JP3048330U - 水分離中空糸膜式加湿器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水分離中空糸膜束を使用した加湿器におい
て、中空糸膜束５をカバーする蛇腹状の可撓筒３の耐圧
及び耐熱強度を、中空糸膜束の伸縮を拘束することのな
い状態で簡単な手段によって高める。 【解決手段】 原料圧縮空気中に含まれる水蒸気を加湿
用水蒸気源とし、水分離中空糸膜により分離した水蒸気
を用いてガスに加湿する加湿器において、中空糸膜束５
を覆う蛇腹状の可撓筒３と、該可撓筒に被設する可撓筒
カバー４との間の空間に、可撓筒３の耐圧強度及び耐熱
強度を高めるための流動性ある充填材１６を充填し、そ
れをゴム弾性を有する範囲内で硬化させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、圧力変動式吸着法（プレッシャー・スウィング・アドソープション ：以下、ＰＳＡ方式という。）による医療用酸素濃縮器において生成される濃縮 酸素ガス、あるいはその他の各種ガス（空気を含む。）に対し、空気中に含まれ る水蒸気を加湿用水蒸気源として必要な加湿を行う水分離中空糸膜式加湿器に関 するものである。

【０００２】

【従来の技術】

例えば、ＰＳＡ方式による医療用酸素濃縮器において生成される濃縮酸素ガス は、呼吸器疾患者の呼吸補助器として使用されるが、酸素濃縮に使用される吸着 剤が水分子をもよく吸着するために、得られた濃縮酸素ガスは相対湿度が１〜３ ％ＲＨと過度に乾燥していて、人体に直接吸引使用するには不適当である。その ため、別途加湿装置を併用して加湿している。 この加湿装置として、従来は濃縮酸素出口の酸素導管途中に水を収容した容器 を設け、乾燥した濃縮酸素ガスを水中でバブリングさせて加湿するという方法が 用いられていたが、加湿用の水の消耗を伴うため、定期的に滅菌水の補給が必要 であり、使用者の取扱いが煩雑となる難点があった。そのため、水分離中空糸膜 を用いて空気中の水蒸気を採取する方法が開発され、特開平２−９９１１３号公 報等により提案されている。

【０００３】 この水分離中空糸膜を用いて濃縮酸素ガス等を加湿する場合、高分子材料から なる中空糸膜に、含水率や温度などの変化により寸法変化が生じ易く、この寸法 変化を吸収させるため、中空糸膜束を蛇腹内に収容し、その蛇腹の伸縮性により 中空糸膜束を無理に拘束しないようにするのが通例である。 ＰＳＡ方式による酸素濃縮器において生成した濃縮酸素を加湿するための酸素 濃縮器内蔵型の加湿器としてその中空糸膜を使用する場合においても、中空糸膜 束の外側で蛇腹の内側の部分に濃縮酸素を通過させ、それにより濃縮酸素に対し て加湿することになるが、濃縮酸素の出口に接続されるところの、呼吸器疾患者 に供給する酸素供給用チューブ（カニューラ）を誤って折り曲げるなど、何らか のトラブルによりそのチューブが閉塞された場合には、この加湿器の蛇腹内側に 濃縮酸素のもつ全圧力が掛かることになる。そのため、安全性を高めるには、こ の蛇腹の耐圧強度について考慮する必要がある。

【０００４】 また、ＰＳＡ方式の酸素濃縮器が置かれている環境、すなわち呼吸器疾患者が 酸素濃縮器を使用している部屋の温度が高温である場合、酸素濃縮器内の温度は 部屋の温度よりもさらに高い＋６５℃位になる可能性がある。そのため、場合に よっては濃縮酸素の温度が高くなり、加湿器に使用されている樹脂製の蛇腹に耐 熱強度的負担を掛けることになる。この蛇腹は、通常使用されているポリエチレ ン樹脂製の場合、その使用許容最高温度は＋５５℃であり、従って蛇腹の耐熱性 についても何らかの考慮が必要になる。

【０００５】 このように、上記中空糸膜を用いる加湿器は、蛇腹またはそれに相当する寸法 変化を許容可能なハウジングにより、中空糸膜束の伸縮を拘束することなく、そ の蛇腹等の耐圧及び耐熱強度を高め、それによって、より安全性を高める必要が ある。 なお、ここでは、主として、ＰＳＡ方式の酸素濃縮器において生成した濃縮酸 素を加湿する加湿器の問題点について詳述したが、他の目的で各種ガスに加湿す る場合で、加湿すべきガスに圧力または温度に変動がある場合においては、全く 同様な問題点がある。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の技術的課題は、水分離中空糸膜束を使用した上記加湿器において、中 空糸膜束をカバーする蛇腹状の可撓筒の耐圧及び耐熱強度を、中空糸膜束の伸縮 を拘束することのない状態で、簡単な手段によって高めることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 上記課題を解決するための本考案の水分離中空糸膜式加湿器は、基本的には、 原料圧縮空気中に含まれる水蒸気を加湿用水蒸気源とし、水分離中空糸膜を隔膜 として分離した水蒸気を用いてガスに加湿する加湿器において、上記水分離中空 糸膜の束を覆う蛇腹状の可撓筒と、該可撓筒の周りに空間部分を介在させて被設 する可撓筒カバーとの間の空間部分に、可撓筒の耐圧強度及び耐熱強度を高める ための流動性ある充填材を充填し、それをゴム弾性を有する範囲内で硬化させた ことを特徴とするものである。

【０００８】 上記水分離中空糸膜式加湿器は、ハウジングに、原料圧縮空気を水分離中空糸 膜の一端から他端に流通させる送気口及び排気口を設けると共に、吸着剤を用い る酸素濃縮器において生成された濃縮酸素ガスを加湿の対象とし、それを中空糸 膜束の外側と可撓筒の内側との間に沿って通過させるための送入口及び送出口を 設けたものとすることができる。また、可撓筒として可撓性合成樹脂製の蛇腹を 用い、充填材としてシリコン樹脂を用いることができる。

【０００９】 上記構成を有する水分離中空糸膜式加湿器においては、ハウジングの送気口か ら水蒸気を含む原料圧縮空気を送入し、水分離中空糸膜束の一端から他端に流通 させて、その間に水蒸気を各中空糸膜の内側から外側へ浸透させ、それにより水 蒸気を分離除去した乾燥空気が排気口を通して外部に排出される。吸着剤を用い るＰＳＡ方式の酸素濃縮器において濃縮酸素ガスを生成させ、それを加湿の対象 とする場合には、この排気口からの乾燥空気が該酸素濃縮器の吸着塔に供給され る。 一方、加湿すべき任意のガス、あるいは、上記酸素濃縮器からの濃縮酸素ガス は、送入口を通して中空糸膜束の外側と蛇腹状の可撓筒の内側との間に沿って流 通し、その間に中空糸膜を通して浸透した水蒸気により加湿され、送出口から送 出される。

【００１０】 このような加湿に際し、蛇腹状の可撓筒は、その内側面に形成される凹凸形状 が濃縮酸素等のガスに乱流を起こさせるため、水蒸気が中空糸膜表面から効率よ く除去されると同時に、水蒸気と濃縮酸素の混合が促進せしめられ、両者が均一 に混合される。 しかも、蛇腹状の可撓筒とそれを覆う可撓筒カバーとの間にシリコン樹脂等の 充填剤を充填し、それをゴム弾性を有する範囲内で硬化させているので、中空糸 膜に含水率や温度などの変化による寸法変化が生じても、それを可撓筒等の伸縮 性により吸収させることができる。また、中空糸膜束の外側と蛇腹状の可撓筒の 内側との間に通過させるガスの圧力が高くなり、あるいは、そのガス温度が高く なることがあっても、上記可撓筒がシリコン樹脂等の充填剤により補強されてい るので、耐圧及び耐熱強度を発揮させることができる。

【００１１】

【考案の実施の形態】

本考案の水分離中空糸膜式加湿器を具体化した一実施例を図１に示す。 この加湿器は、原料圧縮空気中に含まれる水蒸気を加湿用水蒸気源とし、水分 離中空糸膜を隔膜として分離した水蒸気を用いてガスに加湿するもので、上蓋１ と、中空糸膜束保持ケース２と、蛇腹状の可撓筒３と、可撓筒カバー４によりハ ウジングが構成され、このハウジング内に、フッ素系重合体からなる中空糸膜束 ５が収容されている。この中空糸膜束５は、多数の水分離用中空糸膜を束ねてＵ 字状に湾曲させ、その両端部を、中空糸束膜固結樹脂６により固結すると共に、 糸膜束端を中空糸膜束保持ケース２の端面に臨ませて該保持ケース２に接着固定 したものである。

【００１２】 上記ハウジングにおける上蓋１は、水蒸気を含む圧縮空気を原料圧縮空気とし て送入する送気口７と、水蒸気を分離除去した乾燥空気を送出する排気口８とを 有し、これらの送気口７及び排気口８に通じる流路を中空糸膜束保持ケース２の 端面における糸膜束端に対応させ、Ｏリング９をシール部材として該保持ケース ２に締付け固定している。この保持ケース２に対する上蓋１の締付け固定には、 ボルトその他の各種固定手段を用いることができる。なお、上記上蓋１における 送気口７と排気口８の間の隔壁には、固定絞り１０ａを有するバイパス通路１０ を開設しているが、このバイパス通路１０は、後述する必要がなければ設ける必 要はない。

【００１３】 上記中空糸膜束保持ケース２は、中空糸膜束５の両取付け端に近い位置に、そ れぞれ加湿すべきガスの送入口１１及び加湿ガスの送出口１２を有し、それらの 送入口１１及び送出口１２の内側に、そこを通るガスが直接に中空糸膜束５に当 たらないようにするため、緩衝材としてバッフル１３，１４を組み込んでいる。 これらのバッフル１３，１４は、保持ケース２に接着、圧入等により固定するこ とができるが、合成樹脂等により保持ケース２と一体に成形することもできる。 そして、これらのバッフル１３，１４に接続するように、Ｕ字状に湾曲させた中 空糸膜束５を覆う蛇腹状の可撓筒３を締付けリング１５により固定し、またこの 可撓筒３の周りに空間部分を介在させて可撓筒カバー４を被設し、可撓筒３と可 撓筒カバー４の間の空間部分にシリコン樹脂等の充填材１６を充填している。従 って、送入口１１から送出口１２に流れるガスは、バッフル１３を迂回して、該 バッフル１３と中空糸膜束５の間を通り、さらに中空糸膜束５に沿って流れ、バ ッフル１４を迂回して送出口１２に至ることになる。

【００１４】 上記蛇腹状の可撓筒３としては、ポリエチレン樹脂等により成形されて、一般 的に蛇腹と呼ばれているものを用いることができるが、任意波状により伸縮性を 付与すると同時に、内面側に形成された凹凸により中空糸膜束５の周りを流れる ガスを乱流化できるものであればよい。この可撓筒３は、任意手段により保持ケ ース２に直接取付けることもできる。可撓筒カバー４は、合成樹脂その他の材料 からなる筒形容器状のもので、この取付けについても上記可撓筒３と同様である 。 一方、上記充填材１６は、可撓筒３の耐圧、耐熱性を高めるためのもので、シ リコン樹脂を用いるのが好ましいが、シリコン樹脂と同様に、充填時には流動性 があって、可撓筒３と可撓筒カバー４の間の空間への充填が容易であり、しかも 、ある時間の経過後にゴム弾性を有する範囲内で硬化し、且つガス温度に対する 耐熱性を有するものを、適宜選択して使用することができる。

【００１５】 上記構成を有する水分離中空糸膜式加湿器においては、ハウジングにおける上 蓋１の送気口７から水蒸気を含む原料圧縮空気を送入し、水分離中空糸膜束５の 一端から他端に流通させて、その間に水蒸気を各中空糸膜の内側から外側へ浸透 させ、それにより水蒸気を分離除去した乾燥空気が排気口８を通して外部に送出 される。即ち、原料圧縮空気は、束状の中空糸膜の内部を通過する間に、中空糸 膜の外部を通過する乾燥したガスとの水蒸気分圧差により、水分が水分離中空糸 膜外部に透過する。ＰＳＡ方式の酸素濃縮器において生成させた濃縮酸素ガスを 加湿の対象とする場合には、上記排気口８からの乾燥空気が該酸素濃縮器の吸着 塔に供給される。 一方、加湿すべき任意のガス、あるいは酸素濃縮器からの濃縮酸素ガスは、送 入口１１を通して中空糸膜束５の外側を可撓筒３の内側に沿って流通し、その間 に中空糸膜を通して浸透した水蒸気により加湿され、送出口１２から送出される 。

【００１６】 この水蒸気による加湿を効率よく行うためには、中空糸膜束５の周囲を流れる ガスを、中空糸膜群に平均的に効率よく接触させる必要がある。蛇腹状の可撓筒 ３の内面の凹凸形状は、そこを流れるガスに乱流を起こさせるため、水蒸気が中 空糸膜表面から効率よく除去され、ガス中に均一に混合される。 また、高分子中空糸膜は、含水率、温度などの変化により寸法変化を生じるた め、それを収容するハウジングには、中空糸膜束５を無理に拘束せず、その寸法 変化に対応する伸縮性を付与する必要があると同時に、中空糸膜束の周囲を流れ るガスの圧力が高くなり、あるいはそのガス温度が高くなってもそれらに耐える ための耐圧、耐熱強度を持たせる必要があるが、上記蛇腹状の可撓筒とそれを覆 う可撓筒カバーとの間にシリコン樹脂等の充填剤１８を充填し、その充填剤をゴ ム弾性を有する範囲内で硬化させた構成は、これらの問題を一挙に解決するため に極めて有効なものである。

【００１７】 この水分離中空糸膜式加湿器を、ＰＳＡ方式による医療用酸素濃縮器において 生成させた乾燥濃縮酸素ガスの加湿に用いる場合には、中空糸膜により水蒸気を 除去して排気口８から送出される乾燥空気を酸素濃縮器の吸着塔に供給し、酸素 濃縮器からの濃縮酸素ガスを送入口１１から送入し、送出口１２から加湿した濃 縮酸素を送出するが、この場合に、中空糸膜が細くて長いものであるため、その 入口と出口間での原料圧縮空気の圧力損失が大きくなる。この圧力損失は、酸素 濃縮器内蔵の窒素吸着塔における吸着性能を低下させる傾向にあるため、必要に 応じて、前記上蓋１における送気口７と排気口８の間の隔壁にバイパス通路１０ を開設し、原料圧縮空気の圧力損失を低減することができる。

【００１８】 ポリエチレン製の蛇腹とその外側のカバーとの間にシリコン樹脂を充填した本 考案に係る中空糸膜式加湿器の試作品と、中空糸膜束を蛇腹のみで覆った比較例 の加湿器について、蛇腹耐圧と耐熱温度を実験により求めたところによれば、比 較例の加湿器において、０．１ＭＰａの耐圧と６５℃の許容使用最高温度を示し たのに対し、本考案に係る加湿器の試作品では、０．４ＭＰａの耐圧と８５℃の 許容使用最高温度を示し、シリコン樹脂の充填が耐圧性及び耐熱性の改善に有効 であることが確かめられた。

【００１９】

【考案の効果】

このように、本考案によれば、水分離中空糸膜束を使用した加湿器において、 中空糸膜束をカバーする蛇腹状の可撓筒の耐圧及び耐熱強度を、中空糸膜束の伸 縮を拘束することのない状態で、簡単な手段によって高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る水分離中空糸膜式加湿器の構成を
示す断面図である。

【符号の説明】

３ 可撓筒 ４ 可撓筒カバー ５ 中空糸膜束 ７ 送気口 ８ 排気口 １１ 送入口 １２ 送出口 １６ 充填材

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】原料圧縮空気中に含まれる水蒸気を加湿用
   水蒸気源とし、水分離中空糸膜を隔膜として分離した水
   蒸気を用いてガスに加湿する加湿器において、 上記水分離中空糸膜の束を覆う蛇腹状の可撓筒と、該可
   撓筒の周りに空間部分を介在させて被設する可撓筒カバ
   ーとの間の空間部分に、可撓筒の耐圧強度及び耐熱強度
   を高めるための流動性ある充填材を充填し、それをゴム
   弾性を有する範囲内で硬化させた、ことを特徴とする水
   分離中空糸膜式加湿器。
2. 【請求項２】ハウジングに、原料圧縮空気を水分離中空
   糸膜の一端から他端に流通させる送気口及び排気口を設
   けると共に、吸着剤を用いる酸素濃縮器において生成さ
   れた濃縮酸素ガスを加湿の対象とし、それを中空糸膜束
   の外側と可撓筒の内側との間に沿って通過させるための
   送入口及び送出口を設けたことを特徴とする請求項１に
   記載の水分離中空糸膜式加湿器。
3. 【請求項３】可撓筒として可撓性合成樹脂製の蛇腹を用
   い、充填材としてシリコン樹脂を用いたことを特徴とす
   る請求項１または２に記載の水分離中空糸膜式加湿器。