JP2018175542A - 酸素濃縮器 - Google Patents

Abstract

【課題】異常個所を特定することで、メンテナンスコストを低減できる酸素濃縮器を提供することを目的とする。
【解決手段】本開示は、吸着剤を充填した複数の吸着筒と、圧縮空気を複数の吸着筒に供給するコンプレッサと、複数の吸着筒から供給される酸素濃縮ガスを貯蔵するタンクと、タンクから酸素濃縮ガスを外部に供給する供給ラインと、複数の吸着筒ごとに設けられる複数の吸気ラインと、複数の吸着筒ごとに設けられる複数の排気ラインと、供給ライン、吸気ライン及び排気ラインのいずれかに設けられる１つ以上の弁とを備える酸素濃縮器である。複数の吸気ラインは、コンプレッサから複数の吸着筒へ圧縮空気を供給する。複数の排気ラインは、複数の吸着筒内の窒素を排気する。また、酸素濃縮器は、弁のうち、少なくとも１つの判定対象弁の異常を判定する判定部を備える。判定部は、コンプレッサの圧力に基づき判定対象弁の異常を判定する。
【選択図】図１

Description

本開示は、酸素濃縮器に関する。

高濃度の酸素を患者等に供給する装置として、酸素濃縮器が使用される。酸素濃縮器として、コンプレッサで圧縮した空気から吸着筒により窒素を吸着除去することで、酸素を濃縮するものが知られている。

このタイプの酸素濃縮器は、上述のコンプレッサや吸着筒の他に、コンプレッサ冷却用のファン、気体を移送するラインに設けられる電磁弁等の機器を備える。また、酸素濃縮器には、これらの機器の異常を検知するための温度センサ、圧力センサ、酸素濃度センサ等の各種のセンサが設けられる（特許文献１参照）。

特開平１１−３４７１２７号公報

特許文献１に開示されるような従来の酸素濃縮器では、各種センサによって、異常警報を発したり、運転を停止したりすることができる。しかし、従来の酸素濃縮器では、異常警報を受けても異常が生じている箇所を特定することができない。例えば、コンプレッサの圧力が異常に高くなった場合に警報が出されても、コンプレッサの異常なのか電磁弁の異常なのか識別できない。同様に、コンプレッサの温度が異常に高くなった場合に、コンプレッサの異常なのか冷却ファンの異常なのか識別できない。

そのため、従来の酸素濃縮器では、メンテナンスにおいて異常個所を特定する作業が必要となる。その結果、メンテナンスにおける作業時間の増大、ひいてはメンテナンスコスト増加が避けられない。

本開示の一局面は、異常個所を特定することで、メンテナンスコストを低減できる酸素濃縮器を提供することを目的とする。

本開示の一態様は、吸着剤を充填した複数の吸着筒と、圧縮空気を複数の吸着筒に供給するコンプレッサと、複数の吸着筒から供給される酸素濃縮ガスを貯蔵するタンクと、タンクから酸素濃縮ガスを外部に供給する供給ラインと、複数の吸着筒ごとに設けられる複数の吸気ラインと、複数の吸着筒ごとに設けられる複数の排気ラインと、供給ライン、吸気ライン及び排気ラインのいずれかに設けられる１つ以上の弁とを備える酸素濃縮器である。吸着剤は、窒素を優先的に吸着する。複数の吸気ラインは、コンプレッサから複数の吸着筒へ圧縮空気を供給する。複数の排気ラインは、複数の吸着筒内の窒素を排気する。また、酸素濃縮器は、弁のうち、少なくとも１つの判定対象弁の異常を判定する判定部を備える。判定部は、コンプレッサの圧力に基づき判定対象弁の異常を判定する。

このような構成によれば、従来から用いられている圧力センサにより酸素濃縮器の各種弁の異常をそれぞれ判定できる。この判定のデータを用いることで、メンテナンス時に異常個所の特定が容易に行える。その結果、新たなセンサ等を追加することなくメンテナンスコストを低減できる。

本開示の一態様では、判定対象弁は、複数の排気ラインにそれぞれ設けられる排気切替弁であってもよい。また、判定部は、排気切替弁が対応する吸着筒に圧縮空気が供給される工程においてコンプレッサの圧力が一定値未満の場合、又は排気切替弁が対応する吸着筒に圧縮空気の供給が開始された直後にコンプレッサの圧力が一定値を超える場合に、排気切替弁が異常であると判定してもよい。このような構成によれば、複数の排気切替弁の異常判定を容易かつ確実に行うことができる。

本開示の一態様では、判定対象弁は、複数の吸気ラインにそれぞれ設けられる吸気切替弁であってもよい。また、判定部は、吸気切替弁が対応する吸着筒に圧縮空気が供給される工程においてコンプレッサの圧力の増加速度が一定値を超える場合、又は吸気切替弁が対応する吸着筒に圧縮空気が供給されない工程においてコンプレッサの圧力が一定値未満の場合に、吸気切替弁が異常であると判定してもよい。このような構成によれば、複数の吸気切替弁の異常判定を容易かつ確実に行うことができる。

本開示の一態様では、判定対象弁は、供給ラインに設けられると共に、酸素濃縮ガスが供給される使用者の呼気に同調して開閉する呼気同調弁であってもよい。判定部は、呼気同調弁に開指示がなされてもコンプレッサ及びタンクの少なくとも一方の圧力が減少しない場合、又は呼気同調弁に閉指示がなされてもコンプレッサ及びタンクの少なくとも一方の圧力が増加しない場合に、呼気同調弁が異常であると判定してもよい。このような構成によれば、呼気同調弁の異常判定を容易かつ確実に行うことができる。

本開示の一態様では、判定部は、コンプレッサ及びタンクの圧力に加え、呼気同調弁に閉指示がなされた際の、酸素濃縮ガスの流れ方向における呼気同調弁よりも下流側の圧力の変動量に基づき、呼気同調弁の異常判定を行ってもよい。このような構成によれば、呼気同調弁の異常判定をより確実に行うことができる。

本開示の別の態様は、吸着剤を充填した複数の吸着筒と、圧縮空気を複数の吸着筒に供給するコンプレッサと、複数の吸着筒から供給される酸素濃縮ガスを貯蔵するタンクと、タンクから酸素濃縮ガスを外部に供給する供給ラインと、複数の吸着筒ごとに設けられる複数の吸気ラインと、複数の吸着筒ごとに設けられる複数の排気ラインと、供給ライン、吸気ライン及び排気ラインのいずれかに設けられる１つ以上の弁とを備える酸素濃縮器である。吸着剤は、窒素を優先的に吸着する。複数の吸気ラインは、コンプレッサから複数の吸着筒へ圧縮空気を供給する。複数の排気ラインは、複数の吸着筒内の窒素を排気する。また、酸素濃縮器は、コンプレッサを冷却するファンと、ファンの異常を判定する判定部とを備える。判定部は、ファンに回転指示がなされ、かつコンプレッサの温度が一定値以上の場合に、ファンが異常であると判定する。

このような構成によれば、従来から用いられている温度センサにより冷却ファンの異常を判定できる。この判定データを用いることで、メンテナンス時に異常個所の特定が容易に行える。その結果、新たなセンサ等を追加することなくメンテナンスコストを低減できる。

実施形態の酸素濃縮器の構成を概略的に示すブロック図である。 図１の酸素濃縮器の判定部が実行する排気切替弁の異常判定処理を概略的に示すフロー図である。 図１の酸素濃縮器の判定部が実行する排気切替弁の別の異常判定処理を概略的に示すフロー図である。 図１の酸素濃縮器の判定部が実行する吸気切替弁の異常判定処理を概略的に示すフロー図である。 図１の酸素濃縮器の判定部が実行する吸気切替弁の別の異常判定処理を概略的に示すフロー図である。 図１の酸素濃縮器の判定部が実行する呼気同調弁の異常判定処理を概略的に示すフロー図である。 図１の酸素濃縮器の判定部が実行する呼気同調弁の異常判定で用いる圧力の変動グラフの一例である。 図１の酸素濃縮器の判定部が実行するファンの異常判定処理を概略的に示すフロー図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示す酸素濃縮器１は、２つの吸着筒２Ａ，２Ｂと、コンプレッサ３と、ファン４と、タンク５と、制御部６とを主に備える。

また、酸素濃縮器１は、供給ライン１１と、２つの排気ライン１２Ａ，１２Ｂと、２つの吸気ライン１３Ａ，１３Ｂと、２つのタンク移送ライン１４Ａ，１４Ｂと、パージライン１５と、これらのラインのいずれかに設けられる複数の弁とを備える。

さらに、酸素濃縮器１は、コンプレッサ圧力センサ３１と、コンプレッサ温度センサ３２と、タンク圧力センサ３３と、酸素センサ３４と、呼気検知センサ３５と、環境温度センサ３６と、大気圧センサ３７とを備える。

＜吸着筒＞
２つの吸着筒２Ａ，２Ｂは、それぞれ内部に窒素を優先的に吸着する吸着剤が充填されている。この吸着剤としては、公知のものが使用できる。

２つの吸着筒２Ａ，２Ｂは、コンプレッサ３から給気される圧縮空気中の窒素を吸着し、酸素濃縮ガスを生成する。また、吸着剤が吸着した窒素は、減圧により外部に排気される。これにより、吸着剤は再生される。

＜コンプレッサ＞
コンプレッサ３は、圧縮空気を２つの吸着筒２Ａ，２Ｂのどちらか一方に供給する。具体的には、コンプレッサ３は、フィルタ７を介して空気を取り込み、圧縮した空気を２つの吸気ライン１３Ａ，１３Ｂのどちらか一方に圧送する。吸気ラインの切替は、後述する２つの吸気切替弁２２Ａ，２２Ｂによって行われる。

また、コンプレッサ３には、コンプレッサ３の温度を測定するコンプレッサ温度センサ３２が設けられている。コンプレッサ温度センサ３２は、例えばコンプレッサ３の制御基板に取り付けられている。コンプレッサ３は、制御部６により制御される。

＜ファン＞
ファン４は、電力により回転し、運転中のコンプレッサ３を冷却する。ファン４は、コンプレッサ３の近傍に配置される。ファン４は、制御部６により制御される。

＜タンク＞
タンク５は、２つの吸着筒２Ａ，２Ｂから供給される酸素濃縮ガスを貯蔵する耐圧容器である。タンク５には、後述する２つのタンク移送ライン１４Ａ，１４Ｂと、供給ライン１１とが接続されている。

＜制御部＞
制御部６は、弁を含む各機器の動作を制御するための信号を出力すると共に、各センサからの計測値を受信する装置である。制御部６は、例えば入出力部を備えるマイクロコンピュータにより構成される。

また、制御部６は、各機器の異常を判定する判定部６Ａを有する。
本実施形態では、判定部６Ａは、酸素濃縮器１が備える複数の弁のうち、複数の判定対象弁の異常と、ファン４の異常とを少なくとも判定する。また、判定部６Ａは、異常の判定に基づいて警告を出力する。具体的な判定手順については、後述する。なお、制御部６は、異常判定の記録を保存する記憶装置又は／及び異常判定の記録を無線等により出力する出力装置を有する。

＜供給ライン＞
供給ライン１１は、タンク５から酸素濃縮ガスを外部（つまり患者等）に供給する。供給ライン１１には、酸素濃縮ガスの流れ方向における上流側から、呼気同調弁２３、バクテリアフィルタ９、酸素センサ３４、及び火災防止器１０がこの順に設けられている。

また、供給ライン１１には、使用者の呼気を検知する公知の呼気検知センサ３５が取り付けられている。呼気同調弁２３は、呼気検知センサ３５の信号に基づき、制御部６により開閉操作される電磁弁である。つまり、呼気同調弁２３は、酸素濃縮ガスが供給される使用者の呼気に同調して開閉する。

＜排気ライン＞
２つの排気ライン１２Ａ，１２Ｂは、２つの吸着筒２Ａ，２Ｂごとに設けられている。２つの排気ライン１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ、対応する吸着筒２Ａ，２Ｂ内の窒素及び水分を外部へ放出する。

２つの排気ライン１２Ａ，１２Ｂの切替は、これらの排気ラインに１つずつ設けられた２つの排気切替弁２１Ａ，２１Ｂにより行われる。２つの排気切替弁２１Ａ，２１Ｂは、電磁弁であり、制御部６により開閉操作される。

また、２つの排気ライン１２Ａ，１２Ｂは、窒素の流れ方向における下流側で合流し、サイレンサー８に接続されている。２つの吸着筒２Ａ，２Ｂから排出された窒素はサイレンサー８を介して外部に排気される。

＜吸気ライン＞
２つの吸気ライン１３Ａ，１３Ｂは、２つの吸着筒２Ａ，２Ｂごとに設けられている。２つの吸気ライン１３Ａ，１３Ｂは、それぞれ、コンプレッサ３から対応する吸着筒２Ａ，２Ｂへ圧縮された空気を供給する。

２つの吸気ライン１３Ａ，１３Ｂの切替は、これらの吸気ラインに１つずつ設けられた２つの吸気切替弁２２Ａ，２２Ｂにより行われる。２つの吸気切替弁２２Ａ，２２Ｂは、電磁弁であり、制御部６により開閉操作される。

また、２つの吸気ライン１３Ａ，１３Ｂは、コンプレッサ３の出口では同じ配管を共有し、下流側で２つの独立した配管に分岐する。２つの吸気切替弁２２Ａ，２２Ｂは、分岐後の配管に設けられている。

さらに、２つの吸気ライン１３Ａ，１３Ｂの圧縮空気の流れ方向における下流側（つまり、吸着筒２Ａ，２Ｂに接続される側）は、それぞれ、２つの排気ライン１２Ａ，１２Ｂと合流している。つまり、２つの吸気ライン１３Ａ，１３Ｂと２つの排気ライン１２Ａ，１２Ｂとは、一部の配管が共有されている。

＜タンク移送ライン＞
２つのタンク移送ライン１４Ａ，１４Ｂは、２つの吸着筒２Ａ，２Ｂごとに設けられている。２つのタンク移送ライン１４Ａ，１４Ｂは、それぞれ、対応する吸着筒２Ａ，２Ｂから排出される酸素濃縮ガスをタンク５に移送する。

２つのタンク移送ライン１４Ａ，１４Ｂは、酸素濃縮ガスの流れ方向における下流側で合流し、その下流側でタンク５に接続されている。また、２つのタンク移送ライン１４Ａ，１４Ｂには、それぞれ逆止弁２５Ａ，２５Ｂが設けられている。

＜パージライン＞
パージライン１５は、逆止弁２５Ａ，２５Ｂよりも上流側で２つのタンク移送ライン１４Ａ，１４Ｂを連結する。パージライン１５には、パージ弁２４が設けられている。パージ弁２４は、制御部６により開閉操作される電磁弁である。また、パージライン１５には、パージ弁２４を挟んで１対のオリフィス１５Ａが設けられている。

＜圧力センサ＞
コンプレッサ圧力センサ３１は、コンプレッサ３から吐出される圧縮空気の圧力を測定し、制御部６に出力する。コンプレッサ圧力センサ３１は、コンプレッサ３の吐出口近傍に設置される。

タンク圧力センサ３３は、タンク５内の圧力を測定し、制御部６に出力する。
大気圧センサ３７は、酸素濃縮器１が使用される環境下での大気圧を測定し、制御部６に出力する。

＜温度センサ＞
コンプレッサ温度センサ３２は、コンプレッサ３の外部温度を測定し、制御部６に出力する。また、環境温度センサ３６は、酸素濃縮器１が使用される環境下での温度を測定し、制御部６に出力する。

＜酸素センサ＞
酸素センサ３４は、供給ライン１１において使用者に供給される酸素濃縮ガスの酸素濃度を測定し、制御部６に出力する。

＜呼気検知センサ＞
呼気検知センサ３５は、供給ライン１１の圧力により使用者の呼気を検知し、制御部６に出力する。

［１−２．酸素濃縮工程］
ここでは、酸素濃縮器１による酸素濃縮工程について説明する。
＜Ｔ０工程＞
この工程では、第２吸着筒２Ｂから酸素濃縮ガスがパージライン１５を介して第１吸着筒２Ａに送られ、第１吸着筒２Ａが昇圧される。また、同時に、第２吸着筒２Ｂからタンク５に酸素濃縮ガスが移送される。さらに、コンプレッサ３から吸気ライン１３Ａを介して第１吸着筒２Ａに圧縮空気が送られる。

＜Ｔ１工程＞
この工程では、パージ弁２４が閉じられ、第２吸着筒２Ｂから第１吸着筒２Ａへの酸素濃縮ガスの供給が停止する。第１吸着筒２Ａでは、圧縮空気から酸素濃縮ガスが生成される。

＜Ｔ２工程＞
この工程では、第２吸着筒２Ｂからタンク５への酸素濃縮ガスの移送が停止されると共に、第２吸着筒２Ｂ内の窒素が排気ライン１２Ｂを介して排気される。また、第１吸着筒２Ａからタンク５への酸素濃縮ガスの移送が開始される。

＜Ｔ３工程＞
この工程では、Ｔ２工程の状態から、さらに第１吸着筒２Ａからパージ用の酸素濃縮ガスがパージライン１５を介して第２吸着筒２Ｂに送られる。

＜Ｔ４工程＞
この工程では、第２吸着筒２Ｂ内の窒素の排気が停止される。第１吸着筒２Ａからタンク５及び第２吸着筒２Ｂへの酸素濃縮ガスの移送は継続される。

＜Ｔ５工程＞
この工程では、圧縮空気の吸気先が第１吸着筒２Ａから第２吸着筒２Ｂへ切替られる。なお、以下のＴ５〜Ｔ９工程は、Ｔ０〜Ｔ４工程に対し、第１吸着筒２Ａと第２吸着筒２Ｂとの役割を反転したものである。

＜Ｔ６工程＞
この工程では、パージ弁２４が閉じられ、第１吸着筒２Ａから第２吸着筒２Ｂへの酸素濃縮ガスの供給が停止する。第２吸着筒２Ｂでは、圧縮空気から酸素濃縮ガスが生成される。

＜Ｔ７工程＞
この工程では、第１吸着筒２Ａからタンク５への酸素濃縮ガスの移送が停止されると共に、第１吸着筒２Ａ内の窒素が排気ライン１２Ａを介して排気される。また、第２吸着筒２Ｂからタンク５への酸素濃縮ガスの移送が開始される。

＜Ｔ８工程＞
この工程では、Ｔ７工程の状態から、さらに第２吸着筒２Ｂからパージ用の酸素濃縮ガスがパージライン１５を介して第１吸着筒２Ａに送られる。

＜Ｔ９工程＞
この工程では、第１吸着筒２Ａ内の窒素の排気が停止される。第２吸着筒２Ｂからタンク５及び第１吸着筒２Ａへの酸素濃縮ガスの移送は継続される。Ｔ９工程の後は、Ｔ０工程に戻り、Ｔ０〜Ｔ９工程が繰り返される。

［１−３．処理］
以下、図２から図８のフロー図を参照しつつ、酸素濃縮器１の判定部６Ａが実行する処理について説明する。

＜排気切替弁の異常判定＞
以下では、判定部６Ａの判定対象弁を排気切替弁２１Ａとした場合の異常判定処理について説明するが、判定処理を排気切替弁２１Ｂとした場合の異常判定処理も対応する工程が変わる以外は同様である。また、排気切替弁２１Ａの異常判定処理と排気切替弁２１Ｂの異常判定処理とは並列して行うことができる。

（閉故障）
図２は、排気切替弁２１Ａの閉状態に対する異常判定処理のフロー図である。ここで、排気切替弁２１Ａが閉状態となる条件であるにも関わらず、排気切替弁２１Ａが閉状態となっていない場合を排気切替弁２１Ａの閉故障という。
まず、判定部６Ａは、排気切替弁２１Ａが対応する吸着筒２Ａに圧縮空気が供給される工程（つまり、排気切替弁２１Ａに閉指示が出される工程）かどうかを判定する（ステップＳ１１）。

本実施形態の判定部６Ａは、具体的にはステップＳ１１でＴ０、Ｔ１、Ｔ４工程かどうかを判定する。Ｔ２、Ｔ３工程でも吸着筒２Ａに圧縮空気が供給されるが、これらの工程では吸気切替弁２２Ｂに異常があった場合との区別が容易でない場合がある。そのため、判定部６Ａは、他方の排気切替弁２１Ｂが閉じられ（つまり、他方の吸着筒２Ｂから窒素が排出されず）、かつ吸着筒２Ａに圧縮空気が供給されるＴ０、Ｔ１、Ｔ４工程かどうかを判定するとよい。これらの工程ではない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、判定部６Ａは以下のステップＳ１２〜Ｓ１６をスキップして処理を終了する。

なお、後述する排気切替弁２１Ａの開故障判定と条件が重複しないように、判定部６Ａは、ステップＳ１１において、Ｔ０工程に移行してから一定時間（例えば５００ｍｓｅｃ）以内はＴ０工程に該当しない（Ｓ１１：ＮＯ）と識別することが好ましい。

一方、Ｔ０、Ｔ１、Ｔ４工程である場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、判定部６Ａはコンプレッサ圧力センサ３１の圧力が一定値（例えば２０ｋＰａ）以上か判定する（ステップＳ１２）。圧力が一定値以上の場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、判定部６Ａは、排気切替弁２１Ａの閉故障判定カウンタをクリアし、処理を終了する。

一方、圧力が一定値未満の場合（Ｓ１２：ＮＯ）、判定部６Ａは排気切替弁２１Ａの閉故障判定カウンタをインクリメントする（ステップＳ１４）。さらに、判定部６Ａは、排気切替弁２１Ａの閉故障判定カウンタが一定時間（例えば２ｓｅｃ）以上継続しているか判定する（ステップＳ１５）。

カウンタの継続が一定時間未満の場合（Ｓ１５：ＮＯ）、判定部６Ａはそのまま処理を終了する。一方、カウンタが一定時間以上継続している場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、判定部６Ａは、排気切替弁２１Ａの閉故障が確定と判定し（ステップＳ１６）、その後処理を終了する。

上述の排気切替弁２１Ａ又は排気切替弁２１Ｂの閉状態に対する異常判定処理は、判定部６Ａによって、定期的に繰り返して実行される。異常判定処理の周期は例えば１ｍｓｅｃである。

（開故障）
図３は、排気切替弁２１Ａの開状態に対する異常判定処理のフロー図である。ここで、排気切替弁２１Ａが開状態となる条件であるにも関わらず、排気切替弁２１Ａが開状態となっていない場合を排気切替弁２１Ａの開故障という。
まず、判定部６Ａは、排気切替弁２１Ａが対応する吸着筒２Ａに圧縮空気の供給が開始された直後かどうかを判定する（ステップＳ２１）。具体的には、判定部６Ａは、Ｔ０工程に移行してから一定時間（例えば５００ｍｓｅｃ）以内かどうかをステップＳ２１で判定する。判定部６Ａは、この条件が満たされない場合（Ｓ２１：ＮＯ）は、以下のステップＳ２２〜Ｓ２６をスキップして処理を終了する。

一方、上記条件が満たされる場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、判定部６Ａはコンプレッサ圧力センサ３１の圧力が一定値（例えば２０ｋＰａ）以下か判定する（ステップＳ２２）。圧力が一定値以下の場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、判定部６Ａは、排気切替弁２１Ａの開故障判定カウンタをクリアし、処理を終了する。

一方、圧力が一定値を超える場合（Ｓ２２：ＮＯ）、吸着筒２Ａから窒素が排出されるＴ７，Ｔ８工程において排気切替弁２１Ａが開いておらず、吸着筒２Ａから窒素が排出されていないと判断される。そのため、判定部６Ａは排気切替弁２１Ａの開故障判定カウンタをインクリメントする（ステップＳ２４）。判定部６Ａは、その後のステップＳ２５，Ｓ２６によって、開故障の確定を判定する。また、判定部６Ａは、排気切替弁２１Ａの開状態に対する異常判定処理を定期的に繰り返す。

なお、吸気切替弁２２Ａの開故障の場合でも排気切替弁２１Ａの開故障と同様のコンプレッサ圧力の上昇現象が発生する。しかし、吸気切替弁２２Ａの開故障の場合は、吸着筒２Ａやタンク５に吸気できないためコンプレッサ圧力の上がり方が排気切替弁２１Ａの開故障とは異なる。そのため、両者の区別が可能である。具体的には、後述の吸気切替弁の開故障の判定処理において、圧力の増加速度を判定値に用いると共に、開故障判定カウンタの継続判定時間（つまり閾値）を排気切替弁の場合よりも短くする。

＜吸気切替弁の異常判定＞
以下では、判定部６Ａの判定対象弁を吸気切替弁２２Ａとした場合の異常判定処理について説明するが、判定処理を吸気切替弁２２Ｂとした場合の異常判定処理も対応する工程が変わる以外は同様である。また、吸気切替弁２２Ａの異常判定処理と吸気切替弁２２Ｂの異常判定処理とは並列して行うことができる。

（開故障）
図４は、吸気切替弁２２Ａの開状態に対する異常判定処理のフロー図である。ここで、吸気切替弁２２Ａが開状態となる条件であるにも関わらず、吸気切替弁２２Ａが開状態となっていない場合を吸気切替弁２２Ａの開故障という。
まず、判定部６Ａは、吸気切替弁２２Ａが対応する吸着筒２Ａに圧縮空気が供給される工程（つまり、吸気切替弁２２Ａに開指示が出される工程）かどうかを判定する（ステップＳ３１）。具体的には、判定部６Ａは、Ｔ０〜Ｔ４工程かどうかを判定する。

圧縮空気が供給される工程ではない場合（Ｓ３１：ＮＯ）、判定部６Ａは以下のステップＳ３２〜Ｓ３６をスキップして処理を終了する。
一方、圧縮空気が供給される工程の場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、判定部６Ａはコンプレッサ圧力センサ３１の圧力の増加速度が一定値（例えば５０ｋＰａ／ｓ）以下か判定する（ステップＳ３２）。圧力の増加速度が一定値以下の場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、判定部６Ａは、吸気切替弁２２Ａの開故障判定カウンタをクリアし、処理を終了する。

一方、圧力の増加速度が一定値を超える場合（Ｓ３２：ＮＯ）、判定部６Ａは吸気切替弁２２Ａの開故障判定カウンタをインクリメントする（ステップＳ３４）。さらに、判定部６Ａは、吸気切替弁２２Ａの開故障判定カウンタが一定時間（例えば１ｓｅｃ）以上継続しているか判定する（ステップＳ３５）。

カウンタの継続が一定時間未満の場合（Ｓ３５：ＮＯ）、判定部６Ａはそのまま処理を終了する。一方、カウンタが一定時間以上継続している場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）、判定部６Ａは、吸気切替弁２２Ａの開故障が確定と判定し（ステップＳ３６）、その後処理を終了する。また、判定部６Ａは、吸気切替弁２２Ａの開状態に対する異常判定処理を定期的に繰り返す。

（閉故障）
図５は、吸気切替弁２２Ａの閉状態に対する異常判定処理のフロー図である。ここで、吸気切替弁２２Ａが閉状態となる条件であるにも関わらず、吸気切替弁２２Ａが閉状態となっていない場合を吸気切替弁２２Ａの閉故障という。
まず、判定部６Ａは、吸気切替弁２２Ａが対応する吸着筒２Ａに圧縮空気が供給されない工程（つまり、吸気切替弁２２Ａに閉指示が出される工程）かどうかを判定する（ステップＳ４１）。

本実施形態の判定部６Ａは、具体的にはステップＳ４１でＴ７，Ｔ８工程かどうかを判定する。Ｔ５、Ｔ６、Ｔ９工程でも吸着筒２Ａには圧縮空気が供給されないが、これらの工程では排気切替弁２１Ａに異常があった場合との区別が容易でない場合がある。そのため、判定部６Ａは、排気切替弁２１Ａが開かれ（つまり、吸着筒２Ａから窒素が排出され）、かつ他方の吸着筒２Ｂに圧縮空気が供給されるＴ７、Ｔ８工程かどうかを判定するとよい。これらの工程ではない場合（Ｓ４１：ＮＯ）、判定部６Ａは以下のステップＳ４２〜Ｓ４７をスキップして処理を終了する。

一方、圧縮空気が供給される工程である場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、判定部６Ａはコンプレッサ圧力センサ３１の圧力が一定値（例えば２０ｋＰａ）以上か判定する（ステップＳ４２）。圧力が一定値以上の場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、判定部６Ａは、吸気切替弁２２Ａの閉故障判定カウンタをクリアし、処理を終了する。

一方、圧力が一定値未満の場合（Ｓ４２：ＮＯ）、判定部６Ａは排気切替弁２１Ｂ（つまり、判定対象の吸気切替弁２２Ａが対応する吸着筒２Ａとは異なる吸着筒２Ｂに対応する排気切替弁）の閉故障の有無を判定する（ステップＳ４４）。排気切替弁２１Ｂに閉故障がある場合（Ｓ４４：ＹＥＳ）、判定部６Ａはそのまま処理を終了する。

一方、排気切替弁２１Ｂに閉故障がない場合（Ｓ４４：ＮＯ）、判定部６Ａは吸気切替弁２２Ａの閉故障判定カウンタをインクリメントする（ステップＳ４５）。判定部６Ａは、その後のステップＳ４６，Ｓ４７によって、閉故障の確定を判定する。また、判定部６Ａは、吸気切替弁２２Ａの閉状態に対する異常判定処理を定期的に繰り返す。

＜呼気同調弁の異常判定＞
以下では、判定部６Ａの判定対象弁を呼気同調弁２３とした場合の異常判定処理について説明する。本実施形態では、第一の判定処理と、第二の判定処理とを組み合わせて用いる。

（第一の判定処理）
図６は、呼気同調弁２３に対する第一の判定処理のフロー図である。
まず、判定部６Ａは、呼気同調弁２３に開閉のいずれの支持がされているか判定する（ステップＳ５１）。開指示の場合（Ｓ５１：開指示）、判定部６Ａはコンプレッサ圧力センサ３１及びタンク圧力センサ３３の圧力が共に減少しているか判定する（ステップＳ５２）。両方の圧力が共に減少している場合（Ｓ５２：ＹＥＳ）、判定部６Ａは呼気同調弁２３の故障判定カウンタをクリアし、処理を終了する。

一方、ステップＳ５１において閉指示の場合（Ｓ５１：閉指示）、判定部６Ａはコンプレッサ圧力センサ３１及びタンク圧力センサ３３の圧力が共に増加しているか判定する（ステップＳ５４）。両方の圧力が共に増加している場合（Ｓ５４：ＹＥＳ）、判定部６Ａは呼気同調弁２３の故障判定カウンタをクリアし、処理を終了する。

ステップＳ５２において少なくとも一方の圧力が減少していない場合（Ｓ５２：ＮＯ）、又はステップＳ５４において少なくとも一方の圧力が増加していない場合（Ｓ５４：ＮＯ）、判定部６Ａは呼気同調弁２３の故障判定カウンタをインクリメントする（ステップＳ５６）。さらに、判定部６Ａは、呼気同調弁２３の故障判定カウンタが一定時間（例えば２ｓｅｃ）以上継続しているか判定する（ステップＳ５７）。

カウンタの継続が一定時間未満の場合（Ｓ５７：ＮＯ）、判定部６Ａはそのまま処理を終了する。一方、カウンタが一定時間以上継続している場合（Ｓ５７：ＹＥＳ）は、判定部６Ａは、呼気同調弁２３の故障が確定と判定し（ステップＳ５８）、その後処理を終了する。

（第二の判定処理）
呼気同調弁２３に対する第二の判定処理では、判定部６Ａは、呼気同調弁２３に閉指示がなされた際の、酸素濃縮ガスの流れ方向における呼気同調弁２３よりも下流側の圧力の変動量に基づき、呼気同調弁２３の異常判定を行う。

具体的には、判定部６Ａは、呼気同調弁２３に閉指示をした後の一定の判定期間において、呼気検知センサ３５が測定した圧力に図７に示すようなスパイク状の変動（つまりピーク）が存在するかどうかを判定する。判定部６Ａは、上記変動が存在する場合、正常と判定し、上記変動が存在しない場合、異常と判定する。なお、スパイク状の変動の存在を判定する期間は、開指示から数ｍｓｅｃとされる。

なお、第二の判定処理によって異常が判定されても、それだけでは呼気同調弁２３の故障と呼気検知センサ３５との故障との区別はできない。そのため、第二の判定処理は、第一の判定処理と組み合わせて用いる必要がある。

また、第一の判定処理に第二の判定処理を組み合わせることで、より正確な判定ができる。すなわち、第一の判定処理及び第二の判定処理で共に異常が判定された場合は、高い精度で呼気同調弁２３の異常が判断できる。

一方、第一の判定処理の判定が異常にもかかわらず、第二の判定処理の判定が正常の場合は、複合的な故障が考えられる。この複合的な故障としては、使用者の呼吸によるノイズ、複数の機器の同時故障等が挙げられ、呼気同調弁２３が故障していないケースも含まれうる。また、第一の判定処理の判定が正常で、第二の判定処理の判定が異常の場合は、呼気検知センサ３５の故障と診断することができる。

＜ファンの異常判定＞
以下では、判定部６Ａによるファン４の異常判定処理について説明する。図８は、ファン４に対する異常判定処理のフロー図である。

まず、判定部６Ａは、ファン４に回転指示が出されているか判定する（ステップＳ６１）。回転指示が出されていない場合（Ｓ６１：ＮＯ）は、判定部６Ａはファン４の故障判定カウンタをクリアし（ステップＳ６５）、処理を終了する。

一方、回転指示が出されている場合（Ｓ６１：ＹＥＳ）、判定部６Ａは、ファン供給電圧が一定値（例えば１２Ｖ）以上であり、かつ環境温度センサ３６から得られる室温が一定値（例えば４０℃）未満であるか判定する（ステップＳ６２）。いずれかの条件が満たされない場合（Ｓ６２：ＮＯ）、判定部６ＡはステップＳ６５を実行し、処理を終了する。なお、ステップＳ６２は、コンプレッサ３が適切な環境下で使用されているかを判断するための処理である。

一方、両方の条件を満たす場合（Ｓ６２：ＹＥＳ）、判定部６Ａはコンプレッサ温度センサ３２の温度が一定値（例えば７０℃）以上であるか判定する（ステップＳ６３）。温度が一定値未満の場合（Ｓ６３：ＮＯ）、判定部６ＡはステップＳ６５を実行し、処理を終了する。

一方、温度が一定値以上である場合、判定部６Ａはファン４の故障判定カウンタをインクリメントする（ステップＳ６４）。さらに、判定部６Ａは、ファン４の故障判定カウンタが一定時間（例えば２ｓｅｃ）以上継続しているか判定する（ステップＳ６６）。

カウンタの継続が一定時間未満の場合（Ｓ６６：ＮＯ）、判定部６Ａはそのまま処理を終了する。一方、カウンタが一定時間以上継続している場合（Ｓ６６：ＹＥＳ）は、判定部６Ａは、ファン４の故障が確定と判定し（ステップＳ６７）、その後処理を終了する。また、判定部６Ａは、ファン４の異常判定処理を定期的に繰り返す。

［１−４．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）従来から用いられている圧力センサや温度センサ等により酸素濃縮器の各種弁及びコンプレッサ用のファンの異常をそれぞれ判定できる。この判定のデータを用いることで、メンテナンス時に異常個所の特定が容易に行える。その結果、新たなセンサ等を追加することなくメンテナンスコストを低減できる。

（１ｂ）呼気同調弁２３の異常判定においては、コンプレッサ３及びタンク５の圧力に基づいた判定処理と、呼気検知センサによる圧力変動に基づいた判定処理とを組み合わせるので、精度の高い判定を行うことができる。

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（２ａ）上記実施形態の酸素濃縮器１において、上述した全ての異常判定処理を必ずしも行う必要はない。したがって、特定の弁（例えば排気切替弁）の異常判定処理のみを行ってもよいし、ファンの異常判定処理のみを行ってもよい。また、上述した以外の弁について異常判定処理を行ってもよい。

（２ｂ）上記実施形態の酸素濃縮器１において、吸着筒の数は２に限定されない。したがって、酸素濃縮器１は、３以上の吸着筒を備えてもよい。この場合、排気切替弁、吸気切替弁等も吸着筒の数に合わせて設けられる。

（２ｃ）上記実施形態の酸素濃縮器１において、呼気同調弁２３の異常判定は、第一の判定処理のみで行ってもよい。判定部６Ａは、第一の判定処理のみでも呼気同調弁２３の異常を検出することができる。

（２ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…酸素濃縮器、２Ａ，２Ｂ…吸着筒、３…コンプレッサ、４…ファン、５…タンク、
６…制御部、６Ａ…判定部、７…フィルタ、８…サイレンサー、
９…バクテリアフィルタ、１０…火災防止器、１１…供給ライン、
１２Ａ，１２Ｂ…排気ライン、１３Ａ，１３Ｂ…吸気ライン、
１４Ａ，１４Ｂ…タンク移送ライン、１５…パージライン、１５Ａ…オリフィス、
２１Ａ，２１Ｂ…排気切替弁、２２Ａ，２２Ｂ…吸気切替弁、２３…呼気同調弁、
２４…パージ弁、２５Ａ，２５Ｂ…逆止弁、３１…コンプレッサ圧力センサ、
３２…コンプレッサ温度センサ、３３…タンク圧力センサ、３４…酸素センサ、
３５…呼気検知センサ、３６…環境温度センサ、３７…大気圧センサ。

Claims (6)

1. 窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した複数の吸着筒と、
   圧縮空気を前記複数の吸着筒に供給するコンプレッサと、
   前記複数の吸着筒から供給される酸素濃縮ガスを貯蔵するタンクと、
   前記タンクから前記酸素濃縮ガスを外部に供給する供給ラインと、
   前記複数の吸着筒ごとに設けられ、前記コンプレッサから前記複数の吸着筒へ前記圧縮空気を供給する複数の吸気ラインと、
   前記複数の吸着筒ごとに設けられ、前記複数の吸着筒内の窒素を排気する複数の排気ラインと、
   前記供給ライン、前記複数の吸気ライン及び前記複数の排気ラインのいずれかに設けられる１つ以上の弁と、
   を備える酸素濃縮器であって、
   前記弁のうち、少なくとも１つの判定対象弁の異常を判定する判定部を備え、
   前記判定部は、前記コンプレッサの圧力に基づき前記判定対象弁の異常を判定する、酸素濃縮器。
2. 前記判定対象弁は、前記複数の排気ラインにそれぞれ設けられる排気切替弁であり、
   前記判定部は、
   前記排気切替弁が対応する前記吸着筒に前記圧縮空気が供給される工程において前記コンプレッサの圧力が一定値未満の場合、又は
   前記排気切替弁が対応する前記吸着筒に前記圧縮空気の供給が開始された直後に前記コンプレッサの圧力が一定値を超える場合に、
   前記排気切替弁が異常であると判定する、請求項１に記載の酸素濃縮器。
3. 前記判定対象弁は、前記複数の吸気ラインにそれぞれ設けられる吸気切替弁であり、
   前記判定部は、
   前記吸気切替弁が対応する前記吸着筒に前記圧縮空気が供給される工程において前記コンプレッサの圧力の増加速度が一定値を超える場合、又は
   前記吸気切替弁が対応する前記吸着筒に前記圧縮空気が供給されない工程において前記コンプレッサの圧力が一定値未満の場合に、
   前記吸気切替弁が異常であると判定する、請求項１又は請求項２に記載の酸素濃縮器。
4. 前記判定対象弁は、前記供給ラインに設けられると共に、前記酸素濃縮ガスが供給される使用者の呼気に同調して開閉する呼気同調弁であり、
   前記判定部は、
   前記呼気同調弁に開指示がなされても前記コンプレッサ及び前記タンクの少なくとも一方の圧力が減少しない場合、又は
   前記呼気同調弁に閉指示がなされても前記コンプレッサ及び前記タンクの少なくとも一方の圧力が増加しない場合に、
   前記呼気同調弁が異常であると判定する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の酸素濃縮器。
5. 前記判定部は、前記コンプレッサ及び前記タンクの圧力に加え、前記呼気同調弁に閉指示がなされた際の、前記酸素濃縮ガスの流れ方向における呼気同調弁よりも下流側の圧力の変動量に基づき、前記呼気同調弁の異常判定を行う、請求項４に記載の酸素濃縮器。
6. 窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した複数の吸着筒と、
   圧縮空気を前記複数の吸着筒に供給するコンプレッサと、
   前記複数の吸着筒から供給される酸素濃縮ガスを貯蔵するタンクと、
   前記タンクから前記酸素濃縮ガスを外部に供給する供給ラインと、
   前記複数の吸着筒ごとに設けられ、前記コンプレッサから前記複数の吸着筒へ前記圧縮空気を供給する複数の吸気ラインと、
   前記複数の吸着筒ごとに設けられ、前記複数の吸着筒内の窒素を排気する複数の排気ラインと、
   前記供給ライン、前記複数の吸気ライン及び前記複数の排気ラインのいずれかに設けられる１つ以上の弁と、
   を備える酸素濃縮器であって、
   前記コンプレッサを冷却するファンと、
   前記ファンの異常を判定する判定部と、
   を備え、
   前記判定部は、前記ファンに回転指示がなされ、かつ前記コンプレッサの温度が一定値以上の場合に、前記ファンが異常であると判定する、酸素濃縮器。

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