(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を空気から極低温分離することによって携帯型ユニットにおいて使用するための液体酸素（ＬＯＸ）を生成するシステムであって、
ＬＯＸを貯蔵し、気体酸素（ＧＯＸ）を患者に送達するように構成される患者携帯型ユニットであって、該患者によって携帯可能である患者携帯型ユニットと、
空気の極低温分離によってＬＯＸを生成し、該生成されたＬＯＸを該患者携帯型ユニットに送達するように構成される移動式基本ユニットであって、該移動式基本ユニットは、
空気を受容し、該空気を圧縮するように構成される圧縮器と、
該圧縮された空気から不純物を除去するように構成される浄化器と、
該浄化された空気を冷却するように構成される復熱交換器と、
該復熱交換器から該冷却された空気を受容し、該空気を極低温度までさらに冷却するように構成される極低温冷却器と、
蒸留ユニットであって、
ＬＯＸおよび１つ以上の副産物を含む複数の産物へと該極低温空気を分離することと、
該ＬＯＸを貯蔵部に向かって給送すること、
少なくとも１つの副産物を少なくとも１つの冷副産物流として該復熱交換器に向かって給送することと
を行うように構成される、蒸留ユニットと
を含み、
該復熱交換器は、該浄化された空気から該少なくとも１つの冷副産物流に熱を伝達することによって、該浄化された空気を冷却するように構成され、そして該復熱交換器は、導管から凝縮物または不純物を洗い流すために、交替方式で使用される複数の導管を含む反転型熱交換器を備える、移動式基本ユニットと
を備える、システム。
【請求項２】
前記浄化器は、交替方式で使用する複数の塔を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記蒸留ユニットは、蒸留塔を含み、前記極低温冷却器は、該蒸留塔の上端部に位置する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記蒸留ユニットは、蒸留塔を含み、該蒸留塔は、該蒸留塔の上端部に位置する凝縮器を有し、前記極低温冷却器は、該蒸留塔の上端部に位置する該凝縮器に直接連結される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記蒸留ユニットは、
ＬＯＸならびにＧＯＸおよび廃棄物を含む副産物へと前記極低温空気を分離することであって、該廃棄物はＮ２を含む、ことと、
該廃棄副産物を前記復熱交換器に向かって廃棄物流として給送することと
を行うように構成され、
該復熱交換器は、前記浄化された空気から該廃棄副産物流に熱を伝達することによって、該浄化された空気を冷却するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記蒸留ユニットは、
ＬＯＸならびにＧＯＸおよび廃棄物を含む副産物へと前記極低温空気を分離することであって、該廃棄物は、Ｎ２を含む、ことと、
前記復熱交換器に向かって該ＧＯＸをＧＯＸ副産物流として給送することと、
該廃棄副産物を該復熱交換器に向かって廃棄物流として給送することと
を行うように構成され、
該復熱交換器は、前記浄化された空気から該ＧＯＸ廃棄副産物流および該廃棄副産物流に熱を伝達することによって、該浄化された空気を冷却するように構成される、請求項１
に記載のシステム。
【請求項７】
前記蒸留ユニットは、貯蔵のために前記ＬＯＸを前記患者携帯型ユニットの中へ給送するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記基本ユニットは、ＬＯＸ貯留部をさらに含み、
前記蒸留ユニットは、貯蔵のために該ＬＯＸ貯留部に向かって前記ＬＯＸの少なくとも一部を給送するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記蒸留ユニットは、回収部より上側に配置される濃縮部を含む熱統合蒸留塔（ＨＩＤｉＣ）を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
患者に気体酸素（ＧＯＸ）を送達するように構成され、該患者によって携帯可能であるように構成される患者携帯型貯留部において使用するために、空気からの酸素の極低温分離によって液体酸素（ＬＯＸ）を生成するシステムであって、該システムは、
空気を受容し、該空気を圧縮するように構成される圧縮器と、
該圧縮された空気から不純物を除去するように構成される浄化器と、
該浄化された空気を冷却するように構成される復熱交換器と、
該復熱交換器から冷却された空気を受容し、該空気を極低温度までさらに冷却するように構成される極低温冷却器と、
蒸留ユニットであって、
該極低温空気をＬＯＸおよび１つ以上の冷副産物を含む複数の産物へと分離すること、
該患者携帯型貯留部に伝達するために前記ＬＯＸを給送することと、
少なくとも１つの冷副産物を少なくとも１つの冷副産物流として該復熱交換器に向かって給送することと
を行うように構成され、該復熱交換器は、導管から凝縮物または不純物を洗い流すために、交替方式で使用される複数の導管を含む反転型熱交換器を備える、蒸留ユニットと
を備え、
該復熱交換器は、該浄化された空気から該少なくとも１つの冷副産物流に熱を伝達することにより、該浄化された空気を冷却するように構成される、システム。
【請求項１１】
前記蒸留ユニットは、蒸留塔を含み、前記極低温冷却器は、該蒸留塔の上端部に位置する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記蒸留ユニットは、蒸留塔を含み、該蒸留塔は、該蒸留塔の上端部に位置する凝縮器を有し、前記極低温冷却器は、該蒸留塔の上端部に位置する該凝縮器に直接連結される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記蒸留ユニットは、
前記極低温空気をＬＯＸならびにＧＯＸおよび廃棄物を含む副産物へと分離することであって、該廃棄物は、Ｎ２を含む、ことと、
該廃棄副産物を廃棄物流として前記復熱交換器に向かって給送することと
を行うように構成され、
該復熱交換器は、前記浄化された空気から該廃棄副産物流に熱を伝達することによって、該浄化された空気を冷却するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記基本ユニットは、ＬＯＸ貯留部をさらに含み、
前記蒸留ユニットは、前記患者携帯型ユニットへの続く伝達のために、分離されたＬＯＸを該貯留部に向かって給送するように構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記蒸留ユニットは、回収部より上側に配置される濃縮部を含む、熱統合蒸留塔（ＨＩＤｉＣ）を備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
空気からの酸素の極低温分離によって、携帯型ユニットにおいて使用するための液体酸素（ＬＯＸ）を生成する方法であって、
該空気の圧力を増加させるために、圧縮器を通して該空気を給送することと、
該圧縮された空気から不純物を除去するために、複数の塔浄化器を通して該圧縮された空気を給送することと、
該浄化された空気を冷却するために、復熱交換器を通して該空気を給送することと、
該空気を極低温度まで冷却するために、該冷却された空気を極低温冷却器に給送することと、
該極低温空気をＬＯＸおよび１つ以上の副産物を含む複数の産物へと分離するために、蒸留塔を通して該極低温空気を給送することと、
該分離されたＬＯＸを患者携帯型ユニットの中へと給送することであって、該患者携帯型ユニットは、該ＬＯＸを貯蔵し、気体酸素（ＧＯＸ）を患者に送達するように構成され、該患者携帯型ユニットは、患者によって携帯可能である、ことと、
該復熱交換器を通して該副産物のうちの少なくとも１つを給送することであって、それにより、熱が、該復熱交換器において、該浄化された空気から該蒸留塔からの該少なくとも１つの副産物へと伝達される、ことと
を含み
該浄化された空気を冷却するために、復熱交換器を通して該空気を給送することは、該復熱交換器の導管から凝縮物または不純物を洗い流すために、交替方式で、該復熱交換器の複数の導管を通して該浄化された空気を給送することを含む、方法。
【請求項１７】
前記浄化器の前記塔から不純物を取り除くために、該浄化器の該複数の塔を通る圧縮された空気の流れを交替させることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記冷却された空気を極低温冷却器に給送することは、該冷却された空気を極低温冷却器に給送することを含み、該極低温冷却器は、該蒸留塔の上端部に位置する凝縮器の近位に位置し、該凝縮器に連結される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記極低温空気をＬＯＸおよび１つ以上の副産物を含む複数の産物へと分離するために、蒸留塔を通して該極低温空気を給送することは、該極低温空気をＬＯＸならびにＧＯＸおよび廃棄副産物を含む副産物へと分離することであって、該廃棄副産物は、Ｎ２を含む、ことと、
前記復熱交換器を通して該副産物のうちの少なくとも１つを給送することであって、それにより、熱が、該復熱交換器において、前記浄化された空気から該蒸留塔からの該少なくとも１つの副産物へと伝達される、ことは、該復熱交換器を通して該ＧＯＸ副産物流および該廃棄副産物流の両方を給送することであって、それにより、熱が、該復熱交換器において、該浄化された空気からＧＯＸ副産物流および廃棄副産物流の両方へと伝達される、ことと
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記分離されたＬＯＸの少なくとも一部を前記基本ユニットのＬＯＸ貯留部まで給送することと、
該基本ユニットの該ＬＯＸ貯留部に該ＬＯＸを貯蔵することと、
該基本ユニットの該ＬＯＸ貯留部に貯蔵された該ＬＯＸを該患者携帯型ユニットに給送することと
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
空気からの酸素の極低温分離による携帯使用のための液体酸素（ＬＯＸ）を生成するシステムであって、
ＬＯＸを貯蔵し、気体酸素（ＧＯＸ）を患者に送達するための患者携帯型手段であって、該患者携帯型ユニットは該患者によって携帯可能である、患者携帯用手段と、
空気の極低温分離によってＬＯＸを生成し、該生成されたＬＯＸを該患者携帯型手段に送達する移動式手段であって、該移動式手段は、
空気を受容し、圧縮する圧縮手段と、
該圧縮された空気から不純物を除去する浄化手段と、
該浄化された空気を冷却する熱交換手段と、
該熱交換手段から冷却された空気を受容し、該空気を極低温度までさらに冷却する極低温手段と、
蒸留手段であって、
該極低温空気をＬＯＸおよび１つ以上の副産物を含む複数の産物へと分離することと、
該ＬＯＸを貯蔵部に向かって給送することと、
少なくとも１つの冷副産物を少なくとも１つの冷副産物流として該熱交換手段に向かって給送することと
を行う蒸留手段と
を含み、
該熱交換手段は、該浄化された空気から該少なくとも１つの冷副産物流に熱を伝達することにより、該浄化された空気を冷却するように構成される、移動式手段と
を備え、該熱交換手段は、導管から凝縮物または不純物を洗い流すために、交替方式で使用される複数の導管を含む反転型熱交換手段を備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本開示は、概して、医療デバイス、例えば、携帯型使用のための液体酸素を生成するためのシステムおよび方法の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
治療用酸素は、通常、対象が肺気量の損失を被る種々の症状を含む、種々の医学的症状を治療するために、対象に提供される。肺気量の損失を生じる場合がある医学的症状の例としては、喘息、気腫等の慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）ならびに嚢胞性線維症、肺癌、肺損傷、および心血管疾患が挙げられる。純酸素または実質的に純酸素は、関連の症状を治療するために、対象に送達されてもよい。送達された治療用酸素の吸引は、患者が、自身の血流中に十分なレベルの酸素を達成および／または維持することを補助してもよい。
【０００３】
携帯用の治療用酸素は、従来、二通りで提供される。第１のアプローチは、圧縮した酸素ガスを圧力容器に貯蔵し、圧力制御器を通して、かつホース、管腔、カニューレ、または他の通路を通して対象の呼吸穴（例えば、鼻孔）にガスを送達するステップを含む。場合によって、容器は、対象が少なくともある程度移動できるように車輪が付けられてもよい。しかしながら、完全に充填された携帯用容器は、典型的に、比較的短時間しか持続しない事実と、システムは、比較的重く、突出している場合があり、対象の移動を制限する可能性がある事実等の、携帯用の圧縮された気体酸素システムは、種々の欠点に悩まされる。
【０００４】
第２のアプローチは、携帯用容器に液体酸素（または「ＬＯＸ」）を貯蔵し、液体酸素から蒸発した気体酸素を対象に、ホース、管腔、カニューレ、または他の通路を通して対象の呼吸穴（例えば鼻孔）に送達するステップを含む。液体酸素を貯蔵するための、および／または蒸発した気体酸素を送達するためのこのような装置は、「ＬＯＸ装置」と呼ばれる場合がある。酸素は、典型的に、標準的な大気条件で気体であるが、酸素の容積を実質的に低減する非常に低い温度で液体として維持されてもよく、したがって、圧縮された気体酸素システムと比較して、ＬＯＸ装置の必要とされる大きさを実質的に削減する。ＬＯＸ装置は、典型的に、非常に低い温度でＬＯＸを貯蔵および維持するために、多層断熱を伴う真空断熱された容器を含む。
【０００５】
圧縮された気体酸素システムと比較して、ＬＯＸ装置は、所与の大きさおよび重量について長時間使用できる充填を享受する。したがって、ＬＯＸ装置は、既知の圧縮された気体酸素システムより非常に小さくてもよく、軽く、かつ／またはあまり突出することなく、同じか、またはより長い期間使用できる充填を提供することができる。しかしながら、典型的な既存のＬＯＸシステムは、典型的にトラック配達により定期的に（例えば１ヶ月に１回）再補充または交換されなければならない、液体酸素デュワーから再補充されなければならない携帯用ＬＯＸ容器を含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施形態に従う、患者による携帯使用のための液体酸素（ＬＯＸ）を生成するためのシステムは、ＬＯＸを貯蔵し、気体酸素（ＧＯＸ）を患者に送達するように構成される患者携帯型ユニットと、空気の極低温分離によりＬＯＸを生成し、生成されたＬＯＸを患者携帯型ユニットに送達するように構成される移動式基本ユニットとを含む。移動式基本ユニットは、空気を受容し、空気を圧縮するように構成される圧縮器と、圧縮された空気から不純物を除去するように構成される浄化器と、浄化された空気を冷却するように構成される復熱交換器と、復熱交換器から冷却された空気を受容し、空気を極低温度までさらに冷却するように構成される極低温冷却器と、ＬＯＸおよび１つ以上の副産物を含む複数の産物に、極低温空気を分離し、貯蔵部に向かってＬＯＸを給送し、少なくとも１つの冷副産物流として、復熱交換器に向かって少なくとも１つの副産物を給送するように構成される蒸留ユニットとを含む。復熱交換器は、浄化された空気から少なくとも１つの冷副産物流に熱を伝達することにより、浄化された空気を冷却するように構成される。
【０００７】
本開示の別の実施形態に従う、システムは、患者に気体酸素（ＧＯＸ）を送達するように構成され、患者による携帯用であるように構成される患者携帯型貯留部に使用するために、空気からの酸素の極低温分離により液体酸素（ＬＯＸ）を生成するために提供される。システムは、空気を受容し、空気を圧縮するように構成される圧縮器と、圧縮された空気から不純物を除去するように構成される浄化器と、浄化された空気を冷却するように構成される復熱交換器と、復熱交換器から冷却された空気を受容し、空気を極低温度までさらに冷却するように構成される極低温冷却器と、ＬＯＸおよび１つ以上の副産物を含む複数の産物に、極低温空気を分離し、患者携帯型貯留部に伝達するためにＬＯＸを給送し、少なくとも１つの冷副産物流として、復熱交換器に向かって少なくとも１つの副産物を給送するように構成される蒸留ユニットとを含む。復熱交換器は、浄化された空気から少なくとも１つの冷副産物流へと熱を伝達することにより、浄化された空気を冷却するように構成される。
【０００８】
本開示の別の実施形態に従う、空気からの酸素の極低温分離により、携帯型ユニットに使用するための液体酸素（ＬＯＸ）を生成するための方法を提供する。方法は、空気の圧力を増加させるように、圧縮器を通して空気を給送するステップと、圧縮された空気から不純物を除去するように、複数の塔浄化器を通して圧縮された空気を給送するステップと、浄化された空気を冷却するように、復熱交換器を通して浄化された空気を給送するステップと、極低温度まで空気を冷却するように、冷却された空気を極低温冷却器に給送するステップと、ＬＯＸおよび１つ以上の副産物を含む複数の産物に、極低温空気を分離するように、蒸留塔を通して極低温空気を給送するステップと、ＬＯＸを貯蔵し、気体酸素（ＧＯＸ）を患者に送達するように構成される患者携帯型ユニットに、分離されたＬＯＸを給送するステップであって、該患者携帯型ユニットは、患者による携帯用であるステップと、熱が、浄化された空気から蒸留塔からの少なくとも１つの副産物へと復熱交換器で伝達されるように、復熱交換器を通して副産物のうちの少なくとも１つを給送するステップとを含む。
【０００９】
本開示の別の実施形態に従う、患者による携帯使用のための液体酸素（ＬＯＸ）を生成するためのシステムは、ＬＯＸを貯蔵し、気体酸素（ＧＯＸ）を患者に送達するように構成される患者携帯用手段と、空気の極低温分離によりＬＯＸを生成し、生成されたＬＯＸを患者携帯用手段に送達するように構成される移動式手段とを含む。移動式手段は、空気を受容し、圧縮するための加圧手段と、圧縮された空気から不純物を除去するための浄化手段と、浄化された空気を冷却するための熱交換手段と、熱交換手段から冷却された空気を受容し、空気を極低温度までさらに冷却するための極低温冷却器手段と、ＬＯＸおよび１つ以上の副産物を含む複数の産物に、極低温空気を分離し、ＬＯＸを貯蔵部に向かって給送し、少なくとも１つの冷副産物流として、復熱交換手段に少なくとも１つの副産物を給送するための蒸留手段とを含む。熱交換手段は、浄化された空気から少なくとも１つの冷副産物流へと熱を伝達することにより、浄化された空気を冷却するように構成される。
本発明はまた、以下の項目を提供する。
（項目１）
酸素を空気から極低温分離することによって携帯型ユニットにおいて使用するための液体酸素（ＬＯＸ）を生成するシステムであって、
ＬＯＸを貯蔵し、気体酸素（ＧＯＸ）を患者に送達するように構成される患者携帯型ユニットであって、該患者によって携帯可能である患者携帯型ユニットと、
空気の極低温分離によってＬＯＸを生成し、該生成されたＬＯＸを該患者携帯型ユニットに送達するように構成される移動式基本ユニットであって、該移動式基本ユニットは、
空気を受容し、該空気を圧縮するように構成される圧縮器と、
該圧縮された空気から不純物を除去するように構成される浄化器と、
該浄化された空気を冷却するように構成される復熱交換器と、
該復熱交換器から該冷却された空気を受容し、該空気を極低温度までさらに冷却するように構成される極低温冷却器と、
蒸留ユニットであって、
ＬＯＸおよび１つ以上の副産物を含む複数の産物へと該極低温空気を分離することと、
該ＬＯＸを貯蔵部に向かって給送すること、
少なくとも１つの副産物を少なくとも１つの冷副産物流として該復熱交換器に向かって給送することと
を行うように構成される、蒸留ユニットと
を含み、
該復熱交換器は、該浄化された空気から該少なくとも１つの冷副産物流に熱を伝達することによって、該浄化された空気を冷却するように構成される、移動式基本ユニットと
を備える、システム。
（項目２）
上記浄化器は、交替方式で使用する複数の塔を含む、項目１に記載のシステム。
（項目３）
上記蒸留ユニットは、蒸留塔を含み、上記極低温冷却器は、該蒸留塔の上端部に位置する、項目１に記載のシステム。
（項目４）
上記蒸留ユニットは、蒸留塔を含み、該蒸留塔は、該蒸留塔の上端部に位置する凝縮器を有し、上記極低温冷却器は、該蒸留塔の上端部に位置する該凝縮器に直接連結される、項目１に記載のシステム。
（項目５）
上記蒸留ユニットは、
ＬＯＸならびにＧＯＸおよび廃棄物を含む副産物へと上記極低温空気を分離することであって、該廃棄物はＮ２を含む、ことと、
該廃棄副産物を上記復熱交換器に向かって廃棄物流として給送することと
を行うように構成され、
該復熱交換器は、上記浄化された空気から該廃棄副産物流に熱を伝達することによって、該浄化された空気を冷却するように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目６）
上記蒸留ユニットは、
ＬＯＸならびにＧＯＸおよび廃棄物を含む副産物へと上記極低温空気を分離することであって、該廃棄物は、Ｎ２を含む、ことと、
上記復熱交換器に向かって該ＧＯＸをＧＯＸ副産物流として給送することと、
該廃棄副産物を該復熱交換器に向かって廃棄物流として給送することと
を行うように構成され、
該復熱交換器は、上記浄化された空気から該ＧＯＸ廃棄副産物流および該廃棄副産物流に熱を伝達することによって、該浄化された空気を冷却するように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目７）
上記蒸留ユニットは、貯蔵のために上記ＬＯＸを上記患者携帯型ユニットの中へ給送するように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目８）
上記基本ユニットは、ＬＯＸ貯留部をさらに含み、
上記蒸留ユニットは、貯蔵のために該ＬＯＸ貯留部に向かって上記ＬＯＸの少なくとも一部を給送するように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目９）
上記蒸留ユニットは、回収部より上側に配置される濃縮部を含む熱統合蒸留塔（ＨＩＤｉＣ）を備える、項目１に記載のシステム。
（項目１０）
上記復熱交換器は、導管から凝縮物または不純物を洗い流すために、交替方式で使用される複数の導管を含む反転型熱交換器を備える、項目１に記載のシステム。
（項目１１）
患者に気体酸素（ＧＯＸ）を送達するように構成され、該患者によって携帯可能であるように構成される患者携帯型貯留部において使用するために、空気からの酸素の極低温分離によって液体酸素（ＬＯＸ）を生成するシステムであって、該システムは、
空気を受容し、該空気を圧縮するように構成される圧縮器と、
該圧縮された空気から不純物を除去するように構成される浄化器と、
該浄化された空気を冷却するように構成される復熱交換器と、
該復熱交換器から冷却された空気を受容し、該空気を極低温度までさらに冷却するように構成される極低温冷却器と、
蒸留ユニットであって、
該極低温空気をＬＯＸおよび１つ以上の冷副産物を含む複数の産物へと分離すること、
該患者携帯型貯留部に伝達するために上記ＬＯＸを給送することと、
少なくとも１つの冷副産物を少なくとも１つの冷副産物流として該復熱交換器に向かって給送することと
を行うように構成される、蒸留ユニットと
を備え、
該復熱交換器は、該浄化された空気から該少なくとも１つの冷副産物流に熱を伝達することにより、該浄化された空気を冷却するように構成される、システム。
（項目１２）
上記蒸留ユニットは、蒸留塔を含み、上記極低温冷却器は、該蒸留塔の上端部に位置する、項目１１に記載のシステム。
（項目１３）
上記蒸留ユニットは、蒸留塔を含み、該蒸留塔は、該蒸留塔の上端部に位置する凝縮器を有し、上記極低温冷却器は、該蒸留塔の上端部に位置する該凝縮器に直接連結される、項目１１に記載のシステム。
（項目１４）
上記蒸留ユニットは、
上記極低温空気をＬＯＸならびにＧＯＸおよび廃棄物を含む副産物へと分離することであって、該廃棄物は、Ｎ２を含む、ことと、
該廃棄副産物を廃棄物流として上記復熱交換器に向かって給送することと
を行うように構成され、
該復熱交換器は、上記浄化された空気から該廃棄副産物流に熱を伝達することによって、該浄化された空気を冷却するように構成される、項目１１に記載のシステム。
（項目１５）
上記基本ユニットは、ＬＯＸ貯留部をさらに含み、
上記蒸留ユニットは、上記患者携帯型ユニットへの続く伝達のために、分離されたＬＯＸを該貯留部に向かって給送するように構成される、項目１１に記載のシステム。
（項目１６）
上記蒸留ユニットは、回収部より上側に配置される濃縮部を含む、熱統合蒸留塔（ＨＩＤｉＣ）を備える、項目１１に記載のシステム。
（項目１７）
空気からの酸素の極低温分離によって、携帯型ユニットにおいて使用するための液体酸素（ＬＯＸ）を生成する方法であって、
該空気の圧力を増加させるために、圧縮器を通して該空気を給送することと、
該圧縮された空気から不純物を除去するために、複数の塔浄化器を通して該圧縮された空気を給送することと、
該浄化された空気を冷却するために、復熱交換器を通して該空気を給送することと、
該空気を極低温度まで冷却するために、該冷却された空気を極低温冷却器に給送することと、
該極低温空気をＬＯＸおよび１つ以上の副産物を含む複数の産物へと分離するために、蒸留塔を通して該極低温空気を給送することと、
該分離されたＬＯＸを患者携帯型ユニットの中へと給送することであって、該患者携帯型ユニットは、該ＬＯＸを貯蔵し、気体酸素（ＧＯＸ）を患者に送達するように構成され、該患者携帯型ユニットは、患者によって携帯可能である、ことと、
該復熱交換器を通して該副産物のうちの少なくとも１つを給送することであって、それにより、熱が、該復熱交換器において、該浄化された空気から該蒸留塔からの該少なくとも１つの副産物へと伝達される、ことと
を含む、方法。
（項目１８）
上記浄化器の上記塔から不純物を取り除くために、該浄化器の該複数の塔を通る圧縮された空気の流れを交替させることをさらに含む、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
上記冷却された空気を極低温冷却器に給送することは、該冷却された空気を極低温冷却器に給送することを含み、該極低温冷却器は、該蒸留塔の上端部に位置する凝縮器の近位に位置し、該凝縮器に連結される、項目１７に記載の方法。
（項目２０）
上記極低温空気をＬＯＸおよび１つ以上の副産物を含む複数の産物へと分離するために、蒸留塔を通して該極低温空気を給送することは、該極低温空気をＬＯＸならびにＧＯＸおよび廃棄副産物を含む副産物へと分離することであって、該廃棄副産物は、Ｎ２を含む、ことと、
上記復熱交換器を通して該副産物のうちの少なくとも１つを給送することであって、それにより、熱が、該復熱交換器において、上記浄化された空気から該蒸留塔からの該少なくとも１つの副産物へと伝達される、ことは、該復熱交換器を通して該ＧＯＸ副産物流および該廃棄副産物流の両方を給送することであって、それにより、熱が、該復熱交換器において、該浄化された空気からＧＯＸ副産物流および廃棄副産物流の両方へと伝達される、ことと
を含む、項目１７に記載の方法。
（項目２１）
上記分離されたＬＯＸの少なくとも一部を上記基本ユニットのＬＯＸ貯留部まで給送することと、
該基本ユニットの該ＬＯＸ貯留部に該ＬＯＸを貯蔵することと、
該基本ユニットの該ＬＯＸ貯留部に貯蔵された該ＬＯＸを該患者携帯型ユニットに給送することと
をさらに含む、項目１７に記載の方法。
（項目２２）
上記浄化された空気を冷却するために、復熱交換器を通して上記浄化された空気を給送することは、該復熱交換器の導管から凝縮物または不純物を洗い流すために、交替方式で、該復熱交換器の複数の導管を通して該浄化された空気を給送することを含む、項目１７に記載の方法。
（項目２３）
空気からの酸素の極低温分離による携帯使用のための液体酸素（ＬＯＸ）を生成するシステムであって、
ＬＯＸを貯蔵し、気体酸素（ＧＯＸ）を患者に送達するための患者携帯型手段であって、該患者携帯型ユニットは該患者によって携帯可能である、患者携帯用手段と、
空気の極低温分離によってＬＯＸを生成し、該生成されたＬＯＸを該患者携帯型手段に送達する移動式手段であって、該移動式手段は、
空気を受容し、圧縮する圧縮手段と、
該圧縮された空気から不純物を除去する浄化手段と、
該浄化された空気を冷却する熱交換手段と、
該熱交換手段から冷却された空気を受容し、該空気を極低温度までさらに冷却する極低温手段と、
蒸留手段であって、
該極低温空気をＬＯＸおよび１つ以上の副産物を含む複数の産物へと分離することと、
該ＬＯＸを貯蔵部に向かって給送することと、
少なくとも１つの冷副産物を少なくとも１つの冷副産物流として該熱交換手段に向かって給送することと
を行う蒸留手段と
を含み、
該熱交換手段は、該浄化された空気から該少なくとも１つの冷副産物流に熱を伝達することにより、該浄化された空気を冷却するように構成される、移動式手段と
を備える、システム。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示のいくつかの実施形態は、一部、以下の説明および付属の図面を参照することにより、理解されてもよい。
【図１】図１は、本開示の特定の実施形態に従う、患者による携帯使用のための酸素を生成し、貯蔵するために例示的なシステムを図示する。
【図２】図２は、本開示の特定に実施形態に従う、図１のシステムの例示的な機能ブロック図である。
【図３】図３は、本開示の別の実施形態に従う、図１のシステムの別の例示的な機能ブロック図である。
【図４】図４および５は、図１のシステムの特定の実施形態で使用するための浄化器の２つの例示的な構成を図示する。
【図５】図４および５は、図１のシステムの特定の実施形態で使用するための浄化器の２つの例示的な構成を図示する。
【図６】図６および７は、図１のシステムの特定の実施形態で使用するための熱交換器の２つの例示的な構成を図示する。
【図７】図６および７は、図１のシステムの特定の実施形態で使用するための熱交換器の２つの例示的な構成を図示する。
【図８】図８および９は、図１のシステムの特定の実施形態で使用するための蒸留ユニットの２つの例示的な構成を図示する。
【図９】図８および９は、図１のシステムの特定の実施形態で使用するための蒸留ユニットの２つの例示的な構成を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示の選択された実施形態は、一部、図１〜９を参照にすることによって理解されてもよい。本開示は、概して、携帯使用のための液体酸素（ＬＯＸ）を生成するシステムおよび方法に関する。いくつかの実施形態において、患者による携帯使用のためのＬＯＸを生成するためのシステムは、ＬＯＸを貯蔵し、気体酸素（ＧＯＸ）を患者に送達するように構成される患者携帯型ユニットと、空気の極低温分離によりＬＯＸを生成し、生成されたＬＯＸを患者携帯型ユニットに送達するように構成される移動式基本ユニットとを含む。移動式基本ユニットは、空気を受容し、圧縮する圧縮器と、１つ以上のフィルタと、圧縮された空気から不純物を除去する浄化器と、浄化された空気を冷却する熱交換器と、空気を極低温度までさらに冷却する極低温冷却器と、ＬＯＸおよび１つ以上の冷副産物を含む複数の産物に、極低温空気を分離する蒸留ユニットとを含んでもよい。分離されたＬＯＸは、患者携帯型ユニットに直接伝達されるか、または後に使用するために貯蔵される（例えば、基本入ニットの貯留部）。蒸留工程からの冷副産物のうちの少なくとも１つは、浄化された空気を冷却するために、流入する浄化された空気から冷副産物への熱伝達を促進するように熱交換器を通して戻される。
【００１２】
図１は、本開示の特定の実施形態に従う、患者１２による携帯使用のために酸素を生成し、貯蔵するための例示的なシステム１０を図示する。システム１０は、一般的に、外気から液体酸素（ＬＯＸ）を生成し、患者１２による携帯使用のために生成されたＬＯＸを貯蔵するように構成される。いくつかの実施形態において、システム１０は、基本ユニット１４と、患者携帯型ユニット１６とを含んでもよい。基本ユニット１４は、外気からＬＯＸを生成し、生成されたＬＯＸを患者携帯型ユニット１６に伝達するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、基本ユニット１４は、患者携帯型ユニット１６に伝達する前に、生成されたＬＯＸを貯蔵するように構成される貯留部を含んでもよい。加えて、または代替的に、基本ユニット１４は、生成されたＬＯＸを基本ユニット１６の貯留部ではなく、患者携帯型ユニット１６に直接伝達してもよい。
【００１３】
患者携帯型ユニット１６は、一般的に、基本ユニット１４から受容したＬＯＸを貯蔵し、呼吸のために（貯蔵されたＬＯＸから変換された）ＧＯＸを患者１２に供給するように構成されてもよい。患者携帯型ユニット１６は、患者１２が、基本ユニット１４から外されたユニット１６を持ち運びしてもよいように、携帯用であってもよい。例えば、患者携帯型ユニット１６は、Ｐｕｒｉｔａｎ  ＢｅｎｎｅｔｔによるＨＥＬｉＯＳ  Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｓｙｓｔｅｍに使用される携帯用ＬＯＸユニットに類似してもよい。いくつかの実施形態において、患者携帯型ユニット１６は、ＬＯＸで充填するための基本ユニット１４に連結され、携帯使用のために、患者１２により持ち運びされるように基本ユニット１４から外されてもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態において、基本ユニット１４は、基本ユニット１４が、例えば、患者の家に、患者の家の部屋間で、病院の周囲に、または他の介護施設等に輸送されてもよいように移動式である。例えば、基本ユニット１４は、車輪が付いているか、または人、例えば、患者１２もしくは介護者により持ち運びされてもよい大きさおよび重量であってもよい。したがって、基本ユニット１４および患者携帯型ユニット１６は、移動式であってもよいが、患者携帯型ユニット１６は、小型で軽量であり、したがって、使用中、患者１２により、より携帯可能であってもよい。
【００１５】
基本ユニット１４および患者携帯型ユニット１６は、ＬＯＸで患者携帯型ユニット１６を充填するために、患者携帯型ユニット１６を基本ユニット１４と着脱可能に連結するように構成される任意の連結システムまたはデバイスを含んでもよく、漏出を防ぐために任意の適切なシールまたは他の構成要素を含む。
【００１６】
いくつかの実施形態において、基本ユニット１４はまた、患者１２にＧＯＸを直接提供してもよい。例えば、以下により詳細に論議するように、システム１０によりＬＯＸ生成の副産物として生成されたＧＯＸは、基本ユニット１４から患者１２に直接提供されてもよい（または基本ユニット１４に連結される患者携帯型ユニット１６を通して送られる）。
【００１７】
他の実施形態において、基本ユニット１４および患者携帯型ユニット１６は、患者１２により持ち運びされるか、さもなければ患者が携帯可能であるように構成される単一の携帯型ユニットに統合されてもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態において、システム１０は、通気装置、ＣＰＡＰデバイス、または他の呼吸補助システムと完全に、または部分的に統合されてもよい。例えば、システム１０は、通気装置と統合され、ＬＯＸおよび／またはＧＯＸを生成するように構成されてもよい。生成されたＬＯＸは、（ＧＯＸとして）通気される患者への現在または後の送達のために、通気装置に付随する貯留部に貯蔵され（例えば、空気とともに送達される付加的酸素として）、かつ／または通気される患者または別の患者による後続使用のために、着脱可能な患者携帯型ユニット１６に貯蔵されてもよい。加えて、システム１０によりＬＯＸ生成の副産物として生成されたＧＯＸは、（例えば、空気とともに送達される付加的酸素として）通気される患者に提供されてもよい。
【００１９】
図２は、本開示の特定の実施形態に従う、システム１０の例示的な機能ブロック図を図示する。このような実施形態において、システム１０は、圧縮器２０と、フィルタ２２と、浄化器２４と、熱交換器２６と、極低温冷却器２８と、蒸留ユニット３０と、患者携帯型ユニット１６とを含む。構成要素２０、２２、２４、２６、２８、および３０は、基本ユニット１４に格納されてもよい。上述のように、患者携帯型ユニット１６は、基本ユニット１４と統合されるか、または着脱可能に連結されてもよい。
【００２０】
圧縮器２０は、空気の圧力を増加させるために空気を圧縮するように構成される、任意のデバイスまたはシステムを含んでもよい。例えば、圧縮器２０は、空気から酸素を冷却し、抽出するために、大気圧から適切な圧力に外気を圧縮するように構成されてもよい。
【００２１】
フィルタ２２は、空気から粒子を除去するための任意の適切なフィルタを含んでもよい。
【００２２】
浄化器２４は、圧縮された空気からＬＯＸ温度（約９０°Ｋ）より高い氷点を有する不純物、例えば、ＣＯ２、水蒸気、および／または揮発性有機化合物を除去するのに適切な任意のシステムを含んでもよい。不要である場合があるこのような不純物は、熱交換器２６、極低温冷却器２８、蒸留ユニット３０、および／またはシステム１０の他の構成要素の導管に凝縮されてもよい。したがって、熱交換器２６に入る前にこのような不純物を除去するステップは、例えば、システム１０の種々の流体導管を詰まらせる可能性を低減するために有益であってもよい。
【００２３】
例として、浄化器２４は、圧力変動吸着（ＰＳＡ）、真空変動吸着（ＶＳＡ）、または熱乾燥システムを含んでもよい。いくつかの実施形態において、浄化器２４は、図４および図５を参照に論議されるように、不純物を吸収した後、取り除くように、交替方式で使用される２つ以上の塔を有するＰＳＡまたはＶＳＡを含んでもよい。図４および図５は、図２および図３に示されるシステム１０の実施例を含む、システム１０の特定の実施形態に使用するための浄化器２４の２つの例示的な構成を提供する。
【００２４】
熱交換器２６は、極低温冷却器２８に送達される浄化器２４から受容した空気から熱を取り除いて伝達するための任意のシステムまたはデバイスを含んでもよい。熱交換器２６は、極低温冷却器２８に送達される（矢印３４により示される）浄化器２４から受容した空気からの熱を蒸留ユニット３０からの１つ以上の冷廃棄流体、例えば、液体および／もしくは気体Ｎ２ならびに他の廃棄気体（矢印３６により示される）ならびに／または液体および／もしくは気体酸素（矢印３８により示される）に熱を伝達するように構成される復熱交換器（例えば、並行流、交差流、または対向流熱交換器）であってもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態において、熱交換器２６は、浄化器２４から受容した空気のさらなる浄化も提供してもよい。例えば、図６に示される、熱交換器２６は、不純物が、活性流路の熱伝達表面（熱的浄化と呼ばれる）上で凍結することができるようにし、流路がその後切り替えられ、次に、吸収された不純物が、非活性流路を通して逆流により洗い流されるように、交替方式で複数の流路を使用するように構成される反転型（再生）熱交換器であってもよい。このような構成は、熱交換器の導管を外に取り除くために工程を中断する必要がないため、連続したＬＯＸの産生を可能にしてもよい。以下に論議する図６および図７は、図２および図３に示されるシステム１０の実施形態を含む、システム１０の特定の実施形態に使用するための熱交換器２６の２つの例示的な構成を図示する。
【００２６】
極低温冷却器２８は、熱交換器２６からの圧縮された空気を、少なくとも部分的に気体を液化する極低温度まで冷却するための任意のシステムまたはデバイスを含んでもよい。例えば、極低温冷却器２８は、空気原料を液体窒素温度または液体酸素温度の約−３００°Ｆもしくは−１８５℃に冷却してもよい。いくつかの実施形態において、極低温冷却器２８は、所望の極低温の温度を達成するために、１つ以上の高圧処理流体の展開を含む冷凍工程を提供してもよい。いくつかの実施形態において、極低温冷却器２８は、反転Ｂｒａｙｔｏｎ極低温冷却器を備えてもよい。
【００２７】
蒸留ユニット３０は、極低温度の空気を構成要素に分離するための任意のシステムまたはデバイスを含んでもよい。図示される実施形態において、蒸留ユニット３０は、空気を（ａ）ＬＯＸ、（ｂ）ＧＯＸ（または飽和ＬＯＸ／ＧＯＸ）、および（ｃ）廃棄物（例えば、気体および／または液体Ｎ２、アルゴン等）の３つの流体に分離してもよい。図２に示される、ＬＯＸは、基本ユニット１４および／または患者携帯型ユニット１６の貯留部に伝達されてもよい。蒸留ユニット３０から生じる冷ＧＯＸ（または飽和ＬＯＸ／ＧＯＸ）および廃棄流体は、熱交換器２６から流入する空気供給を冷却するために、矢印３６および３８により示されるように、熱交換器２６を通って再び送り戻されてもよい。供給される空気流体と蒸留ユニット３０からの産物／廃棄流体との間の熱交換は、システム１０の純冷却負荷を削減または最小にし、したがって、システム１０のエネルギー消費を削減または最小にしてもよい。
【００２８】
いくつかの実施形態において、蒸留ユニット３０は、空気を所望の産物に分離するために、１つ以上のコンパクトな極低温蒸留塔を含む。例えば、いくつかの実施形態において、図８および９に関して以下に論議するように、蒸留ユニット３０は、両方とも凝縮器と蒸発器との間に位置する、回収部より上側に位置する濃縮部を備えてもよい。
【００２９】
作動中、外気は、圧縮器２０に入り、所望の圧力に圧縮される。圧縮された空気供給は、その後、種々の不純物または粒子を除去するために、１つ以上のフィルタ２２を通過する。空気供給は、その後、不純物が、システム１０、例えば、熱交換器２６、極低温冷却器２８、蒸留ユニット３０等のより冷たい構成要素の中に入り、内部で凝縮するのを防ぐために、空気からの不純物（例えば、ＣＯ２、水蒸気、および／または揮発性有機化合物）を除去するために浄化器２４を通過する。浄化器２４が複数の塔を含むいくつかの実施形態において、活性塔を通過する空気流体の一部は、以下の図４および図５を参照に論議されるように、非活性塔からの吸収された不純物を取り除くために、非活性塔に再び送り戻されてもよい。
【００３０】
浄化器２４を通過した後、空気供給は、空気が、蒸留ユニット３０からの冷副産物および／または熱交換器２６を通過する他の冷却材により冷却される、熱交換器２６を通過する。いくつかの実施形態において、熱交換器２６は、空気供給および蒸留ユニット３０からの冷副産物が、例えば、図７に関して以下に論議されるこのような流路内に吸収された不純物を取り除くように、対向方向および交替方式で熱交換器２６の流路を通過する、反転型（再生）熱交換器である。
【００３１】
熱交換器２６を通過した後、冷却された空気は、空気を少なくとも部分的に液化する極低温の温度まで空気をさらに冷却する、極低温冷却器２８を通過させられる。極低温度空気は、次いで、極低温空気を種々の構成要素、例えば、ＬＯＸ、ＧＯＸ（または飽和ＬＯＸ／ＧＯＸ）および廃棄産物（例えば、気体および／または液体Ｎ２、アルゴン等）に分離する蒸留ユニット３０を通過する。ＬＯＸは、基本ユニット１４および／または患者携帯型ユニット１６の貯留部に伝達されてもよい。蒸留ユニット３０から生じる冷ＧＯＸ（または飽和ＬＯＸ／ＧＯＸ）および廃棄流体は、熱交換器２６から流入する空気供給を冷却するために、矢印３６および３８により示されるように、熱交換器２６を通って再び送り戻されてもよい。加えて、システム１０のいくつかの実施形態または用途において、ＧＯＸは、患者１２に送達されるか、または患者１２による後続使用のために貯蔵されてもよい。
【００３２】
いくつかの実施形態において、システム１０は、システム１０の作動を監視し、制御するように構成される制御システムを含む。例えば、制御システムは、圧力、温度、流速、液体レベル、液体の重量、酸素濃度、不純物レベル等を使用して、種々の箇所でシステム１０の工程および状態を監視してもよい。制御システムは、システム１０内の種々の流れを制御および／または通過させるための種々の弁も含む。制御システムは、種々の加圧安全デバイスおよび電気安全デバイスも含む。
【００３３】
図３は、本開示の別の実施形態に従う、システム１０の別の例示的な機能ブロック図を図示する。この実施形態において、図２と違い、蒸留ユニット３０および熱交換器２６を通過する廃棄流体３６はさらに、浄化器２４の塔から吸収された不純物を取り除くために、浄化器２４を通して送られる。この工程は、図５を参照に以下により詳細に示され、論議される。
【００３４】
図４および図５は、図２および図３に示されるシステム１０の実施形態を含む、システム１０の特定の実施形態に使用するための浄化器２４の２つの例示的な構成の機能ブロック図を図示する。図４および図５に示される実施形態において、浄化器２４は、不純物を吸収した後に取り除くように、交替方式で使用される２つの塔５０および５２を含む圧力変動吸着（ＰＳＡ）、真空変動吸着（ＶＳＡ）、または他の浄化器の種類である。浄化器２４は、以下に論議されるように、塔５０および５２の交替使用を制御するように構成される種々の弁も含んでもよい。一般的に、図４および５に示される浄化器２４は、類似する。しかしながら、以下に論議する、図４に示される浄化器２４は、他の非活性塔５２（５０）から不純物を取り除くために、活性塔５０（５２）を通過する空気流体の画分を使用し、一方、図５に示される浄化器２４は、非活性塔５０（５２）からの不純物を取り除くために、蒸留ユニット３０からの廃棄産物流３６を使用する。
【００３５】
図４に示される実施形態において、浄化器２４は、３つの弁６０、６２、および６４と、流量調節器６６とを含む。弁６０、６２、および６４は、任意の適切な種類の弁であってもよい。例えば、弁６０、６２、および６４は、３方電磁弁であってもよい。流量調節器６６は、塔５０および５２を連結する導管（例えば、適切な大きさのオリフィス、毛細管、または１つ以上の弁）を通して流れを調節するように構成される任意のデバイスを備えてもよい。
【００３６】
作動中、弁６０、６２、および６４は、塔５０が活性である時（すなわち、空気供給が浄化のために通過できる）、塔５２は、非活性である、またその逆である、活性と非活性間で、塔５０および５２を交替するように協働してもよい。空気が活性塔を通過する時、不純物が塔で収集（例えば、吸収）される。活性塔を流出した浄化された空気の画分（例えば、２０％〜３０％）は、非活性塔が活性塔として作動していた時に、非活性塔で収集された不純物を取り除くために、非活性塔を通って後方に再経路指定される。
【００３７】
作動中、弁６０は、フィルタ２２から空気供給を受容し、空気を活性塔、例えば、塔５０に誘導する。空気が通過し、活性塔５０により濾過される。塔５０から流出した浄化された空気の大半は、浄化された空気が熱交換器２６に向かって、経路３４に沿って通過するように設定される弁６２を通過させられる。塔５０から流出した浄化された空気のより小さな画分は、パージガス流デバイス６６を介して非活性塔５２を通って送り戻され、非活性塔５２を通過し、非活性塔５２（前の活性期間中の塔５２）に収集された不純物を取り除く。パージガス流デバイス６６は、非活性塔５２、例えば、適切な大きさのオリフィス、毛細管、または１つ以上の弁を取り除くために再経路指定される、活性塔５０から流出するガスの画分を制御するための任意のシステムまたはデバイスを備えてもよい。非活性塔５２を通って送り戻された空気の画分は、塔５２から浄化器２４の外への通路出を可能にする、弁６４を通過する。
【００３８】
一定時間後（例えば、３０秒）、弁６０、６２、および６４は、塔５２を活性塔に、そして塔５０を非活性塔に切り替えるように制御される。したがって、フィルタ２２からの空気供給は、弁６０および活性弁６２を通過する。塔５２から流出した浄化された空気の大きな画分は、浄化された空気が今は、熱交換器２６に向かって、経路３４に沿って通過するように設定される弁６２を通過する。塔５２から流出した浄化された空気のより小さな画分は、パージガス流デバイス６６を介して非活性塔５０を通って送り戻され、非活性塔５０を通過し、非活性塔５０（前の活性期間中の塔５０）に収集された不純物を取り除く。非活性塔５０を通って戻された空気の画分は、塔５０から浄化器２４の外への通路を可能にする、弁６４を通過する。
【００３９】
図５に示される実施形態において、活性塔５０または５２から流出した空気の画分ではなく、蒸留ユニット３０からの廃棄産物流体３６は、非活性塔５０または５２からの不純物を取り除くために使用される。例えば、浄化器２４は、図４の浄化器２４と類似する弁６０、６２、および６４を含んでもよいが、その塔を取り除くために、非活性塔５０または５２にライン、およびそこを通って戻る廃棄流３６を送達するように構成される別の弁７０を含んでもよい。弁７０は、任意の適切な種類の弁、例えば、３方電磁弁であってもよい。したがって、活性塔を通過する空気の全ては、図４に示される実施形態とは反対に、熱交換器２６に送達されてもよい。
【００４０】
以下に論議する図６および図７は、図２〜図５に示されるシステム１０の実施形態を含む、システム１０の特定の実施形態に使用するための熱交換器２６の２つの例示的な構成を図示する。したがって、図４および図５に示される浄化器２４と、図６および図７に示される熱交換器２６との任意の組み合わせは、図２〜図３に示されるシステム１０のいずれかの実施形態と使用されてもよい。
【００４１】
図６に示される熱交換器２６は、熱交換器２６の流路の熱伝達表面上の吸収された不純物を外に洗い流すために、交替方式で複数の流路または導管を使用するように構成される反転型（再生）熱交換器である。例えば、熱交換器２６は、導管８０、８２、および８４と、弁９０、９２、９４、および９６とを含んでもよい。弁９０、９２、９４、および９６は、任意の適切な種類の弁であってもよい。例えば、弁９０、９２、９４、および９６は、３方電磁弁であってもよい。
【００４２】
作動中、弁９０、９２、９４、および９６は、浄化された空気流体３４および導管８０と８２との間の廃棄流体３６の流れを交替するように協働してもよい。例えば、導管８０が活性導管であり、導管８２が非活性導管である最初の状態において、弁９０および９４は、空気流体３４が、浄化器２４から弁９０を通り、活性導管８０を通り、弁９４を通って極低温冷却器２８に向かって誘導されるように設定される。この最初の状態において、弁９２および９６は、廃棄流体３６が、蒸留ユニット３０から弁９６を通り、非活性導管８２を通り、弁９２に誘導されるように設定される。廃棄流体は、次いで、矢印１００（例えば、図４に示される実施形態に従う）により示されるシステム１０の外に誘導されるか、または矢印１０２（例えば、図５に示される実施形態に従う）により示される浄化器２４の非活性塔を取り除くために、浄化器２４を通して戻されてもよい。
【００４３】
この最初の状態の一定の作動後（例えば３０秒）、熱交換器２６は、導管８２が活性導管になり、導管８０が非活性導管になる第２の状態に切り替えられてもよい。弁９０および９４は、空気流体が、３４浄化器２４から弁９０を通り、活性導管８２を通り、弁９４を通って、極低温冷却器２８に向かって誘導されるように設定される。弁９２および９６は、廃棄流体３６が、蒸留ユニット３０から弁９６を通り、非活性導管８０を通り、弁９２に誘導されるように設定される。廃棄流体は、次いで、矢印１００（例えば、図４に示される実施形態に従う）により示されるシステム１０の外に誘導されるか、または矢印１０２（例えば、図５に示される実施形態に従う）により示される浄化器２４の非活性塔を取り除くために、浄化器２４を通して戻されてもよい。
【００４４】
この方式において、熱交換器２６は、導管８０および８２を通る通過流体３４および３６の間で交互に切り替えされてもよい。非活性導管８０または８２を通る廃棄流体３６の通過は、非活性導管８０または８２の吸収された（例えば、凍結または凝縮された）不純物を取り除いてもよく、これは、システム１０を通過する空気の浄化をさらに高めてもよい。このような構成は、熱交換器２６の導管を外に取り除くために工程を中断する必要がないため、連続したＬＯＸの産生を可能にしてもよい。いくつかの実施形態において、ＧＯＸは、熱交換器２６の熱伝達を促進するために、導管８４を通過してもよい。他の実施形態において、ＧＯＸは、熱交換器２６を通過しなくてもよい。
【００４５】
図７に示される熱交換器２６は、それぞれ、空気流体３４、廃棄流体３６、およびＧＯＸ流体３８給送するための導管８０、８２、および８４を含んでもよい、非反転型熱交換器である。熱交換器２６を通過した後、廃棄流体は、矢印１００（例えば、図４に示される実施形態に従う）により示されるシステム１０の外に誘導されるか、または矢印１０２（例えば、図５に示される実施形態に従う）により示される浄化器２４の非活性塔を取り除くために、浄化器２４を通して戻されてもよい。いくつかの実施形態において、パージ弁１０４は、空気流体３４から気体を取り除くように、熱交換器２６と極低温冷却器２８との間に提供されてもよい。
【００４６】
図８は、本開示の特定の実施形態に従う、例示的な蒸留ユニット３０の詳細を図示する。開示される蒸留ユニット３０は、上述の実施形態のいずれかに関連して、例えば、浄化器２４と熱交換器２６構成の任意の組み合わせに関連して使用されてもよい。
【００４７】
図２に関して上述されるように、蒸留ユニット３０は、極低温空気を複数の産物に分離するための任意のシステムまたはデバイスを含んでもよい。例えば、蒸留ユニット３０は、精留ユニット、蒸留塔、または充填層ユニットを備えてもよい。いくつかの実施形態において蒸留ユニット３０は、次の（ａ）ＬＯＸ、（ｂ）ＧＯＸ、（または飽和ＬＯＸ／ＧＯＸ）、および（ｃ）廃棄物（例えば、気体および／または液体Ｎ２、アルゴン等）の産物に空気を分離するように動作可能であるコンパクトな極低温蒸留塔１２０を含む。図８に示される、ＬＯＸは、患者携帯型ユニット１６（または他の実施形態において、基本ユニット１４の貯留部）に伝達されてもよい。蒸留ユニット３０から生じる冷ＧＯＸ（または飽和ＬＯＸ／ＧＯＸ）および廃棄流体は、熱交換器２６から流入する空気供給を冷却するために、矢印３６および３８により示されるように、熱交換器２６を通って再び送り戻されてもよい。
【００４８】
例示的な図示される実施形態において、蒸留ユニット１２０は、濃縮部の熱が回収部に伝達される、ＨＩＤｉＣ（熱統合蒸留塔）を備える。従来の蒸留システムにおいて、熱効率は、濃縮部の上側の廃棄熱が使用されないため、比較的低い。逆に、ＨＩＤｉＣ塔は、濃縮部から回収部への熱の伝達を促進することにより、この熱を使用する。圧力を蒸気に印加し、それを圧縮して温度の上昇を引き起こし、得られた熱を回収部に伝達してもよく、これは、蒸留塔の濃縮部および回収部へのＨＩＤｉＣ特有の縦方向の分割を通して達成されてもよい。
【００４９】
図示される実施形態において、蒸留塔１２０は、極低温冷却器（本明細書において、極低温冷却器２８として参照されるが、いくつかの実施形態において、個別の極低温冷却器であってもよい）に連結される上側の凝縮器１２１と、底側の加熱器１２４と連結される蒸発器１２２と、濃縮部１２６と、回収部１２８とを含む。一般的に、蒸留塔１２０内で、冷流体の少なくとも一部は、蒸発器１２２により蒸発される、凝縮器１２０から加熱器１２４に向かって下に移動する。暖かい気体の少なくとも一部は、次いで、凝縮器１２１により凝縮される、極低温冷却器２８に向かって上に戻る。したがって、この実施形態において、極低温冷却器２８は、工程に必要な還流を提供する。
【００５０】
特定の実施形態において、回収部１２８からの蒸気は、圧縮がその温度を上昇した後にのみ、濃縮部１２６に供給されてもよい。濃縮部１２６の底からの液体は、したがって、高圧であるため、液体が回収部１２８の上に流入する前に減圧される必要がある。濃縮部１２６の個別のトレーからの熱は、区分壁を通して、回収部１２８の対応するトレーに直接伝導される。濃縮部１２６における蒸発速度は、蒸気が上に近づくにつれて、徐々に減少する。逆に、濃縮部１２６における液体速度は、液体がその部分の底に近づくにつれて、徐々に増加する。
【００５１】
図示される実施形態において、廃棄気体（例えば、Ｎ２）は、凝縮器１２１の近くの塔１２０から除去され、一方、ＬＯＸおよびＧＯＸは、蒸発器１２２の近くから除去される。上述のように、塔１２０から除去されたＬＯＸは、患者携帯型ユニット１６（または他の実施形態において、基本ユニット１４の貯留部）に伝達されてもよく、一方、塔１２０からの冷ＧＯＸ（または飽和ＬＯＸ／ＧＯＸ）および廃棄気体は、熱交換器２６を通して再び送り戻されてもよい。
【００５２】
熱交換器２６からの空気供給３４は、任意の適切な位置で、極低温冷却器２８および／または蒸留ユニット３０に送達されてもよい。例えば、熱交換器２６からの空気流３４は、極低温冷却器２８に直接送達されてもよい。別の実施例として、空気流３４は、（例えば、濃縮部１２６と回収部１２８との間の位置で）蒸留ユニット３０に送達された後、極低温冷却器２８に向かって移動されてもよい。他の実施形態において、複数の極低温冷却器が、システム１０の異なる位置で提供されてもよい。
【００５３】
蒸留塔１２０の凝縮器１２１に、極低温冷却器２８を直接取り付けるステップは、比較的小さい蒸留塔１２０を使用して空気を分離するために必要な熱特性を提供してもよい。例えば、蒸留塔１２０は、高さが約２フィートであってもよい。
【００５４】
非常に低い温度で作動する極低温空気分離工程の一部、例えば、蒸留塔１２０、熱交換器２６、および冷相互結合配管は、十分に断熱される。例えば、このような構成要素は、図８に示される断熱ユニット１３０内に格納されてもよい。断熱ユニット１３０は、当該分野に既知の任意の適切な種類、例えば、真空断熱、多重層断熱（ＭＬＩ）、および／または熱的断熱を備えてもよい。別の実施例として、断熱ユニット１３０は、断熱を提供し、対流を最小にするように、岩綿、真珠岩、または他の適切な材料で充填されてもよい。
【００５５】
図９は、本開示の特定の実施形態に従う、蒸留ユニット３０の別の例示的な構成を図示する。図９の開示される蒸留ユニット３０は、上述の実施形態のいずれかに関連して、例えば、浄化器２４および熱交換器２６の任意の組み合わせに関連して使用されてもよい。
【００５６】
この実施形態において、熱交換器２６からの空気供給３４は、加熱器１２４に近い塔１２０の底部の蒸留塔１２０を通過した後、濃縮部１２６と回収部１２８との間の中間部の塔１２０の中に送り戻される。この構成は、有益な熱伝達および／または分離結果を提供する。
【００５７】
本開示は、呼吸補助システムに関連して特に説明されるが、本明細書に開示される装置、技術、および方法が、別の内容において同様に適用されてもよいことを理解されたい。加えて、種々の変更、置換、および改変が、以下の特許請求の範囲により図示される開示の意図および範囲から逸脱することなく、ここになされてもよいことを理解するべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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