氧气浓缩设备、控制方法和控制程序与流程

本发明涉及一种氧气浓缩器，其分离并浓缩空气中的氧气，并将其供给到用户。更具体地，关于其中先导型螺线管阀用在供给流动路径打开/关闭单元或排气流动路径打开/关闭单元中的至少任一者中的氧气浓缩器，本发明涉及能够控制多个吸附筒中的压力以便防止先导压力(加压空气供给单元的排放压力、浓缩氧气气体罐的内部压力或吸附筒的内部压力)下降的氧气浓缩器、控制方法和控制程序。

背景技术：

1、通常，作为对患有呼吸系统疾病(诸如哮喘和慢性阻塞性肺病)的患者的疗法之一，已执行了氧气疗法，其中患者吸入氧气气体或富氧气体。近年来，为了提高患者的生活品质(qol)，在患者家中执行氧气疗法的家庭氧气疗法(hot)已经成为主流。在家庭氧气疗法中，作为用于向患者供给氧气气体的氧气供给源，使用的是氧气浓缩器，其浓缩空气中包含的氧气以产生氧气气体并供给所产生的氧气气体。

2、作为氧气浓缩器，变压吸附(psa)氧气浓缩器和真空变压吸附(vpsa)或真空变压吸附(vsa)氧气浓缩器被广泛使用。

3、氧气浓缩器具有填充有吸附剂的多个吸附筒，所述吸附剂选择性地吸附氮气气体，并且所述多个吸附筒中的每个吸附筒重复吸附步骤和解吸步骤以产生浓缩氧气气体，浓缩氧气气体储存在浓缩氧气气体罐中。吸附步骤是这样的步骤：通过将加压空气吸入吸附筒中并将氮气气体吸附在吸附剂上而从加压空气产生氧气气体，并将产生的浓缩氧气气体储存在浓缩氧气气体罐中。解吸步骤是这样的步骤：通过暴露于大气而使吸附筒减压，并将在吸附步骤中吸附在吸附剂上的氮气气体排出到大气。通过在多个吸附筒之间重复吸附步骤和解吸步骤的交替，氧气浓缩器可以连续产生浓缩氧气气体。

4、关于氧气浓缩器，已经提出了以下建议：为了提高解吸步骤中的解吸效率，在吸附步骤期间使在吸附筒中产生的浓缩氧气气体通过冲洗阀作为冲洗气体从浓缩氧气出口侧的末端回流至处于解吸步骤中的吸附筒，随后，为了高效地产生高度浓缩的氧气气体，将吸附筒减压以排出氮气，并且然后在加压步骤中使其经由均压阀与吸附筒连通，并且压力被均衡(ptl 1和2)。

5、另一方面，为了抑制氧气浓缩器的功率消耗，已提出控制压缩机转速以调节空气供给量的方法(ptl 2)和使用先导型螺线管阀的方法(ptl 3)。由于先导型螺线管阀用先导压力操作大的主阀并因此切换阀，所以与常规的直接动作式(direct-acting)螺线管阀相比，即使对于大的有效流道横截面，也可以降低阀切换所需的功率消耗。此外，由于流率损失因此可以减少，这允许压缩机的排放流率减少，因此可以减少驱动压缩机所需的功率消耗，压缩机是氧气浓缩器中的主要功率消耗装置，这可能导致浓缩器中的功率节省。

6、[引用列表]

7、[专利文献]

8、[ptl 1]日本未审查专利申请公开号2002-79030

9、[ptl 2]日本未审查专利申请公开号11-207128

10、[ptl 3]日本未审查专利申请公开号2006-62932

技术实现思路

1、[技术问题]

2、先导型螺线管阀需要为切换操作供给先导压力，并且例如，当先导压力由加压空气供给单元的排放压力提供时，加压空气供给单元的排放压力必须等于或高于先导型螺线管阀的最小操作压力。先导压力可以由浓缩氧气气体罐的内部压力、吸附筒的内部压力等以及加压空气供给单元的排放压力来供给。因此，先导压力(加压空气供给单元的排放压力、浓缩氧气气体罐的内部压力或吸附筒的内部压力)必须等于或高于先导型螺线管阀的最小操作压力。

3、然而，在经由均压阀使减压吸附筒和加压步骤中的吸附筒连通而实现压力均衡的情况下，筒压力下降至两个吸附筒之间压力均衡的压力，这也导致加压空气供给单元的排放压力和浓缩氧气气体罐中的压力下降。更具体地，由于在加压空气供给单元和吸附筒之间只有供给阀，所以当供给阀打开时，加压空气供给单元和吸附筒彼此连通，并且加压空气供给单元的排放压力将下降到吸附筒的内部压力。

4、此外，在运行的氧气浓缩器中，总是以预定的流率从浓缩氧气气体罐中提取浓缩的氧气气体；当吸附筒的内部压力高于浓缩氧气气体罐的内部压力时，气体通过设置在吸附筒和浓缩氧气气体罐之间的止回阀自动从吸附筒流向浓缩氧气气体罐，从而将吸附筒和浓缩氧气气体罐之间的内部压力保持在同一水平；当压力均衡导致吸附筒的内部压力下降到低于浓缩氧气气体罐中的压力时，从吸附筒到浓缩氧气气体罐的气流停止，并且因此浓缩氧气气体罐中的压力由于以预定流率连续提取浓缩氧气气体而下降，并进一步下降到吸附筒的下降的内部压力。

5、此外，该问题在低流率操作做情况下尤为突出，并造成不良影响：例如，尽管低流率操作允许通过降低加压空气供给单元的转速并根据氧气提取流率减少空气供给量来抑制功率消耗，但加压空气供给单元的转速不能降低至低于满足维持先导型螺线管阀的最小操作压力或更大操作压力的条件的水平。此外，由于加压空气供给单元的转速不能进一步降低，所以相对于氧气提取流率，空气被过量供给，从而导致氧气过度吸附，导致氧气浓度降低的另一个不良影响。

6、鉴于上述情况，本发明的目的是解决这样的问题：在压力均衡步骤期间，通过防止先导压力下降(加压空气供给单元的排放压力、浓缩氧气气体罐的内部压力或吸附筒的内部压力)，维持先导压力等于或高于先导型螺线管阀的最小操作压力。因此，提供了一种氧气浓缩器、一种控制方法和一种控制程序，其使得能够控制加压空气供给单元的转速，以抑制功率消耗或防止由于氧气的过度吸附而导致的氧气浓度的降低。

7、[问题的解决方案]

8、因此，本发明是一种氧气浓缩器，其能够通过在压力均衡步骤之前在已经减压的吸附筒中预先开始加压、由此从已经减压的吸附筒的筒压力增加的条件(在该条件下，已经减压的吸附筒的筒压力增加)均衡压力，来防止压力均衡步骤中两个筒中的压力下降，并且因此防止供给到先导型螺线管阀的先导压力的下降，先导型螺线管阀用在供给流动路径打开/关闭单元或排气流动路径打开/关闭单元中的至少任一者中，并且包括以下实施例。

9、根据本发明实施例的一个方面的氧气浓缩器包括：

10、填充有吸附剂的多个吸附筒，该吸附剂优先吸附氮气而不是氧气；

11、加压空气供给单元，用于向吸附筒供给加压空气；

12、供给流动路径打开/关闭单元，用于连接加压空气供给单元和每个吸附筒，以及打开/关闭加压空气的气体流动路径；

13、排气流动路径打开/关闭单元，用于打开/关闭用于从每个吸附筒排出气体的气体流动路径；

14、浓缩氧气气体罐，用于储存由多个吸附筒产生的浓缩氧气气体；和

15、连通流动路径打开/关闭单元，用于连接每个吸附筒在浓缩氧气气体出口侧上的末端，并使一部分产生的浓缩氧气气体通过其，

16、先导型螺线管阀，用于供给流动路径打开/关闭单元或排气流动路径打开/关闭单元中的至少任一者中，

17、其中，所述氧气浓缩器具有流动路径打开/关闭控制单元，用于执行供给流动路径打开/关闭单元、排气流动路径打开/关闭单元和连通流动路径打开/关闭单元的打开/关闭控制，并且

18、流动路径打开/关闭控制单元以这样的方式在每个吸附筒中执行控制，使得按所列顺序重复以下步骤，

19、(a)加压吸附步骤，通过供给加压空气将加压空气中的氮气吸附在吸附筒中的吸附剂上，并从吸附筒的浓缩氧气气体出口侧上的末端提取未吸附的氧气；

20、(b)压力均衡步骤，均衡多个吸附筒中的压力；

21、(c)减压解吸步骤，将吸附筒减压，解吸吸附的氮气，并排出到外部空气；

22、(d)预加压步骤，预先开始对已经减压的吸附筒加压；和

23、(e)压力均衡步骤，均衡所述多个吸附筒中的压力，以及

24、使得当在一个或一组吸附筒中执行(a)加压吸附步骤时，在另一个或另一组吸附筒中执行(c)减压解吸步骤和(d)预加压步骤。

25、在根据实施例的一个方面的氧气浓缩器中，流动路径打开/关闭控制单元在(d)预加压步骤期间，优选地将来自在预加压期间的吸附筒的排气流动路径打开/关闭单元控制为关闭状态。

26、在根据实施例的一个方面的氧气浓缩器中，流动路径打开/关闭控制单元在(b)和(e)压力均衡步骤期间，优选地将多个吸附筒的所有供给流动路径打开/关闭单元控制为打开状态。

27、在根据实施例的一个方面的氧气浓缩器中，所述流动路径打开/关闭控制单元在(c)减压解吸步骤的后半部分中，优选地控制加压吸附期间的吸附筒中产生的浓缩氧气气体的一部分被冲洗到在减压解吸期间的吸附筒。

28、在根据实施例的一个方面的氧气浓缩器中，流动路径打开/关闭控制单元在(c)减压解吸步骤期间，优选地将连通流动路径打开/关闭单元控制为关闭状态。

29、在根据实施例的一个方面的氧气浓缩器中，流动路径打开/关闭控制单元在(b)和(e)压力均衡步骤期间，可将连通流动路径打开/关闭单元控制为关闭状态。

30、根据实施例的一个方面的氧气浓缩器的控制方法，

31、用于控制多个吸附筒中的压力，以便防止供给到先导型螺线管阀的先导压力下降，该先导型螺线管阀用在供给流动路径打开/关闭单元或排气流动路径打开/关闭单元中的至少任一者中，

32、其中在每个吸附筒中以这样的方式执行控制，使得按所列顺序重复以下步骤，

33、加压吸附步骤，通过从加压空气供给单元向吸附筒供给加压空气，将加压空气中的氮气吸附在吸附筒中的吸附剂上，并从吸附筒的浓缩氧气气体出口侧上的末端提取未吸附的氧气；

34、压力均衡步骤，均衡所述多个吸附筒中的压力；

35、减压解吸步骤，将吸附筒减压，解吸所吸附的氮气，并排出到外部空气；

36、预加压步骤，预先开始对已经减压的吸附筒的加压；和

37、压力均衡步骤，均衡所述多个吸附筒中的压力，以及

38、使得当在一个或一组吸附筒中执行加压吸附步骤时，在另一个或另一组吸附筒中执行减压解吸步骤和预加压步骤。

39、根据实施例的一个方面的氧气浓缩器的控制程序

40、用于控制多个吸附筒中的压力，以便防止供给到先导型螺线管阀的先导压力下降，该先导型螺线管阀用在供给流动路径打开/关闭单元或排气流动路径打开/关闭单元中的至少任一者中，

41、其中，在每个吸附筒中执行按所列顺序重复以下过程的过程，

42、通过从加压空气供给单元向吸附筒供给加压空气来将加压空气中的氮气吸附在吸附筒中的吸附剂上、并从吸附筒的浓缩氧气气体出口侧上的末端提取未吸附的氧气的过程(加压吸附过程)；

43、均衡多个吸附筒中的压力的过程(压力均衡过程)；

44、对吸附筒减压、解吸所吸附的氮气并排出到外部空气的过程(减压解吸过程)；

45、预先开始对已经减压的吸附筒加压的过程(预加压过程)；和

46、均衡多个吸附筒中的压力的过程(压力均衡过程)；和

47、当在一个或一组吸附筒中执行加压吸附过程时，在另一个或另一组吸附筒中执行减压解吸过程和预加压过程。

48、[发明的有利效果]

49、根据本实施例，在压力均衡步骤期间，防止先导压力(加压空气供给单元的排放压力、浓缩氧气气体罐的内部压力或吸附筒的内部压力)下降有助于即使在低流率操作的情况下，容易地维持先导压力等于或高于先导型螺线管阀的最小操作压力，从而使得能够控制加压空气供给单元的转速，并因此抑制功率消耗。

50、此外，降低加压空气供给单元的转速可以减少空气供给量，这带来抑制氧气过度吸附的效果，当抽取流率相对于空气供给量为低时，会发生氧气过度吸附。

51、本发明的目的和优点可借助于权利要求中特别指出的元素和组合来识别和获得。上面的概括描述和下面的详细描述都是示例性的和解释性的，并且不用于限制所要求保护的本发明。