專利名稱：便攜式氧濃縮設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及壓縮機(jī)、包括壓縮機(jī)的便攜式氧氣濃縮器以及使壓縮機(jī)并利用壓 縮機(jī)例如對抽入到氧氣濃縮器中空氣進(jìn)行壓縮的方法，同時本發(fā)明還涉及制造和使用氧氣 濃縮器的方法。
背景技術(shù)：
患肺病的病人常常需要呼吸用氧氣來提高他們的舒適性和/或生活質(zhì)量?？砂蜒?氣提供病人的固定氧氣源是可以獲得的，例如在醫(yī)院或者其他機(jī)構(gòu)中的氧氣管道。為了具 有一些機(jī)動性，可提供純的和/或濃縮氧氣筒，病人可例如在拖車上運(yùn)輸或者攜帶。然而， 這種筒體容積有限，并且很大而且還很笨重，限制了病人的機(jī)動性。已經(jīng)設(shè)計出對來自環(huán)境空氣中氧氣進(jìn)行濃縮來提供呼吸用氧氣的便攜式設(shè)備。例 如，已知的變壓吸附(“PSA”)設(shè)備把氮?dú)鈴沫h(huán)境空氣中分離，輸送可保存在罐中或者直接 輸送給病人的濃縮氧氣流。例如，第5，531，807號、第6，520，176號以及第6，764，534號美 國專利中公開了便攜式PSA氧氣濃縮器。因此，用于提供氧氣的設(shè)備和方法將是有用的。第2005/0072298號美國公開文件中公開了一種包括非往復(fù)式壓縮機(jī)的便攜式氧 氣濃縮器，具體地說這種非往復(fù)式壓縮機(jī)是在第5，759，020號和第5，632，612號美國專利 中公開的那種。第5，730，778號美國專利公開了一種用于氧氣濃縮器的旋轉(zhuǎn)閥和壓縮機(jī)系 統(tǒng)。因此，例如用于便攜式氧氣濃縮器的壓縮機(jī)將是有用的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供這樣一種壓縮機(jī)，在一個典型的實(shí)施例中，該壓縮機(jī)包 括可圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的曲軸和大致在平面內(nèi)圍繞中心軸線隔開的多個隔膜組件。隔膜組 件包括可移動地安裝到相應(yīng)的殼體上以至少部分地限定腔室的隔膜。在相應(yīng)的隔膜和曲軸 之間延伸的多個桿。該桿聯(lián)接到曲軸上，從而該桿沿著中心軸線互相軸向地偏置，并聯(lián)接到 隔膜上，用于當(dāng)曲軸圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)時循環(huán)地增加和減少腔室內(nèi)壓力。在典型的實(shí)施例中，壓縮機(jī)重量不超過大約兩磅，可具有從頭部輸出的大約二十 平方英寸磅(20psi)最高壓力，可具有小于大約一百七十立方英寸(170in3)的體積和/或 可具有不超過大約三十六平方英寸(36in2)的覆蓋區(qū)。在一個實(shí)施例中，電機(jī)可包括基板，而頭部可固定到基板上。該頭部可包括底面和 與腔室連通的入口和出口端口，該入口和出口端口從底面伸出。例如，該底面限定底部平面，該入口和出口端口從底部平面延伸，用于把入口和出口端口連接到空氣集管上，從而把 隔膜組件直接地緊固到空氣集管上。根據(jù)另一個實(shí)施例，提供一種壓縮機(jī)，包括限定中心軸線的輸出軸的電機(jī)；曲軸， 其中該曲軸可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到輸出軸上，從而輸出軸的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致曲軸相對于中心軸線偏心地 旋轉(zhuǎn)；圍繞中心軸線隔開的三個頭部；以及三根桿，這三根桿在相應(yīng)的頭部和曲軸之間延 伸，從而曲軸的旋轉(zhuǎn)使桿相對于軸線橫向地移動，用于以循環(huán)為基礎(chǔ)把環(huán)境空氣循環(huán)地抽 入到頭部以及從頭部中把壓縮空氣送出。在典型實(shí)施例中，頭部可以是隔膜組件或者柱塞組件。該頭部可彼此基本上共面， 而桿可聯(lián)接到曲軸上，從而這些桿沿著中心軸彼此軸向偏置。根據(jù)又一個實(shí)施例，提供一種壓縮機(jī)，包括包括限定中心軸線的輸出軸的電機(jī)； 曲軸，其中該曲軸可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到輸出軸上，從而輸出軸的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致曲軸相對于中心軸線 偏心地旋轉(zhuǎn)；圍繞中心軸線隔開的(2N+1)個隔膜組件，該隔膜組件包括可移動地安裝到相 應(yīng)殼體上以至少部分地限定腔室的隔膜；以及(2N+1)根桿，這些桿在相應(yīng)的隔膜和曲軸之 間延伸，從而曲軸的旋轉(zhuǎn)使桿相對于中心軸線橫向地移動，用于相對于殼體使隔膜移動，以 對腔室內(nèi)的壓力循環(huán)地增減，其中N是大于零的整數(shù)。根據(jù)還一個實(shí)施例，提供一種便攜式氧氣濃縮器，包括用于從空氣中吸收氮?dú)獾?多個篩床，該篩床包括空氣入口/出口端和氧氣入口/出口端；與該篩床的氧氣入口/出口 端連通的至少一個容器，用于對從篩床的氧氣入口 /出口端排出的氧氣進(jìn)行儲存；以及用 于把空氣以一個或者更多期望壓力輸送到篩床空氣入口 /出口端的壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)包括 電機(jī)、三個隔膜組件和桿，電機(jī)聯(lián)接到限定中心軸線的曲軸上，而三個隔膜組件圍繞中心軸 線隔開，而桿在相應(yīng)的隔膜和曲軸之間延伸。在參考附圖對以下描述和附加權(quán)利要求書的研究后，本發(fā)明的這些及其他特征以 及結(jié)構(gòu)相關(guān)元件的操作方法與功能、部件組合和制造的經(jīng)濟(jì)性將變得更明顯，所有附圖和 權(quán)利要求書均構(gòu)成本說明書的一部分，其中在各個附圖中，相似的參考數(shù)字表示對應(yīng)部件。 然而，應(yīng)該清楚地理解的是，附圖只用于示出和描述，而不想作為對發(fā)明的限制。如在說明 書和權(quán)利要求書中使用的那樣，除非上下文明確規(guī)定外，單數(shù)形式的“一個”和“該”也包括 多個指示物。


圖IA和IB分別為根據(jù)本發(fā)明原理的便攜式氧氣濃縮器設(shè)備第一實(shí)施例的頂部和 底部透視圖；圖2為圖IA和IB中設(shè)備的分解透視圖；圖3為圖IA和IB中設(shè)備的示意圖；圖4為適用在圖IA和IB中設(shè)備的典型篩床的剖面圖；圖5A、5B和5C分別為適用于圖IA和IB設(shè)備中的壓縮機(jī)的透視圖、俯視圖和分解 圖；圖6A為沿著圖5A中直線6A-6A的壓縮機(jī)的頂部剖視圖；圖6B為沿著圖5B中直線6B-6B的壓縮機(jī)的側(cè)面剖視圖；圖7為在圖IA和IB設(shè)備中限定空氣集管一部分的集管基體的俯視圖8A和8B分別為固定在圖7中集管基體上的集管帽的仰視圖和俯視圖；圖9A和9B為限定圖IA和IB設(shè)備中氧氣輸送集管一部分的集管基體上下側(cè)的透 視圖；圖10A-10C分別為限定圖IA和IB設(shè)備一部分的篩床帽的仰視圖、側(cè)視圖和俯視 圖；圖11為示出了當(dāng)通道尺寸基于典型平均流率增加時流過該通道空氣壓降的圖 象；圖12為示出了流量比和氧的純度之間關(guān)系的圖象；圖13和14為示出了能量消耗對純度的圖象；圖15為氧氣輸出和氧的純度水平之間關(guān)系的圖象；圖16為在不同流速設(shè)定值下的本發(fā)明便攜式氧氣濃縮器的各種性能標(biāo)準(zhǔn)的表 格；圖17示出了用于設(shè)定閥門時間的過程的流程圖，其中該閥門時間在驅(qū)動篩床過 程中使用；圖18為篩床/產(chǎn)物罐壓力和閥門時間之間關(guān)系的圖象；圖19為說明在用于本發(fā)明設(shè)備中壓縮機(jī)的電機(jī)控制的流程圖；圖20為瞬間容積和目標(biāo)壓力之間關(guān)系的圖象；圖21-23為便攜式氧氣濃縮器的頂部透視圖，其中該便攜式氧氣濃縮器容納在各 種面板開啟或關(guān)閉的運(yùn)輸袋中；圖24-32示出了用于本發(fā)明設(shè)備中的接觸式屏幕使用者接口 ；圖33為能夠顯示在使用者接口上的各種報警圖譜表格；圖34為把本發(fā)明便攜式氧氣濃縮器與現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行比較的圖表；圖35為示出了在不同流量設(shè)定值下本發(fā)明設(shè)備各種參數(shù)的圖表；圖36為氧氣濃縮系統(tǒng)的示意圖，其中該系統(tǒng)包括氧氣濃縮器和與氧氣濃縮器分 開的氧氣節(jié)約裝置；圖37為氧氣濃縮系統(tǒng)的示意圖，其中該系統(tǒng)包括氧氣濃縮器和設(shè)置在運(yùn)輸袋公 共腔室中的氧氣節(jié)約裝置；圖38為氧氣濃縮系統(tǒng)的示意圖，其中該系統(tǒng)包括氧氣濃縮器和設(shè)置在運(yùn)輸袋分 隔腔室中的氧氣節(jié)約裝置；圖39為使用本發(fā)明氧氣濃縮系統(tǒng)的氣體液化系統(tǒng)的示意圖；圖40為使用本發(fā)明氧氣濃縮系統(tǒng)的流動裝填系統(tǒng)的示意圖；圖41為壓縮機(jī)和用在壓縮機(jī)中的噪音減少技術(shù)的透視圖；圖42為示出了適用于本發(fā)明的電池的放電速率特性的圖表；以及圖43為適用于本發(fā)明設(shè)備中搖擺_活塞式壓縮機(jī)的俯視圖、剖視圖；圖44A和44B分別為用在圖5A-6C壓縮機(jī)中隔膜的正視圖和側(cè)視圖；以及圖45為用于在本發(fā)明中使用的壓縮機(jī)的替代實(shí)施例的頂部剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖1A-3示出了根據(jù)本發(fā)明原理的便攜式氧氣濃縮器設(shè)備10。通常，設(shè)備10包括多個篩床或者罐12A、12B、壓縮機(jī)14、在其中限定多個通道62-68的下部或者空氣集管16、 儲罐或者容器18、一組用于貫穿空氣集管16內(nèi)通道62-68的一個或多個流徑的空氣調(diào)節(jié) 閥20和上部或者氧氣輸送集管102?？刂破?2聯(lián)接到空氣調(diào)節(jié)閥20上，有選擇地啟閉空 氣調(diào)節(jié)閥來控制穿過空氣集管16以及從而穿過篩床12的氣流。控制器22還聯(lián)接到輸入 /輸出裝置23，例如該裝置用于設(shè)定工作參數(shù)，如設(shè)備的氧氣流速等。需要注意的是，空氣調(diào)節(jié)閥共同用參考數(shù)字20表示，并單獨(dú)表示為閥門20ae、 20as、20be、20bs。同樣，篩床共同地用參考數(shù)字12表示，而單獨(dú)表示為篩床12A和12B。需 要注意的是，示出的控制器22經(jīng)由虛線與設(shè)備10的各種元件連通，便于說明只示出了在控 制器22和閥門20bs之間的一個虛線。在實(shí)際的裝置中，控制器22與每個空氣調(diào)節(jié)閥都連通。選擇性地，設(shè)備10可包括一個或多個另外的部件，例如，一個或多個止回閥、過濾 器、傳感器、電源(未示出)和/或其他部件，至少其中一些可聯(lián)接到控制器22(和/或一 個或多個另外的控制器，同樣也未示出)上，如下面進(jìn)一步描述的那些?？梢岳斫獾氖牵g(shù) 語“氣流”、“空氣”或者“氣體”在這里以一般意義使用，盡管涉及的特殊流體可以是環(huán)境空 氣、加壓氮?dú)?、濃縮氧氣等等。A.篩床下面參見圖4，每個篩床12A或者12B包括外殼30，例如為細(xì)長空心圓筒形狀，包 括第一或者空氣入口 /出口端32和第二或者氧氣入口 /出口端34。外殼30可以由基本上剛 性的材料形成，例如，如烯丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯等等塑料、如鋁 等等的金屬或者復(fù)合材料。在典型的實(shí)施例中，外殼30可具有在大約二和十厘米(2-lOcm) 之間的直徑和在大約八和三十厘米(8-30cm)之間的長度。盡管示出的外殼30具有圓筒形 狀，然而可以理解的是，該外殼可具有其他期望的形狀，例如，這種形狀可根據(jù)場所、性能和 /或構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)來確定。例如，外殼30可具有橢圓形、正方形、矩形或者其他規(guī)則或者不規(guī)則 的多邊形狀截面(未示出)。外殼30至少部分地填充過濾介質(zhì)或者細(xì)篩材料36，以形成篩床12A、12B，其中這 種裝置能夠從在壓力下輸送到篩床中的空氣中吸收氮?dú)?。為了把?xì)篩材料36保持在外殼 30內(nèi)，該篩床包括分別鄰接外殼第一和第二端部32、34中每個的圓盤或者板38a和38b。板 38a和38b互相隔開，以在外殼30內(nèi)的板3之間限定期望的容積。例如，該期望容積可以在 大約一百五十和六百立方厘米之間(150-600cm3)，這個容積可填充細(xì)篩材料36。在典型的 實(shí)施例中，在每個篩床12A、12B內(nèi)的細(xì)篩材料體積大約為四十四立方英寸(44in3)，這在下 面進(jìn)一步解釋。板38可具有穿過其中的一個或多個開口或者孔(未示出)，以允許氣流貫穿該 板。例如，該板可由燒結(jié)塑料形成，由此在塑性材料內(nèi)形成小于細(xì)篩材料36粒徑的孔，從而 允許氣流穿過板。作為選擇，板38可由穿過其中形成多個洞或者孔的塑料、金屬或者復(fù)合 材料形成。例如，當(dāng)通過同時模制板和孔洞在制造板時形成孔洞。在另一個替代方案中，板 38可作為實(shí)心板形成，例如從坯料切除、模制等等而形成，而孔洞可例如通過鉆、激光切割 等等貫穿板形成。通常，篩床12被填充成在細(xì)篩材料36中沒有明顯的空隙，例如，該細(xì)篩材料基本 上壓在板38之間。只包括圖4中所示部件的最終形成的每個篩床重量在大約0. 251. 50磅之間。在示出的實(shí)施例中，下板38a基本上是靜止的，例如，通過一個或多個配合連接件 或者緊固件(未示出)、粘合劑、聲波焊接等等被固定到外殼30的第一端32上。上板38b 與第二端34鄰接，然而在外殼30內(nèi)可以活動。例如，本發(fā)明設(shè)想通過彈簧或者其他偏壓機(jī) 構(gòu)39來朝向下板38a偏壓上板38b，這就對板38之間的細(xì)篩材料36壓縮。如果細(xì)篩材料 36從篩床12A、12B中陷落或者某種程度上脫離，則上板38b朝下板38a自動地向下移動，以 在期望的壓縮狀態(tài)下保持細(xì)篩材料。此壓縮阻止細(xì)篩材料在其操作變成粉末時移動到設(shè)備 10的其他區(qū)域36，和/或可抵消流動產(chǎn)生的力，這種力可導(dǎo)致細(xì)篩材料流體化。板38的孔隙度在穿過篩床12截面基本上是均勻的，例如來保證進(jìn)入和/或離開 篩床的流動在穿過第一和第二端32、34區(qū)域基本上均勻分布。可選擇的是，板38的孔隙度 可以期望方式變化，或者只在板的一部分具有孔。在又一個替代方案中，板38可具有實(shí)心 壁，并可例如以期望的模式穿過其中具有一個或多個開口。篩床材料36可包括能夠從加壓環(huán)境空氣中吸收氮?dú)獾囊环N或者多種已知的材 料，由此允許氧氣從篩床12中去除或者排出。在這里適合使用的典型篩床材料包括合成沸 石、LiX 等等，如 UOP Oxysiv 5、5A、0xysiv MDX,Arkema N5、N51 或者 Zeochem ZI0-06。所 希望的是，在每個篩床12A、12B內(nèi)設(shè)置多層細(xì)篩材料36，例如在第一端32和第二端34之間 的各層中設(shè)置具有不同特性的細(xì)篩材料。例如，由于細(xì)篩材料通常吸水，這可導(dǎo)致一些細(xì)篩材料降低品質(zhì)，細(xì)篩材料可設(shè)置 在第一端32，這能夠吸水，同時基本上沒有影響它的耐用性和/或吸收氮?dú)獾哪芰?。在?型的實(shí)施例中，第一層36a靠近第一端32設(shè)置，具有的深度尺寸與篩床長度近似相等，即在 細(xì)篩材料總高度的大約百分之十和三十之間，這種細(xì)篩材料例如Oxysiv材料。第二層36b 包括高性能吸收材料，例如Oxysiv MDX0第二層36b可基本上充滿篩床的其余部分。當(dāng)然， 可提供具有期望特性的一個或多個附加層篩床材料(未示出)。這樣，在使用期間，當(dāng)環(huán)境 空氣進(jìn)入篩床12A、12B第一端32時，第一層36a充分地吸收在空氣中的水氣，從而第二層 36b暴露于相對干燥的空氣中，由此基本上減少了使第二層細(xì)篩材料被破壞的危險。對于 Oxysiv MDX已經(jīng)確定的是，在大約0. 5-1. 5磅之間以及優(yōu)選的是大約一磅每分鐘每升細(xì)篩 材料(Ipm)的輸出制造量提供有效的吸收作用。盡管在圖中示出了兩個篩床12A和12B，然而可以理解的是，可取決于期望重量、 工藝效能等等因素來設(shè)置一個或者更多篩床。在第4，859，217號美國專利中可發(fā)現(xiàn)有關(guān)用 于設(shè)備10中的篩床和/或篩床材料的其他信息，其中該專利文件的全部內(nèi)容在這里通過參 照方式明確地引入。B.儲氣容器和篩床組件回到圖1A、1B和2，容器18是具有下端或者第一端94和上端或者第二端96的細(xì) 長管形外殼70，其中該下端或者第一端94可基本上封閉或者打開，而上端或者第二端96也 可基本上封閉或者打開(例如如果通過集管或者其他部件蓋上的話，如在本說明書其他地 方描述那樣)。如圖所示，外殼70具有不規(guī)則的沙漏形狀，這允許容器18嵌套在篩床12A 和12B之間和/或靠近篩床12A和12B。這使容器18占據(jù)的空間最小，有助于減少設(shè)備10 的總尺寸。在示出的典型實(shí)施例中，外殼70具有延伸在篩床12A、12B之間的弧形外壁71， 形成或者限定了用于設(shè)備10的光潔外表面，這在圖IA和IB中可清楚地看到。外殼70由任何適當(dāng)材料制成。與在這里描述的設(shè)備10的其他部件類似，這種材料的實(shí)例包括例如ABS、 聚碳酸酯等等的塑料，包括例如鋁的金屬或者復(fù)合材料。如圖2和10A-10C所示，本發(fā)明設(shè)想的是，提供帽80以至少部分地封閉外殼70的 上端96。例如利用一個或多個連接件、緊固件、粘合劑聲波焊接等等，帽80可基本上永久 地或者可拆卸地固定到篩床12A、12B的第二端34和/或容器18的上端96。如下面進(jìn)一 步解釋那樣，帽80在其中包括一個或多個開口 82、84，用于允許氧氣流入篩床12A、12B和/ 或容器18以及從其中流出。參見圖10A，帽80包括放空孔口 81 (虛線示出)，以在篩床12A和12B第二端部 34之間提供直接連通的通道。如下面進(jìn)一步描述那樣，放空孔口 81保持連續(xù)地開啟，由此 提供了用于氧氣由一個篩床到另一個經(jīng)過的通道，例如，同時該一個篩床裝載，而另一個放 空。如下面進(jìn)一步解釋的那樣，在典型的實(shí)施例中，放空孔口 81具有精確的截面尺寸，例如 在大約0. 015-0. 35英寸之間或者大約0. 020英寸直徑，這根據(jù)篩床12A、12B的一個或多個 流動或者其他性能標(biāo)準(zhǔn)來確定。例如，放空孔口 81尺寸設(shè)計成這樣，即在大約兩個半和十 公升每分鐘(2.5-101pm)之間的氧氣，例如大約五公升每分鐘(51pm)的氧氣，在穿過該放 空孔口的大約五平方英寸磅(5psi)壓力差下，在任何一個方向流過放空孔口 81。本發(fā)明同樣設(shè)想的是，在放空孔口 81設(shè)置放空閥(未示出)，來控制在篩床之間氣 體的流動。當(dāng)篩床交替地裝載和放空時，這種放空閥具有改變防空孔口流動的作用。做為選擇，該放空孔口在篩床12A和12B之間經(jīng)由容器18延伸。例如，該放空孔 口可包括第一通道(未示出)和第二通道(同樣未示出)，其中第一通道沿著在篩床12A和 容器18之間連通的帽80延伸，而第二通道沿著在篩床12B和容器18之間連通的帽80延 伸。選擇性地，如果外殼70下端94開啟，則帽(未示出)也可用于基本上關(guān)閉外殼下 端。這種帽如果設(shè)置的話，則可基本上永久地或者可拆卸地固定到外殼下端。如下面進(jìn)一 步描述那樣，可選擇的是，例如當(dāng)容器18安裝在空氣集管16上或者與之鄰接時，本發(fā)明設(shè) 想通過空氣集管16 —部分封閉外殼70下端94。在又一個替代方案中，設(shè)備10可包括多個容器(未示出)，其中該容器可設(shè)置在設(shè) 備中的一個或者多個位置，例如放置在有效空間的不同位置，然而使設(shè)備的總尺寸最小化。 本發(fā)明設(shè)想的是容器經(jīng)由一個或多個柔性管(未示出)和/或經(jīng)由氧氣輸送集管102彼此 連接，以使氧氣輸送給容器以及從該容器中抽出?？蛇x擇的是，在此替代方案中，可設(shè)置一 個或多個閥門來控制進(jìn)入容器以及從容器排出的氧氣流量?？筛郊踊蛘呖商娲氖牵O(shè)備10可包括一個或多個柔性容器，例如可在氧氣被輸 送到其中或者從其中排出時膨脹或者收縮的袋或者其他容器。該容器在彈性地膨脹或者更 加膨脹以充滿設(shè)備10內(nèi)的有效空間時，可具有預(yù)定形狀。選擇性地，一個或多個剛性容器 可設(shè)置成與一個或多個柔性容器(未示出)連通，例如，以節(jié)約設(shè)備內(nèi)的空間。在又一個替 代方案中，一個或多個容器可設(shè)置成空氣集管16和氧氣輸送集管102中一個或者兩者中的 一部分，而不是作為單獨(dú)部件存在。C.氣體壓縮機(jī)回到圖1A、IB和2，同時再參考圖5A、5B和6，將描述適合于用在本發(fā)明中的壓縮 機(jī)14的典型實(shí)施例。應(yīng)該理解的是，壓縮機(jī)14可以是能夠把環(huán)境空氣抽入到設(shè)備10中、并且把該空氣壓縮成用于輸送到篩床中一個或多個期望壓力的任何裝置。合適的壓縮機(jī)包 括然而不局限于鉸接柱塞(把桿連接到柱塞上的活塞銷)、膜式、搖擺柱塞(固定到連桿 上的柱塞)、卷動、線性和回轉(zhuǎn)片壓縮機(jī)。在圖43中示出了在本發(fā)明中適用的搖擺活塞式壓 縮機(jī)。在圖5A-6B中所示的實(shí)施例中，壓縮機(jī)14為多頭裝置，它包括電機(jī)40、聯(lián)接到電機(jī) 上的凸輪組件42、聯(lián)接到凸輪組件上的傳動軸或者桿44和聯(lián)接到傳動軸上的多個隔膜組 件或者頭部46。電機(jī)40可以是無刷直流電機(jī)，例如Pittman 4413，該電機(jī)具有相對輕的重 量和較長的使用壽命。桿44分別用參考數(shù)字44a、44b和44c表示，同時一起用參考數(shù)字44 表示。同樣地，頭部46單獨(dú)用參考數(shù)字46a、46b和46c表示，而一起用參考數(shù)字46表示。電機(jī)40包括限定中心軸線43的輸出軸41。電機(jī)40可包括基板、框架或者從殼體 47伸出的其他支撐件45。如下面進(jìn)一步解釋的那樣，支撐件用來保證隔膜組件46直接地 緊固到電機(jī)40上，這可減少隔膜組件的振動。例如通過允許電機(jī)40和頭部46預(yù)先組裝， 然后作為單個部件安裝，從而這種結(jié)構(gòu)還可便于壓縮機(jī)14安裝到濃縮器或者其他裝置上。如在圖5C中清楚地看到的那樣，輸出軸41聯(lián)接到凸輪組件42上，從而該輸出軸 41的旋轉(zhuǎn)使曲軸49圍繞中心軸線43旋轉(zhuǎn)。如圖5B和6B所示，曲軸49可以是細(xì)長的圓 筒，在一端具有用于在其中接納輸出軸41的孔51。曲軸49例如可通過配合鎖和鍵結(jié)構(gòu)、過 盈配合、一套螺釘(未示出)等等緊固到輸出軸41上。孔51可與中心軸線43偏離，從而 當(dāng)輸出軸41通過電機(jī)40旋轉(zhuǎn)時，曲軸49圍繞中心軸線偏心地旋轉(zhuǎn)。I可以理解的是，可提 供把曲軸49緊固到輸出軸41上的其他結(jié)構(gòu)。如在圖5A-6B清楚地看到的那樣，每個隔膜組件46包括殼體48、緊固到殼體限定 腔室52的隔膜50和一組用于允許空氣抽入到腔室并且從其中壓出的止回閥54。殼體48可 包括一個或多個基本上剛性的部分，為隔膜50提供支撐結(jié)構(gòu)，并至少部分地限定腔室52。 殼體48可由例如ABS或者聚碳酸酯的塑料、金屬或者復(fù)合材料例如通過模制、鑄造、切削加 工等等制成。每一隔膜組件46通常包括具有入口和出口端口 59的蓋53、具有入口和出口閥 254的頭部55和用于把隔膜50安裝到頭部55上的保持件57。如在說明書其他部分中解 釋的那樣，隔膜50、頭部55和保持件57通常限定腔室52，其中環(huán)境空氣可被抽入到該腔室 52，而壓縮空氣可從腔室52中被循環(huán)輸送。再來參考圖44A和44B，隔膜50的外沿或者其 他周邊61可緊固在頭部55和保持件57之間，同時允許中心部63移動。例如利用過盈配合、一個或多個連接件、緊固件、粘合劑等等(未示出)，隔膜50基 本上永久地或者可拆卸地固定到殼體48上，這可在隔膜和殼體之間提供充分空氣密封。隔 膜50可由可在壓縮機(jī)14操作期間重復(fù)地?fù)锨谕嚯x的柔性或者半剛性材料形成，例如 乙烯丙烯二烯系單體(EPDM)或者“BUNA”橡膠(通過對丁二烯聚合而形成的合成橡膠)等 等，具有足夠柔性、彈性和/或其他適當(dāng)特性的VITON或者液體硅橡膠(LSR)材料。隔膜50 可包括用于把其聯(lián)接到相關(guān)桿44上的支撐件65。在典型的實(shí)施例中，殼體48和隔膜50可具有正方形或者矩形截面(參見圖6)，例 如，一個側(cè)邊在大約一和三英寸(l-3in)之間。殼體48可具有在大約0.25-1. 5英寸之間 的深度，由此提供了限定容積的腔室52。在典型的實(shí)施例中，隔膜組件46具有方形截面，其 中高度和寬度中每個均為大約兩英寸(50mm)。然而，可以理解的是，殼體48和隔膜50可具有其他橫截面形狀，例如圓形、橢圓形等等。在圖44A和44B中清楚地看到，隔膜50在外沿61和中心部63之間可包括較厚的 外圍部69，該部分可提高隔膜組件的硬度并因此提高效率。例如，當(dāng)隔膜50中心部63通過 桿44朝內(nèi)或者朝外指向時，提高的硬度可限制外圍部69的運(yùn)動，這些將在本說明書其他部 分解釋。可替代的是，如在圖44B下部虛線所示以及通過參考數(shù)字69'表示那樣，外圍部 69'厚度與中心部63相似乃至小于中心部63。如在這里所示的那樣，外圍部69'還可以 是弧形或者為波狀外形，例如來控制隔膜的偏轉(zhuǎn)。隔膜50聯(lián)接到傳動軸44上，從而當(dāng)傳動軸沿著它的縱軸離開和朝向凸輪組件42 往復(fù)運(yùn)動時，隔膜50可相對于腔室54向內(nèi)或者向外移動。這樣，當(dāng)隔膜50分別離開和朝 向腔室運(yùn)動以把空氣抽入到該腔室和從腔室中擠出時，腔室54的容積可增減。選擇性地，如圖6A所示，殼體48可包括限定通道的多個部分，例如入口通道56in 和出口通道56。ut。如在下面進(jìn)一步解釋那樣，例如經(jīng)由殼體48底部上的端口 57 (未示出)， 入口和出口通道56in、56。ut與在空氣集管16中相應(yīng)的通道62、64連通。例如在腔室52和 入口通道56in之間的分隔間，入口止回閥54in設(shè)置在入口通道56in上。入口止回閥54in當(dāng) 暴露于腔室52內(nèi)負(fù)壓力時，即隔膜50離開腔室52時，該入口止回閥54in打開，而當(dāng)暴露于 腔室內(nèi)正壓力時，即隔膜50朝向腔室52時，關(guān)閉。同樣地，出口止回閥54。ut設(shè)置在出口通 道56。ut，當(dāng)暴露于腔室52內(nèi)正壓力時打開，而當(dāng)暴露于腔室內(nèi)負(fù)壓力時關(guān)閉。止回閥54可 以只是彈簧加載的閥，其中該彈簧加載的閥根據(jù)閥門上的壓差在一個方向上打開，例如傳 統(tǒng)的傘型閥門。如圖5C-6B所示，桿44可在相應(yīng)的隔膜50和曲軸49之間。桿44包括具有轂71 的第一端部和具有環(huán)73的第二端部。轂71可接納或者緊固到隔膜50的支撐件65上，而 環(huán)73可沿著曲軸49周圍布置。軸承77可設(shè)置在每個環(huán)和曲軸242之間。由此，曲軸49 可在軸承內(nèi)隨意地旋轉(zhuǎn)，使該環(huán)以及因此使桿44朝向中心軸線43和離開中心軸線43軸向 地移動。此動作導(dǎo)致隔膜50從腔室52中離開移動以及移動到該腔室52內(nèi)，以對抽入到腔 室中的空氣進(jìn)行壓縮。更具體地說，在操作期間，電機(jī)40可連續(xù)地或者有選擇地啟動，以使凸輪組件42 的凸輪43旋轉(zhuǎn)，并由此使傳動軸44離開和朝向凸輪組件42軸向地往復(fù)運(yùn)動。例如，凸輪組 件42可設(shè)計成傳動軸44具有在大約三和十三毫米(3-13mm)之間的總軸向位移。此往復(fù) 運(yùn)動導(dǎo)致隔膜50相對于殼體46進(jìn)進(jìn)出出移動，由此把環(huán)境空氣經(jīng)由入口通道56in抽入到 腔室52中，并經(jīng)由出口通道56。ut從該腔室中擠出壓縮空氣。隔膜50中心的位移可與傳動 軸44的位移一一對應(yīng)。傳動軸44可改變腔室52容積，例如超過和低于它的松馳容積(當(dāng) 隔膜50充分地松馳或者未經(jīng)受任何力時)的大約百分之八十和九十五(80-95%)。在典型的實(shí)施例中，例如基于凸輪43或者凸輪組件42結(jié)構(gòu)，對于隔膜組件 46a-46c中每一個，傳動軸44的往復(fù)運(yùn)動及時以預(yù)定模式交錯(staggered)或者偏置 (offset)。這樣，通過每個頭部46，壓縮空氣順序地產(chǎn)生。這樣可以使由壓縮機(jī)14產(chǎn)生的 振動或者噪音量最小化，例如，從而其中一個隔膜組件的振動或者運(yùn)動至少部分地抵消其 它隔膜組件的振動或者運(yùn)動。此外，當(dāng)隔膜組件相對于凸輪組件42對稱地布置時，可彼此成角度偏離例如 一百二十度(120° )，這也可使在壓縮機(jī)14操作期間形成的振動抵消或者最小化。比較起來，在替換的實(shí)施例中，兩個隔膜組件(未示出)可以限定軸線的直線結(jié)構(gòu)設(shè)置在凸輪組件 相對側(cè)上，不過此結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)沿著軸線的振動。當(dāng)頭部數(shù)目增加時，動態(tài)的峰值_峰值壓力 振蕩減少，這由于減少了的壓力脈動而在降低噪音和減少振動上是有益的?？商娲氖牵稍O(shè)置三個(3)以上的頭部，但這會增加成本和/或設(shè)備10操作的 復(fù)雜性。為了使振動最小化，所希望的是，設(shè)置奇數(shù)的隔膜組件(例如三、五、七等等)，例如 以對稱的輻條結(jié)構(gòu)，在任何隔膜組件之間不形成直軸線，這可至少部分地抵消在各個頭部 之間的振動。如在圖5C和6B中清楚地看到，桿44可軸向地堆疊在曲軸49上，同時隔膜組件46 在彼此內(nèi)面共面。為了適應(yīng)此結(jié)構(gòu)，至少一些桿可包括在環(huán)和轂之間的分支。例如，中心桿 可在平面內(nèi)基本上垂直延伸到中心軸線43，下部桿可包括一個分支從而該下部桿聯(lián)接到平 面下面的曲軸49上，而上部桿可包括分支，從而該上部桿聯(lián)接到平面上面的曲軸49上。在 此結(jié)構(gòu)中，每個轂可布置在平面內(nèi)，允許該轂連接到相應(yīng)的隔膜50上。此結(jié)構(gòu)的一個優(yōu)點(diǎn)是，它可使隔膜組件和因此整個壓縮機(jī)的覆蓋區(qū)最小化。例如， 頭部46可直接地安裝到電機(jī)40上的支撐件45上。支撐件45可從電機(jī)向外延伸，以提供 口緣或者其他結(jié)構(gòu)，例如，利用如螺栓、螺釘、鉚釘?shù)鹊鹊木o固件粘合劑或者其他結(jié)合物、卡 銷或者其他配合連接件等等，頭部46上緣可安裝在上述口緣或者其他結(jié)構(gòu)上。當(dāng)頭部46 直接地安裝到電機(jī)40上時，頭部可相對靠近中心軸線43定位。圖43所示的搖擺活塞式壓縮機(jī)400在許多方面與圖5A-6B示出的隔膜式壓縮機(jī) 類似，不同的是，隔膜50被活塞402替換。每個活塞包括活塞碗密封件404，以在活塞402 的腔室52和相對側(cè)之間保持氣密密封。在圖45中示出了適用于本發(fā)明便攜式氧濃縮設(shè)備的壓縮機(jī)替代結(jié)構(gòu)。在此替代 方案中，與電機(jī)40相似，電機(jī)(未示出)包括限定中心軸線341的輸出軸。曲軸342偏心 地聯(lián)接到輸出軸上，而轉(zhuǎn)子345圍繞曲軸(例如在轉(zhuǎn)子345和曲軸342之間的一個或多個 軸承內(nèi)，未示出)布置。例如在這里公開的那些，多個頭部346可圍繞中心軸線341布置， 而桿344可從頭部346延伸到轉(zhuǎn)子345上。由此，當(dāng)曲軸342圍繞中心軸線341旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn) 子345可圍繞該中心軸線搖擺，與前面實(shí)施例相似，從而使桿344朝向和離開中心軸線341 移動，以對頭部346內(nèi)的空氣壓縮。然而，由于轉(zhuǎn)子345需要一定空間，因此在圖45中所示的結(jié)構(gòu)可比圖5A-6B中的 結(jié)構(gòu)具有較大覆蓋區(qū)。由此，此結(jié)構(gòu)可在安裝面上需要更大空間，例如在氧氣濃縮器的空氣 集管上。然而，此結(jié)構(gòu)可允許電機(jī)支撐在頭部之間較低位置，這可減少壓縮機(jī)的高度，在一 些應(yīng)用場合中是有益的。在圖5A-6B以及在圖45中示出的實(shí)施例中，桿的往復(fù)運(yùn)動對于每個頭部是及時 交錯或者偏置的，在三個頭部圍繞中心軸線基本上均勻分布情況下，該頭部可以有大約 一百二十度(120° )的相位差。這樣，壓縮空氣可由每一頭部順序地產(chǎn)生。此外，由于頭部 有角度地彼此偏離，因此此結(jié)構(gòu)可使在壓縮機(jī)操作期間形成的振動抵消或者最小化，如在 說明書其他部分描述的那樣。D.空氣和氧氣集管參見圖1B、2和7-8B，下部或者空氣集管16通常包括一個或多個基本上平面的結(jié) 構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)在其中限定多個通道62-68。通常，空氣集管16被密封，從而通道62-68除
13了在開口 72-79、86-90以外基本上是氣密的。如在下面進(jìn)一步說明的那樣，開口 72-79、 86-90可以允許例如壓縮機(jī)14、篩床18和調(diào)節(jié)閥20的其他部件與通道62-68連通，用于使 空氣以期望方式貫穿空氣集管16流動。選擇性地，空氣集管16可包括一個或多個孔、坑等 等，用于接納安裝件、連接件和/或緊固件(未示出)，例如用于把設(shè)備10的部件固定到空 氣集管16上，這些設(shè)備10部件例如是篩床12A、12B、壓縮機(jī)14、容器18和/或空氣調(diào)節(jié)閥 20。在典型的實(shí)施例中，空氣集管16基本上是剛性的，例如從而形成或者增強(qiáng)設(shè)備10 的結(jié)構(gòu)完整性。在一個實(shí)施例中，空氣集管16限定用于設(shè)備10的一個或多個外部結(jié)構(gòu)面， 例如設(shè)備的下部或者底面，從而消除了對另外下部外層的需要?？諝饧?6可以由任何工 業(yè)等級的材料形成，例如，如烯丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯等等的塑 料；如鋁等等的金屬或者復(fù)合材料。空氣集管16可通過注射模塑、鑄造、切削加工等等形 成。在典型的實(shí)施例中，空氣集管16由相對輕質(zhì)的塑性材料制成，例如，這樣空氣集 管重量不超過大約0. 25-4. 0磅?？商娲氖?，空氣集管16的全部或者一個或多個部分可 由彈性的半剛性或者柔性材料制成，例如，以提高設(shè)備10的耐用性和/或抗沖擊性。在示出的實(shí)施例中，空氣集管16包括(a)集管基體58，在其中包括至少部分地限 定通道62-68的多個溝道，以及(b)與集管基體58配合以基本上封閉溝道，從而進(jìn)一步限 定通道?？梢岳斫獾氖?，代替集管基體和集管帽，空氣集管16可由一個或多個部件形成，這 些部件一起配合或者操作來限定在這里描述的通道62-68。在圖7中清楚地看到，集管基體58包括至少部分地限定一個或多個壓縮器進(jìn)口通 道62、壓縮器出口通道64、篩床通道66a、66b以及排氣通道68的溝道。集管基體58可省 略不必要限定通道62-68和/或安裝面的部分，例如以在沒有基本上影響它的結(jié)構(gòu)完整性 情況下減少集管總重量。可替代的是，集管基體58可具有基本上連續(xù)的底壁，例如，這可以 是基本上光滑的，和/或可包括設(shè)備10可設(shè)置在其上的支腿或者其他部件(未示出)。此外或者可替代的是，集管基體58可包括側(cè)壁59的至少一部分，例如，該部分可 限定設(shè)備10的另一個外部結(jié)構(gòu)面。在又一個替代方案中，如圖2所示，側(cè)壁159可以是集 管帽60而不是集管基體58的一部分。在又一個替代方案中，空氣集管16可以是相對扁平 的(而不是“L”形狀)，而側(cè)壁(59、159)可以是被連接或者固定到空氣集管16或者氧氣集 管102上的單獨(dú)的部件(未示出)。參見圖8A和8B，集管帽60包括一個或多個與在集管基體58上溝道配合的溝道， 以進(jìn)一步限定通道62-68，例如壓縮器進(jìn)口通道62、壓縮器出口通道64、篩床通道66以及排 氣通道68?？商娲氖?，集管帽60中的溝道比在集管基體58中的溝道略微地大或者小，從 而溝道壁交疊，這可增強(qiáng)在集管帽60和集管基體之間的連接。在另一個替代方案中，集管 帽60具有抵靠集管基體58溝道壁和/或其他部件而配合的基本上光滑的下部表面，以進(jìn) 一步限定通道62-68。集管帽60可利用一個或多個連接件固定到集管基體58上，例如，這些連接件為如 舌片和對應(yīng)槽配合的擒縱機(jī)構(gòu)，或者如螺釘、鉚釘螺栓等等的緊固件。此外或者替代的是， 例如沿著集管基體58和集管帽之間的一個或多個接觸面，集管帽60可利用粘合劑、聲波焊 接等等固定到集管基體58上。
繼續(xù)參考圖8A和8B，集管帽60包括與通道62-68連通的多個開口 72_79、86_90。 例如，集管帽60包括與壓縮器進(jìn)口通道62連通的進(jìn)氣口 79。入口端口 79聯(lián)接到延伸到設(shè) 備10外表面上入口開口 160a、160b (在圖8A或者8B中未示出，參見圖2)的管狀物或者其 他空心結(jié)構(gòu)(未示出)，例如，以允許環(huán)境空氣被抽入到設(shè)備中。選擇性地，如圖3所示，進(jìn) 入空氣過濾器162可設(shè)置在入口端口 79前面的管線上，以在環(huán)境空氣進(jìn)入壓縮機(jī)14前從 該被抽入到入口開口 160a、160b中的環(huán)境空氣中去除灰塵或者其他顆粒。集管帽60包括多對與壓縮機(jī)14連通的開口 72、74。在示出的實(shí)施例中，集管帽60 包括與壓縮機(jī)14三個隔膜組件46上端口 57(未示出，參見圖2)對應(yīng)的三對開口 72、74。 每對開口 72、74隔開與在隔膜組件46上端口 57跨度相似的預(yù)定距離。開口 72、74和端口 57中一個或者兩者可包括突起或者其他延伸部以便于在隔膜組件46和集管帽60之間充分 氣密連接。端口 57例如通過一個或多個過盈配合、配合螺紋、配合擒縱機(jī)構(gòu)、粘合劑等等連 接到開口 72、74。當(dāng)壓縮機(jī)14安裝到空氣集管16上或者與之相鄰時，隔膜組件46的入口通道56in 與開口 72以及因此與壓縮器入口通道62連通。在使用期間，當(dāng)每個隔膜組件46依次經(jīng)由 入口通道56in吸入外界空氣時，空氣可穿過相應(yīng)的開口 72、壓縮器入口通道62和入口端口 79被抽入。同樣地，隔膜組件46的出口通道56。ut與開口 74連通，并因此與壓縮器出口通 道64連通。在使用期間，當(dāng)隔膜組件46中的每一個均從出口通道56。ut向外輸送壓縮空氣 時，該壓縮空氣進(jìn)入相應(yīng)的開口 74并進(jìn)入到空氣集管16的壓縮器出口通道64。繼續(xù)參考圖8A和8B，集管帽60還包括彼此相鄰的多個空氣調(diào)節(jié)閥開口 86、88，這 些開口覆蓋壓縮器出口通道64、篩床通道66和/或排氣通道68。這樣，當(dāng)集管帽60固定 到集管基體58上時，空氣調(diào)節(jié)閥開口 86、88與相應(yīng)的通道64-68連通。具體地說，供應(yīng)閥 入口開口 86in與壓縮器出口通道64連通，同時排氣閥入口開口 88in與相應(yīng)的篩床通道68 連通。供應(yīng)閥出口開口 86。ut與相應(yīng)的篩床通道66連通，同時排氣閥出口開口 88。ut與排氣 通道68連通。集管帽60包括與篩床通道66增大部分連通的篩床開口 90a和90b。這樣，當(dāng)篩 床安裝到空氣集管16或者與之相鄰時，篩床開口 90a、90b與相應(yīng)的篩床12第一端部32連 通。此外，如在圖8B中清楚地看到，集管帽60還包括與排氣通道68連通的一個或多個排 氣開口 92。如在下面進(jìn)一步解釋的那樣，選擇性地，管狀物、噴嘴或者其他裝置(未示出)可 聯(lián)接到排氣開口 92上，以從篩床12引導(dǎo)排氣(通常是濃縮氮?dú)?。在一個實(shí)施例中，排氣 朝向設(shè)備10內(nèi)控制器22或者其他電子儀器引導(dǎo)，例如，用于冷卻該電子儀器。利用具有增 加含氮量的空氣作為內(nèi)部電子儀器冷卻流體，可提供設(shè)備的安全措施，即如果電子儀器經(jīng) 常過熱或者短路則可減少火災(zāi)危險。由于一些氧氣已經(jīng)從排氣中去除，因此排氣很少會支 撐火力。此外，利用引導(dǎo)到設(shè)備10內(nèi)部的排氣，如果容器18或者篩床12日益形成與設(shè)備 10內(nèi)部連通的滲漏，則產(chǎn)生的氣體混合物將比環(huán)境空氣有較少氧氣(體積百分比)。如下面進(jìn)一步描述的那樣，空氣調(diào)節(jié)閥20可以安裝到閥門開口 86、88上方的集管 帽60上?？諝庹{(diào)節(jié)閥有選擇地啟閉，以提供例如從壓縮器出口通道64到篩床通道66和/ 或從篩床通道66到排氣通道68的流徑。例如，再來參見圖3，當(dāng)供應(yīng)空氣調(diào)節(jié)閥20as開 啟時，限定了這樣的流徑，即貫穿開口 72、壓縮機(jī)通道62、供應(yīng)入口開口 86in、空氣調(diào)節(jié)閥20as、供應(yīng)出口開口 86。ut和篩床通道66a，從壓縮機(jī)14到篩床12a。當(dāng)排氣調(diào)節(jié)閥20bE開 啟時，限定了這樣的流徑，即來自篩床12B，穿過篩床通道66b、排氣入口開口 88in、空氣調(diào)節(jié) 閥20bE、排氣出口開口 88。ut、排氣通道68和出口排氣開口 92?？諝饧?6消除了對多個管狀物和閥門的需要，而這些對于把空氣輸送到篩床 12或者從篩床12輸送空氣而是必要的。由于這些單獨(dú)的管狀物和閥門被去掉，而用包括不 超過四個空氣調(diào)節(jié)閥20的簡單集管替換，因此空氣集管16減少了設(shè)備10的總尺寸、重量 和/或成本，而這是有用的，特別是為了使設(shè)備10方便、易于使用和/或便宜?？商娲氖?，如果兩個三向閥或者一個四向閥以類似方式使用的話，也可實(shí)現(xiàn)相 同目的。此外，空氣集管16可便于改進(jìn)，例如，以減少壓力損失和/或減弱噪音。例如，為 了使設(shè)備需要的能量最小化，當(dāng)壓縮空氣穿過這些通道時，通道62-68的尺寸和/或形狀可 設(shè)計成減少損失。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，如果壓力損失增加一磅每平方英寸(psi)，它可以增加設(shè) 備10的能量消耗差不多百分之十(10%)或更多。圖11示出了可在三個典型平均流率，即 二十四(24)、三十(30)和五十(50)公升每分鐘(Ipm)期間出現(xiàn)的壓力損失。當(dāng)通道62-68 的平均流動直徑增加時，壓降明顯減少。這樣，對于通道62-68所希望的是具有至少大約 0. 25英寸直徑或者其他等效截面的尺寸。此外，空氣集管16便于提供在貫穿設(shè)備移動空氣 流徑內(nèi)的障體或者其他聲音衰減裝置或者材料。例如，一個或多個障體、文氏管、流體修正 器等(未示出)可直接模制到集管基體58的溝道上，以吸收聲波或者減少通過氣流產(chǎn)生的 噪音?？商娲氖?，這種部件可在集管帽60固定到集管基體58前插入或者安裝在溝道內(nèi)。 在又一個替代方案中，空氣集管16可允許流量調(diào)節(jié)閥直接地安裝在一個或更多通道62-68 內(nèi)?；氐綀D1A-3，空氣調(diào)節(jié)閥20可安裝或者固定到空氣集管16上，例如安裝或者固 定到集管帽60上。在示出的實(shí)施例中，例如，利用一個或多個連接件、緊固件、粘合劑等等， 四個“雙向”空氣調(diào)節(jié)閥20安裝到集管帽60上。如下面進(jìn)一步解釋那樣，四個空氣調(diào)節(jié)閥 20允許每個篩床12A、12B獨(dú)立于另一個加壓和/或排氣，選擇性地具有與該加壓循環(huán)交疊 的能力。可用于每個閥門20的典型的雙向閥是SMC DXT閥門，可從印地安那州印第安納波 利斯的美洲SMC公司買到。此閥門是相對小的塑料導(dǎo)閥控制的隔膜閥。由于具有較大的隔 膜區(qū)域，因此它具有非常小的操作壓力，這對于在使用期間提供設(shè)備10的操作壓力是特別 有用的。閥門可設(shè)置為“常開”。當(dāng)壓力貫穿導(dǎo)閥作用到隔膜上部時，該隔膜可被向下壓在 閥座上，截斷流動?？墒褂贸ｉ_或者常閉引導(dǎo)電磁閥。由于該隔膜閥本身是常開的，利用常 開電磁閥可形成常閉的總體操作，需要使用電能來開啟閥門?？商娲氖?，空氣調(diào)節(jié)閥20可用兩個“三向”閥門代替，該閥門可在空氣集管16中 的開口和/或通道中需要一些微小變化。然而，這種閥門可能更昂貴、操作更復(fù)雜，和/或 可能使導(dǎo)閥需要比在設(shè)備10使用期間遇到壓力更大。在又一個替代方案中，可提供一個或 多個其他多個定位閥門，而不是四個雙向閥?；氐綀D2，在其中示出的四個空氣調(diào)節(jié)閥設(shè)置在單個閥門集管21上，例如鋁集管， 而端口可以是分開或者作為閥門集管一部分設(shè)置的螺紋入口和出口端口。在把空氣調(diào)節(jié)閥 20組裝到閥門集管21上時，閥門集管安裝在開口 86、88上面的空氣集管16上?？商娲氖?，單獨(dú)的空氣調(diào)節(jié)閥可直接地安裝到空氣集管16上，例如，以避免對閥門集管21或者任 何其他配件和/或管狀物的需要，這進(jìn)一步減少了設(shè)備10的總尺寸和/或重量?；氐綀D1A、1B和2，再參見圖9A-9B，設(shè)置上部或者氧氣輸送集管102，用于把存儲 在容器18中的氧氣輸送到設(shè)備10的使用者。與空氣集管16相似，氧氣輸送集管102提供 足夠的結(jié)構(gòu)完整性，以為設(shè)備10提供外部結(jié)構(gòu)面，例如，從而消除了對設(shè)備單獨(dú)或者上部 外層的需要。如上所述，氧氣輸送集管102可利用相似材料和/或方法制造和組裝到空氣 集管16上。選擇性地，如圖9B所示，例如，在氧氣輸送集管的下部表面上，氧氣輸送集管102 包括一個或多個肋線或者其他增強(qiáng)結(jié)構(gòu)103。該增強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以期望模式直接地模制或者形 成在氧氣輸送集管102上，或者固定到該氧氣輸送集管上，例如，覆蓋篩床12上。這種增強(qiáng) 結(jié)構(gòu)可以使氧氣輸送集管102增強(qiáng)，例如，阻攔篩床12A、12B內(nèi)的偏壓機(jī)構(gòu)和/或抵抗篩床 內(nèi)空氣的壓力，這可施加一個相對于供養(yǎng)集管102而向上的力。在圖2示出的實(shí)施例中，氧氣輸送集管102包括至少部分地限定一個或多個氧氣 輸送通道108、109的集管基體104和進(jìn)一步限定氧氣輸送通道108、109的集管帽106。如 下面進(jìn)一步解釋那樣，氧氣輸送通道108、109在集管基體104內(nèi)彼此相鄰布置，并包括多個 開口 126-138，這些開口連通到與把氧氣輸送到設(shè)備10使用者有關(guān)的其他部件。集管基體 104還包括一個或多個電池開口 140a和140b和/或接口窗口 142，這些可模制或者形成在 其中。接口窗口 142允許接近使用者接口 144，例如如果使用者接口是接觸式屏幕顯示器 230時，這是必需的。選擇性地，如圖2所示，氧氣輸送集管102的集管基體104可包括側(cè)板159的至少 一部分。側(cè)板159可以與空氣集管16上的側(cè)板59鄰接、互鎖、或者配合。側(cè)板59和159 提供用于設(shè)備10的具有充分剛性的外部結(jié)構(gòu)壁。這樣，側(cè)板59和159、集管16和102、篩 床12A和12B和/或容器18組合提供了必要的結(jié)構(gòu)框架，以支撐設(shè)備10和它的內(nèi)部部件。 可替代的是，側(cè)板59、159中一個或者兩者可作為分離的板(未示出)設(shè)置，其中該分離板 連接或者固定到空氣集管16和/或氧氣輸送集管102上。回到圖2，側(cè)板159可包括一個或多個與設(shè)備10內(nèi)部連通的入口開口 160a、160b。 如在這里所示的那樣，側(cè)板159包括彼此相鄰的兩個入口開口或者柵隔160a和160b。入口 開口 160a、160b以任何期望陣列設(shè)置，例如以矩形、正方形、圓形或者其他結(jié)構(gòu)。在典型的 實(shí)施例中，入口開口 160a和160b中的每一個均具有在大約一個和兩個英寸(25-50mm)之 間的高度和/或?qū)挾?。入口開口 160a和160b包括相對小的孔，例如，在大約0.025-0. 15 英寸(0.6-4mm)之間直徑，允許空氣順利地貫穿入口開口，然而阻止較大物體從其中經(jīng)過。例如，第一入口開口 160a可提供用于把空氣抽入到壓縮機(jī)14中的入口，例如，如 上所述經(jīng)由與空氣集管16進(jìn)氣端口 79連通管道等等(未示出)。第二入口開口 160b可 提供用于將要抽入到設(shè)備10內(nèi)部的環(huán)境空氣的通氣入口，例如，以輔助冷卻內(nèi)部電子儀器 和/或篩床。進(jìn)口風(fēng)扇164可與第二入口開口 160b相鄰安裝，例如，以在常量或者變化速 度和/或體積把環(huán)境空氣抽入到設(shè)備10內(nèi)部。選擇性地，設(shè)備10可在篩床12A、12B和/或容器18 (未示出)之間包括一個或多 個間隙，例如垂直間隔，以允許空氣從設(shè)備內(nèi)部排出。例如，所希望的是，使設(shè)備10內(nèi)部空 氣(特別是來自排氣開口 92的排出氣體)在相對端由入口開口 160a、160b從設(shè)備中排出，以避免抽取的富含氮?dú)獾目諝夥祷氐胶Y床12A、12B，這將降低設(shè)備效率以及可能降低設(shè)備 的有效性?？商娲氖牵粋€或多個出口開口(未示出)可設(shè)置在設(shè)備上，例如設(shè)置在空氣 集管16、氧氣輸送集管102和/或一個或多個側(cè)板(未示出)上，以允許空氣從設(shè)備10內(nèi) 部以期望方式排出。E.氧氣輸送部件回到圖2和3，設(shè)備10包括與從容器18到使用者輸送氧氣相關(guān)的一個或多個部 件。例如利用與在這里描述的用于固定設(shè)備10其他部件的方法，這些部件固定或者安裝或 者鄰接到氧氣輸送集管102。例如，一對止回閥IlOaUlOb可設(shè)置在覆蓋在帽80開口 82的集管基體104上。 止回閥IlOa和IlOb可以與如上所述止回閥54相似，只是壓力啟動閥門。當(dāng)氧氣輸送集管 102安裝在篩床12A、12B上或者與之鄰接時，容器18、止回閥IlOaUlOb提供從篩床12A、 12B到氧氣輸送通道108的單向流徑。氧氣輸送通道108經(jīng)由開口 112直接和連續(xù)地與容 器18連通。壓力傳感器114可設(shè)置在容器18內(nèi)或者與氧氣輸送通道108連通。壓力傳感器 114可以探測容器18內(nèi)的絕對壓力，并且因此探測氧氣輸送通道108內(nèi)的絕對壓力。此外， 由于止回閥IlOa和IlOb的存在，壓力傳感器114提供篩床12內(nèi)最大壓力的讀數(shù)。具體地 說，由于止回閥110和IlOb允許氧氣從篩床到容器18和氧氣輸送通道108的單向流動，因 此，只要在任何一個篩床上壓力超出容器18中的壓力，相應(yīng)的止回閥IlOa或者IlOb就開 啟。一旦任何一個篩床內(nèi)壓力變成等于或者小于容器18中壓力，相應(yīng)的止回閥就關(guān)閉。本發(fā)明還設(shè)想提供氧氣輸送閥116、氧氣傳感器118、一個或多個壓力傳感器120、 122，而一個或多個空氣過濾器124可成一條線設(shè)置在例如安裝在氧氣輸送集管102上的氧 氣輸送通道108、109中。例如，再來參考圖9A和9B，集管基體104可包括氧氣調(diào)節(jié)閥開口 126、壓力傳感器開口 128、138、氧氣傳感器開口 130、132和出口開口 134、136，用于與這些 部件連通。氧氣輸送閥116可安裝到氧氣輸送集管102上，例如在氧氣調(diào)節(jié)閥開口 126下 面，用于控制氧氣輸送通道108和109之間氧氣流量，并因此控制從容器18離開設(shè)備10到 使用者的氧氣流量。氧氣輸送閥可以是聯(lián)接到控制器22的有選擇地啟閉的電磁閥?？捎?于氧氣輸送閥116的典型閥門是Hargraves技術(shù)型45M，其中它具有相對較大的孔口尺寸， 從而使穿過氧氣輸送閥的可能流量最大化。可替代的是，它還可以使用帕克電子氣動V正 方形(ParkerPneutronics V Squared)或者系列 11 的閥門。當(dāng)氧氣輸送閥116開啟時，氧氣從氧氣輸送通道108，貫穿氧氣調(diào)節(jié)閥開口 126a、 126b、氧氣輸送閥116、氧氣調(diào)節(jié)閥開口 126c，流到氧氣輸送通道109。如下面進(jìn)一步解釋那 樣，氧氣輸送閥116可以期望頻率開啟期望的持續(xù)時間，這可通過控制器22來改變，從而提 供脈沖輸出。可替代的是，控制器22可保持氧氣輸送閥116打開，以提供連續(xù)的輸送，而不 是脈沖輸出。在此替代方案中，控制器22可節(jié)制氧氣輸送閥116，以調(diào)節(jié)到使用者的容積流 率。在示出的實(shí)施例中，壓力傳感器120安裝到氧氣輸送集管102上和/或安裝在其 下面，從而壓力傳感器端口聯(lián)接或者與壓力傳感器開口 128連通。這樣，壓力傳感器120端 口測量在氧氣輸送通道108、109之間以及因此穿過氧氣輸送閥116的壓力差。選擇性地， 壓力傳感器120可用來獲得容器壓力，而壓力傳感器114可去掉。例如，當(dāng)氧氣輸送閥116
18關(guān)閉時，氧氣輸送閥的壓力上游基本上與容器18內(nèi)壓力對應(yīng)。壓力傳感器120可聯(lián)接到控制器22上，例如，以提供由控制器處理的信號，從而確 定穿過氧氣輸送閥的壓力差?？刂破?2可使用此壓力差來確定從設(shè)備10輸送氧氣的流速 或者輸送氧氣的其他參數(shù)。如下面進(jìn)一步描述那樣，控制器22可基于產(chǎn)生的流速來改變氧 氣輸送閥116開啟的頻率和/或持續(xù)時間，例如，基于一個或多個反饋參數(shù)。氧氣傳感器118還可安裝在氧氣輸送集管102上和/或安裝在其下面，從而在氧 氣傳感器118上的端口與氧氣傳感器開口 130、132連通。氧氣傳感器118測量經(jīng)過穿過 其中氧氣的純度。這種裝置的實(shí)例是測量穿過氧氣傳感器氣體的聲速的超聲波傳感器，如 堪薩斯州Shawnee Douglas Scientific制造的那些?？商娲氖?，氧氣傳感器118可以是 陶瓷或者側(cè)流傳感器。超聲波傳感器可以使用比陶瓷傳感器少的電能，例如大約五十毫瓦 (50mff)對一瓦(IW)，但更便宜。氧氣傳感器118聯(lián)接到控制器22上，并產(chǎn)生與純度成正比的電信號。如下面進(jìn)一 步描述那樣，這些信號由控制器22處理，并用于改變設(shè)備10的操作。由于氧氣傳感器118 的精度可受通過其中的氣流影響，因此，所希望的是，例如當(dāng)氧氣輸送閥116關(guān)閉時，對在 無流動條件期間純度信號采樣。壓力傳感器122安裝到氧氣集管102上和/或安裝在其下面，從而壓力傳感器122 端口與壓力傳感器開口 138連通。壓力傳感器122可以是能夠測量絕對壓力的壓阻壓力傳 感器?？梢允褂玫牡湫偷膫鞲衅靼℉oneywellMicroswitch 24PC01SMT傳感器、Sensym SXOU Motorola MOX或者由AllSensors制造的其它傳感器。由于壓力傳感器122可暴露 于設(shè)備10的完全系統(tǒng)壓力下，因此所希望的是，壓力傳感器122的過壓力等級超出完全系 統(tǒng)壓力例如至少為大約十五平方英寸磅(15psi)。壓力傳感器122聯(lián)接到控制器22上，以便提供與探測壓力成正比的信號。由于壓 力傳感器122可能不具有零基準(zhǔn)，來自壓力傳感器122的壓力信號可在設(shè)備操作期間漂移。 為了使由壓力傳感器122帶來的任何漂移或者其他錯誤最小化，一個小閥門(未示出)可 聯(lián)接到壓力傳感器122上，以當(dāng)氧氣輸送閥116開啟以及輸送氧氣時周期性地通氣或者使 壓力傳感器置零?？商娲氖牵鄬π〉目卓?例如大約0.010英寸直徑)可設(shè)置在氧氣輸送閥 116(例如常開端口)和壓力傳感器122之間的管線上。在脈沖如一百毫秒(IOOms)期間， 此孔口可以足夠小，而不會對來自壓力傳感器122的壓力信號產(chǎn)生負(fù)面影響，同時可以足 夠大以便壓力傳感器放氣置零。在第2003/0150455號美國公開申請文件中可發(fā)現(xiàn)有關(guān)使 用這樣一個孔口的其他信息，其中該申請文件的全部公開內(nèi)容在這里通過參照方式明確地 引入。在另一個替代方案中，控制器22執(zhí)行過濾算法，以識別使用者呼吸的開始。集管基體104可包括與氧氣傳感器開口 132和壓力傳感器開口 138連通的凹口 133。蓋或者其他元件(未示出)可固定在凹口 133上面或者覆蓋在凹口 133上，例如，以 提供由凹口限定的基本上氣密的通道。這樣，壓力傳感器122可測量凹口 133內(nèi)氧氣的絕 對壓力。如下面進(jìn)一步解釋那樣，此壓力讀數(shù)可用來例如基于凹口 133內(nèi)最終壓降來探測 使用者開始吸氣的時間，這可觸發(fā)把氧氣脈沖輸送到使用者?？諝膺^濾器124可安裝或者鄰接在氧氣輸送集管102上，并可包括任何傳統(tǒng)的過 濾介質(zhì)，用于從輸送給使用者的氧氣中去除不希望的顆粒。在圖9A中清楚地看到，氧氣輸送集管102可包括凹口 137，其中形狀設(shè)計成用于在其中接納空氣過濾器124。空氣過濾器 124可通過過盈配合由一個或多個連接件、粘合劑等等緊固在凹口 137內(nèi)。凹口 137(在圖9A中示出)經(jīng)由出口開口 136與溝道135 (在圖9B中示出)連通。 在示出的實(shí)施例中，溝道135在形成在集管基體104并穿過其中的出口開口 134、136之間 延伸。蓋或者其他元件(未示出)可固定在溝道135上面或者覆蓋在溝道135上，例如，以 提供由溝道限定的基本上氣密的通道。這樣，從氧氣傳感器118中輸送的氧氣可穿過出口 開口 134離開凹口 133，沿著溝道135經(jīng)過，并貫穿出口開口 136進(jìn)入凹口 137。氧氣然后 可穿過空氣過濾器124并且輸送給使用者。選擇性地，套管鉤139或者其他裝置安裝在凹口 137的氧氣輸送集管102上面。套 管鉤139利用任何常規(guī)方法，例如通過配合螺紋、一個或多個擒縱機(jī)構(gòu)或者其他連接件、粘 合劑等等(也未示出)，固定到氧氣輸送集管102上。該套管鉤可包括例如撓性軟管等等 (也未示出)的套管可固定到其中的管嘴或者其他的連接件，用于把氧氣輸送到使用者，這 在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。套管鉤可與空氣過濾器124分離，或者該套管鉤和空氣過濾器124 可以是一起固定到凹口 137上面的氧氣輸送集管102上的單個組件?？梢岳斫獾氖?，可設(shè)置其他結(jié)構(gòu)和/或部件而不是氧氣輸送集管102和如上所述 固定到那里的部件，用于把氧氣輸送到使用者。此外，盡管例如氧氣輸送閥116、壓力傳感器 (120、122)、氧氣傳感器118和空氣過濾器124的部件以特定順序(相對于貫穿氧氣輸送集 管102流動的氧氣)描述，然而如果期望的話，這些部件的順序可以改變。回到圖2，控制器22可包括控制設(shè)備10操作一個或多個方面的一個或多個硬件部 件和/或軟件模塊?？刂破?2可聯(lián)接到設(shè)備10的一個或多個部件上，例如，壓縮機(jī)14、空 氣調(diào)節(jié)閥20、氧氣輸送閥116、壓力傳感器(114、120、122)和/或氧氣傳感器118。這些部 件可通過能夠在控制器22和部件之間接納和/或傳遞信號的一個或多個電線或者其他電 導(dǎo)線(為簡單起見未示出)聯(lián)接起來?？刂破?2還可聯(lián)接到使用者接口 144，其中該使用者接口 144可包括一個或多個 顯示器和/或輸入裝置。在圖2示出的實(shí)施例中，使用者接口 144為安裝在氧氣輸送集管 102中接口窗口 142內(nèi)或者以下的觸摸屏顯示器。如下面更充分解釋那樣，使用者接口 144 顯示與設(shè)備10操作有關(guān)的參數(shù)信息，和/或允許使用者改變這些參數(shù)，例如開關(guān)設(shè)備，改變 劑量設(shè)定或者期望流速等等。盡管示出了單個使用者接口 144，然而可以理解的是，該使用 者接口可包括多個顯示器和/或輸入裝置，例如接通/停止開關(guān)、刻度盤、按鈕等等(未示 出)。與其他部件類似，使用者接口 144可通過一個或多個電線或者其他的電導(dǎo)線(為簡單 起見未示出)聯(lián)接到控制器22。為簡單起見，在圖2中示出的控制器22包括單個電路板，而該單個電路板在其中 包括多個電氣部件。這些部件可包括安裝在電路板上的一個或多個處理器、存儲器、開關(guān)、 風(fēng)扇、電池充電器等等(未示出)?？梢岳斫獾氖?，控制器22作為控制設(shè)備10操作的不同 方面的多個子控制器來設(shè)置。例如，第一子控制器可控制壓縮機(jī)14電機(jī)40和空氣調(diào)節(jié)閥 20的操作，而第二子控制器可控制氧氣輸送閥116和/或使用者接口 144的操作。例如第 一子控制器的控制器22控制壓縮機(jī)14的操作，并包括無刷直流電機(jī)控制器，如Motorola ON MC33035 系列、Texas Instruments DSP TMS 320LF240 和 / 或 MSP 430 F449IPZ 中之 一。這種控制器可在電機(jī)40中利用霍耳傳感器(未示出)，以對換向計時?？商娲氖?，可使用無傳感器的控制器，這種控制器允許經(jīng)由后-EMF測量來換向記時，即電機(jī)電樞的位置 可通過對電機(jī)線圈的后EMF測量而確定。此替代方案更省錢，因?yàn)槿コ穗姍C(jī)中傳感器，同 時連接電機(jī)的電線也可簡化。例如，F(xiàn)airchild可具有適合于在控制器22中使用的專用集 成電路?？商娲氖?，可使用包括無集成傳感器控制外圍設(shè)備的Texas Instruments DSP TMS 320 LF240 或者 MSP 430 F449IPZ 微處理器。第一子控制器(或者控制器22的其他部件)可控制電機(jī)速度，并且因此控制通過 隔膜組件46輸送的壓縮空氣壓力和/或流速?？刂破?2還可控制空氣調(diào)節(jié)閥20的開關(guān) 順序，例如，以例如在下面進(jìn)一步描述的典型方法的期望方式對篩床12填充和排空。第二子控制器(或者控制器22的其他部件)可控制氧氣輸送閥116，例如基于來 源于壓力傳感器122的壓力信號從容器18把氧氣輸送到使用者。第二子控制器還可接收來 自使用者的輸入指令和/或在使用者接口 144上的顯示信息。此外，如下所述，控制器22的 子控制器或者其他部件可以期望方式共享信息。這樣，控制器22可包括一個或多個部件， 其中這些部件的功能性可與其他部件互換，而控制器不應(yīng)該被限制在在這里描述的特定實(shí) 例上。此外，設(shè)備10可包括一個或多個聯(lián)接到控制器22、壓縮機(jī)14、空氣調(diào)節(jié)閥20和/ 或氧氣輸送閥116的電源。例如，如圖2所示，一對電池148設(shè)置為安裝或者緊固到空氣集 管16上，例如沿著側(cè)壁59、159和篩床12之間的敞開側(cè)?？諝饧?6可包括一個或多個接 納在電池148中的安裝件149上，例如，以使電池垂直地穩(wěn)定和/或緊固在設(shè)備10內(nèi)。此 外或者替代的是，其他系帶或者支撐件(未示出)也可用來把電池148緊固在設(shè)備內(nèi)。在典型的實(shí)施例中，電池148是可充電電池，例如i^一 (11)伏標(biāo)稱3系列 鋰離子電池、4系列鋰離子電池(例如從Inspired Energy公司買到的那些，如Par No. NL2024) 0對于3系列電池包，標(biāo)準(zhǔn)一磅(Ib)包可具有三(3)安培電流限制，而一又 二分之一磅(1.51b)包可具有六(6)安培最大電流。有關(guān)可使用的Inspired Energy電 池的另外信息可在ww. inspired-energy, com中找到。電池的其他來源可包括Molien Energy(www. moIienergy, com)、GP Batteries(www. gpbatteries. com)、Micro-Power(www. micro-power, com)禾口 Buchmann(www. buchmann. ca)?？刂破?2控制電源從在設(shè)備10內(nèi)電池148到其他部件的分布。例如，控制器22 可從其中一個電池中提取能量，直到它的電能減少為預(yù)定水平，于是控制器可自動地切換 到另一個電池。在替代方案中，本發(fā)明設(shè)想控制器22使兩個電池同樣地放電。選擇性地， 設(shè)備10可包括適配器，以便外部電源可用于給設(shè)備提供電能，外部電源例如為傳統(tǒng)的交流 電源，如壁裝電源插座，或者為便攜式交流或者直流電源，如汽車點(diǎn)火器插座、太陽電池板 裝置等等(未示出)。轉(zhuǎn)換這種外部電能所必需從而設(shè)備10使用的任何轉(zhuǎn)換器或者其他部 件(也未示出)可設(shè)置在設(shè)備內(nèi)，設(shè)置在把設(shè)備連接到外部電源的電纜或者在該外部設(shè)備 本身中。選擇性地，控制器22可把一些電能從外部電源引回到電池148，以傳統(tǒng)的方式對 它們重新充電。例如自動地或者在經(jīng)由使用者接口 144啟動后，控制器還可顯示設(shè)備電能 的狀態(tài)，如電池148的電能水平、設(shè)備10是否連接到外部電源等等。控制器22可包括用于 執(zhí)行一個或多個這些功能的一個或多個專用部件?？珊诳刂破?2中的典型電池管理集 成電路(“IC”)是Maxim MAX 1773型，該電路設(shè)計成用于雙電池系統(tǒng)(更多信息例如參見www. maxim-ic. com/quick_view2. cfm/qv_pk/2374)。另一禾中是 LinearLTC 1760,它也為雙 電池系統(tǒng)設(shè)計，并把相似的選擇器功能與充電結(jié)合(更多信息例如參見■· linear, com/ prod/dataheet. html ？ datasheet = 989)。F.組件回到圖1A-3，為了組裝設(shè)備10，空氣集管16和氧氣集管102的部件可如上所述 制造和組裝。例如，利用一個或多個配合擒縱機(jī)構(gòu)、連接件、緊固件、過盈配合、粘合劑等等 (未示出)，例如，集管基體58、104、集管帽60、106和/或其他帽或者蓋(未示出)可模制 或者用其他方法制造，而集管帽60、106和/或其他的帽或者蓋(未示出)可固定到集管基 體58、104上。同樣，篩床12、容器18和壓縮機(jī)20可例如如上所述制造和/或組裝。同樣如上所述，空氣調(diào)節(jié)閥16、篩床12、容器18和壓縮機(jī)20可安裝到空氣集管16 上，例如安裝到集管帽60上。同樣地，氧氣輸送閥116、壓力傳感器120、122、氧氣傳感器 118、空氣過濾器124和/或其他部件可安裝到氧氣輸送集管102上。例如，在篩床和容器 固定到空氣集管16上前后，氧氣輸送集管102可固定到篩床12和容器18上。組件的順序 是不重要的，而可變化，以便于期望的生產(chǎn)設(shè)施和/或工藝規(guī)程。同時或者單獨(dú)地，側(cè)壁59、159可彼此固定，或者如果側(cè)壁59、159是一個或多個 單獨(dú)的板(未示出)，則它們可固定到空氣集管16和氧氣輸送集管102上和/或固定在其 間。形成的結(jié)構(gòu)可設(shè)置成設(shè)備10的結(jié)構(gòu)框架，其中該結(jié)構(gòu)框架可消除對額外支撐件或者結(jié) 構(gòu)或者裝飾外皮的需要。設(shè)置在電路板上的控制器22安裝在結(jié)構(gòu)框架內(nèi)，同時任何電線或者其他導(dǎo)線連 接在控制器和聯(lián)接到那里的其他部件之間。在典型的實(shí)施例中，控制器22(或者至少一個 子控制器)安裝在空氣集管16上，例如垂直地鄰接排氣開口 92。這樣，從空氣集管排出的 氣體，例如濃縮氮?dú)饪纱┻^或者朝向控制器被引導(dǎo)，用于冷卻它的部件。支架或者其他支撐 件(未示出)可安裝在集管帽60和電路板上，和/或控制器22的其他部件可通過支架或 者支撐件以傳統(tǒng)方式緊固。電池148在任何時候插入到設(shè)備10中，例如在不再需要訪問內(nèi)部后。在集管16、 102之間的側(cè)區(qū)可保持基本上開啟狀態(tài)(除了由電池148覆蓋的一些區(qū)域)，例如，以在設(shè) 備部件組裝和/或測試期間。選擇性地，相對薄和/或輕型外層或者其他結(jié)構(gòu)(未示出) 可設(shè)置在每一個敞開側(cè)區(qū)，以基本上封閉設(shè)備10內(nèi)部，例如，以限制訪問和/或保護(hù)在其中 的部件，或者減少噪聲傳播和聲級G.設(shè)備的操作回到圖3，下面將描述設(shè)備10的基本操作。通常，設(shè)備的操作具有兩個方面，通過 在篩床內(nèi)吸收作用對來自環(huán)境空氣的氧氣濃縮，并把濃縮氧氣由容器輸送到使用者，每個 方面描述如下。設(shè)備的每個方面可獨(dú)立于另一個操作，或者它們可基于一個或多個相關(guān)參 數(shù)相互關(guān)聯(lián)。設(shè)備可利用一個或多個可選擇方法操作，例如如下所述那些，以提高設(shè)備效率或 者其他性能特征。例如，基于壓力的測量和/或氧氣純度，設(shè)備的操作條件可進(jìn)行調(diào)節(jié)，以 增加氧氣純度和/或濃度、輸出流速和/或壓力，減少能量消耗等等。在典型的實(shí)施例中，設(shè)備10具有輸送達(dá)到大約0. 9或者1. 2公升每分鐘(Ipm)純 氧等效物的能力。如在這里使用的那樣，使用基本上對應(yīng)于每單位時間輸送純(100%)氧氣量的等效流速。由于設(shè)備10通過吸收作用從環(huán)境空氣濃縮氧氣，因此設(shè)備不產(chǎn)生輸送到 使用者的純氧。相反，從儲存在容器18中的篩床12中排放的氣體具有大約百分之九十五 (95. 4% )的最高氧氣濃度，其余的氣體為氬氣及其他微量氣體(大約4. 6% )。在給定的流速，通過設(shè)備10輸送的濃縮氧氣實(shí)際量小于用于純氧的。這樣，濃縮 氧氣比純氧具有較差的治療價值。為了彌補(bǔ)這個不足，同時提供等效體積氧氣，濃縮氧氣的 流速必須比用于純氧的高。輸送濃縮氧氣與等效純氧的比值用以下公式(1)表示比值=(100%-21%)/(實(shí)際的純度-21% )，(1)并如圖12所示。例如，1.051pm88%濃縮氧氣可基本上相當(dāng)于0. 91pm純氧，而 1. 41pm88%濃縮氧氣可基本上相當(dāng)于1. 21pm純氧。測試表明，通過增加流速彌補(bǔ)純度可減少設(shè)備10的總能量消耗。例如，圖13和14 示出了能量消耗和通過設(shè)備10輸出氧氣純度之間的關(guān)系。更具體地說，圖13示出了在不 同級別氧氣純度下通過設(shè)備消耗總功率之間的關(guān)系，而圖14示出了在不同級別氧氣純度 下僅僅由壓縮機(jī)14消耗能量之間的關(guān)系。曲線181、182和183表示在各種流量設(shè)置下總 能量與氧氣純度的關(guān)系。曲線181對應(yīng)于流量設(shè)置2，這相當(dāng)于每分鐘400立方厘米(cc) 氧氣，曲線182對應(yīng)于流量設(shè)置3，這相當(dāng)于600CC/min，而曲線183對應(yīng)于流量設(shè)置4. 5，這 相當(dāng)于900CC/min。曲線184、185、和186表示在各種流量設(shè)置下總能量與氧氣純度之間的 關(guān)系。曲線184對應(yīng)于流量設(shè)置2(300CC/min)，曲線185對應(yīng)于流量設(shè)置3 (600CC/min)， 而曲線186對應(yīng)于流量設(shè)置4. 5(900CC/min)。從圖13和14的觀察可以理解，當(dāng)氧氣純度增加時，制造氧氣需要的能量按指數(shù)增 加。在一些點(diǎn)，折合能量消耗，產(chǎn)生較高純度氧氣變得太“昂貴”。同樣地，當(dāng)氧氣純度從大 約87-90%減少時，獲得相對少的能量消耗。也就是說，氧氣純度進(jìn)一步降低在87-90%以 下在能量消耗即比較久的電池持續(xù)時間方面不能提供更多好處。換言之，對于氧氣純度超 出87-90%降低，則在能量消耗方面有減小的邊際收益。本發(fā)明人確定，當(dāng)氧氣純度和能量 消耗對抗值平衡時，在大約85-90%之間的氧氣純度導(dǎo)致所希望的效率，其中對于通過設(shè)備 10輸送的氣體，88%被認(rèn)為是典型的目標(biāo)氧氣純度。圖15示出了在產(chǎn)生氧氣量和氧氣純度之間的關(guān)系。曲線187表示在純度水平范 圍產(chǎn)生的等效的100%氧氣或者氧氣分子。從此圖中可以理解的是，當(dāng)氧氣純度增加時，例 如超過90-91 %，設(shè)備10產(chǎn)生較少氧氣分子。同樣地，當(dāng)純度減少時，例如在87-88%以下， 則很少產(chǎn)生另外的氧氣分子。換言之，對于氧氣純度在87-88%以下，則產(chǎn)生氧氣面有減小 的邊際收益。這樣，本發(fā)明人認(rèn)為，在氧氣純度方面理想的“最佳范圍”在85-90%。圖16為用于產(chǎn)生圖13-15中曲線的數(shù)據(jù)表。還應(yīng)該注意的是，在壓縮機(jī)沒有操作 而冷卻風(fēng)扇(入口風(fēng)扇164)操作情況下系統(tǒng)使用的伏特和安培是對于5. 6W總功率，V = 18. IV，A = O. 31A。在壓縮機(jī)或者冷卻風(fēng)扇沒有操作情況下，系統(tǒng)使用的伏特和安培是對 于2. 5W總功率，V = 18. IV，A = O. 14A。這樣，單獨(dú)的風(fēng)扇使用大約3. Iff功率。1.驅(qū)動篩床通常，為了產(chǎn)生可存儲在容器18和/或直接地輸送到使用者的濃縮氧氣，設(shè)備10 這樣操作，即篩床12交替地“裝載”和“排空”。當(dāng)篩床正在裝載或者加壓時，壓縮的環(huán)境空 氣從壓縮機(jī)中輸送到篩床的空氣入口 /出口端，當(dāng)篩床被加壓時使篩床材料吸收氮?dú)舛嘤?氧氣。當(dāng)?shù)獨(dú)饣旧贤ㄟ^篩床材料吸收時，氧氣貫穿篩床的氧氣入口出口端34逸出，可存儲在容器和/或輸送給使用者。一旦篩床內(nèi)壓力達(dá)到預(yù)定極限(或者在預(yù)定時間后)，篩床然后被排空或者排氣， 即空氣入口 /出口端32暴露于環(huán)境壓力。這導(dǎo)致篩床內(nèi)壓縮氮?dú)獯┻^空氣入口 /出口端 32逸出，例如，穿過空氣集管16并從排氣開口 92排出。選擇性地，例如，如果裝載篩床內(nèi)的 壓力大于排空篩床內(nèi)的壓力，其中這可在排空后期出現(xiàn)，則當(dāng)篩床12A正在排空時，從另一 個篩床12B(它可能正在同時裝載)逸出的氧氣可穿過排空孔口 81，進(jìn)入到排空篩床12A、 12B的氧氣入口 /出口端34。此外或者替代的是，例如當(dāng)篩床和容器的相對壓力使止回閥 110開啟時，除了或者不穿過排空孔口 81，氧氣可穿過在篩床之間的止回閥110。氧氣輸送 到正排空篩床氧氣入口 /出口端34可在篩床再次裝載前輔助濃縮氮?dú)鈴脑摵Y床排出。排空孔口 81的尺寸選擇成在裝載和排空篩床12之間存在預(yù)定的氧氣流速。通常 所希望的是，通過提供具有基本上對稱的幾何形狀的排空孔口，穿過排空孔口的流量在兩 個方向上相同，從而兩個篩床12A和12B同樣地排空。在典型的實(shí)施例中，排空孔口 81可 具有大約0. 02英寸(0. 5mm)的直徑或者其他等效的截面尺寸，從而在穿過排空孔口大約五 平方英寸磅(5psi)壓力差下，大約2. 61pm可從其中穿過。由于實(shí)際流量基于裝載和排空 篩床12之間的壓力差，而這種壓力差基于設(shè)備各種狀態(tài)而動態(tài)地改變，因此在設(shè)備操作期 間，此排空孔口 81的能力可能與篩床之間流動的氧氣實(shí)際體積不對應(yīng)。在以下表1示出的典型實(shí)施例中，設(shè)備10利用以下過程操作，即該過程包括分別 表示空氣調(diào)節(jié)閥20啟閉狀態(tài)的四個(4)狀態(tài)“1”和“0”。
在狀態(tài)1期間，篩床12A被裝載而篩床12B被排空。如在表中示出那樣，供氣調(diào)節(jié) 閥20as和排氣調(diào)節(jié)閥20be開啟，而供氣調(diào)節(jié)閥20bs和排氣調(diào)節(jié)閥20ae關(guān)閉。再來參見圖 7，利用此閥門設(shè)計，篩床12A經(jīng)由壓縮器出口通道64和篩床通道66a與壓縮機(jī)14連通，而 篩床12B經(jīng)由篩床通道66b和排氣通道68與排氣開口 92連通。在狀態(tài)1結(jié)尾，當(dāng)篩床12A 內(nèi)壓力超過篩床12B內(nèi)壓力時，排空孔口 81提供較低的氧氣流，以沖洗來自篩床12B的其 余氮?dú)?。狀態(tài)3是狀態(tài)1的鏡像，即篩床12B被裝載而篩床12A被排空。如本說明書其他部分進(jìn)一步描述那樣，狀態(tài)1和3的持續(xù)時間(加壓時間)可基 于一個或多個參數(shù)來設(shè)定，這些參數(shù)例如排空孔口 81尺寸、離開篩床12氧氣的純度、容器18內(nèi)壓力等等。例如，在狀態(tài)1期間如果加壓時間太長，在篩床12B(正在排空)中全部剩 余氮?dú)饪膳趴?，而穿過排空孔口 81來自篩床12A (正在裝載)進(jìn)入篩床12B的氧氣可從排 氣開口 92逸出，浪費(fèi)了氧氣。如果加壓時間太短，則在排空循環(huán)結(jié)尾，氮?dú)饪闪粼诤Y床12B 中，這可在篩床12B隨后裝載時降低篩床12B的效率。這樣，所希望的是，把排空孔口 81的 尺寸固定到非常非常嚴(yán)格的流量容許量，同時在嚴(yán)格控制下制造篩床12，從而在制造期間 和/或在制造后，在不必調(diào)節(jié)加壓時間情況下，篩床在容限內(nèi)是穩(wěn)定的。在狀態(tài)2期間，供氣調(diào)節(jié)閥20bs開啟，而排氣調(diào)節(jié)閥20ae關(guān)閉。這允許來自篩床 12A的增壓空氣穿過排空孔口 81流入篩床12B。一般地，狀態(tài)2比狀態(tài)1和3相對短，例如， 從而在篩床12A內(nèi)濃縮氮?dú)忾_始進(jìn)入篩床12B前增壓空氣進(jìn)入篩床12B。狀態(tài)2可降低必 須在狀態(tài)3前從壓縮機(jī)14中釋放的壓縮空氣量，這可提高設(shè)備10的總效率。同樣地，在狀 態(tài)4期間，供氣調(diào)節(jié)閥20as開啟，而排氣調(diào)節(jié)閥20be關(guān)閉。這樣，在狀態(tài)4期間，在篩床12A 裝載前，壓縮空氣從篩床12B流到篩床12A(當(dāng)狀態(tài)1重復(fù)時)。在上面表1示出的實(shí)施例中，狀態(tài)2和4的持續(xù)時間(交疊時間)比狀態(tài)1和3 持續(xù)時間(加壓時間)明顯短。例如，狀態(tài)2和4的持續(xù)時間(交疊時間)不超過大約1.5 秒或者不超過大約0. 6秒，而狀態(tài)1和3的持續(xù)時間(加壓時間)可至少為大約四(4)秒 或者至少大約五(5)秒。例如，當(dāng)使用者需要時(例如劑量設(shè)定和/或呼吸速率)，選擇性地，持續(xù)時間可改 變和/或其他參數(shù)保證該改變?？商娲氖牵?dāng)控制器22開始編程和/或隨后運(yùn)行時，持續(xù) 時間(加壓時間和交疊時間)可被固定。在兩種情況下，時間或者時間常量可存儲在與控 制器22連接的閃型存儲器或者其他存儲器中。如果期望的話，例如經(jīng)由在最初制造期間、 在隨后的運(yùn)行環(huán)境和/或在使用期間時間，經(jīng)由串聯(lián)，時間常量可調(diào)節(jié)，而新的數(shù)值可儲存 在存儲器內(nèi)。例如，所希望的是，當(dāng)容器18內(nèi)的壓力(“容器壓力”或者Pres)增加時，減少狀 態(tài)1和3持續(xù)時間(加壓時間)。當(dāng)容器壓力增加時，較高的壓力可驅(qū)動穿過排空孔口 18 的更多氣體，減少了需要從裝載中篩床12A、12B排放排氣需要的時間量?？尚纬晒絹砀?據(jù)容器壓力確定最佳的時間(加壓時間)。例如，該公式可基于線性關(guān)系估計加壓時間=k*Pres(2)其中k為常量，可在理論上或者憑經(jīng)驗(yàn)確定。可替代的是，可例如基于經(jīng)驗(yàn)性測試 得到更復(fù)雜的公式。狀態(tài)2和4的持續(xù)時間(交疊時間)也可在制造期間或者運(yùn)行期間固 定或者調(diào)節(jié)，和/或如果期望的話，以類似方式在設(shè)備10操作期間呈動態(tài)。選擇性地，一個或多個止回閥(未示出)可設(shè)置在排氣管線(例如，在空氣集管16 的排氣通道68內(nèi)或者聯(lián)接到排氣開口 92)。當(dāng)設(shè)備10沒有工作時，并經(jīng)受變化的大氣壓力 和/或溫度時，這種止回閥可阻止篩床12 “呼吸”。例如，如果SMC DXT閥門為排氣調(diào)節(jié)閥 20e控制，則它們可作為止回閥。然而在沒有導(dǎo)向壓力情況下，排氣調(diào)節(jié)閥20e可能滲漏。 相對小的彈簧(未示出)可添加到這些閥門上，以阻止這種滲漏。可替代的是，一個或多個閥門(未示出)可與排空孔口 81平行或者代替排空孔口 81設(shè)置，即在篩床12的氧氣入口 /出口端34之間延伸的管線上。在此替代方案中，設(shè)備 10可利用與如上所述那些相似的四個(4)狀態(tài)循環(huán)操作。然而，在重疊時間期間或者在壓 力循環(huán)結(jié)尾，并聯(lián)的閥門可開啟，以主動地控制篩床12的加壓或者排空。
以下參考圖17-20來論述根據(jù)本發(fā)明原理的用于確定目標(biāo)壓力和閥定時即裝載/ 排空循環(huán)持續(xù)時間的技術(shù)。如在下面使用的那樣，“閥門時間”是指在裝載循環(huán)或者排空循 環(huán)期間。本發(fā)明設(shè)定閥定時，以便得到本發(fā)明的有益特征，即輕型、高輸出、長電池壽命、流 動的氧氣濃縮器。閥門時間在不同的氧氣生產(chǎn)水平時憑經(jīng)驗(yàn)最佳化。在篩床中較高壓力產(chǎn) 生較短的理想閥門時間?？梢哉J(rèn)為，這是由于較高的壓力產(chǎn)生穿過排空孔口的較高流量，這 使排氣床排空更快。如在圖17所示那樣，在步驟290通過首先確定成品罐/容器18壓力來確定閥門 時間，而其中的壓力根據(jù)壓力傳感器114輸出確定。應(yīng)該注意，由于基本上相同，因此使用 罐/容器18來代替篩床壓力。當(dāng)然也可使用篩床壓力。在步驟292中，閥門時間(ms)根 據(jù)在圖18中如曲線294所圖示的閥門時間和壓力之間的關(guān)系確定。限定閥門時間并與曲 線294對應(yīng)的公式如下定義閥門時間(ms) = 9OOO-壓力 X3OO(3)在步驟296中，在步驟232計算的閥門時間被低通過濾，以使其數(shù)值穩(wěn)定一段時 間，同時在步驟298中設(shè)置閥門時間。對閥門時間低通過濾的目的是阻止其變化太突然，否 則可能導(dǎo)致不穩(wěn)定和不良的系統(tǒng)性能。這樣，裝載時間和排空時間根據(jù)在步驟298確定的 閥門時間設(shè)定。在每個床循環(huán)之間，當(dāng)兩個加壓閥開啟并且兩個排氣閥關(guān)閉時，有較短(400ms) 的時間。這允許仍然沒有耗盡氧氣的增壓空氣從完成加壓循環(huán)的床輸送到剛開始循環(huán)的 床，減弱了需要的壓縮機(jī)氣流以及因此減小了能量。目前，這個時間是固定的，然而它可相 對于系統(tǒng)壓力略微地調(diào)節(jié)，用于獲得最佳性能。由于篩床因種種原因可失去平衡，例如，排空孔口非對稱、不同的篩元件、處理閥 性能等等，同時由于這可損害系統(tǒng)性能，本發(fā)明設(shè)想的是監(jiān)控在每個篩床中峰值產(chǎn)物罐壓 力以及跟蹤這些最高壓力的峰值比值。由于在每個階段，平均成品罐壓力可能不會表現(xiàn)出 篩床壓力，因此在本發(fā)明的典型實(shí)施例中，選擇峰值成品罐壓力。在每個階段期間第一部 分，成品罐壓力更多受前面床而不是當(dāng)前那個的壓力影響。在傳統(tǒng)的濃縮器中，成品罐壓力用作觸發(fā)參數(shù)，以代替時間使循環(huán)切換。這彌補(bǔ)了 在篩床中的差值。由于本發(fā)明具有變化的濃縮器輸出，因此這在本發(fā)明的便攜式氧氣濃縮 器中不起作用。在本發(fā)明中，閥門時間需要調(diào)節(jié)，例如，當(dāng)壓力較高時使該時間較短。如果 壓力用來切換床階段，則本發(fā)明將不可能使用壓力控制壓縮機(jī)電動機(jī)電壓。例如，電機(jī)轉(zhuǎn)速 將降低，同時閥門時間變成獲得目標(biāo)壓力所必需的數(shù)值。本發(fā)明設(shè)想利用比例積分控制環(huán)路來調(diào)節(jié)閥門時間，以使峰值比值趨向單一(1)。 如果第一篩床在比第二篩床較高峰值壓力下運(yùn)行，則第一篩床的閥門時間縮短，以使峰值 壓力靠近。2.把氧氣輸送到使用者濃縮氧氣存儲在容器18中，同時篩床12A、12B把氧氣與環(huán)境空氣隔離，借此，設(shè)備 10可能用來把濃縮氧氣輸送到使用者。如上所述，控制器22可聯(lián)接到氧氣輸送閥116上， 用于開啟和關(guān)閉氧氣輸送閥，以把氧氣從容器18輸送到設(shè)備10的使用者。在典型的實(shí)施例中，控制器22可周期性地開啟氧氣輸送閥116，用于預(yù)定“脈沖”。 在脈沖輸送期間，氧氣“丸劑”輸送給使用者，也就是說，氧氣輸送閥116開啟預(yù)定的脈沖持續(xù)時間，而此后關(guān)閉，直到下一個丸劑被輸送?？商娲氖?，控制器22可開啟氧氣輸送閥 116，用于連續(xù)輸送，例如，節(jié)流氧氣輸送閥，以調(diào)節(jié)輸送給使用者的流速。在又一個替代方 案中，控制器22可周期性地開啟以及節(jié)流氧氣輸送閥116預(yù)定時間，以改變輸送的丸劑量。在一個實(shí)施例中，在控制器探測一個事件后，例如探測使用者開始吸氣時，控制器 22可開啟氧氣輸送閥116。當(dāng)該事件被探測后，氧氣輸送閥116可開啟預(yù)定的脈沖持續(xù)時 間。在此實(shí)施例中，脈沖頻率或者間距(在氧氣輸送閥連續(xù)開啟之間的時間)可由使用者 呼吸頻率(或者其他事件間距)決定并與之對應(yīng)。輸送給使用者的總體氧氣流速因此基于 脈沖持續(xù)時間和脈沖頻率。選擇性地，控制器22可延遲開啟氧氣輸送閥116預(yù)定時間，或者延遲在使用者開 始吸氣后延遲，例如，以使輸送給使用者的氧氣量最大化。例如，此延遲可用來使在吸氣的 “功能”部分期間的供氧最大化。吸氣的功能部分是其中吸入大部分氧氣通過肺吸收到血流 的部分，而不是只用于充填例如肺內(nèi)的解剖死腔。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，吸氣的功能部分可以是大 約每次呼吸的上半部分和/或第一個六百毫秒(600ms)。這樣，在探測吸氣后預(yù)定延遲可以 在大約二十和一百五十毫秒(20-150ms)之間。這樣，這對于探測早期吸氣起始以及開始迅速地輸送氧氣以在吸氣功能部分期間 輸送氧氣特別有用。使用者通過他們的鼻子呼吸可產(chǎn)生相對強(qiáng)的壓降，例如在管內(nèi)大約一 厘米水(IcmH2O)的壓降。然而，如果使用者通過他們的口腔呼吸，則他們可產(chǎn)生在0.1厘 米水(0. IcmH2O)的壓降。例如，假定五伏特(5V)的激勵電壓，壓力傳感器122的輸出敏感度可以是大約 320uV/cmH20o因此為0. IV的壓降(例如來自通過口腔的吸氣)。如果控制器22包括具 有一千增益的放大器(未示出)，該放大器將形成大約三十二毫伏(32mV)的放大信號，這可 在十(10)比特五伏特(5V)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器中提供六次計數(shù)。如上面解釋的那樣，壓力傳感器122可出現(xiàn)漂移問題，這使控制器22識別吸氣開 始以及開啟氧氣輸送閥116困難。一個解決方案是當(dāng)設(shè)備10關(guān)閉時，重新設(shè)定壓力傳感器 122或者對其置零。然而，該壓力傳感器可以是熱敏的，從而該壓力傳感器可形成大于觸發(fā) 電平的漂移。如上所述，可替代的是，小閥門(未示出)可聯(lián)接到壓力傳感器122上，其中 該小閥門可周期性地開啟，以例如在氧氣輸送閥116開啟并且輸送氧氣時對壓力傳感器重 新設(shè)置或者置零。在更進(jìn)一步的替代方案中，同樣如上所述，相對小的孔口可設(shè)置在壓力傳感器122 和氧氣輸送閥116之間，這在氧氣輸送期間，例如在脈沖象一百毫秒(IOOms)那樣短的期 間，可允許壓力傳感器重新設(shè)置或者置零。在再一個替代方案中，控制器22包括對來自壓 力傳感器122信號過濾的硬件和/或軟件，以確定使用者開始吸氣的時間。在此替代方案 中，控制器22需要足夠地敏感，以例如當(dāng)使用者使用不同的呼吸技術(shù)時正確地觸發(fā)氧氣輸 送閥116。例如，一些使用者習(xí)慣皺起嘴唇呼吸，例如通過他們的鼻子吸氣并通過皺起嘴唇 呼出。在呼吸技術(shù)期間，控制器22不會探測將表示吸氣即將開始的呼氣信號。也可使用濾除算法，以區(qū)別吸氣開始和呼氣的遞減速度，這可能誤導(dǎo)控制器在呼 氣長期間內(nèi)觸發(fā)氧氣輸送(這是浪費(fèi)的)。此外或者替代的是，控制器22的濾除算法需要 在長呼吸期間“擋住”，例如，以避免在相對長的單個吸氣期間輸送多個脈沖。例如，如果控 制器設(shè)計成在它探測預(yù)定閾值以下壓降時開啟氧氣輸送閥116，則它可在單個吸氣期間開啟該氧氣輸送閥兩次(這也是浪費(fèi)的)。在此情況下，在吸氣后濾除算法時間被感測例如至 少大約1. 5秒?？商娲氖牵刂破?2可在固定的也就是說不依賴于使用者呼吸頻率或者可動 態(tài)地調(diào)節(jié)的脈沖頻率開啟氧氣輸送閥。例如，該控制器可基于監(jiān)控兩個或更多前面呼吸的 平均或者瞬時間隔或者頻率，預(yù)期吸氣而開啟氧氣輸送閥116。在又一個替代方案中，控制 器可基于這些參數(shù)組合來啟閉氧氣輸送閥116，例如基于使用者的呼吸頻率，然而如果最小 的預(yù)定頻率沒有遇到，則開啟氧氣輸送閥。對于脈沖輸送，該脈沖持續(xù)時間可基于由使用者選擇的劑量設(shè)定值。通過這種方 式，在給定的特定劑量設(shè)定值下，每當(dāng)氧氣輸送閥116開啟時，基本上相同的氧氣量可輸送 給使用者。該劑量設(shè)定值可以是使用者選擇的定量或者定性的設(shè)定值。定性的劑量設(shè)定可 涉及刻度盤或者一個或多個按鈕(例如在使用者接口 144上)，這種刻度盤或者一個或多個 按鈕允許使用者在從一到十(1-10)或者從最小值到最大值之間的范圍選擇的刻度尺上。 控制器22可把定性設(shè)定值與期望流速或者丸劑尺寸相關(guān)聯(lián)，例如與設(shè)備10最大流量容力 相關(guān)聯(lián)。例如，該設(shè)置值可與設(shè)備10可供應(yīng)濃縮氧氣范圍內(nèi)的點(diǎn)對應(yīng)，例如在設(shè)備最大容 量的零和百分之一百之間(0-100%)。例如，對于設(shè)備10可使用例如在大約六和十六每分 鐘升之間(6-161pm)的最大流率(或純氧等效流速)。可替代的是，可使用例如在大約十和 一百五十毫升(10-150ml)之間或者在大約十和八十毫升(IO-SOml)之間的最大丸劑體積。定量的設(shè)定可允許使用者選擇期望流速(例如用Ipm表示)，這可以是實(shí)際的 濃縮氧氣流速或者等效的純氧流速，或者期望的丸劑體積(例如毫升)?？蛇x擇的流速 或者體積也可通過設(shè)備10的容量限制，這與定性設(shè)置類似。有關(guān)利用基于體積的劑量設(shè) 置系統(tǒng)而不是推斷連續(xù)流動當(dāng)量值的另外信息可在P. L. Bliss、R. W. McCoy和Α. B. Adams 的 Characteristics ofDemand Oxygen Delivery Systems :Maximum Output and Setti股Recommendations (需求氧氣輸送系統(tǒng)的特點(diǎn)最大輸出和設(shè)置推薦)中找到，呼吸 護(hù)理2004年第49(2)期第160-165頁，其中該文章的全部內(nèi)容在這里通過參照方式引入。當(dāng)劑量設(shè)置值增加時，脈沖持續(xù)時間也增加，例如從大約五十到五百毫秒 (50-500ms)，以在每個脈沖期間輸送預(yù)定的丸劑。如果使用者的呼吸頻率保持基本上恒 定，則該脈沖頻率也可保持基本上恒定，從而使輸送給使用者的總體流速增加。然而，在實(shí) 際使用期間，使用者的呼吸頻率例如可基于活動程度、環(huán)境條件等等改變。例如，對于肺病 患者的呼吸頻率可從大約十三到四十(13-40)呼吸每分鐘變化，或者從大約十八到三十 (18-30)呼吸每分鐘變化。因此，設(shè)備10能夠把這些頻率的脈沖輸送到使用者。由于例如設(shè)備10的便攜式濃縮器具有相對小的尺寸，可出現(xiàn)劑量設(shè)置值和使用 者的呼吸頻率超過設(shè)備容量的情況。這樣，對于任何給定的劑量設(shè)置值，也就是說每次呼吸 的特定體積(例如ml)，該設(shè)備可具有最大呼吸頻率，在此最大呼吸頻率下，設(shè)備可在期望 的劑量設(shè)置值輸送氧氣。如果對于特定的劑量設(shè)置值，超過最大呼吸頻率，則設(shè)備可以一個或者多個方式 響應(yīng)。例如，設(shè)備10可包括警告使用者這樣一個事件出現(xiàn)時間的警報器，舉例來說視覺和/ 或音頻的警報器。這可警告使用者以及如果必要的話，該使用者可通過休息等使其呼吸頻 率放慢。
此外或者可替代的是，設(shè)備10可改變輸送參數(shù)，以把輸送量保持在設(shè)備最大流速 容量附近，例如大約900ml/min或者大約1，200ml/mino為此，在給定的使用者呼吸頻率下， 控制器22計算可輸送的丸劑大小(例如通過呼吸頻率把最大流速分割或者利用查找表格) 并因此調(diào)節(jié)脈沖持續(xù)時間(和/或節(jié)流氧氣輸送閥116)。例如，假定在預(yù)定時間，例如最 近三十秒(30seC)，控制器22探測使用者具有大約二十三(23)次呼吸每分鐘的呼吸頻率， 同時劑量設(shè)置值為輸送四十毫升(40ml)每次呼吸，則產(chǎn)生的流速920ml/min將設(shè)備超過 900ml/min的能力。因此，控制器22可減少脈沖持續(xù)時間，以例如通過減少脈沖持續(xù)時間至 少大約(1900/920)或者大約百分之二(2%)而把流速減少到等于或低于900ml/min。當(dāng)選擇用于脈沖輸送的體積流速時，也可同時考慮一個或多個附加因素。例如，較 高的流量在插管內(nèi)可能形成較大回壓，使流量控制更困難，特別是在如便攜式氧氣濃縮器 的相對低的壓力系統(tǒng)中，這與這里描述的設(shè)備10類似。選擇性地，設(shè)備10可以使效率最大化的方式操作，例如，以減少能量消耗并延長 設(shè)備電池壽命。這可增強(qiáng)使用者的機(jī)動性，例如，允許他們較長時間內(nèi)保持不依賴于外部電 源?？膳c幾個變量有關(guān)，以確定操作設(shè)備10需要多少能量。自變量是速度或者壓縮機(jī) 14功率，這可消耗設(shè)備使用功率的差不百分之多九十五(95% )。壓縮機(jī)的速度可通過控制 器22控制，并基本上是電池148功率的脈沖寬度調(diào)制(“PWM”)，也就是說，功率需要越多， PWM工作循環(huán)就越高。可使用電機(jī)40的閉環(huán)速度或者扭矩控制，然而可能不是必需的。在過程循環(huán)期 間，當(dāng)壓力增加時，由于較高的轉(zhuǎn)矩要求，壓縮機(jī)14電機(jī)速度可減少。這可導(dǎo)致需要的總能 量均勻，使電流峰值最小化。在過程循環(huán)期間，當(dāng)篩床進(jìn)給閥開啟而篩床/成品罐壓力向目標(biāo)壓力增加時，電 機(jī)沒有控制到固定速度。相反，電機(jī)轉(zhuǎn)速被允許降低，然而，設(shè)置給電機(jī)的電流/功率受限 制。通過限制電機(jī)的電流/功率，這使電池消耗即電池壽命最大化。由于電池放電電流降 低，并因此電池工作時間增強(qiáng)/最大化，所以如此。PWM可表達(dá)為從零到百分之一百(0-100%)的百分比，零對應(yīng)于壓縮機(jī)14關(guān) 閉，而百分之一百對應(yīng)于壓縮機(jī)在它的最大速度下操作。在實(shí)踐中，存在可達(dá)到的最小 值，在最小值以下壓縮機(jī)14可能不運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，真實(shí)的范圍可以是大約四十到百分之一百 (40-100% )。在這里的公式假定關(guān)系是線性的，這就提供了充分近似法。可替代的是，根據(jù) 理論和經(jīng)驗(yàn)計算可推導(dǎo)出更詳細(xì)的公式，例如，可利用控制器22內(nèi)存儲器的非線性方程或 者查找表格來實(shí)現(xiàn)。PWM可通過監(jiān)控容器壓力(容器18內(nèi)壓力)和以及控制壓縮機(jī)的電機(jī)40來保持 目標(biāo)容器壓力。例如，控制器22可聯(lián)接到容器內(nèi)的壓力傳感器114上，以監(jiān)控該容器壓力， 而控制器可因此調(diào)節(jié)電機(jī)的PWM。該目標(biāo)容器壓力可以是不變的，例如在制造或者運(yùn)行期間 設(shè)置，或者可以是動態(tài)的，例如，被改變以保持目標(biāo)氧氣純度和/或其他參數(shù)，如在本說明 書其他地方進(jìn)一步描述的那樣?？商娲氖?，可監(jiān)控多個變量，可對電機(jī)40進(jìn)行控制以在 選定的目標(biāo)保持多個變量。例如，可基于劑量設(shè)置使和使用者呼吸頻率來選擇目標(biāo)容器壓力。在典型的實(shí)施 例中，目標(biāo)容器壓力在大約五和十五平方英寸磅(5-15psi)之間或者在大約六和十二平方英寸磅(6_12psi)之間?？蛇x擇的是，如下面進(jìn)一步解釋那樣，目標(biāo)壓力可基于其他參數(shù)調(diào) 節(jié)，例如氧氣純度。使用者呼吸頻率可通過控制器22例如基于來自壓力傳感器122的壓力讀數(shù)確定。 當(dāng)使用者吸氣(例如從圖9A和9B所示的切口 133、137和溝道135抽取氧氣)時，壓力傳 感器可探測壓力減少?？刂破?2可監(jiān)控壓力傳感器122探測壓力減少時的頻率，以確定呼 吸頻率。此外，控制器還可使用通過壓力傳感器120探測的壓力差。當(dāng)劑量設(shè)置值增加時，使用者呼吸頻率增加，和/或電池電壓下降，產(chǎn)品容器壓力 可傾向于下降。為了彌補(bǔ)此壓降，PWM可增加。這樣，可選擇目標(biāo)容器壓力，同時控制器22 可實(shí)現(xiàn)控制環(huán)路，以保持此目標(biāo)容器壓力。圖19示出了設(shè)備10控制壓縮機(jī)14中電機(jī)40速度的過程的實(shí)例。本發(fā)明控制電 機(jī)40的速度以便在成品罐或者容器18中保持平均目標(biāo)壓力。應(yīng)該注意的是，電機(jī)轉(zhuǎn)速沒 有被感測或者確定，如果完全監(jiān)控的話，只為提供信息目的而進(jìn)行。還應(yīng)該注意的是，電機(jī) 轉(zhuǎn)速本身沒有被控制。相反，在圖19中示出的過程用來調(diào)節(jié)為電機(jī)提供的電壓，這可能改 變或者可能不改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，例如視電機(jī)經(jīng)受的轉(zhuǎn)矩而定。在步驟300中，需氧量(分鐘體積)由脈沖或者劑量設(shè)置值和平均病人呼吸頻率 來確定。在步驟302中，根據(jù)在此步驟中給出的關(guān)系，分鐘體積用來計算目標(biāo)成品罐壓力 (目標(biāo)壓力)。在分鐘體積和目標(biāo)壓力之間的關(guān)系在圖20中以曲線303圖示出。較高的目 標(biāo)壓力需要較高的氧氣產(chǎn)物。該目標(biāo)壓力已經(jīng)憑經(jīng)驗(yàn)確定成足夠高，帶有一些安全系數(shù)，來 在分鐘體積范圍內(nèi)產(chǎn)生氧氣。該目標(biāo)壓力通過產(chǎn)品輸出純度更進(jìn)一步慢慢地修改(在整個工作時間)。此修改 系數(shù)稱為“02因子”。參見圖19中步驟304。O2因子具有1的最小值，以便最初默認(rèn)目標(biāo)壓 力值不能減少(如避免純度傳感器漂移)。然而在步驟302中，如果純度不斷地在標(biāo)準(zhǔn)純 度以下運(yùn)行較長時間，例如88%，則壓力可增加一個增加的O2因子。這樣做例如以允許由 于水負(fù)荷導(dǎo)致篩床長期老化。如在步驟306中所示那樣，比例積分控制環(huán)路用來基于平均 的時間來保持在成品罐中此目標(biāo)壓力。壓縮機(jī)電機(jī)加速(如在步驟308中所表示那樣，通 過低通濾波器慢慢地)，以形成較高的成品罐壓力，并如果壓力比目標(biāo)高時減速。如在步驟 310中所示那樣，PWM用來控制速度，其中該速度電機(jī)看作為變化電壓。由于在PWM上有低通濾波器，在整個篩床循環(huán)，提供到電機(jī)的電能保持相對固定。 因此，當(dāng)篩床壓力在循環(huán)中提高時，由于壓力負(fù)荷(轉(zhuǎn)矩)增加，壓縮機(jī)被允許減慢。此依 次導(dǎo)致在需用功率方面波動比如果固定速度(rpm)作為目標(biāo)時少。較高的電能將是工作激 烈的結(jié)果，以在增加的壓力負(fù)荷下保持固定的rpm。產(chǎn)生的較低的電能波動意味著較低的峰 值電池電流，這導(dǎo)致電池壽命(持續(xù)時間)增加。計算PWM以保持成品罐壓力，其中該P(yáng)WM被通過對系統(tǒng)電壓改變而進(jìn)行修改。這 樣，如果PWM與在負(fù)荷(-13伏特)時的電池一起正確地設(shè)置，同時AC外部電源(18V)接上， 則電機(jī)轉(zhuǎn)速保持基本上相同，只有輕微跳越。本發(fā)明設(shè)想然而不需要利用通過氧氣傳感器118監(jiān)控的氧氣純度來控制電機(jī)的 速度。氧氣純度的變化可受篩床12內(nèi)篩床材料狀態(tài)、被抽進(jìn)設(shè)備10內(nèi)填充篩床的環(huán)境空 氣溫度和/或濕度等等的影響?？刂破?2可具有存儲在存儲器中設(shè)定的目標(biāo)氧氣純度，該 氧氣純度在大約85-93%之間，例如88%，并可監(jiān)控由氧氣傳感器118探測的純度。如果氧氣純度降低到目標(biāo)氧氣純度以下，則控制器22可增加該目標(biāo)容器壓力，以補(bǔ)償和提高氧氣 純度。這可觸發(fā)控制器基于控制器使用的控制環(huán)路來增加PWM，以維持新的目標(biāo)容器壓力。這樣，控制器22可修改PWM，也就是說壓縮機(jī)14的電機(jī)40的速度，以把容器維持 在它的目標(biāo)壓力附近，其中該控制器可基于控制器監(jiān)控的參數(shù)來修改目標(biāo)壓力。最大氧氣生產(chǎn)速率取決于壓縮機(jī)14的速度，而壓縮機(jī)14速度又取決于來自電池 148的輸入電壓。為了有效地操作，對于設(shè)備10所希望的是，正當(dāng)電池開始耗盡電能時，在 或者接近目標(biāo)參數(shù)操作。對于4S4P鋰電池，在電池負(fù)荷最后的電壓可以是大約十一伏特 (11)。當(dāng)此電池是新電池時(或者當(dāng)設(shè)備10連接到外部電源)比較起來，該電壓大約為 16. 8伏特。當(dāng)電池148充足電時，為了阻止過剩氧氣產(chǎn)生，所希望的是，對于壓縮機(jī)14強(qiáng)加 最大速度，例如不超過大約2，500rpm。可替代的是，控制器22可允許此最大速度偶爾超過 預(yù)定安全限度，以減少對壓縮機(jī)14破壞的危險。舉例來說，對于輸出每次呼吸六十毫升(60ml)的設(shè)備來說，可使用大約每分鐘八 升(81pm或者大約133ml/s)的典型流速。88%氧氣的等效體積大約是七十毫升(70ml)，而 脈沖持續(xù)時間將為大約0. 53秒。如果設(shè)備能夠產(chǎn)生到大約1200ml/min，則在最大劑量設(shè)置 的最大呼吸頻率將是大約每分鐘十七(17)次呼吸。假定1:2的I:E比值，同時使用者每一 次呼吸的第一個百分之五十(50%)是功能性的(以及不是充填死腔)，則最少有效時間將 是0.60秒。在較高的呼吸頻率下，由于最大生產(chǎn)速率，最大脈量(和脈沖持續(xù)時間)將較 低。由于設(shè)備10可在相對較低壓力下操作，例如在大約五和十二平方英寸磅 (5-12psi)之間，則穿過設(shè)備內(nèi)任何控制通道的流動將沒有聲音。因此，例如，如果由于使 用者連接的插管或者套管導(dǎo)致設(shè)備10的回壓變化，則可導(dǎo)致在輸送給使用者氧氣的流速 上發(fā)生變化。在每分鐘八升(81pm)，插管的阻力可在大約0.7和二平方英寸磅(0. 7-2psi) 之間，例如對于Hudson插管或者TTO導(dǎo)管差不多是這樣。此增加的回壓可使輸送給使用者 氧氣的流速減少差不多百分之二十五(25% )。為了允許在容器壓力和下游壓力(經(jīng)由插管從容器18到使用者的壓力)兩者變 化，可使用以下算法。閥門“接通時間”可調(diào)節(jié)，以維持固定的脈量(通過選擇劑量設(shè)置值 而設(shè)置)。容器壓力可在氧氣輸送閥166關(guān)閉期間測量，而例如在氧氣輸送閥116開啟時， 可使用壓力傳感器120來測量穿過氧氣輸送閥116的壓力。閥門接通時間或者脈沖持續(xù)時間(在表2中輸送時間)可作為劑量設(shè)置值系數(shù)來 設(shè)置，其中通過氧氣純度調(diào)節(jié)，以得到實(shí)際體積、容器壓力和穿過氧氣輸送閥116的壓降。 在表2中示出了可用于這些計算的公式，包括可能用來操作設(shè)備10的典型的控制參數(shù)。
表2在替代實(shí)施例中，閥門(未示出)與壓力調(diào)節(jié)器類似。它代替控制下游的表壓力， 控制穿過位于具有輸送閥的下游管內(nèi)孔口的壓降。通過這種方式，不管下游壓力如何，均可輸送相同流速，而在選定脈沖持續(xù)時間產(chǎn)生的體積基本上是恒定的。當(dāng)使用者例如通過下壓接通/停機(jī)開關(guān)或者下壓例如在使用者接口 144的觸摸屏 上“按鈕”時決定關(guān)掉或者關(guān)閉設(shè)備10時，對于設(shè)備所希望的是，自動地完成程序，以保護(hù) 設(shè)備。例如，如果關(guān)機(jī)后增壓空氣保持篩床12中，則空氣的水可凝結(jié)或者由篩床材料吸收， 這會破壞篩床材料。還所希望的是，把篩床12與大氣條件基本上隔離，例如，當(dāng)設(shè)備10遇 到變化的大氣壓力和/或溫度時阻止篩床“呼吸”。任何這種呼吸均可把空氣引入篩床或者 從篩床排出空氣，這樣會把水氣弓I入篩床材料。當(dāng)設(shè)備10正在關(guān)閉時，氧氣輸送閥116可關(guān)閉，以中斷從容器18的供氧。供氣調(diào) 節(jié)閥20s可自動地關(guān)閉(當(dāng)電能截斷時主動地或者作為默認(rèn))，例如，同時排氣調(diào)節(jié)閥20e 開啟。在第一預(yù)定時間后，例如在大約一百和三百毫秒(100-300ms)之間，壓縮機(jī)14可關(guān) 閉。在關(guān)閉供氣調(diào)節(jié)閥20s后，暫時地關(guān)閉壓縮機(jī)14操作可留下集管16內(nèi)的剩余壓力，這 可在長時間內(nèi)增強(qiáng)對調(diào)節(jié)閥20s關(guān)閉的保持。此壓力可隨著時間慢慢地漏泄。在第二預(yù)定時間后，例如在大約九和十二秒(9-12seC)之間，允許任何增壓空氣 從篩床12排放，該排氣調(diào)節(jié)閥20e可關(guān)閉(當(dāng)電能截斷時主動地或者作為默認(rèn))。運(yùn)送袋H.運(yùn)輸袋在圖IA和IB中清楚地示出了設(shè)備10的總體外觀。底部外表面由空氣集管16限 定，相對頂部外表面由氧氣集管102限定，一個端部的外表面由側(cè)板59、159限定，相對的其 他端部外表面由篩床12和容器18限定，一個側(cè)部外表面由板200限定，而相對的其他側(cè)部 外表面由板202限定。在典型的實(shí)施例中，板200和202是相對薄的片材，例如塑料或者金 屬。它們的主要作用是封閉設(shè)備的內(nèi)部容積。然而，它們均可提供用于裝置的結(jié)構(gòu)支撐。本 發(fā)明還設(shè)想這些板可完全省略?？梢岳斫獾氖?，通過上述部件呈現(xiàn)的設(shè)備的外觀在美學(xué)上沒有令人喜歡，為設(shè)備 幾乎沒有提供保護(hù)，并對減少由設(shè)備產(chǎn)生的聲音沒有幫助。為了實(shí)現(xiàn)這些以及其他功能，本 發(fā)明設(shè)想提供一種運(yùn)輸袋210來裝設(shè)備10。該運(yùn)輸袋210消除了對傳統(tǒng)便攜式氧氣濃縮器 典型的外部塑料封閉體的需要，減輕了重量。在圖21-23中示出了適合于此目的運(yùn)輸袋210的實(shí)例。袋210由輕型材料制成， 例如具有PVC涂層的聚酯，其中該袋210的形狀大概與設(shè)備10的形狀對應(yīng)，并完全封裝設(shè) 備。材料或者材料組合選擇成耐用、輕質(zhì)、防銹、耐水或者其任何結(jié)合。本發(fā)明設(shè)想的是，設(shè)備10和袋210緊固一起，以便設(shè)備容易從后面拆開。例如，螺 釘、螺栓或者其他緊固件可用于把該袋結(jié)合到氧氣儲存設(shè)備。這允許技術(shù)人員例如從設(shè)備 拆開袋，然而對于使用者將很難從袋中移開設(shè)備，以及阻止設(shè)備意外地降落或者從袋中滑 出。以這種方法，袋成為整個氧氣儲存設(shè)備的不可分割部分。袋210具有大概的矩形形狀，以與設(shè)備10的形狀匹配。然而，沒有要求袋的形狀 與其容納的濃縮器形狀匹配。袋210包括頂板或者舌212，這種頂板或者舌212可至少部分 地與袋其余部分分離，以允許進(jìn)入袋內(nèi)部。在示出的實(shí)施例中，拉鏈214設(shè)置在袋周邊一部 分，以如圖23所示允許頂板212開啟，或者如在圖21和22所示那樣關(guān)閉。通過此進(jìn)入，設(shè) 備可放置到袋中以及從其中移開。本發(fā)明設(shè)想在拉鏈214上設(shè)置鎖具，以便頂板不能擅自 地開啟。頂板212包括當(dāng)其關(guān)閉時覆蓋觸摸屏顯示器230的透明板216。此透明板具有足
34夠的柔性，從而使用者可通過此板操作觸摸屏用戶接口。透明板216由耐水、耐用材料制 造，從而它可在不阻礙它的使用情況下有效地保護(hù)觸摸屏。頂板還包括插管倒溝入口 218， 以便插管倒溝139貫穿袋壁。在典型的實(shí)施例中，例如氯丁橡膠的柔性材料設(shè)置在插管倒 鉤入口 218周圍，以阻止水進(jìn)入，并允許在插管倒鉤貫穿袋壁位置存在柔性。為了接近電池開口 140a和/或140b，電池槽220也設(shè)置在頂板212上。電池槽舌 222覆蓋電池槽220上，并經(jīng)由緊固機(jī)構(gòu)保持在閉合位置，其中這種緊固機(jī)構(gòu)例如為鉤和環(huán) 緊固件、拉鏈、咬合件等。移動電池槽舌222可允許進(jìn)入電池槽220，以便電池可設(shè)置在電池 槽中或者從其中移開。盡管在袋200中只示出了一個電池槽220和電池槽舌222，然而可以 理解的是，第二電池開口也可以進(jìn)入并通過類似系統(tǒng)覆蓋。然而，如果只設(shè)置一個電池槽， 則第二電池開口可借助于敞開頂板212進(jìn)入，如圖23所示那樣。袋210的端壁包括一個或多個入口切口 226，當(dāng)設(shè)備10位于袋內(nèi)時，該入口切口 226覆蓋入口開口 160a、160b上。格網(wǎng)或者其他網(wǎng)屏228設(shè)置在入口切口 226上，以阻止較 大物質(zhì)進(jìn)入入口開口 160a、160b。在典型的實(shí)施例中，在袋內(nèi)部或者外部或者在兩者，過濾器容納穴也設(shè)置在入口 切口 226上面，用于保持在入口開口 160a、160b上面放置的拋棄式過濾器。在又一個實(shí)施 例中，該袋設(shè)計成到達(dá)入口開口 160a、160b的空氣流徑是彎路，并在向下方向敞開，以阻止 水進(jìn)入到袋內(nèi)部。本發(fā)明還設(shè)想的是，袋200包括可固定到袋上或者可從該袋上拆卸的攜帶把手或 者系帶224。該袋還包括孔232?？?、把手或者系帶的數(shù)目、大小、位置和結(jié)構(gòu)可以任何方式 變化，以適合使用者的需要，這些需要包括設(shè)置內(nèi)部孔穴或者凹口。減震器或者其他隔離物可設(shè)置在該運(yùn)輸袋壁的一個或多個內(nèi)表面上。選擇性地， 袋200可包括襯墊或者其他吸聲材料，以有助于使袋外部聲音最小化。換句話說，該袋本身 可由減音材料制成或者裝有減音材料，或者可在關(guān)鍵位置包括聲音衰減材料，以使聲級保 持在最小水平。此外，泡沫墊或者其他支撐/減震材料可設(shè)置在袋內(nèi)部的底部上或者在袋 其他位置上，以支撐設(shè)備10。在典型的實(shí)施例中，相對高密度的泡沫墊可設(shè)置在袋的每個 下角落上，用于保護(hù)設(shè)備10，而在其他地方使用較低密度的泡沫材料，以使重量最小化。此 外，該袋的底部可帶有高強(qiáng)度、不透水材料，例如橡膠，以保護(hù)袋底部，而該底部可料到要經(jīng) 受最大的磨損。I.觸摸屏用戶接口圖24-32示出了在設(shè)備10使用期間設(shè)置在用戶接口 144上的顯示信息，也就是說 視覺信息。更具體地說，這些圖示出了設(shè)置在觸摸屏230上的信息。當(dāng)裝置關(guān)閉時，顯示器 為空白。如圖24所示，當(dāng)一旦觸摸屏230被觸摸，則出現(xiàn)接通/關(guān)閉圖標(biāo)240。激活該設(shè)備 需要觸摸接通/關(guān)閉圖標(biāo)240，使該系統(tǒng)進(jìn)入到激活狀態(tài)。觸摸觸摸屏其他位置不會啟動設(shè) 備。這樣，激活該裝置需要在觸摸屏上兩次觸摸，其中第二次觸摸在觸摸屏的特定位置上。 本發(fā)明的此“雙觸摸”特征阻止了設(shè)備的不需要或者非故意的激活。一旦激活，該系統(tǒng)可顯示預(yù)定信息，例如公司徽號、廣告、用戶指令、診斷信息、誤 差信息、用法信息等等。圖25示出了在啟動時可設(shè)置在觸摸屏上的信息。如圖25所示，觸 摸屏230包括表示目前設(shè)備運(yùn)行軟件版本的字段242、表示設(shè)備已經(jīng)使用小時數(shù)目的字段 246以及表示任何誤差碼的字段248，其中該誤差在診斷過程期間被探測，而該診斷過程在較早前和/或在裝置啟動期間已經(jīng)進(jìn)行。圖26示出了在設(shè)備10打開后設(shè)置在典型觸摸屏230上的信息。如此圖所示，觸 摸屏230包括接通/關(guān)閉圖標(biāo)240、脈沖劑量或者流量設(shè)置指示250(在示出實(shí)施例中為數(shù) 字“1”)以及電池圖標(biāo)252?？梢岳斫獾氖?，流量設(shè)置指示250的尺寸相對較大，也就是說 足夠大以占據(jù)整個觸摸屏的20-80%。這能夠讓使用者容易在視覺上識別流量設(shè)置值。在 本發(fā)明的典型實(shí)施例中，流量設(shè)置圖標(biāo)的實(shí)際高度至少是二分之一英寸而實(shí)際的寬度至少 是四分之一英寸。在典型的實(shí)施例中，高度至少為1.25英寸，而每個數(shù)字的寬度是二分之 一英寸或者更大。此外，在典型的實(shí)施例中，電池圖標(biāo)252至少為1/2英寸寬和至少3/4英 寸高。電池圖標(biāo)252是實(shí)心的電池形狀圖象，這表示原電池被插入電池開口 140a中，同 時該電池充滿電。將理解的是，如果二次電池被插入二次電池開口 140b中，則第二電池圖 標(biāo)顯示在觸摸屏230的另一側(cè)上(例如參見圖28)。這能夠讓使用者迅速和方便地確定什 么電池插入到電池開口中以及在每個電池中剩余的壽命。圖27示出了以呈現(xiàn)在電池中剩余能量(或者用掉)形式的電池圖標(biāo)252。在此實(shí) 施例中，電池圖標(biāo)具有右字段260和左字段262。這些字段用來提供關(guān)于電池的更詳細(xì)信 息。例如，在這個實(shí)施例中，右字段260表示充電量(例如在示出實(shí)施例中為75% )，而左 字段262表示電池是否在充電。在示出的實(shí)施例中，直條以一些方式卷動或者活動，以表示 正在進(jìn)行電池充電。在觸摸屏230還顯示交流電源圖標(biāo)266，以表明設(shè)備連接到交流電源上圖28示出了表明由電池圖標(biāo)252a和252b指示那樣的兩個電池插入到電池開口 的典型顯示圖象。從此顯示圖象中可以理解的是，在電池開口 140b中的二次電池是充足電 的(左電池圖標(biāo)252b)，而在電池開口 140a中的原電池幾乎放空(右電池圖標(biāo)252a)并且 正在充電。觸摸屏230還包括直流電源圖標(biāo)270，這表示設(shè)備是否連接到直流電源上，例如 經(jīng)由汽車適配器供應(yīng)的那種。為了改變流量設(shè)置值，使用者必須首先按壓流量設(shè)置指示圖標(biāo)250。在很短時間 后，例如2-6秒，流量設(shè)置值改變圖標(biāo)272和/或274顯示，在圖29和30中示出了其中的 實(shí)例。注意在圖29中只示出了一個流量設(shè)置值改變圖標(biāo)，由于“1”是最小的流量設(shè)置值， 從而流量設(shè)置值只得增加，而不降低。驅(qū)動流量設(shè)置值改變圖標(biāo)將使設(shè)備對輸出流量改變。 新的流量設(shè)置值被顯示。流量設(shè)置值改變圖標(biāo)將保持在屏幕上一個較短時間，例如2-6秒， 或者直到流量設(shè)置值指示圖標(biāo)250被再次按壓。如上所述，設(shè)備10包括如果監(jiān)視變量超過閾值時進(jìn)行音響報警或者其他警報的 能力。圖31和32示出了當(dāng)探測到報警狀態(tài)時觸摸屏230外觀的實(shí)例。在探測到報警出現(xiàn) 時，表示警報特性的報警圖標(biāo)顯示在觸摸屏上。注意流量設(shè)置值指示圖標(biāo)250的尺寸已經(jīng) 減小，以較好地示出報警圖標(biāo)。在示出的實(shí)施例中，報警狀態(tài)沒有探測到使用者呼吸。這例 如可在使用者停止利用裝置時出現(xiàn)。還設(shè)置了如果報警狀態(tài)導(dǎo)致聲音報警的聲音報警圖標(biāo)278。聲音報警圖標(biāo)278用 來通過僅僅觸摸那個圖標(biāo)而把聲音報警打開或者關(guān)閉。在圖31中，聲音報警打開，而在圖 32中，聲音報警停止。圖33為示出了設(shè)置在觸摸屏230上的報警圖標(biāo)的圖表。以下是在此圖表中列出 的每個報警條件的簡要討論。
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沒有呼吸報警-當(dāng)30秒或更多的時間里沒有探測到呼吸時，此報警出現(xiàn)。一旦呼 吸被探測到，此報警將停止。如果在大約5分鐘后沒有探測到呼吸，則該單元將關(guān)閉以節(jié)約 能源。氧濃度報警_當(dāng)設(shè)備10沒有輸送規(guī)定氧氣濃度時此報警出現(xiàn)。高呼吸速率報警_此報警通知使用者呼吸速率開始超過設(shè)備能力。當(dāng)呼吸速率減 少時該報警本身將重新設(shè)定。技術(shù)故障/ 一般故障報警_當(dāng)此報警出現(xiàn)時裝置關(guān)閉。當(dāng)電池用完或者裝置具有 一般故障以及單元不再正確地操作時出現(xiàn)此報警。聲音報警圖標(biāo)_當(dāng)聲音報警出現(xiàn)時此圖標(biāo)出現(xiàn)。按壓此圖標(biāo)來停止聲音報警。報警停止圖標(biāo)_當(dāng)使用者按壓聲音報警圖標(biāo)以停止聲音報警時出現(xiàn)此圖標(biāo)。電池低位報警_當(dāng)電池壽命剩余大約17分鐘時電池圖標(biāo)閃爍。電池耗盡報警_表示電池壽命剩余大約2分鐘?？梢岳斫獾氖?，本發(fā)明不想局限于圖中示出和/或在這里描述的圖標(biāo)和字段。其 他信息也可以實(shí)際上的任何形式設(shè)置，包括動畫和聲音。此外，可設(shè)置信息組合。通過利 用單個觸摸屏顯示來設(shè)置大量的功能，本發(fā)明避免了對單獨(dú)或者專用輸入/輸出裝置的需 要。例如，隨動裝置一般地用于傳統(tǒng)的氧氣濃縮器，并可在本發(fā)明中被淘汰，本發(fā)明贊成利 用觸摸屏230，以實(shí)現(xiàn)它們功能中的每一個接通/停機(jī)開關(guān)、流量設(shè)置值按鈕、流量設(shè)置值 指示(流量計或者數(shù)字指示器)、操作狀態(tài)報警LEDs以及電力和/或電池指示器。本發(fā)明還設(shè)想在觸摸屏230上提供隱藏圖標(biāo)，這些圖標(biāo)可激活，以獲取一些功能， 其中這些功能只應(yīng)當(dāng)通過具有授權(quán)操作的某人執(zhí)行，如技術(shù)人員。例如，沒有通過任何圖標(biāo) 表示的觸摸屏230 —部分可在啟動期間變成有效。按壓那部分屏幕提供了服務(wù)/設(shè)置菜單 的入口，這允許使用者執(zhí)行高級特征，例如校準(zhǔn)氧氣傳感器。J.性能比較設(shè)備10具有幾個特征，對于給定尺寸、規(guī)格、重量和聲級，能夠使其比傳統(tǒng)的便攜 式氧氣濃縮器從而AirSep Lifestyle和肌收縮原濃縮器提供更好的氧氣輸出方面性能。例 如，設(shè)備10包括高輸出、高效率的3頭徑向空氣壓縮機(jī)/電機(jī)，在典型的實(shí)施例中，重量只 有516克(1. 141bs)。此外，對于設(shè)備的其他特征，選擇集成、輕質(zhì)部件。在典型實(shí)施例中的 篩床中小罐具有0. 020英寸壁厚。此外，通過提供具有集成氣體流路的空氣集管和氧氣輸 送集管，并使這些集管限定用于其他部件的結(jié)構(gòu)支撐，部件的總數(shù)、復(fù)雜性、尺寸和重量最 小化。通過利用觸摸屏代替?zhèn)鹘y(tǒng)分離的使用者控制件，使尺寸和重量最小化。此外，運(yùn)輸 袋200促進(jìn)了減輕重量和噪音。PSA過程對于最低電能/最高氧氣輸出是最佳的(即(a) 氧氣濃度減小為88% ； (b)改變循環(huán)期限峰值壓力恰好到12psig)。通過利用兩個內(nèi)部電 池還允許設(shè)備10具有相對較大的便攜式電源。這些設(shè)計優(yōu)化的結(jié)果是本發(fā)明的便攜式氧氣濃縮器具有超出傳統(tǒng)便攜式氧氣濃 縮器以外的性能。圖34為列舉了本發(fā)明特征的表格，其中與目前宣傳的作為便攜式氧氣濃 縮器的四個其他傳統(tǒng)裝置相比不同，本發(fā)明使用兩個電池。可從圖34示出圖表中推導(dǎo)出的一個重要參數(shù)是氧氣產(chǎn)量和電池壽命與單元總重 量的比值。此參數(shù)如下確定
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RODff = (O2輸出*持續(xù)時間)/總重量(4)其中O2輸出是100%氧氣輸出，這由公式(1)和/或圖12中表格中確定，持續(xù)時 間是對于給定量電池的設(shè)備的工作壽命，而重量是包括所有部件的單元總重量。以下表3 提供對于使用1、2或者3個電池(每個重量1. 51bs)和現(xiàn)有便攜式氧氣濃縮器的本發(fā)明設(shè) 備的RODW。 表3對于InogeruAirS印LifeStyle和Airs印Freestyle裝置，根據(jù)裝置操作的測量 值和/或轉(zhuǎn)變?yōu)?00%氧氣等效物的類似裝置來估算O2輸出，這些都在圖34中示出。例如 對于Sequal裝置，使用來自公式(1)和/或圖12示出的圖表的校正系數(shù)，氧氣輸出必須轉(zhuǎn) 換為100%氧氣等效值。更具體地說，SeQual裝置在91%氧氣純度具有3. Olmp的輸出。把 這個數(shù)值轉(zhuǎn)換為100%純度等效值可以如下完成3. 0/1. 13(1. 13是使用91%純度級別從 圖12中選擇的)，以形成2. 651pm的100%純度等效值。從表3中可以理解的是，本發(fā)明的設(shè)備具有比現(xiàn)有裝置更大的Rmw。這意味著與其 他便攜式氧氣濃縮器相比，本發(fā)明設(shè)備在實(shí)際產(chǎn)量上以及產(chǎn)生氧氣能力上非常有效率。對 于每磅設(shè)備，本發(fā)明的氧氣濃縮器比現(xiàn)有裝置提供長時間的較高的氧氣流量。K.聲音與電池壽命比圖35為示出了各種的性能標(biāo)準(zhǔn)，這些性能標(biāo)準(zhǔn)用于在不同的脈沖設(shè)置值下使用 兩個電池的設(shè)備10。從觀察此圖可以理解的是，本發(fā)明的設(shè)備具有較長的工作壽命，并以相 對較低的聲級實(shí)現(xiàn)這個目的。例如，本發(fā)明的裝置在小于50分貝噪聲級下持續(xù)至少10小 時。此圖表還清楚地顯示在脈沖設(shè)置值和設(shè)備性能之間的關(guān)系，設(shè)備性能例如氧氣的分鐘 體積、氧氣濃度、在呼吸期間的氣體丸劑尺寸、聲音、功率和電池壽命。在此圖表中，“最大” 電池工作時間是電池的理論最大值，而“標(biāo)稱”電池工作時間是可在以下正常操作條件下通常得到的典型或者公開的工作時間。為了更好地理解在本發(fā)明中工作壽命(持續(xù)時間)和聲音組合是如何優(yōu)越于現(xiàn)有 裝置的，研究規(guī)定持續(xù)時間/聲級的持續(xù)時間與聲音比值(RDS)。以下表4匯總了本發(fā)明和 現(xiàn)有便攜式氧氣濃縮器的RDS。 表 4可以理解的是，使用兩個電池的本發(fā)明提供了比現(xiàn)有裝置明顯高的持續(xù)時間與聲 t 匕。L.重量最佳化顯然，電池的尺寸對便攜式氧氣濃縮器總重量和操作持續(xù)時間有影響。添加到設(shè) 備上電池尺寸越大，單元操作就越長，而這是所希望的特征。然而，把電池添加到設(shè)備上將 使其更重，這又不是所希望的特征。本發(fā)明的便攜式氧氣濃縮器具有使用一個或者兩個電 池操作的能力，允許使用者確定對于期望的操作時間而添加多少重量。在典型的實(shí)施例中，每個電池的重量大約是1.51bs。沒有任何電池的設(shè)備的重量 大約是7. 81b。在設(shè)備使用一個電池的情況下，便攜式氧氣濃縮器的總重量大約是8. 31b。 因此可以理解的是，使用一個電池，單獨(dú)電池的重量大約是設(shè)備總重量的17.6%。在設(shè)備使用兩個電池的情況下，便攜式氧氣濃縮器的總重量大約是9. Slbs0因此， 可以理解的是，使用兩個電池，電池單獨(dú)重量大約是設(shè)備總重量的30. 6%。下面的表5匯總 了上面提供的信息，此外還示出另外的1. 51b電池包如何對設(shè)備重量有影響。
表 5從觀察表5中可以理解的是，本發(fā)明的便攜式氧氣濃縮器對于至少八小時的持續(xù) 時間能夠提供比較高的氧氣輸出(0. 901pm)，同時總電池重量只是系統(tǒng)總重量的30. 6%。在傳統(tǒng)的便攜式氧氣濃縮器中，壓縮機(jī)的重量一般地占系統(tǒng)總重量的相對較大百 分比。如上所述的壓縮機(jī)以相對小的重量提供高的輸出。下面表6示出了壓縮機(jī)重量如何 對系統(tǒng)總重量有影響。 表6M.氧氣節(jié)約裝置在如上所述的實(shí)施例中，單個內(nèi)腔插管用來把氣體流輸送到使用者。該插管用來 感測在壓力和/或流量上的變化，以便裝置可探測氧氣丸劑輸送的時間。根據(jù)壓力傳感器 122測量的壓力，控制器22使氧氣輸送閥116控制氣體流量，以便它只在呼吸周期吸氣階段 期間輸送給病人。這是一個裝在設(shè)備10中的電子節(jié)約器。本發(fā)明還設(shè)想的是，電子壓力傳感器和電子閥可由單個內(nèi)腔氣動氧氣節(jié)約裝置 代替。氣動的氧氣節(jié)約裝置具有的優(yōu)點(diǎn)是，它不需要電能以使氣體流只在吸氣期間輸送， 這樣節(jié)約了電池壽命。氣動適用于本發(fā)明的氧氣節(jié)約裝置的實(shí)例在第5，881，725號、第 6，484，721號、第6，568，391號和第6，752，152號美國專利中公開，每個或者所有文件的內(nèi) 容在這里通過參照引入。本發(fā)明設(shè)想的是，對于氣動氧氣節(jié)約裝置，雙內(nèi)腔插管系統(tǒng)可用于替換如上所述 單一內(nèi)腔系統(tǒng)。在雙內(nèi)腔氣動系統(tǒng)中，在插管中的一個內(nèi)腔用來把氣體輸送到病人，而另一 個內(nèi)腔與例如鼻孔的氣道流體連通，以感測使用者的氣流和/或壓力。流量和/或壓力傳 感器聯(lián)接到插管的另一端。在此實(shí)施例中，在設(shè)備10上可能需要第二個尖形物或者倒鉤， 而流量傳感器、壓力傳感器或者兩者可聯(lián)接到第二個倒鉤上。本發(fā)明還設(shè)想的是，氧氣節(jié)約功能可以單獨(dú)的氧氣節(jié)約裝置設(shè)置，不固定在氧氣 濃縮系統(tǒng)10中，該裝置可以是電子或者氣動的。換句話說，電子或者氣動的氧氣節(jié)約器可 設(shè)置在設(shè)備10外部或者與之分開的位置。在圖36中，示出的氧氣濃縮系統(tǒng)500包括容納 在罩內(nèi)的氧氣濃縮器10和電子或者氣動的氧氣節(jié)約器502，其中該氧氣節(jié)約器與氧氣濃縮 器罩物理隔開。氧氣節(jié)約器可包括緊固件、系帶、卡環(huán)或者其他裝置，以使氧氣節(jié)約器能夠 固定到使用者身上、袋210上以及或者成為袋一部分，例如運(yùn)輸系帶224。在此示出的典型 實(shí)施例中，一段插管504把氧氣節(jié)約器502與氧氣濃縮系統(tǒng)500隔離。另一個插管506把 來自氧氣節(jié)約器502的氣體連通到使用者(未示出)。如果期望的話，氧氣濃縮系統(tǒng)10可設(shè)置在運(yùn)輸袋210中。用于本發(fā)明氧氣濃縮系統(tǒng)的這個結(jié)構(gòu)避免了設(shè)備10的額外重量、復(fù) 雜性和能量消耗。當(dāng)期望時，單獨(dú)的氧氣節(jié)約器還可以是固定在設(shè)備10上的模制裝置和/或運(yùn)輸箱 210。圖37示出了氧氣濃縮系統(tǒng)510，其中氧氣節(jié)約器512有選擇地固定到設(shè)備10上。例 如，氧氣節(jié)約器512包括用于接納倒鉤139的凹穴，可設(shè)置一個機(jī)構(gòu)把氧氣節(jié)約器結(jié)合到設(shè) 備10上，從而它們可互相隔離。在示出的實(shí)施例中，運(yùn)輸袋514設(shè)置成把氧氣濃縮系統(tǒng)510 和氧氣節(jié)約器512兩者封裝起來，其中插管516從袋中伸出。圖38示出了氧氣濃縮系統(tǒng)520，其中氧氣節(jié)約器522有選擇地固定到設(shè)備10上， 并容納在還裝有設(shè)備10的運(yùn)輸袋524中。在該實(shí)施例中，運(yùn)輸袋524包括容納設(shè)備10的 第一腔室526和容納氧氣節(jié)約器522的第二腔室或者口袋528。如果不需要氧氣節(jié)約器522 的話，這可讓使用者把口袋528放空或者用于其他目的。設(shè)置應(yīng)急接頭插管530或者其他 氣動連接件，以把氧氣濃縮系統(tǒng)的出口與氧氣節(jié)約器入口連接。設(shè)置輸送插管532以把來 自氧氣節(jié)約器522的富氧氣體連通到使用者。在液化或者轉(zhuǎn)運(yùn)充填系統(tǒng)中的使用N.在液化或者流動裝填系統(tǒng)中使用本發(fā)明設(shè)想把設(shè)備10作為其他類型氧氣產(chǎn)生/輸送系統(tǒng)的一部分或者與之結(jié)合。 例如，設(shè)備10可用于液化系統(tǒng)，該系統(tǒng)產(chǎn)生用于使用者消耗的液態(tài)氧。如圖39所示，典型的 液化系統(tǒng)550包括氧氣濃縮器10，其中該氧氣濃縮器10提供用于液化到低溫致冷系統(tǒng)552 的氣體，這使氣體溫度等級降低，導(dǎo)致氧氣從氣體改變到液體。液態(tài)氧可保存在容易被使用 者運(yùn)輸?shù)膬Υ嫒萜?54中，這種容器一般稱為“噴水工”(dewer)。使用者可如箭頭556所 示從儲存容器中或者由箭頭558所示從氧氣濃縮器輸出端呼吸氣態(tài)氧，或者兩者都有。這 能夠讓使用者具有用于運(yùn)輸和消耗的一定量的液態(tài)氧?？稍O(shè)置選擇性的閥，來控制富氧氣體流動到使用者或者低溫致冷系統(tǒng)552，以便氣 體輸送給使用者或者低溫致冷系統(tǒng)552或者同時輸送給兩者。此外，內(nèi)部“噴水工”可設(shè)置 在液化系統(tǒng)中，以即使當(dāng)便攜式“噴水工”不固定到系統(tǒng)時也使該系統(tǒng)產(chǎn)生液態(tài)氧。當(dāng)便攜 式“噴水工”連接到液化系統(tǒng)時，來自內(nèi)部“噴水工”的液態(tài)氧可設(shè)置到該便攜式“噴水工” 上。適用于本發(fā)明的液化系統(tǒng)的實(shí)例在第5，893，275號、第5，979，440號、第6，212，904號、 第6，314，957號、第6，651，653號、第6，681，764號和第6，698，423號美國專利中進(jìn)行了描 述，這些文件中內(nèi)容在這里通過參照方式明確引入。例如壓縮機(jī)、篩床等設(shè)備10的特征以及操作可結(jié)合到液化系統(tǒng)中，從而氧氣濃縮 器和例如制冷系統(tǒng)的液化系統(tǒng)的部件組合成公共裝置。由于本發(fā)明的設(shè)備10提供具有相 對高的氧氣流量輸出量和長時間電池壽命的輕質(zhì)濃縮器，在液化系統(tǒng)中設(shè)備10的包含物 提供一種這樣的液化系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)能夠通過使用者流動也就是說運(yùn)輸，并在沒有交流 電源情況下操作。本發(fā)明還設(shè)想的是，設(shè)備10可與液化系統(tǒng)其余部分分離。這能夠使液化 系統(tǒng)的每個部件更容易分別運(yùn)送。設(shè)備10還可以用于流動裝填系統(tǒng)580，其中在圖40中大略地示出了該系統(tǒng)。流動 裝填系統(tǒng)是壓縮例如濃縮氧氣的系統(tǒng)，并把壓縮氣體提供到儲存容器中，例如便攜式氧氣 瓶。在典型的流動裝填系統(tǒng)中，來自氧氣濃縮器10的氧氣供應(yīng)到例如活塞式壓縮機(jī)的壓縮 機(jī)582中，在這里它被壓縮到比較高的壓力，例如該壓力從1500到3500psi。壓縮氣體提供 能夠由使用者攜帶或者運(yùn)輸?shù)谋銛y式儲存容器584。如箭頭588指示那樣，該使用者可呼吸
41來自儲存容器584或者來自氧氣濃縮器(設(shè)備10)的氣態(tài)氧，或者如箭頭588所指示那樣 呼吸來自氧氣濃縮器(設(shè)備10)的氣態(tài)氧，或者兩者均可。這能夠讓使用者具有一定量的 高壓氧用于運(yùn)輸和消耗?？稍O(shè)置選擇性的閥以控制流向使用者或者壓縮機(jī)582的富氧的氣體流，以便該氣 體輸送到使用者或者壓縮機(jī)或者同時輸送給兩者。此外，內(nèi)部儲存容器可設(shè)置在流動裝填 系統(tǒng)中，以即使當(dāng)該便攜式儲存容器不固定到系統(tǒng)中時使系統(tǒng)產(chǎn)生高壓的富氧的氣體。當(dāng) 該便攜式儲存容器連接到流動裝填時，來自內(nèi)部儲存容器的富氧的高壓氣體可供應(yīng)到便攜 式儲存容器中。在第5，071，453號、第5，354，361號、第5，858，062號、第5，988，165號、第 6，302，107 號、第 6，446，630 號、第 6，889，726 號、第 6，904，913 號和第 6，923，180 號以及第 02473650247365A2號歐洲專利申請中描述了用于本發(fā)明的流動裝填系統(tǒng)的實(shí)例，這些文件 中內(nèi)容在這里通過參照方式明確引入。例如壓縮機(jī)、篩床等設(shè)備10的特征以及操作可結(jié)合到流動裝填系統(tǒng)中，從而氧氣 濃縮器和例如高壓壓縮機(jī)的流動裝填系統(tǒng)的部件組合成公共裝置。由于本發(fā)明的設(shè)備10 提供具有相對高的氧氣流量輸出量和長時間電池壽命的輕質(zhì)濃縮器，在流動裝填系統(tǒng)中設(shè) 備10的包含物提供一種這樣的流動裝填系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)能夠通過使用者流動也就是說 運(yùn)輸，并在沒有交流電源情況下操作。本發(fā)明還設(shè)想的是，設(shè)備10可與流動裝填系統(tǒng)其余 部分分離。這能夠使流動裝填系統(tǒng)的每個部件更容易分別運(yùn)送。0.噪音減弱為了使設(shè)備10盡可能平靜，本發(fā)明設(shè)想用于減少設(shè)備產(chǎn)生聲音的若干技術(shù)。聲音 可從便攜式氧氣濃縮器不同部分產(chǎn)生。一個這種來源是氣體流入到設(shè)備以及在設(shè)備作為流 動。為了遏止由于此流動產(chǎn)生的噪音，本發(fā)明設(shè)想在通道62-68中提供聲障。這種聲障的 實(shí)例包括從通道壁延伸到通道中的突起或者傾斜突出物。聲音另一個來源是壓縮機(jī)14。來自壓縮機(jī)的聲音被認(rèn)為來自與壓縮機(jī)部件運(yùn)動有 關(guān)的聲音以及通過壓縮機(jī)操作引起振動而導(dǎo)致的聲音。為了遏止由于壓縮機(jī)部件運(yùn)動導(dǎo)致 的聲音，本發(fā)明設(shè)想在壓縮機(jī)入口或者其附近提供一種消聲器。在入口的消聲器阻止或者 減弱壓縮機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的噪音回到入口通道并從壓縮器入口流徑發(fā)出。如圖41所示，本發(fā)明還設(shè)想提供一種覆蓋或者放在壓縮機(jī)至少一部分的壓縮機(jī) 套350。在示出的實(shí)施例中，壓縮機(jī)套350包括多個板352，在圖41中只示出了和/或見到 其中一個。板352設(shè)置在壓縮機(jī)14上，從而每個板布置在每個壓縮機(jī)端蓋46之間并覆蓋 凸輪組件42，其中在圖5A中示出了凸輪組件42。板352由吸音材料制成，并使用一些技術(shù) 直接地或者間接地固定到壓縮機(jī)上。在示出的實(shí)施例中，板只覆蓋壓縮機(jī)端蓋之間的區(qū)域， 以阻止熱積聚。然而，可以理解的是，板尺寸、形狀和位置可改變。例如，本發(fā)明設(shè)想提供在 整個壓縮機(jī)周圍設(shè)置壓縮機(jī)套350。在示出的實(shí)施例中，壓縮機(jī)14直接安裝到空氣集管16上。壓縮機(jī)直接安裝到集 管上可把振動從壓縮機(jī)傳遞給集管，這可導(dǎo)致噪音產(chǎn)生。為了阻止這種振動傳遞，本發(fā)明設(shè) 想在壓縮機(jī)14和固定壓縮機(jī)的集管(在圖37中未示出)之間設(shè)置隔離器360。在典型的 實(shí)施例中，隔離器360由例如橡膠的柔性管限定，設(shè)置在每個壓縮機(jī)端蓋入口和出口。在壓 縮機(jī)14操作期間發(fā)生在壓縮機(jī)的振動通過隔離器360被阻止傳遞到集管。P.電池壽命最佳化
在本發(fā)明典型的實(shí)施例中，便攜式氧氣濃縮器在蓄電池中使用鋰離子電池，一起 稱為蓄電池包，向系統(tǒng)的各種部件提供電能。鋰離子電池具有已知的放電速率特征，在圖42 中示出了其中的實(shí)例。X軸是mA-hr或者mili-ampere X小時。在OmA-hr，鋰離子電池剩 余100%電能，而在2100mA-hr，電池剩余0電能。在此圖中的每條直線370、372、374和376 在不同的放電電流電壓如何隨著時間減小(逐漸大的mA-hr)。在此圖表中，產(chǎn)生的電流從 0. 42-4. 2A改變10倍。產(chǎn)生的電流越大，用于消耗相同能量的電壓就越低(mA-hr)。在本發(fā)明的設(shè)備10中，在篩床加壓期間，從電池包產(chǎn)生的電流被限制在大約4安 培或者更少。然而，電池包具有在8安培放電的能力。通過把峰止電流限制到4A，結(jié)果是通 過把產(chǎn)生的電流限制到最大電流的一半而將避免在直線370操作，而替代的是，在直線372 操作。如圖42所示，直線372、374或者376相對類似，從而當(dāng)設(shè)備在該電流范圍操作時在 運(yùn)行時間上有最小的減少。只有當(dāng)電流增加到直線370時，出現(xiàn)工作時間顯著減少。本發(fā)明的設(shè)備把PSA過程和電機(jī)最大電流與在鋰離子電池中所固有的放電特性 匹配，以便該設(shè)備從電池包中“擠出”全部能量，從而實(shí)際的運(yùn)行時間接近最大的理論運(yùn)行 時間。此外，當(dāng)兩個蓄電池(電池)用于電池包時，從每個電池產(chǎn)生的電流進(jìn)一步限制，從 而每個電池以甚至更低的當(dāng)前直線操作，例如直線374或者376。盡管為了說明的目的根據(jù)目前認(rèn)為是最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施例已經(jīng)詳細(xì)描述了發(fā) 明，然而應(yīng)該理解的是，這種詳細(xì)只是為了該目的和發(fā)明不局限于公開的實(shí)施例，而相反， 是用來覆蓋在附加權(quán)利要求書精神和范圍內(nèi)的各種改型和等同方案。例如，應(yīng)該理解的是， 本發(fā)明設(shè)想，在可能的程度上，任何實(shí)施例的一個或多個特征可與任何其他實(shí)施例的一個 或多個特征結(jié)合。
權(quán)利要求
一種壓縮機(jī)(14)，包括可圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的曲軸(41、49)；在大致一個平面內(nèi)圍繞中心軸線隔開的多個隔膜組件(46)，該隔膜組件包括可移動地安裝到相應(yīng)殼體上以至少部分地限定腔室(56)的隔膜(50)；以及在相應(yīng)的隔膜和曲軸之間延伸的多個桿(44)，該桿聯(lián)接到曲軸上，從而該桿沿著中心軸線互相軸向地偏置，并聯(lián)接到隔膜上，用于當(dāng)曲軸圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)時循環(huán)地增加和減少腔室內(nèi)壓力。
2.如權(quán)利要求1的壓縮機(jī)，其中該多個隔膜組件包括三個隔膜組件。
3.如權(quán)利要求2的壓縮機(jī)，其中該三個桿包括在平面內(nèi)基本上垂直中心軸線延伸的中 心桿(44B)、包括分支從而聯(lián)接到平面以下的曲軸上的下桿(44a)以及包括分支從而上桿 聯(lián)接到平面以上的曲軸上的上桿(44c)。
4.如權(quán)利要求1的壓縮機(jī)，其中曲軸可圍繞中心軸線可偏心旋轉(zhuǎn)，以便使桿橫切中心 軸線往復(fù)運(yùn)動，并使隔膜朝向和離開中心軸線移動。
5.如權(quán)利要求1的壓縮機(jī)，其中桿可通過位于曲軸周圍相應(yīng)的軸承而可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到 曲軸上。
6.如權(quán)利要求1的壓縮機(jī)，其中壓縮機(jī)重量不超過大約兩磅。
7.如權(quán)利要求1的壓縮機(jī)，其中該壓縮機(jī)具有來自大約二十平方英寸磅(20psi)隔膜 組件的最高壓力輸出。
8.如權(quán)利要求1的壓縮機(jī)，其中該壓縮機(jī)具有小于大約一百七十立方英寸(170in3)的 體積。
9.如權(quán)利要求1的壓縮機(jī)，其中該壓縮機(jī)具有不超過大約三十六平方英寸(36in2)的覆蓋區(qū)。
10.如權(quán)利要求1的壓縮機(jī)，還包括電機(jī)(40)，其中該電機(jī)包括聯(lián)接到曲軸上的輸出 軸，該輸出軸限定中心軸線。
11.如權(quán)利要求10的壓縮機(jī)，其中電機(jī)包括基板(45)，隔膜組件固定到基板上。
12.如權(quán)利要求11的壓縮機(jī)，其中隔膜組件包括底面以及與腔室連通的輸入和輸出端 口(59)，該輸入和輸出端口從底面延伸。
13.如權(quán)利要求12的壓縮機(jī)，其中底面限定底部平面，該輸入和輸出端口從底部平面 延伸，用于把輸入和輸出端口連接到空氣集管上，從而把隔膜組件直接地緊固到空氣集管 上。
14.如權(quán)利要求1的壓縮機(jī)，其中多個桿中的每根桿包括第一端部和第二端部(71)，第 一端部包括位于曲軸周圍的環(huán)(73)，而第二端部(71)聯(lián)接到相應(yīng)的隔膜上，環(huán)在曲軸上軸 向地堆疊。
15.如權(quán)利要求14的壓縮機(jī)，其中桿包括在曲軸和環(huán)之間的軸承(77)。
16.如權(quán)利要求1的壓縮機(jī)，其中每個隔膜組件包括與腔室連通的入口和出口端口 (59)以及入口和出口閥(54)，當(dāng)曲軸圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)，使得腔室內(nèi)壓力減小以及增加 時，入口和出口閥(54)用于分別控制穿過入口端口流入腔室以及穿過出口端口從腔室流 出的流量。
17.如權(quán)利要求1的壓縮機(jī)，其中每個隔膜組件包括蓋(53)、頭部(55)和固定器(57)，蓋(53)包括與腔室連通的入口和出口端口(53)；頭部(55)包括入口和出口閥(54)，用于 分別控制穿過入口端口流入腔室以及穿過出口端口從腔室流出的流量；固定器(57)用于 把隔膜可移動地安裝到頭部上。
18.如權(quán)利要求17的壓縮機(jī)，還包括聯(lián)接到入口和出口端口上用于把壓縮機(jī)安裝到表 面上的隔離器(360)，該隔離器對傳輸?shù)奖砻嫔系恼駝踊蛘呗曔M(jìn)行減弱。
19.如權(quán)利要求1的壓縮機(jī)，其中多個壓縮機(jī)和桿包括(2N+1)個壓縮機(jī)和桿，其中N是 大于零(0)的整數(shù)。
20.如權(quán)利要求1的壓縮機(jī)，還包括位于鄰接隔膜組件之間的套(350)，以減少噪音。
21.一種壓縮機(jī)(14)，包括電機(jī)(40)，包括限定中心軸線的輸出軸(41)；曲軸(49)，其中該曲軸可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到輸出軸上，從而輸出軸的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致曲軸相對于 中心軸線偏心地旋轉(zhuǎn)；圍繞中心軸線隔開的三個頭部(46)；以及三根桿(44)，這三根桿在相應(yīng)的頭部和曲軸之間延伸，從而曲軸的旋轉(zhuǎn)使桿相對于軸 線橫向地移動，用于以循環(huán)為基礎(chǔ)把環(huán)境空氣循環(huán)地抽入到頭部以及從頭部中把壓縮空氣送出o
22.如權(quán)利要求21的壓縮機(jī)，其中三個頭部包括三個隔膜組件，而隔膜組件包括可移 動地安裝到相應(yīng)殼體上以至少部分地限定腔室的隔膜(50)，同時三個桿在相應(yīng)的隔膜和曲 軸之間延伸，從而曲軸的旋轉(zhuǎn)使桿位移，并使隔膜相對于殼體移動，用于分別對腔室內(nèi)的壓 力增加或者減少，以把環(huán)境空氣抽入到腔室中并把壓縮空氣從該腔室中排出。
23.如權(quán)利要求21的壓縮機(jī)其中頭部彼此基本上共面，并且桿聯(lián)接到曲軸上，從而這 些桿沿著中心軸線彼此軸向地偏置。
24.如權(quán)利要求23的壓縮機(jī)，其中桿包括第一端部，第二端部(71)，第一端部包括位于 曲軸周圍的環(huán)(73)，而第二端部(71)聯(lián)接到相應(yīng)的頭部上，環(huán)在曲軸上軸向地堆疊。
25.如權(quán)利要求24的壓縮機(jī)，其中桿包括在曲軸和環(huán)之間的軸承(77)。
26.如權(quán)利要求21的壓縮機(jī)，其中該三個桿包括在平面內(nèi)基本上垂直中心軸線延伸的 中心桿、包括分支從而聯(lián)接到平面以下的曲軸上的下桿以及包括分支從而聯(lián)接到平面以上 的曲軸上的上桿。
27.如權(quán)利要求21的壓縮機(jī)，其中壓縮機(jī)重量不超過大約兩磅。
28.一種壓縮機(jī)(14)，包括包括限定中心軸線的輸出軸(41)的電機(jī)(40)；曲軸(49)，其中該曲軸可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到輸出軸上，從而輸出軸的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致曲軸相對于 中心軸線偏心地旋轉(zhuǎn)；圍繞中心軸線隔開的(2N+1)個隔膜組件(46)，該隔膜組件包括可移動地安裝到相應(yīng) 殼體上以至少部分地限定腔室的隔膜；以及(2N+1)根桿(44)，這些桿在相應(yīng)的隔膜和曲軸之間延伸，從而曲軸的旋轉(zhuǎn)使桿相對于 中心軸線橫向地移動，用于相對于殼體使隔膜移動，以對腔室內(nèi)的壓力循環(huán)地增減，其中N 是大于零(0)的整數(shù)。
29.一種便攜式氧氣濃縮器(10)，包括3用于從空氣中吸收氮?dú)獾亩鄠€篩床(12A，12B)，該篩床包括空氣入口 /出口端和氧氣 入口/出口端；與該篩床的氧氣入口 /出口端連通的至少一個容器(18)，用于對從篩床的氧氣入口 / 出口端排出的氧氣進(jìn)行儲存；以及用于把空氣以一個或者更多期望壓力輸送到篩床空氣入口 /出口端的壓縮機(jī)(14)，該 壓縮機(jī)包括電機(jī)(40)、三個隔膜組件(46)和桿(44)，電機(jī)聯(lián)接到限定中心軸線的曲軸(49) 上，三個隔膜組件圍繞中心軸線隔開，桿(44)在相應(yīng)的隔膜和曲軸之間延伸。
30.如權(quán)利要求29的便攜式氧氣濃縮器，還包括在壓縮機(jī)和篩床空氣入口 /出口端之間的一組閥門(20)；以及控制器(22)，該控制器聯(lián)接到閥門上，用于有選擇地打開和關(guān)閉閥門，交替地通過穿過 空氣入口 /出口端把壓縮空氣輸送到篩床中，以使氧氣從氧氣入口 /出口端排放到容器內(nèi) 而填充篩床，同時通過從篩床穿過空氣入口 /出口端把加壓氮?dú)馀懦龆购Y床排空，其中 氧氣經(jīng)由排空孔口從被填充的篩床經(jīng)過被排空的篩床，以輔助把氮?dú)鈴恼谂趴盏暮Y床中 排出。
31.如權(quán)利要求29的氧氣濃縮器，還包括在其中限定多個通道的空氣集管(58)，其中 這些通道與隔膜組件以及篩床空氣入口/出口端連通。
32.如權(quán)利要求31的氧氣濃縮器，其中隔膜組件直接地安裝到空氣集管上。
33.如權(quán)利要求29的氧氣濃縮器，其中壓縮機(jī)重量不超過大約兩磅。
全文摘要
本發(fā)明提供一種壓縮機(jī)(14)，適用于便攜式氧氣濃縮器(10)中。在一個典型的實(shí)施例中，壓縮機(jī)包括可圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的曲軸(49)和在大致的平面內(nèi)圍繞該中心軸線隔開的多個隔膜組件(46)。隔膜組件包括可移動地安裝到相應(yīng)殼體上以至少部分地限定腔室的隔膜(50)。多個桿(44)在相應(yīng)的隔膜和曲軸之間延伸。桿聯(lián)接到曲軸上，從而該桿沿著中心軸線互相軸向地偏置，并聯(lián)接到隔膜上，用于當(dāng)曲軸圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)時循環(huán)地增加和減少腔室內(nèi)壓力。
文檔編號F04B1/00GK101932831SQ200780020410
公開日2010年12月29日 申請日期2007年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月3日
發(fā)明者彼得·L·布利斯, 斯科特·C·海爾普林, 查爾斯·R·阿特拉斯 申請人:偉康公司