JP2857044B2 - 酸素濃縮装置 - Google Patents

酸素濃縮装置

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【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酸素濃縮装置が次第に
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】これらの酸素濃縮装置においては本来の目
的からして、一定の酸素濃度と流量を正しく供給するこ
とが重要である。これまで酸素濃度については一定値以
下になった時に警報を出す機能を備えた装置も見られる
が、流量については、ある値に設定する手段を備える
か、またはロータメータータイプを設けるにとどまって
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した如くこれまで
の酸素濃縮装置では、使用者にとって重要な項目の一つ
である正しい流量で供給することに対して成り行きの状
態であった。また、ロータメーターのように流量表示が
あっても注視しておかないと流量の変動を捕らえられな
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
までの課題を解決するために鋭意研究した結果、流量設
定器における流量と圧力損失の関係をあらかじめ求めて
記憶しておくことで、実際の運転時の差圧の測定から実
質的な流量を求めることが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】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、該サージタンクからの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
着型酸素濃縮装置において、該酸素濃縮気体供給手段
が、流量設定手段とその上流側の圧力を一定に保つため
の調圧手段を有し、さらに差圧発生手段において発生す
る差圧又は流速を検出することで実質的な酸素濃縮気体
流量を求める手段を具備したことを特徴とする酸素濃縮
装置を提供する。
【0009】かかる本発明には、該流量設定手段が、各
流量に対応してあらかじめ決められた流路手段を選択す
ることにより流量設定されるものである酸素濃縮装置が
含まれる。
【0010】さらに本発明の装置には、該流量設定手段
の各流量に対応した流路手段と差圧又は流速の関係から
実質的な酸素濃縮気体流量を求める手段を具備し、実際
に測定した該差圧又は流速から実質的な酸素濃縮気体流
量を計算し、又は実質的な酸素濃縮気体流量として代用
できる特性を求めて出力する手段を持つ酸素濃縮装置が
含まれる。
【0011】さらに本発明の装置には、実質的な酸素濃
縮気体の出力と、流量設定手段により設定された標準設
定流量との差の程度によりあらかじめ決められた基準に
従って電気信号を発信して表示する手段を具備した酸素
濃縮装置が含まれる。
【0012】さらに本発明の装置には、実質的な酸素濃
縮気体流量を表示するための7セグメントLEDを具備
し、流量設定の完了していない状態においては流量の表
示を消すための手段を具備した酸素濃縮装置が含まれ
る。
【0013】さらに本発明の装置には、該流量設定手段
を切替えるための遠隔装置手段を具備し、該遠隔操作手
段が少なくとも装置の運転、停止の機能を合わせ持つも
のである酸素濃縮装置が含まれる。
【0014】さらに本発明の装置には、差圧発生手段が
流量設定手段である酸素濃縮装置が含まれる。
【0015】本発明は流量設定手段において発生する差
圧等の流量と関係する因子を測定し、実質流量を求め
て、流量異常の有無を信号発信手段や表示手段により使
用者にしらせる事を可能としたものである。
【0016】信号発信手段の態様としては、誤動作、ノ
イズによるもの、又は非定常操作による短時間の流量異
常等を除外するために異常状態が一定時間継続すること
を条件とする事もできる。信号表示手段としては、視覚
によるもの、又は聴覚による警報とすることができるも
のが用いられる。
【0017】本発明における差圧発生手段の例としては
各流量に応じたオリフィス(細孔)を選択して流量を設
定するタイプの流量設定器が上げられる。差圧発生手段
の例としてはオリフィスの他にベンチュリー管、ニード
ル弁タイプも可能である。
【0018】流量を規制するオリフィスの上流側は一定
の圧力に保たれる様にプロセスを組み、下流側は酸素濃
縮気体を使用者に供給するための導管手段(チューブ、
カューラ等)での圧力損失を見込んでおく必要がある。
【0019】上流側の圧力はプロセス能力上あまり高い
圧力に設定できない。下流側圧力は前述の必要圧損を確
保するだけのものがあれば良いが、使用者にマイルド感
をもたせるようにするには、圧力を低く押さえることが
好ましい。一般的には、いずれのオリフィスを選んでも
差圧がほぼ所定の範囲内になる様にオリフィス径を設定
することが好ましいが、実際の使用状態では、同じ設定
値においても差圧発生手段以降の流動抵抗となるもの、
例えばチューブ、加湿器、フィルター、カニューラ等が
取付けられたり、外されたりする事があり流量も変動す
る。また、チューブの折れ曲がり、閉塞等の場合流量異
常が発生することがある。
【0020】また、ステップ的に流量を選んで設定する
ものではなく、ある流量に設定した時点での差圧を記憶
させその値からのズレを検出することで流量の変動を捕
らえることもできる。この場合任意の流量で連続的に設
定することも可能である。
【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。同図における酸素
濃縮装置には、本発明の特徴である流量設定手段22
と、その上流側の圧力を一定に保つための圧力調節手段
19と、流量設定手段22で発生する差圧(ΔP)を検
出するため差圧検出手段およびその差圧と流量設定手段
の設定値との関係から実質的な酸素濃縮気体の流量を求
める流量算出手段40が具備されている。尚流量設定手
段22の下流側には、流動抵抗導管41が具備されてい
る。
【0023】流量設定手段22としては、大きさの異な
る開口部を複数固有した板状部材を備えており、その開
口部を選択して使用するようにして流量を設定するもの
が好ましく用いられる。流量算出手段40としては、差
圧検出手段からの差圧(ΔP)と流量設定器の設定流量
とを用いて、あらかじめ記憶されたその両者から実質流
量を求める計算式により、実質上の酸素濃縮気体の流量
を算出する機能をもつものが好ましく用いられる。
【0024】流量算出手段40には、そこで得られた流
量の出力と、流量設定手段22により設定された標準設
定流量との差を求めて、その差を所定の基準と比較し
て、差が所定の基準より大きい場合にはその旨の電気信
号を発信して表示する手段も具備していることが望まし
い。また流量算出手段40には、実質的酸素濃縮流量を
表示するための7セグメントLEDも具備し、流量設定
の完了前には流量の表示を消すための制御手段も具備し
たものを採用することが実用上望ましい。
【0025】さらに流量設定手段の設定値を切替えるた
めの遠隔操作手段(リモートコントローラ)(図示せ
ず)を有し、それには装置全体の運転始動又は停止機能
も合わせ持つようにしたものの採用が望まれる。
【0026】図1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36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。
【0027】この導管23には、さらに自動開閉弁1
8、除菌フィルター20、流量設定器22、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。
【0028】サージタンク手段3は、吸着剤非充填領域
32と吸着剤充填領域33からなり、吸着床1からの酸
素濃縮気体が流入するための流入導管手段13の開口部
31が吸着剤非充填領域に配置されており、サージタン
ク手段3からの酸素濃縮気体が流出するための流出導管
手段35の開口部34が吸着剤充填領域に配置されてい
る。
【0029】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。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。
【0030】図1の装置においては、0.2/minの
設定流量において流量設定器22の前後での差圧は0.
2kg/cm2 であった。下流側においてチューブを一
部押しつぶすと0.15kg/cm2 の差圧を示した。
この時実質流量は0.14l/minであった。従っ
て、設定流量に対して約30%の流量低下があったこと
になる。
【0031】これだけの流量低下は好ましくなく、一般
的にはこの装置での許容量は±10%となされている。
従って、この場合は差圧が0.17kg/cm2 に低下
した時点で警報を出し使用者に知られることで、危険を
防ぐことが可能となる。
【0032】さらに図1の装置においては、0.25l
/minの設定流量に対して、標準差圧は0.26kg
/cm2 であった。実流量は0.24l/minであっ
た。
【0033】
【発明の効果】 本発明の酸素濃縮装置は、流量を監視
することができるものであって、必要に応じて異常にな
った場合使用者に知らせる手段を持つものであるので、
特に医療用酸素濃縮装置の場合に医師の処方による流量
が確実に保持されるという優れた効果を奏する。
【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の例示。

Claims (7)

    (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、
    該サージタンクからの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
    濃縮装置において、該酸素濃縮気体供給手段が、流量設
    定手段とその上流側の圧力を一定に保つための調圧手段
    を有し、さらに差圧発生手段において発生する差圧又は
    流速を検出することで実質的な酸素濃縮気体流量を求め
    る手段を具備したことを特徴とする酸素濃縮装置。
  2. 【請求項2】 該流量設定手段が、各流量に対応してあ
    らかじめ決められた流路手段を選択することにより流量
    設定されるものである請求項1の酸素濃縮装置。
  3. 【請求項3】 該流量設定手段の各流量に対応した流路
    手段、差圧又は流速の関係から実質的な酸素濃縮気体流
    量を求める手段を具備し、実際に測定した該差圧又は流
    速から実質的な酸素濃縮気体流量を計算し、又は実質的
    な酸素濃縮気体流量として代用できる特性を求めて出力
    する手段を持つ請求項2の酸素濃縮装置。
  4. 【請求項4】 該実質的な酸素濃縮気体流量の出力と、
    流量設定手段により設定された標準設定流量との差の程
    度によりあらかじめ決められた基準に従って電気信号を
    発信して表示する手段を具備した請求項3の酸素濃縮装
    置。
  5. 【請求項5】 該実質的な酸素濃縮気体流量を表示する
    ための7セグメントLEDを具備し、流量設定の完了し
    ていない状態においては流量の表示を消すための手段を
    具備した請求項3の酸素濃縮装置。
  6. 【請求項6】 該流量設定手段の設定流量を切替えるた
    めの遠隔装置手段を具備し、該遠隔操作手段が少なくと
    も装置の運転、停止の機能を合わせ持つものである請求
    項1の酸素濃縮装置。
  7. 【請求項7】 該差圧発生手段が、流量設定手段である
    請求項1の酸素濃縮装置。
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