JP2016135201A - Oxygen concentrator and power supply control method of power supply circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気中から酸素を分離生成する酸素濃縮装置とその電源回路の制御方法に関する。 The present invention relates to an oxygen concentrator that separates and generates oxygen from the air and a method for controlling the power supply circuit thereof.
酸素濃縮装置は、肺に疾病を抱える患者を含む使用者が高濃度の酸素を吸引するために使用する。この酸素濃縮装置では、コンプレッサが空気を取り込んで圧縮空気を作り、この圧縮空気は吸着筒の内部に送り込み、吸着筒内の吸着剤に空気の窒素を吸着させる。これにより、酸素濃縮装置は、濃縮酸素を生成する。この生成した濃縮酸素は、カニューラを用いて患者を含む使用者に摂取させる。 Oxygen concentrators are used by users, including patients with illnesses in the lungs, to aspirate high concentrations of oxygen. In this oxygen concentrator, the compressor takes in air to create compressed air, which is sent into the adsorption cylinder, and adsorbent in the adsorption cylinder adsorbs nitrogen in the air. Thereby, the oxygen concentrator generates concentrated oxygen. The produced concentrated oxygen is ingested by a user including a patient using a cannula.
患者を含む使用者が移動可能な移動型の酸素濃縮装置は、特許文献１に開示されている。この移動型の酸素濃縮装置は、装置本体と、この装置本体に取り付けられた車輪と、装置本体に取り付けられて上下に移動可能なハンドルと、このハンドルを適当な長さにして締めることでハンドルを装置本体に固定する２カ所の固定つまみを有している。
患者を含む使用者は、このハンドルを装置本体から適当な長さに伸ばして、２カ所の固定つまみでハンドルを固定した後、ハンドルを持って装置本体を移動することができる。そして、患者を含む使用者は、装置本体の移動が完了すると、固定つまみを緩めてこのハンドルを装置本体側へ押し込んで納める。
A mobile oxygen concentrator that can be moved by a user including a patient is disclosed in
A user including a patient can extend the handle from the apparatus main body to an appropriate length, fix the handle with two fixing knobs, and then move the apparatus main body with the handle. Then, when the movement of the apparatus main body is completed, the user including the patient loosens the fixing knob and pushes the handle toward the apparatus main body side to store it.
ここで、特許文献１のような移動型の酸素濃縮装置では、少なくとも移動中は、内蔵もしくは同時に運んでいるバッテリからの電源供給により装置の駆動を行っているが、室内で移動しない状態で装置を利用する場合には、商用電源を用いるのが有利である。
特にこの際には、次の移動に備えて、商用電源を使用しつつ、バッテリ充電を行うことができると好ましい。
Here, in the mobile oxygen concentrator as in
Particularly in this case, it is preferable that the battery can be charged while using a commercial power source in preparation for the next movement.
ところが、酸素濃縮装置において、その運転中においては、コンプレッサが大きな電流消費をしており、その電流消費量が大きく変動していると、電源回路が駆動電流を供給している他の電気部品に負荷変動の影響を与える恐れがある。
特に、ＣＰＵを中心とした制御装置の場合、小さな負荷変動も、装置の稼働の正確さに大きな影響を与える場合があり、適切な対応を行う必要がある。
本発明は以上のような新規な課題を解決するためになされたものであり、駆動電流の変動が比較的大きな電気部品の電源供給時に生じる負荷変動を精密な他の電気部品に与えることなく、バッテリ電源と商用電源を切換えることで、正確な動作を可能にした酸素濃縮装置とその電源回路の制御方法を提供することを目的とする。
However, in the oxygen concentrator, during operation, the compressor consumes a large amount of current. If the amount of current consumption fluctuates greatly, the power supply circuit supplies other electric parts that supply the drive current. There is a risk of load fluctuation.
In particular, in the case of a control device centered on a CPU, even a small load fluctuation may greatly affect the accuracy of the operation of the device, and it is necessary to take appropriate measures.
The present invention has been made in order to solve the above-described novel problems, and without giving load fluctuations that occur at the time of power supply of electrical parts with relatively large driving current fluctuations to other precise electrical parts, An object of the present invention is to provide an oxygen concentrator capable of accurate operation by switching between a battery power source and a commercial power source, and a control method for the power circuit.
本発明は、原料空気を取り込んで、コンプレッサで圧縮し、圧縮空気を吸着剤に供給して酸素を吸着することにより、分離した前記酸素を送り出す酸素濃縮装置であって、装置内の電気駆動部品に駆動電流を送る上で、商用電源とバッテリとを選択的に利用する電源回路と、前記電源回路から駆動電流が入力されて、前記コンプレッサの回転動作に必要となる駆動電力として該コンプレッサに与えるためのモータ駆動回路と有しており、前記電源回路により、電源としての商用電源とバッテリとの切換えを行うために前記コンプレッサの駆動電流をモニタする電流変動監視部を有していて、前記電流監視部が、前記コンプレッサの駆動電流が所定レベルに下がったタイミングで、前記商用電源からの電流を受け取るように電源を切換える構成としたことを特徴とする。
上記構成によれば、コンプレッサの運転中に大きな電流変動があった場合に、商用電源に切換えると、他の電気部品に微妙な悪影響を与えるので、使用電流が低いタイミングで供給電流を商用電源に切換える。
The present invention is an oxygen concentrating device that takes in raw material air, compresses it with a compressor, supplies compressed air to an adsorbent, and adsorbs oxygen to send out the separated oxygen, which is an electric drive component in the device A power supply circuit that selectively uses a commercial power supply and a battery, and a drive current is input from the power supply circuit to be supplied to the compressor as drive power necessary for the rotation operation of the compressor And a motor fluctuation circuit for monitoring the driving current of the compressor for switching between a commercial power source as a power source and a battery by the power source circuit. A configuration in which the monitoring unit switches the power supply so as to receive a current from the commercial power supply at a timing when the driving current of the compressor is lowered to a predetermined level. Characterized in that it was.
According to the above configuration, if there is a large current fluctuation during the operation of the compressor, switching to the commercial power supply will have a subtle adverse effect on other electrical components. Switch.
好ましくは、前記電流監視部が、前記電源回路に内蔵されていることを特徴とする。
上記構成によれば、前記電源回路は、電流変動監視部を内蔵する専用品になるから、組み立て上の部品点数が減って、その分製造効率は向上する。
Preferably, the current monitoring unit is built in the power supply circuit.
According to the above configuration, since the power supply circuit is a dedicated product with a built-in current fluctuation monitoring unit, the number of parts in assembly is reduced, and the manufacturing efficiency is improved accordingly.
好ましくは、前記電流監視部が、前記電源回路と前記モータ駆動回路との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
上記構成によれば、必要に応じて、電流監視部を、設けることも可能で、機種によっては、低出力タイプなど、搭載を省略することでコストダウンも図れる。
2. The oxygen concentrator according to
According to the above configuration, a current monitoring unit can be provided as necessary, and depending on the model, the cost can be reduced by omitting mounting such as a low output type.
好ましくは、前記電源回路からの駆動電流供給線が前記電流監視部以外の電気部品に接続されており、前記コンプレッサの駆動回路だけが、前記電流監視部と接続されていることを特徴とする請求項３に記載の酸素濃縮装置。
上記構成によれば、前記電流監視部は独立板部品として前記電源回路に繋がれているから、該電流監視部がモニタすべきコンプレッサの駆動回路とだけ接続されていれば済む。
Preferably, a drive current supply line from the power supply circuit is connected to an electrical component other than the current monitoring unit, and only the drive circuit of the compressor is connected to the current monitoring unit.
According to the above configuration, since the current monitoring unit is connected to the power supply circuit as an independent plate component, the current monitoring unit only needs to be connected to the drive circuit of the compressor to be monitored.
本発明は、原料空気を取り込んで、コンプレッサで圧縮し、圧縮空気を吸着剤に供給して酸素を吸着することにより、分離した前記酸素を送り出すとともに、酸素濃縮装置において、装置内の電気駆動部品に駆動電流を送る上で、商用電源とバッテリとを選択的に利用する電源回路の制御方法であって、前記コンプレッサの駆動電流を電流監視部でモニタし、前記電流監視部のモニタ結果に基づいて、前記電源回路が駆動電流として商用電源とバッテリ電源とを切換えて利用することを特徴とする。
上記構成によれば、コンプレッサに大電流が流れていて負荷が大きい時を避けて、商用電源に切換えることができるので、前記電源回路に接続された他の電気部品に悪影響を与えないで電源切換えが可能となる。
The present invention takes in raw material air, compresses it with a compressor, supplies compressed air to an adsorbent, and adsorbs oxygen to send out the separated oxygen, and in the oxygen concentrator, an electric drive component in the device A method of controlling a power supply circuit that selectively uses a commercial power source and a battery to send a drive current to the compressor, wherein the drive current of the compressor is monitored by a current monitoring unit, and based on the monitoring result of the current monitoring unit The power supply circuit switches between a commercial power supply and a battery power supply as a drive current.
According to the above configuration, since it is possible to switch to a commercial power source while avoiding a large load due to a large current flowing through the compressor, the power source switching can be performed without adversely affecting other electrical components connected to the power circuit. Is possible.
好ましくは、前記電流監視部がコンプレッサの駆動電流を計測した結果、前記装置内の電気駆動部品のうちコンプレッサを除く部品について影響がある程度に前記コンプレッサの駆動電流が大きいと判断した時には、そのタイミングで前記電源回路の前記商用電源への切換えを行わないことを特徴とする。
上記構成によれば、電源回路に接続している他の電気部品について、それら電気部品が、電源切換えによるえいきょうについてどの程度性能に影響がでるかを予め計測しておけば、電流監視部が、どの程度の電流を計測した時に電源切り居替えをしてよいか、正確なタイミングを知ることができる。
Preferably, as a result of measuring the drive current of the compressor by the current monitoring unit, when it is determined that the drive current of the compressor is large to some extent with respect to parts other than the compressor among the electric drive parts in the device, the timing is The power supply circuit is not switched to the commercial power supply.
According to the above configuration, with respect to other electrical components connected to the power supply circuit, if the electrical components measure in advance how much the performance of the electrical components is affected by the power switching, the current monitoring unit It is possible to know the exact timing of how much current is measured and whether the power supply can be switched.
本発明は、酸素濃縮装置におけるコンプレッサの駆動電流の変動が比較的大きな電気部品の電源供給時に生じる負荷変動を精密な他の電気部品に与えることなく、バッテリ電源と商用電源を切換えることで、正確な動作を可能にした酸素濃縮装置とその電源回路の制御方法を提供する。 The present invention can accurately switch between a battery power source and a commercial power source without causing a load variation caused when a power source of an electrical component having a relatively large variation in the driving current of the compressor in the oxygen concentrator is supplied to a precise other electrical component. Provided is an oxygen concentrator capable of various operations and a method for controlling the power supply circuit thereof.
以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these embodiments.
＜酸素濃縮装置１の全体構成＞
図１は、本発明の酸素濃縮装置の好ましい実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示す酸素濃縮装置１の背面図であり、図３は、酸素濃縮装置１の正面図である。図１に示す酸素濃縮装置１では、片方の車輪が取り外された状態を示している。
図１から図３に示す酸素濃縮装置１は、患者を含む使用者や医療従事者等が移動できる移動型の装置である。この酸素濃縮装置１は、例えば、慢性閉塞性肺疾患等の低酸素血症等を有する患者を含む使用者が酸素吸入療法を行う際に、酸素供給源として使用する例えば圧力スイング吸着方式により高濃度酸素を発生する装置である。
<Overall configuration of
FIG. 1 is a perspective view showing a preferred embodiment of the oxygen concentrator of the present invention. FIG. 2 is a rear view of the
The
図１に示すように、酸素濃縮装置１は、患者を含む使用者等による移動を意図した移動型の酸素濃縮装置（可搬型の酸素濃縮装置ともいう）である。患者を含む使用者による酸素濃縮装置１の移動を考慮して、酸素濃縮装置１の小型化と軽量化を図っている。一例として、酸素濃縮装置１の重量は、好ましくは１０ｋｇを下回る例えば９．９ｋｇであり、外形寸法例としては、高さ×幅×奥行が、５９０ｍｍ×３３０ｍｍ×２９３ｍｍである。この酸素濃縮装置１は、比較的軽量であり、コンパクトなサイズを有しているので、患者を含む使用者は、酸素濃縮装置１の移動を容易に行える。
As shown in FIG. 1, the
図１から図３に示す酸素濃縮装置１は、概略的には、装置本体２と、伸縮ハンドル３と、左右の大型の車輪４，４を有している。装置本体２は、好ましくはプラスチック製の筐体５を有している。筐体５は、前面カバー部６と、背面カバー部７と、下部本体部８と、ハンドルカバー部材９を有する。
図１に示すように、大型の左右の車輪４，４は、軽量化のために、例えばプラスチックにより形成されている。左右の車輪４，４の直径は、例えば１８０ｍｍである。左右の軸部４Ａは、下部本体部８において左右反対方向に突出して設けられている。左右の車輪４，４の中央の円形の取付け穴４Ｅには、軸部４Ａがそれぞれはめ込まれる。そして、この取付け穴４Ｅには、固定用の円形部材４Ｂがはめ込まれるとともに、固定ネジ４Ｃが軸部４Ａのメネジにねじこまれる。その後、取付け穴４Ｅには、カバー部材４Ｄがはめ込まれるようになっている。
このようにして、左右の車輪４，４は、軸部４Ａに対して着脱可能に取り付けることができる。このため、仮に車輪４が破損した場合には、患者を含む使用者あるいは患者を含む使用者のサポートをする人が、車輪４を簡単に交換できる。
The
As shown in FIG. 1, the large left and
In this way, the left and
＜ハンドルカバー部材９＞
図１と図３に示すハンドルカバー部材９は、伸縮ハンドル３と後で説明する伸縮ハンドル支持機構部等を覆うための覆い部材である。ハンドルカバー部材９は、前面カバー部６の正面部分１０を覆うようにして、前面カバー部６に対して着脱可能に装着されている。
前面カバー部６と背面カバー部７は、下部本体部８に対して着脱可能に取り付けられている。前面カバー部６と背面カバー部７は、互いに着脱可能である。
これにより、装置本体２内の各種構成要素のメンテナンス等を行う際には、前面カバー部６と背面カバー部７とハンドルカバー部材９は、容易に分解して取り外すことができる。
<Handle
A
The
Thereby, when performing maintenance of various components in the apparatus
前面カバー部６と背面カバー部７と下部本体部８とハンドルカバー部材９は、同系統色であっても良いし、別系統色であっても良い。背面カバー部７とハンドルカバー部材９は、例えばホワイトなどの明るい色を採用し、前面カバー部６と下部本体部８は、例えば暗めの色を採用することで、外観的に見栄えが良くなる。
＜前面カバー部６＞
図１と図３と図４を参照して、前面カバー部６について説明する。
図４は、操作部１４の例を示している。
図１に示すように、前面カバー部６は、正面部分１０と、上面部分１１と、左右の側面部分１２，１３を有している。正面部分１０は、図１と図３では、ハンドルカバー部材９によりほぼ覆われている。上面部分１１は、患者を含む使用者側に見やすいようにハンドルカバー部材９側へ傾斜して形成されている。
The
<
The
FIG. 4 shows an example of the
As shown in FIG. 1, the
＜操作部１４＞
図１に示す上面部分１１には、図４に示す操作部１４が配置されている。
図４に示すこの操作部１４は、例えば電源スイッチ１５と、流量インジケータ１６と、流量設定ボタン１７と、メンテナンスボタン１８と、酸素ランプ１９と、表示部２０と、バッテリ残量モニタ２１と、充電中ランプ２１を有している。
電源スイッチ１５は、患者を含む使用者等が押すことで電源のオンオフを行うことで、装置本体２の運転と停止ができる。流量インジケータ１６は、患者を含む使用者に供給されている酸素流量の設定値をデジタルで示す。流量設定ボタン１７は、押すことで酸素流量の増減を設定できる。
メンテナンスボタン１８は、メンテナンス時に押す。酸素ランプ１９は、正常に患者を含む使用者側に酸素を送っている状態であれば、例えば緑色で点灯することで通知する。バッテリ残量モニタ２１は、バッテリの残量を例えば５段階で表示する。充電中ランプ２１は、バッテリが充電中に点灯する。
<
An
4 includes, for example, a
The
The
図４に示す表示部２０は、酸素供給用のチューブが折れたことの警報発生時に点灯するチューブ折れアイコン２０Ａと、コンセントが外れたことの警報発生時に点灯するコンセントアイコン２０Ｂと、酸素濃縮装置における警報発生時に連絡をすべきときに点灯する要連絡アイコン２０Ｃと、火気の検知の警報発生時に点灯する火気検知アイコン２０Ｄと、酸素濃度の低下の警報発生時に点灯する濃度低下アイコン２０Ｅを有する。
図５は、背面カバー部７の上部を示す斜視図である。
背面カバー部７は、前面カバー部６に対して着脱可能に結合できる。図２に示すように、背面カバー部７は、装着部３１と、空気取入口３２と、バッテリ収納凹部３９と、排気口３４を有している。
図２と図５に示すように、装着部３１は、背面カバー部７の上部に設けられている。図５に示すように、装着部３１には、電源端子３１Ａと、酸素出口３１Ｂを備える。電源端子３１Ａは、ＡＣアダプタ３５の電源コネクタ３６を着脱可能に接続することで、装置本体２に対して、商用交流電源からの電源供給が可能である。
図５に示す酸素出口３１Ｂは、装置本体２内で生成された酸素を吐出すための吐出し口である。酸素出口３１Ｂは、カプラソケット３７を介してカニューラ３８を接続可能である。患者を含む使用者は、このカニューラ３８を装着することで、酸素の供給を受けることができる。
The
FIG. 5 is a perspective view showing an upper portion of the
The
As shown in FIGS. 2 and 5, the mounting
An
図６を参照して、上述した酸素濃縮装置１の概略構成例を説明する。
図６に示す二重線は、原料空気、酸素、窒素ガスの流路となる配管を示している。また、細い実線は電源供給または電気信号の配線を示している。図６に示す酸素濃縮装置１の主筐体２２は破線で示しており、この主筐体は内部に配置された要素を密閉している密閉容器である。
With reference to FIG. 6, the schematic structural example of the
The double line shown in FIG. 6 has shown piping used as the flow path of raw material air, oxygen, and nitrogen gas. A thin solid line indicates power supply or electric signal wiring. The
図６に示すように、図１ないし図３で説明した各カバー部等により構成される主筐体２２は、外気である原料空気を導入するための空気取り入れ口２５と空気取り入れ口フィルタ２７および排気するための排気口２６を有している。空気取り入れ口２５には、空気中の塵埃等の不純物を除去するための空気取り入れ口フィルタ２７が交換可能に配置されている。原料空気は、コンプレッサ１０が作動すると、空気取り入れ口フィルタ２７を介して、内部の配管３７と吸気フィルタ兼消音バッファ３８と配管４１を通じてコンプレッサ１０側に導入されるようになっている。
As shown in FIG. 6, the
このように原料空気は、コンプレッサ１０加圧ポンプ５２に導入されて圧縮空気になるが、原料空気を圧縮する際に熱が発生する。このため、コンプレッサ１０、特にスリーブ１１，１２は、冷却用の送風ファンから送られる風により冷却される。この実施形態では、送風ファンはファン３４であるが、送風ファンは一つでもよく２つ以上でもよい。
本実施形態では、コンプレッサ１０が加圧ポンプと真空ポンプを有し、内部には、それぞれ駆動されるピストンを収容している。そして、コンプレッサ１０から配管１５を通じて送られる圧縮空気は、ラジエータ１３により冷却される。
このように圧縮空気を冷却することで、高温では機能低下してしまう吸着剤であるゼオライトの昇温を抑制できる。これにより、窒素の吸着により酸素を生成するための吸着剤として十分に機能できるようになり、酸素を９０％程度以上にまで濃縮できる。
In this way, the raw air is introduced into the
In this embodiment, the
By cooling the compressed air in this way, it is possible to suppress the temperature rise of the zeolite, which is an adsorbent that deteriorates in function at high temperatures. Thereby, it becomes possible to sufficiently function as an adsorbent for generating oxygen by adsorption of nitrogen, and oxygen can be concentrated to about 90% or more.
第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２は、並べて配置された吸着部材の一例であり、縦方向に並列に配置されている。これら第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２には、それぞれ電磁弁で構成された三方向切換弁１４Ｂ，１４Ｃが接続されている。一方の３方向切換弁１４Ｂの一端部が配管１５に接続されている。配管１５の途中には、配管１５内を通過する圧縮空気を冷却するためのラジエータ１３が配置されている。一方の３方向切換弁１４Ｂと他方の３方向切換弁１４Ｃとが互いに接続され、さらに、他方の３方向切換弁１４Ｃの一端部が配管１５Ｒに接続されている。配管１５Ｒの端部は、排気口２６に達している。
３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃは、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２にそれぞれ対応して接続されている。コンプレッサ１０から発生する圧縮空気は、配管１５と３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃを介して、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２に対して交互に供給される。
The
The three-
触媒吸着剤であるゼオライトは、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内にそれぞれ貯蔵されている。このゼオライトは、例えばＳｉ２０３／Ａｌ２Ｏ３比が２．０〜３．０であるＸ型ゼオライトであり、かつこのＡｌ２Ｏ３の四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと結合させたものを用いることで、単位重量当たりの窒素の吸着量を増
やせるようにしている。このゼオライトは、特に１ｍｍ未満の顆粒測定値を有するとともに、四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと融合させたものが好ましい。ゼオライトを使用することで、他の吸着剤を使う場合に比べて酸素を生成するために必要となる原料空気の使用量を削減できるようになる。この結果、圧縮空気を発生するためのコンプレッサ１０のより小型化が図れ、コンプレッサ１０の低騒音化を図ることができる。
Zeolite as the catalyst adsorbent is stored in the
図６に示すように、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２の出口側には、逆止弁と絞り弁と開閉弁とからなる均等圧弁１０７が接続されている。均等圧弁１０７の下流側には、合流する配管６０が接続されており、この配管６０にはバッファ６１が接続されている。
このバッファ６１は、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２において分離生成された９０％程度以上の濃度の酸素を貯蔵するための酸素貯蔵容器である。
As shown in FIG. 6, an
The
図６に示すように、バッファ６１の下流側には、圧力調整器６２が接続されており、圧力調整器６２はバッファ６１の出口側の酸素の圧力を一定に自動調整するレギュレータである。圧力調整器６２の下流側には、比例開度弁６５が接続されている。この比例開度弁６５は、中央制御部２００の指令により流量制御部２０２からの信号により、酸素流量設定ボタン１０２の設定ボタン操作に連動して開閉する。比例開度弁６５には酸素流量センサ６６が接続されている。
As shown in FIG. 6, a
図６に示すように、この酸素流量センサ６６には、ジルコニア式あるいは超音波式の酸素濃度センサ６４が接続されており、酸素濃度センサ６４は、酸素濃度の検出を間欠的に（１０〜３０分毎に）または連続的に行うようになっている。酸素濃度センサの後段には、フィルタ６３、酸素出口部１００が接続されている。
酸素出口部１００には、鼻カニューラ７０のカプラソケット７１が着脱可能に接続される。カプラソケット７１は、チューブ７２を介して鼻カニューラ７０に接続されている。
患者は、鼻カニューラ７０を経て、例えば最大流量３Ｌ／分の流量で、約９０％程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能である。
As shown in FIG. 6, a zirconia or ultrasonic
The patient can inhale oxygen concentrated to about 90% or more through the
次に、図６を参照して電源系統を説明する。
図６に示すＡＣアダプタ電源のコネクタ２０３は、電源制御回路３９に電気的に接続され、電源制御回路３９はＡＣアダプタと電池（「バッテリ」）２０４の電源切換えを行う。電池２０４は、主筐体２２に着脱可能とされている。電池２０４は、繰り返し充電可能な２次電池であり、電池２０４は電源制御回路３９からの電力供給を受けて充電できる。
Next, a power supply system will be described with reference to FIG.
The AC adapter
これにより、マイクロコンピュータなどのＣＰＵとＣＰＵにより実行される装置全体の制御プログラムや各種データを記憶するＲＯＭ（図示せず）とワークエリアとして測定データや各種データを一時的に記憶するＲＡＭ（図示せず）などを備えて装置全体の動作の制御・判断を行なう図１の中央制御部２００が電源制御回路３９を制御することで、電源制御回路３９は、例えばＡＣアダプタ２０３からの電力供給を受けて作動する第１電力供給状態と、電池２０４からの電力供給を受けて作動する第２電力供給状態のうちの１つの供給状態に自動切換して使用できる。電池２０４は好ましくは、充電時のメモリ効果が少なく再充電時にも満充電できるリチウムイオン、リチウム水素イオン２次電池が良いが、これに限らず、ニッカド電池やニッケル水素電池でも良い。
As a result, a CPU such as a microcomputer and a ROM (not shown) for storing various control data and various data executed by the CPU, and a RAM (not shown) for temporarily storing measurement data and various data as a work area. 1) controls the power
図６の中央制御部２００は、モータドライバ２１０とファンモータドライバ２１１に電気的に接続されている。中央制御部２００は生成する酸素量に応じた最適な動作モードに切り替えるプログラムが記憶されている。モータドライバ２１０とファンモータドライバ２１１は、中央制御部２００の指令により、多くの酸素生成をする場合は自動的にコンプレッサ１０とファン３４とを高速駆動し、少ない酸素生成時の場合にはコンプレッサ１０とファン３４を低速に回転駆動する制御を行う。
この送風ファンによるコンプレッサの冷却のための回転数制御に関しては、後で詳しく説明する。
The
The rotational speed control for cooling the compressor by the blower fan will be described in detail later.
図６に示す３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃと均等圧弁１０７とをオンオフ制御することで、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内の不要ガスを脱離させるように制御する制御回路（図示せず）と、圧力調整器６２と、流量制御部２０２と、酸素濃度センサ６４が、中央制御部２００に電気的に接続されている。流量制御部２０２は、比例開度弁６５を制御し、酸素流量センサ６６で計測された酸素流量値は、中央制御部２００に送られる。図２に示す中央制御部２００には、酸素流量設定ボタン１０２と、表示部１２８と、電源スイッチ１０１と、表示スイッチ１２８Ｓが電気的に接続されている。
酸素流量設定ボタン１０２は、例えば９０％程度以上に濃縮された酸素を毎分当たり０．２５Ｌ（リットル）から最大で３Ｌまで０．２５Ｌ段階で操作するごとに、酸素流量を設定できる。表示部１２８は、例えば、７セグメント表示の液晶ディスプレイなどの表示装置が利用されている。表示部１２８には、例えば酸素流量、酸素ランプ、警報アイコン（チューブ折れ、加湿器外れ、酸素濃度低下、電源供給停止、バッテリ残量、バッテリ運転中、充電ランプ）、積算時間等の表示項目を表示することができる。
A control circuit for controlling the three-
The oxygen flow
図６に示すコンプレッサ１０は、すでに説明したように圧縮および真空状態を発生させることで真空正圧変動吸着法（ＶＰＳＡ）により、圧縮空気を第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内に送り、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内の吸着剤により圧縮空気中の窒素を吸着させる。コンプレッサ１０の駆動用モータ５３は、直流ブラシレスモータであっても、その他に例えば単相交流誘導モータであっても良いし、単相４極交流同期モータであっても良いし、特に種類は限定されない。
The
次に、上述した酸素濃縮装置１の動作例を説明する。
図６に示す中央制御部２００がモータドライバ２１０に指令して、モータドライバ２１０がコンプレッサ１０の駆動用モータ５３を始動して、駆動用モータ５３の出力軸が連続回転をする。
コンプレッサ１０が動作すると、原料空気は、図２に示す空気取り入れ口５から取り入れられてフィルタ７により塵埃等の不純物を取り除き、内部の配管３７と吸気フィルタ兼消音バッファ３８と配管４０，４１を通じてコンプレッサ１０側に導入される。図２に示すコンプレッサ１０の加圧ポンプ５２が発生する圧縮空気は、配管１５を介して、第１吸着筒体１３と第２吸着筒体３２側に供給できる。
Next, an operation example of the
The
When the
一方、図６に示す中央制御部２００は、モータドライバ２１１に指令を与えてファン３４を回転させる。コンプレッサ１０の加圧ポンプが原料空気を圧縮して圧縮空気を発生する際に、ファン３４の送風により冷却され、しかも配管１５を通る圧縮空気は、ラジエータ１３を通過することで冷却される。そして、圧縮空気は、配管１５と３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃを経て第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内の吸着剤を通過して窒素を吸着することにより、酸素が分離して生成される。製品タンク１１１は、分離して生成された９０％程度以上の濃度の酸素を貯蔵することができる。
On the other hand, the
図６の酸素濃度センサ６４は、バッファ６１からの酸素の濃度の検出を行う。比例開度弁６５は、酸素流量設定ボタン１０２に連動して開閉する。そして、酸素は、酸素出口部１００を経て、鼻カニューレ７０に供給される。これにより、患者は、鼻カニューレ７０を経て例えば最大流量５Ｌ／分の流量で、約９０％程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能である。
温度検出手段としてのサーミスタ３５が、コンプレッサ１０の近傍に配置されている。サーミスタ３５は、装置の運転中にコンプレッサ３５がどの程度加熱しているかを知るための手段であり、サーミスタ３５は、これを制御するための制御部にコンプレッサ３５の現在の温度の計測値を送るために、中央制御部２００と接続されている。
The
A
＜電源切換えのための電源制御例＞
次に、本実施形態の酸素濃縮装置１での電源制御方法の実施形態の一例を説明する。
図７は、電源切換えの説明に必要な主要な電気的構成を示すブロック図であり、図８は制御に係るフローチャート、図９はコンプレッサモータの駆動電流を示している。
既に説明したように、本実施形態の酸素濃縮装置は、据え置き型ではなく、積極的に移動して使用できるように、各種構造を可搬型として最適な形態に改良したものである。
そのため、重要な電源に関して説明する。
電源回路（パワー基板電源回路）３９には、商用電源を導くＡＣアダプタ３０６が取付けられるようになっている。
他方、この電源回路３９には、コネクタを介してバッテリ２０４が取付けられるようになっている。このバッテリは充電可能な二次電池である。
<Example of power control for power switching>
Next, an example of an embodiment of a power supply control method in the
FIG. 7 is a block diagram showing the main electrical configuration necessary for the description of the power supply switching, FIG. 8 is a flowchart relating to control, and FIG. 9 shows the drive current of the compressor motor.
As already described, the oxygen concentrator of this embodiment is not a stationary type, but has various structures improved to an optimal form as a portable type so that it can be actively moved and used.
Therefore, an important power supply will be described.
An
On the other hand, a
商用電源は、プラグ２０３からＡＣアダプタに導かれ、ここで降圧されて装置内部の電源回路３９に導かれる。バッテリ２０４の駆動電流は、コネクタを介して、同様に装置内部の電源回路３９に導かれる。
電源回路３９には、商用電源とバッテリ２０４のいずれかの電源を切換えて利用するためのスイッチ３０５が内蔵されている。電源回路は商用電源からの電流を交流―直流変換する図示しない順変換器をそなえている。
このスイッチ３０５は、後で詳しく説明するように、電流監視部３０１からのコンプレッサ駆動電流の情報に基づいて、スイッチの切換えを行うようになっている。電源回路３９が内蔵するファン駆動回路２１１は、コンプレッサ１０の過熱を防止するための送風ファン３４，３６（図６参照。）を制御する。具体的には、コンプレッサの現在温度についてのサーミスタ３５による計測値が中央制御部２００に送られて、その計測値が電源回路３９内のファン駆動回路２１１に送られる。送風ファンは、コンプレッサ１０のモータ回転数に応じて高い回転数で冷却するが、コンプレッサが回転数を減らしても、このコンプレッサ１０の装置が原料空気から分離した窒素を排出するのに必要なレベルの回転数は維持する特徴がある。
The commercial power is led from the
The
As will be described later in detail, the
モータドライバ３０３は、中央制御部２００の指示を受けて、電源回路が送られる直流電流を用いて、必要とされる酸素の送出に見合った回転数をモータ駆動回路３０４に指示し、コンプレッサ１０のモータ回転数を制御する。
ここで、モータの駆動電流は、図９に示すような特性を有する。
モータドライバ３０３が、モータ駆動回路に供給している電流には、図９にみられるような波形Ｗが生じており、この電流は計には山と谷の部分がある。この谷の部分Ｂでは、電流値が低い。
逆に、山の部分では電流値が高いので、このタイミングで電源回路３９がスイッチ３０５によりバッテリから商用電源等に電源切換えを行うと、電源に大きな負荷を与える。このため、電源回路３９により各種電気部品、例えば、中央制御部２００や送風ファン等の動作に悪影響を与えてしまい、特に精密な中央制御部２００等では、誤動作の原因になる恐れもある。
そこで、電源切換えは、モータ駆動回路へ与えている電流値がボトムになる時点が好ましい。
In response to an instruction from the
Here, the drive current of the motor has characteristics as shown in FIG.
The current supplied from the
On the contrary, since the current value is high at the peak portion, if the
Therefore, the power supply switching is preferably performed when the current value applied to the motor drive circuit reaches the bottom.
図８は電源切換えを説明するためのフローチャートである。この場合、バッテリから商用電源への切換えタイミングを示している。
例えば移動後に、バッテリ私用で運転していた酸素濃装置１を図示しない専用台に移し、図５で説明したように商用電源の利用により継続運転をする場合を説明する。
先ず切換え処理を開始する（ＳＴ１）。
この時、酸素濃縮装置１がバッテリ運転しているかどうかを中央制御部２００は、電源回路３９を通じて確認する（ＳＴ２）。そうでなければ、すなわち、ＳＴ２で否定結果を得れば、装置が運転できている以上商用電源で動いているので、終了する（ＳＴ６）。
FIG. 8 is a flowchart for explaining power supply switching. In this case, the switching timing from the battery to the commercial power source is shown.
For example, a case will be described in which the
First, the switching process is started (ST1).
At this time, the
ＳＴ２で肯定結果を得たら、電源切換えをしなければならない。そこで、中央制御部２００は電源回路３９を介してＡＣアダプタ３０６の電源回路３９への接続の有無を確認する（ＳＴ３）。否定結果を得たらステップ６に進むから先ほど同様終了する。
つまり、ＡＣアダプタ３０６が電気的に接続されていないことになるので、バッテリ２０４の使用を継続する。
If a positive result is obtained in ST2, the power supply must be switched. Therefore,
That is, since the
ＳＴ３で肯定結果を得たら、電流監視部３０１から情報を得る（ＳＴ４）。この情報は図７で説明したモータ駆動回路の駆動電流波形である。
切換えタイミングは、駆動電流波形が２．２Ａ（アンペア）以上であれば、２．２Ａ未満１０ｍｓ（ミリ秒）以上になるまで駆動電流波形を、例えば最大１０秒間監視し、２．２Ａ未満１０ｍｓ以上を満たした時にバッテリからＡＣアダプタに切り替える（ＳＴ４、ＳＴ７）。
１０秒間監視しても、２．２Ａ未満１０ｍｓ以上の条件を満たさなければ１０秒後に強制的にバッテリからＡＣアダプタに切り替える（ＳＴ５）。
このような切換えを行うことにより、ＡＣアダプタの負担を軽くすることができるので、ＡＣアダプタの負担軽減につながる。
以上の方法を用いることにより、酸素濃縮装置１は、商用電流を用いて運転することとし、作業を終了する（ＳＴ８）。
なお、ＳＴ４のアンペア数は、適宜変更できるものとし、使用されている電気・電子製品に応じて、閾値であるアンペア数とその継続時間は変更し得る。
If an affirmative result is obtained in ST3, information is obtained from the current monitoring unit 301 (ST4). This information is the drive current waveform of the motor drive circuit described in FIG.
If the drive current waveform is 2.2 A (ampere) or more, the switching timing is monitored for a maximum of 10 seconds until the drive current waveform is less than 2.2 A and 10 ms (milliseconds), for example, less than 2.2 A and 10 ms or more. When the condition is satisfied, the battery is switched to the AC adapter (ST4, ST7).
Even if monitoring for 10 seconds, if the condition of less than 2.2 A and 10 ms or more is not satisfied, the battery is forcibly switched from the battery to the AC adapter after 10 seconds (ST5).
By performing such switching, the burden on the AC adapter can be reduced, leading to a reduction in the burden on the AC adapter.
By using the above method, the
Note that the amperage of ST4 can be changed as appropriate, and the amperage as a threshold and its duration can be changed according to the electric / electronic product used.
以上説明したように、本実施形態によれば、本発明は、酸素濃縮装置におけるコンプレッサの駆動電流の変動が比較的大きな電気部品の電源供給時に生じる負荷変動を精密な他の電気部品に与えることなく、バッテリ電源と商用電源を切換えることで、正確な動作を可能にした酸素濃縮装置とその電源回路の制御方法を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, the present invention provides load fluctuations that occur when power is supplied to an electrical component with relatively large fluctuations in the compressor drive current in the oxygen concentrator to other precise electrical components. Instead, it is possible to provide an oxygen concentrator capable of accurate operation and a method for controlling the power supply circuit by switching between battery power and commercial power.
図９を参照する。
図９において、電流監視部３０２は、電源回路３９から独立して設けられており、電源切換え判断は電源回路３９の外部で行いその結果を電源回路３９に伝えるようにしている。このような編敬礼も許容される。
また、電源監視部は、中央制御部２００に内蔵してもよいし、モータドライバ３０３に内蔵するようにしてもよい。
Please refer to FIG.
In FIG. 9, the
Further, the power monitoring unit may be built in the
ところで、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形例を採用することができる。上述の本発明の実施形態では、上記本発明の実施形態に記載された事項は、その一部を省略してもよいし、上記で説明しない他の構成と組み合わせることによっても本発明の範囲を逸脱するものではない。
上述した本発明の実施形態では、送風ファンは１つ設けているが、それ以上の数を設けてもよい。あるいは送風ファンの性能や、装置部品の構成によっては、その位置等が異なる場合に、送風ファンは２以上でもよい。
By the way, this invention is not limited to the said embodiment, A various modified example is employable. In the above-described embodiment of the present invention, a part of the matters described in the embodiment of the present invention may be omitted, or the scope of the present invention may be reduced by combining with other configurations not described above. It does not deviate.
In the embodiment of the present invention described above, one blower fan is provided, but a larger number may be provided. Or when the position etc. differ according to the performance of an air blower fan, or the structure of apparatus parts, two or more air blowers may be sufficient.
１・・・酸素濃縮装置、２・・・装置本体、３・・・伸縮ハンドル（ハンドルの例）、４・・・車輪、３５・・・サーミスタ、２００・・・中央制御装置、３０６・・・ＡＣアダプタ、２０４・・・バッテリ３０２・・・電流監視部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
装置内の電気駆動部品に駆動電流を送る上で、商用電源とバッテリとを選択的に利用する電源回路と、
前記電源回路から駆動電流が入力されて、前記コンプレッサの回転動作に必要となる駆動電力として該コンプレッサに与えるためのモータ駆動回路と
を有しており、
前記電源回路により、電源としての商用電源とバッテリとの切換えを行うために前記コンプレッサの駆動電流をモニタする電流変動監視部を有していて、
前記電流監視部が、前記コンプレッサの駆動電流が所定レベルに下がったタイミングで、前記商用電源からの電流を受け取るように電源を切換える構成とした
ことを特徴とする酸素濃縮装置。 An oxygen concentrator that takes in raw material air, compresses it with a compressor, supplies compressed air to an adsorbent and adsorbs oxygen, and sends out the separated oxygen,
A power supply circuit that selectively uses a commercial power source and a battery to send a drive current to an electric drive component in the apparatus;
A motor drive circuit for receiving a drive current from the power supply circuit and providing the compressor with drive power necessary for the rotational operation of the compressor;
The power supply circuit has a current fluctuation monitoring unit that monitors the drive current of the compressor in order to switch between a commercial power source as a power source and a battery,
The oxygen concentrating apparatus, wherein the current monitoring unit is configured to switch a power supply so as to receive a current from the commercial power supply at a timing when the driving current of the compressor is lowered to a predetermined level.
装置内の電気駆動部品に駆動電流を送る上で、商用電源とバッテリとを選択的に利用する電源回路の制御方法であって、
前記コンプレッサの駆動電流を電流監視部でモニタし、
前記電流監視部のモニタ結果に基づいて、前記電源回路が駆動電流として商用電源とバッテリ電源とを切換えて利用する
ことを特徴とする電源回路の制御方法。 Taking in the raw material air, compressing it with a compressor, supplying compressed air to the adsorbent and adsorbing oxygen to send out the separated oxygen, and in the oxygen concentrator,
A method of controlling a power supply circuit that selectively uses a commercial power supply and a battery to send a drive current to an electric drive component in the apparatus,
Monitor the drive current of the compressor with a current monitoring unit,
A method for controlling a power supply circuit, wherein the power supply circuit switches between a commercial power supply and a battery power supply as a drive current based on a monitoring result of the current monitoring unit.
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