JP4599815B2 - 酸素富化装置 - Google Patents

Description

本発明は、酸素濃度の高い酸素富化空気を供給する酸素富化装置に関するものである。

従来、選択性ガス透過膜を用いた酸素富化装置など、酸素濃度を相対的に向上させる装置として医療用の酸素富化装置、空気調和機、空気清浄機などの機器として提案されている。

例えば酸素濃度を向上させるものとして、空気成分の大半を占める窒素と分離させ選択的に酸素を透過させる酸素富化膜を活用するものがある（例えば、特許文献１）。
特開昭５９−２１２６３２号公報

しかしながら、酸素富化膜の二次側を減圧吸引して酸素富化空気を生成して、利用者に供給する手段においては、酸素富化機能と同時に一次側から二次側へと湿気も濃縮することになる。したがって湿度が低い環境では特に問題とならないが、湿度が高い、梅雨時期になると二次側の酸素富化供給経路が結露するという課題を有していた。

本発明は、前記課題を解決するもので、酸素富化装置を利用者が使用時に酸素富化供給経路に結露した水分をある程度捕集できるような部品を配設して、酸素富化装置を利用者が使用していない時に外部経路へと自然蒸発させることで、定期的に利用者が結露水の除去を行うという煩わしい手間を省くことが可能な酸素富化装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の酸素富化装置は、少なくとも空気中の酸素を優先的に透過させる酸素富化膜と、前記酸素富化膜の一次側に設けられた空気供給路と、前記酸素富化膜の二次側に設けられた酸素富化空気導出路と、前記酸素富化膜の二次側を減圧させて吸引する減圧ポンプと、前記減圧ポンプから吐出される酸素富化空気が通過する酸素富化空気供給路とを備え、樹脂粒子を焼結して構成された筒形状の水分捕集部を前記酸素富化空気供給路に設け、前記減圧ポンプと前記水分捕集部とを銅、グラファイト
あるいはアルミニウムのいずれか１つから構成された熱伝導体で連結し前記減圧ポンプで発生した熱量を水分捕集部へ熱伝達することによって捕集した水分の自然蒸発を加速させたことを特徴とする。

これによって、利用者が酸素富化装置を一回あたり１０から３０分間程度使用している間に結露する水が、経路途中に位置する酸素富化空気供給路に設けられた水分捕集部に捕集される。その後、酸素富化装置を使用していない時に、結露水が水分捕集部の外部へと透水し、大気中へと自然に蒸発する。また、減圧ポンプで発生した熱を有効に活用して、この熱を水分捕集部へと良好に熱伝達することができ、捕集した水の自然蒸発を促進することができる。

本発明の酸素富化装置は、酸素富化に随伴して湿気も経路内へと富化され、酸素富化空気供給路において生じる結露水について、酸素富化装置という装置の特性を鑑みながら、利用者が結露水を除去するという煩わしさを問題とならないように処理する手段を提供することができる。

第１の発明は、少なくとも空気中の酸素を優先的に透過させる酸素富化膜と、前記酸素富化膜の一次側に設けられた空気供給路と、前記酸素富化膜の二次側に設けられた酸素富化空気導出路と、前記酸素富化膜の二次側を減圧させて吸引する減圧ポンプと、前記減圧ポンプから吐出される酸素富化空気が通過する酸素富化空気供給路とを備え、樹脂粒子を焼結して構成された筒形状の水分捕集部を前記酸素富化空気供給路に設け、前記減圧ポンプと前記水分捕集部とを銅、グラファイトあるいはアルミニウムのいずれか１つから構成された熱伝導体で連結し前記減圧ポンプで発生した熱量を水分捕集部へ熱伝達することによって捕集した水分の自然蒸発を加速させたことにより、利用者が酸素富化装置を一回あたり１０から３０分間程度使用している間に結露する水が酸素富化空気供給路に設けられた水分捕集部に捕集される。その後、酸素富化装置を使用していない時に、結露水が水分捕集部の外部へと透水し、大気中へと自然に蒸発させることが可能となる。即ち、利用時間が比較的短く、利用していない時間が長いという酸素富化装置の特性を鑑みて、結露水を除去するという手間を問題とならないように処理することができる。また、減圧ポンプで発生した熱を有効に活用して、この熱を水分捕集部へと良好に熱伝達することができ、捕集した水の自然蒸発を促進することができる。

第２の発明は、特に第１の発明の樹脂粒子をポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレートで構成されるものとすることにより、浸透した水を良好に自然蒸発させることができる。

第３の発明は、特に第１〜２のいずれか１つの発明において筒形状の水分捕集部の内表面あるいは全体に抗菌剤を使用することにより、結露した水が自然蒸発するまでしばらくの間を要しても抗菌剤によって菌の繁殖を防止することができる。

第４の発明は、特に第３の発明の抗菌剤が銀系または銅系の抗菌剤であることを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（参考例１）
図１は本発明の参考例１における酸素富化装置の全体構成図である。酸素富化装置本体１で酸素富化空気を生成し、生成した酸素富化空気は酸素富化装置本体１から外部へ導かれ、酸素富化空気供給経路となるパイプ２を通じて最終的に酸素富化空気吹出部３から利用者の口または鼻近傍へと供給されることとなる。利用者の口または鼻近傍へと酸素富化空気吹出部３を導くための補助として、ヘッドセット部と一体化された構造となっている。

図２は本発明の参考例１における酸素富化装置本体の構成図を示すものである。図２において、酸素富化装置本体１内部は、概略的には酸素富化空気生成デバイス４と、酸素富化空気導出路５と、減圧手段となる減圧ポンプ６と、酸素富化空気供給経路７から構成されている。酸素富化空気生成デバイス４は酸素富化空気生成ユニットが複数枚積層されて構成されている。したがって酸素富化空気生成デバイス４に対して上下左右方向が一次側の空気供給路８となる。減圧ポンプ６から下流側となる酸素富化空気供給経路７の途上に水分捕集部９が設けられている。水分捕集部９は平均粒径３００μｍのポリエチレン樹脂を焼結させた筒形状のものである。大きさは内径１２ｍｍ、肉厚２ｍｍ、長さ８０ｍｍであり、飽和水分捕集量は約１．３ｍｌである。

図３は酸素富化空気生成デバイス４の積層構成を示すものである。個々の酸素富化空気生成ユニット１０からの酸素富化空気を１ヶ所に集めて酸素富化空気導出部１１から二次側下流方向の酸素富化空気導出路５へとさらに導かれる。

図４は酸素富化空気生成ユニットの単品構成図を示すものである。酸素富化膜１２はそれを支持する枠体１３の両面に貼り付けられており、内部には酸素富化された空気の導通
流路が形成され、最終的に酸素富化空気生成ユニットのほぼ角付近に設けられた酸素富化空気導出部１４から二次側下流方向へとさらに導かれる。減圧ポンプ５としてはダイヤフラム式の真空ポンプが使用されることで二次側を一次側に対して−５６０ｍｍＨｇ程度にまで減圧状態にできる。その結果酸素富化膜は一次側と二次側との圧力差をトリガーとして、２５℃雰囲気で空気中の酸素濃度を約３０％まで富化させることができる。

たとえば室内環境２５℃、相対湿度８５％の条件で３０分間酸素富化装置が使用された場合に水分捕集部９には約０．８ｍｌの結露水が生じた。しかしこの結露水は焼結したポリエチレン樹脂内部へと浸透していき、内部に水滴状態で存在することはなかった。その後酸素富化装置を約１時間停止している間に水分捕集部９の外部表面から蒸発してほぼ残留している水分をなくすことができた。

本参考例１では、水分捕集部９にポリエチレン樹脂の焼結体を使用したが、本参考例１で使用できるものはこの限りではなく、この他にポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレートの粒子を所定のレベルまで焼結させることによって得られる焼結体もしようできる。この時焼結体の保水量が約１ｍｌ程度であれば水分捕集部９の内部に水滴が生じることを防止することができる。酸素富化装置は１人が一回当たりに利用する時間を３０分間以内としているので、その後に他の人が使用しなければ水分捕集部の必要保水量は約１ｍｌ程度で充分と考えられるが、酸素富化装置本体内部の構成に余裕があれば水分保水量としてそれ以上、たとえば３ｍｌ程度のものを配設することも可能である。

また水分捕集部９の内表面あるいは全体に銀、銅系の抗菌剤を使用することによって、保水した水分を自然蒸発させるまでにある程度の時間を要してもそこで雑菌が繁殖することを防止することができる。たとえば１５℃で相対湿度が９０％の条件になるとなかなか水分を自然蒸発させるのに時間がかかる。このような時にでも水分捕集部９に抗菌剤が添加してあれば安心である。

（参考例２）
本発明の参考例２では、水分捕集部９にアルミナの焼結体を使用した。大きさは内径１２ｍｍ、肉厚２ｍｍ、長さ８０ｍｍであり、飽和水分捕集量は約１．３ｍｌとした。その結果、たとえば室内環境２５℃、相対湿度８５％の条件で３０分間酸素富化装置が使用された場合には水分捕集部９には約０．８ｍｌの結露水が生じる。しかしこの結露水はアルミナの焼結体内部へと浸透していき、内部に水滴状態で存在することはなかった。その後酸素富化装置を約１時間停止している間に水分捕集部９の外部表面から蒸発してほぼ残留している水分をなくすことができた。

本参考例２では、水分捕集部９にアルミナの焼結体を使用したが、本発明で使用できるものはこの限りではなく、この他にシリカまたはシリカとアリミナの混合物を使用した焼結体も使用できる。この時焼結体の保水量が約１ｍｌ程度であれば水分捕集部９の内部に水滴が生じることを防止することができる。

（参考例３）
図５は本発明の参考例３における酸素富化装置の構成図である。本参考例３の酸素富化装置は酸素富化空気供給経路となるパイプ２の途上に水分捕集部１５を配設した構成である。水分捕集部１５は実施の形態１と同様なポリエチレン樹脂の焼結体が使用された。その結果、経路内部の湿気を水分捕集部１５によって効果的に捕集することができ、経路内部で水滴を発生させることなく、捕集した水分は酸素富化装置が利用されていない時間をうまく活用して自然蒸発させることができた。

本参考例３では、ポリエチレン樹脂の焼結体が使用されたが本発明で使用できるものは
この限りではなく、この他にポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレートの粒子を所定のレベルまで焼結させることによって得られる焼結体もしようできる。またアルミナの焼結体、シリカの焼結体またはシリカとアリミナの混合物を使用した焼結体も使用できる。また酸素富化装置本体内部に水分捕集部を設けるとともに酸素富化空気供給経路となるパイプ２の途上に追加で水分捕集部を配設する構成とすることも可能である。

（参考例４）
図６は本発明の第４の実施の形態における酸素富化装置の構成図である。本参考例４の酸素富化装置は酸素富化空気供給経路の端末となる酸素富化空気吹出部全体を水分捕集部１５とした構成である。水分捕集部１６にはアルミナの焼結体が使用された。飽和水分捕集量は約１ｍｌとなるように設計した。その結果、経路内部の湿気を水分捕集部１６によって効果的に捕集することができ、経路内部で水滴を発生させることなく、捕集した水分は酸素富化装置が利用されていない時間をうまく活用して自然蒸発させることができた。

本参考例４では、酸素富化空気吹出部全体を水分捕集部とした構成であるが、酸素富化空気吹出部にポリエリレン樹脂の焼結体を挿入して内部で発生した水分を外部へと導きながら、自然蒸発を促進できるような構成とすることも可能である。

（参考例５）
図７は、本発明の参考例５における水分捕集部の断面構成図である。本参考例５における水分捕集部のＡ−Ａ´面に対する断面構成図である。本参考例５の酸素富化装置では、実施の形態１に対して水分捕集部の構成を下記のように変更した。本実施の形態では水分捕集部１７の外面部には多数の突起したフィン部１７１を有している。また内部にはポリエチレン樹脂を焼結させたフィルター１８を配置した。これによって湿気を有した空気はフィルターと衝突することで水分捕集部１７での水分捕集効率が向上した。また水分捕集部１７の外面形状を突起したフィン形状とすることで自然蒸発の速度を向上させることができた。その結果水分捕集部１７をスリップしてさらに下流側へ湿気が導かれる量をさらに抑えることができた。

（実施の形態１）
図９は本発明の第１の実施の形態における酸素富化装置本体内部の構成図である。本実施の形態の酸素富化装置では、参考例１に対して減圧ポンプ６本体の上部位置に当たるアルミニウムダイキャスト部分６１と水分捕集部９の下部位置とを熱伝導体であるアルミニウム板１９にて連結する構成とした。酸素富化装置が利用された場合にはアルミニウムダイキャスト部分は外部環境によって異なるが、たとえば２５℃では約６０℃まで上昇する。したがって減圧ポンプ６で発生した熱量を水分捕集部９へ上手く熱伝達することによって捕集した水分の自然蒸発を加速することができた。具体的には、室内環境２５℃、相対湿度８５％の条件で３０分間酸素富化装置が使用された場合に水分捕集部９には約０．８ｍｌの結露水が生じた。しかしこの結露水は焼結したポリエチレン樹脂内部へと浸透していき、その後酸素富化装置を約３０分間停止している間に水分捕集部９の外部表面から蒸発してほぼ残留している水分をなくすことができた。

本実施の形態では、減圧ポンプ６本体の上部位置に当たるアルミニウムダイキャスト部分と水分捕集部９の下部位置とをアルミニウム板にて連結する構成としたが、この他に銅板、グラファイト板で連結することも可能である。

以上のように、本発明にかかる酸素富化装置は、酸素富化膜が湿度富化も同時に行って供給経路途上に結露対策が必要な空気調和機、空気清浄機などの機器にも適用できる。

本発明の参考例１における酸素富化装置の全体構成図 本発明の参考例１における酸素富化装置本体内部の構成図 本発明の参考例１における酸素富化空気生成デバイスの積層構成図 本発明の参考例１における酸素富化空気生成ユニットの単品構成図 本発明の参考例３における酸素富化装置の構成図 本発明の参考例４における酸素富化装置の構成図 本発明の参考例５における水分捕集部の断面構成図 本発明の参考例５における水分捕集部のＡ−Ａ´面に対する断面構成図 本発明の実施の形態１における酸素富化装置本体内部の構成図

１ 酸素富化装置本体
２ パイプ（酸素富化空気供給経路）
３ 酸素富化吹出部
４ 酸素富化空気生成デバイス
５ 酸素富化空気導出部
６ 減圧ポンプ（減圧手段）
７ 酸素富化空気供給路
８ 空気供給路
９ 水分捕集部
１０ 酸素富化空気生成ユニット
１１ 酸素富化空気導出部
１２ 酸素富化膜
１５ 水分捕集部
１６ 水分捕集部
１７ 水分捕集部
１７１ 突起フィン部
１８ フィルター
１９ アルミニウム板（熱伝導体）

Claims (4)

1. 少なくとも空気中の酸素を優先的に透過させる酸素富化膜と、前記酸素富化膜の一次側に設けられた空気供給路と、前記酸素富化膜の二次側に設けられた酸素富化空気導出路と、前記酸素富化膜の二次側を減圧させて吸引する減圧ポンプと、前記減圧ポンプから吐出される酸素富化空気が通過する酸素富化空気供給路とを備え、
   樹脂粒子を焼結して構成された筒形状の水分捕集部を前記酸素富化空気供給路に設け、前記減圧ポンプと前記水分捕集部とを銅、グラファイトあるいはアルミニウムのいずれか１つから構成された熱伝導体で連結し前記減圧ポンプで発生した熱量を水分捕集部へ熱伝達することによって捕集した水分の自然蒸発を加速させたことを特徴とする酸素富化装置。
2. 樹脂粒子がポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレートで構成されることを特徴とする請求項１に記載の酸素富化装置。
3. 筒形状の水分捕集部の内表面あるいは全体に抗菌剤を使用することを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の酸素富化装置。
4. 抗菌剤が銀系または銅系の抗菌剤であることを特徴とする請求項３に記載の酸素富化装置。

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