JP2023521979A - 濃縮された治療ガスを呼吸障害のために提供する方法および装置 - Google Patents

Abstract

酸素濃縮器装置によれば、例えば高濃度空気の流量および／または酸素純度の変化により、呼吸サイクル時の治療ガスの変化が可能になる。本装置は、コンプレッサおよび弁セットを含み得る。この弁セットは、シーブベッド（単数または複数）を動作させて、空気の富化およびベッド（単数または複数）から排気ガスを通気させる。治療ガスは、放出された高濃度空気および排気ガスを含み得る。本装置は、高濃度空気をアキュムレータから一次経路を介して送達導管へ選択的に放出させるための供給弁を有する。本装置は、排気ガスの一部を送達導管へ放出させるために例えば弁を備えた二次経路を含み得る。コントローラは、弁セットを作動させて高濃度空気を生成し、供給弁を作動させて高濃度空気を送達導管へ放出させる。コントローラは、二次弁を供給弁と非同期で作動させて、排気ガスを送達導管へ放出させ得る。【選択図】図１Ａ

Description

・関連出願への相互参照
本開示は、オーストラリア仮特許出願第２０２０９０１１２１号（出願日：２０２０年４月８日）からの優先権を主張する。本明細書中、同文献全体を参考のため援用する。

本技術は、呼吸障害の治療（例えば、ガス吸着または圧力制御スイング吸着を用いたもの）のための方法および装置に主に関する。このような方法は、酸素濃縮器内において実行され得る。いくつかの例において、本技術は、より詳細には、ハイブリッドモードの実行のために複数の流路を備えたポータブル酸素濃縮器から酸素治療を生成するためのそのような方法および装置に関する。ハイブリッドモードにおいて、治療ガス流れの特性（単数または複数）（例えば、純度および／または流量）は、吸気（または吸気の一部）の時と非吸気時または呼気とが異なり得る。

・ヒトの呼吸器系およびその障害
身体の呼吸器系は、ガス交換を促進させる。鼻および口は、患者の気道への入口を形成する。

これらの気道は、一連の枝管を含み、これらの管は、肺の奥深くに進むほど狭く、短くかつ多数になる。肺の主要な機能はガス交換であり、吸息された空気から酸素を静脈血中へ取り入れさせ、二酸化炭素を排出させる。気管は、右および左の主気管支に分かれ、これらの主気管支はさらに分かれて、最終的に終末細気管支となる。気管支は、誘導気道を構成するものであり、ガス交換には関与しない。気道がさらに分割されると呼吸細気管支となり、最終的には肺胞となる。肺の胞状の領域においてガス交換が行われ、この領域を呼吸ゾーンと呼ぶ。以下を参照されたい：「Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ」， ｂｙ Ｊｏｈｎ Ｂ． Ｗｅｓｔ， Ｌｉｐｐｉｎｃｏｔｔ Ｗｉｌｌｉａｍｓ ＆ Ｗｉｌｋｉｎｓ， ９ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ２０１２。

一連の呼吸障害が存在する。呼吸障害の例には、呼吸不全、肥満過換気症候群（ＯＨＳ）、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）、神経筋疾患（ＮＭＤ）および胸壁障害が含まれる。

呼吸不全とは、呼吸障害の総称であり、患者の需要を満たすための充分な酸素吸気または充分なＣＯ_２呼息を肺が行うことができていないことを指す。呼吸不全は、以下の障害のうちいくつかまたは全てを包含し得る。

呼吸不全（一種の呼吸不全）の患者は、運動時に異常な息切れを経験することがある。

肥満過換気症候群（ＯＨＳ）は、低換気の原因が他に明確に無い状態における、重症肥満および覚醒時慢性高炭酸ガス血症の組み合わせとして定義される。症状には、呼吸困難、起床時の頭痛と過剰な日中の眠気が含まれる。

慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）は、特定の共通する特性を有する下気道疾患のグループのうちのいずれも包含する。これには空気の動きに対する抵抗の増加、呼吸の呼気相の延長および肺における正常な弾性の減少が含まれる。ＣＯＰＤの例として、気腫および慢性気管支炎がある。ＣＯＰＤの原因としては、慢性喫煙（第一危険因子）、職業被ばく、空気汚染および遺伝因子がある。症状を挙げると、労作時の呼吸困難、慢性咳および痰生成がある。

神経筋疾患（ＮＭＤ）は、内在筋病理を直接介してまたは神経病理を間接的に介して筋肉機能を損なう多数の疾患および病気を包含する広範な用語である。ＮＭＤ患者の中には、進行性の筋肉損傷によって特徴付けられる者もあり、結果的に歩行不可能、車椅子への束縛、嚥下困難、呼吸筋力低下に繋がり、最終的には呼吸不全による死亡に繋がる。神経筋障害は、急速進行性および遅進行性に分けることができる。急速進行性障害は、筋肉損傷が数ヶ月にわたって悪化し、数年内に死に至る点において特徴付けられる（例えば、１０代における筋萎縮性側索硬化症（ＡＬＳ）およびデュシェンヌ型筋ジストロフィー（ＤＭＤ））。可変障害または遅進行性障害は、筋肉損傷が数年にわたって悪化し、平均余命は若干しか低下しない点において特徴付けられる（例えば、肢帯、顔面肩甲上腕型筋および筋緊張型筋ジストロフィー）。ＮＭＤにおける呼吸不全症状を以下に挙げる：全身衰弱の増加、嚥下障害、労作および安静時の呼吸困難、疲労、眠気、起床時の頭痛、および集中および気分の変化の困難。

胸壁障害は、胸郭変形の１つのグループであり、呼吸筋肉と胸郭との間の連結の無効性の原因となる。これらの障害は、拘束性障害によって主に特徴付けられ、長期の炭酸過剰性呼吸不全の可能性を共有する。脊柱側弯症および／または脊柱後側弯症は、重篤な呼吸不全を発症することがある。呼吸不全の症状を以下に挙げる：労作時の呼吸困難、末梢浮腫、起座呼吸、反復性胸部感染症、起床時の頭痛、疲労、睡眠の質の低下、および食欲不振。

・呼吸治療
「流れ」治療として知られている呼吸治療において、患者の気道へのインターフェースが「開放」（シール解除）されており、呼吸治療は、調整空気または高濃度空気の流れによって、患者自身の自発呼吸の補助として用いられ得る。一例において、高流量治療（ＨＦＴ）とは、加熱され、加湿された連続的な空気流を、シールされていないかまたは開放された患者インターフェースを通じて、呼吸サイクル全体にかけてほぼ一定に保持される「治療流量」で気道への入口へ提供することである。治療流量は、患者のピーク吸気流量を超えるようにノミナル設定されている。

別の形態の流れ治療として、長期酸素治療（ＬＴＯＴ）または酸素補充治療がある。医師は、指定酸素純度（周囲空気中の酸素分率が２１％～１００％）の酸素富化空気の連続流を指定流量（例えば、１リットル／分（ＬＰＭ）、２ＬＰＭ、３ＬＰＭ）で患者気道へ送達させる旨を処方し得る。

・呼吸治療システム
これら呼吸流れ治療は、呼吸治療システムまたはデバイスによって提供され得る。本明細書中に記載のような呼吸治療システムは、酸素源、空気回路および患者インターフェースを含み得る。

空気回路
空気回路は、使用時において調整空気または高濃度空気流が呼吸治療システムの２つの構成要素（例えば、酸素源および患者インターフェース）間を移動するように、構築され配置された導管または管である。

患者インターフェース
患者インターフェースは、例えば気道入口への空気流を提供することにより呼吸装具へのインターフェースを着用者へ提供するために、用いられ得る。空気流は、鼻および／または口へのマスク、口への管、または患者気管への気管切開管を介して提供され得る。鼻ＨＦＴまたはＬＴＯＴなどの流れ治療の場合、患者インターフェースは、鼻孔への送気を行い（かつ完全なシールを明確に回避する）ように、構成される。このような患者インターフェースの一例として、鼻カニューレがある。

酸素源
この分野の専門家は、呼吸不全患者の運動が、疾患進行を遅らせ、生活の質を高め、患者の寿命を延ばす長期的恩恵が得られると認識してきた。しかし、トレッドミルおよび定置式自転車などの定置型の運動は、これらの患者にとって激し過ぎる。そのため、移動性の必要性が、長く認識されている。最近まで、この移動性は、ドリーホイールを備えたカート上に取り付けられた小型圧縮酸素タンクまたはシリンダーの使用によって促進されている。これらのタンクの不利点として、酸素容量が限られており、取り付け時の重量も、約５０ポンドと高重量である。

酸素濃縮器は、呼吸治療用の酸素供給のために、約５０年間使用されている。酸素濃縮器は、プロセス（例えば、真空スイング吸着（ＶＳＡ）、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）または真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ））を実行し得る。例えば、酸素濃縮器（例えば、ＰＯＣ）は、スイング吸着プロセス（例えば、真空スイング吸着、圧力スイング吸着または真空圧力スイング吸着（本明細書中、これらをそれぞれ、「スイング吸着プロセス」と呼ぶ））において、減圧（例えば、真空動作）および／または加圧（例えば、コンプレッサ動作）に基づいて機能し得る。圧力スイング吸着においては、１つ以上のコンプレッサの使用により、ガス分離用吸着剤の粒子を含む１つ以上のキャニスタの内側のガス圧力が上昇され得る。このようなキャニスタが大規模なガス分離用吸着剤（例えば、ガス分離用吸着剤の層）を含む場合、シーブベッドとして機能し得る。圧力増加と共に、ガス中の特定の分子が、ガス分離吸着剤上に吸着され得る。加圧条件下においてキャニスタ中のガスの一部が除去されると、吸着されなかった分子が吸着された分子から分離される。その後、吸着された分子は、シーブベッドの通気によって脱離され得る。酸素濃縮器についてのさらなる詳細について、例えば米国公開特許出願第２００９－００６５００７号（公開日：２００９年３月１２日、タイトル「Ｏｘｙｇｅｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」）に記載がある。本明細書中、同文献を参考のため援用する。

周囲空気は、およそ７８％の窒素および２１％の酸素を一般的に含み、その残余の内訳は、アルゴン、二酸化炭素、水蒸気および他の微量ガスである。酸素よりも窒素をより吸着するガス分離吸着剤を含むキャニスタ内を例えば空気などのガス混合物を圧力下において通過させると、窒素の一部または全体はキャニスタ中に残留し、キャニスタから流出したガスは、酸素を豊富に含むようになる。シーブベッドが窒素吸着能力の終端に達した場合、吸着された窒素は、通気によって脱離され得る。その後、シーブベッドにおいて、別の酸素富化空気生成サイクルの準備が整う。２キャニスタシステム中のキャニスタの加圧サイクルを交互に行うことにより、一方のキャニスタにより酸素の分離が行われ得る間、他方のキャニスタが通気され、その結果、空気からの酸素分離がほぼ連続的に行われる。このようにして、ユーザへの補充酸素の提供などの多様な用途のために、酸素富化空気が、例えば保存コンテナあるいは（キャニスタへ連結された）他の加圧可能なベッセルまたは導管中に蓄積され得る。

真空スイング吸着（ＶＳＡ）により、代替のガス分離技術が得られる。ＶＳＡの場合、典型的には真空（例えば、シーブベッド内に真空を発生させるように構成されたコンプレッサ）を用いたシーブベッドの分離プロセスを通じてガス引き込みを行う。真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）は、真空および加圧技術の組み合わせを用いたハイブリッドシステムとして理解され得る。例えば、ＶＰＳＡシステムは、分離プロセスのためにシーブベッドを加圧し得、シーブベッドの減圧のために真空も付加し得る。

従来の酸素濃縮器の場合、嵩高かつ高重量であるため、酸素濃縮器を装着しながら通常の歩行活動を行うことは、困難かつ非実際的である。最近、大型の定置型酸素濃縮器の製造会社は、ポータブル酸素濃縮器（ＰＯＣ）の開発を開始している。ＰＯＣの利点として、酸素供給を理論的に無限に生成することが可能であり、使用時において患者（ユーザ）にとって移動性が得られる点がある。これらのデバイスを移動性のために小型にするために、酸素富化空気生成に必要な多様なシステムが高密度化されている。重量、サイズおよび消費電力を最小限にするためには、ＰＯＣは、生成された酸素の使用をできるたけ効率化する必要が有る。いくつかの実施形態において、これは、酸素を一連のパルスとして送達させることによって達成され得、各パルスまたは「ボーラス」は、吸息開始と同時発生するようにタイミングがとられる。この治療モードは、パルス型酸素送達（ＰＯＤ）モードまたはデマンドモードとして公知である。

連続流モードの長期酸素治療の場合、臨床的理由のために有利である（例えば、患者が治療を受けているという確信が持てる点、不安の軽減）。しかし、連続流モードの場合、電池寿命が枯渇するため、定置型デバイスにより適している。そのため、連続流モードの恩恵を見習いつつ合理的な電池寿命を有することが可能なポータブル酸素濃縮器が、必要とされている。

本技術の例によれば、ポータブル酸素濃縮器などの酸素濃縮器の動作制御の方法および装置が提供され得る。詳細には、本技術によれば、本明細書中においてハイブリッドモードと呼ばれる送達モードにおいて（受容可能な電池寿命を維持しつつ）長期酸素治療を送達させるように構成されたポータブル酸素濃縮器のための方法および装置が提供される。ハイブリッドモード治療は、呼吸同期型治療であり、患者への非ゼロのボーラス間ガス流れと、ＰＯＤモードのように吸息と同期して送達されるボーラスとが存在する。ハイブリッドモード治療の送達は、バイレベルの純度の種、バイレベルの流量の種またはこれら２つの種の中間の種に従って行われ得る。

ハイブリッドモード治療の全ての種の場合、ユーザ吸息開始を検出する従来の方法において問題がある。よって、本技術の例は、ハイブリッドモード治療の多様なサブモードにおける吸息開始の高精度検出を可能にするセンサ構成も含み得る。

本技術のいくつかの実施形態は、治療ガスを患者吸息のために送達導管へ提供する酸素濃縮器を含み得る。酸素濃縮器は、加圧空気ストリームを生成するように構成されたコンプレッサを含み得る。酸素濃縮器は、１つ以上のシーブベッドを含み得る。１つ以上のシーブベッドは、加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着するように構成された吸着材料を含み得、これにより、加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される。酸素濃縮器は、弁セットを含み得る。弁セットは、コンプレッサを１つ以上のシーブベッドへ選択的に空気圧的に連結させて、加圧空気ストリームを１つ以上のシーブベッドへ選択的に搬送させるように構成され得る。弁セットは、１つ以上のシーブベッドの排気出口から排気ガスを雰囲気へ選択的に通気させるように構成され得る。酸素濃縮器は、１つ以上のシーブベッドの生成物出口から生成された酸素富化空気を受容するように１つ以上のシーブベッドへ空気圧的に連結されたアキュムレータを含み得る。酸素濃縮器は、酸素富化空気をアキュムレータから一次流路を介して送達導管へ選択的に放出させるように構成された供給弁を含み得る。酸素濃縮器は、排気ガスのうち一部を排気出口から送達導管へ送るように構成された二次流路を含み得る。酸素濃縮器は、弁セットおよび供給弁へ動作可能に連結されたコントローラを含み得る。コントローラは、弁セットを周期的パターンで選択的に作動させて、酸素富化空気をアキュムレータによる受容対象として生成し、１つ以上のシーブベッドから排気ガスを通気させるように構成され得る。コントローラは、供給弁を選択的に作動させて、患者の吸息と同期して酸素富化空気をアキュムレータから送達導管へ放出させるように構成され得る。治療ガスは、放出された酸素富化空気と、排気ガスの一部とを含み得る。

いくつかの実施形態において、治療ガスは、治療ガスが少なくとも患者吸気時および患者呼気時において送達導管へ流動するハイブリッドモードにおいて、送達導管へ提供され得る。ハイブリッドモードにおいて、治療ガスの特性が変化し得る。特性変化は、酸素純度であり得る。酸素純度の変化は、少なくとも患者吸気の一部の間の第１の酸素純度と、患者吸気の一部の後の第２の酸素純度とを含み得る。第１の酸素純度は、約５０パーセント～約９９パーセントの範囲の純度であり得る。第２の酸素純度は、約４パーセント～３５パーセントの範囲の純度であり得る。一次流路は、第１の酸素純度を有する治療ガスを提供するように構成され得る。二次流路は、第２の酸素純度を有する治療ガスを提供するように構成され得る。二次流路は、排気ガスの一部を送達導管へ選択的に放出させるように構成された二次弁を含み得る。コントローラは、二次弁を供給弁の作動と非同期で選択的に作動させて排気ガスの一部を送達導管へ放出させるように構成され得る。供給弁および二次弁は、酸素富化空気または排気ガスの一部を送達導管へ放出させるように構成された三方弁として実行され得る。

いくつかの実施形態において、酸素濃縮器は、感知ポートと基準ポートとの間の圧力差を示す信号を生成するように構成された圧力センサであって、感知ポートは、送達導管へ接続され、基準ポートは、供給弁の下流にあり得る酸素濃縮器の流路へ連結される、圧力センサをさらに含み得る。コントローラは、吸息開始を生成された圧力差信号から検出することと、検出された吸息開始に基づいて供給弁を作動させることとを行うようにさらに構成され得る。コントローラは、生成された圧力差信号の低下の検出により吸息開始を検出するように構成され得る。圧力センサの基準ポートは、流れ制限器を介して供給弁の下流側へ接続され得る。コントローラは、酸素濃縮器のインターフェースの制御をユーザが起動させるのに応答して、二次弁を供給弁の作動と非同期で作動させるように構成され得る。

いくつかの実施形態において、酸素濃縮器は、二次流路内に設けられかつ二次弁と整列された流れ制限器をさらに含み得る。流れ制限器は、送達導管へ放出されるときの排気ガスの流量が送達導管へ放出されるときの酸素富化空気の流量とほぼ等しくなり得るように構成され得る。酸素濃縮器は、アキュムレータから酸素富化空気を流れ制限器を介して送達導管へ選択的に放出させるように構成されたさらなる二次弁を含み得る。コントローラは、さらなる二次弁を供給弁の作動と非同期で選択的に作動させて酸素富化空気を送達導管へ放出させるようにさらに構成され得る。ハイブリッドモードにおいて、治療ガスのさらなる特性が変化し得る。さらなる特性の変化は、治療ガスの流量であり得る。

本技術のいくつかの実施形態において、治療ガスを提供する装置が設けられ得る。この装置は、加圧空気ストリームを生成する手段を含み得る（例えば、本明細書中により詳細に記載のようなモータ動作式のコンプレッサ）。本装置は、加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着し、これにより、加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される手段（例えば、本明細書中により詳細に述べるような１つ以上のシーブベッド）を含み得る。本装置は、優先的に吸着する手段を（ａ）加圧空気ストリームを優先的に吸着する手段へ選択的に搬送させるための生成手段、および（ｂ）選択的に優先的に吸着する手段から排気ガスを雰囲気へ通気させるための、雰囲気への排気出口と周期的パターンで選択的に空気圧的に連結させる手段であって、これにより、酸素富化空気が優先的に吸着する手段内に生成される、手段（例えば、コントローラおよび本明細書中により詳細に述べるような弁セット）を含み得る。本装置は、優先的に吸着する手段の生成物出口から生成された酸素富化空気を蓄積させる手段（例えば、本明細書中により詳細に述べるようなアキュムレータ）を含み得る。患者の吸息と同期して酸素富化空気を患者のために蓄積手段から送達導管へ選択的に放出させる手段（例えば、供給弁および本明細書中により詳細に述べるようなコントローラ）を含み得る。本装置は、排気ガスのうち一部を送達導管へ送る手段（例えば、本明細書中により詳細に述べるような二次流路）を含み得る。治療ガスは、蓄積手段および排気ガスの一部からの放出された酸素富化空気を含み得る。

本技術のいくつかの実施形態は、患者のために治療ガスを生成する酸素濃縮器を含み得る。酸素濃縮器は、加圧空気ストリームを生成するように構成されたコンプレッサを含み得る。酸素濃縮器は、１つ以上のシーブベッドを含み得る。１つ以上のシーブベッドは、加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着するように構成された吸着材料を含み得、これにより、加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される。酸素濃縮器は、コンプレッサを１つ以上のシーブベッドへ選択的に空気圧的に連結させて、加圧空気ストリームを１つ以上のシーブベッドへ選択的に搬送させるように構成された弁セットを含み得る。酸素濃縮器は、１つ以上のシーブベッドによって生成された酸素富化空気を受容するように１つ以上のシーブベッドへ空気圧的に連結されたアキュムレータを含み得る。酸素濃縮器は、アキュムレータからの酸素富化空気を患者のために一次経路を介して送達導管へ選択的に放出させるように構成された供給弁を含み得る。酸素濃縮器は、アキュムレータからの酸素富化空気を患者のために二次経路を介して送達導管へ選択的に放出させるように構成された二次弁を含み得る。酸素濃縮器は、弁、供給弁および二次弁へ動作可能に連結されたコントローラを含み得る。コントローラは、弁セットを周期的パターンで選択的に作動させて、酸素富化空気をアキュムレータ内に生成するように構成され得る。コントローラは、供給弁を選択的に作動させて、患者の吸息と同期して酸素富化空気を送達導管へ放出させるように構成され得る。コントローラは、二次弁を供給弁の作動と非同期で選択的に作動させて酸素富化空気を送達導管へ放出させるように構成され得る。

いくつかの実施形態において、治療ガスは、治療ガスが少なくとも患者吸気時および患者呼気時において送達導管へ流動するハイブリッドモードにおいて、送達導管へ提供され得、ハイブリッドモードにおいて、治療ガスの特性が変化する。特性変化は、治療ガスの流量であり得る。一次経路の流れ特性は、二次経路の流れ特性と異なり得る。酸素濃縮器は、二次経路内に設けられかつ二次弁と整列された流れ制限器をさらに含み得る。流れ制限器は、二次弁を介して送達導管へ放出されるときの酸素富化空気の流量が供給弁を介して送達導管へ放出されるときの酸素富化空気の流量を実質的に下回り得るように構成され得る。供給弁および二次弁は、酸素富化空気を送達導管へ放出させるように構成された三方弁として実行され得る。

いくつかの実施形態において、酸素濃縮器は、感知ポートと基準ポートとの間の圧力差を示す信号を生成するように構成された圧力センサをさらに含み得る。感知ポートは、送達導管へ接続され得、基準ポートは、供給弁の下流にあり得る酸素濃縮器の流路へ連結され得る。コントローラは、吸息開始を生成された圧力差信号から検出することと、検出された吸息開始に基づいて供給弁を作動させることとを行うようにさらに構成され得る。コントローラは、生成された圧力差信号の低下の検出により吸息開始を検出するように構成され得る。圧力センサの基準ポートは、流れ制限器を介して供給弁の下流側へ接続され得る。コントローラは、酸素濃縮器のインターフェースの制御をユーザが起動させるのに応答して、二次弁を供給弁の作動と非同期で作動させるように構成され得る。酸素濃縮器は、排気ガスの一部を１つ以上のシーブベッドから送達導管へ選択的に放出させるように構成されたさらなる二次弁をさらに含み得、コントローラは、さらなる二次弁を供給弁の作動と非同期で選択的に作動させて排気ガスの一部を送達導管へ放出させるようにさらに構成され得る。ハイブリッドモードにおいて、治療ガスのさらなる特性が変化し得る。さらなる特性の変化は、治療ガスの酸素純度であり得る。

本技術のいくつかの実施形態は、装置を含み得る。装置は、加圧空気ストリームを生成する手段を含み得る。装置は、加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着し、これにより、加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される手段を含み得る。装置は、優先的に吸着する手段と生成手段とを周期的パターンで選択的に空気圧的に連結させて、加圧空気ストリームが優先的に吸着する手段へ選択的に搬送される手段であって、これにより、酸素富化空気が優先的に吸収する手段内に生成される、手段を含み得る。装置は、優先的に吸着する手段によって生成された酸素富化空気を蓄積させる手段を含み得る。装置は、蓄積手段からの酸素富化空気を患者のために患者の吸息と同期して送達導管へ選択的に放出させる一次手段を含み得る。装置は、蓄積手段からの酸素富化空気を患者のために選択的に放出させる一次手段の作動と非同期で送達導管へ選択的に放出させる二次手段を含み得る。

本技術のいくつかの実施形態は、酸素濃縮器を含み得る。酸素濃縮器は、加圧空気ストリームを生成するように構成されたコンプレッサを含み得る。装置は、１つ以上のシーブベッドを含み得る。１つ以上のシーブベッドは、加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着するように構成された吸着材料を含み得、これにより、加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される。装置は、コンプレッサを１つ以上のシーブベッドへ選択的に空気圧的に連結させて、加圧空気ストリームを１つ以上のシーブベッドへ選択的に搬送させるように構成された弁セットを含み得る。装置は、１つ以上のシーブベッドによって生成された酸素富化空気を受容するように１つ以上のシーブベッドへ空気圧的に連結されたアキュムレータを含み得る。装置は、アキュムレータからの酸素富化空気を患者のために送達導管へ選択的に放出させるように構成された供給弁を含み得る。装置は、ガス流れを患者のために送達導管へ搬送させるように構成された二次経路を含み得る。装置は、感知ポートと基準ポートとの間の圧力差を示す信号を生成するように構成された圧力センサを含み得る。感知ポートは、送達導管へ接続され得る。基準ポートは、供給弁の下流にあり得る酸素濃縮器の流路へ連結され得る。装置は、弁セットおよび供給弁へ動作可能に連結されたコントローラを含み得る。コントローラは、弁セットを周期的パターンで選択的に作動させて、酸素富化空気をアキュムレータのために生成するように構成され得る。コントローラは、生成された圧力差信号から患者の吸息開始を検出するように構成され得る。コントローラは、供給弁を選択的に作動させて、患者の吸息と同期して酸素富化空気を送達導管へ放出させるように構成され得る。

いくつかの実施形態において、コントローラは、検出された吸息開始に基づいて供給弁を作動させるようにさらに構成され得る。コントローラは、生成された圧力差信号の低下の検出により吸息開始を検出するように構成され得る。圧力センサの基準ポートは、流れ制限器を介して供給弁の下流側へ接続され得る。二次経路は、１つ以上のシーブベッドから排気ガスを送達導管へ選択的に放出させるように構成された二次弁を含み得る。二次経路は、アキュムレータから酸素富化空気を流れ制限器を介して送達導管へ選択的に放出させるように構成されたさらなる二次弁をさらに含み得る。二次経路は、アキュムレータから酸素富化空気を流れ制限器を介して送達導管へ選択的に放出させるように構成された二次弁を含み得る。

本技術のいくつかの実施形態は、装置を含み得る。装置は、加圧空気ストリームを生成する手段を含み得る。装置は、加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着し、これにより、加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される手段を含み得る。装置は、優先的に吸着する手段と生成手段とを周期的パターンで選択的に空気圧的に連結させて、加圧空気ストリームが優先的に吸着する手段へ選択的に搬送される手段であって、これにより、酸素富化空気が優先的に吸収する手段内に生成される、手段を含み得る。装置は、優先的に吸着する手段によって生成された酸素富化空気を蓄積させる手段を含み得る。装置は、酸素富化空気を患者のために蓄積手段から送達導管へ選択的に放出させる手段を含み得る。装置は、ガス流れを患者のために送達導管へ搬送させる二次手段を含み得る。装置は、感知ポートと基準ポートとの間の圧力差を示す信号を生成する手段を含み得る。感知ポートは、送達導管へ接続され得る。装置は、生成された圧力差信号から患者の吸息開始を検出し、酸素富化空気を選択的に放出させる手段を選択的に作動させて、患者の吸息と同期して酸素富化空気を送達導管へ放出させる手段を含み得る。

別の一般的態様において、酸素濃縮器が含まれる。酸素濃縮器は、加圧空気ストリームを生成するように構成されたコンプレッサを含む。酸素濃縮器は、少なくとも１つのシーブベッドも含み、シーブベッドまたは各シーブベッドは、加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着するように構成された吸着材料を含むことにより、加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される。酸素濃縮器は、コンプレッサをシーブベッドまたは各シーブベッドへ選択的に空気圧的に連結させることにより、加圧空気ストリームをシーブベッドへ選択的に搬送することと、シーブベッドまたは各シーブベッドから排気ガスを選択的に通気させることとを行うように構成された弁も含む。酸素濃縮器は、シーブベッドまたは各シーブベッドから生成された酸素富化空気を受容するようにシーブベッドまたは各シーブベッドへ空気圧的に連結されたアキュムレータも含む。酸素濃縮器は、アキュムレータからの酸素富化空気を送達導管を介して患者へ選択的に放出させるように構成された供給弁も含む。酸素濃縮器は、排気ガスのうち一部を送達導管へ選択的に放出させるように構成された二次弁も含む。酸素濃縮器は、弁、供給弁および二次弁へ動作可能に連結されたコントローラも含む。コントローラは、以下を行うように構成される：弁を周期的パターンで選択的に作動させて、酸素富化空気をアキュムレータ内に生成すること、供給弁を選択的に作動させて、患者の吸息と同期して酸素富化空気を送達導管へ放出させること、および、二次弁を供給弁の作動と非同期で選択的に作動させて排気ガスの一部を送達導管へ放出させること。

１つの一般的態様は、装置を含む。装置は、加圧空気ストリームを生成する手段も含む。装置は、加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着し、これにより、加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される手段も含む。装置は、生成手段を優先的に吸着する手段へ選択的に空気圧的に連結させることで、加圧空気ストリームを、選択的に優先的に吸着する手段へ搬送させる手段も含む。装置は、優先的に吸着する手段から排気ガスを選択的に通気させる手段も含む。装置は、優先的に吸着する手段によって生成された酸素富化空気を受容する手段も含む。装置は、受容する手段からの酸素富化空気を送達導管を介して患者へ選択的に放出させる手段も含む。装置は、排気ガスのうち一部を送達導管へ選択的に放出させる手段も含む。装置は、周期的パターンで選択的に空気圧的に連結する手段を選択的に作動させて、酸素富化空気が受容する手段内に生成される手段も含む。装置は、酸素富化空気を選択的に放出させる手段を選択的に作動させて、患者の吸息と同期して酸素富化空気を送達導管へ放出させる手段も含む。装置は、排気ガスを選択的に放出させる手段を酸素富化空気を選択的に放出させる手段の作動と非同期で選択的に作動させて、排気ガスの一部を送達導管へ放出させる手段も含む。

１つの一般的態様は、酸素濃縮器を含む。酸素濃縮器は、加圧空気ストリームを生成するように構成されたコンプレッサも含む。酸素濃縮器は、少なくとも１つのシーブベッドも含み、シーブベッドまたは各シーブベッドは、加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着するように構成された吸着材料を含むことにより、加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される。酸素濃縮器は、コンプレッサをシーブベッドまたは各シーブベッドへ選択的に空気圧的に連結させることにより、加圧空気ストリームをシーブベッドへ選択的に搬送させるように構成された弁も含む。酸素濃縮器は、シーブベッドまたは各シーブベッドから生成された酸素富化空気を受容するようにシーブベッドまたは各シーブベッドへ空気圧的に連結されたアキュムレータも含む。酸素濃縮器は、アキュムレータからの酸素富化空気を送達導管を介して患者へ選択的に放出させるように構成された供給弁も含む。酸素濃縮器は、アキュムレータからの酸素富化空気を送達導管を介して患者へ選択的に放出させるように構成された二次弁も含む。酸素濃縮器は、弁、供給弁および二次弁へ動作可能に連結されたコントローラも含む。コントローラは、以下を行うように構成される：弁を周期的パターンで選択的に作動させて、酸素富化空気をアキュムレータ内に生成すること、供給弁を選択的に作動させて、患者の吸息と同期して酸素富化空気を送達導管へ放出させること、および、二次弁を供給弁の作動と非同期で選択的に作動させて酸素富化空気を送達導管へ放出させること。

１つの一般的態様は、装置を含む。装置は、加圧空気ストリームを生成する手段も含む。装置は、加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着し、これにより、加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される手段も含む。装置は、生成手段を優先的に吸着する手段へ選択的に空気圧的に連結させることで、加圧空気ストリームを、選択的に優先的に吸着する手段へ搬送させる手段も含む。装置は、優先的に吸着する手段によって生成された酸素富化空気を受容する手段も含む。装置は、受容する手段からの酸素富化空気を送達導管を介して患者へ選択的に放出させる手段も含む。装置は、受容する手段からの酸素富化空気を送達導管を介して患者へ選択的に放出させる二次手段も含む。装置は、周期的パターンで選択的に空気圧的に連結する手段を選択的に作動させて、酸素富化空気が受容する手段内に生成される手段も含む。装置は、酸素富化空気を選択的に放出させる手段を選択的に作動させて、患者の吸息と同期して酸素富化空気を送達導管へ放出させる手段も含む。装置は、酸素富化空気を選択的に放出させる手段を酸素富化空気を選択的に放出させる手段の作動と非同期で選択的に作動させて、酸素富化空気を送達導管へ放出させる二次手段も含む。

１つの一般的態様は、酸素濃縮器を含む。酸素濃縮器は、加圧空気ストリームを生成するように構成されたコンプレッサも含む。酸素濃縮器は、少なくとも１つのシーブベッドも含み、シーブベッドまたは各シーブベッドは、加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着するように構成された吸着材料を含むことにより、加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される。酸素濃縮器は、コンプレッサをシーブベッドまたは各シーブベッドへ選択的に空気圧的に連結させることにより、加圧空気ストリームをシーブベッドへ選択的に搬送させるように構成された弁も含む。酸素濃縮器は、シーブベッドまたは各シーブベッドから生成された酸素富化空気を受容するようにシーブベッドまたは各シーブベッドへ空気圧的に連結されたアキュムレータも含む。酸素濃縮器は、アキュムレータからの酸素富化空気を送達導管を介して患者へ選択的に放出させるように構成された供給弁も含む。酸素濃縮器は、ガス流れを送達導管を介して患者へ搬送させるように構成された二次経路も含む。酸素濃縮器は、感知ポートと基準ポートとの間の圧力差を示す信号を生成するように構成された圧力センサも含み、感知ポートは、送達導管へ接続される。酸素濃縮器は、弁および供給弁へ動作可能に連結されたコントローラも含む。コントローラは、以下を行うように構成される：弁を周期的パターンで選択的に作動させて、酸素富化空気をアキュムレータ内に生成すること、生成された圧力差信号から患者の吸息開始を検出すること、および、供給弁を選択的に作動させて、患者の吸息と同期して酸素富化空気を送達導管へ放出させること。

１つの一般的態様は、装置を含む。装置は、加圧空気ストリームを生成する手段も含む。装置は、加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着し、これにより、加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される手段も含む。装置は、生成手段を優先的に吸着する手段へ選択的に空気圧的に連結させることで、加圧空気ストリームを、選択的に優先的に吸着する手段へ搬送させる手段も含む。装置は、優先的に吸着する手段によって生成された酸素富化空気を受容する手段も含む。装置は、受容する手段からの酸素富化空気を送達導管を介して患者へ選択的に放出させる手段も含む。装置は、ガス流れを送達導管を介して患者へ搬送させる手段も含む。装置は、感知ポートと基準ポートとの間の圧力差を示す信号を生成する手段も含み、感知ポートは、送達導管へ接続される。装置は、周期的パターンで選択的に空気圧的に連結する手段を選択的に作動させて、酸素富化空気が受容する手段内に生成される手段も含む。装置は、生成された圧力差信号から患者の吸息開始を検出する手段も含む。装置は、酸素富化空気を選択的に放出させる手段を選択的に作動させて、患者の吸息と同期して酸素富化空気を送達導管へ放出させる手段も含む。

もちろん、上記態様の一部は、本技術の下位態様を形成し得る。また、下位態様および／または態様のうち多様な１つを多様に組み合わせることができ、本技術のさらなる態様または下位態様も構成し得る。

本技術の他の特徴は、以下の詳細な説明、要約、図面および特許請求の範囲中に含まれる情報に鑑みれば明らかになる。

本技術の利点は、当業者にとって、以下の実施形態の詳細な説明の恩恵および添付図面の参照により明らかになり、添付図面において、同様の参照番号は、同様の構成要素を示す。
本技術の一形態による酸素濃縮器を示す。 図１Ａの酸素濃縮器の構成要素の模式図である。 図１Ａの酸素濃縮器の主要構成要素の側面図である。 図１Ａの酸素濃縮器の圧縮システムの斜視側面図である。 熱交換導管を含む圧縮システムの側面図である。 図１Ａの酸素濃縮器の例示的出口構成要素の模式図である。 図１Ａの酸素濃縮器の出口導管を示す。 図１Ａの酸素濃縮器の代替の出口導管を示す。 図１Ａの酸素濃縮器の分解されたキャニスタシステムの斜視図である。 図１Ｉのキャニスタシステムの端面図である。 図１Ｊに示すキャニスタシステム端部の組立図である。 図１Ｊおよび図８Ｋに示すものに対する図１Ｉのキャニスタシステム対向端の図である。 図１Ｌに示すキャニスタシステム端部の組立図である。 図１Ａの酸素濃縮器の例示的なコントロールパネルを示す。 図１Ａの酸素濃縮器を含む接続されたＰＯＣ治療システムを示す。 本技術の一態様によるハイブリッド送達モードのバイレベルの純度の実施形態を示すグラフを含む。 本技術の１つの実施形態による、図１Ｆの出口システムの変更の模式図である。 本技術の一態様によるハイブリッド送達モードのバイレベルの流量の実施形態を示すグラフを含む。 本技術の１つの実施形態による図１Ｆの出口システムの変更の模式図である。 酸素濃縮器による酸素富化空気の多様な送達モードを示すグラフを含む。 本技術の図３および図５の出口システムの組み合わせの１つの実施形態による、図１Ｆの出口システムの変更の模式図である。

本開示の例示的実施形態について、図面を参照しつつ詳述する。図中、類似の参照符号は、類似のまたは同一の要素を指す。開示の実施形態は、本開示の例に過ぎず、これらの例は多様な形態で具現化され得ることが理解されるべきである。周知の機能または構造については、本開示を不要な詳細によって曖昧にしないようにするため、詳述を控える。よって、本明細書中の開示の特定の構造および機能についての詳細は、限定的なものとして解釈されるべきではなく、ひとえに特許請求の範囲の根幹を成すものとしてかつ当業者が本開示の実質的に任意の適切に詳述された構造を多様に用いるための当業者への教示の代表的基礎として解釈されるべきである。

図１Ａ～図８Ｎは、酸素濃縮器１００の実施形態を示す。本明細書中に記載のように、酸素濃縮器１００は、酸素富化空気を生成するための圧力スイング吸着（ＰＳＡ）プロセスを用いる。しかし、他の実施形態において、酸素濃縮器１００は、酸素富化空気の生成のために真空スイング吸着（ＶＳＡ）プロセスまたは真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）プロセスを用いるように変更され得る。

・外側ハウジング
図１Ａは、酸素濃縮器１００の外側ハウジング１７０の実施形態を示す。いくつかの実施形態において、外側ハウジング１７０は、軽量プラスチックを含み得る。外側ハウジング１７０は、圧縮システム入口１０５と、冷却システム受動的入口１０１と、外側ハウジング１７０の各端部における出口１７３と、出口ポート１７４と、コントロールパネル６００とを含む。入口１０１および出口１７３により、冷却空気がハウジングに進入し、ハウジングを通過し、ハウジング１７０内から流出して、酸素濃縮器１００の冷却を促進することができる。圧縮システム入口１０５により、圧縮システム内への空気進入が可能になる。出口ポート１７４は、酸素濃縮器１００によって生成された酸素富化空気をユーザへ提供するための導管を取り付けるために用いられる。

・構成要素
図１Ｂは、一実施形態による酸素濃縮器１００の構成要素の概略図である。酸素濃縮器１００は、空気ストリーム中の酸素を濃縮することにより、酸素富化空気をユーザへ提供し得る。

酸素濃縮器１００は、ポータブル酸素濃縮器であり得る。例えば、酸素濃縮器１００の重量およびサイズは、使用中に酸素濃縮器を手で持ち運びできかつ／またはキャリーケースに入れて持ち運びできるような重量およびサイズになり得る。本明細書中にさらに延べるように、このようなデバイスの動作は、典型的には再充電可能な１つ以上の電池（例えば、リチウムイオン電池）を用いて酸素濃縮器への給電を行う内蔵電源と共に行われることが多い。一実施形態において、酸素濃縮器１００の重量は、約２０ポンド未満、約１５ポンド未満、約１０ポンド未満または約５ポンド未満である。実施形態において、酸素濃縮器１００の容積は、約１０００立方インチ未満、約７５０立方インチ未満、約５００立方インチ未満、約２５０立方インチ未満、または約２００立方インチ未満である。

酸素富化空気の生成は、キャニスタ３０２および３０４中の周囲空気の加圧によって行われ得る。キャニスタ３０２および３０４は、ガス分離用吸着剤を含むため、シーブベッドと呼ばれる。酸素濃縮器中において有用に用いられるガス分離吸着剤は、少なくとも窒素を空気ストリームから分離して、酸素富化空気を生成することができる。ガス分離吸着剤の例を挙げると、空気ストリームからの窒素分離が可能な分子篩がある。酸素濃縮器内において用いられ得る吸着剤の例を非限定的に挙げると、高圧下における空気ストリームからの窒素分離を行うゼオライト（天然）または合成結晶質アルミノ珪酸塩がある。利用可能な合成結晶質アルミノ珪酸塩の例を非限定的に以下に挙げる：ＯＸＹＳＩＶ吸着剤（入手元：ＵＯＰＬＬＣ、デスプレーンズ、ＩＷ）；ＳＹＬＯＢＥＡＤ吸着剤（入手元：Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ＆Ｃｏ、コロンビア、ＭＤ）；ＳＩＬＩＰＯＲＩＴＥ吸着剤（入手元：ＣＥＣＡＳ．Ａ．、パリ、フランス）；ＺＥＯＣＨＥＭ吸着剤（入手元：ＺｅｏｃｈｅｍＡＧ、ウエーティコン、スイス）；およびＡｇＬｉＬＳＸ吸着剤（入手元：Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ｉｎｃ．、アレンタウン、ＰＡ）。

図１Ｂに示すように、空気は、空気入口１０５を通じて酸素濃縮器へ進入し得る。空気は、圧縮システム２００により空気入口１０５中へ引き込まれ得る。圧縮システム２００は、酸素濃縮器の周囲から空気を引き込み、この空気を圧縮し得、これにより、圧縮空気をキャニスタ３０２および３０４の一方または双方の内部へ押し込み得る。一実施形態において、入口マフラー１０８は、圧縮システム２００によって空気が酸素濃縮器中へ引き込まれる際に発生する音を低減するように、空気入口１０５へ連結され得る。実施形態において、入口マフラー１０８により、水分および音が低減され得る。例えば、吸水材（例えば、ポリマー吸水材またはゼオライト材料）は、入来空気からの水の吸着と、空気入口１０５中へ進入する空気音の低減とをどちらとも行うために用いられ得る。

圧縮システム２００は、空気を圧縮するように構成された１つ以上のコンプレッサを含み得る。圧縮システム２００によって生成された加圧空気は、キャニスタ３０２および３０４の一方または双方の内部へ押し込まれ得る。いくつかの実施形態において、周囲空気は、キャニスタ中においておよそ１３～２０ポンド／平方インチのゲージ圧（ｐｓｉｇ）の範囲において加圧され得る。キャニスタ内に配置されるガス分離吸着剤の種類に応じて、他の圧力を用いてもよい。

酸素濃縮器は典型的には、酸素富化空気の生成のために、酸素濃縮器のプロセスのための加圧空気を方向付けるために１つ以上の弁の弁セットを含み得る。例えば、各キャニスタ３０２／３０４には、入口弁１２２／１２４および出口弁１３２／１３４が連結される。図１Ｂに示すように、入口弁１２２はキャニスタ３０２へ連結され、入口弁１２４はキャニスタ３０４へ連結される。出口弁１３２はキャニスタ３０２へ連結され、出口弁１３４はキャニスタ３０４へ連結される。入口弁１２２／１２４は、圧縮システム２００から各キャニスタへの空気の通過の制御するために用いられる。出口弁１３２／１３４は、通気プロセス時において各キャニスタからのガスの放出のために用いられる。いくつかの実施形態において、入口弁１２２／１２４および出口弁１３２／１３４は、シリコンプランジャーソレノイド弁であり得る。しかし、他の種類の弁を用いてもよい。プランジャー弁の場合、静音性があり、かつずれが小さい点において、他の種類の弁よりも有利である。

いくつかの実施形態において、２段弁作動電圧が、入口弁１２２／１２４および出口弁１３２／１３４の制御のために生成され得る。例えば、入口弁を開放させるために、高電圧（例えば、２４Ｖ）が入口弁へ付加され得る。次に、電圧を（例えば７Ｖ）へ低下させると、入口弁の開放状態が維持される。弁開放状態を維持するための電圧が低いほど、使用電力も低くなり得る（電力＝電圧＊電流）。このように電圧が低下すると、発熱および消費電力が最小化され、電源１８０（以下に述べる）からのランタイムが延びる。弁への電力が断ち切られると、弁はバネ作用によって閉鎖する。いくつかの実施形態において、電圧は、必ずしも段階的応答ではない時間の関数として付加され得る（例えば、初期２４Ｖから最終７Ｖへの曲線状の電圧低下）。

一実施形態において、加圧空気は、キャニスタ３０２または３０４のうち１つの内部へ送られ、他方のキャニスタは通気される。例えば、使用時に、入口弁１２２は開放され、入口弁１２４は閉鎖される。圧縮システム２００からの加圧空気は、キャニスタ３０２中へ押し込まれる一方、キャニスタ３０４中への進入は入口弁１２４によって阻止される。一実施形態において、コントローラ４００は、弁１２２、１２４、１３２および１３４へ電気的に連結される。コントローラ４００は、メモリ４２０中に保存されたプログラム命令を実行することが可能なプロセッサ４１０を１つ以上含む。これらのプログラム命令は、本明細書中により詳細に記載の方法のような、酸素濃縮器の動作に用いられる多様な事前規定された方法をコントローラが行うように構成される。プログラム命令は、入口弁１２２および１２４を相互に逆位相で動作させる（すなわち、入口弁１２２または１２４のうち一方が開放されているとき、他方の弁が閉鎖している）ためのプログラム命令を含み得る。キャニスタ３０２の加圧時において、出口弁１３２は閉鎖され、出口弁１３４は開放される。入口弁と同様に、出口弁１３２および１３４は、相互に逆位相に動作される。いくつかの実施形態において、電圧、ならびに入力弁および出力弁の開放に用いられる電圧の持続時間は、コントローラ４００によって制御され得る。コントローラ４００に含まれ得るトランシーバ４３０は、外部デバイスと通信して、プロセッサ４１０によって収集されたデータを送信するかまたはプロセッサ４１０への命令を外部デバイスから受信し得る。

チェック弁１４２および１４４は、それぞれキャニスタ３０２および３０４へ連結される。チェック弁１４２および１４４は、キャニスタの加圧および通気時に発生する圧力差によって受動的に動作する一方向弁であってもよく、または活性弁であってもよい。チェック弁１４２および１４４は、キャニスタの加圧時に生成された酸素富化空気が各キャニスタから流動でき、かつ、酸素富化空気または他の任意のガスのキャニスタ中への逆流を阻止できるように、キャニスタへ連結される。このようにして、チェック弁１４２および１４４は、加圧時において各キャニスタからの酸素富化空気の流出を可能にする一方向弁として機能する。

本明細書中用いられるように、「チェック弁」という用語は、流体（ガスまたは液体）の一方向への流動を可能にしかつ流体の逆流を阻止する弁を指す。利用に適したチェック弁の例を以下に非限定的に挙げる：ボールチェック弁；ダイヤフラムチェック弁；バタフライチェック弁；スイングチェック弁；ダックビル弁；アンブレラ弁；およびリフトチェック弁。加圧下において、加圧された周囲空気中の窒素分子は、加圧されたキャニスタ中のガス分離吸着剤によって吸着される。圧力が増加すると、キャニスタ内のガスに含まれる酸素が多くなるまで、より多くの窒素が吸着される。吸着されなかったガス分子（主に酸素）は、圧力が、キャニスタへ連結されたチェック弁の抵抗を充分に越える値に到達すると、加圧されたキャニスタから流出する。一実施形態において、前方方向におけるチェック弁の圧力低下は、１ｐｓｉ未満である。逆方向における破壊圧力は、１００ｐｓｉを超える。しかし、１つ以上の構成要素の変更により、これらの弁の動作パラメータも変化することが理解されるべきである。前方流れ圧力が増加すると、酸素富化空気生成が一般的に低下する。逆流のための破壊圧力が低下した場合または低すぎる値に設定された場合、酸素富化空気圧力も概して低下する。

例示的実施形態において、キャニスタ３０２は、圧縮システム２００中において生成されてキャニスタ３０２中に送られた圧縮空気によって加圧される。キャニスタ３０２の加圧時において、入口弁１２２は開放され、出口弁１３２は閉鎖され、入口弁１２４は閉鎖され、出口弁１３４は開放される。出口弁１３２が閉鎖されると、出口弁１３４が開放され、これにより、キャニスタ３０２の加圧時において、キャニスタの排気出口を介するキャニスタのキャニスタ３０４の雰囲気への実質的な同時通気が可能になる。キャニスタ中の圧力がチェック弁１４２を開放させるのに充分になるまで、キャニスタ３０２が加圧される。キャニスタ３０２中に生成された酸素富化空気は、キャニスタの生成物出口から流出し、チェック弁を通過し、一実施形態においてアキュムレータ１０６中に収集される。

一定期間後、ガス分離吸着剤は窒素で飽和することになり、有意な量の窒素を入来空気から分離することができなくなる。この点は、所定の時間の酸素富化空気生成後に到達することが多い。上記した実施形態において、キャニスタ３０２中のガス分離吸着剤がこの飽和点に到達すると、圧縮空気の流入が停止され、キャニスタ３０２が通気されて、窒素が脱離される。通気時において、入口弁１２２は閉鎖され、出口弁１３２は開放される。キャニスタ３０２の通気時において、キャニスタ３０４への加圧により、酸素富化空気の生成を上記した方法と同じ方法で行う。キャニスタ３０４の加圧は、出口弁１３４の閉鎖および入口弁１２４の開放によって達成される。酸素富化空気は、チェック弁１４４を通じてキャニスタ３０４から流出する。

キャニスタ３０２の排気出口からの通気時において、出口弁１３２が開放されると、排気ガスを濃縮器出口１３０を通じてキャニスタから雰囲気へ流出させることが可能になる。一実施形態において、通気された排気ガスをマフラー１３３を通じて方向付けることにより、キャニスタからの加圧ガスの放出に起因して発生するノイズを低減することができる。ガスがキャニスタ３０２から放出されると、キャニスタ３０２中の圧力が低下するため、窒素がガス分離吸着剤から脱離される。通気された排気ガスは、出口１３０を通じて酸素濃縮器から流出して、その結果、キャニスタは、空気ストリームからの窒素の新たな分離が可能な状態にリセットされる。マフラー１３３は、酸素濃縮器から流出したガスの音を消音するための連続気泡発泡体（または別の材料）を含み得る。いくつかの実施形態において、空気入力および酸素富化空気出力のための消音構成要素／技術の組み合わせにより、５０デシベルを下回る音レベルにおいて酸素濃縮器を動作させることが可能になり得る。

キャニスタの通気時において、窒素のうち少なくとも大部分が有利に除去される。一実施形態において、キャニスタが再利用されて空気からの窒素を分離する前に、キャニスタ中の窒素のうち少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９８％または実質的に全てが除去される。いくつかの実施形態において、他方のキャニスタまたは保存された酸素富化空気からの酸素富化空気ストリームがキャニスタ内へ導入されることで、窒素除去が促進され得る。

例示的実施形態において、キャニスタ３０４から排気ガスが通気されると、酸素富化空気の一部がキャニスタ３０２からキャニスタ３０４へ移送され得る。キャニスタ３０４が通気されているときに、酸素富化空気がキャニスタ３０２からキャニスタ３０４へ移送されると、吸着剤に隣接する窒素の分圧の低下により、吸着剤からの窒素脱離が促進される。酸素富化空気の流れにより、脱離された窒素（および他のガス）のキャニスタからのパージも促進される。一実施形態において、酸素富化空気は、２つのキャニスタ間の流れ制限器１５１、１５３および１５５を通じて移動し得る。流れ制限器１５１は、トリクル流れ制限器であり得る。流れ制限器１５１は、例えば０．００９Ｄ流れ制限器であり得る（例えば、流れ制限器の半径０．００９”は、内部の管の直径未満である）。流れ制限器１５３および１５５は、０．０１３Ｄ流れ制限器であり得る。他の種類およびサイズの流れ制限器も企図され、キャニスタの連結に用いられる特定の構成および配管に応じて用いられ得る。いくつかの実施形態において、流れ制限器は、圧入型流れ制限器であり得、各管中の直径を狭くすることにより、空気流を制限する。いくつかの実施形態において、圧入型流れ制限器は、サファイア、金属またはプラスチック製であり得る（他の材料も企図される）。

キャニスタの間の酸素富化空気の流れは、弁１５２および弁１５４の利用によっても制御される。弁１５２および１５４は、通気プロセス時において短い持続時間にわたって開放され得（および他の場合に閉鎖され得）、これにより、パージされているキャニスタからの過度の酸素損失を防止する。他の持続時間も、企図される。例示的な実施形態において、キャニスタ３０２は通気され、キャニスタ３０４中において生成された酸素富化空気の一部をキャニスタ３０２中に送ることにより、キャニスタ３０２をパージすることが望ましい。酸素富化空気の一部は、キャニスタ３０４が加圧されると、キャニスタ３０２の通気時において流れ制限器１５１を通じてキャニスタ３０２中へ移動する。さらなる酸素富化空気が、キャニスタ３０４から弁１５４および流れ制限器１５５を通じてキャニスタ３０２中へ送られる。弁１５２は、移送プロセス中において閉鎖させたままでもよいし、あるいは、さらなる酸素富化空気が必要な場合は開放させたままでもよい。適切な流れ制限器１５１および１５５の選択と、弁１５４の開放制御と、により、制御された量の酸素富化空気をキャニスタ３０４からキャニスタ３０２へ送ることが可能になる。一実施形態において、制御された量の酸素富化空気とは、キャニスタ３０２をパージし、かつ、キャニスタ３０２の通気弁１３２を通じた酸素富化空気の損失を最小化するのに充分な量である。一実施形態において、キャニスタ３０２の通気について述べているが、同じプロセスを流れ制限器１５１、弁１５２および流れ制限器１５３を用いたキャニスタ３０４の通気のために用いることが可能であることが理解されるべきである。

一対の均圧／通気弁１５２／１５４が流れ制限器１５３および１５５と協働することにより、これら２つのキャニスタ間のガス流バランスが最適化される。その結果、キャニスタのうち一方の通気のための制御の向上が、キャニスタのうち他方からの酸素富化空気により可能となる。また、これら２つのキャニスタ間の流れ方向も向上する。流れ弁１５２／１５４は、２方向弁として動作し得るが、このような弁を通じた流量は、弁を通過する流体の方向によって異なることが分かっている。例えば、キャニスタ３０４から弁１５２を通じてキャニスタ３０２へ流動する酸素富化空気の流量は、キャニスタ３０２から弁１５２を通じてキャニスタ３０４へ流動する酸素富化空気の流量よりも高い。単一の弁が用いられた場合、キャニスタ間において送られる酸素富化空気は最終的に過度に多くなるかまたは少なくなり、時間と共にキャニスタからは異なる量の酸素富化空気が経時的に生成され始める。対向する弁および流れ制限器を平行な空気経路上において用いると、２つのキャニスタ間の酸素富化空気の流れパターンが均等化され得る。このような流れの均等化により、一定量の酸素富化空気を複数のサイクルにわたってユーザへ利用可能にすることが可能になり得、また、他方のキャニスタをパージするための酸素富化空気量の予測も可能になり得る。いくつかの実施形態において、空気経路に絞り弁を設けなくてもよいが、あるいは、弁に内蔵抵抗を設けるかまたは空気経路そのものの半径を小さくして抵抗を提供するようにしてもよい。

場合によっては、酸素濃縮器を一定期間にわたって停止してもよい。酸素濃縮器を停止した場合、圧縮システムからの断熱損失の結果として、キャニスタの内部温度が低下し得る。温度が低下すると、キャニスタ内でガスにより占められる体積量が低下する。キャニスタが低温になると、キャニスタ内が負圧になり得る。キャニスタに繋がる弁およびキャニスタから延びる弁（例えば、弁１２２、１２４、１３２および１３４）は、気密的にシールされるのではなく、動的にシールされる。そのため、停止後、圧力差に対応するために外部空気がキャニスタに進入し得る。外部空気がキャニスタに進入すると、外部空気中の水分は、ガス分離用吸着剤によって吸着され得る。キャニスタ内の水分が吸着すると、ガス分離吸着剤が徐々に劣化し得、ガス分離吸着剤の酸素富化空気生成能力が徐々に低下する。

一実施形態において、双方のキャニスタを停止する前に加圧することにより、酸素濃縮器の停止後に外部空気がキャニスタに進入する事態を回避することができる。キャニスタを陽圧下において保存することにより、キャニスタ内の空気の内部圧力により、弁を気密的に閉鎖された位置へ押し込むことができる。一実施形態において、停止時におけるキャニスタ中の圧力は、少なくとも周囲圧力よりも高くすべきである。本明細書中用いられるように、「周囲圧力」という用語は、酸素濃縮器が配置されている周囲の圧力を指す（例えば、室内の圧力、室外の圧力、飛行機内の圧力）。実施形態において、停止時におけるキャニスタ中の圧力は、少なくとも標準的雰囲気圧力よりも高い（すなわち、７６０ｍｍＨｇ（Ｔｏｒｒ）、１ａｔｍ、１０１，３２５Ｐａよりも高い）。一実施形態において、停止時におけるキャニスタ中の圧力は、少なくとも周囲圧力の約１．１倍であり、少なくとも周囲圧力の約１．５であるか、または少なくとも周囲圧力の約２倍である。

一実施形態において、加圧空気を圧縮システムから各キャニスタ中へ方向付けて全ての弁を閉鎖させて、加圧空気をキャニスタ中に閉じ込めることにより、キャニスタの加圧を達成することができる。例示的実施形態において、停止シーケンスが開始されると、入口弁１２２および１２４が開放され、出口弁１３２および１３４は閉鎖される。入口弁１２２および１２４は、共通導管によって接合されているため、キャニスタ３０２および３０４双方を空気として加圧することができ、かつ／または１つのキャニスタからの酸素富化空気を他方のキャニスタへ移送することができる。この状況は、圧縮システムと２つの入口弁との間の経路においてこのような移送が行われた場合に発生し得る。酸素濃縮器は、交互の加圧／通気モードにおいて動作するため、キャニスタのうち少なくとも１つを任意の所与の時期において加圧状態にする必要がある。代替実施形態において、圧力は、圧縮システム２００の動作によって各キャニスタ中において増加され得る。入口弁１２２および１２４が開放されると、キャニスタ３０２および３０４間の圧力が均等化されるが、いずれかのキャニスタ中の均等化された圧力は、停止時に空気がキャニスタに進入する事態を阻止するのには不十分であり得る。キャニスタへの空気進入を確実に阻止するために、双方のキャニスタ中の圧力を少なくとも周囲圧力を超えるレベルまで増加させるだけの充分な時間にわたって圧縮システム２００を動作させることができる。キャニスタの加圧方法に関わらず、キャニスタが加圧された後、入口弁１２２および１２４は閉鎖されるため、加圧空気はキャニスタ中に閉じ込められ、その結果、停止期間時においてキャニスタへの空気進入が阻止される。

図１Ｃを参照して、酸素濃縮器１００の実施形態が図示される。酸素濃縮器１００は、圧縮システム２００と、キャニスタシステム３００と、外側ハウジング１７０内に配置された電源１８０とを含む。入口１０１を外側ハウジング１７０内に設けることにより、環境からの空気が酸素濃縮器１００に進入することが可能になる。入口１０１により、区画内への空気流入が可能になるため、区画内の構成要素の冷却が促進される。電源１８０は、酸素濃縮器１００の電力源を供給する。圧縮システム２００は、入口１０５およびマフラー１０８を通じて空気を引き込む。マフラー１０８は、圧縮システムによって引き込まれる空気のノイズを低減することができ、また、入来空気から水分を除去するための乾燥剤材料も含み得る。酸素濃縮器１００は、出口１７３を介した酸素濃縮器からの空気および他のガスの通気に用いられるファン１７２をさらに含み得る。

・圧縮システム
いくつかの実施形態において、圧縮システム２００は、１つ以上のコンプレッサを含む。別の実施形態において、圧縮システム２００は、キャニスタシステム３００の全キャニスタへ連結された単一のコンプレッサを含む。図１Ｄおよび図８Ｅを参照すると、コンプレッサ２１０およびモータ２２０を含む圧縮システム２００が図示されている。モータ２２０は、コンプレッサ２１０へ連結され、圧縮機構を動作させるための動作力をコンプレッサへ提供する。例えば、モータ２２０は、回転構成要素を提供するモータであり得る。この回転構成要素により、空気を圧縮するコンプレッサの構成要素の周期運動が発生する。コンプレッサ２１０がピストン型コンプレッサである場合、モータ２２０により、コンプレッサ２１０のピストンの往復運動を発生させる動作力が得られる。ピストンの往復運動により、圧縮空気がコンプレッサ２１０によって生成される。圧縮空気の圧力は、コンプレッサの動作圧力（例えば、ピストンの往復運動速度）によって、ある程度推定され得る。そのため、モータ２２０は、可変速モータであり得、コンプレッサ２１０によって生成される空気の圧力を動的に制御するために、多様な速度において動作することができる。

一実施形態において、コンプレッサ２１０には、ピストンを有する単一のヘッドウォブル型コンプレッサが含まれる。他の種類のコンプレッサも用いられ得る（例えば、ダイヤフラムコンプレッサおよび他の種類のピストンコンプレッサ）。モータ２２０は、ＤＣまたはＡＣモータであり得、コンプレッサ２１０の圧縮構成要素へ動作力を提供する。モータ２２０は、一実施形態において、ブラシレスＤＣモータであり得る。モータ２２０は、可変速モータであり得、コンプレッサ２１０の圧縮構成要素を可変速において動作させるように構成される。図１Ｂに示すように、モータ２２０は、コントローラ４００へ連結され得る。コントローラ４００は、モータ動作の制御のために、動作信号をモータへ送る。例えば、コントローラ４００は、モータをオンにすること、モータをオフにすること、および、モータの動作速度を設定すること、を行うための信号をモータ２２０へ送り得る。よって、図１Ｂに示すように、圧縮システムは、速度センサ２０１を含み得る。速度センサは、モータ２２０の回転速度および／または圧縮システム２００の他の往復動作の決定に用いられるモータ速度変換器であり得る。例えば、モータ速度変換器からのモータ速度信号は、コントローラ４００へ提供され得る。速度センサまたはモータ速度変換器は、例えばホール効果センサであり得る。コントローラ４００は、速度信号および／または酸素濃縮器の他の任意のセンサ信号（例えば、圧力センサ（例えば、アキュムレータ圧力センサ１０７））に基づいて、圧縮システムをモータ２２０を介して動作させ得る。よって、図１Ｂに示すように、コントローラ４００は、センサ信号（例えば、速度センサ２０１からの速度信号およびアキュムレータ圧力センサ１０７からのアキュムレータ圧力信号）を受信する。このような信号（単数または複数）により、コントローラは、圧縮システムの動作のために、センサ信号（例えば、アキュムレータ圧力および／または本明細書中により詳細に述べるようなモータ速度）に基づいて１つ以上の制御ループ（例えば、フィードバック制御）を実行し得る。

圧縮システム２００は、本質的にかなりの熱を生成する。熱は、モータ２２０による電力消費、および、電力から機械的運動への変換によって発生する。コンプレッサ２１０は、空気圧縮によるコンプレッサ構成要素の移動に対する抵抗増加に起因して熱を発生させる。コンプレッサ２１０による空気の断熱圧縮によっても、熱が本質的に発生される。そのため、空気の連続的加圧により、封入容器中に熱が発生する。さらに、電源１８０は、圧縮システム２００への給電時において熱を生成し得る。さらに、酸素濃縮器のユーザは、屋内よりも周囲温度が高温となる可能性がある、空調のない環境（例えば、屋外）においてデバイスを動作させ得るため、入来空気は既に加熱状態になる。

酸素濃縮器１００内において熱が発生すると、問題になり得る。リチウムイオン電池は、長寿命および軽量であるため、主に酸素濃縮器の電源として用いられる。しかし、リチウムイオン電池パックは、高温では危険であるため、安全制御が酸素濃縮器１００に採用され、危険なほど高い電源の温度が検出された場合にシステムを停止させる。さらに、酸素濃縮器１００の内部温度の上昇と共に、濃縮器によって発生される酸素量が低下し得る。その部分的原因として、高温では一定体積の空気中の酸素が減少する点がある。酸素生成量が所定量を下回ると、酸素濃縮器１００は自動停止し得る。

酸素濃縮器はコンパクトであるため、放熱は困難であり得る。典型的な解決方法を挙げると、１つ以上のファンの使用により封入容器中に冷却空気の流れを発生させる方法がある。しかし、このような解決方法の場合、電源１８０からさらに電力が必要になるため、酸素濃縮器のポータブル利用時間が短くなる。一実施形態において、受動的冷却システムは、モータ２２０によって生成される機械的動力を利用するために用いられ得る。図１Ｄおよび図８Ｅを参照して、圧縮システム２００は、外部回転電機子２３０を有するモータ２２０を含む。詳細には、モータ２２０（例えば、ＤＣモータ）の電機子２３０は、電機子を駆動する定常場の周囲を包囲する。モータ２２０は、システム全体への熱に大きく影響するため、モータから熱を移送し、封入容器から除去すると有用である。外部高速回転では、モータの主要構成要素とその周囲の空気との相対速度が非常に高くなる。電機子の表面積は、内部に取り付けられた場合よりも、外部に取り付けられた場合に大きくなる。熱交換速度は表面積および速度の二乗に比例するため、外部に取り付けられたより大きな表面積の電機子を用いた場合、モータ２２０からの放熱能力が増加する。電機子を外部に取り付けたときの冷却効率の利得により、１つ以上の冷却ファンを無くすことができるため、酸素濃縮器の内部を適切な温度範囲内に維持しつつ、重量および消費電力が低減する。さらに、外部に取り付けられた電機子が回転すると、モータの近隣の空気が動くため、さらなる冷却が行われる。

その上、外部回転電機子によりモータ効率が促進され得、熱の発生が低減する。外部電機子を有するモータは、内燃機関中において機能するフライホイールと同様に動作する。モータがコンプレッサを駆動させる際、回転に対する抵抗は、低圧力において低くなる。圧縮空気の圧力が高くなると、モータ回転に対する抵抗が高くなる。その結果、モータは、一貫した理想的な回転安定性を維持できなくなり、コンプレッサの圧力要求に応じてサージおよび低速化が発生する。このようなモータのサージおよびその後の低速化の傾向は、非効率であり、そのため熱の原因となる。外部電機子を用いた場合、モータの角運動量が大きくなるため、モータの可変抵抗の補償が促進される。モータの仕事量が大きくなくてすむため、モータから発生する熱が低下し得る。

一実施形態において、空気移送デバイス２４０を外部回転電機子２３０へ連結することにより、冷却効率がさらに増加し得る。一実施形態において、空気移送デバイス２４０が外部電機子２３０へ連結されると、外部電機子２３０の回転は空気移送デバイス２４０に空気流を発生させて、この空気流がモータの少なくとも一部を通過する。実施形態において、空気移送デバイス２４０は、外部電機子２３０へ連結された１つ以上のファンブレードを含む。一実施形態において、空気移送デバイス２４０が外部回転電機子２３０の運動により回転するインペラとして機能するように、複数のファンブレードが環状リング内に配置され得る。図１Ｄおよび図８Ｅに示すように、空気移送デバイス２４０は、モータ２２０と整列した様態で外部電機子２３０の外面へ取り付けられ得る。空気移送デバイス２４０を電機子２３０に取り付けることにより、空気流を外部回転電機子２３０の主要部分へ方向付けることが可能になり、これにより、使用時における冷却効果が可能になる。一実施形態において、空気移送デバイス２４０により、外部回転電機子２３０の大部分が空気流路中に配置されるように、空気流が方向付けられる。

さらに、図１Ｄおよび図８Ｅを参照して、コンプレッサ２１０によって加圧された空気は、コンプレッサ出口２１２においてコンプレッサ２１０から流出する。コンプレッサ出口導管２５０は、圧縮空気をキャニスタシステム３００へ移送するように、コンプレッサ出口２１２へ連結される。上記したように、空気が圧縮されると、空気の温度が上昇する。このような温度上昇は、酸素濃縮器の効率にとって有害であり得る。加圧空気の温度を低下させるために、コンプレッサ出口導管２５０が、空気移送デバイス２４０によって生成される空気流路中に配置される。コンプレッサ出口導管２５０の少なくとも一部は、モータ２２０の近隣に配置され得る。そのため、空気移送デバイス２４０によって生成された空気流が、モータ２２０およびコンプレッサ出口導管２５０と接触し得る。一実施形態において、コンプレッサ出口導管２５０の大部分が、モータ２２０の近隣に配置される。一実施形態において、図１Ｅに示すように、コンプレッサ出口導管２５０は、モータ２２０の周囲にらせん状に巻かれる。

一実施形態において、コンプレッサ出口導管２５０は、熱交換金属によって構成される。熱交換金属の例を非限定的に挙げると、アルミニウム、炭素鋼、ステンレス鋼、チタン、銅、銅ニッケル合金またはこれらの金属の組み合わせから形成される他の合金がある。よって、コンプレッサ出口導管２５０は、本質的に空気圧縮に起因する熱を除去する熱交換器として機能し得る。圧縮空気からの熱除去により、一定圧力における一定体積内の分子数が増加する。その結果、各圧力スイングサイクル時において各キャニスタによって生成可能な酸素富化空気量が増加し得る。

本明細書中に記載の放熱機構は、受動的なものであるか、または、酸素濃縮器１００に必要な要素を利用する。よって、例えば、さらなる電力を必要とするシステムを用いること無く、放熱の増加が可能になり得る。さらなる電力が不要になるため、電池パックのランタイム増加が可能になるとともに、酸素濃縮器のサイズおよび重量の最小化が可能になる。同様に、さらなるボックスファンまたは冷却ユニットの利用も不要になり得る。このようなさらなる特徴を無くすことにより、酸素濃縮器の重量および消費電力が低下する。

上記したように、空気の断熱圧縮に起因して、空気温度が上昇する。キャニスタシステム３００中のキャニスタの通気時において、キャニスタから放出されるガスの圧力が低下する。キャニスタ中のガスの断熱減圧に起因して、通気と共にガス温度が低下する。一実施形態において、キャニスタシステム３００から通気される、冷却された排気ガス３２７は、電源１８０および圧縮システム２００へ方向付けられる。一実施形態において、キャニスタシステム３００のベース３１５は、排気ガスをキャニスタから受容する。排気ガス３２７は、ベース３１５を通じてベースの出口３２５および電源１８０へ方向付けられる。排気ガスは、上記したようにガス減圧によって冷却されるため、結果的に電源１８０の冷却を提供する。圧縮システムが動作すると、空気移送デバイス２４０は、冷却された排気ガスを収集し、この排気ガスを圧縮システム２００のモータへ方向付ける。また、ファン１７２は、排気ガスが圧縮システム２００を横切ってハウジング１７０の外部へ方向付けられることも促進し得る。このようにして、電池からのさらなる電力を全く必要とすること無く、さらなる冷却を得ることが可能になり得る。

・キャニスタシステム
酸素濃縮器１００は、少なくとも２つのキャニスタを含み得、各キャニスタは、ガス分離用吸着剤を含む。成形ハウジングから形成された酸素濃縮器１００のキャニスタを配置してもよい。実施形態において、キャニスタシステム３００は、図１Ｉに示すように、２つのハウジング構成要素３１０および５１０を含む。多様な実施形態において、酸素濃縮器１００のハウジング構成要素３１０および５１０により、２つのキャニスタ３０２および３０４ならびにアキュムレータ１０６を画定する、２つの部分からなる成形プラスチックフレームが形成され得る。ハウジング構成要素３１０および５１０は、別個に形成された後、共に連結され得る。いくつかの実施形態において、ハウジング構成要素３１０および５１０は、射出成形または圧縮成形され得る。ハウジング構成要素３１０および５１０は、熱可塑性ポリマーから構成され得る（例えば、ポリカーボネート、メチレンカーバイド、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン、ポリエチレンまたはポリ塩化ビニル）。別の実施形態において、ハウジング構成要素３１０および５１０は、熱硬化プラスチックまたは金属によって構成され得る（例えば、ステンレススチールまたは軽量アルミニウム合金）。酸素濃縮器１００の重量低減のため、軽量材料が用いられ得る。いくつかの実施形態において、２つのハウジング３１０および５１０の締結は、ねじまたはボルトによって行われ得る。あるいは、ハウジング構成要素３１０および５１０は、共に溶液溶接され得る。

示すように、弁座３２２、３２４、３３２および３３４と、空気経路３３０および３４６とは、ハウジング構成要素３１０と一体化され得るため、酸素濃縮器１００の空気流全体において必要な密封接続数の低減に繋がり得る。

ハウジング構成要素３１０および５１０内の異なる部位間の空気経路／配管は、成形導管の形態をとり得る。空気経路のための成形チャネルの形態をとる導管は、ハウジング構成要素３１０および５１０中の複数の面を占有し得る。例えば、成形された空気導管は、ハウジング構成要素３１０および５１０内の異なるｘ位置、ｙ位置およびｚ位置において異なる深さで形成され得る。いくつかの実施形態において、導管の大部分または実質的に全体をハウジング構成要素３１０および５１０と一体化すると、漏洩の可能性のある点が低下し得る。

いくつかの実施形態において、ハウジング構成要素３１０および５１０の連結前にＯリングをハウジング構成要素３１０および５１０の多様な点間に配置することにより、ハウジング構成要素の適切な密封が確保され得る。いくつかの実施形態において、構成要素は、ハウジング構成要素３１０および５１０と一体化され得かつ／またはハウジング構成要素３１０および５１０へ別個に連結され得る。例えば、配管、流れ制限器（例えば、圧入流れ制限器）、酸素センサ、ガス分離用吸着剤、チェック弁、栓、プロセッサ、電源などのハウジング構成要素３１０および５１０への連結は、これらのハウジング構成要素の連結前かつ／または後に行われ得る。

いくつかの実施形態において、ハウジング構成要素３１０および５１０の外部に繋がるアパチャ３３７は、流れ制限器などのデバイスの挿入の際に用いられ得る。アパチャは、成形性向上のためにも用いられ得る。これらのアパチャのうち１つ以上は、成形後に（例えばプラスチック栓によって）栓され得る。いくつかの実施形態において、流れ制限器を通路内に挿入した後、栓を挿入して通路が密閉され得る。圧入流れ制限器の直径は、圧入流れ制限器とそれぞれのアパチャとの間の摩擦嵌めが可能となるような直径であり得る。いくつかの実施形態において、接着剤を圧入流れ制限器の外部へ付加することにより、圧入流れ制限器が挿入後に適所に保持され得る。いくつかの実施形態において、これらの栓は、各管と摩擦嵌合し得る（か、または外面へ接着剤を塗布してもよい）。圧入流れ制限器および／または他の構成要素は、幅狭の先端ツールまたはロッド（例えば、直径が各アパチャの直径未満のもの）により各アパチャへ挿入または圧入され得る。いくつかの実施形態において、圧入流れ制限器は、管中の特徴部に当接して挿入が停止するまで、各管へ挿入され得る。例えば、特徴部としては、縮径部を含み得る。他のフィーチャも企図される（例えば、配管の側部の隆起部、ねじ山など）。いくつかの実施形態において、圧入流れ制限器は、（例えば、幅狭の管部位として）ハウジング構成要素内に成形され得る。

いくつかの実施形態において、ばねバッフル１３９は、ハウジング構成要素３１０および５１０の部位を受容する各キャニスタ内へ配置され得バッフル１３９のばね側は、キャニスタの出口に対向する。ばねバッフル１３９は、ガス分離用吸着剤が出口アパチャへ進入する事態を回避しつつ、ガス分離用吸着剤をキャニスタ内へ移動させる力を付加し得る。ばねバッフル１３９の使用により、膨張（例えば、熱膨張）を許容しつつ、ガス分離用吸着剤がコンパクトに維持され得る。ガス分離用吸着剤をコンパクトに保持することにより、酸素濃縮器１００の移動時においてガス分離用吸着剤が破壊される事態が回避され得る。

いくつかの実施形態において、フィルタ１２９は、各キャニスタの入口に対向するハウジング構成要素３１０および５１０のそれぞれのキャニスタ受容部に、各キャニスタの入口に臨むように配置され得る。フィルタ１２９は、キャニスタへ進入する供給ガスストリームから粒子を除去する。

いくつかの実施形態において、圧縮システム２００からの加圧空気は、空気入口３０６へ進入し得る。空気入口３０６は、入口導管３３０へ連結される。空気は、入口３０６を通じてハウジング構成要素３１０に進入し、入口導管３３０を通じて移動した後、弁座３２２および３２４へ移動する。図１Ｊおよび図１Ｋは、ハウジング構成要素３１０の端面図を示す。図１Ｊは、ハウジング構成要素３１０への弁の取り付けの前のハウジング構成要素３１０の端面図である。図１Ｋは、ハウジング構成要素３１０へ弁が取り付けられた状態のハウジング構成要素３１０の端面図である。弁座３２２および３２４は、入口弁１２２および１２４それぞれを受容するように構成される。入口弁１２２はキャニスタ３０２へ連結され、入口弁１２４はキャニスタ３０４へ連結される。ハウジング構成要素３１０は、出口弁１３２および１３４それぞれを受容するように構成された弁座３３２および３３４も含む。出口弁１３２はキャニスタ３０２へ連結され、出口弁１３４はキャニスタ３０４へ連結される。入口弁１２２／１２４は、入口導管３３０から各キャニスタへの空気の通過の制御するために用いられる。

一実施形態において、加圧空気は、キャニスタ３０２または３０４のうち１つの内部へ送られ、他方のキャニスタは通気される。例えば、使用時に、入口弁１２２は開放され、入口弁１２４は閉鎖される。圧縮システム２００からの加圧空気は、キャニスタ３０２中へ押し込まれる一方、キャニスタ３０４中への進入は入口弁１２４によって阻止される。キャニスタ３０２の加圧時において、出口弁１３２は閉鎖され、出口弁１３４は開放される。入口弁と同様に、出口弁１３２および１３４は、相互に逆位相に動作される。弁座３２２は、ハウジング構成要素３１０を通じてキャニスタ３０２内へ延びる開口部３２３を含む。同様に、弁座３２４は、ハウジング構成要素３１０を通じてキャニスタ３０２内に延びる開口部３７５を含む。弁１２２および１２４のそれぞれが開放されると、入口導管３３０からの空気は、開口部３２３または３７５を通じて移動し、キャニスタへ進入する。

チェック弁１４２および１４４（図１Ｉを参照）は、それぞれキャニスタ３０２および３０４へ連結される。チェック弁１４２および１４４は一方向弁であり、キャニスタの加圧および通気時に発生する圧力差によって受動的に動作する。キャニスタ３０２および３０４中において生成された酸素富化空気は、キャニスタからハウジング構成要素５１０の開口部５４２および５４４内へ移動する。通路（図示せず）により、開口部５４２および５４４は導管３４２および３４４へそれぞれリンクされる。キャニスタ３０２中において生成された酸素富化空気は、キャニスタ内の圧力がチェック弁１４２を開放させるくらいに十分になると、キャニスタから開口部５４２を通じて導管３４２内へ移動する。チェック弁１４２が開放されると、酸素富化空気は、導管３４２を通じてハウジング構成要素３１０の端部へ流動する。同様に、キャニスタ３０４中において生成された酸素富化空気は、キャニスタ内の圧力がチェック弁１４４を開放させるくらいに十分になると、キャニスタから開口部５４４を通じて導管３４４内へ移動する。チェック弁１４４が開放されると、酸素富化空気は、導管３４４を通じてハウジング構成要素３１０の端部へ流動する。

いずれかのキャニスタからの酸素富化空気は、導管３４２または３４４を通じて移動し、ハウジング構成要素３１０内に形成された導管３４６に進入する。導管３４６は、導管を導管３４２、導管３４４およびアキュムレータ１０６へ連結させる開口部を含む。よって、キャニスタ３０２または３０４内において生成された酸素富化空気は、導管３４６へ移動し、アキュムレータ１０６内へ送られる。図１Ｂに示すように、アキュムレータ１０６内のガス圧力の測定は、センサによって（例えば、アキュムレータ圧力センサ１０７によって）行われ得る。（図１Ｆも参照されたい。）よって、アキュムレータ圧力センサにより、蓄積した酸素富化空気の圧力を示す信号が提供される。適切な圧力変換器の一例として、ＨＯＮＥＹＷＥＬＬ ＡＳＤＸシリーズからのセンサがある。代替の適切な圧力変換器として、ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣからのＮＰＡシリーズからのセンサがある。いくつかのバージョンにおいて、圧力センサは、例えばアキュムレータ１０６と、（ユーザへ送達される酸素富化空気のボーラス状放出を制御する）弁（例えば、供給弁１６０）との間の出力経路と同様に、アキュムレータ１０６の外部のガスの圧力を測定してもよい。

一定期間後、ガス分離吸着剤は窒素で飽和することになり、有意な量の窒素を入来空気から分離することができなくなる。キャニスタ中のガス分離用吸着剤が飽和点に到達すると、圧縮空気の流入が停止され、キャニスタが通気されて、吸着剤からの窒素脱離が行われる。キャニスタ３０２の通気は、入口弁１２２の閉鎖および出口弁１３２の開放によって行われる。出口弁１３２は、キャニスタ３０２から排気ガスをハウジング構成要素３１０の端部によって規定された容積内へ放出する。発泡材料によりハウジング構成要素３１０の端部を被覆すると、キャニスタからのガス放出に起因する音が低減され得る。同様に、キャニスタ３０４の通気は、入口弁１２４の閉鎖および出口弁１３４の開放によって行われる。出口弁１３４は、キャニスタ３０４から排気ガスをハウジング構成要素３１０の端部によって規定された容積内へ放出する。

キャニスタ３０２の通気時において、キャニスタ３０４への加圧により、酸素富化空気の生成を上記した方法と同じ方法で行う。キャニスタ３０４の加圧は、出口弁１３４の閉鎖および開口部入口弁１２４の開放によって達成される。酸素富化空気は、チェック弁１４４を通じてキャニスタ３０４から流出する。

例示的実施形態において、キャニスタ３０４から窒素が通気されているときに、酸素富化空気の一部がキャニスタ３０２からキャニスタ３０４へ移送され得る。キャニスタ３０４の通気時において酸素富化空気をキャニスタ３０２からキャニスタ３０４へ移送すると、吸着剤に隣接する窒素の分圧低下により、吸着剤からの窒素脱離が促進される。酸素富化空気の流れにより、脱離された窒素（および他のガス）のキャニスタからのパージも促進される。キャニスタ間の酸素富化空気の流れは、図１Ｂに示すように流れ制限器および弁によって制御される。３本の導管がハウジング構成要素５１０内に形成され、キャニスタ間の酸素富化空気の移送のために用いられる。図１Ｌに示すように、導管５３０により、キャニスタ３０２がキャニスタ３０４へ連結される。流れ制限器１５１（図示せず）は、キャニスタ３０２とキャニスタ３０４との間の導管５３０内に配置されて、使用時において酸素富化空気の流れを制限する。導管５３２も、キャニスタ３０２をキャニスタ３０４へ連結させる。図１Ｍに示すように、導管５３２は、弁１５２を受容する弁座５５２へ連結される。流れ制限器１５３（図示せず）は、キャニスタ３０２とキャニスタ３０４との間の導管５３２内に配置される。導管５３４も、キャニスタ３０２をキャニスタ３０４へ連結させる。図１Ｍに示すように、導管５３４は、弁１５４を受容する弁座５５４へ連結される。流れ制限器１５５（図示せず）は、キャニスタ３０２とキャニスタ３０４との間の導管５３４内に配置される。一対の均圧／通気弁１５２／１５４が流れ制限器１５３および１５５と協働することにより、これら２つのキャニスタ間の空気流バランスが最適化される。

アキュムレータ１０６中の酸素富化空気は、供給弁１６０を通過して、ハウジング構成要素５１０内に形成された膨張チャンバ１６２内へ移動する。ハウジング構成要素５１０内の開口部（図示せず）により、アキュムレータ１０６が供給弁１６０へ連結される。実施形態において、膨張チャンバ１６２において、上記チャンバを通過するガスの酸素純度（分画酸素濃度（典型的には百分率として表される））を推定するように構成された１つ以上のデバイスが設けられ得る。

・出口システム
出口システムは、キャニスタのうち１つ以上へ連結され酸素富化空気をユーザへ提供する１つ以上の導管を含む。一実施形態において、キャニスタ３０２および３０４のいずれかの内部において生成された酸素富化空気は、図１Ｂに概略的に示すように、チェック弁１４２および１４４それぞれを通じてアキュムレータ１０６中に収集される。キャニスタから流出した酸素富化空気は、酸素アキュムレータ１０６中に収集された後、ユーザへ提供され得る。いくつかの実施形態において、管にアキュムレータ１０６を連結することにより、酸素富化空気をユーザへ提供することができる。酸素富化空気は、酸素富化空気をユーザの口および／または鼻へ移送する気道送達デバイスを通じてユーザへ提供され得る。一実施形態において、出口は、酸素をユーザの鼻および／または口へ方向付ける管を含み得る。この管は、ユーザの鼻へ直接連結されていない場合がある。

図１Ｆを参照して、酸素濃縮器のための出口システムの実施形態の概略図が図示されている。アキュムレータ１０６からユーザへの酸素富化空気の放出を制御するように、供給弁１６０が出口管へ連結され得る。一実施形態において、供給弁１６０は、電磁駆動プランジャー弁である。ユーザへの酸素富化空気送達を制御するように、コントローラ４００により供給弁１６０が作動される。供給弁１６０の作動は、圧力スイング吸着法プロセスに対して、タイミングが調整されないか、または、同期しない。その代わりに、作動は、以下に述べるようにユーザの呼吸と同期される。いくつかの実施形態において、供給弁１６０は、酸素富化空気の供給のために臨床的に有効な振幅プロファイルを確立させるための連続値作動を有し得る。

アキュムレータ１０６中の酸素富化空気は、図１Ｆに示すように、供給弁１６０を通過して膨張チャンバ１６２中へ移動する。実施形態において、膨張チャンバ１６２は、膨張チャンバ１６２内を通過するガスの酸素純度を推定するように構成された１つ以上のデバイスを含み得る。膨張チャンバ１６２中の酸素富化空気は、供給弁１６０によるアキュムレータ１０６からのガス放出を通じて短時間で蓄積され、その後、小型オリフィス流れ制限器１７５を通じて、流量センサ１８５へ、次いで微粒子フィルタ１８７へと流出する。流れ制限器１７５は、０．２５Ｄ流れ制限器であり得る。他の種類およびサイズの流れ制限器が用いられ得る。いくつかの実施形態において、ハウジング中の空気経路の直径は、ガス流制限のために限定され得る。流量センサ１８５は、導管内を流動するガスの流量を示す信号を生成するように構成された任意のセンサであり得る。微粒子フィルタ１８７は、ユーザへの酸素富化空気送達の前の細菌、埃、細粒微粒子などのフィルタリングのために用いられ得る。酸素富化空気は、フィルタ１８７を通過して、コネクタ１９０へ移動する。コネクタ１９０は、酸素富化空気を送達導管１９２を介してユーザへ送るとともに、圧力センサ１９４へ送る。

出口経路の流体力学は、供給弁１６０のプログラムされた作動と相まって、酸素のボーラスが、正確なタイミングで、かつ、ユーザの肺中への迅速な送達を過度な無駄無しに確保する振幅プロファイルで、供給されることを、もたらし得る。

膨張チャンバ１６２は、１つ以上の酸素センサを含み得る。これらの酸素センサは、上記チャンバを通過するガスの酸素純度を決定するように適合される。一実施形態において、膨張チャンバ１６２を通過するガスの酸素純度は、酸素センサ１６５を用いて推定される。酸素センサは、ガスの酸素純度を測定するように構成されたデバイスである。酸素センサの例を非限定的に挙げると、超音波酸素センサ、電気酸素センサ、化学酸素センサ、および光学式酸素センサがある。一実施形態態において、酸素センサ１６５は、超音波酸素センサであり、超音波エミッタ１６６および超音波レシーバ１６８を含む。いくつかの実施形態において、超音波エミッタ１６６は、複数の超音波エミッタを含み得、超音波レシーバ１６８は、複数の超音波レシーバを含み得る。複数のエミッタ／レシーバを有する実施形態において、複数の超音波エミッタおよび複数の超音波レシーバは、軸方向に（例えば、軸整列に対して垂直であり得るガス流路にわたって）整列され得る。

使用時において、（エミッタ１６６からの）超音波をチャンバ１６２中に配置された酸素富化空気を通してレシーバ１６８へ方向付ける。超音波酸素センサ１６５は、酸素富化空気を通過する音の速度を検出して当該酸素富化空気の組成を決定するように構成され得る。音の速度は、窒素と酸素との中で異なり、２つのガスの混合物では、混合物を有する通過する音の速度は、混合物中の各ガスの相対的量に比例する中間値であり得る。使用時において、レシーバ１６８における音は、エミッタ１６６から送られた音に対して僅かに位相がずれる。この位相変化は、ガス媒体の音の速度が、ワイヤを通る比較的高速の電子パルスと比べて、相対的に低速であることに起因する。この位相変化は、エミッタとレシーバとの間の距離に比例し、膨張チャンバ１６２を通過する音の速度に反比例する。このチャンバ中のガスの密度に起因して、この膨張チャンバを通過する音の速度が影響を受け、密度は、膨張チャンバ中の酸素対窒素の比に比例する。そのため、位相変化を用いて、膨張チャンバ内の酸素濃度を測定することができる。このようにして、アキュムレータ中の酸素の相対的濃度を、アキュムレータを通過する検出音波の１つ以上の特性の関数として推定することができる。

いくつかの実施形態において、複数のエミッタ１６６およびレシーバ１６８が用いられ得る。エミッタ１６６およびレシーバ１６８からの読み取り値の平均化により、乱流系に固有であり得る誤差を減少させることができる。いくつかの実施形態において、通過時間を測定することおよび測定された通過時間と、他のガスおよび／またはガスの混合物の所定の通過時間と、を比較することにより、他のガスの存在の検出も可能である。

例えばエミッタ１６６とレシーバ１６８との間に数個の音波サイクルが可能になるようにエミッタ１６６とレシーバ１６８との間の距離を増加させることにより、超音波酸素センサシステムの感度の増加が可能になり得る。いくつかの実施形態において、少なくとも２つの音サイクルが存在する場合、２つの時点における固定基準に相対する位相変化の測定により、変換器の構造的変化による影響を低減させることができる。前の位相変化を後の位相変化から差し引くと、膨張チャンバ１６２の熱膨張に起因する変化を低減またはキャンセルすることができる。エミッタ１６６とレシーバ１６８との間の距離の変化に起因する変化は、測定インタバルでほぼ同じであり得る一方、酸素純度の変化に起因する変化は累積的であり得る。いくつかの実施形態において、後に測定された変化に、介在サイクル数が乗算されて、隣接する２つのサイクル間の変化と比較可能である。膨張チャンバ中の酸素の感知のさらなる詳細について、例えば米国特許出願第１２／１６３，５４９号（名称：「Ｏｘｙｇｅｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」）中に記載があり得る。同出願は、２００９年３月１２日に米国公開第２００９／００６５００７ Ａ１として公開されている。本明細書中、同文献を参考のため援用する。

流量センサ１８５は、出口システム中を流動するガスの流量の決定に用いられ得る。利用可能な流量センサの例を以下に非限定的に挙げる：ダイヤフラム／ベローズ流量計；ロータリ－流量計（例えば、ホール効果流量計）；タービン流量計；オリフィス流量計；および超音波流量計。流量センサ１８５は、コントローラ４００へ連結され得る。出口システム中を流動するガスの流量は、ユーザの呼吸量の指標となり得る。出口システム中を流動するガスの流量の変化を用いて、ユーザの呼吸速度を決定することも可能であり得る。コントローラ４００は、供給弁１６０の作動を制御するための制御信号またはトリガ信号を生成し得る。供給弁のこのような動作制御は、流量センサ１８５によって推定されるようなユーザの呼吸速度および／または呼吸量に基づき得る。

いくつかの実施形態において、超音波酸素センサ１６５および例えば流量センサ１８５により、提供される酸素の実際の量の測定値を得ることができる。例えば、流量センサ１８５は、提供されるガス量を（流量に基づいて）測定することができ、超音波酸素センサ１６５は、提供されるガス量の酸素濃度を提供し得る。コントローラ４００は、これらの２つの測定値を共に用いて、ユーザへ提供される酸素の実際の量の概算値を決定することができる。

酸素富化空気は、フィルタ１８７へ向けて流量センサ１８５を通過する。フィルタ１８７により、細菌、埃、細粒微粒子などが除去された後、酸素富化空気がユーザへ提供される。フィルタリングされた酸素富化空気は、フィルタ１８７を通じて、コネクタ１９０へ移動する。コネクタ１９０は、フィルタ１８７の出口を圧力センサ１９４および送達導管１９２へ連結する「Ｙ字型」コネクタであり得る。圧力センサ１９４は、送達導管１９２を通じてユーザへ移動するガスの圧力を監視するように用いられ得る。いくつかの実施形態において、圧力センサ１９４は、感知面へ付加される正圧または負圧の量に比例する信号を生成するように構成され得る。圧力センサ１９４によって感知される圧力の変化は、以下に述べるように、ユーザの呼吸速度の決定のみならず、吸息開始（トリガ瞬間とも呼ばれる）の検出のために使用され得る。コントローラ４００は、呼吸速度および／またはユーザの吸息開始に基づいて、供給弁１６０の作動を制御し得る。一実施形態において、コントローラ４００は、流量センサ１８５と圧力センサ１９４とのいずれか、もしくは両方ともから提供される情報に基づいて、供給弁１６０の作動を制御し得る。

酸素富化空気は、送達導管１９２を通じてユーザへ提供され得る。一実施形態において、送達導管１９２は、シリコーン管であり得る。送達導管１９２は、図１Ｇおよび図８Ｈに示すように、気道送達デバイス１９６によってユーザへ連結され得る。気道送達デバイス１９６は、酸素富化空気を鼻腔または口腔へ提供することが可能な任意のデバイスであり得る。気道送達デバイスの例を以下に非限定的に挙げる：鼻マスク、鼻枕、鼻プロング、鼻カニューレ、およびマウスピース。鼻カニューレ気道送達デバイス１９６を図１Ｇに示す。鼻カニューレ気道送達デバイス１９６は、ユーザが周囲からの空気を呼吸することを可能にしつつユーザへの酸素富化空気送達を可能にするように、ユーザの気道の近隣（例えば、ユーザの口および／または鼻の近隣）に配置される。

代替実施形態において、酸素富化空気をユーザへ提供するために、マウスピースが用いられ得る。図１Ｈに示すように、マウスピース１９８が、酸素濃縮器１００へ連結され得る。マウスピース１９８を酸素富化空気のユーザへの提供のために用いられる唯一のデバイスにしてもよいし、あるいは、マウスピースを鼻送達デバイス（例えば、鼻カニューレ）と組み合わせて用いてもよい。図１Ｈに示すように、酸素富化空気は、鼻カニューレ気道送達デバイス１９６およびマウスピース１９８双方を通じてユーザへ提供され得る。

マウスピース１９８を、ユーザの口内に取り外し可能に配置することができる。一実施形態において、マウスピース１９８を、ユーザの口中の１本以上の歯へ取り外し可能に連結することができる。使用時に、酸素富化空気は、ユーザの口中へマウスピースを介して方向付けられる。マウスピース１９８は、ユーザの歯に適合するように成型されたナイトガードマウスピースであり得る。あるいは、マウスピースは、下顎再配置デバイスであり得る。一実施形態において、少なくともマウスピースの大部分は、使用時においてユーザの口中に配置される。

使用時に、マウスピースの近隣において圧力変化が検出されると、酸素富化空気がマウスピース１９８へ方向付けられ得る。一実施形態において、マウスピース１９８は、圧力センサ１９４へ連結され得る。ユーザがユーザの口を通じて空気を吸息すると、圧力センサ１９４は、マウスピースの近隣の圧力低下を検出し得る。吸息開始時に、酸素濃縮器１００のコントローラ４００は、ユーザへの酸素富化空気のボーラスの放出を制御し得る。

個人の典型的な呼吸時において、吸息は、鼻を通じて、口を通じてあるいは鼻および口双方を通じて行われ得る。さらに、呼吸は、多様な要素に応じて、１つの通路から別の通路へ変化し得る。例えば、より活発な活動時において、ユーザは、鼻を通じた呼吸を口を通じた呼吸（あるいは口および鼻を通じた呼吸）へ切り換え得る。単一の送達モード（鼻または口）に依存するシステムの場合、監視された経路を通じた呼吸が停止した場合に適切に機能できなくなり得る。例えば、ユーザへの酸素富化空気提供のために鼻カニューレが用いられる場合、吸息開始を決定するために、吸息センサ（例えば、圧力センサまたは流量センサ）が鼻カニューレへ連結される。ユーザが鼻を通じた呼吸を停止し、口を通じた呼吸に切り換えると、鼻カニューレからのフィードバックが無いため、酸素濃縮器１００は、いつ酸素富化空気を提供すればよいのかわからなくなり得る。このような状況下において、酸素濃縮器１００は、吸息センサがユーザの吸息を検出するまで、流量を増加し得かつ／または酸素富化空気の提供頻度を増加させ得る。ユーザが呼吸モードの切り換えを頻繁に行うと、デフォルトの酸素富化空気提供モードに起因して、酸素濃縮器１００の作動頻度が高くなり、その結果、システムのポータブル利用時間が制限される。

実施形態において、図１Ｈに示すように、ユーザへの酸素富化空気の提供のために、マウスピース１９８は、鼻カニューレ気道送達デバイス１９６と組み合わせて用いられる。マウスピース１９８および鼻カニューレ気道送達デバイス１９６はどちらとも、吸息センサへ連結される。一実施形態において、マウスピース１９８および鼻カニューレ気道送達デバイス１９６は、同一の吸息センサへ連結される。代替実施形態において、マウスピース１９８および鼻カニューレ気道送達デバイス１９６は、異なる吸息センサへ連結される。いずれかの実施形態において、吸息センサ（単数または複数）は、吸息開始を口または鼻から検出し得る。酸素濃縮器１００は、近隣において吸息開始が検出された送達デバイス（すなわち、マウスピース１９８または鼻カニューレ気道送達デバイス１９６）へ酸素富化空気を提供するように構成され得る。あるいは、いずれかの送達デバイスの近隣において吸息開始が検出された場合、酸素富化空気をマウスピース１９８および鼻カニューレ気道送達デバイス１９６双方へ提供してもよい。例えば図１Ｈに示すような２重送達システムを用いると、睡眠中のユーザにとって特に有用であり得、鼻呼吸／口呼吸間の切り換えを意識的努力無く遂行し得る。

・コントローラシステム
酸素濃縮器１００の動作は、本明細書中に記載のような酸素濃縮器１００の多様な構成要素へ連結された内部コントローラ４００を用いて自動的に行われ得る。図１Ｂに示すように、コントローラ４００は、１つ以上のプロセッサ４１０および内部メモリ４２０を含む。酸素濃縮器１００の動作および監視に用いられる方法は、内部メモリ４２０中に保存されたプログラム命令またはコントローラ４００へ連結された外部メモリ媒体によって具現され得、１つ以上のプロセッサ４１０によって実行され得る。メモリ媒体は、多様な種類のメモリデバイスまたはストレージデバイスのうちいずれかを含み得る。「メモリ媒体」という用語は、インストール媒体を含むことを意図する（例えば、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、フロッピーディスク、またはテープデバイス；コンピュータシステムメモリまたはランダムアクセスメモリ（例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、ダブルデータレートランダムアクセスメモリ（ＤＤＲＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、拡張データアウトランダムアクセスメモリ（ＥＤＯＲＡＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））；または不揮発性メモリ（例えば、磁気媒体（例えば、ハードドライブまたは光学記憶装置）））。メモリ媒体は、他の種類のメモリまたはその組み合わせも含み得る。加えて、メモリ媒体は、プログラムを実行する主体であるコントローラ４００の近隣に配置され得るか、または、後述のネットワークを介してコントローラ４００へ接続する外部コンピューティングデバイス内に配置され得る。後者の場合、外部コンピューティングデバイスは、プログラム命令を実行対象としてコントローラ４００へ提供し得る。「メモリ媒体」という用語は、異なる場所（例えば、ネットワークを介して接続された異なるコンピューティングデバイス中）に常駐し得る２つ以上のメモリ媒体を含み得る。

いくつかの実施形態において、コントローラ４００は、プロセッサ４１０を含む。プロセッサ４１０は、例えば、１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、酸素濃縮器１００中に配置された回路基板上に設けられたマイクロコントローラなどを含む。プロセッサ４１０は、メモリ４２０中に保存されたプログラミング命令を実行するように構成される。いくつかの実施形態において、プログラミング命令は、プロセッサ４１０の外部のメモリに別個にアクセスできない（すなわち、メモリ４２０は、プロセッサ４１０の内部に設けられ得る）ように、プロセッサ４１０中に構築され得る。

プロセッサ４１０は、酸素濃縮器１００の多様な構成要素へ連結され得る（例を非限定的に挙げると、圧縮システム２００、システム内を流動する流体の制御に用いられる弁のうち１つ以上（例えば、弁１２２、１２４、１３２、１３４、１５２、１５４、１６０）、酸素センサ１６５、圧力センサ１９４、流量センサ１８５、温度センサ（図示せず）、ファン１７２、および電気制御され得る他の任意の構成要素）。いくつかの実施形態において、別個のプロセッサ（および／またはメモリ）が、これらの構成要素のうち１つ以上へ連結され得る。

コントローラ４００は、酸素濃縮器１００を動作させるように構成され（例えば、プログラム命令によってプログラムされ）、例えば故障状態または他のプロセス情報について酸素濃縮器１００を監視するようにさらに構成される。例えば、一実施形態において、コントローラ４００は、システムが動作しておりかつ所定の期間にわたってユーザにより呼吸が検出されない場合に警告をトリガするように、プログラムされる。例えば、コントローラ４００が７５秒間の期間にわたって呼吸を検出しない場合、警告ＬＥＤが点灯されかつ／または可聴警告が発生し得る。例えば睡眠時無呼吸エピソード時にユーザの呼吸が本当に止まった場合、この警告はユーザを覚醒させるのに充分であり得、これにより、ユーザの呼吸を再開させる。この呼吸活動は、コントローラ４００がこの警告機能をリセットするのに充分であり得る。あるいは、送達導管１９２がユーザから取り外されたときにシステムがオンのまま放置されてしまう場合、この警告は、ユーザに酸素濃縮器１００をオフにするよう促すためのリマインダとして機能し得る。

コントローラ４００は、酸素センサ１６５へさらに連結され得、膨張チャンバ１６２を通過する酸素富化空気の酸素純度の連続的または定期的監視のためにプログラムされ得る。最小酸素純度閾値は、ユーザに対し酸素濃度低下について警告するためのＬＥＤ視覚警告および／または可聴警告をコントローラが点灯するように、コントローラ４００内にプログラムされ得る。

コントローラ４００は、内部電源１８０にも連結され、内部電源の充電レベルを監視するように構成され得る。最小電圧および／または現在の閾値コントローラ４００内にプログラムすることにより、コントローラがユーザに対して電力低下状態について警告するためのＬＥＤ視覚警告および／または可聴警告を点灯することができる。これらの警告の起動は、間欠的に行ってもよいし、あるいは、電池の利用可能な充電がゼロに近づくにつれて頻度を上げて行ってもよい。

図１Ｏは、接続されたＰＯＣ治療システム４５０がＰＯＣ１００を含む様子の１つの実施形態を示す。ＰＯＣ１００のコントローラ４００に含まれるトランシーバ４３０は、コントローラ４００が無線通信プロトコル（例えば、グローバルシステムフォーモバイルテレフォニー（ＧＳＭ）または他のプロトコル（例えば、ＷｉＦｉ））により（例えばネットワーク４７０を介して）遠隔のコンピューティングデバイス（例えば、クラウドベースのサーバ４６０）と通信することを可能にするように、構成される。ネットワーク４７０は、広域ネットワーク（例えば、インターネット）またはローカルエリアネットワーク（例えば、イーサネット）であり得る。コントローラ４００は、短範囲無線モジュールもトランシーバ４３０内に含み得る。この短範囲無線モジュールは、コントローラ４００が短範囲無線通信プロトコル（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標））を用いてポータブルコンピューティングデバイス４８０（例えば、スマートフォン）と通信することを可能にするように構成される。ポータブルコンピューティングデバイス（例えば、スマートフォン、４８０）は、ＰＯＣ１００のユーザ１０００と関連付けられ得る。

サーバ４６０も、無線通信プロトコル（例えば、ＧＳＭ）を用いてポータブルコンピューティングデバイス４８０と無線通信し得る。スマートフォン４８０のプロセッサは、スマートフォン４８０とユーザ１０００、ＰＯＣ１００および／またはサーバ４６０との間の対話を制御する、「ａｐｐ」として公知であるプログラム４８２を実行し得る。サーバ４６０は、ＰＯＣ１００およびユーザ１０００についての動作データを保存するデータベース４６６へのアクセスを有し得る。

サーバ４６０に含まれる分析エンジン４６２は、ＰＯＣ１００を動作させる方法およびＰＯＣ１００を監視する方法を実行し得る。サーバ４６０は、有線接続または無線接続を介してネットワーク４７０を介して他のデバイス（例えば、パーソナルコンピューティングデバイス４６４）とも通信し得る。パーソナルコンピューティングデバイス４６４のプロセッサは、パーソナルコンピューティングデバイス４６４のサーバ４６０との対話を制御する「クライアント」プログラムを実行し得る。クライアントプログラムの一例として、ブラウザがある。

コントローラ４００の使用によりまたはコントローラ４００により実行され得るさらなる機能については、本開示の他の部分に詳述する。

・コントロールパネル
コントロールパネル６００は、ユーザとコントローラ４００との間のインターフェースとして機能して、ユーザが酸素濃縮器１００の所定の動作モードを開始することおよびシステムの状態を監視することを可能にする。図１Ｎは、コントロールパネル６００の実施形態を示す。内部電源１８０の充電のための充電入力ポート６０５が、コントロールパネル６００内に配置され得る。

いくつかの実施形態において、コントロールパネル６００は、酸素濃縮器１００のための多様な動作モードを起動するためのボタンを含み得る。例えば、コントロールパネルは、電源ボタン６１０、流量設定ボタン６２０～６２６、活性モードボタン６３０、スリープモードボタン６３５、高度ボタン６４０、および電池チェックボタン６５０を含み得る。いくつかの実施形態において、これらのボタンのうち１つ以上は、各ＬＥＤを有し得る。このＬＥＤは、各ボタンが押圧されたときに発光し得、各ボタンが再度押圧されたときに電力オフにされ得る。電源ボタン６１０は、システムの電力をオンまたはオフにさせ得る。システムをオフにするために電源ボタンが起動されると、コントローラ４００は、システムを停止状態にさせるための停止シーケンスを開始し得る（例えば、双方のキャニスタが加圧された状態）。

流量設定ボタン６２０、６２２、６２４および６２６により、酸素富化空気の流量の選択が可能になる（例えば、ボタン６２０によって０．２ＬＰＭ、ボタン６２２によって０．４ＬＰＭ、ボタン６２４によって０．６ＬＰＭ、ボタン６２６によって０．８ＬＰＭ）。他の実施形態において、流量設定の数値が増減され得る。流量設定の選択後、酸素濃縮器１００は、この選択された流量設定に従って酸素富化空気の生成達成のための動作を制御する。任意選択的に、コントロールパネルは、本明細書中に記載のハイブリッドモードのいずれかを起動させるための１つ以上のハイブリッドボタン（単数または複数）を含み得る。任意選択的に、コントロールパネルは、ＰＯＤモードを起動させるためのＰＯＤボタンを含み得る。よって、デバイスは、以下のモードで動作するように設定され得る：例えば設定された流量に従って患者吸気のためにボーラス放出のみを行う従来のボーラスモード（ＰＯＤ）；例えば設定された流量に従って吸気および呼気に対して概して一定であるガス特性を有するガスがデバイスから得られる連続流モード（ＣＦＭ）および／または本明細書中に記載のように吸気および呼気に対してガス特性が概して変化するハイブリッドモード。いくつかの場合において、コントローラは、残りの電池寿命に基づいて、より高電力消費のモードからより低電力消費モードへ自動的に変化し得る。例えば、電池電圧のサンプリングにおいて低電池状態（例えば、コントローラが電圧検出回路と共に構成されているとき）が検出された場合（例えば、不足電圧検出器）、コントローラは、連続モードからハイブリッドモードまたはＰＯＤモードへ切り換え得る。同様に、低電池状態またはより低電池状態が検出された場合、コントローラは、ハイブリッドモードからＰＯＤモードへ切り換え得る。

ユーザが通常時に酸素濃縮器１００を用いる場所よりも高い場所にユーザが行く場合、高度ボタン６４０が起動され得る。

電池チェックボタン６５０が電池チェックルーチンを酸素濃縮器１００内において開始すると、相対的な残留電池電力ＬＥＤ６５５がコントロールパネル６００上において発光される。

ユーザは、活性モードの場合はボタン６３０を、またはスリープモードの場合はボタン６３５を押圧することにより、活性モードまたはスリープモードを手動で指示することができる。

・ＰＯＣのトリガ
以下に述べるＰＯＣ１００の操作および監視の方法は、１つ以上のプロセッサ（例えば、コントローラ４００の１つ以上のプロセッサ４１０）によって実行され得る。これらのプロセッサ４１０は、プログラム命令によって構成される。これらのプログラム命令の例を挙げると、上記したように、１つ以上の機能および／または（メモリ（例えば、ＰＯＣ１００のメモリ４２０）中に保存された）当該機能に対応する関連データがある。あるいは、記載の方法のステップの一部または全てを、上記したように接続されたＰＯＣ治療システム４５０の一部を形成する外部コンピューティングデバイス（例えば、サーバ４６０）の１つ以上のプロセッサによって同様に実行してもよい。後者の実施形態において、プロセッサ４１０は、外部コンピューティングデバイスにおいて行われるべきステップの性能に必要な測定およびパラメータを外部コンピューティングデバイスへ送信させるように、ＰＯＣ１００のメモリ４２０中に保存されたプログラム命令によって構成され得る。

酸素濃縮器１００の主な用途として、ユーザへ補充酸素を提供することがある。１つ以上の流量設定が、酸素濃縮器１００のコントロールパネル６００上において選択され得、これにより、上記選択された流量設定に従って酸素富化空気の生成が達成されるように動作が制御される。いくつかのバージョンにおいて、複数の流量設定が実行され得る（例えば、５個の流量設定）。コントローラ４００は、ＰＯＤ（パルス型酸素送達）またはデマンド動作モードを実行し得る。コントローラ４００は、上記選択された流量設定に従って酸素富化空気の送達を達成するように、１つ以上の放出されるパルスまたはボーラスの量を調節し得る。コントロールパネル６００上の流量設定は、微量の送達される酸素（ボーラス量を毎分あたりの呼吸速度で乗算した値）に対応し得る（例えば、０．２ＬＰＭ、０．４ＬＰＭ、０．６ＬＰＭ、０．８ＬＰＭ、１．１ＬＰＭ）。

酸素濃縮器１００によって生成された酸素富化空気は、酸素アキュムレータ１０６中に保存され、ＰＯＤ動作モードにおいて、ユーザの吸息時においてユーザへ放出される。酸素濃縮器１００によって提供される酸素富化空気量は、供給弁１６０によって部分的に制御される。一実施形態において、供給弁１６０の開放は、コントローラ４００によって推定されたような適切な量の酸素富化空気をユーザに提供することができるだけの充分な量の時間の間行われる。酸素の無駄を最小限にするために、コントローラ４００は、ユーザの吸息開始の検出後すぐに酸素富化空気のボーラス放出を行わせるために供給弁１６０を開放させるよう、プログラムされ得る。例えば、酸素富化空気のボーラスは、ユーザ吸息の最初の数ミリ秒において供給され得る。ユーザの吸息時にユーザへの酸素富化空気のボーラスの放出を行うことにより、例えばユーザの呼息時において酸素放出が控えられるため、酸素の無駄が回避され得る。

実施形態において、ユーザによる吸息開始が圧力センサ１９４などのセンサによって検出され得、これによりボーラス放出がトリガされる。例えば、吸息開始は、圧力センサ１９４の利用によって検出され得る。使用時において、酸素富化空気を提供するための送達導管１９２が、鼻気道送達デバイス１９６および／またはマウスピース１９８を通じてユーザの鼻および／または口へ連結される。よって、送達導管１９２中の圧力は、ユーザの気道圧力を示し、したがって、ユーザ呼吸を示す。吸息開始時において、ユーザは、鼻および／または口を通じて空気を体内へ引き込むことを開始する。空気が引き込まれる際、送達導管１９２の端部において引き込まれる空気のベンチュリ作用に部分的に起因して、送達導管１９２の端部において負圧が発生する。コントローラ４００は、圧力センサ１９４からの圧力信号を分析して、圧力低下を検出し、吸息開始を示す。

送達導管１９２中の圧力が正の変化または上昇を示した場合、ユーザによる呼息を示す。コントローラ４００は、圧力センサ１９４からの圧力信号を分析して、（呼息開始を示す）圧力上昇を検出し得る。一実施形態において、正の圧力変化が感知されると、次の吸息開始が検出されるまで、供給弁１６０は閉鎖される。あるいは、ボーラス持続時間として知られる所定インタバル後、供給弁１６０は、閉鎖され得る。

隣接する吸息開始間のインタバルを測定することにより、ユーザの呼吸速度が推定され得る。吸息開始時と後続の呼息開始時との間のインタバルを測定することにより、ユーザの吸気時間が推定され得る。

他の実施形態において、圧力センサ１９４は、感知導管内に配置され得る。感知導管は、ユーザの気道と空気圧連通するが、送達導管１９２から別個に設けられる。よって、このような実施形態において、圧力センサ１９４からの圧力信号も、ユーザの気道圧力を示す。

・ハイブリッドモード酸素送達
ハイブリッドモード治療は、呼吸同期型治療であり、患者への非ゼロのボーラス間ガス流れと、ＰＯＤモードのように吸息と同期して送達されるボーラスとが存在する。このようなモードにおいて、コントローラは、デバイスの動作を制御する際、ボーラス送達をこのように同期的に起動させることと、他の場合に非ゼロのボーラス間ガス流れを送達させるようにデバイスを制御したり動作させたりするように、制御を行い得る。よって、デバイスにより、各呼吸サイクル（すなわち、吸気および呼気）時において治療ガスの概して連続する流れが提供され得るが、ガス流れの特性（単数または複数）（例えば、純度および／または流量）は、非吸気時または呼気に相対して吸気時（または吸気の一部）において異なり得る。このようなモードの例について、本明細書中により詳細に説明する。ハイブリッドモード（単数または複数）のためのこのようなガス特性送達差は、異なる構成を用いた酸素濃縮器内の複数の流路と共に実行され得る。例えば、このようなガス特性送達差は、一次流路（または一次経路）ならびに１つ以上の二次流路（または二次経路）を用いて実行され得る。この点について、一次経路は、吸気用にトリガされたボーラスを送達導管へ放出させる供給弁を通じてアキュムレータからの治療ガスを流動させるための典型的経路に主に関する。一次経路により、第１のガス特性を有する治療ガスが送達導管へ提供され得る。さらに、二次経路は、一次経路から分離された送達導管へ治療ガスを流動させるための経路に主に関する。このような二次経路により、第１のガス特性と異なる第２のガス特性を有する治療ガスが送達導管へ提供され得る。いくつかの例示的実施形態において、一次経路を介した治療ガスの提供においては、主に治療ガスは吸気時間に提供され得る一方、二次経路（単数または複数）を介した治療ガスの提供においては、主に治療ガスは呼気時間または非吸気時間に提供され得る。しかし、他の例において、二次経路（単数または複数）は、吸気時間のための治療ガスも提供し得る。本明細書中、異なるハイブリッドモードのためのこのような異なる経路の例についてより詳細に説明する。

バイレベルの純度
図２に含まれるグラフ２６０は、ハイブリッドモード（バイレベルの純度と呼ばれる）の例を示す。バイレベルの純度ハイブリッドモードにおいて、酸素富化空気の各ボーラスが、流量（ボーラス流量と呼ばれる）および酸素純度（ボーラス純度と呼ばれる）においてＰＯＤモードと同様に吸息と同期して放出される。そのため、ボーラス純度は、酸素富化空気の酸素純度に相当し得る。これを、グラフ２６０中の期間２７０によって示す。期間２７０は、患者へのガス流れの提供がボーラス流量およびボーラス純度において行われるようにデバイス動作によりガス流れが生成される期間を示す。しかし、ボーラス放出間の期間（ボーラス間期間と呼ばれる）（例えば、期間２８０）において、患者へのガス流れの提供が（酸素純度の低下時を除いて）ボーラス流量にて行われるように、デバイス動作によるガス流れの生成が行われる。

ボーラス間流れの酸素純度が低下した場合、（酸素純度および流量が概して一定である）従来の連続流時よりも酸素の無駄は低下する。これにより、デバイス（コンプレッサを含む）は、現在の流量設定に対する所望の値においてシステム圧力を維持するために（従来の連続流時ほどには）激しく作動する必要は無いため、電池の長寿命化が促進される。加えて、ポータブル酸素濃縮器の場合、設計上の制約（サイズ、重量、電力消費、吸着剤の大きさ）に起因して、所与の時間内に生成することが可能な酸素の量が制限される。酸素送達の節約により、バイレベルの純度ハイブリッドモードにより、その他の設計上の制約において最適化の余裕が増加する。

図３は、バイレベルの純度ハイブリッドモードの１つの実施形態による、図１Ｆの出口システムの変更の模式図である。図３の変更された出口システム３５０は、下記の新規要素を除いて図１Ｆに示すものと同じである：流れ発生源７００、二次弁７１０（例えば、２路または２ポート弁）、流れ制限器７２０および絞り弁７３０。流量センサ１８５は、図３に示すように変更された出口システム３５０から省略してもよいし、あるいは、図１Ｆに示すように流れ制限器１７５の後に任意選択的に設けてもよい。

流れ発生源７００は、二次弁７１０および流れ制限器７２０を含む二次流路（ＳＦＰ）を介して流れ制限器１７５の下流側へ連結され得る。二次流路は、一次流路と異なる経路であり、一次経路とガス特性が異なる治療ガスを提供するように操作され得る。よって、二次流路中の流れは、供給弁１６０から一次流路（ＰＦＰ）を介して患者へ放出される酸素富化空気よりも低純度になる。ボーラスが供給弁１６０から放出されていない場合、コントローラ４００は、二次弁７１０を制御して、より低純度の経路に沿った流れを可能にする。コントローラ４００は、二次弁７１０を制御して、ボーラス放出時におけるより低純度の経路に沿った流れも回避し得る。換言すると、二次弁７１０は、供給弁１６０と非同期で作動され得る。よって、コントローラ４００によって生成される制御信号により、供給弁１６０の閉鎖時において二次弁７１０を開放させることおよび供給弁１６０の開放時に二次弁７１０を閉鎖させることを行うように制御が行われる。バイレベルの純度ハイブリッドモードの実行のための変更された出口システム３５０の代替例において、２つの弁１６０および７１０の代わりに、三方弁（または３ポート弁）が用いられ得る。三方弁（または３ポート弁）は、（吸息開始によるトリガ時においては）アキュムレータ１０６を一次流路へ連結させるかまたはその他全ての場合にまたは二次のより低純度の経路へ連結させるように構成される。この三方弁は、流れ制限器１７５および７２０の下流に設けてもよいし、あるいは、（流れ制限器１７５および７２０の代わりに用いられかつ流れ制限器１７５および７２０の作用を組み合わせた）単一の流れ制限器の上流に設けてもよい。

一実施形態において、流れ発生源７００は、コンプレッサ２１０であり得、二次経路への出口を備える。このような実施形態において、流れ制限器７２０は、より低純度の経路中の流量がより高純度の一次流路（または一次経路）中のボーラス流量とほぼ等しくなるように選択される。いくつかの実施形態において、流れ発生源７００の圧力および二次流路の空気圧インピーダンスに応じて、流れ制限器７２０はほとんど省略され得る。

代替実施形態において、流れ発生源７００は、二次コンプレッサであり得、二次経路への出口を備える。このようなコンプレッサは、より高純度の経路中のボーラス流量にほぼ等しい流量において空気流を生成するように構成され得る。このような実施形態において、流れ制限器７２０は省略され得る。二次コンプレッサは、指定された流量を達成するように、コントローラ４００によって任意選択的に制御され得る。

いずれかのこのような実施形態において、より低純度の経路中の酸素純度は、周囲空気（２１％）とほぼ同じである。

バイレベルの純度ハイブリッドモードのさらなる実施形態において、流れ発生源７００は、出口１３０から（例えば、キャニスタ（単数または複数）の排気出口からより低純度の経路へ）再度経路設定された通気された排気ガスの一部である。このような通気された排気ガスの酸素純度は典型的には周囲における純度が２１％であり得るが、パージ流れの量に応じて３５％と高くされ、４％と低くされ得る。１つのこのような実施形態において、流れ制限器７２０は、より低純度の経路内の流量がより高純度の一次経路内のボーラス流量とほぼ等しくなるように選択される。よって、このようなハイブリッドモードにおいて送達導管へ提供される治療ガスは、蓄積された高濃度ガス（例えば、ボーラス）および排気ガス双方を用いて、少なくとも患者吸気時および患者呼気時において送達導管へ流動させ得る。その後、ハイブリッドモードにおいて、治療ガスの特性が変化し得、例えば、この特性変化は酸素純度である。酸素純度の変化は、（例えば、残りの吸気および／または呼気時において）少なくとも患者吸気の一部の間の第１の酸素純度および患者吸気の一部の後の第２の酸素純度を有し得る。第１の酸素純度は、約５０パーセント～約９９パーセントの範囲の純度であり得る。これは、ボーラス放出ガスに起因し得、一次経路を介して送達導管へ提供され得る。さらに、第２の酸素純度は、約４パーセント～３５パーセントの範囲の純度であり得る。これは、通気された排気ガスに起因し得、二次経路を介して送達導管へ提供され得る。よって、一次経路は、治療ガスを（吸気用にトリガされたボーラスを送達導管へ放出させる）供給弁を介してアキュムレータから流動させるための経路に主に関連し、第１の酸素純度を有する治療ガスを提供し得る。さらに、二次経路は、一次経路から分離された送達導管への流路であり、第２の酸素純度を有する治療ガスを提供し得る。

いくつかのこのような実施形態において、図１Ｆの出口システムのセンサ構成は、変更された出口システム３５０において変更され得る。例えば、図１Ｆの出口システム中の圧力センサ１９４は典型的には異なる様態で接続されて、「感知ポート」（ＳＰ）がコネクタ１９０または送達導管１９２内のいずれかの場所へ接続され、「基準ポート」（ＲＰ）が周囲（図１Ｆ中図示せず）へ接続される。このセンサ構成は、変更された出口システム３５０において変更され得るため、基準ポート（ＲＰ）は、システム内に設けられる（例えば、供給弁の下流へ連結される）。例えば、これは、流れ制限器７３０の下流側へ接続され得る。流れ制限器７３０の上流側は、流れ制限器１７５の下流側へ接続される。このような差動接続により、変更された出口システム３５０は、（図１Ｆのように圧力センサ１９４が接続されている場合よりも）トリガをより高精度に行うことができ得る。ボーラス間期間において二次経路を通じてより低純度の流れが流動することにより、コネクタ１９０における圧力およびよって圧力センサ１９４の感知ポートにおける圧力が、吸息開始の直前の周囲よりも実質的に高い圧力まで上昇する。圧力センサ１９４の基準ポートが他の様態で周囲に接続された場合、圧力センサ１９４のポート間の実質的に正の圧力差に起因して、吸息開始の直前に圧力センサ１９４が飽和され得、これにより、吸息開始に起因するコネクタ１９０における圧力低下を信頼性良く感知することが困難になり得る。

しかし、図３の差動接続を用いれば、圧力センサ１９４のポート間の圧力差が吸息開始の直前にずっと低減され、実際に若干負の値になり得る。よって、圧力センサ１９４は、不飽和のままである。流れ制限器７３０に起因して、動的なまたは適応型の基準圧力は、コネクタ１９０における圧力を減衰したバージョンまたは遅延させたバージョンといえる。吸息開始に起因して、感知ポート（コネクタ１９０）における圧力は急低下する一方、流れ制限器７３０に起因して、基準ポートにおける圧力は、吸息開始後の短期間にわたって一定のままである。よって、圧力センサ１９４のポートにわたる圧力差は、コントローラ４００による検出が可能なほど十分な長さの期間にわたって負の方向に引っ張られる。変更された基準ポート接続は、動的なまたは適応型の閾値として有効に機能し、吸息開始の検出のためのコネクタ１９０における圧力との比較相手として用いられる。

任意選択的に、デバイスの制御は、バイレベルの純度ハイブリッドモードを不活性化することができるように行われ得る。よって、上記した二次弁構成（単数または複数）により、酸素富化空気を変更された出口システム３５０を餅知恵バイレベルの純度ハイブリッドにおいて生成することが常時不要になる。いくつかの実施形態において、コントローラ４００は、二次弁７１０を閉鎖状態にて維持し得るため、酸素富化空気の送達を（二次経路を使用すること無く）異なるモードに応じて行うことが可能になる。例えば、閉鎖状態の維持により、コントローラは、ＰＯＤモードにおいてガス流れを一次経路を介して提供するようにデバイスを動作させ得る。任意選択的に、コントローラは、（コントロールパネル６００上の制御（例えば、ハイブリッドボタンまたは快適性ボタン）が起動されるまで）ＰＯＤモードで動作するように構成され得る。例えば、ユーザが呼吸困難または息切れを経験しており、保証または快適性を必要としているときに、上記制御が起動され得る。このような制御が起動されると、コントローラ４００は、制御信号の生成により二次弁を動作させて、（バイレベルの純度ハイブリッドモードの実行のために）例えば上記したように二次弁７１０の開閉を供給弁１６０と非同期で開始させ得る。任意選択的に、このボタンが押圧されると、コントロールパネル上の制御が不活性化されるまで、（所定の期間にわたるまたは不定の期間にわたる）ハイブリッドモードの動作がトリガされ得る。例えば、快適性ボタンにより、ハイブリッドモードがこのような所定期間にわたって起動され得る。次に、コントローラ４００は、所定期間の後、ＰＯＤモードにおける酸素富化空気の制御に復帰する。ハイブリッドボタンが押圧されると、ハイブリッドモードがより連続的に（例えば、ユーザが別のモードを起動させるかまたはデバイスがオフにされるまで）起動される。

バイレベルの流量
図４に含まれるグラフ４３５は、ハイブリッドモード（バイレベルの流量と呼ばれる）の別の例を示す。バイレベルの流量ハイブリッドモードにおいて、酸素富化空気の各ボーラスの放出が、ＰＯＤモードおよびバイレベルの純度ハイブリッドモードのように、ボーラス流量において吸息と同期して行われる。これを、グラフ４３５中の期間４４０によって示す。しかし、ボーラス間期間（例えば、期間４４５）においては、患者へのガス流れの提供が（より低い流量（ボーラス間流量と呼ばれる）を除いて）ボーラス酸素純度で行われるように、デバイスが動作する。本明細書中により詳細に述べるように、このようなモードは、一次流路および二次流路と共に実行され得る。異なるガス流量特性の達成のために、これらの経路は、異なる流れ特性を有するように構成され得る。

ボーラス間の流れの流量が低下した場合、（流量および酸素純度が呼吸サイクルにわたって概して一定である）従来の連続流時よりも酸素の無駄が低減していることを意味する。これにより、デバイス（コンプレッサを含む）は、現在の流量設定に対する所望の値においてシステム圧力を維持するために（従来の連続流時ほどには）激しく作動する必要は無いため、電池の長寿命化が促進される。加えて、ポータブル酸素濃縮器の場合、設計上の制約（サイズ、重量、電力消費、吸着剤の大きさ）に起因して、所与の時間内に生成することが可能な酸素の量が制限される。酸素送達の節約により、バイレベルの流量ハイブリッドモードにより、その他の設計上の制約において最適化の余裕が増加する。

図５は、バイレベルの純度ハイブリッドモードの１つの実施形態による、図１Ｆの出口システムの変更例の模式図である。図５の変更された出口システム５００は、（二次弁７１０のように流れ発生源７００から流れを受容するのではなく）二次弁８１０（例えば、２路または２ポート弁）がアキュムレータ１０６からの流れを受容する点を除いて、図３に示す変更された出口システム３５０に類似する。換言すると、二次弁８１０および流れ制限器８２０は、任意の順序で配置され得、アキュムレータ１０６からの酸素富化空気のための二次流路（ＳＦＰ）を形成する。二次流路がより低流の経路となるように、流れ制限器８２０が選択される。すなわち、二次経路の流れは、一次流路（ＰＦＰ）内のボーラス流量よりも実質的に小さい。

コントローラ４００は、二次弁８１０を制御して、（供給弁１６０を用いたボーラス放出をコントローラが制御していない場合に）より低流の経路に沿った流れを可能にすることを行うように、構成される。コントローラ４００は、二次弁８１０を制御して、ボーラス放出の制御時においてより低流の経路に沿った流れを回避させることも行い得る。換言すると、二次弁８１０の作動は、供給弁１６０と非同期で行われ得る。よって、コントローラ４００によって生成される制御信号により、供給弁１６０の閉鎖時において二次弁７１０を開放させることおよび供給弁１６０の開放時に二次弁７１０を閉鎖させることを行うように制御が行われる。

変更された出口システム５００は、変更された出口システム３５０と同様に、差動接続型圧力センサ１９４も流れ制限器７３０と共に実行し得、これにより、トリガがより高精度になる。

任意選択的に、デバイスの制御は、バイレベルの流量ハイブリッドモードの不活性化が可能となるように行われ得る。よって、上記の二次弁構成（単数または複数）により、バイレベルの流量ハイブリッドモードにおいて、変更された出口システム５００を用いた酸素富化空気の生成が常時不要になる。いくつかの実施形態において、コントローラ４００は、二次弁８１０を閉鎖状態に維持することにより、酸素富化空気の送達を異なるモードに従って（二次経路を使用すること無く）行い得る。例えば、このような閉鎖状態の維持により、コントローラは、デバイスを動作させて、ＰＯＤモードにおいてガス流れを一次流路（または一次経路）を介して提供させ得る。上記した動作と同様に、コントローラ４００は、例えばユーザによる制御ボタン（例えば、快適性ボタンまたはハイブリッドボタン）の押圧に応答して、（所定の期間にわたってまたは上記したようにより連続的な様態で上記した弁に対する制御信号の生成を行うことにより）バイレベルの流量ハイブリッドモードで動作し得る。

代替実施形態において、変更された出口システム５００は、バイレベルの流量ハイブリッドモードを二次弁８１０無しに提供するように構成され得る。二次弁８１０が除去されているため、流れ制限器８２０を通じた二次のより低流の経路により、ＰＯＣ１００そのものが動作している限り、ガス流れが得られる。一次経路と比較して二次経路の流量を低下させるために、これらの経路を異なる流れ特性と共に構成することにより、一次経路の流れ特性を二次経路の流れ特性と異ならせ得る。例えば、二次経路の流れ制限器を選択する際、流れの制限により一次経路の流量と比較してより低流量のガスを二次経路内において達成するように、選択が行われ得る。同様に、一次流路および二次流路の空気圧抵抗も、例えば異なる導管サイズに応じて（流量差を達成するように）選択され得る。例えば、（一次経路の導管と比較して）より小型でありかつより制限的な導管が、二次経路について選択され得る。

バイレベルの流量ハイブリッドモードの実行のためのさらなる変更された代替の出口システムにおいて、弁１６０および８１０の代わりに、三方弁（例えば、３ポート弁）が用いられ得る。三方弁（例えば、３ポート弁）は、アキュムレータ１０６を一次経路および二次流路へ空気圧的に連結させる。よって、三方弁がコントローラによって起動されると、（例えば、吸息開始の検出によってコントローラがトリガされた場合に）一次経路および（例えば他の全てのときに）二次のより低流の経路のうち１つへアキュムレータを選択的に空気圧的に連結させ得る。

バイレベルの流量ハイブリッド送達モードの１つの恩恵として、二次のより低流の経路を介して低流量において送達された酸素富化空気が送達導管１９２内に「プール」されるため、（ボーラス放出のために一次経路の開放前であっても）吸息開始の直後にすぐ吸息のために利用可能である点がある。

中間実施形態
図６に含まれるグラフ６６０は、酸素濃縮器による酸素富化空気の多様な送達モードを示す。横軸は、ボーラス間流量を示し、縦軸は、ボーラス間酸素純度を示す。点６６５によって示される連続流送達において、ボーラス間流量はボーラス流量に等しく、ボーラス間純度は、酸素富化空気の純度（すなわち、ボーラス純度（例えば、９３％））と同じである。点６７０によって示されるＰＯＤモードにおいて、ボーラス間流量はゼロである。点６７５によって示されるハイブリッド送達モードのバイレベルの純度の種において、ボーラス間流量はボーラス流量に等しいが、ボーラス間純度は、（典型的には、室温の場合に２１％まで）大きく低下する。点６８０によって示されるハイブリッド送達モードのバイレベルの流量の種において、ボーラス間流量は、ボーラス流量よりも実質的に低いが、ボーラス間純度はボーラス純度と同じである。線６８５は、中間バージョンのハイブリッド送達モードのバイレベルの純度の種（点６７５）とバイレベルの流量の種（点６８０）との間における進展を示す。点６９０によって示す１つのこのような中間バージョンにおいて、ボーラス間流量はボーラス流量よりも若干低く、ボーラス間純度はボーラス純度よりも若干低く、バイレベルの純度の種の純度よりも高い。

このような中間バージョンを実行するには、変更された出口システム３５０および５００の構成要素の組み合わせをコントローラ４００によって制御して、二次のより低純度の経路（図３からのＳＰＦ）および二次のより低流の経路（図５からのＳＰＦ）双方を実行する。このような二次経路（ＳＦＰ－１、ＳＦＰ－２）の組み合わせを図７中に示す。１つのこのような例において、コントローラ４００は、二次弁７１０および８１０を制御する制御信号を生成し得、二次弁７１０および８１０はそれぞれ、一次経路の弁１６０と非同期で開放される。２つの二次経路内のこれらの流れの組み合わせによりボーラス間流れの全体が構成される。流れ制限器７２０および８２０の各サイズは、（図６のグラフの線によって示されるバージョンの所望の特性を達成するように）２つの二次経路中の流量ならびによってボーラス間純度および流量を設定するように選択され得る。

図７の構成要素は、二次弁７１０および８１０を図示しているが、いくつかの実施形態において、これらのうち一方または双方を省略してもよい。

吸気検出精度およびボーラス放出のための弁１６０のトリガの制御（ならびにこれによる弁７１０および８１０の非同期動作と関連付けられた信号）の向上のために、差動接続型圧力センサ１９４が、全ての例のハイブリッドモード送達と共に用いられ得る。

・用語集
本技術の開示目的のため、本技術の特定の形態において、以下の定義のうち１つ以上が適用され得る。本技術の他の形態において、代替の定義も適用され得る。

一般
空気：本技術の特定の形態において、「空気」という用語は、７８％窒素（Ｎ_２）、２１％酸素（Ｏ_２）、および１％水蒸気、二酸化炭素（ＣＯ_２）、アルゴン（Ａｒ）および他の微量ガスからなる大気を意味するものとして解釈されるべきである。

酸素富化空気：大気の酸素濃度（２１％）よりも高い酸素濃度（例えば、少なくとも約５０％の酸素、少なくとも約６０％の酸素、少なくとも約７０％の酸素、少なくとも約８０％の酸素、少なくとも約９０％の酸素、少なくとも約９５％の酸素、少なくとも約９８％の酸素、または少なくとも約９９％）を有する酸素。「酸素富化空気」を簡略的に「酸素」と呼ぶ場合もある。

医療酸素：医療酸素は、酸素純度が８０％以上である酸素富化空気として規定される。

周囲：本技術の特定の形態において、「周囲」という用語は、（ｉ）治療システムまたは患者の外部、および（ｉｉ）治療システムまたは患者を直接包囲するものを意味するものとしてとられるべきである。

流量：単位時間あたりに送出される空気の瞬時の量（または質量）。流量とは、瞬間の量を指し得る。場合によっては、流量について言及した場合、スカラー量（すなわち、大きさのみを有する量）を指す。他の場合において、流量について言及した場合、ベクトル量（すなわち、大きさおよび方向両方を持つ量）を指す。流量には、符号Ｑが付与され得る。「流量」を簡略的に「流れ」もしくは「空気流」と呼ぶ場合もある。

流れ治療：患者の呼吸サイクル全体において典型的には正方向である制御された流量（治療流量と呼ばれる）の空気流を気道への入口へ送達させることを含む呼吸治療。

患者：呼吸障害に罹患しているかまたはしていない人。

圧力：単位面積あたりの力。圧力は、多様な単位で表現され得る（例えば、ｃｍＨ_２Ｏ、ｇ－ｆ／ｃｍ２、及びヘクトパスカル）。１ｃｍＨ_２Ｏは、１ｇ－ｆ／ｃｍ２に等しく、およそ０．９８ヘクトパスカル（１ヘクトパスカル＝１００Ｐａ＝１００Ｎ／ｍ^２＝１ミリバール～０．００１ａｔｍ）である。本明細書において、他に明記無き限り、圧力はｃｍＨ_２Ｏの単位で付与される。

・一般的注意事項
本明細書中用いられる「連結される」という用語は、１つ以上の物体または構成要素間の直接的接続または間接的接続（例えば、１つ以上の介在的接続）を意味する。「接続される」という言い回しは、物体または構成要素が直接相互接続されるような物体または構成要素間の直接的接続を意味する。本明細書中において用いられるように、デバイス「を得る」という言い回しは、当該デバイスを購入または構築したことを意味する。

本開示において、特定の米国特許、米国特許出願および他の文献（例えば、論文）を参考のため援用する。しかし、このような米国特許、米国特許出願および他の文献の本文を、そのような本文と本明細書中に記載の他の記載および図面との間に矛盾が存在しない範囲内において、参考のためひとえに援用する。そのような矛盾が生じた場合、そのような参考のため援用された米国特許、米国特許出願および他の文献中のそのような矛盾のある記載は全て、本特許中において参考のため特定的に援用されない。

本技術の多様な態様のさらなる改変例および代替実施形態は、当業者にとって本記載に鑑みて明らかになり得る。よって、本記載は、あくまで例示的なものとして解釈されるべきであり、本技術を実行する一般的様態を当業者に教示する目的のためのものである。本明細書中に図示および記載された本技術の形態は、実施形態としてとられるべきであることが理解されるべきである。本技術の本記載の恩恵に鑑みれば当業者にとって全て明らかであるように、要素および材料は、本明細書中に例示および記載したものにおいて代替可能であり、部分およびプロセスは逆転され得、本技術の特定の特徴は独立的に利用され得る。添付の特許請求の範囲に記載のような本技術の意図および範囲から逸脱すること無く、本明細書中に記載の要素において変更が可能であり得る。

１００…酸素濃縮器
１０１…入口
１０５…空気入口
１０６…アキュムレータ
１０７…圧力センサ
１０８…入口マフラー
１２２…入口弁
１２４…入口弁
１２９…フィルタ
１３０…出口
１３２…出口弁
１３３…マフラー
１３４…出口弁
１３９…ばねバッフル
１４２…チェック弁
１４４…チェック弁
１５１…流れ制限器
１５２…弁
１５３…流れ制限器
１５４…弁
１５５…流れ制限器
１６０…供給弁
１６２…膨張チャンバ
１６５…酸素センサ
１６６…超音波エミッタ
１６８…超音波レシーバ
１７０…外側ハウジング
１７２…ファン
１７３…出口
１７４…出口ポート
１７５…流れ制限器
１８０…電源
１８５…流量センサ
１８７…微粒子フィルタ
１９０…コネクタ
１９２…送達導管
１９４…圧力センサ
１９６…気道送達デバイス
１９８…マウスピース
２００…圧縮システム
２０１…速度センサ
２１０…コンプレッサ
２１２…コンプレッサ出口
２２０…モータ
２３０…外部回転電機子
２４０…空気移送デバイス
２５０…コンプレッサ出口導管
２６０…グラフ
２７０…期間
２８０…期間
３００…キャニスタシステム
３０２…キャニスタ
３０４…キャニスタ
３０６…空気入口
３１０…ハウジング構成要素
３１５…ベース
３２２…弁座
３２３…開口部
３２４…弁座
３２５…出口
３２７…排気ガス
３３０…入口導管
３３２…弁座
３３４…弁座
３３７…アパチャ
３４２…導管
３４４…導管
３４６…導管
３５０…出口システム
３７５…開口部
４００…コントローラ
４１０…プロセッサ
４２０…内部メモリ
４３０…トランシーバ
４３５…グラフ
４４０…期間
４４５…期間
４５０…ＰＯＣ治療システム
４６０…サーバ
４６２…分析エンジン
４６４…パーソナルコンピューティングデバイス
４６６…データベース
４７０…ネットワーク
４８０…スマートフォン
４８２…プログラム
５００…出口システム
５１０…ハウジング構成要素
５３０…導管
５３２…導管
５３４…導管
５４２…開口部
５４４…開口部
５５２…弁座
５５４…弁座
６００…コントロールパネル
６０５…入力ポート
６１０…電源ボタン
６２０…流量設定ボタン
６２２…流量設定ボタン
６２４…流量設定ボタン
６２６…流量設定ボタン
６３０…活性モードボタン
６３５…モードボタン
６４０…高度ボタン
６５０…電池チェックボタン
６５５…ＬＥＤの相対的電池残量
６６０…グラフ
６６５…点
６７０…点
６７５…点
６８０…点
６８５…線
６９０…点
７００…流れ発生源
７１０…二次弁
７２０…流れ制限器
７３０…流れ制限器
８１０…二次弁
８２０…流れ制限器
１０００…ユーザ

Claims (41)

1. 治療ガスを患者吸息のために送達導管へ提供する酸素濃縮器であって、 加圧空気ストリームを生成するように構成されたコンプレッサと、
   １つ以上のシーブベッドであって、前記１つ以上のシーブベッドは、前記加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着するように構成された吸着材料を含み、これにより、前記加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される、１つ以上のシーブベッドと、
   弁セットであって、
   前記コンプレッサを前記１つ以上のシーブベッドへ選択的に空気圧的に連結させて、前記加圧空気ストリームを前記１つ以上のシーブベッドへ選択的に搬送させること、および、
   前記１つ以上のシーブベッドの排気出口から排気ガスを雰囲気へ選択的に通気させること、
   を行うように構成された弁セットと、
   前記１つ以上のシーブベッドの生成物出口から生成された前記酸素富化空気を受容するように前記１つ以上のシーブベッドへ空気圧的に連結されたアキュムレータと、
   酸素富化空気を前記アキュムレータから選択的に一次流路を介して前記送達導管へ放出させるように構成された供給弁と、
   前記排気ガスのうち一部を前記排気出口から前記送達導管へ送るように構成された二次流路と、 前記弁セットおよび前記供給弁へ動作可能に連結されたコントローラであって、
   前記弁セットを周期的パターンで選択的に作動させて、酸素富化空気を前記アキュムレータによる受容対象として生成し、前記１つ以上のシーブベッドから排気ガスを通気させること、および、
   前記供給弁を選択的に作動させて、前記患者の吸息と同期して酸素富化空気を前記アキュムレータから前記送達導管へ放出させること、
   を行うように構成されたコントローラと、
   を含み、
   前記治療ガスは、前記放出された酸素富化空気と、前記排気ガスの一部とを含む、酸素濃縮器。
2. 前記治療ガスは、前記治療ガスが少なくとも患者吸気時および患者呼気時において前記送達導管へ流動するハイブリッドモードにおいて、前記送達導管へ提供される、請求項１に記載の酸素濃縮器。
3. 前記ハイブリッドモードにおいて、前記治療ガスの特性が変化する、請求項２に記載の酸素濃縮器。
4. 前記特性変化は、酸素純度である、請求項３に記載の酸素濃縮器。
5. 前記酸素純度の変化は、少なくとも患者吸気の一部の間の第１の酸素純度と、前記患者吸気の一部の後の第２の酸素純度とを含む、請求項４に記載の酸素濃縮器。
6. 前記第１の酸素純度は、約５０パーセント～約９９パーセントの範囲の純度であり、前記第２の酸素純度は、約４パーセント～３５パーセントの範囲の純度である、請求項５に記載の酸素濃縮器。
7. 前記一次流路は、前記第１の酸素純度を有する前記治療ガスを提供するように構成され、前記二次流路は、前記第２の酸素純度を有する前記治療ガスを提供するように構成される、請求項５または６に記載の酸素濃縮器。
8. 前記二次流路は、前記排気ガスの一部を前記送達導管へ選択的に放出させるように構成された二次弁を含み、前記コントローラは、前記二次弁を前記供給弁の作動と非同期で選択的に作動させて前記排気ガスの一部を前記送達導管へ放出させるようにさらに構成される、請求項１～７のうちいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
9. 前記供給弁および前記二次弁は、前記酸素富化空気または前記排気ガスの一部を前記送達導管へ放出させるように構成された三方弁として実行される、請求項８に記載の酸素濃縮器。
10. 感知ポートと基準ポートとの間の圧力差を示す信号を生成するように構成された圧力センサをさらに含み、前記感知ポートは、前記送達導管へ接続され、前記基準ポートは、前記供給弁の下流の前記酸素濃縮器の流路へ連結される、請求項１～９のうちいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
11. 前記コントローラは、吸息開始を前記生成された圧力差信号から検出することと、前記検出された吸息開始に基づいて前記供給弁を作動させることとを行うようにさらに構成される、請求項１０に記載の酸素濃縮器。
12. 前記コントローラは、前記生成された圧力差信号の低下の検出により吸息開始を検出するように構成される、請求項１１に記載の酸素濃縮器。
13. 前記圧力センサの基準ポートは、流れ制限器を介して前記供給弁の下流側へ接続される、請求項１２に記載の酸素濃縮器。
14. 前記コントローラは、前記酸素濃縮器のインターフェースの制御をユーザが起動させるのに応答して、前記二次弁を前記供給弁の作動と非同期で作動させるように構成される、請求項１～１３のうちいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
15. 前記二次流路内に設けられかつ前記二次弁と整列された流れ制限器をさらに含む、請求項１～１４のうちいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
16. 前記流れ制限器は、前記送達導管へ放出されるときの排気ガスの流量が前記送達導管へ放出されるときの前記酸素富化空気の流量とほぼ等しくなるように構成される、請求項１５に記載の酸素濃縮器。
17. 前記アキュムレータから酸素富化空気を流れ制限器を介して前記送達導管へ選択的に放出させるように構成されたさらなる二次弁をさらに含み、前記コントローラは、前記さらなる二次弁を前記供給弁の作動と非同期で選択的に作動させることにより酸素富化空気を前記送達導管へ放出させるようにさらに構成される、請求項８に従属する場合の請求項１～１６のうちいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
18. 前記ハイブリッドモードにおいて、前記治療ガスのさらなる特性が変化し、前記変化するさらなる特性は、前記治療ガスの流量である、請求項２に従属する場合の請求項１７に記載の酸素濃縮器。
19. 治療ガスを提供する装置であって、
    加圧空気ストリームを生成する手段と、
    前記加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着する手段であって、これにより、前記加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される、手段と、
    前記優先的に吸着する手段と、（ａ）前記加圧空気ストリームを前記優先的に吸着する手段へ選択的に搬送させるための生成手段、および、（ｂ）前記優先的に吸着する手段から排気ガスを雰囲気へ選択的に通気させるための、雰囲気への排気出口と、を周期的パターンで選択的に空気圧的に連結させる手段であって、これにより、酸素富化空気が前記優先的に吸着する手段内に生成される、手段；
    前記優先的に吸着する手段の生成物出口から生成された前記酸素富化空気を蓄積させる手段と、
    前記患者の吸息と同期して酸素富化空気を患者のために前記蓄積させる手段から送達導管へ選択的に放出させる手段と、
    前記排気ガスのうち一部を前記送達導管へ送る手段と、
    を含み、
    前記治療ガスは、前記蓄積手段および前記排気ガスの一部からの前記放出された酸素富化空気を含む、装置。
20. 患者のために治療ガスを生成する酸素濃縮器であって、
    加圧空気ストリームを生成するように構成されたコンプレッサと、
    １つ以上のシーブベッドであって、前記１つ以上のシーブベッドは、前記加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着するように構成された吸着材料を含み、これにより、前記加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される、１つ以上のシーブベッド；
    前記コンプレッサを前記１つ以上のシーブベッドへ選択的に空気圧的に連結させて、前記加圧空気ストリームを前記１つ以上のシーブベッドへ選択的に搬送させるように構成された弁セットと、
    １つ以上のシーブベッドによって生成された前記酸素富化空気を受容するように前記１つ以上のシーブベッドへ空気圧的に連結されたアキュムレータと、
    前記アキュムレータからの酸素富化空気を前記患者のために一次経路を介して送達導管へ選択的に放出させるように構成された供給弁と、
    前記アキュムレータからの酸素富化空気を前記患者のために二次経路を介して前記送達導管へ選択的に放出させるように構成された二次弁と、
    前記弁、前記供給弁および前記二次弁へ動作可能に連結されたコントローラであって、
    前記弁セットを周期的パターンで選択的に作動させて、酸素富化空気を前記アキュムレータ内に生成すること、
    前記供給弁を選択的に作動させて、前記患者の吸息と同期して酸素富化空気を前記送達導管へ放出させること、および、
    前記二次弁を前記供給弁の作動と非同期で選択的に作動させて酸素富化空気を前記送達導管へ放出させること
    を行うように構成される、コントローラと、
    を含む、酸素濃縮器。
21. 前記治療ガスは、前記治療ガスが少なくとも患者吸気時および患者呼気時において前記送達導管へ流動するハイブリッドモードにおいて、前記送達導管へ提供され、前記ハイブリッドモードにおいて、前記治療ガスの特性が変化する、請求項２０の酸素濃縮器。
22. 前記特性変化は、前記治療ガスの流量であり、前記一次経路の流れ特性は、前記二次経路の流れ特性と異なる、請求項２１に記載の酸素濃縮器。
23. 前記二次経路内に設けられかつ前記二次弁と整列された流れ制限器をさらに含む、請求項２０～２２のうちいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
24. 前記流れ制限器は、前記二次弁を介して前記送達導管へ放出されるときの酸素富化空気の流量が前記供給弁を介して前記送達導管へ放出されるときの前記酸素富化空気の流量を実質的に下回るように構成される、請求項２３に記載の酸素濃縮器。
25. 前記供給弁および前記二次弁は、酸素富化空気を前記送達導管へ放出させるように構成された三方弁として実行される、請求項２２～２４のうちいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
26. 感知ポートと基準ポートとの間の圧力差を示す信号を生成するように構成された圧力センサをさらに含み、前記感知ポートは、前記送達導管へ接続され、前記基準ポートは、前記供給弁の下流の前記酸素濃縮器の流路へ連結される、請求項２２～２５のうちいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
27. 前記コントローラは、吸息開始を前記生成された圧力差信号から検出することと、前記検出された吸息開始に基づいて前記供給弁を作動させることとを行うようにさらに構成される、請求項２６に記載の酸素濃縮器。
28. 前記コントローラは、前記生成された圧力差信号の低下の検出により吸息開始を検出するように構成される、請求項２７に記載の酸素濃縮器。
29. 前記圧力センサの基準ポートは、流れ制限器を介して前記供給弁の下流側へ接続される、請求項２８に記載の酸素濃縮器。
30. 前記コントローラは、前記酸素濃縮器のインターフェースの制御をユーザが起動させるのに応答して、前記二次弁を前記供給弁の作動と非同期で作動させるように構成される、請求項２２～２９のうちいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
31. 排気ガスの一部を前記１つ以上のシーブベッドから前記送達導管へ選択的に放出させるように構成されたさらなる二次弁をさらに含み、前記コントローラは、前記さらなる二次弁を前記供給弁の作動と非同期で選択的に作動させて前記排気ガスの一部を前記送達導管へ放出させるようにさらに構成される、請求項２２～３０のうちいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
32. 前記ハイブリッドモードにおいて、前記治療ガスのさらなる特性が変化し、前記変化するさらなる特性は、前記治療ガスの酸素純度である、請求項２１に従属する場合の請求項３１に記載の酸素濃縮器。
33. 装置であって、
    加圧空気ストリームを生成する手段と、
    前記加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着する手段であって、これにより、前記加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される、手段と、
    前記優先的に吸着する手段と前記生成手段とを周期的パターンで選択的に空気圧的に連結させて、前記加圧空気ストリームが前記優先的に吸着する手段へ選択的に搬送される手段であって、これにより、酸素富化空気が前記優先的に吸収する手段内に生成される、手段と、
    前記優先的に吸着する手段によって生成された前記酸素富化空気を蓄積させる手段と、
    前記蓄積手段からの酸素富化空気を前記患者のために患者の吸息と同期して送達導管へ選択的に放出させる一次手段と、
    前記蓄積手段からの酸素富化空気を前記患者のために前記選択的に放出させる一次手段の作動と非同期で前記送達導管へ選択的に放出させる二次手段と、
    を含む、装置。
34. 酸素濃縮器であって、
    加圧空気ストリームを生成するように構成されたコンプレッサと、
    １つ以上のシーブベッドであって、前記１つ以上のシーブベッドは、前記加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着するように構成された吸着材料を含み、これにより、前記加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される、１つ以上のシーブベッドと、
    前記コンプレッサを前記１つ以上のシーブベッドへ選択的に空気圧的に連結させて、前記加圧空気ストリームを前記１つ以上のシーブベッドへ選択的に搬送させるように構成された弁セットと、
    前記１つ以上のシーブベッドによって生成された前記酸素富化空気を受容するように前記１つ以上のシーブベッドへ空気圧的に連結されたアキュムレータと、
    前記アキュムレータからの酸素富化空気を患者のために送達導管へ選択的に放出させるように構成された供給弁と、
    ガス流れを前記患者のために前記送達導管へ搬送させるように構成された二次経路と、
    感知ポートと基準ポートとの間の圧力差を示す信号を生成するように構成された圧力センサであって、前記感知ポートは、前記送達導管へ接続され、前記基準ポートは、前記供給弁の下流の前記酸素濃縮器の流路へ連結される、圧力センサと、
    前記弁セットおよび前記供給弁へ動作可能に連結されたコントローラであって、前記コントローラは、
    前記弁セットを周期的パターンで選択的に作動させて、酸素富化空気を前記アキュムレータのために生成すること、
    前記生成された圧力差信号から前記患者の吸息開始を検出すること、および、
    前記供給弁を選択的に作動させて、前記患者の吸息と同期して酸素富化空気を前記送達導管へ放出させること、
    を行うように構成される、コントローラと、
    を含む、酸素濃縮器。
35. 前記コントローラは、前記検出された吸息開始に基づいて前記供給弁を作動させるようにさらに構成される、請求項３４に記載の酸素濃縮器。
36. 前記コントローラは、前記生成された圧力差信号の低下の検出により吸息開始を検出するように構成される、請求項３４または３５に記載の酸素濃縮器。
37. 前記圧力センサの基準ポートは、流れ制限器を介して前記供給弁の下流側へ接続される、請求項３６に記載の酸素濃縮器。
38. 前記二次経路は、前記１つ以上のシーブベッドから排気ガスを前記送達導管へ選択的に放出させるように構成された二次弁を含む、請求項３４～３７のうちいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
39. 前記二次経路は、前記アキュムレータから酸素富化空気を流れ制限器を介して前記送達導管へ選択的に放出させるように構成されたさらなる二次弁をさらに含む、請求項３８に記載の酸素濃縮器。
40. 前記二次経路は、前記アキュムレータから酸素富化空気を流れ制限器を介して前記送達導管へ選択的に放出させるように構成された二次弁を含む、請求項３４～３７のうちいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
41. 装置であって、
    加圧空気ストリームを生成する手段と、
    前記加圧空気ストリームから成分ガスを優先的に吸着する手段であって、これにより、前記加圧空気ストリームから酸素富化空気が生成される、手段と、
    前記優先的に吸着する手段と前記生成手段とを周期的パターンで選択的に空気圧的に連結させて、前記加圧空気ストリームが前記優先的に吸着する手段へ選択的に搬送される手段であって、これにより、酸素富化空気が前記優先的に吸収する手段内に生成される、手段と、
    前記優先的に吸着する手段によって生成された前記酸素富化空気を蓄積させる手段と、
    酸素富化空気を患者のために前記蓄積手段から送達導管へ選択的に放出させる手段と、
    ガス流れを前記患者のために前記送達導管へ搬送させる二次手段と、
    感知ポートと基準ポートとの間の圧力差を示す信号を生成する手段であって、前記感知ポートは、前記送達導管へ接続される、手段と、
    前記生成された圧力差信号から前記患者の吸息開始を検出し、前記酸素富化空気を選択的に放出させる手段を選択的に作動させて、前記患者の吸息と同期して酸素富化空気を前記送達導管へ放出させる手段と、
    を含む、装置。

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