KR20220165766A - 호흡 장애를 위한 집중 치료 가스를 제공하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

호흡 장애를 위한 집중 치료 가스를 제공하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20220165766A
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스티븐 유엔
렉스 델 나바로
헨리 롤리치
고든 조셉 말루프
텍 웨이 탄 (첸 디웨이)
메이이 지앙
타이 리앙 팅
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레즈메드 아시아 피티이. 엘티디.
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Abstract

산소 발생기 장치는, 예컨대 부화 공기의 유량 및/또는 산소 순도를 변경함으로써, 호흡 사이클 동안 치료 가스의 변동을 제공한다. 상기 장치는 부화 공기를 위한 체 베드(들)를 작동시키고 체 베드(들)로부터 배기 가스를 배출하는 밸브 세트 및 압축기를 포함할 수 있다. 치료 가스는 방출된 부화 공기 및 배기 가스를 포함할 수 있다. 상기 장치는 부화 공기를 어큐뮬레이터로부터 1차 경로를 통해 전달 도관으로 선택적으로 방출하기 위한 공급 밸브를 갖는다. 상기 장치는 배기 가스의 일부를 전달 도관으로 방출하기 위한, 예컨대 밸브를 갖는 2차 경로를 포함할 수 있다. 제어기는 부화 공기를 생성하기 위해 밸브 세트를 작동시키고, 부화 공기를 전달 도관으로 방출하기 위해 공급 밸브를 작동시킨다. 제어기는 배기 가스를 전달 도관으로 방출하기 위해 공급 밸브와 반동기적으로 2차 밸브를 작동시킬 수 있다.

Description

호흡 장애를 위한 집중 치료 가스를 제공하기 위한 방법 및 장치
관련 출원에 대한 상호 참조
본 개시는 2020년 4월 8일자로 출원된 호주 가특허 출원 제2020901121호로부터의 우선권을 주장하며, 이 문헌의 전체 개시는 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본 기술은 일반적으로 가스 흡착 또는 제어된 압력 진공 스윙 흡착을 포함하는 방법 및 장치와 같은 호흡 장애를 치료하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이와 같은 방법은 산소 발생기에서 구현될 수 있다. 일부 예에서, 본 기술은 보다 구체적으로 치료 가스의 유동이 비흡기 시간 또는 호기에 비해 흡기(또는 흡기의 일부) 동안에 상이할 수 있는 특성(들)(예를 들어, 순도 및/또는 유량)을 갖는 하이브리드 모드를 구현하기 위한 다수의 유동 경로를 갖는 휴대용 산소 발생기로부터 산소 요법을 생성하기 위한 이와 같은 방법 및 장치에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
인간 호흡계 및 그 장애
신체의 호흡계는 가스 교환을 가능하게 한다. 코 및 입이 환자의 기도로의 입구를 형성한다.
기도는 일련의 분기 튜브를 포함하며, 일련의 분기 튜브는 폐 내로 더 깊이 침투함에 따라 더 좁아지고, 더 짧아지며 수가 더 많아진다. 폐의 주기능은 가스 교환이고, 산소가 흡기된 공기로부터 정맥 혈액으로 이동하게 하고 이산화탄소가 반대 방향으로 빠져나오게 한다. 기관(trachea)은 우측 및 좌측 주기관지(main bronchi)로 나뉘고, 이들은 또한 결국 종말세기관지(terminal bronchioles)로 분할된다. 기관지(bronchi)는 활동성 기도(conducting airway)를 구성하며, 가스 교환의 일부를 담당하지 않는다. 또한, 기도의 분할은 호흡 세기관지(respiratory bronchioles)에 이르며, 결국 폐포(alveoli)에 이른다. 폐의 벌집형 영역(alveolated region)은 가스 교환이 발생하는 곳이며, 호흡 구역(respiratory zone)으로 지칭된다. "Respiratory Physiology"(John B. West, Lippincott Williams & Wilkins, 9th edition published 2012) 참조.
다양한 호흡 장애가 존재한다. 호흡 장애의 예는 호흡 부전, 비만성 과환기 증후군(Obesity Hyperventilation Syndrome; OHS), 만성 폐쇄성 폐질환(Chronic Obstructive Pulmonary Disease; COPD), 신경 근육 질환(Neuromuscular Disease; NMD) 및 흉벽 장애를 포함한다.
호흡 부전은 폐가 환자의 요구를 충족시키기에 충분한 산소를 흡기하거나 충분한 CO2를 호기할 수 없는 호흡 장애의 포괄적인 용어이다. 호흡 부전은 하기의 장애 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
호흡 기능부전(호흡 부전의 하나의 형태)을 가진 환자는 운동 시에 비정상적인 호흡 곤란을 경험할 수 있다.
비만성 과환기 증후군(Obesity Hyperventilation Syndrome; OHS)은 저환기에 대한 다른 알려진 원인의 부재 하에서, 심각한 비만 및 각성 만성 과탄산증(awake chronic hypercapnia)으로서 정의된다. 이 증상은 호흡 곤란(dyspnea), 아침 두통 및 과도한 주간 졸음을 포함한다.
만성 폐쇄성 폐질환(COPD)은 특정 특징을 공통적으로 가지는 임의의 하기도 질환의 그룹을 포함한다. 이것은 공기 이동에 대한 증가된 저항, 호흡의 연장된 호기 단계, 및 폐의 정상 탄성의 상실을 포함한다. COPD의 예는 폐기종(emphysema) 및 만성 기관지염이다. COPD는 만성 흡연(일차 위험 인자), 직업적 노출, 공기 오염 및 유전적 인자에 의해 유발된다. 증상은 운동 시 호흡 곤란, 만성 기침 및 가래 생성을 포함한다.
신경 근육 질환(Neuromuscular Disease; NMD)은 내재적 근육 병리를 통해 직접적으로, 또는 신경 병리를 통해 간접적으로 근육의 기능에 장애를 일으키는 많은 질병 및 질환을 포괄하는 폭넓은 의미의 용어이다. 일부 NMD 환자는 휠체어에 의존하게 하는 보행력 상실, 삼킴 곤란, 호흡 근육 약화 및, 결국 호흡 부전으로 인한 사망으로 이어지는 진행성 근육 장애에 의해 특징지어진다. 신경근 장애는 고속 진행성 및 저속 진행성인 것으로 나뉘어질 수 있다. 고속 진행성 장애는 월 단위로 악화되어 수 년 내에 사망에 이르게 하는 근육 장애(예를 들어 십대의 근위축성 측생 경화증(Amyotrophic lateral sclerosis; ALS) 및 듀켄씨근이영양증(Duchenne muscular dystrophy; DMD))에 의해 특징지어진다. 가변성 또는 저속 진행성 장애는 수 년 단위로 악화되어 기대수명을 약간만 감소시키는 근육 장애(예를 들어 림 거들(Limb girdle), 안면견갑상완근 및 근긴장성 근이영양증(Facioscapulohumeral and Myotonic muscular dystrophy))에 의해 특징지어진다. NMD에서의 호흡 부전의 증상은, 전신 쇠약 증가(generalised weakness), 연하곤란(dysphagia), 운동 시 및 휴식 시 호흡 곤란, 피로, 졸음, 아침 두통, 및 집중 곤란 및 기분 변화를 포함한다.
흉벽 장애는 호흡 근육과 흉곽 사이의 비효율적 결합을 초래하는 흉부 변형의 그룹이다. 이 장애는 통상적으로 제한적 결함에 의해 특징지어지고, 및 장기간의 과탄산성 호흡 부전(hypercapnic respiratory failure)의 가능성을 공유한다. 척추측만증(Scoliosis) 및/또는 후측만증(kyphoscoliosis)이 심각한 호흡 부전을 유발할 수 있다. 호흡 부전의 증상은, 운동 시 호흡 곤란, 말초 부종(peripheral oedema), 기좌호흡(orthopnea), 반복된 흉부 감염, 아침 두통, 피로, 수면의 질의 저하 및 식욕 상실을 포함한다.
호흡 요법
"유동" 요법으로서 알려진 호흡 요법에서, 환자의 기도에 대한 인터페이스가 '개방'되고(밀봉되지 않음), 호흡 요법은 컨디셔닝된 공기 또는 부화 공기의 유동으로 환자 자신의 자발적 호흡을 보충할 수 있다. 일 예에서, 고유량 요법(HFT)은 호흡 사이클 전체에 걸쳐 대략 일정하게 유지되는 "치료 유량"으로 밀봉되지 않거나 개방된 환자 인터페이스를 통해 기도 입구로의 지속적이고 가열되며 가습된 공기 유동을 제공하는 것이다. 치료 유량은 명목상 환자의 피크 흡기 유량을 초과하도록 설정된다.
유동 요법의 다른 형태는 장기 산소 요법(long-term oxygen therapy; LTOT) 또는 보충 산소 요법이다. 의사는 환자의 기도로 전달되도록 지정된 유량(예를 들어, 1 리터/분(LPM), 2 LPM, 3 LPM 등)으로 지정된 산소 순도(주변 공기의 산소 분율 21%로부터 100%까지)로 산소 부화 공기의 연속적인 유동을 처방할 수 있다.
호흡 요법 시스템
이들 호흡 유동 요법은 호흡 요법 시스템 또는 디바이스에 의해 제공될 수 있다. 본원에 설명된 바와 같은 호흡 요법 시스템은 산소 소스, 공기 회로 및 환자 인터페이스를 포함할 수 있다.
공기 회로
공기 회로는 사용 시에 산소 소스 및 환자 인터페이스와 같은 호흡 요법 시스템의 2 개의 구성요소들 사이에서 컨디셔닝된 공기 또는 부화 공기가 이동할 수 있게 하도록 구성 및 배열된 도관 또는 튜브이다.
환자 인터페이스
환자 인터페이스는, 예를 들어 기도 입구에 공기 유동을 제공함으로써, 호흡 장비를 착용자에게 인터페이싱하는 데 사용될 수 있다. 공기 유동은 마스크를 통해 코 및/또는 입으로 제공되거나, 튜브를 통해 입으로 제공되거나, 기관절개 튜브를 통해 환자의 기관으로 제공될 수 있다. 비강 HFT 또는 TOT와 같은 유동 요법의 경우, 환자 인터페이스는 콧구멍에 불어넣지만, 특히 완전한 시일을 회피하도록 구성된다. 이와 같은 환자 인터페이스의 일 예는 비강 캐뉼라이다.
산소 소스
본 분야의 전문가들은 호흡 부전 환자를 위한 운동이 질환의 진행을 지연시키고 삶의 질을 향상시키며 환자의 수명을 연장시키는 장기적인 이점을 제공한다는 것을 인식하고 있다. 그러나, 트레드밀(tread mill) 및 고정식 자전거와 같은 대부분의 고정 형태의 운동은 이러한 환자들에게는 너무 힘든 운동이다. 결과적으로, 이동성에 대한 요구가 오랫동안 인식되어 왔다. 최근까지, 이러한 이동성은 돌리 휠(dolly wheel)을 갖는 카트 상에 장착된 소형 압축 산소 탱크 또는 실린더에 의해 용이해졌다. 이들 탱크의 단점은 한정된 양의 산소를 수용하고, 장착될 때 중량이 약 50 파운드로 무겁다는 것이다.
산소 발생기는 호흡 요법에 산소를 공급하기 위해 약 50 년 동안 사용되어 왔다. 산소 발생기는 진공 스윙 흡착(vacuum swing adsorption; VSA), 압력 스윙 흡착(pressure swing adsorption; PSA) 또는 진공 압력 스윙 흡착(vacuum pressure swing adsorption; VPSA)과 같은 프로세스를 구현할 수 있다. 예를 들어, 산소 발생기(예를 들어, POC)는 스윙 흡착 프로세스(예를 들어, 진공 스윙 흡착, 압력 스윙 흡착 또는 진공 압력 스윙 흡착, 각각이 본원에서 "스윙 흡착 프로세스"로 지칭됨)에서 감압(예를 들어, 진공 작동) 및/또는 가압(예를 들어, 압축기 작동)에 기초하여 작동할 수 있다. 압력 스윙 흡착은 가스 분리 흡착제의 입자를 수용하는 하나 이상의 캐니스터 내부의 가스 압력을 증가시키기 위해 하나 이상의 압축기를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 이와 같은 캐니스터는, 가스 분리 흡착제 층과 같은 다량의 가스 분리 흡착제를 수용할 때, 체 베드의 역할을 할 수 있다. 압력이 증가함에 따라, 가스의 특정 분자가 가스 분리 흡착제 상에 흡착될 수 있다. 가압 조건 하에서 캐니스터 내의 가스의 일부를 제거하는 것은 흡착된 분자로부터 비흡착된 분자를 분리할 수 있게 한다. 다음에, 흡착된 분자는 체 베드를 배출함으로써 탈착될 수 있다. 산소 발생기에 관한 추가 세부사항은, 예를 들어 2009년 3월 12일자로 공개되고 명칭이 "Oxygen Concentrator Apparatus and Method"인 미국 공개특허 출원 제2009-0065007호에서 찾을 수 있으며, 이 문헌은 본원에 참조로 포함된다.
주변 공기는 통상적으로 약 78%의 질소 및 21%의 산소를 포함하며, 잔부는 아르곤, 이산화탄소, 수증기 및 다른 미량 가스로 구성된다. 예를 들어 공기와 같은 가스 혼합물이 산소를 흡인하는 것보다 강하게 질소를 흡인하는 가스 분리 흡착제를 수용하는 캐니스터를 통해 압력 하에서 통과하면, 질소의 일부 또는 전부는 캐니스터에 머무르고, 캐니스터에서 나오는 가스에는 산소가 농축될 것이다. 체 베드가 질소를 흡착하는 용량의 종료에 이르는 경우, 흡착된 질소는 배출에 의해 탈착될 수 있다. 다음에, 체 베드는 산소 부화 공기를 생성하는 다른 사이클의 준비가 된다. 2-캐니스터 시스템에서 캐니스터의 가압 사이클을 교번함으로써, 하나의 캐니스터는 산소를 분리할 수 있는 반면, 다른 캐니스터는 배출된다(그 결과 산소가 공기로부터 거의 연속적으로 분리됨). 이러한 방식으로, 사용자에게 보충 산소를 제공하는 것을 포함하는 다양한 용도를 위해, 예컨대 캐니스터에 결합된 저장 용기 또는 다른 가압 가능한 용기 또는 도관에, 산소 부화 공기가 축적될 수 있다.
진공 스윙 흡착(VSA)은 대안적인 가스 분리 기술을 제공한다. VSA는 전형적으로 체 베드 내에 진공을 생성하도록 구성된 압축기와 같이 진공을 사용하여 체 베드의 분리 프로세스를 통해 가스를 흡인한다. 진공 압력 스윙 흡착(VPSA)은 조합된 진공 및 가압 기술을 사용하는 하이브리드 시스템인 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, VPSA 시스템은 분리 프로세스를 위해 체 베드를 가압하고, 체 베드를 감압하기 위해 진공을 인가할 수도 있다.
전통적인 산소 발생기는 부피가 크고 무거워서 일상적인 보행 활동이 어렵고 비현실적이었다. 최근에는, 대형의 고정식 산소 발생기를 제조하는 회사들이 휴대용 산소 발생기(POC)를 개발하기 시작했다. POC의 장점은 이론적으로 끝없는 산소 공급을 생성할 수 있고, 사용 동안에 환자(사용자)에게 이동성을 제공할 수 있다는 것이다. 이동성을 위해 이러한 디바이스를 작게 만들기 위해 산소 부화 공기의 생성에 필요한 다양한 시스템이 추려지고 있다. POC는 중량, 크기 및 전력 소비를 최소화하기 위해 생성된 산소를 가능한 한 효율적으로 이용하고자 한다. 일부 구현예에서, 이것은 산소를 일련의 펄스로서 전달함으로써 달성할 수 있으며, 각 펄스 또는 "볼러스"는 흡기 시작과 일치하도록 타이밍된다. 이러한 요법 모드는 펄스형 산소 전달(POD) 또는 수요 모드로서 알려져 있다.
연속 유동 모드 장기 산소 요법은, 임상적 이유로, 예를 들어 요법을 받고 있는 환자를 안심시키고 불안을 완화하는 점에서 유리하다. 그러나, 연속 유동 모드는 배터리 수명을 소모하며, 따라서 고정식 디바이스에 더 적합하다. 따라서, 합리적인 배터리 수명으로 연속 유동 모드의 이점에 필적할 수 있는 휴대용 산소 발생기에 대한 요구가 존재한다.
본 기술의 예는 휴대용 산소 발생기와 같은 산소 발생기의 제어된 작동을 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있다. 특히, 본 기술은 허용 가능한 배터리 수명을 유지하면서, 본원에서 하이브리드 모드로 지칭되는 전달 모드에서 장기 산소 요법을 전달하도록 구성된 휴대용 산소 발생기를 위한 방법 및 장치를 제공한다. 하이브리드 모드 요법은 POD 모드에서와 같이 흡기와 동기화하여 전달되는 볼러스뿐만 아니라 환자에 대한 비제로 볼러스간 가스 유동이 존재하는 호흡 동기화 요법이다. 하이브리드 모드 요법은 이중-레벨 순도 유형, 이중-레벨 유량 유형, 또는 이러한 2 개의 유형들 사이의 중간 유형에 따라 전달될 수 있다.
모든 유형의 하이브리드 모드 요법은 사용자 흡기의 시작을 검출하는 전통적인 방법에 대한 과제를 제시한다. 따라서, 본 기술의 예는 또한 하이브리드 모드 요법의 다양한 서브-모드에서 흡기 시작을 정확하게 검출할 수 있는 센서 구성을 포함할 수 있다.
본 기술의 일부 구현예는 환자 흡기를 위한 전달 도관에 치료 가스를 제공하기 위한 산소 발생기를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 가압 공기 스트림을 생성하도록 구성된 압축기를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 하나 이상의 체 베드를 포함할 수 있다. 하나 이상의 체 베드는 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하도록 구성된 흡착제 재료를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 밸브 세트를 포함할 수 있다. 밸브 세트는 가압 공기 스트림을 하나 이상의 체 베드에 선택적으로 이송하기 위해 압축기를 하나 이상의 체 베드에 선택적으로 공압식으로 결합하도록 구성될 수 있다. 밸브 세트는 하나 이상의 체 베드의 배기 출구로부터 배기 가스를 분위기로 선택적으로 배출하도록 구성될 수 있다. 산소 발생기는 하나 이상의 체 베드의 생성물 출구로부터 생성된 산소 부화 공기를 수용하도록 하나 이상의 체 베드에 공압식으로 결합된 어큐뮬레이터를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 산소 부화 공기를 어큐뮬레이터로부터 1차 유동 경로를 통해 그리고 나서 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 공급 밸브를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 배기 가스의 일부를 배기 출구로부터 전달 도관으로 통과시키도록 구성된 2차 유동 경로를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 밸브 세트 및 공급 밸브에 작동적으로 결합된 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 어큐뮬레이터에 의해 수용하기 위한 산소 부화 공기를 생성하고 하나 이상의 체 베드로부터 배기 가스를 배출하도록 밸브 세트를 주기적 패턴으로 선택적으로 작동시키도록 구성될 수 있다. 제어기는 환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 어큐뮬레이터로부터 전달 도관으로 방출하도록 공급 밸브를 선택적으로 작동시키도록 구성될 수 있다. 치료 가스는 방출된 산소 부화 공기 및 배기 가스의 일부를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 치료 가스는 적어도 환자 흡기 및 환자 호기 동안에 치료 가스가 전달 도관으로 유동하는 하이브리드 모드로 전달 도관에 제공될 수 있다. 하이브리드 모드는 치료 가스의 특성을 변경할 수 있다. 변경된 특성은 산소 순도일 수 있다. 변경된 산소 순도는 환자 흡기의 적어도 일부 동안의 제1 산소 순도 및 환자 흡기의 일부 이후의 제2 산소 순도를 포함할 수 있다. 제1 산소 순도는 약 50% 내지 약 99% 범위의 순도일 수 있다. 제2 산소 순도는 약 4% 내지 35% 범위의 순도일 수 있다. 1차 유동 경로는 제1 산소 순도를 갖는 치료 가스를 제공하도록 구성될 수 있다. 2차 유동 경로는 제2 산소 순도를 갖는 치료 가스를 제공하도록 구성될 수 있다. 2차 유동 경로는 배기 가스의 일부를 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 2차 밸브를 포함할 수 있다. 제어기는 배기 가스의 일부를 전달 도관으로 방출하기 위해 공급 밸브의 작동과 반동기적으로 2차 밸브를 선택적으로 작동시키도록 추가로 구성될 수 있다. 공급 밸브 및 2차 밸브는 산소 부화 공기 또는 배기 가스의 일부를 전달 도관으로 방출하도록 구성된 3-방향 밸브로서 구현될 수 있다.
일부 구현예에서, 산소 발생기는 감지 포트와 기준 포트 사이의 압력차를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 압력 센서를 추가로 포함할 수 있으며, 감지 포트는 전달 도관에 연결되고, 기준 포트는 공급 밸브의 하류에 있을 수 있는 산소 발생기의 유동 경로에 결합된다. 제어기는 생성된 압력차 신호로부터 흡기 시작을 검출하고, 검출된 흡기 시작에 기초하여 공급 밸브를 작동시키도록 추가로 구성될 수 있다. 제어기는 생성된 압력차 신호의 강하를 검출함으로써 흡기 시작을 검출하도록 구성될 수 있다. 압력 센서의 기준 포트는 유동 제한기를 통해 공급 밸브의 하류측에 연결될 수 있다. 제어기는 산소 발생기의 인터페이스 상의 제어부의 사용자 활성화에 응답하여 공급 밸브의 작동과 반동기적으로 2차 밸브를 작동시키도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 산소 발생기는 2차 유동 경로 내에 2차 밸브와 일렬로 있는 유동 제한기를 추가로 포함할 수 있다. 유동 제한기는 전달 도관으로 방출될 때의 배기 가스의 유량이 전달 도관으로 방출될 때의 산소 부화 공기의 유량과 대략 동일할 수 있도록 구성될 수 있다. 산소 발생기는 산소 부화 공기를 어큐뮬레이터로부터 유동 제한기를 통해 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 추가 2차 밸브를 포함할 수 있다. 제어기는 산소 부화 공기를 전달 도관으로 방출하기 위해 공급 밸브의 작동과 반동기적으로 추가 2차 밸브를 선택적으로 작동시키도록 추가로 구성될 수 있다. 하이브리드 모드는 치료 가스의 추가 특성을 변경할 수 있다. 변경된 추가 특성은 치료 가스의 유량일 수 있다.
본 기술의 일부 구현예는 치료 가스를 제공하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 상기 장치는 가압 공기 스트림을 생성하기 위한 수단, 예컨대 본원에 보다 상세하게 설명된 바와 같은 모터 작동식 압축기를 포함할 수 있다. 상기 장치는 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하기 위한 수단, 예컨대 본원에 보다 상세하게 설명된 바와 같은 하나 이상의 체 베드를 포함할 수 있다. 상기 장치는, (a) 가압 공기 스트림을 우선적 흡착 수단으로 선택적으로 이송하기 위해 생성 수단과, 그리고 (b) 우선적 흡착 수단 내에서 산소 부화 공기를 생성하도록 우선적 흡착 수단으로부터 분위기로 배기 가스를 선택적으로 배출하기 위해 분위기로의 배기 출구와, 우선적 흡착 수단을 주기적 패턴으로 선택적으로 공압식으로 결합하기 위한 수단, 예컨대 본원에 보다 상세하게 설명된 바와 같은 제어기 및 밸브 세트를 포함할 수 있다. 상기 장치는 우선적 흡착 수단의 생성물 출구로부터 생성된 산소 부화 공기를 축적하기 위한 수단, 예컨대 본원에 보다 상세하게 설명된 바와 같은 어큐뮬레이터를 포함할 수 있다. 상기 장치는 환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 축적 수단으로부터 환자를 위한 전달 도관으로 선택적으로 방출하기 위한 수단, 예컨대 본원에 보다 상세하게 설명된 바와 같은 공급 밸브 및 제어기를 포함할 수 있다. 상기 장치는 배기 가스의 일부를 전달 도관으로 통과시키기 위한 수단, 예컨대 본원에 보다 상세하게 설명된 바와 같은 2차 유동 경로를 포함할 수 있다. 치료 가스는 축적 수단으로부터 방출된 산소 부화 공기 및 배기 가스의 일부를 포함할 수 있다.
본 기술의 일부 구현예는 환자를 위한 치료 가스를 생성하기 위한 산소 발생기를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 가압 공기 스트림을 생성하도록 구성된 압축기를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 하나 이상의 체 베드를 포함할 수 있다. 하나 이상의 체 베드는 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하도록 구성된 흡착제 재료를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 가압 공기 스트림을 하나 이상의 체 베드에 선택적으로 이송하기 위해 압축기를 하나 이상의 체 베드에 선택적으로 공압식으로 결합하도록 구성된 밸브 세트를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 하나 이상의 체 베드에 의해 생성된 산소 부화 공기를 수용하도록 하나 이상의 체 베드에 공압식으로 결합된 어큐뮬레이터를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 산소 부화 공기를 어큐뮬레이터로부터 1차 경로를 통해 환자를 위한 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 공급 밸브를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 산소 부화 공기를 어큐뮬레이터로부터 2차 경로를 통해 환자를 위한 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 2차 밸브를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 밸브, 공급 밸브 및 2차 밸브에 작동적으로 결합된 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 어큐뮬레이터 내의 산소 부화 공기를 생성하도록 밸브 세트를 주기적 패턴으로 선택적으로 작동시키도록 구성될 수 있다. 제어기는 환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 전달 도관으로 방출하도록 공급 밸브를 선택적으로 작동시키도록 구성될 수 있다. 제어기는 산소 부화 공기를 전달 도관으로 방출하기 위해 공급 밸브의 작동과 반동기적으로 2차 밸브를 선택적으로 작동시키도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 치료 가스는 적어도 환자 흡기 및 환자 호기 동안에 치료 가스가 전달 도관으로 유동하는 하이브리드 모드로 전달 도관에 제공될 수 있고; 하이브리드 모드는 치료 가스의 특성을 변경한다. 변경된 특성은 치료 가스의 유량일 수 있다. 1차 경로의 유동 특성은 2차 경로의 유동 특성과 상이할 수 있다. 산소 발생기는 2차 경로 내에 2차 밸브와 일렬로 있는 유동 제한기를 추가로 포함할 수 있다. 유동 제한기는 2차 밸브를 통해 전달 도관으로 방출될 때의 산소 부화 공기의 유량이 공급 밸브를 통해 전달 도관으로 방출될 때의 산소 부화 공기의 유량보다 실질적으로 낮출 수 있도록 구성될 수 있다. 공급 밸브 및 2차 밸브는 산소 부화 공기를 전달 도관으로 방출하도록 구성된 3-방향 밸브로서 구현될 수 있다.
일부 구현예에서, 산소 발생기는 감지 포트와 기준 포트 사이의 압력차를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 압력 센서를 포함할 수 있다. 감지 포트는 전달 도관에 연결될 수 있고, 기준 포트는 공급 밸브의 하류에 있을 수 있는 산소 발생기의 유동 경로에 결합될 수 있다. 제어기는 생성된 압력차 신호로부터 흡기 시작을 검출하고, 검출된 흡기 시작에 기초하여 공급 밸브를 작동시키도록 추가로 구성될 수 있다. 제어기는 생성된 압력차 신호의 강하를 검출함으로써 흡기 시작을 검출하도록 구성될 수 있다. 압력 센서의 기준 포트는 유동 제한기를 통해 공급 밸브의 하류측에 연결될 수 있다. 제어기는 산소 발생기의 인터페이스 상의 제어부의 사용자 활성화에 응답하여 공급 밸브의 작동과 반동기적으로 2차 밸브를 작동시키도록 구성될 수 있다. 산소 발생기는 배기 가스의 일부를 하나 이상의 체 베드로부터 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 추가 2차 밸브를 추가로 포함할 수 있으며, 제어기는 배기 가스의 일부를 전달 도관으로 방출하기 위해 공급 밸브의 작동과 반동기적으로 추가 2차 밸브를 선택적으로 작동시키도록 추가로 구성될 수 있다. 하이브리드 모드는 치료 가스의 추가 특성을 변경할 수 있다. 변경된 추가 특성은 치료 가스의 산소 순도일 수 있다.
본 기술의 일부 구현예는 장치를 포함할 수 있다. 상기 장치는 가압 공기 스트림을 생성하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 상기 장치는 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 상기 장치는 우선적 흡수 수단에서 산소 부화 공기를 생성하도록 가압 공기 스트림을 우선적 흡착 수단으로 선택적으로 이송하기 위해 생성 수단과 우선적 흡착 수단을 주기적 패턴으로 선택적으로 공압식으로 결합하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 상기 장치는 우선적 흡착 수단에 의해 생성된 산소 부화 공기를 축적하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 상기 장치는 환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 축적 수단으로부터 환자를 위한 전달 도관으로 선택적으로 방출하기 위한 1차 수단을 포함할 수 있다. 상기 장치는 1차 선택적 방출 수단의 작동과 반동기적으로, 산소 부화 공기를 축적 수단으로부터 환자를 위한 전달 도관으로 선택적으로 방출하기 위한 2차 수단을 포함할 수 있다.
본 기술의 일부 구현예는 산소 발생기를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 가압 공기 스트림을 생성하도록 구성된 압축기를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 하나 이상의 체 베드를 포함할 수 있다. 하나 이상의 체 베드는 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하도록 구성된 흡착제 재료를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 가압 공기 스트림을 하나 이상의 체 베드에 선택적으로 이송하기 위해 압축기를 하나 이상의 체 베드에 선택적으로 공압식으로 결합하도록 구성된 밸브 세트를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 하나 이상의 체 베드에 의해 생성된 산소 부화 공기를 수용하도록 하나 이상의 체 베드에 공압식으로 결합된 어큐뮬레이터를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 산소 부화 공기를 어큐뮬레이터로부터 환자를 위한 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 공급 밸브를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 가스의 유동을 환자를 위한 전달 도관으로 이송하도록 구성된 2차 경로를 포함할 수 있다. 산소 발생기는 감지 포트와 기준 포트 사이의 압력차를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 압력 센서를 포함할 수 있다. 감지 포트는 전달 도관에 연결될 수 있다. 기준 포트는 공급 밸브의 하류에 있을 수 있는 산소 발생기의 유동 경로에 결합될 수 있다. 산소 발생기는 밸브 세트 및 공급 밸브에 작동적으로 결합된 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 어큐뮬레이터를 위한 산소 부화 공기를 생성하도록 밸브 세트를 주기적 패턴으로 선택적으로 작동시키도록 구성될 수 있다. 제어기는 생성된 압력차 신호로부터 환자의 흡기 시작을 검출하도록 구성될 수 있다. 제어기는 환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 전달 도관으로 방출하도록 공급 밸브를 선택적으로 작동시키도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 제어기는 검출된 흡기 시작에 기초하여 공급 밸브를 작동시키도록 추가로 구성될 수 있다. 제어기는 생성된 압력차 신호의 강하를 검출함으로써 흡기 시작을 검출하도록 구성될 수 있다. 압력 센서의 기준 포트는 유동 제한기를 통해 공급 밸브의 하류측에 연결될 수 있다. 2차 경로는 배기 가스를 하나 이상의 체 베드로부터 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 2차 밸브를 포함할 수 있다. 2차 경로는 산소 부화 공기를 어큐뮬레이터로부터 유동 제한기를 통해 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 추가 2차 밸브를 추가로 포함할 수 있다. 2차 경로는 산소 부화 공기를 어큐뮬레이터로부터 유동 제한기를 통해 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 2차 밸브를 포함할 수 있다.
본 기술의 일부 구현예는 장치를 포함할 수 있다. 상기 장치는 가압 공기 스트림을 생성하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 상기 장치는 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 상기 장치는 우선적 흡수 수단에서 산소 부화 공기를 생성하도록 가압 공기 스트림을 우선적 흡착 수단으로 선택적으로 이송하기 위해 생성 수단과 우선적 흡착 수단을 주기적 패턴으로 선택적으로 공압식으로 결합하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 상기 장치는 우선적 흡착 수단에 의해 생성된 산소 부화 공기를 축적하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 상기 장치는 산소 부화 공기를 축적 수단으로부터 환자를 위한 전달 도관으로 선택적으로 방출하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 상기 장치는 가스의 유동을 환자를 위한 전달 도관으로 이송하기 위한 2차 수단을 포함할 수 있다. 상기 장치는 감지 포트와 기준 포트 사이의 압력차를 나타내는 신호를 생성하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 감지 포트는 전달 도관에 연결될 수 있다. 상기 장치는 생성된 압력차 신호로부터 환자의 흡기 시작을 검출하고, 환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 전달 도관으로 방출하도록 산소 부화 공기의 선택적 방출 수단을 선택적으로 작동시키기 위한 수단을 포함할 수 있다.
다른 일반적인 양태는 산소 발생기를 포함한다. 산소 발생기는 가압 공기 스트림을 생성하도록 구성된 압축기를 포함한다. 산소 발생기는 또한 적어도 하나의 체 베드를 포함하며, 체 베드 또는 각 체 베드는 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하도록 구성된 흡착제 재료를 포함한다. 산소 발생기는 또한 가압 공기 스트림을 체 베드에 선택적으로 이송하기 위해 압축기를 체 베드 또는 각 체 베드에 선택적으로 공압식으로 결합하고 체 베드 또는 각 체 베드로부터 배기 가스를 선택적으로 배출하도록 구성된 밸브를 포함한다. 산소 발생기는 또한 체 베드 또는 각 체 베드에 의해 생성된 산소 부화 공기를 수용하도록 체 베드 또는 각 체 베드에 공압식으로 결합된 어큐뮬레이터를 포함한다. 산소 발생기는 또한 산소 부화 공기를 어큐뮬레이터로부터 전달 도관을 통해 환자에게 선택적으로 방출하도록 구성된 공급 밸브를 포함한다. 산소 발생기는 또한 배기 가스의 일부를 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 2차 밸브를 포함한다. 산소 발생기는 또한 밸브, 공급 밸브 및 2차 밸브에 작동적으로 결합된 제어기를 포함하며, 제어기는 어큐뮬레이터 내의 산소 부화 공기를 생성하도록 주기적 패턴으로 밸브를 선택적으로 작동시키고, 환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 전달 도관으로 방출하도록 공급 밸브를 선택적으로 작동시키고, 배기 가스의 일부를 전달 도관으로 방출하기 위해 공급 밸브의 작동과 반동기적으로 2차 밸브를 선택적으로 작동시키도록 구성된다.
하나의 일반적인 양태는 장치를 포함한다. 상기 장치는 또한 가압 공기 스트림을 생성하기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 가압 공기 스트림을 우선적 흡착 수단에 선택적으로 이송하기 위해 생성 수단을 우선적 흡착 수단에 선택적으로 공압식으로 결합하기 위한 선택적 공압식 결합 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 우선적 흡착 수단으로부터 배기 가스를 선택적으로 배출하기 위한 배출 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 우선적 흡착 수단에 의해 생성된 산소 부화 공기를 수용하기 위한 수용 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 산소 부화 공기를 수용 수단으로부터 전달 도관을 통해 환자에게 선택적으로 방출하기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 배기 가스의 일부를 전달 도관으로 선택적으로 방출하기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 수용 수단 내의 산소 부화 공기를 생성하도록 선택적 공압식 결합 수단을 주기적 패턴으로 선택적으로 작동시키기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 전달 도관으로 방출하기 위해 산소 부화 공기의 선택적 방출 수단을 선택적으로 작동시키기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 배기 가스의 일부를 전달 도관으로 방출하기 위해 산소 부화 공기의 선택적 방출 수단의 작동과 반동기적으로 배기 가스의 선택적 방출 수단을 선택적으로 작동시키기 위한 수단을 포함한다.
다른 일반적인 양태는 산소 발생기를 포함한다. 산소 발생기는 또한 가압 공기 스트림을 생성하도록 구성된 압축기를 포함한다. 산소 발생기는 또한 적어도 하나의 체 베드를 포함하며, 체 베드 또는 각 체 베드는 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하도록 구성된 흡착제 재료를 포함한다. 산소 발생기는 또한 가압 공기 스트림을 체 베드에 선택적으로 이송하기 위해 압축기를 체 베드 또는 각 체 베드에 선택적으로 공압식으로 결합하도록 구성된 밸브를 포함한다. 산소 발생기는 또한 체 베드 또는 각 체 베드에 의해 생성된 산소 부화 공기를 수용하도록 체 베드 또는 각 체 베드에 공압식으로 결합된 어큐뮬레이터를 포함한다. 산소 발생기는 또한 산소 부화 공기를 어큐뮬레이터로부터 전달 도관을 통해 환자에게 선택적으로 방출하도록 구성된 공급 밸브를 포함한다. 산소 발생기는 또한 산소 부화 공기를 어큐뮬레이터로부터 전달 도관을 통해 환자에게 선택적으로 방출하도록 구성된 2차 밸브를 포함한다. 산소 발생기는 또한 밸브, 공급 밸브 및 2차 밸브에 작동적으로 결합된 제어기를 포함하며, 제어기는 어큐뮬레이터 내의 산소 부화 공기를 생성하도록 주기적 패턴으로 밸브를 선택적으로 작동시키고, 환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 전달 도관으로 방출하도록 공급 밸브를 선택적으로 작동시키고, 산소 부화 공기를 전달 도관으로 방출하기 위해 공급 밸브의 작동과 반동기적으로 2차 밸브를 선택적으로 작동시키도록 구성된다.
하나의 일반적인 양태는 장치를 포함한다. 상기 장치는 또한 가압 공기 스트림을 생성하기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 가압 공기 스트림을 우선적 흡착 수단에 선택적으로 이송하기 위해 생성 수단을 우선적 흡착 수단에 선택적으로 공압식으로 결합하기 위한 선택적 공압식 결합 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 우선적 흡착 수단에 의해 생성된 산소 부화 공기를 수용하기 위한 수용 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 산소 부화 공기를 수용 수단으로부터 전달 도관을 통해 환자에게 선택적으로 방출하기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 산소 부화 공기를 수용 수단으로부터 전달 도관을 통해 환자에게 선택적으로 방출하기 위한 2차 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 수용 수단 내의 산소 부화 공기를 생성하도록 선택적 공압식 결합 수단을 주기적 패턴으로 선택적으로 작동시키기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 전달 도관으로 방출하기 위해 산소 부화 공기의 선택적 방출 수단을 선택적으로 작동시키기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 산소 부화 공기를 전달 도관으로 방출하기 위해 산소 부화 공기의 선택적 방출 수단의 작동과 반동기적으로 산소 부화 공기를 선택적으로 방출하기 위한 2차 수단을 선택적으로 작동시키기 위한 수단을 포함한다.
다른 일반적인 양태는 산소 발생기를 포함한다. 산소 발생기는 또한 가압 공기 스트림을 생성하도록 구성된 압축기를 포함한다. 산소 발생기는 또한 적어도 하나의 체 베드를 포함하며, 체 베드 또는 각 체 베드는 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하도록 구성된 흡착제 재료를 포함한다. 산소 발생기는 또한 가압 공기 스트림을 체 베드에 선택적으로 이송하기 위해 압축기를 체 베드 또는 각 체 베드에 선택적으로 공압식으로 결합하도록 구성된 밸브를 포함한다. 산소 발생기는 또한 체 베드 또는 각 체 베드에 의해 생성된 산소 부화 공기를 수용하도록 체 베드 또는 각 체 베드에 공압식으로 결합된 어큐뮬레이터를 포함한다. 산소 발생기는 또한 산소 부화 공기를 어큐뮬레이터로부터 전달 도관을 통해 환자에게 선택적으로 방출하도록 구성된 공급 밸브를 포함한다. 산소 발생기는 또한 가스의 유동을 전달 도관을 통해 환자에게 이송하도록 구성된 2차 경로를 포함한다. 산소 발생기는 또한 감지 포트와 기준 포트 사이의 압력차를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 압력 센서를 포함하며, 감지 포트는 전달 도관에 연결된다. 산소 발생기는 또한 밸브 및 공급 밸브에 작동적으로 결합된 제어기를 포함하며, 제어기는 어큐뮬레이터 내의 산소 부화 공기를 생성하도록 주기적 패턴으로 밸브를 선택적으로 작동시키고, 생성된 압력차 신호로부터 환자의 흡기 시작을 검출하고, 환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 전달 도관으로 방출하도록 공급 밸브를 선택적으로 작동시키도록 구성된다.
하나의 일반적인 양태는 장치를 포함한다. 상기 장치는 또한 가압 공기 스트림을 생성하기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 가압 공기 스트림을 우선적 흡착 수단에 선택적으로 이송하기 위해 생성 수단을 우선적 흡착 수단에 선택적으로 공압식으로 결합하기 위한 선택적 공압식 결합 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 우선적 흡착 수단에 의해 생성된 산소 부화 공기를 수용하기 위한 수용 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 산소 부화 공기를 수용 수단으로부터 전달 도관을 통해 환자에게 선택적으로 방출하기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 가스의 유동을 전달 도관을 통해 환자에게 이송하기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 감지 포트와 기준 포트 사이의 압력차를 나타내는 신호를 생성하기 위한 수단을 포함하며, 감지 포트는 전달 도관에 연결된다. 상기 장치는 또한 수용 수단 내의 산소 부화 공기를 생성하도록 선택적 공압식 결합 수단을 주기적 패턴으로 선택적으로 작동시키기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 생성된 압력차 신호로부터 환자의 흡기 시작을 검출하기 위한 수단을 포함한다. 상기 장치는 또한 환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 전달 도관으로 방출하기 위해 산소 부화 공기의 선택적 방출 수단을 선택적으로 작동시키기 위한 수단을 포함한다.
물론, 양태의 일부는 본 기술의 서브-양태를 형성할 수 있다. 또한, 양태 및/또는 서브-양태 중 다양한 양태는 다양한 방식으로 조합될 수 있고, 또한 본 기술의 추가적인 양태 또는 서브-양태를 구성할 수 있다.
본 기술의 다른 특징은 하기의 상세한 설명, 요약서, 도면 및 청구범위에 포함된 정보의 고려로부터 명확해질 것이다.
본 기술의 이점은 구현예의 하기의 상세한 설명의 덕택에 그리고 첨부 도면을 참조할 때 당업자에게 명백해질 것이고, 첨부 도면에서 유사한 참조번호는 유사한 구성요소를 나타낸다:
도 1a는 본 기술의 일 형태에 따른 산소 발생기를 도시한다.
도 1b는 도 1a의 산소 발생기의 구성요소의 개략도이다.
도 1c는 도 1a의 산소 발생기의 주요 구성요소의 측면도이다.
도 1d는 도 1a의 산소 발생기의 압축 시스템의 측면 사시도이다.
도 1e는 열 교환 도관을 포함하는 압축 시스템의 측면도이다.
도 1f는 도 1a의 산소 발생기의 예시적인 출구 구성요소의 개략도이다.
도 1g는 도 1a의 산소 발생기를 위한 출구 도관을 도시한다.
도 1h는 도 1a의 산소 발생기를 위한 대안적인 출구 도관을 도시한다.
도 1i는 도 1a의 산소 발생기를 위한 분해된 캐니스터 시스템의 사시도이다.
도 1j는 도 1i의 캐니스터 시스템의 단부도이다.
도 1k는 도 1j에 도시된 캐니스터 시스템 단부의 조립도이다.
도 1l은 도 1j 및 도 8k에 도시된 것과 반대측의 도 1i의 캐니스터 시스템의 단부의 도면이다.
도 1m은 도 1l에 도시된 캐니스터 시스템 단부의 조립도이다.
도 1n은 도 1a의 산소 발생기를 위한 예시적인 제어 패널을 도시한다.
도 1o는 도 1a의 산소 발생기를 포함하는 관련 POC 요법 시스템을 도시한다.
도 2는 본 기술의 일 양태에 따른 하이브리드 전달 모드의 이중-레벨 순도 구현예를 도시하는 그래프를 포함한다.
도 3은 본 기술의 일 구현예에 따른 도 1f의 출구 시스템에 대한 변형예의 개략도이다.
도 4는 본 기술의 일 양태에 따른 하이브리드 전달 모드의 이중-레벨 유량 구현예를 도시하는 그래프를 포함한다.
도 5는 본 기술의 일 구현예에 따른 도 1f의 출구 시스템에 대한 변형예의 개략도이다.
도 6은 산소 발생기에 의한 산소 부화 공기의 다양한 전달 모드를 도시하는 그래프를 포함한다.
도 7은 본 기술의 도 3 및 도 5의 출구 시스템의 조합의 일 구현예에 따른 도 1f의 출구 시스템에 대한 변형예의 개략도이다.
본 개시의 예시적인 구현예는 유사한 참조 번호가 유사하거나 동일한 요소를 식별하는 도면을 참조하여 상세하게 설명된다. 개시된 실시예는 다양한 형태로 구현될 수 있는 개시의 예일 뿐이라는 것이 이해되어야 한다. 잘 알려진 기능 및 구성은 불필요한 상세로 인해 본 개시를 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해 상세하게 설명되지 않는다. 따라서, 본원에 개시된 특정의 구조적 및 기능적 세부사항은 제한적인 것으로 해석되어서는 안 되며, 단지 청구범위에 대한 기초로서, 그리고 당업자가 사실상 임의의 적절하게 상세한 구조에서 본 개시를 다양하게 이용하도록 교시하기 위한 대표적인 기초로서 해석되어야 한다.
도 1a 내지 도 8n은 산소 발생기(100)의 구현예를 도시한다. 본원에 설명된 바와 같이, 산소 발생기(100)는 압력 스윙 흡착(PSA) 프로세스를 사용하여 산소 부화 공기를 생성한다. 그러나, 다른 실시예에서, 산소 발생기(100)는 진공 스윙 흡착(VSA) 프로세스 또는 진공 압력 스윙 흡착(VPSA) 프로세스를 사용하여 산소 부화 공기를 생성하도록 변형될 수 있다.
외부 하우징
도 1a는 산소 발생기(100)의 외부 하우징(170)의 구현예를 도시한다. 일부 구현예에서, 외부 하우징(170)은 경량 플라스틱으로 구성될 수 있다. 외부 하우징(170)은 압축 시스템 입구(105), 외부 하우징(170)의 각 단부에 있는 냉각 시스템 수동 입구(101) 및 출구(173), 출구 포트(174) 및 제어 패널(600)을 포함한다. 입구(101) 및 출구(173)는 냉각 공기가 하우징으로 진입하고, 하우징을 통해 유동하고, 하우징(170)의 내부를 빠져나갈 수 있게 하여 산소 발생기(100)의 냉각을 돕는다. 압축 시스템 입구(105)는 공기가 압축 시스템으로 진입할 수 있게 한다. 출구 포트(174)는 산소 발생기(100)에 의해 생성된 산소 부화 공기를 사용자에게 제공하기 위한 도관을 부착하는 데 사용된다.
구성요소
도 1b는 일 구현예에 따른 산소 발생기(100)의 구성요소의 개략도를 도시한다. 산소 발생기(100)는 사용자에게 산소 부화 공기를 제공하기 위해 공기 스트림 내에서 산소를 농축시킬 수 있다.
산소 발생기(100)는 휴대용 산소 발생기일 수 있다. 예를 들어, 산소 발생기(100)는 사용 동안에 산소 발생기가 손으로 및/또는 운반 케이스로 운반될 수 있게 하는 중량 및 크기를 가질 수 있다. 본원에서 추가로 논의되는 바와 같이, 이와 같은 디바이스는 전형적으로 충전 가능한 리튬 이온 배터리와 같은 하나 이상의 배터리를 사용하여 산소 발생기에 전력을 제공하는 내장형 전원 공급장치에 의해 전형적으로 작동한다. 일 구현예에서, 산소 발생기(100)는 약 20 파운드 미만, 약 15 파운드 미만, 약 10 파운드 미만, 또는 약 5 파운드 미만의 중량을 갖는다. 일 구현예에서, 산소 발생기(100)는 약 1000 입방인치 미만, 약 750 입방인치 미만, 약 500 입방인치 미만, 약 250 입방인치 미만, 또는 약 200 입방인치 미만의 용적을 갖는다.
산소 부화 공기는 캐니스터(302 및 304)에서 주변 공기를 가압함으로써 주변 공기로부터 생성될 수 있으며, 캐니스터(302 및 304)는 가스 분리 흡착제를 포함하고 따라서 체 베드(sieve bed)로 지칭된다. 산소 발생기에 유용한 가스 분리 흡착제는 산소 부화 공기를 생성하기 위해 공기 스트림으로부터 적어도 질소를 분리할 수 있다. 가스 분리 흡착제의 예는 공기 스트림으로부터 질소를 분리할 수 있는 분자 체를 포함한다. 산소 발생기에 사용될 수 있는 흡착제의 예는 상승된 압력 하에서 공기 스트림으로부터 질소를 분리하는 제올라이트(천연) 또는 합성 결정질 알루미노실리케이트를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 사용될 수 있는 합성 결정질 알루미노실리케이트의 예는, UOP LLC(Des Plaines, IW)로부터 입수 가능한 OXYSIV 흡착제; W. R. Grace & Co(Columbia, MD)로부터 입수 가능한 SYLOBEAD 흡착제; CECA S.A.(Paris, France)로부터 입수 가능한 SILIPORITE 흡착제; Zeochem AG(Uetikon, Switzerland)로부터 입수 가능한 ZEOCHEM 흡착제; 및 Air Products and Chemicals, Inc.(Allentown, PA)로부터 입수 가능한 AgLiLSX 흡착제를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 공기는 공기 입구(105)를 통해 산소 발생기로 진입할 수 있다. 공기는 압축 시스템(200)에 의해 공기 입구(105) 내로 흡인될 수 있다. 압축 시스템(200)은 산소 발생기의 주위환경으로부터 공기를 흡인하고 공기를 압축하여, 압축된 공기를 캐니스터(302 및 304) 중 하나 또는 둘 모두 내로 강제할 수 있다. 일 구현예에서, 압축 시스템(200)이 공기를 산소 발생기 내로 끌어당김으로써 생성되는 음(sound)을 감소시키기 위해 입구 머플러(108)가 공기 입구(105)에 결합될 수 있다. 일 구현예에서, 입구 머플러(108)는 습기 및 음(sound)을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 물 흡착제 재료(예컨대, 중합체 물 흡착제 재료 또는 제올라이트 재료)는 유입 공기로부터 물을 흡착하는 것 및 공기 입구(105) 내로 통과하는 공기의 음을 감소시키는 것에 모두 사용될 수 있다.
압축 시스템(200)은 공기를 압축하도록 구성된 하나 이상의 압축기를 포함할 수 있다. 압축 시스템(200)에 의해 생성된 가압 공기는 캐니스터(302 및 304) 중 하나 또는 둘 모두 내로 강제될 수 있다. 일부 구현예에서, 주변 공기는 캐니스터에서 약 13 내지 20 파운드/제곱인치 게이지 압력(psig) 범위의 압력으로 가압될 수 있다. 캐니스터에 배치된 가스 분리 흡착제의 유형에 따라, 다른 압력이 또한 사용될 수 있다.
산소 발생기는 전형적으로 산소 부화 공기를 생성하기 위해 산소 발생기의 프로세스를 위해 가압 공기를 지향시키기 위한 하나 이상의 밸브의 밸브 세트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 캐니스터(302/304)에는 입구 밸브(122/124) 및 출구 밸브(132/134)가 결합된다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 입구 밸브(122)는 캐니스터(302)에 결합되고, 입구 밸브(124)는 캐니스터(304)에 결합된다. 출구 밸브(132)는 캐니스터(302)에 결합되고, 출구 밸브(134)는 캐니스터(304)에 결합된다. 입구 밸브(122/124)는 압축 시스템(200)으로부터 각각의 캐니스터로의 공기의 통과를 제어하는 데 사용된다. 출구 밸브(132/134)는 배출 프로세스 동안에 각각의 캐니스터로부터 가스를 방출하는 데 사용된다. 일부 구현예에서, 입구 밸브(122/124) 및 출구 밸브(132/134)는 실리콘 플런저 솔레노이드 밸브(silicon plunger solenoid valve)일 수 있다. 그러나, 다른 유형의 밸브가 사용될 수 있다. 플런저 밸브는 조용하고 슬립이 적은 것으로 인해 다른 종류의 밸브에 비해 이점을 제공한다.
일부 구현예에서, 2-단계 밸브 작동 전압이 입구 밸브(122/124) 및 출구 밸브(132/134)를 제어하는 데 생성될 수 있다. 예를 들어, 입구 밸브를 개방하기 위해 입구 밸브에 고전압(예를 들어, 24 V)이 인가될 수 있다. 다음에, 입구 밸브를 개방 상태로 유지하기 위해 전압이 감소(예를 들어, 7 V)될 수 있다. 밸브를 개방 상태로 유지하기 위해 더 적은 전압을 사용함으로써, 더 적은 전력을 사용할 수 있다(전력 = 전압 * 전류). 이러한 전압 감소는 열 축적 및 전력 소비를 최소화하여 전원 공급장치(180)(후술함)로부터의 실행 시간을 연장시킨다. 밸브에 전력이 차단되는 경우, 밸브는 스프링 작용에 의해 폐쇄된다. 일부 구현예에서, 전압은 단계식 응답일 필요는 없는 시간의 함수로 인가될 수 있다(예를 들어, 초기 24 V와 최종 7 V 사이의 곡선형 하향 전압).
일 구현예에서, 가압 공기가 캐니스터(302 또는 304) 중 하나로 보내지는 한편, 다른 캐니스터는 배출되고 있다. 예를 들어, 사용 동안에, 입구 밸브(122)는 개방되는 한편, 입구 밸브(124)는 폐쇄된다. 압축 시스템(200)으로부터의 가압 공기는 입구 밸브(124)에 의해 캐니스터(304)로 진입하는 것이 저지되면서 캐니스터(302) 내로 강제된다. 일 구현예에서, 제어기(400)는 밸브(122, 124, 132 및 134)에 전기적으로 결합된다. 제어기(400)는 메모리(420)에 저장된 프로그램 명령을 실행하도록 작동 가능한 하나 이상의 프로세서(410)를 포함한다. 프로그램 명령은 본원에서 보다 상세하게 설명되는 방법과 같이 산소 발생기를 작동하는 데 사용되는 다양한 사전규정된 방법을 수행하도록 제어기를 구성한다. 프로그램 명령은 입구 밸브(122 및 124)를 서로 다른 위상으로 작동하는 프로그램 명령을 포함할 수 있으며, 즉 입구 밸브(122 또는 124) 중 하나가 개방되는 경우, 다른 밸브는 폐쇄된다. 캐니스터(302)의 가압 동안에, 출구 밸브(132)는 폐쇄되고, 출구 밸브(134)는 개방된다. 입구 밸브와 유사하게, 출구 밸브(132 및 134)는 서로 다른 위상으로 작동된다. 일부 구현예에서, 입력 및 출력 밸브를 개방하는 데 사용되는 전압 및 전압의 지속시간은 제어기(400)에 의해 제어될 수 있다. 제어기(400)는 외부 디바이스와 통신하여 프로세서(410)에 의해 수집된 데이터를 전송하거나 프로세서(410)에 대한 외부 디바이스로부터의 명령을 수신할 수 있는 송수신기(430)를 포함할 수 있다.
체크 밸브(142 및 144)는 캐니스터(302 및 304)에 각각 결합된다. 체크 밸브(142 및 144)는 캐니스터가 가압되고 배출될 때 발생하는 차압에 의해 수동적으로 작동되는 일방향 밸브일 수 있거나, 능동 밸브일 수 있다. 체크 밸브(142 및 144)는 캐니스터에 결합되어, 각 캐니스터의 가압 동안에 생성된 산소 부화 공기가 캐니스터로부터 유출될 수 있게 하고 산소 부화 공기 또는 임의의 다른 가스가 캐니스터 내로 역류하는 것을 저지한다. 이러한 방식으로, 체크 밸브(142 및 144)는 산소 부화 공기가 가압 동안 각각의 캐니스터를 빠져나갈 수 있게 하는 일방향 밸브로서 작용한다.
본원에 사용된 바와 같은 용어 "체크 밸브"는 일 방향으로의 유체(가스 또는 액체)의 유동을 허용하고 유체의 역류를 저지하는 밸브를 지칭한다. 사용하기에 적합한 체크 밸브의 예는, 볼 체크 밸브; 다이어프램 체크 밸브; 버터플라이 체크 밸브; 스윙 체크 밸브; 덕빌 밸브; 우산 밸브; 및 리프트 체크 밸브를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 압력 하에서, 가압된 주변 공기의 질소 분자는 가압된 캐니스터 내의 가스 분리 흡착제에 의해 흡착된다. 압력이 증가함에 따라, 캐니스터 내의 가스에 산소가 농축될 때까지 보다 많은 질소가 흡착된다. 비흡착된 가스 분자(주로 산소)는 압력이 캐니스터에 결합된 체크 밸브의 저항을 극복하기에 충분한 지점에 도달할 때 가압된 캐니스터로부터 유출된다. 일 구현예에서, 순방향으로의 체크 밸브의 압력 강하는 1 psi 미만이다. 역방향으로의 차단 압력은 100 psi보다 크다. 그러나, 하나 이상의 구성요소의 수정은 이러한 밸브의 작동 파라미터를 변경한다는 것이 이해되어야 한다. 순방향 유동 압력이 증가되면, 일반적으로 산소 부화 공기의 생성이 감소한다. 역류에 대한 차단 압력이 감소되거나 너무 낮게 설정되면, 일반적으로 산소 부화 공기의 압력이 감소한다.
예시적인 구현예에서, 캐니스터(302)는 압축 시스템(200)에서 생성되고 캐니스터(302) 내로 통과되는 압축 공기에 의해 가압된다. 캐니스터(302)의 가압 동안에, 입구 밸브(122)는 개방되고, 출구 밸브(132)는 폐쇄되고, 입구 밸브(124)는 폐쇄되며, 출구 밸브(134)는 개방된다. 출구 밸브(132)가 폐쇄될 때 출구 밸브(134)가 개방되어, 캐니스터(302)가 가압되는 동안에 캐니스터의 배기 출구를 통해 캐니스터(304)를 분위기로 실질적으로 동시에 배출할 수 있게 한다. 캐니스터(302)는 캐니스터 내의 압력이 체크 밸브(142)를 개방하기에 충분할 때까지 가압된다. 캐니스터(302)에서 생성된 산소 부화 공기는 캐니스터의 생성물 출구로부터 빠져나오고 체크 밸브를 통과하며, 일 구현예에서 어큐뮬레이터(106)에 수집된다.
일정 시간 후에, 가스 분리 흡착제는 질소로 포화되고, 유입되는 공기로부터 상당량의 질소를 분리할 수 없게 될 것이다. 이러한 시점은 통상적으로 산소 부화 공기 생성의 사전결정된 시간 후에 도달된다. 전술한 구현예에서, 캐니스터(302) 내의 가스 분리 흡착제가 이러한 포화점에 도달하는 경우, 압축 공기의 유입이 중단되고, 캐니스터(302)는 질소를 탈착시키도록 배출된다. 배출 동안에, 입구 밸브(122)는 폐쇄되고, 출구 밸브(132)는 개방된다. 캐니스터(302)가 배출되는 동안에, 캐니스터(304)는 전술한 것과 동일한 방식으로 산소 부화 공기를 생성하도록 가압된다. 캐니스터(304)의 가압은 출구 밸브(134)를 폐쇄하고 입구 밸브(124)를 개방함으로써 달성된다. 산소 부화 공기는 체크 밸브(144)를 통해 캐니스터(304)를 빠져나간다.
배기 출구로부터 캐니스터(302)의 배출 동안, 출구 밸브(132)가 개방되어, 배기 가스가 산소 발생기 출구(130)를 통해 분위기로 캐니스터를 빠져나갈 수 있다. 일 구현예에서, 배출된 배기 가스는 캐니스터로부터 가압 가스를 방출함으로써 생성되는 소음을 감소시키기 위해 머플러(133)를 통해 지향될 수 있다. 가스가 캐니스터(302)로부터 방출됨에 따라, 캐니스터(302) 내의 압력이 강하하여, 질소가 가스 분리 흡착제로부터 탈착될 수 있게 한다. 배출된 배기 가스는 출구(130)를 통해 산소 발생기를 빠져나가서, 공기 스트림으로부터의 질소의 분리를 재개할 수 있는 상태로 캐니스터를 재설정한다. 머플러(133)는 산소 발생기를 나가는 가스의 음을 억제하기 위한 개방 셀 발포체(open cell foam)(또는 다른 재료)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 공기의 입력 및 산소 부화 공기의 출력을 위한 조합된 머플러 구성요소/기술은 50 데시벨 미만의 소음 레벨로 산소 발생기의 작동을 제공할 수 있다.
캐니스터의 배출 동안에, 적어도 대부분의 질소가 제거되는 것이 유리하다. 일 구현예에서, 캐니스터가 공기로부터 질소를 분리하는 데 재사용되기 전에 캐니스터 내의 질소의 적어도 약 50%, 적어도 약 60%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 98%, 또는 실질적으로 전부가 제거된다. 일부 구현예에서, 질소 제거는 저장된 산소 부화 공기 또는 다른 캐니스터로부터 캐니스터 내로 도입되는 산소 부화 공기 스트림을 사용하여 보조될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 산소 부화 공기의 일부는 캐니스터(304)에서 배기 가스가 배출될 때 캐니스터(302)로부터 캐니스터(304)로 이송될 수 있다. 캐니스터(304)의 배출 동안 캐니스터(302)로부터 캐니스터(304)로의 산소 부화 공기의 이송은 흡착제에 인접한 질소의 부분 압력을 강하시킴으로써 흡착제로부터 질소를 탈착시키는 것을 돕는다. 산소 부화 공기의 유동은 또한 캐니스터로부터 탈착된 질소(및 다른 가스)를 퍼지하는 것을 돕는다. 일 구현예에서, 산소 부화 공기는 2 개의 캐니스터 사이의 유동 제한기(151, 153 및 155)를 통해 이동할 수 있다. 유동 제한기(151)는 점적 유동 제한기(trickle flow restrictor)일 수 있다. 예를 들어, 유동 제한기(151)는 0.009D 유동 제한기일 수 있다(예를 들어, 유동 제한기는 그것이 내부에 있는 튜브의 직경보다 작은 반경 0.009"를 가짐). 유동 제한기(153 및 155)는 0.013D 유동 제한기일 수 있다. 다른 유동 제한기 유형 및 크기가 또한 고려되며, 캐니스터를 결합하는 데 사용되는 특정 구성 및 튜빙(tubing)에 따라 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 유동 제한기는 각자의 튜브에 보다 좁은 직경을 도입함으로써 공기 유동을 제한하는 압입식 유동 제한기(press fit flow restrictor)일 수 있다. 일부 구현예에서, 압입식 유동 제한기는 사파이어, 금속 또는 플라스틱으로 제조될 수 있다(다른 재료가 또한 고려됨).
캐니스터들 사이에서의 산소 부화 공기의 유동은 또한 밸브(152) 및 밸브(154)를 사용하여 제어된다. 밸브(152 및 154)는 배출 프로세스 동안에 짧은 지속시간 동안 개방되어(그렇지 않으면 폐쇄될 수 있음) 퍼지 캐니스터로부터의 과도한 산소 손실을 방지할 수 있다. 다른 지속시간이 또한 고려된다. 예시적인 구현예에서, 캐니스터(302)는 배출되고 있으며, 캐니스터(304)에서 생성되는 산소 부화 공기의 일부를 캐니스터(302) 내로 통과시킴으로써 캐니스터(302)를 퍼지하는 것이 바람직하다. 산소 부화 공기의 일부는, 캐니스터(304)의 가압 시에, 캐니스터(302)의 배출 동안에 유동 제한기(151)를 통해 캐니스터(302) 내로 통과할 것이다. 추가적인 산소 부화 공기가 캐니스터(304)로부터 밸브(154) 및 유동 제한기(155)를 통해 캐니스터(302) 내로 통과된다. 밸브(152)는 이송 프로세스 동안에 폐쇄 상태로 유지될 수 있거나, 추가적인 산소 부화 공기가 필요한 경우에 개방될 수 있다. 밸브(154)의 제어된 개방과 결합된 적절한 유동 제한기(151 및 155)의 선택은 제어된 양의 산소 부화 공기가 캐니스터(304)로부터 캐니스터(302)로 보내질 수 있게 한다. 일 구현예에서, 산소 부화 공기의 제어된 양은 캐니스터(302)를 퍼지하고 캐니스터(302)의 배출 밸브(132)를 통한 산소 부화 공기의 손실을 최소화하기에 충분한 양이다. 이러한 구현예는 캐니스터(302)의 배출을 설명하고 있지만, 유동 제한기(151), 밸브(152) 및 유동 제한기(153)를 사용하여 캐니스터(304)를 배출하기 위해 동일한 프로세스가 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
한 쌍의 균등화/배출 밸브(152/154)는 유동 제한기(153 및 155)와 함께 작동하여 2 개의 캐니스터 사이의 가스 유동 균형을 최적화한다. 이것은 캐니스터 중 하나에 다른 캐니스터로부터 산소 부화 공기를 배출하기 위한 보다 양호한 유동 제어를 허용할 수 있다. 그것은 또한 2 개의 캐니스터 사이에 보다 양호한 유동 방향을 제공할 수 있다. 유동 밸브(152/154)가 양방향 밸브로서 작동될 수 있지만, 이와 같은 밸브를 통한 유량은 밸브를 통해 유동하는 유체의 방향에 따라 달라진다는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 캐니스터(304)로부터 캐니스터(302)를 향해 유동하는 산소 부화 공기는 캐니스터(302)로부터 캐니스터(304)를 향해 유동하는 산소 부화 공기의 밸브(152)를 통한 유량보다 많은 밸브(152)를 통한 유량을 갖는다. 단일 밸브가 사용되었다면, 결국 너무 많거나 너무 적은 산소 부화 공기가 캐니스터들 사이에서 보내지고, 캐니스터는 시간 경과에 따라 상이한 양의 산소 부화 공기를 생성하기 시작할 것이다. 병렬 공기 경로에 대향하는 밸브 및 유동 제한기의 사용은 2 개의 캐니스터 사이에서의 산소 부화 공기의 유동 패턴을 균등화할 수 있다. 유동을 균등화하는 것은 일정량의 산소 부화 공기가 다수의 사이클에 걸쳐 사용자에게 이용 가능하게 할 수 있고, 예측 가능한 용적의 산소 부화 공기가 다른 캐니스터를 퍼지하게 할 수 있다. 일부 구현예에서, 공기 경로는 제한기를 갖지 않을 수 있고, 대신에 내장형 저항을 갖는 밸브를 가질 수 있거나, 공기 경로 자체가 저항을 제공하도록 좁은 반경을 가질 수 있다.
때로는, 산소 발생기가 소정 기간 동안 가동 정지될 수 있다. 산소 발생기가 가동 정지되는 경우, 압축 시스템으로부터의 단열 열 손실의 결과로서 캐니스터 내부의 온도가 하강할 수 있다. 온도가 하강함에 따라, 캐니스터 내부의 가스가 차지하는 용적이 감소할 것이다. 캐니스터의 냉각은 캐니스터에 음압을 야기할 수 있다. 캐니스터로 그리고 캐니스터로부터 이어지는 밸브(예를 들어, 밸브(122, 124, 132 및 134))는 기밀하게 밀봉되기보다는 동적으로 밀봉된다. 따라서, 가동 정지 후에 차압을 수용하기 위해 외부 공기가 캐니스터로 진입할 수 있다. 외부 공기가 캐니스터로 진입하는 경우, 외부 공기로부터의 수분이 가스 분리 흡착제에 의해 흡착될 수 있다. 캐니스터 내부의 물의 흡착은 가스 분리 흡착제의 점진적인 열화로 이어져서, 산소 부화 공기를 생성하는 가스 분리 흡착제의 능력을 꾸준히 감소시킬 수 있다.
일 구현예에서, 가동 정지 이전에 캐니스터 둘 모두를 가압함으로써 산소 발생기가 가동 정지된 후에 외부 공기가 캐니스터로 진입하는 것이 저지될 수 있다. 양압 하에서 캐니스터를 저장함으로써, 밸브는 캐니스터 내의 공기의 내부 압력에 의해 밀폐된 위치로 강제될 수 있다. 일 구현예에서, 캐니스터 내의 압력은, 가동 정지 시에, 적어도 주변 압력보다 높아야 한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "주변 압력"은 산소 발생기가 위치되는 주위환경의 압력(예를 들어, 실내, 실외, 기내 등의 압력)을 지칭한다. 일 구현예에서, 캐니스터 내의 압력은, 가동 정지 시에, 적어도 표준 대기압보다 높다(즉, 760 mmHg(Torr), 1 atm, 101,325 Pa보다 높음). 일 구현예에서, 캐니스터 내의 압력은, 가동 정지 시에, 주변 압력보다 적어도 약 1.1 배 더 높거나; 주변 압력보다 적어도 약 1.5 배 더 높거나; 주변 압력보다 적어도 약 2 배 더 높다.
일 구현예에서, 캐니스터의 가압은 가압 공기를 압축 시스템으로부터 각각의 캐니스터 내로 지향시키고 모든 밸브를 폐쇄하여 가압 공기를 캐니스터에 가둠으로써 달성될 수 있다. 예시적인 구현예에서, 가동 정지 시퀀스가 개시되는 경우, 입구 밸브(122 및 124)는 개방되고, 출구 밸브(132 및 134)는 폐쇄된다. 입구 밸브(122 및 124)가 공통 도관에 의해 함께 결합되어 있기 때문에, 하나의 캐니스터로부터의 공기 및/또는 산소 부화 공기가 다른 캐니스터로 이송될 수 있으므로 양쪽 캐니스터(302 및 304) 모두가 가압될 수 있다. 이러한 상황은 압축 시스템과 2 개의 입구 밸브 사이의 경로가 이와 같은 이송을 허용하는 경우에 발생할 수 있다. 산소 발생기는 교번하는 가압/배출 모드로 작동하기 때문에, 캐니스터 중 적어도 하나는 임의의 주어진 시간에 가압 상태에 있어야 한다. 대안적인 구현예에서, 압축 시스템(200)의 작동에 의해 각 캐니스터에서 압력이 증가될 수 있다. 입구 밸브(122 및 124)가 개방되는 경우, 캐니스터(302 및 304) 사이의 압력이 균등화되지만, 어느 캐니스터 내의 균등화된 압력은 가동 정지 동안에 공기가 캐니스터로 진입하는 것을 저지하기에 충분하지 않을 수 있다. 공기가 캐니스터로 진입하는 것을 저지하는 것을 보장하기 위해, 압축 시스템(200)은 양쪽 캐니스터 내부의 압력을 적어도 주변 압력보다 높은 레벨로 증가시키기에 충분한 시간 동안 작동될 수 있다. 캐니스터의 가압 방법에 관계없이, 캐니스터가 가압되면, 입구 밸브(122 및 124)가 폐쇄되어, 가압 공기를 캐니스터 내부에 가두며, 이는 가동 정지 기간 동안에 공기가 캐니스터로 진입하는 것을 저지한다.
도 1c를 참조하면, 산소 발생기(100)의 구현예가 도시되어 있다. 산소 발생기(100)는 압축 시스템(200), 캐니스터 시스템(300), 및 외부 하우징(170) 내에 배치된 전원 공급장치(180)를 포함한다. 입구(101)는 환경으로부터의 공기가 산소 발생기(100)로 진입할 수 있게 하도록 외부 하우징(170)에 위치된다. 입구(101)는 공기가 격실 내로 유동할 수 있게 하여 격실 내의 구성요소의 냉각을 도울 수 있다. 전원 공급장치(180)는 산소 발생기(100)에 전원을 제공한다. 압축 시스템(200)은 입구(105) 및 머플러(108)를 통해 공기를 흡인한다. 머플러(108)는 압축 시스템에 의해 흡인되는 공기의 소음을 감소시킬 수 있으며, 또한 유입되는 공기로부터 물을 제거하기 위한 건조제 재료를 포함할 수 있다. 산소 발생기(100)는 산소 발생기로부터 출구(173)를 통해 공기 및 다른 가스를 배출하는 데 사용되는 팬(172)을 추가로 포함할 수 있다.
압축 시스템
일부 구현예에서, 압축 시스템(200)은 하나 이상의 압축기를 포함한다. 다른 구현예에서, 압축 시스템(200)은 캐니스터 시스템(300)의 모든 캐니스터에 결합된 단일 압축기를 포함한다. 도 1d 및 도 8e를 참조하면, 압축기(210) 및 모터(220)를 포함하는 압축 시스템(200)이 도시되어 있다. 모터(220)는 압축기(210)에 결합되고 압축기에 작동력을 제공하여 압축 메커니즘을 작동시킨다. 예를 들어, 모터(220)는 공기를 압축하는 압축기의 구성요소의 주기적 운동을 유발하는 회전 구성요소를 제공하는 모터일 수 있다. 압축기(210)가 피스톤형 압축기인 경우, 모터(220)는 압축기(210)의 피스톤이 왕복하게 하는 작동력을 제공한다. 피스톤의 왕복은 압축기(210)에 의해 압축 공기가 생성되게 한다. 압축 공기의 압력은 압축기가 작동되는 속도(예를 들어, 피스톤이 왕복하는 속도)에 의해 부분적으로 추정된다. 따라서, 모터(220)는 압축기(210)에 의해 생성된 공기의 압력을 동적으로 제어하기 위해 다양한 속도로 작동 가능한 가변 속도 모터일 수 있다.
일 구현예에서, 압축기(210)는 피스톤을 갖는 단일 헤드 워블형 압축기(single head wobble type compressor)를 포함한다. 다이어프램 압축기 및 다른 유형의 피스톤 압축기와 같은 다른 유형의 압축기가 사용될 수 있다. 모터(220)는 DC 또는 AC 모터일 수 있고, 압축기(210)의 압축 구성요소에 작동 동력을 제공한다. 모터(220)는 일 구현예에서 브러시리스 DC 모터일 수 있다. 모터(220)는 압축기(210)의 압축 구성요소를 가변 속도로 작동하도록 구성된 가변 속도 모터일 수 있다. 모터(220)는 도 1b에 도시된 바와 같이 제어기(400)에 연결될 수 있으며, 제어기(400)는 모터의 작동을 제어하는 작동 신호를 모터로 송신한다. 예를 들어, 제어기(400)는 모터를 켜고, 모터를 끄고, 모터의 작동 속도를 설정하는 신호를 모터(220)로 송신할 수 있다. 따라서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 압축 시스템은 속도 센서(201)를 포함할 수 있다. 속도 센서는 모터(220)의 회전 속도 및/또는 압축 시스템(200)의 다른 왕복 작동을 결정하는 데 사용되는 모터 속도 변환기일 수 있다. 예를 들어, 모터 속도 변환기로부터의 모터 속도 신호는 제어기(400)에 제공될 수 있다. 속도 센서 또는 모터 속도 변환기는 예를 들어 홀 효과 센서(Hall effect sensor)일 수 있다. 제어기(400)는 속도 신호 및/또는 압력 센서(예를 들어, 어큐뮬레이터 압력 센서(107))와 같은 산소 발생기의 임의의 다른 센서 신호에 기초하여 모터(220)를 통해 압축 시스템을 작동할 수 있다. 따라서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제어기(400)는 속도 센서(201)로부터의 속도 신호 및 어큐뮬레이터 압력 센서(107)로부터의 어큐뮬레이터 압력 신호와 같은 센서 신호를 수신한다. 이와 같은 신호(들)에 의해, 제어기는 본원에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이 어큐뮬레이터 압력 및/또는 모터 속도와 같은 센서 신호에 기초하여 압축 시스템의 작동을 위한 하나 이상의 제어 루프(예를 들어, 피드백 제어)를 구현할 수 있다.
압축 시스템(200)은 본질적으로 상당한 열을 생성한다. 열은 모터(220)에 의한 전력의 소비 및 기계적 운동으로의 전력의 변환에 의해 유발된다. 압축기(210)는 압축되는 공기에 의한 압축기 구성요소의 이동에 대한 저항 증가로 인해 열을 발생시킨다. 열은 또한 압축기(210)에 의한 공기의 단열 압축으로 인해 본질적으로 발생된다. 따라서, 공기의 지속적인 가압은 인클로저(enclosure)에 열을 생성한다. 추가적으로, 전원 공급장치(180)는 전력이 압축 시스템(200)에 공급될 때 열을 생성할 수 있다. 또한, 산소 발생기의 사용자는 실내보다 잠재적으로 더 높은 주변 온도의 컨디셔닝되지 않은 환경(예를 들어, 실외)에서 디바이스를 작동할 수 있으며, 따라서 유입되는 공기가 이미 가열된 상태에 있을 것이다.
산소 발생기(100) 내부에서 생성된 열은 문제가 될 수 있다. 리튬 이온 배터리는 일반적으로 긴 수명 및 경량으로 인해 산소 발생기의 전원 공급장치로서 이용된다. 그러나, 리튬 이온 배터리 팩은 상승된 온도에서 위험하며, 위험할 정도로 높은 전원 공급장치 온도가 검출되는 경우에 시스템을 가동 정지하기 위해 안전 제어부가 산소 발생기(100)에 사용된다. 추가적으로, 산소 발생기(100)의 내부 온도가 상승함에 따라, 산소 발생기에 의해 발생된 산소의 양이 감소할 수 있다. 이것은 부분적으로 더 높은 온도에서 주어진 용적의 공기 중 산소량이 감소하기 때문이다. 생성된 산소량이 사전결정된 양 미만으로 하강하면, 산소 발생기(100)는 자동으로 가동 정지될 수 있다.
산소 발생기의 콤팩트한 성질로 인해, 열 발산이 어려울 수 있다. 솔루션은 전형적으로 하나 이상의 팬을 사용하여 인클로저를 통한 냉각 공기의 유동을 생성하는 것을 포함한다. 그러나, 이와 같은 솔루션은 전원 공급장치(180)로부터 추가 전력을 필요로 하며, 따라서 산소 발생기의 휴대 사용 시간을 단축시킨다. 일 구현예에서, 모터(220)에 의해 생성된 기계적 동력을 이용하는 수동 냉각 시스템이 사용될 수 있다. 도 1d 및 도 8e를 참조하면, 압축 시스템(200)은 외부 회전 전기자(230)를 갖는 모터(220)를 포함한다. 구체적으로, 모터(220)(예를 들어, DC 모터)의 전기자(230)는 전기자를 구동하는 고정 필드(stationary field) 주위에 래핑된다. 모터(220)는 전체 시스템에 대한 열의 큰 기여자이기 때문에, 모터에서 열을 전달하여 이를 인클로저 밖으로 일소하는 것이 유용하다. 외부 고속 회전에 의하면, 모터의 주요 구성요소와 그것이 존재하는 공기의 상대 속도는 매우 높다. 전기자의 표면적은 내부에 장착되는 경우보다 외부에 장착되는 경우에 더 크다. 열 교환 속도는 표면적과 속도의 제곱에 비례하기 때문에, 외부에 장착된 더 큰 표면적의 전기자를 사용하는 것이 모터(220)로부터 열이 발산되는 능력을 증가시킨다. 전기자를 외부에 장착하는 것에 의한 냉각 효율의 증대는 하나 이상의 냉각 팬을 제거할 수 있게 하고, 따라서 산소 발생기 내부를 적절한 온도 범위 이내로 유지하면서 중량 및 전력 소비를 감소시킨다. 추가적으로, 외부에 장착된 전기자의 회전은 모터에 근접한 공기의 이동을 생성하여 추가적인 냉각을 생성한다.
더욱이, 외부 회전 전기자는 모터의 효율을 도와서, 열이 덜 발생되게 할 수 있다. 외부 전기자를 갖는 모터는 내연 기관에서 플라이휠이 작동하는 방식과 유사하게 작동한다. 모터가 압축기를 구동할 때, 낮은 압력에서는 회전 저항이 낮다. 압축 공기의 압력이 더 높은 경우, 모터의 회전 저항은 더 높다. 결과적으로, 모터는 이상적인 회전 안정성을 일관되게 유지하지 못하고, 대신에 압축기의 압력 요구에 따라 서지 및 감속된다. 모터가 서지 및 감속하는 이러한 경향은 비효율적이며, 따라서 열을 발생시킨다. 외부 전기자의 사용은 모터에 더 큰 각운동량을 추가하여, 모터에 의해 경험되는 가변 저항을 보상하는 것을 돕는다. 모터가 세게 작동할 필요가 없으므로, 모터에 의해 생성되는 열이 감소될 수 있다.
일 구현예에서, 공기 이송 디바이스(240)를 외부 회전 전기자(230)에 결합함으로써 냉각 효율이 더욱 증가될 수 있다. 일 구현예에서, 공기 이송 디바이스(240)는 외부 전기자(230)의 회전이 공기 이송 디바이스(240)로 하여금 모터의 적어도 일부를 통과하는 공기 유동을 생성하게 하도록 외부 전기자(230)에 결합된다. 일 구현예에서, 공기 이송 디바이스(240)는 외부 전기자(230)에 결합된 하나 이상의 팬 블레이드(fan blade)를 포함한다. 일 구현예에서, 공기 이송 디바이스(240)가 외부 회전 전기자(230)의 이동에 의해 회전되는 임펠러로서 작용하도록 복수의 팬 블레이드가 환형 링으로 배열될 수 있다. 도 1d 및 도 8e에 도시된 바와 같이, 공기 이송 디바이스(240)는 모터(220)와 정렬하여 외부 전기자(230)의 외부 표면에 장착될 수 있다. 전기자(230)에 대한 공기 이송 디바이스(240)의 장착은 공기 유동이 외부 회전 전기자(230)의 주요 부분을 향해 지향될 수 있게 하여 사용 동안에 냉각 효과를 제공한다. 일 구현예에서, 공기 이송 디바이스(240)는 외부 회전 전기자(230)의 대부분이 공기 유동 경로에 있도록 공기 유동을 지향시킨다.
또한, 도 1d 및 도 8e를 참조하면, 압축기(210)에 의해 가압된 공기는 압축기 출구(212)에서 압축기(210)를 빠져나간다. 압축기 출구 도관(250)은 압축 공기를 캐니스터 시스템(300)으로 이송하도록 압축기 출구(212)에 결합된다. 이전에 언급된 바와 같이, 공기의 압축은 공기의 온도 상승을 유발한다. 이러한 온도 상승은 산소 발생기의 효율에 해로울 수 있다. 가압 공기의 온도를 하강시키기 위해, 압축기 출구 도관(250)은 공기 이송 디바이스(240)에 의해 생성된 공기 유동 경로에 배치된다. 압축기 출구 도관(250)의 적어도 일부는 모터(220)에 근접하게 위치될 수 있다. 따라서, 공기 이송 디바이스(240)에 의해 생성된 공기 유동은 모터(220) 및 압축기 출구 도관(250) 모두와 접촉할 수 있다. 일 구현예에서, 압축기 출구 도관(250)의 대부분은 모터(220)에 근접하게 위치된다. 일 구현예에서, 압축기 출구 도관(250)은 도 1e에 도시된 바와 같이 모터(220) 주위에 코일링된다.
일 구현예에서, 압축기 출구 도관(250)은 열 교환 금속으로 구성된다. 열 교환 금속은 알루미늄, 탄소강, 스테인리스강, 티타늄, 구리, 구리-니켈 합금 또는 이들 금속의 조합으로 형성된 다른 합금을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 따라서, 압축기 출구 도관(250)은 공기의 압축에 의해 본질적으로 유발되는 열을 제거하기 위해 열 교환기로서 작용할 수 있다. 압축 공기로부터 열을 제거함으로써, 주어진 압력에서 주어진 용적의 분자 수가 증가한다. 결과적으로, 각각의 압력 스윙 사이클 동안에 각 캐니스터에 의해 발생될 수 있는 산소 부화 공기의 양이 증가될 수 있다.
본원에 설명된 열 발산 메커니즘은 수동적이거나, 산소 발생기(100)에 필요한 요소를 사용한다. 따라서, 예를 들어, 추가적인 동력을 필요로 하는 시스템을 사용하지 않고서도 열 발산이 증가될 수 있다. 추가적인 동력을 필요로 하지 않음으로써, 배터리 팩의 실행 시간이 증가될 수 있고, 산소 발생기의 크기 및 중량이 최소화될 수 있다. 마찬가지로, 추가적인 박스 팬 또는 냉각 유닛의 사용이 제거될 수 있다. 이와 같은 추가적인 특징부들의 제거는 산소 발생기의 중량 및 전력 소비를 감소시킨다.
상기에서 논의된 바와 같이, 공기의 단열 압축은 공기 온도가 상승하게 한다. 캐니스터 시스템(300)의 캐니스터의 배출 동안에, 캐니스터로부터 방출되는 가스의 압력이 감소한다. 캐니스터 내의 가스의 단열 감압은 가스가 배출될 때 가스의 온도가 하강하게 한다. 일 구현예에서, 캐니스터 시스템(300)으로부터 배출된 냉각된 배기 가스(327)는 전원 공급장치(180) 및 압축 시스템(200)을 향해 지향된다. 일 구현예에서, 캐니스터 시스템(300)의 베이스(315)는 캐니스터로부터의 배기 가스를 수용한다. 배기 가스(327)는 베이스(315)를 통해 베이스의 출구(325) 및 전원 공급장치(180)를 향해 지향된다. 언급된 바와 같이, 배기 가스는 가스의 감압으로 인해 냉각되며, 따라서 수동적으로 전원 공급장치(180)에 냉각을 제공한다. 압축 시스템이 작동되는 경우, 공기 이송 디바이스(240)는 냉각된 배기 가스를 수집하고, 배기 가스를 압축 시스템(200)의 모터를 향해 지향시킬 것이다. 팬(172)은 또한 배기 가스를 압축 시스템(200)을 가로질러 그리고 하우징(170) 밖으로 지향시키는 것을 도울 수 있다. 이러한 방식으로, 배터리로부터의 임의의 추가 전력에 대한 필요 없이 추가 냉각이 얻어질 수 있다.
캐니스터 시스템
산소 발생기(100)는 적어도 2 개의 캐니스터를 포함할 수 있으며, 각각의 캐니스터는 가스 분리 흡착제를 포함한다. 성형된 하우징으로부터 형성된 산소 발생기(100)의 캐니스터가 배치될 수 있다. 일 구현예에서, 캐니스터 시스템(300)은 도 1i에 도시된 바와 같이 2 개의 하우징 구성요소(310 및 510)를 포함한다. 다양한 구현예에서, 산소 발생기(100)의 하우징 구성요소(310 및 510)는 2 개의 캐니스터(302 및 304) 및 어큐뮬레이터(106)를 한정하는 2-부분 성형 플라스틱 프레임을 형성할 수 있다. 하우징 구성요소(310 및 510)는 별도로 형성된 후에 함께 결합될 수 있다. 일부 구현예에서, 하우징 구성요소(310 및 510)는 사출 성형 또는 압축 성형될 수 있다. 하우징 구성요소(310 및 510)는 폴리카보네이트, 메틸렌 카바이드, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 폴리염화비닐과 같은 열가소성 중합체로 제조될 수 있다. 다른 구현예에서, 하우징 구성요소(310 및 510)는 열경화성 플라스틱 또는 금속(예컨대, 스테인리스강 또는 경량 알루미늄 합금)으로 제조될 수 있다. 산소 발생기(100)의 중량을 감소시키기 위해 경량 재료가 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 2 개의 하우징(310 및 510)은 나사 또는 볼트를 사용하여 함께 체결될 수 있다. 대안적으로, 하우징 구성요소(310 및 510)는 함께 용제 용접될 수 있다.
도시된 바와 같이, 밸브 시트(322, 324, 332 및 334) 및 공기 경로(330 및 346)는 산소 발생기(100)의 공기 유동 전체에 걸쳐 필요한 밀봉 연결의 수를 감소시키기 위해 하우징 구성요소(310)에 통합될 수 있다.
하우징 구성요소(310 및 510)의 상이한 섹션들 사이의 공기 경로/튜빙은 성형된 도관의 형태를 취할 수 있다. 공기 경로를 위한 성형된 채널 형태의 도관은 하우징 구성요소(310 및 510)에서 다수의 평면을 차지할 수 있다. 예를 들어, 성형된 공기 도관은 하우징 구성요소(310 및 510)에서 상이한 깊이 및 상이한 x, y, z 위치에 형성될 수 있다. 일부 구현예에서, 도관의 대부분 또는 실질적으로 전부는 잠재적인 누출 지점을 감소시키기 위해 하우징 구성요소(310 및 510)에 통합될 수 있다.
일부 구현예에서, 하우징 구성요소(310 및 510)를 함께 결합하기 전에, 하우징 구성요소가 적절하게 밀봉되는 것을 보장하기 위해 하우징 구성요소(310 및 510)의 다양한 지점들 사이에 O-링이 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 구성요소들이 하우징 구성요소(310 및 510)에 통합되고/되거나 별도로 결합될 수 있다. 예를 들어, 튜빙, 유동 제한기(예를 들어, 압입식 유동 제한기), 산소 센서, 가스 분리 흡착제, 체크 밸브, 플러그, 프로세서, 전원 공급장치 등은 하우징 구성요소가 함께 결합되기 이전 및/또는 이후에 하우징 구성요소(310 및 510)에 결합될 수 있다.
일부 구현예에서, 하우징 구성요소(310 및 510)의 외부로 이어지는 애퍼처(337)가 유동 제한기와 같은 디바이스를 삽입하는 데 사용될 수 있다. 애퍼처는 또한 성형성 증가를 위해 사용될 수도 있다. 하나 이상의 애퍼처는 성형 후에 (예를 들어, 플라스틱 플러그에 의해) 플러깅될 수 있다. 일부 구현예에서, 유동 제한기는 통로를 밀봉하도록 플러그를 삽입하기 전에 통로 내로 삽입될 수 있다. 압입식 유동 제한기는 압입식 유동 제한기와 각자의 애퍼처 사이에 마찰 끼워맞춤을 허용할 수 있는 직경을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 일단 삽입되면 압입식 유동 제한기를 제자리에 유지하기 위해 접착제가 압입식 유동 제한기의 외부에 추가될 수 있다. 일부 구현예에서, 플러그는 각자의 튜브와 마찰 끼워맞춤을 가질 수 있다(또는 그 외부 표면에 도포된 접착제를 가질 수 있음). 압입식 유동 제한기 및/또는 다른 구성요소는 좁은 팁 도구 또는 로드(rod)(예를 들어, 각각의 애퍼처의 직경보다 작은 직경을 가짐)를 사용하여 각자의 애퍼처 내로 삽입 및 가압될 수 있다. 일부 구현예에서, 압입식 유동 제한기는 튜브의 특징부와 접하여 삽입을 중단할 때까지 각자의 튜브 내로 삽입될 수 있다. 예를 들어, 특징부는 반경의 감소부를 포함할 수 있다. 다른 특징부가 또한 고려된다(예를 들어, 튜빙의 측면에 있는 범프(bump), 나사산 등). 일부 구현예에서, 압입식 유동 제한기는 (예를 들어, 좁은 튜브 세그먼트로서) 하우징 구성요소 내로 성형될 수 있다.
일부 구현예에서, 스프링 배플(spring baffle)(139)이 하우징 구성요소(310 및 510)의 각각의 캐니스터 수용 부분 내에 배치될 수 있으며, 배플(139)의 스프링 측면은 캐니스터의 배출구와 대면한다. 스프링 배플(139)은 가스 분리 흡착제가 배출구 애퍼처로 진입하는 것을 방지하는 것을 도우면서도 캐니스터 내의 가스 분리 흡착제에 힘을 인가할 수 있다. 스프링 배플(139)의 사용은 팽창(예를 들어, 열 팽창)을 허용하면서도 가스 분리 흡착제를 콤팩트하게 유지할 수 있다. 가스 분리 흡착제를 콤팩트하게 유지함으로써, 산소 발생기(100)의 이동 동안에 가스 분리 흡착제가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
일부 구현예에서, 필터(129)가 각각의 캐니스터의 입구와 대면하는 하우징 구성요소(310 및 510)의 각각의 캐니스터 수용 부분 내에 배치될 수 있다. 필터(129)는 캐니스터로 진입하는 공급 가스 스트림으로부터 입자를 제거한다.
일부 구현예에서, 압축 시스템(200)으로부터의 가압 공기가 공기 입구(306)로 진입할 수 있다. 공기 입구(306)는 입구 도관(330)에 결합된다. 공기는 입구(306)를 통해 하우징 구성요소(310)로 진입하고 입구 도관(330)을 통해 이동한 후에, 밸브 시트(322 및 324)로 이동한다. 도 1j 및 도 1k는 하우징 구성요소(310)의 단부도를 도시한다. 도 1j는 밸브를 하우징 구성요소(310)에 끼우기 전의 하우징 구성요소(310)의 단부도를 도시한다. 도 1k는 밸브가 하우징 구성요소(310)에 끼워진 상태의 하우징 구성요소(310)의 단부도를 도시한다. 밸브 시트(322 및 324)는 각각 입구 밸브(122 및 124)를 수용하도록 구성된다. 입구 밸브(122)는 캐니스터(302)에 결합되고, 입구 밸브(124)는 캐니스터(304)에 결합된다. 하우징 구성요소(310)는 또한 출구 밸브(132 및 134)를 각각 수용하도록 구성된 밸브 시트(332 및 334)를 포함한다. 출구 밸브(132)는 캐니스터(302)에 결합되고, 출구 밸브(134)는 캐니스터(304)에 결합된다. 입구 밸브(122/124)는 입구 도관(330)으로부터 각각의 캐니스터로의 공기의 통과를 제어하는 데 사용된다.
일 구현예에서, 가압 공기가 캐니스터(302 또는 304) 중 하나로 보내지는 한편, 다른 캐니스터는 배출되고 있다. 예를 들어, 사용 동안에, 입구 밸브(122)는 개방되는 한편, 입구 밸브(124)는 폐쇄된다. 압축 시스템(200)으로부터의 가압 공기는 입구 밸브(124)에 의해 캐니스터(304)로 진입하는 것이 저지되면서 캐니스터(302) 내로 강제된다. 캐니스터(302)의 가압 동안에, 출구 밸브(132)는 폐쇄되고, 출구 밸브(134)는 개방된다. 입구 밸브와 유사하게, 출구 밸브(132 및 134)는 서로 다른 위상으로 작동된다. 밸브 시트(322)는 하우징 구성요소(310)를 통해 캐니스터(302) 내로 통과하는 개구(323)를 포함한다. 유사하게, 밸브 시트(324)는 하우징 구성요소(310)를 통해 캐니스터(302) 내로 통과하는 개구(375)를 포함한다. 입구 도관(330)으로부터의 공기는 각각의 밸브(122 및 124)가 개방된 경우에 개구(323 또는 375)를 통과하여, 캐니스터로 진입한다.
체크 밸브(142 및 144)(도 1i 참조)는 캐니스터(302 및 304)에 각각 결합된다. 체크 밸브(142 및 144)는 캐니스터가 가압되고 배출될 때 발생하는 차압에 의해 수동적으로 작동되는 일방향 밸브이다. 캐니스터(302 및 304)에서 생성된 산소 부화 공기는 캐니스터로부터 하우징 구성요소(510)의 개구(542 및 544) 내로 통과한다. 통로(도시되지 않음)는 개구(542 및 544)를 도관(342 및 344)에 각각 연결한다. 캐니스터(302)에서 생성된 산소 부화 공기는 캐니스터 내의 압력이 체크 밸브(142)를 개방하기에 충분할 때 캐니스터로부터 개구(542)를 통해 도관(342) 내로 통과한다. 체크 밸브(142)가 개방되는 경우, 산소 부화 공기는 도관(342)을 통해 하우징 구성요소(310)의 단부를 향해 유동한다. 유사하게, 캐니스터(304)에서 생성된 산소 부화 공기는 캐니스터 내의 압력이 체크 밸브(144)를 개방하기에 충분할 때 캐니스터로부터 개구(544)를 통해 도관(344) 내로 통과한다. 체크 밸브(144)가 개방되는 경우, 산소 부화 공기는 도관(344)을 통해 하우징 구성요소(310)의 단부를 향해 유동한다.
어느 캐니스터로부터의 산소 부화 공기는 도관(342 또는 344)을 통해 이동하고 하우징 구성요소(310)에 형성된 도관(346)으로 진입한다. 도관(346)은 이 도관을 도관(342), 도관(344) 및 어큐뮬레이터(106)에 결합하는 개구를 포함한다. 따라서, 캐니스터(302 또는 304)에서 생성된 산소 부화 공기는 도관(346)으로 이동하고, 어큐뮬레이터(106) 내로 통과한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 어큐뮬레이터(106) 내의 가스 압력은 센서, 예컨대 어큐뮬레이터 압력 센서(107)에 의해 측정될 수 있다. (또한 도 1f 참조) 따라서, 어큐뮬레이터 압력 센서는 축적된 산소 부화 공기의 압력을 나타내는 신호를 제공한다. 적합한 압력 변환기의 예는 HONYWELL ASDX 시리즈의 센서이다. 대안적인 적합한 압력 변환기는 GENERAL ELECTRIC의 NPA 시리즈의 센서이다. 일부 버전에서, 압력 센서는 대안적으로, 예컨대 볼러스로 사용자에게 전달하기 위해 산소 부화 공기의 방출을 제어하는 밸브(예를 들어, 공급 밸브(160))와 어큐뮬레이터(106) 사이의 출력 경로에서, 어큐뮬레이터(106) 외부의 가스 압력을 측정할 수 있다.
일정 시간 후에, 가스 분리 흡착제는 질소로 포화되고, 유입되는 공기로부터 상당량의 질소를 분리할 수 없게 될 것이다. 캐니스터 내의 가스 분리 흡착제가 이러한 포화점에 도달하는 경우, 압축 공기의 유입이 중단되고, 캐니스터는 흡착제로부터 질소를 탈착시키도록 배출된다. 캐니스터(302)는 입구 밸브(122)를 폐쇄하고 출구 밸브(132)를 개방함으로써 배출된다. 출구 밸브(132)는 캐니스터(302)로부터 배출된 가스를 하우징 구성요소(310)의 단부에 의해 한정된 용적부 내로 방출한다. 발포체 재료는 캐니스터로부터의 가스의 방출에 의해 생기는 음을 감소시키기 위해 하우징 구성요소(310)의 단부를 덮을 수 있다. 유사하게, 캐니스터(304)는 입구 밸브(124)를 폐쇄하고 출구 밸브(134)를 개방함으로써 배출된다. 출구 밸브(134)는 캐니스터(304)로부터 배출된 가스를 하우징 구성요소(310)의 단부에 의해 한정된 용적부 내로 방출한다.
캐니스터(302)가 배출되는 동안에, 캐니스터(304)는 전술한 것과 동일한 방식으로 산소 부화 공기를 생성하도록 가압된다. 캐니스터(304)의 가압은 출구 밸브(134)를 폐쇄하고 입구 밸브(124)를 개방함으로써 달성된다. 산소 부화 공기는 체크 밸브(144)를 통해 캐니스터(304)를 빠져나간다.
예시적인 구현예에서, 산소 부화 공기의 일부는 캐니스터(304)에서 질소가 배출될 때 캐니스터(302)로부터 캐니스터(304)로 이송될 수 있다. 캐니스터(304)의 배출 동안 캐니스터(302)로부터 캐니스터(304)로의 산소 부화 공기의 이송은 흡착제에 인접한 질소의 부분 압력을 강하시킴으로써 흡착제로부터 질소를 탈착시키는 것을 돕는다. 산소 부화 공기의 유동은 또한 캐니스터로부터 탈착된 질소(및 다른 가스)를 퍼지하는 것을 돕는다. 캐니스터들 사이에서의 산소 부화 공기의 유동은 도 1b에 도시된 바와 같이 유동 제한기 및 밸브를 사용하여 제어된다. 캐니스터들 사이에서 산소 부화 공기를 이송하는 데 사용하기 위해 3 개의 도관이 하우징 구성요소(510)에 형성된다. 도 1l에 도시된 바와 같이, 도관(530)은 캐니스터(302)를 캐니스터(304)에 결합한다. 유동 제한기(151)(도시되지 않음)는 사용 동안에 산소 부화 공기의 유동을 제한하기 위해 캐니스터(302)와 캐니스터(304) 사이의 도관(530)에 배치된다. 도관(532)도 또한 캐니스터(302)를 캐니스터(304)에 결합한다. 도관(532)은 도 1m에 도시된 바와 같이 밸브(152)를 수용하는 밸브 시트(552)에 결합된다. 유동 제한기(153)(도시되지 않음)는 캐니스터(302 및 304) 사이의 도관(532)에 배치된다. 도관(534)도 또한 캐니스터(302)를 캐니스터(304)에 연결한다. 도관(534)은 도 1m에 도시된 바와 같이 밸브(154)를 수용하는 밸브 시트(554)에 결합된다. 유동 제한기(155)(도시되지 않음)는 캐니스터(302 및 304) 사이의 도관(534)에 배치된다. 한 쌍의 균등화/배출 밸브(152/154)는 유동 제한기(153 및 155)와 함께 작동하여 2 개의 캐니스터 사이의 공기 유동 균형을 최적화한다.
어큐뮬레이터(106) 내의 산소 부화 공기는 공급 밸브(160)를 통해 하우징 구성요소(510)에 형성된 팽창 챔버(162) 내로 통과한다. 하우징 구성요소(510)의 개구(도시되지 않음)는 어큐뮬레이터(106)를 공급 밸브(160)에 결합한다. 일 구현예에서, 팽창 챔버(162)는 챔버를 통과하는 가스의 산소 순도(전형적으로 백분율로 표현되는 부분 산소 농도)를 추정하도록 구성된 하나 이상의 디바이스를 포함할 수 있다.
출구 시스템
하나 이상의 캐니스터에 결합된 출구 시스템은 산소 부화 공기를 사용자에게 제공하기 위한 하나 이상의 도관을 포함한다. 일 구현예에서, 캐니스터(302 및 304) 중 어느 하나에서 생성된 산소 부화 공기는 도 1b에 개략적으로 도시된 바와 같이 체크 밸브(142 및 144)를 통해 각각 어큐뮬레이터(106)에서 수집된다. 캐니스터를 나가는 산소 부화 공기는 사용자에게 제공되기 전에 산소 어큐뮬레이터(106)에서 수집될 수 있다. 일부 구현예에서, 산소 부화 공기를 사용자에게 제공하기 위해 튜브가 어큐뮬레이터(106)에 결합될 수 있다. 산소 부화 공기는 사용자의 입 및/또는 코로 산소 부화 공기를 전달하는 기도 전달 디바이스를 통해 사용자에게 제공될 수 있다. 일 구현예에서, 출구는 사용자의 코에 직접 연결되지 않을 수 있고 사용자의 코 및/또는 입을 향해 산소를 지향시키는 튜브를 포함할 수 있다.
도 1f를 참조하면, 산소 발생기를 위한 출구 시스템의 구현예의 개략도가 도시되어 있다. 어큐뮬레이터(106)로부터 사용자로의 산소 부화 공기의 방출을 제어하기 위해 공급 밸브(160)가 출구 튜브에 결합될 수 있다. 일 구현예에서, 공급 밸브(160)는 전자기 작동식 플런저 밸브이다. 공급 밸브(160)는 사용자에 대한 산소 부화 공기의 전달을 제어하도록 제어기(400)에 의해 작동된다. 공급 밸브(160)의 작동은 압력 스윙 흡착 프로세스와 타이밍되거나 동기화되지 않는다. 대신에, 후술하는 바와 같이 작동이 사용자의 호흡과 동기화된다. 일부 구현예에서, 공급 밸브(160)는 산소 부화 공기를 제공하기 위한 임상적으로 효과적인 진폭 프로파일을 설정하기 위해 연속적으로 평가되는 작동을 가질 수 있다.
어큐뮬레이터(106) 내의 산소 부화 공기는 도 1f에 도시된 바와 같이 공급 밸브(160)를 통해 팽창 챔버(162) 내로 통과한다. 일 구현예에서, 팽창 챔버(162)는 팽창 챔버(162)를 통과하는 가스의 산소 순도를 추정하도록 구성된 하나 이상의 디바이스를 포함할 수 있다. 팽창 챔버(162) 내의 산소 부화 공기는 공급 밸브(160)에 의한 어큐뮬레이터(106)로부터의 가스의 방출을 통해 잠시 축적되고, 다음에 소형 오리피스 유동 제한기(175)를 통해 유량 센서(185)로, 그리고 나서 미립자 필터(187)로 추기된다. 유동 제한기(175)는 0.25 D 유동 제한기일 수 있다. 다른 유동 제한기 유형 및 크기가 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 하우징 내의 공기 경로의 직경은 제한된 가스 유동을 생성하도록 제한될 수 있다. 유량 센서(185)는 도관을 통해 유동하는 가스의 속도를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 임의의 센서일 수 있다. 미립자 필터(187)는 산소 부화 공기를 사용자에게 전달하기 전에 박테리아, 먼지, 과립 입자 등을 필터링하는 데 사용될 수 있다. 산소 부화 공기는 필터(187)를 통해 커넥터(190)로 통과하고, 커넥터(190)는 산소 부화 공기를 전달 도관(192)을 통해 사용자에게 보내고 압력 센서(194)로 보낸다.
공급 밸브(160)의 프로그래밍된 작동과 결합된 출구 경로의 유체 역학은 과도한 낭비 없이 사용자의 폐 내로의 신속한 전달을 보증하는 진폭 프로파일로 정확한 시간에 산소의 볼러스가 제공되게 할 수 있다.
팽창 챔버(162)는 챔버를 통과하는 가스의 산소 순도를 결정하도록 적합화된 하나 이상의 산소 센서를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 팽창 챔버(162)를 통과하는 가스의 산소 순도는 산소 센서(165)를 사용하여 추정된다. 산소 센서는 가스의 산소 순도를 측정하도록 구성된 디바이스이다. 산소 센서의 예는 초음파 산소 센서, 전기적 산소 센서, 화학적 산소 센서 및 광학 산소 센서를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일 구현예에서, 산소 센서(165)는 초음파 방출기(166) 및 초음파 수신기(168)를 포함하는 초음파 산소 센서이다. 일부 구현예에서, 초음파 방출기(166)는 다수의 초음파 방출기를 포함할 수 있고, 초음파 수신기(168)는 다수의 초음파 수신기를 포함할 수 있다. 다수의 방출기/수신기를 갖는 구현예에서, 다수의 초음파 방출기 및 다수의 초음파 수신기는 축방향으로(예를 들어, 축방향 정렬에 수직일 수 있는 가스 유동 경로를 가로질러) 정렬될 수 있다.
사용 시에, 방출기(166)로부터의 초음파 음파는 챔버(162)에 배치된 산소 부화 공기를 통해 수신기(168)로 지향될 수 있다. 초음파 산소 센서(165)는 산소 부화 공기의 조성을 결정하기 위해 산소 부화 공기를 통한 음의 속도를 검출하도록 구성될 수 있다. 음의 속도는 질소 및 산소에서 상이하며, 2 개의 가스의 혼합물에서, 혼합물을 통한 음의 속도는 혼합물 내의 각 가스의 상대적인 양에 비례하는 중간 값일 수 있다. 사용 시에, 수신기(168)에서의 음은 방출기(166)로부터 보내진 음과 위상이 약간 다르다. 이러한 위상 시프트(phase shift)는 와이어를 통한 전자 펄스의 상대적으로 빠른 속도와 비교하여 가스 매체를 통한 음의 상대적으로 느린 속도로 인한 것이다. 그러면, 위상 시프트는 방출기와 수신기 사이의 거리에 비례하고, 팽창 챔버(162)를 통한 음의 속도에 반비례한다. 챔버 내의 가스의 밀도는 팽창 챔버를 통한 음의 속도에 영향을 미치고, 밀도는 팽창 챔버 내의 산소 대 질소의 비율에 비례한다. 따라서, 위상 시프트는 팽창 챔버 내의 산소의 농도를 측정하는 데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 어큐뮬레이터 내의 산소의 상대 농도는 어큐뮬레이터를 통해 이동하는 검출된 음파의 하나 이상의 특성의 함수로서 추정될 수 있다.
일부 구현예에서, 다수의 방출기(166) 및 수신기(168)가 사용될 수 있다. 방출기(166) 및 수신기(168)로부터의 판독치는 난류 시스템에 내재할 수 있는 에러를 감소시키도록 평균화될 수 있다. 일부 구현예에서, 통과 시간(transit time)을 측정하고 측정된 통과 시간을 다른 가스 및/또는 가스의 혼합물에 대한 사전결정된 통과 시간과 비교함으로써 다른 가스의 존재가 또한 검출될 수 있다.
초음파 산소 센서 시스템의 감도는, 예를 들어 몇 개의 음파 사이클이 방출기(166)와 수신기(168) 사이에서 발생할 수 있게 하도록, 방출기(166)와 수신기(168) 사이의 거리를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 일부 구현예에서, 적어도 2 개의 음파 사이클이 존재하는 경우, 변환기의 구조적 변화의 영향은 2 개의 시점에서 고정된 기준에 대한 위상 시프트를 측정함으로써 감소될 수 있다. 이후의 위상 시프트로부터 이전의 위상 시프트를 빼면, 팽창 챔버(162)의 열팽창에 의해 유발된 시프트가 감소되거나 상쇄될 수 있다. 방출기(166)와 수신기(168) 사이의 거리의 변화에 의해 유발된 시프트는 측정 간격에서 대략 동일할 수 있는 반면, 산소 순도의 변화로 인한 변화는 누적될 수 있다. 일부 구현예에서, 이후 시간에 측정된 시프트는 개재 사이클의 수와 곱해지고, 2 개의 인접한 사이클 사이의 시프트와 비교될 수 있다. 팽창 챔버 내의 산소의 감지에 관한 추가 세부사항은, 예를 들어 2009년 3월 12일자로 미국 공개 제2009/0065007 A1호로 공개되고 명칭이 "Oxygen Concentrator Apparatus and Method"인 미국 특허 출원 제12/163,549호에서 찾을 수 있으며, 이 문헌은 본원에 참조로 포함된다.
출구 시스템을 통해 흐르는 가스의 유량을 결정하기 위해 유량 센서(185)가 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 유량 센서는, 다이어프램/벨로우즈 유량계; 로터리 유량계(예를 들어, 홀 효과 유량계); 터빈 유량계; 오리피스 유량계; 및 초음파 유량계를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 유량 센서(185)는 제어기(400)에 결합될 수 있다. 출구 시스템을 통해 유동하는 가스의 속도는 사용자의 호흡양의 표시일 수 있다. 출구 시스템을 통해 유동하는 가스의 유량 변화는 또한 사용자의 호흡수를 결정하는 데 사용될 수 있다. 제어기(400)는 공급 밸브(160)의 작동을 제어하기 위해 제어 신호 또는 트리거 신호를 생성할 수 있다. 공급 밸브의 작동의 이와 같은 제어는 유량 센서(185)에 의해 추정되는 사용자의 호흡수 및/또는 호흡량에 기초할 수 있다.
일부 구현예에서, 초음파 산소 센서(165), 및 예를 들어 유량 센서(185)는 제공되는 산소의 실제 양의 측정치를 제공할 수 있다. 예를 들어, 유량 센서(185)는 제공되는 가스의 용적(유량에 기초함)을 측정할 수 있고, 초음파 산소 센서(165)는 제공되는 가스의 산소 농도를 제공할 수 있다. 이러한 2 개의 측정치는 사용자에게 제공되는 산소의 실제 양의 근사치를 결정하기 위해 제어기(400)에 의해 함께 사용될 수 있다.
산소 부화 공기는 유량 센서(185)를 통해 필터(187)로 통과한다. 필터(187)는 산소 부화 공기를 사용자에게 제공하기 전에 박테리아, 먼지, 과립 입자 등을 제거한다. 필터링된 산소 부화 공기는 필터(187)를 통해 커넥터(190)로 통과한다. 커넥터(190)는 필터(187)의 출구를 압력 센서(194) 및 전달 도관(192)에 결합하는 "Y" 커넥터일 수 있다. 압력 센서(194)는 전달 도관(192)을 통해 사용자에게 통과하는 가스의 압력을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 압력 센서(194)는 감지면에 인가된 양압 또는 음압의 양에 비례하는 신호를 생성하도록 구성된다. 압력 센서(194)에 의해 감지된 압력의 변화는 후술하는 바와 같이 사용자의 호흡수를 결정할 뿐만 아니라, 흡기 시작(트리거 순간으로도 지칭됨)을 검출하는 데 사용될 수 있다. 제어기(400)는 사용자의 호흡수 및/또는 흡기 시작에 기초하여 공급 밸브(160)의 작동을 제어할 수 있다. 일 구현예에서, 제어기(400)는 유량 센서(185) 및 압력 센서(194) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 의해 제공되는 정보에 기초하여 공급 밸브(160)의 작동을 제어할 수 있다.
산소 부화 공기는 전달 도관(192)을 통해 사용자에게 제공될 수 있다. 일 구현예에서, 전달 도관(192)은 실리콘 튜브일 수 있다. 전달 도관(192)은 도 1g 및 도 8h에 도시된 바와 같이 기도 전달 디바이스(196)를 사용하여 사용자에게 결합될 수 있다. 기도 전달 디바이스(196)는 산소 부화 공기를 비강 또는 구강에 제공할 수 있는 임의의 디바이스일 수 있다. 기도 전달 디바이스의 예는, 비강 마스크(nasal mask), 비강 필로우(nasal pillow), 비강 프롱(nasal prong), 비강 캐뉼라(nasal cannula) 및 마우스피스를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 비강 캐뉼라 기도 전달 디바이스(196)가 도 1g에 도시되어 있다. 비강 캐뉼라 기도 전달 디바이스(196)는 사용자가 주위환경으로부터 공기를 호흡할 수 있게 하면서 산소 부화 공기를 사용자에게 전달할 수 있도록 사용자의 기도에 근접하게(예를 들어, 사용자의 입 및/또는 코에 근접하게) 위치된다.
대안적인 구현예에서, 산소 부화 공기를 사용자에게 제공하기 위해 마우스피스가 사용될 수 있다. 도 1h에 도시된 바와 같이, 마우스피스(198)는 산소 발생기(100)에 결합될 수 있다. 마우스피스(198)는 산소 부화 공기를 사용자에게 제공하는 데 사용되는 유일한 디바이스일 수 있거나, 마우스피스는 비강 전달 디바이스(예를 들어, 비강 캐뉼라)와 조합하여 사용될 수 있다. 도 1h에 도시된 바와 같이, 산소 부화 공기는 비강 캐뉼라 기도 전달 디바이스(196) 및 마우스피스(198) 모두를 통해 사용자에게 제공될 수 있다.
마우스피스(198)는 사용자의 입에 제거 가능하게 위치될 수 있다. 일 구현예에서, 마우스피스(198)는 사용자의 입 내의 하나 이상의 치아에 제거 가능하게 결합될 수 있다. 사용 동안에, 산소 부화 공기는 마우스피스를 통해 사용자의 입 내로 지향된다. 마우스피스(198)는 사용자의 치아와 정합하도록 성형되는 나이트가드 마우스피스(night guard mouthpiece)일 수 있다. 대안적으로, 마우스피스는 하악 재배치 디바이스(mandibular repositioning device)일 수 있다. 일 구현예에서, 마우스피스의 적어도 대부분은 사용 동안에 사용자의 입에 위치된다.
사용 동안에, 산소 부화 공기는 마우스피스에 근접하여 압력 변화가 검출될 때 마우스피스(198)로 지향될 수 있다. 일 구현예에서, 마우스피스(198)는 압력 센서(194)에 결합될 수 있다. 사용자가 사용자의 입을 통해 공기를 흡기할 때, 압력 센서(194)는 마우스피스에 근접한 압력 강하를 검출할 수 있다. 산소 발생기(100)의 제어기(400)는 흡기의 시작 시에 사용자에게의 산소 부화 공기의 볼러스의 방출을 제어할 수 있다.
개인의 전형적인 호흡 동안에, 흡기는 코를 통해, 입을 통해, 또는 코와 입 모두를 통해 일어날 수 있다. 또한, 호흡은 다양한 요인에 따라 하나의 통로로부터 다른 통로로 변화될 수 있다. 예를 들어, 보다 활동적인 활동 동안에, 사용자는 코를 통한 호흡으로부터 입을 통한 호흡 또는 입과 코를 통한 호흡으로 전환할 수 있다. 단일 전달 모드(비강 또는 구강)에 의존하는 시스템은 모니터링되는 경로를 통한 호흡이 중지되는 경우에 적절하게 기능하지 않을 수 있다. 예를 들어, 비강 캐뉼라가 산소 부화 공기를 사용자에게 제공하는 데 사용되는 경우, 흡기 시작을 결정하기 위해 흡기 센서(예를 들어, 압력 센서 또는 유량 센서)가 비강 캐뉼라에 결합된다. 사용자가 코를 통한 호흡을 중지하고 입을 통한 호흡으로 전환하는 경우, 산소 발생기(100)는 비강 캐뉼라로부터의 피드백이 없기 때문에 산소 부화 공기를 제공하는 시기를 알지 못할 수 있다. 이와 같은 상황 하에서, 산소 발생기(100)는 흡기 센서가 사용자에 의한 흡기를 검출할 때까지 유량을 증가시키고/시키거나 산소 부화 공기를 제공하는 빈도를 증가시킬 수 있다. 사용자가 호흡 모드들 사이에서 자주 전환하는 경우, 산소 부화 공기를 제공하는 기본 모드는 산소 발생기(100)가 더 많이 작동하게 하여, 시스템의 휴대 사용 시간을 제한할 수 있다.
일 구현예에서, 마우스피스(198)는 도 1h에 도시된 바와 같이 산소 부화 공기를 사용자에게 제공하기 위해 비강 캐뉼라 기도 전달 디바이스(196)와 조합하여 사용된다. 마우스피스(198) 및 비강 캐뉼라 기도 전달 디바이스(196) 모두는 흡기 센서에 결합된다. 일 구현예에서, 마우스피스(198) 및 비강 캐뉼라 기도 전달 디바이스(196)는 동일한 흡기 센서에 결합된다. 대안적인 구현예에서, 마우스피스(198) 및 비강 캐뉼라 기도 전달 디바이스(196)는 상이한 흡기 센서에 결합된다. 어느 하나의 구현예에서, 흡기 센서(들)는 입 또는 코로부터의 흡기 시작을 검출할 수 있다. 산소 발생기(100)는 흡기 시작이 검출된 곳에 근접한 전달 디바이스(즉, 마우스피스(198) 또는 비강 캐뉼라 기도 전달 디바이스(196))에 산소 부화 공기를 제공하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 흡기 시작이 모든 전달 디바이스에 근접하여 검출되는 경우, 산소 부화 공기는 마우스피스(198) 및 비강 캐뉼라 기도 전달 디바이스(196) 모두에 제공될 수 있다. 도 1h에 도시된 것과 같은 이중 전달 시스템의 사용은 사용자가 자고 있을 때 사용자에게 특히 유용할 수 있고, 의식적인 노력 없이 코 호흡과 입 호흡 사이를 전환할 수 있다.
제어기 시스템
산소 발생기(100)의 작동은 본원에 설명된 바와 같이 산소 발생기(100)의 다양한 구성요소에 결합된 내부 제어기(400)를 사용하여 자동으로 수행될 수 있다. 제어기(400)는 도 1b에 도시된 바와 같이 하나 이상의 프로세서(410) 및 내부 메모리(420)를 포함한다. 산소 발생기(100)를 작동 및 모니터링하는 데 사용되는 방법은 내부 메모리(420) 또는 제어기(400)에 결합된 외부 메모리 매체에 저장되고 하나 이상의 프로세서(410)에 의해 실행되는 프로그램 명령에 의해 구현될 수 있다. 메모리 매체는 임의의 다양한 유형의 메모리 디바이스 또는 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 용어 "메모리 매체"는, 설치 매체, 예를 들어 콤팩트 디스크 판독 전용 메모리(Compact Disc Read Only Memory; CD-ROM), 플로피 디스크 또는 테이프 디바이스; 컴퓨터 시스템 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리, 예컨대 동적 랜덤 액세스 메모리(Dynamic Random Access Memory; DRAM), 더블 데이터 레이트 랜덤 액세스 메모리(Double Data Rate Random Access Memory; DDR RAM), 정적 랜덤 액세스 메모리(Static Random Access Memory; SRAM), 확장 데이터 출력 랜덤 액세스 메모리(Extended Data Out Random Access Memory; EDO RAM), 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory; RAM) 등; 또는 비휘발성 메모리, 예를 들어 자기 매체, 예컨대 하드 드라이브 또는 광학 저장장치를 포함하도록 의도된다. 메모리 매체는 또한 다른 유형의 메모리, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 메모리 매체는 프로그램을 실행하는 제어기(400)에 근접하게 위치되거나, 후술되는 네트워크를 통해 제어기(400)에 연결되는 외부 컴퓨팅 디바이스에 위치될 수 있다. 후자의 경우에, 외부 컴퓨팅 디바이스는 실행을 위해 제어기(400)에 프로그램 명령을 제공할 수 있다. 용어 "메모리 매체"는 상이한 위치, 예를 들어 네트워크를 통해 연결된 상이한 컴퓨팅 디바이스에 상주할 수 있는 2 개 이상의 메모리 매체를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 제어기(400)는, 예를 들어 산소 발생기(100)에 배치된 회로 기판 상에 포함된 하나 이상의 필드 프로그램가능 게이트 어레이(field programmable gate array; FPGA), 마이크로컨트롤러 등을 포함하는 프로세서(410)를 포함한다. 프로세서(410)는 메모리(420)에 저장된 프로그램 명령을 실행하도록 구성된다. 일부 구현예에서, 프로그램 명령은 프로세서(410) 외부의 메모리가 별도로 액세스되지 않을 수 있도록(즉, 메모리(420)가 프로세서(410) 내부에 있을 수 있도록) 프로세서(410)에 내장될 수 있다.
프로세서(410)는, 압축 시스템(200), 시스템을 통한 유체 유동을 제어하는 데 사용되는 하나 이상의 밸브(예를 들어, 밸브(122, 124, 132, 134, 152, 154, 160)), 산소 센서(165), 압력 센서(194), 유량 센서(185), 온도 센서(도시되지 않음), 팬(172), 및 전기적으로 제어될 수 있는 임의의 다른 구성요소를 포함하지만 이에 제한되지 않는 산소 발생기(100)의 다양한 구성요소에 결합될 수 있다. 일부 구현예에서, 별도의 프로세서(및/또는 메모리)가 하나 이상의 구성요소에 결합될 수 있다.
제어기(400)는 산소 발생기(100)를 작동시키도록 구성되고(예를 들어, 프로그램 명령에 의해 프로그래밍됨), 예컨대 오작동 상태 또는 다른 프로세스 정보를 위해, 산소 발생기(100)를 모니터링하도록 추가로 구성된다. 예를 들어, 일 구현예에서, 제어기(400)는 시스템이 작동 중이고 사전결정된 양의 시간 동안 사용자에 의한 호흡이 검출되지 않는 경우에 알람을 트리거하도록 프로그래밍된다. 예를 들어, 제어기(400)가 75 초 기간 동안 호흡을 감지하지 못하는 경우, 알람 LED가 켜지고/켜지거나 청각적 알람이 울릴 수 있다. 예를 들어 수면 무호흡 에피소드 동안, 사용자가 실제로 호흡을 정지한 경우, 알람은 사용자를 깨우기에 충분하여, 사용자가 호흡을 재개하게 할 수 있다. 호흡 동작은 제어기(400)가 이러한 알람 기능을 재설정하기에 충분할 수 있다. 대안적으로, 전달 도관(192)이 사용자로부터 제거될 때 시스템이 우발적으로 켜진 상태로 있는 경우, 알람은 사용자가 산소 발생기(100)를 끄도록 하는 리마인더(reminder)의 역할을 할 수 있다.
제어기(400)는 산소 센서(165)에 추가로 결합되고, 팽창 챔버(162)를 통과하는 산소 부화 공기의 산소 순도를 연속적 또는 주기적으로 모니터링하도록 프로그래밍될 수 있다. 제어기가 사용자에게 낮은 산소 순도를 경고하기 위해 LED 시각적 알람 및/또는 청각적 알람을 켜도록, 최소 산소 농도 임계치가 제어기(400)에 프로그래밍될 수 있다.
제어기(400)는 또한 내부 전원 공급장치(180)에 결합되고, 내부 전원 공급장치의 충전 레벨을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 제어기가 사용자에게 저전력 상태를 경고하기 위해 LED 시각적 알람 및/또는 청각적 알람을 켜도록, 최소 전압 및/또는 전류 임계치가 제어기(400)에 프로그래밍될 수 있다. 배터리의 사용가능 충전량이 0에 가까워짐에 따라 알람이 간헐적으로 그리고 증가된 빈도로 활성화될 수 있다.
도 1o는 POC(100)를 포함하는 관련 POC 요법 시스템(450)의 일 구현예를 도시한다. POC(100)의 제어기(400)는 국제 무선 통신 시스템(Global System for Mobile Telephony; GSM) 또는 다른 프로토콜(예를 들어, WiFi)과 같은 무선 통신 프로토콜을 사용하여 제어기(400)가 예컨대 네트워크(470)를 거쳐서 클라우드 기반 서버(460)와 같은 원격 컴퓨팅 디바이스와 통신할 수 있게 하도록 구성된 송수신기(430)를 포함한다. 네트워크(470)는 인터넷과 같은 광역 네트워크, 또는 이더넷과 같은 근거리 네트워크일 수 있다. 제어기(400)는 또한 Bluetooth™와 같은 근거리 무선 통신 프로토콜을 사용하여 제어기(400)가 스마트폰과 같은 휴대용 컴퓨팅 디바이스(480)와 통신할 수 있게 하도록 구성된 근거리 무선 모듈을 송수신기(430)에 포함할 수 있다. 휴대용 컴퓨팅 디바이스, 예를 들어 스마트폰(480)은 POC(100)의 사용자(1000)와 연관될 수 있다.
서버(460)는 또한 GSM과 같은 무선 통신 프로토콜을 사용하여 휴대용 컴퓨팅 디바이스(480)와 무선 통신할 수 있다. 스마트폰(480)의 프로세서는 사용자(1000), POC(100) 및/또는 서버(460)와 스마트폰(480)의 상호작용을 제어하기 위해 "앱"으로 알려진 프로그램(482)을 실행할 수 있다. 서버(460)는 POC(100) 및 사용자(1000)에 관한 동작 데이터를 저장하는 데이터베이스(466)에 대한 액세스를 가질 수 있다.
서버(460)는 POC(100)를 작동 및 모니터링하는 방법을 실행할 수 있는 분석 엔진(462)을 포함한다. 서버(460)는 또한 유선 또는 무선 연결을 통해 개인용 컴퓨팅 디바이스(464)와 같은 다른 디바이스와 네트워크(470)를 통해 통신할 수 있다. 개인용 컴퓨팅 디바이스(464)의 프로세서는 서버(460)와 개인용 컴퓨팅 디바이스(464)의 상호작용을 제어하도록 "클라이언트(client)" 프로그램을 실행할 수 있다. 클라이언트 프로그램의 일 예는 브라우저이다.
제어기(400)와 함께 또는 제어기(400)에 의해 구현될 수 있는 추가 기능은 본 개시의 다른 섹션에서 상세하게 설명된다.
제어 패널
제어 패널(600)은 사용자가 산소 발생기(100)의 사전결정된 작동 모드를 개시하고 시스템의 상태를 모니터링할 수 있게 하도록 사용자와 제어기(400) 사이의 인터페이스의 역할을 한다. 도 1n은 제어 패널(600)의 구현예를 도시한다. 내부 전원 공급장치(180)를 충전하기 위한 충전 입력 포트(605)는 제어 패널(600)에 배치될 수 있다.
일부 구현예에서, 제어 패널(600)은 산소 발생기(100)에 대한 다양한 작동 모드를 활성화시키기 위한 버튼을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 패널은 전원 버튼(610), 유량 설정 버튼(620 내지 626), 활성 모드 버튼(630), 수면 모드 버튼(635), 고도 버튼(640) 및 배터리 체크 버튼(650)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 버튼은 각각의 버튼이 눌려질 때 조명될 수 있고 개별 버튼이 다시 눌려질 때 전원이 꺼질 수 있는 각각의 LED를 가질 수 있다. 전원 버튼(610)은 시스템의 전원을 켜거나 끌 수 있다. 전원 버튼이 시스템을 끄도록 활성화되는 경우, 제어기(400)는 시스템을 가동 정지 상태(예를 들어, 양쪽 캐니스터 모두가 가압되는 상태)로 배치하도록 가동 정지 시퀀스를 개시할 수 있다.
유량 설정 버튼(620, 622, 624 및 626)은 산소 부화 공기의 유량이 선택될 수 있게 한다(예를 들어, 버튼(620)에 의해 0.2 LPM, 버튼(622)에 의해 0.4 LPM, 버튼(624)에 의해 0.6 LPM, 버튼(626)에 의해 0.8 LPM). 다른 구현예에서, 유량 설정의 수는 증가되거나 감소될 수 있다. 유량 설정이 선택된 후에, 산소 발생기(100)는 선택된 유량 설정에 따라 산소 부화 공기의 생성을 달성하도록 동작을 제어할 것이다. 선택적으로, 제어 패널은 본원에 설명된 임의의 하이브리드 모드를 활성화시키기 위한 하나 이상의 하이브리드 버튼(들)을 포함할 수 있다. 선택적으로, 제어 패널은 POD 모드를 활성화시키기 위한 POD 버튼을 포함할 수 있다. 따라서, 디바이스는, 디바이스가 예컨대 설정된 유량에 따라 환자 흡기에 대해 볼러스를 단순히 방출하는 전통적인 볼러스 모드(POD), 디바이스가 설정된 유량에 따라 흡기 및 호기에 대해 일반적으로 일정하게 유지되는 가스 특성을 갖는 가스 유동을 제공하는 연속 유동 모드(CFM), 및/또는 본원에서 논의된 바와 같이 가스 특성이 흡기 및 호기에 대해 일반적으로 변경되는 하이브리드 모드에서 작동하도록 설정될 수 있다. 일부 경우에, 제어기는 잔류 배터리 수명에 기초하여 더 높은 전력 소모 모드로부터 더 낮은 전력 소모 모드로 자동으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 예컨대 제어기가 배터리 전압을 샘플링하기 위한 전압 검출 회로(예를 들어, 저전압 검출기)를 갖도록 구성되는 경우, 낮은 배터리 상태의 검출 시에, 제어기는 연속 모드로부터 하이브리드 모드 또는 POD 모드로 전환할 수 있다. 유사하게, 낮은 또는 더 낮은 배터리 상태의 검출 시에, 제어기는 하이브리드 모드로부터 POD 모드로 전환할 수 있다.
고도 버튼(640)은 산소 발생기(100)가 사용자에 의해 통상 사용되는 것보다 높은 고도에 있는 위치로 사용자가 이동하려는 경우에 활성화될 수 있다.
배터리 체크 버튼(650)은 산소 발생기(100)의 배터리 체크 루틴을 개시하여 상대적인 배터리 잔량 LED(655)가 제어 패널(600) 상에 조명되게 한다.
사용자는 활성 모드에 대한 버튼(630) 또는 수면 모드에 대한 버튼(635)을 누름으로써 활성 모드 또는 슬립 모드를 수동으로 나타낼 수 있다.
POC 트리거
후술하는 POC(100)를 작동 및 모니터링하는 방법은 제어기(400)의 하나 이상의 프로세서(410)와 같은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 수 있으며, 프로세서는 POC(100)의 메모리(420)와 같은 메모리에 저장된 프로그램 명령, 예컨대 이전에 설명된 바와 같이 하나 이상의 기능 및/또는 이에 대응하는 관련 데이터를 포함하는 프로그램 명령에 의해 구성된다. 대안적으로, 설명된 방법의 단계의 일부 또는 전부는, 전술한 바와 같이 관련 POC 요법 시스템(450)의 일부를 형성하는 서버(460)와 같은 외부 컴퓨팅 디바이스의 하나 이상의 프로세서에 의해 유사하게 실행될 수 있다. 이러한 후자의 구현예에서, 프로세서(410)는 외부 컴퓨팅 디바이스에서 수행되어야 하는 해당 단계의 수행에 필요한 측정치 및 파라미터를 외부 컴퓨팅 디바이스로 전송하기 위해 POC(100)의 메모리(420)에 저장된 프로그램 명령에 의해 구성될 수 있다.
산소 발생기(100)의 주요 용도는 사용자에게 보충 산소를 제공하는 것이다. 하나 이상의 유량 설정이 산소 발생기(100)의 제어 패널(600)에서 선택될 수 있으며, 그러면 선택된 유량 설정에 따른 산소 부화 공기의 생성을 달성하도록 작동을 제어할 것이다. 일부 버전에서, 복수의 유량 설정(예를 들어, 5 개의 유량 설정)이 구현될 수 있다. 제어기(400)는 POD(펄스형 산소 전달) 또는 수요 작동 모드를 구현할 수 있다. 제어기(400)는 선택된 유량 설정에 따라 산소 부화 공기의 전달을 달성하기 위해 하나 이상의 방출된 펄스 또는 볼러스의 용적을 조절할 수 있다. 제어 패널(600)에서의 유량 설정은 전달된 산소의 분당 용적(분당 호흡수를 곱한 볼러스 용적), 예를 들어 0.2 LPM, 0.4 LPM, 0.6 LPM, 0.8 LPM, 1.1 LPM에 대응할 수 있다.
산소 발생기(100)에 의해 생성된 산소 부화 공기는 산소 어큐뮬레이터(106)에 저장되고, POD 작동 모드에서 사용자가 흡기할 때 사용자에게 방출된다. 산소 발생기(100)에 의해 제공되는 산소 부화 공기의 양은 부분적으로 공급 밸브(160)에 의해 제어된다. 일 구현예에서, 공급 밸브(160)는 제어기(400)에 의해 추정된 적절한 양의 산소 부화 공기를 사용자에게 제공하기에 충분한 양의 시간 동안 개방된다. 산소의 낭비를 최소화하기 위해, 제어기(400)는 사용자의 흡기 시작이 검출된 직후에 산소 부화 공기의 볼러스를 방출하기 위해 공급 밸브(160)를 개방하도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 산소 부화 공기의 볼러스는 사용자 흡기의 최초 몇 밀리초에 제공될 수 있다. 사용자가 흡기할 때 사용자에게 산소 부화 공기의 볼러스를 방출하는 것은, 예를 들어 사용자가 호기할 때, 산소를 방출하지 않음으로써 산소의 낭비를 방지할 수 있다.
일 구현예에서, 압력 센서(194)와 같은 센서는 사용자에 의한 흡기의 시작을 검출하고 이에 의해 볼러스의 방출을 트리거하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 흡기의 시작은 압력 센서(194)를 사용하여 검출될 수 있다. 사용 시에, 산소 부화 공기를 제공하기 위한 전달 도관(192)은 비강 기도 전달 디바이스(196) 및/또는 마우스피스(198)를 통해 사용자의 코 및/또는 입에 결합된다. 따라서, 전달 도관(192) 내의 압력은 사용자의 기도 압력을 나타내고, 따라서 사용자 호흡작용을 나타낸다. 흡기의 시작 시에, 사용자는 코 및/또는 입을 통해 공기를 신체 내로 흡인하기 시작한다. 공기가 흡인됨에 따라, 부분적으로, 전달 도관(192)의 단부를 가로질러 흡인되는 공기의 벤투리 작용(venturi action)으로 인해, 전달 도관(192)의 단부에 음압이 발생된다. 제어기(400)는 압력 센서(194)로부터의 압력 신호를 분석하여 흡기의 시작을 나타내는 압력 강하를 검출한다.
전달 도관(192)의 압력의 양의 변화 또는 상승은 사용자에 의한 호기를 나타낸다. 제어기(400)는 호기의 시작을 나타내는 압력 상승을 검출하기 위해 압력 센서(194)로부터의 압력 신호를 분석할 수 있다. 일 구현예에서, 양의 압력 변화가 감지되는 경우, 흡기의 다음 시작이 검출될 때까지 공급 밸브(160)가 폐쇄된다. 대안적으로, 공급 밸브(160)는 볼러스 지속시간으로 알려진 사전결정된 간격 후에 폐쇄될 수 있다.
인접한 흡기 시작 사이의 간격을 측정함으로써, 사용자의 호흡수가 추정될 수 있다. 흡기 시작과 후속 호기 시작 사이의 간격을 측정함으로써, 사용자의 흡기 시간이 추정될 수 있다.
다른 구현예에서, 압력 센서(194)는 사용자의 기도와 공압 연통하지만 전달 도관(192)과는 별도인 감지 도관에 위치될 수 있다. 따라서, 이와 같은 구현예에서, 압력 센서(194)로부터의 압력 신호는 또한 사용자의 기도 압력을 나타낸다.
하이브리드 모드 산소 전달
하이브리드 모드 요법은 POD 모드에서와 같이 흡기와 동기화하여 전달되는 볼러스뿐만 아니라 환자에 대한 비제로 볼러스간 가스 유동이 존재하는 호흡 동기화 요법이다. 이와 같은 모드에서, 제어기는 이러한 동기 시간에 볼러스의 전달을 활성화시키도록 디바이스의 작동을 제어하고, 그렇지 않으면 비제로 볼러스간 가스 유동을 전달하도록 디바이스를 제어하거나 작동할 수 있다. 따라서, 디바이스는 각 호흡 사이클(즉, 흡기 및 호기) 동안에 치료 가스의 대체로 연속적인 유동을 제공할 수 있지만, 가스 유동의 특성(들)(예를 들어, 순도 및/또는 유량)은 비흡기 시간 또는 호기에 비해 흡기(또는 흡기의 일부) 동안에 상이할 수 있다. 이와 같은 모드의 예가 본원에서 보다 상세하게 설명된다. 하이브리드 모드(들)에서의 이와 같은 가스 특성 전달 차이는 상이한 구성을 이용하는 산소 발생기 내의 다수의 유동 경로로 구현될 수 있다. 예를 들어, 이와 같은 가스 특성 전달 차이는 1차 유동 경로(또는 1차 경로) 및 하나 이상의 2차 유동 경로(또는 2차 경로)로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 1차 경로는 일반적으로 흡기 트리거 볼러스를 전달 도관으로 방출하는 공급 밸브를 통해 어큐뮬레이터로부터의 치료 가스의 유동을 위한 전형적인 경로와 관련이 있다. 1차 경로는 제1 가스 특성을 갖는 치료 가스를 전달 도관에 제공할 수 있다. 더욱이, 2차 경로는 일반적으로 1차 경로와 별개인 전달 도관으로의 치료 가스의 유동을 위한 경로와 관련이 있다. 이와 같은 2차 경로는 제1 가스 특성과 상이한 제2 가스 특성을 갖는 치료 가스를 전달 도관에 제공할 수 있다. 일부 예시적인 구현예에서, 1차 경로를 통한 치료 가스 제공은 일반적으로 흡기 시간 동안에 제공되는 치료 가스를 포함할 수 있는 반면, 2차 경로(들)를 통한 치료 가스 제공은 일반적으로 호기 시간 또는 비흡기 시간 동안에 제공되는 치료 가스를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 2차 경로(들)는 또한 흡기 시간 동안에 치료 가스를 제공할 수 있다. 상이한 하이브리드 모드에 대한 이와 같은 상이한 경로의 예가 본원에서 보다 상세하게 논의된다.
이중-레벨 순도
도 2는 이중-레벨 순도로 지칭되는 하이브리드 모드의 예를 도시하는 그래프(260)를 포함한다. 이중-레벨 순도 하이브리드 모드에서, 산소 부화 공기의 각 볼러스는, POD 모드에서와 같이, 흡기와 동기화하여 볼러스 유량으로 지칭되는 유량 및 볼러스 순도로 지칭되는 산소 순도로 방출된다. 이와 같이, 볼러스 순도는 산소 부화 공기의 산소 순도와 동등할 수 있다. 이것은 그래프(260)에서 기간(270)에 의해 도시되며, 여기서 기간(270)은 가스 유동이 볼러스 순도 및 볼러스 유량으로 환자에게 제공되도록 디바이스가 가스 유동을 생성하도록 작동하는 시간 기간을 나타낸다. 그러나, 볼러스간 기간으로 지칭되는 볼러스 방출 기간, 예컨대 기간(280) 동안에, 디바이스는 가스 유동이 볼러스 유량이지만 더 낮은 산소 순도로 환자에게 제공되도록 가스 유동을 생성하도록 작동한다.
볼러스간 유동의 더 낮은 산소 순도는 산소 순도 및 유량이 대체로 일정한 기존의 연속 유동 동안보다 적은 산소가 낭비된다는 것을 의미한다. 이것은 결국 배터리 수명을 연장시키는 것을 도우며, 이는 압축기를 포함하는 디바이스가 현재의 유량 설정에 대해 원하는 값으로 시스템 압력을 유지하기 위해 기존의 연속 유동 동안만큼 열심히 작동할 필요가 없기 때문이다. 또한, 휴대용 산소 발생기는 설계 제약조건(크기, 중량, 전력 소비, 흡착제 질량)으로 인해 주어진 시간에 생산할 수 있는 산소의 양이 제한된다. 산소 전달을 절약함으로써, 이중-레벨 순도 하이브리드 모드는 다른 설계 제약조건을 최적화하는 보다 많은 여지를 허용한다.
도 3은 이중-레벨 순도 하이브리드 모드의 일 구현예에 따른, 도 1f의 출구 시스템의 변형예의 개략도이다. 도 3의 변형된 출구 시스템(350)은, 새로운 요소, 즉 유동 소스(700), 2-방향 또는 2-포트 밸브와 같은 2차 밸브(710), 유동 제한기(720) 및 제한기(730)를 갖는 것을 제외하고는, 도 1f에 도시된 것과 동일하다. 유량 센서(185)는 도 3에 도시된 바와 같이 변형된 출구 시스템(350)으로부터 생략될 수 있거나, 선택적으로 도 1f에 도시된 바와 같이 유동 제한기(175) 이후에 포함될 수 있다.
유동 소스(700)는 2차 밸브(710) 및 유동 제한기(720)를 포함하는 2차 유동 경로(SFP)를 통해 유동 제한기(175)의 하류측에 결합될 수 있다. 2차 유동 경로는 1차 유동 경로와 상이한 경로이며, 1차 경로와 상이한 가스 특성을 갖는 치료 가스를 제공하도록 작동될 수 있다. 따라서, 2차 유동 경로에서의 유동은 1차 유동 경로(PFP)를 통해 환자에게 공급 밸브(160)에 의해 방출된 산소 부화 공기보다 순도가 낮다. 제어기(400)는 볼러스가 공급 밸브(160)에 의해 방출되지 않을 때 저순도 경로를 따른 유동을 허용하도록 2차 밸브(710)를 제어한다. 제어기(400)는 또한 볼러스 방출 동안에 저순도 경로를 따른 유동을 방지하도록 2차 밸브(710)를 제어할 수 있다. 다시 말해서, 2차 밸브(710)는 공급 밸브(160)와 반동기적으로 작동될 수 있다. 이와 같이, 제어기(400)는 2차 밸브(710)가 공급 밸브(160)가 폐쇄될 때 개방되고 공급 밸브(160)가 개방될 때 폐쇄되도록 제어 신호를 생성한다. 이중-레벨 순도 하이브리드 모드를 구현하기 위한 변형된 출구 시스템(350)에 대한 대안에서, 2 개의 밸브(160 및 710)는 다른 모든 시간에서 어큐뮬레이터(106)를 1차 유동 경로(흡기의 시작에 의해 트리거될 때) 또는 2차 저순도 경로에 결합하도록 구성된 3-방향 밸브로 대체될 수 있다. 3-방향 밸브는 유동 제한기(175 및 720)의 하류 또는 유동 제한기(175 및 720)의 효과를 대체하고 조합하는 단일 유동 제한기의 상류에 있을 수 있다.
일 구현예에서, 유동 소스(700)는 2차 경로에 대한 출구를 갖는 압축기(210)일 수 있다. 이와 같은 구현예에서, 유동 제한기(720)는 저순도 경로의 유량이 고순도의 1차 유동 경로(또는 1차 경로)의 볼러스 유량과 대략 동일하도록 선택된다. 일부 구현예에서, 유동 제한기(720)는 유동 소스(700)의 압력 및 2차 유동 경로의 공압 임피던스에 따라 완전히 생략될 수 있다.
대안적인 구현예에서, 유동 소스(700)는 2차 경로에 대한 출구를 갖는 2차 압축기일 수 있다. 이와 같은 압축기는 고순도 경로의 볼러스 유량과 대략 동일한 유량으로 공기의 유동을 생성하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 구현예에서, 유동 제한기(720)는 생략될 수 있다. 2차 압축기는 지정된 유량을 달성하도록 제어기(400)에 의해 선택적으로 제어될 수 있다.
이와 같은 구현예에서, 저순도 경로의 산소 순도는 대략 주변 공기의 순도(21%)이다.
이중-레벨 순도 하이브리드 모드의 또 다른 구현예에서, 유동 소스(700)는 출구(130)(예를 들어, 캐니스터(들)의 배기 출구로부터) 저순도 경로로 재라우팅된 배출된 배기 가스의 일부이다. 이와 같은 배출된 배기 가스는 전형적으로 21%의 주변 순도쯤의 산소 순도를 가질 수 있지만, 퍼지 유동의 양에 따라 35%만큼 높고 4%만큼 낮을 수 있다. 하나의 이와 같은 구현예에서, 유동 제한기(720)는 저순도 경로의 유량이 고순도의 1차 경로의 볼러스 유량과 대략 동일하도록 선택된다. 따라서, 이와 같은 하이브리드 모드에서 전달 도관에 제공되는 치료 가스는 적어도 환자 흡기 및 환자 호기 동안에 전달 도관으로 유동할 수 있는 배기 가스 및 축적된 부화 가스(예를 들어, 볼러스) 모두를 사용할 수 있다. 그러면, 하이브리드 모드는 치료 가스의 특성을 변경할 수 있으며, 예컨대 변경된 특성은 산소 순도이다. 변경된 산소 순도는 환자 흡기의 적어도 일부 동안의 제1 산소 순도 및 환자 흡기의 일부 이후(예를 들어, 나머지 흡기 및/또는 호기 동안)의 제2 산소 순도를 가질 수 있다. 제1 산소 순도는 약 50% 내지 약 99% 범위의 순도일 수 있으며, 이는 볼러스 방출 가스에 기인할 수 있고, 전달 도관에 대한 1차 경로를 통해 제공될 수 있다. 더욱이, 제2 산소 순도는 약 4% 내지 35% 범위의 순도일 수 있으며, 이는 배출된 배기 가스에 기인할 수 있고, 전달 도관에 대한 2차 경로를 통해 제공될 수 있다. 따라서, 일반적으로 흡기 트리거 볼러스를 전달 도관으로 방출하는 공급 밸브를 통해 어큐뮬레이터로부터의 치료 가스의 유동에 대한 경로와 관련된 1차 경로는 제1 산소 순도를 갖는 치료 가스를 제공할 수 있다. 더욱이, 1차 경로와 별개인 전달 도관에 대한 유동 경로인 2차 경로는 제2 산소 순도를 갖는 치료 가스를 제공할 수 있다.
일부 이와 같은 구현예에서, 도 1f의 출구 시스템의 센서 구성은 변형된 출구 시스템(350)에서 변형될 수 있다. 예를 들어, 도 1f의 출구 시스템의 압력 센서(194)는 전형적으로 커넥터(190) 또는 전달 도관(192)의 다른 곳에 연결된 "감지 포트"(SP)를 갖고 주변(도 1f에 도시되지 않음)에 연결된 "기준 포트"(RP)를 갖도록 차동적으로 연결된다. 이러한 센서 구성은, 기준 포트(RP)가 공급 밸브의 하류에 결합되는 것과 같이 대신에 시스템 내에 있도록, 변형된 출구 시스템(350)에서 변형될 수 있다. 예를 들어, 이 센서 구성은 유동 제한기(730)의 하류측에 연결될 수 있다. 유동 제한기(730)의 상류측은 유동 제한기(175)의 하류측에 연결된다. 이와 같은 차동적 연결에 의하면, 변형된 출구 시스템(350)은 압력 센서(194)가 도 1f에서와 같이 연결된 경우보다 정확하게 트리거할 수 있다. 볼러스간 기간에서의 2차 경로를 통한 저순도 유동은 커넥터(190)에서의 압력 및 따라서 압력 센서(194)의 감지 포트에서의 압력이 흡기 시작 직전에 주변보다 실질적으로 상승되게 한다. 압력 센서(194)의 기준 포트가 다른 방식으로 주변에 연결된 경우, 압력 센서(194)의 포트들 사이의 실질적인 양의 압력차가 흡기 시작 직전에 압력 센서(194)를 포화시켜서, 흡기 시작으로 인한 커넥터(190)에서의 압력 강하를 신뢰성있게 감지하는 것을 더 어렵게 할 수 있다.
그러나, 도 3의 차동적 연결에 의하면, 압력 센서(194)의 포트들 사이의 압력차는 흡기 시작 직전에 훨씬 더 작으며, 실제로는 심지어 약간 음의 값일 수도 있다. 따라서, 압력 센서(194)는 불포화된 상태로 유지된다. 유동 제한기(730) 때문에, 동적 또는 적응 기준 압력은 어떤 의미에서는 커넥터(190)에서의 압력의 감쇠 또는 지연된 버전이다. 흡기의 시작은 감지 포트(커넥터(190))에서의 압력이 급격히 강하하게 하는 반면, 유동 제한기(730)로 인해, 기준 포트에서의 압력은 흡기 시작 이후의 짧은 간격 동안에 일정하게 유지된다. 따라서, 압력 센서(194)의 포트들을 가로지르는 압력차는 제어기(400)에 의해 검출되기에 충분히 오랫동안 음의 방향으로 당겨진다. 변형된 기준 포트 연결은 흡기의 시작을 검출하기 위해 커넥터(190)에서의 압력이 비교되는 동적 또는 적응 임계치로서 효과적으로 작용한다.
선택적으로, 디바이스는 이중-레벨 순도 하이브리드 모드가 비활성화될 수 있도록 제어될 수 있다. 따라서, 전술한 2차 밸브 구성(들)에 의해, 산소 부화 공기는 변형된 출구 시스템(350)을 사용하여 항상 이중-레벨 순도 하이브리드에서 생성될 필요는 없다. 일부 구현예에서, 제어기(400)는 산소 부화 공기가 2차 경로를 사용하지 않고 상이한 모드에 따라 전달될 수 있도록 2차 밸브(710)를 폐쇄된 상태로 유지할 수 있다. 예를 들어, 폐쇄 상태가 유지되면, 제어기는 1차 경로를 통해 POD 모드로 가스 유동을 제공하도록 디바이스를 작동할 수 있다. 선택적으로, 제어기는 제어 패널(600) 상의 제어부(예를 들어, 하이브리드 버튼 또는 편안 버튼(comfort button))가 활성화될 때까지 POD 모드로 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 호흡 곤란 또는 숨가쁨을 경험하고 안심 또는 편안함이 필요한 경우 제어부가 활성화될 수 있다. 이와 같은 제어부가 활성화되면, 제어기(400)는, 예컨대 이중-레벨 순도 하이브리드 모드를 구현하기 위해 전술한 바와 같이 공급 밸브(160)와 반동기적으로 2차 밸브(710)를 개방 및 폐쇄하기 시작하도록, 2차 밸브를 작동시키기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 선택적으로, 버튼을 누르면, 제어 패널 상의 제어부가 비활성화될 때까지 무기한 기간 동안 또는 사전결정된 기간 동안 하이브리드 모드에서의 작동이 트리거될 수 있다. 예를 들어, 편안 버튼은 이와 같은 사전결정된 기간 동안에 하이브리드 모드를 활성화시킬 수 있다. 그러면, 제어기(400)는 사전결정된 시간 후에 POD 모드에서의 산소 부화 공기의 제어로 되돌아간다. 하이브리드 버튼을 누르면, 예컨대 사용자가 다른 모드를 활성화시키거나 디바이스가 꺼질 때까지, 하이브리드 모드가 보다 연속적인 방식으로 활성화될 수 있다.
이중-레벨 유량
도 4는 이중-레벨 유량으로 지칭되는 하이브리드 모드의 다른 예를 도시하는 그래프(435)를 포함한다. 이중-레벨 유량 하이브리드 모드에서, 산소 부화 공기의 각 볼러스는 POD 모드 및 이중-레벨 순도 하이브리드 모드에서와 같이 흡기와 동기화하여 볼러스 유량으로 방출된다. 이것은 그래프(435)에서 기간(440)에 의해 도시된다. 그러나, 기간(445)과 같은 볼러스간 기간 동안, 디바이스는 가스 유동이 볼러스 산소 순도이지만 볼러스간 유량으로 지칭되는 더 낮은 유량으로 환자에게 제공되도록 가스 유동을 생성하도록 작동한다. 본원에서 보다 상세하게 논의되는 바와 같이, 이와 같은 모드는 1차 유동 경로 및 2차 유동 경로로 구현될 수 있다. 상이한 가스 유량 특성을 달성하기 위해, 경로는 상이한 유동 특성을 갖도록 구성될 수 있다.
볼러스간 유동의 더 낮은 유량은 유량 및 산소 순도가 호흡 사이클에 걸쳐 대체로 일정한 기존의 연속 유동 동안보다 적은 산소가 낭비된다는 것을 의미한다. 이것은 결국 배터리 수명을 연장시키는 것을 도우며, 이는 압축기를 포함하는 디바이스가 현재의 유량 설정에 대해 원하는 값으로 시스템 압력을 유지하기 위해 기존의 연속 유동 동안만큼 열심히 작동할 필요가 없기 때문이다. 또한, 휴대용 산소 발생기는 설계 제약조건(크기, 중량, 전력 소비, 흡착제 질량)으로 인해 주어진 시간에 생산할 수 있는 산소의 양이 제한된다. 산소 전달을 절약함으로써, 이중-레벨 유량 하이브리드 모드는 다른 설계 제약조건을 최적화하는 보다 많은 여지를 허용한다.
도 5는 이중-레벨 순도 하이브리드 모드의 일 구현예에 따른, 도 1f의 출구 시스템의 변형예의 개략도이다. 도 5의 변형된 출구 시스템(500)은, 2차 밸브(710)와 같이 유동 소스(700)로부터 유동을 수용하는 대신에, 2차 밸브(810)(예를 들어, 2-방향 또는 2-포트 밸브)가 어큐뮬레이터(106)로부터 유동을 수용하는 것을 제외하고는, 도 3에 도시된 변형된 출구 시스템(350)과 유사하다. 다시 말해서, 임의의 순서로 배치될 수 있는 2차 밸브(810) 및 유동 제한기(820)는 어큐뮬레이터(106)로부터의 산소 부화 공기에 대한 2차 유동 경로(SFP)를 형성한다. 유동 제한기(820)는 2차 유동 경로가 저유동 경로가 되도록 선택된다. 즉, 2차 경로의 유동은 1차 유동 경로(PFP)의 볼러스 유량보다 실질적으로 낮다.
제어기(400)는 제어기가 공급 밸브(160)에 의한 볼러스의 방출을 제어하지 않을 때 저유동 경로를 따른 유동을 허용하도록 2차 밸브(810)를 제어하도록 구성된다. 제어기(400)는 또한 제어된 볼러스 방출 동안에 저유동 경로를 따른 유동을 방지하도록 2차 밸브(810)를 제어할 수 있다. 다시 말해서, 2차 밸브(810)는 공급 밸브(160)와 반동기적으로 작동될 수 있다. 이와 같이, 제어부(400)는 2차 밸브(710)가 공급 밸브(160)가 폐쇄될 때 개방되고 공급 밸브(160)가 개방될 때 폐쇄되도록 제어 신호를 생성한다.
변형된 출구 시스템(500)은 또한 보다 정확한 트리거를 가능하게 하기 위해 변형된 출구 시스템(350)에서와 같이 유동 제한기(730)와 차동적으로 연결된 압력 센서(194)를 구현할 수 있다.
선택적으로, 디바이스는 이중-레벨 유량 하이브리드 모드가 비활성화될 수 있도록 제어될 수 있다. 따라서, 전술한 2차 밸브 구성(들)에 의해, 산소 부화 공기는 변형된 출구 시스템(500)을 사용하여 항상 이중-레벨 유량 하이브리드 모드에서 생성될 필요는 없다. 일부 구현예에서, 제어기(400)는 산소 부화 공기가 2차 경로를 사용하지 않고 상이한 모드에 따라 전달될 수 있도록 2차 밸브(810)를 폐쇄된 상태로 유지할 수 있다. 예를 들어, 폐쇄 상태가 유지되면, 제어기는 1차 유동 경로(또는 1차 경로)를 통해 POD 모드로 가스 유동을 제공하도록 디바이스를 작동할 수 있다. 이전에 설명된 작동들과 유사하게, 제어기(400)는, 예컨대 사용자가 제어 버튼(예를 들어, 편안 버튼 또는 하이브리드 버튼)을 누르는 것에 응답하여, 이전에 설명된 바와 같이 사전결정된 기간 동안 또는 보다 연속적인 방식으로 전술한 밸브에 대한 제어 신호를 생성함으로써 이중-레벨 유량 하이브리드 모드로 작동할 수 있다.
대안적인 구현예에서, 변형된 출구 시스템(500)은 2차 밸브(810) 없이 이중-레벨 유량 하이브리드 모드를 제공하도록 구성될 수 있다. 2차 밸브(810)가 제거되는 경우, 유동 제한기(820)를 통한 2차 저유동 경로는, POC(100) 자체가 작동하는 한, 가스 유동을 제공한다. 1차 경로에 비해 2차 경로의 더 낮은 유량을 허용하기 위해, 경로는 1차 경로의 유동 특성이 2차 경로의 유동 특성과 상이하도록 상이한 유동 특성을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 2차 경로의 유동 제한기는 1차 경로의 유량과 비교할 때 2차 경로 내의 더 낮은 가스 유량을 달성하도록 유동을 제한하도록 선택될 수 있다. 유사하게, 1차 및 2차 유동 경로의 공압 저항은, 예컨대 상이한 도관 크기에 따라, 유량차를 달성하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 1차 경로의 도관과 비교할 때 2차 경로에 대해 보다 작고 보다 제한적인 도관이 선택될 수 있다.
이중-레벨 유량 하이브리드 모드를 구현하기 위한 다른 대안적인 변형된 출구 시스템에서, 밸브(160 및 810)는 어큐뮬레이터(106)를 1차 경로 및 2차 유동 경로에 공압식으로 결합하는 3-방향 밸브(예를 들어, 3-포트 밸브)로 대체될 수 있다. 따라서, 3-방향 밸브는 1차 경로(예컨대, 제어기가 흡기 시작의 검출에 의해 트리거될 때)와 2차 저유동 경로(예컨대, 다른 모든 시간에) 중 하나에 선택적으로 어큐뮬레이터를 공압식으로 결합하도록 제어기에 의해 활성화될 수 있다.
이중-레벨 유량 하이브리드 전달 모드의 하나의 이점은 산소 부화 공기가 전달 도관(192) 내의 2차 저유동 경로 "풀(pool)"을 통해 낮은 유량으로 전달되고, 따라서 흡기가 시작되자마자, 심지어 볼러스의 방출을 위한 1차 경로의 개방 이전에도, 흡기에 이용 가능하다는 것이다.
중간 구현예
도 6은 산소 발생기에 의한 산소 부화 공기의 다양한 전달 모드를 도시하는 그래프(660)를 포함한다. 가로축은 볼러스간 유량을 나타내고, 세로축은 볼러스간 산소 순도를 나타낸다. 점(665)은 볼러스간 유량이 볼러스 유량과 동일하고 볼러스간 순도는 산소 부화 공기의 순도, 즉 볼러스 순도(예를 들어, 93%)와 동일한 연속 유동 전달을 나타낸다. 점(670)은 볼러스간 유량이 0(zero)인 POD 모드를 나타낸다. 점(675)은 볼러스간 유량이 볼러스 유량과 동일하지만 볼러스간 순도가 전형적으로 실내 공기의 경우인 21%로 많이 감소되는 이중-레벨 순도 유형의 하이브리드 전달 모드를 나타낸다. 점(680)은 볼러스간 유량이 볼러스 유량보다 실질적으로 작지만 볼러스간 순도가 볼러스 순도와 동일한 이중-레벨 유량 유형의 하이브리드 전달 모드를 나타낸다. 선(685)은 이중-레벨 순도 유형(점(675))과 이중-레벨 유량 유형(점(680)) 사이의 하이브리드 전달 모드의 중간 버전의 진행을 나타낸다. 점(690)은 볼러스간 유량이 볼러스 유량보다 다소 작고 볼러스간 순도가 볼러스 순도보다 다소 낮지만 이중-레벨 순도 유형의 순도보다 높은 하나의 이와 같은 중간 버전을 나타낸다.
이와 같은 중간 버전은 2차 저순도 경로(도 3의 SPF) 및 2차 저유동 경로(도 5의 SPF) 모두를 구현하기 위해 변형된 출구 시스템(350 및 500)의 구성요소의 조합을 제어하는 제어기(400)로 구현될 수 있다. 이와 같은 2차 경로(SFP-1, SFP-2)의 조합이 도 7에 도시되어 있다. 하나의 이와 같은 예에서, 제어기(400)는 각각이 1차 경로의 밸브(160)와 반동기적으로 개방되는 2차 밸브(710, 810)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 2 개의 2차 경로에서의 유동의 조합이 전체 볼러스간 유동을 구성한다. 유동 제한기(720 및 820)의 각각의 크기는 그래프 도 6의 선으로 도시된 버전의 원하는 특성을 달성하기 위해 2 개의 2차 경로에서의 유량 및 따라서 볼러스간 순도 및 유량을 설정하도록 선택될 수 있다.
도 7의 구성요소는 2차 밸브(710 및 810)를 도시하고 있지만, 일부 구현예에서는 이들 중 하나 또는 둘 모두가 생략될 수 있다.
차동적으로 연결된 압력 센서(194)는 흡기 검출의 정확성 및 볼러스의 방출을 위한 밸브(160)의 트리거 제어(및 이에 의해 밸브(710, 810)의 반동기적 작동과 연관된 신호)를 개선하기 위해 하이브리드 모드 전달의 모든 예와 함께 사용될 수 있다.
용어 해설
본 기술의 개시의 목적을 위해, 본 기술의 특정 형태에서, 하기의 정의 중 하나 이상이 적용될 수 있다. 본 기술의 다른 형태에서는, 대안적인 정의가 적용될 수 있다.
일반
공기: 본 기술의 특정 형태에서, 공기는 78%의 질소(N2), 21%의 산소(O2), 및 1%의 수증기, 이산화탄소(CO2), 아르곤(Ar) 및 다른 미량 가스로 구성되는 대기를 의미하는 것으로 간주될 수 있다.
산소 부화 공기: 대기 중 산소 농도(21%)보다 높은 산소 농도, 예를 들어 적어도 약 50%의 산소, 적어도 약 60%의 산소, 적어도 약 70%의 산소, 적어도 약 80%의 산소, 적어도 약 90% 산소, 적어도 약 95% 산소, 적어도 약 98% 산소, 또는 적어도 약 99% 산소를 갖는 공기. "산소 부화 공기"는 때때로 "산소"로 축약된다.
의료용 산소: 의료용 산소는 80% 이상의 산소 순도를 갖는 산소 부화 공기로서 정의된다.
주변: 본 기술의 특정 형태에서, 용어 주변은 (i) 치료 시스템 또는 환자의 외부, 및 (ii) 치료 시스템 또는 환자의 바로 주위를 의미하는 것으로 간주될 것이다.
유량: 단위 시간 당 전달되는 공기의 용적(또는 질량). 유량은 순간적인 양을 지칭할 수 있다. 일부 경우에서, 유량에 대한 언급은 스칼라 양, 즉 크기만을 갖는 양에 대한 언급일 것이다. 다른 경우에, 유량에 대한 언급은 벡터 양, 즉 크기 및 방향 모두를 갖는 양에 대한 언급일 것이다. 유량에는 기호 Q가 주어질 수 있다. '유량'은 때때로 단순히 '유동' 또는 '공기 유동'으로 축약된다.
유동 요법: 환자의 호흡 사이클 전체에 걸쳐 전형적으로 양의 값인 치료 유량으로 지칭되는 제어된 유량으로 기도 입구에 대해 공기 유동을 전달하는 것을 포함하는 호흡 요법.
환자: 호흡 장애를 앓고 있는지 여부에 관계없이, 사람.
압력: 단위 면적 당 힘. 압력은 cmH2O, g·f/cm2, 및 헥토파스칼을 포함하는 단위 범위로 표현될 수 있다. 1 cmH2O는 1 g·f/cm2와 동일하고, 대략 0.98 헥토파스칼(1 헥토파스칼 = 100 Pa = 100 N/m2 = 1 밀리바 ~ 0.001 atm)이다. 본 명세서에서, 달리 언급되지 않는 한, 압력은 cmH2O의 단위로 주어진다.
일반 비고
본원에 사용된 바와 같은 용어 "결합된"은 하나 이상의 물체 또는 구성요소 사이의 직접 연결 또는 간접 연결(예를 들어, 하나 이상의 개재 연결)을 의미한다. 문구 "연결된"은 물체 또는 구성요소가 서로 직접 연결되도록 물체 또는 구성요소 사이의 직접 연결을 의미한다. 본원에 사용된 바와 같이, 문구 디바이스를 "얻는"은 해당 디바이스가 획득되거나 구성되는 것을 의미한다.
본 개시에서는, 특정 미국 특허, 미국 특허 출원, 및 다른 자료(예를 들어, 논문)가 참조로 포함되어 있다. 그러나, 이와 같은 미국 특허, 미국 특허 출원 및 다른 자료의 텍스트는 이와 같은 텍스트와 본원에 기재된 다른 진술 및 도면 사이에 충돌이 존재하지 않는 범위에서만 참조로 포함된다. 이와 같은 충돌이 있는 경우에는, 이와 같이 참조로 포함된 미국 특허, 미국 특허 출원 및 다른 자료에서의 이와 같은 충돌되는 임의의 텍스트는 명확하게 본 특허에 참조로 포함되지 않는다.
본 기술의 다양한 양태의 추가 수정 및 대안적인 구현예는 본 설명을 고려하여 당업자에게 명백할 수 있다. 따라서, 본 설명은 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 본 기술을 수행하는 일반적인 방식을 당업자에게 교시하기 위한 것이다. 본원에 도시 및 설명된 본 기술의 형태는 구현예로서 간주되어야 한다는 것이 이해되어야 한다. 요소 및 재료가 본원에 예시 및 설명된 것으로 대체될 수 있고, 부품 및 프로세스가 역전될 수 있고, 본 기술의 특정 특징이 독립적으로 이용될 수 있으며, 이 모두는 본 기술의 설명에 대한 이익을 얻은 후에 당업자에게 명백할 것이다. 첨부된 청구범위에 기술된 바와 같은 본 기술의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 본원에 설명된 요소에 변경이 이루어질 수 있다.
산소 발생기 100
입구 101
공기 입구 105
어큐뮬레이터 106
압력 센서 107
입구 머플러 108
입구 밸브 122
입구 밸브 124
필터 129
출구 130
출구 밸브 132
머플러 133
출구 밸브 134
스프링 배플 139
체크 밸브 142
체크 밸브 144
유동 제한기 151
밸브 152
유동 제한기 153
밸브 154
유동 제한기 155
공급 밸브 160
팽창 챔버 162
산소 센서 165
초음파 방출기 166
초음파 수신기 168
외부 하우징 170
팬 172
출구 173
출구 포트 174
유동 제한기 175
전원 공급장치 180
유량 센서 185
미립자 필터 187
커넥터 190
전달 도관 192
압력 센서 194
기도 전달 디바이스 196
마우스피스 198
압축 시스템 200
속도 센서 201
압축기 210
압축기 출구 212
모터 220
외부 회전 전기자 230
공기 이송 디바이스 240
압축기 출구 도관 250
그래프 260
기간 270
기간 280
캐니스터 시스템 300
캐니스터 302
캐니스터 304
공기 입구 306
하우징 구성요소 310
베이스 315
밸브 시트 322
개구 323
밸브 시트 324
출구 325
배기 가스 327
입구 도관 330
밸브 시트 332
밸브 시트 334
애퍼처 337
도관 342
도관 344
도관 346
출구 시스템 350
개구 375
제어기 400
프로세서 410
내부 메모리 420
송수신기 430
그래프 435
기간 440
기간 445
POC 요법 시스템 450
서버 460
분석 엔진 462
개인용 컴퓨팅 디바이스 464
데이터베이스 466
네트워크 470
스마트폰 480
프로그램 482
출구 시스템 500
하우징 구성요소 510
도관 530
도관 532
도관 534
개구 542
개구 544
밸브 시트 552
밸브 시트 554
제어 패널 600
입력 포트 605
전원 버튼 610
유량 설정 버튼 620
유량 설정 버튼 622
유량 설정 버튼 624
유량 설정 버튼 626
활성 모드 버튼 630
모드 버튼 635
고도 버튼 640
배터리 체크 버튼 650
상대적인 배터리 잔량 LED 655
그래프 660
점 665
점 670
점 675
점 680
선 685
점 690
유동 소스 700
2차 밸브 710
유동 제한기 720
유동 제한기 730
2차 밸브 810
유동 제한기 820
사용자 1000

Claims (41)

  1. 환자 흡기를 위한 전달 도관에 치료 가스를 제공하기 위한 산소 발생기로서,
    가압 공기 스트림을 생성하도록 구성된 압축기;
    하나 이상의 체 베드로서, 상기 하나 이상의 체 베드는 상기 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 상기 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하도록 구성된 흡착제 재료를 포함하는, 하나 이상의 체 베드;
    밸브 세트로서,
    상기 가압 공기 스트림을 상기 하나 이상의 체 베드에 선택적으로 이송하기 위해 상기 압축기를 상기 하나 이상의 체 베드에 선택적으로 공압식으로 결합하고;
    상기 하나 이상의 체 베드의 배기 출구로부터 배기 가스를 분위기로 선택적으로 배출하도록 구성되는, 밸브 세트;
    상기 하나 이상의 체 베드의 생성물 출구로부터 생성된 산소 부화 공기를 수용하도록 상기 하나 이상의 체 베드에 공압식으로 결합된 어큐뮬레이터;
    산소 부화 공기를 상기 어큐뮬레이터로부터 1차 유동 경로를 통해 그리고 나서 상기 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 공급 밸브;
    상기 배기 가스의 일부를 상기 배기 출구로부터 상기 전달 도관으로 통과시키도록 구성된 2차 유동 경로; 및
    상기 밸브 세트 및 상기 공급 밸브에 작동적으로 결합된 제어기를 포함하며, 상기 제어기는,
    상기 어큐뮬레이터에 의해 수용하기 위한 산소 부화 공기를 생성하고 상기 하나 이상의 체 베드로부터 배기 가스를 배출하도록 상기 밸브 세트를 주기적 패턴으로 선택적으로 작동시키고;
    환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 전달 도관으로 방출하도록 상기 공급 밸브를 선택적으로 작동시키도록 구성되고,
    상기 치료 가스는 방출된 산소 부화 공기 및 상기 배기 가스의 일부를 포함하는, 산소 발생기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 치료 가스는 적어도 환자 흡기 및 환자 호기 동안에 상기 치료 가스가 상기 전달 도관으로 유동하는 하이브리드 모드로 상기 전달 도관에 제공되는, 산소 발생기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하이브리드 모드는 상기 치료 가스의 특성을 변경하는, 산소 발생기.
  4. 제3항에 있어서, 변경된 특성은 산소 순도인, 산소 발생기.
  5. 제4항에 있어서, 변경된 산소 순도는 환자 흡기의 적어도 일부 동안의 제1 산소 순도 및 상기 환자 흡기의 일부 이후의 제2 산소 순도를 포함하는, 산소 발생기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 산소 순도는 약 50% 내지 약 99% 범위의 순도이고, 상기 제2 산소 순도는 약 4% 내지 35% 범위의 순도인, 산소 발생기.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 1차 유동 경로는 상기 제1 산소 순도를 갖는 상기 치료 가스를 제공하도록 구성되고, 상기 2차 유동 경로는 상기 제2 산소 순도를 갖는 상기 치료 가스를 제공하도록 구성되는, 산소 발생기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 유동 경로는 상기 배기 가스의 일부를 상기 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 2차 밸브를 포함하고, 상기 제어기는 상기 배기 가스의 일부를 상기 전달 도관으로 방출하기 위해 상기 공급 밸브의 작동과 반동기적으로 상기 2차 밸브를 선택적으로 작동시키도록 추가로 구성되는, 산소 발생기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 공급 밸브 및 상기 2차 밸브는 상기 산소 부화 공기 또는 상기 배기 가스의 일부를 상기 전달 도관으로 방출하도록 구성된 3-방향 밸브로서 구현되는, 산소 발생기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 감지 포트와 기준 포트 사이의 압력차를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 압력 센서를 추가로 포함하며, 상기 감지 포트는 상기 전달 도관에 연결되고, 상기 기준 포트는 상기 공급 밸브의 하류에 있는 상기 산소 발생기의 유동 경로에 결합되는, 산소 발생기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어기는 생성된 압력차 신호로부터 흡기 시작을 검출하고, 검출된 흡기 시작에 기초하여 상기 공급 밸브를 작동시키도록 추가로 구성되는, 산소 발생기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어기는 상기 생성된 압력차 신호의 강하를 검출함으로써 흡기 시작을 검출하도록 구성되는, 산소 발생기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 압력 센서의 기준 포트는 유동 제한기를 통해 상기 공급 밸브의 하류측에 연결되는, 산소 발생기.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 산소 발생기의 인터페이스 상의 제어부의 사용자 활성화에 응답하여 상기 공급 밸브의 작동과 반동기적으로 상기 2차 밸브를 작동시키도록 구성되는, 산소 발생기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 유동 경로 내에 상기 2차 밸브와 일렬로 있는 유동 제한기를 추가로 포함하는, 산소 발생기.
  16. 제15항에 있어서, 상기 유동 제한기는 상기 전달 도관으로 방출될 때의 배기 가스의 유량이 상기 전달 도관으로 방출될 때의 산소 부화 공기의 유량과 대략 동일하도록 구성되는, 산소 발생기.
  17. 제8항에 종속되는 경우의 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 산소 부화 공기를 상기 어큐뮬레이터로부터 유동 제한기를 통해 상기 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 추가 2차 밸브를 추가로 포함하며, 상기 제어기는 산소 부화 공기를 상기 전달 도관으로 방출하기 위해 상기 공급 밸브의 작동과 반동기적으로 상기 추가 2차 밸브를 선택적으로 작동시키도록 추가로 구성되는, 산소 발생기.
  18. 제2항에 종속되는 경우의 제17항에 있어서, 상기 하이브리드 모드는 상기 치료 가스의 추가 특성을 변경하고, 변경된 추가 특성은 상기 치료 가스의 유량인, 산소 발생기.
  19. 치료 가스를 제공하기 위한 장치로서,
    가압 공기 스트림을 생성하기 위한 수단;
    상기 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 상기 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하기 위한 수단;
    (a) 상기 가압 공기 스트림을 상기 우선적 흡착 수단으로 선택적으로 이송하기 위해 상기 생성 수단과, 그리고 (b) 상기 우선적 흡착 수단 내에서 산소 부화 공기를 생성하도록 상기 우선적 흡착 수단으로부터 분위기로 배기 가스를 선택적으로 배출하기 위해 분위기로의 배기 출구와, 상기 우선적 흡착 수단을 주기적 패턴으로 선택적으로 공압식으로 결합하기 위한 수단;
    상기 우선적 흡착 수단의 생성물 출구로부터 생성된 산소 부화 공기를 축적하기 위한 수단;
    환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 상기 축적 수단으로부터 환자를 위한 전달 도관으로 선택적으로 방출하기 위한 수단; 및
    상기 배기 가스의 일부를 상기 전달 도관으로 통과시키기 위한 수단을 포함하며,
    상기 치료 가스는 상기 축적 수단으로부터 방출된 산소 부화 공기 및 상기 배기 가스의 일부를 포함하는, 장치.
  20. 환자를 위한 치료 가스를 생성하기 위한 산소 발생기로서,
    가압 공기 스트림을 생성하도록 구성된 압축기;
    하나 이상의 체 베드로서, 상기 하나 이상의 체 베드는 상기 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 상기 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하도록 구성된 흡착제 재료를 포함하는, 하나 이상의 체 베드;
    상기 가압 공기 스트림을 상기 하나 이상의 체 베드에 선택적으로 이송하기 위해 상기 압축기를 상기 하나 이상의 체 베드에 선택적으로 공압식으로 결합하도록 구성된 밸브 세트;
    상기 하나 이상의 체 베드에 의해 생성된 산소 부화 공기를 수용하도록 상기 하나 이상의 체 베드에 공압식으로 결합된 어큐뮬레이터;
    산소 부화 공기를 상기 어큐뮬레이터로부터 1차 경로를 통해 환자를 위한 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 공급 밸브;
    산소 부화 공기를 상기 어큐뮬레이터로부터 2차 경로를 통해 상기 환자를 위한 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 2차 밸브;
    상기 밸브, 상기 공급 밸브 및 상기 2차 밸브에 작동적으로 결합된 제어기를 포함하며, 상기 제어기는,
    상기 어큐뮬레이터 내의 산소 부화 공기를 생성하도록 상기 밸브 세트를 주기적 패턴으로 선택적으로 작동시키고;
    환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 상기 전달 도관으로 방출하도록 상기 공급 밸브를 선택적으로 작동시키고,
    산소 부화 공기를 상기 전달 도관으로 방출하기 위해 상기 공급 밸브의 작동과 반동기적으로 상기 2차 밸브를 선택적으로 작동시키도록 구성되는, 산소 발생기.
  21. 제20항에 있어서, 상기 치료 가스는 적어도 환자 흡기 및 환자 호기 동안에 상기 치료 가스가 상기 전달 도관으로 유동하는 하이브리드 모드로 상기 전달 도관에 제공되고; 상기 하이브리드 모드는 상기 치료 가스의 특성을 변경하는, 산소 발생기.
  22. 제21항에 있어서, 변경된 특성은 상기 치료 가스의 유량이고, 상기 1차 경로의 유동 특성은 상기 2차 경로의 유동 특성과 상이한, 산소 발생기.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 경로 내에 상기 2차 밸브와 일렬로 있는 유동 제한기를 추가로 포함하는, 산소 발생기.
  24. 제23항에 있어서, 상기 유동 제한기는 상기 2차 밸브를 통해 상기 전달 도관으로 방출될 때의 산소 부화 공기의 유량이 상기 공급 밸브를 통해 상기 전달 도관으로 방출될 때의 산소 부화 공기의 유량보다 실질적으로 낮도록 구성되는, 산소 발생기.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 밸브 및 상기 2차 밸브는 산소 부화 공기를 상기 전달 도관으로 방출하도록 구성된 3-방향 밸브로서 구현되는, 산소 발생기.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 감지 포트와 기준 포트 사이의 압력차를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 압력 센서를 추가로 포함하며, 상기 감지 포트는 상기 전달 도관에 연결되고, 상기 기준 포트는 상기 공급 밸브의 하류에 있는 상기 산소 발생기의 유동 경로에 결합되는, 산소 발생기.
  27. 제26항에 있어서, 상기 제어기는 생성된 압력차 신호로부터 흡기 시작을 검출하고, 검출된 흡기 시작에 기초하여 상기 공급 밸브를 작동시키도록 추가로 구성되는, 산소 발생기.
  28. 제27항에 있어서, 상기 제어기는 상기 생성된 압력차 신호의 강하를 검출함으로써 흡기 시작을 검출하도록 구성되는, 산소 발생기.
  29. 제28항에 있어서, 상기 압력 센서의 기준 포트는 유동 제한기를 통해 상기 공급 밸브의 하류측에 연결되는, 산소 발생기.
  30. 제22항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 산소 발생기의 인터페이스 상의 제어부의 사용자 활성화에 응답하여 상기 공급 밸브의 작동과 반동기적으로 상기 2차 밸브를 작동시키도록 구성되는, 산소 발생기.
  31. 제22항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 배기 가스의 일부를 상기 하나 이상의 체 베드로부터 상기 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 추가 2차 밸브를 추가로 포함하며, 상기 제어기는 상기 배기 가스의 일부를 상기 전달 도관으로 방출하기 위해 상기 공급 밸브의 작동과 반동기적으로 상기 추가 2차 밸브를 선택적으로 작동시키도록 추가로 구성되는, 산소 발생기.
  32. 제21항에 종속되는 경우의 제31항에 있어서, 상기 하이브리드 모드는 상기 치료 가스의 추가 특성을 변경하고, 변경된 추가 특성은 상기 치료 가스의 산소 순도인, 산소 발생기.
  33. 장치로서,
    가압 공기 스트림을 생성하기 위한 수단;
    상기 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 상기 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하기 위한 수단;
    상기 우선적 흡수 수단에서 산소 부화 공기를 생성하도록 상기 가압 공기 스트림을 상기 우선적 흡착 수단으로 선택적으로 이송하기 위해 상기 생성 수단과 상기 우선적 흡착 수단을 주기적 패턴으로 선택적으로 공압식으로 결합하기 위한 수단;
    상기 우선적 흡착 수단에 의해 생성된 산소 부화 공기를 축적하기 위한 수단;
    환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 상기 축적 수단으로부터 환자를 위한 전달 도관으로 선택적으로 방출하기 위한 1차 수단; 및
    상기 1차 선택적 방출 수단의 작동과 반동기적으로, 산소 부화 공기를 상기 축적 수단으로부터 상기 환자를 위한 전달 도관으로 선택적으로 방출하기 위한 2차 수단을 포함하는, 장치.
  34. 산소 발생기로서,
    가압 공기 스트림을 생성하도록 구성된 압축기;
    하나 이상의 체 베드로서, 상기 하나 이상의 체 베드는 상기 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 상기 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하도록 구성된 흡착제 재료를 포함하는, 하나 이상의 체 베드;
    상기 가압 공기 스트림을 상기 하나 이상의 체 베드에 선택적으로 이송하기 위해 상기 압축기를 상기 하나 이상의 체 베드에 선택적으로 공압식으로 결합하도록 구성된 밸브 세트;
    상기 하나 이상의 체 베드에 의해 생성된 산소 부화 공기를 수용하도록 상기 하나 이상의 체 베드에 공압식으로 결합된 어큐뮬레이터;
    산소 부화 공기를 상기 어큐뮬레이터로부터 환자를 위한 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 공급 밸브;
    가스의 유동을 상기 환자를 위한 전달 도관으로 이송하도록 구성된 2차 경로;
    감지 포트와 기준 포트 사이의 압력차를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 압력 센서로서, 상기 감지 포트는 상기 전달 도관에 연결되고, 상기 기준 포트는 상기 공급 밸브의 하류에 있는 상기 산소 발생기의 유동 경로에 결합되는, 압력 센서; 및
    상기 밸브 세트 및 상기 공급 밸브에 작동적으로 결합된 제어기를 포함하며, 상기 제어기는,
    상기 어큐뮬레이터를 위한 산소 부화 공기를 생성하도록 상기 밸브 세트를 주기적 패턴으로 선택적으로 작동시키고;
    생성된 압력차 신호로부터 환자의 흡기 시작을 검출하고;
    환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 상기 전달 도관으로 방출하도록 상기 공급 밸브를 선택적으로 작동시키도록 구성되는, 산소 발생기.
  35. 제34항에 있어서, 상기 제어기는 검출된 흡기 시작에 기초하여 상기 공급 밸브를 작동시키도록 추가로 구성되는, 산소 발생기.
  36. 제34항 또는 제35항에 있어서, 상기 제어기는 상기 생성된 압력차 신호의 강하를 검출함으로써 흡기 시작을 검출하도록 구성되는, 산소 발생기.
  37. 제36항에 있어서, 상기 압력 센서의 기준 포트는 유동 제한기를 통해 상기 공급 밸브의 하류측에 연결되는, 산소 발생기.
  38. 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 경로는 배기 가스를 상기 하나 이상의 체 베드로부터 상기 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 2차 밸브를 포함하는, 산소 발생기.
  39. 제38항에 있어서, 상기 2차 경로는 산소 부화 공기를 상기 어큐뮬레이터로부터 유동 제한기를 통해 상기 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 추가 2차 밸브를 추가로 포함하는, 산소 발생기.
  40. 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 경로는 산소 부화 공기를 상기 어큐뮬레이터로부터 유동 제한기를 통해 상기 전달 도관으로 선택적으로 방출하도록 구성된 2차 밸브를 포함하는, 산소 발생기.
  41. 장치로서,
    가압 공기 스트림을 생성하기 위한 수단;
    상기 가압 공기 스트림으로부터 성분 가스를 우선적으로 흡착하여, 이에 의해 상기 가압 공기 스트림으로부터 산소 부화 공기를 생성하기 위한 수단;
    상기 우선적 흡수 수단에서 산소 부화 공기를 생성하도록 상기 가압 공기 스트림을 상기 우선적 흡착 수단으로 선택적으로 이송하기 위해 상기 생성 수단과 상기 우선적 흡착 수단을 주기적 패턴으로 선택적으로 공압식으로 결합하기 위한 수단;
    상기 우선적 흡착 수단에 의해 생성된 산소 부화 공기를 축적하기 위한 수단;
    산소 부화 공기를 상기 축적 수단으로부터 환자를 위한 전달 도관으로 선택적으로 방출하기 위한 수단;
    가스의 유동을 상기 환자를 위한 전달 도관으로 이송하기 위한 2차 수단;
    감지 포트와 기준 포트 사이의 압력차를 나타내는 신호를 생성하기 위한 수단으로서, 상기 감지 포트는 상기 전달 도관에 연결되는, 수단; 및
    생성된 압력차 신호로부터 환자의 흡기 시작을 검출하고, 환자의 흡기와 동기화하여 산소 부화 공기를 상기 전달 도관으로 방출하도록 상기 산소 부화 공기의 선택적 방출 수단을 선택적으로 작동시키기 위한 수단을 포함하는, 장치.
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