JP2001259341A

JP2001259341A - 酸素濃縮器

Info

Publication number: JP2001259341A
Application number: JP2000074609A
Authority: JP
Inventors: Toshitaka Nakane; 敏貴中根; Katsutoshi Toyoshima; 克利豊島; Shinya Saito; 慎也斉藤; Toshiteru Tamura; 敏輝田村
Original assignee: Marutaka Co Ltd
Current assignee: Marutaka Co Ltd
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】圧縮スイング吸着方式により空気から濃縮酸
素を得ようとするときに、患者の状態に応じて酸素ガス
供給流量を調整可能にするとともに、低流量時に於ける
消費電力を抑えて省エネを図る。【解決手段】コンプレッサ２５と、吸着剤を充填し圧
縮スイング吸着方式により空気から窒素と酸素を分離し
て濃縮酸素を得る複数の吸着塔２９，３０と、コンプレ
ッサ２５からの圧縮空気を一方の吸着塔２９へ送気し、
且つ、吸着工程が終了した他方の吸着塔３０内の窒素を
外部に放出する操作を順次繰り返す制御弁２８とを備え
た酸素濃縮器１１に於いて、前記コンプレッサ２５の回
転数を制御するインバータ装置２６を設け、バッファタ
ンク３１から酸素取り出し口１２に導出される酸素ガス
濃度と流量調整装置４０が設定した供給流量に基づき、
制御部５０により前記インバータ装置２６を制御してコ
ンプレッサ２５の回転数を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は酸素濃縮器に関する
ものであり、特に、圧縮スイング吸着方式によって空気
から濃縮酸素を得るための酸素濃縮器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
酸素濃縮器は、吸着剤を充填した複数の吸着塔を備え、
圧縮スイング吸着方式により空気から窒素と酸素を分離
して濃縮酸素を得るようにしたものが知られている。此
種酸素濃縮器は、コンプレッサにて圧縮した空気が制御
弁を介して何れかの吸着塔へ送気され、該吸着塔内の吸
着剤に圧縮空気中の窒素を吸着させて濃縮酸素を得ると
ともに、吸着工程が終了した他の吸着塔内の窒素が該制
御弁を介して外部に放出される。該制御弁の切り換えに
より、各吸着塔にて生成される濃縮酸素を順次取り出し
てバッファタンクに蓄える。

【０００３】そして、バッファタンクから導出される酸
素ガスを酸素取り出し口から外部に供給するが、前記コ
ンプレッサから吸着塔に送気される圧縮空気の発生量
と、吸着塔に充填された吸着剤の量によって酸素ガス供
給流量が決定されるため、患者の状態に応じて、最適な
酸素ガス供給流量に設定された機械を使用する。従っ
て、患者の状態が変化して酸素ガス供給流量を変更する
場合は、その供給流量に設定された他の機械に交換する
必要があった。

【０００４】一方、バッファタンクと酸素取り出し口と
の間に可変絞り弁や複数のオリフィスを切り換え可能に
設け、該酸素取り出し口から外部に供給される酸素ガス
供給流量を機械的に調整できるようにしたものもある。
しかし、最大の酸素ガス供給流量に合わせて前記コンプ
レッサの定格を設定しているため、酸素ガス供給流量を
最小に調整したときであっても、コンプレッサの回転数
は同一の高回転のままであり、必要以上の酸素を生成し
て余剰分を外部へ排出する等、余分の電力を浪費するこ
とになる。

【０００５】そこで、圧縮スイング吸着方式により空気
から濃縮酸素を得ようとするときに、患者の状態に応じ
て酸素ガス供給流量を調整可能にするとともに、低流量
時に於ける消費電力を抑えて省エネを図るために解決す
べき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課
題を解決することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために提案されたものであり、空気を取り入れて圧
縮するコンプレッサと、吸着剤を充填し圧縮スイング吸
着方式により空気から窒素と酸素を分離して濃縮酸素を
得る複数の吸着塔と、前記コンプレッサからの圧縮空気
を何れかの吸着塔へ送気するとともに、吸着工程が終了
した他の吸着塔内の窒素を外部に放出する操作を順次繰
り返す制御弁と、吸着塔から取り出した濃縮酸素を蓄え
るバッファタンクと、該バッファタンクから外部へ酸素
ガスを供給する酸素取り出し口とを備えた酸素濃縮器に
於いて、前記コンプレッサの回転数を制御する回転数制
御装置と、前記バッファタンクから酸素取り出し口に導
出される酸素ガス濃度を検出する濃度センサと、該酸素
ガス供給流量を調整する流量調整装置と、前記濃度セン
サの検出値と流量調整装置にて設定された供給流量とに
基づき、予め設定した所定の酸素ガス濃度と供給流量と
を維持すべく前記回転数制御装置を制御する制御部を設
けた酸素濃縮器を提供するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に従って詳述する。図１及び図２は酸素濃縮器１１の
外観を示し、該酸素濃縮器１１の正面には酸素ガスを外
部に供給するための酸素取り出し口１２と酸素ガス供給
流量を表示する表示パネル１３が設けられ、その下部に
ワンタッチカプラ１４を介して加湿瓶１５が着脱可能に
装着されている。一方、該酸素濃縮器１１の背面に空気
の吸気口１６を開穿し、その上部に把手１７を装着する
とともに、背面下部に主電源スイッチ１８を設ける。ま
た、該酸素濃縮器１１の上面前方部位に酸素ガス供給流
量を設定する「＋」ボタンＢ₁及び「−」ボタンＢ₂と
スタートボタンＢ₃とを備えた操作パネル１９が設けら
れている。尚、２０は電源ケーブルであり、２１は移動
用のキャスタである。

【０００８】図３及び図４は該酸素濃縮器１１の内部を
示し、図５は酸素濃縮器１１のブロック図である。吸気
口１６から取り入れた空気をコンプレッサ２５にて圧縮
するが、回転数制御装置として例えばインバータ装置２
６が設けられており、コンプレッサ２５の駆動電源周波
数（以下、単に「周波数」という）は該インバータ装置
２６により制御され、後述するように所定の酸素ガス濃
度と供給流量とを維持すべく、制御部５０にて該インバ
ータ装置２６を制御することにより、周波数を上下動さ
せてコンプレッサ２５の回転数を調整する。

【０００９】また、該コンプレッサ２５にはポンプ冷却
用としてブロア２２が設けられており、該ブロア２２に
て大量の空気を酸素濃縮器１１内に取り入れてポンプを
冷却した後に、この空気を排風口２３から外部へ排出し
ている。そして、前記ブロア２３の吸入口（図示せず）
または酸素濃縮器１１の排風口２３に、空気集塵器やマ
イナスイオン発生器等の空気清浄装置２４を設けてお
き、酸素濃縮器１１が設置されている室内の空気を清浄
化するようにしている。

【００１０】而して、コンプレッサ２５からの圧縮空気
は制御弁２８を介して一方の吸着塔２９または他方の吸
着塔３０に送気される。双方の吸着塔２９，３０は、入
口と出口が夫々上方に設けられ且つ中間部が折り返され
たＵ字形であり、一方の吸着塔２９と他方の吸着塔３０
との間にバッファタンク３１を配設して、一体構造に形
成されている。夫々の吸着塔２９，３０内には天然ゼオ
ライトや合成ゼオライト等の吸着剤３２を充填してあ
り、圧縮スイング吸着方式により圧縮空気中の窒素を該
吸着剤３２に吸着させ、窒素と酸素を分離して濃縮酸素
を得る。そして、吸着塔２９または３０を通過して取り
出された濃縮酸素はバッファタンク３１に蓄えられる。

【００１１】ここで、コンプレッサ２５からの圧縮空気
が何れか一方の吸着塔（例えば吸着塔２９）に送気さ
れ、窒素の吸着作業が進んでいくと吸着塔２９内の圧力
が上昇する。吸着塔２９に送気される空気が所定圧まで
上昇すると、圧力センサ３３の検出信号により前記制御
部５０では一方の吸着塔２９での吸着工程が終了したも
のと判断する。然るときは、前記制御弁２８を切り換え
てコンプレッサ２５からの圧縮空気を他方の吸着塔３０
へ送気し、他方の吸着塔３０内の吸着剤３２で窒素を吸
着して濃縮酸素を得ると同時に、吸着工程が終了した一
方の吸着塔２９を開放して窒素を大気に排出する。

【００１２】このように、前記制御弁２８の切り換えに
より、一方の吸着塔２９にて窒素の吸着を行うとととも
に、他方の吸着塔３０を開放して窒素を外部に排出する
操作を順次交互に繰り返すことにより、複数の吸着塔２
９，３０を交互に使用して連続的に濃縮酸素を得ること
ができる。尚、前記吸着塔２９，３０に送気される圧縮
空気中の水分が高いと窒素の吸着効率が低下するため、
前記制御弁２８と吸着塔２９，３０との間にアルミナ塔
３４を設けて、吸着塔２９，３０に送気される圧縮空気
中の水分を除去する。除去された水分はドレン３５に貯
留しておく。また、図示は省略するが、吸着塔２９，３
０とバッファタンク３１との間には逆止弁を設けてあ
り、バッファタンク３１に蓄えられた濃縮酸素が吸着塔
２９，３０へ逆流しないように形成してある。

【００１３】前記バッファタンク３１に蓄えられた濃縮
酸素は酸素取り出し口１２に導出されるが、その途中に
濃度センサ３６を設けて酸素ガスが所定濃度（９０％）
であるか否かを検出するとともに、流量調整装置４０に
よって酸素ガスの供給流量を調整する。該流量調整装置
４０は圧力レギュレータ４１と、自動流量制御弁４２
と、圧力センサ４３等から構成される。そして、患者の
状態に応じて前記操作パネル１９を操作すれば、酸素ガ
ス供給流量を所定範囲内で任意に変更することができ
る。

【００１４】本実施の形態では、当該酸素濃縮器１１は
酸素ガス濃度９０％で最大供給流量が５Ｌ/minの性能を
具備しており、「＋」ボタンＢ₁または「−」ボタンＢ
₂を操作することにより、「0」「0.25」「0.5」「0.75」
「1.0」「1.5」「2.0」「2.5」「3.0」「3.5」「4.0」「4.5」
「5.0」(Ｌ/min)の１３段階の供給流量を設定することが
できる。該操作パネルにて設定された酸素ガス供給流量
は、表示パネル１３にデジタル表示される。

【００１５】而して、この設定に基づいて、コントロー
ラ５０が後述するようにインバータ装置２６を制御する
ことにより、最適な酸素ガス濃度と供給流量を維持すべ
くコンプレッサ２５の回転数を自動調整するとともに、
前記流量調整装置４０を自動制御する。また、酸素取り
出し口１２の直前位置に加湿瓶１５が着脱自在に設けら
れており、該加湿瓶１５内に精製水を充填しておく。水
分が除去されて乾燥した酸素ガスは、加湿瓶１５内の精
製水を通過することにより適度の湿気が含まれる。従っ
て、所定濃度及び適度な湿気の酸素ガスが、設定した供
給流量で酸素取り出し口１２から外部へ安定的に供給さ
れる。

【００１６】次に、図６及び図７に従って、前記インバ
ータ装置２６の制御方法について説明する。先ず、電源
スタート時には、即時酸素ガス濃度を上昇させるため
に、コントローラ５０からインバータ装置２６に対し
て、コンプレッサ２５を７０Hzの周波数（最大回転数で
の周波数）で５分間動作させる（S1）。５分間経過した
ときは、前記操作パネル１９にて設定された酸素ガス供
給流量に応じ、基準周波数まで下げてコンプレッサ２５
の回転数を低下する（S2）。基準周波数とは、濃度セン
サ３６で検出する酸素ガス濃度が９２％を越えた付近に
維持される周波数であり、予め実験の結果から求めてお
く。本実施の形態では、酸素ガス濃度９０％で設定流量
が２.５Ｌ/minの場合は、基準周波数を４５Hzとしてい
る。

【００１７】その後１０分間酸素ガス濃度を監視して、
該酸素ガス濃度が９１％以上を維持していた場合は、更
に周波数を２Hz下げる（S3）。これに対して、その後１
０分間監視中に酸素ガス濃度が９１％を下回った場合
は、周波数を基準周波数よりも２Hz上げる（S4）。この
ように周波数を上下に変更した場合は、更にその後１０
分間監視して、同様に周波数の調整を繰り返していく
（S5）。

【００１８】そして、前記操作パネルのキー入力にて酸
素ガス濃度を変更した場合、現在の設定流量よりも低流
量に変更したときは、該当する新たな設定流量の基準周
波数まで下降させる。例えば１Ｌ/minの場合は周波数を
４０Hzに下げる（S6）。一方、現在の設定流量よりも高
流量に変更したときは、直ちに酸素ガス濃度を上昇させ
るために、周波数を次のように上昇させる。即ち、新た
な設定流量が２.５Ｌ/minまでの間で高流量に変更され
たときは周波数を５０Hzに上昇し（S7）、３〜５Ｌ/min
までの間で高流量に変更されたときは周波数を７０Hzに
上昇する（S8）。これ以後、同様に酸素ガス濃度を監視
して、ある時間（１時間程度）経過後はオート運転モー
ドに入り、約１時間毎に監視を行う（S9）。

【００１９】酸素濃縮器１１の運転を停止する場合は、
主電源スイッチ１８のオフ操作時に直ちに電源を遮断す
るのではなく、何れか一方の吸着塔（例えば吸着塔２
９）の再生工程（窒素の排出工程）が終了した状態で電
源を遮断する（S10）。尚、本発明は、本発明の精神を
逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、
本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

【００２０】

【発明の効果】本発明は上記一実施の形態に詳述したよ
うに、吸着剤を充填した複数の吸着塔を備え、圧縮スイ
ング吸着方式によって各吸着塔から濃縮酸素を得るよう
にした酸素濃縮器に於いて、前記吸着塔に圧縮空気を送
るコンプレッサの回転をインバータ装置にて制御し、設
定された酸素ガス濃度及び供給流量に応じて制御部が前
記インバータ装置を制御するように構成してある。従っ
て、患者の状態によって酸素ガスの供給流量を簡単に調
整することができ、その都度他の酸素濃縮器に交換する
必要はない。また、供給流量が低流量のときは、コンプ
レッサの回転数を低下させて消費電力を抑えることがで
きるため、省エネにも寄与できる等、まさに諸種の効果
を奏する発明である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施の形態を示すものである。

【図１】酸素濃縮器の外観を示し、（ａ）は正面図、
（ｂ）は背面図。

【図２】酸素濃縮器の外観を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は左側面図。

【図３】酸素濃縮器の内部を示し、（ａ）は正面図、
（ｂ）は背面図。

【図４】酸素濃縮器の内部を示す左側面図。

【図５】酸素濃縮器のブロック図

【図６】インバータ装置の制御方法を説明するフローチ
ャート。

【図７】インバータ装置の制御方法を説明するタイミン
グチャート。

【符号の説明】

１１酸素濃縮器１２酸素取り出し口２５コンプレッサ２６インバータ装置２８制御弁２９，３０吸着塔３１バッファタンク３２吸着剤３６濃度センサ４０流量調整装置５０制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤慎也静岡県藤枝市八幡字広通550番１株式会社マルタカ内 (72)発明者田村敏輝静岡県藤枝市八幡字広通550番１株式会社マルタカ内Ｆターム(参考） 4D012 BA02 CA05 CB16 CD07 CE01 CE02 CF02 CF05 CF10 CH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気を取り入れて圧縮するコンプレッサ
と、吸着剤を充填し圧縮スイング吸着方式により空気か
ら窒素と酸素を分離して濃縮酸素を得る複数の吸着塔
と、前記コンプレッサからの圧縮空気を何れかの吸着塔
へ送気するとともに、吸着工程が終了した他の吸着塔内
の窒素を外部に放出する操作を順次繰り返す制御弁と、
吸着塔から取り出した濃縮酸素を蓄えるバッファタンク
と、該バッファタンクから外部へ酸素ガスを供給する酸
素取り出し口とを備えた酸素濃縮器に於いて、前記コン
プレッサの回転数を制御する回転数制御装置と、前記バ
ッファタンクから酸素取り出し口に導出される酸素ガス
濃度を検出する濃度センサと、該酸素ガス供給流量を調
整する流量調整装置と、前記濃度センサの検出値と流量
調整装置にて設定された供給流量とに基づき、予め設定
した所定の酸素ガス濃度と供給流量とを維持すべく前記
回転数制御装置を制御する制御部を設けたことを特徴と
する酸素濃縮器。