(57)【要約】【課題】ユーザーが簡単に持ち運ぶのに適した携帯用酸素濃縮装置を提供する。【解決手段】繰り返し充電可能なエネルギー源と、該エネルギー源で動き、周辺空気をユーザー用濃縮酸素ガスに変換できるようにした酸素濃縮器からなる、該ユーザーが簡単に持ち運びできるよう設計された携帯用酸素濃縮装置であって、酸素濃縮器は複数の吸着床と回転弁アセンブリを備えており、酸素ガス流量に対する圧縮動力の比が６．２Ｗ／ＬＰＭ〜２３．０Ｗ／ＬＰＭの範囲にあり、回転弁アセンブリは、周辺空気を該ユーザー用濃縮酸素ガスに変換するため該複数の吸着床を通って酸素ガス流体を選択的に移行させるための弁調節動作ができるよう該複数の吸着床に対して相対的回転可能とした、携帯用酸素濃縮装置。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返し充電可能なエネルギー源と、該エネルギー源で動き、周辺空気をユーザー用濃縮酸素ガスに変換できるようにした酸素濃縮器からなる、該ユーザーが簡単に持ち運びできるよう設計された携帯用酸素濃縮装置であって、酸素濃縮器は複数の吸着床と回転弁アセンブリを備えており、酸素ガス流量に対する圧縮動力の比が６．２Ｗ／ＬＰＭ〜２３．０Ｗ／ＬＰＭの範囲にあり、回転弁アセンブリは、周辺空気を該ユーザー用濃縮酸素ガスに変換するため該複数の吸着床を通って酸素ガス流体を選択的に移行させるための弁調節動作ができるよう該複数の吸着床に対して相対的回転可能とした、携帯用酸素濃縮装置。
【請求項２】
酸素濃縮器が５個の吸着床を有する、請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項３】
回転弁アセンブリが、夫々嵌合面を有し共通の回転中心周りに相対的に回転可能で該複数の吸着床を通って酸素ガス流体が選択的に移行するための弁調節動作ができるようになっている弁ポートプレートと回転弁シュー並びに回転弁シューを弁ポートプレートに対して心合わせするためのモーター以外の心合わせ機構を備えた、請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項４】
弁ポートプレートと回転弁シューが夫々中心孔を有し、心合わせ機構が回転弁シューを弁ポートプレートに対して心合わせするためのこれら中心孔に配された心合わせピンを有する、請求項３に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項５】
弁ポートプレートと回転弁シューが円筒状側壁を有し、心合わせ機構が回転弁シューを弁ポートプレートに対して心合わせするためのこれら側壁周囲に配された心合わせリングを有する、請求項３に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項６】
吸着床が吸着剤物質を有しておりかつ、第一端、第二端、第一端と第二端の間の吸着床に配された吸着媒体、吸着媒体と第二端の間に配された媒体保持キャップ、及び媒体保持キャップを吸着剤物質に対して付勢して吸着媒体を保持するとともに吸着床の流体経路に配されていないばねを有する、請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項７】
媒体保持キャップが、吸着媒体と接触し中心孔と中心孔から放射状に延びている複数のリブを有する表面を持っている、請求項６に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項８】
媒体保持キャップが内部空間を有する基底面を有し、上記ばねが基底面のこの内部空間に配された、請求項６に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項９】
回転弁アセンブリが夫々嵌合面を有し共通の回転中心周りに相対的に回転可能で該複数の吸着床を通って酸素ガス流体が選択的に移行するための弁調節動作ができるようになっている弁ポートプレートと回転弁シューを備え、その上更に回転弁シューを回転させるモーターとこのモーターを回転弁シューにつなぐ一つ以上の弾性リンクを有する、請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項１０】
上記モーターが駆動軸及び一つ以上の突出支持部材付駆動輪を有し、回転弁シューが一つ以上の突出支持部材を有し、弾性リンクが駆動輪の一つ以上の突出支持部材を回転弁シューの一つ以上の突出支持部材に連結している、請求項９に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項１１】
酸素濃縮器がプラスチック製吸着床とこのプラスチック製吸着床を取囲む金属カバーを有する、請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項１２】
上記吸着床が横長の成形プラスチック容器である、請求項１１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項１３】
前記金属カバーがアルミニウムからなり吸着床を取囲んで製品タンクを形成している、請求項１２に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項１４】
回転弁アセンブリが、夫々嵌合面を有し共通の回転中心周りに相対的に回転可能で吸着床を圧力スイング吸着サイクル状態になるようにするための弁調節動作ができるようになっている弁ポートプレートと回転弁シューを備え、圧力スイング吸着サイクルが各吸着床で２から８の数の多段階の均圧工程を含む、請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項１５】
圧力スイング吸着サイクルが各吸着床で２から６の数の多段階の均圧工程を含む、請求項１４に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項１６】
圧力スイング吸着サイクルが各吸着床で４つの多段階の均圧工程を含む、請求項１４に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項１７】
均圧工程が第一回下降均圧工程、第二回下降均圧工程、第一回上昇均圧工程、第二回上昇均圧工程からなる、請求項１４に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項１８】
吸着床が供給端と製品端を有し、均圧化が吸着床の夫々の製品端の間でなされる、請求項１４に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項１９】
周辺空気を酸素濃縮器に供給するための変速圧縮機を更に備えている、請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項２０】
酸素濃縮器による空気からの酸素回収率が酸素純度約９０％で４５〜７１％である、請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項２１】
回転弁アセンブリが、夫々嵌合面を有し共通の回転中心周りに相対的に回転可能で該複数の吸着床を通って酸素ガス流体が選択的に移行するための弁調節動作ができるようになっている弁ポートプレートと回転弁シューを備え、該弁ポートプレートが少なくとも二つの吸着床と相互につながった少なくとも二つの開口部を有し、該回転弁シューが少なくとも一つの均等化通路を有する該嵌合面の反対側に第二弁面を有しポートプレートの該少なくとも二つの開口部とぴったり一致して該少なくとも二つの吸着床において圧力が均等化されている、請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項２２】
酸素濃縮器が３ＬＰＭの酸素ガスを作り出している過程で回転弁アセンブリを通じての圧力低下が６．９ｋＰａ以下である、請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項２３】
回転弁アセンブリが、夫々嵌合面を有し共通の回転中心周りに相対的に回転可能で該複数の吸着床を通って酸素ガス流体が選択的に移行するための弁調節動作ができるようになっている弁ポートプレートと回転弁シューを備え、製品の一定産生量のための望ましいサイクルタイミングを得るため弁ポートプレートに対する回転弁シューの回転速度が変わる、請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項２４】
圧縮された周辺空気を酸素濃縮器に供給するための変速圧縮機をさらに備え、製品の一定産生量のための望ましいサイクルタイミングを得るとともに酸素濃縮器への周辺空気の単位時間当たりの望ましい供給量を得るため弁ポートプレートに対する回転弁シューの回転速度が変速圧縮機の回転速度の変動との組み合わせで変わる、請求項２３に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項２５】
回転弁アセンブリが、夫々嵌合面を有し共通の回転中心周りに相対的に回転可能で該吸着床を通って酸素ガス流体が選択的に移行するための弁調節動作ができるようになっている弁ポートプレートと回転弁シューを備え、回転弁シューが自らを弁ポートプレートから切り離すよう働く圧力を相殺する真空封止機構を備えている、請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
【請求項２６】
夫々嵌合面を有し共通の回転中心周りに相対的に回転可能で複数の吸着床を通って酸素ガス流体が選択的に移行するための弁調節動作ができるようになっている弁ポートプレートと回転弁シューからなる、該複数の吸着床を有する圧力スイング吸着システム用回転弁アセンブリにおいて、該弁ポートプレートが少なくとも二つの吸着床と相互につながった少なくとも二つの開口部を有し、該回転弁シューが少なくとも一つの均等化通路を有する該嵌合面の反対側に第二弁面を有しポートプレートの該少なくとも二つの開口部とぴったり一致して該少なくとも二つの吸着床において圧力が均等化されている、該複数の吸着床を有する圧力スイング吸着システム用回転弁アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の対象とする分野は、一般には酸素濃縮器、とりわけ、通常の充実した生活ができ、外出する呼吸器病患者のための携帯用酸素濃縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
在宅であるか否かを問わず、こうした患者に対する酸素の必要は日増しに高まっている。肺線維症、サルコイド症、職業肺疾患などの肺障害の患者にとっては酸素の補給が必要である。酸素療法の発展はこうした患者を以前にも増して元気付け、この種の患者に恩恵をもたらすことになる。肺疾患治癒とまでは行かなくても、酸素補給により血液への酸素供給量が増え、これによって低酸素症が快方に向かう。酸素療法により酸素欠乏による長期に亘る臓器系とりわけ心臓、脳および腎臓への悪影響を防ぐことができる。
【０００３】
酸素治療はまた、米国で約６００万人が罹っている慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）および心疾患やＡＩＤＳなど呼吸器系を弱める他の病気に対して実施するよう規定されている。さらに酸素補給療法は喘息および肺気腫治療にも行うよう定められている。
【０００４】
ＣＯＰＤ患者に対する通常の処方では、鼻カニューラまたはマスクを通じて１日２４時間酸素を補給することが義務付けられている。平均的な患者処方では、患者が吸入する全空気中の酸素濃度を通常の２１％から約４０％に高めるために高濃度の酸素を１分間に２リットル供給することになっている。平均酸素流量は１分間２リットルと定められているが、平均的な酸素濃縮器の酸素供給能力は１分間当り４乃至６リットルである。このプラスアルファの酸素供給能力は、症状が一段と重くなって一般に家庭を離れることが出来ず（外出患者として）携帯用酸素供給器が使えなくなった特定の患者にとって時として必要になる。
【０００５】
今日、医療での酸素補給の手段には３通りある：高圧酸素ガスボンベ、真空断熱容器すなわち普通“魔法瓶”と呼ばれているボトル入りの低温液体酸素、および酸素濃縮器、である。在宅専用の酸素を必要とする患者もいれば、処方の如何によっては携帯用酸素と共に在宅用酸素を必要とする患者もいる。上記３種類の酸素補給手段はいずれも在宅用だが、魔法瓶のように詰め替えの必要がなく空のボンベを満タンのボンベと交換する必要がないことから酸素濃縮器の方が好ましい。
【０００６】
【特許文献１】
特表平７−５０８２０５号公報
【特許文献２】
国際公開第９８／２８０６１号パンフレット
【特許文献３】
特表２０００−５１６８５４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、在宅用の酸素濃縮器にもそれなりの欠点がある：それは電力消費量が比較的多い（３５０〜４００ワット）、比較的大型であり（ほぼナイトテーブルの大きさ）、比較的重く（約２２．７ｋｇ）、放熱量がかなりあり、騒音が比較的大きいことである。
【０００８】
移動の必要な場合に（外出先で）使える真に携帯可能なのは小型の高圧酸素ガスボトルと小型の液体酸素入り魔法瓶だけである。いずれも在宅用と外出（家庭外）用の双方に使用でき、また在宅専用の酸素濃縮器と組み合わせて使える。
【０００９】
後で述べるように、今日の酸素供給方法ならびに装置は煩わしくて実用的でなく、これまで長い間ユーザーへの酸素供給のための改良された携帯用装置の必要性が痛感されている。
【００１０】
酸素供給を受ける必要がありながら据え置き型酸素供給装置（もしくは携帯型であっても簡単には持ち運びできないもの）などの酸素発生源や酸素貯蔵源から離れたところで酸素供給装置を操作しなければならない人々にとって、こうした患者が概してとれる最善の処方手段は次の二通りである：（ａ）普通、車輪付カートによる運搬手段で小型ボンベを持ち運ぶ、および（ｂ）普通、肩に掛ける等の方法で携帯用酸素容器を持ち運ぶ。酸素ガスならびに液体酸素を運ぶこれら両手段には本質的な欠陥があるが、医療の観点からは両者とも患者の充実した生活を増進し得るのである。
【００１１】
酸素ガスボンベを持ち運ぶ上記の手段の大きな欠点は、短期間しか酸素ガスを供給できない点である。今一つの欠点は、安全面を考えると飛行機など特定の場所では患者が高圧の酸素ガスボンベを持ち込むことが許されないことである。更なる欠点は、ボンベが一旦空になったら酸素を詰め替えなければならない点である。これら小型ガスボンベはホームケアプロバイダーが回収して専門の施設で詰め替えねばならない。このためプロバイダーは患者の家庭を定期的に訪ねて回らねばならず、また小型ボンベが患者宅や詰め替え施設に数多く残っているためプロバイダーは小型ボンベに多額の投資をせざるを得なくなる。空気から酸素を取り出す市販の酸素濃縮器を用いて患者の自宅でこれらボンベに酸素を詰め替えることは建前上可能だが、これを実際に行うためには濃縮器から取り出す酸素の圧力を高めるためにその場で使える酸素圧縮機が普通欠かせない。通常のこの種の酸素圧縮機の欠点は：高価なこと、音がやかましいこと、大量の熱を出すこと、である。加えて、家庭で加圧容器内での酸素の圧縮操作を行うことは、とりわけこうした点に素人の人々（患者）にとっては潜在的に危険が伴う。
【００１２】
こうした作業を家庭内で行おうとする場合、幾つかの安全上の問題が持ち上がって来ることは言うまでもない。例えば、携帯容器に充分な量の酸素を充填するためには酸素を高圧（最高１３．８ＭＰａ）になるまで圧縮せねばならないのが普通である。酸素を３４．５ｋＰａ（酸素濃縮器の一般的な取出し圧力）から１３．８Ｍｐａまで圧縮すると大量の熱が発生する（冷却操作を挿入した三段階の断熱圧縮を行うとした場合、段階ごとに１６５℃の温度上昇に相当する）。この熱が、圧力上昇下で反応性が高まった酸素と一緒になって患者宅で圧縮機内での燃焼の危険が出てくる。そのため、患者宅での高圧酸素ガス装置の操作は危険であり実際的な問題解決策とはならない。
【００１３】
この圧縮酸素使用手段の欠点は利便上の問題と安全上の問題だけではない。もう一つの欠点は、必要な圧縮機などの圧力上昇装置は特別な注意が不可欠でかつ高圧酸素との適合性を要する材質を使用せねばならないため値段が高いことである。
【００１４】
次に、液体酸素貯蔵容器を使用する方法について見ると、これの主な欠点は、外部の酸素源から週に約１回詰め替えることの出来る液体酸素貯留槽−患者の自宅内に据え付ける固定型の装置で標準のビール小樽の大きさくらい−が不可欠なことである。これがあればこの貯留槽から液体酸素を携帯用魔法瓶に移し替えてこの魔法瓶を患者が外出の際使うことができる。しかしこの場合にも、大きな無駄が発生する：携帯容器に液体酸素を移し替える際ならびに液体酸素の蒸発によって或る程度酸素のロスが発生するからである。こうしたロスのために２週間の間に液体酸素貯留槽の中味全体の２０％がなくなると推定されている。この種の貯留槽は、たとえ酸素を取り出さなくても３０日から６０日の間に沸騰蒸発して空になるのが普通である。
【００１５】
液体酸素を作り出してこれを携帯用魔法瓶に詰め替えることのできる家庭用詰め替え装置がこれまでに提案されている。しかし、これらの装置では、ユーザー（患者）が魔法瓶への詰め替え作業を行わねばならず、加えて１月当りユーザーに数十ドルの電気代がかかり、この電気代は保険請求できない。
【００１６】
上述の携帯用高圧酸素ガスボンベと液体酸素入り魔法瓶には他にも面倒な問題がある。典型的な例を挙げると、補給酸素はホームケアプロバイダーによって患者に供給される；これと引き換えにプロバイダーは、酸素補給手段の如何に拘らず保険会社または老齢者医療保険機関から一定額の支払いを受ける。プロバイダーにとっては酸素濃縮器の方が好ましい；なぜならば患者の在宅ニーズを満たすには最も金のかからない選択肢だからである。しかしながら、外出先での使用となると、そのニーズに応えられるだけの携帯可能なものは小型高圧酸素ガスボンベと小型液体酸素入り魔法瓶のみである。これら２種類の装置はいずれも家庭内と外出先の双方で使用でき、或いは家庭内用の酸素濃縮器と組み合わせて使用できる。しかしいずれの場合も、ホームケアプロバイダーは酸素補給のために週１回または２週間に１回患者宅を訪ねる必要がありこれは金がかかる。本発明の目的の一つは、こうした金のかかる“（早朝の）牛乳配達”をなくすことにある。
【００１７】
周辺空気を濃縮酸素ガスに変換して酸素ガスを患者に提供するためのいわゆる“携帯用”酸素濃縮器はこれまでも市販されている。しかしこれらの装置は自動車や飛行機によって別の使用場所に運ぶことが出来るという意味で“携帯用”というに過ぎない。装置をスーツケースに入れて真の意味での携帯用酸素濃縮器でなく輸送可能な装置として運送を託しているのである。装置の重さはバッテリー抜きで約１６．８ｋｇあり、１分当り２リットル（２ＬＰＭ）の酸素流量で１３５ワットの電力を必要とする。車に搭載している場合は自動車のバッテリーから操作出来るが、専用でない別のバッテリーから操作するのは実際的でない。専用のカートに搭載した流量３ＬＰＭの酸素濃縮器もある。重さはバッテリー抜きで１０．０ｋｇ、同じく１３５ワットの電力を必要とする。また、バッテリー抜きで重さが約１２．７ｋｇの装置もあり、酸素流量と必要電力は上記２者とほぼ同じである。これらの装置はたとえバッテリー抜きでも、外出可能な平均的呼吸器病患者にとって重過ぎる。バッテリーの重量を考えれば、これら公知の装置は一つの場所から別の場所へ簡単に運べないため、“携帯用”とは言っても真の意味での“携帯用”ではない。これらの装置は必要電力消費量が比較的多いためどうしてもかなりの大きさのバッテリーが不可欠になる。
【００１８】
更に、上記の酸素濃縮器の抱える重量と電力消費の問題に加え、これら公知の酸素濃縮器で音が特別静かなものは一つもない。これら装置の出す騒音レベルは家庭用酸素濃縮器のそれと同じくらいである。現実に、これら装置の一つは騒音レベルが６０　ｄＢＡ（デシベル）で家庭用酸素濃縮器の場合の約２倍である。したがって、これらいわゆる“携帯用”酸素濃縮器は、低騒音が特に大切な例えば、レストラン、図書館、教会、劇場　などの環境下ではどれも使用に適しない。
【００１９】
それ故、高圧酸素ガスボンベや液体酸素魔法瓶の必要がなく、これら装置に伴う定期的な酸素詰め替えや装置取替えの必要がなく、かつ外出する呼吸器病患者用の別途家庭用酸素濃縮装置の必要がなくなる真の意味での“携帯用”酸素濃縮装置の必要性が長らく痛感され今日に至っている。真の意味での“携帯用”酸素濃縮装置は、バッテリー付でも平均的な外出呼吸器患者が持ち運びできるような軽さのものである。本質的にこの種装置は軽量バッテリーパックなどのエネルギー源が使えるような必要電力消費が比較的少ない設計にすることが必要になる。しかも、この種装置はユーザーが便利に持ち運べるような小型で、騒音が比較的小さく、発熱量が僅かでなければならない。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明のポイントは、ユーザーが簡単に持ち運ぶに適した携帯用酸素濃縮装置に関する。この装置は繰り返し充電可能なエネルギー源とこのエネルギー源によって動く酸素濃縮器からなる。濃縮器は周辺空気をユーザー用の濃縮酸素ガスに変換する働きをし、複数の吸着床と回転弁アセンブリからなる。回転弁アセンブリは複数の吸着床に対して相対回転可能で、これにより周辺空気をユーザー用の濃縮酸素ガスに変換するため複数の吸着床を通って流体を選択的に移送する弁の働きをする。濃縮器での圧縮動力の酸素流量に対する比は６．２〜２３．０　Ｗ／ＬＰＭの範囲にある。
【００２１】
本発明のもう一つのポイントは、複数の吸着床を有する圧力スイング吸着装置用の回転弁アセンブリに関する。回転弁アセンブリは弁ポートプレートと回転弁シューからなり夫々嵌合面を有し共通の回転中心周りに相対的回転可能でこれにより複数の吸着床を通って流体を選択的に移送する弁の働きをする。弁ポートプレートは少なくとも二つの吸着床と相互につながった少なくとも二つの開口部を有する。回転弁シューは少なくとも一つの均圧通路を有する嵌合面と反対側の別の弁面を含みポートプレートの少なくとも二つの開口部が均圧通路により接続されるようになっておりこれによって少なくとも二つの吸着床間の圧力を均等化している。
【００２２】
本発明のその他更なる目的、特徴、態様、メリットは、添付図面についての下記の詳細な説明によって一層良く理解できるようになろう。
【００２３】
【発明の実施の形態】
Ｉ．　携帯用酸素濃縮装置
図１を参照して、本発明の１実施態様に従って構成した、数字１００で一般に示した携帯用酸素濃縮装置につき説明する。携帯用酸素濃縮装置１００は、周辺空気から濃縮酸素ガスを分離する酸素ガス発生器などの空気分離装置１０２、繰り返し充電可能なバッテリー、バッテリーパック、燃料電池などのエネルギー源１０４、および制御装置１１０を備えている。ここで、エネルギー源１０４は、ユーザーが必要とするもしくは本装置１００から求められる酸素供給量を決めるために酸素ガス発生器１０２の少なくとも一部、ユーザー１０８、環境などの一つ以上の状態を検知するのに使用する一つ以上の出力センサー１０６に電力を供給する役目を持つ。制御装置１１０は、出力センサー１０６、空気分離装置１０２およびエネルギー源１０４につながっており一つ以上の出力センサー１０６によって検知される一つ以上の状態に応じて空気分離装置１０２の働きを制御する役目を持つ。
【００２４】
上記に替わる別の実施態様では、本装置１００は制御装置１１０に連結する一つ以上の出力センサー１０６を含まない。この実施態様では、酸素流量、酸素濃度レベル等の本装置１００の条件は本装置１００につき一定で相互にコントロール可能である。例えば、本装置１００は、ユーザー、プロバイダー、医師等が決められた酸素量、酸素流量などの情報を入力できるユーザーインターフェース１１１（図１４）を備えておりこれによって本装置１００の酸素供給量を制御することができる。
【００２５】
次に、本装置１００の各構成要素につき更に詳しく説明する。
【００２６】
［空気分離装置］
図２をもとに説明すると、空気分離装置は好ましくは酸素発生器１０２でこれは一般に圧縮機１１２などのポンプと酸素濃縮器１１４（ＯＣ）を含みこれらは一体化していてもよい。
【００２７】
酸素発生器１０２は更に、図２で分画境界線内に示した下記の一つ以上の要素を備えている。周辺空気は圧縮機１１２によって入口マフラー１１６から吸い込まれる。圧縮機１１２は繰り返し充電可能なバッテリー１０４（ＲＢ）によって供給された直流電流によって動く一つ以上の直流モーター１１８（Ｍ）によって駆動される。またモーター１１８は好ましくは熱交換器１２０の冷却ファンを駆動する。あとで更に詳しく説明する変速制御器（ＶＳＣ）または圧縮機モーター速度制御器１１９は制御装置１１０（ＣＵ）と一体化していてもいなくてもよく省電力のためにモーター１１８とつながっていることが好ましい。圧縮機１１２は高圧状態の空気を酸素濃縮器１１４に送り込む働きをする。
【００２８】
好ましい実施態様では、空気は最高速度で公称５０．３ｋＰａ（ゲージ圧）、許容幅３６．６〜８３．４ｋＰａ（ゲージ圧）の圧力で酸素濃縮器１１４に送り込まれる。最高速度では、酸素供給流量は絶対圧１０１．３ｋＰａ、２１．１℃、相対湿度５０％の入側条件で最低２３．８ＳＬＰＭ　である。
【００２９】
熱交換器１２０は圧縮機１１２と酸素濃縮器１１４の間に設置されておりこれによって空気を酸素濃縮器１１４に入る前に望ましい温度に冷却または加熱する。フィルター（図示せず）は圧縮機１１２と酸素濃縮器１１４の間に設置されておりこれによって供給空気から全ての不純物を除去する。圧力変換器１２２は圧縮機１１２と酸素濃縮器１１４の間に設置されておりこれによって酸素濃縮器１１４に入る空気流の圧力を読み取る。
【００３０】
酸素濃縮器１１４は空気から酸素ガスを分離する働きをし、得られた酸素ガスは公知の方法でユーザー１０８に供給される。下記の構成要素の一つ以上が酸素濃縮器１１４とユーザー１０８の間の供給ライン１２１に設置される：圧力センサー１２３、温度センサー１２５、ポンプ１２７、低圧貯留槽１２９、供給弁１６０、流量および純度センサー１３１、および節約装置１９０。ここで使われる供給ライン１２１とは配管、コネクターなど、上記構成要素をラインとつなぐのに用いる。ポンプ１２７はモーター１１８によって駆動される。酸素ガスは低圧貯留槽１２９に蓄えられてここから供給ライン１２１を経てユーザー１０８に供給される。供給弁１６０は低圧貯留槽１２９からユーザー１０８への大気圧での酸素ガスの供給の制御に使う。
【００３１】
酸素濃縮器１１４からはまた排気ガスが一掃される。本発明の好ましい実施態様では、やはりモーター１１８で駆動され圧縮機１１２と一体になった真空発生器１２４（Ｖ）が酸素濃縮器１１４から排気ガスを吸引して酸素濃縮器１１４の酸素回収率と生産性を高める。排気ガスは排気マフラー１２６を経て本装置１００から出て行く。圧力変換器１２８が酸素濃縮器１１４と真空発生器１２４の間に設置されておりこれによって酸素濃縮器１１４からの排気ガス流の圧力を読み取る。定格最高速度かつ流量２０．８ＳＬＰＭでの真空側の排気ガス圧力は好ましくは公称−４０．７ｋＰａ（ゲージ圧）許容幅　−６０．
７〜−３０．３ｋＰａ（ゲージ圧）である。
【００３２】
［圧縮機／変速制御器］
本装置１００の圧縮機１１２に使われる技術要素の例には次のものがあるがこれらに限定されるものではない：ロータリーベーン式、リストピン付リニアピストン式、リストピン無しリニアピストン式、歳差式、スクロール式、ローリングピストン式、及びダイヤフラム式のポンプ、に消音器を付設されるものがあげられる。好ましくは圧縮機１１２と真空発生器１２４はモーター１１８と一体構成でかつオイルレスであり、これによってオイルやグリースが空気流路に入り込まないようになっている。
【００３３】
圧縮機１１２は最低限、次の要件を具えることが好ましい：変速比３：１、低速稼動だが回転数は最低でも１，０００ｒｐｍ、最高速度で稼動した場合の寿命１５，０００時間。圧縮機／モーター系周囲の稼動温度は好ましくは０〜５０℃である。酸素貯蔵温度は好ましくは−２０〜６０℃である。結露を起こさない相対湿度は５〜９５％が好ましい。圧縮機１１２にとっての電圧は１２ボルトＤＣまたは２４ボルトＤＣが好ましく、必要電力は最高回転速度かつ定格流量／公称圧力下で１００ワット未満および最高の１／３の回転速度かつ定格圧力で定格の１／３の流量下で４０ワット未満が好ましい。圧縮機冷却と可能ならば装置全体の冷却のため軸搭載ファン乃至送風機を圧縮機１１２に組み込む。好ましくは、圧縮機１１２の最高音圧レベルは最高定格回転速度ならびに流量／圧力下で４６ｄＢＡ、定格の１／３の回転速度で３６ｄＢＡである。また圧縮機１１２の重量は好ましくは１．６ｋｇ未満とする。
【００３４】
圧縮機１１２は種々の回転速度で稼動し、必要な真空／圧力レベルと流量が得られ、殆ど音を出さずかつ振動せず、発熱が殆どなく、小型軽量で、電力消費が極く僅かであることが望ましい。
【００３５】
変速制御器１１９は繰り返し充電可能バッテリー１０４などのエネルギー源を考えた場合、圧縮機１１２の必要電力消費量を減らすのに重要である。変速制御器で以って、圧縮機１１２の回転速度を、ユーザーの活動レベル、ユーザーの代謝状態、環境条件、もしくは一つ以上の出力センサー１０６から判断されるようなユーザーの酸素必要（量）を示唆するその他の状態に応じて変えることができる。
【００３６】
例えば、ユーザー１０８が座っていたり、睡眠中、脈拍数が低めの時などユーザーの酸素必要量が比較的少ないと判断された場合には変速制御器はモーター１１８の回転速度を下げるよう働く一方、ユーザー１０８が立っていたり、動いていたり、脈拍数が高めの時などユーザーの酸素必要量が比較的多いと判断された場合には変速制御器はモーター１１８の回転速度を上げるよう働く。このおかげでバッテリー１０４の寿命が延び、バッテリー１０４の軽量小型化が可能になり、圧縮機が磨耗しにくくなりその信頼性が高まる。
【００３７】
本発明の発明者の一人は、決められた酸素流量でユーザーに酸素を送り込むのに必要な回転速度と電力でのみ圧縮機を動かすよう圧縮機の回転速度を調整できる変速制御器の過去における共同発明者であった。この変速制御器については米国特許Ｎｏ．５，５９３，４７８とＮｏ．５，７３０，７７８に述べてあり、そのためほぼ全文に近いかたちで引用している。
【００３８】
変速制御器１１９は圧縮機１１２を低い平均回転速度、普通、同圧縮機の最高回転速度とその１／６の回転速度の間で動かすことが出来る。この結果、バッテリーの寿命が延び、バッテリーは軽量小型となり、圧縮機の騒音が減り、発熱も減る。
【００３９】
［酸素濃縮器］
好ましい実施態様では、酸素濃縮器１１４は医療ならびに工業分野に使われる改良型分別器（ＡＴＦ）である。ＡＴＦでは圧力スイング吸着（ＰＳＡ）法、真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）法、急激ＰＳＡ法、極急激ＰＳＡ法などを行うことができる。ＰＳＡ法を行う場合、酸素濃縮器はこのなかの多重吸着筒によって空気流量を制御するための回転弁または非回転弁機構を含む。ＡＴＦ酸素濃縮器の例は米国特許Ｎｏ．５，２６８，０２１、５，３６６，５４１、Ｒｅ．３５，０９９に説明があり、そのためほぼ全文に近いかたちで引用している。吸着筒は先細り型をしていて酸素ガス流の入側では直径が大きく出側では直径が小さくなっている。吸着筒をこのように先細り型にすることは同じ量の酸素を取り出すために吸着剤を減らし酸素流量を減らすのに不可欠である。
【００４０】
ＡＴＦ酸素濃縮器１１４は好ましい１実施態様に取り上げられているが、膜分離型装置や電気化学セル方式（高温型乃至低温型）（これらに限るものではないが）といった別タイプの酸素濃縮器や空気分離装置が使えることは当該技術に精通している者ならすぐにわかる。別タイプの酸素濃縮器や空気分離装置を使用するならば、ここで説明した幾つかの点はそれによって変わってくることは当該技術に精通している者ならすぐにわかる。例えば、空気分離装置が膜分離型であるならば本装置によって空気を移行させるのに圧縮機以外にポンプが使える。
【００４１】
好ましく使用されるＡＴＦは過去にデザインされたＡＴＦよりもはるかに小型になる。本発明の発明者は、ＡＴＦ酸素濃縮器が小型化すれば本装置１００が小型化し携帯に便利になるだけでなく酸素取出し率つまり濃縮器１１４によって取り出される乃至作り出される空気中の酸素ガス割合（％）すなわち酸素濃縮器１１４の生産性（吸着剤ポンド当り毎分の酸素ガス容量：リットル）も高まることがわかった。ＡＴＦが小型化すれば装置のサイクル時間が短くなり、結果的に酸素の生産性が高まる。
【００４２】
さらに、本発明者は吸着剤粒子が細かいほど酸素取出し率すなわち酸素の生産性が高まると判断した。粒子が細かいほど不要ガス吸着の時定数は小さくなるがこれはこの種のガスの流動行路が粗い粒子の場合よりも短くなるからである。したがって、時定数の小さい細かい吸着剤粒子が好ましい。ＡＴＦ酸素濃縮器１１４で使用する吸着剤の一例がＣｈａｏらによる米国特許Ｎｏ．５，４１３，６２５に記載されており、そのためほぼ全文に近いかたちで引用している。この吸着剤はリチウムイオンの交換率が高いＬｉｔｈｉｕｍ　Ｘ　ゼオライトである。粒子の大きさは例えば０．２〜０．６ｍｍである。これに替わる別の実施態様では、このゼオライトは押出単一体や巻上げ紙などの硬質構造物のかたちになっている。この実施態様ではゼオライト構造物は酸素ガス流の入側と出側の間の大きな圧力低下を招くことなく材料の速やかな圧力サイクリングが可能になる。
【００４３】
酸素濃縮器１１４の大きさは希望する酸素ガス流量に応じて変えられる、例えば：毎分１．５リットル流量に対応した大きさ（１．５　ＬＰＭサイズ）、２　ＬＰＭサイズ、２．５
ＬＰＭサイズ、３　ＬＰＭサイズ、などである。
【００４４】
酸素ガス発生器１０２は酸素濃縮器１１４に加えて酸素源をも含む、例えば高圧酸素ガス貯留槽（これに限定するわけではないが）で、これについては後ほど更に詳しく説明する。
【００４５】
ＡＴＦ弁制御器１３３は制御装置１１０との一体型乃至これとの分離型で酸素濃縮器１１４の一つ以上の弁を制御するため同濃縮器の弁電子要素とつながっている。
【００４６】
酸素濃縮器は次の一つ以上の省エネルギーモードを有する：睡眠モード、節約モードおよび活動モード。これらのモードの選択はユーザー１０８が手動で行うか一つ以上のセンサー１０６ならびに制御装置１１０による自動で行う。
【００４７】
図３Ａと図３Ｂを参照して、酸素発生器１０２に使用する酸素濃縮器１１４の１実施態様を以下更に詳しく説明する。酸素濃縮器１１４は空気から酸素を分離するものといわれるが、酸素濃縮器１１４は、窒素産生、水素精製、空気からの水除去および空気からのアルゴン濃縮（これらに限るものではない）といった別の用途にも振り向けられる点に注目すべきである。本説明で使われる用語：“流体”はガスと液体の両者を含む。
【００４８】
以下説明する酸素濃縮器１１４はこれまでの酸素濃縮器と比べて望みの成分の取出し量増大とシステムの生産性向上をもたらす数多くの改良点を含んでいる。取出し量増大は酸素濃縮器の効率の目安になるため重要である。酸素濃縮器の取出し量が増えるにつれて一定量の酸素を産出するために要する供給ガス量は少なくなる。したがって、取出し量が増大した酸素濃縮器に必要な供給圧縮機（空気からの酸素濃縮用などの）は小型化でき、もしくは有用な成分（例えば、改質ガス流からの水素の精製のための）を取り出すため供給ガスを一段と有効に利用できる。生産性の向上は酸素濃縮器の大きさと直接関係してくるため重要である。生産性は濃縮器の質量または容積当りの取出し酸素流量の単位数が目安になる。それ故、生産性の高い酸素濃縮器は生産性の低い酸素濃縮器に比べて小型かつ軽量になり多くの用途向けにユーザーにとって一段と魅力的な酸素ガス等が得られることになる。そのため、酸素ガスなどの取出し量、生産性もしくはこれら両者について濃縮器の改善をはかることが有利である。取出し量増大と生産性の向上につながる具体的な改良ポイントにつき以下詳しく述べる。
【００４９】
酸素濃縮器１１４は五つの吸着床３００、回転弁アセンブリ３１０、一体化された管アセンブリとマニホールド“マニホールド”３２０、産出酸素ガスタンクカバー３３０、および弁アセンブリ密閉蓋３４０、を有する；ここで、個々の吸着床３００は流体の特殊な分子種や混入物質に応じた選択性を有する吸着物質床をふくんでおり、回転弁アセンブリ３１０は吸着床３００を経て流体を選択的に移行させるためのものである。
【００５０】
吸着床３００は、金属好ましくはアルミニウム製のタンクカバー３３０によって囲まれた横長で真直ぐの成形プラスチック容器が好ましい。これら吸着床３００は従来技術によるプラスチックハウジングやカバーで生じる水の流入による悪影響のない低コスト設計になっている。プラスチック製の吸着床にはプラスチックが水透過性であるという本質的な問題点がある。このため水が透過して吸着物質に入り込み吸着物質の性能低下をきたす。プラスチック製吸着床３００の周りを産生酸素ガス貯留タンクにもなっているアルミニウムカバー３３０で覆うことによって吸着床の低コスト設計は維持されしかも性能が損なわれることがない。
【００５１】
各吸着床３００は製品端３５０と供給端３６０を含む。図３Ａと図３Ｂに加えて図４をも見ると、吸着床３００の製品端３５０は回転弁アセンブリ３１０につながる製品ライン３８０を経てマニホールド３２０の流入製品通路３７０とつながっている。吸着床３００の供給端３６０は回転弁アセンブリ３１０につながるマニホールド３２０の流出供給通路３９０とつながっている。
【００５２】
マニホールド３２０はまた、回転弁アセンブリ３１０を製品タンク３３０につなげる流出製品通路４００、回転弁アセンブリ３１０を供給圧ライン４２０につなげる流入供給通路４１０、および回転弁アセンブリ３１０を真空圧ライン４４０につなげる真空室４３０を具えている。図２について既に述べた供給ライン１２１と同じ製品供給ライン４５０は製品タンク３３０の内部とつながっている。真空圧ライン４４０は酸素濃縮器１１４から排気ガスを抜き出すため直接乃至間接に真空発生器１２４につながっている。
【００５３】
使用時には、空気が圧縮機１１２からマニホールド３２０の流入供給通路４１０を経て供給圧ライン４２０に流れる。空気はここから回転弁アセンブリ３１０に流れここで空気は分かれて一部はマニホールド３２０の流出供給通路３９０を経て戻る。ここから供給空気は吸着床３００の供給端３６０に流れる。吸着床３００は吸着されるガス種にふさわしい吸着媒体を具えている。酸素濃縮のためには、酸素が非吸着産生ガスとして生じるよう供給空気中の酸素に対して窒素を優先的に吸着する充填微粒状吸着物質を具えているのが望ましい。リチウム交換度の高いＸ−型ゼオライトなどの吸着剤を使用する。２種以上の互いに特性の異なる吸着物質を含む層状の吸着床も使用できる。一例として、酸素濃縮のためには、水吸着用の活性アルミナまたはシリカゲルの層を吸着剤床３００の供給端３６０近くに配置し吸着床の主体として使うリチウム交換Ｘ−型ゼオライトを窒素吸着用に製品端３５０近くに配置する。複数の物質を適切に組み合わせで使用すれば、単一型の吸着剤よりも効果的である。これに替わる別の１実施態様では、この吸着剤は明確な構造をもった材質で水吸着物質と窒素吸着物質の両者が組み込まれている。
【００５４】
こうして作り出された酸素ガスは吸着床３００の製品端３５０に向かって流れ、製品ライン３８０、マニホールド３２０の流入製品通路３７０を順に通って回転弁アセンブリ３１０に至る；ここで酸素ガスは分かれて一部はマニホールド３２０を通り流出製品通路４００を経て製品タンク３３０に戻る。ここから酸素ガスは製品供給ライン４５０と供給ライン１２１を通ってユーザー１０８に供給される。
【００５５】
図３Ｂ、５Ａ、５Ｂ、６Ａ、８Ａ、８Ｂを参照して回転弁アセンブリ３１０の１実施態様につき以下説明する。回転弁アセンブリ３１０は回転弁シュー乃至デイスク５００と弁ポートプレート乃至デイスク５１０を具えている。これら回転弁シュー５００と弁ポートプレート５１０は好ましくは両者とも円形構造でセラミックなどの耐久性材質からなっており、よく研磨された扁平な仕上げで両者を互いに押し付けた場合気密シール構造になるような面を有するのがよい。
【００５６】
具体的には図５Ａを見てわかるように、回転弁シュー５００は扁平な嵌合底面５２０と平滑な円筒状側壁を有しており、また嵌合底面５２０に切り込んだ数個の対称的弓形通路を有しそれらの中心は円形嵌合底面５２０の幾何学的中心と一致している。これら通路は高圧供給通路５４０、均等化通路５５０、向流低圧排気通路５６０、排気通路５６０につながる円形低圧排気溝５７０、向流製品供給通路５８０、向流パージ通路５９０、高圧中央供給通路６００、第一環状排気溝６１０、および第二環状排気溝６２０を含む。
【００５７】
図５Ａに加えて図５Ｂを参照して回転弁シュー５００の平行頂部第二弁面６３０につき以下説明する。嵌合底面５２０のパージ通路５９０は、垂直円筒状のパージ通路６４０と頂面６３０の弧型パージ溝６５０を通じて互いにつながっている。嵌合底面５２０の均等化通路５５０は回転弁シュー５００を通って垂直に延びている。複数組の均等化通路５５０は頂面６３０の均等化溝６６０を通じてつながっている。均等化溝６６０はおおむねＵ字形で受け孔６７０の周りに延びている。嵌合底面５２０によって形成された面から離れたこれと平行な面内の、第二弁面上の溝６６０を通っての均等化流れのおかげで回転弁シュー５００は比較的小型にすることができるとともに回転弁シュー５００を通って更に複雑な流れも可能になる。均等化溝により吸着床３００間の圧力均等化のため二次弁面が使えるようになる。
【００５８】
図３Ｂ、８Ａ、８Ｂを見てわかるように、第二弁面６３０上の複数の溝並びに通路を一つ一つ分けるために第一弁シューカバー６８０が第二弁面６３０を覆うように配置されている。第一弁シューカバー６８０と第二弁シューカバー６９０には一列に並んだ中心孔６９１と６９２が夫々設けられている；これは中央供給通路６００を第二弁シューカバー６９０の円筒状基部６９３の周囲に作られた高圧供給流体室につなげるためである。また、円筒状基部６９３と第二弁面６３０の間の第一弁シューカバー６８０の両側での操作中圧力のバランスを維持する目的で第一弁シューカバー６８０には周囲近くに複数の孔６９４が設けてある。回転弁シュー５００の頂面または背面の高圧供給流体室に高圧流体が流れ込むと回転弁シュー５００にかかる圧力は回転弁シュー５００をポートプレート５１０から離すよう付勢する圧力と相殺して回転弁シュー５００に対する圧力はなくなる。酸素濃縮器１１４が稼動していない時はポートプレート５１０に対して回転弁シュー５００を保持しておくためにばねなどの受動封止機構（図示していない）が使える。
【００５９】
図５Ａに示したように、回転弁シュー５００をポートプレート５１０から離すよう作用する圧力を追加相殺するため排気溝５７０は、酸素濃縮器１１４が公称供給およびパージ（真空）圧力で稼動している際に排気溝５７０での真空による封止力が上記引き離し圧力と事実上バランスするような大きさとなっている。これにより比較的小型の受動封止機構が使えるようになり、回転弁シュー５００の回転に要するトルクと電力を節減でき、しかも酸素濃縮器１１４は小型軽量化できる。
【００６０】
図６Ａを参照して、弁ポートプレート５１０につき以下更に詳しく説明する。弁ポートプレート５１０は扁平嵌合面７００を有しており同面は回転弁シュー５００の嵌合面５２０ならびに平滑円筒状側壁７１０と噛み合っている。図６Ａに加えて図６Ｂを見てわかるように、弁ポートプレート５１０の下面はマニホールドガスケット７２０上に位置している。弁ポートプレート５１０はマニホールドガスケット７２０の開口部に沿って配列した複数組のおおむね対称の同心円的に配置された開口部が設けられておりこれらはマニホールド３２０の通路とつながっている。これら開口部は嵌合面７００にほぼ垂直方向に弁ポートプレート５１０を通って上下に延びている。これに替わる別の１実施態様では、これら開口部は嵌合面７００に向かって或る角度で以って弁ポートプレート５１０を通って上下に延びている。同心円状の各組の開口部は全て同じ配置をとるのが好ましい。引き続き、同心円状の各組の開口部について以下説明する。
【００６１】
弁ポートプレート５１０の幾何学中心から第一半径離れたところに同心円状に配置した第一組の８つの円形真空開口部７３０はマニホールド３２０の真空室４３０と回転弁シュー５００の排気ガス溝５７０とつながっている。この好ましい実施態様では、８つの開口部は大きな圧力低下を起こさずに弁を通って充分なガスが流れるよう使用される。これに替わる別の１実施態様では、８つ以外の数の開口部が使用される。
【００６２】
弁ポートプレート５１０の幾何学中心から第二半径離れたところに同心円状に配置した第二組の５つの流出供給開口部７４０はマニホールド３２０の流出供給通路３９０、回転弁シュー５００の供給通路５４０、回転弁シュー５００の排気通路５６０を経て真空開口部７３０と夫々つながっている。
【００６３】
弁ポートプレート５１０の幾何学中心から第三半径離れたところに同心円状に配置した第三組の５つのほぼ楕円形の流入製品開口部７５０はマニホールド３２０の流入製品通路３７０、回転弁シュー５００の均等化通路５５０、回転弁シュー５００のパージ通路５９０、および製品供給通路５８０と夫々つながっている。
【００６４】
弁ポートプレート５１０の幾何学中心から第四半径離れたところに同心円状に配置した第四組の５つの円形流出製品開口部７６０はマニホールド３２０の流出製品通路４００と製品供給通路５８０を経て流入製品開口部７５０と夫々つながっている。
【００６５】
弁ポートプレート５１０の幾何学中心から第五半径離れたところに同心円状に配置した第五組の３つの円形ポートプレート整列孔７３１はマニホールド３２０上の整列ピン３２１（図３Ｂ、４）に沿って並んでいる。これらポートプレート整列孔７３１はポートプレート５１０がマニホールド３２０に沿って正しく並ぶよう配置させるためのものである。これに替わる別の１実施態様では、弁ポートプレート５１０の幾何学中心から１つ以上の半径離れたところにある２つ以上の整列孔がマニホールド３２０上の決められた位置にある同数の整列ピンに沿って並んでいる。
【００６６】
弁ポートプレート５１０の幾何学中心ならびに弁アセンブリ３１０の回転中心に配置した円形の中央流入供給開口部７７０はマニホールド３２０の流入供給通路４１０と回転弁シュー５００の中央供給通路６００と夫々つながっている。
【００６７】
上記の回転弁アセンブリ３１０では、本装置が３ＬＰＭの酸素ガスを生成中、同アセンブリ３１０のいずれかの開口部から最大６．９ｋＰａの圧力低下が起こる。酸素ガス流量がこれより少なければ圧力低下は無視してよい。
【００６８】
図６Ａに加えて図６Ｂを参照して、酸素濃縮器１１４の単一圧力スイング吸着サイクルにつき以下説明する。使用中、回転弁シュー５００は、後述のサイクルが各吸着床につき逐次連続的に定まるよう弁ポートプレート５１０に対して回転する。回転速度は、最適のサイクルタイミングを得るためかつ一定量の酸素ガスを作り出すための周辺空気供給のため単独、または変速圧縮機との組み合わせで変えることが出来る。本発明の内容を読者がより良く理解できるよう、そのための一助として、１回のサイクルの過程で単一吸着床３００ならびに回転弁アセンブリ３１０で生じる事態につき以下説明する。なお、回転弁シュー５００の１回転毎に吸着床３００は全２サイクルを経ることをことわっておく。各サイクルは次の諸段階を含む：１）事前加圧７７４、２）吸着７７６、３）第一回下降均圧化、４）第二回下降均圧化、５）並流ガス抜き７８２、６）低圧排気７８４、７）向流パージ低圧排気７８６、８）第一回上昇均圧化７８８、および９）第二回上昇均圧化。吸着床３００についてのこれら諸段階の各々につき引き続いて以下説明する。
【００６９】
事前加圧段階７７４では、空気は圧縮機１１２からマニホールド３２０の流入供給通路４１０を経て供給圧ライン４２０に流れる。ここから空気はポートプレート５１０の中央流入供給口７７０を通り、中央供給通路６００を通りかつ回転弁シュー５００の供給通路５４０から、流出供給口７４０を通り、そしてマニホールド３２０の流出供給通路３９０を経て流れる。ここから空気は流れて吸着床３００の供給端３６０に至る。図５Ａを見てわかるように、供給通路５４０は製品供給通路５８０に対して先行しているので（すなわち、最初のところで供給通路５４０は流出供給口７４０とつながっているが、製品供給通路５８０は閉塞していて流入製品口７５０とつながっていない）吸着床３００の供給端３６０は供給ガスで加圧される、すなわち、製品供給開始前に加圧される。これに替わる複数の別の実施態様では、製品端３５０は産生酸素ガスで事前加圧される；もしくは、製品端３５０は産生酸素ガスで事前加圧されかつ供給端３６０は供給ガスで事前加圧される。
【００７０】
吸着段階７７６では、製品供給通路５８０が流入製品口７５０とつながっているため、吸着床３００では窒素の吸着が起こりその結果生じた酸素ガスは製品ライン３８０、次いでマニホールド３２０の流入製品通路３７０を経て吸着床３００の製品端３５０に向かって流れる。ここから酸素ガスは流入製品口を通り、製品供給通路５８０に入りここから流出製品口７６０を通り、流出製品通路４００を経て製品タンク３３０に入る。酸素ガスはここから製品供給ライン４５０と供給ライン１２１を経てユーザー１０８に供給される。
【００７１】
第一回下降均圧化段階７７８では、高圧状態にある吸着床３００の製品端３５０の圧力が低圧状態にある別の吸着床の製品端の圧力と均圧化され、吸着床３００の製品端３５０は当初より低い中間的な圧力状態になる。製品端３５０は製品ライン３８０、流入製品通路３７０、流入製品口７５０、均圧化経路５５０、および均圧化溝６６０を通じて互いにつながっている。既述のごとく、嵌合底面５２０によって形成された面から離れたこれと平行な面内の、第二弁面上の溝６６０を通っての均圧化流れのおかげで、回転弁シュー５００の回転に要するトルクを出来るだけ低くしておくために回転弁シュー５００を比較的小型にすることができるとともに回転弁シュー５００を通って更に複雑な流れも可能になる。この段階７７８および後述の各均圧化段階７８０、７８８、７９３では、吸着床３００は供給端３６０、製品端３５０、これら両端において（圧力が）均圧化される。
【００７２】
第二回下降均圧化段階７８０では、中間圧力状態にある吸着床３００の製品端３５０はこれより低い圧力状態にある他の吸着床の製品端と均圧化されて段階７７８よりも更に圧力が下がる。第一回下降均圧化段階と同じく、製品端３５０は製品ライン３８０、流入製品通路３７０、流入製品口７５０、均圧化チャンネル５５０、および均圧化溝６６０を通じて互いにつながっている。
【００７３】
並流ガス抜き（“ＣＣＢ”）段階７８２では、吸着床３００の製品端３５０から出てきた酸素富化ガスは第二吸着床３００をパージするのに使われる。ガスはこの吸着床３００の製品側から製品ライン３８０、流入製品通路３７０、流入製品口７５０を通って流れ、更にパージ通路５９０、パージ通路６４０、パージ溝６５０を通り、回転弁シュー５００の反対側のパージ通路６４０からパージ通路５９０、流入製品口７５０、流入製品通路３７０、製品ライン３８０を通って吸着床３００の製品端３５０に入りパージ流れとなる。これに替わる別の１実施態様では、この段階７８２とそれに続く段階７８４で並流ガス抜きに替えて向流ガス抜きを行う。
【００７４】
低圧排気（“ＬＰＶ”）段階７８４では、吸着床３００をこれの供給端３６０から排気して低圧状態にする。回転弁シュー５００の排気溝５７０内の真空は排気通路５６０と吸着床３００の供給端３６０と（流出供給口７４０と流出供給通路３９０を通じて）つながっておりこれによって再生排気ガスを吸着床３００から抜き出す。排気通路７８４は流出供給口７４０とつながっており、パージ通路５９０は流入製品口７５０とつながっていないため本低圧排気段階７８４は酸素富化ガスを導入せずに行える。
【００７５】
向流パージ低圧排気（“ＬＰＶ”）段階７８６では、上記段階７８４で述べたような吸着床３００の供給端３６０を排気状態にして低圧状態にするのと並行して段階７８２で述べたようにして吸着床３００の製品端３５０に酸素富化ガスを導入する。第二吸着床３００の製品端３５０に流体を通して吸着床３００の製品端３５０に向流パージを導入する。酸素富化ガスは第二吸着床３００の製品端３５０から製品ライン３８０、流入製品通路３７０、流入製品口７５０、パージ通路５９０、パージ通路６４０、パージ溝６５０を通り、回転弁シュー５００の反対側のパージ通路６４０からパージ通路５９０、流入製品口７５０、流入製品通路３７０、製品ライン３８０を通って吸着床３００の製品端３５０に入る。本段階７８６では排気通路５６０も流出供給口７４０とつながっているため酸素富化ガスは製品端３５０から供給端３６０に流れ吸着床３００を再生する。回転弁シュー５００の排気溝５７０内の真空は排気通路５６０と吸着床３００の供給端３６０と（流出供給口７４０と流出供給通路３９０を通じて）つながっておりこれによって再生排気ガスを吸着床３００から抜き出す。排気ガスは排気通路５６０から真空口７３０を通って真空室４３０に入り真空圧ライン４４０から出て行く。これに替わる別の１実施態様では、真空に替えて大気圧に近いか供給圧よりも低い別の圧力の低圧排気を採用する。別の１実施態様では、吸着床３００の製品端３５０のパージに製品タンク３３０からの産生ガスを使用する。
【００７６】
第一回上昇均圧化段階７８８では、極めて低圧状態にある吸着床３００の製品端３５０を高圧状態にある別の吸着床の製品端と均圧化し吸着床３００をより高い中間圧力状態にする。製品端３５０は製品ライン３８０、流入製品通路３７０、流入製品口７５０、均圧化経路５５０および均圧化溝６６０を通じて相互につながっている。
【００７７】
第二回上昇均圧化段階７９０では、中間圧力状態にある吸着床３００の製品端３５０をこれより高い圧力状態にある他の吸着床の製品端と均圧化して段階７８８よりも更に高い圧力状態とする。第一回下降均圧化段階と同じく、製品端３５０は製品ライン３８０、流入製品通路３７０、流入製品口７５０、均圧化経路５５０、および均圧化溝６６０を通じて互いにつながっている。
【００７８】
ここで断っておきたいのは、好ましい１態様では、供給段階７７４と７７６をひっくるめた継続時間はパージ段階７８２、７８４と７８６をひっくるめた継続時間と事実上同じで、各均圧化段階７７８、７８０、７８８、７９０の継続時間の事実上３倍であるということである。これに替わる別の実施態様では、供給段階７７４、７７６、パージ段階７８２、７８４、７８６、各均圧化段階７７８、７８０、７８８、７９０の相対的な継続時間は変えることができる。
【００７９】
第二回上昇均等化段階７９０後は、再び事前加圧段階７７４を皮切りとして吸着床３００で新しいサイクルが始まる。
【００８０】
上に説明した５−吸着床酸素濃縮器１１４とサイクルは過去に使用された吸着床数の異なる酸素濃縮器とサイクルと比べて多くの利点があり、これらの幾つかについて以下説明する。製品端３５０における複数の均等化段階７８８、７９０と事前加圧段階７７４は製品（酸素ガス）供給に先立って吸着床３００を加圧する一助となる。その結果、吸着床３００は速やかにそれらの最終圧力状態（供給圧力に事実上等しい）に到達しこれによって吸着媒体を最高度に利用出来る。加えて、吸着床３００を事前に加圧することにより生産物（酸素ガス）を供給時と事実上同じ圧力でユーザーに供給することが出来るようになる。このため酸素流における圧縮エネルギーを保持して酸素ガス流を後工程において一層役立てることが出来る。これに替わる別の実施態様では、吸着床３００の供給端３６０を供給ガス流に当てる前に製品で吸着床を事前加圧することで流体相互作用や２つ以上の吸着床の間での流体の流れによってこれまであった供給端３６０での圧力低下を無くすことが出来る。加えて、吸着床の数が５つより多い装置と比べ、５−吸着床式装置を使用することで供給通路５４０に流体が存在している継続時間とこのような状態にある吸着床の数を同時に減らすことができ、これによって吸着床間に流体の流れが存在する傾向を抑えることができるようになる。吸着床間に流体の流れが存在することは比較的高圧状態の吸着床での逆流現象と関係がある（装置の性能低下につながる）ためこの点はメリットになる。
【００８１】
５−吸着床式装置が他の多くの装置に優るもう一つの利点は、吸着床３００の数が少ないため高純度で充分な流量の酸素をユーザーに供給し酸素取出し量を高水準に維持できるかたわら酸素濃縮器を比較的小型でコンパクト化軽量化できることにある。普通、吸着床数の少ない他のＰＳＡ装置では、吸着床数が少ないためサイクル中の或る段階で圧縮機の空運転を来たす（この結果電力使用量が増える）空運転によって複数の吸着床３００の供給側、３６０間の酸素ガスの逆流（既述のような）はなくなるが装置に要する電力は増える。本５−吸着床式装置は圧縮機の空運転をなくすことができ、性能低下につながる吸着床３００間の供給側３６０を通しての逆流を最小限に抑えることが出来る。
【００８２】
複数の圧力均圧化段階７７８、７８０、７８８、７９０をとることで酸素濃縮器１１４を稼動するに必要な圧縮エネルギー量を少なく出来る。吸着床３００の均圧化によって高圧酸素ガスが大気中に出て行ったり真空ポンプに入ったりせずに別の吸着床３００に移行するため高圧酸素ガスの節約になる。酸素ガス圧縮にはコストがかかるためこの節約によって経費節減と酸素ガス取出し量増大につながる。また、吸着床３００は通常その製品端３５０で酸素富化ガス量が増えるためこのガスが他に出て行かずに別の吸着床３００に移行することは産生酸素ガスの節約と酸素ガス取出し量増大につながる。均圧化回数は１と４の間が好ましい。ここで断っておきたいのは、１回の均圧化は２段階の均圧化すなわち下降均圧化段階と上昇均圧化段階からなるということである。したがって、２回の均圧化を行うということは２回の下降均圧化と２回の上昇均圧化つまり合計４回の均圧化を行うということになる。均圧化回数が変わった場合でも上と同じことが言える。好ましい１実施態様では、サイクル毎に１回から４回の均圧化（２段階から８段階の均圧化）操作が行われる。更に好ましい１実施態様では、サイクル毎に１回から３回の均圧化（２段階から６段階の均圧化）操作が行われる。極めて好ましい１実施態様では、サイクル毎に２回の均圧化（４段階の均圧化）操作が行われる。
【００８３】
上記に替わる別の実施態様では、供給酸素ガス流の濃度、分離すべき特定のガス、圧力スイング吸着サイクル、および稼動条件に基づき酸素濃縮器１１４の吸着床の数は違ってくる。例えば、以下に限るわけではないが、４−吸着床式酸素濃縮器と６−吸着床式酸素濃縮器にとっても幾つかの利点がある。４−吸着床式酸素濃縮器で上記と同様なサイクルを行う場合、供給通路５４０と２つ以上の吸着床の間の流体逆流の問題は（同時に）完全になくなる。供給端での流体逆流がなくなれば供給段階は一段と望ましい具合に行われその結果望みの産生酸素ガスの取出し量が増える。５−吸着床式酸素濃縮器と比べて６−吸着床式酸素濃縮器のメリットは、２段階の上昇均圧化と２段階の下降均圧化の代わりに３段階の上昇均圧化と３段階の下降均圧化を行うように上記の圧力スイングサイクルを修正した場合に得られる。上記とは別のもう一つの均圧化操作は供給ガスが高圧で得られる場合に有利である。この操作は、２段階の均圧化操作を行った場合に均圧化後の吸着床で得られる実質６７％の供給圧と比べて実質７５％の供給圧を得ることができるため圧縮機の省エネルギーが達成できる。どのＰＳＡサイクルでも、上昇均圧化操作が行われれば必ずそれに対応した下降均圧化操作が行われる。均圧化段階をこうした組み合わせの形にせねばならないことでサイクル段階の相対的なタイミングに若干の制約が出てくる。例えば、供給段階の継続時間が各均圧化段階の継続時間と事実上同じならば６−吸着床サイクルが均圧化段階の組み合わせの必要条件になる。
【００８４】
望みの酸素ガス取出し量を増大し生産性を向上させる本酸素濃縮器１１４についてのその他幾つかの発明のポイントを以下説明する。図３Ａ、３Ｂ、７Ａ、および７Ｂを参照して、吸着床３００における死空間を減らす媒体保持キャップ８００の１実施態様につき以下説明する。各媒体保持キャップ８００は吸着床３００の製品端３５０に設けられていてその上に吸着物質を支持している。媒体保持キャップ８００の内部でかつその下に設けられたばね８１０は媒体保持キャップ８００を上向きに付勢しておりこれによって吸着床に充填された吸着物質をしっかり保持している。媒体保持キャップ８００は第一および第二環状フランジ８３０、８４０付の円筒状基板８２０を有している。第二環状フランジ８４０は頂部のところで円形縁８５０となって終わっている。媒体保持キャップ８００の頂面８６０は中心口８８０からおおむね太陽光が射したように延びている複数のリブ８７０を含んでいる。中心口８８０に隣接した空隙８９０によって中心口８８０から出てくる流体をパージするための拡散域が形成されている。これら空隙８９０と放射状に延びたリブ８７０によってパージ流体は中心口８８０から外部に拡散しこれによりパージの過程で吸着物質が一段と均一かつ改良された形で再生することになる。放射状に延びたリブ８７０はまた製品ガスをユーザーに供給する段階で同ガスを中心口８８０に向けて所定の経路を通って運ぶ役目もしている。上記に替わる別の１実施態様では、媒体保持キャップ８００はおおむね非円筒状面を有していて媒体をおおむね非円筒状の吸着床３００内に保持している。上記に替わる更に別の１実施態様では、中心口８８０が円筒状もしくは非円筒状媒体保持キャップ８００の幾何学中心から離れた所に設けられている。
【００８５】
図７Ｂを見てわかるように、媒体保持キャップ８００の下面に円筒状基板８２０によって内部室が形成されておりこの中にばね８１０が配置されている。中心口ニップル９００が媒体保持キャップ８００の底面９１０から延びている。吸着床３００の製品端３５０をマニホールド３２０の流入製品通路３７０とつなげるために製品ライン３８０の端が中心口ニップル９００と連結している。
【００８６】
従来は、媒体保持キャップはこれの内部かつこれの上に設けたばねで以ってしっかり保持されており、ばねが吸着床３００の製品端３５０で吸着物質の底と任意の出口の間で流体経路のなかに位置するようになっている。ばねが入っている空間は装置の死空間となっている；ここでいう“死空間”とは圧縮を受けてパージされたが吸着媒体の入っていない装置の空間である。この空間を圧縮された供給流体で満たしてから排出するプロセスは供給流を無駄にすることになる。改良された媒体保持キャップ８００はばね８１０が流体流路の外部に入っているため装置に死空間を増やすことはない。装置内に余分な空間がなくなることで、供給流体の有効利用度アップに直接つながりこのため望ましい製品（酸素ガス）の取出し量が増える。
【００８７】
図８Ａと８Ｂを参照して、弁ポートプレート５１０に対して側面に固定され中心にセットされた回転弁シュー５００を維持するための中心合わせ機構の１実施態様につき以下説明する。中心合わせ機構は中空円筒状をしていて硬質材料からなる中心合わせピン９２０を有する。回転弁シュー５００の嵌合面５２０に弁ポートプレート５１０の嵌合面７７０が噛み合うと中心合わせピン９２０は回転弁シュー５００の中央供給通路６００と弁ポートプレート５１０の中心流入供給口７７０に部分的に配置される。使用時には、回転弁シュー５００が中心合わせピン９２０の周りを回転し中心合わせピン９２０の中空内部を通って高圧の流体が流れるようになる。中心合わせピン９２０は回転弁シューを弁ポートプレート５１０に対して固定位置に維持する。これまでは、回転弁シューはこれを駆動するモーターによって弁ポートプレートに対して凡その中心位置にセットされていた。回転弁シュー５００と弁ポートプレート５１０が互いに中心がずれていたら、酸素濃縮器１１４は思い通りにはサイクルせず、酸素濃縮器の生産性、酸素取出し量ならびに効率にとってマイナスになる。中心合わせピン９２０のおかげで精度良く中心合わせができることは、弁アセンブリ３１０が複雑なサイクルを制御して極めて僅かな圧力低下を維持している際に重要である。
【００８８】
図９Ａと９Ｂを見てわかるように、本発明の他の１実施態様に従って構成された回転弁アセンブリには回転弁シュー５００を弁ポートプレート５１０に対して固定位置に維持するための上記に替わる中心合わせ機構が設けられている。円形中心合わせリング９３０が回転弁シュー５００の平滑円筒状側壁５３０と固定弁ポートプレート５１０の平滑円筒状側壁７１０にぴったり合っている。円形中心合わせリング９３０は、同時に回転弁シュー５００を回転できるようにするとともに弁ポートプレート５１０に対してこの回転弁シュー５００を固定位置に保つことによって弁ポートプレート５１０に対して回転弁シュー５００の中心合わせをしている。
【００８９】
図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを参照して、モーター１１８を回転弁シュー５００に連結するための弾性リンクの１実施態様につき以下説明する。駆動機構９４０には駆動軸９５０、駆動輪９６０、および３個（２個を図示）の弾性チェーンリンク９７０が具わっている。駆動軸９５０は駆動輪９６０を回転させるためのモーター１１８に連結されている。図１０Ｃからわかるように、駆動輪９６０の下部側９８０には下向きに突出した円筒状支柱９９０が設けられている。同様に、図１０Ｂからわかるように、第二弁シューカバー６９０の上部側１０００には上向きに突出した円筒状支柱１０１０が設けられている。弾性チェーンリンク９７０は半硬質の弾性材料（シリコーンゴムなど）からなるのが好ましくおおむねレンチ型の形態をしている。各弾性チェーンリンク９７０は円筒形の中心孔１０３０を有する円筒状の受け部材１０２０を含む。円筒状の受け部材１０２０は細長の連結部材１０４０によって互いにつながっている。駆動輪９６０は弾性チェーンリンク９７０を通じて第二弁シューカバー６９０に連結している。各弾性チェーンリンクの一つの受け部材１０２０は駆動輪９６０の支柱９９０を受け入れており他の受け部材１０２０は第二弁シューカバー６９０の支柱１０１０を受け入れている。従来は、モーターと回転弁シューの間の連結は堅くて柔軟性がなかった。このような堅い連結は振動など回転を伴わないモーターの動きによって回転弁シューが損傷する原因となっていた。弾性チェーンリンク９７０はモーターの振動と非回転の動きを吸収し、こうした有害なエネルギーを回転弁シュー５００に及ぼさないようにしている。
【００９０】
図１１は、図３から図１０までに示し上に説明した酸素濃縮器１１４と同様な酸素濃縮器から得られた実験データを表にしたものである。
【００９１】
この表を見てわかるように、酸素濃縮器１１４での空気からの酸素の回収率は純度約９０％で４５乃至７１％である。酸素流量（１分当りリットル）に対する圧縮動力（ワット）の比は６．２Ｗ／ＬＰＭから２３．０Ｗ／ＬＰＭの範囲にある。Ｅｕｇｅｎｅ　Ａ．Ａｖａｌｌｏｎｅ　＆　Ｔｈｅｏｄｏｒｅ　　Ｂａｕｍｅｉｓｔｅｒ　編、Ｍａｒｋｓ’　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ｆｏｒ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，第９版　に定義されている、圧縮仕事から得られた式から導かれた　圧縮動力についての式は次の通りである：
【００９２】
【数１】
2004000560.tif 000002
【００９３】
［エネルギー源］
図１２を追加参照して説明すると、軽量の携帯用装置として本装置１００が正しく機能するためには、これにふさわしい再充電可能なエネルギー源によって作動させねばならない。このエネルギー源としてはリチウムイオン型の再充電可能なバッテリー１０４が好ましい。本技術に精通した者ならすぐにわかることだが、本装置１００はリチウムイオンバッテリー以外の携帯用エネルギー源によっても動かすことができる。例えば、再充電可能ないし再生可能燃料電池が使える。本装置は再充電可能バッテリー１０４で動かすものと一般に考えられているが、実は複数バッテリーで動かすのが普通である。したがって、ここでいう“バッテリー”なる語は一つ以上のバッテリーを意味する。しかも、この再充電可能バッテリー１０４は一つ以上の内部及び／又は外部バッテリーからなる。バッテリー１０４又はこのバッテリーを含むバッテリーモジュールは本装置１００から取り外せることが好ましい。本装置１００にはクリップ留めのモジュールに入った標準内部バッテリー、低コストバッテリー、長時間稼動内部バッテリーおよび外部二次電池を使用する。
【００９４】
本装置１００は、ＤＣ電源（例：自動車のシガレットライター用アダプター）及び／又はＡＣ電源（例：家庭やオフィスの１１０ボルトＡＣ壁ソケット）から同時にバッテリー１０４に充電しながらこれら電源で装置１００が動くよう構成されたバッテリー充電電気回路１３０を含む内蔵アダプターと一つ以上のプラグ１３２を有する。アダプター乃至充電器は別途付属品であってもよい。例えば、アダプターは、本装置１００を動かし及び／又はバッテリー１０４に充電するのに使用し自動車に搭載の別のシガレットライターアダプターでもよい。本装置による使用のため及び／又はバッテリー１０４充電のためコンセントからＡＣをＤＣに変換するのに別のＡＣアダプターを使用することもある。アダプターの別の例は、車椅子バッテリーやその他カート類で使うアダプターである。
【００９５】
或いはまた、もしくはこれに加えて、本装置１００を受け入れ支持するのに合わせたバッテリー充電用枠台１３４に、ＤＣ電源及び／又はＡＣ電源から同時にバッテリー１０４に充電しながら装置１００を動かすバッテリー充電電気回路１３０を含むアダプターとプラグ１３２を設ける。
【００９６】
本装置１００と枠台１３４には、本装置１００を容易に下ろして枠台１３４とドッキングさせることができるよう相互に対応するつがいの断面１３８、１４０を設けるのが好ましい。これら断面１３８、１４０には本装置１００と枠台１３４とを電気的に接続するための対応する電気接点１４２、１４４を設ける。
【００９７】
枠台１３４は家庭、オフィス、自動車などで本装置１００に繰り返し充電したり本装置１００を動かすために使用する。枠台１３４は本装置１００の一部または本装置１００の別途付属品と見なされる。枠台１３４には予備のバッテリーパック１０４に充電するための電気回路に接続した一つ以上の追加充電用コンセント１４６を設けることがある。充電用コンセント１４６と一つ以上の追加バッテリーパック１０４があれば、ユーザーには常時予備のフル充電されたバッテリー１０４があてがわれていることになる。
【００９８】
上記に替わる別の実施態様では、一つ以上の異なった型の装置１００を収容するために一つ以上の異なった大きさの枠台１３４を使用する。
【００９９】
枠台１３４及び／又は本装置１００にはまた、しかるべき接続手段１４９によって本装置１００での空気流に湿気を与えるための加湿機構１４８を設ける。本発明の上記に替わる別の１実施態様では、加湿機構１４８は本装置１００及び枠台１３４とは別になっている。この場合、加湿機構１４８を繋ぐためのしかるべき連絡口を枠台１３４及び／又は本装置１００に設ける。枠台１３４にはまた、本装置１００が枠台１３４とドッキングした場合本装置１００と組み合わせて使えるようこの種の加湿機構１４８の受け入れに適合したコンセントを設ける。
【０１００】
枠台１３４及び／又は本装置１００には、本装置１００の制御装置１１０を一つ以上の遠隔コンピュータとつなぐための電話モデム、高速ケーブルモデム、ＲＦ無線モデムなどの遠隔計測機構乃至モデム１５１を設ける。このために、枠台１３４にはケーブルアダプターまたは電話ジャックプラグ１５５付の通信線１５３又はＲＦアンテナ１５７がある。本発明のこれに替わる別の１実施態様では、遠隔計測機構乃至モデム１５１は枠台１３４とは別になっており、このために枠台１３４または本装置１００には遠隔計測機構乃至モデム１５１を枠台１３４または本装置１００と直接繋ぐための一つ以上のしかるべき通信口（例：ＰＣ口）が設けられている。例えば、枠台１３４は遠隔計測機構乃至モデム１５１を含むコンピュータと通信できる（枠台の設置場所で）ような設計になっている。コンピュータは遠隔計測機構乃至モデム１５１を用いて以下述べるような情報を一つ以上の遠隔コンピュータとやりとりするためのしかるべきソフトウエアを備えている。
【０１０１】
遠隔計測機構乃至モデム１５１は、心拍数、酸素飽和度、呼吸回数、血圧、心電図、体温、吸気／呼気時間比（Ｉ／Ｅ比）など（これらに限るものではないが）のユーザーの生理的データを一つ以上の遠隔コンピュータに送るのに使用する。　遠隔計測機構乃至モデム１５１はまた、酸素使用状況、本装置１００のメンテナンススケジュール、バッテリー使用状況など（これらに限るものではないが）の他の種類の情報を一つ以上の遠隔コンピュータに送るのに使用する。
【０１０２】
ユーザーは枠台１３４に取り付けた本装置１００の理想的な使い方ができる。　ユーザーは二つ以上の枠台を使うようにすることが出来る；例えば家庭で一つ、オフィスで一つ、自家用車で一つといった具合、もしくは家庭で複数の枠台を自分の好きな部屋毎に一つといった具合に。例えば、ユーザーが家庭に複数の枠台１３４を持っているならば、ユーザーが別の部屋に移る場合、例えば居間から寝室に移る場合、ユーザーは単に本装置１００を枠台１３４から持ち上げてバッテリーを稼動状態にしたままで別の部屋に歩いていけばよい。目的の部屋で別の枠台１３４に本装置１００をセットすれば本装置１００とＡＣ電源の間で電気の接続が元の状態になる。本装置１００が枠台１３４にセットされている時は本装置１００のバッテリー１０４は絶えず充電を行っているか充電された状態になっているため、自宅、オフィスなどから外へ出かけるのはユーザーの自宅で部屋から部屋へ移るのと同じくらい簡単なことである。
【０１０３】
本装置１００は小型で軽量（０．９〜６．８ｋｇ）なため、平均的なユーザーによって枠台１３４から簡単に持ち上げられ肩に掛けるなどして目的場所まで容易に持ち運べる。もしもユーザーが本装置１００を持ち運ぶことが出来ない場合は、カートなどの運搬手段で以って目的場所まで容易に運ぶことが出来る。家庭、オフィスなどから長時間かかる離れた場所の場合は、ユーザーは目的場所で使うための一つ以上の枠台１３４を持っていけばよい。或いはまた、内蔵アダプター付の本装置１００についての実施態様では、自家用車のシガレットライターアダプター及び／又は目的地にあるＡＣ電力コンセントなどの電源から電力を取り出す。また、標準の電源まで行くのに長時間かかる離れた所にいる場合は予備のバッテリーパック１０４が使える。
【０１０４】
バッテリーパック１０４に複数のバッテリーが入っている場合は、本装置１００には携帯電話やラップトップパソコンでよく知られているようなバッテリー寿命維持のためのバッテリー配列機構が設けてある。
【０１０５】
［出力センサー］
図１２と図１３を見てわかるように、ユーザーにとって必要な酸素ガス流量、したがって本装置１００にとっての酸素ガス流量要件を決めるためユーザー１０８の一つ以上の体の状態、環境、その他を検知するのに一つ以上の出力センサー１０６が使われている。一つ以上の出力センサー１０６によって検知されたユーザー１０８の一つ以上の体調に応じて酸素発生器１０２を制御するため制御装置１１０が一つ以上の出力センサー１０６とこの酸素発生器１０２とつながっている。例えば、以下の記述に限定するつもりはないが、出力センサー１０６は、参考のため事実上全文を引用した米国特許Ｎｏ．５，９２８，１８９に記載の一つ以上の活動レベルセンサーを含む。これらの出力センサーは生理状態乃至代謝センサー１５６及び高度センサー１５８のほかに圧力センサー１５０、位置センサー１５２、加速度センサー１５４を含む。
【０１０６】
始めの３つのセンサー１５０、１５２、１５４（場合によっては生理状態センサー１５６も）はユーザー１０８の活動レベルを示す信号を発するが故に活動レベルセンサーである。携帯用酸素濃縮装置で酸素を供給する際、供給量が多過ぎないようにしてユーザー１０８の活動レベルに比例した酸素ガス量を送ることが肝要である。酸素供給量が多過ぎるとユーザー１０８の体調を害するだけでなくバッテリー１０４の寿命も短くなる。制御装置１１０は酸素ガス発生器１０２を調整して、一つ以上のセンサー１０６が発するユーザーの活動レベルを代表する一つ以上の信号に基きユーザー１０８へ供給する酸素ガスの流量を制御する。例えば、一つ以上の出力センサー１０６によってユーザー１０８が活動停止状態から活動状態に移行したことがわかれば、制御装置１１０が働いて酸素ガス発生器１０２からユーザー１０８に供給される酸素ガスの流量が増えかつ／又は高圧酸素貯留槽から一気に酸素ガスが出てユーザー１０８に供給されることになる。反対に一つ以上の出力センサー１０６によってユーザー１０８が活動状態から活動停止状態に移行したことがわかれば、制御装置１１０が働いて酸素ガス発生器１０２からユーザー１０８に供給される酸素ガスの流量が減る。
【０１０７】
本発明の１実施態様では、ユーザーに供給される酸素ガスの量は変速制御器１１９を通じて圧縮機モーター１１８の回転速度を制御することにより調整される。
【０１０８】
或いはまた、もしくは変速制御器に加えて、酸素ガスの供給量は酸素ガス発生器１０２とユーザー１０８の間の供給ライン１２１に設けられた供給弁１６０によって制御される。例えば、供給弁１６０は少なくとも第一位置と第二位置の間を動くことができ第一位置からよりも第二位置からの方が濃縮酸素ガスの流量を増やせる。一つ以上の活動レベルセンサー１５２、１５４、１５６がユーザー１０８の活動レベルが上がったことを検知すれば、制御装置１１０が働いて供給弁１６０が第一位置から第二位置に動く。例えば、制御装置１１０はタイマーを備えており、あらかじめ決められた時間帯を超えた時間帯で活動レベルが高いことが検知されると制御装置１１０が働いて供給弁１６０が第一位置から第二位置に動く。
【０１０９】
圧力センサー１５０の例としては、ユーザーが座った姿勢というよりは立った姿勢であることを示す足スイッチとユーザーが立った姿勢というよりは座った姿勢であることを示す着座スイッチを具えているものがあるが、これに限るものではない。
【０１１０】
位置センサー１５２の例として振り子スイッチがある。例えば、大腿スイッチで、ぶらぶら揺れる状態にあるときはユーザーが立っている場合の一つの姿勢を示しこの際スイッチは垂直に垂れ下がっている。ユーザーが座っている時の別の姿勢はスイッチがより水平な状態に立ち上がっていることでわかる。位置センサーとして水銀スイッチが使われることもある。
【０１１１】
加速度計などの加速度センサー１５８はユーザーの活動レベルを示す信号を発する活動レベルセンサーの別の例である。
【０１１２】
生理的状態乃至代謝センサー１５６は活動レベルセンサーとしての働きもする。生理的状態センサー１５６は酸素ガス発生器１０２を制御するためもしくはその他の目的でユーザーの一つ以上の生理的状態をモニターするのに使用する。このセンサー１５６でモニターの対象となる生理的状態の例は：血中酸素濃度、心拍数、呼吸回数、血圧、心電図、体温、Ｉ／Ｅ比だが、これらに限定されるものではない。酸素濃度計は本装置１００で好ましく使用されるセンサーの１例である。酸素濃度計によってユーザーの血中酸素濃度を測定し、少なくともこの結果に基いて本装置１００による空気中からの酸素取り出し量を決める。
【０１１３】
高度センサー１５８は環境乃至周囲の状態を検知する環境状態センサーの１例であり、少なくともこのデータに基いてユーザーへの酸素ガス供給（量）の制御を行う。高度センサー１５８はそれ単独で使用するか又は上記センサーのどれか又は全て、制御装置１１０および酸素ガス発生器１０２と一緒に使用して検知された高度に従ってユーザーへの酸素ガス供給（量）の制御を行う。例えば、検知された高度が比較的高い場合、そこでの空気中酸素濃度は低めのため、制御装置１１０の働きによってユーザー１０８に供給される酸素ガスの流量が増える；反対に、検知された高度が比較的低い場合、そこでの空気中酸素濃度は高めのため、制御装置１１０の働きによってユーザー１０８に供給される酸素ガスの流量が減るか流量が或る制御レベルに維持される。
【０１１４】
本技術に精通した者にはすぐわかることだが、或る状態を検知するのに一つ以上の追加的もしくは異なったセンサーを使用し少なくともその結果に基いてユーザーへの酸素ガス供給（量）の制御を行う。更にまた、ユーザー１０８に供給される酸素ガスの量を調整するために既に説明したいずれか又は全ての実施態様で明らかなように、変速制御器１１９、供給弁１６０（又はこれに替わる実施態様）を上記一つ以上のセンサーおよび制御装置１１０と一緒に用いてユーザーへの酸素ガス供給（量）の制御を行う。
【０１１５】
［制御装置］
図１４を見ると、制御装置１１０は本技術でどこでも見られるような公知の構成を有しており、本装置１００を制御し運用するために一つ以上のインターフェース、制御器、などの電気回路要素を通じて今までに説明した本装置の各種構成要素とつながったメインマイクロプロセッサー乃至ＣＰＵ１６０を備えている。本装置１００は、これを制御するためにユーザー、プロバイダー、医師などが処方に基いた酸素濃度、酸素流量、ユーザー活動レベルなどの情報を入力できるよう制御装置１１０の一部として又は制御装置１１０と結びついたユーザーインターフェース（図１４）を備えている。
【０１１６】
本装置１００の１実施態様の主な要素についてはこれまでに説明した。以下の諸項では幾つかの追加的な機能について説明する；これらの一つ以上を本発明における一つ以上の別の実施態様として既述の本発明の諸実施態様に取り入れることが出来る。
【０１１７】
ＩＩ．　節約装置
図１５について説明すると、酸素ガス発生器１０２によって作り出された酸素を一段と有効に使うために節約装置乃至デマンド装置１９０が本装置１００に取り入れられる。通常の呼吸過程でユーザー１０８は１呼吸サイクル時間の約１／３の間空気を吸い込みあとの２／３の間空気を吐き出す。空気を吐き出している間はユーザー１０８に供給される酸素流はユーザーには何の役にも立たず、そのためこの余分の酸素流の供給に使われる追加バッテリー電力は無駄になる。節約装置１９０はカニューラ１１１又は本装置１００の他の部分での圧力変化を検知して呼吸サイクルを検知するセンサーを備えており、このため呼吸サイクルのうち空気を吸い込む時間間隔もしくはその一部に相当する間だけ酸素を供給するようになっている。例えば、吸い込んだ空気の最後の部分は鼻と肺の上端の間にトラップされるため特別な役に立たないことから、節約装置１９０は空気吸い込み終了前に酸素の流れを止めるような構成になっており、これによって本装置１００の効率がアップする。この結果、本装置１００の大きさ、重量、コスト及び電力についてのの要件が減ることになる。
【０１１８】
節約装置１９０は、スキューバダイビングの調節器と同様に本装置１００の出力ラインにおける独立した機能を有する装置として、もしくはユーザー１０８が空気を吸い込んでいる間だけ酸素を供給するよう酸素発生器１０２を制御するための制御装置１１０とつないで使用することが出来る。
【０１１９】
節約装置１９０は既述の各種センサーの一つ以上を備えることが出来る；例えば、ユーザーの呼吸回数をモニターするセンサーなどがあげられる。
【０１２０】
本装置１００はまた、カニューラの具合が悪く使用していないときに収納しておくための特殊なカニューレ収納装置を設けることもできる；さらにこれらカニューラは長さ、大きさが異なっていてもよい。
【０１２１】
ＩＩＩ．　高圧貯留槽
図１６に示したように、酸素ガス発生器１０２だけではユーザー１０８の酸素ガス要求量を満たすことが出来ない場合ユーザー１０８に酸素ガスを追加供給するため高圧貯留槽１６４を二次ライン１６６に設ける。二次ライン１６６における下記の構成要素のどれでも制御装置１１０もしくは制御のための高圧貯留槽制御器１６７（図１４）とつなぐことが出来る。このような酸素ガス追加供給の必要が出てくる典型的な事態は：ユーザーが突然、活動していない状態から活動状態に移行したとき、例えば、椅子から立ち上がったとき、本装置１００が稼動し始めたとき、本装置１００が節約モード又は睡眠モードから活動モードに移行したとき、である。ここでいう二次ライン１６６とは管類、コネクター類のことで、構成要素をラインにつなぐのに使われるものである。弁１６８は酸素ガスが二次ライン１６６に流れるようにするために制御装置１１０によって制御され、酸素ガスを供給ライン１２１と二次ライン１６６の両方に同時に流すか、供給ライン１２１だけに流すか、もしくは二次ライン１６６だけに流すような構成になっている。
【０１２２】
好ましくはモーター１１８によって動くポンプまたは圧縮機１６８は、例えば少なくとも約６８９．５ｋＰａの比較的高圧で酸素ガスを高圧貯留槽１６４に送り込む。
【０１２３】
酸素ガスをユーザー１０８に追加供給するために酸素発生用電気化学セル１７１を二次ライン１６６で述べた構成要素と共に又はこれらの代わりに使用することが出来る。事実上全文を参考までに取り入れているＭａｇｅｔらの米国特許Ｎｏ．６，０１０，３１７には、この目的のために使える電気化学電池についての記載がある。例えば、この電気化学セル１７１は酸素ガスを比較的高圧で高圧貯留槽１６４に送り込むのに使われる。
【０１２４】
圧力センサー１７２は高圧貯留槽１６４と制御装置１１０につながっており高圧貯留槽１６４内の圧力が或る限界に達すると制御装置１１０が弁１６８に働いて酸素ガスを二次ライン１６６に送り込む仕組みになっている。
【０１２５】
調節器１７４はユーザー１０８への酸素ガスの流量を制御すると共にその圧力を下げるのに使用する。
【０１２６】
弁１７６もまた制御装置１１０によって制御され、ユーザー１０８が酸素ガス発生器１０２によって満たし得ない量の酸素ガスを必要とする場合に高圧貯留槽１６４から酸素ガスを供給ライン１２１に流せるようにする。弁１７６は酸素ガスを酸素ガス発生器１０２と高圧貯留槽１６４の両方から同時に流すか、酸素ガス発生器１０２だけから流すか、もしくは高圧貯留槽１６４だけから流すような構成になっている。
【０１２７】
一つ以上のセンサー１０６は制御装置１１０と酸素ガス発生器１０２と相互に関連していてこれらセンサー１０６によって検知された一つ以上の状態に少しでも基いてユーザー１０８の必要とする酸素ガスに相当する量の酸素ガスを供給できるようになっている。酸素発生器１０２がユーザー１０８の酸素ガス要求量を満たし得ない場合、ユーザーの必要とする酸素ガス量を示唆する一つ以上の状態の検知に少しでも基いて制御装置１１０が働いて高圧貯留槽１６４から（弁１７６を通って）必要な追加酸素ガスが供給される。
【０１２８】
酸素ガス発生器１０２はユーザー１０８の必要とする酸素ガスを１００％供給できる能力があるが単に稼動が止まっているか節約乃至睡眠モードにあるシナリオでは、高圧貯留槽１６４から酸素ガスが供給されるようになるまでの時間すなわち弁１７６で以って高圧貯留槽１６４を供給ライン１２１につなぐに要する時間は酸素ガス発生器１０２が停止状態から活動状態に移行するに必要な時間と同じかこれよりも短い。別のシナリオでは、ユーザー１０８の酸素ガス要求量が酸素ガス発生器１０２の酸素ガス最大出力を超えた場合に制御装置１１０の働きによって高圧貯留槽１６４から酸素ガスがユーザーに供給される。高圧貯留槽１６４は酸素ガス発生器１０２によって満杯になるとされているが、これに替わる別の実施態様では、高圧貯留槽１６４は本装置の外にある酸素源によって満杯にされる。
【０１２９】
ＩＶ．　広域位置決め装置
図１２に戻って説明すると、本発明の別の実施態様では、本装置１００には本装置１００の存在場所を知るための広域位置決め装置（ＧＰＳ）受信機２００が設けられている。受信機２００の存在場所、したがってユーザー１０８の居場所を遠隔計測機構乃至モデム１５１を通じて遠隔コンピュータに知らせることが出来る。これは、ユーザーが心臓発作などの体調不良を起こして本装置の非常ボタンを押し警報が作動した場合にユーザー１０８の居場所を突き止めたり、その他何らかの理由に対処するのに望ましいことである。
【０１３０】
Ｖ．　その他のオプション並びに付属品
枠台１３４のほかに、本携帯用酸素濃縮装置１００には追加のオプション並びに付属品を用意してある。いろいろな色彩やパターンのショルダーバッグ、バックパック、ベルトポーチおよび分割型パック（これらに限るわけではない）などのさまざまなバッグ類や持ち運びケース類が本装置１００やその他装置付属品を運ぶのに使える。荒天などの環境被害から本装置を保護するためのカバーも使える。本装置１００はまた、手押し車／カートに載せて、又はスーツケースや旅行ケースに入れて運ぶことが出来る。この旅行ケースは本装置１００を運ぶとともに、カニューレ１１１、予備バッテリー、アダプターなどを運べるだけの空間を設けたものである。本装置１００を収納するためのフック類、ストラップ類、ホルダー類の例は次の通りであるがこれらに限るものではない、すなわち：自動車のシートベルト用のフック、歩行者用のフック／ストラップ、車椅子用のフック／ストラップ、病院ベッド用のフック／ストラップ、換気装置などのその他医療機器用のフック、ゴルフバッグやゴルフカート用のフック／ストラップ、自転車用のフック／ストラップ、及び吊りフック。本装置１００にはまた、オプションとして一つ以上の警報装置を具えることが出来る。例えば、センサーによって検知されたユーザー１０８の生理的状態がもしもあらかじめ定められた範囲を外れていた場合、本装置１００の警報装置が作動する。更にまた、この警報装置がユーザー１０８が手動で操作できる非常警報装置を含むこともある。この警報装置は本装置１００に取り付けたブザーなどの音を出す装置を作動させかつ／又は遠隔計測機構乃至モデム１５１を通じて医師、急派員、介護者、家族の一員などの実在人物に通報する仕組みになっている。
【０１３１】
本発明の内容については或る特定の好ましい実施態様を述べたが、本技術について通常の技能を有する者にとって明らかな他の実施態様も本発明の範囲に入る。よって本発明の範囲はもっぱら特許請求の範囲により明確にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の１実施態様に従って構成した携帯用酸素濃縮装置のブロック線図である。
【図２】図２は本発明の別の実施態様に従って構成した携帯用酸素濃縮装置のブロック線図であり、特に、空気分離装置の実施態様の図示である。
【図３Ａ】図３Ａは携帯用酸素濃縮装置で使用される濃縮器の１実施態様の斜視切取図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは図３Ａに示した濃縮器の斜視分解図である。
【図４】図４は図３Ａと図３Ｂに示した濃縮器で使用されるトップマニホールドと多重吸収床の１実施態様の平面斜視図である。
【図５Ａ】図５Ａは図３Ａと図３Ｂに示した濃縮器で使用される回転弁シューの１実施態様の底面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは図３Ａと図３Ｂに示した濃縮器で使用される回転弁シューの１実施態様の平面図である。
【図６Ａ】図６Ａは図３Ａと図３Ｂに示した濃縮器で使用される弁ポートプレートの１実施態様の平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは図３Ａと図３Ｂに示した濃縮器についてのプロセスサイクルのフローチャートである。
【図７Ａ】図７Ａは図３Ａと図３Ｂに示した濃縮器で使用される媒体保持キャップの１実施態様の平面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは図３Ａと図３Ｂに示した濃縮器で使用される媒体保持キャップの１実施態様の底面図である。
【図８Ａ】図８Ａは図３Ａと図３Ｂに示した濃縮器で使用される中心合わせピンを含む回転弁アセンブリの１実施態様の平面斜視分解図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは図３Ａと図３Ｂに示した濃縮器で使用される中心合わせピンを含む回転弁アセンブリの１実施態様の底面斜視分解図である。
【図９Ａ】図９Ａは図３Ａと図３Ｂに示した濃縮器で使用される中心合わせピンを含む回転弁アセンブリの１実施態様の底面斜視分解図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは図３Ａと図３Ｂに示した濃縮器で使用される中心合わせピンを含む回転弁アセンブリの１実施態様の平面斜視分解図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは図３Ａと図３Ｂに示した濃縮器で使用される回転弁シュー、モーター駆動部および一対の弾性チェーンリンクの１実施態様の底面斜視図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは図１０Ａに示した回転弁シュー、モーター駆動部および一対の弾性チェーンリンクの平面斜視分解図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは図１０Ａに示した回転弁シュー、モーター駆動部および一対の弾性チェーンリンクの底面斜視分解図である。
【図１１】図１１は図３Ａと図３Ｂに示した濃縮器を含む携帯用酸素濃縮装置についての実験データの表である。
【図１２】図１２は携帯用酸素濃縮装置の更なる実施態様と同装置で使用する枠台の１実施態様の構成図である。
【図１３】図１３は携帯用酸素濃縮装置の１実施態様で使用する一つ以上のセンサーのブロック線図である。
【図１４】図１４は携帯用酸素濃縮装置の制御装置によって制御される一つ以上の構成要素のブロック線図である。
【図１５】図１５は本発明の追加実施態様に従って構成された携帯用酸素濃縮装置のブロック線図である。
【図１６】図１６は高圧貯留槽を含む携帯用酸素濃縮装置の別の実施態様の構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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