JP4180721B2 - 圧力変動吸着型酸素濃縮装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気中から酸素濃縮空気を分離して使用するための酸素濃縮装置に関する。更に詳細には、圧力変動吸着型酸素濃縮装置に関し、温度によって吸着剤の窒素吸着量低下に伴う酸素回収率の低下、生成酸素濃縮気体の体積濃度の低下を防ぎ、環境温度に影響されること無く安定的に使用者に酸素濃縮気体を供給できるようにした、改善された圧力変動吸着型酸素濃縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、喘息、肺気腫症、慢性気管支炎などの呼吸器系疾患に苦しむ患者が増加する傾向があるが、その最も効果的な治療法の一つとして酸素吸入療法があり、空気中から酸素濃縮気体を直接分離する酸素濃縮装置が開発され、使用時の利便性、保守管理の容易さから酸素吸入療法用の治療装置として、次第に普及するようになってきている。
【０００３】
かかる酸素濃縮装置として、窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を１個或いは、複数の吸着床に充填した吸着型酸素濃縮装置が知られ、中でも空気供給手段としてコンプレッサーを用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置が多用されている。かかる装置は、通常、窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した１個或いは複数の吸着床にコンプレッサーから圧縮空気を供給して加圧状態で窒素を吸着させることにより酸素濃縮気体を得る吸着工程と、吸着床の内圧を減少させて窒素を脱着させ吸着剤の再生を行う脱着工程を一定サイクルで繰り返し行い、更に必要に応じて、脱着工程終了直前に、既に生成した乾燥酸素濃縮気体を一部逆流させ再生効率の向上と昇圧を目的とする均圧工程を加えて、順次一定サイクルで行うことにより酸素濃縮気体を得る装置である。
【０００４】
かかる酸素濃縮気体を得る装置としては、コンプレッサーと吸着床とを配管で接続し、間に弁手段を設置することにより吸着床への加圧空気の供給経路を切替えるフローが一般的である。但し、このような装置では部品点数の増加やメンテナンスに不具合が生じる問題点があった。
【０００５】
また、これらの不具合を改善する装置として特表平７−５０８２０５に記載の流体分別装置を介して、吸着床に加圧空気を供給するモジュール化された酸素濃縮装置もある。
【０００６】
しかし、これらの装置の吸着床として使用されるゼオライト系吸着剤は、窒素よりも水の吸着力が強い傾向にあり、一定の使用条件下では吸着剤の温度や吸着床に供給される圧縮空気中の水分量により窒素吸着量が変化し、酸素の回収率が大きく左右される。
【０００７】
特に日本の気象環境下では、１年を通じての寒暖の差や、相対湿度の変化が大きく、ゼオライト吸着剤の酸素分離効率の低下や吸湿劣化、耐久性低下を招きやすく、安定的な濃度で酸素濃縮気体を１年を通じて得ることは困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の圧力変動吸着型酸素濃縮装置で問題となる、ゼオライト吸着剤の温度による窒素吸着量、酸素回収率の変動、該酸素濃縮器の性能低下を解消し、日本の気象環境下でも、１年を通じて安定的な濃度の酸素濃縮気体を得ることができる医療用の酸素濃縮装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本出願人はかかる課題に対して、鋭意検討した結果、各種ゼオライト吸着剤によって生成酸素濃度変化に温度依存性があることを見出し、吸着床温度を検知し、吸脱着サイクルタイムを制御することで、酸素濃縮器の性能低下を解消し、安定的な濃度の酸素濃縮気体を得ることができる酸素濃縮装置を見出したものである。
【００１０】
即ち、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少なくとも１個の吸着床と、該吸着床へ空気を供給する空気供給手段と、生成した酸素濃縮空気を使用者の供給するための酸素供給手段を備えた圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、該吸着床の温度を検知する手段を備え、該吸着床温度を制御する手段を備えたことを特徴とする圧力変動吸着型酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、かかる吸着剤が５Ａ型ゼオライトであり、該制御手段が吸着床温度を２０℃〜６０℃に制御する手段であることを特徴とする圧力変動吸着型酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１２】
更に、本発明は、かかる温度制御手段が該空気供給手段の冷却排熱を利用する手段であることを特徴とする圧力変動吸着型酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の医療用圧力変動吸着型酸素濃縮器に用いられる吸着床としては、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少なくとも１個の吸着床が用いられる。特に、２個以上の複数の吸着床を有するものに有効であり、更には、特表平７−５０８２０５に記載の電磁弁を使用せずに、吸着塔と１体型のマニホールドを介して、流路を回転式バルブで切替えることにより吸着床に加圧空気を供給することが可能であるモジュール化された吸着床を備えた医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置に有効である。
【００１４】
本発明の医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置に用いられる好ましい吸着剤として、５Ａ型ゼオライトを用いる。具体的には、ユニオンカーバイド社製の５ＡＭＧなどが好ましい。
【００１５】
吸着床温度は、その表面温度で２０〜６０℃に制御することが好ましく、特に好ましくは４０±５℃に制御することが好ましい。
【００１６】
かかる吸着剤を採用した場合、１吸着工程中に該吸着床に送り込まれる空気量が吸着剤重量当たり、８．０〜１１．０ｃｍ3／ｇ（２０℃、１気圧）の装置であることが好ましい。
【００１７】
５Ａ型ゼオライトを吸着剤とした場合には、図１に示すように２０℃〜６０℃では温度の影響は少なく、９０％以上の酸素濃度を維持することができるが、２０℃以下の温度では生成酸素濃度が明らかに低下する。本発明は吸着床温度を検知する手段を備えることによって、その検知結果に基づいて吸着床温度を２０〜６０℃に制御し、酸素濃度を安定的に提供するものである。
【００１８】
本発明の温度検知手段は、吸着剤温度、吸着床表面温度を直接測定する手段の他、吸着床が設置されている酸素濃縮装置内温度を測定する手段を用いることが出来る。また、吸気温度、設置環境温度を測定し、予め測定した吸着床表面温度との補正値を勘定して吸着床温度を制御することも出来る。
【００１９】
温度制御手段としては、加熱手段としてヒーター等の電気エネルギーを熱に変換する熱源を用い、吸着剤または、吸着床の表面温度を検出し、その検出結果に基づいて、ヒーターの温度や、冷却排熱の回収量を変化させし、適切な温度に制御する方法がある。
【００２０】
また、コンプレッサー等の空気供給手段の冷却排熱を利用し、排気を直接吸着床表面に吹き付ける方法や、ヒートパイプ等の熱移動手段を用いて回収し、吸着床表面の加熱に用いる方法がある。この場合、排気をダクトで導く方法がある。この場合、吸着剤または、吸着床の表面温度を制御するために、ダンパー等を用いて、排気風量を変化させる機構を備えるのが効果的である。
【００２１】
【実施例】
以下に、本発明の酸素濃縮装置の好適な具体的実施例について、必要に応じて図面を用いながら説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２２】
本発明の酸素濃縮装置は特に限定されるものではないが、図２に概略フローで示すような、米国 Ｓｅｑｕａｌ社製ＡＴＦモジュールを吸着床として用いた酸素濃縮器を採用することが出来る。かかるモジュールは、吸着塔と１体型のマニホールドを介して、流路を回転式バルブで切替えることにより吸着床に加圧空気を供給することが可能である。
【００２３】
空気供給手段１より供給された空気を吸着床２に送気し、生成された酸素濃縮空気が調圧弁５及び流量設定手段６を介して適切な流量に制御され、加湿手段７で加湿した酸素濃縮空気を患者に供給する。更に空気供給手段を１を冷却する送風機８によって送風された排熱空気を吸着床２表面に吹き付けることにより吸着床の加熱を行う。
【００２４】
この場合、吸着床２の温度検知手段９の検出結果に応じて送風される排気量を制御する方法もあるが、機構的に複雑になるため、２，３種類の風量切替ダンパーを備えた構造が簡易的である。
【００２５】
図１は図２の装置を用いて測定した吸着床表面温度と生成酸素濃度(体積濃度)との関係を表したものである。
【００２６】
空気供給手段１からは１２０Ｌ／分の(２０℃、１気圧換算）加圧空気を供給し、約７Ｌ／分(２０℃、１気圧換算、９３体積％）の酸素富化空気を得る酸素濃縮システムで構成されている。
【００２７】
【発明の効果】
本願発明の酸素濃縮器を使用することにより、温度によって吸着量の低下による回収率の低下、生成された酸素濃縮気体の体積濃度の低下を防ぎ、環境温度に影響されることなく安定的な濃度の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ことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】吸着床温度と生成酸素濃度との関係。
【図２】本発明の好適な実施例である医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置。
【符号の説明】
１ 空気供給手段
２ 吸着床
３、４ 流路切替え手段
５ 調圧弁
６ 流量設定器
７ 加湿器
８ 送風機
９ 温度検出手段
１０ ダンパー
１１ 調節手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気中から酸素濃縮空気を分離して使用するための酸素濃縮装置に関する。更に詳細には、圧力変動吸着型酸素濃縮装置に関し、温度によって吸着剤の窒素吸着量低下に伴う酸素回収率の低下、生成酸素濃縮気体の体積濃度の低下を防ぎ、環境温度に影響されること無く安定的に使用者に酸素濃縮気体を供給できるようにした、改善された圧力変動吸着型酸素濃縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、喘息、肺気腫症、慢性気管支炎などの呼吸器系疾患に苦しむ患者が増加する傾向があるが、その最も効果的な治療法の一つとして酸素吸入療法があり、空気中から酸素濃縮気体を直接分離する酸素濃縮装置が開発され、使用時の利便性、保守管理の容易さから酸素吸入療法用の治療装置として、次第に普及するようになってきている。
【０００３】
かかる酸素濃縮装置として、窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を１個或いは、複数の吸着床に充填した吸着型酸素濃縮装置が知られ、中でも空気供給手段としてコンプレッサーを用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置が多用されている。かかる装置は、通常、窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した１個或いは複数の吸着床にコンプレッサーから圧縮空気を供給して加圧状態で窒素を吸着させることにより酸素濃縮気体を得る吸着工程と、吸着床の内圧を減少させて窒素を脱着させ吸着剤の再生を行う脱着工程を一定サイクルで繰り返し行い、更に必要に応じて、脱着工程終了直前に、既に生成した乾燥酸素濃縮気体を一部逆流させ再生効率の向上と昇圧を目的とする均圧工程を加えて、順次一定サイクルで行うことにより酸素濃縮気体を得る装置である。
【０００４】
かかる酸素濃縮気体を得る装置としては、コンプレッサーと吸着床とを配管で接続し、間に弁手段を設置することにより吸着床への加圧空気の供給経路を切替えるフローが一般的である。但し、このような装置では部品点数の増加やメンテナンスに不具合が生じる問題点があった。
【０００５】
また、これらの不具合を改善する装置として特表平７−５０８２０５に記載の流体分別装置を介して、吸着床に加圧空気を供給するモジュール化された酸素濃縮装置もある。
【０００６】
しかし、これらの装置の吸着床として使用されるゼオライト系吸着剤は、窒素よりも水の吸着力が強い傾向にあり、一定の使用条件下では吸着剤の温度や吸着床に供給される圧縮空気中の水分量により窒素吸着量が変化し、酸素の回収率が大きく左右される。
【０００７】
特に日本の気象環境下では、１年を通じての寒暖の差や、相対湿度の変化が大きく、ゼオライト吸着剤の酸素分離効率の低下や吸湿劣化、耐久性低下を招きやすく、安定的な濃度で酸素濃縮気体を１年を通じて得ることは困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の圧力変動吸着型酸素濃縮装置で問題となる、ゼオライト吸着剤の温度による窒素吸着量、酸素回収率の変動、該酸素濃縮器の性能低下を解消し、日本の気象環境下でも、１年を通じて安定的な濃度の酸素濃縮気体を得ることができる医療用の酸素濃縮装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本出願人はかかる課題に対して、鋭意検討した結果、各種ゼオライト吸着剤によって生成酸素濃度変化に温度依存性があることを見出し、吸着床温度を検知し、吸脱着サイクルタイムを制御することで、酸素濃縮器の性能低下を解消し、安定的な濃度の酸素濃縮気体を得ることができる酸素濃縮装置を見出したものである。
【００１０】
即ち、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少なくとも１個の吸着床と、該吸着床へ空気を供給する空気供給手段と、生成した酸素濃縮空気を使用者の供給するための酸素供給手段を備えた圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、該吸着床の温度を検知する手段を備え、該吸着床温度を制御する手段を備えたことを特徴とする圧力変動吸着型酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、かかる吸着剤が５Ａ型ゼオライトであり、該制御手段が吸着床温度を２０℃〜６０℃に制御する手段であることを特徴とする圧力変動吸着型酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１２】
更に、本発明は、かかる温度制御手段が該空気供給手段の冷却排熱を利用する手段であることを特徴とする圧力変動吸着型酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の医療用圧力変動吸着型酸素濃縮器に用いられる吸着床としては、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少なくとも１個の吸着床が用いられる。特に、２個以上の複数の吸着床を有するものに有効であり、更には、特表平７−５０８２０５に記載の電磁弁を使用せずに、吸着塔と１体型のマニホールドを介して、流路を回転式バルブで切替えることにより吸着床に加圧空気を供給することが可能であるモジュール化された吸着床を備えた医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置に有効である。
【００１４】
本発明の医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置に用いられる好ましい吸着剤として、５Ａ型ゼオライトを用いる。具体的には、ユニオンカーバイド社製の５ＡＭＧなどが好ましい。
【００１５】
吸着床温度は、その表面温度で２０〜６０℃に制御することが好ましく、特に好ましくは４０±５℃に制御することが好ましい。
【００１６】
かかる吸着剤を採用した場合、１吸着工程中に該吸着床に送り込まれる空気量が吸着剤重量当たり、８．０〜１１．０ｃｍ3／ｇ（２０℃、１気圧）の装置であることが好ましい。
【００１７】
５Ａ型ゼオライトを吸着剤とした場合には、図１に示すように２０℃〜６０℃では温度の影響は少なく、９０％以上の酸素濃度を維持することができるが、２０℃以下の温度では生成酸素濃度が明らかに低下する。本発明は吸着床温度を検知する手段を備えることによって、その検知結果に基づいて吸着床温度を２０〜６０℃に制御し、酸素濃度を安定的に提供するものである。
【００１８】
本発明の温度検知手段は、吸着剤温度、吸着床表面温度を直接測定する手段の他、吸着床が設置されている酸素濃縮装置内温度を測定する手段を用いることが出来る。また、吸気温度、設置環境温度を測定し、予め測定した吸着床表面温度との補正値を勘定して吸着床温度を制御することも出来る。
【００１９】
温度制御手段としては、加熱手段としてヒーター等の電気エネルギーを熱に変換する熱源を用い、吸着剤または、吸着床の表面温度を検出し、その検出結果に基づいて、ヒーターの温度や、冷却排熱の回収量を変化させし、適切な温度に制御する方法がある。
【００２０】
また、コンプレッサー等の空気供給手段の冷却排熱を利用し、排気を直接吸着床表面に吹き付ける方法や、ヒートパイプ等の熱移動手段を用いて回収し、吸着床表面の加熱に用いる方法がある。この場合、排気をダクトで導く方法がある。この場合、吸着剤または、吸着床の表面温度を制御するために、ダンパー等を用いて、排気風量を変化させる機構を備えるのが効果的である。
【００２１】
【実施例】
以下に、本発明の酸素濃縮装置の好適な具体的実施例について、必要に応じて図面を用いながら説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２２】
本発明の酸素濃縮装置は特に限定されるものではないが、図２に概略フローで示すような、米国 Ｓｅｑｕａｌ社製ＡＴＦモジュールを吸着床として用いた酸素濃縮器を採用することが出来る。かかるモジュールは、吸着塔と１体型のマニホールドを介して、流路を回転式バルブで切替えることにより吸着床に加圧空気を供給することが可能である。
【００２３】
空気供給手段１より供給された空気を吸着床２に送気し、生成された酸素濃縮空気が調圧弁５及び流量設定手段６を介して適切な流量に制御され、加湿手段７で加湿した酸素濃縮空気を患者に供給する。更に空気供給手段を１を冷却する送風機８によって送風された排熱空気を吸着床２表面に吹き付けることにより吸着床の加熱を行う。
【００２４】
この場合、吸着床２の温度検知手段９の検出結果に応じて送風される排気量を制御する方法もあるが、機構的に複雑になるため、２，３種類の風量切替ダンパーを備えた構造が簡易的である。
【００２５】
図１は図２の装置を用いて測定した吸着床表面温度と生成酸素濃度(体積濃度)との関係を表したものである。
【００２６】
空気供給手段１からは１２０Ｌ／分の(２０℃、１気圧換算）加圧空気を供給し、約７Ｌ／分(２０℃、１気圧換算、９３体積％）の酸素富化空気を得る酸素濃縮システムで構成されている。
【００２７】
【発明の効果】
本願発明の酸素濃縮器を使用することにより、温度によって吸着量の低下による回収率の低下、生成された酸素濃縮気体の体積濃度の低下を防ぎ、環境温度に影響されることなく安定的な濃度の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ことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】吸着床温度と生成酸素濃度との関係。
【図２】本発明の好適な実施例である医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置。
【符号の説明】
１ 空気供給手段
２ 吸着床
３、４ 流路切替え手段
５ 調圧弁
６ 流量設定器
７ 加湿器
８ 送風機
９ 温度検出手段
１０ ダンパー
１１ 調節手段
Claims (2)
- 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少なくとも１個の吸着床と、該吸着床へ空気を供給する空気供給手段と、生成した酸素濃縮空気を使用者に供給するための酸素供給手段を備えた圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、該吸着床の温度を検知する手段を備え、該吸着床温度を制御する温度制御手段を備え、
該温度制御手段が、該空気供給手段の冷却排熱を利用する手段であり、該空気供給手段を冷却する送風機によって送風された排熱空気を吸着床表面に吹き付けると共に、該温度検知手段の検知結果に基づいて、排熱空気の風量を切り替えるダンパーを備えたものである、圧力変動吸着型酸素濃縮装置。 - 該吸着剤が５Ａ型ゼオライトであり、該温度制御手段が吸着床温度を２０℃〜６０℃に制御する手段であることを特徴とする請求項１に記載の圧力変動吸着型酸素濃縮装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04148299A JP4180721B2 (ja) | 1999-02-19 | 1999-02-19 | 圧力変動吸着型酸素濃縮装置 |
| EP00301276A EP1029577B1 (en) | 1999-02-19 | 2000-02-18 | Apparatus for producing oxygen enhanced gas from air |
| DE60027493T DE60027493T2 (de) | 1999-02-19 | 2000-02-18 | Vorrichtung zur Produktion von mit Sauerstoff angereichertem Gas aus Luft |
| US09/510,154 US6372026B1 (en) | 1998-02-19 | 2000-02-22 | Apparatus for producing oxygen enhanced gas from air |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04148299A JP4180721B2 (ja) | 1999-02-19 | 1999-02-19 | 圧力変動吸着型酸素濃縮装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000239004A JP2000239004A (ja) | 2000-09-05 |
| JP4180721B2 true JP4180721B2 (ja) | 2008-11-12 |
Family
ID=12609578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04148299A Expired - Fee Related JP4180721B2 (ja) | 1998-02-19 | 1999-02-19 | 圧力変動吸着型酸素濃縮装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
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| CN108151126B (zh) * | 2017-11-08 | 2019-12-10 | 上海交通大学 | 一种用于建筑供暖的热化学吸附储热系统 |
| JP7319819B2 (ja) * | 2019-04-26 | 2023-08-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 酸素濃縮装置 |
-
1999
- 1999-02-19 JP JP04148299A patent/JP4180721B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2000239004A (ja) | 2000-09-05 |
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