JP2008212895A - 酸素濃縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で簡便な流路切替種手段を備えた酸素濃縮器を提供する。
【解決手段】酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した吸着床と、該吸着床へ空気を供給する空気供給手段、該空気供給手段からの空気を該吸着床へ供給し濃縮酸素を取出す吸着工程、該吸着床を減圧し吸着剤を再生する脱着工程を一定タイミングで繰り返すための流路切替手段を具備した圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、該流路切替手段が、複数の機械式弁から構成され、且つ円筒状の内壁の同一円周上に凸状に機械式弁の開閉スイッチを備えると共に、該円筒状の内壁に沿って移動するローラを備えたロータ、該ロータを回転させるモータを備え、該モータの回転によって円筒内壁を移動するローラによるスイッチ凸部の押圧により該機械式弁の開閉を順次行う駆動変換機構を備えた酸素濃縮装置。
【選択図】図１

Description

本発明は空気中の酸素を分離濃縮し使用者に供給する酸素濃縮装置および酸素濃縮工程で使用するバルブの駆動装置に関する。

近年、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に苦しむ患者が増加する傾向にあるが、かかる患者に対する治療方法として、高濃度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対して酸素ガス若しくは酸素濃縮気体を吸入させる治療法である。治療用の酸素ガス或いは濃縮酸素気体の供給源としては、高圧酸素ボンベ、液体酸素ボンベ、酸素濃縮装置等の使用が挙げられるが、長時間の連続使用に耐えることができ、また使い勝手がよいなどの理由により、酸素濃縮装置を使用す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し、濃縮することを可能にした装置である。かかる酸素を分離濃縮する装置としては、90％以上の高濃度の酸素が得られるという観点で、空気中の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使用されている。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、吸着床内を加圧状態にして窒素を吸着させ、未吸着の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ものである。

特開平11-192410号公報 特開昭64-22319号公報

既存の酸素濃縮器においては、コンプレッサから該吸着床へ空気を供給し濃縮酸素を取出す吸着工程、該吸着床を減圧し吸着剤を再生する脱着工程を一定タイミングで繰り返すための流路切替手段として、複数の電磁弁を用いることが一般的である。しかし、複数の吸着筒を用いる場合には、多数の電磁弁が必要となり、構造が複雑化、大型化してしまうなどの問題がある。

この問題を解決する方法として、特開平11-192410号公報には、切替弁をカム駆動により制御し、１つのアクチュエータにまとめる技術が開示されており、構造の簡略化を図っている。しかしながら、本技術では、切替えのために必用な機構が複雑な上、弁機構が直線的に配置することが必要なためレイアウト上の制約も大きく、小型化が困難である。

特開昭64-22319号公報には、内筒，外筒の開口部が異なる動作部により流路を制御する技術を開示されている。本技術を用いて多数の電磁弁を代替使用した場合においても、特開平11-192410号公報に記載の技術と同様、軸方向に直線的長い構造となり、小型化が難しい。

本発明者はかかる課題に対して鋭意検討した結果、吸脱着の流路を切り換える複数の機械式弁を同一円周上に配置し、モータの回転運動を回転子上に配置したローラによる機械式弁のスイッチ押圧により開閉制御するバルブ駆動装置およびそれを搭載した酸素濃縮器を見出した。

すなわち本発明は、円筒状の内壁の同一円周上に凸状に配置されたスイッチを備えた複数の機械式弁、該円筒状の内壁に沿って移動するローラを備えたロータ、該ロータを回転させるモータを備え、モータの回転によって円筒内壁を移動するローラによるスイッチ凸部の押圧により該機械式弁の開閉を順次行う駆動変換機構を備えたバルブ駆動装置を提供する。

また本発明は、同一モータで駆動する複数のロータを備え、各ロータが回転する円周上に機械式弁の凸状のスイッチを有することを特徴とする上記バルブ駆動装置を提供する。

また本発明は、酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した吸着床と、該吸着床へ空気を供給する空気供給手段、該空気供給手段からの空気を該吸着床へ供給し濃縮酸素を取出す吸着工程、該吸着床を減圧し吸着剤を再生する脱着工程を一定タイミングで繰り返すための流路切替手段を具備した圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、該流路切替手段が、複数の機械式弁から構成され、且つ円筒状の内壁の同一円周上に凸状に機械式弁の開閉スイッチを備えると共に、該円筒状の内壁に沿って移動するローラを備えたロータ、該ロータを回転させるモータを備え、該モータの回転によって円筒内壁を移動するローラによるスイッチ凸部の押圧により該機械式弁の開閉を順次行う駆動変換機構を備えた酸素濃縮装置を提供する。

本技術を搭載した圧力変動吸着型酸素濃縮装置は流路切替手段を小型で、簡便なものとすることができ、また、これにより小型で故障の少ない酸素濃縮器を提供することができる。

以下に本発明の具体的実施例について図面を用いて詳細に説明する。図２は本発明の酸素濃縮装置である、吸着筒を３つ備えた圧力変動吸着型酸素濃縮装置である３筒式プロセスのフローの例である。吸着筒には酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤としてLi-X型ゼオライトを充填し、圧縮機から各吸着筒に順次供給される圧縮空気中の窒素を吸着し、未吸着の酸素を製品タンクに取り出し、製品酸素ガスとして使用者に供給すると共に、吸着筒を開放し大気圧まで減圧することで、吸着した窒素を脱着再生する。

圧縮機20で生成された圧縮空気は、切替弁Ｖ1、Ｖ3、Ｖ5を切り替えることにより、順次、吸着筒１、吸着筒２、吸着筒３に供給される。吸着床で生成された製品酸素は切替弁Ｖ7、Ｖ9、Ｖ11の操作により製品タンクに取り出される。Ｖ8、Ｖ10、Ｖ12は吸着筒の圧力を他の吸着筒に移すための均圧を行うための切替弁、Ｖ2、Ｖ4、Ｖ6は吸着筒の圧力を排気するための切替弁である。
Ｖ1〜Ｖ12の切替弁はこれらの４つの役割に大きく分けられ、各吸着筒における工程の切り替え、他の吸着筒への切り替えを順次おこなっている。

図１は圧縮空気を順次、各吸着筒へ振り分けるための切替弁Ｖ1、Ｖ3、Ｖ5を本発明の流路切替手段を用いて実現した場合の機構の模式図である。切替弁7はＶ1、切替弁8はＶ3、切替弁9はＶ5にそれぞれ相当する切替弁である。ロータ2は駆動軸１にモータから伝達される動力によって回転し、ローラ3〜6はロータ2の回転により、壁面15に押し付けられながら回転する。回転方向は問わないが、本実施例では時計周りの方向に回転する。圧縮器20で圧縮された空気は流路14に供給されており、流路13は吸着筒に繋がっている。

ロータ2の回転によりローラ3がスイッチ10に押し付けられる。これにより、弁座11が開き、流路13と流路14が連通する。ローラ3に引き続き、ローラ4がスイッチ10を通過する間、弁は開いており、ローラ4がスイッチ10を通過し終わると同時に、バネ12の力により、弁は閉じられる。このとき、ローラ6が切替弁8のスイッチを作動させ、切替弁8が開となる。以下、順次切替弁が作動し、圧縮空気が順次、吸着筒へ供給される。

切替のサイクル時間は、回転体を駆動するモータの回転数を変更すること、調整することができる。また、弁の作動時間、タイミングは、スイッチ10の幅の大きさ、ローラの配置位置、数により、替えることができる。

製品酸素を取り出すための切替弁Ｖ7、Ｖ9、Ｖ11、均圧のための切替弁Ｖ8、Ｖ10、Ｖ12、吸着筒からの排気のための切替弁Ｖ2、Ｖ4、Ｖ6も図１と同様の機構で実現することが可能であり、切替弁全体の構成は図３のようになる。これらの均圧、排気等の役割毎に３つの切替弁から成る一つのユニットが構成され、これらを切替ユニット30〜切替ユニット33とする。これらの切替ユニットの回転体はカップリング34を介して一つの駆動モータ35により切り替えられる。

本実施例では３筒式のプロセスにおける流路切替手段の一例を示したが、吸着筒数が３個より増える場合においても、本技術が適用できる。Ｎ筒式の場合には、切替弁をＮ個、円形の壁面上に配置すればよい。

本発明の流路切替手段の機構模式図。 ３筒式プロセスのフロー図。 本発明の流路切替手段の模式図

符号の説明

１．駆動軸
２．ロータ
３．ローラ
４．ローラ
５．ローラ
６．ローラ
７．切替弁
８．切替弁
９．切替弁
１０．スイッチ
１１．弁座
１２．バネ
１３．流路
１４．流路
１５．壁面
２０．圧縮器
３０．切替ユニット
３１．切替ユニット
３２．切替ユニット
３３．切替ユニット
３４．カップリング
３５．モータ

Claims (3)

1. 円筒状の内壁の同一円周上に凸状に配置されたスイッチを備えた複数の機械式弁、該円筒状の内壁に沿って移動するローラを備えたロータ、該ロータを回転させるモータを備え、モータの回転によって円筒内壁を移動するローラによるスイッチ凸部の押圧により該機械式弁の開閉を順次行う駆動変換機構を備えたバルブ駆動装置。
2. 同一モータで駆動する複数のロータを備え、各ロータが回転する円周上に機械式弁の凸状のスイッチを有することを特徴とする請求項１記載のバルブ駆動装置。
3. 酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した吸着床と、該吸着床へ空気を供給する空気供給手段、該空気供給手段からの空気を該吸着床へ供給し濃縮酸素を取出す吸着工程、該吸着床を減圧し吸着剤を再生する脱着工程を一定タイミングで繰り返すための流路切替手段を具備した圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、該流路切替手段が、複数の機械式弁から構成され、且つ円筒状の内壁の同一円周上に凸状に機械式弁の開閉スイッチを備えると共に、該円筒状の内壁に沿って移動するローラを備えたロータ、該ロータを回転させるモータを備え、該モータの回転によって円筒内壁を移動するローラによるスイッチ凸部の押圧により該機械式弁の開閉を順次行う駆動変換機構を備えた酸素濃縮装置。

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