JP2006062932A - Oxygen concentrator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸素濃縮装置に関し、詳しくは慢性気管支炎等の呼吸器系器官の疾患の治療法として有効な酸素吸入療法に使用される酸素濃縮装置に関する。 The present invention relates to an oxygen concentrator, and more particularly to an oxygen concentrator used for oxygen inhalation therapy effective as a treatment method for diseases of respiratory organs such as chronic bronchitis.
この種の酸素濃縮装置(酸素濃縮器ともいわれる。以下、単に装置ともいう)において空気中の酸素を分離、濃縮する酸素濃縮法としては、酸素を透過し窒素を選択的(優先的)に吸着する吸着剤(例えばゼオライト)を用いた、いわゆる吸着型酸素濃縮装置が広く使用されている。この酸素濃縮装置は、通常、酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る吸着剤を充填した窒素吸着容器内(吸着筒)にコンプレッサで圧縮された空気を供給し、その内部に加圧状態で窒素を吸着させることにより、高酸素濃度ガス(酸素濃縮空気)を得る加圧工程(吸着工程)と、窒素吸着容器内の圧力を減じて吸着された窒素を外部に排気(放出)することで吸着剤の再生を行う減圧工程(再生工程)とを、交互に(順次)繰り返し行うことによって、高酸素濃度ガスが連続して生成(製造)されるように構成されている(特許文献1、特許文献2)。そして、こうして生成された高圧の高酸素濃度ガスは、これを一時的に貯蔵するタンク(リザーバ)へ送り込まれ、レギュレータ及び流量設定器で、圧力、流量が調整され、加湿などの処理を施された後、患者に供給される。 This type of oxygen concentrator (also referred to as an oxygen concentrator; hereinafter simply referred to as a device) separates and concentrates oxygen in the air as an oxygen concentrating method that permeates oxygen and selectively (preferentially) adsorbs nitrogen. So-called adsorption-type oxygen concentrators using adsorbents such as zeolite are widely used. This oxygen concentrator usually supplies air compressed by a compressor into a nitrogen adsorption container (adsorption cylinder) filled with an adsorbent capable of preferentially adsorbing nitrogen over oxygen, and in a pressurized state. By adsorbing nitrogen, pressurizing process (adsorption process) to obtain high oxygen concentration gas (oxygen-enriched air) and exhausting (releasing) the adsorbed nitrogen to the outside by reducing the pressure in the nitrogen adsorption container It is configured so that a high oxygen concentration gas is continuously generated (manufactured) by alternately (sequentially) performing a decompression step (regeneration step) for regenerating the adsorbent (Patent Document 1, Patent Document 2). The high pressure, high oxygen concentration gas generated in this way is sent to a tank (reservoir) that temporarily stores the gas, and the pressure and flow rate are adjusted by a regulator and a flow rate setting device, and processing such as humidification is performed. And then supplied to the patient.
このような装置における窒素吸着容器は、通常2つ(2本)設けられている。このものでは、各窒素吸着容器に、コンプレッサからの圧縮供給用の配管が接続され、また排気用の配管が接続されている。そして、一方の容器において加圧工程が行われているとき、他方の容器では減圧工程が行われるように、各配管に設けられた切換え弁(2方弁)を交互に切換え(開閉)制御するように構成されている。すなわち、加圧工程と、減圧工程とを、一定時間サイクルで繰り返し行うことにより、連続的に高酸素濃度ガスを得るようにされている。 Usually, two (two) nitrogen adsorption containers in such an apparatus are provided. In this apparatus, piping for supplying compression from a compressor and piping for exhaust are connected to each nitrogen adsorption container. And when the pressurization process is performed in one container, the switching valve (two-way valve) provided in each pipe is alternately switched (open / closed) so that the decompression process is performed in the other container. It is configured as follows. That is, a high oxygen concentration gas is continuously obtained by repeatedly performing a pressurizing step and a depressurizing step in a constant time cycle.
ところで、この種の酸素濃縮装置は、患者が睡眠時も含め昼夜(常時)連続して長期間にわたって使用するものであることから、その使用(運転)においては、コンプレッサの駆動用のモーター等の消費電力を含め、相当の電力が消費されることになり、したがって、在宅療法する患者の電気代の負担を低減できるように省電力化することが極めて重要である。特許文献1には、この省電力化に、窒素の吸着能力の高い吸着剤を使用する方法が開示されている。また特許文献2には、加圧工程と減圧工程とを切換える切換え弁の開閉のタイムシーケンスの最適化を図る技術が提案されている。
ところが、上記した手段のみでは十分な省電力化が図られるというものではなく、さらに強い省電力化が要請されている。こうした中、本願発明者においては、上記手段とは、全く別の観点から省電力化について研究開発を行ってきたところ、従来の酸素濃縮装置において必要な上記した加圧工程と減圧工程との切換えを行うための、加圧又は減圧用の各切換え弁そのものの選択の最適化を図ることで、消費電力の低減に寄与できると考えた。理由は次のようである。 However, sufficient power saving is not achieved by the above-described means alone, and stronger power saving is demanded. Under these circumstances, the present inventor has conducted research and development on power saving from a completely different viewpoint from the above means, and switching between the pressurization step and the decompression step required in the conventional oxygen concentrator. The optimization of the selection of each switching valve for pressurization or depressurization in order to perform the process was considered to contribute to the reduction of power consumption. The reason is as follows.
従来、このような加圧、減圧を行う切換え弁には、直動式(直接動作方式)の電磁弁が使用されている。これは、直動式電磁弁はそれ自体が低コストであり、また、これを使用する場合にはパイロット配管も必要ないことより配管等もシンプルになるためである。ところが、このような直動式電磁弁では、有効流路断面積の小さいものを用いることになるため、流量損失が大きい。このため、従来の酸素濃縮装置においては、コンプレッサに吐出量の大き目のものを使用せざるを得ず、したがって、その駆動に要する消費電力が増大し、結果として酸素濃縮装置の電力消費の増大を招いていた。他方、開弁時の流路断面積が大きい、直動方式の電磁弁を用いれば流量損失を小さくできるものの、弁の作動に大きな力が必要となるため、長期間にわたって昼夜連続して無数回の切換えが行われるこの種の切換え弁には電力消費が大きくなり、したがって、そのような流路断面積が大きい直動方式の電磁弁を採用することはできない。 Conventionally, a direct acting (direct acting) electromagnetic valve has been used as a switching valve for performing such pressurization and decompression. This is because the direct-acting solenoid valve itself is low-cost, and when this is used, the piping and the like are simplified because the pilot piping is not necessary. However, in such a direct acting solenoid valve, a flow rate loss is large because a valve having a small effective channel cross-sectional area is used. For this reason, in the conventional oxygen concentrator, a compressor having a larger discharge amount must be used, and thus the power consumption required for driving the compressor increases, resulting in an increase in power consumption of the oxygen concentrator. I was invited. On the other hand, flow loss can be reduced by using a direct-acting solenoid valve with a large flow path cross-sectional area when the valve is opened, but a large force is required to operate the valve. This type of switching valve that consumes a large amount of electric power consumes a large amount of electric power. Therefore, it is not possible to employ a direct acting electromagnetic valve having such a large cross-sectional area of the flow path.
そこで、このような直動式電磁弁に代えて、パイロット式電磁弁を用いることを提案できる。パイロット式電磁弁によれば、電磁弁として駆動されるのはパイロット弁としての小弁であり、パイロット圧(空気圧)にて大きい主弁を作動し切換えるものであるため、その流路断面積の大きいものを用いても、弁の切換えに要する消費電力は小さく抑えることができる。したがって、この電磁弁によれば流路断面積の大きいものを用いることができるため、流量損失を低減でき、コンプレッサの吐出流量を小さくできる。かくして、装置における主たる電力消費機器であるコンプレッサの駆動に要する消費電力を低減できる結果として、装置の省電力化を図ることができる。 Therefore, it can be proposed to use a pilot solenoid valve instead of such a direct acting solenoid valve. According to the pilot type solenoid valve, the small valve as the pilot valve is driven as the solenoid valve, and the large main valve is operated and switched by the pilot pressure (air pressure). Even if a large one is used, the power consumption required for switching the valve can be kept small. Therefore, according to this electromagnetic valve, since a thing with a large channel cross-sectional area can be used, flow loss can be reduced and the discharge flow rate of a compressor can be made small. Thus, the power consumption of the apparatus can be reduced as a result of reducing the power consumption required to drive the compressor, which is the main power consuming device in the apparatus.
ところが、パイロット式電磁弁を用いるとしても、主弁がスプール式のものでは、スプールと弁本体をなすスリーブ内面との間に微小固形物が付着したときにスプールの動きが不円滑となるため、信頼性ないし耐久性において問題がある。酸素濃縮装置は患者が療法として昼夜連続して長期間にわたって使用するものであることから、極めて高い信頼性が要求される。したがってこれを採用することはできない。また、主弁がポペット式からなるパイロット式電磁弁では、流路断面積を大きく確保するには、その大型化を招くといった問題がある。加えて、このものも、摺動部(ポペットの軸)があるため等に基づき、その内部構造が複雑化するという点で、信頼性ないし耐久性に疑問があるし、しかも高コストとなるという問題もある。 However, even if a pilot type solenoid valve is used, if the main valve is of the spool type, the movement of the spool becomes unsmooth when a minute solid matter adheres between the spool and the sleeve inner surface forming the valve body. There is a problem in reliability or durability. Since the oxygen concentrator is used by a patient for a long period of time as a therapy for a long period of time, extremely high reliability is required. Therefore, this cannot be adopted. Moreover, in the pilot type solenoid valve whose main valve is a poppet type, there is a problem that the size of the main valve is increased in order to ensure a large flow path cross-sectional area. In addition, this is also questionable in terms of reliability and durability in that the internal structure becomes complicated based on the fact that there is a sliding part (poppet shaft), etc., and it is also expensive. There is also a problem.
本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、加圧又は減圧を行う切換え弁の信頼性ないし耐久性を低下させることなく、省電力化を図ることのできる酸素濃縮装置を提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and provides an oxygen concentrator capable of reducing power consumption without reducing the reliability or durability of a switching valve that performs pressurization or decompression. Is the purpose.
前記の目的達成のために請求項1に記載の本発明は、酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る吸着剤を充填した窒素吸着容器内に圧縮空気を供給することによって高酸素濃度ガスを得る加圧工程と、窒素吸着容器内の圧力を減じることによって吸着された窒素を外部に排気することで吸着剤の再生を行う減圧工程とを、交互に繰り返し行うことによって高酸素濃度ガスを得る方式の圧力変動吸着型の酸素濃縮装置であって、
2以上の窒素吸着容器を有し、各窒素吸着容器には、圧縮空気供給源から圧縮空気を供給するための配管が接続されるとともに、吸着された窒素を外部に排気するための配管が接続されており、これらの各配管に、前記加圧工程と前記減圧工程とを切換えるための切換え弁を備えてなるものにおいて、
前記切換え弁の少なくとも1つをパイロット式電磁弁であって主弁がダイヤフラム式弁のものを使用したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 is characterized in that a high oxygen concentration gas is supplied by supplying compressed air into a nitrogen adsorption vessel filled with an adsorbent capable of preferentially adsorbing nitrogen over oxygen. A high oxygen concentration gas is obtained by alternately and repeatedly performing a pressurizing step to obtain and a depressurizing step of regenerating the adsorbent by exhausting nitrogen adsorbed by reducing the pressure in the nitrogen adsorption vessel to the outside. A pressure fluctuation adsorption type oxygen concentrator of the type,
There are two or more nitrogen adsorption containers, and each nitrogen adsorption container is connected to a pipe for supplying compressed air from a compressed air supply source and a pipe for exhausting the adsorbed nitrogen to the outside. In each of these pipes, provided with a switching valve for switching between the pressurization step and the pressure reduction step,
At least one of the switching valves is a pilot solenoid valve, and a main valve is a diaphragm valve.
請求項2に記載の本発明は、請求項1において、前記切換え弁の少なくとも1つをパイロット式電磁弁であって主弁がダイヤフラム式弁のものを使用したことに代えて、前記切換え弁の全部をパイロット式電磁弁であって主弁がダイヤフラム式弁のものを使用したことを特徴とする酸素濃縮装置である。そして、請求項3に記載の本発明は、前記各パイロット式の電磁弁をマニホールド化したことを特徴とする請求項1又は2に記載の酸素濃縮装置である。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, in place of using at least one of the switching valves as a pilot solenoid valve and using a diaphragm valve as a main valve, The oxygen concentrator is characterized in that all are pilot type solenoid valves and the main valve is a diaphragm type valve. According to a third aspect of the present invention, there is provided the oxygen concentrating device according to the first or second aspect, wherein each pilot-type electromagnetic valve is manifolded.
本発明の酸素濃縮装置においては、窒素吸着容器の加圧工程(以下、加圧用、又は単に加圧ともいう)と減圧工程(以下、減圧用又は単に減圧ともいう)の切換え弁に、パイロット方式の電磁弁を用いたことから、消費電力が同じでも直動方式の電磁弁を用いる場合より、主弁開口時の有効流路断面積の大きいものを使用できる。したがって、流量損失を低減できるので、コンプレッサの吐出流量を小さくできることから、その駆動に要する消費電力を低減でき、結果、酸素濃縮装置としての省電力化が図られる。 In the oxygen concentrator of the present invention, a pilot system is provided for a switching valve between a pressurizing step (hereinafter, also referred to as pressurization or simply pressurization) and a depressurization step (hereinafter also referred to as depressurization or simply depressurization) of the nitrogen adsorption container. Therefore, even when the power consumption is the same, it is possible to use one having a larger effective flow path cross-sectional area when the main valve is open than when a direct acting solenoid valve is used. Accordingly, since the flow loss can be reduced, the discharge flow rate of the compressor can be reduced, so that the power consumption required for driving the compressor can be reduced. As a result, power saving as the oxygen concentrator can be achieved.
しかも、本発明では窒素吸着容器の加圧、減圧の切換え弁に、パイロット方式の電磁弁のうち、その主弁がダイヤフラム式のものを用いたことから、その主弁は弁シートのために摺動部もない。しかも、その構造上、スプール式のものやポペット式のものに比べると、構造の複雑化を招くこともないから信頼性、耐久性を高めることができる。その上に、容易に流路断面積を大きいものとすることができるため、流量損失を小さく抑えることができる。かくして、本発明の酸素濃縮装置によれば、加圧又は減圧を行う切換え弁の信頼性ないし耐久性を低下させることなく、省電力化を図ることができる。省電力化のメリットは、パイロット式電磁弁であって主弁がダイヤフラム式弁のものを使用する数に対応するが、請求項2に記載の発明のように、前記切換え弁に、その全部をパイロット式電磁弁であって主弁がダイヤフラム式弁のものを使用した場合には、極めて高い省電力化が図られる。 In addition, in the present invention, the main valve is a diaphragm type among the pilot-type solenoid valves as the pressurizing / depressurizing switching valve for the nitrogen adsorption container, so that the main valve is slid for the valve seat. There is no moving part. In addition, because of its structure, compared to a spool type or poppet type, the structure is not complicated, and thus reliability and durability can be improved. In addition, since the cross-sectional area of the flow path can be easily increased, the flow loss can be reduced. Thus, according to the oxygen concentrator of the present invention, it is possible to save power without reducing the reliability or durability of the switching valve for pressurization or decompression. The merit of power saving corresponds to the number of pilot type solenoid valves whose main valves are diaphragm type valves. However, as in the invention according to claim 2, all of the switching valves are provided in the switching valve. When a pilot type solenoid valve having a diaphragm type valve is used, extremely high power saving can be achieved.
また、請求項3に記載の本発明のように、前記各パイロット式の電磁弁をマニホールド化したことで、切換え弁を個別に各配管途中に設ける場合に比べて、配管の簡素化及び省スペース化(コンパクト化)が図られる。したがって、配管の接続作業が効率化し、酸素濃縮装置全体のコンパクト化にも寄与できる。なお、マニホールド化の形態(マニホールドの構造)については、マニホールド本体が一体化されてなる単体型マニホールドとしてもよいし、2つに分割されていても良い。 Further, as in the present invention according to claim 3, since each of the pilot type solenoid valves is made a manifold, simplification of the piping and space saving can be achieved as compared with the case where the switching valves are individually provided in the middle of each piping. (Compact) is achieved. Therefore, the connection work of piping becomes efficient and it can contribute also to the compactness of the whole oxygen concentrator. Note that the form of manifolding (manifold structure) may be a unitary manifold in which the manifold main body is integrated or may be divided into two.
本発明を実施するための最良の形態について、図1及び図2に基いて詳細に説明する。図1は、本発明に係る酸素濃縮装置101の概略構成を示す配管系統(ブロック)図である。本形態の酸素濃縮装置101は、この回路図に示したように、空気取入れ口2から取込んだ空気を、防塵フィルター4a、吸気フィルター4b、さらに吸気マフラ4cを通して圧縮空気供給源であるコンプレッサ21で圧縮し、圧縮された空気を、2本並列的に配置された窒素吸着容器(吸着筒)31、32に供給するための加圧用の配管(加圧用配管)で接続されている。なお、窒素吸着容器31,32にはその内部に図示はしないが、酸素よりも窒素を選択的に吸着する窒素吸着剤として例えばゼオライト粉末が充填されている。また、コンプレッサ21と窒素吸着容器31,32と配管の途中には、冷却ファン23、熱交換器24及び圧力センサ25が設けられている。
The best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 and FIG. FIG. 1 is a piping system (block) diagram showing a schematic configuration of an
そして、加圧用配管は、圧力センサ25よりも2次側において、管路が2つに分岐されて各窒素吸着容器31,32に配管接続されている。そして、その各分岐配管の途中には、窒素吸着容器31,32への加圧用の切換え弁(開閉弁)41,42として、ともにパイロット方式の電磁弁(2ポート弁)であって、主弁(図示せず)がダイヤフラム式のものが取り付けられている。
The pressurizing pipe is connected to the
また、この加圧用の各切換え弁41,42と各窒素吸着容器31,32とを接続する配管途中には、窒素吸着容器31,32を加圧した後において、内部に吸着された窒素を外部に排気するための減圧用の配管がそれぞれ分岐され、その管の各部位に減圧用の切換え弁(開閉弁)51,52として、ともにパイロット方式の電磁弁(2ポート弁)であって、主弁(図示せず)がダイヤフラム式のものが取り付けられている。そして、本形態では、減圧用の切換え弁51,52の二次側で減圧用の配管が結合されて1本の排気管とされ、その外側端部(排気口)に排気マフラ60が取り付けられている。本形態では、このような各切換え弁(電磁弁)41,42,51、52を切換え制御することで、左右の窒素吸着容器31,32が、それぞれ交互に加圧、減圧を繰り返し行うようにされている。詳しくは後述する。
Further, in the middle of the piping connecting the switching
一方、2つの窒素吸着容器31,32の2次側(図1上方)には、生成された高酸素濃度ガスを製品タンク71に送り込む配管が接続され、それぞれ1本の主配管に接続されて製品タンク71に接続されている。なお、本形態では、各窒素吸着容器の2次側にそれぞれ逆止弁61,62が設けられており、その逆止弁の1次側であって、2つの窒素吸着容器31,32の2次側を2方弁(直動式電磁弁)64を介して配管接続している。この2方弁64の作用については後述する。また、タンク71の2次側の配管には、その酸素出口100に至る間に、レギュレータ(流量調整弁)73、バクテリアフィルタ75、流量設定器77、酸素センサ79、圧力センサ91及び加湿器92等が取り付けられている。
On the other hand, on the secondary side (upper side of FIG. 1) of the two
このような本形態の装置101では、空気取入れ口2から取り込んだ空気をコンプレッサ21で圧縮し、加圧又は減圧のための切換え弁41,42,51,52を切換え制御することで、各窒素吸着容器31,32において、窒素の吸着による高濃度酸素ガスの生成と吸着剤の再生のための加圧、減圧を一定サイクルで交互に繰り返すことで高酸素濃度ガスを連続して生成、供給するように構成されている。そして、タンク71へ送り込まれた高酸素濃度ガスは、流量の調整等、適宜の処理が施された後、酸素出口100からカニューラ等の導管を介して患者に供給される。
In the
なお、本形態の装置101では、一方の窒素吸着容器31に圧縮空気を供給して加圧して高酸素濃度ガスを生成している間において、他方の窒素吸着容器32では吸着した窒素を排気(放出)して吸着剤の再生を行い、これを交互に定期的に繰り返すように、図示しない制御装置にて各切換え弁が開閉制御されるように構成されている。具体的には次のようである。例えば、図示左側の窒素吸着容器31に圧縮空気を供給して加圧するときは、図示左側の加圧用の切換え弁(以下、加圧弁ともいう)41を、同左側の減圧用の切換え弁(以下、減圧弁ともいう)51が閉弁されている状態で開弁し、図示右側の加圧弁42を、図示左側の加圧弁41が開弁されている間閉弁する。そして、図示右側の加圧弁42が閉弁されている状態において、図示右側の窒素吸着容器32内を減圧するため、図示右側の減圧弁52を開弁する。そして、これとは逆に、図示右側の窒素吸着容器32に圧縮空気を供給して加圧するときは、図示右側の加圧弁42を、同右側の減圧弁52が閉弁されている状態で開弁し、図示左側の加圧弁41を、図示右側の加圧弁42が開弁されている間閉弁する。そして、図示左側の加圧弁41が閉弁されている状態において、図示左側の窒素吸着容器31内を減圧するため、図示左側の減圧弁51を開弁する。
In the
なお、上記したように、本形態では、逆止弁61,62の1次側において、2つの窒素吸着容器31,32の2次側を2方弁(直動式電磁弁)64を介して配管接続している。これは、図示左右のうちのいずれか一方の窒素吸着容器を減圧する際に、他方の窒素吸着容器にて生成された製品ガスの一部を逆流させることによりパージガスとして利用し、吸着剤の再生を促進させるために設けられているもので、排気に応じて開閉制御するようにされている。なお、この2方弁64の各ポート側には固定絞りが設けられている。
As described above, in this embodiment, on the primary side of the
以上説明したように、本形態の酸素濃縮装置101は、その配管の形態自体は従来のものと共通するが、重要なのは、窒素吸着容器31,32の加圧、減圧用の(本形態では全部の)切換え弁41,42,51,52に、パイロット方式の電磁弁であって、主弁がダイヤフラム式のものを用いた点である。すなわち、それらにパイロット方式の電磁弁を用いたことから、消費電力が同じ直動方式の電磁弁を用いた場合より、大口径の電磁弁を用いることができるため、相対的にコンプレッサ21の吐出量の小容量化を図ることができる。すなわち、パイロット式電磁弁によれば、電磁弁として駆動されるのはパイロット弁としての小弁であり、パイロット圧(空気圧)にて大き目の主弁を作動することで、その開閉をするものであるため、流路断面積の大きいものを用いても、弁の切換えに要する消費電力は小さく抑えることができる。つまり、パイロット方式の電磁弁を用いたことから、流路断面積の大きいものを用いることができるため、加圧、減圧のいずれの工程においても、そのガスの流量損失を低減できる。したがって、使用するコンプレッサ21の吐出流量を小さくできるため、その駆動に要する消費電力を低減できることから、装置としての省電力化を図ることができる。
As described above, the
しかも、このような加圧、減圧に使用している切換え弁41,42,51,52は、パイロット方式の電磁弁であるというだけでなく、その主弁がダイヤフラム式のものを用いたことから、その主弁は弁シートのために摺動部もない。したがって、スプール式のものやポペット式のものに比べると、構造の複雑化を招くこともないから信頼性を高めることができる。その上に、主弁がダイヤフラム式のものであるため、容易に流路断面積を大きいものとすることができることから、流量損失を小さく抑えることができる点で、さらなる省電力化にも寄与できる。このように、本形態の装置101においては、信頼性ないし耐久性を低下させることなく、省電力化を図ることのできる酸素濃縮装置となすことができるため、在宅療法する患者にとって福音となる。
Moreover, the switching
因みに、従来の装置に使用されていた、開弁時の有効流路断面積が6mm2の直動式の電磁弁の駆動に要する消費電力は、10Wであるのに対し、有効流路断面積が18mm2のパイロット方式の電磁弁で、主弁がダイヤフラム式のものでは、その駆動に要する消費電力は1Wであり、電磁弁の駆動に要する消費電力は1/10ですむ。また、このような直動式の電磁弁を用た場合と、上記パイロット方式の電磁弁を用いた場合とで、同一のコンプレッサ(DCブラシレスモーターを搭載したコンプレッサで、インバータ制御により回転数を可変できるコンプレッサ)を用いて発生酸素濃度を93vol.%に保持して、酸素濃縮装置全体の消費電力を比較した。結果は、直動式の電磁弁を用いた場合は140Wであり、上記パイロット方式の電磁弁を用いた場合は100Wとであり、約30%軽減できた。このことは、とりもなおさず本発明の効果を実証するものである。これは、上記したパイロット方式の電磁弁を用いた場合には、直動式の電磁弁を用いた場合よりも、主弁の有効流路断面積を3倍確保できるため、流量損失を著しく低減できることから、コンプレッサの負荷を低減でき、その結果として酸素濃縮装置としての消費電力を大きく軽減できるのである。 Incidentally, the power consumption required for driving a direct acting solenoid valve having an effective flow path cross-sectional area of 6 mm 2 used in a conventional apparatus is 10 W, whereas the effective flow cross-section area is 10 W. Is an 18 mm 2 pilot type solenoid valve, and the main valve is a diaphragm type, the power consumption required for driving it is 1 W, and the power consumption required for driving the solenoid valve is 1/10. Also, the same compressor (with a DC brushless motor installed, and the number of revolutions can be varied by inverter control when using such a direct-acting solenoid valve and when using the pilot-type solenoid valve. The generated oxygen concentration is 93 vol. The power consumption of the entire oxygen concentrator was compared. The result was 140 W when the direct acting solenoid valve was used, and 100 W when the pilot solenoid valve was used, which was reduced by about 30%. This proves the effect of the present invention. This is because when the pilot-type solenoid valve described above is used, the effective flow cross-sectional area of the main valve can be secured three times that when a direct-acting solenoid valve is used. As a result, the load on the compressor can be reduced, and as a result, the power consumption of the oxygen concentrator can be greatly reduced.
なお、上記形態においては、4つの切換え弁41,42,51,52を、それぞれ独立のものとして、各配管途中に設けた場合で説明したが、図3に示したように、4つの切換え弁をマニホールド化するとよい。すなわち、弁本体201を例えば1つの金属ブロックで形成し、その内部に各弁41,42,51,52及び上記した配管の部位をなす流路(太い実線で示す)Pを形成したものとしておくとよい。同図のものでは、弁本体201の図示左側下部に圧縮空気供給用の接続口203が設けられており、図示上端の両側寄り部位に吸着容器31,32に対する供給用の接続口205,206が設けられ、その間に減圧用の排気接続口207が設けられている。図3では、流路が交差しないように排気接続口207を図の上に設けているが、図1、2に示したものとその回路は同じである。なお、このようにすれば、個別、独立の電磁弁を各配管途中に設ける必要がなくなるため、酸素濃縮装置内における配管スペースの省略化や配管作業の効率化が図られる。なお、マニホールド化の形態としては、2つの2方(2ポート)切換え弁を2連式にしたものを、接合したものとしても良い。
In the above embodiment, the four switching
本発明は、上記した実施の形態のものに限定されるものではなく、適宜に、設計変更して具体化できる。例えば、上記においては、2つの窒素吸着容器を有するものとして具体化したが、その数は3以上とすることもできる。パイロット式の電磁弁は、内部パイロット式のものを用いても良いし、外部パイロット式のものを用いても良い。また、コンプレッサに代えて空気ポンプを圧縮空気供給源(圧縮空気供給手段)としても良い。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied by appropriately modifying the design. For example, in the above description, the present invention is embodied as having two nitrogen adsorption containers, but the number can be three or more. The pilot type solenoid valve may be an internal pilot type or an external pilot type. Further, instead of the compressor, an air pump may be used as a compressed air supply source (compressed air supply means).
さらに、各加圧用の切換え弁からガスが逆流するのを防止するため、同切換え弁と窒素吸着容器の間の配管に逆止弁を設けてもよい。また。このような逆止弁は、同切換え弁の一次側に設けてもよい。 Further, a check valve may be provided in a pipe between the switching valve and the nitrogen adsorption container in order to prevent the gas from flowing backward from each switching valve for pressurization. Also. Such a check valve may be provided on the primary side of the switching valve.
21 コンプレッサ(圧縮空気供給源
31,41 窒素吸着容器
41,42 加圧用の切換え弁
51,52 減圧用の切換え弁
101 酸素濃縮装置
21 Compressor (Compressed
Claims (3)
2以上の窒素吸着容器を有し、各窒素吸着容器には、圧縮空気供給源から圧縮空気を供給するための配管が接続されるとともに、吸着された窒素を外部に排気するための配管が接続されており、これらの各配管に、前記加圧工程と前記減圧工程とを切換えるための切換え弁を備えてなるものにおいて、
前記切換え弁の少なくとも1つをパイロット式電磁弁であって主弁がダイヤフラム式弁のものを使用したことを特徴とする酸素濃縮装置。 Adsorption by reducing the pressure in the nitrogen adsorption vessel and the pressurization process to obtain high oxygen concentration gas by supplying compressed air into the nitrogen adsorption vessel filled with the adsorbent that can adsorb nitrogen preferentially over oxygen A pressure fluctuation adsorption type oxygen concentrator of a method of obtaining a high oxygen concentration gas by alternately and repeatedly performing a decompression step of regenerating the adsorbent by exhausting the generated nitrogen to the outside,
There are two or more nitrogen adsorption containers, and each nitrogen adsorption container is connected to a pipe for supplying compressed air from a compressed air supply source and a pipe for exhausting the adsorbed nitrogen to the outside. In each of these pipes, provided with a switching valve for switching between the pressurization step and the pressure reduction step,
An oxygen concentrator using at least one of the switching valves as a pilot type solenoid valve and a main valve as a diaphragm type valve.
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