KR20230057369A - 산소 및 기타 물질의 자동 보존 시스템 - Google Patents

산소 및 기타 물질의 자동 보존 시스템 Download PDF

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KR20230057369A
KR20230057369A KR1020237006810A KR20237006810A KR20230057369A KR 20230057369 A KR20230057369 A KR 20230057369A KR 1020237006810 A KR1020237006810 A KR 1020237006810A KR 20237006810 A KR20237006810 A KR 20237006810A KR 20230057369 A KR20230057369 A KR 20230057369A
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카를로스 페르난도 바조베리
브렌트 에이치. 영
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옥스포 코포레이션
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Abstract

수용자에게 공급되는 산소 및 기타 가스의 보존 시스템(10) 및 방법. 공급 도관(408)이 공급원(406)으로부터 저장부(404)로 가스를 공급하고, 저장부는 주변 압력에서 가스의 부피를 유지한다. 도관(422)이 저장부(404)로부터 수용자로 가스를 공급한다. 전기-기계 시스템 또는 비접촉 시스템(456)과 같은 팽창 검출 시스템이 저장부(404)가 팽창 상태 아래인 시점 및 저장부(404)가 팽창 상태까지 팽창되는 시점을 검출한다. 밸브 시스템은 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태일 때 가스가 공급원(406)으로부터 저장부(404) 내로 흐르는 것을 방지하며, 밸브 시스템은 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태 아래일 때 가스가 공급원(406)으로부터 저장부(404) 내로 흐르는 것을 허용하고, 그로 인해 저장부(404) 내의 가스가 주변 압력 초과의 가압 없이 연속적으로 보충될 수 있다.

Description

산소 및 다른 물질의 보존을 위한 자동 시스템
관련 출원에 대한 상호-참조
본 출원은 2020년 7월 27일에 출원된 미국 가출원번호 63/056,944, 및 2020년 10월 12일에 출원된 미국 특허출원번호 17/068,718의 우선권을 주장하며, 이들 모두 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 전반적으로 공급원으로부터 수용자(recipient)로의 가스의 전달에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 공급원으로부터 공여자 저장부(donor reservoir)를 자동 재충진하여 주변 압력에서 부피 변위에 의해 공여자 저장부로부터 수용자로 산소 및 기타 가스 및 물질을 전달할 때 이들을 보존하기 위한 시스템 및 방법이 본원에 개시된다. 시스템 및 방법의 실시예들에서, 산소 및 기타 가스 및 물질은 주변 압력에서 가스로 공여자 저장부를 자동 재충진하여 공여자 저장부와 수용자 사이의 압력차를 통해 수용자에 의한 요청에 따라 공여자 저장부로부터 수용자로 전달된다.
산소의 공급이 병원 환자 등에게 긴박하게 필요할 수 있다. 한편, 개발도상국에서 그리고 모든 곳의 수요가 증가된 시기 중에, 산소의 부족 및 과도한 비용은 가용성을 극도로 제한할 수 있으며, 필요로 하는 환자의 건강 및 안전을 위협할 수 있다. 예를 들어, 본 문헌의 작성 중에도 진행중인 COVID-19 팬데믹 동안, 산소의 수요로 인해, 병원 및 기타 요양기관은 이 생명을 구하는 가스를 절실히 필요로 하게 되었다. 2020년 6월 24일자 AP 뉴스 네트워크의 헤드라인 중 하나는 "전세계적으로 희박한 의료용 산소로 인해, 많은 사람이 생존을 위해 숨을 헐떡이고 있다"라고 경고했다. 다음 날, 로이터 통신은 "WHO는 COVID 환자가 천만 명을 넘어섬에 따라 산소 부족을 경고하였다"라고 밝혔고, 세계보건기구(WHO)는 전세계적으로 매주 약 100만 명의 신규 코로나바이러스 환자의 발생에 기반하여 전세계적으로 하루에 620,000입방 미터의 산소가 필요할 것으로 추정하였는데, 이는 COVID-19 환자를 위해서만 대략 88,000개의 대형 산소통에 상응한다.
환자에게 보충 산소(supplemental oxygen)를 공급하는 방식 중 하나는 산소통 또는 탱크와 같은 가압 산소 공급원과 환자 사이의 유체 연결, 통상적으로 연장관을 통하는 것이다. 가압 공급원은, 환자가 숨을 들이쉬든 내쉬든 상관 없이, 산소가 탱크로부터 커넥터 관을 통해 연속적으로 이동함에 따라, 환자에게 일정한 산소 유동을 공급한다. 그 결과, 환자가 숨을 내쉬느라 산소를 흡입할 수 없는 동안에도, 산소는 연속적으로 흘러서 낭비된다. 실제로, 이러한 연속 압력 공급 방법으로 연속적으로 공급되는 산소의 절반 이상이 낭비되며 대기 중으로 배출된다.
따라서, 한 명의 환자의 산소 자원을 보존하면 다른 환자의 생명을 구할 수 있다는 것이 명확하다. 아울러, 산소의 보존은 환자당 총 요구량을 감소시킬 뿐만 아니라 단위당 산소의 비용을 감소시키는 경향도 있을 것이다. 한편, 각각의 환자는 충분한 산소 공급을 요구한다. 그러므로, 어떻게 낭비를 최소화하면서 요청에 따라 충분한 공급으로 산소를 제공할지가 과제가 된다.
이러한 과제의 해결안을 알아보기 위해, 무엇이 산소를 포함하는 공기의 유동을 폐로 구동하는지, 어떻게 유동이 환자와 주변 공기 사이에서 정상적으로 개시 및 유지되는지, 및 흡기에 걸쳐 흉막압이 감소하는 동안 어떻게 폐포압이 달라지는지를 이해해야 한다. 공기는 다른 유체들처럼 높은 압력 영역으로부터 낮은 압력 영역으로 이동한다. 폐로의 공기 유동은 대기와 폐포 사이의 압력 구배의 형성을 요구한다. 이러한 구동 압력 구배는 흡기근의 수축에 의해 달성된다. 흡기근의 수축은 흉벽을 확장시켜서 흉강의 압력을 낮추고, 그에 따라 흉강내압 및 폐포압은 보일의 법칙에 따라 감소한다. 근수축은 흉부 부피의 변화를 초래하여, 폐포압의 변화로 이어지고, 이는 이후 폐로의 공기 유동을 위한 구동 압력을 제공한다.
일반적으로, 폐는 호흡 중에 공기로부터 산소를 흡수한다. 그러나, 소정의 조건은 사람이 충분한 산소를 획득하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 산소 전달 장비를 이용한 산소 요법이 요구된다. 환자는 코에 안착되는 관을 통해, 안면 마스크를 통해, 또는 숨통 또는 기관에 배치되는 관을 통해 산소 공급원으로부터 산소 요법을 받을 수 있다. 산소 치료는 폐가 받아 혈액에 전달하는 산소의 양을 증가시킨다. 산소 요법은 환자가 환자의 혈중 산소 수치를 너무 낮게 만드는 병태를 가질 때 환자에게 처방될 수 있다. 낮은 혈중 산소는 환자가 숨가쁨, 피로, 또는 혼란을 느끼게 만들 수 있고 환자의 신체를 손상시킬 수 있다. 산소 요법은 예를 들어 치료가능한 호흡기 질환으로 인해 일시적으로 필요할 수 있거나 장기간 필요할 수 있다. 종종, 산소 공급원은 압축 산소 가스 또는 액체 탱크이다.
산소 탱크는 연속적으로 제조, 이송, 저장, 및 재충진되어야 한다. 호흡 곤란을 수반하는 유행병 또는 팬데믹과 같은 급박한 상황에서, 수요가 공급을 위험할 정도로 능가할 수 있다. 아울러, 멀리 떨어진 경제적으로 어려운 지역에서, 산소 공급의 충분한 보충을 제공하는 것은 매우 고비용일 수 있고, 심지어 비극적으로는 불가능할 수 있다. 한편, 생명을 구하는 산소가 극도로 공급 부족이고, 산소가 관을 통해 환자에게 연속적으로 전달되는 상태에서, 공급된 산소 전체가 낭비되는 호기 동안을 비롯하여, 공급된 산소의 적어도 절반이 그저 대기 중으로 배출된다.
전술한 내용을 고려하여, 본 발명자는, 환자에게 준비된 산소 공급을 제공하면서 낭비되는 산소를 최소화하거나 제거하여, 개별 환자의 요구량을 최소화하고, 효과적인 산소 공급을 최대화하며, 공중 보건 위기의 시기에도 비용-효율적인 방식으로 더 나은 환자 돌봄 및 최적의 보건 성과를 가능하게 할 수 있는 시스템 및 방법에 대한 긴박한 필요성을 인식하였다.
환자로의 충분한 산소 공급에 대한 긴박한 필요성을 주지하면, 본 발명의 주요 목적은 생명을 구하는 데에 있다.
본 발명자는, 낭비되는 산소를 감소시켜서 이용가능한 산소 공급의 효과적인 사용을 최대화하는, 필요로 하는 환자 및 기타 수용자에 산소 및 기타 유동가능 물질을 공급하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 기본 목적을 추가로 기술한다.
본 발명의 실시예의 다른 목적은, 요청에 따라 충분한 산소 공급을 가능하게 하면서 비효율적인 산소 손실을 최소화하거나 제거하는, 수용자에 산소 및 기타 유동가능 물질을 공급하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 발현예의 또 다른 목적은, 사용 효율성을 최대화하고 공급 비용을 최소화하는, 수용자에 산소 및 기타 유동가능 물질을 공급하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 이러한 및 다른 목적, 이점, 및 세부사항은 본 명세서 및 도면을 검토하는 자 뿐만 아니라 작동 중 본원에 개시된 시스템 및 방법을 관찰할 기회를 갖는 자에게도 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명의 단일 실시예에서 복수의 전술한 목적을 달성하는 것이 가능할 수 있고 실제로 바람직할 수 있지만, 모든 실시예가 각각의 모든 잠재적인 이점 및 기능을 달성하도록 시도하거나 달성할 필요는 없음을 인식할 것이다. 그럼에도, 이 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에서 고려되어야 한다.
전술한 논의는 후술하는 상세한 설명의 더 나은 이해를 가능하게 하고 당해 기술분야에 대한 본 발명자의 기여의 더 나은 평가를 주입하기 위해 본 발명의 보다 중요한 목표 및 특징을 광범위하게 약술함을 인식할 것이다. 이의 임의의 특정 실시예 또는 양태가 상세히 설명되기 전에, 본 발명의 개념의 구성 및 예시의 후술하는 세부사항은 본 발명의 많은 가능한 발현예 중 단순한 예에 불과함을 명확히 해야 한다.
하나 이상의 전술한 목적을 수행시, 본 발명의 실시예는 환자에게 공급되는 산소의 보존 시스템으로 특징지어질 수 있다. 시스템은, 외벽, 산소의 부피를 유지하기 위한 내부 부피, 및 내부 부피 안팎으로의 산소의 전달을 허용하기 위한 적어도 하나의 오리피스를 구비한 확장가능 및 수축가능 공여자 저장부를 구비한다. 본원에 개시된 바와 같이, 공여자 저장부는 포일의 쉘과 같은 가요성 재료의 쉘을 포함할 수 있다. 공급 도관이 산소 공급원으로부터 산소를 공급받도록 구성된다. 공급 도관은 공여자 저장부에 산소를 공급하기 위한 제1 단부, 및 산소 공급원에 유체 연결되는 제2 단부를 구비하고, 주변 압력 도관이 공여자 저장부로부터 수용자로 유체 경로를 따라 산소를 공급하도록 구성된다. 주변 압력 도관은 공여자 저장부로부터 산소를 공급받기 위해 예를 들어 커넥터를 통해 공여자 저장부와 유체 연통하는 제1 단부, 및 수용자에 유체 연결되는 제2 단부를 구비한다. 팽창 검출 시스템은 공여자 저장부가 미리 결정된 팽창 상태까지 산소로 팽창되는 제1 조건, 및 공여자 저장부가 미리 결정된 팽창 상태 아래인 제2 조건을 검출하도록 작동가능하다. 마지막으로, 밸브 시스템이 산소 공급원과 공여자 저장부 사이에 배치된다. 밸브 시스템은 공여자 저장부가 제1 조건일 때 산소가 산소 공급원으로부터 공여자 저장부 내로 흐르는 것을 방지하기 위해 폐쇄 조건으로 작동하며, 밸브 시스템은 공여자 저장부가 제2 조건일 때 산소가 산소 공급원으로부터 공여자 저장부 내로 흐르는 것을 허용하기 위해 개방 조건으로 작동한다. 이러한 구성 하에, 산소는 공여자 저장부로부터 예를 들어 수용자와 같은 환자 호흡 마스크를 통해 환자로 공급될 수 있고, 공여자 저장부는 미리 결정된 팽창 상태까지 자동 보충될 수 있다.
시스템의 실시에서, 밸브 시스템 및 팽창 검출 시스템은 실질적으로 주변 압력에서 공여자 저장부 내의 산소의 부피를 유지하도록 작동한다. 예를 들어, 공여자 저장부는 완전 팽창 조건을 갖는 것으로 간주될 수 있고, 팽창 검출 시스템은 공여자 저장부가 완전 팽창 조건의 미리 결정된 범위 내로 팽창되는 시점을 검출하도록 작동할 수 있다. 이후, 팽창 검출 시스템은 공여자 저장부가 완전 팽창 조건의 미리 결정된 범위 내로 팽창될 때 제1 조건을 검출할 수 있고, 팽창 검출 시스템은 공여자 저장부가 완전 팽창 조건의 미리 결정된 범위 아래로 팽창될 때 제2 조건을 검출할 수 있다.
소정의 실시예에서, 팽창 검출 시스템은 전기-기계 시스템을 포함한다. 예를 들어, 팽창 검출 시스템은 공여자 저장부가 미리 결정된 팽창 상태까지 산소로 팽창될 때 공여자 저장부의 외벽에 의해 이동되도록 배치되는 스위치를 포함할 수 있다. 스위치는 예를 들어 중력, 탄성 압축가능 부재, 또는 임의의 다른 효과적인 방법에 의해 공여자 저장부를 향하여 편향될 수 있다. 스위치는 스위치가 공여자 저장부의 내부 부피에 대해 내향 위치에 또는 이를 넘어 배치되는 활성화 상태, 및 공여자 저장부 내의 산소의 부피가 미리 결정된 팽창 상태에 도달할 때 스위치가 공여자 저장부의 외벽에 의해 외향 이동되는 비활성화 상태를 갖는 것으로 간주될 수 있다. 밸브 시스템은 스위치가 비활성화 상태일 때 산소가 산소 공급원으로부터 공여자 저장부 내로 흐르는 것을 방지하도록 작동되며, 밸브 시스템은 스위치가 활성화 상태일 때 산소가 산소 공급원으로부터 공여자 저장부 내로 흐르는 것을 허용하도록 작동한다.
시스템의 특정 발현예에서, 스위치는 부동 스위치(float switch)를 포함한다. 예를 들어, 부동 스위치는 중앙 칼럼에 대해 연장가능 및 후퇴가능한 칼라를 갖는 접촉 구조를 구비할 수 있다. 칼라는 이후 자석을 보유할 수 있고, 중앙 칼럼은 이후 스위치가 활성화 상태일 때 자석의 근접에 의해 전기 접촉하게 되는 전기 접점들을 보유할 수 있다.
본 발명의 실시에 따르면, 밸브 시스템은 팽창 검출 시스템과 전기 통신하는 솔레노이드 밸브의 형태를 취할 수 있다. 솔레노이드 밸브는 공여자 저장부가 제1 조건일 때 산소가 산소 공급원으로부터 공여자 저장부로 흐르는 것을 방지하기 위해 팽창 검출 시스템에 의해 폐쇄 조건으로 유도될 수 있고, 솔레노이드 밸브는 공여자 저장부가 제2 조건일 때 산소가 산소 공급원으로부터 공여자 저장부로 흐르는 것을 허용하기 위해 팽창 검출 시스템에 의해 개방 조건으로 유도될 수 있다.
환자 호흡 마스크와 같은 수용자 전달 장치 또는 다른 수용자 전달 장치가 주변 압력 도관의 제2 단부에 결합될 수 있다. 또한, 소정의 실시예에서, 공여자 저장부는, 시스템의 메인 하우징, 메인 하우징 내의 서브-하우징, 또는 소정의 다른 유형의 하우징을 포함할 수 있는 하우징 내에 배치될 수 있다. 다른 실시에서, 공여자 저장부는 하우징 없이 배치될 수 있다. 하우징이 제공되는 경우, 팽창 검출 시스템은 스위치를 갖는 전기-기계 시스템을 포함할 수 있되, 스위치는 하우징에 의해 지지되며, 공여자 저장부가 미리 결정된 팽창 상태까지 산소로 팽창될 때 공여자 저장부의 외벽에 의해 이동되도록 배치된다. 보다 구체적으로, 하우징은 공여자 저장부의 팽창 상태가 시각적으로 인지될 수 있도록 투명할 수 있다.
시스템의 실시예는 공여자 저장부로부터 수용자로 유체 경로를 따라 배치되는 일방향 흡기 밸브를 추가로 포함할 수 있다. 일방향 흡기 밸브는 산소가 공여자 저장부로부터 주변 압력 도관을 통해 수용자로 흐르는 것을 가능하게 하지만 역방향 산소 유동을 방지하도록 작동할 수 있다.
본 발명의 대안적인 실시에서, 팽창 검출 시스템은 비접촉 검출 시스템을 포함한다. 예를 들어, 팽창 검출 시스템은 광학 검출 시스템의 형태를 취할 수 있다.
본 발명은 주로 산소 공급을 보존하는 방식으로 인간 또는 기타 생존 환자에게 산소를 공급하기 위해 채용되는 것으로 설명되지만, 본 발명은 산소를 유지 및 분배하는 것에 제한되지 않음을 이해할 것이다. 실제로, 다른 가스 및 가스 혼합물 및 다른 유체가 본 발명의 범주 내에서 가능하다. 이런 정도까지, 본 발명의 실시예는 가스의 공급을 제공하기 위한 시스템으로 보다 광범위하게 특징지어질 수 있다. 아울러, 가스가 반드시 환자에게 공급될 필요는 없다. 청구범위에 의해 명백히 배제될 수 있는 경우를 제외하면, 다른 수용자가 본 발명의 범주 내에서 고려된다.
전술한 논의는 후술하는 상세한 설명의 더 나은 이해를 가능하게 하고 당해 기술분야에 대한 본 발명자의 기여의 더 나은 평가를 주입하기 위해 본 발명의 보다 중요한 목표 및 특징을 광범위하게 약술함을 인식할 것이다. 이의 임의의 특정 실시예 또는 양태가 상세히 설명되기 전에, 본 발명의 개념의 구성 및 예시의 후술하는 세부사항은 본 발명의 많은 가능한 발현예 중 단순한 예에 불과함을 명확히 해야 한다.
첨부 도면에서,
도 1은 본 발명에 따른 자동 가스 보존 시스템의 개략도이다.
도 2는 본원에 개시된 바와 같은 자동 가스 보존 시스템을 채용하는 일련의 호흡 사이클을 나타낸 개략도이다.
도 3은 자동 가스 보존 시스템의 대안적인 실시예의 상측 평면도이다.
도 4는 도 3의 자동 가스 보존 시스템의 전방 입면도이다.
도 5는 도 3의 자동 가스 보존 시스템의 측부 사시도이다.
도 6은 온(ON) 조건에서 자동 가스 보존 시스템을 위한 팽창 검출 시스템의 상부 사시도이다.
도 7은 다시 온 조건에서 팽창 검출 시스템의 하부 사시도이다.
도 8은 오프(OFF) 조건에서 팽창 검출 시스템의 측부 입면도이다.
도 9는 커버 부분 및 보유된 팽창 검출 시스템이 제거된, 본원에 개시된 바와 같은 자동 가스 보존 시스템의 상측 평면도이다.
도 10은 도 9의 자동 가스 보존 시스템의 하측 평면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 대안적인 자동 가스 보존 시스템의 상측 평면도이다.
도 12는 도 11의 자동 가스 보존 시스템의 확대된 상측 평면도이다.
도 13은 도 11의 자동 가스 보존 시스템의 하측 평면도이다.
도 14는 도 11의 자동 가스 보존 시스템의 측부 입면도이다.
도 15는 도 11의 자동 가스 보존 시스템의 전방 사시도이다.
도 16은 도 11의 자동 가스 보존 시스템을 위한 필터 및 일방향 흡기 밸브의 사시도이다.
도 17은 본 발명에 따른 다른 자동 가스 보존 시스템의 개략적인 상측 평면도 및 측부 입면도를 포함한다.
도 18은 본 발명에 따른 또 다른 자동 가스 보존 시스템의 개략적인 상측 평면도 및 측부 입면도를 포함한다.
본원에 개시된 산소 및 기타 물질의 자동 보존 시스템 및 방법은 다양한 실시예로 구현된다. 그러나, 당업자가 본원에 개시된 발명을 이해하고 적절한 경우에 이를 실행할 수 있도록 보장하기 위해, 보다 광범위한 발명의 소정의 바람직한 실시예들이 이하에 설명되고 첨부 도면에 도시된다.
도면을 보다 구체적으로 살펴보면, 본 발명에 따른 자동 가스 보존 시스템(400)의 구조 및 작동은 도 1을 참조하여 이해될 수 있다. 본원에 도시 및 설명된 바와 같이, 자동 가스 보존 시스템(400)은 요청에 따라 공여자 저장부(404)로부터 환자 호흡 마스크(426)와 같은 수용자로 주변 압력에서 산소의 공급을 제공한다. 공여자 저장부(404)는 주변 압력에서 산소를 유지하며, 압축 산소 가스 또는 액체 산소 탱크와 같은 산소 공급원(406)으로부터 산소를 연속적으로 공급받는다. 공여자 저장부(404)가 주변 압력에서 산소를 유지하므로, 완전하고 충분한 산소 공급이 환자 흡기를 위해 연속적으로 이용가능하다. 동시에, 환자 호기 중의 산소 손실이 실질적으로 제거되어, 공여자 저장부(404) 내의 산소가 자동 보충되기 때문에 개별 수용자를 위한 가용성을 훼손함 없이 산소의 공급을 보존한다.
이러한 실시예에서, 공여자 저장부(404)는 기본 하우징 또는 더 큰 구조 내의 서브-하우징일 수 있는 하우징(402) 내에 배치되는 확장가능 및 압축가능 쉘, 블래더, 또는 기타 확장 및 압축가능 바디를 포함한다. 그러나, 공여자 저장부(404)가 본 발명의 범주 내에 있기 위해 반드시 하우징(402) 내에 있을 필요는 없다. 하우징(402)은 저장부(404)를 위한 경계를 획정하고, 그에 따라 저장부(404)의 쉘은 저장부(404)가 확장됨에 따라 하우징(402)에 의해 획정되는 경계의 하나 이상의 부분을 향하여 가압된다. 이러한 비제한적 예에서, 하우징(402)은 저장부(404)를 위한 하부 경계를 획정하는 하면, 저장부(404)를 위한 상부 경계를 획정하는 상면, 및 저장부(404)를 위한 종방향 경계들을 획정하는 원위 단부들을 구비한다. 여기서, 저장부(404)는 세장형의 난형 형상을 가지며 하우징(402)은 일반적인 정육면체 형상을 갖지만, 청구범위에 의해 명백히 제한될 수도 있는 경우를 제외하면, 다른 형상 및 형상 조합이 본 발명의 범주 내에서 즉각적으로 가능하다. 예를 들어, 도 10에 도시된 자동 가스 보존 시스템(400)의 실시예에서와 같이, 저장부(404)의 쉘의 하부벽 부분은 예를 들어 접착 스트립(448)에 의해 또는 임의의 다른 방식으로 하우징(402)의 하면에 접착되거나 달리 고정될 수 있다.
이 예에서, 저장부(404)는 바디 부분 및 넥을 갖는 쉘 또는 외벽 구조를 획정하기 위해 밀봉된 방식으로 가장자리를 따라 결합되는 제1 및 제2 세장형 패널에 의해 획정된다. 저장부(404)는 저장부(404)의 넥의 입구 오리피스를 제외하고 밀봉된다. 쉘은 가요성 및 실질적으로 가스 불투과성 재료로 형성되되, 이러한 수많은 재료가 가능하고, 이들 각각은 본 발명의 범주 내에 있음이 당업자에게 공지되어 있다. 저장부(404)의 쉘은 예를 들어 라이닝 층이 있거나 없는 가요성 폴리머 재료로 형성될 수 있다. 저장부(404)를 획정하는 재료는 예를 들어 알루미늄 라이닝을 갖는 폴리머 재료의 하나 이상의 층에 의해 형성되는 포일을 포함할 수 있다. 저장부(404)의 다른 형태가 본 발명의 범주 내에서 가능하다. 저장부(404)는 하나 이상의 가요성 벽, 강성 벽, 압축가능 벽, 절첩가능 벽, 확장가능 벽, 얇은 벽, 또는 내부에 부피 가스를 유지하는 다른 벽을 포함하는 조합을 가질 수 있다.
바람직하게는, 저장부(404)는, 일단 확장되면, 예를 들어 주변 압력관(422)을 통한 수용자(426)와의 유체 연결에 의해 주변 압력에 개방될 때에도, 자체의 구조적 무결성 또는 다른 것에 의해서든, 실질적으로 확장된 형상 및 구성을 유지하는 경향이 있는데, 이는 경량 가요성 포일의 저장부(404)의 형성에 의해 가능해진다. 본원에 교시된 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 저장부(404)는 확장될 때 벽들의 무게로 인해 자체적으로 심하게 붕괴되지 않는다. 따라서, 산소로 충진될 때, 저장부(404)는 이로부터 수용자(426)에 의해 인출되길 대기하는 구분된 부피의 산소를 주변 압력에서 일시적으로 저장한다.
이 예에서 T자형 커넥터를 포함하는 유체 커넥터(418)는 예를 들어 공여자 저장부(404)의 넥의 개구를 통해 저장부(404)와 유체 연통하는 제1 종방향 포트를 구비한다. 유체 커넥터(418)는 주변 압력관(422), 및 이 관(422)을 통해 수용자(426)와 유체 연통하는 제2 종방향 포트를 구비한다. 마지막으로, 유체 커넥터(418)는 제1 및 제2 개구 사이에 산소 공급원(406)과 유체 연통하는 제3 측방향 포트를 구비한다. 공급원(406)으로부터 커넥터(418)로의 유체 연통은 예를 들어 산소 공급원(406)으로부터 하우징(402)에 고정되는 산소 커넥터(410)로의 공급 도관의 역할을 하는 고압관(408), 및 산소 커넥터(410)로부터 공급 밸브(412)로의 고압관(452)을 통해 이루어질 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 포트는 유체 커넥터(418) 내에서 서로 유체 연통한다.
이 예에서 전기기계식 솔레노이드 밸브(412)를 포함하는 공급 밸브(412)는 개방 조건 및 폐쇄 조건을 갖는다. 밸브(412)는 가압 산소 공급원(406)과 저장부(404) 사이에 유체식으로 개재된다. 공급 밸브(412)가 개방 조건일 때, 산소는 산소 공급원(406)으로부터 관(408), 밸브(412), 및 커넥터(418)를 통해 저장부(404) 내로 전달될 수 있다. 밸브(412)가 폐쇄 조건일 때, 산소 공급원(406)과 저장부(404) 사이의 산소의 전달이 방지된다.
일방향 흡기 밸브(424)가 예를 들어 유체 커넥터(418)의 제2 포트에 유체 연결됨으로써 저장부(404)와 수용자(426) 사이에 개재되되, 유체 커넥터(418)는 제1 포트를 통해 저장부(404)의 넥에 유체 연결된다. 일방향 흡기 밸브(424)는 가스가 공여자 저장부(404)로부터 주변 압력관(422)을 통해 수용자(426)로 흐르는 것을 허용하는 반면, 예를 들어 수용자(426)로부터 공여자 저장부(404) 내로의 역방향 가스 유동을 방지하도록 작동한다. 가스 필터(420)가 수용자(426)와 일방향 흡기 밸브(424) 사이에 유체식으로 개재되고, 그에 따라 수용자(426)와 공여자 저장부(404) 사이에 유체식으로 개재된다. 필터(420) 및 일방향 흡기 밸브(424)는 도 16에 자동 가스 보존 시스템(400)의 잔여부로부터 분리 도시되어 있다.
본원에 개시된 바와 같이, 공여자 저장부(404) 내의 산소의 부피는 실질적으로 주변 압력에서 유지된다. 주변 압력은 공여자 저장부(404)를 둘러싸는 공기의 압력으로 정의될 수 있다. 수용자가 호흡의 흡기 단계를 거치게 되기 때문에, 산소는 공여자 저장부(404)로부터 주변 압력관(422)을 통해 인출되어, 공여자 저장부(404) 내의 산소의 부피를 감소시키는 경향이 있을 것이다. 공여자 저장부(404)의 압축가능한 성질로 인해, 저장부(404)는 수축되는 경향이 있을 것이다. 수축될 때, 공여자 저장부(404)에는, 저장부(404)의 가압 없이 팽창 검출 시스템의 작동에 의해 산소가 자동 보충되고, 그에 따라 저장부(404) 내의 산소는 실질적으로 주변 압력에서 유지된다.
팽창 검출 시스템은 보충 산소가 공여자 저장부(404)에 공급되지 않는 제1 조건, 및 보충 산소가 공여자 저장부(404)에 공급되는 제2 조건을 갖는다. 제1 조건은 공여자 저장부(404)가 소정의 미리 결정된 팽창 상태까지 산소로 팽창되는 조건일 수 있고, 제2 조건은 공여자 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태 아래에서 산소로 팽창되는 조건일 수 있다. 팽창 검출 시스템은 공여자 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태에 도달한 시점을 검출하도록 작동한다. 미리 결정된 팽창 상태는 공여자 저장부(404)가 임의의 치수 또는 치수 조합 내의 미리 결정된 크기 또는 다른 팽창 조건에 도달할 때 검출될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 공여자 저장부(404)는 완전 팽창 조건을 갖는 것으로 간주될 수 있고, 팽창 검출 시스템은 공여자 저장부(404)가 완전 팽창 조건까지, 또는 완전 팽창 조건의 미리 결정된 범위 내로 팽창되는 시점을 검출한다. 예시의 차원에서, 비제한적으로, 팽창 검출 시스템은 공여자 저장부(404)가 완전 팽창 조건 이하일 수 있는 임계 팽창 레벨 이상에서 산소로 팽창되는 시점을 검출할 수 있다.
본 발명을 이해하면, 당업자는 공여자 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태까지 팽창되는 시점을 검출하기 위해 팽창 검출 시스템으로 작동하는 복수의 메커니즘을 인식할 수 있다. 청구범위에 의해 명백히 제한될 수 있는 경우를 제외하면, 각각의 이러한 메커니즘은 본 발명의 범주 내에 있다. 팽창 검출 메커니즘은 기계 시스템, 전기 시스템, 전자기 시스템, 광학 시스템, 전기-기계 시스템, 음향-활성화 시스템, 움직임 센서, 광 센서, 및 공여자 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태까지 팽창되는 시점을 검출하기에 효과적인 임의의 다른 유형의 시스템을 포함할 수 있되, 공여자 저장부(404) 내의 산소가 실질적으로 주변 압력에서 있으면서 미리 결정된 팽창 상태에 도달할 수 있음을 또한 주목한다.
도 1의 비제한적 실시예에서, 팽창 검출 시스템은 공여자 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태까지 충진되는 시점을 검출하기 위한 전기-기계 시스템을 포함한다. 팽창 검출 시스템은 공여자 저장부(404)가 팽창 단계에 도달할 때 저장부(404)와 접촉하거나, 저장부(404)에 의해 접촉되거나, 이동되거나, 달리 작동되도록 배치되는 접촉 구조(416)를 구비한다. 본 발명의 범주 내에서, 접촉 구조(416)의 위치 및 구성은 달라질 수 있다. 도 1의 실시예에서, 예를 들어, 접촉 구조(416)는 하우징(402)의 원위 단부벽으로부터 또는 이를 통해 하우징(402)의 내부 부피 내로 돌출하도록 배치되고, 그에 따라 이는 저장부(404)의 원위 단부를 향하여 돌출하며 이와 맞물릴 수 있다. 그러나, 도 3 내지 도 15의 실시예들에서, 접촉 구조(416)는 하우징(402)의 상부벽으로부터 또는 이를 통해 하우징(402)의 내부 부피 내로 돌출하도록 배치되어 저장부(404)의 중간 부분과 맞물린다. 여기서, 접촉 구조(416)는 하우징(402)의 상부벽에 고정되는 지지 구조(434)에 의해 유지된다. 본 발명에 따르면, 접촉 구조(416)는 달리 유지될 수 있다.
접촉 구조(416)는 공여자 저장부(404)가 팽창 조건을 향하여 확장됨에 따라 저장부(404)에 의해 이동되도록 위치된다. 접촉 구조(416)는 예를 들어 공여자 저장부(404)에 의해, 보다 구체적으로는 공여자 저장부(404)의 확장에 의해 눌리거나, 피벗되거나, 회전되거나, 달리 작동될 수 있다. 접촉 구조(416)는 유동 스위치(414)로서, 또는 이의 구성요소로서, 또는 이를 작동시키기 위해 작동한다. 접촉 구조(416)가 공여자 저장부(404)의 확장에 의해 작동될 때, 유동 스위치(414)는 산소가 저장부(404)를 보충 및 충진하기 위해 산소 공급원(406)으로부터 저장부(404)로 흐르는 것이 허용되는 온 조건과 산소가 산소 공급원(406)으로부터 저장부(404)로 흐르는 것이 방지되는 오프 조건 간에 밸브(412)를 작동시키게 된다. 접촉 구조(416)는 예를 들어 스프링 힘에 의해, 중력 하에, 복원력에 의해, 또는 임의의 다른 편향 방법 또는 이들의 조합에 의해 공여자 저장부(404)를 향하여 편향된다.
도 1의 비제한적 실시예에서, 공여자 저장부(404)는 하우징(402) 내에 배치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 공여자 저장부(404)는, 하우징(402) 내에 배치될 수 있거나 독립적으로 위치할 수 있는 서브-하우징 내에 배치될 수 있다. 게다가, 도 17에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 공여자 저장부(404)는 하우징 또는 인클로저 없이 배치될 수 있고, 이 경우 접촉 구조(416) 및 잠재적으로는 이하에 추가로 설명되는 유동 스위치(414)는 공여자 저장부(404)에 대한 접촉 또는 다른 감지 또는 맞물림을 위해 예를 들어 주변 밴드, 강성 암, 또는 기타 유지 구조(454)에 의해 달리 유지될 수 있다. 접촉 구조(416) 및 유동 스위치(414)는 개별 배치로, 또는 잠재적으로는 하나의 유닛으로 함께 유지될 수 있다. 도 17에서, 접촉 구조(416)는 공여자 저장부(404)와 맞물리기 위해 강성 지지 암 또는 임의의 다른 유지 구조일 수 있는 유지 구조(454)에 의해 유지되고, 유동 스위치(414)는 접촉 구조(416)와 통합된다.
따라서, 접촉 구조(416)는 저장부(404)와 접촉하기 위해 하우징(402)에 의해, 유지 구조(454)에 의해, 또는 달리 유지된다. 본 발명을 제한함 없이, 접촉 구조(416)는 하우징(402) 내에, 또는 하우징(402)의 개구를 통해, 또는 저장부(404)를 유지하는 서브-하우징의 개구를 통해 부분적으로 또는 완전히 고정됨으로써 저장부(404)와 접촉하도록 유지될 수 있거나, 접촉 구조(416)는 하우징 내에 있지 않은 공여자 저장부(404)와 접촉하도록 유지될 수 있다.
유동 스위치(414)는 접촉 구조(416)가 공여자 저장부(404)의 내부 부피를 향하는 내부 방향으로 예를 들어 연장, 피벗, 또는 기타 움직임에 의해 충분히 이동될 때 온 조건으로 간주될 수 있는 활성화 상태를 갖는다. 접촉 구조(416)는 외벽이 내향 편향 또는 이동되거나 될 수 있도록 공여자 저장부(404) 내의 산소의 부피가 미리 결정된 팽창 상태 아래로 떨어질 때 활성화 상태까지 공여자 저장부(404)를 향하는 방향으로 내향 이동하도록 허용된다. 유동 스위치(414)는 접촉 구조(416)가 공여자 저장부(404)로부터 멀어지는 외부 방향으로 예를 들어 후퇴, 피벗, 또는 기타 움직임에 의해 이동될 때 오프 조건으로 간주될 수 있는 비활성화 상태를 갖는다. 접촉 구조(416)는 공여자 저장부(404)의 외벽이 공여자 저장부(404)의 확장에 의해 외향 전진되도록 공여자 저장부(404) 내의 산소의 부피가 미리 결정된 팽창 상태에 도달할 때 유동 스위치(414)를 오프 조건인 비활성화 상태로 조정하기 위해 외향 이동된다. 예를 들어, 접촉 구조(416)가 누름 스위치일 때, 공여자 저장부(404)의 확장은 공여자 저장부(404)의 외벽 또는 쉘을 외향 가압하여, 접촉 구조(416) 및 유동 스위치(414)를 비활성화 상태까지 가압할 것이다.
도 3 내지 도 10의 실시예들에서, 접촉 구조(416) 및 스위치(414)는 작동 골격체를 갖는 부동 스위치로 실시된다. 특히 도 7 및 도 8을 참조하면, 접촉 구조(416)의 작동 골격체는 공여자 저장부(404)의 종방향, 일반적으로 이의 표면에 대략 수직인 수직축을 따라 이동가능하도록 유지되는 것을 확인할 수 있다. 접촉 구조(416)의 작동 골격체는, 저장부(404)의 벽과 맞물리며 이에 의해 맞물려지도록 배치되는 원위의 편평한 토로이달 링(444)을 구비한다. 근위 토로이달 링(442)이 복수의 로드 부재(446)에 의해 원위 토로이달 링(444)과 평행하게 이격된 관계로 유지되고, 칼라(440)가 근위 토로이달 링(442)과 함께 이동하도록 고정된다.
토로이달 링들(442, 44), 로드 부재들(446), 및 칼라(440)에 의해 이와 같이 형성되는 작동 골격체는 중앙 칼럼(436)에 대해 연장가능 및 후퇴가능하다. 환상 플레이트(438)가 작동 골격체의 칼라(440)의 원위에 있는 중앙 칼럼(436)의 길이를 따라 고정되고, 그에 따라 환상 플레이트(438)는 부동 방식으로 접촉 구조(416)를 유지한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 칼라(440)는 공여자 저장부(404)가 주어진 레벨 아래로 충진될 때 자연 중력 하에 환상 플레이트(438)와 접촉하도록 하강하는 경향이 있다.
중앙 칼럼(436)은 리드 스위치(414)와 같은 자기 스위치(414)를 수용하고, 접촉 구조(416)의 부동 작동 골격체는 칼라(440) 내에 자석(447)을 유지한다. 공여자 저장부가 팽창 상태 아래인 경우 작동 골격체가 도 7에서와 같이 연장될 때, (도 8에 도시된) 리드 스위치(414)의 접점들(445)은 서로 접촉하도록 끌어당겨져서 전기 회로를 완성하며 스위치(414)를 활성화 조건으로 트리거하고, 이는 밸브(412)를 산소가 산소 공급원(406)으로부터 저장부(404)로 흐르는 것이 허용되는 온 조건으로 작동시킨다. 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태까지 충진될 때, 칼라(440) 내의 자석(447)은 리드 스위치(414)의 접점들(445)로부터 멀어지게 이동되어 회로를 단절시키며 스위치(414)를 비활성화 조건으로 트리거하고, 이는 밸브(412)를 산소가 산소 공급원(406)으로부터 저장부(404)로 흐르는 것이 방지되는 오프 조건으로 작동시킨다.
중력, 탄성 압축가능 또는 연장가능 부재를 비롯한 임의의 메커니즘, 또는 임의의 메커니즘 조합에 의해 이루어질 수 있는 접촉 구조(416)의 편향으로 인해, 접촉 구조(416)는 공여자 저장부(404) 내의 산소의 부피가 미리 결정된 임계값 아래로, 예를 들어 미리 결정된 팽창 상태 아래로 떨어질 때 산소가 산소 공급원(406)으로부터 저장부(404)로 흐르는 것을 허용하기 위해 유동 스위치(414) 및 밸브(412)를 온 조건으로 작동시키도록 활성화 상태로 자동 이동한다. 공여자 저장부(404) 내의 산소의 부피가 미리 결정된 임계값에 도달할 때, 예를 들어 미리 결정된 팽창 상태 이상일 때, 접촉 구조(416)는 공여자 저장부(404)의 벽에 의해 비활성화 상태로 이동되고, 스위치는 오프 조건에 배치된다. 비활성화 상태에서, 밸브(412)는 보존 가스가 공급원(406)으로부터 공여자 저장부(404)로 흐르는 것을 방지하기 위해 폐쇄된다.
그러므로, 공여자 저장부(404)는 공여자 저장부(404)의 과팽창 또는 가압 없이 공여자 저장부(404)의 최대 부피의 주어진 범위까지 또는 범위 내에서 팽창될 수 있다. 그에 따라, 공여자 저장부(404) 내의 산소가 대략적인 주변 압력을 초과하는 것이 방지된다. 그러나, 청구범위에 의해 달리 요구될 수도 있는 경우를 제외하면, 본 발명의 실시예는, 접촉 구조(416) 또는 유동 스위치(414) 또는 둘 다가, 잠재적으로 주변 압력을 초과하는 압력 또는 팽창 조건 또는 공여자 저장부(404)의 최대 부피 훨씬 아래의 소정의 팽창 조건을 비롯하여, 소정의 다른 미리 결정된 팽창 조건 또는 압력에서 비활성화 상태로 유도되도록 조정할 수 있다. 유동 스위치(414) 및 밸브(412)는 전기, 기계, 전기-기계, 또는 달리 구성 및 구축될 수 있다.
당업자는 공여자 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태까지 팽창되는 시점을 검출하기 위해 팽창 검출 시스템으로 작동하는 다른 메커니즘을 인식하되, 청구범위에 의해 명백히 제한될 수 있는 경우를 제외하면, 각각의 이러한 메커니즘은 본 발명의 범주 내에 있음을 또한 주목한다. 예를 들어 도 18의 실시예에서와 같이, 예를 들어 팽창 검출 시스템은 대안적으로 광학 검출 시스템과 같은 비접촉 검출 시스템(456)의 형태를 취할 수 있고, 이는 예를 들어 레이저 검출 시스템, 카메라 시스템, 적외선 팽창 검출 시스템, 또는 임의의 다른 효과적인 광학 또는 비접촉 검출 시스템에 의해 실시될 수 있다. 도 18의 비제한적 실시예에서, 예를 들어, 비접촉 검출 시스템(456)은 저장부(404)의 일측에 유지되는 레이저와 같은 발광체 또는 기타 발광체, 및 저장부(404)의 타측에 배치되는 수광체로 형성된다. 이러한 구성 하에, 공여자 저장부(404)의 팽창 조건은, 저장부(404)가 발광체로부터 수광체로의 광의 전달을 방지하거나 저장부(404)가 미리 결정된 반사율 값을 나타내는 조건까지 공여자 저장부(404)가 팽창되는 경우와 같은 비접촉 방식으로, 또는 소정의 다른 비접촉 방식으로 감지될 수 있다.
도 1 내지 도 16의 자동 가스 보존 시스템(400)의 실시예들에서, 공급 밸브(412)는 예를 들어 전기 회로 내의 전기 배선을 통해 유동 스위치(414)와 전기 통신하는 솔레노이드 밸브를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전기 회로, 전자 메모리, 배선, 및 기타 전기 제어 및 연결 구성요소를 포함할 수 있는 전기 제어 시스템은 유동 스위치(414)가 활성화 상태일 때 산소가 공급원(406)으로부터 흐르는 것을 허용하기 위해 솔레노이드 공급 밸브(412)를 개방 조건으로 유도하도록 팽창 검출 시스템과 협력한다. 전기 제어 시스템은 전력 공급 연결부(430)를 통한 교류 공급원, 배터리 전원과 같은 직류 공급원, 또는 소정의 다른 전력 공급원일 수 있는 전원으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 전원으로부터의 전력의 유동은 전력 스위치(432)에 의해 제어될 수 있다. 솔레노이드 밸브(412)는 유동 스위치(414)가 비활성화 상태일 때 산소가 공급원(406)으로부터 저장부(404)로 흐르는 것을 방지하기 위해 팽창 검출 시스템 및 전기 제어 시스템에 의해 폐쇄 조건으로 유도된다. 본원에 참조된 각각의 구성요소들은 본 발명의 범주 내에서 추가로 결합되거나 분리될 수 있다.
솔레노이드 밸브(412)는 팽창 검출 시스템의 유동 스위치(414)를 활성화 조건으로 이동 또는 달리 작동시킴으로써 전기 회로가 폐쇄될 때 전기적으로 개방될 수 있다. 솔레노이드 밸브(412)는 전기 회로가 접촉 구조(416)에 의해 개방되고 유동 스위치(414)가 비활성화 조건으로 이동될 때(이는 공여자 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태까지 충진됨을 나타낼 수 있음) 공여자 저장부(404)의 추가적인 충진을 방지하기 위해 자동 폐쇄된다. 저장부(404)에 의해 접촉 구조(416)를 외향 가압 또는 누름으로써 접촉 구조(416) 및 유동 스위치(414)가 작동되는 본 발명의 예에서, 접촉 구조(416)가 저장부(404)에 의해 충분히 외향 가압되고 솔레노이드 밸브(412)가 폐쇄 위치에 있을 때 전기가 흐르지 않는 개방된 전기 회로가 형성된다. 접촉 구조(416)가 예를 들어 저장부(404)를 향하여 내향 연장됨으로써 충분히 전진될 때(이는 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태 아래로 떨어짐을 나타냄), 전기 회로는 솔레노이드 밸브(412)를 개방 조건으로 작동시키기 위해 전기의 유동을 허용하도록 폐쇄되고, 그에 따라 산소가 공여자 저장부(404)를 충진하기 위해 흐를 수 있다.
밸브(412)가 개방 조건일 때에도, 공급원(406)으로부터 공여자 저장부(404)로의 산소의 유량, 유동의 압력, 또는 유동의 압력과 유량 모두는 예를 들어 도 1 에 도시된 바와 같이 예를 들어 유동-제한 커넥터(415)에 의해 제한될 수 있다. 유동-제한 커넥터(415)는 공급원(406)으로부터 공여자 저장부(404)로의 산소의 유량을 분당 1리터 미만과 같은 미리 결정된 유량, 또는 임의의 다른 유량으로 제한할 수 있다. 유동-제한 커넥터(415)는 예를 들어 0.02 mm 또는 유체 시스템 내의 다른 도관 연결에 비해 감소된 소정의 다른 치수의 내경을 갖는 커넥터와 같은 협경 관 커넥터를 포함할 수 있다. 따라서, 밸브(412)의 개방시 공여자 저장부(404) 내의 급격한 압력 변화가 방지될 수 있다.
도 2를 참조하면, 자동 가스 보존 시스템(400)은 요청에 따라 필요로 하는 인간 또는 기타 생존 환자에 의해 착용된 마스크와 같은 수용자(426)에 공급을 제공하기 위해 일련의 호흡 사이클 동안 작동 중인 것으로 도시된다. 자동 가스 보존 시스템(400)의 작동 중, 환자에 의한 흡기는 주변 압력에서 공여자 저장부(404)로부터 산소를 인출하도록 작동하여, 저장부(404)를 수축시키는 경향이 있을 것이다. 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태 사이에 떨어질 때, 저장부(404)는 공급원(406)으로부터의 산소의 공급에 의해 미리 결정된 팽창 상태까지 자동 충진된다. 따라서, 주변 압력에서 연속적으로 보충되는 산소의 부피가 저장부(404) 내에서 이용가능하여, 호흡 사이클의 자연 흡기 단계 중에 일방향 흡기 밸브(424) 및 주변 압력관(422)을 통해 인출된다. 수용자(426)가 흡기를 담당하지 않을 때, 산소는 저장부(404)로부터 인출되지 않는다. 저장부(404) 내의 산소의 부피가 미리 결정된 팽창 상태 아래로 떨어질 때, 접촉 구조(416) 및 유동 스위치(414)에 의해 형성되는 팽창 검출 시스템은 이를 검출하고, 밸브(412)를 개방 조건으로 트리거할 것이다. 이후, 산소 공급원(406)으로부터의 산소의 유동이 허용되고, 그에 따라 공여자 저장부(404)는 미리 결정된 팽창 상태에 도달할 때까지 산소로 충진될 것이다. 미리 결정된 팽창 상태에 도달할 때, 팽창 검출 시스템은 이를 검출하고, 호흡 사이클의 추가적인 흡기 단계가 저장부(404)로부터 산소의 부피를 인출할 때까지 공급원(406)으로부터 공여자 저장부(404)로의 산소의 추가적인 공급을 방지하기 위해 밸브(412)를 폐쇄 조건으로 트리거할 것이다. 따라서, 공여자 저장부(404)는 산소를 자동 공급받게 되는 한편, 저장부(404) 내의 산소의 가압은 자동 방지된다. 보충 산소가 요청에 따라 부피 변위 시스템 내의 주변 압력에서 환자에게 안전하고 효과적으로 공급되어, 호흡 사이클의 전체 흡기 단계 중에 산소의 전달을 가능하게 하는 한편, 호흡의 호기 단계 중에, 사실상 흡기 단계 외의 모든 단계에서 산소의 낭비적인 배출을 방지한다.
공여자 저장부(404)는 저장부(404)가 붕괴되기 시작하는 즉시 고압관(408) 및 공급 밸브(412)를 통해 가압 공급원(406)으로부터 보충 산소를 자동 공급받는다. 저장부(404)의 자동 재충진은, 공여자 저장부(404)가 호흡 사이클의 다음 흡기 단계에 이용가능한 산소의 공급을 항상 유지하는 한편, 저장부(404) 내의 산소가 주변 압력을 결코 초과하지 않도록 보장한다. 공여자 저장부(404)가 예를 들어 부분적으로 또는 완전히 투명한 하우징(402) 또는 하우징(402)의 관찰 개구를 통해 시각적으로 노출되는 경우, 관찰자에게 공여자 저장부(404)의 팽창 상태의 시각적인 확인이 제공된다. 따라서, 자동 가스 보존 시스템(400)은 공여자 저장부(404) 및 시스템(400)이 일반적으로 주변 압력에서의 공여자 저장부(404) 내의 산소의 저장 및 보충에 기반하여 환자의 생리적인 환기와 동기화됨에 따라 수용자(426)에 보충 산소의 동기화된 전달을 제공하며, 공여자 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태에 도달시 산소 공급의 자동 종결을 제공할 수 있다.
본 발명의 범주 내에서, 시스템(400)은 산소의 유동 및 환자의 호흡 특성을 측정, 기록, 및 분석할 수 있다. 비제한적 예시의 차원에서, 부피 측정 유량계가 산소 공급원(406)에 연결될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 유량계가 시스템(400)을 통한 기상 유동의 경로를 따라 하우징(402) 내에 유지될 수 있다. 예를 들어, 유량계는 밸브(412)를 통과하는 산소를 측정하기 위해 배치될 수 있다. 도시된 실시예에서, 밸브(412)는 유량계가 그 내부에 도시된 것으로 간주되도록 유량계를 포함할 수 있거나, 유량계는 달리 배치될 수 있다. 예를 들어, 유량계는 추가적으로 또는 대안적으로 저장부(404)와 주변 압력관(422) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어 주어진 기간에 걸쳐, 흡기 및 호기의 사이클마다 등으로 시스템(400)에 의해 수용자(426)에 공급되는 산소의 부피를 측정함으로써, 복수의 판단, 측정, 및 분석이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 환자에 의해 흡기되는 산소의 부피, 및 추가적으로 또는 대안적으로, 산소 공급원(406) 내에 남아있는 산소의 부피를 판단할 수 있다. 전기 시스템 상에서 작동하거나 이와 통신하는 전자 메모리 및 소프트웨어를 통해, 시스템(400)은 시스템(400)의 사용에 기반하여 데이터를 수집, 처리, 및 분석할 수 있다.
본원에 종종 도시 및 설명된 바와 같이, 수용자(426)는 보충 산소를 공급받는 생존 환자의 호흡 마스크일 수 있지만, 다른 수용자 및 전달 장비도 본 발명의 범주 내에서 가능하다. 환자에 의해 착용될 때, 환자 및 호흡 마스크 또는 다른 산소 전달 장비는 집합적으로 수용자(426)로 지칭될 수 있다. 다른 수용자 전달 장비는 예를 들어 다른 호흡 부속품을 포함할 수 있고, 이는 비강 캐뉼라, 후두 마스크(LMA), 기관내관, 기관내삽관, 인공호흡기 부착물, CPAP 기계 커넥터, 암부백, 또는 심지어 레저용 산소를 위한 전달 장치를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 청구범위에 의해 명백히 요구되지 않는 한, 자동 가스 보존 시스템(400)은 수용자(426)와 관련하여 제한되지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수용자 마스크(426)는 하나 이상의 일방향 호기 밸브(428)를 구비할 수 있고, 환자로의 산소 공급을 조절하기 위해 당해 기술분야에 공지된 조절 메커니즘을 포함할 수 있다. 필요시, 의사에 의해 판단된 환자가 필요로 하는 산소의 농도가 시스템(400)의 범주 내에 있는 현재 사용 중인 장치로 신뢰할 만하고 예측가능하게 희석 및 제어될 수 있다. 예시의 차원에서, 비제한적으로, 임상적으로 요구시, 더 많거나 더 적은 산소가 환자를 위해 수용자 마스크(426)에 대해 요망되는 농도를 달성할 수 있도록, 흡기관(422) 또는 수용자 마스크(426)의 오리피스의 개수, 직경, 또는 다른 특성이 조정될 수 있다.
도 2를 추가로 참조하면, 환자 수용자(426)에 필요한 산소 공급 방법 및 이에 관련된 자동 가스 보존 시스템(400)의 동기화된 작동이 추가로 이해될 수 있다. 여기서, 호흡 사이클의 역학이 자동 가스 보존 시스템(400)의 공여자 저장부(404)의 충진 및 재충진 작동과 평행하게 도시된다. 폐를 확장시키기 위해, 흡기 근육은 두 핵심 요인, 즉 폐의 순응도, 및 주로 기도를 통한 공기의 유동에 대한 마찰 저항의 형태인 기도 저항을 극복한다. 흡기의 시작시, 횡격막이 수축 및 하강하여, 흉부 부피를 확장시킨다. 횡경막의 하강은 복부 내용물을 압축하며 흉강의 내용물을 감압한다. 흉강의 확장 및 감압으로, 흉강내압 및 폐포압이 모두 감소한다. 폐포압은 서브-대기압 레벨로 감소하고, 폐로의 공기의 유동을 위한 압력 구배가 형성된다. 폐로의 공기의 유동을 위한 압력 구배가 더 이상 존재하지 않을 때 폐포압이 대기압 레벨(0 cm H20)로 상승할 때까지 공기가 폐로 흐르고 폐 용적이 증가한다. 조용한 흡기의 종료시, 흉강내압은 약 -8 cm H20에 도달하고, 폐를 팽창시키는 경폐압은 8 cm H20까지 증가한다(Pl = Pa-Ppl = 0 - (-8) = 8 cm H2O).
조용한 호기 중에, 사이클은 역전된다. 흡기 근육은 이완되고, 폐의 내향 탄성 반동은 폐의 수축을 초래한다. 수축 중에, 폐 및 흉벽은 하나의 유닛으로 움직인다. 폐포압이 대기압 또는 주변 압력(0 cm H20)에 상응할 때 폐로부터의 공기 유동이 중단된다.
보일의 법칙에 기반하여, 가스 분자의 개수가 일정한 폐쇄 시스템에서, 임의의 일정한 온도에서, 가스에 의해 가해지는 압력은 가스의 부피와 반비례한다. 그러므로, 가스의 부피가 증가함에 따라, 가스에 의해 가해지는 압력은 감소한다. 반대로, 부피가 감소함에 따라 압력은 증가한다.
따라서, 본 시스템(400) 및 방법의 작동 중, 환자가 호흡 사이클의 흡기 단계 중에 숨을 들이쉴 때, 보충 산소의 연속 유동이 호흡 사이클의 전체 흡기 단계에 걸쳐 시스템(400)으로부터 환자의 폐로 들어간다. 유량, 압력, 및 부피는 흡기 단계의 상이한 지점들에서 상이하다. 유동은 폐포압이 공여자 저장부(404) 내의 주변 압력 아래로 하강함으로써 시작되되, 청구범위에 의해 달리 요구되지 않는 한, 시스템(400)은 주변 압력보다 높거나 낮은 압력으로 작동할 수 있음을 또한 인식한다. 이후, 공여자 저장부(404)는 연속 유동으로서, 그러나 흡기 사이클 중에 상이한 속도들로, 수용자(426)를 통해 환자에게 직접 주변 압력에서 비가압 산소를 공급한다. 공여자 저장부(404)가 주변 압력에서 유지되기 때문에, 유량, 압력, 부피, 및 호흡수는 환자와 밀접하게 동기화된다. 호흡 사이클의 흡기 단계에 걸쳐 각각의 시점에서 산소의 보충을 환자의 생리적인 환기 값들에 부합하게 만드는 시스템(400)을 구비하는 것은, 계획된 것보다 많거나 적은 산소 유동을 보충함 없이, 수용자 안면 마스크(426) 또는 임의의 다른 이용가능한 산소 전달 장비를 통한 처방된 산소 농도의 신뢰할 만한 전달을 보장한다. 유량, 폐포압, 및 일회호흡량은 호흡 사이클의 흡기 단계에 걸쳐 각각의 시점에서 동기화될 수 있되, 환자의 생리적인 환기 값들은 흡기 단계의 상이한 지점들에서 상이함을 인식한다.
환자의 폐를 향하는 산소의 연속 유동은 호흡 사이클의 흡기 단계의 종료시 환자의 흉강내압이 공여자 저장부(404)의 주변 압력과 평형을 이룰 때까지 유지된다. 이때, 환자로의 산소의 유동은 다음 흡기 단계의 시작까지 중단된다. 산소는 호흡 사이클의 호기 단계 중에 시스템(400)으로부터 환자로 흐르지 않지만, 압축 고압 산소 공급원(406)으로부터의 산소의 유동은 미리 결정된 팽창 상태에 도달할 때까지 공여자 저장부(404)를 확장시키기 위해 공급된다. 저장부(404)가 주변 압력에서 미리 결정된 팽창 상태까지 재충진되면, 공여자 산소 저장부(404)는 환자의 다음 흡기 단계가 시작될 때 보충 산소를 공급할 준비가 된다. 팽창 검출 시스템은 저장부(404)가 가득차고 주변 압력이 되면 추가적인 산소 유동을 방지하기 위해 공급 밸브(412)를 자동 차단한다. 전체 흡기 사이클에 걸친 공여자 저장부(404)로부터 환자의 폐로의 신뢰할 만한 부피 및 농도의 보충 산소의 수동적이고 지속적인 전달이 가능하되, 공여자 저장부(404)는 압축 산소 공급원(406)과 수용자 마스크(426)와 같은 환자의 산소 전달 장비 사이에 배치된다.
따라서, 자동 가스 보존 시스템(400)은 다양한 환경에서 환자에게 보충 산소를 제공하기 위해 채용될 수 있다. 게다가, 청구범위에 의해 명백히 제한될 수 있는 경우를 제외하면, 자동 가스 보존 시스템(400)은 산소를 취급하는 것에 제한되지 않으며, 반드시 환자에게 가스를 제공하는 것에 제한되지 않는다. 저장부(404)를 자동 보충하여 가스 또는 기타 물질을 분배하는 다른 응용이 가능하다.
다수의 조건이 보충 산소를 요구할 수 있다. 예를 들어, 본 문헌의 작성시, 수천 명의 환자가 COVID-19 코로나바이러스 질병에서 기인한 급성 저산소혈증 호흡기 장애로 인해 보충 산소를 요구하고 있다. 보충 산소를 요구하는 다른 질병은 급성 중증 기관지 천식 및 만성 폐쇄성 폐질환(COPD)의 급성 악화를 포함한다. 만성 폐쇄성 폐질환을 갖는 환자는 종종 CO2 적체가 있거나 없는 만성 저산소혈증을 갖는다. 이러한 상황에서는 악화가 안정될 때까지 산소가 요구된다. 저산소혈증이 심한 경우 최대 100%의 높은 FiO2가 먼저 투여될 수 있지만, 금방 약 50~60% FiO2로 약해진다. 보충 산소의 목표는 약 90%의 SpO2에 대응하는 55~60 mm Hg의 PaO2(동맥 산소의 분압)를 유지하는 데에 있다. 더 높은 농도의 산소는 저산소 환기 구동을 둔화시키고, 이는 저환기 및 CO2 적체를 촉진할 수 있다. 합리적인 정도로 산소 전달을 보장하는 벤티 마스크와 같은 조절식 유동 장치의 사용이 바람직한 것으로 간주된다. 환자가 안정화되면, 비강 캐뉼라로 전환할 수 있고, 이는 대부분의 환자에게 더 편안하고 참을만 하다. 급성 중증 천식 또는 천식 지속 상태를 갖는 환자는 심한 기도 폐색 및 염증을 갖는다. 이들은 일반적으로 저산소혈증이다. 이러한 조건으로, 동맥혈 샘플이 즉시 채취되며, 산소가 35 내지 40%의 FiO2를 달성하기 위해 4~6리터/분의 유량으로 비강 캐뉼라를 통해 또는 바람직하게는 안면 마스크를 통해 시작된다. 더 높은 유동이 산소화를 개선할 것 같지는 않다. 유량은 약 80 mm Hg 또는 정상값 인근의 PaO2를 유지하기 위해 조정된다. 저산소혈증의 지속 및/또는 고탄산증의 침전이 있는 경우 보조 환기가 요구된다.
이러한 임상 샘플은 환자에게 신뢰할 만한 FiO2(흡기된 산소의 분율)를 공급하는 것의 중요성을 보여준다. 그러나, 종래의 시스템의 경우, 공기 갇힘을 극복하기 위해 높은 유량에서 연속 유동을 또한 요구하므로, 이러한 시스템은 산소통으로부터 환자로 직접 압축 산소를 보충할 때 비경제적이 된다. 또한, 시스템이 연속 산소 전달을 방지하기 위해 예를 들어 펄스 유동(PF)으로 호흡 사이클의 흡기 단계 중에만 압축 산소를 간헐적으로 전달할지라도, 이러한 시스템은 공기 갇힘을 극복하기 위해 환자가 요구하는 것보다 훨씬 더 많은 산소를 포함하는 압축 산소의 펄스를 환자에게 제공해야 한다.
호흡 사이클의 흡기 단계 중에 단지 요청에 따라 산소를 제공함으로써, 본 시스템(400) 및 방법은 필요한 공급을 훼손함 없이 산소 비용을 낮추고 산소를 보존하고 데에 탁월하며 효율적이다. 호흡 사이클의 호기 단계 중에 환자로의 가스 전달이 없기 때문에, 압축 산소 공급원(406)으로부터의 산소의 유동은, 신뢰할 만한 산소 농도를 유지하고, 산소 농도를 희석하며 환자에게 신뢰할 수 없는 농도를 전달하는 공기 갇힘을 극복하기 위해, 흡기 중에만 간헐적이며, 예를 들어 선행 기술의 고농도 산소 마스크에 의해 요구되는 바와 같은 연속 유동이 아니다. 일정한 유동, 특히 높은 유량에서 압축 산소를 사용하는 산소 전달 시스템은 비경제적이며 고비용이다. 아울러, 가압 산소의 전달은 복잡하고 어려워서, 종종 복잡한 소프트웨어, 상세한 알고리즘, 및 오작동 및 파손에 취약한 다수의 구성요소를 요구하고, 그로 인해 수리를 요구하며, 이러한 시스템의 비용 및 복잡도에 추가로 기여하는 보안 메커니즘을 요구할 수 있다.
따라서, 선행 기술의 통상적인 시스템 하에서, 비교적 저렴한 산소 전달 시스템이 제공될 수 있지만, 이는 가압 산소의 연속 유동을 요구하되, 귀중한 가스의 절반 이상이 그저 환경으로 배출된다. 산소가 안면 마스크 또는 다른 산소 전달 장치를 통해 펄스 유동(PF)으로 전달되는 시스템은 호기 중이 아닌 흡기 단계 중에만 산소를 공급하도록 시도하여, 총 산소 요구량을 감소시키도록 시도한다. 그러나, 이러한 전달은 고비용의 장비를 요구하며, 주변 압력에서 제공되지 않는다. 게다가, 특히 환자 산소 요건이 시간에 따라 변하는 경우, 환자의 호흡과 완벽하게 동기화되는 적절한 타이밍에 보충 산소의 펄스를 제공하는 것은 어렵거나 불가능할 수 있다.
본 자동 가스 보존 시스템(400)으로 공여자 저장부(404)에 의해 제공되는 자연 흡기될 산소의 요청에 따른 공급은 선행 기술의 시스템에 의해 드러난 수많은 결함 및 한계를 극복한다. 예를 들어, 처방된 흡기 산소 농도를 달성하기 위해, 많은 선행 기술 시스템이 환자의 피크 흡기 유량(PIFR)에 따라 좌우된다. 예를 들어, 환자가 낮은 흡기 산소 농도를 요구할 때, 낮은 유량에서 비강 캐뉼라를 사용하는 것이 도움이 되지만, 이러한 관행은 환자의 산소를 낮은 흡기 산소 농도로만 제한한다. 환자의 산소 요건이 상당히 증가하는 경우, 일회호흡량, 흡기의 '속도', 및 호흡수에 따라 좌우되는, 폐로 더 많은 공기를 구동하려는 흡기 노력으로 인해, PIFR은 비강 캐뉼라 또는 기타 전달 장치에 의해 산소 또는 산소/공기 혼합물을 공급하는 유량을 초과할 것이다. 이는 PIFR의 시점에서 실내 공기의 어느 정도의 갇힘이 일어나서, 예측할 수 없는 방식으로 결과적인 FiO2를 변경시킴을 의미할 것이다. 한편, 환자가 높은 농도의 산소를 필요로 하는 경우, 매우 높은 산소 유량(10~15리터/분)에서 비-재호흡 안면 마스크를 사용하는 것은 처방된 농도에서 산소 부피의 신뢰할 만한 전달을 재보증하며, PIFR에 따라 덜 좌우된다. 그러나, 산소의 절반 이상이 환경으로 낭비되고, 공급 비용이 상응하여 증가된다.
압축 가스 탱크가 종종 본원에 산소 공급원(406)으로 도시 및 참조되지만, 다른 산소 공급원(406)이 본 발명의 범주 내에서 가능하다. 다른 비제한적 예시의 차원에서, 자동 가스 보존 시스템(400)은 요청에 따라 환자에게 산소 농축기에 의해 공급되는 산소를 제공할 수 있다. 산소 농축기는 탱크를 요구하지 않는다. 실제로, 이는 공기를 획득하고 그로부터 질소를 제거하여, 의료용 산소를 요구하는 환자를 위한 산소-부화 가스를 남긴다. 이러한 압축 산소의 통상적인 유량은 1~5리터/분이다. 최첨단 농축기는 50리터/분 이상을 전달할 수 있지만, 더 많은 전기 및 더 많은 유지관리를 요구한다.
본원에 개시된 바와 같이 산소 농축기와 환자 안면 마스크 또는 비강 캐뉼라와 같은 수용자(426) 사이에 자동 가스 보존 시스템(400)을 배치함으로써, 유동 제한, 많은 수요 등으로 인해 농축기에 의해 충분한 공급이 제공되지 않는 경우의 사용을 위해, 과량의 산소가 주변 압력에서 저장될 수 있다. 예를 들어, 산소 농축기가 10리터/분을 제공하고, 환자의 포화도가 하강함에 따라 환자가 갑자기 더 많은 산소를 필요로 하는 경우, 산소의 부피가 주변 압력에서 공여자 저장부(404) 내에 이용할 것이다. 저장부(404) 없이, 환자는 농축기의 유동에 제한되고, 이는 그 자체가 제한적이다. 따라서, 저장부(404) 없이, 환자가 생존하기 위해 더 많은 산소를 필요로 하는 경우, 마스크로의 산소 유동을 증가시키거나(이는 불가능할 수 있음), 환자를 삽관 치료하거나, 기계적인 환기를 사용하는 선택이 있는데, 의사와 환자 모두 피하고 싶은 일이다.
산소 공급원(406)이 산소 농축기인 경우, 자동 가스 보존 시스템(400)은 산소 농축기와 환자 마스크(426) 또는 기타 수용자 사이에 배치될 수 있고, 그에 따라 산소가 농축기를 빠져나갈 때, 산소는 대형 저장부(404)에 들어가고, 여기서 환자가 흡입할 때까지 주변 압력에서 유지된다. 환자가 숨을 들이쉬고 저장부(404)로부터 산소를 인출함에 따라, 저장부(404)는 고갈되기 시작하고, 산소 공급원(406)인 산소 농축기의 공급 밸브(412)는 산소 농축기로부터의 압축 산소로 저장부(404)를 보충하기 위해 개방된다. 환자가 숨을 내쉼에 따라, 유동이 수용자 마스크(426) 등을 통해 저장부(404)와 환자 사이에 일어나지 않는다. 환자의 호기 단계 중에 농축기로부터 흐르는 산소를 낭비하는 대신, 유동은 저장부(404)를 보충하기 위해 채용된다. 저장부(404)가 가득 차면, 공급 밸브(412)는 산소 농축기 공급원(406)으로부터의 산소의 유동을 중단시킨다. 환자가 다시 숨을 들이쉬고 공여자 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태 아래로 수축될 때, 차단된 밸브(412)는 산소 농축기로부터의 산소로 저장부(404)를 보충하기 위해 개방되고, 사이클은 호흡마다 반복된다. 이러한 방식으로, 흡기 중에 환자에 의해 취해지지 않는 산소는 손실되는 것이 아니라 저장된다. 일 예에서, 환자가 흡입 중에 단지 약 5리터의 고농도 산소를 필요로 할 때 사용되는 20리터/분의 출력을 갖는 농축기(406)는 10리터 이상을 남기게 되고, 이는 공급 가용성을 개선할 수 있다. 따라서, 산소 농축기는 의도된 목적으로 사용되면서, 작동 시간, 전기, 마모 및 파열, 및 수리와 관련하여 더 적은 요건을 가지므로, 최종 사용자를 위한 보다 유용하며 신뢰할 만한 투자를 나타낼 수 있다. 또한, 시스템(400) 및 산소 공급원(406)인 농축기는 더 높은 농도를 요구하는 환자에게 더 신뢰할 만한 산소 농도를 제공하도록 협력한다.
본원에 개시된 바와 같이, 자동 가스 보존 시스템(400) 및 방법은 주변 압력에서 공여자 저장부(404)로부터 수용자(426)로 가스 또는 가스 혼합물을 제공한다. 저장부(404) 내의 주변 압력의 가스 또는 가스 혼합물은 수용자(426)의 압력이 공여자 저장부(404)의 압력 아래로 하강할 때 공여자 저장부(404)로부터 인출될 수 있고, 저장부(404)로부터의 주변 압력 가스의 인출은 수용자(426)의 압력이 저장부(404)의 압력과 평형을 이루면 즉시 중단된다. 시스템(400)은 주변 압력에서 공여자 저장부(404)로부터 수용자(426)로 가스 또는 가스 혼합물을 제공할 수 있고, 수용자(426)에 도달하는 혼합물 내의 가스들의 백분율은 예를 들어 주변 압력에서 혼합물 내에 수반되는 각각의 가스의 도관 내에 배치되는 저항에 의해 조절될 수 있다.
시스템(400)은, 연속 가압 가스(들)의 유동을, 수용자(426)의 압력이 공여자 저장부(404)의 주변 압력 아래로 하강됨에 따라 가스(들)의 필요성이 발생할 때로만 제한함으로써, 하나 이상의 공급원(406)으로부터의 가스를 보존한다. 따라서, 공여자 저장부(404)는 수용자(426)에 의한 압력차의 제어에 기반하여 수요의 정확한 부피 및 속도에 부합하는 방식으로 가스(들)를 수용자(426)에 이용가능하게 만듦으로써 주변 압력 저장부(404)로부터의 가스(들)의 전달을 수동적으로 허용할 수 있다. 시스템(400)의 실시예에서, 공여자 저장부(404)는 주변 압력에 있을 뿐만 아니라, 또한 호흡 사이클 중의 흡입 단계와 같은 공여자 저장부(404)와 수용자(426) 사이의 압력차에 의해 발생되는 유동의 시작에서 종료까지의 전달 중에 매 시점에서 1:1 비율로 가스(들)의 부피의 저항 없이 완전히 수동적인 방식으로 전달을 수용할 만큼 충분히 크다. 시스템(400)의 실시에서, 환자 흡기의 속도, 압력, 시간, 및 부피 및 공여자 저장부(404)로부터의 기상 전달의 도표들은 균등하며, 사실상 거울 이미지일 가능성이 있다. 예를 들어 흡입 중의 수용자(426)의 압력 하강이 전적으로 저장부(404)로부터의 부피의 전달을 위해 사용된다. 주변 압력보다 높은 압력에서 산소를 포함하는 챔버 또는 저장부의 경우와 같이, 유동을 시작하기 위해 압력 체크 밸브를 개방하도록 여분의 압력이 요구되지 않는다. 시스템(400)은 폐쇄 시스템으로 작동할 수 있거나, 주변 압력에서 유지되면서 환경의 주변 압력에 개방될 수 있다. 시스템(400)은 필요시에만 수용자(426)로의 가스(들)의 유동을 제한함으로써 가스(들)를 보존한다. 환자가 흡기 중에만 수용자 마스크(426)로 흐르는 보충 산소를 흡입하기 때문에, 연속 유동 시스템에 비해 1/2 내지 1/3과 같이 훨씬 감소된 부피의 산소가 요구된다.
본 발명의 실시에서, 시스템(400)은 수면 무호흡증 및 COPD의 치료에 사용되는 CPAP 기계를 위한 가변 산소 농도를 제공하는 공급원으로 사용될 수 있다. 시스템(400)은 예를 들어 CPAP 기계의 공기 입력에 시스템(400)을 연결함으로써 가압 공급원(406)으로부터의 산소를 보존하는 것을 도울 수 있다. 시스템(400)은 또한 산소 농축기를 위해 주변 압력에서 저장부(404)를 제공하기 위해 채용될 수 있고, 그에 따라 특히 호흡 부전을 갖는 환자를 치료하기 위해 높은 유동이 요구될 때, 환자는 주변 압력에서 더 신뢰할 만한 농도의 산소를 흡입 또는 흡기할 수 있다. 아울러, 시스템(400)은 산소 공급원(406)인 산소 농축기가 더 적은 필수 산소 유동, 감소된 작동 시간, 감소된 전기 소비, 증가된 기계 수명, 및 더 적은 수리 및 부품으로 환자에게 동일한 산소 농도의 산소를 제공하는 것을 도울 수 있다. 게다가, 가스가 보존되므로, 이전에는 단 한 명의 환자에게 공급하였던 산소 농축기가 잠재적으로는 요구된 공급 속도에 따라 복수의 환자를 위해 동시에 사용될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 명시적으로 달리 기술되거나 본문으로부터 명확하지 않는 한, 단수 항목에 대한 참조는 복수 항목을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, 그 반대도 마찬가지이다. 달리 기술되거나 맥락상 명확하지 않는 한, 문법적인 접속사는 결합된 절들, 문장들, 단어들 등의 임의의 및 모든 이접 및 접속 조합을 표현하도록 의도된다. 따라서, 예를 들어, "또는"이라는 단어는 일반적으로 "및/또는"을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본원에 달리 나타내지 않는 한, 본원에서의 값들의 범위의 인용은 제한하려는 의도가 아니라, 상기 범위 내에 속하는 임의의 및 모든 값을 개별적으로 참조하려는 의도이고, 이러한 범위 내의 각각의 개별 값은 본원에 개별적으로 인용된 것과 같이 본 명세서에 포함된다. "약", "대략" 등의 단어는, 수치를 동반할 때, 의도된 목적을 위해 만족스럽게 작동하는 것으로 당업자에 의해 인식되는 편차를 나타내는 것으로 해석되어야 한다. 마찬가지로, "대략" 또는 "실질적으로"와 같은 근사어는, 물리적인 특성을 참조하여 사용될 때, 대응하는 용도, 기능, 또는 목적을 위해 만족스럽게 작동하는 것으로 당업자에 의해 인식되는 편차들의 범위를 고려하는 것으로 이해되어야 한다. 본원에 제공된 "~와 같은" 등에서의 임의의 및 모든 예시 또는 예시적인 어법의 사용은 단지 실시예를 더 잘 부각시키기 위한 의도이며, 실시예의 범주를 제한하지 않는다. 본 명세서 내의 어법은 임의의 청구되지 않은 요소를 실시예의 실시에 필수적이라고 나타내는 것으로 해석되지 않아야 한다. 설명에서, "제1", "제2", "상면", "하면", "상부", "하부" 등과 같은 용어는 편의적인 단어이며, 제한적인 용어로 해석되지 않아야 한다.
산소 및 기타 물질의 자동 보존 시스템에 대한 본 발명의 소정의 세부사항 및 실시예가 개시되지만, 당업자는 본 발명의 정신 또는 범주를 벗어남 없이 수많은 변경 및 추가가 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 이는 현재의 바람직한 실시예가 본원에 나타낸 보다 광범위한 발명을 예시하는 것에 불과함을 명심할 때 특히 그러하다. 따라서, 본 발명의 주요 특징을 명심하면, 바람직한 실시예에 포함된 모든 특징을 포함하지 않으면서 이러한 주요 특징을 포함하는 실시예를 형성할 수 있음이 명확할 것이다.
따라서, 후술하는 청구범위는 본 발명에 부여될 보호 범위를 정의한다. 이러한 청구범위는 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않는 한 균등한 구성을 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 후술하는 청구범위는 구조 또는 재료의 언급 없이 때때로 특정 기능을 수행하기 위한 수단으로 소정의 요소를 표현할 수 있거나 표현하는 것으로 해석될 수 있음을 추가로 주목해야 한다. 법에 정해진 대로, 이와 같은 청구범위는 본 명세서에 명백히 설명된 대응하는 구조 및 재료 뿐만 아니라, 모든 법적으로 인식할 수 있는 이의 균등물을 포괄하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (31)

  1. 환자에게 공급되는 산소의 보존 시스템(10)으로서,
    외벽, 산소의 부피를 유지하기 위한 내부 부피, 및 상기 내부 부피 안팎으로의 산소의 전달을 허용하기 위한 적어도 하나의 오리피스를 구비한 확장가능 및 수축가능 공여자 저장부(404);
    산소 공급원(406)으로부터 산소를 공급받도록 구성되며, 상기 공여자 저장부(404)에 산소를 공급하기 위한 제1 단부, 및 상기 산소 공급원(406)에 유체 연결되는 제2 단부를 구비한 공급 도관(408);
    상기 공여자 저장부(404)로부터 수용자로 유체 경로를 따라 산소를 공급하도록 구성되며, 상기 공여자 저장부(404)로부터 산소를 공급받기 위해 상기 공여자 저장부(404)와 유체 연통하는 제1 단부, 및 상기 수용자에 유체 연결되는 제2 단부를 구비한 주변 압력 도관(422);
    상기 공여자 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태까지 산소로 팽창되는 제1 조건, 및 상기 공여자 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태 아래인 제2 조건을 검출하도록 작동가능한 팽창 검출 시스템; 및
    상기 산소 공급원(406)과 상기 공여자 저장부(404) 사이에 배치되고, 상기 공여자 저장부(404)가 제1 조건일 때 산소가 상기 산소 공급원(406)으로부터 상기 공여자 저장부(404) 내로 흐르는 것을 방지하기 위해 폐쇄 조건으로 작동하며, 상기 공여자 저장부(404)가 제2 조건일 때 산소가 상기 산소 공급원(406)으로부터 상기 공여자 저장부(404) 내로 흐르는 것을 허용하기 위해 개방 조건으로 작동하는 밸브 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  2. 제1항에 있어서, 상기 밸브 시스템 및 상기 팽창 검출 시스템은 실질적으로 주변 압력에서 상기 공여자 저장부(404) 내의 산소의 부피를 유지하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  3. 제2항에 있어서, 상기 공여자 저장부(404)는 완전 팽창 조건을 가지고, 상기 팽창 검출 시스템은 상기 공여자 저장부(404)가 완전 팽창 조건의 미리 결정된 범위 내로 팽창되는 시점을 검출하도록 작동하며, 상기 팽창 검출 시스템은 상기 공여자 저장부(404)가 완전 팽창 조건의 미리 결정된 범위 내로 팽창될 때 제1 조건을 검출하고, 상기 팽창 검출 시스템은 상기 공여자 저장부(404)가 완전 팽창 조건의 미리 결정된 범위 아래로 팽창될 때 제2 조건을 검출하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  4. 제1항에 있어서, 상기 공여자 저장부(404)는 가요성 재료의 쉘을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  5. 제4항에 있어서, 상기 공여자 저장부(404)는 포일의 쉘을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  6. 제1항에 있어서, 상기 시스템(10)은 산소 공급원(406)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  7. 제1항에 있어서, 상기 팽창 검출 시스템은 전기-기계 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  8. 제7항에 있어서, 상기 팽창 검출 시스템은 상기 공여자 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태까지 산소로 팽창될 때 상기 공여자 저장부(404)의 상기 외벽에 의해 이동되도록 배치되는 스위치(414)를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  9. 제8항에 있어서, 상기 스위치(414)는 상기 공여자 저장부(404)를 향하여 편향되는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  10. 제8항에 있어서, 상기 스위치(414)는 상기 스위치(414)가 상기 공여자 저장부(404)의 상기 내부 부피에 대해 내향 위치에 또는 이를 넘어 배치되는 활성화 상태, 및 상기 공여자 저장부(404) 내의 산소의 부피가 미리 결정된 팽창 상태에 도달할 때 상기 스위치(414)가 상기 공여자 저장부(404)의 상기 외벽에 의해 외향 이동되는 비활성화 상태를 가지고, 상기 밸브 시스템은 상기 스위치(414)가 비활성화 상태일 때 산소가 상기 산소 공급원(406)으로부터 상기 공여자 저장부(404) 내로 흐르는 것을 방지하도록 작동하며, 상기 밸브 시스템은 상기 스위치가 활성화 상태일 때 산소가 상기 산소 공급원(406)으로부터 상기 공여자 저장부(404) 내로 흐르는 것을 허용하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  11. 제10항에 있어서, 상기 스위치(414)는 부동 스위치(414)를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  12. 제11항에 있어서, 상기 부동 스위치(414)는 중앙 칼럼(436)에 대해 연장가능 및 후퇴가능한 칼라(440)를 갖는 접촉 구조(416)를 포함하고, 상기 칼라(440)는 자석(447)을 보유하며, 상기 중앙 칼럼(436)은 상기 스위치(414)가 활성화 상태일 때 상기 자석(447)의 근접에 의해 전기 접촉하게 되는 전기 접점들(445)을 보유하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  13. 제1항에 있어서, 상기 밸브 시스템은 상기 팽창 검출 시스템과 전기 통신하는 솔레노이드 밸브(412)를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  14. 제13항에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브(412)는 상기 공여자 저장부(404)가 제1 조건일 때 산소가 상기 산소 공급원으로부터 상기 공여자 저장부(404)로 흐르는 것을 방지하기 위해 상기 팽창 검출 시스템에 의해 폐쇄 조건으로 유도되고, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 공여자 저장부(404)가 제2 조건일 때 산소가 상기 산소 공급원으로부터 상기 공여자 저장부(404)로 흐르는 것을 허용하기 위해 상기 팽창 검출 시스템에 의해 개방 조건으로 유도되는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  15. 제1항에 있어서, 상기 시스템(10)은 상기 주변 압력 도관의 상기 제2 단부에 결합되는 수용자 전달 장치(426)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  16. 제15항에 있어서, 상기 수용자 전달 장치(426)는 호흡 마스크(426)를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  17. 제1항에 있어서, 상기 공여자 저장부(404)는 하우징(402) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  18. 제17항에 있어서, 상기 팽창 검출 시스템은 스위치(414)를 갖는 전기-기계 시스템을 포함하고, 상기 스위치는 상기 하우징에 의해 지지되며, 상기 공여자 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태까지 산소로 팽창될 때 상기 공여자 저장부(404)의 상기 외벽에 의해 이동되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  19. 제17항에 있어서, 상기 하우징(4020)은 투명하고, 그로 인해 상기 공여자 저장부(404)의 팽창 상태는 시각적으로 인지될 수 있는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  20. 제1항에 있어서, 상기 시스템(10)은 상기 공여자 저장부(404)로부터 상기 수용자로 유체 경로를 따라 배치되는 일방향 흡기 밸브(424)를 추가로 포함하고, 상기 일방향 흡기 밸브(424)는 산소가 상기 공여자 저장부(404)로부터 상기 주변 압력 도관(422)을 통해 상기 수용자로 흐르는 것을 가능하게 하지만 역방향 산소 유동을 방지하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  21. 제1항에 있어서, 상기 팽창 검출 시스템은 비접촉 검출 시스템(456)을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  22. 제21항에 있어서, 상기 팽창 검출 시스템은 광학 검출 시스템(456)을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 보존 시스템(10).
  23. 가스의 공급을 제공하기 위한 시스템(10)으로서,
    외벽, 가스의 부피를 유지하기 위한 내부 부피, 및 상기 내부 부피 안팎으로의 가스의 전달을 허용하기 위한 적어도 하나의 오리피스를 구비한 확장가능 및 수축가능 저장부(404);
    가스 공급원(406)으로부터 가스를 공급받도록 구성되며, 상기 저장부(404)에 가스를 공급하기 위한 제1 단부, 및 상기 가스 공급원(406)에 유체 연결되는 제2 단부를 구비한 공급 도관(408);
    상기 저장부(404)로부터 수용자로 유체 경로를 따라 가스를 공급하도록 구성되며, 상기 저장부(404)로부터 가스를 공급받기 위해 상기 저장부(404)와 유체 연통하는 제1 단부, 및 상기 수용자에 유체 연결되는 제2 단부를 구비한 주변 압력 도관(422);
    상기 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태까지 가스로 팽창되는 제1 조건, 및 상기 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태 아래인 제2 조건을 검출하도록 작동가능한 팽창 검출 시스템; 및
    상기 가스 공급원(406)과 상기 저장부(404) 사이에 배치되고, 상기 저장부(404)가 제1 조건일 때 가스가 상기 가스 공급원(406)으로부터 상기 저장부(404) 내로 흐르는 것을 방지하기 위해 폐쇄 조건으로 작동하며, 상기 저장부(404)가 제2 조건일 때 가스가 상기 가스 공급원(406)으로부터 상기 저장부(404) 내로 흐르는 것을 허용하기 위해 개방 조건으로 작동하는 밸브 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  24. 제23항에 있어서, 상기 밸브 시스템 및 상기 팽창 검출 시스템은 실질적으로 주변 압력에서 상기 저장부(404) 내의 가스의 부피를 유지하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  25. 제24항에 있어서, 상기 저장부(404)는 완전 팽창 조건을 가지고, 상기 팽창 검출 시스템은 상기 저장부(404)가 완전 팽창 조건의 미리 결정된 범위 내로 팽창되는 시점을 검출하도록 작동하며, 상기 팽창 검출 시스템은 상기 저장부(404)가 완전 팽창 조건의 미리 결정된 범위 내로 팽창될 때 제1 조건을 검출하고, 상기 팽창 검출 시스템은 상기 저장부(404)가 완전 팽창 조건의 미리 결정된 범위 아래로 팽창될 때 제2 조건을 검출하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  26. 제23항에 있어서, 상기 공여자 저장부(404)는 가요성 재료의 쉘을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  27. 제23항에 있어서, 상기 팽창 검출 시스템은 상기 저장부(404)가 미리 결정된 팽창 상태까지 팽창될 때 상기 저장부(404)의 상기 외벽에 의해 이동되도록 배치되는 스위치(414)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  28. 제27항에 있어서, 상기 스위치(414)는 상기 스위치(414)가 상기 저장부(404)의 상기 내부 부피에 대해 내향 위치에 또는 이를 넘어 배치되는 활성화 상태, 및 상기 저장부(404) 내의 가스의 부피가 미리 결정된 팽창 상태에 도달할 때 상기 스위치(414)가 상기 저장부(404)의 상기 외벽에 의해 외향 이동되는 비활성화 상태를 가지고, 상기 밸브 시스템은 상기 스위치(414)가 비활성화 상태일 때 가스가 상기 가스 공급원(406)으로부터 상기 저장부(404) 내로 흐르는 것을 방지하도록 작동하며, 상기 밸브 시스템은 상기 스위치(414)가 활성화 상태일 때 가스가 상기 가스 공급원(406)으로부터 상기 저장부(404) 내로 흐르는 것을 허용하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  29. 제28항에 있어서, 상기 스위치(414)는 부동 스위치(414)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  30. 제23항에 있어서, 상기 팽창 검출 시스템은 비접촉 검출 시스템(456)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
  31. 제30항에 있어서, 상기 팽창 검출 시스템은 광학 검출 시스템(456)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(10).
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