JP2008534233A - 携帯用酸素濃縮装置 - Google Patents

Abstract

携帯用酸素濃縮装置は、第１の端部及び第２の端部を有する一対の篩台と、一対の篩台の第１の端部に空気を供給する圧縮装置と、一対の篩台の第２の端部に連絡される貯蔵器と、一対の篩台の第１の端部に取り付けられる空気多岐管とを備える。空気多岐管は、内部に圧縮装置と一対の篩台の第１の端部とを連絡する通路を有する。空気多岐管に複数の弁の一組を連結し、複数の弁を選択的に開弁及び閉弁する制御装置を複数の弁に連結して、一対の篩台を交互に充填し排気して、貯蔵器に濃縮した酸素を供給する。一対の篩台の第２の端部に連絡する酸素供給多岐管は、貯蔵器から使用者に酸素を供給する。貯蔵器及び／又は供給路内に設けられる圧力センサは、制御装置の動作を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、要約すると、酸素を供給する装置及び方法、詳細には、吸着により空気からの酸素を濃縮する携帯用酸素濃縮装置及び酸素濃縮装置を使用する方法に関する。

肺病を患う患者は、自身の快適性を改善しかつ／又は生活を質的に向上するために、補足の酸素を必要とすることが多い。例えば、患者に酸素を供給する病院又は他の施設の酸素供給ラインで固定酸素供給源を利用できる。ある程度移動できかつ患者が携帯し又は引回し式運搬カート等の純粋酸素ボンベ及び／又は濃縮酸素ボンベを利用することができる。しかしながら、携帯用酸素ボンベは、容量に制限があり、嵩張りかつ重いので、患者の移動が制限される。

周辺外気から酸素を濃縮して補足酸素を供給する携帯用酸素濃縮装置が提案された。例えば、周辺外気から窒素を分離し、濃縮酸素流を発生してタンク内に貯蔵するか直接患者に供給する高濃度酸素濃縮装置[Pressure Swing Adsorption (PSA) Apparatus]は、公知である。例えば、下記特許文献１、特許文献２及び特許文献３は、携帯用高濃度酸素濃縮装置を開示する。
米国特許第５,５３１,８０７号公報 米国特許第６,５２０,１７６号公報 米国特許第６,７６４,５３４号公報

従って、酸素を供給する装置及び方法が有用であろう。

要約すると、本発明は、酸素を供給する装置及び方法に関連する。詳細には、本発明は、酸素を濃縮する携帯用高濃度酸素濃縮（PSA）装置及び酸素濃縮装置の使用方法に関連する。

本発明の一実施の形態では、空気入口／出口端部及び酸素入口／出口端部を有する複数の篩台（「分子篩台」、「分篩台」又は「濾過台」ともいう）と、複数の篩台の複数の酸素入口／出口端部の間を連続的に連絡する排気オリフィス（オリフィス）と、複数の篩台の酸素入口／出口端部に連絡する貯蔵部と、複数の篩台の空気入口／出口端部に空気を供給する圧縮装置と、圧縮装置と篩台の空気入口／出口端部との間に配置される複数の弁の一組と、複数の弁に連結されかつ選択的に開弁し閉弁して、複数の篩台を交互に充填及び排気する制御装置とを備え、充填されている篩台から排気されている篩台に排気オリフィスを通じて酸素を搬送し、排気される篩台からの窒素の排気を促進する携帯用酸素濃縮装置を提供する。

他の実施の形態では、第１の端部及び第２の端部を有する複数の篩台と、複数の篩台の第２の端部に連絡する貯蔵部と、圧縮装置と、圧縮装置と複数の篩台の第１の端部との間に配置される複数の弁の一組とを備える携帯用装置を使用して、酸素を濃縮する過程を含む方法を提供する。この方法は、選択的に複数の弁を開弁及び閉弁して、複数の篩台を交互に充填及び排気し、充填されている篩台から排気されている篩台に排気オリフィスを通じて酸素を搬送し、排気される篩台からの窒素の排気を促進する過程を含む。

更に別の実施の形態では、第１の端部及び第２の端部を各々有する第１の篩台及び第２の篩台と、各篩台の第２の端部に連絡する貯蔵部と、圧縮装置と、圧縮装置と複数の篩台の第１の端部との間に配置される複数の弁の一組とを備える携帯用装置を使用して、酸素を濃縮する過程を含む方法を提供する。この方法は、複数の弁の第１の群を開弁して、第１の篩台を充填し第１の篩台から貯蔵部内に酸素を排出しかつ第２の篩台を排気する過程と、複数の弁の第２の群を開弁し、第２の篩台を充填して第２の篩台から貯蔵部内に酸素を排出しかつ第１の篩台を排気する過程と、複数の弁の第１の群を開弁する過程と第２の群を開弁する過程との間で複数の弁の第３の群を開弁して、第１及び第２の篩台に同時に空気を供給する過程とを含んでもよい。第３の群の弁は、設けられる弁の構造及び／又は数に応じて、第１の群及び／又は第２の群の単一又は複数の弁を選択的に含んでもよい。

更に別の実施の形態では、空気入口／出口端部及び酸素入口／出口端部を各々有する複数の篩台と、複数の篩台の酸素入口／出口端部に連絡されて、複数の篩台から排出される酸素を貯蔵する貯蔵部と、貯蔵部内の貯蔵部圧力を測定する圧力センサと、複数の篩台の空気入口／出口端部に空気を供給する圧縮装置と、圧縮装置と複数の篩台の空気入口／出口端部との間に配置される複数の弁の一組と、複数の弁に連結されかつ選択的に開弁し閉弁して、第２の篩台を排気しながら第１の篩台を充填し、第１の篩台を排気しながら第２の篩台を充填し、第１の篩台と第２の篩台を交互に充填する制御装置とを備える携帯用酸素濃縮装置を提供する。制御装置は、圧力センサに連結されて貯蔵部圧力を監視し、貯蔵部圧力に基づいて、第１の篩台と第２の篩台との排気持続時間を調整する。

更に別の実施の形態では、空気入口／出口端部及び酸素入口／出口端部を有する複数の篩台と、複数の篩台の酸素入口／出口端部に連絡される貯蔵部と、複数の篩台の空気入口／出口端部に空気を供給する圧縮装置と、内部に複数の通路を形成して、圧縮装置と篩台の空気入口／出口端部とを連絡する空気多岐管と、空気多岐管に連結される複数の弁の一組と、複数の弁に連結されかつ選択的に開弁及び閉弁し、空気多岐管内の通路を通じて複数の篩台から加圧された窒素を排気することにより複数の篩台の充填と排気とを交互に行う制御装置とを備える携帯用酸素濃縮装置を提供する。

更に別の実施の形態では、空気入口／出口端部及び酸素入口／出口端部を有する複数の篩台と、複数の篩台の酸素入口／出口端部に連絡される貯蔵部と、複数の篩台の空気入口／出口端部に空気を供給する圧縮装置と、複数の篩台の空気入口／出口端部に取り付けられる空気多岐管と、圧縮装置と複数の篩台の空気入口／出口端部とを連絡する複数の通路を有する空気多岐管と、空気多岐管に連結される複数の弁の一組と、複数の弁に連結されかつ選択的に開弁及び閉弁し、空気多岐管内の通路を通じて、複数の篩台内に圧縮空気を供給し、空気多岐管内の通路を通じて、複数の篩台から加圧された窒素を排気して、複数の篩台の充填と排気とを交互に行う制御装置と、複数の篩台の酸素入口／出口端部に取り付けられる酸素供給多岐管とを備え、酸素供給多岐管は、貯蔵部に連絡されかつ貯蔵部から使用者に酸素を供給する少なくとも１つの通路を有する携帯用酸素濃縮装置を提供する。

携帯用酸素濃縮装置は、空気多岐管と酸素供給多岐管との間に延伸する側壁を選択的に備え、篩台、空気多岐管、酸素供給多岐管及び側壁により、装置の構造フレームを構成する。

更に別の実施の形態では、空気入口／出口端部及び酸素入口／出口端部を有する一対の篩台と、一対の篩台の酸素入口／出口端部に連絡されかつ一対の篩台の間で少なくとも部分的に入れ子状に配置される貯蔵部と、一対の篩台の空気入口／出口端部に空気を供給する圧縮装置と、一対の篩台の空気入口／出口端部と圧縮装置とを連絡する複数の通路を形成する空気多岐管とを備える携帯用酸素濃縮装置を提供する。

更に別の実施の形態では、第１の篩台及び第２の篩台を含む複数の篩台と、複数の篩台に空気を供給する圧縮装置と、圧縮装置と複数の篩台との間に配置される一組の調節弁と、複数の篩台に連絡されかつ複数の篩台から排出される酸素を貯蔵する貯蔵部とを備える携帯用酸素濃縮装置を提供する。第１の圧力センサにより、貯蔵部内の貯蔵部圧力を測定してもよく、供給弁を貯蔵部に連絡してもよく、第２の圧力センサにより、供給弁に沿う圧力降下を測定してもよい。制御弁に連結される制御装置により、制御弁を選択的に開弁及び閉弁して、第１の篩台と第２の篩台とを交互に充填しかつ排気することができ、第１及び第２の圧力センサに連結される制御装置により、予め決められたパルス持続時間の間に選択的に供給弁を開弁して、貯蔵部から使用者にパルス状の気体を供給することができる。貯蔵部圧力及び供給弁に沿う圧力降下の少なくとも一部に基づいて、制御装置は、パルス持続時間を調整する。

本発明の他の態様及び特徴は、添付図面と共に開示される以下の明細書を考慮することにより、明らかとなろう。

図面中、図１Ａ〜図３は、携帯用酸素濃縮装置10の第１の実施の形態を示す。約言すると、携帯用酸素濃縮装置10は、複数の篩台又はタンク12と、圧縮装置14と、内部に複数の通路62〜68を形成する下方多岐管又は空気多岐管16と、保持タンク又は貯蔵器18と、空気多岐管16内の通路62〜68を通じて単一又は複数の流路を形成する一組の空気制御弁20と、上方多岐管又は酸素供給多岐管102とを備える。制御装置22は、空気制御弁20に連結されかつ選択的に空気制御弁20を開閉し、空気多岐管16及び篩台12を通じて、気流を制御する。例えば、単一又は複数の逆止弁、濾過器、センサ、電源（図示せず）及び／又は他の構成要素等の単一又は複数の追加構成要素を携帯用酸素濃縮装置10に設けることも選択肢の一つであり、制御装置22（及び／又は図示しない単一又は複数の追加の制御装置）に少なくとも幾つかの追加構成要素を連結してもよいが、更に後述する。特定の流体が、周辺空気、加圧窒素、濃縮酸素等であっても、本明細書全体に用語「気流」、「空気」又は「気体」を使用する。

図４に示すように、各篩台12は、例えば、空気入口／出口端部である第１の端部32と、酸素入口／出口端部である第２の端部34を有する細長い円筒状の外側ケース30を備える。外側ケース30は、例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリカーボネート樹脂等の樹脂材料、アルミニウム等の金属材料又は複合材料等の実質的に剛性を有する材料により形成される。例示的な実施の形態では、外側ケース30の直径は、約２〜１０cm、長さは、約８〜３０cmである。図示の外側ケース30は、円筒状を有するが、例えば、空間基準、性能基準及び／又は構造基準に従って要求される他の形状に外側ケース30に形成してもよい。例えば、楕円形、正方形、長方形又は他の規則的若しくは不規則な多角形の断面（図示せず）に外側ケース30を形成してもよい。

濾過媒体又は篩材36で外側ケース30を少なくとも部分的に充填して、加圧下で篩台12内に供給される空気から窒素を吸着できる篩台12を形成することができる。外側ケース30の第１の端部32及び第２の端部34の各々に隣接する円板又は平板38を篩台12に設けて、外側ケース30内に篩材料36を保持することができる。複数の平板38を互いに離間して配置して、平板38間でかつ外側ケース30内に所望の空間容積を形成することができる。例えば、篩材料36を充填する所望の空間容積は、約１５０〜６００cm³である。後述のように、例示的な実施の形態では、篩台12内の篩材料36の容量は、約７２１cm³（約４４in³）である。

平板38は、気流が平板38を通過する単一又は複数の開口又は気孔（図示せず）を備える。例えば、焼結樹脂により平板38を形成して、篩材料36の粒径より小さい孔径を有する気孔を樹脂材料内に設けて、気流が平板38を通過することができる。別法として、内部に多数の開口又は気孔を有する多孔の樹脂材料、金属材料又は複合材料により平板38を形成してもよい。例えば、平板38の形成時に、平板38と多数の孔とを同時にモールド成形して、多数の孔を形成してもよい。他の変形例として、例えば、在庫品、成形品等から切断された中実板により平板38を形成し、例えば、穿孔、レーザ穿孔等により、中実板に多数の孔を形成してもよい。

要約すると、例えば、篩材料36内に実質的に空洞（ボイド）がないように、篩台12内の複数の平板38間に篩材料36をほぼ詰め込んで充填することができる。得られる篩台12の重量は、約０.１１２５〜０.６７５kg（約０.２５〜１.５０lb）である。

図示の実施の形態では、例えば、単一又は複数の結合型接続器又は締結具（図示せず）、接着剤、音波溶着等により、例えば、ケース30の第１の端部32に下方平板38aを固定し、固着することができる。第２の端部34に隣接しかつ外側ケース30内で移動可能に上部平板38bを配置することができる。例えば、複数の平板38間の篩材料36を圧縮できるばね又は他の付勢装置39により、下方の平板38aに向かって上方の平板38bを付勢することができる。篩材料36が安定し又は何らかの理由で篩台12から流出するとき、上方平板38bは、下方の平板38aに向かって自動的に移動し、篩材料36を所望の加圧状態に維持する。篩材料36に対して圧縮力を加えることにより、作動により粉末状になる篩材料36の携帯用酸素濃縮装置10の他の領域への移動を防止しかつ／又は篩材料36を流動化させる原因となる流動誘発力を低減することができる。

篩台12の断面に沿って平板38の気孔率をほぼ均一にすると、例えば、篩台12内に流入しかつ／又は篩台12から流出する篩材料36の流量を、第１の端部32と第２の端部34の領域に沿ってほぼ均一に配分することができる。別法として、平板38の気孔率を所望のパターンに変更し又は平板38の一部のみを多孔にしてもよい。更に別の変形例では、平板38に中実壁を設け、例えば、所望のパターンで単一又は複数の開口を平板38の内部に設けてもよい。

加圧した周囲空気から窒素を吸着することにより、篩台12から酸素を放出し又は排気する単一又は複数の公知の材料を篩材料36に設けることができる。使用できる例示的な篩材料は、「UOP Oxysiv 5」、「5A」、「Oxysiv MDX」又は「Zeochem Z10-06」等の「結晶中に微細孔を持つアルミノ珪酸塩（合成ゼオライト）」及び「LiX」等である。篩台12内に多層の篩材料36を設けて、例えば、第１の端部32と第２端部34との間の篩材料の複数の層に異なる特性を付与することが望ましい。

例えば、劣化する篩材料があっても、篩材料が通常水を吸収するので、耐久性及び／又は窒素吸着性能に大きな影響を与えずに水を吸収する篩材料を第１の端部32に設けてもよい。例示的な実施の形態では、第１の端部32に隣接して設けられる第１の層36aは、「Oxysiv 5」材料等の篩材料の全高（篩台12の長さに一致する寸法）の約１０%から３０%の深さを有する。次に設けられる第２の層36bは、「Oxysiv MDX」等の高性能吸着材料を有する。第２の層36bは、図示のように、篩台12の残部を実質的に充填するか又は所望特性の単一又は複数の篩材料の追加層（図示せず）を更に設けることができる。このように、使用時に周辺空気が篩台12の第１の端部32内に流入するとき、第１の層36aが空気中の水分をほぼ吸収し、第２の層36bは、比較的乾燥する空気に曝露され、第２の層36bの篩材料が損傷する危険性を実質的に減少することができる。毎分リットル（lpm）毎に排出生成物を効率よく吸着するこの篩材料「Oxysiv MDX」の重量を、約０.２２５〜０.６７５kg（約０.５〜１.５lb）、好ましくは、約０.４５kg（約１lb）に決定した。

図１Ａ〜図３に２つの篩台12を示すが、例えば、所望の重量及び性能効率等に基づき、単一又は複数の篩台を設けてもよい。携帯用酸素濃縮装置10に設けられる篩台及び／又は篩材料の更なる細情報を米国特許第４,８５９,２１７号に見ることができ、その米国特許の全内容を参照することにより本明細書の一部とする。

図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、貯蔵器18は、細長い管状ケース70を備え、管状ケース70は、実質的に閉鎖され又は開放される下端部、即ち第１の端部94と、同様に、実質的に閉鎖され又は開放される（本明細書中他所に記載するように、例えば、多岐管又は他の要素により閉鎖される場合）上端部、即ち第２の端部96とを有する。図示のように、管状ケース70は、不規則な砂時計状の中央がくびれた形状を有し、複数の篩台12間でかつ／又は篩台12に隣接して貯蔵器18を入れ子状に着脱することができる。この構造により、貯蔵器18の占有空間を最小化して、携帯用酸素濃縮装置10全体の大きさを減少することができる。また、管状ケース70は、複数の篩台12間に延伸する湾曲外壁71を有し、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、携帯用酸素濃縮装置10の完成した外面に湾曲外壁71が配置される。本明細書に記載する携帯用酸素濃縮装置10の他の要素と同様に、管状ケース70は、ABS樹脂及びポリカーボネート樹脂等の樹脂材料、アルミニウム等の金属材料又は複合材料により形成される。

図２及び図９Ａ〜図９Ｃに示すように、管状ケース70の上端96を少なくとも部分的に閉鎖する蓋80が設けられる。例えば、単一又は複数の接続器、締結具、接着剤、音波溶着等を使用して、ほぼ永久に又は着脱可能に篩台12の第２の端部34及び／又は貯蔵器18の上端96に蓋80が取り付けられる。蓋80は、篩台12及び／又は貯蔵器18に対して酸素が流入・流出する単一又は複数の開口82,84を備え、以下に更に説明する。

図９Ａに示すように、蓋80は、複数の篩台12の第２の端部34間を直接連絡する通路を形成する排気オリフィス81（点線で示す）も備える。排気オリフィス81は、継続的に開口のままであるから、これにより、一方の篩台12から他方の篩台に酸素を搬送する通路を形成し、例えば、一方の篩台12に酸素を充填しながら、他方の篩台12から酸素を排出するが、更に後述する。単一又は複数の篩台12の流量又は他の性能基準に基づき、排気オリフィス81は、例えば、直径約０.３８〜８.８９mm（０.０１５〜０.３５in）又は約０.５１mm（０.０２０in）の精密に決定された断面寸法を有し、以下更に説明する。例えば、排気オリフィス81の前後に３４４７４Pa（５psi）の圧力差を生じて、流量２.５〜１０リッター／分、例えば、約５リッター／分で排気オリフィス81を通じていずれかの方向に酸素が流れるように、排気オリフィス81の大きさを設定できる。

別法として、貯蔵器18を介して複数の篩台12間に排気オリフィス81を延伸し、接続してもよい。例えば、蓋80に沿って延伸しかつ篩台12Aと貯蔵器18との間を連絡する第１の通路（図示せず）と、蓋80に沿って延伸しかつ篩台12Bと貯蔵器18との間を連絡する第２の通路（同様に図示せず）とを排気オリフィス81に設けてもよい。

管状ケース70の下端94を開口するとき、例えば、蓋80と同様に、下端94にほぼ永久的に又は着脱可能に蓋（図示せず）を取り付けて、蓋により管状ケース70の下端94を実質的に閉鎖する構造を選択してもよい。別法として、例えば、貯蔵器18を空気多岐管16に取り付け又はこれに隣接して配置するとき、ケース70の下端94を開口させ、空気多岐管16の一部でケース70の下端94を密封してもよいが、更に後述する。

他の変形例では、携帯用酸素濃縮装置10内の１箇所又は複数個所に多数の貯蔵器（図示せず）を配置して、例えば、利用する空間が異なる位置でも、携帯用酸素濃縮装置10全体の寸法を最小化することができる。１つ又は複数の可撓性管（図示せず）かつ／又は酸素供給多岐管102を介して、複数の貯蔵器を相互に連結して、複数の貯蔵器に対して酸素を供給しかつこれらから酸素を回収してもよい。この変形例では、複数の貯蔵器に対し流入及び流出する酸素流を制御する単一又は複数の弁を選択的に設けてもよい。

これに加えて又は別法として、例えば、酸素が流入又は流出するときに膨張又は収縮するバッグ又は他の容器等の単一又は複数の可撓性貯蔵器を携帯用酸素濃縮装置10に設けてもよい。携帯用酸素濃縮装置10内の利用可能な空間を満たすように、膨張し又は弾力的に膨張するように、予め決められた形状を貯蔵器に付与してもよい。単一又は複数の可撓性の貯蔵器（図示せず）に連絡する単一又は複数の剛性のある複数の貯蔵器を選択的に設けて、例えば、携帯用酸素濃縮装置10内の空間を節約してもよい。別の変形例では、分離する要素としてではなく、空気多岐管16及び酸素供給多岐管102の一方又は両方の一部として、単一又は複数の貯蔵器を設けてもよい。

図１Ａ、図１Ｂ及び図２並びに図５に示すように、圧縮装置14は、携帯用酸素濃縮装置10に周辺空気を吸引して篩台12に供給する単一又は複数の所望圧力に空気を圧縮できる何れかの空気圧縮装置である。図示の実施の形態では、圧縮装置14は、多加圧源（マルチヘッド）空気圧縮装置であり、この空気圧縮装置は、モータ40と、モータ40に作動連結されるカム組立体42と、カム組立体40に作動連結される駆動軸又はロッド44と、駆動軸44に作動連結される複数の隔膜（振動板）組立体、即ち加圧源46とを有する。モータ40は、例えば、「Pittman 4413（商標）」等のブラシレス（回転子に電流を流すブラシの無い）直流モータである。

図５に示すように、各隔膜組立体46は、ハウジング48と、ハウジング48に固着されかつ空洞部52を形成する隔膜50と、空気を空洞部52に吸引しかつ空洞部52から強制的に押出す一組の逆止弁54とを備える。ハウジング48は、少なくとも部分的に空洞部52を形成しかつ隔膜50の支持構造体となる単一又は複数の実質的に剛性のある補強支持部を備える。ハウジング48は、ABS樹脂若しくはポリカーボネート樹脂等の樹脂材料、金属材料又は複合材料から例えばモールド成型、鋳造若しくは注型又は機械加工等により形成される。

例えば、締り嵌め嵌合構造、単一又は複数の接続器、締着具又は接着剤等（図示せず）を使用して、ハウジング48に実質的に永久に又は着脱可能に隔膜50を取り付けて、隔膜50とハウジング48との間に実質的に気密密封構造を形成することができる。十分な可撓性、弾性及び／若しくは他の適切な特性を有する可撓性材料又は半剛性材料、例えば、エチレン・プロピレン・ジエン・モノマー（「EPDM」）若しくは「BUNA」ゴム（重合ブタジエンにより形成される合成ゴム）等又はバイトン（フッ素ゴム）又は液状シリコーンゴム（LSR）材料により隔膜50を形成して、圧縮装置14の動作間に所望の長さで反復して隔膜50を屈曲させることができる。

例示的な実施の形態では、例えば、一辺約２５.４〜７６.２mm（１〜３in）の正方形断面又は長方形断面（図５）にハウジング48及び隔膜50を形成できる。空洞部52に容量を付与する深さ約６.３５〜３８.１mm（０.２５〜１.５in）にハウジング48を形成できる。例示的な実施の形態では、高さと幅の各々を約５０mm（２in）の正方形断面で隔膜組立体46を形成できる。しかしながら、例えば、円形断面又は楕円形断面等他の断面形状にハウジング48と隔膜50とを形成できることは、理解されよう。

例えば、駆動軸44の頭部45により駆動軸44に隔膜50を連結し、カム組立体42に対して駆動軸44が離間しかつ接近して駆動軸44の縦軸に沿って往復運動するとき、空洞部52に対し内側と外側とに隔膜50を移動することができる。このように、空洞部52に対して隔膜50が離間しかつ接近して移動するとき、空洞部52の容量は、増大及び減少し、これにより空洞部52に対して空気をそれぞれ吸引しかつ排出することができる。

図５に示すように、例えば、入口通路56_in及び出口通路56_outを構成する複数の通路を形成する追加の隔壁をハウジング48に選択的に設けてもよい。例えば、取付口57を介してハウジング48の底部の空気多岐管16内の各通路62,64に入口通路56_inと出口通路56_outとを連絡する（図５に図示せず、図２に示す）が、以下更に説明する。例えば、空洞部52と入口通路56_inとの間に隔壁を配置し、入口逆止弁54_inは、入口通路56_inに整列して配置される。隔膜50が空洞部52から離間する方向に移動して、空洞部52内が負圧になると、入口逆止弁54_inは、開放され、隔膜50が空洞部52に向かって接近する方向に移動して、空洞部52内が正圧になると、入口逆止弁54_inは、閉鎖される。同様に、出口通路56_outに整列して配置される出口逆止弁54_outは、空洞部52内が正圧になると、開放され、空洞部52内が負圧になると、閉鎖される。逆止弁54は、弁に沿う圧力差に応じて一方向に開放する従来の傘型弁等の単純なばね付勢弁でよい。

動作時に、連続的に又は選択的にモータ40を作動してカム組立体42のカム43を回転することにより、カム組立体42に対して軸方向に離間する方向と接近する方向とに駆動軸44を往復運動させる。例えば、約３〜１３mmの軸方向総移動行程で駆動軸44が往復移動するように、カム組立体42が設計される。駆動軸44の往復運動により、ハウジング46に対して隔膜50が内側及び外側に移動して、入口通路56_inを通じて空洞部52に周辺空気を吸引し、出口通路56_outを通じて空洞部52から圧縮空気を加圧して排出する。隔膜50の中央部の変位は、駆動軸44の変位に１対１で一致する。例えば、隔膜50が弛緩容量（隔膜50がほぼ弛緩状態又は無負荷状態のとき）の上方及び下方の約８０〜９５%の間で、駆動軸44は、空洞部52の容量を変更する。

例示的な実施の形態では、例えば、カム組立体42のカム43の形態に基づく予め決められたパターンで、各隔膜組立体46a〜46cに対する駆動軸44の往復運動の量を適時ずらせ（互い違いにし）、変位し又は調整することができる。従って、各加圧源46から圧縮空気が連続的に発生する。これにより、例えば、１つの隔膜組立体46の振動量又は移動量を他の隔膜組立体46に対して少なくとも部分的にずらせて、圧縮装置14が発生する振動又は騒音の量を最小化することができる。圧縮装置14の動作及び制御を以下詳細に説明する。

また、カム組立体42の周囲に対称に、例えば、１２０°の角度間隔で互いにずれて複数の隔膜組立体46を配置するので、圧縮装置14の動作間に生じる振動を相殺し又は最小化することができる。前記構造と比較すると、カム組立体42の両側の中心軸を形成する直線上に２つの隔膜組立体（図示せず）を設ける別の実施の形態の構造では、軸に沿う振動が増大する。

別法として、３つ以上の加圧源46を設けることもできるが、これは、携帯用酸素濃縮装置10の製造価格及び／又は動作の複雑性が増大することがある。例えば、複数の隔膜組立体46のいずれの間でも直線軸を形成しない車輪の対称的スポーク形状に奇数個（例えば、３、５、７等）の隔膜組立体46を配置して、異なる加圧源46間で少なくとも部分的に振動を相殺して、振動を最小化することが望ましい。

図２及び図５Ａ〜図６Ｂに示すように、下部管又は空気多岐管16は、内部に複数の通路62〜68を形成する単一又は複数の全体的にほぼ平坦な構造を有する。空気多岐管16は、原則として密封され、開口72〜79、86〜90を除く通路62〜68が事実上気密になる。例えば、圧縮装置14、篩台18及び空気制御弁20等の他の構成要素は、開口部72〜79,86〜90により通路62〜68に連絡され、所期の方法で空気多岐管16を通じて空気を移動するが、以下更に説明する。例えば、篩台12、圧縮装置14、貯蔵器18及び／又は空気制御弁20等の携帯用酸素濃縮装置10の構成要素を空気多岐管16に選択的に取り付ける取付台、接続器及び／又は締付具（図示せず）を取り付ける単一又は複数の開口部又はポケット等を空気多岐管16に設けてもよい。

空気多岐管16は、実質的に高い剛性を有するので、例えば、携帯用酸素濃縮装置10を一体構造で形成し又は強化する。一実施の形態では、携帯用酸素濃縮装置10の単一又は複数の外側構造面、例えば、携帯用酸素濃縮装置10の下面又は底面等を空気多岐管16により形成するので、追加の下外部殻を設ける必要がない。空気多岐管16は、何らかの産業用材料、例えば、ABS樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂材料、アルミニウム等の金属材料又は複合材料により形成される。空気多岐管16は、射出成形、注型及び鋳造、機械加工等により形成される。

例示的な実施の形態では、空気多岐管16は、例えば、最大でも重量０.１１〜１.８kg（約０.２５〜４.０lb）の比較的軽量の樹脂材料により形成される。別法として、弾性を有する半剛性又は可撓性材料により空気多岐管16の全部、一部又は複数部分を形成して、例えば、携帯用酸素濃縮装置10の耐久性及び／又は耐衝撃性を増大することができる。

図示の実施の形態では、空気多岐管16は、少なくとも部分的に、通路62〜68を形成する複数の溝を有する多岐管基盤58と、多岐管基盤58に嵌合されかつ溝をほぼ密封して通路62〜68を更に形成する多岐管蓋60とを備える。多岐管基盤58及び多岐管蓋60の代わりに、互いに嵌合され又は協力して本明細書に記載する通路62〜68を形成する単一又は複数の構成要素により空気多岐管16を構成してもよい。

図６に示すように、少なくとも部分的に単一又は複数の圧縮装置入口通路62、圧縮装置出口通路64、篩台通路66及び排気通路68を形成する溝を多岐管基盤58に設けることができる。通路62〜68及び／又は取付面の形成に不要な多岐管基盤58の部分を省略して、例えば、一体構造に実質的に影響させずに空気多岐管16の総重量を減少してもよい。別法として、携帯用酸素濃縮装置10を設置する例えば、ほぼ円滑なかつ／又は脚又は他の要素（図示せず）を備えるほぼ連続的な下壁を多岐管基盤58に設けてもよい。

更に又は別法として、例えば、携帯用酸素濃縮装置10の他の外側構造面を形成する少なくとも側壁59の一部を多岐管基盤58に設けてもよい。図２に示す別の変形例では、多岐管基盤58ではなく、側壁59を多岐管蓋60の一部としてもよい。更に別の変形例では、空気多岐管16を（Ｌ形状でなく）比較的平坦とし、空気多岐管16に接続し又は取り付けた分離要素（図示せず）で側壁を構成してもよい。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、多岐管基盤58の溝に嵌合する単一又は複数の溝を多岐管蓋60に設けて、例えば、圧縮装置入口通路62、圧縮装置出口通路64、篩台通路66及び排気通路68等の通路62〜68を更に形成してもよい。別法として、溝壁を重ねて多岐管蓋60と多岐管基盤58との間の接続構造を強化しながら、多岐管蓋60の溝を多岐管基盤58の溝より僅かに大きく又は小さくすることができる。他の変形例では、多岐管基盤58の溝壁及び／又は他の要素に接合する多岐管蓋60の下面を十分に滑らかにして、通路62〜68を更に形成してもよい。

例えば、摘み（タブ）と対応溝等の結合爪又はねじ、リベット、ボルト等の締着具等の単一又は複数の接続器を使用して、多岐管基盤58に多岐管蓋60を取り付けてもよい。加えて又は別法として、接着剤又は音波溶着等を使用して、例えば、多岐管基盤58と多岐管蓋60との間の単一又は複数の接触面に沿い多岐管基盤58に多岐管蓋60を取り付けてもよい。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、通路62〜68に連絡する複数の開口部72〜79,86〜90が多岐管蓋60に設けられる。例えば、多岐管蓋60は、圧縮装置入口通路62に連絡する空気入口79を備える。携帯用酸素濃縮装置10の外面の入口開口160（図示せず図２に示す）に延伸する管又は他の中空構造体（図示せず）に接続される空気入口79から例えば、携帯用酸素濃縮装置10内に周辺空気を吸引する。選択肢として、図３に示すように、空気入口79の前方に一列に配置される入口空気濾過器162は、入口開口160内に吸い込まれて圧縮装置14内に流入する周辺空気から塵又は他の粒子を除去する。

また、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、多岐管蓋60は、圧縮装置14に連絡する複数対の開口部72,74を備える。図示の実施の形態では、圧縮装置14の３つの隔膜組立体46の取付口57（図示せず、図２に図示）に対応する三対の開口部72,74が多岐管蓋60に設けられる。隔膜組立体46の複数の取付口57の間隔と同一で予め決められた間隔離間して隔膜組立体46に各対の開口部72,74が形成される。開口部72,74及び取付口57の一方又は両方に接続管又は他の延長管を設けて、隔膜組立体46と多岐管蓋60とを容易かつ実質的に密閉接続することができる。例えば、締り嵌め嵌合、螺合、結合爪及び接着剤等の１つ又は複数を使用して、取付口57を開口部72,74に接続することができる。

圧縮装置14が空気多岐管16に装着し又は隣接して取り付けると、隔膜組立体46の入口通路56_inは、開口部72及び圧縮装置入口通路62に連絡する。使用時に、各隔膜組立体46の作動により入口通路56_inから交互に外部空気を吸引するとき、各開口部72、圧縮装置入口通路62及び空気入口79を通じて空気が吸引される。同様に、隔膜組立体46の出口通路56_outは、開口部74及び圧縮装置出口通路64に連絡される。使用時に、各隔膜組立体46の作動により出口通路56_outから圧縮空気を排出するとき、圧縮空気は、各開口部74から空気多岐管16の圧縮装置出口通路64に流入する。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、圧縮装置出口通路64、篩台通路66及び／又は排気通路68に重なりかつ互いに隣接して複数の空気制御弁開口部86,88が多岐管蓋60に設けられる。従って、多岐管基盤58に多岐管蓋60を取り付けると、空気制御弁開口部86,88は、各通路64〜68に連絡する。特に、排気弁入口開口88_inを各篩台通路68に連絡すると、供給弁入口開口86_inは、圧縮装置出口通路64に連絡する。排気弁出口開口88_outを排気通路68に連絡すると、供給弁出口開口86_outは、各篩台通路66に連絡する。

多岐管蓋60は、篩台通路66の拡大部に連絡する篩台開口部90を有する。従って、空気多岐管16に篩台12を装着し又は隣接して取り付けると、篩台開口部90は、各篩台12の第１の端部32に連絡する。更に、図７Ｂに明示するように、多岐管蓋60は、排気通路68に連絡する単一又は複数の排気開口部92を有する。

管、篩台12からの排出気体（通常、濃縮窒素）を導入するノズル又は他の装置（図示せず）を排気開口部92に連結する構造も選択できるが、以下更に説明する。一実施の形態では、例えば、電子装置を冷却する排出気体は、携帯用酸素濃縮装置10内の制御装置22又は他の電子装置に向かって導入される。内部電子装置の冷却流体となる濃縮窒素を使用して、電子装置の過熱時又はショート時に発火の危険性を減少すれば、携帯用酸素濃縮装置10に安全性が向上する。排出気体から大部分の酸素を除去するので、燃焼を促進する燃料が排出気体中に殆ど存在しない。更に、携帯用酸素濃縮装置10の内部に連絡する漏洩が貯蔵器18又は篩台12に生じても、携帯用酸素濃縮装置10内に導入される排出気体により、生成される混合気体は、周辺空気より酸素が希薄（容量百分率として）である。

弁開口部86,88上で多岐管蓋60に取り付けられる空気制御弁20を選択的に開閉して、例えば、圧縮装置出口通路64から篩台通路6への流路及び／又は篩台通路66から排気通路68への流路を形成するが、更に後述する。例えば、図３に示すように、給気制御弁20A_Sを開弁すると、開口部72、圧縮装置通路62、供給入口開口86_in、空気制御弁20A_S、供給出口開口86_out及び篩台通路66aを通じて、圧縮装置14から篩台12Aへの流路が形成される。排気制御弁20B_Eを開弁すると、篩台通路66b、排気入口開口88_in、空気制御弁20B_E、排気出口開口88_out及び排気通路68を通じて、篩台12Bから排気開口部92の外部への流路が形成される。

他の方法で篩台12に対して空気を流入及び流出することが必要な複数の管及び弁に空気多岐管16を置換してもよい。個々の前記管と弁とを省略して、最大４つの空気制御弁20を有する単純な多岐管に置換えることができるので、空気多岐管16により、携帯用酸素濃縮装置10の全寸法、重量及び／又は製造価格を減少し、特に、携帯用酸素濃縮装置10の利便性、使用容易性及び／又は安価な製造に有用である。

更に、空気多岐管16により、例えば、圧力損失を減少しかつ／又は騒音を低下させる変更を容易に行うことができる。例えば、携帯用酸素濃縮装置10のエネルギ需要を最小化して、通路62〜68の寸法及び／又は形状を設計して、通路62〜68を通過する圧縮空気の損失を減少することができる。６８９４.７６Pa（１psi）だけ圧力損失が増加したとき、携帯用酸素濃縮装置10の電力消費が１０%程度又はそれ以上に増大することがある。図１０は、３つの例示的な平均流量、２４、３０及び５０リッター／分の流量に発生する圧力損失を示す。通路62〜68の平均流径（流れ直径）が増大する程、圧力降下は、顕著に減少する。従って、少なくとも直径約６.３５mm（０.２５in）の寸法又は他の均等断面積に通路62〜68を形成することが望ましい。

更に、携帯用酸素濃縮装置10内を流動する空気の流路中にバッフル（隔壁）又は音を減衰する他の消音装置又は消音材料を空気多岐管16に容易に設けることができる。例えば、バッフル（隔壁）、ベンチュリ、流量変更部材（図示せず）等の１つ又は２つ以上を多岐管基盤58の溝に直接モールド成形して、音波を吸収し又は気流に起因する騒音を減少することができる。別法として、多岐管基盤58に多岐管蓋60を取り付ける前に、溝内に前記消音要素を挿入し又は取り付けてもよい。更に別の変形例では、空気多岐管16の単一又は複数の通路62-68に流量制御弁を直接取り付けることができる。

図１Ａ〜図３に示すように、空気多岐管16又は例えば空気多岐管16の多岐管蓋60に空気制御弁20が取り付けられる。図示の実施の形態では、例えば、接続器、定着具又は接着剤等の１つ又は２つ以上を使用して、多岐管蓋60に４つの「双方向」空気制御弁20が取り付けられる。加圧周期を部分的に重複する選択的性能を保有しつつ、４つの空気制御弁20により、他の篩台12から独立して各篩台12を加圧しかつ／又は排気できるが、以下更に説明する。

アメリカ合衆国インディアナ州インディアナポリスのエスエムシー社から入手できる「SMC DXT」弁を例示的な双方向弁として各空気制御弁20に使用できる。この空気制御弁は、比較的小さい樹脂製パイロット作動式隔膜弁である。この空気制御弁は、隔膜領域が大きいため、使用時に極めて低い最低作動圧力で、特に有効に携帯用酸素濃縮装置10の作動圧力を与えることができる。「常開（通常開放）」弁を設けてもよい。パイロット弁を通じて隔膜の頂部側に圧力が加わるとき、隔膜は、台座に押し付けられて流れを遮断してもよい。常開パイロット電磁弁又は常閉（通常閉鎖）パイロット電磁弁の何れを使用してもよい。隔膜弁自体が通常開放するので、常開電磁弁を使用すると、常に全閉鎖動作を行えるが、弁の開放に電気エネルギが必要である。

別法として、空気多岐管16の開口部及び／又は通路にいくつかの細かな変更を必要とするが、空気制御弁20を２つの「三方向」弁に置換してもよい。しかしながら、三方向弁は、高価かつ動作が複雑でありかつ／又は携帯用酸素濃縮装置10の使用時に加わる圧力より大きい圧力がパイロット弁に必要となることがある。更なる変形例では、４つの二方向弁の代わりに、単一又は複数の他の多位置弁を設けることができる。

図２及び図３に示すように、例えば、アルミニウム多岐管等の単一の弁多岐管21に４つの空気制御弁20を設け、弁多岐管21とは別体又は一体にねじ付入口及びねじ付出口を取付口として設けることができる。弁多岐管21に空気制御弁20を取り付けた後に、開口部86,88を覆って空気多岐管16に弁多岐管21が取り付けられる。別法として、個々の空気制御弁20を空気多岐管16に直接取り付ければ、例えば、弁多岐管21又は他の付属品及び／若しくは管類を省略して、携帯用酸素濃縮装置10の全体の大きさ及び／又は重量を更に減少することができる。

図１Ａ、図１Ｂ及び図２並びに図８Ａ〜図８Ｂに示すように、貯蔵器18内に貯蔵される酸素を携帯用酸素濃縮装置10の使用者に供給する上部管又は酸素供給多岐管102が設けられる。空気多岐管16と同様に、酸素供給多岐管102は、携帯用酸素濃縮装置10の外部表面構造を形成するのに十分に剛性の高い一体構造を形成して、例えば、携帯用酸素濃縮装置10に別体で設けられる外部殻又は上部殻を省略してもよい。空気多岐管16と同様の前記材料及び／又は方法を使用して、酸素供給多岐管102を製造しかつ組み立ててもよい。

図８Ｂに示すように、例えば、酸素供給多岐管102の下面に単一又は複数のリブ又は他の補強部材103を酸素供給多岐管102に選択的に設けてもよい。所望のパターンで酸素供給多岐管102、例えば、篩台12（図８Ｂに図示せず）に複数の補強構造体103をモールド成形（樹脂成形）し、直接成形し又は取り付けることができる。例えば、篩台12内の付勢装置39による押圧力及び／又は酸素供給多岐管102を上方に押圧する力を篩台12内で発生する空気圧力に対抗して、複数の補強構造体103は、酸素供給多岐管102を補強する。

図２に示す実施の形態では、単一又は複数の酸素供給通路108,109を少なくとも部分的に形成する多岐管基盤104と、酸素供給通路108,109を更に形成する多岐管蓋106とが酸素供給多岐管102に設けられる。多岐管基礎104内に互いに隣接して配置される酸素供給通路108,109は、他の構成要素に連絡されて携帯用酸素濃縮装置10の使用者に酸素を供給する複数の開口部126〜138を備えるが、以下更に説明する。単一又は複数の電池開口部140及び／又は電池開口部140にモールド成形又は他の方法で形成される界面体窓部142が多岐管基盤104に設けられる。

図２に示すように、携帯用酸素濃縮装置10の側板159の少なくとも一部を酸素供給多岐管102の多岐管基盤104に選択的に設けてもよい。側板159は、空気多岐管16上の側板59に当接され、相互連結され又は他の方法で取り付けられる。側板59,159は、携帯用酸素濃縮装置10の十分に剛性のある外部構造壁となる。このように、側壁59,159、多岐管16,102、篩台12及び／又は貯蔵器18を組み合わせて、携帯用酸素濃縮装置10及びその内部要素を支持するのに必要な構造フレームを形成するが、以下更に説明する。別法として、空気多岐管16及び／又は酸素供給多岐管102に接続し又は他の方法で取り付けられる分離壁板（図示せず）として、側壁59,159の一方又は両方を設けることができる。

図２に示すように、携帯用酸素濃縮装置10の内部に連絡する単一又は複数の入口開口160が側壁159に設けられる。図示のように、互いに隣接する網部材を有する２つの入口開口160が側壁159に設けられる。入口開口160は、例えば、長方形、正方形、円形又は他の形態で所望の配列に形成される。例示的な実施の形態では、各入口開口160は、約２５〜５０mm（約１〜２in）の高さ及び／又は幅を有する。入口開口160を容易に空気が通過しても大きな物体の通過を防止する例えば、直径約０.６〜４mm（約０.０２５〜０.１５in）の比較的小さい複数の孔が入口開口160の網部材に設けられる。

例えば、上記のように、空気多岐管16の空気入口79に連絡する管類等（図示せず）を通じて、第１の入口開口160aは、圧縮装置14に空気を吸引する入口となる。第２の入口開口160bは、携帯用酸素濃縮装置10の内部に周辺空気を吸引する換気入口を形成し、吸引した空気により、例えば、内部電子装置及び／又は篩台12の冷却を促進する。例えば、携帯用酸素濃縮装置10の内部に一定又は可変速度及び／又は容量により周辺空気を吸引する吸気送風機164が第２の入口開口160bに隣接して取り付けられる。

例えば、携帯用酸素濃縮装置10の内部から空気が流出する垂直空間（図示せず）等による１又は２以上の間隙を携帯用酸素濃縮装置10の複数の篩台12間又は篩台12と貯蔵器18との間に選択的に設けてもよい。例えば、入口開口160に対向する携帯用酸素濃縮装置10の端部から、携帯用酸素濃縮装置10内の空気（特に、排気開口部92からの排出気体）を排出して、携帯用酸素濃縮装置10の効率又は有効性を低減する高濃度の窒素を含む空気の篩台12内への吸引を回避することが望ましい。別法として、所望の方法により空気を携帯用酸素濃縮装置10内から排出する単一又は複数の出口開口（図示せず）を、例えば、携帯用酸素濃縮装置10の空気多岐管16、酸素供給多岐管102及び／又は側壁の１つ又は２つ以上（図示せず）に設けてもよい。

図２に示すように、貯蔵器18から使用者に酸素を供給する単一又は複数の酸素供給装置を携帯用酸素濃縮装置10に設けることができる。例えば、本明細書に記載する携帯用酸素濃縮装置10の他の構成要素を取り付けるのと同様の方法又は他の方法を使用して、酸素供給多岐管102に前記酸素供給装置を取り付け又は酸素供給多岐管102に隣接して取り付けることができる。

例えば、蓋80の開口部82を覆う多岐管基盤104に一対の逆止弁110が設けられる。逆止弁110は、前記逆止弁54と同様に、単なる圧力作動弁でよい。篩台12及び貯蔵器18に又は篩台12及び貯蔵器18に隣接して酸素供給多岐管102を取り付けるとき、逆止弁110は、篩台12から酸素供給通路108への一方向流路となる。酸素供給通路108は、開口部112を通じて直接かつ連続的に貯蔵器18に連絡される。

圧力センサ114は、貯蔵器18内に設けられ又は酸素供給通路108に連絡される。圧力センサ114は、貯蔵器18内、即ち、酸素供給通路108内の絶対圧力を検出する。また、逆止弁110により圧力センサ114は、篩台12内の最大圧力を検出する。詳細には、篩台12から貯蔵器18及び酸素供給通路108に逆止弁110を通じて一方向に酸素が流れるので、いずれかの篩台12の圧力が貯蔵器18の圧力を超過するときは常に、各逆止弁110を開放することができる。各篩台12内の圧力が貯蔵器18の圧力以下になり次第、各逆止弁110は、閉鎖する。

また、図２及び図３に示すように、酸素供給弁116、酸素センサ118、単一又は複数の圧力センサ120,122及び単一又は複数の空気濾過器124は、例えば、酸素供給多岐管102に取り付けられる酸素供給通路108,109に直列に設けられる。例えば、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、酸素制御弁開口部126と、圧力センサ開口部128,138と、酸素センサ開口部130,132と、これらの構成要素に連絡する出口開口134,136とが多岐管基盤104に設けられる。

例えば、酸素制御弁開口部126の下方で酸素供給多岐管102に取り付けられる酸素供給弁116（図３）は、酸素供給通路108と酸素供給通路109との間、即ち、貯蔵器18から携帯用酸素濃縮装置10の外部の使用者に供給される酸素流量を制御する。酸素供給弁116は、制御装置22に連結されかつ選択的に開閉される電磁（ソレノイド作動）弁である。酸素供給弁116に使用できる例示的な弁は、比較的大きなオリフィス寸法を有し、酸素供給弁116を通じて流体流量を最大にするハーグレーヴステクノロジ社製「45M型」弁である。別法として、パーカープニュトロニクス社製「Vセキュアード」又は「11シリーズ」弁を使用してもよい。

酸素供給弁116の開放時に、酸素制御弁開口部126a,126b、酸素供給弁116、酸素制御弁開口部126cを通じて、酸素供給通路108から酸素供給通路109に酸素が流れる。制御装置22により変更調整される所望周波数で所望持続時間、酸素供給弁116を開放して、断続して酸素を供給できるが、以下更に説明する。別法として、制御装置22により酸素供給弁116を開放状態に維持し、断続して供給せず、酸素を連続的に供給してもよい。この変形例では、制御装置22により酸素供給弁116を抑制して、使用者に対する体積流量を調整することができる。

圧力センサ120の開口を圧力センサ開口部128に接続し又は別の方法で連絡させて、圧力センサ120は、酸素供給多岐管102にかつ／又はその下方に取り付けられる。このように、圧力センサ120の開口は、酸素供給通路108,109の間、即ち、酸素供給弁116に沿う圧力差を測定することができる。圧力センサ120を使用して貯蔵器の圧力を選択的に検出して、圧力センサ114を省略してもよい。例えば、酸素供給弁116の閉鎖時に、酸素供給弁116の上流圧力を貯蔵器18内の圧力にほぼ等しくできる。

制御装置22に連結される圧力センサ120は、例えば、酸素供給弁116に沿う圧力差を測定して、制御装置22により処理される検出信号を出力する。制御装置22は、この圧力差を使用して、携帯用酸素濃縮装置10から供給される酸素の流速、流量又は他の媒介変数（パラメータ）を決定する。制御装置22は、検出した流速、流量に基づいて又は例えば単一又は複数の帰還媒介変数に基づいて酸素供給弁116を開弁する周波数及び／又は持続時間を変更できるが、以下更に後述する。

酸素供給多岐管102及び／又は酸素供給多岐管102の下方に酸素センサ118を取り付けて、酸素センサ118の開口を酸素センサ開口部130,132に連絡できる。酸素センサ118は、酸素センサ118を通過する酸素の純度を測定でき、例えば、超音波センサは、酸素センサ118を通過する気体の音速を測定し、これらのセンサは、例えば、カンザス州ショーニーに所在のダグラス・サイエンティフィック社により製造される。別法として、酸素センサ118は、セラミックセンサ又は副流センサでもよい。例えば、セラミックセンサの消費電力約１Wに対し、超音波センサは、セラミックセンサより少ない約５０mWの消費電力であるが、より高価である。

制御装置22に連結される酸素センサ118は、酸素の純度に比例する電気信号を発生し、この電気信号は、制御装置22により処理されかつ携帯用酸素濃縮装置10の動作を変更するのに使用されるが、更に後述する。酸素センサ118の精度は、酸素センサ118を通過する空気流により影響を受けることがあるので、例えば、酸素供給弁116を閉弁するとき等の非流動状態間に、酸素純度信号を取り出すことが望ましい。

酸素多岐管102及び／又はその下方に圧力センサ122を取り付け、圧力センサ122の開口を圧力センサ開口部138に連絡することができる。圧力センサ122は、絶対圧力を測定できる圧電抵抗圧力センサでもよい。使用する例示的な変換器は、ハネウェル・マイクロスイッチ社製「24PC01SMT変換器」、センシム社製「SX01」、モトローラ社製「MOX」又は他社製の全センサを含む。携帯用酸素濃縮装置10の最大装置圧力に曝される圧力センサ122の超過圧力定格値は、最大装置圧力を超過し、例えば、少なくとも約１０３４２１Pa（１５psi）であることが望ましい。

圧力センサ122は、圧力センサ122が検出する圧力に比例する信号を出力する制御装置22に連結されるが、以下更に説明する。圧力センサ122は、零基準圧力を持たず、圧力センサ122からの圧力信号は、携帯用酸素濃縮装置10の動作間に変動する。例えば、圧力センサ122に小型弁（図示せず）を連結して、酸素供給弁116を開弁して酸素を供給するとき、定期的に圧力センサ122を排気し又は零圧力に調整して、圧力センサ122に影響を与える全ての圧力変動又は他の圧力誤差を最小化することができる。

別法として、酸素供給弁116（例えば、常開口）と圧力センサ122との間に直列に比較的小型のオリフィス（例えば、直径約０.２５４mm（０.０１０in）を設けてもよい。このオリフィスは、圧力センサ122からの圧力信号に悪影響を与えない程十分に小さいが、例えば、１００ミリ秒程度の短期パルス間に圧力センサ122が零レベルに圧力を開放するのに十分な大きさを有する。前記オリフィスを使用する詳細な情報は、米国公開第２００３／０１５０４５５号に開示され、この公報を参照することにより、その全内容を明確に本明細書の一部とする。他の変形例では、濾波アルゴリズムを制御装置22に実行して、使用者の呼吸の開始を認識することができる。

多岐管基盤104は、酸素センサ開口部132及び圧力センサ開口部138に連絡する凹部133を備える。凹部133上にカバー又は他の部材（図示せず）を取り付け又は他の方法で凹部133を被覆し、例えば、凹部133により形成される実質的な密閉通路を形成することができる。このように、圧力センサ122は、凹部133内の酸素の絶対圧力を測定することができる。この圧力表示数を使用して、例えば、凹部133内で生じる圧力降下に基づいて、使用者の吸気開始時期を検出して、使用者にパルス状に酸素の供給を開始できるが、以下更に説明する。

酸素供給多岐管102又はこれに隣接して取り付けられる空気濾過器124（図３）になんらかの従来の濾過媒体を設けて、使用者に供給する酸素から不要な粒子を濾過媒体により除去することができる。図８Ａに示すように、酸素供給多岐管102は、内部に空気濾過器124を収容する形状を有する凹部137を備える。締まり嵌め、単一又は複数の接続器又は接着剤等により、空気濾過器124を凹部137内に固定することができる。

出口開口136を介して溝135（図８Ｂに示す）に凹部137（図８Ａに示す）を接続することができる。図示の実施の形態では、溝135は、多岐管基盤104内でかつ多岐管基盤104を通じて形成される出口開口134,136間に延伸する。カバー又は他の部材（図示せず）を溝135に取り付け又は溝135を覆い、例えば、実質的に気密の通路を溝135により形成することができる。従って、酸素センサ118から供給される酸素は、出口開口134を通り凹部133から溝135を通過し、出口開口136を通り凹部137内に流入する。その後、酸素は、空気濾過器124を通過して、使用者に供給される。

凹部137を覆って酸素供給多岐管102に丸屋根部材又は他の装置（図示せず）を選択的に取り付けてもよい。例えば、ねじ連結、単一又は複数の爪又は他の接続器若しくは接着剤等（同様に図示しない）により、酸素供給多岐管102に丸屋根部材を取り付けることができる。使用者に酸素を供給する例えば、周知の可撓性ホース（図示せず）等のカニューレを取り付ける接続管又は他の接続器を丸屋根部材に設けてもよい。空気濾過器124から丸屋根部材を分離し又は凹部137を覆って酸素供給多岐管102に一緒に丸屋根部材と空気濾過器124とを単一の組立体として取り付けてもよい。

酸素供給多岐管102及びそれに取り付ける上記要素ではなく、使用者に酸素を供給する他の形態及び／又は構成要素を設けることができる。また、例えば、酸素供給弁116、圧力センサ120,122、酸素センサ118及び空気濾過器124等の構成要素（酸素供給多岐管102を通じて流れる酸素と関連して）を特定の順序で説明したが、所望により前記構成要素の順序を変更してもよい。

図２に戻り、単一又は複数のハードウェア構成要素及び／又は携帯用酸素濃縮装置10の単一又は複数の動作形態を制御するソフトウェアモジュールが制御装置22に設けられる。例えば、圧縮装置14、空気制御弁20、酸素供給弁116、圧力センサ114,120,122及び／若しくは酸素センサ118等の携帯用酸素濃縮装置10の単一又は複数の構成要素に制御装置22が連結される。１本又は複数本の導線又は他の電気リード（図の簡略のために図示しない）により構成要素を連結して、制御装置22と構成要素との間で信号の送受信を行うことができる。

制御装置22は、使用者インターフェイス144にも連結され、使用者インターフェイス144は、単一又は複数の表示装置（ディスプレイ）及び／又は入力装置を含む。図２に示す実施の形態では、使用者インターフェイス144は、タッチ画面表示装置でもよく、タッチ画面表示装置は、酸素供給多岐管102の界面装置窓部142又はその下方に取り付けられる。使用者インターフェイス144は、携帯用酸素濃縮装置10の動作に関する媒介変数情報を表示しかつ／又は使用者が媒介変数を変更し、例えば、携帯用酸素濃縮装置10をオン及びオフし、用量設定又は所望流量等を変更できるが、以下更に説明する。単一の使用者インターフェイス144を示すが、例えば、オン／オフスイッチ、ダイアル及びボタン等（図示せず）の多表示装置及び／又は入力装置を使用者インターフェイス144に設けてもよい。他の構成要素と同様に、１本又は複数本の導線及び／又は他の電気リード（簡略化のため図示せず）により、使用者インターフェイス144を制御装置22に連結することができる。

簡素化のため、図２に示す制御装置22は、内部に複数の電気部品を有する単一の電気回路基板を有する。これらの構成要素は、回路基板に取り付けられる単一又は複数の処理装置、記憶装置、切替装置、送風装置及び充電装置（図示せず）等を含む。携帯用酸素濃縮装置10の異なる動作形態を制御する多数の下位制御装置により制御装置22を構成してもよい。例えば、第１の下位制御装置は、圧縮装置14及び空気制御弁20のモータ40の動作を制御し、第２の下位制御装置は、酸素供給弁116及び／又は使用者インターフェイス144の動作を制御することができる。

例えば、圧縮装置14の動作を制御する第１の下位制御装置等の制御装置22は、モトローラ社製「ON MC33035」型、テキサス・インスツルメンツ社製「DSP TMS 320LF240」及び／又はエムエスピー社製「430 F449IPZ」の１つ等のブラシレス直流モータ制御装置を備える。前記制御装置は、時間転流にモータ40のホールセンサ（図示せず）を使用する。別法として、無センサ制御装置を使用して、逆起電力を測定して転流計時を行い、モータの巻線に発生する逆起電力を測定して、モータの回転子の位置を測定することができる。モータのセンサを省略できる上、モータへの配線を単純化できるので、この変形例は、安価である。例えば、フェアチャイルド社は、制御装置22での使用に適する専用集積回路を販売する。別法として、無センサ集積制御周辺機器を含むテキサス・インスツルメンツ社製「DSP TMS 320LF240」又はエムエスピー社製「430 F449IPZマイクロプロセッサ」を使用してもよい。

第１の下位制御装置（又は制御装置22の他の構成要素）は、モータの速度、即ち、隔膜組立体46により供給される圧縮空気の圧力及び／又は流量を制御する。また、制御装置22は、空気制御弁20の開閉順序も制御し、例えば、更に以下に例示する所望の方法により、篩台12を充填しかつ排気する。

第２の下位制御装置（又は制御装置22の他の構成要素）により、酸素供給弁116を制御して、例えば、圧力センサ122から受信した圧力信号に基づいて、貯蔵器18から使用者に酸素を供給することができる。また、第２の下位制御装置は、使用者及び／又は使用者インターフェイス144上の表示情報からの指令入力を受信する。更に、制御装置22の複数の下位制御装置又は他の複数の構成要素は、後述する所望の方法により情報を共有する。このように、制御装置22は、他の構成要素と機能を交換できる単一又は複数の構成要素を備え、本明細書に記載した特定例に制御装置22を限定すべきではない。

更に、携帯用酸素濃縮装置10は、制御装置22、圧縮装置14、空気制御弁20及び／又は酸素供給弁116に連結される単一又は複数の電力源を備える。例えば、図２に示すように、一対の電池148は、例えば、側壁59,159と篩台12との間の開放側に沿って、空気多岐管16に取り付けられ又は別の方法で固定される。例えば、空気多岐管16は、電池148内に嵌合されて携帯用酸素濃縮装置10内で垂直に電池148を安定しかつ／又は固定する単一又は複数の取付台149を備える。加えて又は別法として、他の紐又は支持体（図示せず）を使用して、携帯用酸素濃縮装置10内に電池148を固定することもできる。

例示的な実施の形態では、電池148は、１１ボルト標準３直列リチウムイオン電池、４直列リチウムイオン電池（例えば、製品番号NL2024等のInspired Energy（商標）を利用できる電池）等の充電式電池である。３直列パックに対し、標準０.４５kg（１lb）パックは、３アンペアの電流制限を有するが、０.６７５kg（１.５lb）パックは、６アンペアの最大電流を有する。Inspired Energyの追加情報は、インスパイアード・エネルギ社のホームページ（www.inspired-energy.com）に見ることができる。他の電池供給会社は、下記の通りである。モリーン・エネルギ社（www.molienergy.com）、ＧＰバッテリ社（www.gpbatteries.com）、マイクロパワー社（www.micro-power.com）及びバックマン社（www.buchmann.ca）。

制御装置22は、携帯用酸素濃縮装置10内で電池148から他の構成要素への配電を制御する。例えば、電力が所定レベルに減少するまで、一方の電池148から制御装置22に電力を供給し、そこで、制御装置22は、他方の電池148に自動的に切り替えることができる。

例えば、壁面コンセント等の商用交流電力源又は自動車のシガーライタソケット、ソーラパネル装置（図示せず）等の携帯用の交流電力源若しくは直流電力源等の外部電力源に対するアダプタを携帯用酸素濃縮装置10に選択的に設けることができる。携帯用酸素濃縮装置10に使用できる外部電気エネルギを変換するのに必要な何らかの変圧器又は他の構成要素（図示せず）を携帯用酸素濃縮装置10内に設けて、携帯用酸素濃縮装置10を外部電力源又は外部装置自体に電線で接続することもできる。

外部エネルギ源から電池148にある電気エネルギを供給し、従来方式により電池148を選択的に再充電するように制御装置22を構成してもよい。例えば、自動的に又は使用者インターフェイス144から指令を受けたとき、電池148の電力レベル又は携帯用酸素濃縮装置10が外部電力源に接続されるか否か等の携帯用酸素濃縮装置10の電気エネルギ状態を制御装置22が表示することもできる。

前記機能の単一又は複数を実行する単一又は複数の専用構成要素を制御装置22に設けてもよい。制御装置22に設けられる例示的な電池管理集積回路（IC）は、二重電池装置として設計された「Maxim MAX 1773」型である（詳細は、www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/2374を参照されたい）。他には、同様に二重電池装置として設計されかつ充電にも同様の選択機能を組み合わせた「Linear LTC 1760」である（詳細は、www.linear.com/prod/datasheet.html?datasheet=989を参照されたい）。

図１Ａ〜図３に示すように、携帯用酸素濃縮装置10を組み立てるとき、前記の通り、空気供給多岐管16及び酸素供給多岐管102の構成要素を製造しかつ組み立てることができる。例えば、結合爪、接続器、締着具、嵌合、接着剤（図示せず）等の１つ又は２つ以上を使用して、多岐管蓋60,106及び／若しくは他の蓋体又はカバー（図示せず）を成形し又は他の方法で製造し、多岐管蓋60,106及び／若しくは他の蓋体又はカバー（図示せず）を多岐管基盤58,104に取り付けることができる。同様に、例えば、前記の通り、篩台12、貯蔵器18及び圧縮装置20を製造しかつ／又は組み立てることができる。

前記の通り、空気制御弁16、篩台12、貯蔵器18及び／又は圧縮装置20を例えば空気多岐管16の多岐管蓋60に取り付けることができる。同様に、酸素供給弁116、圧力センサ120,122、酸素センサ118、空気濾過器124及び／又は他の構成要素を酸素供給多岐管102に取り付けることができる。例えば、篩台12及び貯蔵器18を空気多岐管16に取り付ける前又は後に、酸素供給多岐管102を篩台12及び貯蔵器18に取り付けることができる。所望の製造設備を組立てかつ／又は所望の製造方法に重要でない組立順序を容易に変更できる。

同時に又は別途、側壁59,159を互いに取り付け又は側壁59,159が単一又は複数の分離壁板（図示せず）を構成すれば、空気多岐管16及び酸素供給多岐管102にかつ／又はそれらとの間に側壁59,159を取り付けることができる。得られる構造体は、携帯用酸素濃縮装置10の構造体フレームを形成するので、支持体、構造体又は外面層を追加する必要がない。

制御装置22を構造体フレーム内に取り付け、制御装置22と制御装置22に連結される他の構成要素との間に全ての導線又は他のリードを接続できる。例示的な実施の形態では、例えば、排気開口部92に垂直方向に隣接して、空気多岐管16に制御装置22（又は少なくとも１つの下位制御装置）を取り付けることができる。このように、例えば、制御装置22を横切り又は制御装置22に向かって空気多岐管16から排出される濃縮された窒素等の気体を案内して、制御装置22の構成要素を冷却することができる。ブラケット又は他の支持体（図示せず）を多岐管蓋60に取り付け、制御装置22の回路基板及び／又は他の構成要素を常法従来方式でブラケット又は支持体に固定することができる。

例えば、携帯用酸素濃縮装置10の内部を開放する必要がなければ、いつでも、携帯用酸素濃縮装置10内に電池148を収納することができる。複数の多岐管16,102間の側部領域を事実上開放状態に保持（電池148により覆われる領域を除き）して、例えば、組立て時に開放しかつ／又は携帯用酸素濃縮装置10の構成要素を試験することができる。携帯用酸素濃縮装置10の内部を実質的に包囲する比較的薄くかつ／又は軽量の外板又は他の構造体（図示せず）を各開放側領域に選択的に設けて、例えば、接触を制限しかつ／又は内部の構成要素を保護することができる。

携帯用酸素濃縮装置10全体をケース（図示せず）内に配置して、携帯用酸素濃縮装置10が水密性及び／又は美しい外観を得ることができる。従来の携帯用酸素濃縮装置に外面層構造体を設けても、例えば、粗布、布、樹脂若しくはこれらの組み合わせ又はその他の材料により形成される搬送ケース内に従来の携帯用酸素濃縮装置を収容することが多かった。前記装置とは異なり、比較的柔軟性のバッグ又は剛性のある外板構造体若しくは壁板を付加しない他のケース内に携帯用酸素濃縮装置10を収納して、携帯用酸素濃縮装置10の総重量を低減することができる。

ケースの例示的な実施の形態は、例えば、電池開口部142、濾過器凹部137及び／又は携帯用酸素濃縮装置10上の他の位置に形成される単一又は複数の閉鎖可能な開口部を備える。また、使用者インターフェイス144上に形成される開口部又はほぼ透明な窓をケースに設けてもよい。ケースの単一又は複数の壁板内に詰物若しくは他の吸音体及び／又は緩衝材料を選択的にケースに設けてもよい。

図３に示す携帯用酸素濃縮装置10の基本動作を以下説明する。通常、携帯用酸素濃縮装置10の動作は、篩台12内での吸着により周辺空気から酸素を濃縮する過程と、貯蔵器18から使用者に濃縮酸素を供給する過程との２つの態様を有するが、以下各態様を説明する。各態様の携帯用酸素濃縮装置10は、他の装置から独立して動作し又は例えば、単一又は複数の関連する媒介変数に基づいて相互に作動連結されて動作する。

携帯用酸素濃縮装置10は、単一又は複数の任意の下記の方法を使用して動作して、携帯用酸素濃縮装置10の効率又は他の性能特性を増大する。例えば、圧力及び／又は酸素純度の測定値に基づいて、携帯用酸素濃縮装置10の動作状態を調整して、酸素純度及び／又は酸素濃度並びに出力流速及び／又は出力圧力を増大し又は電力消費等を減少することができる。

例示的な実施の形態では、携帯用酸素濃縮装置10は、純粋酸素に等価の約０.９又は１.２リッター／分に流量を上昇して供給する性能を有する。本明細書で使用するように、単位時間当り供給される気体純粋（１００%）酸素量にほぼ相当する等価流量を使用することができる。携帯用酸素濃縮装置10は、周辺空気からの吸着により酸素を濃縮するので、携帯用酸素濃縮装置10は、使用者に供給する純粋酸素を生成しない。代わりに、貯蔵器18に貯蔵され篩台12から流出する気体は、最大酸素濃度約９５.４%を有し、約４.６%の残部気体は、アルゴン及び他の微量気体から成る。

一定の流速では、携帯用酸素濃縮装置10により供給される濃縮酸素の実際量は、純粋酸素より少ない。従って、濃縮酸素は、純粋酸素より低い治療濃度を有する。純粋酸素の流量より濃縮酸素の流量を高くして、不足酸素分を補償して同等の酸素量を供給しなければならない。供給される濃縮酸素と等価純粋酸素との比率は、下表１に示すように、下式の通りである。
流量比=(１００%-２１%)/(実際の純度-２１%)

例えば、８８%濃縮酸素の流量１.０５リッター／分は、純粋酸素の流量０.９リッター／分とほぼ同等の酸素流量であり、８８%濃縮酸素の流量１.４リッター／分は、純粋酸素の流量１.２リッター／分とほぼ同等の酸素流量である。

流量の増大により純度を補償することにより、携帯用酸素濃縮装置10の全電力消費量を減少できることが試験により判明した。酸素純度と電力消費量との背反値が釣り合うとき、酸素純度約８５〜９０%で好適な効率が得られ、携帯用酸素濃縮装置10から使用者に供給される気体の例示的な目標酸素純度は、８８%である。

通常、篩台12が「充填」と「排出」とを反復しながら、携帯用酸素濃縮装置10を動作させて、（貯蔵器18に貯蔵されかつ／又は使用者に直接供給される）濃縮酸素が発生される。篩台12を充填しているか又は加圧しているとき、篩台12の空気入口／出口端部32に圧縮された周辺空気が圧縮装置14から供給され、篩台12が加圧されるとき、篩材は、酸素より多量の窒素を吸着する。窒素は、篩材により実質的に吸着されるが、篩台12の酸素入口／出口端部34を通じて排出される酸素は、貯蔵器18に貯蔵されかつ／又は使用者に供給される。

篩台12内の圧力が予め決められた限界値に達したとき（又は所定時間経過後）、篩台12から空気が排除又は排気され、空気入口／出口端部32は、周囲圧力に曝露される。これにより、篩台12内に発生する圧縮窒素は、空気入口／出口端部32を通じて排出され、例えば、空気多岐管16を通過して排気開口部92から排出される。篩台12から空気を排除しているとき、例えば、排気が終了するまで、充填している篩台12内の圧力が排気している篩台12内の圧力より高ければ、排気オリフィス81を通じて排気する篩台12の酸素入口／出口端部34に他の篩台12（同時に充填してもよい）から排出される酸素を選択的に搬送してもよい。加えて又は別法として、また、排気オリフィス81の通過に加え又はその代わりに、例えば、篩台12と貯蔵器18との相対的圧力により逆止弁110を開弁するとき、篩台12間の逆止弁110を通過して酸素を移動させてもよい。排気している篩台12の酸素入口／出口端部34に酸素を供給すれば、再充填する前に篩台12から濃縮窒素の排気を促進することができる。

排気オリフィス81の大きさを選択して、充填する篩台12と排気する篩台12との間で予め決められた流量で酸素を送ることができる。例えば、ほぼ対称的な形状に排気オリフィス81を形成して、両方の篩台12から均等な流量で排気し、排気オリフィス81を通過する流量が両方向に等しいことが一般的に望ましい。例示的な実施の形態では、排気オリフィス81は、直径約０.５mm（０.０２in）又は他の均等断面積を有し、流量約２.６リッター／分の酸素流により、排気オリフィス81を通じて圧力差３４４７４Pa（５psi）を発生する。充填する篩台12と排気する篩台12との間の圧力差に基づいて決定される実際の流量は、携帯用酸素濃縮装置10の種々の状態により力学的に変化するので、排気オリフィス81の容量は、携帯用酸素濃縮装置10の動作間に複数の篩台12間を流れる酸素の実際の容量とは必ずしも一致しない。

例示的な実施の形態では、下表２に示すように、携帯用酸素濃縮装置10は、４つ状態を含む処理過程を使用して作動される。「１」及び「０」は、それぞれ空気制御弁20の「開放状態」及び「閉鎖状態」を示す。

状態１の間、篩台12Aに酸素を充填し、篩台12Bから酸素を排気している。表２に示すように、給気制御弁20A_S及び排気制御弁20B_Eは、開弁され、給気制御弁20B_S及び排気空気制御弁20A_Eは、閉弁される。図６に示すように、この弁構造により、篩台12Aは、圧縮装置出口通路64及び分離通路66aを通じて圧縮装置14に連絡するが、篩台12Bは、篩台通路66b及び排気通路68を通じて排気開口部92に連絡する。状態１の終期に、篩台12A内の圧力が篩台12B内の圧力を超過するので、排気オリフィス81は、低流量の酸素ガスを供給して、篩台12Bに残留する窒素を排気し洗浄する。状態３は、状態１とは逆の状態となり、篩台12Bに酸素が充填され、篩台12Aから酸素が排気される。

排気オリフィス81の大きさ、篩台12から排出される酸素の純度、貯蔵器18内の圧力値等の単一又は複数の媒介変数に基づいて、状態１及び状態３の持続時間（加圧時間）が設定されるが、本明細書の他の箇所で更に説明する。例えば、状態１の間、加圧時間が長過ぎる場合、篩台12B（窒素を排気している）内に残留する全窒素を排気できるが、篩台12A（酸素を充填している）からの酸素が排気オリフィス81を通過して篩台12Bに流れ、排気開口部92から外部に流出して、酸素が無駄になる。加圧時間が短過ぎる場合、排気周期の終了後も、窒素は、篩台12Bに残留し、続いて篩台12Bに酸素を充填するとき、篩台12Bの酸素充填率が低下する。従って、排気オリフィス81の大きさを非常に厳しい流量許容値に維持し、製造時及び／又は製造後に加圧時間を調整する必要性がなく、篩台12の性能を一貫して許容差の範囲内に保持しつつ厳密な管理下で篩台12を製造することが望ましい。

状態２の間、給気制御弁20B_Sは、開弁され、排気制御弁20A_Eは、閉弁される。これにより、排気オリフィス81を通じて、加圧空気が篩台12Aから篩台12Bに流れる。一般的に、状態２は、状態１及び状態３より比較的短期間であるため、例えば、篩台12A内の濃縮窒素が篩台12Bに流入し始める前に、加圧空気が篩台12Bに流入する。状態２は、状態３前に圧縮装置14から供給すべき圧縮空気量を低減し、携帯用酸素濃縮装置10の全効率を改善することができる。同様に、状態４の間、給気制御弁20A_Sは、開弁され、排気制御弁20B_Eは、閉弁される。従って、状態４の間、篩台12Aを充填する（状態１を反復するとき）前に、圧縮空気は、篩台12Bから篩台12Aに流れる。

表２に示す実施の形態では、状態２及び４の持続時間（重複時間）は、状態１及び３の持続時間（加圧時間）より大幅に短い。例えば、状態２及び４の持続時間（重複時間）は、約１.５秒を超えず又は約０.６秒を超えないが、状態１及び３の持続時間（加圧時間）は、少なくとも約４秒又は少なくとも約５秒である。

例えば、使用者の要求（例えば、用量設定値及び／又は呼吸速度）及び／又は他の媒介変数により変更を要するとき、持続期間の１つ又は２つ以上を選択的に変更してもよい。別法として、制御装置22を予めプログラム制御しかつ／又はその後に修正するとき、持続期間（加圧時間及び重複時間）を固定することができる。いずれにせよ、フラッシュメモリ又は制御装置22に連絡する他の記憶装置に複数の時間又は複数の時定数を記憶することができる。必要に応じて、例えば、初期製造時、その後の修理環境及び／又は使用時に直列接続を介して複数の時間又は複数の時定数を調整しかつ新規値を記憶装置に記憶させてもよい。

例えば、貯蔵器18内の圧力（貯蔵器圧力又はPres）が上昇するとき、状態１及び３の持続時間（加圧時間）を短縮することが望ましい。貯蔵器圧力が上昇するとき、圧力が上昇する程、排気オリフィス81を通る気体量が増加して、排気される篩台12から窒素を実質的に排気するのに要する時間を短縮することができる。貯蔵器圧力に基づいて、最適時間（加圧時間）を決定する方程式を創設することができる。例えば、比例関係に基づき、下記の方程式を推定することができる。
加圧時間=k*Pres
ここで、kは、理論又は経験により決定できる定数である。別法として、例えば、経験検証に基づき、より複雑な方程式を展開してもよい。製造時又は修理時かつ／又は携帯用酸素濃縮装置10の動作時に力学的に、所望により類似の方法で状態２及び４の持続時間（重複時間）も固定し又は調整することができる。

排気路（例えば、空気多岐管16の排気通路68内又は排気開口部92に連結する排気通路68内）に単一又は複数の逆止弁（図示せず）を選択的に設けてもよい。例えば、非動作中の携帯用酸素濃縮装置10が気圧変化及び／又は温度変化を受けるとき、前記逆止弁は、篩台12の「呼吸動作」を停止する。例えば、排気制御弁20_Eに設けられる「SMC DXT」弁は、逆止弁として作用する。しかしながら、パイロット圧力がなければ、排気制御弁20_Eは、漏洩することがある。排気制御弁に比較的小型のばね（図示せず）を挿入して、漏洩を遮断することができる。

別法として、排気オリフィス81に平行に又は排気オリフィス81の代わりに、即ち、篩台12の酸素入口／出口端部34間に延伸する流路に単一又は複数の弁（図示せず）を設けてもよい。この変形例では、上記と同様に、携帯用酸素濃縮装置10は、４状態周期を使用して動作することができる。しかしながら、重複時間の間に又は圧力周期の終期に、排気オリフィス81に平行に設けた前記弁を開放して、複数の篩台12の圧力又は排気を積極的に制御することができる。

貯蔵器18に蓄積される濃縮酸素及び／又は周辺空気から酸素を分離する篩台12により、携帯用酸素濃縮装置10を使用して、使用者に濃縮酸素を供給することができる。前記の通り、酸素供給弁116に連結する制御装置22により酸素供給弁116を開閉して、携帯用酸素濃縮装置10の貯蔵器18から使用者に酸素を供給することができる。

例示的な実施の形態では、予め決められた「パルス」持続時間の間に制御装置22により酸素供給弁116を周期的に開放することができる。予め決められたパルス持続時間の間に酸素供給弁116を開放して、パルスを供給する間、使用者に酸素の「大量瞬時投与」を行い、その後、次の酸素の大量に瞬時投与するまで、酸素供給弁16が閉鎖される。別法として、制御装置22により酸素供給弁116を開放して、連続的に酸素を供給し、例えば、酸素供給弁116を絞りながら、使用者への酸素流量を調整することができる。更なる変形例では、制御装置22により周期的に酸素供給弁116を開放しかつ所定時間絞ることにより、供給される酸素の大量瞬時投与の容量を変更することができる。

一実施の形態では、使用者が吸気を開始する時点等の事象を制御装置22が検出した後に、制御装置22により酸素供給弁116を開放することができる。この事象を検出するとき、予め決められたパルス持続時間の間、酸素供給弁116を開放することができる。この実施の形態では、使用者の呼吸速度（又は他の事象間隔）により又はこれに応じて、パルス周波数又は間隔（酸素供給弁116を継続的に開放する時間）を制御することができる。その後、使用者に供給している酸素の全流量をパルス持続時間及びパルス周波数に基づいて決定する。

使用者が吸気を開始した後に、制御装置22により予め決められた時間の間又は遅延時間の間、酸素供給弁116の開放を遅らせて、例えば、使用者への酸素供給量を選択的に最大化してもよい。例えば、この遅延により、吸気動作中に酸素供給量を最大化できる。吸気動作は、例えば、肺内の解剖学的死腔を単に充填せずに、吸入する酸素の殆どを肺から血流中に吸収する部分である。吸気動作は、各呼吸時間のほぼ前半及び／又は最初の６００ミリ秒であることが判明した。このように、吸気の検出後に予め決められた延期時間は、約２０〜１５０ミリ秒でよい。

このように、早期に吸入開始を検出して酸素の供給を迅速に開始して、吸気動作期間中に酸素を供給することは、特に有効である。鼻で呼吸する使用者は、カニューレ内で例えば約１cmH₂O（水柱センチメートル）の比較的強い圧力降下を発生する。しかしながら、口で呼吸する使用者は、約０.１cmH₂Oの圧力降下を発生するに過ぎない。

例えば、励起電圧を５Vと仮定すれば 、圧力センサ122の出力感度は、約３２０μV/cmH₂Oである。従って、（例えば、口での吸気では）圧力降下０.１Vである。利得１０００を有する増幅器（図示せず）を制御装置22に設けると、増幅器は、１０ビット５Vアナログデジタルコンバータで６個の信号を発生する約３２２mV（３２ミリボルト）の増幅信号を発生する。

前記のように、制御装置22が吸気開始を識別して酸素供給弁116を開放することが困難となる特性変動問題が圧力センサ122に発生する。１つの解決方法は、携帯用酸素濃縮装置10のオフ時に、圧力センサ122をリセットし又は零にすることである。しかしながら、温度感性の圧力センサ122は、起動レベルより大きい特性変動を発生する。別法として、前記のように、周期的に開放できる小型弁（図示せず）に圧力センサ122を連結して、例えば、酸素供給弁116を開弁して酸素を供給しながら、圧力センサ122をリセットし又は零にゼロしてもよい。他の変形例では、前記のように、圧力センサ122と酸素供給弁116との間に設けた比較的小型のオリフィスにより、例えば、１００ミリ秒程度の短期パルス間に酸素を供給する間に、圧力センサ122をリセットし又は零にすることができる。

更に異なる変形例では、圧力センサ122からの検出信号を濾波して、使用者の吸気開始時点を決定するハードウェア及び／又はソフトウェアが制御装置22に設けられる。この変形例では、例えば、使用者が異なる呼吸法を使用する間に、酸素供給弁116を適切に起動するのに十分な感度を制御装置22に付与する必要がある。例えば、例えば、鼻で吸気しかつすぼめた唇で呼気する口すぼめ呼吸を行う使用者も存在する。この呼吸法の間、制御装置22は、吸気開始直前を示す呼気信号を検出しない。

吸気開始と呼気減少流量とを識別する濾波アルゴリズムも必要であり、濾波アルゴリズムがなければ、制御装置22が誤って長期の呼気間に酸素を供給する難点がある（不経済である）。更に別法として、長期呼吸間に制御装置22の濾波アルゴリズムを「遅延」して、例えば、比較的長い単一吸気間に多重パルスの付与を防止する必要がある。例えば、予め決められた閾値より低い圧力降下を検出して制御装置22が酸素供給弁116を開放するとき、単一吸気間に酸素供給弁116を２回開放することがある（これも不経済である）。この状態では、濾波アルゴリズムは、吸気検出後に、例えば、少なくとも約１.５秒の遅延時間を付与する。

別法として、使用者の呼吸速度から独立する固定値又は力学的に調整した固定値のパルス周波数で制御装置22は、酸素供給弁116を開弁することができる。例えば、２呼吸前又はそれ以前の瞬間的な呼吸間隔又は呼吸周波数の監視平均値に基づいて、制御装置22により予想吸気時に酸素供給弁116を開放することができる。更なる変形例では、前記媒介変数の組合せ、例えば、使用者の呼吸速度に基づいて、制御装置2により酸素供給弁116を開弁・閉弁し、予め決められた最低周波数に合致しないとき、酸素供給弁116を開弁することができる。

使用者が選択する用量設定値に基づいて、供給するパルスのパルス持続時間を決定することができる。このように、特定の用量設定値が付与されれば、酸素供給弁116を開放する度に、ほぼ同一容量の酸素が使用者に供給される。使用者は、定量的又は定性的な用量設定値を選択できる。定性的に用量を設定する目盛板又は単数又は複数のボタンが設けられ（例えば、使用者インターフェイス144に）、使用者は、例えば、目盛１〜１０で又は最小値から最大値までの範囲でレベルを選択することができる。制御装置22は、例えば、携帯用酸素濃縮装置10の最大許容流量等の所望流量又は大量瞬時投与量と定性的用量設定値とを関連付けることができる。

例えば、用量設定値は、携帯用酸素濃縮装置10の最大供給容量である０〜１００%の範囲内で携帯用酸素濃縮装置10が濃縮酸素を供給できる範囲内の複数値に相当する。例えば、約６〜１６リッター／分の間で最大流量（又は純粋酸素の流量と同等）を携帯用酸素濃縮装置10に使用できる。別法として、例えば、約１０〜１５０ミリリッター又は約１０〜８０ミリリッターの最大酸素最大瞬時投与容量も使用できる。

実際の濃縮酸素流量、等価純粋酸素流量又は所望の酸素最大瞬時投与容量（例えば、単位ミリリッター）である所望の流量（例えば、単位リッター／分）を使用者が定量的用量設定値により選択できる。定性的用量設定値と同様に、携帯用酸素濃縮装置10の容量により、選択できる流量又は容量が制限されることもある。連続流との等価を意味しないが、容量ベースの用量設定装置の詳細な使用情報は、「呼吸治療２００４」４９（２）号１６０〜１６５頁に記載されるピー・エル・ブリス、アール・ダブル・マッコイ及びエー・ビー・アダムス著「要求酸素供給装置の特性並びに最大出力及び設定推奨値」に記載され、参照により、その全内容を本明細書の一部とする。

用量設定値の増加時に、例えば、約５０ミリ秒から５００ミリ秒にパルス持続時間を増加して、各パルス間に予め決められた最大瞬時投与酸素が供給される。使用者の呼吸速度がほぼ一定のままであれば、パルス周波数もほぼ一定に維持されるので、使用者に供給している全酸素流量が増加される。しかしながら、実際の使用時に、例えば、使用者の活動レベル又は環境条件等に基づいて、使用者の呼吸速度が変化する。例えば、毎分約１３から４０呼吸又は毎分約１８から３０呼吸の間で、肺疾患患者の呼吸速度は、変化する。従って、携帯用酸素濃縮装置10は、前記周波数で使用者に供給することができる。

携帯用酸素濃縮装置10は、比較的小型のため、用量設定値及び使用者の呼吸速度が携帯用酸素濃縮装置10の能力を越える状況となる可能性がある。このように、何らかの所与の用量設定値、即ち、１呼吸毎の特定容量（例えば、単位をミリリッター）に対し、携帯用酸素濃縮装置10は、所望の用量設定値で酸素を供給できる最大呼吸流量を有する。

特定の用量設定値に対する最大呼吸速度を越える場合、携帯用酸素濃縮装置10は、単一又は複数の方法により対応することができる。例えば、前記事象の発生を使用者に通報する例えば、視覚警報器及び／又は音声警報器等の警報器が携帯用酸素濃縮装置10に設けられる。これにより、使用者に通報し、必要に応じて、使用者は、例えば、休止等により、身の呼吸速度を減速することができる。

更に別法として、供給媒介変数を変更して、例えば、約９００ミリリッター／分又は約１２００ミリリッター／分等の携帯用酸素濃縮装置10の最大流速能力又はそれに近い流量で、携帯用酸素濃縮装置10は、供給を維持することができる。これを達成するため、使用者の呼吸速度（例えば、呼吸速度により最大流速を分割し又は参照表を使用して）が与えられて、制御装置22は、供給できる酸素最大瞬時投与の大きさを算出し、これに応じてパルス持続時間を調整する（及び／又は酸素供給弁116を絞る）ことができる。例えば、直近３０秒間等予め決められた時間にわたり毎分約２３回の呼吸速度で使用者が呼吸することを制御装置22が検出すると仮定すると、用量設定値は、１呼吸毎に４０ミリリッターの酸素を供給する。得られる流量９２０ミリリッター／分は、容量９００ミリリッター／分の装置能力を越える。従って、制御装置22は、例えば、少なくとも約(１−９００／９２０)又は２%パルス持続時間を減少することにより、パルス持続時間を減少して９００ミリリッター／分以下に流量を低下する。

パルス供給により体積流量を選択するとき、単一又は複数の付加係数又は付加要因を考慮してもよい。例えば、特に、本明細書に記載する携帯用酸素濃縮装置10と同様の比較的低圧の装置では、流量を増加する程増大する背圧がカニューレ内に発生して、流量制御が益々困難になる。

最大効率を得る方法で携帯用酸素濃縮装置10を選択的に動作して、例えば、消費電力を減少し携帯用酸素濃縮装置10の電池寿命を延長することができる。これにより、使用者の移動範囲が拡大され、例えば、使用者は、長時間外部電力源から離れることができる。

携帯用酸素濃縮装置10を動作するには、どの程度多量のエネルギが必要かを決定するには複数の変数が関連する。独立変数は、携帯用酸素濃縮装置10が消費する電力の９５%程度消費する圧縮装置14の速度又は電力である。制御装置22が制御できる圧縮装置14のモータ40の速度は、本質的に電池148の電力のパルス幅変調（PWM）により決定され、必要な電力が大きい程益々パルス幅変調のデューティサイクルが高くなる。

モータ40の閉回路速度制御又はトルク制御を行ってもよいが、必ずしも必要ではない。処理周期間に圧力が増大するとき、より高いトルクが必要であるから、圧縮装置14のモータ40を減速することができる。これにより、要求される総エネルギがほぼ平均化され、最高電流値を最小化できる。

パルス幅変調を０〜１００%で表わすことができ、０%は、オフの圧縮装置14に相当し、１００%は、最高速度で動作する圧縮装置14に相当する。実際には、圧縮装置14が回転しないが到達可能な下方最小値も存在するので、真範囲は、約４０〜１００%である。本明細書に使用する方程式は、十分な近似式となる線形関係を示すと仮定する。別法として、例えば、非線形方程式又は例えば、制御装置22の記憶装置内の参照表を使用して実行できる理論的計算又は実験上の計算によって、より精密な方程式を展開できる。

監視する貯蔵器圧力（貯蔵器18内の圧力）によりパルス幅変調を制御し、圧縮装置のモータ40を制御して、目標貯蔵器圧力を維持することができる。例えば、制御装置22を貯蔵器内の圧力センサ114に連結して、貯蔵器圧力を監視し、制御装置22によりモータ40のパルス幅変調を調整することができる。固定値、例えば、製造時若しくは修理時に設定する調整値又は例えば、目標酸素純度及び／若しくは本明細書の他所に記載する他の媒介変数を維持するのに変更される変動値に目標貯蔵器圧力を設定できる。別法として、多数の変数を監視し、モータ40を制御して、選択された目標値に多数の変数を維持することができる。

例えば、用量設定値及び使用者の呼吸速度に基づいて目標貯蔵器圧力を選択できる。例示的な実施の形態では、目標貯蔵器圧力は、約３４４７４〜１０３４２１Pa（５〜１５psi）又は約４１３６９〜８２７３７Pa（６〜１２psi）である。酸素純度等他の媒介変数に基づいて、目標圧力を選択的に調整できるが、以下更に説明する。

例えば、圧力センサ122の圧力測定値に基づき制御装置22により使用者の呼吸速度を決定できる。使用者の吸気間（例えば、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、凹部133,137及び溝135から酸素を吸引する）に、圧力センサ122は、圧力減少を検出する。制御装置22は、圧力センサ122が圧力減少を検出して呼吸速度を決定する周波数を監視することができる。また、制御装置22は、圧力センサ120が検出する圧力差を使用できる。

用量設定値が増加するとき、使用者の呼吸速度も増加しかつ／又は電池電圧が低下し、貯蔵器生成圧力が低下する傾向がある。パルス幅変調を増加して、この圧力降下を補償することができる。従って、目標貯蔵器圧力を選択して、制御装置22がループ制御を実行して、この目標貯蔵器圧力を維持することができる。

更に、酸素センサ118を使用して、貯蔵器18から供給されている酸素の純度を監視することができる。篩台12内の篩材の状態、携帯用酸素濃縮装置10に吸引され篩台12内に充填される周辺空気の温度及び／又は湿度等により、酸素純度は、影響を受けて変化する。制御装置22は、約８５〜９３%、例えば、８８%の設定目標酸素純度を記憶装置内に記憶し、酸素センサ118が検出する酸素純度を監視ことができる。酸素純度が目標酸素純度未満に減少するとき、制御装置22は、目標貯蔵器圧力を増大して、酸素純度を補償しかつ増大することができる。これにより、制御装置22が使用する制御ループに基づいて、制御装置22によりパルス幅変調を増大させて、新たな目標貯蔵器圧力を維持することができる。

従って、制御装置22は、パルス幅変調、即ち、圧縮装置14のモータ40の速度を変更して、目標圧力付近に貯蔵器圧力を維持し、制御装置22は、制御装置22が監視する媒介変数に基づいて、目標圧力を変更することができる。

最大酸素生成速度は、圧縮装置14の速度に依存し、次に、圧縮装置14の速度は、電池148からの入力電圧に依存する。電池148の電荷が減少し始めても、目標媒介変数又はその付近で携帯用酸素濃縮装置10を有効に作動させることが望ましい。リチウムイオン電池「4S4P」の充電終期の電圧は、約１１Vである。比較のため、この電池が新品のとき（又は携帯用酸素濃縮装置10を外部電力源に接続するとき）、電圧は、１６.８V程度である。例えば、約２５００rpm未満に圧縮装置14の最高速度を制限して、電池148の完全充電時に、過剰酸素の生成を防止することが望ましい。別法として、制御装置22により予め決められた安全限度内で臨時に最高速度を超えて、圧縮装置14の損傷危険性を減少してもよい。

一例として、１呼吸当たり最高６０ミリリッター以下の酸素を供給する携帯用酸素濃縮装置10では、約８リッター／分又は約１３３ミリリッター／秒の例示的な流量を使用できる。８８%酸素気体に等価容量は、約７０ミリリッターであり、パルス持続時間は、約０.５３秒である。携帯用酸素濃縮装置10が最高約１２００ミリリッター／分で酸素を発生できれば、最大用量設定値の最大呼吸速度は、毎分約１７呼吸である。Ｉ：Ｅ比を１：２とし、使用者の各呼吸の最初の５０%が有効（かつ死腔を充填しない）であると仮定すると、最小利用時間は、０.６０秒である。最大生成速度のため、呼吸速度が速くなる程益々最大パルス容量（及びパルス持続時間）は、低下する。

例えば、約３４４７４〜８２７３７Pa（５〜１２psi）間の比較的低圧力で携帯用酸素濃縮装置10を動作できるので、携帯用酸素濃縮装置10内の何れの制御通路を通過する流れも音速で流動しない。従って、例えば、使用者に接続されるカニューレ又は管類により、携帯用酸素濃縮装置10の背圧が変化するとき、使用者に供給する酸素の流量を変更することができる。８リッター／分では、カニューレの圧力抵抗は、約４８２６〜１３７９０Pa（０.７〜２psi）であり、例えば、ハドソン・カニューレ又はTTOカテーテルでも同様であった。この増加背圧により、使用者に供給される酸素の流量が２５%程度低下する。

貯蔵器圧力と下流側圧力（カニューレを通じて貯蔵器18から使用者に供給される気体の圧力）との両方の相違を考慮して、下記のアルゴリズムを使用することができる。「定時間」に弁を調整し、パルス容量を一定（選択された用量設定値に設定）に維持することができる。酸素供給弁166のオフ時に貯蔵器圧力を測定し、酸素供給弁116の開放時に、例えば、圧力センサ120を使用して、酸素供給弁116に沿う圧力を測定することができる。

酸素純度により調整する用量設定値の要因（係数）として弁定時間又はパルス持続時間（表３の供給時間）を設定して、実際の容量、貯蔵器圧力及び酸素供給弁116に沿う圧力降下を算出することができる。携帯用酸素濃縮装置10の動作に使用できる例示的な制御媒介変数を含み、前記計算に使用する方程式を表３に示す。

別の実施の形態では、圧力調整器と同様に作用する弁（図示せず）を設けることができる。下流のゲージ圧力を制御する代わりに、供給弁の下流に直列に配置したオリフィスに沿う圧力降下を制御することができる。このように、下流圧力とは無関係に同一の流量を供給して、選択されたパルス持続時間で得られる容量をほぼ一定にすることができる。

使用者が携帯用酸素濃縮装置10の駆動停止又は電源切断を決定して、例えば、使用者インターフェイス144に設けられるオン／オフスイッチ又はタッチ画面の「ボタン」を押圧するとき、携帯用酸素濃縮装置10の手順を自動的に完了して携帯用酸素濃縮装置10を保護することが望ましい。例えば、電源切断後に篩台12内に加圧空気が残留するとき、空気中の水分は、凝縮し又は別の方法で篩材料に吸収されて、篩材料に損傷を与えることがある。大気状態から篩台12を実質的に隔離して、例えば、携帯用酸素濃縮装置10が気圧変化及び／又は温度変化に遭遇するとき、篩台12の「呼吸動作」を防止することが望ましい。前記呼吸動作により、篩台12内に空気が流入し又は篩台12から空気が排出されるので、篩材料内に水分が流入することができる。

携帯用酸素濃縮装置10を駆動を停止しているとき、酸素供給弁116を閉鎖して、貯蔵器18からの酸素の流入を停止することができる。例えば、排気制御弁20_Eを開放する間に、給気制御弁20_Sを（積極的に又は電源のオフ時の電力欠如の何れかで）自動的に閉鎖することができる。予め決められた最初の時間経過後、例えば、約１００〜３００ミリ秒後に、圧縮装置14をオフにすることができる。給気制御弁20_Sの閉弁後に圧縮装置14をしばらく動作状態に放置して、空気多岐管16内の残留圧力を除去し、延長期間中に空気制御弁20_Sを閉鎖状態を確実に維持することができる。この圧力は、時間の経過に従い徐々に漏洩する。

予め決められた第２の時間経過後、例えば、約９〜１２秒後、全ての加圧空気も篩台12から排気することができ、排気制御弁20_Eを（積極的に又は電源のオフ時の電力欠如の何れかで）閉鎖することができる。

実施の形態を図示して本明細書中に本発明を詳記したが、本発明は、更に種々の変更及び他の形状が可能である。しかしながら、本発明は、開示した特定の形状又は方法に限定されず、特許請求の範囲内に該当すると共に、特許請求の範囲と同趣旨の変更態様並びに同等の装置を包含することは、理解すべきである。

携帯用酸素濃縮装置の第１の実施の形態を示す平面斜視図 携帯用酸素濃縮装置の第１の実施の形態を示す底面斜視図 図１Ａ及び図１Ｂに示す装置の分解斜視図 図１Ａ及び図１Ｂに示す装置の概略図 図１Ａ及び図１Ｂに示す装置に設けられる例示的な篩台の断面図 図１Ａ及び図１Ｂに示す装置に設けられる圧縮装置の平面断面図 図１Ａ及び図１Ｂに示す装置の空気多岐管の一部を構成する多岐管基礎部の平面図 図６の多岐管基礎部に取り付けられる多岐管蓋部の底面図 図６の多岐管基礎部に取り付けられる多岐管蓋部の平面図 図１Ａ及び図１Ｂに示す装置の酸素供給多岐管の一部を構成する多岐管基礎部の上方斜視図 図１Ａ及び図１Ｂに示す装置の酸素供給多岐管の一部を構成する多岐管基礎部の下方斜視図 図１Ａ及び図１Ｂに示す装置の一部を構成する篩台蓋部の底面図 図１Ａ及び図１Ｂに示す装置の一部を構成する篩台蓋部の側面図 図１Ａ及び図１Ｂに示す装置の一部を構成する篩台蓋部の平面図 例示的な平均流速に基づき、空気流が通過する通路が大きい程降下する通路内の空気流圧力を示すグラフ

符号の説明

(10)・・携帯用酸素濃縮装置、 (12)・・篩台（タンク）、 (14)・・圧縮装置、 (16)・・空気多岐管（下方多岐管）、 (18)・・貯蔵器（保持タンク）、 (20)・・空気制御弁、 (22)・・制御装置、 (62〜68)・・通路、 (102)・・酸素供給多岐管（上方多岐管）、

Claims (65)

1. 第１の篩台と第２の篩台とを含み、第１の篩台及び第２の篩台の各々は、空気入口／出口端部及び酸素入口／出口端部を有し、空気から窒素を吸着する複数の篩台と、
   篩台の酸素入口／出口端部に連絡され、篩台の酸素入口／出口端部から排出される酸素を貯蔵する少なくとも１つの貯蔵器と、
   単一又は複数の所望圧力で篩台の空気入口／出口端部に空気を供給する圧縮装置と、
   篩台の空気入口／出口端部と圧縮装置との間に配置される複数の弁の一組と、
   少なくとも１つの貯蔵器内の貯蔵器圧力を測定する圧力センサと、
   複数の弁に連結されて選択的に弁を開閉して、第２の篩台を排気しながら第１の篩台を充填し、第１の篩台を排気しながら第２の篩台を充填する動作を交互に行う制御装置とを備え、
   制御装置は、貯蔵器圧力を監視する圧力センサに更に連結され、制御装置は、少なくとも部分的に貯蔵器圧力に基づき、第１の篩台と第２の篩台とを交互に排気する充填／排気持続時間を調整することを特徴とする携帯用酸素濃縮装置。
2. 第１の篩台及び第２の篩台の酸素入口／出口端部の間を連続的に連絡し、充填されている篩台から排気されている篩台に酸素を流動させる排気オリフィスを更に備える請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
3. 制御装置は、
   選択的に弁を開閉して、第１の篩台と第２の篩台とを同時に充填し、
   ほぼ充填された篩台からほぼ排気された篩台に気体を排気オリフィスを通じて搬送し、
   第１の篩台と第２の篩台とを同時に充填することにより、第２の篩台を排気しながら第１の篩台を充填すると共に、第１の篩台を排気しながら第２の篩台を充填する請求項２に記載の携帯用酸素濃縮装置。
4. 制御装置の作動により、貯蔵器圧力が増加するとき充填／排気持続時間を短縮し、貯蔵器圧力が減少するとき充填／排気持続時間を延長する請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
5. 使用者への供給前に少なくとも１つの貯蔵器内の酸素純度を測定する酸素センサを更に備え、
   酸素センサに連結された制御装置により、少なくとも部分的に酸素純度に基づいて、充填／排気持続時間を調整する請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
6. 酸素純度が低下するとき、制御装置により、充填／排気持続時間を延長する請求項５に記載の携帯用酸素濃縮装置。
7. 少なくとも１つの貯蔵器に連絡されかつ制御装置に連結される供給弁を更に備え、
   制御装置により、供給弁を選択的に開弁して、少なくとも１つの貯蔵器から使用者に気体を供給し、
   制御装置により、供給弁を閉弁時にのみ酸素純度を検出する請求項５に記載の携帯用酸素濃縮装置。
8. 第１の篩台と第２の篩台とを含む複数の篩台と、
   篩台に空気を供給する圧縮装置と、
   圧縮装置と篩台との間に配置される一組の制御弁と、
   篩台に連絡されかつ篩台から排出する酸素を貯蔵する少なくとも１つの貯蔵器と、
   少なくとも１つの貯蔵器に連絡される供給弁と、
   少なくとも１つの貯蔵器内の貯蔵器圧力を測定しかつ供給弁に沿う圧力降下を測定する単一又は複数の圧力センサと、
   選択的に開弁と閉弁を行う制御弁に連結されかつ第１の篩台及び第２の篩台を交互に充填しかつ排気する制御装置とを備え、
   制御装置は、
   貯蔵器の圧力と供給弁に沿う圧力降下を監視する圧力センサに更に連結され、
   制御装置は、予め決められたパルス持続時間の間に選択的に開弁して少なくとも１つの貯蔵器から使用者にパルス状の気体を供給する供給弁に更に連結され、
   制御装置は、貯蔵器圧力及び供給弁に沿う圧力降下に少なくとも部分的に基づいて、パルス持続時間を調整することを特徴とする携帯用酸素濃縮装置。
9. 使用者への供給前に少なくとも１つの貯蔵器内の酸素純度を測定する酸素センサを更に備え、
   制御装置は、少なくとも部分的に酸素純度に基づいて、パルス持続時間を更に調整する酸素センサに連結される請求項８に記載の携帯用酸素濃縮装置。
10. 予め決められた閾値以下に酸素純度が減少するとき、制御装置は、パルス持続時間を増加する請求項９に記載の携帯用酸素濃縮装置。
11. 制御装置は、選択的に供給弁を開弁して、少なくとも１つの貯蔵器から使用者に気体を供給し、供給弁の閉弁時にのみ酸素純度を測定する請求項９に記載の携帯用酸素濃縮装置。
12. 第１の篩台の酸素入口／出口端部と第２の篩台の酸素入口／出口端部との間を連続的に連絡して、充填している篩台から排気している篩台に酸素を流動させる排気オリフィスを更に備える請求項８に記載の携帯用酸素濃縮装置。
13. 制御装置は、
    選択的に開弁及び閉弁して、第１の篩台と第２の篩台とを同時に充填し、
    充填される篩台から排気される篩台に排気オリフィスを通じて気体を搬送し、
    第１の篩台と第２の篩台とを同時に充填することにより、第１の篩台と第２の篩台とを交互に充填しかつ排気する請求項１２に記載の携帯用酸素濃縮装置。
14. 制御装置は、貯蔵器圧力が増加するとき、第１の篩台と第２の篩台とを交互に充填しかつ排気する充填／排気持続時間を短縮し、貯蔵器圧力が低下するとき、充填／排気持続時間を延長する請求項１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
15. 第１の端部と第２の端部とを各々有する第１の篩台及び第２の篩台と、各篩台の第２の端部に連絡する貯蔵器とを備える携帯用酸素濃縮装置を準備する過程と、
    充填／排気持続時間中に周期的に第２の篩台を排気しながら第１の篩台に充填すると共に、周期的に第１の篩台を排気しながら第２の篩台に充填することにより、貯蔵器の充填間に第１の篩台と第２の篩台から貯蔵器に酸素を搬送する過程と、
    貯蔵器内の圧力を監視する過程と、
    少なくとも部分的に貯蔵器内の圧力に基づいて、充填／排気持続時間を調整する過程とを含むことを特徴とする酸素濃縮方法。
16. 貯蔵器から酸素を供給する過程と、
    貯蔵器から供給される酸素の純度を監視する過程と、
    少なくとも部分的に酸素純度に基づいて、充填／排気持続時間を更に調整する過程とを更に含む請求項１５に記載の酸素濃縮方法。
17. パルス持続時間を有するパルス状の酸素を貯蔵器から供給する請求項１６に記載の酸素濃縮方法。
18. 貯蔵器から供給される酸素の背圧を測定する過程と、
    貯蔵器から供給される酸素の背圧に少なくとも部分的に基づいて、パルス持続時間を調整する過程とを更に含む請求項１７に記載の酸素濃縮方法。
19. パルス持続時間を有するパルス状の酸素を貯蔵器から供給する過程と、
    少なくとも部分的に貯蔵器内の圧力に基づいて、パルス持続時間を調整する過程とを更に含む請求項１５に記載の酸素濃縮方法。
20. 貯蔵器から供給される酸素の背圧を測定する過程と、
    貯蔵器から供給される酸素の背圧に少なくとも部分的に基づいて、パルス持続時間を更に調整する過程とを更に含む請求項１９に記載の酸素濃縮方法。
21. 空気入口／出口端部及び酸素入口／出口端部を有しかつ篩台に供給される空気から窒素を吸着する複数の篩台と、
    各篩台の酸素入口／出口端部に連絡されかつ各篩台の酸素入口／出口端部から排出される酸素を貯蔵する少なくとも１つの貯蔵器と、
    各篩台の空気入口／出口端部に空気を供給する圧縮装置と、
    圧縮装置及び各篩台の空気入口／出口端部に連絡される複数の通路を内部に形成する空気多岐管と、
    空気多岐管に連結される複数の弁の一組と、
    複数の弁に連結される制御装置とを備え、
    制御装置は、複数の弁を選択的に開弁し閉弁することにより、空気多岐管内の通路を通じて圧縮空気を複数の篩台に供給することにより、篩台に空気を充填しかつ酸素入口／出口端部から貯蔵器内に酸素を排出すると共に、空気多岐管内の通路を通じて複数の篩台から加圧された窒素を排気することにより、複数の篩台から窒素を排気し、空気の充填と窒素の排気とを交互に行うことを特徴とする携帯用酸素濃縮装置。
22. 空気多岐管は、内部に複数の溝を形成する多岐管基盤と、複数の通路を更に形成する溝を実質的に包囲する多岐管蓋とを備える請求項２１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
23. 圧縮装置は、周期的に圧縮空気を発生する複数の頭部と、空気多岐管内の各通路に連絡する頭部の出口とを備える請求項２１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
24. 複数の篩台の空気入口／出口端部を空気多岐管に接着した請求項２１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
25. 複数の篩台の酸素入口／出口端部上に設けられて、複数の篩台の酸素入口／出口端部を実質的に包囲する蓋を更に備え、
    蓋は、篩台と貯蔵器との間を連絡する複数の開口部を有する請求項２１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
26. 貯蔵器内の酸素の複数の篩台内への流動を阻止する逆止弁を更に備える請求項２５に記載の携帯用酸素濃縮装置。
27. 空気多岐管は、内部に複数の通路を有するほぼ平坦な割面を備える請求項２１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
28. 空気多岐管は、成形樹脂を有する請求項２１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
29. 複数の篩台の酸素入口／出口端部間を実質的に連続的に連絡する排気オリフィスを更に備え、
    複数の篩台間に予め決められた容量の酸素流を供給する大きさに排気オリフィスを形成した請求項２１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
30. 空気入口／出口端部及び酸素入口／出口端部を有しかつ供給される空気から窒素を吸着する複数の篩台と、
    複数の篩台の酸素入口／出口端部に連絡されかつ複数の篩台の酸素入口／出口端部から排出される酸素を貯蔵する少なくとも１つの貯蔵器と、
    篩台の空気入口／出口端部に空気を供給する圧縮装置と、
    複数の篩台の空気入口／出口端部に取り付けられかつ圧縮装置及び篩台の空気入口／出口端部に連絡する複数の通路を内部に有する空気多岐管と、
    空気多岐管に連結する複数の弁の一組と、
    複数の弁に連結されかつ選択的に開弁し閉弁することにより、空気多岐管内の通路を通じて複数の篩台内に圧縮空気を供給して、複数の篩台に空気を充填し、酸素入口／出口端部から貯蔵器に酸素を搬送して、空気多岐管内の通路を通じて複数の篩台から加圧された窒素を排気することにより、篩台から窒素を排気し、空気の充填と窒素の排気を交互に行う制御装置と、
    複数の篩台の酸素入口／出口端部に取り付けられた酸素供給多岐管とを備え、酸素供給多岐管は、貯蔵器に連絡されて貯蔵器から使用者に酸素を供給する少なくとも１つの通路を内部に有することを特徴とする携帯用酸素濃縮装置。
31. 空気多岐管と酸素供給多岐管との間で延伸する側壁を更に備え、
    複数の篩台、空気多岐管、酸素供給多岐管及び側壁により装置の構造フレームを構成する請求項３０に記載の携帯用酸素濃縮装置。
32. 空気多岐管及び酸素供給多岐管の間に取り付けられる貯蔵器は、更に構造フレームとなる請求項３１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
33. 構造フレームは、少なくとも１つの開放側を有する請求項３１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
34. 少なくとも１つの貯蔵器は、複数の篩台間で少なくとも部分的に入れ子状に配置される貯蔵器を有する請求項３０に記載の携帯用酸素濃縮装置。
35. 複数の篩台間で少なくとも部分的に入れ子状に配置された貯蔵器は、複数の篩台の外壁に少なくとも部分的に形状が一致するほぼ砂時計形状を有する請求項３４に記載の携帯用酸素濃縮装置。
36. 酸素供給多岐管に取り付けられかつ酸素供給多岐管内の少なくとも１つの通路に連絡する酸素センサを更に備える請求項３０に記載の携帯用酸素濃縮装置。
37. 酸素供給多岐管に取り付けられかつ酸素供給多岐管内の少なくとも１つの通路に連絡する供給弁を更に備える請求項３０に記載の携帯用酸素濃縮装置。
38. 酸素供給多岐管に取り付けられかつ酸素供給多岐管内の少なくとも１つの通路に連絡する圧力センサを更に備える請求項３０に記載の携帯用酸素濃縮装置。
39. 空気入口／出口端部及び酸素入口／出口端部を有する一対の篩台と、
    一対の篩台の酸素入口／出口端部に連絡されて一対の篩台間に少なくとも部分的に入れ子状に配置される貯蔵器と、
    一対の篩台の空気入口／出口端部に空気を供給する圧縮装置と、
    複数の通路を内部に形成しかつ圧縮装置と篩台の空気入口／出口端部とを連絡する空気多岐管と、
    空気多岐管に連結する複数の弁の一組と、
    複数の弁に連結されて選択的に開弁及び閉弁され、一対の篩台を交互に充填し排気して、貯蔵器に濃縮された酸素を供給する制御装置とを備えることを特徴とする携帯用酸素濃縮装置。
40. 貯蔵器は、一対の篩台の外壁に少なくとも部分的に一致するほぼ砂時計形状を有する請求項３９に記載の携帯用酸素濃縮装置。
41. 空気入口／出口端部及び酸素入口／出口端部を各々有しかつ空気から窒素を吸着する複数の篩台と、
    複数の篩台の酸素入口／出口端部間を連続的に連絡する排気オリフィスと、
    複数の篩台の酸素入口／出口端部に連絡されて篩台の酸素入口／出口端部から排出される酸素を貯蔵する少なくとも１つの貯蔵器と、
    複数の篩台の空気入口／出口端部に単一又は複数の所望の圧力で空気を供給する圧縮装置と、
    篩台の空気入口／出口端部と圧縮装置との間に配置される複数の弁の一組と、
    複数の弁に連結されて選択的に開弁及び閉弁し、空気入口／出口端部を通じて複数の篩台に圧縮空気を供給して複数の篩台を空気で充填し、酸素入口／出口端部から貯蔵器に酸素を排出すると共に、空気入口／出口端部を通じて複数の篩台から加圧された窒素を排気して、篩台への空気の充填と篩台からの窒素の排気とを交互に行う制御装置とを備え、
    空気を充填する篩台から窒素を排気する篩台に排気オリフィスを通じて酸素を搬送して、排気される篩台からの窒素の排出を促進することを特徴とする携帯用酸素濃縮装置。
42. 篩台と貯蔵器との間に配置されかつ貯蔵器からの篩台への酸素の流動を阻止する単一又は複数の逆止弁を更に備える請求項４１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
43. 複数の篩台の空気入口／出口端部と圧縮装置との間を連絡する複数の通路を内部に有する空気多岐管と、
    空気多岐管に連結される複数の弁は、選択的に通路を開閉する請求項４１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
44. 空気多岐管は、篩台の空気入口／出口端部に連絡される排気通路を備え、排気通路は、複数の篩台から排気される窒素を制御装置に向かって搬送する請求項４３に記載の携帯用酸素濃縮装置。
45. 複数の篩台は、第１の篩台と、第２の篩台とを有し、
    制御装置は、複数の弁の第１の群を周期的に開弁して、第１の篩台を充填しかつ第２の篩台を排気すると共に、複数の弁の第１の群を周期的に開放して、第２の篩台を充填しかつ第１の篩台を排気する請求項４１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
46. 制御装置は、複数の弁の第３の群を開放して、複数の弁の第１の群及び第２の群を開弁しながら、第１の篩台と第２の篩台とを充填する請求項４５に記載の携帯用酸素濃縮装置。
47. 制御装置は、第１の時間及び第２の時間中に複数の弁の第１の群及び第２の群を開弁し、第１の時間及び第２の時間より短い第３の時間中に複数の弁の第３の群を開弁する請求項４６に記載の携帯用酸素濃縮装置。
48. 貯蔵器に連絡される供給路と、供給路に連絡される供給弁とを更に備え、
    供給弁に連結される制御装置は、選択的に供給路を開閉して、貯蔵器から使用者に酸素を供給する請求項４１に記載の携帯用酸素濃縮装置。
49. 吸入路に連絡されて使用者の吸気を検出する圧力センサを更に備え、
    圧力センサに連結さる制御装置は、使用者の吸気に基づいて供給弁を開弁して、貯蔵器から使用者にパルス状の酸素を供給する請求項４８に記載の携帯用酸素濃縮装置。
50. 第１の端部及び第２の端部を有する複数の篩台と、複数の篩台の第２の端部に連絡される貯蔵器と、圧縮装置と、圧縮装置と複数の篩台の第１の端部との間に配置される複数の弁の一組とを備える携帯用装置を準備する過程と、
    複数の弁を選択的に開弁及び閉弁することにより、第１の端部を通じて複数の篩台内に圧縮空気を供給して、第２の端部から貯蔵器に酸素を排出する篩台の充填と、第１の端部を通じて篩台から加圧された窒素を排気する篩台の排気とを交互に行う充填排気過程とを含み、
    充填している篩台から排気している篩台に酸素を排気オリフィスを通じて搬送して、排気する篩台からの窒素の排出を促進することを特徴とする酸素濃縮方法。
51. 選択的に複数の弁を開弁し閉弁する過程は、
    ａ）第２の篩台を排気しながら、第１の篩台を充填して、第１の篩台から第２の篩台に排気オリフィスを通じて酸素を搬送する過程と、
    ｂ）第１の篩台と第２の篩台とを同時に充填して、第１の篩台から第２の篩台に気体を搬送する過程と、
    ｃ）第１の篩台を排気しながら、第２の篩台を充填して、第２の篩台から第１の篩台に排気オリフィスを通じて酸素を搬送する過程と、
    ｄ）過程ｃ）後に、第１の篩台と第２の篩台とを同時に充填して、第２の篩台から第１の篩台に気体を搬送する過程とを含む経時的な過程周期を有する請求項５０に記載の酸素濃縮方法。
52. 篩台から排気される窒素を装置内の電子装置に向かって搬送して、電子装置を冷却する過程を更に含む請求項５０に記載の酸素濃縮方法。
53. 第１の端部及び第２の端部を各々有する第１の篩台及び第２の篩台と、各篩台の第２の端部に連絡する貯蔵器と、圧縮装置と、圧縮装置と篩台の第１の端部との間に配置された複数の弁の一組とを備える携帯用装置を準備する過程と、
    複数の弁の第１の群を開放し、第１の篩台に空気を供給して、第１の篩台から貯蔵器に酸素を排出しかつ第２の篩台から加圧された窒素を排気する過程と、
    複数の弁の第２の群を開放し、第２の篩台に空気を供給して、第２の篩台から貯蔵器に酸素を排出しかつ第１の篩台から加圧された窒素を排気する過程と、
    複数の弁の第１の群及び第２の群を開放する間に複数の弁の第３の群を開弁して、第１の篩台と第２の篩台とに同時に空気を供給する過程とを含むことを特徴とする酸素濃縮方法。
54. 複数の弁の第３の群は、複数の弁の第１の群の少なくとも１つと、複数の弁の第２の群の少なくとも１つとを含む請求項５３に記載の酸素濃縮方法。
55. 第１の時間と第２の時間との間に複数の弁の第１の群と第２の群とを開弁し、
    第１の時間と第２の時間よりも短い第３の時間の間に複数の弁の第３の群は開弁する請求項５３に記載の酸素濃縮方法。
56. 第１の時間と第２の時間は、少なくとも約４秒である請求項５５に記載の酸素濃縮方法。
57. 第３の時間は、約１.５秒以下である請求項５５に記載の酸素濃縮方法。
58. 貯蔵器内の圧力に基づいて第１の時間と第２の時間の少なくとも一方はを調整する請求項５５に記載の酸素濃縮方法。
59. 貯蔵器内の圧力が増加する程、第１の時間と第２の時間の少なくとも一方を短縮する請求項５８に記載の酸素濃縮方法。
60. 複数の弁の第３の群を開弁した後に、複数の弁の第１の群と第２の群とを交互に開弁する請求項５３に記載の酸素濃縮方法。
61. 複数の弁の第２の群を開弁する過程は、複数の弁の第１の群の少なくとも１つの弁を閉弁する過程を含む請求項５３に記載の酸素濃縮方法。
62. 携帯用装置は、第１の篩台と第２の篩台との間を連絡する排気オリフィスを備え、
    充填間に第１の篩台と第２の篩台とから排出される少なくとも一部の酸素を第１の篩台と第２の篩台の他方に供給し、第１の篩台と第２の篩台の他方からの窒素の排気を促進する請求項５３に記載の酸素濃縮方法。
63. 貯蔵器から使用者に酸素を供給する過程を更に含む請求項５３に記載の酸素濃縮方法。
64. 貯蔵器から酸素をパルス状に供給する請求項６３に記載の酸素濃縮方法。
65. 使用者の吸気を検出する過程を更に含み、
    使用者の吸気に応答するパルス状に貯蔵器から酸素を供給する請求項６４に記載の酸素濃縮方法。

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