CN115916310A - 用于为呼吸障碍提供浓缩治疗气体的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种氧气浓缩器设备在呼吸循环期间提供治疗气体的变化，例如通过改变富集空气的流速和/或氧气纯度。该设备可包括压缩机和阀组，该阀组操作用于富集空气的筛床并从床排出排气。治疗气体可以包括释放的富集空气和排气。该设备具有供应阀，以选择性地将富集空气从蓄积器经由主路径释放到输送导管。该设备可以包括第二路径，例如具有阀，以将排气的一部分释放到输送导管。控制器致动阀组以产生富集空气，并且致动供应阀以将富集空气释放到输送导管。控制器可以与供应阀反同步地致动第二阀，以将排气释放到输送导管。

Description

用于为呼吸障碍提供浓缩治疗气体的方法和设备

相关申请的交叉引用

本公开要求于2020年4月8日提交的澳大利亚临时专利申请序列第2020901121号的优先权，其全部公开内容在此引入作为参考。

技术领域

本技术总体上涉及用于治疗呼吸障碍的方法和设备，例如涉及气体吸附或受控变压吸附的那些。这种方法可以在氧气浓缩器中实现。在一些示例中，该技术更具体地涉及用于从便携式氧气浓缩器产生氧气治疗的此类方法和设备，该便携式氧气浓缩器具有用于实现混合模式的多个流动路径，其中治疗气体流具有在吸气(或吸气的一部分)期间相对于非吸气时间或呼气可能不同的特性(例如，纯度和/或流速)。

背景技术

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。

存在一系列呼吸障碍。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。

呼吸衰竭是呼吸障碍的涵盖性术语，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。

呼吸治疗

在称为“流动”治疗的呼吸治疗中，到患者气道的接口是“开放的”(未密封的)，并且呼吸治疗可以向患者自身的自主呼吸补充经调节或富集的空气流。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。

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纯度(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。

呼吸治疗系统

呼吸流动治疗可以由呼吸治疗系统或装置提供。本文所述的呼吸治疗系统可以包括氧源、空气回路和患者接口。

空气回路

空气回路是被构造和布置为在使用中允许经调节或富集的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。

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。对于诸如鼻HFT或LTOT的流量治疗，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。

氧源

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(例如POC)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，这种罐可用作筛床。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。吸附的分子然后可以通过使筛床排气而解吸。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。如果气体混合物例如空气在压力下通过包含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留在罐中，并且从罐出来的气体将富含氧气。当筛床达到其吸附氮气的能力的终点时，吸附的氮气可以通过排气而解吸。然后该筛床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循环，一个罐可以分离氧气，而另一个罐被排放(导致氧气与空气的近连续分离)。以这种方式，富氧空气可以蓄积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(例如被配置为在筛床内产生真空的压缩机)将气体抽吸通过筛床的分离过程。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筛床加压，并且还施加真空以对筛床减压。

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的氧气供应并且在使用期间为患者(用户)提供移动性。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。在一些实现中，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“团”定时为与吸入的开始一致。这种治疗模式被称为脉冲氧气输送(POD)或需求模式。

由于临床原因，连续流动模式长期氧气治疗是有利的，例如使他们正在接受治疗的患者安心，并减轻焦虑。然而，连续流模式消耗了电池寿命，因此更适合于固定装置。因此，需要一种便携式氧气浓缩器，其能够模拟具有合理电池寿命的连续流动模式的益处。

发明内容

本技术的示例可以提供用于氧气浓缩器(例如便携式氧气浓缩器)的受控操作的方法和设备。特别地，该技术提供了用于便携式氧气浓缩器的方法和设备，该便携式氧气浓缩器被配置为以在此被称为混合模式的输送模式输送长期氧气治疗，同时保持可接受的电池寿命。混合模式治疗是呼吸同步治疗，其中向患者输送非零团间气流以及与POD模式中的吸入同步输送团。混合模式治疗可以根据双水平纯度种类、双水平流速种类或这两种种类之间的中间种类来输送。

所有种类的混合模式治疗对检测用户吸入开始的传统方法提出了挑战。因此，本技术的示例还可以包括允许在混合模式治疗的各种子模式中准确检测吸入开始的传感器配置。

本技术的一些实现可以包括用于向用于患者吸入的输送导管提供治疗气体的氧气浓缩器。氧气浓缩器可包括配置为产生加压空气流的压缩机。氧气浓缩器可以包括一个或多个筛床。所述一个或多个筛床可包括吸附材料，所述吸附材料配置为优先从加压空气流中吸附组分气体，从而从加压空气流中产生富氧空气。氧气浓缩器可以包括阀组。阀组可配置为选择性地将压缩机气动地联接到一个或多个筛床，以便选择性地将加压空气流输送到一个或多个筛床。阀组可配置为选择性地将排气从一个或多个筛床的排气出口排放到大气中。氧气浓缩器可以包括气动地联接到一个或多个筛床的蓄积器，以便接收从一个或多个筛床的产品出口产生的富氧空气。氧气浓缩器可包括供应阀，该供应阀配置为选择性地将富氧空气从蓄积器经由主流动路径释放并且然后释放到输送导管。该氧气浓缩器可以包括第二流动路径，该第二流动路径被配置为用于将该排气的一部分从该排气出口传递至该输送导管。氧气浓缩器可包括可操作地联接到阀组和供应阀的控制器。所述控制器可配置为以周期模式选择性地致动所述阀组，以便产生用于由所述蓄积器接收的富氧空气并从所述一个或多个筛床排出排气。控制器可配置为选择性地致动供应阀以与患者的吸入同步地将富氧空气从蓄积器释放到输送导管。治疗气体可以包括释放的富氧空气和排气的一部分。

在一些实现中，治疗气体可以以混合模式提供给输送导管，其中治疗气体至少在患者吸气和患者呼气期间流向输送导管。混合模式可以改变治疗气体的特性。变化的特性可以是氧气纯度。变化的氧气纯度可以包括在患者吸气的至少一部分期间的第一氧气纯度和在患者吸气的该部分之后的第二氧气纯度。第一氧纯度可以是在约50％至约99％范围内的纯度。第二氧纯度可以是在约4％至35％范围内的纯度。主流动路径可配置为提供具有第一氧气纯度的治疗气体。第二流动路径可以被配置为提供具有第二氧气纯度的治疗气体。该第二流动路径可以包括第二阀，该第二阀被配置为用于选择性地将排气的一部分释放到该输送导管中。该控制器可以进一步被配置为与该供应阀的致动反同步地选择性地致动该第二阀以便将排气的一部分释放到该输送导管。供应阀和第二阀可以实现为三通阀，该三通阀配置为将富氧空气或排气的一部分释放到输送导管。

在一些实现中，该氧气浓缩器可以进一步包括压力传感器，该压力传感器被配置为用于产生表示其感测端口与参考端口之间的压力差的信号，该感测端口被连接至该输送导管，并且该参考端口被联接至该氧气浓缩器的可以在该供应阀下游的流动路径上。控制器还可配置为根据所产生的压力差信号检测吸入的开始，并基于检测到的吸入的开始致动供应阀。控制器可配置为通过检测所产生的压力差信号的下降来检测吸入的开始。压力传感器的参考端口可以经由限流器连接到供应阀的下游侧。控制器可配置为响应于用户对氧气浓缩器的接口上的控制器的致动而与供应阀的致动反同步地致动第二阀。

在一些实现中，氧气浓缩器还可包括在第二流动路径内并与第二阀成一直线的限流器。该限流器可以被配置为使得排气在被释放到该输送导管中时的流速可以近似等于富氧空气在被释放到该输送导管中时的流速。该氧气浓缩器可以包括另一个第二阀，该第二阀被配置为经由限流器选择性地将富氧空气从该蓄积器释放到该输送导管。控制器还可配置为与供应阀的致动反同步地选择性地致动另一第二阀，以将富氧空气释放到输送导管。混合模式可以改变治疗气体的另一特性。进一步变化的特征可以是治疗气体的流速。

本技术的一些实现可以包括用于提供治疗气体的设备。该设备可以包括用于产生加压空气流的装置，如在此更详细地描述的马达操作的压缩机。该设备可包括用于从加压空气流中优先吸附组分气体的装置，从而从加压空气流中产生富氧空气，如本文更详细描述的一个或多个筛床。该设备可包括用于以周期模式选择性地气动联接用于优先吸附的所述装置的装置，用于优先吸附的所述装置具有(a)用于产生的所述装置，以便选择性地将所述加压空气流传送到用于优先吸附的所述装置，以及(b)通向大气的排放出口，所述排放出口用于选择性地将排气从用于优先吸附的所述装置排放到大气，以便在用于优先吸附的所述装置内产生富氧空气，例如在此更详细描述的控制器和一组阀。该设备可以包括用于蓄积富氧空气的装置，例如在此更详细地描述的从用于优先吸附的装置的产品出口产生的蓄积器。该设备可以包括用于与患者的吸入同步地将富氧空气从用于蓄积的装置选择性地释放到用于患者的输送导管的装置，例如在此更详细地描述的供应阀和控制器。该设备可以包括用于将排气的一部分传送到输送导管的装置，例如在此更详细地描述的第二流动路径。治疗气体可以包括从用于蓄积的装置释放的富氧空气和排气的一部分。

本技术的一些实现可以包括用于为患者产生治疗气体的氧气浓缩器。氧气浓缩器可包括配置为产生加压空气流的压缩机。氧气浓缩器可以包括一个或多个筛床。所述一个或多个筛床可包括吸附材料，所述吸附材料配置为优先从加压空气流中吸附组分气体，从而从加压空气流中产生富氧空气。氧气浓缩器可包括阀组，该阀组配置为选择性地将压缩机气动地联接到一个或多个筛床，以便选择性地将加压空气流输送到一个或多个筛床。氧气浓缩器可以包括气动地联接到一个或多个筛床的蓄积器，以便接收由一个或多个筛床产生的富氧空气。氧气浓缩器可包括供应阀，其被配置为用于经由主路径将富氧空气从所述蓄积器选择性地释放到用于所述患者的输送导管中。该氧气浓缩器可以包括第二阀，其被配置为用于经由第二路径将富氧空气从所述蓄积器选择性地释放到用于所述患者的所述输送导管中。氧气浓缩器可包括可操作地联接到阀、供应阀和第二阀的控制器。该控制器可以被配置为以周期模式选择性地致动该阀组，以便在该蓄积器中产生富氧空气。控制器可被配置为选择性地致动供应阀以与患者的吸入同步地将富氧空气释放到输送导管。该控制器可以被配置为与该供应阀的致动反同步地选择性地致动该第二阀以便将富氧空气释放到该输送导管中。

在一些实现中，治疗气体可以以混合模式被提供给输送导管，其中治疗气体至少在患者吸气和患者呼气期间流向输送导管；并且其中所述混合模式改变所述治疗气体的特性。变化的特性可以是治疗气体的流速。主路径的流动特性可以不同于第二路径的流动特性。氧气浓缩器还可包括在第二路径内并与第二阀成一直线的限流器。该限流器可以被配置为使得当经由该第二阀释放至该输送导管时的富氧空气的流速可以基本上低于当经由该供应阀释放至该输送导管时的富氧空气的流速。供应阀和第二阀可以实现为三通阀，该三通阀配置为将富氧空气释放到输送导管。

在一些实现中，氧气浓缩器可以进一步包括压力传感器，该压力传感器被配置为产生表示其感测端口与参考端口之间的压力差的信号。感测端口可以连接到输送导管，参考端口可以联接到氧气浓缩器的流动路径，该流动路径可以在供应阀的下游。控制器还可配置为根据所产生的压力差信号检测吸入的开始，并基于检测到的吸入的开始致动供应阀。控制器可配置为通过检测所产生的压力差信号的下降来检测吸入的开始。压力传感器的参考端口可以经由限流器连接到供应阀的下游侧。控制器可配置为响应于用户对氧气浓缩器的接口上的控制器的致动而与供应阀的致动反同步地致动第二阀。该氧气浓缩器可以进一步包括另一个第二阀，该另一个第二阀被配置为选择性地将排气的一部分从该一个或多个筛床释放到该输送导管，其中该控制器可以进一步被配置为与该供应阀的致动反同步地选择性地致动该另一个第二阀以将排气的一部分释放到该输送导管。混合模式可以改变治疗气体的另一特性。进一步变化的特征可以是治疗气体的氧气纯度。

本技术的一些形式可以包括设备。该设备可以包括用于产生加压空气流的装置。该设备可包括用于从加压空气流中优先吸附组分气体的装置，从而从加压空气流中产生富氧空气。该设备可包括用于以周期性模式选择性地气动联接用于优先吸附的所述装置的装置，用于优先吸附的所述装置具有用于产生的所述装置，以便选择性地将所述加压空气流传送到所述用于优先吸附的装置，以便在用于优先吸附的所述装置中产生富氧空气。该设备可包括用于蓄积由所述用于优先吸附的装置产生的富氧空气的装置。该设备可包括用于与患者的吸入同步地选择性地将富氧空气从用于蓄积的装置释放到用于患者的输送导管的主要装置。该设备可以包括用于与主要装置致动反同步地选择性释放的选择性地将富氧空气从用于蓄积的装置释放到用于患者的输送导管的第二装置。

本技术的一些实现可以包括氧气浓缩器。氧气浓缩器可包括配置为产生加压空气流的压缩机。该设备可包括一个或多个筛床。所述一个或多个筛床可包括吸附材料，所述吸附材料配置为优先从加压空气流中吸附组分气体，从而从加压空气流中产生富氧空气。该设备可包括阀组，其配置为选择性地将所述压缩机气动地联接到所述一个或多个筛床，以便选择性地将所述加压空气流传送到所述一个或多个筛床。该设备可包括蓄积器，其气动地联接到所述一个或多个筛床以便接收由所述一个或多个筛床产生的富氧空气。该设备可包括供应阀，其被配置为用于将富氧空气从所述蓄积器选择性地释放到用于患者的输送导管中。该设备可包括第二路径，其被配置为将气体流传送到用于所述患者的所述输送导管。该设备可以包括压力传感器，该压力传感器被配置为产生表示其感测端口与参考端口之间的压力差的信号。感测端口可以连接到输送导管。参考端口可以联接到氧气浓缩器的流动路径，该流动路径可以在供应阀的下游。该设备可包括可操作地联接到阀组和供应阀的控制器。该控制器可以被配置为以周期模式选择性地致动该阀组以便为该蓄积器产生富氧空气。控制器可配置为根据所产生的压力差信号来检测的吸气开始。控制器可被配置为选择性地致动供应阀以与患者的吸入同步地将富氧空气释放到输送导管。

在一些实现中，该控制器可以进一步被配置为基于所检测到的吸入开始来致动该供应阀。控制器可配置为通过检测所产生的压力差信号的下降来检测吸入的开始。压力传感器的参考端口可以经由限流器连接到供应阀的下游侧。第二路径可包括第二阀，该第二阀配置为选择性地将排气从一个或多个筛床释放到输送导管。第二路径还可包括另一第二阀，该另一第二阀配置为经由限流器选择性地将富氧空气从蓄积器释放到输送导管。该第二路径可以包括第二阀，该第二阀被配置为经由限流器选择性地将富氧空气从该蓄积器释放到该输送导管。

本技术的一些形式可以包括设备。该设备可以包括用于产生加压空气流的装置。该设备可包括用于从加压空气流中优先吸附组分气体的装置，从而从加压空气流中产生富氧空气。该设备可包括用于以周期性模式选择性地气动联接用于优先吸附的所述装置的装置，用于优先吸附的所述装置具有用于产生的所述装置，以便选择性地将所述加压空气流传送到所述用于优先吸附的装置，以便在用于优先吸附的所述装置中产生富氧空气。该设备可包括用于蓄积由所述用于优先吸附的装置产生的富氧空气的装置。该设备可以包括用于选择性地将富氧空气从所述用于蓄积的装置释放到用于患者的输送导管的装置。该设备可以包括用于将气流输送到用于患者的输送导管的第二装置。该设备可以包括用于产生表示其感测端口和参考端口之间的压力差的信号的装置。感测端口可以连接到输送导管。该设备可包括用于根据所产生的压力差信号检测患者吸气开始以及用于选择性地致动用于选择性地释放富氧空气的装置的装置，以与患者吸气同步地将富氧空气释放到输送导管。

另一个总的方面包括氧气浓缩器。氧气浓缩器包括配置为产生加压空气流的压缩机。该氧气浓缩器还包括至少一个筛床，该筛床或每个筛床包括吸附剂材料，该吸附剂材料被配置为优先从加压空气流中吸附组分气体，由此从加压空气流中产生富氧空气。该氧气浓缩器还包括阀，该阀被配置为用于选择性地气动地将所述压缩机联接到所述筛床或每个筛床，以便选择性地将加压空气流输送到筛床，并选择性地从所述筛床或每个筛床排出排气。氧气浓缩器还包括与筛床或每个筛床气动联接的蓄积器，以便接收由筛床或每个筛床产生的富氧空气。氧气浓缩器还包括供应阀，该供应阀配置为选择性地经由输送导管将富氧空气从蓄积器释放到患者。氧气浓缩器还包括配置为选择性地将排气的一部分释放到输送导管的第二阀。该氧气浓缩器还包括可操作地联接到阀、供应阀，以及第二阀上的控制器，该控制器被配置为用于：以周期模式选择性地致动所述阀以便在所述蓄积器中产生富氧空气，与患者的吸入同步地选择性地致动所述供应阀以将富氧空气释放到所述输送导管，以及与所述供应阀的致动反同步地选择性地致动所述第二阀以将所述排气的一部分释放到所述输送导管。

一个总的方面包括设备。该设备还包括用于产生加压空气流的装置。该设备还包括用于从加压空气流中优先吸附组分气体的装置，从而从加压空气流中产生富氧空气。该设备还包括用于选择性地将用于产生的装置气动地联接到用于优先吸附的装置的装置，以便选择性地将加压空气流输送到用于优先吸附的装置。该设备还包括用于从用于优先吸附的装置中选择性地排出排气的装置。该设备还包括用于接收由优先吸附的装置产生的富氧空气的装置。该设备还包括用于通过输送导管选择性地从用于接收的装置向患者释放富氧空气的装置。该设备还包括用于选择性地将排气的一部分释放到输送导管的装置。该设备还包括用于以周期模式选择性地致动用于选择性气动联接的装置的装置，以便在用于接收的装置中产生富氧空气。该设备还包括用于选择性地致动用于选择性地释放富氧空气的装置的装置，以与患者的吸入同步地将富氧空气释放到输送导管。该设备还包括用于选择性地致动用于选择性地释放排气的装置的装置，该装置与用于选择性地释放富氧空气的装置的致动反同步地致动用于选择性地释放排气的装置，以将排气的一部分释放到输送导管。

一个总的方面包括氧气浓缩器。氧气浓缩器还包括配置为产生加压空气流的压缩机。该氧气浓缩器还包括至少一个筛床，该筛床或每个筛床包括吸附剂材料，该吸附剂材料被配置为优先从加压空气流中吸附组分气体，由此从加压空气流中产生富氧空气。氧气浓缩器还包括阀，该阀配置为选择性地气动地将压缩机联接到筛床或每个筛床，以便选择性地将加压空气流输送到筛床。氧气浓缩器还包括与筛床或每个筛床气动联接的蓄积器，以便接收由筛床或每个筛床产生的富氧空气。氧气浓缩器还包括供应阀，该供应阀配置为选择性地经由输送导管将富氧空气从蓄积器释放到患者。氧气浓缩器还包括第二阀，该第二阀配置为选择性地经由输送导管将富氧空气从蓄积器释放到患者。该氧气浓缩器还包括可操作地联接到阀、供应阀，以及第二阀上的控制器，该控制器被配置为用于：以周期模式选择性地致动所述阀以便在所述蓄积器中产生富氧空气，与患者的吸入同步地选择性地致动所述供应阀以将富氧空气释放到所述输送导管，以及与所述供应阀的致动反同步地选择性地致动所述第二阀以将富氧空气释放到所述输送导管。

一个总的方面包括设备。该设备还包括用于产生加压空气流的装置。该设备还包括用于从加压空气流中优先吸附组分气体的装置，从而从加压空气流中产生富氧空气。该设备还包括用于选择性地将用于产生的装置气动地联接到用于优先吸附的装置的装置，以便选择性地将加压空气流输送到用于优先吸附的装置。该设备还包括用于接收由优先吸附的装置产生的富氧空气的装置。该设备还包括用于通过输送导管选择性地从用于接收的装置向患者释放富氧空气的装置。该设备还包括第二装置，其用于通过输送导管选择性地从用于接收的装置向患者释放富氧空气。该设备还包括用于以周期模式选择性地致动用于选择性气动联接的装置的装置，以便在用于接收的装置中产生富氧空气。该设备还包括用于选择性地致动用于选择性地释放富氧空气的装置的装置，以与患者的吸入同步地将富氧空气释放到输送导管。该设备还包括用于与用于选择性地释放富氧空气的装置的致动反同步地选择性地致动用于选择性地释放富氧空气的第二装置以将富氧空气释放到输送导管的装置。

一个总的方面包括氧气浓缩器。氧气浓缩器还包括配置为产生加压空气流的压缩机。该氧气浓缩器还包括至少一个筛床，该筛床或每个筛床包括吸附剂材料，该吸附剂材料被配置为优先从加压空气流中吸附组分气体，由此从加压空气流中产生富氧空气。氧气浓缩器还包括阀，该阀配置为选择性地气动地将压缩机联接到筛床或每个筛床，以便选择性地将加压空气流输送到筛床。氧气浓缩器还包括与筛床或每个筛床气动联接的蓄积器，以便接收由筛床或每个筛床产生的富氧空气。氧气浓缩器还包括供应阀，该供应阀配置为选择性地经由输送导管将富氧空气从蓄积器释放到患者。氧气浓缩器还包括配置为经由输送导管向患者传送气流的第二路径。该氧气浓缩器还包括压力传感器，该压力传感器被配置为用于产生表示其感测端口与参考端口之间的压力差的信号，该感测端口被连接到该输送导管上。该氧气浓缩器还包括可操作地联接到该阀和该供应阀上的控制器，该控制器被配置为用于：以周期模式选择性地致动所述阀，以便在所述蓄积器中产生富氧空气，根据所产生的压力差信号检测患者吸气的开始，并且选择性地致动所述供应阀，以便与患者吸气同步地将富氧空气释放到所述输送导管。

一个总的方面包括设备。该设备还包括用于产生加压空气流的装置。该设备还包括用于从加压空气流中优先吸附组分气体的装置，从而从加压空气流中产生富氧空气。该设备还包括用于选择性地将用于产生的装置气动地联接到用于优先吸附的装置的装置，以便选择性地将加压空气流输送到用于优先吸附的装置。该设备还包括用于接收由优先吸附的装置产生的富氧空气的装置。该设备还包括用于通过输送导管选择性地从用于接收的装置向患者释放富氧空气的装置。该设备还包括用于通过输送导管向患者传送气流的装置。该设备还包括用于产生表示其感测端口和参考端口之间的压力差的信号的装置，该感测端口连接到输送导管。该设备还包括用于以周期模式选择性地致动用于选择性气动联接的装置的装置，以便在用于接收的装置中产生富氧空气。该设备还包括用于根据所产生的压力差信号来检测患者的吸气开始的装置。该设备还包括用于选择性地致动用于选择性地释放富氧空气的装置的装置，以与患者的吸入同步地将富氧空气释放到输送导管。

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。

附图说明

受益于以下对实现的详细描述并参考附图，本领域技术人员将清楚本技术的优点，在附图中，相似的附图标记指示相似的部件：

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的氧气浓缩器的部件的示意图。

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8K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1O描绘了包括图1A的氧气浓缩器的连接的POC治疗系统。

图2包含示出根据本技术的一个方面的混合式输送模式的双水平纯度实现的图。

图3是根据本技术的一个实现的对图1F的出口系统的修改的示意图。

图4包含示出根据本技术的一个方面的混合式输送模式的双水平流速实现的图。

图5是根据本技术的一个实现的对图1F的出口系统的修改的示意图。

图6包含示出由氧气浓缩器输送富氧空气的各种模式的图。

图7是根据本技术的图3和图5的出口系统的组合的一个实现对图1F的出口系统的修改的示意图。

具体实施方式

参考附图详细描述本公开的示例实现，其中相同的附图标记标识相似或相同的元件。应当理解，所公开的实现仅仅是本公开的实施例，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。

图1A-8N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，在其他实施例中，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。

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170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。

部件

图1B示出了根据实现的氧气浓缩器100的部件的示意图。氧气浓缩器100可在空气流中浓缩氧气以向用户提供富氧空气。

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在使用期间用手和/或在携带箱中携带的重量和尺寸。如在此进一步讨论的，这种装置通常与所包括的电源一起操作，该电源使用一个或多个电池(例如锂离子电池，其通常是可再充电的)向氧气浓缩器提供电力。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。

富氧空气可以通过加压罐302和304中的环境空气而从环境空气中产生，罐302和304包含气体分离吸附剂，因此称为筛床。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 andChemicals,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。在一种实现中，入口消声器108可以减少湿气和声音。例如，吸水材料(例如聚合物吸水材料或沸石材料)可用于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。

氧气浓缩器通常可以包括由一个或多个阀组成的阀组，用于引导加压空气用于氧气浓缩器的处理，以便产生富氧空气。例如，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，可以产生两级阀致动电压来控制入口阀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，以延长来自电源180(下面描述)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。控制器400可以包括收发器430，其可以与外部装置通信以传输由处理器410收集的数据或从外部装置接收用于处理器410的指令。

止回阀142和144分别联接到罐302和304。止回阀142和144可以是单向阀，其其由罐被加压和排气时产生的压力差被动地操作，或者可以是主动阀。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，以在罐302被加压时允许罐304经由罐的排放出口基本同时排放到大气中。罐302被加压直到罐中的压力足以打开止回阀142。在罐302中产生的富氧空气从罐的产品出口排出并通过止回阀，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排气以解吸氮气。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从其排放出口排出的过程中，出口阀132可以打开，以允许排气通过浓缩器出口130离开罐到达大气。在一个实现中，排出的排气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。排出的废气通过出口130离开氧气浓缩器，将罐重置到允许氮气从空气流重新分离的状态。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或储存的富氧空气引入罐中的富氧空气流来辅助氮气去除。

在示例性实现中，当罐304排出排气时，一部分富氧空气可从罐302转移到罐304。在罐304的排气将富氧空气从罐302转移到罐304有助于通过降低邻近吸附剂的氮气的分压而从吸附剂解吸氮气。富氧空气流还有助于从罐中清除解吸的氮气(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)、1atm、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、罐系统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。

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和图8E，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。

在一种实现中，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。因此，如图1B所示，压缩系统可包括速度传感器201。速度传感器可以是用于确定马达220的旋转速度和/或压缩系统200的其它往复操作的马达速度转换器。例如，可以将来自马达速度转换器的马达速度信号提供给控制器400。速度传感器或马达速度转换器例如可以是霍尔效应传感器。控制器400可基于氧气浓缩器的速度信号和/或任何其它传感器信号，例如压力传感器(例如，蓄积器压力传感器107)，经由马达220操作压缩系统。因此，如图1B所示，控制器400接收传感器信号，例如来自速度传感器201的速度信号和来自蓄积器压力传感器107的蓄积器压力信号。利用这样的信号，控制器可以实现一个或多个控制回路(例如，反馈控制)，用于基于传感器信号(例如蓄积器压力和/或马达速度)操作压缩系统，如在此更详细描述的。

压缩系统200固有地产生大量的热量。热量由马达220的功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180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8E，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，所以将热从马达传递出去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230的旋转致使该空气传送装置240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240包括联接到该外部电枢230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240充当叶轮，该叶轮通过该外部旋转电枢230的移动而旋转。如图1D和图8E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220对准。将空气传送装置240安装到电枢230上允许空气流指向外部旋转电枢230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240引导气流，使得外部旋转电枢230的大部分在气流路径中。

此外，参见图1D和图8E，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240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富氧空气量。

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，从罐系统300排出的冷却排气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接收来自罐的排气。排气327通过基座315导向基座的出口325和电源180。如上所述，排气由于气体的减压而被冷却，因此被动地向电源180提供冷却。当压缩系统工作时，空气传送装置240将收集冷却的排气并将排气引向压缩系统200的马达。风扇172还可以帮助引导排气穿过压缩系统200并且离开壳体170。以这种方式，可以获得额外的冷却而不需要来自电池的任何另外的功率。

罐系统

氧气浓缩器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/管道可以采用模制管道的形式。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，模制空气管道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并通过入口导管330行进，然后到达阀座322和324。图1J和图1K描绘了壳体部件310的端视图。图1J描绘了在将阀装配到壳体部件310之前的壳体部件310的端视图。图1K描绘了壳体部件310的端视图，其中阀装配到壳体部件310。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。壳体部件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用于控制从入口导管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包括穿过壳体部件310进入罐302的开口323。类似地，阀座324包括穿过壳体部件310进入罐302的开口375。如果相应的阀122和124打开，来自入口导管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力差被动地操作。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流向壳体部件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流向壳体部件310的端部。

来自任一罐的富氧空气穿过导管342或344并进入形成在壳体部件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。如图1B所示，蓄积器106内的气体压力可以由传感器测量，例如用蓄积器压力传感器107测量。(也参见图1F)。因此，蓄积器压力传感器提供表示蓄积的富氧空气的压力的信号。合适的压力转换器的示例是来自HONEYWELLASDX系列的传感器。另一种合适的压力转换器是来自GENERAL ELECTRIC的NPA系列的传感器。在一些形式中，压力传感器可以替代地测量蓄积器106外部的气体的压力，例如在蓄积器106与阀(例如，供应阀160)之间的输出路径中的压力，该阀控制富氧空气的释放以便以团输送至用户。

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从吸附剂中解吸氮气。罐302通过关闭入口阀122和打开出口阀132而排气。出口阀132将排气从罐302释放到由壳体部件310的端部限定的容积中。泡沫材料可以覆盖壳体部件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将排气从罐304释放到由壳体部件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被排出氮气时，一部分富氧空气可以从罐302转移到罐304。在罐304的排气将富氧空气从罐302转移到罐304有助于通过降低邻近吸附剂的氮气的分压而从吸附剂解吸氮气。富氧空气流还有助于从罐中清除解吸的氮气(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可以包括一个或多个被配置为估算穿过该室的气体的氧气纯度(分数氧气浓度，典型地表示为百分比)的装置。

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管道。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的气体的氧气纯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0.25D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。

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纯度。在一种实现中，使用氧传感器165来估计穿过膨胀室162的气体的氧气纯度。氧传感器是配置为测量气体中氧气纯度的装置。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氧气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，而由于氧气纯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2009/0065007A1号公开，并且通过引用结合在此。

流速传感器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座基于由流速传感器185估计的用户的呼吸速率和/或呼吸体积。

在一些实现中，超声氧气传感器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)，超声氧气传感器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可用于监测通过输送导管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力或负压力的量成比例的信号。由压力传感器194感测的压力变化可用于确定用户的呼吸速率，以及检测吸入的开始(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。

富氧空气可通过输送导管192提供给用户。在一种实现中，输送导管192可以是硅树脂管。输送导管192可以使用如图1G和图8H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。鼻套管气道输送装置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(例如鼻套管)结合使用。如图1H所示，富氧空气可通过鼻套管气道输送装置196和吸嘴198提供给用户。

吸嘴198可移除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，吸嘴198与鼻套管气道输送装置196结合使用以向用户提供富氧空气。吸嘴198和鼻套管气道输送装置196都联接到吸入传感器。在一种实现中，吸嘴198和鼻套管气道输送装置196联接到同一吸入传感器。在一个替代实现中，吸嘴198和鼻套管气道输送装置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或鼻套管气道输送装置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和鼻套管气道输送装置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。

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，如下所述。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。在一些实现中，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，例如用于故障状态或其它过程信息。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的富氧空气的氧气纯度。可以将最小氧气纯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。

图1O示出了包括POC 100的连接的POC治疗系统450的一个实现。POC 100的控制器400包括收发器430，收发器430，其被配置为允许控制器400使用诸如全球移动电话系统(GSM)的无线通信协议或其他协议(例如，WiFi)，诸如通过网络470与诸如基于云的服务器460的远程计算装置通信。网络470可以是诸如因特网的广域网或诸如以太网的局域网。控制器400还可以包括收发器430中的短距离无线模块，其被配置为使控制器400能够使用诸如蓝牙TM的短距离无线通信协议与诸如智能电话的便携式计算装置480通信。便携式计算装置，例如智能电话480可以与POC 100的用户1000相关联。

服务器460还可使用例如GSM的无线通信协议与便携式计算装置480进行无线通信。智能电话480的处理器执行称为“app”的程序482，以控制智能手机480与用户1000、POC100和/或服务器460的交互。服务器460可以访问存储关于POC 100和用户1000的操作数据的数据库466。

服务器460包括分析引擎462，其可以执行操作和监测POC 100的方法。服务器460还可经由有线或无线连接经由网络470与诸如个人计算装置464等其它装置通信。个人计算装置464的处理器可执行“客户端”程序以控制个人计算装置464与服务器460的交互。客户机程序的一个示例是浏览器。

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。

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、流量设定按钮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)。

流量设定按钮620、622、624和626允许选择富氧空气的流量(例如，按钮620选择0.2LPM，按钮622选择0.4LPM，按钮624选择0.6LPM，按钮626选择0.8LPM)。在其他实现中，可以增加或减少流量设定的数量。在选择流量设定之后，氧气浓缩器100将控制操作以根据所选择的流量设定实现富氧空气的产生。可选地，控制面板可以包括一个或多个混合按钮，以激活这里描述的任何混合模式。可选地，控制面板可以包括POD按钮以激活POD模式。因此，该装置可以被设置为以传统的团模式(POD)、连续流动模式(CFM)和/或混合模式进行操作，在传统的团模式中，该装置例如根据设定的流速仅释放用于患者吸气的团，在连续流动模式中，该装置例如根据设定的流速提供具有通常对于吸气和呼气保持恒定的气体特性的气流，在混合模式中，气体特性通常对于吸气和呼气改变，如本文所讨论的。在一些情况下，控制器可以基于剩余电池寿命自动地从较高功耗模式改变为较低功耗模式。例如，在检测到低电池状况时，诸如当控制器配置有电压检测电路(例如，欠压检测器)以采样电池电压时，控制器可以从连续模式切换到混合模式或POD模式。类似地，在检测到低或较低电池状况时，控制器可以从混合模式切换到POD模式。

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。

用户可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。

触发POC

下面描述的操作和监测POC 100的方法可以由诸如控制器400的一个或多个处理器410的一个或多个处理器来执行，所述一个或多个处理器由存储在诸如POC 100的存储器420的存储器中的程序指令来配置，所述程序指令诸如包括如前所述的一个或多个功能和/或与其对应的关联数据。可替代地，所描述的方法的步骤中的一些或全部可以类似地由形成所连接的POC治疗系统450的一部分的外部计算装置(例如服务器460)的一个或多个处理器来执行，如上所述。在后一种实现中，处理器410可以由存储在POC 100的存储器420中的程序指令来配置，以向外部计算装置发送执行要在外部计算设备处执行的那些步骤所需的测量和参数。

氧气浓缩器100的主要用途是向用户提供补充氧气。可以在氧气浓缩器100的控制面板600上选择一个或多个流量设定，然后其将控制操作以根据所选择的流量设定实现富氧空气的产生。在一些形式中，可以实现多个流量设定(例如，五个流量设定)。控制器400可以实现POD(脉冲氧气输送)或需求操作模式。控制器400可以调节一个或多个释放的脉冲或团的体积，以根据选定的流量设定实现富氧空气的输送。控制面板600上的流量设定可以对应于输送氧气的分钟量(团体积乘以每分钟的呼吸速率)，例如0.2LPM、0.4LPM、0.6LPM、0.8LPM、1.1LPM。

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操作模式下，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。为了使氧气的浪费最小化，控制器400可以被编程为在检测到用户吸气开始之后立即打开供应阀160以释放富氧空气团。例如，可以在用户吸入的最初几毫秒内提供富氧空气团。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氧气的浪费。

在一种实现中，可以使用诸如压力传感器194的传感器来检测用户吸入的开始，并且由此触发团的释放。例如，可以通过使用压力传感器194来检测吸入的开始。在使用中，用于提供富氧空气的输送导管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。输送导管192中的压力因此代表用户的气道压力，并因此指示用户的呼吸。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，在输送导管192的端部产生负压，部分地由于被抽吸穿过输送导管192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。

输送导管192中压力的正变化或上升指示用户呼气。控制器400可以分析来自压力传感器194的压力信号以检测指示呼气开始的压力升高。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。

混合模式氧气输送

混合模式治疗是呼吸同步治疗，其中向患者输送非零团间气流以及与POD模式中的吸入同步输送团。在这样的模式中，控制器可以控制装置的操作，以在这样的同步时间启动团的输送，另外控制或操作装置以递送非零团间气体流。因此，该装置可以在每个呼吸周期(即吸气和呼气)期间提供大致连续的治疗气体流，但是气流的特性(例如纯度和/或流速)可以在吸气(或吸气的一部分)期间相对于非吸气时间或呼气而不同。本文中更详细地描述此类模式的示例。用于混合模式的这种气体特性输送差异可以利用采用不同配置的氧气浓缩器内的多个流动路径来实现。例如，这种气体特性输送差异可以利用主流动路径(或主路径)和一个或多个第二流动路径(或第二路径)来实现。在这点上，主路径通常涉及治疗气体从蓄积器通过供应阀流动的典型路径，该供应阀将吸气触发团释放到输送导管。主路径可以向输送导管提供具有第一气体特性的治疗气体。此外，第二路径通常涉及治疗气体流向输送导管的路径，该路径与主路径分开。这种第二路径可以向输送导管提供具有不同于第一气体特性的第二气体特性的治疗气体。在一些示例性实现中，经由主路径的治疗气体供应总体上可以涉及针对吸气时间提供的治疗气体，而经由第二路径的治疗气体供应总体上可以涉及针对呼气时间或非吸气时间提供的治疗气体。然而，在其他示例中，第二路径也可以为吸气时间提供治疗气体。这里更详细地讨论用于不同混合模式的这种不同路径的示例。

双水平纯度

图2包含示出混合模式的示例的图260，称为双水平纯度。在双水平纯度混合模式中，每个富氧空气团与吸入同步释放，如在POD模式中，流速称为团流速，氧气纯度称为团纯度。这样，团的纯度可以等于富氧空气的氧气纯度。这由图260中的周期270示出，其中周期270表示装置操作以产生气流的时间段，从而以团纯度以团流速向患者提供气流。然而，在被称为团间周期的团释放周期之间，例如周期280，该装置操作以产生气流，从而除了在较低的氧气纯度下，以团流速向患者提供气流。

与氧气纯度和流速通常恒定的常规连续流动相比，团间流的较低氧气纯度意味着较少的氧气被浪费。这又有助于延长电池寿命，因为包括压缩机的装置不需要像在常规连续流动期间那样用力工作以将系统压力维持在当前流速设定的所需值。此外，由于设计限制(尺寸、重量、功耗、吸附剂质量)，便携式氧气浓缩器在给定时间内产生的氧气量受到限制。通过节约氧气输送，双水平纯度混合模式允许其它设计约束更多的空间用于优化。

图3是根据双水平纯度混合模式的一个实现的图1F的出口系统的修改的示意图。图3的改进的出口系统350与图1F所示的相同，除了具有新元件：流量源700，诸如双向或二通阀的第二阀710、限流器720和限流器730。流速传感器185可以从如图3所示的改进的出口系统350中省略，或者可选地可以包括在如图1F所示的限流器175之后。

流量源700可以经由包括第二阀710和限流器720的第二流动路径(SFP)联接到限流器175的下游侧。第二流动路径是与主流动路径不同的路径，并且可以被操作以提供具有与主路径不同的气体特性的治疗气体。因此，在第二流动路径中的流动的纯度低于由供应阀160经由主路径释放到患者的富氧空气的纯度。当供应阀160没有释放团时，控制器400控制第二阀710以允许沿较低纯度路径流动。控制器400还可以控制第二阀710以防止在团释放期间沿着较低纯度路径流动。换言之，第二阀710可以与供应阀160反同步地致动。这样，控制器400产生控制信号以控制第二阀710在供应阀门160关闭时打开，并且在供应阀门160打开时关闭。在用于实现双水平纯度混合模式的改进的出口系统350的替代方案中，两个阀160和710可由三通阀(或三端口阀)代替，该三通阀配置为将蓄积器106联接到主流动路径(当由吸入开始触发时)或在所有其它时间的第二较低纯度路径。三通阀可以在限流器175和720的下游或者在单个限流器的上游，其代替限流器175和720的作用并将限流器175和1120的作用组合起来。

在一种实现中，流量源700可以是具有到第二路径的出口的压缩机210。在这种实现中，限流器720被选择成使得较低纯度路径中的流速近似等于较高纯度主流动路径(或主路径)中的团流速。在一些实现中，可以完全省略限流器720，这取决于流量源700的压力和第二流动路径的气动阻抗。

在可替换的实现中，流量源700可以是具有通向第二路径的出口的第二压缩机。这样的压缩机可以被配置为产生近似等于在较高纯度路径中的团流速的空气流。在这种实现中，可以省略限流器720。第二压缩机可以任选地由控制器400控制以实现指定的流速。

在任一种这样的实现中，较低纯度路径中的氧气纯度接近环境空气的氧气纯度(21％)。

在双水平纯度混合模式的又一实现中，流量源700是已从出口130(例如，从罐的排气出口)重新路由到较低纯度路径的排出的排气的一部分。这种排出的排气可以具有通常在21％的环境纯度附近的氧气纯度，但根据吹扫流的量的大小，可以高达35％和低至4％。在一个这样的实现中，限流器720被选择成使得较低纯度路径中的流速近似等于较高纯度主路径中的团流速。因此，以这种混合模式提供给输送导管的治疗气体可以使用至少在患者吸气和患者呼气期间可能流向输送导管的蓄积的富集气体(例如，团)和排气。然后混合模式可以改变治疗气体的特性，例如其中改变的特性是氧气纯度。变化的氧气纯度可以具有在患者吸气的至少一部分期间的第一氧气纯度和在患者吸气的该部分之后(例如，在剩余吸气和/或呼气期间)的第二氧气纯度。第一氧气纯度可以是在约50％至约99％范围内的纯度，这可归因于团注释放气体并且可经由主路径提供给输送导管。此外，第二氧纯度可以是在约4％至35％范围内的纯度，这可归因于排出的排气并且可经由第二路径提供给输送导管。因此，主路径，其通常涉及治疗气体从蓄积器经由供应阀的流动路径，该供应阀将吸气触发团释放到输送导管，可以提供具有第一氧气纯度的治疗气体。此外，作为与主路径分离的到输送导管的流动路径的第二路径可以提供具有第二氧气纯度的治疗气体。

在一些这样的实现中，图1F的出口系统的传感器配置可以在改进的出口系统350中修改。例如，图1F的出口系统中的压力传感器194典型地是差动连接的，使得它的“感测端口”(SP)连接到连接器190或输送导管192中的其他地方，并且它的“参考端口”(RP)连接到周围环境(图1F中未示出)。该传感器配置可以在改进的出口系统350中改进，使得参考端口(RP)代替地位于系统内，例如联接在供应阀的下游。例如，它可以连接到限流器730的下游侧。限流器730的上游侧连接到限流器175的下游侧。通过这种差动连接，改进的出口系统350能够比如果压力传感器194如图1F中那样连接时更精确地触发。在团间周期中通过第二路径的较低纯度的流动引起连接器190处的压力，并因此引起压力传感器194的感测端口处的压力在吸气开始之前基本上升高到高于周围环境。如果压力传感器194的参考端口以其他方式连接到周围环境，压力传感器194的端口之间的基本上正的压力差会在吸气开始之前使压力传感器194饱和，使得更难以可靠地感测由吸气开始导致的连接器190处的压力下降。

然而，对于图3的差动连接，压力传感器194的端口之间的压力差在吸气开始之前小得多，并且实际上甚至可以是稍微负的。压力传感器194因此保持不饱和。由于限流器730，动态或自适应参考压力在某种意义上是连接器190处的压力的阻尼或滞后形式。吸入的开始导致感测端口(连接器190)处的压力急剧下降，而由于限流器730，参考端口处的压力在吸入开始之后的短间隔内保持恒定。因此，跨过压力传感器194的端口的压力差在负方向上被拉动足够长的时间以由控制器400检测。修改的参考端口连接有效地用作动态或自适应阈值，相对于该阈值比较连接器190处的压力以检测吸入的开始。

可选地，可以控制该装置，使得可以停用双水平纯度混合模式。因此，利用上述的第二阀配置，不需要使用改进的出口系统350在任何时候都以双水平纯度的混合物生产富氧空气。在一些实现中，控制器400可以将第二阀710维持在关闭状态，使得可以根据不同模式输送富氧空气而不使用第二路径。例如，在保持关闭状态的情况下，控制器可操作该装置以经由主路径以POD模式提供气流。可选地，控制器可以被配置为在POD模式下操作，直到控制面板600上的控制(例如，混合按钮或舒适按钮)被激活。例如，如果用户正经历呼吸困难或呼吸短促并且需要安心或舒适，则可以激活控制器。一旦这种控制被激活，控制器400可以产生控制信号以操作第二阀，从而开始与如上所述的供应阀160反同步地打开和关闭第二阀710，以实现双水平纯度混合模式。可选地，按下按钮可以触发混合模式中的操作达预定时段或无限期时段，直到控制面板上的控制被停用。例如，舒适按钮可以在这样的预定时间段内激活混合动力模式。然后，控制器400在预定时间之后恢复到POD模式下的富氧空气控制。按下混合按钮可以以更连续的方式激活混合模式，例如直到用户激活另一模式或关闭设备。

双水平流速

图4包含示出混合模式的另一示例的图435，称为双水平流速。在双水平流速混合模式中，与POD模式和双水平纯度混合模式中一样，每个富氧空气团与吸入同步地以团流速释放。这由图435中的周期440示出。然而，在诸如周期445的团间周期期间，该装置操作以产生气体流，从而向患者提供具有团氧纯度的气体流，除了以称为团间流速的较低流速。如在此更详细地讨论的，这种模式可以用主流动路径和第二流动路径来实现。为了实现不同的气体流速特性，这些路径可以被配置为具有不同的流动特性。

与在呼吸循环中流速和氧气纯度通常恒定的常规连续流动相比，较低的团间流流速意味着较少的氧气被浪费。这又有助于延长电池寿命，因为包括压缩机的装置不需要像在常规连续流动期间那样用力工作以将系统压力维持在当前流速设定的所需值。此外，由于设计限制(尺寸、重量、功耗、吸附剂质量)，便携式氧气浓缩器在给定时间内产生的氧气量受到限制。通过节约氧气输送，双水平流速混合模式允许其它设计约束更多的空间用于优化。

图5是根据双水平纯度混合模式的一个实现的图1F的出口系统的修改的示意图。图5的改进的出口系统500类似于图3所示的改进的出口系统350，除了代替从流体源700如第二阀710接收流体，第二阀810(例如，双向或双端口阀)从蓄积器106接收流体。换句话说，第二阀810和限流器820可以任何顺序设置，形成用于来自蓄积器106的富氧空气的第二流动路径(SFP)。限流器820被选择成使得第二流动路径是较低流动路径。也就是说，第二路径的流量基本上低于主流动路径(PFP)中的团流速。

控制器400配置为控制第二阀810，以便当控制器不控制供应阀160的团的释放时允许沿着较低流动路径流动。控制器400还可以控制第二阀810以防止在受控的团释放期间沿着较低流动路径流动。换言之，第二阀810可以与供应阀160反同步地致动。这样，控制器400产生控制信号以控制第二阀710在供应阀门160关闭时打开，并且在供应阀门160打开时关闭。

改进的出口系统500还可以如在改进的出口系统350中那样实现与限流器730差动连接的压力传感器194，以实现更精确的触发。

可选地，可以控制该装置，使得可以停用双水平流速混合模式。因此，利用上述第二阀配置，不需要使用改进的出口系统500在所有时间以双水平流速混合模式产生富氧空气。在一些实现中，控制器400可以将第二阀810维持在关闭状态，使得可以根据不同模式输送富氧空气而不使用第二路径。例如，在保持关闭状态的情况下，控制器可操作装置以经由主流动路径(或主路径)以POD模式提供气流。类似于先前描述的操作，例如响应于用户按压控制按钮(例如，舒适按钮或混合按钮)，控制器400可通过在预定时间段内或以如先前描述的更连续的方式向前述阀产生控制信号而以双水平流速混合模式操作。

在可替换的实现中，改进的出口系统500可以被配置为用于在没有第二阀810的情况下提供双水平流速混合模式。在移除第二阀810的情况下，只要POC 100自身操作，穿过限流器820的第二较低流动路径就提供气流。为了允许第二通路相对于主通路具有较低的流速，通路可配置为具有不同的流动特性，使得主通路的流动特性不同于第二通路的流动特性。例如，可以选择第二路径的限流器来限制流速，以便当与主通路的流量相比时，在第二路径中实现较低的气体流量。类似地，可以例如根据不同的管道尺寸来选择主流动路径和次流动路径的气动阻力，以实现流速差异。例如，与主路径的导管相比，可以选择更小，更受限制的导管用于第二路径。

在用于实现双水平流速混合模式的另一可选的改进的出口系统中，阀160和810可由三通阀(例如，三通阀)代替，该三通阀将蓄积器106气动地连接到主通路和第二流动路径。因此，三通阀可由控制器致动以选择性地将蓄积器气动地联接到主路径(例如当控制器通过检测吸入的开始而被触发时)和第二较低流动路径(例如在所有其它时间时)中的一个。

双水平流速混合输送模式的一个优点是，通过第二较低流动路径以低流速输送的富氧空气“汇聚”在输送导管192内，因此一旦开始吸入，甚至在主路径打开以释放团之前，可用于吸入。

中间实现

图6包含示出由氧气浓缩器输送富氧空气的各种模式的图660。横轴表示团间流速，纵轴表示团间氧气纯度。点665表示连续流输送，其中团间流速等于团注流速，并且团间纯度与富氧空气的纯度相同，即团注纯度(例如93％)。点670表示POD模式，其中团间流速为零。点675表示混合输送模式的双水平纯度种类，其中团间流速等于团注流速，但是团间纯度大大降低，对于室内空气通常降低到21％。点680表示混合输送模式的双水平流速种类，其中团间流速基本上小于团流速，但团间纯度与团纯度相同。线685表示双水平纯度种类(点675)和双水平流速种类(点680)之间的混合输送模式的中间形式的进展。点690表示一种这样的中间形式，其中团间流速稍微小于团流速，团间纯度稍微小于团纯度，同时大于双水平纯度种类的纯度。

这种中间型式可以用控制器400来实现，控制器400控制改进的出口系统350和500的部件的组合，以实现第二较低纯度路径(来自图3的SPF)和第二较低流动路径(来自图5的SPF)。第二路径(SFP-1、SFP-2)的这种组合在图7中示出。在一个这样的示例中，控制器400可产生控制信号以控制第二阀710、810，第二阀710、810中的每一个与主路径的阀160反同步地打开。在两个第二路径中的流动的组合构成总的团间流动。可以选择限流器720和820的各自尺寸，以设定两个第二路径中的流速，并因此设定团间纯度和流速，以实现图6的线中所示的形式的期望特性。

尽管图7的部件示出了第二阀710和810，但是在一些实现中可以省略这些第二阀中的一个或两个。

差动连接的压力传感器194可以与混合模式输送的所有示例一起使用，以便提高吸气的检测精度和对用于释放团的阀160的触发的控制(以及由此与阀710、810的反同步操作相关联的信号)。

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。

一般

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：医用氧气定义为氧气纯度为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。

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。

标签列表

氧气浓缩器                                  100

入口                                        101

空气入口                                    105

蓄积器                                      106

压力传感器                                  107

入口消音器                                  108

入口阀                                      122

入口阀                                      124

过滤器                                      129

出口                                        130

出口阀                                      132

消音器                                      133

出口阀                                      134

弹簧挡板                                    139

止回阀                                      142

止回阀                                      144

限流器                                      151

阀                                          152

限流器                                      153

阀                                          154

限流器                                      155

供应阀                                      160

膨胀室                                      162

氧传感器                                    165

超声发射器                                  166

超声接收器                                  168

外壳体                                      170

风扇                                        172

出口                                        173

出口端口                                    174

限流器                                      175

电源                                        180

流速传感器                                  185

颗粒过滤器                                  187

连接器                                      190

输送导管                                    192

压力传感器                                  194

气道输送装置                                196

吸嘴                                        198

压缩系统                                    200

速度传感器                                  201

压缩机                                      210

压缩机出口                                  212

马达                                        220

外部旋转电枢                                230

空气传送装置                                240

压缩机出口导管                              250

图                                          260

周期                                        270

周期                                        280

罐系统                                      300

罐                                          302

罐                                          304

空气入口                                    306

壳体部件                                    310

基座                                        315

阀座                                        322

开口                                        323

阀座                                        324

出口                                        325

排气                                        327

入口导管                                    330

阀座                                        332

阀座                                        334

孔口                                        337

导管                                        342

导管                                        344

导管                                        346

出口系统                                    350

开口                                        375

控制器                                      400

处理器                                      410

内部存储器                                  420

收发器                                      430

图                                          435

周期                                        440

周期                                        445

POC治疗系统                                 450

服务器                                      460

分析引擎                                    462

个人计算装置                                464

数据库                                      466

网络                                        470

智能电话                                    480

程序                                        482

出口系统                                    500

壳体部件                                    510

导管                                        530

导管                                        532

导管                                        534

开口                                        542

开口                                        544

阀座                                        552

阀座                                        554

控制面板                                    600

输入端口                                    605

电源按钮                                    610

流量设定按钮                                620

流量设定按钮                                622

流量设定按钮                                624

流量设定按钮                                626

活动模式按钮                                630

模式按钮                                    635

高度按钮                                    640

电池检查按钮                                650

相对电池剩余功率LED                         655

图                                          660

点                                          665

点                                          670

点                                          675

点                                          680

线                                          685

点                                          690

流量源                                      700

第二阀                                      710

限流器                                      720

限流器                                      730

第二阀                                      810

限流器                                      820

用户                                        1000

Claims (41)

1.一种用于向输送导管提供治疗气体以供患者吸入的氧气浓缩器，所述氧气浓缩器包括：

压缩机，其被配置为用于产生加压空气流；

一个或多个筛床，其包括吸附剂材料，所述吸附剂材料被配置为优先吸附来自所述加压空气流的组分气体，由此从所述加压空气流产生富氧空气；

阀门组，其被配置为用于：

选择性地将所述压缩机气动地联接到所述一个或多个筛床，以便选择性地将所述加压空气流传送到所述一个或多个筛床；以及

选择性地将排气从所述一个或多个筛床的排气出口排放到大气中；

蓄积器，其气动地联接到所述一个或多个筛床上以便接收从所述一个或多个筛床的产物出口产生的所述富氧空气；

供应阀，其被配置为选择性地将富氧空气从所述蓄积器经由主流动路径释放并且然后释放到所述输送导管；

第二流动路径，其被配置为用于将所述排气的一部分从所述排气出口传递至所述输送导管；以及

控制器，其可操作地联接到所述阀组和所述供应阀上，其中所述控制器被配置为用于：

以周期模式选择性地致动所述阀组，以便产生用于由所述蓄积器接收的富氧空气并从所述一个或多个筛床排出排气；

选择性地致动所述供应阀以与所述患者的吸入同步地将富氧空气从所述蓄积器释放到所述输送导管，其中所述治疗气体包括所述释放的富氧空气和所述排气的一部分。

2.根据权利要求1所述的氧气浓缩器，其中治疗气体以混合模式提供给输送导管，其中治疗气体至少在患者吸气和患者呼气期间流向输送导管。

3.根据权利要求2所述的氧气浓缩器，其中混合模式改变治疗气体的特性。

4.根据权利要求3所述的氧气浓缩器，其中变化的特性是氧气纯度。

5.根据权利要求4所述的氧气浓缩器，其中变化的氧气纯度包括在患者吸气的至少一部分期间的第一氧气纯度和在患者吸气的所述部分之后的第二氧气纯度。

6.根据权利要求5所述的氧气浓缩器，其中第一氧气纯度是在大约50％到大约99％范围内的纯度，第二氧气纯度是在大约4％到35％范围内的纯度。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的氧气浓缩器，其中主流动路径配置为提供具有第一氧气纯度的治疗气体，第二流动路径配置为提供具有第二氧气纯度的治疗气体。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述第二流动路径包括第二阀，所述第二阀被配置为选择性地将所述排气的一部分释放到所述输送导管，并且其中所述控制器进一步被配置为与所述供应阀的致动反同步地选择性地致动所述第二阀以将所述排气的一部分释放到所述输送导管。

9.根据权利要求8所述的氧气浓缩器，其中供应阀和第二阀实现为三通阀，所述三通阀配置为将富氧空气或排气的一部分释放到输送导管。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的氧气浓缩器，还包括压力传感器，所述压力传感器配置为产生表示其感测端口和参考端口之间的压力差的信号，所述感测端口连接到输送导管，所述参考端口联接到氧气浓缩器的位于供应阀下游的流动路径。

11.根据权利要求10所述的氧气浓缩器，其中控制器还配置为根据产生的压力差信号检测吸入的开始，并基于检测到的吸入的开始致动供应阀。

12.根据权利要求11所述的氧气浓缩器，其中控制器配置为通过检测产生的压力差信号的下降来检测吸入的开始。

13.根据权利要求12所述的氧气浓缩器，其中压力传感器的参考端口通过限流器连接到供应阀的下游侧。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述控制器被配置为响应于所述氧气浓缩器的接口上的控制的用户激活而与所述供应阀的致动反同步地致动所述第二阀。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的氧气浓缩器，还包括在第二流动路径内并与第二阀成一直线的限流器。

16.根据权利要求15所述的氧气浓缩器，其中限流器配置为使得排气在释放到输送导管时的流速大致等于富氧空气在释放到输送导管时的流速。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的氧气浓缩器，当从属于权利要求8时，还包括另一第二阀，所述另一第二阀配置为经由限流器选择性地将富氧空气从蓄积器释放到输送导管，其中控制器还配置为与供应阀的致动反同步地选择性地致动另一第二阀，以将富氧空气释放到输送导管。

18.根据权利要求17所述的氧气浓缩器，当从属于权利要求2时，其中混合模式改变治疗气体的另一特性，其中改变的另一特性是治疗气体的流速。

19.一种用于提供治疗气体的设备，包括：

用于产生加压空气流的装置；

用于从加压空气流中优先吸附组分气体，从而从加压空气流中产生富氧空气的装置；

用于以周期模式选择性地气动联接用于优先吸附的所述装置的装置，用于优先吸附的所述装置具有(a)用于产生的所述装置，以便选择性地将所述加压空气流传送到用于优先吸附的所述装置，以及(b)通向大气的排放出口，所述排放出口用于选择性地将排气从用于优先吸附的所述装置排放到大气，以便在用于优先吸附的所述装置内产生富氧空气；

用于蓄积从用于优先吸附的所述装置的产物出口产生的所述富氧空气的装置；

用于与患者的吸入同步地将富氧空气从用于蓄积的装置选择性地释放到用于患者的输送导管的装置；以及

用于将所述排气的一部分传递至所述输送导管的装置，

其中所述治疗气体包括从用于蓄积的所述装置释放的所述富氧空气和所述排气的一部分。

20.一种用于为患者产生治疗气体的氧气浓缩器，所述氧气浓缩器包括：

压缩机，其被配置为用于产生加压空气流；

一个或多个筛床，其包括吸附剂材料，所述吸附剂材料被配置为优先吸附来自所述加压空气流的组分气体，由此从所述加压空气流产生富氧空气；

阀组，其配置为选择性地将所述压缩机气动地联接到所述一个或多个筛床，以便选择性地将所述加压空气流传送到所述一个或多个筛床；

蓄积器，其气动地联接到所述一个或多个筛床上以便接收由一个或多个筛床产生的富氧空气；

供应阀，其被配置为用于经由主路径将富氧空气从所述蓄积器选择性地释放到用于所述患者的输送导管中；

第二阀，其被配置为用于经由第二路径将富氧空气从所述蓄积器选择性地释放到用于所述患者的所述输送导管中；

控制器，其可操作地联接到所述阀、所述供应阀，以及所述第二阀上，所述控制器被配置为用于：

以周期模式选择性地致动所述阀组，以便在所述蓄积器中产生富氧空气；

选择性地致动所述供应阀以与所述患者的吸入同步地将富氧空气释放到所述输送导管；以及

选择性地与所述供应阀的致动反同步地致动所述第二阀，以将富氧空气释放到所述输送导管。

21.根据权利要求20所述的氧气浓缩器，其中治疗气体以混合模式提供给输送导管，其中治疗气体至少在患者吸气和患者呼气期间流向输送导管；并且其中所述混合模式改变所述治疗气体的特性。

22.根据权利要求21所述的氧气浓缩器，其中变化的特性是治疗气体的流速，其中主路径的流动特性不同于第二路径的流动特性。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的氧气浓缩器，还包括在第二路径内并与第二阀成一直线的限流器。

24.根据权利要求23所述的氧气浓缩器，其中限流器配置为使得当通过第二阀释放到输送导管时富氧空气的流速基本上低于当通过供应阀释放到输送导管时富氧空气的流速。

25.根据权利要求22至24中任一项所述的氧气浓缩器，其中供应阀和第二阀实现为三通阀，所述三通阀配置为将富氧空气释放到输送导管。

26.根据权利要求22至25中任一项所述的氧气浓缩器，还包括压力传感器，所述压力传感器配置为产生表示其感测端口和参考端口之间的压力差的信号，其中感测端口连接到输送导管，而参考端口联接到氧气浓缩器的位于供应阀下游的流动路径。

27.根据权利要求26所述的氧气浓缩器，其中控制器还配置为根据产生的压力差信号检测吸入的开始，并基于检测到的吸入的开始致动供应阀。

28.根据权利要求27所述的氧气浓缩器，其中控制器配置为通过检测产生的压力差信号的下降来检测吸入的开始。

29.根据权利要求28所述的氧气浓缩器，其中压力传感器的参考端口通过限流器连接到供应阀的下游侧。

30.根据权利要求22至29中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述控制器被配置为响应于所述氧气浓缩器的接口上的控制的用户激活而与所述供应阀的致动反同步地致动所述第二阀。

31.根据权利要求22至30中任一项所述的氧气浓缩器，还包括另一第二阀，所述另一第二阀配置为选择性地将排气的一部分从一个或多个筛床释放到输送导管，其中控制器还配置为与供应阀的致动反同步地选择性地致动另一第二阀，以将排气的一部分释放到输送导管。

32.根据权利要求31所述的氧气浓缩器，当从属于权利要求21时，其中混合模式改变治疗气体的另一特性，其中改变的另一特性是治疗气体的氧气纯度。

33.一种设备，包括：

用于产生加压空气流的装置；

用于从加压空气流中优先吸附组分气体，从而从加压空气流中产生富氧空气的装置；

用于以周期性模式选择性地气动联接用于优先吸附的所述装置的装置，用于优先吸附的所述装置具有用于产生的所述装置，以便选择性地将所述加压空气流传送到所述用于优先吸附的装置，以便在用于优先吸附的所述装置中产生富氧空气；

用于蓄积由所述用于优先吸附的装置产生的富氧空气的装置；

用于与患者的吸入同步地选择性地将富氧空气从用于蓄积的装置释放到用于患者的输送导管的主要装置；以及

用于与主要装置致动反同步地选择性释放的选择性地将富氧空气从用于蓄积的装置释放到用于患者的输送导管的第二装置。

34.一种氧气浓缩器，包括：

压缩机，其被配置为用于产生加压空气流；

一个或多个筛床，其包括吸附剂材料，所述吸附剂材料被配置为优先吸附来自所述加压空气流的组分气体，由此从所述加压空气流产生富氧空气；

阀组，其配置为选择性地将所述压缩机气动地联接到所述一个或多个筛床，以便选择性地将所述加压空气流传送到所述一个或多个筛床；

蓄积器，其气动地联接到所述一个或多个筛床以便接收由所述一个或多个筛床产生的富氧空气；

供应阀，其被配置为用于将富氧空气从所述蓄积器选择性地释放到用于患者的输送导管中；

第二路径，其被配置为将气体流传送到用于所述患者的所述输送导管；

压力传感器，其被配置为用于产生产生表示其感测端口和参考端口之间的压力差的信号，所述感测端口连接到输送导管，所述参考端口联接到氧气浓缩器的位于供应阀下游的流动路径；以及

控制器，其可操作地联接到所述阀组和所述供应阀上，所述控制器被配置为用于：

以周期模式选择性地致动所述阀组，以便为所述蓄积器产生富氧空气；

从所述所产生的压力差信号检测所述患者的吸入开始；以及

选择性地致动供应阀以与患者的吸入同步地将富氧空气释放到输送导管。

35.根据权利要求34所述的氧气浓缩器，其中控制器还配置为根据检测到的吸入开始致动供应阀。

36.根据权利要求34至35中任一项所述的氧气浓缩器，其中控制器配置为通过检测产生的压力差信号的下降来检测吸入的开始。

37.根据权利要求36所述的氧气浓缩器，其中压力传感器的参考端口通过限流器连接到供应阀的下游侧。

38.根据权利要求34至37中任一项所述的氧气浓缩器，其中第二路径包括第二阀，所述第二阀配置为选择性地将排气从一个或多个筛床释放到输送导管。

39.根据权利要求38所述的氧气浓缩器，其中第二路径还包括另一第二阀，所述第二阀配置为通过限流器有选择地将富氧空气从蓄积器释放到输送导管。

40.根据权利要求34至37中任一项所述的氧气浓缩器，其中所述第二路径包括第二阀，所述第二阀被配置为经由限流器选择性地将富氧空气从所述蓄积器释放至所述输送导管。

41.一种设备，包括：

用于产生加压空气流的装置；

用于从加压空气流中优先吸附组分气体，从而从加压空气流中产生富氧空气的装置；

用于以周期性模式选择性地气动联接用于优先吸附的所述装置的装置，用于优先吸附的所述装置具有用于产生的所述装置，以便选择性地将所述加压空气流传送到所述用于优先吸附的装置，以便在用于优先吸附的所述装置中产生富氧空气；

用于蓄积由所述用于优先吸附的装置产生的富氧空气的装置；

用于选择性地将富氧空气从所述用于蓄积的装置释放到用于患者的输送导管的装置；

用于将气流输送到用于患者的输送导管的第二装置；

用于产生表示其感测端口与参考端口之间的压力差的信号的装置，所述感测端口连接至所述输送导管；以及

用于根据所产生的压力差信号检测患者吸气开始以及用于选择性地致动用于选择性地释放富氧空气的装置的装置，以与患者吸气同步地将富氧空气释放到输送导管。

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