CN101687134B - 产品气体浓缩器及其相关方法 - Google Patents

Abstract

提供了与提供浓缩产品气体相关的多种设备和方法。在一个实施例中，该设备包括输入装置、第一和第二筛罐、可变限流器和控制器。在一个实施例中，该方法包括：a)从多个输出设定值中选择浓缩产品气体的期望输出设定值；b)通过第一和第二筛罐在交替且相反的增压和清空周期中将一种或多种可吸附组分从增压源气态混合物分离，以形成浓缩产品气体；以及c)至少部分地基于所述期望输出设定值来选择性地控制可变限流器，以便选择性地提供第一和第二筛罐之间的流量，使得就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的第一和第二筛罐之间的流量不同于针对至少另一个输出设定值的第一和第二筛罐之间的流量。

Description

产品气体浓缩器及其相关方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年4月20日提交的申请号为60/913,056(代理档案号12873.05505)以及2007年8月27日提交的申请号为60/968,273(代理档案号12873.05555)的美国临时专利申请的权益。本申请涉及2005年10月25日提交的申请号为11/258,480(代理档案号12873.05088)、2006年9月18日提交的申请号为11/522,683(代理档案号12873.05362)、以及同一天提交的(申请号尚待分配)(代理档案号12873.05505)共同待审的美国专利申请。本申请还涉及2006年9月18日提交的申请号为PCT/US07/18468(代理档案号12873.05549)的共同待审的国际(PCT)专利申请。本文以引用的方式完整地引入所有上述专利申请和专利的内容。

背景技术

存在分离气态混合物的多种应用。例如，将氮气从大气中分离出来可提供高度浓缩的氧气源。所述各种应用包括为病人和飞行人员提供提高了浓度的氧气。因此，期望提供一种能分离气态混合物以提供浓缩产品气体(如含有一定浓度氧气的呼吸用气体)的系统。

例如在美国专利No.4,449,990、5,906,672、5,917,135和5,988,165中披露了若干种现有的产品气体或氧气的浓缩器，这些专利均已共同转让给俄亥俄州Invacare Corporation of Elyria并且在本文中以引用的方式被完整地引入。

发明内容

一方面，提供了一种用于提供浓缩产品气体的设备。在一个实施例中，该设备包括：输入装置，其适于从多个输出设定值中选择浓缩产品气体的期望输出设定值；第一和第二筛罐，其布置成在交替且相反的增压和清空周期中将一种或多种可吸附组分从增压源气态混合物分离，以形成浓缩产品气体；可变限流器，用于选择性地提供第一和第二筛罐之间的可调流量；以及控制器，其与输入装置和可变限流器可操作地通讯，以至少部分地基于期望输出设定值来选择性地控制可变限流器，使得就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的第一和第二筛罐之间的流量不同于针对至少另一个输出设定值的第一和第二筛罐之间的流量。

在另一个实施例中，该设备包括：第一和第二筛罐，其布置成在交替且相反的增压和清空周期中将一种或多种可吸附组分从增压源气态混合物分离，以形成浓缩产品气体；以及控制器，其与第一和第二筛罐可操作地通讯，以便在维持可接受的浓缩产品气体纯度水平的同时，在多个预定海拔范围内选择性地控制增压和清空周期。

在又一个实施例中，该设备包括：输入装置，用于选择浓缩产品气体的第一期望输出设定值；产品气体源，用于提供分配所用的浓缩产品气体；压力传感器，其监测浓缩产品气体的压力；节约阀，其包括与用户相联的输出连接部、与通风口相联的通风连接部、以及与浓缩产品气体相联的气体连接部，其中，输出连接部从通风连接部切换到气体连接部，反之亦然；以及控制器，其与输入装置和压力传感器可操作地通讯，以至少部分地基于所选择的输出设定值和监测压力来选择性地切换节约阀以选择性地分配浓缩产品气体。

在再一个实施例中，该设备包括：主体，其形成具有筛床部和产品罐部的组件，其中筛床部和产品罐部被公用壁隔开，筛床部适于将一种或多种可吸附组分从增压源气态混合物分离，产品罐部适于储存一定体积的浓缩产品气体。

在又一个实施例中，该设备包括：框架，其包括多个形成笼状结构的结构性支撑部件；以及压缩机，其通过多个悬挂部件悬挂在框架内，适于向产品气体浓缩器的第一和第二筛罐提供增压源气态混合物。

在另一个实施例中，该设备包括：封闭过滤器的主体，该过滤器适于过滤来自产品气体源的浓缩产品气体并提供经过滤的产品气体。

另一方面，提供了一种与提供浓缩产品气体相关的方法。在一个实施例中，该方法包括：a)从多个输出设定值中选择浓缩产品气体的期望输出设定值；b)通过第一和第二筛罐在交替且相反的增压和清空周期中将一种或多种可吸附组分从增压源气态混合物分离，以形成浓缩产品气体；以及c)至少部分地基于期望输出设定值来选择性地控制可变限流器，以便选择性地提供第一和第二筛罐之间的流量，使得就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的第一和第二筛罐之间的流量不同于针对至少另一个输出设定值的第一和第二筛罐之间的流量。

在另一个实施例中，该方法包括：a)通过第一和第二筛罐在交替且相反的增压和清空周期中将一种或多种可吸附组分从增压源气态混合物分离，以形成浓缩产品气体；以及b)在维持可接受的浓缩产品气体纯度水平的同时，在多个预定海拔范围内选择性地控制增压和清空周期。

在又一个实施例中，该方法包括：a)选择浓缩产品气体的第一期望输出设定值；b)提供用于供应待分配浓缩产品气体的产品气体源；c)监测浓缩产品气体的压力；以及d)选择性地将与用户相联的输出连接部从与通风口相联的通风连接部切换到与浓缩产品气体相联的气体连接部，以便至少部分地基于所选择的输出设定值和监测压力来选择性地分配浓缩产品气体，反之亦然。

附图说明

参照附图、以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面及优点。

图1提供了产品气体浓缩器的示例性实施例的透视图；

图2提供了图1中产品气体浓缩器的分解图；

图3A-H提供了示例性产品气体浓缩器所用的筛床和产品罐组件的示例性实施例的各种透视图、剖视图、分解图；

图3I-O提供了图3A的筛床和产品罐组件所用的端帽的替代示例性实施例的各种透视图、剖视图、分解图；

图4A-D提供了示例性产品气体浓缩器所用的压缩机组件的示例性实施例的各种透视图、剖视图、分解图；

图4E提供了图4A的压缩机组件所用的多个悬挂连接器的替代示例性实施例的顶视图；

图4F提供了示例性产品气体浓缩器的压缩机组件的另一个示例性实施例的透视图；

图5A提供了另一个产品气体浓缩器的示例性实施例的若干框图；

图5B提供了图5A的产品气体浓缩器所用的阀控制方案的示例性实施例的时间图；

图5C提供的框图示出了在示例性产品气体浓缩器的示例性实施例中排泄流从筛罐1到筛罐2的若干示例性策略；

图5D提供的框图示出了在示例性产品气体浓缩器的示例性实施例中排泄流从筛罐2到筛罐1的若干策略；

图5E提供了图5A的产品气体浓缩器所用的阀组件的示例性实施例的顶视图和侧视图；

图5F提供了图5E的阀组件的框图；

图6A和6B提供了示例性产品气体浓缩器所用的输出端口的示例性实施例的透视图和剖视图；

图7提供了在示例性产品气体浓缩器中确定与示例性压力传感器相关的压力的过程的示例性实施例的流程图；

图8提供了在示例性产品气体浓缩器中确定用于分配一气团浓缩产品气体的持续时间这一过程的示例性实施例的流程图；

图9提供了示例性产品气体浓缩器所用的节约阀控制方案的示例性实施例的时间图；

图10提供了产品气体浓缩器的又一个示例性实施例的框图；以及

图11提供了结合产品气体浓缩器向用户分配浓缩产品气体这一过程的示例性实施例的流程图。

具体实施方式

在图1中示出了氧气浓缩器100的一个实施例。氧气浓缩器100包括具有前部104和后部106的壳体102。前部104和后部106包括多个用于吸入和排放多种气体的开口，例如吸入室内空气并排放氮气和其它气体。氧气浓缩器100通常吸入主要是由氧气和氮气构成的室内空气，并将氮气与氧气分离。氧气被储存在储存罐中，而氮气则被排放回室内空气中。例如，可通过端口108经由管道系统和鼻管将氧气排放给病人。

图2是图1中氧气浓缩器100的分解透视图。氧气浓缩器100还包括中央框架202，中央框架202具有电路板和其它与其连接的构件。这些构件包括蓄电池组204、筛床和产品罐组件206和208、冷却风扇212和阀组件214。虽然这些构件被描述成连接于中央框架202，但不必是这种情况。可将这些构件中的一个或多个连接到壳体部104或106。其它也被容纳在氧气浓缩器100中的构件包括，例如，压缩机组件210、声音衰减器或消音器216和218以及入口过滤器220。

筛床和产品罐组件

现在参照图3A和3B，尤其参照透视图3A，其示出了筛床和产品罐组件206。筛床和产品罐组件208具有相似的构造，因此将不再单独描述。组件206包括具有筛床部300和产品罐部302的主体。主体的远端具有第一和第二端帽304和306。端帽304包括出气端口308和310。出气端口308与筛床部300相关联，出气端口310与产品罐部302相关联。端帽306包括进气端口312和314。进气端口312与筛床部300相关联，进气端口314与产品罐部302相关联。端帽304和306利用紧固件(如螺钉或螺栓)适当地连接到组件206的主体上，但也可以使用任何其它合适的附接手段。

图3C和3D示出了沿图3A中的剖切线3C-3C和3D-3D截取的剖视图。筛床部300包括第一和第二穿孔插入物316和318。还设置了弹簧320，其压在插入物316上，插入物316转而压在设置于插入物316和318之间的分离介质上。这确保了物理分离介质被压紧在插入物316和318之间。

穿孔插入物316和318之间的空间中填充有物理分离介质或材料。该分离材料选择性地吸附气态混合物(例如氮气和氧气的气态混合物)中的一种或多种可吸附组分，并允许该气态混合物中的一种或多种不可吸附组分通过。物理分离材料为具有孔隙的分子筛，所述孔隙大小均匀并且基本上具有相同的分子尺寸。这些孔隙根据分子的形状、极性、饱和度等选择性地吸附分子。在一个实施例中，物理分离介质是具有4至5埃孔隙的水合硅酸铝成分。在这个实施例中，分子筛是钠或钙形式的水合硅酸铝，如5A型沸石。可替代地，水合硅酸铝可具有更高的硅铝比、更大的孔隙以及针对极性分子的亲和力，例如13x型沸石。在另一个实施例中，可使用锂基沸石。在其它实施例中，可使用任何合适的沸石或其它吸附性材料。沸石吸附氮气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸气以及空气的其它重要组分。没有被吸附在筛床部300中的气体(如氧气)，被收集和储存在产品罐部302中。

图3E是沿图3D中的线3E-3E截取的剖视图。示出了产品罐部302和筛床部300的插入物316。图3F是沿图3D中的线3F-3F截取的另一张剖视图，并以透视图示出。如在这个实施例中示出的，筛床部300和产品罐部302由材料(例如铝)的单个挤压件形成。也可以使用其它能够挤压成形的材料。

筛床部300和产品罐部302共用公用的壁部并形成一体的筛床和产品罐组件。具体地，筛床部300和产品罐部302的内部空间至少部分地被公用的壁结构界定。在这个实施例中，公用的壁结构被示出为由筛床部300和产品罐部302共用的弓形或弧形壁的一部分。在其它实施例中，公用的壁结构不必是弓形或弧形的，可为直线形或任何其它的形状。此外，能够挤压成形的其它结构可以其它方式将分离的筛床部与产品罐部相结合，包括，例如，腹板、凸起或延伸部。

更进一步，可通过挤压形成不止一个筛床部300和不止一个产品罐部302并将它们按照本文所述进行连接。例如，图3F中所示的筛床部300可与多个产品罐部302共用公用的壁结构，该公用的壁结构可以部分地或全部地以与产品罐部302相同的方式围绕筛床部300。类似地，产品罐部302可与多个筛床部300共用公用的壁结构。

现在参照图3G，示出了筛床和产品罐组件206的分解透视图。如前文描述的，组件206包括端帽304和306，它们附接于筛床部300和产品罐部302。利用密封部件322和324便于进行端帽304和306的附接。如图3G所示，密封部件322和324具有与筛床部300和产品罐部302的远端的横截面相匹配的物理几何形状。密封部件322和324构造成能接收筛床部300和产品罐部302的端部。密封部件322和324还构造成能被接收到端帽304和305的配合部中。这样，密封部件322和324提供了一种便于进行端帽304和306的附接以及筛床部302和产品罐部304的内部空间的密封的密封圈效果。每个密封件部包括用于密封筛床部300和产品罐部302的构件。在其它实施例中，通过在端帽304和306内设置密封部可省略密封部件322和324。

图3H是筛床和产品罐组件206的上部的细节图。密封部件322包括多个凹部326、328和330，例如，用于接收筛床部300和产品罐部302的端部。每个凹部被壁围绕并且包括例如顶部332、334和336。密封部件322的顶部332、334和336被接收在例如端帽304的凹部338、340和342内。端帽304的凹部338、340和342例如由从端帽304突伸的壁形成。当端帽304通过紧固件固定到筛床部300和产品罐部302上时，端帽304以及筛床部300和产品罐部302压紧密封部件322，从而提供不透气密封。端帽306和密封部件324具有类似的构造。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以形成不透气密封。

现在参照图3I-3L，尤其参照图3J，其示出了可替代端帽设计350的透视图。端帽350与前述端帽304的区别在于，端帽350包括一体的声音衰减器或消音器。图2中的实施例包括分立的声音衰减器或消音器216和218，而端帽350的实施例将声音衰减器或消音器整合到其结构中。

如图3J所示，端帽350包括具有筛床/产品罐接口部352的主体。接口部352还用作基部，消音器部354从基部延伸。安装突起356也从接口部352延伸。消音器块体358被容纳在消音器部354内，穿孔排气帽360封闭消音器部354。安装突起356接受穿过排气帽360和消音器块体358的紧固件。也可使用可替代的手段来固定这些构件。

端帽350还包括输入端口362以及可附接于该输入端口的接头364。端帽350还包括通向消音器部354的输入端口365。输入端口365通过通道367连接于消音器部354。这样，从筛床排出的气体通过端口365和通道367输入到消音器部354中。然后，气体被消音器部354通过穿孔端帽360排出。

现在参照图3M和3N，尤其参照图3N，其示出了端帽350的分解剖视图。筛床/产品罐接口部352示出为具有类似于端帽304的壁结构，用于接受类似于密封部件322的密封部件(见图3F及其相关的文字介绍)。消音器部354具有从接口部354延伸的壁以形成周边界定的空间366。安装突起356也从接口部352延伸并设置在空间366中。

消音器块体358是多孔的并包括延伸穿过其的镗孔(bore)或洞孔(hole)368。镗孔或洞孔368尺寸设计成使得安装突起356能够被接收在其中以便保持和固定消音器块体358。在其它实施例中，消音器块体358可为具有非多孔部的半多孔型或者可由任何其它隔音材料制成。消音器块体358设置在空间366内靠近接口部352处，但也可以尺寸设计成能至少部分地填充空间366。当排出气体时，消音器块体358可移位成更靠近或抵靠穿孔帽360(见图30，其示出了未移位的位置)

穿孔帽360包括多个孔，用于排出被引入到消音器部354中的气体。帽360包括具有孔的基部和从基部延伸以形成空间370的壁。端帽360及其壁构造成能将消音器部354的端部接收在其中。这通过为帽360的壁设置用于邻接消音器部354的端部的台肩部而实现。然后，紧固件穿过帽360并与突起356相接以将这两个构件保持在一起。也可使用其它的紧固手段，包括按扣夹(snap clip)、粘胶剂、超声焊接等。图30示出了端帽350的剖切透视图，显示出组装后的结构。

压缩机组件

现在参照图4A，示出了压缩机组件210和壳体后部106的透视图。压缩机组件210具有框架406，压缩机408安装或悬挂在框架406内部。壳体后部106具有与压缩机组件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中以将压缩机组件210定位并固定到壳体后部106上。也可采用其它装置来将压缩机组件210安装到壳体后部106上，例如支架和紧固件。

图4B是压缩机组件210的分解透视图。压缩机组件210包括压缩机408、具有部件420、422和424的多零件接口支架、框架406以及多个悬挂部件430。接口支架部件420包括多个与接口支架部件422和424中的孔口426联接的钩型部428。图4C示出了部件420、422和424联接在一起时的接口支架。接口支架通过适当的紧固装置(例如螺钉、螺栓、夹具或销)而联接于或附接于压缩机408的主体。

仍然参照图4B，悬挂部件430包括通过细长的中央部连接在一起的加大端部。悬挂部件430是弹性的，它们可在张力作用下伸展。在一个实施例中，悬挂部件430由弹性体材料(例如橡胶)形成。在其它实施例中，悬挂部件430可由金属制成以形成弹性弹簧。

框架406包括多个结构支撑部件，它们通常形成具有顶部414、底部416以及侧面412和418的笼状结构。框架406的角部包括开口或孔口434，与悬挂部件430结合使用以将压缩机408如图4A所示那样安装或悬挂在框架406内。

现在参照图4D，示出了移除压缩机408之后的压缩机组件210的剖视图。示出了接口支架部件424，其包括与悬挂部件430相接的钩部432。具体地，悬挂部件430的加大端部插入到钩部432的洞眼以及框架406的凹部或开口434中。虽然图4D示出了接口支架424在框架406内的悬挂或安装，但接口支架422类似地悬挂或安装在框架406内，从而将压缩机408悬挂或安装在框架406内。

由于构造成这样，压缩机408以能隔离压缩机408的运动或振动的方式相对于框架406进行悬挂或安装。压缩机408的运动或振动是通过弹性悬挂部件430进行隔离的。弹性悬挂部件430允许压缩机408在框架406内运动而不将该运动传递给框架406。在这个实施例中，在框架406的角处一共使用了8个悬挂部件430，但不必须是这种情况。可在相对于框架406和压缩机408的任何位置处，以适当地允许压缩机408相对于框架406运动而不将该运动传递给框架406的方式，使用任何数量的悬挂部件。

现在参照图4E，示出了呈悬挂部件436形式的悬挂部件的第二实施例。悬挂部件436与悬挂部件430的类似之处在于，其结构上包含了多个悬挂部件430。如图所示，悬挂部件436包含4个独立的悬挂部件430。悬挂部件436还包括用于将独立的悬挂部件部430连接在一起以形成单一整体的连接部438。在其它实施例中，悬挂部件436不必形成为连续结构，而是也可以形成开放式结构，例如，通过省略图4E中所示的其中一个连接部438。也可以采用能为独立的悬挂部件430提供物理联系的另一种构型。

悬挂部件436以与针对430的独立悬挂部件所述相同的方式连接于接口支架部件422和424。也就是说，悬挂部件430的加大端部440插入到接口支架部件的钩部432的洞眼中，而加大端部442插入到框架406的开口或凹部434中。在某些情况下，悬挂部件436可能允许压缩机组件210更简单地进行组装。在所示实施例中，将需要2个悬挂部件436来替代图4B中所示的8个悬挂部件430。图4F示出了压缩机组件210的又一个实施例，其包括具有圆形端部的接口支架，该圆形端部通过悬挂部件430悬挂在框架内。

由于构造成这样，压缩机组件210能减少运行期间可能从压缩机产生的噪声、振动以及振动引起的噪声。而且，压缩机组件构造成使得压缩机408可按照多个取向安装在框架408内。接口支架部件420、422和424以及框架406可由任何合适的材料制成，这些材料包括，例如，金属或塑料或其组合。

可变排泄阀

浓缩器的另一个实施例包括可变排泄阀502。现在参照图5A，排泄阀502和固定孔口514串联并与筛罐300气体连通。工作时，流量设置输入504由用户选择并由基于微处理器的控制器506接收。控制器506具有与其关联的存储器和用于控制例如压缩机408、主阀MV1和MV2、排气阀EV1和EV2、节约阀(conserver valve)512、压力均衡阀PE和排泄阀502的工作的逻辑。所有这些阀都是电磁线圈控制的。在一个实施例中，压缩机408根据流量设置输入504以可变速度运行。例如，低的流量设置允许压缩机408以较低的速度运行，从而节约能量。针对较高的流量设置，压缩机408可以较高的速度运行。例如，针对最低至最高的流量设置输入504，控制器506可使压缩机408以1100转每分钟(rpm)、1500rpm、2050rpm、2450rpm和3100rpm的速度运行。当然，也可预想其它的速度值并可实施任何合适的速度值。控制器506也接收来自压力传感器510的输入。

流量设置输入504由控制器506接收。流量设置输入504可指定用户期望以脉冲输出模式输送产品气体(例如氧气)的流率。例如，多个流量设置输入504可包括300cc/min(例如，在20次呼吸每分钟(bpm)下为15cc/脉冲)、460cc/min(例如，在20bpm下为23cc/脉冲)、620cc/min(例如，在20bpm下为31cc/脉冲)、740cc/min(例如，在20bpm下为37cc/脉冲)、或者840cc/min(例如，在20bpm下为42cc/脉冲)。根据这个设置，控制器506适当地控制压缩机408和各阀以输送期望脉冲输出流量的氧气。当然，可以预想其它的流率值并可实施任何合适的流率值。此外，流量设置输入504可以指定用户期望以连续输出模式输送产品气体的流率。

通常，浓缩器利用变压吸附(PSA)过程来工作。压缩机408将室内空气经由主阀MV1和MV2以交替方式输送到筛罐300。在填充一个筛罐300的同时，通常清空其它筛罐300的内容物。如前文所述，每个筛罐300都填充有氮气吸附材料，使得氮气被捕集在筛罐300中，而氧气则被允许通到产品罐302中。当特定筛罐达到其吸附容量(这可通过其输出压力得知)时，必须在筛罐300能被再次使用之前清空所吸附的气体，例如氮气。

压力均衡阀PE通过使接近填充完成的筛罐与接近其清空周期结束的筛罐的输出管线之间的压力均衡，而允许更高效地产生氧气。美国专利No.4,449,990和5,906,672(通过引用的方式引入在本文中)，进一步描述了压力均衡阀的工作。由特定筛床300输出的氧气可被储存在所述一个或所述两个产品罐302中。在图5A的实施例中使用了这两个产品罐302。

如上所述，控制器506可利用压力传感器510检测增压筛罐300何时达到其吸附容量。如图5A所示，在一个实施例中，压力传感器510提供指示第一止回阀516和第二止回阀516的产品罐一侧的压力的信号，其中第一止回阀516使氧气流从增压筛罐300流入互连的产品罐300中，第二止回阀516在另一个筛罐300再生时阻止氧气流从互连的产品罐300流入该另一个筛罐300中。例如，所述信号可反映增压氧气和环境空气的之间的区别。在其它实施例中，压力传感器510可位于与增压筛罐300的输出流体连通的任何位置。如果期望直接监测每个筛罐300的输出，则可采用多个压力传感器510。一旦增压筛罐300达到其容量，控制器506就将该增压筛罐300切换到清空或排气周期中，而将另一个现在已再生的筛罐300切换到增压周期。此为PSA过程的基本的重复性、交替的操作。例如，针对最低至最高的流量设置输入504，控制器506可在压力传感器510检测到9.0磅每平方英寸表压(psig)、12.5psig、16.5psig、19.0psig和23.5psig时，切换或轮换筛罐300的周期。当然，可预想其它的psig值并可实施任何合适的psig值。

在一个实施例中，排泄阀502在被激活至打开或“开启”状态之前具有可变“开启延迟”。在一个实施例中，该可变“开启延迟”与流量设置输入504相关联。例如，针对最低至最高的流量设置输入504，控制器506可在3.3秒(sec)、3.0sec、2.9sec和2.9sec的“开启延迟”之后激活排泄阀502。当然，可预想其它的“开启延迟”值并可实施任何合适的“开启延迟”值。在一个实施例中，在增压筛床300达到其容量并伴随着相应增压周期的结束(即，另一个筛罐300进行下次增压周期的开始)之后，控制器506停用排泄阀502。一般而言，排泄阀502将一个筛罐300中的氧气以受孔口514限制的流率“排泄”到另一个筛罐300中。也就是说，氧气被允许从增压筛罐300流向排气或清空筛罐300。这种氧气流动有助于筛罐300的排气或清空，以将筛罐300所捕获的氮气驱赶出并对其自身进行再生以供其下一次增压周期之用。由于压缩机408根据流量设置输入504对筛罐300进行可变增压，因此能被可变地控制的筛罐300之间的排泄流可有助于针对在合适纯度水平下浓缩器的相应产品气体输出流率的排气筛罐的有效清空。

通常，流量设置输入504的值越高，“开启延迟”时间(即，闭合时间)就越短，而排泄阀502打开的时间就越长，被送至排气筛罐300中的排泄流也就越多。这是因为，针对较高值的流量设置输入504可使用较高的增压水平。较高的增压水平会需要较多的排泄流来再生排气或清空筛罐300。相反，流量设置输入504的值越低，“开启延迟”时间(即，闭合时间)就越长，而排泄阀502打开的时间就越短。这是因为，针对较低值的流量设置输入504会使用较低的增压水平。较低的增压水平会需要较少的排泄流来再生排气或清空筛罐300。因此，上述可变的“开启延迟”逻辑允许使通过控制用于清空排气筛罐300的氧气量所产生的氧气利用率最大化，从而获得提高了水平的系统效率。在其它实施例中，可使用其它可变逻辑来针对不同的流量设置输入504改变排泄阀502的其它控制参数(例如，排泄流持续时间)。在进一步实施例中，可变逻辑可使用其它的传感参数(例如，压力)来针对不同的流量设置输入504改变“开启延迟”或其它控制参数。

如上所述，排泄阀502激活之前的“开启延迟”时间段取决于流量设置输入504的值，该值又转而基于某些其它工作参数，如产品罐输出压力、筛罐输出压力、压缩机速度以及各个构件的体积容量。在一个实施例中，可基于浓缩器构件的物理规格根据经验确定针对每个流量设置输入504的具体“开启延迟”时间段。然后将针对每个流量设置输入504值的“开启延迟”时间存储在控制器506的存储器或逻辑内的查询表中。因此，在读取流量设置输入504之后，控制器506从存储在其存储器或逻辑中的查询表查询排泄阀可变“开启延迟”时间。然后，使用相应的“开启延迟”时间来从提供排泄流的筛罐300的增压周期开始，延迟排泄阀502的激活。如图所示，增压周期在压力均衡阀PE闭合之后开始(见图5B中的时间图)。在“开启延迟”时间届满(这可由存储器或逻辑中的计时器监测)之后，排泄阀502被激活(即，打开或“开启”)并保持打开直到下一个PSA周期开始，在所述下一个PSA周期中两个筛罐300的作用被切换。

在其它实施例中，可变“开启延迟”可至少部分地基于最短“开启延迟”时间。在另一个实施例中，可变“开启延迟”可至少部分地基于一个或多个其它参数，如以任何方式组合的产品罐输出压力、筛罐输出压力、压缩机速度以及各个构件的体积容量。在又一些其它实施例中，可变“开启延迟”可至少部分地基于最短“开启延迟”时间与一个或多个其它参数的组合。例如，在最短“开启延迟”时间之后，如果那时或当前增压周期完成之前的任何时刻所述其它参数超过预定阈值，则可触发排泄阀502的激活。当然，可预想替代或相反的逻辑并可实施参数和阈值之间的任何合适的逻辑关系。在又一些其它实施例中，在没有最短“开启延迟”的情况下如果在增压周期中的任何时刻所述其它参数超过预定阈值，则可触发排泄阀502的激活。

在本文所描述的任何实施例中，排泄阀502在激活之后也可具有可变的“最长开启时间”，以便限制其保持打开或者说处于“开启”状态的连续时间。可变的“最长开启时间”可与流量设置输入504相关联。例如，针对最低至最高的流量设置输入504，控制器506可在2.2sec、2.4sec、2.6sec、2.8和3.0sec的“最长开启时间”之后停用排泄阀502。当然，可预想其它的“最长开启时间”值并可实施任何合适的“最长开启时间”值。在这个实施例中，如果在“最长开启时间”届满之前当前增压周期结束，则也将停用排泄阀502。相反，如果“最长开启时间”在当前增压周期结束之前届满，则可基于上述“开启延迟”时间或参数触发的任何组合再次激活排泄阀502。如果期望，也可将排泄阀502固定成提供连续的排泄或者固定成具有与流量设置输入504无关的预定打开时间。此外，可针对特定的流量设置输入504将“开启延迟”时间设置为零以提供连续的排泄，并且可针对特定的流量设置输入504将“最长开启时间”设置为零以阻止排泄阀502的激活。

图5B示出了图5A中所示阀的时间图的一个实施例。如图所示，在第一增压周期之后，每个增压周期在压力均衡阀PE从闭合(即，关断、停用)过渡到打开(即，开启、激活)之时开始。例如，在压力均衡阀PV的第一次激活之后，增压氧气从第一筛罐300(即，与主阀MV1相关联的)经由压力均衡阀PV流动以增大第二筛罐300(即，与主阀MV2相关联的)中的压力。如果要用压力均衡阀PE来帮助第二筛罐300的清空和再生，则与压力均衡阀PE的这次激活一起或在这次激活之后不久，停用排气阀EV2。在压力均衡阀PE的这次激活之后不久，停用主阀MV1并激活主阀MV2以将压缩机408所产生的进气空气流从第一筛罐300切换到第二筛罐300。在切换了主阀MV1和MV2之后不久停用压力均衡阀PE。通常，与压力均衡阀PE的这次停用一起激活排气阀EV1以允许筛罐300之间的压力均衡得以继续。然而，如果期望，可与主阀MV1的停用一起或者在这之后不久并且在压力均衡阀PE的停用之前激活排气阀EV1。以交替的方式继续这个过程以提供PSA过程。

具体地，可以看到，在压力均衡阀PE为打开或者说“开启”时，排泄阀502可通常为闭合的或者说“关断的”，但不必须是这种情况。还可以看到，排泄阀的可变“开启延迟”时间在压力均衡阀PE从闭合或者说“关断”过渡到打开或者说“开启”时开始，但也不必须是这种情况。在某些情况下，允许这些阀的打开或者说“开启”状态重叠是有益的。换句话说，在某些情况下，可同时或以任何组合方式使用排泄阀502和压力均衡阀PE这两者，以提供从增压筛罐300向另一个筛罐300的排泄流，以供该另一个筛罐300的清空和再生之用。

图5C示出了在主阀MV1、排泄阀502和排气阀EV2被激活(即，打开)并且主阀MV2和排气阀EV1被停用(即，闭合)时，排泄流从筛罐1经由孔口1和筛罐2流向排气出口的示例性路径。图5D示出了在主阀MV2、排泄阀502和排气阀EV1被激活并且主阀MV1和排气阀EV2被停用时，排泄流从筛罐2经由孔口1和筛罐1流向排气出口的示例性替代路径。如虚线所示，在一个实施例中，可在单个构件中提供排泄阀502和孔口1的功能，该单个构件可被称为可变限流器。在另一个实施例中，孔口2可提供与排泄阀502和孔口1并行的连续固定排泄流。孔口2将建立最小排泄流，该最小排泄流可通过本文所述的排泄阀502的激活而增大。在又一个实施例中，可激活PE阀以与孔口2或者排泄阀502和孔口1的串联组合联合提供或补充排泄流。

在另一个实施例中，控制器506可监测PSA切换时间(即，增压周期时间)以针对操作浓缩器时所在的某些地球海拔范围来识别替代工作模式。例如，针对一直到约6300英尺时的操作可实施低海拔模式，而针对6300英尺以上时的操作可实施高海拔模式。当然，可预想其它的海拔范围并可实施更多的海拔模式。在较高海拔下，由于较低的环境大气压力(即，较稀薄的空气)，PSA切换时间趋于增加。可基于给定的海拔范围调节浓缩器的某些工作参数，以便提高效率和维持产品气体的体积输出量、流率和纯度的合适水平。

测试已经证明，在低海拔工作模式下，基于流量设置输入504的排泄阀502的固定“开启延迟”可以是可接受的。但是，海拔越高，轮换筛罐300的增压之间的切换时间就越长，因为浓缩器花费越来越长的时间来积聚期望切换压力。响应于该较长的切换时间，浓缩器可切换到较高海拔模式下，该较高海拔模式可调节一个或多个工作参数(即，产品罐输出压力、筛罐输出压力、排泄阀控制)以将切换时间保持在最佳范围内。如果在宽的海拔范围上维持排泄阀502的固定“开启延迟”，则在该海拔范围的较低高度处可能有很少或没有排泄流。此外，在较高高度处当切换时间被显著延长时，固定的“开启延迟”会导致过多的排泄流。没有排泄流以及过多排泄流会导致源自浓缩器的产品气体处于在宽海拔范围的较低和较高高度处工作时的期望纯度水平之外。

在海平面以上5300至11150英尺范围内的各海拔处采集了数据并进行了分析。针对每个流量设置输入504识别低海拔和高海拔切换时间的标称值。例如，1)在最低流量设置输入504下，识别低海拔和高海拔切换时间的标称值为5.5秒和14秒，并且与从低海拔模式到高海拔模式的过渡相关联的阈值为6300英尺；2)在下一较高的流量设置输入504下，识别低海拔和高海拔切换时间的标称值为5秒和13秒，并且与从低海拔模式到高海拔模式的过渡相关联的阈值为6200英尺；3)在中间的流量设置输入504下，识别低海拔和高海拔切换时间的标称值为5秒和11.5秒，并且与从低海拔模式到高海拔模式的过渡相关联的阈值为6200英尺；4)在下一较高的流量设置输入504下，识别低海拔和高海拔切换时间的标称值为5秒和10.5秒，并且与从低海拔模式到高海拔模式的过渡相关联的阈值为6300英尺；以及5)在最高流量设置输入504下，识别低海拔和高海拔切换时间的标称值为5.5秒和11秒，并且与从低海拔模式到高海拔模式的过渡相关联的阈值为6000英尺。

可为从低海拔模式到高海拔模式的过渡(例如，大约12秒)以及从高海拔模式到低海拔模式的过渡(例如，大约5.5秒)设立合适的切换时间阈值。当然，可针对不同的流量设置输入504设立不同的切换时间阈值。例如，针对不同的流量设置输入504，从低海拔模式过渡到高海拔模式的切换时间阈值可在10.5秒至14秒之间的范围内。类似地，针对不同的流量设置输入504，从高海拔模式过渡到低海拔模式的切换时间阈值可在5.0秒至5.5秒之间的范围内。通常，所述阈值将不相同，从高海拔模式过渡到低海拔模式的阈值将低于另一阈值以产生合适的滞后。在另一个实施例中，可将海拔模式之间的过渡延迟一段固定的时间或者直到预定数量的连续增压周期(例如，三个连续周期)的切换时间显示适合进行海拔模式过渡。

针对任何海拔模式，可以本文所述的任何方式控制排泄阀502。显然，可在不同海拔模式下对排泄阀502进行不同的控制。因此，可至少部分地基于海拔模式来实施优选的排泄阀控制技术，并且海拔模式之间的过渡可导致排泄阀控制技术间的相应过渡。

在一个实施例中，与排泄阀502的激活和PSA切换时间(即，增压周期时间)相关联的“开启延迟”时间围绕流量设置输入506的范围具有大致线性的关系。切换时间可由针对每个流量设置输入506的切换压力设定点代表，因为切换时间是给定筛罐300达到与其满容量相关的压力所花费的时间。在描述的实施例中，可假设筛罐300中的压力积累为线性的。这允许将排泄阀激活压力表达成针对每个流量设置输入506的压力设定点的比值。然后可利用该比值来确定阈值压力值。在压力积聚期间，如果压力超过阈值压力值，则控制器506激活(即，打开)排泄阀502。这可确保至少有足够的排泄流来维持期望纯度水平，同时也限制排泄流以避免氧气的不必要损失。在其它实施例中，“开启延迟”时间可为PSA切换时间的非线性函数。类似地，在其它实施例中，针对不同的流量设置输入506，用于确定“开启延迟”时间的函数可不相同。

下表示出了浓缩器在低海拔模式(LAM)下工作时针对每个流量设置输入506的示例性压力设定点。在一个实施例中，可利用以下方程从针对LAM的示例性压力设定点确定针对高海拔模式(HAM)的压力设定点：HAM压力设定点＝LAM压力设定点*比值    (1)其中，针对所有的流量设置输入506，比值可为0.875。当然，可利用其它的技术或者其它合适的标准来确立HAM压力设定点。例如，所述比值可为不同的值，或者可由针对任何特定流量设置输入506的可变函数替代。此外，在实施附加海拔模式的情况下，可使用任何合适的技术或标准来确立针对每个海拔模式的轮换压力设定点。

在一个实施例中，在HAM期间用于触发排泄阀502的激活的阈值可利用以下方程来确定：HAM压力阈值＝HAM压力设定点*比值       (2)其中，比值可为：i)0.55，针对最低流量设置输入506，ii)0.60，针对下一较高的流量设置输入506，iii)0.65，针对中间的流量设置输入506，iv)0.70，针对下一较高的流量设置输入506，v)0.75，针对最高流量设置输入506。在另一个实施例中，针对所有的流量设置输入506，比值可为0.90。当然，可利用其它的技术或者其它合适的标准来确立HAM压力阈值。例如，所述常数可为不同的值，或者可由针对任何特定流量设置输入506的可变函数替代。此外，在实施附加海拔模式的情况下，可使用任何合适的技术或标准来确立针对每个海拔模式的轮换压力阈值。例1

流量设置	LAM压力设定点(psig)	HAM压力设定点(psig)	比值	用于排泄阀激活的HAM压力阈值(psig)
					1	9.0	7.88	0.55	4.33
2	12.5	10.94	0.60	6.56
					3	16.5	14.44	0.65	9.38
4	19.0	16.63	0.70	11.64
					5	23.5	20.56	0.75	15.42

例2

流量设置	LAM压力设定点(psig)	HAM压力设定点(psig)	比值	用于排泄阀激活的HAM压力阈值(psig)
					1	9.0	7.88	0.90	7.09
2	12.5	10.94	0.90	9.84
					3	16.5	14.44	0.90	12.99
4	19.0	16.63	0.90	14.96
					5	23.5	20.56	0.90	18.51

在另一个实施例中，控制器506可利用计时器功能来监测PSA周期切换时间。可将该监测到的切换时间测量值与存储在非易失存储器中的切换时间范围进行比较。控制器506可利用该比较的结果来确定浓缩器应该在低海拔模式下工作还是应该在高海拔模式下工作。在低海拔模式下，针对每个流量设置输入504，浓缩器可根据存储在非易失存储器中的固定压力值工作。在高海拔模式下，浓缩器可根据针对每个流量设置输入504的固定压力值工作，该固定压力值至少部分地基于相应的低海拔固定压力值。

在又一个实施例中，在低海拔模式下，针对每个流量设置输入504，浓缩器可根据存储在非易失存储器中的、用于激活排泄阀502的固定“开启延迟”时间工作。在高海拔模式下，浓缩器可根据基于针对每个流量设置输入504的固定压力值或者所监测的PSA周期切换时间而缩放的可变排泄阀激活时间工作。可从固定压力值或所监测的PSA周期切换时间计算出排泄阀缩放因子。

前述功能可作为软件或者控制器逻辑而执行。“逻辑”，在本文中使用时，包括但不限于，硬件、固件、软件和/或每个的组合，用于执行功能或动作，和/或引起另一构件的功能或动作。例如，基于期望应用或需求，逻辑可包括软件控制的微处理器、离散逻辑，如专用集成电路(ASIC)，或者其它的编程逻辑器件。逻辑还可完全实施为软件。

“软件”，在本文中使用时，包括但不限于，一种或多种能够使计算机或其它电子器件以期望的方式执行功能、动作和/或行为的计算机可读和/或可执行的指令。指令可以多种形式实施，如包括来自动态链接库的独立应用程序或代码的例程、算法、模块或程序。软件也可以多种形式实施，如独立程序、函数调用、小服务程序、小应用程序(applet)、存储在存储器中的指令、操作系统的一部分或另一种类型的可执行指令。本领域普通技术人员将认识到，软件的形式取决于，例如，期望应用的要求、其运行环境和/或设计者/编程者的期望等。

本发明的系统和方法可在多种平台上实施，包括，例如，联网控制系统和独立控制系统。此外，本文所示和描述的逻辑、数据库或表格优选地驻留在计算机可读介质之中或之上，所述计算机可读介质例如，闪存、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、磁盘或磁带、以及任选地包括CD-ROM和DVD-ROM在内的光可读介质。更进一步，本文中所描述的过程和逻辑可并入到一个大的过程流程中或者划分成多个子过程流程。本文中已经描述的过程流程的顺序不是关键的，且可以重新安排，同时仍然实现相同结果。实际上，本文中所描述的过程流程可根据授权或期望在其实施中重新安排、合并和/或重新组织。

图5E和5F还示出了包括排泄阀502和其它构件在内的阀组件214的示例性实施例。在这个实施例中，排泄阀502、压力均衡阀PE、节约阀512、固定孔口514、固定孔口515以及止回阀516安装或附接于具有多个入口、出口以及连接入口、出口和所示各阀的内部通道的块状歧管主体。由于构造成这样，阀组件214致使节约了空间和重量，其可适应于便携式氧气浓缩器和其它装置。该构造还允许容易地使用以及在必要时更换阀组件214。在其它实施例中，浓缩器可包括离散的构件或者一个或多个阀组件中构件的任何合适组合。特别地，排泄阀502和固定孔口514可组合在模块化组件中。

输出端口

在本发明的一个实施例中，输出端口108包括合适的空气过滤器。虽然从筛罐和产品罐中排出的氧气在氮气-氧气分离过程之前已经被过滤，但额外的过滤会对某些病人有帮助。现在参照图6A，示出了输出端口108的一个实施例的透视图。输出端口108包括主体600、输入部602、延伸部604和输出部610。输入部602构造成能与输送氧气的气动管道系统(pneumatic tubing)接触。通过输入部602接收的氧气进入主体600中。主体600中包括合适的过滤器，例如，HEPA过滤器或其它合适的过滤器，用于过滤氧气。延伸部604包括键面(key surface)606和螺纹608。在与氧气浓缩器的壳体组装期间，键面606便于输出端口108的正确定向。螺纹608便于利用六角螺母或其它类型的紧固件将输出端口108紧固到氧气浓缩器的壳体上。输出部610构造成能够与向病人或医疗配件输送氧气的管道系统配合。

现在参照图6B，示出了沿图6A中的剖切线6B-6B截取的日间(day)剖视图。主体600的过滤器以612示出。过滤器612占据主体600内部空间的相当大的部分，以过滤通过输入部602接收的氧气。这样，过滤器612的形状和几何尺寸与主体600内部空间的形状和几何尺寸互补。在一个实施例中，过滤器612由硼硅玻璃微纤维制成且为疏水性的。针对0.2微米或更大的颗粒尺寸，过滤器612还提供高于99.99％的过滤效率。也可使用具有少于所有这些特性的其它过滤器。

在一个实施例中，主体600由聚丙烯材料制成，并且其内部空间提供3.5cm²的有效过滤面积。主体的材料可为任何合适的材料，可使过滤面积比所述的更大或更小。在一个实施例中，优选地，通过将在主体600区域相接的两部分相连以形成完整的输出端口108，来制造输出端口108。在这个实例中，这两部分示出为由延伸穿过主体600的接口轴线614所分开。将过滤器612插入到其中一个部分中，形成主体600内部空间的一部分。然后，通过粘合或焊接而连结另一个部分，从而将过滤器612密封到主体600的内部空间中。在其它实施例中，可利用配合螺纹或其它允许拆除和更换过滤器612的非永久性连接来连结这两个部分。

压力传感器校准和节约过程

图7示出了控制器506内用于校准压力传感器510的过程700的一个实施例。矩形单元表示“处理框”并代表计算机软件指令或指令集。菱形单元表示“决策框”并代表影响由处理框所代表的计算机软件指令的执行的计算机软件指令或指令集。可替代地，处理框或决策框代表由功能上等同的电路(如数字信号处理器电路或专用集成电路(ASIC))所执行的步骤。该流程图没有描绘任何具体编程语言的句法。相反，该流程图示出了本领域技术人员可能用来制造电路或产生计算机软件以执行系统处理的功能性信息。应该注意，很多例行程序单元，如循环和变量的初始化以及临时变量的使用，没有示出。在获得相同结果的情况下，可改变流程顺序。

校准例行程序，例如，可由合格的技术员利用可调外部压力源来执行。当然，其它的情形也是可以的并且任何能合适地完成压力传感器校准的程序均可实施。在框702中，在将外部压力源调节至第一固定压力设定值并将该压力施加于压力传感器之后，控制器506读取来自压力传感器510的信号(例如，模拟到数字计数(A-D计数))。例如，第一固定压力设定值可为与浓缩器的正常工作相关联的压力，例如10psig。例如，控制器506将模数转换器包括为其结构之一，该模数转换器允许控制器506读取从传感器(如压力和流量传感器)发出的模拟信号。模拟传感器信号向数字或二进制值的转换，允许控制器读取传感器信号并将传感器信号用在其处理过程中。在其它实施例中，第一固定压力设定值可为任何压力设定值，包括环境压力或真空。在框704中，将在框702中读取的信号值(例如，相应的A-D计数)存储在存储器中。

在框706中，在将外部压力源调节至第二固定压力设定值之后，控制器506读取来自压力传感器510的信号(例如，A-D计数)。例如，第二固定压力设定值可为与浓缩器的正常工作相关联的压力，例如20psig。类似于第一压力设定值，第二压力设定值可为任何压力设定值。框708将在框706中读取的信号值(例如，相应的A-D计数)存储在存储器中。框710利用第一和第二信号值(例如，A-D计数读取值)生成线性外推(Y＝m(X)+B)。然后，在框712中，控制器506利用该线性外推将来自压力传感器510的信号值(例如，A-D计数)转换成psig。在该线性外推中，X代表信号值(例如，压力传感器A-D计数或读取值)，Y代表以psig为单位的压力。在替代实施例中，从无单位或未校准的压力测量值到外部经校准的压力源的任何压力设定值均可使用。

图8示出了节约过程800的一个实施例，该节约过程用于确定与向氧气浓缩器100的用户提供一气团(bolus)气体(例如，氧气)相关联的持续时间。“气团”，在本文中使用时，包括但不限于，通过合适的用户接口(如鼻管或鼻罩)提供给用户的一剂或一个脉冲的浓缩产品气体(如氧气)。与经过气动构件的流动有关的气团参数包括持续时间和幅度。持续时间参数涉及激活和停用阀以开始和结束气团。幅度参数涉及各构件的流量容量和产品气体的压力。氧气浓缩器100可包括，例如，用于控制流向病人的氧气流量的节约装置。例如，该节约装置可关于一个或多个参数调节，以便节约氧气浓缩器100的功率消耗，同时维持产品气体的合适的纯度、流率和体积。在一个实施例中，节约装置由控制器506、流量传感器508、压力传感器510、节约阀512和固定孔口515(见图5A)形成。节约过程800代表能驻留在控制器506内的逻辑的一个实施例。控制器506利用，例如流量传感器508来监测用户的呼吸，以确定该用户的呼吸特征(例如，呼吸频率、吸气、呼气、体积、流量等)。在吸气开始(即，呼气结束)后，将控制器506编程为向用户输送一气团气体，如氧气。在这点上，该气团的大小可为固定的或者至少部分地根据病人的呼吸特征(例如，呼吸频率、吸气的持续时间、体积、流量等)来确定。一旦固定或者确定之后，控制器506就控制节约阀512的开启和关断状态以向病人输送适当气团的气体。例如，可在每个呼吸周期的吸气部分期间提供气团。

在框802中，控制器506已检测到与病人的呼吸特征相关联的触发，确定将向病人输送一气团气体，并且打开节约阀512或将其切换成向病人分配浓缩产品气体。现在将开始一个循环：控制器506读取压力传感器的信号(例如，A-D计数)(在框802中进行)，将该信号(例如，A-D计数)转换成psig(在框804中进行)，然后将psig值加和直至达到预定的psig值(在框806中进行)。例如，psig值的预定加和可与将由气团提供的浓缩呼吸用气体的预定体积测量值有关。浓缩呼吸用气体的预定体积测量值可至少部分地基于在预定时间段上期望输出体积(例如，300cc/min)以及病人的呼吸频率。例如，控制器506可考虑固定孔口515的物理特征、产品罐302的监测压力、以及激活节约阀512以提供产品气体流的时间，以便在给定气团中提供所期望体积的产品气体。流经固定孔口的产品气体流的压力随时间变化的关系为经典的积分函数。在压力可变的情况下，可调节节约阀512被激活的时间，以便提供所期望体积的产品气体。因此，控制器506可至少部分地基于监测压力来控制节约阀512。

在框804中，利用从图7中获得的线性外推完成从信号值(例如，压力传感器A-D计数)向psig的转换。在其它实施例中，也可使用可替代方法来从信号值(例如，A-D计数)获得psig值。在框806中，通过例如利用公式P＝P+PSIG将它们加在一起而对psig值求和。在该公式中，PSIG代表当前psig读数，P代表当前压力之和。该公式是从上述限定了流经固定孔口的产品气体流的压力随时间变化的关系的经典积分函数导出的。在可替代实施例中，可将来自压力传感器510的信号值(例如，A-D计数)加和直至达到预定的加和值(例如，A-D计数的加和)。一旦压力的加和等于预定的压力加和阈值，在框810中，控制器506就闭合节约阀512并等待出现下一次气团输送触发。例如，预定的压力加和阈值可与将由气团提供的浓缩呼吸用气体的预定体积测量值有关。

浓缩呼吸用气体的预定体积测量值可至少部分地基于在预定时间段上的期望输出体积(例如，840cc/min)以及病人的呼吸频率。例如，可用期望输出流率设定值(例如，840cc/min)除以病人的呼吸频率，以将针对该较长时间尺度的相应期望体积分配成针对病人每次呼吸的单独气团。对于20bpm的示例性呼吸频率，每个气团的期望体积可为42cc。类似地，对于10bpm的示例性呼吸频率，每个气团的期望体积可为84cc。正常来说，将随着病人的每次呼吸输送气团。但是，在某些情况下，浓缩器可故意跳过一次呼吸以确保达到合适的产品气体纯度水平和系统效率。例如，如果呼吸频率超过预定频率(例如，36bpm)，则浓缩器可以不随着每次呼吸提供气团，而是可以选择性地跳过某些呼吸，使得达到合适的产品气体纯度水平和系统效率。

图9示出了节约阀512针对与用户呼吸周期(即，呼吸900)相关联的呼吸特征(例如，吸气)而进行的计时操作的一个实施例。示例性呼吸周期901示出为具有吸气期，后面跟随着呼气期。当节约阀512通过通风口分流(由气流902以及对应于示例性呼吸周期901的示例性流量信号903表示)用户呼吸时，流量传感器508测量与用户呼吸周期相关联的流率。流量信号903，例如，可代表模拟信号水平、模拟信号水平的数字化表示，或者实际的流率单位。在任何情况下，针对流量信号903确立触发阈值904。取决于具体实施方式，触发阈值904可为过零点(zero-crossing point)、自该过零点的偏移(正的或负的)、每个周期的平均流量、或者自该平均流量的偏移(正的或负的)。在图9所示的实施例中，触发阈值904示出为紧接吸气阶段开始之后出现。此为自过零点的正偏移的实例。在一个实施例中，触发阈值可为12标准立方厘米每分钟(sccm)。

一旦流量信号903达到触发阈值904，控制器506就打开节约阀512一段足以向用户输送所需大小的气团905的持续时间。在一个实施例中，节约阀512保持打开的持续时间可由过程800(图8)的逻辑来确定。如以上参照图8所描述的，一旦压力的加和达到预定的加和值，控制器506就在906处关闭节约阀512。控制器506可忽略或以其它方式避免针对触发阈值904采取行动，至少直到超过与呼吸频率相关联的持续时间，以避免在下一次吸气开始之前触发另一个气团905。这可被称为触发锁定期907。触发锁定期907可被确定为普通人(average person)、示例人或特定人(如病人)的呼吸特征(例如，呼吸频率、呼吸周期、呼气、或者包括流量、流率和压力在内的其它呼吸特征)的百分比。例如，如果选择了350毫秒(msec)的呼吸频率，则触发锁定期将为350msec的某个百分比，如175msec。触发锁定期907确保下一次触发不会错误地或过早地开始，直到病人的下一次吸气开始。在触发锁定期907届满之后，下一次触发阈值生效。在一个实施例中，在触发锁定期之后，控制器506也可等待流量信号降至触发阈值904之下才启动节约阀512的下一次激活。这样，在呼吸周期的吸气部分开始之后，每次流量信号903上升通过触发阈值904时，可向病人输送气体(例如，氧气)气团905。如上所述，在某些情况下，浓缩器可故意跳过一次呼吸以确保达到合适的产品气体纯度水平和系统效率。

针对任何海拔模式，可以本文所述的任何方式控制节约阀512。显然，可在不同海拔模式下对节约阀512进行不同的控制。因此，可至少部分地基于海拔模式来实施优选的节约阀控制技术，并且海拔模式间的过渡可导致节约阀控制技术间的相应过渡。

在一个实施例中，在高海拔模式下，当高度变化时，控制器506可自动调节节约阀512的工作以维持产品气体的合适水平的纯度、流率和体积。如果未调节，例如，当针对较高的高度增加PSA周期切换时间时，节约阀512会保持激活更长时间。这会导致气团体积比所需要的更大并且产品气体的输出量比所期望的更高。例如，在低海拔模式下，针对给定的流量设置输入504，浓缩器可利用用于激活节约阀512的低海拔固定持续时间来工作。针对不同的流量设置输入504，低海拔固定持续时间可不相同。每个低海拔固定持续时间可为PSA周期切换时间以及与切换相关联的浓缩产品气体的压力衰减(decay)的函数。可将这些低海拔固定持续时间存储在非易失存储器中。

类似地，在高海拔模式下，针对给定的流量设置输入504，浓缩器可利用用于节约阀512的激活的高海拔固定持续时间来工作。针对不同的流量设置输入504，高海拔固定持续时间可不相同。每个高海拔固定持续时间可为针对相应流量设置输入504的低海拔固定持续时间的函数。针对不同的流量设置输入504，低海拔固定持续时间与高海拔固定持续时间之间的函数关系可不相同。换句话说，在一个给定流量设置输入504下定义该函数的算法可不同于在不同流量设置输入504下定义该函数的算法。可将这些高海拔固定持续时间存储在非易失存储器中。在其它实施例中，可将所述函数(即，算法)的某些参数(尤其是针对不同流量设置输入504而变化的那些参数)的值存储在非易失存储器中。

参照图10，产品气体浓缩器10的另一个示例性实施例可包括输入装置12、产品气体源14、压力传感器16、节约阀18和控制器20。可利用输入装置12来选择浓缩产品气体的第一期望输出流率设定值。产品气体源14可提供用于分配的浓缩产品气体。压力传感器16可监测浓缩产品气体的压力。节约阀18可包括输出连接部、通风连接部和气体连接部。输出连接部可与用户22相联。通风连接部可与通风口24相联。气体连接部可与浓缩产品气体相联。输出连接部可从通风连接部切换到气体连接部，反之亦然。控制器与输入装置12和压力传感器16可操作地通讯，并可以选择性地切换节约阀18以便至少部分地基于所选择的输出流率设定值和监测压力来选择性地分配浓缩产品气体。例如，压力传感器16可监测节约阀18和产品气体源14之间的压力。在另一个实施例中，压力传感器16可监测另一合适位置处的压力。

在一个实施例中，控制器20可至少部分地基于相应的监测压力存储第一压力值。在利用输入装置12选择第二期望输出流率设定值之后，控制器20也可至少部分地基于相应的监测压力存储第二压力值。在这个实施例中，控制器20可至少部分地基于第一与第二压力值和监测压力之间的线性关系来确定第一和第二压力值之间的中间压力值。

在另一个实施例中，产品气体浓缩器10还可包括流量传感器26。流量传感器26可监测指示用户22呼吸周期的流量。控制器20可与流量传感器26可操作地通讯。例如，流量传感器26可监测节约阀18和通风口24之间的流量。在当前描述的实施例中，控制器20可至少部分地基于监测流量来确定用户22的呼吸特性。控制器20可至少部分地基于所确定的呼吸特性来选择性地切换节约阀18。在另一个实施例中，流量传感器26可监测另一合适位置处指示用户22呼吸周期的流量。

在当前描述的实施例中，控制器20可至少部分地基于所确定的呼吸特性与指示吸气的触发阈值之间的关系来确定经由节约阀18向用户22分配一气团浓缩产品气体的起始时间。控制器20可至少部分地基于所选择的输出流率设定值来确定压力加和阈值。在当前描述的实施例中，控制器20也可至少部分地基于与前一气团相关联的锁定时间的届满来确定分配该气团浓缩产品气体的起始时间。控制器20可至少部分地基于监测压力与压力加和阈值之间的关系来确定分配该气团浓缩产品气体的持续时间。

参照图11，用于提供浓缩产品气体的过程50的示例性实施例可从52处开始，在这里可选择浓缩产品气体的第一期望输出流率设定值。接着，可提供用于分配浓缩产品气体的产品气体源(54)。在56处，可监测浓缩产品气体的压力。接下来，可选择性地将与用户相联的输出连接部从与通风口相联的通风连接部切换到与浓缩产品气体相联的气体连接部，以便至少部分地基于所选择的输出流速设定值和监测压力来选择性地分配浓缩产品气体(58)，反之亦然。

在一个实施例中，过程50还可包括：至少部分地基于监测压力存储第一压力值，选择浓缩产品气体的第二期望输出流率设定值，至少部分地基于监测压力存储第二压力值，以及至少部分地基于第一和第二压力值之间的线性关系来确定第一和第二压力值之间的中间压力值。

在又一个实施例中，过程50还可包括：监测指示用户呼吸周期的流量以及至少部分地基于监测流量来确定用户的呼吸特性。在这个实施例中，在58中所进行的选择性切换可至少部分地基于所监测的呼吸特性。在当前描述的实施例中，过程50可进一步包括：至少部分地基于所监测的呼吸特性与指示吸气的触发阈值之间的关系来确定经由输出连接部向用户分配一气团浓缩产品气体的起始时间。过程50还可包括：至少部分地基于与前一气团相关联的锁定时间的届满来确定分配该气团浓缩产品气体的起始时间。此外，在这个实施例中，过程50还可包括：至少部分地基于所选择的输出流率设定值来确定压力加和阈值，以及至少部分地基于监测压力与压力加和阈值之间的关系来确定分配该气团浓缩产品气体的持续时间。

尽管已通过描述本发明的实施例阐述了本发明，并且尽管已经相当详细地描述了这些实施例，但本说明书的目的并不在于将所附权利要求的范围约束或以任何方式限制成这些细节。本领域技术人员将容易地得知更多的优点和修改方式。例如，被描述成连接、附接或结合的构件，可以直接或例如通过一个或多个中间构件间接地连接、附接或结合。另外，各个构件的尺寸和几何形状可在本文所示和描述的各个实施例和实例的基础上改变。因此，本发明，就其较宽的方面而言，不限于所示和所描述的特定细节、代表性设备以及说明性实例。因此，在不背离申请人的总发明构思的精神或范围的情况下，可以偏离这些细节。

Claims (17)

1.一种用于提供浓缩产品气体的设备，包括：

输入装置，所述输入装置适于从多个输出设定值中选择浓缩产品气体的期望输出设定值；

第一和第二筛罐，所述第一和第二筛罐布置成在交替且相反的增压和清空周期中将一种或多种可吸附组分从增压源气态混合物分离，以形成浓缩产品气体；

阀组件，用于选择性地提供第一和第二筛罐之间的可调流量，所述阀组件包括在第一和第二筛罐之间的流动路径；以及

控制器，所述控制器与输入装置和阀组件可操作地通讯，以至少部分地基于所述期望输出设定值来选择性地控制在阀组件的第一和第二筛罐之间的两条流动路径，使得就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的第一和第二筛罐之间的流量不同于针对至少另一个输出设定值的第一和第二筛罐之间的流量。

2.如权利要求1所述的设备，阀组件包括：

第一孔口；以及

排泄阀，所述排泄阀与第一孔口串联，用于选择性地提供第一和第二筛罐之间的第一可调流量；

其中，控制器与排泄阀可操作地通讯以选择性地控制该排泄阀。

3.如权利要求2所述的设备，阀组件还包括：

第二孔口，所述第二孔口与第一孔口和排泄阀构成的串联组合体并行，用于提供第一和第二筛罐之间的连续流量。

4.如权利要求2所述的设备，阀组件还包括：

压力均衡阀，所述压力均衡阀与第一孔口和排泄阀构成的串联组合体并行，用于选择性地提供第一和第二筛罐之间的第二可调流量；

其中，控制器与压力均衡阀可操作地通讯以选择性地控制该压力均衡阀。

5.如权利要求1所述的设备，控制器包括：

第一计时器，所述第一计时器限定与增压周期的开始有关的可调排泄延迟时间段，在该时间段内，限制第一和第二筛罐之间的流量；

其中，控制器至少部分地基于第一计时器来选择性地控制阀组件，并且就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的可调排泄延迟时间段不同于针对至少另一个输出设定值的可调排泄延迟时间段；以及

第二计时器，所述第二计时器限定与可调排泄延迟时间段的届满有关的可调排泄持续时间段，在该时间段内，增加第一和第二筛罐之间的流量；

其中，控制器至少部分地基于第二计时器来选择性地控制阀组件，并且就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的可调排泄持续时间段不同于针对至少另一个输出设定值的可调排泄持续时间段。

6.如权利要求1所述的设备，还包括：

压力传感器，所述压力传感器提供浓缩产品气体的检测压力；

其中，控制器与压力传感器可操作地通讯并且至少部分地基于与排泄压力阈值有关的检测压力来选择性地控制阀组件，就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的排泄压力阈值不同于针对至少另一个输出设定值的排泄压力阈值；以及

计时器，所述计时器限定可调排泄持续时间段，在该时间段内，在确定检测压力高于排泄压力阈值之后，增加第一和第二筛罐之间的流量；

其中，控制器至少部分地基于该计时器来选择性地控制阀组件，并且就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的可调排泄持续时间段不同于针对至少另一个输出设定值的可调排泄持续时间段。

7.一种提供浓缩产品气体的方法，包括：

a)从多个输出设定值中选择浓缩产品气体的期望输出设定值；

b)通过第一和第二筛罐在交替且相反的增压和清空周期中将一种或多种可吸附组分从增压源气态混合物分离，以形成浓缩产品气体；以及

c)至少部分地基于所述期望输出设定值来选择性地控制阀组件的第一和第二筛罐之间的两条流动路径，以便选择性地提供第一和第二筛罐之间的流量，阀组件包括在第一和第二筛罐之间的流动路径，使得就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的第一和第二筛罐之间的流量不同于针对至少另一个输出设定值的第一和第二筛罐之间的流量。

8.如权利要求7所述的方法，还包括：

d)选择性地控制与第一孔口串联的排泄阀，以便选择性地提供c)中第一和第二筛罐之间流量的第一可调分量。

9.如权利要求8所述的方法，还包括：

e)通过与第一孔口和排泄阀构成的串联组合体并行的第二孔口，提供c)中第一和第二筛罐之间流量的连续分量。

10.如权利要求8所述的方法，还包括：

e)选择性地控制与第一孔口和排泄阀构成的串联组合体并行的压力均衡阀，以便选择性地提供c)中第一和第二筛罐之间流量的第二可调分量。

11.如权利要求7所述的方法，还包括：

d)限定与增压周期的开始有关的可调排泄延迟时间段，在该时间段内，限制第一和第二筛罐之间的流量；

e)至少部分地基于可调排泄延迟时间段来选择性地控制阀组件，其中，就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的可调排泄延迟时间段不同于针对至少另一个输出设定值的可调排泄延迟时间段；

f)限定与可调排泄延迟时间段的届满有关的可调排泄持续时间段，在该时间段内，增加第一和第二筛罐之间的流量；以及

g)至少部分地基于可调排泄持续时间段来选择性地控制阀组件，并且就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的可调排泄持续时间段不同于针对至少另一个输出设定值的可调排泄持续时间段。

12.如权利要求7所述的方法，还包括：

d)检测浓缩产品气体的压力；

e)至少部分地基于与排泄压力阈值有关的检测压力来选择性地控制阀组件，就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的排泄压力阈值不同于针对至少另一个输出设定值的排泄压力阈值；

f)限定可调排泄持续时间段，在该时间段内，在确定检测压力高于排泄压力阈值之后，增加第一和第二筛罐之间的流量；以及

g)至少部分地基于可调排泄持续时间段来选择性地控制阀组件，其中，就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的可调排泄持续时间段不同于针对至少另一个输出设定值的可调排泄持续时间段。

13.一种用于提供浓缩产品气体的设备，包括：

输入装置，所述输入装置适于从多个输出设定值中选择浓缩产品气体的期望输出设定值；

第一和第二筛罐，所述第一和第二筛罐布置成在交替且相反的增压和清空周期中将一种或多种可吸附组分从增压源气态混合物分离，以形成浓缩产品气体；

阀组件，用于选择性地提供第一和第二筛罐之间的可调流量，阀组件包括：

排泄流速流动路径，包括位于第一和第二筛罐之间的排泄阀和第一孔口；和

压力均衡流动路径，包括位于第一和第二筛罐之间的压力均衡阀；

以及

控制器，所述控制器与输入装置和阀组件可操作地通讯，以至少部分地基于所述期望输出设定值来选择性地控制阀组件的排泄流速流动路径和压力均衡流动路径，使得就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的第一和第二筛罐之间的流量不同于针对至少另一个输出设定值的第一和第二筛罐之间的流量。

14.如权利要求13所述的设备，

所述排泄阀与第一孔口串联，用于选择性地提供第一和第二筛罐之间的第一可调流量；

其中，控制器与排泄阀可操作地通讯，以选择性地控制排泄阀。

15.如权利要求14所述的设备，

所述压力均衡阀与排泄阀和第一孔口的串联组合体并行，以选择性地提供第一和第二筛罐之间的第二可调流量；

其中，控制器与压力均衡阀可操作地通讯，以选择性地控制压力均衡阀。

16.一种用于提供浓缩产品气体的设备，包括：

输入装置，用于从多个输出设定值选择浓缩产品气体的第一期望输出设定值；

第一和第二筛罐，所述第一和第二筛罐布置成在交替且相反的增压和清空周期中将一种或多种可吸附组分从增压源气态混合物分离，以形成浓缩产品气体；

压力均衡阀，用于选择性地提供第一和第二筛罐之间的可调流量；

可变限流器，用于选择性地提供在第一和第二筛罐之间的可调节流量；以及

控制器，所述控制器与输入装置和可变限流器可操作地通讯，以至少部分地基于所选择的输出设定值来选择性地控制可变限流器，使得就相应的增压周期而言，针对至少一个输出设定值的第一和第二筛罐之间的流量不同于针对至少另一个输出设定值的第一和第二筛罐之间的流量。

17.如权利要求16所述的设备，还包括，所述可变限流器包括第一和第二筛罐之间的与一排泄阀串联的第一孔口。

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