CN114786755A - 高效真空变压吸附系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了使用真空变压吸附(VPSA)产生富氧空气的系统和方法。在一种实现中，氧气浓缩器包括具有至少一个罐的罐系统、具有至少一个马达控制的泵的泵送系统、气动地联接罐系统和泵送系统的一组阀，以及控制器。所述罐被配置为接收气体分离吸附剂。该控制器被配置为用于控制该泵系统和该组阀的操作以便：选择性地气动地联接所述马达控制的泵和所述罐，以对所述罐加压，并且选择性地气动地联接所述马达控制的泵和所述罐，以便排空所述罐。

Description

高效真空变压吸附系统和方法

I.相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年7月31日提交的美国临时申请第62/880,886号的权益，该申请在此引入作为参考。

II.技术领域

本技术总体上涉及用于产生用于治疗呼吸障碍的富氧空气的系统和方法。在一些实现中，真空变压吸附(VPSA)方法用于产生富氧空气。

III.相关技术的描述

A.人类呼吸系统及其疾病

人体的呼吸系统促进气体交换。鼻和嘴形成患者的气道入口。

气道包括一系列分支管，当分支气管穿透更深入肺部时，其变得更窄、更短且更多。肺的主要功能是气体交换，允许氧气从吸入的空气移动到静脉血中并且允许二氧化碳在相反的方向上移动。气管分为左和右主支气管，其最终再分成末端细支气管。支气管构成传导气道，但是并不参与气体交换。气道的进一步分支通向呼吸细支气管，并最终通向肺泡。肺的肺泡区域为发生气体交换的区域，且称为呼吸区。参见2012年由John B.West,Lippincott Williams&Wilkins出版的《呼吸系统生理学(Respiratory Physiology)》，第9版。

存在一系列呼吸疾病。呼吸障碍的示例包括呼吸衰竭，肥胖换气过度综合征(OHS)、慢性阻塞性肺病(COPD)、神经肌肉疾病(NMD)和胸壁障碍。

呼吸衰竭是呼吸疾病的涵盖性术语，其中肺不能吸入足够的氧气或呼出足够的CO₂以满足患者的需要。呼吸衰竭可涵盖以下疾病中的一些或全部。

患有呼吸功能不全(一种形式的呼吸衰竭)的患者在锻炼时可能经历异常的呼吸短促。

肥胖换气过度综合征(OHS)被定义为严重肥胖和清醒时慢性高碳酸血症的组合，不存在其他已知的换气不足的原因。症状包括呼吸困难、晨起头痛和白天过度嗜睡。

慢性阻塞性肺疾病(COPD)涵盖具有某些共同特征的一组下气道疾病中的任何一种。这些包括空气移动阻力增加、呼吸的呼气阶段延长，以及肺的正常弹性损失。COPD的示例为肺气肿和慢性支气管炎。COPD由慢性吸烟(主要风险因素)、职业暴露、空气污染和遗传因素引起。症状包括：劳力性呼吸困难、慢性咳嗽和产生痰液。

神经肌肉疾病(NMD)是广泛的术语，其涵盖直接通过内在肌肉病理学或间接通过神经病理学损害肌肉功能的许多疾病和病痛。一些NMD患者的特征在于进行性肌肉损伤，其导致行走能力丧失、乘坐轮椅、吞咽困难、呼吸肌无力，并最终死于呼吸衰竭。神经肌肉疾病可分为快速进行性和缓慢进行性。快速进行性病症的特征在于肌肉损伤历经数月恶化，且在几年内导致死亡(例如，青少年中的肌萎缩性侧索硬化(ALS)和杜兴氏肌营养不良症(DMD))。可变或缓慢进行性病症的特征在于肌肉损伤历经数年恶化，且仅轻微缩短预期寿命(例如，肢带型、面肩肱型和强直性肌肉营养不良症)。NMD的呼吸衰竭的症状包括：渐增的全身虚弱、吞咽困难、运动中和休息时呼吸困难、疲惫、嗜睡、晨起头痛，以及注意力难以集中和情绪变化。

胸壁疾病是一组导致呼吸肌与胸廓之间低效联接的胸廓畸形。这些疾病通常特征在于限制性缺陷，并且具有长期高碳酸血症性呼吸衰竭的可能。脊柱侧凸和/或脊柱后侧凸可引起严重的呼吸衰竭。呼吸衰竭的症状包括：运动中呼吸困难、外周水肿、端坐呼吸、反复胸部感染、晨起头痛、疲惫、睡眠质量差以及食欲不振。

B.呼吸治疗

已经使用各种呼吸疗法，例如无创通气(NIV)、有创通气(IV)和高流量治疗(HFT)来治疗上述呼吸障碍中的一种或多种。

1.压力治疗

呼吸压力治疗是以受控目标压力将空气供应到气道入口的应用，所述受控目标压力在患者的整个呼吸循环中相对于大气名义上是正的(与诸如罐式呼吸机或胸甲的负压治疗相反)。

无创通气(NIV)通过上气道向患者提供通气支持，以通过进行呼吸功的一些或全部来辅助患者呼吸和/或维持体内足够的氧水平。通气支持经由无创患者接口提供。NIV已用于治疗CSR和呼吸衰竭，如OHS、COPD、NMD和胸壁疾病形式。在一些形式中，可以改善这些治疗的舒适性和有效性。

无创通气(IV)为不能够自己有效呼吸的患者提供通气支持，并且可以使用气切管提供。在一些形式中，可以改善这些治疗的舒适性和有效性。

2.流动治疗

并非所有呼吸治疗都旨在输送规定的治疗压力。一些呼吸治疗旨在通过在目标持续时间内输送吸气流量分布(可能叠加在正基线压力上)来输送规定的呼吸量。在其他情况下，到患者气道的接口是“开放的”(未密封的)并且呼吸治疗可以仅向患者自身的自主呼吸补充经调节或富集的气体流。在一个示例中，高流量治疗(HFT)是通过未密封或打开的患者接口以在整个呼吸循环中保持大致恒定的“治疗流量”向气道的入口提供连续的、加热的、加湿的空气流。治疗流量标称设定为超过患者的峰值吸气流量。HFT已经用于治疗OSA、CSR、呼吸衰竭、COPD和其他呼吸障碍。一种作用机制是气道入口处的高流量空气通过从患者的解剖死腔冲洗或冲掉呼出的CO₂来提高通气效率。因此，HFT有时被称为死腔治疗(DST)。其它益处可包括升高的温暖和加湿(可能有益于分泌管理)以及气道压力适度升高的可能性。作为恒定流量的替代方案，治疗流量可遵循随呼吸循环变化的曲线。

流动治疗的另一种形式是长期氧疗法(LTOT)或补充氧疗法。医生可以规定以特定的氧气浓度(从环境空气中的氧气分数的21％到100％)，以特定的流量(例如，每分钟1升(LPM)、2LPM、3LPM等)将富氧空气的连续流输送至患者的气道。

3.补充氧气

对于某些患者，通过向加压气流中添加补充氧气，氧气治疗可以与呼吸压力治疗或HFT组合。当氧气被加入呼吸压力治疗时，这被称为补充氧气的RPT。当将氧气加入到HFT中时，所得到的疗法被称为具有补充氧气的HFT。

C.呼吸治疗系统

这些呼吸治疗可以由呼吸治疗系统或装置提供。此类系统和装置也可以用于筛查、诊断、或监测病症而不治疗它。呼吸治疗系统可以包括氧源、空气回路和患者接口。

1.氧气源

本领域的专家已经认识到，对呼吸衰竭患者的锻炼提供了长期的益处，其减缓了疾病的进展，改善了生活质量并延长了患者的寿命。然而，大多数固定形式的锻炼如跑步机和固定自行车对于这些患者来说太费力。结果，长期以来认识到对移动性的需要。直到最近，通过使用安装在具有台车车轮的车上的小型压缩氧气罐或气瓶促进了这种流动性。这些罐的缺点是它们含有有限量的氧气并且是重的，在安装时重约50磅。

氧气浓缩器已经使用了大约50年来为呼吸治疗提供氧气。氧气浓缩器可以实施循环过程，例如真空变压吸附(VSA)、变压吸附(PSA)或真空变压吸附(VPSA)。例如，氧气浓缩器可以基于变压吸附过程(例如，真空变压吸附、变压吸附或真空变压吸附，其各自在本文中被称为“变压吸附过程”)中的减压(例如，真空操作)和/或加压(例如，压缩机操作)来工作。变压吸附可包括使用一个或多个压缩机以增加一个或多个含有气体分离吸附剂颗粒的罐内的气体压力。当包含大量气体分离吸附剂例如气体分离吸附剂层时，这种罐可以称为筛床。随着压力增加，气体中的某些分子可能被吸附到气体分离吸附剂上。在加压条件下除去罐中的一部分气体允许非吸附分子与吸附分子分离。然后吸附的分子可以通过罐的排气或排放而解吸。关于氧气浓缩器的更多细节可以在例如2009年3月12日公开的题为“氧气浓缩器装置和方法(Oxygen Concentrator Apparatus and Method)”的美国公开专利申请第2009-0065007号中找到，其通过引用并入本文。

环境空气通常包括大约78％的氮气和21％的氧气，余量由氩气、二氧化碳、水蒸气和其它痕量气体组成。如果进料气体混合物例如空气在压力下通过含有气体分离吸附剂的罐，其比氧气更强烈地吸引氮气，则部分或全部氮气将被吸附剂吸附，并且从罐出来的气体将富含氧气。当吸附剂达到其吸附氮气的能力的终点时，吸附的氮气可以通过使罐排气而解吸。然后该罐准备用于产生富氧空气的另一循环。通过对双罐系统中的罐交替加压，一个罐可以分离(或浓缩)氧气(“吸附相”)，而另一个罐被排放(导致氧气与空气的近连续分离)。这种交替导致氧气与氮气的几乎连续分离。以这种方式，富氧空气可以积聚在例如储存容器或其它联接到罐的可加压容器或导管中，用于多种用途，包括向用户提供补充氧气。

真空变压吸附(VSA)提供了替代的气体分离技术。VSA通常使用真空(例如被配置为在罐中产生部分真空的压缩机)将气体抽吸通过罐的分离过程。真空变压吸附(VPSA)可理解为使用组合的真空和加压技术的混合系统。例如，VPSA系统可以对用于分离过程的罐加压并且还施加用于对罐减压的部分真空。在传统的VPSA系统中，专用压缩机通常压缩罐，而单独的专用排空器通常排空它们。

传统的氧气浓缩器体积大且笨重，使得普通的流动活动变得困难和不切实际。近来，制造大型固定式氧气浓缩器的公司开始开发便携式氧气浓缩器(POC)。POC的优点是它们可以产生理论上无限量的氧气供应。为了使这些装置的移动性小，需要用于生产富氧空气的各种系统被冷凝。POC寻求尽可能有效地利用其产生的氧，以最小化重量、尺寸和功耗。这可以通过以一系列脉冲的形式输送氧气来实现，每个脉冲或“药团”定时为与吸气的开始一致。这种治疗模式被称为脉冲式或按需(氧气)输送(POD)，这与更适合于固定氧气浓缩器的传统连续流动输送相反。许多传统的VPSA系统不能很好地适用于POC。例如，传统的VPSA系统通常包括多个压缩机，每个压缩机消耗大量的空间和功率。因此，需要用于POC的VPSA系统的有效实现。

2.空气回路

空气回路是被构造和布置为在使用中允许空气流在诸如氧源和患者接口的呼吸治疗系统的两个部件之间行进的导管或管。在一些情况下，可具有用于吸气和呼气的空气回路的独立分支。在其它情况下，单个分支空气回路用于吸气和呼气。

3.患者接口

患者接口可用于将呼吸设备接合到其佩戴者，例如通过向气道的入口提供空气流。空气流可以经由面罩提供到患者鼻和/或嘴里、经由管提供到嘴里，或经由气切管提供到患者的气管中。根据待施加的治疗，患者接口可与例如患者面部的区域形成密封，从而有利于气体以与环境压力有足够差异的压力(例如，相对于环境压力大约10cmH₂O的正压)进行的输送，以实现治疗。对于其他形式的治疗，诸如氧气输送，患者接口可以不包括足以有利于将约10cmH₂O的正压下的气体供应输送至气道的密封。对于诸如鼻HFT的流动治疗，患者接口被配置为对鼻孔吹气，但是具体地避免完全密封。这种患者接口的一个示例是鼻套管。

IV.发明内容

本技术的示例方法和设备可以包括控制氧气浓缩器，例如便携式氧气浓缩器(POC)，以产生富氧空气作为呼吸障碍治疗的一部分。在一些实现中，控制氧气浓缩器以使用VPSA产生富氧空气。在一些这样的实现中，氧气浓缩器有效地使用单个压缩机来加压和/或排空其中设置有气体分离吸附剂的罐。例如，氧气浓缩器可以包括单个双活塞压缩机，两个罐中的每一个都具有设置在其中的气体分离吸附剂，以及一组阀，所述一组阀被配置为选择性地将每个活塞的气缸的输入或输出连接到罐。在操作过程中，可以控制阀以允许对一个罐进行两活塞加压，随后对两个罐进行单活塞加压和排空，以实现VPSA循环的部分。

本公开的一个方面涉及用于使用真空变压吸附产生富氧空气的氧气浓缩器。氧气浓缩器，包括：罐系统，其包括用于接收第一气体分离吸附剂的第一罐，其中所述第一气体分离吸附剂被配置为从环境空气流中分离至少一些氮气以产生富氧空气；泵送系统，其包括第一马达控制的泵；一组阀，其气动地联接该罐系统和该泵送系统；以及控制器，其包括一个或多个处理器。该控制器被配置为用于控制该泵系统和该组阀的操作以便：选择性地气动地联接所述第一马达控制的泵和所述第一罐以对所述第一罐加压；以及选择性地气动地联接所述第一马达控制的泵和所述第一罐，以便排空所述第一罐。

在一些实现中，所述泵送系统还包括第二马达控制的泵，并且所述罐系统还包括用于接收第二气体分离吸附剂的第二罐，其中所述第二气体分离吸附剂被配置为从环境空气流中分离至少一些氮气以产生富氧空气。在一些此类实现中，该控制器被进一步配置为用于控制该泵系统和该组阀的操作以：选择性地气动地联接第二马达控制的泵和第二罐从而加压第二罐；以及选择性地气动地联接所述第二马达控制的泵和所述第二罐以排空所述第二罐。

在一些实现中，该控制器进一步被配置为用于控制该泵系统和该组阀的操作以：气动地联接该第一马达控制的泵和该第一罐以对该第一罐加压，同时还选择性地气动地联接该第二马达控制的泵和该第二罐以对该第二罐抽真空；以及气动地联接所述第一马达控制的泵和所述第一罐以便排空所述第一罐，同时还选择性地气动地联接所述第二马达控制的泵和所述第二罐以便加压所述第二罐。

在一些实现中，当第一罐被排空时，第一罐的压力接近第一负压，并且当第二罐被排空时，第二罐的压力接近第二负压。在一些实现中，第一和第二负压范围为约500至800毫巴。

在一些实现中，该控制器进一步被配置为用于控制该泵系统和该组阀的操作以：选择性地气动地联接第一马达控制的泵、第二马达控制的泵和第一罐，以对第一罐加压；以及选择性地气动地联接第一马达控制的泵、第二马达控制的泵和第二罐，以对第二罐加压。

在一些实现中，该控制器进一步被配置为用于控制该泵系统和该组阀的操作以：气动地联接该第一马达控制的泵、该第二马达控制的泵和该第一罐以对该第一罐加压，同时还允许由该第一罐产生的至少一部分富氧空气吹扫该第二罐；以及气动地联接所述第一马达控制的泵、所述第二马达控制的泵和所述第二罐，以对所述第二罐加压，同时还允许由所述第二罐产生的至少一部分富氧空气吹扫所述第一罐。

在一些实现中，该控制器进一步被配置为用于控制该泵系统和该组阀的操作以：气动地联接该第一马达控制的泵、该第二马达控制的泵和该第一罐以对该第一罐加压，同时还允许从该第二罐中排出富氮空气流；以及气动地联接所述第一马达控制的泵、所述第二马达控制的泵和所述第二罐，以对所述第二罐加压，同时还允许从所述第一罐排出富氮空气流。

在一些实现中，当允许从第一罐排出富氮空气流时，第一罐的压力接近环境压力，并且当允许从第二罐排出富氮空气流时，第二罐的压力接近环境压力。

在一些实现中，该控制器被配置为使用单个马达来控制该第一和第二马达控制的泵的操作。在一些实现中，该控制器被配置为用于控制具有至少两个马达的该第一和第二马达控制的泵的操作。在一些实现中，第一马达控制的泵包括第一活塞，并且第二马达控制的泵包括第二活塞。

在一些实现中，该控制器被配置为以周期模式控制该泵系统和该组阀的操作，以便使用真空变压吸附产生富氧空气。

在一些实现中，该组阀包括将第一罐或周围环境连接到第一马达控制的泵的入口的至少一个阀。在一些实现中，该组阀包括将第一马达控制的泵的出口连接到第一罐或第二罐的第一子组的阀。在一些实现中，该组阀包括第二子组的阀，该第二子组的阀将该第一子组的阀连接至该第一罐或连接至周围环境。在一些实现中，该组阀包括选择性地将第一罐连接到周围环境的阀。

本公开的另一方面涉及一种使用真空变压吸附生产富氧空气的方法，所述方法包括：通过一组阀选择性地气动地连接泵送系统的第一马达控制的泵和罐系统的第一罐，以对所述第一罐加压，其中所述第一罐包括第一气体分离吸附剂，所述第一气体分离吸附剂被配置从环境空气流中分离至少一些氮气以产生富氧空气；以及通过所述一组阀选择性地气动地联接所述第一马达控制的泵和所述第一罐，以便排空所述第一罐。

在一些实现中，该方法进一步包括：通过所述一组阀选择性地气动地联接所述泵送系统的第二马达控制的泵和所述罐系统的第二罐，以对所述第二罐加压，其中所述第二罐包括第二气体分离吸附剂，所述第二气体分离吸附剂被配置为从环境空气流中分离至少一些氮气以产生富氧空气；以及通过该组阀选择性地气动地联接第二马达控制的泵和第二罐，以便排空第二罐。

在一些实现中，执行通过所述一组阀气动地联接第一马达控制的泵和第一罐以便对第一罐加压，同时还通过所述一组阀气动地联接第二马达控制的泵和第二罐以便排空第二罐，并且执行通过所述一组阀气动地联接第一马达控制的泵和第一罐以便对第一罐加压，同时还通过所述一组阀气动地联接第二马达控制的泵和第二罐以便对第二罐加压。

在一些实现中，当第一罐被排空时，第一罐的压力接近第一负压，并且当第二罐被排空时，第二罐的压力接近第二负压。在一些实现中，第一和第二负压范围为约500至800毫巴。

在一些实现中，该方法进一步包括：选择性地气动地联接所述第一马达控制的泵、所述第二马达控制的泵和所述第一罐以对所述第一罐加压；以及选择性地气动地联接所述第一马达控制的泵、所述第二马达控制的泵和所述第二罐，以对所述第二罐加压。

在一些实现中，执行气动地联接该第一马达控制的泵、该第二马达控制的泵和该第一罐以对该第一罐加压，同时还允许由该第一罐产生的至少一部分富氧空气吹扫该第二罐，并且执行气动地联接该第一马达控制的泵、该第二马达控制的泵和所述第二罐以对所述第二罐加压，同时还允许由所述第二罐产生的至少一部分富氧空气吹扫所述第一罐。

在一些实现中，执行气动地联接该第一马达控制的泵、该第二马达控制的泵和该第一罐以对该第一罐加压，同时还允许从该第二罐中排出富氮空气流，并且执行将气动地联接第一马达控制的泵、该第二马达控制的泵和该第二罐以对该第二罐加压，同时还允许从该第一罐中排出富氮空气流。

在一些实现中，当允许从第一罐排出富氮空气流时，第一罐的压力接近环境压力，并且当允许从第二罐排出富氮空气流时，第二罐的压力接近环境压力。

当然，这些方面的一部分可以形成本技术的子方面。此外，子方面和/或方面中的各个方面可以各种方式进行组合，并且还构成本技术的其他方面或子方面。考虑到以下详细描述、摘要、附图和权利要求书中包含的信息，本技术的其他特征将变得显而易见。

本公开的又另一个方面涉及一种设备，该设备包括：用于接收第一气体分离吸附剂的装置，其中所述第一气体分离吸附剂被配置为从环境空气流中分离至少一些氮以产生富氧空气；用于产生压缩空气的装置，该装置包括第一马达控制的泵；用于气动地联接用于接收的装置和用于产生压缩空气的装置的装置；以及用于控制用于产生压缩空气的装置和用于气动地联接的装置的操作的装置。所述用于产生压缩空气的装置和所述用于气动地联接的装置由所述用于控制的装置控制以：选择性地气动地联接第一马达控制的泵和用于接收的装置，以对用于接收的装置加压，并且选择性地气动地联接第一马达控制的泵和用于接收的装置，以便排空用于接收的装置。

V.附图说明

受益于以下具体实施方式的详细描述并参考附图，本技术的优点对于本领域技术人员将变得显而易见，其中：

图1A描绘了根据本技术的一种形式的氧气浓缩器。

图1B是图1A的氧气浓缩器的气体分离系统的示意图。

图1C是图1A的氧气浓缩器的主要部件的侧视图。

图1D是图1A的氧气浓缩器的压缩系统的透视侧视图。

图1E是包括热交换导管的压缩系统的侧视图。

图1F是图1A的氧气浓缩器的示例性出口部件的示意图。

图1G描绘了图1A的氧气浓缩器的出口导管。

图1H描绘了图1A的氧气浓缩器的替代出口导管。

图1I是用于图1A的氧气浓缩器的分解的罐系统的透视图。

图1J是图1I的罐系统的端视图。

图1K是图1J描绘的罐系统端部的装配图。

图1L是图1I的罐系统相对于图1J和1K所示的罐系统的相对端的视图。

图1M是图1L描绘的罐系统端部的装配图。

图1N描绘了用于图1A的氧气浓缩器的示例控制面板。

图2A是根据本技术的一种形式的氧气浓缩器的部件的示意图。

图2B是根据本技术的一种形式的氧气浓缩器的部件的示意图。

图3A是可以由图2A的氧气浓缩器实现的阀激活开关时序图的示例。

图3B是示出可以由图2A的氧气浓缩器实现的罐压力循环的示例的曲线图。

图4是根据本技术的一种形式的氧气浓缩器的部件的示意图。

图5A是可以由图4的氧气浓缩器实现的阀激活开关时序图的示例。

图5B是示出可以由图4的氧气浓缩器实现的罐压力循环的示例的曲线图。

图6是比较可由氧气浓缩器使用PSA和VPSA方法实现的罐压力循环的示例的图。

图7A是示出可由使用变压吸附(PSA)方法的氧气浓缩器实现的操作范围的示例的图。

图7B是示出可由氧气浓缩器使用真空变压吸附(VPSA)方法实现的操作范围的示例的图。

VI.具体实施方式

参考附图详细描述本公开的实施例，其中相同的附图标记表示相似或相同的元件。应当理解，所公开的实现仅仅是本公开的示例，其可以以各种形式体现。没有详细描述公知的功能或结构以避免在不必要的细节上模糊本公开。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础和作为教导本领域技术人员以实际上任何适当的详细结构不同地采用本公开的代表性基础。

A.变压吸附系统和方法的示例

图1A-1N示出了氧气浓缩器100的实现。如本文所述，氧气浓缩器100使用变压吸附(PSA)方法来产生富氧空气。然而，在其他实现中，氧气浓缩器100可以被修改成使得它使用真空变压吸附(VSA)方法或真空变压吸附(VPSA)方法来产生富氧空气。

1.外壳体

图1A描绘了氧气浓缩器100的外壳体170的实现。在一些实现中，外壳体170可以由轻质塑料构成。外壳体包括压缩系统入口105、冷却系统被动入口101和位于外壳体170每一端的出口173、出口端口174和控制面板600。入口101和出口173允许冷却空气进入壳体，流过壳体，并离开壳体170的内部，以帮助冷却氧气浓缩器100。压缩系统入口105允许空气进入压缩系统。出口174用于附接导管以向用户提供由氧气浓缩器100产生的富氧空气。

2.气体分离系统

图1B示出了根据实现的氧气浓缩器例如氧气浓缩器100的气体分离系统的示意图。图1B的分离系统可以将氧气浓缩在空气流中，以将富氧空气提供给出口系统(如下所述)。

氧气浓缩器100可以是便携式氧气浓缩器。例如，氧气浓缩器100可具有允许氧气浓缩器用手和/或在携带箱中携带的重量和尺寸。在一个实现中，氧气浓缩器100具有小于约20磅、小于约15磅、小于约10磅，或小于约5磅的重量。在一个实现中，氧气浓缩器100具有小于约1000立方英寸、小于约750立方英寸、小于约500立方英寸、小于约250立方英寸，或小于约200立方英寸的体积。

可以通过对包括气体分离吸附剂的罐302和304中的环境空气加压而从环境空气产生富氧空气。可用于氧气浓缩器中的气体分离吸附剂能够从空气流中至少分离氮气以产生富氧空气。气体分离吸附剂的示例包括能够从空气流中分离氮气的分子筛。可用于氧气浓缩器中的吸附剂的示例包括但不限于沸石(天然)或合成结晶铝硅酸盐，其在升高的压力下在空气流中分离氮气。可使用的合成结晶铝硅酸盐的示例包括但不限于：OXYSIV吸附剂，获自IW德斯普兰斯UOP LLC；SYLOBEAD吸附剂，获自马里兰州哥伦比亚市W.R.Grace&Co；SILIPORITE吸附剂，获自法国巴黎CECA S.A；ZEOCHEM吸附剂，获自瑞士Zeochem AG，Uetikon；和AgLiLSX吸附剂，获自宾夕法尼亚州阿伦敦Air Products and Chemicals,Inc.。

如图1B所示，空气可以通过空气入口105进入氧气浓缩器。空气可以通过压缩系统200吸入空气入口105。压缩系统200可以从氧气浓缩器的周围吸入空气并压缩空气，迫使压缩空气进入罐302和304中的一个或两个。在一个实现中，入口消音器108可以联接到空气入口105，以减少由压缩系统200吸入氧气浓缩器的空气产生的声音。在一个实现中，入口消音器108可以是湿气和声音吸收消音器。例如，可以使用吸水材料(例如聚合物吸水材料或沸石材料)来从进入的空气中吸收水并降低进入空气入口105的空气的声音。

压缩系统200可包括被配置为压缩空气的一个或多个压缩机。由压缩系统200产生的加压空气可被迫进入罐302和304中的一个或两个。在一些实现中，环境空气可以在罐中加压到大约在13-20磅/平方英寸表压(psig)范围内的压力。根据设置在罐中的气体分离吸附剂的类型，也可以使用其它压力。

联接到每个罐302/304的是入口阀122/124和出口阀132/134。如图1B所示，入口阀122联接到罐302，入口阀124联接到罐304。出口阀132联接到罐302，出口阀134联接到罐304。入口阀122/124用于控制从压缩系统200到相应罐的空气通道。出口阀132/134用于在排气过程中从各个罐释放(排放)气体。在一些实现中，入口阀122/124和出口阀132/134可以是硅柱塞电磁阀。然而，也可以使用其它类型的阀。柱塞阀通过安静和具有低滑动而提供优于其它类型阀的优点。

在一些实现中，两级阀致动电压可用于控制入口阀122/124和出口阀132/134。例如，可以将高电压(例如24V)施加到入口阀以打开入口阀。然后可以降低电压(例如，降低到7V)以保持入口阀打开。使用较小的电压来保持阀打开可以使用较小的功率(功率＝电压*电流)。这种电压的降低使热积累和功耗最小化，以延长电池的运行时间。当切断对所述阀的所述力时，其通过弹簧作用而关闭。在一些实现中，可以施加作为时间的函数的电压，其不一定是阶跃响应(例如，在初始24V和最终7V之间的弯曲向下电压)。

在一种实现中，加压空气被送入罐302或304中的一个，而另一个罐被排气。例如，在使用期间，入口阀122打开而入口阀124关闭。来自压缩系统200的加压空气被迫进入罐302，同时被入口阀124阻止进入罐304。在一个实现中，控制器400电联接到阀122、124、132和134。控制器400包括可操作以执行存储在存储器420中的程序指令的一个或多个处理器410。程序指令配置控制器以执行用于操作氧气浓缩器的各种预定方法，例如在此更详细描述的方法。程序指令可以包括用于彼此异相地操作入口阀122和124的程序指令，即，当入口阀122或124中的一个打开时，另一个阀关闭。在罐302的加压过程中，出口阀132关闭而出口阀134打开。类似于入口阀，出口阀132和134彼此异相地操作。在一些实现中，用于打开输入和输出阀的电压和电压的持续时间可以由控制器400控制。

止回阀142和144分别联接到罐302和304。止回阀142和144是单向阀，其由罐被加压和排气时产生的压差被动地操作。止回阀142和144联接到罐，以允许在每个罐的加压过程中产生的富氧空气流出罐，并阻止富氧空气或任何其它气体回流到罐中。以这种方式，止回阀142和144用作单向阀，允许富氧空气在加压过程中离开相应的罐。

这里使用的术语“止回阀”是指允许流体(气体或液体)沿一个方向流动并阻止流体回流的阀。适合使用的止回阀的示例包括但不限于：球形止回阀；隔膜止回阀；蝶形止回阀；摆动止回阀；鸭嘴阀；伞形阀；以及提升止回阀。在压力下，加压环境空气中的氮分子被加压罐中的气体分离吸附剂吸附。当压力增加时，更多的氮气被吸附，直到罐中的气体富含氧气。当压力达到足以克服联接到罐的止回阀的阻力的点时，未吸附的气体分子(主要是氧气)流出加压罐。在一个实现中，止回阀在向前方向上的压降小于1psi。反方向的破裂压力大于100psi。然而，应当理解，一个或多个部件的修改将改变这些阀的操作参数。如果前向流压力增加，通常富氧空气产量减少。如果用于反向流动的破裂压力降低或设定得太低，则通常存在富氧空气压力的降低。

在示例性实现中，罐302由压缩系统200中产生的压缩空气加压并通入罐302中。在罐302的加压期间，入口阀122打开，出口阀132关闭，入口阀124关闭且出口阀134打开。当出口阀132关闭时，出口阀134打开，以允许罐302被加压时允许罐304基本上同时排放到大气中。罐302被加压直到罐中的压力足以打开止回阀142。在罐302中产生的富氧空气通过止回阀排出，并且在一种实现中，被收集在蓄积器106中。

在一段时间之后，气体分离吸附剂将变得被氮气饱和并且将不能从进入的空气中分离大量的氮气。这一点通常在富氧空气产生的预定时间之后达到。在上述实现中，当罐302中的气体分离吸附剂达到该饱和点时，停止压缩空气的流入，并将罐302排气以除去氮气。在排气期间，入口阀122关闭，而出口阀132打开。当罐302被排气时，罐304以与上述相同的方式被加压以产生富氧空气。罐304的加压通过关闭出口阀134和打开入口阀124来实现。富氧空气通过止回阀144离开罐304。

在罐302的排气期间，出口阀132打开，允许加压气体(例如，环境空气和/或富氮空气)通过浓缩器出口130离开罐到大气。在一个实现中，排出的气体可以被引导通过消音器133，以减少由从罐释放加压气体而产生的噪音。当气体从罐302释放时，罐302中的压力下降，允许氮气从气体分离吸附剂解吸。释放的富氮空气通过出口130离开罐，将罐复位到允许氮气从空气流中重新分离的状态。消音器133可包括开孔泡沫(或其它材料)以消音离开氧气浓缩器的气体的声音。在一些实现中，用于空气输入和富氧空气输出的组合消声部件/技术可以提供在低于50分贝的声级下的氧气浓缩器操作。

在罐的排气过程中，有利的是除去至少大部分氮气。在一个实现中，在罐中的至少约50％，至少约60％，至少约70％，至少约80％，至少约90％，至少约95％，至少约98％，或基本上所有的氮气在再用于从空气中分离氮之前被除去。在一些实现中，可以使用从另一个罐引入罐中的富氧空气流进一步清除罐中的氮气。

在示例性实现中，当罐304被排出富氮空气时，一部分富氧空气可以从罐302转移到罐304。在罐304排气期间将富氧空气从罐302转移到304有助于进一步从罐中吹扫氮气(和其它气体)。在一个实现中，富氧空气可以通过两个罐之间的限流器151、153和155。限流器151可以是滴流限流器。限流器151例如可以是0.009D限流器(例如，限流器具有小于其内部的管道的直径的半径0.009”)。限流器153和155可以是0.013D的限流器。也可以考虑其它限流器类型和尺寸，并且可以根据用于联接罐的具体配置和管道来使用。在一些实现中，限流器可以是压配合限流器，其通过在其相应的管中引入较窄的直径来限制气流。在一些实现中，压配合限流器可由蓝宝石、金属或塑料(也可考虑其它材料)制成。

还通过使用阀152和阀154来控制富氧空气在罐之间的流动。阀152和154可以在排气过程中短暂地打开(并且可以以其它方式关闭)，以防止过多的氧气从吹扫罐损失。也可以考虑其它持续时间。在示例性实现中，罐302被排气，并且希望通过将罐304中产生的一部分富氧空气通入罐302中来吹扫罐302。在罐302的排气过程中，在罐304加压时，一部分富氧空气将通过限流器151进入罐302。另外的富氧空气从罐304通过阀154和限流器155进入罐302。阀152可以在转移过程中保持关闭，或者如果需要额外的富氧空气则可以打开。选择合适的限流器151和155，结合阀154的受控打开，允许受控量的富氧空气从罐304输送到罐302。在一个实现中，富氧空气的受控量是足以吹扫罐302并使通过罐302的通气阀132的富氧空气损失最小化的量。虽然该实现描述了罐302的通气，但是应当理解，使用限流器151、阀152和限流器153，相同的过程可用于使罐304通气。

该对平衡/排气阀152/154与限流器153和155一起工作，以优化两个罐之间的气流平衡。这可以允许对罐中的一个罐排放来自罐中的另一个罐的富氧空气的更好的流量控制。它还可以在两个罐之间提供更好的流动方向。已经发现，尽管流量阀152/154可以作为双向阀操作，但是通过这种阀的流速根据流过阀的流体的方向而变化。例如，从罐304流向罐302的富氧空气通过阀152的流速比从罐302流向罐304的富氧空气通过阀152的流速快。如果使用单个阀，最终将在罐之间输送太多或太少的富氧空气，并且随着时间的过去，罐将开始产生不同量的富氧空气。在平行的空气通道上使用相对的阀和限流器可以平衡两个罐之间的富氧空气的流动模式。使流量相等可以允许用户在多个循环中获得稳定量的富氧空气，并且还可以允许可预测量的富氧空气吹扫另一个罐。在一些实现中，空气通道可以不具有限流器，而是可以具有带有内置阻力的阀，或者空气通道本身可以具有窄的半径以提供阻力。

有时，氧气浓缩器可以关闭一段时间。当氧气浓缩器关闭时，罐内的温度可能由于来自压缩系统的绝热热量损失而下降。当温度下降时，由罐内气体占据的体积将下降。罐的冷却可导致罐中的负压。通向和来自罐的阀(例如，阀122、124、132和134)被动态地密封而不是气密地密封。因此，外部空气可以在关闭之后进入罐以适应压力差。当外部空气进入罐时，来自外部空气的湿气可被气体分离吸附剂吸附。罐内水的吸附可导致气体分离吸附剂的逐渐降解，稳定地降低气体分离吸附剂产生富氧空气的能力。

在一个实现中，在氧气浓缩器关闭之后，通过在关闭之前对两个罐加压，可以阻止外部空气进入罐。通过在正压力下存储罐，阀可通过罐中空气的内部压力而被迫进入气密关闭位置。在一个实现中，在关闭时，罐中的压力应该至少大于环境压力。如本文所用，术语“环境压力”是指氧气浓缩器所处的环境的压力(例如室内、室外、平面内等的压力)。在一个实现中，在关闭时，罐中的压力至少大于标准大气压(即，大于760mmHg(托)、1at、101,325Pa)。在一个实现中，在关闭时，罐中的压力比环境压力大至少约1.1倍；比环境压力大至少约1.5倍；或比环境压力大至少约2倍。

在一个实现中，罐的加压可以通过将加压空气从压缩系统引导到每个罐中并且关闭所有阀以将加压空气捕集在罐中来实现。在示例性实现中，当启动关闭序列时，入口阀122和124打开而出口阀132和134关闭。因为入口阀122和124通过公共导管连接在一起，所以罐302和304都可以被加压，因为来自一个罐的空气和/或富氧空气可以被转移到另一个罐。当压缩系统和两个入口阀之间的通道允许这种转移时，可能发生这种情况。因为氧气浓缩器以交替加压/通气模式操作，所以至少一个罐在任何给定时间都应该处于加压状态。在一个替代实现中，可以通过压缩系统200的操作来增加每个罐中的压力。当入口阀122和124打开时，罐302和304之间的压力将均衡，然而，任一罐中的均衡压力可能不足以阻止空气在关闭期间进入罐。为了确保阻止空气进入罐，压缩系统200可以运行足够的时间以将两个罐内的压力增加到至少大于环境压力的水平。不管罐的加压方法如何，一旦罐被加压，入口阀122和124关闭，将加压空气截留在罐内，这在关闭期间阻止空气进入罐。

参照图1C，示出了氧气浓缩器100的实现。氧气浓缩器100包括压缩系统200、罐组件300和设置在外壳体170内的电源180。入口101位于外壳体170中，以允许来自环境的空气进入氧气浓缩器100。入口101可允许空气流入隔室以帮助冷却隔室中的部件。电源180为氧气浓缩器100提供电源。压缩系统200通过入口105和消音器108吸入空气。消音器108可以降低由压缩系统吸入的空气的噪音，并且还可以包括干燥剂材料以从进入的空气中去除水。氧气浓缩器100还可包括风扇172，用于通过出口173从氧气浓缩器排出空气和其它气体。

3.压缩系统

在一些实现中，压缩系统200包括一个或多个压缩机。在另一实现中，压缩系统200包括单个压缩机，其联接到罐系统300的所有罐。转到图1D和1E，示出了包括压缩机210和马达220的压缩系统200。马达220联接到压缩机210并向压缩机提供操作力以操作压缩机构。例如，马达220可以是提供旋转部件的马达，该旋转部件引起压缩空气的压缩机部件的循环运动。当压缩机210是活塞式压缩机时，马达220提供使压缩机210的活塞往复运动的操作力。活塞的往复运动使压缩机210产生压缩空气。压缩空气的压力部分地由压缩机运行的速度(例如，活塞往复运动的速度)估计。因此，马达220可以是变速马达，其可在各种速度下操作以动态地控制由压缩机210产生的空气的压力。

在一种实施方式中，压缩机210包括具有活塞的单头摆动型压缩机。可以使用其它类型的压缩机，例如隔膜压缩机和其它类型的活塞压缩机。马达220可以是DC或AC马达，并向压缩机210的压缩部件提供工作功率。在一种实现中，马达220可以是无刷DC马达。马达220可以是变速马达，其被配置为以变速操作压缩机210的压缩部件。如图1B中所描绘的，马达220可以联接到控制器400，其向马达发送操作信号以控制马达的操作。例如，控制器400可以向马达220发送信号以：打开马达，关闭马达，并设定马达的运行速度。

压缩系统200固有地产生大量的热量。热量由马达220的功率消耗和功率到机械运动的转换引起。由于被压缩的空气对压缩机部件移动的阻力增加，压缩机210产生热量。由于压缩机210对空气的绝热压缩，也固有地产生热量。因此，空气的持续加压在外壳中产生热量。另外，电源180可在向压缩系统200供电时产生热量。此外，氧气浓缩器的用户可以在无条件的环境(例如，户外)中在可能比户内更高的环境温度下操作该装置，因此进入的空气将已经处于加热状态。

在氧气浓缩器100内产生的热量可能是有问题的。锂离子电池由于其长寿命和轻重量而通常用作氧气浓缩器的电源。然而，锂离子电池组在高温下是危险的，并且如果检测到危险的高电源温度，则在氧气浓缩器100中采用安全控制来关闭系统。另外，当氧气浓缩器100的内部温度增加时，由浓缩器产生的氧气量可能减少。这部分是由于在较高温度下在给定体积的空气中减少的氧气量。如果产生的氧气量降到预定量以下，则氧气浓缩器100可自动关闭。

由于氧气浓缩器的紧凑特性，散热可能是困难的。解决方案通常包括使用一个或多个风扇来产生通过外壳的冷却空气流。然而，这样的解决方案需要来自电源的额外电力，因此缩短了氧气浓缩器的便携式使用时间。在一种实现中，可以使用利用由马达220产生的机械动力的被动冷却系统。参考图1D和图1E，压缩系统200包括具有外部旋转电枢230的马达220。具体地，马达220(例如DC马达)的电枢230缠绕在驱动电枢的静磁场周围。由于马达220是整个系统的热的主要贡献者，所以将热从马达带走并将其扫出外壳是有帮助的。在外部高速旋转的情况下，马达的主要部件与其所存在的空气的相对速度非常高。电枢的表面积在外部安装时比在内部安装时更大。由于热交换的速率与表面积和速度的平方成比例，使用安装在外部的较大表面积的电枢增加了从马达220散热的能力。通过将电枢安装在外部而获得冷却效率，允许消除一个或多个冷却风扇，从而减少重量和功耗，同时将氧气浓缩器的内部保持在适当的温度范围内。另外，外部安装的电枢的旋转产生靠近马达的空气移动，以产生额外的冷却。

此外，外部旋转电枢可以有助于马达的效率，允许产生更少的热量。具有外部电枢的马达以类似于飞轮在内燃机中工作的方式工作。当马达驱动压缩机时，在低压下旋转阻力低。当压缩空气的压力较高时，马达的旋转阻力较高。结果，马达不能保持一致的理想旋转稳定性，而是根据压缩机的压力要求而波动和减速。马达喘振然后减速的这种趋势是低效的，因此产生热量。外部电枢的使用给马达增加了更大的角动量，这有助于补偿马达所经受的可变电阻。由于马达不必用力工作，因此可以减少马达产生的热量。

在一种实现中，可以通过将空气传送装置240联接到外部旋转电枢230来进一步提高冷却效率。在一种实现中，空气传送装置240被联接到外部电枢230上，这样使得该外部电枢的旋转致使该空气传送装置产生经过该马达的至少一部分的空气流。在一种实现中，空气传送装置包括联接到该电枢上的一个或多个风扇叶片。在一种实现中，多个风扇叶片可以被布置在环形圈中，这样使得该空气传送装置充当叶轮，该叶轮通过该外部旋转电枢的移动而旋转。如图1D和图1E所示，空气传送装置240可安装到外部电枢230的外表面上，与马达对准。将空气传送装置安装到电枢上允许空气流指向外部旋转电枢的主要部分，从而在使用期间提供冷却效果。在一种实现中，空气传送装置引导气流，使得外部旋转电枢的大部分在气流路径中。

此外，参见图1D和图1E，由压缩机210加压的空气在压缩机出口212处离开压缩机210。压缩机出口导管250联接到压缩机出口212以将压缩空气传送到罐系统300。如前所述，空气的压缩导致空气温度的升高。这种温度的升高可能对氧气浓缩器的效率有害。为了降低加压空气的温度，压缩机出口导管250设置在由空气传送装置240产生的气流路径中。压缩机出口导管250的至少一部分可定位成靠近马达220。因此，由空气传送装置产生的空气流可接触马达220和压缩机出口导管250。在一种实现中，压缩机出口导管250的大部分被定位成靠近马达220。在一种实现中，压缩机出口导管250盘绕在马达220周围，如图1E所示。

在一种实现中，压缩机出口导管250由热交换金属构成。热交换金属包括但不限于铝、碳钢、不锈钢、钛、铜、铜-镍合金或由这些金属的组合形成的其它合金。因此，压缩机出口导管250可用作热交换器，以除去由空气压缩固有产生的热量。通过从压缩空气中除去热量，在给定压力下给定体积中的分子数增加。结果，可以增加在每个变压循环期间由每个罐产生的氧气量。

这里描述的散热机制是被动的或利用氧气浓缩器100所需的元件。因此，例如，可以在不使用需要额外功率的系统的情况下增加热的耗散。通过不需要额外的功率，电池组的运行时间可以增加，并且氧气浓缩器的尺寸和重量可以最小化。同样，可以不使用附加的箱式风扇或冷却单元。消除这种附加特征降低了氧气浓缩器的重量和功耗。

如上所述，空气的绝热压缩导致空气温度升高。在罐系统300中的罐的排气期间，从罐释放的气体的压力降低。罐中气体的绝热减压导致气体的温度在排出时下降。在一种实现中，来自罐系统300的冷却的排出的气体327被导向电源180和压缩系统200。在一种实现中，罐系统300的基座315接收来自罐的排出的气体。排出的气体327通过基座315导向基座的出口325和电源180。如上所述，排出的气体由于气体的减压而被冷却，并因此被动地对电源提供冷却。当压缩系统工作时，空气传送装置将收集冷却的排出的气体并将气体引向压缩系统200的马达。风扇172还可以帮助引导排出的气体穿过压缩系统200并且离开壳体170。以这种方式，可以获得额外的冷却不需要来自电池的任何进一步的功率要求。

4.罐系统

氧气浓缩器系统100可包括至少两个罐，每个罐包括气体分离吸附剂。氧气浓缩器系统100的罐可以由模制壳体形成。在一种实现中，罐系统300包括两个壳体部件310和510，如图1I所示。在各种实现中，氧气浓缩器100的壳体部件310和510可以形成限定两个罐302和304以及蓄积器106的两部分模制的塑料框架。壳体部件310和510可以单独形成，然后连接在一起。在一些实现中，壳体部件310和510可以是注射模制的或压缩模制的。壳体部件310和510可以由热塑性聚合物制成，例如聚碳酸酯、亚甲基碳化物、聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。在另一种实现中，壳体部件310和510可以由热固性塑料或金属(例如不锈钢或轻质铝合金)制成。轻质材料可用于降低氧气浓缩器100的重量。在一些实现中，两个壳体310和510可以使用螺钉或螺栓紧固在一起。或者，壳体部件310和510可以溶剂焊接在一起。

如图所示，阀座322、324、332和334以及空气通道330和346可以集成到壳体部件310中，以减少氧气浓缩器100的整个空气流中所需的密封连接的数量。

壳体部件310和510中的不同部分之间的空气通道/管道可以采用模制导管的形式。用于空气通道的模制通道形式的导管可以占据壳体部件310和510中的多个平面。例如，模制空气导管可以形成在外壳部件310和510中的不同深度和不同x、y、z位置。在一些实现中，这些导管中的大部分或基本上全部可以被整合到壳体部件310和510中以减少潜在的泄漏点。

在一些实现中，在将壳体部件310和510联接在一起之前，可以将O形环放置在壳体部件310和510的不同点之间以确保壳体部件被适当地密封。在一些实现中，部件可以单独地集成和/或联接到外壳部件310和510。例如，管道、限流器(例如，压配合限流器)、氧传感器、气体分离吸附剂、止回阀、插头、处理器、电源等可以在壳体部件联接在一起之前和/或之后联接到壳体部件310和510。

在一些实现中，通向壳体部件310和510外部的孔口337可用于插入诸如限流器的装置。也可以使用孔口来提高可模塑性。一个或多个孔口可以在模制后被塞住(例如，用塑料塞)。在一些实现中，限流器可以在插入插塞之前插入通道中以密封通道。压配合限流器可具有允许压配合限流器与其相应孔口之间的摩擦配合的直径。在一些实现中，可以将粘合剂添加到压配合限流器的外部，以在插入后将压配合限流器保持在适当位置。在一些实现中，插塞可以与其相应的管具有摩擦配合(或者可以具有施加到其外表面的粘合剂)。压配合限流器和/或其他部件可以使用窄尖端工具或杆(例如，直径小于相应孔口的直径)插入并压入它们相应的孔口中。在一些实现中，压配合限流器可以插入它们各自的管中，直到它们邻接管中的特征以停止它们的插入。例如，该特征可以包括半径的减小。也可以考虑其它特征(例如，在管的侧面的凸起、螺纹等)。在一些实现中，压配合限流器可以被模制到壳体部件中(例如，作为窄管段)。

在一些实现中，弹簧挡板139可以被放置在壳体部件310和510的对应的罐接纳部分中，其中挡板139的弹簧侧面向罐的出口。弹簧挡板139可以向罐中的气体分离吸附剂施加力，同时还有助于防止气体分离吸附剂进入出口孔口。使用弹簧挡板139可以保持气体分离吸附剂紧凑，同时还允许膨胀(例如热膨胀)。保持气体分离吸附剂紧凑可以防止气体分离吸附剂在氧气浓缩器系统100的运动期间破裂。

在一些实现中，过滤器129可以被放置在壳体部件310和510的面向相应罐的入口的相应罐接纳部分中。过滤器129从进入罐的进料气流中除去颗粒。

在一些实现中，来自压缩系统200的加压空气可以进入空气入口306。空气入口306联接到入口导管330。空气通过入口306进入壳体部件310，经过导管330，然后到达阀座322和324。图1J和图1K描绘了壳体310的端视图。图1J描绘了在将阀装配到壳体310之前的壳体310的端视图。图1K描绘了壳体310的端视图，其中阀装配到壳体310上。阀座322和324被配置为分别接纳入口阀122和124。出口阀122联接到罐302，出口阀124联接到罐304。壳体310还包括被配置为分别接收出口阀132和134的阀座332和334。出口阀132联接到罐302，出口阀134联接到罐304。入口阀122/124用于控制从导管330到相应罐的空气通道。

在一种实现中，加压空气被送入罐302或304中的一个，而另一个罐被排气。例如，在使用期间，入口阀122打开而入口阀124关闭。来自压缩系统200的加压空气被迫进入罐302，同时被入口阀124阻止进入罐304。在罐302的加压过程中，出口阀132关闭而出口阀134打开。类似于入口阀，出口阀132和134彼此异相地操作。阀座322包括穿过壳体310进入罐302的开口323。类似地，阀座324包括穿过壳体310进入罐302的开口375。如果相应的阀322和324打开，来自导管330的空气通过开口323或375，并进入罐。

止回阀142和144(见图1I)分别联接到罐302和304。止回阀142和144是单向阀，其由罐被加压和排气时产生的压差被动地操作。在罐302和304中产生的富氧空气从罐进入壳体部件510的开口542和544。通道(未示出)链接开口542和544分别连接到导管342和344。当罐中的压力足以打开止回阀142时，罐302中产生的富氧空气从罐通过开口542进入导管342。当止回阀142打开时，富氧空气通过导管342流向壳体310的端部。类似地，当罐中的压力足以打开止回阀144时，罐304中产生的富氧空气从罐通过开口544进入导管344。当止回阀144打开时，富氧空气通过导管344流向壳体310的端部。

来自任一罐的富氧空气穿过导管342或344并进入形成在壳体310中的导管346。导管346包括将导管连接到导管342、导管344和蓄积器106的开口。因此，在罐302或304中产生的富氧空气行进到导管346并进入蓄积器106。

在一段时间之后，气体分离吸附剂将变得被氮气饱和并且将不能从进入的空气中分离大量的氮气。当罐中的气体分离吸附剂达到该饱和点时，停止压缩空气的流入并将罐排气以除去富氮空气。罐302通过关闭入口阀122和打开出口阀132而排气。出口阀132将排出的气体从罐302释放到由壳体310的端部限定的容积中。泡沫材料可以覆盖壳体310的端部，以减少由从罐释放气体而产生的声音。类似地，通过关闭入口阀124和打开出口阀134使罐304排气。出口阀134将排出的气体从罐304释放到由壳体310的端部限定的容积中。

当罐302被排气时，罐304以与上述相同的方式被加压以产生富氧空气。罐304的加压通过关闭出口阀134和打开入口阀124来实现。富氧空气通过止回阀144离开罐304。

在示例性实现中，当罐304被排出富氮空气时，一部分富氧空气可以从罐302转移到罐304。在罐304排气期间将富氧气体从罐302转移到罐304有助于进一步从罐中吹扫氮气(和其它气体)。如图1B所示，使用限流器和阀控制富氧空气在罐之间的流动。在导管形成在壳体部件510中，用于在罐之间传送富氧空气。如图1L所示，导管530将罐302联接到罐304。限流器151(未示出)设置在导管530中，在罐302和罐304之间，以在使用期间限制富氧空气的流动。导管532还将罐302联接到304。导管532与容纳阀152的阀座552联接，如图1M所示。限流器153(未示出)设置在罐302和304之间的导管532中。导管534还将罐302联接到304。导管534与容纳阀154的阀座554联接，如图1M所示。限流器155(未示出)设置在罐302和304之间的导管534中。该对平衡/排气阀152/154与限流器153和155一起工作，以优化两个罐之间的气流平衡。

蓄积器106中的富氧空气通过供应阀160进入形成在壳体部件510中的膨胀室162。壳体部件510中的开口(未示出)将蓄积器106联接到供应阀160。在一种实现中，膨胀室162可以包括被配置为估计穿过该室的气体的氧气浓度的一个或多个装置。

5.出口系统

连接到一个或多个罐的出口系统包括一个或多个用于向用户提供富氧空气的导管。在一个实现中，在罐302和304中的任一个中产生的富氧空气分别通过止回阀142和144被收集在蓄积器106中，如图1B中示意性描绘的。离开罐的富氧空气可在被提供给用户之前被收集在氧气蓄积器106中。在一些实现中，管可以联接到蓄积器106以向用户提供富氧空气。富氧空气可通过气道输送装置提供给用户，该气道输送装置将富氧空气输送到用户的嘴和/或鼻子。在一种实现中，出口可以包括将氧气引向用户的鼻子和/或嘴的管，该管可以不直接联接到用户的鼻子上。

转到图1F，示出了用于氧气浓缩器的出口系统的实现的示意图。供应阀160可联接到出口管以控制富氧空气从蓄积器106向用户的释放。在一种实现中，供应阀160是电磁致动的柱塞阀。供应阀160由控制器400致动，以控制向用户输送富氧空气。供应阀160的致动不与变压吸附过程定时或同步。相反，致动与用户的呼吸同步，如下所述。在一些实现中，供应阀160可以具有连续值的致动，以建立用于提供富氧空气的临床有效振幅轮廓。

如图1F所示，蓄积器106中的富氧空气通过供应阀160进入膨胀室162。在一种实现中，膨胀室162可以包括被配置为估计穿过膨胀室162的气体的氧气浓度的一个或多个装置。膨胀室162中的富氧空气通过由供应阀160从蓄积器106释放气体而短暂地形成，然后通过小孔限流器175排放到流速传感器185，然后到颗粒过滤器187。限流器175可以是0.025D的限流器。可以使用其它限流器类型和尺寸。在一些实现中，可以限制壳体中的空气通道的直径以产生受限的气流。流速传感器185可以是被配置为产生表示流过导管的气体速率的信号的任何传感器。颗粒过滤器187可用于在向用户输送富氧空气之前过滤细菌、灰尘、颗粒等。富氧空气通过过滤器187到达连接器190，连接器190通过输送导管192将富氧空气输送给用户并到达压力传感器194。

与供应阀160的编程致动相联接的出口通道的流体动力学可导致在正确的时间提供氧气团，并具有确保快速输送到用户肺中而没有过多废物的振幅分布。如果可以以这种方式输送团，则对于处于给定呼吸模式的静止状态的用户来说，在规定的连续流速和脉冲输送模式中所需的治疗等效团体积之间可以存在线性关系。例如，模拟连续流处方所需的团的总体积对于规定的连续流动速率的每个LPM可以等于11mL，即，对于1LPM的处方为11mL；2LPM处方为22mL；3LPM处方为33mL；4LPM处方为44mL；5LPM处方为55mL；等等。这个量通常被称为LPM等效团体积。应当理解，由于结构设计、管道尺寸、室尺寸等的差异，LPM当量可以在氧气浓缩器之间变化。LPM当量也将根据用户的呼吸模式(例如呼吸速率)而变化。

膨胀室162可以包括一个或多个氧传感器，其适于确定通过该室的气体的氧气浓度。在一种实现中，使用氧传感器165来估计穿过膨胀室162的气体的氧气浓度。氧传感器是配置为测量气体中氧气浓度的装置。氧传感器的示例包括但不限于超声氧传感器、电氧传感器、化学氧传感器和光学氧传感器。在一种实现中，氧传感器165是包括超声发射器166和超声接收器168的超声氧传感器。在一些实现中，超声发射器166可以包括多个超声发射器，并且超声接收器168可以包括多个超声接收器。在具有多个发射器/接收器的实现中，多个超声发射器和多个超声接收器可以轴向对准(例如，穿过可以垂直于轴向对准的气体流动路径)。

在使用中，来自发射器166的超声波可以通过设置在腔室162中的富氧空气被引导到接收器168。超声波氧传感器165可以被配置为检测通过富氧空气的声速以确定富氧空气的成分。声速在氮气和氧气中是不同的，并且在两种气体的混合物中，通过混合物的声速可以是与混合物中每种气体的相对量成比例的中间值。在使用中，接收器168处的声音与从发射器166发出的声音稍微异相。该相移是由于与通过导线的电脉冲的相对较快的速度相比，通过气体介质的声速相对较慢。然后，相移与发射器和接收器之间的距离成比例，并与通过膨胀室162的声速成反比。腔室中气体的密度影响声音通过膨胀腔室的速度，并且密度与膨胀腔室中氧气与氮气的比成比例。因此，相移可用于测量膨胀室中的氧气浓度。以这种方式，蓄积器中的氧的相对浓度可以被估计为通过蓄积器传播的检测到的声波的一个或多个特性的函数。

在一些实现中，可以使用多个发射器166和接收器168。来自发射器166和接收器168的读数可以被平均以减少湍流系统中固有的误差。在一些实现中，其他气体的存在还可以通过测量传输时间并且将所测量的传输时间与其他气体和/或气体混合物的预定传输时间进行比较来检测。

可以通过增加发射器166和接收器168之间的距离来增加超声传感器系统的灵敏度，例如以允许在发射器166和接收器168之间出现几个声波周期。在一些实现中，如果存在至少两个声音周期，则可以通过在两个时间点测量相对于固定参考的相移来减小转换器的结构变化的影响。如果从较后的相移中减去较早的相移，则可以减小或消除由膨胀室162的热膨胀引起的偏移。由发射器166和接收器168之间的距离变化引起的偏移在测量间隔处可以大致相同，而由于氧气浓度变化引起的变化可以是累积的。在一些实现中，在稍后时间测量的偏移可以乘以居间周期的数目并且与两个相邻周期之间的偏移进行比较。关于在膨胀室中感测氧气的进一步细节可以例如在标题为“氧气浓缩器设备和方法(OxygenConcentrator Apparatus and Method)”的美国专利申请第12/163,549号中找到，该申请于2009年3月12日作为美国公开第2009/0065007 A1号公开，并且通过引用结合在此。

流量传感器185可用于确定流过出口系统的气体的流速。可以使用的流速传感器包括但不限于：膜片/波纹管流量计；旋转流量计(例如霍尔效应流量计)；涡轮流量计；孔口流量计；以及超声波流量计。流速传感器185可以联接到控制器400。流过出口系统的气体的流速可以是用户的呼吸体积的指示。流过出口系统的气体的流速的变化也可用于确定用户的呼吸率。控制器400可产生控制信号或触发信号以控制供应阀160的致动。这种对供应阀的致动的控制可以基于由流速传感器185估计的用户的呼吸速率和/或呼吸体积。

在一些实现中，超声传感器165和例如流速传感器185可以提供对所提供的氧气的实际量的测量。例如，流速传感器185可以测量所提供的气体的体积(基于流速)，超声传感器165可以提供所提供的气体的氧气浓度。这两个测量值一起可由控制器400用来确定提供给用户的实际氧气量的近似值。

富氧空气通过流速传感器185到达过滤器187。过滤器187在向用户提供富氧空气之前除去细菌、灰尘、颗粒等。过滤后的富氧空气通过过滤器187到达连接器190。连接器190可以是将过滤器187的出口连接到压力传感器194和输送导管192的“Y”连接器。压力传感器194可用于监测通过导管192到达用户的气体的压力。在一些实现中，压力传感器194被配置为产生与施加到感测表面的正压或负压的量成比例的信号。由压力传感器194感测到的压力变化可用于确定用户的呼吸速率以及吸入的开始(也称为触发时刻)，如下所述。控制器400可以基于用户的呼吸速率和/或吸气的开始来控制供应阀160的致动。在一种实现中，控制器400可以基于由流速传感器185和压力传感器194之一或二者提供的信息来控制供应阀160的致动。

富氧空气可通过导管192提供给用户。在一种实现中，导管192可以是硅树脂管。导管192可以使用如图1G和图1H所示的气道输送装置196联接到用户。气道输送装置196可以是能够向鼻腔或口腔提供富氧空气的任何装置。气道输送装置的示例包括但不限于：鼻罩、鼻枕、鼻插、鼻套管和吸嘴。图1G中描绘了鼻套管气道输送装置196。气道输送装置196被定位在用户的气道附近(例如，在用户的嘴和/或鼻附近)，以允许向用户输送富氧空气，同时允许用户从周围环境呼吸空气。

在一个替代实现中，可以使用吸嘴向用户提供富氧空气。如图1H所示，吸嘴198可以联接到氧气浓缩器100。吸嘴198可以是用于向用户提供富氧空气的唯一装置，或者吸嘴可以与鼻输送装置196(例如鼻套管)结合使用。如图1H所示，富氧空气可通过鼻气道输送装置196和吸嘴198提供给用户。

吸嘴198可移动地定位在用户的嘴中。在一种实现中，吸嘴198可移除地联接到用户口中的一个或多个牙齿。在使用过程中，富氧空气通过吸嘴被导入用户的口中。吸嘴198可以是模制的夜用防护吸嘴，以符合用户的牙齿。或者，吸嘴可以是下颌复位装置。在一种实现中，至少大部分吸嘴在使用期间位于用户的嘴中。

在使用期间，当在吸嘴附近检测到压力变化时，可以将富氧空气引导到吸嘴198。在一种实现中，吸嘴198可以联接到压力传感器194。当用户通过其嘴吸入空气时，压力传感器194可检测吸嘴附近的压降。氧气浓缩器100的控制器400可以控制在吸入开始时向用户释放富氧空气团。

在个体的典型呼吸过程中，吸入通过鼻、通过嘴或通过鼻和嘴两者发生。此外，呼吸可以根据各种因素从一个通道改变到另一个通道。例如，在更活跃的活动期间，用户可以从通过他们的鼻呼吸切换到通过他们的嘴呼吸，或者通过他们的嘴和鼻呼吸。如果停止通过被监测通道的呼吸，则依赖于单一输送模式(鼻或口腔)的系统可能不能正常工作。例如，如果使用鼻套管向用户提供富氧空气，则将吸入传感器(例如，压力传感器或流速传感器)联接到鼻套管以确定吸入的开始。如果用户停止通过他们的鼻子呼吸，并切换到通过他们的嘴呼吸，则氧气浓缩器100可能不知道何时提供富氧空气，因为没有来自鼻套管的反馈。在这种情况下，氧气浓缩器100可以增加流速和/或增加提供富氧空气的频率，直到吸入传感器检测到用户吸入。如果用户经常在呼吸模式之间切换，则提供富氧空气的默认模式可能导致氧气浓缩器100工作更困难，限制了系统的便携式使用时间。

在一种实现中，如图1H所示，接口198与鼻气道输送装置196(例如，鼻套管)结合使用以向用户提供富氧空气。吸嘴198和鼻气道输送装置196都联接到吸入传感器。在一种实现中，吸嘴198和鼻气道输送装置196联接到同一吸入传感器。在一个替代实现中，吸嘴198和鼻气道输送装置196联接到不同的吸入传感器。在任一实现中，吸入传感器可以检测从嘴或鼻吸入的开始。氧气浓缩器100可被配置为向输送装置(即吸嘴198或鼻气道输送装置196)提供富氧空气，在输送装置附近检测到吸入的开始。或者，如果在任一输送装置附近检测到吸入的开始，则可将富氧空气提供给吸嘴198和鼻气道输送装置196。如图1H所示的双输送系统的使用对于用户在睡眠时特别有用，并且可以在鼻呼吸和口呼吸之间切换而无需有意识的努力。

6.控制器系统

氧气浓缩器100的操作可以使用联接到氧气浓缩器100的各种部件的内部控制器400自动执行，如本文所述。控制器400包括一个或多个处理器410和内部存储器420，如图1B所示。用于操作和监测氧气浓缩器100的方法可以通过存储在内部存储器420或联接到控制器400的外部存储介质中的程序指令来实现，并由一个或多个处理器410执行。存储介质可以包括各种类型的存储装置或储存装置中的任何一种。术语“存储介质”旨在包括安装介质，例如压缩式光盘只读存储器(CD-ROM)、软盘或磁带装置；计算机系统存储器或随机存取存储器，例如动态随机存取存储器(DRAM)、双倍数据速率随机存取存储器(DDRRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、扩展数据输出随机存取存储器(EDORAM)、随机存取存储器(RAM)等；或非易失性存储器，例如磁介质，例如硬盘驱动器或光存储器。存储介质也可以包括其它类型的存储器或其组合。此外，存储介质可以位于执行程序的控制器400附近，或者可以位于通过诸如因特网的网络连接到控制器400的外部计算装置中。在后一种情况下，外部计算装置可以向控制器400提供用于执行的程序指令。术语“存储介质”可包括可驻留在不同位置(例如，在通过网络连接的不同计算装置中)的两个或更多个存储介质。

在一些实现中，控制器400包括处理器410，处理器410包括例如一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、微控制器等，其包括在设置在氧气浓缩器100中的电路板上。处理器410被配置为执行存储在存储器420中的编程指令。在一些实现中，编程指令可以内置到处理器410中，使得处理器410外部的存储器可以不单独访问(即，存储器420可以在处理器410内部)。

处理器410可以联接到氧气浓缩器100的各种部件，包括但不限于压缩系统200，用于控制通过系统的流体流的一个或多个阀(例如，阀122、124、132、134、152、154、160)、氧气传感器165、压力传感器194、流速传感器185、温度传感器(未示出)、风扇172，以及可以电控制的任何其他部件。在一些实施例中，单独的处理器(和/或存储器)可以联接到一个或多个部件。

控制器400被配置为(例如，通过程序指令编程)操作氧气浓缩器100，并且还被配置为监测氧气浓缩器100的故障状态。例如，在一个实现中，控制器400被编程为如果系统正在操作并且在预定时间量内用户没有检测到呼吸，则触发警报。例如，如果控制器400在75秒的时间段内没有检测到呼吸，则可以点亮警报LED和/或可以发出声音警报。如果用户确实停止了呼吸，例如在睡眠呼吸暂停事件期间，警报可能足以唤醒用户，导致用户恢复呼吸。呼吸动作可足以使控制器400重置该警报功能。可替换地，如果当输送导管192从用户移除时系统意外地保持打开，则警报器用作提醒用户关闭氧气浓缩器100。

控制器400还联接到氧气传感器165，并可被编程用于连续或定期监测通过膨胀室162的富氧空气的氧气浓度。可以将最小氧气浓度阈值编程到控制器400中，使得控制器点亮LED视觉警报和/或听觉警报以警告用户低的氧气浓度。

控制器400还联接到内部电源180，并且可以被配置为监测内部电源的充电水平。可以将最小电压和/或电流阈值编程到控制器400中，使得控制器点亮LED视觉警报和/或听觉警报以警告用户低功率状态。当电池接近零可用电荷时，可以间歇地并且以增加的频率激活警报。

在本公开的其它部分中详细描述了可以由控制器400实现的其它功能。

7.控制面板

控制面板600用作用户和控制器400之间的接口，以允许用户启动氧气浓缩器100的预定操作模式并监测系统的状态。图1N描绘了控制面板600的实现。用于对内部电源180充电的充电输入端口605可以设置在控制面板600中。

在一些实现中，控制面板600可以包括按钮以激活氧气浓缩器100的各种操作模式。例如，控制面板可包括电源按钮610、剂量按钮620至626、活动模式按钮630、睡眠模式按钮635、高度按钮640和电池检查按钮650。在一些实现中，这些按钮中的一个或多个可以具有相应的LED，该LED可以在该相应的按钮被按下时点亮，并且可以在该相应的按钮被再次按下时断电。电源按钮610可以打开或关闭系统。如果启动电源按钮以关闭系统，则控制器400可以启动关闭序列以将系统置于关闭状态(例如，两个罐都被加压的状态)。剂量按钮620、622、624和626允许选择规定的富氧空气的连续流速(例如，按钮620选择1LPM，按钮622选择2LPM，按钮624选择3LPM，按钮626选择4LPM)。高度按钮640可以在用户将要处于比用户定期使用氧气浓缩器100的高度更高的位置时被激活。

电池检查按钮650启动氧气浓缩器100中的电池检查例程，这导致控制面板600上的相对电池剩余功率LED 655被点亮。

如果用户相对不活动(例如，睡着、坐着等)，则用户可以具有低呼吸速率或深度，如通过将检测到的呼吸速率或深度与阈值进行比较所估计的。如果相对活动(例如，行走、锻炼等)，则用户可以具有高呼吸速率或深度。可以自动估计活动/睡眠模式和/或用户可以通过按下活动模式的按钮630或睡眠模式的按钮635来手动指示活动模式或睡眠模式。

8.脉冲氧气输送

氧气浓缩器100的主要用途是向用户提供补充氧气。通常，要提供的补充氧气的连续流速由医生规定。补充氧气的典型规定的连续流速范围可以从约1LPM到高达约10LPM。最通常规定的连续流速是1LPM、2LPM、3LPM和4LPM。

为了使为了模拟规定的连续流速而需要产生的富氧空气的量最小化，控制器400可以被编程为根据被称为脉冲氧气输送(POD)或需求氧气输送的治疗模式使富氧空气的释放与用户的吸入同步。当用户吸气时将一团富氧空气释放给用户可以通过例如当用户呼气时不释放氧气来防止不必要的氧气产生(进一步降低功率要求)。减少所需的氧气量可以有效地减少氧气浓缩器100所需的空气压缩量，并因此可以减少来自压缩机的动力需求。

由氧气浓缩器100产生的富氧空气储存在氧气蓄积器106中，并且在POD模式下，在用户吸气时释放给用户。由氧气浓缩器100提供的富氧空气的量部分地由供应阀160控制。在一种实现中，供应阀160打开足够长的时间以向用户提供由控制器400估计的适当量的富氧空气。为了使模拟用户规定的连续流速所需的氧气量最小化，可以在检测到用户吸气开始后立即以大团的形式提供富氧空气。例如，可以在用户吸入的最初几毫秒内提供富氧空气团。

在一种实现中，压力传感器194可用于确定用户吸入的开始。例如，可以通过使用压力传感器194来检测用户的吸气。在使用中，用于提供富氧空气的导管192通过鼻气道输送装置196和/或吸嘴198联接到用户的鼻和/或吸嘴。因此，导管192中的压力代表用户的气道压力。在吸入开始时，用户开始通过鼻和/或嘴将空气吸入到他们的身体中。当吸入空气时，在导管192的端部产生负压，部分地由于被抽吸穿过导管端部的空气的文丘里作用。控制器400分析来自压力传感器194的压力信号以检测指示吸入开始的压力下降。在检测到吸入开始时，供应阀160打开以从蓄积器106释放一团富氧空气。压力的正变化或上升指示用户的呼气，此时富氧空气的释放停止。在一种实现中，当感测到正压力变化时，供应阀160关闭，直到检测到下一次吸入开始。可替代地，供应阀160可以在被称为团持续时间的预定间隔之后关闭。通过测量吸入的相邻开始之间的间隔，可以估计用户的呼吸速率。通过测量吸气开始和随后呼气开始之间的间隔，可以估计用户的吸气时间。

在其他实现中，压力传感器194可以位于与用户气道气动连通但与输送导管192分开的感测导管中。在这种实现中，来自压力传感器194的压力信号因此也表示用户的气道压力。

在一些实现中，压力传感器194的灵敏度可能受到压力传感器194距用户的物理距离的影响，特别是如果压力传感器194位于氧气浓缩器100中并且通过将氧气浓缩器100联接到用户的导管192来检测压差时。在一些实现中，压力传感器194可以被放置在用于向用户提供富氧空气的气道输送装置196中。来自压力传感器194的信号可以经由电线或通过遥测技术(例如通过蓝牙^TM或其它无线技术)电子地提供给氧气浓缩器100中的控制器400。

在一些实现中，如果用户的当前活动水平(例如使用检测到的用户的呼吸速率估计的当前活动水平)超过预定阈值，则控制器400可以实现警报(例如，视觉和/或音频)以警告用户当前呼吸速率正在超过氧气浓缩器100的输送能力。例如，阈值可以设置为每分钟40次呼吸(BPM)。

B.真空变压吸附系统和方法的示例

1.第一示意图

图2A、3A和3B示出了氧气浓缩器700A的实现。图2A示出了氧气浓缩器700A的示意图。如本文所述，氧气浓缩器700A使用真空变压吸附(VPSA)方法来产生富氧空气。然而，在其他实现中，氧气浓缩器700A可以被修改成使得它使用纯变压吸附(PSA)方法或纯真空变压吸附(VSA)方法来产生富氧空气。

氧气浓缩器700A可以是便携式氧气浓缩器。例如，氧气浓缩器700A可具有允许氧气浓缩器用手和/或在携带箱中携带的重量和尺寸。在一个实现中，氧气浓缩器700A具有小于约20磅、小于约15磅、小于约10磅，或小于约5磅的重量。在一个实现中，氧气浓缩器700A具有小于约1000立方英寸、小于约750立方英寸、小于约500立方英寸、小于约250立方英寸，或小于约200立方英寸的体积。

可以通过对包括气体分离吸附剂的罐740A和740B中的环境空气加压而从环境空气产生富氧空气。气体分离吸附剂的示例包括能够从空气流中分离氮气的分子筛。可用于氧气浓缩器中的吸附剂的示例包括但不限于沸石(天然)或合成结晶铝硅酸盐，其在升高的压力下在空气流中分离氮气。可使用的合成结晶铝硅酸盐的示例包括但不限于：OXYSIV吸附剂，获自IW德斯普兰斯UOP LLC；SYLOBEAD吸附剂，获自马里兰州哥伦比亚市W.R.Grace&Co；SILIPORITE吸附剂，获自法国巴黎CECA S.A；ZEOCHEM吸附剂，获自瑞士Zeochem AG，Uetikon；和AgLiLSX吸附剂，获自宾夕法尼亚州阿伦敦Air Products and Chemicals,Inc.。

如图2A所示，环境空气可以通过消音器712进入氧气浓缩器700A。环境空气可以通过压缩机730吸入氧气浓缩器700A。更具体地，压缩机730可从氧气浓缩器700A的周围环境吸入环境空气，压缩环境空气，并迫使压缩的环境空气进入罐740A和740B中的一个或两个。消音器712被压缩机730吸入氧气浓缩器700A时，消音器712可减少环境空气产生的声音。在一个实现中，消音器712可以是湿气和声音吸收消音器。例如，水吸收剂或干燥剂材料(例如聚合物水吸收剂材料或沸石材料)可用于从进入的环境空气中吸收水，并减少当环境空气被压缩机730吸入氧气浓缩器700A中时由环境空气产生的声音。

压缩机730包括活塞732A和732B。由于其排出流体的能力，活塞及其相应的气缸在本文中被称为“泵”。活塞732A和732B中的每一个被配置为当其缩回时将空气吸入到其对应气缸的入口中，压缩空气，并且当其前进时迫使压缩空气离开对应气缸的出口。根据容器是连接到气缸的入口还是连接到气缸的出口，活塞(及其气缸)可以对容器加压(压缩)或减压(排空)。当通过可切换的阀连接时，泵可被配置为选择性地压缩或排空容器。泵的其他实现，例如旋转(离心)鼓风机，被考虑用于本技术中。包括至少一个泵的压缩机在本文中也可称为泵送系统。

在一些实现中，活塞732A和732B可以反相地往复运动，这意味着在压缩机半周期期间，当一个活塞在其气缸中前进时，另一个活塞缩回。在这种实现中，如果两个活塞都连接到同一容器，压缩机730被称为执行容器的全循环加压或全循环排空。如果两个活塞都连接到不同的容器，压缩机730被称为执行每个容器的半循环加压或半循环排空。

在一些实现中，环境空气可以在罐740A和740B中被加压到大约在6.5至22磅每平方英寸表压(psig)范围内的最大压力。然而，根据设置在罐740A和740B中的气体分离吸附剂的类型，也可以使用其它最大压力。在一些实现中，压缩机730可以包括另外的活塞。类似地，在一些实现中，压缩机730可以由两个或更多个压缩机代替。

一组阀(例如，阀722A、724A、726A、728A、722B、724B、726B和728B)联接到压缩机730和/或罐740A和740B。使用该组阀，压缩机730可以选择性地压缩、排空或同时进行这两者。例如，在VPSA循环期间，诸如罐740A的第一罐可以处于压缩状态，而诸如罐740B的第二罐处于排空状态。因此，该组阀可以被配置和激活成使得活塞732A和732B在对应的汽缸内移动以实现压缩状态和排空状态。换言之，每个阀具有ON状态和OFF状态，并且每个阀可以被致动(在状态之间切换)以允许例如一个筛床的两活塞加压，随后是两个筛床的单活塞加压和排空，以实现VPSA循环的部分。

如图所示，阀722A、724A、726A、722B、724B和726B是三通阀。此外，如图所示，阀728A、762A、764A、728B、762B、764B和768是双向阀。此外，阀766是比例阀，通过该比例阀由控制器400控制流速。在一些实现中，这些阀中的一个或多个可以是硅柱塞电磁阀。柱塞阀通过安静和具有低滑动而提供优于其它类型阀的优点。然而，也可以使用其它类型的阀。在一些实现中，可以使用两级阀致动电压来控制这些阀。例如，可以向阀施加高电压(例如24V)以将其打开。然后可以降低电压(例如，降低到7V)以保持入口阀打开。使用较小的电压来保持阀打开可以使用较小的功率。这种电压的降低使热积累和功耗最小化，以延长电池的运行时间。当切断对所述阀的所述力时，其通过弹簧作用而关闭。在一些实现中，可以施加作为时间的函数的电压，其不一定是阶跃响应(例如，在初始24V和最终7V之间的弯曲向下电压)。在其他实现中，可以使用不同组的阀来实现所公开的技术。例如，三通阀722A、724A、726A、722B、724B和726B中的每一个可以由一对互补的两通阀代替。

在氧气浓缩器700A中，如图2A所示，阀722A选择性地将罐740A或环境(例如，通过消音器712)连接到活塞732A的入口。阀724A选择性地将活塞732A的出口连接到罐740A(例如，经由阀726A)或罐740B(例如，经由阀726B)。阀726A选择性地将阀724A连接到罐740A或周围环境(例如，经由消音器714A)。阀728A选择性地将罐740A连接到周围环境(例如，经由消音器714A)。类似地，阀722B选择性地将罐740B或周围环境(例如，经由消音器712)连接到活塞732B的入口。阀724B选择性地将活塞732B的出口连接到罐740A(例如，经由阀726A)或罐740B(例如，经由阀726B)。阀726B选择性地将阀724B连接到罐740B或周围环境(例如，经由消音器714B)。阀728B选择性地将罐740B连接到周围环境(例如，经由消音器714B)。

图3A是可由氧气浓缩器700A在VPSA循环期间实现的阀激活开关时序图(或阀时序图)的示例。图3A示出了在VPSA循环期间每个阀的阀状态(打开状态或闭合状态)。具体地，图3A示出了当切断到阀的电力时相对较低的信号，并且示出了当电压(例如，3.3-24V)施加到阀时相对较高的信号。

图3B是示出VPSA循环期间罐740A和740B中的压力循环的相应示例的曲线图。如图3A和图3B所示，阶段810A、820A、830A、840A、850A、860A、870A和880A表示用罐740A执行的VPSA循环的各个阶段。类似地，阶段810B、820B、830B、840B、850B、860B、870B和880B表示用罐740B执行的VPSA循环的各个阶段。如图3B所示，罐740A中的压力循环由线892A表示。此外，罐740B中的压力循环由线892B表示。线894表示环境压力。

在阶段810A期间，罐740A由压缩机730的活塞732A和732B加压。照此，该组阀被配置为使得活塞732A和732B在对应的气缸内移动以对罐740A加压。在与阶段810A同时(例如，与阶段810A同时)的阶段850B期间，罐740B排出富氮空气。如图3A所示，在该时间间隔期间，切断到阀722A、724A、728A、722B、726B、762A、762B、764A和764B的电力。这样，这些阀处于关闭状态。此外，向阀726A、724B和728B施加高电压(例如，3.3-24V)。这样，这些阀处于打开状态并因此被通电。结果，环境空气被迫通过阀722A、722B、724A、724B和726A进入罐740A。此外，允许富氮空气通过阀728B和消音器714B从罐740B流到氧气浓缩器700A的周围环境。在该时间间隔期间，阀762A、762B、764A和764B将罐740A和740B与蓄积器770以及彼此隔离。

在阶段820A期间，罐740A由压缩机730的活塞732A加压。在同期阶段860B期间，罐740B被压缩机730的活塞732B排空。如图3A所示，在该时间间隔期间，切断到阀722A、724A、728A、724B、726B、728B、762A、762B、764A和764B的电力。这样，这些阀处于关闭状态。此外，向阀726A和722B施加高电压(例如，3.3-24V)。这样，这些阀处于打开状态并因此被通电。结果，环境空气被迫通过阀722A、724A和726A进入罐740A。此外，富氮空气从罐740B抽出并通过阀722B、724B和726B以及消音器714B排放到氧气浓缩器700A的周围。在该时间间隔期间，在VPSA实现中，罐740B中的压力下降到环境压力以下。在该时间间隔期间，阀762A、762B、764A和764B将罐740A和740B与蓄积器770以及彼此隔离。

在阶段830A期间，罐740A由压缩机730的活塞732A和732B加压。在同期阶段870B期间，通过来自罐740A的富氧空气流清除罐740B的氮气。如图3A所示，在该时间间隔期间，切断到阀722A、724A、728A、722B、726B、764A和764B的电力。这样，这些阀处于关闭状态。此外，将高电压(例如，3.3-24V)施加到阀726A、724B、728B、762A和762B。这样，这些阀处于打开状态并因此被通电。结果，环境空气被迫通过阀722A、722B、724A、724B和726A进入罐740A。此外，允许罐740A中的一部分富氧空气通过阀762A和762B流入罐740B中。允许罐740A中的富氧空气的其它部分通过阀762A流入蓄积器770。当罐740B被来自罐740A的一部分富氧空气吹扫时，富氮空气被迫离开罐740B并通过阀728B和消音器714B排放到氧气浓缩器700A的周围环境中。

在阶段840A和同期阶段880B期间，罐740A和740B的压力分别相等。罐740A与压缩机730和消音器714A和714B隔离。罐740B也由压缩机730的活塞732A和732B加压。如图3A所示，在该时间间隔期间，切断到阀722A、726A、728A、722B、724B、728B、762A和762B的电力。这样，这些阀处于关闭状态。此外，将高电压(例如，3.3-24V)施加到阀724A、726B、764A和764B。这样，这些阀处于打开状态并因此被通电。结果，允许罐740A中的一部分富氧空气通过阀764A和764B流入罐740B。罐740A中的富氧空气的其它部分可允许通过阀764A和766流入蓄积器770。在该时间间隔期间，还迫使环境空气通过阀722A、722B、724A、724B和726B进入罐740B。在该阶段结束时，罐740A和740B中的压力大致相等。

在阶段850A期间，罐740A排出富氮空气。在同期阶段810B期间，罐740B由压缩机730的活塞732A和732B加压。如图3A所示，在该时间间隔期间，切断到阀722A、726A、722B、724B、728B、762A、762B、764A和764B的电力。这样，这些阀处于关闭状态。此外，向阀724A、728A和726B施加高电压(例如，3.3-24V)。这样，这些阀处于打开状态并因此被通电。结果，允许富氮空气通过阀728A和消音器714A从罐740A流到氧气浓缩器700A的周围环境。此外，迫使环境空气通过阀722A、722B、724A、724B和726B进入罐740B。在该时间间隔期间，阀762A、762B、764A和764B将罐740A和740B与蓄积器770以及彼此隔离。

在阶段860A期间，罐740A被压缩机730的活塞732A排空。在同期阶段820B期间，罐740B由压缩机730的活塞732B加压。如图3A所示，在该时间间隔期间，切断到阀724A、726A、728A、722B、724B、728B、762A、762B、764A和764B的电力。这样，这些阀处于关闭状态。此外，向阀722A和726B施加高电压(例如，3.3-24V)。这样，这些阀处于打开状态并因此被通电。结果，富氮空气从罐740A抽出并通过阀722A、724A和726A以及消音器714A排放到氧气浓缩器700A的周围环境。此外，环境空气通过阀722B、724B和726B被迫进入罐740B。在该时间间隔期间，在VPSA实现中，罐740A中的压力下降到环境压力以下。在该时间间隔期间，阀762A、762B、764A和764B将罐740A和740B与蓄积器770以及彼此隔离。

在阶段870A期间，通过来自罐740B的富氧空气流清除罐740A的氮气。在同期阶段830B期间，罐740B由压缩机730的活塞732A和732B加压。如图3A所示，在该时间间隔期间，切断到阀722A、726A、722B、724B、728B、764A和764B的电力。这样，这些阀处于关闭状态。此外，将高电压(例如，3.3-24V)施加到阀724A、728A、726B、762A和762B。这样，这些阀处于打开状态并因此被通电。结果，允许罐740B中的一部分富氧空气通过阀762A和762B流入罐740A。允许罐740B中的富氧空气的其它部分通过阀762B流入蓄积器770。当罐740A被来自罐740B的一部分富氧空气流吹扫时，富氮空气被迫离开罐740A并通过阀728A和消音器714A排放到氧气浓缩器700A的周围环境中。此外，在该时间间隔期间，迫使环境空气通过阀722A、722B、724A、724B和726B进入罐740B。

在阶段880A和同期阶段840B期间，罐740A和740B的压力分别相等。罐740A也由压缩机730的活塞732A和732B加压。罐740B与压缩机730和消音器714A和714B隔离。如图3A所示，在该时间间隔期间，切断到阀722A、724A、728A、722B、726B、728B、762A和762B的电力。这样，这些阀处于关闭状态。此外，将高电压(例如，3.3-24V)施加到阀726A、724B、764A和764B。这样，这些阀处于打开状态并因此被通电。结果，允许罐740B中的一部分富氧空气通过阀764A和764B流入罐740A。罐740B中的富氧空气的其它部分可允许通过阀764B和766流入蓄积器770。在该时间间隔期间，还迫使环境空气通过阀722A、722B、724A、724B和726A进入罐740A。在这些阶段结束时，罐740A和740B中的压力大致相等。

表1总结了在图3A所示的VPSA循环实现的八个阶段中氧气浓缩器700A中每个活塞的动作和每个罐的相应状态。

表1：图3A的VPSA循环中的活塞动作和罐状态

在表1中，“P→A”意指活塞是加压罐740A；“P→B”意指活塞是加压罐740B；“E←A”意指活塞正在排空罐740A；“E←B”意指活塞正在排空罐740B；“P”意指罐被一个活塞加压；“2P”意指罐被两个活塞加压；“E”意指罐被一个活塞排空；“吹扫”意指用来自其它罐的富氧空气流吹扫罐；并且“排气”意指罐被动地将富氮空气排放到氧气浓缩器的周围环境。

如上所述，图3B是示出了在使用图3A中所示的阀定时实施的VPSA循环期间氧气浓缩器700A的罐740A和740B中的压力循环的相应示例的曲线图。如图所示，在大部分VPSA循环期间，罐740A和740B的压力高于环境压力(即，线894)。然而，在其它实现中，氧气浓缩器700A可以在不同的压力范围内操作。例如，在一些实现中，可以在低于环境压力的压力下执行VPSA循环的增加部分。作为另一个示例，在一些实现中，在大部分VPSA循环期间，罐740A和740B的压力可以低于环境压力。在这种实现中，可以使用额外的部件(例如，额外的阀、流动路径、压缩机等)来确保在VPSA循环期间在蓄积器770中收集足够量的富氧气体。

如图2A所示，压力传感器752A、752B和754可分别包括在罐740A、罐740B和蓄积器770中。这些传感器可用于测量这些部件中的气体压力。例如，传感器752A和752B可分别提供类似于图3B的线892A和892B的压力信息。在一些实现中，阶段810A、820A、830A、840A、850A、860A、870A、880A、810B、820B、830B、840B、850B、860B、870B和/或880B的持续时间可以基于罐740A、罐740B和/或蓄积器770的测量压力来调节。在一些实现中，传感器752A和752B可用于测量罐740A和740B之间的流速。因此，传感器752A和752B可用于平衡罐740A和740B以保持氧气浓缩器700A的效率。在一些实现中，另外的传感器(例如，温度传感器、氧传感器等)可以被包括在罐740A、罐740B和蓄积器770中。

可以通过包括供应阀768、氧传感器782、过滤器784和压力传感器786的出口系统将存储在蓄积器770中的富氧空气输送给用户。供应阀768可用于控制向用户输送富氧空气。氧传感器782可用于确定富氧空气的氧气浓度。过滤器784可用于在输送富氧空气之前过滤细菌、灰尘、颗粒等。压力传感器786可用于监测用户气道的压力。

在一些实现中，氧气浓缩器700A的出口系统可以以与氧气浓缩器100的出口系统大致相同的方式操作。例如，供应阀768、氧传感器782、过滤器784和压力传感器786可以分别以与供应阀160、氧传感器165、过滤器187和压力传感器194大致相同的方式操作。作为另一示例，在一些实现中，富氧空气可以在检测到用户吸气开始之后不久(例如，在POD操作模式期间)作为大团提供。在一些实现中，传感器786可用于检测用户吸气的开始并调节何时向用户提供富氧空气团。在一些实现中，氧气浓缩器700A的出口系统还可以包括以上关于氧气浓缩器100的出口系统描述的一些附加部件。例如，氧气浓缩器700A可包括一个或多个限流器、流速传感器、膨胀室和/或气道输送装置。

氧气浓缩器100的其它方面也可以结合到氧气浓缩器700A中。例如，在一些实现中，氧气浓缩器100可以包括外壳体、压缩系统、罐系统、控制器系统，和/或控制面板，其以与在氧气浓缩器100中构造和/或配置这些部件几乎相同的方式构造和/或配置。此外，在一些实现中，浓缩器100的分离系统的一些方面也可以结合到氧气浓缩器700A的分离系统中。例如，一个或多个止回阀可以定位在罐740A和740B与蓄积器770之间。作为另一示例，罐740A和740B与蓄积器770之间的阀(例如，阀762A，762B，764A，764B和766)的配置可以重新配置得很像罐302和304与蓄积器106之间的阀和限流器。

罐740A和740B与蓄积器770之间的阀的配置也可以以其他方式重新配置。例如，如图2B所示，阀762A、762B、764A、764B和766可以用双向阀792A和792B、止回阀794A和794B以及限流器796A和796B代替。在操作期间，氧气浓缩器700B的阀792A可用于平衡罐740A和740B的压力(例如，在阶段840A/880B和880A/840B期间)。此外，阀792B可用于吹扫罐740A和740B(例如，在阶段870A/830B和830A/870B期间)。

在活塞732A和732B处于反相位的实现中，在阶段810A和850B期间，罐740A在整个压缩机循环上交替地被每个压缩机半循环中的活塞732A和732B压缩，而罐740B被动地排出富氮空气。因此，罐740A中的压力比活塞732A和732B同相时更平稳地上升。然后，在阶段820A和860B期间，活塞732B每隔半个周期排空罐740B，而活塞732A每隔半个周期压缩罐740A，因此740A中的压力上升得比阶段810A和850B期间的压力上升得更慢，并且甚至可以是如图3B所示的平稳状态，而罐740B中的压力下降到低于环境压力。

图2A至图3B所公开的技术例如比传统的VPSA实现更有效，在传统的VPSA实现中，专用压缩机压缩罐并且专用真空泵将罐排空。首先，图2A至图3B公开的技术使用单个压缩机(例如，压缩机730)对罐740A和740B加压和排空。此外，如上所述，活塞732A和732B以有效的方式操作。例如，在阶段810A/850B期间，罐740A被活塞732A和732B快速压缩，而罐740B被动地排出富氮空气。通过利用当罐740B的压力高于环境压力时罐740B将被动地排出富氮空气的事实，活塞732A和732B均可用于快速地压缩罐740A。然后，在阶段830A/870B期间，罐740A被活塞732A和732B压缩，同时罐740B被清除富氮空气。然后，在阶段840A/880B期间，罐740B被活塞732A和732B压缩，同时罐740A被动地排放到罐740B中。通过利用当罐740A的压力高于罐740B的压力时罐740A将被动地排放到罐740B中的事实，活塞732A和732B均可用于快速地压缩罐740B以使其压力与罐740A的压力相等。在阶段850A/810B、870A/830B和880A/840B期间执行类似有利的操作。这些优点通过所公开的技术在排空罐和压缩罐之间交替使用至少一个泵(例如，活塞732A及其缸和/或活塞732B及其缸)的能力而成为可能。

如上所述，在阶段810A/850B中，活塞732B对罐740A加压。因此，所公开的技术在阶段810A/850B期间比传统VPSA更有效地使用活塞732B。类似地，在所公开技术的阶段830A/870B中，活塞732B对罐740A加压。因此，所公开的技术在阶段830A/870B期间具有比传统VPSA更有效的第二活塞的使用。最后，在所公开技术的阶段840A/880B中，活塞732B对罐740B加压。因此，所公开的技术在阶段840A/880B期间具有比传统VPSA更有效的第二活塞的使用。在阶段850A/810B、阶段870A/830B和阶段880A/840B中可以获得类似的优点。如果组分在至少一个阶段中被更有效地使用，则对于给定质量的组分，在预期产率方面产生益处。换句话说，使用图2A至图3B公开的技术，较轻的POC能够产生相同的富氧空气输出流速。通过图2A至图3B所公开的技术的能力使得在排空罐和压缩罐之间交替至少一个压缩/排空单元(例如，活塞732A及其气缸或活塞732B及其气缸)成为可能。

2.第二示意图

图4、图5A和图5B示出了氧气浓缩器900的实现。图4示出了氧气浓缩器900的示意图。如本文所述，氧气浓缩器900使用真空变压吸附(VPSA)方法来产生富氧空气。然而，在其他实现中，氧气浓缩器900可以被修改成使得它使用纯变压吸附(PSA)方法或纯真空变压吸附(VSA)方法来产生富氧空气。

如图所示，氧气浓缩器900包括许多与氧气浓缩器700A相同的部件。这些部件可以以与它们在氧气浓缩器700A中所做的几乎相同的方式操作。此外，可以以大致相同的方式修改和/或替换这些部件。然而，在氧气浓缩器900中，阀722A、724A、726A、728A、722B、724B、726B和728B以及压缩机730已经分别用双向阀922A、924A、922B和924B以及压缩机930代替。

压缩机930包括活塞932A、932B、934A和934B。类似于活塞732A和732B，活塞932A、932B、934A和934B中的每一个被配置为当其缩回时将空气抽吸到其对应气缸的入口中，压缩空气，并且当其前进时迫使压缩空气离开对应气缸的出口。根据容器是连接到气缸的入口还是连接到气缸的出口，活塞(及其气缸)可以对容器加压(压缩)或减压(排空)。由于压缩机930含有一个或多个泵，因此其在本文中也可称为泵送系统。在一些实现中，活塞932A和932B可以反相地往复运动，这意味着在压缩机半周期期间，当一个活塞在其气缸中前进时，另一个活塞缩回。同样，在一些实现中，活塞934A和934B可以反相地往复运动。即使活塞932A和932B反相位地往复运动并且活塞934A和934B反相位地往复运动，在活塞932A和932B的往复运动与活塞934A和934B的往复运动之间也不需要任何相位关系。在一些实现中，环境空气可以在罐740A和740B中由压缩机930加压到大约在13-20磅每平方英寸表压(psig)范围内的压力。然而，根据设置在罐740A和740B中的气体分离吸附剂的类型，也可以使用其它压力。在一些实现中，压缩机930可以包括另外的活塞。类似地，在一些实现中，压缩机930可以由两个或更多个压缩机代替。例如，活塞932A和932B可以结合到一个压缩机中，而活塞934A和934B可以结合到另一个压缩机中。类似地，活塞932A和934A可以结合到一个压缩机中，而活塞932B和934B可以结合到另一个压缩机中。

在操作过程中，活塞932A和932B可以由一组阀(例如，阀922A、924A、922B和924B)配置为对罐740A和740B加压，并且活塞934A和934B可以由该组阀配置以排空罐740A和740B以实施VPSA循环。相反，在氧气浓缩器700A中，活塞732A和732B可以由一组阀(例如，阀722A、724A、726A、728A、722B、724B、726B和728B)被配置为交替地加压和排空罐740A和740B以实现VPSA循环。结果，在氧气浓缩器900中需要更少的阀。然而，在一些实现中，额外的阀可以结合到氧气浓缩器900中。

在VPSA循环期间，氧气浓缩器900可循环通过类似于图3A和图3B的阶段810A、820A、830A、840A、850A、860A、870A、880A、810B、820B、830B、840B、850B、860B、870B和/或880B的各种阶段。然而，由于压缩机930的配置，阶段820A、860A、820B和/或860B可以不同地执行。例如，在阶段820A期间，罐740A可由活塞932A和932B加压(例如，环境空气可通过阀922A被迫进入罐740A)。此外，在同期阶段860B期间，罐740B可由活塞934A和934B排空(例如，富氮空气可从罐740B抽出并通过阀924B排放到氧气浓缩器900的周围环境中)。

在一些实现中，浓缩器900的VPSA循环可以包括组合图3A和图3B的阶段810A、820A、830A、840A、850A、860A、870A、880A、810B、820B、830B、840B、850B、860B、870B和/或880B的各方面的一个或多个阶段。图5A和图5B示出了一个这样的示例。图5A是可由氧气浓缩器900在VPSA循环期间实现的阀定时图的示例。图5B是示出VPSA循环期间罐740A和740B中的压力循环的相应示例的曲线图。如图所示，阶段1015A、1030A、1040A、1055A、1070A和1080A表示用罐740A执行的VPSA循环的各个阶段。类似地，阶段1015B、1030B、1040B、1055B、1070B和1080B表示用罐740B执行的VPSA循环的各个阶段。如图5B所示，罐740A中的压力循环由线1092A表示。此外，罐740B中的压力循环由线1092B表示。线1094表示环境压力。

在阶段1015A期间，罐740A由压缩机930的活塞932A和932B加压。在同期阶段1055B期间，罐740B被压缩机930的活塞934A和934B排空并排出富氮空气。因此，阶段1015A与阶段810A和820A相当。类似地，阶段1055B与阶段850B和860B相当。如图5A所示，在该时间间隔期间，切断到阀924A、922B、762A、762B、764A和764B的电力。这样，这些阀处于关闭状态。此外，向阀922A和924B施加高电压(例如，3.3-24V)。这样，这些阀处于打开状态并因此被通电。结果，环境空气被迫通过阀922A进入罐740A。此外，富氮空气从罐740B抽出并通过阀924B和消音器714A和714B排放到氧气浓缩器900的周围环境。在该时间间隔期间，在VPSA实现中，罐740B中的压力下降到环境压力以下，而罐740A中的压力上升。

在该时间间隔期间，阀762A、762B、764A和764B将罐740A和740B与蓄积器770以及彼此隔离。

在阶段1030A期间，罐740A由压缩机930的活塞932A和932B加压。在同期阶段1070B期间，通过来自罐740A的富氧空气流清除罐740B的氮气。如图5A所示，在该时间间隔期间，切断到阀924A、922B、764A和764B的电力。这样，这些阀处于关闭状态。此外，向阀922A、924B、762A和762B施加高电压(例如，3.3-24V)。这样，这些阀处于打开状态并因此被通电。结果，环境空气被迫通过阀922A进入罐740A。此外，允许罐740A中的一部分富氧空气通过阀762A和762B流入罐740B中。允许罐740A中的富氧空气的其它部分通过阀762A流入蓄积器770。当罐740B被来自罐740A的一部分富氧空气流清除氮气时，富氮空气被抽出并被强制排出罐740B，并通过阀924B和消音器714A和714B排放到氧气浓缩器900的周围环境。在一些实现中，压缩机930的活塞934A和934B可以在阶段1070B期间继续排空罐740B。在其他实现中，活塞934A和934B可以在阶段1070B期间是空转的。在该时间间隔期间，在VPSA实现中，罐740B中的压力可以稍微升高到环境压力以上，而罐740A中的压力可以在阶段1015A结束时达到的水平处“稳定”。

在阶段1040A和同期阶段1080B期间，罐740A和740B的压力分别相等。罐740B也由压缩机930的活塞932A和932B加压。罐740A与压缩机930和消音器714A和714B隔离。活塞934A和934B与罐740A和740B隔离并且在它们各自的气缸中是空转的。如图5A所示，在该时间间隔期间，切断到阀922A、924A、924B、762A和762B的电力。这样，这些阀处于关闭状态。此外，将高电压(例如，3.3-24V)施加到阀922B、764A和764B。结果，允许罐740A中的一部分富氧空气通过阀764A和764B排入罐740B中。罐740A中的富氧空气的其它部分可允许通过阀764A和766流入蓄积器770。在该时间间隔期间，还迫使环境空气通过阀922B进入罐740B。在这些阶段结束时，罐740A和740B中的压力大致相等。

在阶段1055A期间，罐740A被压缩机930的活塞934A和934B排空并排出富氮空气。在同期阶段1015B期间，罐740B由压缩机930的活塞932A和932B加压。因此，阶段1055A与阶段850A和860A相当。类似地，阶段1015B与阶段810B和820B相当。如图5A所示，在该时间间隔期间，切断到阀922A、924B、762A、762B、764A和764B的电力。这样，这些阀处于关闭状态。此外，向阀924A和922B施加高电压(例如，3.3-24V)。这样，这些阀处于打开状态并因此被通电。结果，富氮空气从罐740A抽出并通过阀924A和消音器714A和714B排放到氧气浓缩器900的周围环境。此外，环境空气通过阀922B被迫进入罐740B。在该时间间隔期间，在VPSA实现中，罐740A中的压力下降到环境压力以下，而罐740B中的压力上升。

在该时间间隔期间，阀762A、762B、764A和764B将罐740A和740B与蓄积器770以及彼此隔离。

在阶段1070A期间，通过来自罐740B的富氧空气流清除罐740A的氮气。在同期阶段1030B期间，罐740B由压缩机930的活塞932A和932B加压。如图5A所示，在该时间间隔期间，切断到阀922A、924B、764A和764B的电力。这样，这些阀处于关闭状态。此外，向阀924A、922B、762A和762B施加高电压(例如，3.3-24V)。这样，这些阀处于打开状态并因此被通电。结果，允许罐740B中的一部分富氧空气通过阀762A和762B流入罐740A。允许罐740B中的富氧空气的其它部分通过阀762B流入蓄积器770。当罐740A被来自罐740B的富氧空气流的一部分吹扫氮气时，富氮空气被抽出并被强制排出罐740A，并通过阀924A和消音器714A和714B排放到氧气浓缩器900的周围环境。在一些实现中，压缩机930的活塞934A和934B可以在阶段1070A期间继续排空罐740A。在其他实现中，活塞934A和934B可以在阶段1070A期间是空转的。此外，在该时间间隔期间，迫使环境空气通过阀922B进入罐740B。在该时间间隔期间，在VPSA实现中，罐740A中的压力可以稍微升高到环境压力以上，而罐740B中的压力可以在阶段1015B结束时达到的水平处“稳定”。

在阶段1080A和同期阶段1040B期间，罐740A和740B的压力分别相等。罐740A也由压缩机930的活塞932A和932B加压。罐740B与压缩机930和消音器714A和714B隔离。活塞934A和934B与罐740A和740B隔离并且在它们各自的气缸中是空转的。如图5A所示，在该时间间隔期间，切断到阀924A、922B、924B、762A和762B的电力。这样，这些阀处于关闭状态。此外，向阀922A、764A和764B施加高电压(例如，3.3-24V)。这样，这些阀处于打开状态并因此被通电。结果，允许罐740B中的一部分富氧空气通过阀764A和764B流入罐740A。罐740B中的富氧空气的其它部分可允许通过阀764B和766流入蓄积器770。在该时间间隔期间，还迫使环境空气通过阀922A进入罐740A。在这些阶段结束时，罐740A和740B中的压力大致相等。

如上所述，图5B是示出VPSA循环期间罐740A和740B中的压力循环的相应示例的曲线图。如图所示，在大部分VPSA循环期间，罐740A和740B的压力高于环境压力(即，线1094)。此外，执行该VPSA循环的总压力范围与执行图3B的VPSA循环的总压力范围相似。然而，在其他实现中，氧气浓缩器900可以在不同的压力范围内操作。例如，在一些实现中，可以在低于环境压力的压力下执行VPSA循环的增加部分。作为另一个示例，在一些实现中，在大部分VPSA循环期间，罐740A和740B的压力可以低于环境压力。在这种实现中，可以使用额外的部件(例如，额外的阀、流动路径、压缩机等)来确保在VPSA循环期间在蓄积器770中收集足够量的富氧气体。

在活塞932A和932B处于反相位的实现中，在阶段1015A和1055B期间，罐740A在整个压缩机循环上交替地被每个压缩机半循环中的活塞932A和932B压缩。因此，与活塞932A和932B同相或不存在活塞932B的情况相比，罐740A中的压力更平稳地上升。同样地，在活塞934A和934B处于反相位的实现中，在阶段1015A和1055B期间，罐740B在整个压缩机循环中交替地被每个压缩机半循环中的活塞934A和934B排空。因此，罐740B中的压力比活塞934A和934B同相或不存在活塞934B时更平稳地下降。类似地，在阶段1055A和1015B期间，罐740B在整个压缩机循环中被平滑地压缩，交替地通过每个压缩机半循环中的活塞932A和932B，并且罐740A在整个压缩机循环中被平滑地排空，交替地通过每个压缩机半循环中的活塞934A和934B。

表2总结了活塞932A、932B、934A和934B的动作以及氧气浓缩器900中的每个罐在图5A所示的VPSA循环实现的各阶段中的相应状态，使用与表1中相同的符号。另外，在表2中，“2E”表示罐被两个活塞排空，而“空转”表示活塞空转(例如，不对罐加压或排空)。活塞932B和934A在每个阶段的动作分别与活塞932A和934B的动作相同。为了便于与表1比较，在表2中复制了阶段1015A/1055B和1055/1015B。

表2：图5A的VPSA循环中的活塞动作和罐状态

图4、图5A和图5B所公开的技术优于例如传统的VPSA实现，在传统的VPSA实现中，专用压缩机压缩罐并且专用真空泵将罐排空。首先，图4、图5A和图5B公开的技术使用单个压缩机(例如，压缩机930)对罐740A和740B加压和排空。此外，如上所述，成对操作活塞932A、932B、934A和934B以有效地加压和排空罐740A和740B。例如，在一些实现中，每对活塞(例如，活塞932A和932B或934A和934B)可以反相地往复运动。在这种实现中，每对活塞可以执行罐740A和740B的全循环加压或全循环排空。因此，与例如活塞932B和934B不存在的情况相比，罐740A和740B中的压力更平稳地上升或下降。

3.PSA和VPSA的比较

VPSA是可能比PSA更理想的用于从环境空气中浓缩氧气的变压吸附方法。图6、图7A和图7B示出了变压吸附(PSA)方法(例如，由氧气浓缩器100实现)和真空变压吸附(VPSA)方法(例如，由氧气浓缩器700A和900实现)之间的一些差异。例如，在图6中，线1172A表示在PSA循环期间氧气浓缩器的罐中的压力循环，线1172B表示在VPSA循环期间氧气浓缩器的罐中的压力循环。例如，可以将线1172B与图3B的线892A进行比较。线1174表示环境压力(大约1000毫巴)。在阶段1110和1120期间，罐被加压并从周围空气流中吸附氮气。在阶段1130和1160期间，罐与一个或多个其它罐压力平衡。在阶段1140和1150期间，罐被排出和清洗。贯穿阶段1110、1120、1130、1140、1150和1160，线1172A在最大压力1182A(例如，在约1,200至2,000毫巴的范围内)与最小压力1184A(例如，环境压力)之间波动。类似地，线1172B在最大压力1182B(例如，在约600至1,600毫巴的范围内)与最小压力1184B(例如，在约500至800毫巴的范围内)之间波动。

与于传统PSA，VPSA允许来自减压罐的能量的再循环以在使第一罐达到部分真空状态之前对另一罐加压。然而，VPSA允许在较低的平均工作压力下操作，同时保持与PSA相当的变压差。如图所示，由线1172B表示的罐的平均压力低于由线1172A表示的罐的平均压力。此外，线1172A在整个PSA循环中保持高于环境压力(即，线1174)，而线1172B在阶段1140和1150的部分期间下降到低于环境压力(即，线1174)。此外，线1172A的最大压力1182A和最小压力1184A都大于线1172B的最大压力1182B和最小压力1184B。结果，以由线1172B表示的方式操作的氧气浓缩器比以由线1172A表示的方式操作的氧气浓缩器消耗更少的功率。对于由具有有限功率量的一个或多个电池操作的便携式氧气浓缩器(POC)，降低的功耗可能是特别有利的。值得注意的是，氧气浓缩器700A和900的配置进一步限制了通过使用单个压缩机对罐740A和740B进行排空和加压所消耗的功率量。此外，氧气浓缩器700A的阀722A、724A、726A、728A、722B、724B、726B和728B允许使用较小的压缩机来产生相同量的富氧空气。以由线1172B表示的方式操作的氧气浓缩器也可以产生比以由线1172A表示的方式操作的氧气浓缩器更少的噪音(例如，来自压缩机)。在使用氧气浓缩器时，降低的噪音可以改善用户的体验和舒适度。例如，当在夜间使用氧气浓缩器时，较低的噪声水平可导致用户更好的睡眠质量或不间断的睡眠。

在图7A和图7B中，线1210示出气体分离吸附剂(例如沸石)的吸附容量如何随压力变化。如图所示，吸附容量可随压力渐近地增加，使得吸附效率在较高压力下降低。例如，如图7A所示，当压力增加值1230A(例如，从1000毫巴至2000毫巴)时，吸附容量仅增加值1220A(例如，从23mg N₂/g沸石至33mg N₂/g沸石)。相反，如图7B所示，当压力增加等于压力增加1230A的值1230B(例如，从600毫巴至1600毫巴)时，吸附容量增加大于增加1220A的值1220B(例如，从17mg N₂/g沸石至30mg N₂/g沸石)。使用PSA方法的氧气浓缩器可以在图7A所示的范围内操作，而使用VPSA方法的氧气浓缩器可以在图7B所示的范围内操作。因此，与使用PSA方法的氧气浓缩器相比，使用VPSA方法的氧气浓缩器可实现每单位压差的较高吸附速率，因为吸附等温线的早期部分在较低压力下具有较高斜率且在较高压力下逐渐减小。这使得VPSA在每单位功耗的富集气体产量方面可能比PSA更有效。

除了上述潜在的益处之外，使用VPSA方法的氧气浓缩器可以更有效地再生气体分离吸附剂(例如，在阶段1140和1150期间)并且减少罐中的湿气量。如上所述，氧气浓缩器的罐内的水的冷凝可导致气体分离吸附剂的逐渐劣化，稳定地降低气体分离吸附剂产生富氧空气的能力。因此，通过有效地再生气体分离吸附剂并减少罐中的湿气量，可以增加气体分离吸附剂的有效寿命。

C.标签列表

D.术语表

为了实现本技术公开内容的目的，在本技术的某些形式中可应用下列定义中的一个或多个。本技术的其他形式中，可应用另选的定义。

空气：在本技术的某些形式中，空气可以是指由78％氮气(N₂)、21％氧气(O₂)和1％水蒸气、二氧化碳(CO₂)、氩气(Ar)和其它痕量气体组成的大气空气。

富氧空气：氧气浓度大于大气空气(21％)的空气，例如至少约50％氧气、至少约60％氧气、至少约70％氧气、至少约80％氧气、至少约90％氧气、至少约95％氧气、至少约98％氧气或至少约99％氧气。“富氧空气”有时被缩短为“氧气”。

医用氧气：氧气浓度为80％或更高的富氧空气。

环境：在本技术的某些形式中，术语环境可具有以下含义(i)治疗系统或患者的外部，和(ii)直接围绕治疗系统或患者。

流量：每单位时间输送的空气体积(或质量)。流量可以指瞬时量。在一些情况下，对流量的参考将是对标量的参考，即仅具有量值的量。在其他情况下，对流量的参考将是对向量的参考，即具有量值和方向两者的量。流量可以符号Q给出。‘流量’有时简单地缩写成‘流’或‘空气流’。

流动治疗：呼吸治疗包括以被称为治疗流量的受控流量将空气流输送到气道的入口，其在患者的整个呼吸循环中通常是正的。

患者：人，不论他们是否患有呼吸障碍。

压力：每单位面积的力。压力可以表达为单位范围，包括cmH₂O、g-f/cm²、百帕斯卡。1cmH₂O等于1g-f/cm²且约为0.98百帕(1百帕＝100Pa＝100N/m²＝1毫巴～0.001大气压)。在本说明书中，除非另有说明，否则压力以cm H₂O为单位给出。

E.一般注解

这里使用的术语“联接”是指一个或多个对象或部件之间的直接连接或间接连接(例如，一个或多个中间连接)。短语“连接”是指对象或部件之间的直接连接，使得对象或部件彼此直接连接。如本文所用，短语“获得”装置是指购买或构造所述装置。

在本公开中，某些美国专利、美国专利申请和其它材料(例如，制品)已通过引用并入本文。然而，这样的美国专利、美国专利申请和其他材料的正文仅在这样的正文与本文阐述的其他陈述和附图之间不存在冲突的程度上通过引用并入本文。在这种冲突的情况下，在通过引用并入本文的美国专利、美国专利申请和其它材料中的任何这种冲突的文本没有具体地通过引用并入本文。

鉴于本说明书，本技术的各个方面的进一步修改和替代实现对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此，本说明书应被解释为仅是说明性的，并且用于教导本领域技术人员实现该技术的一般方式。应当理解，在此示出和描述的技术的形式被视为实现。可以用元件和材料代替本文所示和所述的那些元件和材料，可以颠倒部分和方法，并且可以独立地利用本技术的某些特征，所有这些对于受益于本技术说明书的本领域技术人员来说是显而易见的。在不脱离所附权利要求中描述的技术的精神和范围的情况下，可以对这里描述的元件进行改变。

Claims (27)

1.一种用于使用真空变压吸附产生富氧空气的氧气浓缩器，所述氧气浓缩器包括：

罐系统，其包括用于接收第一气体分离吸附剂的第一罐，其中所述第一气体分离吸附剂被配置为从环境空气流中分离至少一些氮气以产生富氧空气；

泵送系统，其包括第一马达控制的泵；

一组阀，其气动地联接所述罐系统与所述泵送系统；以及

控制器，其包括一个或多个处理器，其中所述控制器被配置为用于控制所述泵系统和所述组阀的操作以便：

选择性地气动地联接所述第一马达控制的泵和所述第一罐以对所述第一罐加压；以及

选择性地气动地联接所述第一马达控制的泵和所述第一罐以排空所述第一罐。

2.根据权利要求1所述的氧气浓缩器：

其中所述罐系统进一步包括用于接收第二气体分离吸附剂的第二罐，其中所述第二气体分离吸附剂被配置为从环境空气流中分离至少一些氮气以产生富氧空气，

其中所述泵系统进一步包括第二马达控制的泵，并且

其中所述控制器进一步被配置为用于控制所述泵系统和所述组阀的操作以便：

选择性地气动地联接第二马达控制的泵和第二罐从而加压第二罐；以及

选择性地气动地联接所述第二马达控制的泵和所述第二罐以排空第二罐。

3.根据权利要求2所述的氧气浓缩器，其中所述控制器被进一步配置为用于控制所述泵系统和所述组阀的操作以便：

气动地联接所述第一马达控制的泵和所述第一罐以对所述第一罐加压，同时还选择性地气动地联接所述第二马达控制的泵和所述第二罐以便排空所述第二罐；以及

气动地联接所述第一马达控制的泵和所述第一罐以便排空所述第一罐，同时还选择性地气动地联接所述第二马达控制的泵和所述第二罐以便加压所述第二罐。

4.根据权利要求3所述的氧气浓缩器，其中当第一罐被排空时，第一罐的压力接近第一负压，并且其中当第二罐被排空时，第二罐的压力接近第二负压。

5.根据权利要求4所述的氧气浓缩器，其中第一和第二负压的范围从大约500到800毫巴。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述控制器被进一步配置为用于控制所述泵系统和所述组阀的操作以便：

选择性地气动地联接第一马达控制的泵、第二马达控制的泵和第一罐以对第一罐加压；以及

选择性地气动地联接第一马达控制的泵、第二马达控制的泵和第二罐以对第二罐加压。

7.根据权利要求6所述的氧气浓缩器，其中所述控制器被进一步配置为用于控制所述泵系统和所述组阀的操作以便：

气动地联接所述第一马达控制的泵、所述第二马达控制的泵和所述第一罐以对所述第一罐加压，同时还允许由所述第一罐产生的至少一部分富氧空气以吹扫所述第二罐；以及

气动地联接所述第一马达控制的泵、所述第二马达控制的泵和所述第二罐以对所述第二罐加压，同时还允许由所述第二罐产生的至少一部分富氧空气以吹扫所述第一罐。

8.根据权利要求6或7所述的氧气浓缩器，其中所述控制器进一步被配置为用于控制所述泵系统和所述组阀的操作以便：

气动地联接所述第一马达控制的泵、所述第二马达控制的泵和所述第一罐以对所述第一罐加压，同时还允许从所述第二罐中排出富氮空气流；以及

气动地联接所述第一马达控制的泵、所述第二马达控制的泵和所述第二罐以对所述第二罐加压，同时还允许从所述第一罐中排出富氮空气流。

9.根据权利要求8所述的氧气浓缩器，其中当富氮空气流被允许从第一罐排出时，第一罐的压力接近环境压力，并且其中当富氮空气流被允许从第二罐排出时，第二罐的压力接近环境压力。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的氧气浓缩器，其中控制器被配置为用单个马达控制第一和第二马达控制的泵的操作。

11.根据权利要求2至9中任一项所述的氧气浓缩器，其中控制器被配置为控制具有至少两个马达的第一和第二马达控制的泵的操作。

12.根据权利要求2至11中任一项所述的氧气浓缩器，其中第一马达控制的泵包括第一活塞，并且其中第二马达控制的泵包括第二活塞。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的氧气浓缩器，其中控制器被配置为以周期模式控制泵系统和所述组阀的操作，以便使用真空变压吸附产生富氧空气。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述组阀包括将第一罐或周围环境连接到第一马达控制的泵的入口的至少一个阀。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述组阀包括将第一马达控制的泵的出口连接到第一罐或第二罐的第一子组的阀。

16.根据权利要求15所述的氧气浓缩器，其中所述组阀包括第二子组的阀，所述第二子组的阀将第一子组的阀连接到第一罐或连接到周围环境。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述组阀包括选择性地将第一罐连接到周围环境的阀。

18.一种使用真空变压吸附生产富氧空气的方法，所述方法包括：

通过一组阀选择性地气动地联接泵送系统的第一马达控制的泵和罐系统的第一罐，以对所述第一罐加压，其中所述第一罐包括第一气体分离吸附剂，所述第一气体分离吸附剂被配置从环境空气流中分离至少一些氮气以产生富氧空气；以及

通过所述组阀选择性地气动地联接第一马达控制的泵和第一罐，以便排空第一罐。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：

通过所述一组阀选择性地气动地联接所述泵送系统的第二马达控制的泵和所述罐系统的第二罐，以对所述第二罐加压，其中所述第二罐包括第二气体分离吸附剂，所述第二气体分离吸附剂被配置为从环境空气流中分离至少一些氮气以产生富氧空气；以及

通过所述组阀选择性地气动地联接第二马达控制的泵和第二罐，以便排空第二罐。

20.根据权利要求19所述的方法：

其中执行通过所述组阀气动地联接所述第一马达控制的泵和所述第一罐以对所述第一罐加压，同时还通过所述组阀气动地联接所述第二马达控制的泵和所述第二罐以排空所述第二罐，并且

其中执行通过所述组阀气动地联接所述第一马达控制的泵和所述第一罐以便排空所述第一罐，同时还通过所述组阀气动地联接所述第二马达控制的泵和所述第二罐以对所述第二罐加压。

21.根据权利要求20所述的方法，其中当所述第一罐被排空时，所述第一罐的压力接近第一负压，并且其中当所述第二罐被排空时，所述第二罐的压力接近第二负压。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一和第二负压的压力范围约为500-800毫巴。

23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，进一步包括：

选择性地气动地联接所述第一马达控制的泵、所述第二马达控制的泵和所述第一罐以对所述第一罐加压；以及

选择性地气动地联接第一马达控制的泵、第二马达控制的泵和第二罐，以对第二罐加压。

24.根据权利要求23所述的方法：

其中执行气动地联接所述第一马达控制的泵、所述第二马达控制的泵和所述第一罐以对所述第一罐加压，同时还允许由所述第一罐产生的至少一部分富氧空气吹扫所述第二罐，并且

其中执行气动地联接所述第一马达控制的泵、所述第二马达控制的泵和所述第二罐以对所述第二罐加压，同时还允许由所述第二罐产生的至少一部分富氧空气吹扫所述第一罐。

25.根据权利要求23所述的方法：

其中执行气动地联接所述第一马达控制的泵、所述第二马达控制的泵和所述第一罐以对所述第一罐加压，同时还允许从所述第二罐中排出富氮空气流，并且

其中执行气动地联接所述第一马达控制的泵、所述第二马达控制的泵和所述第二罐以对所述第二罐加压，同时还允许从所述第一罐中排出富氮空气流。

26.根据权利要求25所述的方法，其中当允许所述富氮空气流从所述第一罐排出时，所述第一罐的压力接近环境压力，并且其中当允许所述富氮空气流从所述第二罐排出时，所述第二罐的压力接近环境压力。

27.一种设备，包括：

用于接收第一气体分离吸附剂的装置，其中所述第一气体分离吸附剂被配置为从环境空气流中分离至少一些氮以产生富氧空气；

用于产生压缩空气的装置，其包括第一马达控制的泵；

用于气动地联接所述用于接收的装置和所述用于产生压缩空气的装置的装置；以及

用于控制所述用于产生压缩空气的装置和所述用于气动地联接的装置的操作的装置，以便：

选择性地气动地联接所述第一马达控制的泵和所述用于接收的装置以对所述用于接收的装置加压；以及

选择性地气动地连接所述第一马达控制的泵和所述用于接收的装置以排空所述用于接收的装置。

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