便携式氧浓缩设备的制作方法

专利名称：便携式氧浓缩设备的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及压缩机、包括压缩机的便携式氧气浓缩器以及使压缩机并利用压 缩机例如对抽入到氧气浓缩器中空气进行压缩的方法，同时本发明还涉及制造和使用氧气 浓缩器的方法。
背景技术：
患肺病的病人常常需要呼吸用氧气来提高他们的舒适性和/或生活质量。可把氧 气提供病人的固定氧气源是可以获得的，例如在医院或者其他机构中的氧气管道。为了具 有一些机动性，可提供纯的和/或浓缩氧气筒，病人可例如在拖车上运输或者携带。然而， 这种筒体容积有限，并且很大而且还很笨重，限制了病人的机动性。已经设计出对来自环境空气中氧气进行浓缩来提供呼吸用氧气的便携式设备。例 如，已知的变压吸附(“PSA”)设备把氮气从环境空气中分离，输送可保存在罐中或者直接 输送给病人的浓缩氧气流。例如，第5，531，807号、第6，520，176号以及第6，764，534号美 国专利中公开了便携式PSA氧气浓缩器。因此，用于提供氧气的设备和方法将是有用的。第2005/0072298号美国公开文件中公开了一种包括非往复式压缩机的便携式氧 气浓缩器，具体地说这种非往复式压缩机是在第5，759，020号和第5，632，612号美国专利 中公开的那种。第5，730，778号美国专利公开了一种用于氧气浓缩器的旋转阀和压缩机系 统。因此，例如用于便携式氧气浓缩器的压缩机将是有用的。

发明内容
因此，本发明的目的是提供这样一种压缩机，在一个典型的实施例中，该压缩机包 括可围绕中心轴线旋转的曲轴和大致在平面内围绕中心轴线隔开的多个隔膜组件。隔膜组 件包括可移动地安装到相应的壳体上以至少部分地限定腔室的隔膜。在相应的隔膜和曲轴 之间延伸的多个杆。该杆联接到曲轴上，从而该杆沿着中心轴线互相轴向地偏置，并联接到 隔膜上，用于当曲轴围绕中心轴线旋转时循环地增加和减少腔室内压力。在典型的实施例中，压缩机重量不超过大约两磅，可具有从头部输出的大约二十 平方英寸磅(20psi)最高压力，可具有小于大约一百七十立方英寸(170in3)的体积和/或 可具有不超过大约三十六平方英寸(36in2)的覆盖区。在一个实施例中，电机可包括基板，而头部可固定到基板上。该头部可包括底面和 与腔室连通的入口和出口端口，该入口和出口端口从底面伸出。例如，该底面限定底部平面，该入口和出口端口从底部平面延伸，用于把入口和出口端口连接到空气集管上，从而把 隔膜组件直接地紧固到空气集管上。根据另一个实施例，提供一种压缩机，包括限定中心轴线的输出轴的电机；曲轴， 其中该曲轴可旋转地联接到输出轴上，从而输出轴的旋转导致曲轴相对于中心轴线偏心地 旋转；围绕中心轴线隔开的三个头部；以及三根杆，这三根杆在相应的头部和曲轴之间延 伸，从而曲轴的旋转使杆相对于轴线横向地移动，用于以循环为基础把环境空气循环地抽 入到头部以及从头部中把压缩空气送出。在典型实施例中，头部可以是隔膜组件或者柱塞组件。该头部可彼此基本上共面， 而杆可联接到曲轴上，从而这些杆沿着中心轴彼此轴向偏置。根据又一个实施例，提供一种压缩机，包括包括限定中心轴线的输出轴的电机； 曲轴，其中该曲轴可旋转地联接到输出轴上，从而输出轴的旋转导致曲轴相对于中心轴线 偏心地旋转；围绕中心轴线隔开的(2N+1)个隔膜组件，该隔膜组件包括可移动地安装到相 应壳体上以至少部分地限定腔室的隔膜；以及(2N+1)根杆，这些杆在相应的隔膜和曲轴之 间延伸，从而曲轴的旋转使杆相对于中心轴线横向地移动，用于相对于壳体使隔膜移动，以 对腔室内的压力循环地增减，其中N是大于零的整数。根据还一个实施例，提供一种便携式氧气浓缩器，包括用于从空气中吸收氮气的 多个筛床，该筛床包括空气入口/出口端和氧气入口/出口端；与该筛床的氧气入口/出口 端连通的至少一个容器，用于对从筛床的氧气入口 /出口端排出的氧气进行储存；以及用 于把空气以一个或者更多期望压力输送到筛床空气入口 /出口端的压缩机，该压缩机包括 电机、三个隔膜组件和杆，电机联接到限定中心轴线的曲轴上，而三个隔膜组件围绕中心轴 线隔开，而杆在相应的隔膜和曲轴之间延伸。在参考附图对以下描述和附加权利要求书的研究后，本发明的这些及其他特征以 及结构相关元件的操作方法与功能、部件组合和制造的经济性将变得更明显，所有附图和 权利要求书均构成本说明书的一部分，其中在各个附图中，相似的参考数字表示对应部件。 然而，应该清楚地理解的是，附图只用于示出和描述，而不想作为对发明的限制。如在说明 书和权利要求书中使用的那样，除非上下文明确规定外，单数形式的“一个”和“该”也包括 多个指示物。


图IA和IB分别为根据本发明原理的便携式氧气浓缩器设备第一实施例的顶部和 底部透视图；图2为图IA和IB中设备的分解透视图；图3为图IA和IB中设备的示意图；图4为适用在图IA和IB中设备的典型筛床的剖面图；图5A、5B和5C分别为适用于图IA和IB设备中的压缩机的透视图、俯视图和分解 图；图6A为沿着图5A中直线6A-6A的压缩机的顶部剖视图；图6B为沿着图5B中直线6B-6B的压缩机的侧面剖视图；图7为在图IA和IB设备中限定空气集管一部分的集管基体的俯视图8A和8B分别为固定在图7中集管基体上的集管帽的仰视图和俯视图；图9A和9B为限定图IA和IB设备中氧气输送集管一部分的集管基体上下侧的透 视图；图10A-10C分别为限定图IA和IB设备一部分的筛床帽的仰视图、侧视图和俯视 图；图11为示出了当通道尺寸基于典型平均流率增加时流过该通道空气压降的图 象；图12为示出了流量比和氧的纯度之间关系的图象；图13和14为示出了能量消耗对纯度的图象；图15为氧气输出和氧的纯度水平之间关系的图象；图16为在不同流速设定值下的本发明便携式氧气浓缩器的各种性能标准的表 格；图17示出了用于设定阀门时间的过程的流程图，其中该阀门时间在驱动筛床过 程中使用；图18为筛床/产物罐压力和阀门时间之间关系的图象；图19为说明在用于本发明设备中压缩机的电机控制的流程图；图20为瞬间容积和目标压力之间关系的图象；图21-23为便携式氧气浓缩器的顶部透视图，其中该便携式氧气浓缩器容纳在各 种面板开启或关闭的运输袋中；图24-32示出了用于本发明设备中的接触式屏幕使用者接口 ；图33为能够显示在使用者接口上的各种报警图谱表格；图34为把本发明便携式氧气浓缩器与现有设备进行比较的图表；图35为示出了在不同流量设定值下本发明设备各种参数的图表；图36为氧气浓缩系统的示意图，其中该系统包括氧气浓缩器和与氧气浓缩器分 开的氧气节约装置；图37为氧气浓缩系统的示意图，其中该系统包括氧气浓缩器和设置在运输袋公 共腔室中的氧气节约装置；图38为氧气浓缩系统的示意图，其中该系统包括氧气浓缩器和设置在运输袋分 隔腔室中的氧气节约装置；图39为使用本发明氧气浓缩系统的气体液化系统的示意图；图40为使用本发明氧气浓缩系统的流动装填系统的示意图；图41为压缩机和用在压缩机中的噪音减少技术的透视图；图42为示出了适用于本发明的电池的放电速率特性的图表；以及图43为适用于本发明设备中摇摆_活塞式压缩机的俯视图、剖视图；图44A和44B分别为用在图5A-6C压缩机中隔膜的正视图和侧视图；以及图45为用于在本发明中使用的压缩机的替代实施例的顶部剖视图。
具体实施例方式图1A-3示出了根据本发明原理的便携式氧气浓缩器设备10。通常，设备10包括多个筛床或者罐12A、12B、压缩机14、在其中限定多个通道62-68的下部或者空气集管16、 储罐或者容器18、一组用于贯穿空气集管16内通道62-68的一个或多个流径的空气调节 阀20和上部或者氧气输送集管102。控制器22联接到空气调节阀20上，有选择地启闭空 气调节阀来控制穿过空气集管16以及从而穿过筛床12的气流。控制器22还联接到输入 /输出装置23，例如该装置用于设定工作参数，如设备的氧气流速等。需要注意的是，空气调节阀共同用参考数字20表示，并单独表示为阀门20ae、 20as、20be、20bs。同样，筛床共同地用参考数字12表示，而单独表示为筛床12A和12B。需 要注意的是，示出的控制器22经由虚线与设备10的各种元件连通，便于说明只示出了在控 制器22和阀门20bs之间的一个虚线。在实际的装置中，控制器22与每个空气调节阀都连通。选择性地，设备10可包括一个或多个另外的部件，例如，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，至少其中一些可联接到控制器22(和/或一 个或多个另外的控制器，同样也未示出)上，如下面进一步描述的那些。可以理解的是，术 语“气流”、“空气”或者“气体”在这里以一般意义使用，尽管涉及的特殊流体可以是环境空 气、加压氮气、浓缩氧气等等。A.筛床下面参见图4，每个筛床12A或者12B包括外壳30，例如为细长空心圆筒形状，包 括第一或者空气入口 /出口端32和第二或者氧气入口 /出口端34。外壳30可以由基本上刚 性的材料形成，例如，如烯丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯等等塑料、如铝 等等的金属或者复合材料。在典型的实施例中，外壳30可具有在大约二和十厘米(2-lOcm) 之间的直径和在大约八和三十厘米(8-30cm)之间的长度。尽管示出的外壳30具有圆筒形 状，然而可以理解的是，该外壳可具有其他期望的形状，例如，这种形状可根据场所、性能和 /或构造标准来确定。例如，外壳30可具有椭圆形、正方形、矩形或者其他规则或者不规则 的多边形状截面(未示出)。外壳30至少部分地填充过滤介质或者细筛材料36，以形成筛床12A、12B，其中这 种装置能够从在压力下输送到筛床中的空气中吸收氮气。为了把细筛材料36保持在外壳 30内，该筛床包括分别邻接外壳第一和第二端部32、34中每个的圆盘或者板38a和38b。板 38a和38b互相隔开，以在外壳30内的板3之间限定期望的容积。例如，该期望容积可以在 大约一百五十和六百立方厘米之间(150-600cm3)，这个容积可填充细筛材料36。在典型的 实施例中，在每个筛床12A、12B内的细筛材料体积大约为四十四立方英寸(44in3)，这在下 面进一步解释。板38可具有穿过其中的一个或多个开口或者孔(未示出)，以允许气流贯穿该 板。例如，该板可由烧结塑料形成，由此在塑性材料内形成小于细筛材料36粒径的孔，从而 允许气流穿过板。作为选择，板38可由穿过其中形成多个洞或者孔的塑料、金属或者复合 材料形成。例如，当通过同时模制板和孔洞在制造板时形成孔洞。在另一个替代方案中，板 38可作为实心板形成，例如从坯料切除、模制等等而形成，而孔洞可例如通过钻、激光切割 等等贯穿板形成。通常，筛床12被填充成在细筛材料36中没有明显的空隙，例如，该细筛材料基本 上压在板38之间。只包括图4中所示部件的最终形成的每个筛床重量在大约0. 251. 50磅之间。在示出的实施例中，下板38a基本上是静止的，例如，通过一个或多个配合连接件 或者紧固件(未示出)、粘合剂、声波焊接等等被固定到外壳30的第一端32上。上板38b 与第二端34邻接，然而在外壳30内可以活动。例如，本发明设想通过弹簧或者其他偏压机 构39来朝向下板38a偏压上板38b，这就对板38之间的细筛材料36压缩。如果细筛材料 36从筛床12A、12B中陷落或者某种程度上脱离，则上板38b朝下板38a自动地向下移动，以 在期望的压缩状态下保持细筛材料。此压缩阻止细筛材料在其操作变成粉末时移动到设备 10的其他区域36，和/或可抵消流动产生的力，这种力可导致细筛材料流体化。板38的孔隙度在穿过筛床12截面基本上是均勻的，例如来保证进入和/或离开 筛床的流动在穿过第一和第二端32、34区域基本上均勻分布。可选择的是，板38的孔隙度 可以期望方式变化，或者只在板的一部分具有孔。在又一个替代方案中，板38可具有实心 壁，并可例如以期望的模式穿过其中具有一个或多个开口。筛床材料36可包括能够从加压环境空气中吸收氮气的一种或者多种已知的材 料，由此允许氧气从筛床12中去除或者排出。在这里适合使用的典型筛床材料包括合成沸 石、LiX 等等，如 UOP Oxysiv 5、5A、0xysiv MDX,Arkema N5、N51 或者 Zeochem ZI0-06。所 希望的是，在每个筛床12A、12B内设置多层细筛材料36，例如在第一端32和第二端34之间 的各层中设置具有不同特性的细筛材料。例如，由于细筛材料通常吸水，这可导致一些细筛材料降低品质，细筛材料可设置 在第一端32，这能够吸水，同时基本上没有影响它的耐用性和/或吸收氮气的能力。在典 型的实施例中，第一层36a靠近第一端32设置，具有的深度尺寸与筛床长度近似相等，即在 细筛材料总高度的大约百分之十和三十之间，这种细筛材料例如Oxysiv材料。第二层36b 包括高性能吸收材料，例如Oxysiv MDX0第二层36b可基本上充满筛床的其余部分。当然， 可提供具有期望特性的一个或多个附加层筛床材料(未示出)。这样，在使用期间，当环境 空气进入筛床12A、12B第一端32时，第一层36a充分地吸收在空气中的水气，从而第二层 36b暴露于相对干燥的空气中，由此基本上减少了使第二层细筛材料被破坏的危险。对于 Oxysiv MDX已经确定的是，在大约0. 5-1. 5磅之间以及优选的是大约一磅每分钟每升细筛 材料(Ipm)的输出制造量提供有效的吸收作用。尽管在图中示出了两个筛床12A和12B，然而可以理解的是，可取决于期望重量、 工艺效能等等因素来设置一个或者更多筛床。在第4，859，217号美国专利中可发现有关用 于设备10中的筛床和/或筛床材料的其他信息，其中该专利文件的全部内容在这里通过参 照方式明确地引入。B.储气容器和筛床组件回到图1A、1B和2，容器18是具有下端或者第一端94和上端或者第二端96的细 长管形外壳70，其中该下端或者第一端94可基本上封闭或者打开，而上端或者第二端96也 可基本上封闭或者打开(例如如果通过集管或者其他部件盖上的话，如在本说明书其他地 方描述那样)。如图所示，外壳70具有不规则的沙漏形状，这允许容器18嵌套在筛床12A 和12B之间和/或靠近筛床12A和12B。这使容器18占据的空间最小，有助于减少设备10 的总尺寸。在示出的典型实施例中，外壳70具有延伸在筛床12A、12B之间的弧形外壁71， 形成或者限定了用于设备10的光洁外表面，这在图IA和IB中可清楚地看到。外壳70由任何适当材料制成。与在这里描述的设备10的其他部件类似，这种材料的实例包括例如ABS、 聚碳酸酯等等的塑料，包括例如铝的金属或者复合材料。如图2和10A-10C所示，本发明设想的是，提供帽80以至少部分地封闭外壳70的 上端96。例如利用一个或多个连接件、紧固件、粘合剂声波焊接等等，帽80可基本上永久 地或者可拆卸地固定到筛床12A、12B的第二端34和/或容器18的上端96。如下面进一 步解释那样，帽80在其中包括一个或多个开口 82、84，用于允许氧气流入筛床12A、12B和/ 或容器18以及从其中流出。参见图10A，帽80包括放空孔口 81 (虚线示出)，以在筛床12A和12B第二端部 34之间提供直接连通的通道。如下面进一步描述那样，放空孔口 81保持连续地开启，由此 提供了用于氧气由一个筛床到另一个经过的通道，例如，同时该一个筛床装载，而另一个放 空。如下面进一步解释的那样，在典型的实施例中，放空孔口 81具有精确的截面尺寸，例如 在大约0. 015-0. 35英寸之间或者大约0. 020英寸直径，这根据筛床12A、12B的一个或多个 流动或者其他性能标准来确定。例如，放空孔口 81尺寸设计成这样，即在大约两个半和十 公升每分钟(2.5-101pm)之间的氧气，例如大约五公升每分钟(51pm)的氧气，在穿过该放 空孔口的大约五平方英寸磅(5psi)压力差下，在任何一个方向流过放空孔口 81。本发明同样设想的是，在放空孔口 81设置放空阀(未示出)，来控制在筛床之间气 体的流动。当筛床交替地装载和放空时，这种放空阀具有改变防空孔口流动的作用。做为选择，该放空孔口在筛床12A和12B之间经由容器18延伸。例如，该放空孔 口可包括第一通道(未示出)和第二通道(同样未示出)，其中第一通道沿着在筛床12A和 容器18之间连通的帽80延伸，而第二通道沿着在筛床12B和容器18之间连通的帽80延 伸。选择性地，如果外壳70下端94开启，则帽(未示出)也可用于基本上关闭外壳下 端。这种帽如果设置的话，则可基本上永久地或者可拆卸地固定到外壳下端。如下面进一 步描述那样，可选择的是，例如当容器18安装在空气集管16上或者与之邻接时，本发明设 想通过空气集管16 —部分封闭外壳70下端94。在又一个替代方案中，设备10可包括多个容器(未示出)，其中该容器可设置在设 备中的一个或者多个位置，例如放置在有效空间的不同位置，然而使设备的总尺寸最小化。 本发明设想的是容器经由一个或多个柔性管(未示出)和/或经由氧气输送集管102彼此 连接，以使氧气输送给容器以及从该容器中抽出。可选择的是，在此替代方案中，可设置一 个或多个阀门来控制进入容器以及从容器排出的氧气流量。可附加或者可替代的是，设备10可包括一个或多个柔性容器，例如可在氧气被输 送到其中或者从其中排出时膨胀或者收缩的袋或者其他容器。该容器在弹性地膨胀或者更 加膨胀以充满设备10内的有效空间时，可具有预定形状。选择性地，一个或多个刚性容器 可设置成与一个或多个柔性容器(未示出)连通，例如，以节约设备内的空间。在又一个替 代方案中，一个或多个容器可设置成空气集管16和氧气输送集管102中一个或者两者中的 一部分，而不是作为单独部件存在。C.气体压缩机回到图1A、IB和2，同时再参考图5A、5B和6，将描述适合于用在本发明中的压缩 机14的典型实施例。应该理解的是，压缩机14可以是能够把环境空气抽入到设备10中、并且把该空气压缩成用于输送到筛床中一个或多个期望压力的任何装置。合适的压缩机包 括然而不局限于铰接柱塞(把杆连接到柱塞上的活塞销)、膜式、摇摆柱塞(固定到连杆 上的柱塞)、卷动、线性和回转片压缩机。在图43中示出了在本发明中适用的摇摆活塞式压 缩机。在图5A-6B中所示的实施例中，压缩机14为多头装置，它包括电机40、联接到电机 上的凸轮组件42、联接到凸轮组件上的传动轴或者杆44和联接到传动轴上的多个隔膜组 件或者头部46。电机40可以是无刷直流电机，例如Pittman 4413，该电机具有相对轻的重 量和较长的使用寿命。杆44分别用参考数字44a、44b和44c表示，同时一起用参考数字44 表示。同样地，头部46单独用参考数字46a、46b和46c表示，而一起用参考数字46表示。电机40包括限定中心轴线43的输出轴41。电机40可包括基板、框架或者从壳体 47伸出的其他支撑件45。如下面进一步解释的那样，支撑件用来保证隔膜组件46直接地 紧固到电机40上，这可减少隔膜组件的振动。例如通过允许电机40和头部46预先组装， 然后作为单个部件安装，从而这种结构还可便于压缩机14安装到浓缩器或者其他装置上。如在图5C中清楚地看到的那样，输出轴41联接到凸轮组件42上，从而该输出轴 41的旋转使曲轴49围绕中心轴线43旋转。如图5B和6B所示，曲轴49可以是细长的圆 筒，在一端具有用于在其中接纳输出轴41的孔51。曲轴49例如可通过配合锁和键结构、过 盈配合、一套螺钉(未示出)等等紧固到输出轴41上。孔51可与中心轴线43偏离，从而 当输出轴41通过电机40旋转时，曲轴49围绕中心轴线偏心地旋转。I可以理解的是，可提 供把曲轴49紧固到输出轴41上的其他结构。如在图5A-6B清楚地看到的那样，每个隔膜组件46包括壳体48、紧固到壳体限定 腔室52的隔膜50和一组用于允许空气抽入到腔室并且从其中压出的止回阀54。壳体48可 包括一个或多个基本上刚性的部分，为隔膜50提供支撑结构，并至少部分地限定腔室52。 壳体48可由例如ABS或者聚碳酸酯的塑料、金属或者复合材料例如通过模制、铸造、切削加 工等等制成。每一隔膜组件46通常包括具有入口和出口端口 59的盖53、具有入口和出口阀 254的头部55和用于把隔膜50安装到头部55上的保持件57。如在说明书其他部分中解 释的那样，隔膜50、头部55和保持件57通常限定腔室52，其中环境空气可被抽入到该腔室 52，而压缩空气可从腔室52中被循环输送。再来参考图44A和44B，隔膜50的外沿或者其 他周边61可紧固在头部55和保持件57之间，同时允许中心部63移动。例如利用过盈配合、一个或多个连接件、紧固件、粘合剂等等(未示出)，隔膜50基 本上永久地或者可拆卸地固定到壳体48上，这可在隔膜和壳体之间提供充分空气密封。隔 膜50可由可在压缩机14操作期间重复地挠曲期望距离的柔性或者半刚性材料形成，例如 乙烯丙烯二烯系单体(EPDM)或者“BUNA”橡胶(通过对丁二烯聚合而形成的合成橡胶)等 等，具有足够柔性、弹性和/或其他适当特性的VITON或者液体硅橡胶(LSR)材料。隔膜50 可包括用于把其联接到相关杆44上的支撑件65。在典型的实施例中，壳体48和隔膜50可具有正方形或者矩形截面(参见图6)，例 如，一个侧边在大约一和三英寸(l-3in)之间。壳体48可具有在大约0.25-1. 5英寸之间 的深度，由此提供了限定容积的腔室52。在典型的实施例中，隔膜组件46具有方形截面，其 中高度和宽度中每个均为大约两英寸(50mm)。然而，可以理解的是，壳体48和隔膜50可具有其他横截面形状，例如圆形、椭圆形等等。在图44A和44B中清楚地看到，隔膜50在外沿61和中心部63之间可包括较厚的 外围部69，该部分可提高隔膜组件的硬度并因此提高效率。例如，当隔膜50中心部63通过 杆44朝内或者朝外指向时，提高的硬度可限制外围部69的运动，这些将在本说明书其他部 分解释。可替代的是，如在图44B下部虚线所示以及通过参考数字69'表示那样，外围部 69'厚度与中心部63相似乃至小于中心部63。如在这里所示的那样，外围部69'还可以 是弧形或者为波状外形，例如来控制隔膜的偏转。隔膜50联接到传动轴44上，从而当传动轴沿着它的纵轴离开和朝向凸轮组件42 往复运动时，隔膜50可相对于腔室54向内或者向外移动。这样，当隔膜50分别离开和朝 向腔室运动以把空气抽入到该腔室和从腔室中挤出时，腔室54的容积可增减。选择性地，如图6A所示，壳体48可包括限定通道的多个部分，例如入口通道56in 和出口通道56。ut。如在下面进一步解释那样，例如经由壳体48底部上的端口 57 (未示出)， 入口和出口通道56in、56。ut与在空气集管16中相应的通道62、64连通。例如在腔室52和 入口通道56in之间的分隔间，入口止回阀54in设置在入口通道56in上。入口止回阀54in当 暴露于腔室52内负压力时，即隔膜50离开腔室52时，该入口止回阀54in打开，而当暴露于 腔室内正压力时，即隔膜50朝向腔室52时，关闭。同样地，出口止回阀54。ut设置在出口通 道56。ut，当暴露于腔室52内正压力时打开，而当暴露于腔室内负压力时关闭。止回阀54可 以只是弹簧加载的阀，其中该弹簧加载的阀根据阀门上的压差在一个方向上打开，例如传 统的伞型阀门。如图5C-6B所示，杆44可在相应的隔膜50和曲轴49之间。杆44包括具有毂71 的第一端部和具有环73的第二端部。毂71可接纳或者紧固到隔膜50的支撑件65上，而 环73可沿着曲轴49周围布置。轴承77可设置在每个环和曲轴242之间。由此，曲轴49 可在轴承内随意地旋转，使该环以及因此使杆44朝向中心轴线43和离开中心轴线43轴向 地移动。此动作导致隔膜50从腔室52中离开移动以及移动到该腔室52内，以对抽入到腔 室中的空气进行压缩。更具体地说，在操作期间，电机40可连续地或者有选择地启动，以使凸轮组件42 的凸轮43旋转，并由此使传动轴44离开和朝向凸轮组件42轴向地往复运动。例如，凸轮组 件42可设计成传动轴44具有在大约三和十三毫米(3-13mm)之间的总轴向位移。此往复 运动导致隔膜50相对于壳体46进进出出移动，由此把环境空气经由入口通道56in抽入到 腔室52中，并经由出口通道56。ut从该腔室中挤出压缩空气。隔膜50中心的位移可与传动 轴44的位移一一对应。传动轴44可改变腔室52容积，例如超过和低于它的松驰容积(当 隔膜50充分地松驰或者未经受任何力时)的大约百分之八十和九十五(80-95%)。在典型的实施例中，例如基于凸轮43或者凸轮组件42结构，对于隔膜组件 46a-46c中每一个，传动轴44的往复运动及时以预定模式交错(staggered)或者偏置 (offset)。这样，通过每个头部46，压缩空气顺序地产生。这样可以使由压缩机14产生的 振动或者噪音量最小化，例如，从而其中一个隔膜组件的振动或者运动至少部分地抵消其 它隔膜组件的振动或者运动。此外，当隔膜组件相对于凸轮组件42对称地布置时，可彼此成角度偏离例如 一百二十度(120° )，这也可使在压缩机14操作期间形成的振动抵消或者最小化。比较起来，在替换的实施例中，两个隔膜组件(未示出)可以限定轴线的直线结构设置在凸轮组件 相对侧上，不过此结构可增强沿着轴线的振动。当头部数目增加时，动态的峰值_峰值压力 振荡减少，这由于减少了的压力脉动而在降低噪音和减少振动上是有益的。可替代的是，可设置三个(3)以上的头部，但这会增加成本和/或设备10操作的 复杂性。为了使振动最小化，所希望的是，设置奇数的隔膜组件(例如三、五、七等等)，例如 以对称的辐条结构，在任何隔膜组件之间不形成直轴线，这可至少部分地抵消在各个头部 之间的振动。如在图5C和6B中清楚地看到，杆44可轴向地堆叠在曲轴49上，同时隔膜组件46 在彼此内面共面。为了适应此结构，至少一些杆可包括在环和毂之间的分支。例如，中心杆 可在平面内基本上垂直延伸到中心轴线43，下部杆可包括一个分支从而该下部杆联接到平 面下面的曲轴49上，而上部杆可包括分支，从而该上部杆联接到平面上面的曲轴49上。在 此结构中，每个毂可布置在平面内，允许该毂连接到相应的隔膜50上。此结构的一个优点是，它可使隔膜组件和因此整个压缩机的覆盖区最小化。例如， 头部46可直接地安装到电机40上的支撑件45上。支撑件45可从电机向外延伸，以提供 口缘或者其他结构，例如，利用如螺栓、螺钉、铆钉等等的紧固件粘合剂或者其他结合物、卡 销或者其他配合连接件等等，头部46上缘可安装在上述口缘或者其他结构上。当头部46 直接地安装到电机40上时，头部可相对靠近中心轴线43定位。图43所示的摇摆活塞式压缩机400在许多方面与图5A-6B示出的隔膜式压缩机 类似，不同的是，隔膜50被活塞402替换。每个活塞包括活塞碗密封件404，以在活塞402 的腔室52和相对侧之间保持气密密封。在图45中示出了适用于本发明便携式氧浓缩设备的压缩机替代结构。在此替代 方案中，与电机40相似，电机(未示出)包括限定中心轴线341的输出轴。曲轴342偏心 地联接到输出轴上，而转子345围绕曲轴(例如在转子345和曲轴342之间的一个或多个 轴承内，未示出)布置。例如在这里公开的那些，多个头部346可围绕中心轴线341布置， 而杆344可从头部346延伸到转子345上。由此，当曲轴342围绕中心轴线341旋转时，转 子345可围绕该中心轴线摇摆，与前面实施例相似，从而使杆344朝向和离开中心轴线341 移动，以对头部346内的空气压缩。然而，由于转子345需要一定空间，因此在图45中所示的结构可比图5A-6B中的 结构具有较大覆盖区。由此，此结构可在安装面上需要更大空间，例如在氧气浓缩器的空气 集管上。然而，此结构可允许电机支撑在头部之间较低位置，这可减少压缩机的高度，在一 些应用场合中是有益的。在图5A-6B以及在图45中示出的实施例中，杆的往复运动对于每个头部是及时 交错或者偏置的，在三个头部围绕中心轴线基本上均勻分布情况下，该头部可以有大约 一百二十度(120° )的相位差。这样，压缩空气可由每一头部顺序地产生。此外，由于头部 有角度地彼此偏离，因此此结构可使在压缩机操作期间形成的振动抵消或者最小化，如在 说明书其他部分描述的那样。D.空气和氧气集管参见图1B、2和7-8B，下部或者空气集管16通常包括一个或多个基本上平面的结 构，其中该结构在其中限定多个通道62-68。通常，空气集管16被密封，从而通道62-68除
13了在开口 72-79、86-90以外基本上是气密的。如在下面进一步说明的那样，开口 72-79、 86-90可以允许例如压缩机14、筛床18和调节阀20的其他部件与通道62-68连通，用于使 空气以期望方式贯穿空气集管16流动。选择性地，空气集管16可包括一个或多个孔、坑等 等，用于接纳安装件、连接件和/或紧固件(未示出)，例如用于把设备10的部件固定到空 气集管16上，这些设备10部件例如是筛床12A、12B、压缩机14、容器18和/或空气调节阀 20。在典型的实施例中，空气集管16基本上是刚性的，例如从而形成或者增强设备10 的结构完整性。在一个实施例中，空气集管16限定用于设备10的一个或多个外部结构面， 例如设备的下部或者底面，从而消除了对另外下部外层的需要。空气集管16可以由任何工 业等级的材料形成，例如，如烯丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯等等的塑 料；如铝等等的金属或者复合材料。空气集管16可通过注射模塑、铸造、切削加工等等形 成。在典型的实施例中，空气集管16由相对轻质的塑性材料制成，例如，这样空气集 管重量不超过大约0. 25-4. 0磅。可替代的是，空气集管16的全部或者一个或多个部分可 由弹性的半刚性或者柔性材料制成，例如，以提高设备10的耐用性和/或抗冲击性。在示出的实施例中，空气集管16包括(a)集管基体58，在其中包括至少部分地限 定通道62-68的多个沟道，以及(b)与集管基体58配合以基本上封闭沟道，从而进一步限 定通道。可以理解的是，代替集管基体和集管帽，空气集管16可由一个或多个部件形成，这 些部件一起配合或者操作来限定在这里描述的通道62-68。在图7中清楚地看到，集管基体58包括至少部分地限定一个或多个压缩器进口通 道62、压缩器出口通道64、筛床通道66a、66b以及排气通道68的沟道。集管基体58可省 略不必要限定通道62-68和/或安装面的部分，例如以在没有基本上影响它的结构完整性 情况下减少集管总重量。可替代的是，集管基体58可具有基本上连续的底壁，例如，这可以 是基本上光滑的，和/或可包括设备10可设置在其上的支腿或者其他部件(未示出)。此外或者可替代的是，集管基体58可包括侧壁59的至少一部分，例如，该部分可 限定设备10的另一个外部结构面。在又一个替代方案中，如图2所示，侧壁159可以是集 管帽60而不是集管基体58的一部分。在又一个替代方案中，空气集管16可以是相对扁平 的(而不是“L”形状)，而侧壁(59、159)可以是被连接或者固定到空气集管16或者氧气集 管102上的单独的部件(未示出)。参见图8A和8B，集管帽60包括一个或多个与在集管基体58上沟道配合的沟道， 以进一步限定通道62-68，例如压缩器进口通道62、压缩器出口通道64、筛床通道66以及排 气通道68。可替代的是，集管帽60中的沟道比在集管基体58中的沟道略微地大或者小，从 而沟道壁交叠，这可增强在集管帽60和集管基体之间的连接。在另一个替代方案中，集管 帽60具有抵靠集管基体58沟道壁和/或其他部件而配合的基本上光滑的下部表面，以进 一步限定通道62-68。集管帽60可利用一个或多个连接件固定到集管基体58上，例如，这些连接件为如 舌片和对应槽配合的擒纵机构，或者如螺钉、铆钉螺栓等等的紧固件。此外或者替代的是， 例如沿着集管基体58和集管帽之间的一个或多个接触面，集管帽60可利用粘合剂、声波焊 接等等固定到集管基体58上。
继续参考图8A和8B，集管帽60包括与通道62-68连通的多个开口 72_79、86_90。 例如，集管帽60包括与压缩器进口通道62连通的进气口 79。入口端口 79联接到延伸到设 备10外表面上入口开口 160a、160b (在图8A或者8B中未示出，参见图2)的管状物或者其 他空心结构(未示出)，例如，以允许环境空气被抽入到设备中。选择性地，如图3所示，进 入空气过滤器162可设置在入口端口 79前面的管线上，以在环境空气进入压缩机14前从 该被抽入到入口开口 160a、160b中的环境空气中去除灰尘或者其他颗粒。集管帽60包括多对与压缩机14连通的开口 72、74。在示出的实施例中，集管帽60 包括与压缩机14三个隔膜组件46上端口 57(未示出，参见图2)对应的三对开口 72、74。 每对开口 72、74隔开与在隔膜组件46上端口 57跨度相似的预定距离。开口 72、74和端口 57中一个或者两者可包括突起或者其他延伸部以便于在隔膜组件46和集管帽60之间充分 气密连接。端口 57例如通过一个或多个过盈配合、配合螺纹、配合擒纵机构、粘合剂等等连 接到开口 72、74。当压缩机14安装到空气集管16上或者与之相邻时，隔膜组件46的入口通道56in 与开口 72以及因此与压缩器入口通道62连通。在使用期间，当每个隔膜组件46依次经由 入口通道56in吸入外界空气时，空气可穿过相应的开口 72、压缩器入口通道62和入口端口 79被抽入。同样地，隔膜组件46的出口通道56。ut与开口 74连通，并因此与压缩器出口通 道64连通。在使用期间，当隔膜组件46中的每一个均从出口通道56。ut向外输送压缩空气 时，该压缩空气进入相应的开口 74并进入到空气集管16的压缩器出口通道64。继续参考图8A和8B，集管帽60还包括彼此相邻的多个空气调节阀开口 86、88，这 些开口覆盖压缩器出口通道64、筛床通道66和/或排气通道68。这样，当集管帽60固定 到集管基体58上时，空气调节阀开口 86、88与相应的通道64-68连通。具体地说，供应阀 入口开口 86in与压缩器出口通道64连通，同时排气阀入口开口 88in与相应的筛床通道68 连通。供应阀出口开口 86。ut与相应的筛床通道66连通，同时排气阀出口开口 88。ut与排气 通道68连通。集管帽60包括与筛床通道66增大部分连通的筛床开口 90a和90b。这样，当筛 床安装到空气集管16或者与之相邻时，筛床开口 90a、90b与相应的筛床12第一端部32连 通。此外，如在图8B中清楚地看到，集管帽60还包括与排气通道68连通的一个或多个排 气开口 92。如在下面进一步解释的那样，选择性地，管状物、喷嘴或者其他装置(未示出)可 联接到排气开口 92上，以从筛床12引导排气(通常是浓缩氮气)。在一个实施例中，排气 朝向设备10内控制器22或者其他电子仪器引导，例如，用于冷却该电子仪器。利用具有增 加含氮量的空气作为内部电子仪器冷却流体，可提供设备的安全措施，即如果电子仪器经 常过热或者短路则可减少火灾危险。由于一些氧气已经从排气中去除，因此排气很少会支 撑火力。此外，利用引导到设备10内部的排气，如果容器18或者筛床12日益形成与设备 10内部连通的渗漏，则产生的气体混合物将比环境空气有较少氧气(体积百分比)。如下面进一步描述的那样，空气调节阀20可以安装到阀门开口 86、88上方的集管 帽60上。空气调节阀有选择地启闭，以提供例如从压缩器出口通道64到筛床通道66和/ 或从筛床通道66到排气通道68的流径。例如，再来参见图3，当供应空气调节阀20as开 启时，限定了这样的流径，即贯穿开口 72、压缩机通道62、供应入口开口 86in、空气调节阀20as、供应出口开口 86。ut和筛床通道66a，从压缩机14到筛床12a。当排气调节阀20bE开 启时，限定了这样的流径，即来自筛床12B，穿过筛床通道66b、排气入口开口 88in、空气调节 阀20bE、排气出口开口 88。ut、排气通道68和出口排气开口 92。空气集管16消除了对多个管状物和阀门的需要，而这些对于把空气输送到筛床 12或者从筛床12输送空气而是必要的。由于这些单独的管状物和阀门被去掉，而用包括不 超过四个空气调节阀20的简单集管替换，因此空气集管16减少了设备10的总尺寸、重量 和/或成本，而这是有用的，特别是为了使设备10方便、易于使用和/或便宜。可替代的是，如果两个三向阀或者一个四向阀以类似方式使用的话，也可实现相 同目的。此外，空气集管16可便于改进，例如，以减少压力损失和/或减弱噪音。例如，为 了使设备需要的能量最小化，当压缩空气穿过这些通道时，通道62-68的尺寸和/或形状可 设计成减少损失。已经发现的是，如果压力损失增加一磅每平方英寸(psi)，它可以增加设 备10的能量消耗差不多百分之十(10%)或更多。图11示出了可在三个典型平均流率，即 二十四(24)、三十(30)和五十(50)公升每分钟(Ipm)期间出现的压力损失。当通道62-68 的平均流动直径增加时，压降明显减少。这样，对于通道62-68所希望的是具有至少大约 0. 25英寸直径或者其他等效截面的尺寸。此外，空气集管16便于提供在贯穿设备移动空气 流径内的障体或者其他声音衰减装置或者材料。例如，一个或多个障体、文氏管、流体修正 器等(未示出)可直接模制到集管基体58的沟道上，以吸收声波或者减少通过气流产生的 噪音。可替代的是，这种部件可在集管帽60固定到集管基体58前插入或者安装在沟道内。 在又一个替代方案中，空气集管16可允许流量调节阀直接地安装在一个或更多通道62-68 内。回到图1A-3，空气调节阀20可安装或者固定到空气集管16上，例如安装或者固 定到集管帽60上。在示出的实施例中，例如，利用一个或多个连接件、紧固件、粘合剂等等， 四个“双向”空气调节阀20安装到集管帽60上。如下面进一步解释那样，四个空气调节阀 20允许每个筛床12A、12B独立于另一个加压和/或排气，选择性地具有与该加压循环交叠 的能力。可用于每个阀门20的典型的双向阀是SMC DXT阀门，可从印地安那州印第安纳波 利斯的美洲SMC公司买到。此阀门是相对小的塑料导阀控制的隔膜阀。由于具有较大的隔 膜区域，因此它具有非常小的操作压力，这对于在使用期间提供设备10的操作压力是特别 有用的。阀门可设置为“常开”。当压力贯穿导阀作用到隔膜上部时，该隔膜可被向下压在 阀座上，截断流动。可使用常开或者常闭引导电磁阀。由于该隔膜阀本身是常开的，利用常 开电磁阀可形成常闭的总体操作，需要使用电能来开启阀门。可替代的是，空气调节阀20可用两个“三向”阀门代替，该阀门可在空气集管16中 的开口和/或通道中需要一些微小变化。然而，这种阀门可能更昂贵、操作更复杂，和/或 可能使导阀需要比在设备10使用期间遇到压力更大。在又一个替代方案中，可提供一个或 多个其他多个定位阀门，而不是四个双向阀。回到图2，在其中示出的四个空气调节阀设置在单个阀门集管21上，例如铝集管， 而端口可以是分开或者作为阀门集管一部分设置的螺纹入口和出口端口。在把空气调节阀 20组装到阀门集管21上时，阀门集管安装在开口 86、88上面的空气集管16上。可替代的是，单独的空气调节阀可直接地安装到空气集管16上，例如，以避免对阀门集管21或者任 何其他配件和/或管状物的需要，这进一步减少了设备10的总尺寸和/或重量。回到图1A、1B和2，再参见图9A-9B，设置上部或者氧气输送集管102，用于把存储 在容器18中的氧气输送到设备10的使用者。与空气集管16相似，氧气输送集管102提供 足够的结构完整性，以为设备10提供外部结构面，例如，从而消除了对设备单独或者上部 外层的需要。如上所述，氧气输送集管102可利用相似材料和/或方法制造和组装到空气 集管16上。选择性地，如图9B所示，例如，在氧气输送集管的下部表面上，氧气输送集管102 包括一个或多个肋线或者其他增强结构103。该增强结构可以期望模式直接地模制或者形 成在氧气输送集管102上，或者固定到该氧气输送集管上，例如，覆盖筛床12上。这种增强 结构可以使氧气输送集管102增强，例如，阻拦筛床12A、12B内的偏压机构和/或抵抗筛床 内空气的压力，这可施加一个相对于供养集管102而向上的力。在图2示出的实施例中，氧气输送集管102包括至少部分地限定一个或多个氧气 输送通道108、109的集管基体104和进一步限定氧气输送通道108、109的集管帽106。如 下面进一步解释那样，氧气输送通道108、109在集管基体104内彼此相邻布置，并包括多个 开口 126-138，这些开口连通到与把氧气输送到设备10使用者有关的其他部件。集管基体 104还包括一个或多个电池开口 140a和140b和/或接口窗口 142，这些可模制或者形成在 其中。接口窗口 142允许接近使用者接口 144，例如如果使用者接口是接触式屏幕显示器 230时，这是必需的。选择性地，如图2所示，氧气输送集管102的集管基体104可包括侧板159的至少 一部分。侧板159可以与空气集管16上的侧板59邻接、互锁、或者配合。侧板59和159 提供用于设备10的具有充分刚性的外部结构壁。这样，侧板59和159、集管16和102、筛 床12A和12B和/或容器18组合提供了必要的结构框架，以支撑设备10和它的内部部件。 可替代的是，侧板59、159中一个或者两者可作为分离的板(未示出)设置，其中该分离板 连接或者固定到空气集管16和/或氧气输送集管102上。回到图2，侧板159可包括一个或多个与设备10内部连通的入口开口 160a、160b。 如在这里所示的那样，侧板159包括彼此相邻的两个入口开口或者栅隔160a和160b。入口 开口 160a、160b以任何期望阵列设置，例如以矩形、正方形、圆形或者其他结构。在典型的 实施例中，入口开口 160a和160b中的每一个均具有在大约一个和两个英寸(25-50mm)之 间的高度和/或宽度。入口开口 160a和160b包括相对小的孔，例如，在大约0.025-0. 15 英寸(0.6-4mm)之间直径，允许空气顺利地贯穿入口开口，然而阻止较大物体从其中经过。例如，第一入口开口 160a可提供用于把空气抽入到压缩机14中的入口，例如，如 上所述经由与空气集管16进气端口 79连通管道等等(未示出)。第二入口开口 160b可 提供用于将要抽入到设备10内部的环境空气的通气入口，例如，以辅助冷却内部电子仪器 和/或筛床。进口风扇164可与第二入口开口 160b相邻安装，例如，以在常量或者变化速 度和/或体积把环境空气抽入到设备10内部。选择性地，设备10可在筛床12A、12B和/或容器18 (未示出)之间包括一个或多 个间隙，例如垂直间隔，以允许空气从设备内部排出。例如，所希望的是，使设备10内部空 气(特别是来自排气开口 92的排出气体)在相对端由入口开口 160a、160b从设备中排出，以避免抽取的富含氮气的空气返回到筛床12A、12B，这将降低设备效率以及可能降低设备 的有效性。可替代的是，一个或多个出口开口(未示出)可设置在设备上，例如设置在空气 集管16、氧气输送集管102和/或一个或多个侧板(未示出)上，以允许空气从设备10内 部以期望方式排出。E.氧气输送部件回到图2和3，设备10包括与从容器18到使用者输送氧气相关的一个或多个部 件。例如利用与在这里描述的用于固定设备10其他部件的方法，这些部件固定或者安装或 者邻接到氧气输送集管102。例如，一对止回阀IlOaUlOb可设置在覆盖在帽80开口 82的集管基体104上。 止回阀IlOa和IlOb可以与如上所述止回阀54相似，只是压力启动阀门。当氧气输送集管 102安装在筛床12A、12B上或者与之邻接时，容器18、止回阀IlOaUlOb提供从筛床12A、 12B到氧气输送通道108的单向流径。氧气输送通道108经由开口 112直接和连续地与容 器18连通。压力传感器114可设置在容器18内或者与氧气输送通道108连通。压力传感器 114可以探测容器18内的绝对压力，并且因此探测氧气输送通道108内的绝对压力。此外， 由于止回阀IlOa和IlOb的存在，压力传感器114提供筛床12内最大压力的读数。具体地 说，由于止回阀110和IlOb允许氧气从筛床到容器18和氧气输送通道108的单向流动，因 此，只要在任何一个筛床上压力超出容器18中的压力，相应的止回阀IlOa或者IlOb就开 启。一旦任何一个筛床内压力变成等于或者小于容器18中压力，相应的止回阀就关闭。本发明还设想提供氧气输送阀116、氧气传感器118、一个或多个压力传感器120、 122，而一个或多个空气过滤器124可成一条线设置在例如安装在氧气输送集管102上的氧 气输送通道108、109中。例如，再来参考图9A和9B，集管基体104可包括氧气调节阀开口 126、压力传感器开口 128、138、氧气传感器开口 130、132和出口开口 134、136，用于与这些 部件连通。氧气输送阀116可安装到氧气输送集管102上，例如在氧气调节阀开口 126下 面，用于控制氧气输送通道108和109之间氧气流量，并因此控制从容器18离开设备10到 使用者的氧气流量。氧气输送阀可以是联接到控制器22的有选择地启闭的电磁阀。可用 于氧气输送阀116的典型阀门是Hargraves技术型45M，其中它具有相对较大的孔口尺寸， 从而使穿过氧气输送阀的可能流量最大化。可替代的是，它还可以使用帕克电子气动V正 方形(ParkerPneutronics V Squared)或者系列 11 的阀门。当氧气输送阀116开启时，氧气从氧气输送通道108，贯穿氧气调节阀开口 126a、 126b、氧气输送阀116、氧气调节阀开口 126c，流到氧气输送通道109。如下面进一步解释那 样，氧气输送阀116可以期望频率开启期望的持续时间，这可通过控制器22来改变，从而提 供脉冲输出。可替代的是，控制器22可保持氧气输送阀116打开，以提供连续的输送，而不 是脉冲输出。在此替代方案中，控制器22可节制氧气输送阀116，以调节到使用者的容积流 率。在示出的实施例中，压力传感器120安装到氧气输送集管102上和/或安装在其 下面，从而压力传感器端口联接或者与压力传感器开口 128连通。这样，压力传感器120端 口测量在氧气输送通道108、109之间以及因此穿过氧气输送阀116的压力差。选择性地， 压力传感器120可用来获得容器压力，而压力传感器114可去掉。例如，当氧气输送阀116
18关闭时，氧气输送阀的压力上游基本上与容器18内压力对应。压力传感器120可联接到控制器22上，例如，以提供由控制器处理的信号，从而确 定穿过氧气输送阀的压力差。控制器22可使用此压力差来确定从设备10输送氧气的流速 或者输送氧气的其他参数。如下面进一步描述那样，控制器22可基于产生的流速来改变氧 气输送阀116开启的频率和/或持续时间，例如，基于一个或多个反馈参数。氧气传感器118还可安装在氧气输送集管102上和/或安装在其下面，从而在氧 气传感器118上的端口与氧气传感器开口 130、132连通。氧气传感器118测量经过穿过 其中氧气的纯度。这种装置的实例是测量穿过氧气传感器气体的声速的超声波传感器，如 堪萨斯州Shawnee Douglas Scientific制造的那些。可替代的是，氧气传感器118可以是 陶瓷或者侧流传感器。超声波传感器可以使用比陶瓷传感器少的电能，例如大约五十毫瓦 (50mff)对一瓦(IW)，但更便宜。氧气传感器118联接到控制器22上，并产生与纯度成正比的电信号。如下面进一 步描述那样，这些信号由控制器22处理，并用于改变设备10的操作。由于氧气传感器118 的精度可受通过其中的气流影响，因此，所希望的是，例如当氧气输送阀116关闭时，对在 无流动条件期间纯度信号采样。压力传感器122安装到氧气集管102上和/或安装在其下面，从而压力传感器122 端口与压力传感器开口 138连通。压力传感器122可以是能够测量绝对压力的压阻压力传 感器。可以使用的典型的传感器包括HoneywellMicroswitch 24PC01SMT传感器、Sensym SXOU Motorola MOX或者由AllSensors制造的其它传感器。由于压力传感器122可暴露 于设备10的完全系统压力下，因此所希望的是，压力传感器122的过压力等级超出完全系 统压力例如至少为大约十五平方英寸磅(15psi)。压力传感器122联接到控制器22上，以便提供与探测压力成正比的信号。由于压 力传感器122可能不具有零基准，来自压力传感器122的压力信号可在设备操作期间漂移。 为了使由压力传感器122带来的任何漂移或者其他错误最小化，一个小阀门(未示出)可 联接到压力传感器122上，以当氧气输送阀116开启以及输送氧气时周期性地通气或者使 压力传感器置零。可替代的是，相对小的孔口(例如大约0.010英寸直径)可设置在氧气输送阀 116(例如常开端口)和压力传感器122之间的管线上。在脉冲如一百毫秒(IOOms)期间， 此孔口可以足够小，而不会对来自压力传感器122的压力信号产生负面影响，同时可以足 够大以便压力传感器放气置零。在第2003/0150455号美国公开申请文件中可发现有关使 用这样一个孔口的其他信息，其中该申请文件的全部公开内容在这里通过参照方式明确地 引入。在另一个替代方案中，控制器22执行过滤算法，以识别使用者呼吸的开始。集管基体104可包括与氧气传感器开口 132和压力传感器开口 138连通的凹口 133。盖或者其他元件(未示出)可固定在凹口 133上面或者覆盖在凹口 133上，例如，以 提供由凹口限定的基本上气密的通道。这样，压力传感器122可测量凹口 133内氧气的绝 对压力。如下面进一步解释那样，此压力读数可用来例如基于凹口 133内最终压降来探测 使用者开始吸气的时间，这可触发把氧气脉冲输送到使用者。空气过滤器124可安装或者邻接在氧气输送集管102上，并可包括任何传统的过 滤介质，用于从输送给使用者的氧气中去除不希望的颗粒。在图9A中清楚地看到，氧气输送集管102可包括凹口 137，其中形状设计成用于在其中接纳空气过滤器124。空气过滤器 124可通过过盈配合由一个或多个连接件、粘合剂等等紧固在凹口 137内。凹口 137(在图9A中示出)经由出口开口 136与沟道135 (在图9B中示出)连通。 在示出的实施例中，沟道135在形成在集管基体104并穿过其中的出口开口 134、136之间 延伸。盖或者其他元件(未示出)可固定在沟道135上面或者覆盖在沟道135上，例如，以 提供由沟道限定的基本上气密的通道。这样，从氧气传感器118中输送的氧气可穿过出口 开口 134离开凹口 133，沿着沟道135经过，并贯穿出口开口 136进入凹口 137。氧气然后 可穿过空气过滤器124并且输送给使用者。选择性地，套管钩139或者其他装置安装在凹口 137的氧气输送集管102上面。套 管钩139利用任何常规方法，例如通过配合螺纹、一个或多个擒纵机构或者其他连接件、粘 合剂等等(也未示出)，固定到氧气输送集管102上。该套管钩可包括例如挠性软管等等 (也未示出)的套管可固定到其中的管嘴或者其他的连接件，用于把氧气输送到使用者，这 在现有技术中是已知的。套管钩可与空气过滤器124分离，或者该套管钩和空气过滤器124 可以是一起固定到凹口 137上面的氧气输送集管102上的单个组件。可以理解的是，可设置其他结构和/或部件而不是氧气输送集管102和如上所述 固定到那里的部件，用于把氧气输送到使用者。此外，尽管例如氧气输送阀116、压力传感器 (120、122)、氧气传感器118和空气过滤器124的部件以特定顺序(相对于贯穿氧气输送集 管102流动的氧气)描述，然而如果期望的话，这些部件的顺序可以改变。回到图2，控制器22可包括控制设备10操作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可联接到设备10的一个或多个部件上，例如，压缩机14、空 气调节阀20、氧气输送阀116、压力传感器(114、120、122)和/或氧气传感器118。这些部 件可通过能够在控制器22和部件之间接纳和/或传递信号的一个或多个电线或者其他电 导线(为简单起见未示出)联接起来。控制器22还可联接到使用者接口 144，其中该使用者接口 144可包括一个或多个 显示器和/或输入装置。在图2示出的实施例中，使用者接口 144为安装在氧气输送集管 102中接口窗口 142内或者以下的触摸屏显示器。如下面更充分解释那样，使用者接口 144 显示与设备10操作有关的参数信息，和/或允许使用者改变这些参数，例如开关设备，改变 剂量设定或者期望流速等等。尽管示出了单个使用者接口 144，然而可以理解的是，该使用 者接口可包括多个显示器和/或输入装置，例如接通/停止开关、刻度盘、按钮等等(未示 出)。与其他部件类似，使用者接口 144可通过一个或多个电线或者其他的电导线(为简单 起见未示出)联接到控制器22。为简单起见，在图2中示出的控制器22包括单个电路板，而该单个电路板在其中 包括多个电气部件。这些部件可包括安装在电路板上的一个或多个处理器、存储器、开关、 风扇、电池充电器等等(未示出)。可以理解的是，控制器22作为控制设备10操作的不同 方面的多个子控制器来设置。例如，第一子控制器可控制压缩机14电机40和空气调节阀 20的操作，而第二子控制器可控制氧气输送阀116和/或使用者接口 144的操作。例如第 一子控制器的控制器22控制压缩机14的操作，并包括无刷直流电机控制器，如Motorola ON MC33035 系列、Texas Instruments DSP TMS 320LF240 和 / 或 MSP 430 F449IPZ 中之 一。这种控制器可在电机40中利用霍耳传感器(未示出)，以对换向计时。可替代的是，可使用无传感器的控制器，这种控制器允许经由后-EMF测量来换向记时，即电机电枢的位置 可通过对电机线圈的后EMF测量而确定。此替代方案更省钱，因为去除了电机中传感器，同 时连接电机的电线也可简化。例如，Fairchild可具有适合于在控制器22中使用的专用集 成电路。可替代的是，可使用包括无集成传感器控制外围设备的Texas Instruments DSP TMS 320 LF240 或者 MSP 430 F449IPZ 微处理器。第一子控制器(或者控制器22的其他部件)可控制电机速度，并且因此控制通过 隔膜组件46输送的压缩空气压力和/或流速。控制器22还可控制空气调节阀20的开关 顺序，例如，以例如在下面进一步描述的典型方法的期望方式对筛床12填充和排空。第二子控制器(或者控制器22的其他部件)可控制氧气输送阀116，例如基于来 源于压力传感器122的压力信号从容器18把氧气输送到使用者。第二子控制器还可接收来 自使用者的输入指令和/或在使用者接口 144上的显示信息。此外，如下所述，控制器22的 子控制器或者其他部件可以期望方式共享信息。这样，控制器22可包括一个或多个部件， 其中这些部件的功能性可与其他部件互换，而控制器不应该被限制在在这里描述的特定实 例上。此外，设备10可包括一个或多个联接到控制器22、压缩机14、空气调节阀20和/ 或氧气输送阀116的电源。例如，如图2所示，一对电池148设置为安装或者紧固到空气集 管16上，例如沿着侧壁59、159和筛床12之间的敞开侧。空气集管16可包括一个或多个接 纳在电池148中的安装件149上，例如，以使电池垂直地稳定和/或紧固在设备10内。此 外或者替代的是，其他系带或者支撑件(未示出)也可用来把电池148紧固在设备内。在典型的实施例中，电池148是可充电电池，例如i^一 (11)伏标称3系列 锂离子电池、4系列锂离子电池(例如从Inspired Energy公司买到的那些，如Par No. NL2024) 0对于3系列电池包，标准一磅(Ib)包可具有三(3)安培电流限制，而一又 二分之一磅(1.51b)包可具有六(6)安培最大电流。有关可使用的Inspired Energy电 池的另外信息可在ww. inspired-energy, com中找到。电池的其他来源可包括Molien Energy(www. moIienergy, com)、GP Batteries(www. gpbatteries. com)、Micro-Power(www. micro-power, com)禾口 Buchmann(www. buchmann. ca)。控制器22控制电源从在设备10内电池148到其他部件的分布。例如，控制器22 可从其中一个电池中提取能量，直到它的电能减少为预定水平，于是控制器可自动地切换 到另一个电池。在替代方案中，本发明设想控制器22使两个电池同样地放电。选择性地， 设备10可包括适配器，以便外部电源可用于给设备提供电能，外部电源例如为传统的交流 电源，如壁装电源插座，或者为便携式交流或者直流电源，如汽车点火器插座、太阳电池板 装置等等(未示出)。转换这种外部电能所必需从而设备10使用的任何转换器或者其他部 件(也未示出)可设置在设备内，设置在把设备连接到外部电源的电缆或者在该外部设备 本身中。选择性地，控制器22可把一些电能从外部电源引回到电池148，以传统的方式对 它们重新充电。例如自动地或者在经由使用者接口 144启动后，控制器还可显示设备电能 的状态，如电池148的电能水平、设备10是否连接到外部电源等等。控制器22可包括用于 执行一个或多个这些功能的一个或多个专用部件。可含在控制器22中的典型电池管理集 成电路(“IC”)是Maxim MAX 1773型，该电路设计成用于双电池系统(更多信息例如参见www. maxim-ic. com/quick_view2. cfm/qv_pk/2374)。另一禾中是 LinearLTC 1760,它也为双 电池系统设计，并把相似的选择器功能与充电结合(更多信息例如参见■· linear, com/ prod/dataheet. html ？ datasheet = 989)。F.组件回到图1A-3，为了组装设备10，空气集管16和氧气集管102的部件可如上所述 制造和组装。例如，利用一个或多个配合擒纵机构、连接件、紧固件、过盈配合、粘合剂等等 (未示出)，例如，集管基体58、104、集管帽60、106和/或其他帽或者盖(未示出)可模制 或者用其他方法制造，而集管帽60、106和/或其他的帽或者盖(未示出)可固定到集管基 体58、104上。同样，筛床12、容器18和压缩机20可例如如上所述制造和/或组装。同样如上所述，空气调节阀16、筛床12、容器18和压缩机20可安装到空气集管16 上，例如安装到集管帽60上。同样地，氧气输送阀116、压力传感器120、122、氧气传感器 118、空气过滤器124和/或其他部件可安装到氧气输送集管102上。例如，在筛床和容器 固定到空气集管16上前后，氧气输送集管102可固定到筛床12和容器18上。组件的顺序 是不重要的，而可变化，以便于期望的生产设施和/或工艺规程。同时或者单独地，侧壁59、159可彼此固定，或者如果侧壁59、159是一个或多个 单独的板(未示出)，则它们可固定到空气集管16和氧气输送集管102上和/或固定在其 间。形成的结构可设置成设备10的结构框架，其中该结构框架可消除对额外支撑件或者结 构或者装饰外皮的需要。设置在电路板上的控制器22安装在结构框架内，同时任何电线或者其他导线连 接在控制器和联接到那里的其他部件之间。在典型的实施例中，控制器22(或者至少一个 子控制器)安装在空气集管16上，例如垂直地邻接排气开口 92。这样，从空气集管排出的 气体，例如浓缩氮气可穿过或者朝向控制器被引导，用于冷却它的部件。支架或者其他支撑 件(未示出)可安装在集管帽60和电路板上，和/或控制器22的其他部件可通过支架或 者支撑件以传统方式紧固。电池148在任何时候插入到设备10中，例如在不再需要访问内部后。在集管16、 102之间的侧区可保持基本上开启状态(除了由电池148覆盖的一些区域)，例如，以在设 备部件组装和/或测试期间。选择性地，相对薄和/或轻型外层或者其他结构(未示出) 可设置在每一个敞开侧区，以基本上封闭设备10内部，例如，以限制访问和/或保护在其中 的部件，或者减少噪声传播和声级G.设备的操作回到图3，下面将描述设备10的基本操作。通常，设备的操作具有两个方面，通过 在筛床内吸收作用对来自环境空气的氧气浓缩，并把浓缩氧气由容器输送到使用者，每个 方面描述如下。设备的每个方面可独立于另一个操作，或者它们可基于一个或多个相关参 数相互关联。设备可利用一个或多个可选择方法操作，例如如下所述那些，以提高设备效率或 者其他性能特征。例如，基于压力的测量和/或氧气纯度，设备的操作条件可进行调节，以 增加氧气纯度和/或浓度、输出流速和/或压力，减少能量消耗等等。在典型的实施例中，设备10具有输送达到大约0. 9或者1. 2公升每分钟(Ipm)纯 氧等效物的能力。如在这里使用的那样，使用基本上对应于每单位时间输送纯(100%)氧气量的等效流速。由于设备10通过吸收作用从环境空气浓缩氧气，因此设备不产生输送到 使用者的纯氧。相反，从储存在容器18中的筛床12中排放的气体具有大约百分之九十五 (95. 4% )的最高氧气浓度，其余的气体为氩气及其他微量气体(大约4. 6% )。在给定的流速，通过设备10输送的浓缩氧气实际量小于用于纯氧的。这样，浓缩 氧气比纯氧具有较差的治疗价值。为了弥补这个不足，同时提供等效体积氧气，浓缩氧气的 流速必须比用于纯氧的高。输送浓缩氧气与等效纯氧的比值用以下公式(1)表示比值=(100%-21%)/(实际的纯度-21% )，(1)并如图12所示。例如，1.051pm88%浓缩氧气可基本上相当于0. 91pm纯氧，而 1. 41pm88%浓缩氧气可基本上相当于1. 21pm纯氧。测试表明，通过增加流速弥补纯度可减少设备10的总能量消耗。例如，图13和14 示出了能量消耗和通过设备10输出氧气纯度之间的关系。更具体地说，图13示出了在不 同级别氧气纯度下通过设备消耗总功率之间的关系，而图14示出了在不同级别氧气纯度 下仅仅由压缩机14消耗能量之间的关系。曲线181、182和183表示在各种流量设置下总 能量与氧气纯度的关系。曲线181对应于流量设置2，这相当于每分钟400立方厘米(cc) 氧气，曲线182对应于流量设置3，这相当于600CC/min，而曲线183对应于流量设置4. 5，这 相当于900CC/min。曲线184、185、和186表示在各种流量设置下总能量与氧气纯度之间的 关系。曲线184对应于流量设置2(300CC/min)，曲线185对应于流量设置3 (600CC/min)， 而曲线186对应于流量设置4. 5(900CC/min)。从图13和14的观察可以理解，当氧气纯度增加时，制造氧气需要的能量按指数增 加。在一些点，折合能量消耗，产生较高纯度氧气变得太“昂贵”。同样地，当氧气纯度从大 约87-90%减少时，获得相对少的能量消耗。也就是说，氧气纯度进一步降低在87-90%以 下在能量消耗即比较久的电池持续时间方面不能提供更多好处。换言之，对于氧气纯度超 出87-90%降低，则在能量消耗方面有减小的边际收益。本发明人确定，当氧气纯度和能量 消耗对抗值平衡时，在大约85-90%之间的氧气纯度导致所希望的效率，其中对于通过设备 10输送的气体，88%被认为是典型的目标氧气纯度。图15示出了在产生氧气量和氧气纯度之间的关系。曲线187表示在纯度水平范 围产生的等效的100%氧气或者氧气分子。从此图中可以理解的是，当氧气纯度增加时，例 如超过90-91 %，设备10产生较少氧气分子。同样地，当纯度减少时，例如在87-88%以下， 则很少产生另外的氧气分子。换言之，对于氧气纯度在87-88%以下，则产生氧气面有减小 的边际收益。这样，本发明人认为，在氧气纯度方面理想的“最佳范围”在85-90%。图16为用于产生图13-15中曲线的数据表。还应该注意的是，在压缩机没有操作 而冷却风扇(入口风扇164)操作情况下系统使用的伏特和安培是对于5. 6W总功率，V = 18. IV，A = O. 31A。在压缩机或者冷却风扇没有操作情况下，系统使用的伏特和安培是对 于2. 5W总功率，V = 18. IV，A = O. 14A。这样，单独的风扇使用大约3. Iff功率。1.驱动筛床通常，为了产生可存储在容器18和/或直接地输送到使用者的浓缩氧气，设备10 这样操作，即筛床12交替地“装载”和“排空”。当筛床正在装载或者加压时，压缩的环境空 气从压缩机中输送到筛床的空气入口 /出口端，当筛床被加压时使筛床材料吸收氮气多于 氧气。当氮气基本上通过筛床材料吸收时，氧气贯穿筛床的氧气入口出口端34逸出，可存储在容器和/或输送给使用者。一旦筛床内压力达到预定极限(或者在预定时间后)，筛床然后被排空或者排气， 即空气入口 /出口端32暴露于环境压力。这导致筛床内压缩氮气穿过空气入口 /出口端 32逸出，例如，穿过空气集管16并从排气开口 92排出。选择性地，例如，如果装载筛床内的 压力大于排空筛床内的压力，其中这可在排空后期出现，则当筛床12A正在排空时，从另一 个筛床12B(它可能正在同时装载)逸出的氧气可穿过排空孔口 81，进入到排空筛床12A、 12B的氧气入口 /出口端34。此外或者替代的是，例如当筛床和容器的相对压力使止回阀 110开启时，除了或者不穿过排空孔口 81，氧气可穿过在筛床之间的止回阀110。氧气输送 到正排空筛床氧气入口 /出口端34可在筛床再次装载前辅助浓缩氮气从该筛床排出。排空孔口 81的尺寸选择成在装载和排空筛床12之间存在预定的氧气流速。通常 所希望的是，通过提供具有基本上对称的几何形状的排空孔口，穿过排空孔口的流量在两 个方向上相同，从而两个筛床12A和12B同样地排空。在典型的实施例中，排空孔口 81可 具有大约0. 02英寸(0. 5mm)的直径或者其他等效的截面尺寸，从而在穿过排空孔口大约五 平方英寸磅(5psi)压力差下，大约2. 61pm可从其中穿过。由于实际流量基于装载和排空 筛床12之间的压力差，而这种压力差基于设备各种状态而动态地改变，因此在设备操作期 间，此排空孔口 81的能力可能与筛床之间流动的氧气实际体积不对应。在以下表1示出的典型实施例中，设备10利用以下过程操作，即该过程包括分别 表示空气调节阀20启闭状态的四个(4)状态“1”和“0”。
在状态1期间，筛床12A被装载而筛床12B被排空。如在表中示出那样，供气调节 阀20as和排气调节阀20be开启，而供气调节阀20bs和排气调节阀20ae关闭。再来参见图 7，利用此阀门设计，筛床12A经由压缩器出口通道64和筛床通道66a与压缩机14连通，而 筛床12B经由筛床通道66b和排气通道68与排气开口 92连通。在状态1结尾，当筛床12A 内压力超过筛床12B内压力时，排空孔口 81提供较低的氧气流，以冲洗来自筛床12B的其 余氮气。状态3是状态1的镜像，即筛床12B被装载而筛床12A被排空。如本说明书其他部分进一步描述那样，状态1和3的持续时间(加压时间)可基 于一个或多个参数来设定，这些参数例如排空孔口 81尺寸、离开筛床12氧气的纯度、容器18内压力等等。例如，在状态1期间如果加压时间太长，在筛床12B(正在排空)中全部剩 余氮气可排空，而穿过排空孔口 81来自筛床12A (正在装载)进入筛床12B的氧气可从排 气开口 92逸出，浪费了氧气。如果加压时间太短，则在排空循环结尾，氮气可留在筛床12B 中，这可在筛床12B随后装载时降低筛床12B的效率。这样，所希望的是，把排空孔口 81的 尺寸固定到非常非常严格的流量容许量，同时在严格控制下制造筛床12，从而在制造期间 和/或在制造后，在不必调节加压时间情况下，筛床在容限内是稳定的。在状态2期间，供气调节阀20bs开启，而排气调节阀20ae关闭。这允许来自筛床 12A的增压空气穿过排空孔口 81流入筛床12B。一般地，状态2比状态1和3相对短，例如， 从而在筛床12A内浓缩氮气开始进入筛床12B前增压空气进入筛床12B。状态2可降低必 须在状态3前从压缩机14中释放的压缩空气量，这可提高设备10的总效率。同样地，在状 态4期间，供气调节阀20as开启，而排气调节阀20be关闭。这样，在状态4期间，在筛床12A 装载前，压缩空气从筛床12B流到筛床12A(当状态1重复时)。在上面表1示出的实施例中，状态2和4的持续时间(交叠时间)比状态1和3 持续时间(加压时间)明显短。例如，状态2和4的持续时间(交叠时间)不超过大约1.5 秒或者不超过大约0. 6秒，而状态1和3的持续时间(加压时间)可至少为大约四(4)秒 或者至少大约五(5)秒。例如，当使用者需要时(例如剂量设定和/或呼吸速率)，选择性地，持续时间可改 变和/或其他参数保证该改变。可替代的是，当控制器22开始编程和/或随后运行时，持续 时间(加压时间和交叠时间)可被固定。在两种情况下，时间或者时间常量可存储在与控 制器22连接的闪型存储器或者其他存储器中。如果期望的话，例如经由在最初制造期间、 在随后的运行环境和/或在使用期间时间，经由串联，时间常量可调节，而新的数值可储存 在存储器内。例如，所希望的是，当容器18内的压力(“容器压力”或者Pres)增加时，减少状 态1和3持续时间(加压时间)。当容器压力增加时，较高的压力可驱动穿过排空孔口 18 的更多气体，减少了需要从装载中筛床12A、12B排放排气需要的时间量。可形成公式来根 据容器压力确定最佳的时间(加压时间)。例如，该公式可基于线性关系估计加压时间=k*Pres(2)其中k为常量，可在理论上或者凭经验确定。可替代的是，可例如基于经验性测试 得到更复杂的公式。状态2和4的持续时间(交叠时间)也可在制造期间或者运行期间固 定或者调节，和/或如果期望的话，以类似方式在设备10操作期间呈动态。选择性地，一个或多个止回阀(未示出)可设置在排气管线(例如，在空气集管16 的排气通道68内或者联接到排气开口 92)。当设备10没有工作时，并经受变化的大气压力 和/或温度时，这种止回阀可阻止筛床12 “呼吸”。例如，如果SMC DXT阀门为排气调节阀 20e控制，则它们可作为止回阀。然而在没有导向压力情况下，排气调节阀20e可能渗漏。 相对小的弹簧(未示出)可添加到这些阀门上，以阻止这种渗漏。可替代的是，一个或多个阀门(未示出)可与排空孔口 81平行或者代替排空孔口 81设置，即在筛床12的氧气入口 /出口端34之间延伸的管线上。在此替代方案中，设备 10可利用与如上所述那些相似的四个(4)状态循环操作。然而，在重叠时间期间或者在压 力循环结尾，并联的阀门可开启，以主动地控制筛床12的加压或者排空。
以下参考图17-20来论述根据本发明原理的用于确定目标压力和阀定时即装载/ 排空循环持续时间的技术。如在下面使用的那样，“阀门时间”是指在装载循环或者排空循 环期间。本发明设定阀定时，以便得到本发明的有益特征，即轻型、高输出、长电池寿命、流 动的氧气浓缩器。阀门时间在不同的氧气生产水平时凭经验最佳化。在筛床中较高压力产 生较短的理想阀门时间。可以认为，这是由于较高的压力产生穿过排空孔口的较高流量，这 使排气床排空更快。如在图17所示那样，在步骤290通过首先确定成品罐/容器18压力来确定阀门 时间，而其中的压力根据压力传感器114输出确定。应该注意，由于基本上相同，因此使用 罐/容器18来代替筛床压力。当然也可使用筛床压力。在步骤292中，阀门时间(ms)根 据在图18中如曲线294所图示的阀门时间和压力之间的关系确定。限定阀门时间并与曲 线294对应的公式如下定义阀门时间(ms) = 9OOO-压力 X3OO(3)在步骤296中，在步骤232计算的阀门时间被低通过滤，以使其数值稳定一段时 间，同时在步骤298中设置阀门时间。对阀门时间低通过滤的目的是阻止其变化太突然，否 则可能导致不稳定和不良的系统性能。这样，装载时间和排空时间根据在步骤298确定的 阀门时间设定。在每个床循环之间，当两个加压阀开启并且两个排气阀关闭时，有较短(400ms) 的时间。这允许仍然没有耗尽氧气的增压空气从完成加压循环的床输送到刚开始循环的 床，减弱了需要的压缩机气流以及因此减小了能量。目前，这个时间是固定的，然而它可相 对于系统压力略微地调节，用于获得最佳性能。由于筛床因种种原因可失去平衡，例如，排空孔口非对称、不同的筛元件、处理阀 性能等等，同时由于这可损害系统性能，本发明设想的是监控在每个筛床中峰值产物罐压 力以及跟踪这些最高压力的峰值比值。由于在每个阶段，平均成品罐压力可能不会表现出 筛床压力，因此在本发明的典型实施例中，选择峰值成品罐压力。在每个阶段期间第一部 分，成品罐压力更多受前面床而不是当前那个的压力影响。在传统的浓缩器中，成品罐压力用作触发参数，以代替时间使循环切换。这弥补了 在筛床中的差值。由于本发明具有变化的浓缩器输出，因此这在本发明的便携式氧气浓缩 器中不起作用。在本发明中，阀门时间需要调节，例如，当压力较高时使该时间较短。如果 压力用来切换床阶段，则本发明将不可能使用压力控制压缩机电动机电压。例如，电机转速 将降低，同时阀门时间变成获得目标压力所必需的数值。本发明设想利用比例积分控制环路来调节阀门时间，以使峰值比值趋向单一(1)。 如果第一筛床在比第二筛床较高峰值压力下运行，则第一筛床的阀门时间缩短，以使峰值 压力靠近。2.把氧气输送到使用者浓缩氧气存储在容器18中，同时筛床12A、12B把氧气与环境空气隔离，借此，设备 10可能用来把浓缩氧气输送到使用者。如上所述，控制器22可联接到氧气输送阀116上， 用于开启和关闭氧气输送阀，以把氧气从容器18输送到设备10的使用者。在典型的实施例中，控制器22可周期性地开启氧气输送阀116，用于预定“脉冲”。 在脉冲输送期间，氧气“丸剂”输送给使用者，也就是说，氧气输送阀116开启预定的脉冲持续时间，而此后关闭，直到下一个丸剂被输送。可替代的是，控制器22可开启氧气输送阀 116，用于连续输送，例如，节流氧气输送阀，以调节输送给使用者的流速。在又一个替代方 案中，控制器22可周期性地开启以及节流氧气输送阀116预定时间，以改变输送的丸剂量。在一个实施例中，在控制器探测一个事件后，例如探测使用者开始吸气时，控制器 22可开启氧气输送阀116。当该事件被探测后，氧气输送阀116可开启预定的脉冲持续时 间。在此实施例中，脉冲频率或者间距(在氧气输送阀连续开启之间的时间)可由使用者 呼吸频率(或者其他事件间距)决定并与之对应。输送给使用者的总体氧气流速因此基于 脉冲持续时间和脉冲频率。选择性地，控制器22可延迟开启氧气输送阀116预定时间，或者延迟在使用者开 始吸气后延迟，例如，以使输送给使用者的氧气量最大化。例如，此延迟可用来使在吸气的 “功能”部分期间的供氧最大化。吸气的功能部分是其中吸入大部分氧气通过肺吸收到血流 的部分，而不是只用于充填例如肺内的解剖死腔。已经发现的是，吸气的功能部分可以是大 约每次呼吸的上半部分和/或第一个六百毫秒(600ms)。这样，在探测吸气后预定延迟可以 在大约二十和一百五十毫秒(20-150ms)之间。这样，这对于探测早期吸气起始以及开始迅速地输送氧气以在吸气功能部分期间 输送氧气特别有用。使用者通过他们的鼻子呼吸可产生相对强的压降，例如在管内大约一 厘米水(IcmH2O)的压降。然而，如果使用者通过他们的口腔呼吸，则他们可产生在0.1厘 米水(0. IcmH2O)的压降。例如，假定五伏特(5V)的激励电压，压力传感器122的输出敏感度可以是大约 320uV/cmH20o因此为0. IV的压降(例如来自通过口腔的吸气)。如果控制器22包括具 有一千增益的放大器(未示出)，该放大器将形成大约三十二毫伏(32mV)的放大信号，这可 在十(10)比特五伏特(5V)模数(A/D)转换器中提供六次计数。如上面解释的那样，压力传感器122可出现漂移问题，这使控制器22识别吸气开 始以及开启氧气输送阀116困难。一个解决方案是当设备10关闭时，重新设定压力传感器 122或者对其置零。然而，该压力传感器可以是热敏的，从而该压力传感器可形成大于触发 电平的漂移。如上所述，可替代的是，小阀门(未示出)可联接到压力传感器122上，其中 该小阀门可周期性地开启，以例如在氧气输送阀116开启并且输送氧气时对压力传感器重 新设置或者置零。在更进一步的替代方案中，同样如上所述，相对小的孔口可设置在压力传感器122 和氧气输送阀116之间，这在氧气输送期间，例如在脉冲象一百毫秒(IOOms)那样短的期 间，可允许压力传感器重新设置或者置零。在再一个替代方案中，控制器22包括对来自压 力传感器122信号过滤的硬件和/或软件，以确定使用者开始吸气的时间。在此替代方案 中，控制器22需要足够地敏感，以例如当使用者使用不同的呼吸技术时正确地触发氧气输 送阀116。例如，一些使用者习惯皱起嘴唇呼吸，例如通过他们的鼻子吸气并通过皱起嘴唇 呼出。在呼吸技术期间，控制器22不会探测将表示吸气即将开始的呼气信号。也可使用滤除算法，以区别吸气开始和呼气的递减速度，这可能误导控制器在呼 气长期间内触发氧气输送(这是浪费的)。此外或者替代的是，控制器22的滤除算法需要 在长呼吸期间“挡住”，例如，以避免在相对长的单个吸气期间输送多个脉冲。例如，如果控 制器设计成在它探测预定阈值以下压降时开启氧气输送阀116，则它可在单个吸气期间开启该氧气输送阀两次(这也是浪费的)。在此情况下，在吸气后滤除算法时间被感测例如至 少大约1. 5秒。可替代的是，控制器22可在固定的也就是说不依赖于使用者呼吸频率或者可动 态地调节的脉冲频率开启氧气输送阀。例如，该控制器可基于监控两个或更多前面呼吸的 平均或者瞬时间隔或者频率，预期吸气而开启氧气输送阀116。在又一个替代方案中，控制 器可基于这些参数组合来启闭氧气输送阀116，例如基于使用者的呼吸频率，然而如果最小 的预定频率没有遇到，则开启氧气输送阀。对于脉冲输送，该脉冲持续时间可基于由使用者选择的剂量设定值。通过这种方 式，在给定的特定剂量设定值下，每当氧气输送阀116开启时，基本上相同的氧气量可输送 给使用者。该剂量设定值可以是使用者选择的定量或者定性的设定值。定性的剂量设定可 涉及刻度盘或者一个或多个按钮(例如在使用者接口 144上)，这种刻度盘或者一个或多个 按钮允许使用者在从一到十(1-10)或者从最小值到最大值之间的范围选择的刻度尺上。 控制器22可把定性设定值与期望流速或者丸剂尺寸相关联，例如与设备10最大流量容力 相关联。例如，该设置值可与设备10可供应浓缩氧气范围内的点对应，例如在设备最大容 量的零和百分之一百之间(0-100%)。例如，对于设备10可使用例如在大约六和十六每分 钟升之间(6-161pm)的最大流率(或纯氧等效流速)。可替代的是，可使用例如在大约十和 一百五十毫升(10-150ml)之间或者在大约十和八十毫升(IO-SOml)之间的最大丸剂体积。定量的设定可允许使用者选择期望流速(例如用Ipm表示)，这可以是实际的 浓缩氧气流速或者等效的纯氧流速，或者期望的丸剂体积(例如毫升)。可选择的流速 或者体积也可通过设备10的容量限制，这与定性设置类似。有关利用基于体积的剂量设 置系统而不是推断连续流动当量值的另外信息可在P. L. Bliss、R. W. McCoy和Α. B. Adams 的 Characteristics ofDemand Oxygen Delivery Systems :Maximum Output and Setti股Recommendations (需求氧气输送系统的特点最大输出和设置推荐)中找到，呼吸 护理2004年第49(2)期第160-165页，其中该文章的全部内容在这里通过参照方式引入。当剂量设置值增加时，脉冲持续时间也增加，例如从大约五十到五百毫秒 (50-500ms)，以在每个脉冲期间输送预定的丸剂。如果使用者的呼吸频率保持基本上恒 定，则该脉冲频率也可保持基本上恒定，从而使输送给使用者的总体流速增加。然而，在实 际使用期间，使用者的呼吸频率例如可基于活动程度、环境条件等等改变。例如，对于肺病 患者的呼吸频率可从大约十三到四十(13-40)呼吸每分钟变化，或者从大约十八到三十 (18-30)呼吸每分钟变化。因此，设备10能够把这些频率的脉冲输送到使用者。由于例如设备10的便携式浓缩器具有相对小的尺寸，可出现剂量设置值和使用 者的呼吸频率超过设备容量的情况。这样，对于任何给定的剂量设置值，也就是说每次呼吸 的特定体积(例如ml)，该设备可具有最大呼吸频率，在此最大呼吸频率下，设备可在期望 的剂量设置值输送氧气。如果对于特定的剂量设置值，超过最大呼吸频率，则设备可以一个或者多个方式 响应。例如，设备10可包括警告使用者这样一个事件出现时间的警报器，举例来说视觉和/ 或音频的警报器。这可警告使用者以及如果必要的话，该使用者可通过休息等使其呼吸频 率放慢。
此外或者可替代的是，设备10可改变输送参数，以把输送量保持在设备最大流速 容量附近，例如大约900ml/min或者大约1，200ml/mino为此，在给定的使用者呼吸频率下， 控制器22计算可输送的丸剂大小(例如通过呼吸频率把最大流速分割或者利用查找表格) 并因此调节脉冲持续时间(和/或节流氧气输送阀116)。例如，假定在预定时间，例如最 近三十秒(30seC)，控制器22探测使用者具有大约二十三(23)次呼吸每分钟的呼吸频率， 同时剂量设置值为输送四十毫升(40ml)每次呼吸，则产生的流速920ml/min将设备超过 900ml/min的能力。因此，控制器22可减少脉冲持续时间，以例如通过减少脉冲持续时间至 少大约(1900/920)或者大约百分之二(2%)而把流速减少到等于或低于900ml/min。当选择用于脉冲输送的体积流速时，也可同时考虑一个或多个附加因素。例如，较 高的流量在插管内可能形成较大回压，使流量控制更困难，特别是在如便携式氧气浓缩器 的相对低的压力系统中，这与这里描述的设备10类似。选择性地，设备10可以使效率最大化的方式操作，例如，以减少能量消耗并延长 设备电池寿命。这可增强使用者的机动性，例如，允许他们较长时间内保持不依赖于外部电 源。可与几个变量有关，以确定操作设备10需要多少能量。自变量是速度或者压缩机 14功率，这可消耗设备使用功率的差不百分之多九十五(95% )。压缩机的速度可通过控制 器22控制，并基本上是电池148功率的脉冲宽度调制(“PWM”)，也就是说，功率需要越多， PWM工作循环就越高。可使用电机40的闭环速度或者扭矩控制，然而可能不是必需的。在过程循环期 间，当压力增加时，由于较高的转矩要求，压缩机14电机速度可减少。这可导致需要的总能 量均勻，使电流峰值最小化。在过程循环期间，当筛床进给阀开启而筛床/成品罐压力向目标压力增加时，电 机没有控制到固定速度。相反，电机转速被允许降低，然而，设置给电机的电流/功率受限 制。通过限制电机的电流/功率，这使电池消耗即电池寿命最大化。由于电池放电电流降 低，并因此电池工作时间增强/最大化，所以如此。PWM可表达为从零到百分之一百(0-100%)的百分比，零对应于压缩机14关 闭，而百分之一百对应于压缩机在它的最大速度下操作。在实践中，存在可达到的最小 值，在最小值以下压缩机14可能不运转，因此，真实的范围可以是大约四十到百分之一百 (40-100% )。在这里的公式假定关系是线性的，这就提供了充分近似法。可替代的是，根据 理论和经验计算可推导出更详细的公式，例如，可利用控制器22内存储器的非线性方程或 者查找表格来实现。PWM可通过监控容器压力(容器18内压力)和以及控制压缩机的电机40来保持 目标容器压力。例如，控制器22可联接到容器内的压力传感器114上，以监控该容器压力， 而控制器可因此调节电机的PWM。该目标容器压力可以是不变的，例如在制造或者运行期间 设置，或者可以是动态的，例如，被改变以保持目标氧气纯度和/或其他参数，如在本说明 书其他地方进一步描述的那样。可替代的是，可监控多个变量，可对电机40进行控制以在 选定的目标保持多个变量。例如，可基于剂量设置使和使用者呼吸频率来选择目标容器压力。在典型的实施 例中，目标容器压力在大约五和十五平方英寸磅(5-15psi)之间或者在大约六和十二平方英寸磅(6_12psi)之间。可选择的是，如下面进一步解释那样，目标压力可基于其他参数调 节，例如氧气纯度。使用者呼吸频率可通过控制器22例如基于来自压力传感器122的压力读数确定。 当使用者吸气(例如从图9A和9B所示的切口 133、137和沟道135抽取氧气)时，压力传 感器可探测压力减少。控制器22可监控压力传感器122探测压力减少时的频率，以确定呼 吸频率。此外，控制器还可使用通过压力传感器120探测的压力差。当剂量设置值增加时，使用者呼吸频率增加，和/或电池电压下降，产品容器压力 可倾向于下降。为了弥补此压降，PWM可增加。这样，可选择目标容器压力，同时控制器22 可实现控制环路，以保持此目标容器压力。图19示出了设备10控制压缩机14中电机40速度的过程的实例。本发明控制电 机40的速度以便在成品罐或者容器18中保持平均目标压力。应该注意的是，电机转速没 有被感测或者确定，如果完全监控的话，只为提供信息目的而进行。还应该注意的是，电机 转速本身没有被控制。相反，在图19中示出的过程用来调节为电机提供的电压，这可能改 变或者可能不改变电机转速，例如视电机经受的转矩而定。在步骤300中，需氧量(分钟体积)由脉冲或者剂量设置值和平均病人呼吸频率 来确定。在步骤302中，根据在此步骤中给出的关系，分钟体积用来计算目标成品罐压力 (目标压力)。在分钟体积和目标压力之间的关系在图20中以曲线303图示出。较高的目 标压力需要较高的氧气产物。该目标压力已经凭经验确定成足够高，带有一些安全系数，来 在分钟体积范围内产生氧气。该目标压力通过产品输出纯度更进一步慢慢地修改(在整个工作时间)。此修改 系数称为“02因子”。参见图19中步骤304。O2因子具有1的最小值，以便最初默认目标压 力值不能减少(如避免纯度传感器漂移)。然而在步骤302中，如果纯度不断地在标准纯 度以下运行较长时间，例如88%，则压力可增加一个增加的O2因子。这样做例如以允许由 于水负荷导致筛床长期老化。如在步骤306中所示那样，比例积分控制环路用来基于平均 的时间来保持在成品罐中此目标压力。压缩机电机加速(如在步骤308中所表示那样，通 过低通滤波器慢慢地)，以形成较高的成品罐压力，并如果压力比目标高时减速。如在步骤 310中所示那样，PWM用来控制速度，其中该速度电机看作为变化电压。由于在PWM上有低通滤波器，在整个筛床循环，提供到电机的电能保持相对固定。 因此，当筛床压力在循环中提高时，由于压力负荷(转矩)增加，压缩机被允许减慢。此依 次导致在需用功率方面波动比如果固定速度(rpm)作为目标时少。较高的电能将是工作激 烈的结果，以在增加的压力负荷下保持固定的rpm。产生的较低的电能波动意味着较低的峰 值电池电流，这导致电池寿命(持续时间)增加。计算PWM以保持成品罐压力，其中该PWM被通过对系统电压改变而进行修改。这 样，如果PWM与在负荷(-13伏特)时的电池一起正确地设置，同时AC外部电源(18V)接上， 则电机转速保持基本上相同，只有轻微跳越。本发明设想然而不需要利用通过氧气传感器118监控的氧气纯度来控制电机的 速度。氧气纯度的变化可受筛床12内筛床材料状态、被抽进设备10内填充筛床的环境空 气温度和/或湿度等等的影响。控制器22可具有存储在存储器中设定的目标氧气纯度，该 氧气纯度在大约85-93%之间，例如88%，并可监控由氧气传感器118探测的纯度。如果氧气纯度降低到目标氧气纯度以下，则控制器22可增加该目标容器压力，以补偿和提高氧气 纯度。这可触发控制器基于控制器使用的控制环路来增加PWM，以维持新的目标容器压力。这样，控制器22可修改PWM，也就是说压缩机14的电机40的速度，以把容器维持 在它的目标压力附近，其中该控制器可基于控制器监控的参数来修改目标压力。最大氧气生产速率取决于压缩机14的速度，而压缩机14速度又取决于来自电池 148的输入电压。为了有效地操作，对于设备10所希望的是，正当电池开始耗尽电能时，在 或者接近目标参数操作。对于4S4P锂电池，在电池负荷最后的电压可以是大约十一伏特 (11)。当此电池是新电池时(或者当设备10连接到外部电源)比较起来，该电压大约为 16. 8伏特。当电池148充足电时，为了阻止过剩氧气产生，所希望的是，对于压缩机14强加 最大速度，例如不超过大约2，500rpm。可替代的是，控制器22可允许此最大速度偶尔超过 预定安全限度，以减少对压缩机14破坏的危险。举例来说，对于输出每次呼吸六十毫升(60ml)的设备来说，可使用大约每分钟八 升(81pm或者大约133ml/s)的典型流速。88%氧气的等效体积大约是七十毫升(70ml)，而 脉冲持续时间将为大约0. 53秒。如果设备能够产生到大约1200ml/min，则在最大剂量设置 的最大呼吸频率将是大约每分钟十七(17)次呼吸。假定1:2的I:E比值，同时使用者每一 次呼吸的第一个百分之五十(50%)是功能性的(以及不是充填死腔)，则最少有效时间将 是0.60秒。在较高的呼吸频率下，由于最大生产速率，最大脉量(和脉冲持续时间)将较 低。由于设备10可在相对较低压力下操作，例如在大约五和十二平方英寸磅 (5-12psi)之间，则穿过设备内任何控制通道的流动将没有声音。因此，例如，如果由于使 用者连接的插管或者套管导致设备10的回压变化，则可导致在输送给使用者氧气的流速 上发生变化。在每分钟八升(81pm)，插管的阻力可在大约0.7和二平方英寸磅(0. 7-2psi) 之间，例如对于Hudson插管或者TTO导管差不多是这样。此增加的回压可使输送给使用者 氧气的流速减少差不多百分之二十五(25% )。为了允许在容器压力和下游压力(经由插管从容器18到使用者的压力)两者变 化，可使用以下算法。阀门“接通时间”可调节，以维持固定的脉量(通过选择剂量设置值 而设置)。容器压力可在氧气输送阀166关闭期间测量，而例如在氧气输送阀116开启时， 可使用压力传感器120来测量穿过氧气输送阀116的压力。阀门接通时间或者脉冲持续时间(在表2中输送时间)可作为剂量设置值系数来 设置，其中通过氧气纯度调节，以得到实际体积、容器压力和穿过氧气输送阀116的压降。 在表2中示出了可用于这些计算的公式，包括可能用来操作设备10的典型的控制参数。
表2在替代实施例中，阀门(未示出)与压力调节器类似。它代替控制下游的表压力， 控制穿过位于具有输送阀的下游管内孔口的压降。通过这种方式，不管下游压力如何，均可输送相同流速，而在选定脉冲持续时间产生的体积基本上是恒定的。当使用者例如通过下压接通/停机开关或者下压例如在使用者接口 144的触摸屏 上“按钮”时决定关掉或者关闭设备10时，对于设备所希望的是，自动地完成程序，以保护 设备。例如，如果关机后增压空气保持筛床12中，则空气的水可凝结或者由筛床材料吸收， 这会破坏筛床材料。还所希望的是，把筛床12与大气条件基本上隔离，例如，当设备10遇 到变化的大气压力和/或温度时阻止筛床“呼吸”。任何这种呼吸均可把空气引入筛床或者 从筛床排出空气，这样会把水气弓I入筛床材料。当设备10正在关闭时，氧气输送阀116可关闭，以中断从容器18的供氧。供气调 节阀20s可自动地关闭(当电能截断时主动地或者作为默认)，例如，同时排气调节阀20e 开启。在第一预定时间后，例如在大约一百和三百毫秒(100-300ms)之间，压缩机14可关 闭。在关闭供气调节阀20s后，暂时地关闭压缩机14操作可留下集管16内的剩余压力，这 可在长时间内增强对调节阀20s关闭的保持。此压力可随着时间慢慢地漏泄。在第二预定时间后，例如在大约九和十二秒(9-12seC)之间，允许任何增压空气 从筛床12排放，该排气调节阀20e可关闭(当电能截断时主动地或者作为默认)。运送袋H.运输袋在图IA和IB中清楚地示出了设备10的总体外观。底部外表面由空气集管16限 定，相对顶部外表面由氧气集管102限定，一个端部的外表面由侧板59、159限定，相对的其 他端部外表面由筛床12和容器18限定，一个侧部外表面由板200限定，而相对的其他侧部 外表面由板202限定。在典型的实施例中，板200和202是相对薄的片材，例如塑料或者金 属。它们的主要作用是封闭设备的内部容积。然而，它们均可提供用于装置的结构支撑。本 发明还设想这些板可完全省略。可以理解的是，通过上述部件呈现的设备的外观在美学上没有令人喜欢，为设备 几乎没有提供保护，并对减少由设备产生的声音没有帮助。为了实现这些以及其他功能，本 发明设想提供一种运输袋210来装设备10。该运输袋210消除了对传统便携式氧气浓缩器 典型的外部塑料封闭体的需要，减轻了重量。在图21-23中示出了适合于此目的运输袋210的实例。袋210由轻型材料制成， 例如具有PVC涂层的聚酯，其中该袋210的形状大概与设备10的形状对应，并完全封装设 备。材料或者材料组合选择成耐用、轻质、防锈、耐水或者其任何结合。本发明设想的是，设备10和袋210紧固一起，以便设备容易从后面拆开。例如，螺 钉、螺栓或者其他紧固件可用于把该袋结合到氧气储存设备。这允许技术人员例如从设备 拆开袋，然而对于使用者将很难从袋中移开设备，以及阻止设备意外地降落或者从袋中滑 出。以这种方法，袋成为整个氧气储存设备的不可分割部分。袋210具有大概的矩形形状，以与设备10的形状匹配。然而，没有要求袋的形状 与其容纳的浓缩器形状匹配。袋210包括顶板或者舌212，这种顶板或者舌212可至少部分 地与袋其余部分分离，以允许进入袋内部。在示出的实施例中，拉链214设置在袋周边一部 分，以如图23所示允许顶板212开启，或者如在图21和22所示那样关闭。通过此进入，设 备可放置到袋中以及从其中移开。本发明设想在拉链214上设置锁具，以便顶板不能擅自 地开启。顶板212包括当其关闭时覆盖触摸屏显示器230的透明板216。此透明板具有足
34够的柔性，从而使用者可通过此板操作触摸屏用户接口。透明板216由耐水、耐用材料制 造，从而它可在不阻碍它的使用情况下有效地保护触摸屏。顶板还包括插管倒沟入口 218， 以便插管倒沟139贯穿袋壁。在典型的实施例中，例如氯丁橡胶的柔性材料设置在插管倒 钩入口 218周围，以阻止水进入，并允许在插管倒钩贯穿袋壁位置存在柔性。为了接近电池开口 140a和/或140b，电池槽220也设置在顶板212上。电池槽舌 222覆盖电池槽220上，并经由紧固机构保持在闭合位置，其中这种紧固机构例如为钩和环 紧固件、拉链、咬合件等。移动电池槽舌222可允许进入电池槽220，以便电池可设置在电池 槽中或者从其中移开。尽管在袋200中只示出了一个电池槽220和电池槽舌222，然而可以 理解的是，第二电池开口也可以进入并通过类似系统覆盖。然而，如果只设置一个电池槽， 则第二电池开口可借助于敞开顶板212进入，如图23所示那样。袋210的端壁包括一个或多个入口切口 226，当设备10位于袋内时，该入口切口 226覆盖入口开口 160a、160b上。格网或者其他网屏228设置在入口切口 226上，以阻止较 大物质进入入口开口 160a、160b。在典型的实施例中，在袋内部或者外部或者在两者，过滤器容纳穴也设置在入口 切口 226上面，用于保持在入口开口 160a、160b上面放置的抛弃式过滤器。在又一个实施 例中，该袋设计成到达入口开口 160a、160b的空气流径是弯路，并在向下方向敞开，以阻止 水进入到袋内部。本发明还设想的是，袋200包括可固定到袋上或者可从该袋上拆卸的携带把手或 者系带224。该袋还包括孔232。孔、把手或者系带的数目、大小、位置和结构可以任何方式 变化，以适合使用者的需要，这些需要包括设置内部孔穴或者凹口。减震器或者其他隔离物可设置在该运输袋壁的一个或多个内表面上。选择性地， 袋200可包括衬垫或者其他吸声材料，以有助于使袋外部声音最小化。换句话说，该袋本身 可由减音材料制成或者装有减音材料，或者可在关键位置包括声音衰减材料，以使声级保 持在最小水平。此外，泡沫垫或者其他支撑/减震材料可设置在袋内部的底部上或者在袋 其他位置上，以支撑设备10。在典型的实施例中，相对高密度的泡沫垫可设置在袋的每个 下角落上，用于保护设备10，而在其他地方使用较低密度的泡沫材料，以使重量最小化。此 外，该袋的底部可带有高强度、不透水材料，例如橡胶，以保护袋底部，而该底部可料到要经 受最大的磨损。I.触摸屏用户接口图24-32示出了在设备10使用期间设置在用户接口 144上的显示信息，也就是说 视觉信息。更具体地说，这些图示出了设置在触摸屏230上的信息。当装置关闭时，显示器 为空白。如图24所示，当一旦触摸屏230被触摸，则出现接通/关闭图标240。激活该设备 需要触摸接通/关闭图标240，使该系统进入到激活状态。触摸触摸屏其他位置不会启动设 备。这样，激活该装置需要在触摸屏上两次触摸，其中第二次触摸在触摸屏的特定位置上。 本发明的此“双触摸”特征阻止了设备的不需要或者非故意的激活。一旦激活，该系统可显示预定信息，例如公司徽号、广告、用户指令、诊断信息、误 差信息、用法信息等等。图25示出了在启动时可设置在触摸屏上的信息。如图25所示，触 摸屏230包括表示目前设备运行软件版本的字段242、表示设备已经使用小时数目的字段 246以及表示任何误差码的字段248，其中该误差在诊断过程期间被探测，而该诊断过程在较早前和/或在装置启动期间已经进行。图26示出了在设备10打开后设置在典型触摸屏230上的信息。如此图所示，触 摸屏230包括接通/关闭图标240、脉冲剂量或者流量设置指示250(在示出实施例中为数 字“1”)以及电池图标252。可以理解的是，流量设置指示250的尺寸相对较大，也就是说 足够大以占据整个触摸屏的20-80%。这能够让使用者容易在视觉上识别流量设置值。在 本发明的典型实施例中，流量设置图标的实际高度至少是二分之一英寸而实际的宽度至少 是四分之一英寸。在典型的实施例中，高度至少为1.25英寸，而每个数字的宽度是二分之 一英寸或者更大。此外，在典型的实施例中，电池图标252至少为1/2英寸宽和至少3/4英 寸高。电池图标252是实心的电池形状图象，这表示原电池被插入电池开口 140a中，同 时该电池充满电。将理解的是，如果二次电池被插入二次电池开口 140b中，则第二电池图 标显示在触摸屏230的另一侧上(例如参见图28)。这能够让使用者迅速和方便地确定什 么电池插入到电池开口中以及在每个电池中剩余的寿命。图27示出了以呈现在电池中剩余能量(或者用掉)形式的电池图标252。在此实 施例中，电池图标具有右字段260和左字段262。这些字段用来提供关于电池的更详细信 息。例如，在这个实施例中，右字段260表示充电量(例如在示出实施例中为75% )，而左 字段262表示电池是否在充电。在示出的实施例中，直条以一些方式卷动或者活动，以表示 正在进行电池充电。在触摸屏230还显示交流电源图标266，以表明设备连接到交流电源上图28示出了表明由电池图标252a和252b指示那样的两个电池插入到电池开口 的典型显示图象。从此显示图象中可以理解的是，在电池开口 140b中的二次电池是充足电 的(左电池图标252b)，而在电池开口 140a中的原电池几乎放空(右电池图标252a)并且 正在充电。触摸屏230还包括直流电源图标270，这表示设备是否连接到直流电源上，例如 经由汽车适配器供应的那种。为了改变流量设置值，使用者必须首先按压流量设置指示图标250。在很短时间 后，例如2-6秒，流量设置值改变图标272和/或274显示，在图29和30中示出了其中的 实例。注意在图29中只示出了一个流量设置值改变图标，由于“1”是最小的流量设置值， 从而流量设置值只得增加，而不降低。驱动流量设置值改变图标将使设备对输出流量改变。 新的流量设置值被显示。流量设置值改变图标将保持在屏幕上一个较短时间，例如2-6秒， 或者直到流量设置值指示图标250被再次按压。如上所述，设备10包括如果监视变量超过阈值时进行音响报警或者其他警报的 能力。图31和32示出了当探测到报警状态时触摸屏230外观的实例。在探测到报警出现 时，表示警报特性的报警图标显示在触摸屏上。注意流量设置值指示图标250的尺寸已经 减小，以较好地示出报警图标。在示出的实施例中，报警状态没有探测到使用者呼吸。这例 如可在使用者停止利用装置时出现。还设置了如果报警状态导致声音报警的声音报警图标278。声音报警图标278用 来通过仅仅触摸那个图标而把声音报警打开或者关闭。在图31中，声音报警打开，而在图 32中，声音报警停止。图33为示出了设置在触摸屏230上的报警图标的图表。以下是在此图表中列出 的每个报警条件的简要讨论。
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没有呼吸报警-当30秒或更多的时间里没有探测到呼吸时，此报警出现。一旦呼 吸被探测到，此报警将停止。如果在大约5分钟后没有探测到呼吸，则该单元将关闭以节约 能源。氧浓度报警_当设备10没有输送规定氧气浓度时此报警出现。高呼吸速率报警_此报警通知使用者呼吸速率开始超过设备能力。当呼吸速率减 少时该报警本身将重新设定。技术故障/ 一般故障报警_当此报警出现时装置关闭。当电池用完或者装置具有 一般故障以及单元不再正确地操作时出现此报警。声音报警图标_当声音报警出现时此图标出现。按压此图标来停止声音报警。报警停止图标_当使用者按压声音报警图标以停止声音报警时出现此图标。电池低位报警_当电池寿命剩余大约17分钟时电池图标闪烁。电池耗尽报警_表示电池寿命剩余大约2分钟。可以理解的是，本发明不想局限于图中示出和/或在这里描述的图标和字段。其 他信息也可以实际上的任何形式设置，包括动画和声音。此外，可设置信息组合。通过利 用单个触摸屏显示来设置大量的功能，本发明避免了对单独或者专用输入/输出装置的需 要。例如，随动装置一般地用于传统的氧气浓缩器，并可在本发明中被淘汰，本发明赞成利 用触摸屏230，以实现它们功能中的每一个接通/停机开关、流量设置值按钮、流量设置值 指示(流量计或者数字指示器)、操作状态报警LEDs以及电力和/或电池指示器。本发明还设想在触摸屏230上提供隐藏图标，这些图标可激活，以获取一些功能， 其中这些功能只应当通过具有授权操作的某人执行，如技术人员。例如，没有通过任何图标 表示的触摸屏230 —部分可在启动期间变成有效。按压那部分屏幕提供了服务/设置菜单 的入口，这允许使用者执行高级特征，例如校准氧气传感器。J.性能比较设备10具有几个特征，对于给定尺寸、规格、重量和声级，能够使其比传统的便携 式氧气浓缩器从而AirSep Lifestyle和肌收缩原浓缩器提供更好的氧气输出方面性能。例 如，设备10包括高输出、高效率的3头径向空气压缩机/电机，在典型的实施例中，重量只 有516克(1. 141bs)。此外，对于设备的其他特征，选择集成、轻质部件。在典型实施例中的 筛床中小罐具有0. 020英寸壁厚。此外，通过提供具有集成气体流路的空气集管和氧气输 送集管，并使这些集管限定用于其他部件的结构支撑，部件的总数、复杂性、尺寸和重量最 小化。通过利用触摸屏代替传统分离的使用者控制件，使尺寸和重量最小化。此外，运输 袋200促进了减轻重量和噪音。PSA过程对于最低电能/最高氧气输出是最佳的(即(a) 氧气浓度减小为88% ； (b)改变循环期限峰值压力恰好到12psig)。通过利用两个内部电 池还允许设备10具有相对较大的便携式电源。这些设计优化的结果是本发明的便携式氧气浓缩器具有超出传统便携式氧气浓 缩器以外的性能。图34为列举了本发明特征的表格，其中与目前宣传的作为便携式氧气浓 缩器的四个其他传统装置相比不同，本发明使用两个电池。可从图34示出图表中推导出的一个重要参数是氧气产量和电池寿命与单元总重 量的比值。此参数如下确定
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RODff = (O2输出*持续时间)/总重量(4)其中O2输出是100%氧气输出，这由公式(1)和/或图12中表格中确定，持续时 间是对于给定量电池的设备的工作寿命，而重量是包括所有部件的单元总重量。以下表3 提供对于使用1、2或者3个电池(每个重量1. 51bs)和现有便携式氧气浓缩器的本发明设 备的RODW。 表3对于InogeruAirS印LifeStyle和Airs印Freestyle装置，根据装置操作的测量 值和/或转变为100%氧气等效物的类似装置来估算O2输出，这些都在图34中示出。例如 对于Sequal装置，使用来自公式(1)和/或图12示出的图表的校正系数，氧气输出必须转 换为100%氧气等效值。更具体地说，SeQual装置在91%氧气纯度具有3. Olmp的输出。把 这个数值转换为100%纯度等效值可以如下完成3. 0/1. 13(1. 13是使用91%纯度级别从 图12中选择的)，以形成2. 651pm的100%纯度等效值。从表3中可以理解的是，本发明的设备具有比现有装置更大的Rmw。这意味着与其 他便携式氧气浓缩器相比，本发明设备在实际产量上以及产生氧气能力上非常有效率。对 于每磅设备，本发明的氧气浓缩器比现有装置提供长时间的较高的氧气流量。K.声音与电池寿命比图35为示出了各种的性能标准，这些性能标准用于在不同的脉冲设置值下使用 两个电池的设备10。从观察此图可以理解的是，本发明的设备具有较长的工作寿命，并以相 对较低的声级实现这个目的。例如，本发明的装置在小于50分贝噪声级下持续至少10小 时。此图表还清楚地显示在脉冲设置值和设备性能之间的关系，设备性能例如氧气的分钟 体积、氧气浓度、在呼吸期间的气体丸剂尺寸、声音、功率和电池寿命。在此图表中，“最大” 电池工作时间是电池的理论最大值，而“标称”电池工作时间是可在以下正常操作条件下通常得到的典型或者公开的工作时间。为了更好地理解在本发明中工作寿命(持续时间)和声音组合是如何优越于现有 装置的，研究规定持续时间/声级的持续时间与声音比值(RDS)。以下表4汇总了本发明和 现有便携式氧气浓缩器的RDS。 表 4可以理解的是，使用两个电池的本发明提供了比现有装置明显高的持续时间与声 t 匕。L.重量最佳化显然，电池的尺寸对便携式氧气浓缩器总重量和操作持续时间有影响。添加到设 备上电池尺寸越大，单元操作就越长，而这是所希望的特征。然而，把电池添加到设备上将 使其更重，这又不是所希望的特征。本发明的便携式氧气浓缩器具有使用一个或者两个电 池操作的能力，允许使用者确定对于期望的操作时间而添加多少重量。在典型的实施例中，每个电池的重量大约是1.51bs。没有任何电池的设备的重量 大约是7. 81b。在设备使用一个电池的情况下，便携式氧气浓缩器的总重量大约是8. 31b。 因此可以理解的是，使用一个电池，单独电池的重量大约是设备总重量的17.6%。在设备使用两个电池的情况下，便携式氧气浓缩器的总重量大约是9. Slbs0因此， 可以理解的是，使用两个电池，电池单独重量大约是设备总重量的30. 6%。下面的表5汇总 了上面提供的信息，此外还示出另外的1. 51b电池包如何对设备重量有影响。
表 5从观察表5中可以理解的是，本发明的便携式氧气浓缩器对于至少八小时的持续 时间能够提供比较高的氧气输出(0. 901pm)，同时总电池重量只是系统总重量的30. 6%。在传统的便携式氧气浓缩器中，压缩机的重量一般地占系统总重量的相对较大百 分比。如上所述的压缩机以相对小的重量提供高的输出。下面表6示出了压缩机重量如何 对系统总重量有影响。 表6M.氧气节约装置在如上所述的实施例中，单个内腔插管用来把气体流输送到使用者。该插管用来 感测在压力和/或流量上的变化，以便装置可探测氧气丸剂输送的时间。根据压力传感器 122测量的压力，控制器22使氧气输送阀116控制气体流量，以便它只在呼吸周期吸气阶段 期间输送给病人。这是一个装在设备10中的电子节约器。本发明还设想的是，电子压力传感器和电子阀可由单个内腔气动氧气节约装置 代替。气动的氧气节约装置具有的优点是，它不需要电能以使气体流只在吸气期间输送， 这样节约了电池寿命。气动适用于本发明的氧气节约装置的实例在第5，881，725号、第 6，484，721号、第6，568，391号和第6，752，152号美国专利中公开，每个或者所有文件的内 容在这里通过参照引入。本发明设想的是，对于气动氧气节约装置，双内腔插管系统可用于替换如上所述 单一内腔系统。在双内腔气动系统中，在插管中的一个内腔用来把气体输送到病人，而另一 个内腔与例如鼻孔的气道流体连通，以感测使用者的气流和/或压力。流量和/或压力传 感器联接到插管的另一端。在此实施例中，在设备10上可能需要第二个尖形物或者倒钩， 而流量传感器、压力传感器或者两者可联接到第二个倒钩上。本发明还设想的是，氧气节约功能可以单独的氧气节约装置设置，不固定在氧气 浓缩系统10中，该装置可以是电子或者气动的。换句话说，电子或者气动的氧气节约器可 设置在设备10外部或者与之分开的位置。在图36中，示出的氧气浓缩系统500包括容纳 在罩内的氧气浓缩器10和电子或者气动的氧气节约器502，其中该氧气节约器与氧气浓缩 器罩物理隔开。氧气节约器可包括紧固件、系带、卡环或者其他装置，以使氧气节约器能够 固定到使用者身上、袋210上以及或者成为袋一部分，例如运输系带224。在此示出的典型 实施例中，一段插管504把氧气节约器502与氧气浓缩系统500隔离。另一个插管506把 来自氧气节约器502的气体连通到使用者(未示出)。如果期望的话，氧气浓缩系统10可设置在运输袋210中。用于本发明氧气浓缩系统的这个结构避免了设备10的额外重量、复 杂性和能量消耗。当期望时，单独的氧气节约器还可以是固定在设备10上的模制装置和/或运输箱 210。图37示出了氧气浓缩系统510，其中氧气节约器512有选择地固定到设备10上。例 如，氧气节约器512包括用于接纳倒钩139的凹穴，可设置一个机构把氧气节约器结合到设 备10上，从而它们可互相隔离。在示出的实施例中，运输袋514设置成把氧气浓缩系统510 和氧气节约器512两者封装起来，其中插管516从袋中伸出。图38示出了氧气浓缩系统520，其中氧气节约器522有选择地固定到设备10上， 并容纳在还装有设备10的运输袋524中。在该实施例中，运输袋524包括容纳设备10的 第一腔室526和容纳氧气节约器522的第二腔室或者口袋528。如果不需要氧气节约器522 的话，这可让使用者把口袋528放空或者用于其他目的。设置应急接头插管530或者其他 气动连接件，以把氧气浓缩系统的出口与氧气节约器入口连接。设置输送插管532以把来 自氧气节约器522的富氧气体连通到使用者。在液化或者转运充填系统中的使用N.在液化或者流动装填系统中使用本发明设想把设备10作为其他类型氧气产生/输送系统的一部分或者与之结合。 例如，设备10可用于液化系统，该系统产生用于使用者消耗的液态氧。如图39所示，典型的 液化系统550包括氧气浓缩器10，其中该氧气浓缩器10提供用于液化到低温致冷系统552 的气体，这使气体温度等级降低，导致氧气从气体改变到液体。液态氧可保存在容易被使用 者运输的储存容器554中，这种容器一般称为“喷水工”(dewer)。使用者可如箭头556所 示从储存容器中或者由箭头558所示从氧气浓缩器输出端呼吸气态氧，或者两者都有。这 能够让使用者具有用于运输和消耗的一定量的液态氧。可设置选择性的阀，来控制富氧气体流动到使用者或者低温致冷系统552，以便气 体输送给使用者或者低温致冷系统552或者同时输送给两者。此外，内部“喷水工”可设置 在液化系统中，以即使当便携式“喷水工”不固定到系统时也使该系统产生液态氧。当便携 式“喷水工”连接到液化系统时，来自内部“喷水工”的液态氧可设置到该便携式“喷水工” 上。适用于本发明的液化系统的实例在第5，893，275号、第5，979，440号、第6，212，904号、 第6，314，957号、第6，651，653号、第6，681，764号和第6，698，423号美国专利中进行了描 述，这些文件中内容在这里通过参照方式明确引入。例如压缩机、筛床等设备10的特征以及操作可结合到液化系统中，从而氧气浓缩 器和例如制冷系统的液化系统的部件组合成公共装置。由于本发明的设备10提供具有相 对高的氧气流量输出量和长时间电池寿命的轻质浓缩器，在液化系统中设备10的包含物 提供一种这样的液化系统，其中该系统能够通过使用者流动也就是说运输，并在没有交流 电源情况下操作。本发明还设想的是，设备10可与液化系统其余部分分离。这能够使液化 系统的每个部件更容易分别运送。设备10还可以用于流动装填系统580，其中在图40中大略地示出了该系统。流动 装填系统是压缩例如浓缩氧气的系统，并把压缩气体提供到储存容器中，例如便携式氧气 瓶。在典型的流动装填系统中，来自氧气浓缩器10的氧气供应到例如活塞式压缩机的压缩 机582中，在这里它被压缩到比较高的压力，例如该压力从1500到3500psi。压缩气体提供 能够由使用者携带或者运输的便携式储存容器584。如箭头588指示那样，该使用者可呼吸
41来自储存容器584或者来自氧气浓缩器(设备10)的气态氧，或者如箭头588所指示那样 呼吸来自氧气浓缩器(设备10)的气态氧，或者两者均可。这能够让使用者具有一定量的 高压氧用于运输和消耗。可设置选择性的阀以控制流向使用者或者压缩机582的富氧的气体流，以便该气 体输送到使用者或者压缩机或者同时输送给两者。此外，内部储存容器可设置在流动装填 系统中，以即使当该便携式储存容器不固定到系统中时使系统产生高压的富氧的气体。当 该便携式储存容器连接到流动装填时，来自内部储存容器的富氧的高压气体可供应到便携 式储存容器中。在第5，071，453号、第5，354，361号、第5，858，062号、第5，988，165号、第 6，302，107 号、第 6，446，630 号、第 6，889，726 号、第 6，904，913 号和第 6，923，180 号以及第 02473650247365A2号欧洲专利申请中描述了用于本发明的流动装填系统的实例，这些文件 中内容在这里通过参照方式明确引入。例如压缩机、筛床等设备10的特征以及操作可结合到流动装填系统中，从而氧气 浓缩器和例如高压压缩机的流动装填系统的部件组合成公共装置。由于本发明的设备10 提供具有相对高的氧气流量输出量和长时间电池寿命的轻质浓缩器，在流动装填系统中设 备10的包含物提供一种这样的流动装填系统，其中该系统能够通过使用者流动也就是说 运输，并在没有交流电源情况下操作。本发明还设想的是，设备10可与流动装填系统其余 部分分离。这能够使流动装填系统的每个部件更容易分别运送。0.噪音减弱为了使设备10尽可能平静，本发明设想用于减少设备产生声音的若干技术。声音 可从便携式氧气浓缩器不同部分产生。一个这种来源是气体流入到设备以及在设备作为流 动。为了遏止由于此流动产生的噪音，本发明设想在通道62-68中提供声障。这种声障的 实例包括从通道壁延伸到通道中的突起或者倾斜突出物。声音另一个来源是压缩机14。来自压缩机的声音被认为来自与压缩机部件运动有 关的声音以及通过压缩机操作引起振动而导致的声音。为了遏止由于压缩机部件运动导致 的声音，本发明设想在压缩机入口或者其附近提供一种消声器。在入口的消声器阻止或者 减弱压缩机内产生的噪音回到入口通道并从压缩器入口流径发出。如图41所示，本发明还设想提供一种覆盖或者放在压缩机至少一部分的压缩机 套350。在示出的实施例中，压缩机套350包括多个板352，在图41中只示出了和/或见到 其中一个。板352设置在压缩机14上，从而每个板布置在每个压缩机端盖46之间并覆盖 凸轮组件42，其中在图5A中示出了凸轮组件42。板352由吸音材料制成，并使用一些技术 直接地或者间接地固定到压缩机上。在示出的实施例中，板只覆盖压缩机端盖之间的区域， 以阻止热积聚。然而，可以理解的是，板尺寸、形状和位置可改变。例如，本发明设想提供在 整个压缩机周围设置压缩机套350。在示出的实施例中，压缩机14直接安装到空气集管16上。压缩机直接安装到集 管上可把振动从压缩机传递给集管，这可导致噪音产生。为了阻止这种振动传递，本发明设 想在压缩机14和固定压缩机的集管(在图37中未示出)之间设置隔离器360。在典型的 实施例中，隔离器360由例如橡胶的柔性管限定，设置在每个压缩机端盖入口和出口。在压 缩机14操作期间发生在压缩机的振动通过隔离器360被阻止传递到集管。P.电池寿命最佳化
在本发明典型的实施例中，便携式氧气浓缩器在蓄电池中使用锂离子电池，一起 称为蓄电池包，向系统的各种部件提供电能。锂离子电池具有已知的放电速率特征，在图42 中示出了其中的实例。X轴是mA-hr或者mili-ampere X小时。在OmA-hr，锂离子电池剩 余100%电能，而在2100mA-hr，电池剩余0电能。在此图中的每条直线370、372、374和376 在不同的放电电流电压如何随着时间减小(逐渐大的mA-hr)。在此图表中，产生的电流从 0. 42-4. 2A改变10倍。产生的电流越大，用于消耗相同能量的电压就越低(mA-hr)。在本发明的设备10中，在筛床加压期间，从电池包产生的电流被限制在大约4安 培或者更少。然而，电池包具有在8安培放电的能力。通过把峰止电流限制到4A，结果是通 过把产生的电流限制到最大电流的一半而将避免在直线370操作，而替代的是，在直线372 操作。如图42所示，直线372、374或者376相对类似，从而当设备在该电流范围操作时在 运行时间上有最小的减少。只有当电流增加到直线370时，出现工作时间显著减少。本发明的设备把PSA过程和电机最大电流与在锂离子电池中所固有的放电特性 匹配，以便该设备从电池包中“挤出”全部能量，从而实际的运行时间接近最大的理论运行 时间。此外，当两个蓄电池(电池)用于电池包时，从每个电池产生的电流进一步限制，从 而每个电池以甚至更低的当前直线操作，例如直线374或者376。尽管为了说明的目的根据目前认为是最实用和优选的实施例已经详细描述了发 明，然而应该理解的是，这种详细只是为了该目的和发明不局限于公开的实施例，而相反， 是用来覆盖在附加权利要求书精神和范围内的各种改型和等同方案。例如，应该理解的是， 本发明设想，在可能的程度上，任何实施例的一个或多个特征可与任何其他实施例的一个 或多个特征结合。
权利要求
一种压缩机(14)，包括可围绕中心轴线旋转的曲轴(41、49)；在大致一个平面内围绕中心轴线隔开的多个隔膜组件(46)，该隔膜组件包括可移动地安装到相应壳体上以至少部分地限定腔室(56)的隔膜(50)；以及在相应的隔膜和曲轴之间延伸的多个杆(44)，该杆联接到曲轴上，从而该杆沿着中心轴线互相轴向地偏置，并联接到隔膜上，用于当曲轴围绕中心轴线旋转时循环地增加和减少腔室内压力。
2.如权利要求1的压缩机，其中该多个隔膜组件包括三个隔膜组件。
3.如权利要求2的压缩机，其中该三个杆包括在平面内基本上垂直中心轴线延伸的中 心杆(44B)、包括分支从而联接到平面以下的曲轴上的下杆(44a)以及包括分支从而上杆 联接到平面以上的曲轴上的上杆(44c)。
4.如权利要求1的压缩机，其中曲轴可围绕中心轴线可偏心旋转，以便使杆横切中心 轴线往复运动，并使隔膜朝向和离开中心轴线移动。
5.如权利要求1的压缩机，其中杆可通过位于曲轴周围相应的轴承而可旋转地联接到 曲轴上。
6.如权利要求1的压缩机，其中压缩机重量不超过大约两磅。
7.如权利要求1的压缩机，其中该压缩机具有来自大约二十平方英寸磅(20psi)隔膜 组件的最高压力输出。
8.如权利要求1的压缩机，其中该压缩机具有小于大约一百七十立方英寸(170in3)的 体积。
9.如权利要求1的压缩机，其中该压缩机具有不超过大约三十六平方英寸(36in2)的覆盖区。
10.如权利要求1的压缩机，还包括电机(40)，其中该电机包括联接到曲轴上的输出 轴，该输出轴限定中心轴线。
11.如权利要求10的压缩机，其中电机包括基板(45)，隔膜组件固定到基板上。
12.如权利要求11的压缩机，其中隔膜组件包括底面以及与腔室连通的输入和输出端 口(59)，该输入和输出端口从底面延伸。
13.如权利要求12的压缩机，其中底面限定底部平面，该输入和输出端口从底部平面 延伸，用于把输入和输出端口连接到空气集管上，从而把隔膜组件直接地紧固到空气集管 上。
14.如权利要求1的压缩机，其中多个杆中的每根杆包括第一端部和第二端部(71)，第 一端部包括位于曲轴周围的环(73)，而第二端部(71)联接到相应的隔膜上，环在曲轴上轴 向地堆叠。
15.如权利要求14的压缩机，其中杆包括在曲轴和环之间的轴承(77)。
16.如权利要求1的压缩机，其中每个隔膜组件包括与腔室连通的入口和出口端口 (59)以及入口和出口阀(54)，当曲轴围绕中心轴线旋转，使得腔室内压力减小以及增加 时，入口和出口阀(54)用于分别控制穿过入口端口流入腔室以及穿过出口端口从腔室流 出的流量。
17.如权利要求1的压缩机，其中每个隔膜组件包括盖(53)、头部(55)和固定器(57)，盖(53)包括与腔室连通的入口和出口端口(53)；头部(55)包括入口和出口阀(54)，用于 分别控制穿过入口端口流入腔室以及穿过出口端口从腔室流出的流量；固定器(57)用于 把隔膜可移动地安装到头部上。
18.如权利要求17的压缩机，还包括联接到入口和出口端口上用于把压缩机安装到表 面上的隔离器(360)，该隔离器对传输到表面上的振动或者声进行减弱。
19.如权利要求1的压缩机，其中多个压缩机和杆包括(2N+1)个压缩机和杆，其中N是 大于零(0)的整数。
20.如权利要求1的压缩机，还包括位于邻接隔膜组件之间的套(350)，以减少噪音。
21.一种压缩机(14)，包括电机(40)，包括限定中心轴线的输出轴(41)；曲轴(49)，其中该曲轴可旋转地联接到输出轴上，从而输出轴的旋转导致曲轴相对于 中心轴线偏心地旋转；围绕中心轴线隔开的三个头部(46)；以及三根杆(44)，这三根杆在相应的头部和曲轴之间延伸，从而曲轴的旋转使杆相对于轴 线横向地移动，用于以循环为基础把环境空气循环地抽入到头部以及从头部中把压缩空气送出o
22.如权利要求21的压缩机，其中三个头部包括三个隔膜组件，而隔膜组件包括可移 动地安装到相应壳体上以至少部分地限定腔室的隔膜(50)，同时三个杆在相应的隔膜和曲 轴之间延伸，从而曲轴的旋转使杆位移，并使隔膜相对于壳体移动，用于分别对腔室内的压 力增加或者减少，以把环境空气抽入到腔室中并把压缩空气从该腔室中排出。
23.如权利要求21的压缩机其中头部彼此基本上共面，并且杆联接到曲轴上，从而这 些杆沿着中心轴线彼此轴向地偏置。
24.如权利要求23的压缩机，其中杆包括第一端部，第二端部(71)，第一端部包括位于 曲轴周围的环(73)，而第二端部(71)联接到相应的头部上，环在曲轴上轴向地堆叠。
25.如权利要求24的压缩机，其中杆包括在曲轴和环之间的轴承(77)。
26.如权利要求21的压缩机，其中该三个杆包括在平面内基本上垂直中心轴线延伸的 中心杆、包括分支从而联接到平面以下的曲轴上的下杆以及包括分支从而联接到平面以上 的曲轴上的上杆。
27.如权利要求21的压缩机，其中压缩机重量不超过大约两磅。
28.一种压缩机(14)，包括包括限定中心轴线的输出轴(41)的电机(40)；曲轴(49)，其中该曲轴可旋转地联接到输出轴上，从而输出轴的旋转导致曲轴相对于 中心轴线偏心地旋转；围绕中心轴线隔开的(2N+1)个隔膜组件(46)，该隔膜组件包括可移动地安装到相应 壳体上以至少部分地限定腔室的隔膜；以及(2N+1)根杆(44)，这些杆在相应的隔膜和曲轴之间延伸，从而曲轴的旋转使杆相对于 中心轴线横向地移动，用于相对于壳体使隔膜移动，以对腔室内的压力循环地增减，其中N 是大于零(0)的整数。
29.一种便携式氧气浓缩器(10)，包括3用于从空气中吸收氮气的多个筛床(12A，12B)，该筛床包括空气入口 /出口端和氧气 入口/出口端；与该筛床的氧气入口 /出口端连通的至少一个容器(18)，用于对从筛床的氧气入口 / 出口端排出的氧气进行储存；以及用于把空气以一个或者更多期望压力输送到筛床空气入口 /出口端的压缩机(14)，该 压缩机包括电机(40)、三个隔膜组件(46)和杆(44)，电机联接到限定中心轴线的曲轴(49) 上，三个隔膜组件围绕中心轴线隔开，杆(44)在相应的隔膜和曲轴之间延伸。
30.如权利要求29的便携式氧气浓缩器，还包括在压缩机和筛床空气入口 /出口端之间的一组阀门(20)；以及控制器(22)，该控制器联接到阀门上，用于有选择地打开和关闭阀门，交替地通过穿过 空气入口 /出口端把压缩空气输送到筛床中，以使氧气从氧气入口 /出口端排放到容器内 而填充筛床，同时通过从筛床穿过空气入口 /出口端把加压氮气排出而使筛床排空，其中 氧气经由排空孔口从被填充的筛床经过被排空的筛床，以辅助把氮气从正在排空的筛床中 排出。
31.如权利要求29的氧气浓缩器，还包括在其中限定多个通道的空气集管(58)，其中 这些通道与隔膜组件以及筛床空气入口/出口端连通。
32.如权利要求31的氧气浓缩器，其中隔膜组件直接地安装到空气集管上。
33.如权利要求29的氧气浓缩器，其中压缩机重量不超过大约两磅。
全文摘要
本发明提供一种压缩机(14)，适用于便携式氧气浓缩器(10)中。在一个典型的实施例中，压缩机包括可围绕中心轴线旋转的曲轴(49)和在大致的平面内围绕该中心轴线隔开的多个隔膜组件(46)。隔膜组件包括可移动地安装到相应壳体上以至少部分地限定腔室的隔膜(50)。多个杆(44)在相应的隔膜和曲轴之间延伸。杆联接到曲轴上，从而该杆沿着中心轴线互相轴向地偏置，并联接到隔膜上，用于当曲轴围绕中心轴线旋转时循环地增加和减少腔室内压力。
文档编号F04B1/00GK101932831SQ200780020410
公开日2010年12月29日 申请日期2007年4月2日 优先权日2006年4月3日
发明者彼得·L·布利斯, 斯科特·C·海尔普林, 查尔斯·R·阿特拉斯 申请人:伟康公司