JP4404583B2 - Oxygen concentrator - Google Patents
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Description
本発明は、圧力変動吸着式の酸素濃縮装置に関する。 The present invention relates to a pressure fluctuation adsorption type oxygen concentrator.
従来より、空気中の窒素を選択的に吸着する吸着剤が収容された吸着室と、吸着室へ空気を送出するコンプレッサーと、吸着室から送出される製品ガスが一時的に貯留される貯留タンクとが備えられた圧力変動吸着式の酸素濃縮装置が知られている。この酸素濃縮装置は、空気中の窒素を吸着室に収容された吸着剤に吸着させる窒素吸着操作と、吸着剤に吸着された窒素を脱着して大気に排出する窒素脱着操作とを繰り返し行い、窒素吸着工程によって酸素濃度が高められた空気(以下、酸素濃縮ガスということがある)を製品ガスとして貯留タンクに連続的に供給するものである。窒素吸着操作は、吸着室をコンプレッサーで加圧することによって行われる。また、窒素脱着操作は、吸着室を大気に開放して減圧することによって行われ、吸着剤の窒素吸着能力が再生される。貯留タンクに供給された製品ガスは、貯留タンクに一時的に蓄えられた後、取り出される。 Conventionally, an adsorption chamber that contains an adsorbent that selectively adsorbs nitrogen in the air, a compressor that sends air to the adsorption chamber, and a storage tank that temporarily stores product gas delivered from the adsorption chamber There is known a pressure fluctuation adsorption type oxygen concentrator equipped with This oxygen concentrator repeatedly performs a nitrogen adsorption operation for adsorbing nitrogen in the air to the adsorbent accommodated in the adsorption chamber, and a nitrogen desorption operation for desorbing the nitrogen adsorbed by the adsorbent and discharging it to the atmosphere. Air in which the oxygen concentration is increased by the nitrogen adsorption process (hereinafter sometimes referred to as oxygen-enriched gas) is continuously supplied to the storage tank as product gas. The nitrogen adsorption operation is performed by pressurizing the adsorption chamber with a compressor. The nitrogen desorption operation is performed by opening the adsorption chamber to the atmosphere and reducing the pressure, thereby regenerating the nitrogen adsorption ability of the adsorbent. The product gas supplied to the storage tank is temporarily stored in the storage tank and then taken out.
このような酸素濃縮装置は、近年、喘息や気管支炎などの呼吸器系の疾患に苦しむ患者が増加してきたことに呼応して、在宅医療用として一般家庭で使用されるようになってきている。患者は、鼻カニューラや鼻マスクを酸素濃縮装置へ接続して製品ガスを吸入する。患者が吸入する製品ガスの流量は、医師の処方によって定められる。このため、一般的な酸素濃縮装置は、患者が製品ガスの取出流量を設定できるようになっている。しかし、一方で、コンプレッサーを駆動するモーターは、常に一定の電圧で駆動されるものが殆どであった。このため、このような酸素濃縮装置は、製品ガスの取出流量が設定変更されるにもかかわらず、消費電力が常に一定であり、電力を過剰に消費することがあるものであった。医療用の酸素濃縮装置は、昼夜を問わずに運転されるものも多く、このように電力を過剰に消費していたのでは、経済的な負担が大きくなる。これまでに、省電力化を目的に開発された酸素濃縮装置としては、コンプレッサーの駆動電圧を制御することが可能なものが提案されている。 In recent years, in response to the increase in the number of patients suffering from respiratory diseases such as asthma and bronchitis, such oxygen concentrators have come to be used in homes for home medical use. . The patient inhales product gas by connecting a nasal cannula or nasal mask to an oxygen concentrator. The flow rate of the product gas that the patient inhales is determined by the doctor's prescription. For this reason, the general oxygen concentrator allows the patient to set the product gas extraction flow rate. However, on the other hand, most of the motors that drive the compressor are always driven at a constant voltage. For this reason, in such an oxygen concentrator, the power consumption is always constant and the power may be excessively consumed despite the setting change of the product gas extraction flow rate. Many medical oxygen concentrators are operated day and night, and such excessive consumption of electric power increases the economic burden. So far, oxygen concentrators developed for power saving have been proposed that can control the drive voltage of the compressor.
例えば、特開2000−354630号公報(特許文献1)には、空気中から酸素と窒素を分離吸着する吸着剤を内蔵した吸着塔と、吸着塔に圧縮空気を送る電動式コンプレッサーと、酸素濃縮ガスを貯留する貯留タンクと、酸素濃縮ガスを取り出して使用者に供給する導管と、自動開閉弁によって吸着塔の吸着工程と脱着工定とを交互に繰返すように制御する制御手段とからなる酸素濃縮装置において、酸素濃縮ガスの取出流量を設定する流量設定手段に関連して電動式コンプレッサーの駆動電圧を制御する制御手段を設けてなることを特徴とする酸素濃縮装置が記載されている。このとき、貯留タンクの内部圧力の変化によってコンプレッサーの駆動電圧を制御することについても記載されている。これにより、酸素濃縮装置を安定して作動させながら消費電力を下げることが可能になるとされている。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-354630 (Patent Document 1) discloses an adsorption tower containing an adsorbent that separates and adsorbs oxygen and nitrogen from the air, an electric compressor that sends compressed air to the adsorption tower, and oxygen concentration. Oxygen comprising a storage tank for storing gas, a conduit for taking out the oxygen-enriched gas and supplying it to the user, and a control means for controlling the adsorption process and desorption work of the adsorption tower to be alternately repeated by an automatic opening / closing valve In the concentrator, there is described an oxygen concentrator characterized by comprising a control means for controlling the drive voltage of the electric compressor in relation to the flow rate setting means for setting the flow rate of the oxygen enriched gas. At this time, it is also described that the drive voltage of the compressor is controlled by a change in the internal pressure of the storage tank. Thereby, it is said that it becomes possible to reduce power consumption while operating the oxygen concentrator stably.
また、特開平11−207128号公報(特許文献2)には、空気中から酸素を選択的に吸着し得る吸着剤を含む吸着室と、吸着室に空気を供給する送風手段と、吸着室から取り出された酸素濃縮ガスを貯留するガス貯留手段と、ガス貯留手段から酸素濃縮ガスを取り出すガス取出手段とを備えた酸素濃縮機において、ガス取出手段を介して取り出されるガスの流量を決定する製品ガス取出流量設定手段と、製品ガス取出流量に応じて、送風手段を介して吸着室に供給される空気の流量を決定する供給空気流量設定手段と、製品ガス取出流量に応じて、吸着室内でのガス加圧時間を決定する加圧時間決定手段とを備えることを特徴とする酸素濃縮機が記載されている。これにより、低消費電力化を図ることや、高い酸素収率で製品ガスを取り出すことが可能になるとされている。このとき、決定された供給空気流量に応じて、コンプレッサーの能力を制御することについても記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-207128 (Patent Document 2) discloses an adsorption chamber containing an adsorbent capable of selectively adsorbing oxygen from the air, a blowing means for supplying air to the adsorption chamber, and an adsorption chamber. A product for determining the flow rate of gas taken out through the gas extraction means in an oxygen concentrator comprising a gas storage means for storing the extracted oxygen-enriched gas and a gas extraction means for extracting the oxygen-enriched gas from the gas storage means A gas extraction flow rate setting means, a supply air flow rate setting means for determining the flow rate of air supplied to the adsorption chamber via the blower means in accordance with the product gas extraction flow rate, and a product gas extraction flow rate in the adsorption chamber. An oxygen concentrator comprising a pressurization time determining means for determining the gas pressurization time is described. As a result, it is said that it is possible to reduce the power consumption and to extract the product gas with a high oxygen yield. At this time, it is also described that the capacity of the compressor is controlled in accordance with the determined supply air flow rate.
しかし、特許文献1には、貯留タンクの内部圧力が所定の数値に達した場合にコンプレッサーの駆動電圧を低下させるといった、いわゆる閾値制御を行うことについては記載されているものの、コンプレッサーの駆動電圧を、実際の製品ガスの取出流量に関連させて変更することについては記載されていない。また、特許文献2には、患者によって設定された製品ガスの取出流量設定値に応じて、コンプレッサーの能力を変更することについては記載されている。しかしながら、この場合に変更の基準となるのはあくまで設定値であり、実際の製品ガスの取出流量に応じて変更することについては記載されていない。このため、いずれの酸素濃縮装置においても、実際の製品ガスの取出流量に異常があるような場合には、制御が適切に行われなくなるおそれがある。例えば、チューブ折れなどの何らかの原因によって、実際の製品ガスの取出流量が、所望の製品ガスの取出流量よりも低下したような場合には、その異常の発生を検知できないおそれがある。これを検知するために、マスフローメーターなどの流量計を新たに取り付けたのでは、酸素濃縮装置の寸法や重量が大きくなるだけでなく、その製造原価も高くなる。 However, although Patent Document 1 describes performing so-called threshold control such as reducing the compressor drive voltage when the internal pressure of the storage tank reaches a predetermined value, the compressor drive voltage is However, there is no description about changing in relation to the actual product gas extraction flow rate. Patent Document 2 describes changing the capacity of a compressor in accordance with a product gas extraction flow rate setting value set by a patient. However, in this case, the reference for change is a set value to the last, and there is no description about changing according to the actual product gas extraction flow rate. For this reason, in any oxygen concentrator, if there is an abnormality in the actual product gas extraction flow rate, control may not be performed properly. For example, if the actual product gas extraction flow rate is lower than the desired product gas extraction flow rate due to some cause such as tube breakage, the occurrence of the abnormality may not be detected. In order to detect this, if a flow meter such as a mass flow meter is newly installed, not only the size and weight of the oxygen concentrator increases, but also its manufacturing cost increases.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、コンプレッサーの空気送出流量など各種の運転条件を、貯留タンクから実際に取り出されている製品ガスの流量と関連させて変更することが可能な酸素濃縮装置を提供することを目的とする。また、貯留タンクから実際に取り出されている製品ガスの流量に異常がある場合であっても、制御が適切に行われる酸素濃縮装置を提供することも本発明の目的である。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and various operating conditions such as the air delivery flow rate of the compressor can be changed in relation to the flow rate of the product gas actually taken out from the storage tank. An object is to provide a possible oxygen concentrator. It is also an object of the present invention to provide an oxygen concentrator that is appropriately controlled even when the flow rate of the product gas actually taken out from the storage tank is abnormal.
上記課題は、空気中の窒素を選択的に吸着する吸着剤が収容された複数の吸着室と、吸着室へ空気を送出するコンプレッサーと、吸着室から送出される製品ガスが一時的に貯留される貯留タンクとが備えられた圧力変動吸着式の酸素濃縮装置において、貯留タンクの内部圧力を検知する貯留タンク圧力検知手段が設けられ、検知された貯留タンクの内部圧力データから算出された圧力減少速度αに応じて運転条件が自動的に変更されることを特徴とする酸素濃縮装置を提供することによって解決される。ここで、圧力減少速度αとは、貯留タンクの内部圧力の所定の時間当たりの減少量をいう。圧力減少速度αは、貯留タンクから実際に取り出されている製品ガスの流量と比例関係にある。これにより、酸素濃縮装置の各種の運転条件を、貯留タンクから実際に取り出されている製品ガスの流量と関連させて変更することが可能となる。 The above problem is that a plurality of adsorption chambers that contain an adsorbent that selectively adsorbs nitrogen in the air, a compressor that sends air to the adsorption chamber, and a product gas delivered from the adsorption chamber are temporarily stored. In the pressure fluctuation adsorption oxygen concentrator equipped with a storage tank, a storage tank pressure detecting means for detecting the internal pressure of the storage tank is provided, and the pressure reduction calculated from the detected internal pressure data of the storage tank This is solved by providing an oxygen concentrator characterized in that the operating conditions are automatically changed according to the speed α. Here, the pressure decrease rate α refers to a decrease amount per predetermined time of the internal pressure of the storage tank. The pressure decrease rate α is proportional to the flow rate of the product gas actually taken out from the storage tank. As a result, various operating conditions of the oxygen concentrator can be changed in relation to the flow rate of the product gas actually taken out from the storage tank.
コンプレッサーの空気送出流量が、圧力減少速度αが速くなるにつれて多く変更され、圧力減少速度αが遅くなるにつれて少なく変更されることが好適な実施態様である。これにより、コンプレッサーで消費される電力を低減することが可能となる。このとき、コンプレッサーを冷却する冷却ファンの回転速度が、圧力減少速度αが速くなるにつれて速く変更され、圧力減少速度αが遅くなるにつれて遅く変更されることがより好適である。これにより、冷却ファンで消費される電力や、冷却ファンから発生する騒音を、低減することも可能となる。 In a preferred embodiment, the air delivery flow rate of the compressor is changed more as the pressure reduction rate α is higher, and is changed less as the pressure reduction rate α is lower. As a result, the power consumed by the compressor can be reduced. At this time, it is more preferable that the rotation speed of the cooling fan that cools the compressor is changed faster as the pressure reduction rate α is increased, and is changed more slowly as the pressure reduction rate α is decreased. Thereby, it is also possible to reduce power consumed by the cooling fan and noise generated from the cooling fan.
吸着室の内部圧力を検知する吸着室圧力検知手段が設けられ、吸着室圧力検知手段によって検知された吸着室の内部圧力が上限値P0に達したところで、吸着室の均圧操作が開始されることも好適な実施態様である。これにより、実際の製品ガスの取出流量に適した効率のよい圧力で、酸素を濃縮することが可能となる。このとき、上限値P0が、圧力減少速度αが速くなるにつれて高く変更され、圧力減少速度αが遅くなるにつれて低く変更されるとより好適である。 Adsorption chamber pressure detection means for detecting the internal pressure of the adsorption chamber is provided, and when the internal pressure of the adsorption chamber detected by the adsorption chamber pressure detection means reaches the upper limit P 0 , the pressure equalization operation of the adsorption chamber is started. This is also a preferred embodiment. This makes it possible to concentrate oxygen at an efficient pressure suitable for the actual product gas extraction flow rate. At this time, it is more preferable that the upper limit value P 0 is changed to be higher as the pressure reduction rate α becomes higher and changed to be lower as the pressure reduction rate α becomes slower.
吸着室の均圧操作を行う時間が、圧力減少速度αが速くなるにつれて長く変更され、圧力減少速度αが遅くなるにつれて短く変更されることも好適な実施態様である。これにより、実際の製品ガスの取出流量に適した効率のよい均圧時間を採用して、酸素を濃縮することが可能となる。 It is also a preferred embodiment that the time during which the pressure equalizing operation of the adsorption chamber is performed is changed longer as the pressure reduction rate α becomes faster and shorter as the pressure reduction rate α becomes slower. As a result, it is possible to concentrate oxygen by adopting an efficient equalization time suitable for the actual product gas extraction flow rate.
運転条件が、予め設定された複数の運転条件の組み合せの中から選択されることも好適な実施態様である。運転条件を、無段階で連続的に変更するのでは、その制御が複雑なものとなり過ぎるおそれがあるが、この運転条件を、複数段階で変更することによって、その制御を簡素なものとすることが可能となる。 It is also a preferred embodiment that the operating condition is selected from a combination of a plurality of preset operating conditions. If the operating conditions are continuously changed in a stepless manner, the control may become too complicated, but the control should be simplified by changing the operating conditions in multiple steps. Is possible.
ガス流量を連続的に調整できる可変弁が、貯留タンクから製品ガスを取り出すガス流路に設けられ、可変弁の開度が、圧力減少速度αに応じて微調整されることも好適な実施態様である。ガス流量を連続的に調整できる可変弁としては、マスフローコントローラなどが例示される。従来の酸素濃縮装置は、実際の製品ガスの取出流量を数段階にしか調整できないものが殆どであったが、これにより、実際の製品ガスの取出流量を連続的(無段階的)に調整して最適化することが可能となる。 A variable valve capable of continuously adjusting the gas flow rate is provided in a gas flow path for taking out product gas from the storage tank, and the opening degree of the variable valve is also finely adjusted according to the pressure reduction rate α. It is. Examples of the variable valve that can continuously adjust the gas flow rate include a mass flow controller. Most conventional oxygen concentrators can adjust the actual product gas extraction flow rate to only a few stages, but this allows the actual product gas extraction flow rate to be adjusted continuously (steplessly). Can be optimized.
酸素濃縮装置が起動されてから所定時間が経過するまでの間は、運転条件が変更されないことが好ましい。貯留タンクの内部圧力は、酸素濃縮装置が起動された直後には不安定であることが多い。このため、実際の製品ガスの正確な取出流量を、圧力減少速度αから求めることが困難となり、酸素濃縮装置の動作に不具合が生じるおそれがあるからである。この間は、酸素を最も効率的に濃縮できる運転条件(製品ガスの取出流量が最大となったときに選択される運転条件)に従わせるとより好適である。これにより、貯留タンクの内部圧力を、短時間で安定させることが可能となる。また、コンプレッサーのモーターを、起動時に確実に回転させることも可能となる。酸素濃縮装置が起動されてから所定時間が経過すると、通常運転(運転条件が変更される運転)が開始される。 It is preferable that the operating conditions are not changed until a predetermined time elapses after the oxygen concentrator is activated. The internal pressure of the storage tank is often unstable immediately after the oxygen concentrator is started. For this reason, it is difficult to obtain an accurate product gas extraction flow rate from the pressure reduction rate α, which may cause problems in the operation of the oxygen concentrator. During this period, it is more preferable to follow the operating conditions that can concentrate oxygen most efficiently (the operating conditions selected when the product gas extraction flow rate is maximized). Thereby, the internal pressure of the storage tank can be stabilized in a short time. It is also possible to reliably rotate the compressor motor at startup. When a predetermined time elapses after the oxygen concentrator is activated, normal operation (operation in which operating conditions are changed) is started.
また、上記課題は、空気中の窒素を選択的に吸着する吸着剤が収容された複数の吸着室と、吸着室へ空気を吐出するコンプレッサーと、吸着室から送出される製品ガスが一時的に貯留される貯留タンクとが備えられた圧力変動吸着式の酸素濃縮装置において、貯留タンクの内部圧力を検知する貯留タンク圧力検知手段と、異常発生信号が入力されると警報を発する警報手段とが設けられ、検知された貯留タンクの内部圧力から算出された圧力減少速度αが監視され、圧力減少速度αの異常が検知されると警報手段へ異常発生信号が入力されることを特徴とする酸素濃縮装置を提供することによっても解決される。これにより、貯留タンクから実際に取り出される製品ガスの流量に異常がある場合に、その異常の発生を検知することが可能となる。例えば、チューブ折れなどの何らかの原因によって、実際の製品ガスの取出流量が、所望の製品ガスの取出流量よりも低下した場合には、その異常の発生を検知することが可能となる。ただし、酸素濃縮装置が起動されてから所定の時間が経過するまでの間は、停電や過電流などの緊急を要する異常が発生した場合を除いて、警報手段へ異常発生信号が入力されないように制御することが好ましい。前述したように、この間は、貯留タンクの内部圧力が不安定であることが多く、圧力減少速度αが、所望の速度(例えば、後述する取出流量設定値Q0に対応する圧力減少速度αの値)よりも遅いのが通常だからである。 In addition, the above problem is that a plurality of adsorption chambers that contain an adsorbent that selectively adsorbs nitrogen in the air, a compressor that discharges air to the adsorption chamber, and a product gas that is delivered from the adsorption chamber temporarily In a pressure fluctuation adsorption type oxygen concentrator equipped with a storage tank to be stored, a storage tank pressure detection means for detecting the internal pressure of the storage tank, and an alarm means for issuing an alarm when an abnormality occurrence signal is input A pressure reduction rate α calculated from the detected internal pressure of the storage tank is monitored, and when an abnormality in the pressure reduction rate α is detected, an abnormality occurrence signal is input to the alarm means It is also solved by providing a concentrator. Thereby, when there is an abnormality in the flow rate of the product gas actually taken out from the storage tank, it is possible to detect the occurrence of the abnormality. For example, when the actual product gas extraction flow rate is lower than the desired product gas extraction flow rate due to some cause such as tube breakage, the occurrence of the abnormality can be detected. However, during the period from when the oxygen concentrator is activated until a predetermined time has passed, an abnormality signal should not be input to the alarm means, except when an emergency such as a power failure or overcurrent occurs. It is preferable to control. As described above, during this time, the internal pressure of the storage tank is often unstable, and the pressure reduction rate α is a desired rate (for example, a pressure reduction rate α corresponding to an extraction flow rate setting value Q 0 described later). This is because it is usually slower than (value).
このとき、製品ガスの所望の取出流量を設定する取出流量設定手段が設けられ、取出流量設定手段によって設定された取出流量設定値Q0と圧力減少速度αとのスケーリング後の差が所定の許容値を越えた場合に警報手段へ異常発生信号が入力されることが好ましい。ここで、スケーリングとは、取出流量設定値Q0と圧力減少速度αとを比較することが可能な尺度にそろえることをいう。例えば、圧力減少速度αを流量に換算する場合や、取出流量設定値Q0を圧力減少速度に換算する場合などがある。 In this case, take-out flow rate setting means are provided for setting the desired extraction flow rate of the product gas, the allowable difference between the post-scaling has been the extraction flow rate set value Q 0 and the pressure reduction rate α set by the extraction flow rate setting means is a predetermined It is preferable that an abnormality occurrence signal is input to the alarm means when the value is exceeded. Here, “scaling” means that the extracted flow rate setting value Q 0 and the pressure decrease rate α are adjusted to a scale that can be compared. For example, there are a case where the pressure reduction rate α is converted into a flow rate, and a case where the extraction flow rate set value Q 0 is converted into a pressure reduction rate.
警報手段へ異常発生信号が入力されている間は、運転条件が変更されないことが好ましい。異常が発生したときに運転条件が変更されるのでは、所望の制御から大きくかけ離れるおそれがあるためである。 It is preferable that the operating conditions are not changed while the abnormality occurrence signal is input to the alarm means. The reason why the operating condition is changed when an abnormality occurs is that there is a possibility that the operation will be far from the desired control.
本発明の酸素濃縮装置は、コンプレッサーの空気送出流量など各種の運転条件を、貯留タンクから実際に取り出されている製品ガスの流量と関連させて変更することが可能なものである。これにより、酸素濃縮装置の消費電力や騒音を低減できるだけでなく、酸素を濃縮するのに適した効率的な運転条件で酸素濃縮装置を運転することも可能となる。また、本発明の酸素濃縮装置は、貯留タンクから実際に取り出される製品ガスの流量に異常がある場合であっても、制御が適切に行われるものである。 The oxygen concentrator of the present invention can change various operating conditions such as the air delivery flow rate of the compressor in relation to the flow rate of the product gas actually taken out from the storage tank. As a result, not only can the power consumption and noise of the oxygen concentrator be reduced, but the oxygen concentrator can be operated under efficient operating conditions suitable for concentrating oxygen. In addition, the oxygen concentrator of the present invention is appropriately controlled even when there is an abnormality in the flow rate of the product gas actually taken out from the storage tank.
以下、図面を用いて、本発明の酸素濃縮装置をより詳細に説明する。図1は、本発明の酸素濃縮装置の空気回路を示した模式図である。図2は、制御基板の構成を示した模式図である。図3は、貯留タンクの内部圧力の変化を示した模式図である。 Hereinafter, the oxygen concentrator of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an air circuit of the oxygen concentrator of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the control board. FIG. 3 is a schematic diagram showing changes in the internal pressure of the storage tank.
図1に、本発明の酸素濃縮装置の一例を示す。空気中の窒素を選択的に吸着する吸着剤が収容された吸着室10、11と、吸着室10、11へ空気を送出するコンプレッサー40と、吸着室10、11から送出される製品ガスが一時的に貯留される貯留タンク20とが備えられてなる。コンプレッサー40には、それを冷却する冷却ファン50が備えられており、吸着室10、11とコンプレッサー40とを連結するガス流路には、吸着室10、11の内部圧力を検知する吸着室圧力検知手段31が備えられている。貯留タンク20には、その内部圧力を検知する貯留タンク圧力検知手段30が備えられており、貯留タンク20から製品ガスが取り出されるガス流路には、製品ガスの所望の取出流量を設定する取出流量設定手段100が備えられている。この酸素濃縮装置の各部は、図2に示す制御基板200によって制御される。
FIG. 1 shows an example of the oxygen concentrator of the present invention.
以下、酸素濃縮装置の各部について説明する。吸着室10、11は、窒素を選択的に吸着する吸着剤を収容している。コンプレッサー40から送出された空気は、それに含まれる窒素が吸着剤に吸着されて、吸着剤に吸着されなかった酸素が濃縮され取り出される。本例においては、2つの吸着室10、11が備えられているが、これに限定されるものではなく、吸着室が3つや4つの場合もある。この吸着室10、11では、窒素吸着操作と窒素脱着操作とが交互に繰り返され、一方の吸着室で窒素吸着操作が行われるときには、他方の吸着室で窒素脱着操作が行われる。このため、酸素濃縮装置全体として、窒素吸着操作を効率的に行うことができる仕組となっている。吸着室10、11の形状や素材は、窒素吸着操作で加えられる圧力に耐えるものであれば特に限定されないが、本例においては、円筒形状に成形された金属製のタンクを使用している。また、吸着室10、11の内容積も、特に限定されるものではないが、通常、0.3〜2.0リットルであり、本例においては、1.0リットルとなっている。さらに、吸着剤も、窒素を選択的に吸着するものであれば特に限定されないが、本例においては、合成ゼオライトを使用している。
Hereinafter, each part of the oxygen concentrator will be described. The
貯留タンク20は、吸着室10、11から交互に送出されてくる酸素濃縮ガスを製品ガスとして一時的に貯留する。貯留タンク20に貯留された製品ガスは、減圧弁80、流量設定手段100に設けられた流量調整弁、逆止弁72、加湿器130を介して患者に供給される。吸着室10、11から製品ガスが供給されているときには、貯留タンク20に供給される製品ガスの流量が、貯留タンク20から取り出される製品ガスの流量を上回っているために、貯留タンク20の内部圧力は増加する。また、吸着室10、11から製品ガスが供給されていないときには、貯留タンク20に貯留された製品ガスは取り出される一方であるために、貯留タンク20の内部圧力は減少する。このため、貯留タンク20の内部圧力は、図3に示すように、周期的に増減を繰り返しながら変化する。貯留タンク20の形状や素材は、内部の製品ガスによって加えられる圧力に耐えるものであれば特に限定されないが、本例においては、吸着室10、11と同様の円筒形状に成形された金属製のタンクを使用している。また、貯留タンク20の内容積も、特に限定されるものではないが、通常、0.3〜2.0リットルであり、本例においては、0.5リットルとなっている。
The
貯留タンク圧力検知手段30は、周期的に増減を繰り返す貯留タンク20の内部圧力を測定することが可能な圧力センサーであれば特に限定されない。貯留タンク圧力検知手段50に要求される測定圧力範囲は、貯留タンク20の内容積によって異なるが、通常、0.3〜2.0kgf/cm2である。吸着室圧力検知手段31も、貯留タンク圧力検知手段30と同様である。
The storage tank
コンプレッサー40は、空気送出流量が調節できるものを使用する。本例においては、モーターの回転速度を変化させることによって空気送出流量を調節することができるものを使用している。コンプレッサー40に要求される最大空気送出流量は、吸着室10、11に収容された吸着剤の量や窒素吸着性能などによっても異なるが、通常、10〜100リットル/minである。
The
コンプレッサー40を駆動するモーターは、交流式のものを使用してもよいが、直流式のものを使用することが好ましい。これにより、コンプレッサー40の空気送出流量を、モーターの駆動電圧を調節することによって容易に変化させることが可能となるだけでなく、吸着室10、11を高い圧力にまで加圧することも可能となる。なかでも、ブラシレスのモーターを使用することが好ましい。ブラシレスのモーターは、寿命が長く、長時間駆動されることが多い医療用の酸素濃縮装置にも好適に使用することができるためである。モーターの駆動電圧は、通常、インバーターによって制御される。このインバーターは、その出力電圧がモーターの駆動電圧と一致するものであることが好ましい。これにより、電圧の変換回路を別途設ける必要がなくなる。例えば、モーターの駆動電圧がDC140Vである場合に、出力電圧がDC140Vのインバーターを使用すると、電源電圧(例えば商用のAC100V)からDC140Vへの変換をインバーターで行い、インバーターから出力される電圧でモーターを直に駆動することが可能となる。酸素濃縮装置の電源は、商用のAC100Vを使用するのが一般的であるが、これに限定されるものではなく、車のシガーライターや燃料電池を使用してもよい。これにより、携帯型の酸素濃縮装置を提供することが可能となり、患者のQOL(Quality of Life)の向上が期待できる。
The motor for driving the
また、コンプレッサー40を駆動するモーターは、その回転速度を検知するモーター回転速度検知手段が備えられたものであることが好ましい。これにより、モーターの回転速度を、フィードバック制御することが可能となる。このため、モーターに異常が発生して、その回転速度が所望の範囲から逸脱した場合に、その異常を検知することが可能となる。さらに、モーターの回転速度を、必要以上に増減を繰り返さないように制御することも可能となる。コンプレッサー40を駆動するモーターは、コンプレッサーの空気送出流量が多くなって負荷が増大してくると、回転速度が徐々に遅くなり、その後再び速くなるといったことを繰り返すようになる傾向がある。この場合には、モーターから発生する騒音が短い周期で変化して耳障りなものとなるが、この騒音を抑えることが可能となる。
Moreover, it is preferable that the motor which drives the
冷却ファン50は、コンプレッサー40を冷却する能力を有するものであれば特に限定されないが、通常、その最大風量が0.1〜1.5m3/minのものが選択される。冷却ファン50の消費電力を節約する場合には、その風量(ファンの回転速度)が可変であるものを使用する。
Although the cooling
取出流量設定手段100は、それに設定された取出流量設定値Q0に応じた出力ができるものであれば特に限定されないが、本例においては、流量調整弁にポテンショメータを取り付けたものを使用している。この取出流量設定手段100は、ポテンショメータに設けられたツマミを回すことによって、取出流量設定値Q0を設定することが可能なものであり、0.25リットル/min、0.5リットル/min、0.75リットル/min、1リットル/min、1.5リットル/min、2リットル/min、2.5リットル/min、3リットル/minの8種類の設定ができるようになっている。取出流量設定手段100は、各取出流量設定値Q0毎に異なる電気的信号を制御基板200や流量調整弁へ出力する。流量調整弁は、径の異なる複数のオリフィスが設けられた仕切板の回転位置が変化することによって、ガス流量を調節することが可能なものを使用している。この流量調整弁は、取出流量設定値Q0の設定が変更されると、それに連動して仕切板が回転し、オリフィスの径が切り替わるようになっている。本例においては、設定された取出流量設定値Q0は、制御基板200や流量調整弁だけでなく、後述する制御基板の比較回路にも出力されるが、これについては、比較回路の説明の中で詳しく言及する。 Extraction flow rate setting means 100 is not particularly limited as long as the output can according to the extraction flow rate set value Q 0, which is set to, in this example, using what mounted potentiometer to flow adjustment valve Yes. The extraction flow rate setting unit 100, by turning the knob provided on the potentiometer are those capable of setting the take-out flow setpoint Q 0, 0.25 liters /min,0.5 liters / min, Eight types can be set: 0.75 liter / min, 1 liter / min, 1.5 liter / min, 2 liter / min, 2.5 liter / min, and 3 liter / min. Extraction flow rate setting unit 100 outputs an electrical signal that varies for each extraction flow setpoint Q 0 to the control board 200, a flow control valve. As the flow rate adjusting valve, a valve capable of adjusting the gas flow rate by changing the rotational position of the partition plate provided with a plurality of orifices having different diameters is used. The flow rate adjusting valve, the setting of the extraction flow rate set value Q 0 is changed, the partition plate is rotated in conjunction therewith, so that the diameter of the orifice is switched. In this example, extraction flow setpoint Q 0 which has been set, not only the control board 200, a flow control valve, but also output to the comparator circuit of the control board which will be described later, for this, the description of the comparator circuit I will mention it in detail.
次に、制御基板200について説明する。制御基板200は、図2に示すように、換算回路201と駆動回路202と比較回路203とを有する。換算回路201は、貯留タンク圧力検知手段30から貯留タンク20の内部圧力データを受け取って、該内部圧力データから圧力減少速度αを算出し、得られた圧力減少速度αを製品ガス取出流量Q1に換算する。圧力減少速度αの算出と製品ガス取出流量Q1への換算は、通常同時に行われる。換算回路201によって換算された製品ガス取出流量Q1は、貯留タンクから実際に取り出されている製品ガスの流量に相当するものであり、酸素濃縮装置を制御する基準値となる。この製品ガス取出流量Q1は、駆動回路202と比較回路203へそれぞれ出力される。
Next, the control board 200 will be described. As shown in FIG. 2, the control board 200 includes a conversion circuit 201, a drive circuit 202, and a comparison circuit 203. The conversion circuit 201 receives the internal pressure data of the
貯留タンク20の内部圧力データから圧力減少速度α(kgf/cm2・s)を算出するアルゴリズムは、貯留タンク20の内部圧力の所定の時間当たりの減少量を算出するものであれば特に限定されないが、下記式(1)を用いたものであることが簡単で好ましい。
α=(P1−P2)/ΔT2 (1)
ここで、P1(kgf/cm2)は、図3に示すように、貯留タンク20の内部圧力が極大値Pmaxになった時刻T0(sec)から所定時間ΔT1(sec)が経過した瞬間の貯留タンク20の内部圧力であり、P2(kgf/cm2)は、その後さらに所定時間ΔT2(sec)が経過した瞬間の貯留タンク20の内部圧力である。ただし、貯留タンク20の内部圧力は、時刻T0(sec)から時刻T0+ΔT1+ΔT2(sec)までの間に極小値Pminにならないものとする。所定時間ΔT1は、通常、0.1〜2.0secであり、所定時間ΔT2は、通常、0.5〜2.0secである。
The algorithm for calculating the pressure decrease rate α (kgf / cm 2 · s) from the internal pressure data of the
α = (P 1 −P 2 ) / ΔT 2 (1)
Here, as shown in FIG. 3, P 1 (kgf / cm 2 ) has passed a predetermined time ΔT 1 (sec) from time T 0 (sec) when the internal pressure of the
また、圧力減少速度α(kgf/cm2・s)から製品ガス取出流量Q1(リットル/min)を得る換算式は、下記式(2)の通りである。
Q1=(60・V/Pa)・α (2)
ここで、Pa(kgf/cm2)は、標準大気圧(約1.0(kgf/cm2))であり、Vは、貯留タンク20の内容積(リットル)である。このように、圧力減少速度αからは、貯留タンク20から実際に取り出されている製品ガスの流量を容易に算出することができる。
Further, a conversion formula for obtaining the product gas extraction flow rate Q 1 (liter / min) from the pressure decrease rate α (kgf / cm 2 · s) is as shown in the following formula (2).
Q 1 = (60 · V / P a ) · α (2)
Here, P a (kgf / cm 2 ) is a standard atmospheric pressure (about 1.0 (kgf / cm 2 )), and V is an internal volume (liter) of the
比較回路203は、換算回路201から受け取った製品ガス取出流量Q1と、取出流量設定手段100から受け取った取出流量設定値Q0とを比較して、その差が所定の許容値を超えたものである場合に、異常発生信号を駆動回路202や警報手段210へ出力する。これにより、実際の製品ガスの取出流量に異常がある場合に、その異常の発生を検知することが可能となる。比較回路203は、製品ガス取出流量Q1と取出流量設定値Q0との差が所定の許容値を瞬間的に超えた場合に異常発生信号を出力するものであってもよいが、製品ガス取出流量Q1と取出流量設定値Q0との差が所定の許容値を継続的に(例えば、数回又は数分間連続して)超えた場合に異常発生信号を出力するものであることが好ましい。これにより、警報手段210から発せられる警報の信頼性を高めて酸素濃縮装置の誤動作を防止することが可能となる。また、比較回路203は、酸素濃縮装置が起動されてから所定時間が経過するまでの間は、異常発生信号を出力しないものであることが好ましい。これにより、酸素濃縮装置の誤動作を防止することが可能となる。警報手段は、光、音又は振動などの人間の五感で感知できる手段によって警報を発するものであれば特に限定されないが、本例においては、光を使用している。 The comparison circuit 203 compares the product gas extraction flow rate Q 1 received from the conversion circuit 201 with the extraction flow rate setting value Q 0 received from the extraction flow rate setting means 100, and the difference exceeds a predetermined allowable value. In this case, the abnormality occurrence signal is output to the drive circuit 202 and the alarm means 210. As a result, when there is an abnormality in the actual product gas extraction flow rate, the occurrence of the abnormality can be detected. Comparator circuit 203 is the difference between the product gas removal rate Q 1, take-out flow rate set value Q 0 may be one that outputs an abnormality occurrence signal when it exceeds the moment a predetermined allowable value, the product gas is the difference between the take-out flow rate Q 1, take-out flow rate set value Q 0 is outputs continuously (e.g., several times or continuously for several minutes) abnormality signal when it exceeds a predetermined allowable value preferable. Thereby, it becomes possible to improve the reliability of the alarm issued from the alarm means 210 and to prevent malfunction of the oxygen concentrator. Moreover, it is preferable that the comparison circuit 203 does not output an abnormality occurrence signal until a predetermined time elapses after the oxygen concentrator is activated. Thereby, it becomes possible to prevent malfunction of the oxygen concentrator. The alarm means is not particularly limited as long as it generates an alarm by means that can be sensed by human senses such as light, sound, or vibration, but in this example, light is used.
このように、比較回路203が、製品ガス取出流量Q1と取出流量設定値Q0とを比較することによって、製品ガス取出流量Q1が変化した場合に、その変化が、取出流量設定値Q0の設定変更に起因するものなのか、酸素濃縮装置の故障や不具合に起因するものなのかを判断することが可能となる。例えば、製品ガス取出流量Q1が3リットル/minから2リットル/minに低下した場合に、その低下が取出流量設定値Q0を3リットル/minから2リットル/minに設定変更を行ったことに起因するものなのか、チューブが潰れて閉塞したり、チューブの内側に結露が生じたことなどに起因するものなのかを判断することが可能となる。このとき、その低下が、取出流量設定値Q0の設定変更に起因すると判断した場合には通常運転を継続し、酸素濃縮装置の故障や不具合に起因すると判断した場合には異常発生信号を出力することが好ましい。これにより、製品ガス取出流量Q1が変化した場合に、適切な制御を行うことが可能となる。ここでは、製品ガス取出流量Q1が低下した場合について説明したが、これは、製品ガス取出流量Q1が増加した場合についても同様である。製品ガス取出流量Q1の増加は、取出流量設定値Q0の設定変更のほか、減圧弁80の調整が狂った場合などに生じ得る。
Thus, when the product gas extraction flow rate Q 1 is changed by the comparison circuit 203 comparing the product gas extraction flow rate Q 1 with the extraction flow rate setting value Q 0 , the change is the extraction flow rate setting value Q. It is possible to determine whether it is caused by a setting change of 0 or a failure or malfunction of the oxygen concentrator. For example, if the product gas removal rate Q 1 is decreased to 3 L / min into a 2 liter / min, that the reduction is carried out setting change extraction flow setpoint Q 0 to 3 L / min into a 2 liter / min It is possible to determine whether it is caused by the above, or if the tube is crushed and closed, or if condensation occurs inside the tube. In this case, the decrease is to continue normal operation if it is determined to be due to configuration changes of the take-out flow setpoint Q 0, failure or if it is determined that a malfunction attributable to output an abnormality occurrence signal from the oxygen concentrator It is preferable to do. Thus, if the product gas removal rate Q 1 is changed, it is possible to perform appropriate control. Here, the product gas removal rate Q 1 is a case was described in which reduction, which is the same when the product gas removal rate Q 1 is increased. Increase in the product gas removal flow Q 1 is, in addition to the setting change of the take-out flow setpoint Q 0, may occur such as when the adjustment of the
駆動回路202は、各種の運転条件を、換算回路201から受け取った製品ガス取出流量Q1に対応するものへと変更し、変更された運転条件に従った制御信号を酸素濃縮装置の各部へ出力する。駆動回路202は、製品ガス取出流量Q1が変化するたびに各種の運転条件を変更するものであってもよいが、製品ガス取出流量Q1が、継続的に(例えば、数回又は数分間連続して)それまでの値からある程度変化したものであり、かつ、それらの値がある範囲内に収束したものである場合に、各種の運転条件を変更するものであることが好ましい。例えば、製品ガス取出流量Q1が、1リットル/minから、その後、2リットル/min、1リットル/min、1リットル/minと変化した場合には、2リットル/minをノイズと判断して、各種の運転条件を変更しないが、製品ガス取出流量Q1が、1リットル/minから、その後、2リットル/min、2リットル/min、2リットル/minと変化した場合には、製品ガス取出流量Q1が2リットル/minに変化したと判断して、各種の運転条件を変更する。これにより、各種の運転条件の制御の信頼性を高めて酸素濃縮装置の誤動作を防止することが可能となる。また、酸素濃縮装置の各部に出力される制御信号は、アナログ信号である場合と、デジタル信号である場合とがある。アナログ信号としては、電圧や電流を連続的に変化させるものが例示され、デジタル信号としては、電圧や電流をパルス的に変化させるものが例示される。制御信号は、本例において、コンプレッサー40、冷却ファン50、二方弁60〜64へ出力されており、駆動回路202によって、コンプレッサー40の回転数や、冷却ファン50の駆動電圧、二方弁60〜64の切替タイミングなどを制御することが可能となっている。例えば、製品ガス取出流量Q1が多く、貯留タンク20へ大量の酸素濃縮ガスを送出する必要がある場合に、コンプレッサー40の回転速度を速めるといったことが可能である。ただし、本例において、駆動回路202は、比較回路203から異常発生信号が入力されると、運転条件の変更を行わないようになっている。この場合は、酸素濃縮装置は、異常発生信号が入力される直前の運転条件で運転を続ける。
Driving circuit 202, various operating conditions, and changed to correspond to the product gas removal rate Q 1 received from the conversion circuit 201, it outputs a control signal according to the changed operating conditions to each part of the oxygen concentrator To do. Driving circuit 202 may be configured to change the various operating conditions each time the product gas removal rate Q 1 is changed, but the product gas removal rate Q 1 is continuously (e.g., several times or several minutes It is preferable that various operating conditions are changed when the values have changed to some extent from the previous values and have converged within a certain range. For example, the product gas removal rate Q 1 is, 1 L / min, then when the change 2 L / min, 1 liter / min, 1 l / min, it is determined 2 l / min and noise, does not change the various operating conditions, the product gas removal rate Q 1 is, 1 L / min, then when the change 2 L / min, 2 l / min, 2 l / min, the product gas extraction flow rate it is determined that Q 1 is changed to a 2 liter / min, to change various operating conditions. Thereby, it becomes possible to improve the reliability of control of various operating conditions and prevent malfunction of the oxygen concentrator. The control signal output to each part of the oxygen concentrator may be an analog signal or a digital signal. Examples of the analog signal include those that continuously change the voltage and current, and examples of the digital signal include those that change the voltage and current in a pulse manner. In this example, the control signal is output to the
この駆動回路202は、運転条件テーブルの中から製品ガス取出流量Q1に応じた1組の運転条件グループを選択し、その運転条件グループに従って制御信号を出力するものであることが好ましい。ここで、運転条件グループとは、複数個の運転条件が1組になったものをいい、運転条件テーブルとは、複数組の運転条件グループが1組になったものをいう。これにより、複数個の運転条件を、同時かつ段階的に変更することが可能となり、酸素濃縮装置の制御をさらに簡素なものとすることができる。運転条件テーブルは、2組以上の運転条件グループからなるものであれば特に限定されないが、3〜20組の運転条件グループからなることが好ましく、3〜6組の運転条件グループからなることがより好適である。本例において、運転条件テーブルは、表1に示すように、3組の運転条件グループG1〜G3からなっている。運転条件グループG1〜G3には、コンプレッサー回転速度、吸着室切替圧力(上限値P0)、冷却ファン駆動電圧、上部均圧時間及び下部均圧時間が予め設定されている。運転条件グループG3は、製品ガス取出流量Q1が多い場合に選択されるものであり、運転条件グループG1は、製品ガス取出流量Q1が少ない場合に選択されるものである。 The drive circuit 202 is preferably selected a set of operating conditions groups according to the product gas removal rate Q 1 from the operating condition table, and outputs a control signal according to the operation condition group. Here, the operating condition group means a set of a plurality of operating conditions, and the operating condition table means a set of a plurality of sets of operating condition groups. Thereby, a plurality of operating conditions can be changed simultaneously and step by step, and the control of the oxygen concentrator can be further simplified. The operating condition table is not particularly limited as long as it consists of two or more operating condition groups, but preferably consists of 3 to 20 operating condition groups, more preferably 3 to 6 operating condition groups. Is preferred. In this example, as shown in Table 1, the operating condition table includes three sets of operating condition groups G 1 to G 3 . In the operation condition groups G 1 to G 3 , the compressor rotation speed, the suction chamber switching pressure (upper limit value P 0 ), the cooling fan drive voltage, the upper pressure equalization time, and the lower pressure equalization time are set in advance. Operating conditions Group G 3 are, which is selected when the product gas removal rate Q 1 is larger, the operating condition group G 1 is intended to be selected when the product gas removal rate Q 1 is small.
続いて、図1を使用して、本発明の酸素濃縮装置の動作を、6ステップに分けて説明する。本発明の酸素濃縮装置は、以下の第1ステップ〜第6ステップを繰り返すことによって動作する。以下においては、説明の便宜上、酸素濃縮装置が起動されてから所定の時間が経過しているものとし、第1ステップの開始直後において、吸着室20の内部圧力は大気圧近くにまで低下しており、また、吸着室21の内部には酸素濃縮ガスが残留しているものとする。
Subsequently, the operation of the oxygen concentrator of the present invention will be described in 6 steps with reference to FIG. The oxygen concentrator of the present invention operates by repeating the following first to sixth steps. In the following, for convenience of explanation, it is assumed that a predetermined time has elapsed since the start of the oxygen concentrator, and immediately after the start of the first step, the internal pressure of the
第1ステップにおいては、吸着室10が窒素吸着工程にあり、吸着室11が窒素脱着工程にある。このとき、弁60と弁63は開いており、弁61と弁62と弁64は閉じている。コンプレッサー40によって圧縮された空気は、弁60を介して吸着室10へ送出された後、吸着室10に収容された吸着剤で窒素が吸着され、吸着されなかった酸素が濃縮される。酸素が濃縮された空気(酸素濃縮ガス)は、吸着室10の内部圧力が貯留タンク20の内部圧力よりも高くなると、逆止弁70を介して貯留タンク20へ送出される。この酸素濃縮ガスは、製品ガスとして貯留タンク20に一時的に蓄えられた後、患者へ供されることになる。またこのとき、吸着室11の内部に残留しているガスは、吸着剤に吸着されていた窒素とともに、弁63を介して大気に排出される。このため、吸着室11に収容された吸着剤は、再び窒素を吸着できるようになる。吸着室11の内部圧力は大気圧近くまで低下する。この後、吸着室圧力検知手段31によって検知された吸着室10の内部圧力が上限値P0に達すると、弁64が開いて、吸着室10と吸着室11との上部均圧操作が開始され、第2ステップに移行する。
In the first step, the
第2ステップにおいては、吸着室10と吸着室11の上部均圧操作が行われる。このとき、弁60と弁63と弁64は開いており、弁61と弁62は閉じている。この上部均圧操作によって、吸着室10の上部に残留していた酸素濃度の比較的高い酸素濃縮ガスは、弁64を介して吸着室11の上部へ移送される。このため、吸着室11は、第4ステップの窒素吸着工程が開始された際に、酸素濃縮ガスを貯留タンク20へ速やかに送出することが可能となる。この上部均圧操作において、弁63は閉じていてもよいが、吸着室10の上部に残っていた酸素濃縮ガスを、吸着室11の上部へ短時間で大量に移送したい場合には、弁63を開いていた方が、吸着室11の内部圧力の上昇が少ないために有利である。この後、所定の時間ΔT3が経過すると、弁62が開くと同時に弁63が閉じられて、吸着室10と吸着室11との下部均圧操作が開始され、第3ステップに移行する。
In the second step, upper pressure equalization operation of the
第3ステップにおいては、吸着室10と吸着室11の下部均圧操作が行われる。また、上部均圧操作も引き続き行われる。このとき、弁60と弁62と弁64は開いており、弁61と弁63は閉じている。この下部均圧操作によって、吸着室10の下部に残留していた酸素濃度が空気に比較的近い酸素濃縮ガスは、弁60と弁62とを介して吸着室11の下部へ移送される。このため、第4ステップの窒素吸着工程を、吸着室11の内部圧力が予め高められた状態で開始させることが可能となり、コンプレッサー40の空気送出流量を少なくすることができる。この後、所定の時間ΔT4が経過すると、弁61が開くと同時に弁60と弁64とが閉じられて、吸着室10と吸着室11の上部均圧操作と下部均圧操作が同時に終了し、吸着室11の窒素吸着工程が開始され、第4ステップに移行する。
In the third step, the lower pressure equalization operation of the
第4ステップにおいては、吸着室10が窒素脱着工程にあり、吸着室11が窒素吸着工程にある。このとき、弁61と弁62は開いており、弁60と弁63と弁64は閉じている。コンプレッサー40によって圧縮された空気は、弁62を介して吸着室11へ送出された後、吸着室11に収容された吸着剤で窒素が吸着され、吸着されなかった酸素が濃縮される。酸素が濃縮された空気(酸素濃縮ガス)は、逆止弁71を介して貯留タンク20に送出される。また、これと同時に、吸着室10に残留していたガスは、吸着剤に吸着されていた窒素とともに、弁61を介して大気に排出される。その他の詳細部については、第1ステップで説明したものと同様である。この後、吸着室圧力検知手段31によって検知された吸着室11の内部圧力が上限値P0に達すると、弁64が開いて、吸着室10と吸着室11との上部均圧操作が開始され、第5ステップに移行する。
In the fourth step, the
第5ステップにおいては、吸着室10と吸着室11の上部均圧操作が行われる。このとき、弁61と弁62と弁64は開いており、弁60と弁63は閉じている。この上部均圧操作によって、吸着室11の上部に残留していた酸素濃度の比較的高いガスは、弁64を介して吸着室10の上部へ移送される。この上部均圧操作において、弁61を開いていた方が有利なのは、第2ステップにおける弁63の場合と同様であり、その他の詳細部についても、第2ステップで説明したものと同様である。この後、所定の時間ΔT3が経過すると、弁60が開くと同時に弁61が閉じられて、吸着室10と吸着室11の下部均圧操作が開始され、第6ステップに移行する。
In the fifth step, the upper pressure equalization operation of the
第6ステップにおいては、吸着室10と吸着室11の下部均圧操作が行われる。また、上部均圧操作も引き続き行われる。このとき、弁60と弁62と弁64は開いており、弁61と弁63は閉じている。この下部均圧操作によって、吸着室11の下部に残留していた酸素濃度が空気に比較的近いガスは、弁62と弁60とを介して吸着室10の下部へ移送される。その他の詳細部については、第3ステップで説明したものと同様である。この後、所定の時間ΔT4が経過すると、弁63が開くと同時に弁62と弁64とが閉じられて、吸着室10と吸着室11の上部均圧操作と下部均圧操作が同時に終了し、吸着室10の窒素吸着工程が開始され、再び第1ステップに移行する。
In the sixth step, the lower pressure equalization operation of the
第1ステップ〜第6ステップにおいて、コンプレッサー40の空気送出流量は、圧力減少速度αが速くなるにつれて多く変更され、圧力減少速度αが遅くなるにつれて少なく変更される。また、第1ステップ〜第6ステップにおいて、冷却ファン50の回転速度は、圧力減少速度αが速くなるにつれて速く変更され、圧力減少速度αが遅くなるにつれて遅く変更される。これにより、酸素濃縮装置の消費電力や騒音を低減することが可能となっている。
In the first step to the sixth step, the air delivery flow rate of the
さらに、第1ステップと第4ステップにおいて、上限値P0は、圧力減少速度αが速くなるにつれて高く変更され、圧力減少速度αが遅くなるにつれて低く変更される。これにより、実際の製品ガスの取出流量に適した効率のよい圧力で、酸素を濃縮することが可能となる。さらにまた、第2ステップと第5ステップにおいて、時間ΔT3(上部均圧時間)は、圧力減少速度αが速くなるにつれて長く変更され、圧力減少速度αが遅くなるにつれて短く変更され、第3ステップと第6ステップにおいて、時間ΔT4(下部均圧時間)は、圧力減少速度αが速くなるにつれて長く変更され、圧力減少速度αが遅くなるにつれて短く変更される。これにより、実際の製品ガスの取出流量に適した効率のよい均圧時間を採用して、酸素を濃縮することが可能となる。 Further, in the first step and the fourth step, the upper limit value P 0 is changed to be higher as the pressure decrease rate α becomes faster and is changed to be lower as the pressure decrease rate α becomes slower. This makes it possible to concentrate oxygen at an efficient pressure suitable for the actual product gas extraction flow rate. Furthermore, in the second step and the fifth step, the time ΔT 3 (upper pressure equalization time) is changed longer as the pressure decrease rate α becomes faster and shorter as the pressure decrease rate α becomes slower. In the sixth step, the time ΔT 4 (lower pressure equalization time) is changed longer as the pressure decrease rate α becomes faster and shorter as the pressure decrease rate α becomes slower. As a result, it is possible to concentrate oxygen by adopting an efficient equalization time suitable for the actual product gas extraction flow rate.
本発明の酸素濃縮装置は、様々な分野に使用可能なものあるが、なかでも、喘息や気管支炎などの呼吸器系の疾患に苦しむ患者の治療に使用される医療用の酸素濃縮装置として好適である。とくに、在宅医療に使用される小型のものとして好適に使用できる。 Although the oxygen concentrator of the present invention can be used in various fields, it is particularly suitable as a medical oxygen concentrator used for the treatment of patients suffering from respiratory diseases such as asthma and bronchitis. It is. In particular, it can be suitably used as a small one used for home medical care.
10、11 吸着室
20 貯留タンク
30 貯留タンク圧力検知手段
31 吸着室圧力検知手段
40 コンプレッサー
50 冷却ファン
60〜64 二方弁
70〜72 逆止弁
80 減圧弁
90 オリフィス
100 取出流量設定手段
110 吸入フィルター
120 サイレンサー
130 加湿器
200 制御基盤
201 換算回路
202 駆動回路
203 比較回路
210 警報手段
10, 11 Adsorption chamber
DESCRIPTION OF
70 to 72
Claims (11)
貯留タンクの内部圧力を検知する貯留タンク圧力検知手段が設けられ、
貯留タンクの内部圧力が極大値P max になった時刻T 0 から所定時間ΔT 1 が経過した瞬間の貯留タンクの内部圧力P 1 と、その後さらに所定時間ΔT 2 (ただし、貯留タンクの内部圧力は、時刻T 0 から時刻T 0 +ΔT 1 +ΔT 2 までの間に極小値P min にならないものとする。)が経過した瞬間の貯留タンクの内部圧力P 2 との差P 1 −P 2 を、所定時間ΔT 2 で除することにより、圧力減少速度α(=(P 1 −P 2 )/ΔT 2 )を算出し、圧力減少速度αが速くなるにつれて、コンプレッサーの空気送出流量が多くなるよう自動的に変更され、圧力減少速度αが遅くなるにつれて、コンプレッサーの空気送出流量が少なくなるよう自動的に変更されることを特徴とする酸素濃縮装置。 A plurality of adsorption chambers containing an adsorbent that selectively adsorbs nitrogen in the air, a compressor for sending air to the adsorption chamber, and a storage tank for temporarily storing product gas sent from the adsorption chamber; In the pressure fluctuation adsorption type oxygen concentrator equipped with
A storage tank pressure detecting means for detecting the internal pressure of the storage tank is provided,
The internal pressure P 1 of the storage tank at the moment when the predetermined time ΔT 1 has elapsed from the time T 0 when the internal pressure of the storage tank reaches the maximum value P max , and then the predetermined time ΔT 2 (however, the internal pressure of the storage tank is The minimum value P min does not become between the time T 0 and the time T 0 + ΔT 1 + ΔT 2 ). The difference P 1 -P 2 from the internal pressure P 2 of the storage tank at the moment when the time elapses By dividing by the time ΔT 2 , the pressure reduction rate α (= (P 1 −P 2 ) / ΔT 2 ) is calculated, and as the pressure reduction rate α becomes faster, the air delivery flow rate of the compressor automatically increases. It is changed to, as the pressure reduction rate α becomes slow, oxygen concentrator, wherein automatically Rukoto been changed to an air delivery rate of the compressor is reduced.
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