具有流量感测装置的比例氧浓缩装置制造方法
【专利摘要】用于浓缩氧气的方法和系统，其包括提供便携式设备，所述设备具有多个筛床、贮存器、压缩机、氧气输送阀、流量传感器和控制电子装置，所述多个筛床中的每一个筛床包括第一端和第二端，贮存器存储从所述多个筛床的第二端离开的富氧气体，氧气输送阀通过输送线路与所述贮存器相连通，流量传感器与所述输送线路相关联，控制电子装置适合于控制所述氧气输送阀的操作；通过所述流量传感器来测量经过所述传感器的所述富氧气体的流量，并且输出指示流量的信号；以及使用所述控制电子装置，基于所述信号来控制打开和关闭所述氧气输送阀，以从所述贮存器输送所述富氧气体至使用者。
【专利说明】具有流量感测装置的比例氧浓缩装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请依据35U.S.C§ 119(e)要求2011年9月13日提交的美国临时申请N0.61/533，871的优先权权益，该专利申请的内容在这里被通过参考并入。
发明领域
[0003]本发明涉及用于提供氧气的系统和方法，并且特别是涉及用于通过吸附来从空气浓缩氧气的便携式设备和使用这种设备的方法。
【背景技术】
[0004]肺病患者通常需要辅助氧气来提高他们的舒适度和/或生活质量。稳定的氧气源是可利用的，举例来说，医院或可提供氧气给患者的其他设施中的氧气线路。为了允许一些机动性，纯氧和/或浓缩氧气的钢瓶能够被提供，患者可以携带或以别的方式带走它们，举例来说，通过拉动拖车。然而，这样的钢瓶，具有有限的容量且大而沉重，限制了患者的机动性。
[0005]已经建议通过从环境空气浓缩氧气来提供辅助氧气的便携式装置。例如，美国专利 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公开了便携式氧气浓缩器，所述浓缩器从环境空气中分离氮气，并且传送浓缩的氧气流，所述浓缩的氧气流可被存储在罐中或被直接传送至患者。
【发明内容】
[0006]一个或多个实施例的目的在于提供便携式氧气浓缩器，所述浓缩器包括多个筛床，所述筛床被构造成从空气中吸收氮气，每一个筛床包括第一端口和第二端口 ；与所述多个筛床的所述第二端口相连通的至少一个贮存器，所述贮存器被构造成存储从所述多个筛床的所述第二端口离开的富氧气体；压缩机，所述压缩机被构造成在一个或多个期望压力下输送空气至所述多个筛床的所述第一端口 ；氧气输送阀，所述阀通过输送线路与所述贮存器相连通；与所述输送线路相关联的流量传感器，所述流量传感器被构造成测量流过所述传感器的所述富氧气体的流量，并输出指示流量的信号；以及控制器，所述控制器被构造成基于所述信号来控制打开和关闭所述氧气输送阀，以从所述贮存器输送所述富氧气体至使用者。
[0007]一个或多个实施例的另一个方面在于提供用于浓缩氧气的方法，所述方法包括提供便携式设备，所述便携式式设备具有多个筛床、贮存器、压缩机、氧气输送阀、流量传感器以及控制电子装置，在多个 筛床中的每一个筛床包括第一端和第二端，贮存器存储从所述多个筛床的所述第二端口离开的富氧气体，氧气输送阀通过输送线路与所述贮存器相连通，流量传感器与所述输送线路相关联，控制电子装置适于控制所述氧气输送阀的操作；通过所述流量传感器来测量流过所述传感器的所述富氧气体的流量，并输出指示流量的信号；以及基于所述信号，使用所述控制电子装置来控制打开和关闭所述氧气输送阀，以从所述贮存器输送所述富氧气体至使用者。
[0008]一个或多个实施例的另一个方面在于提供被构造成浓缩氧气的系统，所述系统包括压缩装置，所述压缩装置用于从空气的供给产生压缩空气的供给；分离装置，所述分离装置用于从压缩空气的供给提供富氧气体的供给；氧气存储装置，所述氧气存储装置用于存储所述富氧气体；阀装置；感测装置，所述感测装置用于测量流过所述感测装置的所述富氧气体的质量流量，并且用于输出指示该流量的信号；以及用于基于所述信号来控制打开和关闭所述阀装置以输送所述富氧气体至使用者的装置。
[0009]在参考附图理解接下来的描述以及所附权利要求之后，本实施例的这些及其它目标、特征以及特性，以及结构的相关元件和零件组合的操作方法和功能性以及制造的经济性将会变得更加清楚，所有这些内容形成了本说明书的一部分，其中各个附图中类似的附图标记代表对应的部件。然而可以清楚理解的是，附图仅仅用于解释和描述的目的并且并非作为对本发明界限的限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是根据本发明的实施例的便携式氧气浓缩器的侧面剖视图(出于清楚的目的，压缩机、进气过滤器、筛床、贮存器和控制器未示出)；
[0011]图2示意性地示出了根据本发明的实施例的便携式氧气浓缩器；
[0012]图3是根据本发明的实施例的所述便携式氧气浓缩器的支撑构件(或中心底盘)的后视图，支撑构件具有整体地形成的上部(氧气)和下部(空气)歧管；
[0013]图4是根据本发明的实施例的便携式氧气浓缩器的壳体构件，以及贮存器、阀和控制器设置其上的所述支撑构件的一个侧面的透视图；
[0014]图5是根据本发明的实施例的便携式氧气浓缩器的壳体构件和支撑构件的另一个透视图；
[0015]图6是根据本发明的实施例的支撑构件的透视图，所述支撑构件具有附接在所述支撑构件的另一侧面上的压缩机、空气过滤器和噪音屏蔽构件；以及
[0016]图7是所述支撑构件(与图6中所示的相同的侧面)的另一个透视图，其中筛床附接在所述支撑构件上。
【具体实施方式】
[0017]在此所使用的单数形式的“一个”、“一”和“这个”包括复数形式，除非文中另外明确地指出。在此所使用的两个或多个部分或部件“联接”的陈述应指，这些部分或直接地或间接地、即通过一个或多个中间部件或部分被联接在一起或一起操作，只要产生了联结。在此所使用的“直接地联接”是指两个元件彼此直接接触。在此所使用的“固定地联接”或“固定”是指，两个构件被联接成作为一个部件移动且相对彼此保持恒定的方位。
[0018]在此所使用的术语“一体式”是指，部件作为单一的件或单元制造。换言之，包括单独地制造、然后再作为一个单元联接在一起的多个件的部件不是“一体式”部件或结构体。在此所采用的两个或多个部件或部分彼此“接合”的陈述应指，部件彼此或直接地或通过一个或多个中间部件或部分施加作用力。在此所使用的术语“多个”应指，一个或大于一个的整数(即，多个)。[0019]在此使用的方向术语，例如但不限于，顶部、底部、左、右、上、下、前、后及其派生术语涉及图中所示的元件的方位，而不是对权利要求进行限制，除非在此明确地指出。
[0020]图1-7中示出了便携式氧气浓缩器10的示范性实施例。便携式氧气浓缩器10包括:多个筛床(举例来说，罐或其他床)12 ;压缩机14 ;贮存器18 (举例来说，氧存储罐)；通过输送线路21与氧存储罐或贮存器18相连通的氧输送阀19 ;流量传感器23，所述传感器与输送线路21相关联且被构造成测量流过流量传感器23的富氧气体的流量，并输出指示其的信号；以及控制器22，所述控制器被构造成控制打开和关闭氧输送阀19，以基于所述信号将所述富氧气体从贮存器18输送至使用者。
[0021]可选地，便携式氧气浓缩器10可包括一个或多个附加部件，举例来说，一个或多个止回阀、过滤器、传感器、电源(未示出)，和/或其他部件，所述附加部件中的至少一些可被联接至控制器22 (和/或一个或多个附加控制器，同样未示出)，如下文进一步所描述的那样。需要被意识到的是，术语“气流”、“空气”或“气体”在此被一般地使用，尽管涉及的特定流体可能是环境空气、加压氮气、浓缩氧气及其类似物。
[0022]参考图1、4和5，便携式氧气浓缩器10可包括壳体59，所述壳体包括多个壁61，所述壁可限定便携式氧气浓缩器10的外部结构表面。多个壁61可包括一对侧壁63、前壁65、顶壁71、底壁69和后壁67。便携式氧气浓缩器10可包括携带把手73，所述把手连接至壁61中的至少一个(举例来说，顶壁71)，以使便携式氧气浓缩器10能够被运输。
[0023]在一个实施例中，壳体59可由至少两个配对壳体构件59A和59B形成,所述两个配对壳体构件彼此配合以在其中限定中空内部75。壳体59的中空内部75包括支撑构件250、筛床12、贮存器18、压缩机14，以及便携式氧气浓缩器10的其他部件。第一配对壳体构件59A包括前壁65，以及侧壁63的至少一部分、底壁69、顶壁71和把手73，与此同时，第二配对构件59B包括后壁67，以及侧壁63的至少一部分、底壁69、顶壁71和把手73。第一配对壳体构件59A和第一配对壳体构件59B可使用任何已知的附接机构，例如使用紧固件，来彼此连接。
[0024]在一个实施例中，侧壁63和/或底壁69可包括一个或多个进气口 160 (图4和5)，所述进气口可与便携式氧气浓缩器10的中空内部75相连通。进气口 160被构造成允许空气容易经过进气口 160，但防止大的物体从中通过。
[0025]如图1和3中所示，便携式氧气浓缩器10可包括支撑构件250。所述支撑构件250可形成便携式氧气浓缩器10的中心底架或框架。便携式氧气浓缩器10的空气歧管16和氧气输送歧管102被整体地形成或整体地成型在支撑构件250上。具有整体形成的空气歧管16和氧气输送歧管102的不例性底架或框架的补充信息可在2011年9月13日公布的美国临时专利申请61/533，962中找到，该申请的全部内容在这里被清楚地通过参考并入。
[0026]如同将要在下文中进行描述的，空气歧管16包括用于使空气进入筛床12中的进气通道64-66，包括用于将氮气排出筛床12到大气中的排出通道68。氧气输送歧管102还包括用于使富氧气体从筛床12的第二端口 34至贮存器18的通路108-109。氧气输送歧管102还包括使富氧气体从贮存器18进入用于输送所述氧气至使用者的装置中的通路108和109。
[0027]如图2和3中所示，空气歧管16在其中限定了多个通道64-68。所述空气歧管16的基础可包括至少部分地限定了压缩机出气通道64、筛床12、通道66，以及出口通道68的渠道67。
[0028]可选地，进气过滤器(图2和6) 162可被提供用于在灰尘或其他微粒进入压缩机14之前，从抽吸到进气口 160 (图4和5)的环境空气移除所述灰尘或其他微粒。
[0029]压缩机14可以是能够抽吸环境空气至便携式氧气浓缩器10中并压缩所述空气至一个或多个期待压力以输送至筛床12的任何装置。在一个实施例中，压缩机14是多头装置(multiple headed device),其包括马达、联接至所述马达的凸轮组件、联接至所述凸轮组件的驱动轴或杆、以及联接至所述驱动轴的多个隔膜组件或头。示例性压缩机的补充信息可在美国专利7，794，522中找到，该专利的全部内容在这里被清楚地通过参考并入。
[0030]为了减少压缩机的噪音级别，隔音罩177 (如图6中所示)可围绕压缩机14形成，以吸收压缩机14产生的噪音。如图6中所示，压缩机14、进气过滤器162和隔音罩177被布置在支撑构件250的第一侧表面251上。
[0031]参考图2、4和5，便携式氧气浓缩器10可包括用于制造穿过空气歧管16内的通道64-68的一个或多个流路的一组空气控制阀20。控制器22可被联接至空气控制阀20，用于选择性地打开和关闭空气控制阀20，以控制气流穿过空气歧管16。也就是说，空气控制阀20可被选择性地打开或关闭以提供流路，举例来说从压缩机出气通道64到筛床12、通道66和/或从筛床12、通道66到出口通道68。例如，当供气控制阀20AS打开时，流路可被限定为从压缩机14、穿过压缩机出气通道64和供气控制阀20AS并进入筛床12A。当排气控制阀20Be打开时，流路可被限定为从筛床12B、经过筛床通道66B和空气控制阀20BE，并进入排气通道68。
[0032]参考图2和7，筛床12被构造成从空气中吸收氮气。每个筛床12都包括外壳30，举例来说呈细长的中空圆筒形，所述外壳包括第一端口 32和第二端口 34。外壳30可由实际上刚性的材料，举例来说塑料(诸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(“ABS”)、聚碳酸酯及类似材料)、金属(诸如铝)或者合成材料制成。外壳30可根据空间、性能和/或结构标准而具有任何期待的形状。例如，外壳30可具有圆柱形、椭圆形、正方形、矩形或其他规则或不规则多边形的横截面。
[0033]外壳30可至少部分地被过滤介质或筛材料36填充，以提供能够从在压力下被输送至筛床12内的空气中吸收氮气的筛床。为了保持壳30中的筛材料36，筛床12可具有邻近于壳30的第一端口 32和第二端口 34中的每一个的碟或板(未示出)。所述板可彼此间隔布置以限定所述板之间和壳30内所期待的容量。所述板可包括位于其中的一个或多个开口或气孔(未示出)，以允许气流穿过所述板。通常地，筛床12可这样填充使得在筛材料36中没有实质的空隙，举例来说，这样使得筛材料36在所述板之间实际上被基本上塞满了。可能被包括在便携式氧气浓缩器10中的示例性的板的补充信息可在美国专利7，794，522中找到，该专利的全部内容在这里被清楚地通过参考并入。
[0034]筛材料36可包括能够从加压的环境空气中吸收氮气的一种或多种已知的材料，从而允许氧气从筛床12被散出或以其它方式排出。可被采用的示例性的筛材料包括合成沸石、LiX,及其类似材料,诸如 UOP 0xysiv5、5A、Oxysiv MDX 或者 Zeochem Z10-06。可被期待的是，在筛床12中提供多层筛材料36，举例来说提供在第一端口 32和第二端口 34之间的各层中具有不同性质的筛材料。
[0035]虽然在图2和7中两个筛床12被示出，但是将要被理解的是，一个或多个筛床12可以被提供，举例来说根据所期待的重量、执行效率及其类似方面。可能被包括在便携式氧气浓缩器10中的示例性的筛床/筛材料的补充信息可在美国专利4，859，217和7，794，522中找到，这些专利的全部内容在这里被清楚地通过参考并入。
[0036]参考图2，便携式氧气浓缩器10可包括清空孔81，所述清空孔可提供直接在筛床12的第二端口 34之间连通的通道。清空孔81可保持持续打开，从而为氧气提供通道以从一个筛床12到另一个，举例来说在一个筛床12被填充，另一个被清空的时候。可能被包括在便携式氧气浓缩器10中的示例性的清空孔81的补充信息可在美国专利7，794，522中找到，该专利的全部内容在这里被清楚地通过参考并入。
[0037]参考图2和7，便携式氧气浓缩器10可包括氧气侧平衡阀83。氧气侧平衡阀83被构造成平衡筛床12A和12B中的床压。在筛床12的压力循环期间，在筛床12A中的压力会比在筛床12B中的压力高，这指示出所述床不平衡。在这样的情况下，氧气侧平衡阀83被操作(打开)以从筛床12A释放压力，并提供压力至筛床12B，例如在压缩机14从筛床12A转换至筛床12B以供给压缩空气至筛床12B之前。当压缩机开始供给压缩空气至筛床12B时，从筛床12A转移一些压力至筛床12B允许筛床12B处于一些中间压力下(而不是处于零压力下)。由于氧气侧平衡阀83允许筛床12B处于一些中间压力下(而不是处于零压力下)，氧气侧平衡阀83使效率最大化，举例来说减少便携式氧气浓缩器10的功耗。
[0038]参考图2，便携式氧气浓缩器10可包括一对止回阀110。止回阀110可简单地是压力激发阀。止回阀110可简单地是依靠横跨所述阀的压差而在一个方向上打开的弹性偏压阀，诸如传统的伞形阀。当氧气输送歧管102被安装至筛床12和贮存器18或邻近筛床12和贮存器18安装时，止回阀110提供从筛床12到氧气输送通道108的单向流路。氧气输送通道108直接且持续地通过开口 112与和贮存器18相连通。
[0039]参考图2、4和5，贮存器18与筛床12的第二端口 34相连通。贮存器18可包括细长的管状壳，用于存储从筛床12的第二端口 34离开的富氧气体。与在此所描述的便携式氧气浓缩器10的其他部件相类似地，贮存器18的壳可由塑料(诸如ABS、聚碳酸酯及其类似塑料)、金属(诸如铝)或合成材料形成。
[0040]在另一个选择中，便携式氧气浓缩器10可包括多个贮存器18 (未示出)，所述贮存器可被提供在便携式氧气浓缩器10内的一个或多个位置处，举例来说，放置在可用空间的不同位置，但是使便携式氧气浓缩器10的总体尺寸最小化。贮存器可通过一根或多根挠性管(未示出)和/或通过氧气输送歧管102彼此连接，以允许氧气被输送至贮存器及从贮存器被抽出。任选地，在这个选择中，一个或多个阀可被提供用于控制氧气进入及流出贮存器的流量。
[0041]此外或可选地，便携式氧气浓缩器10可包括一个或多个挠性贮存器18，举例来说可随着氧气被输送至其中或送出其外而膨胀或收缩的袋或其他容器。贮存器18在贮存器18膨胀时可具有预定的形状或可弹性地膨胀以填充便携式氧气浓缩器10内的可用空间。可选地，一个或多个刚性贮存器可被提供，其与一个或多个挠性贮存器(未示出)相连通，举例来说，以节约便携式氧气浓缩器10内的空间。在另一个选择中，一个或多个贮存器18可被提供作为空气歧管16和氧气输送歧管102中的一个或两者的部分，而不是作为单独的部件。
[0042]参考图2，氧气输送歧管102可被提供用于从筛床12输送氧气至贮存器18，并且然后至便携式氧气浓缩器10的使用者。氧气输送歧管102包括与有关输送氧气至便携式氧气浓缩器10的使用者的部件相连通的一个或多个氧气输送通道108、109。
[0043]空气歧管16和氧气输送歧管102可由任何工程级材料，举例来说塑料(诸如ABS、聚碳酸酯及其类似材料)、金属(诸如铝及其类似金属)或者合成材料形成。如上文所指出的，空气歧管16和氧气输送歧管102可通过整体地形成在支撑构件250中而形成。空气歧管16和氧气输送歧管102可通过注射成型、铸造、机加工，及其类似方法形成。在一个实施例中，空气歧管16和氧气输送歧管102可由相对轻质的塑料材料形成。
[0044]参考图2、4和5，氧气输送阀19可以是通过输送线路21与贮存器18相连通的比例阀。控制器22从传感器，包括但不限于压力传感器120或122、氧气传感器118和/或流量传感器23接收输入。控制器122被构造成基于从所述传感器接收的输入而控制比例(患者输送)氧气输送阀19何时被完全打开、完全关闭或部分打开以及氧气输送阀19打开的程度。
[0045]在一个实施例中，氧气输送阀19是可调节的限制装置。例如，氧气输送阀19是压电阀，诸如Festo制造的压电阀(零件号或型号:VEMR-B-6-13-D6-W4-22X5-R5)。所述压电阀通常耗电量低，从而延长了便携式氧气浓缩器10的电池寿命。
[0046]参考图2，流量传感器23与输送线路21相关联，并被构造成测量经过输送线路21的氧气的瞬时质量流量，且提供反馈至比例输送氧气输送阀19。在一个实施例中，流量传感器23是质量流量传感器，诸如Honeywell制造的流量传感器(零件号或型号:AWM92100V)或者Festo制造的流量传感器(零件号或型号:1238841)。参考图2，便携式氧气浓缩器10包括氧气温度传感器131 (诸如热敏电阻、热电偶，或者任何其他温度传感器)和局部压力传感器133，诸如Freescale制造的由大气压力传感器(零件号或型号:MPXM2102A)制成的那些局部压力传感器。氧气温度传感器131被构造成测量经过输送线路21的氧气的温度，同时局部压力传感器133被构造成测量局部环境压力。
[0047]所测得的氧气温度和所测得的局部环境压力被发送至处理器25。处理器25被构造成使用来自氧气温度传感器131的这个氧气温度测量结果和来自局部压力传感器133的局部环境压力测量结果，连同从流量传感器23获得的质量流量测量结果，来获得测定体积流速测量结果。
[0048]在图示的实施例中，如图4中所示，氧气温度传感器131和局部压力传感器133被安置在流量传感器23的上游。在另一个实施例中，氧气温度传感器131和局部压力传感器133被安置在流量传感器的下游(仍然在附近)。
[0049]参考图2、4和5，压力传感器120 (举例来说，压差传感器)还可被安装至氧气输送歧管102和/或氧气输送歧管102的下方,这样使得压力传感器120的端口可测量氧气输送通道108-109之间并因此跨越氧气输送阀19的压力差。可选地，压力传感器120可被用于获得贮存器压力。例如，当氧气输送阀19被关闭时，氧气输送阀19的上游压力可基本上与贮存器18内的压力相对应。
[0050]如图2中所示，压力传感器120可被联接至处理器25，举例来说，以提供信号，所述信号可被处理器25处理以确定横跨氧气输送阀19的压差。控制器22可使用这个压差来确定从便携式氧气浓缩器10被输送的氧气的流速,或确定被输送的氧气的其他参数。控制器22可基于所得到的流速，举例来说基于一个或多个反馈参数，来改变氧气输送阀19打开的频率和/或持续时间。
[0051]参考图2、4和5,氧气传感器118也可被安装至氧气输送歧管102和/或氧气输送歧管102的下方。氧气传感器118能够测量流过其中的氧气的纯度，举例来说，测量经过氧气传感器118的气体的音速的超声传感器，诸如由堪萨斯州的Douglas Scientific ofShawnee制造的那些。可选地，氧气传感器118可以是陶瓷的或侧流传感器。
[0052]氧气传感器118可被联接至处理器25，并可产生与纯度成比例的电子信号，所述信号可被处理器25处理，并被控制器22用来改变便携式氧气浓缩器10的操作。因为氧气传感器118的精度可被经过其中的气流所影响，所以可被期望的是，在无流动状态期间对纯度信号进行取样，举例来说当氧气输送阀19被关闭时。
[0053]压力传感器122可被联接至氧气输送歧管102。压力传感器122可以是压阻压力传感器，其能够测量绝对压力。压力传感器122提供可被用于探测使用者何时开始吸气的压力读数。可使用的示例性换能器包括Honeywell Microswitch24PC01SMT换能器、SensymSXOUMotorola Μ0Χ，或者由所有传感器制造商(All Sensors)制造的其他传感器。因为压力传感器122可被暴露在便携式氧气浓缩器10的全系统压力下，所以可期待的是压力传感器122的过压等级超过全系统压力。压力传感器122可被联接至处理器25，以提供与压力传感器122所探测到的压力成比例的信号。可能被包括在便携式氧气浓缩器10中的示例性的压力传感器的补充信息可在美国专利7，794，522中找到，该专利的全部内容在这里被清楚地通过参考并入。
[0054]如图4和5中所示，贮存器18、控制器22 (其上具有各种传感器)、空气控制阀20、空气歧管16和氧气输送歧管102位于支撑构件250的侧面253上。
[0055]从氧气传感器118输送来的氧气然后可经过空气过滤器124，并被输送至使用者。空气过滤器124可被安装至氧气输送歧管102或邻近氧气输送歧管102安装，并且可包括用于从被输送至使用者的氧气移除不希望的微粒的任何传统的过滤器介质。如图6和7中所示的，空气过滤器124位于支撑构件250的第一侧表面251上。
[0056]将要被理解的是，其他结构和/或部件可被提供用于输送氧气至使用者，而不是上文所描述的氧气输送歧管102和附接到那里的部件。此外，虽然所述部件，举例来说氧气输送阀19，压力传感器120、122、133，流量传感器23，氧气传感器118，氧气温度传感器131和空气过滤器124按特定顺序被描述(相对于流经氧气输送歧管102的氧气)，但是如果需要的话，这些部件的顺序可被改变。
[0057]控制器22可包括用于控制便携式氧气浓缩器10的操作的一个或多个方面的一个或多个硬件部件和/或软件模块。控制器22可被联接至便携式氧气浓缩器10的一个或多个部件，举例来说压缩机14、空气控制阀20和/或氧气输送阀19。控制器22还可通过处理器25被联接至便携式氧气浓缩器10的一个或多个感测部件，举例来说，压力传感器120、122，氧气温度传感器131，局部压力传感器133，流量传感器23和/或氧气传感器118。所述部件可通过能够在控制器22和所述部件之间接收和/或传送信号的一根或多根电线或其他电引线而被联接。
[0058]控制器22还可被联接至使用者界面320 (图5)，其可包括一个或多个显示器和/或输入装置。使用者界面320可以是被安装至便携式氧气浓缩器10的触摸屏显示器。使用者界面320可以显示关于参数的信息，所述参数与便携式氧气浓缩器10的操作相关，和/或可以允许使用者更改所述参数，举例来说打开或关闭便携式氧气浓缩器10，更改剂量设定或所期待的流速等等。便携式氧气浓缩器10可包括多个显示器和/或输入装置，举例来说通/断开关、拨盘、按钮及其类似物(未示出)。与其他部件相类似地，使用者界面320可通过一根或多根电线和/或其它电引线(出于简化目的而未示出)联接至控制器22。
[0059]控制器22可包括单独的电路板，所述电路板包括位于其上的多个电子部件。这些部件可包括被安装至所述电路板的一个或多个处理器、存储器、开关、风扇、电池充电器，及其类似物(未示出)。将要被理解的是，控制器22可提供为多个子控制器，所述子控制器控制便携式氧气浓缩器10的操作的不同方面。例如，第一子控制器可控制压缩机14的操作和空气控制阀20的打开和关闭的顺序，举例来说，以便以所想要的方式来填充和清空筛床
12。可能被包括在便携式氧气浓缩器10中的示例性的第一子控制器的补充信息可在美国专利7，794，522中找到，该专利的全部内容在这里被清楚地通过参考并入。
[0060]第二子控制器可控制氧气输送阀19的操作，举例来说，基于从压力传感器120处、从流量传感器23处、从氧气温度传感器131处和从局部压力传感器133处接收的信号而从贮存器18输送氧气至使用者。所述第二子控制器还可从使用者接收输入指令和/或在使用者界面320上显示信息。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，如下文所描述的那样。因此，控制器22可包括一个或多个部件，所述部件的功能性可与其它部件的相交换，并且控制器22应不限于在此所描述的特定实例。
[0061]便携式氧气浓缩器10可包括一个或多个电源，所述电源联接至控制器22、处理器25、压缩机14、氧气控制阀20和/或氧气输送阀19。例如，一对电池可被提供，所述电池可被安装或者以其它方式固定至便携式氧气浓缩器10。支架、带或支承件(未示出)可被用于固定电池至便携式氧气浓缩器10。可能被包括在便携式氧气浓缩器10中的示例性的电池的补充信息可在美国专利7，794，522中找到，该专利的全部内容在这里被清楚地通过参考并入。
[0062]控制器22可控制从电池148至便携式氧气浓缩器10内其他部件的电力分布。例如，控制器22可从所述电池148中的一个获取电力，直到它的电力被减少至预定的水平，因此控制器22可自动地切换至所述电池中的其它电池。
[0063]可选地，便携式氧气浓缩器10可包括适配器，这样使得外部电源，举例来说传统AC电源(诸如壁装插座)，或便携式AC或DC电源(诸如汽车点烟器插座)，太阳能电池板装置，及其类似物(未示出)。对于转换这样的外部电能使得其能够被便携式氧气浓缩器10使用有必要的的任何变压器或其它部件(同样未示出)可提供在便携式氧气浓缩器10内、在将便携式氧气浓缩器10连接至所述外部电源的电缆中，或提供在所述外部装置自身中。
[0064]可选地，控制器22可以传统的方式引导一些电能从外部电源回到电池148来充电。控制器22还可显示便携式氧气浓缩器10的电能状态(举例来说，自动地或通过使用者界面320唤醒)诸如电池的电力水平，便携式氧气浓缩器10是否被连接至外部电源等。控制器22可包括用于执行这些功能中的一个或多个的一个或多个专用部件。可能被包括在便携式氧气浓缩器10的控制器22中的示例性的电池管理集成电路可在美国专利7，794，522中找到，该专利的全部内容在这里被清楚地通过参考并入。
[0065]便携式氧气浓缩器10的处理器25可被构造成接收来自便携式氧气浓缩器10的一个或多个感测部件(举例来说，流量传感器23，氧气温度传感器131，局部压力传感器133和/或压力传感器120)的信号，以基于所接收到的信号确定富氧气体在预定时间段内在输送线路中的流量，富氧气体在预定的时间段内在输送线路中的体积，或者同时确定两者。
[0066]便携式氧气浓缩器10还可包括动态噪音控制装置，所述动态噪音控制装置被构造成对于所有的输入/输出设定而言成比例地动态地改变进气过滤器162的进气口尺寸或形状。例如，需要的空气的体积越高，输入口尺寸越大，并且反之亦然。可能被包括在便携式氧气浓缩器10中的示例性的动态噪音控制装置可在2011年9月13日提交的美国临时专利申请N0.61/533，864中找到，该专利的全部内容在这里被清楚地通过参考并入。
[0067]便携式氧气浓缩器10还可包括过压泄压阀121，所述过压泄压阀气动地联接至输送线路21内，以用作压力传感器122的保护装置。过压泄压阀121允许使用单独的供给或输送线路来同时用于从便携式氧气浓缩器10处的脉冲和持续流量输送。过压泄压阀121可被设定至压力传感器122的操作耐受压力以下的水平。如果供给回路试图超过这个耐受压力(由于扭结的管道等)，则过压泄压阀121被构造成打开并维持所述输送线路中的压力在压力传感器122将被损坏的水平以下。可能被包括在便携式氧气浓缩器10中的示例性过压泄压阀121可在2011年9月13日提交的美国专利申请61/533，912中找到，该申请的全部内容在这里被清楚地通过参考并入。
[0068]便携式氧气浓缩器10的基本操作现在将被描述。大体上，便携式氧气浓缩器10的操作具有两个方面，通过筛床12内的吸附来从环境空气浓缩氧气，以及从贮存器18输送浓缩氧气至使用者。便携式氧气浓缩器10的每一个方面可独立于另一个地操作，或者它们是相互关联的，举例来说，基于一个或多个相关的参数。
[0069]便携式氧气浓缩器10可使用一个或多个可选方法来操作，诸如下文中所描述的那些，以提高便携式氧气浓缩器10的效率或其它性能特性。例如，基于压力和/或流量传感器的测量结果，便携式氧气浓缩器10的操作状态可被调整以提高输出流速和/或压力，较少功耗，及其类似的方面。
[0070]通过筛床12内的吸附来从环境空气中浓缩氧气的方面在美国专利7，794，522中被详细解释，该申请的全部内容在这里被清楚地通过参考并入。利用存储在贮存器18中的浓缩氧气，便携式氧气浓缩器10可被用于输送浓缩氧气至使用者。如上文所描述的，控制器22可被联接至氧气输送阀19，用于打开和关闭氧气输送阀19，以从贮存器18输送氧气至便携式氧气浓缩器10的使用者。
[0071]在一个实施例中，控制器22可周期性地打开氧气输送阀19用于预定的“脉冲”。在脉冲输送期间，氧气“团”被输送至使用者，也就是说，氧气输送阀19被打开预定脉冲持续时间，并且之后关闭，直到下一团将要被输送。可选地，控制器22可打开氧气输送阀19用于持续的输送，举例来说，打开节流氧气输送阀19以调节流向使用者的流速。在另一个选择中，控制器22可周期性地打开和节流氧气输送阀19达预定时间，以改变所输送的团的体积。
[0072]流量传感器23可被用于监测流过流量传感器23的富氧气体的流量及用于提供反馈信号值控制器22。当便携式氧气浓缩器10操作以供给持续的氧气流时，来自流量传感器23的信号被用于控制打开和关闭氧气输送阀19以将富氧气体从贮存器18输送至使用者。
[0073]压力传感器120可被用于监测流经压力传感器120的所述富氧气体的流量，并用于提供反馈压差信号至控制器22。当便携式氧气浓缩器10以氧气以预定脉冲被提供的脉冲输送的形式被操作时，来自压力传感器120的压差信号被用于控制打开和关闭氧气输送阀19，以从贮存器18输送富氧气体至使用者。
[0074]控制器22可具有存储在存储器中的预定的或设定的目标流速。所述目标流速可由使用使用者界面320的使用者提供和更改。所述目标流速可以是以升每分(LPM)为单位的体积流速。例如，便携式氧气浓缩器10每分可提供1.5升(LPM)、2LPM、2.5LPM或3LPM。
[0075]如果所测得的流速低于所述目标流速，那么控制器22控制所述氧气输送阀19提高流速至所需要的或目的流速。类似地，如果所测得的流速超过所述目标流速，那么控制器22控制所述氧气输送阀19降低流速至所需要的或目的流速。
[0076]在一个实施例中，流量传感器23被构造成测量质量流速(举例来说，氧分子的数量)，并且质量流速被用于控制打开和关闭氧气输送阀19，以从贮存器18输送富氧气体至使用者。
[0077]在另一个实施例中，替代控制便携式氧气浓缩器10使得恒定数量的氧气分子(质量流)被输送至使用者，便携式氧气浓缩器10的流动可被如此调整，使得输送至使用者的氧气的体积流(也就是，以升每分计)被保持恒定，而不管气体温度或局部环境压力的变化。也就是说，来自流量传感器23的质量流速使用来自氧气温度传感器131的氧气温度测量结果和来自局部压力传感器133的局部环境压力测量结果被转换成了体积流速。所述体积流速测量结果然后被用于控制打开和关闭氧气输送阀19，以从贮存器18输送富氧气体至使用者。所述体积流速测量结果与所述目标流速相比较(举例来说，通过使用者设定)，氧气输送阀19被控制以维持所述目标或所想要的流速。
[0078]如上文所注明的，氧气传感器118可被用于监测从贮存器18输送来的氧气的纯度。所述氧气纯度的变化会被筛床12内筛材料的状态、被抽吸至便携式氧气浓缩器10内以填充筛床12的环境空气的温度和/或湿度等影响。控制器22可具有存储在存储器中的设定的目标氧气纯度，并可监测氧气传感器118所探测到的纯度。如果氧气纯度低于目标氧气纯度，那么控制器22可提高目标贮存器压力，以补偿并提高所述氧气纯度。
[0079]具有经由质量流量传感器23的闭环(反馈)控制的压电比例氧气输送阀19的使用允许便携式氧气浓缩器10以持续流或脉冲流波形来输送氧气。这种布置也允许便携式氧气浓缩器10使用单独的输送阀或回路来同时输送可动态控制的流量和输送时间的持续流和脉冲流波形。温度和压力补偿可被用于将便携式氧气浓缩器10从恒定质量输送系统转换至恒定体积输送系统。这允许便携式氧气浓缩器10使用非常低功率的输送阀和单一的输送线路，这显著地节约了便携式氧气浓缩器10的功耗和尺寸/重量。
[0080]在权利要求中，置于括号中的任意附图标记不应被解释为对权利要求的限制。词语“包含”或“包括”并不排除那些在权利要求中未列出的元件或步骤的存在。在列举了若干设备的装置权利要求中，这些设备中的若干可通过一个和相同项的硬件来实施。元件之前的词语“一”或“一个”并不排除多个这种元件的存在。在列举了若干设备的任何装置权利要求中，这些设备中的若干可通过一个和相同项的硬件来实施。在相互不同的独立权利要求中引用的特定元件并不表示这些元件不能够结合使用。
[0081]尽管为了解释目的而基于当前被认为是最实际和优选的实施例而详细描述了实施例，但是可以理解的是这种细节仅仅用于该目的并且没有施加任何限制，而是相反地，公开内容旨在覆盖了落入所附权利要求精神和范围内的修改和等同配置。例如，需要被理解的是，在可能的情况下，任何实施例中的一个或多个特征可以被与任何其他实施例中的一个或多个特征相结合。
【权利要求】
1.一种便携式氧气浓缩器(10)，所述便携式氧气浓缩器包括: 多个筛床(12),所述多个筛床被构造成从空气吸收氮气，每一个筛床包括第一端口(32)和第二端口(34)； 至少一个贮存器(18)，所述贮存器与所述多个筛床的第二端口相连通，所述贮存器被构造成存储从所述多个筛床的第二端口离开的富氧气体； 压缩机(14)，所述压缩机被构造成以一个或多个期望压力输送空气至所述多个筛床的第二端口 ； 氧气输送阀(19)，所述氧气输送阀通过输送线路(21)与所述贮存器相连通； 流量传感器(23)，所述传感器与所述输送线路相关联，所述流量传感器被构造成测量流过所述传感器的富氧气体的流量，并输出指示所述流量的流量信号；以及 控制器(22)，所述控制器被构造成基于所述流量信号控制打开和关闭所述氧气输送阀，以从所述贮存器输送所述富氧气体至使用者。
2.根据权利要求1所述的 便携式氧气浓缩器，其特征在于，所述便携式氧气浓缩器还包括处理器(25)，所述处理器被构造成接收所述流量信号，并基于接收到的流量信号确定所述富氧气体在预定时间段内在所述输送线路中的流量，所述富氧气体在预定时间段内在所述输送线路中的体积，或者确定两者。
3.根据权利要求2所述的便携式氧气浓缩器，其特征在于，所述便携式氧气浓缩器还包括压力传感器(120)，所述压力传感器被构造成测量在所述输送线路中的所述富氧气体的压差。
4.根据权利要求3所述的便携式氧气浓缩器，其特征在于，所述处理器被构造成基于所述压差确定所述富氧气体在预定时间段内在所述输送线路中的流量，所述富氧气体在预定时间段内在所述输送线路中的体积，或者确定两者。
5.根据权利要求1所述的便携式氧气浓缩器，其特征在于，所述氧气输送阀是压电阀。
6.根据权利要求2所述的便携式氧气浓缩器，其特征在于，所述流量信号包括所述富氧气体的质量流速。
7.根据权利要求6所述的便携式氧气浓缩器，其特征在于，所述便携式氧气浓缩器还包括:氧气温度传感器(131)，所述氧气温度传感器被构造成测量经过所述输送线路的富氧气体的温度，并且输出指示所述温度的温度信号；以及局部压力传感器(133)，所述局部压力传感器被构造成测量经过所述输送线路的富氧气体的局部环境压力，并且输出指示所述局部环境压力的局部压力信号。
8.根据权利要求7所述的便携式氧气浓缩器，其特征在于，所述处理器被构造成基于所述接收到的流量信号、所述温度信号和所述局部压力信号来确定所述富氧气体在预定时间段内在所述输送线路中的体积。
9.一种用于浓缩氧气的方法，包括: 提供便携式设备(10)，其包括:多个筛床(12)，在所述多个筛床中的每一个筛床包括第一端口(32)和第二端口(34);存储从所述多个筛床的第二端口离开的富氧气体的贮存器(18);压缩机(14);通过输送线路(21)与所述贮存器相连通的氧气输送阀(19);与所述输送线路相关联的流量传感器(23);以及适于控制所述氧气输送阀的操作的控制电子装置(22)；通过所述流量传感器来测量流过所述流量传感器的富氧气体的流量，并输出指示所述流量的流量信号；以及 基于所述流量信号，使用所述控制电子装置来控制打开和关闭所述氧气输送阀，以从所述贮存器输送所述富氧气体至使用者。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:基于所述流量信号确定所述富氧气体在预定时间段内在所述输送线路中的流量，所述富氧气体在预定时间段内在所述输送线路中的体积，或者确定两者。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:通过压力传感器(120)来测量在所述输送线路中的富氧气体的压差。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:基于所述压差确定所述富氧气体在预定时间段内在所述输送线路中的流量，所述富氧气体在预定时间段内在所述输送线路中的体积，或者确定两者。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述氧气输送阀是压电阀。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:测量经过所述输送线路的富氧气体的温度，并且输出指示所述温度的温度信号；以及测量经过所述输送线路的富氧气体的局部环境压力，并且提供指示所述局部环境压力的局部压力信号。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，使用所述流量信号、所述温度信号和所述局部压力信号来确定所述富氧气体在预定时间段内在所述输送线路中的体积。
16.—种被构造成浓缩氧气的系统,所述系统包括:· 压缩装置(14 )，所述压缩装置用于从空气的供给产生压缩空气的供给； 分离装置(12)，所述分离装置用于从所述压缩空气的供给提供富氧气体的供给； 氧气存储装置(18)，所述氧气存储装置用于存储所述富氧气体； 阀装置(19)； 感测装置(23)，所述感测装置用于测量流过所述感测装置的富氧气体的质量流量，并且用于输出指示所述质量流量的信号；以及 用于控制的装置(22)，所述用于控制的装置基于所述信号来控制打开和关闭所述阀装置以输送所述富氧气体至使用者。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述阀装置是压电阀。
18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述系统还包括确定装置(25)，所述确定装置用于基于所述信号确定所述富氧气体在预定时间内在所述输送线路中的流量，所述富氧气体在预定时间段内在所述输送线路中的体积，或者确定两者。
【文档编号】B01D53/04GK103826721SQ201280044564
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月7日 优先权日:2011年9月13日
【发明者】D·A·惠彻, B·S·克佩尔, B·L·哈伯兰, J·W·布莱尔 申请人:皇家飞利浦有限公司