"小型で高い携帯性を有する医療用の小型携帯酸素供給装置であって、ハウジングと2つの吸着層とを有し、前記吸着層は高い酸素濃度の製品ガスを生成するために周囲空気から窒素を吸着し、それぞれの前記吸着層は前記周囲空気を受けるため、及び吸着された窒素を排出するための入口端を有するとともに、前記装置の出口に前記製品ガスを伝達させるための出口端を有し、圧力スイング吸着組立体であって、前記ハウジングの外部で十分に作動可能であり、一体的ユニットとして前記ハウジングに挿入可能かつ前記ハウジングから取り外し可能な、圧力スイング吸着組立体を備え、前記圧力スイング吸着組立体は、剛体の供給/廃棄マニホルドであって、内部に形成された流体伝達流路、及び、前記吸着層をその入口端で供給/廃棄マニホルドに直接取り付けて、その内部流路と流体連通する手段を有する、供給/廃棄マニホルドと、前記供給/廃棄マニホルドに直接取り付けられた圧縮機及び供給弁手段であって、前記供給/廃棄マニホルドの前記内部流路を通して前記吸着層の前記入口端に周囲空気を選択的に引き込む、圧縮機及び供給弁手段と、廃棄弁手段であって、前記供給/廃棄マニホルドに直接取り付けられ、前記入口端から前記供給/廃棄マニホルドの前記内部流路を通して大気に、前記吸着された窒素を選択的に放出する、廃棄弁手段と、剛体の製品マニホルドであって、内部に形成された流体伝達流路、及び、前記吸着層をその出口端で前記製品マニホルドに直接取り付け、その内部流路と流体連通する手段を有する、製品マニホルドと、制御手段であって、前記製品マニホルドに直接取り付けられ、製品ガスを前記吸着層の前記出口端から前記製品マニホルドの前記内部流路を通して前記装置の出口に選択的に搬送させる、制御手段と、2つの前記吸着層及び2つの剛体のマニホルドの間に配置された接続手段であって、前記吸着層、前記マニホルド、前記圧縮機、前記弁手段、及び前記制御手段の全てを一体的作動組立体として保持及び支持するように、取り外し可能に前記マニホルドを保持する、接続手段とを含む、小型携帯酸素供給装置。請求項1に記載の装置において、前記圧縮機は、前記供給/廃棄マニホルドの実質的に中央に配置され、前記接続手段は前記2つの吸着層及び前記2つの剛体のマニホルドの間の中央に配置され、前記接続手段により、少なくとも前記圧縮機と係合し、両方の前記マニホルドを通って前記製品マニホルドと係合して、一体的作動組立体を取り外し可能に支持する、装置。請求項2に記載の装置において、前記接続手段は、単一のボルトを備えた、装置。請求項1に記載の装置において、混合タンクであって、前記一体的作動ユニットの一部として前記製品マニホルドに取り外し可能に直接取り付けられ、前記製品マニホルドに形成された前記内部流路と流体連通する、混合タンクをさらに備えた、装置。請求項1に記載の装置において、流量制御弁であって、使用者による吸入によって作動し、前記一体的作動ユニットの一部として前記製品マニホルドに取り外し可能に直接取り付けられ、前記製品マニホルドに形成された前記内部流路と流体連通する、流量制御弁をさらに備えた、装置。請求項1に記載の装置において、前記供給弁手段は、2つの入口弁であって、前記一体的作動ユニットの一部として前記供給/廃棄マニホルドに取り外し可能に直接取り付けられ、前記入口弁の各々が前記圧縮機、及び前記吸着層の入口の1つと流体連通し、前記吸着層への周囲空気の流れを制御する、入口弁をさらに備えた、装置。請求項4に記載の装置において、2つの廃棄弁であって、前記一体的作動ユニットの一部として前記供給/廃棄マニホルドに取り外し可能に直接取り付けられ、前記廃棄弁の各々が前記供給/廃棄マニホルド内に形成された第2の内部流路と流体連通し、大気へ放出される前記吸着層からの排気ガスの流れを制御するように構成された、廃棄弁をさらに備えた、装置。本発明は、圧力スイング吸着あるいは真空圧力スイング吸着原理のどちらかによって動作でき、所望の用途に対して要求される酸素濃度を実現でき、更に高い携帯性と簡易操作性を持ち、比較的制限された身体能力の患者によっても持ち運べる酸素濃縮装置を提供する。このことは、創作的構造設計に組み合わされた独特な作動部品の構造によって実現される。この装置の使い道は、補給的な高純度の酸素を、例えば様々な形態の慢性閉塞性肺疾患に悩まされている人に提供することである。本発明は、統合型酸素濃縮装置あるいは流量制御器と共に2層の濃縮機を用いて、90を超える高酸素濃度の製品ガスを連続的な割合である最高約3リットル毎分に等しい所定投与量で酸素を供給でき、全体の重量がおよそ5ポンド約2.27kgに過ぎないことが望ましい。本発明の前述したあるいは他の目的、特徴及び利点は、添付した本発明の望ましい実施形態の図面と関連した以下の説明を読むことによってより明らかとなるであろう。さて、図面を参照しつつ本発明によると、一般的に周囲空気に限られないガス混合物から少なくとも1つの成分、すなわち窒素を分離するために使用される、全体として参照番号20で示される複合型酸素濃縮機及び酸素保存装置20の望ましい実施形態が示されている。ここで分離は、製品ガスを生成して、その製品ガスを特定のそして可変の周期で使用者からの要求に応じて供給するために、圧力スイング吸着によって行われる。図1を参照すると、周囲空気がフィルタ付き取込み口21を通して、そして周囲空気供給流の取込みから生じる騒音を低減するために取込み口共鳴機22を通して圧力スイング吸着/酸素濃縮装置20に供給される。供給流れは共鳴機22から連続し、供給空気圧縮機/熱交換器組立体24によってそれぞれ供給弁40,42を通って第1及び第2吸着機30,32へ交互に移動する。供給流れが吸着機30,32の入口30a,32aに順方向で交互に入る場合、それぞれの吸着機は供給流れを所望の製品ガスの濃度に分離する。周囲空気から窒素を分離するための層に使用される吸着材料は、合成ゼオライトあるいは同様の特性を有する他の知られた吸着材料である。各吸着機30,32の一つ内を連続的に順方向に流れる周囲空気によって生成される酸素濃度の高い製品ガスの実質的すなわち使用可能な部分は、対応する吸着機の出口30b,32bおよび逆止弁34,36を通して製品マニホルド48に向けられ、そして以下に説明するように供給制御組立体60に向けられる。各吸着機によって生成された製品ガスの残りは、予め吸着された窒素ガスをパージするために、パージオリフィス50と、適切に時間設定された平衡弁52および随意的な流量制限機53を通して、それぞれの出口30b,32bから他の吸着機のそれぞれの入口30a,32aに向かって、他の吸着機30又は32を通過して逆流方向に流れるように迂回するように時間設定されている。逆流の製品ガスとパージされたガスはその後、適切に時間設定された廃棄弁44,46、共通の廃棄配管47及び騒音吸収マフラ48を通って吸着機から大気に排出される。本発明によって製品ガスの利用可能な一部が向けられる制御装置60は、合成ゼオライトで満たされて、パルス投与モードで装置出口68を通して使用者へ供給する前に製品酸素を貯蔵するための貯蔵部として機能する混合タンク62と、使用者に供給される製品ガスの圧力を調整するためのピストン型圧力調整器64と、バクテリアフィルタ66と、流量制御器80と流量制御ソレノイド作動型弁74と低圧センサ72とを備えているパルス投与トランスデューサ72を有する酸素供給システム70と、を備えている。混合タンク62から使用者への圧力スイング吸着で生成された酸素濃縮ガスの供給は、以下に説明するように供給システム70によって制御される。真空圧力スイング吸着/酸素濃縮装置は、図2において概略示すように、パージオリフィス50が省略される点を除き、図1の圧力スイング吸着装置と同様の形態で動作する。その代わり、各廃棄弁44,46の時間設定された開放の際に廃棄窒素を各吸着層30,32から交互に出すために、真空ポンプ90が共通の破棄配管47に設けられる。高濃度酸素製品ガスを生成するための周囲空気の循環と供給及び廃棄弁の動作、混合タンクへの製品ガスの供給と共に流量制御器による製品ガスの配送等は、図1に関して説明されている。図4~6に示すように、本発明の望ましい実施形態に係る装置20は、前方ハウジングカバー104と、後方ハウジングカバー106と、中央シャーシ108を備え、そのシャーシには装置20の作動構成要素の大部分が取り付けられている。外側ハウジング部104,106および中央シャーシ108は、適当な耐衝撃材料であればよく、射出成形されたABSプラスチックが望ましい。中央シャーシ108はまた、図に示すように枢動する持ち運びハンドル109を備えている。前方カバー104内には、アクセス通風口110が設けられ、これにより周囲空気が空気フィルタ112を通して内部ファン92により装置20の内部に吸引され、2つの側の排気口114によって、内部を循環する冷却空気と吸着層30,32からの廃棄ガスが装置20から排気される。本発明の高効率で、大変小型で軽い重量は、以下に説明するように、新規のマニホルド構造と本発明の構成部品の配管接続によって大部分が可能となる。本発明によると、特異な設計の動作構成部品は、図7~図11dに示すように、全てが集積構造に組み立てられる。図示のように吸着層30、32は、供給/廃棄マニホルド120と製品マニホルド122の両方の間に鉛直に配置され、両方に流体連通している。供給/廃棄マニホルド120の吸着層30、32側に取り付けられるのは、それぞれ供給弁40、42及び廃棄弁44、46である。各弁の下方にあり、ダブルヘッド圧縮機24後に説明の両ヘッドに流体連通を提供するのは、圧縮機24からマニホルド120へ周囲空気を供給するための、供給/廃棄マニホルド120に固定され圧縮機24の出口を接続するアクセス取付具124,126であり、ここでそれは、マニホルド120を通して吸着層30、32へ交互に供給されるように、内部流路によってそれぞれの供給弁40、42へ向けられる。本発明の真空圧力スイング吸着の実施形態において、圧縮機ヘッドの1つは、両方のヘッドから廃棄ガスを取り除くために真空を提供するように構成される。この実施形態において、マニホルド120は圧縮機24の加圧側のみから供給弁40、42を通して両吸着機へ流体接続を提供するように構成され、ここでマニホルド120は廃棄弁44、46を通して圧縮機24の真空側を両ヘッドに個別に流体接続されている。製品ガスは、吸着層出口30b、32bの流体接続によって、吸着層30、32から製品マニホルド122へ供給され、ここで流路は、取付具122aを通して配管図示略によって製品ガスを混合タンク62の入口側62aに供給するために遮断される。圧力スイング吸着の実施形態の装置20において、製品ガスの一部は、取付具50a、50bの間に接続されたパージオリフィス50と平衡弁52によって、休止中の吸着層へ再度向きが変えられるが、真空圧力スイング吸着の実施形態では、パージオリフィスは省略され、仮想的には全ての製品ガスは混合タンクへ供給される。混合タンク62は製品マニホルド122の出口側62bに取り付けられ、そこでマニホルド122を介して、図示のようにマニホルド122に取り付けられた供給制御組立体60と流体接続される。2つの吸着層30、32、2つのマニホルド120,122、そして圧縮機24は、マニホルド120,122と各吸着層30、32の間を圧縮機24まで通って貫通する単一の細長いボルト130によって、図示のように小型ユニットとして一緒に保持される。そして、組み立てられたユニットは、適切な衝撃吸収手段によって中央シャーシ108に取り付けられる。このように構成されることで、装置20の機械的構成部品は製造の際に容易に組み立てることができ、保守に際しても容易にアクセスできることは明らかである。本発明で使用されるような望ましい圧縮機は、本出願人による係属中の米国特許出願第10/932,183号であって、その全体の開示内容がここに参考として組み込まれているものに開示される発明の第2実施形態に開示された小型の圧縮機300である。圧力スイング吸着モードで動作する装置に対しては、圧縮機は単軸モータ302、中央ハウジング316,そして2つの対向する圧力ヘッド304,306を備えている。しかし、真空圧力スイングモードでの動作に対しては、例えば加圧側圧縮機ヘッドからなるヘッド304や、真空側圧縮機ヘッド306を備える。モータ302は標準的な電動モータであり、中央ハウジング316を貫通する駆動軸308と共に、中央ハウジング316に強固に取り付けられている。中央ハウジング316は、両方の圧縮機ヘッド304,306を支持するように構成され、それぞれは上記米国特許出願に開示されているように、入口フィルタを備えた入口チャンバと、出口フィルタを備えた出口チャンバと、釣り合いおもり309と、駆動軸支持板314と、駆動軸支持軸受315を備えている。機能および移動するガスに応じて、圧縮機ヘッド304,306の1つは長いストロークを持ち、従って長い偏心コアを有している。釣り合いおもり309は駆動軸308の重量配分を均等にするように構成され、これによって駆動軸208の振動を低減する。駆動軸支持板314は中央ハウジング316を封止し、駆動軸308の自由端を支持する駆動軸支持板315を支持する。真空圧力スイング吸着モードにおいて、一方の圧縮機ヘッドが加圧を提供し、他方の圧縮機ヘッドが真空を提供し、加圧側圧縮機ヘッド304は加圧側ピストン組立体330と加圧側チャンバ組立体331を備えている。加圧側ピストン組立体330は、加圧側偏心コア332と、軸受336と、加圧側ピストン338と、ピストンシール346と、加圧側保持板348と、加圧側取込フラッパ350とを備えている。真空側圧縮機ヘッド306は真空側ピストン組立体と真空側チャンバ組立体を備えている。この場合、真空側偏心コアは加圧側偏心コアと異なる半径を有しており、真空側ピストン組立体が加圧側ピストン組立体330よりも長い或いは短いストロークを持つようになっている。更に、真空側偏心コア432は加圧側偏心コア332と異なる位相を有している。例えば、真空側偏心コアは、加圧側ピストン組立体が上死点位置にある時に真空側ピストン組立体も上死点位置にあるように、加圧側偏心コアと位相が約180°ずれている。圧力スイング吸着モード及び真空圧力スイング吸着モードの何れかあるいは両方における圧縮機およびその動作の更に詳細な点は、上記した係属中の米国特許出願を読めば明らかとなる。動作中において、周囲空気はファン92によって、前方カバー104の入口110を通して装置20の囲まれた内部に入り、前方カバー104は装置内部に入る空気からほこりやその他の不純物を取り除くように設計された粗い粒子の発泡体のフィルタ112を支持する。取込み口21から装置20の内部に入る周囲空気の一部は、圧縮機24によってフェルト材料で作られた第2のフィルタを通して共鳴器22内へ流れ込み、更に分離されるべき空気を濾過する。装置20の内部に流れ込む周囲空気の残りは、ファン92、バッフル132および静流変向羽根134によって、装置の囲まれた内部を通って制御通路に流れ込み、側方排気ベント114を出る前に装置20の作動要素を冷却する。望ましい実施形態に基づく複合型圧力スイング吸着/酸素濃縮装置は、標準的な気圧でおよそ90を超えるパルス投与において、1リットル毎分の設定に対しておよそ8.75ミリリットル、2リットル毎分の設定に対して約17.5ミリリットル、そして3リットル毎分の設定に対して約26.25ミリリットルの呼吸サイクル毎に、酸素濃縮ガスを容易に供給することができる。驚くべきことに、この性能は重量がおよそ5ポンド約2.27kg未満、全体深さが4インチ約102mm未満或いは、3.6インチ約91mm、幅が7インチ約178mm未満或いは、6.6インチ約168mm、高さが9インチ約229mm未満或いは、86インチ約218mmで、騒音レベルおよそ55デシベル未満の装置によって実現される。図示した実施形態において、医療用途のための吸着層30、32の各々は、およそ0.5リットルの容量を持ち、長さが約5.25インチ約133mmで、直径が約1.375インチ約18.5mmで、各吸着層に対して重量約50gのゼオライトふるい材料を備えている。吸着層30、32は減圧段階或いは圧力平衡段階においてふるい材料が流動しないように、バネで付勢されていることが望ましい。空気の供給流れは、概ね約27.7psia約191kPaから約39.7psia約274kPaの範囲の作動システム圧力で、3リットル毎分および使用者の呼吸割合が約15呼吸毎分の設定で製品ガスを生成するために、6リットル毎分の名目流量で提供される。印刷回路基板81上の回路部品は、圧力スイング吸着サイクルと装置からの酸素のパルス投与を制御する。可撓性の配線片88はアクセス可能な作動スイッチ86と制御パネル84上の表示器を回路基板81に接続する。それらの圧力スイング吸着のための作動部品は米国特許第6764534号に示され、これに記載されているように動作するように構成されている。図3によって示される代替的実施形態において、その動作は、可変パスル時間の酸素維持装置という名称で本願と同時期の出願された係属中の仮特許出願に記載されている。その実施形態において、装置は図3に部分的に示されているように圧力調整機を用いない。上記した係属中の出願に記載したように、呼吸時に供給されるべき酸素の所望の容積は、混合タンク62での圧力トランスデューサ84による体積圧力の検出によって決定され、それはその後、作動サイクル段階の読み出しに関連してマイクロプロセッサ82によって読み出された時に、選択された流量設定のために参照テーブルにアクセスし、テーブルで指定されている時間の間だけ流量制御要求弁74が開放されるようになる。装置に対する最高呼吸割合は、各流量制御スイッチの設定と装置を制御する電圧の範囲の組み合わせに対して決定される。装置は、全体の圧力スイング吸着サイクル時間が11秒で毎分1、2そして3リットルの3つの設定で動作するように設計されることが望ましい。流量制御スイッチ86の各設定に対して装置によって供給される酸素の濃度は、各パラメータの許容範囲内において、システム圧力、作動電圧バッテリあるいは外部電源そして患者の呼吸割合に依存する。米国特許第6764534号に示される実施形態のように、マイクロプロセッサは、セレクタ位置、作動電圧そして流量制御器80の作動周波数の連続して或いは抽出した読み出し値から、使用者に送られるガスの予想酸素濃度を計算する。もしこれらの何れかが上限閾値あるいは下限閾値、例えば85酸素濃度の低さに近づいた場合、装置を使用し続けることができるが性能が仕様の範囲外となってしまうのを防ぐために行動を起こすべき使用者に対して断続的警報が提供される。もしパラメータの何れかが規則正しく所定の閾値を超える場合、例えば計算された酸素濃度が80あるいはそれ以下の場合には、使用者に対して装置20の性能が仕様から外れて使用が停止されたことを通知するために、アラームが音を鳴らし続けるようにプログラムされている。例えば、装置は合理性のある呼吸割合に順応するように設計されているが、使用者の身体活動が大変顕著に増大すると呼吸割合が増大し、装置が供給できる以上に装置20から酸素が要求されることによって、装置が過剰吸引となる。図示された実施形態は装置の起動時に可聴信号を備えていることが望ましく、可聴警報と赤い可視光の警報の両方が、高圧及び低圧、システム過剰吸引および無呼吸状態すなわち、事前設定された時間内での呼吸の欠如を示し、可聴警報と黄色い可視光警報はバッテリの能力が低下した状態であることを示し、点滅する緑の光は、装置がパルスモードで正常動作していることを示している。流量制御機80は継続的にバッテリ電圧、流量制御スイッチ設定および患者の呼吸割合を監視する。もし、呼吸割合が装置を過剰吸引状態約85の酸素濃度に近づけた場合、或いは過剰吸引に至らしめた場合約80以下の酸素濃度、患者が身体活動を慎むように、患者に対して注意喚起或いは警報の何れか発令する。米国特許第6764534号に示されている実施形態のように、装置20は内部バッテリ98或いは内部バッテリの充電もできる外部電源によって電力が供給される。また、作動サイクルは米国特許第6764534号に示されているシーケンス、及び回数あるいは所望の製品ガス出力選択に適合する回数で機能するように制御される。同様に、繰り返し警報と表示器が同様の態様で機能する。例えば、上記した実施形態および米国特許第6764534号において、マイクロプロセッサはバッテリ電圧、システム圧力および流量を監視しているが、更なる実施形態では、使用者に供給される酸素の計算上の濃度よりもむしろ、実際の濃度を測定するために使用者に接続できる血中酸素センサを使用した酸素監視システムを含んでもよい。加えて、当業者であれば監視された或いは監視されない医療目的での使用に対し、他の公知の安全装備を含むことができる。本発明の思想から逸脱することなく、上記実施形態に対して様々な改変および置き換えができることは理解されるであろう。従って、上記した望ましい実施形態は、例示であって特に限定する意図のものではない。"