuario tiene múltiples cunas (134) en casa, cuando el usuario pasa de una habitación a la otra, por ejemplo desde el salón al dormitorio, el usuario simplemente 25 levanta el sistema (100) de la cuna (134) en una habitación y se desplaza a la otra habitación funcionando con la batería. La disposición del sistema (100) en una cuna distinta (134) en la habitación de destino restablece la conexión eléctrica entre el sistema (100) y la fuente de potencia en corriente alterna. Dado que las baterías (104) del sistema se encuentran constantemente en carga o cargadas cuando se colocan en la cuna (134), los desplazamientos fuera del hogar, oficina, etc. son tan simples como pasar de una habitación a otra del hogar del usuario. 30
Dado que el sistema (100) es pequeño y ligero (2-15 libras), el sistema (100) puede ser simplemente levantado de la cuna (134) y transportado fácilmente, por ejemplo con una mochila por un usuario normal, al lugar de destino. Si el usuario es incapaz de llevar el sistema (100), dicho sistema (100) puede ser transportado fácilmente al lugar de destino utilizando un pequeño carro u otro aparato de transporte. Para un periodo de tiempo prolongado desde el hogar, oficina, etc., el usuario puede llevar una o varias cunas (134) para su utilización en destino. De manera alternativa, en la 35 realización del sistema (100), que comprende el adaptador incorporado, se puede extraer potencia de fuentes de potencia tales como un adaptador para el encendedor de cigarrillos de un automóvil y/o una salida de corriente alterna disponible en el lugar de destino. Además, se pueden utilizar paquetes de batería de recambio (104) para periodos prolongados fuera de las fuentes de potencia habituales.
Si el paquete de baterías (104) comprende múltiples baterías, el sistema (100) puede comprender un mecanismo de 40 secuenciado de baterías para conservar la vida de la batería tal como es bien conocido en la técnica de los teléfonos celulares y los ordenadores portátiles.
C. Sensor de salida
Haciendo referencia a las figuras 1, 2 y 4, uno o varios sensores de salida (106) son utilizados para detectar uno o varios estados del usuario (108), del medio ambiente, etc. para determinara las necesidades de caudal de oxígeno del 45 usuario y, por lo tanto, las exigencias de caudal de oxígeno para el sistema (100). Una unidad de control (110) esta enlazada al sensor o sensores de salida (106) y al generador de oxígeno gaseoso (102) para controlar el generador de oxígeno (102) como respuesta al estado o estados detectados por el sensor o sensores de salida (106). Los sensores de salida comprenden un sensor de presión (150), un sensor de posición (152), un sensor de aceleración (154) así como un sensor de estado fisiológico o sensor metabólico (156) y un sensor de altura (158). 50
Los tres primeros sensores (150, 152, 154) (y en ciertas circunstancias, el sensor (156) de estado fisiológico) son sensores de actividad porque estos sensores proporcionan una señal que representa la actividad del usuario (108). En el suministro de oxígeno con un sistema de concentración de oxígeno portátil es importante para suministrar una cantidad de oxígeno gaseoso proporcionado al nivel de actividad del usuario (108) sin suministrar un exceso de oxígeno. Un exceso de oxígeno podría ser perjudicial para el usuario (108), reduciendo la vida de la batería (104). La 55 unidad de control (110) regula el generador de oxígeno gaseoso (102) para controlar el caudal de oxígeno gaseoso hacia el usuario (108) basándose en una o varias señales representativas de nivel de actividad del usuario producidas por el sensor o sensores (106). Por ejemplo, si el sensor o sensores de salida (106) indican que el usuario (108) ha pasado de estado inactivo a estado activo, la unidad de control (110) puede provocar que el generador (102) de oxígeno gaseoso aumente el caudal de oxígeno gaseoso hacia el usuario (108) y/o pueda proporcionar un impulso de oxígeno gaseoso hacia el usuario (108) desde un depósito de oxígeno a alta presión que se describirá. Si el sensor o sensores de salida (106) indican que el usuario (108) ha pasado de estado activo a estado inactivo, la unidad de control (110) puede provocar que el generador (102) de oxígeno gaseoso reduzca el caudal de oxígeno hacia el usuario.
En una realización de la invención, la cantidad de oxígeno gaseoso suministrada es controlada al controlar la velocidad 5 del motor (118) del compresor con intermedio del controlador de velocidad variable (119).
De manera alternativa, o además del controlador de velocidad variable, el suministro de oxígeno gaseoso se puede controlar por la válvula de suministro (160) situada en la conducción de suministro (121) entre el generador de oxígeno gaseoso (102) y el usuario (108). Por ejemplo, la válvula de suministro (160) puede ser desplazable, como mínimo, entre una primera y una segunda posiciones, permitiendo la segunda posición un mayor flujo de oxígeno gaseoso 10 concentrado que la primera posición. La unidad de control (110) puede provocar que la válvula de suministro (160) se desplace de la primera posición a la segunda cuando uno o varios de los sensores de nivel de actividad (152), (154), (156) detectan un nivel activo de la actividad del usuario (108). Por ejemplo, la unidad de control (110) puede comprender un temporizador y cuando se detecta un nivel activo durante un periodo de tiempo que supera un periodo de tiempo predeterminado, la unidad de control (110) provoca que la válvula (160) se desplace desde la primera 15 posición a la segunda.
Los ejemplos de sensores de presión (150) comprenden, sin que ello sea limitativo, un interruptor de pie que indica cuando el usuario se encuentra en posición de pie en comparación con la posición sentada y un interruptor de asiento que indica cuando el usuario se encuentra sentado en comparación con la posición de pie.
Un interruptor de péndulo es un ejemplo de sensor de posición (152). Por ejemplo, un interruptor de péndulo puede 20 comprender un interruptor para los muslos dispuesto de forma basculante para indicar una modalidad cuando el usuario se encuentra de pie, es decir que el interruptor se encuentra suspendido verticalmente y otra modalidad cuando el usuario se halla sentado, es decir, el interruptor de los muslos levantado ocupando una posición más horizontal. Se puede utilizar un interruptor de mercurio como sensor de posición.
Un sensor de aceleración (158) tal como un acelerómetro es otro ejemplo de un sensor de actividad que proporciona 25 una señal que representa la actividad del usuario.
El sensor (156) de estado fisiológico o metabólico puede funcionar también como sensor de actividad. El sensor (156) de estado fisiológico puede ser utilizado para controlar uno o varios estados fisiológicos del usuario para controlar el generador (102) de oxígeno gaseoso o para otros objetivos. Se pueden incluir como otros ejemplos de estados fisiológicos que se pueden controlar con el sensor (156), sin que ello sirva de limitación, un nivel de oxígeno en sangre, 30 ritmo cardíaco, ritmo respiratorio, presión sanguínea, EKG, temperatura corporal y proporción I a E. Un oxímetro es un ejemplo de un sensor que es preferentemente utilizado en el sistema (100). El oxímetro mide el nivel de oxígeno en sangre del usuario sobre el que se puede basar, por lo menos parcialmente, la producción de oxígeno.
Un sensor de altitud (158) es un ejemplo de sensor de ambiente o medio ambiental, que puede detectar un estado medio ambiental o de ambiente para el cual se puede basar, por lo menos parcialmente, el control de suministro de 35 oxígeno gaseoso hacia el usuario. El sensor de altitud (158) puede ser utilizado sólo o conjuntamente con cualquiera de los sensores antes mencionados, la unidad de control (110) y el generador de oxígeno gaseoso (102) para controlar el suministro de oxígeno gaseoso hacia el usuario de acuerdo con la altitud o elevación detectada. Por ejemplo, cuando se han detectado altitudes mayores en las que el aire está menos concentrado, la unidad de control puede incrementar el caudal de oxígeno gaseoso hacia el usuario (108) y cuando se han detectado altitudes menores en las que el aire esta 40 más concentrado, la unidad de control puede disminuir el caudal de oxígeno gaseoso hacia el usuario (108) o lo puede mantener en un nivel controlado.
Será evidente para los técnicos en la materia que uno o varios sensores adicionales o sensores diferentes pueden ser utilizados para detectar un estado sobre el que se pueda basar, por lo menos parcialmente, el control de suministro de oxígeno gaseoso hacia el usuario. Además, cualquiera o todas las realizaciones descritas en lo anterior para regular la 45 cantidad de oxígeno gaseoso suministrado al usuario (108), es decir controlador de velocidad variable (119), válvula de suministro (160) (o realizaciones alternativas) se pueden utilizar con el sensor o sensores y la unidad de control (110) para controlar el suministro de oxígeno gaseoso al usuario (108).
D. Unidad de Control 50
Haciendo referencia a la figura 5, la unidad de control (110) puede adaptar cualquier forma bien conocida en la técnica y comprende un microprocesador central o CPU (160) en comunicación con los componentes del sistema que se han descrito mediante una o varias interfaces, controladores u otros elementos de circuito eléctrico para controlar y gestionar el sistema. El sistema (100) puede comprender una interfaz de usuario (111) (figura 5) como parte de la unidad de control (110) o acoplado a la unidad de control (110) para permitir que el usuario, proveedor, doctor, etc. introduzca 55 información, por ejemplo prescripción del nivel de oxígeno, caudal, nivel de actividad, etc. al sistema de control (100).
Los elementos principales de una realización del sistema (100) han sido descritos en lo anterior. Las secciones siguientes describirán una serie de características adicionales de las que una o varias pueden ser incorporadas en las realizaciones de la invención que se han descrito como una o varias realizaciones separadas de la invención.
II. Dispositivo de Conservación
Haciendo referencia a la figura 6, un dispositivo de conservación o dispositivo de demanda (190) puede ser incorporado 5 al sistema (100) para utilizar de manera más eficaz el oxígeno producido por el generador de oxígeno gaseoso (102). Durante la respiración normal, el usuario (108) inspira aproximadamente en una tercera parte del tiempo del ciclo de inspiración/expiración y expira durante los otros dos tercios del tiempo. Cualquier flujo de oxígeno proporcionado al usuario (108) durante la expiración no tiene utilidad para el usuario (108) y, como consecuencia, la potencia de la batería adicional utilizada para proporcionar de manera efectiva este caudal de oxígeno adicional se desperdicia. Un 10 dispositivo de conservación (190) puede comprender un detector que detecta el ciclo de inspiración/expiración al detectar cambios de presión en la cánula (111) u otra parte del sistema (100) y suministro de oxígeno solamente durante la parte de inspiración o una fracción de la parte de inspiración del ciclo de respiración. Por ejemplo, dado que la cantidad final de aire inspirada no tiene utilización específica porque queda retenido entre la nariz y la parte superior de los pulmones, el dispositivo de conservación (190) puede estar configurado para interrumpir el flujo de oxígeno antes 15 del final de la inspiración, mejorando la eficacia del sistema (100). Una eficacia mejorada se traduce en una reducción de las dimensiones, peso y coste así como exigencias de potencia del sistema (100).
El dispositivo de conservación (190) puede ser un dispositivo autónomo en la línea de salida del sistema (100), similar a un dispositivo de inmersión subacuática o bien se puede acoplar a la unidad de control (110) para controlar el generador de oxígeno (102) a efectos de suministrar oxígeno solamente durante la inspiración por el usuario (108). 20
El dispositivo de conservación (190) puede incluir uno o varios sensores de los que se han descrito. Por ejemplo, el dispositivo de conservación puede comprender un sensor para controlar el ritmo respiratorio del usuario.
El sistema (100) puede incluir también un dispositivo especial de retracción de cánula para retirar la cánula (111) cuando no se utiliza. Además, la cánula (111) puede tener diferentes longitudes y tamaños.
III. Depósito de Alta Presión 25
Haciendo referencia a la figura 7, un depósito de alta presión (164) puede estar situado en una conducción secundaria (166) para facilitar un suministro adicional de oxígeno gaseoso al usuario (108) cuando el generador de oxígeno gaseoso (102) no puede cumplir con las exigencias de oxígeno gaseoso del usuario (108). Cualquiera de los componentes que se describen a continuación en la conducción secundaria (166) se puede acoplar a la unidad de control (110) o a un controlador (167) del depósito de alta presión (figura 5) a efectos de control. Se pueden citar como 30 situaciones a título de ejemplo en las que puede tener lugar esta necesidad adicional de oxígeno gaseoso aquellas en las que el usuario pasa repentinamente de situación inactiva a situación activa, por ejemplo cuando se levanta de la silla, cuando el sistema (100) es puesto en marcha o cuando el sistema (100) pasa de una modalidad de conservación o modalidad suspendida a modalidad activa. Tal como se utiliza en esa descripción, la conducción secundaria (166) se refiere a las tuberías, conectores, etc. utilizados para conectar los componentes en la conducción. Una válvula (168) 35 puede se controlada por la unidad de control (110) para permitir que el oxígeno gaseoso pase hacia dentro de la conducción secundaria (166). La válvula (168) puede estar configurada para permitir el flujo simultáneo tanto hacia la conducción de suministro (121) como a la conducción secundaria (166), paso exclusivamente a la conducción de alimentación (121) o paso solamente hacia la conducción secundaria (166).
Una bomba o compresor (168) que está accionado preferentemente por el motor (118) suministra el oxígeno gaseoso a 40 una presión relativamente alta, por ejemplo por lo menos 100 psi aproximadamente, como mínimo, al depósito de alta presión (164).
Se puede utilizar una célula electroquímica (171) para la producción de oxígeno conjuntamente con los elementos que se han descrito de la conducción secundaria (166) o en sustitución de los mismos, para suministrar oxígeno gaseoso adicional al usuario (108). La célula electroquímica (171) puede ser utilizada para suministrar oxígeno gaseoso a una 45 presión relativamente alta al depósito de alta presión (164).
Un sensor de presión (172) se encuentra en comunicación con el depósito de alta presión (164) y la unidad de control (110) de manera que cuando la presión en el recipiente de alta presión (164) alcanza un límite determinado, la unidad de control (110) provoca que la válvula (168) dirija el oxígeno a la conducción secundaria (166).
Un regulador (174) puede ser utilizado para controlar el caudal y reducir la presión del oxígeno gaseoso hacia el usuario 50 (108).
También puede ser controlada la válvula (176) por la unidad de control (110) para permitir el paso de oxígeno gaseoso desde el depósito a alta presión (164) hacia la conducción de suministro (121) cuando el usuario (108) requiere una cantidad de oxígeno gaseoso que no puede ser satisfecha por el generador de oxígeno gaseoso (102). La válvula (176) puede ser configurada para permitir flujo simultáneo desde el generador de oxígeno gaseoso (102) y el depósito de alta 55 presión (164) desde el generador de oxígeno gaseoso (102) únicamente o desde el recipiente de alta presión (164) solamente.
El sensor o sensores (106) están interrelacionados con la unidad de control (110) y el generador de oxígeno gaseoso (102) a efectos de suministrar una cantidad de oxígeno gaseoso equivalente a las necesidades de oxígeno gaseoso del usuario (108) basadas, como mínimo, en parte en uno o varios de los estados detectados por el sensor o sensores 5 (106). Cuando el generado de oxígeno gaseoso (102) no puede satisfacer las demandas de oxígeno gaseoso del usuario (108), la unidad de control (110), basándose por lo menos en parte en la detección de una o varias de las situaciones indicativas de las necesidades de oxígeno del usuario, pueden provocar que el recipiente de alta presión (164) (con intermedio de la válvula (176)) suministre la cantidad de oxígeno gaseoso adicional necesaria. En el caso en el que el generador de oxígeno gaseoso (102) es capaz de suministrar todas las necesidades de oxígeno gaseoso del 10 usuario (108), pero se encuentra desconectado o en modalidad de conservación de reserva, el periodo de tiempo durante el cual el recipiente de alta presión (164) suministra el oxígeno gaseoso, es decir el periodo de tiempo en el que la válvula (176) conecta el recipiente de alta presión (164) con la conducción de suministro (121) es por lo menos tan prolongado como el tiempo requerido para que el generador de oxígeno gaseoso (102) pase de la situación de desconectado o inactivo a una situación de conectado o activo. 15
En otra situación, la unidad de control (110) puede provocar el suministro de oxígeno gaseoso al usuario desde el recipiente de alta presión (164) cuando la demanda de oxígeno gaseoso por parte del usuario supera la producción máxima de oxígeno gaseoso del generador (102). Si bien se ha descrito que el depósito de alta presión (164) es llenado por el generador de oxígeno gaseoso (102), en una realización alternativa, el recipiente de alta presión (164) puede ser llenado por una fuente externa o exterior al sistema. 20
IV. Sistema de Posicionamiento Global
Haciendo referencia nuevamente a la figura 3, en una realización alternativa de la invención, el sistema (100) puede comprender un receptor (200) de un sistema de posicionamiento global (GPS), para determinar la localización del sistema (100). La localización del receptor (200) y, por lo tanto, del usuario (108) se puede transmitir a un ordenador en situación remota con intermedio del mecanismo de telemetría o módem (151). Esto puede ser deseable para localizar el 25 usuario (108) en caso de que éste tenga un problema de salud, por ejemplo un ataque cardíaco, ha presionado un botón de pánico en el sistema, una alarma ha sido accionada en el sistema o por cualquier otra razón.
V. Opciones Adicionales y Accesorios
Además de la cuna (134), el sistema de concentración de oxígeno portátil (100) puede comprender otros accesorios y opciones adicionales. Se puede utilizar para transportar el sistema una serie de tipos distintos de bolsas y estuches de 30 transporte, por ejemplo, sin que ello sirva de limitación, una bolsa de espalda, una mochila, una bolsa trasera, (“fanny pack”), bolsa frontal y una bolsa delante-atrás (“split pack”) de diferentes colores y formas para transportar el sistema y otros accesorios del sistema. Se puede utilizar una tapa para proteger el sistema contra las inclemencias del tiempo u otros peligros ambientales. El sistema (100) puede ser transportado también con un carrito con ruedas, una maleta o bolsa de viaje. La bolsa de viaje puede ser diseñada para llevar el sistema (100) y comprende suficiente espacio para 35 transportar las cánulas (111), baterías adicionales, un adaptador, etc. Se pueden incluir, ejemplos de ganchos, cintas, soportes para soportar el sistema (100), sin que ello sirva de limitación, ganchos para cinturones de asiento de automóviles, ganchos/cintas para paseantes, ganchos/cintas para sillas de ruedas, ganchos/cintas para camas hospitalarias, ganchos para otros dispositivos médicos tales como dispositivos de respiración, ganchos/cintas para bolsas de golf o carritos de golf, ganchos/cintas para bicicletas y ganchos de suspensión. El sistema (100) puede incluir 40 también una o varias opciones de alarma. Una alarma del sistema (100) puede ser accionada, por ejemplo, si una situación o estado físico detectado del usuario (108) se encuentra fuera de una gama de dolores predeterminada. Además, la alarma puede comprender una alarma de pánico que puede ser accionada manualmente por el usuario (108). La alarma puede accionar un zumbador u otro dispositivo adyacente al sistema (100) y/o provocar el envío de una comunicación a través de un mecanismo de telemetría o módem (151) a otra entidad por ejemplo un médico, un servicio 45 de mensajeros, un cuidador, un miembro de la familia, etc.
Si bien la presente invención ha sido descrita en base a ciertas realizaciones, otras realizaciones evidentes para los técnicos en la materia se encuentran también dentro del ámbito de la presente invención. De acuerdo con ello, el campo de la presente invención está destinado a quedar definido solamente por las siguientes reivindicaciones.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Sistema concentrador de oxígeno portátil (100) transportable por un usuario que comprende:
    una fuente de energía recargable interna (104); un dispositivo de separación de aire (102) accionado por dicha fuente de energía y adaptado para convertir aire ambiente en oxígeno gaseoso concentrado para dicho usuario, y expulsa el gas de escape, incluyendo el dispositivo de separación de aire (102) una serie de columnas de adsorción, una válvula rotativa, válvula rotativa que puede girar con respecto a la serie de 5 columnas de adsorción para proporcionar una acción de válvula para transferir fluidos selectivamente a través de la serie de columnas de adsorción para convertir aire ambiente en oxígeno gaseoso concentrado para dicho usuario, un compresor (112) y un concentrador de oxígeno (114) por adsorción por oscilación de presión con vacío “VPSA”, estando el comprensor (112) adaptado para comprimir y suministrar aire ambiente a dicho concentrador de oxígeno VPSA (114) y estando adaptado dicho concentrador de oxígeno VPSA (114) para 10 separar oxígeno gaseoso concentrado del aire ambiente suministrado;
    como mínimo un sensor adaptado para detectar uno o varios estados indicativos de las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario;
    una unidad de control (110) interrelacionada con dicho dispositivo de separación de aire y dicho, como mínimo, un sensor para controlar el dispositivo de separación de aire a efectos de suministrar una cantidad de oxígeno gaseoso 15 equivalente a las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario, basándose como mínimo en parte en el estado o estados detectados por dicho como mínimo un sensor; y
    un generador de vacío (124) que extrae gases de escape del dispositivo de separación de aire (102) para mejorar la recuperación y productividad del dispositivo de separación de aire (102), incluyendo el generador de vacío (124) un lado de vacío con una presión comprendida entre -8,8 y -4,4 psig con el generador de vacío (124) a la velocidad nominal 20 máxima;
    en el que la combinación de la fuente de energía recargable interna (104) y el dispositivo de separación de aire (102) que tiene una serie de columnas de adsorción y válvula rotativa que forman el sistema concentrador de oxígeno portátil (100) que tienen un peso comprendido entre 0,90 kilos y 6,80 kilos (2 libras a 15 libras).
  2. 2.- Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema 25 concentrador de oxígeno portátil (100) comprende como mínimo una modalidad activa y una modalidad de conservación.
  3. 3.- Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el dispositivo de separación de aire (102) comprende un compresor espiral sin aceite para comprimir y suministrar aire ambiente a dicho concentrador de oxígeno. 30
  4. 4.- Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el dispositivo de separación de aire (102) comprende un compresor sin aceite para comprimir y suministrar aire ambiente a dicho concentrador de oxígeno, incluyendo el sistema concentrador de oxígeno portátil (100) como mínimo una modalidad activa y una modalidad de conservación.
  5. 5.- Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 a 4, caracterizado 35 porque comprende además una cuna (134) para recibir y acoplar el sistema concentrador de oxígeno portátil (100) a una fuente externa de energía para cargar la fuente de energía recargable y/o activar el sistema concentrador de oxígeno portátil (100).
  6. 6.- Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 a 5, caracterizado por comprender además un compresor de velocidad variable para suministrar aire ambiente al dispositivo de separación de 40 aire (102) y una unidad de control (110) para controlar la velocidad del compresor de velocidad variable basándose en las necesidades de oxígeno gaseoso del usuario.
  7. 7.- Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 a 6, caracterizado por comprender además, como mínimo, un sensor adaptado para detectar uno o varios estados indicativos de las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario; y una unidad de control (110) interrelacionada con dicho dispositivo 45 de separación de aire (102) y dicho, como mínimo, un sensor para controlar el dispositivo de separación de aire (102) a efectos de suministrar una cantidad de oxígeno gaseoso equivalente a las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario basadas como mínimo en parte en el estado o estados detectados por dicho como mínimo un sensor.
  8. 8.- Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según la reivindicación 7, caracterizado por comprender además un recipiente de alta presión adaptado para suministrar oxígeno gaseoso, dicha unidad de control (110) interrelacionada 50 con dicho recipiente de alta presión y dicho, como mínimo, un sensor para provocar que dicho recipiente de alta presión suministre oxígeno gaseoso a dicho usuario basándose como mínimo en parte en uno o varios estados detectados por dicho, como mínimo, un sensor.
  9. 9.- Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 a 8, caracterizado porque el dispositivo de separación de aire (102) es un concentrador de absorción por oscilación de presión (PSA) incluyendo un material de cribado de litioXzeolita.
  10. 10.- Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según la reivindicación 7, en el que dicho como mínimo un sensor comprende un sensor metabólico (156) adaptado para detectar un estado metabólico del usuario, dicha unidad de 5 control (110) interrelacionada con dicho dispositivo de separación de aire (102) y dicho sensor metabólico (156) para controlar el dispositivo de separación de aire (102) a efectos de suministrar una cantidad de oxígeno gaseoso equivalente a las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario, basándose como mínimo en parte en el estado metabólico detectado por dicho como mínimo un sensor.
  11. 11.- Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según la reivindicación 10, en el que dicho sensor metabólico (156) 10 está adaptado para medir como mínimo el ritmo cardíaco, saturación de oxígeno, ritmo respiratorio, presión sanguínea, EKG, temperatura corporal, proporción de tiempo de aspiración/espiración.
  12. 12.- Sistema concentrador de oxígeno portátil (100), según la reivindicación 7, en el que dicho como mínimo un sensor comprende un sensor de estado ambiental adaptado para detectar un estado ambiental o de entorno en el entorno de dicho usuario, dicha unidad de control (110) interrelacionada con dicho dispositivo de separación de aire (102) y dicho 15 sensor de estado ambiental para controlar el dispositivo de separación de aire (102) a efectos de suministrar una cantidad de oxígeno gaseoso equivalente a las necesidades de oxígeno gaseoso de dicho usuario basándose como mínimo en parte en el estado ambiental detectado por dicho detector de estado ambiental.
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