JP2000262836A - 吸着型酸素濃縮器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸着型酸素濃縮器に関し、運転音を小さくす
るため、小型化、コンパクト化および軽量化を図れるよ
うにした吸着型酸素濃縮器の提供を目的とする。 【解決手段】 酸素または窒素を選択的に吸着し得る吸
着剤を充填した１基または２基以上の吸着床と、該吸着
床に連結されたポンプ手段および該吸着床からの酸素濃
縮空気を貯留するためのタンク手段を具備し、該ポンプ
手段により該吸着床における圧力を変動せしめて吸着工
程と脱着工程を繰り返すことにより原料空気から酸素濃
縮空気を取り出す吸着型酸素濃縮器において、該ポンプ
手段と吸着床との途中に自動的に作動する電磁弁を具備
せしめて該吸着工程と脱着工程とを繰り返すようにした
もので、該ポンプ手段が一つの電動機で駆動される二つ
の圧縮機部を有するものからなり、それぞれの吸気室と
吐出室を連結する手段を持つ構造であって、該電磁弁と
該ポンプ手段の接続を、ポンプ手段のチャンバーと連結
板を一体化したブロックを介在させて配置した吸着型酸
素濃縮器とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸着型酸素濃縮器
に関し、特に運転音を小さくするために小形化、コンパ
クト化および軽量化を図れるようにした吸着型酸素濃縮
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年ぜんそく、肺気腫症、慢性気管支炎
などの呼吸器系気管の疾患に苦しむ患者が増加する傾向
にあると言われているが、その治療法で最も効果的なも
のの一つに酸素吸入法がある。かかる酸素吸入法とは、
酸素ガスあるいは酸素富化空気を患者に吸入させるもの
であって、その酸素ガスや酸素富化空気の供給源として
酸素ガスボンベが従来より用いられていたが、近年空気
中から酸素濃縮気体を分離する酸素濃縮器が開発されて
からは、使用時の便利さや保守管理の容易さから次第に
普及するようになってきている。

【０００３】酸素濃縮器としては主に、酸素選択透過性
膜を用いた膜型酸素濃縮器と、窒素または酸素を選択的
に吸着し得る吸着剤を用いた吸着型酸素濃縮器の２種類
があるが、本発明は吸着型酸素濃縮器について改善を加
えようとするものである。従来の吸着型酸素濃縮器とし
ては、例えば図４の回路図に示すように、吸気路１０１
と、吸着タンク１０２を介在させた酸素供給路１０３
と、排気路１０４と、２台の圧縮機１０５・１０６と、
５ポートの電磁弁１０７とを備え、外気を吸気路１０１
および電磁弁１０７を介して圧縮機１０５・１０６に吸
入させ、圧縮した空気を圧縮機１０５・１０６から電磁
弁１０７を介して酸素供給路１０３に吐出し、吸着タン
ク１０２内の窒素吸着剤に窒素を吸着させて酸素濃度の
高い気体を得るように構成されている。

【０００４】また、窒素の吸着によって処理能力が低下
した窒素吸着剤を活性化して再使用するため、電磁弁１
０７を切り換えて、吸着タンク１０２内の気体を電磁弁
１０７を介して圧縮機１０５・１０６に吸入させて、吸
着剤から窒素を取り戻し、圧縮機１０５・１０６から電
磁弁１０７および排気路１０４から大気中に放出するよ
うに構成されている。

【０００５】図５の斜視図に示すように、２台の圧縮機
１０５・１０６は同軸心状に配置され、電磁弁１０７の
圧縮機側出口Ａが例えばナイロン製の配管１０８を介し
て１段目の圧縮機１０５の吸気室１０９に外端側から接
続され、この１段目の圧縮機１０５の吸気室１０９が吸
気側パイプ１１０を介して２段目の圧縮機１０６の吸気
室１１１に連通されている。

【０００６】また、１段目の圧縮機１０５の吐出室１１
２は別の吐出側鋼管１１３を介して２段目の圧縮機１０
６の吐出室１１４に連通され、２段目の圧縮機１０５の
外端側に例えば銅製の配管１１５を介して電磁弁１０７
の圧縮機側入口Ｂが接続される。図６は、上記の圧縮機
１０５・１０６と電磁弁１０７をナイロン製の配管１０
８や銅製の配管１１５、鋼管１１０・１１３により接続
された吸着型酸素濃縮器の正面図である。

【０００７】また、電磁弁１０７下面と圧縮機１０５・
１０６との間には連結板１１９が組み込まれている。な
お、この吸着型酸素濃縮器で使用される電磁弁１０７
は、後述の電磁弁２０７と同一のものである。また、符
号１２１は防振用バネである。また、上記の吸着型酸素
濃縮器を改良したもの（特開平７−１７２８０４号公
報）として、図７〜図１１に示す他の従来の吸着型酸素
濃縮器がある。

【０００８】吸気路１と、吸着タンク２０２を介在させ
た酸素供給路２０３と、排気路２０４と、２台の圧縮機
２０５・２０６と電磁弁２０７とを備え、電磁弁２０７
の吸入口Ｐに吸気路２０１が、第１吐出口Ｒ１に酸素供
給路２０３が、第２吐出口Ｒ２に排気路２０４がそれぞ
れ接続される。また、電磁弁２０７の圧縮機側出口Ａに
分岐路２０８を介して各圧縮機２０５・２０６の吸気室
２０９・２１０が並列に接続され、圧縮機側入口Ｂに集
合路２１１を介して各圧縮機２０５・２０６の吐出室２
１２・２１３が並列に接続される。

【０００９】前記電磁弁２０７は、図８および図９の各
構成図に示すように、弁箱２１４内に２つの切替弁２１
５・２１６を有し、第１の切替弁２１５は圧縮機側入口
Ｂと第１吐出口Ｒ１と第２吐出口Ｒ２とに接続切替え
し、第２の切替弁２１６は圧縮機側出口Ａに吸気口Ｐと
第１吐出口Ｒ１とを接続切替えするように構成されてい
る。

【００１０】なお、これらの切替弁２１５・２１６はそ
れぞれソレノイド２１７・２１８によって駆動される。
上記電磁弁２０７の吸入口Ｐ、圧縮機側出口Ａ、圧縮機
側入口Ｂ、第１吐出口Ｒ１および第２吐出口Ｒ２はいず
れも弁箱２１４の下面に開口させてあり、図１０の斜視
図に示すように、この弁箱２１４の下面と両圧縮機２０
５・２０６の吸気室２０９・２１０および吐出室２１２
・２１３の間に組み込まれる連結板２１９が設けられ
る。

【００１１】図１１に示すように、各圧縮機２０５・２
０６の吸気室２０９・２１０どうしを連通させる吸気側
パイプと、各圧縮機２０５・２０６の吐出室２１２・２
１３どうしを連通させる吐出側パイプとがそれぞれＴ字
管２４０で形成される。なお、符号２４１は防振用バネ
である。吸着型酸素濃縮器において、圧縮機の圧縮空気
量の多いものは、前述のように、対向型の２個の圧縮機
が使用されている。圧縮空気の吸着タンクへの圧送、排
気用の電磁弁の装着は、圧縮機の上部に設置され、その
配管接続は図４・図５・図６および図７・図８・図９・
図１０・図１１の方法が採用されている。

【００１２】また、その電磁弁は、図８・図９に示すよ
うに、直動型３ポート弁２個を組み合わせた２ソレノイ
ド方式の直動型５ポート電磁弁が使用されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】吸着型酸素濃縮器は、
患者の近くに設置されるので、運転音は静かであること
が要求される。往復ピストン式のコンプレッサーは振動
が大きいので、振動遮断用のバネを介して設置される。
電磁弁は振動音をできるだけ小さくする観点からも、圧
縮機の上部に装着されるので、小形軽量が望ましい。

【００１４】上記の従来の吸着型酸素濃縮器において
は、未だ配管部分は残り、電磁弁の質量は減少されてい
ない。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の事情に
鑑み、小形化を図り、振動音をできるだけ小さくすべ
く、酸素または窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填
した１基または２基以上の吸着床と、該吸着床に連結さ
れたポンプ手段および該吸着床からの酸素濃縮空気を貯
留するためのタンク手段を具備し、該ポンプ手段により
該吸着床における圧力を変動せしめて吸着工程と脱着工
程を繰り返すことにより原料空気から酸素濃縮空気を取
り出す吸着型酸素濃縮器において、該ポンプ手段と吸着
床との途中に自動的に作動する電磁弁を具備せしめて該
吸着工程と脱着工程とを繰り返すようにしたもので、該
ポンプ手段が一つの電動機で駆動される二つの圧縮機部
を有するものからなり、それぞれの吸気室と吐出室を連
結する手段を持つ構造であって、該電磁弁と該ポンプ手
段の接続を、ポンプ手段のチャンバーと連結板を一体化
したブロックを介在させて配置した吸着型酸素濃縮器と
した。

【００１６】

【発明の実施の態様】以下に本発明の実施例を図面に基
づいて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例
に限定されるものでなく、本明細書および添付された図
面から明らかになる本発明の真に意図する範囲全体に広
くおよぶものである。本発明の吸着型酸素濃縮器は、図
１の回路図に示すように、吸気路１と、吸着タンク２を
介在させた酸素供給路３と、排気路４と、２台の圧縮機
５・６と、電磁弁７とを備え、外気を吸気路１および電
磁弁７を介して圧縮機５・６に吸入させ、圧縮した空気
を圧縮機５・６から電磁弁７を介して酸素供給路３に吐
出し、吸着タンク２内の窒素吸着剤に窒素を吸着させて
酸素濃度の高い気体を得るように構成する。

【００１７】また、窒素の吸着によって処理能力が低下
した窒素吸着剤を活性化して再使用するため、電磁弁７
を切り換えて、吸着タンク２内の気体を電磁弁７を介し
て圧縮機５・６に吸入させて、吸着剤から窒素を取り戻
し、圧縮機５・６から電磁弁７および排気路４から大気
中に放出するように構成されている。図２の正面図に示
すように、２台の圧縮機５・６は同軸心状に配置され、
電磁弁７の圧縮機側出口Ａが１段面の圧縮機５の吸気室
に接続され、この１段目の圧縮機５の吸気室が２段目の
圧縮機６の吸気室に連通されている。

【００１８】また、１段目の圧縮機５の吐出室は２段目
の圧縮機６の吐出室に連通され、２段目の圧縮機５に電
磁弁の圧縮機側入口Ｂが接続される。図２は、上記の圧
縮機５・６に電磁弁７を、圧縮機チャンバーと連結板を
一体化したブロック１１を介在させて配置した吸着型酸
素濃縮器の正面図である。この吸着型酸素濃縮器で使用
される電磁弁７を図３に示す。また、符号１２は防振用
バネである。

【００１９】図３の断面図に示す本発明のソレノイド直
動単動式圧力バランス形ポペット５ポート電磁弁は、弁
箱２１内に図上、左右方向に進退可能に設けられた２本
の弁体２２・２３を備えている。弁箱２１の上側には、
圧縮空気供給ポートＰ、出力ポートＡ、排気ポートＲ１
を並べ、下側には圧縮空気供給ポートＰ、出力ポート
Ｂ、排気ポートＲ２を並べる。

【００２０】各弁体２２・２３の図上の右方には押し部
材２４を摺動自在に内嵌めして配置する。この押し部材
２４の軸心に摺動自在にバンパー２５を内嵌し、バンパ
ー２５には軸心に直交するようにしてピン２６を突設す
る。押し部材２４にはこのピン２６よりも大径の遊動孔
２７を形成し、この遊動孔２７にピン２６を挿通するこ
とにより押し部材２４に対するバンパー２５の摺動範囲
を制限する。押し部材２４の右端とバンパー２５との間
にはオーバートラベルバネ２８を挿入し、このオーバー
トラベルバネ２８によって、バンパー２５を右方に付勢
し、ソレノイド２９のプランジャ２９ａに当接させる。
従来はオーバートラベルバネは、複数本でアンバランス
力の原因となっていたが、ここではオーバートラベルバ
ネを１本にして、バネ力のアンバランス力を無くすと同
時に複数本のオーバートラベルバネが１本になりコスト
ダウンも図れる。

【００２１】また、押し部材２４左端面と弁箱２１との
間にはプランジャ復帰バネ３０を介在させ、下記の弁体
復帰バネ３１を小形化できるように配慮してある。弁体
復帰バネ３１に要求されるバネ力の中でもソレノイドの
プランジャ質量分は大きなウエイトを占める。押し部材
２４左端面と弁箱２１との間にはプランジャ復帰バネ３
０を介在させ、プランジャ２９ａの質量を弁体復帰バネ
３１に影響を与えないようにした。これによりシートパ
ッキンには余分な力が加わらずシートパッキンの耐久性
が向上する。

【００２２】弁箱２１の右側にはソレノイド２９が搭載
され、ソレノイド２９のプランジャ２９ａの左端面を前
記バンパー２５の右端に受け止めさせている。なお、弁
箱２１内の各弁体２２・２３の左方には弁体２２・２３
を右方に摺動付勢する弁体復帰バネ３１が設けられる。
この電磁弁においては、ソレノイド２９が非通電（ＯＦ
Ｆ）状態の時（図示の状態）には、弁体復帰バネ３１に
よって各弁体２２・２３が右方に移動し、弁体２３は下
側の弁室２１ｂを圧縮空気供給ポートＰから遮断すると
共に下側の弁室２１ｂを排気ポートＲ２に連通させ、こ
れにより、出力ポートＢを排気ポートＲ２に連通させ
る。また、弁体２２は上側の弁室２１ａを排気ポートＲ
１から遮断すると共に上側の弁室２１ａを圧縮空気供給
ポートＰに連通させ、これにより、出力ポートＡを圧縮
空気供給ポートＰに連通させる。

【００２３】ソレノイド２９が通電（ＯＮ）状態（図示
されてない状態）になると、プランジャ２９ａが左方へ
摺動し、押し部材２４を介して各弁体２２・２３を左方
に移動させる。これにより、弁体２３は下側の弁室２１
ｂを圧縮空気供給ポートＰに連通させると共に下側の弁
室２１ｂを排気ポートＲ２から遮断し、出力ポートＢが
圧縮空気供給ポートＰに連通される。

【００２４】また、弁体２２が上側の弁室２１ａを排気
ポートＲ１に連通させると共に上側の弁室２１ａを圧縮
空気供給ポートＰから遮断し、これにより、出力ポート
Ｂを排気ポートＲ１に連通させる。ソレノイド２９が通
電状態になると、プランジャ２９ａが左方へ摺動し、バ
ンパー２５はオーバートラベルバネ２８の付勢力に抗し
て左方に移動し、それに伴ってピン２６も左方へ移動
し、そのピン２６に係合して押し部材２４も左方に移動
して弁体２２・２３の右端面に当接して弁体２２・２３
を左方へ移動させる。

【００２５】これにより、弁体２３は下側の弁室２１ｂ
を圧縮空気供給ポートＰに連通させると共に下側の弁室
２１ｂを排気ポートＲ２から遮断し、出力ポートＢが圧
縮空気供給ポートＰに連通される。また、弁体２２が上
側の弁室２１ａを排気ポートＲ１に連通させると共に上
側の弁室２１ａを圧縮空気供給ポートＰから遮断し、こ
れにより、出力ポートＡを排気ポートＲ１に連通させ
る。

【００２６】圧縮空気が圧縮空気供給ポートＰに供給さ
れている時には、各弁体２２・２３に作用する負荷が異
なっているので、１つのオーバートラベルバネ２８で付
勢した押し部材２４を用いているので、押し部材２４は
円滑に摺動する。なお、上記において、遊動孔２７は円
孔で構成しているが、これを左右に長い長孔で構成して
もよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、上述のように、酸素または窒
素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した１基または２
基以上の吸着床と、該吸着床に連結されたポンプ手段お
よび該吸着床からの酸素濃縮空気を貯留するためのタン
ク手段を具備し、該ポンプ手段により該吸着床における
圧力を変動せしめて吸着工程と脱着工程を繰り返すこと
により原料空気から酸素濃縮空気を取り出す吸着型酸素
濃縮器において、該ポンプ手段と吸着床との途中に自動
的に作動する電磁弁を具備せしめて該吸着工程と脱着工
程とを繰り返すようにしたもので、該ポンプ手段が一つ
の電動機で駆動される二つの圧縮機部を有するものから
なり、それぞれの吸気室と吐出室を連結する手段を持つ
構造であって、該電磁弁と該ポンプ手段の接続を、ポン
プ手段のチャンバーと連結板を一体化したブロックを介
在させて配置した吸着型酸素濃縮器であるので、圧縮機
に搭載される電磁弁が軽量化され、振動が小さくなっ
た。

【００２８】また、本発明は、電磁弁取付用の連結板と
圧縮機のチャンバーとを一体化したので、配管抵抗が無
くなった。さらに、本発明は、配管をなくしたことによ
り、コストダウンが図れた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す回路図である。

【図２】本発明の圧縮機に電磁弁を、圧縮機チャンバー
と連結板を一体化したブロックを配置した吸着型酸素濃
縮器の正面図である。

【図３】本発明に係る電磁弁の断面図である。

【図４】従来例の構成を示す回路図である。

【図５】従来例の斜視図である。

【図６】従来例の圧縮機と電磁弁をナイロン製配管や銅
製の配管、鋼管で接続した吸着型酸素濃縮器の正面図で
ある。

【図７】従来例の構成を示す回路図である。

【図８】従来例の酸素供給時の５方電磁弁の構成図であ
る。

【図９】従来例の吸着剤回生時の５方電磁弁の構成図で
ある。

【図１０】他の従来例の斜視図である。

【図１１】他の従来例の圧縮機と電磁弁とを連結板とＴ
字管とにより接続した吸着型酸素濃縮器の正面図であ
る。

【符号の説明】

Ａ…圧縮機側出口 Ｂ…圧縮機側入口 １…吸気路 ２…吸着タンク ３…酸素供給路 ４…排気路 ５・６…圧縮機 ７…電磁弁 １１…ブロック １２…防振用バネ ２１…弁箱 ２２…弁体 ２３…弁体 ２４…押し部材 ２５…バンパー ２６…ピン ２７…遊動孔 ２８…オーバートラベルバネ ２９…ソレノイド ２９ａ…プランジャ ３０…プランジャ復帰バネ ３１…弁体復帰バネ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素または窒素を選択的に吸着し得る吸
   着剤を充填した１基または２基以上の吸着床と、該吸着
   床に連結されたポンプ手段および該吸着床からの酸素濃
   縮空気を貯留するためのタンク手段を具備し、該ポンプ
   手段により該吸着床における圧力を変動せしめて吸着工
   程と脱着工程を繰り返すことにより原料空気から酸素濃
   縮空気を取り出す吸着型酸素濃縮器において、該ポンプ
   手段と吸着床との途中に自動的に作動する電磁弁を具備
   せしめて該吸着工程と脱着工程とを繰り返すようにした
   もので、該ポンプ手段が一つの電動機で駆動される二つ
   の圧縮機部を有するものからなり、それぞれの吸気室と
   吐出室を連結する手段を持つ構造であって、該電磁弁と
   該ポンプ手段の接続を、ポンプ手段のチャンバーと連結
   板を一体化したブロックを介在させて配置した吸着型酸
   素濃縮器。