JP2007508052A - 携帯型ガス分離システム - Google Patents

Abstract

患者に酸素富化空気を供給する携帯型ガス分離装置が提供される。この装置は、コンパクトで、軽量且つ低騒音である。その構成部品は、２つの区画に分割されたハウジング内に組み付けられる。一方の区画は、他方の区画よりも低い温度に維持される。このより低い温度の区画は、熱によって損傷され得る構成部品を取り付けるように構成される。より高い温度の区画は、熱を発生する構成部品を取り付けるように構成される。気流が、周囲空気入口から空気出口へと絶えず流されるので、新鮮な冷却空気源が常に存在することになる。この装置は、ＰＳＡユニットを利用して酸素富化製品を生成する。このＰＳＡユニットは、全ての流路と弁とが、単一のマニホルドにおいて共に配置され得る新規な片口筒設計を組み込む。また、この装置は、衛星型コンサーバ及び移動用カートと併せて使用されてもよい。

Description

本発明は、一般に携帯型ガス分離システムに関し、より詳細には、使用者により優れた移動性を与えるように家庭用及び携帯用のどちらの使用にも適したコンパクトな酸素濃縮器に関する。

慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）などの呼吸器疾患を患う患者は、血中の酸素濃度を増大させるために処方量の酸素補給をしばしば必要とする。補給酸素は通常、圧縮酸素ガス又は液体酸素を含んだ金属シリンダを用いて患者に供給される。各シリンダは、限られた量の酸素しか含むことができず、通常は、ほんの数時間しか持たない。従って、患者は、追加のシリンダを携行しない限り、通常はそれほど長くは家を離れることができず、こうした追加のシリンダは重くかさばる（ｃｕｍｂｅｒｓｏｍｅ）ものである。旅行をしたいと思う患者は、旅先又はその道中でシリンダを交換する手配を行うように、医療機器提供者と手筈を整えておかなければならない場合が多く、こうした不便さが、多くの患者に家を離れて長期旅行に出掛けることを断念させている。

また、補給酸素は、分子篩床を介して周囲空気をろ過することによって酸素圧縮空気を絶えず生成する酸素濃縮器から供給されることも可能である。酸素濃縮器は、継続的な酸素の生成に有効であるが、こうした装置は、一般に消費電力が大きく、据付け型のユニットであり、５０〜５５ｄＢの範囲の高レベルの騒音を発生し、これは、常に騒音公害の原因となる。更に、こうしたユニットは、通常、３５〜５５ポンド（約１５．９〜２４．９ｋｇ）の重量があるので、重すぎて携帯用として簡単に運搬することができない。従って、酸素濃縮器を使用する患者は、こうした据付け型機械に束縛され、活動的な生活を送る能力を阻止されている。より優れた移動性を患者に与えるように、携帯型酸素濃縮器が開発されてきているが、現在市販されている携帯型濃縮器は、必ずしも患者が求める移動性を実現するものではない。こうした携帯型濃縮器は、据付け型ユニットと同程度の騒音を発生する傾向があり、従って、映画館（ｔｈｅａｔｅｒ）や図書館などのかかる騒音が禁止されるような場所では使用されることができない。更に、現況の携帯型濃縮器は、通常１時間未満の非常に短いバッテリ寿命しか有せず、従って、外部電源なしでは、長時間は連続して使用されることができない。

上記のことから、家庭用及び携帯用両用の、患者に補給酸素を効果的に供給する装置及び方法が求められていることが理解されるであろう。この目的で、軽量、静音で、且つ外部電源を必要とせずに長期間にわたって酸素を絶えず供給することができる携帯型酸素濃縮器が特に求められている。

一態様では、本発明の好ましい実施形態は、少なくとも８７％の純度を有する酸素を生成する複数の吸着床を有するＰＳＡユニットと、ＰＳＡユニットに圧縮空気を供給するように連結された圧縮機と、圧縮機全体を巡る気流を生じる送風機とを含む、携帯型ガス分離装置を提供する。このＰＳＡユニットは、空気から約３１％を超える酸素回収を行う均圧化ステップを含むＰＳＡサイクルに従って動作する弁を含む。好ましくは、ＰＳＡユニットの弁は、ＰＳＡ弁に加わる熱負荷が軽減されるように、圧縮機全体を巡る気流の上流に配設される。好ましくは、圧縮機は、圧縮機の騒音を低減させるように非往復動圧縮機であり、この圧縮機は、約１５ｓｌｐｍ以下の流量で周囲空気を吸入するように構成される。

一実施形態では、ＰＳＡユニットは、６ステップＰＳＡサイクルに従って動作する２つの吸着床を含む。好ましくは、このＰＳＡユニットは、空気から約３１％〜３８％の酸素回収を行い、８７％〜９３％の純度を有する酸素を生成する。別の実施形態では、圧縮機は、流量約４〜９ｓｌｐｍ且つ圧力約３５ｐｓｉａでＰＳＡユニットに圧縮空気を供給し、一方で圧縮機の外部には約３５ｄＢ未満の騒音レベルしか発生しないように構成されたスクロール圧縮機を含む。ある実施形態では、この装置は、ＰＳＡユニットに圧縮空気を供給する前に、圧縮空気をほぼ周囲空気温度まで冷却する熱交換器を更に含む。また、更に、この装置は、約０．１５〜０．７５ｓｌｐｍの流量で患者に酸素を送達する製品ガス送達システムと、装置性能又は使用に関するデータを記録するためのマイクロプロセッサ制御部と、データを遠隔地に送信するための赤外線Ｉ／Ｏポートとを含んでもよい。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、空気入口と空気出口とを有するハウジングを含む携帯型ガス分離装置を提供し、このハウジングは、分離装置の外部に発生される騒音が約４５ｄＢ以下となるように構成される。このハウジングは、好ましくは、圧縮機と、複数の吸着床と、少なくとも２時間の定格寿命を有するバッテリとを含む構成部品を含む。この圧縮機は、バッテリによって電力供給され、それにより好ましくは約１５ｓｌｐｍ以下の流量で圧縮機内に空気を吸入する。更に、これらのハウジングと構成部品とは、好ましくは約１０ポンド（約４．５ｋｇ）未満の総重量を有する。

一実施形態では、この装置は、空気入口から周囲空気を吸引して構成部品の冷却をもたらすように構成された送風機を更に含む。好ましくは、このハウジングは、周囲空気がその中を流れる迂回空気流通路（ｃｉｒｃｕｉｔｏｕｓ ａｉｒ ｆｌｏｗ ｐａｓｓａｇｅｗａｙ）を含み、この迂回通路は、空気入口と空気出口との間に延び、空気流による騒音を低減するように構成される。別の実施形態では、この圧縮機は、好ましくは流量約４〜９ｓｌｐｍ且つ圧力約３５ｐｓｉａで供給ガスを送達し、一方で圧縮機の外部には約３５ｄＢ未満の騒音レベルしか発生しないように構成されたスクロール圧縮機である。ある実施形態では、この装置は複数の音響バッフルを更に含む。また、更に、このハウジングは、圧縮機からハウジングへの振動エネルギーの伝達を低減させる振動ダンパを含んでもよい。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、酸素富化ガスを生成する方法を提供する。この方法は、周囲空気を非往復動圧縮機に供給することを含み、この方法では、周囲空気は、約１５ｓｌｐｍ未満の流量で圧縮機内に吸入される。この圧縮機は、周囲空気を加圧すると共に、加圧された空気を好ましくは約４〜９ｓｌｐｍの流量でＰＳＡユニットに送達する。この方法は、ＰＳＡサイクルに従ってＰＳＡユニット内の加圧空気を処理し、それにより約８７％〜９３％の純度を有する酸素富化ガスを生成することを更に含む。一実施形態では、ＰＳＡサイクルは、均圧化ステップを含む。別の実施形態では、ＰＳＡサイクルは、６ステップ／２床サイクルである。好ましくは、ＰＳＡサイクルに従って動作するこのＰＳＡユニットは、周囲空気から約３１％を超える酸素回収を行う。ある実施形態では、この方法は、圧縮機全体を巡る気流を発生して、圧縮機に冷却をもたらすことを更に含む。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、並べて取り付けられた複数の吸着床筒と、その筒の一方の端部に取り付けられ、複数の一体型流路と、その一体型流路中を、筒へと、またそこから流れる流体の流量を制御する複数の弁とからなる一体型流体流動マニホルドとを含む、携帯型ガス分離装置を提供する。一実施形態では、この装置は、弁を制御する回路を有する回路基板を更に含む。このマニホルドは、好ましくは、回路基板と筒の一方の端部との間に配設される。好ましくは、回路基板側の接点は、弁側の嵌合接点と直接電気接触している。一実施形態では、一体型流体流動マニホルドは、少なくとも１つのパイロット弁を含む。別の実施形態では、一体型流体流動マニホルドは、その中に配置された少なくとも１つの水分捕集部（ｗａｔｅｒ ｔｒａｐ）を含む。吸着筒は、好ましくは、流体を、筒の一方の端部に取り付けられた一体型マニホルド内の流路から、筒の他方の端部にある開口に向けて流すように構成された１つ又は複数の供給管（ｆｅｅｄ ｔｕｂｅ）を含む。一実施形態では、この一体型マニホルドは、上側プレートと下側プレートとを含み、各プレートはプラスチック材料製である。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、供給ガスを生成する圧縮機と、供給ガス経路を介して供給ガスを圧縮機から受け取るように連結された複数の吸着床とを含む携帯型ガス分離装置を提供する。これらの吸着床は、好ましくは供給ガスから精製ガスと廃ガスとを生成し、廃ガスは、廃ガス経路を介して吸着床から排出される。この装置は、流体経路中で凝縮（ｃｏｎｄｅｎｓｅ）された水分を捕集して、そうした水分が吸着床に到達するのを防止する水分捕集部を更に含む。好ましくは、捕集された水分は廃ガス経路中に配置され、それにより、排出された廃ガスが、その水分を吸着床から離れるように運び去ることになる。一実施形態では、水分捕集部は、供給ガス経路よりも低い高さに配置されており、従って、重力が、供給ガス経路中の凝縮水を、そのより低い高さに配置された水分捕集部内に流し込むことになる。別の実施形態では、水分捕集部は、積層マニホルド内の、好ましくは、給気弁（ｆｅｅｄ ｖａｌｖｅ）と、排気弁（ｅｘｈａｕｓｔ ｖａｌｖｅ）と、吸着床に至る連結部とへの、またそれらからの空気流通路によって形成された３方向分岐点（ｔｈｒｅｅ ｗａｙ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）の中央に配置される。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、ハウジングと、ハウジング内で振動減衰部材上に取り付けられた圧縮機と、圧縮機をハウジングに非剛性に固定するように、圧縮機とハウジングとの間で弾性的に十分可撓に連結された圧縮機拘束装置とを含む、携帯型ガス分離装置を提供する。一実施形態では、振動減衰部材は、その上に形成された複数のリブを有するグロメットを含む。別の実施形態では、圧縮機拘束装置は、互いに離れて延在するように予め形成された屈曲部（ｂｅｎｄ）を備えるように構成された細長い脚部を有する弾性テザーを含む。これらの屈曲部は、好ましくは、圧縮機拘束装置の取付け及び取外しが容易となるように、互いの方に押し付けられて脚部をまっすぐに伸ばし、その圧縮機拘束装置の全長を増大させることができる。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、細長いハウジングと、ハウジング内部に配置された吸着材料と、ハウジングの一方の端部に近接して配置された第１のフィルタとを含む吸着床筒を提供する。このフィルタは、好ましくは、ハウジングと封止係合（ｓｅａｌｉｎｇ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）しているほぼ環状の部材と、その環状部材と単一片として一体に形成されたフィルタ部分とを含む。一実施形態では、環状部材はシリコーン材料を含み、フィルタ部分は環状部材と共に成形された織布を含む。別の実施形態では、第１のフィルタは、約７０ミクロンよりも大きい粒子をろ過するように適応される。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、細長いハウジングと、ハウジングの内部に配置された複数の吸着剤と、ハウジングの、少なくとも１つの吸着剤に隣接した一方の端部に近接して配置されたフリットからなる第１のフィルタとを含む吸着床筒を提供する。一実施形態では、この筒は、ハウジングの、少なくとも１つの吸着剤に隣接した他方の端部に近接して配置されたフリットからなる第２のフィルタを更に含む。好ましくは、第１及び第２のフィルタはそれぞれ、ハウジング内部の吸着剤の移動を実質的に拘束するのに十分なほど厚いように、少なくとも０．２インチ（０．５０８ｃｍ）の厚さを有する。別の実施形態では、筒は、第１のフィルタ全体にわたってほぼ均等な圧力を加えるように、第１のフィルタの外側表面に接して配置された波形ばねを更に含む。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、空気などのガスを圧縮して供給ガスを生成する圧縮機と、前記供給ガスを受け取り、精製ガスと廃ガスとを生成する複数の吸着床と、前記圧縮機に電力を供給するバッテリと、周囲空気入口と、周囲空気出口と、複数の区画とを含むハウジングとを含む携帯型ガス分離装置を提供する。好ましくは、第１の区画は吸着床を含み、第２の区画は圧縮機を含み、それらの区画は、第２の区画から第１の区画への熱エネルギーの移動を大幅に阻止する。一実施形態では、この装置は、入口から第１の区画内に、また、第１の区画から第２の区画内に空気を吸入する空気循環ファンを更に含み、空気は出口から排出されることになる。好ましくは、このファンは圧縮機の直ぐ上に配置され、圧縮機に直接当たる気流を生じる。

一実施形態では、ハウジングは、その中に空気が送られて流れる上流部分と下流部分とを有する迂回空気通路（ｃｉｒｃｕｉｔｏｕｓ ａｉｒ ｐａｓｓａｇｅｗａｙ）を更に含む。上流部分は、好ましくは第１の区画に隣接して配置され、下流部分は、第２の区画に隣接して配置される。好ましくは、下流部分の空気は、上流部分に流れ込むのを実質的に阻止される。一実施形態では、第１の区画は、吸着床に相互接続された複数の弁を含む熱に敏感な構成部品と、それらの弁の動作を制御（ｇｏｖｅｒｎ）する制御回路を有する回路基板とを更に含む。別の実施形態では、この装置は、空気通路の少なくとも一部分に沿って配置された音響吸収バッフルを更に含む。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、台座と外殻とからなるハウジングを含む携帯型ガス分離装置を提供する。この装置は、台座上に取り付けられると共にそれによって構造的に支持される複数の構成部分を更に含む。好ましくは、外殻は、構成部品を覆い、また、構成部品を取り外さずに台座から取外し可能である。一実施形態では、外殻は複数の側壁を有し、少なくとも１つの側壁は、その側壁に湾曲を与える凹区画又は凸区画を有し、それにより、ハウジング内の構成部品によって発生された音響又は振動エネルギーの結合（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を低減させる。別の実施形態では、外殻は、装置から排出された流体をろ過するフィルタを受けるように適応された開口を有し、このフィルタは、外殻の外側から取外し可能である（ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ）。更に、台座は、好ましくは、一体型圧縮機取付け部、一体型バッテリ・スロット、及び少なくとも１つの一体型ガス流通路などの構成部品を受けると共に支持するように適応された複数の一体構造（ｉｎｔｅｇｒａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を含む。好ましくは、台座は、ハウジングの構成部品と外殻との間の中間振動絶縁（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｒｙ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）をもたらす。ある実施形態では、ハウジングは、外殻に取外し可能に取り付けられ、外殻内の１つ又は複数の構成部品への作業を可能とする（ｐｒｏｖｉｄｅ ａｃｃｅｓｓ）ハッチを更に含む。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、供給ガスを生成する圧縮機と、供給ガスを受け取るように連結され、その供給ガスから精製ガスと廃ガスとを生成する複数の吸着床と、バッテリと、廃ガスをバッテリに送達してバッテリを冷却するように連結された導管とを含む、携帯型ガス分離装置を提供する。一実施形態では、廃ガスは窒素富化ガスを含む。別の実施形態では、バッテリは、バッテリ区画内に配置され、従って導管が廃ガスをバッテリとバッテリ区画との間の空間に送達することになる。好ましくは、このバッテリ区画は、バッテリの周りに配置された熱スリーブからなる。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、酸素を生成する方法を提供する。この方法は、複数の吸着床と、それらの吸着床への、またそこからの流体流量を制御する複数の弁とを含むＰＳＡユニットに圧縮空気を供給する空気圧縮機を有する酸素濃縮器を提供することと、入口から空気を吸入すると共に出口から空気を排出することによって、濃縮器中に空気流を発生させ、それにより、空気が濃縮器中を流路に沿って流れるようにすることと、弁を流路の上流部分に露出させると共に、空気圧縮機を流路の下流部分に露出させ、それにより、それらの弁が流路の下流部分を通って流れる空気から実質的に分離されることとを含む。好ましくは、空気流は、空気圧縮機に直接当たる気流を発生させる空気循環ファンを用いて発生される。一実施形態では、この方法は、空気流が濃縮器中を迂回流路（ｃｉｒｃｕｉｔｏｕｓ ｆｌｏｗ ｐａｔｈ）に沿って流れるように送ることを更に含む。好ましくは、流路の下流部分にある空気は、上流部分に逆流しないように実質的に阻止される。一実施形態では、この方法は、空気流によって発生される騒音を低減すると共に、空気流を流路に沿って案内するように、複数の音響バッフルを空気流路の少なくとも一部分に沿って設けることを更に含む。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、酸素を患者に送達するための装置を提供する。この装置は、酸素送達出口を有する酸素濃縮器と、少なくとも１０フィート（３．０４８ｍ）、好ましくは５０〜１００のフィート（１５．２４〜３０．４８ｍ）の長さを有し、出口から酸素を受け取るように一方の端部が連結された可撓管と、感知された患者の呼吸に応じて計量された量で酸素を送達するコンサーバとを含む。このコンサーバは、好ましくは、管の他方の端部から酸素を受け取るように連結され、酸素を患者に送達する。一実施形態では、コンサーバは、患者の呼吸を感知するように適応された呼吸センサと、酸素を患者に送達するように適応された送出し弁とを含む。別の実施形態では、コンサーバは、好ましくは、コンサーバを患者に取外し可能に取り付けるように適応されたクリップを含む取付け部材を更に含む。更に別の実施形態では、コンサーバは、酸素流量を設定するための患者用インターフェースを含む。好ましくは、患者用インターフェースは、いくつかの離散的な流量から選択する制御つまみなどの調節部材を含み、調節部材の設定は、その調節部材の設定に応じてどれだけの間そのｖａｌｕｅが開となるかを制御するタイミング回路によって読みとられる。ある実施形態では、酸素濃縮器は、約１０ポンド（約４．５ｋｇ）以下の重さを有する携帯型酸素濃縮器である。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、ガス分離ユニットを運搬するための移動用カートを提供する。この移動用カートは、支持部分とハンドル部分とを有する枠を含み、この支持部分は、携帯型ガス分離ユニットを受け、ハンドル部分にかかる力に応じてそのユニットを運搬するように適応されている。移動用カートは、枠に取り付けられた電源装置を更に含み、この電源装置は、ＡＣ電源入力と、バッテリを充電するように適応された第１の電源出力と、ユニットに電力供給するように適応された第２の電源出力とを有する。一実施形態では、枠のハンドル部分は、伸張位置と収縮位置とを有するように構成される。好ましくは、移動用カートの高さは、ハンドル部分が収縮位置にあるとき約１８インチ（４５．７２ｃｍ）未満である。別の実施形態では、枠は、バッテリを受けるように適応された第２の支持部分を有する。この第２の支持部分は、バッテリに接して形成された複数のガイド・レールと嵌合して、バッテリを固定するように構成されたバッテリ支柱を含んでもよい。好ましくは、第１の電源出力は、バッテリがバッテリ支柱に固定されると、バッテリと電気的に相互接続するように適応される。更に、第１の電源出力は、予備バッテリ、又はユニット内部に搭載されたバッテリを充填するように適応されてもよい。また、ある実施形態では、電源装置は、第３及び第４の電源出力を有し、それぞれ、予備バッテリを充電するように適応される。好ましくは、電源装置は、ユニットに電力供給すると同時に、予備バッテリ及びユニット内部のバッテリを充電する電源出力にも電力供給するのに十分なものである。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、携帯型ガス分離ユニットと、ユニットを車輪で運搬するように、ユニットが取外し可能に連結される枠と、枠に取り付けられた電源装置とを含む車輪付き移動用カートを提供する。好ましくは、この電源装置は、ＡＣ電源入力と、バッテリを充電するように適応された第１の電源出力と、ユニットに電力供給するように適応された第２の電源出力とを有する。好ましくは、この携帯型ガス分離ユニットは、酸素濃縮器、より好ましくは、約１０ポンド（約４．５ｋｇ）未満の重量の酸素濃縮器を含む。一実施形態では、枠は、伸張位置と収縮位置とを有するように構成されたハンドル部分を更に含み、それによりカートを収納し易くなっている。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、携帯型酸素濃縮器に電力を供給するバッテリ・パックを提供する。このバッテリ・パックは、中央部分と両端部分とによって画定されたほぼＵ形の本体を含む。中央部分はＵの湾曲部を成し、両端部分はＵの両脚部を成す。このバッテリ・パックは、頂部分と、底部分と、外側部分と、内側部分とを更に含む。このバッテリ・パックは、頂及び底部分を貫通すると共に、両側及び両端部分にほぼ平行に延び、且つ内側部分の壁を貫通する縦軸と、両端部分を貫通すると共に、両側、底、及び頂部分に平行に延び、且つ縦軸と交差する横軸と、横軸に平行に底部分を貫通し、且つ縦軸と交差する下部横軸と、縦軸に直交し、且つ縦軸と下部横軸とのどちらとも交差する中央下部水平軸と、中央下部水平軸に平行に下部横軸と交差し、それぞれの端部分を貫通する第１及び第２の端下部水平軸とを有する。このバッテリ・パックは、底部分から約３／８インチ（約０．９５ｃｍ）以上延びる接点突起部を更に含む。この接点突起部は、下部横軸にほぼ平行且つ約１．５インチ以下（３．８１ｃｍ）の長さを有する第１の側壁を有する。また、この接点突起部は、中央下部水平軸にほぼ平行且つ約０．５インチ（１．２７ｃｍ）以下の長さを有する第２の側壁を有する。水平横軸に沿って測定された、両端部分の両外側表面の間隔は、約４．２５インチ（１０．７９５ｃｍ）以下であり、中央下部水平軸に沿った、両側部分の両外側表面の間隔は約１インチ（２．５４ｃｍ）以下であり、第１の端部水平下部軸に沿った、第１の端部分の両外側表面の間隔は約１．５インチ（３．８１ｃｍ）以下であり、第２の端部水平下部軸に沿った、第２の端部分の両外側表面の間隔は、約１．５インチ（３．８１ｃｍ）以下である。好ましくは、バッテリ・パックは中央水平下部軸を中心にほぼ対称であり、下部水平横軸を中心に非対称である。一実施形態では、バッテリ・パックは、バッテリ・パック本体の上側表面から上方に延びるハンドル部分を更に含む。また、バッテリ・パックは、バッテリ・パックの内側部分に接して配置された少なくとも１対のガード・レール又はクリップを含んでもよい。好ましくは、それらのガード・レールの間隔は、約１〜１．５インチ（２．５４〜３．８１ｃｍ）であり、それらのガード・レールは、バッテリ支柱と係合するように構成される。一実施形態では、バッテリ支柱は、酸素濃縮器及び／又は移動用カートに取り付けられる。別の実施形態では、バッテリ・パックは、筐体（ｃａｓｉｎｇ）と、その中に収容された複数のバッテリ電池（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌ）とを更に含み、それらのバッテリ電池の少なくとも一部分は、非直線経路に沿って並列に配置される。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、携帯型酸素濃縮器用のバッテリ・パックを提供する。このバッテリ・パックは、複数のバッテリ電池と、Ｕ形断面を有する非対称形ハウジングであって、バッテリ電池をその中に収容し、バッテリ電池がハウジング内部で非直線経路に沿って並列に配置されることを可能とするハウジングと、ハウジングの上側表面から延びるハンドル部分と、濃縮器側の電力接点と嵌合するように、ハウジングの下側表面から好ましくは３／８インチ（約０．９５ｃｍ）以上延びた接点突起部とを含む。一実施形態では、バッテリ電池は、リチウム・イオン電池と、リチウム・ポリマー電池と、ニッケル・カドミウム電池と、ニッケル水素電池とからなる群から選択される。好ましくは、バッテリ・パックの設置面積（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）は、バッテリ・パックが酸素濃縮器内に立位（ｕｐｒｉｇｈｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）で取り付けられたとき、約４．２５インチ（１０．７９５ｃｍ）未満の長さ、約１．５インチ（３．８１ｃｍ）未満の幅を有する。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、少なくとも１つの電流作動式流量制御弁と、その少なくとも１つの制御弁に接続され、ＰＷＭ信号を電流源に供給することによってそのＰＷＭ信号を弁作動電流に変換するパルス幅変調（ＰＷＭ）電流源とを含む酸素濃縮器を提供する。一実施形態では、ＰＷＭデューティ・サイクルのある値に対応する第１の電流振幅が、弁を開又は閉にするのに十分であり、第１の電流振幅よりも低く、より低いＰＷＭデューティ・サイクルに対応する第２の電流振幅が、弁を開又は閉状態に維持するのに十分である。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、制御器と、少なくとも１つの電流作動式ファンと、ファンに接続されたパルス幅変調（ＰＷＭ）電流源とを含む酸素濃縮器を提供し、この制御器は、ＰＷＭ信号を電流源に供給し、それによりＰＷＭ信号をファン作動電流に変換することによってファンを作動させる。

別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、制御器と、少なくとも１つの電流作動式圧縮機と、圧縮機に接続されたパルス幅変調（ＰＷＭ）電流源とを含む酸素濃縮器を提供し、この制御器は、ＰＷＭ信号を電流源に供給し、それによりＰＷＭ信号を圧縮機作動電流に変換することによって圧縮機を作動させる。一実施形態では、圧縮機の速度は、圧縮機作動電流の振幅に伴って変動し、この圧縮機作動電流は、制御器によってＰＷＭ電流源に与えられるＰＷＭデューティ・サイクルに伴って変動する。別の実施形態では、制御器は、電流源にＰＷＭデューティ・サイクルの特定値を複数（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｖａｌｕｅｓ）与え、これらの値は、選択可能な圧縮機速度に対応する。別の実施形態では、制御器は、電流源にＰＷＭデューティ・サイクルの特定値を複数与え、これらの値は、選択可能な圧縮機速度に対応する。別の実施形態では、酸素濃縮器は、圧縮機速度センサを更に含み、この速度センサは、制御器によって読みとられ、次いで、電流源に与えられるＰＷＭデューティ・サイクルを調節して圧縮機作動電流を変動させ、それにより圧縮機に加わる負荷が変動する期間中、所望の圧縮機速度を維持する。

図１は、本発明の好ましい一実施形態の携帯型ガス分離システム１００を概略的に示す。図１に示されるように、システム１００は、一般に、周囲空気がそこからシステム中に吸入される吸気部１０２と、吸入空気から粒子を除去するフィルタ１０４と、吸入空気を加圧して供給ガスを生成する圧縮機アセンブリ１０６と、供給ガスを受け取り処理して、周囲空気よりも高い酸素含有量（ｏｘｙｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ）を有する製品ガスを生成する圧力スイング吸着（ＰＳＡ）ユニット１０８と、製品ガスを患者に送達するガス送達システム１１０とを含む。

システム中を流れる空気流による騒音を低減するように、周囲空気が比較的低い流量、好ましくは約１５標準リットル毎分（ｓｌｐｍ）以下で吸気部１０２から吸入される。また、システム１００は、過剰な騒音を発生せずに圧縮機アセンブリ１０６に冷却をもたらすように、やはり好ましくは比較的低い流量で、圧縮機アセンブリ１０６全体を巡る気流を発生するファン１１２を更に含む。

また、図１に示されるように、圧縮機アセンブリ１０６は、圧縮機１１４と、熱交換器１１６とを含む。圧縮機１１４は好ましくは非往復動圧縮機であり、より好ましくは、米国特許第５７５９０２０号及び同第５６３２６１２号に記載されたスクロール圧縮機であり、それらの特許は、全体を参照により本明細書に組み込まれる。スクロール圧縮機は、プレートを、固定プレートに対して単一平面上で旋回する（ｏｒｂｉｔ）ように動かすことによって動作することが一般に理解されている。従って、スクロール圧縮機の使用は、有利には、多くの従来型ピストン圧縮機に伴う、過剰な騒音及び振動を発生する傾向のある往復運動を解消する。一実施形態では、スクロール圧縮機１１４は、約３５ｐｓｉａの圧力で、約４〜９ｓｌｐｍの空気流量を送達し、一方で、圧縮機の外部には約３５ｄＢ未満の騒音レベルしか発生しない。スクロール圧縮機１１４は、潤滑油を必要とせず、従って、実質的に油不使用環境（ｏｉｌ−ｆｒｅｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）下で動作し、そのため、有利には、油汚染物質が圧縮空気中に入り込む可能性を低減させる。図１が更に示すように、圧縮機１１４は、熱交換器１１６と協働して、冷却された供給ガスをＰＳＡユニット１０８に供給する。一実施形態では、熱交換器１１６は、ファン１１２によって発生された気流と直接接触する広い熱伝導面を有し、それによって、熱交換器１１６中を移動する加圧空気が、周囲温度近くまで冷却されてからＰＳＡユニット１０８に供給されることが可能となる。

ＰＳＡユニット１０８は、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）サイクルに従って動作して、供給ガスから酸素富化製品ガスを生成するように構成されている。ＰＳＡサイクルの概括的な動作原理は知られており、酸素濃縮器など、様々なガス分離装置中で、１つ又は複数のガス成分を選択的に除去するために一般に使用されている。典型的なＰＳＡサイクルは、少なくとも２つの吸着床に連結された弁システムをサイクルさせるものであり、それによって、加圧供給ガスが、順次各吸着床に送り込まれて、ガスの、ある成分を選択的に吸着し、それと同時に、それまでのサイクルから生じた廃ガスが、吸着を実施していない方の１つ（又は複数）の吸着床からパージされる。１つ（又は複数）の非吸着成分をより高い濃度で有する製品ガスが収集されて使用される。ＰＳＡ技術に関する追加の背景情報が、米国特許第５２２６９３３号に記載されており、この特許は参照により本明細書に組み込まれる。

図１に示されるように、好ましい実施形態のＰＳＡユニット１０８は、それぞれが窒素に対して選択性を有する吸着材料を含んだ２つの吸着床１１８ａ、１１８ｂと、それらの吸着床に連結され、それらの吸着床１１８ａ、１１８ｂ中に、またそこからガスを送る複数の弁１２０ａ〜ｊとを有する。以下でより詳細に説明されるように、弁１２０ａ〜ｊは、好ましくは、６ステップ／２床プロセスを含む新規なＰＳＡサイクルに従って動作し、このプロセスは、製品回収率（ｐｒｏｄｕｃｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ）を向上させると共に消費電力を低減させるために、一方の吸着床から流出した製品ガスの一部分が、進路を変更（ｄｉｖｅｒｔ）されてもう一方の吸着床を加圧する均圧化ステップを含む。ＰＳＡサイクルの好ましい一実施形態は、以下のステップを含む。

ステップ１：加圧−吸着床１１８ａ／生成−吸着床１１８ｂ
・供給ガスを約３５ｐｓｉａの供給圧力（ｆｅｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）で並流方向に吸着床１１８ａ中に送ることによって吸着床１１８ａを加圧し、それと同時に、２つの吸着床１１８ａ、１１８ｂの圧力がほぼ等しくなるまで、より高圧の酸素富化製品ガスを吸着床１１８ｂから吸着床１１８ａ中に逆流方向に進路を変えて送り込むこと。
・供給ガス流が吸着床１１８ｂに入るのを阻止しながら、製品ガスを吸着床１１８ｂから貯蔵容器１２４に放出すること。

ステップ２：供給−吸着床１１８ａ／圧抜き（ｂｌｏｗｄｏｗｎ）−吸着床１１８ｂ
・供給ガスを流量約４〜８．５ｓｌｐｍ且つ供給圧力約３５ｐｓｉａで吸着床１１８ａに供給すること。
・窒素富化廃ガスを吸着床１１８ｂから排気消音器１２２に逆流方向に放出すること。

ステップ３：供給及び生成−吸着床１１８ａ／パージ−吸着床１１８ｂ
・供給ガスを流量約４〜８．５ｓｌｐｍ且つ供給圧力約３５ｐｓｉａで吸着床１１８ａに供給し続けながら、製品ガスを吸着床１１８ａから貯蔵容器１２４に放出すること。
・廃ガスを吸着床１１８ｂから排気消音器１２２に逆流方向に放出し続けながら、製品ガスを貯蔵容器１２４から吸着床１１８ｂに放出することによって吸着床１１８ｂをパージすること。

ステップ４：生成−吸着床１１８ａ／加圧−吸着床１１８ｂ
・供給ガス流が吸着床１１８ａに入るのを阻止しながら、製品ガスを吸着床１１８ａから貯蔵容器１２４に放出し続けること。
・供給ガスを約３５ｐｓｉａの供給圧力で並流方向に吸着床１１８ｂ中に送ることによって吸着床１１８ｂを加圧し、それと同時に、２つの吸着床１１８ａ、１１８ｂの圧力がほぼ等しくなるまで、より高圧の製品ガスを吸着床１１８ａから吸着床１１８ｂ中に逆流方向に進路を変えて送り込むこと。

ステップ５：圧抜き−吸着床１１８ａ／供給−吸着床１１８ｂ
・廃ガスを吸着床１１８ａから排気消音器１２２に逆流方向に放出すること。
・供給ガスを流量約４〜８．５ｓｌｐｍ且つ供給圧力約３５ｐｓｉａで吸着床１１８ｂに供給すること。

ステップ６：パージ−吸着床１１８ａ／供給及び生成−吸着床１１８ｂ
・供給ガスを流量約４〜８．５ｓｌｐｍ且つ供給圧力約３５ｐｓｉａで吸着床１１８ｂに供給し続けながら、製品ガスを吸着床１１８ｂから貯蔵容器１２４に放出すること。
・廃ガスを吸着床１１８ａから排気消音器１２２に逆流方向に放出し続けながら、製品ガスを貯蔵容器１２４から吸着床１１８ａに放出することによって吸着床１１８ａをパージすること。

上述のＰＳＡサイクルは、有利には、１つ又は複数の均圧化ステップ（ステップ１及び４）を含み、これらのステップでは、２つの吸着床がほぼ同じ圧力に達するまで、既に加圧された製品ガスが一方の吸着床から放出されて、もう一方の吸着床の初期加圧を行うことになる。この均圧化ステップは、製品ガス中の膨張エネルギーを取り込む（ｃａｐｔｕｒｅ）と共に、他の吸着床を加圧するのにそのエネルギーを使用し、その結果、各床を加圧するのに必要とされる電力及び供給ガスの量が低減するので、製品回収率の向上及びより低い消費電力を実現する。一実施形態では、図１に示された、上述の６ステップ／２床ＰＳＡサイクルに従って動作する２床ＰＳＡユニットは、供給ガスからの約３１％を超える酸素回収率、より好ましくは、約３８％を超える回収率で、少なくとも約８７％、好ましくは約８７％〜９３％の純度を有する酸素を生成することが可能である。動作に際しては、ＰＳＡユニット１０８の弁１２０ａ〜ｊは、上述のＰＳＡステップに従って所定の時間開及び閉となる知られた方式で制御される。更に、弁１２０ａ〜ｊを圧縮機アセンブリ１０６によって加熱された気流の一部分にさらさないように、弁１２０ａ〜ｊは好ましくは、ファン１１２によって発生され、圧縮機アセンブリ１０６全体を巡る気流の上流に配置される。他の実施形態では、このシステムは、真空スイング吸着（ＶＳＡ）ユニット又は真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）ユニットを利用して酸素富化製品ガスを生成してもよい。

図１が更に示すように、ＰＳＡユニット１０８によって生成された製品ガスは、製品ガス送達システム１１０を介して患者に送達される。製品ガス送達システム１１０は、一般に、貯蔵容器１２４から出てくる製品ガスの酸素含有量を監視するための酸素センサ１２６と、製品ガスを患者に計量供給する（ｍｅｔｅｒ）ための送出し弁１２８と、患者に送達する直前に製品ガス中の微粒子を除去するための直列フィルタ１３０と、患者の呼吸パターンに基づいて、送達される製品ガスの量及び頻度を制御するコンサーバ１３２とを含む。また、ある実施形態では、製品ガス送達システムは、貯蔵容器内部の圧力を測定するユニットを組み込んでもよく、このユニットは、製品ガスが送出し弁によって送り出される（ｄｒｉｖｅｎ）流量を指示（ｄｉｃｔａｔｅ）することになる。好ましくは、製品ガスは、流量約０．１５〜０．７５ｓｌｐｍ且つ酸素含有量約９０％で患者に送達される。また、一実施形態では、システム１００は、システム性能又は患者の使用パターンに関するデータを収集し記録するマイクロプロセッサ制御器１３４と、そうしたデータを遠隔地に送信する赤外線ポート１３６とを含む。

図２は、好ましい実施形態のガス分離装置２００を示し、この図では携帯型酸素濃縮器の形で示されている。図２に示されるように、装置２００は、一般に、台座２０２（図３も参照）と、外殻２０４とを含み、これらが互いに合わさって、様々な構成部品が内部に取り付けられるハウジング２０６を形成している。台座２０２は、ハウジング２０６の基部２０８に取外し可能に取り付けられている。基部２０８は、テーブルや床などの支持面に載るように適応されたほぼ平坦な外側底面を有する。ハウジング２０６の外殻２０４は、上面壁２１０と側壁２１２ａ〜ｄとを更に含み、それらの壁はそれぞれ、それらの壁に湾曲を与える少なくとも１つの凸部及び／又は凹部区画を有し、それによりハウジング内の構成部品によって発生された音又は振動エネルギーの結合が低減する。また、かかる湾曲は、壁内部における結合エネルギーの建設的干渉（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を低減するのに有効である。従って、ハウジング２０６の壁２１０、２１２ａ〜ｄに、振動を引き起こす平坦な区画がないので、振動によって誘起される騒音が低減する。また、更に、非平坦壁２１０、２１２ａ〜ｄは、ハウジング内部の構成部品は立位で最適に動作するように設計されているので、利用者がハウジングをその側面を下にして設置したり、立位以外のどんな向きにも置いたりしないように防止する働きをし、これについては、以下でより詳細に説明される。

図３に示されるように、ハウジング２０６内の構成部品は、台座２０２によって構造的に支持されており、この台座２０２は、外殻２０４に取外し可能に取り付けられている。従って、それらの構成部品は、外殻２０４の領域（ｃｏｎｆｉｎｅ）の外側で組み立てられ得る。また、この外殻は、好都合には、構成部品の試験、修理、又は保守のためのアクセスを可能とするように取り外されることが可能である。更に、ハウジング２０６は、好ましくは、仕切り３０４によって２つの区画３００、３０２に分割されている。仕切り３０４は、以下で詳細に説明される空気流動システムと共に、第２の区画３０２から第１の区画３００への熱エネルギーの移動を実質的に阻止する。好ましくは、熱に敏感な構成部品が第１の区画３００内に配置され、熱を発生する構成部品が第２の区画３０２内に取り付けられ、それにより、熱に敏感な構成部品は熱を発生する構成部品から熱的に分離されることになり、その結果最適なシステム性能が得られる。

図４は、構成部品がない状態で見られた台座２０２の詳細図を示す。図４に示されるように、台座２０２は、ハウジング内の様々な構成部品を受けると共に支持するように構成された、いくつかの予め形成された構造を含む。３つの円形凹部４００ａ〜ｃが、ＰＳＡユニットと嵌合するように台座２０２の第１の基底部分４０２に形成されている。また、３つの対応する窪み（ｄｉｖｏｔ）４０４ａ〜ｃが、第１の基底部分４０２の各凹部４００ａ〜ｃそれぞれに直ぐ隣接して形成されている。窪み４０４ａ〜ｃは、各凹部４００ａ〜ｃそれぞれの中へと横に延びて、ガス流を、以下でより詳細に説明されるようにしてＰＳＡユニット中に、またそこから送る。従って、台座は、ＰＳＡユニットに、またそこからガスを経由させて送る（ｒｏｕｔｅ）ある種のマニホルドとして働く。環状圧縮機取付け部４０６が、台座２０２の第２の基部４０８から上方に延びて、圧縮機アセンブリ用の高位（ｅｌｅｖａｔｅｄ）取付け面を形成すると共に、アセンブリの一部分を受けるのに十分なほど大きい開口４１０を画定している。後でより詳細に説明されるように、圧縮機取付け部４０６は、圧縮機アセンブリからハウジングへの振動エネルギーの伝達が低減されるように圧縮機アセンブリを支持するように構成される。また、図４に示されるように、圧縮機取付け部４０６に隣接して、バッテリを受けると共に固定するための楕円形スロット４１２及び支柱４１４が形成されている。一実施形態では、スロット４１２中に、バッテリを動作回路に接続するための電気嵌合接点が形成される。一実施形態では、スロットの底部にバッテリ回路が取り付けられ、また、このスロットはＩＲＤＡ送受信器を含むこともできる。また、更に、台座２０２は、仕切りの底部を受けると共に支持するように、切込み（ｎｏｔｃｈ）が備えられていてもよい。

好ましくは、台座２０２の上述の構造の少なくともいくつかは、寸法精度を確実にすると共に組立て時間を短縮するために、射出成形法によって一体に形成される。台座のこれらの予め形成された構造は、有利には、構成部品の組立てを容易にすると共に、構成部品がハウジング内に組み付けられた後は、それらの構成部品を安定させる助けとなる。一実施形態では、この台座は、圧縮機とモータとの間での中間振動絶縁をもたらす働きをする。図４に示されるように、この台座は、外殻の底部と係合するように構成された底部取付け部又は振動絶縁脚部４０７を有する。好ましくは、ねじが、外殻の底部を貫通して振動脚部４０７の底部に挿入される。別の実施形態では、この台座は、排気ガス用の一体型消音器を更に含む。好ましくは、バッテリ・スロットの下に凹部が形成され、その中にフェルト又は他の多孔質材料が配置される。以下でより詳細に説明されるように、ＰＳＡユニットからの排気管は、好ましくはこの凹部に直接ポートが開かれ（ｐｏｒｔ）、フェルトは、加圧された廃ガスの放出から生じる騒音を分散する（ｂｒｅａｋ ｕｐ）する働きをする。

図５は、ハウジング２０６の第１の区画３００の構成部品の詳細図を示す。図５に示されるように、第１の区画３００は、一般に、吸気部５０２と、吸気フィルタ５０４と、ＰＳＡユニット５０６とを含む。吸気部５０２は、吸気フィルタ５０４に結合されると共にそこから下方に延びて吸入空気を受け入れる細長い管である。吸気フィルタ５０４は、好ましくは約９３％の効率で、吸入空気から約０．１ミクロン超の粒子を除去することが可能な円筒形フィルタを含む。更に、吸気フィルタ５０４の形状、密度、及び材料は、フィルタに音響学的特性をもたらすように選択されてもよく、従って、このフィルタは、吸気消音器としても働くことが可能となる。以下でより詳細に説明されるように、吸気フィルタ５０４は、圧縮機システムと流体連通しており、圧縮機システムにろ過済み吸入空気を供給する。吸気部５０２と吸気フィルタ５０４とはどちらも、好ましくはハウジング２０６の第１の区画３００内に取り付けられ、それにより、第２の区画の構成部品によって発生された高温の空気をシステム内に吸入するのを回避している。

更に図５が示すように、ＰＳＡユニット５０６は、一般に、１対の吸着床筒５０８ａ、５０８ｂと、製品ガス貯蔵筒５１０と、筒５０８ａ〜ｂ、５１０への、またそこからの流量を制御する一体型マニホルド５１２とを含む。各吸着床筒５０８ａ〜ｂは、ゼオライトなどの窒素選択性吸着材料を含む細長いハウジングを含む。吸着床筒５０８ａ〜ｂは、ＰＳＡサイクルに従って、既知の方式で吸入空気から窒素を除去し、それにより酸素富化製品ガスを生成するように適応されている。製品ガス貯蔵筒５１０は、酸素富化製品ガスを受け取り、貯蔵するように適応された細長いハウジングを含む。また、一実施形態では、製品ガス貯蔵筒５１０も、等圧でチャンバに充填された等価なガスよりも高いモル濃度の製品ガスを保持しておくことが可能な吸着材料を含む。図５に示されるように、３つの筒５０８ａ〜ｂ、５１０は全て、ハウジング２０６内に並べて取り付けられている。好ましくは、筒５０８ａ〜ｂ、５１０はほぼ同じ長さを有し、従って、一体型マニホルド５１２は、筒５０８ａ〜ｂ、５１０の上端部に水平に取り付けられ得る。

以下でより詳細に説明されるように、一体型マニホルド５１２は、単一平面上に形成され、筒５０８ａ〜ｂ、５１０に、またそこから流体が流れることを可能とする複数の一体型流路（ｆｌｏｗ ｐａｓｓａｇｅ）を含む。また、一体型マニホルド５１２は、単一平面上に配置され、ＰＳＡサイクル中に、筒５０８ａ〜ｂ、５１０への、またそこからの流体の流量を制御する複数のソレノイド弁５１４を有する。図５に示されるように、一体型マニホルド５１２は、マニホルド内の一体型流路が各筒の上端部にある開口と流体連通するように筒５０８ａ〜ｂ、５１０の上端部に取り付けられる。マニホルド５１２は各筒の上端部にのみ配置されるが、マニホルドからのガス流は、以下でより詳細に説明される新規な片口（ｓｉｎｇｌｅ−ｅｎｄｅｄ）筒設計により、上側又は下側端部のどちらからもハウジングに入ることができる。一実施形態では、マニホルド５１２の弁５１４は、以下でより詳細に示されるように回路基板と直接接触するように適応された複数の接続ピン５１６を含む。マニホルド５１２の上面に、弁を制御する回路基板が追加のワイヤなしに直接取り付けられることが可能であり、これは有利には、組立てプロセスを簡略化し、更には、よりコンパクトな装置の作製を可能とする。

一実施形態では、一体型マニホルド５１２に酸素センサ５１８が取り付けられ、マニホルド５１２内の製品ガス流路中に直接ポートが開かれている。酸素センサ５１８は、ガルバニ電池又は他の既知の装置を用いて、製品ガス中の酸素濃度を測定するように構成される。酸素センサ５１８を一体型マニホルド５１２上に直接取り付けることにより、酸素センサをＰＳＡユニットに相互接続するのに通常必要とされる管及び管継手（ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）が不要となるので、よりコンパクトな組立てが実現する。また、更に、この取付けは、酸素センサ５１８を製品ガス流のより近くに配置することになり、従ってセンサの精度及び応答時間を向上させることになる。また、別の実施形態では、呼吸検出器５２０が、一体型マニホルド５１２中にポートを開かれている。呼吸検出器５２０は、一般に、製品送出し弁（図１に概略的に示される）下流の製品ガス中の、患者の吸気及び呼気によって生じる圧力変動を感知する１つの圧力変換器を含み、従って、それに応じてガス送達頻度が調節され得る。また、呼吸検出器５２０は、貯蔵容器圧力を感知する第２の圧力変換器を含んでもよく、この変換器は、製品送出し弁による患者への製品送達を制御する（ｄｒｉｖｅ）のに使用される。呼吸検出器５２０は、製品ライン下流にタップ（ｔａｐ）しているのではなく、マニホルド中に直接ポートが開いており、それにより、追加の管接続を不要とすると共に漏れの危険を低減している。

使い勝手の良い（ｕｓａｂｌｅ）携帯型濃縮器を作製する際の鍵となる要因の１つは、バッテリの長寿命化（ｌｏｎｇ ｂａｔｔｅｒｙ ｌｉｆｅ）である。バッテリ寿命は、いくつかの方法で延長され得る。例えば、バッテリ寿命は、許容され得る性能レベルを維持しながら、濃縮器の消費電力を低減させること、また、バッテリ電圧が低減し始めてからもなお、濃縮器が動作し続けることができるように、より広い範囲のバッテリ電圧を許容することによって延長され得る。本発明のある好ましい実施形態は、より低い消費電力と、より広い範囲のバッテリ電圧動作との両方を実現するパルス幅変調（ＰＷＭ）電流制御システムを組み込んでいる。

酸素濃縮器は、通常、ソレノイド型弁などの流量制御弁を含む。既存の携帯型濃縮器は、通常、制御電圧を印加することによって弁を作動させるものであり、あるレベルでオン（通常は開弁）に、別のレベルでオフ（通常は閉弁）になる。かかる電圧制御システムは、良く制御された電圧レベルに依存し、ＯＮレベルは通常約１２ボルト以上である。しかし、実際には、多くのソレノイド弁が、電流よって実際に作動されており、開弁するには高い電流が必要とされるが、その弁を開位置に維持するには遙かに低い電流でよい。

図５Ａを参照すると、弁１２０ａ〜ｎは、２段階ＰＷＭ制御電流源５２２によって作動される。一実施形態では、制御器１３４は、好ましくは約５ボルトのデジタル制御信号、すなわち、電流源をイネーブルにする可変デューティ・サイクルのパルス列を供給する。第１の段階では、電流は、過剰な電流を防止しながら、弁の両端間電圧を、迅速な作動を保証するのに十分となるレベルまで制限するように、予め設定された時間中予め設定された値に制御される。第２の段階では、予め設定された電流レベルが、最小電流を使用しながら弁の作動を維持する。当技術分野で知られているように、デューティ・サイクルを変動させると、回路がオンとなっている時間の長さが実質的に変動し、従って、ＰＷＭ回路は、常にオン又はオフの電圧制御回路よりも少ない電力で作動することができ、そのため、遙かに広い範囲の供給（バッテリ）電圧を可能とする。更に、弁１２０ａ〜ｎに関して、弁を作動させるのに必要とされる電流は、デューティ・サイクルのある値に対応し、一方、作動を維持するためのより低い電流は、デューティ・サイクルのより低い値に対応する。従って、この制御器は、一旦弁が作動された後、弁を開（又は閉）に維持するように、デューティ・サイクルを維持レベルまで低減させることによって、より低い消費電力を実現することができる。また、オンが閉弁に対応する点を除いては同様に動作する弁も本発明によって企図される。

また、通常、冷却用に使用されるファン１１２も、ＰＷＭ電流源で作動されてもよい。ＰＷＭを実装すると、ファン回路の消費電力（ｐｏｗｅｒ ｄｒａｗ）は、より少なくなる。しかし、この電力の節減は、全ての応用分野において回路の複雑さを増大させるほど価値があるものではない。

また、圧縮機１１４もＰＷＭ電流源で作動されてもよい。一実施形態では、速度センサが、圧縮機の速度を監視する。濃縮器の流量は、好ましくは圧縮機の速度によって決定される。一実施形態では、濃縮器は、圧縮機に電力供給するＰＷＭ電流源用のデューティ・サイクル設定に対応する、選択可能な流量設定を有する。しかし、特に濃縮器が加圧しているとき、圧縮機に加わる負荷は、通常は一定ではない。従って、制御器は、速度センサを監視し、電流源を制御するデューティ・サイクルを、速度センサ出力の変動を補償するように調節することによって、圧縮機の速度をほぼ一定に維持することができる。

有利には、ＰＳＡユニット５０６は、多くの新規な機構（ｆｅａｔｕｒｅ）を有し、これらは個々で、また組み合わせて、より軽く、よりコンパクトで信頼性の高い装置をもたらす一助となる。図５に示されるように、ＰＳＡユニット５０６は、ハウジング２０６内の熱を発生する他の構成部品から熱的に隔離された第１の区画３００に取り付けられる。ＰＳＡユニット５０６の熱隔離が、ユニット内の弁５１４及びその他の構成部品の熱劣化を実質的に防止することになる。また、ＰＳＡユニット５０６は、一体型ガス流路で構成されており、それにより可撓管が実質的に不要となり、その結果漏れが生じ得る箇所（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｌｅａｋ ｐｏｉｎｔ）の数が低減する。更に、ＰＳＡユニット５０６は、筒の一方の端部に水平に取り付けられた単一のほぼ平坦な一体型マニホルドと共に動作するように設計されている。この単一マニホルド設計は、ＰＳＡユニットがハウジング内部で占める空間を縮小し、更に漏れを生じ得る箇所も低減させる。更に、ＰＳＡユニット５０６は、追加のワイヤなしに回路基板に直接接続するように構成されており、従って空間を更に確保すると共に組立てを簡単にしている。

図６は、ＰＳＡユニットの吸着床筒５０８ａ、５０８ｂの詳細な図を示し、上記で簡潔に説明された新規な片口筒設計を示している。図６に示されるように、筒５０８ａは、一般に、上側端部６０４と下側端部６０６とを有する細長い吸着ハウジング６０２を含み、各端部は、ガスがそこからハウジング６０２内に流れ込み、またそこから流れ出ることができる開口を画定している。筒５０８ａは、ハウジング６０２の上側端部６０４から下側端部６０６まで延びる一体型供給管６０８を更に含む。この供給管６０８は、マニホルドとハウジング６０２との間のガス流路となり、従って、マニホルドからのガスは、供給管６０８中を経由してハウジング６０２の下側端部６０６に送られることができ、またその逆も同様となる。この設計は、ハウジング６０２の下側端部６０６にガスを送り込むための第２のマニホルドを不要とすると共に、マニホルド内の全ての流路が単一平面上で共に配置（ｃｏ−ｌｏｃａｔｅ）されることを可能とし、従って、ユニット内の管接続及び漏れが生じ得る箇所の数を大幅に減少させる。

供給管６０８は、好ましくは、ヘッド・スペースを実質的に最小限に抑えるように、比較的小さい内径を有する。一般に、ＰＳＡユニット内の供給路はヘッド・スペースを意味すると理解されており、こうしたヘッド・スペースはシステム性能に不利となる（ｐｅｎａｌｉｚｅ）ので望ましくない。一実施形態では、供給管６０８は、約０．１２５インチ（約０．３２ｃｍ）の内径を有し、吸着ハウジング６０２は、約１．５インチ（３．８１ｃｍ）の直径を有する。更に、吸着ハウジング６０２と供給管６０８とは、好ましくは押出し法によって一体に形成されており、従って、可撓管が不要となると共に、漏れの可能性が低減している。ある実施形態では、吸着床筒５０８ａは、吸着ハウジング６０２に隣接して配置され、筒５０８ａを台座とマニホルドとに取り付けるねじと嵌合する複数のねじ付き（ｔｈｒｅａｄｅｄ）取付け部材６１０を更に含む。このねじ付き取付け部材６１０は、好ましくはハウジング６０２と供給管６０８と共に押出し成形されており、従って、部品の作製を簡単にしている。

やはり図６に示されるように、吸着床ハウジング６０２は、吸着材料６１２と、吸着材料６１２の移動を阻止するための上側及び下側拘束盤６１４ａ、６１４ｂと、上側拘束盤６１４ａ全体にわたって圧力を加えてこの盤６１４ａを定位置に保持するばね６１６とを含む。一実施形態では、吸着剤材料６１２は、容易に分離（ｄｉｓｌｏｄｇｅ）され得るゼオライトなどの粒状材料を含む。拘束盤６１４ａ〜ｂは、好ましくは、分離されたゼオライトなどの粗粒子（ｇｒｏｓｓ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）用のフィルタとしても働くことができるフリット材料からなる。各拘束盤６１４ａ〜ｂは、ハウジング６０２の内壁と締まり嵌め（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｔ）を成すように選択された直径、及び少なくとも約０．２インチ（０．５０８ｃｍ）の厚さを有し、それにより、微粒子の漏れを生じ得る盤の傾斜に対していくらかの抵抗をもたらす。盤６１４ａ〜ｂの厚さは、フリット材料の性質と相まって、粒子がその中を移動する蛇行路（ｔｏｒｔｕｏｕｓ ｐａｔｈ）をもたらし、この経路は、従来の紙フィルタに比べて、微粒子を捕集する効果を向上させている。同じく図６に示されるように、上側拘束盤６１４ａは、ばね６１６によって吸着材料６１２に押し付けられている。ばね６１６は、好ましくは、上側拘束盤６１４ａの表面全体にわたってほぼ均等な圧力を加えるように構成された波形ばねであり、それによりその盤が傾斜するのを実質的に阻止している。

やはり図６に示されるように、吸着床筒５０８ａは、筒５０８ａの両端部６０４、６０６に隣接すると共にそれら端部と封止係合するように配置され、加圧ガスをその筒の中に収容しておくための環状ガスケット６１６ａ、６１６ｂを更に含む。一実施形態では、各環状ガスケット６１６ａ〜ｂは、拘束盤６１４ａ〜ｂによって捕集されることができない、より小さい粒子をろ過するための一体に形成されたフィルタ部分６１８ａ、６１８ｂを更に含む。好ましくは、このフィルタ部分は約７０〜１２０ミクロンよりも大きい粒子をろ過することが可能である。一実施形態では、ガスケット６１６ａ〜ｂは、シリコーン材料製であり、フィルタ部分６１８ａ〜ｂは、織布、織幕、又はガスケットと共に鋳造又は成形された類似物を含む。別の実施形態では、ＰＳＡユニットの３つの筒全てのガスケット６１６ａ〜ｂ及びフィルタ部分６１８ａ〜ｂは、図６に示されるように、単一片として射出成形されている。好ましくは、フィルタ部分６１８ａ〜ｂは、フィルタ部分を配置し易くすると共に、ガスケットとフィルタ部分との間の確実な封止を保証するように、ガスケット６１６ａ〜ｂに埋め込まれている。更に、各ガスケット６１６ａ〜ｂ内には、供給管の開口とねじ付き取付け部材とに対応した（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｅ）開口６２０が形成されている。

図７Ａ及び７Ｂは、台座２０２及びマニホルド５１２と組み合わされた吸着床筒５０８ａの概略図を示し、片口筒設計に従ってガス流が筒５０８ａ中に、またそこから送られる方式を示している。図７Ａに示されるように、供給ガス７０２は、マニホルド５１２内の供給流れ（ｆｅｅｄ ｓｔｒｅａｍ）７０４から供給管６０８の上側開口７０６に送り込まれる。供給ガス７０２は、管６０８中を下方に進み、台座２０２にある窪み４０４ａによって、吸着ハウジング６０２の下側端部６０６の下にある凹部４００ａへと進路を変えて送られる。台座２０２中に予め形成された窪み４０４ａは、有利には横方向ガス流路として働き、それにより筒の下側端部にはどんな可撓管も不要となり、従って、組立てを簡単にする共に、漏れを生じ得る箇所を減少させている。供給ガス７０２は、凹部４００ａからハウジング６０２の下側端部６０６を通り、ハウジング６０２中に収容された吸着材料中を通って上方に流れる。この吸着材料は、供給ガス７０２中の１つ又は複数の成分を既知の方式で選択的に除去して製品ガス７０８を生成する。製品ガス７０８は、ハウジング６０２の上側端部６０４からマニホルド５１２内の製品流れ（ｐｒｏｄｕｃｔ ｓｔｒｅａｍ）７１０中に流れ出る。図７Ｂは、パージ・ガスが筒中に、またそこから送られる方式を示している。図７Ｂに示されるように、マニホルド５１２内の製品流れ７１４からのパージ・ガス７１２が、ハウジング６０２の上側端部６０４からハウジング６０２中を下方に向けて送られて、ハウジング内のガスを押し流す（ｆｌｕｓｈ ｏｕｔ）。パージ・ガス７１２は、ハウジング６０２の下側端部６０６から出て、窪み４０４ａ中を経由して（ｃｈａｎｎｅｌ）送られる。窪み４０４ａは、パージ・ガス７１２を供給管６０８の下部開口７１６に送り込む。パージ・ガス７１２は、供給管６０８の上部開口７０６から供給管６０８を出て、マニホルド５１２内の廃品流れ（ｗａｓｔｅ ｓｔｒｅａｍ）７１８に入る。７Ａ及び７Ｂが示すように、片口筒設計は、台座に形成された窪みと協働して、片面（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｌａｎｅｄ）マニホルドからのガスが、吸着ハウジングの上側又は下側端部のどちらからも、そのハウジングに入り、また、そこから出ることを可能とする。

図８は、ＰＳＡユニットの一体型マニホルド５１２の詳細図を示す。図８に示されるように、一体型マニホルド５１２は、一般に、上側プレート８０２と、下側プレート８０４とを含み、それぞれ、その内側表面に形成された溝を有する。下側プレートの溝は、上側プレート８０２が下側プレート８０４に取り付けられると、マニホルド５１２内に流体通路（ｆｌｕｉｄ ｐａｓｓａｇｅ）を形成するように、上側プレートの溝と位置合せ（ａｌｉｇｎ）されている。この流体通路は、供給ガス経路と、廃ガス経路と、各吸着筒と相互接続しているガス経路とを含んでもよい。この好ましい実施形態の流体通路は、図１の回路に対応しているが、マニホルド内の流体通路の特定のパターンは、特定の用途に応じて変わり得る。やはり図８に示されるように、上側プレート８０２は、圧縮機システムからの加圧空気が、そこを通ってマニホルド５１２に送り込まれる供給ガス入口８１２を有する。下側プレート８０４は、排気ガスがそこを通ってマニホルド５１２から放出される廃ガス出口８１４と、それらの流体通路を吸着筒と連結する複数の開口とを有する。ソレノイド弁８１６が、上側プレート８０２の上側表面８１８に既知の方式で取り付けられて、それらの流体通路とＰＳＡ筒との間の流体の流量を制御する。また、上側及び下側プレート８０２、８０４には、これらのプレートを互いに併せてＰＳＡ筒上に取り付けるのに使用される締結具を受ける孔８２０も形成されている。一実施形態では、マニホルド５１２のプレート８０２、８０４は、射出成形によって形成され、真空中で塗布された接着剤によって互いに積層された（ｌａｍｉｎａｔｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ）プラスチック材料製である。機械加工された金属プレートで通常作製される従来型の積層マニホルドに比べると、射出成形によって形成されるこの一体型マニホルド５１２は、有利なことに、より軽く、製造コストが安くすむ。

図９は、マニホルド５１２に組み込まれた、筒に送達する前に供給ガスから水分を除去するための水分捕集システム９００を概略的に示している。図９に示されるように、水分捕集システム９００は、一般に、マニホルド５１２内に形成され、供給ガス経路９０４と流体連通している一体型水分捕集部９０２を含む。水分捕集部９０２は、供給ガス中の凝縮水９０６を重力によって捕集するように適応されており、それにより、こうした水分が吸着床９０８に到達することを防止している。好ましくは、水分捕集部９０２は、排出された廃ガスが、凝縮水を排気部から外に運び出すように、廃ガス経路９１０内に配置されている。

一実施形態では、水分捕集部９０２は、上側プレート８０２に配置された供給ガス経路９０４のある区画から下方に延びる、マニホルド５１２の下側プレート８０４内の凹部として構成されている。水分捕集部９０２は、捕集された水分９０８がガス経路９０４に再び入ることを実質的に防止するように、供給ガス経路９０４よりも低い高さで配置されている。ある実施形態では、供給ガス流を下方に進路を変えて水分捕集部９０２に送り込むように、供給ガス経路９０４内にバッフル９１２が配置され、従って、ガスは、供給ガス経路９０４に戻るのに上昇することが求められ、これは、どんな凝縮水も供給ガス流によって水分捕集部を越えて搬送されることがないように実質的に防止する。同じく図９に示されるように、水分捕集部９０２は、マニホルド５０４の下側プレート８０４中に廃ガス経路９１０に沿って配置されており、従って、水分捕集部９０２は、経路９１０中を流れる廃ガスによってパージされることが可能である。一実施形態では、水分捕集部９０２は、給気弁と、排気弁と、筒の上面に至る連結部とへの、またそれらからの空気流通路によって形成された３方向分岐点の中央に配置されている。

動作に際しては、供給ガス９１４が、上側プレート８０２にある供給ガス入口８１２からマニホルド５１２に入り、ソレノイド弁８１６を介して供給ガス経路９０４に送り込まれる。供給ガス９１４は、陥凹水分捕集部９０２を横切って流れ、従って、供給ガス９１４中の凝縮水９０６が重力によって水分捕集部９０２内に沈み込み、一方、より軽い成分は経路９０４に沿って吸着床９０８へと進み続けることになる。好ましくは、凝縮水９０６を含んだ水分捕集部９０２は、その後、廃ガス経路９１０中のガスによってパージされる。一体型水分捕集システムは、上述の実施形態のみに限られるものではないことが理解されるであろう。軽い空気が通り過ぎて流れ、水分含有空気（ｍｏｉｓｔｕｒｅ ａｉｒ）が重力により凝縮する、より低い領域を有する一体型のガス流路を形成するという概括的な概念を包含するどんな一体型水分捕集部システムも、本発明の範囲に含まれることが企図される。

図１０は、マニホルド５１２内に組み込まれ、ＰＳＡサイクル中、吸着筒からの加圧ガスの迅速な放出を行うパイロット弁システム１０００を概略的に示している。ＰＳＡサイクルの有効性は、一般に、圧抜き及びパージ・ステップ中の、吸着筒内の加圧ガスの迅速な放出から利点が得られるものと理解されている。しかし、筒から廃ガス経路へのガス流量を制御するソレノイド弁は、通常、オリフィス寸法に限られており、その結果、流量が制限され、筒内のガスの放出が低速になる。流量の容量を増大させるために、図１０に示されるパイロット弁システム１０００は、ソレノイド弁を用いてマニホルド内に埋め込まれた遙かに大きいパイロット弁を駆動し、筒への、またそこからの廃ガス流量を制御している。

図１０に示されるように、パイロット弁システム１０００は、一般に、ソレノイド弁１００２と、ソレノイド弁１００２と流体連通している空気室１００４と、ソレノイド弁１００２によって空気室１００４を介して作動され得るパイロット弁１００６とを含む。パイロット弁１００６は、好ましくは、空気室１００４と廃ガス経路１００８との間に配置されたダイヤフラム１００６を含む。空気室１００４と廃ガス経路１００８との圧力差が、ダイヤフラム１００６を機械的に偏向させて、ガスが流れるように廃ガス経路１００８を開又は閉にする。好ましくは、ダイヤフラム１００６は、空気室１００４が加圧されていないときには、廃ガス経路１００８から離れて偏向されるような、固有の（ｎａｔｕｒａｌ）弾力性を有する。

一実施形態では、ダイヤフラム１００６は、上側プレート８０２の外側表面１０１２から下方に延びる凹部１０１０内に設置されている。凹部１０１０内のダイヤフラム１００６の上方には、挿入具（ｉｎｓｅｒｔ）１０１４が取り付けられ、プレート８０２の外側表面１０１２と同一平面を成している。ダイヤフラム１００６は、挿入具１０１４の内側表面１０１８と封止係合する外側リム１０１６を有し、それにより図１０に示される空気室１００４を形成している。挿入具１０１４は、空気室１００４と流体連通している複数の開口１０２０を含む。ソレノイド弁１００２は、挿入具１０１４の上に取り付けられ、開口１０２０から空気室１００４に至るガス流量を制御する。

同じく図１０に示されるように、廃ガス経路１００８は、マニホルドの下側プレート８０４内に形成され、上側プレート８０２の内側面８０８に形成された開口１０２２を介してダイヤフラム１００６と接触している。廃ガス経路１００８をガス流から閉じるには、ダイヤフラム１００６は、廃ガス経路１００８中に配置されたバッフル１０２４の方に偏向され、このバッフル１０２４と封止係合し、それによりダイヤフラムとバッフルとの間の経路１０２６を遮断（ｂｌｏｃｋ ｏｆｆ）する。廃ガス経路１００８を開くには、ダイヤフラム１００６は、バッフル１０２４から離れるように偏向され、それにより、ガスが経路１０２６を通り排気部から流れ出ることを可能とする。ダイヤフラム１００６によって制御される経路１０２６は、ソレノイド弁のオリフィスよりも遙かに大きい流量の廃ガス容量を実現する。

動作に際しては、吸着筒からの加圧パージ・ガス１０２８が、上側プレート８０２の開口１０２２内に流れ込み、ダイヤフラム１００６をバッフル１０２４から押しのけ、それによりダイヤフラム１００６とバッフル１０２４との間の経路１０２６が開いて、ガスが流れるようになる。パージ・ガスが排気部から放出されると、供給ガスの一部がソレノイド弁１００２によって空気室１００４中に送り込まれて、ダイヤフラムをバッフル１０２４に押し付け、それによりそれらダイヤフラムとバッフルとの間の経路１０２６を閉じる。有利には、パイロット弁システム１００は、廃ガスが、ソレノイド弁に含まれるオリフィスよりも遙かに大きい開口を介して筒から放出されることを可能とし、また、それらの弁がマニホルド内に全て組み込まれる際に追加の空間を占めることはない。

図１１は、ハウジング２０６の第２の区画３０２内部の構成部品の詳細図を示す。図１１に示されるように、第２の区画３０２は、一般に、空気循環ファン１１０２と、バッテリ１１０４と、圧縮機アセンブリ１１０６とを含む。一実施形態では、ファン１１０２は、送風機又は空気を循環させるために使用される他の装置を含む。バッテリ１１０４は、好ましくは、少なくとも２時間の定格寿命を有するリチウム・イオン電池である。また、ある実施形態では、バッテリは、燃料電池又は他の携帯型電力貯蔵装置を含んでもよい。圧縮機アセンブリ１１０６は、圧縮機１１０８と、駆動モータ１１１０と、熱交換器１１１２とを含む。一実施形態では、圧縮機１１０８は、好ましくは、例えばスクロール圧縮機や遠心圧縮機などの非往復動圧縮機であり、モータ１１１０は、好ましくは直流ブラシレス・モータである。また、ある実施形態では、圧縮機１１０８は、真空ポンプ又は真空ポンプと圧縮機との組合せでもよい。熱交換器１１１２は、コイル状アルミニウム管の形又は他の一般的な交換器設計でよい。一実施形態では、熱交換器１１１２は、入口１１１４と出口１１１６とを有する。入口１１１４は、圧縮機１１０８から供給ガスを受け取るように圧縮機１１０８と流体連通しており、また、出口１１１６は、供給ガスをＰＳＡユニットに送達するようにＰＳＡユニットに連結されている。

同じく図１１に示されるように、圧縮機１１０８は、圧縮機取付け部４０６の上側表面１１１８上に載って（ｒｅｓｔ）おり、従って、ハウジングの基部２０８よりも高い位置にある。圧縮機１１０８に取り付けられた駆動モータ１１１０は、圧縮機取付け部４０６の開口４１０内まで延び、その中で懸架されている。更に、熱交換器１１１２は、圧縮機１１０８の上且つファン１１０２の下に配置される。好ましくは、ファン１１０２は、空気流を熱交換器１１１２に当てるように送って、その熱交換器中の供給ガスの冷却を促進する。やはり図１１に示されるように、バッテリ１１０４は、バッテリに接して形成されると共にバッテリ支柱４１４と嵌合するように適応された３対のガイド・レール１１２０によって、バッテリ支柱４１４に取り付けられている。それらのガイド・レール１１２０の間隔は、底部から頂部にかけて次第に狭くなり、最上部の対が、支柱４１４と最も固い嵌め合い（ｆｉｔ）を成している。この設計は、特に、不器用な人でも、バッテリの取付けをし易くするものである。バッテリ１１０４が定位置にあるとき、最上部のガイド・レールは支柱４１４によってしっかりと保持され、バッテリ１１０４の下側部分１１３０は、バッテリ・スロット４１２内に形成された嵌合式（ｍａｔｅｄ）電気コネクタによってしっかりと保持される。

一実施形態では、圧縮機１１０８と台座２０２との間に圧縮機拘束装置１１２２が連結されて、圧縮機１１０８をハウジング２０６に固定している。好ましくは、圧縮機拘束装置１１２２は、圧縮機１１０８を台座に固締する弾性テザーを含む。好ましくは、台座には、圧縮機拘束装置と係合する溝が備えられている。一実施形態では、圧縮機拘束装置１１２２は、中央に間隔を置いて配置され、上側端部１１２６ａ及び下側端部１１２６ｂで互いに接合された２つの細長い脚部（ｌｅｇ）１１２４ａ、１１２４ｂを含む。上側端部１１２６ａは、圧縮機１１０８に取外し可能に取り付けられ、また、下側端部１１２６ｂは、台座２０２に取外し可能に取り付けられる。更に、これらの細長い脚部１１２４ａ、１１２４ｂは、好ましくは、互いに離れるように延在する、予め形成された屈曲部を有する。これらの屈曲部は、脚部をまっすぐにして圧縮機拘束装置１１２２の全長を伸ばすように互いの方に押し付けられることができ、それにより、圧縮機拘束装置の取付け及び取外しが容易になる。好ましくは、圧縮機拘束装置は、ハウジングがその立位にあるときには、圧縮機アセンブリに対して実質的に作用力（ａｃｔｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）を及ぼすことはなく、従って、圧縮機から台座への振動結合を低減させる。

別の実施形態では、圧縮機取付け部４０６と圧縮機１１０８との間に振動減衰部材１１２８が挿入（ｉｎｔｅｒｐｏｓｅ）されて、圧縮機からハウジングへの振動エネルギーの伝達を更に低減させている。図１２に示されるように、振動減衰部材１１２８は、環状圧縮機取付け部と嵌合するように構成されたグロメット１２０２を含み、それにより、圧縮機システム用の振動減衰取付け表面を形成している。好ましくは、グロメット１２０２は、ソルボセインなどの弾性シリコーン材料製であり、圧縮機によって発生された低振動周波数を吸収するように構成されている。一実施形態では、グロメット１２０２の上側表面１２０６の周辺に沿ってリブ１２０４の第１の組が形成され、圧縮機からの振動を吸収するように構成されている。別の実施形態では、グロメット１２０２の内側表面１２１０に接して第２の複数のリブ１２０８が形成され、モータからの振動を吸収するように構成されている。リブ１２０４、１２０８は、圧縮機取付け部に接触しているグロメット１２０２に伝達される振動量を大幅に低減させる。圧縮機は、有利には、通常動作中は、台座に押し付けられることなくグロメット上に載っており、この装置が横向けに倒されたときにしか圧縮機拘束装置によって拘束されない。振動減衰部材１１２８は、有利には、圧縮機システムからハウジングへの振動エネルギー、特に低周波数振動の伝達を低減するように構成され、従って、ハウジングの振動によって発生される騒音を低減させる。

また、振動制御機構（ｆｅａｔｕｒｅ）に加えて、この装置は、ハウジング内部の温度に敏感な構成部品に冷却をもたらすと共に、熱放散を促進する１つ又は複数の熱管理システムも組み込む。図１３は、好ましい一実施形態の、バッテリに冷却をもたらすように適応された熱管理システム示している。熱スリーブ１３０２が、バッテリ１１０４の周囲に配置されて、バッテリ１１０４を取り囲む空気を、ハウジングの第２の区画３０２内のより高温の空気から隔離している。熱スリーブ１３０２の下側端部１３０４は、バッテリ・スロット４１２と嵌合するように構成され、それにより、スリーブの下部開口を閉鎖すると共に、バッテリ用の区画すなわちエア・ポケットを形成している。冷却ガスが、好ましくは熱スリーブ１３０２とバッテリ１１０４との間の空間に送り込まれて、バッテリによって発生された熱の放散を促進すると共にハウジング内の他の構成部品によって発生された熱からバッテリを隔離する。

一実施形態では、導管１３０６が、ＰＳＡユニット５０６の排気出口８１４からバッテリ・スロット４１２内の開口１０３８まで延びている。導管１３０６は、排気ガス１３１２を、ＰＳＡユニット５０６から、熱スリーブ１３０２とバッテリ１１０４との間の空間に送り込む。排気ガスは、一般に、バッテリ区画を取り囲む周囲空気よりも冷たいので、バッテリ用の有効な冷却空気源として働く。排気ガスは、バッテリ・スロット４１２内の下部開口１３０８から熱スリーブ１３０２に入り、循環して、熱スリーブ１３０２の上側端部１３１０から出る。

同じく図１３に示されるように、ＰＳＡユニット５０６上のマニホルド５１２上の弁８１６の上に、回路基板１３１４が水平に取り付けられている。回路基板１３１４は、ＰＳＡユニットと、警報装置（ａｌａｒｍ）と、電力管理システムと、この装置の他の機構との動作を管理する（ｇｏｖｅｒｎ）制御回路を含む。上述のように、回路基板１３１４上の接点は、ＰＳＡユニット５０６の弁５１４上の嵌合接点５１６と直接電気的に接触しており、従って、空間を確保すると共にワイヤ接続を不要にしている。一実施形態では、回路基板１４１３は、電気的な相互接続を確立するように、弁ピンの位置と位置合せされた小型のスルーホール・コネクタを有する。

以下でより詳細に説明されるように、回路基板１３１４は、動作中の回路の熱放散を促進するように、ハウジング内部の送気（ｄｉｒｅｃｔｅｄ ａｉｒ）経路中に配置されている。更に、制御回路は、ほぼ完全に第１の区画３００内にあるが、回路基板１３１４は、第１の区画３００から第２の区画３０２まで水平に延び、両区画の上部開口を実質的に覆っており、それにより、より高温の空気が、第２の区画３０２から第１の３００内に移動するのを阻止している。一実施形態では、回路基板１３１４の外側縁部１３１６と、ハウジングの内側壁との間に気泡材料が配置されて空気シールを形成しており、この空気シールは、区画３００と３０２との間の空気の移動を更に阻止する。別の実施形態では、回路基板１３１４は、ハウジングの断面輪郭を反映する（ｍｉｒｒｏｒ）ように成形されており、それにより回路基板１３１４とハウジングとの間の有効な封止を確実にしている。

図１４は、別の好ましい実施形態の熱管理システムを概略的に示しており、このシステムは、ハウジング内部の構成部品全体を巡る冷却空気流を絶えず供給するように構成されている。図１４に示されるように、周囲空気１４０２は、ファン１１０２によって空気入口１４０４からハウジング２０６内に吸入される。空気入口１４０４は、好ましくは側壁２１２ｃの下側部分に、第１の区画３００に隣接して配置される。周囲空気１４０２は、ハウジングの壁とその内部の構成部品とによってほぼ画定された空気流通路１４０６に向けて流される。空気流通路１４０６は、好ましくは空気入口１４０４から、第１及び第２の区画３００、３０２中を通り、側壁２１２ａの下側部分に、第２の区画３０２に隣接して配置された空気出口１４０８へと延びる迂回経路（ｃｉｒｃｕｉｔｏｕｓ ｐａｔｈ）である。好ましくは、周囲空気は、温度に敏感な構成部品を含む第１の区画を巡って流れ、その後、熱を発生する構成部品を含む第２の区画に入るように送られる。以下でより詳細に説明されるように、この熱管理システムは、空気循環ファン１１０２を、ハウジングの形状及びハウジング内の構成部品の配置と組み合わせて利用して、入口から出口への一方通行の空気流路を形成している。従って、加熱された空気が、システム内に戻って再循環されることはなく、また、構成部品は連続した外気流によって冷却されることになる。

一実施形態では、空気流通路（ａｉｒ ｆｌｏｗ ｐａｓｓａｇｅｗａｙ）１４０６は、上流部分１４０８と、下流部分１４１０とを有する。上流部分１４０８は、ＰＳＡユニット５０６と、ハウジング２０６の側壁２１２ｃとによってほぼ画定された垂直経路１４０６ａを含み、その後に回路基板１３１４と上面壁２１０とによってほぼ画定された水平経路１４０６ｂが続いている。下流部分１４１０は、仕切り３０４とバッテリ１１０４とによってほぼ画定された垂直経路１４１０ａと、圧縮機アセンブリ１１０６とハウジングの基部２０８とによってほぼ画定された水平経路１４１０ｂとを含み、その後に、バッテリ１１０４と側壁２１２ａとによって画定されたもう１つの垂直経路１４１０ｃが続いている。流路１４０６の上流部分１４０８内の空気は、好ましくは、ほとんどの熱発生構成部品が配置された下流部分１４２０内の空気よりも低い温度を有する。弁５１４や回路基板１３１４上に配設された電気構成部品などの温度に敏感な構成部品は、有利には上流部分１４０８内に配設され、それにより、それらの弁及び構成部品を、流入してくる連続した冷却空気流に露出させて、それらの部品の熱的負荷を低減させている。好ましくは、空気流通路１４０６の上流部分１４０８は、仕切り３０４と、回路基板１３１４とによって、以下で説明される送気流と相まって下流部分１４１０から熱的に隔離される。

同じく図１４に示されるように、ファン１１２は、空気流通路１４０６の下流部分１４１０の、圧縮機アセンブリ１１０６の直ぐ上に配置されている。ファン１１２は、圧縮機アセンブリ１１０６に直接当たる下向きの気流を発生して、熱交換器と圧縮機との熱放散を促進する。この気流は、空気通路１４０６の下流部分１４１０中を圧縮機アセンブリ１１０６を通り過ぎて流れ、空気出口１４０８からハウジング２０６を出る。ファン１１０２は、有利には、ハウジング内部の熱発生構成部品に冷却気流を直接集中させるように配置される。更に、圧縮機アセンブリによって暖められた気流の一部分がハウジング内部で再循環されることはなく、従って、ハウジング内の周囲温度の上昇を実質的に最小限に抑え、冷却効率を向上させている。ファン１１０２によって発生された気流は、通路１４０６の上流部分に負圧を生じ、この負圧は、図１４に示されるように、通路１４０６を介して周囲空気を第１の区画３００から第２の区画３０２に吸入する。ファンの下流で幾分の乱気流（ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒ）が生じるかもしれないが、この空気経路構成は、吸気部とファンとの間の経路に沿って実質的に一方通行の空気流を可能とする。

また、ある実施形態では、この装置に騒音低減機構が実装されている。図１４に示されるように、ハウジング内部の空気流によって生じた騒音を低減させるように、一連の音響吸収バッフル１４１２が空気流通路１４０６に沿って配置されている。更に、この空気流通路は、空気流によって発生される騒音を更に軽減するように迂回経路で構成されている。この迂回経路は、有利には、ハウジング中を巡る空気の移動はもたらすが、音をハウジングの内側表面に伝播又は反射させにくく、音をハウジングから外に漏れにくくするものである。

図１５は、吸入空気１５００がこの装置の構成部品によって処理される方式を概略的に示す。図１５に示されるように、吸入空気１５００は、吸気部５０２から、空気フィルタ５０４を通って圧縮機１１０８の入口ポート１４０４内に吸入される。空気は、低騒音レベル及びシステム全体の消費電力を低く維持するように、好ましくは約１５ｓｌｐｍ以下の流量で圧縮機吸気部から吸入される。この空気は、圧縮機１１０８によって加圧され、圧縮機出口１４０６から熱交換器１１１２に送達される。加圧空気は、熱交換器１１１２によって冷却され、次いで、供給ガスとしてＰＳＡユニット５０６に供給される。供給ガスは、ＰＳＡユニット５０６の入口ポート８１２から吸着筒５０８ａ〜ｂに送り込まれて、ＰＳＡサイクル、好ましくは上述の６ステップ／２床サイクルに従って製品ガスを生成する。吸着筒５０８ａ〜ｂからの製品ガスは、貯蔵筒に流れ込み、貯蔵筒に連結されたマニホルド５１２の出口ポート１４０８からｐａｔｅｎｔに送達される。好ましくは、製品ガスは、約１５０ｍｌ／分〜７５０ｍｌ／分の流量で、少なくとも８７％、より好ましくは８７％〜９３％の酸素濃度を有して患者に送達される。

図１６Ａは、携帯型酸素濃縮器ユニット１６００の形に完全に組み立てられたときの装置を示す。このユニット１６００は、ハウジングとその中の構成部品とを含めて、好ましくは約１０ポンド（４．５３６ｋｇ）以下の総重量を有し、ユニットの外部には約４５ｄＢ以下の騒音レベルしか発生しない。図１６Ａに示されるように、空気流をハウジング２０６から経由させて送り出すための空気スクープ（ａｉｒ ｓｃｏｏｐ）１６０２が、外殻２０４の空気出口１４０８に隣接した側壁２１２ｃに、一体に形成されている。また、周囲空気を経由させてハウジング内に送り込むための同様の空気スクープが、空気入口（図示せず）に隣接した側壁に形成されている。上述のように、ハウジングの側壁２１２ａ、ｃは、利用者がそれらの側壁を下にしてハウジングを置き、それにより空気入口又は出口を塞いでしまうことがないように、湾曲した形状を有している。

また、図１６Ａに示されるように、流量及びオン／オフ・スイッチなど、複数のシステム制御部１６０４を含む利用者インターフェース・パネル１６０２が、外殻２０４に一体形成されている。いくつかの実施形態では、利用者インターフェース・パネル１６０２には、好ましくはＩ／Ｏポート１６０６が形成される。このＩ／Ｏポートは、ユニットからのデータ転送が、パーム・デスクトップ型端末（ｐａｌｍ ｄｅｓｋｔｏｐ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）（ＰＤＡ）やラップトップ型コンピュータなどの相補的な装置（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｄｅｖｉｃｅ）を用いて簡単に実行されることを可能とする。また、更に、患者に送達される前に、製品流れを直列にろ過するように、直列フィルタ・システム１６０８が外殻２０４に形成されている。以下でより詳細に説明されるように、直列フィルタ・システム１６０８は、ユニットの外殻２０６に組み込まれており、従って、外殻を開ける必要なく容易に取外しできる（ｐｒｏｖｉｄｅ ｅａｓｙ ａｃｃｅｓｓ）ようになっている。

図１６Ｂに示されるように、直列フィルタ・システム１６０８は、外殻２０４に形成された環状チャンバ１６１０と、外殻の外側からチャンバ１６１０と係合する取付け具（ｆｉｔｔｉｎｇ）１６１２とを含む。チャンバ１６１０は、円盤フィルタ１６１４を受けるように構成された座部分１６１２と、取付け具１６１２と係合するように構成されたねじ付き部分とを有する。好ましくは、チャンバ１６１０は、外殻２０４中に成形し込まれており（ｍｏｌｄｅｄ ｉｎｔｏ）、ハウジング内部の酸素製品は、このチャンバに運ばれる（ｐｏｒｔ）。一実施形態では、円盤フィルタ１６１４、好ましくは１０ミクロン以下の微細なフィルタは、取付け具１６１２によってチャンバの座部分１６１２に圧縮保持され、この取付け具は、外殻の外側からチャンバ１６１０と螺合（ｔｈｒｅａｄａｂｌｙ ｅｎｇａｇｅ）している。また、別の実施形態では、取付け具１６１２は、カニューレを連結するのに使用されるホース返し１６１８を含む。有利には、円盤フィルタ１６１４は、取付け具１６１２を単にねじ外し、フィルタ１６１４を交換し、次いで、取付け具１６１２を再度ねじ付けるだけで保守されることができ、従ってユニットのハウジングを全く開ける必要がない。また、図１６Ｃに示されるように、ユニット１６００は、ハウジング２０６内部の回路基板１３１４と、酸素製品ライン及び電源入力への内部接続とへの作業を簡単にする（ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ａｃｃｅｓｓ）取外し可能なハッチ１６２０を含む。

図１７は、酸素濃縮器ユニット１６００と併せて、酸素を利用者に送達するのに使用され得る衛星型コンサーバ・システム１７００を概略的に示す。酸素濃縮器とは、計量供給されなければならない限られた流量（ｆｉｎｉｔｅ ｒａｔｅ）の酸素製品を、定量化装置を介して利用者に送達するものであると一般に理解されている。一般に、濃縮器内部には定量化装置が取り付けられており、この定量化装置は、利用者の吸気を感知して毎回の投与送達（ｂｏｌｕｓ ｄｅｌｉｖｅｒｙ）時機及び量を決定する呼吸センサを含む。呼吸センサの感度は、定量化装置の有効性にとって重要である。従って、ほとんどの定量化装置は、濃縮器内部の定量化装置が利用者の呼吸を正確に感知できることを確実にするように、長さ１０フィート（３．０４８ｍ）以下の管を鼻カニューレに連結して使用することを利用者に求めている。

衛星型コンサーバ１７００は、短い管の使用要件（ｓｈｏｒｔ ｔｕｂｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）によって課される制約を実質的になくし、利用者が携帯型濃縮器の周りで遙かに広範囲に自由に動き回れることを可能とするように構成されている。図１７に示されるように、衛星型コンサーバ１７００は、酸素富化製品ガスを、感知された呼吸に応じて既知の方式で計量された量で利用者に送達する小型軽量定量化装置１７０２を含む。コンサーバ１７００は、利用者の呼吸を感知する呼吸センサ１７０１と、酸素を利用者に送達する送出し弁１７０３とを含む。一実施形態では、定量化装置１７０２は、患者の呼吸数にかかわらず、１分当たりほぼ一定の酸素量を送達する呼吸数アルゴリズムを利用している。従って、所与の時間内に、より多くの呼吸を行う患者は、より少ない呼吸を行う患者と同じ量の酸素を受け取ることになる。別の実施形態では、定量化装置は、呼吸数ではなく流量設定に基づいて投与量を調節する。更に別の実施形態では、定量化装置１７０２には、第２の圧力センサが備えられ、このセンサは、濃縮器からの吸入管（ｉｎｐｕｔ ｌｉｎｅ）内の圧力を検出する。送出し弁の開閉時機は、吸入管の端部で感知された圧力に基づいて、より高い圧力がより短い開弁時間に対応し、より低い圧力がより長い開弁時間に対応するように調節され得る。

やはり図１７に示されるように、定量化装置１７０２は、利用者によって着用されるか、又は利用者の身の回りに配置されるように適応されており、従って、濃縮器ユニットが遠く離れている場合でも呼吸感知機能が利用者の直ぐ近くで実行されることが可能である。従って、利用者がユニットから離れている場合でも、呼吸センサの感度は損なわれない。衛星型コンサーバ１７００は、定量化装置１７０２を濃縮器１６００にあるホース返し取付け具１６１２に連結する可撓管１７０４を更に含む。一実施形態では、管１７０４は、好ましくは５０〜１００フィート（１５．２４〜３０．４８ｍ）であり、この長さは利用者に遙かに広い行動半径を与える。衛星型コンサーバ１７００が使用中のときには、濃縮器のハウジング内部に取り付けられた呼吸検出器は、動作しない（ｄｉｓａｂｌｅｄ）。また、図１７に示されるように、この衛星型コンサーバは、定量化装置１７０２に取り付けられたクリップ１７０６によって人に着用されてもよい。この衛星型コンサーバは、有利には、ユニットの有効性を損なわずに、利用者が濃縮器近傍、好ましくは少なくとも５０〜１００フィート（１５．２４〜３０．４８ｍ）の半径で動き回ることを可能とする。

患者の利便性を更に増すために、患者が濃縮器の機能をあるレベルで制御できるような制御性を衛星型コンサーバ１７００に加えることが望ましい。患者が衛星型コンサーバと濃縮器との間に長いホースを使用している場合、患者が、濃縮器本体ユニットに戻る必要なく、いくつかの設定を変えることを可能にすると有利である。コンサーバ側で調節するのに最も有用な設定の１つが、流量である。患者が、本体ユニットから遠く距離を置いて操作している間に、運動量の増大により何らかの理由でより高い流量を必要とする場合、その患者に、より高い流量の酸素富化空気を得るために本体ユニットまで戻ることを求めるのは難しいであろう。図１７Ａに示されるように、ある好ましい実施形態の衛星型コンサーバ装置１７００は、患者が流量を変えることを可能とする患者用インターフェース１７０８を含む。このインターフェースの一実施形態は、いくつかの流量設定から選択する流量設定つまみである。一実施形態では、このつまみは、タイミング回路１７１０へのインターフェースとなっている。タイミング回路１７１０は、流量弁１７１２がどれだけの間開となるかを制御する。従って、呼吸センサ１７０１が呼吸を検出すると、流量弁１７１２は、つまみ設定によって決定された時間開となる。ある実施形態では、コンサーバは、タイミング回路センサ１７１０と弁１７１２とに電力供給するバッテリ１７１４を必要とする。

図１８Ａは、利用者が家を離れて旅行する際に酸素濃縮器ユニットを運搬するように構成された移動用カート１８００を概略的に示す。図１８Ａに示されるように、移動用カート１８００は、複数の車輪１８０４に取り付けられたほぼ長方形の枠１８０２を含み、それにより、枠１８０２が地面上を回転移動することを可能としている。また、図１８Ａに示されるように、枠１８０２は、酸素濃縮器ユニットを受けるように適応された支持部分１８０６と、利用者がカートを動かす際に把持する、支持部分１８０６から上方に延びたハンドル部分１８０８とを有する。支持部分１８０６は、好ましくは、酸素濃縮器を設置するように構成された区画１８１０と、予備バッテリを設置し固定するように構成された少なくとも２つのスロット１８１２とを含む。一実施形態では、バッテリを上述のように固定するためのバッテリ支柱１８１４が、各スロット１８１２に配置されている。別の実施形態では、区画１８１０の背部に、衛星型コンサーバ、予備カニューレ又はフィルタを保持するための小さい凹部１８１６が形成されている。

同じく図１８Ａに示されるように、移動用カート１８００は、枠１８０２部分に取り付けられた搭載型（ｏｎ−ｂｏａｒｄ）電源装置１８１８を更に含む。好ましくは、電源装置１８１８は、ＡＣ電源入力を有し、各バッテリ・スロット１８１２に備えられた充電端子と、濃縮器内のバッテリを充電するためにその区画に備えられた端子とに電力供給するように適応されている。また、一実施形態では、このカートは、電源装置１８１８から延び、濃縮器のＤＣ電力入力ジャックと嵌合するアダプタ・プラグ１８２０を有する。電源装置１８１６は、好ましくは、濃縮器ユニットに電力供給すると同時に、ユニット内部に取り付けられたバッテリを充電しながらも、両方のバッテリ充電器に十分、電力供給できるものである。各バッテリは、好ましくは少なくとも２時間の定格寿命を有し、従って、利用者は、外部電源がなくとも少なくとも６時間は濃縮器ユニットの連続使用を享受することが可能である。一実施形態では、電源装置は、枠部分１８０２に取り付けられたファンによって冷却される。別の実施形態では、枠部分は、部品を損傷せずに水がそこから流れ出ることが可能な凹部を有する。カート１８００は、壁にプラグが差し込まれる（ｐｌｕｇ）ように適応された一体型電源コード及び／又は格納式電源コードを更に含むことができる。

図１８Ｂは、酸素濃縮器１６００と予備バッテリ１８２２とが移動用カートに配置される方式を示している。また、図１８Ｂに示されるように、ハンドル１８０８は、伸張且つ収縮されることが可能な２つの伸縮式（ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｎｇ）レールを有する。図１８Ｂに示されるように、ハンドル１８０８が完全に収縮された位置にあるとき、移動用カート１８００は好ましくは約１４〜１８インチ（３５．５６〜４５．７２ｃｍ）の高さを有し、飛行機座席の下などの小さい領域に収納されることができる。一実施形態では、この移動用カートは、濃縮器がカートに載っているとき、その吸気及び排気ポートがカートの枠上に配置されたシール部と密接に整合する（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）するように構築されている。従って、濃縮器内に入り、またそこから出る空気流は、実際には何らかの形で枠中を移動することになり、その結果、流路を更に迂回させることにより追加の音響減衰を加えることになる。また、更に、この空気を更に循環させるように、カートに取り付けられた補助ファン又は送風機が使用されてもよい。有利には、この移動用カートは、一体に組み込まれた組込み式バッテリ充電器と電源装置とを有し、従って、利用者が濃縮器を携行して旅行する際に、電源装置又は外部充電器を荷詰めする必要がなくなる。更に、このカートは、酸素濃縮器に付属する全ての部品が運搬され得る単一のコンパクトなユニットを提供し、従って、旅行の際に、利用者により優れた移動性を許容する。

図１９Ａ〜Ｅは、本発明の好ましい一実施形態の携帯型酸素濃縮器に電力を供給するように構成されたバッテリ・パック１９００を示す。図１９Ａに示されるように、バッテリ・パック１９００は、１つ又は複数のバッテリを中に含んだほぼＵ形の本体１９０２と、バッテリ・パック１９００の取付け及び取外しを容易にするように構成されたハンドル部分１９０４と、バッテリ・パック１９００を携帯型酸素濃縮器側の電力接点に電気結合するように構成された接点突起部１９０６とを有する。以下でより詳細に説明されるように、Ｕ形本体１９０２は、バッテリ・パック１９００の取付けの際に、バッテリ・パックと酸素濃縮器との適切な位置合せを容易にすると共に、そのバッテリ・パック内に収容されたバッテリの熱放散の一助にもなる。

図１９Ｂは、バッテリ・パック１９００の分解図を示す。図１９Ｂに示されるように、バッテリ・パック１９００は、一般に、対向する２つの区画１９１０ａ、１９１０ｂを有する筐体１９０８と、筐体１９０８内に配設された複数のバッテリ電池１９１２とを含む。筐体１９０８のこれらの対向する２つの区画１９１０ａ、１９１０ｂは、スナップ止め（ｓｎａｐ ｆｉｔｔｉｎｇ）、接着剤、又は他の適当な方法によって接合され得る。また、図１９Ｂに示されるように、バッテリ電池１９１２は、非直線経路に沿って２つ分の深さで並列に積み重ねられており、この構成は、バッテリ・パックの設置面積（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）を実質的に増大させずに、それらのバッテリの熱放散を促進する。一実施形態では、１２本の充電式リチウム・イオン・バッテリ電池１９１２が、筐体１９０８内部の底部構造１９１４によって支持されている。好ましくは、これらの電池は、各組が３つの電池を含むように４つの組にグループ分けされる。これらの組は並列に接続されるが、各組内の電池は直列に接続されている。また、これらのバッテリ電池１９１２は、携帯型酸素濃縮器側の接点と嵌合するように、筐体１９０８の開口から外方に延びる電力接点１９１６にも電気接続されている。バッテリ・パック内の電池の電気接続に関する詳細は、当業者には一般に知られており、従って、本明細書では図示及び説明されない。また、更に、使用されるバッテリは、リチウム・ポリマー電池、ニッケル・カドミウム電池、及びニッケル水素電池など、様々な他の知られた蓄電池（ｓｔｏｒａｇｅ ｃｅｌｌ）技術を含んでもよいことが理解されるであろう。

また、図１９Ｃを参照すると、バッテリ・パック１９００は、バッテリ・パック１９００の外側表面１９２０に接して形成された複数のガイド・レール１９１８を含む。先に論じられたように、これらのガイド・レール１９１８は、図４に示される支柱４１４などの酸素濃縮器側の取付け構造と係合するように構成されている。好ましくは、バッテリ・パック１９００は、３対のガイド・レール１９１８を有し、各対の間隔は、底部から頂部にかけて次第に短くなっており、最上対が支柱と最も固い嵌め合いを成している。一実施形態では、ガイド・レール対の間隔は、約２〜２．５インチ（５．０８〜６．３５ｃｍ）である。また、図１９Ｃに示されるように、ハンドル部分１９０４は、バッテリ・パック１９００の上側表面１９２２から延びている。好ましくは、ハンドル１９０４は、人がそこを把持し、垂直方向に力を加え易いように構成された十分広い表面積を有する。一実施形態では、ハンドル部分１９０４は、人の指を受けるように構成された、全体が細長い凹部区画１９２４を有し、従って、人がバッテリ・パックを容易に把持し、酸素濃縮器から持ち上げることができるようになっている。好ましくは、ハンドル部分１９０４は、約４．１２５インチ（約１０．４７８ｃｍ）以下の長さと、約０．７５インチ（１．９０５ｃｍ）以下の幅と、約０．７５インチ（１．９０５ｃｍ）以下の高さとを有する。

図１９Ｄは、バッテリ・パック１９００の断面図を示す。図１９Ｄに示されるように、バッテリ・パック１９００は、Ｕの湾曲部を成す中央部分１９２６と、中央部分１９２６の両端部から突出し、Ｕの両脚部を成す２つの端部分１９２８ａ、１９２８ｂとを含むほぼＵ形の本体を有する。バッテリ・パック１９００のこのほぼＵ形の外形が図１９Ｅに更に示されている。図１９Ｅを参照すると、バッテリ・パック１９００は、頂部分１９３０と、底部分１９３２と、外側部分１９３４と、内側部分１９３６とを有する。内側部分１９３６は、バッテリ・パック１９００の内側壁１９３８の少なくとも一部分を含む。バッテリ・パック１９００の外形は、複数の軸によって更に画定され得る。

図１９Ｅに示されるように、バッテリ・パック１９００は、縦軸１９４０と、横軸１９４２と、下部横軸１９４４と、中央下部水平軸１９４６と、第１及び第２の端下部水平軸１９４８ａ、１９４８ｂとを有する。縦軸１９４０は、バッテリ・パック１９００の両側部分１９３４、１９３６と、両端部分１９２８ａ、１９２８ｂとにほぼ平行なように、頂及び底部分１９３０、１９３２を貫通すると共に、バッテリ・パックの内側壁１９３８を貫通して延びる軸として規定される。横軸１９４２は、縦軸１９４０と交差すると共に、バッテリ・パック１９００の両側部分１９３４、１９３６と、頂及び底部分１９３０、１９３２とにほぼ平行なように、両端部分１９２８ａ、１９２８ｂを貫通して延びる軸として規定される。下部横軸１９４４は、横軸１９４２に平行であり、縦軸１９４０と交差すると共に、バッテリ・パック１９００の底部分１９３２を貫通する軸として規定される。中央下部水平軸１９４６は、縦軸１９４０に直交し、且つ縦軸１９４０と下部横軸１９４４とのどちらとも交差する軸として規定される。第１及び第２の端下部水平軸１９４８ａ、１９４８ｂは、中央下部水平軸１９４４に平行であり、下部横軸１９４４と交差し、且つそれぞれの端部分１９２８ａ、１９２８ｂを貫通する軸として規定される。

好ましい実施形態では、下部横軸１９４４に沿って測定された、両端部分１９２８ａ、１９２８ｂの外側表面１９５０ａと１９５０ｂとの間隔は約４．２５インチ（１０．７９５ｃｍ）以下であり、中央下部水平軸１９４６に沿った、両側部分１９３４、１９３６の外側表面１９５２ａと１９５２ｂとの間隔は、約１インチ（２．５４ｃｍ）以下であり、第１の端下部水平軸１９４８ａに沿った、第１の端部分１９２８ａの外側表面１９５４ａと１９５４ｂとの間隔は、約１．５インチ（３．８１ｃｍ）以下であり、第２の端下部水平軸１９４８ｂに沿った、第２の端部分１９２８ｂの外側表面１９５６ａと１９５６ｂとの間隔もやはり約１．５インチ（３．８１ｃｍ）以下である。

同じく図１９Ｅに示されるように、接点突起部１９０６は、対向する２対の側壁１９５８、１９６０によってほぼ画定された長方形を有する。側壁１９５８、１９６０は、好ましくは、底部分１９３２から外方に約３／８インチ（約０．９５ｃｍ）以上延びている。下部横軸１９４４に平行な側壁１９５８の長さは、約１．５インチ（３．８１ｃｍ）以下である。中央下部水平軸に平行な側壁１９６０の長さは、約０．５インチ（１．２７ｃｍ）以下である。接点突起部１９０６は、酸素濃縮器側の凹部内に受けられると共にその中の電力接点と嵌合して、バッテリ・パックを濃縮器に電気接続するように構成されている。或いは、接点突起部１９０６は、移動用カートに形成された凹部内又は独立した（ｓｅｐａｒａｔｅ）バッテリ充電器内に受けられて、それらの中の電力接点と嵌合させることも可能である。好ましくは、バッテリ・パック１９００は、中央下部水平軸１９４６を中心に対称であるが、下部横軸１９４４を中心には非対称である。この非対称形状は、利用者がバッテリ・パックを酸素濃縮器内に適切に位置合せするための手掛かり（ｋｅｙ）として機能する。

以上、本発明の特定の好ましい実施形態の説明が図示且つ記載され、本発明の基本となる新規な特徴が指摘されてきたが、例示されたシステム、装置、及び方法、並びにそれらの使用に関する詳細な形態において、様々な省略、代用、及び変更が、本発明の精神から逸脱することなく当業者によって行われ得ることが理解されるであろう。従って、本発明の範囲は、前述の議論のみに限定されるべきではない。

本発明の好ましい一実施形態の携帯型ガス分離システムのブロック図である。 酸素濃縮器の形で示された、別の好ましい実施形態の携帯型ガス分離装置の斜視図である。 図２の装置の外殻が除去された状態で見られた斜視図である。 図２の装置の台座の斜視図である。 図２の装置の第１の区画内部の構成部品の斜視図であり、ＰＳＡユニットを示している。 図５の装置の様々な構成部品を制御するのに使用されるパルス幅変調（ＰＷＭ）電流源の概略図である。 図５のＰＳＡユニットの吸着床筒の概略図である。 図６の吸着床筒への、またそこからのガス流の概略図である。 図６の吸着床筒への、またそこからのガス流の概略図である。 図５のＰＳＡユニットの一体型マニホルドの詳細図である。 図８の一体型マニホルドに組み込まれた水分捕集システムの概略図である。 図８の一体型マニホルドに組み込まれたパイロット弁システムの概略図である。 図２の装置の第２の区画内部の構成部品の斜視図であり、圧縮機システムを示している。 図１１の圧縮機システムに組み込まれた振動減衰部材の斜視図である。 図２の装置のハウジング内に組み付けられた構成部品の斜視図である。 図２の装置のハウジング中に送られる周囲空気流の概略図であり、好ましい一実施形態の熱管理システムを示す。 図２の装置の構成部品中を流れるガス流の概略図である。 図２の装置の外殻に組み込まれた直列フィルタを示す斜視図である。 図１６Ｂの直列フィルタの詳細図である。 図２の装置の取外し可能なハッチを示す斜視図である。 図２の装置と共に使用される衛星型コンサーバの概略図である。 １７Ａは、図１７の衛星型コンサーバに組み込まれた流量設定利用者インターフェースを含む様々な機能を示す。 図２の装置と共に使用される、装置を運搬するための移動用カートの概略図である。 図２の装置と共に使用される、装置を運搬するための移動用カートの概略図である。 図２の携帯型ガス分離装置に電力を供給するために使用されるバッテリ・パックの斜視図である。 図１９Ａのバッテリ・パックの分解図である。 図１９Ａのバッテリ・パックの背面図である。 図１９Ａのバッテリ・パックのＵ形状を示す断面図である。 図１９Ａのバッテリ・パックの概略図である。

符号の説明

１００ 携帯型ガス分離システム
１０４ フィルタ
１０６、１１０６ 圧縮機アセンブリ
１０８、５０６ 圧力スイング吸着（ＰＳＡ）ユニット
１１０ ガス送達システム
１１２、１１０２ ファン
１１８ａ、１１８ｂ 吸着床
１２０ａ〜ｊ 弁
１３４ 制御器
２０２ 台座
２０４ 外殻
２０６ ハウジング
３００ 第１の区画
３０２ 第２の区画
５０８ａ、５０８ｂ 吸着床筒
５１２ 一体型流体流動マニホルド
５２２ パルス幅変調（ＰＷＭ）制御電流源
９０２ 水分捕集部
１１０４ バッテリ
１１０８ 圧縮機
１１２０ ガイド・レール
１１２２ 圧縮機拘束装置
１１２８ 振動減衰部材
１３０６ 導管
１４０２ 周囲空気
１４０４ 空気入口
１４０８ 空気出口
１６００ 酸素濃縮器ユニット
１６１４ 円盤フィルタ
１７００ 衛星型コンサーバ
１７０１ 呼吸センサ
１７０２ 定量化装置
１７０３ 送出し弁
１７０４ 可撓管
１７０６ クリップ
１７０８ 患者用インターフェース
１７１０ タイミング回路
１８００ 移動用カート
１８０２ 枠
１８０４ 車輪
１８０６ 支持部分
１８０８ ハンドル部分
１８１４ バッテリ支柱
１８１６ 電源装置
１９００ バッテリ・パック
１９０６ 接点突起部

Claims (33)

1. 少なくとも８７％の純度を有する酸素を生成する複数の吸着床を含むＰＳＡユニットであって、均圧化ステップを含むＰＳＡサイクルに従って動作し、それにより空気から約３１％を超える酸素回収を行う弁を含むＰＳＡユニットと、
   前記ＰＳＡユニットに圧縮空気を供給するように連結された圧縮機であって、圧縮機騒音を低減させるように非往復動型であり、約１５ｓｌｐｍ以下の流量で周囲空気を吸入するように構成された圧縮機と、
   前記圧縮機全体を巡る気流を生成する送風機とを含み、前記ＰＳＡユニットの前記弁が、前記圧縮機全体を巡る前記気流の上流に配設され、それにより前記ＰＳＡ弁に加わる熱負荷が低減される、携帯型ガス分離装置。
2. 空気入口と空気出口とを有するハウジングであって、圧縮機と、複数の吸着床と、少なくとも２時間の定格寿命を有するバッテリとを含む構成部品を含み、前記圧縮機が、前記バッテリによって電力供給され、それにより約１５ｓｌｐｍ以下の流量で前記圧縮機内に空気を吸入し、前記ハウジングと前記構成部品とが約１０ポンド未満の総重量を有するハウジングを含み、
   前記ハウジングが、前記分離装置の外部に発生される騒音が約４５ｄＢ以下となるように構成される、携帯型ガス分離装置。
3. 周囲空気が約１５ｓｌｐｍ未満の流量で非往復動圧縮機に吸入され、前記圧縮機が、前記周囲空気を加圧すると共に、前記加圧空気を約４〜９ｓｌｐｍの流量でＰＳＡユニットに送達するように、前記非往復動圧縮機に前記周囲空気を供給することと、
   ＰＳＡサイクルに従って前記ＰＳＡユニット内の前記加圧空気を処理し、それにより約８７％〜９３％の純度を有する酸素富化ガスを生成することとを含む、酸素富化ガスを生成する方法。
4. 並べて取り付けられた複数の吸着床筒と、
   前記筒の一方の端部に取り付けられ、複数の一体型流路と、前記一体型流路中を、前記筒へと、またそこから流れる流体の流量を制御する複数の弁とからなる一体型流体流動マニホルドとを含む、携帯型ガス分離装置。
5. 供給ガスを生成する圧縮機と、
   供給ガス経路を介して前記圧縮機から前記供給ガスを受け取るように連結された複数の吸着床であって、前記供給ガスから精製ガスと廃ガスとを生成し、前記廃ガスが廃ガス経路を介して前記床から排出される複数の吸着床と、
   前記流体経路中に凝縮された水分を捕集して、前記水分が前記床に到達するのを防止する水分捕集部であって、前記捕集水分が、前記廃ガス経路中に配置され、それにより前記排出された廃ガスが、前記水分を前記床から離れるように運び去ることになる水分捕集部とを含む、携帯型ガス分離装置。
6. ハウジングと、
   前記ハウジング内で振動減衰部材上に取り付けられた圧縮機と、
   前記圧縮機を前記ハウジングに非剛性に固定するように、前記圧縮機と前記ハウジングとの間で弾性的に十分可撓に連結された圧縮機拘束装置とを含む、携帯型ガス分離装置。
7. 細長いハウジングと、
   前記ハウジング内部に配置された吸着材料と、
   前記ハウジングの一方の端部に近接して配置された第１のフィルタであって、前記ハウジングと封止係合しているほぼ環状の部材と、前記環状部材と単一片として一体に形成されたフィルタ部分とを含むフィルタとを含む吸着床筒。
8. 細長いハウジングと、
   前記ハウジング内部に配置された複数の吸着剤と、
   前記ハウジングの、少なくとも１つの吸着剤に隣接した一方の端部に近接して配置されたフリットからなる第１のフィルタとを含む吸着床筒。
9. 空気などのガスを圧縮して供給ガスを生成する圧縮機と、
   前記供給ガスを受け取り、精製ガスと廃ガスとを生成する複数の吸着床と、
   前記圧縮機に電力を供給するバッテリと、
   周囲空気入口と、周囲空気出口と、複数の区画であって、その第１の区画が前記吸着床を含み、その第２の区画が前記圧縮機を含み、前記それらの区画が、前記第２の区画から前記第１の区画への熱エネルギーの移動を大幅に阻止する複数の区画とを含むハウジングとを含む、携帯型ガス分離装置。
10. 台座と外殻とを含むハウジングと、
    前記台座上に取り付けられると共にそれによって構造的に支持される複数の構成部品とを含み、前記外殻が、前記構成部品を覆い、また、前記構成部品を取り外さずに前記台座から取外し可能である、携帯型ガス分離装置。
11. 供給ガスを生成する圧縮機と、
    前記供給ガスを受け取るように連結され、前記供給ガスから精製ガスと廃ガスとを生成する複数の吸着床と、
    バッテリと、
    前記廃ガスを前記バッテリに送達して前記バッテリを冷却するように連結された導管とを含む、携帯型ガス分離装置。
12. 複数の吸着床と、前記床への、またそこからの流体流量を制御する複数の弁とを含むＰＳＡユニットに圧縮空気を供給する空気圧縮機を有する酸素濃縮器を提供することと、
    入口から空気を吸入すると共に出口から前記空気を排出することによって、前記濃縮器中に空気流を発生させ、それにより、前記空気が前記濃縮器中を流路に沿って流れるようにすることと、
    前記弁を前記流路の上流部分に露出させると共に、前記空気圧縮機を前記流路の下流部分に露出させ、それにより、前記弁が前記流路の前記下流部分を通って流れる空気から実質的に分離されることとを含む、酸素を生成する方法。
13. 支持部分とハンドル部分とを有する枠であって、前記支持部分が、携帯型ガス分離ユニットを受け、前記ハンドル部分にかかる力に応じて前記ユニットを運搬するように適応された枠と、
    前記枠に取り付けられた電源装置であって、ＡＣ電源入力と、バッテリを充電するように適応された第１の電源出力と、前記ユニットに電力供給するように適応された第２の電源出力とを有する電源装置とを含む、移動用カート。
14. 携帯型ガス分離ユニットと、
    前記ユニットを車輪で運搬するように、前記ユニットが取外し可能に連結される枠と、
    前記枠に取り付けられた電源装置であって、ＡＣ電源入力と、バッテリを充電するように適応された第１の電源出力と、前記ユニットに電力供給するように適応された第２の電源出力とを有する電源装置とを含む、車輪付き移動用カート。
15. 中央部分と両端部分とによって画定されたほぼＵ形の本体であって、前記中央部分が、前記Ｕの湾曲部を成し、前記両端部分が前記Ｕの両脚部を成す本体と、
    頂部分、底部分、外側部分、及び内側部分と、
    前記頂及び底部分を貫通すると共に前記両側及び両端部分にほぼ平行に延び、且つ前記内側部分の壁を貫通する軸である縦軸と、
    前記両端部分を貫通すると共に前記両側、底、及び頂部分に平行に延び、且つ前記縦軸と交差する軸である横軸と、
    前記横軸に平行に、前記底部分を貫通し、且つ前記縦軸と交差する軸である下部横軸と、
    前記縦軸に直交し、且つ前記縦軸と前記下部横軸とのどちらとも交差する軸である中央下部水平軸と、
    前記中央下部水平軸に平行に、前記下部横軸と交差し、且つそれぞれの端部分を貫通する軸である第１及び第２の端下部水平軸と、
    対向する２対の側壁を有する接点突起部であって、前記側壁の少なくとも１つが、前記底部分から約３／８以上延び、前記下部横軸にほぼ平行且つ約１．５インチ以下の長さを有する第１の側壁と、前記中央下部水平軸にほぼ平行且つ約０．５インチ以下の長さを有する第２の側壁とを有する接点突起部とを含む、携帯型酸素濃縮器に電力を供給するバッテリ・パックであって、
    前記水平横軸に沿って測定された、前記両端部分の両外側表面の間隔が、約４．２５インチ以下であり、
    前記中央下部水平軸に沿った、前記両側部分の両外側表面の間隔が約１インチ以下であり、
    前記第１の端部水平下部軸に沿った、前記第１の端部分の両外側表面の間隔が約１．５インチ以下であり、
    前記第２の端部水平下部軸に沿った、前記第２の端部分の両外側表面の間隔が、約１．５インチ以下であり、
    前記中央水平下部軸を中心にほぼ対称であり、且つ前記下部水平横軸を中心に非対称である、バッテリ・パック。
16. 前記バッテリ・パックの前記本体の上側表面から上方に延びるハンドルを更に含む、請求項１５記載のバッテリ・パック。
17. 前記バッテリ・パックの前記内側部分に接して配置された少なくとも１対のガード・レールを更に含み、前記ガード・レールが、前記携帯型酸素濃縮器側の取付け面と係合するように構成される、請求項１５記載のバッテリ・パック。
18. 前記バッテリ支柱が移動用カートに取り付けられる、請求項１５記載のバッテリ・パック。
19. 少なくとも１つの電流作動式流量制御弁と、
    前記少なくとも１つの制御弁に接続され、ＰＷＭ信号を電流源に供給することによって前記ＰＷＭ信号を弁作動電流に変換するパルス幅変調（ＰＷＭ）電流源とを含む、酸素濃縮器。
20. ＰＷＭデューティ・サイクルのある値に対応する第１の電流振幅が、前記弁を開又は閉にするのに十分であり、前記第１の電流振幅よりも低く、より低いＰＷＭデューティ・サイクルに対応する第２の電流振幅が、前記弁を開又は閉状態に維持するのに十分である、請求項１９記載の濃縮器。
21. 制御器と、
    少なくとも１つの電流作動式ファンと、
    前記ファンに接続されたパルス幅変調（ＰＷＭ）電流源とを含む酸素濃縮器であって、前記制御器が、ＰＷＭ信号を前記電流源に供給し、それにより前記ＰＷＭ信号をファン作動電流に変換することによって前記ファンを作動させる、酸素濃縮器。
22. 制御器と、
    少なくとも１つの電流作動式圧縮機と、
    前記圧縮機に接続されたパルス幅変調（ＰＷＭ）電流源とを含む酸素濃縮器であって、前記制御器が、ＰＷＭ信号を前記電流源に供給し、それにより前記ＰＷＭ信号を圧縮機作動電流に変換することによって前記圧縮機を作動させる、酸素濃縮器。
23. 前記圧縮機の速度が、前記圧縮機作動電流の前記振幅に伴って変動し、前記圧縮機作動電流が、前記制御器によって前記ＰＷＭ電流源に与えられる前記ＰＷＭデューティ・サイクルに伴って変動する、請求項２２記載の濃縮器。
24. 前記制御器が、選択可能な圧縮機速度に対応するＰＷＭデューティ・サイクルの特定値を前記電流源に与える、請求項２３記載の濃縮器。
25. 圧縮機速度センサを更に含み、前記速度センサが、前記制御器によって読みとられ、次いで、前記電流源に与えられる前記ＰＷＭデューティ・サイクルを調節して前記圧縮機作動電流を変動させ、それにより前記圧縮機に加わる負荷が変動する期間中、所望の圧縮機速度を維持する、請求項２２記載の濃縮器。
26. 酸素送達出口を有する酸素濃縮器と、
    前記出口から酸素を受け取るように一方が連結された可撓管と、
    感知された患者の呼吸に応じて計量された量で酸素を送達する衛星型コンサーバであって、（ｉ）前記管の他方の端部から酸素を受け取るように、且つ（ｉｉ）前記酸素を前記患者に送達するように連結されたコンサーバとを含む、酸素を患者に送達するための装置。
27. 前記可撓管が、約５０〜１００フィートの長さを有する、請求項２６記載の装置。
28. 前記コンサーバが、前記コンサーバを前記患者に取外し可能に取り付けるように適応された取付け部材を含む、請求項２６記載の装置。
29. 前記取付け部材がクリップを含む、請求項２８記載の装置。
30. 前記コンサーバが、前記患者の呼吸を感知するように適応された呼吸センサと、酸素を前記患者に送達するように適応された送出し弁とを含む、請求項２６記載の装置。
31. 前記衛星型コンサーバが、酸素流量を設定するための患者用インターフェースを更に含む、請求項２６記載の装置。
32. 前記患者用インターフェースが、いくつかの離散的な流量から選択する調節部材を含み、前記調節部材の設定が、調節部材の設定に応じてどれだけの間前記弁が開となるかを制御するタイミング回路によって読みとられる、請求項３１記載の装置。
33. 前記調節部材が制御つまみである、請求項３２記載の装置。

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