JP2020182635A - 酸素濃縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着筒充填される吸着材の劣化による筒内圧力の上昇を抑え、且つ酸素濃縮ガスの生成効率を良好に維持し得る酸素濃縮装置を提供する。【解決手段】酸素濃縮装置１０は、第１吸着筒４１及び第２吸着筒４２に対して、第１制御、第２制御、第３制御、第４制御、第５制御、及び第６制御を順次行うガス供給制御を繰り返す制御回路６０を備えている。制御回路６０は、圧力検出部５７によって検出された圧力に基づいて第２制御の期間と第３制御の期間の比率、及び第５制御の期間と第６制御の期間の比率を予め定められた基準比率で維持しつつ、ガス供給制御を行う周期を調整する。【選択図】図３

Description

本発明は、酸素濃縮装置に関するものである。

特許文献１の酸素濃縮装置は、窒素を選択的に吸着する吸着材を充填する吸着筒と、吸着筒に原料空気を供給するコンプレッサと、吸着筒へのガスの出入りを制御する切り替え弁と、を備えている。この酸素濃縮装置は、吸着筒にコンプレッサで圧縮空気を導入して加圧状態で窒素を吸着させる吸着工程と、大気開放などにより吸着筒の内圧を減少させて吸着材から窒素を脱着させる脱着工程と、を交互に行うことで酸素を濃縮させている。また、酸素濃縮装置は、酸素濃縮ガスの圧力を測定する圧力測定手段と、酸素濃縮ガスの酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段と、を備えている。そして、この酸素濃縮装置は、圧力測定手段により測定される酸素濃縮ガスの圧力が高くなれば吸脱着の周期を速くし、酸素濃縮ガスの圧力が低くなれば吸脱着の周期を遅くすることによって酸素濃度を制御する。

特開２００７−３４０号公報

特許文献１は、酸素濃縮装置において、酸素濃縮ガスの圧力が低くなった場合に、吸着工程と脱着工程とを交互に行う周期（吸脱着の周期）を遅くすることによって酸素濃度を制御しているが、周期を短縮する具体的な方法が開示されていない。例えば、吸着筒の吸着材の劣化によって筒内圧力が上昇するような場合、単純に吸脱着の周期を遅くすることが考えられる。しかしながら、吸脱着の周期を単純に遅くしただけでは、吸着工程の時間と脱着工程の時間のバランスが悪くなり、濃縮酸素の生成効率が低下する虞がある。

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、吸着筒充填される吸着材の劣化による筒内圧力の上昇を抑え、且つ酸素濃縮ガスの生成効率を良好に維持し得る酸素濃縮装置を提供することを目的とする。

本発明の一つの解決手段である酸素濃縮装置は、
酸素より窒素を優先的に吸着する吸着材を充填した第１吸着筒及び第２吸着筒と、
各吸着筒に加圧空気を供給する加圧部と、
前記加圧部から第１供給路を介して前記第１吸着筒に前記加圧空気を供給して加圧する第１加圧状態と、前記第１吸着筒内の圧力を減圧する第１減圧状態と、を切り替える第１切替部と、
前記加圧部から第２供給路を介して前記第２吸着筒に前記加圧空気を供給して加圧する第２加圧状態と、前記第２吸着筒内の圧力を減圧する第２減圧状態と、を切り替える第２切替部と、
前記第１吸着筒と前記第２吸着筒とが連通する連通状態と、連通しない非連通状態と、を切り替える第３切替部と、
前記第１切替部、前記第２切替部、および前記第３切替部を制御する制御部と、を有する酸素濃縮装置であって、
前記制御部は、
前記第１切替部、前記第２切替部、および前記第３切替部をそれぞれ、前記第１加圧状態、前記第２加圧状態、前記連通状態とする第１制御と、
前記第１加圧状態、前記第２減圧状態、前記非連通状態とする第２制御と、
前記第１加圧状態、前記第２減圧状態、前記連通状態とする第３制御と、
前記第１加圧状態、前記第２加圧状態、前記連通状態とする第４制御と、
前記第１減圧状態、前記第２加圧状態、前記非連通状態とする第５制御と、
前記第１減圧状態、前記第２加圧状態、前記連通状態とする第６制御と、を順次行うガ
ス供給制御を繰り返す
ように前記第１切替部、前記第２切替部、および前記第３切替部を制御し、
前記吸着筒内の圧力を検出する圧力検出部を備え、
前記制御部は、前記圧力検出部によって検出された圧力に基づき、前記第２制御の期間と前記第３制御の期間の比率、及び前記第５制御の期間と前記第６制御の期間の比率を予め定められた基準比率で維持しつつ、前記ガス供給制御を行う周期を調整する。

上記の酸素濃縮装置では、吸着筒に充填された吸着材の劣化が進行すると、窒素を吸着し難くなり、一定量の空気が供給されて加圧動作が行われる場合に、吸着材が劣化していない場合に比べ筒内圧力が高い値となる。そこで、制御部は、圧力検出部によって検出される吸着筒内の圧力に基づきガス供給制御を行う周期を調整することで、吸着材の劣化に起因する吸着筒内の圧力の上昇を抑えることができる。その上で、制御部は、第２制御の期間と第３制御の期間の比率、及び第５制御の期間と第６制御の期間の比率を予め定められた基準比率で維持する構成となっている。そのため、第２吸着筒を第２減圧状態として排気する期間（第２制御の期間）と、第２吸着筒に第１吸着筒を連通させて酸素濃縮ガスを送り込み吸着材を再生させる期間（第３制御の期間）と、を所望の基準比率で維持することができる。同様に、第１吸着筒を第１減圧状態として排気する期間（第５制御の期間）と、第１吸着筒に第２吸着筒を連通させて酸素濃縮ガスを供給して吸着材を再生させる期間（第６制御の期間）と、を所望の基準比率で維持することができる。したがって、各吸着筒において、１周期で吸脱着される窒素の体積と、吸着材の再生のために送り込まれる酸素の体積と、の比を固定することができ、酸素濃縮ガスの生成効率を良好に維持することができる。

上記の酸素濃縮装置において、前記制御部は、前記第１制御の期間及び前記第４制御の期間を、予め定められた基準時間で維持しつつ、前記ガス供給制御を行う周期を調整してもよい。
この酸素濃縮装置は、第６制御の後に行われる第１制御では、第１吸着筒と第２吸着筒とが連通することで、第２吸着筒から第１吸着筒に酸素濃縮ガスが供給されることになる。そのため、第１制御に続く第２制御では、第１吸着筒は、第２吸着筒で生成された酸素濃縮ガスの一部を利用して酸素濃縮ガスの排出が行われる。同様に、第３制御の後に行われる第４制御では、第１吸着筒と第２吸着筒とが連通することで、第１吸着筒から第２吸着筒に酸素濃縮ガスが供給されることになる。そのため、第４制御に続く第５制御では、第２吸着筒は、第１吸着筒で生成された酸素濃縮ガスの一部を利用して続く第５制御で酸素濃縮ガスの供給が行われる。以上のような第１制御の期間及び第４制御の期間を予め定められた適正な基準時間で維持することで、第１吸着筒と第２吸着筒との間での酸素濃縮ガスの移動量を適正に制御することができ、酸素濃縮ガスの生成効率を良好に維持することができる。

上記の酸素濃縮装置において、前記制御部は、前記第３制御の期間に前記圧力検出部によって検出された最高圧に基づき前記ガス供給制御を行う周期を調整してもよい。
この酸素濃縮装置は、第３制御が行われるときの吸着筒内の最高圧が、第１吸着筒が加圧される工程の終盤における圧力であり、安定した圧力値を検出することができる。

第１実施形態における酸素濃縮装置の内部構成を概念的に示した説明図。 図１の酸素濃縮装置においてガス供給制御の各工程における各三方弁及びパージ弁の切り替え態様を説明する説明図である。 図１の酸素濃縮装置における圧力制御の流れを示すフローチャート。 図１の酸素濃縮装置に記憶された吸着材の劣化割合と各工程の期間との関係を示すデータを説明する説明図である。 図１の酸素濃縮装置において圧力制御を行う場合と行わない場合における、吸着材の劣化割合の変化による吸着筒内の圧力の変化割合を説明する説明図である。 図１の酸素濃縮装置において圧力制御を行う場合と行わない場合における、吸着材の劣化割合の変化による酸素濃度の低下割合を説明する説明図である。

１．第１実施形態
１−１．酸素濃縮装置の構成
図１に示す第１実施形態の酸素濃縮装置１０は、外部から取り込んだ空気から酸素を濃縮して酸素濃縮ガスを出口１１から排出する装置である。酸素濃縮装置１０の出口１１から排出された酸素濃縮ガスは、例えば図示しないカニューラを介して患者に供給される。酸素濃縮装置１０は、定置型の酸素濃縮器であり、例えば商用電源を駆動源として駆動する。酸素濃縮装置１０は、取込口１３から取り込んだ空気から酸素を濃縮して酸素濃縮ガスを生成し、出口１１から排出する。

酸素濃縮装置１０には、空気を取り込む取込口１３と、空気から分離された窒素を排出する排気口１５と、酸素濃縮ガスを排出する出口１１と、が形成されている。酸素濃縮装置１０は、取込流路２１と、排出流路２３と、排気流路２５と、バイパス流路２７と、を備えている。酸素濃縮装置１０は、吸気フィルタ３１と、コンプレッサ３３と、第１吸着筒４１と、第２吸着筒４２と、一対の逆止弁４３と、製品タンク４５と、レギュレータ４７と、比例弁４９と、第１三方弁５１と、第２三方弁５２と、排気バッファ５３と、パージ弁５５と、圧力検出部５７と、温度検出部５９と、制御回路６０と、を備えている。

取込流路２１は、取込口１３から取り込んだ空気を第１吸着筒４１及び第２吸着筒４２に供給する流路である。取込流路２１は、途中で分岐して、第１供給路２１Ａと第２供給路２１Ｂとに分かれている。第１供給路２１Ａ及び第２供給路２１Ｂは、それぞれ第１吸着筒４１及び第２吸着筒４２に接続されている。取込流路２１における分岐前の流路には、取込口１３側から順に吸気フィルタ３１、コンプレッサ３３が設けられている。

コンプレッサ（加圧部）３３は、取込口１３と第１吸着筒４１及び第２吸着筒４２との間に介在しており、取込口１３から取り込んだ空気を圧縮して第１吸着筒４１側及び第２吸着筒４２側に排出し得る。

第１吸着筒４１及び第２吸着筒４２は、取込口１３から取り込んだ空気から酸素を濃縮して酸素濃縮ガスを排出する機能を有する。各吸着筒４１，４２は、コンプレッサ３３から送り込まれた圧縮空気が導入されるとともに、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着材が筒内に配置された構成をなしている。吸着材は、例えば加圧されると空気中の窒素を酸素に優先して吸着し、減圧されると吸着した窒素を放出して吸着材の再生を行うゼオライト系の窒素吸着材である。各吸着筒４１，４２は、酸素濃縮ガスを生成し、生成した酸素濃縮ガスを排出流路２３に排出する。

排出流路２３は、各吸着筒４１，４２から出口１１へと酸素濃縮ガスを流す流路である。排出流路２３は、各吸着筒４１，４２に対して個別に接続されており、出口１１に向かう途中で合流して１本の流路となっている。

排出流路２３における合流前の流路には、各吸着筒４１，４２に対応して逆止弁４３が設けられている。逆止弁４３は、各吸着筒４１，４２から出口１１側への気体の流入を許容する一方、出口１１側から各吸着筒４１，４２への気体の流入を遮断する機能を有する。

排出流路２３における合流後の流路には、一対の吸着筒４１，４２側から順に、製品タンク４５、レギュレータ４７、比例弁４９が設けられている。製品タンク４５は、各吸着筒４１，４２から排出された酸素濃縮ガスを蓄える容器である。排出流路２３の出口１１付近には排出流路２３を流れる気体の流量を検知する流量センサや、排出流路２３を流れる気体の酸素濃度を検知する酸素センサ、バクテリアの通過を阻止するバクテリアフィルタなどを設けてもよい。

上述した取込流路２１における分岐後の各々の供給路２１Ａ，２１Ｂには、各吸着筒４１，４２に対応して第１三方弁（第１切替部）５１及び第２三方弁（第２切替部）５２がそれぞれ設けられている。各三方弁５１，５２は、排気流路２５に接続されており、排気流路２５を介して排気口１５に接続されている。排気流路２５には、排気バッファ５３が設けられている。第１三方弁５１は、第１吸着筒４１を第１加圧状態と第１減圧状態とに切り替える。第１加圧状態は、コンプレッサ３３と第１吸着筒４１との間の流路が開放され、且つ第１吸着筒４１と排気口１５との間の流路が閉塞されることで、第１吸着筒４１に空気が供給される状態である。第１減圧状態は、コンプレッサ３３と第１吸着筒４１との間の流路が閉塞され、且つ第１吸着筒４１と排気口１５との間の流路が開放されることで、第１吸着筒４１から排気流路２５を介して酸素濃縮装置１０の外部へ空気が排出され第１吸着筒４１内の圧力が減圧される状態である。

第２三方弁５２は、第２吸着筒４２を第２加圧状態と第２減圧状態とに切り替える。第２加圧状態は、コンプレッサ３３と第２吸着筒４２との間の流路が開放され、且つ第２吸着筒４２と排気口１５との間の流路が閉塞されることで、第２吸着筒４２に空気が供給される状態である。第２減圧状態は、コンプレッサ３３と第２吸着筒４２との間の流路が閉塞され、且つ第２吸着筒４２と排気口１５との間の流路が開放されることで、第２吸着筒４２から排気流路２５を介して酸素濃縮装置１０の外部へ空気が排出され第２吸着筒４２内の圧力が減圧される状態である。

第１三方弁５１は、制御回路６０と電気的に接続されており、制御回路６０から制御信号が与えられることで、第１加圧状態と第１減圧状態とを切り替える。同様に、第２三方弁５２は、制御回路６０と電気的に接続されており、制御回路６０から制御信号が与えられることで、第２加圧状態と第２減圧状態とを切り替える。具体的には、各三方弁５１，５２は、駆動電力が与えられていない状態ではそれぞれ第１加圧状態、第２加圧状態となり、駆動電力が与えられている状態ではそれぞれ第１減圧状態、第２減圧状態となる。

バイパス流路２７は、各吸着筒４１，４２の出口１１側同士を接続する流路である。バイパス流路２７には、パージ弁（第３切替部）５５が設けられている。パージ弁５５は、バイパス流路２７を開放して第１吸着筒４１と第２吸着筒４２とが連通する連通状態と、バイパス流路２７を閉塞して第１吸着筒４１と第２吸着筒４２とが連通しない非連通状態と、を切り替える。パージ弁５５は、制御回路６０と電気的に接続されており、制御回路６０から制御信号が与えられることで、連通状態と非連通状態とを切り替える。具体的には、パージ弁５５は、駆動電力が与えられていない状態ではバイパス流路２７を閉塞した状態となり、駆動電力が与えられている状態ではバイパス流路２７を開放した状態となる。

制御回路（制御部）６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＩ／Ｏ（Input／Output）を有するマイクロコンピュータにより構成されている。制御回路６０は、圧力検出部５７及び温度検出部５９と電気的に接続されており、圧力検出部５７が検知した圧力を示す情報及び温度検出部５９が検知した温度を示す情報を取得し得る。制御回路６０は、コンプレッサ３３、各三方弁５１，５２、及びパージ弁５５と電気的に接続されており、これらの機器の動作を制御する。

圧力検出部５７は、第１吸着筒４１又は第２吸着筒４２内の圧力を検出する公知の圧力センサとして構成されている。以下で説明する酸素濃縮装置１０の圧力制御では、圧力検出部５７は、第１加圧状態にある第１吸着筒４１の筒内圧力を検出する。圧力検出部５７は、検出した圧力を示す情報を、制御回路６０に出力する。

温度検出部５９は、熱電対などの公知の温度センサとして構成され、各吸着筒４１，４２が収容された空間（酸素濃縮装置１０の外郭を構成するケースの内部空間）の温度（装置内部温度）を検出する。具体的には、温度検出部５９は、酸素濃縮装置１０のケース内において各吸着筒４１，４２から離間しつつ各吸着筒４１，４２の近傍に設けられる状態で、温度を検出する。温度検出部５９は、検出した温度を示す情報を、制御回路６０に出力する。

１−２．酸素濃縮装置の動作
酸素濃縮装置１０は、電源がオフの状態では、第１三方弁５１が第１加圧状態となり、第２三方弁５２が第２加圧状態となり、パージ弁５５がバイパス流路２７を閉塞した状態となる。酸素濃縮装置１０は、図示しない電源スイッチが操作された場合に、電源がオンの状態となり、以下の動作を行う。

酸素濃縮装置１０は、取込口１３から取り込んだ空気をコンプレッサ３３によって圧縮させて一対の吸着筒４１，４２側に排出させる。酸素濃縮装置１０は、図２に示すように、以下で説明する第１制御、第２制御、第３制御、第４制御、第５制御、及び第６制御を順次行う「ガス供給制御」を繰り返すことで、第１吸着筒４１及び第２吸着筒４２で酸素濃縮ガスを生成する。第１制御、第２制御、第３制御、第４制御、第５制御、及び第６制御の各期間の長さをそれぞれＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６とする。第１制御の期間では、制御回路６０は、第１三方弁５１を制御して第１吸着筒４１を第１加圧状態とし、第２三方弁５２を制御して第２吸着筒４２を第２加圧状態とし、パージ弁５５を制御して第１吸着筒４１と第２吸着筒４２とを連通状態とする。これにより、コンプレッサ３３で圧縮された空気は、各三方弁５１，５２を介してそれぞれ各吸着筒４１，４２に供給される。各吸着筒４１，４２は、圧縮された空気から窒素を吸着することで酸素を濃縮した酸素濃縮ガスを生成し、生成した酸素濃縮ガスを出口１１側に排出する。また、第１吸着筒４１と第２吸着筒４２は、パージ弁５５および各三方弁５１，５２を介して連通状態となっている。そのため、各吸着筒４１，４２において、筒内圧力が均等化する。各吸着筒４１，４２から排出された酸素濃縮ガスは、製品タンク４５に蓄えられる。第１制御の期間は、例えば制御回路６０によって設定され、メモリに記憶される。加圧時間の設定は、後述する酸素濃縮装置１０の圧力制御処理で詳しく説明する。

第２制御の期間では、制御回路６０は、第１三方弁５１を制御して第１吸着筒４１を第１加圧状態とし、第２三方弁５２を制御して第２吸着筒４２を第２減圧状態とし、パージ弁５５を制御して第１吸着筒４１と第２吸着筒４２とを非連通状態とする。第２吸着筒４２を排気口１５と連通させることで、第２吸着筒４２は減圧され、第２吸着筒４２から吸着した窒素が放出される。第１吸着筒４１は、第１制御から引き続き、コンプレッサ３３から供給される圧縮空気から窒素を吸着することで酸素を濃縮した酸素濃縮ガスを生成し、生成した酸素濃縮ガスを出口１１側に排出する。

第３制御の期間では、制御回路６０は、第１三方弁５１を制御して第１吸着筒４１を第１加圧状態とし、第２三方弁５２を制御して第２吸着筒４２を第２減圧状態とし、パージ弁５５を制御して第１吸着筒４１と第２吸着筒４２とを連通状態とする。第１吸着筒４１と第２吸着筒４２は、連通状態であるため、第１吸着筒４１から出口１１側に排出される酸素濃縮ガスの一部は、バイパス流路２７を通じて第２吸着筒４２に出口１１側から流入する。このように、排気中の第２吸着筒４２に酸素濃縮ガスを流入させることで、第２吸着筒４２が放出した窒素を排気口１５側に送り出す。これにより、窒素の排出が効率的に行われる。したがって、第１吸着筒４１によって酸素濃縮ガスを生成している間に、第２吸着筒４２を再生することができ、継続的に酸素濃縮ガスを供給することができる。

第４制御の期間では、制御回路６０は、第１三方弁５１を制御して第１吸着筒４１を第１加圧状態とし、第２三方弁５２を制御して第２吸着筒４２を第２加圧状態とし、パージ弁５５を制御して第１吸着筒４１と第２吸着筒４２とを連通状態とする。これにより、コンプレッサ３３で圧縮された空気は、各三方弁５１，５２を介してそれぞれ各吸着筒４１，４２に供給される。各吸着筒４１，４２は、圧縮された空気から窒素を吸着することで酸素を濃縮した酸素濃縮ガスを生成し、生成した酸素濃縮ガスを出口１１側に排出する。また、第１吸着筒４１と第２吸着筒４２は、パージ弁５５および各三方弁５１，５２を介して連通状態となっている。そのため、第１吸着筒４１から第２吸着筒４２に酸素濃縮ガスが供給され、各吸着筒４１，４２の筒内圧力が均等化する。これにより、第２吸着筒４２は、第３制御の期間で第１吸着筒４１が生成した酸素濃縮ガスの一部を排気することなく、続く第５制御での出口１１側への排出に利用することができる。

第５制御の期間では、制御回路６０は、第１三方弁５１を制御して第１吸着筒４１を第１減圧状態とし、第２三方弁５２を制御して第２吸着筒４２を第２加圧状態とし、パージ弁５５を制御して第１吸着筒４１と第２吸着筒４２とを非連通状態とする。第１吸着筒４１を排気口１５と連通させることで、第１吸着筒４１は減圧され、第１吸着筒４１から吸着した窒素が放出される。第２吸着筒４２は、第４制御から引き続き、コンプレッサ３３から供給される圧縮空気から窒素を吸着することで酸素を濃縮した酸素濃縮ガスを生成し、生成した酸素濃縮ガスを出口１１側に排出する。

第６制御の期間では、制御回路６０は、第１三方弁５１を制御して第１吸着筒４１を第１減圧状態とし、第２三方弁５２を制御して第２吸着筒４２を第２加圧状態とし、パージ弁５５を制御して第１吸着筒４１と第２吸着筒４２とを連通状態とする。第１吸着筒４１と第２吸着筒４２は、連通状態であるため、第２吸着筒４２から出口１１側に排出される酸素濃縮ガスの一部は、バイパス流路２７を通じて第１吸着筒４１に出口１１側から流入する。このように、排気中の第１吸着筒４１に酸素濃縮ガスを流入させることで、第１吸着筒４１が放出した窒素を排気口１５側に送り出す。これにより、窒素の排出が効率的に行われる。したがって、第１吸着筒４１によって酸素濃縮ガスを生成している間に、第１吸着筒４１を再生することができ、継続的に酸素濃縮ガスを供給することができる。

以上のように、加圧状態となる吸着筒の切り替えを繰り返すことで、継続的に酸素濃縮ガスが供給されるガス供給制御が行われる。そして、製品タンク４５に蓄えられた酸素濃縮ガスは、出口１１から排出される。

１−３．酸素濃縮装置の圧力制御
ここで、図３のフローチャートを用いて、酸素濃縮装置１０の圧力制御処理について説明する。制御回路６０は、例えば酸素濃縮装置１０の電源が投入されたことを条件として上述したガス供給制御を開始する。ガス供給制御の周期の設定は、図４に示す予めメモリに記憶されたデータに基づいて行われる。例えば、酸素濃縮装置１０の電源が投入された時点では、吸着材の劣化レベルを０（吸着材の劣化割合が０％）として、第１制御、第２制御、第３制御の各期間の長さ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）をそれぞれａ、ｂ、ｃとする。また、第４制御、第５制御、第６制御の各期間の長さ（Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）をそれぞれａ、ｂ、ｃとする。ここで、ａ、ｂ、ｃは、適用される吸着筒および吸着材から適宜設定される時間である。

制御回路６０は、例えば酸素濃縮装置１０の電源が投入されたことを条件として、ガス供給制御とともに、図３に示す圧力制御を開始する。例えば、図３の圧力制御は、ガス供給制御の１周期ごとに行われる。制御回路６０は、まず、ガス供給制御における第３制御の期間において、圧力検出部５７によって検出される第１吸着筒４１の筒内圧力を取得する（ステップＳ１１）。具体的には、制御回路６０は、第３制御の期間において圧力検出部５７によって検出される、第１吸着筒４１の筒内圧力の最高圧（第３期間の終了時点の筒内圧力）を取得する。

Ｓ１１に続いて、制御回路６０は、装置内部温度を取得する（Ｓ１２）。Ｓ１２に続いて、制御回路６０は、Ｓ１１で取得した第１吸着筒４１の筒内圧力を、Ｓ１２で取得した装置内部温度で補正した補正圧力を導出する（Ｓ１３）。例えば、制御回路６０は、装置内部温度をパラメータとする１次式、２次式（予めメモリに記憶された式）などを用いて補正圧力を算出する。具体的には、制御回路６０は、Ｓ１１で取得した第１吸着筒４１の筒内圧力を、Ｓ１２で取得した装置内部温度が高いほど、補正圧力を低くするように補正する。

Ｓ１３に続いて、制御回路６０は、Ｓ１３で導出した補正圧力が、予めメモリに記憶された閾値よりも大きいか否か判断する（Ｓ１４）。ここで、閾値とは、例えば、目標圧力（基準圧力）に対して一定の値（目標圧力の５％程度の値）を加算した圧力である。また、目標圧力は、第１吸着筒４１の初期の筒内圧力例えば、酸素濃縮装置１０の製造段階で検出される筒内圧力である。

制御回路６０は、Ｓ１３で導出した補正圧力が、予めメモリに記憶された閾値よりも大きいと判断する場合（Ｓ１４でＹｅｓ）、ガス供給制御を行う周期を調整する（Ｓ１５）。制御回路６０は、Ｓ１３で導出した補正圧力を基準圧力に近づけるように、第２制御、第３制御、第５制御、及び第６制御の各期間を短縮させる。具体的には、制御回路６０は、補正圧力を基準圧力に近づけるように、第２制御の期間と第３制御の期間の比率、及び第５制御の期間と第６制御の期間の比率を予めメモリに記憶された基準比率で維持しつつ、ガス供給制御を行う周期を調整する。例えば、周期の調整は、図４に示す予めメモリに記憶されたデータに基づいて行われる。制御回路６０は、吸着材の劣化レベルを０（吸着材の劣化割合が０％）から１（吸着材の劣化割合が２０％）に変更して、第２制御、第３制御の各期間の長さ（Ｔ２、Ｔ３）を、それぞれｂ、ｃから０．８ｂ、０．８ｃの長さに変更する。また、制御回路６０は、第５制御、第６制御の各期間の長さ（Ｔ５、Ｔ６）を、それぞれｂ、ｃから０．８ｂ、０．８ｃの長さに変更する。第１制御の期間と第４制御の期間の長さ（Ｔ１、Ｔ４）は、ともに予めメモリに記憶された基準時間ａのまま維持される。第２制御の期間と第３制御の期間との比率（Ｔ２／Ｔ３）、及び第５制御の期間と第６制御の期間との比率（Ｔ５／Ｔ６）は、基準比率ｂ／ｃのまま維持される。このように、第２制御、第３制御、第５制御、及び第６制御の各期間を短縮させて、ガス供給制御の周期（第１制御の開始時点から第６制御の終了時点までの時間）を、劣化レベルが０のときに比べて８３％程度の長さに調整する。Ｓ１５の処理が終了すると、再びＳ１１の処理を行う。

制御回路６０は、Ｓ１３で導出した補正圧力が、予めメモリに記憶された閾値よりも大きくないと判断する場合（Ｓ１４でＮｏ）、ガス供給制御の周期を調整することなく（劣化レベルが０の状態での各制御の期間を維持したまま）、再びＳ１１の処理を行う。

制御回路６０は、Ｓ１５で劣化レベルを０から１に変更した後、再びＳ１４の処理を行い、Ｓ１３で導出した補正圧力が、予めメモリに記憶された閾値よりも大きいと判断する場合（Ｓ１４でＹｅｓ）、Ｓ１５で、劣化レベルを１（吸着材の劣化割合が２０％）から２（吸着材の劣化割合が３０％）に変更する。すなわち、制御回路６０は、第２制御、第３制御の各期間の長さ（Ｔ２、Ｔ３）を、それぞれ０．８ｂ、０．８ｃから０．７ｂ、０．７ｃの長さに変更する。また、制御回路６０は、第５制御、第６制御の各期間の長さ（Ｔ５、Ｔ６）を、それぞれ０．８ｂ、０．８ｃから０．７ｂ、０．７ｃの長さに変更する。第１制御の期間と第４制御の期間の長さ（Ｔ１、Ｔ４）は、ともに予めメモリに記憶された基準時間ａのまま維持される。第２制御の期間と第３制御の期間との比率（Ｔ２／Ｔ３）、及びは、第５制御の期間と第６制御の期間との比率（Ｔ５／Ｔ６）は、基準比率ｂ／ｃのまま維持される。このように、第２制御、第３制御、第５制御、及び第６制御の各期間を短縮させて、ガス供給制御の周期（第１制御の開始時点から第６制御の終了時点までの時間）を、劣化レベルが０のときに比べて７４％程度の長さに調整する。

制御回路６０は、例えば、Ｓ１５で劣化レベルを１から２に変更した場合、図３の圧力制御を終了し、以降、劣化レベルを２に設定した状態でガス供給制御を繰り返し行う。また、酸素濃縮装置１０の電源がオフされた後、再び電源が投入された場合、前回電源がオフされた時点での劣化レベルに設定された状態でガス供給制御を開始する。

１−４．効果
上述したガス供給制御を行う酸素濃縮装置１０では、各吸着筒４１，４２に充填された吸着材の劣化が進行すると、窒素を吸着し難くなり、一定量の空気が供給されて加圧動作が行われる場合に、吸着材が劣化していない場合に比べ筒内圧力が高い値となる。例えば、図５に示すように、図３の圧力制御を行わない場合では、吸着材の劣化割合が増加するにつれて、各吸着筒４１，４２の筒内圧力が増加してしまう。そこで、本第１実施形態の制御回路６０は、圧力検出部５７によって検出される第１吸着筒４１内の圧力を予め定められた閾値に近づけるように、ガス供給制御を行う周期を調整することで、吸着材の劣化に起因する各吸着筒４１，４２内の筒内圧力の上昇を抑えることができる。そのため、図５に示すように、図３の圧力制御を行うことで、吸着材の劣化割合が増加しても、各吸着筒４１，４２の筒内圧力を一定に維持することができる。また、各吸着筒４１，４２の筒内圧力を一定に維持することで、コンプレッサ３３に対する負荷も軽減させることができ、消費電力の低減を図ることができる。

さらに、本第１実施形態の酸素濃縮装置１０では、制御回路６０が、第２制御の期間と第３制御の期間の比率、及び第５制御の期間と第６制御の期間の比率を予め定められた基準比率ｂ／ｃで維持する構成となっている。そのため、第２吸着筒４２を第２減圧状態として排気する期間（第２制御の期間）と、第２吸着筒４２に第１吸着筒４１を連通させて酸素濃縮ガスを送り込み吸着材を再生させる期間（第３制御の期間）と、を所望の基準比率ｂ／ｃで維持することができる。同様に、第１吸着筒４１を第１減圧状態として排気する期間（第５制御の期間）と、第１吸着筒４１に第２吸着筒４２を連通させて酸素濃縮ガスを供給して吸着材を再生させる期間（第６制御の期間）と、を所望の基準比率ｂ／ｃで維持することができる。したがって、各吸着筒４１，４２において、１周期で吸脱着される窒素の体積と、吸着材の再生のために送り込まれる酸素の体積と、の比を固定することができ、酸素濃縮ガスの生成効率を適正に維持することができる。

以上のように、図３の圧力制御を行うことで、吸着材の劣化が進行しても、各吸着筒４１，４２の筒内圧力を一定に維持することができ、且つ酸素濃縮ガスの生成効率を良好に維持することができるため、濃縮酸素の濃度の低下を抑えることができる。

また、第６制御の後に行われる第１制御では、第１吸着筒４１と第２吸着筒４２とが連通することで、第２吸着筒４２から第１吸着筒４１に酸素濃縮ガスが供給されることになる。そのため、第１制御に続く第２制御では、第１吸着筒４１は、第２吸着筒４２で生成された酸素濃縮ガスの一部を利用して酸素濃縮ガスの排出が行われる。同様に、第３制御の後に行われる第４制御では、第１吸着筒４１と第２吸着筒４２とが連通することで、第１吸着筒４１から第２吸着筒４２に酸素濃縮ガスが供給されることになる。そのため、第４制御に続く第５制御では、第２吸着筒４２は、第１吸着筒４１で生成された酸素濃縮ガスの一部を利用して続く第５制御で酸素濃縮ガスの供給が行われる。以上のような第１制御の期間及び第４制御の期間を予め定められた適正な基準時間で維持することで、第１吸着筒４１と第２吸着筒４２との間での酸素濃縮ガスの移動量を適正に制御することができ、酸素濃縮ガスの生成効率を良好に維持することができる。

また、上述したように、制御回路６０は、第３制御の期間に圧力検出部５７によって検出された最高圧に基づいてガス供給制御を行う周期を調整する構成となっている。これにより、第３制御が行われるときの第１吸着筒４１内の最高圧は、第１吸着筒４１が加圧される工程の終盤における圧力であり、安定した圧力値を検出することができる。

また、吸着材のいずれの劣化レベルにおいても、第１制御の期間、及び第２制御の期間は、長さａ（基準時間）に設定されている。この第１制御の期間の長さａは、第２吸着筒４２から第１吸着筒４１に酸素濃縮ガスが供給される際に、コンプレッサ３３から空気が逆流してくる前に終了する時間に設定されている。これにより、酸素濃縮ガスの生成効率を高めることができる。

２．他の実施形態
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような例も本発明の技術的範囲に含まれる。

第１実施形態の説明では、制御回路６０によって、図３の圧力制御は、ガス供給制御の１周期ごとに行われたが、複数の周期ごとに行われてもよい。この場合、複数の周期（例えば５周期）における各周期の第３制御の期間に取得される第１吸着筒４１の筒内圧力を平均したものを用いてＳ１４の比較処理を行う。

第１実施形態の説明では、制御回路６０は、Ｓ１１において、第３制御の期間における第１吸着筒４１の筒内圧力を取得したが、第６制御の期間における第２吸着筒４２の筒内圧力や、第３制御の期間における第１吸着筒４１の筒内圧力と第６制御の期間における第２吸着筒４２の筒内圧力の平均の圧力を取得してもよい。

第１実施形態の説明では、制御回路６０は、Ｓ１３において、装置内部温度をパラメータとする１次式、２次式（予めメモリに記憶された式）などを用いて補正圧力を算出したが、その他の方法で算出してもよい。例えば、制御回路６０は、装置内部の温度ごとに補正圧力が対応付けられたテーブル（予めメモリに記憶されたテーブル）を参照して基準圧力を決定してもよい。

第１実施形態の説明では、制御回路６０は、Ｓ１５で用いた図４のデータにおいて、劣化レベルとして０，１，２を設定していたが、レベルの数や、各レベルで設定される周期時間の変化割合及び各制御の期間の長さは、図４の値とは異なっていてもよい。

第１実施形態の説明では、酸素濃縮装置１０は、定置型の酸素濃縮器であったが、携帯
型の酸素濃縮器であってもよい。また、排出流路２３における合流後の流路には、一対の
吸着筒４１，４２側から順に、製品タンク４５、レギュレータ４７、比例弁４９が設けら
れていたが、レギュレータ４７と比例弁４９に代えて使用者の呼吸に応じて排出流路２３
を開閉するように動作する公知の同調弁を設けても良い。

１０…酸素濃縮装置
２１Ａ…第１供給路
２１Ｂ…第２供給路
３３…コンプレッサ（加圧部）
４１…第１吸着筒
４２…第２吸着筒
５１…第１三方弁（第１切替部）
５２…第２三方弁（第２切替部）
５５…パージ弁（第３切替部）
５７…圧力検出部
５９…温度検出部
６０…制御回路（制御部）

Claims (3)

1. 酸素より窒素を優先的に吸着する吸着材を充填した第１吸着筒及び第２吸着筒と、
   各吸着筒に加圧空気を供給する加圧部と、
   前記加圧部から第１供給路を介して前記第１吸着筒に前記加圧空気を供給して加圧する第１加圧状態と、前記第１吸着筒内の圧力を減圧する第１減圧状態と、を切り替える第１切替部と、
   前記加圧部から第２供給路を介して前記第２吸着筒に前記加圧空気を供給して加圧する第２加圧状態と、前記第２吸着筒内の圧力を減圧する第２減圧状態と、を切り替える第２切替部と、
   前記第１吸着筒と前記第２吸着筒とが連通する連通状態と、連通しない非連通状態と、を切り替える第３切替部と、
   前記第１切替部、前記第２切替部、および前記第３切替部を制御する制御部と、を有する酸素濃縮装置であって、
   前記制御部は、
   前記第１切替部、前記第２切替部、および前記第３切替部をそれぞれ、前記第１加圧状態、前記第２加圧状態、前記連通状態とする第１制御と、
   前記第１加圧状態、前記第２減圧状態、前記非連通状態とする第２制御と、
   前記第１加圧状態、前記第２減圧状態、前記連通状態とする第３制御と、
   前記第１加圧状態、前記第２加圧状態、前記連通状態とする第４制御と、
   前記第１減圧状態、前記第２加圧状態、前記非連通状態とする第５制御と、
   前記第１減圧状態、前記第２加圧状態、前記連通状態とする第６制御と、を順次行うガ
   ス供給制御を繰り返すように前記第１切替部、前記第２切替部、および前記第３切替部を制御し、
   前記吸着筒内の圧力を検出する圧力検出部を備え、
   前記制御部は、前記圧力検出部によって検出された圧力に基づき、前記第２制御の期間と前記第３制御の期間の比率、及び前記第５制御の期間と前記第６制御の期間の比率を予め定められた基準比率で維持しつつ、前記ガス供給制御を行う周期を調整する
   酸素濃縮装置。
2. 前記制御部は、前記第１制御の期間及び前記第４制御の期間を、予め定められた基準時間で維持しつつ、前記ガス供給制御を行う周期を調整する
   請求項１に記載の酸素濃縮装置。
3. 前記制御部は、前記第３制御の期間に前記圧力検出部によって検出された最高圧に基づき、前記ガス供給制御を行う周期を調整する
   請求項１又は請求項２に記載の酸素濃縮装置。

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