(57)【要約】酸素濃縮器による酸素濃度感知などのためのガス感知動作が、装置により提供される。いくつかのバージョンにおいて、圧力、温度および／または質量流れセンサを備えるガス濃度感知装置は、容器中のガス混合物の特性を測定する。この装置のコントローラは、ガス混合物中の成分ガスの濃度を測定された圧力、温度および質量流量の関数として推定し得る。いくつかのバージョンにおいて、感知装置は、富化ガスの熱伝導度を測定し得、熱伝導度からの富化ガス中のアルゴン濃度をコントローラにより推定し得る。コントローラは、富化ガス中の酸素濃度をアルゴン濃度から推定し得る。いくつかのバージョンにおいて、酸素濃縮器は、質量流れセンサと、ボーラス送達のトリガおよび／または酸素濃度の測定、および／または質量流れセンサからの信号に基づいたボーラスプロファイルの調節を行うように構成されたコントローラとを有し得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス混合物中の成分ガスの濃度を推定する方法であって、
前記ガス混合物の圧力を測定することと、
前記ガス混合物の温度を測定することと、
前記ガス混合物の質量流量を測定することと、
前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度の推定を前記測定された圧力、温度および質量流量の関数として決定することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記方法は、
容器中の前記ガス混合物の第１の圧力および第１の温度の測定をインタバル開始時において行うことと、
前記容器中の前記ガス混合物の第２の圧力および第２の温度の測定を前記インタバル終了時において行うことと、
前記インタバルにわたる前記容器中の前記ガス混合物の質量変化を測定することと、
前記第１の圧力、前記第１の温度、前記第２の圧力、前記第２の温度および前記質量変化から前記ガス混合物の特定の気体定数を推定することと、
前記特定の気体定数の推定から前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度を推定することと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記容器中の前記ガス混合物の質量変化を測定することは、前記ガス混合物の質量流量の前記容器への進入または前記容器からの退出を示す信号の積分を前記第１の圧力および前記第１の温度の測定と前記第２の圧力および前記第２の温度の測定との間のインタバルにわたって行うことを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記信号は、前記容器から退出する前記ガス混合物の質量流量を示す、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記信号は、前記容器に進入する前記ガス混合物の質量流量を示す、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記信号は、前記容器から退出する前記ガス混合物の質量流量と、前記容器に進入する前記ガス混合物の質量流量との間の差を示す、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記特定の気体定数を推定することは、較正定数による乗算を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記成分ガスの濃度の推定において、前記ガス混合物中の各ガスの特定の気体定数が用いられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記成分ガスの濃度の推定において、前記容器の容量の測定が用いられる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ガス混合物は、３つ以上のガスの富化混合物である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記成分ガスの濃度の推定は、前記富化混合物中のガスの出発濃度に基づく、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ガスは、前記富化混合物中の非除去ガスである、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度の前記決定された推定に基づいて酸素濃縮器の動作を制御することをさらに含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸素濃縮器の動作は、圧力スイング吸着プロセスを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記酸素濃縮器の動作は、アラームをトリガすることを含む、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
ガス濃度感知装置であって、
容器中のガス混合物の圧力を測定するように構成された圧力センサと、
前記容器中の前記ガス混合物の温度を測定するように構成された温度センサと、
前記容器に進入または前記容器から退出する前記ガス混合物の質量流量を示す質量流量信号を発生させるように構成された質量流れセンサと、
前記圧力センサ、前記温度センサおよび前記質量流れセンサへ接続されたコントローラであって、前記コントローラは、前記ガス混合物中の成分ガスの濃度の推定を前記測定された圧力、温度および質量流量の関数として決定するように構成される、コントローラと
を含む、ガス濃度感知装置。
【請求項１７】
前記コントローラは、
インタバルにわたる前記容器中の前記ガス混合物の質量変化の計算を前記質量流量信号を用いて行うことと、
前記インタバルの開始時において第１の圧力測定および第１の温度測定と、前記インタバルの終了時において第２の圧力測定および第２の温度測定と、前記質量変化とから前記ガス混合物の特定の気体定数を推定することと、
前記ガス混合物の前記特定の気体定数の推定から前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度を推定することと
を行うように構成される、請求項１６に記載のガス濃度感知装置。
【請求項１８】
前記質量流れセンサは、前記容器の入口に配置される、請求項１７に記載のガス濃度感知装置。
【請求項１９】
前記質量流れセンサは、前記容器の出口に配置される、請求項１７に記載のガス濃度感知装置。
【請求項２０】
前記容器の出口に配置された第２の質量流れセンサをさらに含み、前記第２の質量流れセンサは、前記容器から退出する前記ガス混合物の質量流量を示す第２の質量流量信号を発生させるように構成され、前記コントローラは、前記容器中の前記ガス混合物の質量変化の計算を前記インタバルにわたって前記第２の質量流量信号を用いて行うように構成される、請求項１７に記載のガス濃度感知装置。
【請求項２１】
酸素濃縮器をさらに含み、前記コントローラは、前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度の前記決定された推定に基づいて前記酸素濃縮器の動作を制御するように構成される、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載のガス濃度感知装置。
【請求項２２】
前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度の前記決定された推定に基づいた前記酸素濃縮器の動作は、圧力スイング吸着プロセスを含む、請求項２１に記載のガス濃度感知装置。
【請求項２３】
前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度の前記決定された推定に基づいた前記酸素濃縮器の動作は、アラームをトリガすることを含む、請求項２１に記載のガス濃度感知装置。
【請求項２４】
ガス混合物中の成分ガスの濃度を推定する方法であって、
インタバル開始時および前記インタバルの終了時における圧力と、
前記インタバルの開始時および前記インタバルの終了時における温度と、
前記インタバルにわたる質量変化と
を含む、容器中の前記ガス混合物の特性の測定から前記ガス混合物の特定の気体定数を推定することと、
前記特定の気体定数推定から前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度を推定することと
を含む、方法。
【請求項２５】
前記ガス混合物の前記特定の気体定数を推定することにおいて、前記容器の容量の測定が用いられる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記成分ガスの濃度の推定は、前記ガス混合物中のガスの特定の気体定数に基づく、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ガス混合物は富化混合物である、請求項２４〜２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記成分ガスの濃度の推定は、前記富化混合物中の各ガスの出発濃度に基づく、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ガスは、前記富化混合物中の非除去ガスである、請求項２７または２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ガス混合物中の前記成分ガスの前記推定濃度に基づいて酸素濃縮器の動作を制御することをさらに含む、請求項２４〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記動作は、（１）圧力スイング吸着プロセスと、（２）アラームをトリガすることとのうち一方または両方を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
ガス濃度感知装置であって、
容器中のガス混合物の圧力を測定するように構成された圧力センサと、
前記容器中の前記ガス混合物の温度を測定するように構成された温度センサと、
前記ガス混合物の質量流量の前記容器への進入または前記容器からの退出を測定するように構成された質量流れセンサと、
コントローラと
を含み、前記コントローラは、
前記圧力センサを用いて測定される、インタバル開始時および前記インタバルの終了時における圧力と、
前記温度センサを用いて測定される、前記インタバルの開始時および前記インタバルの終了時における温度と、
前記質量流れセンサを用いて測定される、前記インタバルにわたる質量変化と
を含む、容器中の前記ガス混合物の特性、の測定から前記ガス混合物の特定の気体定数を推定することと、
前記ガス混合物中の成分ガスの濃度を前記特定の気体定数推定から推定することと
を行うように構成される、ガス濃度感知装置。
【請求項３３】
前記質量流れセンサは、前記容器の入口に配置される、請求項３２に記載のガス濃度感知装置。
【請求項３４】
前記質量流れセンサは、前記容器の出口に配置される、請求項３２に記載のガス濃度感知装置。
【請求項３５】
前記容器の出口に配置された第２の質量流れセンサをさらに含み、前記第２の質量流れセンサは、前記容器から退出する前記ガス混合物の質量流量を測定するように構成され、前記コントローラは、前記インタバルにわたる前記質量変化の測定を前記第２の質量流れセンサを用いて行うように構成される、請求項３３に記載のガス濃度感知装置。
【請求項３６】
酸素濃縮器をさらに含み、前記コントローラは、前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度の推定に基づいて前記酸素濃縮器の動作を制御するように構成される、請求項３２〜３５のいずれか一項に記載のガス濃度感知装置。
【請求項３７】
前記酸素濃縮器の動作は、（１）圧力スイング吸着プロセスと、（２）アラームをトリガすることとのうち一方または両方を含む、請求項３６に記載のガス濃度感知装置。
【請求項３８】
装置であって、
容器中のガス混合物の圧力の測定を発生させる手段と、
前記容器中の前記ガス混合物の温度の測定を発生させる手段と、
前記ガス混合物の質量流量の前記容器への進入または前記容器からの退出を示す質量流量信号を発生させる手段と、
前記ガス混合物中の成分ガスの濃度を前記測定された圧力、温度および質量流量の関数として推定する手段と
を含む、装置。
【請求項３９】
酸素富化ガス中の酸素濃度を推定する方法であって、
前記酸素富化ガスの熱伝導度を測定することと、
前記酸素富化ガス中のアルゴン濃度を前記熱伝導度から推定することと、
前記酸素富化ガス中の酸素濃度を前記アルゴン濃度から推定することと
を含む、方法。
【請求項４０】
前記酸素富化ガスの熱伝導度を測定することは、
前記酸素富化ガスの流れの温度を推定することと、
前記酸素富化ガスの流れと熱連通する自己発熱要素の温度を測定することと、
前記流れの温度と、前記自己発熱要素の温度との間の差から前記熱伝導度を推定することと
を含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記酸素富化ガスの流れの流量を測定することをさらに含み、前記熱伝導度の推定において、前記差および前記測定された流量から前記熱伝導度を推定する、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記アルゴン濃度を推定することは、熱伝導度をアルゴン濃度に対して作表するルックアップテーブル中の値間に内挿することを含む、請求項３９〜４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記推定された酸素濃度に基づいて酸素濃縮器の動作を制御することをさらに含む、請求項３９〜４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記動作は、（１）圧力スイング吸着プロセスと、（２）アラームをトリガすることとのうち一方または両方を含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
酸素濃度感知装置であって、
酸素富化ガスの熱伝導度を測定するように構成されたセンサと、
コントローラと
を含み、前記コントローラは、
前記酸素富化ガス中のアルゴン濃度を前記熱伝導度から推定することと、
前記酸素富化ガス中の酸素濃度をアルゴン濃度から推定することと
を行うように構成される、酸素濃度感知装置。
【請求項４６】
前記センサは、
前記酸素富化ガスの流れの温度を感知するように構成された温度センサと、
前記酸素富化ガスの流れと熱連通する自己発熱要素と
を含む、請求項４５に記載の酸素濃度感知装置。
【請求項４７】
前記コントローラは、前記流れの温度と、前記自己発熱要素の温度との間の差から前記熱伝導度を推定するようにさらに構成される、請求項４６に記載の酸素濃度感知装置。
【請求項４８】
前記酸素富化ガスの流量を示す信号を発生させるように構成された流量センサをさらに含み、前記コントローラは、前記差および前記酸素富化ガスの流量から前記熱伝導度を推定するように構成される、請求項４７に記載の酸素濃度感知装置。
【請求項４９】
酸素濃縮器をさらに含み、前記コントローラは、前記酸素濃度の推定に基づいて前記酸素濃縮器の動作を制御するように構成される、請求項４５〜４８のいずれか一項に記載の酸素濃度感知装置。
【請求項５０】
前記酸素濃縮器の動作は、（１）圧力スイング吸着プロセスと、（２）アラームをトリガすることとのうち一方または両方を含む、請求項４９に記載の酸素濃度感知装置。
【請求項５１】
装置であって、
酸素富化ガスの熱伝導度を測定する手段と、
前記酸素富化ガス中のアルゴン濃度を前記熱伝導度から推定する手段と、
前記酸素富化ガス中の酸素濃度を前記アルゴン濃度から推定する手段と
を含む、装置。
【請求項５２】
酸素濃縮器装置であって、
出口であって、前記出口は、送達デバイスとの空気圧接続に適しており、前記送達デバイスは、使用時において酸素富化ガスをユーザへ送達させる、出口と、
ガス分離吸着剤を含む少なくとも２つのキャニスタであって、前記ガス分離吸着剤は、前記酸素富化ガスを生成するように、前記少なくとも２つのキャニスタ中の空気から少なくとも一定の窒素のガス分離のために構成される、少なくとも２つのキャニスタと、
前記ガス分離の促進のために動作時に空気を圧縮させるように前記キャニスタのうち少なくとも１つへ接続されたコンプレッサを含む圧縮システムと、
前記キャニスタのうち１つ以上へ接続されて、前記キャニスタのうち１つ以上中において生成された前記酸素富化ガスを、使用時に蓄積するアキュムレータであって、前記アキュムレータは、前記出口へ空気圧的に接続される、アキュムレータと、
前記アキュムレータおよび前記出口へ空気圧接続された流量センサであって、前記流量センサは、少なくとも流量信号を発生させるように構成される、流量センサと、
１つ以上のプロセッサを含むコントローラ、および前記コントローラへ接続された１組の弁と
を含み、
前記コントローラは、（ａ）前記酸素富化ガスを前記アキュムレータ中に生成することと、（ｂ）前記生成された酸素富化ガスを前記アキュムレータから少なくとも１つのボーラスとして放出することとを行うために、前記１組の弁の動作を制御するように構成され、
前記コントローラは、
前記流量センサから前記流量信号を受信することと、
使用時において前記ユーザの吸息開始を検出するために前記流量信号を評価することと、
前記１組の弁の送達弁が、前記流量センサからの前記流量信号の評価からの前記検出された開始に基づいて前記少なくとも１つのボーラスを、前記出口へ放出するように制御することと、
前記少なくとも１つのボーラスの放出時に前記流量信号を監視することと
を行うようにさらに構成される、酸素濃縮器装置。
【請求項５３】
前記流量センサは熱質量流れセンサであり、前記コントローラは、
前記熱質量流れセンサから熱伝導度信号を受信することと、
前記熱質量流れセンサからの前記受信された熱伝導度信号に基づいて前記酸素富化ガスの酸素濃度を推定することと
を行うようにさらに構成される、請求項５２に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項５４】
前記コントローラは、
前記推定された酸素濃度を評価することと、
前記推定された酸素濃度の評価に基づいてアラーム信号を発生させることと
を行うようにさらに構成される、請求項５３に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項５５】
前記コントローラは、前記送達弁を制御して、前記流量センサからの前記監視された流量信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するようにさらに構成される、請求項５２〜５４のいずれか一項に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項５６】
前記送達弁は多ポート弁を含み、前記多ポート弁は、タップへ空気圧接続された第１のポートと、前記出口へ空気圧接続された第２のポートと、前記アキュムレータへ空気圧接続された第３のポートとを含む、請求項５２〜５５のいずれか一項に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項５７】
前記吸息開始を感知するために、前記コントローラは、（１）前記タップへの前記第１のポートを（２）前記出口への前記第２のポートへ空気圧接続させるため、前記送達弁を設定するように構成される、請求項５６に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項５８】
前記少なくとも１つのボーラスを放出するために、前記コントローラは、（１）前記出口への前記第２のポートを（２）前記アキュムレータへの前記第３のポートへ空気圧接続させるため、前記送達弁を設定するように構成される、請求項５６または５７に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項５９】
空気圧経路中の雰囲気へのタップを前記出口と前記アキュムレータとの間にさらに含み、前記流量センサは、雰囲気から前記空気圧経路へ前記タップを通過する流量を測定するように前記タップの近隣に配置される、請求項５２〜５５のいずれか一項に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６０】
前記タップは、ボーラス放出時において前記タップを通過する流れの量を制限するように構成された高インピーダンス配管を含む、請求項５９に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６１】
前記雰囲気へのタップに平行な受動型弁をさらに含み、前記受動型弁は、前記受動型弁を通過する流れの方向に応じて前記受動型弁を通過する異なる流量を許容するように構成される、請求項５９または６０に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６２】
酸素濃縮器装置であって、
出口であって、前記出口は、送達デバイスとの空気圧接続に適しており、前記送達デバイスは、使用時において酸素富化ガスをユーザへ送達させる、出口と、
ガス分離吸着剤を含む少なくとも２つのキャニスタであって、前記ガス分離吸着剤は、前記酸素富化ガスを生成するように、前記少なくとも２つのキャニスタ中の空気から少なくとも一定の窒素のガス分離のために構成される、少なくとも２つのキャニスタと、
前記ガス分離の促進のために動作時に空気を圧縮させるように前記キャニスタのうち少なくとも１つへ接続されたコンプレッサを含む圧縮システムと、
前記キャニスタのうち１つ以上へ接続されて、前記キャニスタのうち１つ以上中において生成された前記酸素富化ガスを、使用時に蓄積するアキュムレータであって、前記アキュムレータは、前記出口へ空気圧的に接続される、アキュムレータと、
前記アキュムレータおよび前記出口へ空気圧接続された熱質量流れセンサであって、前記熱質量流れセンサは、少なくとも流量信号および熱伝導度信号を発生させるように構成される、熱質量流れセンサと、
１つ以上のプロセッサを含むコントローラ、および前記コントローラへ接続された１組の弁と
を含み、
前記コントローラは、（ａ）前記酸素富化ガスを前記アキュムレータ中に生成することと、（ｂ）前記生成された酸素富化ガスを前記アキュムレータから少なくとも１つのボーラスとして放出することと、を行うために前記１組の弁の動作を制御するように構成され、
前記コントローラは、
前記熱質量流れセンサから前記流量信号を受信することと、
前記熱質量流れセンサから前記熱伝導度信号を受信することと、
前記出口へ前記少なくとも１つのボーラスを放出するように前記１組の弁の送達弁を制御することと、
前記少なくとも１つのボーラスの放出時に前記流量信号を監視することと、
前記熱質量流れセンサからの前記受信された熱伝導度信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラス中の酸素濃度を推定することと
を行うようにさらに構成される、酸素濃縮器装置。
【請求項６３】
前記コントローラは、
前記推定された酸素濃度を評価することと、
前記推定された酸素濃度の評価に基づいてアラーム信号を発生させることと
を行うようにさらに構成される、請求項６２に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６４】
前記コントローラは、前記送達弁を制御して、前記熱質量流れセンサからの前記監視された流量信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するようにさらに構成される、請求項６２または６３に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６５】
酸素濃縮器装置であって、
出口であって、前記出口は、送達デバイスとの空気圧接続に適しており、前記送達デバイスは、使用時において酸素富化ガスをユーザへ送達させる、出口と、
ガス分離吸着剤を含む少なくとも２つのキャニスタであって、前記ガス分離吸着剤は、前記酸素富化ガスを生成するように、前記少なくとも２つのキャニスタ中の空気から少なくとも一定の窒素のガス分離のために構成される、少なくとも２つのキャニスタと、
前記ガス分離の促進のために動作時に空気を圧縮させるように前記キャニスタのうち少なくとも１つへ接続されたコンプレッサを含む圧縮システムと、
前記キャニスタのうち１つ以上へ接続されて、前記キャニスタのうち１つ以上中において生成された前記酸素富化ガスを、使用時に蓄積するアキュムレータであって、前記アキュムレータは、前記出口へ空気圧的に接続される、アキュムレータと、
前記アキュムレータおよび前記出口へ空気圧接続された熱質量流れセンサであって、前記熱質量流れセンサは、少なくとも流量信号および熱伝導度信号を発生させるように構成される、熱質量流れセンサと、
１つ以上のプロセッサを含むコントローラ、および前記コントローラへ接続された１組の弁と
を含み、
前記コントローラは、（ａ）前記酸素富化ガスを前記アキュムレータ中に生成することと、（ｂ）前記生成された酸素富化ガスを前記アキュムレータから少なくとも１つのボーラスとして放出することと、を行うために前記１組の弁の動作を制御するように構成され、
前記コントローラは、
前記熱質量流れセンサから前記流量信号を受信することと、
前記熱質量流れセンサから前記熱伝導度信号を受信することと、
使用時において前記ユーザの吸息開始を検出するために前記流量信号を評価することと、
前記１組の弁の送達弁が、前記熱質量流れセンサからの前記流量信号の評価からの前記検出された開始に基づいて前記少なくとも１つのボーラスを、前記出口へ放出するように制御することと、
前記熱質量流れセンサからの前記受信された熱伝導度信号に基づいて前記ボーラス中の酸素濃度を推定することと
を行うようにさらに構成される、酸素濃縮器装置。
【請求項６６】
前記コントローラは、
前記推定された酸素濃度を評価することと、
前記推定された酸素濃度の評価に基づいてアラーム信号を発生させることと
を行うようにさらに構成される、請求項６５に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６７】
空気圧経路中の雰囲気へのタップを前記出口と前記アキュムレータとの間にさらに含み、前記熱質量流れセンサは、雰囲気から前記空気圧経路へ前記タップを通過する流量を測定するように前記タップの近隣に配置される、請求項６５または６６に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６８】
前記雰囲気へのタップ中に受動型弁をさらに含み、前記受動型弁は、前記受動型弁を通過する流れの方向に応じて前記受動型弁を通過する異なる流量を許容するように構成される、請求項６７に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６９】
前記受動型弁は、低陽圧において小デッドバンドと共に構成される、請求項６８に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項７０】
前記雰囲気へのタップと平行な高インピーダンス配管をさらに含み、前記高インピーダンス配管は、前記少なくとも１つのボーラスの放出時において前記配管を通過する流れの量を制限するように構成される、請求項６５〜６９のいずれか一項に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項７１】
前記コントローラは、前記少なくとも１つのボーラスの放出時において前記流量信号を監視するようにさらに構成される、請求項７０に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項７２】
前記コントローラは前記送達弁を制御して、前記熱質量流れセンサからの前記監視された流量信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するようにさらに構成される、請求項７１に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項７３】
酸素濃縮器装置のコントローラにおける方法であって、
前記コントローラ内に流量信号を受信することであって、前記流量信号は、流量センサにより発生され、前記流量センサは、（１）前記酸素濃縮器装置によって発生された酸素富化ガス用のアキュムレータと、（２）前記酸素富化ガス用の出口とに空気圧接続される、前記コントローラ内に流量信号を受信することと、
前記酸素濃縮器装置のユーザの吸息開始を検出するように前記流量信号を前記コントローラ内において評価することと、
送達弁が、前記流量センサからの前記流量信号の評価からの前記検出された開始に基づいて酸素富化ガスの少なくとも１つのボーラスを、前記出口へ放出するように前記コントローラによって制御することと、
前記少なくとも１つのボーラスの放出時に前記流量信号を前記コントローラ内において監視することと
を含む、方法。
【請求項７４】
前記流量センサは、熱質量流れセンサであり、前記方法は、
前記熱質量流れセンサからの熱伝導度信号を前記コントローラ内において受信することと、
前記熱質量流れセンサからの前記受信された熱伝導度信号に基づいて前記酸素富化ガスの酸素濃度を前記コントローラ内において推定することと
をさらに含む、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記推定された酸素濃度を前記コントローラ内において評価することと、
前記推定された酸素濃度の評価に基づいて前記コントローラによりアラーム信号を発生させることと
をさらに含む、請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
前記流量センサからの前記監視された流量信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するように前記送達弁を前記コントローラにより制御することをさらに含む、請求項７３〜７５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７７】
前記送達弁は多ポート弁を含み、前記多ポート弁は、タップへ空気圧接続された第１のポートと、前記出口へ空気圧接続された第２のポートと、前記アキュムレータへ空気圧接続された第３のポートとを含む、請求項７３〜７６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７８】
前記吸息開始を感知するために、前記コントローラは、（１）前記タップへの前記第１のポートを（２）前記出口への前記第２のポートへ空気圧接続させるように前記送達弁の設定を制御する、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記少なくとも１つのボーラスを放出するために、前記コントローラは、（１）前記出口への前記第２のポートを（２）前記アキュムレータへの前記第３のポートへ空気圧接続させるように前記送達弁の設定を制御する、請求項７７または７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記流量センサは、雰囲気から空気圧経路へ前記タップを通過する流量を測定するようにタップの近隣に配置され、前記タップは雰囲気へ空気圧接続され、前記空気圧経路は、前記出口と前記アキュムレータとの間に設けられる、請求項７３〜７６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８１】
前記タップは、ボーラス放出時において前記タップを通過する流れの量を制限するように構成された高インピーダンス配管を含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
受動型弁は、前記雰囲気へのタップと平行に設けられ、前記受動型弁は、前記受動型弁を通過する流れの方向に応じて前記受動型弁を通過する異なる流量を許容するように構成される、請求項８０または８１に記載の方法。
【請求項８３】
酸素濃縮器装置のコントローラにおける方法であって、
流量信号および熱伝導度信号を前記コントローラ内において受信することであって、前記流量信号および前記熱伝導度信号は、熱質量流れセンサにより発生され、前記熱質量流れセンサは、（１）前記酸素濃縮器装置によって発生された酸素富化ガス用のアキュムレータと、（２）前記酸素富化ガス用の出口とに空気圧接続される、流量信号および熱伝導度信号を前記コントローラ内において受信することと、
送達弁が、酸素富化ガスの少なくとも１つのボーラスを、前記出口へ放出するように前記コントローラによって制御することと、
前記少なくとも１つのボーラスの放出時に前記流量信号を前記コントローラ内において監視することと、
前記熱質量流れセンサからの前記受信された熱伝導度信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラス中の酸素濃度の推定を前記コントローラ内において行うことと
を含む、方法。
【請求項８４】
前記推定された酸素濃度を前記コントローラ内において評価することと、
前記推定された酸素濃度の評価に基づいて前記コントローラによりアラーム信号を発生させることと
をさらに含む、請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
前記熱質量流れセンサからの前記監視された流量信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するように前記送達弁を前記コントローラによって制御することをさらに含む、請求項８３または８４に記載の方法。
【請求項８６】
酸素濃縮器装置のコントローラにおける方法であって、
流量信号および熱伝導度信号を前記コントローラ内において受信することであって、前記流量信号および前記熱伝導度信号は、熱質量流れセンサにより発生され、前記熱質量流れセンサは、（１）前記酸素濃縮器装置によって発生された酸素富化ガス用のアキュムレータと、（２）前記酸素富化ガス用の出口とに空気圧接続される、流量信号および熱伝導度信号を前記コントローラ内において受信することと、
前記酸素濃縮器装置のユーザの吸息開始を検出するように前記流量信号を前記コントローラ内において評価することと、
送達弁が、前記熱質量流れセンサからの前記流量信号の評価からの前記検出された開始に基づいて酸素富化ガスの少なくとも１つのボーラスを、前記出口へ放出するように前記コントローラによって制御することと、
前記熱質量流れセンサからの前記受信された熱伝導度信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラス中の酸素濃度の推定を前記コントローラ内において行うことと
を含む、方法。
【請求項８７】
前記推定された酸素濃度を前記コントローラ内において評価することと、
前記推定された酸素濃度の評価に基づいて前記コントローラによりアラーム信号を発生させることと
をさらに含む、請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
前記熱質量流れセンサは、雰囲気から空気圧経路へ前記タップを通過する流量を測定するようにタップの近隣に配置され、前記タップは雰囲気へ空気圧接続され、前記空気圧経路は、前記出口と前記アキュムレータとの間に設けられる、請求項８６または８７に記載の方法。
【請求項８９】
受動型弁が前記雰囲気へのタップ中に設けられており、前記受動型弁は、前記受動型弁を通過する流れの方向に応じて前記受動型弁を通過する異なる流量を許容するように構成される、請求項８８に記載の方法。
【請求項９０】
前記受動型弁は、低陽圧において小デッドバンドと共に構成される、請求項８９に記載の方法。
【請求項９１】
高インピーダンス配管が前記雰囲気へのタップと平行に設けられ、前記高インピーダンス配管は、前記少なくとも１つのボーラスの放出時において前記高インピーダンス配管を通過する流れの量を制限するように構成される、請求項８６〜９０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９２】
前記少なくとも１つのボーラスの放出時に前記流量信号を前記コントローラ内において監視することをさらに含む、請求項９１に記載の方法。
【請求項９３】
前記熱質量流れセンサからの前記監視された流量信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するように前記送達弁を前記コントローラにより制御することをさらに含む、請求項９２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、オーストラリア仮出願第２０１７９０５１３７号(出願日：２０１７年１２月２１日)およびオーストラリア仮出願第２０１８９０３６３４号(出願日：２０１８年９月２６日)の利益を主張する。本明細書中、同文献全体を参考のため援用する。
【０００２】
技術の分野
本技術は、呼吸器疾患治療のための方法および装置に主に関し、より詳細には、ガス濃度(例えば、酸素濃縮器によって生成された酸素富化ガスの酸素濃度)の測定のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
長期酸素治療（ＬＴＯＴ）の一環として酸素補充を必要とするユーザが、多数存在している。現在、ＬＴＯＴを利用している大多数のユーザは、一般的な慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）のカテゴリー下において診断される。その一般的診断を挙げると、慢性喘息、肺気腫および他のいくつかの心肺状態などの一般的疾病がある。他にも、酸素補充を必要とするユーザがおり、例えば、肥満の人が高い活動レベルを維持するために利用したり、あるいは嚢胞性繊維症または気管支肺異形成症の幼児が利用する場合もある。
【０００４】
医師は、これらのユーザのために、酸素濃縮器または医療用酸素のポータブルタンクを処方し得る。一般的には、特定の連続的酸素流量が処方される（例えば、１リットル／分（ＬＰＭ）、２ＬＰＭ、３ＬＰＭなど）。この分野における専門家によれば、これらのユーザが運動を行うと、疾病進行の抑制、生活の質の向上およびユーザ寿命の延びという長期的恩恵が得られることも判明している。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の大部分は、これらのユーザにとって激し過ぎる。そのため、可動性の必要性が、長く認識されている。最近まで、小型の圧縮酸素タンクの利用により、この可動性が促進されている。これらのタンクの不利点として、酸素量が有限である点と、（ドーリーホイール付きのカート上に取り付けた際に）重量が約５０ポンドであり高重量である点がある。
【０００５】
酸素濃縮器は、呼吸不全に罹患しているユーザへの酸素補充供給のために、約５０年間利用されている。これらの流量を提供するために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、大型の定置型家庭用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の利点として、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可動性のために小型にするために、酸素富化ガス生成に必要な多様なシステムが高密度化されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＰＯＣから送達される酸素富化ガス中の酸素濃度が分かると、有利である。さらに、いくつかの管轄区において、濃度が一定の閾値を下回った場合にアラームを鳴らすことが法的規制になっているところが実際にある。酸素センサは、ガス中の酸素の有無の検出および／またはガス中の酸素濃度の測定が可能なデバイスである。酸素センサの種類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、および光学酸素センサがある。しかし、これらの種類はそれぞれ、１つ以上の不利点がある。詳細には、超音波酸素センサの場合、経路遅延およびよって音速の高精度測定に必要な経路の長さに起因して、高価かつ大型であることが多い。そのため、既存の種類の不利点を改善する新規の種類の酸素センサが、必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術のいくつかのバージョンは、ガス混合物中の成分ガス(例えば、ＰＯＣから送達される酸素富化ガス中の酸素)の濃度を測定する方法および装置を含み得る。
【０００８】
いくつかのバージョンにおいて、本装置は、圧力センサおよびガス混合物を含むチャンバ中の温度センサと、チャンバに隣接する質量流れセンサとを含み得る。処理方法において、圧力センサおよび温度センサそれぞれによって測定されるようなチャンバ中のガスの圧力および温度は、容器中のガス混合物の質量変化が質量流れセンサによって測定されるインタバルの開始時および終了時において用いられ、この質量変化と共に、チャンバ中のガス混合物の特定の気体定数の推定を理想的または普遍的な気体法則に基づいて行う。ガス濃度は、ガス混合物の特定の気体定数から推定され得る。
【０００９】
任意選択的に、いくつかのバージョンにおいて、本装置は、酸素富化ガスのアルゴン濃度の感知を酸素富化ガスの熱特性を用いて行うように構成されたアルゴン濃度センサを含み得る。アルゴンの熱特性は酸素および窒素の熱特性と有意に異なるため、熱特性は、窒素、酸素およびアルゴンの混合物中のアルゴン濃度の感知に特に適している。アルゴン濃度は、酸素富化ガスの酸素濃度の推測に用いられ得る。
【００１０】
本技術のいくつかのバージョンは、ガス混合物中の成分ガスの濃度を推定する方法を含み得る。本方法は、ガス混合物の圧力を測定することを含み得る。本方法は、ガス混合物の温度を測定することを含み得る。本方法は、ガス混合物の質量流量を測定することを含み得る。本方法は、ガス混合物中の成分ガスの濃度の推定を測定された圧力、温度および質量流量の関数として決定することを含み得る。
【００１１】
いくつかのバージョンにおいて、本方法は、容器中のガス混合物の第１の圧力および第１の温度の測定をインタバル開始時において行うことを含み得る。本方法は、容器中のガス混合物の第２の圧力および第２の温度の測定をインタバル終了時において行うことを含み得る。本方法は、インタバルにわたる容器中のガス混合物の質量変化を測定することを含み得る。本方法は、第１の圧力、第１の温度、第２の圧力、第２の温度および質量変化からガス混合物の特定の気体定数を推定することを含み得る。本方法は、特定の気体定数の推定からガス混合物中の成分ガスの濃度を推定することを含み得る。
【００１２】
いくつかのバージョンにおいて、容器中のガス混合物の質量変化を測定することは、ガス混合物の質量流量の容器への進入または容器からの退出を示す信号の積分を第1の圧力および第1の温度の測定と第2の圧力および第2の温度の測定との間のインタバルにわたって行うことを含み得る。この信号は、容器から退出するガス混合物の質量流量を示し得る。この信号は、容器に進入するガス混合物の質量流量を示し得る。この信号は、容器から退出するガス混合物の質量流量と、容器に進入するガス混合物の質量流量との間の差を示し得る。特定の気体定数を推定することは、較正定数による乗算を含み得る。本方法は、ガス混合物中のガスの特定の気体定数を用いて成分ガスの濃度を推定することを含み得る。成分ガスの濃度の推定において、容器の容量の測定が用いられ得る。ガス混合物は、3つ以上のガスの富化混合物であり得る。成分ガスの濃度の推定は、富化混合物中のガスの出発濃度に基づき得る。このガスは、富化混合物中の非除去ガスであり得る。
【００１３】
いくつかのバージョンにおいて、本方法は、ガス混合物中の成分ガスの濃度の決定された推定に基づいて酸素濃縮器の動作を制御することを含み得る。酸素濃縮器の動作は、圧力スイング吸着プロセスを含み得る。酸素濃縮器の動作は、アラームをトリガすることを含み得る。
【００１４】
本技術のいくつかのバージョンは、ガス濃度感知装置を含み得る。本装置は、容器中のガス混合物の圧力を測定するように構成された圧力センサを含み得る。本装置は、容器中のガス混合物の温度を測定するように構成された温度センサを含み得る。本装置は、容器に進入または容器から退出するガス混合物の質量流量を示す質量流量信号を発生させるように構成された質量流れセンサを含み得る。本装置は、圧力センサ、温度センサおよび質量流れセンサへ接続されたコントローラを含み得る。コントローラは、ガス混合物中の成分ガスの濃度の推定を測定された圧力、温度および質量流量の関数として決定するように構成され得る。
【００１５】
いくつかのバージョンにおいて、コントローラは、インタバルにわたる容器中のガス混合物の質量変化の計算を質量流量信号を用いて行うように構成され得る。コントローラは、インタバルの開始時において第１の圧力測定および第１の温度測定と、インタバルの終了時において第２の圧力測定および第２の温度測定と、質量変化とからガス混合物の特定の気体定数を推定するように構成され得る。コントローラは、ガス混合物の特定の気体定数の推定からガス混合物中の成分ガスの濃度を推定するように構成され得る。質量流れセンサは、容器の入口に配置され得る。質量流れセンサは、容器の出口に配置され得る。本装置は、容器の出口に配置された第２の質量流れセンサを含み得る。第２の質量流れセンサは、容器から退出するガス混合物の質量流量を示す第２の質量流量信号を発生させるように構成され得る。コントローラは、インタバルにわたる容器中のガス混合物の質量変化の計算を第２の質量流量信号を用いて行うように構成され得る。
【００１６】
いくつかのバージョンにおいて、本装置は、酸素濃縮器を含み得る。コントローラは、ガス混合物中の成分ガスの濃度の決定された推定に基づいて酸素濃縮器の動作を制御するように構成され得る。ガス混合物中の成分ガスの濃度の決定された推定に基づいた酸素濃縮器の動作は、圧力スイング吸着プロセスを含み得る。ガス混合物中の成分ガスの濃度の決定された推定に基づいた酸素濃縮器の動作は、アラームをトリガすることを含み得る。
【００１７】
本技術のいくつかのバージョンは、ガス混合物中の成分ガスの濃度を推定する方法を含み得る。本方法は、容器中のガス混合物の特性の測定からガス混合物の特定の気体定数を推定することを含み得る。これらの特性は、インタバル開始時およびインタバルの終了時における圧力を含み得る。これらの特性は、インタバルの開始時およびインタバルの終了時における温度を含み得る。これらの特性は、インタバルにわたる質量変化を含み得る。本方法は、特定の気体定数推定からガス混合物中の成分ガスの濃度を推定することを含み得る。本方法は、容器の容量の測定を用いて、ガス混合物の特定の気体定数の推定を行うことを含み得る。成分ガスの濃度の推定は、ガス混合物中のガスの特定の気体定数に基づき得る。ガス混合物は、富化混合物であり得る。成分ガスの濃度の推定は、富化混合物中のガスの出発濃度に基づき得る。このガスは、富化混合物中の非除去ガスであり得る。
【００１８】
いくつかのバージョンにおいて、本方法は、ガス混合物中の成分ガスの推定濃度に基づいて酸素濃縮器の動作を制御することを含み得る。この動作は、（１）圧力スイング吸着プロセスと、（２）アラームをトリガすることとのうち一方または両方を含み得る。
【００１９】
本技術のいくつかのバージョンは、ガス濃度感知装置を含み得る。本装置は、容器中のガス混合物の圧力を測定するように構成された圧力センサを含み得る。本装置は、容器中のガス混合物の温度を測定するように構成された温度センサを含み得る。本装置は、ガス混合物の質量流量の容器への進入または容器からの退出を測定するように構成された質量流れセンサを含み得る。本装置は、コントローラを含み得る。コントローラは、容器中のガス混合物の特性の測定からガス混合物の特定の気体定数を推定するように構成され得る。これらの特性は、以下のうち任意の1つ以上を含み得る。すなわち、圧力センサを用いて測定される、インタバル開始時およびインタバルの終了時における圧力、温度センサを用いて測定される、インタバルの開始時およびインタバルの終了時における温度、および／または質量流れセンサを用いて測定される、インタバルにわたる質量変化である。コントローラは、ガス混合物中の成分ガスの濃度を特定の気体定数推定から推定するように構成され得る。
【００２０】
いくつかのバージョンにおいて、質量流れセンサは、容器の入口に配置され得る。質量流れセンサは、容器の出口に配置され得る。本装置は、容器の出口に配置された第２の質量流れセンサをさらに含み得る。第２の質量流れセンサは、容器から退出するガス混合物の質量流量を測定するように構成され得る。コントローラは、インタバルにわたる質量変化の測定を第２の質量流れセンサを用いて行うように構成され得る。本装置は、酸素濃縮器をさらに含み得る。コントローラは、ガス混合物中の成分ガスの濃度の推定に基づいて酸素濃縮器の動作を制御するように構成され得る。酸素濃縮器の動作は、（１）圧力スイング吸着プロセスと、（２）アラームをトリガすることとのうち一方または両方を含み得る。
【００２１】
本技術のいくつかのバージョンは、装置を含み得る。本装置は、容器中のガス混合物の圧力の測定を発生させる手段を含み得る。本装置は、容器中のガス混合物の温度の測定を発生させる手段を含み得る。本装置は、ガス混合物の質量流量の容器への進入または容器からの退出を示す質量流量信号を発生させる手段を含み得る。本装置は、ガス混合物中の成分ガスの濃度を測定された圧力、温度および質量流量の関数として推定する手段を含み得る。
【００２２】
本技術のいくつかのバージョンは、酸素富化ガス中の酸素濃度を推定する方法を含み得る。本方法は、酸素富化ガスの熱伝導度を測定することを含み得る。本方法は、酸素富化ガス中のアルゴン濃度を熱伝導度から推定することを含み得る。本方法は、酸素富化ガス中の酸素濃度をアルゴン濃度から推定することを含み得る。
【００２３】
いくつかのバージョンにおいて、酸素富化ガスの熱伝導度を測定することは、酸素富化ガスの流れの温度を推定することを含み得る。酸素富化ガスの熱伝導度を測定することは、酸素富化ガスの流れと熱連通する自己発熱要素の温度を測定することを含み得る。酸素富化ガスの熱伝導度を測定することは、流れの温度と自己発熱要素の温度との間の差から熱伝導度を推定することを含み得る。本方法は、酸素富化ガスの流れの流量を測定することをさらに含み得る。熱伝導度の推定により、差および測定された流量から熱伝導度が推定され得る。アルゴン濃度を推定することは、熱伝導度をアルゴン濃度に対して作表するルックアップテーブル中の値間に内挿することを含み得る。本方法は、推定された酸素濃度に基づいて酸素濃縮器の動作を制御することをさらに含み得る。この動作は、（１）圧力スイング吸着プロセスと、（２）アラームをトリガすることとのうち一方または両方を含み得る。
【００２４】
本技術のいくつかのバージョンは、酸素濃度感知装置を含み得る。本装置は、酸素富化ガスの熱伝導度を測定するように構成されたセンサを含み得る。本装置は、コントローラを含み得る。コントローラは、酸素富化ガス中のアルゴン濃度を熱伝導度から推定するように構成され得る。コントローラは、酸素富化ガス中の酸素濃度をアルゴン濃度から推定するように構成され得る。センサは、酸素富化ガスの流れの温度を感知するように構成された温度センサを含み得る。センサは、酸素富化ガスの流れと熱連通する自己発熱要素を含み得る。
【００２５】
いくつかのバージョンにおいて、コントローラは、流れの温度と、自己発熱要素の温度との間の差から熱伝導度を推定するように、さらに構成され得る。本装置は、酸素富化ガスの流量を示す信号を発生させるように構成された流量センサをさらに含み得る。コントローラは、差および酸素富化ガスの流量から熱伝導度を推定するように構成され得る。本装置は、酸素濃縮器をさらに含み得る。コントローラは、酸素濃度の推定に基づいて酸素濃縮器の動作を制御するように構成され得る。酸素濃縮器の動作は、（１）圧力スイング吸着プロセスと、（２）アラームをトリガすることとのうち一方または両方を含み得る。
【００２６】
本技術のいくつかのバージョンは、装置を含み得る。本装置は、酸素富化ガスの熱伝導度を測定する手段を含み得る。本装置は、酸素富化ガス中のアルゴン濃度を熱伝導度から推定する手段を含み得る。本装置は、酸素富化ガス中の酸素濃度をアルゴン濃度から推定する手段を含み得る。
【００２７】
本技術のいくつかのバージョンは、酸素濃縮器装置を含み得る。酸素濃縮器装置は、出口を含み得る。出口は、送達デバイスとの空気圧接続に適している。送達デバイスは、使用時において酸素富化ガスを患者へ送達させる。酸素濃縮器装置は、ガス分離吸着剤を含む少なくとも２つのキャニスタを含み得る。ガス分離吸着剤は、酸素富化ガスを生成するように、少なくとも２つのキャニスタ中の空気から少なくとも一定の窒素のガス分離のために構成され得る。酸素濃縮器装置は、コンプレッサを含み得る圧縮システムを含み得る。コンプレッサは、ガス分離の促進のために動作時に空気を圧縮するように、キャニスタのうち少なくとも１つへ接続される。酸素濃縮器装置は、キャニスタのうち１つ以上へ接続されたアキュムレータを含み得て、キャニスタのうち１つ以上中において生成された酸素富化ガスを、使用時に蓄積する。アキュムレータは、出口へ空気圧接続され得る。酸素濃縮器装置は、アキュムレータおよび出口へ空気圧接続された流量センサを含み得る。流量センサは、少なくとも流量信号を発生させるように構成され得る。酸素濃縮器装置は、１つ以上のプロセッサを含むコントローラと、コントローラへ接続された１組の弁とを含み得る。コントローラは、（ａ）酸素富化ガスをアキュムレータ中に生成することおよび（ｂ）生成された酸素富化ガスをアキュムレータから少なくとも１つのボーラスとして放出することを行うために、１組の弁の動作を制御するように構成され得る。コントローラは、流量信号を流量センサから受信するように構成され得る。コントローラは、使用時において患者の吸息開始を検出するために流量信号を評価するように構成され得る。コントローラは、流量センサからの流量信号の評価からの検出された開始に基づいて少なくとも１つのボーラスの出口への放出をトリガするように１組の弁の送達弁を制御するように構成され得る。コントローラは、少なくとも１つのボーラスの放出時において流量信号を監視するように構成され得る。
【００２８】
いくつかのバージョンにおいて、流量センサは、熱質量流れセンサであり得る。コントローラは、熱質量流れセンサから熱伝導度信号を受信するように、さらに構成され得る。コントローラは、熱質量流れセンサからの受信された熱伝導度信号に基づいて酸素富化ガスの酸素濃度を推定することを行うようにさらに構成され得る。コントローラは、推定された酸素濃度を評価するように、さらに構成され得る。コントローラは、推定された酸素濃度の評価に基づいてアラーム信号を発生させるように、さらに構成され得る。コントローラは、送達弁を制御して、流量センサからの監視された流量信号に基づいて少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するように、さらに構成され得る。送達弁は、多ポート弁を含み得る。この多ポート弁は、タップへ空気圧接続された第１のポート、出口へ空気圧接続された第２のポート、および／またはアキュムレータへ空気圧接続された第３のポートを含む。いくつかのバージョンにおいて、吸息開始を感知するために、コントローラは、（１）タップへの第１のポートを（２）出口への第２のポートへ空気圧接続させるため、送達弁を設定するように構成され得る。少なくとも１つのボーラスを送達するために、コントローラは、（１）出口への第２のポートを（２）アキュムレータへの第３のポートへ空気圧接続させるため、送達弁を設定するように構成され得る。酸素濃縮器装置は、出口とアキュムレータとの間の空気圧経路中の雰囲気へのタップを含み得る。流量センサは、雰囲気から空気圧経路へタップを通過する流量を測定するように、タップの近隣に配置され得る。タップは、ボーラス放出時においてタップを通過する流れの量を制限するように構成された高インピーダンス配管を含み得る。酸素濃縮器装置は、雰囲気へのタップに平行な受動型弁を含み得る。受動型弁は、受動型弁を通過する流れの方向に応じて受動型弁を通過する異なる流量を許容するように構成され得る。
【００２９】
本技術のいくつかのバージョンは、酸素濃縮器装置を含み得る。酸素濃縮器装置は、出口を含み得る。出口は、送達デバイスとの空気圧接続に適し得る。送達デバイスは、使用時において酸素富化ガスをユーザへ送達させ得る。酸素濃縮器装置は、ガス分離吸着剤を含む少なくとも1つまたは2つのキャニスタを含み得る。ガス分離吸着剤は、酸素富化ガスを生成するように、キャニスタ（単数または複数）中の空気から少なくとも一定の窒素のガス分離のために構成され得る。酸素濃縮器装置は、コンプレッサを含み得る圧縮システムを含み得る。コンプレッサは、ガス分離の促進のために動作時に空気を圧縮するように、キャニスタのうち少なくとも1つへ接続される。酸素濃縮器装置は、キャニスタのうち1つ以上へ接続されたアキュムレータを含み得て、キャニスタのうち1つ以上中において生成された酸素富化ガスを、使用時に蓄積する。アキュムレータは、出口へ空気圧接続され得る。酸素濃縮器装置は、アキュムレータおよび／または出口へ空気圧接続され得る熱質量流れセンサを含み得る。熱質量流れセンサは、少なくとも流量信号および／または熱伝導度信号を発生させるように構成され得る。酸素濃縮器装置は、１つ以上のプロセッサを含むコントローラと、コントローラへ接続された１組の弁とを含み得る。コントローラは、（ａ）酸素富化ガスをアキュムレータ中に生成すること、および／または（ｂ）生成された酸素富化ガスをアキュムレータから少なくとも１つのボーラスとして放出することを行うために、１組の弁の動作を制御するように構成され得る。コントローラは、熱質量流れセンサから流量信号を受信するように、さらに構成され得る。コントローラは、熱質量流れセンサから熱伝導度信号を受信するように、さらに構成され得る。コントローラは、少なくとも１つのボーラスの出口への放出をトリガするように１組の弁の送達弁を制御するように、さらに構成され得る。コントローラは、少なくとも１つのボーラスの放出時において流量信号を監視するように、さらに構成され得る。コントローラは、熱質量流れセンサからの受信された熱伝導度信号に基づいて少なくとも１つのボーラス中の酸素濃度を推定するように、さらに構成され得る。
【００３０】
いくつかのバージョンにおいて、コントローラは、推定された酸素濃度を評価するように、さらに構成され得る。コントローラは、推定された酸素濃度の評価に基づいてアラーム信号を発生させるように、さらに構成され得る。コントローラは、送達弁を制御して、熱質量流れセンサからの監視された流量信号に基づいて少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するように、さらに構成され得る。
【００３１】
本技術のいくつかのバージョンは、酸素濃縮器装置を含み得る。酸素濃縮器装置は、送達デバイスとの空気圧接続に適した出口を含み得る。送達デバイスは、使用時において酸素富化ガスをユーザへ送達させ得る。酸素濃縮器装置は、ガス分離吸着剤を含む少なくとも１つまたは２つのキャニスタを含み得る。ガス分離吸着剤は、酸素富化ガスを生成するように、キャニスタ（単数または複数）中の空気から少なくとも一定の窒素のガス分離のために構成され得る。酸素濃縮器装置は、コンプレッサを含み得る圧縮システムを含み得る。コンプレッサは、ガス分離の促進のために動作時に空気を圧縮するように、キャニスタのうち少なくとも１つへ接続される。酸素濃縮器装置は、キャニスタのうち１つ以上へ接続されたアキュムレータを含み得て、キャニスタのうち１つ以上中において生成された酸素富化ガスを、使用時に蓄積する。アキュムレータは、出口へ空気圧接続され得る。酸素濃縮器装置は、アキュムレータおよび／または出口へ空気圧接続された熱質量流れセンサを含み得る。熱質量流れセンサは、少なくとも流量信号および／または熱伝導度信号を発生させるように構成され得る。酸素濃縮器装置は、１つ以上のプロセッサを含むコントローラと、コントローラへ接続された１組の弁とを含み得る。コントローラは、（ａ）酸素富化ガスをアキュムレータ中に生成すること、および／または（ｂ）生成された酸素富化ガスをアキュムレータから少なくとも１つのボーラスとして放出することを行うために、１組の弁の動作を制御するように構成され得る。コントローラは、熱質量流れセンサから流量信号を受信するように、さらに構成され得る。コントローラは、熱質量流れセンサから熱伝導度信号を受信するように、さらに構成され得る。コントローラは、使用時において患者の吸息開始を検出するために流量信号を評価するように、さらに構成され得る。コントローラは、熱質量流れセンサからの流量信号の評価からの検出された開始に基づいて少なくとも１つのボーラスの出口への放出をトリガするように１組の弁の送達弁を制御するように、さらに構成され得る。コントローラは、熱質量流れセンサからの受信された熱伝導度信号に基づいてボーラス中の酸素濃度を推定するように、さらに構成され得る。
【００３２】
いくつかのバージョンにおいて、コントローラは、推定された酸素濃度を評価するように、さらに構成され得る。コントローラは、推定された酸素濃度の評価に基づいてアラーム信号を発生させるように、さらに構成され得る。酸素濃縮器装置は、出口および／またはアキュムレータ間の空気圧経路中の雰囲気へのタップを含み得る。熱質量流れセンサは、雰囲気から空気圧経路へタップを通過する流量を測定するように、タップの近隣に配置され得る。酸素濃縮器装置は、雰囲気へのタップ中に受動型弁を含み得る。受動型弁は、受動型弁を通過する流れの方向に応じて受動型弁を通過する異なる流量を許容するように構成され得る。受動型弁は、低陽圧において小デッドバンドと共に構成され得る。酸素濃縮器装置は、高インピーダンス配管を雰囲気へのタップと平行して含み得る。高インピーダンス配管は、少なくとも１つのボーラスの放出時において配管を通過する流れの量を制限するように構成され得る。コントローラは、少なくとも１つのボーラスの放出時において流量信号を監視するように、さらに構成され得る。コントローラは、送達弁を制御して、熱質量流れセンサからの監視された流量信号に基づいて少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するように、さらに構成され得る。
【００３３】
本技術のいくつかのバージョンは、酸素濃縮器装置のコントローラの方法を含み得る。本方法は、コントローラ内に流量信号を受信することを含み得る。流量信号は、流量センサと共に発生され得る。流量センサは、（１）酸素濃縮器装置によって発生された酸素富化ガス用のアキュムレータおよび／または（２）酸素富化ガス用の出口へ空気圧接続され得る。本方法は、酸素濃縮器装置のユーザの吸息開始を検出するように流量信号をコントローラ内において評価することを含み得る。本方法は、流量センサからの流量信号の評価からの検出された開始に基づいて少なくとも１つのボーラスの出口への放出をトリガするように、送達弁をコントローラによって制御することを含み得る。本方法は、少なくとも１つのボーラスの放出時に流量信号をコントローラ内において監視することを含み得る。
【００３４】
いくつかのバージョンにおいて、流量センサは、熱質量流れセンサであり得る。本方法は、熱質量流れセンサからの熱伝導度信号をコントローラ内において受信することを含み得る。本方法は、熱質量流れセンサからの受信された熱伝導度信号に基づいて酸素富化ガスの酸素濃度をコントローラ内において推定することを含み得る。本方法は、推定された酸素濃度をコントローラ内において評価することを含み得る。本方法は、推定された酸素濃度の評価に基づいてコントローラによりアラーム信号を発生させることを含み得る。本方法は、流量センサからの監視された流量信号に基づいて少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するように送達弁をコントローラにより制御することを含み得る。送達弁は、多ポート弁を含み得る。多ポート弁は、タップへ空気圧接続された第１のポートと、出口へ空気圧接続された第２のポートと、アキュムレータへ空気圧接続された第３のポートとを含む。コントローラは、（１）タップへの第１のポートを（２）出口への第２のポートへ空気圧接続させるように送達弁の設定を制御し得る。少なくとも１つのボーラスを送達するために、コントローラは、（１）出口への第２のポートを（２）アキュムレータへの第３のポートへ空気圧接続させるため、送達弁の設定を制御し得る。流量センサは、雰囲気から空気圧経路へタップを通過する流量を測定するように、タップの近隣に配置され得る。タップは、雰囲気へ空気圧接続され得、空気圧経路は、出口とアキュムレータとの間に設けられ得る。タップは、ボーラス放出時においてタップを通過する流れの量を制限するように構成された高インピーダンス配管を含み得る。受動型弁は、雰囲気へのタップと平行に設けられ得る。受動型弁は、受動型弁を通過する流れの方向に応じて受動型弁を通過する異なる流量を許容するように構成され得る。
【００３５】
本技術のいくつかのバージョンは、酸素濃縮器装置のコントローラの方法を含み得る。本方法は、流量信号および熱伝導度信号をコントローラ内において受信することを含み得る。流量信号および熱伝導度信号は、熱質量流れセンサにより発生され得、熱質量流れセンサは、（１）酸素濃縮器装置によって発生された酸素富化ガス用のアキュムレータおよび／または（２）酸素富化ガス用の出口へ空気圧接続される。本方法は、少なくとも１つのボーラスの出口への放出をトリガするように、送達弁をコントローラによって制御することを含み得る。本方法は、少なくとも１つのボーラスの放出時に流量信号をコントローラ内において監視することを含み得る。本方法は、熱質量流れセンサからの受信された熱伝導度信号に基づいて少なくとも1つのボーラス中の酸素濃度の推定をコントローラ内において行うことを含み得る。
【００３６】
いくつかのバージョンにおいて、本方法は、推定された酸素濃度をコントローラ内において評価することを含み得る。本方法は、推定された酸素濃度の評価に基づいてコントローラによりアラーム信号を発生させることを含み得る。本方法は、熱質量流れセンサからの監視された流量信号に基づいて少なくとも1つのボーラスの振幅プロファイルを調節するように送達弁をコントローラによって制御することをさらに含み得る。
【００３７】
本技術のいくつかのバージョンは、酸素濃縮器装置のコントローラの方法を含み得る。本方法は、流量信号および熱伝導度信号をコントローラ内において受信することを含み得る。流量信号および熱伝導度信号は、熱質量流れセンサにより発生され得る。熱質量流れセンサは、（１）酸素濃縮器装置によって生成された酸素富化ガス用のアキュムレータおよび／または（２）酸素富化ガス用の出口へ空気圧接続され得る。本方法は、酸素濃縮器装置のユーザの吸息開始を検出するように流量信号をコントローラ内において評価することを含み得る。本方法は、熱質量流れセンサからの流量信号の評価からの検出された開始に基づいて少なくとも１つのボーラスの出口への放出をトリガするように、送達弁をコントローラによって制御することを含み得る。本方法は、熱質量流れセンサからの受信された熱伝導度信号に基づいてボーラス中の酸素濃度の推定をコントローラ内において行うことを含み得る。
【００３８】
いくつかのバージョンにおいて、本方法は、推定された酸素濃度をコントローラ内において評価することを含み得る。本方法は、推定された酸素濃度の評価に基づいてコントローラによりアラーム信号を発生させることを含み得る。熱質量流れセンサは、雰囲気から空気圧経路へタップを通過する流量を測定するように、タップの近隣に配置され得る。タップは、雰囲気へ空気圧接続され得、空気圧経路は、出口とアキュムレータとの間に設けられ得る。受動型弁は、雰囲気へのタップ中に設けられ得る。受動型弁は、受動型弁を通過する流れの方向に応じて受動型弁を通過する異なる流量を許容するように構成され得る。受動型弁は、低陽圧において小デッドバンドと共に構成され得る。高インピーダンス配管は、雰囲気へのタップと平行に設けられ得る。高インピーダンス配管は、少なくとも１つのボーラスの放出時において高インピーダンス配管を通過する流れの量を制限するように構成され得る。本方法は、少なくとも１つのボーラスの放出時に流量信号をコントローラ内において監視することを含み得る。本方法は、熱質量流れセンサからの監視された流量信号に基づいて少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するように送達弁をコントローラにより制御することを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
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、明らかになるであろう。
本技術は、多様な改変例および代替形態が可能であるが、その特定の実施形態を図面中に例示的に示し、本明細書中において詳述する。しかし、図面およびその詳細な説明は、本技術を開示の特定の形態に限定することを意図していないことが理解されるべきである。しかし、反対に、添付の特許請求の範囲によって定義されるとおりの本技術の精神および範囲に含まれるすべての修正、等価物、および代替物を網羅することが意図されていることも理解されるべきである。
【図１】酸素濃縮器のコンポーネントの概略図である。
【図２】酸素濃縮器の主要コンポーネントの側面図である。
【図３Ａ】圧縮システムの斜視側面図である。
【図３Ｂ】熱交換導管を含む圧縮システムの側面図である。
【図４Ａ】酸素濃縮器の出口コンポーネントの概略図である。
【図４Ｂ】酸素濃縮器のための出口導管を示す。
【図４Ｃ】酸素濃縮器のための別の出口導管を示す。
【図５】酸素濃縮器のための外側ハウジングを示す。
【図６】酸素濃縮器のためのコントロールパネルを示す。
【図７】本技術の一形態に従ってガス混合物中のガス濃度を推定するために用いられ得る方法を示すフローチャートである。
【図８】酸素富化ガス中の酸素濃度を推定する方法を示すフローチャートである。
【図９】ガス流れの熱伝導度を測定するデバイスの概略図である。
【図１０Ａ】図８の方法のステップ８１０の具現における制御弁の動作を示す概略図である。
【図１０Ｂ】図８の方法のステップ８１０の具現における制御弁の動作を示す概略図である。
【図１１Ａ】図８の方法のステップ８１０の代替的具現の概略図である。
【図１１Ｂ】図８の方法のステップ８１０のさらなる代替的具現の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本技術は、特定のデバイスまたは方法に限定されず、当然ながらそのようなデバイスまたは方法は異なり得ることが理解される。本明細書中に用いられる用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、限定的なものではないことも理解されるべきである。見出しは、ひとえに編成目的のためのものであり、記載または特許請求の範囲を限定または解釈するためのものを意図していない。本明細書中およ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、他に明記無き限り、単数形および複数形を含む。さらに、本出願全体において、「ｍａｙ」という用語は、必須の意味（すなわち、必要である）を持つものとしてではなく、許容的な意味（すなわち、可能性がある、可能である）を持つものとして用いられる。「ｉｎｃｌｕｄｅ」という用語およびその派生形は、「〜を非限定的に含む」ということを意味する。
【００４１】
本明細書中用いられる「接続される」という用語は、１つ以上の物体またはコンポーネント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、物体またはコンポーネントが直接相互接続されるような物体またはコンポーネント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。
【００４２】
酸素濃縮器は、圧力スイング吸着法（ＰＳＡ）を利用している。圧力スイング吸着法においては、コンプレッサを用いて、ガス分離吸着剤の粒子を含むキャニスタ内のガス圧力が増加され得る。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収され得る。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、吸収されなかった分子が吸収された分子から分離される。ガス分離吸着剤は、圧力低減によって再生され得、その結果、吸着剤からの分子吸収が逆転する。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。
【００４３】
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、そのバランスの内訳は、アルゴン、二酸化炭素、水蒸気および他の微量気体である。酸素よりも窒素をより吸着するガス分離吸着剤床を含む容器内を例えば空気などの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床中に残留し、容器から退出したガスは、酸素を豊富に含むようになる。この床が窒素吸収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、吸収された窒素が放出される。その後、別の酸素富化ガス生成サイクルに対して準備が完了する。２個のキャニスタシステム中のキャニスタを交互に用いることにより、１つのキャニスタにより酸素を収集し、他方のキャニスタをパージする（その結果、窒素からの酸素分離が連続的に行われる）。このようにして、ユーザへの酸素補充などの多様な用途のために、酸素を空気から蓄積することができる。
【００４４】
図１は、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、気流から酸素を濃縮させて、酸素富化ガスをユーザへ提供し得る。本明細書中用いられるように、「酸素富化ガス」は、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％の酸素を含む。
【００４５】
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。一実施形態において、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。一実施形態において、酸素濃縮器１００の容量は、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。
【００４６】
周囲空気からの窒素分離は、ガス分離吸着剤を含むキャニスタ３０２および３０４中の周囲空気の加圧によって行われ得る。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、少なくとも窒素を気流から分離させて、酸素富化ガス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、気流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、高圧下における気流中の酸素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。すなわち、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）である。
【００４７】
図１に示すように、空気は、空気入口１０７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１０７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強制移動させ得る。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１０７へ接続され得る。実施形態において、入口マフラー１０８は、湿気および音吸収マフラーであり得る。例えば、吸水材(例えば、ポリマー吸水材またはゼオライト材料)は、入来空気からの水分の吸収と、空気入口１０７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。
【００４８】
圧縮システム２００は、空気を圧縮することが可能な１つ以上のコンプレッサを含み得る。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強制移動させられ得る。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３０ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）の圧力まで加圧され得る。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。
【００４９】
各キャニスタ３０２／３０４には、入口弁１２２／１２４および出口弁１３２／１３４が接続される。図１に示すように、入口弁１２２はキャニスタ３０２へ接続され、入口弁１２４はキャニスタ３０４へ接続される。出口弁１３２はキャニスタ３０２へ接続され、出口弁１３４はキャニスタ３０４へ接続される。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、静音性がありかつ漏洩が少ない点において、他の種類の弁よりも有利である。
【００５０】
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、入口弁を開口させるために、高圧（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、入口弁の開口状態が維持される。弁開口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、電池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〜最終７Ｖの曲線状の下方電圧）。
【００５１】
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は開口され、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中へ強制移動させられる一方、キャニスタ３０４中への進入は入口弁１２４によって抑止される。実施形態において、コントローラ４００は、弁１２２、１２４、１３２および１３４へ電気的に接続される。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、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行うように、動作することができる。コントローラ４００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のうち一方が開口しているとき、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は開口される。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口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。
【００５２】
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へ接続される。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させられる。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がキャニスタから流動することおよび酸素または他の任意のガスのキャニスタ中への逆流を抑止することを行うように、キャニスタへ接続される。このようにして、チェック弁１４２および１４４は、加圧中において各キャニスタからの酸素富化ガスの退出を可能にする一方向弁として機能する。
【００５３】
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（気体または液体）の一方向への流動を可能にしかつ流体の逆流を抑止する弁を指す。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。すなわち、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、およびリフトチェック弁である。圧力下において、加圧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収される。圧力増加と共に、キャニスタ中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収される。吸収されなかったガス分子(主に酸素)は、キャニスタ内の圧力が、キャニスタへ接続されたチェック弁の出力側の圧力よりも高い場合に、加圧されたキャニスタから流れ出る。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、１ｐｓｉ未満である。逆方向における破壊圧力は、１００ｐｓｉを超える。しかし、１つ以上のコンポーネントの変更により、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、酸素富化ガス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、酸素富化ガス圧力も概して低下する。
【００５４】
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は開口され、出口弁１３２は閉鎖され、入口弁１２４は閉鎖され、出口弁１３４は開口される。出口弁１３２が閉鎖されると、出口弁１３４が開口され、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を開口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ガスは、チェック弁を通じて退出し、一実施形態において、アキュムレータ１０６中において収集される。
【００５５】
一定期間後、ガス分離吸着剤は窒素と共に飽和し、有意な量の窒素を入来空気から分離させることができなくなる。上記した実施形態において、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は開口される。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、酸素富化ガス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および開口部入口弁１２４の閉鎖によって達成される。酸素富化ガスは、チェック弁１４４を通じてキャニスタ３０４から退出する。
【００５６】
キャニスタ３０２の通気時において、出口弁１３２を開口させて、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退出させる。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、キャニスタ中の圧力が低下するため、窒素がガス分離吸着剤から脱着される。放出された窒素が出口１３０を通じてキャニスタから退出すると、キャニスタは、気流からの酸素の分離が更新された状態にリセットされる。マフラー１３３は、酸素濃縮器から退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、空気入力およびガス出力のための消音コンポーネント／技術の組み合わせにより、例えば、酸素濃縮器を５０デシベルを下回る音レベルにおいて動作させることが可能になり得る。
【００５７】
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有利に除去される。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酸素を分離する前に、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を豊富に含む流れを用いて、キャニスタから窒素をさらにパージする。
【００５８】
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、酸素富化ガスの一部がキャニスタ３０２からキャニスタ３０４へ移動され得る。キャニスタ３０４の通気時における酸素富化ガスのキャニスタ３０２から３０４への移動により、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支援される。実施形態において、酸素富化ガスは、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、キャニスタの接続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）。
【００５９】
酸素富化ガスの流れは、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口され得(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回避する。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ガス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。酸素富化ガスの一部は、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。さらなる酸素富化ガスが、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、移動過程時において閉鎖させたままでもよいし、あるいは、さらなる酸素富化ガスが必要な場合は開口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の開口部の制御とにより、制御された量の酸素富化ガスをキャニスタ３０４から３０２へ送ることが可能になる。実施形態において、制御された量の酸素富化ガスとは、キャニスタ３０２をパージするためおよびキャニスタ３０２の通気弁１３２を通じた酸素富化ガスの損失を最小化するために充分な量である。本実施形態において、キャニスタ３０２の通気に述べているが、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。
【００６０】
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気流バランスが最適化される。その結果、キャニスタのうち他方からの酸素富化ガスによるキャニスタの通気のための制御の向上が可能になる。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ガスの流量は、キャニスタ３０２から弁１５２を通じてキャニスタ３０４へ流れる酸素富化ガスの流量よりも高い。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ガス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ガス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通路上において用いると、２つのキャニスタ間の酸素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、空気通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通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。
【００６１】
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が失われるため、キャニスタの内部温度が低下し得る。温度が低下すると、キャニスタ内を閉めるガス量が低下する。キャニスタが低温になると、キャニスタ中が負圧になり得る。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、圧力差に対応する際に外部空気がキャニスタに進入し得る。キャニスタ中に外部空気が進入した場合、キャニスタ中において空気が低温になるにつれて外部空気からの湿気が凝縮し得る。キャニスタ中の水分が凝縮すると、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ガス生成能力が徐々に低下する。
【００６２】
実施形態において、双方のキャニスタを停止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、キャニスタ中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強制移動させることができる。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、少なくとも雰囲気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、「雰囲気圧力」という用語は、酸素濃縮器が配置されている雰囲気の圧力を指す（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、少なくとも標準的気圧よりも高い（すなわち、７６０ｍｍＨｇ（Ｔｏｒｒ）、１ａｔｍ、１０１，３２５Ｐａよりも高い）。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、少なくとも雰囲気圧力の約１．１倍であり、少なくとも雰囲気圧力の約１．５であるか、または少なくとも雰囲気圧力の約２倍である。
【００６３】
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が開口され、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るかつ／かまたは１つのキャニスタからの酸素富化ガスを他方のキャニスタへ移動させることができる。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動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が開口されると、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抑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抑止するために、双方のキャニスタ中の圧力を少なくとも雰囲気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抑止される。
【００６４】
図２を参照して、酸素濃縮器１００の一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、キャニスタアセンブリ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、区画内のコンポーネントの冷却が支援される。電源１８０により、酸素濃縮器１００の電力源が得られる。圧縮システム２００により、入口１０７およびマフラー１０８を通じて空気が引き込まれる。マフラー１０８により、圧縮システムによって引き込まれる空気のノイズが低減され得、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、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。
【００６５】
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の全キャニスタへ接続された単一のコンプレッサを含む。図３Ａおよび図３Ｂに戻って、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へ接続され、圧縮機構の動作の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、回転コンポーネントを提供するモータであり得る。この回転コンポーネントにより、空気を圧縮させるコンプレッサのコンポーネントの周期的運動が発生する。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。圧縮空気の流量は、コンプレッサの動作速度(例えば、ピストンの往復運動速度)によって部分的に推定され得る。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流量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。
【００６６】
一実施形態において、コンプレッサ２１０は、ピストンを有する単一のヒートウォブル型コンプレッサを含む。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の圧縮コンポーネントへ動作力を提供する。モータ２２０、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の圧縮コンポーネントを可変速において動作させることができる。図１に示すように、モータ２２０は、コントローラ４００へ接続され得る。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。
【００６７】
圧縮システム２００は、実質的な熱を本質的に生成する。熱は、モータ２２０による電力消費および動力から機械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コンポーネント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、屋内よりも高温であり得る外気温において条件付きではない環境（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。
【００６８】
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・バッテリーパックの場合、高温において危険であり、危険な高温の電源が検出された場合にシステムを停止させるための安全制御が酸素濃縮器１００内において用いられる。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、高温における所与の量の空気中の酸素が低下する点がある。酸素生成量が所定量を下回ると、酸素濃縮器１００は自動停止するか、または警告音を鳴らし得る。
【００６９】
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。実施形態において、受動的冷却システムは、コンプレッサ２１０のモータ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３Ａおよび図３Ｂ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貢献するため、モータから熱を引き出し、封入容器から掃き出すと有用である。外部高速回転に起因して、モータの主要コンポーネントの相対速度およびその周囲の空気が高くなる。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型の表面積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られ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、さらなる冷却が生成される。
【００７０】
その上、外部回転電機子によりモータ効率が支援され得、熱の発生が低減する。外部回転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。外部回転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支援される。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。
【００７１】
実施形態において、空気移動デバイス２４０を外部回転電機子２３０へ接続させることにより、冷却効率がさらに増加し得る。実施形態において、空気移動デバイス２４０を外部回転電機子２３０へ接続させる際には、外部回転電機子の回転により空気移動デバイスが気流を発生させて、この気流がモータの少なくとも一部へ移動するように、接続が行われる。実施形態において、空気移動デバイスは、電機子へ接続された1つ以上のファンブレードを含む。実施形態において、空気移動デバイスが外部回転電機子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３Ａおよび図３Ｂに示すように、空気移動デバイス２４０は、モータと整列した様態で外部回転電機子２３０の外面へ取り付けられ得る。空気移動デバイスを電機子に取り付けることにより、気流を外部回転電機子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。実施形態において、空気移動デバイスにより、外部回転電機子の大部分が空気流路中に配置されるように、気流が方向付けられる。
【００７２】
さらに、図３Ａおよび図３Ｂ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から退出する。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へ移動させるように、コンプレッサ出口２１２へ接続される。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、空気移動デバイス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、空気移動デバイスによって生成された気流が、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。実施形態において、図３Ｂに示すように、コンプレッサ出口導管２５０は、モータ２２０の周囲に渦巻き状にされる。
【００７３】
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、ステンレススチール、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、空気圧縮に本質的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、所与の圧力における所与の量の分離の数が増加する。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が発生することが可能な酸素量が増加し得る。
【００７４】
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、バッテリーパックのランタイム増加が可能になり得、酸素濃縮器のサイズおよび重量の最小化が可能になり得る。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。
【００７５】
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、キャニスタから放出される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。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、圧縮システム２００のベース３１５は、通気ガスをキャニスタから受領する。通気ガス３２７は、ベース３１５を通じてベースの出口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、電源へ冷却を受動的に提供する。圧縮システムが動作すると、空気移動デバイスは、冷却された通気ガスを収集し、ガスを圧縮システム２００のモータへ方向付ける。ファン１７２は、圧縮システム２００上の通気ガスをハウジング１７０から方向付けることも支援し得る。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。
【００７６】
出口システム
キャニスタのうち１つ以上へ接続された出口システムは、酸素富化ガスをユーザへ提供する１つ以上の導管を含む。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ガスは、図１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中に収集される。キャニスタから退出した酸素富化ガスは、酸素アキュムレータ１０６中に収集された後、ユーザへ提供され得る。いくつかの実施形態において、チューブにアキュムレータ１０６を接続することにより、酸素富化ガスをユーザへ提供することができる。酸素富化ガスは、酸素富化ガスをユーザの口腔および／または鼻へ移動させる気道送達デバイスを通じてユーザへ提供され得る。実施形態において、出口は、酸素をユーザの鼻および／または口腔へ方向付けるチューブを含み得る。このチューブは、ユーザの鼻へ直接接続されていない場合がある。
【００７７】
図４Ａ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から膨張チャンバ１６２への酸素富化ガスの放出を制御するように、供給弁１６０が出口チューブへ接続され得る。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。膨張チャンバ１６２への酸素富化ガス放出を制御するように、コントローラ４００により供給弁１６０が作動される。供給弁１６０は、以下に述べるような場合を除いて、デフォルト設定では一般的には開口している。代替的実施形態において、アキュムレータ１０６は膨張チャンバ１６２と組み合わせられ、供給弁１６０は、組み合わせられたチャンバの上流に配置される。
【００７８】
アキュムレータ１０６中の酸素富化ガスは、図４Ａに示すように、供給弁１６０を通じて膨張チャンバ１６２中へ移動する。実施形態において、膨張チャンバ１６２は、このチャンバを通過するガスの酸素濃度を決定するための1つ以上のデバイスを含み得る。膨張チャンバ１６２中の酸素富化ガスは、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蓄積された後、制御弁１７５、質量流れセンサ１８５および微粒子フィルタ１８７を介して膨張チャンバ１６２から放出される。
【００７９】
制御弁１７５の作動は、圧力スイング吸着法プロセスとタイミングを合わせられるかまたは同期されない。その代わりに、いくつかの実施形態において、制御弁１７５の作動は、ユーザの呼吸と同期される。さらに、制御弁１７５は、酸素富化ガスのボーラス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。
【００８０】
質量流れセンサ１８５は、導管内を流動するガスの質量流量を推定することが可能な任意のセンサであり得る。微粒子フィルタ１８７は、ユーザへの酸素富化ガス送達の前の細菌、埃、細粒微粒子などのフィルタリングのために用いられる。酸素富化ガスは、フィルタ１８７を通じてコネクタ１９０へ移動する。コネクタ１９０は、酸素富化ガスを導管１９２を介してユーザへ送り、圧力センサ１９４へ送る。
【００８１】
出口通路の流体力学を制御弁１７５のプログラム型作動と組み合わせることにより、酸素のボーラスの送達を正確なタイミングで行うことが可能になり得、また、ユーザの肺中への高速送達を(逆行流れの無駄の原因となる)過度の流量無しに確保することが可能な振幅プロファイルも得られる。ボーラス送達をこのように行うことが可能になると、所与の呼吸パターンを有する安静時のユーザに対するパルス化送達モードにおいて要求される、処方された連続的流量と、治療的に相当するボーラス量との間に線形関係が可能になり得る。例えば、連続流れ処方のエミュレーションに必要なボーラスの合計量は、以下に等しくすることができる。すなわち、処方された連続流量の各ＬＰＭに対して１１ｍＬ(すなわち、１ＬＰＭの処方に対して１１ｍＬ、２ＬＰＭの処方に対して２２ｍＬ、３ＬＰＭの処方に対して３３ｍＬ、４ＬＰＭの処方に対して４４ｍＬ、５ＬＰＭの処方に対して５５ｍＬなど)である。この量を、主にＬＰＭ等価ボーラス容量と呼ぶ。ＬＰＭ等価は、構造設計、配管サイズ、チャンバサイズなどの差によって酸素濃縮器間において異なり得ることが、理解されるべきである。ＬＰＭ等価は、ユーザの呼吸パターンによっても異なる。
【００８２】
膨張チャンバ１６２は、このチャンバを通過するガスの酸素濃度を決定するための酸素感知装置を含み得る。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。いくつかのバージョンにおいて、酸素センサ１６５は、１組のセンサによって具現され得る。例えば、いくつかの場合において、酸素センサは、圧力センサ１６６、温度センサ１６８および質量流れセンサ１８５のうち1つ、1つ以上または全てと共に具現され得る。酸素センサ１６５の多様な具現について、以下に詳細に説明する。
【００８３】
質量流れセンサ１８５は、出口システム中を流れるガスの質量流量の測定に用いられ得る。質量流れセンサ１８５は、コントローラ４００へ接続され得る。出口システム中を流れるガスの質量流量は、ユーザの呼吸量を示し得る。出口システム中を流れるガスの質量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、質量流れセンサ１８５によって推定されるような、ユーザの呼吸速度および／または呼吸量に基づいて、制御弁１７５の作動を制御し得る。
【００８４】
酸素富化ガスは、質量流れセンサ１８５を通じてフィルタ１８７へ移動する。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、酸素富化ガスがユーザへ提供される。フィルタリングされた酸素富化ガスは、フィルタ１８７を通じて、コネクタ１９０へ移動する。コネクタ１９０は、フィルタ１８７の出口を圧力センサ１９４および出口導管１９２へ接続させる「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。圧力センサ１９４によって感知される圧力の変化は、吸息開始(単数または複数)(トリガインスタント(単数または複数)とも呼ばれる)を決定するために用いられ得る。よって、このような圧力センサからの圧力信号は、ユーザの呼吸速度を示し得る。コントローラ４００は、圧力センサ１９４によって推定されるようなユーザの呼吸速度および／または吸息の開始に基づいて、制御弁１７５の作動を制御し得る。実施形態において、コントローラ４００は、酸素センサ１６５、質量流れセンサ１８５、および圧力センサ１９４から提供される情報に基づいて、制御弁１７５の作動を制御し得る。
【００８５】
酸素富化ガスは、導管１９２を通じてユーザへ提供され得る。実施形態において、導管１９２は、シリコーンチューブであり得る。導管１９２は、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、気道接続部材（例えば、気道送達デバイス７１０）によってユーザへ接続され得る。気道送達デバイス７１０は、酸素富化ガス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。気道接続部材の例を以下に非限定的に挙げる。すなわち、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である。鼻カニューレ気道送達デバイスを図４Ｂに示す。使用時に、酸素濃縮器１００からの酸素富化ガスは、導管１９２および気道接続部材（例えば、気道送達デバイス７１０）を通じてユーザへ提供される。気道送達デバイス７１０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ガス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。
【００８６】
別の実施形態において、酸素富化ガス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４Ｃに示すように、マウスピース７２０が、酸素濃縮器１００へ接続され得る。マウスピース７２０を酸素富化ガス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、マウスピースを鼻送達デバイス（例えば、鼻カニューレ）と組み合わせて用いてもよい。図４Ｃに示すように、酸素富化ガスが鼻接続部材（例えば、気道送達デバイス７１０）およびマウスピース７２０双方を通じてユーザへ提供され得る。
【００８７】
マウスピース７２０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７２０を、ユーザの口中の１本以上の歯へ取り外し可能に接続することができる。使用時に、酸素富化ガスは、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７２０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。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。
【００８８】
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、酸素富化ガスがマウスピース７２０へ方向付けられ得る。一実施形態において、マウスピース７２０は、圧力センサへ接続され得る。ユーザがユーザの口腔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を検出し得る。吸息開始時において、酸素濃縮器１００のコントローラ４００により、酸素富化ガスのボーラスがユーザへ送達され得る。
【００８９】
個人の典型的な呼吸時において、吸息は、鼻を通じて、口腔を通じてあるいは鼻および口腔双方を通じて行われ得る。さらに、呼吸は、多様な要素に応じて、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ガス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）が鼻カニューレへ接続され得る。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、いつ酸素富化ガス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、流量を増加し得かつ／または酸素富化ガスの提供頻度を増加させ得る。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ガス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潜在的に制限される。
【００９０】
実施形態において、ユーザへの酸素富化ガス提供に用いられる気道送達デバイス７１０（例えば、鼻カニューレ）と共に用いられるマウスピース７２０が、図４Ｃに示される。マウスピース７２０および気道送達デバイス７１０はどちらとも、吸息センサへ接続される。一実施形態において、マウスピース７２０および気道送達デバイス７１０は、同一の吸息センサへ接続される。別の実施形態において、マウスピース７２０および気道送達デバイス７１０は、異なる吸息センサへ接続される。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、それから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デバイス（すなわち、マウスピース７２０または気道送達デバイス７１０）へ酸素富化ガスを提供するように構成され得る。あるいは、いずれかのデバイスの近隣において吸息開始が検出された場合、酸素富化ガスをマウスピース７２０および気道送達デバイス７１０双方へ提供してもよい。例えば図４Ｃ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。
【００９１】
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の多様なコンポーネントへ接続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１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、メモリ４２０中に保存されたプログラム命令またはコントローラ４００へ接続された分散媒によって具現され得、1つ以上のプロセッサ４１０によって実行され得る。メモリ媒体は、多様な種類のメモリデバイスまたは記憶装置のうちいずれかを含み得る。「メモリ媒体」という用語は、インストール媒体を含むことを意図する（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また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）、ラムバス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、フラッシュメモリ、または光学記憶装置）））。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、メモリ媒体は、内部においてプログラムが実行される第１のコンピュータ中に配置してもよいし、あるいは、ネットワーク（例えば、インターネット）を介して第１のコンピュータへ接続された第２の異なるコンピュータ中に配置してもよい。後者の場合、第２のコンピュータは、第１のコンピュータによって実行されるプログラム命令を提供し得る。「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タ中）に常駐し得る２つ以上のメモリ媒体を含み得る。
【００９２】
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は、例えば、１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、酸素濃縮器１００中に配置された回路基板上に設けられたマイクロコントローラなどを含む。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ことができる。いくつかの実施形態において、プログラミング命令は、プロセッサの外部のメモリに別個にアクセスできない(すなわち、メモリ４２０は、プロセッサ４１０の内部に設けられ得る)ように、プロセッサ４１０中に構築され得る。
【００９３】
プロセッサ４１０は、酸素濃縮器１００の多様なコンポーネントへ接続され得る(例を非限定的に挙げると、圧縮システム２００、システム中を流れる流体の制御に用いられる弁のうち１つ以上(例えば、弁１２２、１２４、１３２、１３４、１５２、１５４、１６０、１７５)、酸素センサ１６５、圧力センサ１６６、１９４、質量流れセンサ１８５、温度センサ１６８、ファン、および電気制御または監視が可能な他の任意のコンポーネント)。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、これらのコンポーネントのうち１つ以上へ接続され得る。コントローラ４００は、酸素濃縮器１００を動作させるようにプログラムされ、酸素濃縮器１００を故障状態について監視するようにさらにプログラムされる。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おりかつ所定の期間にわたってユーザにより呼吸が検出されない場合に警告をトリガするように、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、警告ＬＥＤが点灯されかつ／または可聴警告が発生し得る。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、この警告はユーザを覚醒させるのに充分であり得、これにより、ユーザの呼吸を再開させる。この呼吸活動は、コントローラ４００がこの警告機能をリセットするのに充分であり得る。あるいは、出力導管１９２がユーザから取り外されたときにシステムがうっかりオンのまま放置された場合、この警告は、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。
【００９４】
コントローラ４００は、酸素センサ１６５へさらに接続され得、膨張チャンバ１６２を通過する酸素富化ガス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、ユーザに対し酸素濃度低下について警告するためのＬＥＤ視覚警告および／または可聴警告をコントローラが点灯するように、コントローラ４００内にプログラムされ得る。
【００９５】
コントローラ４００は、内部電源１８０にも接続され、内部電源の充電レベルを監視することが可能である。最小電圧および／または現在の閾値コントローラ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視覚警告および／または可聴警告を点灯することができる。これらの警告の起動は、間欠的に行ってもよいし、あるいは、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行ってもよい。
【００９６】
コントローラ４００のさらなる機能について、本開示の他の部分に詳細な記載がある。
【００９７】
外側ハウジング―コントロールパネル
図５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１０７と、冷却システム受動的入口１０１と、外側ハウジング１７０の端部のいずれかにおける出口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内から退出して、酸素濃縮器１００の冷却を支援することができる。圧縮システム入口１０７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ガス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。
【００９８】
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。充電入力ポート６０５は、コントロールパネル６００内に配置され得る。図６は、コントロールパネル６００の実施形態を示す。
【００９９】
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、投与量ボタン６２０〜６２６、活性モードボタン６３０、スリープモードボタン６３５、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)。投与量ボタン６２０、６２２、６２４および６２６により、酸素富化ガスの処方された連続流量の選択が可能になる（例えば、ボタン６２０により１ＬＰＭ、ボタン６２２により２ＬＰＭ、ボタン６２４により３ＬＰＭ、およびボタン６２６により４ＬＰＭ）。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が選択され得る。高度モードの起動に応答して行われる酸素濃縮器１００による調節について、本明細書中より詳細に説明する。
【０１００】
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。
【０１０１】
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、そして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、ユーザが各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。活性モードまたはスリープモードの起動に応答して行われる酸素濃縮器１００による調節について、本明細書中より詳細に説明する。
【０１０２】
酸素富化ガスの送達方法
酸素濃縮器１００の主な用途として、ユーザへの酸素補充がある。一般的に、提供されるべき酸素補充の流量が、医師によって推定される。典型的な処方された酸素補充の連続流量は、約１ＬＰＭ〜約１０ＬＰＭの範囲であり得る。最も一般的な処方連続流量は、１ＬＰＭ、２ＬＰＭ、３ＬＰＭおよび４ＬＰＭである。一般的に、パルス化酸素デバイスにおいては、ユーザへの酸素富化ガスの提供は、ユーザ用に処方された連続流量をエミュレートするように、呼吸サイクルと同期して行われる。本明細書中用いられるように、「呼吸サイクル」という用語は、吸息の後に呼息が続くことを指す。
【０１０３】
生成する必要のある酸素富化ガスの量を最小化し、処方された連続流量をエミュレートするために、コントローラ４００は、酸素富化ガス送達をユーザの吸息と同期させるようにプログラムされ得る（パルス化酸素送達（ＰＯＤ）またはデマンド酸素送達として公知のモード）。ユーザの吸息時にユーザへの酸素富化ガス放出を行うと、例えばユーザの呼息時に酸素放出を行わない（電力要求がさらに低下する）ことにより、不要な酸素発生を回避することができる。要求酸素量を低減することにより、酸素濃縮器１００に必要な空気圧縮量を有効に低減することができる（その後コンプレッサからの電力デマンドを低減することができる）。
【０１０４】
酸素濃縮器１００によって生成された酸素富化ガスは、酸素アキュムレータ１０６中に保存され、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ガス量は、制御弁１７５によって部分的に制御される。実施形態において、制御弁１７５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ガス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。ユーザの処方連続流量のエミュレートに必要な酸素量を最小限にするために、ユーザの吸息の初回検出時において、酸素富化ガスをボーラスとして送達させる。例えば、酸素富化ガスのボーラスは、ユーザ吸息の最初の数ミリ秒において送達され得る。
【０１０５】
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。使用時において、酸素富化ガスを提供するための導管が、気道送達デバイス７１０および／または７２０を通じてユーザの鼻および／または口へ接続される。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、送達導管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、導管端部において負圧が発生する。このような圧力降下は、圧力センサ１９４または他の適切なセンサから提供される信号中に検出されて、吸息開始を示し得る。吸息開始が検出されると、制御弁１７５が開口されて、酸素富化ガスのボーラスがアキュムレータ１０６から送達される。圧力の正の変化または上昇は、ユーザの呼息を示し、概して酸素富化ガス放出が中止されたときである。一般的に、陽圧変化が感知されると、次の吸息開始まで制御弁１７５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、制御弁１７５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。吸息開始時とその後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。
【０１０６】
普遍的な気体の状態方程式に基づいた酸素センサ
理想的または普遍的な気体の状態方程式または法則の一形態を以下に示す。
【数１】
2021509306.tif 000003
【０１０７】
ここで、Ｐは、容器中のガスの(絶対)圧力であり、Ｖは、容器の容量であり、Ｔは、容器中の気体の(絶対)温度であり、nは、容器中の気体量(分子数)であり、Ｒは、普遍気体定数であり、８．３１（ＳＩ単位）に等しい。方程式（１）は、容器中の気体の組成に関係無く成立する。
【０１０８】
理想的な気体法則の代替形態を以下に示す。
【数２】
2021509306.tif 000004
【０１０９】
ここで、ｍは、容器中の気体質量であり、Ｒｓは、容器中の気体の特定の気体定数であり、普遍気体定数に１０００を乗算した値を気体の分子質量（原子質量単位）によって除算した値として規定される。例えば、窒素の場合、Ｒｓは２９６．８に等しく、酸素の場合、Ｒｓは２５９．８に等しく、アルゴンの場合、Ｒｓは２０８．０に等しい。容器中の気体が純気体の混合物である場合、容器中の気体の特定の気体定数は、混合物中の成分気体の特定の気体定数およびその相対的な濃度の関数である。１つの公式において、混合物の特定の気体定数は、混合物中の気体の特定の気体定数の加重平均であり、その濃度によって重み付けされる。すなわち、Ｎ個の気体からなる混合物の場合、以下のようになる。
【数３】
2021509306.tif 000005
【０１１０】
ここで、Ｃiは、混合物中の気体の(合計すると1にならなければならない)分画濃度であり、Ｒｓｉは、その各特定の気体定数である。例えば、乾いた新鮮な空気の場合、窒素濃度Ｃ1は７８％として近似され得、酸素濃度Ｃ2は２１％、アルゴン濃度Ｃ3は１％として近似され得、特定の気体定数Ｒsは２８８．１４に等しい。
【０１１１】
代替的公式において、混合物の特定の気体定数の逆数は、混合物中の気体の特定の気体定数の逆数の加重平均であり、その濃度によって重み付けされる。すなわち、以下のようになる。
【数４】
2021509306.tif 000006
【０１１２】
この「逆数」公式を用いると、乾いた新鮮な空気の特定の気体定数Ｒsは、２８７．０に等しい。
【０１１３】
気体混合物が「富化」混合物(すなわち、未知の量の1つの気体が除去された既知の（未富化の)混合物（例えば、酸素濃度によって窒素が除去された空気である酸素富化ガス））である場合、濃度は（除去された気体について）ＢＣ１になり、(非除去気体(単数または複数)について)ＥＣｉになる。Ｂは、富化混合物中に残留している除去された気体の元々の濃度の画分である。ここでも富化濃度は合計で１になるはずであるため、除去画分Ｂは以下のようになることが分かる。
【数５】
2021509306.tif 000007
【０１１４】
よって、方程式（３）の公式を用いて、富化気体の特定の気体定数Ｒｓは、以下によって得られる。
【数６】
2021509306.tif 000008
【０１１５】
方程式（６）により、富化混合物中の任意の非除去気体の濃度ＥＣiを富化混合物の特定の気体定数Ｒｓの推定から以下のように導出することが可能になる。
【数７】
2021509306.tif 000009
【０１１６】
ここで、定数Ｋは、（既知の）出発濃度Ｃiおよび特定の気体定数Ｒsiから以下のように事前計算され得る。
【数８】
2021509306.tif 000010
【０１１７】
富化混合物中の非除去気体の濃度ＥＣｉを２〜Ｎの全ｉについて方程式（７）を用いて決定すると、富化混合物中の除去された気体の濃度ＢＣ１を方程式（５）を用いて推定することが可能になる。
【０１１８】
この混合物中に２つの気体（Ｎ=２）のみが含まれる場合、非除去気体（ｉ=２）の濃度を以下のように方程式（７）から計算することができる点に留意されたい。
【数９】
2021509306.tif 000011
【０１１９】
これは、出発濃度Ｃｉから独立する。よって、濃度が未知である一般的な２つの気体の混合物と、出発（未富化）濃度が既知である３つ以上の気体の富化混合物とに本技術を適用することができる。
【０１２０】
方程式（２）から、圧力Ｐと、容量Ｖと、温度Ｔと、容器中の気体の質量ｍとが既知である場合、気体の特定の気体定数Ｒｓを以下のようにして導出することができる。
【数１０】
2021509306.tif 000012
【０１２１】
チャンバ１６２などの容器中の気体の質量ｍの測定は、困難である。しかし、質量流れセンサ１８５を用いれば、チャンバ１６２における気体の退出または進入時に、気体の一定部分の質量流量
【数１１】
2021509306.tif 000013
（センサを通過する質量の速度）を示す信号を得ることが可能になる。測定された質量流量
【数１２】
2021509306.tif 000014
を時間ｔ１と時間ｔ２との間において積分することにより、ｔ１とｔ２との間のチャンバ１６２中の質量変化Δｍを得ることができる。
【数１３】
2021509306.tif 000015
【０１２２】
圧力および温度を圧力センサ１６６および温度センサ１６８それぞれによって時間ｔ１およびｔ２において測定することができ、これにより、値Ｐ１およびＰ２ならびにＴ１およびＴ２をそれぞれ得ることが可能になる。容量Ｖが一定であると仮定すると、方程式（１０）を用いて、チャンバ１６２中の混合物の特定の気体定数Ｒｓを以下のように推定することが可能になることが分かる。
【数１４】
2021509306.tif 000016
【０１２３】
代替的微分公式において、方程式（１０）を用いて、チャンバ１６２中の混合物の特定の気体定数Ｒｓを以下のように推定することが可能になることが分かる。
【数１５】
2021509306.tif 000017
これは、温度が経時的にほぼ一定であると(すなわち、その微分値が無視できるくらい小さいと)仮定すると、以下のように近似することができる。
【数１６】
2021509306.tif 000018
【０１２４】
（圧力変化率
【数１７】
2021509306.tif 000019
を示す信号を提供する）「微分圧力」センサを圧力センサ１６６の代わりに用いた場合、方程式（１４）の微分公式は、方程式（１２）の積分公式よりも簡便になり得る。ここで、プロセッサ（単数または複数）４１０によって行われる方程式において、既知のチャンバ容量Ｖと、測定された温度Ｔと、測定された質量流量
【数１８】
2021509306.tif 000020
と、測定された圧力変化率
【数１９】
2021509306.tif 000021
とが用いられ得る。方程式（１４）の微分公式は、（２回別個の時期に行われる測定に基づいた値ではなく）気体混合物の特定の気体定数Ｒｓの瞬時値およびよってその酸素濃度を返送する。
【０１２５】
図７は、本技術の一形態に従って気体混合物中の気体濃度を推定するために用いられ得る方法７００を示すフローチャートである。方法７００は、メモリ４２０中に保存されたプログラム命令またはコントローラ４００へ接続された分散媒によって具現され得、１つ以上のプロセッサ４１０によって実行され得る。以下、方法７００について酸素濃縮器１００が酸素富化ガスを発生させる文脈において説明するが、方法７００もその関連付けられた酸素センサ１６５も酸素濃縮器への適用に制限されることはなく、他のガス混合物（例えば、２つのガスの混合物または３つ以上のガスの富化混合物）中の純ガスの濃度推定にも適用することができることが理解される。
【０１２６】
１つの具現において、方法７００を供給弁１６０の閉鎖後に実行することができ、その場合、アキュムレータ１０６からチャンバ１６２への酸素富化ガスの送達は行われない。方法７００の終了後に供給弁１６０を再度開口させることにより、酸素富化ガスを膨張チャンバ１６２中において再度蓄積させることが可能になる。
【０１２７】
本方法７００は、第１の時間ｔ１において開始し得る。酸素濃縮器の場合、第１の時間ｔ１は、適切なセンサ（例えば、圧力センサ１９４）からの信号の評価（例えば、圧力降下）によるユーザへの酸素富化ガスのボーラスの任意の送達開始（例えば、吸息開始の検出）と一致し得る。時間ｔ１において発生するステップ７１５において、チャンバ１６２中の圧力Ｐ１およびチャンバ１６２中の温度Ｔ１を圧力センサ１６６および温度センサ１６８それぞれによって測定する。次に、ステップ７１５において制御弁１７５を開口させることにより、酸素富化ガスをチャンバ１６２に対して流動させることが可能になる（例えば、チャンバ１６２からユーザへ流動させることが可能になる）。ステップ７２５において、時間ｔ１〜後続時間ｔ２にわたって質量流れセンサ１８５から提供された質量流量信号
【数２０】
2021509306.tif 000022
を積分することにより、チャンバ１６２中の気体質量のｔ１とｔ２との間の変化Δｍが得られる。後続時間ｔ２は、Ｐ１とＰ２との間の圧力差が圧力センサ１６６のノイズフロアを有意に超えるくらいにｔ１とｔ２との間のインタバルが充分に（例えば、充分に大きく）なるよう、選択され得る。
【０１２８】
その後、ステップ７３０が後続時間ｔ２において行われる。後続時間ｔ２において、チャンバ１６２中の圧力Ｐ２およびチャンバ１６２中の温度Ｔ２が、圧力センサ１６６および温度センサ１６８それぞれによって測定される。ステップ７３０のタイミングは、制御弁１７５の閉鎖と一致することが多いため、図７に示すように制御弁１７５の閉鎖時に行われ得る。この具現において、Ｐ２およびＴ２の測定をｔ２後の一定の遅延と共に行うことができるが、温度Ｔ２の測定において過度の遅延がある場合、熱伝導に起因して測定が不正確になる場合がある。あるいは、制御弁１７５が未だ開口している間、ステップ７３０を行ってもよい。しかし、この具現において、時間ｔ２においてチャンバ１６２中の圧力Ｐ２およびチャンバ１６２中の温度Ｔ２を実質的に同時に（すなわち、遅延を最小にして）行う必要が出てくる。すなわち、この具現の場合、タイミングにおける柔軟性が低下する。
【０１２９】
次に、本方法において、（例えば、酸素濃度の表示をプロセッサおよび／またはコントローラ出力として発生させるために）１つ以上の関数（単数または複数）をこれらの測定のうちいずれか１つ、より多数または全てに適用することにより、ガス濃度の推定の決定または計算が行われ得る。例えば、ステップ７４０において、例えば方程式（１２）の任意の形態の動作を用いた測定を適用して、ｔ１〜ｔ２のインタバルにわたるチャンバ１６２中の酸素富化ガスの特定の気体定数Ｒｓを推定することができる。次に、ステップ７５０において、方程式（７）の任意の形態の動作を用いて、（例えば方程式（８）の任意の形態の動作を用いて、以前に計算された定数Ｋを有する）酸素富化ガス中の酸素の濃度ＥＣiの推定を生成することができる。当該ガス混合物が２つのガスの混合物である場合、ステップ７５０において、方程式（９）の任意の形態の動作を用いて、混合物中のガスの濃度を推定することができる。
【０１３０】
方程式（４）の任意の形態の動作の「逆数」公式を用いる場合も、各特定の気体定数の逆数１／Ｒｓおよび1／ＲＳｉを各対応する特定の気体定数１／Ｒｓおよび1／ＲＳｉの代わりに用いた点を除いて、ステップ７５０において、方程式（７）または方程式（９）の任意の形態の動作を用いて濃度ＥＣｉを推定することが可能である。
【０１３１】
圧力センサ１６６、質量流れセンサ１８５および温度センサ１６８は、その測定値が真の値と線形関係を持つ（すなわち、真の数量が、センサ利得εと測定された数量とを乗算した値に等しく、センサ利得は完全なセンサの場合に１である）点において、実際には不完全である場合がある。加えて、チャンバ１６２の真の容量Vは正確に知ることができない場合があり得、利得εVと測定値とを乗算した値である場合がある。これらの利得を考慮に入れて、方程式（１２）を以下のように書き換えることができる。
【数２１】
2021509306.tif 000023
ここで、Ｖ、Δｍ、ＰおよびＴは、測定された数量を示し、εV、εm、εPおよびεTは、各数量の各利得を示す。初期定数
【数２２】
2021509306.tif 000024
は、較正によって得ることができる（すなわち、方法７００を既知の特定の気体定数Ｒｓと共にガス（例えば、乾いた新鮮な空気）へ適用し、この既知の特定の気体定数Ｒｓを方程式（１２）の任意の形態の動作を用いて推定された特定の気体定数により除算することができる）。この較正は、製造および／またはサービス作業時に行われ得る。較正は、例えばシステム起動時に酸素濃縮器によって行ってもよい。例えば、コントローラ４００（プロセッサ（単数または複数）４１０を含む）のプロセスは、チャンバ１６２が既知の酸素濃度（例えば、２１％（大気））を含むガス混合物を含むことを保証するためにシステムの弁を制御するように構成され得る。
【０１３２】
次に、富化混合物の真の特定の気体定数Ｒｓを測定された数量から得るために、較正定数
【数２３】
2021509306.tif 000025
を方程式（１５）の任意の形態の動作を用いてステップ７４０へ適用する。
【０１３３】
圧力センサ１６６は、オフセットεP0も有し得る。圧力の真の値を得るために、このオフセットεP0を測定値へ付加した後、センサ利得εPのスケーリングを行うことができる。Ｔ１とＴ２との間の温度差が小さい場合、このオフセットεP0は、比の差
【数２４】
2021509306.tif 000026
がステップ７４０の一部として計算されたときにキャンセルアウトされるため、考慮に入れる必要は無い。しかし、Ｔ１およびＴ２の差が有意に大きい場合、方程式（１５）の改変版を介してオフセットεP0の考慮を不要とする。
【数２５】
2021509306.tif 000027
【０１３４】
既知の特定の気体定数Ｒｓの既知の質量のガスに対して既知の温度で圧力測定を２回行うことと、方程式（２）の２つの実例を用いて圧力センサ利得εPおよびオフセットεP0について同時に解くこととを行うことにより、εPおよびεP0を決定することができる。（温度センサオフセットは、容易にゼロにされるアナログ／デジタル変換器のオフセットによって占有される可能性が高いため、温度センサオフセットは、温度読取り前に無視するか、またはゼロにし得ると仮定してもよい。）
【０１３５】
質量流れセンサ１８５をステップ７１５の一部としてゼロにした後、（真の質量流量がゼロになったときに）制御弁１７５を開口させることができ、これにより、質量流れセンサ１８５からどのようなオフセットも除去することができる。
【０１３６】
本技術の代替形態において、質量流れセンサ１８５は、上記したような出口ではなく、チャンバ１６２への入口に配置され得る。制御弁１７５ではなく供給弁１６０を時間ｔ１において開口させかつ時間ｔ２において閉鎖させることを除いて、同じ方法７００を用いて、富化ガス中のガス濃度を推定することができ、これにより、このインタバル全体において制御弁１７５を閉鎖状態に保持しつつ、酸素富化ガスをチャンバ１６２内へ流動させることが可能になる。（Ｐ２はＰ１よりも大きいため）
【数２６】
2021509306.tif 000028
および
【数２７】
2021509306.tif 000029
を方程式（１２）において置き換える点を除いて、上記と同じ方程式の動作を用いることができる。この形態の技術において、送達ガス中の酸素濃度測定からのボーラス送達を分離するが、この場合も、（図４Ａに示すような制御弁１７５の下流に配置された質量流れセンサ１８５の具現に関連して上記したような送達酸素濃度の表示ではなく）例えばチャンバ中酸素濃度の表示および／または生成酸素濃度（例えば、圧力スイング吸着プロセスの現在の生成）の表示を提供するために、チャンバ１６２中の酸素濃度を監視することが可能である。
【０１３７】
本技術のさらなる代替形態において、入口質量流れセンサ（図示せず）は、チャンバ１６２の出口における出口質量流れセンサ１８５に加えて、チャンバ１６２への入口に配置される。ｔ１〜ｔ２のインタバルからのインタバルの一部または全体にわたって供給弁１６０を開口させる点を除いて、同じ方法７００を用いて富化ガス中のガス濃度を推定することができる。ステップ７２５において、入口質量流れセンサによって発生された質量流量信号をｔ１〜ｔ２と積分して、入口質量差Δｍ（in）を得る。この入口質量差Δｍ（in）を、出口質量流れセンサ１８５によって発生された質量流量信号の積分によって得られた出口質量差Δｍ（ｏｕｔ）から減算して、質量の純減少Δｍを得る。あるいは、出口質量流れセンサ１８５によって発生された質量流量信号と、入口質量流れセンサによって発生された質量流量信号との間の差をｔ１〜ｔ２と積分して、質量の純減少Δｍを得ることができる。
【０１３８】
酸素センサ１６５の代替的具現において、上記した位置のうちいずれかにおける質量流れセンサ（単数または複数）１８５のいずれかの代わりに流量センサを用いることができ、富化混合物の密度によって乗算することにより、発生された流量測定を流量センサ（単数または複数）によって質量流量へ変換することができる。
【０１３９】
熱特性に基づいた酸素センサ
富化混合物中の１つの特定の非除去ガスの濃度ＥＣｉの測定に適合された特殊目的用センサが用いられる場合、富化混合物中の他の任意の非除去ガスの濃度ＥＣｉを以下のようにして推定することができる。
【数２８】
2021509306.tif 000030
【０１４０】
Ｃ２＝０．２１（酸素）およびＣ３＝０．０１（アルゴン）の乾いた新鮮な空気の酸素富化の例において、アルゴン濃度センサを用いて酸素富化ガス中のアルゴンの濃度ＥＣ３を推定することができ、酸素の濃度ＥＣ２を２１＊ＥＣ３として推定することができる。
【０１４１】
アルゴンの熱特性は酸素および窒素の熱特性と有意に異なるため、熱特性は、窒素、酸素およびアルゴン（例えば酸素富化ガス）の混合物中のアルゴン濃度の感知に特に適している。実際、酸素の熱伝導度は、窒素と類似している（双方とも室温および圧力（ＲＴＰ）において約０．０２６ワット／メートルケルビン）ため、乾燥した空気（または酸素富化ガス）を（ＲＴＰにおける熱伝導度が約０．０１８ワット／メートルケルビンである）アルゴンと酸素／窒素との２成分混合物として熱目的のために処理することが可能になる。
【０１４２】
1つのモデル［１］によれば、分画濃度ｃ１およびｃ２の２成分ガス混合物の熱伝導度ｋ１２を以下のように推定することができる。
【数２９】
2021509306.tif 000031
【０１４３】
ここで、ｋ１は、混合物中の第１のガスの熱伝導度であり、ｋ２は、混合物中の第２のガスの熱伝導度である。２成分ガス混合物の熱伝導度ｋ１２を推定できれば、方程式（１８）および関係式ｃ１＝1-ｃ２を用いて、下記ｃ２の二次方程式を解くことにより混合物中の第2のガスの分画濃度ｃ２を得ることが可能になることが分かる。
【数３０】
2021509306.tif 000032
【０１４４】
係数は、以下によって得られる。
【数３１】
2021509306.tif 000033
【０１４５】
酸素富化ガス中の酸素濃度の推定にこのアプローチを適用すると、ｋ１は、酸素／窒素の熱伝導度（０．０２６）であり、ｋ２は、アルゴンの熱伝導度（０．０１８）であり、ｋ１２は、推定された酸素富化ガスの熱伝導度であり、ｃ２は、酸素富化ガス中のアルゴンの濃度（ＥＣ３に等しい）である。方程式（１９）中の二次式をｃ２について解くと、酸素富化ガス中のアルゴンの濃度ＥＣ３が得られる。次に、酸素富化ガス中の酸素の濃度ＥＣ２を２１＊ＥＣ３として推定することができる。
【０１４６】
代替的具現において、較正フェーズを開始することができる。このフェーズにおいて、予測される範囲（２１％〜９９％の酸素）の多様な既知の濃度の酸素およびアルゴンを含む複数の酸素富化ガスについて、それぞれの熱伝導度を測定し、アルゴン濃度を各酸素富化ガスの熱伝導度に対して作表してルックアップテーブルを生成した。次に、測定時において、推定された酸素富化ガスの熱伝導度のうち最も近い熱伝導度値に対応するアルゴン濃度値を（例えば酸素濃縮器のコントローラ／プロセッサにアクセス可能な分散媒、データ記憶媒体または他のメモリ中の）ルックアップテーブル中の値から内挿することができる。
【０１４７】
次に、上記したように、酸素富化ガス中の酸素の濃度ＥＣ２を、酸素富化ガス中のアルゴンの濃度ＥＣ３の２１倍として計算することができる。
【０１４８】
図８は、酸素濃縮器１００によって発生された酸素富化ガス中の酸素濃度を推定する方法８００を示すフローチャートである。方法８００は、メモリ４２０中に保存されたプログラム命令またはコントローラ４００へ接続された分散媒によって具現され得、１つ以上のプロセッサ４１０によって実行され得る。本方法８００は、ステップ８１０から開始される。ステップ８１０において、酸素富化ガスの熱伝導度ｋ１２が測定される。ステップ８１０の例示的な具現について、以下に説明する。その後、二次方程式（１９）をｃ２について解くこと、または上記したような較正ルックアップテーブルからの値を内挿および／もしくはアクセスすることにより、ステップ８２０において、酸素富化ガス中のアルゴンの濃度ＥＣ３を酸素富化ガスの測定された熱伝導度ｋ１２から推定する。最後に、ステップ８３０において、アルゴンの濃度ＥＣ３を２１と乗算することにより、酸素富化ガス中の酸素の濃度ＥＣ２を推定する。
【０１４９】
次に、例えば上記したような酸素濃度の表示を提供するために、ガス濃度（例えば、酸素濃度）の推定のいずれかが１つ以上のプロセッサ４１０から出力され得る。この表示は、例えば生成、保存および／または送達された酸素濃度のログおよび／または表示が得られるように、酸素濃縮器の使用時間にわたって保存され得る。いくつかのバージョンにおいて、この推定は、例えば１つ以上の閾値による推定の評価により、酸素濃縮器の制御動作の根幹として機能し得る。例えば、この推定は、例えば推定と１つ以上の閾値との間の比較に基づいて上記した圧力吸着プロセスのパラメータ（例えば、圧縮システムおよび／または弁１２２、１３２、１２４、１３４、１５２、１５４、１６０などの制御）を停止、開始、継続または調節するためにコントローラを動作させるための制御パラメータとして機能し得る。例えば、このような推定が閾値を下回った場合または閾値を上回った場合、閾値に関連する比較に応答して制御信号を発生させることができる。任意選択的に、これは、例えば酸素濃度の生成、保存および／または送達の評価のためにアラーム作動のための制御パラメータとして機能し得る。例えば、このような推定が閾値を下回った場合、アラーム（例えば、光および／または音）が、閾値に関連する比較に応答して発生された信号によってトリガされ得る。
【０１５０】
図９は、ステップ８１０の１つの具現において矢印によって示される方向におけるパイプ９１０（例えば、酸素濃縮器の導管またはガス流路）を通じたガス流れの熱伝導度を測定するデバイス９００の概略図である。要素９２０は、ガス温度を測定する基準温度センサである。要素９２０の基準センサは、ガス流れの冷却効果またはガスの熱伝導度の変化による影響を受けないくらいに充分に高い熱質量を有し得る。例えば、要素９２０の基準センサは、カプセル化シリコンバンドギャップに基づいた温度センサであり得る。
【０１５１】
要素９２０の基準センサの下流に図示された要素９３０も温度センサであり、要素９２０の基準センサよりも熱質量はずっと低い。例えば、要素９３０のセンサはＮＴＣサーミスタであり得、受け取った電力（例えば、連続電力）によって自己発熱する。要素９３０のセンサから返送された温度は、実際のガス温度と、要素９３０のセンサを通過するガス流れの冷却効果（流量の関数）と、（ガス混合物の場合に上記したように混合物中のガスの濃度の関数である）ガスの熱伝導度との関数である。そのため、要素９３０のセンサによって測定された温度と、基準センサ９２０によって測定された温度との間の差ΔＴは、ガスの流量および熱伝導度に依存する。流量がパイプ９１０中の別個の流量センサ（図示せず）によって測定された場合、ガスの熱伝導度を温度差ΔＴおよび測定された流量から推測することができる。
【０１５２】
あるいは、要素９３０を要素９２０の基準センサの上流に配置してもよいし、あるいは、ガス流れと交差して（例えば、流れ方向に対して垂直に）平行に離隔させた様態で高さを揃えてもよく、これにより、要素９３０上の気流が要素９２０のより大型の基準センサにより妨害されなくなる。
【０１５３】
追加的にまたは代替的に、パイプ９１０中の流量がゼロである場合に他の手段によりガスの熱伝導度を決定することも可能であり得る。例えば、パイプ９１０を通過するガス流れを制御する制御弁がオフにされると、流量はゼロになったと仮定することができる。流量がゼロである場合、ガスの熱伝導度を温度差ΔＴから推測することができる。よって、このような場合、例えば決定（例えば、差ΔＴについての温度測定）がパイプ９１０を通過するガス流れを制御する弁の閉鎖動作とタイミングがとられたままである場合、別個の流量センサ（図示せず）は不要である。
【０１５４】
要素９３０のセンサは好適には、濃度および流量の変化に充分に早く応答できるくらいに充分に低い熱質量を有するとよい。ＰＯＣ用途においては、流量および濃度の変化はゆっくりであるため、応答時間をそれほど高速にする必要はない。例えば、約１〜１０秒の応答時間であれば充分に高速であり得る。
【０１５５】
ステップ８１０を酸素濃縮器１００において具現するために、デバイス９００をアキュムレータ１０６からの酸素富化ガスの流れと一列にすることができる。例えば、酸素センサ１６５は、デバイス９００の形態をとり得、この場合、温度センサ１６８は基準センサ９２０となり、圧力センサ１６６は省略することができる。あるいは、デバイス９００を酸素濃縮器１００の導管１９２内に配置することができる。
【０１５６】
ステップ８１０の代替的具現において、熱伝導度測定能力を有する質量流れセンサを用いて、質量流れセンサ１８５を酸素濃縮器１００内において具現することができる。このような「熱質量流れセンサ」について、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ,へ付与された米国特許公開第ＵＳ２０１８／０１４３０５１号に開示がある。本明細書中、同文献全体を参考のため援用する。このような具現において、熱伝導度測定能力を用いて熱伝導度測定を提供し、質量流量感知能力を用いて、上記したようなコントローラ４００によって用いられる質量流量測定を提供する。
【０１５７】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、この代替的具現の任意選択的な改変例を示す。本例において、制御弁１７５は三方弁であり得、熱質量流れセンサ１８５への共通出力と、雰囲気への第３の出力とを有する。ボーラス間において、制御弁１７５の動作を図１０Ａに示すような構成になるようにコントローラによって設定することができ、雰囲気を熱質量流れセンサ１８５へ接続させる。その場合、熱質量流れセンサ１８５は、吸息開始を検出する吸息センサとして機能することができる。よって、熱質量流れセンサ１８５を適切な代替的センサとすることが可能になるため、圧力センサ１９４を任意選択的に省略することができる。よって、吸息開始に起因して出力導管１９２内において圧力降下が発生した場合、熱質量流れセンサ１８５は、流量増加を登録することにより信号を発生させ、この信号は、コントローラによって評価されて、ボーラス送達をトリガするためのボーラス制御信号が発せされる。熱質量流れセンサ１８５などの流量センサは、一般的には圧力センサよりもオフセット安定性に優れるため、この改変例において、吸息開始の表示を（圧力センサ１９４を用いた場合よりも）より高精度に提供することが可能になる。しかし、制御弁１７５が閉鎖されている限り、圧力降下に起因して流れが不十分に生成されるため、雰囲気への接続無しには、吸息開始の検出のためにインライン流量センサ１８５を用いることはできない。
【０１５８】
ボーラス送達時において、制御弁１７５を図１０Ｂに示すような構成になるようにコントローラによって設定することができ、アキュムレータ１０６が熱質量流れセンサ１８５を介してユーザへ接続される。熱質量流れセンサ１８５は、送達されたボーラスの振幅プロファイルおよびその酸素濃度を監視し得る。この改変例による代替的具現により、単一のセンサによる解決法が提供され、酸素濃度測定およびボーラストリガ制御双方がもたらされ得、また、（例えば、熱質量流れセンサ１８５によって測定されかつ送達弁（例えば、制御弁１７５）の動作によって制御されるようなボーラスプロファイルを設定するコントローラにより）ボーラスプロファイル制御の選択肢もさらに提供され得る。
【０１５９】
ステップ８１０のさらなる代替的具現を図１１Ａに示す。質量流れセンサ１８５が図４Ａ中に配置される様子に示すように、熱質量流れセンサ１１００は、酸素富化ガスの主流と一列にされるのではなく、導管１９２中の雰囲気へのタップ１１１０上に配置される。１つのこのような具現において、雰囲気へのタップ１１１０は、（例えば内径が０．１ｍｍ）高インピーダンス配管の一部であり得る。このようにして配置された熱質量流れセンサ１１００を、ボーラス送達のトリガの制御のために圧力センサ１９４の代わりに用いることも可能である。この点について、吸息開始に起因して出力導管１９２中の圧力が降下した場合、熱質量流れセンサ１１００は、流量増加（すなわち、雰囲気からタップ１１１０中への空気引き込み）を登録する。これは、ボーラス送達のトリガについて既述のような制御表示として機能し得る。図１１Ａ中のタップ１１１０は雰囲気へのものであるが、熱質量流れセンサ１１００を介したタップ１１１０は、酸素濃縮器１００の内部空間（内部雰囲気）へのものであってもよい。それでもやはり、外部雰囲気へのタップが好適である理由として、外部雰囲気（すなわち、酸素濃縮器のハウジング周囲の環境）よりも若干高い圧力に濃縮器内部を設定することが可能になる点がある。
【０１６０】
いくつかのバージョンにおいて、ボーラス送達時に、熱質量流れセンサ１１００は、酸素富化ガスの出力流れのごく一部を方向転換させることにより、送達されたボーラスの振幅プロファイルを監視し得る。このボーラスのごく一部は、センサを通過してタップ１１１０から雰囲気へ流動する際に、質量流れセンサ１１００によって感知される。そのため、質量流れセンサ１１００においてボーラスの測定された方向転換部分から送達されたボーラス振幅プロファイルを推定することと、送達弁（例えば、制御弁１７５）の動作を調節することとを行うことにより、ボーラスプロファイルを制御することが可能になる。タップ１１１０の高インピーダンス配管は、ユーザから方向転換された酸素富化ガスの量を制限するように構成され得るため、方向転換された量は、熱質量流れセンサのノイズフロアを上回る一定量となる。そのため、タップ１１１０のインピーダンスにより、アキュムレータから酸素濃縮器の出口１７４に至るユーザへの酸素富化ガスの送達に好適なように、タップを通過する流れが制限される。その場合、熱質量流れセンサ１１００が、上記したようにアルゴン濃度およびよってボーラスの酸素濃度を熱伝導度を介して監視することも可能になる。そのため、このさらなる代替的具現により、単一のセンサによる解決法も得られる。この解決法は、酸素濃度測定および制御トリガ双方を可能にし得かつ任意選択的にボーラスプロファイル制御も可能にし得、図１０Ａおよび図１０Ｂのバージョンのような多ポート制御弁（例えば、３つ以上のポート）は不要であり得る。
【０１６１】
図１１Ｂに示すこのさらなる代替的具現の改変例において、受動型弁１１２０（例えば、フラップ弁）が、熱質量流れセンサ１１００と共にタップ１１１０内に配置され得る。受動型弁１１２０は、雰囲気からの流れを吸息開始時においてタップ１１１０および熱質量流れセンサ１１００を通じてユーザへ方向付けることがより容易になるように方向付けられ、一方、ボーラス送達時に反対方向の流れは、タップ１１１０を通じて雰囲気へ妨害（できるだけ容易にならなりように）される。このような受動型弁により、弁を通じた流れを双方向に可能にしつつ、受動型弁を通過する異なる流量を流れ方向に応じて可能にすることができる。この改変例によれば、酸素濃度測定および制御トリガ双方を提供する単一のセンサによる解決法も可能になり、図１１Ａの具現の場合よりもタップ１１１０用のインピーダンス配管も低くすることができる。これにより、吸息開始検出のための流量測定感度を増加させること、および／または熱質量流れセンサ１１１０を介した酸素富化ガスの送達されたボーラスの雰囲気への有意な方向転換を回避することが可能になる。よって、この改変例の場合、ボーラスの流量を監視することはできないが、ボーラスの酸素濃度測定が可能になるような充分な流れがボーラス送達時に可能になる。
【０１６２】
吸息開始時においても、導管１９２中の圧力は、雰囲気に対して若干正になるようにすることができる。よって、ボーラス送達時の高陽圧における流れを妨害しつつ、少量ではあるが検出可能な逆流が、質量流れセンサ１１００を介して雰囲気へ流れてボーラス送達をトリガすることが可能になるように、受動型弁１２２０を低陽圧において小デッドバンドと共に構成することができる。
【０１６３】
ハイブリッド型具現において、受動型弁１１２０および高インピーダンス配管はどちらとも、相互に並列にかつ熱質量流れセンサ１１００と直列に存在し得る。受動型弁１１２０は、吸息開始時において雰囲気からユーザへの方向への流動を可能にして、ボーラス送達時において高インピーダンス配管が、酸素富化ガスのボーラスのごく一部を方向転換させつつ、図１１Ｂのようなボーラス送達をトリガすることを可能にする。このボーラスのごく一部は、酸素濃度およびボーラスプロファイルの監視のために雰囲気へ流出する際に、質量流れセンサ１１００によって感知され得る。よって、このハイブリッド型具現はまた、単一のセンサによる解決法を提供し、これは酸素濃度測定および制御トリガ双方ならびに任意選択的にボーラスプロファイル制御を可能にし得る。
【０１６４】
一般的注意事項
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。
【０１６５】
本技術の多様な態様のさらなる改変例および代替的実施形態は、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。以下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。
【０１６６】
ラベルリスト
【表１】
2021509306.tif 000034
【表２】
2021509306.tif 000035
【表３】
2021509306.tif 000036
【０１６７】
参考文献
１.  Ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｂｉｎａｒｙ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｏｆ ｇａｓｅｓ, Ｅ.Ｓ. Ｕｄｏｅｔｏｋ. Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ ｉｎ Ｈｅａｔ ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ, Ｖｏｌ. ４, ０２３００８ （２０１３）.
【図１】
2021509306.tif 000037
【図２】
2021509306.tif 000038
【図３Ａ】
2021509306.tif 000039
【図３Ｂ】
2021509306.tif 000040
【図４Ａ】
2021509306.tif 000041
【図４Ｂ】
2021509306.tif 000042
【図４Ｃ】
2021509306.tif 000043
【図５】
2021509306.tif 000044
【図６】
2021509306.tif 000045
【図７】
2021509306.tif 000046
【図８】
2021509306.tif 000047
【図９】
2021509306.tif 000048
【図１０Ａ】
2021509306.tif 000049
【図１０Ｂ】
2021509306.tif 000050
【図１１Ａ】
2021509306.tif 000051
【図１１Ｂ】
2021509306.tif 000052
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月20日(2019.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器中のガス混合物中の成分ガスの濃度を推定する方法であって、
前記ガス混合物の圧力を測定することと、
前記ガス混合物の温度を測定することと、
前記ガス混合物の質量流量を測定することと、
前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度の推定を前記測定された圧力、前記測定された温度、前記測定された質量流量、および前記ガス混合物中の各ガスの特定の気体定数の関数として決定することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記方法は、
前記容器中の前記ガス混合物の第１の圧力および第１の温度の測定をインタバル開始時において行うことと、
前記容器中の前記ガス混合物の第２の圧力および第２の温度の測定を前記インタバル終了時において行うことと、
前記インタバルにわたる前記容器中の前記ガス混合物の質量変化を測定することと、
前記第１の圧力、前記第１の温度、前記第２の圧力、前記第２の温度および前記質量変化から前記ガス混合物の特定の気体定数を推定することと、
前記特定の気体定数の推定から前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度を推定することと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記容器中の前記ガス混合物の質量変化を測定することは、前記ガス混合物の質量流量の前記容器への進入または前記容器からの退出を示す信号の積分を前記第１の圧力および前記第１の温度の測定と前記第２の圧力および前記第２の温度の測定との間のインタバルにわたって行うことを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記信号は、前記容器から退出する前記ガス混合物の質量流量を示す、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記信号は、前記容器に進入する前記ガス混合物の質量流量を示す、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記信号は、前記容器から退出する前記ガス混合物の質量流量と、前記容器に進入する前記ガス混合物の質量流量との間の差を示す、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記特定の気体定数を推定することは、較正定数による乗算を含む、請求項２〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記成分ガスの濃度の推定において、前記容器の容量の測定が用いられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ガス混合物は、３つ以上のガスの富化混合物である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記成分ガスの濃度の推定は、前記富化混合物中のガスの出発濃度に基づく、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガスは、前記富化混合物中の非除去ガスである、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度の前記決定された推定に基づいて酸素濃縮器の動作を制御することをさらに含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記酸素濃縮器の動作は、圧力スイング吸着プロセスを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸素濃縮器の動作は、アラームをトリガすることを含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
ガス濃度感知装置であって、
容器中のガス混合物の圧力を測定するように構成された圧力センサと、
前記容器中の前記ガス混合物の温度を測定するように構成された温度センサと、
前記容器に進入または前記容器から退出する前記ガス混合物の質量流量を示す質量流量信号を発生させるように構成された質量流れセンサと、
前記圧力センサ、前記温度センサおよび前記質量流れセンサへ接続されたコントローラであって、前記コントローラは、前記ガス混合物中の成分ガスの濃度の推定を前記測定された圧力、前記測定された温度、前記質量流量、および前記ガス混合物中の各ガスの特定の気体定数の関数として決定するように構成される、コントローラと
を含む、ガス濃度感知装置。
【請求項１６】
前記コントローラは、
インタバルにわたる前記容器中の前記ガス混合物の質量変化の計算を前記質量流量信号を用いて行うことと、
前記インタバルの開始時において第１の圧力測定および第１の温度測定と、前記インタバルの終了時において第２の圧力測定および第２の温度測定と、前記質量変化とから前記ガス混合物の特定の気体定数を推定することと、
前記ガス混合物の前記特定の気体定数の推定から前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度を推定することと
を行うようにさらに構成される、請求項１５に記載のガス濃度感知装置。
【請求項１７】
前記質量流れセンサは、前記容器の入口に配置される、請求項１６に記載のガス濃度感知装置。
【請求項１８】
前記質量流れセンサは、前記容器の出口に配置される、請求項１６に記載のガス濃度感知装置。
【請求項１９】
前記容器の出口に配置された第２の質量流れセンサをさらに含み、前記第２の質量流れセンサは、前記容器から退出する前記ガス混合物の質量流量を示す第２の質量流量信号を発生させるように構成され、前記コントローラは、前記容器中の前記ガス混合物の質量変化の計算を前記インタバルにわたって前記第２の質量流量信号を用いて行うようにさらに構成される、請求項１６に記載のガス濃度感知装置。
【請求項２０】
酸素濃縮器をさらに含み、前記コントローラは、前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度の前記決定された推定に基づいて前記酸素濃縮器の動作を制御するようにさらに構成される、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載のガス濃度感知装置。
【請求項２１】
前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度の前記決定された推定に基づいた前記酸素濃縮器の動作は、圧力スイング吸着プロセスを含む、請求項２０に記載のガス濃度感知装置。
【請求項２２】
前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度の前記決定された推定に基づいた前記酸素濃縮器の動作は、アラームをトリガすることを含む、請求項２０に記載のガス濃度感知装置。
【請求項２３】
容器中のガス混合物中の成分ガスの濃度を推定する方法であって、
インタバル開始時および前記インタバルの終了時における圧力と、
前記インタバルの開始時および前記インタバルの終了時における温度と、
前記インタバルにわたる質量変化と
を含む、前記ガス混合物の特性、の測定から前記ガス混合物の特定の気体定数を推定することと、
前記特定の気体定数推定から前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度を推定することと
を含む、方法。
【請求項２４】
前記ガス混合物の前記特定の気体定数を推定することにおいて、前記容器の容量の測定が用いられる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記成分ガスの濃度の推定は、前記ガス混合物中のガスの特定の気体定数に基づく、請求項２３または２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ガス混合物は富化混合物である、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記成分ガスの濃度の推定は、前記富化混合物中の各ガスの出発濃度に基づく、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記ガスは、前記富化混合物中の非除去ガスである、請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ガス混合物中の前記成分ガスの前記推定濃度に基づいて酸素濃縮器の動作を制御することをさらに含む、請求項２３〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記動作は、（１）圧力スイング吸着プロセスと、（２）アラームをトリガすることとのうち一方または両方を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
ガス濃度感知装置であって、
容器中のガス混合物の圧力を測定するように構成された圧力センサと、
前記容器中の前記ガス混合物の温度を測定するように構成された温度センサと、
前記ガス混合物の質量流量の前記容器への進入または前記容器からの退出を測定するように構成された質量流れセンサと、
コントローラと
を含み、前記コントローラは、
前記圧力センサを用いて測定される、インタバル開始時および前記インタバルの終了時における圧力と、
前記温度センサを用いて測定される、前記インタバルの開始時および前記インタバルの終了時における温度と、
前記質量流れセンサを用いて測定される、前記インタバルにわたる質量変化と
を含む、容器中の前記ガス混合物の特性、の測定から前記ガス混合物の特定の気体定数を推定することと、
前記ガス混合物中の成分ガスの濃度を前記特定の気体定数推定から推定することと
を行うように構成される、ガス濃度感知装置。
【請求項３２】
前記質量流れセンサは、前記容器の入口に配置される、請求項３１に記載のガス濃度感知装置。
【請求項３３】
前記質量流れセンサは、前記容器の出口に配置される、請求項３１に記載のガス濃度感知装置。
【請求項３４】
前記容器の出口に配置された第２の質量流れセンサをさらに含み、前記第２の質量流れセンサは、前記容器から退出する前記ガス混合物の質量流量を測定するように構成され、前記コントローラは、前記インタバルにわたる前記質量変化の測定を前記第２の質量流れセンサを用いて行うようにさらに構成される、請求項３２に記載のガス濃度感知装置。
【請求項３５】
酸素濃縮器をさらに含み、前記コントローラは、前記ガス混合物中の前記成分ガスの濃度の前記推定に基づいて前記酸素濃縮器の動作を制御するようにさらに構成される、請求項３１〜３４のいずれか一項に記載のガス濃度感知装置。
【請求項３６】
前記酸素濃縮器の動作は、（１）圧力スイング吸着プロセスと、（２）アラームをトリガすることとのうち一方または両方を含む、請求項３５に記載のガス濃度感知装置。
【請求項３７】
装置であって、
容器中のガス混合物の圧力の測定を発生させる手段と、
前記容器中の前記ガス混合物の温度の測定を発生させる手段と、
前記ガス混合物の質量流量の前記容器への進入または前記容器からの退出を示す質量流量信号を発生させる手段と、
前記ガス混合物中の成分ガスの濃度を前記測定された圧力、前記測定された温度、質量流量および前記ガス混合物中の各ガスの特定の気体定数の関数として推定する手段と
を含む、装置。
【請求項３８】
酸素富化ガス中の酸素濃度を推定する方法であって、
前記酸素富化ガスの熱伝導度を測定することと、
前記酸素富化ガス中のアルゴン濃度を前記熱伝導度から推定することと、
前記酸素富化ガス中の酸素濃度を前記アルゴン濃度から推定することと
を含む、方法。
【請求項３９】
前記酸素富化ガスの熱伝導度を測定することは、
前記酸素富化ガスの流れの温度を推定することと、
前記酸素富化ガスの流れと熱連通する自己発熱要素の温度を測定することと、
前記流れの温度と、前記自己発熱要素の温度との間の差から前記熱伝導度を推定することと
を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記酸素富化ガスの流れの流量を測定することをさらに含み、前記熱伝導度の推定において、前記差および前記測定された流量から前記熱伝導度を推定する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記アルゴン濃度を推定することは、熱伝導度をアルゴン濃度に対して作表するルックアップテーブル中の値間に内挿することを含む、請求項３８〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記推定された酸素濃度に基づいて酸素濃縮器の動作を制御することをさらに含む、請求項３８〜４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記動作は、（１）圧力スイング吸着プロセスと、（２）アラームをトリガすることとのうち一方または両方を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
酸素濃度感知装置であって、
酸素富化ガスの熱伝導度を測定するように構成されたセンサと、
コントローラと
を含み、前記コントローラは、
前記酸素富化ガス中のアルゴン濃度を前記熱伝導度から推定することと、
前記酸素富化ガス中の酸素濃度をアルゴン濃度から推定することと
を行うように構成される、酸素濃度感知装置。
【請求項４５】
前記センサは、
前記酸素富化ガスの流れの温度を感知するように構成された温度センサと、
前記酸素富化ガスの流れと熱連通する自己発熱要素と
を含む、請求項４４に記載の酸素濃度感知装置。
【請求項４６】
前記コントローラは、前記流れの温度と、前記自己発熱要素の温度との間の差から前記熱伝導度を推定するようにさらに構成される、請求項４５に記載の酸素濃度感知装置。
【請求項４７】
前記酸素富化ガスの流量を示す信号を発生させるように構成された流量センサをさらに含み、前記コントローラは、前記差および前記酸素富化ガスの流量から前記熱伝導度を推定するようにさらに構成される、請求項４６に記載の酸素濃度感知装置。
【請求項４８】
酸素濃縮器をさらに含み、前記コントローラは、前記酸素濃度の推定に基づいて前記酸素濃縮器の動作を制御するようにさらに構成される、請求項４４〜４７のいずれか一項に記載の酸素濃度感知装置。
【請求項４９】
前記酸素濃縮器の動作は、（１）圧力スイング吸着プロセスと、（２）アラームをトリガすることとのうち一方または両方を含む、請求項４８に記載の酸素濃度感知装置。
【請求項５０】
装置であって、
酸素富化ガスの熱伝導度を測定する手段と、
前記酸素富化ガス中のアルゴン濃度を前記熱伝導度から推定する手段と、
前記酸素富化ガス中の酸素濃度を前記アルゴン濃度から推定する手段と
を含む、装置。
【請求項５１】
酸素濃縮器装置であって、
出口であって、前記出口は、送達デバイスとの空気圧接続に適しており、前記送達デバイスは、使用時において酸素富化ガスをユーザへ送達させる、出口と、
ガス分離吸着剤を含む少なくとも２つのキャニスタであって、前記ガス分離吸着剤は、前記酸素富化ガスを生成するように、前記少なくとも２つのキャニスタ中の空気から少なくとも一定の窒素のガス分離のために構成される、少なくとも２つのキャニスタと、
前記ガス分離の促進のために動作時に空気を圧縮させるように前記キャニスタのうち少なくとも１つへ接続されたコンプレッサを含む圧縮システムと、
前記キャニスタのうち１つ以上へ接続されて、前記キャニスタのうち１つ以上中において生成された前記酸素富化ガスを、使用時に蓄積するアキュムレータであって、前記アキュムレータは、前記出口へ空気圧的に接続される、アキュムレータと、
前記出口と前記アキュムレータとの間の空気圧経路中の雰囲気へのタップと、
前記アキュムレータおよび前記出口へ空気圧接続された流量センサであって、前記流量センサは、少なくとも流量信号を発生させるように構成される、流量センサと、
１つ以上のプロセッサを含むコントローラ、および前記コントローラへ接続された１組の弁と
を含み、
前記コントローラは、（ａ）前記酸素富化ガスを前記アキュムレータ中に生成することと、（ｂ）前記生成された酸素富化ガスを前記アキュムレータから少なくとも１つのボーラスとして放出することと、を行うために前記１組の弁の動作を制御するように構成され、
前記コントローラは、
前記流量センサから前記流量信号を受信することと、
使用時において前記ユーザの吸息開始を検出するために前記流量信号を評価することと、
前記１組の弁の送達弁が、前記流量センサからの前記流量信号の評価からの前記検出された開始に基づいて前記少なくとも１つのボーラスを、前記出口へ放出するように制御することと、
前記少なくとも１つのボーラスの放出時に前記流量信号を監視することと
を行うようにさらに構成される、酸素濃縮器装置。
【請求項５２】
前記流量センサは熱質量流れセンサであり、前記コントローラは、
前記熱質量流れセンサから熱伝導度信号を受信することと、
前記熱質量流れセンサからの前記受信された熱伝導度信号に基づいて前記酸素富化ガスの酸素濃度を推定することと
を行うようにさらに構成される、請求項５１に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項５３】
前記コントローラは、
前記推定された酸素濃度を評価することと、
前記推定された酸素濃度の評価に基づいてアラーム信号を発生させることと
を行うようにさらに構成される、請求項５２に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項５４】
前記コントローラは、前記送達弁を制御して、前記流量センサからの前記監視された流量信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するようにさらに構成される、請求項５１〜５３のいずれか一項に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項５５】
前記送達弁は多ポート弁を含み、前記多ポート弁は、前記タップへ空気圧接続された第１のポートと、前記出口へ空気圧接続された第２のポートと、前記アキュムレータへ空気圧接続された第３のポートとを含む、請求項５１〜５４のいずれか一項に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項５６】
前記吸息開始を感知するために、前記コントローラは、（１）前記タップへの前記第１のポートを（２）前記出口への前記第２のポートへ空気圧接続させるため、前記送達弁を設定するようにさらに構成される、請求項５５に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項５７】
前記少なくとも１つのボーラスを放出するために、前記コントローラは、（１）前記出口への前記第２のポートを（２）前記アキュムレータへの前記第３のポートへ空気圧接続させるため、前記送達弁を設定するようにさらに構成される、請求項５５または５６に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項５８】
前記流量センサは、雰囲気から前記空気圧経路へ前記タップを通過する流量を測定するように前記タップの近隣に配置される、請求項５１〜５４のいずれか一項に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項５９】
前記タップは、ボーラス放出時において前記タップを通過する流れの量を制限するように構成された高インピーダンス配管を含む、請求項５８に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６０】
前記雰囲気へのタップに平行な受動型弁をさらに含み、前記受動型弁は、前記受動型弁を通過する流れの方向に応じて前記受動型弁を通過する異なる流量を許容するように構成される、請求項５８または５９に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６１】
酸素濃縮器装置であって、
出口であって、前記出口は、送達デバイスとの空気圧接続に適しており、前記送達デバイスは、使用時において酸素富化ガスをユーザへ送達させる、出口と、
ガス分離吸着剤を含む少なくとも２つのキャニスタであって、前記ガス分離吸着剤は、前記酸素富化ガスを生成するように、前記少なくとも２つのキャニスタ中の空気から少なくとも一定の窒素のガス分離のために構成される、少なくとも２つのキャニスタと、
前記ガス分離の促進のために動作時に空気を圧縮させるように前記キャニスタのうち少なくとも１つへ接続されたコンプレッサを含む圧縮システムと、
前記キャニスタのうち１つ以上へ接続されて、前記キャニスタのうち１つ以上中において生成された前記酸素富化ガスを、使用時に蓄積するアキュムレータであって、前記アキュムレータは、前記出口へ空気圧的に接続される、アキュムレータと、
前記アキュムレータおよび前記出口へ空気圧接続された熱質量流れセンサであって、前記熱質量流れセンサは、少なくとも流量信号および熱伝導度信号を発生させるように構成される、熱質量流れセンサと、
１つ以上のプロセッサを含むコントローラ、および前記コントローラへ接続された１組の弁と
を含み、
前記コントローラは、（ａ）前記酸素富化ガスを前記アキュムレータ中に生成することと、（ｂ）前記生成された酸素富化ガスを前記アキュムレータから少なくとも１つのボーラスとして放出することと、を行うために前記１組の弁の動作を制御するように構成され、
前記コントローラは、
前記熱質量流れセンサから前記流量信号を受信することと、
前記熱質量流れセンサから前記熱伝導度信号を受信することと、
前記出口へ前記少なくとも１つのボーラスを放出するように前記１組の弁の送達弁を制御することと、
前記少なくとも１つのボーラスの放出時に前記流量信号を監視することと、
前記熱質量流れセンサからの前記受信された熱伝導度信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラス中の酸素濃度を推定することと
を行うようにさらに構成される、酸素濃縮器装置。
【請求項６２】
前記コントローラは、
前記推定された酸素濃度を評価することと、
前記推定された酸素濃度の評価に基づいてアラーム信号を発生させることと
を行うようにさらに構成される、請求項６１に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６３】
前記コントローラは、前記送達弁を制御して、前記熱質量流れセンサからの前記監視された流量信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するようにさらに構成される、請求項６１または６２に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６４】
酸素濃縮器装置であって、
出口であって、前記出口は、送達デバイスとの空気圧接続に適しており、前記送達デバイスは、使用時において酸素富化ガスをユーザへ送達させる、出口と、
ガス分離吸着剤を含む少なくとも２つのキャニスタであって、前記ガス分離吸着剤は、前記酸素富化ガスを生成するように、前記少なくとも２つのキャニスタ中の空気から少なくとも一定の窒素のガス分離のために構成される、少なくとも２つのキャニスタと、
前記ガス分離の促進のために動作時に空気を圧縮させるように前記キャニスタのうち少なくとも１つへ接続されたコンプレッサを含む圧縮システムと、
前記キャニスタのうち１つ以上へ接続されて、前記キャニスタのうち１つ以上中において生成された前記酸素富化ガスを、使用時に蓄積するアキュムレータであって、前記アキュムレータは、前記出口へ空気圧的に接続される、アキュムレータと、
前記アキュムレータおよび前記出口へ空気圧接続された熱質量流れセンサであって、前記熱質量流れセンサは、少なくとも流量信号および熱伝導度信号を発生させるように構成される、熱質量流れセンサと、
１つ以上のプロセッサを含むコントローラ、および前記コントローラへ接続された１組の弁と
を含み、
前記コントローラは、（ａ）前記酸素富化ガスを前記アキュムレータ中に生成することと、（ｂ）前記生成された酸素富化ガスを前記アキュムレータから少なくとも１つのボーラスとして放出することと、を行うために前記１組の弁の動作を制御するように構成され、
前記コントローラは、
前記熱質量流れセンサから前記流量信号を受信することと、
前記熱質量流れセンサから前記熱伝導度信号を受信することと、
使用時において前記ユーザの吸息開始を検出するために前記流量信号を評価することと、
前記１組の弁の送達弁が、前記熱質量流れセンサからの前記流量信号の評価からの前記検出された開始に基づいて前記少なくとも１つのボーラスを、前記出口へ放出するように制御することと、
前記熱質量流れセンサからの前記受信された熱伝導度信号に基づいて前記ボーラス中の酸素濃度を推定することと
を行うようにさらに構成される、酸素濃縮器装置。
【請求項６５】
前記コントローラは、
前記推定された酸素濃度を評価することと、
前記推定された酸素濃度の評価に基づいてアラーム信号を発生させることと
を行うようにさらに構成される、請求項６４に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６６】
空気圧経路中の雰囲気へのタップを前記出口と前記アキュムレータとの間にさらに含み、前記熱質量流れセンサは、雰囲気から前記空気圧経路へ前記タップを通過する流量を測定するように前記タップの近隣に配置される、請求項６４または６５に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６７】
前記雰囲気へのタップ中に受動型弁をさらに含み、前記受動型弁は、前記受動型弁を通過する流れの方向に応じて前記受動型弁を通過する異なる流量を許容するように構成される、請求項６６に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６８】
前記受動型弁は、低陽圧において小デッドバンドと共に構成される、請求項６７に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項６９】
前記雰囲気へのタップと平行な高インピーダンス配管をさらに含み、前記高インピーダンス配管は、前記少なくとも１つのボーラスの放出時において前記配管を通過する流れの量を制限するように構成される、請求項６４〜６８のいずれか一項に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項７０】
前記コントローラは、前記少なくとも１つのボーラスの放出時において前記流量信号を監視するようにさらに構成される、請求項６９に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項７１】
前記コントローラは前記送達弁を制御して、前記熱質量流れセンサからの前記監視された流量信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するようにさらに構成される、請求項７０に記載の酸素濃縮器装置。
【請求項７２】
酸素濃縮器装置のコントローラの方法であって、
前記コントローラ内に流量信号を受信することであって、前記流量信号は、流量センサにより発生され、前記流量センサは、（１）前記酸素濃縮器装置によって発生された酸素富化ガス用のアキュムレータと、（２）前記酸素富化ガス用の出口とに空気圧接続される、前記コントローラ内に流量信号を受信することと、
前記酸素濃縮器装置のユーザの吸息開始を検出するように前記流量信号を前記コントローラ内において評価することと、
送達弁が、前記流量センサからの前記流量信号の評価からの前記検出された開始に基づいて酸素富化ガスの少なくとも１つのボーラスを、前記出口へ放出するように前記コントローラによって制御することと、
前記少なくとも１つのボーラスの放出時に前記流量信号を前記コントローラ内において監視することと
を含む、方法。
【請求項７３】
前記流量センサは、熱質量流れセンサであり、前記方法は、
前記熱質量流れセンサからの熱伝導度信号を前記コントローラ内において受信することと、
前記熱質量流れセンサからの前記受信された熱伝導度信号に基づいて前記酸素富化ガスの酸素濃度を前記コントローラ内において推定することと
をさらに含む、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記推定された酸素濃度を前記コントローラ内において評価することと、
前記推定された酸素濃度の評価に基づいて前記コントローラによりアラーム信号を発生させることと
をさらに含む、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記流量センサからの前記監視された流量信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するように前記送達弁を前記コントローラにより制御することをさらに含む、請求項７２〜７４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７６】
前記送達弁は多ポート弁を含み、前記多ポート弁は、タップへ空気圧接続された第１のポートと、前記出口へ空気圧接続された第２のポートと、前記アキュムレータへ空気圧接続された第３のポートとを含む、請求項７２〜７５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７７】
前記吸息開始を感知するために、前記コントローラは、（１）前記タップへの前記第１のポートを（２）前記出口への前記第２のポートへ空気圧接続させるように前記送達弁の設定を制御する、請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
前記少なくとも１つのボーラスを放出するために、前記コントローラは、（１）前記出口への前記第２のポートを（２）前記アキュムレータへの前記第３のポートへ空気圧接続させるように前記送達弁の設定を制御する、請求項７６または７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記流量センサは、雰囲気から空気圧経路へ前記タップを通過する流量を測定するようにタップの近隣に配置され、前記タップは雰囲気へ空気圧接続され、前記空気圧経路は、前記出口と前記アキュムレータとの間に設けられる、請求項７２〜７５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８０】
前記タップは、ボーラス放出時において前記タップを通過する流れの量を制限するように構成された高インピーダンス配管を含む、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
受動型弁は、前記雰囲気へのタップと平行に設けられ、前記受動型弁は、前記受動型弁を通過する流れの方向に応じて前記受動型弁を通過する異なる流量を許容するように構成される、請求項７９または８０に記載の方法。
【請求項８２】
酸素濃縮器装置のコントローラの方法であって、
流量信号および熱伝導度信号を前記コントローラ内において受信することであって、前記流量信号および前記熱伝導度信号は、熱質量流れセンサにより発生され、前記熱質量流れセンサは、（１）前記酸素濃縮器装置によって発生された酸素富化ガス用のアキュムレータと、（２）前記酸素富化ガス用の出口とに空気圧接続される、流量信号および熱伝導度信号を前記コントローラ内において受信することと、
送達弁が、酸素富化ガスの少なくとも１つのボーラスを、前記出口へ放出するように前記コントローラによって制御することと、
前記少なくとも１つのボーラスの放出時に前記流量信号を前記コントローラ内において監視することと、
前記熱質量流れセンサからの前記受信された熱伝導度信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラス中の酸素濃度の推定を前記コントローラ内において行うことと
を含む、方法
【請求項８３】
前記推定された酸素濃度を前記コントローラ内において評価することと、
前記推定された酸素濃度の評価に基づいて前記コントローラによりアラーム信号を発生させることと
をさらに含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記熱質量流れセンサからの前記監視された流量信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するように前記送達弁を前記コントローラによって制御することをさらに含む、請求項８２または８３に記載の方法。
【請求項８５】
酸素濃縮器装置のコントローラの方法であって、
流量信号および熱伝導度信号を前記コントローラ内において受信することであって、前記流量信号および前記熱伝導度信号は、熱質量流れセンサにより発生され、前記熱質量流れセンサは、（１）前記酸素濃縮器装置によって発生された酸素富化ガス用のアキュムレータと、（２）前記酸素富化ガス用の出口とに空気圧接続される、流量信号および熱伝導度信号を前記コントローラ内において受信することと、
前記酸素濃縮器装置のユーザの吸息開始を検出するように前記流量信号を前記コントローラ内において評価することと、
送達弁が、前記熱質量流れセンサからの前記流量信号の評価からの前記検出された開始に基づいて酸素富化ガスの少なくとも１つのボーラスを、前記出口へ放出するように前記コントローラによって制御することと、
前記熱質量流れセンサからの前記受信された熱伝導度信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラス中の酸素濃度の推定を前記コントローラ内において行うことと
を含む、方法。
【請求項８６】
前記推定された酸素濃度を前記コントローラ内において評価することと、
前記推定された酸素濃度の評価に基づいて前記コントローラによりアラーム信号を発生させることと
をさらに含む、請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記熱質量流れセンサは、雰囲気から空気圧経路へ前記タップを通過する流量を測定するようにタップの近隣に配置され、前記タップは雰囲気へ空気圧接続され、前記空気圧経路は、前記出口と前記アキュムレータとの間に設けられる、請求項８５または８６に記載の方法。
【請求項８８】
受動型弁が前記雰囲気へのタップ中に設けられ、前記受動型弁は、前記受動型弁を通過する流れの方向に応じて前記受動型弁を通過する異なる流量を許容するように構成される、請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
前記受動型弁は、低陽圧において小デッドバンドと共に構成される、請求項８８に記載の方法。
【請求項９０】
高インピーダンス配管が前記雰囲気へのタップと平行に設けられ、前記高インピーダンス配管は、前記少なくとも１つのボーラスの放出時において前記高インピーダンス配管を通過する流れの量を制限するように構成される、請求項８５〜８９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９１】
前記少なくとも１つのボーラスの放出時に前記流量信号を前記コントローラ内において監視することをさらに含む、請求項９０に記載の方法。
【請求項９２】
前記熱質量流れセンサからの前記監視された流量信号に基づいて前記少なくとも１つのボーラスの振幅プロファイルを調節するように前記送達弁を前記コントローラにより制御することをさらに含む、請求項９１に記載の方法。
【国際調査報告】
2021509306.tif 000053
2021509306.tif 000054
2021509306.tif 000055
2021509306.tif 000056
2021509306.tif 000057
2021509306.tif 000058
2021509306.tif 000059
2021509306.tif 000060
2021509306.tif 000061