專利名稱：可佩帶的小型氧濃縮器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氣體濃縮器領域，特別涉及一種便攜式的小型氣體濃縮器以及使氣體濃縮器小型化的方法。
因此，當閥4循環(huán)地從

圖17A的位置到圖17B的位置間循環(huán)時，在排氣口2處抽樣的空氣的濕度就逐漸減少。同樣地，也可以通過將在選擇性的分子篩上的氣體組分吸附而分離氣體。
根據(jù)實驗室觀察，在氧分離器或濃縮器上采用Skarstrom循環(huán)，氮可以被分子篩床吸附以遞增地生成富氧空氣，并在圖1所示的濃縮器10上設置一預報器，則發(fā)現(xiàn)，在所述排氣口11進行檢測，小型化的(此時為公制3/4英寸常溫常壓管×6英寸長)分子篩床12和14僅僅能夠達到最大值30％的濃縮氧或富集氧。認為這是因為，在所有氮被從所述分子篩床和排氣管線排出之前，試驗設備的控制閥正在轉換。然而，根據(jù)在這些地方的測量顯示，其氧濃度比正常值要高。因而，這不是問題。
還發(fā)現(xiàn)，在所述分子篩床被完全壓縮之前，存在大量空氣流從分子篩床流出。好象是，在所述分子篩床被最后壓縮之前它已被氮滲透。圖2示意性地示出這樣一種分子篩床16。壓縮空氣沿方向A通過進氣道16a進入分子篩床16。空氣的體積B被包含在床腔內。當分子篩床壓縮時，空氣的一部分體積C通過一排出針閥18溢出。認為，該溢出的空氣體積C可以比所述床16內的空氣體積B大許多。這樣問題就變?yōu)?，在小型化期間當分子篩床的容積被減小而其它一切都保持相同時會發(fā)生什么？在將舊的床體積B與小型化床的體積進行比較，以計算出在一壓力差下通過一小孔比如針閥18的流體的流量時，采用Poiseauille法。 其中Q為流體流量，立方米每秒。“r”為小孔半徑?！癙床內-P床外”等于分子篩床內部與分子篩床外部之間的壓力差?！唉恰睘榱黧w的粘度，“L”為小孔的深度。
流量Q(立方米每秒)乘以流量發(fā)生的時間等于流體的體積(立方米)。
2) V＝Qt公式1中的變量Q此時為恒量。
3) V＝Kt其中K為某恒定值。
利用上述信息，將原氧濃縮器的床空間的流量和體積與新床空間的比較表示為 由于壓縮分子篩床的時間可以用一可編程序邏輯控制(PLC)定時器精確定時，因而可以表示為下式 或者 通過采用現(xiàn)有技術的床和一小型化床(這里為3/4英寸常溫常壓×6英寸長)的代表值進行插入值而計算出比值。比如7).....R=(1)(0.001885741)(7)(0.0000434375)=6.2]]>因此，可以得出結論，公稱3/4英寸常溫常壓管×6英寸長(此例用于公式7)的分子篩床的分子篩材料在其壓縮周期具有為現(xiàn)有技術的氧濃縮器的分子篩材料在其壓縮周期約6.2倍的空氣。
作為上述分析的推論可以發(fā)現(xiàn)，其可以以不同方式使分子篩床壓縮和排氣，因而比現(xiàn)有技術的壓力回轉吸附(PSA)技術更加優(yōu)越。
在本發(fā)明的方法中，直到床基本上被完全壓縮后才排氣，下面稱為一種空氣包系統(tǒng)或方法。
一氣流分離器被安裝到第二氣體導管用于將氣體包的一部分轉移到一氣體管線中，以便將目標組分氣體比如氧氣、富集空氣提供給最終用途，包括供應給沿氣體管線下游的最終用戶使用。
在本發(fā)明的一個實施例中，第一和第二容器均包含分子篩床，用于吸附廢棄的組分氣體，在此情況下，第二容器也與壓縮機流體連通；比如，通過一第三導管。而且，此時，在空氣包轉換階段之后和在阻止氣體從第一容器流入第二容器步驟之后，氣流控制器在一第二氣體壓縮階段允許壓縮空氣從壓縮機流入第二容器，因而第二容器被壓縮到一閾值壓力水平。在阻止氣流從第一容器通過第一容器的排氣閥排出步驟之后和在第一氣體壓縮階段阻止第一和第二容器之間的氣體流動之后，該氣流控制器允許氣體從第二容器通過第二容器的一排氣閥排入到大氣中，并阻止氣體從壓縮機流入第二容器。
氣流控制器可以是與壓縮機配合作用的一個處理器，以便當氣體被禁止從壓縮機流入第一和第二容器時，關閉壓縮機。該處理器和壓縮機可以由電池供電。所述第一和第二容器、導管、閥、處理器、壓縮機和電池可以被裝配在一箱體內。
所述第一和第二容器可以是細長的中空導管。當廢棄組分氣體為氮時，所述分子篩床可以包括沸石(Zeolite)作為分子篩材料。第一和第二容器通常是平行的并以平行排列的方式安裝在箱體內。它們可以相對于容器的長度方向彼此橫向間隔布置，以便在它們之間形成一通道。處理器和壓縮機可以被安裝在該通道內。一閥與歧管箱體也可以被安裝在該通道內，所述閥被安裝在該閥與歧管箱體內。該閥與歧管箱體包括用于通過氣體導管將所述閥互連到所述第一和第二容器和壓縮機上的互連歧管。
可以設置一氣體存儲器，比如可以形成為所述閥與歧管箱體的一部分，并與氣流分離器流體連通。該存儲器用于存儲富氧空氣以便提供最終用途。其中一個閥為一需求閥(demand valve)，其設置在氣體管線與存儲器之間，用于根據(jù)一觸發(fā)事件將存儲器中的存儲物釋放到氣體管線中，該觸發(fā)事件用以觸發(fā)該需求閥的驅動動作。在一實施例中，一壓力傳感器配裝在氣體管線上，所述觸發(fā)事件就是指由該壓力傳感器所感觸到的氣體管線上壓力的下降。該壓力傳感器根據(jù)檢測到的壓降提供一觸發(fā)信號以觸發(fā)所述需求閥的驅動，比如，低于一預設的低閾值壓力，此時該壓力傳感器提供該觸發(fā)信號。
在一實施例中，所述壓縮機根據(jù)來自所述處理器的驅動信號間歇地運行，以便僅在需要時運行，包括在壓縮階段。
在其最終用途是向一最終用戶比如一個病人供應比如氧氣的所述實施例中，所述第一和第二容器可以沿其長度方向是細長形的和弧形的，以便當氣體濃縮器被穿戴在最終用戶身上時與該用戶的體形相適合。在任何情形下，當最終用途是向一最終用戶提供氧氣時，其意圖就是該氣體濃縮器可以適用于被該最終用戶穿戴。
因此，本發(fā)明的方法包括以下順續(xù)的步驟，并重復循環(huán)(a)阻止第一與第二容器之間的氣體流動，并在一第一氣體壓縮階段允許壓縮空氣從壓縮機流入第一容器，從而第一容器被壓縮至一閾值壓力水平以形成一氣體包，該氣體包具有一遞增富集的目標組分氣體濃度；(b)阻止氣體從壓縮機流入第一容器，并在一氣體包轉換階段允許氣體從第一容器流入第二容器，其中在該轉換階段氣體包被轉換到第二容器；(c)阻止氣體從第一容器流入第二容器，并允許氣體從第一容器通過第一容器的一排氣閥排入到大氣中；(d)允許在一空氣包逆流階段氣體在第一和第二容器之間從第二容器流入第一容器，其中在該逆流階段氣體包從第二容器流入到第一容器；以及(e)阻止氣體從第一容器通過第一容器的排氣閥排出。
所述氣體濃縮器還包括一分子篩床，用于吸附在第二容器內的廢棄組分氣體，而該第二容器通過一第三導管與該壓縮機流體連通，本發(fā)明的方法還包括以下步驟(a)在空氣包轉換階段之后和在阻止氣體從第一容器流入第二容器步驟之后，氣流控制器在一第二氣體壓縮階段允許壓縮空氣從壓縮機流入第二容器，藉此第二容器被壓縮到一閾值壓力水平；以及(b)在阻止氣流從第一容器通過第一容器的排氣閥排出的步驟之后和在所述第一氣體壓縮階段阻止氣體在第一和第二容器之間流動的步驟之后，該氣流控制器允許氣體從第二容器通過第二容器的一排氣閥排入到大氣中，并阻止氣體從壓縮機流入第二容器。
圖1為本發(fā)明的氧氣濃縮器的一典型實施例的透視圖。
圖1a為圖1所示分子篩床的一端的部分剖視放大圖。
圖2為一單個分子篩床的示意圖，其具有一無控制的排出孔，這可以在現(xiàn)有技術的壓力回轉吸附方法中發(fā)現(xiàn)。
圖3為本發(fā)明的氧氣濃縮器的一個實施例的方框圖。
圖4為本發(fā)明的氧氣濃縮器的另一實施例的方框圖，其顯示了第一分子篩床在初始壓縮階段的壓縮期間。
圖5為圖4所示氧氣濃縮器在一空氣包轉換階段的方框圖。
圖6為圖5所示氧氣濃縮器在一第二分子篩床壓縮期間的方框圖。
圖6a為本發(fā)明氧氣濃縮器的一實施例的方框圖。
圖7為本發(fā)明氧氣濃縮器的一實施例的分解透視圖。
圖8為本發(fā)明氧氣濃縮器的再一實施例的透視圖。
圖8a為沿圖8中8a-8a線的截面圖。
圖9為根據(jù)本發(fā)明氧氣濃縮器一個實施例的箱體的端視透視圖。
圖10為一最終用戶穿戴著根據(jù)本發(fā)明一個實施例的氧氣濃縮器的透視圖。
圖11為根據(jù)本發(fā)明的氧氣濃縮器的方框圖。
圖12為根據(jù)本發(fā)明的氧氣濃縮器一實施例的閥與歧管箱體的透視圖。
圖13為圖12所示閥與歧管箱體的側視圖。
圖14為圖13所示閥與歧管箱體的俯視圖。
圖15為圖12所示閥與歧管箱體沿截面線15-15的截面圖。
圖16為本發(fā)明氧氣濃縮器的分子篩床的再一實施例的部分剖視透視圖。
圖16a為圖16所示分子篩床的一端的部分剖視放大圖。
參見圖3，它為實現(xiàn)本發(fā)明目的的氧氣濃縮器的一種設置的示意圖，空氣通過進氣過濾器20被過濾并被壓縮機22壓縮。通過使供氣閥24開啟并使氮氣排出口26關閉，從而將空氣流導入壓縮床12。控制閥28被關閉以便所述壓縮床12壓縮而無任何空氣排出。閥24、26和28可以是電磁閥。當床12被壓縮，比如壓縮到10psi時，供氣閥24關閉，以便沒有更多的空氣進入壓縮床12。同時，控制閥28暫時開啟以允許富氧空氣通過空氣導管30流入并流過氣流分離器32，以便通過一排氣口和氣流導管34分離出一定百分比的氣流，從而向位于導管34端部的最終用戶比如一位需要吸取該富氧空氣流的病人供應富氧空氣。導管34沿方向D通過一針閥36向一最終用途(諸如正需要或正使用富氧空氣的機器)或者一最終用戶(如圖10所示)供應氣流。氣流的剩余部分繼續(xù)通過導管38及通過開啟的控制閥40流入床14，以被保存在那里。流入床14以凈化帶有氮氣的床的富氧空氣通過氮氣排出口42排出。在一實施例中，壓縮機不被開啟和關閉以節(jié)省電池壽命，而床12正在生成富氧空氣，減壓閥44可以從壓縮機22排出空氣，除非該壓縮機22正在按照下面將要詳細描述的原理根據(jù)需要進行間歇地運行。通過利用PLC時控電磁閥或者減壓閥可以釋放壓力。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，采用10埃(Angstrom)沸石(Zeolite)比如Oxi-sive 5(13X)TM沸石是有利的，其由OUP在卡爾加里、阿爾伯達、加拿大銷售，盡管也可以采用其它形式的沸石。
圖4-6示意性地表示濃縮氧氣的步驟。第一步是將周圍空氣引入所述床12(比如一充滿沸石的腔體)內，然后使床12壓縮。
圖4第一次示出壓縮床12。這里，加寬和加黑的供氣管50和涂黑的床12表示被壓縮的氣流或者被壓縮的靜態(tài)氣體?？刂崎y28、氮排出床26和用于床14的供氣閥46關閉，而供氣閥24開啟。在這一點上，壓縮機22將周圍空氣引入床12并使之壓縮。繼續(xù)壓縮，直到由壓力計52顯示的床的壓力達到比如10psi。接著，供氣閥24關閉，被容納在床12內的壓縮空氣被粒狀的沸石分子篩材料48(最好參見圖1a)分離成氧氣和氮氣。在分子水平，氮氣被沸石吸附，并且只要床處于壓力條件下就能保留氮氣。這就將富氧氣體保留在該床的壓縮腔內。已經(jīng)觀察到，該步驟幾乎是在瞬間發(fā)生的。床14內的壓力保持為環(huán)境氣壓，如壓力計54所顯示。
接著，如圖5所示，控制閥28開啟。當通過控制閥28釋放壓力時，已經(jīng)被分離在床12的腔內的氧氣是離開床12的第一種氣體。該富氧空氣從床12通過導管30和38流入床14。在該轉換期間，一些富氧空氣也通過分離器34沿著氣流方向D并經(jīng)由導管34而釋放給最終用途或者最終用戶，并被可調針閥36調節(jié)。分離器32和閥36可以為一T形接頭，其具有一針閥以允許控制被分離的流速。下面將詳細描述，這也可以通過用一校準孔控制分離氣流的流速來實現(xiàn)。當富氧空氣進入床14時，它置換了床14中的周圍空氣使之從氮排出口42排出。結果，被容納在床14內的氧濃度凈增加。在氮氣進入該系統(tǒng)之前停止逆流，以防止氧濃度降低。比如，床的初始壓力為20psi，當壓力降低到約7psi時停止逆流，因為在這點上氮氣將開始濾入空氣流。在本發(fā)明的一個較大工業(yè)實施例中，可以采用本發(fā)明的包系統(tǒng)以與大型的床一起使用，然后，當達到最佳氧濃度水平(比如峰值)時，采用氧或氮傳感器來檢測，或者當?shù)獫舛乳_始升高時進行檢測，以便控制逆流的持續(xù)時間。這種傳感器可以被安裝在比如鄰近控制閥，諸如控制閥28和40。
然后，重復該步驟，但是是以相反順序。如圖6所示，顯示出床14的壓縮情形，已被引入床14的富氧空氣被正處于關閉狀態(tài)的控制閥40和氮排出口42保持在床14內。接著，供氣閥46開啟，壓縮機22開始壓縮該富氧空氣，再次升高到比如10psi，并通過導管56進入床14。而且，此時，控制閥28和氮排出口26被開啟以排出床12內剩余的氮氣。供氣閥24被關閉。
在所述分子篩材料48和被容納在床14內的氣體被壓縮后，控制閥40，控制閥28和氮排出口26被開啟。然后，富氧空氣被從床14返回到床12。當該空氣被引入床12時，它有助于將床12內的剩余氮氣從氮排出口26排出。在一最佳時間后，氮排出口26連同控制閥28一起被關閉，而供氣閥24被開啟，以便從開始再重新開始循環(huán)。
將富氧空氣從一個床轉換或者分流到另一個床的步驟就是通常所說的逆流。在每一分子篩床的進口上游安裝有一存儲器58，用來增加逆流體積與供應給最終用戶的氣體體積之比率。
作為選擇，如圖6a所示，可以通過利用僅僅一個分子篩床12′和一個存儲器14′來實現(xiàn)逆流。壓縮機22通過閥24′將空氣流壓縮進入床12′。富氧空氣通過閥28′被從床12′轉移到存儲器14′而不是進入一第二床，然后，利用本發(fā)明的包氣流系統(tǒng)使逆流從存儲器返回進入該床。這也可以使空氣包中的氧濃度每經(jīng)過一循環(huán)都實現(xiàn)遞增，其中空氣包被來回地從該床和向該床轉移，以便允許通過孔128′和閥134′而分離或者排出供應給一最終用戶富氧空氣。在床12′內的氮氣通過閥26′被清除或者排出?；蛘撸鶕?jù)本發(fā)明的氧濃縮也可以通過采用多個分子篩床而實現(xiàn)。
所述逆流步驟最好被定時，以達到每一循環(huán)氧濃度都遞增。實現(xiàn)它的一個方式是，在最終用戶氣流導管34上設置一氧濃度傳感器，然后，比如用一可調節(jié)的或者可調整的分離器32以使被沿方向D轉移到最終用戶的氣流的百分比不同，并監(jiān)測導管34內的百分比氧濃度。這已經(jīng)成為申請人的經(jīng)驗，即，在此方式中，可以確定流過導管34的最大百分比氧濃度，而且以前還發(fā)現(xiàn)，分離器32的構造已經(jīng)相當優(yōu)化了。以前，對于一種特別的結構，一最佳流速或者閥裝配已經(jīng)被確定，分離器32可以用一種不可調的流量分離器代替，該流量分離器具有一用在最終用戶氣流管線上的節(jié)流器，該管線被預置或具有預定大小以重復所述最佳最終用戶氣流流速。申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當使逆流最佳以便以過剩逆流開始，然后減少逆流的量(減少逆流時間)，比如，以等于使床增壓到10psi所需時間的75％為逆流時間開始，這是有利的。然而，這不能被認為它意味著僅僅可以用一種基于時間的方法來進行壓縮，因為其意圖在于，本發(fā)明的范圍包括采用一種空氣包方法，該方法是用基于壓力的方法而不是用基于時間的方法。就是說，不是使床增壓或者減壓一預定時間，可以是，床的壓力被監(jiān)測，并且當預置壓力閾值被滿足時就轉移空氣包。申請人還發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明的方法，分子篩床的尺寸可以比現(xiàn)有技術中所發(fā)現(xiàn)的減小，比如減小到為目前現(xiàn)有技術的使用的尺寸的75％。申請人還發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明的方法和裝置，最終用戶管線內的氧含量可以超過90％，氧含量達到95％被認為是基本上可能的。
在圖7所示的實施例中，分子篩床12和14被包容在箱體60內并平行間隔排列設置，以便將床橫向布置在箱體的空腔內，從而在沿箱體長度方向伸展的床之間留出一空間。在一實施例中，可以通過從箱體60上移除面板62而進入床之間的該空間，面板62被可拆除地安裝在箱體60上，比如通過螺釘緊固件64安裝。
在箱體60內的床12和14之間安裝有一壓縮機66，一閥與歧管箱體68，一分流閥70(起到分離器32的作用)和各種軟管或管道以起到空氣導管的作用，這將在下面描述。閥動作的驅動定時和壓縮機的驅動定時被來自一PLC或其它處理器的信號控制。在圖7所示的實施例中，處理器遠離箱體60并通過接口插頭74而進行通訊。在圖8所示的實施例中，也基本上類似于圖7，所述遠離箱體的PLC或處理器被替換為一插件PLC或處理器76，它安裝在電路板78上，而電路板78安裝在壓縮機66與閥箱體68之間。而且，在圖8所示的實施例中，面板62被替換為一個半只蛤殼型的蓋(未示出)，就是說，箱體被形成為如圖9所示的蛤殼蓋結構，其用標記60′表示。一端部安裝的控制板可以包含有開/關電源開關63、排氣孔34′、多孔的進氣板或格柵65，以及12伏直流電接線插頭67。
箱體60′可以沿其一個側面設有一手柄80，用于攜帶本發(fā)明的氧濃縮器，可以理解的是，設置手握式支撐也不應認為是限制。在一優(yōu)選實施例中本發(fā)明也可以被使用者穿戴，比如，放在或者作為一背包或者所謂的坤包81，如圖10所示。導管34從箱體延伸到最終用戶，以便在最終用戶是一個需要供應富氧空氣的病人的地方，導管34可以設有鼻管35，這與現(xiàn)有技術相同。
在圖7和圖8所示的實施例中，床12和14可以是內徑為2英寸的管，其長度約12英寸，以便在這里設置分子篩材料，在一實施例中，分子篩材料的長度至少為9和1/2英寸，以便得到大于90％的氧濃度。所述床的端部被端蓋82密封，該端蓋82被鉆孔或者打孔以便與形成氣壓管路(為清晰起見，圖7中未示出)的空氣導管相配接，并允許將端蓋安裝到床管的端部，比如通過細長螺栓84，如圖7所示。所述沸石分子篩材料48被縱向嵌夾在每一床的圓柱管管壁內形成夾層結構，所述床位于一對多孔膜86之間，而這對多孔膜86又被夾在一對多孔支承板88之間。多孔支承板88、多孔膜86和分子篩材料48的夾層結構可以被一彈性偏置元件比如螺旋彈簧90彈性地推到床的一端。所述多孔膜86可以是多孔襯底材料或其它材料以包含通過多孔支承板88的孔的分子篩床的材料，支承板88的大小適于將全部孔口包括在圓柱形床內。多孔支承板88可以是具有鉆透通孔的剛性板。端板82可以借助O形環(huán)92而被密封到形成床腔體的管路的端部。
壓縮機66可以是一種ThomasTM8009DC壓縮機，其安裝板被拆除并適于將頂部入口(head port)旋轉180度，或者是一種ThomasTM7006系列壓縮機，如圖8所示；壓縮機66可以通過一彈性安裝板94被安裝在箱體60內，安裝板94由開孔高密度泡沫或SorbothaneTM或其它阻尼材料制成。還有另一彈性安裝板96，它也可以由開孔高密度泡沫制成，用來將閥箱體68安裝在箱體60內。在圖7所示的實施例中，閥與歧管箱體68包括一系列7個HumphreyTM310系列24伏直流單閥(stand-alone valve)，它們通過細長螺栓98而并列地相鄰排列。如圖8所示，所述閥還可以是HumphreyTMHK5閥。
所述閥與歧管箱體68具有一排閥，它們相鄰安裝以組成一個閥塊68a，并且，有利的是沿閥塊的背面設置一存儲器和消聲器歧管68b?？諝鈱Ч芡ㄏ蛟撓暺鞯那惑w內，它可以是形成于歧管68b內的孔并被填滿消聲材料，比如纖維素纖維，而且一導管從該消聲器導引至壓縮機，以便向壓縮機供應空氣。然后，導管從壓縮機導引至閥塊68a，以便將壓縮空氣供應給供氣閥。因而如圖8所示，管接頭100及其相應的空氣導管將空氣從箱體外部吸入并使之流入消聲器102，消聲器102用虛線表示。消聲器102可以通過端蓋104而接觸到，端蓋104可以螺紋安裝在消聲器孔的端部內?？諝鈴倪M氣管接頭100進入并沿方向F穿過消聲器102，以便通過消聲器的輸出管接頭106及其相應的空氣導管而排出，其中所述相應空氣導管將空氣送入壓縮機66，尤其是送入壓縮機的氣缸蓋66a。通過由發(fā)動機66b操作被包容在壓縮機氣缸蓋箱體66a內的壓縮機缸體進行空氣壓縮，空氣被壓縮并通過壓縮機輸出管接頭108及其相應的空氣導管而輸出。
如圖8a所示，其示出了閥塊68a的正面，設置有7個空氣導管管接頭。不要局限于它們的布置，它們是位于供氣閥24與床12之間的床12的進氣管接頭110，從氮氣排出口26和氮氣排出口42共同排出的共用氮氣排出口管接頭112，壓縮機22上的壓縮空氣進氣管接頭114，在床14與供氣閥46之間的床14進氣管接頭116，在床12與控制閥28之間的床12排氣管接頭118，在床14與控制閥40之間的床14排氣管接頭120，以及病人氣流管接頭122。這些管接頭被示出在圖11的框圖中，圖11還顯示出，氮氣排出口26和42通過排氣管124進行共用排氣，移去了圖3的減壓閥，因需接通和切斷壓縮機22，故減壓閥是不必需要的。圖11還顯示出閥與歧管箱體68的一優(yōu)選實施例的特征，尤其是圖12-16示出了閥與歧管箱體126。
圖11還示出了本發(fā)明氧濃縮器的另一實施例。不是采用一可調分流器32或者一可調針閥36，沿方向D通過導管34的富氧空氣流的比例可以由一預調的最佳孔128來調節(jié)，然后通過一單向閥130流入存儲器132。從存儲器132的排出可以被需求閥134控制。然后氣流可以被分離，一部分沿導管136流向病人，而另一部分沿導管138流向一壓力傳感器(未示)。然后，當病人正在請求從存儲器132中釋放出富氧空氣時，導管138上的傳感器可以用來感測到。因此，當病人使得導管136內的壓力降低時，比如是由于將吸力作用在導管136上而導致的，則傳感器檢測出壓力降低至低于一預定閾值并導致處理器觸發(fā)以釋放被容納在存儲器132中的富氧空氣。在替換的實施例中，存儲器可以足夠大以便容納足夠量的富氧空氣，以便使病人能夠通過需求閥134而進行多次吸氧。
這一實施例也被反映在圖12-16中，它們顯示出，一帶孔存儲器132被設置在歧管塊126b的孔中并與消聲器102平行。由于具有該消聲器，該存儲器可以被鉆孔并用一帶螺紋的端蓋104密封。
如圖16和16a所示，作為本發(fā)明的一部分，所示分子篩床12″和14″可以是弧形的而不是直線的。比如，分子篩床12″和14″沿著它們的長度方向可以是弧形的，以便當用戶穿戴著它們時能夠更好地適合于用戶的腰部，如圖10所示。端板69可以通過螺栓孔71分別連接在所述箱體或者床的框架或者外殼上，以密封床的端部。所述床可以形成為一對相鄰近的彼此平行的弧形床，如圖16所示，或者與上述實施例所描述的一致，在一箱體內橫向間隔開并彼此平行，箱體也具有一相應的弧形表面以便方便和舒適地穿戴本發(fā)明的氧濃縮器。在所有這些可穿戴的實施例中，可以在支承載體上安裝控制開關比如“開/關”開關、進氣管、最終用戶氣流出氣管等等，支承載體諸如背包，坤包等，以便從箱體的一端和從支承載體的一側露出。這樣，如圖10所示，用戶就能夠容易地使用其控制功能和氣流出口，氣流導管從氣流出口延伸出來以方便使用。
雖然對本發(fā)明的優(yōu)選實施例已經(jīng)進行了詳細描述，但是，應當知道，本領域的技術人員可以在不背離本發(fā)明的精神的條件下進行許多變化和修改。因此，本發(fā)明的范圍由所附權利要求書限定的主題構成。
權利要求
1.一種氧濃縮器，用于使氣流中的氧氣濃度富集并使氮氣濃度減小到最少，包括一空氣壓縮機，一氣密的第一容器和一氣密的第二容器，該第一容器通過一第一氣體導管與所述壓縮機流體連通，該第二容器通過一第二氣體導管與所述第一容器流體連通，其特征在于所述第一容器包括一分子篩床以用于吸附氮氣，一氣流控制器，用于控制被安裝到所述氣體導管上的閥的驅動，所述閥用于調節(jié)流過所述導管的空氣流，以便順序地重復循環(huán)(a)阻止在所述第一與第二容器之間的氣體流動，并在第一氣體壓縮階段允許壓縮空氣從所述壓縮機流入所述第一容器，從而所述第一容器被增壓至一閾值壓力水平，以形成一具有遞增的富氧空氣的氣體包；(b)阻止氣體從所述壓縮機流入所述第一容器，并在一氣體包轉換階段允許氣體從所述第一容器流入所述第二容器，其中，所述具有遞增的富氧空氣的氣體包被轉換到所述第二容器；(c)阻止氣體從所述第一容器流入所述第二容器，并允許氣體從所述第一容器通過第一容器的一排氣閥而排入到大氣中；(d)允許在一空氣包逆流階段氣體在第一和第二容器之間從第二容器流入第一容器，其中，所述具有遞增的富氧空氣的氣體包從第二容器流入到第一容器；以及(e)阻止氣體從所述第一容器通過第一容器的所述排氣閥排出，一氣流分離器，其被安裝到所述第二氣體導管用于將具有遞增的富氧空氣的氣體包的一部分轉移到一氣體管線中，以便使富氧空氣沿所述氣體管線向下流動并提供給最終用戶使用。
2.根據(jù)權利要求1所述的氧濃縮器，其特征在于所述第一和第二容器均包含分子篩床，其中，所述第二容器通過一第三導管與所述壓縮機流體連通，在所述空氣包轉換階段之后和在所述阻止氣體從第一容器流入第二容器步驟之后，所述氣流控制器在一第二氣體壓縮階段允許壓縮空氣從所述壓縮機流入第二容器，從而所述第二容器被增壓到所述閾值壓力水平，在所述阻止氣流從第一容器通過第一容器的所述排氣閥排出步驟之后和在所述第一氣體壓縮階段阻止第一和第二容器之間的氣體流動之后，所述氣流控制器允許氣體從第二容器通過第二容器的一排氣閥排入到大氣中，并阻止氣體從壓縮機流入第二容器。
3.根據(jù)權利要求2所述的氧濃縮器，其特征在于所述氣流控制器是與所述壓縮機配合作用的一個處理器，以便當氣體被禁止從所述壓縮機流入第一和第二容器時關閉所述壓縮機；所述處理器和壓縮機由電池供電；所述第一和第二容器、所述導管、所述閥、所述處理器、所述壓縮機和所述電池被安裝在一箱體內。
4.根據(jù)權利要求1所述的氧濃縮器，其特征在于所述第一容器為一細長中空導管，而且所述分子篩床為沸石。
5.根據(jù)權利要求2所述的氧濃縮器，其特征在于；所述第一和第二容器為細長中空導管，而且所述分子篩床為沸石。
6.根據(jù)權利要求3所述的氧濃縮器，其特征在于所述第一和第二容器為細長中空導管，所述分子篩床為沸石，所述第一和第二容器通常平行并以平行排列方式安裝在所述箱體內。
7.根據(jù)權利要求6所述的氧濃縮器，其特征在于所述排列是相對于所述容器的長度橫向間隔開，以便在容器之間形成一通道。
8.根據(jù)權利要求7所述的氧濃縮器，其特征在于所述處理器和所述壓縮機被安裝在所述通道內。
9.根據(jù)權利要求8所述的氧濃縮器，其特征在于所述氧濃縮器還包括一安裝在所述通道內的閥與歧管箱體，安裝在所述閥與歧管箱體內的所述閥，所述閥與歧管箱體具有互連歧管，用于通過所述氣體導管將所述閥互連到所述第一和第二容器以及所述壓縮機。
10.根據(jù)權利要求9所述的氧濃縮器，其特征在于所述氧濃縮器還包括一氣體存儲器，所述存儲器與所述氣流分離器流體連通，所述存儲器用于存儲所述富氧空氣以供應給所述最終用途，所述閥之一為一需求閥，該需求閥裝配在所述氣體管線與所述存儲器之間，用于根據(jù)觸發(fā)所述需求閥的驅動的觸發(fā)事件將存儲器的氣體釋放到所述氣體管線內。
11.根據(jù)權利要求10所述的氧濃縮器，其特征在于所述氧濃縮器還包括一配裝在所述氣體管線上的壓力傳感器，所述觸發(fā)事件是指由該壓力傳感器所感觸到的所述氣體管線上的壓力下降，該壓力傳感器根據(jù)檢測到的所述壓降提供一觸發(fā)信號以觸發(fā)所述需求閥的驅動。
12.根據(jù)權利要求11所述的氧濃縮器，其特征在于所述壓降是一預定的較低閾值壓力，低于該閾值壓力時所述壓力傳感器提供所述觸發(fā)信號。
13.根據(jù)權利要求12所述的氧濃縮器，其特征在于所述壓縮機根據(jù)來自所述處理器的驅動信號間歇地運行，以便僅在需要時運行。
14.根據(jù)權利要求1所述的氧濃縮器，其特征在于所述最終用途是向一最終用戶供應氧氣，而且所述第一和第二容器沿其長度方向是細長形的和弧形的，以便當所述氧濃縮器被穿戴在所述最終用戶身上時與該用戶的體形相適應。
15.根據(jù)權利要求1所述的氧濃縮器，其特征在于所述最終用途是向一最終用戶提供氧氣，而且所述氧濃縮器適用于被該最終用戶穿戴。
16.根據(jù)權利要求3所述的氧濃縮器，其特征在于所述最終用途是向一最終用戶提供氧氣，而且所述第一和第二容器沿其長度方向是細長形的和弧形的，以便當所述氧濃縮器被穿戴在所述最終用戶身上時與該用戶的體形相適應。
17.根據(jù)權利要求3所述的氧濃縮器，其特征在于所述最終用途是向一最終用戶提供氧氣，而且所述氧濃縮器適用于被該最終用戶穿戴。
18.一種氧濃縮器，包括一空氣壓縮機，一氣密的第一容器和一氣密的第二容器，該第一容器通過一第一氣體導管與所述壓縮機流體連通，該第二容器通過一第二氣體導管與所述第一容器流體連通，其特征在于所述第一容器包括一分子篩床，一氣流控制器，用于控制被安裝到所述氣體導管上的閥的驅動，一氣流分離器，其被安裝到所述第二氣體導管上用于將具有遞增的富氧空氣的氣體包的一部分轉移到一氣體管線中，以便使富氧空氣沿所述氣體管線向下流動而提供給最終用戶使用，所述閥用于調節(jié)流過所述導管的空氣流，一種氧氣富集方法包括以下順序步驟，并重復循環(huán)(a)阻止在所述第一與第二容器之間的氣體流動，并在一第一氣體壓縮階段允許壓縮空氣從所述壓縮機流入所述第一容器，從而所述第一容器被增壓至一閾值壓力水平，以形成一具有遞增的富氧空氣的氣體包；(b)阻止氣體從所述壓縮機流入所述第一容器，并在一空氣包轉換階段允許氣體從第一容器流入第二容器，其中，所述具有遞增的富氧空氣的包被轉換到第二容器；(c)阻止氣體從所述第一容器流入所述第二容器，并允許氣體從第一容器通過第一容器的一排氣閥排入到大氣中；(d)允許在一空氣包逆流階段氣體在第一和第二容器之間從第二容器流入第一容器，其中，所述具有遞增的富氧空氣的空氣包從第二容器流入到第一容器；以及(e)阻止氣體從所述第一容器通過第一容器的所述排氣閥排出。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其特征在于所述氧濃縮器還包括一設置在所述第二容器內的分子篩床，而所述第二容器通過第三導管與所述壓縮機流體連通，還包括以下步驟(a)在所述空氣包轉換階段之后和在阻止氣體從第一容器流入第二容器步驟之后，所述氣流控制器在一第二氣體壓縮階段允許壓縮空氣從所述壓縮機流入所述第二容器，從而所述第二容器被增壓到所述閾值壓力水平；以及(b)在阻止所述氣流從所述第一容器通過第一容器的所述排氣閥排出的步驟之后和在所述第一氣體壓縮階段阻止氣體在所述第一和第二容器之間流動的步驟之后，所述氣流控制器允許氣體從所述第二容器通過第二容器的一排氣閥排入到大氣中，并阻止氣體從所述壓縮機流入所述第二容器。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于所述氣流控制器是與所述壓縮機配合作用的一個處理器，還包括以下步驟，當氣流從所述壓縮機流入所述第一和第二容器被阻止時，關閉所述壓縮機。
21.一種氣體濃縮器，用于使氣流中的一種目標組分氣體濃度富集，并使一種廢棄組分氣體濃度最小化，包括一空氣壓縮機，一氣密的第一容器和一氣密的第二容器，該第一容器通過一第一氣體導管與所述壓縮機流體連通，該第二容器通過一第二氣體導管與所述第一容器流體連通，所述第一容器包括一分子篩床用于吸附所述廢棄組分氣體，一氣流控制器，用于控制被安裝到所述氣體導管上的閥的驅動，所述閥用于調節(jié)流過所述導管的空氣流，以便順序地重復循環(huán)(a)阻止在所述第一與第二容器之間的氣體流動，并在一第一氣體壓縮階段允許壓縮空氣從所述壓縮機流入所述第一容器，從而所述第一容器被增壓至一閾值壓力水平以形成一氣體包，該氣體包具有一遞增的富集目標組分氣體濃度；(b)阻止氣體從所述壓縮機流入所述第一容器，并在一氣體包轉換階段允許氣體從所述第一容器流入所述第二容器，其中所述氣體包被轉換到所述第二容器；(c)阻止氣體從所述第一容器流入所述第二容器，并允許氣體從所述第一容器通過第一容器的一排氣閥排入到大氣中；(d)允許在一空氣包逆流階段氣體在所述第一和第二容器之間從第二容器流入第一容器，其中所述氣體包從第二容器流入到第一容器；以及(e)阻止氣體從第一容器通過第一容器的所述排氣閥排出，一氣流分離器，其被安裝到所述第二氣體導管用于將所述氣體包的一部分轉移到一氣體管線中，以便將目標組分氣體富集的空氣沿所述氣體管線向下流動提供給一最終用途。
22.根據(jù)權利要求21所述的氣體濃縮器，其特征在于所述第一和第二容器均包含分子篩床，所述第二容器通過第三導管與所述壓縮機流體連通，在所述空氣包轉換階段之后和在所述阻止氣體從第一容器流入第二容器的步驟之后，所述氣流控制器在一第二氣體壓縮階段允許壓縮空氣從所述壓縮機流入第二容器，從而所述第二容器被增壓到所述閾值壓力水平，在所述阻止氣流從第一容器通過第一容器的所述排氣閥排出步驟之后和在所述第一氣體壓縮階段阻止第一和第二容器之間的氣體流動之后，所述氣流控制器允許氣體從第二容器通過第二容器的一排氣閥排入到大氣中，并阻止氣體從壓縮機流入第二容器。
23.根據(jù)權利要求22所述的氣體濃縮器，其特征在于所述氣流控制器是與所述壓縮機配合作用的一個處理器，以便當氣體被禁止從所述壓縮機流入第一和第二容器時關閉所述壓縮機；所述處理器和壓縮機由電池供電；所述第一和第二容器、所述導管、所述閥、所述處理器、所述壓縮機和所述電池被安裝在一箱體內。
24.根據(jù)權利要求21所述的氣體濃縮器，其特征在于所述第一容器為一細長中空導管。
25.根據(jù)權利要求22所述的氣體濃縮器，其特征在于所述第一和第二容器均為細長中空導管。
26.根據(jù)權利要求23所述的氣體濃縮器，其特征在于所述第一和第二容器為細長中空導管，而且所述第一和第二容器通常平行并以平行排列方式安裝在所述箱體內。
27.根據(jù)權利要求26所述的氣體濃縮器，其特征在于所述排列是相對于所述容器的長度橫向間隔開，以便在容器之間形成一通道。
28.根據(jù)權利要求27所述的氣體濃縮器，其特征在于所述處理器和所述壓縮機被安裝在所述通道內。
29.根據(jù)權利要求28所述的氣體濃縮器，其特征在于還包括一安裝在所述通道內的閥與歧管箱體，安裝在所述閥與歧管箱體內的所述閥，所述閥與歧管箱體具有互連歧管，用于通過所述氣體導管將所述閥互連到所述第一和第二容器以及所述壓縮機。
30.根據(jù)權利要求29所述的氣體濃縮器，其特征在于還包括一氣體存儲器，所述存儲器與所述氣流分離器流體連通，所述存儲器用于存儲所述目標組分氣體富集的空氣以供應給所述最終用途，所述閥之一為一需求閥，該需求閥裝配在所述氣體管線與所述存儲器之間，用于根據(jù)觸發(fā)所述需求閥的驅動的觸發(fā)事件將存儲器的氣體釋放到所述氣體管線內。
31.根據(jù)權利要求30所述的氣體濃縮器，其特征在于還包括一配裝在所述氣體管線上的壓力傳感器，所述觸發(fā)事件是指由該壓力傳感器所感觸到的所述氣體管線上的壓力下降，該壓力傳感器根據(jù)檢測到的所述壓降提供一觸發(fā)信號以觸發(fā)所述需求閥的驅動。
32.根據(jù)權利要求31所述的氣體濃縮器，其特征在于所述壓降是一預定的較低閾值壓力，低于該閾值壓力時所述壓力傳感器提供所述觸發(fā)信號。
33.根據(jù)權利要求32所述的氣體濃縮器，其特征在于所述壓縮機根據(jù)來自所述處理器的驅動信號間歇地運行，以便僅在需要時運行。
34.根據(jù)權利要求21所述的氣體濃縮器，其特征在于所述最終用途是向一最終用戶供應氧氣，而且所述第一和第二容器沿其長度方向是細長形的和弧形的，以便當所述氣體濃縮器被穿戴在所述最終用戶身上時與該用戶的體形相適應。
35.根據(jù)權利要求21所述的氣體濃縮器，其特征在于所述最終用途是向一最終用戶提供氧氣，而且所述氣體濃縮器適用于被該最終用戶穿戴。
36.根據(jù)權利要求23所述的氣體濃縮器，其特征在于所述最終用途是向一最終用戶提供氧氣，而且所述第一和第二容器沿其長度方向是細長形的和弧形的，以便當所述氣體濃縮器被穿戴在所述最終用戶身上時與該用戶的體形相適應。
37.根據(jù)權利要求23所述的氣體濃縮器，其特征在于所述最終用途是向一最終用戶提供氧氣，而且所述氣體濃縮器適用于被該最終用戶穿戴。
38.一種氣體濃縮器，用于使氣流中的一種目標組分氣體濃度富集，并使一種廢棄組分氣體濃度最小化，包括一空氣壓縮機，一氣密的第一容器和一氣密的第二容器，該第一容器通過一第一氣體導管與所述壓縮機流體連通，該第二容器通過一第二氣體導管與所述第一容器流體連通，所述第一容器包括一分子篩床用于吸附一廢棄組分氣體，一氣流控制器，用于控制被安裝到所述氣體導管上的閥的驅動，一氣流分離器，其被安裝到所述第二氣體導管上用于將所述氣體包的一部分轉移到一氣體管線中，以便將目標組分氣體富集的空氣沿所述氣體管線向下流動提供給一最終用途，所述閥用于調節(jié)流過所述導管的空氣流，一種氧氣富集的方法包括下列順序步驟，并重復循環(huán)進行(a)阻止在所述第一與第二容器之間的氣體流動，并在一第一氣體壓縮階段允許壓縮空氣從所述壓縮機流入所述第一容器，從而所述第一容器被增壓至一閾值壓力水平以形成一氣體包，該氣體包具有一遞增的富集目標組分氣體濃度；(b)阻止氣體從所述壓縮機流入所述第一容器，并在一氣體包轉換階段允許氣體從所述第一容器流入所述第二容器，其中所述氣體包被轉換到所述第二容器；(c)阻止氣體從所述第一容器流入所述第二容器，并允許氣體從所述第一容器通過第一容器的一排氣閥排入到大氣中；(d)允許在一空氣包逆流階段氣體在所述第一和第二容器之間從第二容器流入第一容器，其中所述氣體包從第二容器流入到第一容器；以及(e)阻止氣體從第一容器通過第一容器的所述排氣閥排出。
39.根據(jù)權利要求38所述的方法，其特征在于所述氣體濃縮器還包括一設置在所述第二容器內的分子篩床，所述第二容器通過第三導管與所述壓縮機流體連通，還包括以下步驟(a)在所述空氣包轉換階段之后和在所述阻止氣體從所述第一容器流入第二容器步驟之后，所述氣流控制器在一第二氣體壓縮階段允許壓縮空氣從所述壓縮機流入第二容器，從而所述第二容器被增壓到所述閾值壓力水平；以及(b)在所述阻止氣流從所述第一容器通過第一容器的所述排氣閥排出步驟之后和在所述第一氣體壓縮階段阻止第一和第二容器之間的氣體流動之后，所述氣流控制器允許氣體從第二容器通過第二容器的一排氣閥排入到大氣中，并阻止氣體從所述壓縮機流入所述第二容器。
40.根據(jù)權利要求39所述的方法，其特征在于所述氣流控制器是與所述壓縮機配合作用的一個處理器，還包括以下步驟，當氣體被禁止從所述壓縮機流入所述第一和第二容器時，關閉所述壓縮機。
全文摘要
一種組分氣體濃縮器，包括一空氣壓縮機、一氣密的第一容器和一氣密的第二容器，第一容器包括一分子篩床，第一容器通過一第一氣體導管與壓縮機流體連通，第二容器通過一第二氣體導管與第一容器流體連通。一氣流控制器比如PLC控制著被安裝到氣體導管上的閥的驅動。
文檔編號B01D53/047GK1460032SQ01813854
公開日2003年12月3日 申請日期2001年8月2日 優(yōu)先權日2000年8月2日
發(fā)明者約翰·李·沃倫 申請人:配戴式氧氣用品有限公司