(57)【要約】  より高いＦＩＯ２値の達成および／または酸素の節約のために酸素のパルス流の使用を可能にする医療用人工呼吸器システムが説明される。一実施の形態においては、人工呼吸器システムが、酸素濃縮器、医療用人工呼吸器、および人工呼吸器と患者との間の呼吸回路を備える。一実施の形態においては、酸素濃縮器が、人工呼吸器から供給される呼吸の開始において酸素濃縮器から患者回路への酸素の１つ以上のパルスの分配を開始させるためのトリガ信号を生成するように構成されたコントローラモジュールを備える。少量の酸素の流れを、より高いＦＩＯ２の達成を助けるためにパルスの間に追加することができる。
2012508074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者へと届けられる吸気酸素濃度の向上および酸素の節約の少なくとも一方のための医療用人工呼吸器システムであって、
酸素供給源と、
酸素のボーラスをパルス状にて送り出すべく前記酸素供給源に組み合わせられた制御可能なバルブと、
吸気のサイクルの際に患者へと呼吸（ｂｒｅａｔｈ）を届けるための医療用人工呼吸器と、
前記人工呼吸器を患者へと接続する人工呼吸器回路であって、患者に近い位置が前記制御可能なバルブおよび前記酸素供給源へと接続されている人工呼吸器回路と、
患者へと届けられる吸気酸素濃度の向上および酸素の節約の少なくとも一方のために、前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置へと、吸気のサイクルの際に前記人工呼吸器からの呼吸に酸素のボーラスをパルス状にて送り出すように前記酸素供給源を作動させるトリガ機構と
を備えている医療用人工呼吸器システム。
【請求項２】
前記酸素供給源が、前記人工呼吸器回路へと酸素の連続的な流量を送り出す請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項３】
前記トリガ機構が、正の吸気圧を検出するセンサを備えている請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項４】
前記トリガ機構が、前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置にベンチュリを備えている請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項５】
前記人工呼吸器が、前記トリガ機構を含んでおり、該トリガ機構が、酸素のボーラスをパルス状にて送り出すように前記酸素供給源へと信号を送信する請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項６】
前記人工呼吸器回路が、圧力のしきい値および流量のしきい値の少なくとも一方を含んでおり、前記トリガ機構が、前記人工呼吸器回路の圧力のしきい値および流量のしきい値の少なくとも一方が超えられたときに、前記酸素供給源を作動させる請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項７】
前記トリガ機構が、前記人工呼吸器回路のガスの流れにもとづく変化の速度および前記人工呼吸器回路のガスの圧力にもとづく変化の速度の少なくとも一方にもとづいて、前記酸素供給源を作動させる請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項８】
トリガ事象によって、前記トリガ機構が酸素のボーラスを送り出すように前記酸素供給源を作動させ、該トリガ事象と酸素のボーラスの送出の開始との間の時間が、０．０１ｍｓ〜１秒の範囲にある請求項１、２、３、４、５、６、または７に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項９】
トリガ事象によって、前記トリガ機構が酸素のボーラスを送り出すように前記酸素供給源を作動させ、該トリガ事象と酸素のボーラスの送出の開始との間の時間が、０．０１ｍｓ〜６００ｍｓの範囲にある請求項１、２、３、４、５、６、または７に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項１０】
トリガ事象によって、前記トリガ機構が酸素のボーラスを送り出すように前記酸素供給源を作動させ、該トリガ事象と酸素のボーラスの送出の完了との間の時間が、０．０１ｍｓ〜１秒の範囲にある請求項１、２、３、４、５、６、または７に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項１１】
トリガ事象によって、前記トリガ機構が酸素のボーラスを送り出すように前記酸素供給源を作動させ、該トリガ事象と酸素のボーラスの送出の完了との間の時間が、０．０１ｍｓ〜６００ｍｓの範囲にある請求項１、２、３、４、５、６、または７に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項１２】
前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置が、前記酸素供給源へと接続されたワイを備えている請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項１３】
前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置が、１つ以上の挿管、非再ブリーザマスク、部分再ブリーザマスク、鼻カニューレ、および鼻まくらで構成されるグループから選択される換気提供インタフェースを備えている請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項１４】
前記酸素供給源が、最大３０ＬＰＭの酸素の流れを供給する請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項１５】
前記酸素供給源が、パルスの一部分において５ＬＰＭを超える流量で酸素のボーラスのパルスを送出する請求項１、２、３、４、５、６、７、１２、１３、または１４に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項１６】
前記酸素が、パルスの一部分において１０ＬＰＭを超える流量で酸素のボーラスのパルスを送出する請求項１、２、３、４、５、６、７、１２、１３、または１４に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項１７】
人工呼吸器の呼気終末陽圧（ＰＥＥＰ）を自動調整する請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項１８】
呼吸を５〜５５ＢＰＭの呼吸数で送出する請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項１９】
体温および圧力に対するガス流の標準化を含んでいる請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項２０】
高度に関してガス流を補償する請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項２１】
前記酸素供給源が、酸素濃縮器、可搬の酸素濃縮器、圧縮酸素ガスシリンダ、膜酸素発生器、および化学酸素発生器で構成されるグループから選択される部材である請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項２２】
前記酸素供給源が、液体酸素および気体の酸素の少なくとも一方を生成するための空気液化酸素供給源および空気蒸留酸素供給源の少なくとも一方である請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項２３】
前記酸素供給源が、前記人工呼吸器とともに使用されるときに酸素のパルスを生じさせることができる人工呼吸器モード、および患者に追加の酸素を供給するために使用される濃縮器モードの両方を備えている酸素送出装置である請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【請求項２４】
前記酸素供給源が、変化する患者の吸気の継続時間に対応すべく前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置へと送り出される酸素パルスの継続時間を変化させる請求項１に記載の医療用人工呼吸器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用人工呼吸器システムに関し、とくには酸素のパルス流を実行することによって吸気酸素濃度の値を改善するための人工呼吸器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素は、通常は、圧縮ガスシリンダまたは固定の医療用酸素配管系など、およそ５０ｐｓｉｇ／３４５ｋＰａの圧力で動作していることが多い高圧の酸素源を使用することによって、人工呼吸器へと供給される。酸素が、病状を効果的に治療すべく患者へと所望の吸気酸素濃度（ＦＩＯ２）を供給するために、人工呼吸器において空気と混合される。上述のような高圧の供給源が利用できず、あるいは容量が限られている場合、典型的には５〜１０ＬＰＭの酸素を届ける酸素濃縮器を使用する人工呼吸器への低圧かつ低流量の酸素の供給が、人工呼吸器の入り口に「リザーバ」を使用することによって達成されている。或る従来技術の例では、リザーババッグが、人工呼吸器の圧縮機の入り口または低圧Ｏ２ポートへと接続されている。濃縮器が、呼吸の間にバッグの体積を満たし、人工呼吸器が呼吸を開始するときにバッグの中身が人工呼吸器へと移されることで、届けられる呼吸に酸素が追加される。患者の肺における吸気酸素濃度をもたらすために、この酸素と人工呼吸器によってもたらされる空気とが、一様な混合物を形成するように混合され、この混合物が患者へと届けられる。米国特許出願公開ＵＳ２００７／０２７２２４３が、吸気のサイクルに先立って患者の呼吸回路の吸気部分へとどのように酸素を追加できるのかを教示している。この例では、人工呼吸器によって呼吸が届けられるときに、吸気部分に蓄えられた酸素豊富なガスが、人工呼吸器回路において近くに位置しているがゆえに優先的に患者へと届けられ、結果として肺の肺胞腔における吸気酸素濃度が高くなる。いずれの場合も、現在の技術水準は、濃縮器または他の酸素送出装置からの酸素の少量の連続的な流れの設定を使用しているにすぎない。
【０００３】
可搬の酸素濃縮器、酸素節約装置を備えた圧縮ガスシリンダ、および液体酸素貯蔵装置も、吸気酸素濃度を高める目的で鼻カニューレを介して呼吸器官の患者へと追加の酸素を供給するために使用されている。これらの場合に、届けられる酸素は、少量の連続的な流れ、または患者の吸入時のカニューレ内の圧力の低下によって引き起こされるパルス状の流れである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
個々に見れば、これらの従来技術の方法は、患者にとって或る病状を治療するために充分な吸気酸素濃度を生成することができるが、高い酸素レベルを必要とする多数の医学的介入に幅広く適用できるためには、依然として低すぎる。さらには、伝統的な高圧の酸素の供給源が利用できず、経済的でなく、あるいは節約される必要がある場合、現時点において利用可能な方法を超える医療用人工呼吸器システムにおいて、ＦＩＯ２値の改善および酸素の節約を果たし、電池でより長い時間を可能にするためのシステムおよび技法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、外来患者の呼吸を補助するために鼻カニューレと併せて一般的に使用されている濃縮器と同様の濃縮器装置が、人工呼吸器システムの患者呼吸回路へと接続される。濃縮器装置が、人工呼吸器によって供給される各々の呼吸の開始時に呼吸回路へと酸素のパルスを供給するように作動させられる。一実施の形態においては、濃縮器が、患者回路へと酸素を分配すべく濃縮器を作動させるためのトリガ圧力信号の位相が、作動の基準がゼロを上回るトリガ値における正の傾斜となるように、１８０度変更され、すなわちトリガ信号の符号が負から正へと反転させられる人工呼吸器モードを有するように設計される。他の実施の形態においては、吸気の段階において負の圧力信号が生じるように患者回路にベンチュリが配置され、ベンチュリにおける圧力が、吸気の際に患者へと酸素のパルスを分配すべく濃縮器を作動させるために使用される。
【０００６】
本発明のさらなる態様は、患者へと届けられる吸気酸素濃度の向上および酸素の節約の少なくとも一方のために医療用人工呼吸器システムを使用する方法を含み、医療用人工呼吸器システムは、酸素のボーラスをパルス状にて送り出すための酸素供給源と、医療用人工呼吸器と、人工呼吸器を患者へと接続する人工呼吸器回路とを備えており、人工呼吸器回路が、患者に近い位置を備えている。この方法は、人工呼吸器によって吸気のサイクルの際に患者へと呼吸を届けるステップと、患者へと届けられる吸気酸素濃度の向上および酸素の節約の少なくとも一方のために、人工呼吸器回路の前記患者に近い位置へと、吸気のサイクルの際に人工呼吸器からの呼吸に酸素供給源からの酸素のボーラスをパルス状にて追加するステップとを含んでいる。
【０００７】
直上で述べた本発明の態様の１つ以上の実施例は、以下のうちの１つ以上を含んでおり、すなわち
人工呼吸器回路へと酸素の連続的な流量を送り出すこと、
酸素のボーラスをパルス状にて送り出すように酸素供給源を作動させること、
酸素供給源を作動させることが、正の吸気圧の検出にもとづいて酸素供給源を作動させることを含んでいること、
酸素供給源を作動させることが、人工呼吸器回路の前記患者に近い位置のベンチュリを使用して酸素供給源を作動させることを含んでいること、
酸素供給源を作動させることが、酸素のボーラスをパルス状にて送り出すように人工呼吸器が酸素供給源へと信号を送信することを含んでいること、
人工呼吸器回路が、圧力のしきい値および流量のしきい値の少なくとも一方を含んでおり、酸素供給源を作動させることが、人工呼吸器回路の圧力のしきい値および流量のしきい値の少なくとも一方が超えられたときに酸素供給源を作動させることを含んでいること、
酸素供給源を作動させることが、人工呼吸器回路のガスの流れにもとづく変化の速度および人工呼吸器回路のガスの圧力にもとづく変化の速度の少なくとも一方にもとづいて酸素供給源を作動させることを含んでいること、
トリガ事象によって、酸素供給源が酸素のボーラスを送り出すように作動させられ、トリガ事象と酸素のボーラスの送出の開始との間の時間が、０．０１ｍｓ〜１秒の範囲にあること、
トリガ事象によって、酸素供給源が酸素のボーラスを送り出すように作動させられ、トリガ事象と酸素のボーラスの送出の開始との間の時間が、０．０１ｍｓ〜６００ｍｓの範囲にあること、
トリガ事象によって、酸素供給源が酸素のボーラスを送り出すように作動させられ、トリガ事象と酸素のボーラスの送出の完了との間の時間が、０．０１ｍｓ〜１秒の範囲にあること、
トリガ事象によって、酸素供給源が酸素のボーラスを送り出すようにさせられ、トリガ事象と酸素のボーラスの送出の完了との間の時間が、０．０１ｍｓ〜６００ｍｓの範囲にあること、
人工呼吸器回路の前記患者に近い位置が、酸素供給源へと接続されたワイを備えており、酸素のボーラスを送り出すことが、酸素供給源から人工呼吸器回路のワイへと酸素のボーラスを送り出すことを含んでいること、
人工呼吸器回路の前記患者に近い位置が、１つ以上の挿管、非再ブリーザマスク、部分再ブリーザマスク、鼻カニューレ、および鼻まくらで構成されるグループから選択される換気提供インタフェースを備えていること、
患者が、自発呼吸の患者または非自発呼吸の患者の少なくとも一方であること、
酸素供給源が、最大３０ＬＰＭの酸素の流れを供給すること、
送出される酸素のボーラスのパルスの流量が、パルスの一部分において５ＬＰＭを超えること、
送出される酸素のボーラスのパルスの流量が、パルスの一部分において１０ＬＰＭを超えること、
本方法が、人工呼吸器の呼気終末陽圧（ＰＥＥＰ）を自動調整すること、
本方法が、呼吸を５〜５５ＢＰＭの呼吸数で送出すること、
体温および圧力に対するガス流の標準化を含んでいること、
高度に関してガス流を補償すること、
酸素供給源が、酸素濃縮器、可搬の酸素濃縮器、圧縮酸素ガスシリンダ、膜酸素発生器、および化学酸素発生器で構成されるグループからの部材であること、
液体酸素および気体の酸素の少なくとも一方を生成するために空気液化法および空気蒸留法の少なくとも一方を使用すること、
酸素供給源が、人工呼吸器とともに使用されるときに酸素のパルスを生じさせることができる人工呼吸器モード、および患者に追加の酸素を供給するために使用される濃縮器モードの両方を備えている酸素送出装置であること、および／または
酸素のボーラスを送出することが、変化する患者の吸気の継続時間に対応すべく人工呼吸器回路の前記患者に近い位置へと送り出される酸素パルスの継続時間を変化させることを含んでいること
のうちの１つ以上を含んでいる。
【０００８】
本発明の別の態様は、患者へと届けられる吸気酸素濃度の向上および酸素の節約の少なくとも一方のための医療用人工呼吸器システムに関する。この医療用人工呼吸器システムは、
酸素供給源と、
酸素のボーラスをパルス状にて送り出すべく前記酸素供給源に組み合わせられた制御可能なバルブと、
吸気のサイクルの際に患者へと呼吸を届けるための医療用人工呼吸器と、
前記人工呼吸器を患者へと接続する人工呼吸器回路であって、患者に近い位置が前記制御可能なバルブおよび前記酸素供給源へと接続されている人工呼吸器回路と、
患者へと届けられる吸気酸素濃度の向上および酸素の節約の少なくとも一方のために、前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置へと、吸気のサイクルの際に前記人工呼吸器からの呼吸に酸素のボーラスをパルス状にて送り出すように前記酸素供給源を作動させるトリガ機構と
を備えている。
【０００９】
直上で述べた本発明の態様の１つ以上の実施例は、以下のうちの１つ以上を含んでおり、すなわち
前記酸素供給源が、前記人工呼吸器回路へと酸素の連続的な流量を送り出すこと、
前記トリガ機構が、正の吸気圧を検出するセンサを備えていること、
前記トリガ機構が、前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置にベンチュリを備えていること、
前記人工呼吸器が、前記トリガ機構を含んでおり、該トリガ機構が、酸素のボーラスをパルス状にて送り出すように前記酸素供給源へと信号を送信すること、
前記人工呼吸器回路が、圧力のしきい値および流量のしきい値の少なくとも一方を含んでおり、前記トリガ機構が、前記人工呼吸器回路の圧力のしきい値および流量のしきい値の少なくとも一方が超えられたときに、前記酸素供給源を作動させること、
前記トリガ機構が、前記人工呼吸器回路のガスの流れにもとづく変化の速度および前記人工呼吸器回路のガスの圧力にもとづく変化の速度の少なくとも一方にもとづいて、前記酸素供給源を作動させること、
トリガ事象によって、前記トリガ機構が酸素のボーラスを送り出すように前記酸素供給源を作動させ、該トリガ事象と酸素のボーラスの送出の開始との間の時間が、０．０１ｍｓ〜１秒の範囲にあること、
トリガ事象によって、前記トリガ機構が酸素のボーラスを送り出すように前記酸素供給源を作動させ、該トリガ事象と酸素のボーラスの送出の開始との間の時間が、０．０１ｍｓ〜６００ｍｓの範囲にあること、
トリガ事象によって、前記トリガ機構が酸素のボーラスを送り出すように前記酸素供給源を作動させ、該トリガ事象と酸素のボーラスの送出の完了との間の時間が、０．０１ｍｓ〜１秒の範囲にあること、
トリガ事象によって、前記トリガ機構が酸素のボーラスを送り出すように前記酸素供給源を作動させ、該トリガ事象と酸素のボーラスの送出の完了との間の時間が、０．０１ｍｓ〜６００ｍｓの範囲にあること、
前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置が、前記酸素供給源へと接続されたワイを備えていること、
前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置が、１つ以上の挿管、非再ブリーザマスク、部分再ブリーザマスク、鼻カニューレ、および鼻まくらで構成されるグループから選択される換気提供インタフェースを備えていること、
前記酸素供給源が、最大３０ＬＰＭの酸素の流れを供給すること、
前記酸素供給源が、パルスの一部分において５ＬＰＭを超える流量で酸素のボーラスのパルスを送出すること、
前記酸素が、パルスの一部分において１０ＬＰＭを超える流量で酸素のボーラスのパルスを送出すること、
当該システムが、人工呼吸器の呼気終末陽圧（ＰＥＥＰ）を自動調整すること、
当該システムが、呼吸を５〜５５ＢＰＭの呼吸数で送出すること、
当該システムが、体温および圧力に対するガス流の標準化を含んでいること、
当該システムが、高度に関してガス流を補償すること、
前記酸素供給源が、酸素濃縮器、可搬の酸素濃縮器、圧縮酸素ガスシリンダ、膜酸素発生器、および化学酸素発生器で構成されるグループから選択される部材であること、
前記酸素供給源が、液体酸素および気体の酸素の少なくとも一方を生成するための空気液化酸素供給源および空気蒸留酸素供給源の少なくとも一方であること、
前記酸素供給源が、前記人工呼吸器とともに使用されるときに酸素のパルスを生じさせることができる人工呼吸器モード、および患者に追加の酸素を供給するために使用される濃縮器モードの両方を備えている酸素送出装置であること、および／または
前記酸素供給源が、変化する患者の吸気の継続時間に対応すべく前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置へと送り出される酸素パルスの継続時間を変化させること
のうちの１つ以上を含んでいる。
【００１０】
本発明の別の態様は、医療用人工呼吸器によって人工呼吸器回路を介して届けられる吸気酸素濃度の向上および酸素の節約の少なくとも一方のためのシステムに関する。人工呼吸器回路が、患者に近い位置を含んでいる。医療用人工呼吸器システムは、酸素供給源と、酸素のボーラスをパルス状にて送り出すべく前記酸素供給源に組み合わせられた制御可能なバルブと、患者へと届けられる吸気酸素濃度の向上および酸素の節約の少なくとも一方のために、前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置へと、吸気のサイクルの際に前記人工呼吸器からの呼吸に酸素のボーラスをパルス状にて送り出すように前記酸素供給源を作動させるトリガ機構とを備えている。
【００１１】
直上で述べた本発明の態様の１つ以上の実施例は、以下のうちの１つ以上を含んでおり、すなわち
前記酸素供給源が、前記人工呼吸器回路へと酸素の連続的な流量を送り出すこと、
前記トリガ機構が、正の吸気圧を検出するセンサを備えていること、
前記トリガ機構が、前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置にベンチュリを備えていること、
前記人工呼吸器が、前記トリガ機構を含んでおり、該トリガ機構が、酸素のボーラスをパルス状にて送り出すように前記酸素供給源へと信号を送信すること、
前記人工呼吸器回路が、圧力のしきい値および流量のしきい値の少なくとも一方を含んでおり、前記トリガ機構が、前記人工呼吸器回路の圧力のしきい値および流量のしきい値の少なくとも一方が超えられたときに、前記酸素供給源を作動させること、
前記トリガ機構が、前記人工呼吸器回路のガスの流れにもとづく変化の速度および前記人工呼吸器回路のガスの圧力にもとづく変化の速度の少なくとも一方にもとづいて、前記酸素供給源を作動させること、
トリガ事象によって、前記トリガ機構が酸素のボーラスを送り出すように前記酸素供給源を作動させ、該トリガ事象と酸素のボーラスの送出の開始との間の時間が、０．０１ｍｓ〜１秒の範囲にあること、
トリガ事象によって、前記トリガ機構が酸素のボーラスを送り出すように前記酸素供給源を作動させ、該トリガ事象と酸素のボーラスの送出の開始との間の時間が、０．０１ｍｓ〜６００ｍｓの範囲にあること、
トリガ事象によって、前記トリガ機構が酸素のボーラスを送り出すように前記酸素供給源を作動させ、該トリガ事象と酸素のボーラスの送出の完了との間の時間が、０．０１ｍｓ〜１秒の範囲にあること、
トリガ事象によって、前記トリガ機構が酸素のボーラスを送り出すように前記酸素供給源を作動させ、該トリガ事象と酸素のボーラスの送出の完了との間の時間が、０．０１ｍｓ〜６００ｍｓの範囲にあること、
前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置が、前記酸素供給源へと接続されたワイを備えていること、
前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置が、１つ以上の挿管、非再ブリーザマスク、部分再ブリーザマスク、鼻カニューレ、および鼻まくらで構成されるグループから選択される換気提供インタフェースを備えていること、
前記酸素供給源が、最大３０ＬＰＭの酸素の流れを供給すること、
前記酸素供給源が、パルスの一部分において５ＬＰＭを超える流量で酸素のボーラスのパルスを送出すること、
前記酸素が、パルスの一部分において１０ＬＰＭを超える流量で酸素のボーラスのパルスを送出すること、
当該システムが、人工呼吸器の呼気終末陽圧（ＰＥＥＰ）を自動調整すること、
当該システムが、呼吸を５〜５５ＢＰＭの呼吸数で送出すること、
当該システムが、体温および圧力に対するガス流の標準化を含んでいること、
当該システムが、高度に関してガス流を補償すること、
前記酸素供給源が、酸素濃縮器、可搬の酸素濃縮器、圧縮酸素ガスシリンダ、膜酸素発生器、および化学酸素発生器で構成されるグループから選択される部材であること、
前記酸素供給源が、液体酸素および気体の酸素の少なくとも一方を生成するための空気液化酸素供給源および空気蒸留酸素供給源の少なくとも一方であること、
前記酸素供給源が、前記人工呼吸器とともに使用されるときに酸素のパルスを生じさせることができる人工呼吸器モード、および患者に追加の酸素を供給するために使用される濃縮器モードの両方を備えている酸素送出装置であること、および／または
前記酸素供給源が、変化する患者の吸気の継続時間に対応すべく前記人工呼吸器回路の前記患者に近い位置へと送り出される酸素パルスの継続時間を変化させること
のうちの１つ以上を含んでいる。
【００１２】
本発明の詳細を、その構造および動作の両方に関して、添付の図面を検討することによって、すべてではないが知ることができる。添付の図面において、同様の参照番号は同様の部分を指し示している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】典型的な従来技術の医療用人工呼吸器システムの一例を示している。
【図２】酸素濃縮器を備える人工呼吸器システムの一実施の形態を示している。
【図３】酸素濃縮器を備える人工呼吸器システムの別の実施の形態を示している。
【図４】図３の実施の形態において酸素のパルスを作動させるためのトリガ圧力信号を特定するグラフの一例を示している。
【図５】図２の実施の形態におけるトリガ圧力信号および酸素パルスの流れを特定するグラフの一例を示している。
【図６】酸素パルスを吸気時間の割合として調節する方法を説明する例示のグラフである。
【図７】本発明の実施の形態に従って構成された可搬の酸素濃縮システムの別の実施の形態のブロック図である。
【図８】本発明のさらなる実施の形態に従って構成された可搬の酸素濃縮システムのブロック図であり、とくには空気分離装置の実施の形態を示している。
【図９Ａ】可搬の酸素濃縮システムにおいて使用することができる濃縮器の実施の形態の斜視切断図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示した濃縮器の斜視分解図である。
【図１０】図９Ａおよび９Ｂに示した濃縮器において使用することができる上部マニホールドおよび複数の吸着ベッドの実施の形態の上方からの斜視図である。
【図１１Ａ】図９Ａおよび９Ｂに示した濃縮器において使用することができる回転バルブシューの実施の形態の底面図である。
【図１１Ｂ】図９Ａおよび９Ｂに示した濃縮器において使用することができる回転バルブシューの実施の形態の上面図である。
【図１２Ａ】図９Ａおよび９Ｂに示した濃縮器において使用することができるバルブポートプレートの実施の形態の上面図である。
【図１２Ｂ】図９Ａおよび９Ｂに示した濃縮器における典型的なプロセスサイクルのフローチャートである。
【図１３Ａ】図９Ａおよび９Ｂに示した濃縮器において使用することができる媒体保持キャップの実施の形態の上方からの斜視図である。
【図１３Ｂ】図９Ａおよび９Ｂに示した濃縮器において使用することができる媒体保持キャップの実施の形態の下方からの斜視図である。
【図１４Ａ】図９Ａおよび９Ｂに示した濃縮器において使用することができる心出しピンを備える回転バルブアセンブリの実施の形態の上方からの斜視分解図である。
【図１４Ｂ】図９Ａおよび９Ｂに示した濃縮器において使用することができる心出しピンを備える回転バルブアセンブリの実施の形態の下方からの斜視分解図である。
【図１５Ａ】図９Ａおよび９Ｂに示した濃縮器において使用することができる心出しリングを備える回転バルブアセンブリの実施の形態の下方からの斜視分解図である。
【図１５Ｂ】図９Ａおよび９Ｂに示した濃縮器において使用することができる心出しリングを備える回転バルブアセンブリの実施の形態の上方からの斜視分解図である。
【図１６Ａ】図９Ａおよび９Ｂに示した濃縮器において使用することができる回転バルブシュー、モータ駆動部、および１対の弾性チェーンリンクの実施の形態の下方からの斜視図である。
【図１６Ｂ】図１６Ａに示した回転バルブシュー、モータ駆動部、および１対の弾性チェーンリンクの上方からの斜視分解図である。
【図１６Ｃ】図１６Ａに示した回転バルブシュー、モータ駆動部、および１対の弾性チェーンリンクの下方からの斜視分解図である。
【図１７】図９Ａおよび９Ｂに示した濃縮器を備える可搬の酸素濃縮システムについての実験データの表である。
【図１８】可搬の酸素濃縮システムのさらなる実施の形態および可搬の酸素濃縮システムとともに使用するためのクレードルの実施の形態の概略図である。
【図１９】可搬の酸素濃縮システムの実施の形態において使用することができる１つ以上のセンサのブロック図である。
【図２０】可搬の酸素濃縮システムの制御ユニットによって制御することができる１つ以上の構成要素のブロック図である。
【図２１】本発明のさらなる実施の形態に従って構成された可搬の酸素濃縮システムのブロック図である。
【図２２】高圧リザーバを備える可搬の酸素濃縮システムの別の実施の形態の概略図である。
【図２３】本明細書に記載の種々の実施の形態に関連して使用することができる典型的なコンピュータシステムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書を検討することで、本発明をどのように種々のさまざまな実施の形態および用途において実施できるのかが、当業者にとって明らかになるであろう。本明細書において、本発明の種々の実施の形態が説明されるが、それらの実施の形態があくまでも例として提示され、本発明を限定するものではないことを、理解すべきである。したがって、種々のさまざまな実施の形態についての本明細書の詳細な説明を、添付の特許請求の範囲に記載されるとおりの本発明の技術的範囲および広がりを、限定するものとして解釈してはならない。
【００１５】
人工呼吸器システムにおいて、酸素濃縮器などの低圧の酸素供給源から、酸素の連続的な流れではなくてパルス状の流れを使用することによって、患者またはユーザ（例えば、自発呼吸の患者、非自発呼吸の患者）への吸気酸素濃度（ＦＩＯ２）を高めるためのシステムおよび方法が説明される。他の酸素供給源も、同じやり方で使用することができる。それらには、可搬の酸素濃縮器、圧縮酸素タンク、膜酸素発生器、化学酸素発生器、および液体酸素システムが含まれる。
【００１６】
図１が、典型的な従来技術の医療用人工呼吸器システムを示している。医療用人工呼吸器システム１０が、コントローラ／制御モジュール６０と、エネルギー源または電源５０と、ユーザ４０に酸素を供給するための人工呼吸器／呼吸回路７０とを有する医療用人工呼吸器８０を備えている。さらに、人工呼吸器システム１０は、高圧酸素供給源や酸素濃縮器およびリザーバなどの酸素供給源５５を、医療用人工呼吸器８０へと接続して備えている。
【００１７】
流量、酸素濃度レベル、などといった医療用人工呼吸器８０の状態は、システムにおいて一定であってよく、手動で制御可能であってよく、さらには／あるいは自動制御が可能であってよい。例えば、医療用人工呼吸器８０は、人工呼吸器システム１０の酸素の出力を制御すべくユーザ、供給者、医師、などが例えば処方の酸素レベル、流量、などの情報を入力することができるユーザインタフェースを備えることができる。空気と混合された酸素の流れが、各々の呼吸の際に、吸気段階において医療用人工呼吸器８０から呼吸またはユーザ回路７０を介して患者へと分配され、呼気段階においては流れが中断される。一部の人工呼吸器は、自発呼吸の動作を生じさせるために使用されるわずかな流量を呼気段階においても有しており、そのような場合には、呼気段階において流れが完全には中断されないことに、注意すべきである。少量の酸素の連続的な流れを、この段階においても追加することが可能である。
【００１８】
制御モジュール６０は、この技術分野において周知の任意の形態をとることができ、医療用人工呼吸器８０を制御および管理するために１つ以上のインタフェース、コントローラ、または他の電気回路要素を介して本明細書に記載の人工呼吸器システム１０の構成要素に連絡した中央マイクロプロセッサまたはＣＰＵを備えている。人工呼吸器システム１０は、ユーザインタフェースを、人工呼吸器システム１０を制御すべくユーザ、供給者、医師、などが例えば処方の酸素レベル、流量、活動レベル、などといった情報を入力できるよう、制御モジュール６０の一部として備えることができ、あるいは制御モジュール６０へと接続して備えることができる。
【００１９】
図２が、酸素供給源（例えば酸素濃縮器／節約装置）２０と、医療用人工呼吸器８０と、人工呼吸器８０と患者４０との間の呼吸回路７０とを備えている改良された人工呼吸器システム１００の一実施の形態を示している。一実施の形態においては、酸素濃縮器２０が、酸素濃縮器２０から酸素のパルス（または、酸素のパルスボーラス（ｐｕｌｓｅ  ｂｏｌｕｓ））の分配を開始させるべくトリガ信号を生成するように構成されたコントローラ／制御モジュール（例えば、メモリに保存されて処理される１つ以上のモジュールが本明細書に記載の機能を実行するコントローラ）２５を備えている。いくつかの実施の形態においては、節約装置を、呼吸回路７０への酸素の分配を制御するために、酸素濃縮器２０と同時に使用することができる。他の実施の形態においては、節約装置が、酸素濃縮器２０から独立であってよい。酸素濃縮器２０からの酸素のパルスの分配を開始させるべくトリガ信号を生成するためのコントローラモジュールを、酸素濃縮器２０および／または節約装置に組み込むことができる。酸素濃縮器２０は、鼻カニューレを介して外来患者へと追加の酸素を供給するために現在使用されている酸素濃縮器と同様または同一であってよい。１つ以上の実施の形態において、酸素濃縮器２０は、図８〜２２に関して後述される特徴のうちの１つ以上を含んでいる。酸素濃縮器２０が可搬の酸素濃縮システムである場合には、可搬の酸素濃縮システムの重量が、好ましくは４〜２０ｌｂｓである。酸素濃縮器２０を、１つ以上の個別のバルブアセンブリ（または、バルブ）、回転バルブアセンブリ、または他のバルブアセンブリによって実現することができる。例えば、これに限られるわけではないが、酸素濃縮器２０を、２つの回転バルブアセンブリによって実現することができる。
【００２０】
１つ以上の実施の形態において、酸素供給源２０は、これらに限られるわけではないが、酸素濃縮器、可搬の酸素濃縮器、圧縮酸素ガスシリンダ、膜酸素発生器、および／または化学酸素発生器を含む。１つ以上のさらなる実施の形態においては、酸素供給源２０が、液体酸素および／または気体の酸素の少なくとも一方を生成するための空気液化酸素供給源および／または空気蒸留酸素供給源である。
【００２１】
図２の実施の形態において、酸素濃縮器２０による酸素のパルスの分配は、医療用人工呼吸器８０によって制御される（例えば、人工呼吸器が、酸素のボーラスをパルス状に送出するように酸素供給源へと信号を送ることで、酸素供給源が作動する）。このようにして、酸素濃縮器２０を、例えば人工呼吸器の吸気サイクルが始まるや否や適切な時刻３０において作動するように、医療用人工呼吸器８０によって制御することができる。例えば、好ましい実施の形態においては、作動の事象と酸素のボーラスの送出の開始３２との間の時間が、０．０１ｍｓ〜１秒の範囲内である。より好ましい実施の形態においては、作動の事象と酸素のボーラスの送出の開始３２との間の時間が、０．０１ｍｓ〜６００ｍｓの範囲内である。別の好ましい実施の形態においては、作動の事象と完全な酸素のボーラスの送出３４との間の時間が、０．０１ｍｓ〜１秒の範囲内である。より好ましい実施の形態においては、作動の事象と完全な酸素のボーラスの送出３４との間の時間が、０．０１ｍｓ〜６００ｍｓの範囲内である。いくつかの実施の形態においては、医療用人工呼吸器８０が、シリアルインタフェースまたは無線装置を介して酸素濃縮器２０を制御する。コントローラ／制御モジュール２５が、酸素濃縮器２０による呼吸回路７０への酸素のパルスの分配を可能にするパルス符号を生成する。
【００２２】
呼吸回路７０は、医療用人工呼吸器８０から空気を受け取る吸気部と、吐き出されたガスを分配する呼気部とを有する患者ワイ（ＷＹＥ）６５を備えている。さらに、患者ワイ６５は、患者またはユーザ４０へと酸素を供給する気管につながる尾部を備えている。吸気部、呼気部、および尾部はすべて、ワイ６５を形成する接合部を終端としている。酸素濃縮器２０が、ワイ６５において患者に近い位置で患者呼吸回路７０へと接続（例えば、専用のコネクタまたは変更されたワイを介して）される出力９０を有している。他の実施の形態においては、出力９０を、患者呼吸回路の他の場所に接続することができる。さらなる実施の形態においては、出力９０が、これらに限られるわけではないが、１つ以上の挿管、非再ブリーザマスク（ｎｏｎ−ｒｅｂｒｅａｔｈｅｒ  ｍａｓｋ）、部分再ブリーザマスク（ｐａｒｔｉａｌ  ｒｅｂｒｅａｔｈｅｒ  ｍａｓｋ）、鼻カニューレ、および／または鼻まくら（ｎａｓａｌ  ｐｉｌｌｏｗ）を含む換気提供インタフェースにおいて患者呼吸回路７０へと接続される。
【００２３】
コントローラ／制御モジュール２５が、酸素濃縮器２０が図２に示したように医療用人工呼吸器８０とともに使用される場合において吸気酸素濃度を高めるために、人工呼吸器によって供給される呼吸の各々において、呼吸回路へと酸素のパルスを届けるように酸素濃縮器２０を（例えば、制御可能なバルブ２８を動作させる／制御することによって）制御する。酸素のパルスが、酸素が必要なときに届けられるよう、吸気サイクル／吸入段階の開始において患者ワイ６５に達する。
【００２４】
別の実施の形態においては、ＦＩＯ２を高めるうえで役立つパルスがもたらされていないときに、酸素の少量の連続的な流れを供給することもできる。
【００２５】
一実施の形態においては、酸素濃縮器２０が、（連続的な流れに比べて）より高いＦＩＯ２値、エネルギーの節約、および／または酸素の節約を得るために、人工呼吸器へとパルス流を供給する。システム１００は、ユーザ４０が必要とする酸素の出力を割り出すために、ユーザ４０、環境、などの１つ以上の状態を検出するための１つ以上の出力センサを備えることができる。１つ以上のセンサは、人工呼吸器８０が患者の自発呼吸に応答する補助モードで使用されている場合に、ユーザの呼吸数を監視するためのセンサを含むことができる。流量、酸素濃度レベル、などといった医療用人工呼吸器８０の状態は、一定であっても、あるいは変化してもよく、濃縮器２０が人工呼吸器８０から患者４０への吸気ガスの流れに酸素の追加のパルスをもたらしている一方で、センサによって割り出されるユーザ４０、環境、などの状態にもとづくことができる。１つ以上の実施の形態においては、人工呼吸器回路７０が、圧力のしきい値および流量のしきい値の少なくとも一方を含んでおり、酸素供給源２０を作動させることが、人工呼吸器回路７０の圧力のしきい値および流量のしきい値の少なくとも一方が超えられた場合に、酸素供給源２０を作動させることを含んでいる。１つ以上のさらなる実施の形態においては、酸素供給源２０を作動させることが、人工呼吸器回路７０のガスの流れにもとづく変化の速度および人工呼吸器回路７０のガスの圧力にもとづく変化の速度の少なくとも一方にもとづく。節約装置を、酸素濃縮器２０および／または医療用人工呼吸器８０によって生成される酸素をより効率的に使用するために、人工呼吸器システム１０に組み込むことができる。
【００２６】
一実施の形態においては、節約装置または酸素濃縮器２０が、図２に関して上述したように、人工呼吸器の各々の吸気の始まりにおいて酸素のパルスを届けるために、人工呼吸器８０の一部であってよく、さらには／あるいは人工呼吸器８０とは別であってよいトリガ機構６４によって作動させられる。別の実施の形態においては、パルスの他のトリガ機構６４／トリガ方法を使用することができる。上述のように、鼻カニューレとともに使用される既存の酸素濃縮器および節約装置は、患者の吸気時のカニューレ内の負圧を検出することによって作動させられる。これは、吸気の際に患者または呼吸回路の圧力が、ベンチュリ８５を有する場合のように低下するのではなく、人工呼吸器８０によって高められるため、図２のシステムにおいては使用することができない。結果として、従来からの濃縮器装置が（図示のように人工呼吸器８０からではなくて）図２の患者ワイ７０からの負圧にもとづいて作動させられる場合、パルスが呼気の際に届けられ、ＦＩＯ２を大きく高める役には立たない。換言すると、圧力信号の位相が、人工呼吸器によって供給される呼吸の吸気段階に対して１８０度ずれている。この問題を回避するために考えられるいくつかのトリガ機構６４／技法は、図５のグラフに示されるようにトリガの基準がゼロを上回るトリガ値での正の傾斜となるように、トリガ圧力信号の位相を１８０度変更することであり、すなわちトリガ信号の符号を負から正へと反転させることである。コントローラ／制御モジュール２５が、到来する正の圧力信号から正の傾斜を探し、正の傾斜が検出された場合に、１つ以上の酸素ガスパルスの供給を生じさせる。
【００２７】
別の実施の形態においては、鼻カニューレとともに使用される既存の酸素濃縮器および節約装置（患者の吸入時のカニューレ内の負圧の検出によってトリガされる）を使用することができるよう、トリガ機構／人工呼吸器によって供給される呼吸の検出機構６４（圧力検出の位置、コントローラ２５、または両者の間のどこかに位置することができる）が、検出される正の圧力信号を負の圧力信号へと１８０度変更することによって、濃縮器２０のトリガ信号を修正してもよい。
【００２８】
上述のように、１つ以上の実施の形態においては、人工呼吸器回路７０が、圧力のしきい値および流量のしきい値の少なくとも一方を含んでおり、トリガ機構６４が、人工呼吸器回路７０の圧力のしきい値および流量のしきい値の少なくとも一方が超えられた場合に、酸素供給源２０を作動させる。１つ以上のさらなる実施の形態においては、トリガ機構６４が、人工呼吸器回路７０のガスの流れにもとづく変化の速度および人工呼吸器回路７０のガスの圧力にもとづく変化の速度の少なくとも一方にもとづいて、酸素供給源２０を作動させる。
【００２９】
いくつかの実施の形態においては、濃縮器装置２０のためのトリガ信号を変更することなくカニューレを使用する患者を模擬するために、ベンチュリ機構（ベンチュリ管など）８５の形態のトリガ機構／人工呼吸器によって供給される呼吸の検出機構６４を、吸気の段階において負の圧力信号を生成すべく患者回路に配置することができる。図３が、酸素のパルス流を実現するために酸素濃縮器２０をベンチュリ装置８５とともに備えている人工呼吸器システム２００の一実施の形態を示している。図３のシステムは、他の点では図２と同一であり、同様の参照番号が必要に応じて使用されている。一実施の形態においては、ベンチュリ装置８５が、特別に流線型化された絞りを有する管であり、そこを通過して流れる流体のエネルギーの損失を最小限にしつつ、絞りにおける圧力の低下を最大にしている。ベンチュリ装置８５から出力される信号が、濃縮器装置２０の制御またはトリガ入力へと接続される。ベンチュリ装置８５は、吸気の際のトリガ動作を可能にし、呼気の際のトリガ動作を防止するために、吸気部分に位置し、あるいは患者または呼吸回路の吸入部分へと接続されている。吸気の際に、負の傾斜がベンチュリ装置８５において生成される。これが、図３に示されているトリガ圧力配管を介して酸素濃縮器２０を作動させ、患者ワイ６５への酸素のパルスの送出を開始させる。
【００３０】
図４が、図３の実施の形態における濃縮器２０のためのトリガ圧力信号を特定するグラフの一例を示している。このグラフは、酸素濃縮器２０を作動させるために使用される圧力信号を示している。例示の目的で、図４のグラフを上述の図３に関して説明する。ｘ軸が、患者または呼吸回路における時刻（単位は、秒）を表わしており、ｙ軸が、圧力（単位は、ｃｍ  Ｈ２Ｏ）で表わしている。一実施の形態においては、最適なＦＩＯ２を得るためにいつ酸素のパルス状のボーラスの送出を開始させるかを判断するために、呼吸の合間のベンチュリ８５における圧力が、節約装置または酸素濃縮器２０によって監視される。ゼロをわずかに上回る０〜２秒の間の圧力は、呼吸の合間のベンチュリ８５の圧力を表わしている。トリガは、この非ゼロの値にもとづく。最適なＦＩＯ２を達成するために、酸素濃縮器２０からの酸素のパルス状のボーラスの送出が、吸気の開始を知らせるベンチュリ８５における負の傾斜の検出を受けて、可能なかぎり速やかに開始される。一実施の形態においては、短い継続期間内の高速な応答および大流量の酸素のボーラスが、ＦＩＯ２の最適化に適している（注：図４にはＯ２パルスは示されていない）。
【００３１】
図５は、図２に関して上述したような別の実施の形態における濃縮器装置２０を作動させるために使用することができる正のトリガ圧力信号を特定するグラフの一例を示している。グラフは、呼吸回路７０に酸素のパルスを分配すべく酸素濃縮器２０を作動させるために使用される圧力信号に対する酸素パルスのタイミングを示している。ｘ軸が、患者または呼吸回路における時刻（単位は、秒）を表わしており、ｙ軸が、圧力（単位は、ｃｍ  Ｈ２Ｏ）で表わしている。医療用人工呼吸器８０が、吸気の際に呼吸回路の圧力を、下げるのではなくて高めている。
【００３２】
すでに述べたように、人工呼吸器によって供給される呼吸の開始において酸素のパルス流（または、酸素のパルス状のボーラス）を届けるために、酸素濃縮器２０を、図２のような人工呼吸器呼吸回路に接続されたときに用いられる「人工呼吸器モード」と、外来患者に追加の酸素を供給すべく鼻カニューレへと接続されるときの「カニューレモード」とを備えるように設計することができる。人工呼吸器モードにおいては、トリガ圧力信号の位相が１８０度変更され、さらには／あるいはトリガの基準が、負の傾斜（カニューレモード）から、図５に示されているようなゼロを上回るトリガ値における正の傾斜へと変更される。したがって、人工呼吸器モードにおいては、パルスの送出が、呼吸回路において負の傾斜ではなくて正の傾斜（ｘ軸上の約２．５秒の地点の傾斜によって示されている）が検出されると、可能なかぎり迅速に開始される。これが、人工呼吸器による呼吸の提供の開始における酸素濃縮器２０によるパルスの送出を生じさせる。
【００３３】
上述のように、パルスの送出は、トリガ事象の検出を受けて可能なかぎり速やかに開始される。好ましい実施の形態においては、トリガ事象が、酸素のボーラスを送出するための酸素供給源２０の作動を生じさせ、トリガ事象と酸素のボーラスの送出の開始との間の時間が、０．０１ｍｓ〜１秒の範囲内である。より好ましい実施の形態においては、トリガ事象が、酸素のボーラスを送出するための酸素供給源２０の作動を生じさせ、トリガ事象と酸素のボーラスの送出の開始との間の時間が、０．０１ｍｓ〜６００ｍｓの範囲内である。
【００３４】
さらに、パルス全体の送出が、トリガ事象の検出を受けて可能なかぎり速やかに行われる。すなわち、好ましい実施の形態においては、トリガ事象が、酸素のボーラスを送出するための酸素供給源２０の作動を生じさせ、トリガ事象と酸素のボーラスの全体の送出との間の時間が、０．０１ｍｓ〜１秒の範囲内である。より好ましい実施の形態においては、トリガ事象が、酸素のボーラスを送出するための酸素供給源の作動を生じさせ、トリガ事象と酸素のボーラスの全体の送出との間の時間が、０．０１ｍｓ〜６００ｍｓの範囲内である。
【００３５】
すでに述べたように、呼吸の合間の圧力を監視して、トリガの基準として使用することが重要である。０〜約２．５秒の間の圧力によって示されている呼吸の合間の信号は、ゼロに等しくなく、トリガは、この非ゼロの値からの変化にもとづくことができる。人工呼吸器モードにおいては、圧力信号が、肺の機構および呼気終末陽圧（ＰＥＥＰ）ゆえに、周囲よりもはるかに高くなる可能性がある。酸素濃縮器２０による動作の最中のＰＥＥＰが、酸素濃縮器２０の作動の変更または停止を生じさせることができる。例えばカリフォルニア州Ｓａｎ  ＤｉｅｇｏのＳｅＱｕａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造されるＥｃｌｉｐｓｅ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒなど、一部の酸素濃縮器２０は、トリガ圧力信号のゼロ値を設定する「自動ゼロ」起動を備えている。医療用人工呼吸器８０におけるＰＥＥＰなどの変化は、「自動ゼロ」を設定することによる酸素濃縮器２０の再起動を必要とする可能性がある。また、濃縮器２０が、継続的に「自動ゼロ」を行い、圧力信号の基準の変化を調節することができる。あらゆる人工呼吸器の様式を、人工呼吸器モードにおいて使用することができると考えられる。それらには、体積および圧力の制御、強制および補助換気、ＰＥＥＰ、バイアス流、ならびに小児から成人までの範囲をカバーするすべての一般的な人工呼吸器代謝設定が含まれる。例えば、この方法は、５〜５５  ＢＰＭおよび最大１０００ｍｌの１回換気量をカバーする。届けられる酸素を、人工呼吸器において標準的であるように、体温および圧力に対して正規化することができる。また、ガス流を高度について補償することもできる。また、医療用人工呼吸器システムおよび方法は、人工呼吸器のバイアス流によって影響されることがない。
【００３６】
図６が、吸気時間の割合としての濃縮器装置２０から供給されるパルスの調節の一実施の形態を説明する例示のグラフである。酸素のボーラスの供給は、患者の吸気の継続時間の変化に対応するために、人工呼吸器回路の患者に近い位置へともたらされる酸素パルスの継続時間の変更を含む。例示の目的で、図６のグラフを、上述の図２および３に関して説明する。基本的に、酸素パルスの供給に関しては、濃縮器のトリガ信号にかかわらずに同じことが当てはまる。高いＦＩＯ２値のためには、１）高速な応答、２）短い継続時間、および３）大流量をもたらすことが重要である。いくつかの実施の形態においては、調節可能なパルス長を、長い吸気（Ｉ）時間などの状況に対処するために使用することができる。Ｏ２パルスの長さを、吸気の開始または吸気の開始の付近から、吸気の終わりの近くまで延ばすことができる。
【００３７】
濃縮器装置２０が、鼻カニューレの用途においてもたらされるよりも大きなボーラスサイズをもたらすように変更される。例えば、従来からの濃縮器における６という設定が、９６ｍｌのボーラスを供給することができる。一実施の形態においては、図２および３に示したように人工呼吸器システムの患者ワイへと接続される濃縮器装置２０が、はるかに大きな酸素のボーラスを供給するように変更される。一例においては、濃縮器装置２０における６という設定が、１９２ｍｌのボーラスの送出に相当することができる。濃縮器２０を、高いＦＩＯ２値を生み出すためのより大きなボーラス（例えば、最高のＦＩＯ２のための酸素濃縮器２０の能力を超えない酸素のボーラスの最大の供給）と、より低いＦＩＯ２値をもたらすためのより小さいボーラスとをもたらすように構成することができる。いくつかの実施の形態においては、人工呼吸器モードにおけるボーラスのサイズの要件を満たすために、ただ１つの大きなボーラスよりもむしろ、２つ以上の酸素ボーラスのパルスをもたらすことができる。さらに、パルスがもたらされていないときに少量の酸素の流れを供給してもよい。標準的または典型的なカニューレのボーラスサイズが使えると考えられるが、結果としてパルスが１００％の吸気（Ｉ）時間を超え、標準的なボーラスを肺へと２回届けることができない可能性がある。酸素のボーラスを供給するための適切なボーラスサイズを、より大きな流量（１０〜６０ＬＰＭ）を使用することによって達成することができる。より大きな流量によって、ボーラスサイズを、標準的な（カニューレの）ボーラスの２倍以上にでき、依然として吸気時間の所望の割合の範囲内にすることができる（図６のパルスＡを参照）。例えば、約６０ＬＰＭというパルス数において、１９２ｍｌのボーラスサイズを、吸気時間の２０％に分布させることができる。同様に、約１０ＬＰＭというパルス数において、１９２ｍｌのボーラスサイズを、吸気時間の９０％に分布させることができる（図６のパルスＢを参照）。他に考えられるさまざまなサイズおよび長さのパルスも、図示されている。届けることができる最大のボーラスは、下記の式に示されるように、呼吸数および濃縮器の容量にもとづく。
【００３８】
最大のボーラス（Ｌ）＝容量（ＬＰＭ）÷ＢＰＭ（毎分の呼吸数）
【００３９】
カリフォルニア州Ｓａｎ  ＤｉｅｇｏのＳｅＱｕａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造されるＳｅＱｕａｌ  Ｅｃｌｉｐｓｅ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒなど、連続で３ＬＰＭの容量を有する酸素濃縮器２０において、最大のボーラスサイズは、１５ＢＰＭにおいて０．２リットル（２００ｍｌ）であり、１０ＢＰＭにおいて３００ｍｌである。ボーラスサイズを決定するアルゴリズムを、呼吸数の関数として容量を説明するために使用することができる。酸素濃縮器／供給源２０の一実施の形態においては、酸素濃縮器２０が、最大３０ＬＰＭの酸素の流れを供給する。好ましい実施の形態においては、もたらされる酸素のボーラスのパルスの流量が、パルスの一部分において５ＬＰＭを超える。より好ましい実施の形態においては、もたらされる酸素のボーラスのパルスの流量が、パルスの一部分において１０ＬＰＭを超える。
【００４０】
濃縮器２０が或る所定の時間にわたって呼吸を検知しない場合、濃縮器２０は、或る期間にわたって連続流に切り換わることができ、警報を発することができる。呼吸が再び検出されると、濃縮器２０はパルスをもたらし、警報は停止される。
【００４１】
１つ以上の実施の形態において、濃縮器装置２０は、セクションＩ〜Ｖおよび図７〜２２に関して図示および後述される特徴のうちの１つ以上を含む。好ましい実施の形態において、濃縮器装置２０の重量は、４〜２０ｌｂｓである。
【００４２】
Ｉ．可搬の酸素濃縮システム
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態に従って構成された可搬の酸素濃縮システム（全体として、参照番号１００で指し示されている）を説明する。酸素濃縮システム１００は、濃縮された酸素ガスを大気から分離する酸素ガス発生器１０２などの空気分離装置と、酸素ガス発生器１０２の少なくとも一部分を動作させる充電式電池、電池パック、または燃料電池１０４などのエネルギー源と、ユーザによって必要とされ、あるいはシステム１００から必要とされる酸素の出力を割り出すために、ユーザ１０８、環境、などの１つ以上の状態を検出するために使用される１つ以上の出力センサ１０６と、１つ以上の出力センサ１０６によって検出される１つ以上の状態に応答して空気分離装置１０２の動作を制御するために、出力センサ１０６、空気分離装置１０２、およびエネルギー源１０４へと接続された制御ユニット１１０とを備えている。
【００４３】
別の実施の形態においては、システム１００が、制御ユニット１１０へと接続される１つ以上の出力センサ１０６を備えなくてもよい。この実施の形態においては、流量、酸素濃度レベル、などといったシステム１００の状態が、システムにとって一定であってよく、あるいは手動で制御可能であってよい。例えば、システム１００が、システム１００の酸素の出力を制御するためにユーザ、供給者、医師、などが例えば処方の酸素レベル、流量、などの情報を入力できるようにするユーザインタフェース１１１（図２０）を備えることができる。
【００４４】
次に、システム１００の各々の構成要素を、さらに詳しく説明する。
【００４５】
Ａ．空気分離装置
図８を参照すると、空気分離装置は、好ましくは、圧縮機１１２などのポンプと酸素濃縮器１１４（ＯＣ）とを通常は備えている（これらが、一体化されていてもよい）酸素発生器１０２である。
【００４６】
さらに、酸素発生器１０２は、図８の破線にされた境界線の内側に示されている後述の構成要素のうちの１つ以上を備えることができる。外気を、圧縮機１１２によって入り口マフラ１１６を通じて引き込むことができる。圧縮機１１２を、充電式電池１０４（ＲＢ）によって供給されるＤＣ電流で動作する１つ以上のＤＣモータ１１８（Ｍ）によって駆動することができる。さらに、モータ１１８は、好ましくは熱交換器１２０の冷却ファン部分を駆動する。可変速コントローラ（ＶＳＣ）または圧縮機モータ速度コントローラ１１９（さらに詳しくは、後述）が、制御ユニット１１０（ＣＵ）と一体または別体であってよく、好ましくは電気の消費を節約するためにモータ１１８へと接続される。圧縮機１１２が、濃縮器１１４へと加圧された空気をもたらす。
【００４７】
好ましい実施の形態においては、最大速度において、空気が７．３ｐｓｉｇ（公称）で濃縮器１１４へと届けられ、５．３〜１２．１ｐｓｉｇの範囲であってよい。最大速度において、供給の流量は、１４．６９６ｐｓｉ（絶対）、華氏７０度、相対湿度５０％の入り口条件において、２３．８ＳＬＰＭという最小値である。
【００４８】
熱交換器１２０を、空気を濃縮器１１４に進入する前に所望の温度へと冷却または加熱するために、圧縮機１１２と濃縮器１１４との間に配置することができ、フィルタ（図示されていない）を、供給空気から不純物を取り除くために、圧縮機１１２と濃縮器１１４との間に配置することができ、圧力トランスデューサ１２２を、濃縮器１１４に進入する空気の流れの圧力を測定するために、圧縮機１１２と濃縮器１１４との間に配置することができる。
【００４９】
濃縮器１１４が、周知の様相でユーザ１０８へと最終的に届けるために空気から酸素ガスを分離する。以下の構成部品、すなわち圧力センサ１２３、温度センサ１２５、ポンプ１２７、低圧リザーバ１２９、供給バルブ１６０、流量および純度センサ１３１、および節約装置１９０のうちの１つ以上を、濃縮器１１４とユーザ１０８との間の供給配管１２１に配置することができる。本明細書において使用されるとき、供給配管１２１は、配管における構成部品を接続するために使用される管類、コネクタ、などを指す。ポンプ１２７を、モータ１１８によって駆動することができる。酸素ガスを低圧リザーバ１２９に貯蔵し、そこから供給配管１２１を介してユーザ１０８へと届けることができる。供給バルブ１６０を、大気圧での低圧リザーバ１２９からユーザ１０８への酸素ガスの供給を制御するために使用することができる。
【００５０】
さらに、排気ガスを、濃縮器１１４から追い出すことができる。本発明の好ましい実施の形態においては、やはりモータ１１８によって駆動することができ、圧縮機１１２に一体化させることができる真空発生器１２４（Ｖ）が、濃縮器１１４の回収率および生産性を改善するために、濃縮器１１４から排気ガスを取り出す。排気ガスを、排気マフラ１２６を介してシステム１００から出すことができる。圧力トランスデューサ１２８を、濃縮器１１４からの排気の流れの圧力を測定するために、濃縮器１１４と真空発生器１２４との間に配置することができる。最大定格の速度および２０．８ＳＬＰＭの流量において、真空側における圧力は、好ましくは−５．９ｐｓｉｇ（公称）であり、−８．８〜−４．４ｐｓｉｇの範囲であってよい。
【００５１】
１．圧縮機／可変速コントローラ
圧縮機１１２に使用することができる圧縮機技術の例として、これらに限られるわけではないが、回転ベーン、リストピン付きの直線ピストン、リストピンなしの直線ピストン、揺動ディスク、スクロール、転がりピストン、ダイアフラムポンプ、および音響が挙げられる。好ましくは、圧縮機１１２および真空発生器１２４が、モータ１１８と一体化され、オイルレスであり、空気の流路への油またはグリスの進入の可能性を防止している。
【００５２】
圧縮機１１２は、好ましくは、少なくとも１，０００ｒｐｍの低速において少なくとも３：１の速度比を含んでおり、最大速度で動作するときに１５，０００時間の動作寿命を含んでいる。圧縮機／モータシステムの周囲の動作温度は、好ましくは華氏３２〜１２２度である。保管温度は、好ましくは華氏−４〜１４０度である。相対湿度は、好ましくは５〜９５％ＲＨで、凝縮なしである。圧縮機１１２のための電圧は、好ましくは直流１２Ｖまたは直流２４Ｖであり、電力要件は、好ましくは最大速度および定格の流量／公称の圧力において１００Ｗ未満であり、１／３の速度および定格の圧力での１／３の流量において４０Ｗ未満である。シャフト取り付けのファンまたはブロアを、圧縮機を冷却し、可能であればシステム全体を冷却するために、圧縮機１１２に組み込みことができる。好ましくは、圧縮機１１２の最大音圧レベルは、最大定格速度および流量／圧力において４６ｄＢＡであってよく、１／３の定格速度において３６ｄＢＡであってよい。好ましくは、圧縮機１１２の重量は、３．５ポンド未満である。
【００５３】
圧縮機１１２については、さまざまな速度で動作し、必要とされる真空／圧力のレベルおよび流量をもたらし、発する騒音および振動が少なく、熱をあまり出さず、小型であり、重くなく、電力をあまり消費しないことが望まれる。
【００５４】
可変速コントローラ１１９が、充電式電池１０４または他のエネルギー源への圧縮機１１２の電力消費の要件を軽くするために重要である。可変速コントローラによって、圧縮機１１２の速度を、ユーザの活動レベル、ユーザの代謝の状態、環境の状態、または１つ以上の出力センサ１０６によって判断されるユーザの酸素の必要性を表わす他の状態に応じて、変化させることができる。
【００５５】
例えば、可変速コントローラは、例えばユーザが着席中であり、睡眠中であり、あるいは低い標高にあるなど、ユーザ１０８の酸素の必要性が比較的小さいと判断される場合に、モータ１１８の速度を下げることができ、例えばユーザが起立しており、活動中であり、あるいは高い標高にあるなど、ユーザ１０８の酸素の必要性が比較的大きいと判断される場合に、モータ１１８の速度を高めることができる。これは、電池１０４の寿命を温存し、電池１０４の重量およびサイズを削減し、圧縮機の摩耗の進行を遅らせ、圧縮機の信頼性を高めるうえで役に立つ。
【００５６】
可変速コントローラ１１９が、圧縮機１１２が低い平均速度（典型的には、圧縮機１１２の最大速度と最大速度の１／６との間）で動作することを可能にし、電池の持ちの向上、電池のサイズおよび重量の削減、圧縮機の騒音および発せられる熱の低減をもたらす。
【００５７】
２．濃縮器
好ましい実施の形態において、濃縮器１１４は、医療および工業の用途に使用することができるアドバンスト・テクノロジ・フラクショネータ（ＡＴＦ）である。ＡＴＦは、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセス、減圧スイング吸着（ＶＰＳＡ）プロセス、高速ＰＳＡプロセス、超高速ＰＳＡプロセス、または他のプロセスを実行することができる。ＰＳＡまたはＶＰＳＡプロセスが実行される場合、濃縮器は、内部の複数のシーブベッド（ｓｉｅｖｅ  ｂｅｄ）を通過する空気の流れを制御するための回転バルブまたは非回転バルブ機構を備えることができる。シーブベッドは、気体の流れがベッドへと進入する大きい直径と、気体の流れがベッドから出る小さい直径とを有するように、テーパが付けられていてもよい。このやり方でシーブベッドにテーパを付けることで、同じ出力を得るために必要なシーブの材料および流れが少なくてすむ。
【００５８】
好ましい実施の形態においては、ＡＴＦ濃縮器１１４が使用されるが、これらに限られるわけではないが膜分離式および電気化学セル（高温または低温）など、他の種類の濃縮器または空気分離装置を使用してもよいことを、当業者であれば容易に理解できるであろう。他の種類の濃縮器または空気分離装置が使用される場合、本明細書に記載のいくつかの態様を相応に変更できることを、当業者であれば容易に理解できるであろう。例えば、空気分離装置が膜分離式である場合に、システムを通って空気を移動させるために、圧縮機以外のポンプを使用することが可能である。
【００５９】
好ましく使用されるＡＴＦは、過去に設計されたＡＴＦよりも大幅に小さい。本発明の発明者は、ＡＴＦ濃縮器１１４のサイズを小さくすることが、システム１００をより小型かつより可搬にするだけでなく、回収の割合（すなわち、濃縮器１１４によって回収または生成される空気中の酸素ガスの割合）および濃縮器１１４の生産性（シーブ材料１ポンド当たりの毎分のリットル数）も改善することに気が付いた。ＡＴＦのサイズを小さくすることで、装置のサイクル時間が短くなる。結果として、生産性が向上する。
【００６０】
さらに、より細かいシーブ材料は、回収率および生産性を向上させる。望ましくないガスを吸着するための時定数が、より微細な粒子においては、より大きな粒子に比べてガスの流路が短いため、より小さい。したがって、小さな時定数を有する細かいシーブ材料が好ましい。ＡＴＦ濃縮器１１４において使用することができるシーブ材料の例は、リチウムイオンの高い交換を可能にするＬｉｔｈｉｕｍＸ  ゼオライトである。ビーズのサイズは、例えば０．２〜０．６ｍｍであってよい。別の実施の形態においては、ゼオライトが、押し出しによるモノリスなどの剛構造の形態であってよく、あるいは丸められた紙の形態であってよい。この実施の形態においては、ゼオライトの構造が、供給の流れと生成物の流れとの間に大きな圧力低下を導入することなく、材料の急激な圧力サイクルを可能にすると考えられる。
【００６１】
濃縮器１１４のサイズは、所望される流量に応じてさまざまであってよい。例えば、濃縮器１１４は、毎分１．５リットル（１．５ＬＰＭ）のサイズ、２ＬＰＭのサイズ、２．５ＬＰＭのサイズ、３ＬＰＭのサイズ、などであってよい。
【００６２】
さらに、酸素ガス発生器１０２は、さらに詳しく後述されるとおり、高圧酸素リザーバ（これに限られるわけではない）などの酸素源を、濃縮器１１４に加えて備えることができる。
【００６３】
ＡＴＦバルブコントローラ１３３は、制御ユニット１１０と一体または別体であってよく、濃縮器１１４のバルブを制御するために濃縮器１１４のバルブ電子機器に接続される。
【００６４】
濃縮器は、以下のエネルギー節約モードのうちの１つ以上、すなわちスリープモード、節約モード、およびアクティブモードのうちの１つ以上を、有することができる。これらのモードの選択を、ユーザ１０８によって手動で行うことができ、あるいは上述の１つ以上のセンサ１０６および制御ユニット１１０によるなど、自動的に行うことができる。
【００６５】
次に、図９Ａおよび９Ｂを参照して、酸素発生器１０２において使用することができる濃縮器１１４の実施の形態を、さらに詳しく説明する。濃縮器１１４を、空気から酸素を分離するものとして説明するが、濃縮器１１４を、これらに限られるわけではないが、窒素の生成のための空気の分離、水素の精製、空気からの水の除去、および空気からのアルゴンの濃縮など、他の用途に使用してもよいことに、注意すべきである。本明細書において使用されるとき、用語「流体」は、気体および液体の両方を含む。
【００６６】
後述される濃縮器１１４は、これまでの濃縮器に対して、所望の成分の回収率の向上およびシステムの生産性の向上をもたらす多数の改善を含んでいる。回収率の向上は、濃縮器の効率の指標であるため、重要である。濃縮器の回収率が向上すると、所与の量の生成物を生み出すために必要な供給ガスの量が少なくてすむ。したがって、より高い回収率の濃縮器は、（例えば、空気からの酸素の濃縮のために）より小さい供給圧縮機しか必要とせず、あるいは有益な種を回収するために（例えば、改質物の流れからの水素の精製のために）供給ガスをより効果的に利用できるであろう。生産性の向上は、濃縮器のサイズに直接関係するため、重要である。生産性は、濃縮器の質量または体積当たりの生成物の流れを単位として測定される。したがって、より高い生産性の濃縮器は、より生産性の低い濃縮器よりも小型かつ軽量であり、多くの用途により魅力的な製品をもたらす。したがって、回収率、生産性、または両方における濃縮器の改善が、好都合である。回収率および生産性の改善につながる具体的な改良が、詳しく後述される。
【００６７】
濃縮器１１４は、５つの吸着ベッド３００（各々が、流体の特定の分子種または混入物質について選択的である吸着材料のベッドを収容している）と、流体を吸着ベッド３００を通って選択的に移動させるための回転バルブアセンブリ３１０と、一体化されたチューブアセンブリおよびマニホールド（「マニホールド」）３２０と、生成物タンクカバー３３０と、バルブアセンブリ筐体３４０とを備えている。
【００６８】
吸着ベッド３００は、好ましくは直線状の細長い成型によるプラスチック容器であり、金属（好ましくは、アルミニウム）で製作された生成物タンクカバー３３０によって囲まれている。金属製のカバー３３０によって囲まれた成型によるプラスチック製の吸着ベッド３００は、従来技術のプラスチック製のハウジングまたはカバーにおいて生じる水の浸入の有害な影響がない低コストな設計を生み出す。プラスチック製の吸着ベッドは、プラスチックが水を通すという生来の問題を有する。これは、吸着材料への水の侵入を許し、吸着材料の性能を低下させる。プラスチック製の吸着ベッド３００を、生成物の蓄積タンクとしても機能することができるアルミニウム製のカバー３３０で囲むことは、設計の低コスト性を維持し、かつ性能を犠牲にしない。
【００６９】
各々の吸着ベッド３００は、生成物端３５０および供給端３６０を備えている。さらに図１０を参照すると、ベッド３００の生成物端３５０が、回転バルブアセンブリ３１０との連絡のための生成物配管３８０を介して、マニホールド３２０の生成物到着通路３７０に連絡している。ベッド３００の供給端３６０は、回転バルブアセンブリ３１０との連絡のためのマニホールド３２０の供給物流出通路３９０に連絡している。
【００７０】
さらに、マニホールド３２０は、回転バルブアセンブリ３１０を生成物タンク３３０の内部に連絡させる生成物流出通路４００と、回転バルブアセンブリ３１０を供給圧力配管４２０に連絡させる供給物到着通路４１０と、回転バルブアセンブリ３１０を真空圧力配管４４０に連絡させる真空チャンバ４３０とを備えることができる。図８に関して上述した供給配管１２１と同じであってよい生成物送出配管４５０が、生成物タンク３３０の内部に連絡している。真空圧力配管４４０は、濃縮器１１４から排気ガスを吸うために真空発生器１２４に直接的または間接的に連絡することができる。
【００７１】
使用時、空気が、マニホールド３２０の供給物到着通路４１０を通って圧縮機１１２から供給圧力配管４２０へと流れる。そこから、空気は、回転バルブアセンブリ３１０へと流れ、マニホールド３２０の供給物流出通路３９０を通って分配される。そこから、供給空気は、吸着ベッド３００の供給端３６０へと流れる。吸着ベッド３００は、吸着すべき種に適した吸着媒体を含んでいる。酸素の濃縮においては、酸素が非吸着の生成ガスとして生成されるよう、供給空気中の酸素に比べて窒素を優先的に吸着するパックされた微粒子の吸着材料を有することが好ましい。高リチウム交換のＸ型ゼオライトなどの吸着剤を、使用することが可能である。２つ以上の別個の吸着材料を含んでいる層状の吸着ベッドも使用することができる。例として、酸素の濃縮においては、水の吸着に使用される活性アルミナまたはシリカゲルの層を、吸着ベッド３００の供給端３６０の付近に配置することができ、リチウム交換のＸ型ゼオライトを、窒素を吸収するために、生成物端３５０へと向かうベッドの大部分として使用することができる。材料の組み合わせは、正しく用いられることで、単一の種類の吸着剤よりも効果的になりうる。別の実施の形態においては、吸着剤が、構造化された材料であってよく、水吸着材料および窒素吸着材料の両方を取り入れることができる。
【００７２】
得られる生成酸素ガスは、吸着ベッド３００の生成物端３５０に向かって流れ、生成物配管３８０を通り、マニホールド３２０の生成物到着通路３７０を通過し、回転バルブアセンブリ３１０へと流れ、回転バルブアセンブリ３１０において、生成物流出通路４００を介して生成物タンク３３０へとマニホールド３２０を通って分配される。生成物タンク３３０から、酸素ガスが、生成物送出配管４５０および供給配管１２１を通ってユーザ１０８へと供給される。
【００７３】
次に、図９Ｂ、１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１４Ａ、および１４Ｂを参照し、回転バルブアセンブリ３１０の実施の形態を説明する。回転バルブアセンブリ３１０は、回転バルブシューまたはディスク５００と、バルブポートプレートまたはディスク５１０とを備えている。回転バルブシュー５００およびバルブポートプレート５１０は、両者とも好ましくは円形の構成であり、バルブシュー５００およびポートプレート５１０の面が押し合わせられたときに流体を漏らさないシールを形成できるよう、高度に磨かれた平坦な仕上げへと研磨することができるセラミックなどの耐久性のある材料から作られている。
【００７４】
とくに図１１Ａを参照すると、回転バルブシュー５００が、平坦な底部係合面５２０と、平滑な円筒形の側壁５３０とを有している。バルブシュー５００は、係合面５２０に切り開けられたいくつかの対称な弓形の通路またはチャネルを有しており、そのすべてが、自身の中心として、円形の係合面５２０の幾何学的中心を有している。通路またはチャネルは、対向している高圧供給チャネル５４０と、等化（ｅｑｕｌｉｚａｔｉｏｎ）チャネル５５０と、対向している低圧排気通路５６０と、排気通路５６０に連絡している円形の低圧排気溝５７０と、対向している生成物送出チャネル５８０と、対向しているパージチャネル５９０と、高圧中央供給通路６００と、第１の環状の通気溝６１０と、第２の環状の通気溝６２０とを含んでいる。
【００７５】
次に、さらに図１１Ｂを参照し、回転バルブシュー５００の平行な上側の第２のバルブ面６３０を説明する。係合面５２０のパージチャネル５９０が、垂直な円柱形のパージ通路６４０および上面６３０の虹形のパージ溝６５０を介して、互いに連絡している。係合面５２０の等化チャネル５５０が、バルブシュー５００を貫いて垂直に延びている。等化チャネル５５０のペアが、上面６３０の等化溝６６０によって連絡している。等化溝６６０は、おおむねＵ字形であり、収容穴６７０の周囲を延びている。係合面５２０によって定められる平面の外、かつ係合面５２０によって定められる平面に平行な平面にある第２のバルブ面６３０の溝６６０による等化経路は、回転バルブシュー５００の比較的小さなサイズを維持すると同時に、より複雑な流体の経路をバルブシュー５００において可能にするために役立つ。等化溝が、第２のバルブ面を吸着ベッド３００間の圧力の等化に使用することを可能にする。
【００７６】
図９Ｂ、図１４Ａ、および図１４Ｂを参照すると、第１のバルブシューカバー６８０が、第２のバルブ面６３０の種々の溝および通路を絶縁するために、第２のバルブ面６３０を覆って配置される。第１のバルブシューカバー６８０および第２のバルブシューカバー６９０の両者が、中央供給通路６００を第２のバルブシューカバー６９０の円柱形のベース６９３の外周を巡って形成される高圧供給流体チャンバに連絡させるために、整列した中央穴６９１、６９２をそれぞれ備えている。さらに、第１のバルブシューカバー６８０は、円柱形のベース６９３と第２のバルブ面６３０との間の第１のバルブシューカバー６８０の各側の動作の際の圧力のバランスを維持する目的のために、外周の付近に複数の穴６９４を備えている。高圧の供給流体を、バルブシュー５００の上側または下側の高圧供給流体チャンバへと案内することで、バルブシュー５００をポートプレート５１０から離れるように押す圧力に対抗するバルブシュー５００への圧力のバランスが生じる。ばねまたは他の種類の受動シール機構（図示されていない）を、濃縮器１１４が動作していないときに回転バルブシュー５００をポートプレート５１０に対して保持するために使用してもよい。
【００７７】
図１１Ａを参照すると、回転バルブシュー５００をポートプレート５１０から離すように作用する圧力にさらに対抗するため、濃縮器１１４が公称の供給およびパージ（真空）圧力で運転されるときに、排気溝５７０の真空に起因するシール力が、この回転バルブシュー５００をポートプレート５１０から離そうとする圧力に実質的につり合うように、排気溝５７０が寸法付けられている。これにより、比較的小さい受動シール機構を使用することができ、回転バルブシュー５００を回転させるために必要なトルクおよび力が少なくなり、濃縮器１１４の重量およびサイズも小さくなる。
【００７８】
次に、図１２Ａを参照して、バルブポートプレート５１０をさらに詳しく説明する。バルブポートプレート５１０は、回転バルブシュー５００の平坦な係合面５２０と係合する平坦な係合面７００と、平滑な円柱形の側壁７１０とを有している。さらに図９Ｂを参照すると、バルブポートプレート５１０の下面が、マニホールドガスケット７２０上に配置される。バルブポートプレート５１０は、おおむね対称な同心配置のポートまたは開口からなる複数の組を備えており、これらが、プレート５１０のポートがマニホールド３２０の通路と連絡するようにマニホールドガスケット７２０の開口に整列している。ポートは、係合面７００におおむね垂直な方向にバルブポートプレート５１０を垂直に貫いて延びている。別の実施の形態においては、ポートが、係合面７００に向かって角度のある方向にバルブポートプレート５１０を垂直に貫いて延びている。好ましくは、同心な各組のポートのすべてが、同じ構成を有している。次に、ポートの同心組の各々を説明する。
【００７９】
バルブポートプレート５１０の幾何学的中心から第１の半径に同心に配置された８つの円形の真空ポート７３０からなる第１の組は、マニホールド３２０の真空チャンバ４３０およびバルブシュー５００の排気ガス溝５７０に連絡している。好ましい実施の形態においては、８つのポートが、大きな圧力低下を生じることなくバルブを通って充分なガスを流すことができるために使用される。別の実施の形態においては、８つ以外のポートの数を使用することができる。
【００８０】
バルブポートプレート５１０の幾何学的中心から第２の半径に同心に配置された５つの円形の供給物流出ポート７４０からなる第２の組は、マニホールド３２０の供給物流出通路３９０に連絡し、バルブシュー５００の供給チャネル５４０に連絡し、バルブシュー５００の排気通路５６０を介して真空ポート７３０に連絡している。
【００８１】
バルブポートプレート５１０の幾何学的中心から第３の半径に同心に配置された５つのおおむね楕円形の生成物到着ポート７５０からなる第３の組は、マニホールド３２０の生成物到着通路３７０、バルブシュー５００の等化チャネル５５０、バルブシュー５００のパージチャネル５９０、および生成物送出チャネル５８０に連絡している。
【００８２】
バルブポートプレート５１０の幾何学的中心から第４の半径に同心に配置された５つの円形の生成物流出ポート７６０からなる第４の組は、マニホールド３２０の生成物流出通路４００に連絡し、生成物送出チャネル５８０を介して生成物到着ポート７５０に連絡している。
【００８３】
バルブポートプレート５１０の幾何学的中心から第５の半径に同心に配置された３つの円形のポートプレート整列穴７３１からなる第５の組は、マニホールド３２０上の整列ピン３２１（図９Ｂ、１０）に整列している。整列穴７３１は、ポートプレート５１０がマニホールド３２０との正しい整列位置にあることを保証する。別の実施の形態においては、バルブポートプレート５１０の幾何学的中心からの１つ以上の半径に配置された２つ以上の整列穴を、マニホールド３２０上の所定の位置に配置された同数の整列ピンに整列させることができる。
【００８４】
バルブポートプレート５１０の幾何学的中心かつバルブアセンブリ３１０の回転の中心に配置された丸い中央供給物到着ポート７７０が、マニホールド３２０の供給物到着通路４１０および回転バルブシュー５００の中央供給通路６００に連絡している。
【００８５】
上述の回転バルブアセンブリ３１０において、最大で１ＰＳＩの圧力低下が、システムが３ＬＰＭの酸素生成物を生み出しているときにバルブアセンブリ３１０のポートによって生じる。流れがより少ない場合、圧力の低下は無視できる。
【００８６】
次に、図１２Ｂをさらに参照して、濃縮器１１４の１回の圧力スイング吸着サイクルを説明する。使用時に、後述されるサイクルが各々の吸着ベッド３００について順次的かつ連続的に確立されるよう、回転バルブシュー５００が、バルブポートプレート５１０に対して回転する。バルブポートプレート５１０に対する回転バルブシュー５００の回転の速度は、生成物の所与の生成のために最適なサイクルタイミングおよび外気の供給をもたらすために、単独または可変速圧縮機との組み合わせにおいて変更可能である。読者が本発明をよりよく理解するうえで助けとなるように、１回のサイクルにおいて１つの吸着ベッド３００および回転バルブアセンブリ３１０において何が生じるのかを、以下で説明する。回転バルブシュー５００の１回転ごとに、吸着ベッド３００がサイクル全体を２回行うことに注意すべきである。各々のサイクルに、（１）予備的加圧７７４、（２）吸着７７６、（３）第１の下向き等化７７８、（４）第２の下向き等化７８０、（５）並流ブローダウン７８２、（６）低圧通気７８４、（７）対向流パージおよび低圧通気７８６、（８）第１の上向き等化７８８、および（９）第２の上向き等化７９０の各段階が含まれる。次に、これらの段階の各々を、吸着ベッド３００について以下で説明する。
【００８７】
予備的加圧の段階７７４において、空気は、圧縮機１１２から供給圧力配管４２０へと流れ、マニホールド３２０の供給物到着通路４１０を通って流れる。そこから空気は、ポートプレート５１０の中央供給物到着ポート７７０を通って流れ、バルブシュー５００の中央供給通路６００を通って供給チャネル５４０から出、供給物流出ポート７４０を通り、マニホールド３２０の供給物流出通路３９０を通過する。そこから、供給空気は、吸着ベッド３００の供給端３６０へと流れる。図１１Ａを参照すると、供給チャネル５４０が、生成物送出チャネル５８０よりも進んでいる（すなわち、最初に供給チャネル５４０が供給物流出ポート７４０に連絡し、生成物送出チャネル５８０は閉鎖され、生成物到着ポート７５０に連絡しない）ため、吸着ベッド３００の供給端３６０が、供給ガスによって加圧され、すなわち生成物の送出の開始に先立って加圧される。別の実施の形態においては、生成物端３５０を、生成物ガスで予備的に加圧してもよく、あるいは生成物端３５０を生成物ガスで予備的に加圧し、供給端３６０を供給ガスで予備的に加圧してもよい。
【００８８】
吸着段階７７６においては、生成物送出チャネル５８０が生成物到着ポート７５０に連絡するため、ベッド３００において窒素の吸着が生じ、得られた生成物酸素ガスが、吸着ベッド３００の生成物端３５０に向かって流れ、生成物配管３８０を通り、マニホールド３２０の生成物到着通路３７０を通過する。そこから、酸素ガスは、生成物到着ポートを通過し、生成物送出チャネル５８０へと流れ、生成物送出チャネル５８０から出、生成物流出ポート７６０を通過し、生成物流出通路４００を通って、生成物タンク３３０へと流れる。生成物タンク３３０から、酸素ガスが、生成物送出配管４５０および供給配管１２１を通ってユーザ１０８へと供給される。
【００８９】
第１の下向き等化の段階７７８においては、高い圧力にあるベッド３００の生成物端３５０が、ベッド３００の生成物端３５０をより低い中間的な圧力にするために、低い圧力にある他のベッドの生成物端と等化される。生成物端３５０が、生成物配管３８０、生成物到着通路３７０、生成物到着ポート７５０、等化チャネル５５０、および等化溝６６０を介して連絡する。上述のように、係合面５２０によって定められる平面の外、かつ係合面５２０によって定められる平面に平行な平面にある第２のバルブ面６３０の溝６６０による等化経路は、回転バルブシュー５００の比較的小さなサイズを維持するために役立ち、バルブシュー５００を回転させるために必要なトルクを可能な限り小さく保つと同時に、バルブシュー５００を通るより複雑な流体の経路を可能にする。この段階７７８および後述される等化段階７８０、７８８、７９０において、吸着ベッド３００を、供給端３６０、生成物端３５０、あるいは供給端３６０および生成物端３５０の組み合わせにおいて等化させてもよい。
【００９０】
第２の下向き等化の段階７８０においては、中間的な圧力にあるベッド３００の生成物端３５０が、ベッド３００の生成物端３５０を段階７７８よりもさらに低い圧力へと下げるために、より低い圧力にある別のベッドの生成物端と等化される。第１の下向き等化の段階７７８と同様に、生成物端３５０が、生成物配管３８０、生成物到着通路３７０、生成物到着ポート７５０、等化チャネル５５０、および等化溝６６０を介して連絡する。
【００９１】
並流ブローダウン（「ＣＣＢ」）の段階７８２においては、吸着ベッド３００の生成物端３５０から生成される酸素豊富なガスが、第２の吸着ベッド３００をパージするために使用される。ガスが、吸着ベッド３００の生成物側から、生成物配管３８０、生成物到着通路３７０、および生成物到着ポート７５０を通って流れる。さらにガスは、パージチャネル５９０を通り、パージ通路６４０を通り、パージ溝６５０を通り、バルブシュー５００の反対側のパージ通路６４０を出、パージチャネル５９０を通り、生成物到着ポート７５０を通り、生成物到着通路３７０を通り、生成物配管３８０を通って、吸着ベッド３００の生成物端３５０へと流れ、パージ流として機能する。別の実施の形態においては、この段階７８２および続く段階７８４において、並流ブローダウンを、対向流ブローダウンで置き換えてもよい。
【００９２】
低圧通気（「ＬＰＶ」）段階７８４においては、吸着ベッド３００が、吸着ベッド３００の供給端３６０を通じて低圧へと通気される。回転バルブシュー５００の排気溝５７０の真空が、排気通路５６０および吸着ベッド３００の供給端３６０に連絡（供給物流出ポート７４０および供給物流出通路３９０を経由）し、再生排気ガスを吸着ベッド３００から吸い出す。低圧通気段階７８４は、排気通路５６０が供給物流出ポート７４０に連絡し、パージチャネル５９０が生成物到着ポート７５０に連絡していないため、酸素豊富なガスを導入することなく生じる。
【００９３】
対向流パージおよび低圧通気（「ＬＰＶ」）の段階７８６においては、酸素豊富なガスが、上記段階７８４において説明した吸着ベッド３００の供給端３６０の低圧への通気と同時に、段階７８２において上述したやり方で吸着ベッド３００の生成物端３５０へと導入される。対向流パージが、吸着ベッド３００の生成物端３５０へと、第２の吸着ベッド３００の生成物端３５０との連通によって導入される。酸素豊富なガスが、第２の吸着ベッド３００の生成物端３５０から、生成物配管３８０を通り、生成物到着通路３７０を通り、生成物到着ポート７５０を通り、パージチャネル５９０を通り、パージ通路６４０を通り、パージ溝６５０を通り、バルブシュー５００の反対側のパージ通路６４０を出、パージチャネル５９０を通り、生成物到着ポート７５０を通り、生成物到着通路３７０を通り、生成物配管３８０を通って、吸着ベッド３００の生成物端３５０へと流れる。排気通路５６０も、この段階７８６において供給物流出ポート７４０に連絡しているため、酸素豊富なガスは、生成物端３５０から供給端３６０へと流れ、吸着ベッド３００を再生する。回転バルブシュー５００の排気溝５７０の真空が、排気通路５６０および吸着ベッド３００の供給端３６０に連絡（供給物流出ポート７４０および供給物流出通路３９０を経由）し、再生排気ガスを吸着ベッド３００から吸い出す。排気通路５６０から、排気ガスが、真空ポート７３０を通って真空チャンバ４３０へと流れ、真空圧力配管４４０から流出する。別の実施の形態においては、真空を、大気圧または供給圧力よりも低い他の圧力に近い低圧通気によって置き換えることができる。他の実施の形態においては、生成物タンク３３０からの生成物ガスが、吸着ベッド３００の生成物端３５０をパージするために使用される。
【００９４】
第１の上向き等化の段階７８８においては、きわめて低い圧力にあるベッド３００の生成物端３５０が、吸着ベッド３００をより高い中間的な圧力にするために、高い圧力にある別のベッドの生成物端と等化される。生成物端３５０が、生成物配管３８０、生成物到着通路３７０、生成物到着ポート７５０、等化チャネル５５０、および等化溝６６０を介して連絡する。
【００９５】
第２の上向き等化の段階７９０においては、中間的な圧力にあるベッド３００の生成物端３５０が、ベッド３００の生成物端３５０をさらに段階７８８よりも高い圧力にするために、より高い圧力にある別のベッドの生成物端と等化される。第１の下向き等化の段階７７８と同様に、生成物端３５０が、生成物配管３８０、生成物到着通路３７０、生成物到着ポート７５０、等化チャネル５５０、および等化溝６６０を介して連絡する。
【００９６】
好ましい実施の形態において、供給段階７７４、７７６の合計の継続時間は、パージ段階７８２、７８４、７８６の合計の継続時間と実質的に同じであってよいことに、注意すべきである。なお、供給段階７７４、７７６の合計の継続時間は、各々の等化段階７７８、７８０、７８８、７９０の継続時間の実質的に３倍であってもよい。別の実施の形態においては、供給段階７７４、７７６、パージ段階７８２、７８４、７８６、および各々の等化段階７７８、７８０、７８８、７９０の相対的な継続時間が、さまざまであってよい。
【００９７】
第２の上向き等化の段階７９０の後で、予備的加圧の段階７７４で始まる新たなサイクルが、吸着ベッド３００において開始される。
【００９８】
上述の５ベッドの濃縮器１１４およびサイクルは、過去において使用されている他の数の濃縮器およびサイクルに対して、いくつかの利点を有しているが、そのいくつかを後述する。生成物端３５０における複数の等化段階７８８、７９０および予備的加圧の段階７７４が、生成物の送出に先立つ吸着ベッド３００の予備的加圧に貢献する。結果として、ベッド３００が、迅速に自身の最終的な圧力（供給圧力に実質的に等しい）に達し、したがって吸着媒体を最大限に利用することができる。さらに、吸着ベッド３００の予備的な加圧により、生成物を実質的に供給と同じ圧力で送出することができ、流れに圧縮のエネルギーを保持して、生成物の流れを下流のプロセスでの使用にとってより価値のあるものにすることができる。別の実施の形態においては、ベッド３００の供給端３６０を供給の流れに曝す前に生成物によってベッド３００を予備的に加圧することで、供給端３６０における２つ以上の吸着ベッド３００の間の流体の相互作用または流体の連絡に起因して直面される圧力低下がなくなる。さらに、より多数のベッドを使用するシステムと比較し、５ベッドのシステムを使用することは、供給チャネル５４０に同時に連通するベッドの継続時間および数を少なくし、したがって吸着ベッド間の流体の流れの傾向を少なくする。吸着ベッド間の流体の流れは、より高い圧力のベッドにおける流れの方向の逆転に関連付けられる（性能の低下につながる）ため、この影響の低減が好都合である。
【００９９】
多くのシステムに対する５ベッドシステムのさらなる利点は、吸着ベッド３００の数が少ないため、濃縮器を比較的小型、コンパクト、かつ軽量にできる一方で、充分な流れおよび純度をもたらすことができ、かつ高い酸素の回収率を維持できる点にある。他のＰＳＡシステム（典型的には、吸着ベッドの数が少ないシステム）は、サイクルの一部において圧縮機のデッドヘッド（ｄｅａｄｈｅａｄｉｎｇ）を生じる（電力を多く使用する結果となる）。圧縮機のデッドヘッドは、（上述のような）２つ以上の吸着ベッド３００の供給側３６０の間の不利な流れをなくすが、システムの電力を増加させる。５ベッドのシステムは、圧縮機のデッドヘッドをなくし、性能を制約する吸着ベッド３００の間の供給側３６０の流れを最小限にする。
【０１００】
複数の圧力等化段階７７８、７８０、７８８、７９０の使用は、濃縮器１１４を動作させるために必要な圧縮のエネルギーの量を少なくする。ベッド３００の等化によって、高圧のガスが、大気または真空ポンプへと通気されるのではなく、別のベッド３００へと移動させられることで保存される。ガスの加圧に関するコストの存在ゆえに、ガスの保存は、節約をもたらし、回収率を改善する。また、ベッド３００は、通常はベッド３００の生成物端３５０に生成物を多く含むガスを含むため、このガスを通気するのではなく、他のベッド３００へと移動させることで、生成物が保存され、回収率が向上する。等化の数は、好ましくは１〜４の間である。各々の等化が、下向き等化の段階および上向き等化の段階という２つの等化段階を呈することに、注意すべきである。すなわち、２回の等化は、２回の下向き等化および２回の上向き等化を意味し、合計４回の等化を意味する。同じことが、他の数の等化にも当てはまる。好ましい実施の形態においては、１〜４回の等化（２〜８つの等化段階）が、各々のサイクルにおいて使用される。より好ましい実施の形態においては、１〜３回の等化（２〜６つの等化段階）が、各々のサイクルにおいて使用される。最も好ましい実施の形態においては、２回の等化（４つの等化段階）が、各々のサイクルにおいて使用される。
【０１０１】
別の実施の形態においては、濃縮器１１４が、供給の流れの濃度、分離すべき特定のガス、圧力スイング吸着サイクル、および動作条件にもとづいて、他の数の吸着ベッド３００を有してもよい。例えば、これらに限られるわけではないが、４ベッドの濃縮器および６ベッドの濃縮器にも、利点が存在するであろう。４ベッドの濃縮器において上述と同様のサイクルを動作させるとき、（或る瞬間における）供給チャネル５４０および２つ以上の吸着ベッドの間の流体の連絡という問題は、完全に除かれる。供給端の流体の連絡が除かれる場合、供給段階７７４、７７６が、より望ましい様相で生じ、所望の生成物の回収率の改善がもたらされる。５ベッドのシステムと比較した６ベッドのシステムの利点は、上述の圧力スイングサイクルが、２つの上向き等化段階および２つの下向き等化段階に代えて３つの上向き等化段階および３つの下向き等化段階が存在するように変更されるときに実現される。第３の等化は、供給ガスを高い圧力で入手できる場合に好都合である。第３の等化は、等化されたベッドが供給圧力の実質的に７５％を得ることを可能にする（２つの等化段階が使用される場合には、供給圧力の実質的に６７％である）ため、圧縮機のエネルギーを節約する。あらゆるＰＳＡサイクルにおいて、上向き等化が生じるときは常に、対応する下向き等化が存在する。対をなす等化段階の必要性は、サイクルの各段階の相対的タイミングにいくつかの制約を課す。例えば、供給段階の継続時間が、各々の等化段階の継続時間と実質的に同じである場合に、６ベッドのサイクルは、必要とされる等化段階の対をもたらすと考えられる。
【０１０２】
次に、所望の成分の回収率およびシステムの生産性を向上させる濃縮器１１４に関する本発明のいくつかのさらなる態様を説明する。図９Ａ、９Ｂ、１３Ａ、および１３Ｂを参照し、吸着ベッド３００の死空間を少なくする媒体保持キャップ８００の実施の形態を、以下で説明する。各々の媒体保持キャップ８００は、吸着ベッド３００の生成物端３５０に位置し、媒体保持キャップ８００の上方に吸着材料を支持している。媒体保持キャップ８００の内部の下方に位置するばね８１０が、媒体保持キャップ８００を上方へと押し付けて、吸着材料が詰まったベッドを堅固に保持している。媒体保持キャップ８００は、第１および第２の環状フランジ８３０、８４０を有する円筒形のベース８２０を有している。第２の環状フランジ８４０の上部が、円形のリム８５０を終端としている。媒体保持キャップ８００の上面８６０は、中央のポート８８０からおおむね日射のパターンで放射状に延びる複数のリブ８７０を備えている。中央のポート８８０に隣接して、ギャップ８９０が、中央のポート８８０から出てくるパージ流体のための拡散ゾーンを生み出している。ギャップ８９０および放射状のリブ８７０が、パージ流体を中央のポート８８０から外へと分配し、パージ段階において、より一様な改善された吸着材料の再生を生じさせる。さらに、放射状のリブ８７０は、生成物の送出段階において、生成物ガスを中央のポート８８０に向かって導くうえでも役に立つ。別の実施の形態においては、媒体保持キャップ８００が、おおむね非円筒形の吸着ベッド３００に媒体を保持するために、おおむね非円柱形の表面を有してもよい。さらに別の実施の形態においては、中央のポート８８０が、円筒形または非円筒形の媒体保持キャップ８００の幾何学的中心から外れて位置してもよい。
【０１０３】
図１３Ｂを参照すると、媒体保持キャップ８００の下面において、円筒形のベース８２０が、ばね８１０が配置される内部チャンバを形成している。中央ポートニップル９００が、媒体保持キャップ８００の底面９１０から延びている。生成物配管３８０の端部が、吸着ベッド３００の生成物端３５０をマニホールド３２０の生成物到着通路３７０に連絡させるために、中央ポートニップル９００へとつながっている。
【０１０４】
過去においては、媒体保持キャップを、キャップの内側かつ上方にはまり込むばねによって保持することができ、結果としてばねが、吸着材料の底部とベッド３００の生成物端３５０の出口ポートとの間の流体の流路に位置する。ばねが収容される空間が、システムにおいて死空間を呈する。本明細書において使用されるとき、「死空間」は、圧縮およびパージされるが、吸着媒体を収容してはいないシステムの空間である。この空間を圧縮された供給物で満たし、次いでこの空間を通気するプロセスは、供給物の無駄使いを意味する。改善された媒体保持キャップ８００は、ばね８１０が流体の流路の外部に収容されるため、システムに死空間を追加することがない。システム内の余分な空間を排除することで、供給のより効果的な利用、したがって所望の生成物のより高い回収率が、直接的にもたらされる。
【０１０５】
次に、図１４Ａおよび図１４Ｂを参照し、回転バルブシュー５００をバルブポートプレート５１０に対して横方向に固定されて心出しされた状態に保つための心出し機構の実施の形態を説明する。心出し機構は、中空円筒の形状を有している剛体材料で作られた心出しピン９２０を備えることができる。回転バルブシュー５００の係合面５２０にバルブポートプレート５１０の係合面７００が係合するとき、心出しピン９２０は、部分的に、回転バルブシュー５００の中央供給通路６００およびバルブポートプレート５１０の中央供給物到着ポート７７０に配置される。使用時、回転バルブシュー５００が、心出しピン９２０の周囲を回転し、心出しピン９２０の中空の内部が、高圧の供給流体の流れの通過を可能にする。ピン９２０が、回転バルブシューをバルブポートプレート５１０に対して固定の位置に保つ。過去においては、回転バルブシューは、回転バルブシューを駆動するモータによってバルブポートプレートに対して大まかに心出しされていた。回転バルブシュー５００およびバルブポートプレート５１０の中心が互いにずれると、濃縮器１１４のサイクルが意図されるとおりにならず、濃縮器の生産性、回収率、および効率が損なわれる。心出しピン９２０によってもたらされる精度は、バルブアセンブリ３１０が複雑なサイクルを制御しており、あるいはきわめて小さな圧力低下を維持している場合に、重要である。
【０１０６】
図１５Ａおよび図１５Ｂを参照すると、本発明の別の実施の形態に従って構成された回転バルブアセンブリが、回転バルブシュー５００をバルブポートプレート５１０に対して固定された位置に保つために、別の心出し機構を備えている。円形の心出しリング９３０が、回転バルブシュー５００の平滑な円柱形の側壁５３０および不動のバルブポートプレート５１０の平滑な円柱形の側壁７１０を覆ってぴったりとはまっている。円形のリング９３０が、回転バルブシュー５００の回転を許しつつ、回転シュー５００をポートプレート５１０に対して固定の位置に保持することによって、回転バルブシュー５００をバルブポートプレート５１０に対して心出ししている。
【０１０７】
次に、図１６Ａ〜図１６Ｃを参照し、モータ１１８をバルブシュー５００へと接続するための弾性リンクの実施の形態を説明する。駆動機構９４０が、駆動シャフト９５０、駆動ホイール９６０、および３つ（２つが図示されている）の弾性チェーンリンク９７０を備えている。駆動シャフト９５０を、駆動ホイール９６０を回転させるためにモータ１１８へと接続することができる。図１６Ｃを参照すると、駆動ホイール９６０の下面９８０に、下向きに突き出す円柱形の支持ポスト９９０を備えることができる。同様に、図１６Ｂを参照すると、第２のバルブシューカバー６９０の上面１０００が、上向きに突き出す円柱形の支持ポスト１０１０を備えることができる。弾性チェーンリンク９７０は、好ましくは、半剛体の弾性材料（シリコーンゴムなど）で製作され、おおむねレンチ形の構成を有している。各々の弾性チェーンリンク９７０が、中央に円柱形の穴１０３０を有する円筒形の収容部材１０２０を含んでいる。円筒形の収容部材１０２０が、細い接続部材１０４０によって接合されている。駆動ホイール９６０が、弾性チェーンリンク９７０によって第２のバルブシューカバー６９０へと接続される。各々の弾性チェーンリンクの一方の収容部材１０２０が、駆動ホイール９６０の支持ポスト９９０を受け入れ、他方の収容部材１０２０が、第２のバルブシューカバー６９０の支持ポスト１０１０を受け入れる。過去においては、モータと回転バルブシューとの間に、剛な接続が行われていた。そのような剛な接続が、モータの振動または他の非回転の運動による影響を、回転バルブシューに生じさせていた。弾性チェーンリンク９７０は、モータの振動および非回転の運動を吸収し、この不利なエネルギーが回転バルブシュー５００に加わることを防止する。
【０１０８】
図１７は、図９〜図１６に関して図示および上述した濃縮器１１４と同様の濃縮器からの実験データの表である。この表によって示されるとおり、濃縮器１１４による空気からの酸素の回収率は、約９０％の純度において４５〜７１％である。酸素の流量（リットル／分（ＬＰＭ））に対する断熱パワー（ワット（Ｗ））の比は、６．２Ｗ／ＬＰＭ〜２３．０Ｗ／ＬＰＭの範囲である。Ｅｕｇｅｎｅ  Ａ．  ＡｖａｌｌｏｎｅおよびＴｈｅｏｄｏｒｅ  Ｂａｕｍｅｉｓｔｅｒによる「Ｍａｒｋｓ’  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｆｏｒ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，  Ｎｉｎｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ」に定められているとおり、断熱仕事からの式から得られる断熱パワーの式は、以下のとおりである。
2012508074.tif 000003
Ｐｏｗｅｒ＝断熱パワー（ワット）
Ｗ＝断熱仕事（ジュール）
ｔ＝時間（秒）
Ｐ１＝大気圧（ｐｓｉａ）
Ｐ２＝圧縮機／真空圧力（ｐｓｉａ）
ｋ＝比熱の比＝定数＝１．４（空気について）
Ｖ１＝大気圧における体積流量（ＳＬＰＭ）
Ｃ＝わかりやすくするために著者によって追加された変換係数＝０．１１４８７１ワット／ｐｓｉ／ＬＰＭ
【０１０９】
Ｂ．エネルギー源
さらに、図１８を参照すると、軽量かつ可搬なシステム１００として適切に機能させるために、システム１００を、適切な再充電可能なエネルギー源によって駆動しなければならない。エネルギー源は、好ましくは、リチウムイオン式の充電式電池１０４を含んでいる。システム１００を、リチウムイオン電池以外の可搬のエネルギー源によって駆動してもよいことは、当業者にとって容易に理解可能であろう。例えば、充電可能または再生可能な燃料電池を、使用することが可能である。システムを、一般に充電式電池１０４によって駆動されるものとして説明するが、システム１００を複数の電池によって駆動することも可能である。したがって、本明細書において使用されるとき、用語「電池」は、１つ以上の電池を含む。さらに、充電式電池１０４を、１つ以上の内部および／または外部の電池で構成することができる。電池１０４または電池１０４を含む電池モジュールは、好ましくはシステム１００から取り外し可能である。システム１００は、標準的な内部の電池、低コスト電池、長時間動作の内部の電池、およびクリップ式モジュールでの外部の二次電池を使用することができる。
【０１１０】
システム１００は、電池充電回路１３０および１つ以上のプラグ１３２を備える組み込みのアダプタを有することができ、そのようなアダプタを、システム１００をＤＣ電源（例えば、自動車のシガーライターアダプタ）および／またはＡＣ電源（例えば、家庭または職場の１１０ＶＡＣのコンセント）によって動作させつつ、同時に電池１０４をＤＣまたはＡＣ電源から充電できるように構成することができる。アダプタまたは充電器が、別個の付属品であってもよい。例えば、アダプタが、自動車におけるシステム１００の動作および／または電池１０４の充電に使用される別個のシガーライターアダプタであってよい。別個のＡＣアダプタを、コンセントからのＡＣをシステム１００による使用および／または電池１０４の充電のためのＤＣへと変換するために使用することができる。アダプタの他の例は、車いすの電池または他のカートにおいて使用されるアダプタであってよい。
【０１１１】
これに代え、あるいはこれに加えて、システム１００を受け入れて支持するように構成された電池充電クレードル（ｂａｔｔｅｒｙ−ｃｈａｒｇｉｎｇ  ｃｒａｄｌｅ）１３４が、ＤＣおよび／またはＡＣ電源からシステム１００を動作させつつ同時に電池１０４を充電できる電池充電回路１３０およびプラグ１３２を含むアダプタを有することができる。
【０１１２】
システム１００およびクレードル１３４が、好ましくは、システム１００をクレードル１３４にドッキングさせるべくシステム１００をクレードル１３４へと容易に下ろすことができる対応する噛合部１３８、１４０を備えている。噛合部１３８、１４０は、システム１００をクレードル１３４へと電気的に接続するための対応する電気接点１４２、１４４を含むことができる。
【０１１３】
クレードル１３４を、家庭、職場、自動車、などにおける充電および／またはシステム１００の動作に使用することができる。クレードル１３４を、システム１００の一部と考えることができ、あるいはシステム１００のための別個の付属品と考えることができる。クレードル１３４は、予備の電池パック１０４を充電するために、充電回路１３０へと接続された１つ以上の追加の充電受け１４６を備えることができる。充電受け１４６および１つ以上の追加の電池パック１０４によって、ユーザは、常に追加の新鮮な充電済みの電池１０４の供給を有することができる。
【０１１４】
別の実施の形態においては、クレードル１３４を、１つ以上の異なる種類のシステム１００に対応するように、１つ以上の異なるサイズでもたらすことができる。
【０１１５】
クレードル１３４および／またはシステム１００は、適切な接続１４９を介してシステム１００内の空気の流れに水分を加えるための加湿機構１４８をさらに備えることができる。本発明の別の実施の形態においては、加湿機構１４８が、システム１００およびクレードル１３４とは別個であってよい。システム１００およびクレードル１３４とは別個である場合、クレードル１３４および／またはシステム１００が、別個の加湿機構１４８との連絡のための適切な連絡ポートを備えることができる。また、クレードル１３４が、システム１００がクレードル１３４にドッキングしたときにシステム１００とともに使用するための別個の加湿機構１４８を受け入れるように構成された受け部を備えてもよい。
【０１１６】
クレードル１３４および／またはシステム１００は、システム１００の制御ユニット１１０を１つ以上の遠方のコンピュータと通信させるために、電話回線モデム、高速ケーブルモデム、ＲＦ無線モデム、などのテレメトリ機構またはモデム１５１をさらに備えることができる。この目的のため、クレードル１３５が、ケーブルアダプタまたは電話ジャックプラグ１５５を有する配線１５３を備えることができ、あるいはＲＦアンテナ１５７を備えることができる。本発明の別の実施の形態においては、テレメトリ機構またはモデム１５１が、クレードル１３４とは別個であってよく、この目的のために、クレードル１３４またはシステム１００が、テレメトリ機構またはモデム１５１をクレードル１３４またはシステム１００に直接通信させるための１つ以上の適切な通信ポート（例えば、ＰＣポート）を備えることができる。例えば、クレードル１３４を、テレメトリ機構またはモデム１５１を含む（クレードルの位置の）コンピュータと通信するように構成することができる。コンピュータは、テレメトリ機構またはモデム１５１を使用して後述の情報を１つ以上の遠方のコンピュータと通信するための適切なソフトウェアを含むことができる。
【０１１７】
テレメトリ機構またはモデム１５１を、これらに限られるわけではないが、心拍数、酸素飽和度、呼吸数、血圧、ＥＫＧ、体温、吸気／呼気の時間比（Ｉ／Ｅ比）、などといったユーザの生理学的情報を、１つ以上の遠方のコンピュータと通信するために使用することができる。テレメトリ機構またはモデム１５１を、これらに限られるわけではないが、酸素の使用、システム１００の保守スケジュール、および電池の使用などといった他の種類の情報を、１つ以上の遠方のコンピュータと通信するために使用することができる。
【０１１８】
ユーザは、理想的には、システム１００を家庭、職場、自動車、などにおいてクレードル１３４にて使用する。ユーザは、例えば家庭に１つ、職場に１つ、自動車に１つ、など、２つ以上のクレードルを有するように決定でき、あるいは家庭において所望の各部屋に１つずつ、複数のクレードルを有するように決定できる。例えば、ユーザが家庭に複数のクレードル１３４を有する場合、ユーザは、例えば居間から寝室など、部屋から部屋へと移動するときに、単純に或る部屋のクレードル１３４からシステム１００を持ち上げ、電池での動作のもとで別の部屋へと移動することができる。移動先の部屋の別のクレードル１３４へとシステム１００を下ろすことで、システム１００とＡＣ電源との間の電気的な接続が回復する。システムの電池１０４が、クレードル１３４に位置するときに常に充電中または充電されているため、家庭、職場、などの外部へのちょっとした移動が、ユーザの家庭での部屋から部屋への移動のように簡単である。
【０１１９】
システム１００が小型かつ軽量であるため、システム１００を単純にクレードル１３４から持ち上げ、平均的なユーザが例えば肩紐によって目的地へと容易に運ぶことができる。ユーザがシステム１００を携行できない場合には、システム１００を、カートまたは他の運搬装置を使用して目的地まで容易に運ぶことができる。家庭や職場などから長期にわたって離れる場合、ユーザは、目的地において使用するために１つ以上のクレードル１３４を持って行くことができる。あるいは、組み込みのアダプタを備えているシステム１００の実施の形態においては、電力を、自動車のシガーライターアダプタおよび／または目的地において利用できるＡＣコンセントなどの電源から取り出すことができる。さらに、予備の電池パック１０４を、標準的な電源から長時間にわたって離れるために使用することができる。
【０１２０】
電池パック１０４が複数の電池を含んでいる場合には、システム１００が、携帯電話機またはラップトップコンピュータの技術分野において周知のとおり、電池の持ちを保つための電池シーケンシング機構を備えることができる。
【０１２１】
Ｃ．出力センサ
図７、図８、および図１９を参照すると、１つ以上の出力センサ１０６が、ユーザが必要とする酸素の流量を割り出し、したがってシステム１００の酸素の流量の出力要求を割り出すために、ユーザ１０８、環境、などの１つ以上の状態を検出するために使用される。制御ユニット１１０が、１つ以上の出力センサ１０６によって検出される状態に応答して酸素発生器１０２を制御するために、１つ以上の出力センサ１０６および酸素ガス発生器１０２へと接続されている。例えば、これに限られるわけではないが、出力センサ１０６は、圧力センサ１５０、姿勢センサ１５２、加速度センサ１５４、生理学的状態または代謝センサ１５６、および／または高度センサ１５８（これらに限られるわけではない）のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【０１２２】
最初の３つのセンサ１５０、１５２、１５４（特定の状況では、生理学的状態センサ１５６も）は、ユーザ１０８の活動を表わす信号をもたらすがゆえに、活動センサである。可搬の酸素濃縮システムによる酸素の送出においては、過剰な酸素を送出することなく、ユーザ１０８の活動レベルに比例した量の酸素ガスを送出することが重要である。過剰な酸素は、ユーザ１０８によって有害となる可能性があり、電池１０４の寿命を短くする。制御ユニット１１０が、１つ以上のセンサに１０６によって生成されるユーザの活動レベルを表わす１つ以上の信号にもとづいて、ユーザ１０８への酸素ガスの流量を制御するために酸素ガス発生器１０２を調節する。例えば、出力センサ１０６が、ユーザ１０８が不活発な状態から活動状態へと移行した旨を示す場合に、制御ユニット１１０は、酸素ガス発生器１０２によってユーザ１０８への酸素ガスの流量を増加させることができ、さらには／あるいは後述される高圧酸素リザーバからユーザ１０８へと突発の酸素ガスを供給することができる。出力センサ１０６が、ユーザ１０８が活動状態から不活発な状態へと移行した旨を示す場合、制御ユニット１１０は、酸素ガス発生器１０２によってユーザへの酸素ガスの流量を減らすことができる。
【０１２３】
本発明の実施の形態において、供給される酸素ガスの量は、可変速コントローラ１１９によって圧縮機のモータ１１８の速度を制御することによって制御される。
【０１２４】
可変速コントローラに代え、あるいは可変速コントローラに加えて、酸素ガスの供給を、酸素ガス発生器１０２とユーザ１０８との間の供給配管１２１に位置する供給バルブ１６０によって制御してもよい。例えば、供給バルブ１６０は、少なくとも第１の位置と第２の位置との間で可動であってよく、第２の位置が、第１の位置よりも大量の濃縮気体酸素の流れを通過させることができる。活動レベルセンサ１５２、１５４、１５６のうちの１つ以上がユーザ１０８の活動について活発なレベルを検出する場合に、制御ユニット１１０によって、供給バルブ１６０を第１の位置から第２の位置へと動かすことができる。例えば、制御ユニット１１０がタイマーを備えることができ、活発なレベルが所定の時間期間を超える時間期間にわたって検出された場合に、制御ユニット１１０が、バルブ１６０を第１の位置から第２の位置へと動かすことができる。
【０１２５】
圧力センサ１５０の例として、これらに限られるわけではないが、ユーザが座った姿勢に比べて立った姿勢にあることを知らせる足踏みスイッチ、およびユーザが立った姿勢に比べて座った姿勢にあることを知らせる座席スイッチが挙げられる。
【０１２６】
振り子スイッチが、姿勢センサ１５２の例である。例えば、振り子スイッチは、振り子状に配置された太腿スイッチを備えることができ、そのようなスイッチが、ユーザが起立している（すなわち、スイッチが垂直に垂れ下がっている）ときの１つの様態と、ユーザが着席している（すなわち、太腿スイッチがより水平な位置へ上げられている）ときの別の様態とを示すことができる。水銀スイッチを、姿勢センサとして使用することができる。
【０１２７】
加速度計などの加速度センサ１５８が、ユーザの活動を表わす信号をもたらす活動センサの別の例である。
【０１２８】
生理学的状態または代謝センサ１５６も、活動センサとして機能することができる。生理学的状態センサ１５６を、酸素ガス発生器１０２の制御または他の目的のために、ユーザの１つ以上の生理学的状態を監視するために使用することができる。センサ１５６によって監視することができる生理学的状態の例として、これらに限られるわけではないが、血中酸素レベル、心拍数、呼吸数、血圧、ＥＫＧ、体温、およびＩ／Ｅ比が挙げられる。オキシメータが、システム１００において好ましく使用されるセンサの例である。オキシメータによって、ユーザの血中酸素レベルを測定し、ユーザの血中酸素レベルに少なくとも部分的にもとづいて、酸素を生成することができる。
【０１２９】
高度センサ１５８が、環境または周囲の条件を検出することができる環境または周囲条件センサの例であり、そのような環境または周囲の条件に少なくとも部分的にもとづいて、ユーザへの酸素ガスの供給を制御することができる。高度センサ１５８を、単独または上述のセンサのいずれかまたはすべてと併せて使用することができ、制御ユニット１１０および酸素ガス発生器１０２が、検出された高度または標高に従ってユーザへの酸素ガスの供給を制御する。例えば、検出された標高が高い（空気の濃度がより低い）とき、制御ユニットは、ユーザ１０８への酸素ガスの流量を増やすことができ、検出された標高が低い（空気の濃度がより高い）とき、制御ユニットは、ユーザ１０８への酸素ガスの流量を減らすことができ、あるいは制御されたレベルに保つことができる。
【０１３０】
１つ以上の追加のセンサまたは別のセンサを使用し、そのようなセンサによって検出される状態に少なくとも部分的にもとづいて、ユーザへの酸素ガスの供給を制御できることは、当業者にとって容易に理解可能であろう。さらに、ユーザ１０８へと供給される酸素ガスの量を調節するための上述の実施の形態（すなわち、可変速コントローラ１１９、供給バルブ１６０）のいずれかまたはすべて（あるいは、代案となる実施の形態）を、ユーザ１０８への酸素ガスの供給を制御するために、１つ以上のセンサおよび制御ユニット１１０とともに使用することができる。
【０１３１】
Ｄ．制御ユニット
図２０を参照すると、制御ユニット１１０は、この技術分野における任意の周知の形態をとることができ、システムを制御および管理するために１つ以上のインタフェース、コントローラ、または他の電気回路素子を介して本明細書に記載のシステムの構成要素と連絡する中央マイクロプロセッサまたはＣＰＵ１６０を備えている。システム１００は、ユーザ、供給者、医師、などがシステム１００を制御すべく情報（例えば、処方の酸素レベル、流量、活動レベル、など）を入力できるようにするために、ユーザインタフェース（図２０）を、制御ユニット１１０の一部として備えることができ、あるいは制御ユニット１１０へと接続することができる。
【０１３２】
システム１００の実施の形態の主たる構成要素を上述した。以下のセクションでは、いくつかのさらなる特徴を説明するが、そのうちの１つ以上を、本発明の１つ以上の別個の実施の形態として、上述した本発明の実施の形態へと取り入れることが可能である。
【０１３３】
ＩＩ．節約装置
図２１を参照すると、節約装置または要求装置１９０を、酸素ガス発生器１０２によって生成される酸素をより効率的に利用するために、システム１００へと取り入れることができる。
【０１３４】
通常の呼吸の際に、ユーザ１０８は、吸気／呼気のサイクルの時間のうちの約３分の１において吸気を行い、残りの３分の２の時間において呼気を行う。呼気の最中にユーザ１０８へともたらされる酸素の流れは、ユーザ１０８にとって役に立たず、結果的に、この余分な酸素の流れを効果的にもたらすために使用される追加の電池の電力が無駄になる。節約装置１９０は、カニューレ１１１またはシステム１００の他の部分の圧力の変化を検出することによって吸気／呼気のサイクルを検出するセンサを備えることができ、呼吸サイクルの吸気部分または吸気部分の一部においてのみ酸素を供給することができる。例えば、吸気される空気の最後の部分は、鼻と肺の上部との間に捕らえられるがゆえにとくに利用されないため、節約装置１９０を、吸気の終わりよりも前に酸素の流れを停止させることで、システム１００の効率を改善するように構成できる。効率の改善は、システム１００の２０サイズ、重量、コスト、および電力の必要を少なくすることにつながる。
【０１３５】
節約装置１９０は、スキューバダイビング用のレギュレータと同様のシステム１００の出力配管のスタンドアロンの装置であってよく、あるいはユーザ１０８による吸気の際にのみ酸素を供給すべく酸素発生器１０２を制御するために制御ユニット１１０へと接続されてもよい。
【０１３６】
節約装置１９０は、上述のセンサのうちの１つ以上を含むことができる。例えば、節約装置は、ユーザの呼吸数を監視するためのセンサを含むことができる。
【０１３７】
システム１００は、使用されないときにカニューレ１１１を引き込むための特別なカニューレ引き込み装置をさらに備えることができる。さらに、カニューレ１１１は、さまざまな長さおよびサイズであってよい。
【０１３８】
ＩＩＩ．高圧リザーバ
図２２を参照すると、高圧リザーバ１６４を、酸素ガス発生器１０２がユーザ１０８の酸素ガスの要求を満たすことができない場合にユーザ１０８へと酸素ガスの追加の供給を届けるために、二次配管１６６に配置することができる。二次配管１６６の後述される構成要素のいずれも、制御のために制御ユニット１１０または高圧リザーバコントローラ１６７（図２０）へと接続することができる。この追加の酸素ガスの必要が生じうる典型的な状況は、例えば椅子から立ち上がる場合など、ユーザが急激に非活動的な状態から活動的な状態へと移行する場合や、システム１００がオンにされるときや、システム１００が節約モードまたはスリープモードから活動モードへと移行する場合である。本明細書において使用されるとき、二次配管１６６は、この配管における構成要素を接続するために使用される管類、コネクタ、などを指す。バルブ１６８を、気体酸素の二次配管１６６への流入を可能にするために、制御ユニット１１０によって制御することができる。バルブ１６８を、供給配管１２１および二次配管１６６の両方への同時の流れ、供給配管１２１のみへの流れ、あるいは二次配管１６６のみへの流れを可能にするように構成することができる。
【０１３９】
好ましくはモータ１１８によって駆動されるポンプまたは圧縮機１６８が、例えば少なくとも約１００ｐｓｉなどの比較的高い圧力で酸素ガスを高圧リザーバ１６４へともたらす。
【０１４０】
酸素発生電気化学セル１７１を、追加の酸素ガスをユーザ１０８へと供給するために、二次配管１６６において上述した構成要素と併せ、あるいは上述した構成要素の代わりに、使用してもよい。例えば、電気化学セル１７１を、高圧リザーバ１６４へと比較的高い圧力の酸素ガスを届けるために使用することができる。
【０１４１】
圧力センサ１７２が、高圧リザーバ１６４および制御ユニット１１０に連絡しており、高圧リザーバ１６４の圧力が特定の限界に達すると、制御ユニット１１０が、バルブ１６８によって酸素を二次配管１６６へと案内する。
【０１４２】
レギュレータ１７４を、ユーザ１０８への酸素ガスの流れを制御し、圧力を下げるために使用することができる。
【０１４３】
また、バルブ１７６を、ユーザ１０８が酸素ガス発生器１０２では満たすことができない量の酸素ガスを必要とする場合に、高圧リザーバ１６４からの気体酸素を供給配管１２１へと流すことができるように、制御ユニット１１０によって制御してもよい。バルブ１７６を、酸素ガス発生器１０２および高圧リザーバ１６４からの同時の流れを可能にするように構成でき、あるいは酸素ガス発生器１０２だけから、または高圧リザーバ１６４だけからの流れを可能にするように構成することができる。
【０１４４】
１つ以上のセンサ１０６が、１つ以上のセンサ１０６によって検出される１つ以上の状態に少なくとも部分的にもとづいてユーザ１０８の酸素ガスの必要量に等しい量の酸素ガスを供給するために、制御ユニット１１０および酸素ガス発生器１０２に相関付けられる。酸素ガス発生器１０２が、ユーザ１０８の酸素ガスの要求を満たすことができない場合、制御ユニット１１０が、ユーザの酸素の必要量を表わす１つ以上の状態の検出に少なくとも部分的にもとづいて、高圧リザーバ１６４に必要とされる追加の酸素ガスの供給を行わせることができる（バルブ１７６を経由して）。
【０１４５】
酸素ガス発生器１０２が、ユーザ１０８の必要とする酸素ガスをすべて供給する能力を有するが、単純にオフにされており、あるいは節約またはスリープモードにある場合、高圧リザーバ１６４が酸素ガスを供給する時間期間、すなわちバルブ１７６が高圧リザーバ１６４を供給配管１２１に接続している時間期間は、少なくとも酸素ガス発生器１０２がオフ状態または非動作状態からオン状態または動作状態へと移行するために必要な時間の長さである。別の筋書きにおいては、制御ユニット１１０が、ユーザによる酸素ガスの要求が酸素ガス発生器１０２の最大酸素ガス出力を超える場合に、高圧リザーバ１６４からユーザへと酸素ガスを供給させることができる。高圧リザーバ１６４が、酸素ガス発生器１０２によって充てんされるものとして図示および説明されているが、他の実施の形態においては、高圧リザーバ１６４を、システムの外側または外部の供給源によって満たしてもよい。
【０１４６】
ＩＶ．全地球測位システム
再び図１８を参照すると、本発明の別の実施の形態においては、システム１００が、システム１００の位置を割り出すための全地球測位システム（ＧＰＳ）レシーバ２００を備えることができる。レシーバ２００の位置、したがってユーザ１０８の位置を、テレメトリ機構またはモデム１５１を介して遠方のコンピュータへと伝えることができる。これは、ユーザが健康上の問題（例えば、心臓発作）を抱え、システムの非常ボタンが押され、システムの警報が作動し、あるいは他の何らかの理由で、ユーザ１０８の位置を突き止めるために望ましいと考えられる。
【０１４７】
Ｖ．さらなる選択肢および付属品
クレードル１３４に加えて、可搬の酸素濃縮システム１００は、さらなる選択肢および付属品を含むことができる。これらに限られるわけではないが、さまざまな色および模様のショルダーバッグ、バックパック、ウエストポーチ、フロントパック、およびスプリットパックなど、いくつかあるさまざまな種類のバッグおよびキャリングケースを、システム１００および他のシステムの付属品を運ぶために使用することができる。カバーを、厳しい気候または他の環境からの損傷からシステムを守るために使用することができる。システム１００を、転がりトロリー／カート、スーツケース、またはトラベルケースによって運んでもよい。トラベルケースを、システム１００を運び、かつカニューレ１１１、追加の電池、アダプタ、などを携行する充分な空間を含むように設計することができる。システム１００を保持するためのフック、ストラップ、ホルダの例として、これらに限られるわけではないが、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、病院のベッド用のフック／ストラップ、人工呼吸器などの他の医療装置用のフック、ゴルフバッグまたは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、および吊り下げフックが挙げられる。さらに、システム１００は、１つ以上の警報の選択肢を含むことができる。システム１００の警報を、例えばユーザ１０８について検出される生理学的状態が所定の範囲の外へと外れる場合に、作動させることができる。さらに、警報は、ユーザ１０８が手動で作動させることができる非常警報を含むことができる。警報は、システム１００のブザーまたは他の音響装置を作動させることができ、さらには／あるいはテレメトリ機構またはモデム１５１を介して別のエンティティ（例えば、医師、救急隊司令所、介護士、家族、など）への連絡の送信を生じさせることができる。
【０１４８】
図２３は、本明細書に記載のコントローラ／制御モジュール２５および／またはコントローラ／制御モジュール６０の実施の形態に関連して使用することができる典型的なコンピュータシステム１１５０を示すブロック図である。しかしながら、当業者にとって明らかであるとおり、他のコンピュータシステムおよび／またはアーキテクチャも使用することが可能である。
【０１４９】
コンピュータシステム１１５０は、好ましくは１つ以上のプロセッサ（プロセッサ１１５２など）を備えている。入力／出力を管理するための補助プロセッサ、浮動小数点演算を実行するための補助プロセッサ、信号処理アルゴリズムの高速な実行に適したアーキテクチャを有する専用のマイクロプロセッサ（例えば、デジタルシグナルプロセッサ）、主たる処理システムに従属するスレーブプロセッサ（例えば、バックエンドプロセッサ）、デュアルまたはマルチプロセッサシステムのための追加のマイクロプロセッサまたはコントローラ、あるいはコプロセッサなど、さらなるプロセッサを設けることが可能である。そのような補助プロセッサは、別個のプロセッサであっても、プロセッサ１１５２に統合されていてもよい。
【０１５０】
プロセッサ１１５２は、好ましくは通信バス１１５４へと接続される。通信バス１１５４は、ストレージとコンピュータシステム１１５０の他の周辺コンポーネントとの間の情報の伝達を容易にするためのデータチャネルを含むことができる。さらに、通信バス１１５４は、データバス、アドレスバス、および制御バス（図示されていない）など、プロセッサ１１５２との通信に使用される信号一式をもたらすことができる。通信バス１１５４は、例えば、業界標準アーキテクチャ（「ＩＳＡ」）、拡張業界標準アーキテクチャ（「ＥＩＳＡ」）、マイクロ・チャネル・アーキテクチャ（「ＭＣＡ」）、ペリフェラル・コンポーネント・インターコネクト（「ＰＣＩ」）ローカルバス、あるいは電気電子技術者協会（「ＩＥＥＥ」）によって公表されたＩＥＥＥ４８８汎用インタフェースバス（「ＧＰＩＢ」）、ＩＥＥＥ６９６／Ｓ−１００、などの規格に準拠するバスアーキテクチャなど、任意の標準または非標準のバスアーキテクチャを備えることができる。
【０１５１】
コンピュータシステム１１５０は、好ましくは、主メモリ１１５６を備えており、さらに二次メモリ１１５８を備えることができる。主メモリ１１５６は、プロセッサ１１５２上で動作するプログラムのためのインストラクションおよびデータの保存を提供する。主メモリ１１５６は、典型的には、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（「ＤＲＡＭ」）および／またはスタティック・ランダム・アクセス・メモリ（「ＳＲＡＭ」）などの半導体べースのメモリである。他の半導体べースのメモリの種類として、例えば、読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」を含め、シンクロナス・ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（「ＳＤＲＡＭ」）、ラムバス（Ｒａｍｂｕｓ）ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（「ＲＤＲＡＭ」）、強誘電体ランダム・アクセス・メモリ（「ＦＲＡＭ」）、などが挙げられる。
【０１５２】
二次メモリ１１５８は、随意により、ハードディスクドライブ１１６０および／またはリムーバブル・ストレージ・ドライブ１１６２（例えば、フロッピーディスクドライブ、磁気テープ駆動装置、コンパクトディスク（「ＣＤ」）駆動装置、デジタル他用途ディスク（「ＤＶＤ」）駆動装置、など）を含むことができる。リムーバブル・ストレージ・ドライブ１１６２は、周知のやり方でリムーバブル記憶媒体１１６４からの読み出しおよび／またはリムーバブル記憶媒体１１６４への書き込みを行う。リムーバブル記憶媒体１１６４は、例えば、フロッピーディスク、磁気テープ、ＣＤ、ＤＶＤ、などであってよい。
【０１５３】
リムーバブル記憶媒体１１６４は、好ましくは、コンピュータにとって読み取り可能な媒体であって、コンピュータによって実行することができるコード（すなわち、ソフトウェア）および／またはデータが保存されている。リムーバブル記憶媒体１１６４に保存されたコンピュータソフトウェアまたはデータを、電気通信信号１１７８としてコンピュータシステム１１５０へと読み込むことができる。
【０１５４】
別の実施の形態においては、二次メモリ１１５８が、コンピュータプログラムあるいは他のデータまたはインストラクションをコンピュータシステム１１５０へとロードできるようにするための他の同様の手段を含むことができる。そのような手段として、例えば、外部の記憶媒体１１７２およびインタフェース１１７０を挙げることができる。外部の記憶媒体１１７２の例として、外部のハードディスクドライブまたは外部の光学ドライブ、あるいは外部の光磁気ドライブを挙げることができる。
【０１５５】
二次メモリ１１５８の他の例として、プログラマブル読み出し専用メモリ（「ＰＲＯＭ」）、消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（「ＥＰＲＯＭ」）、電気的に消去可能な読み出し専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）、またはフラッシュメモリ（ＥＥＰＲＯＭに類似のブロック指向のメモリ）など、半導体べースのメモリを挙げることができる。さらに、他の任意のリムーバブル記憶ユニット１１７２およびインタフェース１１７０（ソフトウェアおよびデータをリムーバブル記憶ユニット１１７２からコンピュータシステム１１５０へと受け渡すことができる）も挙げられる。
【０１５６】
さらに、コンピュータシステム１１５０は、通信インタフェース１１７４を備えることができる。通信インタフェース１１７４は、コンピュータシステム１１５０と外部の装置（例えば、プリンタ）、ネットワーク、または情報源との間のソフトウェアおよびデータの受け渡しを可能にする。例えば、コンピュータソフトウェアまたは実行可能コードを、通信インタフェース１１７４を介してネットワークサーバからコンピュータシステム１１５０へと渡すことができる。通信インタフェース１１７４の例として、これらに限られるわけではないが、モデム、ネットワーク・インタフェース・カード（「ＮＩＣ」）、通信ポート、ＰＣＭＣＩＡスロットおよびカード、赤外線インタフェース、ならびにＩＥＥＥ１３９４ｆｉｒｅ−ｗｉｒｅが挙げられる。
【０１５７】
通信インタフェース１１７４は、好ましくは、イーサネットＩＥＥＥ８０２規格、ファイバチャネル、デジタル加入者線（「ＤＳＬ」）、非同期デジタル加入者線（「ＡＤＳＬ」）、フレームリレー、非同期転送モード（「ＡＴＭ」）、デジタル総合サービス網（「ＩＳＤＮ」）、パーソナル通信サービス（「ＰＣＳ」）、通信制御プロトコル／インターネットプロトコル（「ＴＣＰ／ＩＰ」）、シリアル回線インターネットプロトコル／ポイント・トゥ・ポイント・プロトコル（「ＳＬＩＰ／ＰＰＰ」）、などの業界標準のプロトコル規格を実装するが、専用または非標準のインタフェースプロトコルを実装してもよい。
【０１５８】
通信インタフェース１１７４を介して伝送されるソフトウェアおよびデータは、一般に、電気通信信号１１７８の形態である。これらの信号１１７８は、好ましくは、通信チャネル１１７６を介して通信インタフェース１１７４へともたらされる。信号１１７８を運ぶ通信チャネル１１７６を、これらに限られるわけではないが、配線またはケーブル、光ファイバ、従来からの電話線、携帯電話リンク、無線データ通信リンク、高周波（ＲＦ）リンク、または赤外線リンクなど、さまざまな有線または無線の通信手段を使用して実現することができる。
【０１５９】
コンピュータによって実行できるコード（すなわち、コンピュータプログラムまたはソフトウェア）が、主メモリ１１５６および／または二次メモリ１１５８に保存される。コンピュータプログラムを、通信インタフェース１１７４を介して受信して、主メモリ１１５６および／または二次メモリ１１５８に保存してもよい。そのようなコンピュータプログラムは、実行されたときに、コンピュータシステム１１５０が上述のとおりの本発明の種々の機能を実行することを可能にする。
【０１６０】
本明細書において、用語「コンピュータにとって読み取り可能な媒体」は、コンピュータによる実行が可能なコード（例えば、ソフトウェアおよびコンピュータプログラム）をコンピュータシステム１１５０へともたらすために使用される任意の媒体を指して使用される。そのような媒体の例として、主メモリ１１５６、二次メモリ１１５８（ハードディスクドライブ１１６０、リムーバブル記憶媒体１１６４、および外部の記憶媒体１１７２を含む）、および通信インタフェース１１７４に通信可能に接続される任意の周辺装置（ネットワーク情報サーバまたは他のネットワーク装置を含む）が挙げられる。これらのコンピュータにとって読み取り可能な媒体は、実行可能なコード、プログラムインストラクション、およびソフトウェアをコンピュータシステム１１５０へともたらすための手段である。
【０１６１】
ソフトウェアを使用して実現される実施の形態においては、ソフトウェアを、コンピュータ読み取り可能な媒体に保存し、リムーバブル・ストレージ・ドライブ１１６２、インタフェース１１７０、または通信インタフェース１１７４によってコンピュータシステム１１５０へとロードすることができる。そのような実施の形態においては、ソフトウェアが、電気通信信号１１７８の形態でコンピュータシステム１１５０へとロードされる。ソフトウェアが、プロセッサ１１５２によって実行されたときに、好ましくはプロセッサ１１５２に本明細書においてすでに述べた本発明の特徴および機能を実行させる。
【０１６２】
種々の実施の形態を、例えば特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）またはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（「ＦＰＧＡ」）などといった構成部品を使用して、主としてハードウェアにて実現してもよい。本明細書に記載の機能を実行することができるハードウェア状態機械の実現も、当業者にとって明らかであろう。また、種々の実施の形態を、ハードウェアおよびソフトウェアの両者の組み合わせを使用して実現してもよい。
【０１６３】
さらに、上述の図および本明細書に開示の実施の形態に関して説明した種々の例示の論理ブロック、モジュール、回路、および方法の各段階を、多くの場合に、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両者の組み合わせとして実現できることを、当業者であれば理解できるであろう。このハードウェアおよびソフトウェアの相互の入れ換え可能性を明確に示すために、種々の例示のコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップを、おおむねそれらの機能に関して上述した。そのような機能をハードウェアまたはソフトウェアのどちらで実現するかは、特定の用途および全体としてのシステムに課せられる設計の制約に依存して決まる。当業者であれば、上述の機能を各々の特定の用途に合わせてさまざまなやり方で実現できるが、そのような実現の決定を、本発明の技術的範囲から離れるものと解釈してはならない。さらに、説明を容易にするために、いくつかの機能をモジュール、ブロック、回路、またはステップにまとめている。特定の機能またはステップを、本発明から逸脱することなく、或るモジュール、ブロック、または回路から他のモジュール、ブロック、または回路へと移動させることができる。
【０１６４】
さらに、本明細書に開示の実施の形態に関連して説明した種々の例示の論理ブロック、モジュール、および方法を、本明細書に記載の機能を実行するように設計された汎用のプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（「ＤＳＰ」）、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、または他のプログラマブルなロジックデバイス、ディスクリートなゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートなハードウェアコンポーネント、あるいはこれらの任意の組み合わせによって実現または実行することができる。汎用のプロセッサは、マイクロプロセッサであってよいが、代案においては、プロセッサが、任意のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であってよい。また、プロセッサを、例えば、ＤＳＰおよびマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連動する１つ以上のマイクロプロセッサ、または他の任意の同様の構成など、演算装置の組み合わせとして実現してもよい。
【０１６５】
さらには、本明細書に開示の実施の形態に関連して説明した方法またはアルゴリズムの各段階を、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュール、または両者の組み合わせにて直接的に具現化することができる。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、またはネットワーク記憶媒体を含む任意の他の形態の記憶媒体に位置することができる。典型的な記憶媒体を、プロセッサへと、プロセッサが記憶媒体から情報を読み出すことができ、記憶媒体へと情報を書き込むことができるように、接続することができる。あるいは、記憶媒体がプロセッサと一体であってよい。プロセッサおよび記憶媒体が、ＡＳＩＣに位置してもよい。
【０１６６】
上記の図は、本発明の典型的な構成を示すことができるが、それらは、本発明に含まれうる特徴および機能の理解を助けるために行われている。本発明は、例示したアーキテクチャまたは構成に限定されず、さまざまな代案のアーキテクチャおよび構成を使用して実現することが可能である。さらに、本発明を種々の典型的な実施の形態および実施例に関して上述したが、個々の実施の形態のうちの１つ以上において説明された種々の特徴および機能を、単独または何らかの組み合わせにて、本発明の残りの１つ以上の実施の形態へと適用することが、そのような実施の形態が記載されているか否かにかかわらず、かつそのような特徴が記載の実施の形態の一部として提示されているか否かにかかわらず可能であることを、理解すべきである。このように、とくには以下の特許請求の範囲における本発明の広さおよび範囲は、上述の典型的な実施の形態のいずれにも限定されるものではない。
【０１６７】
本明細書において使用される用語および語句ならびにそれらの変種は、とくにそのようでないと明示されない限りは、限定的に解釈するのではなく、制限のないものとして解釈されなければならない。そのような例として、用語「・・・含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「・・・を含むが、・・・に限られない」などと理解すべきであり、用語「例」は、該当の項目について典型的な事例を提示するために使用されており、そのような項目を述べ尽くすものでも、そのような項目の限定列挙を提示するものでもなく、「従来からの（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）」、「伝統的な（ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ）」、「標準的な（ｓｔａｎｄａｒｄ）」、「公知の（ｋｎｏｗｎ）」、などといった形容詞ならびに同様の意味の用語は、該当の項目を所与の時間期間または所与の時点において利用可能な項目に限定するものと解釈してはならず、むしろ現時点において利用可能または公知であり、あるいは将来の任意の時点において利用可能または公知であろう従来からの技法、伝統的な技法、通常の技法、または標準的な技法を包含すると解釈すべきである。同様に、接続詞「および（ａｎｄ）」によって結び付けられた項目の集まりは、そのような項目の各々がすべて集まりに存在しなければならないと解釈してはならず、むしろ、とくにそのようでないと明示されない限りは、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」と解釈されなければならない。同様に、接続詞「または（ｏｒ）」によって結び付けられた項目の集まりは、そのような集まりにおいて互いの排他性が必要であると解釈してはならず、むしろ、とくにそのようでないと明示されない限りは、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」と解釈されなければならない。さらに、開示の項目、構成要素、または構成部品が、単数形にて記載または請求されているかもしれないが、単数に限られる旨が明示されていない限りは、複数もその範囲に包含されると考えられる。いくつかの場合において「１つ以上（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」、「少なくとも（ａｔ  ｌｅａｓｔ）」、「・・・に限られるわけではないが（ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」などといった広がりの用語および語句あるいは他の同様の語句が存在しているからといって、そのような広がりの語句が存在しない場合を、より狭い事例を意図しており、あるいはより狭い事例を必要としていると解釈してはならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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