CN115916311A - 便携式氧气浓缩器中的功率管理 - Google Patents

Abstract

公开了用于管理氧气浓缩器的功耗的系统和方法。氧气浓缩系统可以包括压缩系统、罐系统、一个或多个处理器，以及压力传感器或移动传感器中的至少一个。所述一个或多个处理器可以被配置为将所述氧气浓缩系统转换到规定操作模式或待机操作模式中的至少一个。转换的定时可以基于从由压力传感器产生的压力信号检测到的呼吸次数或由移动传感器产生的移动信号的估计能量含量中的至少一个。在规定操作模式期间，可以将预定体积或浓度的富氧空气提供给用户。可以在待机操作模式期间向压缩系统提供减小的功率。

Description

便携式氧气浓缩器中的功率管理

I.相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年3月27日提交的题为“具有移动补偿的呼吸检测(BreathDetection with Movement Compensation)”的美国临时申请第63/000,813号，于2020年4月8日提交的题为“用于治疗呼吸障碍的方法和设备(Methods and Apparatus forTreating a Respiratory Disorder)”的澳大利亚临时申请第2020901121号和于2020年6月30日提交的题为“便携式氧气浓缩器中的功率管理(Power Management in PortableOxygen Concentrators)”的美国临时申请第62/705,492号的优先权，所有这些在此引入作为参考。

II.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，例如涉及受控变压吸附以产生富氧空气的那些方法和设备。这种方法可以在氧气浓缩器中实现。在一些示例中，本技术更具体地涉及用于管理便携式氧气浓缩器的功耗的此类方法和设备。

III.背景技术

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。

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(RPT)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。HFT已经用于治疗呼吸衰竭、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，这被称为具有补充氧气的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。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。

1.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。吸附的分子然后可以通过使罐排气而解吸。关于氧气浓缩器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。

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(例如被配置为在罐中产生真空的压缩机)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真空。

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的优点在于它们可以产生理论上无限的氧气供应并且为患者(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，与更适合于固定氧气浓缩器的传统连续流输送相反。POD模式可以用保存器实现，保存器本质上是具有用于确定吸入开始的传感器的主动阀。

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。

IV.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(POC))的受控操作的方法和设备。特别地，该技术提供了用于管理POC的功耗的方法和设备。在一些实现中，POC具有规定操作模式和待机操作模式。在规定操作模式期间，POC可以被配置为向用户输送规定的治疗压力、体积和/或氧气浓度。在待机操作模式期间，POC可以断电或降低提供给一个或多个部件的功率。在一些实现中，POC可以被配置为基于是否和/或如何使用POC而在不同的操作模式之间自动切换。

根据本技术的一个方面，公开了一种氧气浓缩系统，其包括压缩系统、罐系统、压力传感器和一个或多个处理器。压缩系统配置为产生加压的环境空气流。罐系统包括含有气体分离吸附剂的罐，其中所述气体分离吸附剂被配置为从加压的环境空气流中分离至少一些氮气以产生富氧空气。该压力传感器配置为产生压力信号，并气动地联接到输送导管以便向用户提供富氧空气。所述一个或多个处理器通信地联接到所述压力传感器，并且被配置为：将触发阈值与压力传感器产生的压力信号进行比较，以检测用户的呼吸；当在第一预定时间段期间检测到的呼吸次数大于第一预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换到规定操作模式，其中在所述规定操作模式期间由所述氧气浓缩系统向所述用户供应预定体积或浓度的富氧空气；以及当在第二预定时间段期间检测到的呼吸次数小于第二预定阈值时，将氧气浓缩系统转换到待机操作模式，其中在待机操作模式期间向压缩系统提供减小的功率。

在一些实现中，预定体积或浓度的富氧空气在所述规定操作模式期间由所述氧气浓缩系统作为一系列团供应到所述用户。在一些实现中，规定操作模式包括混合输送模式。

在一些实现中，在所述待机操作模式期间，相对于所述预定体积或浓度的富氧空气，所述富氧空气的减小的体积或浓度由所述氧气浓缩系统供应给所述用户。在一些实现中，在待机操作模式期间，氧气浓缩系统不向用户供应富氧空气。在一些实现中，压缩系统在待机操作模式期间断电。在一些实现中，压力传感器在待机操作模式期间通电。

在一些实现中，氧气浓缩系统是包括内部电源的便携式氧气浓缩器。

根据本技术的另一方面，公开了一种氧气浓缩系统，其包括压缩系统、罐系统、移动传感器和一个或多个处理器。压缩系统配置为产生加压的环境空气流。罐系统包括含有气体分离吸附剂的罐，其中所述气体分离吸附剂被配置为从加压的环境空气流中分离至少一些氮气以产生富氧空气。移动传感器被配置为产生移动信号。所述一个或多个处理器通信地联接到所述移动传感器，并且被配置为：当在第一预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量大于第一预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换到规定操作模式，其中在所述规定操作模式期间由所述氧气浓缩系统向用户供应预定体积或浓度的富氧空气；以及当在第二预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量小于第二预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换到待机操作模式，其中在所述待机操作模式期间向所述压缩系统提供减小的功率。

在一些实现中，移动传感器在待机操作模式期间通电。在一些实现中，移动传感器包括联接到输送导管的加速度计，用于向用户提供富氧空气。在一些实现中，该移动传感器包括应变计，该应变计被联接到输送导管上以便向用户提供该富氧空气。

在一些实现中，该系统进一步包括被配置为用于产生压力信号的压力传感器，其中该压力传感器被气动地联接到用于向用户提供富氧空气的输送导管上。在一些这样的实现中，该一个或多个处理器通信地联接至该压力传感器上，并且进一步被配置为：基于从压力传感器获得的初始压力信号和从移动传感器获得的移动信号来调节触发阈值，并将调节的触发阈值与从压力传感器获得的后续压力信号进行比较，以确定何时通过导管向用户提供富氧空气团。

如上所述，在一些实现中，该系统进一步包括被配置为用于产生压力信号的压力传感器，其中该压力传感器被气动地联接到用于向用户提供富氧空气的输送导管上。在一些这样的实现中，该一个或多个处理器通信地联接至该压力传感器上，并且进一步被配置为：将触发阈值与压力传感器产生的压力信号进行比较，以检测用户的呼吸；当(a)在所述第一预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量大于所述第一预定阈值并且(b)在第三预定时间段期间检测到的呼吸次数大于第三预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换为所述规定操作模式；以及当(a)在所述第二预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量小于所述第二预定阈值并且(b)在第四预定时间段期间检测到的呼吸次数大于第四预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换到待机操作模式。

如上所述，在一些实现中，该系统进一步包括被配置为用于产生压力信号的压力传感器，其中该压力传感器被气动地联接到用于向用户提供富氧空气的输送导管上。在一些这样的实现中，该一个或多个处理器通信地联接至该压力传感器上，并且进一步被配置为：将触发阈值与压力传感器产生的压力信号进行比较，以检测用户的呼吸；当(a)在第三预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量大于第三预定阈值并且(b)在第四预定时间段期间检测到的呼吸次数大于第四预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换为所述规定操作模式；以及当(a)在第五预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量小于第五预定阈值并且(b)在第六预定时间段期间检测到的呼吸次数大于第六预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换到待机操作模式。在一些这样的实现中，该一个或多个处理器被进一步配置为：当在第七预定时间段内检测到的呼吸次数大于第七预定阈值时，将氧气浓缩系统转换到规定操作模式，而当在第八预定时间段内检测到的呼吸次数小于第八预定阈值时，将氧气浓缩系统转换到待机操作模式。

在一些实现中，氧气浓缩系统是包括内部电源的便携式氧气浓缩器。

根据本技术的又一方面，公开了一种用于操作氧气浓缩系统的方法，包括：压缩系统，其被配置为用于产生加压的环境空气流；罐系统，其包括含有气体分离吸附剂的罐，其中所述气体分离吸附剂被配置为从加压的环境空气流中分离至少一些氮气以产生富氧空气；以及(a)被配置为产生压力信号的压力传感器或(b)被配置为产生移动信号的移动传感器中的至少一者，其中所述压力传感器气动地联接到用于向用户提供所述富氧空气的输送导管。该方法包括：当(a)在第一预定时间段期间从由所述压力传感器产生的所述压力信号检测到的呼吸次数大于第一预定阈值或(b)在第二预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量大于第二预定阈值中的至少一个时，将所述氧气浓缩系统转换到规定操作模式，其中，在所述规定操作模式期间，所述氧气浓缩系统向所述用户供应预定体积或浓度的富氧空气，以及当(a)在第三预定时间段期间从由所述压力传感器产生的所述压力信号检测到的呼吸次数小于第三预定阈值或(b)在第四预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量小于第四预定阈值中的至少一个时，将所述氧气浓缩系统转换到待机操作模式，其中在所述待机操作模式期间向所述压缩系统提供减小的功率。

在一些实现中，预定体积或浓度的富氧空气在所述规定操作模式期间由所述氧气浓缩系统作为一系列团供应到所述用户。在一些实现中，压缩系统在待机操作模式期间断电。在一些实现中，氧气浓缩系统是包括内部电源的便携式氧气浓缩器。

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。

V.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的氧气浓缩器的气动系统的示意图。

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1O描绘了包括图1A的氧气浓缩器的连接的呼吸治疗系统。

图2是根据本技术的一种形式的自适应触发系统的框图。

图3A是图1F的示意图的修改版本。

图3B是图1F的示意图的修改版本。

图4A是图2的框图的修改版本。

图4B是图2的框图的修改版本。

图4C是图2的框图的修改版本。

图4D是图2的框图的修改版本。

图5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种类的图。

图6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7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种类的图。

图8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9包含示出由氧气浓缩器输送富氧空气的各种模式的图。

VI.具体实施方式

参考附图详细描述本技术的各方面，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可以以各种形式实现的技术的示例。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技术的代表性基础。

图1A至1N示出了氧气浓缩器100的实现。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。

如本文所述，氧气浓缩器100使用变压吸附(PSA)方法(其是循环的)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循环真空变压吸附(VSA)方法或循环真空变压吸附(VPSA)方法来产生富氧空气。

A.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。

B.气动系统

图1B示出了根据实现的诸如氧气浓缩器100的氧气浓缩器的气动系统的示意图。气动系统可将氧气集中在空气流中，以将富氧空气提供给出口系统(如下所述)。

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，获自伊利诺斯州德斯普兰斯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AirProducts and Chemicals,Inc.。

如图1B所示，空气可以通过空气入口105进入气动系统。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产生的加压空气可以供给到罐302和304中的一个或两个中。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)范围内的目标压力。根据设置在罐中的气体分离吸附剂的类型，也可以使用其它目标压力值。

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的“进料端”，入口阀124联接到罐304的进料端。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用于将排气从各个罐排放到大气中。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，例如，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还可以包括收发器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的“产品端”。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。术语“流体”可以包括气体或气体混合物(例如空气)。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。

一段时间之后，罐302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142，并且在一种实现中，被收集在蓄积器106中。

在另外一段时间之后，罐302中的气体分离吸附剂变得被氮气饱和并且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。在罐302的排气期间，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。一段时间之后，富氧空气通过止回阀144离开罐304。

在罐302的排气过程中，出口阀132打开，允许排气(主要是氮气)通过浓缩器出口130从罐302排出到大气中。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。当排气从罐302排出时，罐302中的压力下降，允许氮气从气体分离吸附剂解吸。氮气的解吸将罐302中的吸附剂重置为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，其通过在其各自的导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。这可以允许更好的流量控制，以便用来自另一个罐的富氧空气吹扫一个罐。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(例如，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。

C.压缩系统

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。

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200可包括速度传感器201。速度传感器201可以是用于确定马达220的旋转速度和/或压缩系统200的另一往复操作的频率的马达速度转换器。例如，可以将来自马达速度转换器201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201例如可以是霍尔效应传感器。控制器400可基于氧气浓缩器100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200。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400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200，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1E，压缩系统200包括具有外部旋转电枢(或外部可旋转电枢)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PSA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，从罐排出的排气的压力降低。离开罐的气体的绝热减压导致排气的温度在排气时下降。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被导向基座315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200工作时，空气传送装置240将收集冷却的排气327并将排气327引向压缩系统200的马达220。风扇172还可以帮助引导排气327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。

D.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可以激光或溶剂焊接在一起。

如图所示，阀座322、324、332和334以及导管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304的开口375。如果相应的阀122和124打开，则来自入口导管330的空气通过开口323或375，并进入相应的罐302和304。

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107产生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HONEYWELL ASDX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107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。

E.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，诸如管的导管可以联接到蓄积器106以向使用者提供富氧空气。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，气道输送装置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。

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可联接到导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。

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2009/0065007A1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。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(例如吸嘴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。

F.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(例如，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。

图1O示出了包括氧气浓缩器100的连接的呼吸治疗系统450的一个实现。氧气浓缩器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可以与氧气浓缩器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、氧气浓缩器100和/或服务器460的交互。服务器460可以访问存储关于氧气浓缩器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，其可以执行如下进一步描述的操作和监测氧气浓缩器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(例如，工作站)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。

在另一实现中，服务器460可被配置为托管门户系统。门户系统可以从便携式计算装置480或直接从氧气浓缩器100接收与氧气浓缩器100的操作相关的数据。如上所述，个人计算装置464可以执行诸如浏览器的客户端程序，以允许个人计算装置464的用户(诸如家庭医疗设备提供者的代表)经由服务器460所托管的门户系统访问所连接的呼吸治疗系统450中的氧气浓缩器100和其他氧气浓缩器的操作数据。以这种方式，HME可以利用这种门户系统来管理连接的呼吸治疗系统450中的氧气浓缩器(例如氧气浓缩器100)的用户群体。入口系统可以基于由门户系统接收的操作数据为氧气浓缩器及其用户的群体提供对用户或装置状况的可操作洞察。这种理解可以基于应用于操作数据的规则。

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。例如，氧气浓缩器100的控制器400可实施压缩机控制以调节系统中的压力。因此，氧气浓缩器100可以配备有压力传感器，例如罐302和304下游的蓄积器106中的压力传感器107。氧气浓缩器100中的控制器400可以例如在一种或多种模式下使用来自压力传感器以及马达速度传感器的信号来控制压缩机210的速度的调节。在这点上，控制器400可以实现双控制模式，指定为粗压力调节模式和细压力调节模式。可以实施粗压力调节模式，用于在氧气浓缩器100的不同流速设定(或“流量设定”)之间改变和用于启动/初始激活。然后，精细压力调节模式可以在粗略压力调节模式的每个操作完成时接管。

在粗压力调节模式中，根据操作的先前状态将马达速度设定/控制成上升或下降。在倾斜过程中，控制器400使用来自压力传感器的测量结果在罐中产生传感器上游的估计压力。在一些实现中，在测试中使用估计压力来终止倾斜，例如，当估计压力达到在制造时产生的预定目标压力值时，该预定目标压力值与氧气浓缩器100的选定流量设定相关联。可通过使用来自压力传感器的数据执行回归(例如，线性)来计算压力估计，借此控制器400从传感器信号样本确定回归参数(例如，线的斜率和截距参数)。利用回归参数和已知的系统响应延迟来计算压力估计。

在精细压力调节模式中，使用来自压力传感器的信号来控制马达速度以将系统的压力调节到目标压力值。在粗压力调节模式完成时，停止马达速度倾斜变化，并且将基本马达速度设定为等于当前马达速度。对马达速度的任何进一步的改变由诸如PID(比例、积分、微分)控制器的精细压力控制器实现。在精细压力调节模式期间，将目标压力与合格的压力估计进行比较以产生第一误差信号，所述第一误差信号被施加到精细压力控制器以产生速度调节。通过将速度调节与基本马达速度相加，可以获得马达的速度设定点。速度设定点用于使用马达控制器(例如，PID控制器)来控制马达速度。

使用回归计算精细压力控制器的合格压力估计。在这点上，来自压力信号的样本可以应用于最佳拟合算法(例如，线性回归)以确定在PSA循环的吸附阶段期间来自压力信号的数据的回归参数(例如，线的斜率和截距)。如果斜率是正的，则这些参数(斜率和截距，而不是来自压力传感器的压力样本)可以随PSA循环的给定吸附阶段的特定时间施加，以从线性回归确定回归线的峰值。如果斜率为负，则可以将截距参数作为峰值。然后，可以将来自回归信息的峰值应用保持最近峰值(例如，六个或更多)的平均值的移动平均缓冲器。然后，平均峰值可以用作精细压力控制器的合格压力估计。在2019年9月24日提交的题为“用于控制氧气浓缩器的方法和设备(Methods and Apparatus for Control of OxygenConcentrator)”的美国临时申请第62/904,858号中更详细地讨论了这种方法的各种形式，其全部公开内容在此引入作为参考。

另外，氧气浓缩器100的控制器400可以被配置为实施供应阀控制以调节系统中的团尺寸(体积)，这可以任选地在不使用氧气浓缩器100的流速传感器的情况下实施。例如，氧气浓缩器100可以装备有压力传感器，例如罐下游的蓄积器106中的压力传感器107，并且调节由氧气浓缩器100产生的作为压力的函数的团尺寸。这种团尺寸的调节可以是蓄积器压力的函数。

G.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610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。

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。可以根据检测到的呼吸速率或深度自动估计活动/睡眠模式，和/或用户可以通过分别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。在一些实现中，氧气浓缩器100默认为活动模式。

H.脉冲氧气输送

下面描述的操作和监测氧气浓缩器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氧气浓缩器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呼吸治疗系统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可以由存储在氧气浓缩器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。

为了使重量、尺寸和功耗最小化，氧气浓缩器100可以将富氧空气作为一系列脉冲输送给用户。在这种脉冲氧气输送(POD)或需求操作模式中，控制器400可以调节一个或多个释放的脉冲或团的尺寸，以根据选定的流量设定实现富氧空气的输送。为了使输送的富氧空气的效果最大化，控制器400还可被编程为使每个富氧空气团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减少氧气的浪费。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、1LPM、1.1LPM。

由氧气浓缩器100产生的富氧空气储存在蓄积器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，富氧空气可以在检测到用户吸气开始之后立即作为团释放。例如，可以在用户吸入的最初几毫秒内释放富氧空气团。

在一些实现中，诸如压力传感器194的吸入传感器可用于检测用户吸入的开始(称为“触发”的过程)。例如，可以通过使用压力传感器194来检测用户的吸气的开始。在使用中，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。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。

在一些实现中，压力传感器194可用于确定用户呼气的开始。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。在一些实现中，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。在其他实现中，当感测到正压力变化时，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。在一些实现中，用户的呼吸速率和/或吸气时间可以用于调节团持续时间。在一些实现中，如果用户的活动水平(例如，用户的呼吸速率)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)。

在其他实现中，压力传感器194可以定位在不同的位置。例如，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的压力信号仍然表示用户的气道压力。作为另一示例，压力传感器194可放置在鼻套管气道输送装置196中。在这种实现中，来自压力传感器194的信号可以经由一个或多个电导管或一个或多个无线发射器、接收器和/或收发器提供给控制器400。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联接到用户的输送导管192来检测压力差时。压力传感器194在鼻套管气道输送装置196中的放置可以提高其灵敏度。

在一些实现中，触发过程的灵敏度由触发阈值控制。在这种实现中，将来自压力传感器194的信号与触发阈值进行比较，以确定是否发生了显著的压力下降，从而指示吸入的开始。调节触发阈值改变了触发过程的灵敏度。在一些实现中，触发阈值被设定为当氧气浓缩器100处于睡眠模式(例如，如自动估计的或由用户经由睡眠模式按钮635请求的)时与当氧气浓缩器100处于活动模式(例如，如自动估计的或由用户经由活动模式按钮630请求的)时相比给予触发过程更高的灵敏度。

在一些实现中，如果氧气浓缩器100处于活动模式并且在预定间隔(例如，8秒)内没有检测到吸入的开始，则氧气浓缩器100改变到睡眠模式，这增加了如上所述的触发灵敏度。如果在另外的预定间隔(例如，8秒)内没有检测到吸入的开始，则氧气浓缩器100进入“自动脉冲”模式。在自动脉冲模式中，控制器400控制供应阀160的致动，以便以规则的，预定的自动脉冲间隔(例如，4秒)输送团。一旦通过触发过程检测到吸气的开始或者氧气浓缩器100断电，氧气浓缩器100就退出自动脉冲模式。

图2是示出具有调节模块710、阈值模块720、触发模块730和监测模块740的自适应触发系统700的框图，其可以由氧气浓缩器100在POD操作模式期间实现。系统700的各种模块可以被实现为系统700的处理部件，或者被编码为存储在存储器420中并由控制器400执行的程序指令。虽然各种模块的功能可以如下所述，但是在其它实现中，功能可以在模块之间不同地划分。

调节模块710可以被配置为接收例如测量的压力信号(例如，由压力传感器194产生的信号)、阀控制信号(例如，由控制器400产生以控制供应阀160的信号)，和/或测量的温度信号(例如，由氧气浓缩器100中的温度传感器产生的信号)。调节模块710可以被配置为调节测量的压力信号，使得其更准确地表示用户的气道压力。例如，调节模块710可以使用阀控制信号来去除作为每次释放富氧空气团的结果而包含在测量压力信号中的压力脉冲或压力效应。作为另一示例，调节模块710可以使用测量的温度信号通过去除测量的压力信号中可由那些变化引起的任何偏移漂移(例如，热漂移或其它)来补偿温度变化(例如，压力传感器194可以是温度敏感的)。作为又一示例，调节模块710可对测量的压力信号执行降噪滤波。调节模块710的输出是作为时间函数的调节压力信号。

阈值模块720可以被配置为监测来自调节模块710的经调节的压力信号并且重复地确定作为时间的函数的适当的触发阈值。阈值模块720可以具有活动估计子模块，该活动估计子模块被配置为从经调节的压力信号生成活动信号。在一些实现中，活动信号可以对应于呼吸参数，例如用户的呼吸速率。在一些实现中，活动信号可以指示其它类型的活动。例如，可以使用具有适当截止频率(例如，10Hz)的滤波器(例如，高通滤波器，诸如二阶巴特沃斯高通滤波器)来生成指示非呼吸活动的活动信号。

阈值模块720还可以具有阈值更新子模块，其被配置为基于来自活动估计子模块的活动信号来调节触发阈值。例如，当活动信号指示用户的活动增加时，阈值更新子模块可以增加触发阈值的幅度。类似地，当活动信号指示用户的活动减少时，阈值更新子模块可以减少触发阈值的幅度。这些调节可以帮助补偿在用户活动增加期间调节的压力信号中增加的噪声。

在一些实现中，阈值更新子模块可以分析活动信号的固定长度窗口(例如，5至15秒的时间段)。在其他实现中，阈值更新子模块可以分析活动信号的可调长度窗口。在这样的实现中，阈值模块720还可以具有窗口调节子模块，该窗口调节子模块被配置根据活动信号、经调节的压力信号和/或触发阈值来调节由阈值更新子模块使用的窗口的长度。例如，窗口调节子模块可以暂时缩短该窗口的长度，以允许该触发阈值从短暂的孤立的增加的噪声发作(例如，从咳嗽或套管撞击，由此该套管撞击可以是由与该套管的一部分的物理接触引起的搅动)中快速恢复。在这样的实现中，窗口调节子模块可以基于触发阈值超过触发阈值的最近移动平均值的时间量来调节窗口的长度。

触发模块730可以被配置为将来自阈值模块720的触发阈值应用于来自调节模块710的经调节的压力信号以生成触发信号(例如，数字布尔信号或比例控制信号)。触发信号可用于使富氧空气团的释放与用户的吸入同步。例如，触发信号可被提供给供应阀160。在一些实现中，触发模块730可以将调节的压力信号与触发阈值进行比较以识别吸入的开始。在这种实现中，当调节的压力信号的幅度大于触发阈值的幅度时，触发模块730可以检测吸气的开始。在一些实现中，触发模块730还可以将自先前检测到的吸气开始以来的时间与中断时段进行比较。在一些实现中，中断时段是在检测到吸气开始之后的时段，其中触发模块730将不将压力信号与触发阈值进行比较。在这种实现中，触发模块730可以仅在自先前检测到的吸气开始以来的时间大于中断时段时检测到吸气开始。在一些实现中，触发模块730还可以仅在先前检测到的吸气开始之后检测到呼气开始时检测到吸气开始。

监测模块740可以被配置为基于来自调节模块710的经调节的压力信号和来自触发模块730的触发信号来计算用户的一个或多个呼吸参数(例如，用户的呼吸速率或吸气时间)。例如，监测模块740可以将用户的当前呼吸速率估计为单个最近呼吸持续时间的倒数或者两个或更多个最近呼吸持续时间的移动平均值。呼吸持续时间可以估计为连续检测吸入开始之间的时间长度。作为另一示例，监测模块740可将用户的吸气时间估计为已调节压力持续保持低于预定阈值(例如，零)的时间。由监测模块740计算的一个或多个呼吸参数可以被提供给触发模块730。在一些实现中，触发模块730可以基于这些呼吸参数来调节中断时段的长度。例如，触发模块730可以响应于用户呼吸速率的增加而减小中断时段的长度。类似地，触发模块730可以响应于用户呼吸速率的降低而增加中断时段的长度。由监测模块740计算的一个或多个呼吸参数还可以被提供给系统700外部的一个或多个模块(例如，团调节模块或用户数据报告模块)。

关于自适应触发系统的更多细节可以在例如标题为“用于治疗呼吸障碍的方法和设备(Methods and Apparatus for Treating a Respiratory Disorder)”的国际专利申请第PCT/AU2019/050302号中找到，该申请于2019年10月10日作为国际公开第WO 2019/191814 A1号公开，并通过引用结合于此。

在一些实现中，流速传感器185可用于确定用户的吸气和/或呼气的开始。例如，以与控制器400可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大致相同的方式，控制器400可分析来自流速传感器185的流速信号以检测指示吸入开始的负流速。类似地，控制器400还可以分析来自流速传感器185的流量信号以检测指示呼气开始的正流速。在检测到吸入开始时，供应阀160可打开以从蓄积器106释放一团富氧空气。类似地，在检测到呼气开始时，供应阀160可以关闭直到检测到下一次吸气开始。

在一些实现中，流速传感器185可以与压力传感器194结合使用，以确定用户的吸气和/或呼气的开始。在这种实现中，例如，可以修改图2的自适应触发系统700，使得调节模块710还接收测量的流量信号(例如，由流速传感器185生成的信号)。此外，在这种实现中，调节模块710可以被配置为产生经调节的压力信号和经调节的流量信号两者。此外，在这种实现中，阈值模块720、触发模块730和/或监测模块740可以被重新配置为使用经调节的压力信号和经调节的流量信号两者来执行上述操作。

在一些实现中，流速传感器185可以在没有压力传感器194的情况下使用，以确定用户的吸气和/或呼气的开始。在这种实现中，例如，可以修改图2的自适应触发系统700，使得调节模块710被重新配置为接收测量的流量信号(例如，由流速传感器185产生的信号)而不是测量的压力信号。此外，在这种实现中，调节模块710可以被重新配置为产生经调节的流量信号而不是经调节的压力信号。此外，在这种实现中，阈值模块720、触发模块730和/或监测模块740可以被重新配置为使用调节的流量信号来执行上述操作。

在一些实现中，当自先前检测到的吸入开始以来的时间大于预定阈值时，氧气浓缩器100可启动自动输送模式。在自动输送模式期间，不管例如是否检测到吸入的开始，都将富氧空气团自动输送给用户。自动输送模式有助于确保用户仍然接收规定量的富氧空气。在一些实现中，氧气浓缩器100可以在检测到用户呼吸之后退出自动输送模式并恢复POD操作模式。在一些实现中，氧气浓缩器100可以在预定时间段(例如，45秒、1分钟、2分钟、3分钟等)之后退出自动输送模式并且恢复POD操作模式。

在一些实现中，用于启动自动递送模式的预定阈值是固定值(例如，5至15秒的时间段)。在其他实现中，重复地调节预定阈值。例如，可以基于两个或多个最近呼吸持续时间的移动平均值来重复地调节预定阈值。例如，预定阈值可以被重复地计算为缩放常数(例如，1.25、1.5、2、2.5等)与两个或更多个最近呼吸持续时间的移动平均值的乘积。作为另一示例，预定阈值可被重复地计算为预定时间段(例如，2秒、3秒、4秒等)和两个或更多个最近呼吸持续时间的移动平均值的总和。

在一些实现中，在自动输送模式期间输送的团的尺寸和/或频率是固定的。在其它实现中，反复调节团的尺寸和/或频率。例如，可以基于两个或更多最近呼吸持续时间的移动平均值来重复调节团的尺寸和/或频率。作为另一个示例，自动输送给用户的团的尺寸可以对应于响应于一个或多个先前检测到的吸入开始而先前输送给用户的一个或多个团的尺寸。类似地，响应于一个或多个先前检测到的吸入开始，自动将团输送至用户的速率可与一个或多个团先前输送至用户的速率相对应。

I.移动补偿

当氧气浓缩器的用户移动时，氧气浓缩器的一个或多个部件也可以移动。例如，当用户移动时，输送导管(例如输送导管192)和/或气道输送装置(例如鼻套管气道输送装置196和/或吸嘴198)也可以移动。这些移动可以影响氧气浓缩器中的一个或多个传感器(例如，氧气传感器165、流速传感器185、压力传感器194)的测量。例如，氧气浓缩器100的输送导管192的移动可能分别在氧气传感器165、流速传感器185和/或压力传感器194的氧气浓度、流量和/或压力信号中产生噪声。因此，在一些实现中，一个或多个移动传感器可以被包括在上述系统中以补偿由用户的移动产生的噪声。

例如，如图3A和图3B所示，移动传感器可以包括在氧气浓缩器100中。如图3A所示，移动传感器802A位于具有控制器400的控制器板801上。如图3B所示，移动传感器802B沿输送导管192定位。在一些实现中，移动传感器802B可以被定位成更靠近用户，并且在其他实现中，移动传感器802B可以被定位成更靠近外壳体170。在其他实现中，移动传感器802A和802B可以被定位在不同的位置处。例如，这些传感器可以位于氧气浓缩器100内的任何地方，例如沿着外壳体170的壁或在罐系统300上。作为另一示例，移动传感器802A和802B可以结合在与氧气浓缩器100分开的装置中，该装置例如由用户携带或佩戴。在这样的实现中，单独的装置可以例如是个人蜂窝装置或手表。在一些实现中，多个移动传感器可以包括在氧气浓缩器100中。例如，移动传感器802A和802B都可以包括在氧气浓缩器100中。

本技术可以使用各种不同的移动传感器，例如加速度计、陀螺仪、倾斜开关、应变计、气压计或高度计。例如，在一些实现中，移动传感器802A和/或802B可以是被配置为测量一个或多个方向上的加速度的加速度计(例如，1轴加速度计、2轴加速度计或3轴加速度计)。作为另一个示例，在一些实现中，移动传感器802B可以是被配置为测量输送导管192的一个或多个部分的弯曲的应变计。作为又一示例，在一些实现中，移动传感器802A和/或802B可以是被配置为测量由用户引起的高度变化的气压计和/或高度计。

控制器400接收由移动传感器802A和802B产生的数据。在一些实现中，移动传感器802A和802B可以通过一个或多个电导管通信地联接到控制器400。在这样的实现中，移动传感器802A和802B可以使用标准通信协议来传输所生成的数据，例如集成电路间(I²C)、串行外围接口(SPI)、控制器区域网络(CAN)、通用异步接收和传输(UART)、以太网，或通用串行总线(USB)，或定制通信协议。在一些实现中，移动传感器802A和802B可以通过一个或多个无线发射器、接收器和/或收发器将所生成的数据无线地传输至控制器400。在此类实现中，移动传感器802A和802B可使用标准通信协议(例如蓝牙、WiFi、ZigBee，Z-Wave、NEC红外(IR)、码分多址(CDMA)、全球移动通信系统(GSM)或长期演进(LTE)或定制通信协议)以无线方式传输所产生的数据。

控制器400可以使用从移动传感器802A和802B接收的数据来补偿由用户的移动产生的噪声。例如，如图4A-4D所示，可以修改图2的自适应触发系统700以补偿这种噪声。在图4A-4D的每个实现中，自适应触发系统700的模块之一(例如，调节模块710、阈值模块720、触发模块730或监测模块740)已被不同的模块(例如，调节模块910、阈值模块920、触发模块930或监测模块940)替换。其余模块以上面关于图2描述的方式操作。

如图4A所示，调节模块710已被自适应触发系统900A中的调节模块910代替。调节模块910可以被配置为接收例如测量的压力信号(例如，由压力传感器194产生的信号)、阀控制信号(例如，由控制器400产生以控制供应阀160的信号)、测量的温度信号(例如，由氧气浓缩器100中的温度传感器产生的信号)，和/或测量的移动信号(例如，由移动传感器802A或802B产生的信号)。非常类似于调节模块710，调节模块910可以使用阀控制信号、测量的温度信号和/或降噪滤波来调节测量的压力信号，使得其更准确地表示用户的气道压力。另外，调节模块910可以使用测量的移动信号来补偿由用户的运动产生的噪声。例如，在自适应触发系统900A与图3A和/或图3B的出口系统一起使用的实现中，调节模块910可以基于由移动传感器802A和/或802B产生的测量的移动信号来增大或减小由压力传感器194产生的测量的压力信号。例如，在其中移动传感器802A和/或802B是加速度计的实现中，相对于压力传感器194的取向的所测量的加速度方向可以指示所测量的压力信号应当被增大还是减小。作为另一个示例，在移动传感器802B是应变计的实现中，输送导管192的一个或多个部分的所测量的弯曲可以指示所测量的压力信号应该被增大还是减小。作为又一示例，在其中移动传感器802A和/或802B是气压计和/或高度计的实现中，所测量的高度变化可以指示所测量的压力信号是被增大还是减小。

如图4B所示，阈值模块720已被自适应触发系统900B中的阈值模块920代替。非常类似于阈值模块720，阈值模块920可以被配置为监测来自调节模块710的经调节的压力信号并且重复地确定作为时间的函数的适当的触发阈值。此外，阈值模块920可以具有活动估计子模块、阈值更新子模块和/或窗口调节子模块。然而，可以基于所测量的移动信号来修改这些子模块中的至少一个的功能。

活动估计子模块可以被配置为基于调节的压力信号和/或测量的移动信号(例如，由移动传感器802A或802B生成的信号)生成活动信号。例如，在一些实现中，活动估计子模块可以从经调节的压力信号中导出呼吸参数(例如，用户的呼吸速率)并且从所测量的移动信号中导出移动参数(例如，用户每单位时间所采取的步数)。然后，活动估计子模块然后可以组合呼吸参数和移动参数以生成活动信号。例如，可以将活动信号计算为呼吸参数和移动参数的加权和。作为另一示例，在一些实现中，活动估计子模块可以从经调节的压力信号生成非呼吸信号(例如，使用具有适当截止频率的高通滤波器)。然后，活动估计子模块可以基于所测量的移动信号来缩放非呼吸信号。例如，当所测量的移动信号指示用户的更大量的移动时，可以将更大的缩放因子应用于非呼吸信号以生成活动信号。类似地，当所测量的移动信号指示用户的较小量的移动时，可以将较小的缩放因子应用于非呼吸信号以生成活动信号。

阈值更新子模块可以被配置为基于来自活动估计子模块的活动信号和/或测量的移动信号(例如，由移动传感器802A或802B生成的信号)来调节触发阈值。例如，当活动信号可靠地指示用户的活动增加时，阈值更新子模块可以增加触发阈值的幅度。类似地，当活动信号可靠地指示用户的活动减少时，阈值更新子模块可以减少触发阈值的幅度。阈值更新子模块可以使用所测量的移动信号来评估活动信号的可靠性。例如，在自适应触发系统900B与图3A和/或3B的出口系统一起使用的实现中，氧气浓缩器100的一个或多个部件的移动可影响压力传感器194的测量，这又将影响活动信号。因此，当由移动传感器802A和/或802B产生的移动信号的幅度和/或频率大于预定阈值时，阈值更新子模块可以例如暂时忽略活动信号并将触发阈值保持在其当前值。

在一些实现中，阈值更新子模块可以分析活动信号的固定长度窗口(例如，5至15秒的时间段)。在其他实现中，阈值更新子模块可以分析活动信号的可调长度窗口。在这种实现中，阈值模块920可以具有窗口调节子模块，该窗口调节子模块被重新配置为根据活动信号、调节的压力信号、触发阈值和/或测量的移动信号(例如，由移动传感器802A或802B生成的信号)来调节由阈值更新子模块使用的窗口的长度。例如，窗口调节子模块可以暂时缩短窗口的长度，以允许触发阈值从短暂的孤立的增加的噪声发作(例如，从咳嗽或套管撞击)快速恢复。在这样的实现中，窗口调节子模块可以基于触发阈值超过触发阈值的最近移动平均值的时间量来调节窗口的长度。在一些实现中，窗口调节子模块可以被配置为分析所测量的移动信号以识别增加的噪声的发作。例如，当所测量的移动信号的幅度和/或频率大于预定阈值时，可以通过窗口调节子模块来识别增加的噪声发作。

如图4C所示，触发模块730已被自适应触发系统900C中的触发模块930代替。非常类似于触发模块730，触发模块930可以被配置为将来自阈值模块720的触发阈值应用于来自调节模块710的经调节的压力信号，以生成触发信号(例如，数字布尔信号或比例控制信号)。触发信号可用于使富氧空气团的释放与用户的吸入同步。例如，触发信号可被提供给供应阀160。在一些实现中，触发模块930可以将调节的压力信号与触发阈值进行比较以识别吸入的开始。在这种实现中，当调节的压力信号的幅度大于触发阈值的幅度时，触发模块930可以检测吸气的开始。非常类似于触发模块730，触发模块930可以使用中断时段和/或呼气开始的检测来降低错误地检测吸入开始的风险。然而，触发模块930也可以使用测量的移动信号(例如，由移动传感器802A或802B产生的信号)来降低错误地检测吸入开始的风险。例如，当测得的移动信号的幅度和/或频率小于预定阈值时，触发模块930验证吸气的开始。

如图4D所示，监测模块740已被自适应触发系统900D中的监测模块940代替。非常类似于监测模块740，监测模块940可以被配置为基于来自调节模块710的经调节的压力信号和来自触发模块730的触发信号来计算用户的一个或多个呼吸参数(例如，用户的呼吸速率或吸气时间)。然而，监测模块940还可以被配置为基于所测量的移动信号(例如，由移动传感器802A或802B生成的信号)来计算用户的一个或多个移动参数(例如，用户每单位时间所采取的步数)。监测模块940还可以使用所测量的移动信号来提高一个或多个呼吸参数的计算精度。例如，当测量的移动信号的一个或多个对应段的幅度和/或频率大于预定阈值时，监测模块940可以从呼吸参数的计算中排除调节的压力信号的一个或多个段。非常类似于由监测模块740计算的呼吸参数，由监测模块940计算的呼吸和/或移动参数可以被提供给触发模块730和/或系统900D外部的一个或多个模块(例如，团调节模块或用户数据报告模块)。

在图4A-4D的实现中，自适应触发系统700的仅一个模块(例如，调节模块710、阈值模块720、触发模块730或监测模块740)被替换为不同的模块(例如，调节模块910、阈值模块920、触发模块930或监测模块940)。然而，在其他实现中，可以替换多个模块和/或子模块。例如，调节模块910、阈值模块920、触发模块930和/或监测模块940中的两个或更多个可以被合并到自适应触发系统中。

在图4A-4D的实现中，使用测量的压力信号(例如，由压力传感器194产生的信号)来确定用户的吸气和/或呼气的开始。然而，如上所述，在其它实现中，测量的流量信号(例如，由流速传感器185产生的信号)可用于确定用户的吸气和/或呼气的开始。在这种实现中，所测量的流量信号可以与或不与所测量的压力信号(例如，由压力传感器194产生的信号)一起使用。

如上所述，在一些实现中，当自先前检测到的吸入开始以来的时间大于预定阈值时，氧气浓缩器100可启动自动输送模式。在自动输送模式期间，不管例如是否检测到吸入的开始，都将富氧空气团自动输送给用户。在一些实现中，反复地调节团的尺寸和/或频率。例如，可以使用由监测模块940计算的一个或多个呼吸参数来调节团的尺寸和/或频率。作为另一示例，可以使用一个或多个单独计算的呼吸参数来调节团的尺寸和/或频率(例如，两个或更多个最近呼吸持续时间的移动平均值)。在这样的实现中，测量的移动信号(例如，由移动传感器802A或802B生成的信号)可用于增加这些计算的准确度。例如，当所测量的移动信号的一个或多个对应段的幅度和/或频率大于预定阈值时，可以从呼吸参数的计算中排除所测量的流量信号(例如，由流速传感器185产生的信号)和/或所测量的压力信号(例如，由压力传感器194产生的信号)的一个或多个段。

在一些实现中，附加的传感器可以结合到上述系统和方法中。例如，由心率监测器产生的测量的心率信号可以与测量的移动信号(例如，由移动传感器802A或802B产生的信号)结合使用，以补偿由用户的移动产生的噪声。在这样的实现中，可以将所测量的心率信号提供给上述任何模块。增加的心率可以指示用户增加的移动。类似地，降低的心率也指示用户的移动降低。结果，调节模块910还可以例如使用所测量的心率信号来调节所测量的压力。作为另一实例，阈值模块920的活动估计子模块可从所测量的心率信号导出心率参数。活动估计子模块然后可以将心率参数与呼吸参数和移动参数组合以生成活动信号。作为又一示例，阈值模块920的阈值更新子模块可以使用所测量的心率信号来评估活动信号的可靠性。作为又一示例，阈值模块920的窗口调节子模块可以基于所测量的心率信号的幅度和/或频率来调节窗口的长度。作为又一示例，触发模块930可基于测量的心率信号的幅度和/或频率来验证吸入的开始。作为又一示例，监测模块940可以基于所测量的心率信号的幅度和/或频率从呼吸参数的计算中排除经调节的压力信号的一个或多个段。作为又一示例，所测量的心率信号可用于调节在自动递送模式期间输送的团的尺寸和/或频率。

关于运动补偿的更多细节可以在例如于2020年3月27日提交的题为“具有移动补偿的呼吸检测(Breath Detection with Movement Compensation)”的美国临时申请第63/000,813号中找到，其全部公开内容在此引入作为参考。

J.混合模式氧气输送

混合模式治疗(或混合输送模式)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。混合输送模式可包括双水平纯度、双水平流速或其组合。

1.双水平纯度

图5包含示出混合模式的一个种类的图1060，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。这由图1060中的周期1070示出。然而，在被称为团间周期的团释放周期，例如周期1080，除了较低的氧气纯度之外，患者还以团流速接收气体流。

与氧气纯度恒定的常规连续流动相比，团间流的较低氧气纯度意味着浪费较少的氧气。这又有助于延长电池寿命，因为压缩机不需要像在连续流动期间那样硬地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6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6的改进的出口系统1100与图1F所示的相同，除了具有新元件：流量源1101、双向二级阀1110、流量限制器1120和限制器1130。流速传感器185可以从如图6所示的改进的出口系统1100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1101经由包括第二阀1110和限流器1120的第二流动路径连接到限流器175的下游侧。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。控制器400控制第二阀1110，以在供应阀160没有释放团时允许沿较低纯度路径流动，从而防止在团释放期间沿较低纯度路径流动。换句话说，第二阀1110与供应阀160反同步地致动，当供应阀160关闭时打开，而当供应阀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1100的替代方案中，两个两通阀160和1110可由单个三通阀代替，该单个三通阀配置为在所有其它时间将蓄积器106连接到主路径(当由吸入开始触发时)或第二较低纯度路径。三通阀可以在限流器175和1120的下游或者在单个限流器的上游，其代替限流器175和1120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1101可以是压缩机210。在这种实现中，限流器1120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。在一些实现中，可以完全省略限流器1120，这取决于流量源1101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1101可以是第二压缩机，该第二压缩机被配置为以近似等于较高纯度路径中的团流速的流速产生空气流。在这种实现中，可以省略限流器1120。

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1101是已经从出口130重新路由到较低纯度路径的排出排气的一部分(氧气纯度通常在21％的环境纯度附近，但是根据吹扫流的量可以高达35％且低至4％)。在一个这样的实现中，限流器1120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。

对图1F的出口系统的另一修改是在改进的出口系统1100中，压力传感器194被差动地连接，其“感测端口”连接到连接器190或输送导管192中的其它地方，而其“参考端口”连接到图1F中的环境(未示出)，连接到限流器1130的下游侧。限流器1130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1100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6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1130，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1130，参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。参考端口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。

使用改进的出口系统1100，富氧空气不能一直以双水平纯度混合模式输送。在一些实现中，控制器400可以保持第二阀1110关闭，使得富氧空气经由主路径以POD模式输送，直到控制面板600上的控制被激活。例如，如果用户正经历呼吸困难或呼吸短促并且需要再保险，则可以激活控制器。一旦控制被激活，控制器400开始与供应阀160反同步地打开和关闭第二阀1110，如上所述，以实现双水平纯度混合模式。该模式可以持续预定的时间段或无限期的时间段，直到控制面板上的控制被去激活。然后，控制器400回复到POD模式下输送富氧空气。

2.双水平流速

图7包含示出混合模式的第二种类的图1235，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1235中的周期1240示出。然而，在诸如周期1245的团间周期期间，患者还接收具有团氧纯度的气体流，除了以称为团间流速的较低流速。

与呼吸循环中流速恒定的常规连续流动相比，较低的团间流动流速意味着较少的氧气被浪费。这又有助于延长电池寿命，因为压缩机不需要像在连续流动期间那样硬地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8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8的改进的出口系统1300类似于图6中所示的改进的出口系统1100，除了代替从流体源1101接收流体如第二阀1110，双向第二阀1310接收来自蓄积器106的流体。换句话说，第二阀1310和限流器1320可以任何顺序设置，形成用于来自蓄积器106的富氧空气的第二路径。限流器1320被选择成使得第二较低流动路径中的流速基本上低于主路径中的团流速。

控制器400控制第二阀1310，以在供应阀160没有释放团时允许沿着较低流动路径流动，从而防止在团释放期间沿着较低流动路径流动。换句话说，第二阀1310与供应阀160反同步地致动，当供应阀160关闭时打开，而当供应阀160打开时关闭。

改进的出口系统1300还利用与限流器1130差动连接的压力传感器194，如在改进的出口系统1100中那样，以实现更精确的触发。

使用改进的出口系统1300，富氧空气可以不总是以双水平流速混合模式输送。在一些实现中，控制器400保持第二阀1310关闭，使得富氧空气经由主路径以POD模式输送，直到控制面板600上的控制被激活。例如，如果用户正经历呼吸困难或呼吸短促并且需要再保险，则可以激活控制器。一旦控制被激活，控制器400开始与供应阀160反同步地打开和关闭第二阀1310，如上所述，以实现双水平流速混合模式。该模式可以持续预定的时间段或无限期的时间段，直到控制面板上的控制被去激活。然后，控制器400回复到POD模式下输送富氧空气。

用于实现双水平流速混合模式的另一种改进的出口系统不包括第二阀1310。相反，只要氧气浓缩器100本身被启动，就启动通过限流器1320的第二较低流动路径。

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，两个两通阀160和1310可由单个三通阀代替，该单个三通阀配置为在所有其它时间将蓄积器106连接到主通路(当由吸入开始触发时)或第二较低流动路径。

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。

3.中间种类

图9包含示出由氧气浓缩器输送富氧空气的各种模式的图1460。横轴表示团间流速，纵轴表示团间氧气纯度。点1465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，例如团注纯度(例如93％)。点1470表示POD模式，其中团间流速为零。点1475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1480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1485表示双水平纯度种类(点1475)和双水平流速种类(点1480)之间的混合输送模式的中间种类的进展，由点1490示例，点1490表示这样的中间种类，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。

中间种类可以通过包含第二较低纯度路径和第二较低流动路径的改进的出口系统1100和1300的组合来实现，所述第二较低纯度路径和第二较低流动路径中的每一个都与主路径反同步地打开。在两个第二路径中的流动的组合构成总的团间流动。限流器1120和1320各自的尺寸确定了两个第二路径中的流速，并因此确定了团间纯度和流速。

差动连接的压力传感器194可以与所有种类的混合模式输送一起使用，以便提高触发的精度。

关于混合模式氧气输送的进一步细节可以在例如于2020年4月8日提交的题为“用于治疗呼吸障碍的方法和设备(Methods and Apparatus for Treating a RespiratoryDisorder”)的美国申请第2020901121号中找到，其全部公开内容在此引入作为参考。

K.功率管理

在一些实现中，氧气浓缩器(例如，氧气浓缩器100)可以被配置为基于是否和/或如何使用该氧气浓缩器而在多个操作模式之间自动切换。例如，在用户停止使用POC之后，便携式氧气浓缩器(POC)可以自动地从规定操作模式转换到待机操作模式。类似地，POC可以响应于用户与POC的交互而自动地从待机操作模式转换到规定操作模式。在待机操作模式期间，POC可以断电或降低提供给一个或多个部件(例如，压力传感器107、阀122、124、132、134、152和/或154、氧气传感器165、风扇172、压缩系统200和/或马达速度转换器201)的功率。例如，在待机操作模式期间，POC可以关闭其压缩系统。作为另一示例，在待机操作模式期间，POC可提供较低的氧气纯度或较低的流速(例如，对应于团间周期)。通过最小化待机操作模式期间的功耗，可以增加内部电源(例如，锂离子电池)的运行时间，并且可以最小化POC的尺寸和重量。此外，可以通过减少用户与POC交互的次数来改善用户的体验。例如，用户可以简单地移除气道递送装置并且POC将自动进入待机模式，而不是移除气道递送装置(例如，鼻罩、鼻枕、鼻插、鼻套管或吸嘴)和手动关闭POC。用户交互次数的减少对于不太灵巧的用户可能是特别有利的。

在规定操作模式期间，POC可以被配置为向用户输送规定的治疗压力、体积和/或氧气浓度。如上所述，规定的治疗压力、体积和/或氧气浓度可以作为氧气的连续流、一系列脉冲(更多细节参见小节H，标题为“脉冲式氧气输送”)或两者的混合(更多细节参见小节J，标题为“混合模式氧气输送”)输送。规定操作模式可以包括例如上述的活动和/或睡眠模式。

在一些实现中，氧气浓缩器可以基于在预定时间段内检测到的呼吸次数在规定操作模式和待机操作模式之间转换。例如，当在预定时间段(例如，三十秒、一分钟、三分钟等)期间检测到的呼吸次数小于预定阈值(例如，一次呼吸、两次呼吸、五次呼吸等)时，POC可以自动地从规定操作模式转换到待机操作模式。类似地，当在预定时间段(例如，五秒、十秒、三十秒、一分钟、三分钟等)期间检测到的呼吸次数大于预定阈值(例如，一次呼吸、两次呼吸、五次呼吸等)时，POC可以自动地从待机操作模式转换到规定操作模式。在一些这样的实现中，可以使用不同的预定时间段来启动不同的操作模式。例如，用于启动待机操作模式的预定时间段(例如一分钟)可以大于用于启动规定操作模式的预定时间段(例如五秒)。此外，在一些这样的实现中，可以使用不同的预定阈值来启动不同的操作模式。例如，用于启动待机操作模式(例如，一次呼吸)的预定阈值可以小于用于启动规定操作模式(例如，三次呼吸)的预定阈值。

可以使用各种不同的系统和方法来检测呼吸。例如，如上所述，压力、流量和/或移动传感器可用于检测吸气和/或呼气的开始(例如，流速传感器185、压力传感器194、移动传感器802A和/或移动传感器802B)。例如，自适应触发系统700、900A、900B、900C和/或900D(见图2和4A-4D)可用于检测用户的一次或多次呼吸。在一些这样的实现中，POC可以包括例如图1F、3A、3B、6和/或8所示的出口系统中的任何一个。此外，在一些此类实现中，由触发模块730或930产生的信号(例如，触发信号)可用于确定何时POC在规定操作模式与待机操作模式之间转换。在一些实现中，在待机操作模式期间，POC可以断电或降低提供给一个或多个部件(例如，压力传感器107、阀122、124、132、134、152和/或154、氧气传感器165、风扇172、压缩系统200和/或马达速度转换器201)的功率，但是维持提供给用于检测呼吸的一个或多个传感器(例如，流速传感器185、压力传感器194、移动传感器802A和/或移动传感器802B)的功率。

在一些实现中，氧气浓缩器可以基于一个或多个检测到的移动的幅度和/或持续时间在规定的操作模式和待机操作模式之间转换。例如，当在预定时间段(例如，三十秒、一分钟、三分钟等)期间一个或多个检测到的移动的估计平均幅度小于预定阈值时，POC可以自动地从规定操作模式转换到待机操作模式。类似地，当在预定时间段(例如，五秒、十秒、三十秒、一分钟、三分钟等)期间一个或多个检测到的移动的估计平均幅度大于预定阈值时，POC可以自动地从待机操作模式转换到规定操作模式。在一些这样的实现中，可以使用不同的预定时间段来启动不同的操作模式。例如，用于启动待机操作模式的预定时间段(例如一分钟)可以大于用于启动规定操作模式的预定时间段(例如五秒)。此外，在一些这样的实现中，可以使用不同的预定阈值来启动不同的操作模式。例如，用于启动待机操作模式的预定阈值可以小于用于启动规定操作模式的预定阈值。

可以使用各种不同的系统和方法来检测移动。例如，各种不同的移动传感器，例如加速度计、陀螺仪、倾斜开关、应变计、气压计或高度计，可以与本技术一起用于POC内的各种不同位置。例如，在一些这样的实现中，POC可以包括图3A和3B所示的出口系统中的任一个。此外，在一些这样的实现中，由移动传感器802A和/或802B生成的移动信号可用于确定何时POC在规定操作模式和待机操作模式之间转换。在一些实现中，可以将由移动传感器在预定时间段上生成的移动信号的估计能量含量与预定阈值进行比较，以确定POC何时在规定操作模式与待机操作模式之间转换。在一些实现中，在待机操作模式期间，POC可以断电或降低提供给一个或多个部件(例如，压力传感器107、阀122、124、132、134、152和/或154、氧气传感器165、风扇172、压缩系统200和/或马达速度转换器201)的功率，但是维持提供给用于检测移动的一个或多个传感器(例如，移动传感器802A和/或802B)的功率。

在一些实现中，氧气浓缩器可以基于(a)在预定时间段内检测到的呼吸次数和/或(b)一个或多个检测到的移动的幅度和/或持续时间而在规定的操作模式和待机操作模式之间转换。例如，当(a)在第一预定时间段期间检测到的呼吸次数小于第一预定阈值并且(b)在第二预定时间段期间检测到的一个或多个移动的估计平均幅度小于第二预定阈值时，POC可以自动地从规定操作模式转换到待机操作模式。类似地，当(a)在第一预定时间段期间检测到的呼吸次数大于第一预定阈值并且(b)在第二预定时间段期间检测到的一个或多个移动的估计平均幅度大于第二预定阈值时，POC可以自动地从待机操作模式转换到规定操作模式。一些这样的实现可以更精确和/或有效地操作。例如，通过依赖于两种不同类型的测量，可以降低假阳性(例如，不正确地确定用户当前正在使用POC)和/或假阴性(例如，不正确地确定用户当前未使用POC)的风险。这样，当用户有真正的需求而没有其他需求时，可以输送富氧空气团。

作为另一示例，当(a)在第一预定时间段期间检测到的呼吸次数小于第一预定阈值，(b)在第二预定时间段期间检测到的一个或多个移动的估计平均幅度小于第二预定阈值，或者(c)(i)在第三预定时间段内检测到的呼吸次数小于第三预定阈值，以及(ii)在第四预定时间段内检测到的一个或多个移动的估计平均幅度小于第四预定阈值时，POC可以自动地从规定操作模式转换到待机操作模式。类似地，当(a)在第一预定时间段期间检测到的呼吸次数大于第一预定阈值，(b)在第二预定时间段期间检测到的一个或多个移动的估计平均幅度大于第二预定阈值，或者(c)(i)在第三预定时间段内检测到的呼吸次数大于第三预定阈值，以及(ii)在第四预定时间段内检测到的一个或多个移动的估计平均幅度大于第四预定阈值时，POC可以自动地从待机操作模式转换到规定操作模式。在一些实现中，可以选择第一和第二预定时间段和阈值，使得只有当相关联的测量(例如，来自流速传感器185、压力传感器194、移动传感器802A和/或移动传感器802B)以较高的确定性程度指示用户当前是否正在使用POC时，才改变操作模式。类似地，在一些实现中，可以选择第三和第四预定时间段和阈值，使得当相关联的测量以较低的确定性程度指示用户当前是否正在使用POC时，改变操作模式。一些这样的实现可以更精确和/或有效地操作。例如，通过依赖于两种不同类型的测量，可以降低假阳性(例如，不正确地确定用户当前正在使用POC)和/或假阴性(例如，不正确地确定用户当前未使用POC)的风险。这样，当用户有真正的需求而没有其他需求时，可以输送富氧空气团。

除了上述压力、流量和/或移动传感器之外，还可以使用其它类型的传感器来确定何时POC在规定操作模式和待机操作模式之间转换。例如，位于输送导管(例如输送导管192)或气道输送装置(例如鼻套管气道输送装置196和/或吸嘴198)内的温度传感器可用于确定或验证用户是否正在使用POC。在一些这样的实现中，增加的温度测量可以指示用户当前正在使用POC，而降低的温度测量可以指示用户当前未使用POC。作为另一示例，位于输送导管(例如输送导管192)或气道输送装置(例如鼻套管气道输送装置196和/或吸嘴198)内的麦克风可用于确定或验证用户是否正在使用POC。在一些这样的实现中，所测量的声音信号的增大的幅度和/或持续时间可以指示用户当前正在使用POC，而所测量的声音信号的减小的幅度和/或持续时间可以指示用户当前未使用POC。

在一些实现中，可以使用与用户相关联的一个或多个装置来进一步验证用户当前是否正在使用POC。例如，移动装置(例如智能电话)或可穿戴装置(例如智能手表)可用于验证用户是否在POC附近。例如，移动装置和/或可穿戴装置可以被配置为通过短距离无线通信协议(例如，蓝牙、WiFi、ZigBee、Z-Wave或NEC红外(IR))与POC通信。由移动装置和/或可穿戴装置发送的无线信号的强度可以指示移动装置和/或可穿戴装置与POC有多接近。

在上述许多实现中，仅描述了两种操作模式(即，规定操作模式和待机操作模式)。然而，在其他实现中，POC可以被配置为在附加操作模式之间转换。在这样的实现中，POC可以基于上述任何类型的测量(例如，压力、流量、移动、温度、声音等)在不同的操作模式之间转换。此外，在一些实现中，操作模式可以包括多个阶段。例如，待机操作模式可以包括第一阶段和第二阶段，在第一阶段中向气道输送装置提供较低的氧气纯度或较低的流速(例如，对应于团间周期)，在第二阶段中不向气道输送装置提供补充氧气。POC可以在预定时间量之后在这些阶段之间自动转换。例如，在待机操作模式期间，POC可以在预定时间量之后自动从上述第一阶段转换到上述第二阶段。

在一些实现中，POC可以包括用作用户与控制器(例如，控制器400)之间的接口的控制面板(例如，控制面板600)，以允许用户在不同的操作模式之间手动切换。例如，如上面参考图1N所解释的，用户可以分别通过按下活动模式的按钮630或睡眠模式的按钮635来手动地指示活动模式或睡眠模式。类似地，用户可以通过与控制面板交互(例如，通过按下一个或多个按钮)来手动地指示规定操作模式或待机操作模式。这样的手动接口允许用户覆盖上述自动模式确定。在一些实现中，控制面板还可以使用户能够暂时或永久地关闭上述特征以在不同操作模式之间自动切换。

L.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87％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、磅/平方英寸(psi)和百帕斯卡。1cmH₂O等于1g-f/cm²且约为0.98百帕斯卡(1百帕＝100Pa＝100N/m²＝1毫巴～0.001atm～0.015psi)。在本说明书中，除非另有说明，否则压力值作为表压(相对于环境压力的压力)给出。

M.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 (21)

1.一种氧气浓缩系统，包括：

压缩系统，其被配置为用于产生加压的环境空气流；

罐系统，其包括含有气体分离吸附剂的罐，其中所述气体分离吸附剂被配置为从加压的环境空气流中分离至少一些氮气以产生富氧空气；

压力传感器，其被配置为用于产生压力信号，其中所述压力传感器被气动地联接到输送导管上以便向用户提供所述富氧空气；以及

一个或多个处理器，其通信地联接至所述压力传感器，其中所述一个或多个处理器被配置为：

将触发阈值与压力传感器产生的压力信号进行比较，以检测用户的呼吸；

当在第一预定时间段期间检测到的呼吸次数大于第一预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换到规定操作模式，其中在所述规定操作模式期间由所述氧气浓缩系统向所述用户供应预定体积或浓度的富氧空气；以及

当在第二预定时间段期间检测到的呼吸次数小于第二预定阈值时，将氧气浓缩系统转换到待机操作模式，其中在待机操作模式期间向压缩系统提供减小的功率。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述预定体积或浓度的富氧空气在所述规定操作模式期间由所述氧气浓缩系统作为一系列团供应到所述用户。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述规定操作模式包括混合输送模式。

4.根据权利要求1所述的系统，其中在所述待机操作模式期间，相对于所述预定体积或浓度的富氧空气，所述富氧空气的减小的体积或浓度由所述氧气浓缩系统供应给所述用户。

5.根据权利要求1所述的系统，其中在所述待机操作模式期间，所述氧气浓缩系统不向所述用户供应富氧空气。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述压缩系统在待机操作模式期间被断电。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述压力传感器在所述待机操作模式期间通电。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述氧气浓缩系统是包括内部电源的便携式氧气浓缩器。

9.一种氧气浓缩系统，包括：

压缩系统，其被配置为用于产生加压的环境空气流；

罐系统，其包括含有气体分离吸附剂的罐，其中所述气体分离吸附剂被配置为从加压的环境空气流中分离至少一些氮气以产生富氧空气；

移动传感器，其被配置为生成移动信号；以及

一个或多个处理器，其通信地联接至所述移动传感器，其中所述一个或多个处理器被配置为：

当在第一预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量大于第一预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换到规定操作模式，其中在所述规定操作模式期间由所述氧气浓缩系统向用户供应预定体积或浓度的富氧空气；以及

当在第二预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量小于第二预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换为待机操作模式，其中在所述待机操作模式期间向所述压缩系统提供减小的功率。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述移动传感器在所述待机操作模式期间通电。

11.根据权利要求9所述的系统，其中所述移动传感器包括连接到输送导管的加速度计，用于向用户提供富氧空气。

12.根据权利要求9所述的系统，其中所述移动传感器包括联接到输送导管的应变计，用于向用户提供富氧空气。

13.根据权利要求9所述的系统，进一步包括：

压力传感器，其被配置为用于产生压力信号，其中所述压力传感器被气动地联接到输送导管上以便向所述用户提供富氧空气，

其中所述一个或多个处理器通信地联接到所述压力传感器，并且其中所述一个或多个处理器还被配置为：

基于从所述压力传感器获得的初始压力信号和从所述移动传感器获得的移动信号来调节触发阈值；以及

将调节的触发阈值与从压力传感器获得的后续压力信号进行比较，以确定何时通过导管向用户提供富氧空气团。

14.根据权利要求9所述的系统，进一步包括：

压力传感器，其被配置为用于产生压力信号，其中所述压力传感器被气动地联接到输送导管上以便向所述用户提供富氧空气，

其中所述一个或多个处理器通信地联接到所述压力传感器，并且其中所述一个或多个处理器还被配置为：

将触发阈值与压力传感器产生的压力信号进行比较，以检测用户的呼吸；

当(a)在所述第一预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量大于所述第一预定阈值并且(b)在第三预定时间段期间检测到的呼吸次数大于第三预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换为所述规定操作模式；以及

当(a)在所述第二预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量小于所述第二预定阈值并且(b)在第四预定时间段期间检测到的呼吸次数大于第四预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换到待机操作模式。

15.根据权利要求9所述的系统，进一步包括：

压力传感器，其被配置为用于产生压力信号，其中所述压力传感器被气动地联接到输送导管上以便向所述用户提供富氧空气，

其中所述一个或多个处理器通信地联接到所述压力传感器，并且其中所述一个或多个处理器还被配置为：

将触发阈值与压力传感器产生的压力信号进行比较，以检测用户的呼吸；

当(a)在第三预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量大于第三预定阈值并且(b)在第四预定时间段期间检测到的呼吸次数大于第四预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换为所述规定操作模式；以及

当(a)在第五预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量小于第五预定阈值并且(b)在第六预定时间段期间检测到的呼吸次数大于第六预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换到待机操作模式。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述一个或多个处理器被进一步配置为：

当在第七预定时间段期间检测到的呼吸次数大于第七预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换到所述规定操作模式；以及

当在第八预定时间段期间检测到的呼吸次数小于第八预定阈值时，将所述氧气浓缩系统转换到所述待机操作模式。

17.根据权利要求9所述的系统，其中所述氧气浓缩系统是包括内部电源的便携式氧气浓缩器。

18.一种用于操作氧气浓缩系统的方法，包括：

压缩系统，其被配置为用于产生加压的环境空气流；

罐系统，其包括含有气体分离吸附剂的罐，其中所述气体分离吸附剂被配置为从加压的环境空气流中分离至少一些氮气以产生富氧空气；以及

以下各项中的至少一项：(a)压力传感器，其被配置为用于产生压力信号，其中所述压力传感器被气动地联接到用于向用户提供所述富氧空气的输送导管上，或(b)移动传感器，其被配置为用于产生移动信号，

其中所述方法包括：

当(a)在第一预定时间段期间从由所述压力传感器产生的所述压力信号检测到的呼吸次数大于第一预定阈值或(b)在第二预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量大于第二预定阈值中的至少一个时，将所述氧气浓缩系统转换到规定操作模式，其中在所述规定操作模式期间，所述氧气浓缩系统向所述用户供应预定体积或浓度的富氧空气；以及

当(a)在第三预定时间段期间从由所述压力传感器产生的所述压力信号检测到的呼吸次数小于第三预定阈值或(b)在第四预定时间段期间由所述移动传感器产生的所述移动信号的估计能量含量小于第四预定阈值中的至少一个时，将所述氧气浓缩系统转换到待机操作模式，其中在所述待机操作模式期间向所述压缩系统提供减小的功率。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述预定体积或浓度的富氧空气在所述规定操作模式期间由所述氧气浓缩系统作为一系列团供应到所述用户。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述压缩系统在待机操作模式期间被断电。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述氧气浓缩系统是包括内部电源的便携式氧气浓缩器。

Images