具有流量感測裝置的比例氧濃縮裝置製造方法

2023-09-15 21:12:00

具有流量感測裝置的比例氧濃縮裝置製造方法
【專利摘要】用於濃縮氧氣的方法和系統，其包括提供可攜式設備，所述設備具有多個篩床、貯存器、壓縮機、氧氣輸送閥、流量傳感器和控制電子裝置，所述多個篩床中的每一個篩床包括第一端和第二端，貯存器存儲從所述多個篩床的第二端離開的富氧氣體，氧氣輸送閥通過輸送線路與所述貯存器相連通，流量傳感器與所述輸送線路相關聯，控制電子裝置適合於控制所述氧氣輸送閥的操作；通過所述流量傳感器來測量經過所述傳感器的所述富氧氣體的流量，並且輸出指示流量的信號；以及使用所述控制電子裝置，基於所述信號來控制打開和關閉所述氧氣輸送閥，以從所述貯存器輸送所述富氧氣體至使用者。
【專利說明】具有流量感測裝置的比例氧濃縮裝置
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本專利申請依據35U.S.C§ 119(e)要求2011年9月13日提交的美國臨時申請N0.61/533，871的優先權權益，該專利申請的內容在這裡被通過參考併入。
發明領域
[0003]本發明涉及用於提供氧氣的系統和方法，並且特別是涉及用於通過吸附來從空氣濃縮氧氣的可攜式設備和使用這種設備的方法。
【背景技術】
[0004]肺病患者通常需要輔助氧氣來提高他們的舒適度和/或生活質量。穩定的氧氣源是可利用的，舉例來說，醫院或可提供氧氣給患者的其他設施中的氧氣線路。為了允許一些機動性，純氧和/或濃縮氧氣的鋼瓶能夠被提供，患者可以攜帶或以別的方式帶走它們，舉例來說，通過拉動拖車。然而，這樣的鋼瓶，具有有限的容量且大而沉重，限制了患者的機動性。
[0005]已經建議通過從環境空氣濃縮氧氣來提供輔助氧氣的可攜式裝置。例如，美國專利 N0.5，531，807、N0.6，520，176、N0.6，764，534、N0.7，368，005、N0.7，402，193、N0.7，794，522和N0.7，837，761公開了可攜式氧氣濃縮器，所述濃縮器從環境空氣中分離氮氣，並且傳送濃縮的氧氣流，所述濃縮的氧氣流可被存儲在罐中或被直接傳送至患者。

【發明內容】

[0006]一個或多個實施例的目的在於提供可攜式氧氣濃縮器，所述濃縮器包括多個篩床，所述篩床被構造成從空氣中吸收氮氣，每一個篩床包括第一埠和第二埠 ；與所述多個篩床的所述第二埠相連通的至少一個貯存器，所述貯存器被構造成存儲從所述多個篩床的所述第二埠離開的富氧氣體；壓縮機，所述壓縮機被構造成在一個或多個期望壓力下輸送空氣至所述多個篩床的所述第一埠 ；氧氣輸送閥，所述閥通過輸送線路與所述貯存器相連通；與所述輸送線路相關聯的流量傳感器，所述流量傳感器被構造成測量流過所述傳感器的所述富氧氣體的流量，並輸出指示流量的信號；以及控制器，所述控制器被構造成基於所述信號來控制打開和關閉所述氧氣輸送閥，以從所述貯存器輸送所述富氧氣體至使用者。
[0007]一個或多個實施例的另一個方面在於提供用於濃縮氧氣的方法，所述方法包括提供可攜式設備，所述可攜式式設備具有多個篩床、貯存器、壓縮機、氧氣輸送閥、流量傳感器以及控制電子裝置，在多個 篩床中的每一個篩床包括第一端和第二端，貯存器存儲從所述多個篩床的所述第二埠離開的富氧氣體，氧氣輸送閥通過輸送線路與所述貯存器相連通，流量傳感器與所述輸送線路相關聯，控制電子裝置適於控制所述氧氣輸送閥的操作；通過所述流量傳感器來測量流過所述傳感器的所述富氧氣體的流量，並輸出指示流量的信號；以及基於所述信號，使用所述控制電子裝置來控制打開和關閉所述氧氣輸送閥，以從所述貯存器輸送所述富氧氣體至使用者。
[0008]一個或多個實施例的另一個方面在於提供被構造成濃縮氧氣的系統，所述系統包括壓縮裝置，所述壓縮裝置用於從空氣的供給產生壓縮空氣的供給；分離裝置，所述分離裝置用於從壓縮空氣的供給提供富氧氣體的供給；氧氣存儲裝置，所述氧氣存儲裝置用於存儲所述富氧氣體；閥裝置；感測裝置，所述感測裝置用於測量流過所述感測裝置的所述富氧氣體的質量流量，並且用於輸出指示該流量的信號；以及用於基於所述信號來控制打開和關閉所述閥裝置以輸送所述富氧氣體至使用者的裝置。
[0009]在參考附圖理解接下來的描述以及所附權利要求之後，本實施例的這些及其它目標、特徵以及特性，以及結構的相關元件和零件組合的操作方法和功能性以及製造的經濟性將會變得更加清楚，所有這些內容形成了本說明書的一部分，其中各個附圖中類似的附圖標記代表對應的部件。然而可以清楚理解的是，附圖僅僅用於解釋和描述的目的並且並非作為對本發明界限的限定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是根據本發明的實施例的可攜式氧氣濃縮器的側面剖視圖(出於清楚的目的，壓縮機、進氣過濾器、篩床、貯存器和控制器未示出)；
[0011]圖2示意性地示出了根據本發明的實施例的可攜式氧氣濃縮器；
[0012]圖3是根據本發明的實施例的所述可攜式氧氣濃縮器的支撐構件(或中心底盤)的後視圖，支撐構件具有整體地形成的上部(氧氣)和下部(空氣)歧管；
[0013]圖4是根據本發明的實施例的可攜式氧氣濃縮器的殼體構件，以及貯存器、閥和控制器設置其上的所述支撐構件的一個側面的透視圖；
[0014]圖5是根據本發明的實施例的可攜式氧氣濃縮器的殼體構件和支撐構件的另一個透視圖；
[0015]圖6是根據本發明的實施例的支撐構件的透視圖，所述支撐構件具有附接在所述支撐構件的另一側面上的壓縮機、空氣過濾器和噪音屏蔽構件；以及
[0016]圖7是所述支撐構件(與圖6中所示的相同的側面)的另一個透視圖，其中篩床附接在所述支撐構件上。
【具體實施方式】
[0017]在此所使用的單數形式的「一個」、「一」和「這個」包括複數形式，除非文中另外明確地指出。在此所使用的兩個或多個部分或部件「聯接」的陳述應指，這些部分或直接地或間接地、即通過一個或多個中間部件或部分被聯接在一起或一起操作，只要產生了聯結。在此所使用的「直接地聯接」是指兩個元件彼此直接接觸。在此所使用的「固定地聯接」或「固定」是指，兩個構件被聯接成作為一個部件移動且相對彼此保持恆定的方位。
[0018]在此所使用的術語「一體式」是指，部件作為單一的件或單元製造。換言之，包括單獨地製造、然後再作為一個單元聯接在一起的多個件的部件不是「一體式」部件或結構體。在此所採用的兩個或多個部件或部分彼此「接合」的陳述應指，部件彼此或直接地或通過一個或多個中間部件或部分施加作用力。在此所使用的術語「多個」應指，一個或大於一個的整數(即，多個)。[0019]在此使用的方向術語，例如但不限於，頂部、底部、左、右、上、下、前、後及其派生術語涉及圖中所示的元件的方位，而不是對權利要求進行限制，除非在此明確地指出。
[0020]圖1-7中示出了可攜式氧氣濃縮器10的示範性實施例。可攜式氧氣濃縮器10包括:多個篩床(舉例來說，罐或其他床)12 ;壓縮機14 ;貯存器18 (舉例來說，氧存儲罐)；通過輸送線路21與氧存儲罐或貯存器18相連通的氧輸送閥19 ;流量傳感器23，所述傳感器與輸送線路21相關聯且被構造成測量流過流量傳感器23的富氧氣體的流量，並輸出指示其的信號；以及控制器22，所述控制器被構造成控制打開和關閉氧輸送閥19，以基於所述信號將所述富氧氣體從貯存器18輸送至使用者。
[0021]可選地，可攜式氧氣濃縮器10可包括一個或多個附加部件，舉例來說，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，所述附加部件中的至少一些可被聯接至控制器22 (和/或一個或多個附加控制器，同樣未示出)，如下文進一步所描述的那樣。需要被意識到的是，術語「氣流」、「空氣」或「氣體」在此被一般地使用，儘管涉及的特定流體可能是環境空氣、加壓氮氣、濃縮氧氣及其類似物。
[0022]參考圖1、4和5，可攜式氧氣濃縮器10可包括殼體59，所述殼體包括多個壁61，所述壁可限定可攜式氧氣濃縮器10的外部結構表面。多個壁61可包括一對側壁63、前壁65、頂壁71、底壁69和後壁67。可攜式氧氣濃縮器10可包括攜帶把手73，所述把手連接至壁61中的至少一個(舉例來說，頂壁71)，以使可攜式氧氣濃縮器10能夠被運輸。
[0023]在一個實施例中，殼體59可由至少兩個配對殼體構件59A和59B形成,所述兩個配對殼體構件彼此配合以在其中限定中空內部75。殼體59的中空內部75包括支撐構件250、篩床12、貯存器18、壓縮機14，以及可攜式氧氣濃縮器10的其他部件。第一配對殼體構件59A包括前壁65，以及側壁63的至少一部分、底壁69、頂壁71和把手73，與此同時，第二配對構件59B包括後壁67，以及側壁63的至少一部分、底壁69、頂壁71和把手73。第一配對殼體構件59A和第一配對殼體構件59B可使用任何已知的附接機構，例如使用緊固件，來彼此連接。
[0024]在一個實施例中，側壁63和/或底壁69可包括一個或多個進氣口 160 (圖4和5)，所述進氣口可與可攜式氧氣濃縮器10的中空內部75相連通。進氣口 160被構造成允許空氣容易經過進氣口 160，但防止大的物體從中通過。
[0025]如圖1和3中所示，可攜式氧氣濃縮器10可包括支撐構件250。所述支撐構件250可形成可攜式氧氣濃縮器10的中心底架或框架。可攜式氧氣濃縮器10的空氣歧管16和氧氣輸送歧管102被整體地形成或整體地成型在支撐構件250上。具有整體形成的空氣歧管16和氧氣輸送歧管102的不例性底架或框架的補充信息可在2011年9月13日公布的美國臨時專利申請61/533，962中找到，該申請的全部內容在這裡被清楚地通過參考併入。
[0026]如同將要在下文中進行描述的，空氣歧管16包括用於使空氣進入篩床12中的進氣通道64-66，包括用於將氮氣排出篩床12到大氣中的排出通道68。氧氣輸送歧管102還包括用於使富氧氣體從篩床12的第二埠 34至貯存器18的通路108-109。氧氣輸送歧管102還包括使富氧氣體從貯存器18進入用於輸送所述氧氣至使用者的裝置中的通路108和109。
[0027]如圖2和3中所示，空氣歧管16在其中限定了多個通道64-68。所述空氣歧管16的基礎可包括至少部分地限定了壓縮機出氣通道64、篩床12、通道66，以及出口通道68的渠道67。
[0028]可選地，進氣過濾器(圖2和6) 162可被提供用於在灰塵或其他微粒進入壓縮機14之前，從抽吸到進氣口 160 (圖4和5)的環境空氣移除所述灰塵或其他微粒。
[0029]壓縮機14可以是能夠抽吸環境空氣至可攜式氧氣濃縮器10中並壓縮所述空氣至一個或多個期待壓力以輸送至篩床12的任何裝置。在一個實施例中，壓縮機14是多頭裝置(multiple headed device),其包括馬達、聯接至所述馬達的凸輪組件、聯接至所述凸輪組件的驅動軸或杆、以及聯接至所述驅動軸的多個隔膜組件或頭。示例性壓縮機的補充信息可在美國專利7，794，522中找到，該專利的全部內容在這裡被清楚地通過參考併入。
[0030]為了減少壓縮機的噪音級別，隔音罩177 (如圖6中所示)可圍繞壓縮機14形成，以吸收壓縮機14產生的噪音。如圖6中所示，壓縮機14、進氣過濾器162和隔音罩177被布置在支撐構件250的第一側表面251上。
[0031]參考圖2、4和5，可攜式氧氣濃縮器10可包括用於製造穿過空氣歧管16內的通道64-68的一個或多個流路的一組空氣控制閥20。控制器22可被聯接至空氣控制閥20，用於選擇性地打開和關閉空氣控制閥20，以控制氣流穿過空氣歧管16。也就是說，空氣控制閥20可被選擇性地打開或關閉以提供流路，舉例來說從壓縮機出氣通道64到篩床12、通道66和/或從篩床12、通道66到出口通道68。例如，當供氣控制閥20AS打開時，流路可被限定為從壓縮機14、穿過壓縮機出氣通道64和供氣控制閥20AS並進入篩床12A。當排氣控制閥20Be打開時，流路可被限定為從篩床12B、經過篩床通道66B和空氣控制閥20BE，並進入排氣通道68。
[0032]參考圖2和7，篩床12被構造成從空氣中吸收氮氣。每個篩床12都包括外殼30，舉例來說呈細長的中空圓筒形，所述外殼包括第一埠 32和第二埠 34。外殼30可由實際上剛性的材料，舉例來說塑料(諸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(「ABS」)、聚碳酸酯及類似材料)、金屬(諸如鋁)或者合成材料製成。外殼30可根據空間、性能和/或結構標準而具有任何期待的形狀。例如，外殼30可具有圓柱形、橢圓形、正方形、矩形或其他規則或不規則多邊形的橫截面。
[0033]外殼30可至少部分地被過濾介質或篩材料36填充，以提供能夠從在壓力下被輸送至篩床12內的空氣中吸收氮氣的篩床。為了保持殼30中的篩材料36，篩床12可具有鄰近於殼30的第一埠 32和第二埠 34中的每一個的碟或板(未示出)。所述板可彼此間隔布置以限定所述板之間和殼30內所期待的容量。所述板可包括位於其中的一個或多個開口或氣孔(未示出)，以允許氣流穿過所述板。通常地，篩床12可這樣填充使得在篩材料36中沒有實質的空隙，舉例來說，這樣使得篩材料36在所述板之間實際上被基本上塞滿了。可能被包括在可攜式氧氣濃縮器10中的示例性的板的補充信息可在美國專利7，794，522中找到，該專利的全部內容在這裡被清楚地通過參考併入。
[0034]篩材料36可包括能夠從加壓的環境空氣中吸收氮氣的一種或多種已知的材料，從而允許氧氣從篩床12被散出或以其它方式排出。可被採用的示例性的篩材料包括合成沸石、LiX,及其類似材料,諸如 UOP 0xysiv5、5A、Oxysiv MDX 或者 Zeochem Z10-06。可被期待的是，在篩床12中提供多層篩材料36，舉例來說提供在第一埠 32和第二埠 34之間的各層中具有不同性質的篩材料。
[0035]雖然在圖2和7中兩個篩床12被示出，但是將要被理解的是，一個或多個篩床12可以被提供，舉例來說根據所期待的重量、執行效率及其類似方面。可能被包括在可攜式氧氣濃縮器10中的示例性的篩床/篩材料的補充信息可在美國專利4，859，217和7，794，522中找到，這些專利的全部內容在這裡被清楚地通過參考併入。
[0036]參考圖2，可攜式氧氣濃縮器10可包括清空孔81，所述清空孔可提供直接在篩床12的第二埠 34之間連通的通道。清空孔81可保持持續打開，從而為氧氣提供通道以從一個篩床12到另一個，舉例來說在一個篩床12被填充，另一個被清空的時候。可能被包括在可攜式氧氣濃縮器10中的示例性的清空孔81的補充信息可在美國專利7，794，522中找到，該專利的全部內容在這裡被清楚地通過參考併入。
[0037]參考圖2和7，可攜式氧氣濃縮器10可包括氧氣側平衡閥83。氧氣側平衡閥83被構造成平衡篩床12A和12B中的床壓。在篩床12的壓力循環期間，在篩床12A中的壓力會比在篩床12B中的壓力高，這指示出所述床不平衡。在這樣的情況下，氧氣側平衡閥83被操作(打開)以從篩床12A釋放壓力，並提供壓力至篩床12B，例如在壓縮機14從篩床12A轉換至篩床12B以供給壓縮空氣至篩床12B之前。當壓縮機開始供給壓縮空氣至篩床12B時，從篩床12A轉移一些壓力至篩床12B允許篩床12B處於一些中間壓力下(而不是處於零壓力下)。由於氧氣側平衡閥83允許篩床12B處於一些中間壓力下(而不是處於零壓力下)，氧氣側平衡閥83使效率最大化，舉例來說減少可攜式氧氣濃縮器10的功耗。
[0038]參考圖2，可攜式氧氣濃縮器10可包括一對止回閥110。止回閥110可簡單地是壓力激發閥。止回閥110可簡單地是依靠橫跨所述閥的壓差而在一個方向上打開的彈性偏壓閥，諸如傳統的傘形閥。當氧氣輸送歧管102被安裝至篩床12和貯存器18或鄰近篩床12和貯存器18安裝時，止回閥110提供從篩床12到氧氣輸送通道108的單向流路。氧氣輸送通道108直接且持續地通過開口 112與和貯存器18相連通。
[0039]參考圖2、4和5，貯存器18與篩床12的第二埠 34相連通。貯存器18可包括細長的管狀殼，用於存儲從篩床12的第二埠 34離開的富氧氣體。與在此所描述的可攜式氧氣濃縮器10的其他部件相類似地，貯存器18的殼可由塑料(諸如ABS、聚碳酸酯及其類似塑料)、金屬(諸如鋁)或合成材料形成。
[0040]在另一個選擇中，可攜式氧氣濃縮器10可包括多個貯存器18 (未示出)，所述貯存器可被提供在可攜式氧氣濃縮器10內的一個或多個位置處，舉例來說，放置在可用空間的不同位置，但是使可攜式氧氣濃縮器10的總體尺寸最小化。貯存器可通過一根或多根撓性管(未示出)和/或通過氧氣輸送歧管102彼此連接，以允許氧氣被輸送至貯存器及從貯存器被抽出。任選地，在這個選擇中，一個或多個閥可被提供用於控制氧氣進入及流出貯存器的流量。
[0041]此外或可選地，可攜式氧氣濃縮器10可包括一個或多個撓性貯存器18，舉例來說可隨著氧氣被輸送至其中或送出其外而膨脹或收縮的袋或其他容器。貯存器18在貯存器18膨脹時可具有預定的形狀或可彈性地膨脹以填充可攜式氧氣濃縮器10內的可用空間。可選地，一個或多個剛性貯存器可被提供，其與一個或多個撓性貯存器(未示出)相連通，舉例來說，以節約可攜式氧氣濃縮器10內的空間。在另一個選擇中，一個或多個貯存器18可被提供作為空氣歧管16和氧氣輸送歧管102中的一個或兩者的部分，而不是作為單獨的部件。
[0042]參考圖2，氧氣輸送歧管102可被提供用於從篩床12輸送氧氣至貯存器18，並且然後至可攜式氧氣濃縮器10的使用者。氧氣輸送歧管102包括與有關輸送氧氣至可攜式氧氣濃縮器10的使用者的部件相連通的一個或多個氧氣輸送通道108、109。
[0043]空氣歧管16和氧氣輸送歧管102可由任何工程級材料，舉例來說塑料(諸如ABS、聚碳酸酯及其類似材料)、金屬(諸如鋁及其類似金屬)或者合成材料形成。如上文所指出的，空氣歧管16和氧氣輸送歧管102可通過整體地形成在支撐構件250中而形成。空氣歧管16和氧氣輸送歧管102可通過注射成型、鑄造、機加工，及其類似方法形成。在一個實施例中，空氣歧管16和氧氣輸送歧管102可由相對輕質的塑料材料形成。
[0044]參考圖2、4和5，氧氣輸送閥19可以是通過輸送線路21與貯存器18相連通的比例閥。控制器22從傳感器，包括但不限於壓力傳感器120或122、氧氣傳感器118和/或流量傳感器23接收輸入。控制器122被構造成基於從所述傳感器接收的輸入而控制比例(患者輸送)氧氣輸送閥19何時被完全打開、完全關閉或部分打開以及氧氣輸送閥19打開的程度。
[0045]在一個實施例中，氧氣輸送閥19是可調節的限制裝置。例如，氧氣輸送閥19是壓電閥，諸如Festo製造的壓電閥(零件號或型號:VEMR-B-6-13-D6-W4-22X5-R5)。所述壓電閥通常耗電量低，從而延長了可攜式氧氣濃縮器10的電池壽命。
[0046]參考圖2，流量傳感器23與輸送線路21相關聯，並被構造成測量經過輸送線路21的氧氣的瞬時質量流量，且提供反饋至比例輸送氧氣輸送閥19。在一個實施例中，流量傳感器23是質量流量傳感器，諸如Honeywell製造的流量傳感器(零件號或型號:AWM92100V)或者Festo製造的流量傳感器(零件號或型號:1238841)。參考圖2，可攜式氧氣濃縮器10包括氧氣溫度傳感器131 (諸如熱敏電阻、熱電偶，或者任何其他溫度傳感器)和局部壓力傳感器133，諸如Freescale製造的由大氣壓力傳感器(零件號或型號:MPXM2102A)製成的那些局部壓力傳感器。氧氣溫度傳感器131被構造成測量經過輸送線路21的氧氣的溫度，同時局部壓力傳感器133被構造成測量局部環境壓力。
[0047]所測得的氧氣溫度和所測得的局部環境壓力被發送至處理器25。處理器25被構造成使用來自氧氣溫度傳感器131的這個氧氣溫度測量結果和來自局部壓力傳感器133的局部環境壓力測量結果，連同從流量傳感器23獲得的質量流量測量結果，來獲得測定體積流速測量結果。
[0048]在圖示的實施例中，如圖4中所示，氧氣溫度傳感器131和局部壓力傳感器133被安置在流量傳感器23的上遊。在另一個實施例中，氧氣溫度傳感器131和局部壓力傳感器133被安置在流量傳感器的下遊(仍然在附近)。
[0049]參考圖2、4和5，壓力傳感器120 (舉例來說，壓差傳感器)還可被安裝至氧氣輸送歧管102和/或氧氣輸送歧管102的下方,這樣使得壓力傳感器120的埠可測量氧氣輸送通道108-109之間並因此跨越氧氣輸送閥19的壓力差。可選地，壓力傳感器120可被用於獲得貯存器壓力。例如，當氧氣輸送閥19被關閉時，氧氣輸送閥19的上遊壓力可基本上與貯存器18內的壓力相對應。
[0050]如圖2中所示，壓力傳感器120可被聯接至處理器25，舉例來說，以提供信號，所述信號可被處理器25處理以確定橫跨氧氣輸送閥19的壓差。控制器22可使用這個壓差來確定從可攜式氧氣濃縮器10被輸送的氧氣的流速,或確定被輸送的氧氣的其他參數。控制器22可基於所得到的流速，舉例來說基於一個或多個反饋參數，來改變氧氣輸送閥19打開的頻率和/或持續時間。
[0051]參考圖2、4和5,氧氣傳感器118也可被安裝至氧氣輸送歧管102和/或氧氣輸送歧管102的下方。氧氣傳感器118能夠測量流過其中的氧氣的純度，舉例來說，測量經過氧氣傳感器118的氣體的音速的超聲傳感器，諸如由堪薩斯州的Douglas Scientific ofShawnee製造的那些。可選地，氧氣傳感器118可以是陶瓷的或側流傳感器。
[0052]氧氣傳感器118可被聯接至處理器25，並可產生與純度成比例的電子信號，所述信號可被處理器25處理，並被控制器22用來改變可攜式氧氣濃縮器10的操作。因為氧氣傳感器118的精度可被經過其中的氣流所影響，所以可被期望的是，在無流動狀態期間對純度信號進行取樣，舉例來說當氧氣輸送閥19被關閉時。
[0053]壓力傳感器122可被聯接至氧氣輸送歧管102。壓力傳感器122可以是壓阻壓力傳感器，其能夠測量絕對壓力。壓力傳感器122提供可被用於探測使用者何時開始吸氣的壓力讀數。可使用的示例性換能器包括Honeywell Microswitch24PC01SMT換能器、SensymSXOUMotorola Μ0Χ，或者由所有傳感器製造商(All Sensors)製造的其他傳感器。因為壓力傳感器122可被暴露在可攜式氧氣濃縮器10的全系統壓力下，所以可期待的是壓力傳感器122的過壓等級超過全系統壓力。壓力傳感器122可被聯接至處理器25，以提供與壓力傳感器122所探測到的壓力成比例的信號。可能被包括在可攜式氧氣濃縮器10中的示例性的壓力傳感器的補充信息可在美國專利7，794，522中找到，該專利的全部內容在這裡被清楚地通過參考併入。
[0054]如圖4和5中所示，貯存器18、控制器22 (其上具有各種傳感器)、空氣控制閥20、空氣歧管16和氧氣輸送歧管102位於支撐構件250的側面253上。
[0055]從氧氣傳感器118輸送來的氧氣然後可經過空氣過濾器124，並被輸送至使用者。空氣過濾器124可被安裝至氧氣輸送歧管102或鄰近氧氣輸送歧管102安裝，並且可包括用於從被輸送至使用者的氧氣移除不希望的微粒的任何傳統的過濾器介質。如圖6和7中所示的，空氣過濾器124位於支撐構件250的第一側表面251上。
[0056]將要被理解的是，其他結構和/或部件可被提供用於輸送氧氣至使用者，而不是上文所描述的氧氣輸送歧管102和附接到那裡的部件。此外，雖然所述部件，舉例來說氧氣輸送閥19，壓力傳感器120、122、133，流量傳感器23，氧氣傳感器118，氧氣溫度傳感器131和空氣過濾器124按特定順序被描述(相對於流經氧氣輸送歧管102的氧氣)，但是如果需要的話，這些部件的順序可被改變。
[0057]控制器22可包括用於控制可攜式氧氣濃縮器10的操作的一個或多個方面的一個或多個硬體部件和/或軟體模塊。控制器22可被聯接至可攜式氧氣濃縮器10的一個或多個部件，舉例來說壓縮機14、空氣控制閥20和/或氧氣輸送閥19。控制器22還可通過處理器25被聯接至可攜式氧氣濃縮器10的一個或多個感測部件，舉例來說，壓力傳感器120、122，氧氣溫度傳感器131，局部壓力傳感器133，流量傳感器23和/或氧氣傳感器118。所述部件可通過能夠在控制器22和所述部件之間接收和/或傳送信號的一根或多根電線或其他電引線而被聯接。
[0058]控制器22還可被聯接至使用者界面320 (圖5)，其可包括一個或多個顯示器和/或輸入裝置。使用者界面320可以是被安裝至可攜式氧氣濃縮器10的觸控螢幕顯示器。使用者界面320可以顯示關於參數的信息，所述參數與可攜式氧氣濃縮器10的操作相關，和/或可以允許使用者更改所述參數，舉例來說打開或關閉可攜式氧氣濃縮器10，更改劑量設定或所期待的流速等等。可攜式氧氣濃縮器10可包括多個顯示器和/或輸入裝置，舉例來說通/斷開關、撥盤、按鈕及其類似物(未示出)。與其他部件相類似地，使用者界面320可通過一根或多根電線和/或其它電引線(出於簡化目的而未示出)聯接至控制器22。
[0059]控制器22可包括單獨的電路板，所述電路板包括位於其上的多個電子部件。這些部件可包括被安裝至所述電路板的一個或多個處理器、存儲器、開關、風扇、電池充電器，及其類似物(未示出)。將要被理解的是，控制器22可提供為多個子控制器，所述子控制器控制可攜式氧氣濃縮器10的操作的不同方面。例如，第一子控制器可控制壓縮機14的操作和空氣控制閥20的打開和關閉的順序，舉例來說，以便以所想要的方式來填充和清空篩床
12。可能被包括在可攜式氧氣濃縮器10中的示例性的第一子控制器的補充信息可在美國專利7，794，522中找到，該專利的全部內容在這裡被清楚地通過參考併入。
[0060]第二子控制器可控制氧氣輸送閥19的操作，舉例來說，基於從壓力傳感器120處、從流量傳感器23處、從氧氣溫度傳感器131處和從局部壓力傳感器133處接收的信號而從貯存器18輸送氧氣至使用者。所述第二子控制器還可從使用者接收輸入指令和/或在使用者界面320上顯示信息。此外，控制器22的子控制器和其它部件可以所想要的方式共享信息，如下文所描述的那樣。因此，控制器22可包括一個或多個部件，所述部件的功能性可與其它部件的相交換，並且控制器22應不限於在此所描述的特定實例。
[0061]可攜式氧氣濃縮器10可包括一個或多個電源，所述電源聯接至控制器22、處理器25、壓縮機14、氧氣控制閥20和/或氧氣輸送閥19。例如，一對電池可被提供，所述電池可被安裝或者以其它方式固定至可攜式氧氣濃縮器10。支架、帶或支承件(未示出)可被用於固定電池至可攜式氧氣濃縮器10。可能被包括在可攜式氧氣濃縮器10中的示例性的電池的補充信息可在美國專利7，794，522中找到，該專利的全部內容在這裡被清楚地通過參考併入。
[0062]控制器22可控制從電池148至可攜式氧氣濃縮器10內其他部件的電力分布。例如，控制器22可從所述電池148中的一個獲取電力，直到它的電力被減少至預定的水平，因此控制器22可自動地切換至所述電池中的其它電池。
[0063]可選地，可攜式氧氣濃縮器10可包括適配器，這樣使得外部電源，舉例來說傳統AC電源(諸如壁裝插座)，或可攜式AC或DC電源(諸如汽車點菸器插座)，太陽能電池板裝置，及其類似物(未示出)。對於轉換這樣的外部電能使得其能夠被可攜式氧氣濃縮器10使用有必要的的任何變壓器或其它部件(同樣未示出)可提供在可攜式氧氣濃縮器10內、在將可攜式氧氣濃縮器10連接至所述外部電源的電纜中，或提供在所述外部裝置自身中。
[0064]可選地，控制器22可以傳統的方式引導一些電能從外部電源回到電池148來充電。控制器22還可顯示可攜式氧氣濃縮器10的電能狀態(舉例來說，自動地或通過使用者界面320喚醒)諸如電池的電力水平，可攜式氧氣濃縮器10是否被連接至外部電源等。控制器22可包括用於執行這些功能中的一個或多個的一個或多個專用部件。可能被包括在可攜式氧氣濃縮器10的控制器22中的示例性的電池管理集成電路可在美國專利7，794，522中找到，該專利的全部內容在這裡被清楚地通過參考併入。
[0065]可攜式氧氣濃縮器10的處理器25可被構造成接收來自可攜式氧氣濃縮器10的一個或多個感測部件(舉例來說，流量傳感器23，氧氣溫度傳感器131，局部壓力傳感器133和/或壓力傳感器120)的信號，以基於所接收到的信號確定富氧氣體在預定時間段內在輸送線路中的流量，富氧氣體在預定的時間段內在輸送線路中的體積，或者同時確定兩者。
[0066]可攜式氧氣濃縮器10還可包括動態噪音控制裝置，所述動態噪音控制裝置被構造成對於所有的輸入/輸出設定而言成比例地動態地改變進氣過濾器162的進氣口尺寸或形狀。例如，需要的空氣的體積越高，輸入口尺寸越大，並且反之亦然。可能被包括在可攜式氧氣濃縮器10中的示例性的動態噪音控制裝置可在2011年9月13日提交的美國臨時專利申請N0.61/533，864中找到，該專利的全部內容在這裡被清楚地通過參考併入。
[0067]可攜式氧氣濃縮器10還可包括過壓洩壓閥121，所述過壓洩壓閥氣動地聯接至輸送線路21內，以用作壓力傳感器122的保護裝置。過壓洩壓閥121允許使用單獨的供給或輸送線路來同時用於從可攜式氧氣濃縮器10處的脈衝和持續流量輸送。過壓洩壓閥121可被設定至壓力傳感器122的操作耐受壓力以下的水平。如果供給迴路試圖超過這個耐受壓力(由於扭結的管道等)，則過壓洩壓閥121被構造成打開並維持所述輸送線路中的壓力在壓力傳感器122將被損壞的水平以下。可能被包括在可攜式氧氣濃縮器10中的示例性過壓洩壓閥121可在2011年9月13日提交的美國專利申請61/533，912中找到，該申請的全部內容在這裡被清楚地通過參考併入。
[0068]可攜式氧氣濃縮器10的基本操作現在將被描述。大體上，可攜式氧氣濃縮器10的操作具有兩個方面，通過篩床12內的吸附來從環境空氣濃縮氧氣，以及從貯存器18輸送濃縮氧氣至使用者。可攜式氧氣濃縮器10的每一個方面可獨立於另一個地操作，或者它們是相互關聯的，舉例來說，基於一個或多個相關的參數。
[0069]可攜式氧氣濃縮器10可使用一個或多個可選方法來操作，諸如下文中所描述的那些，以提高可攜式氧氣濃縮器10的效率或其它性能特性。例如，基於壓力和/或流量傳感器的測量結果，可攜式氧氣濃縮器10的操作狀態可被調整以提高輸出流速和/或壓力，較少功耗，及其類似的方面。
[0070]通過篩床12內的吸附來從環境空氣中濃縮氧氣的方面在美國專利7，794，522中被詳細解釋，該申請的全部內容在這裡被清楚地通過參考併入。利用存儲在貯存器18中的濃縮氧氣，可攜式氧氣濃縮器10可被用於輸送濃縮氧氣至使用者。如上文所描述的，控制器22可被聯接至氧氣輸送閥19，用於打開和關閉氧氣輸送閥19，以從貯存器18輸送氧氣至可攜式氧氣濃縮器10的使用者。
[0071]在一個實施例中，控制器22可周期性地打開氧氣輸送閥19用於預定的「脈衝」。在脈衝輸送期間，氧氣「團」被輸送至使用者，也就是說，氧氣輸送閥19被打開預定脈衝持續時間，並且之後關閉，直到下一團將要被輸送。可選地，控制器22可打開氧氣輸送閥19用於持續的輸送，舉例來說，打開節流氧氣輸送閥19以調節流向使用者的流速。在另一個選擇中，控制器22可周期性地打開和節流氧氣輸送閥19達預定時間，以改變所輸送的團的體積。
[0072]流量傳感器23可被用於監測流過流量傳感器23的富氧氣體的流量及用於提供反饋信號值控制器22。當可攜式氧氣濃縮器10操作以供給持續的氧氣流時，來自流量傳感器23的信號被用於控制打開和關閉氧氣輸送閥19以將富氧氣體從貯存器18輸送至使用者。
[0073]壓力傳感器120可被用於監測流經壓力傳感器120的所述富氧氣體的流量，並用於提供反饋壓差信號至控制器22。當可攜式氧氣濃縮器10以氧氣以預定脈衝被提供的脈衝輸送的形式被操作時，來自壓力傳感器120的壓差信號被用於控制打開和關閉氧氣輸送閥19，以從貯存器18輸送富氧氣體至使用者。
[0074]控制器22可具有存儲在存儲器中的預定的或設定的目標流速。所述目標流速可由使用使用者界面320的使用者提供和更改。所述目標流速可以是以升每分(LPM)為單位的體積流速。例如，可攜式氧氣濃縮器10每分可提供1.5升(LPM)、2LPM、2.5LPM或3LPM。
[0075]如果所測得的流速低於所述目標流速，那麼控制器22控制所述氧氣輸送閥19提高流速至所需要的或目的流速。類似地，如果所測得的流速超過所述目標流速，那麼控制器22控制所述氧氣輸送閥19降低流速至所需要的或目的流速。
[0076]在一個實施例中，流量傳感器23被構造成測量質量流速(舉例來說，氧分子的數量)，並且質量流速被用於控制打開和關閉氧氣輸送閥19，以從貯存器18輸送富氧氣體至使用者。
[0077]在另一個實施例中，替代控制可攜式氧氣濃縮器10使得恆定數量的氧氣分子(質量流)被輸送至使用者，可攜式氧氣濃縮器10的流動可被如此調整，使得輸送至使用者的氧氣的體積流(也就是，以升每分計)被保持恆定，而不管氣體溫度或局部環境壓力的變化。也就是說，來自流量傳感器23的質量流速使用來自氧氣溫度傳感器131的氧氣溫度測量結果和來自局部壓力傳感器133的局部環境壓力測量結果被轉換成了體積流速。所述體積流速測量結果然後被用於控制打開和關閉氧氣輸送閥19，以從貯存器18輸送富氧氣體至使用者。所述體積流速測量結果與所述目標流速相比較(舉例來說，通過使用者設定)，氧氣輸送閥19被控制以維持所述目標或所想要的流速。
[0078]如上文所註明的，氧氣傳感器118可被用於監測從貯存器18輸送來的氧氣的純度。所述氧氣純度的變化會被篩床12內篩材料的狀態、被抽吸至可攜式氧氣濃縮器10內以填充篩床12的環境空氣的溫度和/或溼度等影響。控制器22可具有存儲在存儲器中的設定的目標氧氣純度，並可監測氧氣傳感器118所探測到的純度。如果氧氣純度低於目標氧氣純度，那麼控制器22可提高目標貯存器壓力，以補償並提高所述氧氣純度。
[0079]具有經由質量流量傳感器23的閉環(反饋)控制的壓電比例氧氣輸送閥19的使用允許可攜式氧氣濃縮器10以持續流或脈衝流波形來輸送氧氣。這種布置也允許可攜式氧氣濃縮器10使用單獨的輸送閥或迴路來同時輸送可動態控制的流量和輸送時間的持續流和脈衝流波形。溫度和壓力補償可被用於將可攜式氧氣濃縮器10從恆定質量輸送系統轉換至恆定體積輸送系統。這允許可攜式氧氣濃縮器10使用非常低功率的輸送閥和單一的輸送線路，這顯著地節約了可攜式氧氣濃縮器10的功耗和尺寸/重量。
[0080]在權利要求中，置於括號中的任意附圖標記不應被解釋為對權利要求的限制。詞語「包含」或「包括」並不排除那些在權利要求中未列出的元件或步驟的存在。在列舉了若干設備的裝置權利要求中，這些設備中的若干可通過一個和相同項的硬體來實施。元件之前的詞語「一」或「一個」並不排除多個這種元件的存在。在列舉了若干設備的任何裝置權利要求中，這些設備中的若干可通過一個和相同項的硬體來實施。在相互不同的獨立權利要求中引用的特定元件並不表示這些元件不能夠結合使用。
[0081]儘管為了解釋目的而基於當前被認為是最實際和優選的實施例而詳細描述了實施例，但是可以理解的是這種細節僅僅用於該目的並且沒有施加任何限制，而是相反地，公開內容旨在覆蓋了落入所附權利要求精神和範圍內的修改和等同配置。例如，需要被理解的是，在可能的情況下，任何實施例中的一個或多個特徵可以被與任何其他實施例中的一個或多個特徵相結合。
【權利要求】
1.一種可攜式氧氣濃縮器(10)，所述可攜式氧氣濃縮器包括: 多個篩床(12),所述多個篩床被構造成從空氣吸收氮氣，每一個篩床包括第一埠(32)和第二埠(34)； 至少一個貯存器(18)，所述貯存器與所述多個篩床的第二埠相連通，所述貯存器被構造成存儲從所述多個篩床的第二埠離開的富氧氣體； 壓縮機(14)，所述壓縮機被構造成以一個或多個期望壓力輸送空氣至所述多個篩床的第二埠 ； 氧氣輸送閥(19)，所述氧氣輸送閥通過輸送線路(21)與所述貯存器相連通； 流量傳感器(23)，所述傳感器與所述輸送線路相關聯，所述流量傳感器被構造成測量流過所述傳感器的富氧氣體的流量，並輸出指示所述流量的流量信號；以及 控制器(22)，所述控制器被構造成基於所述流量信號控制打開和關閉所述氧氣輸送閥，以從所述貯存器輸送所述富氧氣體至使用者。
2.根據權利要求1所述的 可攜式氧氣濃縮器，其特徵在於，所述可攜式氧氣濃縮器還包括處理器(25)，所述處理器被構造成接收所述流量信號，並基於接收到的流量信號確定所述富氧氣體在預定時間段內在所述輸送線路中的流量，所述富氧氣體在預定時間段內在所述輸送線路中的體積，或者確定兩者。
3.根據權利要求2所述的可攜式氧氣濃縮器，其特徵在於，所述可攜式氧氣濃縮器還包括壓力傳感器(120)，所述壓力傳感器被構造成測量在所述輸送線路中的所述富氧氣體的壓差。
4.根據權利要求3所述的可攜式氧氣濃縮器，其特徵在於，所述處理器被構造成基於所述壓差確定所述富氧氣體在預定時間段內在所述輸送線路中的流量，所述富氧氣體在預定時間段內在所述輸送線路中的體積，或者確定兩者。
5.根據權利要求1所述的可攜式氧氣濃縮器，其特徵在於，所述氧氣輸送閥是壓電閥。
6.根據權利要求2所述的可攜式氧氣濃縮器，其特徵在於，所述流量信號包括所述富氧氣體的質量流速。
7.根據權利要求6所述的可攜式氧氣濃縮器，其特徵在於，所述可攜式氧氣濃縮器還包括:氧氣溫度傳感器(131)，所述氧氣溫度傳感器被構造成測量經過所述輸送線路的富氧氣體的溫度，並且輸出指示所述溫度的溫度信號；以及局部壓力傳感器(133)，所述局部壓力傳感器被構造成測量經過所述輸送線路的富氧氣體的局部環境壓力，並且輸出指示所述局部環境壓力的局部壓力信號。
8.根據權利要求7所述的可攜式氧氣濃縮器，其特徵在於，所述處理器被構造成基於所述接收到的流量信號、所述溫度信號和所述局部壓力信號來確定所述富氧氣體在預定時間段內在所述輸送線路中的體積。
9.一種用於濃縮氧氣的方法，包括: 提供可攜式設備(10)，其包括:多個篩床(12)，在所述多個篩床中的每一個篩床包括第一埠(32)和第二埠(34);存儲從所述多個篩床的第二埠離開的富氧氣體的貯存器(18);壓縮機(14);通過輸送線路(21)與所述貯存器相連通的氧氣輸送閥(19);與所述輸送線路相關聯的流量傳感器(23);以及適於控制所述氧氣輸送閥的操作的控制電子裝置(22)；通過所述流量傳感器來測量流過所述流量傳感器的富氧氣體的流量，並輸出指示所述流量的流量信號；以及 基於所述流量信號，使用所述控制電子裝置來控制打開和關閉所述氧氣輸送閥，以從所述貯存器輸送所述富氧氣體至使用者。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括:基於所述流量信號確定所述富氧氣體在預定時間段內在所述輸送線路中的流量，所述富氧氣體在預定時間段內在所述輸送線路中的體積，或者確定兩者。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括:通過壓力傳感器(120)來測量在所述輸送線路中的富氧氣體的壓差。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括:基於所述壓差確定所述富氧氣體在預定時間段內在所述輸送線路中的流量，所述富氧氣體在預定時間段內在所述輸送線路中的體積，或者確定兩者。
13.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述氧氣輸送閥是壓電閥。
14.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括:測量經過所述輸送線路的富氧氣體的溫度，並且輸出指示所述溫度的溫度信號；以及測量經過所述輸送線路的富氧氣體的局部環境壓力，並且提供指示所述局部環境壓力的局部壓力信號。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於，使用所述流量信號、所述溫度信號和所述局部壓力信號來確定所述富氧氣體在預定時間段內在所述輸送線路中的體積。
16.—種被構造成濃縮氧氣的系統,所述系統包括:· 壓縮裝置(14 )，所述壓縮裝置用於從空氣的供給產生壓縮空氣的供給； 分離裝置(12)，所述分離裝置用於從所述壓縮空氣的供給提供富氧氣體的供給； 氧氣存儲裝置(18)，所述氧氣存儲裝置用於存儲所述富氧氣體； 閥裝置(19)； 感測裝置(23)，所述感測裝置用於測量流過所述感測裝置的富氧氣體的質量流量，並且用於輸出指示所述質量流量的信號；以及 用於控制的裝置(22)，所述用於控制的裝置基於所述信號來控制打開和關閉所述閥裝置以輸送所述富氧氣體至使用者。
17.根據權利要求16所述的系統，其特徵在於，所述閥裝置是壓電閥。
18.根據權利要求16所述的系統，其特徵在於，所述系統還包括確定裝置(25)，所述確定裝置用於基於所述信號確定所述富氧氣體在預定時間內在所述輸送線路中的流量，所述富氧氣體在預定時間段內在所述輸送線路中的體積，或者確定兩者。
【文檔編號】B01D53/04GK103826721SQ201280044564
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年9月7日 優先權日:2011年9月13日
【發明者】D·A·惠徹, B·S·克佩爾, B·L·哈伯蘭, J·W·布萊爾 申請人:皇家飛利浦有限公司