JP5314063B2 - デュアルモード式医療用酸素濃縮器 - Google Patents

Description

家庭及びその他の住宅環境における患者への治療用酸素の供給は、健康管理産業の重要でかつ増大しつつある分野である。酸素を、適切な気化又は圧力調節システム及びガス送出カニューレでもって液体又は圧縮酸素により患者に供給することができる。あるいは、患者の近くに配置されて発生された酸素をカニューレを通じ送出する小型の現場用空気分離装置を用いて酸素を発生させることにより、酸素を供給することもできる。この後者の酸素供給モードのほうが多くの患者に好まれ、この明らかなニーズに応えて多数の小型空気分離装置がこれまでに開発されてきた。

呼吸酸素消費率は典型的には、酸素要求量が比較的低い歩行可能な患者の場合には３ＬＰＭ（２２℃、１ａｔｍａにおけるリットル／分）までの範囲にあり、より深刻な呼吸障害があり動きが制限されうる患者の場合には５ＬＰＭまでの範囲にあり、場合によっては、最も深刻な呼吸障害があり動きが更に制限される患者の場合には１０ＬＰＭまでの範囲にある。患者は、当初、疾病中に高い酸素供給速度を必要とし、その後快復するにつれて患者が必要とする酸素が少なくなる場合がある。あるいは、慢性症状が悪化するにつれて患者が必要とする酸素供給速度が増大するおそれがある。患者の酸素要求量は従って、大きく変動しうるものであり、最大酸素要求量は最小酸素要求量の３倍から５倍にもなるおそれがある。

従って、住宅又は家庭用の酸素発生システムは、これらの多様な患者の要求に合わせるために、広範囲の酸素発生速度で構成されなければならない。家庭用酸素発生器の提供者は典型的には、患者の要求を満たしつつ、販売するシステムの種類の数を制限することを好む。高ターンダウン比の小型酸素発生システムの経済的な設計は難しく、提供者は患者のニーズを満たすために、いくつかのサイズの発生器を提供しなければならなくなるおそれがある。経済的理由により、提供される酸素発生システムの種類の数を最小限に抑え、かつ提供される各システムのターンダウン比を最大限まで高めることが望ましい。更に、歩行可能な患者と歩行不能な患者との両方の酸素要求量を単一の発生システムで満たし、かつ必要な場合には加湿酸素を提供することが望ましい。

本発明の実施形態は、携帯用酸素発生器ユニット及び定置ベースユニットを含む酸素発生システムに関する。携帯用ユニットは、濃酸素ガスを発生させるための携帯用空気分離装置と、携帯用空気分離装置に空気を供給する手段を含む１次ガスポンプと、ガスポンプを駆動する１次モータと、モータを駆動するための充電式電源と、充電式電源に電力を送るようになっているコネクタ手段と、濃酸素ガスを携帯用酸素発生器システムから移すためのフローカップリング手段と、第１の濃酸素ガス生成物放出ポートとを含む。定置ベースユニットは、携帯用酸素発生器ユニットに結合するようになっており、携帯用酸素発生器ユニットの充電式電源を充電するようになっているコネクタ手段を含む定置電源システムと、携帯用酸素発生器ユニットから濃酸素ガスを受け取るフローカップリング手段と、第２の濃酸素ガス生成物放出ポートとを含む。

携帯用酸素発生器ユニットは、非結合モードにおいて単独で作動して第１の放出ポートに取り付けられるカニューレを通じユーザに第１の流量で濃酸素ガス生成物を供給することができる。携帯用酸素発生器ユニット及び定置ベースユニットは、結合モードにおいて連携しつつ作動して第２の放出ポートに取り付けられるカニューレを通じユーザに第２の流量で濃酸素ガス生成物を供給することができ、第２の流量は第１の流量よりも多い。

定置ベースユニットは、ブースタモータと、ブースタモータと一体化される第１の駆動カップリング手段とを含むことができ、携帯用酸素発生器ユニットは、１次モータと一体化される第２の駆動カップリング手段を含むことができ、定置ベースユニットが携帯用酸素発生器ユニットに結合されたときにブースタモータ及び１次モータが連携しつつ作動して１次ガスポンプを駆動するようになっていてもよい。

代替的には、定置ベースユニットは、定置駆動モータと、定置駆動モータと一体化される第１の駆動カップリング手段とを含むことができ、携帯用酸素発生器ユニットは１次ガスポンプと一体化される第２の駆動カップリング手段を含むことができ、定置ベースユニットが携帯用酸素発生器ユニットに結合されたときに定置駆動モータが１次ガスポンプを駆動するようになっていてもよい。

代替的には、定置ベースユニットは、２次ガスポンプと、２次ガスポンプを駆動する定置駆動モータと、２次ガスポンプからのガス取出しラインとを含むことができ、携帯用酸素発生ユニットは、携帯用空気分離装置に流通しているガス取入れラインを含むことができ、これらガス取出しライン及びガス取入れラインはそれぞれ、定置ベースユニットが携帯用酸素発生ユニットに結合されたときに２次ガスポンプが携帯用空気分離装置への空気の一部を提供できるように結合できるフローカップリング手段を有することができる。

別の代替態様では、定置ベースユニットは、２次ガスポンプと、２次ガスポンプを駆動する定置駆動モータと、２次ガスポンプからのガス取出しラインとを含むことができ、携帯用酸素発生器ユニットは、携帯用空気分離装置に流通しているガス取入れラインを含むことができ、これらガス取出しライン及びガス取入れラインはそれぞれ、定置ベースユニットが携帯用酸素発生器ユニットに結合されたときに２次ガスポンプが携帯用空気分離装置への空気の全てを提供できるように結合できるフローカップリング手段を有することができる。

定置ベースユニットは、補助濃酸素ガスを発生させるための定置空気分離装置と、定置空気分離装置に空気を供給する手段とを含む定置ガスポンプと、定置ガスポンプを駆動するモータと、定置ベースユニットが携帯用酸素発生器ユニットに結合されたときに補助濃酸素ガスを携帯用酸素発生器ユニットからの濃酸素ガスに合流させる配管手段とを含むことができる。

携帯用空気分離装置は圧力スウィング吸着システムを含むことができ、定置空気分離装置は圧力スウィング吸着システムを含むことができる。定置ベースユニットは更に、濃酸素ガス生成物に水分を付加するようになっている加湿器を含むことができる。

本発明の別の実施形態は、濃酸素ガス生成物を発生させる方法であって、
（ａ）携帯用酸素発生器ユニットであって、濃酸素ガスを発生させるための携帯用空気分離装置と、携帯用空気分離装置に空気を供給する手段を含む１次ガスポンプと、ガスポンプを駆動する１次モータと、モータを駆動する充電式電源と、携帯用酸素発生器ユニットの充電式電源を充電するために電力を受け取るようになっているコネクタ手段と、携帯用酸素発生器ユニットから濃酸素ガスを移すフローカップリング手段と、第１の濃酸素ガス生成物放出ポートとを含む携帯用酸素発生器ユニットを用意するステップと、
（ｂ）携帯用酸素発生器ユニットに結合するようになっている定置ベースユニットを用意するステップであって、定置ベースユニットが、携帯用酸素発生器ユニットの充電式電源を充電するために電力を供給するようになっているコネクタ手段を含む定置電源システムと、携帯用酸素発生器ユニットから濃酸素ガスを受け取るフローカップリング手段と、第２の濃酸素ガス生成物放出ポートとを含むステップと、
（ｃ）これら携帯用酸素発生器ユニット及び定置ベースユニットを非結合モードで作動するステップであって、携帯用酸素発生器ユニットが、空気を分離して第１の放出ポートに取り付けられるカニューレを通じユーザに第１の流量で濃酸素ガス生成物を提供するように作動されるステップと、
（ｄ）（１）コネクタ手段同士を互いに接続しかつフローカップリング手段同士を互いに結合することによって携帯用酸素発生器ユニットと定置ベースユニットとを互いに結合し、
（２）携帯用酸素発生器ユニットを作動させて空気を分離し濃酸素ガスを提供し、濃酸素ガスを定置ベースユニットに移し、第２の放出ポートに取り付けられるカニューレを通じてユーザに第２の流量で濃酸素ガス生成物を供給する、
ことによってこれら携帯用酸素発生器ユニット及び定置ベースユニットを結合モードで作動させるステップであって、第２の流量が第１の流量よりも多いステップと、
を含む方法を含んでいる。

本発明の代替実施形態は、酸素発生システムであって、
（ａ）濃酸素ガスを発生させるための携帯用空気分離装置と、携帯用空気分離装置に空気を供給する手段を含む１次ガスポンプと、ガスポンプを駆動する１次モータと、モータを駆動する充電式電源と、充電式電源に電力を送るようになっているコネクタ手段と、濃酸素ガス生成物放出ポートとを含む携帯用酸素発生器ユニットであって、携帯用酸素発生器ユニットが携帯モードで作動して第１の流量の濃酸素ガスを発生させるようになっている携帯用酸素発生器ユニットと、
（ｂ）携帯用酸素発生器ユニットに結合するようになっている定置ベースユニットであって、定置ベースユニットが携帯用酸素発生器ユニットの充電式電源を充電するようになっているコネクタ手段を含む定置電源システムを含んでいる定置ベースユニットと、
を含むシステムを含んでいる。

携帯用酸素発生器ユニット及び定置ベースユニットはそれぞれ、濃酸素ガスを携帯用酸素発生器ユニットから定置ベースユニットに移すようになっている第１のフローカップリング手段と、濃酸素ガスを定置ベースユニットから携帯用酸素発生器ユニットに移すようになっている第２のフローカップリング手段とを含むことができ、定置ベースユニット及び携帯用酸素発生器ユニットは、結合モードにおいて、提携しつつ作動して第１の流量より多い第２の流量で濃酸素ガスを発生させるようになっている。

本発明の別の実施形態では、
（ａ）濃酸素ガスを発生させるための携帯用空気分離装置と、携帯用空気分離装置に空気を供給する手段を含む１次ガスポンプと、ガスポンプを駆動する１次モータと、モータを駆動する充電式電源と、充電式電源を充電するために電力を受け取るようになっているコネクタ手段と、濃酸素ガス生成物放出ポートとを含む携帯用酸素発生器ユニットを用意するステップと、
（ｂ）携帯用酸素発生器ユニットに結合するようになっている定置ベースユニットを用意するステップであって、定置ベースユニットが、携帯用酸素発生器ユニットの充電式電源を充電するようになっているコネクタ手段を含む定置電源システムと、濃酸素ガスを加湿する手段とを含んでおり、これら携帯用酸素発生器ユニット及び定置ベースユニットがそれぞれ、濃酸素ガスを携帯用酸素発生器ユニットから定置ベースユニットに移すようになっている第１のカップリング手段と、濃酸素ガスを定置ベースユニットから携帯用酸素発生器ユニットに移すようになっている第２のカップリング手段とを含んでいるステップと、
（ｃ）これら携帯用酸素発生器ユニット及び定置ベースユニットを非結合モードで作動するステップであって、携帯用酸素発生器ユニットが、空気を分離して生成物放出ポートに取り付けられるカニューレを通じユーザに第１の流量で濃酸素ガス生成物を提供するように作動されるステップと、
（ｄ）（１）コネクタ手段同士を互いに接続しかつ第１及び第２のカップリング手段を互いに結合することによって携帯用酸素発生器ユニットと定置ベースユニットとを互いに結合し、
（２）携帯用酸素発生器ユニットを作動させて空気を分離し濃酸素ガスを提供し、濃酸素ガスを定置ベースユニットに移し、濃酸素ガスを加湿して加湿濃酸素ガスを提供し、加湿濃酸素ガスを携帯用酸素発生器ユニットに移し、携帯用酸素発生器ユニットの放出ポートに取り付けられるカニューレを通じユーザに第２の流量で加湿濃酸素ガス生成物を供給する、
ことによってこれら携帯用酸素発生器ユニット及び定置ベースユニットを結合モードで作動させるステップであって、第２の流量が第１の流量よりも多いステップと、
を含む方法によって、濃酸素ガス生成物が発生される。

本発明の別の実施形態は、酸素濃縮器システムであって、
（ａ）非加湿濃酸素ガスを発生させるための携帯用空気分離装置と、携帯用空気分離装置に空気を供給する手段を含む第１のガスポンプと、第１のガスポンプを駆動するようになっている第１のモータと、第１のモータを駆動するために電力を供給するようになっている充電式電源システムと、充電式電源システムを充電するようになっている第１のコネクタと、加湿濃酸素ガスを受け取るようになっている第１のフローカップリングと、非加湿濃酸素ガスと加湿濃酸素ガスとを互いに合流させて加湿濃酸素ガス生成物を形成するようになっている配管手段と、濃酸素ガス生成物送出ポートとを含む携帯用酸素発生器ユニットと、
（ｂ）携帯用酸素発生器ユニットに結合するようになっている定置ベースユニットであって、定置ベースユニットが、加湿濃酸素ガスを発生させるための定置空気分離装置及び加湿器と、定置空気分離装置に空気を供給する手段を含む第２のガスポンプと、第２のガスポンプを駆動するようになっている第２のモータと、第１のフローカップリングと接続するようになっている第２のフローカップリングと、加湿濃酸素ガスを第２のフローカップリングに移す配管と、第２のモータに電力を提供するようになっている定置電源システムと、発生器ユニットとベースユニットとが互いに結合されたときに携帯用酸素発生器ユニットの充電式電源システムを充電するために第１のコネクタと接続するようになっている第２のコネクタとを含む定置ベースユニットと、
を含むシステムに関する。

第１のフローカップリングと、非加湿濃酸素ガスと加湿濃酸素ガスとを互いに結合するようになっている配管手段と、濃酸素ガス生成物送出ポートとは、携帯用酸素発生器ユニットの外部に取り付けられて配置されることができる。

携帯用空気分離装置は、圧力スウィング吸着システムを含むことができる。このシステムは更に、圧力スウィング吸着システムから非加湿濃酸素ガスを受け取るようになっている貯蔵タンクを含むことができる。代替的には、圧力スウィング吸着システムから非加湿濃酸素ガスを受け取るためのガス貯蔵タンクを備えなくてもよい。

定置空気分離装置は、圧力スウィング吸着システムを含むことができる。このシステムは更に、圧力スウィング吸着システムから濃酸素ガス生成物を受け取るようになっている貯蔵タンクを含むことができる。代替的には、圧力スウィング吸着システムから濃酸素ガスを受け取るための貯蔵タンクを備えなくてもよい。

本発明の最後の実施形態は、濃酸素ガス生成物を発生させる方法であって、
（ａ）非加湿濃酸素ガスを発生させるための携帯用空気分離装置と、携帯用空気分離装置に空気を供給する手段を含む第１のガスポンプと、第１のガスポンプを駆動するようになっている第１のモータと、第１のモータに電力を提供するようになっている充電式電源システムと、充電式電源システムを充電するようになっている第１のコネクタと、加湿濃酸素ガスを受け取るようになっている第１のフローカップリングと、非加湿濃酸素ガスと加湿濃酸素ガスとを互いに合流させて加湿濃酸素ガス生成物を形成するようになっている配管手段と、濃酸素ガス生成物送出ポートとを含む携帯用酸素発生器ユニットを用意するステップと、
（ｂ）携帯用酸素発生器ユニットに結合するようになっている定置ベースユニットを用意するステップであって、定置ベースユニットが、加湿濃酸素ガスを発生させるための定置空気分離装置及び加湿器と、定置空気分離装置に空気を供給する手段を含む第２のガスポンプと、第２のガスポンプを駆動するようになっている第２のモータと、第１のフローカップリングと接続するようになっている第２のフローカップリングと、加湿濃酸素ガスを第２のフローカップリングに移すための配管と、第２のモータに電力を提供するようになっている定置電源システムと、携帯用酸素発生器ユニットと定置ベースユニットとが互いに結合されたときに携帯用酸素発生器ユニットの充電式電源システムを充電するために第１のコネクタと接続するようになっている第２のコネクタとを含んでいるステップと、
（ｃ）これら携帯用酸素発生器ユニット及び定置ベースユニットを非結合モードで作動するステップであって、携帯用酸素発生器ユニットが、空気を分離して濃酸素ガス生成物送出ポートに取り付けられるカニューレを通じユーザに第１の流量で非加湿濃酸素ガスを濃酸素ガス生成物として提供するように作動されるステップと、
（ｄ）（１）第１及び第２のコネクタを互いに接続しかつ第１及び第２のフローカップリングを互いに接続することによって携帯用酸素発生器ユニットと定置ベースユニットとを互いに結合し、
（２）携帯用酸素発生器ユニットを作動させて空気を分離し非加湿濃酸素ガスを提供し、
（３）定置ベースユニットを作動させて空気を分離し濃酸素ガスの流れを提供し、濃酸素ガスの流れを加湿して加湿濃酸素ガスを提供し、加湿濃酸素ガスを非加湿濃酸素ガスに合流させて加湿濃酸素ガス生成物を形成し、濃酸素ガス生成物送出ポートに取り付けられるカニューレを通じユーザに第２の流量で加湿濃酸素ガス生成物を供給する、ことによってこれら携帯用酸素発生器ユニット及び定置ベースユニットを結合モードで作動するステップであって、第２の流量が第１の流量よりも多いステップと、
を含む方法を含んでいる。

以下の図面には本発明の実施形態が示されているが、必ずしも一定の比率に縮小されていない。

図１は、本発明の第１実施形態の略図である。 図２は、本発明の第２実施形態の略図である。 図３は、本発明の第３実施形態の略図である。 図４は、図３の実施形態の単純化態様の略図である。 図５は、図４の実施形態の代替態様の略図である。

本発明の実施形態は、携帯用酸素発生器ユニットと、この携帯用酸素発生器ユニットに結合するようになっている定置ベースユニットとを含む酸素濃縮システムに関する。酸素濃縮システムは、酸素発生システムとして説明することもでき、これら２つの呼称は相互に交換可能である。携帯用酸素発生器ユニットは、濃酸素ガスを発生させるための携帯用空気分離装置と、携帯用空気分離装置に空気を供給するための手段を含む１次ガスポンプと、ガスポンプを駆動するための１次モータと、モータを駆動するための充電式電源と、携帯用酸素発生器ユニットの充電式電源を充電するようになっているコネクタ手段と、携帯用酸素発生器ユニットから濃酸素ガスを移すためのフローカップリング手段と、第１の濃酸素ガス生成物放出ポートとを含む。定置ベースユニットは携帯用酸素発生器ユニットに結合するようになっており、この定置ベースユニットは、携帯用酸素発生器ユニットの充電式電源を充電するようになっているコネクタ手段を含む定置電源システムと、携帯用酸素発生器ユニットから濃酸素ガスを受け取るためのフローカップリング手段と、選択任意の第２の濃酸素ガス生成物放出ポートとを含む。

本発明の第１実施形態が図１に示されている。この実施形態では、酸素濃縮システム１は、ここでは非結合モードで示されている携帯用酸素発生器ユニット３と定置ベースユニット５とを含む。携帯用酸素発生器ユニット３は、空気分離装置７と、ガスポンプ９と、ガスポンプ用１次駆動モータ１１と、充電式電源１３と、濃酸素ガス生成物を貯蔵するための選択任意の生成物貯蔵タンク１５とを含む。充電式電源１３はモータ１１を駆動し、ユーザ用ディスプレイ／制御パネル（図示されていない）に電力を提供する。これらの構成要素はエンクロージャ又はケース１７内に配置される。

充電式バッテリでよい充電式電源１３は、導線１９を通じて１次駆動モータ１１に直流電力を提供する。バッテリの作動が低下したときには、コネクタ２３及び２５を介し導線２７に接続されうる導線２１を通じて、選択任意に直流電力を１次駆動モータ１１に供給することができる。外部供給直流電力が１次駆動モータ１１に供給されるとき、必要であればバッテリが充電される。導線２７は、例えば自動車の直流電源アウトレット又はその他の直流電源などの外部直流電源（図示されていない）から直流電力を供給することができる。代替的には、外部交流電源に接続される選択任意の交流−直流変換器（図示されていない）から導線２７に直流電力を提供することもできる。

充電式電源１３がバッテリである場合、携帯用酸素発生器ユニット３が以下に説明される通り定置ベースユニット５に結合されると、導線２９及びコネクタ３１を通じて提供される直流電力によってバッテリが充電されうる。

空気分離装置７は、ガスポンプ９からライン３３を通じて加圧供給空気を受け取りかつここからガスポンプ９によりライン３５を通じて排ガスが引き抜かれる圧力スウィング吸着（ＰＳＡ）ユニット（後述する）でよい。ガスポンプ９は、入口ポート及びライン３９を通じて供給空気３７を引き込み、ライン４３に接続された放出ポートから排ガス４１を放出する。ガスポンプ９は典型的には、大気を取り込んで１から２．５ａｔｍａの圧縮供給空気をＰＳＡシステムに放出する供給ガス圧縮器を含む。ガスポンプ９は典型的には、大気圧よりも高い圧力及び／又は大気圧よりも低い圧力で排ガスをＰＳＡシステムから引き抜きかつほぼ大気圧で排ガスを放出する排ガス圧縮器も含む。供給ガス圧縮器及び排ガス圧縮器は典型的には、両方とも、ガスポンプ１次駆動モータ１１によって作動される。後述する通り、ブースタモータのシャフトに結合するようになっているシャフトコネクタ１２を駆動モータに装着してもよい。

ガスポンプ９の供給ガス圧縮器及び排ガス圧縮器は、当該技術分野で公知のあらゆるタイプの圧縮器であってよく、スクロール式、ダイアフラム式、ピストン式、及び回転翼式圧縮器のなかから選択されうる。スクロール式圧縮器は本明細書において説明される空気分離装置に使用されるのに特に適している。

本明細書において８０モル％を越える酸素を含有するガスとして定義される濃酸素ガスは、空気分離装置７からライン４５を通じて選択任意の生成物貯蔵タンク１５に引き抜かれる。典型的には、濃酸素ガスは９０モル％を越える酸素を含有する。濃酸素ガスは、ライン４７を通じて生成物貯蔵タンク１５から引き抜かれ、１つの入口と２つの出口とを有する流れ指向弁４９に送られる。一方の出口はライン５１及び生成物放出ポート即ち出口フローカップリング５３に接続される。出口フローカップリングは、後述する通り、フローカップリング５５に結合され又はこれから取り外されうる。フローカップリング５５は、携帯用酸素発生器ユニット３が携帯モード即ち非結合モードで作動されるときに患者に濃酸素生成ガスを送出するためのカニューレ５７に取り付けられる。流れ指向弁４９の他方の出口は濃酸素ガスを出口カップリング６１に送出するためのライン５９に接続される。携帯用酸素発生器システム３と定置ベースユニット５とを結合する行為によって生成ガス流れがライン５９に向かい、これらを取り外す行為によって生成ガス流れがライン５１に向かうように、弁４９を構成し配置することができる。

代替実施形態（図示されていない）においては、流れ指向弁４９を、携帯用酸素発生器ユニット３と定置ベースユニット５とを互いに結合する行為により生成ガス流れがライン５９に向かい、これらを取り外す行為により生成ガス流れがライン５１に向かうように構成され配置される二つの分離弁に置き換えることができる。フローカップリング５３及び５５は、機械起動式一体弁を有する急速接続継手の二部分であってもよく、この弁はフローカップリング５５に接続されると開弁しフローカップリング５５から取り外されると閉弁される。同様に、フローカップリング６１及び７９も、類似の急速接続継手の二部分でよい。更に、フローカップリング８１及び８３も類似の急速接続継手の二部分でよい。

従って、酸素発生システム１の一作動モードにおいて、携帯用酸素発生器ユニット３が携帯モードで作動するとき、即ち定置ベースユニット５から取り外されているときに、濃酸素ガス生成物はカニューレ５７を通じて患者に送出される。他方の作動モードにおいては、携帯用酸素発生器ユニット３が定置ベースユニット５に結合されてこれら結合されたユニットが定置されているときに、濃酸素ガス生成物はカニューレ８５を通じて患者に送出される。

定置ベースユニット５は、定置電源システム６３と、充電式バッテリでよい選択任意の予備充電式電源６５と、ブースタモータ６７と、選択任意の生成ガス加湿器６９とを含む。ブースタモータは交流モータでも直流モータでもよいが、可変速度作動が必要とされる場合には直流モータが使用される。定置電源システム６３は、交流−直流変換器と、例えば１つ又は複数の充電式バッテリを充電するようになっている直流バッテリ充電器とを含む。このシステムは、携帯用酸素発生器ユニット３と定置ベースユニット５とが互いに結合されたときに充電式電源１３を充電するために使用することができる。選択任意の予備充電式電源６５は、充電式バッテリであってよく、受容部７１に保持されて定置電源システム６３から導線７３を通じ充電されうる。定置ベースユニット５の全ての構成要素はエンクロージャ７４内に配置される。定置電源システム６３は、導線７６及びプラグ７８により外部交流電源に接続される。

定置ベースユニット５は、携帯用酸素発生器ユニット３の対応するカップリング及びコネクタに結合及び接続可能ないくつかのカップリング及びコネクタを有する。コネクタ７５は、充電式電源１３を充電するためのコネクタ３１に接続するようになっている。ブースタモータ６７によって駆動されるシャフトカップリング７７は、ブースタモータ６７が１次駆動モータ１１と連携しつつ作動されてガスポンプ９をより高い能力で作動させるための付加的電力を提供できるように、シャフトコネクタ１２に結合されうる。フローカップリング７９は、濃酸素ガスを選択任意の加湿器６９に送出するために濃酸素ガス出口フローカップリング６１に結合されうる。濃酸素生成ガス放出ポート即ちフローカップリング８１は、後に説明する通り、フローカップリング８３に結合され又はこれから取り外されうる。フローカップリング８３は、濃酸素生成ガスを患者に送出するためのカニューレ８５に取り付けられる。

定置ベースユニット５及び携帯用酸素発生器ユニット３は、２つのモードで作動できる。第１のモードにおいては、定置ベースユニット５と携帯用酸素発生器ユニット３とは互いに分離され、携帯用酸素発生器ユニット３は単独で作動されて携帯用ユニットを運ぶことのできる歩行可能患者に対し濃酸素生成ガスを供給するようにする。携帯用ユニットには、充電式電源１３から電力を供給でき、代替的には、コネクタ２３及び２５並びに導線２７を通じて外部直流電源から電力を供給できる。導線２７は、例えば自動車の直流電源アウトレット又はその他の直流電源といった外部直流電源（図示されていない）からの直流電力を供給できる。代替的には、導線２７の直流電力を、外部交流電源に接続された選択任意の交流−直流変換器（図示されていない）から供給することができる。この作動モードの間、定置ベースユニット５は待機中であり、選択任意の予備充電式電源６５を充電していてもよい。

第２の作動モードでは、定置ベースユニット５と携帯用酸素発生器ユニット３とが互いに結合され、結合されたユニットの隣りに位置する歩行不能患者に濃酸素生成ガスを供給するために互いに連携しつつ作動される。このモードにおいては、シャフトカップリング７７は、ブースタモータ６７が１次駆動モータ１１と連携しつつ作動してより高い能力でガスポンプ９を作動するための付加的な電力を提供するように、シャフトコネクタ１２に結合される。フローカップリング７９は濃酸素ガス出口フローカップリング６１に結合されてこのガスを選択任意の加湿器６９に送出する。濃酸素生成ガス放出ポート即ちフローカップリング８１はフローカップリング８３に結合され、濃酸素生成ガスはカニューレ８５を通じて患者に送出される。このタンデムモードで作動しながら、コネクタ３１及び７５と導線２９と導線２１とを通じて電源システム６３により、充電式電源１３を充電することができる。予備電源システム６５も導線７３を通じて充電することができる。

この第１実施形態の代替態様では、結合モードでガスポンプ９を駆動するための全ての動力がシャフトカップリング７７及びシャフトコネクタ１２を通じモータ６７によって供給される。このモータ６７は、上述した本実施形態の最初の態様でブースタモータとして使用されるモータよりも大きいモータである。１次駆動モータ１１はこのモータはこの代替態様では作動されず、従って携帯モードのときのみ作動されるので耐用寿命が長くなる。

本発明の第２実施形態が図２に示されている。この実施形態では、酸素発生システム１は、ここでは非結合モードで示されている携帯用酸素発生器ユニット３と定置ベースユニット５とを含む。この第２実施形態では、２つのユニットがタンデムモード即ち結合モードで作動するときにベースユニットから携帯用ユニットに補助供給空気が供給されかつ排ガスが携帯用ユニットからベースユニットに引き抜かれるように、図１の携帯用酸素発生器ユニット３及び定置ベースユニット５が変更されている。他の全ての特徴及び構成要素は典型的には、図１を参照して上述したものと同じである。この第２実施形態では、図１のブースタモータ６７は使用されず、携帯用ユニット３の１次駆動モータは常に単独で作動する。

図２において、１次駆動モータ２０１は、１次駆動モータ２０１が単独で作動しブースタモータに結合されない点を除いて、図１の１次駆動モータ１１及びガスポンプ９と同様に、結合作動モードにおいても非結合作動モードにおいてもガスポンプ２０２を駆動する。結合モードにおいて、駆動モータ２０３は補助ガスポンプ２０５を駆動し、この補助ガスポンプ２０５は、入口ポートから補助供給空気２０７を引き込み、放出ポートから排ガス２０８を放出する。これら入口及び放出ポートは補助ガスポンプ２０５に接続される。ガスポンプ２０５は典型的に供給ガスブロワを含み、この供給ガスブロワは、大気２０７を取り込んでライン２０９と、フローカップリング２１１と、フローカップリング２１３と、ＰＳＡシステムでよい空気分離装置７にライン３３を接続するライン２１５とを通じ補助圧縮供給空気を１から４ａｔｍａで空気分離装置７に放出する。また、ガスポンプ２０５は典型的に放出ガスブロワも含み、この放出ガスブロワは、ライン２１７と、フローカップリング２１９と、フローカップリング２２１と、ライン２２３とを通じ大気圧よりも高い圧力及び／又は大気圧よりも低い圧力で空気分離装置７からガスを引き抜いてほぼ大気圧でガスポンプ２０５からガス２０８を放出する。引き抜かれるガスはＰＳＡシステム排ガスでありうる。供給ガスブロワ及び放出ガスブロワは典型的に、両方ともガスポンプ駆動モータ２０３によって作動される。

この第２実施形態では、携帯用酸素発生器ユニット３は、非結合モードにおいて第１実施形態について説明したのと同様に作動する。結合モードにおいては、第２実施形態では、結合されたシステムは、すぐ上で説明した変更を除いて第１実施形態について説明したのと同様に作動する。この第２実施形態により、携帯用酸素発生器ユニット３のガスポンプのサイズを低減できるようになり、ここで図２のガスポンプ２０２は図１のガスポンプ９よりも小さく、それにより、携帯用酸素発生器ユニット３の重量が低減される。

第２実施形態の代替態様では、結合作動モードにおいて全ての供給空気が、ライン２０９及び２１５を通じガスポンプ２０５によって空気分離装置７に供給され、全ての排ガスが、ライン２１７及び２２３を通じガスポンプ２０５によって空気分離装置７から引き抜かれる。この代替態様では、ガスポンプ２０５の能力及び駆動モータ２０３の出力は、上述した実施形態の最初の態様に比べて増大する。１次駆動モータ２０１及びガスポンプ２０２は、この代替態様では作動されず、携帯モードのときのみ作動されるのでモータ及びポンプの耐用寿命が長くなる。

本発明の第３実施形態が図３に示されている。この実施形態では、酸素発生システム１は、ここでは非結合モードで示されている携帯用酸素発生器ユニット３と定置ベースユニット５とを含む。この第３実施形態では、携帯用ユニットの空気分離装置の最大生成能力が減少されると共に、結合モード及び非結合モードのうちの一方又は両方の作動のために空気分離装置が定置ベースユニットに含まれるように、図１の携帯用酸素発生器ユニット３及び定置ベースユニット５が変更されている。その他の全ての特徴及び構成要素は、図１を参照して上述したものと典型的に同じである。

この第３実施形態の非結合作動モードにおいて、空気分離装置３０１例えばＰＳＡシステムはライン３０５を通じてガスポンプ３０３から加圧供給ガスを受け取り、ガスポンプ３０３はライン３０７を通じてガス例えば排ガスを空気分離装置３０１から引き抜く。１次駆動モータ３０９によって駆動されるガスポンプ３０３は、入口ポート及びライン３１３を通じて供給空気３１１を引き込み、ライン３１７に接続された放出ポートから排ガス３１５を放出する。ガスポンプ３０３は典型的に、大気を取り込んで圧縮供給空気を１から２．５ａｔｍａで、ＰＳＡシステムでよい空気分離装置３０１に放出する供給ブロワを含む。また、ガスポンプ３０３は典型的に、空気分離装置３０１からガスを引き抜く放出ガスブロワも含む。引き抜かれるガスは、例えば大気圧よりも高い圧力及び／又は大気圧よりも低い圧力で空気分離装置７からＰＳＡシステムから引き抜かれてほぼ大気圧で放出される排ガスでありうる。供給ブロワ及び放出ガスブロワは典型的に、両方ともガスポンプ１次駆動モータ３０９によって作動される。

この第３実施形態では、定置ベースユニット５は、圧力スウィング吸着（ＰＳＡ）ユニットでよい空気分離装置３１９を含み、この空気分離装置３１９は、ガスポンプ３２３からライン３２１を通じ加圧供給空気を受け取り、ライン３２４を通じて濃酸素ガスを提供する。放出ガスは、ガスポンプ３２３により空気分離装置３１９からライン３２５を通じて引き抜かれる。ガスポンプ３２３は、入口ポートから供給空気３２６を引き込み、引き抜いたガス３２７を放出ポートから放出する。ガスポンプ３２３は典型的に、大気を取り込んで圧縮供給空気を例えばＰＳＡシステムに１から２．５ａｔｍａで放出する供給ブロワを含む。また、ガスポンプ３２３は典型的に、大気圧よりも高い圧力及び／又は大気圧よりも低い圧力で放出ガスを空気分離装置３１９から引き抜きかつこのガスをほぼ大気圧で放出するブロワも含む。引き抜かれるガスは、例えばＰＳＡシステム排ガスでありうる。供給ブロワ及び排ガスブロワは典型的に、両方ともガスポンプ駆動モータ３２９によって駆動され、この駆動モータ３２９は電源システム３３３から導線３３１を通じて電力を受ける。モータ３２９は、交流モータでも直流モータでもよいが、可変速度作動が必要とされる場合には直流モータが使用される。

定置ベースユニット５は、携帯用酸素発生器ユニット３と定置ベースユニットとが互いに結合されたときに充電式電源３３９を充電するために携帯用酸素発生器ユニット３のコネクタ３３７に接続されうるコネクタ３３５を含む。ベースユニットは、また、携帯用酸素発生器ユニット３と定置ベースユニット５とが結合されたときに濃酸素ガスが空気分離装置３０１から選択任意の生成ガス貯蔵タンク３０２を通って流れることができるようにするために携帯用酸素発生器ユニット３のフローカップリング３４３に接続されるフローカップリング３４１を含む。この結合モードにおいて、互いに合流された空気分離装置３０１からの濃酸素ガス及び空気分離装置３１９からの濃酸素ガスはライン３４５を通じて加湿器３４７内に流入する。カニューレ３５３を通じて患者に最終濃酸素生成ガスを提供するために、定置ベースユニット５のフローカップリング３５０とフローカップリング３５１とが互いに結合される。選択任意には、携帯用酸素発生器ユニット３が待機中又は休止中であるときに、定置ベースユニットを非結合モードで作動させて濃酸素生成ガスを低流量で提供するようにしてもよい。

上述の第３実施形態は、先に説明した第１及び第２実施形態の場合に比べて、携帯用酸素発生器ユニット３の重量を最小限に抑える。なぜならば、空気分離装置３０１を、非結合モードで作動している携帯用酸素発生器ユニット３から要求された量のみの濃酸素生成ガスを提供するサイズにすることができるからである。これに対して、第１及び第２実施形態の空気分離装置７は、結合モードで作動するときに携帯用酸素発生器ユニット３及び定置ベースユニット５から要求される濃酸素生成ガスの全て又は一部を提供するサイズにされる。従って、図３の空気分離装置３０１を図１及び２の空気分離装置７よりも軽くすることができる。

ベースユニットの場合には携帯用ユニットの場合よりも低重量、低体積及び出力効率はさほど重要でないので、定置ベースユニットのガスポンプ３１９の形式を携帯用発生器に使用されるガスポンプ３０３の形式と異ならせることができる。同様にベースユニットの場合には携帯用ユニットの場合よりも低重量、低体積及び出力効率はさほど重要でないので、定置ユニットの空気分離装置及びプロセスも携帯用ユニットのそれと異ならせることができる。

本発明の第４の実施形態が図４に示されており、これは図３のシステムの単純化された態様である。図４の実施形態では、図３のフローカップリング３４１と、フローカップリング３４３と、選択任意の生成ガス貯蔵タンク３０２とフローコネクタ３５２間のライン３４８の三方弁と、フローカップリング３４３から三方弁までのラインとが排除されている。分岐ライン３５７がライン３４８に接続され、フローカップリング３５９が分岐ライン３５７に接続される。図示される通り、携帯用酸素発生器ユニット３及び定置ベースユニット５の外部に配置されうるコネクタライン３６１の両端に、フローカップリング３６３及び３６５を取り付けることができる。コネクタライン３６１は、図示されるような可撓性のあるラインか、又は剛性配管でよい。代替的には、フローカップリング３５０及び３６５を使用せずにライン３４９に直接的に接続される可撓性配管又は剛性配管であってもよい。フローカップリング３５９には機械起動式遮断弁が設けられ、この遮断弁は、フローカップリング３５９及び３６３が互いに接続されると開弁位置になり、フローカップリング３５９及び３６３が互いに分離されると閉弁位置になる。フローカップリング３５９及び３６３は、例えば分離されると流れを遮断する、市販のあらゆる急速カップリング又は急速接続継手でもよい。携帯用酸素発生器ユニット３及び定置ベースユニット５を含む酸素発生システム１のその他の部品は、図３を参照して説明したものと同じである。

図４の実施形態では、携帯用酸素発生器ユニット３は、非結合モード即ち携帯モードにおいては図３の実施形態について上述したのと同様に作動する。この携帯モードにおいて、フローカップリング３５９とフローカップリング３６３とは互いに切断され、それにより、上述の通りフローカップリング３５９の遮断弁が閉弁される。携帯用酸素発生器ユニット３が非結合モード即ち携帯モードで作動するときには、濃酸素生成ガスは加湿されない。

図３の実施形態の場合と同様、システムを結合モード即ち固定モードで作動させるために、酸素発生器ユニット３が定置ベースユニット５に合体され、電気コネクタ３３５が電気コネクタ３３７に結合されて充電式電源３３９を充電する。フローカップリング３５９及び３６３が互いに結合され、フローカップリング３５０及び３６５（使用されるならば）も互いに結合される。酸素は、上述の通り、空気分離装置３０１によって発生され、非加湿濃酸素ガスが選択任意の生成ガス貯蔵タンク３０２に、かつライン３４８を通じてタンク３０２から流れる。空気分離装置３１９は、ライン３４５を通じて加湿器３４７に流れる濃酸素ガスを発生し、このガスは加湿器で加湿され、加湿濃酸素ガスは、フローカップリング３５０及び３６５（使用されるならば）と、外部コネクタライン３６１と、フローカップリング３５９及び３６３と、ライン３５７とを通って流れる。酸素発生器ユニット３からの非加湿濃酸素ガスと定置ベースユニット５からの加湿濃酸素ガスとの合流された流れは、ライン３４８と、フローカップリング３５２（これは濃酸素ガス送出ポートを提供する）と、フローカップリング３５４と、ライン３５５とを通じて患者のカニューレ（図示されない）に流れる。

空気分離器３０１及び３１９の最大設計生成物流量を、携帯用酸素発生器装置３及び定置ベースユニット５が結合モードで作動されるときに装置３１９がその最大生成物流量で又はほぼ最大生成物流量で作動するように、選択することができる。例えば、空気分離装置３０１及び３１９の最大設計生成物流量を、それぞれ３及び２リットル／分（ｌｐｍ）とすることができる。この例では、携帯用酸素発生器ユニット３と定置ベースユニット５とを組み合わせて作動させることにより、空気分離装置３１９がその最高設計流量である２ｌｐｍで作動するときに２から５ｌｐｍの流量で患者に加湿濃酸素生成ガスを提供することができる。

図４の実施形態は、このように、ライン３５５を通じて患者に加湿濃酸素ガスを提供し、この場合の加湿作用は、空気分離装置３１９からの濃酸素ガスを、携帯用酸素発生器ユニット３の空気分離装置３０１からの非加湿濃酸素ガスと合流する前に、定置ベースユニット５の加湿器３４７において行われる。この実施形態では、携帯モードでも結合作動モードでも、空気分離装置３０１からの濃酸素ガスには加湿が行われない。

図４の実施形態では、フローカップリング３５２及び３５４を互いに接続することによって、携帯作動モードにおいても固定作動モードにおいても患者は同じカニューレを使用することができる。フローカップリング３５０及び３６５が使用されるならば、カップリング３５０はカップリング３５２と同一であってよく、このことにより、患者は生成ガスの供給のためにベースユニットのみを使用するために、カニューレカップリング３５４をカップリング３５０に接続できるようになる。このことにより、携帯用酸素発生器ユニット３が待機中又は休止中であるときに、濃酸素生成ガスがより低流量で患者に提供されるようにる。

図４の実施形態ではいくつかの代替態様が可能である。１つの代替態様では、分離装置３０１は、選択任意の生成ガス貯蔵タンク３０２が濃酸素生成ガスの一定流れを提供する必要がないように、少なくとも４つの吸着床を利用した圧力スウィング吸着プロセスを含む。別の代替態様では、フローカップリング３５０及び３６５は使用されず、ライン３６１は加湿器３４７の出口に直接接続される。この代替態様では、携帯用酸素発生器ユニット３を定置ベースユニット３に合体させることによってシステムは携帯モードから結合モードに切り替えられ、このことにより、コネクタ３３５及び３３７が互いに結合されて充電式電源３３９が充電される。患者がフローカップリング３５９及び３６３を互いに接続して加湿濃酸素生成ガスがライン３５５を通じ提供され、このライン３５５フローカップリング３５２及び３５４で接続されている。

図４の実施形態の別の代替態様が図５に略示されている。この代替実施形態では、Ｔ状組体５０１として説明される配管手段が携帯用酸素発生器ユニット３の側壁の外側に装着されており、ライン５０３がＴ状組体の側枝を選択任意の濃酸素生成物貯蔵タンク３０２に接続する。Ｔ状組体にはフローカップリング５０５が取り付けられ、このフローカップリング５０５は、フローカップリング３５４に接続されてライン３５５を通じ患者に濃酸素生成ガスを提供するようになっている。Ｔ状組体にはフローカップリング５０７も装着されており、このフローカップリング５０７は、フローカップリング５０９に接続されてライン５１１を通じ定置ベースユニット５の加湿器３４７から加湿濃酸素生成ガスを受け取るようになっている。Ｔ状組体５０１は、加湿濃酸素ガスと非加湿濃酸素ガスとを互いに合流させて加湿濃酸素ガス生成物を形成するようになっており、この生成物は濃酸素ガス生成物送出ポート即ちフローカップリング５０５を通じて送出される。

定置ベースユニット５のケーシングに、フローカップリング５０９及びライン５１１を保持する延長アーム５１３を設けることもできる。フローカップリング５０９には、フローカップリング５０７及び５０９が互いに接続されるときに開放位置になり、フローカップリング５０７及び５０９が互いに切断されるときに閉鎖位置になる機械起動式遮断弁が取り付けられる。フローカップリング５０７及び５０９は、例えば切断されると流れを遮断する、あらゆる市販の急速カップリング又は急速接続継手でよい。携帯用酸素発生器ユニット３及び定置ベースユニット５を含む酸素発生システム１のその他の部品は、図３を参照しながら説明したものと同じである。

Ｔ状組体５０１は図５において略示されており、ユニットの設計者はＴ状組体５０１を適切な任意の方法で携帯用酸素発生器ユニット３のケーシング又はハウジングに組み込むことができる。同様に、延長アーム５１３は略示されており、ユニットの設計者は延長アーム５１３を任意の適切な方法で定置ベースユニット５のケーシングに組み込むことができる。例えば、図５の構成の代替態様では、ライン５０３をＴ状組体５０１まで内部延長してＴ状組体５０１を携帯用酸素発生器ユニット３の側面の底部の近くに又は当該底部に配置することができる。この例では、定置ベースユニット５の延長アームはもっと短くなる。

図５の実施形態の特徴は、Ｔ状組体５０１及び延長アーム５１３の実際の設計構成に関係なく、フローカップリング５０５及び５０７を携帯用酸素発生器ユニット３のケーシング又はハウジングの外に配置できることにある。

図５のシステムの携帯用酸素発生器ユニット３は、非結合モード即ち携帯モードにおいて上述の通りに作動し、ライン５０３と、フローカップリング３５４及び５０５と、ライン３５５とを通じて患者に非加湿濃酸素生成ガスを送出する。携帯用酸素発生器ユニット３を定置ベースユニット５に合体することによってシステムは携帯モードから結合モードに切り替えられ、このことにより、コネクタ３３５及び３３７が互いに接続されて充電式電源３３９が充電される。この合体により、フローカップリング５０７及び５０９も互いに接続され、これにより、ライン３５５を通じて加湿濃酸素生成ガスが提供されるようになる。

上述した５つの実施形態の代替態様は、患者が長期旅行を例えば自動車でしようとし、加湿濃酸素ガス生成物をおそらく携帯用ユニット単独で発生させるよりも大きい流量で必要とする場合に考えられうる。これらの代替態様のいずれにおいても、定置ベースユニット５には直流電源接続部が取り付けられ、定置ベースユニット５は、自動車で運ばれ、ベースユニット及び携帯用ユニットが結合モードで作動できるように自動車の直流電源アウトレットに接続されうる。代替的には、上述した第３，第４，又は第５実施形態において、患者は自動車での長期旅行にベースユニットだけを持っていくことができる。

上述の実施形態のいずれにおいても、コンサーバを使用することによって患者の酸素使用効率が大幅に増大する。これは、典型的には吸入センサを使用してカニューレ入口におけるパラメータ例えば圧力を測定する周知の装置である。患者が吸気すると減圧が感知され、これが制御ユニットに中継され、制御ユニットは生成物タンクから生成ガスを放出する。患者が吐気すると増圧が感知され、これが制御ユニットに中継され、制御ユニットは生成物タンクからの生成ガスの放出を停止する。本発明の任意の実施形態には、当該技術分野で公知の様々なタイプのコンサーバのうち任意のものを使用することができる。コンサーバは、定置ベースユニット及び／又は携帯用酸素発生器ユニット３に設置されることができ、患者がコンサーバを使用してもしなくても濃酸素生成物を得られるように適切な配管及び制御装置を有する。

図１，２，３，４及び５の酸素発生システム１は、携帯用酸素発生器ユニット３のケース１７に取り付けられるユーザインターフェイス（図示されていない）を含むことができる。このインターフェイスは、システムをオンオフにするための制御装置と、連続出力モードとコンサーバモードとの間で切り替えるための制御装置を含む。インターフェイスは、また、ユニットがオンのときに酸素濃度が低いこと及びその他の作動条件又はアラームを示す各種のランプを有することもできる。低酸素流量又は低バッテリ充電レベルなどの状態に関する可聴アラームを使用することもできる。保守技術者又は患者が患者の主治医の助言に基づいて濃酸素生成物の規定の流量を変更できるように、携帯用酸素発生器ユニット３のケース１７のパネルの裏側に配置されうる第２のインターフェイスを設けてもよい。流量を変更するための制御装置は、機械式又はデジタル式のものでよく、流量設定のデジタル表示を有することもできる。このインターフェイスは実行時間メータを含むこともできる。

上述の通り、空気分離装置７，３０１及び３１９はいずれもＰＳＡシステムでよく、ＰＳＡシステムの作動は、大気圧よりも高い圧力で吸着し大気圧よりも低い圧力で脱離するサイクルを含む。この用途に使用される典型的なＰＳＡシステムは、複数の吸着床を含むことができ、例えば５つの吸着床を使用することができる。５つの吸着床を有するＰＳＡシステムの一例では、例えば吸着／生成物製造と、別の吸着床に加圧ガスを提供する第１の脱圧と、更に別の吸着床に加圧ガスを提供する第２の脱圧と、選択任意のアイドル段階と、向流排気と、生成ガスを用いたパージと、第２の脱圧が行われる別の吸着床からのガスによる第１の加圧と、第１の脱圧が行われる更に別の吸着床からのガスによる第２の加圧と、生成物の再昇圧と、供給物の再昇圧と、を含むプロセス段階を有するサイクルを使用することができる。典型的なサイクル時間は１０秒でありうる。

空気分離装置７，３０１及び３１９はいずれも、ＰＳＡシステムでよく、ガス貯蔵タンクを使用することもできる。例えば、図１の選択任意のタンク１５は、空気分離装置７からの濃酸素ガスを貯蔵することができ、図３−５の選択任意の生成物貯蔵タンク３０２は空気分離装置３０１からの濃酸素ガスを貯蔵することができる。定置ベースユニット５の空気分離装置３１９（図３−５）は、加湿器３４７の前に濃酸素ガスを貯蔵するためにガス貯蔵タンク（図示されていない）を使用することができる。

空気分離装置７，３０１及び３１９のいずれのＰＳＡシステムも、複数の吸着床、例えば４つ又はそれ以上の吸着床を有することができ、ガス貯蔵タンクが必要とされないように適切なサイクルでシステムを作動させることができる。この場合には、例えば選択任意の生成ガス貯蔵タンク１５（図１）又は３０２（図３−５）が必要なくなる。同様に、空気分離装置３１９の後の生成物貯蔵タンクも必要なくなる。

吸着床への及び吸着床からのガスの流れは、一対のロータリ弁によって制御することができ、一方のロータリ弁は吸着床の供給端のためのものであり、他方は吸着床の生成物端のためのものである。ロータリ弁は、単一のモータで作動される共通のシャフトによって作動されうる。このタイプのロータリ弁については、例えば２００２年１１月１５日に提出された同時係属中の米国特許出願第１０／２９５，１４４号において説明されている。この特許出願はそれを参照することにより本明細書に組み込まれる。

ＰＳＡシステムのこの例における吸着床は、吸着剤の２つの層を含むことができ、この場合、水除去用の吸着剤（例えばＮａＸゼオライト又は活性アルミナ）の層が各吸着床の入口端に配置され、空気分離用の窒素選択吸着層（例えばＬｉＸゼオライト）が水除去用吸着剤と吸着床出口との間に配置される。これら吸着剤は、高速物質移動と妥当な圧力低下のと間のバランスをとるために、直径が０．２５ｍｍから１．０ｍｍの範囲である従来の粒子でよい。代替的には、吸着剤を、モノリス、ラミネート又は当該技術分野で公知のその他のタイプの構造の形で利用してもよい。３ＬＰＭの９３モル％酸素を発生させるための典型的な吸着床の寸法は、高さ８７ｍｍ、直径５３ｍｍである。最小サイクル圧力は例えば０．２５から０．６５ａｔｍであり、最大サイクル圧力は例えば１．３から２．５ａｔｍａである。

代替的には、空気分離装置７，３０１及び３１９はいずれも、周囲温度近傍で作動する高分子膜か又は高温で作動する混合金属酸化物イオン移送膜を利用した隔膜ベースのシステムでよい。隔膜ベースの空気分離システムの技術分野の現状を考えると、携帯用酸素発生ユニット３と比べて重量及び体積がさほど重要でない図３の定置ベースユニット５の空気分離装置３１９に使用するのに、これらのシステムが最も適しているかも知れない。例えば、空気分離装置３１９が混合金属酸化物イオン移送膜システムであり、空気分離装置３１０がＰＳＡシステムであるといった、第３実施形態（図３）の変形例を考えることもできる。

充電式電源１３，６５及び３３９はいずれも、重量と作動寿命との間に適切なバランスをとるために寸法決めされた充電式バッテリでよい。この場合、定置電源システム６３及び３３３（図１及び３）は、交流−直流変換器と、携帯用酸素発生器ユニット３及び定置ベースユニット５が互いに結合されたときに１つ又は複数の充電式バッテリを充電するようになっている直流バッテリ充電器とを含むことができる。このような機能のバッテリ及び電源システムは周知であり市販されている。

代替的には、充電式電源１３，６５及び３３９はいずれも、例えば水素又はメタノールで作動する燃料電池システムでもよい。各燃料電池システムは、燃料電池と、水素又はメタノールを貯蔵するための手段とを含み、重量と作動寿命のバランスを適切にとるために寸法決めされることになる。この場合、定置ベースユニットの各定置電源システムも、例えば水素又はメタノールで作動する燃料電池を含むことができる。定置ベースユニットの各燃料電池システムは、駆動モータを作動させるために電力を発生する燃料電池を含み、水素又はメタノールを貯蔵するための一体手段を含むか又は外部燃料源に接続されうる。定置電源システムは、携帯用酸素発生器ユニット３とベースユニット５が結合されたときに充電式電源１３，６５及び３３９に燃料を供給するようになっている。

デュアルモード式酸素発生器を作動させるために燃料電池とバッテリの組み合わせを使用することも考えられる。例えば、ベースユニット５の定置電源システムは、駆動モータ６７，２０３及び３２９を作動させるための交流電源を含み、携帯用酸素発生器ユニット３は燃料電池システムを含むことができる。この場合、ベースユニット５の電源システムは、携帯用酸素発生器ユニット３及びベースユニット５が互いに結合されたときに充電式電源１３，６５及び３３９を充電するための水素を発生する電解ユニットを含むことができる。

上述の５つの実施形態を、結合作動モード及び非結合作動モードにおいて様々な濃酸素ガス発生速度を示すように構成して作動させることができる。これら実施形態は、また、定置ベースユニットの構成及び作動のための選択任意の機能を含むこともできる。一連の５つの実施形態は、本発明を例証するために以下に説明されるが、本発明の範囲を限定しようとするものではない。表１には５つの実施形態が要約されている。

実施形態１
この実施形態は、上述の通り図１のシステムを使用する。この実施形態では、携帯用空気分離装置７は、少なくとも８０モル％酸素の純度の濃酸素ガス生成物を０．５から５ＬＰＭだけ送出するように寸法決めされたＰＳＡシステムである。ガスポンプ９は、０．５から５ＬＰＭの要求範囲の濃酸素ガス生成物をＰＳＡシステムが発生できるようにすべく、ＰＳＡシステムに充分な加圧空気を供給しかつＰＳＡシステムから充分な排ガスを引き抜くように構成される。ガスポンプ１次駆動モータ１１は、０．５から３ＬＰＭの濃酸素ガスを発生させるために、ガスポンプ９を駆動して携帯用空気分離装置に充分な空気を提供するように構成される。定置ベースユニット５のブースタモータ６７は、０から２ＬＰＭの濃酸素ガスを発生させるために、１次ガスポンプを駆動して携帯用空気分離装置に充分な空気を提供するように構成される。１次駆動モータ１１はブースタモータ６７に結合されるように構成され、これら結合された駆動モータは、０．５から５ＬＰＭの濃酸素ガスを発生させるために、携帯用空気分離装置に充分な空気を提供するように構成される。

非結合作動即ち携帯作動モードにおいて、携帯用空気分離装置７は、患者によって運ばれ、バッテリである充電式電源１３からの電力で作動する。ＰＳＡシステムは、０．５から３ＬＰＭの濃酸素ガスを発生し、カニューレ５７を通じて患者にガスを送出する。ガスポンプ９及び１次駆動モータ１１は、０．５から３ＬＰＭの要求範囲の濃酸素ガス生成物をＰＳＡシステムが発生できるように、ＰＳＡシステムに充分な加圧空気を供給しかつＰＳＡシステムから充分な排ガスを引き抜くよう作動する。携帯用空気分離装置７の携帯作動中は、定置ベースユニット５は待機中であり、予備充電式バッテリ６５を充電する。

充電式電源１３のバッテリは、完全に充電されると、少なくとも６０分にわたり３ＬＰＭの生成速度で携帯用システムを作動する。患者が電源１３のバッテリの完全充電時作動寿命よりも長い携帯作動が必要であると予想するときには、この実施形態でも以下の実施形態でもいくつかの選択肢が考えられる。第１の選択肢では、完全充電された予備バッテリ６５が利用されて放電時に電力切れとなったバッテリと取り替えられる。第２の選択肢では、導線２７が利用されて自動車のアウトレットなどの外部直流電源に接続され、次いでコネクタ２５がコネクタ２３に接続されて直流電力が導線２１及び１９を通じ提供される。第３の選択肢では、患者は選択任意の交流−直流変換器（図示されていない）を利用し、代替交流電源に接続して導線２７，コネクタ２３及び３５及び導線１９及び２１を通じ直流電力が提供される。

この実施形態の結合作動では、携帯用空気分離装置７及び定置ベースユニット５は、フローカップリング６１及び７９と、シャフトカップリング７７及びシャフトコネクタ１２と、コネクタ１３及び７５とによって結合される。結合作動中、定置ベースユニット５及び携帯用酸素発生器ユニット３は互いに結合され、タンデムユニットの隣りに居る歩行不能患者に０．５から５ＬＰＭの濃酸素生成ガスを供給するために連携しつつ作動される。このモードにおいて、ブースタモータ６７が１次駆動モータ１１と連携してより高い能力でガスポンプ９を作動させるために付加的な電力を提供するように、シャフトカップリング７７がシャフトコネクタ１２に結合される。フローカップリング７９は、濃酸素ガス出口フローカップリング６１に結合され、このガスを選択任意の加湿器６９に送出する。濃酸素生成ガス放出ポート即ちフローカップリング８１はフローカップリング８３に結合され、濃酸素生成ガスはカニューレ８５を通じて患者に送出される。このタンデムモードで作動している間、充電式電源１３のバッテリは、コネクタ３１及び７５、導線２９及び導線２１を通じ電源システム６３によって充電される。予備電源システム６５のバッテリはレセプタクル７１内に置かれ、必要に応じこの間に導線７３を通じて充電される。

実施形態１Ａ
この実施形態は、結合モードにおけるガスポンプ９の駆動方法を除いて実施形態１と同じである。この実施形態では、結合モードでガスポンプ９を駆動するための電力は全て、シャフトカップリング７７及びシャフトコネクタ１２を通じモータ６７によって供給される。モータ６７は、上述の実施形態１においてブースタモータとして使用されるモータよりも大きいモータである。１次駆動モータ１１はこの代替態様においてはアイドル状態であり、従って携帯モードのときしか作動されないのでこのモータの耐用寿命が長くなる。従って、携帯用空気分離装置７のＰＳＡシステムが０．５から５ＬＰＭの濃酸素生成ガスを発生できるようガスポンプ９を駆動するように、モータ６７は寸法決めされている。

実施形態２
この実施形態は、上述の通り図２のシステムを使用する。この実施形態では、携帯用空気分離装置７は、少なくとも８０モル％酸素の純度の濃酸素ガス生成物を０．５から５ＬＰＭだけ送出するように寸法決めされたＰＳＡシステムである。ガスポンプ２０２は、ＰＳＡシステムが０．５から３ＬＰＭの濃酸素ガス生成物を発生できるようにすべく、ＰＳＡシステムに充分な加圧空気を供給しかつＰＳＡシステムから充分な排ガスを引き抜くように構成される。ガスポンプ２０２は従って、実施形態１のガスポンプ９よりも小さい。ガスポンプ１次駆動モータ２０１は、この実施形態では、０．５から３ＬＰＭの濃酸素ガスを発生させるために、ガスポンプ２０２を駆動して携帯用空気分離装置に充分な空気を提供するように構成される。

駆動モータ２０３及び補助ガスポンプ２０５は定置ベースユニット５内に配置され、０から２ＬＰＭの濃酸素ガスを発生させるために、携帯用空気分離装置に充分な空気を提供ように寸法決めされる。

この実施形態では、携帯用酸素発生器ユニット３は、非結合モードにおいては、上述の実施形態１に関して説明した通りに作動する。結合モードにおいて、結合されたシステムは、空気分離装置７のＰＳＡシステムへの全ての供給ガス及びＰＳＡシステムからの全ての排ガスがガスポンプ２０５と共にガスポンプ２０２によって提供されるように作動する。従って、この実施形態では、ガスポンプ２０２は実施形態１のガスポンプ９よりも小さく、これにより、携帯用酸素発生器ユニット３の重量が低減される。結合モードで作動するときに、システムは、カニューレ８５を通じて０．５から５ＬＰＭの濃酸素ガス生成物を提供する。この実施形態の結合モードにおける他の作動形態は、実施形態１と同じである。

実施形態２Ａ
この実施形態では、結合作動モードにおける全ての供給空気は、ガスポンプ２０５によりライン２０９及び２１５を通じて空気分離装置７に供給され、全ての排ガスは、ガスポンプ２０５によりライン２１７及び２２３を通じて空気分離装置７から引き抜かれる。この実施形態では、ガスポンプ２０５の能力及び駆動モータ２０３の出力は上述の実施形態２と比べて増大されており、空気分離装置７のＰＳＡシステムから０．５から５ＬＰＭの生成速度を提供する。１次駆動モータ２０１及びガスポンプ２０２は、この実施形態の結合モードでは作動されず、従って非結合モード即ち携帯モードにおいてしか作動されないので、これらモータ及びポンプの耐用寿命が長くなる。この実施形態のその他の全ての構成及び作動形態は、上述の実施形態２と同じである。

実施形態３
この実施形態は、上述の通り図３のシステムを使用する。この実施形態では、携帯用酸素発生器ユニット３も定置ベースユニット５も、結合モードでは連携しつつ作動し非結合モードでは単独で作動することができる、完全な空気分離システムを有する。この実施形態では、携帯用空気分離装置３０１は０．５から３ＬＰＭの濃酸素ガスを発生させるよう寸法決めされ、１次ガスポンプ３０３は０．５から３ＬＰＭの濃酸素ガスを発生させるために携帯用空気分離装置に充分な空気を提供するよう寸法決めされ、１次駆動モータ３０９は、０．５から３ＬＰＭの濃酸素ガスを発生させるために、１次ガスポンプを駆動して携帯用空気分離装置に充分な空気を提供するよう寸法決めされる。２次ガスポンプ３２３は、０から７ＬＰＭの濃酸素ガスを発生させるために定置空気分離装置３１９に充分な空気を提供するよう寸法決めされ、定置駆動モータ３２９は０−７ＬＰＭの濃酸素ガスを発生させるために、２次ガスポンプを駆動して定置空気分離装置３１９に充分な空気を提供するよう寸法決めされる。

非結合モードにおいて、携帯用酸素発生器ユニット３は、実施形態１及び２について上述した通り作動し、０．５から３ＬＰＭの濃酸素ガスを発生し、このガスをカニューレ３５５を通じて患者に供給する。非結合モードにおいて、０から７ＬＰＭの濃酸素ガスを発生してこのガスをカニューレ３５３を通じ患者に供給するように定置ベースユニット５を作動させてもよい。このことは、携帯用酸素発生器ユニット３が保守又は修理のために休止中である場合に有利である。

結合モードにおいて、携帯用酸素発生器ユニット３及び定置ベースユニット５は、０から１０ＬＰＭの濃酸素ガスを発生してこのガスをカニューレ３５３を通じ患者に供給するように、連携しつつ作動される。この実施形態は、上述した実施形態１，１Ａ，２及び２Ａのものに比べて携帯用酸素発生器ユニット３の重量を最小限に抑える。というのは、空気分離装置３０１を、非結合モードにおいて作動している携帯用酸素発生器ユニット３から要求される量の濃酸素生成ガスだけを提供するよう寸法決めすることができ、結合モードにおいて付加的生成物を提供するよう寸法決めする必要がないからである。定置ベースユニットに関しては低重量、低体積及び出力効率は携帯用ユニットに関してほど重要ではないので、定置ベースユニットのガスポンプ３１９のタイプを、携帯用発生器に使用されるガスポンプ３０３のタイプと異ならせることができる。同様に、ベースユニットに関しては低重量、低体積及び出力効率は携帯用ユニットに関してほど重要ではないので、ベースユニットのＰＳＡシステム及びプロセスも、携帯用ユニットのものと異ならせることができる。

携帯用酸素発生器ユニット３及び定置ベースユニット５が結合モードで作動されるときの患者への濃酸素ガス生成物の流れに関して、以上の実施形態の代替態様が可能である。これら全ての代替実施形態において、定置ベースユニット５からの加湿酸素が携帯用酸素発生器ユニット３に流れ、酸素発生器ユニット３及び定置ベースユニット５の結合作動モードにおいても非結合作動モードにおいても、携帯用酸素発生器ユニット３に結合されたカニューレを通じて患者に送出される。

図１を参照した実施形態１及び１Ａの代替実施形態では、加湿器６９からの加湿濃酸素ガスの流れは、フローカップリング（図示されていない）と、ライン５１に接続されるライン（図示されていない）とを通じて携帯用酸素発生器ユニット３に戻される。フローカップリング８１と、フローカップリング８３と、カニューレ８５とはこれらの代替実施形態では使用されない。加湿濃酸素ガスは、互いに結合されたフローカップリング５３及び５５とカニューレ５７とを通って患者まで移動する。

図２を参照した実施形態２及び２Ａの代替態様では、加湿器２２５からの加湿濃酸素ガスの流れは、フローカップリング（図示されていない）と、ライン５１に接続されるライン（図示されていない）とを通じて携帯用酸素発生器ユニット３に戻される。フローカップリング８１と、フローカップリング８３と、カニューレ８５とはこれらの代替実施形態では使用されない。加湿濃酸素ガスは、互いに結合されたフローカップリング５３及び５５とカニューレ５７とを通って患者まで移動する。

図３を参照した実施形態３の代替態様では、加湿器３４７からの加湿濃酸素ガスの流れは、フローカップリング（図示されていない）と、ライン３４８に接続されるライン（図示されていない）とを通じて携帯用酸素発生器ユニット３に戻される。フローカップリング３５０と、フローカップリング３５１と、カニューレ３５３とはこれらの代替実施形態では使用されない。加湿濃酸素ガスは、互いに結合されたフローカップリング３５２及び３５４とカニューレ３５５とを通って患者まで移動する。

図２のプロセスシステムの２つのプロセスシミュレーションによって、上述の実施形態２が以下の実施例で例証される。これらの実施例は、ここに説明された特定の細部に本発明を限定するものではない。

実施例１
「吸着」，Ｖｏｌ．１，ｐｐ．１３３−１５１（１９９５）におけるＤ．Ｇ．Ｈａｒｔｚｏｇ及びＳ．Ｓｉｒｃａｒの説明、「分離及び純化技術」，Ｖｏｌ．１７（１），ｐｐ．１１−２０（１９９９）におけるＳ．Ｓｉｒｃａｒらの説明に基づき、ＳＩＭＰＡＣガス吸着プロセスシミュレーションソフトウェアを用いて、図２の携帯用酸素発生器ユニット３の単独作動がシミュレーションされた。空気分離装置７は、０．７５３ＡＣＦＭ（実立方フィート／分）コンプレッサ及び１．０８８ＡＣＦＭ真空ポンプと共に作動される５床ＰＳＡシステムである。サイクル時間は１０秒であり、圧力範囲は圧力比２．９４で０．５１４ａｔｍａから１．５１３８ａｔｍａである。各吸着床は直径５３ｍｍ、高さ８７ｍｍである。吸着床は、供給端に水除去のための深さ２６ｍｍのＮａｘゼオライト層と、次に空気分離のための深さ６１ｍｍの高リチウム交換低シリカＸタイプゼオライトの層とを含む。このシステムは、酸素純度９３％の３．２８ＬＰＭの濃酸素ガスを発生させる。

シミュレーションされたプロセスに使用されたサイクルステップが以下の表２に示される。

ステップ１の最初の部分である供給ステップ中、生成ガスが吸着床から流れる前に、短い供給加圧時間がある。５つの吸着床同士の間のサイクルステップの関係を示すためにサイクルチャートが表３に示される。

実施例２
実施例１と同じＰＳＡシステム及び１０秒サイクルを用いて、携帯用酸素発生器ユニット３及び定置ベースユニットの結合作動が、同様にシミュレーションされた。結合モードにおけるガスポンプ２０２及び２０５の両方の作動において、結合圧縮能力は１．２４３ＡＣＦＭであり、結合真空ポンプ能力は１．７９５ＡＣＦＭである。圧力範囲は、圧力比４．８５で０．４７４ａｔｍａから２．２９７ａｔｍａである。この結合作動モードは、酸素純度９３％の合計５．８１ＬＰＭの生成物を発生させる。

Claims (6)

1. 酸素発生システムであり、
   （ａ）携帯用酸素発生器ユニットであって、濃酸素ガスを発生させるための携帯用空気分離装置と、該携帯用空気分離装置に空気を供給する手段を含む１次ガスポンプと、該ガスポンプを駆動する１次モータと、該モータを駆動する充電式電源と、該充電式電源に電力を送るようになっているコネクタ手段と、濃酸素ガスを該携帯用酸素発生器ユニットから移すフローカップリング手段と、第１の濃酸素ガス生成物放出ポートとを含む携帯用酸素発生器ユニットと、
   （ｂ）該携帯用酸素発生器ユニットに結合するようになっている定置ベースユニットであって、該定置ベースユニットが、該携帯用酸素発生器ユニットの充電式電源を充電するようになっているコネクタ手段を含む定置電源システムと、該携帯用酸素発生器ユニットから濃酸素ガスを受け取るフローカップリング手段と、第２の濃酸素ガス生成物放出ポートとを含む定置ベースユニットと、
   を含むシステムであって、前記定置ベースユニットが、定置駆動モータと、該定置駆動モータと一体化される第１の駆動カップリング手段とを含み、前記携帯用酸素発生器ユニットが前記１次ガスポンプと一体化される第２の駆動カップリング手段を含み、前記定置ベースユニットが前記携帯用酸素発生器ユニットに結合されたときに該定置駆動モータが前記１次ガスポンプを駆動するようになっている、酸素発生システム。
2. 前記携帯用酸素発生器ユニットが非結合モードにおいて単独で作動して前記第１の放出ポートに取り付けられるカニューレを通じユーザに第１の流量で濃酸素ガス生成物を供給することができる請求項１に記載のシステム。
3. 前記携帯用酸素発生器ユニット及び定置ベースユニットが結合モードにおいて連携しつつ作動して前記第２の放出ポートに取り付けられるカニューレを通じユーザに第２の流量で濃酸素ガス生成物を供給することができ、該第２の流量が前記第１の流量よりも多い請求項２に記載のシステム。
4. 前記携帯用空気分離装置が圧力スウィング吸着システムを含む請求項１に記載のシステム。
5. 前記定置ベースユニットが定置空気分離装置を具備し、該定置空気分離装置が圧力スウィング吸着システムを含む請求項１に記載のシステム。
6. 前記定置ベースユニットが濃酸素ガス生成物に水分を付加するようになっている加湿器を更に含む請求項１に記載のシステム。

Images