(57)【要約】区画化されたポンプチャンバを有するポンプ本体を含むマイクロポンプと統合される微小電気機械システム内の膜弁を生産するためのロールツーロール処理等の技法が、開示される。本技術の１つの用途は、入力ガス流を送給するための第１のマイクロポンプと、真空を供給するための第２のマイクロポンプと、ゼオライトを有する少なくとも１つのふるい床とを含むガス濃縮器のための弁アセンブリとしてのものである。ガス濃縮器は、第１のマイクロポンプからふるい床、および排気するための第２のマイクロポンプの中へのガスの進入を制御するために弁アセンブリを使用する。
2021514778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス濃縮器であって、前記ガス濃縮器は、
マイクロポンプと、
入力および出力を有するふるい床と、
弁アセンブリと
を備え、
前記弁アセンブリは、前記マイクロポンプから前記ふるい床への前記入力の中への多成分ガスの進入、前記ガスの第１の成分の排気、および前記ふるい床の前記出力から前記ガス濃縮器の出口ポートへの前記ガスの濃縮された第２の成分の送給を制御する、ガス濃縮器。
【請求項２】
前記弁アセンブリは、
共通基板層上に配置された複数の弁を備え、前記複数の弁は、前記共通基板層内に配置された通路を介して、前記弁の入口と出口との間で相互接続されている、請求項１に記載のガス濃縮器。
【請求項３】
前記マイクロポンプ、前記ふるい床、および前記弁アセンブリは、第１のチャネルを提供し、前記ふるい床は、入力ポートおよび出力ポートを有する第１のふるい床であり、前記ガス濃縮器は、
第２のチャネルであって、前記第２のチャネルは、前記弁アセンブリを介して前記マイクロポンプに結合された入力を有する第２のふるい床を備え、前記第２のふるい床は、出力を有する、第２のチャネルと、
前記第１のふるい床の第２のポートと前記第２のふるい床の第２のポートとの間に結合された等化弁と
をさらに備えている、請求項１に記載のガス濃縮器。
【請求項４】
前記複数の弁のうちの少なくともいくつかは、膜弁である、請求項２に記載のガス濃縮器。
【請求項５】
前記膜弁のうちの少なくともいくつかは、
チャンバを有する本体であって、前記チャンバは、前記本体を通した通路を画定する前記本体を通した第１および第２のポートを有する、本体と、
一対の間隔を置かれた膜と
を備え、
前記膜の各々は、電極を支持し、前記膜は、前記本体の壁に取り付けられ、前記チャンバ内に配置されており、前記膜は、前記電極に印加される電気信号に応答し、前記電極に印加される同様の電荷は、前記膜が互いに離れるように曲がり、前記通路を開放することを引き起こし、前記電極に印加される反対電荷は、前記膜が互いに向かって曲がり、前記通路を閉鎖することを引き起こす、請求項２に記載のガス濃縮器。
【請求項６】
前記弁アセンブリは、
前記マイクロポンプに結合された入力ポートと前記ふるい床の第１のポートに結合された出力ポートとを有する入力弁であって、前記入力弁は、前記入力弁を選択的に開閉するための入力信号によって制御される、入力弁と、
前記ふるい床の第２のポートに結合された入力ポートを有するパージ弁であって、前記パージ弁は、前記パージ弁を選択的に開閉するためのパージ信号によって制御される、パージ弁と、
前記ふるい床の前記第１のポートに結合された入力ポートと前記ガス濃縮器の通気出力に結合された出力とを有する通気弁であって、前記通気弁は、前記通気弁を選択的に開閉するための通気信号によって制御される、通気弁と、
前記ふるい床の前記第２のポートに結合された入力ポートと前記ガス濃縮器の出力に結合された出力ポートとを有する出力弁と
を備え、
前記出力弁は、前記出力弁を選択的に開閉するための出力信号によって制御される、請求項１に記載のガス濃縮器。
【請求項７】
前記マイクロポンプ、前記ふるい床、および前記弁アセンブリは、第１のチャネルを提供し、前記ガス濃縮器は、前記弁アセンブリに結合された第２のふるい床を備えている第２のチャネルをさらに備えている、請求項６に記載のガス濃縮器。
【請求項８】
前記入力、パージ、通気、および出力弁と信号とは、第１の弁および第１の信号であり、前記弁アセンブリは、前記第２のチャネルのために、
前記マイクロポンプに結合された入力ポートと前記第２のふるい床の第１のポートに結合された出力ポートとを有する第２の入力弁であって、前記第２の入力弁は、前記第２の入力弁を選択的に開閉するための前記第１の入力信号の補完によって制御される、第２の入力弁と、
前記ふるい床の第２のポートに結合された入力ポートを有する第２のパージ弁であって、前記第２のパージ弁は、前記第２のパージ弁を選択的に開閉するための第２のパージ信号によって制御される、第２のパージ弁と、
前記ふるい床の前記第１のポートに結合された入力ポートと前記ガス濃縮器の前記通気出力に結合された出力とを有する第２の通気弁であって、前記第２の通気弁は、前記通気弁を選択的に開閉するための第２の通気信号によって制御される、第２の通気弁と、
前記第１のふるい床の前記第２のポートと前記第２のふるい床の前記第２のポートとの間に結合された等化弁と、
前記ふるい床の前記第２のポートに結合された入力ポートと前記ガス濃縮器の前記出力に結合された出力ポートとを有する出力弁と
をさらに備え、
前記出力弁は、前記出力弁を選択的に開閉するための第２の出力信号によって制御される、請求項７に記載のガス濃縮器。
【請求項９】
前記マイクロポンプは、第１のマイクロポンプであり、前記ふるい床は、第１のふるい床であり、前記ガス濃縮器は、
前記弁アセンブリに結合された第１のポートを有する第２のふるい床と、
前記弁アセンブリの通気ポートに結合された第２のマイクロポンプと
をさらに備えている、請求項１に記載のガス濃縮器。
【請求項１０】
前記第１および第２のふるい床は、第２のポートを有し、前記弁アセンブリは、前記第１のふるい床の前記第２のポートと前記第２のふるい床の前記第２のポートとの間に結合された等化弁をさらに備えている、請求項９に記載のガス濃縮器。
【請求項１１】
前記弁アセンブリの出力に結合された出力ガスリザーバをさらに備えている、請求項１に記載のガス濃縮器。
【請求項１２】
前記弁アセンブリは、前記ふるい床からガスをパージするようにさらに構成され、前記ガス濃縮器は、前記弁アセンブリのパージ出力ポートに結合されたパージガスリザーバをさらに備えている、請求項１に記載のガス濃縮器。
【請求項１３】
タイミング信号を前記弁アセンブリ内の弁に提供するために前記弁上の電極に結合された出力信号線を有するタイミング発生回路を含む電気回路をさらに備えている、請求項１に記載のガス濃縮器。
【請求項１４】
前記電気回路は、接地電位に対する正電荷または負電荷のいずれかを有する前記信号を生成する波形発生器をさらに含む、請求項１３に記載のガス濃縮器。
【請求項１５】
ガス濃縮器を製造する方法であって、前記方法は、
前記弁アセンブリを形成することであって、前記形成することは、
材料の本体層をパターン化し、複数の相互接続されたコンパートメントを形成することと、
前記本体層の第１の表面の上に第１の導電性層を支持する可撓性材料の第１のシートを積層することと、
前記本体層の第２の反対側の表面の上に第２の導電性層を支持する可撓性材料の第２のシートを積層し、弁アセンブリを提供することと
による、ことと、
入力ガスを前記ガス濃縮器に提供する第１のマイクロポンプと前記入力ガスのある成分の排気を提供する第２のマイクロポンプとに前記弁アセンブリを結合することと、
前記弁アセンブリを第１のふるい床および第２のふるい床に結合することと
を含み
前記ふるい床の各々は、前記入力ガス流から第１のガスを吸収するためのゼオライトを含む、方法。
【請求項１６】
前記本体層は、第１の本体層であり、前記方法は、
第２および第３の本体層をパターン化し、第１の端部キャップコンパートメントおよび第２の端部キャップコンパートメントを提供することと、
複合積層構造の第１の表面の上に前記第１の端部キャップコンパートメントをスタックすることと、前記複合積層構造の第２の表面の上に前記第２の端部キャップコンパートメントをスタックすることと
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記本体層をパターン化することは、
前記本体をパターン化し、第１のチャネルおよび第２のチャネルのための複数のコンパートメントを形成することを含み、前記コンパートメントの各々は、前記弁アセンブリ内の弁に対応し、前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルの各々は、入力弁、通気弁、パージ弁、および出力弁を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
弁であって、前記弁は、
チャンバを有する本体であって、前記チャンバは、前記本体を通した通路を画定する前記本体を通した第１および第２のポートを有する、本体と
一対の間隔を置かれた膜と
を備え
前記膜の各々は、電極を支持し、前記膜は、前記本体の壁に取り付けられ、前記チャンバ内に配置されており、前記膜は、前記電極への電荷の印加時、第１のモードにおいて互いに引き合い、前記チャンバを通した前記通路を閉鎖し、第２のモードにおいて互いに反発し、前記チャンバを通した前記通路を開放するように構成されている、弁。
【請求項１９】
第１の端部キャップコンパートメントと、
第２の端部キャップコンパートメントと
をさらに備え、
前記第１の端部キャップコンパートメントは、前記複合積層構造の第１の表面の上にあり、前記第２の端部キャップコンパートメントは、前記複合積層構造の第２の表面の上にある、請求項１８に記載の弁。
【請求項２０】
前記弁の動作を制御するために電極に結合された出力信号線を有するタイミング発生回路を含む電気回路をさらに備えている、請求項１８に記載の弁。
【請求項２１】
前記本体および対の間隔を置かれた膜は、第１の弁要素を提供する第１の本体および第１の対であり、前記弁は、
第２の弁要素であって、前記第２の弁要素は、
チャンバを有する第２の本体であって、前記チャンバは、前記第２の本体を通した通路を画定する前記第２の本体を通した第１および第２のポートを有する、第２の本体と、
第２の対の間隔を置かれた膜と
を備え、
前記膜の各々は、電極を支持し、前記膜は、前記本体の壁に取り付けられ、前記第２の本体のチャンバ内に配置されており、前記膜は、前記電極への電荷の印加時、第１のモードにおいて互いに引き合い、前記チャンバを通した前記通路を閉鎖し、第２のモードにおいて互いに反発し、前記チャンバを通した前記通路を開放するように構成されている、第２の弁要素と、
前記第１の弁要素の出力と前記第２の弁要素の入力との間で直列に結合された単位コンパートメントと
をさらに備えている、請求項１８に記載の弁。
【請求項２２】
電極に結合された出力信号線を有するタイミング発生回路を含む電気回路をさらに備え、前記タイミング発生回路は、
前記第２の弁要素が閉鎖されている間に前記第１の弁要素を開放し、ガスが前記第１の弁要素を通して前記単位コンパートメントの中に進入することを可能にすることと、
前記第１の弁要素と前記単位コンパートメントとにおけるガス圧力を平衡させることと、
前記第１の弁要素を閉鎖することと、
前記第２の弁要素を開放し、前記単位コンパートメントにおけるガスが前記第２の弁要素に進入し、前記弁から流出することを可能にすることと
を行うシーケンスに従って、前記弁の動作を制御する、請求項２１に記載の弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９の下での優先権の主張）
本願は、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９の下で、その内容全体が参照することによって本明細書に組み込まれる２０１８年３月７日に出願され、「Ｒ２Ｒ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｇａｓ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ」と題された米国仮特許出願第６２／６３９，５２２号の優先権を主張する。
【０００２】
本明細書は、ガス濃縮器に関する。
【背景技術】
【０００３】
酸素濃縮器等のガス濃縮器が、周知である。ガス濃縮器は、種々の産業および医療用途で使用される。いくつかの異なる技術的アプローチまたはプロセスが、公知である。
【０００４】
特に、医療用途のためのガス濃縮器の製作で使用される１つのプロセスは、圧力スイング吸収法（ＰＳＡ）である。ＰＳＡは、ガスが高圧力下にあるとき、引きつけられ、したがって、固体表面によって吸収されるそのようなガスの吸収原理を使用する。圧力がますます高くなると、より多くのガスが吸収される一方で、圧力が低減させられると、固体表面によって吸収されたガスは、脱着させられる（放出される）。ＰＳＡは、異なる固体表面への異なるガスの引力に従って、ガスの混合物内のガスを分離するために使用される。
【０００５】
典型的なＰＳＡベースの酸素濃縮器は、ゼオライト鉱物を支持する分子ふるいを使用し、入力ガス流（例えば、周囲空気）から大気窒素を吸収し、続いて、窒素を排気し、効果的に窒素を取り除き、他の大気ガスを通す。これは、一次ガスとして酸素を残ったままにしておく。
【０００６】
ＰＳＡベースの酸素濃縮器は、空気圧縮機と、ゼオライトペレットで充填される２つのシリンダと、均圧リザーバと、弁および管とを含む。第１の半サイクルにおいて、第１のシリンダが、圧縮機から空気を受け取り、第１のシリンダ内の圧力が、大気圧から正常大気圧の約２．５倍に上昇すると（典型的に、２０ｐｓｉ／１３８ｋＰａゲージ、または２．３６絶対気圧）、ゼオライトは、窒素で飽和した状態になる。第１のシリンダが、第１の半サイクルにおいてほぼ純粋な酸素（少量の他の微量大気成分を除外する）に到達すると、弁が、開放し、酸素富化ガスが、患者の酸素ホースに接続する均圧リザーバに流動する。サイクルの第１の半分の終わり、別の弁位置変化があり、圧縮機からの空気が、第２のシリンダに向けられる。第１のシリンダ内の圧力は、豊富な酸素がリザーバの中に移動するにつれて低下し、窒素が脱着させられ、ガスの中に戻ることを可能にする。サイクルの第２の半分の途中、別の弁位置変化があり、第１のシリンダ内のガスを雰囲気の中に戻るように排気し、均圧リザーバ内の酸素の濃度が約９０％を下回ることを防ぐ。均圧リザーバから酸素を送達するホースにおける圧力は、減圧弁によって一定に保たれる。
【０００７】
特に、産業用途のためのガス濃縮器の製作で使用される別のプロセスは、真空スイング吸収法（ＶＳＡ）である。ＶＳＡプロセスは、特に、医療ユニットより高い圧力および流量を要求するそれらの産業プロセスで使用される。ＶＳＡプロセスは、標的ガス、例えば、窒素のための吸収剤（例えば、ゼオライト）と、第１の位相のための単一の低圧送風機と、弁とを使用し、弁は、送風機を通した流動を逆転させ、それによって、吸収されたガスをパージすることによって、第２の（例えば、再生）相が、真空下で起こる。パージされたガスは、再循環され、第１のステップで送給ガスとして部分的に使用される。２つの吸収剤容器を使用することは、標的ガスのほぼ連続的な生成を可能にし、均圧化も可能にし、減圧されている第１の容器から退出するガスが、第２の容器を部分的に加圧するために使用される。
【０００８】
別のプロセスは、真空圧力スイング吸収法（ＶＰＳＡ）である。ＶＰＳＡプロセスは、加圧ガスを（ＶＳＡ）分離プロセスに印加し、真空もパージガス（ＶＳＡ）プロセスに印加する。ＶＰＳＡプロセスは、最も効率的なガス濃縮プロセスの中の１つである。
【０００９】
別のプロセスは、高速圧力スイング吸収法（ＲＰＳＡ）である。高速圧力スイング吸収法またはＲＰＳＡは、ポータブル酸素濃縮器で頻繁に使用される。ＶＳＡを基に、ＲＰＳＡは、同じ率で容器の反対端を交互に排気しながら、ＶＳＡの第１の位相で容器内の圧力を迅速に循環させることによって作動する。これは、吸収されないガスが、吸収されたガスより速く容器に沿って進み、遠位端において排気されるが、吸収されたガスが、進む機会を得ず、近位端において排気されること意味する。
【００１０】
酸素濃縮器等のポータブルガス濃縮器も、周知である。しかしながら、公知のポータブル酸素濃縮器の場合、用語「ポータブル」は、相対的である。ポータブルは、ユーザの肩の上で運ばれ、またはユーザの背後で車で運ばれ、または車椅子に取り付けられるデバイスを意味する。公知のポータブル酸素濃縮器の「ポータブル」側面は、公知のポータブル酸素濃縮器が、比較的大型で重く、高価である傾向があるので、それらが輸送可能であることである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ある側面によると、ガス濃縮器は、マイクロポンプと、入力および出力を有するふるい床と、マイクロポンプからふるい床への入力の中への多成分ガスの進入、ガスの第１の成分の排気、およびふるい床の出力からガス濃縮器の出口ポートへのガスの濃縮された第２の成分の送給を制御するための弁アセンブリとを含む。
本側面は、以下のうちの１つ以上のものを含むことができる：。
【００１２】
弁アセンブリは、共通基板層上に配置された複数の弁を含み、複数の弁は、共通基板層内に配置された通路を介して、弁の入口と出口との間で相互接続される。マイクロポンプ、ふるい床、および弁アセンブリは、第１のチャネルを提供し、ふるい床は、入力ポートおよび出力ポートを有する第１のふるい床であり、ガス濃縮器は、弁アセンブリを介してマイクロポンプに結合された入力を有する第２のふるい床であって、第２のふるい床は、出力を有する、第２のふるい床を含む第２のチャネルと、第１のふるい床の第２のポートと第２のふるい床の第２のポートとの間に結合された等化弁とをさらに含む。
【００１３】
複数の弁のうちの少なくともいくつかは、膜弁である。膜弁のうちの少なくともいくつかは、チャンバを有する本体であって、チャンバは、本体を通した通路を画定する本体を通した第１および第２のポートを伴うチャンバを有する、本体と、一対の間隔を置かれた膜とを含み、膜の各々は、電極を支持し、膜は、本体の壁に取り付けられ、チャンバ内に配置されており、膜は、電極に印加される電気信号に応答し、電極に印加される同様の電荷は、膜が互いに離れるように曲がり、通路を開放し、電極に印加される反対電荷は、膜が互いに向かって曲がり、通路を閉鎖する。
【００１４】
弁アセンブリは、マイクロポンプに結合された入力ポートとふるい床の第１のポートに結合された出力ポートを有する入力弁であって、入力弁は、入力弁を選択的に開閉するための入力信号によって制御される、入力弁と、ふるい床の第２のポートに結合された入力ポートを有するパージ弁であって、パージ弁は、パージ弁を選択的に開閉するためのパージ信号によって制御される、パージ弁と、ふるい床の第１のポートに結合された入力ポートとガス濃縮器の通気出力に結合された出力とを有する通気弁であって、通気弁は、通気弁を選択的に開閉するための通気信号によって制御される、通気弁と、ふるい床の第２のポートに結合された入力ポートとガス濃縮器の出力に結合された出力ポートとを有する出力弁であって、出力弁は、出力弁を選択的に開閉するための出力信号によって制御される、出力弁とを含む。
【００１５】
マイクロポンプ、ふるい床、および弁アセンブリは、第１のチャネルを提供し、ガス濃縮器は、弁アセンブリに結合された第２のふるい床を含む第２のチャネルをさらに含む。入力、パージ、通気、および出力弁と信号とは、第１の弁および第１の信号であり、弁アセンブリは、第２のチャネルのために、マイクロポンプに結合された入力ポートと第２のふるい床の第１のポートに結合された出力ポートとを有する第２の入力弁であって、第２の入力弁は、第２の入力弁を選択的に開閉するための第１の入力信号の補完によって制御される、第２の入力弁と、ふるい床の第２のポートに結合された入力ポートを有する第２のパージ弁であって、第２のパージ弁は、第２のパージ弁を選択的に開閉するための第２のパージ信号によって制御される、第２のパージ弁と、ふるい床の第１のポートに結合された入力ポートとガス濃縮器の通気出力に結合された出力とを有する第２の通気弁であって、第２の通気弁は、通気弁を選択的に開閉するための第２の通気信号によって制御される、第２の通気弁と、第１のふるい床の第２のポートと第２のふるい床の第２のポートとの間に結合された等化弁と、第２のふるい床の第２のポートに結合された入力ポートとガス濃縮器の出力に結合された出力ポートとを有する出力弁であって、出力弁は、出力弁を選択的に開閉するための第２の出力信号によって制御される、出力弁とをさらに備えている。
【００１６】
マイクロポンプは、第１のマイクロポンプであり、ふるい床は、第１のふるい床であり、ガス濃縮器は、弁アセンブリに結合された第１のポートを有する第２のふるい床と、弁アセンブリの通気ポートに結合された第２のマイクロポンプとをさらに含む。第１および第２のふるい床は、第２のポートを有し、弁アセンブリは、第１のふるい床の第２のポートと第２のふるい床の第２のポートとの間に結合された等化弁をさらに含む。弁ガス濃縮器は、弁アセンブリの出力に結合された出力ガスリザーバをさらに含む。弁アセンブリは、ふるい床からガスをパージするように構成され、ガス濃縮器はさらに、弁アセンブリのパージ出力ポートに結合されたパージガスリザーバをさらに含む。ガス濃縮器は、タイミング信号を弁アセンブリ内の弁に提供するために弁上の電極に結合された出力信号線を有するタイミング発生回路を含む電気回路をさらに含む。電気回路は、接地電位に対する正電荷または負電荷のいずれかを有する信号を生成する波形発生器をさらに含む。
【００１７】
追加の側面によると、ガス濃縮器を製造する方法は、材料の本体層をパターン化し、複数の相互接続されたコンパートメントを形成することと、本体層の第１の表面の上に第１の導電性層を支持する可撓性材料の第１のシートを積層することと、本体層の第２の反対側の表面の上に第２の導電性層を支持する可撓性材料の第２のシートを積層し、弁アセンブリを提供することとによって、弁アセンブリを形成することと、入力ガスをガス濃縮器に提供する第１のマイクロポンプ、および入力ガスのある成分の排気を提供する第２のマイクロポンプに弁アセンブリを結合することと、弁アセンブリを第１のふるい床および第２のふるい床に結合することであって、各々は、入力ガス流から第１のガスを吸収するためのゼオライトを含む、こととを含む。
本側面は、以下のうちの１つ以上のものを含むことができる：
【００１８】
本体層は、第１の本体層であり、方法は、第２および第３の本体層をパターン化し、第１の端部キャップコンパートメントおよび第２の端部キャップコンパートメントを提供することと、複合積層構造の第１の表面の上に第１の端部キャップコンパートメントをスタックし、複合積層構造の第２の表面の上に第２の端部キャップコンパートメントをスタックすることとをさらに含む。
【００１９】
本体層をパターン化することは、本体をパターン化し、第１のチャネルおよび第２のチャネルのための複数のコンパートメントを形成することを含み、コンパートメントの各々は、弁アセンブリ内の弁に対応し、第１のチャネルおよび第２のチャネルの各々は、入力弁、通気弁、パージ弁、および出力弁を含む。
【００２０】
追加の側面によると、弁は、チャンバを有する本体であって、チャンバは、本体を通した通路を画定する本体を通した第１および第２のポートを有する、本体と、一対の間隔を置かれた膜とを含み、膜の各々は、電極を支持し、膜は、本体の壁に取り付けられ、チャンバ内に配置されており、膜は、電極への電荷の印加時、第１のモードにおいて互いに引き合い、チャンバを通した通路を閉鎖し、第２のモードにおいて互いに反発し、チャンバを通した通路を開放するように構成される。
本側面は、以下のうちの１つ以上のものを含むことができる：
【００２１】
弁はさらに、第１の端部キャップコンパートメントと、第２の端部キャップコンパートメントとを含み、第１の端部キャップコンパートメントは、複合積層構造の第１の表面の上にあり、第２の端部キャップコンパートメントは、複合積層構造の第２の表面の上にある。
【００２２】
弁は、弁の動作を制御するために電極に結合された出力信号線を有するタイミング発生回路を含む電気回路をさらに含む。
【００２３】
本体および一対の間隔を置かれた膜は、第１の本体および第１の対であり、第１の弁要素を提供し、弁は、チャンバを有する第２の本体であって、チャンバは、第２の本体を通した通路を画定する第２の本体を通した第１および第２のポートを有する、本体と、第２の対の間隔を置かれた膜であって、膜の各々は、電極を支持し、膜は、本体の壁に取り付けられ、第２の本体のチャンバ内に配置されており、膜は、電極への電荷の印加時、第１のモードにおいて互いに引き合い、チャンバを通した通路を閉鎖し、第２のモードにおいて互いに反発し、チャンバを通した通路を開放するように構成されている、膜とを含む第２の弁要素と、第１の弁要素の出力と第２の弁要素の入力との間で直列に結合された単位コンパートメントとをさらに含む。
【００２４】
弁は、電極に結合された出力信号線を有するタイミング発生回路を含む電気回路をさらに含み、タイミング発生回路は、第２の弁要素が閉鎖されている間に第１の弁要素を開放し、ガスが第１の弁要素を通して単位コンパートメントの中に進入することを可能にすることと、第１の弁要素と単位コンパートメントとにおけるガス圧力を平衡させることと、第１の弁要素を閉鎖することと、第２の弁要素を開放し、単位コンパートメントにおけるガスが第２の弁要素に進入し、弁から流出することを可能にすることとを行うシーケンスに従って、弁の動作を制御する。
【００２５】
上記の側面のうちの１つ以上のものは、以下の利点のうちの１つ以上のものを有し得る。
【００２６】
ガス濃縮器の重量は、現在の市販の酸素濃縮器と比較して、比較的に軽量である可能性が最も高いであろう。全体的サイズは、現在の市販の酸素濃縮器と比較して、比較的に小型であり、ふるい床および／またはバッテリサイズによって決められる可能性が最も高いであろう。コストは、市販の酸素濃縮器と比較して、比較的に安価であろう。所与の出力要件に関して、ふるい床のサイズは、アクティブ分離および再生プロセス、圧力および真空ポンプによって縮小されることができる。
【００２７】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細が、付随する図面および下記の説明に記載される。本発明の他の特徴、目的、および利点が、説明および図面から、および、請求項から、明白である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、微小電気機械ガス濃縮器システムのブロック図である。
【００２９】
【図２Ａ】図２Ａ−２Ｂは、微小電気機械ガス濃縮器システム内のセンサを使用する代替物を示すブロック図である。
【図２Ｂ】図２Ａ−２Ｂは、微小電気機械ガス濃縮器システム内のセンサを使用する代替物を示すブロック図である。
【００３０】
【図３】図３は、パージフィードバックを伴わない図２Ａ−２Ｂの微小電気機械ガス濃縮器システムのタイミング図である。
【００３１】
【図３Ａ】図３Ａ−３Ｂは、微小電気機械ガス濃縮器システムの２つの位相のための弁配置の機能ブロック図である。
【図３Ｂ】図３Ａ−３Ｂは、微小電気機械ガス濃縮器システムの２つの位相のための弁配置の機能ブロック図である。
【００３２】
【図４】図４は、パージガスフィードバックを伴う微小電気機械ガス濃縮器システムのブロック図である。
【図４Ａ】図４Ａ−４Ｈは、微小電気機械ガス濃縮器システムの２つの位相のための弁配置の機能ブロック図である。
【図４Ｂ】図４Ａ−４Ｈは、微小電気機械ガス濃縮器システムの２つの位相のための弁配置の機能ブロック図である。
【図４Ｃ】図４Ａ−４Ｈは、微小電気機械ガス濃縮器システムの２つの位相のための弁配置の機能ブロック図である。
【図４Ｄ】図４Ａ−４Ｈは、微小電気機械ガス濃縮器システムの２つの位相のための弁配置の機能ブロック図である。
【図４Ｅ】図４Ａ−４Ｈは、微小電気機械ガス濃縮器システムの２つの位相のための弁配置の機能ブロック図である。
【図４Ｆ】図４Ａ−４Ｈは、微小電気機械ガス濃縮器システムの２つの位相のための弁配置の機能ブロック図である。
【図４Ｇ】図４Ａ−４Ｈは、微小電気機械ガス濃縮器システムの２つの位相のための弁配置の機能ブロック図である。
【図４Ｈ】図４Ａ−４Ｈは、微小電気機械ガス濃縮器システムの２つの位相のための弁配置の機能ブロック図である。
【００３３】
【図５】図５は、パージガスフィードバックを伴う図４の微小電気機械ガス濃縮器システムのタイミング図である。
【００３４】
【図６−１】図６Ａ−Ｅは、図１−４Ｈのガス濃縮器システムのための膜ベースの弁の断面図である。
【図６−２】図６Ａ−Ｅは、図１−４Ｈのガス濃縮器システムのための膜ベースの弁の断面図である。
【００３５】
【図７】図７は、微小電気機械ガス濃縮器システムのための回路のブロック図である。
【００３６】
【図８】図８は、容積に関する考慮事項のための微小電気機械ガス濃縮器システムの概念図である。
【００３７】
【図９】図９は、弁アセンブリのためのレイアウトまたはマスクを概念的に描写するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（概観）
マイクロセンサ、マイクロＣＰＡＰ（持続的気道陽圧）デバイス、およびマイクロポンプ等の微小電気機械システムは、２０１５年９月２４日に出願された同時係属特許出願第ＵＳ−２０１５−０２６７６９５−Ａ１号、２０１６年５月１２日に出願された第ＵＳ−２０１６−０１３１１２６−Ａ１号、２０１８年１月１８日に出願された第ＵＳ−２０１８−００１５２４７−Ａ１号、２０１８年２月８日に出願された第ＵＳ−２０１８−００３８７５４−Ａ１号（全ては、それらの全体として参照することによって本明細書に組み込まれる）に議論されるように、構築されることができる。特に、これらのデバイスは、ロールツーロール（Ｒ２Ｒ）微小電気機械システム処理（ＭＥＭＳ）または（Ｒ２Ｒ  ＭＥＭＳ）処理によって構築されることができる。
（ガス濃縮器）
【００３９】
マイクロポンプおよび膜弁を採用する酸素濃縮器等のガス濃縮器、特に、ロールツーロール微小電気機械システム処理（Ｒ２Ｒ  ＭＥＭＳ）によって製作されるものが、ここで説明されるであろう。ガス濃縮器は、典型的に、多成分入力ガス混合物、例えば、周囲空気を取り込み、ガス混合物から、１つ以上のガス成分、例えば、窒素を抽出し、窒素成分は、続いて、ガス濃縮器から出力されるガスにおける残留成分（例えば、酸素）を濃縮するために排気される。
【００４０】
図１を参照すると、ガス濃縮器１０が、示される。ガス濃縮器１０は、入力１０ａと、出力１０ｂと、通気ポート１０ｃと、パージポート１０ｄとを有し、いくつかの実装において、Ｏ２（酸素）等化リザーバ２６に結合される一対のポート１０ｅ、１０ｆを含む。ガス濃縮器１０は、フィルタ１２と、空気入力多段マイクロポンプ（入力マイクロポンプ）１４と、真空多段マイクロポンプ（真空マイクロポンプ）１６とを含む。ガス濃縮器１０は、アクティブ弁アセンブリ１８と、バッテリ２０と、対応する電子機器２２と、ふるい床２５ａ、２５ｂと、ガス、例えば、Ｏ２リザーバ２６（または単純に、ガス濃縮器の出口）とも含む。入力マイクロポンプ１４の入口１５ａは、フィルタ１２を介して、概して雰囲気またはガス源である入力１０ａに結合され、入力マイクロポンプ１４の出口１５ｂは、弁アセンブリ１８への入力１８ａに結合される。真空マイクロポンプ１６の入口１７ａは、弁アセンブリ１８の通気出口１８ｂに結合され、真空マイクロポンプ１６の出口１７ｂは、ガス濃縮器１０の通気ポート１０ｃに結合される。いくつかの実装において、アクティブ弁アセンブリ１８、空気マイクロポンプ１４、および真空マイクロポンプ１６は、Ｒ２Ｒ  ＭＥＭＳデバイスとして製作される。いくつかの実装において、ふるい床２５ａ、２５ｂが、アクティブ弁１８、空気マイクロポンプ１４、および真空マイクロポンプ１６に加えて、Ｒ２Ｒ  ＭＥＭＳデバイスとして製作される。フィルタ１２、リザーバ２６、電子機器２２、およびバッテリ２０は、典型的に、別個に製作される。他の実装において、単一のふるい床のみが、使用され得る。
【００４１】
図２Ａを参照すると、ガス濃縮器１０は、第１のチャネル１１ａおよび第２のチャネル１１ｂを含むことが示される。図２Ａにおいて、各チャネル１１ａ、１１ｂは、入力および真空マイクロポンプ１４、１６への対応する接続を含む。入力および真空マイクロポンプ１４、１６の各々は、複数の膜（図示せず）によって区画化された単一の区画化されたポンプチャンバ（図示せず）を有する、ポンプ本体（図示せず）を含む。一実装において、入力および真空マイクロポンプ１４、１６は、参照することによって組み込まれる上で述べられる同時係属特許出願に説明されるタイプのものである。入力および真空マイクロポンプ１４、１６は、対応するポートを有し、そのうちのいくつかは、入口１５ａ、１７ａと指定され、そのうちの他のものは、出口１５ｂ、１５ｂと指定される。多段マイクロポンプ１４の入口１５ａは、雰囲気（または混合ガス供給部）に結合され、入力マイクロポンプ１４の出口１５ｂは、弁アセンブリ１８の入力ポート１８ａに結合される。
【００４２】
弁アセンブリ１８は、弁２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂ、２１、３２ａ、３２ｂ、３４ａ、および３４ｂを含む。弁アセンブリ１８の入力ポート１８ａは、（それぞれ、チャネル１および２に対応する）弁Ｃ１ＩＶ３０ａおよびＣ２ＩＶ３０ｂに結合される。真空マイクロポンプ１６の入口１７ａは、弁アセンブリ１８の通気出力１８ｃ、より具体的に、弁２８ａ、２８ｂに結合され、真空マイクロポンプ１６の出口１７ｂは、排気される。等化器弁２１は、示されるように、ふるい床２５ａ、２５ｂを結合する。チャネル１１ａ、１１ｂは、下で「チャネル１」および「チャネル２」とも称される。
【００４３】
チャネル１、１１ａは、示されるように、弁２８ａ、３０ａと、ふるい床２５ａと、弁３２ａ、３４ａとを含む。チャネル２、１１ｂは、示されるように、弁２８ｂ、３０ｂと、ふるい床２５ｂと、弁３２ｂ、３４ｂとを含む。弁２８ａ、３０ａ、３２ａ、３４ａ、および２８ｂ、３０ｂ、３２ｂ、３４ｂの各々は、入口または出口（標識せず）としての機能を果たすポートを有するが、その機能は、図および方向矢印から明白である。ふるい床２５ａ、２５ｂおよび弁２１の各々は、下で明白であろうように、動作のある段階では入力ポート、動作の他の段階では出力ポートとしての機能を果たす一対のポートを有する。
【００４４】
弁２８ａ、２８ｂからの出力は、真空ポンプ１６の入力ポート１７ａに結合される。弁３０ａ、３０ｂは、示されるように、それぞれ、ふるい床２５ａ、２５ｂ、および弁２８ａ、２８ｂの入力に結合される出力を有する。ふるい床２５ａ、２５ｂは、示されるように、弁３２ａ、３４ａおよび３４ａ、３４ｂの入力に結合される出力を有する。弁３４ａ、３４ｂが、パージラインである出力を有する一方、弁３２ａ、３２ｂは、濃縮されたガスを受け取るための出力ポート１８ｂに結合される出力を有する。ポートは、Ｏ２リザーバに結合され得る。等化器弁２１は、示されるように、ふるい床２５ａ、２５ｂの出力間に結合される双方向弁である。
【００４５】
いくつかの実装において、弁アセンブリ１８は、単一の一体ユニット（全ての弁２８ａ、３０ａ、３２ａ、３４ａ、および２８ｂ、３０ｂ、３２ｂ、３４ｂ、および、２１を備えている）として、または各チャネルのために１つの２つの一体ユニットとして、構築されることができる。第１のチャネルのための第１のユニットは、第１のユニットとして、弁２８ａ、３０ａ、３２ａ、３４ａを備えているであろう。第２のチャネルのための第２のユニットは、第２のユニットとして、弁２８ｂ、３０ｂ、３２ｂ、３４ｂを備えているであろう。弁２１は、いずれか一方のユニット内または別個のユニット内にあり得る。
【００４６】
いくつかの実装において、弁アセンブリ１８は、図９のような弁の他の配置に従って一体ユニットとしても構築され得る。弁は、静電的に制御される少なくとも２つの膜を有するマイクロ弁である（図６Ａ−６Ｅ）。一体ユニットとは、弁が、共通基板または本体層および共通膜層から製作され、共通基板または本体層の対応する部分を通る通路を有し、適宜、弁アセンブリ１８内の弁を相互接続することを意味する。図９における下記の議論を参照されたい。
【００４７】
図２Ｂを参照すると、図２Ａのガス濃縮器１０の修正１０’が、示され、ポンプ１４の第１のセンサ２７ａが、出口１５ｂとチャネル１１ａ、１１ｂへの入口との間に挿入され、第２のセンサ２７ｂが、ポンプ１６の入口１７ａと第１および第２のチャネル１１ａ、１１ｂからの出口との間に挿入されている。修正されたガス濃縮器１０ａはまた、弁３２ａ、３２ｂの出力とリザーバ（図示せず）または雰囲気との間に結合された第３のセンサ２７ｃも含む。これらのセンサ（および／または示されていない追加のセンサ）は、圧力、流量、Ｏ２濃度、温度等を測定するセンサ信号を生成する。これらの信号は、ディスプレイデバイス上に示され得る圧力、流量、Ｏ２濃度等の測定値をセンサ信号から計算するために、外部回路、例えば、電子機器２２（図１）の一部であるプロセッサまたはコントローラによって処理される。制御とともに、これらのセンサは、圧力、流量、Ｏ２濃度等を修正することができる。これらの信号は、下で議論されるであろうように、波形信号発生器のためのフィードバックを生成し、波形信号発生器は、ガス濃縮器１０’に印加される信号のタイミングを修正する電子機器２２の一部である。
【００４８】
ここで図３を参照すると、パージ空気リザーバフィードバックを伴わずに、真空圧力スイング吸収法（ＶＰＳＡ）原理に従って動作するガス濃縮器１０（または修正されたガス濃縮器１０’）のタイミング図が、示される。基本的動作は、２つの位相ＡおよびＢに分割される。位相クロック信号は、説明されるガス濃縮器１０が２ふるい床システムであるので、図３で示される２つの位相を有する。より多数のふるい床２５ａ、２５ｂが、使用される場合、基本的タイミングは、各位相において繰り返される。いくつかの事例において、タイミングは、タイミングを修正するアルゴリズム等の実行によって、生成されたセンサ信号に従って修正されることができる。
【００４９】
図３Ａも参照すると、３つの経路が、描写される。第１の経路（太線によって表される）は、ポンプ１４から空気を取り込み、Ｏ２の濃縮流をリザーバ２５に送達する酸素（Ｏ２）分離経路である。第２の経路（点線によって表される）は、ふるい床２５ｂから窒素を排気する通気経路である。第３の経路（細実線によって表される）は、等化経路である。これらの経路は、以下のように、位相Ａにおいて提供される。
【００５０】
アクティブ高状態時のサイクルの第１の位相を伴う位相クロック信号（位相クロック、図３）、信号は、入力弁３０ａ  Ｃ１ＩＶに印加され、位相クロック信号の補完が、入力弁３０ｂ  Ｃ２ＩＶに印加される。位相クロック信号は、入力弁３０ａ  Ｃ１ＩＶを閉鎖し、位相クロック信号の補完は、入力弁３０ｂ  Ｃ２ＩＶを開放する。実質的に同時に、通気信号（通気１、図３）の真の値が、通気弁Ｃ２ＶＶ  ２８ｂに印加され、通気弁Ｃ２ＶＶ  ２８ｂを閉鎖し、通気信号（通気１、図３）の補完が、通気弁Ｃ１ＶＶ  ２８ａに印加され、通気弁Ｃ１ＶＶ  ２８ａを開放する。チャネル１のアクティブガス濃縮動作中、空気ポンプ１４および真空ポンプ１６の両方は、オンである。しかしながら、エネルギーを節約するために、圧力または真空のいずれかが達成された後等のそれらのサイクルの一部にわたってポンプをオフにすることが可能であり得る。位相クロック信号が、対称である一方（４時間増分（または状態）高、４時間増分（または状態）低）、通気信号は、非対称である（３時間増分（または状態）高、５時間増分（または状態）低）。
【００５１】
例えば、１秒未満から最大数秒の期間後、ふるい床２５ａ  Ｃ１ＳＢ内の圧力は、ほぼポンプ１４の動作圧力（ここでは約７ｐｓｉｇ）まで上昇した。この時間中、パージ弁３４ａ  Ｃ１ＰＶ、出力弁３２ａ  Ｃ１ＯＶ、および等化弁２１  ＥＶは、開放している。パージ信号（パージ１、図３）が、１秒未満から最大数秒にわたってパージ弁Ｃ１ＰＶ  ３４ａを閉鎖させるように印加される。これは、任意の窒素希釈酸素がふるい床２５ａ  Ｃ１ＳＢの出力からパージされることを可能にする。
【００５２】
次に、出力信号（出１、図３）が、出力弁３２ａ  Ｃ１ＯＶに印加され、１秒未満から最大数秒にわたってその弁を閉鎖し、図３Ａに示されるように、ほぼ純粋なＯ２が均圧リザーバ２８まで移動することを可能にする。それが終了すると、等化信号（等化、図３）が、等化弁ＥＶ２１に印加され、１秒未満から最大数秒にわたってその弁を閉鎖し、ふるい床２５ｂ  Ｃ２ＳＢの部分加圧を可能にする。通気信号（通気１、図３）が、通気弁２８ａ  Ｃ１ＶＶに印加され、ふるい床２５ａ  Ｃ１ＳＢからの圧力が、真空ポンプ１２ｂによって雰囲気に排気されるように、その弁を閉鎖する。このシーケンスは、位相クロックアクティブ高状態の開始時において反復する。
【００５３】
タイミング図内の信号のタイミングは、相対的であり、それは、互いとの信号の関係が意味あるが、全体的な絶対サイクル時間が変化し得ることを意味する。全体的サイクル時間は、動作中の個々の成分の応答時間によって定義され得る。例えば、マイクロポンプがふるい床を７ｐｓｉｇまで加圧するために０．１２０秒を要すると仮定すると、その事例において、パージまたは出力タイミングは、０．０１０秒に設定され得るが、実施するために実質的により少ない時間を要し得る。
【００５４】
図３、すなわち、位相Ｂに注目する３Ｂを参照すると、対応するチャネル２弁は、上で議論されるように、対応するチャネル１弁がＯ２分離中に有したものと同じ挙動を有するが、位相をシフトさせたことが分かり得る。第４の経路（太線によって表される）は、位相Ｂにおいてポンプ１４から空気を取り込み、Ｏ２の濃縮流をリザーバ２５に送達する別のＯ２分離経路である。第２の経路（点線によって表される）は、ふるい床２５ｂから窒素を排気する通気経路である。第３の経路（細実線によって表される）は、等化経路である。これらの経路は、位相Ｂにおいて以下のように提供される。
【００５５】
アクティブ高状態時の位相クロック信号の補完（サイクルの第２の位相）が、入力弁３０ｂ  Ｃ２ＩＶおよび入力弁３０ａ  Ｃ１ＩＶに印加される。この状況において、位相クロック信号の補完は、入力弁３０ｂ  Ｃ２ＩＶを閉鎖し、入力弁３０ａ  Ｃ１ＩＶを開放する。実質的に同時に、通気信号（通気２、図３）の真の値が、通気弁Ｃ１ＶＶ  ２８ａに印加され、通気弁Ｃ１ＶＶ  ２８ａを閉鎖し、通気信号（通気２、図３）の補完が、通気弁Ｃ２ＶＶ  ２８ｂに印加され、通気弁Ｃ２ＶＶ  ２８ｂを開放する。チャネル２のアクティブガス濃縮動作中、空気ポンプ１４および真空ポンプ１６の両方は、オンであるが、上で議論されるように、サイクルの一部にわたってオフにされ得る。
【００５６】
１秒未満から最大数秒後、ふるい床２５ｂ  Ｃ２ＳＢ内の圧力は、ほぼポンプ１２ａの動作圧力（ここでは約７ｐｓｉｇ）まで上昇した。この時間中、パージ弁３４ｂ  Ｃ２ＰＶ、出力弁３２ｂ  Ｃ２ＯＶ、および等化弁ＥＶは、開放する。パージ信号（パージ２、図３）が、１秒未満から最大数秒にわたってパージ弁Ｃ２ＰＶ  ２８ｂを閉鎖させるように印加される。これは、任意の窒素希釈酸素がふるい床２５ｂ  Ｃ２ＳＢの出力からパージされることを可能にする。
【００５７】
次に、出力信号（出２、図３）が、出力弁３２ｂ  Ｃ２ＯＶに印加され、１秒未満から最大数秒にわたってその弁を閉鎖し、ほぼ純粋なＯ２が均圧リザーバ２８まで移動することを可能にする。それが終了すると、等化信号（等化、図３）が、等化弁ＥＶ２１に印加され、１秒未満から最大数秒にわたってその弁を閉鎖し、ふるい床２５ａ  Ｃ１ＳＢの部分加圧を可能にする。通気信号（通気２、図３）が、通気弁２８ｂ  Ｃ２ＶＶに印加され、ふるい床２５ｂ  Ｃ２ＳＢからの圧力が、真空ポンプ１２ｂによって雰囲気に排気されるように、その弁を閉鎖する。このシーケンスは、位相クロックアクティブ低状態の開始時において反復する。
【００５８】
そのようなガス濃縮器（例えば、酸素濃縮器）のための動作メトリックは、周囲圧力、すなわち、０  ＰＳＩＧをわずかに上回る圧力から約７  ＰＳＩＧまでに及ぶ圧力において動作する空気ポンプを有することができる。典型的な動作温度は、わずかな量の自己発熱を伴って雰囲気に近い（より広義に、華氏５０〜９０度または他の範囲）であろう。典型的なサイクル時間は、１秒未満〜約７秒の範囲内であろう。サイクル時間範囲の最小値が、個々の機能の応答時間によって統制されるであろうが、サイクル時間範囲の最大値は、ガス濃縮器１０の用途および個々の成分の材料性質によって統制されるであろう。呼吸用途に関して、サイクル時間は、個人の呼吸数に遅れないために十分に速いであろう。吸収率は、ポンプ１４の動作圧力によって駆動され、脱着率は、ポンプ１６によって生成される真空の程度によって駆動されるであろう。
【００５９】
吸収能力（ｍｌ／ｇで表される）は、吸収材料の特性である。材料の量およびふるいの幾何学形状は、特徴的なｍｌ／ｓ（秒）の所望の生成率を生成するように選択されるであろう。流量は、１分あたり約４〜５リットルであり、呼吸に遅れないために十分であり、動作モードは、連続的またはバッテリ動作におけるエネルギーを節約するためのパルス状のいずれかであろう。Ｏ２濃縮率は、９０％超、または、要求される場合、それを上回り得る。ガス濃縮器の重量は、残留成分が比較的に軽量であるので、バッテリ重量によって決められる可能性が最も高いであろう。全体的重量は、現在の市販の酸素濃縮器と比較して、比較的に軽量であろう。全体的サイズは、現在の市販の酸素濃縮器と比較して、比較的に小型であり、ふるい床および／またはバッテリサイズによって決められる可能性が最も高いであろう。コストは、市販の酸素濃縮器と比較して、比較的に安価であろう。
【００６０】
ここで図４を参照すると、代替ガス濃縮器４０が、示される。ガス濃縮器４０は、フィルタ１２と、空気マイクロポンプ１４と、真空マイクロポンプ１６とを含む。ガス濃縮器４０は、概して、図１のように、アクティブ弁（アセンブリ１８）と、バッテリ２０と、対応する電子機器２２と、ふるい床２５ａ、２５ｂと、ガス（例えば、Ｏ２）リザーバ４２ａとも含む。加えて、ガス濃縮器４０は、パージリザーバ４２ｂと、パージフィードバックとも含む。パージリザーバ４２ｂは、アクティブ弁１８からガスを受け取り、そのガスを空気ポンプに戻るように送給する。入力マイクロポンプ１６の入口１７ａは、弁２８ａ、２８ｂに結合され、真空マイクロポンプ１６の出口１７ｂは、排気される。いくつかの実装において、弁、センサ、およびポンプは、Ｒ２Ｒ  ＭＥＭＳデバイスとして製作される。いくつかの実装において、ふるい床２５ａ、２５ｂが、弁およびポンプに加えて、Ｒ２Ｒ  ＭＥＭＳデバイスとして製作される。フィルタ１２、リザーバ４２ａ、４２ｂ、電子機器２２、およびバッテリ２０は、別個に製作される。示されていないが、修正されたガス濃縮器１０’のようなセンサも、代替ガス濃縮器４０と共に使用されることもできる。
【００６１】
図４Ａ−４Ｄが、弁アセンブリ１８内の弁の位相Ａ中の動作をより詳細に示す一方で、図４Ｅ−４Ｈは、弁の位相Ｂ中の動作をより詳細に示す。図４Ａ−４Ｈにおいて、パージリザーバ４２ｂは、推測されることができるか（下記の表内の機能１および機能２を実装する）、または除外されることができる（下記の表内の機能１のみを実装する）。図４Ａ−４Ｄおよび図４Ｅ−４Ｈにおいて、弁は、位相Ａ、Ｂ、および副相Ａ１−Ａ４および、Ｂ１−Ｂ４に従って、開放または閉鎖のいずれかとして図形的に示され、これらの弁の動作は、下記の表に要約される。
【表１】
2021514778.tif 000003
【００６２】
【表２】
2021514778.tif 000004
【００６３】
【表３】
2021514778.tif 000005
【００６４】
【表４】
2021514778.tif 000006
【００６５】
同様に、チャネル２に関して、位相Ｂは、以下の通りである。
【表５】
2021514778.tif 000007
【００６６】
【表６】
2021514778.tif 000008
【００６７】
【表７】
2021514778.tif 000009
【００６８】
【表８】
2021514778.tif 000010
【００６９】
ここで図５を参照すると、高速真空圧力スイング吸収法（ＲＶＰＳＡ）原理に従って動作し、パージリザーバ４２ｂを含むガス濃縮器４０のタイミング図が、示される。このタイミング配置は、前のサイクルの終わりにパージ弁Ｃ１ＰＶ  ３４ａおよびＣ２ＰＶ  ３４ｂ（図４Ａ）を開放するために使用される信号（パージ１Ａおよびパージ１Ｂ）を含む。基本的動作は、ガス濃縮器４０が、２つの機能を有するパージリザーバ４２ｂ（ブラダ、すなわち、可撓性貯蔵要素として実装される）を含むことを除いて、図３のそれ（パージリザーバを伴わない）に類似する。パージリザーバ４２ｂの一方の機能は、（直接、またはフィルタ１２を通してのいずれかで）入力マイクロポンプ１４に戻るように再循環され得るガス濃縮器４０からのパージされたガスを貯蔵することであり、他方の機能は、ふるい床２５ａ、２５ｂのうちの１つが完全に排気されると、そのふるい床における圧力を真空から周囲圧力に戻すことによって、入力ポンプ１４がふるい床２５ａ、２５ｂを通して圧送する必要があるガスの量を最小化することである。
【００７０】
図１−３の処理を用いると、所与の位相で、入力マイクロポンプ１４が所与のチャネルのふるい床を約７ｐｓｉｇまで加圧する一方、真空ポンプ１６が他方のチャネルを排気することを想起されたい。したがって、位相の終わり、排気されたふるい床およびチャネルは、周囲圧力に対して約−７ｐｓｉｇにある。したがって、次のサイクルにおいて、マイクロポンプ１４は、ふるい床を＋７ｐｓｉｇまたは１４ｐｓｉｇの全正味差まで加圧する必要があろう。新しいサイクルの開始の直前、パージ機能２を使用し、完全に排気されたふるい床を周囲圧力に戻すことによって、それは、入力マイクロポンプ１４が、−７ｐｓｉｇチャネルではなく０ｐｓｉｇチャネルの中に圧送することを可能にし、それは、より少ないエネルギーを使用し、より効率的である。圧潰可能なパージリザーバ４２ｂは、完全に排気されたふるい床を周囲圧力に戻すために必要な容積を有するであろう。
（弁）
【００７１】
いくつかの実装において、弁は、小型ソレノイドアクティブ化弁である。他の実装において、弁は、同時係属出願に議論されるスライドまたはフラップ弁の適合であり得る。なおも他の実装において、弁は、ここで議論されるように、膜ベースの弁である。
【００７２】
ここで図６Ａ−６Ｃを参照すると、膜弁５０の３つの状態が、示される。図６Ａは、静止状態５１ａ（部分的開放弁状態）を示し、図６Ｂは、完全開放動作状態５１ｂを示す一方で、図６Ｃは、完全閉鎖動作状態５１ｃを示す。弁５０は、チャンバ５２を有し、チャンバ５２は、一対の膜５６ａ、５６ｂによって、３つのコンパートメント５４ａ−５４ｃに分割され、一対の膜５６ａ、５６ｂは、弁本体５８（例えば、幾何学的固体を形成するための６つの壁を有し、壁のうちの２つ５８ａ、５８ｂが参照されている）に定着させられる。この実装において、コンパートメントのうちの中央のもの５４ｂが、一対のポートを有する（参照されず）。弁５０は、膜が互いに向かって移動するとき、閉鎖し、中央コンパートメント５４ｂをピンチオフし、したがって、コンパートメント５４ｂの両端におけるポートを隔離する。膜５６ａ、５６ｂが、互いに離れるように移動するとき、弁５０は、開放し、コンパートメント５４ｂの両端におけるポートを結合する。膜５６ａ、５６ｂは、作動させられていないとき、中心の名目的場所に対して２つの反対方向に移動する。
【００７３】
膜の作動は、静電力による。電極６０は、固定端壁５８ａ、５８ｂの各々の主要表面のうちの１つに、および膜５６ａ、５６ｂの各々の主要表面のうちの１つに取り付けられる。これらの電極は、互いに電気的に隔離され、所与の膜弁が複数の弁のうちのどの弁のために使用されているかに従って、図３および５のタイミング図におけるそれら等の電気信号を送給される。
【００７４】
図６Ｂを参照すると、弁開放動作中、２つの隣接する電極の両方が正電荷を有するか、またの両方が（示されるような）負電荷を有するとき、それは、壁５８ａ、５８ｂ間に配置される膜５６ａ、５６ｂが互いに反発することを引き起こすであろう。さらに、壁５８ａ、５８ｂがそれぞれの隣接する電極上に反対電荷を有するとき、それは、反発する膜５６ａ、５６ｂが対応する膜に隣接する壁５８ａ、５８ｂに引き付けられることを引き起こし、膜５６ａ、５６ｂの相互反発をさらに増加させ、したがって、弁５０を開放するであろう。
【００７５】
図６Ｃを参照すると、弁閉鎖動作中、２つの隣接する電極の両方が、（示されるような）一方が正電荷、他方が負電荷の反対電荷を有するとき、それは、壁５８ａ、５８ｂの間に配置される膜５６ａ、５６ｂが互いに引き付けられることを引き起こすであろう。さらに、壁５８ａ、５８ｂが壁に隣接するそれぞれの電極上の電荷と同じ電荷を有するとき、壁５８ａ、５８ｂから膜５６ａ、５６ｂを反発し、したがって、膜５６ａ、５６ｂを互いにさらに引き付け、したがって、弁５０を閉鎖するであろう。
【００７６】
誘電体を伴う２つの電極は、平行板静電気アクチュエータを形成する。電極は、概して、小さいサイズおよび低い静的電気消費量（非常に低い電流）を有する。高い電圧が、コンパートメントを作動させるように各電極に印加されることができるが、作動は、非常に低い電流において実施される。
【００７７】
図６Ｄに示されるように、いくつかの実装において、弁６５は、単一のコンパートメントを有する。本体の端部キャップ上の電極６０は、（例えば、弁本体の一部６６によって膜５４ａ、５４ｂ上の電極６０から）誘電的に隔離される。
【００７８】
ここで図６Ｅを参照すると、ガス濃縮器１０のいくつかの実装において、２段階弁７０が、ガスの単位体積を放出するために使用される。２段階弁７０は、（流体の単位量を吐出するために）単位コンパートメント７２を使用する。単位コンパートメント７２は、示されるように、２つの単一コンパートメント弁６５（図６Ｄ）が結合された一対のポートを有する。単位コンパートメント７２は、２つの単一コンパートメント弁６５の間に配置される。単位コンパートメント７２は、単位（すなわち、流体、例えば、ガスの定義された体積）を捕捉するために使用される。この弁７０は、パージリザーバ（図４）からのパージされたガスの回収に先立って、ガス濃縮器５０からガスの単位体積量をパージし、新しいサイクルの開始時にふるい床２５ａ、２５ｂを周囲圧力に戻すために、Ｃ１ＰＶおよびＣ２ＰＶ弁（３４ａ、３４ｂ、図２Ａ等）として使用されることができる。
単位体積をパージするための動作シーケンスは、以下の通りである：
【００７９】
１．弁Ｂが閉鎖した状態で弁Ａを開放し、ガスが弁Ａを通して単位パージ容積（単位コンパートメント）７２の中に進入することを可能にすることによって、サイクルを開始する。
【００８０】
２．弁Ａの両側の圧力を平衡させる。
【００８１】
３．弁Ａを閉鎖する。
【００８２】
４．弁Ｂを開放し、単位パージ容積（単位コンパートメント）７２内のガスが弁Ｂに進入し、２段階弁から流出することを可能にする。
【００８３】
５．Ｂを閉鎖し、サイクルを終了する。
【００８４】
再度、図３および５を参照すると、各位相サイクル中、弁アセンブリ１８内の弁（例えば、図２Ａ）は、これらの図のうちの適切なもののタイミングに従って、アクティブにされる（当然ながら、代替タイミングおよび／または動的に修正されたタイミングも使用され得ることを理解されたい）。膜ベースの弁に関して、弁は、アクティブにされ、それによって、各弁のコンパートメントは、膜が弁を開放するように互いに反発させられることによって開放されるか、または膜が互いに引き付けられることによって閉鎖される。
【００８５】
弁を閉鎖するために、反対極性の電圧が、これらのコンパートメントの対向する壁上の電極に印加され、正および／または負電荷を蓄積する。反対符号の電圧（電荷）は、２つの膜に互いに引き付けさせ、チャネルを閉鎖し、同じ極性の電圧は、２つの膜を互いに反発させる。固定壁は、移動しない。膜は、引力の方向または反力の方向に向かって移動する。
【００８６】
膜の材料と膜および端壁に印加される電圧とは、アクティブにされると、各膜が、隣接する膜の名目的位置間の距離ｄの実質的に半分、拡張し、拡張し続けてチャネルを密閉するが、膜の誘電破壊電圧も、弾性限界も超えないように、選定される。膜の名目的位置と固定壁との間の距離がｄまたはｄ／２のいずれかであり得る最終コンパートメントにおいて、アクティブにされた膜は、それぞれ、ｄ／２またはゼロ近くにコンパートメントの容積を低減させる（開放動作において、コンパートメントを通した流量を増加させる）。中間コンパートメントに関して、各膜をｄ／２だけ移動させることによって、コンパートメントの容積は、開放動作において２＊Ｖｉに近いように拡張させられ、閉鎖動作においてゼロに近いように低減させられる。
いくつかの実装において、４つのタイプの電気信号が、膜を駆動するために使用される。４つのタイプは、以下である：
【００８７】
Ｖ−：全ての電圧に関するＤＣ基準；いくつかの膜を直接駆動するために使用され得る；
【００８８】
Ｖ＋：いくつかの膜を直接駆動するために使用され、他の膜のために切り替えられるＤＣ高電圧；
【００８９】
Ｖ１：いくつかの膜を駆動し、動作を制御するために使用される周期的ＡＣ波形。それは、５０％デューティサイクルと、１つの全ポンプサイクルにおけるＶ−〜Ｖ＋のスイングとを含む。
【００９０】
Ｖ２：それが１８０度位相がずれていることを除き、Ｖ１と同一である。
【００９１】
波形の組が、固定壁および膜上の４つの電極に印加され、それらは、図３および／または図５におけるタイミング信号から導出される。
【００９２】
ここで図７を参照すると、電圧を弁に印加するための駆動回路８０の例が、示される。駆動回路８０は、供給電圧（いくつかの実装において、図２の実装からのセンサ信号）を受け取り、駆動電圧を弁に出力する。駆動電圧は、ガス濃縮器で採用される弁のタイプに依存するであろう。膜ベースの弁に関して、上で議論される配置が、使用され得る。
【００９３】
駆動回路８０は、高電圧増倍回路８２と、電圧制御型発振器（「ＶＣＯ」）８４と、波形発生回路８６と、随意に、フィードバックおよび制御回路８８とを含む。高電圧増倍回路８２は、供給電圧を所望の高電圧値、例えば、約１００Ｖ〜７００Ｖ、名目上、５００Ｖまで倍増する。他の電圧も、誘電率、厚さ、機械的弾性率特性、電極間隔等の材料特性に応じて、使用されることができる。いくつかの実装において、高電圧増倍回路８２は、電圧漸増回路（図示せず）を含む。電圧制御型発振器８４は、弁信号のための駆動周波数を生成する。発振器８４は、電圧制御型であり、周波数は、弁が、流量要件に基づいて、より多いまたは少ないガスを押しやるように、外部制御信号によって変更されることができる。波形発生回路８６は、膜上の電極のための駆動電圧を発生させる。既に説明されたように、駆動電圧のうちのいくつかは、互いに特定の位相関係を伴うＡＣ電圧である。波形発生回路８６は、これらの位相および波形の形状を制御する。フィードバックおよび制御回路８８は、静電容量、電圧、および／または電流の測定値を提供する信号を受信し、回路８８は、フィードバック信号を生成し、回路の波形発生器８６の追加の制御を提供し、所望の性能のために駆動電圧を調節することに役立つことができる。そのような信号は、圧力、流量、および濃度等を測定することができる。駆動回路８０は、マイクロポンプ１４、１６と共に使用される駆動回路（図示せず）とは別であるか、またはその一部であり得る。
【００９４】
上記出願に説明されるマイクロポンプと同様、膜弁５０、６５、７０の特徴は、約５０ミクロンのそれらの名目的位置における膜間の距離を有することができ、名目的容積Ｖｉは、数ナノリットル〜数マイクロリットル〜数ミリリットル、例えば、０．１マイクロリットルに及ぶことができる。いくつかの実装において、最終コンパートメントの各々は、中間コンパートメントの名目的容積の半分、例えば、約２５ミクロンである名目的容積Ｖｅを有する。コンパートメントは、異なるサイズを有することができる。サイズは、例えば、ロールツーロール製造ラインの具体的プロセス要件、および、電気消費量、および適用考慮事項に基づいて、選定される。他の詳細も、参照することによって組み込まれる上で述べられる公開特許出願に記載されるようなマイクロポンプに関して述べられるものから適合されることができる。
【００９５】
ここで図８を参照すると、ガス濃縮器の例示的概念容積図が、示される。この図は、ガス濃縮器の種々のコンポーネントに関して想定される典型的な相対的容積を描写する。概念的に、サイズの例は、９５．４ｍｍ×８０ｍｍ×８０ｍｍまたは約０．６１リットルであり得る。重量は、１ポンド未満であり得る。ふるい床は、内部に示されるが、外部にあり得、機械的インターフェースは、ふるい床へのポートを含む。電子機器は、監視するための回路、制御、およびユーザインターフェース（ディスプレイ制御）を含む。図は、ＶＰ真空ポンプ、ＶＳ弁スイッチ、ＡＰ空気ポンプ、および容積の大部分を消費することが予期される再充電可能バッテリも概念的に示す。再充電インターフェースも、利用されるバッテリ空間の一部として含まれるであろう。
【００９６】
従来の設計において、ふるい床は、概して、最大コンポーネントの中の１つであり、要求される濃度において要求される流量を生成するように設計される。所与の出力要件に関して、ふるい床のサイズは、アクティブ分離および再生プロセス、圧力および真空ポンプを利用することによって縮小されることができる。より高い圧力／真空も、ふるい床サイズを縮小することに役立ち得るが、バッテリに貯蔵されたエネルギーを犠牲にし、「起動時間」を削減する。静電気駆動は、最も効率的であり、所与の起動時間のためにバッテリのサイズを縮小することに役立つであろう。ふるい床の幾何学形状は、Ｒ２Ｒ  ＭＥＭＳ技術によって提供される層状アプローチを利用し、物質輸送限界を減少させ、ガス分離能力を改良することができる。
【００９７】
サイズは、開示されるガス濃縮器１０によって提供されるであろう利点である。ふるい床２５ａ、２５ｂが、Ｒ２Ｒ  ＭＥＭＳデバイスの中に実装される場合、バッテリは、図８に示されるように、最大の外部デバイスであり得る。重量は、起動時間に続く別の利点である。コストも、有意な利点であり、より多くの人々がその使用の費用を負担することを可能にし得る。典型的な従来のユニットは、概して、容積が約５〜６リットル、重量が４〜１０  ｌｂｓであり、５〜６時間にわたって起動することができる。ガス濃縮器１０の典型的な特性は、典型的な従来のユニットより少なくとも１桁はるかに安価なコストにおいて、容積が０．５リットルまたはそれ未満、重量が約１ポンド、および約５〜６時間の起動時間である。
【００９８】
下記は、膜弁の異なる部品の材料を選定するためのいくつかの例示的基準である。
【００９９】
弁本体：膜弁の本体に使用される材料は、例えば、弁がマイクロポンプと同じ材料から作製される場合、用途の要件によって定義され得る。材料は、その形状を保持し、チャンバ容積を提供するために十分に頑丈または剛体である必要がある。材料は、非導電性である。
【０１００】
膜：この部品の材料は、鼓膜構造（コンパートメントを覆う薄い膜）を形成する。したがって、材料は、所望の距離にわたって前後に曲がり、および伸びるように要求され、弾性特性を有する。膜材料は、ガスおよび液体を含む流体に対して不透過性であり、非導電性であり、高い破壊電圧を保有する。好適な材料の例は、窒化ケイ素およびテフロン（登録商標）および、ＰＥＴを含む。
【０１０１】
電極：これらの構造は、非常に薄く、導電性である材料から成る。電極が多くの電流を伝導しないので、材料は、比較的に高い電気抵抗を有し得るが、高抵抗特徴は、必ずしも望ましくない。電極は、膜との曲がりおよび引っ張りを受け、したがって、材料は、疲労および破損を伴わずに曲がりおよび引っ張りに対処するために柔軟であることが望ましい。加えて、電極材料および膜材料は、互いに良好に接着する必要があり、例えば、動作の条件下で互いに剥離しないであろう。好適な材料の例は、金、アルミニウム、および白金を含む。
【０１０２】
電気相互結線：駆動電圧が、各コンパートメントの各膜上の電極に伝導される。これらの電極への導電性経路は、導電性材料、例えば、金、アルミニウム、および白金を使用して、構築されることができる。
（ガス濃縮器を生産するためのロールツーロール処理）
【０１０３】
ロールツーロール処理ラインは、いくつかのステーション、例えば、ステーション１からステーションｎ（図示せず）を備えていることができ、それらは、配置、パターン化、および他の処理が起こる封入チャンバであるか、またはそれを含むことができる。高レベルで見ると、処理は、したがって、加法的（正確に所望される場所で材料を追加する）または減法的（所望される場所で材料を追加し、材料を除去する）であり得る。配置処理は、必要に応じて、蒸発、スパッタリング、および／または化学蒸着（ＣＶＤ）、および、印刷を含む。パターン化処理は、要件に応じて、走査レーザおよび電子ビームパターン発生、機械加工、光リソグラフィ、パターン化されている特徴の解像度に応じてグラビアおよびフレキソ（オフセット）印刷等の技法を含むことができる。インクジェット印刷およびスクリーン印刷が、導体等の機能材料を置くために使用されることができる。インプリンティングおよびエンボス加工等の他の技法も、使用されることができる。
【０１０４】
最初の原材料は、可撓性材料のウェブである。ロールツーロール処理において、可撓性材料のウェブは、任意のそのような材料であり得、典型的に、ガラスまたはプラスチックまたはステンレス鋼である。これらの材料のうちのいずれか（またはその他）が、使用され得るが、プラスチックは、ガラスおよびステンレス鋼を超える低コスト考慮事項の利点を有し、ガス濃縮器の生産のための生体適合性材料である。
【０１０５】
製造において、採用され得る犠牲充填材料は、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）である。犠牲充填材料は、必要とされる場合、処理中に本体の上に膜を支持するために使用されることができる。溶媒が、次いで、製造プロセスで使用され、続いて、この犠牲充填材料を除去するであろう。
【０１０６】
弁ユニット（膜弁、および、電極および電気接続を伴う膜弁への経路接続）を有するロールは、ダイスカットおよび収集され、マイクロポンプとともに製作されることができるか、または、マイクロポンプの製作に続いて組み立てられ、一緒にパッケージ化されることができる。すなわち、ウェブ上のマイクロポンプユニットのレイアウトに応じて、同じウェブ上でマイクロポンプを弁ユニットと統合することが可能であり得る。
【０１０７】
膜弁は、個別に、または概して、図１−４に示されるように、相互接続チャネルを伴う弁アセンブリとして、構築されることができる。
【０１０８】
弁アセンブリ１８のための例証的マスクとして、図９を考慮されたい。弁アセンブリ１８は、一体ユニットとして、または２つのユニットとして構築されることができる。図６Ａ−６Ｃに議論される弁タイプ５０に関して、３つの本体層のスタックが、２つの膜によって間隔を置かれ、４つの電極が、スタックされた本体層の２つの壁の上にあり、他の２つの電極が、膜の各々の主要表面のうちの１つの上にある。導管（図９の線によって図示され、参照されていない）が、上記の参照することによって組み込まれた出願に開示される技法のうちのいずれかを使用して、本体層から機械加工される膜によって間隔を置かれたコンパートメントを提供する空洞のように、本体層から機械加工され得る。膜弁６５、７０に関して、それらのタイプの弁を生産するための処理は、類似するであろうが、単一の本体層および２つの膜を伴い、いくつかの側面において、膜弁６５、７０が、本明細書に開示されるような特徴を考慮して、マイクロポンプの単一の作動させられる中間チャンバであるので、上記の出願に議論されるプロセスのうちのいずれかに従って、マイクロポンプに使用される構築原理から適合されることができる。
【０１０９】
ゼオライトのふるい床２５ａ、２５ｂは、異なるウェブ上に構築されることができ、これらは、マイクロポンプ等と一緒に結び付けられることができる。マイクロポンプの構築は、上記の参照することによって組み込まれた出願に議論されるプロセスのうちのいずれかによるものであり得る。
【０１１０】
ガラスまたはプラスチックまたはステンレス鋼等の可撓性材料のシートが、ウェブとして使用される。特定の実装に関して、材料は、プラスチックシート、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。
【０１１１】
シートは、厚さ５０ミクロンのシートである。他の厚さも、使用され得る（例えば、シートは、例えば、２５ミクロン〜２５０ミクロン（またはそれを上回る）の厚さを有し得る）。厚さは、構築されるべき微小電気機械システムの所望の性質およびロールツーロール処理ラインの処理能力を基にして予測される。これらの考慮事項は、最大厚さへの実用的限界を提供するであろう。同様に、最小厚さは、構築されるべき微小電気機械システムの所望の性質およびロールツーロール処理ライン内で非常に薄いシートを取り扱う能力を基にして予測される。
【０１１２】
膜弁に関して、層は、本体に関しては約５０ミクロン、膜要素に関しては５ミクロンの上で述べられるような厚さを有するであろう。しかしながら、他の厚さも、可能である。例えば、電極に関して５０〜１５０オングストロームの金属層が、蒸発または他の技法等の種々のアプローチによって提供される。そのような金属化フィルムも、市販されている。
【０１１３】
ロールからのシートは、アブレーションステーション、例えば、レーザアブレーションステーション１においてパターン化される。マスク（図示せず）が、コンパートメントおよび、整列孔（示されていないが、公開出願に議論されている）を除去するように、またはそれを画定または形成するように、レーザアブレーションステーションを構成するために使用される。ビアも、公開出願に示され、議論されるように、電気接続のために提供される。微小機械加工は、プラスチックを取り除き、フレーム部分を残しながら弁のコンパートメントを形成する。
【０１１４】
コンパートメントを伴うシートは、シート、例えば、シートの上面に１００ＡのＡｌの金属層を伴うＰＥＴの厚さ５ミクロンのシートまで、積層ステーションにおいて積層される。このシートは、コンパートメントにわたって膜および電極を形成する。これは、中間コンパートメントであり、したがって、フレーム内に画定されたポートを有し得る。端部キャップが、第２および第３のウェブ上に形成されることができる。シートは、金属層のコーディングに先立って、またはそれに続いて、整列孔（図示せず）を提供するように機械加工される。
【０１１５】
端部キャップユニットおよび中間ユニットが、次いで、個々の弁、または通路も生成される場合は個々の相互接続された弁を形成し、弁アセンブリを提供するように、スタックされる。水平基部に搭載される垂直な４つの支柱を備えている同時係属公開出願に議論されるようなジグが、（弁または弁アセンブリの）切断金型の個々のものをスタックするために使用されることができる。ジグ上に、端部キャップ（例えば、金属層を伴う５０ミクロンＰＥＴシート）が、提供され、端部キャップの上に中間ユニットが、提供される。中間ユニットは、ジグ上の定位置でユニットを保持するようにスポット溶接される（局所的加熱源を適用する）。第２の上端部キャップが、スタックされた中間ユニット上に提供され、スポット溶接される。スタックが上部キャップを用いて完了すると、スタックユニットは、スタックが積層され、ユニットおよびキャップを一緒に積層する積層ステーションに送られる。端部キャップおよび上部キャップは、パッケージ化の一部でもあり得る。別様に、分離可能なユニットの組が、対で積層されることができる。組立のための他のスタッキング技法も、整合孔の有無を問わず可能である。
【０１１６】
要約すると、ガス濃縮器５０は、ガス濃縮器５０の内部にあり、空気ポンプおよび真空ポンプの両方に使用されるマイクロポンプ（マイクロ送風機としての機能を果たす）を有するであろう。アクティブ弁１８は、示されるような内部膜タイプ弁であろう。図６Ａ−６Ｃおよび６Ｄに議論されるような弁タイプは、種々の弁アセンブリ内の弁の全てに使用されることができる。いくつかの事例において、図６Ｅ内の弁が、図６Ａ−６Ｄの弁タイプの代わりに使用され得る。
【０１１７】
いくつかの事例において、蠕動マイクロポンプアプローチが、使用され得る。１つの蠕動ポンプ概念は、２０１７年３月１３日に出願され、「Ｍｉｃｒｏ  Ｐｕｍｐ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」と題された出願第６２／４７０，４６０号（その内容全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に議論される。このアプローチにおいて、３つのマイクロポンプ要素が、直列構成にある。マイクロポンプ要素は、固定弁を有しておらず、代わりに、マイクロポンプ要素のうちの第１および第３のものが、第１および第３のマイクロポンプ要素の中間にある第２のマイクロポンプ要素のための弁としての機能を果たす。
【０１１８】
ふるい床２５ａ、２５ｂは、内部または外部にあり得、材料コーティングされたチャネルを有し得る。外部バルーンタイプ構造等の均圧リザーバが、内部または外部にあり得る。内部チャネルは、マイクロ加工プロセス中に画定され、内部にある電気接続は、マイクロ加工プロセス中に画定される。
【０１１９】
電子機器２２は、外部にあり、ソフトウェアアルゴリズム、圧力、流量、濃度等に関する内部統合型センサの監視、および、内部または外部スイッチ、ポンプ、およびディスプレイ等の制御を介して、位相タイミングを実装するであろう小型化回路であり得る。電子機器２２は、内蔵され得る。電子機器２２は、種々の異なる電気または電子制御、コンピューティング、または処理デバイスのうちのいずれかとして実装されることができ、上で議論される種々の機能の任意の組み合わせを実施し、開示されるガス濃縮器の種々のコンポーネント、例えば、弁、ポンプ等を制御することができる。
【０１２０】
電子機器２２は、概して、随意に、プロセッサ（または複数のプロセッサ）、メモリ、記憶デバイス、および入力／出力デバイスのうちのいずれか１つ以上のものを含むコントローラとして実装されることができる。これらのコンポーネントのうちのいくつかまたは全ては、システムバスを使用して相互接続されることができる。プロセッサは、実行のために命令を処理することが可能である。いくつかの実施形態において、プロセッサは、メモリ内または記憶デバイス上に記憶された命令を処理することが可能なシングルスレッドプロセッサまたはマルチスレッドプロセッサまたはハードウェアコントローラである。いくつかの実装は、ディスプレイデバイスを含むことができ、制御は、ユーザのために情報を表示するように、かつ上で議論される種々の監視および制御機能を実行するように構成される。本明細書に開示されるシステムのための好適なプロセッサは、汎用および専用マイクロプロセッサの両方を含む。
【０１２１】
メモリは、システム内に情報を記憶し、揮発性または不揮発性メモリ等のコンピュータ読み取り可能な媒体であり得る。記憶デバイスは、大容量記憶装置を提供することが可能であり得る。一般に、記憶デバイスは、コンピュータ読み取り可能な命令を記憶するように構成される任意の非一過性の有形媒体を含むことができる。記憶デバイスは、一例として、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュメモリデバイス等の半導体メモリデバイスを含むあらゆる形態の不揮発性メモリを含む。本明細書に開示されるプロセッサおよびメモリユニットは、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）および同等物によって補完される、またはそれに組み込まれる、またはそこから提供されることができる。
【０１２２】
種々の測定、監視、制御、および通信機能を果たすためのコンポーネントを含む本明細書に説明される特徴は、デジタル電子回路で、またはコンピュータハードウェア、ファームウェアで、またはそれらの組み合わせで、実装されることができる。方法ステップは、プログラマブルプロセッサによる実行のために、情報キャリアで、例えば、機械読み取り可能な記憶デバイスで有形に具現化されるコンピュータプログラム製品で実装されることができ、特徴は、命令のそのようなプログラムを実行し、上で説明されるステップおよび機能のうちのいずれかを実施する、プログラマブルプロセッサによって、実施されることができる。１つ以上のシステムプロセッサによる実行のために好適なコンピュータプログラムは、命令を実行するプロセッサまたは他のコンピューティングデバイスに、上で議論される種々のステップを含むあるアクティビティを実施させるために、直接または間接的に使用され得る命令の組を含む。
【０１２３】
本明細書に説明される異なる実装の要素は、上で具体的に記載されていない他の実施形態を形成するように組み合わせられ得る。要素は、それらの動作に悪影響を及ぼすことなく、本明細書に説明される構造から外され得る。さらに、種々の別個の要素は、本明細書に説明される機能を果たすように、１つ以上の個々の要素に組み合わせられ得、異なる弁の時間または異なる弁を提供するアルゴリズムが、濃縮器動作に影響を及ぼすために使用され得る。他の実施形態も、以下の請求項の範囲内である。例えば、いくつかの実装において、１つだけのマイクロポンプが、使用され得る。この配置は、マイクロポンプからのガスを多重化し、ガスをサイクルの第１の部分で第１のチャネル１０ａに送達し、サイクルの第２の部分で第１のチャネル１０ａからガスを引き出す、マルチプレクサ弁を含むであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
2021514778.tif 000032