JP3550338B2

JP3550338B2 - 医療用酸素濃縮気体供給装置

Info

Publication number: JP3550338B2
Application number: JP2000095333A
Authority: JP
Inventors: 明真田; 忠章; 久一坂元; 秀行櫻井
Original assignee: Okayama Prefectural Government
Current assignee: Okayama Prefectural Government
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2001276224A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は酸素濃縮気体供給装置、特に呼吸不全患者の在宅療養に使用するＰＳＡ（圧力変動吸着）方式の医療用酸素濃縮気体供給装置（以下、単にＰＳＡ装置という）の動作時における騒音低減に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
在宅療養に使用されるＰＳＡ装置は、患者の枕元近くで昼夜を問わず使用されるものであるため、患者本人や家族の人にとって低騒音のものであることが強く求められている。特にＰＳＡ装置は、圧縮空気供給手段及びＰＳＡ装置内部に冷却風を送り込むためのファン手段及び流体ガスを制御するための電磁弁等の発音源となる機器で構成されており、一般的に騒音が大きい。
【０００３】
その騒音低減には、防音筐体を二重にして、特に音の大きい発音源を内側の防音筐体内に収納し、そして騒音と振動の源である電動機や圧縮空気供給手段の振動を防振ゴムやスプリングを用いて防止し、また発音源からの音波は二重の遮音壁を用いて遮音し、その遮音壁の遮音性を高めるため質量を増加させ、そして内壁面に吸音材を貼付して、騒音の低減を図る方法が知られている。
【０００４】
これ等は筐体振動を少なくし、壁面からの透過音を下げる方法であるが、しかし、これ等の発音源は電力を消費し、発熱するものを含んでいるため、冷却用の冷却風が必要で完全に密閉することは困難である。このため、防音筺体には空気の取入口と暖められた排気風の排気口が不可欠であるが、この取入口及び排気口から騒音が外部に出るので、これを防止することも大変重要である。
【０００５】
この防音筐体の取入口及び排出口から出る音が、遮音壁面から透過する音よりも大きくなれば、ＰＳＡ装置全体の騒音レベルを下げる方法がより重要となってくる。この防音筐体の取入口及び排気口から出る騒音の低減については、例えば、特公平２−２９６０１号公報の図５の（ｂ），（ｃ）に示す方法、また、特公平３−３２４号公報の図５の（ａ）に示す方法、更に、特公平４−４００７号公報にも同様の方法、即ち大気流入通路、大気流出通路に多くの屈曲回数を与え、その通路を長くして、かつ、その屈曲部内面に吸音材を設けることによって、騒音を低減させる方法が開示されている。
【０００６】
一方、患者や病院、あるいは装置の運搬や据付けを行なう人々にとっては、ＰＳＡ装置は小さく軽い方が持ち運びが楽でよいことは言うまでもない。しかし、大気通路の屈曲回数を多くし、通路長を長くする前記のような方法では、特公平２-29601号公報にも記載されているように、大気流入通路の長さ、大気流出通路の長さの各々を装置の外殻を構成する面における相対する両端間の長さの最小値以上の距離をとるなどの必要があり、その結果、ＰＳＡ装置の構成機器の収容部に対する通路容積が大きくなり、装置寸法を大きくし、その装置の重量も大きくなり、前記の小型軽量の要望とはほど遠いものになるおそれがある。
【０００７】
また、通風路内部の構造も複雑になると共に、通気抵抗も増大する傾向にもなる。更に、通気抵抗が増えると冷却風の風量が減少し冷却効率が悪くなり、主な発熱源である圧縮空気供給手段の温度が上昇し早期故障の原因になり得る。従って、必然的にファン手段の能力を高める必要があり、ファン手段を大きくすれば更に騒音を増大させる悪循環を招くおそれがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、前記のような問題点を是正し、大気流入／排気通路の長さを前記の従来技術の構造ほど長く取らなくても、そしてＰＳＡ装置の機能を減じることなく、従来の騒音レベルと同等以下のＰＳＡ装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために鋭意研究を行った結果、個々の発音体はその騒音の主体となる周波数帯域の騒音特性を有していることが判明し、このいくつかの主要な周波数帯域の騒音を低減できれば、大きな騒音低減効果が得られることが分かった。
【００１０】
具体的には、ＰＳＡ装置の外殻を形成する筐体の内部に、更に二重に防音を行うため、発音源となる圧縮空気供給手段、ファン手段を収納した防音ボックスを設け、該防音ボックスには該ファン手段により冷却風を取り入れるための取入口又は暖められた排気風を排出する排気口からの通風路を消音ボックス内に設けた。そして、消音ボックスは前記取入口又は前記排気口から出てくる該医療用酸素濃縮気体供給装置の騒音の主体となる周波数帯域の騒音レベルを減衰するために冷却風又は排気風の通風路に面して１個又は複数の部屋を配し、該部屋を形成する面のうち通風路に接する面に1個以上の孔を設けた孔あき構造の部屋であって、該部屋において特定の周波数帯域に共鳴を起こさせ、空気と孔壁面との摩擦により音エネルギーを熱エネルギーに変換して吸収させ、該部屋の内壁に吸音材を貼ることにより消音効果を高めるようにした。
【００１１】
また、圧縮空気供給手段から発生する熱を装置外へ放出する開口部に３６０度自由に回転することが可能な排気フードを設けることにより、熱風の吹出す方向を変えて患者あるいは家族に与える不快感を軽減することも可能になった。
【００１２】
更に、ＰＳＡ装置を構成する部品個々の騒音特性を分析して騒音の主体となる周波数帯域を見出し、その周波数が共鳴し減衰するために必要な空気層の容積、孔の直径及び数、孔があけられた板の厚みにより共鳴振動数を算出した部屋を通風路に面して１個又は複数配置することにより、騒音を減衰させるものであり、通風路に多数の屈曲回数を与えるという従来技術のような通風路の長さをとる必要がなくなるため軽量でコンパクトなＰＳＡ装置を提供することが可能となる。
【００１３】
即ち、その構成は次のとおりである。
（その１）大気中の水分及び窒素ガスを選択的に吸着する吸着剤を１本又は２本以上に充填した吸着床、該吸着床に圧縮空気を供給するための圧縮空気供給手段により基本的に構成された装置において、内部に該圧縮空気供給手段及び冷却風を送り込むファン手段を収納した防音ボックスを設け、該防音ボックスには該ファン手段により冷却風を取り入れるための取入口及び暖められた排気風を排出する防音ボックスの排気口を設け、該取入口より以前又は該防音ボックスの排気口より以降の一方もしくは両方に、該取入口及び該防音ボックスの排気口から出てくる該ＰＳＡ装置の騒音の主体となる周波数帯域の騒音レベルを減衰するために冷却風及び排気風の通風路に面して１個又は複数の部屋を配した消音ボックスを設け、該部屋を形成する面のうち通風路に接する面に１個以上の孔を設けた孔あき構造の部屋であって、該部屋において特定の周波数帯域に共鳴を起こさせ、空気と孔壁面との摩擦により音エネルギーを熱エネルギーに変換して吸収させ、該部屋の内壁に吸音材を貼ることにより消音効果を高めた構造を備えたことを特徴とするＰＳＡ装置を構成する。
【００１４】
（その２）防音ボックスの排気口側の通風路において、部屋を備えた排気通風路を消音ボックスとし、これが該防音ボックスの下部に配置した前記のその１に記載のＰＳＡ装置を構成する。
【００１５】
（その３）防音ボックスの排気口側の通風路において、大気中に排気風を吹き出す開口部に360度回転する排気フードを設け、該排気フードから吹出す排気風の方向を変更可能にした前記のその１又はその２のいずれかに記載のＰＳＡ装置を構成する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明のＰＳＡ装置１１の外殻を形成する筐体の内部の好ましい実施態様例を示す斜視図である。空気取入口３から入った冷却空気はファン手段１２により圧縮空気供給手段１３を収納した防音ボックス２に送り込まれる。冷却空気は圧縮空気供給手段１３で発生した熱を奪い、排気風として防音ボックスの排気口４から孔６があいた構造の部屋５が１個もしくは複数個有する消音ボックス１に送り込まれる。
【００１７】
図２は、孔６があいた構造の部屋５を複数個有する消音ボックス１の内部を示す斜視図であり、図３は、孔６があいた構造の部屋５を複数個有する消音ボックス１の内部を上から見た断面の説明用の模式図である。
【００１８】
図２及び図３において、防音ボックス２の排気風は防音ボックスの排気口４から通風路７を通り、消音ボックス１の排気口８から大気中に放出される。該通風路に接する面に孔６があいた構造の部屋５を配置し、該通風路へ騒音が伝搬する時に孔６に音が入射し、部屋５の空気がバネの役割をして固有振動数と一致すると共鳴を起こす。共鳴する時、孔６の部分の空気は激しく振動し、孔６の壁面との摩擦によって音のエネルギーが熱のエネルギーに変化することによって消滅する。部屋５の容積、孔６の直径及び数、孔６があけられた板の厚みにより共鳴振動数を下記の式により算出し、各々共鳴振動数の違う部屋５を設けることにより広い周波数範囲の騒音低減ができる。以下に共鳴振動周波数を求める式を示す。なお、この式は一般の専門文献等でも散見することができる。
【００１９】
【数１】

【００２０】
また、孔６のすぐ後ろに吸音材を置くことにより、共鳴周波数を中心とした周波数帯域よりも更に高い周波数を含む範囲にわたり良好な吸音効果が得られる。更に孔６があいた構造の部屋５は、上記計算式の条件及び材質が満足しておればいかなる形状でも同様な効果が得られる。１つの例として図４のように円筒形状の部屋の内部に孔６があいている板をリング状に配置し、更に内部に排気風を通過させる方法も挙げられる。
【００２１】
また、別の例として、ＰＳＡ装置の騒音を分析した結果、ファン手段１２及び圧縮空気供給手段１３から発する騒音が支配的であり、２５０Ｈｚ、５００〜１０００Ｈｚの騒音レベルが目立って大きいことが分かっており、前記計算式を基に、共鳴周波数を５２５Ｈｚ、９２３Ｈｚ、１０２０Ｈｚの３個の孔あき構造の部屋で、図２及び図３と同じ構造のものを試作し実験を行った。ただし２５０Ｈｚの共鳴を起こす部屋は、ＰＳＡ装置の外形寸法に制約があることと、人間の聴覚では５００〜１０００Ｈｚの騒音の方が耳障りであることから、本実施例では盛込まなかった。
【００２２】
測定の結果は、次の表１に示す。消音効果の比較として図５の大気中へＰＳＡ装置の排気を吹出す消音ボックス１の排気口８のまわりを折れ曲がる構造のものも試作し測定した。この表１からも分かるように図５の折れ曲がる構造よりも図２及び図３の孔あき構造の方が２．５ｄＢ騒音が低くなっている。そして穴あき構造の部屋内壁に厚さ１０ｍｍの吸音材を貼ることで更に１ｄＢ騒音が下がり、優れた消音効果が得られることを確認した。
【００２３】
表１は、本発明の実施例である図２の消音ボックスと、比較評価するために図５の消音ボックスの騒音を測定したデータである。
【００２４】
【表１】

【００２５】
表２は、本発明の１実施例である図２の消音ボックスと、比較評価するために図５の消音ボックスを使用した動作中のＰＳＡ装置１１における外気温度と、消音ボックス１の排気口との温度差を比較したデータである。
【００２６】
【表２】

【００２７】
また、ＰＳＡ装置１１から発生する騒音の低減も重要な課題であるが、これ以外にもファン手段１２の冷却効率の向上も重要な課題の一つである。前記の表２に外気温度とＰＳＡ装置１１の消音ボックス１の排気口との温度差を測定した結果を示す。図２と図５の消音ボックスでの比較を見ても分かるように図２の方が通路の長さは短く、折れ曲がりも少ないので、通路抵抗が少なく流れる空気量が増え、冷却効率も良くなっている。
従って、ＰＳＡ装置内部の温度は低く抑えられ、圧縮空気供給手段を含むＰＳＡ装置を構成する部品の長寿命化及び、故障率も低減化することができ、ＰＳＡ装置にとって好ましい傾向と言える。
【００２８】
なお、請求項１における本発明の構成は基本的要素について記載したが、この例に限らず、他の附帯的要素、例えば流体ガスの流量設定手段やその流量表示手段、あるいは酸素濃度計測手段やその濃度表示手段又は／及び警報手段、更には、流体ガス制御用の電磁弁等のＰＳＡ装置に必要な構成要素を加えてもよい。本実施例では、従来から周知であるＰＳＡ装置の基本的構成及びその構造の図示は省略した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明を実施することにより、騒音を発生する圧縮空気供給手段やファン手段を防音ボックス内に収納し、かつ特定の周波数帯域の騒音レベルを低減する共鳴形の消音構造を備えたＰＳＡ装置としたことにより、小型軽量で低騒音、更には温度上昇による部品故障が少ない装置として使用者へ快適で安心して使用できる装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸素濃縮気体供給装置の内部構造の図示を概略した斜視図である。
【図２】本発明の孔あき構造の部屋を複数個有する消音ボックス内部を示した斜視図である。
【図３】図２の消音ボックスを上から見た断面の説明用の模式図である。
【図４】本発明の別の実施態様である円筒形状の孔あき構造の部屋を有する消音ボックス内部を示した斜視図である。
【図５】本発明の効果を比較検証するための、通路が複数回折れ曲がった構造の消音ボックス内部を示した斜視図である。
【図６】図５のボックスを上から見た断面の模式図である。
【符号の説明】
１消音ボックス
２防音ボックス
３空気取入口
４防音ボックスの排気口
５部屋
６孔
７通風路
８消音ボックスの排気口
１１ＰＳＡ装置
１２ファン手段
１３圧縮空気供給手段

Claims

大気中の水分及び窒素ガスを選択的に吸着する吸着床、該吸着床に圧縮空気を供給するための圧縮空気供給手段により基本的に構成された医療用酸素濃縮気体供給装置において、圧縮空気供給手段及び冷却風を送り込むファン手段を防音ボックスに収納し、該防音ボックスにはファン手段により冷却風を取り入れるための取入口及び暖められた排気風を排出する排気口を設け、該防音ボックスの取入口より以前又は該防音ボックスの排気口より以降の一方もしくは両方に消音ボックスを設け、該消音ボックスは前記取入口又は前記排気口から出てくる該医療用酸素濃縮気体供給装置の騒音の主体となる周波数帯域の騒音レベルを減衰するために冷却風又は排気風の通風路に面して１個又は複数の部屋を配し、該部屋を形成する面のうち通風路に接する面に 1 個以上の孔を設けた孔あき構造の部屋であって、該部屋において特定の周波数帯域に共鳴を起こさせ、空気と孔壁面との摩擦により音エネルギーを熱エネルギーに変換して吸収させ、該部屋の内壁に吸音材を貼ることにより消音効果を高めた構造としてなる医療用酸素濃縮気体供給装置。