(57)【要約】  本発明は酸素を生成するための医療装置に関し、該装置は、第１コンディションを提供するための手段と、上記第１コンディションを第２コンディションに変化させるための手段とを備え、該装置は、上記第１コンディション下で、可逆的酸素固定剤によって構成される固定剤（ＳｆＦ）、すなわち酸素選択性材料によって空気の酸素が吸着されるように、上記固定剤に上記空気（Ａ）を接触させることによって、充填相中に空気から酸素を抽出するとともに、上記第１コンディション下で窒素を除去するように構成され、かつ、排出相中に、上記第１コンディションを上記第２コンディションに変化させることによって、固定剤から酸素を放出させるように構成される。本発明はまた、個々の医療目的のために酸素を生成するための方法にも関係する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素生成用の装置（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ；１００；２００Ａ；２００Ｂ；３００；４００；５００；６００；７００）において、
第１コンディションを提供する手段と、前記第１コンディションを第２コンディションに変化させる手段とを備え、可逆的酸素固定剤によって構成された固定剤（Ｓ／Ｆ）すなわち酸素選択性材料によって空気の酸素が吸着されるよう、充填相中に、前記第１コンディション下で空気（Ａ）を前記固定剤に接触させることによって空気から酸素を抽出するとともに、前記第１コンディション下で窒素を除去するように構成され、かつ、排出相中に、前記第１コンディションを前記第２コンディションに変化させることによって、前記固定剤から酸素を放出させるように構成されたことを特徴とする、装置。
【請求項２】
可搬性ユニットであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１コンディションを提供する前記手段が、圧縮器もしくはファンその他の加圧手段、冷却手段、または加圧手段と冷却手段との組合せの１つ以上を含み、
前記第１コンディションを前記第２コンディションに制御下で変化させるための前記手段が減圧手段および／または加熱手段を含むことを前提として、前記第１コンディションを提供する前記手段が通常の気圧すなわち大気圧および通常の温度すなわちほぼ室温を含む場合、かつ、前記第１コンディションを提供する前記手段が加圧手段および／または冷却手段を含むことを前提として、前記第２コンディションに変化させる前記手段が通常の圧力および温度を含む場合、前記第１コンディションを前記第２コンディションに制御下で変化させるための前記手段が、真空ポンプその他の減圧手段、加熱手段、または減圧手段と加熱手段との組合せの１つ以上を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
固定剤（Ｓ／Ｆ）のベッドを含むように構成された少なくとも１つのチャンバ（１０；１１０、１３０；２１０、２２０、２３０、２４０；３１０；４１０；５１０；６１０；７１０）を備え、
前記固定剤（Ｓ／Ｆ）は、充填相中に流入する空気が前記第１コンディション下で該固定剤と反応して酸素が吸着されるように、前記チャンバ内に配置され、
前記チャンバの各々は、空気（Ａ）を前記チャンバ内に導入する入口（１２；１１２、１２１；２１２、２２２、２３２、２４２；３１２；４１２；５１２；６１２；７１２）と、充填相中に、窒素（Ｎ２）および固定剤（Ｓ／Ｆ）のベッドに吸着されなかった酸素（Ｏ２）の可能な部分を通過させるように構成された窒素出口（１４；１１４、１２３；２１４、２２４、２３４、２４４；３１４；４１３、４１４；５１４；６１４；７１４）と、排出相中に、前記第１コンディションの変化の下で放出された酸素（Ｏ２）を通過させる酸素出口（１４；１１４、１２３；２１６、２２６、２３６、２４６；３１５；４２２、４２４；５１６；６１４；７１６）とを有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
空気を前記チャンバ内に導入する手段（１６；１１６；３１６；７１６）を備えることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記チャンバ（１０；１１０；３１０；５１０；６１０；７１０）を加圧するように構成された加圧手段（１６；１１６；３１６；５２２、５２５；６２０；７１６）を備えることを特徴とする、請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
前記加圧手段（１６；１１６；３１６；７１６）が前記空気入口（１２；１１２；３１２；７１２）の上流に設けられることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記チャンバ内の空気が圧縮されるように、前記加圧手段（５２２、５２５；６２０）が前記チャンバ（５１０；６１０）内に移動可能に配置されることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記チャンバ内の圧力を調整するように構成された圧力調整手段（２０；１２０；５２２；５２５、５４０、５４５；６２０）を備えることを特徴とする、請求項４〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記圧力調整手段（２０；１２０）が前記出口（１４；１１４）の下流に配置されることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記圧力調整手段（５２２；５２５、５４０、５４５；６２０）が前記チャンバ（５１０；６１０）内に移動可能に配置されることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記チャンバ（１０；１１０；３１０；５１０；６１０）内に負圧を形成するように構成された減圧手段（２２；１２２；３２２；５２２、５３５；６２０）を備えることを特徴とする、請求項４〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記減圧手段（２２；１２２；３２２）が前記酸素出口（１４；１１４；３１５）の下流に配置されることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記チャンバ（５１０；６１０）内の空気が減圧されるように、前記減圧手段（５２２、５３５；６２０）が前記チャンバ（５１０；６１０）内に移動可能に配置されることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記チャンバ（１０；１１０；２１０；３１０；４１０；７１０）内の温度を調整するように構成された温度調整手段（２６；１２８；２５０、２９０；３２４、３２６；４１６、４１８、４２４、４２６；７２４、７２６、７２８）を備えることを特徴とする、請求項４〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記温度調整手段が、充填相中に前記チャンバ（１０；１１０；２１０；３１０；４１０；７１０）の内容物を冷却するように構成された冷却手段（２６；１２８；２５０、２９０；３２４；４１６、４１８、４２４；７２４、７２８）と、排出相中に前記チャンバ（１０；１１０；２１０；３１０；４１０；７１０）の内容物を加熱するように構成された加熱手段（２６；１２８；２５０，２９０；３２６；４１６、４１８、４２６；７２６、７２８）とを備えることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記温度調整手段が、前記チャンバ内で熱交換を行なうように構成された熱伝達手段（１２８；２５０、２９０；４１６、４１８；７２８）を備えることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
少なくとも２つのチャンバのうちの少なくとも１つ、例えば第１チャンバが充填相にあるときに、他のチャンバの少なくとも１つ、例えば第２チャンバが排出相にあるように構成された、少なくとも２つのチャンバ（１１０；１３０；２１０、２２０、２３０、２４０）と、
前記少なくとも２つのチャンバのそれぞれにおける充填相および排出相が終了したときに、少なくとも１つのチャンバ、例えば前記第１チャンバが充填相で吸着された酸素を放出するように構成されているとともに、他のチャンバの１つ、例えば前記第２チャンバが酸素を吸着するように構成され、次いで順に交替するように、相をシフトさせるための手段と
を備えることを特徴とする、請求項４〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記残りのチャンバの少なくとも１つが中間相にあることを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
４つのチャンバ（２１０、２２０、２３０、２４０）を備え、
前記４つのチャンバの各々が固定剤を含み、前記４つのチャンバが、空気入口（２１２、２２２、２３２、２４２）と、窒素出口（２１４、２２４、２３４、２４４）と、酸素出口（２１５、２２５、２３５、２４５）とを有し、前記チャンバが熱伝達媒体を受容するように構成された熱伝達管構造（２５０）を介して直列に接続され、前記媒体が前記管を貫流するように構成され、例えば第１チャンバ内で酸素が吸着されるとともに、前記第１チャンバに対して下流に接続された例えば第２チャンバが冷却され、前記第２チャンバの下流に接続された例えば第３チャンバ内で酸素が放出され、例えば第４チャンバが加熱され、次いで冷却された前記第２チャンバ内で酸素が吸着され、前記第３チャンバが冷却され、前記第４チャンバ内で酸素が放出され、前記第１チャンバが加熱されるようにシフトされる如く、前記媒体の温度を制御する温度調整手段（２９０）が配置されることを特徴とする、請求項１７または１８に記載の装置。
【請求項２１】
酸素が吸着されるチャンバの前で媒体の流れを絞るためにそれぞれのチャンバ間の管（２５０）にそれぞれ配置された狭窄（２６２、２６４、２６６、２６８）と、媒体の流れを与えるためにそれぞれのチャンバ間の管にそれぞれ配置された加圧手段（２７２、２７４、２７６、２７８）とを備えることを特徴とする、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
少なくとも２つのチャンバの前記空気入口（１１２、１２１）の上流に設けられ、前記空気入口間の空気の流れをシフトさせて半連続的酸素生成プロセスが達成されるように構成されたインフローセレクタ（１１７）を備えることを特徴とする、請求項１８または１９に記載の装置。
【請求項２３】
前記チャンバ（３１０；４１０；５１０）が、前記第１コンディション手段を提供するように構成された充填領域（３３０；４３０；５３０）と、前記第２コンディション手段を提供するように構成された排出領域（３４０；４４０；５４０）とを含むことを特徴とする、請求項４〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記空気入口（３１２；４１２；５１２）および前記窒素出口（３１４；４１４；５１４）が前記充填領域に設けられ、かつ前記酸素出口（３１５；４２２；５１６）が前記排出領域に設けられることを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記チャンバ（３１０；４１０；５１０）内で前記固定剤を回転させて、該固定剤が前記充填領域内で空気と接触し、そこで動作時に酸素が吸着され、かつ、該固定剤が排出領域内で空気と接触し、そこで酸素が放出されて酸素が連続的に生成されるように構成された回転手段（３２０、３５０；４２０、４５０；５２０、５５０）を備えることを特徴とする、請求項２３または２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記回転手段が、前記固定剤を包含する回転可能な部材（３２０；４２０；５２０）と、前記回転可能な部材を回転させるように構成された駆動手段（３５０；４５０；５５０）とを含み、前記固定剤が前記回転可能な部材の少なくとも周縁部を構成することを特徴とする、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記回転可能な部材が実質的に円筒状の形状を有することを特徴とする、請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記チャンバ（３１０；５１０）内を密閉するように構成された密閉手段（３２３；５２２）を備えることを特徴とする、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記密閉手段（３２３）が、前記充填領域の前記第１コンディションおよび前記排出領域の前記第２コンディションが維持されるように密閉するように構成されていることを特徴とする、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
空気が前記チャンバの内面と前記固定剤との間に形成される空間に沿って移送されるように、前記密閉手段（５２２）が前記回転手段とともに動くように構成されているとともに、前記チャンバの内面（５１１）に対して密閉するように構成されていることを特徴とする、請求項２８または２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記温度調整手段（２６；１２８；２５０、２９０；３２４、３２６；４１６、４１８、４２４、４２６；７２４、７２６、７２８）が前記チャンバに接続されることを特徴とする、請求項１５〜３０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
前記冷却手段（３２４；４２４）が前記チャンバ（３１０；４１０）に接続され、前記充填領域（３３０；４３０）を冷却するように構成されていることを特徴とする、請求項２３〜３１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
前記加熱手段（３２６；４２６）が前記チャンバ（３１０；４１０）に接続され、前記排出領域（３４０、４４０）で加熱するように構成されていることを特徴とする、請求項２３〜３１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
前記チャンバ内で窒素、酸素および酸素の吸着および放出からの反応エネルギの間で熱交換が行なわれるように、前記熱伝達手段が、相互に相対的に配置された窒素熱伝達管構造（４１６）および酸素熱伝達管構造（４１８）を備えることを特徴とする、請求項１７〜３３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３５】
窒素、酸素および空気の間で熱交換が行なわれ、窒素、酸素および空気の温度の制御が容易になるように、当該装置が、前記窒素熱伝達管構造（４１６）および前記酸素熱伝達管構造（４１８）に対して相対的に配置された空気熱伝達管構造（４１１）を備えることを特徴とする、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記加圧手段（３２６；５２２、５２５）が前記充填領域で加圧するように構成されていることを特徴とする、請求項２３〜３５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３７】
前記加圧手段が、前記密閉手段（５２２）と前記充填領域（５３０）のテーパ部（５２５）とを備え、
前記密閉手段（５２２）が前記テーパ部に入ったときに、移送された空気が圧縮されるように、前記テーパ部が構成されていることを特徴とする、請求項２８〜３６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３８】
前記密閉手段（５２２）が多数の可撓性密閉用の仕切り（５２２）ないしはブレードを備えもー、前記仕切りが、前記チャンバ（５１０）内のキャビティ（５１８）が前記仕切り（５２２）間に形成されるように、略半径方向に前記チャンバ（５１０）の内面に向かって突出し前記チャンバ（５１０）全体に分配配置されていることを特徴とする、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記排出手段（３２２；５２２、５３５）が前記排出領域（３４０；５４０）に負圧を形成するように構成されていることを特徴とする、請求項２３〜３８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４０】
前記排出手段（５２２、５４０）が密閉手段（５２２）と前記排出領域（５４０）の拡幅部（５３５）とを備え、前記密閉手段（５２２）が前記拡幅部に入ったときに、移送された空気が負圧に減圧されるように構成されていることを特徴とする、請求項２８〜３９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４１】
前記圧力調整手段が、開位置と閉位置との間で往復運動をするように前記チャンバ内に配置されたピストン（６２０）を含むことを特徴とする、請求項９〜４０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４２】
前記ピストンがその開位置にある第１段階（Ｉ）で、空気が前記チャンバ内に導入されるように構成され、前記ピストンが閉位置に移動することによって空気を圧縮する第２段階（II）で、酸素が固定剤によって吸着され、かつ窒素が窒素出口を通して排出されるように構成され、ピストンが開位置に移動することによって負圧が生じる第３段階で、酸素が放出されるように構成され、ピストンが閉位置に移動する第４段階で、酸素が酸素出口を通して排出されるように構成されていることを特徴とする、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記チャンバ（７１０）が前記空気導入手段（７１６）に着脱自在に接続され、前記チャンバを前記空気導入手段から取り外して酸素を例えば患者に提供することができ、かつ酸素を例えば患者に提供した後、前記チャンバを前記空気導入手段に再接続することによって、前記チャンバを再充填すること、すなわち酸素を吸着させることができるように構成されていることを特徴とする、請求項５〜４２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４４】
前記空気入口（７１２）が前記チャンバの外部に配置されたコネクタを含み、前記コネクタが、充填相中に前記空気導入手段（７１６）に接続され、排出相中に前記加圧手段から切り離されるものであることを特徴とする、請求項５〜４３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４５】
前記酸素出口を通して排出された酸素を蓄積するように構成された蓄積手段を備えることを特徴とする、請求項４〜４４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４６】
前記入口を通して流入する空気（Ａ）が濾過されるように、少なくとも１つのチャンバの前記空気入口側に配置された第１フィルタ手段（Ｆ１）と、
前記窒素出口を通して流出する窒素（Ｎ２）および酸素（Ｏ２）の可能な部分がフィルタを通過して固定剤（Ｓ／Ｆ）の可能な残部が濾過されるように、前記窒素出口に配置されるとともに、前記酸素出口を通して流出する酸素（Ｏ２）がフィルタを通過して、固定剤（Ｓ／Ｆ）の可能な残部が濾過されるように、前記酸素出口に配置された第２フィルタ手段（Ｆ２）と
を備えることを特徴とする、請求項４〜４５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４７】
前記チャンバに断熱コンディションを提供するための手段（１２８；６２８）を備えることを特徴とする、請求項４〜４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４８】
酸素量を制御するための手段を備えることを特徴とする、請求項１〜４７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４９】
充填相中に排出される窒素を処理するための手段を備えることを特徴とする、請求項１〜４８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５０】
前記可逆的酸素固定剤がサルコミンおよび／またはフルオミンおよび／またはエトミンであることを特徴とする、請求項１〜４９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５１】
酸素節約装置を備えることを特徴とする、請求項１〜５０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５２】
医療用装置であることを特徴とする、請求項１〜５１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５３】
前記可逆的酸素固定剤がポルフィリンまたはコバルトシッフベースであることを特徴とする、請求項１〜５２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５４】
請求項１〜５３のいずれか一項に記載の装置の患者の治療への使用。
【請求項５５】
充填相中に、第１コンディション下で、可逆的酸素固定剤／吸着剤（Ｓ／Ｆ）によって構成されている固定剤（Ｓ／Ｆ）すなわち酸素選択性材料に空気（Ａ）を接触させて、空気の酸素を前記固定剤に吸着させることによって、前記空気（Ａ）から酸素を抽出するとともに、空気の窒素を除去するステップと、
排出相中に、前記コンディションを第２コンディションに制御下で変化させることによって、吸着された酸素を放出するステップと
を含むことを特徴とする、酸素を生成するための方法。
【請求項５６】
前記第１コンディションが高圧、低温、高圧と低温との組合せ、または大気圧および室温のいずれか１つを含み、前記第１コンディションから前記第２コンディションへの前記制御下の変化が減圧、加熱、または減圧と加圧との組合せのいずれか１つを含み、前記第２コンディションが減圧手段および／または加熱手段を含むことを前提として、前記第１コンディションが通常の圧力すなわち大気圧、および通常の温度すなわち略室温を含み、かつ前記第１コンディションが加圧手段および／または冷却手段を含むことを前提として、前記第２コンディションが通常の圧力および温度を含むことを特徴とする、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記固定剤（Ｓ／Ｆ）がサルコミンおよび／またはフルオミンおよび／またはエトミンであることを特徴とする、請求項５５または５６に記載の方法。
【請求項５８】
個別医療目的に適用可能であることを特徴とする、請求項５５〜５７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に係る、酸素を生成するための装置に関する。本発明はさらに、請求項５５の前提部分に係る、酸素を精製するための方法に関する。
【背景】
【０００２】
医療分野では、様々な治療のために酸素が大いに必要とされている。例えば慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）を患っている患者は、日常生活で酸素を必要とする。したがって、空気から酸素を抽出する可搬性／携帯システムが必要である。
【０００３】
今日、酸素を提供する最も一般的な方法は、気体の形で行なわれる。これは、医療用の最も一般的な携帯システムでもある。ポンプで２００バールの圧力に加圧された２リットルのボトルは４００リットルの遊離酸素を提供し、重さは約４ｋｇである。平均的な移動できる患者は毎分およそ２リットルのオーディネーション（ｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ）を有し、１本のボトルからおよそ２００分の酸素が患者に提供される。気体は工場では、空気Ａを−１９０℃に冷却し、窒素を気体に維持しながら、酸素を液化することによって生成される。液体酸素は気化され、生成された気体状酸素はボトル詰めされる。このやり方では、酸素はボトル入りで患者に引き渡す必要がある。
【０００４】
使用時に、酸素を節約するために、酸素節約装置が使用されることがある。酸素節約装置は、通常の場合のように連続的にではなく、吸入中にだけガスを投与する。これは投与量を通常のガス消費量の１０分の１まで低減させる。この技術は、呼吸がはっきりしている意識のある患者以外では、呼吸を充分に明確に検出することができないので、そのような呼吸がはっきりしている意識のある患者に対してのみ有効である。
【０００５】
気体状酸素に代わるものが液体酸素（ＬＯＸ）である。液体酸素は−１８６℃まで冷却された酸素であり、体積当たりのガスが気体状ガスより多く、ＬＯＸ１リットル当たり９００リットルまでの遊離ガスを提供する。システムを非常に低温に維持しなければならないので、該技術は複雑であり、したがって高価である。
【０００６】
酸素による定常的な在宅治療のための今日の最も一般的な技術は、よく画成されたキャビティサイズを有する、ゼオライトすなわちシリコンアルミニウム結晶のモレキュラシーブを使用することであり、窒素がキャビティによりよく嵌合するので、窒素より酸素をより容易に通過させることである。該技術は、窒素を詰まらせ、酸素を通過させるフィルタとして説明することができる。これはベッド内で行なわれる。以前に使用されたベッドは、生成された酸素の一部を流れに逆らってベッドに還流させ、以前に詰まった窒素を導出させることによって再生される。これはＰＳＡ（圧力変動吸収）、ＶＳＡ（真空変動吸収）、またはＴＳＡ（熱変動吸収）と呼ばれるサイクルで行なわれる。ＰＳＡサイクルでは、新鮮な空気が高圧で吹き込まれ、大気圧で再生が行なわれる。ＶＳＡでは、新鮮な空気が大気圧で吹き込まれ、真空で再生が行なわれる。ＴＳＡサイクルでは、窒素をより容易に放出させるために、再生中に温度を上昇させる。
【０００７】
これらのゼオライトシステムは今日、毎分５リットルまでのガスを生成させるために約２．５〜５０ｋｇの重さである。可搬装置を提供するための試みが、ＥＰ１４８５１８８に開示されている。それは、電池無しで重さ４．５ｋｇであり、毎分０．３リットルの酸素を生成することのできる、ガス節約装置付きゼオライト濃縮装置である。この装置はエネルギ消費量が高く、短距離移動性につながる。
【発明の目的】
【０００８】
本発明の１つの目的は、可搬性であり、すなわち１人のユーザで容易に運ぶことができ、単位時間当たりの充分な量の酸素をユーザに提供し、軽量であり、かつエネルギ消費量の低い、酸素を生成するための装置、特に医療目的に適する装置を提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、医療目的、特に可搬性の医療目的に適しており、かつ効率的である、酸素を生成するための方法を提供することである。
【発明の概要】
【００１０】
以下の説明から明らかなこれらおよび他の目的は、付属の請求項１、５５の導入部分として明記した種類で、さらに特徴部分に記載された特徴部を提示する、酸素を生成するための医療装置および酸素を生成するための方法によって達成される。本発明の装置および方法の好ましい実施形態を、付属の従属請求項２〜５４、５６〜５８に記載する。
【００１１】
酸素を生成するための医療装置であって、第１コンディションを提供するための手段および上記第１コンディションを第２コンディションに変化させるための手段を備えており、上記第１コンディション下で、可逆的酸素固定剤によって構成される固定剤すなわち酸素選択性材料によって空気の酸素が吸着されるように、上記空気を上記固定剤に接触させることによって、充填相中に、上記空気から酸素を抽出し、かつ上記第１コンディション下で窒素を除去するように構成されるとともに、排出相中に、上記第１コンディションを上記第２コンディションに変化させることによって、固定剤から酸素を放出するように構成された装置を提供することによって、軽量化され、可搬携帯型であり、かつ、部分的に酸素を窒素と結合させるゼオライトプロセスと比較して、酸素選択性材料が１００％酸素を選択するので、例えばＣＯＰＤ患者によって有利に使用されるように単位時間当たりの充分な量の酸素を生成する、より効率的な医療装置を設計することができる。酸素は空気のおよそ２０％を構成する一方、窒素は空気のおよそ８０％を構成する。
【００１２】
したがって、必要なガス吸着空間は５分の１で足りる。したがって、これはより効率的に酸素を生成する、より軽量な装置を提供することを容易にする。
【００１３】
該装置は、さらなる有利な実施形態を記載する従属請求項２〜５４の特徴部を含むことが好ましい。
【００１４】
個々の医療目的のための酸素生成方法であって、充填相中に、可逆的酸素固定剤／吸着剤によって構成される固定剤すなわち酸素選択性材料によって空気の酸素が吸着されるように、第１コンディション下で、上記空気を上記固定剤に接触させることによって空気から酸素を抽出するステップと、空気の窒素を除去するステップと、排出相中に、上記コンディションを第２コンディションに制御下で変化させることによって、吸着された酸素を放出するステップとを含む方法を提供することによって、より効率的な酸素生成が達成される。
【００１５】
該方法は、さらなる有利な実施形態を記載する従属請求項５６〜５８の特徴部を含むことが好ましい。
【００１６】
以下の詳細な説明を添付の図面と併せ読んだときに、本発明のさらなる理解が得られるであろう。図面では、幾つかの図にわたって同様の参照符号は同様の部品を指し示す。
【発明の詳細な説明】
【００１７】
本発明は、酸素Ｏ２を生成するための医療装置の様々な実施形態を開示する。該装置は、第１コンディション下で、例えばコバルト−ビス−サリチルアルデヒド−エチレンジイミン（サルコミン）、コバルト−ビス−３−フルオロサリチルアルデヒド−エチレン−ジイミン（フルオミン）、コバルト−ビス−３−エトキシサリチルアルデヒド−エチレンジイミン（エトミン）のような金属錯体、コバルトポルフィリン、コバルトシッフベース、または単純な無機塩類の形の金属錯体によって構成することのできる可逆的酸素固定剤Ｓ／Ｆすなわち酸素選択性材料によって空気の酸素が固定／吸着されるように、上記固定剤に空気Ａを接触させ、空気の窒素を除去し、かつ上記コンディションを第２コンディションに制御下で変化させることにより、吸着された酸素を放出することによって、酸素を抽出するように構成される。サルコミンおよび／またはフルオミンおよび／またはエトミンを使用するように意図することが好ましい。可逆的酸素固定剤を以下で固定剤Ｓ／Ｆと呼ぶ。
【００１８】
該酸素生成プロセスでは、したがって２つの相がある。空気Ａ中の酸素Ｏ２が固定剤Ｓ／Ｆと反応して吸着される充填相、および酸素が固定剤から放出される排出相である。装置は、上記充填相で、空気Ａ中の酸素が固定剤と反応して吸着され、その状態で窒素Ｎ２が放出されるように、空気Ａを第１コンディション下の可逆的酸素固定剤／吸着剤すなわち固定剤Ｓ／Ｆに接触させ、かつ上記排出相で、上記第１コンディションの変化によって酸素Ｏ２を放出するように構成される。上記第１コンディションは、昇圧を加えること、または温度低下すなわち冷却、または両方の組合せを含むことができ、上記第１コンディションの変化は、圧力の低下、真空／負圧を加えること、温度の上昇／加熱、またはそれらの組合せを含むことができる。したがって３つの主要なサイクル、すなわち圧力サイクル、真空サイクル、および温度サイクルがあり、これらを組み合わせることができる。
【００１９】
図１ａ〜１ｄは、固定剤Ｓ／Ｆのベッドを含むチャンバ１０を備え、充填相中に、流入する空気Ａが固定剤と反応し、酸素が第１コンディション下で吸着されるように、固定剤Ｓ／Ｆが上記チャンバ内に配置されている状態で、空気Ａをチャンバ１０内に導入するための入口１２と、充填相中に、窒素Ｎ２と固定剤Ｓ／Ｆのベッドに吸着されない酸素Ｏ２の可能な部分とを通過させ、かつ排出相中に、上記第１コンディションの変化の下で放出される酸素Ｏ２を通過させるための出口１４とをチャンバが有するという共通の特徴を有する、酸素Ｏ２を生成するための医療装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの第１実施形態の異なる態様を示す。好ましくは、装置はさらに、入口を通して流入する空気Ａが濾過されるように、チャンバ１０の空気入口側に配置された第１フィルタ手段Ｆ１と、充填相中に、出口を通して流出する窒素Ｎ２および酸素Ｏ２の可能な部分がフィルタを通過して、固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部が濾過され、かつ排出相中に、出口を通して流出する酸素Ｏ２がフィルタを通過して、固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部が濾過されるように、チャンバ１０の出口側に配置された第２フィルタ手段Ｆ２とを備える。窒素Ｎ２および酸素Ｏ２のための出口は、同一弁または代替的に２つの別々の弁とすることができる。装置は、断熱コンディションが達成されるように、チャンバ１０を隔離するための隔離手段を含むことが好ましい。
【００２０】
図１ａは、本発明の第１実施形態の第１態様に係る、酸素Ｏ２を生成するための装置１Ａの側面図を概略的に示す。この第１態様では、装置は、圧力サイクル、真空サイクル、および温度サイクルの組合せによって、酸素Ｏ２を生成するように意図される。酸素Ｏ２を生成するための装置は、チャンバ１０、加圧手段１６、例えば入口１２を通して上記チャンバ１０内に空気Ａを吹き込むように構成されたファンまたは圧縮器、チャンバ１０の下流に配置されたフローセレクタ１８、圧力調整手段２０、例えばチャンバ１０の下流および好ましくはフローセレクタ１８の下流に設けられチャンバ１０内の圧力を調整するように構成された背圧調整器、減圧手段２２、すなわちチャンバ１０に負圧を提供するための手段、例えばフローセレクタの下流に配置された真空ポンプ２２など、ならびに好ましくは蓄積手段２４、例えば真空ポンプ２２の上流に配置された真空アキュムレータまたはデプレッションリザーバを備える。装置はさらに、酸素Ｏ２を人／患者に排出するための出口を備える。装置はさらに温度調整手段２６、例えばチャンバ１０内に配置され、充填相中に冷却を、かつ排出相中に加熱をもたらすように構成された加熱器／冷却器を備える。
【００２１】
充填相中に、空気Ａは、圧縮器またはファンによって、第１フィルタ手段Ｆ１を通して吹き込まれるように構成される。チャンバ１０内に提供された固定剤Ｓ／Ｆは、空気Ａの酸素Ｏ２と反応して固定剤Ｓ／Ｆに結合されるように構成される。窒素Ｎ２およびベッドに吸着されないと考えられる酸素Ｏ２は、チャンバ１０の出口１４を通して流出するように構成され、第２フィルタ手段Ｆ２は固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部を濾過するように構成される。窒素Ｎ２および酸素Ｏ２の可能な部分は次いで、背圧調整器２０を通してフローセレクタ１８によって方向付けられ、窒素出口弁２８で排出されるように構成される。背圧調整器２０は同時に、チャンバ１０内の圧力を調整し、それを第１圧力レベルに維持するように構成される。温度調整手段２６はこの相で、固定剤Ｓ／Ｆと酸素Ｏ２との間のより効果的な反応をもたらすために、チャンバ１０内の空気Ａを冷却するように構成される。
【００２２】
排出相中に、酸素Ｏ２はコンディションの制御された変化によって放出されるように構成される。チャンバ１０の圧力を低下させるために、加圧手段１６、例えば圧縮器１６またはファン１６は遮断されるように構成される。圧力を低下させることによって、酸素Ｏ２を圧力勾配に応じて放出させることができる。真空ポンプ２２によってチャンバ１０に負圧がもたらされ、負圧は酸素Ｏ２のより効果的な放出を達成する。放出された酸素Ｏ２は、チャンバ１０の出口１４を通して流出するように構成され、第２フィルタ手段Ｆ２は固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部を濾過するように構成される。酸素Ｏ２の流れは、圧力調整器２０によって、かつ真空ポンプ２２によって生じる負圧によって、流れるように構成される。酸素Ｏ２の流れはさらに、フローセレクタ１８によってアキュムレータ２４に向けられ、または代替的に直接真空ポンプ２２に向けられるように構成される。チャンバ１０はしたがって、フローセレクタ１８およびアキュムレータ２４を介して真空ポンプ２２と流体連通するように構成される。アキュムレータ２４は、所望ならば酸素Ｏ２を蓄積する可能性を提供する。酸素Ｏ２は、真空ポンプ２２に配設された酸素出口弁を介して排出されるように構成される。温度調整手段２６はこの相で、酸素Ｏ２のより効果的な放出を達成するために、チャンバ１０内の空気Ａを加熱するように構成される。
【００２３】
第１実施形態では、第１コンディションは圧力および冷却を含み、変化したコンディションは、負圧および加熱、すなわち圧力サイクル、真空サイクル、および温度サイクルの組合せを含む。異なるサイクルを適用し、そのコンディションを制御することによって、酸素Ｏ２を生成するプロセスを最適化し、こうして効果的な酸素生成を達成することができる。
【００２４】
図１ｂは、本発明の第１実施形態の第２態様に係る、酸素Ｏ２を生成するための装置の側面図を概略的に示す。この第２態様では、装置は、圧力サイクルによって酸素Ｏ２を生成するように意図される。酸素Ｏ２を生成するための装置は、チャンバ１０、入口を通して上記チャンバ１０内に空気Ａを吹き込むように構成された圧縮器、チャンバ１０の下流に配置されたフローセレクタ１８、チャンバ１０の下流に、かつ好ましくはフローセレクタ１８の下流に設けられ、チャンバ１０内の圧力を調整するように構成された背圧調整器２０を備える。装置はさらに、酸素Ｏ２を人／患者に排出するための出口を含む。
【００２５】
充填相中に、空気Ａは、圧縮器によって、第１フィルタ手段Ｆ１を通して吹き込まれるように構成される。チャンバ１０内に提供された固定剤Ｓ／Ｆは、空気Ａの酸素Ｏ２と反応し、固定剤Ｓ／Ｆに結合するように構成される。窒素Ｎ２およびベッドに吸着されないと考えられる酸素Ｏ２は、チャンバ１０の出口１４を通して流出するように構成され、固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部を濾過するために、第２フィルタ手段Ｆ２が配置される。窒素Ｎ２および酸素Ｏ２の可能な部分は次いで、背圧調整器２０を通してフローセレクタ１８によって方向付けられ、窒素出口弁から排出されるように構成される。背圧調整器２０は同時に、チャンバ１０内の圧力を調整し、それを第１圧力レベルに維持するように構成される。
【００２６】
排出相中に、圧縮器は遮断されるように構成される。酸素Ｏ２は、圧力調整器２０によって達成される圧力の制御された低下によって放出されるように構成される。放出された酸素Ｏ２は、圧力調整器２０によってチャンバ１０の出口１４を通して流出するように構成され、固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部を濾過するために、第２フィルタ手段Ｆ２が配置される。酸素Ｏ２の流れはさらに、圧力調整器２０を介してフローセレクタ１８によって方向付けられ、酸素出口弁を通して放出されるように構成される。
【００２７】
図１ｃは、本発明の第１実施形態の第３態様に係る、酸素Ｏ２を生成するための装置の側面図を概略的に示す。この第３態様では、装置は真空サイクルによって酸素Ｏ２を生成するように意図される。酸素Ｏ２を生成するための装置は、チャンバ１０と、空気をチャンバ１０内に導入するための手段１６と、チャンバ１０の下流に配置されたフローセレクタ１８と、フローセレクタ１８の下流に配置された減圧手段２２、例えば真空ポンプ２２と、および好ましくは、真空ポンプ２２の上流に配置された真空アキュムレータ２４またはデプレッションリザーバとを備える。装置はさらに、酸素Ｏ２を人／患者に排出するための出口を備える。加えて、装置は、減圧手段の下流に配置されるように意図された追加の酸素アキュムレータ（図示せず）、および酸素をユーザ／患者に供給するための手段を備える。これは、より多くの酸素を蓄積する可能性をもたらす。
【００２８】
充填相中に、空気Ａは、好ましくはファンによって第１フィルタ手段Ｆ１を通してチャンバ１０内に導入されるように構成される。チャンバ１０内に提供された固定剤Ｓ／Ｆは、空気Ａの酸素Ｏ２と反応し、固定剤Ｓ／Ｆに結合されるように構成される。窒素Ｎ２およびベッドに吸着されないと考えられる酸素Ｏ２は、減圧手段２２、例えば真空ポンプ２２によって、チャンバ１０の出口１４を通して流出するように構成され、固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部を濾過するために第２フィルタ手段Ｆ２が配置される。窒素Ｎ２および酸素Ｏ２の可能な部分は次いで、フローセレクタ１８によって方向付けられ、フローセレクタ１８に設けられた窒素出口弁から排出されるように構成される。
【００２９】
排出相中に、酸素Ｏ２は、減圧手段２２、例えば真空ポンプ２２によってチャンバ１０に負圧を加えることによって放出されるように構成される。放出された酸素Ｏ２はチャンバ１０の出口１４を通して流出するように構成され、固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部を濾過するために第２フィルタ手段Ｆ２が配置される。酸素Ｏ２の流れは、真空ポンプ２２によって生成される負圧によって流れるように構成され、酸素Ｏ２の流れはさらにフローセレクタ１８によってアキュムレータ２４に向けられるように、または代替的に直接真空ポンプ２２に向けられるように構成される。チャンバ１０はこうして、フローセレクタ１８およびアキュムレータ２４を介して、真空ポンプ２２と流体連通するように構成される。アキュムレータ２４は、所望ならば、酸素Ｏ２を蓄積する能力を提供する。酸素Ｏ２は、真空ポンプ２２に配置された酸素出口弁を介して排出されるように構成される。
【００３０】
図１ｄは、本発明の第１実施形態の第４態様に係る、酸素Ｏ２を生成するための装置の側面図を概略的に示す。この第４態様では、装置は、温度サイクルによって酸素Ｏ２を生成するように意図される。酸素Ｏ２を生成するための装置は、チャンバ１０と、空気をチャンバ内に導入するための手段１６と、チャンバ１０の下流に配置されたフローセレクタ１８と、温度調整手段２６、例えばチャンバ１０内の温度を制御するように構成された冷却器／加熱器（冷却手段および加熱手段を含む温度調整器２０）とを備える。装置はさらに、酸素Ｏ２を人／患者に排出するための出口を備える。
【００３１】
充填相中に、空気Ａは、好ましくはファンによって第１フィルタ手段Ｆ１を通してチャンバ１０内に導入されるように構成される。チャンバ１０内に提供された固定剤Ｓ／Ｆは、空気Ａの酸素Ｏ２と反応し、固定剤Ｓ／Ｆと結合するように構成される。これは、この相では、固定剤Ｓ／Ｆと酸素Ｏ２との間の効果的な反応をもたらすために、チャンバ１０内の空気Ａを冷却するように構成された温度調整手段２６、例えば加熱器／冷却器によって達成される。窒素Ｎ２およびベッドに吸着されないと考えられる酸素Ｏ２は、チャンバ１０の出口１４を通して流出するように構成され、固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部を濾過するために第２フィルタ手段Ｆ２が配置される。窒素Ｎ２および酸素Ｏ２の可能な部分は次いで、フローセレクタ１８によってそれを通して方向付けられ、窒素出口弁から排出されるように構成される。
【００３２】
排出相中に、酸素Ｏ２は、温度の制御された上昇によって放出されるように構成される。温度調整器２０（加熱器／冷却器）は、酸素Ｏ２の効果的な放出を達成するために、この相でチャンバ１０内で反応した固定剤Ｓ／Ｆを加熱するように構成される。放出された酸素Ｏ２はチャンバ１０の出口１４を通して流出するように構成され、固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部を濾過するために第２フィルタ手段Ｆ２が配置される。酸素Ｏ２の流れは、フローセレクタ１８によってそれを通して方向付けられ、酸素出口弁で排出されるように構成される。
【００３３】
図２は、本発明の第２実施形態に係る、酸素Ｏ２を生成するための装置１００の側面図を概略的に示す。第２実施形態に係る装置１００は、図１ａ〜１ｄに係る装置１Ａ〜１Ｄと同じ基本的機能を達成する。第１実施形態と比較した相違点は、それが少なくとも２つのチャンバ１１０、１３０を備え、各チャンバ１１０、１３０が固定剤Ｓ／Ｆのベッドを含み、それが酸素生成の半連続プロセスを容易にすることである。図２では、装置は２つのベッドを有するが、代替的に任意の所望の数のベッドを有することができる。
【００３４】
装置は、相互に平行に接続された第１チャンバ１１０および第２チャンバ１３０を備え、各チャンバは固定剤Ｓ／Ｆのベッドを含み、各チャンバは、充填相中に流入する空気Ａが固定剤と反応して第１コンディション下で酸素Ｏ２が吸着されるように、固定剤Ｓ／Ｆが配置された上記それぞれのチャンバ１１０、１３０に空気Ａを導入するための入口１１２、１２１と、および充填相中に、窒素Ｎ２および固定剤Ｓ／Ｆのベッドに吸着されない酸素Ｏ２の可能な部分を通過させ、かつ排出相中に、上記第１コンディションの変化の下で放出された酸素Ｏ２を通過させるための出口１１４、１２３とを有する。好ましくは、各チャンバは、入口１１２、１２１を通して流入する空気Ａが濾過されるように、チャンバ１１０、１３０の入口側に配置された第１フィルタ手段Ｆ１と、充填相中に、出口１１４、１２３を通して流出する窒素Ｎ２および可能な酸素Ｏ２がフィルタを通過して、固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部が濾過され、かつ排出相中に流出する酸素が濾過されるように、チャンバの出口側に配置された第２フィルタ手段Ｆ２とを備える。変形例では、チャンバ１１０、１３０は、断熱コンディションが達成されるように隔離手段によって隔離される。装置はさらに、加圧手段１１６、例えば圧縮器１１６またはファン１１６と、加圧手段の下流に配置され、第１チャンバ１１０および第２チャンバ１３０の入口１１２、１２１に流れを交互に方向付けるように構成されたインフローセレクタ１１７とを備える。装置はさらに、第１チャンバ１１０と流体連通するように配置された第１アウトフローセレクタ１１８と、第２チャンバ１３０と流体連通するように配置された第２アウトフローセレクタ１３８とを備える。装置１００はまた、第１アウトフローセレクタ１１８が圧力調整器と流体連通するときには、第２フローコミュニケータが減圧手段１２２と流体連通し、その逆に、第２アウトフローセレクタ１１８が圧力調整器と流体連通するときには、第１フローコミュニケータが減圧手段１２２と流体連通するように、第１および第２アウトフローセレクタ１１８、１３８と交互に流体連通するように構成された圧力調整器１２０と、第１および第２アウトフローセレクタ１１８、１３８と交互に流体連通するように構成された減圧手段１２２、例えば真空ポンプ１２２とを備える。装置はさらに、減圧手段１２２の上流に配置された真空アキュムレータ１２４を備えることが好ましい。装置はさらに、酸素Ｏ２および窒素出口弁を備える。チャンバは隔離手段によって隔離することが好ましい。装置は、チャンバ内の両方のベッドと熱接触するように構成された熱伝達手段を備え、プロセス中に断熱コンディションを達成することが好ましい。
【００３５】
酸素生成プロセス中に、空気Ａはインフローセレクタ１１７を通して吹き込まれるように構成され、上記インフローセレクタ１１７は空気Ａを第１チャンバ１１０に方向付けるように構成される。すなわち、充填プロセスは第１チャンバ１１０で行なわれ、チャンバ内に提供された固定剤Ｓ／Ｆは空気Ａの酸素Ｏ２と反応し、固定剤Ｓ／Ｆに結合するように構成される。窒素Ｎ２およびベッドに吸着されないと考えられる酸素Ｏ２は、第１チャンバ１１０の出口を通して流出するように構成され、固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部を濾過するために第２フィルタ手段Ｆ２が配置される。窒素Ｎ２および酸素Ｏ２の可能な部分は次いで、背圧調整器１２０を介して第１アウトフローセレクタ１１８によって方向付けられ、窒素出口弁から排出されるように構成される。背圧調整器１２０は同時に、第１チャンバ１１０内の圧力を調整し、圧力を第１圧力レベルに維持するように構成される。実質的に全ての酸素Ｏ２が第１チャンバ１１０内の固定剤Ｓ／Ｆの第１ベッドに吸着されたときに、排出プロセス、すなわち酸素Ｏ２の放出が上記第１チャンバ１１０で始まるように意図される。これは、空気Ａが第２チャンバ１３０に向けられるように構成されたインフローセレクタ１１７を切り替えることによって行なわれる。すなわち、充填プロセスが第２チャンバ１３０で実行される。
【００３６】
排出相中に、第１チャンバ１１０で、酸素Ｏ２はコンディションの制御された変化によって放出されるように構成される。第１アウトフローセレクタ１１８は今、アキュムレータ１２４および減圧手段１２２と流体連通するように切り替えられるように構成される。酸素Ｏ２は、圧力を低下しかつ真空ポンプ１２２によって第１チャンバ１１０に負圧を提供することによって、放出されるように構成される。放出された酸素Ｏ２は第１チャンバ１１０の出口を通して流出するように構成され、固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部を濾過するために第２フィルタ手段Ｆ２が配置される。酸素Ｏ２の流れは、真空ポンプ１２２によって生成される負圧によって、流れるように構成される。酸素Ｏ２の流れはさらに、第１アウトフローセレクタ１１８によってアキュムレータ１２４に、または代替的に直接真空ポンプ１２２に向けられるように構成される。アキュムレータ１２４は、所望ならば酸素Ｏ２を蓄積する能力を提供する。酸素Ｏ２は、真空ポンプ１２２に配置された酸素出口弁を介して排出されるように構成される。第１チャンバ１１０の排出プロセスは、実質的に全ての酸素Ｏ２が抽出されるまで続く。
【００３７】
第１チャンバ１１０の排出プロセス中に、第２チャンバ１３０で充填プロセスが行なわれ、インフローセレクタ１１７は空気Ａを第１チャンバ１１０に方向付けるように構成される。すなわち、充填プロセスは第２チャンバ１３０で実行される。これは、第１チャンバ１１０の充填プロセスの場合と同様に機能する。窒素Ｎ２および酸素Ｏ２の可能な部分がここで、背圧調整器１２０を通して第２アウトフローセレクタ１３８によって方向付けられ、窒素出口弁から排出されるように構成される。実質的に全ての酸素Ｏ２が第２チャンバ１３０内の固定剤Ｓ／Ｆの第２ベッドに吸着されると、排出プロセス、すなわち酸素Ｏ２の放出が上記第２チャンバ１３０で始まるように意図され、この時点でインフローセレクタ１１７は、空気Ａの流れを第１チャンバ１１０に方向付けるように切り替えられるように構成され、第１チャンバ内で再び充填プロセスが実行される。こうしてプロセスは、ベッドを切り替えることによって続けられる。この実施例では２つのチャンバが接続されるが、代替的に、１つ以上のチャンバが酸素Ｏ２を放出し、１つ以上のベッドが酸素Ｏ２を吸着し、１つ以上のチャンバが中間相となるように、より多くのチャンバを接続してもよい。
【００３８】
例えば第１チャンバが充填相にあるときに、酸素は固定剤と反応し、吸着される。酸素は吸着されるときにエネルギを放出し、したがってチャンバ内の加熱を引き起こし、それは吸着プロセスに否定的な影響を及ぼす。第２チャンバはそのとき、同時に排出相にあり、その間に吸着された酸素が放出される。酸素は放出されるときにエネルギを受け取り、したがってチャンバ内の冷却を引き起こし、それは放出プロセスに否定的な影響を及ぼす。この問題に対処するために、装置は、固定剤Ｓ／Ｆの第１および第２ベッドと熱接触するように構成された熱伝達材料を含む熱伝達手段１２８を備え、ベッドの一方が酸素Ｏ２を吸着するときに、反応エネルギのために材料が加熱され、他方のベッドが酸素Ｏ２を放出するときに、反応エネルギのためにそれが冷却され、こうして断熱プロセスが達成されるようにすることが好ましい。
【００３９】
上述した第２実施形態に係る酸素生成プロセスは主として圧力プロセスである。そのようなプロセスでは、充填中および排出中の温度差を回避するために、一定温度が望ましい。これは上記断熱プロセスに従って達成され、したがってプロセスはより効率的になる。さらに、セミアクティブプロセス、すなわちチャンバ間の交番により、単一チャンバを使用する場合と比較して、プロセスはより効率的になる。図１ａ〜１ｄの第１実施形態の場合と同様に、様々なサイクル、すなわち圧力サイクル、真空サイクル、および温度サイクル、またはそれらの組合せを適用することができる。
【００４０】
図３ａは、本発明の第３実施形態の第１態様に係る、酸素を生成するための装置２００の図を概略的に示す。これは第２実施形態の代替物であり、４つのチャンバが使用される。
【００４１】
装置２００Ａは、空気入口２１２、窒素出口２１４、および酸素出口２１５を有する第１チャンバ２１０と、空気入口２２２、窒素出口２２４、および酸素出口２２５を有する第２チャンバ２２０と、空気入口２３２、窒素出口２３４、および酸素出口２３５を有する第３チャンバ２３０と、空気入口２４２、窒素出口２４４、および酸素出口２４５を有する第４チャンバ２４０と、管構造２５０と、上記管構造２５０に流入するように構成された熱伝達媒体と、媒体を移送するための手段、例えばポンプ２７０とを備える。各チャンバは固定剤Ｓ／Ｆのベッドを含む。各チャンバ２１０、２２０、２３０、２４０はさらに、入口２１６、２２６、２３６、２４６、および出口２１８、２２８、２３８、２４８を備える。第１チャンバ２１０の出口２１８は第２チャンバ２２０の入口２２６に接続され、第２チャンバ２２０の出口２２８は第３チャンバ２３０の入口２３６に接続され、第３チャンバ２３０の出口２３８は第４チャンバ２４０の入口２４６に接続され、第４チャンバ２４０の出口２４８は第１チャンバ２１０の入口２１６に接続される。チャンバ２１０、２２０、２３０、２４０は管構造２５０によって接続され、上記管構造２５０は各チャンバを貫通して配置され、各チャンバ内およびそれらの間に連続流路を形成する。第１チャンバ２１０の入口２１６と第２チャンバ２２０の出口２２８との間の管２５０に、弁手段２６０が設けられる。第２チャンバ２２０の出口２２８と第３チャンバ２３０の入口２３６との間の管２５０に、圧縮器が設けられる。装置はさらに、管構造２５０内の媒体の温度を調整するように構成された温度調整手段を備える。
【００４２】
温度調整手段２９０は、例えば図３ａに示す相で、第１チャンバ内を流れる媒体の部分の温度が、例えば２０℃の低温となり、かつ同時に第３チャンバ内を流れる媒体の温度が例えば１００℃の高温となるように、管２５０内の媒体の圧力を調整するように構成される。同時に第２チャンバ内を流れる媒体の部分は低温から高温に上昇し、かつ第４チャンバ内を流れる媒体の部分は高温から低温に冷却される。該プロセスは、冷却が第２チャンバ２２０で行なわれ、排出相すなわち酸素放出が第３チャンバ２３０で行なわれ、かつ加熱が第４チャンバ２４０で行なわれるのと同時に、充填相すなわち酸素吸着が第１チャンバ２１０で低温の媒体として行なわれるように機能する。第２チャンバ内の低温媒体が冷却され、充填プロセスがこのチャンバで開始され、そこで媒体は反応エネルギを受け取って加熱される。第４チャンバ内の高温媒体は冷却され、媒体からチャンバ内の固定剤へのエネルギ伝達のため、チャンバは加熱され、排出相が開始される。充填および排出相が第１および第２チャンバ内でそれぞれ完了すると、第２チャンバ２２０で充填相が実行され、第３チャンバ２３０で冷却、第４チャンバ２４０で排出相、および第１チャンバで加熱が実行されるように、シフトが行なわれる。次いでこれらのシフトは、充填および排出相が完了したときに、それに相応して続行される。
【００４３】
図３ｂは、本発明の第３実施形態の第２態様に係る、酸素を生成するための装置２００Ｂの図を概略的に示す。
【００４４】
特徴部２７０を除き、図３ａの全ての特徴部が図３ｂに存在する。加えて、装置は第１、第２、第３、および第４絞り２６２、２６４、２６６、２６８を備え、第１絞り２６２は第１チャンバ２１０と第２チャンバ２２０との間の管２５０に配置され、第２絞り２６４は第２チャンバ２２０と第３チャンバ２３０との間の管２５０に配置され、第３絞り２６６は第３チャンバ２３０と第４チャンバ２４０との間の管２５０に配置され、第４絞り２６８は第４チャンバ２４０と第１チャンバ２１０との間の管２５０に配置される。装置はまた、管２５０のそれぞれの絞り２６２、２６４、２６６、２６８の隣にそれぞれ配置された第１、第２、第３、および第４加圧手段２７２、２７４、２７６、２７８をも備える。
【００４５】
図３ｂの装置は基本的に図３ａの装置と同様に機能する。相違は媒体が相変化を経験することであり、これらの相変化を制御するために、狭窄および加圧手段が必要である。酸素は第１チャンバで吸着され、酸素は第３チャンバで放出される図３ｂに示す状態で、第４狭窄が作動し、すなわち媒体がポンプで減圧されるときに負圧が形成されるように絞りが実行され、第２加圧手段が作動する。媒体はこうして液相から気相への相変化を経験し、変化中、媒体の温度は維持される。これは非常に効率的なプロセスをもたらす。
【００４６】
上述した第３実施形態に係る酸素生成プロセスは主として、温度プロセスである。そのようなプロセスでは、反応エネルギをできるだけ多く再使用／回復することが望ましく、それは図３ａおよび３ｂの装置２００Ａ、２００Ｂによって達成される。
【００４７】
図４〜６は、連続酸素生成プロセスの様々な実施形態に係る装置を示し、該装置は一般的に、充填領域および排出領域を有するチャンバと、上記チャンバ内に配置された回転可能な部材であって固定剤Ｓ／Ｆを含む回転可能な部材と、上記チャンバ内で上記回転可能な部材を回転させるように構成された駆動手段と、空気入口を通して空気Ａを上記チャンバ内に導入するための手段と、入口を通して導入された空気Ａの酸素Ｏ２が反応して、回転可能な部材の固定剤Ｓ／Ｆによって吸着されるように、充填相中に第１コンディションを提供する手段と、上記相中に窒素出口を通して窒素Ｎ２を排出するための手段と、酸素Ｏ２が上記固定剤Ｓ／Ｆから放出されるように、上記第１コンディションの変化をもたらすための手段と、酸素出口を通して酸素Ｏ２を排出するための手段とを備える。したがって酸素生成プロセスは連続的である。すなわち、充填領域では、チャンバに導入された空気Ａの酸素Ｏ２が固定剤Ｓ／Ｆによって連続的に吸着され、排出領域では酸素Ｏ２が連続的に抽出され、使用のために放出される。
【００４８】
装置はさらに、入口を通して流入する空気Ａが濾過されるように、チャンバの入口側に配置された第１フィルタ手段Ｆ１と、出口を通して流出する窒素Ｎ２および酸素Ｏ２の可能な部分がフィルタを通過して、固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部が濾過されるように、チャンバの窒素出口に配置された第２フィルタ手段Ｆ２と、固定剤の可能な残部が濾過されるようにチャンバの酸素出口に配置された第３フィルタ手段とを備えることが好ましい。チャンバは隔離手段によって隔離されることが好ましい。
【００４９】
図４ａは、本発明の第４実施形態に係る酸素Ｏ２を生成するための装置の側面図を概略的に示し、図４ｂは装置３００の背面図を概略的に示す。
【００５０】
装置３００は、充填領域３３０および排出領域３４０を有するチャンバ３１０と、上記チャンバ３１０内に回転可能に配置された回転可能な部材３２０であって薬剤Ｓ／Ｆを含む回転可能な部材と、上記チャンバ３１０内で上記回転可能な部材３２０を矢印Ｒで示す意図された回転方向に回転させるように構成された駆動手段３５０と、空気入口３１２を通して上記チャンバ３１０の充填領域３３０内に空気Ａを吹き込むように構成された加圧手段３１６と、充填領域の空気入口３１２の下流に設けられ、窒素Ｎ２を排出させるように構成された窒素出口３１４と、チャンバ３１０の周辺部で、回転可能な部材３２０の回転軸に対して加圧手段３１６の実質的に反対側に設けられ、酸素出口３１５を介してチャンバ３１０から外に酸素Ｏ２を吸引するように構成された減圧手段３２２、例えば真空ポンプ３２２と、窒素出口に配置された圧力調整器３１８と、充填領域３３０で空気入口の上流に設けられ、回転可能な部材３２０を冷却するように構成された冷却手段３２４と、排出領域３４０で回転可能な部材３２０の回転軸に対して冷却手段３２４の実質的に反対側に設けられた加熱手段３２６と、充填領域３３０で高圧を維持しかつ排出領域３４０で低圧を維持するように構成された密閉手段３２３とを備える。
【００５１】
回転可能な部材３２０は、円筒または円板の形状を有することが好ましい。チャンバ３１０は回転可能な部材３２０の周りに配置され、好ましくは中空円筒の形状を有する。駆動手段３５０は、回転可能な部材３２０の軸を構成する駆動軸３１２、および回転可能な部材３２０を回転させるように構成されたロータリモータを備えることが好ましい。冷却手段３２４はチャンバ３１０の充填領域３３０に取り付けることが好ましく、加熱手段３２６はチャンバ３１０の排出領域３４０に取り付けることが好ましい。
【００５２】
回転可能な部材３２０は、チャンバ３１０内で連続的に回転するように構成される。冷温の空気Ａが、加圧手段３１６、例えば圧縮器によって、空気入口を通してチャンバ３１０内に、チャンバ３１０の充填領域３３０内に導入するように構成され、チャンバ内で回転可能な部材３２０の固定剤Ｓ／Ｆと接触するように構成され、空気Ａは、回転可能な部材３２０の固定剤Ｓ／Ｆと反応し吸着されるような圧力および温度を有するように構成される。窒素Ｎ２および酸素Ｏ２の可能な部分は、窒素出口を通し、かつ圧力調整器３１８を通して排出されるように構成される。圧力調整器３１８は、充填領域３３０内の圧力を調整し、それを高圧に維持するように構成される。回転可能な部材３２０が回転するにつれて、酸素Ｏ２が吸着される部材の部分が密閉手段３２３を介して排出領域３４０に到達する。排出領域３４０で、加熱手段３２６は回転可能な部材を加熱し、したがってチャンバ３１０の固定剤Ｓ／Ｆを加熱するように構成される。同時に、減圧手段３２２は充填領域３３０に負圧を形成するように構成される。加熱および負圧のため、酸素Ｏ２が回転可能な部材３２０の固定剤Ｓ／Ｆから放出され、酸素出口を通して、かつ減圧手段３２２を通して放出されるように構成され、そこから酸素がユーザに供給されるように意図される。回転可能な部材３２０が回転し続けるにつれて、酸素Ｏ２が放出された部材の部分が密閉手段３２３を介して充填領域３３０に到達する。充填領域３３０で、冷却手段３２４は、回転可能な部材３２０の固定剤Ｓ／Ｆが通過するときにそれを冷却するように構成される。回転可能な部材３２０の部分はこれでチャンバ３１０の内部を１周したことになり、空気Ａが加圧手段３１６によって吹き込まれるように構成された原点に戻る。冷却手段３２４による固定剤Ｓ／Ｆの冷却および加圧手段３１６によって固定剤Ｓ／Ｆに提供される圧力は、空気Ａを固定剤Ｓ／Ｆと接触させ、酸素Ｏ２が固定剤Ｓ／Ｆによって吸着されるように、空気Ａの酸素Ｏ２を固定剤Ｓ／Ｆと反応させる。
【００５３】
上述し、図４に示した実施形態では、圧力サイクル、真空サイクル、および温度サイクルの組合せが使用される。例えば図１ａ〜１ｄの場合と同様に、様々なサイクルまたはサイクルの組合せを使用することができる。圧力サイクルだけを使用する場合、加熱手段３２６、冷却手段３２２、および減圧手段３１６は不要である。真空サイクルだけを使用する場合、加熱手段３２６、冷却手段３２２、および加圧手段３１１は不要である。温度サイクルを使用する場合、減圧手段３１６および加圧手段３１１は不要である。
【００５４】
上述した第４実施形態に係る酸素生成プロセスは連続プロセスであり、それが効率を高める。
【００５５】
図５は、本発明の第５実施形態に係る、酸素Ｏ２を生成するための装置４００の側面図を概略的に示す。この実施形態では、第４実施形態の温度サイクルの変形例を示す。
【００５６】
装置は、充填領域４３０および排出領域４４０を有するチャンバ４１０と、上記チャンバ４１０内に回転可能に配置された回転可能な部材４２０であって固定剤Ｓ／Ｆを含む回転可能な部材と、上記チャンバ４１０内で上記回転可能な部材４２０を矢印Ｒで示す意図された回転方向に回転させるように構成された駆動手段４５０と、チャンバ４１０の周辺部に設けられ、空気熱伝達管構造４１１の空気入口４１２を通して空気Ａを上記チャンバ４１０内に吹き込むように構成された、空気Ａをチャンバ４１０内に導入するための手段と、充填領域４３０で空気入口４１２の下流に設けられた窒素入口４１３および管の端部に設けられた窒素Ｎ２を排出するための窒素出口４１４を有する窒素熱伝達管構造４１６であって、窒素熱伝達管構造４１６に対して相対的に回転するように構成された回転可能な部材４２０の外周に沿って該部材と熱接触する状態で配置された窒素熱伝達管構造と、チャンバ４１０の排出領域４４０に設けられた酸素入口４２２および管の端部に設けられた酸素Ｏ２を排出するための酸素出口４２４を有する酸素熱伝達管構造４１８であって、窒素熱伝達管構造４１６に隣接して回転可能な部材４２０の外周の一部分に沿って配置された酸素熱伝達管構造とを備える。装置はさらに、図４のように、空気入口４１２の上流で充填領域４３０に設けられ、回転可能な部材４２０を冷却するように構成された冷却手段４２６と、回転可能な部材４２０の回転軸に対して冷却手段の実質的に反対側で排出領域４４０に設けられた加熱手段４２８と、充填領域４３０で低温を、排出領域４４０で高温を維持するように構成された密閉手段４２９とを備える。
【００５７】
回転可能な部材４２０は、円筒または円板の形状を有することが好ましい。チャンバ４１０は回転可能な部材４２０を中心に配置され、好ましくは、中空円筒の形状を有する。駆動手段４５０は、回転可能な部材４２０の軸を構成する駆動軸と、回転可能な部材４２０を回転させるように構成されたロータリモータとを備えることが好ましい。冷却手段はチャンバ４１０の充填領域４３０に取り付けることが好ましく、加熱手段はチャンバ４１０の排出領域４４０に取り付けることが好ましい。
【００５８】
回転可能な部材４２０は、チャンバ４１０内で連続的に回転するように構成される。冷温の空気Ａは空気熱伝達管の空気入口４１２内に導入され、管内をチャンバ４１０の充填領域４３０まで移送されるように構成され、そこで空気Ａは回転可能な部材４２０の固定剤Ｓ／Ｆと接触するように構成され、空気Ａは回転可能な部材４２０の固定剤Ｓ／Ｆと反応して吸着されるように構成される。窒素Ｎ２および酸素Ｏ２の可能な部分は窒素入口４１３内へ流入し、窒素熱伝達管構造４１６を通過するように構成され、流れは回転可能な部材４２０の回転に逆行する。回転可能な部材４２０が回転するにつれて、酸素Ｏ２が吸着される部材の部分が排出領域４４０に到達する。加熱手段４２８は、排出領域４４０で例えば１００℃の温度に加熱するように構成される。回転可能な部材４２０が回転し続けると、酸素Ｏ２が放出された部材の部分が充填領域４３０／冷却領域に向かって回転し続ける。この領域で冷温であり、回転可能な部材４２０の回転運動に逆行して流れる窒素Ｎ２は、回転可能な部材の高温の固定剤Ｓ／Ｆと熱交換するように構成され、したがって高温の固定剤Ｓ／Ｆは冷却され、窒素Ｎ２は加熱されるので、温度が均等化される。加熱された窒素Ｎ２は、排出領域４４０／加熱領域に向かって流れ続けるように構成され、回転可能な部材の冷温の固定剤Ｓ／Ｆと熱交換するように構成され、したがって冷温の固定剤Ｓ／Ｆが加熱され、窒素Ｎ２が冷却されるので、温度が均等化される。固定剤Ｓ／Ｆの加熱のため、酸素Ｏ２は回転可能な部材４２０の固定剤Ｓ／Ｆから放出され、酸素入口４２２に流入し、酸素熱伝達管構造４１８を通過し、酸素出口４２４を通して排出されるように構成され、そこから酸素はユーザに供給されるように意図される。高温の酸素Ｏ２が流動するように構成された酸素熱伝達管構造４１８はまた、回転可能な部材４２０の固定剤Ｓ／Ｆが加熱されるようにも構成される。酸素熱伝達管構造４１８は窒素熱伝達管構造４１６に隣接して排出領域４４０／加熱領域に配置されることが好ましく、上記管は空気熱伝達管に沿ってチャンバ４１０の充填領域４３０／加熱領域を通過するように配置され、例えばユーザにとって最適な温度、または代替的に、導入される空気Ａの通常の入口温度を達成するか、あるいは両方を達成するように、酸素Ｏ２および窒素Ｎ２および管に導入されその中を流れる空気Ａの間で熱交換が行なわれる。冷却手段４２６は、充填領域４３０で例えば２０℃の温度まで冷却するように構成される。冷却手段による固定剤Ｓ／Ｆの冷却は、酸素Ｏ２が固定剤Ｓ／Ｆによって吸着されるように、空気Ａの酸素Ｏ２を固定剤Ｓ／Ｆと反応させる。
【００５９】
管構造４１１、４１６、４１８の配置のため、酸素の生成は、第４実施形態に係る温度サイクルと比較して、反応エネルギの大半が回復されるので、より効率的になる。
【００６０】
図６は、本発明の第６実施形態に係る、酸素Ｏ２を生成するための装置５００の側面図を概略的に示す。この実施形態では、圧縮器および真空ポンプのどちらも必要としない、圧力および／または真空サイクルの変形例を示す。
【００６１】
装置５００は、充填領域５３０および排出領域５４０を有するチャンバ５１０と、上記チャンバ５１０内に回転可能に配置された回転可能な部材５２０であって固定剤Ｓ／Ｆを含む回転可能な部材と、上記チャンバ５１０内で上記回転可能な部材５２０を矢印Ｒで示す意図された回転方向に回転させるように構成された駆動手段５５０と、チャンバ５１０の周辺部に設けられ、空気Ａをチャンバ５１０に導入するための手段とを備える。回転可能な部材５２０は円筒または円板の形状を有する。チャンバ５１０は回転可能な部材５２０を中心に配置される。装置５００はさらに可撓性密閉手段５２２を備え、該密閉手段５２２は、チャンバ５１０の内面５１１に向かって略半径方向に突出する多数の密閉仕切り５２２またはブレードを含み、仕切り５２２の間にチャンバ５１０のキャビティ５１８が形成されるようにチャンバ５１０全体に分散され、各密閉仕切りは回転可能な部材とともに回転するように構成される。装置５００はさらに、空気入口５１２と、充填領域５３０に配置された窒素出口５１４と、窒素出口５１４に配置された第１圧力調整器５１３と、排出領域５４０に配置された酸素出口５１６と、酸素出口５１６に配置された第２圧力調整器５１５とを備える。空気入口５１２で、チャンバ５１０および２つの隣接する仕切り５２２は比較的大きいキャビティ５１８を形成する。すなわち回転可能な部材５２０の周縁間の半径方向の距離は比較的大きく、上記距離は充填領域５３０に沿って窒素出口５１４まで徐々に低減し、こうして狭窄として機能するテーパ部５２５が形成され、そこから排出領域５４０が始まり、排出領域５４０の特定の距離から領域５４５まで距離は排出領域の拡幅部５３５で比較的急速に増大し、領域５４５から酸素出口５１６までさらに急速に実質的に減少する。駆動手段５５０は、回転可能な部材５２０の軸を構成する駆動軸と、回転可能な部材５２０を回転させるように構成されたロータリモータとを備えることが好ましい。
【００６２】
回転可能な部材５２０は、チャンバ５１０内で連続的に回転するように構成される。冷温の空気Ａは空気入口５１２を介して、チャンバ５１０の２つの隣接する仕切り５２２によって形成されるキャビティ５１８内に導入されるように構成される。導入された空気Ａはこうして上記キャビティ５１８内に収容される。回転可能な部材５２０が仕切り５２２とともに回転すると、キャビティ５１８は充填領域５３０に沿って狭窄部５２５に向かって移動し、したがって回転可能な部材５２０が回転するにつれてキャビティ５１８の容積は減少し、その結果、キャビティ５１８内の圧力は上昇し、空気Ａの酸素Ｏ２がチャンバ５１０内の回転可能な部材５２０の部分の固定剤Ｓ／Ｆと反応し、吸着される。回転可能な部材５２０が回転するにつれて、仕切り５２２および狭窄部５２５は加圧手段を構成する。キャビティ５１８が窒素出口５１４に到達すると、圧力調整器は、圧力を低下するように構成され、窒素Ｎ２は窒素出口５１４を通して排出されるように構成される。キャビティ５１８が排出領域５４０に到達すると、キャビティ５１８が回転可能な部材５２０とともに排出領域５４０に沿って移動するにつれて、キャビティ５１８の容積が増大し、その結果キャビティ５１８内の圧力が負圧まで低下するので、酸素Ｏ２がキャビティ５１８内で回転可能な部材５２０の部分の固定剤Ｓ／Ｆから放出される。回転可能な部材５２０がさらに回転すると、キャビティ５１８の容積は圧力正規化領域５４５に到達し、そこでキャビティ５１８の容積は急速に減少するので、キャビティ５１８の圧力は、放出された酸素Ｏ２を排出することのできる圧力以上に達する。キャビティ５１８が酸素出口５１６に到達すると、圧力はより高い圧力に上昇するように構成され、放出された酸素Ｏ２は次いで圧力調整器を通して酸素出口５１６から排出され、ユーザによって使用されるように構成される。回転可能な部材５２０がさらに回転すると、チャンバ５１０は次いで再度空気入口５１２の位置に到達し、プロセスが再び開始される。
【００６３】
上述した実施形態の代替的変形例として、回転可能な部材は非円筒状の形状を有することができ、チャンバの内部は、適切な大きさに形成された場合、基本的に上記と同じ効果を達成する中空円筒の形状を有することができる。
【００６４】
上述した第６実施形態に係る酸素生成プロセスは主として圧力プロセスである。この構成の装置の利点は、圧縮器も真空ポンプも不要であり、それにより部品の数が低減され、費用効率が高くなることである。
【００６５】
図７ａ〜７ｄは、本発明の第７実施形態に係る、酸素Ｏ２を生成するための装置６００の様々な状態の側面図を概略的に示す。
【００６６】
装置６００は、一端に配置された固定剤Ｓ／Ｆを含む円筒状の形状を有するチャンバ６１０と、固定剤Ｓ／Ｆとチャンバ６１０の固定剤Ｓ／Ｆ端とは反対側の端との間に設けられたピストン６２０であって、チャンバ６１０内で軸に沿って、ピストン６２０と固定剤Ｓ／Ｆとの間にキャビティ６１１が形成される開位置と、ピストン６２０が固定剤Ｓ／Ｆの位置に配置される閉位置との間で往復運動するように構成されたピストン６２０と、チャンバ６１０の固定剤Ｓ／Ｆ側の端部に配置され、空気Ａをチャンバ６１０内に導入するための空気入口弁６１２と、チャンバ６１０の固定剤Ｓ／Ｆ側の端部に配置され、窒素Ｎ２または酸素Ｏ２を排出するための出口弁６１４と、窒素出口６２２および酸素出口６２４を有するフローセレクタ６１８と、酸素Ｏ２を蓄積するためのアキュムレータと、第２酸素出口６２６とを備える。装置はさらに、装置を断熱状態に維持するための隔離手段６２８を備える。
【００６７】
酸素生成は４段階I、II、III、IVで実行され、第１および第２段階Ｉ、IIは充填相を構成し、第３および第４段階III、IVは排出相を構成する。装置６００は、酸素生成プロセス中に装置６００が断熱状態に維持されるように、チャンバ６１０またはむしろチャンバ６１０の固定剤Ｓ／Ｆを分離するように構成された、分離手段を含むことが好ましい。代替的に、装置６００は、充填相中にチャンバ６１０を冷却するように構成され、かつ排出相中にチャンバ６１０を加熱するように構成された、温度調整手段６２８を備えることができる。
【００６８】
第１段階Iで、空気Ａは、ピストン６２０がその開位置にあるときに、空気入口弁６１２を通してチャンバ６１０内に導入されるように構成される。この段階で、窒素／酸素出口弁６１４は、フローセレクタ６１８の窒素出口６２２および酸素出口６２４とともに閉じられる。
【００６９】
第２段階IIで、空気入口弁６１２は閉じるように構成され、かつピストン６２０はその閉位置に移動するように構成され、キャビティ６１１の容積は減少し、キャビティ６１１に閉じ込められた空気Ａは圧縮され、その結果、圧力が上昇する。空気Ａの高い圧力のため、空気Ａの酸素Ｏ２は固定剤Ｓ／Ｆと反応し、固定剤Ｓ／Ｆによって吸着される。次いで出口弁６１４は開くように構成され、空気Ａの窒素Ｎ２はフローセレクタ６１８まで流れるように構成され、上記フローセレクタ６１８は窒素Ｎ２を窒素出口６２２に向かわせるように構成され、そこで窒素は排出される。
【００７０】
第３段階IIIで、出口弁６１４は閉じるように構成され、空気入口弁６１２は閉じたまま維持される。ピストン６２０はその開位置に移動するように構成され、キャビティ６１１の容積は増大し、キャビティ６１１に負圧が形成される。負圧のため、酸素Ｏ２は固定剤Ｓ／Ｆから放出される。
【００７１】
第４段階IVで、出口弁６１４は閉じるように構成され、空気入口弁６１２は閉じたまま維持される。ピストン６２０はその閉位置に移動するように構成され、キャビティ６１１の容積は減少し、キャビティ６１１に閉じ込められた空気Ａは圧縮されるので、圧力は周囲圧力またはそれより少し高い圧力に上昇する。次いで出口弁６１４は開くように構成され、酸素Ｏ２はフローセレクタ６１８まで流れるように構成され、上記フローセレクタ６１８は酸素Ｏ２を酸素出口６２４に向かわせるように構成され、そこで酸素は、酸素Ｏ２を蓄積するためのアキュムレータ内に導入され、次いで所望するときにユーザが使用するためにアキュムレータの出口を通して排出されるように構成されることが好ましい。
【００７２】
上述した第２実施形態に係る酸素生成プロセスは主として圧力プロセスであり、図６のプロセスの変形例である。したがって、装置のこの構成の利点は、圧縮器も真空ポンプも不要であり、それにより部品の数が低減され、費用効率が高くなることである。これはさらに、往復運動のため、単位時間当たりの高い酸素生産量を促進し、必要な固定剤／吸着剤の材料の量が低減される装置を提供する。
【００７３】
図８ａおよび８ｂは、本発明の第８実施形態に係る、酸素Ｏ２を生成するための装置７００の略側面図を示す。
【００７４】
装置７００はチャンバ７１０を備え、チャンバ７１０は固定剤Ｓ／Ｆを含む。装置７００はさらに、チャンバ７１０の外側に設けられたコネクタ弁７１２と、接続されているときに上記弁を通してチャンバ７１０内に吸気Ａを供給するために、コネクタ弁７１２に取外し可能に接続されるように構成された加圧手段７１６、例えば圧縮器またはファンと、窒素Ｎ２を排出するためにチャンバ１０の外側に配置された窒素出口７１４と、酸素Ｏ２を排出するためにチャンバ１０の外側に配置された酸素出口７１５と、充填相ではポケット７２２内に取外し可能に配置するように意図された冷却器７２４を受容し、かつ排出相では上記ポケット７２２内に取外し可能に配置するように意図された加熱器７２６を受容するために、チャンバ内に配置された上記ポケット７２２を含む温度調整手段７２０と、冷却器７２４／加熱器７２６と熱接触する熱伝達手段７２８、例えばフランジ構成とを備え、上記温度調整手段７２０は、加圧手段７１６がコネクタ弁７１２に接続されているときには冷却するように構成され、かつ加圧手段７１６がコネクタ弁７１２から切り離されているときには加熱するように構成される。装置７００は、チャンバ７１０を隔離するように構成された隔離手段７２６を備えることが好ましい。
【００７５】
図８ａは、充填相の装置７００を示す。充填相中に、加圧手段７１６はコネクタ弁７１２に接続されるように構成される。空気Ａは、コネクタ弁７１２を介して加圧手段７１６によってチャンバ７１０内に導入されるように構成される。温度調整手段７２０は、熱伝達手段７２８と熱接触する冷却器７２４によって、チャンバ７１０内の空気Ａおよび固定剤Ｓ／Ｆを冷却するように構成される。次いで空気Ａの酸素Ｏ２は固定剤Ｓ／Ｆと反応し、固定剤Ｓ／Ｆによって吸着される。空気Ａの窒素Ｎ２は、窒素出口７１４を通して排出されるように構成される。
【００７６】
図８ｂは、排出相の装置７００を示す。排出相中に、充填された固定剤Ｓ／Ｆを含むチャンバ７１０は、コネクタ弁７１２を加圧手段から切り離すことによって、加圧手段７１６から切り離されている。温度調整手段７２０は、熱伝達手段７２８と熱接触する加熱器７２６によって、固定剤Ｓ／Ｆを加熱するように構成される。酸素Ｏ２は固定剤Ｓ／Ｆから放出され、ユーザによる使用のために酸素出口７１５を通して排出されるように構成される。
【００７７】
圧力および熱機能すなわち充填相中の冷却機能および排出相中の加熱機能を用いて酸素Ｏ２を生成するための装置７００について上述し、図７に示した。しかし、異なるサイクルおよび機能ならびにそれらの組合せを使用することができる。
【００７８】
装置７００は、救急車で、または酸素が必要とされる他の用途に使用するように意図される。再充填可能な酸素貯蔵装置は、不使用時に救急車内で充填位置に配置され、次いで装置は待機位置に着くように意図される。例えば患者に必要になったときに、チャンバが取り出され、患者に酸素が提供されるように、加熱によって酸素が生成される。使用されると、チャンバは充填位置に再設置され、充填され、再びいつでも使用できるように準備する。装置はこのように現場で再使用することができる。したがって幾つかの酸素ボトルを用意しておき、使用されたときに交換するか新しいものを取り出す必要が無くなる。チャンバは例えばボトルの形を有することができる。
【００７９】
本発明に係る全ての実施形態で、装置は、入口を通して流入する空気Ａが濾過されるように、少なくとも１つのチャンバの空気入口側に配置された第１フィルタ手段Ｆ１と、窒素出口を通して流出する窒素Ｎ２および酸素Ｏ２の可能な部分がフィルタを通過して、固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部が濾過されるように、窒素出口に配置され、かつ酸素出口を通して流出する酸素Ｏ２がフィルタを通過して、固定剤Ｓ／Ｆの可能な残部が濾過されるように、酸素出口に配置された第２フィルタ手段Ｆ２とを含むことができる。
【００８０】
装置はまた、全ての実施形態で、酸素出口を通して排出された酸素を蓄積するように構成された蓄積手段２４をも備えることができる。これは例えば、たとえ生産が連続的でなくても酸素を連続的に供給し、あるいはユーザが所望する場合、酸素の流量を短期間増加または減少させることを可能にする。
【００８１】
様々な実施形態で、様々なサイクルおよびその組合せについて説明してきた。一般的に、充填相中の充填温度は圧力に依存するので、上記相中に高圧が加えられるときには高温を使用することができる。すなわち、通常、充填相に関連して温度が示される場合、それは冷却と呼ばれるが、圧力が充分であることを前提として、かなり高い温度を適用することができ、それでも依然として酸素と固定剤との反応が達成される。したがって冷却とは相対的な意味の冷却であり、冷却は室温より上の温度、すなわち例えば２０℃より高いかもしれない。さらに、排出温度は負圧に依存するので、真空に近い負圧によって、低温を使用することができる。したがって、加熱とは、相対的な意味での加熱であり、加熱は室温より低い温度であるかもしれない。
【００８２】
周囲温度とは無関係であるために、充填温度を周囲温度より高くすることができる。利点は、周囲温度の温度変化がプロセスに影響を及ぼさないことである。
【００８３】
さらに、充填温度が充分に低いことを前提として、充填圧力は通常の大気圧より低くすることができる。これは、例えば航空機内または高山での場合に当てはまる。
【００８４】
全ての実施形態で、装置は、酸素の量を制御するための手段をも備えることができる。装置は例えば、生成された酸素と空気が混合されるように、制御された仕方で空気をチャンバに通過させるための手段を備えることができる。利点は、例えば麻酔装置における酸素の量を制御する容易な方法を促進することができる。システムはまた、ガス混合物を固定剤Ｓ／Ｆと接触させることによって、ガス混合物中の酸素の量を制御することもできる。固定剤Ｓ／Ｆが特定な圧力および温度にある状態で、固定剤は次いで、酸素含有量が低すぎる場合にガス混合物に酸素を供給するだけでなく、酸素含有量が高すぎる場合に酸素を抽出もする。これは、例えば麻酔機で、あるいは患者が様々な酸素濃度に対してどのように反応するかを診断するときに、あるいは純酸素を有するだけが重要ではない任意の状態で役立つことができる。
【００８５】
本発明の実施形態に係る装置はさらに、例えばポンプで過圧にするか、あるいはは固定剤のベッドの温度を上昇させることによって、加圧酸素を提供することを容易にする。
【００８６】
上記実施形態に係る酸素を生成するための装置は、窒素をも生成する。単に周囲空気に排出する代わりに、例えば火災／火災のリスクにより、酸素含有量を低減することによって酸素の欠乏した環境が所望される場合に、窒素を使用することができる。
【００８７】
装置はまた、酸素含有量が空気の酸素含有量より低いガスをも生成することができる。これは、通常より低い酸素濃度が有用な任意の用途に、使用することができる。例えば、患者が空気より低い酸素含有量にどのように反応するかを見て患者を診断するために、または運動選手が低酸素含有量を有する空気を呼吸する場合に、または人々が海面の酸素分圧より低い酸素分圧を有する空気を呼吸することによって高高度に順応する場合に、使用することができる。
【００８８】
本発明の実施形態の一態様によれば、装置は酸素節約装置を備えることができ、それは、通常の場合のように連続的ではなく、吸入中にだけガスを投与するという利点を有する。これにより投与量は通常のガス消費量の１０分の１まで減少し、したがってさらにいっそう小型で軽量の可搬性医療装置を製造することが容易になる。この技術は、呼吸がはっきりしている意識のある患者以外では、呼吸を充分に明確に検出することができないので、そのような呼吸がはっきりしている意識のある患者にしか機能しないという不利点を有する。
【００８９】
固定剤Ｓ／Ｆにおける酸素の取込みおよび排出のレベルを測定し、この情報を使用して取込みおよび排出モードを制御することによって、装置のエネルギ消費量を低下し、最適化することができる。これはまた、周囲空気の酸素含有量が通常の周囲空気より低いか高い状況、例えば近辺での何らかの他の酸素消費のため、酸素含有量の低い空気から酸素が取り込まれる場合に、または大気圧が低下する高地の空気から酸素を取り込む場合に、装置が対処することを可能にする。これが役立つ別の状況として、例えば患者によって吐き出された酸素の一部をユニットが回収するため、使用される空気が酸素を豊富に含む場合、または酸素含有量が何らかの他の理由から増加する場合がある。
【００９０】
本発明の実施形態の一態様によれば、装置は様々なエネルギ源、例えばバッテリ、本線接続などによって動作することができ、すなわちバッテリまたは他の電源によって動作することのできるユニットは、患者が移動できる場合、または動かせない場合にそれぞれ、これらの動作プロセスを組み合わせることができる。
【００９１】
本発明の実施形態の一態様によれば、装置は、エンハンスト窒素Ｎ２を最初に送達するのを防止するために、排出モードを起動する前に、固定剤が常に飽和状態に充填されるように制御する構成を含む。
【００９２】
本発明の実施形態の一態様によれば、装置は、患者の要求に適応可能な動作モードを含み、この目的のために、呼吸経路内またはそれに隣接して呼吸を直接検出するか、容積またはインピーダンスまたは超音波／光のいずれかの胸部の変化を検出するか、あるいは酸素の必要性を測定するか、もしくは例えば光センサ（例えばＰＰＧ）を用いて血中の酸素飽和度を検出するか、代替的に他の患者フィードバック、例えば呼吸を制御する神経信号への接続によって間接的に検出することに基づいて、呼吸を検出するためのセンサを備えることができる。
【００９３】
本発明の実施形態の一態様によれば、装置は酸素投与が必要なときに知らせるための手段すなわちモードを備え、上記手段は患者によって制御可能である。
【００９４】
本発明の実施形態の一態様によれば、装置は、患者がより効率的に受け入れるために、吸気相に沿って動作モード、例えば酸素圧および酸素量を変化させるための手段を備え、モードは個別にプログラム可能である。
【００９５】
本発明の実施形態の一態様によれば、装置は、患者の様々な状態中に、例えば患者の覚醒時、睡眠中、脈拍変化時等に提供すべき様々な呼吸モードをプログラムするためのプログラミング手段を備える。
【００９６】
本発明の実施形態の一態様によれば、装置は、緊急時に濃縮酸素用量を送達するための手段を備える。
【００９７】
本発明の実施形態の一態様によれば、装置は、動作中に例えばバッテリまたは固定剤の動作、性能に関する情報を動作中に患者に与えるように構成された監視手段を備える。
【００９８】
本発明の実施形態の一態様によれば、装置は、アラームの型に応じたアイデンティティを有する、すなわち様々な状況を警告する様々なアラームを有する、アラーム機能付きアラーム手段を備える。アラーム機能は、音、光、または触覚、例えば振動を介して達成される。装置は予後値に基づくアラームモードを備えることができる。
【００９９】
本発明の実施形態の一態様によれば、装置は患者が吸入しなかった酸素を利用するための手段を備え、それによって化学パッケージすなわち固定剤の寿命を向上し、エネルギ消費を低減させる。
【０１００】
本発明の実施形態の一態様によれば、装置は、固定剤からの酸素の放出を増加させる熱源として患者の体温を利用するために、患者の身体と直接接触するように構成されてもよい。
【０１０１】
本発明の実施形態の一態様によれば、装置は、固定剤を含む交換可能な化学パッケージを備える。化学パッケージすなわち固定剤は予備調整されてもよく、予備調整されなくてもよい。
【０１０２】
本発明の実施形態の一態様によれば、装置は患者に接続するように構成された接続部を備え、上記接続部は、酸素の取込みを患者にとってより効果的にするために、すなわち呼吸を改善するために、患者への酸素出口に乱流をもたらすように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１ａ】本発明の第１実施形態の第１態様に係る、酸素を生成するための装置の側面図を概略的に示す。
【図１ｂ】本発明の第１実施形態の第２態様に係る、酸素を生成するための装置の側面図を概略的に示す。
【図１ｃ】本発明の第１実施形態の第３態様に係る、酸素を生成するための装置の側面図を概略的に示す。
【図１ｄ】本発明の第１実施形態の第４態様に係る、酸素を生成するための装置の側面図を概略的に示す。
【図２】本発明の第２実施形態に係る、酸素を生成するための装置の側面図を概略的に示す。
【図３ａ】本発明の第３実施形態の第１態様に係る、酸素を生成するための装置の図を概略的に示す。
【図３ｂ】本発明の第３実施形態の第２態様に係る、酸素を生成するための装置の図を概略的に示す。
【図４ａ】本発明の第４実施形態に係る、酸素を生成するための装置の側面図を概略的に示す。
【図４ｂ】図４ａの酸素を生成するための装置の背面図を概略的に示す。
【図５】本発明の第５実施形態に係る、酸素を生成するための装置の側面図を概略的に示す。
【図６】本発明の第６実施形態に係る、酸素を生成するための装置の側面図を概略的に示す。
【図７ａ】本発明の第７実施形態に係る、酸素を生成するための装置の１状態の側面図を概略的に示す。
【図７ｂ】本発明の第７実施形態に係る、酸素を生成するための装置の別の状態の側面図を概略的に示す。
【図７ｃ】本発明の第７実施形態に係る、酸素を生成するための装置のさらに別の状態の側面図を概略的に示す。
【図７ｄ】本発明の第７実施形態に係る、酸素を生成するための装置のさらに異なる状態の側面図を概略的に示す。
【図８ａ】本発明の第８実施形態に係る、酸素を生成するための装置の充填相の側面図を概略的に示す。
【図８ｂ】図８の装置の排出相の側面図を概略的に示す。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【国際調査報告】
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