TWI465268B - 氧氣濃縮裝置 - Google Patents

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Description

氧氣濃縮裝置
本發明係與氧氣濃縮裝置有關，尤其與依據變壓吸附(Pressure swing adsorption、PSA)方式之醫療用攜帶式氧氣濃縮裝置有關。
依據變壓吸附方法，使用沸石(Zeolite)為吸附劑，選擇性吸附所通過空氣中之氮氣以產生氧氣之氧氣濃縮裝置，已實用化當做醫療用。
該方式之氧氣濃縮裝置，將由空氣進入口取進之原料空氣用壓縮機構之壓縮機進行壓縮以產生壓縮空氣，並將此壓縮時溫度上升之壓縮空氣以熱交換器進行冷卻。此熱交換器與上述壓縮機構同時用吹送外部空氣之冷卻機構進行冷卻，並供給壓縮空氣於內藏有吸附劑的吸附筒，藉此產生氧氣，再貯存所產生氧氣於貯存桶，經由減壓閥及流量設定器而由貯存桶供給設定流量之氧氣，並經由鼻插管等使患者能夠吸入氧氣。
如此構成之氧氣濃縮裝置，如設置於具備AC電源(商用電源)之場所時，如肺功能減低而在家進行氧氣療法之患者，即便在就寢中亦能夠安全吸入氧氣而安眠。尤其在就寢中使用時，氧氣濃縮裝置之噪音以極少發生為宜。且儘可能希望在室內空調設備之噪音 水準以下。
另一方面，慢性支氣管炎等呼吸器疾病患者之有效治療方法、即長期吸入氧氣療法所使用之氧氣濃縮裝置一般均非可搬運型。亦即無法令患者能夠攜帶外出。因此，患者不得已外出時，需要用手推著搭載氧氣筒之二輪手推車，再由此氧氣筒吸入濃縮氧氣。而供給氧氣於該氧氣筒須要專用設備來進行，如此造成患者之不便。
於是，已有提出使用電池驅動壓縮機之可搬運式或移動式之氧氣濃縮裝置(參照專利文献1、專利文献2)。
又，如採用具備發生壓縮空氣之壓縮機構與發生負壓之減壓機構之壓縮機時，尤其以減少一體化壓縮機之震動及濃縮氧氣步驟時，因均壓程序發生之震動為目的，提出在減壓機構與轉換閥之管路間設置與外部空氣連通之負壓破壞閥，再於進行均壓工作時同步打開負壓破壞閥，使外界空氣進入減壓機構與轉換閥之管路間，以謀求防止壓縮機之震動及低耗電化之技術(參照專利文献3)。
又，於具備(1)壓縮機：具有發生壓縮空氣之壓縮機構與發生負壓之減壓機構；(2)二支吸附筒體：其進口側分別與壓縮機連接以導入壓縮空氣於筒體內部，由裝填筒體中之吸附劑吸附氮氣並分離產生氧 氣再由其出口側供給氧氣，同時吸附劑被氮氣飽和時導入負壓，使氮氣排出吸附筒體外；(3)二組三向轉換閥：連接於二支吸附筒體之進口側與壓縮機之間，能夠互相切換壓縮空氣通路、負壓通路、及關閉通路；(4)壓力感測器：檢測二支吸附筒體之任一側是否達到最高內壓值；(5)均壓閥：分支配管於二支吸附筒體之出口側之間，當壓力感測器檢測最高內壓值時，開啟進行二支吸附筒體之間之均壓化；(6)負壓破壞閥：連接於負壓發生部與三向轉換閥之負壓通路之間，在進行均壓化時開啟，以控制通路中之壓力，並藉消音器進行排氣時使用負壓破壞閥以減低噪音之技術的氧氣濃縮裝置並業已提出。
專利文獻1：特開2002－121010號公報專利文獻2：特開2000－79165號公報專利文獻3：特開2005－111016號公報
使用如上述構成之氧氣濃縮裝置時，為防止攜帶時發生充電式電池電力耗盡之情事，可連接使用多數個充電式電池。但連接多數個充電式電池時，將引起電源切換操作之複雜化。因此在多數個充電式電池間進行自動控制而由完全放電之電池切換至完全充電之電池即可。因此，本發明係鑑於上述情形而完成， 提供在各個充電式電池設置辨識標籤識別符碼(ID code)及充電狀態檢測機構，能夠確認電力耗盡之電池並切換至完全充電之電池。同時提供配合充電式電池欲使用時間而能夠自由選擇需要連接之充電式電池個數，以提高便利性之氧氣濃縮裝置為目的。
又，依據如上述構成之氧氣濃縮裝置，係構成為：當檢出吸氣狀態時，能夠使開度閥(opening valve)與以氧氣量設定機構所設定之氧氣供應量成比例轉動一定時間量而進行氧氣吸入動作。另一方面，如氧氣吸入裝置之使用場所的高度變高時，濃縮氧氣之原料空氣會減少而導致使氧氣稀薄，而有人們無法充分吸入氧氣之情形。
因此，本發明乃提供以呼吸同步進行氧氣吸入時，因應氧氣吸入裝置之使用場所的高度而能夠供應最適量氧氣之氧氣濃縮裝置為另一目的。
本發明之其他特徵可由參照下述實施發明之最好方式及附圖而得到瞭解。
為了解決上述課題以達成目的，本發明之氧氣濃縮裝置係將壓縮空氣通過收放有沸石吸附劑的筒體中，其並具備(1)一對吸附筒：用來以上述吸附劑選擇性地吸附氮氣而產生氧氣，(2)過濾機構：用以過濾成為上述壓縮空氣之原料空氣，(3)壓縮機構：其 以馬達驅動而由上述過濾機構所過濾之空氣製得上述壓縮空氣，(4)充電式電池：用以供應包含上述驅動馬達之電力，(5)轉換閥：能夠切換上述一對吸附筒以交替供應壓縮空氣，以及，(6)一容器：用以貯存上述產生之氧氣；其特徵為上述壓縮機構具備由汽缸室(以密封狀態引導被電動馬達驅動而作曲軸運動而往復動作之活塞)及空氣導入口形成之主機箱，並經由上述空氣導入口將上述過濾機構與上述壓縮機構一體化。
又，上述充電式電池分別具有能夠辨識之識別符碼(ID code)，且其多數個與電源供應接頭連接；其特徵為具備(1)識別符碼辨識機構：與上述電源供應接頭併設以辨識上述識別符碼；(2)檢測機構：設置於各個上述充電式電池以檢測充電狀態；(3)電池自動轉換機構：以上述檢測機構檢出上述電池完全放電時，以上述識別符碼辨識機構辨識之識別符碼指示上述完全放電之電池停止放電，並切換至未放電之上述充電式電池，而經由上述電源供應接頭進行電力之供應。
又，上述充電式電池由箱體下方以重叠狀態自由交換方式設置為特徵。
又，本發明之氧氣濃縮裝置之特徵為另外具備(1)壓力調節器：與上述容器連接而維持由上述容器所供 應之氧氣於一定供應壓力；(2)氧氣濃度感測器：連接於上述壓力調節器下游以檢測氧氣濃度；(3)比例開度閥：連接於上述氧氣濃度感測器下游；(4)氧氣流量感測器：連接於上述比例開度閥下游以檢測氧氣流量；(5)壓力感測器：連接於上述氧氣流量感測器下游以檢測呼氣狀態；(6)氧氣吸入器具：配置於上述壓力感測器下游以進行氧氣吸入；(7)控制機構：以上述壓力感測器檢測上述呼氣狀態時，將上述比例開度閥以上述氧氣流量設定機構設定之上述氧氣供應量成比例改變其開度並啟動，以呼吸同步進行氧氣吸入。
又，本發明之氧氣濃縮裝置之另一特徵為與全球衛星定位系統(GPS)連接，因應以上述全球衛星定位系統所量測之本裝置使用場所高度，改變上述壓縮機構之壓縮空氣量。
又，上述壓縮機構以隨高度升高而增加馬達旋轉數，及隨高度降低而減少馬達旋轉數為特徵。
又，上述全球衛星定位系統依據四點測量以量測上述高度，或由三點測量求得之座標與高度地圖之對比量測上述高度為特徵。
依據本發明，能夠提供可小型輕量化且可謀求減低噪音之氧氣濃縮裝置。又，各個充電式電池設置識 別符碼(ID code、即識別標籤)及充電狀態檢測機構，能夠確認完全放電之電池並切換為完全充電之電池，而提供能夠提高便利性之氧氣濃縮裝置。
以下就本發明之一較佳實施方式，參照附圖將攜帶型氧氣濃縮裝置當做一實施例說明。在此，本發明可做各種修正與改變，其中之特定事例附圖所示於圖面並詳述如下。但本發明並不限定於此等，在申請專利範圍所規定之範圍內可做各種構成之實施狀態。
第1圖之1A圖為說明氧氣產生原理之配管圖；1B圖為以經時表示正壓引起之正壓力變壓吸附法(PSA)及正壓與負壓引起之正負壓力變壓吸附法(VPSA)之壓力改變之圖表；1B圖為表示正壓引起之正壓力變壓吸附法(PSA)及正壓與負壓引起之正負壓力變壓吸附法(VPSA)之氮氣吸附量與壓力之圖表。
於第1圖，簡單說明正壓原料空氣引起之正壓力變壓吸附法(PSA)及正壓與負壓原料空氣引起之正負壓力變壓吸附法(VPSA)。於第1圖之1A圖，導入外部空氣而被壓縮機C壓縮之原料空氣經一側之三向轉換閥109a導入第一吸附筒108a。第一吸附筒108a內藏觸媒沸石，氮氣被沸石吸附後即分離產生氧氣。
如此分離產生之氧氣，經未示圖中之止回閥流入製品桶中。如第一吸附筒108a之內壓升高時，三向 轉換閥109a切換為排氣進行排氣。與此時先後，均壓閥107開啟，移至使用第一吸附筒108a濃縮之部分氧氣進行洗清第二吸附筒108b之均壓工作。
其次，為進行第一吸附筒108a之去吸附工作(排出氮氣與水分)及將壓縮空氣導入第二吸附筒108b而開啟三向轉換閥109a，則由進入第二吸附筒108b之壓縮空氣分離產生之氧氣經未示於圖中之止回閥流入製品桶中。隨後，以未示於圖中之壓力感測器檢出到達設定壓力時，均壓閥107開啟一定時間，再進行第二吸附筒108b之洗清及均壓工作。又，開啟均壓閥107時，在第二吸附筒108b分離產生之氧氣送入第一吸附筒108a之出口部，進行內藏沸石之洗清。上述各工作以一定時間反復進行時，能夠連續且安定地供應氧氣。
如上述對二支吸附筒以二個三向轉換閥切換供應氧氣時，為達成第1圖之1B圖實線所示壓力變化，將正壓之壓縮空氣送入吸附筒中吸附氮氣，並在約1大氣壓下進行去吸附操作之方法而稱為正壓力變壓吸附法(PSA)；將第1圖之1B圖虛線所示去吸附操作減壓至真空，更積極進行內藏沸石之洗清之方法稱為正負壓力變壓吸附法(VPSA)。
如第1圖之1C圖所示，正壓力變壓吸附法(PSA)之氮氣吸附量與正負壓力變壓吸附法(VPSA)比較 時，即使在相同壓差下，其氮氣吸附量亦較少，故依正負壓力變壓吸附法(VPSA)進行較好。但此時須要能夠輸送正壓之壓縮空氣與減壓之負壓空氣雙方之壓縮機。此種壓縮機通常為大型，故甚難與攜帶用之小型氧氣濃縮裝置組合使用。
相對的，正壓力變壓吸附法(PSA)只要僅能夠輸送正壓之壓縮空氣之壓縮機即可，而能夠與攜帶用之小型氧氣濃縮裝置組合使用。以下就依上述正壓力變壓吸附法構成之攜帶用小型氧氣濃縮裝置之一例詳細說明。
<氧氣濃縮裝置1之整體構成>
第2圖之1A圖表示本發明之一實施方式之小型氧氣濃縮裝置1連同鼻插管由正面左斜上方所見之外觀斜視圖；1B圖為小型氧氣濃縮裝置1專用攜帶用袋4之外觀斜視圖。
如第2圖之2A圖所示，小型氧氣濃縮裝置1為總重量約2~4Kg，具備近似上下方向為細長寶特瓶狀之縱長外觀形狀。此種縱長構造能夠由如第2圖之2B圖所示之攜帶用袋4之開口4a向下插入，插入後，以裝設壓扣之蓋4b覆蓋操作面板方式固定，而能夠防止脫落狀態，並將固定於攜帶用袋4之吊帶4d吊掛肩上，構成外出時不會妨礙攜帶。又，吊帶4d固定如圖所示之肩墊以減少肩部負擔，同時，在 攜帶用袋4之正面設置收放連接軟管15之鼻插管14用小袋4c。又，攜帶用袋4可為合成皮製或塗聚胺酯布製，其開口以不封閉後述之吸氣口樣式形成。
如上所述，小型氧氣濃縮裝置1具備近似寶特瓶之縱長外觀形狀，尤其在將鼻插管14與折疊之軟管15收入攜帶用袋4之小袋4c中之未使用狀態時，他人一看應無法知道是小型氧氣濃縮裝置1。
又，追求輕量化、省能源之結果能夠更節省電費，另一方面能夠使用附屬之可裝卸且可重復充電之外部電池227、可重復充電之內藏充電電池228、及家用AC電源等3系統。尤其內藏電池228及外部電池可當做停電時之後援電源，故可安心使用。另外為節約電池電源，更具備能夠切換成與吸氣同步送出氧氣之「同步模式」。
又，將具有上述縱長外觀形狀密閉套之主箱體2構成為擠壓成型樹脂元件，採用如具耐衝擊性熱可塑性樹脂如ABS樹脂製品以確保自由設計。再者，包括裝填吸附劑之二支吸附筒等其他構成元件亦儘量輕量化，同時重量最大之壓縮機10亦採用僅以上述正壓力變壓吸附法(PSA)產生壓縮空氣之型式，達成總重量2Kg左右之輕量化。又，圖中以二點鏈線表示之隔音室3亦因輕量化而採用耐衝擊性熱塑性樹脂如ABS樹脂製成。
於第2圖之2A圖，操作面板5以約10度角形成斜面，面板上由左向右依序配置電源開關6、以七節數字之LED或液晶顯示氧氣流量之顯示部20、樹脂製元件之氧氣出口7、及上下二個附樹脂製套或無套之氧氣流量設定按鈕8。又在氧氣出口7上方設置樹脂製聯結器13，能夠自由裝卸且對氧氣出口7形成之高低差部位以氣密狀態結合。此聯結器13與鼻插管14等可撓性軟管15之開口部固定連通。
將上述主箱體2裝入攜帶用袋4時，操作面板5可在約略相當於日本人標準身高(160~170cm)之患者在站立狀態兩手垂下之腰際部位高度附近，並向身體外側傾斜，因此以站立姿勢可合理進行小型氧氣濃縮裝置1之運轉操作。再者，將氧氣出口7設於中央，並在其左右對稱位置分別配設轉盤，故就算使用左手亦能夠自然操作。
又，與鼻插管14連接之軟管15，其全長為60cm以下，故攜帶時不會造成麻煩，但如另外準備約略相當於患者生活起居室內移動範圍長度之軟管時，可將小型氧氣濃縮裝置1固定於室內角落狀態使用。又，亦可在小型氧氣濃縮裝置1底部四角固定4個橡皮腳，則放置地板上使用時可防止滑動且不易傾倒。
其次，第3圖為第1圖所示小型氧氣濃縮裝置1之內部構造，而將主要部份剖開所示之前視圖。於本 圖中，先前已說明之構造或元件賦與相同符號並省略說明，在主箱體2之後上方形成如附圖所示橫條狀進氣口2a用以導入外部空氣進入內部。又，主箱體2之右側形成向外開口之排氣口2b用以於產生氧氣後向外排氣。
又，副箱體隔音室3與主箱體2一體成型或由另外之壁元件9形成，在隔音室3內壁敷設隔音材料11，有效吸收壓縮機10發生之運轉聲音。
再如附圖所示，主箱體2內壁敷設此隔音材料11，且後述之各種電磁開關109、115、117亦以此隔音材料11包覆，可有效吸收開關時發生之運轉聲音。
隔音材料11可使用由纖維直徑1~4 μm之聚烯烴類纖維(最好為聚丙烯纖維)與纖維直徑20~30 μm之聚烯烴類纖維(最好為聚丙烯纖維)組成之不織布。使用此種不織布之結果，確認能夠輕量化且大幅提升隔音與吸音效果。
壓縮機10先固定於以0.5~2mm厚度鋁板元件加工並彎曲成字狀所得之固定板20後，如附圖所示通過含有橡膠襯套(rubber bush)之避震橡膠21而固定於隔音室3內。
與壓縮機10一體設置之過濾器組合體22，係以穿過隔音室3之貫穿口設置易彎管路24，其用以由上述進氣口2a導入原料空氣。
又，通過管路24連接散熱管25，用以冷卻被壓縮機10壓縮而溫度上升之壓縮空氣。此散熱管25之構成為將銅製或鋁製長管繞成如附圖所示之螺旋狀，以增大表面積，溫度上升之壓縮空氣通過散熱管25中時，由配置於近傍之內藏軸流式風扇之散熱扇30送風，進行冷卻。
又，散熱扇30之送風係向上述排氣口2b排放。另一方面，亦由後述之消聲器31主動排放散熱扇30之送風，故其構造係形成通過未顯示於圖中之另一貫穿口導入外部空氣進入隔音室3中，以進行上述散熱與排氣。
另外，在主箱體2之左側，配置外部電池連接器131、AC接頭連接器130、133，附圖所示之AC接頭之AC電線末端連接器係插入AC接頭連接器130，用以由AC接頭(交流電100V)供應電力給小型氧氣濃縮裝置1。
又，將可重複充電之外部電池之連接器固定於外部電池連接器131，則在外出或室內、屋內移動時，能夠以電池驅動最多約2小時。
再者，可重複充電之內藏電池228，乃如附圖所示，配置於最底部位置，以降低裝置整體之重心位置。如上所述，將電源做成AC電源(商用電源)、外部電池、內藏電池等三種系統，並設定自動切換使用 電源之優先順序為AC電源、外部電池、內藏電池時，特別能夠謀求內藏電池228之保存。
另一方面，如第2、3圖所示，為使壓縮空氣通過所收放之沸石吸附劑中，並以吸附劑選擇性地吸附氮氣而產生氧氣之一對吸附筒108a、108b，設置於隔音室3與主箱體2之間之空間。又，貯存所產生氧氣之製品桶111係配置於隔音室3之上方。
在相當於上述電源開關6之開啟位置，設置內藏LED，能點亮紅綠燈之運轉狀態指示燈(未示於附圖中)。另，亦有設置監測電池殘餘量之機種。
中央之氧氣出口7乃如附圖所示，其全部包圍部份由操作面板5之操作面向內凹入(附圖之裡側)。亦有在此氧氣出口7之上側設置以橫向印刷「檢查」文字或與此相當之符號標示之警報顯示部之機種。另外，亦有在警報顯示部下側設置內藏LED，能點亮紅綠燈之氧氣指示燈之機種。
至於上下兩個氧氣流量設定按鈕8、8乃設為平面開關，並與操作面板5之操作面大約成同一面。此氧氣流量設定按鈕8之構成為每按壓1次，以0.25L階段或以0.01L階段能夠將濃縮約90%以上之氧氣流量設定為由每分鐘0.25L(公升)至最多5.0L，並由在上側之氧氣流量顯示部9顯示。
如上所述，能夠改變氧氣生產能力進行運轉。 又，亦有設置點滅顯示之同步燈，以告知患者依呼吸同步以斷續供應濃縮氧氣狀態運轉中之機種。又，亦有設置動作指示器與呼吸同步進行點滅顯示以告知患者之機種。
如上所述，配置於操作面板5之各個操作部以使用上之安全性及高齡者使用為前提，其構成為以必要之最低限度操作即能夠操作所有主要功能為較佳。
具體而言，當電源開啟時，顯示部204之電池殘餘量顯示部完全點亮約2秒鐘。隨後，如內藏電池228或外部充電式電池之殘餘量為100%時，內藏LED之燈點亮綠色(連續點亮)，同時多階段(如五階段)顯示部全部點亮。又，如電池殘餘量每減少充滿電力之一定比率(如20%)時，除依序熄燈外，點燈數亦漸次減少，如僅剩一個點燈狀態時，以黃色等注意色點燈，並以內藏蜂鳴器或語音指示警告。
當充電式電池之殘餘量達到充滿電力量之一定比率以下(如10%)時，內藏LED之燈以紅色等警告色間歇閃爍，同時以一定間隔(如5分鐘)用內藏蜂鳴器或語音指示警告此情況，以確保外出時或停電時電池驅動模式使用上之安全性。又，內藏電池228及外部充電式電池之電池殘餘量顯示部亦可各別對應而分別顯示使容易辦認。又，警報顯示部亦可印刷「檢查」字樣，當氧氣濃度減低時，點亮內藏燈以告知。 又，裝置發生異常時，除蜂鳴器響起外，亦以語音指示告知。而且，因停電而裝置停止時，除以閃爍告知外，可對視障者以蜂鳴器或語音指示確實告知。又，氧氣正常吸入時，氧氣指示燈之內藏LED點亮為綠燈；而氧氣停止或濃度減低時則熄燈。如於同步模式(呼吸同步模式)經一定時間(如約30秒)不能檢出呼吸狀態時，以紅色警告色點亮，除蜂鳴器響起外以語音指示告知。
又於吸氣同步供應濃縮氧氣之同步模式運轉中，為使患者辦認，實質與呼吸形式(氧氣輸出)同步點亮或閃爍綠燈，使患者確認正常供應濃縮氧氣。
另外，開啟電源開關6時，蜂鳴器響起，並進行所有燈點亮為綠燈二秒鐘之初期自動檢查，如以電池驅動模式使用時，因應殘餘量在五階段顯示部點燈顯示亦可。患者依醫師處方進行氧氣流量設定按鈕8之增減動作，以設定規定流量時即開始供應氧氣。又，通常停止小型氧氣濃縮裝置1時，在暫時存儲裝置存儲上次之操作條件(氧氣流量、有無同步模式)。因此，在初期自動檢查後，如未按壓氧氣流量設定按鈕8時，自動以上次之操作條件進行濃縮氧氣之供應。又，此情形(與上次相同操作條件等)亦可以語音指示同時告知。停止時關閉電源開關6，氧氣指示燈熄滅及運轉指示燈暫時點滅後自動停止。
<氧氣濃縮裝置1之管路及方塊圖>
第4圖為小型氧氣濃縮裝置1之管路圖兼方塊圖。於本圖中，先前已說明之構成元件賦與相同符號並省略說明，圖中之雙線為空氣、氧氣、氮氣通路之管路24並以管路24a~管路24g表示。又，細實線表示電源供應或電氣信號之配線。
以下就使用一體化構成壓縮空氣產生部、過濾器組合體22及壓縮機10之情形說明之。又，將外部空氣經由進氣口2a導入內部，再經由排氣口2b排出外部之主箱體2以密閉容器用虛線示於該圖中。
於第4圖，依導入空氣流動方向順序說明之。原料空氣(外部空氣)經由上述管路24依箭頭F方向進入過濾器組合體22。被該過濾器組合體22過濾後之原料空氣進入位於隔音室3(以虛線表示)中之壓縮機10。
此與過濾器組合體22一體構成之壓縮機10如上述以避震狀態固定。
其次，被過濾之原料空氣，以後述壓縮機10之壓縮機構加壓成為壓縮空氣，此時因為以溫度上升狀態送入管路24c，將此管路24c與散熱效果優異之上述散熱管25連接，並以風扇30之送風冷卻。如此將壓縮空氣冷卻之結果，在高溫時功能減低之吸附劑沸石能夠充分達成吸附氮氣、產生氧氣之吸附劑功能， 並將氧氣濃縮至約90%以上。
壓縮空氣經由管路24c輪流供應如前述二支並列配置之第一吸附筒108a與第二吸附筒108b。在此，連接轉換閥之三向轉換閥109a、109b如附圖所示。再者，為進行脫去第一吸附筒108a與第二吸附筒108b廢氣之清淨工作，管路24f與三向轉換閥109a、109b連接如附圖所示。又，在管路24f下游側連接消聲器31，用以進行排氣之消聲，並由排氣口2b向外排放。
在上述之第一吸附筒108a與第二吸附筒108b，各別貯存之觸媒吸附劑沸石，以使用Si2 O3 /Al2 O3 比為2.0~3.0之X型沸石、且Al2 O3 之四面體(三角錐體)單位之至少88%以上與鋰正離子鍵結，使每單位重量之氮吸附量增加。尤其，以具有顆粒測定值未達1mm且四面體(三角錐體)單位之至少88%以上與鋰正離子鍵結之沸石較好。
使用此種沸石能夠減少產生氧氣所需要原料空氣之使用量。結果能夠使產生壓縮空氣之壓縮機10更小型化，並可求更進一步之低噪音化。
另一方面，如圖所示在第一吸附筒108a與第二吸附筒108b上側之出口分支連接由止回閥、節流閥及開關閥組成之均壓閥107。又，均壓閥107下游側連接合流之管路24d，而如圖所示製品桶111乃貯存 分離產生約90%以上濃度氧氣之容器與管路24d配管連接。又，各吸附筒配置檢測筒內壓力之壓力感測器(未示於圖中)。
製品桶111下游側配置壓力調節器112，用以自動調整出口側設定氧氣壓力之所謂控制器。在壓力調節器112下游側經由管路24e連接氧氣濃度感測器114(氧化鋯式或超音波式)，以間歇(每10~30分鐘)或連續進行氧氣濃度檢測。在其下游側經由管路24g連接比例開度閥111(此閥與上述氧氣流量設定按鈕8連動開閉)，並在其下游側再連接氧氣流量感測器116。為控制呼吸同步，在氧氣流量感測器116下游側經由負壓電路基板連接需量(demand)閥117，再經過除菌濾網119與小型氧氣濃縮裝置1之氧氣出口7連接。由上述構成，經鼻插管14能夠使患者以最大流量每分鐘5L(公升)吸入濃縮至約90%以上之氧氣。
其次，電源系統由(1)AC接頭19：能夠將AC電源(商用交流電源)整流成為設定直流電壓之開關調整式，並中繼AC接頭連接器130；(2)內藏電池228：存放在主箱體2之底部；(3)外部電池227：經由上述AC接頭連接器131而設置成可自由裝卸；以及，(4)電源控制電路226等構成。內藏電池228及外部電池227為可重複充電之蓄雷池，內藏電池228接受電源控制電路226之電力供應而充電。又，內藏電池228 至少可使用重複充放電500次(數百次)程度，並具有電池殘餘量、充放電循環次數、劣化程度、輸出電壓等之管理功能；並以具有能夠用外部攜帶終端設備確認電池殘餘量、殘餘電容量、充放電循環次數等之管理功能較好。又，外部電池227在與連接器131連接狀態時，接受電源控制電路226之電力供應而充電，但通常使用另外準備之電池充電器進行重複充電。又，亦可準備與專為設計之電池充電器一體化之外部電池227。
在上述電源系統之構成，小型氧氣濃縮裝置1能夠自動切換成：(1)由AC接頭19接受電力供應而動作之第一電力供應狀態，(2)由內藏電池228接受電力供應而動作之第二電力供應狀態，(3)由外部電池227接受電力供應而動作之第3電力供應狀態等3系統之電力供應狀態中之任何一種。
該自動切換之優先順序由中央控制部200控制電源控制電路226，以第一電力供應狀態、第三電力供應狀態、第二電力供應狀態之順序自動決定。
又，電源控制電路226亦有再連接ID識別符碼辨識電路230之情形，而能夠防止如後述外出攜帶時充電式電池電力用盡之情形。亦即，為防止攜帶時充電式電池電力用盡之情形，以連接多數個充電式電池228較好，但如此連接多數個電池時導致電源轉換方 法複雜，且無法個別鑑測電力之消耗。
於是，在多數個充電式電池228、...、228中，為能夠控制由完全放電之電池自動轉換至充滿電力之充電式電池，乃個別設置識別符碼辨識機構及充電狀態檢測機構，以能夠確認完全放電之電池並自動轉換至充滿電力之電池。再者，配合欲使用電池之時間，可自由選擇連接電池數，以提高便利性。
又，關於內藏之內藏電池228，為求小型氧氣濃縮裝置1之低重心化，而如後述配置於底部。另一方面，外部電池227可收放在患者衣服之口袋中，以簡便連接而能夠在外出等時使用。此外部電池227設置上述充電殘餘量顯示部，故能夠同時與語音指示得知剩餘使用時間。
AC接頭19不受不同頻率之影響及電壓之改變而可產生設定直流電壓，並以能夠構成小型輕量之開關調整式較好，但通常之串聯式亦可。又，內藏電池228與外部電池227以充電時之存儲效果少，且再充電時亦能夠充滿電力之鋰離子、鋰氫離子蓄電池較好，但先前之鎳鎘電池或鎳氫電池亦可。再者，亦能以容易取得之2號(C)電池之電池盒構成外部電池，以備緊急時之需用。
中央控制部200存儲可因應所產生氧氣量而切換成最適當動作模式之程式，通過馬達控制部201與 風扇控制部203，分別在需要產生多量氧氣時，自動以高速轉動壓縮機10與風扇30，而在需要產生少量氧氣時，則以低速轉動，故能夠特別保存內藏電池228。結果，就算外部電池227忘記充電，亦能夠應付臨時外出或停電。
中央控制部200內藏儲存設定動作程式之ROM，同時連接由外部儲存器210、易消儲存器、暫時儲存器及即時時鐘(real time clock)構成之電路207，再經由外部連接器133與通訊線路連接而能夠存取儲存內容。
又，中央控制部200連接控制電路208與流量控制部202；前者藉控制三向轉換閥109a、109b與均壓閥107之開關以控制第一吸附筒體108a與第二吸附筒體108b中之廢氣的去除，後者則控制上述氧氣濃度感測器114與比例開度閥111、流量感測器116與需量(demand)閥117之驅動。
總重量約500g之壓縮機10由內藏於馬達控制部201之變速控制部，以正弦波轉動波形進行包含外轉子(outer rotor)式電動馬達之直流馬達的轉動控制而使運轉聲音減低。壓縮機10能夠以各種速度運轉，可產生必要之正壓壓力水平與流量，而僅發生少許噪音、震動及熱，小型輕量而以少量電力消耗即可運轉。
將變速控制機構之變速控制器設置於馬達控制 部201之結果，能夠根據患者之活動水平及環境條件而自由改變壓縮機10之速度。是以，患者在坐姿或臥姿等狀態，依呼吸同步以需量閥117推定患者之氧氣需求較低時，能夠自動減低壓縮機10之驅動旋轉速度。又，患者在站立、活動，或如後述以GPS推測在氧氣濃度低之高地等狀態，推定患者之氧氣需求較高、氧氣需求量提高時，能夠自動提高速度。
由上述之馬達控制能夠減少裝置1之電力消耗，可延長充電式電池驅動時之壽命，同時減少充電式電池之重量與大小，並包括減低壓縮機10之摩損度而延長壽命，可獲得提升信賴性之次要效果。
如上述，壓縮機10僅具備產生壓縮空氣之功能，因應被取出之氧氣流量而自動控制旋轉數，而控制旋轉速度在500rpm至3000rpm之間。又該壓縮機10具備能夠將空氣壓縮60~150kPa程度之壓縮性能。
壓縮機10之操作環境溫度為0℃~40℃，壓縮機10之運轉電壓為可由汽車、卡車之點煙器取得電源之直流12V或24V，電力使用量為約30W程度。因此，在最壞的情況下可與連接器131連接以供應電源。
風扇30之消耗電力為約30W的程度，可因應濃縮氧氣流量而改變旋轉數，對減低噪音及電力均有貢 獻。
三向轉換閥109a、109b可使用一般稱為直接動作(direct－acting)式之以通電時之磁力進行閥之開關動作之電磁閥。此種電磁閥因只以電力操作主閥而有消耗電力大之問題。因此亦可使用引導(或導頻、pilot)式三向轉換閥當做三向轉換閥109a、109b。此引導式三向轉換閥可以少許消耗電力及有效利用壓縮機之空氣壓力而操作，乃由先前之8W減少至0.5W，可獲得大幅度之減低電力。
上述各種構成配件，均考慮低噪音化小型氧氣濃縮裝置1之組合裝配施工性及檢查維修性之提升，設計成如第3圖所示，主要以主箱體2為安裝部而能夠由同一方向固定。亦即，將各種控制基板、壓力調節器112(如上所述，自動調節氧氣壓力為設定壓力)、氧氣濃度感測器114與比例開度閥111(位於壓力調節器112之下游側)、氧氣流量感測器116與需量閥117(為進行呼吸同步控制而與負壓電路基板118連接)等全都可由同一方向進行固定。尤其，伴隨發生震動或噪音之構成元件在隔音室3中以隔音且避震狀態設置，使壓縮空氣供應聲、外部空氣導入聲、製造原料空氣用過濾空氣導入聲、及週期性發生之排氣聲不向外漏出以求減低噪音。又，三向轉換閥之動作聲如上述用隔音片11包覆隔音。再者，主箱體2以具備 經進氣口2a導入內部及經排氣口2b排出外部所需最小限度開口之密閉蓋套構成，因此可再求得減低噪音。
<過濾器組合體22與壓縮機10之一體化構成>
第5圖為壓縮機10之外觀斜視圖，係表示將固定板20與過濾器組合體22固定於壓縮機10以後之狀態之外觀斜視圖。
於第5圖，如上所述，因壓縮機10係只由原料空氣製得壓縮空氣之型式，故具備一個汽缸35。又在汽缸35上方，設置用四支長螺絲釘固定之頂部配件36，此頂部配件36連接接頭47用以連接送出壓縮空氣之管路24c。如此將頂部配件36之四角固定之結果，能夠承受汽缸35內部發生之極大壓力，同時亦能拆卸維修。
如第5圖所示，將過濾原料空氣之過濾器組合體22予以固定。為此，先取下蓋件38，將此蓋件38固定於過濾器組合體22後，如後述進行壓入而成為第5圖所示狀態。過濾器組合體22之兩側分別固定L形接頭37用以連接管路24。又，以避震橡皮21通過上述固定板20與壓縮機10底面之螺母孔旋緊，形成如附圖所示之共同緊固狀態。
其次，第6圖為顯示第5圖之壓縮機10與過濾器組合體22之內部構造，而將主要部份剖開所示之 前視圖。於第6圖中，先前已說明之構成元件賦與相同符號並省略說明，壓縮機10具備由汽缸室35a(以密封狀態引導被電動馬達39之曲軸運動往復驅動之活塞33)及主開口部32P(為空氣導入口)所形成之主機箱32。主機箱32以鋁壓鑄製成以求輕量化。如附圖所示，過濾器組合體22壓入固定於主開口部32P。又，汽缸35由於溫度上升，亦可設置如以虛線標示之散熱扇以求散熱。
由上述活塞33之中心一體形成活塞桿34，而活塞桿34末端內藏徑向軸承43。此徑向軸承43以曲軸42而自由旋轉，而曲軸42固定於從馬達輸出軸40之圓盤41旋轉中心偏離之偏心位置。
另一方面，在活塞33之外週邊部固定如圖中以虛線標示之活塞迫緊體(piston seal)44。此活塞迫緊體44對汽缸室35a內週面以無空隙配合，使活塞33以空白箭頭方向在上死點與下死點之間來回運動時能夠維持汽缸室35a中之氣密狀態。
又，活塞33穿設孔道33a，而產生彈力之第一簧片閥45固定在活塞33上以隨時閉塞孔道33a。又，前述頂部配件36以氣密狀態塞住汽缸室35a之天井，同時形成一端與接頭47連通之通路36g，並在此通路36g與汽缸室之間，固定第二簧片閥46(具有汽缸室中到達設定壓力時開啟，設定壓力以下時關閉 之彈力。)。
其次，於第6圖參照第7圖之立體分解圖，說明過濾器組合體22。過濾器組合體22具備有底筒狀機箱50。此機箱50之一端以壓縮狀態陷入內藏於蓋子38外週面溝槽38a中之O形環49所形成之空氣導入口(開口部)50p，同時其內部形成容積部H。又在此機箱50之底面50d穿設貫穿孔50b，機箱50外週面溝槽50a中之O形環49在壓縮狀態能夠與主開口部32P壓入吻合。又為使空氣導入機箱50之容積部H中，在機箱50外週面固定L形接頭37(第6圖中以虛線標示)當做空氣導入管。
為進行由L形接頭37導入空氣之初級過濾，機箱50內藏第一筒狀過濾器51並如附圖所示在其外週圍形成空間。第二筒狀過濾器52與第一筒狀過濾器51以同軸配置，用以進行初級過濾後空氣之次級過濾，並送入貫穿孔50b。各筒狀過濾器51、52之兩端與蓋子38內壁及底面50d以如附圖所示方式接觸，以維持固定狀態。又，將金屬燒結過濾網53，以覆蓋貫穿孔50b方式固定。上述第一、第二筒狀過濾器可由苯酚樹脂浸漬纖維構成，並具有標準過濾精確度40 μm之過濾性能。
在此，僅使用第一筒狀過濾器51亦可，又將過濾介質纖維折成折疊狀構成之一般過濾器亦可。
第8圖之8A圖為構成筒狀過濾器51、52，將層疊螺旋狀之苯酚(樹脂纖維)片55之一部份剝開所示之外觀斜視圖；8B為苯酚(樹脂纖維)片55之放大圖。於第8圖之8A圖中，第一筒狀過濾器51與第二筒狀過濾器52之至少任一者為將浸漬苯酚樹脂纖維55以螺旋狀層疊成帶狀體筒狀，並熱固化苯酚樹脂。此纖維55之寬度為W，如第8圖之8B圖所示，以約1mm螺距交替形成與長度方向直交之凸起55b與凹下55a。
其次，第9圖之9A圖為金屬燒結過濾網53之放大圖；9B圖為金屬燒結過濾網53之剖面放大圖。於本圖，金屬燒結過濾網53由燒結數個號數不同之金屬網形成。如此可得過濾精確度20 μm之燒結過濾配件。具体來說，金屬燒結過濾網53可構成五層構造，在曝露於汽缸35側之具有一般網目之保護層56後，接著為進行次級過濾之網目最細之過濾控制層57，其次依序為網體較粗之散支持層58、網體更粗之第一補強層59、及規定網目之第二補強層60以燒結處理成一體化。
如此構成之金屬燒結過濾網53之金屬網在防鏽上以不鏽鋼製較好。在此，所謂燒結係在金屬熔點上下之溫度狀態下接合一定時間，在金屬相中交叉之各接點間引起原子擴散，跨接點間形成結晶而完全一體 化。如此所得燒結物具有優異機械強度與耐腐蝕性，並具備去除雜質之過濾作用及空氣通過時去除其中微粒之通氣作用。又，可再發揮吸收聲音能量之隔音作用。將具備上述特性之金屬燒結過濾網53以大面積覆蓋貫穿孔50b側式設置，能夠以最大限度實現隔音效果。
第10圖之10A圖為顯示供應壓縮機10之原料空氣與壓縮後之空氣流動情形，將主要部份剖開所示之外觀斜視圖；10B圖為表示伴隨活塞上下運動所發生噪音被燒結過濾配件53遮斷並吸收之情形，而將主要部份剖開所示之外觀斜視圖。
參照第6圖與第10圖，馬達39通電時，曲柄軸42向下移動，使活塞33下降至下死點。此時汽缸室35a內成為負壓狀態，且活塞33之第一簧片閥45開啟結果，由第二筒狀過濾器52與第一筒狀過濾器51過濾之原料空氣通過貫穿孔50b而充滿汽缸室35a中。
其次，馬達39通電時，曲柄軸42向上移動使活塞33上升使汽缸室35a內成為正壓狀態而關閉活塞33之第一簧片閥45。待上升至上死點並到達一定內壓時第二簧片閥46開啟，將壓縮空氣送入管路24c。重復上述活塞運動將壓縮空氣送入二支吸附筒中。
在進行上述活塞運動時，產生之噪音被金屬燒結 過濾網53遮斷並吸收。又，即使部分噪音通過貫穿孔50b，亦被雙重配置之筒狀過濾器51、52遮斷，故噪音不會向外洩漏。
其次，在主機箱32底面形成二個螺母孔32h用以固定上述固定板20。使用與此螺母孔32h吻合之螺釘，以固定上述固定板20。於是在隔音室3中，將與壓縮機10一體化之過濾器組合體22經由避震橡皮以避震狀態固定。
第11圖之11A圖為顯示壓縮機10固定於小型氧氣濃縮裝置1之主箱體2之情形的橫剖面圖；11B圖為表示壓縮機10之震動發生狀態及震動吸收狀態之外觀斜視圖。
於第11圖，先前已說明之構成元件賦與相同符號並省略說明，在隔音室3中一體化之過濾器組合體22與壓縮機10，其過濾器組合體22在順垂直方向之上側位置、而馬達39則在順垂直方向之下側位置狀態配置。又，固定板20利用軟質發泡聚胺酯材料等制動(阻尼)墊片48而固定於主箱體2之前後壁面。
如上所述，在主箱體2與隔音室3之安裝面，以沿垂直方向(Z軸方向)之上下方式固定，因此能夠有效抑制沿Z軸方向之上下方向的震動、沿X軸方向之左右方向的震動、沿Y軸方向之前後方向的震動、及此等之合成震動。另外，亦可由固定在壓縮機10 之一端、而另一端則固定在隔音室3開口部使適當彈性變形之管路24獲得避震效果。
另外，向外洩漏之噪音被上述不織布組成之隔音片11吸收。又，上述各電磁閥之動作聲除由包覆其上之隔音片再加上敷設主箱體2內壁面適當位置之隔音片來吸收。
依據上述構成，小型氧氣濃縮裝置1之電源開關6開啟時，開始供應定電壓並進行自動檢查。接著通電至壓縮機10、風扇30及三向轉換閥109a、109b，開始進行外部空氣之導入，並伴隨空氣導入聲，同時，壓縮機10之震動及其伴隨震動之噪音以及來自連接各吸附筒之管路之通過聲等連續發生，但因實施如上述避震及隔音，故洩漏至外部之噪音及震動均極少。
接著，被導入之空氣經三向轉換閥109a進入第一吸附筒108a，而產生之氧氣通過止回閥流入製品桶111使壓力漸次上升。當到達設定壓力時，均壓閥以「開啟狀態」開啟設定時間。
使用第一吸附筒108a所濃縮氧氣之一部份，進行第二吸附筒108b之洗清工作，並準備為其次之均壓工作進行加壓。
其次，為進行第一吸附筒108a之去吸附程序(排出氮氣與水分)及將壓縮空氣導入第二吸附筒108b而 啟動三向轉換閥109a。由流入第二吸附筒108b之壓縮空氣所分離產生之氧氣，經未示於圖中之止回閥流入製品桶111中。隨後，以未示於圖中之壓力感測器檢測到達設定壓力時，均壓閥107以「開」開啟設定時間。隨後進行第二吸附筒108b之洗清及均壓工作。如上，開啟均壓閥107時，在第二吸附筒108b分離產生之氧氣送入第一吸附筒108a之出口部，進行內藏沸石之洗清。將上述各工作以一定時間重複進行時，能夠連續且安定供應氧氣。
又，流量感測器116為決定使用氧氣之流量，除讀取流量設定所設定之設定值，同時亦能測定實際流量，以防備因軟管折叠等外在因素引起之流量減低。
<預測式呼吸同步之說明>
再度參照第4圖，由於製品桶111內之壓力與吸附筒內之壓力同步改變，故壓力調節器112具備定壓功能並內藏了過濾器(未示圖中)。此過濾器使用平均孔徑100 μm以下之型式，以保護連接於需量閥117、用以檢測吸氣時位於壓力調節器112以下各下游配件之微壓感測器。
在壓力調節器112下游側經由管路24e連接氧氣濃度感測器114，用以檢測氧氣濃度。又，經由管路24g連接比例開度閥115，此閥可驅動開關以改變開度。此比例開度閥115與流量控制基板202連接，其 構成為與氧氣流量設定機構所設定之氧氣供應量成比例驅動開關以改變開度。具體而言，本發明將單純進行開關動作之電磁閥之開度，專門設計成為與驅動電壓值成為比例變大，而能夠以線性控制氧氣供應量。
又，在比例開度閥115下游側配管連接氧氣流量感測器116以檢測氧氣流量；在氧氣流量感測器116下游側配管連接需量閥117以對應吸氣狀態而輸送氧氣；在此需量閥117下游側配管連接過濾器119，及連接吸入氧氣時所使用上述鼻插管14之氧氣吸入器。需量閥117再連接被流量控制基板202控制之微壓感測器，用以呼吸時檢測負壓及適時輸送氧氣給使用者。
於上述構成，電源開啟後輸入設定流量及設定同步模式時，因應設定之流量維持開度。其次以比例開度閥117連接之微壓感測器檢測吸氣時之負壓。接著啟動比例開度閥117以供應氧氣。再接著以氧氣流量感測器116檢測氧氣實際流量，進行實際流量與設定流量之比較，並自動調節比例開度閥115之開度以達到設定之流量。
以上述微壓感測器檢測吸氣狀態時，比例開度閥115與氧氣流量設定機構所設定之氧氣供應量成比例地驅動開關，以改變開度，並以呼吸同步吸入氧氣進 行最適當之氧氣供應。
根據上述之呼吸同步控制，如以充電式電池驅動氧氣濃縮裝置1全體時，為使患者以更有效率使用濃縮氧氣而進行與呼吸同步之控制。通常在呼吸時，患者之吸氣/呼氣循環設定為1：2，而呼氣時產生之濃縮氧氣對患者來說並不需要。是故，提供過剩濃縮氧氣流動之多餘電池電力即被浪費。因此將呼氣時產生之濃縮氧氣供應吸氣時，如吸氣/呼氣循環設定為1：2，則吸氣時能夠供應三倍流量。如此實施呼吸同步控制，具有能夠使氧氣濃縮裝置小型化、低消耗電力化之優點。
第12圖為預測式呼吸同步與連續產生氧氣流量、控制模式、壓縮機10之馬達旋轉數、消耗電力、對每一呼氣吸氣率可能對應之氧氣供應量之相關關係圖。於本圖中，控制模式A之消耗電力為127 W、並設定馬達39之旋轉數為每分鐘2700次，使連續產生氧氣流量為3公升，於吸氣：呼氣比為1：2且每分鐘吸入氧氣30次時每分鐘最多能夠供應6公升。
又，控制模式B之消耗電力為116 W、並設定馬達旋轉數為每分鐘2500次，使連續產生氧氣流量為2.5公升，於吸氣：呼氣比為1：2且每分鐘吸入氧氣20次時，每分鐘最多能夠供應7.5公升。
控制模式C之消耗電力為76 W、並設定馬達旋 轉數為每分鐘1750次，使連續產生氧氣流量為2公升，於吸氣：呼氣比為1：3且每分鐘吸入氧氣15次時，每分鐘最多能夠供應8公升。
又，控制模式D之消耗電力為64 W、並設定馬達旋轉數為每分鐘1500次，使連續產生氧氣流量為1.5公升，能夠供應如圖所示。以下，於控制模式E、F設定消耗電力與馬達旋轉數如圖所示，依吸氣：呼氣比及濃縮氧氣供應流量將控制模式存儲於表格時，根據控制模式A~F之任一項控制而增減馬達旋轉數，能夠減少電力消耗之浪費。至於選擇控制模式A~F之任一項則由裝置自動檢測。
第13圖為說明預測式呼吸同步之動作流程圖。
於本圖中，當開始吸入氧氣時，於步驟1(S1)：以需量閥117內藏之感測器檢測每單位時間內吸氣、呼氣N次，暫時存儲於與控制部200連接之RAM207；接著進入步驟2(S2)：判定每單位時間內吸氣、呼氣N次是否有改變，如無，則進入步驟3(S3)之一般模式，不改變馬達旋轉數進入步驟6(S6)，並返回(return)而完成處理。
又，於步驟2(S2)，如判定每單位時間內吸氣、呼氣N次有改變，則進入步驟4(S4)判定吸氣是否有增加趨勢，如否，則因以一般模式運轉能夠充分供應氧氣而進入步驟3(S3)再返回完成處理。
另一方面，於步驟4(S4)，如判定吸氣有增加趨勢，則進入步驟5(S5)自動設定第12圖之控制模式B~F提高一階段以上、最高至控制模式A，以備氧氣供應之不足再返回完成處理。
如上所述，根據由吸氣、呼氣求得之氧氣吸入頻率來預測氧氣供應量週期，並對應所預測氧氣供應量週期改變驅動馬達之馬達旋轉數，結果能夠減低電力消耗及內藏或外掛充電式電池之消耗。如此，節省電力化在攜帶式機器而言是最重要的必要條件。
如上所述，自動設定最適當控制模式A~F之情況，除反映患者吸入氧氣狀態而進行外，由使用裝置1之高度來自動設定亦可。亦即，由於在較高之高度氧氣較稀薄，故因應高度而增加氧氣供應量時，患者不必注意環境改變而能夠使用。
<依全球衛星定位系統(GPS)自動設定氧氣供應>
將控制部200與全球衛星定位系統裝置221連接時，依全球衛星定位系統所量測裝置1之使用場所高度，以增減壓縮機10之旋轉數並改變壓縮空氣量。又，自動設定最適當控制模式A~F以改變空氣供應量。
第14圖說明依全球衛星定位系統量測裝置使用場所之高度，以增加氧氣供應量之動作流程圖。
於本圖中，當裝置1啟動時進入步驟10(S10)進 行全球衛星定位系統之測量。此全球衛星定位系統能夠由四個人造衛星間之四點測量及三個人造衛星間之三點測量求得之座標與內藏高度地圖之對比以量測高度，故於步驟11(S11)選擇四點測量或三點測量。於步驟11(S11)選擇四點測量時，進入步驟12(S12)進行計算高度。經計算高度結果，如高度較高時，增加壓縮機10之旋轉數以改善氧氣濃度。隨後，於步驟14(S14)進行馬達驅動控制並終止處理。
另一方面，於步驟11(S11)選擇三點測量時進入步驟15(S15)，如判定無法三點測量時為重新測量而返回步驟10(S10)，由上述步驟10(S10)重新開始。如於步驟15(S15)判定為三點測量時，則於步驟16(S16)參照內藏之高度地圖決定高度，並對應高度調整壓縮機10之旋轉數，供應安定之氧氣濃度。隨後於步驟14(S14)進行馬達驅動控制並終止處理。
<組合式電池228之說明>
於第4圖，電源控制電路226再連接ID識別符碼辨識電路230，而能夠防止攜帶時充電式電池電力用盡之情形，同時充電式電池228由主箱體2之下側以重叠狀態且自由交換方式設置，以求裝置1之低重心化亦如上述。
為防止攜帶時充電式電池電力用盡之情形，可考慮連接多數個充電式電池228、...、228。但連接多 數個電池時，將導致電源轉換方法複雜，且無法個別鑑測電力消耗量。
第15圖之15A圖為組合式電源裝置之模式圖；15B圖為組合式電源裝置之電路圖。於本圖，在多數個充電式電池228、...、228中，為能夠控制由完全放電之電池自動轉換至充滿電力之充電式電池，而個別設置特有之識別符碼(ID code)228a、228b、228c、228d、228e及充電狀態檢測裝置230，以確認完全放電之電池並自動轉換至充滿電力之電池。再者，配合欲使用電池之時間，可自由選擇連接電池數，以提高便利性。
第16圖為說明組合式電源裝置之動作流程圖。於本圖，當裝置1啟動後，於步驟31(S31)分別確認各充電式電池特有之識別符碼(ID code)228a、228b、228c、228d、228e。接著於步驟32(S32)確認各充電式電池之充電狀態或放電狀態。由以上步驟31(S31)、步驟32(S32)確認完全放電之電池時，與上述識別符碼(ID code)一起存儲。隨後，於步驟34(S34)轉換至未放電之充電式電池而經由電源供應接頭供應電力。重複實施上述步驟31(S31)~34(S34)，再於步驟35(S35)確認全部電池完全放電，則進入步驟36(S36)以警報器告知不能使用。
又，上述電池為鋰離子層疊結構，包含輸出電壓 3.7~29.0 V之蓄電池。其重量約500g，在進行呼吸同步控制時，能夠將88~94%濃縮氧氣以每分鐘2公升之最大流量最多供應2小時。除此鋰離子電池外亦可由其他攜帶用能源接受供電。此系統由當做蓄電池之內藏電池及外部電池供應電力，但亦可以多數個電池驅動。
又，患者可經常攜帶新而己充電之外部電池當做追加用，以備更長時間之外出等，此時生活品質可大幅提升。又，亦可經由適當連接部具備加濕機構(未示圖中)，以添加濕氣於濃縮氧氣之氣流中。
本發明不受上述實施方式之限制，在不偏離本發明之宗旨及範圍下可進行各種改變及變形。因此，為公佈本發明之範圍，附加申請專利範圍如後述。
107‧‧‧均壓閥
108a‧‧‧第一吸附筒
108b‧‧‧第二吸附筒
109a、109b‧‧‧三向轉換閥
1‧‧‧小型氧氣濃縮裝置
13‧‧‧樹脂製聯結器
14‧‧‧鼻插管
15‧‧‧軟管
2‧‧‧主箱體
3‧‧‧隔音室
5‧‧‧操作面板
6‧‧‧電源開關
7‧‧‧氧氣出口
8‧‧‧氧氣流量設定按鈕
9‧‧‧壁元件
10‧‧‧壓縮機
204‧‧‧顯示部
228‧‧‧內藏充電電池
4‧‧‧攜帶用袋
4a‧‧‧攜帶用袋之開口
4b‧‧‧裝設壓扣之蓋
4c‧‧‧鼻插管用小袋
4d‧‧‧攜帶用袋之吊帶
2a‧‧‧進氣口
11‧‧‧隔音材料
109‧‧‧電磁開關
111‧‧‧製品桶
115、117‧‧‧電磁開關
108a‧‧‧第一吸附筒
108b‧‧‧第二吸附筒
20‧‧‧固定板
21‧‧‧避震橡皮
22‧‧‧過濾器組合體
24‧‧‧管路
31‧‧‧消聲器
25‧‧‧散熱管
2b‧‧‧排氣口
30‧‧‧軸流式風扇
131‧‧‧外部電池連接器
130、133‧‧‧AC接頭連接器
24a~24g‧‧‧管路
109a、109b‧‧‧三向轉換閥
111‧‧‧製品桶
112‧‧‧壓力調節器
114‧‧‧氧氣濃度感測器
115‧‧‧電磁開關
116‧‧‧氧氣流量感測器
117‧‧‧電磁開關
118‧‧‧負壓電路基板
119‧‧‧過濾器
200‧‧‧中央控制部
201‧‧‧馬達控制部
202‧‧‧流量控制部
203‧‧‧風扇控制部
207‧‧‧電路
208‧‧‧控制電路
210‧‧‧外部儲存器
221‧‧‧全球衛星定位系統裝置
226‧‧‧電源控制電路
19‧‧‧AC接頭
227‧‧‧外部電池
228‧‧‧內藏電池
230‧‧‧ID識別符碼辨識電路
36‧‧‧頂部配件
47‧‧‧接頭
35‧‧‧汽缸
37‧‧‧L形接頭
38‧‧‧蓋子
35a‧‧‧汽缸室
44‧‧‧活塞迫緊體
34‧‧‧活塞桿
33‧‧‧活塞
33a‧‧‧孔道
45‧‧‧第一簧片閥
46‧‧‧第二簧片閥
36g‧‧‧通路
47‧‧‧接頭
49‧‧‧O形環
50‧‧‧機箱
50a‧‧‧機箱50外周面溝槽
50b‧‧‧貫穿孔
50d‧‧‧機箱50之底面
50p‧‧‧空氣導入口
51‧‧‧第一筒狀過濾器
52‧‧‧第二筒狀過濾器
38a‧‧‧蓋子38外週面溝槽
39‧‧‧馬達
32‧‧‧主機箱
32p‧‧‧主開口部
40‧‧‧馬達輸出軸
41‧‧‧軸40之圓盤
42‧‧‧曲軸
43‧‧‧徑向軸承
53‧‧‧金屬燒結過濾網
55‧‧‧苯酚(樹脂纖維)片
55a‧‧‧與長度方向直交之凹下
55b‧‧‧與長度方向直交之凸起
56‧‧‧保護層
57‧‧‧過濾控制層
58‧‧‧散支持層
59‧‧‧第一補強層
60‧‧‧第二補強層
32h‧‧‧螺母孔
48‧‧‧制動(阻尼)墊片
228a~228e‧‧‧各充電式電池特有之識別符碼
第1A圖為說明氧氣產生原理之配管圖；第1B圖為以經時表示正壓引起之正壓力變壓吸附法(PSA)及正壓與負壓引起之正負壓力變壓吸附法(VPSA)之壓力改變之圖表；第1C圖為表示正壓引起之正壓力變壓吸附法(PSA)及正壓與負壓引起之正負壓力變壓吸附法(VPSA)之氮氣吸附量與壓力之圖表。
第2A圖為表示本發明之一實施方式之小型氧氣濃縮裝置1連同鼻插管由正面左斜上方所見之外觀斜視圖；第2B圖為小型氧氣濃縮裝置1專用攜帶用袋4之外觀斜視圖。
第3圖為圖示小型氧氣濃縮裝置1之內部構造，將主要部份剖開所示之前視圖。
第4圖為小型氧氣濃縮裝置1之配管圖兼方塊圖。
第5圖為壓縮機10之外觀斜視圖，係表示將固定板20與過濾器組合體22固定於壓縮機10後之狀態之外觀斜視圖。
第6圖為圖示第5圖之壓縮機10與過濾器組合體22之內部構造，將主要部份剖開所示之前視圖。
第7圖為過濾器組合體22之立體分解圖。
第8A圖為構成筒狀過濾器51、52將螺旋狀層疊之苯酚(樹脂纖維)片55之一部份剖開所示之外觀 斜視圖；第8B圖為苯酚(樹脂纖維)片55之放大圖。
第9A圖為金屬燒結過濾網53之放大圖；第9B圖為金屬燒結過濾網53之剖面放大圖。
第10A圖為附圖所示供應壓縮機10之原料空氣與壓縮後之空氣流動情形，將主要部份剖開所示之外觀斜視圖；第10B圖為附圖所示伴隨活塞上下運動所發生噪音被金屬燒結過濾網53遮斷並吸收之情形，將主要部份剖開所示之外觀斜視圖。
第11A圖為附圖所示壓縮機10固定於小型氧氣濃縮裝置1之箱體2之情形之橫剖面圖；第11B圖為附圖所示壓縮機10之振動發生狀態及振動吸收狀態之外觀斜視圖。
第12圖為預測式呼吸同步與連續產生氧氣流量、控制模式、壓縮機10之馬達旋轉數、消耗電力、對每一呼氣吸氣率可能對應之氧氣供應量之相關關係圖。
第13圖為說明預測式呼吸同步之動作流程圖。
第14圖為說明依全球衛星定位系統量測裝置使用場所之高度，以增加氧氣供應量之動作流程圖。
第15A圖為組合式電源裝置之模式圖；第15B圖為組合式電源裝置之電路圖。
第16圖為說明組合式電源裝置之動作流程圖。
1‧‧‧小型氧氣濃縮裝置
2‧‧‧主箱體
2a‧‧‧橫條狀進氣口
2b‧‧‧排氣口
3‧‧‧隔音室
6‧‧‧電源開關
7‧‧‧氧氣出口
8‧‧‧氧氣流量設定按鈕
10‧‧‧壓縮機
13‧‧‧樹脂製聯結器
14‧‧‧鼻插管
19‧‧‧AC接頭
22‧‧‧過濾器組合體
24、24a~24g‧‧‧管路
25‧‧‧散熱管
30‧‧‧軸流式風扇
31‧‧‧消聲器
107‧‧‧均壓閥
108a‧‧‧第一吸附筒
108b‧‧‧第二吸附筒
109a、109b‧‧‧三向轉換閥
111‧‧‧製品桶
112‧‧‧壓力調節器
114‧‧‧氧氣濃度感測器
115‧‧‧電磁開關
116‧‧‧氧氣流量感測器
117‧‧‧電磁開關
118‧‧‧負壓電路基板
119‧‧‧過濾器
130、131‧‧‧AC接頭連接器
133‧‧‧外部連接器
200‧‧‧中央控制部
201‧‧‧馬達控制部
202‧‧‧流量控制部
203‧‧‧風扇控制部
207‧‧‧電路
208‧‧‧控制電路
210‧‧‧外部儲存器
226‧‧‧電源控制電路
227‧‧‧外部電池
228‧‧‧內藏電池

Claims (6)

  1. 一種氧氣濃縮裝置，係為使壓縮空氣通過收放在一筒體之沸石吸附劑中，並具備：一對吸附筒，以上述吸附劑選擇性地吸附氮氣而產生氧氣、過濾上述壓縮空氣之原料空氣之過濾機構、被馬達所驅動而由上述過濾機構所過濾空氣製得上述壓縮空氣之壓縮機構、供應包含上述驅動馬達電力之多數個充電式電池、可切換上述一對吸附筒以交替供應壓縮空氣之轉換閥、貯存上述產生之氧氣的容器、上述壓縮機構具備由汽缸室(以密封狀態引導被電動馬達之曲軸運動往復驅動之活塞)及空氣導入口形成之主機箱、經由上述空氣導入口，將上述過濾機構與上述壓縮機構一體化；其特徵為所述充電式電池各個具有能夠辨識之特有識別符碼(ID code)、且所述氧氣濃縮裝置並具備：設置於各個上述充電式電池以檢測充電狀態之檢測機構、辨識設置於各個上述充電式電池之特有識別 符碼(ID code)之辨識機構、從所述充電式電池的任何一個電源供應端子進行電力供應之電力供應機構、以上述檢測機構檢出上述電池已完全放電時，由上述識別符碼辨識機構辨識之識別符碼指示上述已完全放電之電池停止放電並切換至未放電之上述充電式電池，而經由上述電源供應端子進行上述電力之供應。
  2. 如申請專利範圍第1項之氧氣濃縮裝置，其中，上述充電式電池在箱體下側以重叠狀態且自由交換方式設置。
  3. 如申請專利範圍第1項之氧氣濃縮裝置，其中，更具備下列裝置：與上述容器連接而維持由上述容器供應之氧氣於一定供應壓力之壓力調節器；連接於上述壓力調節器下游以檢測氧氣濃度之氧氣濃度感測器，及連接於上述氧氣濃度感測器下游之比例開度閥；連接於上述比例開度閥下游以檢測氧氣流量之氧氣流量感測器；連接於上述氧氣流量感測器下游以檢測呼氣狀態之壓力感測器；配管於上述壓力感測器下游以進行氧氣吸入 之氧氣吸入器具；以及以上述壓力感測器檢測上述呼氣狀態時，因應所定的氧氣供應量，將上述比例開度閥之開度改變，以呼吸同步進行氧氣吸入之控制機構。
  4. 如申請專利範圍第1項之氧氣濃縮裝置，其中，該裝置與全球衛星定位系統(GPS)連接，因應以上述全球衛星定位系統所量測之本裝置使用場所高度，改變上述壓縮機構之壓縮空氣量。
  5. 如申請專利範圍第1項之氧氣濃縮裝置，其中，上述壓縮機構以隨高度升高而增加馬達旋轉數，並隨高度降低而減少馬達旋轉數。
  6. 如申請專利範圍第1項之氧氣濃縮裝置，其中，上述全球衛星定位系統依據四點測量來量測上述高度，或由三點測量求得之座標與高度地圖對比來量測上述高度。
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