JP2008212452A - Oxygen concentrator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸素濃度が高められた酸素濃縮ガスを生成するための酸素濃縮装置に関する。 The present invention relates to an oxygen concentrator for generating an oxygen-enriched gas having an increased oxygen concentration.
周囲の空気(原料空気)に含有される窒素を吸着して酸素濃縮ガスを生成する酸素濃縮装置は、医療用途を始め、幅広い分野で使用されている。とくに、1985年から在宅での酸素吸入療法に医療保険が適用されるようになったことに呼応して、在宅医療用の酸素濃縮装置に対する需要が着実に伸びてきている。各メーカーは、酸素濃縮装置を在宅医療により適したものとするために、酸素濃縮装置の小型軽量化や低価格化や低騒音化を目的とした改良をこれまでに幾度と無く行ってきている。 Oxygen concentrators that generate oxygen-enriched gas by adsorbing nitrogen contained in ambient air (raw air) are used in a wide range of fields including medical applications. In particular, in response to the fact that medical insurance has been applied to oxygen inhalation therapy at home since 1985, demand for oxygen concentrators for home medical use has been steadily increasing. In order to make oxygen concentrators more suitable for home medical care, manufacturers have made several improvements to reduce the size, weight, cost, and noise of the oxygen concentrators. .
酸素濃縮装置の酸素濃縮原理は様々であるが、窒素を選択的に吸着する吸着剤を収容した吸着筒の内部圧力を変動させることにより酸素濃縮ガスを生成する圧力変動吸着方式のものと、酸素透過膜を用いて酸素濃縮ガスを得る分離膜方式のものとに大別される。しかし、近年は、酸素濃度の高い酸素濃縮ガスを得やすいという理由から、圧力変動吸着方式の医療用酸素濃縮装置が主流となってきている。 The oxygen concentration principle of the oxygen concentrator varies, but the pressure fluctuation adsorption type that generates oxygen concentrated gas by varying the internal pressure of the adsorption cylinder containing the adsorbent that selectively adsorbs nitrogen, and oxygen It is roughly classified into a separation membrane type that obtains oxygen-enriched gas using a permeable membrane. However, in recent years, a pressure fluctuation adsorption type medical oxygen concentrator has become mainstream because it is easy to obtain an oxygen-enriched gas having a high oxygen concentration.
圧力変動吸着方式の酸素濃縮装置においては、ピストンやダイヤフラムなどを動作させて吸気工程と圧縮工程とを繰り返し行うレシプロ式の空気圧縮機を用いて原料空気を吸着筒に圧送することが一般的となっている(例えば、特許文献1を参照)。 In a pressure fluctuation adsorption type oxygen concentrator, it is common to pump raw material air to an adsorption cylinder using a reciprocating type air compressor that operates a piston, a diaphragm, etc. and repeats an intake process and a compression process. (For example, refer to Patent Document 1).
ところが、空気圧縮機で圧縮された原料空気は温度が上昇するために、そのまま吸着筒へ供給すると、酸素濃縮装置の酸素濃縮効率が低下するおそれがあった。ゼオライトなど、窒素を吸着するのに一般的に用いられている吸着剤は、温度が高まると窒素吸着能が低下する特性を有していることが多いからである。また、原料空気が高温のままであると、空気圧縮機と吸着筒との間にある吸着筒切替用電磁弁(吸着筒に接続された通気管を開閉するための電磁弁)が消耗しやすくなり、酸素濃縮装置の耐久性が低下するおそれもあった。酸素濃縮装置の酸素濃縮効率や耐久性を向上させるためには、空気圧縮機から吐出された原料空気の温度をいかに低下させるかが重要となってくる。 However, since the temperature of the raw material air compressed by the air compressor rises, there is a possibility that the oxygen concentration efficiency of the oxygen concentrator decreases when supplied to the adsorption cylinder as it is. This is because adsorbents generally used for adsorbing nitrogen, such as zeolite, often have a characteristic that the nitrogen adsorption ability decreases as the temperature increases. Moreover, if the raw material air remains at a high temperature, the adsorption cylinder switching solenoid valve (the solenoid valve for opening and closing the vent pipe connected to the adsorption cylinder) between the air compressor and the adsorption cylinder is likely to be consumed. As a result, the durability of the oxygen concentrator may be reduced. In order to improve the oxygen concentration efficiency and durability of the oxygen concentrator, it is important how to lower the temperature of the raw material air discharged from the air compressor.
このような実状に鑑みてか、空気圧縮機の吐出端に接続する通気管を、銅やアルミニウムなど、熱伝導性に優れた金属で形成し、該通気管を流れる原料空気を外気と熱交換させることが行われている(例えば、特許文献2を参照)。しかし、この熱交換をより効率的に行おうと、前記通気管を螺旋状に巻くなどして前記通気管を長く確保すると、酸素濃縮装置の小型軽量化が困難になるばかりか、前記通気管を流れる原料空気の流通抵抗が増大して酸素濃縮装置の省エネルギー化が困難になるおそれもあった。 In view of such a situation, the vent pipe connected to the discharge end of the air compressor is formed of a metal having excellent thermal conductivity such as copper or aluminum, and the raw material air flowing through the vent pipe is exchanged with the outside air. (For example, refer to Patent Document 2). However, in order to perform this heat exchange more efficiently, if the ventilation pipe is secured long by, for example, spirally winding the ventilation pipe, it is difficult not only to reduce the size and weight of the oxygen concentrator, but also to install the ventilation pipe. There is also a risk that the flow resistance of the flowing raw material air increases, making it difficult to save energy in the oxygen concentrator.
さらに、レシプロ式の空気圧縮機からは、原料空気の脈動に起因して独特の騒音が発生するために、酸素濃縮装置を在宅医療用に好適に用いることができるものとするためには、この騒音をいかに軽減するかも重要な課題となっていた。 Furthermore, since a unique noise is generated from the reciprocating air compressor due to the pulsation of the raw material air, this oxygen concentrator can be suitably used for home medical care. How to reduce noise was also an important issue.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、空気圧縮機で加圧されて温度の上昇した原料空気の熱を装置外部へ効率的に放出し、酸素濃縮効率の低下や、吸着筒切替用電磁弁の消耗を抑えるだけでなく、小型軽量化が容易な酸素濃縮装置を提供するものである。 The present invention has been made in order to solve the above problems, and efficiently releases the heat of the raw material air that has been pressurized by the air compressor and increased in temperature to the outside of the apparatus, and the reduction in oxygen concentration efficiency, The present invention provides an oxygen concentrating device that not only suppresses the consumption of the adsorption cylinder switching solenoid valve but also is easy to reduce in size and weight.
上記課題は、(a)装置内部へ原料空気を取り入れるための原料空気取入口と、(b)原料空気に含有される窒素を選択的に吸着するための吸着剤を収容した吸着筒と、(c)吸着筒に原料空気を圧送するための空気圧縮機と、(d)吸着筒に接続された通気管を開閉することにより、原料空気に含有される窒素を前記吸着剤に吸着させる吸着工程と、前記吸着剤から窒素を脱離させて前記吸着剤を再生する再生工程とを切り替えるための吸着筒切替用電磁弁と、(e)吸着工程で生成された酸素濃縮ガスを一時的に貯留するための貯留タンクと、(f)酸素濃縮ガスを貯留タンクから装置外部へ取り出すための酸素濃縮ガス取出口と、(g)再生工程で前記吸着剤から脱着した窒素を装置外部へ排出するための窒素富化ガス排出口と、を含む複数の部品が通気管で接続された酸素濃縮装置であって、(h)少なくとも2本の通気路P1,P2を有する伝熱部材で形成された放熱器を備え、通気路P1の上流端を空気圧縮機の吐出端に接続して下流端を吸着筒の原料空気導入端に接続し、通気路P2の上流端を吸着筒の窒素富化ガス排出端に接続して下流端を窒素富化ガス排出口に接続したことを特徴とする酸素濃縮装置を提供することによって解決される。 The above-mentioned problems are (a) a raw material air inlet for taking in raw air into the apparatus, (b) an adsorption cylinder containing an adsorbent for selectively adsorbing nitrogen contained in the raw material air, c) an air compressor for pumping the raw material air to the adsorption cylinder; and (d) an adsorption process for adsorbing nitrogen contained in the raw material air to the adsorbent by opening and closing a vent pipe connected to the adsorption cylinder. And an adsorption cylinder switching solenoid valve for switching between the regeneration process of desorbing nitrogen from the adsorbent and regenerating the adsorbent, and (e) temporarily storing the oxygen-enriched gas generated in the adsorption process And (f) an oxygen-enriched gas outlet for taking out the oxygen-enriched gas from the storage tank to the outside of the apparatus, and (g) exhausting nitrogen desorbed from the adsorbent in the regeneration step to the outside of the apparatus. A nitrogen-enriched gas outlet A plurality of components is an oxygen concentrator, which is connected with the vent pipe, (h) comprises at least two gas passages P 1, a radiator which is formed in the heat transfer member having a P 2, the vent channel P 1 an upstream end connected to the downstream end connected to the discharge end of the air compressor to feed air introduction end of the adsorption cylinder, a downstream end connected to the upstream end of the vent channel P 2 in nitrogen-enriched gas discharge end of the adsorption cylinder This is solved by providing an oxygen concentrator characterized in that is connected to a nitrogen-enriched gas outlet.
ここで、「通気路P1の上流端を空気圧縮機の吐出端に接続して下流端を吸着筒の原料空気導入端に接続し、通気路P2の上流端を吸着筒の窒素富化ガス排出端に接続して下流端を窒素富化ガス排出口に接続した」における「接続」という語は、接続対象を直接的に接続する場合だけでなく、間接的に接続する場合をも含む概念であるとする。例えば、通気路P1の下流端と吸着筒の原料空気導入端との間に吸着筒切替用電磁弁が存在する場合であっても、本発明の技術的範囲に含まれるものとする。 Here, “the upstream end of the ventilation path P 1 is connected to the discharge end of the air compressor, the downstream end is connected to the raw material air introduction end of the adsorption cylinder, and the upstream end of the ventilation path P 2 is enriched with nitrogen in the adsorption cylinder. The term “connection” in “connected to the gas discharge end and downstream end connected to the nitrogen-enriched gas discharge port” includes not only the case where the connection target is directly connected but also the case where it is indirectly connected. Suppose it is a concept. For example, even if there is adsorption column-switching electromagnetic valve between the downstream end of the air passage P 1 and the feed air introduction end of the adsorption column, and intended to be within the technical scope of the present invention.
これにより、通気路P1を流れるガス(空気圧縮機から吐出された原料空気)と通気路P2を流れるガス(吸着筒から排出された窒素富化ガス)とを熱的に接触させることが可能になるので、空気圧縮機から吐出された原料空気の熱を窒素富化ガス排出口から放出することが可能になり、酸素濃縮装置が過度に加熱されるのを防止することができる。また、空気圧縮機に接続された通気管をとくに長くしなくても放熱を行うことが可能になるので、酸素濃縮装置の小型軽量化を行うことも容易となる。 Thus, is possible to a gas flowing through the vent channel P 1 gas flows (feed air discharged from the air compressor) a vent channel P 2 (nitrogen-enriched gas discharged from the adsorption column) into thermal contact Since it becomes possible, it becomes possible to discharge | release the heat | fever of the raw material air discharged from the air compressor from a nitrogen rich gas discharge port, and it can prevent that an oxygen concentrator is heated too much. Moreover, since it is possible to radiate heat without particularly lengthening the vent pipe connected to the air compressor, it is easy to reduce the size and weight of the oxygen concentrator.
本発明の酸素濃縮装置において、通気路P1の内壁及び/又は通気路P2の内壁に凹凸を形成することも好ましい。これにより、通気路P1の内壁や、通気路P2の内壁の表面積を増大させることが可能になり、通気路P1を流れるガスから通気路P2を流れるガスへさらに熱が伝達しやすくすることが可能になる。放熱器の外表面に凹凸を形成することも好ましい。これにより、放熱器の熱を外気へ放出しやすくして、通気路P1を流れる原料空気の温度をより速やかに低下させることが可能になる。 In the oxygen concentrator of the present invention, it is preferable to form irregularities on the inner wall and / or inner wall of the vent channel P 2 of the vent path P 1. Thus, the inner wall and vent channel P 1, it is possible to increase the surface area of the inner wall of the vent channel P 2, further heat from the gas flowing through the vent channel P 1 to the gas flowing through the vent channel P 2 is easily transmitted It becomes possible to do. It is also preferable to form irregularities on the outer surface of the radiator. Thus, by easily released to the radiator of heat to the outside air, it is possible to lower the temperature of the feed air flowing through the vent channel P 1 more quickly.
ところで、酸素濃縮装置の騒音の発生源は様々であるが、空気圧縮機として、ピストンやダイヤフラムなどを動作させて吸気工程と圧縮工程とを繰り返し行うレシプロ式のものを採用した場合には、空気圧縮機で圧縮された原料空気の脈動による騒音がとくに問題となりやすい。このような場合には、空気圧縮機の吐出端に接続される通気路P1の長さL1や断面積S1(場所によって断面積が異なる場合には平均の断面積)及び通気路P1に接続された通気管の断面積s1(場所によって断面積が異なる場合には平均の断面積)を、下記式1で定義される音響透過損失TLが15dB以上となる範囲に設定すると好ましい。
通気路P1と通気路P2を隔てる前記伝熱部材の隔壁の厚さTは、とくに限定されないが、厚さTを薄くしすぎると、前記隔壁の強度が低下して破損しやすくなるおそれがある。このため、厚さTは、通常、0.5mm以上に設定される。厚さTは、1mm以上であると好ましく、1.5mm以上であるとより好ましい。一方、通気路P1と通気路P2を隔てる前記伝熱部材の隔壁を厚くしすぎると、通気路P1を流れるガスから通気路P2を流れるガスへ熱が伝わりにくくなるばかりか、放熱器の寸法や重量が増加してしまい、酸素濃縮装置の小型軽量化が困難になるおそれがある。このため、厚さTは、通常、5mm以下に設定される。厚さWは、3mm以下であると好ましく、2mm以下であるとより好ましい。 The thickness T of the partition wall of the heat transfer member that separates the ventilation path P 1 and the ventilation path P 2 is not particularly limited. There is. For this reason, the thickness T is normally set to 0.5 mm or more. The thickness T is preferably 1 mm or more, and more preferably 1.5 mm or more. On the other hand, if too thick a partition wall of the heat transfer member that separates the vent channel P 1 and vent channel P 2, not only becomes difficult heat is transferred to the gas flowing through the vent channel P 2 from a gas flowing through the vent channel P 1, heat radiation This may increase the size and weight of the vessel, making it difficult to reduce the size and weight of the oxygen concentrator. For this reason, the thickness T is normally set to 5 mm or less. The thickness W is preferably 3 mm or less, and more preferably 2 mm or less.
放熱器における前記伝熱部材は、通常、金属など、熱伝導率の高い素材で形成される。放熱器を放熱作用により優れたものとするためには、放熱器における前記伝熱部材を、0℃における熱伝導率が200W・m−1・K−1以上の金属で形成すると好ましい。これにより、前記伝熱部材を伝熱性にさらに優れたものとして、通気路P1を流れるガスから通気路P2を流れるガスへと熱を速やかに伝達させることが可能になる。0℃における熱伝導率が200W・m−1・K−1以上の金属としては、アルミニウム(236W・m−1・K−1)や、銅(403W・m−1・K−1)などが例示される。 The heat transfer member in the radiator is usually formed of a material having high thermal conductivity such as metal. In order to make the radiator excellent by a heat dissipation action, it is preferable that the heat transfer member in the radiator is formed of a metal having a thermal conductivity at 0 ° C. of 200 W · m −1 · K −1 or more. Thus, the heat transfer member as being more excellent in heat conductivity, it is possible to transfer quickly the heat from the gas flowing through the vent channel P 1 to the gas flowing through the vent channel P 2. Examples of the metal having a thermal conductivity at 0 ° C. of 200 W · m −1 · K −1 or more include aluminum (236 W · m −1 · K −1 ) and copper (403 W · m −1 · K −1 ). Illustrated.
また、放熱器の前記伝熱部材における通気路P1と隣接しないで通気路P2と隣接する位置に3本目の通気路P3を形成し、通気路P3の断面積を通気路P3の上流端に接続する通気管の断面積よりも広く設定し、通気路P3の上流端を原料空気取入口に接続して下流端を空気圧縮機の吸気端に接続することも好ましい。これにより、空気圧縮機の吸気端から原料空気取入口を経て装置外部へ発せられる騒音を軽減するための膨張型消音器を放熱器と一体的に組み込むことが可能になる。したがって、酸素濃縮装置の部品点数を増加させることなく、騒音を軽減することが可能になる。 Also, not adjacent to the vent channel P 1 in the heat transfer member of the radiator to form a vent path P 3 of the three eyes to a position adjacent to the vent channel P 2, the ventilation path P 3 a cross-sectional area of the air passage P 3 the set wider than the cross-sectional area of the vent pipe to be connected to the upstream end, it is also preferable that the downstream end and the upstream end of the air passage P 3 connected to the inlet feed air connected to the intake end of the air compressor. As a result, an expansion silencer for reducing noise emitted from the intake end of the air compressor to the outside of the apparatus through the raw material air inlet can be integrated with the radiator. Therefore, noise can be reduced without increasing the number of parts of the oxygen concentrator.
ところで、空気圧縮機で加圧されて温度の高まった原料空気が通気路P1で冷やされると、原料空気が結露して通気路P1の下部に結露水が溜まるおそれがある。この結露水が通気路P1から適切に排水されないと、前記吸着剤の窒素吸着能が低下したり、空気圧縮機と吸着筒との間にある吸着筒切替用電磁弁に動作不良が生じたりするおそれがある。このため、通気路P1よりも下方に通気路P2を配し、通気路P1の下部と通気路P2とを導水路で接続し、該導水路に間欠的に開閉する排水用電磁弁を設けることも好ましい。これにより、通気路P1に溜まった結露水を通気路P2へと移送して気化させ、窒素富化ガス排出口から排出することが可能になる。通気路P2を流れる窒素富化ガスは通気路P1を流れる原料空気との熱交換によって温度が上昇するので、通気路P2に移送された結露水は気化しやすい。 Meanwhile, when the feed air of increased pressurized air compressor temperature is cooled by the ventilation passage P 1, there is a possibility that the condensed water is accumulated feed air is condensed on the bottom of the vent channel P 1. When the condensed water is not properly drained from the vent channel P 1, the lowered nitrogen adsorption capacity of the adsorbent, or cause malfunction in the adsorption column switching solenoid valve located between the air compressor and the adsorption column There is a risk. Therefore, disposing the vent path P 2 lower than the ventilation path P 1, the lower and vent channel P 2 of the vent path P 1 is connected with water conduit, electromagnetic drainage for intermittently opening and closing the conductor waterways It is also preferable to provide a valve. Thus, the condensed water collected in the vent channel P 1 is vaporized by the transfer into the ventilation path P 2, it is possible to discharge from the nitrogen-enriched gas outlet. Since the nitrogen-enriched gas flowing through the vent channel P 2 is the temperature rises by heat exchange with the feed air flowing through the vent channel P 1, condensed water is transferred to the vent channel P 2 is easy to vaporize.
以上のように、本発明によって、空気圧縮機で加圧されて温度の上昇した原料空気の熱を装置外部へ効率的に放出し、酸素濃縮効率の低下や、吸着筒切替用電磁弁の消耗を抑えるだけでなく、小型軽量化が容易な酸素濃縮装置を提供することが可能になる。 As described above, according to the present invention, the heat of the raw material air that has been pressurized by the air compressor and whose temperature has risen is efficiently released to the outside of the apparatus, the oxygen concentration efficiency is reduced, and the adsorption cylinder switching electromagnetic valve is consumed. It is possible to provide an oxygen concentrator that can be easily reduced in size and weight.
続いて、本発明の酸素濃縮装置の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。図1は、本発明の酸素濃縮装置のシステムフローを示した図である。図2は、本発明の酸素濃縮装置における放熱器本体81を示した斜視図である。図3は、本発明の酸素濃縮装置における放熱器80を分解した状態を示した断面図である。
Subsequently, a preferred embodiment of the oxygen concentrator of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a system flow of the oxygen concentrator of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a radiator
1.酸素濃縮装置の概要
本発明の酸素濃縮装置は、図1に示すように、装置内部へ原料空気を取り入れるための原料空気取入口10(フィルタ)と、原料空気に含有される窒素を選択的に吸着するための吸着剤を収容した吸着筒20と、吸着筒20に原料空気を圧送するための空気圧縮機30と、吸着工程と再生工程とを切り替えるための吸着筒切替用電磁弁40と、吸着工程で生成された酸素濃縮ガスを一時的に貯留するための貯留タンク50と、酸素濃縮ガスを貯留タンク50から装置外部へ取り出すための酸素濃縮ガス取出口60と、再生工程で前記吸着剤から脱着した窒素を装置外部へ排出するための窒素富化ガス排出口70(サイレンサ)と、空気圧縮機30の吐出端から送り出された原料空気などの温度を低下させるための放熱器80と、を含む複数の部品が通気管で接続されたものとなっている。
1. 1. Outline of Oxygen Concentrator As shown in FIG. 1, the oxygen concentrator of the present invention selectively selects nitrogen contained in source air and a source air intake 10 (filter) for taking source air into the apparatus. An
本発明の酸素濃縮装置には、その用途や要求される性能などに応じて、図1に示した以外の各種の構成を追加することができる。例えば、吸着筒20と貯留タンク50とを結ぶ通気管には、貯留タンク50に貯留された酸素濃縮ガスが吸着筒20へ逆流するための逆止弁を設けることができるし、吸着筒40の酸素濃縮ガス導出端(上端)同士を図示しない通気管で接続し、該通気管にいわゆる上部均圧用電磁弁などを配することもできる。また、貯留タンク50と酸素濃縮ガス取出口60とを結ぶ通気管には、酸素濃縮ガスの取出流量を制御するための流量制御手段や、酸素濃縮ガスの酸素濃度や流量を検知するための酸素濃度検知手段や流量検知手段を配することもできる。
Various configurations other than those shown in FIG. 1 can be added to the oxygen concentrator of the present invention in accordance with the use and required performance. For example, the vent pipe connecting the
2.放熱器
放熱器80は、少なくとも2本の通気路P1,P2を有する伝熱部材で形成されたものであればとくに限定されない(通気路を3本以上有するものであってもよい)。本実施態様の酸素濃縮装置においては、図3に示すように、3本の通気路P1,P2,P3を有する放熱器本体81(伝熱部材)と、通気路P1,P2,P3の両端を塞ぐ蓋体83と、通気路P1,P2,P3を流れる原料空気や窒素富化ガスが放熱器本体81と蓋体83の隙間から洩れるのを防ぐためのガスケット82とによって放熱器80を構成している。ガスケット82と蓋体83は、図示省略のボルトによって放熱器本体80に固定されるようになっている。
2. Radiator The
放熱器80の通気路P1,P2,P3のうち、通気路P1は、図1に示すように、その上流端を空気圧縮機30の吐出端に接続され、その下流端を吸着筒切替用電磁弁40を介して吸着筒20の原料空気導入端に接続されている。また、通気路P2は、その上流端を吸着筒切替用電磁弁40を介して吸着筒20の窒素富化ガス排出端に接続され、その下流端を窒素富化ガス排出口70に接続されている。さらに、通気路P3の上流端は、原料空気取入口10に接続されており、通気路P3の下流端は、空気圧縮機30の吸気端に接続されている。
Of the ventilation paths P 1 , P 2 , and P 3 of the
このため、空気圧縮機30から吐出された原料空気(通気路P1を流れる原料空気)は、窒素富化ガス排出口70から排出される窒素富化ガス(通気路P2を流れる窒素富化ガス)と熱交換することができるようになっており、空気圧縮機30で加圧されて温度の上昇した原料空気の熱を、窒素富化ガスを媒介させて窒素富化ガス排出口70から装置外部へ放出することができるようになっている。通気路P1を流れる原料空気から放熱器80に伝達した熱は、通気路P2だけでなく、放熱器80の外表面からも放出されうるために、放熱器80の外表面は、図示省略の冷却ファンによって空冷している。本実施態様の酸素濃縮装置において、放熱器80の外表面は平坦に形成しているが、放熱器80の外表面に凹凸を形成すると好ましい。これにより、放熱器80の表面積が増えて放熱性能をさらに向上させることが可能になる。
Therefore, (the feed air flowing through the vent channel P 1) the feed air discharged from the
また、通気路P1,P2,P3の断面積S1,S2,S3は、それぞれ通気路P1,P2,P3の上流端に接続された通気管の断面積s1,s2,s3よりも広くなるように設定している。このため、通気路P1,P2,P3は、流れるガスの熱交換を行うだけでなく、膨張型消音器(通気路に断面積の大きな膨張部を設けて、該膨張部で消音を行う消音器)における膨張部と同様、流れるガスの騒音を軽減することもできるようになっている(放熱器80が消音器としても機能するようになっている)。したがって、本実施態様の酸素濃縮装置は、消音器を別途設ける必要のないものとなっており、小型軽量化や製造コストの削減が容易なものとなっている。
Further, the vent channel P 1, P 2, the cross-sectional area of the P 3 S 1, S 2, S 3 , respectively vent channel P 1, P 2, the cross-sectional area s 1 of the connected vent pipe to the upstream end of the P 3 , S 2 and s 3 are set to be wider. For this reason, the ventilation paths P 1 , P 2 , and P 3 not only exchange heat of the flowing gas, but also provide an expansion silencer (an expansion section having a large cross-sectional area is provided in the ventilation path so that the expansion section can mute the sound. The noise of the flowing gas can be reduced similarly to the expansion portion in the muffler to be performed (the
放熱器80における通気路P1と通気路P2の配置は、とくに限定されないが、通気路P1と通気路P2は、できるだけ近くに配すると好ましい。これにより、通気路P1を流れる原料空気と通気路P2を流れる窒素富化ガスとでさらに熱交換しやすくして、放熱器80の放熱効果をさらに高めることができる。本実施態様の酸素濃縮装置において、通気路P1と通気路P2を隔てる前記伝熱部材の隔壁の厚さTは、最も薄いところで2mmとなるようになっている。
Placement of the ventilation paths P 1 and vent channel P 2 in the
一方、通気路P3は、通気路P1の近くに配すると、通気路P1を流れる原料空気と通気路P3を流れる原料空気とで熱交換されやすくなり、空気圧縮機30から吐出された原料空気を通気路P1で冷却しても、そのとき奪われた熱が空気圧縮機30に吸気される原料空気に再び伝わるようになるので、放熱器80を設けた意義が著しく低下してしまう。このため、空気圧縮機30に吸気される原料空気が流れる通気路P3は、放熱器本体81(伝熱部材)における通気路P1から離れた位置に設ける。
On the other hand, air passage P 3, when distribution near the vent channel P 1, likely to be heat exchanged with the feed air flowing feed air and air passage P 3 through the vent channel P 1, is discharged from the
しかし、通気路P3を通気路P1から離れた位置に設けるといっても、放熱器本体81の寸法には限りがあるので、通気路P3は、通気路P1に隣接せず、通気路P2と隣接する位置に配する。本実施態様の酸素濃縮装置においては、図2と図3に示すように、通気路P1,P2,P3を上下3段に配しており、最上段に配した通気路P1と最下段に配した通気路P3との間に通気路P2を配している。これにより、通気路P1を流れる原料空気と通気路P3を流れる原料空気とで熱交換がされにくくすることができる。
However, even if the ventilation path P 3 is provided at a position away from the ventilation path P 1 , the size of the
具体的に、断面積S1,S2,S3と、断面積s1,s2,s3(場所によって断面積が異なる場合には平均の断面積)をいくらに設定するかは、酸素濃縮装置の用途(空気圧縮機の圧縮方式や、空気圧縮機の吐出端から出る音質、あるいは、消音したい音の周波数成分)などによって異なり、とくに限定されない。しかし、本発明の酸素濃縮装置を、酸素濃縮ガスの取出流量が2L/分程度の在宅医療用のものとする場合には、断面積S1,S2,S3は、通常、1000〜3000mm2に設定し、断面積s1,s2,s3は、通常、10〜100mm2に設定する。本実施態様の酸素濃縮装置において、断面積S1,S2,S3はいずれも約2000mm2としており、断面積s1,s2,s3はいずれも約30mm2としている。 Specifically, how much to set the cross-sectional areas S 1 , S 2 , S 3 and the cross-sectional areas s 1 , s 2 , s 3 (average cross-sectional areas when the cross-sectional areas differ depending on the location) It depends on the application of the concentrator (the compression method of the air compressor, the sound quality coming out from the discharge end of the air compressor, or the frequency component of the sound to be silenced), and is not particularly limited. However, when the oxygen concentrator of the present invention is used for home medical care where the flow rate of the oxygen enriched gas is about 2 L / min, the cross-sectional areas S 1 , S 2 , S 3 are usually 1000 to 3000 mm. 2 and the cross-sectional areas s 1 , s 2 and s 3 are usually set to 10 to 100 mm 2 . In the oxygen concentrator of this embodiment, the cross-sectional areas S 1 , S 2 , and S 3 are all about 2000 mm 2 , and the cross-sectional areas s 1 , s 2 , and s 3 are all about 30 mm 2 .
一方、通気路P1,P2,P3の下流端に接続された通気管の断面積は、とくに限定されない。しかし、通気路P1,P2,P3の下流端に接続する通気管には、通常、通気路P1,P2,P3の上流端に接続された通気管と同一のものを用いることが多い。本実施態様の酸素濃縮装置において、通気路P1,P2,P3の下流端に接続された通気管の断面積は、通気路P1,P2,P3の上流端に接続された通気管の断面積s1,s2,s3と同一となっている。 On the other hand, the cross-sectional area of the vent pipe connected to the downstream ends of the vent paths P 1 , P 2 , P 3 is not particularly limited. However, the vent tube connected to the downstream end of the vent channel P 1, P 2, P 3 , usually, used the same as the vent channel P 1, P 2, which is connected to the upstream end of the P 3 vent tube There are many cases. In the oxygen concentrator of the present embodiment, the cross-sectional area of the vent pipe connected to the downstream end of the vent channel P 1, P 2, P 3 is connected to the upstream end of the vent channel P 1, P 2, P 3 The cross-sectional areas s 1 , s 2 and s 3 of the vent pipe are the same.
また、通気路P1,P2,P3の長さL1,L2,L3をいくらに設定するかも、酸素濃縮装置の用途(空気圧縮機の圧縮方式や、空気圧縮機の吐出端から出る音質、あるいは、消音したい音の周波数成分)などによって異なり、とくに限定されない。しかし、通気路P1,P2,P3を短くしすぎると、通気路P1を流れる原料空気と通気路P2を流れる窒素富化ガスとで熱交換がなされにくくなるだけでなく、通気路P1,P2,P3での消音作用が十分に発揮されなくなるおそれもある。このため、通気路P1,P2,P3の長さL1,L2,L3は、通常、50mm以上に設定される。長さL1,L2,L3は、80mm以上であると好ましく、100mm以上であるとより好ましい。 Further, the length L 1 , L 2 , L 3 of the air passages P 1 , P 2 , P 3 can be set according to the usage of the oxygen concentrator (the compression method of the air compressor or the discharge end of the air compressor). Depending on the quality of the sound coming out of the sound or the frequency component of the sound to be muted), and is not particularly limited. However, if the air passages P 1 , P 2 , and P 3 are made too short, not only heat exchange between the raw material air flowing through the air passage P 1 and the nitrogen-enriched gas flowing through the air passage P 2 will be difficult, There is also a possibility that the silencing action on the paths P 1 , P 2 , P 3 may not be sufficiently exhibited. Therefore, the length of the vent channel P 1, P 2, P 3 L 1, L 2, L 3 is usually set to at least 50 mm. The lengths L 1 , L 2 , and L 3 are preferably 80 mm or more, and more preferably 100 mm or more.
一方、通気路P1,P2,P3を長くしすぎると、放熱器80の寸法や重量が増加してしまい、酸素濃縮装置の小型軽量化が困難になるおそれがある。このため、通気路P1,P2,P3の長さL1,L2,L3は、通常、200mm以下に設定される。通気路P1,P2,P3の長さL1,L2,L3は、180mm以下であると好ましく、150mm以下であるとより好ましい。本実施態様の酸素濃縮装置において、通気路P1,P2,P3の長さL1,L2,L3はいずれも110mmとしている。
On the other hand, if the ventilation paths P 1 , P 2 , and P 3 are too long, the size and weight of the
放熱器本体81(伝熱部材)の素材や成形方法はとくに限定されないが、本実施態様の酸素濃縮装置においては、優れた伝熱性と放熱性とを有しながらも低価格で加工も容易なアルミニウムを押出成形したものを放熱器本体81として用いている。
The material and molding method of the radiator main body 81 (heat transfer member) are not particularly limited, but the oxygen concentrator of this embodiment has excellent heat transfer properties and heat dissipation properties and is easy to process at low cost. An aluminum extrusion is used as the radiator
3.排水用電磁弁
ところで、本実施態様の酸素濃縮装置においては、図1に示すように、通気路P1の下部と通気路P2とを導水路で接続し、該導水路に排水用電磁弁90を設けている。このため、排水用電磁弁90が開いた際に、通気路P1の下部に溜まった結露水を通気路P2へと移送して気化させ、窒素富化ガス排出口70から排出することができるようになっている。この構成を採用する場合には、通気路P1に溜まった結露水が通気路P2へと自然に流れるように、通気路P1は通気路P2よりも上方に配しておく。また、本実施態様の酸素濃縮装置においては、通気路P1を水平に設けているが、排水用電磁弁90を設ける場合には、結露水が集まりやすいように、通気路P1を傾斜させることも好ましい。
3. By the way, in the oxygen concentrator of this embodiment, as shown in FIG. 1, the lower part of the air passage P 1 and the air passage P 2 are connected by a water conduit, and the drain electromagnetic valve is connected to the water conduit. 90 is provided. For this reason, when the
排水用電磁弁90は、間欠的に開閉させるのであれば、その動作方法はとくに限定されない。例えば、結露水の有無に係らず一定時間が経過すると排水用電磁弁90が所定時間開くようにしてもよいし、結露水を検出することのできる結露水センサ(この種のセンサとしては、一対の電極間の通電によって結露水の存在を検出するものが一般的であるが、これに限定されない。)を通気路P1の内部に設け、該結露水センサが結露水を検出した際に排水用電磁弁90が所定時間開くようにしてもよい。どのような動作方法を選択するかは、酸素濃縮装置に要求される性能やコストなどを考慮して適宜決定する。本実施態様の酸素濃縮装置は、コストパフォーマンスを考慮して、一定時間が経過すると排水用電磁弁90が強制的に所定時間開くようにしている。
As long as the
ところで、排水用電磁弁90の動作方法に係らず、排水用電磁弁90の開いている時間を長くしすぎると、吸着筒20へ導入されることなく窒素富化ガス排出口70から排出される原料空気が多くなり、酸素濃縮ガスを効率的に生成できなくなるおそれがある。このため、排水用電磁弁90は、殆ど閉じた状態としておき、一瞬(通気路P1に溜まった結露水を流すことのできる短い時間)だけ開くようにしておくと好ましい。本実施態様の酸素濃縮装置において、排水用電磁弁90は、1時間の間に1秒間だけ開くようになっている。
By the way, regardless of the operation method of the
4.他の実施態様
図4は、本発明の酸素濃縮装置における放熱器本体81の他の実施態様を示した正面図である。図2と図3で示した放熱器80において、通気路P1,P2,P3の断面形状は、円形となっていたが、これに限定されず、図4に示すように、通気路P1,P2,P3(とくに通気路P1,P2)の内壁に凹凸を形成すると好ましい。これにより、通気路P1を流れる原料空気と放熱器本体81との接触面積や、通気路P2を流れる窒素富化ガスと放熱器本体81との接触面積を広く確保することが可能になり、通気路P1を流れる原料空気と通気路P2を流れる窒素富化ガスとでより熱交換しやすくすることができる。通気路P1,P2,P3の内壁の凹凸は、通気路P1,P2,P3を仕切る隔壁を屈曲又は湾曲させて形成したものであってもよいし、通気路P1,P2,P3の内壁に放熱フィンなどを設けることによって形成したものであってもよい。
4). Other Embodiments FIG. 4 is a front view showing another embodiment of the
5.用途
本発明の酸素濃縮装置は、酸素濃縮ガスを必要とする各種用途に用いることができる。とくに、肺気腫や気管支炎などの呼吸器系疾患を患っている患者に酸素吸入療法を行うための医療用酸素濃縮装置や、運動後の酸素補給や気分転換を行うための健康用酸素濃縮装置として好適に用いることができる。また、本発明の酸素濃縮装置は、構造が簡素で小型化が容易であるために、家庭用酸素濃縮装置や携帯用酸素濃縮装置としても好適に用いることができる。さらに、本発明の酸素濃縮装置は、酸素濃縮ガスを人体に供給する場合だけでなく、酸素濃縮ガスを動物に供給する場合にも用いることができる。
5. Applications The oxygen concentrator of the present invention can be used for various applications that require oxygen-enriched gas. In particular, as a medical oxygen concentrator for performing oxygen inhalation therapy for patients suffering from respiratory diseases such as emphysema and bronchitis, and a health oxygen concentrator for performing oxygen supplementation and mood change after exercise It can be used suitably. Further, the oxygen concentrator of the present invention has a simple structure and can be easily miniaturized, and therefore can be suitably used as a home oxygen concentrator or a portable oxygen concentrator. Furthermore, the oxygen concentrator of the present invention can be used not only when supplying oxygen enriched gas to the human body but also when supplying oxygen enriched gas to animals.
10 フィルタ(原料空気取入口)
20 吸着筒
30 空気圧縮機
40 吸着筒切替用電磁弁
50 貯留タンク
60 酸素濃縮ガス取出口
70 サイレンサ(窒素富化ガス排出口)
80 放熱器
81 放熱器本体(伝熱部材)
82 ガスケット
83 蓋体
90 排水用電磁弁
10 Filter (Raw material intake)
20
80
82
Claims (8)
(b)原料空気に含有される窒素を選択的に吸着するための吸着剤を収容した吸着筒と、
(c)吸着筒に原料空気を圧送するための空気圧縮機と、
(d)吸着筒に接続された通気管を開閉することにより、原料空気に含有される窒素を前記吸着剤に吸着させる吸着工程と、前記吸着剤から窒素を脱離させて前記吸着剤を再生する再生工程とを切り替えるための吸着筒切替用電磁弁と、
(e)吸着工程で生成された酸素濃縮ガスを一時的に貯留するための貯留タンクと、
(f)酸素濃縮ガスを貯留タンクから装置外部へ取り出すための酸素濃縮ガス取出口と、
(g)再生工程で前記吸着剤から脱着した窒素を装置外部へ排出するための窒素富化ガス排出口と、
を含む複数の部品が通気管で接続された酸素濃縮装置であって、
(h)少なくとも2本の通気路P1,P2を有する伝熱部材で形成された放熱器を備え、
通気路P1の上流端を空気圧縮機の吐出端に接続して下流端を吸着筒の原料空気導入端に接続し、
通気路P2の上流端を吸着筒の窒素富化ガス排出端に接続して下流端を窒素富化ガス排出口に接続したことを特徴とする酸素濃縮装置。 (A) a raw material air inlet for taking the raw material air into the apparatus;
(B) an adsorption cylinder containing an adsorbent for selectively adsorbing nitrogen contained in the raw air;
(C) an air compressor for pumping raw material air to the adsorption cylinder;
(D) An adsorption step for adsorbing nitrogen contained in the raw material air to the adsorbent by opening and closing a vent pipe connected to the adsorption cylinder, and desorbing nitrogen from the adsorbent to regenerate the adsorbent An adsorption cylinder switching solenoid valve for switching between the regeneration process and
(E) a storage tank for temporarily storing the oxygen-enriched gas generated in the adsorption step;
(F) an oxygen-enriched gas outlet for taking out the oxygen-enriched gas from the storage tank to the outside of the device;
(G) a nitrogen-enriched gas discharge port for discharging nitrogen desorbed from the adsorbent in the regeneration step to the outside of the apparatus;
An oxygen concentrator in which a plurality of components including
(H) comprising a radiator formed of a heat transfer member having at least two air passages P 1 and P 2 ;
The upstream end of the vent channel P 1 connects the downstream end connected to the discharge end of the air compressor to feed air introduction end of the adsorption cylinder,
Oxygen concentrator being characterized in that the downstream end connected to the upstream end of the vent channel P 2 in nitrogen-enriched gas discharge end of the adsorption column connected to the nitrogen-enriched gas outlet.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007055329A JP2008212452A (en) | 2007-03-06 | 2007-03-06 | Oxygen concentrator |
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KR101856745B1 (en) * | 2018-01-10 | 2018-05-11 | 아이앤비에어 주식회사 | Apparatus for generating oxygen |
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- 2007-03-06 JP JP2007055329A patent/JP2008212452A/en active Pending
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