JP2002079030A - 酸素濃縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 取出しガス流量に関係なく安定したガス濃度
が得られ、しかも一定の取出しガス流量以下で低消費電
力化を図ることが可能な圧力変動吸着型の酸素濃縮装置
を提供する。 【解決手段】 窒素ガスを優先的に吸着する吸着剤５を
充填する２基の吸着塔３、４を設け、吸着塔３、４に圧
縮機１より交互に空気を送り込み、空気中の窒素を吸着
して酸素濃縮空気を製造し、これを製品タンク１２に蓄
え、所定量の酸素富化を供給する酸素濃縮装置であっ
て、２基の吸着塔３、４を、均圧弁ＳＶ５を有する配管
で連結し、製品タンク１２より排出する酸素濃縮空気の
量を制御する流量制御手段１５と、流量制御手段１５か
らの流量信号又は製品タンク１２からの消費量信号を受
けて均圧弁ＳＶ５の作動と非作動の制御を行う制御部１
６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素濃縮装置（圧
力変動吸着型酸素濃縮器）の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、酸素濃縮装置としては、酸素選択
透過膜を用いた膜式酸素濃縮器と、窒素ガスを優先的に
吸着する吸着剤を使用した圧力変動吸着型酸素濃縮器が
ある。後者の圧力変動吸着型酸素濃縮器は、窒素ガスを
優先的に吸着する吸着剤を充填した吸着塔にコンプレッ
サで加圧した空気を導入して、吸着剤に窒素ガスを吸着
させて酸素濃縮空気を得るものである（吸着工程）．そ
して、この吸着塔で製造した酸素濃縮空気は製品タンク
（バッファタンク）内に貯留される。

【０００３】ところで、従来の圧力変動吸着型酸素濃縮
器では、一般的に酸素濃度が約９０％前後を保ち、必要
な酸素量は呼吸用気体供給手段において流量を調節、変
更することで対応している。また、患者に対して医師か
ら出される処方流量には一般的に０．２５リットル／ｍ
ｉｎから５．０リットル／ｍｉｎとかなり幅がある。し
かしながら、従来の装置はいずれも高流量時に高濃度が
発生するようなシステムとなっており、吐出流量に関係
なく安定した酸素濃度を得るのは困難であった。また、
在宅酸素療法に用いられる酸素濃縮器に求められる基本
性能として低い消費電力であることが挙げられる。これ
は電気料金を自己負担する患者にとって当然のことであ
る。従来の装置は、各部品に対し細かな制御をしておら
ず、吐出流量に関係なく常に一定の電力を消費してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
問題を解決するためになされたものであって、その目的
とするところは、取出しガス流量に関係なく安定したガ
ス濃度が得られ、しかも一定の取出しガス流量以下で低
消費電力化を図ることが可能な圧力変動吸着型の酸素濃
縮装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の酸素濃縮装置は次のように構成してい
る。すなわち、窒素ガスを優先的に吸着する吸着剤を充
填する吸着塔を２基設け、該吸着塔に圧縮機より交互に
空気を送り込み、空気中の窒素を吸着して酸素濃縮空気
を製造し、これを製品タンクに蓄え、該製品タンク内よ
り所定量の酸素富化を供給する酸素濃縮装置において、
前記２基の吸着塔を、均圧弁を有する配管で連結し、前
記製品タンクより排出する酸素濃縮空気の量を制御する
流量制御手段と、該流量制御手段からの流量信号又は前
記製品タンクからの消費量信号を受けて前記均圧弁の作
動と非作動の制御を行う制御手段と、を備える。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施の形態について説明する。図１は本発明に係る酸素
濃縮装置の全体的な構成を模式的に示した図である。１
は圧縮機で、その吸込み側に空気取入口を設け、該空気
取入口には図示しない防塵フィルタ、除湿器を設ける。
また、圧縮機１の吐出側は二方バルブマニホールド２に
連結する。この二方バルブマニホールド２には、並列に
２本の吸着塔３、４を接続し、吸着塔３、４にはそれぞ
れ窒素ガスを優先的に吸着する吸着剤５を充填する。該
吸着剤５は、窒素ガスを優先的に吸着するものであれば
よく、例えばゼオライトを使用する。

【０００７】二方バルブマニホールド２は、図示するよ
うに、４個の二方バルブＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ
４から構成され、これら４個の二方バルブをリング状に
連結し、隣合う二方バルブの間からそれぞれ配管を引き
出した形で構成する。圧縮機１からの配管を二方バルブ
ＳＶ２とＳＶ３の間の配管に、二方バルブＳＶ２とＳＶ
１との間の配管を吸着塔３に、さらに二方バルブＳＶ３
とＳＶ４との間の配管を吸着塔４にそれぞれ連結する。
また、二方バルブＳＶ１とＳＶ４との間の配管を排気口
６に連結する。

【０００８】そして、２本の吸着塔３、４は、その一方
が吸着工程にあるときは、他方を吸着剤５の再生に充
て、そのサイクルごとに二方バルブマニホールド２の４
個の二方バルブＳＶ１〜ＳＶ４を切換えて、連続して高
い酸素濃度の酸素濃縮空気を供給する。２本の吸着塔
３、４の出口に、それぞれチェックバルブ７、８を接続
する。また、２本の吸着塔３、４の出口間には均圧オリ
フィス９を有する配管１０と、均圧弁ＳＶ５を有する配
管１１を並列に接続する。さらに、２本の吸着塔３、４
の出口をそれぞれのチェクバルブ７、８を介して製品タ
ンク１２に連結し、製品タンク１２内の酸素濃縮空気を
圧力調整器１３、エアフィルタ１４、流量制御手段１５
を介して患者に供給する。

【０００９】このような装置では、二方バルブマニホー
ルド２の二方バルブＳＶ２を開き二方バルブＳＶ３を閉
じると、吸着塔３に加圧した空気が送り込まれ、吸着塔
３内で空気中の窒素を吸着剤５に吸着させ、酸素濃縮空
気をチェックバルブ７を介して製品タンク１２に送る。
製品タンク１２に至る管路及び製品タンク１２の圧力が
上がると、酸素濃縮空気の一部を均圧オリフィス９を通
して吸着塔４に放出し、吸着塔４内の吸着剤５が吸着し
ている窒素を脱着させ、二方バルブＳＶ４を介して排気
口６より放出する。

【００１０】次に、二方バルブＳＶ２とＳＶ４を閉じ、
二方バルブＳＶ３とＳＶ１を開くと、吸着塔４に加圧し
た空気が送り込まれ、吸着塔４内で空気中の窒素を吸着
剤５に吸着させる。こうして製造された酸素濃縮空気
を、チェックバルブ８を介して製品タンク１２に送る。
製品タンク１２に至る管路及び製品タンク１２の圧力が
上がると、酸素濃縮空気の一部を均圧オリフィス９を通
して吸着塔３に放出し、吸着塔３内の吸着剤５が吸着し
ている窒素を脱着させ、二方バルブＳＶ１を介して排気
口６より放出する。均圧弁ＳＶ５は、二方バルブマニホ
ールド２が切り換わる直前に開き、その後切り換わった
直後に閉じ、酸素濃縮空気を製造する側の吸着塔３又は
４に酸素濃縮空気を吹き込み、その内部圧力を高めて、
次のサイクルを高い内部圧力の下でスタートできるよう
にして、直ぐに酸素濃縮空気を製造できるようにする。

【００１１】本発明では、上記流量制御手段１５からの
流量信号又は製品タンク１２からの消費量信号を制御部
１６に送り、これを受けて前記均圧弁ＳＶ５の作動と非
作動の制御を行うことを特徴としている。ところで、上
記均圧オリフィス９及び均圧弁ＳＶ５は、上述のよう
に、窒素の脱着を促す働きや次の吸着工程初期に動作す
ることで効率よく酸素を発生させるために備えてある
が、どちらか片方でもある程度の酸素濃度は得ることが
できる。

【００１２】図３は、均圧弁ＳＶ５は使用せずに（非作
動とする）均圧オリフィス９だけを使用した場合の酸素
流量と酸素濃度との関係を示したものであるが、これに
よると高流量時は酸素濃度が低下することがわかる。ま
た、均圧オリフィス９は使用せずに均圧弁ＳＶ５だけを
使用した場合の特性は、図４に示すように、上述の均圧
オリフィス９だけを使用した場合と比べ、高流量時の酸
素濃度は少し改善しているが、一般的に必要とする９０
％までは達していない。さらに、均圧オリフィス９と均
圧弁ＳＶ５の両方を作動させた場合の特性は、図５に示
すように、低流量時の酸素濃度が低下している。

【００１３】一方、これらに対し、高流量時には均圧オ
リフィス９と均圧弁ＳＶ５の両方を作動させ、低流量時
は均圧オリフィス９だけを使用した場合の特性は図２に
示すとおりであり、具体的には、酸素流量が５．０リッ
トル／ｍｉｎ〜３．０リットル／ｍｉｎ程度までは均圧
オリフィス９と均圧弁ＳＶ５の両方を作動させ、酸素流
量がそれ以下では均圧オリフィス９だけを使用（つまり
均圧弁ＳＶ５を非作動）した場合を示している。このよ
うに、酸素流量によって均圧弁ＳＶ５の作動と非作動の
制御を行い、高流量時には均圧オリフィス９と均圧弁Ｓ
Ｖ５の両方を作動させ、均圧オリフィス９だけで十分酸
素濃度が保てる流量範囲になった場合は均圧弁ＳＶ５を
非作動とすることにより、取出し流量に関係なく酸素濃
度は９０％以上に保てるようになる。

【００１４】また、このように低流量時に均圧弁ＳＶ５
を非作動とすることと、それに伴なう圧縮機１への負荷
低減が作用して結果的に以下に示すように電力が例えば
７％程度低減することが確認できた。また、同時に吸着
時の圧力を必要最低限の圧力にコントロールすることに
よって更なる消費電力の低減が可能である。 （例） 作動圧力(Mpa) 均圧弁動作 消費電力(W) 高流量時： ０．１２ 作動 ２６０ 低流量時： ０．０９ 非作動 ２３５

【００１５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の酸
素濃縮装置によれば、流量制御手段からの流量信号又は
製品タンクからの消費量信号を受けて均圧弁の作動と非
作動の制御を行う制御手段を備えたので、取出しガス流
量に関係なく安定したガス濃度が得られ、しかも一定の
取出しガス流量以下で低消費電力化を図ることができる
という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸素濃縮装置の全体構成を模式的に示
す図である。

【図２】高流量時に均圧オリフィスと均圧弁の両方を作
動させ、低流量時は均圧オリフィスだけを使用した場合
の酸素流量に対する酸素濃度特性を示す図である。

【図３】均圧オリフィスだけを使用した場合の酸素濃度
特性を示す図である。

【図４】均圧弁だけを使用した場合の酸素濃度特性を示
す図である。

【図５】均圧オリフィスと均圧弁の両方を作動させた場
合の酸素濃度特性を示す図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 二方バルブマニホールド ３、４ 吸着塔 ５ 吸着剤 ６ 排気口 ８ チェックバルブ ９ 均圧オリフィス １２ 製品タンク １５ 流量制御手段 １６ 制御部 ＳＶ１〜ＳＶ４ 二方バルブ ＳＶ５ 均圧弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒素ガスを優先的に吸着する吸着剤を充
   填する吸着塔を２基設け、該吸着塔に圧縮機より交互に
   空気を送り込み、空気中の窒素を吸着して酸素濃縮空気
   を製造し、これを製品タンクに蓄え、該製品タンク内よ
   り所定量の酸素富化を供給する酸素濃縮装置において、
   前記２基の吸着塔を、均圧弁を有する配管で連結し、前
   記製品タンクより排出する酸素濃縮空気の量を制御する
   流量制御手段と、該流量制御手段からの流量信号又は前
   記製品タンクからの消費量信号を受けて前記均圧弁の作
   動と非作動の制御を行う制御手段と、を備えることを特
   徴とする酸素濃縮装置。