ES2989939T3

ES2989939T3 - Concentrador de gas oxígeno con acumulador de salida

Info

Publication number: ES2989939T3
Application number: ES17729609T
Authority: ES
Inventors: Todd Allum; Gary MCGAHA
Original assignee: Inogen Inc
Current assignee: Inogen Inc
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2024-11-28
Anticipated expiration: 2037-05-24
Also published as: US12434032B2; US20210016044A1; WO2017205542A1; US20180001048A1; US20170340851A1; US11964105B2; US20240216636A1; US10792453B2; DK3463538T3; EP3463538A1; EP3463538B1

Abstract

Un concentrador de oxígeno (130) comprende un tanque de producto (249) que está acoplado de manera fluida a al menos un lecho de tamiz (221, 222), y un tanque acumulador de gas de producto (247) que está acoplado de manera fluida al tanque de producto a través de un primer conducto y a un puerto de salida a través de un segundo conducto, en donde el primer conducto y el segundo conducto están dispuestos para permitir que al menos una porción del gas de producto fluya desde el tanque de producto al puerto de salida a través del tanque acumulador. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Concentrador de gas oxígeno con acumulador de salida

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a dispositivos médicos y, más específicamente, a un concentrador de gas oxígeno con un acumulador de salida.

Descripción de las técnicas relacionadas

US 2013/205997 divulga un método para operar una planta de producciónin situde gases medicinales. US 2015/107585 divulga un concentrador de oxígeno configurado para suministrar oxígeno a presiones más bajas o más altas. US 2002/053286 divulga un sistema de suministro total de concentración de oxígeno para suministrar oxígeno concentrado a usuarios finales con diversos requisitos de capacidad de oxígeno. US 2002/038656 divulga un pequeño aparato de enriquecimiento de oxígeno que puede suministrar gas enriquecido con oxígeno a una alta tasa de flujo sin transmitir sensaciones antinaturales al usuario.

La oxigenoterapia es el tratamiento estándar para muchos pacientes con enfermedades pulmonares en las etapas inicial y media. En particular, a las personas con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (COPD, por sus siglas en inglés), la tercera causa de muerte en Estados Unidos, se les prescribe oxigenoterapia para aumentar la saturación de oxígeno en sangre. En muchos casos, los pacientes con COPD también se pueden beneficiar de una mejor ventilación de los pulmones para ayudar a evacuar los niveles elevados de dióxido de carbono. Sin embargo, debido al elevado coste y al gran tamaño de los ventiladores mecánicos tradicionales, a tales pacientes generalmente no se les prescribe terapia ventilatoria hasta que están hospitalizados o en las últimas etapas de la enfermedad, a pesar de que tanto la terapia ventilatoria como la ventilación con oxigenoterapia han demostrado ser terapias beneficiosas para los pacientes con COPD (con beneficios cada vez mayores, respectivamente). En consecuencia, se ha estudiado el uso de concentradores de oxígeno junto con ventiladores mecánicos como medio para reducir el coste de la ventilación con oxigenoterapia.

Sin embargo, los concentradores de oxígeno generalmente no son adecuados para el acoplamiento directo con ventiladores mecánicos. Específicamente, los ventiladores generalmente requieren una fuente de gas que pueda proporcionar una tasa de flujo espontáneo de más de 100 litros por minuto (LPM) para proporcionar una terapia de ventilación adecuada durante un esfuerzo inspiratorio, mientras que un concentrador de oxígeno típico puede proporcionar una tasa de flujo continuo del orden de solamente aproximadamente 1 a 10 LPM. Por consiguiente, un concentrador de oxígeno convencional es típicamente incapaz de satisfacer los grandes requisitos de tasa de flujo espontáneo de un ventilador típico que se está usando para asistir los esfuerzos inspiratorios de un paciente. Entre otras cosas, se puede producir el agotamiento del tanque de producto en el concentrador de oxígeno. El agotamiento del tanque de producto, en el que la presión del gas de producto en el tanque de producto cae por debajo de una presión objetivo mínima, reduce la tasa de flujo esperada del gas de producto suministrado al ventilador, lo cual es altamente indeseable.

Para prevenir el agotamiento del tanque de producto cuando se usa un concentrador de oxígeno junto con un ventilador, se puede elevar la presión de operación del tanque de producto. Con la mayor presión del tanque de producto, hay más gas de producto disponible para cada esfuerzo inspiratorio del paciente. Sin embargo, una mayor presión del tanque de producto exige mucho más al compresor del concentrador de oxígeno, lo que resulta en una mayor disipación de calor y ruido, un mayor gasto energético y una menor vida útil del compresor.

Alternativamente, el tanque de producto del concentrador de oxígeno se puede aumentar de tamaño de modo tal que haya más gas de producto disponible para cada esfuerzo inspiratorio del paciente. Sin embargo, un tanque de producto más grande generalmente resulta en un concentrador de oxígeno más pesado y caro que un concentrador de oxígeno convencional. Asimismo, aunque el mayor tamaño del tanque de producto teóricamente hace que haya más gas de producto disponible para cada esfuerzo inspiratorio del paciente, en la práctica la caída de presión en el sistema entre el tanque de producto y la salida del concentrador previene que la capacidad añadida del tanque de producto mantenga una presión de salida constante a lo largo de los esfuerzos inspiratorios del paciente.

Como ilustra lo anterior, lo que se necesita en la técnica son formas más efectivas de interfase entre los concentradores de oxígeno y los ventiladores mecánicos.

US 2012/272966 A1 divulga un dispositivo de enriquecimiento de oxígeno de tipo adsorción por oscilación de presión con cilindros de adsorción, un tanque de producto, una válvula reguladora de presión/medios de ajuste de flujo y un humidificador. U

US 5720276 A divulga un aparato para generar y suministrar un gas enriquecido con oxígeno a un paciente, que tiene un adsorbedor de nitrógeno, un tanque de oxígeno, una válvula reguladora de presión, reductores de flujo ajustables, un humidificador, un orificio y un tanque acumulador.

US 5924419 A divulga un sistema para generar y suministrar un gas agotado de oxígeno a un paciente, que tiene cartuchos de tamiz, un tanque de compensación y una bolsa de respiración.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La invención se define por el objeto de las reivindicaciones adjuntas.

Al menos una ventaja del diseño divulgado es que un concentrador de oxígeno se puede conectar a un ventilador mecánico y proporcionar un flujo más constante de gas de producto al ventilador mecánico en relación con los diseños de técnicas anteriores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para que la manera en que los atributos de la presente invención recitados anteriormente pueden ser entendidos en detalle, una descripción más particular de la invención, brevemente resumida anteriormente, se puede tener como referencia a las realizaciones, algunas de las cuales se ilustran en los dibujos adjuntos. Cabe señalar, sin embargo, que los dibujos adjuntos ilustran solamente realizaciones típicas y, por lo tanto, no se deben considerar limitantes de su alcance, ya que la invención reivindicada puede admitir otras realizaciones igualmente efectivas.

La Figura 1A es un diagrama de bloques de un sistema de oxigenoterapia, de acuerdo con diversas realizaciones.

La Figura 1B es un diagrama de bloques de un sistema de oxigenoterapia, de acuerdo con otras diversas realizaciones.

La Figura 2 es una ilustración esquemática más detallada del concentrador de oxígeno de las Figuras 1A y 1B, de acuerdo con diversas realizaciones de la presente invención.

La Figura 3 es un gráfica que ilustra la presión en varias ubicaciones dentro de un concentrador de oxígeno convencional de la Figura 1B cuando el concentrador de oxígeno está acoplado fluidamente al dispositivo de suministro de presión ambiental de la Figura 1B, de acuerdo con diversas realizaciones de la invención.

La Figura 4 es una gráfica que ilustra la presión en varias ubicaciones dentro de un concentrador de oxígeno convencional a medida que el concentrador de oxígeno convencional suministra un volumen intermitente de gas enriquecido con oxígeno a un dispositivo de ventilación respiratoria.

La Figura 5 es una gráfica que ilustra la presión en diversas ubicaciones dentro del concentrador de oxígeno de la Figura 2 a medida que el concentrador de oxígeno proporciona un volumen intermitente de gas enriquecido con oxígeno a un dispositivo de ventilación respiratoria, de acuerdo con diversas realizaciones de la invención.

La Figura 6 es una gráfica que ilustra la presión en diversas ubicaciones dentro del concentrador de oxígeno de la Figura 2 a medida que el concentrador de oxígeno proporciona un flujo constante de gas enriquecido con oxígeno a un dispositivo de suministro a presión ambiental, de acuerdo con diversas realizaciones de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

En la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión más completa de las realizaciones de la presente invención. Sin embargo, será evidente para un experto en la técnica que las realizaciones de la presente invención se pueden practicar sin uno o más de estos detalles específicos, siempre que la materia resultante esté dentro del alcance de las reivindicaciones.

Los concentradores de oxígeno fijos y portátiles emplean comúnmente un proceso denominado adsorción por oscilación de presión (PSA, por sus siglas en inglés) para aumentar la concentración de oxígeno del aire ambiental entrante antes de suministrar el aire al paciente. Por lo general, la concentración de oxígeno suministrada está entre 90 y 96 %, debido a la eficiencia del concentrador y a los elementos constituyentes restantes en el aire que no se adsorben en el proceso. Los concentradores de oxígeno fijos y la mayoría de los portátiles usan el proceso PSA para suministrar un flujo constante de oxígeno al paciente, típicamente de 1 a 5 LPM, y en algunos casos hasta 10 LPM

Como se ha indicado anteriormente, la tasa de flujo continuo de los concentradores de oxígeno es generalmente demasiado baja para servir como única fuente de gas para los ventiladores mecánicos convencionales: los ventiladores típicos requieren una fuente de gas de suministro que pueda proporcionar una tasa de flujo de aproximadamente 100 LPM para proporcionar una terapia de ventilación adecuada durante una inhalación. Sin embargo, los ventiladores que usan la tecnología de arrastre solamente requieren aproximadamente 20 LPM de flujo de la fuente de gas del ventilador durante una inhalación para proporcionar 100 LPM de soporte de ventilación. Para un ventilador intermitente espontáneo, el volumen promedio suministrado por la fuente de gas (volumen minuto) se basa en el flujo durante la inhalación, el periodo de suministro de la inhalación y la frecuencia respiratoria del paciente. Los requisitos de volumen de gas fuente por minuto de un ventilador que usa la tecnología de arrastre típicamente son de 1 a 5 LPM, que está dentro de la tasa de flujo continuo que proporcionan la mayoría de los concentradores de oxígeno estacionarios.

De acuerdo con realizaciones de la invención, la salida de un concentrador de oxígeno, es decir, gas de producto enriquecido con oxígeno, se conecta fluidamente a un dispositivo de ventilación respiratoria, facilitando así la oxigenoterapia y ventilación. Asimismo, para cumplir y mantener un flujo de oxígeno operativo objetivo para el dispositivo de ventilación respiratoria, el concentrador de oxígeno incluye un tanque acumulador que está dispuesto en o cerca de un puerto de salida del concentrador de oxígeno. El tanque acumulador está configurado para prevenir el agotamiento del tanque de producto en el concentrador de oxígeno durante la elevada demanda de gas de producto del dispositivo de ventilación respiratoria que se produce durante cada esfuerzo inspiratorio del paciente, asegurando por lo mismo que el gas de producto se suministra al dispositivo de ventilación respiratoria a una tasa de flujo constante. Específicamente, el tanque acumulador está configurado para almacenar temporalmente gas de producto entre cada esfuerzo inspiratorio del paciente y para suministrar el gas de producto almacenado a una tasa de flujo constante durante cada esfuerzo inspiratorio del paciente. Como resultado, se reducen las oscilaciones de presión en el tanque de producto del concentrador de oxígeno en respuesta a la demanda de gas de producto del dispositivo de ventilación respiratoria, y se previene el agotamiento del tanque de producto.

La Figura 1A es un diagrama de bloques de un sistema de oxigenoterapia-ventilación 100, de acuerdo con diversas realizaciones. El sistema de oxigenoterapia-ventilación 100 está configurado para proporcionar simultáneamente oxigenoterapia y terapia de ventilación a un paciente 101, e incluye un dispositivo de ventilación respiratoria 120 y un concentrador de oxígeno 130. Como se muestra, una salida 131 del concentrador de oxígeno 130 se acopla fluidamente a una entrada 121 del dispositivo de ventilación respiratoria 120, de modo tal que el dispositivo de ventilación respiratoria 120 proporciona gas de inhalación 123 enriquecido con oxígeno al paciente 101 durante la terapia de ventilación.

El dispositivo de ventilación respiratoria 120 puede ser cualquier ventilador respiratorio técnicamente viable capaz de mover aire respirable hacia los pulmones del paciente 101. Así, el dispositivo de ventilación respiratoria 120 facilita la respiración del paciente 101, que puede ser físicamente incapaz de respirar, o puede estar respirando insuficientemente. El gas de inhalación 123 se puede suministrar desde el dispositivo de ventilación respiratoria 120 al paciente 101 por una máscara nasal, cánula nasal, intubación o similar.

En algunas realizaciones, el dispositivo de ventilación respiratoria 120 está configurado para emplear arrastre de aire ambiental en el suministro de gas de inhalación 123 al paciente 101. En tales realizaciones, el dispositivo de ventilación respiratoria 120 proporciona directamente un gas fuente 122 que es solamente una porción del gas de inhalación 123 inhalado por el paciente 101. La porción restante del gas de inhalación 123 es aire ambiental 124, que ha sido arrastrado por el gas fuente 122. En general, el gas fuente 122 es típicamente una porción relativamente pequeña del gas de inhalación 123, por ejemplo, entre aproximadamente 10 % y 50 % del gas de inhalación 123. Así, cuando el requisito de tasa de flujo instantáneo para el dispositivo de ventilación respiratoria 120 durante una inhalación por parte del paciente 101 es, por ejemplo, de 100 LPM, el requisito de tasa de flujo instantáneo para el gas de inhalación 123 es también de 100 LPM, mientras que el requisito de tasa de flujo instantáneo para el gas fuente 122 es solamente de aproximadamente 10 a 30 LPM. En tales realizaciones, la mayor parte o la totalidad del gas fuente 122 puede ser suministrado por el concentrador de oxígeno 130 como gas de producto 132 enriquecido con oxígeno. Alternativamente, el gas fuente 122 puede incluir una combinación de un gas de producto 132 enriquecido con oxígeno y aire ambiental que se mezcla con el gas de producto 132 enriquecido con oxígeno.

El concentrador de oxígeno 130 está configurado para producir gas de producto 132 enriquecido con oxígeno para proporcionar oxigenoterapia al paciente 101. Así, el paciente 101 recibe tanto terapia de ventilación mediante el dispositivo de ventilación respiratoria 120 como oxigenoterapia. De acuerdo con diversas realizaciones, el concentrador de oxígeno 130 puede emplear cualquier proceso de concentración de oxígeno técnicamente viable para proporcionar gas de producto 132 enriquecido con oxígeno. Por ejemplo, el concentrador de oxígeno 130 se puede configurar para emplear un proceso de adsorción por oscilación de presión (PSA), un proceso de adsorción por oscilación de presión rápida (RPSA, por sus siglas en inglés), un proceso de adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA, por sus siglas en inglés), o cualquier otro proceso derivado de los mismos. En cada caso, el concentrador de oxígeno 130 está configurado para proporcionar una tasa de flujo objetivo de gas de producto 132 para cada esfuerzo inspiratorio del paciente 101. Para ello, 130 está configurado con un tanque acumulador, como se describe a continuación en relación con la Figura 2.

En algunas realizaciones, el concentrador de oxígeno 130 está configurado como un concentrador de oxígeno convencional semiportátil (con ruedas) o no portátil (estacionario), por ejemplo, para usar en un entorno doméstico u hospitalario. En otras realizaciones, el concentrador de oxígeno 130 es un concentrador de oxígeno portátil, tal como un dispositivo configurado para ser transportado en una mochila. En tales realizaciones, el dispositivo de ventilación respiratoria 120 también se puede configurar como un dispositivo portátil o ultraportátil.

La Figura 1B es un diagrama de bloques de un sistema de oxigenoterapia 150, de acuerdo con otras diversas realizaciones. El sistema de oxigenoterapia 150 está configurado para proporcionar oxigenoterapia a un paciente 101 sin terapia de ventilación, e incluye el concentrador de oxígeno 130. Como se muestra, la salida 131 del concentrador de oxígeno 130 está acoplada fluidamente a un dispositivo de suministro a presión ambiental 140, tal como una cánula nasal, una mascarilla nasal o cualquier otro dispositivo configurado para suministrar oxígeno suplementario al paciente 101 a presión ambiental. Durante la operación, el sistema de oxigenoterapia 150 suministra gas de producto 132 enriquecido con oxígeno directamente al paciente 101 mediante un flujo continuo de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno a través del dispositivo de suministro a presión ambiental 140.

La Figura 2 es una ilustración esquemática más detallada del concentrador de oxígeno 130, de acuerdo con diversas realizaciones de la presente invención. Como se ha indicado anteriormente, el concentrador de oxígeno 130 está configurado para producir un gas de producto enriquecido con oxígeno para un paciente que está recibiendo oxigenoterapia-ventilación mediante el sistema de oxigenoterapia-ventilación 100 o que está recibiendo oxigenoterapia mediante el sistema de oxigenoterapia 150. Tal como tal, el concentrador de oxígeno 130 incluye una etapa de generación de gas de producto 210, una etapa de suministro de gas de producto 240 y un controlador 250. La etapa de generación de gas de producto 210 está configurada para generar un gas de producto, tal como el gas de producto 132 enriquecido con oxígeno, y la etapa de suministro de gas de producto 240 está configurada para almacenar y suministrar el gas de producto al paciente 101, ya sea mediante el dispositivo de ventilación respiratoria 120 o el dispositivo de suministro a presión ambiental 140.

En la realización del concentrador de oxígeno 130 ilustrado en la Figura 2, la etapa de generación de gas de producto 210 incluye, sin limitación, un filtro de entrada 201, una bomba 202 y, en algunas realizaciones, una bomba de vacío 203, todo conectado mediante tuberías neumáticas 204, como se muestra en la Figura 2. La etapa de generación de gas de producto 210 incluye además un primer lecho de tamiz 221 y un segundo lecho de tamiz 222, conectados entre sí fluidamente por un orificio de ecualización 223. El primer lecho de tamiz 221 y el segundo lecho de tamiz 222 están configurados cada uno para eliminar el nitrógeno del aire presente en el mismo, de modo tal que el gas de producto que sale del primer lecho de tamiz 221 o del segundo lecho de tamiz 222 es un gas enriquecido con oxígeno. El primer lecho de tamiz 221 y el segundo lecho de tamiz 222 incluyen cada uno un material adsorbente de nitrógeno, tal como una zeolita adsorbente de nitrógeno. En consecuencia, a medida que el aire fluye hacia uno de los dos lechos de tamiz 221 o 222, el aire pasa a través del material adsorbente de nitrógeno, una porción significativa del nitrógeno es adsorbido y el gas restante en el lecho de tamiz es principalmente oxígeno. Este gas enriquecido con oxígeno puede fluir posteriormente a un tanque de producto 249.

La etapa de generación de gas de producto 210 incluye además, sin limitación, una válvula de llenado del primer lecho de tamiz 231 acoplada a una entrada del primer lecho de tamiz 221, una válvula de descarga del primer lecho de tamiz 232 acoplada fluidamente a una salida del primer lecho de tamiz 221, una válvula de llenado del segundo lecho de tamiz 233 acoplada a una entrada del segundo lecho de tamiz 222, y una válvula de descarga del segundo lecho de tamiz 234 acoplada fluidamente a una salida del segundo lecho de tamiz 222. La válvula de llenado del primer lecho de tamiz 231 es una válvula controlable que permite selectivamente la entrada de aire o de cualquier otro gas adecuado en el primer lecho de tamiz 221. La válvula de descarga del primer lecho de tamiz 232 es una válvula controlable que permite selectivamente que el gas presente en el primer lecho de tamiz 221 salga del primer lecho de tamiz 221 cuando se encuentra a una presión superior a la ambiental. La válvula de llenado del segundo lecho de tamiz 233 y la válvula de descarga del segundo lecho de tamiz 234 operan similarmente con respecto al segundo lecho de tamiz 222.

En la realización del concentrador de oxígeno 130 ilustrado en la Figura 2, la etapa de suministro de gas de producto 240 incluye el tanque de producto 249, que está conectado fluidamente al primer lecho de tamiz 221 y al segundo lecho de tamiz 222, una primera válvula de retención 235 y una segunda válvula de retención 236. La primera válvula de retención 235 está situada entre el primer lecho de tamiz 221 y el tanque de producto 249, y está configurada para prevenir que el flujo o la presión salgan del tanque de producto 249 y entren en el primer lecho de tamiz 221. Similarmente, la segunda válvula de retención 236 está situada entre el segundo lecho de tamiz 222 y el tanque de producto 249 y está configurada para prevenir que el flujo o la presión salgan del tanque de producto 249 y entren en el segundo lecho de tamiz 222.

La etapa de suministro de gas de producto 240 incluye además uno o más de un dispositivo de medición de presión del tanque 241, un regulador de presión 242, un dispositivo de medición de flujo 243, un sensor de oxígeno 244, un dispositivo manual de control de flujo 245, tal como un orificio ajustable, un filtro de salida 246, y un tanque acumulador 247, cada uno dispuesto cadena abajo del tanque de producto 249, como se muestra. El dispositivo de medición de presión del tanque 241 mide la presión actual en el tanque de producto 249 y transmite la presión medida al controlador 210. El regulador de presión 242 está situado cadena abajo del tanque de producto 249, y está configurado para regular la presión más alta del tanque de producto hasta una presión de suministro objetivo en una porción cadena abajo de la etapa de suministro de gas de producto 240. Así, el gas de producto 132 enriquecido con oxígeno que está a la presión actual del tanque de producto fluye desde un primer conducto u otra etapa de suministro de gas de producto 240, a través del regulador de presión 242, para entrar en un segundo conducto u otra porción de la etapa de suministro de gas de producto 240 a la presión de suministro objetivo. Por ejemplo, uno de tales objetivos de presión de suministro puede ser una presión de entrada máxima que se recomienda para operar correctamente el dispositivo de ventilación respiratoria 120. El dispositivo de medición de flujo 243 mide el flujo de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno y transmite el flujo medido al controlador 210, y el sensor de oxígeno 244 mide la concentración actual de oxígeno del gas de producto 132 enriquecido con oxígeno y transmite la concentración de oxígeno medida al controlador 210. El dispositivo manual de control de flujo 245 controla la tasa de flujo continuo del gas de producto 132 enriquecido con oxígeno cuando el concentrador de oxígeno 130 está acoplado al dispositivo de suministro a presión ambiental 140. En algunas realizaciones, el dispositivo manual de control de flujo 245 incluye un orificio ajustable, tal como un rotámetro acoplado a una válvula de aguja. El filtro de salida 246 elimina las partículas del gas de producto 132 enriquecido con oxígeno antes de su suministro al paciente 101.

El tanque acumulador 247 es un recipiente de almacenamiento configurado para almacenar cierta cantidad de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno durante la operación del concentrador de oxígeno 130. Como se ha expuesto anteriormente, cuando la salida 131 del concentrador de oxígeno 130 está acoplada fluidamente al dispositivo de ventilación respiratoria 120, el tanque acumulador 247 está configurado para almacenar temporalmente gas de producto 132 enriquecido con oxígeno entre cada esfuerzo inspiratorio del paciente y para suministrar el gas de producto almacenado a una tasa de flujo constante durante cada esfuerzo inspiratorio del paciente. En consecuencia, se puede prevenir el agotamiento del tanque de producto en el concentrador de oxígeno 130 durante la elevada demanda de gas de producto que se puede producir durante cada esfuerzo inspiratorio del paciente, asegurando por lo mismo que el gas de producto se suministra al dispositivo de ventilación respiratoria 120 a una tasa de flujo constante. La prevención del agotamiento del tanque de producto se describe con más detalle a continuación junto con la Figura 5. Por el contrario, cuando la salida 131 del concentrador de oxígeno 130 se acopla fluidamente al dispositivo de suministro de presión ambiental 140, la presión en el tanque acumulador 247 generalmente decae hasta aproximadamente la presión ambiental más cualquier caída de presión asociada con el flujo de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno hacia y a través del dispositivo de suministro de presión ambiental 140.

En algunas realizaciones no de acuerdo con la invención como se reivindica, el tanque acumulador 247 está configurado como un recipiente a presión de volumen constante que almacena gas de producto 132 enriquecido con oxígeno, tal como un cilindro metálico y similares. En tales realizaciones, la demanda de volumen del dispositivo de ventilación respiratoria 120 resulta en una caída de presión en el tanque acumulador 247 a medida que el gas de producto 132 enriquecido con oxígeno sale del tanque acumulador 247 para satisfacer la demanda de volumen. En todas las realizaciones de acuerdo con la invención como se reivindica, el tanque acumulador 247 está configurado como un recipiente de almacenamiento de presión constante/volumen variable que mantiene una presión constante o sustancialmente constante en el mismo incluso cuando el gas de producto 132 enriquecido con oxígeno sale del tanque acumulador 247. En tal realización, el tanque acumulador 247 está configurado como un globo acumulador que incluye una membrana elástica o está formado de un material elástico. En otra realización tal, el tanque acumulador 247 está configurado como un cilindro de presión constante u otro recipiente a presión con un pistón móvil accionado por un resorte o presión neumática para ejercer una presión sustancialmente constante sobre el gas almacenado en el mismo. El cilindro de presión constante puede mantener una presión sustancialmente constante en el gas almacenado en el mismo en un amplio rango de volúmenes, proporcionando por lo mismo una presión de suministro constante al dispositivo de ventilación respiratoria 120.

El controlador 250 está acoplado a una o más de la válvula de llenado del primer lecho de tamiz 231, la válvula de descarga del primer lecho de tamiz 232, la válvula de llenado del segundo lecho de tamiz 233, la válvula de descarga del segundo lecho de tamiz 234 y cualquier sensor incluido en el concentrador de oxígeno 130. El controlador 250 puede ser cualquier procesador adecuado implementado como una unidad central de proceso (CPU, por sus siglas en inglés), un circuito integrado de aplicación específica (ASIC, por sus siglas en inglés), una matriz de compuertas programables en campo (FPGA, por sus siglas en inglés), cualquier otro tipo de unidad de proceso o una combinación de diferentes unidades de proceso. En general, el controlador 250 puede ser cualquier unidad de hardware técnicamente viable capaz de procesar señales de entrada u otros datos y/o ejecutar aplicaciones de software para facilitar la operación del concentrador de oxígeno 130 como se describe en la presente. Asimismo, en algunas realizaciones, el controlador 250 puede incluir una memoria 251. La memoria 251 puede incluir memoria volátil, tal como un módulo de memoria de acceso aleatorio (RAM, por sus siglas en inglés), y memoria no volátil, tal como una unidad de memoria Flash, una memoria de solamente lectura (ROM, por sus siglas en inglés), o cualquier otro tipo de unidad de memoria o combinación de las mismas adecuada para usar en el controlador 250. En tales realizaciones, la memoria 251 está configurada para almacenar cualesquiera instrucciones, programas de software, sistema operativo, controladores, y similares, que faciliten la operación del controlador 250 y cualesquiera procesadores que constituyan el controlador 250.

En operación, el concentrador de oxígeno 130 genera gas de producto 132 enriquecido con oxígeno mediante un proceso que incluye una fase de llenado para cada uno de los lechos de tamiz 221 y 222, una fase de descarga para cada uno de los lechos de tamiz 221 y 222, y una fase de ecualización. La fase de llenado del primer lecho de tamiz 221 se produce simultáneamente con la fase de descarga del segundo lecho de tamiz 222, mientras que la fase de llenado del segundo lecho de tamiz 222 se produce simultáneamente con la fase de descarga del primer lecho de tamiz 221. Por el contrario, la fase de ecualización para el primer lecho de tamiz 221 y la fase de ecualización para el segundo lecho de tamiz 221 se producen simultáneamente.

La Figura 3 es una gráfica que ilustra la presión en varias ubicaciones dentro de un concentrador de oxígeno convencional mientras el concentrador de oxígeno está acoplado fluidamente al dispositivo de suministro de presión ambiental 140 y suministra un flujo constante de gas enriquecido con oxígeno, de acuerdo con diversas realizaciones. Así, el concentrador de oxígeno convencional suministra un flujo constante de un gas 132 enriquecido con oxígeno, por ejemplo, al paciente 101 de la Figura 1. El concentrador de oxígeno convencional puede ser sustancialmente similar al concentrador de oxígeno 130, excepto sin el tanque acumulador 247. El proceso por el cual el concentrador de oxígeno convencional proporciona el gas enriquecido con oxígeno incluye una fase de ecualización 301, una primera fase de descarga/llenado 302 y una segunda fase de descarga/llenado 303. Durante la fase de ecualización 301, la primera fase de descarga/llenado 302 y la segunda fase de descarga/llenado 303, se representan la presión del tanque de producto 321, la presión del primer lecho de tamiz 322 y la presión del segundo lecho de tamiz 323. Además, se muestran los accionamientos de la válvula de llenado del primer lecho de tamiz 231 y de la válvula de llenado del segundo lecho de tamiz 233. También se representa en la Figura 3 un primer tiempo de llenado 302A, en el que el tanque de producto 249 se llena desde el primer lecho de tamiz 221, y un segundo tiempo de llenado 303A, en el que el tanque de producto 249 se llena desde el segundo lecho de tamiz 222. Se observa que la fase de llenado del primer lecho de tamiz 221 y la fase de descarga del segundo lecho de tamiz 222 se llevan a cabo durante la primera fase de descarga/llenado 302, mientras que la fase de llenado del segundo lecho de tamiz 222 y la fase de descarga del primer lecho de tamiz 221 tienen lugar durante la segunda fase de descarga/llenado 303.

En la fase de llenado del primer lecho de tamiz 221 (es decir, la primera fase de descarga/llenado 302), la salida de la bomba 202, controlada por la válvula de llenado del primer lecho de tamiz 231 y la válvula de llenado del segundo lecho de tamiz 233, se dirige al primer lecho de tamiz 221, en el que se elimina el nitrógeno y se forma un gas enriquecido con oxígeno. Como resultado, la presión en el primer lecho de tamiz 221 aumenta como se muestra. Cuando la presión en el primer lecho de tamiz 221 aumenta hasta un nivel igual a la presión en el tanque de producto 249, comienza el primer tiempo de llenado 302A. Es decir, la presión del primer lecho de tamiz 322 es igual a la presión del tanque de producto 321, la válvula de retención correspondiente (es decir, la primera válvula de retención 235) se abre, el gas enriquecido con oxígeno del primer lecho de tamiz 221 entra en el tanque de producto 249 y la presión del tanque de producto 249 aumenta en paralelo e igual a la presión del primer lecho de tamiz 221, como se muestra.

La fase de descarga del segundo lecho de tamiz 222 también se lleva a cabo durante la primera fase de descarga/llenado 302 (y simultáneamente con la fase de llenado del primer lecho de tamiz 221 descrita anteriormente). En la fase de descarga para el segundo lecho de tamiz 222, la válvula de descarga del segundo lecho de tamiz 234 se abre hacia el ambiente, de modo tal que el nitrógeno acumulado dentro del segundo lecho de tamiz 222 se descarga y la presión en el segundo lecho de tamiz disminuye como se muestra.

Se observa que, a medida que la bomba 202 llena el primer lecho de tamiz 221 y la presión en el mismo supera la presión en el segundo lecho de tamiz 222, una porción del gas enriquecido con oxígeno formado en el primer lecho de tamiz 221 fluye hacia el segundo lecho de tamiz 222 mediante el orificio de ecualización 223. Como resultado, se facilita la eliminación del nitrógeno del segundo lecho de tamiz 222, que se encuentra en la fase de descarga. Se observa además que la tasa a la que aumenta la presión del primer lecho de tamiz 221 es función de múltiples factores, entre los que se incluyen, sin limitación: las características del flujo de la bomba 202; el volumen del primer lecho de tamiz 221; el tamaño del orificio de ecualización 223 y, una vez que la presión del primer lecho de tamiz 221 es igual a la presión del tanque de producto 249, el volumen del tanque de producto 249.

Después de que el lecho de tamiz que se está llenando actualmente, es decir, el primer lecho de tamiz 221, se satura con nitrógeno o se aproxima a la saturación, se realiza la fase de ecualización 301, es decir, la fase de ecualización 301 que ocurre entre la primera fase de descarga/llenado 302 y la segunda fase de descarga/llenado 303. La fase de ecualización 301 comienza cuando la válvula de llenado del primer lecho de tamiz 231 y la válvula de llenado del segundo lecho de tamiz 233 se abren, mientras que la válvula de descarga del primer lecho de tamiz 232 y la válvula de descarga del segundo lecho de tamiz 234 se cierran. Como resultado, la presión en el primer lecho de tamiz 221 y el segundo lecho de tamiz 222 se iguala mediante el orificio de ecualización 223, de modo tal que la presión en lo que era el lecho de tamiz de llenado (es decir, el primer lecho de tamiz 221) se usa para aumentar rápidamente la presión en lo que era el lecho de tamiz de no llenado (es decir, el segundo lecho de tamiz 222). Durante este paso de ecualización 301, el primer lecho de tamiz 221 y el segundo lecho de tamiz 222 reciben aire de la bomba 202 sin que se produzca ningún escape de gases.

Una vez finalizada la fase de ecualización 301, comienza la segunda fase de descarga/llenado 303, en la que el primer lecho de tamiz 221 se descarga al ambiente mediante la válvula de descarga del primer lecho de tamiz 232, y el segundo lecho de tamiz 222 se llena mediante la válvula de llenado del segundo lecho de tamiz 233. Posteriormente, el proceso descrito se repite y alterna entre el primer lecho de tamiz 221 y el segundo lecho de tamiz 222 para cargar cíclicamente el tanque de producto 249 con un gas enriquecido con oxígeno, tal como el gas de producto 132 enriquecido con oxígeno de la Figura 1.

En resumen, la Figura 3 muestra las formas de onda de presión del primer lecho de tamiz 221, el segundo lecho de tamiz 222 y el tanque de producto 249 cuando el concentrador de oxígeno convencional suministra un flujo constante de gas enriquecido con oxígeno mediante el proceso de concentrador de oxígeno PSA descrito anteriormente. El perfil en dientes de sierra de la presión del tanque de producto 321 muestra el aumento de la presión de llenado desde uno del primer lecho de tamiz 221 y el segundo lecho de tamiz 222, y la subsecuente reducción lineal de la presión durante el vaciado debido al suministro de flujo constante del gas enriquecido con oxígeno desde el tanque de producto 249. La tasa de decaimiento (pendiente) 305 en la presión del tanque de producto 321 cuando no se está llenando es una función del volumen del tanque de producto 249 y de la tasa de flujo a la que se suministra el gas enriquecido con oxígeno desde el tanque de producto 249. Por ejemplo, cuando tal tasa de flujo se reduce, la pendiente 305 se vuelve menos negativa.

Cabe señalar que el aumento de la presión del tanque de producto 321 continúa hasta que finaliza una fase de descarga/llenado, y la duración de cada fase de descarga/llenado se establece generalmente como un tiempo de ciclo predeterminado. Alternativamente, el controlador 250 está configurado para ajustar el rango de mínimo a máximo de la presión del tanque de producto 321 durante la operación para una tasa de flujo de producto particular (es decir, pendiente 305) ajustando una salida de control en el concentrador de oxígeno convencional para modificar la operación del concentrador de oxígeno convencional. Por ejemplo, el controlador 250 puede ajustar el tiempo de una o más válvulas en el concentrador de oxígeno convencional, o puede ajustar una salida de la bomba 202 en el concentrador de oxígeno 130. Así, la presión máxima del tanque de producto 321 puede ser incrementada por el controlador 250, aumentando por lo mismo la cantidad de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno que se almacena en el tanque de producto 249.

De acuerdo con las realizaciones, la salida del concentrador de oxígeno 130, como se muestra en la Figura 1A, se puede conectar fluidamente al dispositivo de ventilación respiratoria 120, que no proporciona un flujo constante de gas de inhalación 123 al paciente 101. En su lugar, el dispositivo de ventilación respiratoria 120 suministra gas de inhalación 123 al paciente 101 intermitentemente, típicamente en respuesta a un esfuerzo inspiratorio del paciente 101. Como resultado, el gas de producto 132 enriquecido con oxígeno se suministra desde el tanque de producto 249 del concentrador de oxígeno 130 en pulsos intermitentes, en lugar de a una tasa de flujo constante. En consecuencia, las formas de onda de presión del primer lecho de tamiz 221, del segundo lecho de tamiz 222 y del tanque de producto 249 del concentrador de oxígeno 130 se comportan diferentemente a la representada en la Figura 3. Tal comportamiento se ilustra en la Figura 4.

La Figura 4 es una gráfica que ilustra la presión en varias ubicaciones dentro de un concentrador de oxígeno convencional mientras el concentrador de oxígeno proporciona un volumen intermitente de gas enriquecido con oxígeno al dispositivo de ventilación respiratoria 120. El concentrador de oxígeno convencional puede ser sustancialmente similar al concentrador de oxígeno 130, excepto sin el tanque acumulador 247. El proceso por el que tal concentrador de oxígeno proporciona gas de producto 132 enriquecido con oxígeno puede ser sustancialmente similar al por el que el concentrador de oxígeno 130 suministra un flujo constante, e incluye la fase de ecualización 301, la primera fase de descarga/llenado 302 y la segunda fase de descarga/llenado 303. Sin embargo, como se muestra en la Figura 4, en un escenario de suministro espontáneo, el comportamiento de la forma de onda de presión del tanque de producto 321 puede ser significativamente diferente que en el escenario de suministro de caudal constante ilustrado en la Figura 3. En un escenario de suministro espontáneo, el dispositivo de ventilación respiratoria 120 suministra espontánea e intermitentemente gas de inhalación 123, que incluye gas enriquecido con oxígeno 132 del tanque de producto 249 del concentrador de oxígeno 120. En tal escenario de suministro espontáneo, el comportamiento de la forma de onda de presión del tanque de producto 249 incluye intervalos de presión constantes 401 y caídas de presión 402.

Los intervalos de presión constante 401, es decir, los segmentos horizontales de la presión del tanque de producto 321, indican que el dispositivo de ventilación respiratoria 120 no está suministrando gas de inhalación 123 al paciente 101 en un momento en que un lecho de tamiz no está suministrando gas enriquecido con oxígeno al tanque de producto 249. Es decir, la presencia de un intervalo de presión constante 401 indica que el dispositivo de ventilación respiratoria 120 no está suministrando gas de inhalación 123 al paciente 101 ni durante la fase de equilibrio 301 ni durante una porción 403 de una fase de llenado en la que la presión del tanque de producto 321 es mayor que la presión del primer lecho de tamiz 322 o la presión del segundo lecho de tamiz 323. Por el contrario, las pendientes de caída de presión 405 resultan cuando el dispositivo de ventilación respiratoria 120 suministra espontáneamente gas de inhalación 123 y una porción significativa del gas de producto 132 enriquecido con oxígeno almacenado en el tanque de producto 249 sale del tanque de producto 249. La pendiente de caída de presión 405 es una función de la tasa de flujo del gas 132 enriquecido con oxígeno desde el concentrador de oxígeno al dispositivo de ventilación respiratoria 120 y del volumen del tanque de producto 249. Asimismo, la magnitud de la caída de presión 402 (que se produce durante un tiempo en el que un lecho de tamiz no está suministrando gas enriquecido con oxígeno al tanque de producto 249) es función de la cantidad de gas enriquecido con oxígeno suministrado desde el concentrador de oxígeno y del volumen del tanque de producto 249.

Para mayor claridad en la descripción, en la realización de la Figura 4 se ha simplificado el comportamiento de las formas de onda de presión dentro del concentrador de oxígeno. Específicamente, se supone que la frecuencia de la respiración del paciente es esencialmente igual a la del ciclo de descarga/llenado del tanque de producto 247. Como resultado, se muestra una única pendiente de caída de presión 405 para cada ciclo de descarga/llenado del tanque de producto 247. En la práctica, la fase y la frecuencia de la respiración del paciente son independientes de la fase y la frecuencia del ciclo de descarga/llenado del tanque de producto. En consecuencia, la inhalación del paciente se puede producir en un momento que provoque que se produzca una pendiente de caída de presión 405 cuando la presión del tanque de producto 321 ya se encuentre en un estado de presión baja 409, tal como inmediatamente antes de que el lecho de tamiz cargado más recientemente haya comenzado a suministrar gas de producto 132 enriquecido con oxígeno al tanque de producto 247. En tal escenario, el volumen de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno suministrado al paciente 101 por el dispositivo de ventilación respiratoria 120 puede hacer que la presión del tanque de producto 321 caiga por debajo de la presión de suministro objetivo del regulador de presión 242. Cuando la presión en la porción de la etapa de suministro de gas de producto 240 que está cadena abajo del regulador de presión 242 cae por debajo de dicha presión de suministro objetivo, la tasa de flujo de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno al dispositivo de ventilación respiratoria 120 generalmente cae por debajo de una tasa de flujo objetivo, y el paciente 101 recibe menos gas de producto 132 enriquecido con oxígeno de lo esperado.

De acuerdo con diversas realizaciones, el tanque acumulador 247 se emplea en el concentrador de oxígeno 130 para prevenir el escenario descrito anteriormente en el que se produce el agotamiento del tanque de producto. La presencia del tanque acumulador 247 en la etapa de suministro de gas de producto 240 modifica significativamente el comportamiento de la onda de presión de la presión del tanque de producto 321, como se describe a continuación junto con las Figuras 5 y 6.

La Figura 5 es una gráfica 500 que ilustra la presión en diversas ubicaciones dentro del concentrador de oxígeno 130 de acuerdo con una realización de la invención, ya que el concentrador de oxígeno 130 proporciona un volumen intermitente de gas enriquecido con oxígeno al dispositivo de ventilación respiratoria 120. Específicamente, la gráfica 500 muestra las formas de onda de presión del primer lecho de tamiz 221 (es decir, la presión del primer lecho de tamiz 322), del segundo lecho de tamiz 222 (es decir, la presión del segundo lecho de tamiz 323) y del tanque de producto 249 (es decir, la presión del tanque de producto 321). Adicionalmente, la gráfica 500 muestra la forma de onda de la presión del tanque acumulador 247 como presión del tanque acumulador 501. Se hace notar que la realización de la presión del tanque acumulador 501 ilustrada en la Figura 5 es para una realización de volumen constante del tanque acumulador 247, en lugar de una realización de presión constante del tanque acumulador 247.

Como se muestra, la presión del tanque acumulador 501 varía con el tiempo en respuesta a una demanda de volumen del dispositivo de ventilación respiratoria 120, es decir, cuando el dispositivo de ventilación respiratoria 120 suministra espontáneamente gas de inhalación 123 al paciente 101. Durante dicho suministro de gas de inhalación 123 (que incluye gas de producto 132 enriquecido con oxígeno procedente del concentrador de oxígeno 130), una porción del gas de producto 132 enriquecido con oxígeno almacenado en el tanque acumulador 247 sale del tanque acumulador 247, la presión 501 del tanque acumulador desciende, y el gas de producto 132 enriquecido con oxígeno adicional almacenado en el tanque de producto 249 fluye hacia el tanque acumulador 247. En consecuencia, aunque un volumen significativo de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno sale del tanque acumulador 247 durante el suministro de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno al dispositivo de ventilación respiratoria 120, la presión del tanque acumulador 501 solo desciende ligeramente, como indican las pendientes de caída de presión 505. Además, debido a que la demanda de volumen del dispositivo de ventilación respiratoria 120 se satisface con gas de producto 132 enriquecido con oxígeno almacenado en el tanque acumulador 247, el único flujo de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno procedente del tanque de producto 249 es a la tasa de flujo constante determinada por el dispositivo manual de control de flujo 245. Cabe señalar que la capacidad de flujo del tanque acumulador 247 es, por lo general, significativamente superior a la tasa de flujo permitida por el dispositivo manual de control de flujo 245.

Una vez que cesa el suministro de gas de inhalación 123, también cesa el flujo de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno fuera del tanque acumulador 247, mientras que el gas de producto 132 enriquecido con oxígeno continúa fluyendo hacia el tanque acumulador 247. En consecuencia, la presión del tanque acumulador 501 aumenta con una pendiente de aumento de presión 506 hasta que se produce otro suministro de gas de inhalación 123, o hasta que la presión del tanque acumulador 501 alcanza la presión de suministro objetivo del regulador de presión 242. La inclinación de la pendiente de aumento de presión 506 es función de múltiples factores, incluyendo el volumen del tanque acumulador 247, el ajuste del dispositivo manual de control de flujo 245, la cantidad de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno que se acaba de suministrar al paciente 101 y la presión de suministro objetivo del ajuste del regulador de presión 242.

La pendiente de la caída de presión 506 es una función de múltiples factores, incluyendo el volumen del tanque acumulador 247, la tasa de flujo a la que el gas de producto 132 enriquecido con oxígeno se suministra desde el tanque acumulador 247 al dispositivo de ventilación respiratoria 120, y la tasa a la que el gas de producto 132 enriquecido con oxígeno fluye al tanque acumulador 247 desde el tanque de producto 249. Así, cuando el tanque acumulador 247 tiene el tamaño adecuado, se impone una demanda de flujo constante y de bajo volumen en el tanque de producto 249 durante el suministro de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno al dispositivo de ventilación respiratoria 120. Como resultado, la presión del tanque de producto 321 muestra un comportamiento similar al que se produce cuando el concentrador de oxígeno 130 está acoplado al dispositivo de suministro de presión ambiental 140, y se muestra en la Figura 5. Específicamente, en tal realización, la presión 321 del tanque de producto no incluye intervalos de presión constante o muy breves o caídas de presión pronunciadas, tales como los intervalos de presión constante 401 y las caídas de presión 402 de la Figura 4. En cambio, la presión del tanque de producto 321 muestra el perfil de diente de sierra asociado con el aumento de presión durante el llenado desde uno de los dos lechos de tamiz 221 y 222, y la subsecuente reducción lineal de la presión del tanque de producto durante el vaciado debido al suministro de flujo constante del gas enriquecido con oxígeno desde el tanque de producto 249 hasta el tanque acumulador 247.

En algunas realizaciones, el tanque acumulador 247 se puede dimensionar para almacenar una cantidad de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno que sea aproximadamente igual o mayor que un volumen típico de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno que se espera que se suministre durante un único esfuerzo respiratorio del paciente. En tales realizaciones, la presión del tanque acumulador 501 puede caer significativamente, dependiendo de la presión mínima de entrada del dispositivo de ventilación respiratoria 120. Sin embargo, debido a la presencia del dispositivo manual de control de flujo 245 y del regulador de presión 242 entre el tanque acumulador 247 y el tanque de producto 249, las oscilaciones de presión experimentadas por la presión del tanque acumulador 501 generalmente no se reflejan en la presión del tanque de producto 321.

En realizaciones en las que la presión de suministro/entrada preferida del dispositivo de ventilación respiratoria 120 se encuentra dentro de un rango de presión relativamente estrecho, el tanque acumulador 247 se puede dimensionar para prevenir la oscilación de presión no deseada en la porción de la etapa de suministro de gas de producto 240 próxima a la salida 131 del concentrador de oxígeno 130. En tales realizaciones, el tanque acumulador 247 se puede dimensionar para tener un volumen de almacenamiento suficiente (cuando está a una presión máxima) para almacenar una cantidad de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno que sea al menos aproximadamente dos veces la de un volumen típico de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno que se espera que se suministre durante un único esfuerzo respiratorio del paciente. En tales realizaciones, la presión de pico es típicamente igual a la presión objetivo (es decir, cadena abajo) del regulador de presión 242. Así, una vez que el tanque acumulador 247 alcanza la presión máxima, un único suministro de gas de producto 132 enriquecido con oxígeno al paciente 101 puede ser satisfecho en su mayor parte o en su totalidad por el tanque acumulador 247. Como resultado, la presión en la porción de la etapa de suministro de gas de producto 240 colocada entre el regulador de presión 242 y el tanque acumulador 247 no caerá significativamente por debajo de la presión de suministro objetivo del regulador de presión 242, y el tanque de producto 249 no experimentará un pronunciado descenso de presión.

La Figura 6 es una gráfica 600 que ilustra la presión en varias ubicaciones dentro del concentrador de oxígeno 130 de acuerdo con una realización de la invención, ya que el concentrador de oxígeno 130 suministra un flujo constante de gas enriquecido con oxígeno a un dispositivo de suministro a presión ambiental 140. Específicamente, la gráfica 600 muestra las formas de onda de presión del primer lecho de tamiz 221 (es decir, la presión del primer lecho de tamiz 322), del segundo lecho de tamiz 222 (es decir, la presión del segundo lecho de tamiz 323) y del tanque de producto 249 (es decir, la presión del tanque de producto 321). Adicionalmente, la gráfica 600 muestra la forma de onda de la presión del tanque acumulador 247 como presión del tanque acumulador 601. Se hace notar que la realización de la presión del tanque acumulador 601 ilustrada en la Figura 6 es para una realización de volumen constante del tanque acumulador 247, en lugar de una realización de presión constante del tanque acumulador 247.

Como se muestra, la presión del tanque acumulador 601 permanece constante y solamente ligeramente por encima de la presión ambiental. Específicamente, la presión del tanque acumulador 601 es función de la tasa de flujo fijada por el dispositivo manual de control de flujo 245 y de las características de caída de presión del dispositivo de suministro de presión ambiental 140 y de la tubería asociada con el mismo. Además, se observa que la presión del tanque de producto 321 no incluye intervalos de presión constante o muy breves o caídas de presión pronunciadas, tales como los intervalos de presión constante 401 y las caídas de presión 402 de la Figura 4, y en su lugar muestra el perfil de diente de sierra asociado con el aumento de presión durante el llenado desde uno del primer lecho de tamiz 221 y segundo lecho de tamiz222, y la subsecuente reducción lineal durante el drenaje debido al suministro de flujo constante del gas enriquecido con oxígeno desde el tanque de producto 249 al tanque acumulador 24y y al paciente 101. Así, como se ilustra en las Figuras 5 y 6, el concentrador de oxígeno 130 puede operar efectivamente cuando suministra gas de producto 132 enriquecido con oxígeno al dispositivo de suministro de presión ambiental 140 o al dispositivo de ventilación respiratoria 120.

En suma, las realizaciones de la presente invención proporcionan un concentrador de oxígeno que está configurado para usar junto con un ventilador mecánico y un dispositivo de suministro de presión ambiental. Específicamente, se coloca un tanque acumulador próximo a la salida del concentrador de oxígeno, de modo tal que una parte o la totalidad del gas de producto suministrado al ventilador mecánico durante un periodo de demanda de volumen es suministrado por el tanque acumulador, en lugar de un tanque de producto del acumulador de oxígeno.

Al menos una ventaja del diseño divulgado es que se reducen o evitan los efectos de oscilación de presión en el tanque de producto cuando el concentrador de oxígeno está acoplado a un ventilador mecánico. Así, se proporciona un flujo más constante de gas de producto al ventilador mecánico en relación con los diseños de técnicas anteriores.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un concentrador de oxígeno (130) configurado para su acoplamiento a un dispositivo de ventilación respiratoria (120) para formar un sistema de oxigenoterapia-ventilación (100) para proporcionar simultáneamente tanto oxigenoterapia como terapia de ventilación a un paciente (101) y configurado para su acoplamiento a un dispositivo de suministro de presión ambiental (140) para formar un sistema de oxigenoterapia (150) para proporcionar oxigenoterapia al paciente (101) sin terapia de ventilación, el concentrador de oxígeno comprende:

al menos un lecho de tamiz (221, 222);

un tanque de producto (249) acoplado fluidamente al al menos un lecho de tamiz (221, 222), cadena abajo del al menos un lecho de tamiz, de modo tal que, en uso, el gas de producto enriquecido con oxígeno fluye desde el al menos un lecho de tamiz al tanque de producto;

un tanque acumulador (247) de gas de producto ubicado cadena abajo del tanque de producto (249), el tanque acumulador (247) de gas de producto configurado para almacenar cierta cantidad de gas de producto (132) enriquecido con oxígeno durante la operación del concentrador de oxígeno (130), el tanque acumulador (247) de gas de producto está configurado, cuando el concentrador de oxígeno (130) está acoplado fluidamente al dispositivo de ventilación respiratoria (120), para almacenar temporalmente gas de producto enriquecido con oxígeno entre cada esfuerzo inspiratorio del paciente y para suministrar el gas de producto enriquecido con oxígeno almacenado a una tasa de flujo constante durante cada esfuerzo inspiratorio del paciente;

un regulador de presión (242) ubicado cadena abajo del tanque de producto (249) y cadena arriba del tanque acumulador (247) de gas de producto;

un puerto de salida ubicado cadena abajo del tanque acumulador (247) de gas de producto y configurado para ser acoplado fluidamente a una entrada del dispositivo de ventilación respiratoria (120) para formar el sistema de oxigenoterapia-ventilación (100) y configurado para ser acoplado fluidamente al dispositivo de suministro de presión ambiental (140) para formar el sistema de oxigenoterapia (150);

un dispositivo manual de control de flujo (245) configurado para controlar la tasa de flujo continuo de gas de producto (132) enriquecido con oxígeno cuando el concentrador de oxígeno (130) está acoplado al dispositivo de suministro a presión ambiental (140), el dispositivo manual de control de flujo comprende opcionalmente un orificio ajustable tal como un rotámetro acoplado a una válvula de aguja, el dispositivo manual de control de flujo (245) ubicado cadena abajo del tanque de producto (249) y cadena arriba del tanque acumulador (247) de gas de producto; y

un primer conducto y un segundo conducto, en donde el tanque acumulador (247) de gas de producto está acoplado fluidamente al tanque de producto (249) mediante el primer conducto y al puerto de salida mediante el segundo conducto;

en donde el primer conducto y el segundo conducto están colocados para permitir, en uso, que el gas de producto fluya desde el tanque de producto (249) hasta el puerto de salida a través del regulador de presión (242), el dispositivo manual de control de flujo (245) y el tanque acumulador (247) de gas de producto; y

en donde el regulador de presión (242) está colocado en el primer conducto y está configurado para regular una presión de gas en una primera porción del primer conducto hasta una presión de suministro objetivo, por ejemplo, una presión de entrada máxima que se recomienda para la operación adecuada del dispositivo de ventilación respiratoria (120), en una segunda porción del primer conducto;

en donde el tanque acumulador (247) de gas de producto está configurado como un recipiente de almacenamiento de presión constante/volumen variable que mantiene una presión constante o sustancialmente constante en el mismo incluso cuando el gas de producto (132) enriquecido con oxígeno sale del tanque acumulador (247).

2. El concentrador de oxígeno (130) de la reivindicación 1, que comprende además una válvula de retención (235, 236) que permite el flujo desde el al menos un lecho de tamiz (221, 222) al tanque de producto (249), en donde el tanque de producto (249) está acoplado fluidamente al al menos un lecho de tamiz (221,222) a través de la válvula de retención (235, 236).

3. El concentrador de oxígeno (130) de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en donde el recipiente de almacenamiento de presión constante/volumen variable comprende un globo acumulador.

4. El concentrador de oxígeno (130) de la reivindicación 3, en donde el globo acumulador incluye una membrana elástica.

5. El concentrador de oxígeno (130) de la reivindicación 3, en donde el globo acumulador está formado de un material elástico.

6. El concentrador de oxígeno (130) de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en donde el tanque acumulador (247) de gas de producto está configurado como un cilindro de presión constante con un pistón móvil accionado por un resorte o presión neumática para ejercer una presión sustancialmente constante sobre el gas de producto enriquecido con oxígeno almacenado temporalmente en el tanque acumulador (247) de gas de producto.

7. Un sistema (100), que comprende:

un dispositivo de ventilación respiratoria (120); y el concentrador de oxígeno (130) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la salida del concentrador de oxígeno está acoplada fluidamente a una entrada del dispositivo de ventilación respiratoria (120).