JP2003235981A - 酸素濃縮装置 - Google Patents

酸素濃縮装置

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JP2003235981A
JP2003235981A JP2002039736A JP2002039736A JP2003235981A JP 2003235981 A JP2003235981 A JP 2003235981A JP 2002039736 A JP2002039736 A JP 2002039736A JP 2002039736 A JP2002039736 A JP 2002039736A JP 2003235981 A JP2003235981 A JP 2003235981A
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oxygen
applied voltage
oxygen concentrator
motor
induction motor
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JP2002039736A
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Fumi Nishizaki
芙美 西崎
Shigenori Hirano
茂徳 平野
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Teijin Ltd
Original Assignee
Teijin Ltd
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency

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  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 商用電源周波数50/60Hzの影響がなく省エネ
を実現できるコンプレッサ誘導電動機制御装置を備えた
酸素濃縮装置を提供する。 【解決手段】 酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着
剤を充填した吸着筒と該吸着筒に空気を供給する為の電
動機駆動の空気圧縮手段を備えた酸素濃縮装置におい
て、該空気圧縮手段の電動機回転数と電動機への印加電
圧を、設定流量にあわせて独立に制御する制御手段を備
えることを特徴とする酸素濃縮装置。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、空気中から酸素を
分離し濃縮する医療用の酸素濃縮装置に関する。更に詳
細には、酸素濃縮装置の気体圧縮手段(以後、コンプレ
ッサとも称す)用の電動機を制御する事により、低流量
側においてさらに低消費電力化が実現可能な酸素濃縮装
置に関する。 【0002】 【従来の技術】近年、喘息、肺気腫症、慢性気管支炎な
どの呼吸器系疾患に苦しむ患者が増加する傾向がある
が、その最も効果的な治療法の一つとして酸素吸入療法
があり、空気中から酸素濃縮気体を直接分離する酸素濃
縮装置が開発され、使用時の利便性、保守管理の容易さ
から酸素吸入療法用の治療装置として、次第に普及する
ようになってきている。 【0003】かかる酸素濃縮装置として、窒素を選択的
に吸着し得る吸着剤を1個或いは、複数の吸着床に充填
した吸着型酸素濃縮装置が知られ、中でも空気供給手段
としてコンプレッサを用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装
置が多用されている。かかる装置は、通常、窒素を選択
的に吸着し得る吸着剤を充填した1個或いは複数の吸着
床にコンプレッサから圧縮空気を供給して加圧状態で窒
素を吸着させることにより酸素濃縮気体を得る吸着工程
と、吸着床の内圧を減少させて窒素を脱着させ吸着剤の
再生を行う脱着工程を一定サイクルで繰り返し行い、更
に必要に応じて、脱着工程終了直前に、既に生成した乾
燥酸素濃縮気体を一部逆流させ再生効率の向上と昇圧を
目的とする均圧工程を加えて、順次一定サイクルで行う
ことにより酸素濃縮気体を得る装置である。 【0004】近年、半導体集積技術の飛躍的進歩により
信頼性の高い小型インバータが汎用化している。インバ
ータは駆動電圧と周波数を制御することでトルク一定で
の回転数制御が行えることにより比較的安価な誘導モー
タを用いて精度の高いプロセス制御機器が実現でき、現
在、広く実用化されている。 【0005】通常のインバータ制御では、誘導モータ内
の磁束を一定とするために図2に示す駆動電圧の増分と
周波数の増分との関係(以下、V/F比と称す)が一定
という関係が成り立つように、所望の回転数に対応した
周波数を設定すると、駆動電圧は先述の関係から決めら
れる。印加電圧がモータの同期周波数以上で頭打ちにな
っているのは、汎用インバータではコスト・効率が考慮
されて増幅回路を搭載していないため入力電圧以上の出
力ができないためである。 【0006】一方、在宅医療分野において適用される機
器は商用交流電源で使用するものが殆どである。一般家
庭用電源にて使用できるインバータが汎用的でないこ
と、またそのために開発コストが高くなることやインバ
ータ機器は高調波ノイズを発生しやすいなどの理由によ
りインバータが使用されることは少なかった。そのた
め、現在まで在宅などで使用される医療用酸素濃縮装置
に使用されているコンプレッサは、全て商用交流電源に
より直接誘導モータを駆動する方式である。 【0007】最近のEMC対策技術の進歩により、イン
バータ使用時においても医療規格を充分満足できるよう
になり、インバータ機器を組み込んだ酸素濃縮装置を製
作できるようになってきた。かかる技術を利用して、5
0Hz,60Hzの地域による周波数の違いの問題を解決す
る為、特開平5−329321号公報に記載の交流電源
を直流化し更に交流に変換するインバータ搭載の酸素濃
縮装置も考えられている。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】かかる酸素濃縮装置は
在宅医療用として使用されることが多く、かつ夜間睡眠
時にも使用するために信頼性および安全性が要求されて
いる。しかし、インバータで駆動するコンプレッサ用誘
導モータにおいて、先述のV/F比一定の関係を維持し
たままでは、制御電圧に対して一意的に誘導モータの電
流値が決められてしまう為に、更なる低消費電力化には
課題があった。本発明はかかる状況を鑑みてなされたも
ので、コンプレッサ用誘導モータを使用した酸素濃縮装
置の更なる低消費電力化を目的としたものである。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明者はかかる問題に
対して鋭意検討した結果、以下の酸素濃縮装置を見出し
た。すなわち本発明は、酸素よりも窒素を選択的に吸着
する吸着剤を充填した吸着筒と該吸着筒に空気を供給す
る為の商用交流電源を使用する誘導電動機駆動の空気供
給手段及び、該誘導電動機の回転数と印加電圧を制御す
る制御手段を備えた酸素濃縮装置において、該制御手段
がインバータ手段を備えると共に該電動機の回転数と印
加電圧を独立に制御する手段であることを特徴とする酸
素濃縮装置を提供するものである。 【0010】 【発明の実施の形態】本発明の医療用酸素濃縮装置は、
酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填した吸
着筒と該吸着筒に空気を供給する為の電動機駆動の空気
供給手段と該電動機の回転数と印加電圧を制御する制御
手段を備えた医療用酸素濃縮装置であり、該電動機の回
転数と印加電圧を独立に制御する方法を備える。かかる
装置により酸素濃縮空気の供給量が少ない場合、いわゆ
る低流量側おいて、低消費電力で使用者の電気代負担を
低減させる。 【0011】かかる装置には電動機の回転数と印加電圧
を独立に制御する方法を備えるが、具体的には取り出す
酸素量と吸着筒、吸着剤および流路切替バルブなどから
なる吸着システムの収率とから、空気供給手段が供給す
る空気量が求められる。この供給空気量とコンプレッサ
の行程容積とより電動機の回転数は算出され、算出され
た電動機の回転数より実際に制御する周波数が決まられ
る。印加電圧はV/F比とは無関係に誘導モータの定格
電流値を越えないように設定し、酸素濃縮装置が有する
CPUに記憶させる方法により達成される。 【0012】電動機を駆動するための回転数および印加
電圧は制御手段により制御することも可能である。 【0013】 【実施例】本実施例で使用した酸素濃縮装置は、酸素よ
りも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した複数の
吸着筒と、該吸着床へ空気を供給するコンプレッサを具
備した酸素濃度90容量%以上で最大酸素生成量3L/
minの医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置である。か
かる吸着筒として米国Sequal社製ATFモジュー
ルを使用し、Li系ゼオライトを充填した。またコンプレ
ッサには200Wクラスの2個のシリンダを有する揺動
型空気圧縮機(米国Thomas社製)を使用した。またイン
バータにはAC単相誘導モータ用の汎用インバータ(An
acon社製)を用いた。 【0014】本発明の医療用酸素濃縮装置内部の概略図
を図1に示す。比較例では、あらかじめCPU6に記憶
された設定流量に対応する駆動用周波数がインバータ3
に送られ、インバータ3に設定されているV/Fカーブ
(図3)に基づいて印加電圧が計算され駆動用周波数と
ともに誘導モータに送られ制御される。 【0015】表1に示す実験結果と図3に示す印加電圧
の値が一致しないのは、補助巻線や負荷の影響が表1の
実験結果に含まれるためである。これに対し本実施例で
は、あらかじめCPU6に記憶された設定流量に対応す
る駆動用周波数と印加電圧がインバータ3を介して誘導
モータに送られ制御される。この時印加電圧は誘導モー
タの定格電流を超えない範囲で消費電力が最も低くなる
ポイントを設定した。一般には印加電圧を下げれば消費
電力を下げることができるが、下げすぎるとかえって電
流値の増大を招き消費電力を下げることができない。 【0016】各設定流量での条件(表1)に従い、駆動用
周波数及び印加電圧をCPU6で設定し、かかる装置の
性能を測定した。結果として、表1のようにインバータ
を用いて、駆動周波数と印加電圧を設定し搭載すること
で、低流量側で10W以上の省エネを実現する酸素濃縮
機を提供することが可能となる。 【0017】 【表1】 【0018】 【発明の効果】本発明は上述の如く、酸素濃縮空気の供
給量が少ない場合、いわゆる低流量側おいて、低消費電
力で使用者の電気代負担を低減させる。
【図面の簡単な説明】 【図1】酸素濃縮装置内部構成のブロック図である。 【図2】V/F(印加電圧/周波数)カーブを表す模式
図である。 【図3】V/Fを表すグラフである。 【符号の説明】 1 酸素濃縮装置 2 商用交流電源 3 インバータ 4 誘導モータ 5 コンプレッサ 6 CPU
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D012 CA05 CB12 CD07 CE01 CF10 CG01 4G042 BA15 BB02 BC04

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着
    剤を充填した吸着筒と該吸着筒に空気を供給する為の商
    用交流電源を使用する誘導電動機駆動の空気供給手段及
    び、該誘導電動機の回転数と印加電圧を制御する制御手
    段を備えた酸素濃縮装置において、該制御手段がインバ
    ータ手段を備えると共に該電動機の回転数と印加電圧を
    独立に制御する手段であることを特徴とする酸素濃縮装
    置。
JP2002039736A 2002-02-18 2002-02-18 酸素濃縮装置 Pending JP2003235981A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005152615A (ja) * 2003-10-28 2005-06-16 Ngk Spark Plug Co Ltd 酸素濃縮装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005152615A (ja) * 2003-10-28 2005-06-16 Ngk Spark Plug Co Ltd 酸素濃縮装置
JP4709529B2 (ja) * 2003-10-28 2011-06-22 日本特殊陶業株式会社 酸素濃縮装置

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