JP2005160761A - 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、小型軽量で騒音の小さい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床２と、吸着床に原料空気を供給する空気供給手段６を備えた圧力変動吸着型の酸素濃縮装置において、空気供給手段６をその内部に有し、かつ大気圧以下の圧力において気密性を有する気密容器５を備えており、気密容器減圧配管１０による気密容器の減圧手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着剤を用いた圧力変動吸着型の酸素濃縮器に関するものであり、特に慢性呼吸器疾患患者などに対して行われる酸素吸入療法に使用する医療用酸素濃縮装置に関するものである。更に詳細には、騒音を低減する消音機能を備えた酸素濃縮装置に関するものである。

近年、喘息、肺気腫症、慢性気管支炎等の呼吸器系器官の疾患に苦しむ患者が増加する傾向にあるが、その治療法として最も効果的なものの一つに酸素吸入療法がある。かかる酸素吸入療法とは、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る。その酸素供給源として、空気中の酸素を分離濃縮する酸素濃縮装置、液体酸素、酸素ガスボンベ等が知られているが、使用時の便利さや保守管理の容易さから、在宅酸素療法には酸素濃縮装置が主流で用いられている。

酸素濃縮装置は、空気中の約２１％の酸素を濃縮して供給する装置であり、それには酸素を選択的に透過する膜を用いた膜式酸素濃縮装置と、窒素または酸素を優先的に吸着しうる吸着剤を用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置があるが、得られる酸素濃度の点から圧力変動吸着型酸素濃縮装置が主流になっている。

特開平８−１１９６０６号公報 特開２００２−２３９００８号公報

圧力変動吸着型酸素濃縮装置は、原料空気を圧縮し供給する空気供給装置と、吸着床で濃縮された酸素以外の不要な気体を排出するための排出装置を使用するため、これらの装置から発生する機械音が大きく、騒音の低下が望まれていた。

酸素濃縮装置の騒音低減のため、例えば特開平8-119606号公報に記載のコンプレッサ収納箱を有する酸素濃縮装置が使用されているが、十分に騒音を減少させるためには大きな容積のダクトが必要になり、酸素濃縮装置の小型軽量化には向いていない。上記の問題を解決する手段として、特開2002-239008号公報に記載の密閉型コンプレッサボックスを有する酸素濃縮装置が考案されているが、装置の小型軽量化を図る場合には、容器構成材料の比重を小さくしたり、板厚を薄くしたりする必要があり、そのことにより特に低周波領域の音がコンプレッサボックスを透過するという問題があった。

本発明は、上記の状況に鑑みなされたものであって、圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、小型軽量で、高周波領域の騒音だけでなく低周波領域の騒音も容易に低減することが可能な酸素濃縮装置を提供することを目的とする。

本発明者は、かかる課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の消音機能を備えた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少なくとも1個の吸着床と、該吸着床に原料空気を供給する空気供給手段を備えた圧力変動吸着型の酸素濃縮装置において、該空気供給手段をその内部に有し、かつ大気圧以下の圧力において気密性を有する気密容器を備え、該気密容器内を減圧する減圧手段を備え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、かかる気密容器内を減圧する手段として、特に該空気供給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。

更に本発明は、かかる酸素濃縮装置が真空領域を利用するＶＳＡ型の装置であり、該減圧手段が該空気供給手段による該吸着床の脱着再生のための真空ポンプ機能を用いて該気密容器内を減圧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。

更に本発明は、かかる酸素濃縮装置が加圧および真空領域を利用するＶＰＳＡ型の装置であり、該減圧手段が該空気供給手段による該吸着床の脱着再生のための真空ポンプ機能を用いて該気密容器内を減圧する手段であることを特徴とし、特に該吸着床の脱着再生ラインが該気密容器と連結し、かつ該減圧手段が空気供給手段の真空ポンプ機能を用いて、該気密容器を減圧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。

本発明は、コンプレッサなど空気供給手段が発生する騒音を効果的に消音し、コンプレッサボックスを含む装置全体の小型軽量化を図りながら騒音の発生が少ない酸素濃縮装置を提供することができる。

本発明の酸素濃縮装置の好ましい実施形態を図面を用いて説明する。
本発明の酸素濃縮装置は、空気中の酸素を分離し高濃度酸素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床に充填し、コンプレッサによって作られた加圧空気を吸着床に供給することで、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は本発明の酸素濃縮装置の概略構成図である。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床2に、吸気サイレンサ13を通過させ、気密容器5の内部に配置された空気供給手段6によって大気中から圧縮された加圧空気を供給し、吸着床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。吸着床2より取り出された酸素は、サージタンク4に貯留した後、流量設定器18により酸素供給流量を設定し、鼻カニューラ19を介して使用者に供給される。

１回の吸着工程で吸着できる窒素の量は、吸着床に充填した吸着剤の量や種類によって決まっているため、吸着剤に吸着される窒素の量が飽和する前に、流路切換弁7を切り換えて吸着床2内部を真空ポンプによって減圧し、窒素を脱着させて吸着剤を再生させる（ＶＰＳＡ方式）。また、流路切換弁7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14によって制御される。

空気供給手段6は、駆動用モーターを具備しており、制御装置14によって設定された回転数で回転し空気供給手段6を回転駆動させる。酸素濃縮装置1に用いられる空気供給手段6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。また一般的には加圧ポンプのみを備えたＰＳＡ方式が主流であるが、真空ポンプのみを備えたＶＳＡ方式、加圧ポンプと真空ポンプの両方を備えたＶＰＳＡ方式であってもかまわない。

図２は、本実施形態の酸素濃縮装置が有する気密容器5の構成図である。気密容器5内に空気供給手段8を振動防止の為の緩衝装置20および21によって配置され、空気供給手段8の真空ポンプによって、気密容器5内が減圧される。気密容器5内が減圧されることにより、空気供給手段8で発生した騒音は音圧レベルが小さくなり、気密容器5に到達するころには十分に減衰される。なお、気密容器5の内側には、フェルトや多孔質体の吸音材や、遮音材、制振材を必要に応じて配置することにより、消音効果を増すことが可能である。また、空気供給手段6の真空ポンプ吸気口を気密容器5の内部に配置し、吸着床のパージラインの配管を気密容器を介して連結することにより、気密容器5をバッファタンクとして活用でき、空気供給装置6の吸気脈動を減少することができる。さらに、必要に応じて、真空ポンプの吸気口や吸着床のパージ口には消音器を設けることが可能である。なお、図３に示すように、空気供給手段8で気密容器5内を十分に減圧できない場合やＰＳＡ方式を使用する場合には、外部に設けた真空ポンプ22によって気密容器5の内部を減圧してもよい。

本実施形態の気密容器を有する酸素濃縮装置は、騒音の周波数帯を高周波帯に移行することが可能で、かつ騒音の音圧レベルが小さくなる。通常コンプレッサボックスとしては亜鉛メッキ鋼板が主に使用されるが、減圧機能を備えた気密容器とすることで、容器の肉厚を更に薄くすることが出来、更に比重の小さい材料で容器を構成しても、十分に消音が可能となるため、酸素濃縮装置の小型軽量化が可能になる。

図４は、上記したＶＰＳＡ型の酸素濃縮装置における気密容器の実施例構成図である。材質A5052、板厚2mmのアルミ合金材料を用いて気密容器を作成した。ＶＰＳＡ型酸素濃縮装置の加圧ポンプ機能と真空ポンプ機能を備えた2ヘッド型レシプロコンプレッサ27をその内部に配置し、気密容器内を酸素生成プロセス用真空ポンプで減圧させた。原料空気は、空気供給配管23からコンプレッサ27に連結され、加圧された後、加圧空気供給配管24より吸着床に供給され吸着工程に供せられる。一方、脱着再生工程の吸着床からは吸着床パージ配管26を介して気密容器内に脱着空気が戻され、気密容器内に開口した真空ポンプ吸気口10からコンプレッサ27の真空ポンプ機能により真空ポンプ排気配管25から装置外に排気される。コンプレッサの真空ポンプ機能の方が吸着層から戻される脱着空気の容量よりも大きい為、気密容器内は常に陰圧に保たれる。本実施例では６１ｋＰａの圧力まで減圧した。

上記した実施例と比較するために、実施例で使用した気密容器を使用し、パージ配管26を真空ポンプ吸気口10と直結することで容器内を減圧させない装置を用い、騒音の比較実験を行った。騒音測定は、暗騒音25dB(A)以下の一般洋室の環境下において、普通騒音計（RION社製、NL-05型）を使用して測定した。その結果を表１に示す。

上記のように、本発明の実施の形態に係る実施例の消音箱を使用し、消音箱内を減圧することにより、減圧しないときの音圧レベル57.5dB(A)から48.0dB(A)にまで低減することを確認した。

本発明の実施の形態に係る酸素濃縮装置の構成図である。 減圧手段が外部真空ポンプの場合の、図１の酸素濃縮装置が有する消音箱の詳細図である。 減圧手段がプロセス用真空ポンプの場合の、図１の酸素濃縮装置が有する消音箱の詳細図である。 本発明の実施例の構成図である。

符号の説明

１ 酸素濃縮装置
２ 吸着床
３ オリフィス
４ サージタンク
５ 気密容器
６ 空気供給手段（コンプレッサ、真空ポンプ）
７ 流路切換弁
８ 加圧空気供給配管
９ 窒素パージ配管
１０ 気密容器減圧配管
１１ 排気サイレンサ
１２ 吸気フィルタ
１３ 吸気サイレンサ
１４ 制御装置
１５ 排気口
１６ 吸気口
１７ コントロールバルブ
１８ 流量設定器
１９ カニューラ
２０ ばね
２１ ダンパ
２２ 外部真空ポンプ
２３ 空気供給配管
２４ 加圧空気供給配管
２５ 真空ポンプ排気配管
２６ 吸着床パージ配管
２７ ２ヘッド型レシプロコンプレッサ

Claims (5)

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少なくとも1個の吸着床と、該吸着床に原料空気を供給する空気供給手段を備えた圧力変動吸着型の酸素濃縮装置において、該空気供給手段をその内部に有し、かつ大気圧以下の圧力において気密性を有する気密容器を備えており、該気密容器内を減圧する減圧手段を備えることを特徴とする酸素濃縮装置。
2. 該減圧手段が、該空気供給手段であることを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮装置。
3. 該酸素濃縮装置が真空領域を利用するＶＳＡ型の装置であり、該減圧手段が該空気供給手段による該吸着床の脱着再生のための真空ポンプ機能を用いて該気密容器内を減圧する手段であることを特徴とする、請求項１記載の酸素濃縮装置。
4. 該酸素濃縮装置が加圧および真空領域を利用するＶＰＳＡ型の装置であり、該減圧手段が該空気供給手段による該吸着床の脱着再生のための真空ポンプ機能を用いて該気密容器内を減圧する手段であることを特徴とする、請求項１記載の酸素濃縮装置。
5. 該吸着床の脱着再生ラインが該気密容器と連結し、かつ該減圧手段が空気供給手段の真空ポンプ機能を用いて、該気密容器を減圧する手段であることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項記載の酸素濃縮装置。

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