JP5451706B2 - ガス濃縮装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）及び真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）によって、ガス混合物を分離するためのガス濃縮機に係り、より詳しくは、医療用途のために酸素を提供しようとする圧力スイング吸着（ＰＳＡ）及び真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）に関する。

本出願は、２００４年１０月１２日出願の米国仮特許出願第６０／６１７，８３４号に基づく優先権を主張する。

周知の圧力スイング吸着（ＰＳＡ）及び真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）の一般的形式及び作動原理は、例えば米国特許第３，５６４，８１６号、第３，６３６，６７９号、第３，７１７，９７４号、第４，８０２，８９９号、第５，５３１，８０７号、第５，７５５，８５６号、第５，８７１，５６４号、第６，５２４，３７０号及び第６，７６４，５３４号などに記載されている。圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）及び真空圧力スイング吸着装置（ＶＰＳＡ）の両方は、１又はそれ以上の吸着機を備え、供給流れからのガス混合物が連続的に吸着機を通って順方向に向けられた場合に、それぞれの吸着機はガス混合物から少なくとも１つの成分ガスを吸着層への吸着によって分離するための、吸着材料の固定ふるい層(fixed sieve bed)を有している。一方の吸着機が吸着を実行している間、他方の吸着機は同時に吸着された成分ガスがパージされる。圧力スイング吸着（ＰＳＡ）装置において、パージは第１すなわち製品ガス生成中の吸着機から導入される製品ガスの一部を、他方の吸着機内を逆流方向に向けることによって実行される。真空圧力スイング吸着（ＶＰＳＡ）装置において、パージは最初に吸着機からパージされたガスを引き出すために吸着機入口で生成される真空によって実行される。一旦他方の吸着機がパージされると、予め設定された時間の供給流れは、その後他方の吸着機に順方向に向けられ、これにより他方の吸着機は吸着を実行する。そして２つを超える吸着機がある場合には、第１の吸着機が同時あるいは別のタイミング順序の何れかでパージされるが、それらの全ては上記各特許を読む事により理解される。

例えば、そのような装置が医療用、産業用あるいは商業用の様々な用途で使用するために周囲空気から高濃縮酸素を生成するために使用される場合、装置に入る空気は一般的に約７８％の窒素と約２１％の酸素と０．９％のアルゴンと種々の量の水蒸気を含んでいる。原理的に、窒素の大部分は装置によって取り除かれ、一般的には例えば少なくとも約８０％の酸素を含む、医療目的のガス製品を生成する。そのような医療用途の装置の多くは、移動したり或いは何らかの目的で自宅環境を離れたい患者によって使用されるにしては一般的にかさ高過ぎる。そのような場合、患者は通常、酸素濃縮機の使用よりも先に加圧酸素タンクの使用に立ち返る。酸素タンクは患者をより移動可能にするのにとても役立つが、それにもかかわらず、例えば限りある酸素貯蔵容量或いはその使用が公共交通機関や可燃材料が危険を生み出すような場所における特定態様では禁止されることから、使用が制限される。酸素タンクの実用時間は、例えば本出願人が所有する２００２年８月６日に発行されたマックコームズ氏らの米国特許第６４２７６９０号に記載されているように、酸素濃縮装置（ＯＣＤ）の使用によって引き延ばされるが、それらの使用にもかかわらず、安全性および貯蔵の観点、酸素の再充填への道筋、そして継続的な医療経費及び酸素のための償還事務に起因する問題は残る。

本出願人が所有する２００４年７月２０日に発行されたマックコームズ氏らの米国特許第６７６４５３４号に記載されるような、医療目的に使用され圧力スイング吸着原理で動
作する、特に有用で高い携帯性を有する酸素濃縮機が開発され、この特許の開示内容全体は参考として引用されるが、本発明は、更に小型で軽量でとても高い携帯性を有する医療用途の酸素濃縮機に基づいてことを進める。

現在広く知られているように、吸入した後の酸素の最も効果的な利用は呼吸の開始時に生じるものであり、呼吸が最初に装置によって検出された時あるいは呼吸周期の初期段階の間だけ、加圧酸素タンクから酸素を供給するために様々な装置が作られている。例えば、米国特許第６７６４５３４号は、トランスデューサ回路を作動させるために、使用者の呼吸によって検出されるような圧力降下を一般的なカニューレ（図示略）を通して検出することによって、最初に酸素だけを呼吸の初期段階に供給するシステムを開示している。トランスデューサ回路は、流量制御弁を所定時間だけ開放させて、酸素濃度が最高９５％で使用者に供給されるべき高酸素酸素ガスの所定量を実現する。

本発明は、圧力スイング吸着あるいは真空圧力スイング吸着原理のどちらかによって動作でき、所望の用途に対して要求される酸素濃度を実現でき、更に高い携帯性と簡易操作性を持ち、比較的制限された身体能力の患者によっても持ち運べる酸素濃縮装置を提供する。

このことは、創作的構造設計に組み合わされた独特な作動部品の構造によって実現される。

この装置の使い道は、補給的な高純度の酸素を、例えば様々な形態の慢性閉塞性肺疾患(chronic obstructive pulmonary disease：ＣＯＰＤ)に悩まされている人に提供することである。本発明は、統合型酸素濃縮装置あるいは流量制御器と共に２層の濃縮機を用いて、９０％を超える高酸素濃度の製品ガスを連続的な割合である最高約３リットル毎分に等しい所定投与量で酸素を供給でき、全体の重量がおよそ５ポンド（約２．２７ｋｇ）に過ぎないことが望ましい。

本発明に係る複合型の圧力スイング吸着／酸素濃縮装置の概略図である。 本発明に係る複合型の真空圧力スイング吸着／酸素濃縮装置の概略図である。 本発明で使用される交互流量制御器の概略図である。 本発明の組み立てられた望ましい実施形態の斜視図である。 本発明の組み立てられた望ましい実施形態の上面図である。 本発明の組み立てられた望ましい実施形態の底面図である。 望まし実施形態の拡大図である。 望ましい実施形態の作動部品の組み立てられた図である。 望ましい実施形態の作動部品の拡大図である。 望ましい実施形態の供給／廃棄マニホルドと生成マニホルドのアイソメ図である。 望ましい実施形態の供給／廃棄マニホルドと生成マニホルドのアイソメ図である。 望ましい実施形態の供給／廃棄マニホルドと生成マニホルドの断面図である。 望ましい実施形態の供給／廃棄マニホルドと生成マニホルドの断面図である。 望ましい実施形態の供給／廃棄マニホルドと生成マニホルドの断面図である。 望ましい実施形態の供給／廃棄マニホルドと生成マニホルドの断面図である。 望ましい実施形態の供給／廃棄マニホルドと生成マニホルドのアイソメ図である。 望ましい実施形態の供給／廃棄マニホルドと生成マニホルドのアイソメ図である。 望ましい実施形態の供給／廃棄マニホルドと生成マニホルドの断面図である。 望ましい実施形態の供給／廃棄マニホルドと生成マニホルドの断面図である。

本発明の前述したあるいは他の目的、特徴及び利点は、添付した本発明の望ましい実施形態の図面と関連した以下の説明を読むことによってより明らかとなるであろう。

さて、図面を参照しつつ本発明によると、一般的に周囲空気に限られないガス混合物から少なくとも１つの成分、すなわち窒素を分離するために使用される、全体として参照番号２０で示される複合型酸素濃縮機及び酸素保存装置２０の望ましい実施形態が示されている。ここで分離は、製品ガスを生成して、その製品ガスを特定のそして可変の周期で使用者からの要求に応じて供給するために、圧力スイング吸着によって行われる。

図１を参照すると、周囲空気がフィルタ付き取込み口２１を通して、そして周囲空気供給流の取込みから生じる騒音を低減するために取込み口共鳴機２２を通して圧力スイング吸着／酸素濃縮装置２０に供給される。供給流れは共鳴機２２から連続し、供給空気圧縮機／熱交換器組立体２４によってそれぞれ供給弁４０，４２を通って第１及び第２吸着機３０，３２へ交互に移動する。

供給流れが吸着機３０，３２の入口３０ａ，３２ａに順方向で交互に入る場合、それぞれの吸着機は供給流れを所望の製品ガスの濃度に分離する。周囲空気から窒素を分離するための層に使用される吸着材料は、合成ゼオライトあるいは同様の特性を有する他の知られた吸着材料である。

各吸着機３０，３２の一つ内を連続的に順方向に流れる周囲空気によって生成される酸素濃度の高い製品ガスの実質的すなわち使用可能な部分は、対応する吸着機の出口３０ｂ，３２ｂおよび逆止弁３４，３６を通して製品マニホルド４８に向けられ、そして以下に説明するように供給制御組立体６０に向けられる。各吸着機によって生成された製品ガスの残りは、予め吸着された窒素ガスをパージするために、パージオリフィス５０と、適切に時間設定された平衡弁５２および随意的な流量制限機５３を通して、それぞれの出口３０ｂ，３２ｂから他の吸着機のそれぞれの入口３０ａ，３２ａに向かって、他の吸着機３０又は３２を通過して逆流方向に流れるように迂回するように時間設定されている。逆流の製品ガスとパージされたガスはその後、適切に時間設定された廃棄弁４４，４６、共通の廃棄配管４７及び騒音吸収マフラ４８を通って吸着機から大気に排出される。

本発明によって製品ガスの利用可能な一部が向けられる制御装置６０は、合成ゼオライトで満たされて、パルス投与モードで装置出口６８を通して使用者へ供給する前に製品酸素を貯蔵するための貯蔵部として機能する混合タンク６２と、使用者に供給される製品ガスの圧力を調整するためのピストン型圧力調整器６４と、バクテリアフィルタ６６と、流量制御器８０と流量制御ソレノイド作動型弁７４と低圧センサ７２とを備えているパルス投与トランスデューサ７２を有する酸素供給システム７０と、を備えている。混合タンク
６２から使用者への圧力スイング吸着で生成された酸素濃縮ガスの供給は、以下に説明するように供給システム７０によって制御される。

真空圧力スイング吸着／酸素濃縮装置は、図２において概略示すように、パージオリフィス５０が省略される点を除き、図１の圧力スイング吸着装置と同様の形態で動作する。その代わり、各廃棄弁４４，４６の時間設定された開放の際に廃棄窒素を各吸着層３０，３２から交互に出すために、真空ポンプ９０が共通の破棄配管４７に設けられる。高濃度酸素製品ガスを生成するための周囲空気の循環と供給及び廃棄弁の動作、混合タンクへの製品ガスの供給と共に流量制御器による製品ガスの配送等は、図１に関して説明されている。

図４〜６に示すように、本発明の望ましい実施形態に係る装置２０は、前方ハウジングカバー(enclosure)１０４と、後方ハウジングカバー１０６と、中央シャーシ１０８を備え、そのシャーシには装置２０の作動構成要素の大部分が取り付けられている。外側ハウジング部１０４，１０６および中央シャーシ１０８は、適当な耐衝撃材料であればよく、射出成形されたＡＢＳプラスチックが望ましい。中央シャーシ１０８はまた、図に示すように枢動する持ち運びハンドル１０９を備えている。

前方カバー１０４内には、アクセス通風口(vent)１１０が設けられ、これにより周囲空気が空気フィルタ１１２を通して内部ファン９２により装置２０の内部に吸引され、２つの側の排気口１１４によって、内部を循環する冷却空気と吸着層３０，３２からの廃棄ガスが装置２０から排気される。

本発明の高効率で、大変小型で軽い重量は、以下に説明するように、新規のマニホルド構造と本発明の構成部品の配管接続によって大部分が可能となる。本発明によると、特異な設計の動作構成部品は、図７〜図１１ｄに示すように、全てが集積構造に組み立てられる。図示のように吸着層３０、３２は、供給／廃棄マニホルド１２０と製品マニホルド１２２の両方の間に鉛直に配置され、両方に流体連通している。供給／廃棄マニホルド１２０の吸着層３０、３２側に取り付けられるのは、それぞれ供給弁４０、４２及び廃棄弁４４、４６である。各弁の下方にあり、ダブルヘッド(double headed)圧縮機２４（後に説明）の両ヘッドに流体連通を提供するのは、圧縮機２４からマニホルド１２０へ周囲空気を供給するための、供給／廃棄マニホルド１２０に固定され圧縮機２４の出口を接続するアクセス取付具１２４，１２６であり、ここでそれは、マニホルド１２０を通して吸着層３０、３２へ交互に供給されるように、内部流路によってそれぞれの供給弁４０、４２へ向けられる。本発明の真空圧力スイング吸着の実施形態において、圧縮機ヘッドの１つは、両方のヘッドから廃棄ガスを取り除くために真空を提供するように構成される。この実施形態において、マニホルド１２０は圧縮機２４の加圧側のみから供給弁４０、４２を通して両吸着機へ流体接続を提供するように構成され、ここでマニホルド１２０は廃棄弁４４、４６を通して圧縮機２４の真空側を両ヘッドに個別に流体接続されている。

製品ガスは、吸着層出口３０b、３２bの流体接続によって、吸着層３０、３２から製品マニホルド１２２へ供給され、ここで流路は、取付具１２２ａを通して配管（図示略）によって製品ガスを混合タンク６２の入口側６２ａに供給するために遮断される。圧力スイング吸着の実施形態の装置２０において、製品ガスの一部は、取付具５０ａ、５０bの間に接続されたパージオリフィス５０と平衡弁５２によって、休止中の吸着層へ再度向きが変えられるが、真空圧力スイング吸着の実施形態では、パージオリフィスは省略され、仮想的には全ての製品ガスは混合タンクへ供給される。混合タンク６２は製品マニホルド１２２の出口側６２bに取り付けられ、そこでマニホルド１２２を介して、図示のようにマニホルド１２２に取り付けられた供給制御組立体６０と流体接続される。

２つの吸着層３０、３２、２つのマニホルド１２０，１２２、そして圧縮機２４は、マニホルド１２０，１２２と各吸着層３０、３２の間を圧縮機２４まで通って貫通する単一の細長いボルト１３０によって、図示のように小型ユニットとして一緒に保持される。そして、組み立てられたユニットは、適切な衝撃吸収手段によって中央シャーシ１０８に取り付けられる。このように構成されることで、装置２０の機械的構成部品は製造の際に容易に組み立てることができ、保守に際しても容易にアクセスできることは明らかである。

本発明で使用されるような望ましい圧縮機は、本出願人による係属中の米国特許出願第１０／９３２，１８３号であって、その全体の開示内容がここに参考として組み込まれているものに開示される発明の第２実施形態に開示された小型の圧縮機３００である。圧力スイング吸着モードで動作する装置に対しては、圧縮機は単軸モータ３０２、中央ハウジング３１６，そして２つの対向する圧力ヘッド３０４，３０６を備えている。しかし、真空圧力スイングモードでの動作に対しては、例えば加圧側圧縮機ヘッドからなるヘッド３０４や、真空側圧縮機ヘッド３０６を備える。

モータ３０２は標準的な電動モータであり、中央ハウジング３１６を貫通する駆動軸３０８と共に、中央ハウジング３１６に強固に取り付けられている。中央ハウジング３１６は、両方の圧縮機ヘッド３０４，３０６を支持するように構成され、それぞれは上記米国特許出願に開示されているように、入口フィルタを備えた入口チャンバと、出口フィルタを備えた出口チャンバと、釣り合いおもり３０９と、駆動軸支持板３１４と、駆動軸支持軸受３１５を備えている。機能および移動するガスに応じて、圧縮機ヘッド３０４，３０６の１つは長いストロークを持ち、従って長い偏心コアを有している。釣り合いおもり３０９は駆動軸３０８の重量配分を均等にするように構成され、これによって駆動軸２０８の振動を低減する。駆動軸支持板３１４は中央ハウジング３１６を封止し、駆動軸３０８の自由端を支持する駆動軸支持板３１５を支持する。

真空圧力スイング吸着モードにおいて、一方の圧縮機ヘッドが加圧を提供し、他方の圧縮機ヘッドが真空を提供し、加圧側圧縮機ヘッド３０４は加圧側ピストン組立体３３０と加圧側チャンバ組立体３３１を備えている。加圧側ピストン組立体３３０は、加圧側偏心コア３３２と、軸受３３６と、加圧側ピストン３３８と、ピストンシール３４６と、加圧側保持板３４８と、加圧側取込フラッパ３５０とを備えている。真空側圧縮機ヘッド３０６は真空側ピストン組立体と真空側チャンバ組立体を備えている。この場合、真空側偏心コアは加圧側偏心コアと異なる半径を有しており、真空側ピストン組立体が加圧側ピストン組立体３３０よりも長い或いは短いストロークを持つようになっている。更に、真空側偏心コア４３２は加圧側偏心コア３３２と異なる位相を有している。例えば、真空側偏心コアは、加圧側ピストン組立体が上死点位置にある時に真空側ピストン組立体も上死点位置にあるように、加圧側偏心コアと位相が約１８０°ずれている。

圧力スイング吸着モード及び真空圧力スイング吸着モードの何れかあるいは両方における圧縮機およびその動作の更に詳細な点は、上記した係属中の米国特許出願を読めば明らかとなる。

動作中において、周囲空気はファン９２によって、前方カバー１０４の入口１１０を通して装置２０の囲まれた内部に入り、前方カバー１０４は装置内部に入る空気からほこりやその他の不純物を取り除くように設計された粗い粒子の発泡体のフィルタ１１２を支持する。取込み口２１から装置２０の内部に入る周囲空気の一部は、圧縮機２４によってフェルト材料で作られた第２のフィルタを通して共鳴器２２内へ流れ込み、更に分離されるべき空気を濾過する。装置２０の内部に流れ込む周囲空気の残りは、ファン９２、バッフル１３２および静流変向羽根(static flow directing vane)１３４によって、装置の囲まれた内部を通って制御通路に流れ込み、側方排気ベント１１４を出る前に装置２０の作動
要素を冷却する。

望ましい実施形態に基づく複合型圧力スイング吸着／酸素濃縮装置は、標準的な気圧でおよそ９０％を超えるパルス投与において、１リットル毎分の設定に対しておよそ８．７５ミリリットル、２リットル毎分の設定に対して約１７．５ミリリットル、そして３リットル毎分の設定に対して約２６．２５ミリリットルの呼吸サイクル毎に、酸素濃縮ガスを容易に供給することができる。驚くべきことに、この性能は重量がおよそ５ポンド（約２．２７kg）未満、全体深さが４インチ（約１０２mm）未満（或いは、３．６インチ（約９１mm））、幅が７インチ（約１７８mm）未満（或いは、６．６インチ（約１６８mm）、高さが９インチ（約２２９mm）未満（或いは、8.６インチ（約２１８mm）で、騒音レベルおよそ５５デシベル未満の装置によって実現される。

図示した実施形態において、医療用途のための吸着層３０、３２の各々は、およそ０．５リットルの容量を持ち、長さが約５．２５インチ（約１３３mm）で、直径が約１．３７５インチ（約１８．５mm）で、各吸着層に対して重量約５０gのゼオライトふるい材料を備えている。吸着層３０、３２は減圧段階或いは圧力平衡段階においてふるい材料が「流動」しないように、バネで付勢されていることが望ましい。空気の供給流れは、概ね約２７．７psia(約１９１ｋＰａ）から約３９．７psia(約２７４ｋＰａ）の範囲の作動システム圧力で、３リットル毎分および使用者の呼吸割合が約１５呼吸毎分の設定で製品ガスを生成するために、６リットル毎分の名目流量で提供される。

印刷回路基板８１上の回路部品は、圧力スイング吸着サイクルと装置からの酸素のパルス投与を制御する。可撓性の配線片８８はアクセス可能な作動スイッチ８６と制御パネル８４上の表示器を回路基板８１に接続する。

それらの圧力スイング吸着のための作動部品は米国特許第６７６４５３４号に示され、これに記載されているように動作するように構成されている。図３によって示される代替的実施形態において、その動作は、可変パスル時間の酸素維持装置という名称で本願と同時期の出願された係属中の仮特許出願に記載されている。その実施形態において、装置は図３に部分的に示されているように圧力調整機を用いない。上記した係属中の出願に記載したように、呼吸時に供給されるべき酸素の所望の容積は、混合タンク６２での圧力トランスデューサ８４による「体積」圧力の検出によって決定され、それはその後、作動サイクル段階の読み出しに関連してマイクロプロセッサ８２によって読み出された時に、選択された流量設定のために参照テーブルにアクセスし、テーブルで指定されている時間の間だけ流量制御要求弁７４が開放されるようになる。

装置に対する最高呼吸割合は、各流量制御スイッチの設定と装置を制御する電圧の範囲の組み合わせに対して決定される。装置は、全体の圧力スイング吸着サイクル時間が１１秒で毎分１、２そして３リットルの３つの設定で動作するように設計されることが望ましい。

流量制御スイッチ８６の各設定に対して装置によって供給される酸素の濃度は、各パラメータの許容範囲内において、システム圧力、作動電圧（バッテリあるいは外部電源）そして患者の呼吸割合に依存する。米国特許第６７６４５３４号に示される実施形態のように、マイクロプロセッサは、セレクタ位置、作動電圧そして流量制御器８０の作動周波数の連続して或いは抽出した読み出し値から、使用者に送られるガスの予想酸素濃度を計算する。もしこれらの何れかが上限閾値あるいは下限閾値、例えば８５％酸素濃度の低さに近づいた場合、装置を使用し続けることができるが性能が仕様の範囲外となってしまうのを防ぐために行動を起こすべき使用者に対して断続的警報が提供される。もしパラメータの何れかが規則正しく所定の閾値を超える場合、例えば計算された酸素濃度が８０％ある
いはそれ以下の場合には、使用者に対して装置２０の性能が仕様から外れて使用が停止されたことを通知するために、アラームが音を鳴らし続けるようにプログラムされている。

例えば、装置は合理性のある呼吸割合に順応するように設計されているが、使用者の身体活動が大変顕著に増大すると呼吸割合が増大し、装置が供給できる以上に装置２０から酸素が要求されることによって、装置が過剰吸引となる。図示された実施形態は装置の起動時に可聴信号を備えていることが望ましく、可聴警報と赤い可視光の警報の両方が、高圧及び低圧、システム過剰吸引および無呼吸状態（すなわち、事前設定された時間内での呼吸の欠如）を示し、可聴警報と黄色い可視光警報はバッテリの能力が低下した状態であることを示し、点滅する緑の光は、装置がパルスモードで正常動作していることを示している。

流量制御機８０は継続的にバッテリ電圧、流量制御スイッチ設定および患者の呼吸割合を監視する。もし、呼吸割合が装置を過剰吸引状態（約８５％の酸素濃度）に近づけた場合、或いは過剰吸引に至らしめた場合（約８０以下の酸素濃度）、患者が身体活動を慎むように、患者に対して注意喚起或いは警報の何れか発令する。

米国特許第６７６４５３４号に示されている実施形態のように、装置２０は内部バッテリ９８或いは内部バッテリの充電もできる外部電源によって電力が供給される。また、作動サイクルは米国特許第６７６４５３４号に示されているシーケンス、及び回数あるいは所望の製品ガス出力選択に適合する回数で機能するように制御される。同様に、繰り返し警報と表示器が同様の態様で機能する。例えば、上記した実施形態および米国特許第６７６４５３４号において、マイクロプロセッサはバッテリ電圧、システム圧力および流量を監視しているが、更なる実施形態では、使用者に供給される酸素の計算上の濃度よりもむしろ、実際の濃度を測定するために使用者に接続できる血中酸素センサを使用した酸素監視システムを含んでもよい。加えて、当業者であれば監視された或いは監視されない医療目的での使用に対し、他の公知の安全装備を含むことができる。

本発明の思想から逸脱することなく、上記実施形態に対して様々な改変および置き換えができることは理解されるであろう。従って、上記した望ましい実施形態は、例示であって特に限定する意図のものではない。

Claims (7)

1. 圧力スイング吸着または真空圧力スイング吸着による医療用のガス濃縮装置であって、
   高い酸素濃度の製品ガスを生成するために周囲空気から窒素を吸着するための２つの吸着層（３０，３２）であって、それぞれの前記吸着層は前記周囲空気を受けるため、及び吸着された前記窒素を含む排気ガスを排出するための入口（３０ａ，３２ａ）を有するとともに、前記装置の出口（６８）に前記製品ガスを伝達させるための出口（３０ｂ，３２ｂ）を有する、２つの吸着層と、
   圧縮機（２４）及び２つの供給弁（４０，４２）であって、前記供給弁の各々は前記圧縮機及び前記吸着層の前記入口の１つと流体連通して、前記吸着層への周囲空気の流れを制御する、圧縮機及び２つの供給弁と、
   ２つの廃棄弁（４４，４６）であって、前記廃棄弁の各々は、大気に放出させる吸着層からの排気ガスの流れを制御する、２つの廃棄弁と、
   前記吸着層の前記出口から前記製品ガスを前記装置の前記出口に選択的に搬送させる制御組立体（６０）であって、使用者による吸入によって作動して、前記製品ガスを前記装置の前記出口を通して前記使用者に所定の時間にわたって搬送させる、流量制御弁（７４）を含む、制御組立体と、を含む機械的に動作する構成部品を有するガス濃縮装置において、
   マニホルド構造であって、一体化された構造配置で前記機械的に動作する構成部品の全てと相互接続され、供給のためにアクセス可能であり、両方の前記吸着層の前記入口に直接取り付けられた１つの供給／廃棄マニホルド（１２０）と、両方の前記吸着層の前記出口に直接取り付けられた１つの製品マニホルド（１２２）とを備え、２つの前記マニホルドが互いに直接接続されて間に前記吸着層を支持する、マニホルド構造を備え、
   前記圧縮機（２４）、前記２つの供給弁（４０，４２）、及び前記２つの廃棄弁（４４，４６）の全てが前記供給／廃棄マニホルド（１２０）に直接取り付けられ、内部流路を有する前記供給／廃棄マニホルドにより、周囲空気を前記内部流路を通して前記吸着層の前記入口に選択的に供給するための流体連通をもたらし、前記入口から前記大気に前記吸着された窒素を選択的に放出させて、標準大気で体積百分率が９０％を超える酸素濃度の製品ガスを生成し、
   前記制御組立体（６０）は、前記製品マニホルド（１２２）に直接取り付けられた流量制御弁（７４）を含み、前記製品マニホルドは、前記吸着層の前記出口からの前記製品ガスを、前記装置の前記出口への前記内部流路を通して、少なくとも３リットル毎分までの選択可能な名目流量で、使用者に選択的に供給させるための内部が遮断された流路を有する、ガス濃縮装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記圧縮機は、前記吸着層の反対側にある前記供給／廃棄マニホルドの側面に直接取り付けられ、前記２つの吸着層の間に配置された、装置。
3. 請求項１または２に記載の装置において、
   前記機械的に動作する構成部品は、前記製品マニホルドに取り外し可能に直接取り付けられ、前記吸着層の前記出口と前記装置の前記出口との間で、前記製品マニホルドの前記内部が遮断された流路と流体連通する、混合タンク（６２）をさらに備えた、装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置において、
   前記制御組立体（６０）は、選択的な所定量の製品ガスを使用者に供給するために、複数の設定に設定可能であり、流量制御弁（７４）は、吸入を検出したときに、前記設定及び前記製品ガスの酸素濃度に基づく期間作動する、装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置において、
   前記圧縮機は、単軸モータ及び２つの対向する圧力ヘッドを含み、圧力スイング吸着装置内で両方の圧力ヘッドが圧縮された周囲空気を両方の前記吸着層の前記入口に供給する、または真空圧力スイング吸着装置であって、前記圧力ヘッドの一方が圧縮された周囲空気を前記吸着層の前記入口に供給し、前記排気ガスを前記吸着層の前記入口から前記大気に引き抜くために前記圧力ヘッドの他方が真空を提供する、装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置において、
   前記ハウジングは２つのカバー（１０４，１０６）を備え、一方のカバーは、周囲空気が前記装置内に吸引されるアクセス通風口（１１０）、及び前記排気ガスが前記装置から排気される排気口（１１４）を含む、装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置において、
   前記機械的に動作する構成部品及び２つの前記マニホルドは、前記装置の他の全ての構成部品と組み合わされたときに、約２．２７キログラム（５ポンド）未満であり、４．１３立方デシメートル（２５２立方インチ）未満の全内部容積を有するハウジング（１０４，１０６）に収容された、装置。
   

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