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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-05-25
(54)【発明の名称】水分管理を用いた酸素濃縮器
(51)【国際特許分類】
A61M 16/10 20060101AFI20230518BHJP
【ＦＩ】
A61M16/10 B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022561200
(86)(22)【出願日】2021-03-26
(85)【翻訳文提出日】2022-12-06
(86)【国際出願番号】 SG2021050169
(87)【国際公開番号】W WO2021206628
(87)【国際公開日】2021-10-14
(31)【優先権主張番号】10202003154R
(32)【優先日】2020-04-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】SG
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522043172
【氏名又は名称】レスメド・アジア・プライベート・リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＲＥＳＭＥＤ ＡＳＩＡ ＰＴＥ． ＬＴＤ．
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【識別番号】100125380
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 綾子
(74)【代理人】
【識別番号】100142996
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 聡二
(74)【代理人】
【識別番号】100166268
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 祐
(74)【代理人】
【識別番号】100168642
【弁理士】
【氏名又は名称】関谷 充司
(72)【発明者】
【氏名】ダリサイ，キース・レニエ・ブリゴラ
(72)【発明者】
【氏名】コウ，シュウ・イン
(72)【発明者】
【氏名】タン，ジュ・ポー
(72)【発明者】
【氏名】チュア，ウイ・セン
(72)【発明者】
【氏名】キング，ロバート，ジョン
(72)【発明者】
【氏名】ユエン，スティーブン
(72)【発明者】
【氏名】サディカイ，アイシャ
(72)【発明者】
【氏名】ナヴァロ，レックス・ダエル
(72)【発明者】
【氏名】ミアラリプール，シャヤン
(57)【要約】
酸素濃縮器（１００）は、水分調整システムを有し得る。いくつかの実施形態において、濃縮器は、供給ガスを濃縮器内へ誘導する圧縮器を含む。第１の経路は、圧縮システムから供給ガスを受容し得る。第１の経路は、水分を引き出して、水分が低下した供給ガスを生成するように構成され得る。第１の経路は、水分が低下した供給ガスをシーブベッド（単数または複数）へ導き得る。シーブベッドは、水分が低下した供給ガスにより酸素富化空気を生成する。アキュムレータは、生成された酸素富化空気をシーブベッド（単数または複数）から受容するように構成され得る。アキュムレータからの第２の経路により、引き出された水分が生成された富化空気へ付加されて、加湿された富化空気が生成され得る。第３の経路により、引き出された水分が第１の経路から第２の経路へ移送され得る。第２の経路へ連結された出口により、加湿された富化空気がユーザのために濃縮器から放出され得る。
【選択図】図１７
【選択図】図１７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
酸素濃縮器であって、供給ガスの流れを前記酸素濃縮器内へ誘導するように構成された、モータ作動式の圧縮器を含む圧縮システムと、
前記圧縮システムへ連結された１つ以上のシーブベッドと、
前記圧縮システムからの第１の経路であって、前記第１の経路は、前記圧縮システムから前記供給ガスを受容するように構成され、前記第１の経路は、前記供給ガスから水分を引き出すことにより、水分が低下した供給ガスを生成するように構成され、前記第１の経路は、前記水分が低下した供給ガスを前記１つ以上のシーブベッドへ導くようにさらに構成され、前記１つ以上のシーブベッドは、前記水分が低下した供給ガスにより酸素富化空気を生成するように構成される、第１の経路と、
前記生成された酸素富化空気を前記１つ以上のシーブベッドから受容するように構成されたアキュムレータと、
前記アキュムレータからの第２の経路であって、前記第２の経路は、前記引き出された水分を前記生成された酸素富化空気へ付加することにより、加湿された酸素富化空気を生成するように構成される、第２の経路と、
前記引き出された水分を前記第１の経路から前記第２の経路へ移送するように構成された第３の経路と、
前記第２の経路へ連結された出口であって、前記加湿された酸素富化空気を前記酸素濃縮器からユーザのために放出するように構成される、出口と、
を含む、酸素濃縮器。
【請求項2】
前記第１の経路は、前記圧縮システムから受容された前記供給ガスの遠心流を誘導して、前記供給ガスから水分を分離するように構成される、請求項１に記載の酸素濃縮器。
【請求項3】
前記第１の経路は、螺旋状流路を含む、請求項１または２に記載の酸素濃縮器。
【請求項4】
前記第１の経路は、（ａ）スピン誘発原、（ｂ）１つ以上の導流体、および、（ｃ）ボリュート、のうち１つ以上を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
【請求項5】
前記第１の経路は、テーパ状ボルテックスを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
【請求項6】
前記第１の経路は、前記供給ガスから水分を引き出す水分ウィックを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
【請求項7】
前記第１の経路は、水蒸気透過膜の表面を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
【請求項8】
前記第１の経路は、凝縮器を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
【請求項9】
前記凝縮器は、凝縮材料を含む、請求項８に記載の酸素濃縮器。
【請求項10】
前記凝縮器は、凝縮コイルを含む、請求項９に記載の酸素濃縮器。
【請求項11】
前記凝縮コイル内に流体を循環させるサーキュレータをさらに含む、請求項１０に記載の酸素濃縮器。
【請求項12】
前記第２の経路は、パスオーバー加湿器として構成された閉じ込めタンクを含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
【請求項13】
前記第３の経路は、前記引き出された水分を前記閉じ込めタンクへ移送するように構成される、請求項１２に記載の酸素濃縮器。
【請求項14】
前記第３の経路は、１つ以上の液体輸送構成要素をさらに含み、前記１つ以上の液体輸送構成要素は、（ａ）弁、（ｂ）導管、および、（ｃ）ポンプ、のうち１つ以上を含み、前記１つ以上の液体輸送構成要素は、前記引き出された水分の前記閉じ込めタンクへの移送を誘導するように構成される、請求項１３に記載の酸素濃縮器。
【請求項15】
前記第３の経路は、１つ以上の導管を含む、請求項１３または１４に記載の酸素濃縮器。
【請求項16】
前記第１の経路は、複数の層を含む同心の螺旋として形成される、請求項１～１５のいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
【請求項17】
前記複数の層の第１の層は、凝縮器材料を含む、請求項１６に記載の酸素濃縮器。
【請求項18】
前記複数の層の第２の層は、ウィッキング材料を含む、請求項１７に記載の酸素濃縮器。
【請求項19】
前記複数の層は、内側層および外側層を含む、請求項１６～１８のいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
【請求項20】
前記複数の層は、水蒸気透過膜をさらに含む、請求項１６～１９のいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
【請求項21】
前記水蒸気透過膜の内面により、前記同心の螺旋の複数の層の周囲に円筒形表面が形成される、請求項２０に記載の酸素濃縮器。
【請求項22】
前記水蒸気透過膜の外面により、前記第２の経路内に収集器が形成される、請求項２１に記載の酸素濃縮器。
【請求項23】
供給ガスから水分を除去するように構成された酸素濃縮器であって、前記水分は、その後前記酸素濃縮器のガス吸着プロセスへ付加され、前記酸素濃縮器は、前記ガス吸着プロセスから蓄積された酸素富化空気へ前記除去された水分を再度付加する、酸素濃縮器。
【請求項24】
ポータブル型の酸素濃縮器装置であって、ガス分離手段と、
前記ガス分離手段内へ供給ガスを供給する手段と、
前記ガス分離手段から酸素富化空気を受容する蓄積手段と、
前記供給ガスから水分を除去する除湿手段と、
前記除去された水分をリサイクルして前記酸素富化空気を加湿する加湿手段と、
前記加湿された酸素富化空気をユーザへ提供する出口手段と、
を含む、酸素濃縮器装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本開示は、シンガポール特許出願第１０２０２００３１５４Ｒ号（出願日：２０２０年４月６日）からの優先権を主張する。本明細書中、同文献全体を参考のため援用する。
本開示は、シンガポール特許出願第１０２０２００３１５４Ｒ号（出願日：２０２０年４月６日）からの優先権を主張する。本明細書中、同文献全体を参考のため援用する。
【0002】
本技術は、呼吸障害の治療（例えば、ガス吸着または圧力制御および／または真空スイング吸着を用いたもの）のための方法および装置に主に関する。このような方法および装置は、水分によって調整された酸素富化空気を提供する１つ以上の構成要素を含む酸素濃縮器において実行され得る。
【背景技術】
【0003】
・ヒトの呼吸器系およびその障害
身体の呼吸器系は、ガス交換を促進させる。鼻および口は、患者の気道への入口を形成する。
身体の呼吸器系は、ガス交換を促進させる。鼻および口は、患者の気道への入口を形成する。
【0004】
これらの気道は、一連の枝管を含み、これらの管は、肺の奥深くに進むほど狭く、短くかつ多数になる。肺の主要な機能はガス交換であり、吸息された空気から酸素を静脈血中へ取り入れさせ、二酸化炭素を排出する。気管は、右および左の主気管支に分かれ、これらの主気管支はさらに分かれて、最終的に終末細気管支となる。気管支は、誘導気道を構成するものであり、ガス交換には関与しない。気道がさらに分割されると呼吸細気管支となり、最終的には肺胞となる。肺の胞状の領域においてガス交換が行われ、この領域を呼吸ゾーンと呼ぶ。以下を参照されたい：「Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ」， ｂｙ Ｊｏｈｎ Ｂ． Ｗｅｓｔ， Ｌｉｐｐｉｎｃｏｔｔ Ｗｉｌｌｉａｍｓ ＆ Ｗｉｌｋｉｎｓ， ９ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ２０１２。
【0005】
一連の呼吸障害が存在する。呼吸障害の例には、呼吸不全、肥満過換気症候群（ＯＨＳ）、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）、神経筋疾患（ＮＭＤ）および胸壁障害が含まれる。
【0006】
呼吸不全とは、呼吸障害の総称であり、患者の需要を満たすための充分な酸素吸気または充分なＣＯ２呼息を肺が行うことができていないことを指す。呼吸不全は、以下の障害のうちいくつかまたは全てを包含し得る。
【0007】
呼吸不全（一種の呼吸不全）の患者は、運動時に異常な息切れを経験することがある。
【0008】
肥満過換気症候群（ＯＨＳ）は、低換気の原因が他に明確に無い状態における、重症肥満および覚醒時慢性高炭酸ガス血症の組み合わせとして定義される。症状には、呼吸困難、起床時の頭痛と過剰な日中の眠気が含まれる。
【0009】
慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）は、特定の共通する特性を有する下気道疾患のグループのうちのいずれも包含する。これには空気の動きに対する抵抗の増加、呼吸の呼気相の延長および肺における正常な弾性の減少が含まれる。ＣＯＰＤの例として、気腫および慢性気管支炎がある。ＣＯＰＤの原因としては、慢性喫煙（第一危険因子）、職業被ばく、空気汚染および遺伝因子がある。症状を挙げると、労作時の呼吸困難、慢性咳および痰生成がある。
【0010】
神経筋疾患（ＮＭＤ）は、内在筋病理を直接介してまたは神経病理を間接的に介して筋肉機能を損なう多数の疾患および病気を包含する広範な用語である。ＮＭＤ患者の中には、進行性の筋肉障害によって特徴付けられる者もあり、結果的に歩行不可能、車椅子への束縛、嚥下困難、呼吸筋力低下に繋がり、最終的には呼吸不全による死亡に繋がる。神経筋障害は、以下の急速進行性と緩徐進行性とに区分され得る：（ｉ）急速進行性障害：数ヶ月かけて悪化する筋肉障害によって特徴付けられ、数年内に死亡に繋がる（例えば、ティーンエージャーにおける筋萎縮性側索硬化症（ＡＬＳ）およびデュシェンヌ筋ジストロフィー（ＤＭＤ））；（ｉｉ）可変性または緩徐進行性障害：数年かけて悪化する筋肉障害によって特徴付けられ、平均余命が若干低減するだけである（例えば、肢帯、顔面肩甲上腕型および筋緊張型筋ジストロフィー）。ＮＭＤにおける呼吸不全症状を以下に挙げる：全身衰弱の増加、嚥下障害、労作および安静時の呼吸困難、疲労、眠気、起床時の頭痛、および集中および気分の変化の困難。
【0011】
胸壁障害は、胸郭変形の１つのグループであり、呼吸筋肉と胸郭との間の連結の無効性の原因となる。これらの障害は、拘束性障害によって主に特徴付けられ、長期の炭酸過剰性呼吸不全の可能性を共有する。脊柱側弯症および／または脊柱後側弯症は、重篤な呼吸不全を発症することがある。呼吸不全の症状を以下に挙げる：労作時の呼吸困難、末梢浮腫、起座呼吸、反復性胸部感染症、起床時の頭痛、疲労、睡眠の質の低下、および食欲不振。
【0012】
・治療
上記の呼吸障害のうち１つ以上の治療のために、多様な呼吸治療が用いられている。
上記の呼吸障害のうち１つ以上の治療のために、多様な呼吸治療が用いられている。
【0013】
呼吸圧力治療
呼吸圧力治療とは、（例えば、タンクベンチレータや陽陰圧体外式人工呼吸器（ｃｕｉｒａｓｓ）などの陰圧治療とは異なり）患者の呼吸サイクル全体にかけて雰囲気に対して通常陽圧である制御された目標圧力において気道の入口へ空気を供給することの適用である。
呼吸圧力治療とは、（例えば、タンクベンチレータや陽陰圧体外式人工呼吸器（ｃｕｉｒａｓｓ）などの陰圧治療とは異なり）患者の呼吸サイクル全体にかけて雰囲気に対して通常陽圧である制御された目標圧力において気道の入口へ空気を供給することの適用である。
【0014】
非侵襲的換気（ＮＩＶ）は、上気道を通じて換気補助を患者へ提供するものであり、呼吸機能の一部または全体を行うことにより患者の呼吸の補助および／または身体中の適切な酸素レベルの維持を提供する。換気補助は、非侵襲的患者インターフェースを介して提供される。ＮＩＶは、ＯＨＳ、ＣＯＰＤ、ＮＭＤ、および胸壁障害などの形態の呼吸不全の治療に用いられている。いくつかの形態では、これらの治療で快適性および有効性が向上し得る。
【0015】
侵襲的換気（ＩＶ）は、自身で有効に呼吸することができなくなった患者に対して換気補助を提供し、気管切開管を用いて提供され得る。いくつかの形態では、これらの治療で快適性および有効性が向上し得る。
【0016】
流れ治療
全ての呼吸治療において、規定の治療圧力の送達が意図されているわけではない。いくつかの呼吸治療においては、（恐らくは正のベースライン圧力上に重畳された）吸気流量プロファイルの送達を目標継続期間にわたって行うことによる規定呼吸量の送達が、企図されている。他の場合において、患者の気道へのインターフェースが「開放」（シール解除）されており、呼吸治療は、調整空気または高濃度空気の流れによって、患者自身の自発呼吸の補助としてのみ用いられ得る。一例において、高流量治療（ＨＦＴ）とは、加熱され、加湿された連続的な空気流れを、シールされていないかまたは開口した患者インターフェースを通じて、呼吸サイクル全体にかけてほぼ一定に保持される「治療流量」で気道への入口へ提供することである。治療流量は、患者のピーク吸気流量を超えるようにノミナル設定されている。ＨＦＴは、呼吸不全、ＣＯＰＤおよび他の呼吸障害の治療のために用いられている。１つの作用メカニズムとして、患者の解剖学的死腔から呼気されたＣＯ２のフラッシングまたは押し流しが可能になるため、高流量の空気を気道入口へ提供すると、換気効率が向上する。そのため、ＨＦＴは、死腔治療（ＤＳＴ）と呼ばれる場合がある。他の恩恵を挙げると、（恐らくは分泌制御の恩恵による）暖かさおよび加湿の向上や、気道圧力の緩やかな上昇の可能性がある。一定の流量の代替例として、治療流量は、呼吸サイクルにわたって変動するプロファイルに追随し得る。
全ての呼吸治療において、規定の治療圧力の送達が意図されているわけではない。いくつかの呼吸治療においては、（恐らくは正のベースライン圧力上に重畳された）吸気流量プロファイルの送達を目標継続期間にわたって行うことによる規定呼吸量の送達が、企図されている。他の場合において、患者の気道へのインターフェースが「開放」（シール解除）されており、呼吸治療は、調整空気または高濃度空気の流れによって、患者自身の自発呼吸の補助としてのみ用いられ得る。一例において、高流量治療（ＨＦＴ）とは、加熱され、加湿された連続的な空気流れを、シールされていないかまたは開口した患者インターフェースを通じて、呼吸サイクル全体にかけてほぼ一定に保持される「治療流量」で気道への入口へ提供することである。治療流量は、患者のピーク吸気流量を超えるようにノミナル設定されている。ＨＦＴは、呼吸不全、ＣＯＰＤおよび他の呼吸障害の治療のために用いられている。１つの作用メカニズムとして、患者の解剖学的死腔から呼気されたＣＯ２のフラッシングまたは押し流しが可能になるため、高流量の空気を気道入口へ提供すると、換気効率が向上する。そのため、ＨＦＴは、死腔治療（ＤＳＴ）と呼ばれる場合がある。他の恩恵を挙げると、（恐らくは分泌制御の恩恵による）暖かさおよび加湿の向上や、気道圧力の緩やかな上昇の可能性がある。一定の流量の代替例として、治療流量は、呼吸サイクルにわたって変動するプロファイルに追随し得る。
【0017】
別の形態の流れ治療として、長期酸素治療（ＬＴＯＴ）または酸素補充治療がある。医師は、指定酸素濃度（周囲空気中の酸素分率が２１％～１００％）の酸素富化空気の連続流れを、指定流量（例えば、１リットル／分（ＬＰＭ）、２ＬＰＭ、３ＬＰＭ）で患者気道へ送達させる旨を処方し得る。
【0018】
・呼吸治療システム
これら呼吸治療は、呼吸治療システムまたはデバイスによって提供され得る。このようなシステムおよびデバイスは、疾病を治療することなく、スクリーニング、診断、または監視のためにも用いられ得る。
これら呼吸治療は、呼吸治療システムまたはデバイスによって提供され得る。このようなシステムおよびデバイスは、疾病を治療することなく、スクリーニング、診断、または監視のためにも用いられ得る。
【0019】
呼吸治療システムは、酸素源、空気回路および患者インターフェースを含み得る。
【0020】
患者インターフェース
患者インターフェースは、例えば気道入口への空気流れを提供することにより呼吸装具へのインターフェースを着用者へ提供するために、用いられ得る。空気流れは、鼻および／または口へのマスク、口への管、または患者気管への気管切開管を介して提供され得る。適用される治療に応じて、患者インターフェースは、例えば患者の顔の領域とのシールを形成し得、これにより、治療実行のための周囲圧力と共に充分な分散の圧力において（例えば、例えば周囲圧力に対して約１０ｃｍＨ２Ｏの陽圧において）ガス送達を促進する。酸素送達などの他の治療形態において、患者インターフェースは、約１０ｃｍＨ２Ｏの陽圧において気道へのガス供給の送達を促進するのに充分なシールを含まない場合がある。鼻ＬＴＯＴなどの流れ治療の場合、患者インターフェースは、鼻孔への送気を行い（かつ完全なシールを明確に回避する）ように、構成される。このような患者インターフェースの一例として、鼻カニューレがある。
患者インターフェースは、例えば気道入口への空気流れを提供することにより呼吸装具へのインターフェースを着用者へ提供するために、用いられ得る。空気流れは、鼻および／または口へのマスク、口への管、または患者気管への気管切開管を介して提供され得る。適用される治療に応じて、患者インターフェースは、例えば患者の顔の領域とのシールを形成し得、これにより、治療実行のための周囲圧力と共に充分な分散の圧力において（例えば、例えば周囲圧力に対して約１０ｃｍＨ２Ｏの陽圧において）ガス送達を促進する。酸素送達などの他の治療形態において、患者インターフェースは、約１０ｃｍＨ２Ｏの陽圧において気道へのガス供給の送達を促進するのに充分なシールを含まない場合がある。鼻ＬＴＯＴなどの流れ治療の場合、患者インターフェースは、鼻孔への送気を行い（かつ完全なシールを明確に回避する）ように、構成される。このような患者インターフェースの一例として、鼻カニューレがある。
【0021】
パルスモードまたはデマンドモードにおいて、酸素濃縮器は、酸素富化空気の放出を制御し得る。これは、酸素を一連のパルスとして送達させることによって達成され得、各パルスまたは「ボーラス」は、吸気と同時発生するようにタイミングがとられ得る。このようなモードの制御は典型的には、酸素富化空気を一定の時間にわたって放出する空気圧弁の作動によって行われる。一定の時間は、所望のまたは目標とするボーラス量と関連付けられるように、較正される。しかし、このような一定の時間のボーラス放出プロセスの場合、（例えば、システム特性（例えば、圧縮器変動性）、吸着プロセスの局面（例えば、ＰＳＡサイクル）、シーブベッド状態、空気フィルタ状態に起因して）目標とするボーラス量を必ずしも常に達成するのではないため、空気圧弁も変動的に作動させることにより、送達されるボーラス量が、目標とする量により近くなるように調節され得る。
【0022】
空気回路
空気回路は、使用時において呼吸可能なガス流れが呼吸治療システムの２つの構成要素（例えば、酸素源および患者インターフェース）間を移動するように、構築され配置された導管または管である。いくつかの場合において、吸息および呼息のための空気回路の別個の肢があり得る。他の場合において、吸息と呼息との両方のために単一の肢空気回路が用いられる。
空気回路は、使用時において呼吸可能なガス流れが呼吸治療システムの２つの構成要素（例えば、酸素源および患者インターフェース）間を移動するように、構築され配置された導管または管である。いくつかの場合において、吸息および呼息のための空気回路の別個の肢があり得る。他の場合において、吸息と呼息との両方のために単一の肢空気回路が用いられる。
【0023】
酸素源
この分野の専門家は、呼吸不全患者の運動が、疾患進行を遅らせ、生活の質を高め、患者の寿命を延ばす長期的恩恵が得られると認識してきた。しかし、トレッドミルおよび定置式自転車などの定置型の運動は、これらの患者にとって激し過ぎる。そのため、移動性の必要性が、長く認識されている。最近まで、この機動性は、ドリーホイールを備えたカート上に取り付けられた小型圧縮酸素タンクまたはシリンダーの使用によって促進されている。これらのタンクの不利点として、酸素容量が限られており、取り付け時の重量も、約５０ポンドと高重量である。
この分野の専門家は、呼吸不全患者の運動が、疾患進行を遅らせ、生活の質を高め、患者の寿命を延ばす長期的恩恵が得られると認識してきた。しかし、トレッドミルおよび定置式自転車などの定置型の運動は、これらの患者にとって激し過ぎる。そのため、移動性の必要性が、長く認識されている。最近まで、この機動性は、ドリーホイールを備えたカート上に取り付けられた小型圧縮酸素タンクまたはシリンダーの使用によって促進されている。これらのタンクの不利点として、酸素容量が限られており、取り付け時の重量も、約５０ポンドと高重量である。
【0024】
酸素濃縮器は、呼吸治療用の酸素供給のために、約５０年間使用されている。従来の酸素濃縮器の場合、嵩高かつ高重量であるため、酸素濃縮器を装着しながら通常の歩行活動を行うことは、困難かつ非実際的である。最近、大型の定置型酸素濃縮器の製造会社は、ポータブル酸素濃縮器（ＰＯＣ）の開発を開始している。ＰＯＣの利点は、理論的には酸素をエンドレスに供給できる点がある。これらのデバイスを移動性のために小型化することを目的として、酸素富化空気生成に必要とされる多様なシステムが高密度化されている。重量、サイズおよび消費電力を最小限にするためには、ＰＯＣは、生成された酸素の使用をできるたけ効率化する必要が有る。これは、酸素を一連のパルスまたは「ボーラス」として送達させることによって達成され得、各ボーラスは、吸気開始と同時発生するようにタイミングがとられる。このような動作モードは、コンサーバを用いて実行され得る。この治療モードは、定置型酸素濃縮器により適している従来の連続流送達と対照的に、パルス型酸素送達（ＰＯＤ）またはデマンドモードとして公知である。
【0025】
酸素濃縮器は、プロセス（例えば、真空スイング吸着（ＶＳＡ）、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）または真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ））を実行し得る。例えば、酸素濃縮器（例えば、ＰＯＣ）は、スイング吸着プロセス（例えば、真空スイング吸着ＶＳＡ、圧力スイング吸着ＰＳＡまたは真空圧力スイング吸着ＶＰＳＡ（本明細書中、これらをそれぞれ、「スイング吸着プロセス」と呼ぶ））において、減圧（例えば、真空動作）および／または加圧（例えば、圧縮器動作）に基づいて機能し得る。例えば、酸素濃縮器は、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）のプロセスを制御し得る。圧力スイング吸着においては、キャニスタ内のガス圧力を上昇させるために圧縮器が用いられるが、キャニスタ内には、酸素よりも窒素をより多く吸着するガス分離用吸着剤の粒子が含まれる。このようなキャニスタが大規模なガス分離用吸着剤（例えば、ガス分離用吸着剤の層）を含む場合、シーブベッドとして機能し得る。圧力増加と共に、ガス中の特定の分子が、ガス分離吸着剤上に吸着され得る。加圧条件下においてキャニスタ中のガスの一部が除去されると、吸着されなかった分子が吸着された分子から分離される。その後、吸着された分子は、シーブベッドの通気によって脱離され得る。酸素濃縮器についてのさらなる詳細について、例えば米国公開特許出願第２００９－００６５００７号（公開日：２００９年３月１２日、タイトル「Ｏｘｙｇｅｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」）に記載がある。本明細書中、同文献を参考のため援用する。
【0026】
周囲空気は、およそ７８％の窒素および２１％の酸素を一般的に含み、その残余の内訳は、アルゴン、二酸化炭素、水蒸気および他の微量ガスである。酸素よりも窒素をより吸着するガス分離吸着剤を含むキャニスタ内を例えば空気などの供給ガス混合物を圧力下において通過させると、窒素の一部または全体はキャニスタ中に残留し、キャニスタから流出したガスは、酸素を豊富に含むようになる。このシーブベッドが窒素吸着能力の限界に到達した場合、圧力低下により床を再生することができ、これにより、吸着された窒素が放出される。その後、別の酸素富化空気生成の「ＰＳＡサイクル」に対して準備が完了する。キャニスタを２つ用いたシステムにおいて、これらのキャニスタの加圧サイクルを交互に行うことにより、一方のキャニスタにおいて酸素の濃縮（いわゆる「吸着フェーズ」）を行う一方、他方のキャニスタにおいてパージ（「パージフェーズ」）が行われる。このような交互の実施により、窒素からの酸素分離がほぼ連続的に行われる。このようにして、空気からの酸素の濃縮を、ユーザへのＬＴＯＴ提供などの多様な用途のために連続的に行うことが可能になる。
【0027】
真空スイング吸着（ＶＳＡ）により、別のガス分離技術が得られる。ＶＳＡの場合、典型的には真空（例えば、シーブベッド内に真空を発生させるように構成された圧縮器）を用いたシーブベッドの分離プロセスを通じてガス引き込みを行う。真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）は、真空および加圧技術の組み合わせを用いたハイブリッドシステムとして理解され得る。例えば、ＶＰＳＡシステムは、分離プロセスのためにシーブベッドを加圧し得、シーブベッドの減圧のために真空も付加し得る。
【0028】
シーブベッドは、上記したようにＰＳＡプロセス、ＶＳＡプロセスまたはＶＰＳＡプロセスに従って交互に用いられた場合でも、各サイクル後には、吸着された窒素のうち一部を最終的に保持することになる。その結果、シーブベッドの窒素の全体的吸着容量は、使用と共に低下していき、最終的にはシーブベッドの交換が必要になる。
【0029】
空気分離において用いられる典型的な吸着材は、ゼオライトと呼ばれる。医療用酸素生成器（例えば、ポータブル型の酸素濃縮器）の用途において、一般的な種類のゼオライトとして、Ｌｉ－ＬＳＸ、低シリカ高リチウム交換ゼオライトがあり、窒素（Ｎ２）に対して高親和性を有する。しかし、Ｌｉ－ＬＳＸゼオライトは高極性であるため、極性分子（例えば、水）に対する親和性も高くなる。水は、ガス（例えば、水蒸気）および／または液体（例えば、水分または凝縮水蒸気）の形態をとり得る。ゼオライトが水を吸着する際、吸着部位が水分によって占有されるため、窒素に対する親和性が有意に低下する。
【0030】
この問題に対処するための標準的方法としては、空気を乾燥させた後にシーブベッド内へ供給する方法がある。これは、水を吸着するガード層の利用によって達成され得る。正しい材料を選択し、ガード層のサイジングを効果的に行い、そしてＰＳＡ／ＶＰＳＡサイクルの調整を行えば、シーブベッド中への水侵入を管理することができる。
【0031】
そのため、ポータブル型の酸素生成器（ＰＯＣ）内における水分（または水）の管理は、重要である。詳細には、水分の存在に起因して、ＰＯＣ中のシーブベッドが不活性化され得る。そのため、シーブベッド中に進入する空気中の水分を最小限にすると有利である。さらに、酸素富化空気の患者への送達時において、酸素富化空気の流れに起因して、気道の乾燥に繋がり得、不快感の原因になる。そのため、鼻粘膜の乾燥の最小化および患者気道の快適性の向上のために、酸素富化空気の流れを加湿すると有利であり得る。
【発明の概要】
【0032】
本技術の例により、酸素濃縮器（例えば、ポータブル型の酸素濃縮器（ＰＯＣ））のための装置が提供され得る。詳細には、本技術によれば、装置内の水分を管理するための１つ以上の構成要素を有するポータブル型の酸素濃縮器のための方法および装置が提供される。
【0033】
よって、本技術のいくつかの実施形態は、ＰＯＣ用の水分管理システムに関連し得る。一般的には、水分管理システムは、以下のうち任意の１つ以上を含み得る：（ｉ）水分分離サブシステム（ＭＳ）または分離装置；（ｉｉ）水分輸送サブシステム（ＭＴ）または水管；および（ｉｉｉ）水分格納モジュール（ＭＣ）またはリザーバ。
【0034】
上記のサブシステムは、既存のＰＯＣ１００システムと一体化され得る。いくつかの実施形態において、水分管理システムは、水分をリサイクルするように実行され得るため、取り込まれた空気または供給ガスからの水分の除去が分離装置またはＭＳによって行われる。有利なことに、水分分離によって比較的乾燥した空気がシーブベッドに進入するため、通常であれば水分に起因して不活性化され得るシーブベッドの有効期間が長くなり得る。乾燥された空気は、酸素生成サブシステムを通じて送られ得る（この酸素生成サブシステムは典型的には、シーブベッドの一部として機能するガス分離用吸着剤を含む）。その後、上記の除去された水分は、例えば水管またはＭＴを介してリザーバまたはＭＣへ移送され得る。このようなリザーバまたはＭＣは、前回捕捉された水分を患者による使用のために生成ガス（すなわち、酸素富化空気）へ返送するように、構成され得る。よって、シーブベッドから生成された酸素富化空気が水分補給または保湿された後に、酸素富化空気は、患者または酸素濃縮器のユーザへ放出され得る。
【0035】
本技術のこのような例示的実施形態は、酸素濃縮器を含み得る。酸素濃縮器は、供給ガスの流れを酸素濃縮器内へ誘導するように構成された、モータ作動式の圧縮器を含み得る圧縮システムを含み得る。酸素濃縮器は、圧縮システムへ連結された１つ以上のシーブベッドを含み得る。酸素濃縮器は、圧縮システムからの第１の経路を含み得る。第１の経路は、圧縮システムから供給ガスを受容するように構成され得る。第１の経路は、供給ガスから水分を引き出して、水分が低下した供給ガスを生成するように構成され得る。第１の経路は、水分が低下した供給ガスを１つ以上のシーブベッドへ導くようにさらに構成され得る。１つ以上のシーブベッドは、水分が低下した供給ガスにより酸素富化空気を生成するように構成され得る。酸素濃縮器は、生成された酸素富化空気を１つ以上のシーブベッドから受容するように構成されたアキュムレータを含み得る。酸素濃縮器は、アキュムレータからの第２の経路を含み得る。第２の経路は、引き出された水分を生成された酸素富化空気へ付加することにより、加湿された酸素富化空気を生成するように構成され得る。酸素濃縮器は、引き出された水分を第１の経路から第２の経路へ移送するように構成された第３の経路を含み得る。酸素濃縮器は、第２の経路へ連結された出口を含み得、加湿された酸素富化空気を酸素濃縮器からユーザのために放出するように構成され得る。
【0036】
いくつかの実施形態において、第１の経路は、圧縮システムから受容された供給ガスの遠心流を誘導して、供給ガスから水分を分離するように構成され得る。第１の経路は、螺旋状流路を含み得る。第１の経路は、（ａ）スピン誘発原、（ｂ）１つ以上の導流体および（ｃ）ボリュートのうち１つ以上を含み得る。第１の経路は、テーパ状ボルテックスを含み得る。第１の経路は、供給ガスから水分を引き出す水分ウィックを含み得る。第１の経路は、水蒸気透過膜の表面を含み得る。第１の経路は、凝縮器を含み得る。凝縮器は、凝縮材料を含み得る。凝縮器は、凝縮コイルを含み得る。酸素濃縮器は、凝縮コイル内に流体を循環させるサーキュレータを含み得る。第２の経路は、パスオーバー加湿器として構成された閉じ込めタンクを含み得る。第３の経路は、引き出された水分を閉じ込めタンクへ移送するように構成され得る。第３の経路は、１つ以上の液体輸送構成要素をさらに含み得る。１つ以上の液体輸送構成要素は、（ａ）弁；（ｂ）導管および（ｃ）ポンプのうち１つ以上を含み得る。１つ以上の液体輸送構成要素は、引き出された水分の閉じ込めタンクへの移送を誘導するように構成され得る。第３の経路は、１つ以上の導管を含み得る。
【0037】
いくつかの実施形態において、第１の経路は、複数の層を含み得る同心の螺旋として形成され得る。複数の層の第１の層は、凝縮器材料を含み得る。複数の層の第２の層は、ウィッキング材料を含み得る。複数の層は、内側層および外側層を含み得る。複数の層は、水蒸気透過膜をさらに含み得る。水蒸気透過膜の内面は、同心の螺旋の複数の層の周囲に円筒形表面を形成し得る。水蒸気透過膜の外面により、第２の経路内に収集器が形成され得る。
【0038】
いくつかの実施形態において、酸素濃縮器は、水分を供給ガスから除去することと、ガス吸着プロセスから蓄積され得る酸素富化空気へ除去された水分を再度付加することとを行うように構成され得る。この水分は、その後酸素濃縮器のガス吸着プロセスへ付加され得る。
【0039】
いくつかの実施形態において、ポータブル型の酸素濃縮器装置は、ガス分離手段を含み得る。ポータブル型の酸素濃縮器装置は、ガス分離手段内へ供給ガスを供給する手段を含み得る。ポータブル型の酸素濃縮器装置は、ガス分離手段から酸素富化空気を受容する蓄積手段を含み得る。ポータブル型の酸素濃縮器装置は、供給ガスから水分を除去する除湿手段を含み得る。ポータブル型の酸素濃縮器装置は、除去された水分をリサイクルして酸素富化空気を加湿する加湿手段を含み得る。ポータブル型の酸素濃縮器装置は、加湿された酸素富化空気をユーザへ提供する出口手段を含み得る。
【0040】
もちろん、上記態様の一部は、本技術の下位態様を形成し得る。また、下位態様および／または態様のうち多様な１つを多様に組み合わせることができ、本技術のさらなる態様または下位態様も構成し得る。
【0041】
本技術の他の特徴は、以下の詳細な説明、要約、図面および特許請求の範囲中に含まれる情報に鑑みれば明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
本技術の利点は、当業者にとって、以下の実施形態の詳細な説明の恩恵および添付図面の参照により、明らかになる。
【図1】本技術の一形態による酸素濃縮器を示す。
【図2】本技術の態様による酸素濃縮器の構成要素の模式図である。
【図3】本技術の態様による酸素濃縮器の断面図である。
【図4】本技術の態様による酸素濃縮器の圧縮システムの斜視側面図である。
【図5】熱交換導管を含む圧縮システムの側面図である。
【図6】本技術の態様による酸素濃縮器の例示的出口構成要素の模式図である。
【図7】本技術の態様による、酸素濃縮器のための出口導管を示す。
【図8】本技術の態様による、酸素濃縮器のための別の出口導管を示す。
【図9】本技術の態様による、酸素濃縮器のための分解されたキャニスタシステムの斜視図である。
【図14】本技術の態様による、酸素濃縮器用の例示的制御パネルを示す。
【図15】本技術の態様による、酸素濃縮器のための例示的な取り外し可能なキャニスタアセンブリを示す。
【図17】本技術の態様による、濃縮器によって生成された酸素富化空気の水分調整のための構成要素を備えた酸素濃縮器の実施形態を示す。
【図18】例示的遠心分離装置と、水分輸送のための水管と、パスオーバー加湿器とを用いた例示的水分調整システムを示す。
【図21A】螺旋状構成を用いた例示的遠心分離装置の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0043】
酸素濃縮器を用いた本技術の例示的吸着デバイスは、図の例に関連して考察され得る。本技術の例は、以下の構造および動作のうちいずれかと共に実行され得る。
【0044】
・外側ハウジング
図１は、酸素濃縮器１００の外側ハウジング１７０の実施形態を示す。いくつかの実施形態において、外側ハウジング１７０は、軽量プラスチックを含み得る。外側ハウジングは、圧縮システム入口１０５と、冷却システム受動的入口１０１と、外側ハウジング１７０の各端部における出口１７３と、出口ポート１７４と、コントロールパネル６００とを含む。入口１０１および出口１７３により、冷却空気がハウジングに進入し、ハウジングを通過し、ハウジング１７０内から流出して、酸素濃縮器１００の冷却を促進することができる。圧縮システム入口１０５により、圧縮システム内への空気進入が可能になる。出口ポート１７４は、酸素濃縮器１００によって生成された酸素富化空気をユーザへ提供するための導管を取り付けるために用いられる。
図１は、酸素濃縮器１００の外側ハウジング１７０の実施形態を示す。いくつかの実施形態において、外側ハウジング１７０は、軽量プラスチックを含み得る。外側ハウジングは、圧縮システム入口１０５と、冷却システム受動的入口１０１と、外側ハウジング１７０の各端部における出口１７３と、出口ポート１７４と、コントロールパネル６００とを含む。入口１０１および出口１７３により、冷却空気がハウジングに進入し、ハウジングを通過し、ハウジング１７０内から流出して、酸素濃縮器１００の冷却を促進することができる。圧縮システム入口１０５により、圧縮システム内への空気進入が可能になる。出口ポート１７４は、酸素濃縮器１００によって生成された酸素富化空気をユーザへ提供するための導管を取り付けるために用いられる。
【0045】
・模式図
図２は、一実施形態による酸素濃縮器１００の概略図である。酸素濃縮器１００は、空気ストリーム中の酸素を濃縮することにより、酸素富化空気をユーザへ提供し得る。
図２は、一実施形態による酸素濃縮器１００の概略図である。酸素濃縮器１００は、空気ストリーム中の酸素を濃縮することにより、酸素富化空気をユーザへ提供し得る。
【0046】
酸素濃縮器１００は、ポータブル酸素濃縮器であり得る。例えば、酸素濃縮器１００の重量およびサイズは、酸素濃縮器を手で持ち運びできかつ／またはキャリーケースに入れて持ち運びできるような重量およびサイズになり得る。１つの実施形態において、酸素濃縮器１００の重量は、約２０ポンド未満、約１５ポンド未満、約１０ポンド未満または約５ポンド未満である。実施形態において、酸素濃縮器１００の容積は、約１０００立方インチ未満、約７５０立方インチ未満、約５００立方インチ未満、約２５０立方インチ未満、または約２００立方インチ未満である。
【0047】
酸素富化空気の生成は、キャニスタ３０２および３０４中の周囲空気の加圧によって行われ得る。キャニスタ３０２および３０４は、ガス分離用吸着剤を含むため、シーブベッドと呼ばれる。酸素濃縮器中において有用に用いられるガス分離吸着剤は、少なくとも窒素を空気ストリームから分離して、酸素富化空気を生成することができる。ガス分離吸着剤の例を挙げると、空気ストリームからの窒素分離が可能な分子篩がある。酸素濃縮器内において用いられ得る吸着剤の例を非限定的に挙げると、高圧下における空気ストリームからの窒素分離を行うゼオライト（天然）または合成結晶質アルミノ珪酸塩がある。利用可能な合成結晶質アルミノ珪酸塩の例を非限定的に以下に挙げる：ＯＸＹＳＩＶ吸着剤（入手元：ＵＯＰＬＬＣ、デスプレーンズ、ＩＷ）；ＳＹＬＯＢＥＡＤ吸着剤（入手元：Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ＆Ｃｏ、コロンビア、ＭＤ）；ＳＩＬＩＰＯＲＩＴＥ吸着剤（入手元：ＣＥＣＡＳ．Ａ．、パリ、フランス）；ＺＥＯＣＨＥＭ吸着剤（入手元：ＺｅｏｃｈｅｍＡＧ、ウエーティコン、スイス）；およびＡｇＬｉＬＳＸ吸着剤（入手元：Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ｉｎｃ．、アレンタウン、ＰＡ）。
【0048】
図２に示すように、空気は、空気入口１０５を通じて酸素濃縮器へ進入し得る。空気は、圧縮システム２００により空気入口１０５中へ引き込まれ得る。圧縮システム２００は、酸素濃縮器の周囲から空気を引き込み、この空気を圧縮し得、これにより、圧縮空気をキャニスタ３０２および３０４の一方または双方の内部へ押し込まれ得る。一実施形態において、入口マフラー１０８は、圧縮システム２００によって空気が酸素濃縮器中へ引き込まれる際に発生する音を低減するように、空気入口１０５へ連結され得る。実施形態において、入口マフラー１０８は、汚染物質フィルタ、水分フィルタおよび／または減音マフラーを有し得る。そのため、このような空気入口１０５は、取り込まれた空気（または供給ガス）から汚染物質を除去する汚染物質フィルタと共に実行され得る。いくつかの実施形態において、吸水材（例えば、ポリマー吸水材またはゼオライト材料）は、入来空気からの水の吸着と、空気入口１０５中へ進入する空気音の低減とをどちらとも行うために用いられ得る。あるいは、本明細書中においてより詳細に述べるように、水は、分離装置１７０４によって分離され得る。このような分離装置は、圧縮器の上流または下流に任意選択的に設けられ得るが、シーブベッドの上流にあるＰＯＣの入口ストリームの経路に設けられることが多い。図２に示すように、システムのこのような構成要素が、圧縮システム２００の出口の近隣に設けられた様子が図示される。
【0049】
圧縮システム２００は、空気を圧縮するように構成された１つ以上の圧縮器を含み得る。圧縮システム２００によって生成された加圧空気は、キャニスタ３０２および３０４の一方または双方の内部へ押し込まれ得る。いくつかの実施形態において、周囲空気は、キャニスタ中においておよそ１３～２０ポンド／平方インチのゲージ圧（ｐｓｉｇ）の範囲において加圧され得る。キャニスタ内に配置されるガス分離吸着剤の種類に応じて、他の圧力を用いてもよい。
【0050】
各キャニスタ３０２／３０４には、入口弁１２２／１２４および出口弁１３２／１３４が連結される。図２に示すように、入口弁１２２はキャニスタ３０２へ連結され、入口弁１２４はキャニスタ３０４へ連結される。出口弁１３２はキャニスタ３０２へ連結され、出口弁１３４はキャニスタ３０４へ連結される。入口弁１２２／１２４は、圧縮システム２００から各キャニスタへの空気の通過の制御するために用いられる。出口弁１３２／１３４は、通気プロセス時において各キャニスタからのガスの放出のために用いられる。いくつかの実施形態において、入口弁１２２／１２４および出口弁１３２／１３４は、シリコンプランジャーソレノイド弁であり得る。しかし、他の種類の弁を用いてもよい。プランジャー弁の場合、静音性があり、かつずれが小さい点において、他の種類の弁よりも有利である。
【0051】
いくつかの実施形態において、２段弁作動電圧が、入口弁１２２／１２４および出口弁１３２／１３４の制御のために用いられ得る。例えば、入口弁を開放させるために、高電圧（例えば、２４Ｖ）が入口弁へ付加され得る。次に、電圧を（例えば７Ｖ）へ低下させると、入口弁の開放状態が維持される。弁開放状態を維持するための電圧が低いほど、使用電力も低くなり得る（電力＝電圧＊電流）。このように電圧が低下すると、発熱および消費電力が最小化され、電源１８０（以下に述べる）からのランタイムが延びる。弁への電力が断ち切られると、弁はバネ作用によって閉鎖する。いくつかの実施形態において、電圧は、必ずしも段階的応答ではない時間の関数として付加され得る（例えば、初期２４Ｖから最終７Ｖへの曲線状の電圧低下）。
【0052】
一実施形態において、加圧空気は、キャニスタ３０２または３０４のうち１つの内部へ送られ、他方のキャニスタは通気される。例えば、使用時に、入口弁１２２は開放され、入口弁１２４は閉鎖される。圧縮システム２００からの加圧空気は、キャニスタ３０２中へ押し込まれる一方、キャニスタ３０４中への進入は入口弁１２４によって阻止される。一実施形態において、コントローラ４００は、弁１２２，１２４，１３２および１３４へ電気的に連結される。コントローラ４００は、メモリ４２０中に保存されたプログラム命令を実行することが可能なプロセッサ４１０を１つ以上含む。これらのプログラム命令は、本明細書中により詳細に記載の方法のような、酸素濃縮器の動作に用いられる多様な事前規定された方法をコントローラが行うように構成される。プログラム命令は、入口弁１２２および１２４を相互に逆位相で動作させる（すなわち、入口弁１２２または１２４のうち一方が開放しているとき、他方の弁が閉鎖している）ためのプログラム命令を含み得る。キャニスタ３０２の加圧時において、出口弁１３２は閉鎖され、出口弁１３４は開放される。入口弁と同様に、出口弁１３２および１３４は、相互に逆位相に動作される。いくつかの実施形態において、電圧、ならびに入力弁および出力弁の開放に用いられる電圧の継続期間は、コントローラ４００によって制御され得る。
【0053】
コントローラ４００に含まれ得るトランシーバ４３０は、外部デバイスと通信して、プロセッサ４１０によって集められたデータを送信するかまたはプロセッサ４１０への命令を外部コンピューティングデバイスから受信し得る。
【0054】
チェック弁１４２および１４４は、それぞれキャニスタ３０２および３０４へ連結される。チェック弁１４２および１４４は、キャニスタの加圧および通気時に発生する圧力差によって受動的に動作する一方向弁であってもよく、または活性弁であってもよい。チェック弁１４２および１４４は、キャニスタの加圧時に生成された酸素富化空気が各キャニスタから流出でき、かつ、酸素富化空気または他の任意のガスのキャニスタ内への逆流を阻止できるように、キャニスタへ連結される。このようにして、チェック弁１４２および１４４は、加圧時において各キャニスタからの酸素富化空気の流出を可能にする一方向弁として機能する。
【0055】
本明細書中用いられるように、「チェック弁」という用語は、流体（ガスまたは液体）の一方向への流動を可能にしかつ流体の逆流を阻止する弁を指す。利用に適したチェック弁の例を以下に非限定的に挙げる：ボールチェック弁；ダイヤフラムチェック弁；バタフライチェック弁；スイングチェック弁；ダックビル弁；アンブレラ弁；およびリフトチェック弁。加圧下において、加圧された周囲空気中の窒素分子は、加圧されたキャニスタ中のガス分離吸着剤によって吸着される。圧力が増加すると、キャニスタ内のガスに含まれる酸素が多くなるまで、より多くの窒素が吸着される。吸着されなかったガス分子（主に酸素）は、圧力が、キャニスタへ連結されたチェック弁の抵抗を充分に越える値に到達すると、加圧されたキャニスタから流出する。一実施形態において、前方方向におけるチェック弁の圧力降下は、１ｐｓｉｇ未満である。逆方向における破壊圧力は、１００ｐｓｉｇを超える。しかし、１つ以上の構成要素の変更により、これらの弁の動作パラメータも変化することが理解されるべきである。前方流れ圧力が増加すると、酸素富化空気生成が一般的に低下する。逆流のための破壊圧力が低下した場合または低すぎる値に設定された場合、酸素富化空気圧力も概して低下する。
【0056】
例示的実施形態において、キャニスタ３０２は、圧縮システム２００中において生成されてキャニスタ３０２中に送られた圧縮空気によって加圧される。キャニスタ３０２の加圧時において、入口弁１２２は開放され、出口弁１３２は閉鎖され、入口弁１２４は閉鎖され、出口弁１３４は開放される。出口弁１３２が閉鎖されると、出口弁１３４が開放され、これにより、キャニスタ３０２の加圧時におけるキャニスタ３０４の雰囲気への実質的な同時通気が可能になる。キャニスタ中の圧力がチェック弁１４２を開放させるのに充分になるまで、キャニスタ３０２が加圧される。キャニスタ３０２中に生成された酸素富化空気は、チェック弁を通じて流出し、一実施形態において、アキュムレータ１０６中において集められる。本明細書中においてより詳細に述べるように、アキュムレータ１０６の出口は、アキュムレータ１０６から放出された生成ガスへ水分を付加するように構成されたリザーバ１７１０に繋がり得る。図６に示すように、アキュムレータに対するこの下流配置構成に加えて、リザーバ１７１０は、酸素濃縮器の多様な付加構成要素（例えば、存在する場合）の下流に任意選択的に設けてもよい（例えば、以下のうち任意の１つ以上：供給弁１６０、膨張チャンバ１６２、流れ抵抗器１７５、流量センサ１８５および／または粒子フィルタ１８７）。このような配置構成により、より乾燥したガスの保存が可能になるため、このような上流のシステム構成要素上における水分の存在に起因する悪影響が低減され得る。リザーバ１７１０は、水分（例えば、分離装置１７０４によって前回除去された水分）を含み得、この水分は、例えば発熱体またはコイルによって任意選択的に加熱され得、これにより、ユーザのより快適なユーザエクスペリエンスのために酸素富化生成ガスが昇温される。
【0057】
一定期間後、ガス分離吸着剤は窒素で飽和することになり、有意な量の窒素を入来空気から分離することができなくなる。このポイントは、所定の時間の酸素富化空気生成後に到達することが多い。上記の実施形態において、キャニスタ３０２中のガス分離吸着剤がこの飽和点に到達すると、圧縮空気の流入が停止され、キャニスタ３０２が通気されて、窒素が除去される。通気時において、入口弁１２２は閉鎖され、出口弁１３２は開放される。キャニスタ３０２の通気時において、キャニスタ３０４への加圧により、酸素富化空気の生成を上記した方法と同じ方法で行う。キャニスタ３０４の加圧は、出口弁１３４の閉鎖および入口弁１２４の開放によって達成される。酸素富化空気は、チェック弁１４４を通じてキャニスタ３０４から流出する。
【0058】
キャニスタ３０２の通気時において、出口弁１３２を開放させて、加圧ガス（主に窒素）を濃縮器出口１３０を通じてキャニスタから雰囲気へ流出させる。一実施形態において、通気ガスをマフラー１３３を通じて方向付けることにより、キャニスタからの加圧ガスの放出に起因して発生するノイズを低減することができる。ガスがキャニスタ３０２から放出されると、キャニスタ３０２中の圧力が低下するため、窒素がガス分離吸着剤から脱離される。脱離された窒素が出口１３０を通じてキャニスタから流出すると、キャニスタは、空気ストリームからの窒素の新たな分離が可能な状態にリセットされる。マフラー１３３は、酸素濃縮器から流出したガスの音を消音するための連続気泡発泡体（または別の材料）を含み得る。いくつかの実施形態において、空気入力および酸素富化空気出力のための消音構成要素／技術の組み合わせにより、５０デシベルを下回る音レベルにおいて酸素濃縮器５０を動作させることが可能となり得る。
【0059】
キャニスタの通気時において、窒素のうち少なくとも大部分が除去されると有利である。一実施形態において、キャニスタが再利用されて空気からの窒素を分離する前に、キャニスタ中の窒素のうち少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９８％または実質的に全てが除去される。いくつかの実施形態において、他方のキャニスタからキャニスタ中へ導入された酸素富化空気ストリームを用いて、キャニスタから窒素をさらにパージする。
【0060】
例示的実施形態において、キャニスタ３０４から窒素が通気されると、酸素富化空気の一部がキャニスタ３０２からキャニスタ３０４へ移送され得る。キャニスタ３０４が通気されているときに、酸素富化空気がキャニスタ３０２から３０４への移送されることで、キャニスタからの窒素（および他のガス）のさらなるパージが促進される。一実施形態において、酸素富化空気は、２つのキャニスタ間の流れ抵抗器１５１，１５３および１５５を通じて移動し得る。流れ抵抗器１５１は、トリクル流れ抵抗器であり得る。流れ抵抗器１５１は、例えば０．００９Ｄ流れ抵抗器であり得る（例えば、流れ抵抗器の半径０．００９”は、内部の管の直径未満である）。流れ抵抗器１５３および１５５は、０．０１３Ｄ流れ抵抗器であり得る。他の種類およびサイズの流れ抵抗器も企図され、キャニスタの連結に用いられる特定の構成および配管に応じて用いられ得る。いくつかの実施形態において、流れ抵抗器は、圧入型流れ抵抗器であり得、各管中の直径を狭くすることにより、空気流れを制限する。いくつかの実施形態において、圧入型流れ抵抗器は、サファイア、金属またはプラスチック製であり得る（他の材料も企図される）。
【0061】
キャニスタの間の酸素富化空気の流れは、弁１５２および弁１５４の利用によっても制御される。弁１５２および１５４は、通気プロセス時において短い継続期間にわたって開放され得（および他の場合に閉鎖され得）、これにより、パージされているキャニスタからの過度の酸素損失を防止する。他の継続期間も、企図される。例示的な実施形態において、キャニスタ３０２は通気され、キャニスタ３０４中において生成された酸素富化空気の一部をキャニスタ３０２中に送ることにより、キャニスタ３０２をパージすることが望ましい。酸素富化空気の一部は、キャニスタ３０４が加圧されると、キャニスタ３０２の通気時において流れ抵抗器１５１を通じてキャニスタ３０２中へ移動する。さらなる酸素富化空気が、キャニスタ３０４から弁１５４および流れ抵抗器１５５を通じてキャニスタ３０２中へ送られる。弁１５２は、移送プロセス中において閉鎖させたままでもよいし、あるいは、さらなる酸素富化空気が必要な場合は開放させたままでもよい。適切な流れ抵抗器１５１および１５５の選択と、弁１５４の開放制御とにより、制御された量の酸素富化空気をキャニスタ３０４からキャニスタ３０２へ送ることが可能になる。一実施形態において、制御された量の酸素富化空気とは、キャニスタ３０２をパージし、かつ、キャニスタ３０２の通気弁１３２を通じた酸素富化空気の損失を最小化するのに充分な量である。一実施形態において、キャニスタ３０２の通気について述べているが、同じプロセスを流れ抵抗器１５１、弁１５２および流れ抵抗器１５３を用いたキャニスタ３０４の通気のために用いることが可能であることが理解されるべきである。
【0062】
一対の均圧／通気弁１５２／１５４が流れ抵抗器１５３および１５５と協働することにより、これら２つのキャニスタ間のガス流バランスが最適化される。その結果、キャニスタのうち一方の通気のための制御の向上が、キャニスタのうち他方からの酸素富化空気により可能となる。また、これら２つのキャニスタ間の流れ方向も向上する。流れ弁１５２／１５４は、２方向弁として動作し得るが、このような弁を通じた流量は、弁を通過する流体の方向によって異なることが分かっている。例えば、キャニスタ３０４から弁１５２を通じてキャニスタ３０２へ流動する酸素富化空気の流量は、キャニスタ３０２から弁１５２を通じてキャニスタ３０４へ流れる酸素富化空気の流量よりも高い。単一の弁が用いられた場合、キャニスタ間において送られる酸素富化空気は最終的に過度に多くなるかまたは少なくなり、時間と共にキャニスタからは異なる量の酸素富化空気が経時的に生成され始める。対向する弁および流れ抵抗器を平行な空気経路上において用いると、２つのキャニスタ間の酸素富化空気の流れパターンが均等化され得る。このような流れの均等化により、一定量の酸素富化空気を複数のサイクルにわたってユーザへ利用可能にすることが可能になり得、また、他方のキャニスタをパージするための酸素富化空気量の予測も可能になり得る。いくつかの実施形態において、空気経路に絞り弁を設けなくてもよいが、あるいは、弁に内蔵抵抗を設けるかまたは空気経路そのものの半径を小さくして抵抗を提供するようにしてもよい。
【0063】
場合によっては、酸素濃縮器を一定期間にわたって停止してもよい。酸素濃縮器を停止した場合、圧縮システムからの断熱損失の結果として、キャニスタの内部温度が低下し得る。温度が低下すると、キャニスタ内でガスにより占められる体積が低下する。キャニスタが低温になると、キャニスタ内が負圧になり得る。キャニスタに繋がる弁およびキャニスタから延びる弁（例えば、弁１２２，１２４，１３２および１３４）は、気密的にシールされるのではなく、動的にシールされる。そのため、停止後、圧力差に対応するために外部空気がキャニスタに進入し得る。外部空気がキャニスタに進入すると、外部空気中の水分は、ガス分離用吸着剤によって吸着され得る。キャニスタ内の水分が吸着すると、ガス分離吸着剤が徐々に劣化し得、ガス分離吸着剤の酸素富化空気生成能力が徐々に低下する。
【0064】
一実施形態において、双方のキャニスタを停止する前に加圧することにより、酸素濃縮器の停止後に外部空気がキャニスタに進入する事態を回避することができる。キャニスタを陽圧下において保存することにより、キャニスタ内の空気の内部圧力により、弁を気密的に閉鎖された位置へ押し込むことができる。一実施形態において、停止時におけるキャニスタ中の圧力は、少なくとも周囲圧力よりも高くすべきである。本明細書中用いられるように、「周囲圧力」という用語は、酸素濃縮器が配置されている周囲の圧力を指す（例えば、室内の圧力、室外の圧力、飛行機内の圧力）。実施形態において、停止時におけるキャニスタ中の圧力は、少なくとも標準的雰囲気圧力よりも高い（すなわち、７６０ｍｍＨｇ（Ｔｏｒｒ）、１ａｔｍ、１０１，３２５Ｐａよりも高い）。一実施形態において、停止時におけるキャニスタ中の圧力は、少なくとも周囲圧力の約１．１倍であり、少なくとも周囲圧力の約１．５であるか、または少なくとも周囲圧力の約２倍である。
【0065】
一実施形態において、加圧空気を圧縮システムから各キャニスタ中へ方向付けて全ての弁を閉鎖させて、加圧空気をキャニスタ中に閉じ込めることにより、キャニスタの加圧を達成することができる。例示的実施形態において、停止シーケンスが開始されると、入口弁１２２および１２４が開放され、出口弁１３２および１３４は閉鎖される。入口弁１２２および１２４は、共通導管によって接合されているため、キャニスタ３０２および３０４双方を空気として加圧することができ、かつ／または１つのキャニスタからの酸素富化空気を他方のキャニスタへ移送することができる。この状況は、圧縮システムと２つの入口弁との間の経路においてこのような移送が行われた場合に発生し得る。酸素濃縮器は、交互の加圧／通気モードにおいて動作するため、キャニスタのうち少なくとも１つを任意の所与の時期において加圧状態にする必要がある。別の実施形態において、圧力は、圧縮システム２００の動作によって各キャニスタ中において増加され得る。入口弁１２２および１２４が開放されると、キャニスタ３０２および３０４間の圧力が均等化されるが、いずれかのキャニスタ中の均等化された圧力は、停止時に空気がキャニスタに進入する事態を阻止するのには不十分であり得る。キャニスタへの空気進入を確実に阻止するために、双方のキャニスタ中の圧力を少なくとも周囲圧力を超えるレベルまで増加させるだけの充分な時間にわたって圧縮システム２００を動作させることができる。キャニスタの加圧方法に関わらず、キャニスタが加圧された後、入口弁１２２および１２４は閉鎖されるため、加圧空気はキャニスタ中に閉じ込められ、その結果、停止期間時においてキャニスタへの空気進入が阻止される。
【0066】
図３を参照して、酸素濃縮器１００の実施形態が図示される。酸素濃縮器１００は、圧縮システム２００と、キャニスタシステム３００と、外側ハウジング１７０内に配置された電源１８０とを含む。入口１０１を外側ハウジング１７０内に設けることにより、環境からの空気が酸素濃縮器１００に進入することが可能になる。入口１０１により、区画内への空気流入が可能になるため、区画内の構成要素の冷却が促進される。電源１８０は、酸素濃縮器１００の電力源を供給する。圧縮システム２００は、入口１０５およびマフラー１０８を通じて空気を引き込む。マフラー１０８は、圧縮システムによって引き込まれる空気のノイズを低減することができ、また、入来空気から水分を除去するための乾燥剤材料も含み得る。酸素濃縮器１００は、出口１７３を介した酸素濃縮器からの空気および他のガスの通気に用いられるファン１７２をさらに含み得る。
【0067】
・圧縮システム
いくつかの実施形態において、圧縮システム２００は、１つ以上のコンプレッサを含む。別の実施形態において、圧縮システム２００は、キャニスタシステム３００の全キャニスタへ連結された単一のコンプレッサを含む。図４および図５を参照すると、コンプレッサ２１０およびモータ２２０を含む圧縮システム２００が図示されている。モータ２２０は、コンプレッサ２１０へ連結され、圧縮機構を動作させるための動作力をコンプレッサへ提供する。例えば、モータ２２０は、回転構成要素を提供するモータであり得る。この回転構成要素により、空気を圧縮するコンプレッサの構成要素の周期運動が発生する。コンプレッサ２１０がピストン型コンプレッサである場合、モータ２２０により、コンプレッサ２１０のピストンの往復運動を発生させる動作力が得られる。ピストンの往復運動により、圧縮空気がコンプレッサ２１０によって生成される。圧縮空気の圧力は、コンプレッサの動作圧力（例えば、ピストンの往復運動速度）によって、ある程度推定され得る。そのため、モータ２２０は、可変速モータであり得、コンプレッサ２１０によって生成される空気の圧力を動的に制御するために、多様な速度において動作することができる。
いくつかの実施形態において、圧縮システム２００は、１つ以上のコンプレッサを含む。別の実施形態において、圧縮システム２００は、キャニスタシステム３００の全キャニスタへ連結された単一のコンプレッサを含む。図４および図５を参照すると、コンプレッサ２１０およびモータ２２０を含む圧縮システム２００が図示されている。モータ２２０は、コンプレッサ２１０へ連結され、圧縮機構を動作させるための動作力をコンプレッサへ提供する。例えば、モータ２２０は、回転構成要素を提供するモータであり得る。この回転構成要素により、空気を圧縮するコンプレッサの構成要素の周期運動が発生する。コンプレッサ２１０がピストン型コンプレッサである場合、モータ２２０により、コンプレッサ２１０のピストンの往復運動を発生させる動作力が得られる。ピストンの往復運動により、圧縮空気がコンプレッサ２１０によって生成される。圧縮空気の圧力は、コンプレッサの動作圧力（例えば、ピストンの往復運動速度）によって、ある程度推定され得る。そのため、モータ２２０は、可変速モータであり得、コンプレッサ２１０によって生成される空気の圧力を動的に制御するために、多様な速度において動作することができる。
【0068】
一実施形態において、コンプレッサ２１０には、ピストンを有する単一のヘッドウォブル型コンプレッサが含まれる。他の種類のコンプレッサも用いられ得る（例えば、ダイヤフラムコンプレッサおよび他の種類のピストンコンプレッサ）。モータ２２０は、ＤＣまたはＡＣモータであり得、コンプレッサ２１０の圧縮構成要素へ動作力を提供する。モータ２２０は、一実施形態において、ブラシレスＤＣモータであり得る。モータ２２０は、可変速モータであり得、コンプレッサ２１０の圧縮構成要素を可変速において動作させるように構成される。図２に示すように、モータ２２０は、コントローラ４００へ連結され得る。コントローラ４００は、モータ動作の制御のために、動作信号をモータへ送る。例えば、コントローラ４００は、モータをオンにすること、モータをオフにすること、および、モータの動作速度を設定すること、を行うための信号をモータ２２０へ送り得る。よって、図２に示すように、圧縮システム２００は、速度センサ２０１を含み得る。速度センサは、モータ２２０の回転速度および／または圧縮システム２００の他の往復動作の決定に用いられるモータ速度変換器であり得る。例えば、モータ速度変換器からのモータ速度信号は、コントローラ４００へ提供され得る。速度センサまたはモータ速度変換器は、例えばホール効果センサであり得る。コントローラ４００は、速度信号および／または酸素濃縮器の他の任意のセンサ信号（例えば、圧力センサ（例えば、アキュムレータ圧力センサ１０７））に基づいて、圧縮システム２００をモータ２２０を介して作動させ得る。よって、図２に示すように、コントローラ４００は、センサ信号（例えば、速度センサ２０１からの速度信号およびアキュムレータ圧力センサ１０７からのアキュムレータ圧力信号）を受信する。このような信号（単数または複数）により、コントローラは、圧縮システムの動作のために、センサ信号（例えば、アキュムレータ圧力および／または本明細書中により詳細に述べるようなモータ速度）に基づいて１つ以上の制御ループ（例えば、フィードバック制御）を実行し得る。
【0069】
圧縮システム２００は、本質的にかなりの熱を生成する。熱は、モータ２２０による電力消費、および、電力から機械的運動への変換によって発生する。コンプレッサ２１０は、空気圧縮によるコンプレッサ構成要素の移動に対する抵抗増加に起因して熱を発生させる。コンプレッサ２１０による空気の断熱圧縮によっても、熱が本質的に発生される。そのため、空気の連続的加圧により、封入容器中に熱が発生する。さらに、電源１８０は、圧縮システム２００への給電時において熱を生成し得る。さらに、酸素濃縮器のユーザは、屋内よりも周囲温度が高温となる可能性がある、空調のない環境（例えば、屋外）においてデバイスを動作させ得るため、入来空気は既に加熱状態になる。
【0070】
酸素濃縮器１００内において熱が発生すると、問題になり得る。リチウムイオン電池は、長寿命および軽量であるため、主に酸素濃縮器の電源として用いられる。しかし、リチウムイオン電池パックは、高温では危険であるため、安全制御が酸素濃縮器１００に採用され、危険なほど高い電源の温度が検出された場合にシステムを停止させる。さらに、酸素濃縮器１００の内部温度の上昇と共に、濃縮器によって発生される酸素量が低下し得る。その部分的原因として、高温では一定体積の空気中の酸素が減少する点がある。酸素生成量が所定量を下回ると、酸素濃縮器１００は自動停止し得る。
【0071】
酸素濃縮器はコンパクトであるため、放熱は困難であり得る。典型的な解決方法を挙げると、１つ以上のファンの使用により封入容器中に冷却空気の流れを発生させる方法がある。しかし、このような解決方法の場合、電源１８０からさらに電力が必要になるため、酸素濃縮器のポータブル利用時間が短くなる。一実施形態において、受動的冷却システムは、モータ２２０によって生成される機械的動力を利用するために用いられ得る。図４および図５を参照して、圧縮システム２００は、外部回転電機子２３０を有するモータ２２０を含む。詳細には、モータ２２０（例えば、ＤＣモータ）の電機子２３０は、電機子を駆動する定常場の周囲を包囲する。モータ２２０は、システム全体への熱に大きく影響するため、モータから熱を移送し、封入容器から除去すると有用である。外部高速回転では、モータの主要構成要素とその周囲の空気との相対速度が非常に高くなる。電機子の表面積は、内部に取り付けられた場合よりも、外部に取り付けられた場合に大きくなる。熱交換速度は表面積および速度の二乗に比例するため、外部に取り付けられたより大きな表面積の電機子を用いた場合、モータ２２０からの放熱能力が増加する。電機子を外部に取り付けたときの冷却効率の利得により、１つ以上の冷却ファンを無くすことができるため、酸素濃縮器の内部を適切な温度範囲内に維持しつつ、重量および消費電力が低減する。さらに、外部に取り付けられた電機子が回転すると、モータの近隣の空気が動くため、さらなる冷却が行われる。
【0072】
その上、外部回転電機子によりモータ効率が促進され得、熱の発生が低減する。外部電機子を有するモータは、内燃機関中において機能するフライホイールと同様に動作する。モータがコンプレッサを駆動させる際、回転に対する抵抗は、低圧力において低くなる。圧縮空気の圧力が高くなると、モータ回転に対する抵抗が高くなる。その結果、モータは、一貫した理想的な回転安定性を維持できなくなり、コンプレッサの圧力要求に応じてサージおよび低速化が発生する。このようなモータのサージおよびその後の低速化の傾向は、非効率であり、そのため熱の原因となる。外部電機子を用いた場合、モータの角運動量が大きくなるため、モータの可変抵抗の補償が促進される。モータの仕事量が大きくなくてすむため、モータから発生する熱が低下し得る。
【0073】
一実施形態において、空気移送デバイス２４０を外部回転電機子２３０へ連結することにより、冷却効率がさらに増加し得る。一実施形態において、空気移送デバイス２４０が外部電機子２３０へ連結されると、外部電機子２３０の回転は空気移送デバイス２４０に空気流を発生させて、この空気流がモータの少なくとも一部を通過する。実施形態において、空気移送デバイス２４０は、外部電機子２３０へ連結された１つ以上のファンブレードを含む。一実施形態において、空気移送デバイス２４０が外部回転電機子２３０の運動により回転するインペラとして機能するように、複数のファンブレードが環状リング内に配置され得る。図４および図５に示すように、空気移送デバイス２４０は、モータ２２０と整列した様態で外部電機子２３０の外面へ取り付けられ得る。空気移送デバイス２４０を電機子２３０に取り付けることにより、空気流を外部回転電機子２３０の主要部分へ方向付けることが可能になり、これにより、使用時における冷却効果が可能になる。一実施形態において、空気移送デバイス２４０により、外部回転電機子２３０の大部分が空気流路中に配置されるように、空気流が方向付けられる。
【0074】
さらに、図４および図５を参照して、コンプレッサ２１０によって加圧された空気は、コンプレッサ出口２１２においてコンプレッサ２１０から流出する。コンプレッサ出口導管２５０は、圧縮空気をキャニスタシステム３００へ移送するように、コンプレッサ出口２１２へ連結される。上記したように、空気が圧縮されると、空気の温度が上昇する。このような温度上昇は、酸素濃縮器の効率にとって有害であり得る。加圧空気の温度を低下させるために、コンプレッサ出口導管２５０が、空気移送デバイス２４０によって生成される空気流路中に配置される。コンプレッサ出口導管２５０の少なくとも一部は、モータ２２０の近隣に配置され得る。そのため、空気移送デバイス２４０によって生成された空気流が、モータ２２０およびコンプレッサ出口導管２５０と接触し得る。一実施形態において、コンプレッサ出口導管２５０の大部分が、モータ２２０の近隣に配置される。一実施形態において、図５に示すように、コンプレッサ出口導管２５０は、モータ２２０の周囲にらせん状に巻かれる。
【0075】
一実施形態において、コンプレッサ出口導管２５０は、熱交換金属によって構成される。熱交換金属の例を非限定的に挙げると、アルミニウム、炭素鋼、ステンレス鋼、チタン、銅、銅ニッケル合金またはこれらの金属の組み合わせから形成される他の合金がある。よって、コンプレッサ出口導管２５０は、本質的に空気圧縮に起因する熱を除去する熱交換器として機能し得る。圧縮空気からの熱除去により、一定圧力における一定体積内の分子数が増加する。その結果、各圧力スイングサイクル時において各キャニスタによって生成可能な酸素富化空気量が増加し得る。
【0076】
本明細書中に記載の放熱機構は、受動的なものであるか、または、酸素濃縮器１００に必要な要素を利用する。よって、例えば、さらなる電力を必要とするシステムを用いること無く、放熱の増加が可能になり得る。さらなる電力が不要になるため、電池パックのランタイム増加が可能になるとともに、酸素濃縮器のサイズおよび重量の最小化が可能になる。同様に、さらなるボックスファンまたは冷却ユニットの利用も不要になり得る。このようなさらなる特徴を無くすことにより、酸素濃縮器の重量および消費電力が低下する。
【0077】
上記したように、空気の断熱圧縮に起因して、空気温度が上昇する。キャニスタシステム３００中のキャニスタの通気時において、キャニスタから流出したガスの圧力が低下する。キャニスタ中のガスの断熱減圧に起因して、通気と共にガス温度が低下する。一実施形態において、キャニスタシステム３００からの冷却された通気ガス３２７は、電源１８０および圧縮システム２００へ方向付けられる。一実施形態において、キャニスタシステム３００のベース３１５は、通気ガスをキャニスタから受容する。通気ガス３２７は、ベース３１５を通じてベース３１５の出口３２５および電源１８０へ方向付けられる。通気ガスは、上記したようにガス減圧によって冷却されるため、結果的に電源の冷却を提供する。圧縮システム２００が動作すると、空気移送デバイス２４０は、冷却された通気ガスを収集し、ガスを圧縮システム２００のモータ２２０へ方向付ける。また、ファン１７２は、通気ガスが圧縮システム２００を横切ってハウジング１７０の外部へ方向付けられることも促進し得る。このようにして、電池からのさらなる電力要求を全く必要とすること無く、さらなる冷却を得ることが可能になり得る。
【0078】
・キャニスタシステム
酸素濃縮器１００は、少なくとも２つのキャニスタを含み得、各キャニスタは、ガス分離用吸着剤を含む。図９～図１３に示すバージョンに関連して、例が考察され得る。図９～図１３に示すキャニスタアセンブリは、一般的にはＰＯＣのハウジンへグ一体化され、取り付けおよび取り外しには、サービス技術者および器具が必要になることが多い。別のバージョンを、取り外し可能なキャニスタアセンブリとして図１５に示す。この取り外し可能なキャニスタアセンブリは、図１６Ａ～図１６Ｃに示すように、ＰＯＣから容易に挿入および除去され得る。
酸素濃縮器１００は、少なくとも２つのキャニスタを含み得、各キャニスタは、ガス分離用吸着剤を含む。図９～図１３に示すバージョンに関連して、例が考察され得る。図９～図１３に示すキャニスタアセンブリは、一般的にはＰＯＣのハウジンへグ一体化され、取り付けおよび取り外しには、サービス技術者および器具が必要になることが多い。別のバージョンを、取り外し可能なキャニスタアセンブリとして図１５に示す。この取り外し可能なキャニスタアセンブリは、図１６Ａ～図１６Ｃに示すように、ＰＯＣから容易に挿入および除去され得る。
【0079】
酸素濃縮器１００のキャニスタは、成形ハウジング内に配置してもよいし、あるいは成形ハウジングから形成してもよい。実施形態において、キャニスタシステム３００は、図９に示すように、２つのハウジング構成要素３１０および５１０を含む。多様な実施形態において、酸素濃縮器１００のハウジング構成要素３１０および５１０により、２つのキャニスタ３０２および３０４ならびにアキュムレータ１０６を画定する、２つの部分からなる成形プラスチックフレームが形成され得る。ハウジング構成要素３１０および５１０は、別個に形成された後、共に連結され得る。いくつかの実施形態において、ハウジング構成要素３１０および５１０は、射出成形または圧縮成形され得る。ハウジング構成要素３１０および５１０は、熱可塑性ポリマーから構成され得る（例えば、ポリカーボネイト、メチレンカーバイド、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン、ポリエチレンまたはポリ塩化ビニル）。別の実施形態において、ハウジング構成要素３１０および５１０は、熱硬化プラスチックまたは金属によって構成され得る（例えば、ステンレススチールまたは軽量アルミニウム合金）。酸素濃縮器１００の重量低減のため、軽量材料が用いられ得る。いくつかの実施形態において、２つのハウジング３１０および５１０の締結は、ねじまたはボルトによって行われ得る。あるいは、ハウジング構成要素３１０および５１０は、共に溶液溶接され得る。図９のキャニスタアセンブリ３００を図１に示すＰＯＣのハウジングの内外に取り付けるには、ＰＯＣ１００の外側ハウジング１７０の除去および器具使用が必要になることが一般的であるため、その交換は技術者によって行われることが多い。
【0080】
図９～図１３に示すように、弁座３２２，３２４，３３２および３３４と、導管３３０および３４６の空気経路とは、ハウジング構成要素３１０と一体化され得るため、酸素濃縮器１００の空気流全体において必要な密封接続数の低減に繋がり得る。
【0081】
ハウジング構成要素３１０および５１０内の異なる部位間の空気経路／配管は、成形導管の形態をとり得る。空気経路のための成形導管の形態をとる導管は、ハウジング構成要素３１０および５１０中の複数の面を占有し得る。例えば、成形された空気導管は、ハウジング構成要素３１０および５１０内の異なるｘ位置、ｙ位置およびｚ位置において異なる深さで形成され得る。いくつかの実施形態において、導管の大部分または実質的に全体をハウジング構成要素３１０および５１０と一体化すると、漏洩の可能性のあるポイントが低下し得る。
【0082】
いくつかの実施形態において、ハウジング構成要素３１０および５１０の連結前にＯリングをハウジング構成要素３１０および５１０の多様な点間に配置することにより、ハウジング構成要素の適切な密封が確保され得る。いくつかの実施形態において、構成要素は、ハウジング構成要素３１０および５１０と一体化され得かつ／またはハウジング構成要素３１０および５１０へ別個に連結され得る。例えば、配管、流れ抵抗器（例えば、圧入流れ抵抗器）、酸素センサ、ガス分離用吸着剤、逆止弁、栓、プロセッサ、電源などのハウジング構成要素３１０および５１０への連結は、これらのハウジング構成要素の連結前かつ／または後に行われ得る。
【0083】
いくつかの実施形態において、ハウジング構成要素３１０および５１０の外部に繋がるアパチャ３３７は、流れ抵抗器などのデバイスの挿入の際に用いられ得る。アパチャは、成形性向上のためにも用いられ得る。これらのアパチャのうち１つ以上は、成形後に（例えばプラスチック栓によって）栓され得る。いくつかの実施形態において、流れ抵抗器を通路内に挿入した後、栓を挿入して通路が密閉され得る。圧入流れ抵抗器の直径は、圧入流れ抵抗器とそれぞれのアパチャとの間の摩擦嵌めが可能となるような直径であり得る。いくつかの実施形態において、接着剤を圧入流れ抵抗器の外部へ追加することにより、圧入流れ抵抗器が挿入後に適所に保持され得る。いくつかの実施形態において、これらの栓は、各管と摩擦嵌合し得る（か、または外面へ接着剤を塗布してもよい）。圧入流れ抵抗器および／または他の構成要素は、幅狭の先端ツールまたはロッド（例えば、直径が各アパチャの直径未満のもの）により各アパチャへ挿入または圧入され得る。いくつかの実施形態において、圧入流れ抵抗器は、管中の特徴部に当接して挿入が停止するまで、各管へ挿入され得る。例えば、特徴部としては、縮径部を含み得る。他のフィーチャも企図される（例えば、配管の側部の隆起部、ねじ山など）。いくつかの実施形態において、圧入流れ抵抗器は、（例えば、幅狭の管部位として）ハウジング構成要素内に成形され得る。
【0084】
いくつかの実施形態において、ばねバッフル１３９は、ハウジング構成要素３１０および５１０の部位を受容する各キャニスタ内へ配置され得バッフル１３９のばね側は、キャニスタの出口に対向する。ばねバッフル１３９は、ガス分離用吸着剤が出口アパチャへ進入する事態を回避しつつ、ガス分離吸着剤をキャニスタ内へ移動させる力を付加し得る。ばねバッフル１３９の使用により、膨張（例えば、熱膨張）を許容しつつ、ガス分離用吸着剤がコンパクトに維持され得る。ガス分離用吸着剤をコンパクトに保持することにより、酸素濃縮器１００の移動時においてガス分離用吸着剤が破壊される事態が回避され得る。
【0085】
いくつかの実施形態において、フィルタ１２９は、各キャニスタの入口に対向するハウジング構成要素３１０および５１０のそれぞれのキャニスタ受容部に、各キャニスタの入口に臨むように配置され得る。フィルタ１２９は、キャニスタへ進入する供給ガスストリームから粒子を除去する。
【0086】
いくつかの実施形態において、圧縮システム２００からの加圧空気は、空気入口３０６へ進入し得る。空気入口３０６は、入口導管３３０へ連結される。空気は、入口３０６を通じてハウジング構成要素３１０に進入し、導管３３０を通じて移動した後、弁座３２２および３２４へ移動する。図１０および図１１は、ハウジング３１０の端面図を示す。図１０は、ハウジング３１０への弁の取り付けの前のハウジング３１０の端面図である。図１１は、弁がハウジング３１０へ取り付けられたハウジング３１０の端面図である。弁座３２２および３２４は、入口弁１２２および１２４それぞれを受容するように構成される。入口弁１２２はキャニスタ３０２へ連結され、入口弁１２４はキャニスタ３０４へ連結される。ハウジング３１０は、出口弁１３２および１３４それぞれを受容するように構成された弁座３３２および３３４も含む。出口弁１３２はキャニスタ３０２へ連結され、出口弁１３４はキャニスタ３０４へ連結される。入口弁１２２／１２４は、導管３３０から各キャニスタへの空気の通過の制御するために用いられる。
【0087】
一実施形態において、加圧空気は、キャニスタ３０２または３０４のうち一方の内部へ送られ、他方のキャニスタは通気される。例えば、使用時に、入口弁１２２は開放され、入口弁１２４は閉鎖される。圧縮システム２００からの加圧空気は、キャニスタ３０２内へ押し込まれる一方、キャニスタ３０４内への進入は入口弁１２４によって阻止される。キャニスタ３０２の加圧時において、出口弁１３２は閉鎖され、出口弁１３４は開放される。入口弁と同様に、出口弁１３２および１３４は、相互に逆位相に動作される。弁座３２２は、ハウジング３１０を通じてキャニスタ３０２内へ延びる開口部３２３を含む。同様に、弁座３２４は、ハウジング３１０を通じてキャニスタ３０２内に延びる開口部３７５を含む。弁３２２および３２４のそれぞれが開放されると、導管３３０からの空気は、開口部３２３または３７５を通じて移動し、キャニスタへ進入する。
【0088】
チェック弁１４２および１４４（図９を参照）は、それぞれキャニスタ３０２および３０４へ連結される。チェック弁１４２および１４４は一方向弁であり、キャニスタの加圧および通気時に発生する圧力差によって受動的に動作し得る。キャニスタ３０２および３０４中において生成された酸素富化空気は、キャニスタからハウジング構成要素５１０の開口部５４２および５４４内へ移動する。通路（図示せず）により、開口部５４２および５４４は導管３４２および３４４へそれぞれ繋げられる。キャニスタ３０２中において生成された酸素富化空気は、キャニスタ内の圧力が逆止弁１４２を開放させるくらいに十分になると、キャニスタから開口部５４２を通じて導管３４２内へ移動する。逆止弁１４２が開放されると、酸素富化空気は、導管３４２を通じてハウジング３１０の端部へ流れる。同様に、キャニスタ３０４中において生成された酸素富化空気は、キャニスタ内の圧力が逆止弁１４４を開放させるくらいに十分になると、キャニスタから開口部５４４を通じて導管３４４内へ移動する。逆止弁１４４が開放されると、酸素富化空気は、導管３４４を通じてハウジング３１０の端部へ流動する。
【0089】
いずれかのキャニスタからの酸素富化空気は、導管３４２または３４４を通じて移動し、ハウジング３１０内に形成された導管３４６に進入する。導管３４６は、導管を導管３４２、導管３４４およびアキュムレータ１０６へ連結させる開口部を含む。よって、キャニスタ３０２または３０４内において生成された酸素富化空気は、導管３４６へ移動し、アキュムレータ１０６内へ送られる。図２に示すように、アキュムレータ１０６内のガス圧力の測定は、センサによって（例えば、アキュムレータ圧力センサ１０７によって）行われ得る。（図６も参照されたい。）よって、アキュムレータ圧力センサにより、蓄積した酸素富化空気の圧力を示す信号が提供される。適切な圧力変換器の一例として、ＨＯＮＥＹＷＥＬＬ ＡＳＤＸシリーズからのセンサがある。別の適切な圧力変換器として、ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣからのＮＰＡシリーズからのセンサがある。あるいは、いくつかの実施形態において、圧力センサは、例えばアキュムレータ１０６と、（ユーザへ送達される酸素富化空気のボーラス状放出のゲートとして機能する）弁（例えば、供給弁１６０）と、の間の出力経路と同様に、アキュムレータ１０６の外部のガスの圧力を測定してもよい。
【0090】
一定期間後、ガス分離吸着剤は窒素で飽和することになり、有意な量の窒素を入来空気から分離することができなくなる。キャニスタ中のガス分離用吸着剤が飽和点に到達すると、圧縮空気の流入が停止され、キャニスタが通気されて、窒素除去が行われる。キャニスタ３０２の通気は、入口弁１２２の閉鎖および出口弁１３２の開放によって行われる。出口弁１３２は、キャニスタ３０２からの通気ガスをハウジング３１０の端部によって規定された容積内へ放出する。発泡材によりハウジング３１０の端部を被覆すると、キャニスタからのガス放出に起因する音が低減され得る。同様に、キャニスタ３０４の通気は、入口弁１２４の閉鎖および出口弁１３４の開放によって行われる。出口弁１３４は、キャニスタ３０４からの通気ガスをハウジング３１０の端部によって規定された容積中へ放出する。
【0091】
キャニスタ３０２の通気時において、キャニスタ３０４への加圧により、酸素富化空気の生成を上記した方法と同じ方法で行う。キャニスタ３０４の加圧は、出口弁１３４閉鎖および入口弁１２４の開放によって達成される。酸素富化空気は、チェック弁１４４を通じてキャニスタ３０４から流出する。
【0092】
例示的実施形態において、キャニスタ３０４から窒素が通気されているときに、酸素富化空気の一部がキャニスタ３０２からキャニスタ３０４へ移送され得る。キャニスタ３０４の通気時において酸素富化空気をキャニスタ３０２からキャニスタ３０４へ移送すると、キャニスタからの窒素（および他のガス）のさらなるパージが促進される。キャニスタ間の酸素富化空気の流れは、図２に示すように流れ抵抗器および弁によって制御される。３本の導管がハウジング構成要素５１０内に形成され、キャニスタ間の酸素富化空気の移送のために用いられる。図１２に示すように、導管５３０により、キャニスタ３０２がキャニスタ３０４へ連結される。流れ抵抗器１５１（図示せず）は、キャニスタ３０２とキャニスタ３０４との間の導管５３０内に配置されて、使用時において酸素富化空気の流れを制限する。導管５３２も、キャニスタ３０２をキャニスタ３０４へ連結させる。図１３に示すように、導管５３２は、弁１５２を受容する弁座５５２へ連結される。流れ抵抗器１５３（図示せず）は、キャニスタ３０２とキャニスタ３０４との間の導管５３２内に配置される。導管５３４も、キャニスタ３０２をキャニスタ３０４へ連結させる。図１３に示すように、導管５３４は、弁１５４を受容する弁座５５４へ連結される。流れ抵抗器１５５（図示せず）は、キャニスタ３０２とキャニスタ３０４との間の導管５３４内に配置される。一対の均圧／通気弁１５２／１５４が流れ抵抗器１５３および１５５と協働することにより、これら２つのキャニスタ間の空気流バランスが最適化される。
【0093】
アキュムレータ１０６中の酸素富化空気は、供給弁１６０を通過して、ハウジング構成要素５１０内に形成された膨張チャンバ１６２内へ移動する。ハウジング構成要素５１０内の開口部（図示せず）により、アキュムレータ１０６が供給弁１６０へ連結される。実施形態において、膨張チャンバ１６２は、膨張チャンバ１６２を通過するガスの酸素濃度を推定するように構成された１つ以上のデバイスを含み得る。
【0094】
・取り外し可能なキャニスタアセンブリ（図１５～図１６）
いくつかの実施形態において、ユーザによる取り外しの可能性の促進のために、酸素濃縮器１００のキャニスタは、図１５に示すように形成され得る。このようなキャニスタは、図９～図１３に関連したて記載するキャニスタと加圧動作および減圧動作において類似するが、その他の点においては、ＰＯＣからの容易な交換および取り外しを促進させるような構造にされる。図１５の例に示すように、キャニスタアセンブリ７００は、キャニスタ７０２および７０４を含む。各キャニスタにより、上記したシーブベッドに匹敵する、シーブベッドのための別個に加圧可能なコンテナが得られる。
いくつかの実施形態において、ユーザによる取り外しの可能性の促進のために、酸素濃縮器１００のキャニスタは、図１５に示すように形成され得る。このようなキャニスタは、図９～図１３に関連したて記載するキャニスタと加圧動作および減圧動作において類似するが、その他の点においては、ＰＯＣからの容易な交換および取り外しを促進させるような構造にされる。図１５の例に示すように、キャニスタアセンブリ７００は、キャニスタ７０２および７０４を含む。各キャニスタにより、上記したシーブベッドに匹敵する、シーブベッドのための別個に加圧可能なコンテナが得られる。
【0095】
キャニスタアセンブリ７００は、コンテナ部１５０４を有し得る。コンテナ部１５０４により、シーブベッド（単数または複数）のための１つ以上のコンテナ容積が規定され得る。キャニスタアセンブリ７００は、１つ以上のキャップ部１５０８も含み得る。コンテナ部１５０４に含まれ得る１つ以上の取付フランジ１５１０により、キャップ部（単数または複数）１５０８がコンテナ部（単数または複数）１５０４へ取り付けまたは接合されて、キャニスタアセンブリ７００の各キャニスタまたは双方のキャニスタが形成される。よって、キャップ部１５０８は、同様にフランジ１５１０に対応するフランジ部１５１１を含み得るため、多様な接合手段（例えば、溶接または締結具（例えば、ねじ、ボルトまたはリベット））によって両者が任意選択的に接合され得る。
【0096】
各キャニスタ７０２および７０４は、入口（または空気入口）および出口（または空気出口）を含む。例えば、図１５の例を示すように、第１のキャニスタ（キャニスタ７０２）は、入口７０６および出口７１０を含むため、第１のキャニスタのシーブベッドへのガスのアクセスが可能になる。第２のキャニスタ（キャニスタ７０４）は、入口７０８および出口７１２を含むため、第２のキャニスタのシーブベッドへのガスのアクセスが可能になる。図示のように、入口および／または出口のうちいずれかまたは全ては、使用時におけるＰＯＣ外側ハウジングへの挿入時における（ＰＯＣのシーブベッド区画の連結器またはポート／オリフィス内への各挿入のための）突出部またはニップルとして形成され得る。このような入口および出口は、それぞれ内部に導管（例えば、円筒）を有し得るため、キャニスタの各シーブベッドの圧力スイング動作および／または真空スイング動作において必要となるガス移送の経路としてそれぞれが機能する。各入口は、加圧動作のために酸素濃縮器１００と密封接続を生成するための入口シールをそれぞれ有し得る（例えば、軟質ゴムＯリング）。出口７１０および７１２も、同様に出口シールを含み得る。
【0097】
「入口」および「出口」という用語は、本明細書中キャニスタのフィーチャの説明の支援のために用いられるが、ＰＳＡプロセスまたはＶＳＡプロセスではプロセスのサイクルに応じてキャニスタの共通端における進入および放出が必要であり得ることが認識されているため、このような用語は、単一の移送方向のみが必要であることを意図していない。しかし、図１５の例において、ＰＯＣは、生成ガス（例えば、酸素富化空気）の出力と関連付けられるように構成され得る一方、入口は、吸着プロセスのための雰囲気ガス（例えば、空気）のシーブベッドへの導入と関連付けられ得る。それにも係わらず、これらの入口および出口のこのような機能は、（キャニスタアセンブリ７００の挿入先である）ＰＯＣの制御される流路の実施形態（すなわち、その弁およびマニホルドの動作）に応じて反転させてもよいことが理解される。
【0098】
上記したように、取り外し可能なキャニスタアセンブリ７００は、ＰＯＣに対して容易に挿入および取り外しされ得る。これを図１６Ａに示す。図１６Ａは、キャニスタアセンブリ７００が外側ハウジング１７０内において酸素濃縮器１００の区画１６０２（図１６Ｂを参照）内に取り付けられている様子を示す。区画１６０２は、キャニスタアセンブリ７００を収容するように適合される。図１６Ｂの切り欠き図に示すように、例えば酸素濃縮器１００の外側ハウジング１７０の側部においてポータル１６０４を介してキャニスタアセンブリ７００の取り外しおよび／または挿入する際、外側ハウジング１７０の一部（例えば、蓋部（またはキャニスタカバーまたはキャニスタパネル））を取り外すことにより、区画１６０２へのアクセスが提供され得る。このような蓋部は１６６６を図１６Ｃに示す。よって、キャニスタアセンブリ７００の挿入または取り外しが、外側ハウジング１７０全体の分解または取り外し無しに達成され得、外側ハウジング１７０の蓋部（図１６Ｃに示す）の取り外しによって達成され得る。図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、キャニスタアセンブリ７００のこのような挿入において、キャニスタアセンブリ７００の入口および／または出口のポートと、区画１６０２に隣接しかつ酸素濃縮器１００の外側ハウジング１７０内の１つ以上のマニホルドの連結具との係合が行われ得る。キャニスタアセンブリ７００の各出口は、マニホルドの連結具への接合のためのニップルを有し得る。例えば、図１６Ｂに示すように、キャニスタアセンブリ７００の出口は、マニホルド１６０６の連結具１６０８－１および１６０８－２（例えば、出口連結具）においてマニホルド１６０６（例えば、出口マニホルド）へ連結され得るため、キャニスタアセンブリ７００の出口の空気圧密封が可能になり得る。このような連結具（例えば、出口連結具１６０８－１および１６０８－２）は、キャニスタアセンブリ７００の出口の相互的構造（または相補型構造）を補足する空気圧的に密封可能な構造を有し得る。例えば、このような連結具（例えば、出口連結具１６０８－１および１６０８－２）は、キャニスタアセンブリ７００の出口のニップルをオリフィスの導管内に受容するオリフィスとして構成され得る。マニホルド１６０６は一般的には、定置型構成要素として酸素濃縮器１００内に固定され得る。マニホルド１６０６は、マニホルド１６０６が出口マニホルドである場合に１つ以上の弁（例えば、弁（または制御弁）１５２および１５４のうちのいずれか）も含み得るか、または、マニホルド１６０６が入口マニホルドである場合に弁１２２、１３２、１２４および１３４も含み得る。
【0099】
同様に、図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、キャニスタアセンブリ７００の入口は、さらなる連結具１６０９－１および１６０９－２（例えば、入口連結具）（図１６Ｂを参照）によってマニホルド８０４（例えば、入口マニホルド）へ連結され得るため、キャニスタアセンブリ７００の入口の空気圧密封が可能になり得る。このような連結具（例えば、連結具１６０９－１および１６０９－２）は、キャニスタアセンブリ７００の入口の相互的構造（または相補型構造）を補足する適切な空気圧的に密封可能な構造を有し得る。マニホルド８０４は一般的には、本明細書中により詳細に述べるような横断型構成要素または移動可能な構成要素として酸素濃縮器１００内に固定され得る。
【0100】
図１６Ａ、図１６Ｂおよび図１６Ｃの例の酸素濃縮器１００は、上記したものと同様である。図１６Ａに示すように、酸素濃縮器は、電池区画１６６５を（取り外し可能なキャニスタアセンブリ７００と別個にかつ取り外し可能なキャニスタアセンブリ７００の下側において）外側ハウジング内に有し得る。任意選択の電池区画蓋部１６６７が、電池へのアクセスのために取り外し可能にされ得る。外側ハウジングは、ボタン１６６９を有し得、これにより、隣接する導管が気道送達デバイスへ取り付けられるように設けられている（例えば、富化空気を受容するカニューレ）旨をユーザに示す。外側ハウジングは、第１の組および第２の組の冷却システム出口１６７１－１および１６７１－２も含み得る。外側ハウジングは、動作のための酸素濃縮器への給電および／または電池の充電のための充電ポート１６７３も含み得る。外側ハウジングは、取り外し可能なパネル１６７５も例えば通気アパチャと共に有し得る。取り外し可能なパネル１６７５は、（圧縮器入口内への供給ガスの進入および移動のための）空気フィルタおよび単一の開口部として機能し得る。外側ハウジングは、１組の冷却システム入口１６７７を有し得る。
【0101】
さらに、図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、酸素濃縮器は、マニホルド８０４を空気入口７０６および７０８と取り外し可能に係合させ得る固定機構８００も含み得る。固定機構８００によっても、キャニスタアセンブリ７００が酸素濃縮器１００内に固定され得る。有利なことに、キャニスタアセンブリ７００は、酸素濃縮器１００の動作時において（例えば比較的高圧力において）所定位置に固定され得る。固定機構８００は、閉鎖位置と開口位置との間において移動可能となるように構成される。よって、固定機構８００の動作により、キャニスタアセンブリ７００の固定および（例えば動作時における）キャニスタアセンブリ７００の空気圧密封が達成され得る。固定機構８００は、キャニスタアセンブリ７００の取り外しおよび挿入を容易にするように、ユーザによって操作され得る。
【0102】
・出口システム
出口システムは、キャニスタのうち１つ以上へ連結され酸素富化空気をユーザへ提供する１つ以上の導管を含む。一実施形態において、キャニスタ３０２および３０４のいずれかの内部において生成された酸素富化空気は、図６に概略的に示すように、チェック弁１４２および１４４それぞれを通じてアキュムレータ１０６内に集められる。キャニスタから流出した酸素富化空気は、酸素アキュムレータ１０６内に集められた後、ユーザへ提供され得る。いくつかの実施形態において、管にアキュムレータ１０６を連結することにより、酸素富化空気をユーザへ提供することができる。酸素富化空気は、酸素富化空気をユーザの口および／または鼻へ移送する気道送達デバイスを通じてユーザへ提供され得る。一実施形態において、出口は、酸素をユーザの鼻および／または口へ方向付ける管を含み得る。この管は、ユーザの鼻へ直接連結されていない場合がある。
出口システムは、キャニスタのうち１つ以上へ連結され酸素富化空気をユーザへ提供する１つ以上の導管を含む。一実施形態において、キャニスタ３０２および３０４のいずれかの内部において生成された酸素富化空気は、図６に概略的に示すように、チェック弁１４２および１４４それぞれを通じてアキュムレータ１０６内に集められる。キャニスタから流出した酸素富化空気は、酸素アキュムレータ１０６内に集められた後、ユーザへ提供され得る。いくつかの実施形態において、管にアキュムレータ１０６を連結することにより、酸素富化空気をユーザへ提供することができる。酸素富化空気は、酸素富化空気をユーザの口および／または鼻へ移送する気道送達デバイスを通じてユーザへ提供され得る。一実施形態において、出口は、酸素をユーザの鼻および／または口へ方向付ける管を含み得る。この管は、ユーザの鼻へ直接連結されていない場合がある。
【0103】
図６を参照して、酸素濃縮器のための出口システムの実施形態の概略図が図示されている。アキュムレータ１０６からユーザへの酸素富化空気の放出を制御するように、供給弁１６０が出口管へ連結され得る。一実施形態において、供給弁１６０は、電磁駆動プランジャー弁である。ユーザへの酸素富化空気送達を制御するように、コントローラ４００により供給弁１６０が作動される。供給弁１６０の作動は、圧力スイング吸着法プロセスに対して、タイミングが調整されないか、または、同期しない。その代わりに、作動は、以下に述べるようにユーザの呼吸と同期される。いくつかの実施形態において、供給弁１６０は、酸素富化空気の供給のために臨床的に有効な振幅プロファイルを確立させるための連続値作動を有し得る。
【0104】
アキュムレータ１０６内の酸素富化空気は、図６に示すように、供給弁１６０を通過して膨張チャンバ１６２内へ移動する。実施形態において、膨張チャンバ１６２は、膨張チャンバ１６２内を通過するガスの酸素濃度を推定するように構成された１つ以上のデバイスを含み得る。膨張チャンバ１６２中の酸素富化空気は、供給弁１６０によるアキュムレータ１０６からのガス放出を通じて短時間で蓄積され、その後、小型オリフィス流れ抵抗器１７５を通じて、流量センサ１８５へ、次いで微粒子フィルタ１８７へと流出する。流れ抵抗器１７５は、０．０２５Ｄ流れ抵抗器であり得る。他の種類およびサイズの流れ抵抗器が用いられ得る。いくつかの実施形態において、ハウジング中の空気経路の直径は、ガス流制限のために限定され得る。任意選択の流量センサ１８５は、導管内を流動するガスの流量を示す信号を生成するように構成された任意のセンサであり得る。任意選択的な微粒子フィルタ１８７は、ユーザへの酸素富化空気送達の前の細菌、埃、細粒微粒子などのフィルタリングのために用いられ得る。酸素富化空気は、フィルタ１８７（存在する場合）を通過し、リザーバ１７１０（存在する場合）を通過して、コネクタ１９０へ移動する。コネクタ１９０は、酸素富化空気を、送達導管１９２を介してユーザへ送るとともに、圧力センサ１９４へ送る。
【0105】
出口経路の流体力学は、供給弁１６０のプログラムされた作動と相まって、酸素のボーラスが、正確なタイミングで、かつ、ユーザの肺中への迅速な送達を過度な無駄無しに確保する振幅プロファイルで、供給されることを、もたらし得る。
【0106】
膨張チャンバ１６２は、１つ以上の酸素センサを含み得る。これらの酸素センサは、上記チャンバを通過するガスの酸素濃度を決定するように適合される。一実施形態において、膨張チャンバ１６２を通過するガスの酸素濃度は、酸素センサ１６５を用いて推定される。酸素センサは、ガス中の酸素濃度を測定するように構成されたデバイスである。酸素センサの例を非限定的に挙げると、超音波酸素センサ、電気酸素センサ、化学酸素センサ、および光学式酸素センサがある。一実施形態態において、酸素センサ１６５は、超音波酸素センサであり、超音波エミッタ１６６および超音波レシーバ１６８を含む。いくつかの実施形態において、超音波エミッタ１６６は、複数の超音波エミッタを含み得、超音波レシーバ１６８は、複数の超音波レシーバを含み得る。複数のエミッタ／レシーバを有する実施形態において、複数の超音波エミッタおよび複数の超音波レシーバは、軸方向に（例えば、軸整列に対して垂直であり得るガス流路を横切って）整列され得る。
【0107】
使用時において、（エミッタ１６６からの）超音波をチャンバ１６２内の酸素富化空気を通してレシーバ１６８へ方向付ける。超音波酸素センサ１６５は、酸素富化空気を通過する音の速度を検出して当該酸素富化空気の組成を決定するように構成され得る。音の速度は、窒素と酸素との中で異なり、２つのガスの混合物では、混合物を通過する音の速度は、混合物中の各ガスの相対的量に比例する中間値であり得る。使用時において、レシーバ１６８における音は、エミッタ１６６から送られた音に対して僅かに位相がずれる。この位相変化は、ガス媒体の音の速度が、ワイヤを通る比較的高速の電子パルスと比べて、相対的に低速であることに起因する。この位相変化は、エミッタとレシーバとの間の距離に比例し、膨張チャンバ１６２を通過する音の速度に反比例する。このチャンバ中のガスの密度に起因して、この膨張チャンバを通過する音の速度が影響を受け、密度は、膨張チャンバ中の酸素対窒素の比に比例する。そのため、位相変化を用いて、膨張チャンバ中の酸素濃度を測定することができる。このようにして、アキュムレータ内の酸素の相対的濃度を、アキュムレータを通過する検出音波の１つ以上の特性の関数として推定することができる。
【0108】
いくつかの実施形態において、複数のエミッタ１６６およびレシーバ１６８が用いられ得る。エミッタ１６６およびレシーバ１６８からの読み取り値の平均化により、乱流系に固有であり得る誤差を減少させることができる。いくつかの実施形態において、通過時間を測定することおよび測定された通過時間と、他のガスおよび／またはガス混合物の所定の通過時間と、を比較することにより、他のガスの存在検知も可能である。
【0109】
例えばエミッタ１６６とレシーバ１６８との間に数個の音波サイクルが可能になるようにエミッタ１６６とレシーバ１６８との間の距離を増加させることで、超音波センサシステムの感度の増加が可能になり得る。いくつかの実施形態において、少なくとも２つの音サイクルが存在する場合、２つの時点における固定基準に相対する位相変化の測定により、変換器の構造的変化による影響を低減させることができる。前の位相変化を後の位相変化から差し引くと、膨張チャンバ１６２の熱膨張に起因する変化を低減またはキャンセルすることができる。エミッタ１６６とレシーバ１６８との間の距離の変化に起因する変化は、測定インタバルでほぼ同じであり得る一方、酸素濃度の変化に起因する変化は累積的であり得る。いくつかの実施形態において、後に測定された変化に、介在サイクル数が乗算されて、隣接する２つのサイクル間の変化と比較可能である。膨張チャンバ中の酸素の感知についてのさらなる詳細について、例えば米国公開特許出願第２００９／００６５００７号（公開日：２００９年３月１２日、タイトル：「Ｏｘｙｇｅｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」）に記載がある。本明細書中、同文献を参考のため援用する。
【0110】
流量センサ１８５は、出口システム中を流れるガスの流量の決定に用いられ得る。利用可能な流量センサの例を以下に非限定的に挙げる：ダイヤフラム／ベローズ流量計；ロータリ－流量計（例えば、ホール効果流量計）；タービン流量計；オリフィス流量計；および超音波流量計。流量センサ１８５は、コントローラ４００へ連結され得る。出口システム中を流れるガスの流量は、ユーザの呼吸量の指標となり得る。出口システム中を流れるガスの流量の変化を用いて、ユーザの呼吸速度を決定することも可能であり得る。コントローラ４００は、供給弁１６０の作動を制御するための制御信号またはトリガ信号を生成し得る。供給弁のこのような動作制御は、流量センサ１８５によって推定されるようなユーザの呼吸量および／または呼吸量に基づき得る。
【0111】
いくつかの実施形態において、超音波センサ１６５および例えば流量センサ１８５により、提供される酸素の実際の量の測定値を得ることができる。例えば、流量センサ１８５は、提供されるガス量を（流量に基づいて）測定することができ、超音波センサ１６５は、提供されるガス量の酸素濃度を提供し得る。コントローラ４００は、これらの２つの測定値を共に用いて、ユーザへ提供される酸素の実際の量の概算値を決定することができる。
【0112】
酸素富化空気は、フィルタ１８７へ向けて流量センサ１８５を通過する。フィルタ１８７により、細菌、埃、細粒微粒子などが除去された後、酸素富化空気がユーザへ提供される。フィルタリングされた酸素富化空気は、コネクタ１９０へ向けてフィルタ１８７を通過する。コネクタ１９０は、フィルタ１８７の出口を圧力センサ１９４および送達導管１９２へ連結する「Ｙ字型」コネクタであり得る。圧力センサ１９４は、導管１９２を通じてユーザへ移動するガスの圧力を監視するように用いられ得る。いくつかの実施形態において、圧力センサ１９４は、感知面へ付加される陽圧または陰圧の量に比例する信号を生成するように構成され得る。圧力センサ１９４によって感知される圧力の変化は、以下に述べるように、ユーザの呼吸速度および吸息開始（トリガ瞬間とも呼ばれる）を決定するために使用され得る。コントローラ４００は、ユーザの呼吸速度および／またはユーザの吸息の開始に基づいて、供給弁１６０の作動を制御し得る。一実施形態において、コントローラ４００は、流量センサ１８５もしくは圧力センサ１９４のいずれか、または、これら両方から提供される情報に基づいて、供給弁１６０の作動を制御し得る。
【0113】
酸素富化空気は、導管１９２を通じてユーザへ提供され得る。一実施形態において、導管１９２は、シリコーン管であり得る。導管１９２は、図７および図８に示すように、気道送達デバイス１９６によってユーザへ連結され得る。気道送達デバイス１９６は、酸素富化空気を鼻腔または口腔へ提供することが可能な任意のデバイスであり得る。気道送達デバイスの例を以下に非限定的に挙げる：鼻マスク、鼻枕、鼻プロング、鼻カニューレ、およびマウスピース。鼻カニューレ気道送達デバイス１９６を図７に示す。気道送達デバイス１９６は、ユーザが周囲からの空気を呼吸することを可能にしつつユーザへの酸素富化空気送達を可能にするように、ユーザの気道の近隣（例えば、ユーザの口および／または鼻の近隣）に配置される。
【0114】
別の実施形態において、酸素富化空気をユーザへ提供するために、マウスピースが用いられ得る。図８に示すように、マウスピース１９８が、酸素濃縮器１００へ連結され得る。マウスピース１９８を酸素富化空気のユーザへの提供のために用いられる唯一のデバイスにしてもよいし、あるいは、マウスピースを鼻気道送達デバイス１９６（例えば、鼻カニューレ）と組み合わせて用いてもよい。図８に示すように、酸素富化空気が鼻気道送達デバイス１９６およびマウスピース１９８双方を通じてユーザへ提供され得る。
【0115】
マウスピース１９８を、ユーザの口内に取り外し可能に配置することができる。一実施形態において、マウスピース１９８を、ユーザの口中の１本以上の歯へ取り外し可能に連結することができる。使用時に、酸素富化空気は、ユーザの口中へマウスピースを介して方向付けられる。マウスピース１９８は、ユーザの歯に適合するように成型されたナイトガードマウスピースであり得る。あるいは、マウスピースは、下顎再配置デバイスであり得る。一実施形態において、少なくともマウスピースの大部分は、使用時においてユーザの口中に配置される。
【0116】
使用時に、マウスピースの近隣において圧力変化が検出されると、酸素富化空気がマウスピース１９８へ方向付けられ得る。一実施形態において、マウスピース１９８は、圧力センサ１９４へ連結され得る。ユーザがユーザの口を通じて空気を吸息すると、圧力センサ１９４は、マウスピースの近隣の圧力降下を検出し得る。酸素濃縮器１００のコントローラ４００は、吸息の開始時に、ユーザへの酸素富化空気のボーラスの放出を制御し得る。
【0117】
個人の典型的な呼吸時において、吸息は、鼻を通じて、口を通じてあるいは鼻および口双方を通じて行われ得る。さらに、呼吸は、多様な要因により、１つの通路から別の通路へ変化し得る。例えば、より活発な活動時において、ユーザは、鼻を通じた呼吸を口を通じた呼吸（あるいは口および鼻を通じた呼吸）へ切り換え得る。単一の送達モード（鼻または口）に依存するシステムの場合、監視された経路を通じた呼吸が停止した場合に適切に機能できなくなり得る。例えば、ユーザへの酸素富化空気提供のために鼻カニューレが用いられる場合、吸息開始を決定するために、吸息センサ（例えば、圧力センサまたは流量センサ）が鼻カニューレへ連結される。ユーザが鼻を通じた呼吸を停止し、口を通じた呼吸に切り換えると、鼻カニューレからのフィードバックが無いため、酸素濃縮器１００は、いつ酸素富化空気を提供すればよいのかわからなくなり得る。このような状況下において、酸素濃縮器１００は、吸息センサがユーザの吸息を検出するまで、流量を増加させるか、酸素富化空気の提供頻度を増加させるか、あるいは、これらの両方を行い得る。ユーザが呼吸モードの切り換えを頻繁に行うと、デフォルトの酸素富化空気提供モードに起因して、酸素濃縮器１００の作動頻度が高くなり、その結果、システムのポータブル利用時間が制限される。
【0118】
一実施形態において、ユーザへの酸素富化空気提供に用いられる鼻気道送達デバイス１９６（例えば、鼻カニューレ）と共に用いられるマウスピース１９８が、図８に示される。マウスピース１９８および鼻気道送達デバイス１９６はどちらとも、吸息センサへ連結される。一実施形態において、マウスピース１９８および鼻気道送達デバイス１９６は、同一の吸息センサへ連結される。別の実施形態において、マウスピース１９８および鼻気道送達デバイス１９６は、異なる吸息センサへ連結される。いずれかの実施形態において、吸息センサ（単数または複数）は、吸息開始を口または鼻から検出し得る。酸素濃縮器１００は、近隣において吸息開始が検出された送達デバイス（すなわち、マウスピース１９８または鼻気道送達デバイス１９６）へ酸素富化空気を提供するように構成され得る。あるいは、いずれかの送達デバイスの近隣において吸息開始が検出された場合、酸素富化空気をマウスピース１９８および鼻気道送達デバイス１９６双方へ提供してもよい。例えば図８に示すような２重送達システムを用いると、睡眠中のユーザにとって特に有用であり得、鼻呼吸／口呼吸間の切り換えを意識的努力無く遂行し得る。
【0119】
・コントローラシステム
酸素濃縮器１００の動作は、本明細書中に記載のような酸素濃縮器１００の多様な構成要素へ連結された内部コントローラ４００を用いて自動的に行われ得る。図２に示すように、コントローラ４００は、１つ以上のプロセッサ４１０および内部メモリ４２０を含む。酸素濃縮器１００の動作および監視に用いられる方法は、内部メモリ４２０またはコントローラ４００へ連結された外部メモリ媒体に保存された、１つ以上のプロセッサ４１０によって実行可能なプログラム命令によって、具現化され得る。メモリ媒体は、多様な種類のメモリデバイスまたはストレージデバイスのうちいずれかを含み得る。「メモリ媒体」という用語には、インストール媒体（例えば、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、フロッピーディスク、またはテープデバイス）、コンピュータシステムメモリもしくはランダムアクセスメモリ（例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、ダブルデータレートランダムアクセスメモリ（ＤＤＲＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、拡張データアウトランダムアクセスメモリ（ＥＤＯＲＡＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、または、不揮発性メモリ（例えば、磁気媒体（例えば、ハードドライブまたは光学記憶装置））を含むことが意図される。メモリ媒体は、他の種類のメモリまたはその組み合わせも含み得る。加えて、記憶媒体は、プログラムを実行する主体であるコントローラ４００の近隣に配置され得るか、または、インターネットなどのネットワークを介してコントローラ４００へ接続する外部コンピューティングデバイス内に配置され得る。後者の場合、外部コンピューティングデバイスは、プログラム命令を実行対象としてコントローラ４００へ提供し得る。「メモリ媒体」という用語は、異なる場所（例えば、ネットワークを介して接続された異なるコンピューティングデバイス中）に常駐し得る２つ以上のメモリ媒体を含み得る。
酸素濃縮器１００の動作は、本明細書中に記載のような酸素濃縮器１００の多様な構成要素へ連結された内部コントローラ４００を用いて自動的に行われ得る。図２に示すように、コントローラ４００は、１つ以上のプロセッサ４１０および内部メモリ４２０を含む。酸素濃縮器１００の動作および監視に用いられる方法は、内部メモリ４２０またはコントローラ４００へ連結された外部メモリ媒体に保存された、１つ以上のプロセッサ４１０によって実行可能なプログラム命令によって、具現化され得る。メモリ媒体は、多様な種類のメモリデバイスまたはストレージデバイスのうちいずれかを含み得る。「メモリ媒体」という用語には、インストール媒体（例えば、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、フロッピーディスク、またはテープデバイス）、コンピュータシステムメモリもしくはランダムアクセスメモリ（例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、ダブルデータレートランダムアクセスメモリ（ＤＤＲＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、拡張データアウトランダムアクセスメモリ（ＥＤＯＲＡＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、または、不揮発性メモリ（例えば、磁気媒体（例えば、ハードドライブまたは光学記憶装置））を含むことが意図される。メモリ媒体は、他の種類のメモリまたはその組み合わせも含み得る。加えて、記憶媒体は、プログラムを実行する主体であるコントローラ４００の近隣に配置され得るか、または、インターネットなどのネットワークを介してコントローラ４００へ接続する外部コンピューティングデバイス内に配置され得る。後者の場合、外部コンピューティングデバイスは、プログラム命令を実行対象としてコントローラ４００へ提供し得る。「メモリ媒体」という用語は、異なる場所（例えば、ネットワークを介して接続された異なるコンピューティングデバイス中）に常駐し得る２つ以上のメモリ媒体を含み得る。
【0120】
いくつかの実施形態において、コントローラ４００は、プロセッサ４１０を含む。プロセッサ４１０には、例えば、酸素濃縮器１００中に配置された回路基板上に設けられた、１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロコントローラなどが含まれる。プロセッサ４１０は、メモリ４２０中に保存されたプログラミング命令を実行するように構成される。いくつかの実施形態において、プログラミング命令は、プロセッサ４１０の外部のメモリが別個にアクセスされないように、プロセッサ４１０中に組み込まれ得る（例えば、メモリ４２０は、プロセッサ４１０の内部に設けられ得る）。
【0121】
プロセッサ４１０は、限定するものではないが、圧縮システム２００、水分および／またはシステム内を流動する流体の制御に用いられるポンプまたは弁のうち１つ以上（例えば、弁１２２，１２４，１３２，１３４，１５２，１５４，１６０）、酸素センサ１６５、圧力センサ１９４、流量センサ１８５、温度センサ（図示せず）、ファン１７２、および、電気制御され得る他の任意の構成要素等、酸素濃縮器１００の多様な構成要素およびサブシステム（例えば、図１７の１７０４，１７０６，１７０８と関連付けられたサブシステム）へ連結され得る。いくつかの実施形態において、別個のプロセッサ（および／またはメモリ）が、これらの構成要素のうち１つ以上へ連結され得る。
【0122】
コントローラ４００は、酸素濃縮器１００を動作させるように構成され（例えば、プログラム命令によってプログラムされ）るとともに、例えば故障状態または他のプロセス情報について酸素濃縮器１００を監視するようにさらに構成される。例えば、一実施形態において、コントローラ４００は、システムが動作しているが所定の期間にわたってユーザによる呼吸が検出されない場合にアラームを発生させるように、プログラムされる。例えば、コントローラ４００が７５秒間の期間にわたって呼吸を検出しない場合、アラームＬＥＤが点灯されるか、可聴アラームが鳴るか、あるいは、これらの両方が行われる。例えば睡眠時無呼吸エピソード時にユーザの呼吸が本当に止まった場合、このアラームはユーザを覚醒させることが充分可能であり、これにより、ユーザは呼吸を再開する。この呼吸活動は、コントローラ４００がこのアラーム機能をリセットすることを充分可能にする。あるいは、送達導管１９２がユーザから取り外されてシステムがオンのまま放置されてしまう場合、このアラームは、ユーザに酸素濃縮器１００をオフにするよう促すためのリマインダとして機能し得る。
【0123】
コントローラ４００は、酸素センサ１６５へさらに連結されて、膨張チャンバ１６２を通過する酸素富化空気の酸素濃度の連続的または定期的監視のためにプログラムされ得る。最小酸素濃度閾値は、コントローラがユーザに対し酸素濃度低下について警告するためのＬＥＤ視覚アラームおよび／または可聴アラームをコントローラを発生させるように、コントローラ４００内にプログラムされ得る。
【0124】
コントローラ４００は、内部電源１８０にも連結され、内部電源の充電レベルを監視するように構成され得る。最小電圧閾値および最小電流閾値の少なくとも一方をコントローラ４００内にプログラムすることにより、コントローラがユーザに対して電力低下状態について警告するためのＬＥＤ視覚アラームおよび／または可聴アラームを発生させることができる。これらのアラームは、断続的に発生し、電池の利用可能な充電がゼロに近づくにつれて頻度を上げて発生してもよい。
【0125】
ＰＯＣのコントローラは、圧縮器制御を実行して、システム中の圧力を調節し得る。よって、ＰＯＣは、例えばシーブベッドの下流のアキュムレータ内に圧力センサを備え得る。ＰＯＣ１００中のコントローラ４００は、圧縮器速度の調節を、圧力センサからの信号および例えば１つ以上のモードにおけるモータ速度センサを用いて行い得る。この点について、コントローラは、（圧力粗調整モードおよび圧力微調整モードを指定する）二重制御モードを実行し得る。圧力粗調整モードは、ＰＯＣの異なる流量設定（または「流れ設定」）間の変更のために、および、始動／初回起動のために、実行され得る。次に、圧力粗調整モードの各動作の完了後、圧力微調整モードに引き継がれ得る。
【0126】
さらに、ＰＯＣのコントローラは、システム中のボーラスサイズを調整するボーラス制御を実行するように構成され得、これは、ＰＯＣの流量センサの使用無しに任意選択的に実行され得る。例えば、ＰＯＣは、（例えばシーブベッドの下流のアキュムレータ中の）圧力センサを備え得、ＰＯＣによって生成されるボーラスサイズを圧力の関数として調整し得る。このようなボーラスサイズの調整は、圧力および弁のタイミングの関数であり得る。
【0127】
・コントロールパネル
コントロールパネル６００は、ユーザとコントローラ４００との間のインターフェースとして機能して、ユーザが酸素濃縮器１００の所定の動作モードを開始することおよびシステムの状態を監視することを可能にする。図１４は、コントロールパネル６００の一実施形態を示す。内部電力供給部１８０の充電のための充電入力ポート６０５が、制御パネル６００内に配置され得る。
コントロールパネル６００は、ユーザとコントローラ４００との間のインターフェースとして機能して、ユーザが酸素濃縮器１００の所定の動作モードを開始することおよびシステムの状態を監視することを可能にする。図１４は、コントロールパネル６００の一実施形態を示す。内部電力供給部１８０の充電のための充電入力ポート６０５が、制御パネル６００内に配置され得る。
【0128】
いくつかの実施形態において、コントロールパネル６００は、酸素濃縮器１００のための多様な動作モードを起動するためのボタンを含み得る。例えば、コントロールパネルは、電源ボタン６１０、流量設定ボタン６２０～６２６、活性モードボタン６３０、スリープモードボタン６３５、高度ボタン６４０、および電池チェックボタン６５０を含み得る。いくつかの実施形態において、これらのボタンのうち１つ以上は、各ＬＥＤを有し得る。このＬＥＤは、各ボタンが押圧されたときに発光し得、各ボタンが再度押圧されたときに電力オフにされ得る。電源ボタン６１０は、システムの電力をオンまたはオフにさせ得る。システムをオフにするために電源ボタンが起動されると、コントローラ４００は、システムを停止状態にさせるための停止シーケンスを開始し得る（例えば、双方のキャニスタが加圧された状態）。流量設定ボタン６２０，６２２，６２４および６２６により、酸素富化空気の流量の選択が可能になる（例えば、ボタン６２０によって０．２ＬＰＭ、ボタン６２２によって０．４ＬＰＭ、ボタン６２４によって０．６ＬＰＭ、ボタン６２６によって０．８ＬＰＭ）。ユーザが通常時に酸素濃縮器１００を用いる場所よりも高い場所にユーザが行く場合、高度ボタン６４０が活性化され得る。
【0129】
電池チェックボタン６５０が電池チェックルーチンを酸素濃縮器１００内において開始すると、相対的な残留電池電力ＬＥＤ６５５がコントロールパネル６００上において発光される。
【0130】
検出された呼吸速度または深さを閾値に比較することにより推定されるようにユーザの活動が比較的低い場合（例えば、熟睡時、座位時）において、ユーザの呼吸速度または深さが低くなるときがある。ユーザの活動が比較的高い場合（例えば、歩行時、運動時）において、ユーザの呼吸速度または深さが高くなるときがある。活性／スリープモードは自動的に推定され得かつ／または活性モードの場合はボタン６３０を、またはスリープモードの場合はボタン６３５を押圧することにより、ユーザが活性モードまたはスリープモードを手動で指示することができる。
【0131】
・水分管理システム
上記したように、ＰＯＣ１００は、水分（または水分調整）の管理のための１つ以上の構成要素と共に、水分管理システムを実行し得る。このようなシステムは、入来する周囲空気（すなわち、供給ガス）から水分を除去し、そのような水分を（ユーザによる呼吸用として）外方移動する酸素富化空気へ再度導入するように実行され得る。このようなシステムは、図１７のガス流れ図に関連して考察され得る。図示のように、周囲空気ＡＡは、周囲水分に起因して水分を含み得る。その結果、高湿度の周囲空気ＨＡＡが圧縮システム２００の圧縮器（図１７中図示せず）によってＰＯＣ１００システム内へ引き込まれ得、加圧された高湿度の周囲空気ＰＨＡＡの流れとなり得る。任意選択的に、供給ガスは、上記したような汚染物質濾過モジュール１７０２（例えば、フィルタ）へ付加され得、入来する周囲空気からの１つ以上の空気汚染物質が除去される。例えば、汚染物質濾過モジュール１７０２は、粉塵および／またはアレルゲン粒子を高湿度の周囲空気ＨＡＡから除去するように構成され得、その後、高湿度の周囲空気ＨＡＡは、圧縮システム２００の圧縮器に進入する。その後、その結果得られた清浄な高水分の周囲空気ＨＡＡは、加圧された高水分の周囲空気ＰＨＡＡとなり、水分分離サブシステム１７０４の経路（例えば、分離装置）へ付加され得る。分離装置１７０４の経路は、加圧された高水分の周囲空気ＰＨＡＡから水分Ｍを除去することによりより乾燥した周囲空気ＤＡＡを生成するように構成され得る。次に、上記したように、このようなより乾燥した周囲空気ＤＡＡは、ＰＯＣ１００の濃度サブシステム１７０８において上記したようなシーブベッド（単数または複数）におけるガス吸着プロセス（例えば、ＰＳＡサイクル）のための供給ガスとして機能し得る。よって、濃度サブシステム１７０８により、乾燥した酸素富化空気ＤＯＥＡが生成され得る。除去された水分Ｍは、水分輸送サブシステム１７０６の経路（例えば、水管）へ任意選択的に付加され得、これにより、水分Ｍは、濃度サブシステム１７０８によって生成された生成ガス中への除去された水分Ｍの再度の付加に適した位置へ移送され得る。水管１７０６の経路により、水分格納モジュール１７１０（例えば、リザーバ（例えば、閉じ込めタンク））または（水分Ｍの収集が行われ得る）他の位置へ水分Ｍが輸送され得る。このようなリザーバ１７１０は、リザーバ１７１０の水分Ｍ（または収集器１７１０）を乾燥された酸素富化空気ＤＯＥＡへの再度付加するための経路を含み得る。よって、リザーバ１７１０は、乾燥された酸素富化空気ＤＯＥＡを加湿して、加湿された酸素富化空気ＨＯＥＡを生成し得る。次に、加湿された酸素富化空気ＨＯＥＡは、出口ポート１７４においてＰＯＣ１００から放出され得る。その結果、水分ＯＥＡＭを含む酸素富化空気が、患者またはＰＯＣ１００のユーザへ放出され得る。
上記したように、ＰＯＣ１００は、水分（または水分調整）の管理のための１つ以上の構成要素と共に、水分管理システムを実行し得る。このようなシステムは、入来する周囲空気（すなわち、供給ガス）から水分を除去し、そのような水分を（ユーザによる呼吸用として）外方移動する酸素富化空気へ再度導入するように実行され得る。このようなシステムは、図１７のガス流れ図に関連して考察され得る。図示のように、周囲空気ＡＡは、周囲水分に起因して水分を含み得る。その結果、高湿度の周囲空気ＨＡＡが圧縮システム２００の圧縮器（図１７中図示せず）によってＰＯＣ１００システム内へ引き込まれ得、加圧された高湿度の周囲空気ＰＨＡＡの流れとなり得る。任意選択的に、供給ガスは、上記したような汚染物質濾過モジュール１７０２（例えば、フィルタ）へ付加され得、入来する周囲空気からの１つ以上の空気汚染物質が除去される。例えば、汚染物質濾過モジュール１７０２は、粉塵および／またはアレルゲン粒子を高湿度の周囲空気ＨＡＡから除去するように構成され得、その後、高湿度の周囲空気ＨＡＡは、圧縮システム２００の圧縮器に進入する。その後、その結果得られた清浄な高水分の周囲空気ＨＡＡは、加圧された高水分の周囲空気ＰＨＡＡとなり、水分分離サブシステム１７０４の経路（例えば、分離装置）へ付加され得る。分離装置１７０４の経路は、加圧された高水分の周囲空気ＰＨＡＡから水分Ｍを除去することによりより乾燥した周囲空気ＤＡＡを生成するように構成され得る。次に、上記したように、このようなより乾燥した周囲空気ＤＡＡは、ＰＯＣ１００の濃度サブシステム１７０８において上記したようなシーブベッド（単数または複数）におけるガス吸着プロセス（例えば、ＰＳＡサイクル）のための供給ガスとして機能し得る。よって、濃度サブシステム１７０８により、乾燥した酸素富化空気ＤＯＥＡが生成され得る。除去された水分Ｍは、水分輸送サブシステム１７０６の経路（例えば、水管）へ任意選択的に付加され得、これにより、水分Ｍは、濃度サブシステム１７０８によって生成された生成ガス中への除去された水分Ｍの再度の付加に適した位置へ移送され得る。水管１７０６の経路により、水分格納モジュール１７１０（例えば、リザーバ（例えば、閉じ込めタンク））または（水分Ｍの収集が行われ得る）他の位置へ水分Ｍが輸送され得る。このようなリザーバ１７１０は、リザーバ１７１０の水分Ｍ（または収集器１７１０）を乾燥された酸素富化空気ＤＯＥＡへの再度付加するための経路を含み得る。よって、リザーバ１７１０は、乾燥された酸素富化空気ＤＯＥＡを加湿して、加湿された酸素富化空気ＨＯＥＡを生成し得る。次に、加湿された酸素富化空気ＨＯＥＡは、出口ポート１７４においてＰＯＣ１００から放出され得る。その結果、水分ＯＥＡＭを含む酸素富化空気が、患者またはＰＯＣ１００のユーザへ放出され得る。
【0132】
分離装置１７０４は、高水分の周囲空気から水分を引き出すための多様な構成を有し得る。例えば、分離装置１７０４は、ウィッキング材料あるいは他の多孔性材料または親水性材料または水蒸気透過膜を用いた経路を含み得、空気からの水分離を促進させ得る。いくつかの実施形態において、分離装置１７０４のウィッキング材料または膜または分離装置１７０４の導管経路は、ナフィオン（商標）ポリマーにより形成され得る。ナフィオン（商標）ポリマーは、テトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））およびペルフルオロ－３、６－ジオキサ－４－メチル－７－オクテン－スルホン酸のコポリマーである。分離装置１７０４は、凝縮器を任意選択的に含み得る（例えば、凝縮器コイルおよび／または材料）。凝縮器の部位は、分離装置１７０４の経路内に配置され得、これにより、供給ガスの一定レベルの冷却が分離装置１７０４内において可能になり得る。例えば、このような凝縮器は、冷却流体のサーキュレータとして機能し得るため、凝縮器の温度は、供給ガスと比較して相対的に低温にされ得る。よって、凝縮器は、冷却流体／ガスを凝縮器を通じてコイル部を介して移動させるために、ポンプまたは圧縮器を任意選択的に含み得る。このような構成要素は、ＰＯＣ１００のコントローラ４００によって生成された１つ以上の制御信号によって作動または制御され得るため、所望の温度設定点が分離装置１７０４内において維持される。よって、分離装置１７０４は、コントローラ４００のために分離装置１７０４中の温度と関連付けられた温度信号を生成する温度センサ（図示せず）を任意選択的に含み得るため、コントローラは、温度制御ループを凝縮器および温度センサと共に実行し得る。
【0133】
いくつかの実施形態において、分離装置１７０４の経路は、迂遠型であり得る。このような経路により、供給ガスと経路の水分ウィック材料または膜との間の接触表面積の最大化が支援され得る。いくつかの実施形態において、分離装置１７０４の経路も、遠心として構成され得る。そのため、経路は、分離装置１７０４内の遠心流内へ供給ガスを誘導するように構成され得る。これにより、このような遠心流により、供給ガスが強制的に循環され得、これにより、分離装置１７０４内のラジアル方向の力を促進させる。このような強制的循環により、供給ガスと、分離装置１７０４の外側構造または材料（例えば、円筒膜および／またはウィッキング材料）との間の相互作用が増大し得、供給ガスからの水分が引き寄せられる。いくつかの実施形態において、分離装置１７０４は、遠心流を誘導する多様な要素を含み得る。例えば、分離装置１７０４の経路は、遠心流を誘導する螺旋状および／または渦巻状流路を含み得る。任意選択的に、経路は、スピン誘発原または他の導流体（単数または複数）を含み得る（例えば、フィン（単数または複数）またはこのような流れを誘導する他の類似の構造）。任意選択的に、経路は、ボリュートと共に形成してもよいし、あるいはコイルとして形成してもよい。
【0134】
このような水分調整システムの構成要素の例について、図１８～図２１に示す実施形態に関連してより詳細に考察する。図１８の例の断面図において、分離装置１７０４は、螺旋状流路１８２２を実行する導流体１８２０を含む。導流体１８２０により、分離装置１７０４内に遠心流ＣＦが誘導される。このような導流体は、分離装置１７０４の内側チャンバ面または導管面の周囲の螺旋状リングとして形成され得る。このような導流体は、分離装置１７０４の導管の材料または本明細書中により詳細に述べる他の材料によって任意選択的に形成され得る。加圧された高水分の周囲空気ＰＨＡＡからの水分が、螺旋状流路中に発生し得、ウィッキング面または親水性面１８３０中に吸湿され得る。例えば表面１８３０に設けられたウィッキング材料または親水性材料は、分離装置の内側円筒形表面として構成され得、螺旋状流路１８２２を包囲する。加圧された高水分の周囲空気ＰＨＡＡが分離装置１７０４の経路に沿って回転する際、水分Ｍは、このようなウィッキング表面によって吸収され得る。分離装置内のこのような加圧状態によっても、水分の外方ウィッキングが支援され得る。
【0135】
表面１８３０において吸湿または吸収された水分Ｍは、（タンクまたは（パスオーバー加湿器として構成され得る）他のコンテナとして図示される）リザーバ１７１０へ移送され得る。リザーバ１７１０に含まれ得る経路を通じて、ＰＯＣ１００のアキュムレータ１０６からの乾燥された酸素富化空気ＤＯＥＡが、加湿された酸素富化空気ＨＯＥＡにされ得る。このような経路に沿って、乾燥した酸素富化空気ＤＯＥＡにより、リザーバ１７１０中に閉じ込められた水分から水分が吸湿され得る。図１８の実施形態において、表面１８３０から集められた水分は、水管１７０６を介して輸送される。このような水管は、リザーバ１７１０中における水分収集を誘導するために、１つ以上の導管（例えば、配管）、１つ以上の弁（例えば、ゲート弁）および／または１つ以上のポンプを任意選択的に含み得る。このような弁構成要素は、耐湿性であり得る。任意選択的に、リザーバ１７１０が比較的低い位置に設けられていることに起因して、このような水分は、水管を通じて引き寄せられ得る。いくつかの実施形態において、圧縮システムからの圧力の付加は、導管およびコントローラによって制御される弁を介して（例えば、定期的に）行われ、これにより、水管１７０６を介したリザーバ１７１０への水分輸送を定期的に誘導する。いくつかの実施形態において、リザーバ１７１０は、集められた水分の昇温によって生成ガスによる吸湿を向上させるための発熱体１８６０（例えば、加熱コイル）を含み得る。生成ガスは、上記（図６を参照）したような供給弁１６０（図１８中図示せず）の動作によってボーラス形態でまたは他の様態でアキュムレータ１０６から放出され得、リザーバ１７１０の経路へ移動する。発熱体１８６０は、ユーザ快適性のために、リザーバ１７１０中の生成ガスの昇温も行い得る。このようなシステムにより、分離装置中の供給ガスから引き出された水分が、システムの経路を介して生成ガスへ有効にリサイクルされる。任意選択的に、このようなリザーバ１７１０は、例えばＰＯＣ１００の外部の水供給部から水をリザーバへ付加するために、水入口（図示せず）をさらに含み得る。例えば、ユーザは、さらなる水をリザーバ１７１０へ付加するために、ＰＯＣ１００のハウジングのアパチャ中へ水を注入し得る。
【0136】
図１９は、図１８に類似する水分調整システムの別の実施形態を示す。しかし、図１９の実施形態においては、凝縮器がさらに実行される（例えば、上記したようなコンデンサ）。分離装置１７０４中のガス温度の低下のために、凝縮器コイル１９４０が螺旋状流路１８２２へ付加され得る。このような温度低下により、分離装置１７０４内の結露増加に繋がり得る。このような凝縮器コイルは、分離装置１７０４の導管を螺旋状に包囲し得る。任意選択的に、凝縮器コイルは、表面１８３０に配置され得、螺旋状経路を描き得る。表面１８３０にある場合、表面１８３０のウィッキング材料／構造の温度低下がより直接的に支援され得るため、表面１８３０の材料における凝縮が促進され得る。
【0137】
図２０は、図１９の例に類似する水分調整システムの別の実施形態を示す。しかし、図２０の実施形態において、リザーバ１７１０および分離装置１７０４はより直接的に一体化されている。本実施形態において、水管１７０６は分離装置１７０４およびリザーバ１７１０の近隣にあるため、水管１７０６の延長は不要である。このような実施形態において、ウィッキング材料表面１８３０の外側の反対側の面において、水分がリザーバ１７１０の内側で集められる。よって、水分が分離装置の内側のウィッキング材料表面１８３０の内側からウィッキング材料を通じて移送されることにより、リザーバ１７１０中に到着する。そのため、水分輸送サブシステム１７０６は、例えば内部を水分が移動する材料（例えば、ウィッキング材料表面１８３０）であり得る。このような実施形態において、導管、弁および／またはポンプは、水管１７０６において不要である。乾燥した酸素富化空気ＤＯＥＡをリザーバ１７１０を通じて送ることにより、材料表面１８３０の外側の反対側の面から水分が吸湿される。表面１８３０の材料から水分をリサイクルして生成ガスへ返送する（すなわち、乾燥した酸素富化空気ＤＯＥＡ）ことにより、ウィッキング材料がリザーバ側において乾燥するにつれて表面１８３０におけるウィッキング材料の性能向上に繋がり、これにより、ウィッキング材料は湿潤平行達成のために機能するため、図２０の分離装置１７０４内の供給ガスからの水分のさらなる吸湿が促進される。
【0138】
別の例示的水分調整システムを図２１Ａおよび図２１Ｂならびに図２２に示す。これらの図に示す本技術の実施形態は、図２０に類似し、分離装置１７０４とリザーバ１７１０との間の関係がより直接的に近隣にある。図示のように、分離装置１７０４は、複数の層を用いた同心の螺旋状形成と共に構成される（例えば、内側層２１５２、外側層２１５０および外側膜２１５４のうち２つ以上）。本構成において、分離装置１７０４の層のうち２つ以上は、上記したような遠心流を誘導する螺旋状経路を形成する導流体として機能し得る。次に、水分輸送サブシステム１７０６は、（異なる材料であり得る）材料（単数または複数）の１つ以上の層によって構成され得るが、これらの層は、内側層２１５２、外側層２１５０および外側膜２１５４のうちいずれかの２つ以上を通じて経路移動させるための経路として機能する。よって、水分輸送サブシステム１７０６は、分離装置１７０４の一部を形成し得る。いくつかの実施形態において、内側層２１５２は、外側層２１５０に直接隣接し得る。いくつかの実施形態において、外側膜２１５４は、外側層２１５０に直接隣接し得る。いくつかの実施形態において、同心の螺旋の内側層２１５２は、凝縮材料（例えば、サーキュレータコイル）と共に形成され得る。さらに、同心の螺旋の外側層２１５０は、ウィッキング材料によって形成され得る。いくつかの実施形態において、内側層２１５２および外側層２１５０の順序を入れ替えると、内側層２１５２が外側層になり、外側層２１５０が内側層になる。同心の螺旋は、さらなる外側膜２１５４構造を有し得る。例えば、分離装置１７０４は、水蒸気透過膜を含み得る。この膜により、分離装置１７０４の経路の外側境界として機能し得る円筒構造が形成され得る。例えば、水蒸気透過膜の内面により、同心の螺旋の複数の層の周囲に円筒形表面が形成され得、分離装置１７０４の経路が形成される。さらに、水蒸気透過膜の外面により、リザーバ１７１０の経路の円筒内面が形成され得る。よって、膜２１５４の多孔性材料は、分離装置１７０４からリザーバ１７１０への水分移送のための１つ以上のダクトとして機能し得る。よって、図２１Ａのリザーバ１７１０の経路により、図２０と同様に、膜２１５４の外面から（リザーバ１７１０内を通じて移動する）生成ガスへの水分の吸湿が可能になる。リザーバ１７１０の経路を概して直接的な経路（例えば、迂遠ではない形式で）図示しているが、いくつかの実施形態において、リザーバを通じた経路は、直接度のより低い（例えば、螺旋状の流れを）リザーバを通じて誘導する１つ以上の導流体と共に任意選択的に実行され得る。このような導流体により、リザーバ１７１０を通じた螺旋状経路を形成することにより、生成ガスとリザーバ１７１０の水分収集との間の相互作用（表面接触）増加に繋がる。このような改変は、本明細書中に記載の残りの図（例えば、図１８～図２０）に示す水分調整システムと共にも同様に実行され得る。
【0139】
図２１Ａの図示の例において、リザーバ１７１０の経路を通じたガス流れ方向（矢印ＤＯＥＡ）を、分離装置１７０４を通じたガス流れ経路（矢印ＰＨＡＡ）に対して概して反対方向に図示している。しかし、いくつかの実施形態において、このような方向は、逆転され得る。さらに、いくつかの実施形態において、双方の流れは、概して共通の方向に移動し得る。
【0140】
上記したように、図２２に示す例示的水分調整システムは、図２１Ａの実施形態に類似する。よって、分離装置１７０４は、複数の層を用いた同心の螺旋状形成と共に構成されるため、これらの層は、上記したような遠心流を誘導する螺旋状経路を形成する導流体として機能する。しかし、図２１Ａの実行と対照的に、図２２の分離装置１７０４は、テーパ状端部を含む螺旋形状を有する。このテーパ状により、ボルテックス構造（例えば、円錐構造または円錐）が形成されて、流路が螺旋状に分離装置を通じて進むにつれて、流路が内方に渦巻状に中心領域へ進む。このような例において、分離装置１７０４の第１の端部ＦＥは、外径（ＯＤ１）を有し得る（例えば、膜２１５４の内側側面と関連付けられた直径）。さらに、分離装置１７０４の第２の端部ＳＥは、別の外径（ＯＤ２）を有し得る（例えば、膜２１５４の内側側面と関連付けられた別の直径）。例えば、直径（ＯＤ１およびＯＤ２）は、分離装置１７０４の円錐表面内の（膜２１５４の内側によって形成された）空洞にわたって延び得る。よって、各直径は、この空洞の片側の内面側から空洞の反対側の内面側へ延び得る。次に、各直径は、虚中心軸ＣＡを通過し得る。虚中心軸ＣＡは、分離装置１７０４の円錐表面の中心軸であり、円錐表面の空洞を通過する。このようなボルテックス構造の形成のために、分離装置の第１の端部と関連付けられた外径（ＯＤ１）は、分離装置の第２の端部と関連付けられた外径（ＯＤ２）よりも大きくされ得る。このような構造により、凝縮した水分の構造の下部への水分収集が促進され得る。
【0141】
・ＰＯＣの操作方法
以下に述べるＰＯＣ１００の操作および監視の方法は、１つ以上のプロセッサ（例えば、コントローラ４００の１つ以上のプロセッサ４１０）によって実行され得る。これらのプロセッサ４１０は、プログラム命令によって構成される。これらのプログラム命令の例を挙げると、上記したように、１つ以上の機能および／または（メモリ（例えば、ＰＯＣ１００のメモリ４２０）中に保存された）当該機能に対応する関連データがある。あるいは、記載の方法のステップのうちいくつかまたは全ては、（コントローラがトランシーバ４３０を介して接続された）外部コンピューティングデバイスの１つ以上のプロセッサによって同様に実行され得る。後者の実施形態において、プロセッサ４１０は、外部コンピューティングデバイスにおいて行われるべきステップの性能に必要な測定およびパラメータを外部コンピューティングデバイスへ送信させるように、ＰＯＣ１００のメモリ４２０中に保存されたプログラム命令によって構成され得る。
以下に述べるＰＯＣ１００の操作および監視の方法は、１つ以上のプロセッサ（例えば、コントローラ４００の１つ以上のプロセッサ４１０）によって実行され得る。これらのプロセッサ４１０は、プログラム命令によって構成される。これらのプログラム命令の例を挙げると、上記したように、１つ以上の機能および／または（メモリ（例えば、ＰＯＣ１００のメモリ４２０）中に保存された）当該機能に対応する関連データがある。あるいは、記載の方法のステップのうちいくつかまたは全ては、（コントローラがトランシーバ４３０を介して接続された）外部コンピューティングデバイスの１つ以上のプロセッサによって同様に実行され得る。後者の実施形態において、プロセッサ４１０は、外部コンピューティングデバイスにおいて行われるべきステップの性能に必要な測定およびパラメータを外部コンピューティングデバイスへ送信させるように、ＰＯＣ１００のメモリ４２０中に保存されたプログラム命令によって構成され得る。
【0142】
酸素濃縮器１００の主な用途として、ユーザへ補充酸素を提供することがある。１つ以上の流量設定が、酸素濃縮器１００の制御パネル６００上において選択され得、これにより、上記選択された流量設定に従って酸素富化空気の生成が達成されるように動作が制御される。いくつかの実施形態において、複数の流量設定が実行され得る（例えば、５個の流量設定）。本明細書中により詳細に記載のように、コントローラは、ＰＯＤ（パルス型酸素送達）またはデマンドモードの動作を実行して、（上記選択された流量設定に従って酸素富化空気の送達を達成するように）１つ以上の放出ボーラスのサイズを調整し得る。
【0143】
送達される酸素富化空気による効果の最大化のために、コントローラ４００は、酸素富化空気の各ボーラス放出とユーザの吸気とを同期させるようにプログラムされ得る。ユーザの吸気時にユーザへの酸素富化空気のボーラスの放出を行うことにより、例えばユーザの呼気時において酸素放出が控えられるため、酸素の無駄が回避され得る。濃縮器がＰＯＤモードで動作する場合、制御パネル６００上の流量設定は、微量の送達される酸素（ボーラス量を毎分あたりの呼吸量で乗算した値）に対応し得る（例えば、０．２ＬＰＭ、０．４ＬＰＭ、０．６ＬＰＭ、０．８ＬＰＭ、１．１ＬＰＭ）。
【0144】
酸素濃縮器１００によって生成された酸素富化空気は、酸素アキュムレータ１０６中に保存され、ＰＯＤモードにおいて、ユーザの吸息時においてユーザへ放出される。酸素濃縮器１００によって提供される酸素富化空気量は、供給弁１６０によって部分的に制御される。一実施形態において、供給弁１６０の開口は、コントローラ４００によって推定されたような適切な量の酸素富化空気をユーザに提供することができるだけの充分な量の時間の間行われる。酸素の無駄を最小限にするために、ユーザの吸気開始の検出直後に、酸素富化空気がボーラスとして提供され得る。例えば、酸素富化空気のボーラスは、ユーザ吸息の最初の数ミリ秒において供給され得る。
【0145】
一実施形態において、圧力センサ１９４は、ユーザの吸息開始を決定するように、用いられ得る。例えば、ユーザの吸息は、圧力センサ１９４の利用によって検出され得る。使用時において、酸素富化空気を提供するための導管１９２が、鼻気道送達デバイス１９６および／またはマウスピース１９８を通じてユーザの鼻および／または口へ連結される。よって、導管１９２中の圧力は、ユーザの気道圧力を示し、したがって、ユーザ呼吸を示す。吸息開始時において、ユーザは、鼻および／または口を通じて空気を体内へ引き込むことを開始する。空気が引き込まれる際、導管１９２の端部において引き込まれる空気のベンチュリ作用に部分的に起因して、導管の端部において負圧が発生する。コントローラ４００は、圧力センサ１９４からの圧力信号を分析して、圧力の低下を検出し、吸息開始を示す。吸息開始が検出されると、供給弁１６０が開口されて、酸素富化空気のボーラスがアキュムレータ１０６から放出される。圧力が正の方向に変化または上昇した場合、ユーザの呼気を示し、その後、酸素富化空気の放出は中止される。１つの実施形態において、正の圧力変化が感知されると、次の吸気開始が検出されるまで、供給弁１６０は閉鎖される。あるいは、ボーラス継続期間として知られる所定インタバル後、供給弁１６０は、閉鎖され得る。隣接する吸息開始間のインタバルを測定することにより、ユーザの呼吸速度が推定され得る。吸息開始時と後続の呼息開始時との間のインタバルを測定することにより、ユーザの吸気時間が推定され得る。よって、ユーザの呼吸量または呼吸数は、圧力センサおよび／または流量センサからの信号によって検出され得る。
【0146】
他の実施形態において、圧力センサ１９４は、感知導管内に配置され得る。感知導管は、ユーザの気道と空気圧連通するが、送達導管１９２から別個に設けられる。よって、このような実施形態において、圧力センサ１９４からの圧力信号も、ユーザの気道圧力を示す。
【0147】
いくつかの実施形態において、圧力センサ１９４の感度は、特に圧力センサ１９４が酸素濃縮器１００内に配置されかつ酸素濃縮器１００をユーザへ連結する導管１９２を通じて圧力差が検出された場合、圧力センサ１９４のユーザからの物理的距離によって影響を受け得る。いくつかの実施形態において、圧力センサ１９４は、酸素富化空気のユーザへの提供に用いられる気道送達デバイス１９６内に配置され得る。圧力センサ１９４からの信号は、酸素濃縮器１００中のコントローラ４００へ有線的にまたはテレメトリを通じて（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）または他の無線技術を通じて）電子的に提供され得る。
【0148】
いくつかの実施形態において、ユーザの現在活動レベル（例えば、検出されたユーザの現在の呼吸速度を用いて推定されたもの）が所定の閾値を超える場合、コントローラ４００は、酸素濃縮器１００の送達能力を超えている旨をユーザに警告するためのアラーム（例えば、視覚および／または音声）が実装され得る。例えば、閾値は、１分あたり４０回（ＢＰＭ）の呼吸に設定され得る。
【0149】
・用語集
本技術の開示目的のため、本技術の特定の形態において、以下の定義のうち１つ以上が適用され得る。本技術の他の形態において、別の定義も適用され得る。
本技術の開示目的のため、本技術の特定の形態において、以下の定義のうち１つ以上が適用され得る。本技術の他の形態において、別の定義も適用され得る。
【0150】
空気：本技術の特定の形態において、「空気」という用語は、７８％窒素（Ｎ２）、２１％酸素（Ｏ２）、および１％水蒸気、二酸化炭素（ＣＯ２）、アルゴン（Ａｒ）および他の微量ガスからなる大気を意味するものとして解釈されるべきである。
【0151】
酸素富化空気：大気の酸素濃度（２１％）よりも高い酸素濃度（例えば、少なくとも約５０％の酸素、少なくとも約６０％の酸素、少なくとも約７０％の酸素、少なくとも約８０％の酸素、少なくとも約９０％の酸素、少なくとも約９５％の酸素、少なくとも約９８％の酸素、または少なくとも約９９％）を有する酸素。「酸素富化空気」を簡略的に「酸素」と呼ぶ場合もある。
【0152】
医療酸素：医療酸素は、酸素濃度が８０％以上である酸素富化空気として規定される。
【0153】
周囲：本技術の特定の形態において、「周囲」という用語は、（ｉ）治療システムまたはユーザの外部、および（ｉｉ）治療システムまたはユーザを直接包囲するものを意味するものとしてとられるべきである。
【0154】
流量：単位時間あたりに送出される空気の瞬時の量（または質量）。流量とは、瞬間の量を指し得る。場合によっては、流量について言及した場合、スカラー量（すなわち、大きさのみを有する量）を指す。他の場合において、流量について言及した場合、ベクトル量（すなわち、大きさおよび方向両方を持つ量）を指す。流量には、符号Ｑが付与され得る。「流量」を簡略的に「流れ」もしくは「空気流」と呼ぶ場合もある。
【0155】
患者：呼吸障害に罹患しているかまたはしていない人。
【0156】
圧力：単位面積あたりの力。圧力は、多様な単位で表現され得る（例えば、ｃｍＨ２Ｏ、ｇ－ｆ／ｃｍ２、及びヘクトパスカル）。１ｃｍＨ２Ｏは、１ｇ－ｆ／ｃｍ２に等しく、およそ０．９８ヘクトパスカル（１ヘクトパスカル＝１００Ｐａ＝１００Ｎ／ｍ２＝１ミリバール～０．００１ａｔｍ）である。本明細書において、他に明記無き限り、圧力はｃｍＨ２Ｏの単位で付与される。
【0157】
ポート、オリフィス開口部：「ポート」、「オリフィス」および「開口部」は、同義に用いられる。
【0158】
・一般的注意事項
本明細書中用いられる「連結される」という用語は、１つ以上の物体または構成要素間の直接的接続または間接的接続（例えば、１つ以上の介在的接続）を意味する。「接続される」という言い回しは、物体または構成要素が直接相互接続されるような物体または構成要素間の直接的接続を意味する。本明細書中において用いられるように、デバイス「を得る」という言い回しは、当該デバイスを購入または構築したことを意味する。
本明細書中用いられる「連結される」という用語は、１つ以上の物体または構成要素間の直接的接続または間接的接続（例えば、１つ以上の介在的接続）を意味する。「接続される」という言い回しは、物体または構成要素が直接相互接続されるような物体または構成要素間の直接的接続を意味する。本明細書中において用いられるように、デバイス「を得る」という言い回しは、当該デバイスを購入または構築したことを意味する。
【0159】
本開示において、特定の米国特許、米国特許出願および他の文献（例えば、論文）を参考のため援用する。しかし、このような米国特許、米国特許出願および他の文献の本文を、そのような本文と本明細書中に記載の他の記載および図面との間に矛盾が存在しない範囲内において、参考のためひとえに援用する。そのような矛盾が生じた場合、そのような参考のため援用された米国特許、米国特許出願および他の文献中のそのような矛盾のある記載は全て、本特許中において参考のため特定的に援用されない。
【0160】
・他の注意事項
他に文脈から明確に分かる場合および一定の範囲の値が提供されていない限り、下限の単位の１／１０、当該範囲の上限と下限の間、および記載の範囲の他の任意の記載の値または介入値に対する各介入値は本技術に包含されることが理解される。介入範囲中に独立的に含まれるこれらの介入範囲の上限および下限が記載の範囲における制限を特に超えた場合も、本技術に包含される。記載の範囲がこれらの制限のうち１つまたは双方を含む場合、これらの記載の制限のいずれかまたは双方を超える範囲も、本技術に包含される。
他に文脈から明確に分かる場合および一定の範囲の値が提供されていない限り、下限の単位の１／１０、当該範囲の上限と下限の間、および記載の範囲の他の任意の記載の値または介入値に対する各介入値は本技術に包含されることが理解される。介入範囲中に独立的に含まれるこれらの介入範囲の上限および下限が記載の範囲における制限を特に超えた場合も、本技術に包含される。記載の範囲がこれらの制限のうち１つまたは双方を含む場合、これらの記載の制限のいずれかまたは双方を超える範囲も、本技術に包含される。
【0161】
さらに、本明細書中に値（単数または複数）が本技術の一部として具現される場合、他に明記無き限り、このような値が近似され得、実際的な技術的実施形態が許容または要求する範囲まで任意の適切な有効桁までこのような値を用いることが可能であると理解される。
【0162】
他に明記しない限り、本明細書中の全ての技術用語および科学用語は、本技術が属する分野の当業者が一般的に理解するような意味と同じ意味を持つ。本明細書中に記載の方法および材料に類似するかまたは等しい任意の方法および材料を本技術の実践または試験において用いることが可能であるが、限られた数の例示的な方法および材料が本明細書中に記載される。
【0163】
特定の材料が構成要素の構築に好適に用いられるものとして記載されているが、特性が類似する明白な代替的材料が代替物として用いられる。さらに、それとは反対に記載無き限り、本明細書中に記載される任意および全ての構成要素は、製造可能なものとして理解されるため、集合的にまたは別個に製造され得る。本明細書中及び添付の特許請求の範囲において用いられるように、単数形である「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈から明らかにそうでないことが示されない限り、その複数の均等物を含む点に留意されたい。
【0164】
本明細書中に記載される公開文献は全て、これらの公開文献の対象である方法および／または材料の開示および記載、参考のために援用される。本明細書中に記載の公開文献は、本出願の出願日前のその開示内容のみのために提供するものである。本明細書中のいずれの内容も、本技術が先行特許のためにこのような公開文献に先行していないと認めるものと解釈されるべきではない。さらに、記載の公開文献の日付は、実際の公開文献の日付と異なる場合があり、個別に確認が必要であり得る。
【0165】
「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、要素、構成要素またはステップを非排他的な意味合いで指すものとして解釈されるべきであり、記載の要素、構成要素またはステップが明記されていない他の要素、構成要素またはステップと共に存在、利用または組み合わせられ得ることを示す。
【0166】
詳細な説明において用いられる見出しは、読者の便宜のためのものであり、本開示または特許請求の範囲全体において見受けられる内容を制限するために用いられるべきではない。これらの見出しは、特許請求の範囲または特許請求の範囲の制限の範囲の解釈において用いられるべきではない。
【0167】
本明細書中の技術について、特定の例を参照して述べてきたが、これらの例は本技術の原理および用途を例示したものに過ぎないことが理解されるべきである。いくつかの場合において、用語および記号は、本技術の実施に不要な特定の詳細を示し得る。例えば、「第１の」および「第２の」（など）という用語が用いられるが、他に明記無き限り、これらの用語は任意の順序を示すことを意図しておらず、別個の要素を区別するために用いられる。さらに、本方法におけるプロセスステップについての記載または例示を順序付けて述べる場合があるが、このような順序は不要である。当業者であれば、このような順序が変更可能でありかつ／またはその態様を同時にまたはさらに同期的に行うことが可能であることを認識する。
【0168】
よって、本技術の意図および範囲から逸脱することなく、例示的な例において多数の変更例が可能であり、また、他の配置構成が考案され得ることが理解されるべきである。本技術の多様な態様のさらなる改変例および代替実施形態は、当業者にとって本記載に鑑みて明らかになり得る。よって、本記載は、あくまで例示的なものとして解釈されるべきであり、本技術を実行する一般的様態を当業者に教示する目的のためのものである。本明細書中に図示および記載された本技術の形態は、実施形態としてとられるべきであることが理解されるべきである。本技術の本記載の恩恵に鑑みれば当業者にとって全て明らかであるように、要素および材料は、本明細書中に例示および記載したものにおいて代替可能であり、部分およびプロセスは逆転され得、本技術の特定の特徴は独立的に利用され得る。添付の特許請求の範囲に記載のような本技術の意図および範囲から逸脱すること無く、本明細書中に記載の要素において変更が可能であり得る。
【符号の説明】
【0169】
１００…酸素濃縮器
１０１…入口
１０５…圧縮システム入口
１０５…入口
１０６…アキュムレータ
１０７…アキュムレータ圧力センサ
１０８…マフラー
１２２…弁
１２４…弁
１２９…フィルタ
１３０…出口
１３２…弁
１３３…マフラー
１３４…弁
１３５…百三十五
１３９…ばねバッフル
１３９…バッフル
１４２…チェック弁
１４４…チェック弁
１５１…流れ抵抗器
１５２…弁
１５３…流れ抵抗器
１５４…弁
１５５…流れ抵抗器
１６０…供給弁
１６２…膨張チャンバ
１６５…酸素センサ
１６６…エミッタ
１６８…レシーバ
１７０…外側ハウジング
１７２…ファン
１７３…出口
１７４…出口ポート
１７５…流れ抵抗器
１８０…電源
１８５…流量センサ
１８７…フィルタ
１９０…コネクタ
１９２…導管
１９４…圧力センサ
１９６…気道送達デバイス
１９８９…マウスピース
２００…圧縮システ
２０１…速度センサ
２１０…コンプレッサ
２１２…コンプレッサ出口
２２０…モータ
２３０…電機子
２３０…外部電機子
２４０…空気移送デバイス
２５０…コンプレッサ出口導管
３００…キャニスタアセンブリ
３０２…キャニスタ
３０４…キャニスタ
３０６…空気入口
３１０…ハウジング
３１５…ベース
３２２…弁座
３２５…出口
３２７…ガス
３３０…導管
３３２…弁座
３３７…アパチャ
３４２…導管
３４４…導管
３４６…導管
３７５…開口部
４００…コントローラ
４１０…プロセッサ
４２０…メモリ
４３０…トランシーバ
５１０…ハウジング構成要素
５３０…導管
５３２…導管
５３４…導管
５４２…開口部
５４４…開口部
５５２…弁座
５５４…弁座
６００…コントロールパネル
６０５…入力ポート
６１０…電源ボタン
６２０…流量設定ボタン
６２２…流量設定ボタン
６２４…ボタン
６２６…ボタン
６３０…活性モードボタン
６３５…モードボタン
６４０…高度ボタン
６５０…電池チェックボタン
６５５…ＬＥＤ
７０２…キャニスタ
７０４…キャニスタ
７０６…入口
７０８…入口
７１０…出口
７１２…出口
８００…機構
８０４…マニホルド
１５０４…コンテナ部
１５０８…キャップ部
１５１０…取付フランジ
１５１１…フランジ部
１６０２…区画
１６０４…ポータル
１６０６…マニホルド
１６０８…出口連結具
１６０９…連結具
１６７１…冷却システム出口
１６６５…電池区画
１６６６…蓋部
１６６７…電池区画蓋部
１６６９…ボタン
１６７３…ポート
１６７５…取り外し可能なパネル
１６７７…冷却システム入口
１７０２…汚染物質濾過モジュール
１７０４…水分分離サブシステム
１７０６…水分輸送サブシステム
１７０８…濃度サブシステム
１７１０…水分格納モジュール
１８２０…導流体
１８２２…螺旋状流路
１８３０…材料表面
１８６０…加熱要素
１９４０…凝縮器コイル
２１５０…外側層
２１５２…内側層
２１５４…外側膜
１０１…入口
１０５…圧縮システム入口
１０５…入口
１０６…アキュムレータ
１０７…アキュムレータ圧力センサ
１０８…マフラー
１２２…弁
１２４…弁
１２９…フィルタ
１３０…出口
１３２…弁
１３３…マフラー
１３４…弁
１３５…百三十五
１３９…ばねバッフル
１３９…バッフル
１４２…チェック弁
１４４…チェック弁
１５１…流れ抵抗器
１５２…弁
１５３…流れ抵抗器
１５４…弁
１５５…流れ抵抗器
１６０…供給弁
１６２…膨張チャンバ
１６５…酸素センサ
１６６…エミッタ
１６８…レシーバ
１７０…外側ハウジング
１７２…ファン
１７３…出口
１７４…出口ポート
１７５…流れ抵抗器
１８０…電源
１８５…流量センサ
１８７…フィルタ
１９０…コネクタ
１９２…導管
１９４…圧力センサ
１９６…気道送達デバイス
１９８９…マウスピース
２００…圧縮システ
２０１…速度センサ
２１０…コンプレッサ
２１２…コンプレッサ出口
２２０…モータ
２３０…電機子
２３０…外部電機子
２４０…空気移送デバイス
２５０…コンプレッサ出口導管
３００…キャニスタアセンブリ
３０２…キャニスタ
３０４…キャニスタ
３０６…空気入口
３１０…ハウジング
３１５…ベース
３２２…弁座
３２５…出口
３２７…ガス
３３０…導管
３３２…弁座
３３７…アパチャ
３４２…導管
３４４…導管
３４６…導管
３７５…開口部
４００…コントローラ
４１０…プロセッサ
４２０…メモリ
４３０…トランシーバ
５１０…ハウジング構成要素
５３０…導管
５３２…導管
５３４…導管
５４２…開口部
５４４…開口部
５５２…弁座
５５４…弁座
６００…コントロールパネル
６０５…入力ポート
６１０…電源ボタン
６２０…流量設定ボタン
６２２…流量設定ボタン
６２４…ボタン
６２６…ボタン
６３０…活性モードボタン
６３５…モードボタン
６４０…高度ボタン
６５０…電池チェックボタン
６５５…ＬＥＤ
７０２…キャニスタ
７０４…キャニスタ
７０６…入口
７０８…入口
７１０…出口
７１２…出口
８００…機構
８０４…マニホルド
１５０４…コンテナ部
１５０８…キャップ部
１５１０…取付フランジ
１５１１…フランジ部
１６０２…区画
１６０４…ポータル
１６０６…マニホルド
１６０８…出口連結具
１６０９…連結具
１６７１…冷却システム出口
１６６５…電池区画
１６６６…蓋部
１６６７…電池区画蓋部
１６６９…ボタン
１６７３…ポート
１６７５…取り外し可能なパネル
１６７７…冷却システム入口
１７０２…汚染物質濾過モジュール
１７０４…水分分離サブシステム
１７０６…水分輸送サブシステム
１７０８…濃度サブシステム
１７１０…水分格納モジュール
１８２０…導流体
１８２２…螺旋状流路
１８３０…材料表面
１８６０…加熱要素
１９４０…凝縮器コイル
２１５０…外側層
２１５２…内側層
２１５４…外側膜
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図22】
【国際調査報告】