JP2005143863A - 酸素濃縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、重量増、部品点数の増加を押え、小型軽量な酸素濃縮装置を提供する。
【解決手段】 酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した吸着筒、該吸着筒に原料空気を供給するコンプレッサ、該吸着筒から生成された製品酸素ガスを一時貯留する製品タンクを備えた酸素濃縮装置において、該製品タンクが、酸素濃縮装置構成部品を支持する支持部材として構成されることを特徴とする酸素濃縮装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、空気中の酸素を分離する酸素濃縮装置に関するものであり、特に呼吸器疾患患者等の使用者に酸素濃縮空気を供給する医療用酸素濃縮装置に関する。

従来より、肺気腫、肺結核後遺症や慢性気管支炎などの慢性呼吸器疾患患者に対して、高濃度の酸素を吸入させる酸素吸入療法が行われている。酸素吸入療法とは前記疾病患者に高濃度の酸素ガス、もしくは酸素濃縮気体を吸入させる治療法である。その酸素ガス、濃縮酸素気体を患者に供給する手法として、高圧酸素ボンベ、液体酸素ボンベ、酸素濃縮装置等が挙げられるが、長時間の連続使用に耐え、使い勝手がよいなどの理由によって、酸素濃縮装置が用いられるケースが増加している。

酸素濃縮装置は空気中の酸素を分離、濃縮することを可能にした装置である。酸素分離、濃縮する装置としては、高濃度の酸素が得られるという観点で、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広く知られている。その中でも、圧力変動装置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広く世の中に広まっている。

かかる装置は通常窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填させた1個或いは複数の吸着床に対して、コンプレッサから圧縮空気を供給して吸着床内を加圧状態にして窒素を吸着させ、高濃度の酸素を得る吸着工程と、吸着床内を減圧して、窒素を脱着させる脱着工程からなり、これを一定サイクルで繰り返すことで、高濃度の酸素を得る装置である。

かかる装置の圧力変動装置から発生する振動、騒音は装置からの距離の近い患者、患者の家族等に不快感を与える恐れがある。特に就寝時などは騒音の与える影響が大きく、患者、或いは患者の家族の睡眠を妨げ、メンタルヘルスにも悪影響を及ぼすことが懸念される。また、近年の装置小型化に伴い、装置の部品点数を少なくし、体積を小さくすることは、かかる装置を使用する患者のコンプライアンスを向上させるものである。

コンプレッサを用いた機器の代表例として、冷蔵庫が挙げられる。コンプレッサは大きな振動を発生するためにさまざまな防振・防音の技術がとられている。例えば、特開平６−６８１７６７号公報には、振動方向を上下方向とするコンプレッサの防振支持について、コンプレッサとコンプレッサボックスの両方にブラケットを配し、防振材料で挟み込んで振動を吸収する仕組みが紹介されている。この手法によると、効果的な防振が可能である。しかしながら、コンプレッサ側のブラケット、ボックス側のブラケット、防振材、締結するためのボルト、ナット等部品点数が増加する。また、それらの防振装置を設置するために容積を要する、重量が増加する等の問題があるため、酸素濃縮装置本体の小型軽量化を阻害する要因の一つとなっていた。

吸着筒やコンプレッサは比較的重量の思い構成部品であり、酸素濃縮装置として組み込む場合には強度的制約や配置上の制約が多くなる。そこで特開平１１−２９９８９４号公報には、小型軽量化の手段として酸素濃縮装置を構成する部品をフレーム上に固定し、そのフレームに外郭筐体を固定する方法が開示されている。

特開平６−６８１７６７号公報 特開平１１−２９９８９４号公報

特許文献２記載のようなフレームに外郭筐体を含め構成部品を固定する方法は、酸素濃縮装置に限らず、家電製品を含め、一般的に良く用いられる方法である。しかし、更なる小型軽量化を図る必要性が生じた場合には、フレームそのものの重量が問題となってくる。特に本発明のような医療用酸素濃縮装置を携帯型の装置として使用するには、健常人と異なり、使用者が呼吸器疾患患者であることから重量の軽量化は必須である。 例えば５ｋｇ以下の重量が求められた場合、コンプレッサと吸着筒という酸素発生手段で重量の２/３以上を占めるため、フレーム構造は事実上とることは出来ない。

本発明は、このような課題を解決するものであり、従来にない小型軽量化を図った携帯型にも適用可能な酸素濃縮装置を、フレーム構造をとらずに実現するものである。

かかる課題に対して、本発明人は鋭意検討した結果、以下の消音器、酸素濃縮装置を見出した。すなわち本発明は、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した吸着筒、該吸着筒に原料空気を供給するコンプレッサ、該吸着筒から生成された製品酸素ガスを一時貯留する製品タンクを備えた酸素濃縮装置において、該製品タンクが、酸素濃縮装置構成部品を支持する支持部材として構成され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。

また本発明は、かかる製品タンクがＵ字管状構造体であり、該製品タンクにより少なくとも該コンプレッサおよび該吸着筒が支持されていることを特徴とし、特に該製品タンクのＵ字構造部分が、酸素濃縮装置を持ち運ぶ取っ手を構成す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。

本発明が提供する酸素濃縮装置は、酸素濃縮装置の構成部材である製品タンクを従来の円筒からＵ字状管部材とすることで装置支持部材として利用し、管構造をとることにより構造支持体としての強度を維持しつつ、新たな支持部材を削除し、小型軽量化を実現する。

以下本発明について詳細に説明する。本発明の実施の形態に係る好ましい実施例である酸素濃縮装置は、空気中から酸素を分離し高濃度酸素ガスを供給する装置であり、例えば、酸素より窒素を選択的に吸着し得る吸着剤としてモレキュラーシーブゼオライト５Ａ、１３Ｘ、或いはリチウム系ゼオライトなどを吸着筒に充填し、空気圧縮装置によって作られた加圧空気を供給することで、酸素を取り出す圧力変動吸着型の酸素濃縮装置である。

図１に本実施例の圧力変動型酸素濃縮装置のフローを示す概略構成図を示す。酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤3を充填した吸着筒2に、コンプレッサ5によって大気中から圧縮された加圧空気を吸気消音器16経由で供給し、吸着筒2内部を加圧状態にして窒素を吸着させ、吸着されなかった酸素を取り出す。吸着筒2より取り出された酸素は、製品タンク4に貯留した後、流量設定器10により酸素供給流量を設定し、鼻カニューラ12を介して使用者に供給される。

ここで吸着剤3は、１回の工程で吸着できる窒素の量が吸着剤3の量や種類によって決まっているため、吸着剤3に吸着される窒素の量が飽和する前に、流路切換弁9を切り換えて吸着筒2を大気開放して吸着筒2内部を減圧し、窒素を脱着させて吸着剤3を再生させる。また、流路切換弁9は、予め設定された時間によって切り換えられるように制御装置11によって制御される。なお、１工程中の吸脱着量を増やすべく、真空ポンプを用いて、脱着工程における吸着筒2内部の圧力を真空にしても良い。なお、流路切換弁9のパージ側には排気消音器15が設けられている。

コンプレッサ5は、コンプレッサ5を駆動させるためのコンプレッサ駆動モーター6を具備しており、コンプレッサ駆動モーター6は制御装置11によって設定された回転数で回転しコンプレッサ5を回転駆動させる。コンプレッサ圧縮機構部8は、コンプレッサ駆動モーター6によって得た回転力によって空気を圧縮するものであり、その圧縮方式によって様々な種類が存在する。酸素濃縮装置1に用いられるコンプレッサ5としては、往復運動式のピストンタイプや回転式のスクロールタイプなどが一般的によく用いられているが、大気中の空気を圧縮できるものであればどのタイプを用いても構わない。かかるコンプレッサはその供給空気導入口、及び圧縮排出口がそれぞれ少なくとも1つ以上あり、それぞれ吸着床、もしくは装置内の適当な場所に接続されている。

次に、本発明の構成部品の配置図を図２示す。製品タンク4は、軽量化のためマグネシウム製のパイプを使用し、Ｕ字状の構造とする。口径２４mmΦ、全長８００mmのパイプを使用し、内部の空洞を利用することで吸着筒から生成される酸素を貯留する製品タンクとして機能する。また円筒状パイプとすることで、従来の金属平板上の支持部材より機械的強度を大幅にアップすることができる。材質はマグネシウムの他、アルミニウム、ステンレス、強化プラスティックなどを使用することが出来、求められる重量及び強度との関係で選択する。

吸着筒と製品タンクの接続部、製品タンクから使用者に供給される出口は、図３に示すようにＵ字管の両端部に設ける。またＵ字管のＵ字部分（屈曲部）は酸素濃縮装置を持ち運ぶ際の取っ手部分を構成し、新たな取っ手部材の装着を不要としている。

Ｕ字管中央部にはコンプレッサ5及び吸着筒2を装着するためのベースフレームを介してＵ字管の2本円筒部分で両者を支持している。かかる実施例ではベースフレームを介して主要重量部品であるコンプレッサ及び吸着筒を製品タンクに一体固定したが、別々に直接固定しても良い。Ｕ字状の配管の２つの円筒部で支持するため、コンプレッサ及び吸着筒は図2に示すように上下に積層した構造とし、重量バランスをとる。

酸素濃縮装置にはその他、制御装置11などを構成する電装盤や、電磁弁、冷却ファンなど多数の部材が必要であるが、図２には記載を省略しているが、支持部材である製品タンクであるＵ字管に固定することが出来る。さらに製品の外郭筐体もかかる製品タンクであるＵ字状部材及びそれに支持されるベースフレームで4点固定することにより、外部応力に耐えうる筐体として機能する。

本発明の酸素濃縮装置のフローを示す概略構成図。 本発明の酸素濃縮装置の構成図。 図２の背面図。

符号の説明

１ 酸素濃縮装置
２ 吸着筒
３ 吸着剤
４ 製品タンク
５ コンプレッサ
６ コンプレッサ駆動モーター
７ 冷却ファン
８ コンプレッサ圧縮機構部
９ 流路切換弁
１０ 流量設定器
１１ 制御装置
１２ 鼻カニューラ
１３ 吸気口
１４ 排気口
１５ 排気消音器
１６ 吸気消音器
１７ コンプレッサボックス

Claims (3)

1. 酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した吸着筒、該吸着筒に原料空気を供給するコンプレッサ、該吸着筒から生成された製品酸素ガスを一時貯留する製品タンクを備えた酸素濃縮装置において、該製品タンクが、酸素濃縮装置構成部品を支持する支持部材として構成されることを特徴とする酸素濃縮装置。
2. 該製品タンクがＵ字管状構造体であり、該製品タンクにより少なくとも該コンプレッサおよび該吸着筒が支持されていることを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮装置。
3. 該製品タンクのＵ字構造部分が、酸素濃縮装置を持ち運ぶ取っ手を構成することを特徴とする請求項２記載の酸素濃縮装置。

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