專利名稱：產(chǎn)品氣體濃縮器及其相關(guān)方法
產(chǎn)品氣體濃縮器及其相關(guān)方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2007年4月20日提交的申請?zhí)枮?0/913， 056 (代理檔案號12873. 05505 )以及2007年8月27日提交的申請?zhí)枮?0/968, 273(代理檔案號12873. 05555 )的美國臨時專利申請的權(quán)益。本申請涉及2005年10月25日提交的申請?zhí)枮?1/258， 480(代理檔案號12873. 05088 )、2006年9月18日提交的申請?zhí)枮?1/522, 683 (代理檔案號12873. 05 362 )、以及同一天提交的(申請?zhí)柹写峙?(代理檔案號12873.05505 )共同待審的美國專利申請。本申請還涉及2006年9月18日提交的申請?zhí)枮镻CT/US07/18468 (代理檔案號12873. 05549 )的共同待審的國際(PCT )專利申請。本文以引用的方式完整地引入所有上述專利申請和專利的內(nèi)容。
背景技術(shù)：
存在分離氣態(tài)混合物的多種應(yīng)用。例如，將氮氣從大氣中分離出來可提供高度濃縮的氧氣源。所述各種應(yīng)用包括為病人和飛行人員提供提高了濃度的氧氣。因此，期望提供一種能分離氣態(tài)混合物以提供濃縮產(chǎn)品氣體(如含有一定濃度氧氣的呼吸用氣體)的系統(tǒng)。例如在美國專利No. 4， 449, 990、 5,906, 672 、 5，917，135和5， 988， 165中披露了若干種現(xiàn)有的產(chǎn)品氣體或氧氣的濃縮器，這些專利均已共同轉(zhuǎn)讓給俄亥俄州Invacare Corporation of Elyria并且在本文中以引用的方式凈皮完整地引入。

發(fā)明內(nèi)容
—方面，提供了一種用于提供濃縮產(chǎn)品氣體的設(shè)備。在一個實施例中，該設(shè)備包括輸入裝置，其適于從多個輸出設(shè)定值中選擇濃縮產(chǎn)品氣體的期望輸出設(shè)定值；第一和第二篩罐，其布置成在交替且相反的增壓和清空周期中將一種或多種可吸附組分從增壓源氣態(tài)混合物分離，以形成濃縮產(chǎn)品氣體；可變限流器，用于選擇性地提供第一和第二篩罐之間的可調(diào)流量；以及控制器，其與輸入裝置和可變限流器可操作地通訊，以至少部分地基于期望輸出設(shè)定值來選擇性地控制可變限流器，使得就相應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個輸出設(shè)定值的第一和第二篩罐之間的流量不同于針對至少另 一 個輸出設(shè)定值的第 一和第二篩罐之間的流量。在另一個實施例中，該設(shè)備包括第一和第二篩罐，其布置成在交替且相反的增壓和清空周期中將一種或多種可吸附組分從增壓源氣態(tài)混合物分離，以形成濃縮產(chǎn)品氣體；以及控制器，其與第一和第二篩罐可操作地通訊，以便在維持可接受的濃縮產(chǎn)品氣體純度水平的同時，在多個預(yù)定海拔范圍內(nèi)選擇性地控制增壓和清空周期。在又一個實施例中，該設(shè)備包括輸入裝置，用于選擇濃縮產(chǎn)品氣體的第一期望輸出設(shè)定值；產(chǎn)品氣體源，用于提供分配所用的濃縮產(chǎn)品氣體；壓力傳感器，其監(jiān)測濃縮產(chǎn)品氣體的壓力；節(jié)約閥，其包括與用戶相聯(lián)的輸出連接部、與通風口相聯(lián)的通風連接部、以及與濃縮產(chǎn)品氣體相聯(lián)的氣體連接部，其中，輸出連接部從通風連接部切換到氣體連接部，反之亦然；以及控制器，其與輸入裝置和壓力傳感器可操作地通訊，以至少部分地基于所選擇的輸出設(shè)定值和監(jiān)測壓力來選擇性地切換節(jié)約閥以選擇性地分配濃縮產(chǎn)品氣體。在再一個實施例中，該設(shè)備包括主體，其形成具有篩床部和產(chǎn)品罐部的組件，其中篩床部和產(chǎn)品罐部祐 &用壁隔開，篩床部適于將一種或多種可吸附組分從增壓源氣態(tài)混合物分離，產(chǎn)品罐部適于儲存一定體積的濃縮產(chǎn)品氣體。在又一個實施例中，該設(shè)備包括框架，其包括多個形成籠狀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性支撐部件；以及壓縮機，其通過多個懸桂部件懸掛在框架內(nèi)，適于向產(chǎn)品氣體濃縮器的第一和第二篩罐提供增壓源氣態(tài)混合物。在另一個實施例中，該設(shè)備包括封閉過濾器的主體，該過濾器適于過濾來自產(chǎn)品氣體源的濃縮產(chǎn)品氣體并提供經(jīng)過濾的產(chǎn)品氣體。另一方面，提供了一種與提供濃縮產(chǎn)品氣體相關(guān)的方法。在一個實施例中，該方法包括a )從多個輸出設(shè)定值中選擇濃縮產(chǎn)品氣體的期望輸出設(shè)定值；b)通過第一和第二篩罐在交替且相反的增壓和清空周期中將一種或多種可吸附組分從增壓源氣態(tài)混合物分離，以形成濃縮產(chǎn)品氣體；以及c)至少部分地基于期望輸出設(shè)定值來選擇性地控制可變限流器，以便選擇性地提供第一和第二篩罐之間的流量，使得就相應(yīng)的 增壓周期而言，針對至少一個輸出設(shè)定值的第一和第二篩罐之間的流量 不同于針對至少另 一個輸出設(shè)定值的第 一和第二篩罐之間的流量。在另一個實施例中，該方法包括a)通過第一和第二篩罐 在交替且相反的增壓和清空周期中將一種或多種可吸附組分從增壓源氣 態(tài)混合物分離，以形成濃縮產(chǎn)品氣體；以及b)在維持可接受的濃縮產(chǎn)品 氣體純度水平的同時，在多個預(yù)定海拔范圍內(nèi)選擇性地控制增壓和清空 周期。在又一個實施例中，該方法包括a)選擇濃縮產(chǎn)品氣體的 第一期望輸出設(shè)定值；b)提供用于供應(yīng)待分配濃縮產(chǎn)品氣體的產(chǎn)品氣體 源；c)監(jiān)測濃縮產(chǎn)品氣體的壓力；以及d)選擇性地將與用戶相聯(lián)的輸 出連接部從與通風口相聯(lián)的通風連接部切換到與濃縮產(chǎn)品氣體相聯(lián)的氣 體連接部，以便至少部分地基于所選擇的輸出設(shè)定值和監(jiān)測壓力來選擇 性地分配濃縮產(chǎn)品氣體，反之亦然。


參照附圖、以下描述和所附權(quán)利要求，將更好地理解本發(fā)明 的這些和其它特征、方面及優(yōu)點。圖l提供了產(chǎn)品氣體濃縮器的示例性實施例的透視圖；圖2提供了圖l中產(chǎn)品氣體濃縮器的分解圖；圖3A-H提供了示例性產(chǎn)品氣體濃縮器所用的篩床和產(chǎn)品罐 組件的示例性實施例的各種透視圖、剖視圖、分解圖；圖31-O提供了圖3A的篩床和產(chǎn)品罐組件所用的端帽的替代 示例性實施例的各種透視圖、剖視圖、分解圖；圖4A-D提供了示例性產(chǎn)品氣體濃縮器所用的壓縮機組件的 示例性實施例的各種透視圖、剖視圖、分解圖；圖4E提供了圖4A的壓縮機組件所用的多個懸掛連接器的替
代示例性實施例的頂視圖；圖4F提供了示例性產(chǎn)品氣體濃縮器的壓縮機組件的另一個 示例性實施例的透視圖；圖5A提供了另一個產(chǎn)品氣體濃縮器的示例性實施例的若干
框圖5B提供了圖5A的產(chǎn)品氣體濃縮器所用的閥控制方案的示 例性實施例的時間圖；圖5 C提供的框圖示出了在示例性產(chǎn)品氣體濃縮器的示例性 實施例中排泄流從篩罐1到篩罐2的若干示例性策略；圖5D提供的框圖示出了在示例性產(chǎn)品氣體濃縮器的示例性 實施例中排泄流從篩罐2到篩罐1的若干策略；圖5E提供了圖5A的產(chǎn)品氣體濃縮器所用的閥組件的示例性 實施例的頂浮見圖和側(cè)視圖；圖5F提供了圖5E的閥組件的框圖；圖6A和6B提供了示例性產(chǎn)品氣體濃縮器所用的輸出端口的 示例性實施例的透視圖和剖視圖；圖7提供了在示例性產(chǎn)品氣體濃縮器中確定與示例性壓力傳 感器相關(guān)的壓力的過程的示例性實施例的流程圖；圖8提供了在示例性產(chǎn)品氣體濃縮器中確定用于分配一氣團 濃縮產(chǎn)品氣體的持續(xù)時間這一過程的示例性實施例的流程圖；圖9提供了示例性產(chǎn)品氣體濃縮器所用的節(jié)約閥控制方案的 示例性實施例的時間圖；圖10提供了產(chǎn)品氣體濃縮器的又一個示例性實施例的框以及圖ll提供了結(jié)合產(chǎn)品氣體濃縮器向用戶分配濃縮產(chǎn)品氣體 這 一 過程的示例性實施例的流程圖。
具體實施例方式在圖1中示出了氧氣濃縮器100的一個實施例。氧氣濃縮器 100包括具有前部104和后部106的殼體102。前部104和后部106包括多個 用于吸入和排放多種氣體的開口 ，例如吸入室內(nèi)空氣并排放氮氣和其它 氣體。氧氣濃縮器100通常吸入主要是由氧氣和氮氣構(gòu)成的室內(nèi)空氣，并 將氮氣與氧氣分離。氧氣被儲存在儲存罐中，而氮氣則被排放回室內(nèi)空 氣中。例如，可通過端口108經(jīng)由管道系統(tǒng)和鼻管將氧氣排放給病人。圖2是圖1中氧氣濃縮器100的分解透視圖。氧氣濃縮器100還 包括中央框架202，中央框架202具有電路板和其它與其連接的構(gòu)件。這 些構(gòu)件包括蓄電池組204、篩床和產(chǎn)品罐組件206和208、冷卻風扇212和
13閥組件214。雖然這些構(gòu)件被描述成連接于中央框架202,但不必是這種 情況。可將這些構(gòu)件中的一個或多個連接到殼體部104或106。其它也被 容納在氧氣濃縮器100中的構(gòu)件包括，例如，壓縮機組件210、聲音衰減 器或消音器216和218以及入口過濾器220。
篩床和產(chǎn)品罐組件現(xiàn)在參照圖3A和3B，尤其參照透視圖3A，其示出了篩床和產(chǎn) 品罐組件206。篩床和產(chǎn)品罐組件208具有相似的構(gòu)造，因此將不再單獨 描述。組件206包括具有篩床部300和產(chǎn)品罐部302的主體。主體的遠端具 有第一和第二端帽304和306。端帽304包括出氣端口 308和310。出氣端口 308與篩床部300相關(guān)聯(lián)，出氣端口 310與產(chǎn)品罐部302相關(guān)聯(lián)。端帽306 包括進氣端口 312和314。進氣端口 312與篩床部300相關(guān)聯(lián)，進氣端口314 與產(chǎn)品罐部302相關(guān)聯(lián)。端帽304和306利用緊固件(如螺釘或螺栓)適當 地連接到組件206的主體上，但也可以使用任何其它合適的附接手段。圖3C和3D示出了沿圖3A中的剖切線3C-3C和3D-3D截取的剖 視圖。篩床部300包括第一和第二穿孔插入物316和318。還設(shè)置了彈簧 320，其壓在插入物316上，插入物316轉(zhuǎn)而壓在設(shè)置于插入物n6和318 之間的分離介質(zhì)上。這確保了物理分離介質(zhì)被壓緊在插入物316和318之 間。穿孔插入物316和318之間的空間中填充有物理分離介質(zhì)或 材料。該分離材料選擇性地吸附氣態(tài)混合物(例如氮氣和氧氣的氣態(tài)混 合物)中的一種或多種可吸附組分，并允許該氣態(tài)混合物中的一種或多 種不可吸附組分通過。物理分離材料為具有孔隙的分子篩，所述孔隙大 小均勻并且基本上具有相同的分子尺寸。這些孔隙根據(jù)分子的形狀、極 性、飽和度等選擇性地吸附分子。在一個實施例中，物理分離介質(zhì)是具 有4至5埃孔隙的水合硅酸鋁成分。在這個實施例中，分子篩是鈉或鈣形 式的水合硅酸鋁，如5A型沸石?？商娲?，水合硅酸鋁可具有更高的硅 鋁比、更大的孔隙以及針對極性分子的親和力，例如13x型沸石。在另一 個實施例中，可使用鋰基沸石。在其它實施例中，可使用任何合適的沸 石或其它吸附性材料。沸石吸附氮氣、 一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣以 及空氣的其它重要組分。沒有被吸附在篩床部300中的氣體(如氧氣)， 被收集和儲存在產(chǎn)品罐部302中。圖3E是沿圖3D中的線3E-3E截取的剖視圖。示出了產(chǎn)品罐部302和篩床部300的插入物316。圖3F是沿圖3D中的線3F-3F截取的另一張 剖視圖，并以透視圖示出。如在這個實施例中示出的，篩床部300和產(chǎn)品 罐部302由材料(例如鋁)的單個擠壓件形成。也可以使用其它能夠擠壓 成形的材料。篩床部300和產(chǎn)品罐部302共用公用的壁部并形成一體的篩 床和產(chǎn)品罐組件。具體地，篩床部300和產(chǎn)品罐部302的內(nèi)部空間至少部 分地被公用的壁結(jié)構(gòu)界定。在這個實施例中，公用的壁結(jié)構(gòu)被示出為由 篩床部300和產(chǎn)品罐部302共用的弓形或弧形壁的一部分。在其它實施例 中，公用的壁結(jié)構(gòu)不必是弓形或弧形的，可為直線形或任何其它的形狀。 此外，能夠擠壓成形的其它結(jié)構(gòu)可以其它方式將分離的篩床部與產(chǎn)品罐 部相結(jié)合，包括，例如，腹板、凸起或延伸部。更進一步，可通過擠壓形成不止一個篩床部300和不止一個 產(chǎn)品罐部302并將它們按照本文所述進行連接。例如，圖3F中所示的篩床 部300可與多個產(chǎn)品罐部302共用公用的壁結(jié)構(gòu)，該公用的壁結(jié)構(gòu)可以部 分地或全部地以與產(chǎn)品罐部302相同的方式圍繞篩床部300。類似地，產(chǎn) 品罐部302可與多個篩床部300共用^^用的壁結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在參照圖3G,示出了篩床和產(chǎn)品罐組件206的分解透視圖。 如前文描述的，組件206包括端帽304和306，它們附接于篩床部300和產(chǎn) 品罐部302。利用密封部件322和324便于進行端帽304和306的附接。如圖 3G所示，密封部件322和324具有與篩床部300和產(chǎn)品罐部302的遠端的橫 截面相匹配的物理幾何形狀。密封部件322和324構(gòu)造成能接收篩床部300 和產(chǎn)品罐部302的端部。密封部件322和324還構(gòu)造成能被接收到端帽304 和305的配合部中。這樣，密封部件322和324提供了一種便于進行端帽304 和306的附接以及篩床部302和產(chǎn)品罐部304的內(nèi)部空間的密封的密封圏 效果。每個密封件部包括用于密封篩床部300和產(chǎn)品罐部302的構(gòu)件。在 其它實施例中，通過在端帽304和306內(nèi)設(shè)置密封部可省略密封部件322 和324。圖3H是篩床和產(chǎn)品罐組件206的上部的細節(jié)圖。密封部件322 包括多個凹部326、 328和330,例如，用于接收篩床部300和產(chǎn)品罐部302 的端部。每個凹部被壁圍繞并且包括例如頂部332、 334和336。密封部件 322的頂部332、 334和336凈皮接收在例如端帽304的凹部338、 340和342內(nèi)。 端帽304的凹部338、 340和342例如由從端帽304突伸的壁形成。當端帽304通過緊固件固定到篩床部300和產(chǎn)品罐部302上時，端帽304以及篩床部 300和產(chǎn)品罐部302壓緊密封部件322，從而提供不透氣密封。端帽306和 密封部件324具有類似的構(gòu)造。如上所述，可省略密封部件322和324并可 在端帽304中制造凹部338、 340和342以形成不透氣密封?，F(xiàn)在參照圖31-3L，尤其參照圖3J，其示出了可替代端帽設(shè) 計350的透視圖。端帽350與前述端帽304的區(qū)別在于，端帽350包括一體 的聲音衰減器或消音器。圖2中的實施例包括分立的聲音衰減器或消音器 216和218,而端帽350的實施例將聲音衰減器或消音器整合到其結(jié)構(gòu)中。如圖3J所示，端帽350包括具有篩床/產(chǎn)品罐接口部352的主 體。接口部352還用作基部，消音器部354從基部延伸。安裝突起356也從 接口部352延伸。消音器塊體358被容納在消音器部354內(nèi)，穿孔排氣帽360 封閉消音器部354。安裝突起356接受穿過排氣帽360和消音器塊體358的 緊固件。也可使用可替代的手段來固定這些構(gòu)件。端帽35 0還包括輸入端口 362以及可附接于該輸入端口的接 頭364。端帽350還包括通向消音器部354的輸入端口 365。輸入端口 365 通過通道367連接于消音器部354。這樣，從篩床排出的氣體通過端口 365 和通道367輸入到消音器部354中。然后，氣體^:消音器部354通過穿孔端 帽360排出。現(xiàn)在參照圖3M和3N，尤其參照圖3N,其示出了端帽"0的分 解剖視圖。篩床/產(chǎn)品罐接口部352示出為具有類似于端帽304的壁結(jié)構(gòu)， 用于接受類似于密封部件322的密封部件(見圖3F及其相關(guān)的文字介紹)。 消音器部354具有從接口部354延伸的壁以形成周邊界定的空間366。安裝 突起356也從接口部352延伸并設(shè)置在空間366中。消音器塊體358是多孔的并包括延伸穿過其的鏜孔(bore) 或洞孔(hole) 368。鏜孔或洞孔368尺寸設(shè)計成使得安裝突起356能夠被 接收在其中以便保持和固定消音器塊體358。在其它實施例中，消音器塊
音器塊體358設(shè)置在空間366內(nèi)靠近接口部352處，但也可以尺寸i殳計成能 至少部分地填充空間366。當排出氣體時，消音器塊體358可移位成更靠 近或抵靠穿孔帽360 (見圖30，其示出了未移位的位置)穿孔帽360包括多個孔，用于排出被引入到消音器部354中的 氣體。帽360包括具有孔的基部和從基部延伸以形成空間370的壁。端帽
16"0及其壁構(gòu)造成能將消音器部354的端部接收在其中。這通過為帽360 的壁設(shè)置用于鄰接消音器部354的端部的臺肩部而實現(xiàn)。然后，緊固件穿 過帽360并與突起356相接以將這兩個構(gòu)件保持在一起。也可使用其它的 緊固手段，包括按扣夾(snapclip)、粘膠劑、超聲焊接等。圖30示出 了端帽350的剖切透視圖，顯示出組裝后的結(jié)構(gòu)。
壓縮機組件現(xiàn)在參照圖4A,示出了壓縮機組件210和殼體后部106的透視 圖。壓縮機組件210具有框架406，壓縮機408安裝或懸掛在框架406內(nèi)部。 殼體后部106具有與壓縮機組件210相接的槽400和402。框架406具有凸 片，例如凸片404，其被接收在槽400和402中以將壓縮機組件210定位并 固定到殼體后部106上。也可采用其它裝置來將壓縮機組件210安裝到殼 體后部106上，例如支架和緊固件。圖4B是壓縮機組件210的分解透視圖。壓縮機組件210包括壓 縮才幾408、具有部件420、 422和424的多零件接口支架、框架406以及多個 懸掛部件430。接口支架部件420包括多個與接口支架部件422和424中的 孔口 426聯(lián)接的鉤型部428。圖4C示出了部件420、 422和424聯(lián)接在一起時 的接口支架。接口支架通過適當?shù)木o固裝置(例如螺釘、螺栓、夾具或 銷)而聯(lián)接于或附接于壓縮機408的主體。仍然參照圖4B，懸掛部件430包括通過細長的中央部連接在 一起的加大端部。懸掛部件430是彈性的，它們可在張力作用下伸展。在 一個實施例中，懸掛部件430由彈性體材料(例如橡膠)形成。在其它實 施例中，懸桂部件430可由金屬制成以形成彈性彈簧?？蚣?06包括多個結(jié)構(gòu)支撐部件，它們通常形成具有頂部 414、底部416以及側(cè)面412和418的籠狀結(jié)構(gòu)?？蚣?06的角部包括開口或 孔口 434，與懸掛部件430結(jié)合使用以將壓縮機408如圖4A所示那樣安裝或 懸掛在框架406內(nèi)?，F(xiàn)在參照圖4D,示出了移除壓縮機408之后的壓縮機組件210 的剖視圖。示出了接口支架部件424,其包括與懸桂部件430相接的鉤部 4 32。具體地，懸桂部件4 30的加大端部插入到鉤部4 32的洞眼以及沖醫(yī)架406 的凹部或開口 434中。雖然圖4D示出了接口支架424在框架406內(nèi)的懸掛或 安裝，但接口支架422類似地懸掛或安裝在框架406內(nèi)，從而將壓縮機408 懸桂或安裝在框架406內(nèi)。
由于構(gòu)造成這樣，壓縮機408以能隔離壓縮機408的運動或振 動的方式相對于框架406進行懸掛或安裝。壓縮機408的運動或振動是通 過彈性懸掛部件430進行隔離的。彈性懸掛部件430允許壓縮機408在框架 406內(nèi)運動而不將該運動傳遞給框架406。在這個實施例中，在框架406 的角處一共使用了8個懸掛部件430，但不必須是這種情況。可在相對于 框架406和壓縮機408的任何位置處，以適當?shù)卦试S壓縮機408相對于框架 406運動而不將該運動傳遞給框架406的方式，使用任何數(shù)量的懸掛部件?，F(xiàn)在參照圖4E，示出了呈懸掛部件436形式的懸掛部件的第 二實施例。懸掛部件436與懸掛部件430的類似之處在于，其結(jié)構(gòu)上包含 了多個懸掛部件430。如圖所示，懸掛部件436包含4個獨立的懸掛部件 430。懸掛部件436還包括用于將獨立的懸掛部件部430連接在一起以形成 單一整體的連接部438。在其它實施例中，懸掛部件436不必形成為連續(xù) 結(jié)構(gòu)，而是也可以形成開放式結(jié)構(gòu)，例如，通過省略圖4E中所示的其中 一個連接部438。也可以采用能為獨立的懸桂部件430提供物理聯(lián)系的另 一種構(gòu)型。懸掛部件436以與針對430的獨立懸掛部件所述相同的方式 連接于接口支架部件422和424。也就是說，懸掛部件43Q的加大端部440 插入到接口支架部件的鉤部432的洞眼中，而加大端部442插入到框架406 的開口或凹部434中。在某些情況下，懸掛部件"6可能允許壓縮機組件 210更簡單地進行組裝。在所示實施例中，將需要2個懸掛部件436來替代 圖4B中所示的8個懸桂部件430。圖4F示出了壓縮機組件210的又一個實施 例，其包括具有圓形端部的接口支架，該圓形端部通過懸掛部件430懸掛 在框架內(nèi)。由于構(gòu)造成這樣，壓縮機組件210能減少運行期間可能從壓
縮機產(chǎn)生的噪聲、振動以及振動引起的噪聲。而且，壓縮機組件構(gòu)造成 使得壓縮機408可按照多個取向安裝在框架408內(nèi)。接口支架部件420、422
和424以及框架406可由任何合適的材料制成，這些材料包括，例如，金 屬或塑料或其組合。可變排泄閥濃縮器的另一個實施例包括可變排泄閥502?，F(xiàn)在參照圖"， 排泄閥502和固定孔口514串聯(lián)并與篩罐300氣體連通。工作時，流量設(shè)置 輸入504由用戶選擇并由基于微處理器的控制器506接收?？刂破?06具有與其關(guān)聯(lián)的存儲器和用于控制例如壓縮機408、主閥MV1和MV2、排氣閥EV1 和EV2、節(jié)約閥(conserver valve) 512、壓力均衡閥PE和排泄閥502的 工作的邏輯。所有這些閥都是電磁線圈控制的。在一個實施例中，壓縮 機408根據(jù)流量設(shè)置輸入504以可變速度運行。例如，低的流量設(shè)置允許 壓縮機408以較低的速度運行，從而節(jié)約能量。針對較高的流量設(shè)置，壓 縮機408可以較高的速度運行。例如，針對最低至最高的流量設(shè)置輸入 504，控制器506可使壓縮機408以1100轉(zhuǎn)每分鐘(rpm )、 1500rpm、 2050rpm、 2450rpm和3100rpm的速度運行。當然，也可預(yù)想其它的速度值并可實施 任何合適的速度值?？刂破?06也接收來自壓力傳感器510的輸入。流量設(shè)置輸入504由控制器506接收。流量設(shè)置輸入504可指
定用戶期望以脈沖輸出模式輸送產(chǎn)品氣體(例如氧氣)的流率。例如， 多個流量設(shè)置輸入504可包括300cc/min(例如，在20次呼吸每分鐘(bpm ) 下為15cc/脈沖)、460cc/min(例如，在20bpm下為23cc/脈沖)、620cc/min (例如，在20bpm下為31cc/脈沖)、740cc/min(例如，在"bpm下為Wcc/ 脈沖)、或者840cc/min (例如，在20bpm下為42cc/脈沖)。才艮據(jù)這個設(shè) 置，控制器506適當?shù)乜刂茐嚎s機408和各閥以輸送期望脈沖輸出流量的 氧氣。當然，可以預(yù)想其它的流率值并可實施任何合適的流率值。此外， 流量設(shè)置輸入504可以指定用戶期望以連續(xù)輸出模式輸送產(chǎn)品氣體的流率。通常，濃縮器利用變壓吸附(PSA)過程來工作。壓縮機408 將室內(nèi)空氣經(jīng)由主閥MV1和MV2以交替方式輸送到篩罐300。在填充一個篩 罐300的同時，通常清空其它篩罐300的內(nèi)容物。如前文所述，每個篩罐 300都填充有氮氣吸附材料，使得氮氣被捕集在篩罐300中，而氧氣則被 允許通到產(chǎn)品罐302中。當特定篩罐達到其吸附容量(這可通過其輸出壓 力得知)時，必須在篩罐300能被再次使用之前清空所吸附的氣體，例如 氮氣。壓力均衡閥PE通過使接近填充完成的篩罐與接近其清空周
期結(jié)束的篩罐的輸出管線之間的壓力均衡，而允許更高效地產(chǎn)生氧氣。 美國專利No. 4， 449， 990和5， 906, 672 (通過引用的方式引入在本文中)， 進一步描述了壓力均衡閥的工作。由特定篩床300輸出的氧氣可被儲存在 所述一個或所述兩個產(chǎn)品罐302中。在圖5A的實施例中使用了這兩個產(chǎn)品 罐302。
如上所述，控制器506可利用壓力傳感器510檢測增壓篩罐 300何時達到其吸附容量。如圖5A所示，在一個實施例中，壓力傳感器510 提供指示第一止回閥516和第二止回閥516的產(chǎn)品罐一側(cè)的壓力的信號， 其中第一止回閥516使氧氣流從增壓篩罐300流入互連的產(chǎn)品罐300中，第 二止回閥516在另一個篩罐300再生時阻止氧氣流從互連的產(chǎn)品罐300流 入該另一個篩罐300中。例如，所述信號可反映增壓氧氣和環(huán)境空氣的之 間的區(qū)別。在其它實施例中，壓力傳感器510可位于與增壓篩罐300的輸 出流體連通的任何位置。如果期望直接監(jiān)測每個篩罐300的輸出，則可采 用多個壓力傳感器510。 一旦增壓篩罐300達到其容量，控制器506就將該 增壓篩罐300切換到清空或排氣周期中，而將另一個現(xiàn)在已再生的篩罐 300切換到增壓周期。此為PSA過程的基本的重復性、交替的操作。例如， 針對最低至最高的流量設(shè)置輸入504，控制器506可在壓力傳感器510檢測 到9. O磅每平方英寸表壓(psig) 、 12.5psig、 16. 5psig、 19. Opsig和 23. 5psig時，切換或輪換篩罐300的周期。當然，可預(yù)想其它的psig值并 可實施任何合適的ps ig值。在一個實施例中，排泄閥502在被激活至打開或"開啟"狀 態(tài)之前具有可變"開啟延遲"。在一個實施例中，該可變"開啟延遲，， 與流量設(shè)置輸入504相關(guān)聯(lián)。例如，針對最低至最高的流量設(shè)置輸入504， 控制器506可在3. 3秒(sec ) 、 3. Osec、 2. 9sec和2. 9sec的"開啟延遲，， 之后激活排泄閥502。當然，可預(yù)想其它的"開啟延遲"值并可實施任何 合適的"開啟延遲，，值。在一個實施例中，在增壓篩床300達到其容量并 伴隨著相應(yīng)增壓周期的結(jié)束(即，另一個篩罐300進行下次增壓周期的開 始)之后，控制器506停用排泄閥502。 一般而言，排泄閥502將一個篩罐 300中的氧氣以受孔口 514限制的流率"排泄"到另一個篩罐300中。也就 是說，氧氣被允許從增壓篩罐300流向排氣或清空篩罐300。這種氧氣流 動有助于篩罐300的排氣或清空，以將篩罐300所捕獲的氮氣驅(qū)趕出并對 其自身進行再生以供其下一次增壓周期之用。由于壓縮機408根據(jù)流量設(shè) 置輸入504對篩罐300進行可變增壓，因此能被可變地控制的篩罐300之間 的排泄流可有助于針對在合適純度水平下濃縮器的相應(yīng)產(chǎn)品氣體輸出流
率的排氣篩罐的有效清空。通常，流量設(shè)置輸入504的值越高，"開啟延遲"時間(即， 閉合時間)就越短，而排泄閥502打開的時間就越長，被送至排氣篩罐300中的排泄流也就越多。這是因為，針對較高值的流量設(shè)置輸入504可使用 較高的增壓水平。較高的增壓水平會需要較多的排泄流來再生排氣或清 空篩罐300。相反，流量設(shè)置輸入504的值越低，"開啟延遲"時間(即， 閉合時間)就越長，而排泄閥502打開的時間就越短。這是因為，針對較 低值的流量設(shè)置輸入504會使用較低的增壓水平。較低的增壓水平會需要 較少的排泄流來再生排氣或清空篩罐300。因此，上述可變的"開啟延遲，， 邏輯允許使通過控制用于清空排氣篩罐300的氧氣量所產(chǎn)生的氧氣利用 率最大化，從而獲得提高了水平的系統(tǒng)效率。在其它實施例中，可使用 其它可變邏輯來針對不同的流量設(shè)置輸入504改變排泄閥502的其它控制 參數(shù)(例如，排泄流持續(xù)時間)。在進一步實施例中，可變邏輯可使用 其它的傳感參數(shù)(例如，壓力)來針對不同的流量設(shè)置輸入504改變"開 啟延遲"或其它控制參數(shù)。如上所述，排泄閥502激活之前的"開啟延遲"時間段取決 于流量設(shè)置輸入504的值，該值又轉(zhuǎn)而基于某些其它工作參數(shù)，如產(chǎn)品罐 輸出壓力、篩罐輸出壓力、壓縮機速度以及各個構(gòu)件的體積容量。在一 個實施例中，可基于濃縮器構(gòu)件的物理規(guī)格根據(jù)經(jīng)驗確定針對每個流量 設(shè)置輸入504的具體"開啟延遲"時間段。然后將針對每個流量設(shè)置輸入 504值的"開啟延遲，，時間存儲在控制器506的存儲器或邏輯內(nèi)的查詢表 中。因此，在讀取流量設(shè)置輸入S(H之后，控制器506從存儲在其存儲器 或邏輯中的查詢表查詢排泄閥可變"開啟延遲"時間。然后，使用相應(yīng) 的"開啟延遲，，時間來從提供排泄流的篩罐300的增壓周期開始，延遲排 泄閥502的激活。如圖所示，增壓周期在壓力均衡閥PE閉合之后開始(見 圖5B中的時間圖)。在"開啟延遲"時間屆滿(這可由存儲器或邏輯中 的計時器監(jiān)測)之后，排泄閥502被激活(即，打開或"開啟")并保持 打開直到下一個PSA周期開始，在所述下一個PSA周期中兩個篩罐^0的作
用凈皮切換。在其它實施例中，可變"開啟延遲"可至少部分地基于最短 "開啟延遲"時間。在另一個實施例中，可變"開啟延遲"可至少部分 地基于一個或多個其它參數(shù)，如以任何方式組合的產(chǎn)品罐輸出壓力、篩 罐輸出壓力、壓縮機速度以及各個構(gòu)件的體積容量。在又一些其它實施 例中，可變"開啟延遲，，可至少部分地基于最短"開啟延遲"時間與一 個或多個其它參數(shù)的組合。例如，在最短"開啟延遲"時間之后，如果那時或當前增壓周期完成之前的任何時刻所述其它參數(shù)超過預(yù)定閾值，
則可觸發(fā)排泄閥502的激活。當然，可預(yù)想替代或相反的邏輯并可實施參數(shù)和閾值之間的任何合適的邏輯關(guān)系。在又一些其它實施例中，在沒有最短"開啟延遲，，的情況下如果在增壓周期中的任何時刻所述其它參數(shù)超過預(yù)定閾值，則可觸發(fā)排泄閥502的激活。在本文所描述的任何實施例中，排泄閥502在激活之后也可具有可變的"最長開啟時間"，以便限制其保持打開或者說處于"開啟"狀態(tài)的連續(xù)時間?？勺兊?最長開啟時間"可與流量設(shè)置輸入504相關(guān)聯(lián)。例如，針對最低至最高的流量設(shè)置輸入504 ，控制器506可在2. 2sec、2.4sec、 2. 6sec、 2. 8和3. Osec的"最長開啟時間"之后停用排泄閥502。當然，可預(yù)想其它的"最長開啟時間"值并可實施任何合適的"最長開啟時間"值。在這個實施例中，如果在"最長開啟時間"屆滿之前當前增壓周期結(jié)束，則也將停用排泄閥502。相反，如果"最長開啟時間"在當前增壓周期結(jié)束之前屆滿，則可基于上述"開啟延遲"時間或參數(shù)觸發(fā)的任何組合再次激活排泄閥502。如果期望，也可將排泄閥502固定成提供連續(xù)的排泄或者固定成具有與流量設(shè)置輸入504無關(guān)的預(yù)定打開時間。此外，可針對特定的流量設(shè)置輸入504將"開啟延遲"時間設(shè)置為零以提供連續(xù)的排泄，并且可針對特定的流量設(shè)置輸入504將"最長開啟時間"i殳置為零以阻止排泄閥502的激活。圖5B示出了圖5A中所示閥的時間圖的一個實施例。如圖所示，在第一增壓周期之后，每個增壓周期在壓力均衡閥PE從閉合(即，關(guān)斷、停用)過渡到打開(即，開啟、激活)之時開始。例如，在壓力均衡閥PV的第一次激活之后，增壓氧氣從第一篩罐300 (即，與主閥MV1相關(guān)聯(lián)的)經(jīng)由壓力均衡閥PV流動以增大第二篩罐300 (即，與主岡MV2相關(guān)聯(lián)的)中的壓力。如果要用壓力均衡閥PE來幫助第二篩罐300的清空和再生，則與壓力均衡閥PE的這次激活一起或在這次激活之后不久，停用排氣閥EV2。在壓力均衡閥PE的這次激活之后不久，停用主閥MV1并激活主閥MV2以將壓縮才幾408所產(chǎn)生的進氣空氣流從第一篩罐S00切換到第二篩罐300。在切換了主閥MV1和MV2之后不久停用壓力均衡閥PE。通常，與壓力均衡閥PE的這次停用一起激活排氣閥EV1以允許篩罐300之間的壓力均衡得以繼續(xù)。然而，如果期望，可與主閥MV1的停用一起或者在這之后不久并且在壓力均衡閥PE的停用之前激活排氣閥EV1。以交替的方式繼續(xù)這個過程以提供PS A過程。具體地，可以看到，在壓力均衡閥PE為打開或者說"開啟，，時，排泄閥502可通常為閉合的或者說"關(guān)斷的"，但不必須是這種情況。還可以看到，排泄閥的可變"開啟延遲"時間在壓力均衡閥PE從閉合或者說"關(guān)斷"過渡到打開或者說"開啟，，時開始，但也不必須是這種情況。在某些情況下，允許這些閥的打開或者說"開啟"狀態(tài)重疊是有益的。換句話說，在某些情況下，可同時或以任何組合方式使用排泄閥502和壓力均衡閥PE這兩者，以提供從增壓篩罐300向另一個篩罐300的排泄流，以供該另一個篩罐300的清空和再生之用。圖5C示出了在主閥MV1、排泄閥502和排氣閥EV2被激活(即，打開)并且主閥MV2和排氣閥EV1被停用(即，閉合)時，排泄流從篩罐l經(jīng)由孔口1和篩罐2流向排氣出口的示例性路徑。圖5D示出了在主閥MV2、
流從篩罐2經(jīng)由孔口 1和篩罐1流向排氣出口的示例性替代路徑。如虛線所示，在一個實施例中，可在單個構(gòu)件中提供排泄閥502和孔口 l的功能，該單個構(gòu)件可被稱為可變限流器。在另一個實施例中，孔口2可提供與排泄閥502和孔口1并行的連續(xù)固定排泄流?？卓?將建立最小排泄流，該最小排泄流可通過本文所述的排泄閥502的激活而增大。在又一個實施例中，可激活PE閥以與孔口 2或者排泄閥502和孔口 l的串聯(lián)組合聯(lián)合提供或補充排泄流。在另一個實施例中，控制器506可監(jiān)測PSA切換時間(即，增壓周期時間)以針對操作濃縮器時所在的某些地球海拔范圍來識別替代工作模式。例如，針對一直到約6300英尺時的操作可實施低海拔模式，而針對6300英尺以上時的操作可實施高海拔模式。當然，可預(yù)想其它的海拔范圍并可實施更多的海拔模式。在較高海拔下，由于較低的環(huán)境大氣壓力(即，較稀薄的空氣)，PSA切換時間趨于增加?？苫诮o定的海拔范圍調(diào)節(jié)濃縮器的某些工作參數(shù)，以便提高效率和維持產(chǎn)品氣體的體積輸出量、流率和純度的合適水平。測試已經(jīng)證明，在低海拔工作模式下，基于流量設(shè)置輸入5 04
的排泄閥502的固定"開啟延遲，，可以是可接受的。但是，海拔越高，輪換篩罐300的增壓之間的切換時間就越長，因為濃縮器花費越來越長的時間來積聚期望切換壓力。響應(yīng)于該較長的切換時間，濃縮器可切換到較
23高海拔模式下，該較高海拔模式可調(diào)節(jié)一個或多個工作參數(shù)(即，產(chǎn)品罐輸出壓力、篩罐輸出壓力、排泄閥控制)以將切換時間保持在最佳范
圍內(nèi)。如果在寬的海拔范圍上維持排泄閥502的固定"開啟延遲，，，則在該海拔范圍的較低高度處可能有很少或沒有排泄流。此外，在較高高度處當切換時間被顯著延長時，固定的"開啟延遲"會導致過多的排泄流。沒有排泄流以及過多排泄流會導致源自濃縮器的產(chǎn)品氣體處于在寬海拔范圍的較低和較高高度處工作時的期望純度水平之外。在海平面以上5300至11150英尺范圍內(nèi)的各海拔處采集了數(shù)據(jù)并進行了分析。針對每個流量設(shè)置輸入504識別低海拔和高海拔切換時間的標稱值。例如，1 )在最低流量設(shè)置輸入504下，識別低海拔和高海拔切換時間的標稱值為5. 5秒和14秒，并且與從低海拔模式到高海拔模式的過渡相關(guān)聯(lián)的閾值為6300英尺；2 )在下一較高的流量設(shè)置輸入504下，識別低海拔和高海拔切換時間的標稱值為5秒和13秒，并且與從低海拔模式到高海拔模式的過渡相關(guān)聯(lián)的閾值為6200英尺；3)在中間的流量設(shè)置輸入504下，識別低海拔和高海拔切換時間的標稱值為5秒和11. 5秒，并且與從低海拔模式到高海拔模式的過渡相關(guān)聯(lián)的閾值為6200英尺；4)在下 一較高的流量設(shè)置輸入5 04下，識別低海拔和高海拔切換時間的標稱值為5秒和10. 5秒，并且與從低海拔模式到高海拔模式的過渡相關(guān)聯(lián)的闊值為6300英尺；以及5 )在最高流量設(shè)置輸入504下，識別低海拔和高海拔切換時間的標稱值為5. 5秒和11秒，并且與從低海拔模式到高海拔模式的過渡相關(guān)聯(lián)的閾值為6000英尺?？蔀閺牡秃０文Ｊ降礁吆０文Ｊ降倪^渡(例如，大約12秒)以及從高海拔模式到低海拔模式的過渡(例如，大約5. 5秒)設(shè)立合適的切換時間閾值。當然，可針對不同的流量設(shè)置輸入504設(shè)立不同的切換時間閾值。例如，針對不同的流量設(shè)置輸入504，從低海拔模式過渡到高海拔才莫式的切換時間閾值可在10.5秒至14秒之間的范圍內(nèi)。類似地，針對不同的流量設(shè)置輸入504 ，從高海拔模式過渡到低海拔模式的切換時間閾值可在5. 0秒至5. 5秒之間的范圍內(nèi)。通常，所述閾值將不相同，從高海
拔模式過渡到低海拔模式的閾值將低于另一閾值以產(chǎn)生合適的滯后。在另 一 個實施例中，可將海拔模式之間的過渡延遲 一 段固定的時間或者直到預(yù)定數(shù)量的連續(xù)增壓周期(例如，三個連續(xù)周期)的切換時間顯示適合進行海拔模式過渡。
針對任何海拔模式，可以本文所述的任何方式控制排泄閥502。顯然，可在不同海拔模式下對排泄閥502進行不同的控制。因此，可至少部分地基于海拔模式來實施優(yōu)選的排泄閥控制技術(shù)，并且海拔模式之間的過渡可導致排泄閥控制技術(shù)間的相應(yīng)過渡。在一個實施例中，與排泄閥502的激活和PSA切換時間(即，增壓周期時間)相關(guān)聯(lián)的"開啟延遲"時間圍繞流量設(shè)置輸入506的范圍具有大致線性的關(guān)系。切換時間可由針對每個流量設(shè)置輸入506的切換壓力設(shè)定點代表，因為切換時間是給定篩罐3OO達到與其滿容量相關(guān)的壓力所花費的時間。在描述的實施例中，可假設(shè)篩罐300中的壓力積累為線性的。這允許將排泄閥激活壓力表達成針對每個流量設(shè)置輸入506的壓力設(shè)定點的比值。然后可利用該比值來確定閣值壓力值。在壓力積聚期間，如果壓力超過閾值壓力值，則控制器506激活(即，打開)排泄閥502。這可確保至少有足夠的排泄流來維持期望純度水平，同時也限制排泄流以避免氧氣的不必要損失。在其它實施例中，"開啟延遲"時間可為PSA切換時間的非線性函數(shù)。類似地，在其它實施例中，針對不同的流量設(shè)置輸入506，用于確定"開啟延遲"時間的函數(shù)可不相同。下表示出了濃縮器在低海拔模式(LAM)下工作時針對每個流量設(shè)置輸入506的示例性壓力設(shè)定點。在一個實施例中，可利用以下方程從針對LAM的示例性壓力設(shè)定點確定針對高海拔模式(HAM)的壓力設(shè)
定點
HAM壓力設(shè)定點-LAM壓力設(shè)定點，比值 (1 )
其中，針對所有的流量設(shè)置輸入506，比值可為0.875。當然，可利用其它的技術(shù)或者其它合適的標準來確立HAM壓力設(shè)定點。例如，所述比值可為不同的值，或者可由針對任何特定流量設(shè)置輸入506的可變函數(shù)替代。此外，在實施附加海拔模式的情況下，可使用任何合適的技術(shù)或標準來確立針對每個海拔模式的輪換壓力設(shè)定點。在一個實施例中，在HAM期間用于觸發(fā)排泄閥502的激活的閾值可利用以下方程來確定
H AM壓力閾值=謹壓力設(shè)定點= =比值 (2 )
其中，比值可為i) 0.55,針對最低流量設(shè)置輸入506， ii) 0.60，針對下一較高的流量設(shè)置輸入506， iii)0.65，針對中間的流量設(shè)置輸入506, iv) 0.70，針對下一較高的流量設(shè)置輸入506， v) 0.75，針對最高流量設(shè)置輸入506。在另一個實施例中，針對所有的流量設(shè)置輸入506，比值可為0.90。當然，可利用其它的技術(shù)或者其它合適的標準來確立HAM壓力閾值。例如，所述常數(shù)可為不同的值，或者可由針對任何特定流量設(shè)置輸入506的可變函數(shù)替代。此外，在實施附加海拔模式的情況下，可使用任何合適的技術(shù)或標準來確立針對每個海拔模式的輪換壓力閾值。
例l
用于排泄閥
流量設(shè)置LAM壓力設(shè)定 點(psig )HAM壓力設(shè)定 點(psig )比值激活的HAM壓 力閾值 (psig )-
19. 07. 880. 554. 33
212. 510. 940. 606. 56
316. 514. 440. 659. 38
419. 016. 630. 7011. 64
523. 520. 560. 7515. 42
例2
用于排泄閥
流量設(shè)置LAM壓力設(shè)定 點(psig )HAM壓力設(shè)定 點(psig )比值激活的HAM壓 力閾值 (psig )
19. 07. 880. 907. 09
212. 510. 940. 909. 84
316. 514. 440. 9012. 99
419. 016, 630. 9014. 96
523. 520. 560. 9018. 51在另一個實施例中，控制器506可利用計時器功能來監(jiān)測PSA周期切換時間?？蓪⒃摫O(jiān)測到的切換時間測量值與存儲在非易失存儲器中的切換時間范圍進行比較?？刂破?06可利用該比較的結(jié)果來確定濃縮器應(yīng)該在低海拔模式下工作還是應(yīng)該在高海拔模式下工作。在低海拔模式下，針對每個流量設(shè)置輸入504，濃縮器可根據(jù)存儲在非易失存儲器中的固定壓力值工作。在高海拔模式下，濃縮器可根據(jù)針對每個流量設(shè)置輸入504的固定壓力值工作，該固定壓力值至少部分地基于相應(yīng)的低海拔固定壓力值。在又一個實施例中，在低海拔模式下，針對每個流量設(shè)置輸入504，濃縮器可根據(jù)存儲在非易失存儲器中的、用于激活排泄閥502的固定"開啟延遲"時間工作。在高海拔模式下，濃縮器可根據(jù)基于針對每個流量設(shè)置輸入504的固定壓力值或者所監(jiān)測的PSA周期切換時間而縮放的可變排泄閥激活時間工作。可從固定壓力值或所監(jiān)測的PSA周期切換時間計算出排泄閥縮放因子。前述功能可作為軟件或者控制器邏輯而執(zhí)行。"邏輯"，在本文中使用時，包括但不限于，硬件、固件、軟件和/或每個的組合，用于執(zhí)行功能或動作，和/或引起另一構(gòu)件的功能或動作。例如，基于期望應(yīng)用或需求，邏輯可包括軟件控制的微處理器、離散邏輯，如專用集成電路(ASIC),或者其它的編程邏輯器件。邏輯還可完全實施為軟件。"軟件"，在本文中使用時，包括但不限于， 一種或多種能夠使計算機或其它電子器件以期望的方式執(zhí)行功能、動作和/或行為的計算機可讀和/或可執(zhí)行的指令。指令可以多種形式實施，如包括來自動態(tài)鏈接庫的獨立應(yīng)用程序或代碼的例程、算法、模塊或程序。軟件也可以多種形式實施，如獨立程序、函數(shù)調(diào)用、小服務(wù)程序、小應(yīng)用程序(applet)、存儲在存儲器中的指令、操作系統(tǒng)的一部分或另一種類型的可執(zhí)行指令。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認識到，軟件的形式取決于，例如，期望應(yīng)用的要求、其運行環(huán)境和/或設(shè)計者/編程者的期望等。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可在多種平臺上實施，包括，例如，聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)和獨立控制系統(tǒng)。此外，本文所示和描述的邏輯、數(shù)據(jù)庫或表格優(yōu)選地駐留在計算機可讀介質(zhì)之中或之上，所述計算機可讀介質(zhì)例如，閃存、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、可編程只讀存儲器(PROM)、電可編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)、磁盤或磁帶、以及任選地包括CD-ROM和DVD-ROM在內(nèi)的光可讀介質(zhì)。更進一步，本文中所描述的過程和邏輯可并入到一個大的過程流程中或者劃分成多個子過程流程。本文中已經(jīng)描述的過程流程的順序不是關(guān)鍵的，且可以重新安排，同時仍然實現(xiàn)相同結(jié)果。實際上，本文中所描述的過程流程可根據(jù)授權(quán)或期望在其實施中重新安排、合并和/或重新組織。
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圖5E和5F還示出了包括排泄閥502和其它構(gòu)件在內(nèi)的閥組件 2"的示例性實施例。在這個實施例中，排泄閥502、壓力均衡閥PE、節(jié) 約閥512、固定孔口514、固定孔口515以及止回閥516安裝或附接于具有 多個入口、出口以及連接入口、出口和所示各閥的內(nèi)部通道的塊狀歧管 主體。由于構(gòu)造成這樣，閥組件214致使節(jié)約了空間和重量，其可適應(yīng)于 便攜式氧氣濃縮器和其它裝置。該構(gòu)造還允許容易地使用以及在必要時 更換閥組件214。在其它實施例中，濃縮器可包括離散的構(gòu)件或者一個或 多個閥組件中構(gòu)件的任何合適組合。特別地，排泄閥502和固定孔口514 可組合在模塊化組件中。輸出端口在本發(fā)明的一個實施例中，輸出端口 108包括合適的空氣過 濾器。雖然從篩罐和產(chǎn)品罐中排出的氧氣在氮氣-氧氣分離過程之前已經(jīng) 被過濾，但額外的過濾會對某些病人有幫助?，F(xiàn)在參照圖6A，示出了輸 出端口 108的一個實施例的透視圖。輸出端口 108包括主體600、輸入部 602、延伸部604和輸出部610。輸入部602構(gòu)造成能與輸送氧氣的氣動管 道系統(tǒng)(pneumatic tubing )接觸。通過輸入部602接收的氧氣進入主體 600中。主體600中包括合適的過濾器，例如，HEPA過濾器或其它合適的 過濾器，用于過濾氧氣。延伸部604包括^^定面(key surface) 606和螺紋 608。在與氧氣濃縮器的殼體組裝期間，鍵面606便于輸出端口108的正確 定向。螺紋608便于利用六角螺母或其它類型的緊固件將輸出端口108緊 固到氧氣濃縮器的殼體上。輸出部610構(gòu)造成能夠與向病人或醫(yī)療配件輸
送氧氣的管道系統(tǒng)配合?，F(xiàn)在參照圖6B，示出了沿圖6A中的剖切線6B-6B截取的日間 (day)剖^f見圖。主體600的過濾器以612示出。過濾器612占據(jù)主體600 內(nèi)部空間的相當大的部分，以過濾通過輸入部602接收的氧氣。這樣，過 濾器612的形狀和幾何尺寸與主體600內(nèi)部空間的形狀和幾何尺寸互補。 在一個實施例中，過濾器612由硼硅玻璃微纖維制成且為疏水性的。針對 0. 2微米或更大的顆粒尺寸，過濾器612還提供高于99. 99。/。的過濾效率。 也可使用具有少于所有這些特性的其它過濾器。在一個實施例中，主體600由聚丙烯材料制成，并且其內(nèi)部 空間提供3. 5cW的有效過濾面積。主體的材料可為任何合適的材料，可 使過濾面積比所述的更大或更小。在一個實施例中，優(yōu)選地，通過將在主體600區(qū)域相接的兩部分相連以形成完整的輸出端口 108，來制造輸出 端口108。在這個實例中，這兩部分示出為由延伸穿過主體600的接口軸 線6H所分開。將過濾器612插入到其中一個部分中，形成主體600內(nèi)部空 間的一部分。然后，通過粘合或焊接而連結(jié)另一個部分，從而將過濾器 612密封到主體600的內(nèi)部空間中。在其它實施例中，可利用配合螺紋或 其它允許拆除和更換過濾器612的非永久性連接來連結(jié)這兩個部分。
壓力傳感器校準和節(jié)約過程圖7示出了控制器506內(nèi)用于校準壓力傳感器510的過程700 的一個實施例。矩形單元表示"處理框"并代表計算機軟件指令或指令 集。菱形單元表示"決策框，，并代表影響由處理框所代表的計算機軟件 指令的執(zhí)行的計算機軟件指令或指令集?？商娲?，處理框或決策框代 表由功能上等同的電路(如數(shù)字信號處理器電路或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)) 所執(zhí)行的步驟。該流程圖沒有描繪任何具體編程語言的句法。相反，該 流程圖示出了本領(lǐng)域技術(shù)人員可能用來制造電路或產(chǎn)生計算機軟件以執(zhí) 行系統(tǒng)處理的功能性信息。應(yīng)該注意，4艮多例行程序單元，如循環(huán)和變 量的初始化以及臨時變量的使用，沒有示出。在獲得相同結(jié)果的情況下， 可改變流程順序。校準例行程序，例如，可由合格的技術(shù)員利用可調(diào)外部壓力 源來執(zhí)行。當然，其它的情形也是可以的并且任何能合適地完成壓力傳 感器校準的程序均可實施。在框702中，在將外部壓力源調(diào)節(jié)至第一固定 壓力設(shè)定值并將該壓力施加于壓力傳感器之后，控制器506讀取來自壓力 傳感器510的信號(例如，模擬到數(shù)字計數(shù)(A-D計數(shù)))。例如，第一 固定壓力設(shè)定值可為與濃縮器的正常工作相關(guān)聯(lián)的壓力，例如10psig。 例如，控制器506將模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括為其結(jié)構(gòu)之一，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器允許控 制器506讀取從傳感器(如壓力和流量傳感器)發(fā)出的模擬信號。模擬傳 感器信號向數(shù)字或二進制值的轉(zhuǎn)換，允許控制器讀取傳感器信號并將傳 感器信號用在其處理過程中。在其它實施例中，第一固定壓力設(shè)定值可 為任何壓力設(shè)定值，包括環(huán)境壓力或真空。在框704中，將在框702中讀 取的信號值(例如，相應(yīng)的A-D計數(shù))存儲在存儲器中。在框706中，在將外部壓力源調(diào)節(jié)至第二固定壓力設(shè)定值之 后，控制器506讀取來自壓力傳感器510的信號(例如，A-D計數(shù))。例如， 第二固定壓力設(shè)定值可為與濃縮器的正常工作相關(guān)聯(lián)的壓力，例如20psig。類似于第一壓力設(shè)定值，第二壓力設(shè)定值可為任何壓力設(shè)定值。 框708將在框706中讀取的信號值(例如，相應(yīng)的A-D計數(shù))存儲在存儲器 中?？?10利用第一和第二信號值(例如，A-D計數(shù)讀取值)生成線性外 推(Y=m (X) +B)。然后，在框712中，控制器506利用該線性外推將來 自壓力傳感器510的信號值(例如，A-D計數(shù))轉(zhuǎn)換成psig。在該線性外 推中，X代表信號值(例如，壓力傳感器A-D計數(shù)或讀取值)，Y代表以psig 為單位的壓力。在替代實施例中，從無單位或未校準的壓力測量值到外 部經(jīng)校準的壓力源的任何壓力設(shè)定值均可使用。圖8示出了節(jié)約過程800的一個實施例，該節(jié)約過程用于確定 與向氧氣濃縮器100的用戶提供一氣團(bolus)氣體(例如，氧氣)相 關(guān)聯(lián)的持續(xù)時間。"氣團，，，在本文中使用時，包括但不限于，通過合 適的用戶接口 (如鼻管或鼻罩)提供給用戶的一劑或一個脈沖的濃縮產(chǎn) 品氣體(如氧氣)。與經(jīng)過氣動構(gòu)件的流動有關(guān)的氣團參數(shù)包括持續(xù)時 間和幅度。持續(xù)時間參數(shù)涉及激活和停用閥以開始和結(jié)束氣團。幅度參 數(shù)涉及各構(gòu)件的流量容量和產(chǎn)品氣體的壓力。氧氣濃縮器100可包括，例 如，用于控制流向病人的氧氣流量的節(jié)約裝置。例如，該節(jié)約裝置可關(guān) 于一個或多個參數(shù)調(diào)節(jié)，以便節(jié)約氧氣濃縮器100的功率消耗，同時維持 產(chǎn)品氣體的合適的純度、流率和體積。在一個實施例中，節(jié)約裝置由控 制器506、流量傳感器508、壓力傳感器510、節(jié)約閥512和固定孔口 515 (見圖5A)形成。節(jié)約過程800代表能駐留在控制器506內(nèi)的邏輯的一個 實施例?？刂破?06利用，例如流量傳感器508來監(jiān)測用戶的呼吸，以確 定該用戶的呼吸特征(例如，呼吸頻率、吸氣、呼氣、體積、流量等)。 在吸氣開始(即，呼氣結(jié)束)后，將控制器506編程為向用戶輸送一氣團 氣體，如氧氣。在這點上，該氣團的大小可為固定的或者至少部分地根 據(jù)病人的呼吸特征(例如，呼吸頻率、吸氣的持續(xù)時間、體積、流量等) 來確定。 一旦固定或者確定之后，控制器506就控制節(jié)約閥512的開啟和 關(guān)斷狀態(tài)以向病人輸送適當氣團的氣體。例如，可在每個呼吸周期的吸
氣部分期間提供氣團。在框802中，控制器506已檢測到與病人的呼吸特征相關(guān)聯(lián)的 觸發(fā)，確定將向病人輸送一氣團氣體，并且打開節(jié)約閥512或?qū)⑵淝袚Q成 向病人分配濃縮產(chǎn)品氣體?，F(xiàn)在將開始一個循環(huán)控制器506讀取壓力傳 感器的信號(例如，A-D計數(shù))(在框802中進行)，將該信號(例如，A-D計數(shù))轉(zhuǎn)換成psig (在框804中進行)，然后將psig值加和直至達到 預(yù)定的psig值(在框806中進行)。例如，psig值的預(yù)定加和可與將由氣 團提供的濃縮呼吸用氣體的預(yù)定體積測量值有關(guān)。濃縮呼吸用氣體的預(yù) 定體積測量值可至少部分地基于在預(yù)定時間段上期望輸出體積(例如， 300cc/min)以及病人的呼吸頻率。例如，控制器506可考慮固定孔口 515 的物理特征、產(chǎn)品罐302的監(jiān)測壓力、以及激活節(jié)約閥512以提供產(chǎn)品氣 體流的時間，以便在給定氣團中提供所期望體積的產(chǎn)品氣體。流經(jīng)固定 孔口的產(chǎn)品氣體流的壓力隨時間變化的關(guān)系為經(jīng)典的積分函數(shù)。在壓力 可變的情況下，可調(diào)節(jié)節(jié)約閥512被激活的時間，以便提供所期望體積的 產(chǎn)品氣體。因此，控制器506可至少部分地基于監(jiān)測壓力來控制節(jié)約閥 512。在框804中，利用從圖7中獲得的線性外推完成從信號值(例 如，壓力傳感器A-D計數(shù))向psig的轉(zhuǎn)換。在其它實施例中，也可使用可 替代方法來從信號值(例如，A-D計數(shù))獲得psig值。在框806中，通過 例如利用^^式P-P+PSIG將它們加在一起而對psig值求和。在該 >式中， PSIG代表當前psig讀數(shù)，P代表當前壓力之和。該公式是從上述限定了流 經(jīng)固定孔口的產(chǎn)品氣體流的壓力隨時間變化的關(guān)系的經(jīng)典積分函數(shù)導出 的。在可替代實施例中，可將來自壓力傳感器510的信號值(例如，A-D 計數(shù))加和直至達到預(yù)定的加和值(例如，A-D計數(shù)的加和)。 一旦壓力 的加和等于預(yù)定的壓力加和閾值，在框810中，控制器506就閉合節(jié)約閥 512并等待出現(xiàn)下一次氣團輸送觸發(fā)。例如，預(yù)定的壓力加和閾值可與將 由氣團提供的濃縮呼吸用氣體的預(yù)定體積測量值有關(guān)。濃縮呼吸用氣體的預(yù)定體積測量值可至少部分地基于在預(yù) 定時間段上的期望輸出體積(例如，840cc/min)以及病人的呼吸頻率。 例如，可用期望輸出流率i殳定值(例如，840cc/min)除以病人的呼吸頻 率，以將針對該較長時間尺度的相應(yīng)期望體積分配成針對病人每次呼吸 的單獨氣團。對于20bpm的示例性呼吸頻率，每個氣團的期望體積可為 42cc。類似地，對于10bpm的示例性呼吸頻率，每個氣團的期望體積可為 84cc。正常來說，將隨著病人的每次呼吸輸送氣團。但是，在某些情況 下，濃縮器可故意跳過一次呼吸以確保達到合適的產(chǎn)品氣體純度水平和 系統(tǒng)效率。例如，如果呼吸頻率超過預(yù)定頻率(例如，36bpm)，則濃縮 器可以不隨著每次呼吸提供氣團，而是可以選擇性地跳過某些呼吸，使得達到合適的產(chǎn)品氣體純度水平和系統(tǒng)效率。圖9示出了節(jié)約閥512針對與用戶呼吸周期(即，呼吸900 ) 相關(guān)聯(lián)的呼吸特征(例如，吸氣)而進行的計時操作的一個實施例。示 例性呼吸周期901示出為具有吸氣期，后面跟隨著呼氣期。當節(jié)約閥512 通過通風口分流(由氣流902以及對應(yīng)于示例性呼吸周期901的示例性流 量信號903表示)用戶呼吸時，流量傳感器508測量與用戶呼吸周期相關(guān) 聯(lián)的流率。流量信號903，例如，可代表模擬信號水平、模擬信號水平的 數(shù)字化表示，或者實際的流率單位。在任何情況下，針對流量信號903 確立觸發(fā)閾值904 。取決于具體實施方式
，觸發(fā)閾值904可為過零點 (zero-crossing point )、自該過零點的偏移(正的或負的)、每個周 期的平均流量、或者自該平均流量的偏移(正的或負的)。在圖9所示的 實施例中，觸發(fā)閾值904示出為緊接吸氣階段開始之后出現(xiàn)。此為自過零 點的正偏移的實例。在一個實施例中，觸發(fā)閾值可為12標準立方厘米每 分鐘(sccm )?！┝髁啃盘?03達到觸發(fā)閾值904，控制器506就打開節(jié)約 閥512—段足以向用戶輸送所需大小的氣團905的持續(xù)時間。在一個實施 例中，節(jié)約閥512保持打開的持續(xù)時間可由過程800(圖8 )的邏輯來確定。 如以上參照圖8所描述的， 一旦壓力的加和達到預(yù)定的加和值，控制器5 0 6 就在906處關(guān)閉節(jié)約閥512。控制器506可忽略或以其它方式避免針對觸發(fā) 閾值904采取行動，至少直到超過與呼吸頻率相關(guān)聯(lián)的持續(xù)時間，以避免 在下一次吸氣開始之前觸發(fā)另一個氣團905。這可被稱為觸發(fā)鎖定期907。 觸發(fā)鎖定期907可^皮確定為普通人(average person )、示例人或特定人 (如病人)的呼吸特征(例如，呼吸頻率、呼吸周期、呼氣、或者包括 流量、流率和壓力在內(nèi)的其它呼吸特征)的百分比。例如，如果選擇了 35 0毫秒(msec)的呼吸頻率，則觸發(fā)鎖定期將為350msec的某個百分比， 如175msec。觸發(fā)鎖定期907確保下一次觸發(fā)不會錯誤地或過早地開始， 直到病人的下一次吸氣開始。在觸發(fā)鎖定期907屆滿之后，下一次觸發(fā)閾 值生效。在一個實施例中，在觸發(fā)鎖定期之后，控制器506也可等待流量 信號降至觸發(fā)閾值904之下才啟動節(jié)約閥5U的下一次激活。這樣，在呼 吸周期的吸氣部分開始之后，每次流量信號903上升通過觸發(fā)閾值904時， 可向病人輸送氣體(例如，氧氣)氣團905。如上所述，在某些情況下， 濃縮器可故意跳過一次呼吸以確保達到合適的產(chǎn)品氣體純度水平和系統(tǒng)效率。針對任何海拔模式，可以本文所述的任何方式控制節(jié)約閥 512。顯然，可在不同海拔模式下對節(jié)約閥512進行不同的控制。因此， 可至少部分地基于海拔模式來實施優(yōu)選的節(jié)約閥控制技術(shù)5并且海拔模 式間的過渡可導致節(jié)約閥控制技術(shù)間的相應(yīng)過渡。在一個實施例中，在高海拔模式下，當高度變化時，控制 器506可自動調(diào)節(jié)節(jié)約閥512的工作以維持產(chǎn)品氣體的合適水平的純度、 流率和體積。如果未調(diào)節(jié)，例如，當針對較高的高度增加PSA周期切換時 間時，節(jié)約閥512會保持激活更長時間。這會導致氣團體積比所需要的更 大并且產(chǎn)品氣體的輸出量比所期望的更高。例如，在低海拔模式下，針 對給定的流量設(shè)置輸入504，濃縮器可利用用于激活節(jié)約閥512的低海拔 固定持續(xù)時間來工作。針對不同的流量設(shè)置輸入504,低海拔固定持續(xù)時 間可不相同。每個低海拔固定持續(xù)時間可為PSA周期切換時間以及與切換 相關(guān)聯(lián)的濃縮產(chǎn)品氣體的壓力衰減(decay)的函數(shù)?？蓪⑦@些低海拔固
定持續(xù)時間存儲在非易失存儲器中。類似地，在高海拔模式下，針對給定的流量設(shè)置輸入504, 濃縮器可利用用于節(jié)約閥512的激活的高海拔固定持續(xù)時間來工作。針對 不同的流量設(shè)置輸入504，高海拔固定持續(xù)時間可不相同。每個高海拔固 定持續(xù)時間可為針對相應(yīng)流量設(shè)置輸入504的低海拔固定持續(xù)時間的函 數(shù)。針對不同的流量設(shè)置輸入504，低海拔固定持續(xù)時間與高海拔固定持 續(xù)時間之間的函數(shù)關(guān)系可不相同。換句話說，在一個給定流量設(shè)置輸入 504下定義該函數(shù)的算法可不同于在不同流量設(shè)置輸入5(H下定義該函數(shù)
的算法?？蓪⑦@些高海拔固定持續(xù)時間存儲在非易失存儲器中。在其它 實施例中，可將所述函數(shù)(即，算法)的某些參數(shù)(尤其是針對不同流 量設(shè)置輸入504而變化的那些參數(shù))的值存儲在非易失存儲器中。參照圖10,產(chǎn)品氣體濃縮器10的另一個示例性實施例可包 括輸入裝置12、產(chǎn)品氣體源14、壓力傳感器16、節(jié)約閥18和控制器20。 可利用輸入裝置12來選擇濃縮產(chǎn)品氣體的第一期望輸出流率設(shè)定值。產(chǎn) 品氣體源14可提供用于分配的濃縮產(chǎn)品氣體。壓力傳感器16可監(jiān)測濃縮 產(chǎn)品氣體的壓力。節(jié)約閥18可包括輸出連接部、通風連接部和氣體連接 部。輸出連接部可與用戶22相聯(lián)。通風連接部可與通風口 24相聯(lián)。氣體 連接部可與濃縮產(chǎn)品氣體相聯(lián)。輸出連接部可從通風連接部切換到氣體連接部，反之亦然?？刂破髋c輸入裝置12和壓力傳感器16可操作地通訊， 并可以選擇性地切換節(jié)約閥18以便至少部分地基于所選擇的輸出流率設(shè) 定值和監(jiān)測壓力來選擇性地分配濃縮產(chǎn)品氣體。例如，壓力傳感器16可 監(jiān)測節(jié)約閥18和產(chǎn)品氣體源14之間的壓力。在另一個實施例中，壓力傳 感器16可監(jiān)測另一合適位置處的壓力。在一個實施例中，控制器20可至少部分地基于相應(yīng)的監(jiān)測 壓力存儲第一壓力值。在利用輸入裝置12選擇第二期望輸出流率設(shè)定值 之后，控制器20也可至少部分地基于相應(yīng)的監(jiān)測壓力存儲第二壓力值。 在這個實施例中，控制器20可至少部分地基于第一與第二壓力值和監(jiān)測 壓力之間的線性關(guān)系來確定第一和第二壓力值之間的中間壓力值。在另 一個實施例中，產(chǎn)品氣體濃縮器10還可包括流量傳感 器26。流量傳感器26可監(jiān)測指示用戶22呼吸周期的流量?？刂破?0可與 流量傳感器26可操作地通訊。例如，流量傳感器26可監(jiān)測節(jié)約閥18和通 風口24之間的流量。在當前描述的實施例中，控制器20可至少部分地基 于監(jiān)測流量來確定用戶22的呼吸特性。控制器20可至少部分地基于所確 定的呼吸特性來選擇性地切換節(jié)約閥18。在另一個實施例中，流量傳感 器26可監(jiān)測另一合適位置處指示用戶22呼吸周期的流量。在當前描述的實施例中，控制器20可至少部分地基于所確 定的呼吸特性與指示吸氣的觸發(fā)閾值之間的關(guān)系來確定經(jīng)由節(jié)約閥18向 用戶22分配一氣團濃縮產(chǎn)品氣體的起始時間。控制器20可至少部分地基 于所選擇的輸出流率設(shè)定值來確定壓力加和閾值。在當前描述的實施例 中，控制器20也可至少部分地基于與前一氣團相關(guān)聯(lián)的鎖定時間的屆滿 來確定分配該氣團濃縮產(chǎn)品氣體的起始時間?？刂破?0可至少部分地基 于監(jiān)測壓力與壓力加和閾值之間的關(guān)系來確定分配該氣團濃縮產(chǎn)品氣體 的持續(xù)時間。參照圖11，用于提供濃縮產(chǎn)品氣體的過程50的示例性實施 例可從52處開始，在這里可選擇濃縮產(chǎn)品氣體的第一期望輸出流率設(shè)定 值。接著，可提供用于分配濃縮產(chǎn)品氣體的產(chǎn)品氣體源(54)。在56處， 可監(jiān)測濃縮產(chǎn)品氣體的壓力。接下來，可選擇性地將與用戶相聯(lián)的輸出 連接部從與通風口相聯(lián)的通風連接部切換到與濃縮產(chǎn)品氣體相聯(lián)的氣體
連接部，以便至少部分地基于所選擇的輸出流速設(shè)定值和監(jiān)測壓力來選 擇性地分配濃縮產(chǎn)品氣體(58)，反之亦然。
在一個實施例中，過程50還可包括至少部分地基于監(jiān)測 壓力存儲第 一壓力值，選擇濃縮產(chǎn)品氣體的第二期望輸出流率設(shè)定值， 至少部分地基于監(jiān)測壓力存儲第二壓力值，以及至少部分地基于第一和 第二壓力值之間的線性關(guān)系來確定第 一和第二壓力值之間的中間壓力值。在又一個實施例中，過程50還可包括監(jiān)測指示用戶呼吸 周期的流量以及至少部分地基于監(jiān)測流量來確定用戶的呼吸特性。在這 個實施例中，在58中所進行的選擇性切換可至少部分地基于所監(jiān)測的呼 吸特性。在當前描述的實施例中，過程50可進一步包括至少部分地基 于所監(jiān)測的呼吸特性與指示吸氣的觸發(fā)閾值之間的關(guān)系來確定經(jīng)由輸出 連接部向用戶分配一氣團濃縮產(chǎn)品氣體的起始時間。過程50還可包括 至少部分地基于與前一氣團相關(guān)聯(lián)的鎖定時間的屆滿來確定分配該氣團 濃縮產(chǎn)品氣體的起始時間。此外，在這個實施例中，過程50還可包括 至少部分地基于所選擇的輸出流率設(shè)定值來確定壓力加和閾值，以及至 少部分地基于監(jiān)測壓力與壓力加和閾值之間的關(guān)系來確定分配該氣團濃 縮產(chǎn)品氣體的持續(xù)時間。
已經(jīng)相當詳細地描述了這些實施例，但本說明書的目的并不在于將所附 權(quán)利要求的范圍約束或以任何方式限制成這些細節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將 容易地得知更多的優(yōu)點和修改方式。例如，被描迷成連接、附接或結(jié)合 的構(gòu)件，可以直接或例如通過一個或多個中間構(gòu)件間接地連接、附接或 結(jié)合。另外，各個構(gòu)件的尺寸和幾何形狀可在本文所示和描述的各個實 施例和實例的基礎(chǔ)上改變。因此，本發(fā)明，就其較寬的方面而言，不限 于所示和所描述的特定細節(jié)、代表性設(shè)備以及說明性實例。因此，在不 背離申請人的總發(fā)明構(gòu)思的精神或范圍的情況下，可以偏離這些細節(jié)。
3權(quán)利要求
1.一種用于提供濃縮產(chǎn)品氣體的設(shè)備，包括輸入裝置，所述輸入裝置適于從多個輸出設(shè)定值中選擇濃縮產(chǎn)品氣體的期望輸出設(shè)定值；第一和第二篩罐，所述第一和第二篩罐布置成在交替且相反的增壓和清空周期中將一種或多種可吸附組分從增壓源氣態(tài)混合物分離，以形成濃縮產(chǎn)品氣體；可變限流器，用于選擇性地提供第一和第二篩罐之間的可調(diào)流量；以及控制器，所述控制器與輸入裝置和可變限流器可操作地通訊，以至少部分地基于所述期望輸出設(shè)定值來選擇性地控制可變限流器，使得就相應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個輸出設(shè)定值的第一和第二篩罐之間的流量不同于針對至少另一個輸出設(shè)定值的第一和第二篩罐之間的流量。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，可變限流器包括 第一孔口；以及排泄閥，所述排泄閥與第一孔口串聯(lián)，用于選擇性地提供第一 和第二篩罐之間的第 一可調(diào)流量；其中，控制器與排泄閥可操作地通訊以選擇性地控制該排泄閥。
3. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，可變限流器還包括第二孔口 ，所述第二孔口與第一孔口和排泄閥構(gòu)成的串聯(lián)組合 體并行，用于提供第一和第二篩罐之間的連續(xù)流量。
4. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，可變限流器還包括 壓力均衡閥，所述壓力均衡閥與第一孔口和排泄閥構(gòu)成的串聯(lián)組合體并行，用于選擇性地提供第 一和第二篩罐之間的第二可調(diào)流量；其中，控制器與壓力均衡閥可操作地通訊以選擇性地控制該壓 力均衡閥。
5. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，控制器包括第一計時器，所述第一計時器限定與增壓周期的開始有關(guān)的可 調(diào)排泄延遲時間段，在該時間段內(nèi)，限制第一和第二篩罐之間的流其中，控制器至少部分地基于第一計時器來選擇性地控制可變 限流器，并且就相應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個輸出設(shè)定值的 可調(diào)排泄延遲時間段不同于針對至少另一個輸出設(shè)定值的可調(diào)排泄延遲時間段；以及第二計時器，所述第二計時器限定與可調(diào)排泄延遲時間段的屆 滿有關(guān)的可調(diào)排泄持續(xù)時間段，在該時間段內(nèi)，增加第一和第二篩 罐之間的流量；其中，控制器至少部分地基于第二計時器來選擇性地控制可變 限流器，并且就相應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個輸出設(shè)定值的 可調(diào)排泄持續(xù)時間段不同于針對至少另一個輸出設(shè)定值的可調(diào)排 泄持續(xù)時間段。
6. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，還包括壓力傳感器，所述壓力傳感器提供濃縮產(chǎn)品氣體的檢測壓力； 其中，控制器與壓力傳感器可操作地通訊并且至少部分地基于 與排泄壓力閾值有關(guān)的檢測壓力來選擇性地控制可變限流器，就相 應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個輸出設(shè)定值的排泄壓力閾值不同 于針對至少另一個輸出設(shè)定值的排泄壓力閾值；以及計時器，所述計時器限定可調(diào)排泄持續(xù)時間段，在該時間段內(nèi)， 在確定檢測壓力高于排泄壓力閾值之后，增加第一和第二篩罐之間 的流量；其中，控制器至少部分地基于該計時器來選擇性地控制可變限 流器，并且就相應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個輸出設(shè)定值的可 調(diào)排泄持續(xù)時間段不同于針對至少另一個輸出設(shè)定值的可調(diào)排泄 持續(xù)時間段。
7. —種提供濃縮產(chǎn)品氣體的方法，包括a) 從多個輸出設(shè)定值中選擇濃縮產(chǎn)品氣體的期望輸出設(shè)定值；b) 通過第一和第二篩罐在交替且相反的增壓和清空周期中將 一種或多種可吸附組分從增壓源氣態(tài)混合物分離，以形成濃縮產(chǎn)品 氣體；以及c) 至少部分地基于所述期望輸出設(shè)定值來選擇性地控制可變 限流器，以便選擇性地提供第一和第二篩罐之間的流量，使得就相應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個輸出設(shè)定值的第一和第二篩罐之 間的流量不同于針對至少另一個輸出設(shè)定值的第一和第二篩罐之 間的流量。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括d) 選擇性地控制與第一孔口串聯(lián)的排泄閥，以便選擇性地提 供c)中第一和第二篩罐之間流量的第一可調(diào)分量。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括e) 通過與第一孔口和排泄閥構(gòu)成的串聯(lián)組合體并行的第二孔 口，提供c)中第一和第二篩罐之間流量的連續(xù)分量。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括e)選擇性地控制與第一孔口和排泄閥構(gòu)成的串聯(lián)組合體并行 的壓力均衡閥，以便選擇性地提供c)中第一和第二篩罐之間流量 的第二可調(diào)分量。
11. 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括d) 限定與增壓周期的開始有關(guān)的可調(diào)排泄延遲時間段，在該 時間段內(nèi)，限制第一和第二篩罐之間的流量；e) 至少部分地基于可調(diào)排泄延遲時間段來選擇性地控制可變 限流器，其中，就相應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個輸出設(shè)定值 的可調(diào)排泄延遲時間段不同于針對至少另一個輸出設(shè)定值的可調(diào) 排泄延遲時間段；f) 限定與可調(diào)排泄延遲時間段的屆滿有關(guān)的可調(diào)排泄持續(xù)時 間段，在該時間段內(nèi)，增加第一和第二篩罐之間的流量；以及g) 至少部分地基于可調(diào)排泄持續(xù)時間段來選擇性地控制可變 限流器，并且就相應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個輸出設(shè)定值的 可調(diào)排泄持續(xù)時間段不同于針對至少另一個輸出設(shè)定值的可調(diào)排泄持續(xù)時間段。
12. 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括d) 檢測濃縮產(chǎn)品氣體的壓力；e) 至少部分地基于與排泄壓力閾值有關(guān)的檢測壓力來選擇性 地控制可變限流器，就相應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個輸出設(shè) 定值的排泄壓力閾值不同于針對至少另一個輸出設(shè)定值的排泄壓 力閾值；f) 限定可調(diào)排泄持續(xù)時間段，在該時間段內(nèi)，在確定檢測壓力高于排泄壓力闊值之后，增加第一和第二篩罐之間的流量；以及g) 至少部分地基于可調(diào)排泄持續(xù)時間段來選擇性地控制可變 限流器，其中，就相應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個輸出設(shè)定值 的可調(diào)排泄持續(xù)時間段不同于針對至少另一個輸出設(shè)定值的可調(diào) 排泄持續(xù)時間段。
13. —種用于提供濃縮產(chǎn)品氣體的i殳備，包括 第一和第二篩罐，所述第一和第二篩罐布置成在交替且相反的增壓和清空周期中將一種或多種可吸附組分從增壓源氣態(tài)混合物 分離，以形成濃縮產(chǎn)品氣體；以及控制器，所述控制器與第一和第二篩罐可操作地通訊，以便在 維持可接受的濃縮產(chǎn)品氣體純度水平的同時，在多個預(yù)定海拔范圍 內(nèi)選擇性地控制增壓和清空周期。
14. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，控制器包括多個與所述多個預(yù) 定海拔范圍相對應(yīng)的海拔模式，并且在當前海拔模式下工作；其中，控制器在處于較高海拔閾值以上第一穩(wěn)定時間之后從當 前海拔模式過渡到較高海拔模式，在處于較低海拔閾值以下第二穩(wěn) 定時間之后從當前海拔模式過渡到較低海拔模式。
15. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，還包括可變限流器，用于選擇性地提供第 一和第二篩罐之間的可調(diào)流量；其中，控制器與可變限流器可操作地通訊，以至少部分地基于 當前海拔模式來選擇性地控制可變限流器，并且就相應(yīng)的增壓周期 而言，針對至少一個海拔模式的第 一和第二篩罐之間的可調(diào)流量不 同于針對另 一個海拔模式的第 一和第二篩罐之間的可調(diào)流量。
16. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，還包括壓力傳感器，所述壓力傳感器提供濃縮產(chǎn)品氣體的檢測壓力； 其中，控制器與壓力傳感器可操作地通訊，并且將檢測壓力與和相應(yīng)增壓周期的完成相關(guān)聯(lián)的切換闞值進行比較；以及控制器還包括計時器，所述計時器隨著增壓周期的開始而啟動，在檢 測壓力高于切換閾值后停止，以測量相應(yīng)的增壓周期時間。
17. 如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，還包括節(jié)約閥，所述節(jié)約閥包括與用戶相聯(lián)的輸出連接部、與通風口相聯(lián)的通風連接部、以及與濃縮產(chǎn)品氣體相聯(lián)的氣體連接部，其中，輸出連接部從通風連接部切換到氣體連接部，反之亦然；其中，控制器與節(jié)約閥可操作地通訊以選擇性地控制該節(jié)約閥，以便至少部分地基于當前海拔模式來選擇性地向用戶分配一氣團濃縮產(chǎn)品氣體，并且就相應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個海拔模式的氣團不同于針對另一個海拔模式的氣團。
18. —種提供濃縮產(chǎn)品氣體的方法，包括a) 通過第一和第二篩罐在交替且相反的增壓和清空周期中將一種或多種可吸附組分從增壓源氣態(tài)混合物分離，以形成濃縮產(chǎn)品氣體；以及b) 在維持可接受的濃縮產(chǎn)品氣體純度水平的同時，在多個預(yù)定海拔范圍內(nèi)選擇性地控制增壓和清空周期。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，還包括c) 在與所述多個預(yù)定海拔范圍相對應(yīng)的多個海拔模式中選擇性地控制增壓和清空周期，控制器在當前海拔模式下工作；以及d) 通過在處于較高海拔閾值以上第一穩(wěn)定時間之后從當前海拔模式過渡到較高海拔模式，以及在處于較低海拔閾值以下第二穩(wěn)定時間之后從當前海拔模式過渡到較低海拔模式，來維持可接受的濃縮產(chǎn)品氣體純度水平。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，第一和第二穩(wěn)定時間至少部分地基于增壓周期的預(yù)定量和最小穩(wěn)定時間中的至少一個。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，還包括e) 通過可變限流器提供第一和第二篩罐之間的可調(diào)流量；以及f) 至少部分地基于當前海拔模式來選擇性地控制可變限流器，其中就相應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個海拔模式的第一和第二篩罐之間的可調(diào)流量不同于針對另 一個海拔模式的第 一和第二篩罐之間的可調(diào)流量。
22. 如權(quán)利要求19所述的方法，還包括e)檢測濃縮產(chǎn)品氣體的壓力；f) 將檢測壓力與和相應(yīng)增壓周期的完成相關(guān)聯(lián)的切換閾值進行比較；g) 隨著增壓周期的開始啟動計時器；以及h) 在檢測壓力高于切換閾值后停止計時器，以測量相應(yīng)的增壓周期時間。
23. 如權(quán)利要求19所述的方法，還包括e) 提供節(jié)約閥，該節(jié)約閥具有與用戶相聯(lián)的輸出連接部、與通風口相聯(lián)的通風連接部、以及與濃縮產(chǎn)品氣體相聯(lián)的氣體連接部，其中，輸出連接部從通風連接部切換到氣體連接部，反之亦然；以及f) 選擇性地控制節(jié)約閥，以便至少部分地基于當前海拔模式來選擇性地向用戶分配一氣團濃縮產(chǎn)品氣體，并且就相應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個海拔模式的氣團不同于針對另一個海拔模式的氣團。
24. —種用于提供濃縮產(chǎn)品氣體的設(shè)備，包括輸入裝置，用于選擇濃縮產(chǎn)品氣體的第一期望輸出設(shè)定值；產(chǎn)品氣體源，用于提供分配所用的濃縮產(chǎn)品氣體；壓力傳感器，所述壓力傳感器監(jiān)測濃縮產(chǎn)品氣體的壓力；節(jié)約閥，所述節(jié)約閥包括與用戶相聯(lián)的輸出連接部、與通風口相聯(lián)的通風連接部、以及與濃縮產(chǎn)品氣體相聯(lián)的氣體連接部，其中，輸出連接部從通風連接部切換到氣體連接部，反之亦然；以及控制器，所述控制器與輸入裝置和壓力傳感器可操作地通訊，以至少部分地基于所選擇的輸出設(shè)定值和監(jiān)測壓力來選擇性地分配濃縮產(chǎn)品氣體。
25. 如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，還包括流量傳感器，所述流量傳感器監(jiān)測指示用戶呼吸周期的流量；其中，控制器與流量傳感器可操作地通訊，至少部分地基于監(jiān)測流量來確定用戶的呼吸特性，并且至少部分地基于所確定的呼吸特性來選擇性地切換節(jié)約閥；其中，控制器至少部分地基于所確定的呼吸特性與指示吸氣的觸發(fā)閾值之間的關(guān)系來確定經(jīng)由輸出連接部向用戶分配 一 氣團濃縮產(chǎn)品氣體的起始時間。
26. —種提供濃縮產(chǎn)品氣體的方法，包括a) 選擇濃縮產(chǎn)品氣體的第一期望輸出設(shè)定值；b) 提供用于供應(yīng)待分配濃縮產(chǎn)品氣體的產(chǎn)品氣體源；c) 監(jiān)測濃縮產(chǎn)品氣體的壓力；以及d) 選擇性地將與用戶相聯(lián)的輸出連接部從與通風口相聯(lián)的通風連接部切換到與濃縮產(chǎn)品氣體相聯(lián)的氣體連接部，以便至少部分地基于所選擇的輸出設(shè)定值和監(jiān)測壓力來選擇性地分配濃縮產(chǎn)品氣體，反之亦然。
27. 如權(quán)利要求26所述的方法，還包括e) 監(jiān)測指示用戶呼吸周期的流量；以及f) 至少部分地基于監(jiān)測流量來確定用戶的呼吸特性；其中，在d)中進行的選擇性切換至少部分地基于所監(jiān)測的呼吸特性；以及g) 至少部分地基于所確定的呼吸特性與指示吸氣的觸發(fā)閾值之間的關(guān)系來確定經(jīng)由輸出連接部向用戶分配一氣團濃縮產(chǎn)品氣體的起始時間。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，還包括h) 至少部分地基于所選擇的輸出設(shè)定值來確定壓力加和閾值；以及i) 至少部分地基于監(jiān)測壓力與壓力加和閾值之間的關(guān)系來確定分配該氣團濃縮產(chǎn)品氣體的持續(xù)時間。
29. 如權(quán)利要求27所述的方法，還包括h)至少部分地基于與前一氣團相關(guān)聯(lián)的鎖定時間的屆滿來確定分配該氣團濃縮產(chǎn)品氣體的起始時間。
30. —種i殳備，包括主體，所述主體形成具有篩床部和產(chǎn)品罐部的組件，其中篩床部和產(chǎn)品罐部被公用壁隔開，篩床部適于將一種或多種可吸附組分從增壓源氣態(tài)混合物分離，產(chǎn)品罐部適于儲存一定體積的濃縮產(chǎn)品氣體；第一端帽，所述第一端帽設(shè)置在主體的第一遠端，用于提供與篩床部相關(guān)聯(lián)的入口和與產(chǎn)品罐部相關(guān)聯(lián)的出口 ；以及第二端帽，所述第二端帽設(shè)置在主體的相對遠端，適于將濃縮產(chǎn)品氣體從篩床部引導到產(chǎn)品罐部。
31. —種設(shè)備，包括框架，所述框架包括多個形成籠狀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性支撐部件；以及壓縮機，戶斤述壓縮機通過多個懸掛部件懸桂在框架內(nèi)，適于向產(chǎn)品氣體濃縮器的第一和第二篩罐提供增壓源氣態(tài)混合物。
32. —種設(shè)備，包括封閉過濾器的主體，該過濾器適于過濾來自產(chǎn)品氣體源的濃縮產(chǎn)品氣體并提供經(jīng)過濾的產(chǎn)品氣體，該過濾器包括HEPA過濾器、疏水性過濾器和硼硅玻璃微纖維過濾器中的至少一種。
全文摘要
提供了與提供濃縮產(chǎn)品氣體相關(guān)的多種設(shè)備和方法。在一個實施例中，該設(shè)備包括輸入裝置、第一和第二篩罐、可變限流器和控制器。在一個實施例中，該方法包括a)從多個輸出設(shè)定值中選擇濃縮產(chǎn)品氣體的期望輸出設(shè)定值；b)通過第一和第二篩罐在交替且相反的增壓和清空周期中將一種或多種可吸附組分從增壓源氣態(tài)混合物分離，以形成濃縮產(chǎn)品氣體；以及c)至少部分地基于所述期望輸出設(shè)定值來選擇性地控制可變限流器，以便選擇性地提供第一和第二篩罐之間的流量，使得就相應(yīng)的增壓周期而言，針對至少一個輸出設(shè)定值的第一和第二篩罐之間的流量不同于針對至少另一個輸出設(shè)定值的第一和第二篩罐之間的流量。
文檔編號B01D46/46GK101687134SQ200880021148
公開日2010年3月31日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者D·G·費爾蒂, J·R·奧爾塞夫斯基, M·J·費比安, S·J·舍爾努特, T·A·德羅布納克, T·B·斯普林克爾, V·A·霍多斯, W·J·丹尼爾斯 申請人:英瓦卡爾公司