JP2009529976A - 移送充填装置の作動法及び作動装置 - Google Patents

Abstract

移送充填装置の作動法及び作動装置。大気から濃縮気体流を発生させる過程と、濃縮気体流が供給される加圧機を動作して、円筒容器内に充填される気体流を発生する過程とを含む方法の実施の形態を示す。加圧機に濃縮気体流を供給せずに、動作が継続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、濃縮気体の酸素含有量が予め決められた閾値に満たないとき、円筒容器への濃縮気体の供給を遮断する移送充填装置の作動法及び作動装置に関連する。

肺及び／又は心血管に障害のある多くの患者は、治療気体を吸入して、患者の血流中に十分な量の溶解酸素を吸収する必要がある。携帯可能な円筒容器（ボンベ）から治療気体を体内に供給できれば、患者は、通院で治療できよう。しかしながら、容量が制限される携帯可能な円筒容器（携帯用円筒容器）では、定期的に治療気体を補充する必要がある。民間の在宅医療サービスを通じて、円筒容器を交換し又は円筒容器内に治療気体を補充できるが、治療気体を発生して携帯可能な円筒容器に治療気体を充填する補充装置を自宅に備える患者も存在する。この補充装置は、移送充填装置又は「トランスファ-フィル（transfer-fill）若しくはトランスフィル（trans-fill）」装置として公知となった。

しかしながら、関連技術分野での移送充填装置は、携帯可能な円筒容器に治療気体を充填する速度が非常に遅い上、多くの患者には非常に高価である。

移送充填装置の作動法及び作動装置により、前記問題の主要部を解決することができる。大気から濃縮気体流を発生させる過程と、濃縮気体流を供給して、円筒容器を充填する気体流を発生するとき、加圧機を動作させる過程とを含む作動法を示す図示の実施の形態も説明する。加圧機に濃縮気体流を供給せずに、動作が継続される。

図示の他の実施の形態による作動装置は、圧縮機と、圧縮機に流動連結される濃縮器（濃縮器は、濃縮気体流を形成する）と、駆動部及び圧縮部を有する加圧機（駆動部は、圧縮機に流体連結され、圧縮部は、第１の側で濃縮気体流に流体連結されかつ第２の側で携帯可能な気体円筒容器に連結され、圧縮部は、濃縮気体流を圧縮して、高圧濃縮気体流を形成する）と、濃縮器と加圧機との間に流体連結される制御弁（制御弁は、加圧機への濃縮気体流を選択的に遮断する）とを備える。制御弁が加圧機の圧縮部への濃縮気体流を遮断するとき、加圧機の駆動部は、継続して、圧縮機からの圧縮空気を吸入する。

開示する同調装置と同調方法は、従来技術による装置の課題を解決できる特徴及び効果の組み合わせを有する。以下の詳細な説明を理解し、添付図面を参照することにより、上記様々な特徴及びその他の特徴は、当業者に容易に明白となろう。

表記及び用語
下記説明及び特許請求の範囲を通じて、特定装置の構成要素に対し所定の用語を使用する。本明細書は、機能ではなく、名称の相違する複数の構成要素間を区別する意図はない。

下記の説明及び特許請求の範囲では、「含む（including）」及び「有する（comprising）」を制限しない用語として使用するので、「...を含むが、それに限定されない（including, but not limited to...）」との意味に解釈すべきである。また、「接続する（couple）」又は「接続する（couples）」は、間接接続又は直接接続を意味する。従って、第１の装置と第２の装置との接続は、直接的な接続でも、他の装置及び接続装置を介する間接的な接続でもよい。
また、本明細書及び特許請求の範囲に記載される「圧力（pressure）」の圧力基準は、絶対圧力ではなくゲージ圧力である。

添付図面について本発明の好適な実施の形態の詳細を以下説明する。
図１は、本発明の実施の形態による携帯可能な円筒容器を充填する移送充填装置1000を示す。本明細書では、携帯可能な酸素充填円筒容器を「円筒容器」と略称する。例えば、図１に示す移送充填装置を患者の自宅で使用して、通院用の円筒容器に酸素を充填することができる。本発明の実施の形態による移送充填装置1000は、電気部品と機械部品との両方を備える。図１では、装置間の電気接続を一点鎖線で示し、流体接続（例えば、装置間の管接続）を実線で示して、電気接続と流体接続とを区別する。

図１は、圧縮機10を備える本発明の実施の形態による移送充填装置1000を示す。入口12から空気を吸入する（一部の実施の形態では、約２０６.９kPa［約３０PSI］に）圧縮機10は、空気を圧縮して、移送充填装置1000の他の装置、特に篩台14,16及び加圧機18に圧縮された空気を供給する。少なくとも一部の実施の形態では、例えば、イリノイ州クインシーに所在のトーマス・コンプレッサ社（ガードナー・デンバー社製）から市販の型番「2680CE56-XXX」を有する電動モータで駆動される圧縮機を圧縮機10に使用できる。

篩台14,16は、酸素濃縮器の少なくとも一部、特に圧力回転吸収（PSA）装置を形成する。各篩台14,16は、例えば、イリノイ州シカゴに所在のユーオーピー・エルエルシー社から市販の「OXY-SIEVE 5」等の分子篩材料で全て又は一部充填される容器である。各篩台14,16は、約６８０g（約１.５ポンド）の分子篩材料を保持するが、より大量又は少量の篩材料を同様に使用する実施の形態も可能である。篩台14の説明を篩台16にも同様に適用できるように、本明細書及び篩台14の説明の目的を理解すべきである。圧縮機10は、大気を圧縮して、篩台14に供給する。空気が分子篩材料中を通過するとき、酸素とアルゴンの移動は、殆ど阻害されないが、窒素の流動は、分子篩材料中で阻害される。篩台14から排出される気体流は、増加する酸素含有量（例えば、酸素含有量９０%以上）を有し、濃縮気体又は濃縮気体流と称することができる。篩台内に大気を圧入することは、篩台に大気を「充填する」と言うことができ、空気の圧入期間を「充填周期」と称することができる。

しかしながら、最終的に窒素で充満される篩台14に大気を際限なく圧入することはできない。このように、篩台14での濃縮気体流の発生は、定期的に停止し、例えば、篩台14を大気に換気しかつ／又は濃縮気体を逆流させて、篩台14内に捕捉される窒素が浄化（除去）される。篩台14を換気しかつ／又は浄化する期間を「浄化周期」と称することができる。ここで、２つの篩台14と篩台16とを設けて、２つの篩台の一方が常に濃縮気体流を発生する間に、他方の篩台を浄化できるので、少なくとも一方の篩台から濃縮気体流を常に発生することができる。

弁調節装置20は、篩台14,16の充填周期と浄化周期を制御する。弁調節装置20にはいくつかの形式がある。制御を達成する複数の接続口を有する単一の弁を弁調節装置20に使用する実施の形態でもよい。図１に示すように、２つの弁22,24を弁調節装置20に設ける他の実施の形態でもよい。前記実施の形態では、共通接続ポート（図１に符号「C」で示し、矢印方向は、必ずしも必要な流動方向を示さない）に２つの接続ポートの一方を選択的に流体連結するソレノイド作動３ポート弁が各弁22,24に使用される。例えば、ミズーリ州セントルイスのジョン・ヘンリー・フォスター社の製品の中で利用可能な部品番号「D3061 A」を有するハンフリー・ミニ・ミザーズを３ポート弁22,24として使用できる。図１に示す弁22,24の状態では、３ポート弁22を介して圧縮機10を篩台14に流体連結して、篩台14の充填周期が実行される。同時に、３ポート弁24を介して篩台16を大気口に流体連結して、篩台16の浄化周期が実行される。前記過程の前又は後に、３ポート弁22を介して篩台14を大気口に連結すると同時に、３ポート弁24を介して篩台16を圧縮機10に連結し、充填周期と浄化周期とを逆転することができる。

充填周期間に篩台14から排出される濃縮気体流は、逆止弁28を通じて生成物タンク26内に流入する。同時に、充填周期にある篩台16内の濃縮気体流は、逆止弁30を通過して、生成物タンク26内に流入する。図１にボール逆止弁として図示する逆止弁28,30及び他の逆止弁に代えて、適切な全ての逆止弁を同様に使用することができる。逆止弁28,30は、生成物タンク26から浄化される篩台14,16への逆流を防止する機能がある。しかしながら、篩台14,16を流体接続するオリフィス32を介して制御された濃縮気体流量の一部を充填周期にある一方の篩台から浄化周期にある他方の篩台に供給して、浄化を促進することができる。本発明では、約０.００００８５mm（約１／３０００００インチ）の直径及び約１９mm（約３／４インチ）の長さを有する開口をオリフィス32に設けて、オリフィス32の両方向に濃縮気体を流動させる実施の形態も可能である。充填周期（サイクル）にある篩台から浄化周期（サイクル）にある篩台に流れる濃縮気体流の一部を使用して、浄化周期の篩台内の流体を押し出し、浄化を促進することができる。図１に示す移送充填装置100に浄化弁34が更に設けられる。オリフィス32と同様に、充填周期にある篩台14,16から浄化周期にある篩台14,16に濃縮気体流の一部は、浄化弁34を通じて供給されるが、本発明の実施の形態では、浄化周期の周期付近で作動される浄化弁34は、浄化周期にある相手方の篩台の浄化を促進すると同時に、次の充填周期に備えて、その篩台に濃縮気体を「前装填」する。図２Ａ及び図２Ｂについて、浄化弁34の動作タイムチャートを後述する。例えば、ジョン・ヘンリー・フォスター社から販売される部品番号「D2048」のハンフリー２ポート弁等のソレノイド作動型２ポート弁を実施の形態の浄化弁34に使用することができる。

約１３７.９kPa（約２０PSI）乃至約２４１.３kPa（約３５PSI）の圧力で圧縮空気流を発生する圧縮機10を少なくとも一部の実施の形態に設けることができる。このように、約１３７.９kPa（約２０PSI）乃至約２４１.３kPa（約３５PSI）の圧力で生成物タンク26内に濃縮気体流が収容される。しかしながら、濃縮気体流の圧力を更に増加して円筒容器36等の携帯可能な円筒容器内に濃縮気体を充填する必要がある。円筒容器36内に充填される濃縮気体流の圧力を増加する加圧機18が移送充填装置1000に設けられる。加圧機18は、弁68を通じて生成物タンク26に流体連結される。弁68の目的と動作を更に後述する。濃縮気体流の圧力を十分な圧力に増加する加圧機18は、円筒容器36内に濃縮気体を充填する。例えば、１５１７０.０kPa（２２００PSI）の「充填」圧力を有する円筒容器36に対して、加圧機18は、約１８６２０kPa（約２７００PSI）の最大圧力を加圧機18の出口40に発生させる。異なる「充填」圧力値と最大圧力値も同様に使用することができる。

本明細書及び特許請求の範囲で使用する用語「加圧機」は、圧縮動力を供給するピストンをそれぞれ使用する複数の圧縮段で大気又は気体を圧縮する形式の圧縮機を意味する。このように、図示の加圧機18は、ピストン及びシリンダを備える第１の圧縮段42と、同様にピストン及びシリンダを備える第２の圧縮段44とを有する。第１の圧縮段42及び第２の圧縮段44は、加圧機18の加圧部又は圧縮部を形成する。圧縮動力を発生する駆動部46は、主ピストンと、主ピストンに固定される軸48と、第１の圧縮段42と第２の圧縮段44のそれぞれに設けられかつ軸48に連結されるピストンと、シリンダとを備える。図１に示すように、右側に移動する第１の圧縮段42のピストンは、生成物タンク26から低圧の濃縮気体を吸引する。その後、駆動部46は、第２の圧縮段44のピストンを左側に移動し、これにより、第１の圧縮段42内の濃縮気体を圧縮して、圧縮される濃縮気体を第２の圧縮段44に部分的に圧送する。第２の圧縮段44は、濃縮気体を圧縮し、これにより生成される高圧の濃縮気体は、円筒状の充填接続器49を介して円筒容器36に供給され、第１の圧縮段42は、生成物タンク26から再び濃縮気体を吸引する。例えば、カリフォルニア州チャッツワースに所在のチャド・セラピティクス社で生産される部品番号「200336-1」の加圧機を加圧機18として使用できる。

図１に示すように、圧縮機10から供給される圧縮空気により加圧機18の駆動部46を駆動することが好ましい。複数の形態の弁調節装置50を使用して、加圧機18の往復運動を制御することができる。圧縮空気を適切に供給して加圧機18に往復運動を行わせる複数の接続ポートを有する単一の弁を設ける弁調節装置50を実施の形態に使用してもよい。図１に示すように、２つの弁52,54を弁調節装置50に設ける他の実施の形態も可能である。前記実施の形態では、２つの接続ポートの一方を選択的に共通接続ポート（図１に符号「C」で示すが、矢印は、必ずしも流動方向を示さない）に流体連結するソレノイド作動の３ポート弁が各弁52,54に使用される。３ポート弁22,24と同様に、ジョン・ヘンリー・フォスター社から市販のハンフリー・ミニ・ミザーズを３ポート弁52,54として使用できる。図１に示す弁52,54の位置では、駆動部46に圧縮機10を流体連結する３ポート弁52により第２の圧縮段44の高圧力行程を実行すると同時に、３ポート弁54により、駆動部46の３ポート弁54側の気体が排気される。その後、３ポート弁54は、圧縮機10を駆動部46に流体連結して、第１の圧縮段42の低圧力行程を実行すると同時に、３ポート弁54は、駆動部46の３ポート弁54側の気体を排気する。篩台14,16の充填周期と浄化周期とに、加圧機18の往復運動を同調させる実施の形態も可能である。

本発明の実施の形態による移送充填装置1000は、処理装置（プロセッサ）56も備える。読出専用記憶装置（ROM）58と、乱アクセス記憶装置（RAM）60と、デジタル出力（DO）モジュール62と、アナログ／デジタル（A/D）変換器66とを一体に内蔵するマイクロコントローラを処理装置56に使用することができる。別個のROM58、RAM60、デジタル出力モジュール(DO)62及びA/D(アナログ／デジタル)変換器66を組み合わせた独立型中央処理装置（CPU）として、処理装置56を実施する別の実施の形態も可能である。

ROM58は、処理装置56が実行できる命令を記憶する。特に、ROM58は、移送充填装置1000の様々な２ポート弁及び３ポート弁を制御して、篩台14,16と加圧機18の制御を同調するソフトウェア・プログラムを記憶する。RAM60は、実行する命令のデータを一時的に記憶する処理装置56の動作記憶装置である。処理装置56は、デジタル出力モジュール62とA/D変換器66を通じて、移送充填装置1000内の他の装置に連結される。特に、デジタル出力モジュール62を通じて弁調節装置20の３ポート弁22,24と、弁調節装置50の弁52,54とに電気的に接続される処理装置54は、これらを制御する。また、デジタル出力モジュール62を通じて２ポート弁34,70のみならず、３ポート弁68に電気的に接続される処理装置56は、これらを制御する。最後に、デジタル出力モジュール62を介して圧縮機10に連結される処理装置56は、圧縮機10をオン／オフ制御する。

少なくとも本発明の一部の実施の形態では、移送充填装置1000は、装置内で関連する複数のアナログ信号も使用するので、処理装置56は、A/D変換器66によりアナログ信号を形成する装置に接続される。特に、A/D変換器66により圧力変換器72及び気体分析器74に処理装置56を接続してもよい。濃縮気体流に流体連結される気体分析器74は、生成物タンク26に排出される濃縮気体流を試料採取するが、単数又は複数の他の位置で同様に濃縮気体流を試料採取することができる。気体分析器74は、濃縮気体の酸素含有量を決定する。例えば、酸化ジルコニウム、ガルバノ法、常磁性法に基づくセンサ等の酸素選択性センサを気体分析器74として使用できる。移送充填装置1000の起動時に濃縮気体流の酸素含有量が所定の閾値（例えば、９０%の酸素）未満のとき又は動作時に酸素含有量が前記所定の閾値未満に低下するとき、本発明の実施の形態では、円筒容器36に濃縮気体流を供給しないことが好ましい。

移送充填装置1000の初期始動時に、濃縮気体流が、予め決められた酸素濃度閾値に該当する前又はこれを超える前に、篩台14,16の充填周期と浄化周期とを数回行うことができる。濃縮気体が予め決められた酸素濃度閾値に該当する前又はこれを超える前に、篩台14,16を３乃至５分間作動させる構造を採用してもよい。同様に、動作時に篩台14,16の酸素含有量が低下するとき、濃縮気体酸素含有量が再び予め決められた酸素濃度閾値に該当する前又はこれを超える前に、篩台14,16の充填周期と浄化周期を数回反復する必要がある。濃縮気体の酸素含有量が予め決められた閾値未満に低下して、予め決められた閾値未満で濃縮気体を円筒容器36に供給しないように、処理装置56の制御により、加圧機18から濃縮気体流体を弁68で遮断することができる。しかしながら、濃縮気体流を遮断するとき、最低基準値未満の濃縮気体流（予め決められた閾値に満たない酸素含有量の濃縮気体）を何で処理するか及び加圧機18をどのように動作させるか等、濃縮気体流の停止にいくつかの問題がある。第１に、後者の問題を説明する。

図１に示すように、移送充填装置1000は、篩台14及び篩台16の両方に圧縮空気を供給する圧縮機10を使用して、加圧機18の駆動部46の駆動力として圧縮空気を駆動部46に供給する。このように、圧縮機10は、篩台14,16及び加圧機18の両方に十分な量の気体を供給するが、発生する圧縮空気が消費されないと、圧縮機10が過度圧力になるので、圧縮機10の圧力開放弁を起動させることができる。本発明の実施の形態では、加圧機18に濃縮気体流を供給しなくても、加圧機18の動作を継続して、圧縮機10の圧力開放弁を起動する状況を回避することができる。本明細書では、別段の説明がない限り、生成物タンク26からの濃縮気体流を弁68により遮断しても、加圧機18の駆動部46は、圧縮機10からの圧縮空気を吸引し続ける。

加圧機18への濃縮気体流を停止する他の問題は、最低基準値未満の濃縮気体流でも、篩台14,16から濃縮気体流を発生して、酸素濃度を改善する必要性が未だ存在する。このように、生成物タンク26の濃縮気体を解放する必要がある。生成物タンク26から濃縮気体を解放する多様な形式の装置を使用することができる。例えば、オリフィス76を通じて、濃縮気体の一部を連続的に解放する生成物タンク26を設ける実施の形態でもよい。前記実施の形態では、濃縮気体の一部が常に生成物タンク26から解放される。生成物タンク26から気体を連続的に解放する前記実施の形態では、毎分約０.５リットルの気体を解放するように、オリフィス76が選択され又は調整される。

濃縮気体を常に解放しない別の実施の形態では、放出弁70及びオリフィス78を利用する。前記実施の形態では、濃縮気体流が加圧機18に供給されないとき、処理装置56の制御により放出弁70を開放して、生成物タンク26から最低基準値未満の濃縮気体を解放することができる。濃縮気体の酸素含有量が予め決められた閾値を超える時点で、放出弁70を閉鎖し、弁68を通じて濃縮気体流が加圧機18に流入する（前記実施の形態では特に図示しないが、２ポート開閉弁として弁68を作動する）。放出弁70を使用する実施の形態では、毎分約２リットルの気体を解放するように、オリフィス78を選択し又は調整することができる。

放出弁70を通じて濃縮気体を選択的に解放し又はオリフィス76を通じて濃縮気体を連続的に解放する代わりに、生成物タンク26と加圧機18とを連結する３ポート弁68を使用する更に別の実施の形態により、この目的を達成することができる。３ポート弁68が第１の弁位置にあるとき、加圧機18に濃縮気体流を供給するが、濃縮気体流の酸素含有量が所定の閾値未満に低下するとき、処理装置56の制御により、３ポート弁68の位置を変更して、オリフィス80を通じて標準値未満の濃縮気体を解放することができる。前記実施の形態では、毎分約２リットルの濃縮気体を解放するように、オリフィス80が選択され又は調整される。

図１に示すように、生成物タンク26から濃縮気体を解放する的確な実施の形態であってもなくても、少なくとも一部の実施の形態では、移送充填装置1000のケース内に気体が解放される。即ち、少なくとも一部の実施の形態では、解放される濃縮気体が内部を流動する配管64の端部が圧縮機10の空気入口12に近接して（例えば、約７６mm［約３インチ］以内に）形成される。入口濾過器を圧縮機10に設ける実施の形態では、入口濾過器のハウジング内のどこに濃縮気体を解放してもよい。このように、圧縮機10は、ハウジング内に解放される濃縮気体の全体又は一部を吸引する。他の方法で濃縮される標準値未満の気体を再圧縮して篩台14,16に供給すれば、篩台14,16が十分な酸素含有量を濃縮気体流に付与する状態に至るまでの時間を短縮し又は酸素含有量が予め決められた閾値未満に低下したときの回復時間を短縮することができる。更に別の実施の形態では、移送充填装置1000のケースに設けられる開口を通じて連絡する接続口に、何れかの前記装置により解放する濃縮気体を連絡することができる。在宅看護業者又は他の関係者は、前記接続口及び別々の気体分析器を使用して酸素含有量を独立して検証することができる。放出弁70又は弁68を使用して濃縮気体を解放する実施の形態では、移送充填装置1000の気体分析器74が予め決められた閾値を超える酸素含有量を示しかつ加圧機18に濃縮気体が供給される場合でも、在宅看護業者又は他の関係者は、濃縮気体を強制的に解放することができる。例えば、在宅看護業者又は他の関係者は、使用者界面体（ユーザインターフェイス）82を通じて濃縮気体を強制的に解放することができる。

ここで、移送充填装置1000の様々な構成部材の制御同調法を説明する。説明の目的で、２つの異なる弁を弁調節装置20に設け（かつ２つの独立する制御信号を付与す）ると仮定する。同様に、２つの異なる弁を弁調節装置50に設け（かつ２つの独立する制御信号を付与す）ると仮定する。また、説明の目的で、制御信号の「オン」又は「付勢」状態を高電圧として示し、制御信号の「オフ」又は「消勢」状態を低電圧として示すが、電圧レベルへの付勢状態の指定は、単なる例示に過ぎず、現実の設計では、「付勢」が同様に低電圧状態を表わすこともある。更に、付勢状態で作動すると説明する特定の動作を同様に消勢状態で作動させてもよい。

図２Ａは、移送充填装置1000の様々な構成要素の制御信号を示すタイムチャートである。時間枠200の間、篩台14の制御弁22に付与される制御信号202は、篩台14の充填周期を示す付勢状態（高電圧レベル）にある。同様に、時間枠200の間、篩台16の制御弁24に付与される制御信号204は、篩台16の浄化周期を示す消勢状態（低電圧レベル）にある。時間枠200の一定時間経過後、例えばある実施の形態では約６秒後に、制御信号202が消勢状態（低電圧レベル）になるのに対し、制御信号204は、付勢状態（高電圧レベル）となる。このように、篩台16の充填周期にある時間枠206の間に、篩台14は、浄化周期となる。酸素濃縮器の動作間に、充填周期と浄化周期とを交互に反復する動作パターンが、継続的に実行される。

図２Ａは、制御弁52と制御弁54とにそれぞれ送出される制御信号208,210を更に示す。制御弁52及び54は、加圧機18の駆動部46の低圧力行程と高圧力行程をそれぞれ制御する。このように、制御信号210が付勢状態（高電圧レベル）のとき、加圧機18の駆動部46が低圧力行程を実行し、制御信号208が付勢状態（高電圧レベル）のとき、加圧機18の駆動部46が高圧力行程を実行する。図２Ａに示すように、本発明の実施の形態では、篩台14,16の充填周期／浄化周期（以下、「１周期」という）の間に少なくとも１つの低圧力行程と１つの高圧力行程とが含まれる。即ち、図２Ａは、１周期毎に駆動部46が３行程を行う実施の形態を示す。時間枠200は、２つの低圧力行程と１つの高圧力行程とを示すが、続く次の時間枠206は、２つの高圧力行程と１つの低圧力行程とを示す。各周期間に駆動部46に３行程を設けることは、篩台14,16の容量と、圧縮機10の加圧能力と、加圧機18の加圧能力との関数である。篩台14,16の能力を増大して、圧縮機10と加圧機18の能力を一定に保持すれば、充填可能な時間を増加して、１周期間に実行できる駆動部46の行程数を増加することができる。篩台14,16の能力が低下すれば、充填可能な時間が減少して、実行可能な行程数も減少する。圧縮機10及び／又は加圧機18の能力を増大しながら、篩材料の量を一定に保持すると、充填可能な時間及び１周期間の駆動部46の行程数が減少する。圧縮機10及び／又は加圧機18の能力を低下すると、充填可能な時間及び実行可能な行程数が増加する。

図２Ａは、浄化弁34に送出される制御信号212を更に示す。制御信号212が付勢状態（高電圧レベル）にあるとき、浄化弁34を通じて篩台14,16間で濃縮気体が流れる。本発明の実施の形態では、オリフィス32を通じて、常時篩台14,16間に濃縮気体が流れ、篩台14,16の浄化周期の終期直後に、浄化弁34が作動されて、充填周期の完了直後の篩台から、浄化される篩台に濃縮気体が「予充填」される。時間枠200は、図示のパルス214による浄化弁34の動作を示す。同様に、時間枠206は、図示のパルス216による浄化弁34の動作を示す。少なくとも本発明のある実施の形態では、浄化弁34は、約１００乃至４００ミリ秒間作動する。少なくともある実施の形態では、浄化弁34用の制御信号212が付勢状態（高電圧レベル）にある期間中に、篩台14,16用の制御信号202,204の両方が消勢状態（低電圧レベル）になるが、図示のタイムチャートの時間尺度が大き過ぎるので、これらの特徴の図示を省略する。低圧力行程が１周期の最終行程となる一部の実施の形態では、充填周期の終期とほぼ同時に低圧力行程が終了し、充填周期の終期とほぼ同時に高圧力行程が開始される。高圧力行程が１周期の最終行程となる一部の実施の形態では、充填周期の終了後も高圧力行程が継続して、浄化弁制御信号212を付勢状態（高電圧レベル）に保持する時間が設けられる。浄化時間の終期に、高圧力行程制御信号210と浄化弁制御信号212の両方が消勢状態（低電圧レベル）になるが、低圧力行程制御信号208は、付勢状態（高電圧レベル）である。

異なる２つの特性を表わす「Y」軸と、対応する「X」軸又は時間軸上に特性を表わす図２Ｂは、時間の関数として例示する気体分析器74の出力信号218、制御弁68に接続される制御信号220、及び放出弁70に接続される制御信号222を示す。制御弁68が３ポート弁である本実施の形態では、制御信号220が付勢状態（高電圧レベル）にあるとき、制御弁68は、篩台14,16及び／又は生成物タンク26に加圧機18を流体連結する。制御信号220が消勢状態（低電圧レベル）のとき、制御弁68は、オリフィス80を通じて生成物タンク26からの濃縮気体を解放する。点線224は、濃縮気体の酸素濃度が所定の閾値（例えば、９０%の酸素濃度）に達する時点を示す。濃縮気体の酸素濃度が予め決められた閾値に達すると、制御弁68に送出される制御信号220が付勢状態（高電圧レベル）になるので、加圧機18は、濃縮気体流に流体連結される。図２Ｂでは、酸素濃度が所定の閾値未満に低下する時点を点線226で示す。この状況では、制御弁68に送出される制御信号220が消勢状態（低電圧レベル）にあるので、加圧機18は、濃縮気体流から遮断される状態となり、オリフィス80を通じて濃縮気体が解放される。

２ポート弁として制御弁68を作動させかつ放出弁70を使用する別の実施の形態では、予め決められた閾値の酸素濃度に達するとき（再び、点線224で示す時点）、放出弁70に送出される制御信号222が消勢状態（低電圧レベル）になるので、生成物タンク26からの濃縮気体の解放が停止する。同時に、制御弁68に送出される制御信号220が付勢状態（高電圧レベル）になるので、加圧機18に濃縮気体が流体連結される。予め決められた閾値未満に酸素濃度が低下するとき（改めて、点線226で示す時点）、制御弁70に送出される制御信号222が付勢状態（高電圧レベル）になるので、オリフィス78を通じて濃縮気体が解放される。同時に、制御弁68に送出される制御信号220が消勢状態（低電圧レベル）になるので、加圧機18への濃縮気体流の流れが遮断される。

図１に示すように、充填オリフィス41の下流の円筒容器36に流体連結される圧力変換器72が移送充填装置1000に設けられる。少なくとも一部の実施の形態では、例えば、ニュージャージー州モーリス郡区のハネウェル社から市販の部品番号「MLH03KPSP01A」の圧力変換器を圧力変換器72に使用できる。予め決められた圧力で電気接点を閉成又は開離する圧力スイッチとは異なり、圧力変換器（圧電変換器）は、実質的な連続的圧力測定値を表示することができる。少なくとも一部の実施の形態による圧力変換器72は、処理装置56のいくつかの機能の実行を補助する。第１に、圧力変換器72は、円筒容器36内の濃縮気体の圧力を検出し、円筒容器36の平均圧力値が「最大」圧力（例えば、１５１７０.０kPa［２２００PSI］）に達するとき、処理装置56は、圧縮機10をオフに切り換えて、移送充填装置1000を停止する。

圧力変換器72が発生する圧力値の読出値に基づいて処理装置56が実行する第２の機能は、加圧機18の駆動部46の高圧力行程の時間を調整することにある。特に、部分的にのみ円筒容器36内に濃縮気体を充填するとき（例えば、約８２７４.０kPa［約１２００PSI］以下の容器圧力を有する）、円筒容器36内の圧力を克服して加圧機18の第２の圧縮段44が動作する「押込」圧力は、比較的小さい。これらの状況では、低圧力行程と同程度の時間で駆動部46の高圧力行程を作動させることができる。篩台14,16の充填周期が約６秒で、１充填周期当たり３行程を含む各行程に約２秒を要する実施の形態もある。しかしながら、（例えば、約８２７４.０kPa［約１２００PSI］を超えて１５１７０.０kPa［２２００PSI］の「充填」圧力まで）円筒容器36内の圧力が上昇するとき、第２の圧縮段44の動作に対抗する押込圧力は、高圧力行程を完了するのにより多くの時間を要することを意味する。少なくとも本発明の一部の実施の形態では、円筒容器36に供給される濃縮気体の圧力を圧力変換器72により検出して処理装置56により監視し、監視する圧力に基づいて、加圧機18の高圧力行程の時間を調整することができる。加圧機18の高圧力行程の調整された時間に応じて、篩台14,16の充填周期の時間を同様に増加することができる。例えば、前記例示的実施の形態では、円筒容器36内の圧力が上昇すると、高圧力行程の時間が２秒から２秒半に増加する。高圧力行程が１回のみの周期では、充填周期の時間は、６秒から６秒半に増加する。高圧力行程が２回の周期では、充填周期の時間は、７秒に増加する。更に別の実施の形態では、高圧力行程の完了時間を円筒容器36内の圧力に正比例させることができる。例えば、円筒容器36内の圧力が８２７４.０kPa（１２００PSI）から１５１７０.０kPa（２２００PSI）に増加すると、これに応じて、高圧力行程時間は、２秒から２秒半まで逐次増加する。

更に別の実施の形態では、高圧力行程に利用できる圧縮機10からの圧力値等他の要因に基づき、高圧力行程に割り当てられる時間を調整することができる。特に、圧縮機10からの圧縮空気圧力が低い時点（例えば、篩台14,16の充填周期の極めて早い期間）で、高圧力行程の時間を増加して、低起動圧力を補償することができる。円筒容器36内の圧力から独立して、前記高圧力行程の時間を増加することができる。少なくとも一部の実施の形態では、何れの篩台14,16も圧縮機10からの空気を吸引しない時間を与えることにより、充填周期の極めて早い期間中に減少圧力の効果を低減し、これにより、次の充填周期の開始直前まで圧縮機10による圧縮空気供給時間を増加することができる。何れの篩台14,16も圧縮機10からの空気を吸引しない時間は、約１００ミリ秒程度でよい。圧縮機10に圧力を確立させる時間により、加圧機18の高圧力行程の完了に要する時間を減少させて、これにより、高圧力行程時間が増加する時間を遅延さることができる。

円筒容器36内の圧力の関数として、高圧力行程の時間を調整しかつ圧縮機10を停止すると共に、圧力変換器72が読み出す圧力値に基づき、他の有用な機能を処理装置56により実行することができる。例えば、（例えば、単一の高圧力行程で平均圧力が数百PSIまで上昇して）円筒容器36内の圧力増加速度が非常に高いとき、これは、円筒容器36と充填接続器49との間に接続不良が存在する可能性を示す。同様に、円筒容器36内の圧力増加速度がゼロに低下してもなお、平均圧力が所期の「最大」圧力に満たないとき、高い標高地点で移送充填装置1000を作動させている可能性があり、この場合圧力を更に上昇させることはできない。これらの状況の下では、これ以上の圧力上昇を達成できないので処理装置56は、圧縮機10の作動及び円筒容器36内への濃縮気体の充填を停止することができる。関連して、濃縮気体を充填した円筒容器36を、移送充填装置1000に連結したまま放置すると、時間の経過に伴い円筒容器36内の圧力が散逸する可能性がある。少なくとも一部の実施の形態では、円筒容器36の圧力が予め決められた一定の閾値未満にまで漏洩するとき、処理装置56は、圧縮機10を再起動して、円筒容器36内に濃縮気体を「全充填」レベルに補充する。

図３は、本発明の実施の形態による加圧機と篩台を調整する方法を示す。特に、使用者が充填接続器49に円筒容器36を接続すると、この方法が開始される（ブロック300）。その後、移送充填装置1000は、濃縮気体流を発生する（ブロック304）。また、加圧機18が作動される（ブロック308）。気体分析器74と処理装置56により濃縮気体流が検査され、酸素含有量が所定の閾値を超えるか否かが決定される（ブロック312）。相当の長期間、移送充填装置1000が非作動状態にあれば、濃縮気体流の酸素含有量は、最初は、予め決められた閾値に満たない。従って、移送充填装置1000は、単一又は複数の弁を作動して（ブロック316）、加圧機18への濃縮気体流の供給を抑制する。一部の実施の形態では、生成物タンク26と加圧機18との間に設けられる弁68のみを作動して、加圧機18への濃縮気体流を遮断すると共に、オリフィス80を通じて、治療気体（濃縮気体）を解放する。別の実施の形態では、加圧機18への濃縮気体流を遮断する作用のみを弁68に付与し、追加の放出弁70を作動して、オリフィス78を通じて、濃縮気体を解放することができる。更に他の実施の形態では、生成物タンク26から加圧機18への濃縮気体流を遮断する作用のみを弁68に付与し、生成物タンク26に収容される標準値未満の濃縮気体をオリフィス76から解放する。

加圧機18への濃縮気体流の供給を抑制すると共に、生成物タンク26からの濃縮気体の解放を抑制するように、精密な装置を作動させるが、次に、濃縮気体流の酸素含有量が予め決められた閾値を超えるか否かを決定する別の過程が設けられる（ブロック320）。濃縮気体流の酸素含有量が予め決められた閾値を超えないとき、濃縮気体流の酸素含有量が予め決められた閾値を超えて上昇するまで、この過程を反復実行するようにプログラム制御される。この場合、単一又は複数の弁が作動される（ブロック324）。弁の作動により濃縮気体を解放する実施の形態では、前記の弁を作動して、濃縮気体を解放するが、他の弁（又は極力同一の弁）を作動して、加圧機18に濃縮気体流が供給される。

その後、図３に示すように、圧力変換器72により円筒容器36内の圧力を測定（ブロック328）し、調整過程は、２つの並行経路に分岐してプログラム制御される。第１の調整過程（ブロック332）では、高圧力行程時間と、場合により周期時間とを処理装置56により円筒容器36内の圧力関数として調整する実施の形態としてもよい。第２の調整過程（ブロック336）では、円筒容器36に濃縮気体が十分に充填されたか否かが決定される。円筒容器49に濃縮気体が充填されれば、処理過程は、圧縮機10を停止する過程（ブロック340）と処理終了（ブロック344）に直ちに飛び越える。これに対し、円筒容器49に濃縮気体が充填されなければ（再び、ブロック336）、次に、円筒容器36の圧力変化速度が予め決められた閾値を超えるか否かが判定される（ブロック348）。前記のように、円筒容器36の圧力変化速度が予め決められた閾値を超えれば、これは、円筒容器36が適切に充填接続器48に連結されずかつ加圧機18と充填接続器48との間の管のみに濃縮気体が充填されていることを示すものである。円筒容器36の圧力変化速度が予め決められた閾値を超えれば、圧縮機10が停止され（ブロック340）、処理過程は、改めて処理終了（ブロック344）に移動する。これに対し、円筒容器36の圧力変化速度が予め決められた閾値に満たないとき、次に、円筒容器36の圧力変化速度がほぼゼロであるか否かが決定される（ブロック352）。円筒容器36の圧力変化速度がほぼゼロであれば、これは、高い標高地点で移送充填装置1000が作動されかつ円筒容器36の「充填」圧力に達する可能性がないことを示すので、圧縮機10が停止され（ブロック340）、処理終了（ブロック344）に移行する。他方、円筒容器36の圧力変化速度がゼロより大きければ、その後、酸素含有量が予め決められた閾値を超えるか否かの決定を回避する処理（改めて、ブロック312）が行われる。

言及した篩材料の量及び種類、圧縮機10及び加圧機18並びに様々な制御方法を使用して、円筒容器36内の圧力が約８２７４.０kPa（約１２００PSI）に満たないとき、本発明の実施の形態による移送充填装置1000は、毎分２リットル又はそれ以上の流量で濃縮気体を円筒容器36に充填することができる。また、円筒容器36内の圧力が約８２７４.０kPa（約１２００PSI）を超えるとき、移送充填装置1000は、毎分約１.７５乃至２.０リットルの流量で濃縮気体を円筒容器36に充填できる。

上記説明は、本発明の原理及び様々な実施の形態を示すに過ぎない。本発明の前記開示内容を十分に理解すれば、多数の変化及び変更が可能であることを当業者は、直ちに推定できよう。例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示す制御信号の多くは、論理上オン・オフ動作が単に交互に交替する動作に過ぎない。このように、前記信号の各々に対し個別のデジタル出力を移送充填装置1000に発生させることは必ずしも必要ではがないが、その代わり、１つのデジタル出力を制御信号に使用して論理的に第２の信号を発生させ又は制御される弁を選択して、逆の付勢状態で作動させることもできる。本明細書では、約１５１７０.０kPa（約２２００PSI）の「充填」圧力を有する円筒容器36を説明したが、より高い又はより低い他の「充填」圧力を同様に使用しりことができる。また、処理装置56により部分的に実行されるように種々の実施の形態を説明したが、ハードウェアで構成される装置、場合により空気圧制御（特に弁制御法）により、様々な制御方法を同様に実行することができる。前記変形実施の形態と変更例の全てを含むものと特許請求の範囲を解釈すべきである。

本発明の実施の形態による移送充填装置の機能を示すブロック図 本発明の実施の形態に使用する各部の動作タイムチャート 本発明の実施の形態によるタイムチャート 本発明の実施の形態の動作シーケンスを示すフローチャート

符号の説明

(10)・・圧縮機、 (12)・・入口、 (14,16)・・濃縮気体流を発生する装置（濃縮器）、 (18)・・加圧機、 (22)・・制御弁、 (26)・・生成物タンク、 (36)・・円筒容器（携帯可能な気体円筒容器、気体充填用の携帯可能な円筒容器）、 (46)・・駆動部、 (56)・・処理装置、 (64)・・配管、 (68)・・制御弁、 (70)・・放出弁、 (72)・・圧力変換器、 (74)・・気体分析器（携帯可能な気体分析装置）、

Claims (25)

1. 大気から濃縮気体流を発生させる過程と、
   加圧機を動作させて、円筒容器に供給し充填する濃縮気体流を発生する過程とを含み、
   加圧機に濃縮気体流を供給せずに、前記動作を継続することを特徴とする方法。
2. 濃縮気体流の酸素含有量を分析する過程と、
   酸素含有量が予め決められた閾値未満のとき、加圧機への濃縮気体流の供給を抑制する過程とを更に含む請求項１に記載の方法。
3. 酸素含有量が予め決められた閾値を超えるとき、円筒容器に充填する気体流を円筒容器に供給する過程を更に含む請求項２に記載の方法。
4. 酸素含有量が予め決められた閾値未満のとき、少なくとも濃縮気体流の一部を解放する過程を更に含む請求項２に記載の方法。
5. 解放する過程は、濃縮気体流を発生する装置に空気を供給する圧縮機の入口付近で濃縮気体流を解放する過程を更に含む請求項４に記載の方法。
6. 抑制する過程は、酸素含有量が約９０%未満のとき、加圧機への濃縮気体流の供給を抑制する過程を更に含む請求項２に記載の方法。
7. 濃縮気体流の一部を継続的に解放する過程を更に含む請求項１に記載の方法。
8. 継続的に解放する過程は、毎分約０.５リットルの濃縮気体流を継続的に解放する過程を更に含む請求項７に記載の方法。
9. 継続的に解放する過程は、濃縮気体流を発生する装置に空気を供給する圧縮機の入口付近に濃縮気体流を解放する過程を更に含む請求項７に記載の方法。
10. 圧力変換器により、円筒容器を充填する気体流の特性を検出する過程を更に含む請求項１に記載の方法。
11. 携帯可能な気体円筒容器の圧力増加速度が実質的にゼロでしかも予め決められた充填圧力閾値未満のとき、及び
    圧力増加速度が携帯可能な気体円筒容器との不完全な連結を示すときの群から選択される１つ又は複数の場合に、気体流の発生及び加圧機の動作を中止する過程を更に含む請求項１０に記載の方法。
12. 圧縮機と、
    圧縮機に流体連結されかつ濃縮気体流を発生する濃縮器と、
    駆動部と圧縮部とを有する加圧機と、
    濃縮器と加圧機との間に流体連結されかつ加圧機への濃縮気体流を選択的に遮断する制御弁とを備え、
    加圧機の駆動部は、圧縮機に流体連結され、加圧機の圧縮部は、第１の側で濃縮気体流に流体連結されかつ第２の側で気体充填用の携帯可能な円筒容器に連結され、圧縮部は、濃縮気体流を圧縮して、高圧濃縮気体流を発生し、
    制御弁が加圧機の圧縮部への濃縮気体流を遮断するとき、加圧機の駆動部は、圧縮機からの圧縮空気を継続的に吸入することを特徴とする装置。
13. 濃縮気体流に流体連結される気体分析器と、
    気体分析器及び制御弁の駆動装置に電気的に接続される処理装置とを更に備え、
    濃縮気体流の酸素含有量が予め決められた閾値未満のとき、処理装置は、加圧機への濃縮気体流を遮断する信号（命令）を制御弁に与える請求項１２に記載の装置。
14. 予め決められた閾値は、酸素濃度９０%である請求項１３に記載の装置。
15. 濃縮気体流に流体連結されかつ濃縮気体流を選択的に解放する放出弁を更に備え、
    濃縮気体流の酸素含有量が予め決められた閾値未満のとき、処理装置は、濃縮気体を解放する信号（命令）を放出弁に与える請求項１３に記載の装置。
16. 放出弁に流体連結される第１の端部を備える配管の第２の端部を圧縮機の入口付近に配置した請求項１５に記載の装置。
17. 放出弁は、濃縮気体毎分約２リットルを解放する請求項１５に記載の装置。
18. 制御弁と放出弁とを同一の弁で構成した請求項１５に記載の装置。
19. 放出弁は、流量毎分約２リットルで濃縮気体を解放する請求項１８に記載の装置。
20. 濃縮気体流の一部の解放を連続的に制御する接続口を更に設けた請求項１２に記載の装置。
21. 毎分約０.５リットルで接続口から濃縮気体流の一部が漏出する請求項２０に記載の装置。
22. 圧縮機、圧力回転吸収装置、生成物タンク、加圧機又は制御弁の少なくとも１つを収容するケースを更に備え、
    ケースの開口から露出する接続口を携帯可能な気体分析装置に連結した請求項２０に記載の装置。
23. 処理装置に電気的に接続される弁位置制御装置に制御弁を更に連結し、
    処理装置により制御弁からの流量を選択的に制御する請求項１２に記載の装置。
24. 高圧力の濃縮気体流に流体連結される圧力変換器と、
    圧力変換器に電気的に接続される処理装置とを更に備え、
    携帯可能な気体円筒容器に濃縮気体を充填する特性を処理装置により検出する請求項１２に記載の装置。
25. 処理装置は、
    携帯可能な気体円筒容器の圧力増加速度が実質的にゼロでありしかも予め決められた第１の閾値圧力に満たないときに、圧縮機をオフに切り換える動作と、
    携帯可能な気体充填用の円筒容器と加圧機との不十分な連結を圧力増加速度が示すときに、圧縮機をオフに切り換える動作と、
    携帯可能な気体充填用の円筒容器の圧力が予め決められた第２の閾値圧力未満に漏出するときに、圧縮機を再起動する動作との群から選択される１つ又は複数動作を実行する請求項２４に記載の装置。

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