JP3173818B2 - 医療用psa式酸素濃縮器 - Google Patents

医療用psa式酸素濃縮器

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、医療用PSA式酸素濃
縮器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の吸着剤を用いた圧力変動吸着式
(PSA式)酸素濃縮器の原料空気中に含まれる水分は
吸着剤に吸着し、ガスの吸着量を低下させ、同時にガス
の拡散速度も低下させる為、可能な限り除去しておくこ
とが望ましい。その方法は冷却法や吸着筒中を2層に分
け第一層にアルミナやシリカゲルを充填し、取除く方法
があった。また特開 平2−99113に水分分離膜を
用いて除湿をする方法が公知技術となっている。
【0003】冷却法は冷凍機を動作させる為、エネルギ
ーとして電気を消費し、可動機構を有する装置がある
為、故障が発生する率が高い。また吸着筒内に余分なシ
リカゲルやアルミナを充填する方法は、その分装置が大
きくなる。
【0004】特開 平2−99113に示される技術は
新しい技術であって、PSA式酸素濃縮器の再生パージ
ガスを水分分離膜を用いた除湿装置の二次側に流して原
料空気の除湿を行う方法であるが、PSA式酸素濃縮器
の排出ガスは一時的に除湿装置の二次側を流れてしま
い、続いて流れる再生パージガスだけでは量が少なく、
平均的に流れる原料空気を十分除湿するには不足するこ
とがある。また、吸着剤を用いるPSA式酸素濃縮器で
得られる濃縮酸素ガスは大変乾燥したガスで、呼吸療法
に吸入使用する場合、鼻腔内が乾燥するので相対湿度を
50〜90%程度に加湿する必要がある。従来の加湿器
は水を収容した容器の水中に酸素ガスを曝気させる等の
方法がとられている。
【0005】また、加湿された酸素ガスはホースに導か
れて人の鼻孔まで流れるが、その数メートルに及ぶホー
スが途中で冷気に合い酸素ガス中の水分が結露し、水滴
となってホースにつまり、酸素ガスが流れなくなった
り、鼻中に水が飛び出してくる事があるため、加湿状態
を制御する必要がある。しかし、従来その良い方法がみ
つかっていない。加湿器の水中に送気するパイプの水面
上の部分に細孔をあけ、一部乾いた酸素ガスを分流さ
せ、これと曝気した酸素ガスを混合して、該細孔の直径
をカットアンドトライの方法で加減して加湿度をコント
ロールしていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】PSA式酸素濃縮器の
原料空気の除湿を行う場合、特開 平2−99113の
方法による場合、水分分離膜を用いた除湿装置の二次側
にPSA式酸素濃縮器の再生パージガスを流す方法では
その量が少なく均一に十分な原料空気の除湿が出来ない
ことがある。またPSA式酸素濃縮器で生成された酸素
ガスの加湿を行う場合、従来から一般に用いられている
水容器式の加湿器を用いる場合、その水は蒸留水を毎日
補充しながら用いなければならないこと、よく洗って清
潔にしておかなければ細菌やカビ類が繁殖して不衛生と
なること、またそのカビ等のため曝気孔が目づまりする
ことなどの問題が発生する。
【0007】これ等の問題は特開 平2−99113の
技術でほとんど解決できる。しかし、特開 平2−99
113の方法では季節により気温や相対湿度が異なる
し、医療用PSA式酸素濃縮器では原料空気の圧力も高
々2kgf/cm2 ・Gぐらいで少ないものは1kgf
/cm2 ・Gであるため、空気の乾燥する冬などの場合
には、装置内の温度が約40℃と高いこともあり、原料
空気の湿度は露点以下であることもあり得るし、原料空
気から二次側の排パージガス側に透過した水分でパージ
ガスの水分含有量が決まるので相対湿度は更に低くな
る。このパージガスから更に水分分離膜を通して酸素ガ
スに水分を供給するのであるから、更に低くなるので変
動が大きく調節弁による調節の度合いが大きくなる。
【0008】特開 平2−99113による酸素ガスの
加湿度の調整は加湿用の除湿装置に流れる流量と一部乾
燥状態のまま流す分流を作り、加湿後、それを1つに合
わせて混合して加減する方法をとっている。この方法
は、前述の如く、除湿装置で得られる水分変動が大きく
なるので一義的に本流と分流の量を決めて常に一定の相
対湿度が得がたい。
【0009】一方、患者の使用する酸素ガスの量は、人
によって異なり0.5リットル/分から5リットル/分
まで様々である。除湿装置によって与えられる水分量は
流す酸素ガスの量によっても変わってくる。パイプ内の
結露は流れるガスの相対湿度が直接影響する。このた
め、患者の使用する酸素流量に影響されない相対湿度が
得られることが望ましい。
【0010】
【課題を解決するための手段】 以上のような課題を解
決するために本発明は次のように構成するものである。 (1)医療用PSA式酸素濃縮器において、圧縮した原
料空気を水分分離膜を隔膜とする2組の除湿装置4,5
のそれぞれの一次側入口6,7に直接給気し、該除湿器
4の1次側出口8は、この除湿装置4を通過した原料空
気を吸着筒19又は20に供給し、窒素ガスを分離せし
めた酸素ガスを生成させて、除湿装置5の二次側入口1
1へ給気し、除湿装置4の一次側出口8の乾燥空気の一
部を絞り弁12を付設した除湿装置4の二次側入口10
にパージガスとして流し、該除湿装置5の二次側出口1
5より加湿された該酸素ガスを取り出すよう構成した。
【0011】(2)さらに、本発明は、医療用PSA式
酸素濃縮器において、圧縮した原料空気を吸着筒に供給
し、窒素ガスを分離せしめた酸素ガスを生成し、水分分
離膜を隔膜とする除湿装置5の一次側入口7に水分を含
んだ原料空気の一部を給気し、該除湿装置5の一次側出
口9にはその原料空気の流量を調節できる絞り弁13を
付設し、該除湿装置5の二次側入口11に酸素ガスを通
過せしめて該酸素ガスを加湿し、該絞り弁13にて該除
湿装置5の一次側の原料空気の流量を調節することによ
り、該酸素ガスの加湿度を加減するように構成した。
【0012】(3)さらに本発明は次のようにも構成す
る。医療用PSA式酸素濃縮器において、圧縮した原料
空気を吸着筒に供給し、窒素ガスを分離せしめた酸素ガ
スを生成し、水分分離膜を隔膜とする除湿装置5の一次
側入口7に水分を含んだ原料空気を給気し、該除湿装置
5の一次側出口9には、その原料空気の流量を調節する
機能を有する絞り弁13を付設し、該除湿装置5の二次
側入口11に生成した酸素ガスを通過せしめて該酸素ガ
スを加湿し、該絞り弁13にて該除湿装置5の一次側の
原料空気の流量を調整することにより、該酸素ガスの加
湿度を加減するように構成すると共に、オリフィス切替
式の酸素ガスの流量制限用の絞り弁14と原料ガスの流
量制限オリフィスである絞り弁13を連動して切替え、
生成した酸素ガスの流量を変更しても相対的湿度が一定
になるよう、酸素ガスが少ないときは原料空気を少な
く、酸素ガスが多いときは原料空気も多くなるように構
成した。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。
コンプレッサー3の吸入ポートに吸入フィルター1と配
管2により結合し、大気を取込み、圧縮した原料空気と
して、水分分離膜30と31を隔膜とする除湿装置4及
び5の膜面の1次側に給気口として一次側入口6及び7
より給気する圧縮した原料空気は一次側出口8及び9よ
り取出され除湿装置5の一次側出口9は絞り弁13を介
して大気に開放する。一方、除湿装置4の一次側出口8
から出た原料空気の主な部分は、切替弁40を経てPS
A式酸素濃縮器の吸着筒19及び/又は20に配管17
及び18を介して接続されて給気される。
【0014】除湿装置4の膜面の二次側入口10には一
次側出口8より乾燥ガスの一部が絞り弁12(オリフィ
ス)で制限されて(約12.5%〜20%)パージガス
として流され、原料空気の水分を持ち出して排気口41
より大気中に放出する。
【0015】吸着筒19及び20は配管21とオリフィ
ス23及び配管22とオリフィス24により酸素タンク
25に接続され、吸着筒内の吸着剤であるゼオライトに
窒素ガス等が吸着除去されるので酸素ガスが濃縮されて
蓄積される。
【0016】酸素タンク25はその出口配管26に減圧
弁27が接続され吐出圧0.2〜0.3kgf/cm2
・Gに減圧され、流量計である絞り弁14により、それ
ぞれの患者に必要な流量に合わされて除湿装置5の二次
側の入口11に接続され出口15に出るまでに一次側に
供給されている原料空気の湿度を水分分離膜31を通し
て加湿される。流量計である絞り弁14はオリフィス孔
を切替えて流量を段階的に切替える方式のものであり、
酸素ガスを多く必要とする患者の場合、同一相対湿度と
するためには多くの水分を必要とする。そのため、一次
側の原料空気の量も必然的に多くなる。
【0017】このために絞り弁13もオリフィス式とし
て、酸素の流量計である絞り弁14と連動させて除湿装
置5の流量制限用オリフィスも同時に切替えることによ
りこの除湿装置5の一次側と二次側流量のバランスをと
り、相対湿度を一定にする。
【0018】なお、加圧した原料空気を該除湿装置5の
一次側に使用する場合、ほとんど相対湿度100%近傍
のガスであり、他方二次側の酸素ガスは−40℃以下の
露点を有する乾燥ガスであるため、二次側の酸素ガス量
に対する一次側の原料空気のガス量を定量的に求め、そ
の流量を定めることが出来る。
【0019】また、加湿された酸素ガスの相対湿度が高
過ぎると前述の如く配管内で結露するので60%前後の
相対湿度が好ましいのでその量に必要な一次側の含水空
気量を計算して必要な流量を得るオリフィス径をそれぞ
れ設定しておく。なお、患者の個人差もあり多少調節機
能がある方がよい。
【0020】なお、本実施例では生成した酸素ガスを加
湿するための除湿装置5へ給気する圧縮した原料空気は
一次側出口9から絞り弁13を介して大気に開放した。
しかし、酸素ガスの加湿に必要な水分を含んだ一次側の
空気量は数リットル/分と少なくてよいが、絞り弁13
の後で図1のように構成して本流に戻してもよい。
【0021】なお、流量計である絞り弁14をフロート
式流量計とニードル弁で構成する場合は、絞り弁13は
ニードル式絞り弁を使用し、加減しながら使用すること
がよい。また、本実施例では、4の除湿装置は拡散分離
式の除湿作用をし、5の除湿装置は同じく拡散分離式で
加湿作用をするように構成した。
【0022】
【発明の効果】原料空気の安定的な除湿が出来る。医療
用の酸素ガスの加湿を水の補給なしにより安定的に相対
湿度まで制御でき、結露の煩わしさから解放できる。使
用する酸素ガスの流量を変えるたびに相対湿度を調節し
なくてよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の一実施態様を示すフロー図である。
【符号の説明】
1 吸入フィルター 2 配管 3 コンプレッサー 4,5 除湿装置 6,7 一次側入口 8,9 一次側出口 10,11 二次側入口 12,13,14 絞り弁 15 二次側出口 17,18 配管 19,20 吸着筒 23,24 オリフィス 25 酸素タンク 27 減圧弁 30,31 水分分離膜 40 切替弁 41 排気口

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 医療用PSA式酸素濃縮器において、圧
    縮した原料空気を水分分離膜を隔膜とする2組の除湿装
    置(4,5)のそれぞれの一次側入口(6,7)に給気
    し、該除湿装置(4)の1次側出口(8)は、この除湿
    装置(4)を通過した原料空気を吸着筒(19)又は
    (20)に供給するように接続し、窒素ガス等を分離せ
    しめた酸素ガスを生成させて、除湿装置(5)の二次側
    入口(11)へ給気し、除湿装置(4)の一次側出口
    (8)の乾燥空気の一部を絞り弁(12)を付設した除
    湿装置(4)の二次側入口(10)にパージガスとして
    流し、該除湿装置(5)の二次側出口より該酸素ガスを
    取り出すことを特徴とする医療用PSA酸素濃縮器。
  2. 【請求項2】 医療用PSA式酸素濃縮器において、圧
    縮した原料空気を吸着筒に供給し、窒素ガスを分離せし
    めた酸素ガスを生成し、水分分離膜を隔膜とする除湿装
    置(5)の一次側入口(7)に水分を含んだ原料空気を
    給気し、該除湿装置(5)の一次側出口(9)には、そ
    の原料空気の流量を調節する機能を有する絞り弁(1
    3)を付設し、該除湿装置(5)の二次側入口(11)
    に生成した酸素ガスを通過せしめて該酸素ガスを加湿
    し、該絞り弁(13)にて該除湿装置(5)の一次側の
    原料空気の流量を調節することにより、該酸素ガスの加
    湿度を加減することを特徴とする医療用PSA式酸素濃
    縮器。
  3. 【請求項3】 医療用PSA式酸素濃縮器において、圧
    縮した原料空気を吸着筒に供給し、窒素ガスを分離せし
    めた酸素ガスを生成し、水分分離膜を隔膜とする除湿装
    置(5)の一次側入口(7)に水分を含んだ原料空気を
    給気し、該除湿装置(5)の一次側出口(9)には、そ
    の原料空気の流量を調節する機能を有する絞り弁(1
    3)を付設し、該除湿装置(5)の二次側入口(11)
    に該生成した酸素ガスを通過せしめて該酸素ガスを加湿
    し、該絞り弁(13)にて該除湿装置(5)の一次側の
    原料空気の流量を調整することにより、該酸素ガスの加
    湿度を加減するように構成すると共に、オリフィス切替
    式の酸素ガスの流量制限機能を有する絞り弁(14)
    と、同じくオリフィス切替式の原料空気の流量制限機能
    を有する絞り弁(13)を連動して切替えることによ
    り、生成した酸素ガスの流量変化に対して該酸素ガスの
    相対的な加湿度が一定となるように制御できるように構
    成したことを特徴とする医療用PSA式酸素濃縮器。
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WO2011044091A2 (en) 2009-10-05 2011-04-14 Separation Design Group Llc Ultra rapid cycle portable oxygen concentrator

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