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CN116917019A - 氧气浓缩设备、控制方法和控制程序 - Google Patents

氧气浓缩设备、控制方法和控制程序 Download PDF

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CN116917019A CN202280018682.1A CN202280018682A CN116917019A CN 116917019 A CN116917019 A CN 116917019A CN 202280018682 A CN202280018682 A CN 202280018682A CN 116917019 A CN116917019 A CN 116917019A
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Teijin Pharma Ltd
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Abstract

提供了：氧气浓缩设备，其能够防止供给流动路径打开/关闭部分或排放气体流动路径打开/关闭部分中的先导压力下降，其中，供给流动路径打开/关闭部分或排放气体流动路径打开/关闭部分中的至少一者是先导式操作的螺线管阀；控制方法；和控制程序。提供了一种氧气浓缩设备，其被配置成使得在压力均衡步骤之前开始向压力已经降低的吸附筒施加压力，并且因此可以防止在压力均衡步骤期间两个吸附筒中的压力下降，从而防止供给流动路径打开/关闭部分或排放气体流动路径打开/关闭部分中的先导压力下降，其中，供给流动路径打开/关闭部分或排放气体流动路径打开/关闭部分中的至少一者是先导式操作的螺线管阀。

Description

氧气浓缩设备、控制方法和控制程序
技术领域
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
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。
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。
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。
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)。
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。
[引用列表]
[专利文献]
[PTL 1]日本未审查专利申请公开号2002-79030
[PTL 2]日本未审查专利申请公开号11-207128
[PTL 3]日本未审查专利申请公开号2006-62932
发明内容
[技术问题]
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。
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。
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。
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。
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。
[问题的解决方案]
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。
根据本发明实施例的一个方面的氧气浓缩器包括：
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；
加压空气供给单元，用于向吸附筒供给加压空气；
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；
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；
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
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，
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，
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
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，
(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；
(b)压力均衡步骤，均衡多个吸附筒中的压力；
(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；
(d)预加压步骤，预先开始对已经减压的吸附筒加压；和
(e)压力均衡步骤，均衡所述多个吸附筒中的压力，以及
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。
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。
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。
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。
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。
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。
根据实施例的一个方面的氧气浓缩器的控制方法，
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，
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，
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；
压力均衡步骤，均衡所述多个吸附筒中的压力；
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；
预加压步骤，预先开始对已经减压的吸附筒的加压；和
压力均衡步骤，均衡所述多个吸附筒中的压力，以及
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。
根据实施例的一个方面的氧气浓缩器的控制程序
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，
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，
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)；
均衡多个吸附筒中的压力的过程(压力均衡过程)；
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)；
预先开始对已经减压的吸附筒加压的过程(预加压过程)；和
均衡多个吸附筒中的压力的过程(压力均衡过程)；和
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。
[发明的有利效果]
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。
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。
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。
附图说明
图1是根据实施例的氧气浓缩器的功能框图。
图2是示出在根据实施例的氧气浓缩器中受控的供给流动路径打开/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/关闭操作的图解。图2(a)示出了一般现有技术的打开/关闭操作，并且图2(b)示出了本发明实施例中的氧气浓缩器的打开/关闭操作的示例。
图3是示出根据实施例的氧气浓缩器中通过控制供给流动路径打开/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/关闭单元的气流的图解。图3(a)示出了一般现有技术的气流，并且图3(b)示出了通过根据本发明实施例的氧气浓缩器的打开/关闭操作的气流的示例。
图4是示出通过控制根据实施例的氧气浓缩器中的供给流动路径打开/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/关闭单元，加压空气供给单元的排放压力(Comp排放压力)、每个吸附筒的内部压力和浓缩氧气气体罐的内部压力的变化的图解。图4(a)示出了一般现有技术中的压力变化，并且图4(b)示出了根据本发明实施例的氧气浓缩器中的压力变化的示例。
具体实施方式
下文将参照附图描述根据本发明一个方面的氧气浓缩器、控制方法和控制程序。然而，应当注意，本公开的技术范围不限于那些实施例，而是延伸到权利要求中描述的发明及其等同方式。在下面的描述和附图中，具有相同功能配置的部件由相同的附图标记表示，从而省略多余的描述。
[根据实施例的氧气浓缩器的概要]
图1是根据实施例的氧气浓缩器的功能框图。
氧气浓缩器包括：填充有优先吸附氮气而非氧气的吸附剂的多个吸附筒(4A和4B)；向吸附筒供给加压空气的加压空气供给单元(1)；一对供给流动路径打开/关闭单元(2A，2B)，其连接加压空气供给单元和吸附筒并打开/关闭加压空气的气体流动路径；一对排气流动路径打开/关闭单元(3A、3B)，其打开/关闭用于大气释放和对吸附筒进行排气的气体流动路径；浓缩氧气气体罐(7)，其储存由多个吸附筒产生的浓缩氧气气体；连通流动路径打开/关闭单元(压力均衡/冲洗)(5)，其连接每个吸附筒在浓缩氧气气体出口侧上的末端，并使产生的浓缩氧气气体的一部分通过其；以及流动路径打开/关闭控制单元，其控制供给流动路径打开/关闭单元(2A，2B)、排气流动路径打开/关闭单元(3A、3B)和连通流动路径打开/关闭单元(压力均衡/冲洗)(5)的打开/关闭。尽管这里示出了具有一个流动路径的连通流动路径打开/关闭单元，但是可以采用具有彼此独立的用于压力均衡和冲洗的流动路径的配置。
打开和关闭由用于供给流动路径打开/关闭单元(2A，2B)、排气流动路径打开/关闭单元(3A，3B)和连通流动路径打开/关闭单元(压力均衡/冲洗)(5)的流动路径打开/关闭控制单元控制。供给流动路径打开/关闭单元(2A，2B)、排气流动路径打开/关闭单元(3A，3B)和连通流动路径打开/关闭单元(压力均衡/冲洗)(5)是例如电磁阀和控制阀(螺线管阀、压电阀)等，并且根据从流动路径打开/关闭控制单元输入的信号来控制。流动路径打开/关闭控制单元具有一个或多个处理器及其外围电路。流动路径打开/关闭控制单元一体地控制氧气浓缩器的操作，并且是处理器，诸如，例如微控制单元(MCU)。
氧气浓缩器执行从原料空气产生浓缩氧气气体的氧气气体产生过程，并将产生的浓缩氧气气体输送至使用氧气浓缩器的用户、患者的鼻孔。
虽然图1表示了与浓缩氧气气体产生功能相关的部件，但氧气浓缩器可配备有外部进气过滤器、止回阀、压力调节阀、流率设定单元、加湿器、过滤器等。
首先，通过进气开口从外部吸入原料空气，该进气开口设置有外部进气过滤器或类似装置，用于去除诸如灰尘的异物。加压空气供给单元(1)压缩通过外部进气过滤器吸入的空气以产生加压空气，并且所产生的加压空气通过供给流动路径打开/关闭单元(2A，2B)并被供给到一对吸附筒(4A和4B)中的任一个。加压空气供给单元(1)也称为压缩机，并且其示例包括摆动式空气压缩机和旋转式空气压缩机，诸如螺杆式、旋转式和涡旋式。
一对吸附筒(4A和4B)填充有沸石吸附剂，其选择性吸附在加压空气中的氮气气体而非氧气气体。沸石选择性地吸附从加压空气供给单元(1)供给的加压空气中包含的大约77％的氮气气体。
一对吸附筒(4A和4B)吸附氮气气体，并通过供给流动路径打开/关闭单元(2A，2B)从加压空气供给单元(1)供给的加压空气中产生氧气气体。在吸附筒(4A)产生氧气气体时，吸附筒(4B)通过排气流动路径打开/关闭单元(3B)将吸附的氮气气体排出到氧气浓缩器的外部。当由吸附筒(4A)吸附的氮气气体通过排气流动路径打开/关闭单元(3A)排出到氧气浓缩器的外部时，吸附筒(4B)产生氧气气体。氧气气体在一对吸附筒(4A和4B)之间交替产生，从而使得氧气浓缩器能够连续产生氧气气体。尽管使用一对吸附筒(4A和4B)作为示例描述了氧气浓缩器，但是根据实施例的氧气浓缩器可以具有三个或更多个吸附筒。当提供三个或更多个吸附筒时，以这样的方式执行操作，使得吸附步骤和解吸步骤可以在多个吸附筒之间依次重复。例如，在具有三个吸附筒(4A、4B和4C)的三筒类型的情况下，通过如下顺序地切换筒来执行控制：当吸附筒(4A)处于吸附步骤时，一组吸附筒(4B和4C)处于解吸步骤；当吸附筒(4B)处于吸附步骤时，一组吸附筒(4C和4A)处于解吸步骤；当吸附筒(4C)处于吸附步骤时，一组吸附筒(4A和4B)处于解吸步骤。
供给流动路径打开/关闭单元和/或排气流动路径打开/关闭单元为先导型螺线管阀。先导型螺线管阀利用先导压力(空气压力)切换大型主阀的操作。先导压力的供给源可以是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，其中特别是作为空气供给源的加压空气供给单元的排放压力被最大程度地利用。先导压力取决于所使用的先导型螺线管阀的特性而变化，但本说明书显示了需要40kPa或更大压力的示例。只要压力不妨碍先导型螺线管阀的打开和关闭，就允许先导压力暂时下降到先导型螺线管阀的最小操作压力以下。尽管如果供给流动路径打开/关闭单元和排气流动路径打开/关闭单元两者都是先导型螺线管阀，则氧气浓缩器更高效，但是本发明要解决的问题还包括其中任一个是先导型螺线管阀的情况。
一对止回阀(6A和6B)设置在一对吸附筒(4A和4B)中的每一个和浓缩氧气气体罐(7)之间。在吸附筒(4A和4B)和浓缩氧气气体罐(7)之间设置止回阀(6A，6B)可以防止浓缩氧气气体在浓缩氧气气体罐的内部压力变得高于吸附筒的内部压力时回流到吸附筒侧。当吸附筒(4A)产生氧气气体时，止回阀(6A)处于打开状态，从而允许由吸附筒(4A)产生的浓缩氧气气体流入浓缩氧气气体罐(7)中。此外，当由吸附筒(4B)吸附的氮气气体通过排气流动路径打开/关闭单元(3B)被排出到氧气浓缩器的外部时，止回阀(6B)处于关闭状态，这防止储存在浓缩氧气气体罐(7)中的浓缩氧气气体通过吸附筒(4B)被排出到氧气浓缩器的外部。
浓缩氧气气体罐(7)(也称为产品罐)储存由一对吸附筒(4A和4B)中的每一个产生的氧气气体。浓缩氧气气体罐(7)的内部压力取决于与吸附筒(4A和4B)中的每一个中的浓缩氧气气体的产生相关联的内部压力变化而波动。为了将从具有与浓缩氧气气体的产生相关联的内部压力波动的浓缩氧气气体罐(7)输送的浓缩氧气气体的压力保持在预定水平，提供了压力调节阀，诸如减压阀。
通过根据从控制单元输入的流率输出信号来调节流率控制单元的螺线管阀的开度，控制从浓缩氧气气体罐(7)提取的浓缩氧气气体以预定流率流动。
调节至预定流率的浓缩氧气气体(通过空气过滤器从其去除异物(诸如在产生浓缩氧气气体的过程中产生的灰尘))通过加湿器适度加湿，以防止从用户鼻孔到呼吸道干燥，并从流动路径(诸如插管)的末端供给到用户。
可以通过在出口过滤器的空气过滤器和加湿器之间的浓缩氧气气体流动路径中连接浓度传感器和流率传感器来测量浓缩氧气气体的浓度和流率。
[控制]
在根据实施例的氧气浓缩器中，控制吸附筒中的压力，以便防止供给到被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先导型螺线管阀的先导压力下降，并且为此目的，提供了流动路径打开/关闭控制单元，其执行供给流动路径打开/关闭单元(2A，2B)、排气流动路径打开/关闭单元(3A，3B)和连通流动路径打开/关闭单元(5)的打开/关闭控制。将参照图2至图4解释吸附筒中压力的控制。
如上所述，通过在多个吸附筒之间重复吸附步骤和解吸步骤的交替，氧气浓缩器可连续地产生浓缩氧气气体。首先，沿着图2和图3，将描述在根据实施例的氧气浓缩器中受控的供给流动路径打开/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/关闭操作，以及由根据实施例的氧气浓缩器中的供给流动路径打开/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/关闭单元的受控打开/关闭操作产生的气流。
图2(a)示出了一般现有技术的打开/关闭操作，并且图2(b)示出了本发明实施例中氧气浓缩器的打开/关闭操作的示例。
在图2(b)示例的T1、T4中，两个吸附筒(4A和4B)均处于压力均衡步骤，两个供给流动路径打开/关闭单元(2A、2B)均处于打开状态，两个排气流动路径打开/关闭单元(3A、3B)均处于关闭状态，并且连通流动路径打开/关闭单元(5)处于打开状态。吸附筒(4A和4B)经由供给流动路径打开/关闭单元(2A、2B)和连通流动路径打开/关闭单元(5)彼此连通(见图3(b))，并且因此压力均衡。即使当连通流动路径打开/关闭单元(5)处于关闭状态时，也可以仅通过打开两个供给流动路径打开/关闭单元来实现压力均衡(2A、2B)。这里，即使当连通流动路径打开/关闭单元(5)处于打开状态并且只有一个供给流动路径打开/关闭单元处于打开状态时也可以实现压力均衡，但是使两个供给流动路径打开/关闭单元(2A、2B)都处于打开状态允许快速实现压力均衡。注意，T1、T4分别对应于权利要求中的“(b)均衡多个吸附筒中的压力的压力均衡步骤”和“(e)均衡多个吸附筒中的压力的压力均衡步骤”。T1、T4的时间优选由直到吸附筒(4A)和吸附筒(4B)的压力变得相同的时间确定，或者可以更短。
在本说明书中，低流率操作被定义使用在0.1LPM或更高且小于2.00LPM的流率范围内的氧气气体来执行。
如图2(b)所示，T2/T5对于一个吸附筒(T2_4A/T5_4B)是减压解吸步骤，并且对于另一个吸附筒(T2_4B/T5_4A)是加压吸附步骤。在这种情况下，关于处于减压解吸步骤中的吸附筒(T2_4A/T5_4B)，供给流动路径打开/关闭单元(T2_2A/T5_2B)处于关闭状态，排气流动路径打开/关闭单元(T2_3A/T5_3B)处于打开状态，并且连通流动路径打开/关闭单元(5)处于关闭状态。另一方面，关于处于加压吸附步骤中的吸附筒(T2_4B/T5_4A)，供给流动路径打开/关闭单元(T2_2B/T5_2A)处于打开状态，并且排气流动路径打开/关闭单元(T2_3B/T5_3A)处于关闭状态。在减压解吸步骤期间，在吸附筒(T2_4A/T5_4B)中，压力降低，因为供给流动路径打开/关闭单元(T2_2A/T5_2B)变为关闭状态，并且排气流动路径打开/关闭单元(T2_3A/T5_3B)变为打开状态并且向空气开放，从而使得吸附在吸附剂上的氮气气体解吸以被排出到外部空气(参见图3(b))。处于加压吸附步骤中的吸附筒(T2_4B/T5_4A)被供给的加压空气加压，并通过将空气中的氮气吸附在吸附筒(T2_4B/T5_4A)中的吸附剂上而产生浓缩氧气气体，并且所产生的浓缩氧气气体经由止回阀(T2_6B/T5_6A)被输送到浓缩氧气气体罐(7)(见图3(b))。尽管T2/T5的时间没有特别限制，只要可以获得所需的氧气浓度，但是优选地延长时间以进一步解吸所吸附的氮气，直到吸附筒的内部压力变得尽可能低。
如图2(b)所示，T3-1/T6-1对于一个吸附筒(T3-1_4A/T6-1_4B)是冲洗步骤，在此期间，在加压吸附期间的吸附筒中产生的一部分浓缩氧气气体被供给至在减压解吸期间的吸附筒。另一个吸附筒(T3-1_4B/T6-1_4A)继续前一步骤的加压吸附步骤。在这种情况下，关于处于冲洗步骤中的吸附筒(T3-1_4A/T6-1_4B)，供给流动路径打开/关闭单元(T3-1_2A/T6-1_2B)处于关闭状态，排气流动路径打开/关闭单元(T3-1_3A/T6-1_3B)处于打开状态，并且连通流动路径打开/关闭单元(5)处于打开状态。另一方面，关于处于加压吸附步骤中的吸附筒(T3-1_4B/T6-1_4A)，连续地，供给流动路径打开/关闭单元(T3-1_2B/T6-1_2A)处于打开状态，并且排气流动路径打开/关闭单元(T3-1_3B/T6-1_3A)处于关闭状态。在处于冲洗步骤中的吸附筒(T3-1_4A/T6-1_4B)中，连通流动路径打开/关闭单元(5)改变到打开状态，这使得吸附筒(4A)和(4B)在浓缩氧气气体出口侧的末端处彼此连接，并且一部分浓缩氧气气体作为冲洗气体从在其中加压吸附步骤中产生浓缩氧气气体的吸附筒(T3-1_4B/T6-1_4A)回流到另一个吸附筒(T3-1_4A/T6-1)，由此推出解吸的氮气，从而导致在减压解吸步骤中氮气气体从吸附剂的解吸效率提高(见图3(b))。在处于加压吸附步骤中的吸附筒(T3-1_4B/T6-1_4A)中，尽管气流与前一步骤相比没有变化，但是加压空气的连续供给增加了吸附筒(T3-1_4B/T6-1_4A)中吸附剂上的氮气吸附，以产生浓缩氧气气体，并且所产生的浓缩氧气气体经由止回阀(T3-1_6B/T6-1_6A)被输送到浓缩氧气气体罐(7)(见图3(b))。尽管T3-1/T6-1的时间可以是任何长度，只要可以获得所需的氧气浓度，但是优选以这样的方式设定时间，使得在加压侧吸附筒中继续产生氧气，在减压侧吸附筒中更多地解吸所吸附的氮气，并且完全排出所解吸的氮气。
注意，尽管图2示出了示例，作为更优选的示例，其中冲洗在减压解吸步骤的后半部分中进行，但如果无需冲洗即可获得所需的氧气浓度，则可省略冲洗步骤(T3-1/T6-1)。此外，由于冲洗步骤(T3-1/T6-1)是其中在加压吸附期间的吸附筒中产生的一部分浓缩氧气气体被供给到在减压解吸期间的吸附筒的步骤，所以可以省略仅执行减压解吸的减压解吸步骤(T2/T5)的时间，并且如果可以获得所需的氧气浓度，则控制作为冲洗步骤(T3-1/T6-1)执行，在该冲洗步骤中，减压解吸和冲洗同时执行。在这种情况下，还优选地以这样的方式设定时间，使得在加压侧吸附筒中继续产生氧气，并且在减压侧吸附筒中完全排出解吸的氮气。注意，尽管图2将“冲洗步骤”和“减压解吸步骤”示为不同的步骤使得冲洗步骤(T3-1/T6-1)在减压解吸步骤(T2/T5)之后执行，但是由于冲洗意味着将在加压吸附期间的吸附筒中产生的一部分浓缩氧气气体冲洗到在减压解吸期间的吸附筒，这可能是冲洗步骤被包括在减压解吸步骤中的一个方面，并且因此有时表达为“在减压解吸步骤的后半部分中执行冲洗”。
如图2(b)所示，T3-2/T6-2对于一个吸附筒(T3-2_4A/T6-2_4B)是预加压步骤，并且另一个吸附筒(T3-2_4B/T6-2_4A)继续前一步骤的加压吸附步骤。在吸附筒(T3-2_4A/T6-2_4B)的预加压步骤中，排气流动路径打开/关闭单元(T3-2_3A/T6-2_3B)从前一步骤(减压解吸步骤至冲洗步骤)中的打开状态切换至关闭状态。当排气流动路径打开/关闭单元(T3-2_3A/T6-2_3B)改变到关闭状态时，已经减压的吸附筒(T3-2_4A/T6-2_4B)将在下一步骤的压力均衡步骤之前开始加压，并且处于减压状态的吸附筒(T3-2_4A/T6-2_4B)的筒压力可以预先增加(图4(b))。在处于加压吸附步骤中的吸附筒(T3-1_4B/T6-1_4A)中，尽管气流与前一步骤相比没有变化，但是加压空气的连续供给维持吸附筒(T3-2_4B/T6-2_4A)中的压力，并且增加吸附剂上的氮气吸附，以产生浓缩氧气气体，并且所产生的浓缩氧气气体经由止回阀(T3-2_6B/T6-2_6A)被输送到浓缩氧气气体罐(7)(参见图3(b))。T3-2/T6-2的时间可以取决于所需的预加压条件进行调节，并且只要获得所需的氧气浓度，时间并不重要。
贯穿步骤T1至T6-2，在一个吸附筒中完成一个吸附和解吸循环，并且通过重复该循环，可以连续地产生浓缩氧气气体。只要产生的氧气浓度达到规定值，循环时间并不重要。如图4(b)所示，作为其中在吸附筒(T1_4B/T4_4A)中对已经减压的内部预先加压的预加压步骤的结果，减压侧吸附筒可以从筒压力增加的状态开始压力均衡，由此在压力均衡步骤中防止两个筒中的压力下降。结果，已经减压的吸附筒(T1_4B/T4_4A)和已经加压的吸附筒(T1_4A/T4_4B)被压力均衡，并且均衡的压力变得比通过常规方法更高，由此防止加压空气供给单元的排放压力下降和浓缩氧气气体罐的内部压力下降。结果，在低流率操作的情况下，只要情况允许降低的压缩机转速，压缩机转速就降低，并且因此可以抑制功率消耗，而不用担心先导型螺线管阀的最小操作压力的限制。此外，压缩机转速的降低使得能够抑制当抽取流率相对于空气供给量为低时发生的氧气的过度吸附。另一方面，由于浓缩氧气气体罐的内部压力波动减小，所以产品流率的波动也被抑制。
本技术可应用于任何氧气浓缩器，只要是连续流动型，无论是固定式还是便携式。
[附图标记列表]
1 加压空气供给单元
2B 2A 供给流动路径打开/关闭单元
3B 3A 排气流动路径打开/关闭单元
4B 4A 吸附筒
5 连通流动路径打开/关闭单元
6A，6B 止回阀
7 浓缩氧气气体罐

Claims (8)

1.一种氧气浓缩器，包括：
填充有吸附剂的多个吸附筒，所述吸附剂优先吸附氮气而不是氧气；
加压空气供给单元，其用于向所述吸附筒供给加压空气；
供给流动路径打开/关闭单元，其用于连接所述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；
排气流动路径打开/关闭单元，其用于打开/关闭用于从每个吸附筒排出气体的气体流动路径；
浓缩氧气气体罐，其用于储存由所述多个吸附筒产生的浓缩氧气气体；和
连通流动路径打开/关闭单元，其用于连接每个吸附筒在浓缩氧气气体出口侧上的末端，并使一部分所产生的浓缩氧气气体通过其，
先导型螺线管阀，其用在所述供给流动路径打开/关闭单元或所述排气流动路径打开/关闭单元中的至少任一者中，
其中，所述氧气浓缩器具有流动路径打开/关闭控制单元，用于执行所述供给流动路径打开/关闭单元、所述排气流动路径打开/关闭单元和所述连通流动路径打开/关闭单元的打开/关闭控制，并且
所述流动路径打开/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，
(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所述吸附筒中的吸附剂上，并从所述吸附筒的浓缩氧气气体出口侧的末端提取未吸附的氧气；
(b)压力均衡步骤，均衡所述多个吸附筒中的压力；
(c)减压解吸步骤，将所述吸附筒减压，解吸吸附的氮气，并排出到外部空气；
(d)预加压步骤，预先开始对已经减压的吸附筒加压；和
(e)压力均衡步骤，均衡所述多个吸附筒中的压力，以及
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。
2.根据权利要求1所述的氧气浓缩器，其中，所述流动路径打开/关闭控制单元在(d)预加压步骤期间，将来自在预加压期间的吸附筒的所述排气流动路径打开/关闭单元控制为关闭状态。
3.根据权利要求1或2所述的氧气浓缩器，其中，所述流动路径打开/关闭控制单元在(b)和(e)压力均衡步骤期间，将所述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。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的氧气浓缩器，其中，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，控制在加压吸附期间的吸附筒中产生的浓缩氧气气体的一部分冲洗到减压解吸期间的吸附筒。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的氧气浓缩器，其中，所述流动路径打开/关闭控制单元在(c)减压解吸步骤期间，将所述连通流动路径打开/关闭单元控制为关闭状态。
6.根据权利要求5所述的氧气浓缩器，其中，所述流动路径打开/关闭控制单元在(b)和(e)压力均衡步骤期间，将所述连通流动路径打开/关闭单元控制为打开状态。
7.一种氧气浓缩器的控制方法，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，所述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，
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，
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；
压力均衡步骤，均衡所述多个吸附筒中的压力；
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；
预加压步骤，预先开始对已经减压的吸附筒的加压；和
压力均衡步骤，均衡所述多个吸附筒中的压力，以及
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。
8.一种氧气浓缩器的控制程序，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，所述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，
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，
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的末端提取未吸附的氧气的过程(加压吸附过程)；
均衡所述多个吸附筒中的压力的过程(压力均衡过程)；
对所述吸附筒减压、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)；
预先开始对已经减压的吸附筒加压的过程(预加压过程)；和
均衡所述多个吸附筒中的压力的过程(压力均衡过程)，以及
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。
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