JP2007111298A - 酸素濃縮装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 窒素吸着容器内に圧縮空気を供給して高濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、同容器内の減圧工程とを、交互に繰り返し行うことによって高濃度酸素含有ガスを得る方式の圧力変動吸着型の酸素濃縮装置に使用される窒素吸着容器で、信頼性の高いものを提供する。
【構成】 窒素吸着剤２５の粒子が、窒素吸着容器２１内から外部に流出するのを防止するため、同容器２１内における圧縮空気の入口３２と窒素吸着剤２５との間及び窒素吸着剤２５と高濃度酸素含有ガスの出口３３との間に、窒素吸着剤２５の粒子の通過を防止するためのフィルタ４１，４２を配置してなるもので、それらのフィルタに、難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、在宅酸素療法などに使用される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、酸素より窒素を優先的に吸着する窒素吸着剤を用い、圧力変動吸着方法により高濃度の酸素を患者等に供給する酸素濃縮装置に関する。

従来より酸素濃縮装置（酸素濃縮器ともいわれる。以下、単に装置ともいう）としては、酸素より窒素を選択的（優先的）に吸着する窒素吸着剤を使用した、いわゆる圧力変動吸着型の酸素濃縮装置（特許文献１、２）が広く使用されている。このような圧力変動吸着方法による酸素濃縮装置においては、一般にはコンプレッサ等の空気圧縮手段で、例えばゼオライト系の窒素吸着剤を充填してなる例えば２本の窒素吸着容器（以下、吸着筒ともいう）内に圧縮空気を交互に供給し、吸着筒内を加圧状態にすることにより空気中の窒素を窒素吸着剤に吸着させて酸素を取出す吸着行程と、この吸着筒を大気開放して減圧して吸着窒素を排気し、窒素吸着剤に吸着された窒素を脱着させて窒素吸着剤を再生する行程とを、交互にまたは順次繰り返し、連続的に高濃度酸素含有ガス（酸素濃縮ガス）を生成するように構成されている。さらに、より高濃度の酸素を効率よく得るため、前記吸着筒を大気開放して減圧し、吸着窒素を脱着させるとともに、生成された高濃度酸素含有ガスの一部を用いて前記吸着筒をパージし、窒素吸着剤を再生したり、コンプレッサを逆向き運転して真空引きするようにして吸着筒内が負圧になるまで排気を行い、吸着窒素を脱着させることも行われている。

ところで、このような医療用の酸素濃縮装置は、在宅患者の治療に用いられることから、長期的かつ高度の信頼性が要求される。一方、コンプレッサから吸着筒内に送り込まれる圧縮空気は、使用環境にもよるが、一般には室温よりも高温となる。しかも、従来の酸素濃縮装置に用いられている窒素吸着剤には５Ａ型や１３Ｘ型のゼオライト、或はＬｉ置換Ｘ型のゼオライトなどの親水性ないし吸水性のある窒素吸着剤が用いられているため、高温の圧縮空気に含まれる水分を窒素吸着剤が吸着することから、窒素吸着剤が発熱を起こすため、吸着筒内はさらに高温となる。加えて、吸着筒内の加減圧による窒素の吸着工程、脱着工程を繰り返すことで、吸着筒内の窒素吸着剤の粒子が吸着筒内において少しづつではあるが移動ないし対流を起すことになる。このため、このような移動に起因する粒子同士等の摩擦熱の発生もあることから、吸着筒内部はその使用過程においては、４０〜７０℃の高温下に曝されることになる。

一方で、こうした高温の状態が継続することは好ましいことではなく、また装置を構成する電磁弁等の各部品、部材の寿命や装置自身の性能にも重大な影響を及ぼすことになる。そこで、従来の酸素濃縮装置においては、熱源となりやすいコンプレッサのシリンダヘッド部分を中心に、送風ファンなどで送風することにより冷却することが行われている。また、窒素吸着剤は水分を吸着し易い一方で、放出しにくいため、そのことが窒素吸着性能及び窒素吸着剤自体の寿命を低下させる原因となることに加えて、水分の吸着による発熱が吸着筒の高温化を招いしてまう。こうしたことから、吸着筒に至る配管途中（吸着筒よりも上流部位）には圧縮空気に含まれる水分を分離、除去するためのドレンフィルタ（ドレン装置）を設けたり、吸着筒内の圧縮空気の入口側（空気流の上流側）に、シリカゲルや活性アルミナ等の粒体ないし粉体からなる吸湿剤を充填、配置して、それに水分を吸着させるようにし、窒素吸着剤が水分を吸着するのを防止することも行われている（特許文献１）。さらに、上記したような圧縮空気の加減圧に起因する吸着筒内の窒素吸着剤粒子が移動ないし対流するのを防止するため、バネを利用した窒素吸着剤の押え付け手段などが設けられ、窒素吸着剤（窒素吸着剤及び吸湿剤）を加圧することも行われている（特許文献２）。

ところで、このような吸着筒内には、窒素吸着剤（又は吸湿剤及び窒素吸着剤）を吸着筒内に保持し、それが外部に流出するのを確実に阻止するため、これらの粒子を通過させない通気性のあるフィルタが配置される（特許文献２）。このような窒素吸着剤や吸湿剤の外部への流出防止の目的は、それらの粒子が患者へ供給される高濃度酸素含有ガスに混入しないようにするためと、吸着筒の減圧時に排気されるガスにこれらが混入して室内に飛散するのを防止することにある。そして、そのフィルタとしては、従来、シート状の不織布が使用されていた（特許文献２）。
特開２００３−２８６００８号公報 特開平６−３１５５３４号公報

一方、医療に用いられる酸素濃縮装置の使用環境として設定されている温度範囲は、一般には５〜３５℃である。このような使用環境を考慮すると、在宅療法用に用いられる酸素濃縮装置の使用の信頼性を確保するためには、高温多湿の過酷な条件下での長時間の連続使用にも、何らの支障もなく、その使用が継続できる性能を備えている必要がある。

本発明は、従来の酸素濃縮装置におけるこうした要請に応えることを目的としてなされたものであり、高温多湿などの使用環境下で使用されても、信頼性確保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。

本発明の請求項１に記載の発明は、酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る窒素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濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、その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窒素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濃度酸素含有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、
前記窒素吸着剤の粒子が、前記窒素吸着容器内から外部に流出するのを防止するため、該窒素吸着容器内における圧縮空気の入口と窒素吸着剤との間及び窒素吸着剤と高濃度酸素含有ガスの出口との間にそれぞれフィルタを配置してなるものにおいて、
前記フィルタのうち、前記窒素吸着剤と前記出口との間に配置されたフィルタに難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る窒素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濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、その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窒素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濃度酸素含有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、
前記窒素吸着容器内における圧縮空気の入口と窒素吸着剤との間には、吸湿剤が充填されており、
前記窒素吸着剤及び前記吸湿剤の粒子が、前記窒素吸着容器内から外部に流出するのを防止するため、該窒素吸着容器内における前記入口と前記吸湿剤の間及び前記窒素吸着剤と高濃度酸素含有ガスの出口との間にフィルタを配置してなると共に、前記吸湿剤及び前記窒素吸着剤とが混合するのを防止するための仕切り材として該吸湿剤と該窒素吸着剤との間にフィルタを配置してなるものにおいて、
前記フィルタのうち、前記窒素吸着剤と前記出口との間に配置されたフィルタに難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る窒素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濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、その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窒素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濃度酸素含有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、
前記窒素吸着剤の粒子が、前記窒素吸着容器内から外部に流出するのを防止するため、該窒素吸着容器内における圧縮空気の入口と窒素吸着剤との間及び窒素吸着剤と高濃度酸素含有ガスの出口との間にそれぞれフィルタを配置してなるものにおいて、
前記フィルタのうち、前記入口と前記窒素吸着剤との間に配置されたフィルタに難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用したことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る窒素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濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、その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窒素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濃度酸素含有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、
前記窒素吸着容器内における圧縮空気の入口と窒素吸着剤との間には、吸湿剤が充填されており、
前記窒素吸着剤及び前記吸湿剤の粒子が、前記窒素吸着容器内から外部に流出するのを防止するため、該窒素吸着容器内における前記入口と前記吸湿剤の間及び前記窒素吸着剤と高濃度酸素含有ガスの出口との間にフィルタを配置してなると共に、前記吸湿剤及び前記窒素吸着剤とが混合するのを防止するための仕切り材として該吸湿剤と該窒素吸着剤との間にフィルタを配置してなるものにおいて、
前記フィルタのうち、前記吸湿剤と前記窒素吸着剤との間に配置されたフィルタに難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用したことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る窒素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濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、その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窒素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濃度酸素含有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、
前記窒素吸着剤の粒子が、前記窒素吸着容器内から外部に流出するのを防止するため、該窒素吸着容器内における圧縮空気の入口と窒素吸着剤との間及び窒素吸着剤と高濃度酸素含有ガスの出口との間にそれぞれフィルタを配置してなるものにおいて、
前記フィルタに難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用したことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る窒素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濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、その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窒素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濃度酸素含有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、
前記窒素吸着容器内における圧縮空気の入口と窒素吸着剤との間には、吸湿剤が充填されており、
前記窒素吸着剤及び前記吸湿剤の粒子が、前記窒素吸着容器内から外部に流出するのを防止するため、該窒素吸着容器内における前記入口と前記吸湿剤の間及び前記窒素吸着剤と高濃度酸素含有ガスの出口との間にフィルタを配置してなると共に、前記吸湿剤及び前記窒素吸着剤とが混合するのを防止するための仕切り材として該吸湿剤と該窒素吸着剤との間にフィルタを配置してなるものにおいて、
前記フィルタのうち、前記吸湿剤と前記窒素吸着剤との間に配置されたフィルタ、及び前記窒素吸着剤と前記出口との間に配置されたフィルタに難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用したことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、前記入口と前記吸湿剤の間に配置されたフィルタに難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用したことを特徴とする、請求項２、４又は６のいずれか１項に記載の酸素濃縮装置である。

請求項８に記載の発明は、前記入口と前記窒素吸着剤の間に配置されたフィルタと、前記窒素吸着剤と前記出口との間に配置されたフィルタとを、それぞれシート状のものとし、その各フィルタにおける前記入口側又は前記出口側に、多数の貫通孔のある金属製の支持体をその各フィルタの表面に接する形で配置し、その支持体が各フィルタを支持した状態で、前記窒素吸着剤が前記窒素吸着容器内において加圧されてなることを特徴とする、請求項１、３又は５のいずれか１項に記載の酸素濃縮装置である。

請求項９に記載の発明は、前記入口と前記吸湿剤の間に配置されたフィルタと、前記窒素吸着剤と前記出口との間に配置されたフィルタとを、それぞれシート状のものとし、その各フィルタにおける前記入口側又は前記出口側に、多数の貫通孔のある金属製の支持体をその各フィルタの表面に接する形で配置し、その支持体が各フィルタを支持した状態で、前記吸湿剤及び前記窒素吸着剤が前記窒素吸着容器内において加圧されてなることを特徴とする、請求項２、４、６又は７のいずれか１項に記載の酸素濃縮装置である。

本発明の酸素濃縮装置においては、その窒素吸着容器内に配置したフィルタに、難燃材又は不燃材で形成したものをその適所に使用しているため、信頼性の高い酸素濃縮装置となすことができる。
この種の酸素濃縮装置においては、装置内は強制送風（換気）により冷却される構成とされるのが普通であるが、その内部に設置される空気圧縮手段（コンプレッサ）等の音発生機器から出る騒音の遮音等を目的として、装置全体は壁材で包囲されるため、基本的に内部に熱がこもり易い構造となる。また、装置の内部は設置される空気圧縮手段や窒素吸着容器等の機器、配管類の設置レイアウトなどに起因して、部分的に送気ないし換気が不円滑となる箇所ができることがあり、どうしても部分的ないし局所的に高温となる部位が形成されがちとなる。したがって、酸素濃縮装置内に配置される窒素吸着容器のうち、そのどの部位が高温となるかを調べて、それにあわせて高温となる部位に位置することになる内部のフィルタを選択的に難燃材又は不燃材で形成したものとしてもよいが、好ましくは、全フィルタとも難燃材又は不燃材で形成したものとするのがよい。

請求項１、２に記載の発明においては、窒素吸着容器における高濃度酸素含有ガスの出口側部位が高温となる場合において、信頼性を高めるのに有効である。請求項３に記載の発明においては、窒素吸着容器内における圧縮空気の入口側部位が高温となる場合において、信頼性を高めるのに有効である。請求項４に記載の発明においては、窒素吸着容器内における吸湿剤と窒素吸着剤との間の部位が高温となる場合において、信頼性を高めるのに有効である。

請求項５に記載の発明においては、窒素吸着容器内における高濃度酸素含有ガスの出口側部位、および圧縮空気の入口側部位が高温となる場合において、信頼性を高めるのに有効である。請求項６に記載の発明においては、窒素吸着容器における吸湿剤と窒素吸着剤との間の部位、および高濃度酸素含有ガスの出口側部位が高温となる場合において、信頼性を高めるのに有効である。請求項７に記載の発明においては、請求項２，４及び６に記載の発明において、圧縮空気の入口側部位が高温となる場合においても、信頼性を高めるのに有効である。

本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図４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１の内部の概略構成を示す配管系統図（ブロック線図）であり、この装置１には、酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る粒状の窒素吸着剤を充填した窒素吸着容器２１が２つ設けられており、各窒素吸着容器２１，２１には、装置１内に設置されたコンプレッサ２によって圧縮空気を供給することによって高濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、窒素吸着容器２１，２１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窒素吸着剤の再生を行う減圧工程とが、交互に繰り返し行われると共に、得られた高濃度酸素含有ガスが連続して患者に供給されるように形成されている。詳しくは、次のようである。

図１に示したように、本形態の本装置１は、窒素吸着剤を充填した２つ（２本）の窒素吸着容器（以下、単に容器ともいう）２１，２１を備えている。そして、このような各窒素吸着容器２１，２１には、図示しない空気取入れ口から取り込まれ、コンプレッサ２で圧縮され空気が送り込まれるように配管３ａ、３ｂが接続されている。そして、その各配管３ａ、３ｂから分岐された配管４ａ、４ｂを経て、排気マフラ６から窒素を外部に排気（窒素吸着容器内の減圧）するようにされている。この配管３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ途中には、加圧工程又は減圧工程を切換え制御するための切換弁（電磁弁）７，８，９，１０が設けられている。こうして圧縮空気を供給し、各切換弁を切換え制御することで、各窒素吸着容器２１，２１において、窒素の吸着による高濃度酸素含有ガスの生成と窒素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濃度酸素含有ガスを連続して生成し、患者に供給するように構成されている。一方、このように交互に生成された高濃度酸素含有ガスは、２つの窒素吸着容器２１，２１の下流側（図１上方）の高濃度酸素含有ガスの出口から配管５ａ、５ｂを介して製品タンク７に送り込み、そのタンク７の下流側において酸素供給出口に至る間に設けられた、各種の機器、すなわち図示はしないがレギュレータ（流量調整弁）、バクテリアフィルタ、流量設定器、酸素センサ、圧力センサ及び加湿器等を介して、酸素供給出口から患者に供給されるように構成されている。

すなわち、本形態では、酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る窒素吸着剤を充填した窒素吸着容器２１，２１内に、コンプレッサ２によって圧縮空気を供給することによって高濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、窒素吸着容器２１，２１内の圧力を減じることによって吸着された窒素を排気マフラ６を介して排気することで窒素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濃度酸素含有ガスを連続的に得るとともに、これを製品タンク７に送り込んで、酸素出口から患者に供給されるように構成されている。なお、図１中の窒素吸着容器２１，２１の２次側（図１上方）において左右の配管５ａ、５ｂが開閉弁１１を介して接続され、かつ固定絞り１２を介してそれぞれ接続されているが、これは、一方の窒素吸着容器２１，２１で加圧工程時に得られた高濃度酸素含有ガスの一部で他方の窒素吸着容器内の排気されるべき窒素をパージするためのものである。なお、１３は逆支弁であり、製品タンク７に溜められた高濃度酸素含有ガスの逆流を阻止する弁である。

さて次に、このような本形態の酸素濃縮装置１に使用されている本発明の要旨であるところの窒素吸着容器２１，２１及びその内部について、図２〜図４に基づいて詳細に説明する。ただし、本形態の装置１は窒素吸着容器２１，２１を２つ備える２筒式のものであるが、その両者は内部も含めて同じものであるため、その一方について説明する。また、本形態では、窒素吸着容器２１，２１の内部には、吸湿剤は充填されておらず、窒素吸着剤（以下、単に吸着剤ともいう）として、粒状をなす、Ｌｉ−Ｘ型ゼオライト（粒径０．５〜０．９ｍｍ）２５が充填されているものにおいて説明する。本形態の窒素吸着容器２１は、アルミニウム製の円筒管（外径９０ｍｍ、厚さ２ｍｍ、長さ３８０ｍｍ）を切断加工してなるものを本体２２としており、その上下の両端部には、外周側の環状溝に装填されたリング状のパッキング２７を介して金属製の蓋３１ａ、３１ｂが取付けられており、内部を密封する構成とされている。なお、以下、窒素吸着容器は単に吸着筒ともいう。

いずれの蓋３１ａ、３１ｂとも、その中央に開口（貫通孔）が設けられており、図示上の蓋３１ａの開口がコンプレッサーから配管３ａ（又は３ｂ）を介して送り込まれる圧縮空気の入口３２とされている。そして、下の蓋３１ｂの開口が吸着筒２１内に充填された吸着剤２５にて窒素が吸着されて生成された高濃度酸素含有ガスの出口３３とされている。すなわち、図２において、その入口３２から送り込まれた圧縮空気は、内部の吸着剤２５の層を通過する過程でそれに含まれる窒素が吸着剤２５にて吸着され、高濃度酸素含有ガスとなって出口３３から送り出され、配管５ａ（５ｂ）を経て製品タンク７に送り込まれるように構成されている。したがって、詳細は図示しないが、図２の上の入口３２をなす開口には配管３ａの接続部（メスねじ）が形成されており、図２の下の出口３３をなす開口には配管５ａの接続部が形成されている。なお、蓋３１ａ、３１ｂは、平面視、円形板形状をなし、例えば、図３に示したように、その外周縁に等角度間隔で、耳状凸部３５が四箇所程度外向きに突出状に設けられ、吸着筒本体２２の端部外周にこの耳状凸部３５に対応して設けられたねじ込み部位２３に、耳状凸部３５からネジ部材３６をねじ込むことで固定されている。

一方、この吸着筒２１，２１内には、充填された吸着剤２５の粒子が、吸着筒２１内から外部に流出するのを防止するため、図２における上の蓋３１ａ寄り部位と、下の蓋３１ｂ寄り部位に、フィルタ４１、４２が配置されており、したがって、窒素吸着剤２５は、その上下に配置されたフィルタ４１、４２相互間に挟まれる形で充填されている。ただし、本形態では、下のフィルタ４２は、下の蓋３１ｂの上面に空間を保持するようにして載置状に配置された、多数の通気用の開口（例えば、直径７ｍｍの円形の貫通孔）を有する板状の支持体５１の上に配置されている。ただし、この支持体は、金属製の平面視、円形をなしている。また、この支持体５１と同じ支持体５１が上のフィルタ４１の上にも配置されており、本形態では、上のフィルタ４１の上に配置された支持体５１と上の蓋３１ａとの間に配置された、バネ（コイルスプリング）６１を介して、吸着剤２５が上下方向に所定の圧力で加圧されている。すなわち、本形態においては、窒素吸着剤２５は、その粒子が内部の加減圧によって移動しないように、上下において加圧されている。このため、その圧力に対してフィルタ４１，４２を支持するため、支持体５１が上下に配置されている。ただし、本形態では下のフィルタ４２の上には金網５５が載置され、その上には前記した支持体５１と同じ支持体５１が配置されている。また、上のフィルタ４１と支持体５１との間にも同じ金網５５が介在されている。金網５５はその目（開口）が支持体５１に設けられた通気用の開口より小さいもの（例えば、線径φ０．３ｍｍで、メッシュは＃３５）とされている。詳しくは後述するが、本形態では、フィルタ４１，４２がシート状の変形容易なものとされているため、この金網５５も支持体５１と同様の目的で配置されている。なお、支持体５１の多数の開口は、送り込まれた圧縮空気が吸着筒２１内の横断面において分散し、かつ吸着剤２５中を通過する際にできるだけ吸着筒２１の軸線Ｇに沿う整流となるようにするためのものである。図２において、下のフィルタ４２の上に金網５５が配置されているが、この金網５５は下のフィルタ４２の下面、すなわち、下の蓋３１ｂの上に載置されている支持体５１とフィルタ４２との間に配置してもよい。また、上のフィルタ４１の上面に配置されている金網５５はフィルタ４１の下面に配置して、フィルタ４１を支持するものとしてもよい。さらに、支持体５１もフィルタ４１の下面に配置してもよい。

なお、本形態の吸着筒２１は、例えば、吸着筒本体２２に下の蓋３１ｂを固定した後、上端の開口側から吸着筒本体２２内の下の蓋３１ｂの上に、順次、支持体５１、フィルタ４２、金網５５及び支持体５１を、或いはこれらを重ねたものを挿入するように配置し、その後で、吸着剤２５を充填し、さらに吸着剤２５の上面に、同様にフィルタ４２、金網５５及び支持体５１を載せ、そして、バネ６１を入れ、このバネ６１を上の蓋３１ａで押さえつけながら、その蓋３１を固定することで組立てられており、吸着剤２５は横断面の全体において平均に加圧（例えば圧力９〜１１ｋｇｆで加圧）されている。なお、金網５５及び支持体５１はその外径が、吸着筒２１の内径より若干小さい円形に形成されており、吸着筒２１の軸線Ｇに垂直な状態で、その内部においてスライド可能とされている。なお、支持体５１の下面の周縁には、環状の隆起部５３が設けられており、下の蓋３１ｂの上面の周縁に形成された環状の隆起部３８に互いに当接状で載り、この支持体５１と下の蓋３１ｂとの間に所定の高さの空間Ｋが確保されている。この空間Ｋは、高濃度酸素含有ガスが、吸着筒本体２２の軸線Ｇに沿う整流（図２中の破線矢印参照）となって支持体５１の開口を通り、出口３３から出られるようにするためのものである。なお、コンプレッサ２から送り込まれて入口３２から吸着筒２１内に入り込んだ圧縮空気は、バネ６１によって上の蓋３１ａの直ぐ下に形成された空間Ｋ２を経て、支持体５１の多数の開口に分散されてから吸着剤２５中を通過するようにされている。

また、フィルタ４１，４２は、本形態ではそのいずれもがセラミック製のフィルタとされている。そして、このフィルタ４１，４２は、本形態では、セラミック繊維をバインダー（アクリル樹脂）で結合された、所定厚さ（１ｍｍ〜２ｍｍ）のシート状に形成されたものとされおり、吸着筒本体２２内の横断面を確実に閉塞するようにその直径（外径）は、吸着筒２１内への配置前には本体２２内の内径より大きく形成されたものが使用されている。これにより、同本体２２内への挿入過程でその外周寄り部位を図示したように上向きに折り曲げて断面視において容器状とし、その上向き折り曲げ部４５を吸着筒２１の内壁面（内周面）に接するようして挿入されている。なお、図示したように、金網５５及び支持体５１はフィルタ４１，４２の上向き折り曲げ部４５内側に納まる直径に形成され、配置されている。

しかして、本形態の吸着筒２１においては、その内部に充填された窒素吸着剤２５の粒子が、吸着筒２１内から外部に流出するのを防止するため、吸着筒２１内における圧縮空気の入口３２と窒素吸着剤２５との間、そして、窒素吸着剤２５と高濃度酸素含有ガスの出口３３との間にフィルタ４１，４２が配置されているため、酸素濃縮差装置の使用過程で、窒素吸着剤２５の粒子はこのフィルタ４１，４２を通過するのが止められるのであるが、本形態では、そのフィルタ４１，４２に、セラミック製のフィルタを使用している。このため、装置の使用過程で、吸着筒２１及びその内部の全体が高温となったとしても、信頼性の高い酸素濃縮差装置となすことができる。すなわち、従来のようにこのフィルタを不織布又は不織紙のように可燃材からなるものを使用していた場合に比べると、本形態では、セラミック製のフィルタを使用しているため、酸素濃縮装置の信頼性を格段と高めることができる。

上記においては、その上下のフィルタ４１、４２のいずれをもセラミック製のフィルタとしたが、上述したように窒素吸着容器２１が高温となる部位は装置内の各機器等のレイアウトによっても相違する。このため配置される窒素吸着容器２１のうち、装置内において高温化を招きやすい部位に位置するフィルタのみをセラミック製のフィルタとしてもよい。したがって、例えば、上記した窒素吸着容器２１においては、そのような高温化を招きやすい部位に位置することになる、上又は下のいずれか一方のフィルタのみセラミック製とし、他のフィルタは、従来の不織布又は不織紙などの可燃材からなるものとしてもよい。すなわち、吸着容器２１の下端の出口３３寄り部位のみが高温となる可能性があるものは、その出口３３側に設けられたフィルタ４２のみをセラミック製とし、他のフィルタは、従来の不織布又は不織紙などの可燃材からなるものとしてもよい。

さて次に、本発明における窒素吸着容器１２１の別例について図５に基づいて説明する。ただし、このものは、上記した実施の形態においては、その窒素吸着容器２１内に、吸着剤２５のみが充填されているもので説明したのに対し、窒素吸着容器内２１に、窒素吸着剤２５に加えて、その内部のうち、圧縮空気の入口３２側と窒素吸着剤２５との間に、吸湿剤（シリカゲルや活性アルミナ（粒体））２９が充填されている点が相違するだけといえるものであり、本質的な相違はないので、相違点を中心に説明し、同一部位には同一の符号を付すに止める。すなわち、上記もしたように、窒素吸着剤２５は水分を吸着し易い一方で、減圧しても放出しにくく、窒素吸着性能の低下ないしその寿命を短くする原因となっている。本形態の窒素吸着容器１２１は、こうした問題をその容器２１内においても緩和ないし解消するために、その内部のうち、圧縮空気の入口３２側と窒素吸着剤２５との間に、吸湿剤（シリカゲルや活性アルミナ（粒体））２９を充填してなるものである。

そして、このような窒素吸着容器１２１では、窒素吸着剤２５及び吸湿剤２９の粒子が、窒素吸着容器２１内から外部に流出するのを防止するため、窒素吸着容器１２１内における入口３２と吸湿剤２９の間と、窒素吸着剤２５と高濃度酸素含有ガスの出口３３との間に、それぞれフィルタ４１，４２が配置されている。さらに、吸湿剤２９と窒素吸着剤２５とが混合するのを防止する仕切り材として、それらの間にもフィルタ４１，４２と同じセラミック製のフィルタ４３が同様にして配置されている。なお、本例では、このフィルタ４３の上には、上のフィルタ４１と同様に、金網５５、及び支持体５１が配置されている。

本例では、このように吸湿剤２９を充填してなるものにおいても、そのフィルタ４１，４２，４３のすべてをセラミック製のものとしたため、このような窒素吸着容器１２１を使用した装置においては、その使用過程で、窒素吸着容器１２１及びその内部の全体が高温となったとしても、信頼性が極めて高い装置となすことができるという、際立って優れた効果を有している。もっとも、吸湿剤２９を充填してなるものにおいても、上記したように、高温化を招きやすい部位に位置するフィルタのみをセラミック製のフィルタとしてもよい。すなわち、窒素吸着容器１２１が装置１に設置されたとき、３つのフィルタのうち、そのような高温化を招きやすい部位に位置することになる、いずれか一つ、又は２つのフィルタのみをセラミック製とし、残りのフィルタは、従来の不織布又は不織紙などの可燃材からなるものとしてもよい。

本発明における窒素吸着容器は、上記した実施の形態のものに限定されるものではなく、適宜に変更して具体化できる。上記においては、難燃剤又は不燃材からなるフィルタとして、セラミック製のフィルタを例示したが、この他、ガラス製のフィルタとしてもよい。また、各部位に設けたフィルタはシート状の１枚のものとしたが、複数枚（複数層）に重ねたものとしてもよい。さらに、厚みのある立体形状のフィルタとしてもよい。そして、その厚みにより、吸着剤や吸湿剤の加圧において、フィルタ自体に大きな変形が発生しないような場合には、上記形態におけるような支持体５５は必ずしも必要としない。

なお、窒素吸着容器内に設けられるフィルタは、その材質及び構造にかかわらず、窒素吸着剤又は吸湿剤の粒子が、窒素吸着容器内から外部に流出するのを防止することができるものであればよいから、これらの粒子の通過を防止でき、圧縮空気や高濃度酸素含有ガスを支障なく通過させることのできるの適度の通気性のあるものから適宜に選択して使用すればよい。また、本発明の要旨であるところの、難燃剤又は不燃材からなるフィルタとしては、セラミック繊維やガラス繊維をバインダで結合したものでもよいし、２次元又は３次元の網目構造又は多孔質の焼結体であってもよい。なお、上記例に示したセラミック繊維をバインダで結合したシート状のフィルタでは、その厚みは０．５ｍｍ〜４ｍｍのものがよい。また、窒素吸着容器は、上記においては円筒状のものとして具体化したが、その形はこれに限定されるものではない。

本発明の酸素濃縮装置の内部の概略構成を示す配管系統図（ブロック線図）。 図１の酸素濃縮装置に使用されている窒素吸着容器の縦断面図。 蓋の固定手段を説明する部分断面図。 窒素吸着容器内に設けられているフィルタ及びその支持体の分解断面図。 窒素吸着容器の別例を示す縦断面図。

符号の説明

１ 酸素濃縮装置
２１，１２１ 窒素吸着容器
２５ 窒素吸着剤
２９ 吸湿剤
３２ 窒素吸着容器内における圧縮空気の入口
３３ 高濃度酸素含有ガスの出口
４１，４２，４３ フィルタ

Claims (9)

1. 酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る窒素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濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、その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窒素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濃度酸素含有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、
   前記窒素吸着剤の粒子が、前記窒素吸着容器内から外部に流出するのを防止するため、該窒素吸着容器内における圧縮空気の入口と窒素吸着剤との間及び窒素吸着剤と高濃度酸素含有ガスの出口との間にそれぞれフィルタを配置してなるものにおいて、
   前記フィルタのうち、前記窒素吸着剤と前記出口との間に配置されたフィルタに難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用したことを特徴とする酸素濃縮装置。
2. 酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る窒素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濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、その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窒素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濃度酸素含有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、
   前記窒素吸着容器内における圧縮空気の入口と窒素吸着剤との間には、吸湿剤が充填されており、
   前記窒素吸着剤及び前記吸湿剤の粒子が、前記窒素吸着容器内から外部に流出するのを防止するため、該窒素吸着容器内における前記入口と前記吸湿剤の間及び前記窒素吸着剤と高濃度酸素含有ガスの出口との間にフィルタを配置してなると共に、前記吸湿剤及び前記窒素吸着剤とが混合するのを防止するための仕切り材として該吸湿剤と該窒素吸着剤との間にフィルタを配置してなるものにおいて、
   前記フィルタのうち、前記窒素吸着剤と前記出口との間に配置されたフィルタに難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用したことを特徴とする酸素濃縮装置。
3. 酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る窒素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濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、その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窒素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濃度酸素含有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、
   前記窒素吸着剤の粒子が、前記窒素吸着容器内から外部に流出するのを防止するため、該窒素吸着容器内における圧縮空気の入口と窒素吸着剤との間及び窒素吸着剤と高濃度酸素含有ガスの出口との間にそれぞれフィルタを配置してなるものにおいて、
   前記フィルタのうち、前記入口と前記窒素吸着剤との間に配置されたフィルタに難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用したことを特徴とする酸素濃縮装置。
4. 酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る窒素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濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、その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窒素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濃度酸素含有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、
   前記窒素吸着容器内における圧縮空気の入口と窒素吸着剤との間には、吸湿剤が充填されており、
   前記窒素吸着剤及び前記吸湿剤の粒子が、前記窒素吸着容器内から外部に流出するのを防止するため、該窒素吸着容器内における前記入口と前記吸湿剤の間及び前記窒素吸着剤と高濃度酸素含有ガスの出口との間にフィルタを配置してなると共に、前記吸湿剤及び前記窒素吸着剤とが混合するのを防止するための仕切り材として該吸湿剤と該窒素吸着剤との間にフィルタを配置してなるものにおいて、
   前記フィルタのうち、前記吸湿剤と前記窒素吸着剤との間に配置されたフィルタに難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用したことを特徴とする酸素濃縮装置。
5. 酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る窒素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濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、その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窒素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濃度酸素含有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、
   前記窒素吸着剤の粒子が、前記窒素吸着容器内から外部に流出するのを防止するため、該窒素吸着容器内における圧縮空気の入口と窒素吸着剤との間及び窒素吸着剤と高濃度酸素含有ガスの出口との間にそれぞれフィルタを配置してなるものにおいて、
   前記フィルタに難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用したことを特徴とする酸素濃縮装置。
6. 酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る窒素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濃度酸素含有ガスを得る加圧工程と、その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窒素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濃度酸素含有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、
   前記窒素吸着容器内における圧縮空気の入口と窒素吸着剤との間には、吸湿剤が充填されており、
   前記窒素吸着剤及び前記吸湿剤の粒子が、前記窒素吸着容器内から外部に流出するのを防止するため、該窒素吸着容器内における前記入口と前記吸湿剤の間及び前記窒素吸着剤と高濃度酸素含有ガスの出口との間にフィルタを配置してなると共に、前記吸湿剤及び前記窒素吸着剤とが混合するのを防止するための仕切り材として該吸湿剤と該窒素吸着剤との間にフィルタを配置してなるものにおいて、
   前記フィルタのうち、前記吸湿剤と前記窒素吸着剤との間に配置されたフィルタ、及び前記窒素吸着剤と前記出口との間に配置されたフィルタに難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用したことを特徴とする酸素濃縮装置。
7. 前記入口と前記吸湿剤の間に配置されたフィルタに難燃材又は不燃材で形成されたフィルタを使用したことを特徴とする、請求項２、４又は６のいずれか１項に記載の酸素濃縮装置。
8. 前記入口と前記窒素吸着剤の間に配置されたフィルタと、前記窒素吸着剤と前記出口との間に配置されたフィルタとを、それぞれシート状のものとし、その各フィルタにおける前記入口側又は前記出口側に、多数の貫通孔のある金属製の支持体をその各フィルタの表面に接する形で配置し、その支持体が各フィルタを支持した状態で、前記窒素吸着剤が前記窒素吸着容器内において加圧されてなることを特徴とする、請求項１、３又は５のいずれか１項に記載の酸素濃縮装置。
9. 前記入口と前記吸湿剤の間に配置されたフィルタと、前記窒素吸着剤と前記出口との間に配置されたフィルタとを、それぞれシート状のものとし、その各フィルタにおける前記入口側又は前記出口側に、多数の貫通孔のある金属製の支持体をその各フィルタの表面に接する形で配置し、その支持体が各フィルタを支持した状態で、前記吸湿剤及び前記窒素吸着剤が前記窒素吸着容器内において加圧されてなることを特徴とする、請求項２、４、６又は７のいずれか１項に記載の酸素濃縮装置。
   
   

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