BRPI0709728A2

BRPI0709728A2 - compressores e métodos para uso

Info

Publication number: BRPI0709728A2
Application number: BRPI0709728-0A
Authority: BR
Inventors: Peter L Bliss; Charles R Atlas; Scott C Halperin
Original assignee: Oxytec Medical Corp
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2012-06-26
Also published as: WO2007118055A9; EP2010307A2; US7736132B2; AU2007234856A1; AU2007234856B2; WO2007118055A3; US20080053310A1; JP2009532184A; WO2007118055A2

Abstract

COMPRESSORES E MéTODOS PARA USO. Um compressor (14) adequado para o uso em um concentrador de oxigênio portátil (10). Em uma modalidade exemplar, o compressor inclui uma manivela (49) giratória em torno de um eixo central e diversos conjuntos de diafragmas (46) distanciados em torno do eixo central geralmente em um plano. Os conjuntos de diafragmas incluem diafragmas (50) montados de forma móvel nos respectivos alojamentos para pelo menos parcialmente definir as câmaras. Diversos bastões (44) se estendem entre os respectivos diafragmas e a manivela. Os bastões são acoplados à manivela de forma que os bastões sejam contrabalançados axialmente um em relação ao outro ao longo do eixo central e são acoplados aos diafragmas para aumentar e diminuir ciclicamente a pressão nas câmaras na medida em que a manivela gira em torno do eixo central.

Description

"COMPRESSORES E MÉTODOS PARA USO"

Reivindicacâo de Prioridade

Sob as provisóes de 35 U.S.C. § 119(e) este Pedido de patente reivindica o beneficio de Pedido de patente US provisorio nos. 60/788,916, depositado em 3 de abril de 2006; 60/744,164, depositado em 3 de abril de 2006; 60/744,197 depositado em 3 de abril de 2006; 60/744,271, depositado em 4 de abril de 2006; e 60/744,272, depositado em 4 de abril de 2006.

Área Técnica

A presente invençâo refere-se geralmente a compressores, a concentradores de oxigênio portáteis incluindo os compressores, e produçâo e utilizaçâo dos compressores, por exemplo, para comprimir o ar puxado para dentro dos concentradores de oxigênio, e para produzir e utilizar os concentradores de oxigênio.

Histórico da Invençâo

Os pacientes com doenças pulmonares precisam freqüentemente de oxigênio suplementar para melhorar seu conforto e/ou qualidade de vida. Fontes estacionárias de oxigênio estâo disponíveis, por exemplo, linhas de oxigênio em hospitais ou outras instalaçôes, que podem fornecer oxigênio para pacientes. Para permitir alguma mobilidade, cilindros de oxigênio puro e/ou concentrado podem ser fornecidos para que um paciente possa carregar ou ainda levar com ele, por exemplo, em carros de puxar. Tais cilindros, entretanto, têm volume limitado e sâo grandes e pesados, limitando a mobilidade do paciente.

Equipamentos portáteis foram sugeridos que concentram oxigênio do ar ambiente para fornecimento de oxigênio suplementar. Por exemplo, os aparelhos de absorçâo de variaçâo de pressâo ("PSA") sâo conhecidos que separado nitrogênio do ar ambiente, distribuindo um fluxo de oxigênio concentrado que podem ser armazenados em um tanque ou distribuido diretamente para pacientes. Por exemplo, as Patentes US N°. 5.531.807; 6.520.176; e 6.764.534 divulgam concentradores de PSA portáteis de oxigênio. Da mesma forma, o aparelho e os métodos para fornecimento de oxigênio seriam úteis.

Publicaçâo US No. 2005/0072298 divulga um concentrador de oxigênio portátil que inclui um compressor náo-recíproco, especificamente um rolo o compressor É divulgado ñas Patentes US N°. 5.759.020 e 5,632,612. A Patente US No. 5.730.778 divulga urna válvula giratoria e o sistema compressor para uso em um concentrador de oxigênio. Da mesma forma, os compressores, por exemplo, para uso em concentradores de oxigênio portáteis, seriam úteis.

Divulqacáo da Invençâo

Da mesma forma, é um objeto da presente invençâo fornecer um compressor que, em urna modalidade exemplar, inclui urna manivela giratoria em torno de um eixo central e diversos conjuntos de diafragmas distanciados em torno do eixo central geralmente em um plano. Os conjuntos de diafragmas incluem diafragmas montados de forma móvel nos respectivos alojamentos para pelo menos parcialmente definir as cámaras. Diversos bastôes se estendem entre os respectivos diafragmas e a manivela. Os bastôes sâo acoplados à manivela de forma que os bastôes sejam contrabalançados axialmente um em relaçâo ao outra ao longo do eixo central e sâo acoplados aos diafragmas para ciclicamente aumentar e diminuir a pressâo ñas cámaras na medida em que a manivela gira em torno do eixo central.

Em modalidades exemplares, o compressor pode pesar nâo mais do que aproximadamente 907 gramas, pode ter urna saída máxima de pressâo a partir dos cabeçotes de aproximadamente 1035 kPa (20 psi), pode ter um volume menor do que aproximadamente 2,788 L (170 in3), e/ou pode ter urna área de base de nâo mais do que aproximadamente 0,0234 m2 (36 in2).

Em urna modalidade, o motor pode incluir urna placa de base e os cabeçotes podem ser fixados à placa de base. Os cabeçotes podem incluir superficies inferiores e portas de entrada e saída se comunicando com as cámaras, as portas de entrada e saída se estendendo das superficies inferiores. Por exemplo, as superficies inferiores podem definir um plano inferior, e as portas de entrada e saída podem se estender a partir do plano inferior para conectar as portas de entrada e saída a um tubo de ar, portante diretamente fixando os conjuntos de diafragmas ao tubo de ar.

De acordo com outra modalidade, um compressor é fornecido que inclui um motor incluindo urna haste de saída definindo um eixo central, urna manivela rotativamente acoplada à haste de saída de forma que as rotaçôes da haste de saída fazem com que a manivela gire excéntricamente em relaçâo ao eixo central, très cabeçotes distanciados em torno do eixo central, e très bastôes que se estendem entre os respectivos os cabeçotes e a manivela de forma que a rotaçâo da manivela desloque os bastôes transversalmente em relaçâo ao eixo para ciclicamente puxar o ar ambiente para dentro e soprar o ar comprimido para fora dos cabeçotes em uma forma cíclica.

Em modalidades exemplares, os cabeçotes podem ser os conjuntos de diafragmas ou pistâo conjuntos. Os cabeçotes podem ser substancialmente coplanares em relaçâo um ao outra, e os bastôes podem ser acoplados à manivela de forma que os bastôes sejam contrabalançados axialmente um em relaçâo ao outra ao longo do eixo central.

De acordo com ainda outra modalidade, um compressor é fornecido que inclui um motor compreendendo uma haste de saída definindo um eixo central, uma manivela rotativamente acoplada à haste de saída de forma que as rotaçôes da haste de saída fazem com que a manivela girem excéntricamente em relaçâo ao eixo central, (2N+1) os conjuntos de diafragmas distanciados em torno do eixo central, os conjuntos de diafragmas compreendendo diafragmas montados de forma móvel nos respectivos alojamentos para pelo menos parcialmente definir as cámaras, e (2N+1) os bastôes que se estendem entre os respectivos diafragmas e a manivela de forma que a rotaçâo da manivela desloque os bastôes transversalmente em relaçâo ao eixo central se movam os diafragmas em relaçâo ao alojamento para ciclicamente aumentar e diminuir a pressâo ñas cámaras, onde N é um número inteiro maior do que zero (0).

De acordo com ainda outra modalidade, um concentrador de oxigênio portátil é fornecido que inclui diversos leitos filtrantes para absorver o nitrogênio do ar, os leitos filtrantes compreendendo terminais de entrada/terminais de saída de ar e terminais de entrada/terminais de saída de oxigênio, pelo menos um reservatório comunicando com os terminais de entrada/terminais de saída de oxigênio dos leitos filtrantes para armazenar o oxigênio que sai a partir dos terminais de entrada/terminais de saída de oxigênio dos leitos filtrantes, um compressor para distribuir o ar a urna ou mais pressôes desejadas para os terminais de entrada/terminais de saída de ar dos leitos filtrantes, o compressor compreendendo um motor acoplado a urna manivela definindo um eixo central, o compressor inclui très cabeçotes distanciados em torno do eixo central e os bastôes que se estendem entre os respectivos os cabeçotes e a manivela

Estes e outros objetos, qualidades, e características da presente invençâo, assim como os métodos de operaçâo e funçôes dos elementos relativos de estrutura e a combinaçâo de partes e economías de produçâo, tornar-se-á mais aparente com a consideraçâo da seguinte descriçâo e as reivindicaçôes anexas com referência aos desenhos anexos, todos os quais formam urna parte deste relatório descritivo, onde como as referências numéricas designam partes correspondentes ñas diversas figuras. Deve ser expressamente entendido, entretanto, que os desenhos sâo para fins de ilustraçâo e descriçâo apenas e nâo sâo pretendidos como urna definiçâo dos limites da invençâo. Como usadas no relatório descritivo e ñas reivindicaçôes, a forma singular de "um", "urna", "o" e "a" incluem as referências no plural a menos que o contexto claramente dite de outra forma.

Breve Descriçâo dos Desenhos

As FIGS. 1A e 1B sâo vistas superior e inferior em perspectivas, respectivamente, de urna primeira modalidade de um aparelho concentrador de oxigênio portátil de acordo com os principios da presente invençâo;

A FIG. 2 é urna vista expandida em perspectiva do aparelho das FIGS. 1A e 1B;

A FIG. 3 é um diagrama esquemático do aparelho das FIGS. 1A e 1B;

A FIG. 4 é urna seçâo transversal de um leito filtrante exemplar adequado para o uso no aparelho das FIGS. 1A e 1B;

As FIGS. 5A, 5B, e 5C sâo vistas em perspectiva, superior, e expandida, respectivamente, de um compressor adequado para o uso no aparelho das FIGS. 1A e 1B; A FIG. 6A é urna vista superior de segao transversal do compressor tomada ao longo da linha 6A-6A da FIG. 5A;

A FIG. 6B é urna vista lateral seccionada do compressor tomada ao longo da linha 6B-6B da FIG. 5B;

A FIG. 7 é urna vista superior de urna base tubular que define parte de um tubo de ar no aparelho das FIGS. 1A e 1B;

As FIGS. 8A e 8B sao vistas superior e inferior, respectivamente, de um cobertura tubular que se liga à base tubular da FIG. 7;

As FIGS. 9A e 9B sào vistas em perspectiva dos lados superior e inferior de urna base tubular que define parte de um tubo distribuidor de oxigènio no aparelho das FIGS. 1A e 1B;

As FIGS. 10A-10C sao vistas superiores, inferiores e laterals, respectivamente, de cobertura de leito filtrante que define parte do aparelho das FIGS. 1A e 1B;

A FIG. 11 é um gráfico mostrando a queda de pressáo de ar fluindo através de urna passagem na medida em que um tamanho da passagem aumenta com base em taxas de fluxo médias exemplares;

A FIG. 12 é um gráfico ilustrando a relagáo entre o razáo de fluxo e pureza do oxigènio;

As FIGS. 13 e 14 sao gráficos ilustrando o consumo de energia versus pureza;

A FIG. 15 é um gráfico ilustrando a relagáo entre saída de oxigènio e a pureza dos níveis de oxigènio;

A FIG. 16 é urna tabela de diversos critérios de desempenho do concentrador de oxigènio portátil da presente invengào a diferentes configurares de taxas de fluxo;

A FIG. 17 é um fluxograma ilustrando o processo para configurar o tempo da válvula usado no processo para orientar os leitos filtrantes;

A FIG. 18 é um gráfico ilustrando a relagáo entre o leito filtrante/pressáo do tanque de produto e o tempo da válvula;

A FIG. 19 é um fluxograma explicando o controle do motor no compressor usado no aparelho da presente invengáo;

A FIG. 20 é um quadro ilustrando a relagáo entre o volume por minuto e a Pressáo Alvo;

As FIGS. 21-23 sao vistas superiores em perspectiva do concentrador de oxigènio portátil mostrado alocado em urna bolsa de transporte mostrando diversos painéis tanto abertos como fechados;

As FIGS. 24-32 ilustram urna interface de usuàrio touch screen usada no aparelho da presente invengào;

A FIG. 33 é urna tabela dos diversos icones de alarme capazes de serem apresentados na interface do usuário;

A FIG. 34 é um quadra comparando o concentrador de oxigénio portátil da presente invengáo com os equipamentos existentes;

A FIG. 35 é um quadra mostrando diversos parámetros do aparelho da presente invengáo a diferentes configurares de fluxo;

A FIG. 36 é urna ilustragáo esquemática de um sistema de concentrado de oxigénio que inclui um concentrador de oxigénio e um equipamento de conservagáo de oxigénio que é separado do concentrador de oxigénio;

A FIG. 37 é urna ilustragáo esquemática de um sistema de concentragáo de oxigénio que inclui um concentrador de oxigénio e um equipamento de conservagáo de oxigénio dispostos em urna cámara comum em urna bolsa de transporte;

A FIG. 38 é urna ilustragáo esquemática de um sistema de concentragáo de oxigénio que inclui um concentrador de oxigénio e um equipamento de conservagáo de oxigénio dispostos em urna bolsa de transporte em cámaras separadas;

A FIG. 39 é um diagrama esquemático de um sistema de liquefagáo usando o sistema de concentragáo de oxigénio da presente invengáo;

A FIG. 40 é um diagrama esquemático de um sistema transfill usando o sistema de concentragáo de oxigénio da presente invengáo;

A FIG. 41 é urna vista em perspectiva de um compressor e técnicas de redugáo sonora para uso com o compressor;

A FIG. 42 é um quadra mostrando a taxa de descarga característica de urna batería adequada para o uso na presente invengáo; e

A FIG. 43 é um vista superior em segáo transversal de um compressor de oscilagáo em pistáo adequado para o uso no aparelho da presente invengáo;

As FIGS. 44A e 44B sáo vistas frontal e lateral, respectivamente, de um diafragma usado no compressor das FIGS. 5A-6C; e

A FIG. 45 é urna vista superior de segáo transversal de urna modalidade alternativa para um compressor adequado para o uso na presente invengáo.

Melhores Formas para se Realizar a Invencáo

As FIGS. 1A-3 ilustram um aparelho concentrador de oxigénio portátil 10 de acordo com os principios da presente invengáo. Geralmente, o aparelho 10 inclui diversos leitos filtrantes ou tanques 12A, 12B, um compressor 14, um o tubo inferior ou tubo de ar 16 definindo diversas passagens 62-68 no mesmo, um tanque de armazenamento ou o reservatório 18, um conjunto de válvulas de controle de ar 20 para criar um ou mais vias de fluxo através das passagens 62-68 no tubo de ar 16, e um tubo superior ou distribuidor de oxigénio 102. Um controlador 22 é acoplado ás válvulas de controle de ar 20 para seletivamente abrir e fechar as válvulas de controle de ar para controlar o fluxo de ar através do tubo de ar 16, e, conseqüentemente, através dos leitos filtrantes 12. O controlador 22 é também acoplado a um equipamento de entrada/saida 23 que é usado, por exemplo, para configurar os parámetros de operaçâo, tal como a taxa de fluxo de oxigênio, do aparelho.

Deveria ser observado que as válvulas de controle de ar sâo coletivamente referidas pelo uso da referência número 20, e sâo individualmente designadas como válvulas 20ae, 20as, 20be, 20bs. Da mesma forma, os leitos filtrantes sao coletivamente referidos pelo uso da referência numérica 12, e sâo individualmente designadas como os leitos filtrantes 12A e 12B. Deveria ser observado também que o controlador 22 é mostrado em comunicaçâo com os diversos elementos do aparelho 10 através de linhas tracejadas, e que apenas urna linha tracejada é mostrada entre o controlador 22 e a válvula 20bs para facilitar a ilustraçâo. No presente equipamento, o controlador 22 está em comunicaçâo com cada válvula de controle de ar.

Opcionalmente, o aparelho 10 pode incluir um ou mais componentes adicionáis, por exemplo, um ou mais válvulas de conferência, filtros, sensores, fontes de energia elétrica (nâo mostradas), e/ou outros componentes, pelo menos alguns dos quais podem ser acoplados ao controlador 22 (e/ou um ou mais controladores adicionáis, também nâo mostrados), como aínda descrito abaixo. Será apreciado que os termos "fluxo de ar", "ar", ou "gás" sâo usados aqui genericamente, embora o particular fluido envolvido possa ser ar ambiente, nitrogênio pressurizado, oxigênio concentrado, e similares.

A. Leitos Filtrantes

Referindo-se agora à FIG. 4, cada leito filtrante 12A ou 12B inclui um involucro externo 30, por exemplo, na forma de um cilindro oco alongado, incluindo um primeiro terminal ou de entrada/saída de ar 32 e um segundo terminal ou de entrada/saída de oxigênio 34. O involucro 30 pode ser formado a partir de material substancialmente rígido, por exemplo, plástico, tal como acrilonitrila butadieno estireno ("ABS"), policarbonato, e similares, metal, tal como aluminio, ou materiais compostos. Em modalidades exemplares, o involucro 30 pode ter um diámetro de entre aproximadamente dois e dez centímetros (2-10 cm), e um comprimento de entre aproximadamente oito e trinta centímetros (8-30 cm). Embora o involucro 30 seja mostrado tendo urna forma cilindrica arredondada, será apreciado que o involucro pode ter outras formas desejadas, por exemplo, que podem depender de critérios espaciais, de desempenho, e/ou estruturais. Por exemplo, o involucro 30 pode ter urna seçâo transversal de forma elíptica, quadrada, retangular, ou outras formas poligonais regulares ou irregulares (nâo mostrada).

O involucro 30 é pelo menos parcialmente preenchido com um meio de filtraçâo ou material filtrante 36 para fornecer um leito filtrante 12A, 12B capazes de adsorver nitrogênio do ar distribuido para dentro do leito filtrante sob pressâo. Para manter o material filtrante 36 no involucro 30, o leito filtrante inclui discos ou placas 38a e 38b adjacentes a cada um do primeiro e secundário terminais 32, 34 do invòlucro, respectivamente. As placas 38a e 38b sâo distanciados urna da outra para definir um volume desejado entre as placas 3 no involucro 30. Por exemplo, o volume desejado pode ser entre aproximadamente cento e cinco mil e seiscentos centímetros cúbicos (150-600 cm3), que podem ser preenchidos com material filtrante 36. Em urna modalidade exemplar, o volume de material filtrante 36 em cada leito filtrante 12A, 12B é aproximadamente 0,7216 L (44 in3), como explicado ainda abaixo.

As placas 38 podem incluir urna ou mais aberturas ou poros (nâo mostrados) através das mesmas para permitir o fluxo de ar através das placas. Por exemplo, as placas podem ser formadas a partir de plástico sinterizado, fornecendo, portanto, poros no material plástico que sâo menores do que o tamanho do grao de material filtrante 36, portanto permitindo o fluxo de ar através das placas. Alternativamente, as placas 38 podem ser formadas a partir de plástico, metal, ou materiais compostos tendo diversos furos ou poros formados através das mesmas. Por exemplo, os furos podem ser criados quando as placas sâo formadas, por exemplo, por moldagem das placas e furos simultaneamente. Em outra alternativa, as placas 38 podem ser formadas como painéis sólidos, por exemplo, cortadas a partir de matéria-prima, moldadas, etc., e os furos podem ser criados através dos painéis, por exemplo, por perfuraçâo, corte a laser, e similares.

Geralmente, os leitos filtrantes 12 sâo preenchidos de forma que nâo haja substanciáis lacunas no material filtrante 36, por exemplo, de forma que o material filtrante é substancialmente empacotado entre as placas 38. O leito filtrante resultante, que inclui os componentes mostrados na FIG. 4 apenas, pesa entre aproximadamente 0,1134 - 0,6804 kg cada.

Na modalidade mostrada, a placa inferior 38a é substancialmente estacionária, por exemplo, fixada ao primeiro terminal 32 do involucro 30, por exemplo, por um ou mais conectores cooperantes ou fixadores (nâo mostrados), adesivos, solda sónica, e similares. A placa superior 38b é disposta adjacente ao segundo terminal 34, ainda móvel no involucro 30. Por exemplo, a presente invençâo contemplou a predisposiçâo da placa superior 38b na direçâo da placa inferior 38a, por exemplo, por urna mola ou outra mecanismo de predisposiçâo 39, que comprime o material filtrante 36 entre as placas 38. Se o material filtrante 36 assenta ou de algum modo escapa do leito filtrante 12A, 12B, a placa superior 38b automaticamente se move para baixo na direçâo da placa inferior 38a para manter o material filtrante sob urna compressâo desejada. Esta compressâo evita que o material filtrante 36 se mova para dentro de outras áreas do aparelho 10 quando ele se pulverizar a partir da operaçâo e/ou podem contra-agir forças induzidas pelo fluxo que podem de outra forma fazer com que o material filtrante se fluidize.

A porosidade das placas 38 pode ser substancialmente uniforme ao longo da seçâo transversal de um leito filtrante 12, por exemplo, para assegurar que o fluxo para dentro e/ou fora do leito filtrante é substancialmente regularmente distribuido através da área do primeiro e o segundo terminais 32, 34. Alternativamente, a porosidade das placas 38 pode ser variada em um padrâo desejado ou apenas urna porçâo das placas pode ser porosa. Em ainda outra alternativa, as placas 38 podem ter urna parede sólida e podem incluir urna ou mais aberturas através das mesmas, por exemplo, em um padrâo desejado.

O material filtrante 36 pode incluir um ou mais materiais conhecidos capazes de adsorver nitrogênio a partir de ar ambiente pressurizado, permitindo, portanto, que o oxigênio seja extraído ou retirado de outra forma a partir dos leitos filtrantes 12. Materiais filtrantes exemplares adequados para o uso aqui incluem zeolite sintético, LiX, e similares, tal como UOP Oxysiv 5, 5A, Oxysiv MDX, Arkema N5, N51, ou Zeochem ZI0-06. Pode ser desejável se fornecer diversas carnadas de material filtrante 36 em cada leito filtrante 12A, 12B, por exemplo, fornecendo material filtrante com diferentes propriedades em carnadas entre o primeiro terminal 32 e o segundo terminal 34.

Por exemplo, ja que o material filtrante geralmente absorve água, que pode fazer com que algum material filtrante se deteriore, o material filtrante pode ser fornecido a primeiro terminal 32 que é capaz de absorver água sem substancialmente impactar em sua durabilidade e/ou capacidade de adsorver nitrogênio. Em urna modalidade exemplar, urna primeira carnada 36a é fornecida adjacente ao primeiro terminal 32 tendo urna profundidade, que é urna dimensâo que é paralela ao comprimento dos leitos filtrantes, que é entre aproximadamente dez e trinta por cento da altura geral de material filtrante, tal como material Oxysiv. Urna segunda carnada 36b é fornecida que inclui um material de adsorçâo de alto desempenho, tal como Oxysiv MDX. A segunda carnada 36b pode substancialmente preencher o restante do leito filtrante. Obviamente, urna ou mais carnadas adicionáis do material filtrante pode ser fornecida (náo mostrada) tendo propriedades desejadas. Assim, durante o uso, quando o ar ambiente entra no primeiro terminal 32 de leito filtrante 12A, 12B, a primeiro carnada 36a substancialmente absorve a umidade no ar, de forma que a segundo carnada 36b é exposta ao ar relativamente seco, portanto reduzindo substancialmente o risco de prejudicar o material filtrante da segundo carnada 36b. Tem sido determinado para Oxysiv MDX que entre aproximadamente 0,2268 - 0,6804 kg, e preferencialmente aproximadamente urna libra, do material filtrante por litro por minuto (Lpm) de produçâo de saída proporciona urna adsorçâo eficaz.

Embora dois dos leitos filtrantes 12A e 12B sejam mostrados ñas figuras, será apreciado que um ou mais dos leitos filtrantes podem ser fornecidos, por exemplo, dependendo do peso desejado, eficácia de desempenho, e similares. Informaçâo adicional sobre os leitos filtrantes e/ou materiais filtrantes que podem ser incluidos no aparelho 10 pode ser encontrada na Patente US No. 4.859.217, cuja divulgaçâo completa é expressamente incorporada por referência aqui.

B. Reservatório de Armazenamento de Gás e Conjunto Filtrante

De volta às FIGS. 1A, 1B, e 2, o reservatório 18 é um involucro tubular alongado 70 tendo um terminal inferior ou primeiro 94, que pode ser substancialmente fechado ou aberto, e um terminal superior ou segundo g6, que pode também ser substancialmente fechado ou aberto (por exemplo, se recoberto por um tubo ou outros componentes, como descrito em outro local aqui). Como mostrado, o involucro 70 tem urna forma irregular de vidro de relógio permitindo que o reservatório 18 seja aninhado entre e/ou adjacente aos leitos filtrantes 12A e 12B. Isso minimiza o espaço ocupado pelo reservatório 18 para ajudar a reduzir o tamanho geral do aparelho 10. Na modalidade ilustrada exemplar, o involucro 70 tem urna parede externa curvada 71 que se estende entre os leitos filtrantes 12A, 12B para fornecer ou definir urna superficie externa terminada para o aparelho 10, como melhor visto ñas FIGS. 1A e 1B. O involucro 70 é formado a partir de qualquer material adequado. Exemplos de tais materiais incluem plástico, tal como ABS, policarbonato, e similares, metal, tal como aluminio, ou materiais compostos, similar aos outros componentes do aparelho 10 descrito aqui.

Como mostrado ñas FIGS. 2 e 10A-10C, a presente invençâo contempla o fornecimento de um revestimento 80 para pelo menos parcialmente fechar terminal superior g6 do involucro 70. Revestimento 80 podem ser substancialmente ligado de modo permanente ou removível ao terminais secundários 34 dos leitos filtrantes 12A, 12B e/ou terminal superior g6 do reservatório 18, por exemplo, usando um ou mais conectares, fixadores, adesivos, solda sònica, e similares. O revestimento 80 inclui urna ou mais aberturas 82, 84 no mesmo para permitir que o oxigênio flua para dentro e fora dos leitos filtrantes 12A, 12B e/ou o reservatório 18, como explicado ainda abaixo.

Referindo-se à FIG. 10A, o revestimento 80 inclui um orificio de remoçâo 81 (mostrado em sombreado) para fornecer urna passagem comunicando diretamente entre os segundos terminais 34 dos leitos filtrantes 12A e 12B. O orificio de remoçâo 81 permanece continuamente aberto, portanto fornecendo urna passagem para que o oxigênio passe a partir de um leito filtrante para o outro, por exemplo, enquanto um leito filtrante é carregador e o outro é purgante, como ainda descrito abaixo. Em urna modalidade exemplar, o orificio de remoçâo 81 tem um tamanho de seçâo transversal precisamente determinado, por exemplo, diámetro de entre aproximadamente 0,0381 - 0,889 cm, ou aproximadamente 0,0508 cm, que é determinado com base em um ou mais fluxos ou outros critérios de desempenho dos leitos filtrantes 12A, 12B, como explicado ainda abaixo. Por exemplo, o orificio de remoçâo 81 é dimensionado de forma que entre aproximadamente dois e meio e dez litros por minuto (1,5-10 Lpm) de oxigênio, por exemplo, aproximadamente cinco litros por minuto (5 Lpm), flua através do orificio de remoçâo 81 em ambas as direçôes a urna pressâo diferencial de aproximadamente 258,75 kPa (5 psi) através do orificio de remoçâo.

A presente invençâo também contempla o fornecimento de urna válvula purgante (nâo mostrada) no orificio de remoçâo 81 para controlar o fluxo de gás entre os leitos filtrantes. Tal válvula purgante tem o efeito de variar o fluxo do orificio de remoçâo na medida em que os leitos sao alternativamente carregados e purgados.

Alternativamente, o orificio de remoçâo pode se estender entre os leitos filtrantes 12A e 12B através do reservatório 18. Por exemplo, o orificio de remoçâo pode incluir urna primeira passagem (nâo mostrada) que se estende ao longo do revestimento 80 que se comunica o leito filtrante 12A e o reservatório 18, e urna segunda passagem (também nâo mostrada) que se estende ao longo do revestimento 80 que se comunica o leito filtrante 12B e o reservatório 18.

Opcionalmente, se terminal inferior 94 do involucro 70 é aberto, um revestimento (nâo mostrado) também podem ser fornecidos para substancialmente fechar o terminal inferior do involucro. Tal revestimento, se fornecido, pode ser substancialmente ligado de modo permanente ou removível ao o terminal inferior do involucro. Alternativamente, a presente invençâo contempla o fechamento do terminal inferior 94 do involucro 70 por urna porçâo do tubo de ar 16, por exemplo, quando o reservatório 18 é montado sobre ou adjacente ao tubo de ar 16, como ainda descrito abaixo.

Em outra alternativa, o aparelho 10 pode incluir diversos reservatórios (nâo mostrados) que podem ser fornecidos a urna ou mais localizaçôes com o aparelho, por exemplo, colocados em diferentes localizaçôes onde o espaço se disponível, ainda minimiza o tamanho geral do aparelho. A presente invençâo contempla que os reservatórios sâo conectados uns aos outros através de um ou mais tubos flexíveis (nâo mostrados) e/ou através do tubo distribuidor de oxigênio 102 para permitir que oxigênio seja distribuido para e retirado dos reservatórios. Opcionalmente, nesta alternativa, urna ou mais válvulas podem ser fornecidas para controlar o fluxo de oxigênio para dentro e fora dos reservatórios.

Além disso, ou alternativamente, o aparelho 10 pode incluir um ou mais reservatórios flexíveis, por exemplo, bolsas ou outros recipientes que podem se expandir ou se contrair na medida em que o oxigênio é distribuido para dentro ou fora deles. Os reservatórios podem ter formas pré-determinadas na medida em que eles se expandem ou mais elasticamente expandem para preencher os espaços disponíveis no aparelho 10.

Opcionalmente, um ou mais reservatórios rígidos podem ser fornecidos que se comunicam com um ou mais reservatórios flexíveis (nâo mostrados), por exemplo, para preservar espaço no aparelho. Em outras alternativas, um ou mais reservatórios podem ser fornecidos como porçôes de um ou ambos os tubos de ar 16 e tubo distribuidor de oxigênio 102, ao invés de como um componente separado.

C. Compressor de Gás De volta as FIGS. 1A, 1B, e 2, com referencia adicional ás FIGS. 5A, 5B, e 6, urna modalidade exemplar do compressor 14 adequada para o uso na presente invengáo será agora descrita. Deve ser entendido que o compressor 14 pode qualquer equipamento capaz de puxar o ar ambiente para dentro do aparelho 10 e comprimir o ar para urna ou mais pressóes desejadas para distribuir aos os leitos filtrantes. Os compressores adequados incluem, mas nao sao limitados a, compressores do pistáo articulado (pino que conecta o bastáo ao pistáo), diafragma, pistáo de oscilagáo (pistáo fixado ao bastáo conector), rolo, linear, e cata-vento giratorio. Um exemplo de um compressor em pistáo de oscilagáo 400 adequado para o uso na presente invengáo é mostrado na FIG. 43.

Na modalidade mostrada ñas FIGS. 5A-6B, o compressor 14 é um que incluí um motor 40, um conjunto de seguidores 42 acoplado ao motor, hastes de direcionamento ou os bastóes 44 acoplados ao conjunto de seguidores, e diversos conjuntos de diafragmas ou cabegotes 46 acoplado ás hastes de direcionamento. O motor 40 pode ser um motor DC sem escova, tal como o Pittman 4413, que tem um peso relativamente baixo e vida operacional longa. Os bastóes 44 sáo individualmente referidos pelo uso das referéncias numéricas 44a, 44b, e 44c e sáo coletivamente referidos pelo uso da referencia numérica 44. De forma similar, os cabegotes 46 sáo individualmente referidos pelo uso das referéncias numéricas 46a, 46b, e 46c e sáo coletivamente referidos pelo uso da referencia numérica 46.

O motor 40 inclui urna haste de saída 41 definindo um eixo central 43. O motor 40 pode incluir urna placa de base, moldura, ou outro suporte 45 que se estendem a partir do alojamento 47. Como explicado ainda abaixo, o suporte 45 pode ser usado para firmar os conjuntos de diafragmas 46 diretamente ao motor 40, o que pode reduzir a vibragáo dos conjuntos de diafragmas. Esta construgáo pode também facilitar a instalado do compressor 14 para dentro de um concentrador ou outro equipamento, por exemplo, permitindo que o motor 40 e os cabegotes 46 possam ser pré-montados e entáo instalados como um único componente.

Como melhor visto na FIG. 5C, a haste de saída 41 é acoplada ao conjunto de seguidores 42 de forma que as rotagoes da haste de saída 41 fazem com que urna manivela 49 gire em torno do eixo central 43. Como mostrado ñas FIGS. 5B e 6B, a manivela 49 pode ser um barril cilindrico alongado incluindo urna sonda 51 em um terminal para receber a haste de saída 41 no mesmo. A manivela 49 pode ser firmada á haste de saída 41, por exemplo, por um arranjo de par fechadura e chave, um ajuste de interferencia, um parafuso configurado (nao mostrado), e similares. A sonda 51 pode ser um joelho do eixo central 43, de forma que a manivela 49 gire excéntricamente em torno do eixo central quando a haste de saída 41 é girada pelo motor 40. Será apreciado que outros arranjos podem ser fornecidos para se fixar a manivela 49 á haste de saída 41. Como melhor visto ñas FIGS. 5A-6B, cada conjunto do diafragma 46 incluí um alojamento 48, um diafragma 50 firmada para o alojamento para definir um cámara 52, e um conjunto de válvulas de conferencia 54 para permitir ar para ser puxado para dentro e forgado fora da cámara. O alojamento 48 pode incluir urna ou mais partes substancialmente rígidas fornecendo urna estrutura de suporte para o diafragma 50 e pelo menos parcialmente definindo a cámara 52. O alojamento 48 pode ser formado de plástico, tal como ABS ou policarbonato, metal, ou materiais compostos, por exemplo, feitos por modelagem, moldagem, maquinaria, e similares.

Cada do conjunto do diafragma 46 geralmente inclui urna cobertura 53 incluindo as portas de entrada e saída 59, um cabegote 55 incluindo as válvulas de entrada e saída 254, e um retentor 57 para montar o diafragma 50 ao cabegote 55. O diafragma 50, o cabegote 55, e o retentor 57 geralmente definem urna cámara 52 para dentro da qual o ar ambiente pode ser puxado e a partir da qual o ar comprimido pode ser distribuido em urna forma cíclica, como explicado em outro local aqui. Com referencia adicional ás FIGS. 44A e 44B, um aba externo ou outro perímetro 61 do diafragma 50 pode ser firmados entre o cabegote 55 e o retentor 57, enquanto permite que urna porgáo central 63 se mova.

O diafragma 50 é substancialmente ligado de modo permanente ou removível ao alojamento 48, por exemplo, usando um ajuste de interferencia, um ou mais conectores, fíxadores adesivos, e similares (nao mostrados), que podem fornecer um lacre substancialmente firme ao ar entre o diafragma e o alojamento. O diafragma 50 pode ser formado a partir de material flexível ou semi-rígído que pode repetidamente se afastar urna dístáncia desejada durante a operagáo do compressor 14, por exemplo, Monómero de Etileno Propileno Dieno ("EPDM") ou "BUNA" borracha (borracha sintética feíta pela polimerizagáo de butadieno), e similares, VITON, ou borracha de silicone líquido ("LSR") materiais tendo suficiente flexibilidade, resistencia, e/ou outras propriedades apropriadas. O diafragma 50 pode incluir suportes 65 para acoplamento do diafragma 50 a um bastáo associado 44.

Em modalidades exemplares, o alojamento 48 e o diafragma 50 podem ter segoes transversais quadradas ou retangulares (que se estendem para dentro da página da FIG. 6), por exemplo, entre aproximadamente 2,54 e 7,62 cm (1-3 in) em um lado. O alojamento 48 pode ter urna profundidade de entre aproximadamente 0,635 e 3,81 cm, portanto fornecendo a cámara 52 definindo um volume. Em urna modalidade exemplar, os conjuntos de diafragmas 46 tém urna segáo transversal quadrada com cada altura e profundidade sendo de aproximadamente duas polegadas (50 mm). Será apreciado, entretanto, que o alojamento 48 e o diafragma 50 podem ter outras formas de segáo transversal, por exemplo, circular, elíptica, e similares.

Como melhor visto ñas FIGS. 44A e 44B, o diafragma 50 pode incluir um porgáo periférica mais espessa 69 entre o aba externo 61 e a porgáo central 63, que podem aumentar a rigidez, e conseqüentemente eficácia, dos conjuntos de diafragmas. Por exemplo, a rigidez aumentada possa limitar o movimento da porgáo periférica 69 quando a porgáo central 63 do diafragma 50 é direcionada para dentro e para fora pelo bastáo 44, como explicado em outro local aqui. Alternativamente, como mostrado em sombreado a menor porgáo da FIG. 44B e indicada pela referéncia numérica 69', a porgáo periférica 69' pode incluir um espessura similar ou mesmo menor do que a porgáo central 63. Como mostrado, a porgáo periférica 69' pode também ser curvada ou ainda arredondada, por exemplo, para controlar o afastamento do diafragma.

O diafragma 50 é acoplado á haste de direcionamento 44 de forma que o diafragma 50 possa se mover para dentro e para fora em relagáo á cámara 54 na medida em que a haste de direcionamento seja recíproca ao longo de seu eixo longitudinal na diregáo oposta e na diregáo do conjunto de seguidores 42. Assim, o volume da cámara 54 pode ser aumentado e diminuido na medida em que o diafragma 50 se move na diregáo oposta e na diregáo da cámara para puxar o ar para dentro e forgar o ar para fora da cámara, respectivamente.

Opcionalmente, como mostrado na FIG. 6A, o alojamento 48 podem incluir urna ou mais partigoes definindo passagens, por exemplo, um passagem de entrada 56¡n e um passagem de saída 560ut. Como explicado ainda abaixo, as passagens de entrada e saída 56in, 56out se comunicam com as respectivas passagens 62, 64 no tubo de ar 16, por exemplo, através de portas 57 (náo mostradas na FIG. 6A, vide, por exemplo, FIG. 2) no fundo do alojamento 48. Urna válvula de conferéncia de entrada 54in é fornecida em linha com a passagem de entrada 56in, por exemplo, na partigáo entre a cámara 52 e a passagem de entrada 56in. A válvula de conferéncia de entrada 54in se abre quando exposta a urna pressáo negativa na cámara 52, ou seja, na medida em que o diafragma 50 é direcionado na diregáo oposta da cámara 52, e se fecha quando exposta a urna pressáo positiva na cámara, ou seja, na medida em que o diafragma 50 é direcionado para a cámara 52. De forma similar, urna válvula de conferéncia de saída 54out é fornecida em linha com a passagem de saída 560ut que se abre quando exposta a urna pressáo positiva na cámara 52 e se fecha quando exposta a um pressáo negativa na cámara. As válvulas de conferéncia 54 podem simplesmente ser válvulas predispostas em mola que abertas em urna diregáo dependendo da pressáo diferencial através da válvula, tal como válvulas convencionais do tipo guarda-chuva.

Como mostrado ñas FIGS. 5C-6B, os bastóes 44 podem estar entre os respectivos diafragmas 50 e a manivela 49. Os bastóes 44 incluem termináis iniciáis incluindo centros 71 e termináis secundários incluindo anéis 73. Os centros 71 podem ser recebidos em ou ainda firmados aos suportes 65 dos diafragmas 50, e os anéis 73 podem ser dispostos em torno da manivela 49. Urna bilha 77 pode ser fornecida entre cada anel e a manivela 242. Assim, a manivela 49 pode girar livremente ñas bilhas, fazendo com que os anéis, e conseqüentemente, os bastôes 44 possam ser axialmente deslocados na direçâo e na direçâo oposta do eixo central 43. Esta açâo faz com que os diafragmas 50 se movam na direçâo oposta e para dentro das cámaras 52 para comprimir o ar puxado para dentro das cámaras.

Mais específicamente, durante a operaçâo, O motor 40 pode ser continuamente ou seletivamente ativado para girar um seguidor 43 do conjunto de seguidores 42 e portanto fazer com que as hastes de direcionamento 44 sejam axialmente recíprocas na direçâo oposta e na direçâo do conjunto de seguidores 42. Por exemplo, o conjunto de seguidores 42 pode ser configurado de forma que a haste de direcionamento 44 tenha um deslocamento axial total de entre aproximadamente très e treze milímetros (3-13 mm). Esta reciprocídade faz com que os diafragmas 50 se movam para dentro e para fora em relaçâo aos alojamentos 46, e portanto puxem o ar ambiente para dentro cámaras 52 através das passagens de entrada 56¡n e forcem o ar comprimido para fora das cámaras através de saídas de passagem 560ut. O deslocamento do centro do diafragma 50 pode corresponder um-a-um com o deslocamento da haste de direcionamento 44. As hastes de direcionamento 44 podem mudar o volume da cámara 52, por exemplo, por entre aproximadamente oitenta e noventa e cinco por cento (80-95 %) acima de e abaixo de seu volume em relaxamento (quando o diafragma 50 está substancialmente relaxado ou nâo submetido a quaisquer forças).

Em urna modalídade exemplar, o movímento recíproco das hastes de direcionamento 44 é instável ou equilibrado em tempo para cada um dos conjuntos de diafragmas 46a-46c em um padrâo predeterminado, por exemplo, com base na configuraçâo de seguidor 43 ou conjunto de seguidores 42. Assim, o ar comprimido é gerado seqüencialmente por cada cabeçote 46. Acredita-se que para minimizar a quantidade de vibraçâo ou ruido gerado pelo compressor 14, por exemplo, de forma que vibraçâo ou movimento de um dos conjuntos de diafragmas pelo menos parcialmente compense os outras.

Além disso, já que os conjuntos de diafragmas podem ser angularmente desviados uns dos outros, por exemplo, por cento e vinte graus (120°) quando dispostos simétricamente em torno do conjunto de seguidores 42, isso pode também equilibrar ou minimizar as vibraçôes criadas durante a operaçâo do compressor 14. Por comparaçâo, em urna modalidade alternativa, dois dos conjuntos de diafragmas (nâo mostrados) podem ser fornecidos em lados opostos do conjunto de seguidores em urna configuraçâo linear definindo um eixo, embora esta configuraçâo possa aumentar as vibraçôes ao longo do eixo. Como o número de cabeçotes é aumentado, as oscilaçôes de pressâo dinámicas pico-a- pico sâo reduzidas, o que proporciona um beneficio em ruido reduzido e reduz as vibraçôes devido às pulsaçôes com pressâo reduzida.

Alternativamente, mais do que très (3) cabeçotes podem ser fornecidos, embora isso possa aumentar o custo e/ou a complexidade da operaçâo do aparelho 10. A fim de minimizar a vibraçâo, pode ser desejável se fornecer um número impar de conjuntos de diafragmas (por exemplo, très, cinco, sete, etc.), por exemplo, em urna configuraçâo simétrica em raios que nao cria um eixo linear entre quaisquer dos conjuntos de diafragmas, que podem pelo menos parcialmente equilibrar as vibraçôes entre os diversos cabeçotes.

Como melhor visto na FIG. 5C e 6B, os bastôes 44 podem ser empilhados axialmente na manivela 49, enquanto os conjuntos de diafragmas 46 sâo coplanares uns aos outras. A fim de acomodar este arranjo, pelo menos alguns dos bastôes podem incluir um joelho entre os anéis e os centros. Por exemplo, um bastáo central pode se estender substancialmente perpendicularmente ao eixo central 43 em um plano, um bastáo inferior pode incluir um joelho de forma que o bastáo inferior seja acoplado à manivela 49 abaixo do plano, e um bastáo superior pode incluir um joelho, de forma que o bastáo superior seja acoplado à manivela 49 acima do plano. Nesta configuraçâo, cada um dos centros pode entâo ser disposto no plano, permitindo que os centros sejam conectados aos respectivos diafragmas 50.

Um das vantagens deste arranjo é que ele pode minimizar urna área de base dos conjuntos de diafragmas, e conseqüentemente de todo o compressor. Por exemplo, os cabeçotes 46 podem ser montados diretamente no suporte 45 no motor 40. O suporte 45 pode se estender para fora do motor para fornecer um aba ou outras estruturas em que urna extremidade superior dos cabeçotes 46 possa ser montada, por exemplo, usando fixadores, tal como flechas, parafusos, cravos, e similares, adesivos ou outras ligaçôes, detentores ou outras conectores de encaixe, e similares. Com os cabeçotes 46 montados diretamente ao motor 40, os cabeçotes podem ser localizados relativamente perto do eixo central 43.

O compressor em pistâo de oscilaçâo 400 mostrado na FIG. 43 é similar em muitos respeitos ao compressor de diafragma mostrado ñas FIGS. 5A-6B exceto que o diafragma 50 é recolocado com um pistâo 402. Cada pistâo inclui um lacre de revestimento do pistâo 404 para manter um lacre firme para gás entre a cámara 52 e o lado oposto do pistâo 402.

Uma configuraçâo alternativa de um compressor adequado para o uso na concentraçâo de oxigênio portátil da presente invençâo é mostrada ñas FIGS. 45. Nesta alternativa, um motor (nâo mostrado) inclui uma haste de saida definindo um eixo central 341, similar ao motor 40. Uma manivela 342 é excéntricamente acoplada à haste de saida, e um rotor 345 é disposto em torno da manivela (por exemplo, em uma ou mais bilhas, nâo mostradas, entre o rotor 345 e a manivela 342). Diversos cabeçotes 346, tal como qualquer daqueles divulgados aqui, podem ser dispostos em torno de eixo central 341, e os bastôes 344 podem se estender a partir dos cabegotes 346 para o rotor 345. Assim, corno a manivela 342 gira em tomo do eixo centrai 341, o rotor 345 pode de oscilagào em torno do eixo central, portanto fazendo com que os bastòes 344 se movam na diregào e na diregào oposta do eixo centrai 341 para comprimir o ar nos cabegotes 346, similar às modalidades anteriores.

A configuragáo mostrada na FIG. 45, entretanto, pode ter urna maior base do que a configuragáo das FIGS. 5A-6B, por causa do espago necessàrio para o rotor 345. Assim, esta configuragáo pode precisar de mais espago em um montar superficie, tal como um tubo de ar de um concentrador de oxigénio. Entretanto, esta configuragáo pode permitir que o motor seja suportado mais baixo entre os cabegotes, o que pode reduzir urna altura do compressor, o que pode ser benéfico em alguma aplicagóes.

Na modalidade mostrada ñas FIGS. 5A-6B, assim como aquela ñas FIGS. 45, o movimento recíproco dos bastòes pode ser instável ou equilibrado em tempo para cada um dos cabegotes. Com tres cabegotes distribuidos substancialmente regularmente em torno do eixo central, os cabegotes podem estar fora de fase por aproximadamente cento e vinte graus (120°). Assim, o ar comprimido pode ser gerado seqüencialmente por cada um dos cabegotes. Além disso, já que os cabegotes sao angularmente desviados um dos outros, esta configuragáo pode equilibrar ou minimizar as vibragòes criadas durante a operagáo do compressor, como descrito em outro local aqui.

D. Tubos de Ar e Oxigénio

Referindo-se às FIGS. 1B, 2, e 7-8B, o tubo inferior ou tubo de ar 16 geralmente inclui urna ou mais estruturas substancialmente planares definindo diversas passagens 62- 68 no mesmo. Geralmente, o tubo de ar 16 é lacrado de forma que as passagens 62-68 sao substancialmente firmas ao ar, diferente das aberturas 72-79, 86-90. As aberturas 72-79, 86- 90 podem permitir que outros componentes, por exemplo, o compressor 14, os leitos filtrantes 18, e as válvulas de controle 20, se comuniquem com as passagens 62-68 e movam o ar através do tubo de ar 16 de modo desejado, como explicado ainda abaixo.

Opcionalmente, o tubo de ar 16 pode incluir um ou mais furos, bolsos, e similares para receber encaixes, conectores, e/ou fixadores (nao mostrados), por exemplo, para ligar os componentes do aparelho 10 ao tubo de ar 16, por exemplo, os leitos filtrantes 12A, 12B, o compressor 14, o reservatório 18, e/ou as válvulas de controle de ar 20.

Em urna modalidade exemplar, o tubo de ar 16 é substancialmente rígido, por exemplo, portanto fornecendo ou aumentando urna integridade estrutural do aparelho 10. Em urna modalidade, o tubo de ar 16 define urna ou mais superficies estruturais externas para o aparelho 10, por exemplo, urna superficie mais baixa ou inferior do aparelho, portanto eliminando a necessidade de um revestimento exterior mais baixo adicional. O tubo de ar 16 pode ser formado a partir de qualquer material de grau de engenharia, por exemplo, plástico, tal como ABS, policarbonato, e similares; metal, tal como aluminio, e similares; ou materiais compostos. O tubo de ar 16 pode ser formado por moldagem por injegáo, moldagem, maquinaria, e similares.

Em urna modalidade exemplar, o tubo de ar 16 é formado a partir de relativamente material plástico de peso leve, por exemplo, de forma que o tubo de ar nao pese mais do que aproximadamente 0,1134 - 1,8144 kg. Alternativamente, todas ou urna ou mais porgoes do tubo de ar 16 podem ser formadas a partir de material resistente semi-rígido ou flexível, por exemplo, para aumentar a durabilidade e/ou resisténcia a choque do aparelho 10.

Na modalidade mostrada, o tubo de ar 16 incluí (a) urna base tubular 58 incluindo diversos canais na mesma que pelo menos parcialmente definem passagens 62-68, e (b) urna cobertura tubular 60 que casa com a base tubular 58 para substancialmente guardar os canais para ainda definir as passagens. Será apreciado que o tubo de ar 16 pode ser formado a partir de um ou mais componentes, ao invés da base tubular e a cobertura tubular, que casam juntas ou ainda cooperam para definir as passagens 62-68 descritas aqui.

Como melhor visto na FIG. 7, a base tubular 58 incluí canais que pelo menos parcialmente definem urna ou mais passagens de entrada do compressor 62, as saídas de passagem do compressor 64, as passagens de leito filtrante 66a, 66b, e passagens de exaustáo 68. As porgoes da base tubular 58 desnecessárias para definir as passagens 62- 68 e/ou montar as superficies podem ser omitidas, por exemplo, para reduzir o peso geral do tubo sem substancialmente impactar em sua integridade estrutural. Alternativamente, a base tubular 58 pode ter urna parede inferior substancialmente continua, por exemplo, que podem ser substancialmente lisas e/ou podem incluir pernas ou outros componentes (nao mostrados) sobre os quais o aparelho 10 pode ser montado.

Além disso, ou alternativamente, a base tubular 58 pode incluir pelo menos urna porgáo de urna parede lateral 59, por exemplo, que podem definir outra superficie estrutural externa do aparelho 10. Em outra alternativa, como mostrado na FIG. 2, parede lateral 159 pode ser parte de cobertura tubular 60, ao invés da base tubular 58. Em ainda outra alternativa, o tubo de ar 16 pode ser relativamente plano (ao invés da forma em "L"), e a parede lateral (59, 159) pode ser um componente separado (nao mostrado) que pode ser conectada ou ainda ligada ao o tubo de ar 16 ou tubo de oxigénio 102.

Referindo-se á FIGS. 8A e 8B, a cobertura tubular 60 inclui um ou mais canais que casam com o canais em base tubular 58 para ainda definir as passagens 62-68, por exemplo, a passagem de entrada do compressor 62, as saídas de passagem do compressor 64, as passagens de leito filtrante 66, e as passagens de exaustáo 68. Alternativamente, os canais em cobertura tubular 60 podem ser levemente maiores ou menores do que os canais em base tubular 58 de forma que as paredes dos canais sao sobrepostas, que podem melhorar a conexâo entre a cobertura tubular 60 e a base tubular 58. Em outra alternativa, a cobertura tubular 60 tem urna superficie inferior substancialmente lisa que casa com as paredes dos canais e/ou outras componentes da base tubular 58 para aínda definir as passagens 62-68.

A cobertura tubular 60 pode ser ligada à base tubular 58 usando um ou mais conectores, por exemplo, detentores cooperativos, tal como abas e garras correspondentes, ou fixadores, tal como parafusos, cravos, flechas, e similares. Além disso, ou alternativamente, a cobertura tubular 60 pode ser ligada à base tubular 58 usando adesivos, solda sónica, e similares, por exemplo, ao longo de urna ou mais superficies de contato entre a base tubular e a cobertura tubular.

Ainda com referência às FIGS. 8A e 8B, a cobertura tubular 60 inclui diversas aberturas 72-79, 86-90 que se comunicam com as passagens 62-68. Por exemplo, a cobertura tubular 60 inclui urna porta de entrada de ar 79 que se comunica com a passagem de entrada do compressor 62. A porta de entrada 79 é acoplada a um tubo ou outra estrutura oca (nâo mostrada) que se estende a urna abertura de entrada 160a, 160b (nâo mostrada ñas FIGS. 8A ou 8B, vide FIG. 2) em urna superficie externa do aparelho 10, por exemplo, para permitir que o ar ambiente seja puxado para dentro do aparelho. Opcionalmente, como mostrado na FIG. 3, um filtro de entrada de ar 162 pode ser fornecido em linha antes da porta de entrada 79 para remover poeira ou outras partículas do ar ambiente puxado para dentro da abertura de entrada 160a, 160b antes que ele entre no compressor 14.

A cobertura tubular 60 inclui diversos pares de aberturas 72, 74 para comunicaçâo com o compressor 14. Na modalidade mostrada, a cobertura tubular 60 inclui très pares de aberturas 72, 74 correspondentes às portas 57 (nâo mostrado, vide FIG. 2) nos très conjuntos de diafragmas 46 do compressor 14. Cada par de aberturas 72, 74 é distanciado uma distância predeterminada similar ao espaçamento de portas 57 nos conjuntos de diafragmas 46. Uma ou ambas as aberturas 72, 74 e portas 57 podem incluir bocais roscados ou outras extensôes para facilitar uma conexâo substancialmente hermeticamente fechada entre os conjuntos de diafragmas 46 e a cobertura tubular 60. As portas 57 sâo conectadas às aberturas 72, 74, por exemplo, por um ou mais ajustes de interferencia, fios unidos, detentores cooperativos, adesivos, e similares.

Quando o compressor 14 é montado em ou adjacente ao tubo de ar 16, a passagem de entradas 56¡n dos conjuntos de diafragmas 46 se comunica com as aberturas 72, e conseqüentemente com a passagem de entrada do compressor 62. Durante o uso, quando cada conjunto do diafragma 46, por sua vez, puxa o ar externo através das passagens de entrada 56¡n, o ar pode ser puxado através das respectivas aberturas 72, a passagem de entrada do compressor 62, e a porta de entrada 79. De forma similar, as saídas de passagem 560ut dos conjuntos de diafragmas 46 se comunicam com as aberturas 74, e conseqüentemente com a passagem de saída do compressor 64. Durante o uso, quando cada um dos conjuntos de diafragmas 46 distribui ar comprimido para fora das saídas de passagem 560ut, o ar comprimido entra nas respectivas aberturas 74 para dentro das saídas de passagem do compressor 64 no tubo de ar 16.

Ainda com referência às FIGS. 8A e 8B, a cobertura tubular 60 também inclui diversas válvulas de controle de ar as aberturas 86, 88 adjacente outra que se sobrepões à passagem de saída do compressor 64, as passagens de leito filtrante 66, e/ou passagem de exaustão 68. Assim, quando a cobertura tubular 60 é ligada à base tubular 58, as aberturas da válvula de controle de ar 86, 88 se comunicam com as respectivas passagens 64-68. Em particular, as aberturas da válvula de entrada de suprimento 86in se comunicam com a passagem de saída do compressor 64, enquanto as aberturas da válvula de entrada de exaustão 88in se comunicam com as respectivas passagens de leito filtrante 68. As aberturas da válvula de saída de suprimento 86out se comunicam com as respectivas passagens de leito filtrante 66, enquanto as aberturas da válvula de saída de exaustão 88out comunicam com a passagem de exaustão 68.

A cobertura tubular 60 inclui as aberturas do leito filtrante 90a e 90b que se comunicam com porções ampliadas de passagens de leito filtrante 66. Assim, as aberturas do leito filtrante 90a, 90b se comunicam com os terminais iniciais 32 dos respectivos leitos filtrantes 12 quando os leitos filtrantes são montados em ou adjacentes ao tubo de ar 16. Ainda, como melhor visto na FIG. 8B, a cobertura tubular 60 também inclui uma ou mais aberturas de exaustão 92 que se comunicam com a passagem de exaustão 68.

Opcionalmente, um tubo, bocal, ou outro equipamento (não mostrado) podem ser acoplados a aberturas de exaustão 92 para direcionar a exaustão de ar (geralmente nitrogênio concentrado) a partir dos leitos filtrantes 12, como explicado ainda abaixo. Em uma modalidade, a exaustão de gás é direcionada no sentido do controlador 22 ou outros componentes eletrônicos no aparelho 10, por exemplo, para resfriar os componentes eletrônicos. Usando ar com aumentado conteúdo de nitrogênio como um fluido de resfriamento para os componentes eletrônicos internos proporciona um característica de segurança para o aparelho 10, ou seja, reduzindo o risco de incêndio se os componentes eletrônicos em algum momento superaquecerem ou se contraírem. Já que algum oxigênio foi removido a partir da exaustão de ar, a exaustão de ar é menos provável para suportar um incêndio. Ainda, com a exaustão de ar sendo direcionada para dentro do interior do aparelho 10, se o reservatório 18 ou os leitos filtrantes 12 forem em algum momento desenvolverem um vazamento comunicando com o interior do aparelho 10, a mistura gasosa resultante não teria mais oxigênio (como uma porcentagem de volume) do que o ar ambiente.

Como ainda descrito abaixo, as válvulas de controle de ar 20 podem ser montadas em uma cobertura tubular 60 ao longo da aberturas da válvula 86, 88. As válvulas'de controle de ar são seletivamente abertas e fechadas para fornecer vias de fluxo, por exemplo, a partir da passagem de saída do compressor 64 para as passagens de leito filtrante 66 e/ou a partir de passagens de leito filtrante 66 para a passagem de exaustão 68.

Por exemplo, com referência adicional para a FIG. 3, quando o suprimento da válvula de controle de ar 20as é aberto, uma via de fluxo é definida a partir do compressor 14 através de aberturas 72, o compressor de passagem 62, as aberturas de entrada de suprimento 86in, a válvula de controle de ar 20as, a abertura da saída de suprimento 86out e a passagem do leito filtrante 66a, para dentro do leito filtrante 12A. Quando a exaustão da válvula de controle de ar 20bE é aberta, uma via de fluxo é definida a partir do leito filtrante 12B, através da passagem do leito filtrante 66b, as aberturas de exaustão de entrada 88in, a válvula de controle de ar 20bE, as aberturas de exaustão de saída 88out, a passagem de exaustão 68, e a(s) abertura(s) de exaustão de saída 92.

O tubo de ar 16 substitui a necessidade de diversos tubos e válvulas que de outra forma seriam necessários para distribuir ar para e a partir dos leitos filtrantes 12. Já que estes tubos e válvulas individuais são eliminados e recolocados com um tubo simples incluindo não mais do que quatro válvulas de controle de ar 20, o tubo de ar 16 reduz o tamanho geral, peso, e/ou custo do aparelho 10, que podem ser úteis, particularmente a fim de tornar o aparelho 10 conveniente, de uso fácil, e/ou de baixo custo.

Alternativamente, o mesmo objetivo pode ser alcançado se duas válvulas de 3 vias ou uma válvula de 4 vias foi empregada em um modo similar.

Além disso, o tubo de ar 16 pode facilitar as modificações, por exemplo, para reduzir as perdas de pressão e/ou abafar o ruído. Por exemplo, para minimizar as necessidades de energia para o aparelho 10, o tamanho e/ou a forma das passagens 62-68 podem ser projetado para reduzir as perdas na medida em que o ar comprimido passa através destas passagens. Descobriu-se que se a perda de pressão aumenta por 51,75 kPa (1 psi), isso pode aumentar o consumo de energia do aparelho 10 por até dez por cento (10%) ou mais. A FIG. 11 mostra as perdas de pressão que podem ser encontradas durante três taxas de fluxo médias exemplares, ou seja, vinte e quatro (24), trinta (30) e cinqüenta (50) litros por minuto (Lpm). Como o fluxo médio de diâmetro de passagens 62-68 é aumentado, a queda de pressão é reduzida significativamente. Assim, pode ser desejável que as passagens 62-68 tenham um tamanho de pelo menos aproximadamente 0,635 cm de diâmetro de ou outra seção transversal equivalente.

Além disso, o tubo de ar 16 pode facilitar fornecendo desvios ou outros equipamentos de abafamento de som ou materiais nas vias de fluxo do ar movendo-se através do aparelho 10. Por exemplo, um ou mais desvios, venturis, modificadores de fluxo, e similares (não mostrados) podem ser moldados diretamente para dentro dos canais da base tubular 58 para absorver as ondas sonoras ou reduzir o ruído gerado por fluxo de ar. Alternativamente, tais componentes podem ser inseridos ou montados nos canais antes da cobertura tubular 60 ser ligada à base tubular 58. Em ainda outra alternativa, o tubo de ar 16 pode permitir que as válvulas de controle de fluxo sejam montadas diretamente em uma ou mais das passagens 62-68.

De volta às FIGS. 1A-3, as válvulas de controle de ar 20 podem ser montados ou ainda ligado ao o tubo de ar 16, por exemplo, para a cobertura tubular 60. Na modalidade mostrada, quatro válvulas de controle de ar "de duas vias" 20 são montadas na cobertura tubular 60, por exemplo, usando-se um ou mais conectores, fixadores, adesivos, e similares.

Como explicado ainda abaixo, quatro válvulas de controle de ar 20 permitem que cada leito filtrante 12A, 12B seja pressurizado e/ou exaurido independentemente dos outros, opcionalmente com a capacidade para serem sobrepostos os ciclos de pressurização.

Uma válvula de duas vias exemplar que podem ser usada para cada uma das válvulas 20 é a válvula SMC DXT, disponível a partir de SMC Corporation of America, de Indianápolis, Indiana. Esta válvula é uma válvula em diafragma operada por um guia plástico relativamente pequeno. Já que da grande área do diafragma, tem uma pressão operacional mínima muito baixa, que pode ser particularmente útil, dadas as pressões operacionais do aparelho 10 durante o uso. A válvula pode ser fornecida como "normalmente aberta".

Quando a pressão é aplicada para o lado superior do diafragma através da válvula guia, o diafragma pode ser forçado para baixo sobre um assento, interrompendo o fluxo. Tanto uma válvula solenóide guia normalmente aberta ou normalmente fechada pode ser usada. Já que a válvula em diafragma por sua vez é normalmente aberta, usando uma válvula solenóide normalmente aberta pode criar a operação geral normalmente fechada, exigindo aplicação de energia elétrica para abrir a válvula.

Alternativamente, as válvulas de controle de ar 20 podem ser recolocadas com duas válvulas de "três vias", que podem precisar de algumas mudanças menores às aberturas e/ou passagens no tubo de ar 16. Tais válvulas, entretanto, podem ser mais caras, complicadas para se operar, e/ou podem precisar de maior pressão para a guia do que as pressões encontradas durante o uso do aparelho 10. Em outras alternativas, uma ou mais outras diversas posições de válvulas podem ser fornecidas, ao invés das quatro válvulas de duas vias.

De volta à FIG. 2, as quatro válvulas de controle de ar ilustradas no mesmo podem ser fornecidas em um único tubo da válvula 21, por exemplo, um tubo de alumínio, e as portas podem ser portas de entrada e saída roscadas fornecidas separadamente ou como parte de tubo da válvula. Depois que se montar as válvulas de controle de ar 20 no tubo da válvula 21, o tubo da válvula é montado no tubo de ar 16 durante as aberturas 86, 88. Alternativamente, as válvulas de controle individuais de ar podem ser montadas diretamente no tubo de ar 16, por exemplo, para evitar a necessidade de que o tubo da válvula 21 ou quaisquer outros ajustes e/ou tubulações, que podem ainda reduzir o tamanho geral e/ou peso do aparelho 10.

De volta às FIGS. 1A, 1B, e 2, com referência adicional às FIGS. 9A-9B, o tubo superior ou distribuidor de oxigênio 102 é fornecido para distribuir o oxigênio armazenado no reservatório 18 para um usuário do aparelho 10. Similar ao tubo de ar 16, o tubo distribuidor de oxigênio 102 proporciona integridade estrutural suficiente para fornecer uma superfície estrutural externa do aparelho 10, por exemplo, eliminando, portanto, a necessidade de um revestimento separado externo ou superior para o aparelho. O tubo distribuidor de oxigênio 102 pode ser produzido e montado usando materiais similares e/ou métodos para o tubo de ar 16, descrito acima.

Opcionalmente, como mostrado na FIG. 9B, tubo distribuidor de oxigênio 102 inclui um ou mais barras de suporte ou outras estruturas de reforço 103, por exemplo, em uma mais baixa superfície do tubo distribuidor de oxigênio. As estruturas de reforço podem ser moldadas ou ainda formadas diretamente em tubo distribuidor de oxigênio 102 em um padrão desejado ou ligado ao o tubo distribuidor de oxigênio, por exemplo, sobrepondo-se aos leitos filtrantes 12. Tais estruturas de reforço podem reforçar tubo distribuidor de oxigênio 102, por exemplo, a partir de mecanismo de predisposição 39 nos leitos filtrantes 12A, 12B e/ou contra a pressão do ar nos leitos filtrantes, que podem aplicar uma força para cima contra o tubo de suprimento de oxigênio 102.

Na modalidade mostrada na FIG. 2, o tubo distribuidor de oxigênio 102 inclui uma base tubular 104 definindo pelo menos parcialmente um ou mais passagens de distribuição de oxigênio 108, 109, e uma cobertura tubular 106 definindo ainda as passagens de distribuição de oxigênio 108, 109. As passagens de distribuição de oxigênio 108, 109 são dispostas adjacentes outra na base tubular 104 e incluem diversas aberturas 126-138 para comunicação com outros componentes relacionados para distribuir oxigênio para um usuário do aparelho 10, como explicado ainda abaixo. Base tubular 104 podem também incluir uma ou mais aberturas para baterias140a e 140b e/ou uma janela dê interface 142, que podem ser moldadas ou ainda formadas no mesmo. A Janela de interface 142 permite acesso à interface do usuário 144, que é necessário, por exemplo, se a interface do usuário é um display touch screen 230.

Opcionalmente, como mostrado na FIG. 2, a base tubular 104 do tubo distribuidor de oxigênio 102 podem incluir pelo menos uma porção de o painel lateral 159. O painel lateral 159 pode tocar, engrenar, ou ainda encaixar no painel lateral 59 no tubo de ar 16. Os painéis laterais 59 e 159 fornecem uma parede estrutural externa para o aparelho 10 que é substancialmente rígido. Assim, os painéis laterais 59 e 159, tubos 16 e 102, os leitos filtrantes 12A e 12B, e/ou o reservatório 18 combinados fornecem a moldura estrutural necessária para suportar o aparelho 10 e seus componentes internos. Alternativamente, um ou ambos dos painéis laterais 59, 159 podem ser fornecidos como um painel separado (não mostrado) que é conectado ou ainda ligado ao o tubo de ar 16 e/ou tubo distribuidor de oxigênio 102.

De volta à FIG. 2, o painel lateral 159 pode incluir um ou mais aberturas de entrada 160a, 160b que se comunica com um interior do aparelho 10. Como mostrado, o painel lateral 159 inclui duas aberturas de entrada ou telas 160a e 160b adjacentes uma à outra. As aberturas de entrada 160a, 160b são fornecidas em qualquer desejado arranjo, por exemplo, em uma configuração retangular, quadrada, redonda, ou outras. Em uma modalidade exemplar, cada uma das aberturas de entrada 160a e 160b tem uma altura e/ou profundidade de entre aproximadamente uma e duas polegadas (25-50 mm). As aberturas de entrada 160a e 160b incluem relativamente pequenos furos, por exemplo, entre aproximadamente 0,025-, 15 polegada (0,6-4 mm) diâmetro de, permitindo ar para passar facilmente através das aberturas de entrada, ainda evitando que grandes objetos passem através das mesmas.

Por exemplo, a primeira abertura de entrada 160a pode fornecer uma entrada para puxar ar para dentro do compressor 14, por exemplo, através de tubulações e similares (não mostradas) comunicando-se com a porta de entrada de ar 79 do tubo de ar 16, como descrito acima. A segundo abertura de entrada 160b pode fornecer uma entrada de ventilação para que o ar ambiente seja puxado para dentro do interior do aparelho 10, por exemplo, para ajudar a resfriar os componentes eletrônicos internos e/ou os leitos filtrantes. Um ventilador de entrada 164 pode ser montado adjacente à segunda abertura de entrada 160b, por exemplo, para puxar o ar ambiente para dentro do interior do aparelho 10 a uma velocidade e/ou volume constante ou variável.

Opcionalmente, o aparelho 10 pode incluir um ou mais lacunas, por exemplo, espaços verticais entre os leitos filtrantes 12A, 12B e/ou o reservatório 18 (não mostrado) para permitir que o ar escape a partir do interior do aparelho. Por exemplo, pode ser desejável se fazer com que o ar no interior do aparelho 10 (particularmente, a exaustão de gás a partir das aberturas de exaustão 92) escape do aparelho no terminal oposto a partir das aberturas de entrada 160a, 160b para evitar puxar ar rico em nitrogênio de volta para dentro dos leitos filtrantes 12A, 12B, que reduziria a eficácia, e possivelmente eficácia, do aparelho. Alternativamente, uma ou mais aberturas de saída (não mostradas) podem ser fornecidas no aparelho, por exemplo, no tubo de ar 16, tubo distribuidor de oxigênio 102, e/ou um ou mais painéis laterais (não mostrado) para permitir que o ar escape no interior do aparelho 10 de modo desejado.

E. Componentes do Distribuidor de Oxigênio

De volta às FIGS. 2 e 3, o aparelho 10 inclui um ou mais componentes relacionados para distribuir oxigênio a partir do reservatório 18 para um usuário. Estes componentes são ligados ou ainda montados em ou adjacentes ao tubo distribuidor de oxigênio 102, por exemplo, usando métodos similares aos métodos para ligar outros componentes do aparelho 10 descritos aqui.

Por exemplo, um par de válvulas de conferência 110a, 110b podem ser fornecido em base tubular 104 que se sobrepõe às aberturas 82 no revestimento 80. As válvulas de conferência 110a e 110b podem simplesmente ser válvulas ativas por pressão, similar às válvulas de conferência 54 descritas acima. Quando o tubo distribuidor de oxigênio 102 é montado em ou adjacente aos leitos filtrantes 12A, 12B e o reservatório 18, as válvulas de conferência 110a, 110b fornecem vias de fluxo em uma via a partir dos leitos filtrantes 12A, 12B para dentro passagem de distribuição de oxigênio 108. A Passagem de distribuição de oxigênio 108 comunica-se diretamente e continuamente com o reservatório 18 através da abertura 112.

Um sensor de pressão 114 pode ser fornecido no reservatório 18 ou comunicando com passagem de distribuição de oxigênio 108. O Sensor de pressão 114 pode detectar uma pressão absoluta no reservatório 18, e, conseqüentemente, na passagem de distribuição de oxigênio 108. Além disso, já que da presença de válvulas de conferência 110a e 110b, o sensor de pressão 114 proporciona uma leitura da pressão máxima nos leitos filtrantes 12. Especificamente, já que válvulas de conferência 110 e 110b permitem fluxo de oxigênio em uma via a partir dos leitos filtrantes para dentro do reservatório 18 e passagem de distribuição de oxigênio 108, sempre que a pressão em ambos os leitos filtrantes exceda a pressão no reservatório 18, a respectiva válvula de conferência 110a ou 110b é aberta. Uma vez que a pressão em tanto leito filtrante se torna igual a ou menor do que a pressão no reservatório 18, a respectiva válvula de conferência se fecha.

A presente invenção também contempla o fornecimento de uma válvula de distribuição de oxigênio 116, sensor de oxigênio 118, um ou mais sensores de pressão 120, 122, e um ou mais ar filtros 124 podem ser fornecidos em linha com passagens de distribuição de oxigênio 108, 109, por exemplo, montados em tubo distribuidor de oxigênio 102. Por exemplo, com referência adicional às FIGS. 9A e 9B, a base tubular 104 podem incluir válvulas de abertura de controle de oxigênio 126, as aberturas de sensor de pressão 128, 138, as aberturas de sensor de oxigênio 130, 132, e aberturas de saída 134, 136 para comunicação com estes componentes. A válvula de distribuição de oxigênio 116 pode ser montada no tubo distribuidor de oxigênio 102, por exemplo, abaixo das válvulas de abertura de controle de oxigênio 126, para controlar o fluxo de oxigênio entre as passagens de distribuição de oxigênio 108 e 109, e conseqüentemente a partir do reservatório 18 fora do aparelho 10 para um usuário. A válvula de distribuição de oxigênio pode ser uma válvula solenóide acoplada ao controlador 22 que podem ser seletivamente abertas e fechada. Uma válvula exemplar que pode ser usada para a válvula de distribuição de oxigênio 116 é o Hargraves Technology Model 45M, que tem um tamanho de orifício relativamente grande, portanto maximizando o possível fluxo através da válvula de distribuição de oxigênio. Alternativamente, pode também ser possível o uso de uma válvula Parker Pneutronics V Squared ou Series 11.

Quando a válvula de distribuição de oxigênio 116 é aberta, o oxigênio flui a partir da passagem de distribuição de oxigênio 108, através de válvulas de abertura de controle de oxigênio 126a, 126b, a válvula de distribuição de oxigênio 116, abertura da válvula de controle de oxigênio 126c, e para dentro da passagem de distribuição de oxigênio 109. A válvula de distribuição de oxigênio 116 pode ser aberta por durações desejadas a freqüências desejadas, que podem ser variadas pelo controlador 22, portanto fornecendo a distribuição de pulso como explicado ainda abaixo. Alternativamente, o controlador 22 pode manter a válvula de distribuição de oxigênio 116 aberta para fornecer distribuição contínua, ao invés da distribuição pulsada. Nesta alternativa, o controlador 22 pode diminuir a válvula de distribuição de oxigênio 116 para ajustar taxa de fluxo volumétrico para o usuário.

Na modalidade ilustrada, o sensor de pressão 120 é montado em e/ou abaixo do tubo distribuidor de oxigênio 102 de forma que as portas do sensor de pressão sejam acopladas a ou ainda se comuniquem com as aberturas de sensor de pressão 128. Assim, as portas de sensor de pressão 120 medem uma diferença de pressão entre as passagens de distribuição de oxigênio 108, 109, e conseqüentemente através da válvula de distribuição de oxigênio 116. Opcionalmente, o sensor de pressão 120 pode ser usado para se obter a pressão do reservatório, e o sensor de pressão 114 podem ser eliminado. Por exemplo, quando a válvula de distribuição de oxigênio 116 é fechada, a pressão a jusante da válvula de distribuição de oxigênio corresponde substancialmente à pressão no reservatório 18.

O Sensor de pressão 120 pode ser acoplado ao controlador 22, por exemplo, para fornecer sinais que são processados pelo controlador para determinar a pressão diferencial através da válvula de distribuição de oxigênio. O controlador 22 pode usar esta pressão diferencial para determinar uma taxa de fluxo do oxigênio sendo distribuído a partir do aparelho 10 ou outros parâmetros de oxigênio sendo distribuído. O controlador 22 pode mudar a freqüência e/ou duração que a válvula de distribuição de oxigênio 116 é aberta com base nas taxas de fluxo resultantes, por exemplo, com base em um ou mais parâmetros de feedback, como ainda descrito abaixo.

O sensor de oxigênio 118 pode também ser montado em e/ou abaixo do tubo distribuidor de oxigênio 102 de forma que as portas no sensor de oxigênio 118 se comuniquem com as aberturas de sensor de oxigênio 130, 132. O sensor de oxigênio 118 mede a pureza de oxigênio que passa através das mesmas. Um exemplo de tal equipamento é um sensor ultra-sônico que mede a velocidade do som do gás que passa através do sensor de oxigênio, tal como aqueles feitos por Douglas Scientific de Shawnee, Kansas. Alternativamente, o sensor de oxigênio 118 pode ser um sensor cerâmico ou sidestream. Os sensores ultra-sônicos podem usar menos energia do que os sensores cerâmicos, por exemplo, aproximadamente cinqüenta miliwatts (50 mW) versus um watt (1 W), mas podem ser mais caos.

O Sensor de oxigênio 118 é acoplado ao controlador 22 e gera sinais elétricos proporcionais à pureza. Estes sinais são processados por controlador 22 e usados para mudar a operação do aparelho 10, como ainda descrito abaixo. Já que a precisão de sensor de oxigênio 118 pode ser afetada por fluxo de ar através do mesmo, pode ser desejável se amostrar os sinais de pureza durante ausência das condições de fluxo, por exemplo, quando a válvula de distribuição de oxigênio 116 é fechada.

O Sensor de pressão 122 é montado em e/ou ou abaixo do tubo de oxigênio 102 de forma que a porta de sensor de pressão 122 se comunica com a abertura do sensor de pressão 138. O Sensorde pressão 122 pode ser um sensor de pressão resistente de cristal piezo capaz de medir a pressão absoluta. Transdutores exemplares que podem ser usados incluem o Honeywell Microswitch 24PCOISMT Transducer, o Sensym SXOI, o Motorola MOX, ou outros feitos por All Sensors. Já que sensor de pressão 122 pode ser exposto ao sistema de pressão total do aparelho 10, pode ser desejável que a taxa durante a pressão de sensor de pressão 122 exceda o sistema de pressão total, por exemplo, seja pelo menos aproximadamente 776,25 kPa (15 psi).

O Sensor de pressão 122 é acoplado ao controlador 22 de modo a fornecer sinais proporcionais à pressão detectada. Já que o sensor de pressão 122 pode não ter uma referência zero, os sinais de pressão do sensor de pressão 122 podem flutuar durante a operação do aparelho. Para minimizar qualquer flutuação ou outros erros introduzidos pelo sensor de pressão 122, uma pequeno válvula (não mostrada) pode ser acoplada ao sensor de pressão 122 para periodicamente abrir ou zerar o sensor de pressão, por exemplo, quando a válvula de distribuição de oxigênio 116 está aberta e distribuindo oxigênio.

Alternativamente, um orifício relativamente pequeno (por exemplo, aproximadamente 0,0254 cm de diâmetro) pode ser fornecido no linha entre válvula de distribuição de oxigênio 116 (por exemplo, o normalmente aberto porta), e sensor de pressão 122. Este orifício pode ser pequeno o suficiente não para afetar adversamente os sinais de pressão do sensor de pressão 122, mas grande o suficiente de modo que o sensor de pressão é zerado, por exemplo, durante um pulso tão curto quanto cem milissegundos (100 ms.). Informação adicional sobre o uso de tal orifício pode ser encontrada no Pedido de patente publicado No. 2003/0150455, cuja divulgação completa é expressamente incorporada por referência aqui. Em outra alternativa, o controlador 22 implementa um algoritmo de filtragem para reconhecer o início da respiração do usuário. A Base tubular 104 pode incluir um recesso 133 que se comunica com a abertura do sensor de oxigênio 132 e a abertura do sensor de pressão 138. Uma cobertura ou outros membros (não mostrados) podem ser ligados ao longo ou ainda cobrir o recesso 133, por exemplo, para fornecer uma passagem substancialmente hermeticamente fechada definida pelo recesso. Assim, o sensor de pressão 122 pode medir uma pressão absoluta do oxigênio em recesso 133. Esta leitura de pressão pode ser usada para detectar quando um usuário está começando a inalar, por exemplo, com base em uma queda resultante de pressão no recesso 133, que pode desencadear a distribuição de um pulso de oxigênio para o usuário, como explicado ainda abaixo.

O filtro de ar 124 pode ser montado em ou adjacente ao tubo distribuidor de oxigênio 102, e pode incluir qualquer meio filtrante convencional para se remover partículas indesejadas a partir do oxigênio sendo distribuído ao usuário. Como melhor visto na FIG. 9A, o tubo distribuidor de oxigênio 102 pode incluir um recesso 137 formatado para receber o filtro de ar 124 no mesmo. O filtro de ar 124 pode ser firmado no recesso 137 por um ajuste de interferência, por um ou mais conectores, adesivos, e similares.

O recesso 137 (mostrado na FIG. 9A) comunica-se com o canal 135 (mostrado na FIG. 9B) através da abertura de saída 136. Nas modalidades mostradas, canal 135 se estende entre as aberturas de saída 134, 136 formado em e através de base tubular 104. Uma cobertura ou outros membros (não mostrado) podem ser ligados ou ainda cobrem canal 135, por exemplo, para fornecer uma passagem substancialmente hermeticamente fechada definida pelo canal. Assim, oxigênio distribuído do sensor de oxigênio 118 pode deixar o recesso 133 através da abertura de saída 134, passar ao longo de canal 135, e entrar recesso 137 através da abertura de saída 136. O oxigênio pode então passar através de o filtro de ar 124 e ser distribuído para o usuário.

Opcionalmente, uma rebarba da cânula 139 ou outro equipamento é montada em tubo distribuidor de oxigênio 102 durante o recesso 137. A rebarba da cânula 139 é ligada ao tubo distribuidor de oxigênio 102 usando qualquer convencional método, por exemplo, por fios unidos, um ou mais detentores ou outras conectores, adesivos, e similares (também não mostrado). A rebarba da cânula pode incluir um bocal roscado ou outros conectores para que uma cânula, por exemplo, mangueira flexível, e similares (também não mostrado), pode ser ligado ao distribuir o oxigênio para um usuário, como é conhecidos na técnica. A rebarba da cânula pode ser separado do o filtro de ar 124, ou a rebarba da cânula e o filtro de ar 124 pode ser um único conjunto que é ligado ao tubo distribuidor de oxigênio 102 durante o recesso 137.

Será apreciado que outras configurações e/ou componentes podem ser fornecidos para distribuir oxigênio para o usuário, ao invés do tubo distribuidor de oxigênio 102 e os componentes ligados ao mesmo descritos acima. Além disso, embora os componentes, por exemplo, a válvula de distribuição de oxigênio 116, o sensores de pressão 120, 122, o sensor de oxigênio 118, e o filtro de ar 124 são descritos em uma particular seqüência (relativa ao oxigênio que flui através do tubo distribuidor de oxigênio 102), a seqüência destes componentes podem ser mudada, se desejado.

De volta à FIG. 2, o controlador 22 pode incluir um ou mais componentes de módulos de hardware e/ou software que controlam um ou mais aspectos da operação do aparelho 10. O controlador 22 pode ser acoplado a um ou mais componentes do aparelho 10, por exemplo, o compressor 14, as válvulas de controle de ar 20, a válvula de distribuição de oxigênio 116, os sensores de pressão 114, 120, 122, e/ou o sensor de oxigênio 118. Os componentes podem ser acoplados por um ou mais fios ou outras cabos elétricos (não mostrados por simplicidade) capazes de receber e/ou transmitir sinais entre o controlador 22 e os componentes.

O controlador 22 também pode ser acoplado a uma interface do usuário 144, que pode incluir um ou mais mostra e/ou equipamentos de entrada. Na modalidade mostrada na FIG. 2, a interface do usuário 144 é um display touch screen que é montado em ou abaixo janela de interface 142 em tubo distribuidor de oxigênio 102. A interface do usuário 144 mostra informação referente aos parâmetros referentes à operação do aparelho 10 e/ou permitir que o usuário mude os parâmetros, por exemplo, ligue e desligue o aparelho, mude a configuração de dose ou taxa desejada de fluxo, etc., como explicado mais completamente abaixo. Embora uma única interface do usuário 144 seja mostrada, será apreciado que a interface do usuário pode incluir diversos displays e/ou equipamentos de entrada, por exemplo, controles de ligar/desligar, sintonizadores, botões, e similares (não mostrado). A interface do usuário 144 pode ser acoplada ao controlador 22 por um ou mais fios e/ou outros cabos elétricos (não mostrado por simplicidade), similares aos outros componentes.

Para simplicidade, o controlador 22 mostrado na FIG. 2 inclui uma única placa de circuito elétrico que inclui diversos componentes elétricos nas mesmas. Estes componentes podem incluir um ou mais processadores, memória, controles, ventiladores, carregadores de bateria, e similares (não mostrado) montados na placa de circuito. Será apreciado que o controlador 22 pode ser fornecido como diversos subcontroladores que controlam diferentes aspectos da operação do aparelho 10. Por exemplo, um primeiro subcontrolador podem controlar a operação do motor 40 do compressor 14 e as válvulas de controle de ar 20, e um segundo subcontrolador podem controlar a operação de válvula de distribuição de oxigênio 116 e/ou interface do usuário 144.

O controlador 22, por exemplo, um primeiro subcontrolador que controla a operação do compressor 14, pode incluir um motor controlador DC sem escova, tal como um da família Motorola/EM MC33035, Texas Instruments DSP TMS 320LF240 e/ou MSP 430 F449IPZ. Tal controlador pode usar sensores hall (não mostrados) no motor 40 para comutação de tempo. Alternativamente, um controlador sem sensor pode ser usado o que permite tempo de comutação através de medida EMF anterior, ou seja, a posição da armadura do motor pode ser determinada pela medida do EMF anterior às bobinas do motor. Esta alternativa pode ser menos cara, já que os sensores no motor podem ser eliminados, e a fiação para o motor pode ser simplificada. Por exemplo, Fairchild pode ter um circuito integrado dedicado apropriado ao uso no controlador 22. Alternativamente, um microprocessor Texas Instruments DSP TMS 320LF240 ou o MSP 430 F449IPZ podem ser usados incluindo periféricos integrados de controle sem sensores.

O primeiro subcontrolador (ou outros componentes do controlador 22) podem controlar uma velocidade do motor, e conseqüentemente, uma pressão e/ou taxa de fluxo de ar comprimido distribuído pelos conjuntos de diafragmas 46. O controlador 22 também pode controlar a seqüência de abrir e fechar as válvulas de controle de ar 20, por exemplo, para carregar e purgar os leitos filtrantes 12 de modo desejado, tal como os métodos exemplares descritos ainda abaixo.

O segundo subcontrolador (ou outros componentes do controlador 22) podem controlar a válvula de distribuição de oxigênio 116, por exemplo, para distribuir oxigênio a partir do reservatório 18 para um usuário com base em sinais de pressão recebidos do sensor de pressão 122. O segundo subcontrolador também pode receber instruções de entrada a partir do usuário e/ou mostrar a informação na interface do usuário 144. Além disso, os subcontroladores ou outros componentes do controlador 22 podem compartilhar informação de modo desejado, como descrito abaixo. Assim, o controlador 22 pode incluir um ou mais componentes, cuja funcionalidade pode ser alternada com outros componentes, e o controlador não deveria ser limitado aos exemplos específicos descritos aqui.

Além disso, o aparelho 10 pode incluir um ou mais fonte de energias, acoplados ao controlador 22, o compressor 14, as válvulas de controle de ar 20, e/ou válvula de distribuição de oxigênio 116. Por exemplo, como mostrado na FIG. 2, um par de baterias 148 são fornecido para suspender ou ainda firmar ao tubo de ar 16, por exemplo, ao longo dos lados aberta entre as paredes laterais 59, 159 e os leitos filtrantes 12. O tubo de ar 16 pode incluir um ou mais encaixes 149 que são recebidos em baterias 148, por exemplo, para estabilizar e/ou de outra forma firmar as baterias verticalmente no aparelho 10. Além disso, ou alternativamente, outras cintas ou suportes (não mostrado) podem também ser usados para firmar as baterias 148 no aparelho.

Em modalidades exemplares, as baterias 148 são baterias recarregáveis, tal como baterias de Li-Ion de onze (11) volts nominais de série 3, baterias de Li-Ion de série 4 (tal como aqueles disponíveis a partir de Inspired Energy, por exemplo, Par No. NL2024), e similares. Para embalagens de série 3, embalagens padrão de 0,4536 kg (1 Ib) podem ter um limitação de corrente de três (3) ampères, enquanto embalagens de 0,6804 kg (1,5 Ib.) podem ter uma corrente máxima de seis (6) ampères. Informação adicional sobre baterias Inspired Energy que podem ser usadas podem ser encontrada em www.inspired- energy.com. Outras fontes de baterias podem incluir Molien Energy (www.molienergy.com), GP Batteries (www.gpbatteries.com), Micro-Energy (www.micro-energy.com), e Buchmann (www.buchmann.ca).

O controlador 22 controla a distribuição de energia a partir de baterias 148 para outros componentes no aparelho 10. Por exemplo, o controlador 22 pode puxar a energia a partir de uma das baterias até sua energia ser reduzida para um nível predeterminado, no qual o controlador pode automaticamente alternar para as outras baterias. Alternativamente, a presente invenção contempla que o controlador 22 faz com que ambas as baterias se descarreguem igualmente.

Opcionalmente, o aparelho 10 pode incluir um adaptador de modo que uma fonte de energia externa, por exemplo, uma fonte de energia AC convencional, tal como uma saída de parede, ou uma fonte de energia portátil AC ou DC, tal como um saída de acendedor de cigarros de um carro, um equipamento de painel solar, e similares (não mostrados) pode ser usada para fornecer energia ao aparelho. Qualquer transformador ou outros componentes (também não mostrados) necessário para conversor tal energia externa elétrica de forma que pode ser usado pelo aparelho 10 pode ser fornecido no aparelho, nos cabos que conectam o aparelho à fonte de energia externa, ou no próprio equipamento externa.

Opcionalmente, o controlador 22 pode conduzir alguma energia elétrica a partir de fontes externas de volta para as baterias 148 para recarregá-las em um modo convencional.

O controlador pode também apresentar o status da energia elétrica do aparelho, por exemplo, automaticamente ou sendo solicitado através da interface do usuário 144, tal como o nível de energia das baterias 148, se o aparelho 10 estiver conectado a uma fonte de energia externa, e similar. O controlador 22 pode incluir um ou mais componentes dedicados para desempenhar uma ou mais destas funções. Um gerenciamento exemplar de circuito integrado de bateria ("IC") que pode ser incluído em controlador 22 é o tipo Maxim MAX 1773, que é projetado para sistemas duplos de bateria (vide, por exemplo, www.maxim- ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/2374 para mais informação). Outro é o Linear LTC 1760, que é também projetado para sistemas duplos de bateria e combina funções seletoras similares com carregador (vide, por exemplo, WWW.Iinear.com/prod/dataheet.html?datasheet=989 para mais informação).

F. Conjunto

De volta às FIGS. 1A-3, para montar o aparelho 10, o componentes do tubo de ar 16 e tubo de oxigênio 102 podem ser produzidos e montados, como descrito acima. Por exemplo, as bases tubulares 58, 104, as coberturas tubulares 60, 106, e/ou outras coberturas ou revestimentos (não mostrados) podem ser moldados ou ainda produzidos, e as coberturas tubulares 60, 106, e/ou outras coberturas ou revestimentos (não mostrado) podem ser ligado à bases tubulares 58, 104, por exemplo, usando-se um ou mais detentores cooperativos, conectores, fixadores, ajustes de interferência, adesivos, e similares (não mostrado). De forma similar, os leitos filtrantes 12, o reservatório 18, e o compressor 20 podem ser produzidos e/ou montados, por exemplo, como descrito acima.

As válvulas de controle de ar 16, os leitos filtrantes 12, o reservatório 18, e/ou o compressor 20 podem ser montados no tubo de ar 16, por exemplo, para a cobertura tubular 60, de modo a descrito acima. De forma similar, a válvula de distribuição de oxigênio 116, sensores de pressão 120, 122, sensor de oxigênio 118, o filtro de ar 124, e/ou outros componentes podem ser montados em tubo distribuidor de oxigênio 102. Tubo distribuidor de oxigênio 102 pode ser ligado ao os leitos filtrantes 12 e o reservatório 18, por exemplo, depois ou antes dos leitos filtrantes e o reservatório são ligado ao o tubo de ar 16. O ordem de conjunto é não importante e podem ser mudada para facilitar desejada a produção instalações e/ou procedimentos.

Simultaneamente ou separadamente, as paredes laterais 59, 159 podem ser ligadas umas às outras, ou, se as paredes laterais 59, 159 são um ou mais painéis separados (não mostrados), eles podem ser ligados ao e/ou entre o tubo de ar 16 e tubo distribuidor de oxigênio 102. A estrutura resultante pode fornecer uma moldura estrutural para o aparelho 10 que podem eliminar a necessidade de suportes adicionais ou revestimentos estruturais ou cosméticos externos.

O controlador 22, que é fornecido em uma placa de circuito, é montado na moldura estrutural e quaisquer fios ou outros cabos são conectados entre o controlador e os outros componentes acoplados ao mesmo. Em uma modalidade exemplar, o controlador 22 (ou pelo menos um subcontrolador) é montado no tubo de ar 16, por exemplo, verticalmente adjacente às aberturas de exaustão 92. Assim, o gás que sai do tubo de ar, por exemplo, nitrogênio concentrado, pode ser direcionado através de ou ainda no sentido dos controladores para resfriar seus componentes. Os Braços ou outros suportes (não mostrados) podem ser montados em cobertura tubular 60 e a(s) placa(s) de circuito e/ou outros componentes do controlador 22 podem ser firmadas pelos braços ou o suporte de modo convencional.

As Baterias 148 são inseridas para dentro do aparelho 10 a qualquer tempo, por exemplo, depois que acesso para o interior é no maior necessário. As regiões laterais entre tubos 16, 102 podem permanecer substancialmente abertas (outras do que qualquer área coberta por baterias 148), por exemplo, para fornecer acesso durante conjunto e/ou teste do componentes do aparelho. Opcionalmente, um revestimento relativamente fino e/ou de peso leve ou outras estrutura (não mostrado) podem ser fornecidos em cada uma das regiões laterais abertas para substancialmente guardar o interior do aparelho 10, por exemplo, para limitar acesso e/ou proteger os componentes no mesmo, ou reduzir transmissão de ruído e nível de som.

G. Operação do Aparelho

De volta à FIG. 3, a operação básica do aparelho 10 será agora descrita. Geralmente, a operação do aparelho tem dois aspectos, concentrar oxigênio do ar ambiente por adsorção nos leitos filtrantes, e distribuir oxigênio concentrado para um usuário a partir do reservatório, cada do qual é descrito abaixo. Cada aspecto do aparelho pode operar independentemente dos outros, ou eles podem ser inter-relacionados, por exemplo, com base em um ou mais parâmetros relacionados.

O aparelho pode ser operado usando um ou mais opcional métodos, tal como aqueles descrito abaixo, para aumentar eficácia ou outras características de desempenho do aparelho. Por exemplo, com base em medidas de pressão e/ou pureza do oxigênio, o condições operacionais do aparelho pode ser ajustado para aumentar pureza do oxigênio e/ou concentração, fluxo de saída taxa e/ou pressão, reduzir consumo de energia, e similares.

Em modalidades exemplares, o aparelho 10 tem a capacidade para distribuir até aproximadamente 0,9 ou 1,2 litros por minuto (Lpm) equivalente de puro oxigênio. Como usadas aqui, taxas de fluxo equivalentes são usadas, que correspondem substancialmente à quantidade de gás oxigênio puro (100%) distribuído por unidade de tempo. Já que o aparelho 10 concentra oxigênio por adsorção do ar ambiente, o aparelho não gere oxigênio puro para distribuir para um usuário. Ao invés disso, o gás que escapa dos leitos filtrantes 12 que é armazenado no reservatório 18 tem uma concentração de oxigênio máxima de aproximadamente noventa e cinco por cento (95,4%), com o resto do gás sendo argônio e outros gases traço (aproximadamente 4,6%).

A uma dada taxa de fluxo, a quantidade real de oxigênio concentrado distribuído pelo aparelho 10 pode ser menor do que para oxigênio puro. Assim, oxigênio concentrado pode ter menor valor terapêutico do que oxigênio puro. Para compensar este déficit e fornecer volumes equivalentes de oxigênio, a taxa de fluxo de oxigênio concentrado deve ser mais alta do que para oxigênio puro. A razão de distribuído oxigênio concentrado para equivalente puro oxigênio é expressa em Equação (1) abaixo:

Razão = (100%-21 %)/( pureza real - 21%), (1)

e é como mostrado na FIG. 12. Por exemplo, 1,05 Lpm de 88% de oxigênio concentrado podem ser substancialmente equivalente a 0,9 Lpm de puro oxigênio, e 1,4 Lpm de 88% de oxigênio concentrado podem ser substancialmente equivalente a 1,2 Lpm de puro oxigênio. Testes têm mostrado que se compensar a pureza aumentando-se a taxa de fluxo pode reduzir consumo geral de energia para o aparelho 10. Por exemplo, FIGS. 13 e 14 ilustram o relação entre consumo de energia e a pureza da saída de oxigênio pelo aparelho 10. Mais especificamente, FIG. 13 mostra a relação entre a energia total consumida pelo equipamento a diferentes níveis de purezas de oxigênio, e FIG. 14 mostram a relação entre a energia consumida apenas pelo compressor 14 a diferentes níveis de purezas de oxigênio. As curvas 181, 182, e 183 representam a energia total versus a pureza do oxigênio em relação a diversas configurações de fluxo. A curva 181 corresponde a uma configuração de fluxo de 2, que é equivalente a 400 centímetros cúbicos (cc) de oxigênio por minuto, a curva 182 corresponde a uma configuração de fluxo de 3, que é equivalente a 600 cc/min, e a curva 183 corresponde a uma configuração de fluxo de 4,5, que é equivalente a 900 cc/min. As curvas 184, 185, e 186 representam a energia total versus pureza do oxigênio relação a diversos configurações de fluxo. A curva 184 corresponde a uma configuração de fluxo de 2 (300 cc/min), a curva 185 corresponde a uma configuração de fluxo de 3(600 cc/min), e a curva 186 corresponde a uma configuração de fluxo de 4,5 (900 cc/min).

Pode-se apreciar a partir da revisão da FIGS. 13 e 14 que na medida em que a pureza do oxigênio aumenta, a energia necessária para produzir o oxigênio aumenta exponencialmente. A algum ponto, torna-se muito "cara" em termos de consumo de energia se gerar purezas de oxigênio mais altas. De forma similar, como a pureza do oxigênio é diminuída a partir de aproximadamente 87-90%, relativamente pouco consumo de energia é ganho. Ou seja, ainda diminuir a pureza do oxigênio abaixo de 87-90% não fornece muito benefício em termos de consumo de energia, ou seja, maior duração de bateria. Dito de outra forma, há retornos marginais decrescentes em termos de consumo de energia para diminuir a pureza do oxigênio além 87-90%. Os presentes inventores determinaram que quando os valores de pureza do oxigênio e consumo de energia competidores são equilibrados, as purezas de oxigênio entre aproximadamente 85-90% resultam em eficácias desejáveis, com 88% sendo considerado um alvo exemplar de pureza do oxigênio para o gás distribuído pelo aparelho 10.

A FIG. 15 ilustra a relação entre a quantidade de oxigênio produzido e a pureza do oxigênio. A curva 187 representa o equivalente de 100% de oxigênio ou moléculas de oxigênio geradas durante uma variação de níveis de pureza. Pode-se apreciar a partir desta figura que na medida em que a pureza do oxigênio aumenta, por exemplo, acima de 90- 91%, menos moléculas de oxigênio são feitas pelo aparelho 10. De forma similar, na medida em que a pureza é reduzida, por exemplo, abaixo de 87-88%, há muito poucas moléculas adicionais de oxigênio geradas. Dito de outra forma, há retornos marginais decrescentes em termos de oxigênio gerado para purezas abaixo 87-88%. Assim, os presentes inventores consideraram que o "sweet spot" ideal em termos de pureza do oxigênio é em uma variação de 85-90%.

A FIG. 16 é uma tabela dos dados usados para gerar as curvas nas FIGS. 13-15. Deveria-se também observar que volts e ampères usados pelo sistema sem o compressor operar, mas com o ventilador de resfriamento (ventilador de entrada 164) operando é: V = 18,1 V, Á = 0,31 A, para um energia total de 5,6 W. Sem o compressor ou o ventilador de resfriamento operacional, os volts e ampères usados pelo sistema são: V= 18,1 V, Á = 0,14 A, para uma energia total de 2,5 W. Assim, o ventilador sozinho usa aproximadamente 3,1 W de energia.

1. Condução dos Leitos Filtrantes

Geralmente, para gerar oxigênio concentrado, que podem ser armazenados no reservatório 18 e/ou distribuído diretamente no usuário, o aparelho 10 é operado de forma que os leitos filtrantes 12 são alternativamente "carregados" e "purgados." Quando um leito filtrante é carregado ou pressurizado, ar comprimido ambiente é distribuído a partir do compressor para dentro do terminal de entrada/saída de ar 32 do leito filtrante, fazendo com que o material filtrante para adsorver mais nitrogênio do que oxigênio como o leito filtrante é pressurizado. Enquanto o nitrogênio é substancialmente adsorvido pelo material filtrante, oxigênio escapa através de terminal de entrada/saída de oxigênio 34 do leito filtrante, onde pode ser armazenados no reservatório e/ou ser distribuído para o usuário.

Uma vez que a pressão no leito filtrante alcança um limite predeterminado (ou depois de um tempo predeterminado), o leito filtrante pode então ser purgado ou exaurido, ou seja, o terminal de entrada/saída de ar 32 podem ser exposta a pressão ambiente Este faz com que o nitrogênio comprimido no leito filtrante para escapar através de terminal de entrada/saída de ar 32, por exemplo, para passar através do tubo de ar 16 e sair das aberturas de exaustão 92. Opcionalmente, como o leito filtrante 12A está sendo purgado, oxigênio que escapa do outro leito filtrante 12B (que podem ser sendo carregado simultaneamente) podem passar através do orifício de remoção 81 para dentro do terminal de entrada/saída de oxigênio 34 de leito filtrante purgante 12A, 12B, por exemplo, se a pressão no leito filtrante carregador é maior do que no leito filtrante purgante, que podem ocorrer no sentido do terminal purgante. Além disso, ou alternativamente, oxigênio pode passar através de válvulas de conferência 110 entre os leitos filtrantes, por exemplo, quando as pressões relativas dos leitos filtrantes e o reservatório fazem com que as válvulas de conferência 110 para aberto, além disso, para ou ao invés de através do orifício de remoção 81. Esta distribuição de oxigênio para dentro do terminal de entrada/saída de oxigênio 34 de leito filtrante sendo purgado pode ajudar na saída o concentrado nitrogênio fora do leito filtrante antes de ser carregado novamente.

O tamanho do orifício de remoção 81 é selecionado para permitir uma taxa de fluxo de oxigênio predeterminada entre os leitos filtrantes carregadores e purgantes 12. É geralmente desejável que o fluxo através do orifício de remoção seja igual em ambas as direções, de forma que ambos os leitos filtrantes 12A e 12B sejam igualmente purgados, por exemplo, fornecendo-se um orifício de remoção tendo uma geometria que é substancialmente simétrica. Em uma modalidade exemplar, o orifício de remoção 81 pode ter um diâmetro de ou outros tamanhos de seção transversal equivalentes de aproximadamente 0,02 polegada (0,5 mm) de forma que aproximadamente 2,6 Lpm podem passar através das mesmas a diferença de pressão de aproximadamente 258,75 kPa (5 psi) através do orifício de remoção. Este capacidade do orifício de remoção 81 podem não corresponder para o real volume de oxigênio que podem fluxo entre os leitos filtrantes durante a operação do aparelho, já que o real fluxo podem ser com base na diferença de pressão entre os leitos filtrantes carregadores e purgantes 12, que mudanças dinamicamente com base no diversos estados do aparelho.

Em uma modalidade exemplar, mostrada na Tabela 1 abaixo, o aparelho 10 é operado usando-se um processo que inclui quatro (4) estados "1" e "0" representam estados abertos e fechados das válvulas de controle de ar 20, respectivamente.

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TABELA 1

Durante estado 1, leito filtrante 12A está sendo carregado e leito filtrante 12B está sendo purgado. Como mostrado na tabela, válvula de controle de suprimento de ar 20as e exaustão de válvula de controle de ar 20be são aberto, e válvula de controle de suprimento de ar 20bs e exaustão de válvula de controle de ar 20a e são fechada. Com referência adicional para FIG. 7, com este arranjo de válvula, leito filtrante 12A se comunica com o compressor 14 através da passagem de saída do compressor 64 e filtra a passagem 66a, enquanto leito filtrante 12B se comunica com aberturas de exaustão 92 através de a passagem do leito filtrante 66b e passagem de exaustão 68. A o terminal de estado 1, como a pressão em leito filtrante 12A exceder a pressão em leito filtrante 12B, o orifício de remoção 81 proporciona um baixo fluxo de oxigênio gás para flush restante nitrogênio a partir de leito filtrante 12B. Estado 3 é a imagem especular de Estado 1, ou seja, leito filtrante 12B está sendo carregado e leito filtrante 12A está sendo purgado.

A duração dos Estados 1 e 3 (Tempo de Pressurização) pode ser configurada com base em um ou mais parâmetros, tal como o tamanho do orifício de remoção 81, a pureza de oxigênio deixando os leitos filtrantes 12, pressão no reservatório 18, e similares, como descrito ainda em outro local aqui. Por exemplo, durante Estado 1, se Tempo de Pressurização é muito longa, todo restante nitrogênio em leito filtrante 12B (que está sendo purgado) podem ser purgado, e oxigênio a partir de leito filtrante 12A (que está sendo carregado) que passa através do orifício de remoção 81 para dentro leito filtrante I2B podem escapar fora o aberturas de exaustão 92, desperdiçando oxigênio. Se o tempo de Pressurização é muito curto, o nitrogênio pode restar no leito filtrante 12B a o terminal do purgar ciclo, que podem reduzir a eficácia de leito filtrante 12B quando é subseqüentemente carregado. Assim, pode ser desejável para manter o tamanho do orifício de remoção 81 para uma tolerância de fluxo muito justa, e a produção os leitos filtrantes 12 sob controle rígido, de forma que os leitos filtrantes são consistentes em tolerâncias permissíveis sem que se tenha que se ajustar Tempo de Pressurização durante e/ou depois que a produção.

Durante Estado 2, válvula de controle de suprimento de ar 20bs é aberta e exaustão de válvula de controle de ar 20ae é fechada. Isto permite pressurizar o ar a partir de leito filtrante 12A para o fluxo para dentro de leito filtrante 12B através do orifício de remoção 81. Geralmente, o Estado 2 é relativamente curto comparado a os Estados 1 e 3, por exemplo, de forma que ar pressurizado entra no leito filtrante 12B antes concentrado nitrogênio em leito filtrante 12A começa para entrar leito filtrante 12B. O Estado 2 pode reduzir a quantidade de ar comprimido que deve ser distribuído a partir do compressor 14 antes que o Estado 3, que podem melhorar geral eficácia do aparelho 10. De forma similar, durante Estado 4, válvula de controle de suprimento de ar 20as é aberta e exaustão de válvula de controle de ar 20be é fechada. Assim, durante Estado 4, o ar comprimido flua a partir de leito filtrante 12B para leito filtrante 12A antes leito filtrante 12A é carregado (quando Estado 1 é repetido).

Na modalidade mostrada na Tabela 1 acima, o durações (Sobreposição de tempo) dos Estados 2 e 4 são substancialmente mais curtos do que as durações (Tempo de Pressurização) dos Estados 1 e 3. Por exemplo, as durações (Sobreposição de tempo) dos Estados 2 e 4 podem ser não mais do que aproximadamente 1,5 segundos ou não mais do que aproximadamente 0,6 segundo, enquanto as durações (Tempo de Pressurização) dos Estados 1 e 3 podem ser pelo menos aproximadamente quatro (4) segundos ou pelo menos aproximadamente cinco (5) segundos.

Opcionalmente, as durações podem ser variadas, por exemplo, como demanda do usuário (por exemplo, configuração de dose e/ou taxa de respiração) e/ou outras parâmetros garantem a(s) mudança(s). Alternativamente, as durações (Tempo de Pressurização e Sobreposição de Tempo) podem ser fixadas quando o controlador 22 é inicialmente programado e/ou subseqüentemente servido. Em tal caso, os tempos ou as constantes de tempo podem ser salvas em memória do tipo flash ou outras memórias associadas com o controlador 22. Se desejado, os tempos ou constantes de tempo podem ser ajustados, por exemplo, através de uma conexão serial durante a produção inicial, em um serviço ambiente subseqüente, e/ou durante o uso, e os novos valores podem ser armazenados na memória.

Por exemplo, pode ser desejável se reduzir as durações dos Estados 1 e 3 (Tempo de Pressurização) na medida em que a pressão no reservatório 18 ("pressão do reservatório" ou Pres) aumenta. Na medida em que a pressão do reservatório aumenta, quanto mais alta a pressão pode-se conduzir mais gás através do orifício de remoção 81, reduzindo a quantidade de tempo necessário para substancial exaustão de nitrogênio do leito filtrante 12A, 12B sendo purgado. Uma equação pode ser criada para determinar o tempo ótimo (Tempo de Pressurização) com base na pressão do reservatório. Por exemplo, a equação pode ser estimada com base em uma relação linear:

Tempo de Pressurização = k * Pres,(2)

onde k é um constante que podem ser determinada teoricamente ou empiricamente. Alternativamente, uma equação mais complicada pode ser desenvolvida, por exemplo, com base em testagem empírica. A duração dos Estados 2 e 4 (Sobreposição de tempo) pode também ser fixada ou ajustada durante a produção ou serviço, e/ou dinamicamente durante a operação do aparelho 10, se desejado, em um modo similar.

Opcionalmente, um ou mais válvulas de conferência (não mostrado) podem ser fornecidos na exaustão de linha (por exemplo, em passagem de exaustão 68 no tubo de ar 16 ou acoplado às aberturas de exaustão 92). Tal válvula de conferência pode parar os leitos filtrantes 12 a partir de "respiração", por exemplo, quando o aparelho 10 é não a operacional, e é submetido para diferente barométrica pressão e/ou temperatura. Por exemplo, se SMC DXT válvulas são fornecido para exaustão das válvulas de controle de ar 20e, eles podem atuar como válvulas de conferência. Sem guia pressão, entretanto, exaustão das válvulas de controle de ar 20e podem vazamento. Molas relativamente pequenas (não mostradas) podem ser acrescentadas a estas válvulas para evitar tal vazamento.

Alternativamente, uma ou mais válvulas (não mostradas) podem ser fornecidas em paralelo com ou ao invés do orifício de remoção 81, ou seja, em linhas que se estendem entre os terminais de entrada/terminais de saída de oxigênio 34 dos leitos filtrantes 12. Nesta alternativa, o aparelho 10 pode ser operado usando-se um ciclo de quatro (4) estados similares àqueles descritos acima. Entretanto, as válvulas paralelas podem ser abertas durante a sobreposição de tempo ou no final do ciclo de pressão a fim de ativamente controlar a pressurização ou purgação dos leitos filtrantes 12.

A técnica usada para determinar a Pressão Alvo e o tempo da válvula, ou seja, a duração dos ciclos de carga/purgação, de acordo com os princípios da presente invenção são discutidos abaixo com referência para FIGS. 17-20. Como usadas abaixo "A tempo de válvula" refere-se a durante do carregar ciclo ou o purgar ciclo. A presente invenção sets o tempo da válvula de modo a para alcançar o benéfico qualidades da presente invenção, ou seja, um concentrador de oxigênio ambulatorial de peso leve, de saída elevada e longa duração de bateria. O Tempo da válvula é otimizado empiricamente a diferentes níveis de produção de oxigênio. Mais alta pressão nos leitos filtrantes rende um tempo de válvula ideal mais curto. É acredita-se que este é já que quanto mais alta pressão gera mais alta flua através do orifício de remoção, que purga o de exaustão leito mais rápido.

Como mostrado na FIG. 17, o tempo da válvula é determinada na etapa 290 por primeiro determinar a pressão do tanque de produto/o reservatório 18, que é determinada com base na saída de sensor de pressão 114. Deveria ser observado que tanque/o reservatório 18 é usada em lugar do leito filtrante pressão já que eles são substancialmente o mesmo. Obviamente, o leito filtrante pressão poderia também ser usadas. Na etapa 292, o tempo da válvula (ms) é determinada de acordo com o relação entre tempo de válvula e pressão, que é graficamente ilustrado na FIG. 18 como a curva 294. A equação que define o tempo da válvula e que corresponde a curva 294 é definida como se segue:

Tempo de válvula (ms) = 9000 - Pressão χ 300, (3)

Em etapa 296, o tempo da válvula computado na etapa 232 é filtro de baixa passagem para estabilizar seu valor durante um período de tempo e o tempo da válvula é fornecido na etapa 298. O fim do filtro de baixa passagem o tempo da válvula é para evitar que se mude muito abruptamente, na medida em que isso pode levar à instabilidade e fraco desempenho do sistema. Assim, o carregar tempo e o purgar tempo são configurados com base no tempo da válvula determinada na etapa 298.

Entre cada ciclo do leito, há um curto (-400 ms) tempo quando ambas as válvulas de pressurização são abertas e ambas as válvulas de exaustão são fechadas. Isto permite que o ar pressurizado, não esgotado de oxigênio ainda, seja transferido a partir do leito saindo de seu ciclo de pressurização para o leito apenas partindo de seu ciclo, reduzindo ao necessário o fluxo de ar do compressor e assim a energia. Atualmente, este tempo é fixado, mas poderia ser ajustado levemente em relação à pressão do sistema para otimizar o desempenho.

Já que os leitos filtrantes podem perder o equilíbrio para diversas razões, por exemplo, a assimetria do orifício de remoção, os diferentes pacotes de filtro, o desempenho de válvula de processo etc., e já que isso pode ser prejudicado pelo desempenho do sistema, a presente invenção contempla o monitoramento da pressão pico do tanque de produto em cada leito filtrante e rastreamento da razão pico destas pressões pico. A Pressão pico do tanque de produto é escolhida em uma modalidade exemplar da presente invenção já que a pressão média do tanque de produto durante cada fase podem não ser como indicativo de leito filtrante pressão. Durante a primeira porção de cada fase, a pressão do tanque de produto é mais afetada pela pressão anterior do leito, não a atual.

Em concentradores convencionais, pressão do tanque de produto foi usada como o desencadeamento para alternar os ciclos ao invés de tempo. Isto compensa as diferenças nos leitos filtrantes. Isso pode não funcionar no concentrador de oxigênio portátil da presente invenção já que a presente invenção tem uma saída do concentrador variável. Na presente invenção, o tempo da válvula precisará ser ajustado, por exemplo, para ser mais curto quando a pressão é mais alta. Se a pressão é usada para alternar fases dos leitos, a presente invenção provavelmente não seria capaz de usar a pressão para controlar a voltagem do motor do compressor. A velocidade do motor seria baixa, por exemplo, e o tempo da válvula ficaria tão longo quanto necessário para se alcançar a Pressão Alvo.

A presente invenção contempla usar um circuito elétrico fechado de controle proporcional integral para ajustar o tempo da válvula para trazer o razão pico no sentido da unidade (1). Se um primeiro leito filtrante corre a uma pressão pico mais alta do que o segundo leito filtrante, o tempo da válvula para o primeiro leito filtrante é diminuído para trazer as pressões pico bem próximas.

2. Distribuição de Oxigênio para o Usuário

Com oxigênio concentrado armazenado no reservatório 18 e/ou com os leitos filtrantes 12A, 12B separando oxigênio do ar ambiente, o aparelho 10 pode ser usadas para distribuir oxigênio concentrado para um usuário. Como descrito acima, o controlador 22 pode ser acoplado à válvula de distribuição de oxigênio 116 para abrir e fechar a válvula de distribuição de oxigênio para distribuir oxigênio a partir do reservatório 18 para um usuário do aparelho 10.

Em uma modalidade exemplar, o controlador 22 pode periodicamente aberto a válvula de distribuição de oxigênio 116 para predeterminada "pulsos." Durante distribuição de pulso, um "bólus" de oxigênio é distribuído para o usuário, ou seja, a válvula de distribuição de oxigênio 116 é aberta para uma predeterminada duração do pulso, e após a mesma fechada até que o próximo bólus seja distribuído. Alternativamente, o controlador 22 pode abrir válvula de distribuição de oxigênio 116 para distribuição contínua, por exemplo, fechando a válvula de distribuição de oxigênio para ajustar o taxa de fluxo para o usuário.

Em outra alternativa, o controlador 22 pode periodicamente aberto e diminuir válvula de distribuição de oxigênio 116 para um predeterminado tempo para variar o volume do bólus distribuído.

Em uma modalidade, o controlador 22 pode abrir válvula de distribuição de oxigênio 116 depois que o controlador detecta um evento, tal como detectar quando o usuário começa a inalar. Quando o evento é detectado, a válvula de distribuição de oxigênio 116 pode ser aberta para a predeterminada duração do pulso. Nesta modalidade, a freqüência de pulso ou espaçamento (tempo entre sucessiva abertura da válvula de distribuição de oxigênio) pode ser regida por e corresponder à taxa de respiração do usuário (ou outro espaçamento de evento). A taxa de fluxo geral de oxigênio sendo distribuído para o usuário é então com base na duração do pulso e freqüência de pulso.

Opcionalmente, o controlador 22 pode atraso abertura válvula de distribuição de oxigênio 116 para um predeterminado tempo ou atraso depois que o usuário começa a inalar, por exemplo, para maximizar a distribuição de oxigênio para o usuário. Por exemplo, este atraso pode ser usado para maximizar a distribuição de oxigênio durante a parte "funcional" de inalação. A parte funcional da inalação é a porção onde a maior parte do oxigênio inalado é absorvido para dentro da corrente sangüínea pelos pulmões, ao invés da simplesmente usadas para preencher anatômico morto espaço, por exemplo, nos pulmões.

Descobriu-se que o funcional parte de inalação podem ser aproximadamente o primeiro metade e/ou o primeiro seiscentos milissegundos (600 ms) de cada respiração. Assim, o predeterminado atraso depois que se detecta a inalação pode ser entre aproximadamente vinte e cento e cinqüenta milissegundos (20-150 ms).

Assim, podem ser particularmente úteis para detectar o início de inalação cedo e começa distribuindo oxigênio rapidamente a fim de distribuir oxigênio durante o parte funcional de inalação. Um usuário respiração através de seu nariz pode gerar relativamente forte queda de pressões, por exemplo, aproximadamente 0,0098 kPA (1 CmH2O), na cânula. Entretanto, se o usuário respira através de sua boca, eles podem apenas gerar queda de pressões no ordem de 0,00098 kPA (0,1 CmH2O).

Por exemplo, assumindo um excitação voltagem de cinco volts (5 V), o saída sensibilidade do sensor de pressão 122 podem ser aproximadamente 320 //WcmH2O. Conseqüentemente, uma queda de pressão de 0,1 V (por exemplo, a partir de inalação através da boca ). Se o controlador 22 inclui um amplificador (não mostrado) tendo um ganho de mil (1,000), o amplificador criaria um sinal amplificado de aproximadamente trinta e dois milivolts (32 mV), que pode fornecer seis (6) contagens em conversor análogo para digital (A/D) de dez (10) bits cinco volts (5 V).

Como explicado acima, o sensor de pressão 122 pode exibir problemas de flutuação, tornando difícil para o controlador 22 identificar o início de uma inalação e abrir a válvula de distribuição de oxigênio 116. Uma solução é resetar ou zerar o sensor de pressão 122 quando o aparelho 10 estiver desligado. Entretanto, o sensor de pressão pode ser termo-sensível de forma que o sensor de pressão possa criar uma flutuação maior do que o nível desencadear. Alternativamente, como descrito acima, uma pequena válvula (não mostrada) podem ser acoplada ao sensor de pressão 122 que podem ser aberto periodicamente para resetar ou zero o sensor de pressão, por exemplo, enquanto válvula de distribuição de oxigênio 116 é aberta e distribuindo oxigênio. Em outra alternativa, também descrito acima, um relativamente pequeno orifício pode ser fornecido entre sensor de pressão 122 e a válvula de distribuição de oxigênio 116 que podem permitir o sensor de pressão para resetar ou zerar durante distribuição do oxigênio, por exemplo, durante um pulso tão curto como cem milissegundos (100 ms).

Em ainda uma ainda alternativa, o controlador 22 inclui hardware e/ou software que filtre os sinais do sensor de pressão 122 para determinar quando o usuário começa inalação. Nesta alternativa, o controlador 22 pode precisam de para ser suficientemente sensível para desencadear válvula de distribuição de oxigênio 116 propriamente, por exemplo, enquanto o usuário emprega diferentes técnicas de respiração. Por exemplo, alguns usuários podem praticar respiração com os lábios franzidos, por exemplo, inalando através de seu nariz e expirando através de lábios franzidos. Durante este técnica de respiração, o controlador 22 não detectará um sinal expiratório que indicará que inalação está prestes a começar.

O algoritmo de filtragem podem também precisam de para distinguir entre o início de inalação e um decrescente taxa de expiração, que podem de outra forma levar o controlador para dentro desencadeando distribuição do oxigênio durante um longo período de expiração (que causa desperdício). Além disso, ou alternativamente, o algoritmo de filtragem do controlador 22 pode precisar se "manter desligado" durante longas respirações, por exemplo, para evitar distribuir diversos pulsos durante uma única inalação relativamente longa. Por exemplo, se o controlador é configurado para abrir a válvula de distribuição de oxigênio 116 se detectar uma queda de pressão abaixo um limiar predeterminado, podem abrir a válvula de distribuição de oxigênio duas vezes durante uma única inalação (que podem também causa desperdício). Nesta situação, o algoritmo de tempo de filtragem depois que a inalação é percebida, por exemplo, pelo menos aproximadamente 1,5 segundos.

Alternativamente, o controlador 22 pode abrir a válvula de distribuição de oxigênio a uma freqüência de pulso que é fixa, ou seja, independente da taxa de respiração do usuário, ou que pode ser dinamicamente ajustada. Por exemplo, o controlador pode abrir a válvula de distribuição de oxigênio 116 antecipando a inalação, por exemplo, com base no monitoramento da média ou instantâneo espaçamento ou freqüência de duas ou mais respirações anteriores. Em outra alternativa, o controlador pode abrir e fechar válvula de distribuição de oxigênio 116 com base em uma combinação destes parâmetros, por exemplo, com base na taxa de respiração do usuário, mas abertura a válvula de distribuição de oxigênio se uma freqüência mínima predeterminada não é conseguida.

Para distribuição de pulso, a duração do pulso pode ser com base na configuração de dose selecionada pelo usuário. Desta forma, substancialmente o mesmo volume de oxigênio pode ser distribuído para o usuário a cada vez que válvula de distribuição de oxigênio 116 é aberta, mediante uma configuração específica de dose. A configuração de dose pode ser uma configuração quantitativa ou qualitativa que o usuário pode selecionar. Uma configuração qualitativa de dose pode envolver um sintonizador ou um ou mais botões (por exemplo, na interface do usuário 144) que permite ao usuário selecionar um nível, por exemplo, em um escala de um a dez (1-10) ou a partir da variação entre um valor mínimo e um máximo. O controlador 22 pode relacionar a configuração qualitativa com uma taxa de fluxo desejada ou tamanho de bólus, por exemplo, relacionando à capacidade de fluxo máxima do aparelho 10.

Por exemplo, o configurações podem corresponder para pontos no variação a que o aparelho 10 pode suprimento oxigênio concentrado, por exemplo, entre zero e cem por cento (0-100%) de um máxima capacidade do aparelho. Por exemplo, um fluxo máximo taxa (ou equivalente taxa de fluxo de puro oxigênio) para o aparelho 10 pode ser usadas, por exemplo, entre aproximadamente seis e dezesseis litros por minuto (6-16 Lpm). Alternativamente, um volume de bólus máximo pode ser usado, por exemplo, entre aproximadamente dez e cento e cinqüenta mililitros (10-150 mL) ou entre aproximadamente dez e oitenta mililitros (10-80 mL).

Um quantitativa configurar pode permitir um usuário para selecionar um taxa de fluxo desejada (por exemplo, em Lpm), que podem ser um real oxigênio concentrado taxa de fluxo ou um equivalente pura taxa de fluxo de oxigênio, ou um desejado volume de bólus (por exemplo, em mililitros). As taxas de fluxo ou volumes disponíveis para seleção podem também ser limitado pela capacidade do aparelho 10, similar ao qualitativa configurações. Informação adicional sobre usando um configuração com base no volume de dose sistema, ao invés da equivalência implícita para contínuos fluxo, podem ser encontrada em Characteristics of Demand Oxygen Delivery Systems: Maximum Output and Setting Recommendations, por P. L. Bliss, R. W. McCoy, e A. B. Adams, Respiratory Care 2004; 49(2) 160-165, cuja divulgação completa é incorporada aqui por referência.

Como a configuração de dose é aumentada, a duração do pulso pode ser aumentada, por exemplo, a partir de aproximadamente cinqüenta para quinhentos milissegundos (50-500 ms) para distribuir um predeterminado bólus durante cada pulso. Se o taxa de respiração do usuário permanece substancialmente constante, a freqüência de pulso possa também restante substancialmente constante, portanto aumentando a taxa geral de fluxo sendo distribuído para o usuário. Durante real uso, entretanto, o taxa de respiração do usuário podem mudar, por exemplo, com base em nível de atividade, ambientais condições, e similares. Por exemplo, taxa de respiração para pacientes de doenças pulmonares podem variar a partir de aproximadamente treze para quarenta (13-40) respirações por minuto, ou a partir de aproximadamente dezoito para trinta (18-30) respirações por minuto. Portanto, o aparelho 10 pode ser capaz de distribuir estas freqüências de pulsos para o usuário.

Já que do relativamente pequeno tamanho de um portátil concentrador, tal como o aparelho 10, condições podem ocorrer em que a configuração de dose e taxa de respiração do usuário exceder a capacidade do aparelho. Assim, para qualquer configuração dada de dose, ou seja, volume particular (por exemplo, mL) por respiração, o aparelho pode ter um máxima taxa de respiração a que o aparelho pode distribuir oxigênio a configuração desejada de dose.

Se a taxa de respiração máxima para um particular configuração de dose é ultrapassada, o aparelho pode responder de um ou mais modos. Por exemplo, o aparelho 10 pode incluir um alarme, por exemplo, um alarme visual e/ou áudio, que pode alertar o usuário quando Tal evento ocorre. Isso pode alertar o usuário, e, se necessário, o usuário pode diminuir sua taxa de respiração, por exemplo, por descanso e similares.

Além disso, ou alternativamente, o aparelho 10 pode mudar o distribuir parâmetros para manter distribuir a ou perto da máxima taxa de fluxo capacidade do aparelho, por exemplo, aproximadamente 900 mL/min. ou aproximadamente 1,200 mL/min. Para se atingir este, o controlador 22 calcula o tamanho de bólus que podem ser distribuído dada o taxa de respiração do usuário (por exemplo, dividindo o máxima taxa de fluxo pelo taxa de respiração ou usando uma tabela de consulta), e ajustar a duração do pulso da mesma forma (e/ou diminuir válvula de distribuição de oxigênio 116). Por exemplo, assume controlador 22 detecta que o usuário tem um taxa de respiração de aproximadamente vinte e três (23) respirações por minuto durante um tempo predeterminado, por exemplo, o a maior parte recente trinta segundos (30 s), e a configuração de dose distribui quarenta milímetros (40 mL) por respiração. O resultante taxa de fluxo, 920 mL /min, excederia a capacidade de 900 mL/mi. de capacidade do aparelho. Conseqüentemente, o controlador 22 pode reduzir a duração do pulso para reduzir o taxa de fluxo a ou abaixo 900 mL /min, por exemplo, por reduzindo à duração do pulso por pelo menos aproximadamente (1900/920) ou aproximadamente dois por cento (2%).

Quando da seleção de taxas volumétricas de fluxo para distribuição de pulso, um ou mais adicional fatores podem também ser considerados. Por exemplo, mais altas taxas de fluxo podem criar maior pressão anterior na cânula, fazer o controle do fluxo mais difícil, especialmente em um sistema de pressão relativamente baixa, tal como um concentrador de oxigênio portátil, similar ao aparelho 10 descrito aqui.

Opcionalmente, o aparelho 10 pode ser operado em um modo que podem maximizar eficácia, 10, por exemplo, para reduzir o consumo de energia e se estendem uma duração de bateria do aparelho. Isso pode melhorar a mobilidade do usuário, por exemplo, permitindo eles para restante independente de uma fonte de energia externa para maior períodos de tempo.

Diversas variáveis podem ser relevantes para determinar o quanto de energia pode ser necessária para operar o aparelho 10. A variável independente é a velocidade ou energia do compressor 14, que pode consumir até noventa e cinco por cento (95%) da energia usada pelo aparelho. A velocidade do motor 40 do compressor pode ser controlada por controlador 22, e é essencialmente um modulação de profundidade de pulso ("PWM") da energia de bateria 148, ou seja, quanto mais energia necessária, mais alta o rendimento do ciclo do PWM.

Os controles de velocidade de circuito elétrico fechado fechada ou torque do motor 40 podem ser usados, mas podem não ser necessários. Durante o ciclo de processo, na medida em que a pressão aumenta, a velocidade do motor do compressor 14 pode ser reduzida por conta de mais alta necessidade de torque. Isso pode resultar na energia total necessária sendo substancialmente nivelada, minimizando picos de corrente.

Durante o processo ciclo, quando o leito filtrante de alimentação válvula é aberto e a pressão do leito filtrante/tanque de produto aumenta na direção da Pressão Alvo, o motor é não controlado para uma velocidade fixada. Ao invés disso, a velocidade do motor é deixada cair, mas o corrente/energia fornecido para o motor é limitado. Limitando-se corrente/energia para o motor, isto maximiza o consumo da bateria, ou seja, uma duração de bateria. Isto se dá, já que o taxa de descarga da corrente da bateria é diminuída e, portanto o tempo de funcionamento da bateria é aumentado/maximizado.

O PWM pode ser expresso como uma porcentagem a partir de zero para cem por cento (0-100%), zero correspondente ao compressor 14 sendo desligado e cem por cento correspondentes para o compressor operacional a sua máxima velocidade. Na prática, há um mínimo valor obtenível, abaixo do que o compressor 14 pode não funcionar, e, portanto, a variação real pode ser aproximadamente de quarenta para cem por cento (40-100%). As equações aqui assumem que as relações são lineares, que podem fornecer suficiente aproximação. Alternativamente, equações mais detalhadas podem ser desenvolvidas com base em cálculos teóricos ou empíricos, por exemplo, que podem ser implementadas usando-se uma equação não-linear ou um tabela de consulta, por exemplo, em memória do controlador 22. PWM podem ser controladas por monitoramento - da pressão do reservatório (pressão no reservatório 18) e controle do motor 40 do compressor para manter um pressão alvo do reservatório. Por exemplo, o controlador 22 pode ser acoplado o sensor de pressão 114 no reservatório para monitor a pressão do reservatório, e o controlador podem ajustar o PWM do motor da mesma forma. A pressão alvo do reservatório podem ser estática, por exemplo, o conjunto durante a produção ou serviço, ou podem ser dinâmico, por exemplo, mudada para manter um alvo pureza do oxigênio e/ou outras parâmetro(s), como descrito ainda em outro local aqui. Alternativamente, diversos variáveis podem ser monitorados e o motor 40 controlado para manter as diversas variáveis a selecionada alvos.

Por exemplo, uma pressão alvo do reservatório pode ser selecionada com base em configuração de dose e usuário taxa de respiração. Em modalidades exemplares, o pressão alvo do reservatório é entre aproximadamente cinco e 776,25 kPa (5-15 psi) ou entre aproximadamente 15,24 e 50,8 kPa (6-12 psi). Opcionalmente, a Pressão Alvo pode ser ajustada com base em outros parâmetros, tal como pureza do oxigênio, como explicado ainda abaixo.

O usuário taxa de respiração podem ser determinada por controlador 22, por exemplo, com base em leitura de pressões do sensor de pressão 122. o sensor de pressão podem detectar um redução em pressão como o usuário inale (por exemplo, puxar oxigênio a partir de recessos 133, 137 e canal 135, mostrado nas FIGS. 9A e 9B). O controlador 22 pode monitor a freqüência a que sensor de pressão 122 detecta o redução em pressão para determinar o taxa de respiração. Além disso, o controlador pode também uso a pressão diferencial detectada pelo sensor de pressão 120.

Na medida em que a configuração de dose é aumentada, o usuário taxa de respiração aumenta, e/ou o bateria voltagem cai, o a pressão do produto do reservatório podem tende a cair. Para compensar para este queda de pressão, PWM pode ser aumentado. Assim, uma pressão alvo do reservatório pode ser escolhida e controlador 22 pode implementar um circuito elétrico fechado de controle para manter este pressão alvo do reservatório.

A FIG. 19 ilustra um exemplo de um processo o aparelho 10 usa para controlar a velocidade do motor 40 no compressor 14. A presente invenção controla a velocidade do motor 40 de modo a para manter um média pressão alvo em tanque de produto ou o reservatório 18. Deveria ser observado que a velocidade do motor é não percebido ou determinada, se monitorado a todo, é feito apenas para informacional fins. Deveria ser observado também que a velocidade do motor, por se, é não sendo controlada. Ao invés disso, o processo ilustrado na FIG. 19 é usado para ajustar a voltagem fornecida para o motor, que podem ou podem não mudar a velocidade do motor, dependendo, por exemplo, do torque o motor é experimentado. Na etapa 300, a demanda de oxigênio (volume por minuto) é determinada pelo pulso ou configuração de dose e taxa média de respiração do paciente. Na etapa 302, volume por minuto é usadas para calcular a Pressão Alvo do tanque de produto ("Pressão alvo") de acordo com a relação dada nesta etapa. Esta relação entre volume por minuto e a Pressão Alvo é mostrada graficamente na FIG. 20 como a curva 303. Uma pressão alvo mais alta é necessária para produção de oxigênio mais alta. A Pressão Alvo foi determinada empiricamente para ser alta o suficiente, com algum fator de segurança, para produzir oxigênio através da variação de volume por minuto.

A Pressão Alyo é ainda modificada lentamente (durante horas da operação) pela pureza do produto de saída. Este modificador é denominado "Fator O2". Vide a etapa 304 na FIG. 19. O fator O2 tem um mínimo de 1, de modo que a pressão alvo inicial padrão não pode ser reduzida (como um segurança contra flutuação do sensor de pureza). Na etapa 302, a pressão pode, entretanto, ser aumentada por um fator O2 aumentado, se a pureza consistentemente ficar abaixo da pureza alvo, por exemplo, 88%, por um longo período de tempo. Isto se dá, por exemplo, para permitir uma degradação do filtro a longo prazo devido à carga de água. Como mostrado na etapa 306, uma circuito elétrico fechado de controle proporcional integral é usadas para manter este pressão alvo no tanque de produto em uma base de tempo médio. O compressor o motor é acelerado (lentamente através de um filtro de baixa passagem, como indicado na etapa 308) para criar uma pressão do tanque de produto mais alta, e retardado se a pressão é mais alta do que a alvo. Como ilustrado na etapa 310, PWM é usadas para controlar a velocidade, que o motor vê como mudança de voltagem.

Já que há um filtro de baixa passagem no PWM, a energia fornecida para o motor fica relativamente fixada através do ciclo do leito filtrante. Portanto, como a pressão do leito aumenta ao longo do ciclo, o compressor é deixado desacelerar devido à carga de pressão aumentada (torque). Isto, por sua vez, cabos para menor flutuação na energia necessária que seria visto se uma velocidade fixa (rpm) fosse desejada. Quanto mais alta a energia seria o resultado de funcionamento mais difícil para manter uma rpm fixa sob crescente carga de pressão. A flutuação de energia mais baixa resultante significa pico de corrente de bateria mais baixo, que leva a uma duração de bateria aumentada (duração).

O PWM, que é calculado para manter pressão do tanque de produto, é modificado por mudanças para a voltagem do sistema. Assim, se o PWM é configurado perfeitamente com as baterias que estão a % de carga (-13 volts), e a fonte de energia externa AC (18V) está conectada, a velocidade do motor permanece a mesma com apenas um leve aumento, ao invés de um grandes aumentos e subseqüente diminuição.

A presente invenção contempla, mas não precisa, o uso da pureza do oxigênio monitorado pelo sensor de oxigênio 118 para controlar a velocidade do motor. Mudanças na pureza do oxigênio podem ser afetadas pela condição do material filtrante nos leitos filtrantes 12, a temperatura e/ou a umidade do ar ambiente sendo puxado para dentro do aparelho 10 para carregar os leitos filtrantes, e similares. O controlador 22 pode ter um conjunto alvo pureza do oxigênio armazenado em memória, por exemplo, entre aproximadamente 85-93%, tal como 88%, e pode monitor a pureza detectada pelo sensor de oxigênio 118. Se a pureza do oxigênio diminui abaixo o alvo pureza do oxigênio, o controlador 22 pode aumentar a pressão alvo do reservatório para compensar e aumentar a pureza do oxigênio. Isso possa desencadear que o controlador aumente o PWM com base no circuito elétrico fechado de controle usado pelo controlador para manter a nova pressão alvo do reservatório.

Assim, o controlador 22 pode modificar PWM, ou seja, a velocidade do motor 40 do compressor 14, para manter o reservatório perto de sua pressão alvo, que o controlador podem modificar com base nos parâmetros monitorados pelo controlador.

A taxa de produção de oxigênio máxima é dependente da velocidade do compressor 14, que, por sua vez, é dependente da voltagem de entrada a partir de baterias 148. Para operar de modo eficaz, é desejável para o aparelho 10 para operar a ou perto do alvo parâmetros, mesmo como as baterias começam a esgotar suas cargas. Para um bateria 4S4P Li-lon, a voltagem ao final da carga da bateria pode ser de aproximadamente onze Volts (11 V). Quando esta bateria é nova (ou quando o aparelho 10 é conectado para um fonte de energia externa), por comparação, o voltagem podem ser até 16,8 Volts. Para evitar excesso oxigênio geração quando baterias 148 são completamente carregado, pode ser desejável se impor uma velocidade máxima para o compressor 14, por exemplo, não mais do que aproximadamente 2,500 rpm. Alternativamente, o controlador 22 pode permitir este máxima velocidade para ser ocasionalmente excedendo em uma margem de segurança predeterminada, a fim de reduzir o risco de danos ao compressor 14.

Por meio de exemplo, para um aparelho distribuindo até sessenta mililitros (60 mL) por respiração, uma taxa de fluxo exemplar de aproximadamente oito litros por minuto (8 Lpm, ou aproximadamente 133 mL/s.) pode ser usada. O volume equivalente de 88% de gás oxigênio é aproximadamente setenta mililitros (70 mL), e a duração do pulso seria de aproximadamente 0,53 segundo. Se o aparelho é capaz de gerar até aproximadamente 1200 mL/min, o máxima taxa de respiração a máxima configuração de dose seriam aproximadamente dezessete (17) respirações por minuto. Considerando que uma razão l:E de 1:2 e que o primeiro cinqüenta por cento (50%) de cada das respirações do usuário são funcionais (e não preenchendo espaço vazio), o tempo mínimo disponível seria de 0,60 segundo. A mais alta taxa de respiração, o Vol de Pulso máxima volume (e duração do pulso) seriam mais baixo já que da taxa máxima de produção.

Já que o aparelho 10 pode operar a relativamente baixas pressões, por exemplo, entre aproximadamente 258,75 e 621 kPa (5-12 psi), o fluxo através de qualquer controle passagem no aparelho não será sônico. Conseqüentemente, se a anterior pressão do aparelho 10 varia, por exemplo, devido à cânula ou tubulações conectadas pelo usuário, podem faz com que mudanças na taxa de fluxo de oxigênio distribuído para o usuário. A oito litros por minuto (8 Lpm), o resistência de cânula pode ser entre aproximadamente 36,225 e 103,5 kPa (0,7-2 psi), por exemplo, para uma cânula Hudson ou um cateter TTO foi aproximadamente. Este pressão anterior aumentada pode reduzir a taxa de fluxo de oxigênio distribuído para o usuário por até vinte e cinco por cento (25%).

Para permitir a variação em ambas as pressão do reservatório e pressão a montante (pressão a partir do reservatório 18 para o usuário através da cânula), o seguinte algoritmo pode ser empregada. A válvula "em tempo" pode ser ajustada para manter um fixo volume de Vol de Pulso (como conjunto pelo selecionada configuração de dose). A pressão do reservatório pode ser medida durante o tempo em que a válvula de distribuição de oxigênio 166 está desligada, e a pressão ao longo da válvula de distribuição de oxigênio 116 podem ser medida, por exemplo, usando sensor de pressão 120, enquanto a válvula de distribuição de oxigênio 116 é aberta.

A válvula Em Tempo ou a duração do pulso (Tempo de distribuição em na Tabela 2) pode ser configurada como um fator de configuração de dose ajustado por pureza do oxigênio para se obter o volume real, pressão do reservatório, e queda de pressão através da válvula de distribuição de oxigênio 116. As equações que podem ser usadas para estes cálculos são mostradas na Tabela 2, que inclui parâmetros de controle exemplares que podem ser usadas para operar o aparelho 10.

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TABELA 2

Em uma modalidade alternativa, uma válvula (não mostrado) é fornecida que age de modo similar a um regulador de pressão. Ao invés de se controlar a pressão medida a montante, controla uma queda de pressão através de um orifício colocado inline a montante com a válvula de distribuição. Desta forma, em detrimento da pressão a montante, a mesma taxa de fluxo pode ser distribuída, e o volume resultante a uma duração selecionada do pulso pode ser substancialmente constante.

Quando um usuário decide desligar ou encerrar o aparelho 10, por exemplo, por pressionar um controle ligado/desligado ou pressionar um "botão" em um touch screen, por exemplo, em interface do usuário 144, pode ser desejável que o aparelho complete um procedimento automaticamente para proteger o aparelho. Por exemplo, se ar pressurizado permanece nos leitos filtrantes 12 depois que é desligado, a água no ar pode se condensar ou ainda ser absorvida pelo material filtrante, o que pode danificar o material filtrante. Pode também ser desejável substancialmente isolar os leitos filtrantes 12 a partir de condições atmosféricas, por exemplo, para evitar que os leitos filtrantes "respirem" quando o aparelho 10 encontra pressão barométrica e/ou temperatura diferentes. Qualquer tal respiração podem introduzir para dentro ou evacuar ar fora dos leitos filtrantes, que podem introduzir umidade para dentro do material filtrante.

Quando o aparelho 10 está sendo usado desligado, a válvula de distribuição de oxigênio 116 pode ser fechada para interromper a distribuição de oxigênio a partir do reservatório 18. Suprimento as válvulas de controle de ar 20s podem ser automaticamente fechada (tanto ativamente ou como o padrão quando energia elétrica é usado desligado), por exemplo, enquanto exaustão das válvulas de controle de ar 20e é aberta. Depois que um primeiro tempo predeterminado, por exemplo, entre aproximadamente cem e trezentos milissegundos (100-300 ms), o compressor 14 podem ser usado desligado. Deixar que o compressor 14 opere momentaneamente depois que se feche as válvulas de suprimento de controle de ar 20s pode deixar a pressão residual no tubo 16, o que pode melhorar mantendo-se as válvulas de controle 20s fechadas por um longo período de tempo. Esta pressão pode vazar lentamente ao longo do tempo.

Depois que um segundo predeterminada tempo, por exemplo, entre aproximadamente nine e vinte segundos (9-12 s), permitindo que qualquer ar pressurizado seja exaurido a partir dos leitos filtrantes 12, a exaustão das válvulas de controle de ar 20e podem ser fechada (tanto ativamente ou como o padrão quando energia elétrica é usado desligado).

H. Bolsa de transporte

O aparência geral externa do aparelho 10 é melhor mostrada nas FIGS. 1A e 1B. A superfície de fundo exterior é definida pelo tubo de ar 16, a superfície externa superior oposta é definida por tubo de oxigênio 102, a superfície exterior de um terminal porção é definida por os painéis laterais 59, 159, a superfície exterior do oposta outras terminal porção é definida pelos leitos filtrantes 12 e o reservatório 18, a superfície exterior de um lado porção é definida por um painel 200, e a superfície exterior da porção oposta do outro lado é definida por um painel 202. Em uma modalidade exemplar, painéis 200 e 202 são folhas relativamente finas de material, tal como plástico ou metal. Seu fim primário é o de guardar o volume interno do aparelho. Entretanto, a embalagem toda fornece estrutura e suporte para o equipamento. A presente invenção também contempla que estes painéis pode ser inteiramente omitidos.

Pode-se apreciar que a aparência externa do aparelho como apresentado pelo acima-observado componentes é não esteticamente agradável, proporciona pouca proteção para o aparelho, e pouca para ajudar a reduzir o som gerado pelo aparelho. Para se atingir estas, e outras funções, a presente invenção contempla o fornecimento de uma bolsa de transporte 210 para abrigar o aparelho 10. A bolsa elimina a necessidade de, e o peso de, um invólucro externo plástico típico de concentradores de oxigênio portáteis convencionais.

Um exemplo de uma bolsa de transporte 210 adequada para este fim é mostrado nas FIGS. 21-23. A Bolsa 210 é feita de um material de peso leve, tal como poliéster com um revestimento de PVC, que tem uma forma geralmente correspondente à forma do aparelho 10 e envolve completamente o aparelho. O material, ou a combinação de materiais, é selecionado de modo a ser durável, de peso leve, resistente a manchas, resistente à água, ou qualquer combinação dos mesmos.

A presente invenção contempla que o aparelho 10 e bolsa 210 são firmados juntos de modo que o aparelho ser facilmente removido a partir da parte anterior. Por exemplo, parafusos, flechas, ou outros fixadores podem ser usados para ligar a bolsa para o conservador de oxigênio o aparelho. Isto permite um técnico, por exemplo, para desmontar a bolsa a partir do aparelho, mas tornará difícil para um usuário remover o aparelho da bolsa, assim como evitar o aparelho a partir de acidentalmente cair ou escorregar para fora da bolsa. Desta forma, a bolsa é uma parte integral de todo o aparelho conservador de oxigênio.

Bolsa 210 tem uma forma geralmente retangular para se adaptar à forma do aparelho 10. Entretanto, não é necessário que a forma da bolsa se adapte àquela onde o concentrador é alojado. Bolsa 210 inclui um o painel superior ou flap 212 que é pelo menos parcialmente separável a partir do restante da bolsa para permitir acesso para o interior da bolsa. Na modalidade ilustrada, um zíper 214 é fornecido em torno de uma porção do perímetro da bolsa para permitir o painel superior 212 seja aberta, como mostrada na FIG. 23, ou fechada, como mostrado FIGS. 21 e 22. É através deste acesso que o aparelho é colocado para dentro e removido da bolsa. A presente invenção contempla o fornecimento de um trava em zíper 214 de modo que o painel superior não pode ser abertas sem autorização.

O painel superior 212 inclui um painel transparente 216 que se sobrepõe ao display touch screen 230 quando o painel superior é fechada. Este painel transparente é suficientemente flexível de modo que o usuário pode operar a interface de usuário touch screen através deste o painel. Painel transparente 216 é também feitos de um resistente à água, durável material de modo que pode de modo eficaz proteger o touch screen sem impedir seu uso. O painel superior também inclui uma rebarba da cânula acesso porta 218 de modo que rebarba da cânula 139 se estende através da bolsa parede. Em uma modalidade exemplar, um flexível material, tal como neoprene, é fornecido em torno de rebarba da cânula acesso porta 218 para evitar água ingresse e permitir flexibilidade na posição da rebarba da cânula através da parede da bolsa.

Para acessar a abertura de bateria 140a e/ou 140b um encaixe da bateria 220 é também fornecido em o painel superior 212. Uma aba de encaixe da bateria 222 recobre encaixe da bateria 220 e é mantida na fechada posição através de um mecanismo de fechamento, tal como um fixador em gancho e alça, zíper, fecho, ou similares. Movendo-se aba de encaixe da bateria 222 proporciona acesso para encaixe da bateria 220 de modo que uma bateria pode ser fornecido ou removido a partir do encaixe da bateria. Embora apenas um encaixe da bateria 220 e aba de encaixe da bateria 222 é mostrado em bolsa 200, deve ser entendido, que a segunda abertura de bateria também pode ser acessada e coberta por um similar sistema. Se, entretanto, apenas um encaixe da bateria é fornecido, a segunda abertura de bateria é acessada por abertura no painel superior 212, como mostrado na FIG. 23.

A parede terminal da bolsa 210 inclui uma ou mais comutadores de entrada 226 que se sobrepõe à abertura de entrada 160a, 160b quando o aparelho 10 é disposto na bolsa. Um malha ou outras telas 228 é fornecida em comutadores de entrada 226 para evitar grandes materiais a partir de entrada da abertura de entrada 160a, 160b. Em uma modalidade exemplar, um filtro alojamento bolso é também fornecido durante comutadores de entrada 226 tanto no interior, o exterior da bolsa, ou ambos para fixar um filtro descartável durante abertura de entrada 160a, 160b. Em outra modalidade, a bolsa é configurada de forma que o via o fluxo de ar deve seguir a fim de alcançar abertura de entrada 160a, 160b é uma via tortuosa e é aberto em um na direção inferior para evitar que a água entre no interior da bolsa.

A presente invenção ainda contempla que bolsa 200 inclui um alça ou faixa 224 que é fixo para ou destacável da bolsa. A bolsa também inclui bolsos 232. O número, tamanho, localização, e configuração dos bolsos, alças, ou cintas podem ser variados em qualquer modo para adequar as necessidades do usuário, incluindo fornecimento de bolsos ou recessos internos.

Barreiras ou outros espaçadores podem ser fornecidos em uma ou mais das superfícies interiores da parede da bolsa. Opcionalmente, a bolsa 200 pode incluir almofadas ou outros materiais absorventes de som para ajudar minimizado o som fora da bolsa. Em outras palavras, a bolsa ela própria pode ser feita de ou empacotado com um material atenuante de som ou pode incluir materiais atenuantes de som em localizações estratégicas para manter os níveis de som a um mínimo. Além disso, blocos de espuma ou outro material de suporte/absorção de choque pode ser fornecido no fundo do interior da bolsa ou a outras localizações na bolsa para suportar o aparelho 10. Em uma modalidade exemplar, espumas de relativamente alta densidade são fornecidas a cada canto inferior da bolsa para proteger o aparelho 10 e espumas de menor densidade material são usadas em outro local para minimizar o peso. Além disso, o fundo da bolsa pode ser fornecido com um material de alta força e impermeável à água, tal como borracha, para proteger o fundo da bolsa, que se espera sofrer o maior desgaste e rasgar.

I. Interface de Usuário Touch Screen

As FIGS. 24-32 ilustram o display, ou seja, a informação visual, fornecida em interface do usuário 144 durante o uso do aparelho 10. Mais especificamente, estas figuras ilustram a informação fornecida em touch screen 230. Quando o equipamento é desligado, o display fica em branco. Quando o touch screen 230 é tocado uma vez, um ícone ligado/desligado 240 é apresentado, como mostrado na FIG. 24. A ativação do aparelho requer que se toque o ícone ligado/desligado 240, fazendo com que o sistema avance a um estado ativo. O toque em outras localizações do touch screen não iniciará o aparelho.

Assim, a ativação do equipamento requer dois toques no touch screen, com o segundo toque sendo em uma localização específica no touch screen. Esta característica de "duplo toque" da presente invenção evita ativação indesejada ou inadvertida do aparelho. Uma vez que ativados, o sistema pode apresentar informação predefinida, tal como uma logo corporativa, publicidade, instruções ao usuário, informação de diagnóstico, informação de erros, informação de uso, e similares. A FIG. 25 ilustra a informação que pode ser fornecida no touch screen com a inicialização. Como mostrado na FIG. 25, touch screen 230 inclui as áreas 242 que indicam a versão de software atualmente sendo usada pelo aparelho, uma área 246 que indica o número de horas em que o aparelho foi usado, e uma área 248 que indica quaisquer códigos de erros, ou seja, erros que podem ter sido detectados durante um processo diagnóstico, que poderia ter sido conduzido mais cedo e/ou durante a inicialização do equipamento.

A FIG. 26 ilustra a informação fornecida em um típico touch screen 230 depois que o aparelho 10 é ligado. Como mostrado nesta figura, o touch screen 230 inclui ícone ligado/desligado 240, uma dose de pulso ou indicação de configuração de fluxo 250, que é o numerai "1" na modalidade ilustrada, e um ícone de bateria 252. Pode-se apreciar que o tamanho de indicação de configuração de fluxo 250 é relativamente grande, ou seja, grande o suficiente para ocupar 20-80% de todo o touch screen. Isso permite que o usuário facilmente identifique visualmente a configuração de fluxo. Em uma modalidade exemplar da presente invenção, a real altura do ícone da configuração de fluxo é de pelo menos 1,27 cm e a real profundidade é de pelo menos 0,635 cm. Em uma modalidade exemplar, a altura é pelo menos 3,175 cm e o profundidade de cada dígito é 1,27 cm ou maior. Além disso, em uma modalidade exemplar, o ícone de bateria 252 tem pelo menos 1,27 cm de profundidade e pelo menos 1,905 cm de altura.

O ícone de bateria 252 é uma imagem na forma de uma bateria que indica que a bateria primária está inserida para dentro abertura de bateria 140a e a bateria está completamente carregada. Deve ser entendido que se uma bateria secundária está inserida para dentro secundária abertura de bateria 140b, uma segunda ícone de bateria é apresentados no outro lado de touch screen 230 (vide, por exemplo, FIG. 28). Isso permite que o usuário rapidamente e facilmente determine quais baterias estão inseridas para dentro do aberturas para baterias e a quantidade de vida restante em cada bateria.

A FIG. 27 ilustra ícone de bateria 252 em um formato que mostra a quantidade de energia restante em (ou removido a partir de) a bateria. Nesta modalidade, o ícone de bateria tem uma área à direita 260 e uma área à esquerda 262. Estes áreas são usadas para fornecer informação mais detalhada a respeito da bateria. Por exemplo, nesta modalidade, a área à direita 260 indica a quantidade de carregar (por exemplo, 75% na modalidade ilustrada), e área à esquerda 262 indica se o bateria é carregador, na modalidade ilustrada, a barra vertical é girada ou animada em alguma modo para indicar que o carregador de bateria está no lugar. Um AC energia ícone 266 é também mostrado em touch screen 230 para mostrar que o aparelho é conectado para um AC fonte de energia.

A FIG. 28 ilustra um típico display que mostra que duas baterias são inseridas para dentro das aberturas para baterias como indicado por ícone de baterias 252a e 252b. Pode- se apreciar a partir deste display que a bateria secundária na abertura de bateria 140b está completamente carregada (ícone de bateria à esquerda 252b) e a bateria primária na abertura de bateria 140a está quase vazia (ícone de bateria à direita 252a) e está carregada. Touch screen 230 também inclui um ícone de energia DC 270 que indica se o aparelho está conectado a um suprimento de energia DC1 tal como os disponíveis através de um adaptador de automóveis.

Para mudar a configuração de fluxo, o usuário deve primeiro pressionar a indicação de configuração de fluxo 250. Depois de um curto período de tempo, por exemplo, 2-6 segundos, os ícones de mudança de configuração de fluxo 272 e/ou 274 são apresentados, exemplos do qual são mostrado nas FIGS. 29 e 30. Note que apenas um ícone de mudança de configuração de fluxo é mostrado na FIG. 29, já que "1" é a menor configuração de fluxo de modo que a configuração de fluxo pode apenas ser aumentada, não diminuída. A ativação do ícone de mudança de configuração de fluxo fará com que o aparelho mude o fluxo de saída. A nova configuração de fluxo é apresentada. A configuração de fluxo muda os ícones restará na tela por um curto período de tempo, por exemplo, 2-6 segundos, ou até que a indicação de configuração de fluxo 250 seja pressionada novamente.

Como observado acima, o aparelho 10 inclui a capacidade para alarmes sonoros ou outros avisos se uma variável monitorada exceder um limiar. As FIGS. 31 e 32 ilustram e exemplificam a aparição no touch screen 230 quando uma condição de alarme é detectada. Na detecção de um alarme, um ícone de alarme 276 indicando a natureza do alarme é apresentado no touch screen. Note que o tamanho de indicação de configuração de fluxo de fluxo 250 foi reduzido para melhor mostrar o ícone de alarme. Na modalidade ilustrada, a condição de alarme é a falha para detectar a uma respiração de usuário. Isto pode ocorrer, por exemplo, se o usuário parar de usar o equipamento.

Um ícone de alarme audível 278 é também fornecido se a condição de alarme é de forma que faz com que um aviso audível seja fornecido. O ícone de alarme audível 278 é usado para desligar o alarme audível por simplesmente tocar o ícone. Na FIG. 31, o alarme audível está ligado, e, na FIG. 32, o alarme audível está silenciado.

A FIG. 33 é um quadro ilustrando os ícones de alarme que são fornecidos em touch screen 230. O seguinte é uma breve discussão de cada condição de alarme listada neste quadro.

ALARME DE AUSÊNCIA DE RESPIRAÇÃO - Este alarme ocorre quando uma respiração não é detectada por um período de 30 segundos ou mais. Este alarme tornar-se- á silencioso assim que uma respiração for detectada. Se não for detectada respiração depois de aproximadamente 5 minutos, a unidade desligará para economizar energia.

ALARME DE CONCENTRAÇÃO DE OXIGÊNIO- Este alarme ocorre quando o aparelho 10 não está distribuindo a concentração de oxigênio que é especificada.

ALARME DE TAXA DE RESPIRAÇÃO ELEVADA - Este alarme é uma notificação que o taxa de respiração do usuário está começando a exceder a capacidade do aparelho. O alarme reiniciará por conta própria quando a taxa de respiração é reduzida.

ALARME DE FALHA TÉCNICA/MALFUNCIONAMENTO GERAL - O equipamento se desliga quando este alarme ocorre. Este alarme ocorre quando a bateria acaba ou o equipamento tem um mau funcionamento geral e a unidade não está mais operacional adequadamente.

ÍCONE DE ALARME AUDÍVEL - Este ícone aparece quando um alarme audível ocorre. Pressiona-se este ícone para silenciar o alarme audível.

ÍCONE DE ALARME SILENCIOSO - Este ícone aparece quando o usuário pressiona o ícone de alarme audível a fim de silenciar o alarme audível.

ALARME DE BATERIA FRACA - O(s) ícone(s) de bateria pisca quando há aproximadamente 17 minutos restantes de uma duração de bateria.

ALARME DE BATERIA DESCARREGADA - Indica aproximadamente 2 minutos de uma duração de bateria restante.

Pode-se apreciar que a presente invenção não deve ser limitada aos ícones e áreas mostradas nas figuras e/ou descritas aqui. Outras informações podem ser fornecidas em virtualmente qualquer formato, incluindo animação e sons. Além disso, combinações de informação podem ser fornecidas. Fornecendo-se uma grande quantidade de funcionalidades usando um único display touch screen, a presente invenção evita a necessidade de se separar ou dedicar equipamentos de entrada/saída. Por exemplo, os seguintes equipamentos são tipicamente usados em um concentrador de oxigênio convencional e podem ser eliminados na presente invenção em favor de se usar touch screen 230 para se atingir cada uma de suas funções: um controle ligado/desligado, um botão de configuração de fluxo, uma indicação de configuração de fluxo (medidor de fluxo ou indicador digital), status operacional/alarme Líder, e energia e/ou indicadores de bateria.

A presente invenção também contempla o fornecimento de ícones ocultos em touch screen 230 que podem ser ativados para acessar as funções que deveria apenas ser desempenhadas por alguém com autorização para fazê-lo, tal como um técnico. Por exemplo, uma área de touch screen 230 que é não designada para qualquer ícone pode se tornar ativa durante a inicialização. Pressionar aquela área da tela proporciona acesso a um menu de serviço/setup que permite que o usuário execute qualidades avançadas, tal como calibrar o sensor de oxigênio.

J. Comparação de Desempenho O aparelho 10 tem diversas qualidades que permitem que ele forneça melhor desempenho em termos de saída de oxigênio do que concentradores de oxigênio portáteis convencionais, de forma que os concentradores AirSep Lifestyle e Inogen, para um dado tamanho, tamanho, peso e nível de som. Por exemplo, o aparelho 10 inclui um compressor de ar/motor de alta eficácia radial com 3 cabeçotes com alta saída que em uma modalidade exemplar, pesa apenas 516 gramas (1,14 polegadas). Além disso, os componentes integrados de peso leve são selecionados para as outras qualidades do aparelho. O tubos nos leitos filtrantes em uma modalidade exemplar têm um espessura de parede de 0,0508 cm. Além disso, fornecendo-se o tubo de ar e o tubo distribuidor de oxigênio com vias de fluxo de gás integradas e fazendo com que estes tubos definam o suporte estrutural para outros componentes, o número geral de componentes, complexidade, tamanho, e peso é minimizado. O uso de um touch screen em lugar de controles do usuário tradicionais em peças separadas minimiza tamanho e peso. Além disso, a bolsa de transporte 200 ajuda a reduzir o peso e o ruído. O processo PSA é otimizado para menor energia/maior saída de oxigênio (ou seja (a) concentração de oxigênio reduzida para 88%, (b) variar o pressão pico de limite de ciclos de tempo para apenas 621 kPa). O uso de duas baterias internas também permite ao aparelho 10 um suprimento de energia portátil relativamente grande.

O resultado destas otimizações de design é que o concentrador de oxigênio portátil da presente invenção tem desempenho capacidades além daquela do concentrador de oxigênio portátil convencional. FIG. 34 é uma tabela que lista as qualidades da presente invenção usando duas baterias se comparado a quatro outras equipamentos convencionais anunciados como sendo concentradores de oxigênio portáteis.

Um parâmetro interessante que pode ser deduzido a partir do quadro mostrado na FIG. 34 é a razão da geração de oxigênio e uma duração de bateria para o peso total da unidade. Este parâmetro é determinado como se segue:

Rodw = (saída de O2 * duração) / peso total, (4)

onde a saída de O2 é a saída de 100% de oxigênio, que é determinada a partir da Equação (1) e/ou o quadro da FIG. 12, a duração é a vida operacional do aparelho para a quantidade dada de baterias, e peso é o peso total da unidade incluindo todos os componentes. A Tabela 3 abaixo fornece o R0Dw para o aparelho da presente invenção usando 1, 2, ou 3 baterias (cada uma pesando 0,6804 kg) e concentradores de oxigênio portáteis existentes.

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TABELA 3

Para os equipamentos lnogen, AirSep LifeStyIe1 e Airsep Freestyle, a saída de O2 é estimada com base em medidas de operação do equipamento e/ou um equipamento similar convertidas para um equivalente de oxigênio de 100%, que é mostrado na FIG. 34. Por exemplo, para o equipamento Sequal, a saída de oxigênio tem que ser convertida a um equivalente de oxigênio de 100% usando os fatores de correção a partir da Equação (1) e/ou o quadro mostrado na FIG. 12. Mais especificamente, o equipamento SeQuaI tem uma saída de 3,0 Imp a 91% de pureza do oxigênio. A conversão desta para uma pureza equivalente de 100% é feito como se segue: 3,0/1,13 (1,13 é selecionado a partir da FIG. 12 usando um nível de pureza de 91%), para render um equivalente de pureza de 100% de 2,65 Lpm.

Pode-se apreciar a partir da Tabela 3 que o aparelho da presente invenção tem um Rodw muito maior do que o de equipamentos existentes. Isto significa que, se comparado a outros concentradores de oxigênio portáteis, o aparelho da presente invenção é muito eficaz em termos da massa real total do produto e sua capacidade para gerar oxigênio. Para cada kg do aparelho, o concentrador de oxigênio da presente invenção proporciona um fluxo de oxigênio mais alto por um maior período de tempo do que equipamentos existentes.

K. Som Versus Duração de Bateria

A FIG. 35 é um quadro ilustrando diversos critérios de desempenho para o aparelho 10 usando duas baterias a diferentes configurações de pulso. Pode-se apreciar a partir da revisão desta figura que o aparelho da presente invenção tem uma longa vida operacional e alcança isso a níveis de som que são relativamente baixos. Por exemplo, o equipamento da presente invenção dura pelo menos 10 horas a um nível de dB menor do que 50. O quadro também claramente demonstra a relação entre as configurações de pulso e o desempenho do aparelho, tal como o volume por minuto de oxigênio, a concentração de oxigênio, tamanho do bólus de gás distribuído durante cada, som, energia, e uma duração de bateria. Neste quadro, o tempo de funcionamento "máximo" da bateria é o teórico máximo da bateria, e o tempo de funcionamento "nominal" da bateria é o tempo de funcionamento típico ou publicado que pode ser conseguido por rotina sob condições operacionais normais.

Para melhor entender como a combinação de vida operacional (duração) e som na presente invenção são superiores que a dos equipamentos existentes, considere a razão de duração para o som (RDS), que é definida como duração/nível de som. A Tabela 4 abaixo resume o RDS da presente invenção e o de concentradores de oxigênio portáteis existentes.

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TABELA 4

Pode-se apreciar que a presente invenção usando duas baterias proporciona uma duração para a razão de som que é significativamente mais alta do que os equipamentos existentes.

L. Otimização do Peso

É axiomático que o tamanho da bateria contribui tanto para o peso total como para a duração de operação do concentrador de oxigênio portátil. Quanto maior é o tamanho da bateria que é acrescentada ao aparelho por mais tempo a bateria irá operar, que é uma característica desejável. Entretanto, acrescentar baterias ao aparelho fará com que pese mais, que não é uma característica desejável. O concentrador de oxigênio portátil da presente invenção tem a capacidade de operar usando uma ou dois baterias, permitindo que o usuário determinar o quanto de peso a acrescentar para a quantidade desejada de tempo de operação.

Em uma modalidade exemplar, o peso de cada bateria é aproximadamente 0,6804 kg. O peso do aparelho sem quaisquer baterias é aproximadamente 3,538 kg. Com uma bateria usada no aparelho, o peso total do concentrador de oxigênio portátil é aproximadamente 3,76488 kg. Pode-se assim apreciar que com uma bateria, o peso da bateria sozinha representa aproximadamente 17,6 % do peso total do aparelho.

Com duas baterias usadas no aparelho, o peso total do concentrador de oxigênio portátil é de aproximadamente 4,44 kg. Pode-se assim apreciar que com duas baterias, o peso das baterias sozinhas representa aproximadamente 30,6 % do peso total do aparelho. A Tabela 5 abaixo resume a informação fornecida acima, além disso, mostra como um pacote de baterias adicional de 0,6804 kg contribui para o peso total do aparelho.

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TABELA 5

Pode-se apreciar a partir da revisão da Tabela 5 que o concentrador de oxigênio portátil da presente invenção é capaz de fornecer uma saída de oxigênio relativamente alta (0,90 Lpm) para uma duração de pelo menos oito horas e o peso de bateria total é de apenas 30,6 % do peso total do sistema.

Em um concentrador de oxigênio portátil convencional, o peso do compressor tipicamente contribui para uma porcentagem relativamente grande do peso total do sistema.

O compressor descrito acima proporciona uma saída elevada a um peso relativamente pequeno. A Tabela 6 abaixo mostra como o peso do compressor contribui para o peso total do sistema.

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TABELA 6

M. Equipamentos de Conservação de Oxigênio

Nas modalidades descritas acima, uma única cânula de lúmen é usada para distribuir o fluxo de gás para o usuário. Esta mesma cânula é usada como sensor das mudanças na pressão e/ou fluxo de modo que o equipamento possa detectar quando distribuir o bólus de oxigênio. Com base na pressão medida pelo sensor de pressão 122, o controlador 22 faz com que a válvula de distribuição de oxigênio 116 controle o fluxo de gás de modo que seja distribuído para o paciente apenas durante a fase de inspiração do ciclo respiratório. Este é um exemplo de um conservador eletrônico, que é construído para dentro do aparelho 10.

A presente invenção ainda contempla que o sensor eletrônico de pressão e a válvula eletrônica podem ser recolocados com um único equipamento de lúmen pneumático de conservação de oxigênio. Um equipamento pneumático de conservação de oxigênio tem a vantagem de que não precisa de energia elétrica para fazer com que o fluxo de gás seja distribuído apenas durante a inspiração, assim economizando uma duração de bateria. Exemplos de equipamentos pneumáticos de conservação de oxigênio adequados para o uso na presente invenção são divulgado na Patente US n°. 5.881.725; 6.484.721; 6.568.391; e 6.752.152, o conteúdo de cada uma das quais são incorporados aqui por referência.

A presente invenção contempla que um sistema de lúmen duplo de cânula pode ser usado em lugar do sistema de lúmen único descrito acima com relação ao equipamento pneumático de conservação de oxigênio. Em um sistema pneumático de lúmen duplo, um lúmen na cânula é usado para distribuir gás para o paciente e o outro lúmen está em comunicação em fluxo com o via aérea, tal como as narinas, para perceber o fluxo de gás e/ou pressão do usuário. Um fluxo e/ou sensor de pressão é acoplado ao outro terminal da cânula. Nesta modalidade, uma segunda ponta ou rebarba seria necessária no aparelho 10 e um sensor de fluxo, sensor de pressão, ou ambos são acoplados à segunda rebarba.

A presente invenção ainda contempla que a função de conservação do oxigênio pode ser fornecida em um equipamento de conservação de oxigênio separado, eletrônico ou pneumático, que é não ligado ao sistema de concentração de oxigênio 10. Em outras palavras, um conservador eletrônico ou pneumático de oxigênio pode ser fornecido a uma localização externa ou não integral com o aparelho 10. Na FIG. 36, um sistema de concentração de oxigênio 500 é mostrado que inclui um concentrador de oxigênio 10 contido em um alojamento e um conservador eletrônico ou pneumático de oxigênio 502 que é fisicamente distanciado do alojamento do concentrador de oxigênio. O conservador de oxigênio pode incluir fixadores, cintas, clipes ou outros equipamentos para permitir que o conservador de oxigênio seja ligado ao o usuário, à bolsa 210, e ou a uma parte da bolsa, tal como a alça 224. Nesta modalidade ilustrada exemplar, um comprimento de cânula 504 separa o conservador de oxigênio 502 do sistema de concentração de oxigênio 500. Outra anular 506 comunica o gás do conservador de oxigênio 502 para o usuário (não mostrado).

O sistema de concentração de oxigênio 10 pode ser fornecido em uma bolsa de transporte 210, se desejado. Esta configuração para o sistema de concentração de oxigênio da presente invenção evita que o peso extra, a complexidade, e o consumo de energia seja incluído no aparelho 10.

O conservador de oxigênio separado também pode ser um equipamento modular que se liga ao aparelho 10 e/ou maleta de transporte 210 quando desejado. A FIG. 37 ilustra um sistema de concentração de oxigênio 510 em que um conservador de oxigênio 512 é seletivamente conectável ao aparelho 10. Por exemplo, o conservador de oxigênio 512 pode incluir um recesso para receber a rebarba 139 e mecanismos podem ser fornecidos para ligar o conservador de oxigênio ao aparelho 10 de forma que eles possam ser separados um do outro. Na modalidade ilustrada, uma bolsa de transporte 514 é fornecida que envolve tanto o sistema de concentração de oxigênio 510 como o conservador de oxigênio 512, com uma cânula 516 que se estende a partir da bolsa.

A FIG. 38 ilustra um sistema de concentração de oxigênio 520 em que um conservador de oxigênio 522 é seletivamente conectável para o aparelho 10 e é contido em uma bolsa de transporte 524 que também contém o aparelho 10. Na modalidade, a bolsa de transporte 524 inclui uma primeira câmara 526 que o alojamento o aparelho 10 e um segundo câmara ou bolso 528 que aloja o conservador de oxigênio 522. Isto permite que o usuário deixe o bolso 528 vazio ou usado para outros fins se conservador de oxigênio 522 é não necessário. Uma cânula de distribuição 530 ou outra conexão pneumática é fornecida para conectar a saída do sistema de concentração de oxigênio com a entrada do conservador de oxigênio. Uma cânula de distribuição 532 é fornecida para comunicar o gás enriquecido com oxigênio do conservador de oxigênio 522 ao usuário.

N. Uso em um Sistema Transfill ou de Liauefacão

A presente invenção contempla o uso do aparelho 10 como parte de ou em combinação com outros tipos de sistemas de geração/distribuição de oxigênio. Por exemplo, o aparelho 10 pode ser usado em um sistema de liquefação, que é um sistema que produz oxigênio líquido para consumo pelo usuário. Como mostrado na FIG. 39, um sistema típico de liquefação 550 inclui um concentrador de oxigênio 10 que proporciona gás para liquefação de um sistema de resfriamento criogênico 552, que diminui a temperatura do nível de gás, o que faz com que o oxigênio mude de estado a partir de um gás para um líquido. O oxigênio líquido pode ser armazenado em um frasco de armazenamento 554, tipicamente referido como um umidificador, que é facilmente transportado pelo usuário. O usuário pode inspirar oxigênio gasoso a partir do frasco de armazenamento como indicado pela seta 556, a partir da saída do concentrador de oxigênio como indicado pela seta 558, ou ambos. Isso permite que o usuário tenha um suprimento de oxigênio líquido para transporte e consumo.

Uma válvula opcional pode ser fornecida para controlar o fluxo de gás enriquecido com oxigênio ao usuário ou o sistema de resfriamento criogênico 552 de modo que o gás é distribuído para um ou outro ou tanto para simultaneamente. Além disso, um umidificador portátil pode ser fornecido no sistema de liquefação para permitir que o sistema gere oxigênio líquido mesmo quando o umidificador portátil não está ligado ao sistema. O oxigênio líquido do umidificador portátil pode ser fornecido ao umidificador portátil quando o umidificador portátil é conectado ao sistema de liquefação. Exemplos de sistemas de liquefação adequados para o uso na presente invenção são descritos nas Patentes US n°. 5.893.275; 5.979.440; 6.212.904; 6.314.957; 6.651.653; 6.681.764; e 6.698.423, cujo conteúdo de cada um é expressamente incorporado aqui por referência.

As qualidades do aparelho 10, tal como o compressor, os leitos filtrantes, e a operação podem ser incorporados para dentro do sistema de liquefação de forma que o concentrador de oxigênio e os componentes do sistema de liquefação, tal como o sistema de refrigeração, são combinados para dentro de um equipamento comum. Já que o aparelho 10 da presente invenção proporciona um concentrador de peso leve com uma saída de oxigênio de fluxo relativamente alto e uma duração de bateria de longa duração, a inclusão do aparelho 10 em um sistema de liquefação proporciona um sistema de liquefação que é capaz de ser ambulatorial, ou seja, transportado por um usuário, e operado sem um suprimento de energia AC. A presente invenção também contempla que o aparelho 10 pode ser separado do resto do sistema de liquefação. Isso permite que cada componente do sistema de liquefação seja mais facilmente transportado individualmente.

O aparelho 10 também pode ser usado em um sistema transfill 580 como esquematicamente ilustrado na FIG. 40. Um sistema transfill é um sistema que comprime um gás, tal como oxigênio concentrado, e fornece o gás comprimido ao frasco de armazenamento, tal como um tanque portátil de oxigênio. Em um sistema transfill típico, o oxigênio a partir de um concentrador de oxigênio 10 é fornecido a um compressor 582, tal como um compressor em pistão, onde é comprimido a uma pressão relativamente alta, por exemplo, a partir de 1500 a 3500 psi. O gás comprimido fornecido a um frasco de armazenamento portátil 584 que é capaz de serem carregado ou ainda transportado pelo usuário. O usuário pode inspirar oxigênio gasoso a partir de frasco de armazenamento 584 como indicado pela seta 586, a partir da saída do concentrador de oxigênio (aparelho 10) como indicado pela seta 588, ou ambos. Isso permite que o usuário tenha um suprimento de oxigênio a alta pressão para transporte e consumo.

Uma válvula opcional pode ser fornecida para controlar o fluxo de gás enriquecido com oxigênio ao usuário ou para o compressor 582 de modo que o gás é distribuído para um ou outro ou ambos para simultaneamente. Além disso, um frasco interno de armazenamento pode ser fornecido no sistema transfill para que o sistema produza o gás a alta pressão enriquecido com oxigênio mesmo quando o frasco de armazenamento portátil não é ligado ao sistema. O gás a alta pressão enriquecido com oxigênio do frasco interno de armazenamento pode ser fornecido para o frasco de armazenamento portátil quando o frasco de armazenamento portátil é conectado ao transfill. Exemplos de sistemas transfill para uso na presente invenção são descritos nas Patentes US n°. 5.071.453; 5.354.361; 5.858.062; 5.988.165; 6.302.107; 6.446.630; 6.889.726; 6.904.913, e 6.923.180 e em Pedido de Patente Europeu No. 0 247 365 A2, cujo conteúdo de cada um é expressamente incorporado aqui por referência.

As qualidades do aparelho 10, tal como o compressor, os leitos filtrantes, e a operação, podem ser incorporadas para dentro do sistema transfill de forma que o concentrador de oxigênio e os componentes do sistema transfill, tal como o compressor de alta pressão, sejam combinados para dentro de um equipamento comum. Já que o aparelho 10 da presente invenção proporciona um concentrador de peso leve com uma saída de oxigênio de fluxo relativamente alto e uma duração de bateria de longa duração, a inclusão do aparelho 10 em um sistema transfill fornece um sistema transfill que é capaz de ser ambulatorial, ou seja, transportado por um usuário, e operado sem um suprimento de energia AC. A presente invenção também contempla que o aparelho 10 pode ser separado do resto do sistema transfill. Isso permite que cada componente do sistema transfill seja mais facilmente transportado individualmente.

O. Redução do Som

A fim de tornar o aparelho 10 o mais quieto possível, a presente invenção contempla diversas técnicas para reduzir o som gerado pelo aparelho. O som pode ser gerado a partir de diferentes porções do concentrador de oxigênio portátil. Uma de tais fontes é o fluxo de gás para dentro e em torno do aparelho. Para suprimir o ruído devido a este fluxo, a presente invenção contempla o fornecimento de desvios nas passagens 62-68. Exemplos de tais desvios incluem projeções em protusão ou angulares que se estendem para dentro das passagens a partir das paredes da passagem.

Outra fonte de som é o compressor 14. Acredita-se que o som a partir do compressor venha do som associado com o movimento das partes do compressor e o som causado por vibração induzida pela operação do compressor. Para suprimir o som resultante do movimento das partes do compressor, a presente invenção contempla o fornecimento de um abafador na ou próximo à entrada do compressor. O abafador na entrada reduz ou evita que o ruído gerado no compressor passe pela passagem de entrada e saia pelo caminho do fluxo na entrada do compressor.

Como mostrado na FIG. 41, a presente invenção também contempla o fornecimento de um revestimento do compressor 350 que recobre ou se sobrepõe a pelo menos uma porção do compressor. Na modalidade ilustrada, o revestimento do compressor 350 inclui diversos painéis 352 apenas um do qual é ilustrado e/ou visível na FIG. 41. O painel 352 é fornecido no compressor 14 de forma que cada painel é disposto entre cada cabeçote do compressor 46 e se sobrepõe ao conjunto de seguidores 42, que é mostrado na FIG. 5A. Os painéis 352 são feitos de um material absorvente de som e são ligados ao compressor, diretamente ou indiretamente, usando qualquer técnica. Na modalidade ilustrada, os painéis apenas cobrem a área entre o cabeçote do compressor para evitar o início de aquecimento. Deve ser entendido, entretanto, que o tamanho, a forma, e a localização dos painéis podem variar. Por exemplo, a presente invenção contempla o fornecimento de revestimento do compressor 350 em torno de todo o compressor.

Na modalidade ilustrada, o compressor 14 é montado diretamente no tubo de ar 16. Esta montagem direta do compressor no tubo pode conferir as vibrações do compressor ao tubo, o que pode resultar na geração de ruído. Para evitar tal translação de vibração, a presente invenção contempla o fornecimento de isoladores 360 entre o compressor 14 e o tubo (não mostrado na FIG. 37) ao qual o compressor é ligado. Em uma modalidade exemplar, os isoladores 360 são definidos por um tubo flexível, tal como borracha, fornecido à entrada e saída de cada cabeçote do compressor. A vibração que ocorre no compressor 14 durante sua operação é evitada a partir de translação ao tubo por isoladores 360.

P. Otimização da Duração da Bateria

Em uma modalidade exemplar da presente invenção, o concentrador de oxigênio portátil usa uma célula Li-Ion na bateria ou baterias, coletivamente referidas como o pacote de bateria, que fornece energia para os diversos componentes do sistema. As células Li-Ion têm uma taxa de descarga característica conhecida, um exemplo da qual é mostrado na FIG. 42. O eixo χ é mA-h ou mili-ampére X horas. A 0 mA-h, a célula Li-Ion tem 100% de capacidade remanescente. A 2100 mA-h, a célula tem 0 de capacidade remanescente. Cada linha 370, 372, 374, e 376 nesta figura mostra como a voltagem diminui ao longo do tempo (progressivamente maior mA-h) a diferentes correntes de descarga. Neste quadro, a corrente puxada é variada por 10X a partir de 0,42-4,2 A. Quanto mais alta a corrente puxada, menor a voltagem para a mesma energia (mA-h) consumida.

No aparelho 10 da presente invenção, a corrente proveniente do pacote de bateria é limitada a aproximadamente 4 ampères ou menos durante a pressurização do leito filtrante. Entretanto, o pacote de bateria tem capacidade para descarregar a 8 ampères. Limitando-se o pico da corrente a 4 Á, o efeito é evitar a operação na linha 370, e, ao invés disso, operar na linha 372, por exemplo, limitando-se a corrente puxada para metade da corrente máxima. Como mostrado na FIG. 42, as linhas 372, 374, ou 376 são relativamente similares, de modo que há uma redução mínima em tempo de funcionamento quando o aparelho é operacional naquela corrente variação. É apenas quando a corrente é aumentada para linha 370 que um redução notável no tempo de funcionamento ocorre.

O aparelho da presente invenção se enquadra no processo PSA, e a corrente máxima do motor para as características de descarga inerentes a uma célula Li-Ion1 de modo que o aparelho "esprema" toda a energia fora do pacote de bateria de modo que o tempo de funcionamento real se aproxime do tempo de funcionamento máximo teórico. Além disso, quando duas baterias (células) são usadas no pacote de bateria, a corrente puxada de cada bateria é ainda limitada, de modo que cada bateria é operacional em uma linha de corrente ainda mais baixa, tal como as linhas 374 ou 376.

Embora a invenção tenha sido descrita em detalhes para fins de ilustração com base no que é atualmente considerado como sendo o mais prático e as modalidades preferidas, deve ser entendido que tal detalhe é somente para aquele fim e que a Invenção não é limitada às modalidades divulgadas, mas, pelo contrário, pretende-se que cubram as modificações e arranjos equivalentes que estão no espírito e escopo das reivindicações anexas. Por exemplo, deve ser entendido que a presente invenção contempla que, na medida do possível, uma ou mais qualidades de qualquer modalidade pode ser combinada com uma ou mais qualidades de quaisquer outras modalidades.

Claims

1. Compressor (14), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma manivela (41, 49) giratória em torno de um eixo central; diversos conjuntos de diafragmas (46) distanciados em torno do eixo central geral- mente em um plano, os conjuntos de diafragmas compreendendo diafragmas (50) montados de forma móvel nos respectivos alojamentos para pelo menos parcialmente definir as câma- ras (56); e diversos bastões (44) que se estendem entre os respectivos diafragmas e a mani- vela, os bastões sendo acoplados à manivela de forma que os bastões sejam contrabalan- çados axialmente um em relação ao outro ao longo do eixo central e acoplados aos dia- fragmas para aumentar e diminuir ciclicamente a pressão nas câmaras na medida em que a manivela gira em torno do eixo central.

2. Compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os diversos conjuntos de diafragmas compreendem três conjuntos de diafragmas.

3. Compressor, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que os três bastões incluem um bastão central (44B) que substancialmente se estende per- pendicularmente ao eixo central no plano, um bastão inferior (44a) que inclui um joelho de forma que o bastão inferior seja acoplado à manivela abaixo do plano, e um bastão superior (44c) que inclui um joelho de forma que o bastão superior seja acoplado à manivela acima do plano.

4. Compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a manivela é giratória excentricamente em torno do eixo central de modo a fazer com que os bastões sejam transversalmente recíprocos ao eixo central e movimentem os dia- fragmas na direção e na direção oposta do eixo central.

5. Compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os bastões são rotativamente acoplados à manivela pelas respectivas bilhas dispostas em torno do manivela.

6. Compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o compressor não pesa mais do que aproximadamente 907 gramas.

7. Compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o compressor tem uma saída máxima de pressão dos conjuntos de diafragmas de apro- ximadamente vinte libras por polegadas quadradas (20 psi).

8. Compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o compressor tem um volume menor do que aproximadamente 0,003 metros cúbicos (0,003 m3).

9. Compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o compressor tem uma área de base de não mais do que aproximadamente 232,25 cen- tímetros quadrados (232,25 cm2).

10. Compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende um motor (40) compreendendo uma haste de saída acoplada à ma- nivela, a haste de saída definindo o eixo central.

11. Compressor, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o motor compreende uma placa de base (45), os conjuntos de diafragmas sendo fixados à placa de base.

12. Compressor, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que os conjuntos de diafragmas incluem superfícies inferiores e portas de entrada e saí- da (59) comunicando-se com as câmaras, as portas de entrada e saída se estendendo das superfícies inferiores.

13. Compressor, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que as superfícies inferiores definem um plano inferior, as portas de entrada e saída se estendendo do plano inferior para conectar as portas de entrada e saída a um tubo de ar, portanto diretamente fixando os conjuntos de diafragmas ao tubo de ar.

14. Compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que cada bastão entre os diversos bastões inclui terminais iniciais incluindo anéis (73) dis- postos em torno da manivela e terminais secundários (71) acoplados aos respectivos dia- fragmas, o anéis sendo empilhados axialmente em a manivela.

15. Compressor, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que os bastões compreendem bilhas (77) entre a manivela e anéis.

16. Compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que cada conjunto de diafragma compreende portas de entrada e saída (59) comunicando- se com a câmara, e válvulas de entrada e saída (54) para controlar o fluxo para dentro da câmara através da porta de entrada e para fora da câmara através da porta de saída, res- pectivamente, quando a pressão diminui e aumenta na câmara na medida em que a manive- la gira em torno do eixo central.

17. Compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que cada conjunto de diafragma compreende uma cobertura (53) incluindo portas de entra- da e saída (59) comunicando-se com a câmara, um cabeçote (55) incluindo válvulas de en- trada e saída (54) para controlar o fluxo para dentro da câmara através do porta de entrada e para fora da câmara através da porta de saída, respectivamente, e um retentor (57) para montar de forma móvel o diafragma ao cabeçote.

18. Compressor, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende isoladores (360) acoplados às portas de entrada e saída para montar o compressor para uma superfície, os isoladores reduzindo a vibração ou transmis- são sonora para a superfície.

19. Compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os diversos compressores e bastões incluem (2N+1) compressores e bastões, onde N é um número inteiro maior do que zero (0).

20. Compressor, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende um revestimento (350) disposto entre conjuntos de diafragmas adja- centes para reduzir o ruído.

21. Compressor (14), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um motor (40) compreendendo uma haste de saída (41) definindo um eixo central; uma manivela (49) rotativamente acoplada à haste de saída de forma que as rota- ções da haste de saída façam com que a manivela gire excentricamente em relação ao eixo central; três cabeçotes (46) distanciados em torno do eixo central; e três bastões (44) que se estendem entre os respectivos cabeçotes e a manivela de forma que a rotação da manivela desloque os bastões transversalmente em relação ao eixo para ciclicamente puxar o ar ambiente para dentro e soprar o ar comprimido para fora dos cabeçotes de modo cíclico.

22. Compressor, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que os três cabeçotes incluem três conjuntos de diafragmas compreendendo diafragmas (50) montados de forma móvel nos respectivos alojamentos para pelo menos parcialmente definir as câmaras, e onde os três bastões se estendem entre os respectivos diafragmas e a manivela de forma que a rotação da manivela desloque os bastões e mova os diafragmas em relação ao alojamento para aumentar e diminuir ciclicamente a pressão nas câmaras para puxar o ar ambiente para dentro e soprar o ar comprimido para fora das câmaras, res- pectivamente.

23. Compressor, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que os cabeçotes são substancialmente co-planares em relação um ao outro, e onde os bastões são acoplados à manivela de forma que os bastões sejam contrabalançados axial- mente um em relação ao outro ao longo do eixo central.

24. Compressor, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de que os bastões compreendem terminais iniciais incluindo anéis (73) dispostos em torno da manivela e terminais secundários (71) acoplados aos respectivos cabeçotes, os anéis sendo empilhados axialmente na manivela.

25. Compressor, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que os bastões compreendem bilhas (77) entre a manivela e anéis.

26. Compressor, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que os três bastões incluem um bastão central que substancialmente se estende perpen- dicularmente ao eixo central em um plano, um bastão inferior que inclui um joelho de forma que o bastão inferior seja acoplado à manivela abaixo do plano, e um bastão superior que inclui um joelho de forma que o bastão superior seja acoplado à manivela acima do plano.

27. Compressor, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que o compressor não pesa mais do que aproximadamente 907 gramas.

28. Compressor (14), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: um motor (40) compreendendo uma haste de saída (41) definindo um eixo central; uma manivela (49) rotativamente acoplado à haste de saída de forma que as rota- ções da haste de saída faz com que a manivela gire excentricamente em relação ao eixo central; (2N+1) conjuntos de diafragmas (46) distanciados em torno do eixo central, os con- juntos de diafragmas compreendendo diafragmas montados de forma móvel nos respectivos alojamentos para pelo menos parcialmente definir as câmaras; e (2N+1) bastões (44) que se estendem entre os respectivos diafragmas e a manivela de forma que a rotação da manivela desloque os bastões transversalmente em relação ao eixo central para mover os diafragmas em relação ao alojamento para aumentar e diminuir ciclicamente a pressão nas câmaras, onde N é um número inteiro maior do que zero (0).

29. Concentrador de oxigênio portátil (10), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: diversos leitos filtrantes (12A, 12B) para absorver nitrogênio do ar, o leitos filtrantes compreendendo terminais de entrada/terminais de saída de ar e terminais de entra- da/terminais de saída de oxigênio; pelo menos um reservatório (18) comunicando-se com os terminais de entra- da/terminais de saída de oxigênio dos leitos filtrantes para armazenar o oxigênio que sai dos terminais de entrada/terminais de saída de oxigênio dos leitos filtrantes; e um compressor (14) para distribuir ar a uma ou mais pressões desejadas para os terminais de entrada/terminais de saída de ar dos leitos filtrantes, o compressor compreen- dendo um motor (40) acoplado a uma manivela (49) definindo um eixo central e três conjun- tos de diafragmas (46) distanciados em torno do eixo central e bastões (44) que se esten- dem entre os respectivos diafragmas e a manivela.

30. Concentrador de oxigênio portátil, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende: um jogo de válvulas (20) entre o compressor e os terminais de entrada/terminais de saída de ar dos leitos filtrantes; e um controlador (22) acoplado às válvulas para seletivamente abrir e fechar as vál- vulas para alternativamente carregar os leitos filtrantes pela distribuição de ar comprimido para dentro dos leitos filtrantes através dos terminais de entrada/terminais de saída de ar para fazer com que o oxigênio saia dos terminais de entrada/terminais de saída de oxigênio para dentro do reservatório e purgar os leitos filtrantes pela retirada do nitrogênio pressuri- zado dos leitos filtrantes através dos terminais de entrada/terminais de saída de ar, por onde o oxigênio passa a partir de um leito filtrante sendo carregado para um leito filtrante sendo purgado através do orifício de remoção para ajudar na saída nitrogênio a partir do leito fil- trante sendo purgado.

31. Concentrador de oxigênio, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreende um tubo de ar (58) definindo diver- sas passagens no mesmo comunicando com os conjuntos de diafragmas e os terminais de entrada/terminais de saída de ar dos leitos filtrantes.

32. Concentrador de oxigênio, de acordo com a reivindicação 31, CARACTERIZADO pelo fato de que os conjuntos de diafragmas são montados diretamente no tubo de ar.

33. Concentrador de oxigênio, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo fato de que o compressor não pesa mais do que aproximadamente -907 gramas.