JP4377089B2 - 携帯用酸素濃縮システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の技術分野は一般に酸素濃縮器に関し、特に、歩行する呼吸器疾患患者が通常の生産的な生活をできるようにするための携帯用酸素濃縮システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
家庭用及び歩行用酸素に対するニーズが増加している。例えば、肺線維症、類肉腫症、職業性肺疾患など、肺に障害を持つ患者に対しては酸素を補う必要がある。これらの患者にとっての酸素治療は、より多くの利益をもたらし、命をつなぐ進展をもたらす。肺疾患の治療にはならなくとも、酸素の補充は血液酸素濃度を増し、低酸素症を回復させる。この治療は特に心臓、脳、腎臓などの臓器系の長期的な酸素欠乏を防ぐ。米国で約６億人の人々を苦しめている慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）や、心臓病、ＡＩＤＳなどの呼吸器系を弱めるその他の慢性病に対しても酸素療法が処方されている。補充酸素療法は、喘息、肺気腫にも処方されている。
【０００３】
ＣＯＰＤ患者に対する通常の処方では、鼻カニューレやマスクを通して１日２４時間の補充酸素の流通が必要である。平均の患者への処方では高濃縮酸素を１分につき２リットルとし、患者によって吸い込まれる空気全体の酸素レベルを通常の２１％から４０％に高めている。平均の酸素の必要流量は１分２リットルではあるが、平均的な酸素濃縮器は１分４〜６リットルの能力がある。この余剰の能力は、より深刻な問題を抱えた特定の患者に対してしばしば必要とされるが、これらの患者は一般に（歩行患者のように）家から離れることはできず、携帯用の酸素供給には必要とされない。
【０００４】
補充用の医療用酸素には現在、高圧ガスシリンダ、真空断熱容器又は通常「デュワー」と呼ばれる魔法瓶内の極低温液体、及び酸素濃縮器の３つの様式がある。患者の処方箋によって、一部の患者は家庭用酸素のみを要望し、他の患者は家庭用と歩行用の酸素を要望する。３つの様式の全てが家庭用に使用されているが、デュワーズの補充や空のシリンダを充填済みシリンダに取り替える必要がないことから酸素濃縮器が好まれている。しかしながら、家庭用の酸素濃縮器には欠点がある。その欠点は、比較的大量の電気を消費し（３５０〜４００ワット）、比較的大きく（ナイト・スタンドほどの大きさ）、比較的重く（約５０ポンド）、かなりの熱を発生し、比較的騒音が高いことである。
【０００５】
小型の高圧ガスボトルと小型の液体デュワーのみが、携帯用として真に歩行ニーズ（室外の使用）に応えることができる。どの様式も家庭用と歩行用の双方に使用することができ、あるいは家庭用には酸素濃縮器が併用され得る。
【０００６】
以下に述べるように、現状の酸素供給方法と装置とは煩雑で非実用的であることが知られており、利用者に酸素を供給するための改善された携帯用装置に対しては長期に亘るニーズが存在していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
酸素を必要とし、定置式の酸素システム（あるいは、容易に搬送できない携帯用システム）等、酸素を発生させる、もしくは酸素を貯蔵した供給源から離れて活動する人に対して、よく処方される一般には患者に有効な２つの処方選択は、（ａ）通常は車輪付き搬送具に納められる小型シリンダを持ち運ぶこと、（ｂ）一般にショルダーバッグに納められる携帯用容器を持ち運ぶこと、である。これら気体酸素と液体酸素のオプションにはいずれも大きな欠点はあるものの、医療の観点からは患者の生産的な生活を高める能力を有している。
【０００８】
気体酸素オプションの主要な欠点は、気体酸素の小型シリンダは僅かな時間のガスしか提供できないことである。その他の欠点は、例えば航空機内などの一定の場所では、安全面を考慮して患者用の高圧の気体酸素シリンダの許可が得られないことである。更なる気体酸素オプションの欠点は、酸素が消費され尽くした後には酸素の充填が必要になることである。これら小型ガスシリンダは、ホーム・ケア供給業者が引取り、特別の設備で充填がされなければならない。このため供給業者は定期的に患者宅を訪問する必要があり、患者の家と充填設備とに多数の小型シリンダを配備するために供給業者には大きな投資が必要となる。空気中の酸素を取り出す市販の酸素濃縮器を使用して患者宅でこれらのシリンダへ充填することは技術的に可能ではあるが、このためには通常、現場にある酸素コンプレッサの出力側圧力をシリンダに充填するために高水準に高めなければならない。通常、現場の酸素コンプレッサの幾つかの不利益点は、高価であり、騒音が高く、多くの熱を発生することにある。加えて、家庭における加圧容器中に酸素を圧縮する試みは、特に訓練を受けていない人にとっては危険をはらむ。このため、家庭での使用には幾つかの安全の問題が当然かかわってくる。例えば、十分な酸素ガスを携帯容器内に充填するには、通常、高圧（〜２０００ｐｓｉ）に圧縮せねばならない。酸素を５ｐｓｉ（酸素濃縮器の通常の出力）から２０００ｐｓｉに圧縮すると多量の熱が発生する。（内部冷却式３段断熱圧縮において、各段で１６５°Ｃの温度を上げるに十分な熱に相当。）この熱量と、高圧においてより高い反応性を有する酸素とが重なって、患者宅においてコンプレッサが爆発する危険性がある。したがって患者宅における高圧ガス・システムの操作は危険であり、現実的な解決策とはならない。
【０００９】
便利さと安全問題だけがこの圧縮酸素手段の欠点ではない。他の欠点は、必要となるコンプレッサ、すなわち加圧器は、高圧酸素に適合させるために特別な手入れと器具とを必要とするためにコストがかかることである。
【００１０】
次に、液体酸素貯蔵のオプションに移ると、この主要な欠点は、標準的なビール樽ほどの大きさのベース貯蔵庫、すなわち定置式の貯蔵ベース・ユニットが患者宅に必要になることで、これに対しては外部の供給源から週に１度補充することができる。液体酸素はその後、患者のベース・ユニットから携帯用デュワーに移し換えられ、これが歩行患者に使用され得る。液体酸素についてはまた、前記携帯容器への移し換えの間、及び蒸発により、ある程度の量の酸素が失われることから大きな無駄を生ずる。２週間の期間に移し換えと通常の蒸発とによって、ベース・シリンダ全容量の２０％が失われるものと見られる。これらのユニットでは、たとえ酸素を取り出さなくても通常３０日から６０日の間に抜け出てしまうであろう。液体酸素を作り、携帯用の液体酸素デュワーに補充する能力を有する家庭用補充システムが提案されている。しかしながらこれらの装置は、ユーザがボトルに補充する手間を必要とし、月に数十ドルの電気代を必要とするため、これを回収することはできない。
【００１１】
これら携帯用の高圧シリンダや液体デュワーにはその他にも煩雑さが存在している。通常、補充酸素は、ホームケア供給業者によって患者に供給され、いずれの様式であるかに係わらず供給業者はそれと引換えに保険会社もしくは政府医療保険機関から一定額の支払いを受け取る。酸素濃縮器は、患者の家庭用ニーズに対して最も経費のかからないオプションとして供給業者に好まれている。しかしながら、屋外における歩行ニーズに対しては小型高圧ガスボトルと小型液体デュワーのみが携帯用として使用に耐え得るものである。これら２つの様式の内のいずれかが家庭用と歩行用との双方に使い得るものであり、あるいは家庭用の酸素濃縮器との組み合わせで使用され得るものである。いずれの場合も、ホームケア供給業者は、酸素を補充するためにコストのかかる毎週、もしくは隔週の患者宅への訪問をしなければならない。本発明の１つの目的は、これらコストのかかる「配達作業」を無くすことにある。
【００１２】
外気を濃縮した気体酸素に変換することによって気体酸素を患者に提供する、いわゆる「携帯用」の酸素濃縮器が市場で入手可能である。しかしながらこれらの装置は、自動車や飛行機の使用によって他の地点に搬送が可能であるという観点から見た場合の「携帯用」でしかなかった。これらの装置の１つはスーツケース内にパックされ、真の携帯用酸素濃縮器というよりは搬送可能な機械として扱われる。この装置は、バッテリを除いて３７ポンドの重量があり、２ＬＰＭ（分あたりリットル）の酸素流量で１３５ワットの電力を必要とする。自動車内にいるときには自動車のバッテリから操作することは可能だが、個別のバッテリからの操作は実際的ではない。他の装置は、３ＬＰＭの濃縮器で専用のカートに搭載される。バッテリなしで２２ポンドの重量があり、やはり１３５ワットの電力を必要とする。さらに他の装置はバッテリなしで２８ポンドあり、前記装置と同様の流量と電力消費とを有する。これら装置はバッテリなしでも平均的な歩行が可能な治療患者にとっては重すぎる。バッテリの重量を加えれば、これら従来技術による装置は、１つの地点から他の地点へ容易に持ち運びできるものではなく、真の意味での「携帯用」とはいえない。これらの装置は比較的大きな電力消費を必要とするため、かなりの大きさのバッテリも必要となる。
【００１３】
さらに上述の酸素濃縮器は、重量と電力消費の問題に加えて、これらの従来技術による濃縮器のいずれもが静かではない。これらは家庭用濃縮器と同様なレベルの騒音を発生する。実際、これらの装置の１つは、騒音発生が６０ｄＢＡ（デシベル）を記録し、これは家庭用濃縮器の倍の騒音である。結果として、これらのいわゆる「携帯用」と称する酸素濃縮器は、例えばレストラン、図書館、教会、劇場など、低騒音が特に重要な環境にはいずれも適していない。
【００１４】
このように、高圧ガスシリンダや液体デュワー、及びこれら高圧ガスシリンダや液体デュワーに関連する恒常的な補充／取替えの必要性を無くし、歩行する治療患者のための個別の家庭用酸素濃縮器の必要性を無くす、真の「携帯用」の酸素濃縮システムが長い間要求されてきた。真の「携帯用」の酸素濃縮器は、バッテリ付きであっても平均的に歩行できる呼吸器疾患患者が持ち運びできるほど十分に軽いものである。その装置は、軽量のバッテリや他のエネルギ源が使用可能なように比較的低い電力消費となるよう、固有に設計されなければならない。さらにそのような装置は、ユーザが容易に持ち運びできるよう十分に小型であり、比較的低い騒音と僅かな量の熱しか発生しないものでなければならない。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの態様は、ユーザによって容易に持ち運びできるよう構成された携帯用酸素濃縮器システムに関する。この携帯用酸素濃縮器システムは、エネルギ源と、前記エネルギ源によって駆動され、外気をユーザ用の濃縮された酸素ガスに変換するよう構成された空気分離装置と、ユーザが必要とする濃縮酸素に関して１つ、もしくはそれ以上の状態を表示するよう構成された少なくとも１つのセンサと、そして前記少なくとも１つのセンサによって検知された１つ、もしくはそれ以上の状態に少なくとも部分的に基づいてユーザが必要とする酸素ガスに等しい量の酸素ガスを供給するよう前記空気分離器を制御する、前記空気分離器と前記少なくとも１つのセンサとに相互連結された制御ユニットと、を含んでいる。
【００１６】
本発明の追加の態様は、ユーザによって容易に持ち運びできるよう構成された携帯用酸素濃縮器システムを使用してユーザに気体酸素を供給する方法に関する。その方法は、少なくとも１つのセンサによりユーザが必要とする酸素ガスに関して１つ、もしくはそれ以上の状態を検知することと、そして外気を濃縮された酸素に変換し、前記少なくとも１つのセンサによって検知された１つ、もしくはそれ以上の状態に基づいてユーザが必要とする酸素ガスに等しい量の濃縮された酸素ガスを供給するよう空気分離器を制御することと、を含んでいる。
【００１７】
本発明の他のさらなる目的、特性、態様、及び利点は、添付図面を参照した以下の詳細な説明により、より良く理解されるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
Ｉ． 携帯用酸素濃縮システム
図１において、一般に符号１００で示す携帯用酸素濃縮器は、以下に述べる本発明の実施の形態にしたがって構成されている。この酸素濃縮システム１００は、周囲の空気から濃縮された酸素を分離する酸素ガス発生器１０２などの空気分離装置と、この酸素ガス発生器１０２を少なくとも部分的に駆動させる充電式バッテリ、バッテリ・パック、燃料セル１０４などのエネルギ源と、ユーザに必要とされる、すなわちシステム１００から要求される酸素出力を決定するため、ユーザ１０８、環境などの１つ、もしくはそれ以上の状態を検知するために使用される１つ、もしくはそれ以上の出力センサ１０６と、前記１つ、もしくはそれ以上の出力センサ１０６によって検知された１つ、もしくはそれ以上の状態に基づいて空気分離装置１０２を制御するため、出力センサ１０６、空気分離装置１０２、エネルギ源１０４に接続された制御ユニット１１０と、を含んでいる。
【００１９】
代替の実施の形態では、システム１００は、１つ、もしくはそれ以上の出力センサ１０６を含んでいなくてもよい。このような実施の形態では、流量、酸素濃縮度などのシステム１００の状態はシステムを通して一定とされるか、あるいは手動により制御され得る。例えば、システム１００は、システム１００の酸素出力を制御するため、ユーザ、供給業者、医師などが、例えば処方酸素レベル、流量などの情報を入力できるユーザ・インターフェース１１１（図５）を含んでいてもよい。
【００２０】
システム１００の各要素につき、以下に詳述する。
Ａ． 空気分離装置
図２において、空気分離装置は、一般にコンプレッサ１１２などのポンプと、一体に形成可能な酸素濃縮器１１４（ＯＣ）とを含む酸素発生器１０２であることが好ましい。
【００２１】
酸素発生器１０２は、この他にも図２の区画された境界線内に示される、以下に述べる１つ、もしくはそれ以上の要素を含むことができる。外気は、コンプレッサ１１２によって吸気マフラ１１６を通して吸入され得る。コンプレッサ１１２は、充電式バッテリ１０４（ＲＢ）から供給されるＤＣ電流により、１つ、もしくはそれ以上のＤＣモータ１１８（Ｍ）によって駆動され得る。モータ１１８は、熱交換器１２０の一部である冷却ファンをも駆動することが好ましい。以下に詳述する可変速度制御器（ＶＳＣ）、もしくはコンプレッサ・モータ速度制御器１１９を制御ユニット１１０（ＣＵ）と一体に、もしくはそれとは別個に設けることができ、消費電力を節約するためにはモータ１１８に接続されることが好ましい。コンプレッサ１１２は、加圧された空気を濃縮器１１４に供給する。好ましい実施の形態では、最高速において、濃縮器１１４には公称７．３ｐｓｉｇで、幅では６．０から１１．８ｐｓｉｇで空気が供給される。流量は、吸引状態が絶対圧力２９．９２インチ水銀、７０°Ｆ、５０％ＲＨにおいて、最低０．８８ＳＣＦＭである。
【００２２】
濃縮器１１４に入る前に空気を所望の温度に冷却もしくは加熱するために、熱交換器１２０がコンプレッサ１１２と濃縮器１１４との間に配置され得る。フィルタ（図示せず）が、供給空気から不純物を取り除くためにコンプレッサ１１２と濃縮器１１４との間に配置されても良い。濃縮器１１４に入る空気の流れの圧力を読み取るため、圧力変換器１２２がコンプレッサ１１２と濃縮器１１４との間に配置されてもよい。
【００２３】
濃縮器１１４は、よく知られた方法により、最終的にはユーザ１０８に供給される酸素を空気から分離する。以下の要素の１つ、もしくはそれ以上が、濃縮器１１４とユーザ１０８との間の供給ライン１２１に配置されてもよい。すなわち、圧力センサ１２３、温度センサ１２５、ポンプ１２７、低圧貯蔵器１２９、供給バルブ１６０、流れ及び純度センサ１３１、及び節約装置１９０である。ここで、供給ライン１２１は、これら要素をラインに接続するために使用される、好ましくはチューブ、コネクタなどである。ポンプ１２７はモータ１１８によって駆動され得る。酸素ガスは低圧貯蔵器１２９に貯蔵することができ、供給ライン１２１を介してそこからユーザ１０８に配送され得る。供給バルブ１６０は、低圧貯蔵器１０９からユーザ１０８への酸素の供給を大気圧に調整するために使用され得る。
【００２４】
排気ガスも濃縮器１１４から放出され得る。本発明の好ましい実施の形態では、濃縮器１１４を回復させて稼働率を高めるため、モータ１１８によって駆動され、コンプレッサ１１２と一体に形成され得る真空発生器１２４（Ｖ）が濃縮器１１４から排気ガスを抜き出す。排気ガスは、排気マフラ１２６を通ってシステム１００から排出され得る。濃縮器１１４からの排気流れの圧力を読み取るため、濃縮器１１４と真空発生器１２４との間に圧力変換器１２８が配置されてもよい。最大速度及び０．７８ＳＣＦＭの流量において、真空側の圧力は公称−５．９ｐｓｉｇ、幅で−８．８から−４．４ｐｓｉｇであることが好ましい。
【００２５】
１．コンプレッサ／可変速度制御器
このコンプレッサ１１２に使用され得るコンプレッサ技術には、ロータリ・ベーン、リニア・ピストンとリスト・ピン、リスト・ピンの無いリニア・ピストン、揺動ディスク（ｎｕｔａｔｉｎｇ ｄｉｓｃ）、スクロール、回転ピストン、ダイアフラム・ポンプ、アコースティックなどを含むが、これらのものに限定はされない。好ましくはコンプレッサ１１２と真空発生器１２４とはモータ１１８と一体化されたオイル・レス方式で、オイルもしくはグリスが空気通路内に入るのを防止する。
【００２６】
コンプレッサ１１２は、好ましくは少なくとも３：１の速度比で、最低速度が１，０００ｒｐｍ、最高速度で回転するときの操作寿命は１５，０００時間である。コンプレッサ／モータ・システムを取り巻く操作温度は、好ましくは３２から１２２°Ｆである。貯蔵温度は、好ましくは−４から１４０°Ｆである。相対湿度は、５から９５％ＲＨ無結露である。コンプレッサ１１２用の電圧は、好ましくは１２Ｖ ＤＣ、もしくは２４Ｖ ＤＣで、電力使用量は、好ましくは最高速及び最大定格流量／公称圧力で１００Ｗ以下、１／３の速度と定格圧力で１／３の流量においては４０Ｗである。コンプレッサの冷却と、できればシステム全体の冷却のために、コンプレッサ１１２にはシャフト搭載ファン、もしくはブロアが取り付けられ得る。コンプレッサ１１２の最大騒音圧力レベルは、最大定格速度と流量／圧力で４６ｄＢＡ、１／３定格速度で３６ｄＢＡほどである。コンプレッサ１１２の重量は３．５ポンド以下であることが好ましい。
【００２７】
コンプレッサ１１２は、各種速度で運転可能であり、必要な真空／圧力レベルと流量を提供し、僅かな騒音と振動しか出さず、僅かな熱しか発生せず、小型軽量であり、そして僅かな電力を消費するものであることが好ましい。
【００２８】
充電式バッテリや他のエネルギ源に対してコンプレッサ１１２に必要とされる消費電力を軽減するためには可変速度制御器１１９が重要である。可変速度制御器を備えることにより、ユーザの活動レベル、環境条件、あるいは１つ、もしくはそれ以上の出力センサ１０６を通して得られるユーザの酸素ニーズを表す他の状態の表示に基づいてコンプレッサ１１２の速度を変化させることができる。
【００２９】
例えば可変速度制御器は、ユーザが座ったり、寝たり、低い場所にいるときなど、ユーザ１０８の酸素要求が比較的低いと判断される時にはモータ１１８の速度を落とし、ユーザが立ったり、活動的であったり、高地にいるときなど、ユーザ１０８の酸素要求が比較的高い、もしくは高まったと判断される時には速度を上げることができる。これによってバッテリ１０４の寿命を延ばし、バッテリ１０４の重量と大きさを軽減し、コンプレッサの摩耗度を低めて信頼性を増す。
【００３０】
本願発明者の１人は、コンプレッサのスピードを調整し、ユーザの処方流量の酸素を供給するのに必要な速度と電力のみでコンプレッサを作動させる、かつての可変速度制御器の共同発明者でもある。
【００３１】
可変速度制御器１１９は、通常はコンプレッサ１１２の最高速度とその最高速度の１／３の速度との間にある低い平均速度でコンプレッサ１１２が作動することを可能にし、その結果、バッテリ寿命を延ばし、バッテリの重量と大きさを軽減し、コンプレッサ騒音と発熱を低下させる。
【００３２】
２． 濃縮器
好ましい実施の形態では、濃縮器１１４は、医療用や工業用に適用される先端技術分別器（ＡＴＦ：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｏｒ）である。前記ＡＴＦは、圧力スイング吸収（ＰＳＡ）プロセス、真空スイング吸収（ＶＰＳＡ）プロセス、急速ＰＳＡプロセス、超急速ＰＳＡプロセス、その他のプロセスを実行することができる。ＰＳＡプロセスが実行されると、その濃縮器は、その中の複数のふるい（篩）ベッドを介して空気の流れを制御する回転バルブ、もしくは非回転バルブ機構を含めることができる。前記ふるいベッドは、気体の流れが前記ベッドに入る所では大きな径、気体の流れが前記ベッドから排出される所では小さな径を有するテーパ状にしてもよい。このようにふるいベッドをテーパ状にすることは、同じ出力を得るにしてもより少ない材料とより少ない流れで済むこととなる。好ましい実施の形態ではＡＴＦ濃縮器１１４が使用されるが、当該技術分野の知識を有する者には容易に明らかなように、例えば膜分離式や電気化学セル（高温もしくは低温）などの他の形式の濃縮器、もしくは空気分離装置を使用することもできるが、これらに限定されるものではない。もしその他の形式の濃縮器、もしくは空気分離装置が使用されるならば、ここに述べる態様の一部をそれにしたがって変更しなければならないことは、当該技術分野の知識を有する者には容易に理解されよう。例えば、前記空気分離装置が膜分離式のものであれば、空気をシステム内で移動させるためにはコンプレッサではなくてポンプが使用され得る。
【００３３】
使用されるＡＴＦは、過去に設計されたＡＴＦよりもはるかに小さいものであることが好ましい。ＡＴＦ濃縮器１１４の大きさを小さくするということは、システム１００を小型化してより携帯し易くするばかりでなく、回収比率、すなわち濃縮器１１４によって回収すなわち生成される空気中の酸素ガスの比率を高め、濃縮器１１４の生産性（１分当たりリットル／ふるい材料の重量）を改善するものであることを本願発明者らは認識している。ＡＴＦの大きさを小さくすることは装置のサイクル時間を低減し、その結果、生産性が向上する。
【００３４】
本願発明者らはまた、より微細なふるい材料は回収率を向上させ、生産性を高めることを明らかにしている。不要なガスを吸収する時間定数は、より微細な粒子に対する方が、より大きな粒子に対するよりも流動体通路が短くなるために小さくなる。これにより、小さい時間定数を有する微細なふるい材料の方が好ましい。前記ふるい材料は、リチウム・イオンのより高い交換を可能にするリチウムＸ・ゼオライトであってもよい。ビードの大きさは、例えば０．２から０．６ｍｍとすることができる。前記ゼオライトは押し出し成形され、前記ふるい材料は巻き取られたペーパの形式であってもよい。
【００３５】
濃縮器１１４の大きさは、所望の流量によって変化する。例えば、濃縮器１１４は、分当たり１．５リットル（ＬＰＭ）の大きさ、２．５ＬＰＭの大きさ、３ＬＰＭの大きさとすることができる。
【００３６】
酸素ガス発生器１０２は、濃縮器１１４に加えて以下に詳細を記すような高圧酸素貯蔵器などの酸素供給源を含んでもよいが、これに限定されるものではない。
【００３７】
ＡＴＦバルブ制御器１３３は、制御ユニット１１０と一体に、あるいは個別に設けることができ、これは濃縮器１１４のバルブを制御するために濃縮器１１４内のバルブ電気配線に接続される。
【００３８】
前記濃縮器は、以下の１つ、もしくはそれ以上のエネルギ節約モードを備えても良い。これらは、睡眠モード、節約モード、及び活動モードである。これらのモードの選択は、ユーザ１０８によって手動で行われてもよく、あるいは上述の１つ、もしくはそれ以上のセンサ１０６と制御ユニット１１０等によって自動で行われてもよい。
【００３９】
Ｂ． エネルギ源
さらに図３において、軽量で携帯可能なシステム１００として適切に機能するためには、システム１００は適切な再充電可能なエネルギ源からエネルギ供給を受けなければならない。このエネルギ源は、好ましくはリチウム・イオン形式の充電式バッテリ１０４を含む。当該技術分野の知識を有する者には容易に理解されるように、システム１００は、リチウム・イオン・バッテリ以外にも他の携帯用エネルギ源からの供給も受け得る。例えば、充電式もしくは取替え式の燃料セルが使用され得る。当該システムは、全般に１つの充電式バッテリ１０４により動力供給されるように記述されているが、システム１００は多数のバッテリによっても動力供給がされ得る。したがって、ここで言う「バッテリ」は、１つ、もしくはそれ以上のバッテリを含む。さらには、充電式バッテリ１０４には、１つ、もしくはそれ以上の内部、及び／又は外部バッテリを含み得る。バッテリ１０４、もしくはバッテリ１０４を含むバッテリ・モジュールは、好ましくはシステム１００から着脱が可能である。システム１００は、標準の内部バッテリ、低価格バッテリ、延長作動内部バッテリ、クリップ取り付けモジュールの外部の２次的バッテリを使用することができる。
【００４０】
システム１００は、バッテリ充電回路１３０と、１つ、もしくはそれ以上のプラグ１３２とを含む組込み式のアダプタを備えることができ、これらは、システム１００がＤＣ電源（例えば、自動車のシガレット・ライタ・アダプタ）から、及び／又はＡＣ電源（例えば家庭もしくは事務所の１１０ＶのＡＣ壁ソケット）から電力を供給され、同時にバッテリ１０４は前記ＤＣもしくはＡＣ電源から充電されるよう構成されている。前記アダプタもしくは充電器は、個別のアクセサリとすることもできる。例えば、前記アダプタは、自動車内でシステム１００を駆動し、及び／又はバッテリ１０４を充電する個別のシガレット・ライタ・アダプタであってもよい。システム１００に使用され、及び／又はバッテリ１０４を充電するため、出力からのＡＣをＤＣに変換するように個別のＡＣアダプタを使用しても良い。アダプタの他の例には、車椅子バッテリ、もしくはその他のカートと共に使用するアダプタがある。
【００４１】
代替として、もしくは追加として、システム１００を受入れて保持するよう構成されたバッテリ充電架台１３４は、バッテリ充電回路１３０とプラグ１３２とを含むアダプタを備えてもよく、これらはシステム１００に電力が供給されると同時にバッテリ１０４はＤＣ及び／又はＡＣ電源から充電されるよう構成され得る。
【００４２】
システム１００と架台１３４は、好ましく対応する結合区域１３８、１４０を含み、システム１００が容易に架台１３４に嵌り、システム１００が架台１３４の上に載って結合される。結合区域１３８、１４０は、システム１００を架台１３４に電気的に結合するために、対応する電気接点１４２、１４４を含んでも良い。
【００４３】
架台１３４は、再充電、及び／又はシステム１００の動力源として、家庭、事務所、自動車内などで使用することができる。架台１３４は、システム１００の一部とも、あるいはシステム１００とは独立したアクセサリとも考え得る。架台１３４は、スペアのバッテリ・パック１０４を充電するため、充電回路１３０に接続された１つ、もしくはそれ以上の追加の充電取付部１４６を含んでいてもよい。充電取付部１４６と１つ、もしくはそれ以上の追加のバッテリ・パック１０４とを持つことにより、ユーザは常に追加の、新鮮な充電済みバッテリ１０４を持つことができる。
【００４４】
代替の実施の形態では、架台１３４は、１つ、もしくはそれ以上の異なる形式のシステム１００を収納するため、１つ、もしくはそれ以上の異なるサイズとすることができる。
【００４５】
架台１３４、及び／又はシステム１００は、適当な接続部１４９を介して、システム１００内の空気の流れに湿気を加えるための加湿機構１４８を含んでもよい。本発明の代替の実施の形態では、この加湿機構１４８は、システム１００及び架台１３４から独立していても良い。システム１００及び架台１３４から独立しているなら、システム１００及び架台１３４は、独立した加湿機構１４８との交信のために適当な伝達ポートを含んでいてもよい。架台１３４はさらに、システム１００が架台１３４に取り付けられているときに、独立した加湿機構１４８を使用できるよう受入れ可能に構成されたソケットを含むことができる。
【００４６】
架台１３４、及び／又はシステム１００は、システム１００の制御ユニット１１０が１つ、もしくはそれ以上の遠隔コンピュータと交信するよう、電話モデム、高速ケーブル・モデム、ＲＦ無線モデムなどの遠隔測定機構、もしくはモデム１５１を含むことができる。このため、架台１３５は、ケーブル・アダプタ、もしくは電話差込プラグ、もしくはＲＦアンテナを含んでも良い。本発明の代替の実施の形態では、前記遠隔測定機構、もしくはモデム１５１は、架台１３４から切り離されていてもよく、このため、遠隔測定機構もしくはモデム１５１が架台１３４もしくはシステム１００と直接交信できるよう、架台１３４もしくはシステム１００は、例えばＰＣポートなどの１つ、もしくはそれ以上の適当な交信ポートを備えていてもよい。例えば、架台１３４は、遠隔測定機構、もしくはモデム１５１を含むコンピュータ（架台のある場所にある）と交信するよう構成されてもよい。前記コンピュータは、遠隔測定機構、もしくはモデム１５１を使用して以下に述べるような情報を１つ、もしくはそれ以上の遠隔コンピュータと交信するよう、適当なソフトウェアを含んでもよい。
【００４７】
遠隔測定機構、もしくはモデム１５１は、心拍、酸素飽和度、呼吸数、血圧、ＥＫＧ、体温、吸息／呼息時間比率（Ｉ：Ｅ比率）などのユーザの生理的情報を１つ、もしくはそれ以上の遠隔コンピュータと交信するために使用することができるが、これらのものに限定されるものではない。遠隔測定機構、もしくはモジュール１５１は、例えば酸素使用量、システム１００のメンテナンス・スケジュール、及びバッテリ使用量など、その他の形式の情報を１つ、もしくはそれ以上の遠隔コンピュータと交信するために使用することができる。
【００４８】
理想的には、ユーザはシステム１００を家庭、事務所、自動車内などで使用することである。ユーザは１つ以上の架台を、例えば１つは家庭に、１つは事務所に、１つは自動車内に持つようにすることもでき、あるいは家庭において、選択した各部屋に１つずつの複数の架台を持つようにすることもできる。例えば、もしユーザが複数の架台１３４を家庭に持っていれば、ユーザが例えば居間から寝室へ行く際などの部屋間の移動をするときには、ユーザは単にシステム１００を１つの部屋の架台１３４から取り出し、バッテリ作動の下で他の部屋へ移動すればよい。目的の部屋にある別の架台１３４にシステム１００を押し込むことにより、システム１００とＡＣ電源との電気接続が復帰する。システムのバッテリ１０４は架台１３４に装着されている間は常時充電されているため、家庭、事務所などからの外出も、ユーザが家庭で部屋間を移動するのと同様に簡単である。
【００４９】
システム１００は小型で軽量（２〜１５ポンド）であるため、目的地へ移動しようとする平均的なユーザにとって、システム１００は架台１３４から簡単に取り出すことができ、例えば肩かけなどによって容易に持ち運ぶことができる。もしユーザがシステム１００を持ち運ぶことができないときには、システム１００はカートやその他の搬送具を使用することによって容易に目的地まで搬送することができる。家庭、事務所から長時間外出するときには、ユーザはその目的地で使用するための１つ、もしくはそれ以上の架台１３４を運ぶことができる。代替として、組込みアダプタを備えたシステム１００の実施の形態では、自動車のシガレット・ライタ・アダプタ、及び／又は目的地で得られるＡＣ電源などから電源を取り出すことができる。さらには、通常の電源から長時間離れているときには、スペアのバッテリ・パック１０４を使用することができる。
【００５０】
もし、バッテリ・パック１０４が複数のバッテリを含んでいれば、携帯電話やラップトップ・コンピュータの技術でよく知られているように、システム１００はバッテリ寿命を節約するためにバッテリ順次切換え機構を含むことができる。
【００５１】
Ｃ． 出力センサ
図１、２、４において、１つ、もしくはそれ以上の出力センサ１０６が、ユーザ１０８や環境などの１つ、もしくはそれ以上の状態を検知するために使用され、ユーザに必要な酸素流量、すなわちシステム１００に必要とされる酸素流出量を特定する。制御ユニット１１０は、前記の１つ、もしくはそれ以上の出力センサ１０６と酸素ガス発生器１０２とに接続されており、この１つ、もしくはそれ以上の出力センサ１０６によって検知された状態に基づいて酸素発生器１０２を制御する。前記出力センサは、生理状態センサ、すなわち代謝センサ１５６、及び高度センサ１５８のほかにも、圧力センサ１５０、姿勢センサ１５２、加速度センサ１５４を含む。
【００５２】
前記の３つのセンサ１５０、１５２、１５４（及び、特定の場合には生理状態センサ１５６）は、ユーザ１０８の活動を表す信号を提供することから活動センサといえる。携帯用酸素濃縮システムによる酸素の供給においては、ユーザ１０８の活動レベルに応じた量の酸素ガスを供給し、過剰の酸素を供給しないようにすることが重要である。過剰な酸素はユーザ１０８にとって有害であり、またバッテリ１０４の寿命を低下させる。１つ、もしくはそれ以上のセンサ１０６によって得られたユーザの活動レベルを表す１つ、もしくはそれ以上の信号に基づいて、制御ユニット１１０は、酸素ガス発生器１０２がユーザ１０８への酸素ガスの流量を制御するよう調整する。例えば、もしユーザが非活動状態から活動状態に移行したことを出力センサ１０６が示したならば、制御ユニット１１０は、酸素ガス発生器１０２からユーザ１０８への酸素ガス量を増加させ、及び／又は後述する高圧酸素貯蔵器からユーザ１０８へ酸素ガスを一気に供給する。ユーザが活動状態から非活動状態に移行したことを出力センサ１０６が示したならば、制御ユニット１１０は、酸素ガス発生器１０２からユーザ１０８への酸素ガス量を低減させる。
【００５３】
本発明の実施の形態によれば、供給される酸素ガスの量は、可変速度制御器１１９でコンプレッサ・モータ１０８の速度を調整することによって制御される。
【００５４】
代替として、もしくは前記可変速度制御器に加えて、酸素ガス発生器１０２とユーザ１０８との間にある供給ライン１２１に配置された供給バルブ１６０によって酸素ガスの供給が制御されてもよい。例えば、供給バルブ１６０は、少なくとも第１の位置と第２の位置の間を移動することができ、第２の位置は第１の位置に比較してより多くの濃縮された気体酸素の流通を可能にする。制御ユニット１１０は、１つ、もしくはそれ以上の活動レベルセンサ１５２、１５４、１５６がユーザ１０８の活動レベルを検知したときには、供給バルブ１６０を第１の位置から第２の位置へ移動させる。例えば制御ユニット１１０はタイマを含み、活動レベルが予め定められた時間よりも長く検知されたときには、制御ユニット１１０はバルブ１６０を第１の位置から第２の位置に動かす。
【００５５】
圧力センサ１５０の例としては、ユーザが座った姿勢ではなく立った姿勢にあることを示すフット・スイッチや、ユーザが立った姿勢ではなく座った姿勢にあることを示すシート・スイッチを含むが、これらに限定されるものではない。
【００５６】
振り子スイッチは、姿勢センサ１５２の１例である。例えば、振り子センサは、ぶら下げて配置された腿スイッチを含むことができ、ユーザが立っているとき、すなわちスイッチが垂直方向に垂れ下がっているときには１つのモードを示し、ユーザが座っているとき、すなわち前記腿スイッチがより水平位置にあるときには他のモードを示す。水銀スイッチが姿勢センサとして使用され得る。
【００５７】
アクセロ・メータなどの加速度センサ１５８は、ユーザの活動を示す信号を供給するその他の活動センサの例である。
【００５８】
生理状態、すなわち代謝センサ１５６は、活動センサとしても機能することができる。生理状態センサ１５６は、酸素ガス発生器１０２を制御することやその他の目的のため、１つ、もしくはそれ以上のユーザの生理条件を監視するために使用され得る。前記センサ１５６で監視され得る生理状態の例としては、血液酸素レベル、心拍、呼吸数、血圧、ＥＫＧ、体温、及びＩ：Ｅ比率などが含まれ得るが、これらに限定されるものではない。酸素濃度計は、システム１００に好ましく使用され得るセンサの例である。前記酸素濃度計はユーザの血液酸素レベルを測定し、少なくとも部分的にその結果に基づいて酸素が生成される。
【００５９】
高度センサ１５８は、環境や周囲の状態を検知することができる環境、もしくは外部状態センサの例であり、ユーザへの酸素の供給は少なくとも部分的にはその結果に基づいて制御される。高度センサ１５８は単独ででも、上述したいずれの、もしくは全てのセンサ、制御ユニット１１０、及び酸素ガス発生器１０２と共に使用することができ、検知された高度、すなわち標高に基づいてユーザへの酸素の供給を制御する。例えば、空気濃度が薄くなる、高いと検知される高度では、制御ユニットはユーザ１０８に対する酸素ガスの流量を増やし、空気がより濃い所では、制御ユニットはユーザ１０８に対する酸素ガスの流量を減らし、もしくは制御レベルに維持する。
【００６０】
当業者には容易に理解されるように、検知結果に基づいてユーザに対する酸素ガスの供給量を少なくとも部分的に制御する目的で、状態を検知するために使用され得る１つ、もしくはそれ以上の追加の、もしくは異なるセンサが使用されてもよい。さらには、ユーザ１０８に対する酸素ガスの供給量を調整するための上述のいずれの、もしくは全ての実施の形態、すなわち、可変速度制御器１１９、供給バルブ１６０、（もしくは代替の実施の形態）は、ユーザ１０８への酸素ガスの供給を制御するための１つ、もしくはそれ以上のセンサと共に使用され得る。
【００６１】
Ｄ． 制御ユニット
図５において、制御ユニット１１０は、当該技術におけるどのような既知の形態であってもよく、前記システムを制御し、管理するために、１つ、もしくはそれ以上のインターフェース、制御器、もしくは他の電気回路要素を介して、上述のシステムの構成要素と交信する中央マイクロプロセサ、すなわちＣＰＵ１６０を有することができる。システム１００は、システム１００を制御するため、ユーザ、供給業者、医師などが、例えば処方酸素レベル、流量、活動レベルなどの情報を入力するユーザ・インターフェース１１１を、制御ユニット１１０の一部として、もしくは制御ユニット１１０に接続されて含んでいても良い。
【００６２】
システム１００の実施の形態の主要構成要素は上述したものである。以下の項目は幾つかの追加の特性を述べたもので、これらのうちの１つ、もしくはそれ以上は、上述の本発明の実施の形態に本発明の１つ、もしくはそれ以上の個別の実施の形態として含めることが可能である。
【００６３】
ＩＩ． 節約装置
図６において、酸素ガス発生器１０２で生成された酸素をより効率的に使用するために、システム１００に節約装置、すなわち需要装置１９０を組み込むことができる。通常の呼吸の間、ユーザ１０８は、吸息／呼息サイクル時間の約１／３を吸息に、残りの２／３を呼息に当てている。呼息の間にユーザ１０８に供給される全ての酸素の流れはユーザ１０８にとっては不要のもので、その結果この余剰の酸素の流れを効率的に提供する追加のバッテリ電力は無駄にされている。節約装置１９０は、カニューレ１１１もしくはシステム１００の他の部分の圧力変化を検知するセンサを含むことができ、呼吸サイクルの吸息の部分のみ、もしくは吸息の部分の一部にのみ酸素を供給させることができる。例えば、吸息された最後の部分の空気は、鼻と肺の入口の間に停滞するだけで何の役にも立っておらず、節約装置１９０は、酸素の流れを吸息が終わる前に停止するよう構成し、システム１００の効率を改善することができる。改善された効率は、システム１００の大きさ、重量、コスト、電力量の低下として還元され得る。
【００６４】
節約装置１９０は、ユーザ１０８が吸息する間にのみ酸素を供給する目的で酸素発生器１０２を制御するよう、スキューバ・ダイビングのレギュレータのようにシステム１００の出力ライン内の個別の装置とすることもでき、あるいは制御ユニット１１０に接続することもできる。
【００６５】
節約装置１９０は、上述した１つ、もしくはそれ以上のセンサを含んでもよい。例えば、前記節約装置は、ユーザの呼吸量を監視するためのセンサを含んでも良い。
【００６６】
システム１００は、非使用時にはカニューレ１１１を引き込めるように特別のカニューレ引き込み装置を含んでも良い。さらにカニューレ１１１は異なる長さ、大きさとすることもできる。
【００６７】
ＩＩＩ． 高圧貯蔵器
図７において、酸素ガス発生器１０２がユーザ１０８の要求する量の酸素ガスを供給できないときに追加量の酸素をユーザ１０８に供給するため、高圧貯蔵器１６４を２次的ライン１６６に配置することができる。２次的ライン１６６の以下に述べるどの構成要素も、これらを制御するために制御ユニット１１０、もしくは高圧貯蔵器制御器１６７に接続され得る。この追加のガスが必要とされる状況の例としては、システム１００が通電されたときに椅子から立ち上がるなど、ユーザが急に非活動状態から活動状態に移るとき、もしくはシステム１００が節約モードや睡眠モードから活動モードに切り換わるときなど、ユーザが突然非活動状態から活動状態に移るときに起こり得る。ここで使用する２次的ラインとは、前記構成要素をライン内に接続するために使用されるチューブ、コネクタなどを意味する。気体酸素を２次的ライン１６６に流すよう、バルブ１６８が制御ユニット１１０によって制御され得る。このバルブ１６８は、気体酸素が供給ライン１２１と２次的ライン１６６との双方に同時に流れるようにも、供給ライン１２１のみに流れるようにも、２次的ライン１６６のみに流れるようにも構成することができる。
【００６８】
好ましくはモータ１０８によって駆動されるポンプもしくはコンプレッサ１６８は、例えば少なくとも約１００ｐｓｉなどの比較的高い圧力で酸素ガスを高圧貯蔵器１６４へ供給する。
【００６９】
追加の酸素ガスをユーザ１０８に供給するため、２次的ライン１６６で述べた構成要素と共に、もしくはこれとは独立して、酸素を発生する電気化学セル１７１が使用されてもよい。電気化学セル１７１は、比較的高い圧力で高圧貯蔵器１６４に酸素ガスを供給するために使用され得る。
【００７０】
圧力センサ１７２が高圧貯蔵器１６４と制御ユニット１１０とに接続され、高圧貯蔵器１６４内の圧力が一定の限界に達したときには、制御ユニット１１０は酸素を２次的ライン１６６に向けるようにバルブ１６８を動かす。
【００７１】
レギュレータ１７４が、流れを制御し、ユーザ１０８への酸素ガスの圧力を低減するために使用され得る。
【００７２】
バルブ１７６は、ユーザ１０８が酸素ガス発生器１０２では供給できない量の酸素ガスを要求したときに、気体酸素が高圧貯蔵器１６４から供給ライン１２１へ流れるように制御ユニット１１０によって制御され得る。バルブ１７６は、酸素ガス発生器１０２と高圧貯蔵器１６４との双方から酸素ガスが同時に流れるようにも、酸素ガス発生器１０２のみから流れるようにも、高圧貯蔵器１６４のみから流れるようにも構成することができる。
【００７３】
１つ、もしくはそれ以上のセンサ１０６が制御装置１１０と酸素ガス発生器１０２とに相互連結され、前記１つ、もしくはそれ以上のセンサ１０６によって検知された１つ、もしくはそれ以上の状態に少なくとも部分的に基づいて、ユーザ１０８の必要とする酸素ガスに等しい量の酸素ガスが供給される。酸素ガス発生器１０２がユーザ１０８の要求する量の酸素ガスを満たすことができないときには、ユーザの要求する酸素を表す少なくとも１つ、もしくはそれ以上の条件に少なくとも部分的に基づいて、制御ユニット１１０は、高圧貯蔵器１６４から（バルブ１７６を通して）必要な追加の酸素が供給できるようにする。酸素ガス発生器１０２はユーザ１０８の必要とする全ての酸素ガスを供給することができ、但し単にスイッチが切られている、もしくは節約あるいは睡眠モードにあるというシナリオの下では、高圧貯蔵器１６４が酸素ガスを供給する時間、すなわち、バルブ１７６が高圧貯蔵器１６４を供給ライン１２１と結合する時間は、少なくとも酸素ガス発生器１０２がオフの状態、あるいは非活動の状態からオンもしくは活動状態に移行するために必要な時間となる。
【００７４】
他のシナリオでは、ユーザによる気体酸素の要求が酸素ガス発生器１０２の最大酸素ガス出力を超えたときに、制御ユニット１１０が高圧貯蔵器１６４からユーザへ酸素ガスが供給されるようにする。高圧貯蔵器１６４は酸素ガス発生器１０２によって充填されるように示され、述べられているが、代替の実施の形態では、高圧貯蔵器１６４は外部供給源、すなわちシステムの外部から充填されるようにしてもよい。
【００７５】
ＩＶ． 位置検索システム
図３に戻って、本発明の代替の実施の形態では、システム１００は、システム１００の場所を特定する全地球測位システム（ＧＰＳ）のレシーバ２００を含んでもよい。レシーバ２００の位置、すなわちユーザ１０８の位置は、遠隔測定機構、もしくはモデム１５１を介して遠隔コンピュータに送信が可能である。これは、ユーザが例えば心臓発作等の健康問題を抱えていたり、システムの緊急ボタンが押されたり、システムのアラームが作動したり、あるいはその他の理由があるときに、ユーザ１０８の居場所を見つけるのに好ましい。
【００７６】
Ｖ． 追加のオプションとアクセサリ
架台１３４に加え、携帯用酸素濃縮システム１００は、追加のオプションやアクセサリを含むことができる。各種の色と模様のショルダバッグ、バックパック、ファニーパック、フロントパック、スプリットパックなど、多くの異なる形式のバッグが、システム１００やその他のシステムのアクセサリを持ち運ぶために使用することができるが、これらのものに限定するものではない。悪天候や他の環境障害からシステムを保護するためにカバーの使用をすることができる。システム１００は、ローラ付きトロリー／カート、スーツケース、旅行かばんなどによって搬送することもできる。前記旅行かばんは、システム１００及びこれに加えてカニューレ１１１、予備バッテリ、アダプタなどを運ぶための十分な余裕のあるデザインとすることができる。システム１００を保持するためのフック、帯、ホルダの例としては、自動車のシートベルト用のフック、歩行者用のフック／帯、車椅子用のフック／帯、病院のベッド用フック／帯、換気装置などの他の医療装置用のフック、ゴルフバッグもしくはゴルフカート用のフック／帯、自転車用のフック／帯、吊り下げフックなどが含まれるが、これらに限定されるものではない。システム１００はまた、１つ、もしくはそれ以上の警報器オプションを含むことができる。システム１００の警報器は、例えば検知されたユーザ１０８の生理状態が予め定められた幅を外れた場合などに作動し得る。さらに前記警報器は、ユーザ１０８によって操作され得るパニック警報器を含んでもよい。前記警報器は、システム１００にブザーもしくは他の音響装置を作動させ、及び／又は前記遠隔測定機構もしくはモデム１５１を使って他の者、例えば医師、緊急派遣者、介護人、家族などに伝達することもできる。
【００７７】
本発明につき、好ましい実施の形態に関して述べてきたが、当該技術分野で通常の知識を有する者にとって明らかであるその他の実施の形態も本発明の範囲に含まれる。したがって、本発明の範囲は、添付の請求の範囲によってのみ確定されることが意図されている。
【００７８】
【発明の効果】
本発明に係る携帯用酸素濃縮システム、及び当該システムを使用する酸素供給方法の実施により、従来技術による高圧ガスシリンダや液体デュワー、及びこれら高圧ガスシリンダや液体デュワーに関連する恒常的な補充／取替えの必要性を無くし、歩行する治療患者用の個別の家庭用酸素濃縮器の必要性を無くし、真の意味での携帯用酸素濃縮システム、並びに酸素供給方法を提供することができる。
【００７９】
本発明に係る携帯用酸素濃縮システムは、バッテリ付きであっても平均的な歩行する治療患者が持ち運びできるほど十分に軽いものである。その装置は、軽量のバッテリや他のエネルギ源が使用可能なように比較的低い電力消費となるよう設計されており、さらにユーザが容易に持ち運びできるよう十分に小型であり、比較的低い騒音と僅かな量の熱しか発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に基づいて構成された携帯用酸素濃縮システムのブロック図である。
【図２】 本発明の他の実施の形態に基づいて構成された携帯用酸素濃縮システムのブロック図で、特に空気分離装置の実施の形態を示す。
【図３】 携帯用酸素濃縮システムの更なる実施の形態と、前記携帯用酸素濃縮システムと共に使用される架台の実施の形態とを示す概略図である。
【図４】 携帯用酸素濃縮システムの実施の形態と共に使用され得る１つ、もしくはそれ以上のセンサのブロック図である。
【図５】 携帯用酸素濃縮システムの制御ユニットによって制御され得る１つ、もしくはそれ以上の構成要素のブロック図である。
【図６】 本発明に係る追加の実施の形態に基づいて構成された携帯用酸素濃縮システムのブロック図である。
【図７】 高圧貯蔵器を含む、携帯用酸素濃縮システムの他の実施の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１００．携帯用酸素濃縮器、 １０２．空気分離装置（酸素発生器）、 １０４．エネルギ源（バッテリ）、 １０６．出力センサ、 １０８．ユーザ、 １１０．制御ユニット、 １１２．ポンプ（コンプレッサ）、 １１４．酸素濃縮器（ＯＣ）、 １１６．吸気マフラ、 １１８．ＤＣモータ、 １１９．可変速度制御器（ＶＳＣ）、 １２０．熱交換器、 １２１．供給ライン、 １２３．圧力センサ、 １２４．真空発生器、 １２５．温度センサ、 １２６．排気マフラ、 １２７．ポンプ、 １２９．低圧貯蔵器、 １３０．バッテリ充電回路、１３２．プラグ、 １３４．バッテリ充電架台、 １４８．加湿機構、 １５０．圧力センサ、 １５１．遠隔測定機構（モデム）、 １５２．姿勢センサ、１５４．加速度センサ、 １５６．代謝センサ、 １５８．高度センサ、 １６０．供給バルブ、 １６４．高圧貯蔵器、 １６６．２次的ライン、 １６７．高圧貯蔵器制御器、 １６８．バルブ、 １７４．レギュレータ、 １７６．バルブ、 １９０．節約装置、 ２００．グローバル位置検索システム（ＧＰＳ）レシーバ。

Claims (14)

1. ユーザによって容易に持ち運びできるよう構成された携帯用酸素濃縮システムであって：
   エネルギ源と；
   前記エネルギ源によって駆動され、外気を前記ユーザ用の濃縮酸素ガスに変換するよう構成された空気分離装置と：
   ユーザが必要とする酸素ガスを表す１つ、もしくはそれ以上の状態を検知するよう構成された少なくとも１つのセンサと；
   前記少なくとも１つのセンサによって検知された１つ、もしくはそれ以上の状態に少なくとも部分的に基づいて前記ユーザが必要とする酸素ガスに等しい量の酸素を供給するよう前記空気分離装置を制御する、前記空気分離装置と前記少なくとも１つのセンサとに相互連結された制御ユニットと、から構成され、
   前記少なくとも１つのセンサが、ユーザの代謝状態を検知するよう構成された代謝センサ、ユーザの環境すなわち周囲の状態を検知するよう構成された環境状態センサ、およびユーザの活動レベルを検知するよう構成された活動レベル・センサからなる群より選ばれ、前記空気分離装置が、外気を酸素濃縮器に供給するよう構成されたポンプと、前記供給された空気から濃縮された気体酸素を分離するよう構成された酸素濃縮器とを含み、前記ポンプは、外気を圧縮して前記酸素濃縮器に供給する可変速度コンプレッサを含み、
   前記少なくとも１つのセンサによって検知された１つ、もしくはそれ以上の状態に少なくとも部分的に基づいて前記可変速度コンプレッサの速度を制御することにより、前記ユーザが必要とする酸素ガスに等しい量の酸素ガスを供給するよう前記制御ユニットが前記空気分離装置を制御する、ことを特徴とする携帯用酸素濃縮システム。
2. 前記少なくとも１つのセンサがユーザの代謝状態を検知するよう構成された代謝センサであり、前記代謝センサによって検知された代謝状態に少なくとも部分的に基づいて前記ユーザが必要とする酸素ガスに等しい量の酸素ガスを供給するよう、前記制御ユニットが前記空気分離装置と前記代謝センサとに相互連結されて前記空気分離装置を制御する、請求項１の携帯用酸素濃縮システム。
3. 前記代謝センサが酸素濃度計である、請求項２の携帯用酸素濃縮システム。
4. 前記代謝センサが、心拍、酸素飽和度、呼吸数、血圧、ＥＫＧ、体温、吸息／呼息時間比率の内の少なくとも１つを測定するよう構成されている、請求項２の携帯用酸素濃縮システム。
5. 前記少なくとも１つのセンサが、前記ユーザの環境、すなわち周囲の状態を検知するよう構成された環境状態センサであり、前記環境状態センサによって検知された環境状態に少なくとも部分的に基づいて前記ユーザが必要とする酸素ガスに等しい量の酸素ガスを供給するよう、前記制御ユニットが前記空気分離装置と前記環境状態センサとに相互連結されて前記空気分離装置を制御する、請求項１の携帯用酸素濃縮システム。
6. 前記少なくとも１つのセンサが、前記ユーザの活動レベルを検知するよう構成された活動レベル・センサであり、前記活動レベル・センサによって検知されたユーザの活動のレベルに少なくとも部分的に基づいて前記ユーザが必要とする酸素ガスに等しい量の酸素ガスを供給するよう、前記制御ユニットが前記空気分離装置と前記活動レベル・センサとに相互連結されて前記空気分離装置を制御する、請求項１の携帯用酸素濃縮システム。
7. 前記活動レベル・センサが、圧力センサ、姿勢センサ、加速度センサの群から選択された１の要素である、請求項６の携帯用酸素濃縮システム。
8. 前記システムが供給バルブを含み、前記供給バルブは少なくとも第１の位置と第２の位置との間の移動が可能であり、前記第２の位置は前記第１の位置よりも多量の濃縮気体酸素を流通可能であり、前記少なくとも１つのセンサによって検知された１つ、もしくはそれ以上の状態に少なくとも部分的に基づいて前記バルブを前記第１の位置から第２の位置へ移動させるよう前記制御ユニットが構成されている、請求項１から請求項７のいずれか一の携帯用酸素濃縮システム。
9. 前記制御ユニットが、タイマと、少なくとも１つのセンサとを含み、検知される１つ、もしくはそれ以上の状態が予め設定された時間を超えたときには、前記制御ユニットが前記バルブを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させるよう、前記センサが前記タイマに接続されている、請求項８の携帯用酸素濃縮システム。
10. 前記システムが、前記空気分離装置に連結されて前記ユーザが吸息する場合にのみ酸素ガスの流通を許容することにより、酸素ガスの流れを節約するよう構成された気体酸素節約装置をさらに含む、請求項１から請求項９のいずれか一の携帯用酸素濃縮システム。
11. 前記気体酸素節約装置が、前記吸息サイクルの一部の間のみに酸素ガスの流通を許容するよう構成されている、請求項１０の携帯用酸素濃縮システム。
12. 前記エネルギ源を充電し、及び／又は前記システムに電力を供給するために、前記携帯用酸素濃縮システムを受入れ、当該システムを外部のエネルギ源に接続するよう構成された架台をさらに備え、
    前記架台が、前記携帯用酸素濃縮システム、及び／又は前記ユーザに関する情報を伝達するため、前記システムと遠隔コンピュータとが交信できるよう構成された遠隔測定機構を含んでいる、請求項１から請求項１１のいずれか一の携帯用酸素濃縮システム。
13. 前記架台が、前記システムの空気通路に湿気を加える加湿器を含む、請求項１２の携帯用酸素濃縮システム。
14. 前記システムが、当該システムの地理的位置を検索するためのＧＰＳレシーバを含んでいる、請求項１から請求項１３のいずれか一の携帯用酸素濃縮システム。

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