JP3955426B2

JP3955426B2 - 酸素濃縮装置

Info

Publication number: JP3955426B2
Application number: JP2000096425A
Authority: JP
Inventors: 秀明八木; 賢一水野; 貴司宇佐見
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001278603A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素濃縮装置に関し、詳しくは慢性気管支炎等の呼吸器系器官の疾患の治療法として有効な酸素吸入法に使用される酸素濃縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の酸素濃縮装置（以下、単に装置ともいう）において空気中の酸素を分離、濃縮する酸素濃縮法としては、酸素を透過し窒素を選択的に吸着するゼオライトを吸着材として用いた、いわゆる吸着分離法が広く使用されている。この方法を用いた酸素濃縮装置は、図９の配管系統（ブロック）図に示したように、空気取入れ口２から取込んだ空気を、ろ過用のフィルター４を通して空気圧縮装置（コンプレッサ）４０で圧縮し、圧縮された空気を、熱交換器４２で冷却し、吸着材が充填され、窒素を選択的に吸着するように構成された窒素吸着容器（筒）２５、２６に送り込み、そこで窒素を吸着させて高酸素濃度のガスとする。こうして生成された高圧で高酸素濃度のガスを一時的に貯蔵するリザーバ（タンク）３３へ送り込み、レギュレター３５及び流量設定器３７で、圧力、流量を調整し、適宜加湿などの処理を施し、酸素出口３９からカニューラ等の導管を介して患者に供給するように構成されている。
【０００３】
また、このような装置における窒素吸着容器は、通常２つ設けられており、それへの圧縮空気の送り込みを切替え弁２７、２８によって切り替え、その交互に送り込むように構成されている。つまり、空気圧縮装置で圧縮された圧縮空気を一方の窒素吸着容器に送って窒素を吸着して高酸素濃度のガスとし、リザーバ３３が所定圧（例えば２気圧）になったら、圧縮空気を送り込む配管の流路を切替え弁（３方弁）で切り替えて他方の窒素吸着容器に送るように構成されている。こうして、一方の容器で高酸素濃度のガスとしてリザーバ（タンク）へ送り込むと同時に、他方の容器では吸着した窒素（以下、吸着窒素ともいう）を定期的に排気（放出）して吸着剤の再生を行い、これを交互に繰り返すことで高酸素濃度のガスを連続して生成、供給するように構成されている。
【０００４】
ところで、この種の酸素濃縮装置は、患者が睡眠時も含め昼夜（常時）使用するものであることから、騒音が発生することなく運転されることが要請される。一方、この酸素濃縮装置において問題となる基本的な騒音は、空気圧縮装置及びこれを駆動する電動機の作動音、さらには、吸着剤の再生のため、窒素吸着容器で吸着した窒素を定期的に大気中に放出させる際に発生する排気音などである。そこで、この装置では、鉄板などからなり吸音材が貼り付けられた、遮音区画室を設け、空気圧縮装置及びこれを駆動する電動機、さらには吸着窒素の排気出口など、騒音の発生源となる機器ないし部位をその中に配置し、騒音を封じこむようにしていた。そして、吸着窒素の排気出口には空圧機器用の消音器６１を取付けるなどの対策を講じていた。
【０００５】
また、この種の装置を安定して効率よく安全に作動させるためには、電動機を冷却することと、空気圧縮装置の昇温を防止することが不可欠である。こうしたことから、従来の装置においては、ファン（又はブロア）３０などの送風手段によって多量の空気を送り込み、遮音区画室内に設けられた空気圧縮装置４０及びこれを駆動する電動機などを冷却するように構成されている。このため、前記機器の作動音や吸着窒素の排気（放出）にともなう騒音と共に、冷却用空気の連続的な排気音も消音しないといけない。
【０００６】
このため、従来の酸素濃縮装置においては、冷却に使用された空気や吸着窒素といった不要の排気ガスの外部への排気に伴う騒音の緩和、減少のため、排気消音室を設け、排気ガスを、この排気消音室内を通して消音しつつ装置の外部に排気するように構成されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように従来の酸素濃縮装置については、種々の角度から騒音対策が講じられている結果、かなりの静寂性が確保されるようになっている。ところが、それでもすべての騒音源が把握され、騒音対策が講じられているとはいえない。一方、需要者（患者）の快適意識の高まりにより、益々高度の静寂性が要求されている。このため、遮音区画室を形成する鉄板の厚さを厚くしたり、排気消音室を大きくすることなどが考えられるが、そのようにすれば装置の大重量化や大型化を招き、コストアップとなってしまう。
【０００８】
こうした中、本願発明者においては、高酸素濃度のガスとされるように吸込まれた空気が空気圧縮装置においてピストンの往復動によって断続的に圧縮されることから、装置の運転中は、断続的な吸入音が発生しており、この吸入音が騒音源の１つとなっており、装置全体から出る騒音を高めていると考えた。この吸入音は、比較的小さいため、従来は、空気圧縮装置を遮音区画室に配置することで、消音対策として十分と考えられていたが、断続音であることから、静寂性を阻害していると考えられる。また、同様に前記した騒音中、吸着窒素の排気音も断続的であることから、これも静寂性を阻害していると考えられる。
【０００９】
本発明は、こうした点に鑑みて成されたもので、装置の大重量化や大型化ないしコストアップを招くことなく、高度の静寂性の要求に応えることのできる酸素濃縮装置を提供することをその目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の問題点を解消するため、本発明の請求項１に記載の発明は、フィルターを通して取込んだ空気を空気圧縮装置で圧縮し、圧縮された空気を、窒素を選択的に吸着するように構成された窒素吸着容器に送り込むことにより、高酸素濃度のガスを生成する方式の酸素濃縮装置において、前記空気圧縮装置の空気吸引口と前記フィルターとを接続する配管に、円筒状で、内径が該配管の内径より大径の大径管部を設け、該大径管部の一端部に前記フィルターを取付けると共に、該大径管部の他端部寄りの周面に前記配管を接続して該配管を前記空気圧縮装置の空気吸引口に接続したことにある。
【００１１】
前記手段のように、本発明の酸素濃縮装置においては、前記空気圧縮装置の空気吸引口と前記フィルターとを接続する配管に、内径が該配管の内径より大径の大径管部を設けたことから、空気は大径管部を経て空気圧縮装置に吸込まれる。この吸込み過程で、空気は大径管部に入ると同時に、その流路断面積が激増するために一気に流速が遅くなることから、その分、吸込み音が低減する。なお、前記空気圧縮装置の空気吸引側（配管）には、空気ろ過用のフィルターが取付けられ、このフィルターを通して前記空気圧縮装置の空気吸引側から空気が吸込まれるが、その場合には、大径管部はフィルターと前記空気圧縮装置との間に設けられる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、空気圧縮装置で圧縮された空気を、窒素を選択的に吸着するように構成された窒素吸着容器に送り込むことにより、高酸素濃度のガスを生成する方式の酸素濃縮装置であって、前記窒素吸着容器に吸着された吸着窒素を排気するための配管の排気出口に消音器が取付けられてなるものにおいて、前記消音器と前記窒素吸着容器とを接続する配管に、円筒状で、内径が該配管の内径より大径の大径管部を設け、該大径管部と前記窒素吸着容器を接続する配管と、該大径管部と前記消音器を接続する配管のうち、該大径管部に接続されている配管を該大径管部の周面に接続したことにある。
【００１３】
前記もしたように、従来より吸着窒素の排気出口には、空圧機器用の消音器が取付けられていたが、このような消音器は、工場などで使用される際の消音用としての効果しかない。したがって、これを遮音区画室内に配置して排気させたとしても、睡眠時に要求される硬度の静寂性は得られない。本発明では、前記のように大径管部を設けたことから、窒素は該大径管部を経て消音器に至り排気される。したがって、この排気過程で、窒素は大径管部に入ると同時に、その流路断面積が激増するために一気に膨張し流速が遅くなると同時に減圧されることから、排気音を小さくする。
【００１４】
そして、請求項３に記載の発明は、フィルターを通して取込んだ空気を空気圧縮装置で圧縮し、圧縮された空気を、窒素を選択的に吸着するように構成された窒素吸着容器に送り込むことにより、高酸素濃度のガスを生成する方式の酸素濃縮装置であって、前記窒素吸着容器に吸着された吸着窒素を排気するための配管の排気出口に消音器が取付けられてなるものにおいて、前記空気圧縮装置の空気吸引口と前記フィルターとを接続する配管に、円筒状で、内径が該配管の内径より大径の大径管部を設け、該大径管部の一端部に前記フィルターを取付けると共に、該大径管部の他端部寄りの周面に前記配管を接続して該配管を前記空気圧縮装置の空気吸引口に接続し、さらに、前記消音器と前記窒素吸着容器とを接続する配管に、円筒状で、内径が該配管の内径より大径の大径管部を設け、該大径管部と前記窒素吸着容器を接続する配管と、該大径管部と前記消音器を接続する配管のうち、該大径管部に接続されている配管を該大径管部の周面に接続したことにある。
【００１５】
請求項３に記載の発明のように、大径管部を、前記空気圧縮装置の空気吸引口と前記フィルターとを接続する配管、及び前記消音器と前記窒素吸着容器とを接続する配管の双方に設けたものとすれば、装置全体として、より消音効果を高くすることができる。なお、前記大径管部は、その内径が前記配管の内径の３倍以上とするのが好ましい。また、前記大径管部は、その内面に吸音材が貼り付けられているのが好ましい。吸音材による吸音効果によって消音効果が高められるためである。そして、前記吸音材は、連続気孔を有するスポンジなどの多孔質体が吸音効果が高いので好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
さて次に本発明の酸素濃縮装置を具体化した実施の形態について、図１〜図６を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の酸素濃縮装置の全体の概略構成縦断面図であり、図２は、同装置の配管系統図、図３は請求項１の大径管部を具体化した実施形態を示す断面図であり、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は図３のＢ−Ｂ線断面図、図６は、請求項２の大径管部を具体化した実施形態を示す断面図であり、図７は図６のC−C線断面図、図８は図６のＤ−Ｄ線断面図である。
【００１７】
本形態において装置１００の全体は、ケーシング１にてカバーされた略直方体形状を呈し、その内部には、上から、制御装置取付けスペース２１、鉄板で直方体形状に形成され、上下２段に区画された２つの遮音区画室３１、４１、さらにその下には排気消音室５１が隣接して設けられている。なお、図１中１９は移動用のキャスターである。
【００１８】
上の遮音区画室３１の側壁（図１左側）には、空気取入れ口２が開口され、内部には、略円筒状に形成されたフィルター４が設置され、空気取入れ口２から取込まれた空気がフィルター４を介し、下の遮音区画室４１に設けられた空気圧縮装置４０の空気吸引口４３に送り込まれるように配管Ｐ１が接続されている。ただし、フィルター４の端部には、円筒状で前記配管Ｐ１より大径の樹脂製の大径管部１１が連接されている。この大径管部１１の両端には図３に示したように、キャップ１２、１３が取付けられ、フィルター４はその一端部（図示左）に取付けられ、吸込まれた空気がフィルター４を介し、大径管部１１内に送り込まれるように、その一端部には適数個の小穴１４が貫設されている。そして、大径管部１１の他端部寄りの周面にはブッシュ１７がねじ込まれ、それに配管（フレキシブルチューブ）Ｐ１が接続され、同配管は空気圧縮装置４０の空気吸引口４３に接続されている。
【００１９】
なお、大径管部１１の内径は例えば５０ｍｍとされ、長さは１００ｍｍとされ、配管Ｐ１の内径は８ｍｍとされている。また、大径管部１１の内周面には厚さ１０ｍｍ程度の吸音材１９が貼り付けられている。ただし、本例における吸音材１９は、連続気孔を有するスポンジ状のものである。なお、上下の遮音区画室３１、４１を仕切る水平仕切り板（鉄板）１５には開口１８が設けられ、上の遮音区画室３１に設けられた送風用のファン３０の吹き出し口３０ａが接続され、空気圧縮装置４０に下向きに送風して冷却するように構成されている。
【００２０】
下の遮音区画室４１の略中央には電動機が一体化された空気圧縮装置４０が設置され、図１中、破線で示したように、別室に設けられた２つの窒素吸着容器（筒）２５、２６に、図２に示したように、配管Ｐ３を介して圧縮された空気を熱交換器４２で冷却して送り込み、そこで窒素を吸着させて高酸素濃度のガスとするように構成されている。空気圧縮装置４０から送られる圧縮空気は、２つの窒素吸着容器２５、２６に交互に送りこまれるように、切替え弁２７、２８及び分岐配管Ｐ５を介して接続されている。なお、窒素吸着容器２５、２６で生成された高圧で高酸素濃度のガスは、配管Ｐ６を介して、リザーバ（タンク）３３へ送り込まれ、レギュレター３５及び流量設定器３７で、圧力、流量を調整し、適宜加湿などの処理を施し、酸素出口３９からカニューラ等の導管を介して患者に供給されるように構成されている。
【００２１】
そして、圧縮空気を一方の窒素吸着容器２５（２６）に送って窒素を吸着して高圧で高酸素濃度のガスとし、リザーバ３３が所定圧になると、圧縮空気を送り込む配管の流路を切替え弁２７、２８で切り替えて他方の窒素吸着容器に送る設定とされ、これを交互に繰り返すことで高酸素濃度のガスを連続して生成、供給するように構成されている。このとき、一方の容器で高酸素濃度のガスとしてリザーバ（タンク）３３へ送り込むと同時に、他方の容器では吸着窒素を定期的に排気（放出）して吸着剤の再生を行うように、切替え弁２７、２８には吸着窒素の排気用の配管Ｐ７が接続されている。ただし、窒素の排気用の各配管は本例では、下の遮音区画室４１に設置された１つの消音器６１を経て、その遮音区画室４１内にて排気されるように１本の配管Ｐ９に接続されている。
【００２２】
そして、本形態では、１本化された吸着窒素の排気用の配管Ｐ９と消音器６１との間に、前記したのと同様の大径管部１１１が設けられている。すなわち、本形態では、排気用の配管Ｐ９と消音器６１との間に、大径管部１１１が設けられ、その両端にはキャップ１１２、１１３が取付けられ、その一端部（図示左）には窒素吸着容器２５、２６から切替え弁２７、２８を介して送りこまれる窒素が大径管部１１１内から消音器６１を介して排気されるように配管Ｐ９が接続され、他端部寄りの周面にはブッシュ１１７がねじ込まれ、それに消音器６１が接続されている。なお、大径管部１１１の内径は例えば５０ｍｍとされ、長さは１００ｍｍとされ、配管の内径は８ｍｍとされている。また、この大径管部１１１の内周面にも厚さ１０ｍｍ程度の吸音材１１９が貼り付けられている。
【００２３】
なお、下の遮音区画室４１の下には、排気消音室５１が連設され、この排気消音室５１の天状部つまり下の遮音区画室４１の床部１６の略中央に、矩形に開口された排気入口２０が設けられ、この排気入口２０を通って排気消音室５１の排気出口（図示せず）から吸着窒素や空気圧縮装置を冷却するための空気が排気されるように構成されている。因みに、排気消音室５１は、排気が旋回してその内部を流れるようにガイド（図示せず）が取付けられている。
【００２４】
このような構成の酸素濃縮装置１００においては、その作動中、空気圧縮装置４０などの機器は、鉄板製の遮音区画室３１、４１内にてその作動音が遮音されている。また、これらの冷却用空気の排気は、排気消音室５１を経てその排気出口から排気されるため、その騒音の低減が図られている。その上に、高濃度の酸素ガスの生成のための断続的な空気の吸込みに伴う騒音は、フィルター４に大径管部１１を連接し、ここを通して空気圧縮装置４０に空気を送りこむようにしたため、その空気が大径管部１１内に入ると同時に、流路断面積が激増するため一気に流速が遅くなる。したがって、断続的な吸込み音が低減される。しかも、本形態では吸音材１９が貼り付けられている結果、より高い吸音効果が得られる。
【００２５】
加えて本形態では、吸着窒素の排気の配管途中に、大径管部１１１を連接し、ここを通して消音器６１に窒素が送りこまれるようにしたため、その断続的な排気音が低減される。すなわち、高圧の吸着窒素は、大径管部１１１内に入ると同時に、流路断面積が激増するため一気に膨張、減圧され、流速が遅くなって消音器６１に至って排気される。したがって、その断続的な排気音が低減される結果、酸素濃縮装置全体から出る騒音の低減が図られる。つまり、空圧配管用の消音器６１のみでは、十分な静寂性が得られないのに対し、本形態では大径管部１１１を設けたことから、その排気音を効果的に低減できる。このように本形態では、問題の２つの断続音の低減を図った結果、酸素濃縮装置から発生する騒音を効果的に低減できる。
【００２６】
ここで、大径管部が空気吸引側及び窒素排気側にもない従来の装置と、大径管部を空気吸引側及び窒素排気側に設けた前記形態の装置、さらに大径管部を空気吸引側又は窒素排気側のいずれか一方に設けた装置とで、床上５０ｃｍで装置から１メートル離れた点で、運転時の騒音を比較した。結果は表１に示した通りである。
【００２７】
【表１】

【００２８】
この結果からもわかるように、従来の装置のように大径管部を設けない場合には４０ｄＢであったのに対し、前記形態のように本発明に係る大径管部を大気の吸引側と窒素の排気側に設けたものでは３５ｄＢと、５ｄＢの騒音の低減効果があった。また、いずれか一方のみに設けた場合には、いずれも３８ｄＢと、従来の装置に比べると、２ｄＢの騒音の低減効果がみられた。
【００２９】
前記形態では大径管部は、その内径が配管の内径の３倍としたが、これはできるだけ太くするのが好ましい。また、その長さは、大径管部の内径の２倍以上とするのが好ましい。なお、大径管部をなす管は樹脂製のものとしたが、金属製のものとしてもよい。
【００３０】
さらに大径管部の内面に貼り付ける吸音材は、連続気孔を有するスポンジ状のものとしたが、本発明において貼り付けられる吸音材は、セラミックや金属などの焼結体としてもよい。
【００３１】
本発明は前記の形態のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜設計変更して具体化できる。また、前記形態では、消音器を遮音区画室内に設けたが、これを消音室に設けてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、装置の大重量化や大型化ないし大幅なコストアップを招くことなく、高度の静寂性が得られる酸素濃縮装置となすことができる。とりわけ。空気の吸引側に加えて吸着窒素の排気側にも大径管部を設けたものでは、その効果が著しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸素濃縮装置の全体の概略構成縦断面図。
【図２】図１の酸素濃縮装置の配管系統図。
【図３】図３は請求項１の大径管部を具体化した実施形態を示す断面図。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図。
【図５】図３のＢ−Ｂ線断面図。
【図６】請求項２の大径管部を具体化した実施形態を示す断面図。
【図７】図６のC−C線断面図。
【図８】図６のＤ−Ｄ線断面図。
【図９】従来の酸素濃縮装置の配管系統図。
【符号の説明】
１酸素濃縮装置
４フィルター
１１、１１１大径管部
１９、１１９吸音材
２５、２６窒素吸着容器
４０空気圧縮装置
４３空気圧縮装置の空気吸引口
６１消音器
Ｐ１空気圧縮装置の空気吸引口とフィルターとを接続する配管
Ｐ９消音器と窒素吸着容器とを接続する配管

Claims

フィルターを通して取込んだ空気を空気圧縮装置で圧縮し、圧縮された空気を、窒素を選択的に吸着するように構成された窒素吸着容器に送り込むことにより、高酸素濃度のガスを生成する方式の酸素濃縮装置において、前記空気圧縮装置の空気吸引口と前記フィルターとを接続する配管に、円筒状で、内径が該配管の内径より大径の大径管部を設け、該大径管部の一端部に前記フィルターを取付けると共に、該大径管部の他端部寄りの周面に前記配管を接続して該配管を前記空気圧縮装置の空気吸引口に接続したことを特徴とする酸素濃縮装置。
空気圧縮装置で圧縮された空気を、窒素を選択的に吸着するように構成された窒素吸着容器に送り込むことにより、高酸素濃度のガスを生成する方式の酸素濃縮装置であって、前記窒素吸着容器に吸着された吸着窒素を排気するための配管の排気出口に消音器が取付けられてなるものにおいて、前記消音器と前記窒素吸着容器とを接続する配管に、円筒状で、内径が該配管の内径より大径の大径管部を設け、該大径管部と前記窒素吸着容器を接続する配管と、該大径管部と前記消音器を接続する配管のうち、該大径管部に接続されている配管を該大径管部の周面に接続したことを特徴とする酸素濃縮装置。
フィルターを通して取込んだ空気を空気圧縮装置で圧縮し、圧縮された空気を、窒素を選択的に吸着するように構成された窒素吸着容器に送り込むことにより、高酸素濃度のガスを生成する方式の酸素濃縮装置であって、前記窒素吸着容器に吸着された吸着窒素を排気するための配管の排気出口に消音器が取付けられてなるものにおいて、前記空気圧縮装置の空気吸引口と前記フィルターとを接続する配管に、円筒状で、内径が該配管の内径より大径の大径管部を設け、該大径管部の一端部に前記フィルターを取付けると共に、該大径管部の他端部寄りの周面に前記配管を接続して該配管を前記空気圧縮装置の空気吸引口に接続し、さらに、前記消音器と前記窒素吸着容器とを接続する配管に、円筒状で、内径が該配管の内径より大径の大径管部を設け、該大径管部と前記窒素吸着容器を接続する配管と、該大径管部と前記消音器を接続する配管のうち、該大径管部に接続されている配管を該大径管部の周面に接続したことを特徴とする酸素濃縮装置。
前記大径管部は、その内径が前記配管の内径の３倍以上ある請求項１、２又は３記載の酸素濃縮装置。
前記大径管部は、その内面に吸音材が貼り付けられている請求項１、２、３又は４記載の酸素濃縮装置。
前記吸音材が、連続気孔を有する多孔質体である請求項５記載の酸素濃縮装置。