JP2776996B2 - 酸素濃縮装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大気から酸素濃縮気体
を分離して使用するための酸素濃縮装置に関するもので
ある。さらに詳細には、圧力変動吸着型酸素濃縮装置に
関するものであって、より安定した流量で酸素濃縮気体
を使用者に供給できるようにした改善された酸素濃縮装
置を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年ぜんそく、肺気腫症、慢性気管支炎
等の呼吸器系器官の疾患に苦しむ患者が増加する傾向に
あると言われているが、その治療法で最も効果的なもの
の１つに酸素吸入法がある。

【０００３】かかる酸素吸入法とは、酸素ガスあるいは
酸素富化空気を患者に吸入させるものであって、その酸
素ガスや酸素富化空気の供給源として酸素ガスボンベが
従来より用いられていたが近年空気中から酸素濃縮気体
を分離する酸素濃縮装置が開発されてからは、使用時の
便利さや保守管理の容易さから次第に普及するようにな
ってきている。

【０００４】酸素濃縮装置としては主に、酸素選択透過
性膜を用いた膜型酸素濃縮装置と、窒素又は酸素を選択
的に吸着し得る吸着剤を用いた吸着型酸素濃縮装置の２
種類があるが、本発明は吸着型酸素濃縮装置について改
善を加えようとするものである。

【０００５】これまでの吸着型酸素濃縮装置の主なもの
としては、コンプレッサーを用いた圧力変動吸着型酸素
濃縮装置がある。かかる装置は通常、窒素を選択的に吸
着し得る吸着剤を充填した吸着床にコンプレッサーで加
圧された圧縮空気を導入して加圧状態で窒素を吸着させ
ることによって酸素濃縮気体を得る吸着工程と、吸着床
の内圧を減少させて脱着を行なう脱着工程を交互に行な
わせることによって酸素濃縮気体を得るものである。こ
の場合に、吸着床からの酸素濃縮気体を一時的に貯留し
ておくためのサージタンクが使用され、サージタンク内
に貯留された酸素濃縮気体を吸着床に逆流させて、が吸
着床の再加圧や吸着床の脱着のためのリンス用に用いら
れることが多い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した如く吸着床の
下流側に酸素濃縮気体用のサージタンクを用いたこれま
での圧力変動吸着型酸素濃縮装置では、吸着床の脱着の
ためのリンスや再加圧のための酸素濃縮気体の逆流量が
大きくなった場合に、サージタンクの内圧が低下するた
めに、その下流側に配置した流量設定手段の次圧（上流
側圧力）が変動し、結果的に流量設定手段による流量設
定が不正確になりやすい問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、かかるこれ
までの酸素濃縮装置における問題点を解決することを目
的として鋭意研究した結果、流量設定手段の上流側に、
従来のサージタンクとは別の製品タンクを具備させるこ
とが非常に有効であることを見い出し、本発明に到達し
たものである。

【０００８】即ち本発明は、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、該吸着床へ圧縮
空気を供給するためのコンプレッサー手段と、該吸着床
からの酸素濃縮気体を受け取り貯留するためのサージタ
ンク手段と、酸素濃縮気体を使用に供するための酸素濃
縮気体供給手段を具備した圧力変動吸着型酸素濃縮器に
おいて、該サージタンク手段内に気密的に仕切板を配置
させて製品タンク手段を構成し、逆流防止手段を介して
該サージタンク手段に該製品タンク手段が連結され、該
製品タンク手段に該酸素濃縮気体供給手段が連結されて
いることを特徴とした酸素濃縮装置を提供するものであ
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、該吸着床へ圧縮空気を供
給するためのコンプレッサー手段と、該吸着床からの酸
素濃縮気体を受け取り貯留するためのサージタンク手段
と、逆流防止手段を介して該サージタンク手段に製品タ
ンクが連結され、該製品タンク手段に該酸素濃縮気体供
給手段が連結されている圧力変動吸着型酸素濃縮装置に
おいて、該製品タンク手段に酸素を吸着しうる吸着剤を
充填したことを特徴とした酸素濃縮装置を提供するもの
である。

【０００９】かかる本発明には、該サージタンク手段に
貯留された酸素濃縮気体が吸着床に逆流する工程が圧力
変動吸着工程に含まれる圧力変動吸着型酸素濃縮装置；
及び該酸素濃縮気体供給手段に、酸素濃縮気体の流動抵
抗が異なる複数の開口部を備えて該酸素濃縮気体が流通
する該開口部を切り換えて酸素濃縮気体の流量を設定す
るようにした流量設定手段を具備せしめた酸素濃縮装置
が含まれる。

【００１０】以下に、本発明についてさらに詳細に説明
する。

【００１１】本発明の吸着床に用いられる吸着剤は、酸
素よりも窒素を選択的に吸着し得るものであれば、いか
なるものであってもよく、例えばモレキュラーシーブゼ
オライト５Ａ、１３Ｘ等やこれらを改質したものがあげ
られる。

【００１２】また本発明における吸着床は１基又は２基
以上のいずれであってもよいが、医療用の小型の酸素濃
縮装置の場合には２基以下が好ましく、特に１基の場合
が装置全体をコンパクトにしやすい点で優れている。

【００１３】本発明の酸素濃縮装置では、吸着床の再加
圧工程や脱着工程でのリンス等のために、サージタンク
手段の酸素濃縮気体が吸着床に逆流するような構成にな
っていることが発明の効果を発揮するうえで望ましい。

【００１４】また本発明の酸素濃縮の装置では、酸素濃
縮気体供給手段において、例えば使用者の希望や医師の
処方に応じて酸素濃縮気体の供給量を設定するための流
量設定手段を具備していることが望ましい。この場合の
流量設定手段としては、通常用いられるロータメータと
組み合わせられたニードルバルブであってもよいが、例
えば特開昭６２−１４００２６号公報に記載されるよう
な、気体の流動抵抗が異なった複数の開口部を備えて希
望の流量に合った開口部を選定して流量設定ができるよ
うにしたものの方が実用上優れている。

【００１５】本発明の大きな特徴である製品タンクは、
通常用いられる酸素濃縮気体の貯留用のサージタンク手
段の下流側でかつ、流量設定手段の上流側に具備され
る。通常流量設定手段の上流側に減圧弁が用いられる
が、その場合には、減圧弁の上流側に製品タンクが具備
される。このようにサージタンクとは独立して製品タン
クを備えることにより、酸素濃縮気体の逆混合が防止で
き、より高い濃度の濃縮気体が得やすくなる。

【００１６】製品タンクとサージタンク手段の間には、
逆流防止手段が具備される。この逆流防止手段として
は、構造が簡単で凡用的でもある逆止弁が通常好ましく
用いられるが、例えば逆流が発生しそうな時期に限って
閉じるように制御された電磁弁等の自動開閉弁を用いて
もよい。

【００１７】製品タンクとサージタンクは、別々であっ
てもよいが、例えば１個のタンクの間に気密的に仕切り
板を配置させて、製品タンクとサージタンクを一体化さ
せたものの方が全体がコンパクトになり実用上好まし
い。その場合に逆流防止手段は、タンクの外側に備えた
導管手段に具備させてもよく、また仕切板に具備させて
もよい。

【００１８】製品タンクの容量としては、適宜選定でき
るが、吸着工程以外の期間に使用に供する酸素濃縮気体
の全量が充分に確保できるものである必要がある。特に
その期間中に、流量設定手段での流量に実質的変動が生
じる程に製品タンクの内圧が低下しないだけの用量を製
品タンクで確保することが好ましい。かかる製品タンク
内に、酸素を吸着し得る吸着剤を充填することによっ
て、実質的な製品タンクの保持用量を高めることが、製
品タンクをコンパクトにするうえで有効である。

【００１９】本発明におけるサージタンク手段として
は、通常用いられるものであってもよいが、吸着床での
吸着工程の初期近くに流入した酸素濃縮気体と吸着工程
の終期近くに酸素濃縮気体が実質上混合しないようにし
た構造のものの方が酸素濃度の高い気体が得やすい点で
優れている。その具体的構造の例としては、細管状のも
のや、筒状やボックス状のタンク内に仕切板を収納して
流路を長くしたものの他、吸着床と並列に複数のタンク
を備えてそれらのタンクに吸着工程の時期別に酸素濃縮
気体が流入するようにして吸着初期の気体が流入するタ
ンクに供給手段を連結したもの等があげられる。なお、
これらのサージタンク手段において、少なくとも、吸着
初期の酸素濃縮気体が流入するタンク、あるいはサージ
タンクの最下流領域に、酸素を吸着し得るモレキュラー
シーブゼオライトやモレキュラーシーブカーボン等の吸
着剤を充填して、酸素濃度を高めるようにすることが望
ましい。

【００２０】本発明の酸素濃縮装置の用途としては、特
に限定されるものではなく、例えば家庭等で使用される
医療用等の用途に適している。

【００２１】

【実施例】以下に、必要により図面を用いながら本発明
の酸素濃縮装置の具体的態様例についてさらに詳細に説
明する。

【００２２】図１は、本発明の酸素濃縮装置の好ましい
実施態様の１例を示したものである。同図において、吸
着床１は酸素よりも窒素を吸着しやすいモレキュラーシ
ーブ５Ａ等の吸着剤１０が充填されたものであり、リリ
ーフバルブ２５を備えたコンプレーッサー４が流路切換
弁である２連式ポペット型弁５を介して導管によって吸
着床１に連結されており、さらにサージタンク３が自動
開閉弁１２を介して導管によって吸着床１に連結されて
いる。また流路切換弁５には吸気マフラー等を備えた吸
気用導管と排気マフラー等を備えた排気用導管が設けら
れている。さらにサージタンク３には、逆止弁８を介し
て製品タンク２が連結されている。さらに製品タンク２
には、減圧弁１９等を備えた酸素濃縮空気取出し用導管
２３が設けられている。なおこの導管２３には、さらに
自動開閉弁１８、除菌フィルター２０、流量設定器２
２、加湿器７、鼻カニューラ（図示せず）等が具備され
ていることが実用上好ましい。また圧力検出手段２１は
流量設定器２２の上流側の圧力を検知し、その圧力の異
常が生じた場合に警報を発生する手段（図示せず）に情
報を伝達するものである。

【００２３】なお、導管手段１４から導管手段２３及び
これらに具備されたものが、通常本発明にいう酸素濃縮
気体供給手段を構成する。またサージタンク３には、開
口部３０を有して仕切板３１が多数取り付けられてお
り、最下流側の領域にモレキュラーシーブ５Ａ等の吸着
剤が充填されている。なお、図１のサージタンク３は便
宜のためその側面図で模式的に示したものである。

【００２４】図１の酸素濃縮装置の運転態様例として
は、電磁弁１２、１８を開いた状態で、図１の如く弁５
を介してコンプレッサー４により加圧空気を吸着床１に
導入して窒素を吸着させ、得られた酸素濃縮気体が導管
１３を介してサージタンク３に貯留される。サージタン
ク３に貯留された酸素濃縮気体は、逆止弁８を経て製品
タンク２に流入し、減圧弁１９により調圧された後、除
菌フィルター２０により除菌され、流量設定器２２によ
り所定の流量に設定され、加湿器７により加湿され、導
管２３に連結された鼻カニューラを経て呼吸器疾患の患
者等に供給される。所定時間吸着を続けた後、弁１２を
閉じて、弁５を切り換えることによってコンプレッサー
４を真空ポンプとして使用して、吸着床１内の圧力を減
圧して脱着を行なう。所定の時間脱着を行なった後、弁
５を切り換えて加圧空気を吸着床１に導入せしめ、さら
には弁１２を開いてサージタンク３から酸素濃縮気体を
逆流させることによって、吸着床を再加圧したうえで、
引き続き加圧空気を吸着床１に導入しながら吸着工程を
実施する。なお、この再加圧の際にサージタンクの内圧
が製品タンクよりも低下しても製品タンクからは逆流し
ない。以下順次これらの工程を繰り返す。

【００２５】また、製品タンク２を設けることで、コン
プレッサー４を真空ポンプ機能から圧縮機能に切り変る
時期よりも１秒程度のわずか早い時に弁１２を開いて酸
素濃縮気体をサージタンク３から吸着床１に逆流させて
リンスすることによって、吸着床内を酸素濃度がより高
い状態で再加圧でき、吸着圧力を一般的に少し下げても
所定の濃度の酸素濃縮気体を得ることができる。このよ
うにリンス工程を行なうことによって、精製効果を高
め、操作圧力の低下でコンプレッサーの消費電力の低下
効果も得られる。

【００２６】なお図１中、送風機６は主にコンプレッサ
ー４を冷却するための冷却風を流すためのものである。

【００２７】図２及び図３は、本発明の酸素濃縮装置で
用いられるサージタンクと製品タンクを一体化したもの
を概略的に示したものである。図２では、４２がサージ
タンクであり、４３が製品タンク、４４が仕切り板、４
５が別途に具備された制御手段により制御される電磁
弁、４６が導管である。なお、４５の電磁弁のかわりに
逆止弁を用いてもよい。図３では、５２がサージタン
ク、５３が製品タンク、５４が仕切り板、５５が逆止弁
を各々表わしている。なおこれらの図で１３、１４は図
１の導管１３、１４を各々表わしている。

【００２８】

【発明の効果】本発明の酸素濃縮装置では、酸素濃縮気
体の流量が安定した状態で使用者に供給できるように改
善したものである。さらには、高められた濃度の酸素濃
縮気体がより安定して使用者に供給できる効果も奏する
ものである。なお、本発明の装置では、サージタンクと
製品タンクの合計の容積を従来サージタンクのみを用い
た場合と同じ程度またはそれ以下の容積にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸素濃縮装置の好ましい実施態様例を
模式的に示した概略フローチャート。

【図２】本発明の酸素濃縮装置に用いられるサージタン
ク手段と製品タンクの好ましい実施態様例の模式図。

【図３】図２と同じ。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61M 16/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、該吸着床へ圧縮空気を供給す
   るためのコンプレッサー手段と、該吸着床からの酸素濃
   縮気体を受け取り貯留するためのサージタンク手段と、
   酸素濃縮気体を使用に供するための酸素濃縮気体供給手
   段を具備した圧力変動吸着型酸素濃縮器において、該サ
   ージタンク手段内に気密的に仕切板を配置させて製品タ
   ンク手段を構成し、逆流防止手段を介して該サージタン
   ク手段に該製品タンク手段が連結され、該製品タンク手
   段に該酸素濃縮気体供給手段が連結されていることを特
   徴とした酸素濃縮装置。
2. 【請求項２】 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、該吸着床へ圧縮空気を供給す
   るためのコンプレッサー手段と、該吸着床からの酸素濃
   縮気体を受け取り貯留するためのサージタンク手段と、
   逆流防止手段を介して該サージタンク手段に製品タンク
   が連結され、該製品タンク手段に該酸素濃縮気体供給手
   段が連結されている圧力変動吸着型酸素濃縮装置におい
   て、該製品タンク手段に酸素を吸着しうる吸着剤を充填
   したことを特徴とした酸素濃縮装置。