JP4921231B2 - 酸素濃縮装置 - Google Patents

Description

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療法に使用される酸素濃縮装置に関する。

この種の酸素濃縮装置（酸素濃縮器ともいわれる。以下、単に装置ともいう）は、空気中の酸素よりも窒素を選択的（優先的）に吸着する吸着剤（例えばゼオライト）を用いた、いわゆる吸着型酸素濃縮装置が広く使用されている（特許文献１）。この酸素濃縮装置においては、吸着剤（ゼオライト）を充填した通常２つの窒素吸着容器内（吸着筒）に、交互に、圧縮空気を供給して吸着剤に加圧状態で窒素を吸着させることとし、それによって、高酸素濃度ガス（酸素濃縮空気）を得る加圧工程（吸着工程）と、窒素吸着容器内の圧力を減じて吸着された窒素を外部に排気（放出）することで吸着剤の再生を行う減圧工程（再生工程）とを交互に（順次）繰り返し行うようにしている。そして、生成された高圧の高酸素濃度ガスは、これを一時的に貯蔵する製品タンク（リザーバ）へ送り込まれ、レギュレータ及び流量設定器で、圧力、流量が調整され、加湿などの処理を施された後、患者に供給される。

図１１は、このような酸素濃縮装置１の要部を配管系統図（回路図）として示したものである。すなわち、コンプレッサ７から窒素吸着容器３１，３２に圧縮空気を供給するための配管（以下、圧縮空気供給配管、又は空気供給配管ともいう）１０〜１２及び、窒素吸着容器３１，３２において窒素を吸着することで生成される高酸素濃度ガス（製品ガス）が製品タンク７１に搬送されるまでの配管（以下、高酸素濃度ガス搬送配管、又は酸素搬送配管ともいう）２１〜２３の部位を示したものである。同図に示したように、このような酸素濃縮装置１においては、圧縮空気供給配管１０〜１２には、窒素吸着容器３１，３２内の圧力を減じるための排気用の配管（以下、排気用配管ともいう）１５〜１７が接続されている。これらの配管により、一方の窒素吸着容器において加圧工程が行われているとき、他方の容器では減圧工程が行われるように、各配管に設けられた切換え弁４１〜４４が、図１２のタイムチャートに示したように開閉制御される。

一方、各窒素吸着容器３１，３２で窒素が吸着されることによって生成された高酸素濃度ガスは、図１１に示したように、高酸素濃度ガス搬送配管２１，２２及びその合流配管２３を経て、製品タンク７１に送り込まれるが、その各配管２１，２２途中には、製品タンク７１に送り込んだ高酸素濃度ガスが窒素吸着容器３１，３２に逆流するのを防止するための逆流防止弁として、逆止弁６１，６２が設けられている。さらに、この各高酸素濃度ガス搬送配管２１，２２は、窒素吸着容器と逆止弁との間において相互に配管（以下、連結配管ともいう）２７で連結されており、その連結配管２７途中には、一方の窒素吸着容器内で吸着した窒素を効率的に排気するため、他方の窒素吸着容器において得られた高酸素濃度ガスの一部を交互に送り込むために開閉制御される電磁弁（本明細書において、パージ弁ともいう）６３が設けられている。このパージ弁６３は、他の弁と共に、図１２のタイムチャートに示したように開閉制御され、窒素の排気の促進が図られるようにされている。

ところで、このパージ弁６３の一方又は両配管接続口側（図示においては両配管接続口側）の各連結配管２７には、微小な内径（例えば、直径１mm）で高精度に仕上げられたオリフィス（固定絞り）２８，２９がその配管部位の管流路に設けられている。このようなオリフィス２８，２９を設ける目的ないし理由は次のようである。すなわち、一方（例えば、図１１の右）の窒素吸着容器３２内の窒素をパージするためには、他方（図１１の左）の窒素吸着容器３１で製造された高酸素濃度ガスの一部を利用し、そのガスを右の窒素吸着容器３２内にその下流側（高酸素濃度ガス搬送配管寄り側）から同容器３２の上流側（圧縮空気供給配管側）に逆流させるのが効果的である。ところが、そのパージのために同ガスを多量に消費することは製品ガスの無駄の増大となることから許されない。すなわち、窒素をパージするためでも、高酸素濃度ガスはその一部（少量）しか用いることができない。したがって、この少量のガスで交互に効率的にパージするためには、同一量のパージガスを交互に正確に送り込む必要がある。このために、パージ弁６３における少なくとも一方の配管接続口側の連結配管２７には、微小な内径で高精度に仕上げられたオリフィス２８，２９を設ける必要があるのである。

他方、この種の酸素濃縮装置１は、在宅療法に使用されることから、小型、軽量化とともに、高度の低騒音性能が要求される。とりわけ、本装置は、患者が睡眠時も含め昼夜（常時）連続して長期間にわたって使用されるものであることから、その使用（運転）においては、あらゆる種類の音の発生を如何にして抑えるかが基本的かつ重大な課題とされている。このため、コンプレッサ７及びその駆動用のモータの音が外部に漏れ出ないように、これらは同装置内において防音室内に配置されるのが普通である。また、ガスの排気音の低減を図るため、排気配管１７には排気マフラ６０が取り付けられるなど、様々な防音手段が講じられている。
特開２００６−６２９３２号公報

ところが、上記した構成を有する酸素濃縮装置１においては、その運転中において、原因不明であるが、その装置内から、「ブー、ブー」といった所謂、チャタリングによる音が発生することがある、といった問題があった。本願発明者においては、その原因を究明したところ、窒素吸着容器３１，３２の２次側の高酸素濃度ガス搬送配管２１，２２の途中に設けられている逆止弁６１，６２に、その原因があることが判明した。その具体的内容は次のように考えられる。

上記の構成の酸素濃縮装置（以下、単に装置とも言う）１において、その各弁４１〜４４、６１〜６３は、図１２の上に示したタイムチャートに示されるようにその開閉制御が行われる。もっとも、逆止弁６１，６２の開閉については、他の弁の開閉に伴う配管内のガス圧自体の変動に依存して、内部のバネ作用に基づいて行われるものであり、したがって、同タイムチャートに示される逆止弁６１，６２の開閉状態は、圧力変動に基づいて推定される開閉状態を示している。同タイムチャートに示したように、例えば、図１１における切換弁４３の閉弁状態において切換弁４１を開弁すると、窒素吸着容器３１内に圧縮空気が送り込まれることからその内部の圧力は上昇する。そして、この圧力により高酸素濃度ガス搬送配管２１途中における逆止弁６１は開弁され、製品ガスは配管２１，２３を経て製品タンク７１に送られる。このような切換弁４１の開弁状態においては、製品タンク７１内に至る高酸素濃度ガス搬送配管２１内の圧力（吸着筒１内又は図１１の圧力センサＰ１の設置配管位置），は、圧縮空気供給配管１０内のガス圧（コンプレッサ圧。図１１の圧力センサＰ０の設置配管位置）に対応して上昇することになる。

なお、図１２のタイムチャートに示した弁の開閉制御による場合には、一方の加圧用の切換弁４１（４２）の開弁（Ｔ０〜Ｔ４、又はＴ５〜Ｔ９）中は、コンプレッサ７、窒素吸着容器及び製品タンク７１に至る配管内の圧力は微妙な相違はあるが、いずれも一連に連なった空間であることから基本的に同じである。図１１中のＰ０〜Ｐ３は圧力センサ（ガス圧計）を示している。

しかし、この圧力上昇は、切換弁４１の開弁中において、その開弁時間帯の前半（Ｔ０〜Ｔ２）においては急上昇するが、その途中から後半（Ｔ３〜Ｔ４）においては、逆に緩やかにではあるが若干下降気味となってしまう。これは、切換弁４１の開弁の中間の時間帯においてパージ弁６３が開弁制御され、高酸素濃度ガスの一部を他方の窒素吸着容器３２内に送り込み、窒素の排気を促進する設定とされているためである。すなわち、このパージ弁６３の開弁は、いわばガスのリーク状態を発生させていることになるため、圧力の下降が生じるのである。このように、切換弁４１の開弁（Ｔ０〜Ｔ４）中、その後半の時間帯（Ｔ３〜Ｔ４）においては、圧力が低下傾向となることから、逆止弁６１内の弁体を内部のバネに抗して押して開弁する力は相対的に小さくなる。この結果、その後半の時間帯（Ｔ３〜Ｔ４）においては、逆止弁６１は正しく開弁しない、いわば半開き状態になり易い。そして、このように半開き状態にあると、その内部の弁体が不安定となるために振動を起こし、それがチャタリング（音）を起こす原因になっていると考えられる。

本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、上記したチャタリングによる音の発生を防止することにある。そして、本発明の第２の目的は、このような酸素濃縮装置においては、上記もしたようにその低騒音化に加えて、小型化の要請も極めて高いことに基づき、窒素吸着容器の２次側である高酸素濃度ガス搬送配管のコンパクト化とその省配管（接続作業化）化を図り、酸素濃縮装置の小型化、さらには低コスト化に資することをその目的としている。

請求項１に記載の本発明は、酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る吸着剤を充填した窒素吸着容器内に圧縮空気を供給することによって高酸素濃度ガスを得る加圧工程と、この窒素吸着容器内の圧力を減じることによって吸着された窒素を外部に排気することで吸着剤の再生を行う減圧工程とを、交互に繰り返し行うことによって高酸素濃度ガスを得る方式の圧力変動吸着型の酸素濃縮装置であって、
２以上の窒素吸着容器を有すると共に、各窒素吸着容器には加圧工程で得られた高酸素濃度ガスを製品タンクに送り込むための高酸素濃度ガス搬送配管が接続されていると共に、その各高酸素濃度ガス搬送配管の途中には、前記製品タンクに送り込まれる高酸素濃度ガスが逆流するのを防止するための逆流防止弁が設けられており、
しかも、各高酸素濃度ガス搬送配管における前記窒素吸着容器と前記逆流防止弁との間の部位においては、各高酸素濃度ガス搬送配管が連結配管で相互に連結されていると共に、その連結配管の途中には、窒素吸着容器内において吸着された窒素を排気するために、他の窒素吸着容器で得られた高酸素濃度ガスの一部を送り込むために開閉制御されるパージ弁が設けられていると共に、そのパージ弁における両配管接続口側の少なくとも一方にオリフィスが設けられてなる酸素濃縮装置において、
前記逆流防止弁を電磁弁として、その開閉を制御する構成とし、前記各窒素吸着容器において前記加圧工程と前記減圧工程とを交互に繰り返し行うために、前記パージ弁の閉弁中において、加圧すべき窒素吸着容器に接続されている高酸素濃度ガス搬送配管の途中に設けられている逆流防止弁をなす閉弁状態にある電磁弁を開弁して、該窒素吸着容器で得られた高酸素濃度ガスを前記製品タンクに送り込むと共に、
該電磁弁の開弁中において前記パージ弁を開弁して前記高酸素濃度ガスのうちの一部を、他の窒素吸着容器内に逆流状に送り込み、該他の窒素吸着容器内において吸着された窒素を排気し、該パージ弁の開弁中に該電磁弁を閉弁し、その後、該パージ弁を閉弁するという、弁の開閉制御を繰り返し行う構成を備えてなることを特徴とする。

請求項２に記載の本発明は、前記高酸素濃度ガス搬送配管のうち、各窒素吸着容器から前記各逆流防止弁をなす電磁弁に至る第１配管の少なくとも一部と、この逆流防止弁をなす電磁弁から前記製品タンクに至る第２配管の少なくとも一部、そして、前記連結配管の少なくとも一部、のそれぞれが構成するガス流路を、
それらの配管に代えて、マニホールドブロック内に形成し、
前記逆流防止弁をなす電磁弁と前記パージ弁の各配管接続口に、直接又は間接に接続されるべき各接続口を、そのマニホールドブロックの表面に開口するように形成し、この各接続口に対し、前記各配管接続口を直接又は間接に接続してなることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置である。

請求項３に記載の本発明は、前記オリフィスが、前記マニホールドブロックに形成された、前記連結配管に代わるガス流路中に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置である。そして、請求項４に記載の本発明は、前記オリフィスが、オリフィス部材に形成され、該オリフィス部材がマニホールドブロックに備えられていることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置である。また、請求項５に記載の本発明は、前記オリフィスが２以上設けられてなる酸素濃縮装置であって、少なくとも１つのオリフィスが、前記マニホールドブロックに形成された、前記連結配管に代わるガス流路中に形成されており、残る他の少なくとも１つのオリフィスが、オリフィス部材に形成され、該オリフィス部材がマニホールドブロックに備えられていることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置である。

請求項６に記載の本発明は、前記オリフィスが２以上設けられてなる酸素濃縮装置であって、その各オリフィスが、１つのオリフィス部材に形成され、該オリフィス部材がマニホールドブロックに備えられていることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置である。また、請求項７に記載の本発明は、前記オリフィスが１以上設けられてなる酸素濃縮装置であって、そのオリフィスが、個別のオリフィス部材に形成され、該オリフィス部材が前記マニホールドブロックに備えられていることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置である。そして、請求項８に記載の本発明は、前記第２配管に対応するガス流路が、前記マニホールドブロック内において１つに合流するように連結され、該ガス流路における該マニホールドブロックにおける出口が、前記製品タンクに接続される１つの配管接続口としてそのマニホールドブロックの表面に開口されていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の酸素濃縮装置である。

請求項１に記載の本発明においては、逆流防止弁を従来のように逆止弁ではなく、電磁弁としてその開閉を制御する構成としたため、従来のように加圧される窒素吸着容器内が、その加圧時間帯においてパージ弁が開弁されて圧力が下降気味となったとしても、逆止弁の使用におけるような半開き状態となることはない。したがって、チャタリング音の発生も起こさないことから、このような酸素濃縮装置の一層の低騒音化を図ることができる。

請求項２に記載の発明においては、高酸素濃度ガス搬送配管等が構成するガス流路をマニホールドブロック内に形成して、マニホールドブロック化したため、その分、コンパクト化と省配管化が図られる。なお、請求項２に記載の発明において、「配管の少なくとも一部」としたのは、それぞれが構成するガス流路の全部（例えば、窒素吸着容器から前記各逆流防止弁をなす電磁弁に至る配管の全部）をマニホールドブロック内に形成してもよい一方、全部でなくともよいことを意味する。各配管が構成するガス流路の全部をマニホールドブロック内に形成することとした場合には、各窒素吸着容器と製品タンクとの間がマニホールドブロックを介して接続されることになる。

オリフィスは、請求項３に記載のように、マニホールドブロックに形成された、前記連結配管に代わる（対応する）ガス流路中に形成されているものとしてもよいし、請求項４に記載のように、オリフィスが形成されたオリフィス部材をマニホールドブロックに設けてもよい。このようにマニホールドブロックとは別の部品からなるオリフィス部材を用いる場合には、次のような効果が得られる。前記オリフィスは、上記した理由から、微小な内径で高精度に形成する必要があるところ、オリフィスをマニホールドブロックにおいて、ガス流路の一部として形成する場合には、マニホールドブロック自体をステンレス鋼や黄銅などの金属のように、高精度の加工が可能の素材として形成する必要がある。

したがって、他のガス流路は、さほど高精度で形成される必要がないにもかかわらず、オリフィスの形成のためにマニホールドブロック自体の製造コストが高くつく。これに対して、請求項４の発明では、マニホールドブロックとは別のオリフィス部材にオリフィス（空孔）を形成し、このオリフィス部材をマニホールドブロックに設けるものであるから、トータルとして製造コストの低減が図られる。しかも、このようにすれば、マニホールドブロック自体は金属製である必要はなく、樹脂製のものとして製造できるため、その製造の容易化、さらなる低コスト化が図られる。この請求項４の発明におけるオリフィス部材には、１つのオリフィスを形成してもよいし、複数のオリフィスを形成してもよい。なお、請求項５の発明は、請求項３と４とを組み合わせたものであり、したがって、それぞれの効果を併せ持つ。また、請求項６に記載の発明においては、複数のオリフィスが、１つのオリフィス部材に形成されているから、部品点数を減らすことができる。

さらに、このようにオリフィス部材としてマニホールドブロックとは別途に形成しておくことで、オリフィスの流量特性が悪い場合や、流れの向きによるガス流のアンバランスがある場合でも、オリフィス部材のみの交換等で対応できるから、事後的な対応を容易にできる。なお、オリフィス部材は、請求項７に記載のようにし、パージ弁の各配管接続口に個別に対応するものとして形成しておいてもよい。また、請求項８に記載の発明においては、前記製品タンクに対し、１本の高酸素濃度ガス搬送配管で接続できるから、その省配管化が一層図られる。

本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図８に基いて詳細に説明する。本酸素濃縮装置１は、図２の要部の配管系統図（回路図）に示されるように、上記した図１１に示した装置のそれと、高酸素濃度ガス搬送配管２１，２２の途中に設けられた逆流防止弁１６１，１６２が、逆止弁６１，６２に代えて電磁弁となっている点を除くと、回路図としては異なる点はない。ただし、図３〜図８に示したように、高酸素濃度ガス搬送配管のなす流路（ガス流路）はマニホールドブロック化されている。なお、マニホールドブロック１０１内のガス流路は配管と回路上は同意味であるため、以下の全体構成の説明においては配管として説明する。

本形態の酸素濃縮装置１は、図１，２の回路図に示したように、空気取入れ口２から取込んだ空気を、防塵フィルター４ａ、吸気フィルター４ｂ等を通して圧縮空気供給源であるコンプレッサ７に供給可能に配管されている。そして、コンプレッサ７で圧縮された空気を、本例では２本並列状に配置された窒素吸着容器（吸着筒）３１、３２に供給するため、その間が圧縮空気供給配管１０、１１，１２で接続されている。なお、窒素吸着容器３１，３２にはその内部に酸素よりも窒素を選択的に吸着する窒素吸着剤として例えばゼオライト（粉末ないし粒体）が充填されている。

圧縮空気供給配管１０は、図１，２に示したように、管路が２つに分岐されて各窒素吸着容器３１，３２に配管接続されている。そして、このように分岐された圧縮空気供給配管１１，１２の配管途中には、窒素吸着容器３１，３２への加圧用の切換え弁（開閉弁）４１，４２が設けられている。また、この加圧用の各切換え弁４１，４２と各窒素吸着容器３１，３２とを接続する各圧縮空気供給配管１１，１２の配管途中には、窒素吸着容器３１，３２を加圧した後において、内部に吸着された窒素を外部に排気して窒素吸着剤を再生するための排気用配管１５，１６がそれぞれ分岐される形で取り出されている。そして、その各排気用配管１５，１６には排気用の切換え弁（開閉弁）４３，４４が設けられている。なお、これらの切換弁４１〜４４は、ともに電磁弁（例えばパイロット方式の電磁弁（２方弁））であり、図１２に示したタイムチャートに示されるように、その開閉が制御されるように設定されている。本例では各排気用配管１５，１６は、連結されて１本の排気管１７とされ、その先端には排気マフラ６０が取り付けられている。

一方、２つの窒素吸着容器３１，３２の下流側（図１、２上方）には、生成された高酸素濃度ガスを製品タンク７１に送り込むための高酸素濃度ガス搬送配管２１，２２が接続されている。ただし、この高酸素濃度ガス搬送配管２１，２２は、１本の配管２３に接続されて製品タンク７１に接続されている。そして、各高酸素濃度ガス搬送配管２１，２２の途中には、それぞれ、製品タンク７１に送り込んだ高酸素濃度ガスが逆流するのを防止するため、電磁弁からなる逆流防止弁（以下、開閉弁又は電磁弁ともいう）１６１，１６２が設けられている。そして、各窒素吸着容器３１，３２と、この開閉弁１６１，１６２とをそれぞれ接続する各高酸素濃度ガス搬送配管２１，２２は連結配管２７で連結されている。ただし、この連結配管２７の途中には、電磁弁（開閉弁）からなるパージ弁６３が設けられている。そして、このパージ弁６３における各側には、片側でもよいが本例では両側の配管接続口側の連結配管２７に、内径が例えば１ｍｍのオリフィス（円形孔）２８，２９が設けられており、固定絞りとされている。

また、製品タンク７１の２次側の酸素出口１００に至る配管途中には、レギュレータ（流量調整弁）７３、流量設定器７７、及び加湿器７９等が取り付けられており、その酸素出口１００から、カニューラを介して高濃度酸素ガスを患者に供給するように構成されている。なお、図中の矢印は、ガスの流れ方向を示している。

さて、このような装置１において、本形態では、図１、２中、１点鎖線で囲まれた部位の配管部位１０１は、次のようにマニホールドブロック化されている（図３〜図８参照）。すなわち、本形態では、図２、図３に示したように、高酸素濃度ガス搬送配管２１，２２のうち、各窒素吸着容器３１，３２から各逆流防止弁をなす電磁弁１６１，１６２に至る第１配管部位２１ａ，２２ａと、この逆流防止弁をなす電磁弁１６１，１６２から製品タンク７１に至る途中の第２配管部位２１ｂ，２２ｂ、そして、連結配管２７に代わる、或いは対応するガス流路２１ａ，２２ａ、２１ｂ，２２ｂ、２７が、直方体形状のマニホールドブロック１０１内に、縦横に干渉しない配置でトンネル状に形成されている。これら各ガス流路の配置の詳細については図３〜図８に示されるようである。

本形態では、逆流防止弁をなす電磁弁１６１，１６２と、パージ弁６３の各配管接続口に接続されるべき、各接続口１６１ａ、１６１ｂ、１６２ａ、１６２ｂ、６３ａ、６３ｂは、そのマニホールドブロック１０１の表面（上）に開口するように形成されている。これらの各弁は各接続口に対し、ニップルなどの配管部材を介して接続してもよいが、本例では各電磁弁の各配管接続口を直接、詳しくは図示しないが、各電磁弁の取付けフランジを、マニホールドブロック１０１の表面に押付ける形態として固定することで接続されている。これらの各接続口は、各弁の各配管接続口の接続方式に応じて形成しておけばよい。

本形態では、図３〜図５に示したように、各ガス流路よりも小径のオリフィス２８，２９を有して円筒状をなすオリフィス部材１２８，１２９が、それぞれマニホールドブロック１０１におけるガス流路２７において固定絞りをなすように設けられている。ただし、本例では、ガス流路２７のうちの上向きに延びる端部であり、パージ弁６３の各配管接続口に接続されるべき、各接続口６３ａ、６３ｂの近傍に脱着可能に取付けられている。この取り付けは、各接続口６３ａ、６３ｂの近傍に拡径状に設けられた嵌入部に、各オリフィス部材１２８，１２９を同心状にして嵌入し、その後、ブロック１０１の外側（図上）から、例えばオリフィスの孔より大径の貫通孔（ガス流路）を有するネジプラグ６５をねじ込むなどしてその固定がなされている。

また、本形態では、第２配管２１ｂ、２２ｂに対応するガス流路２１ｂ，２２ｂが、マニホールドブロック１０１内において合流するように連結されて、図１，２の１本の配管２３に対応するガス流路２３とされており、その端部を製品タンク７１に配管接続される１つのタンク用配管接続口２３ｋとしてそのマニホールドブロック１０１の表面（図３，４右手前、図８右）に開口している。なお、マニホールドブロック１０１の表面（図３，４左手前）には、第１配管の部位に対応するガス流路２１ａ，２２ａの端部２１ｋ，２２ｋがそれぞれ開口されており、各端部２１ｋ，２２ｋのそれぞれと各窒素吸着容器３１，３２とが接続されている。ただし、そのいずれの開口も内周面には、配管接続が可能なようにネジが形成されている。ただし、 閉塞されるべき開口には、図中、Ｐで示したようにネジプラグ（栓）が取付けらけれている。

このような本形態の酸素濃縮装置１においては、上記した各切換え弁（電磁弁）４１〜４４、パージ弁（電磁弁）６３及び逆流防止用の電磁弁１６１，１６２を、図１２のタイムチャートに示したように開閉制御することで、左右の窒素吸着容器３１，３２が、交互に加圧、減圧を繰り返し行われる。なお、電磁弁１６１，１６２の開閉制御は、図１２のタイムチャートに示した逆止弁６１，６２の開閉制御と同じ制御とされる。例えば、図１，２の一方（左）の窒素吸着容器３１内に圧縮空気を送り込むことでその内部を加圧して窒素を吸着して高酸素濃度ガスを生成するときは、切換え弁４１を開弁し、その開弁よりも若干遅れて逆流防止（閉弁）状態にあった電磁弁１６１を開弁して高酸素濃度ガスを製品タンク７１に送る（図６、図８参照）。そして、電磁弁１６１の開弁後であり、切換弁４１の開弁時間帯の後半において、パージ弁６３を開弁制御することにより、その加圧により得られる高酸素濃度ガスのうちの一部を、連結配管２７及びオリフィス２８，２９を通過させて、他方の窒素吸着容器３２内に逆流状に送り込み、その他方の窒素吸着容器３２内において吸着された窒素を排気して吸着剤の再生を行う。そして、この加圧、減圧を左右の窒素吸着容器について交互に行うことで、高酸素濃度ガスを交互に製品タンク７１に送り込むようにされている。なお、電磁弁１６１の閉弁すなわち逆流防止の開始は、切換弁４１の閉弁と同期するように設定されている。

しかして、本形態の装置においても、その運転稼動中はその配管各部（図１，２中のＰ０〜Ｐ３）の圧力が従来と同様に変動することになる。したがって、切換弁４１を開弁して一方の窒素吸着容器３１内に圧縮空気を送り込んで加圧している過程（図１２のタイムチャートにおける、Ｔ０〜Ｔ４）のうちの後半（Ｔ３，Ｔ４）において、他方の窒素吸着容器３２内の窒素を排気するためにパージ弁６３を開弁している過程では、図５中において、点線で示したようにパージガスが、オリフィス２８、パージ弁６３、オリフィス２９を経て連結配管に対応するガス流路２７内を流れて、大気開放されている窒素吸着容器３２内に流れることから、窒素吸着容器３１内の圧力は、図１２のタイムチャートにおける、Ｔ３，Ｔ４の間は下降気味となる。しかし、このように下降気味となったとしても、逆流防止弁は、従来のようなガス流路内のその弁前後の圧力差によって開閉が制御される逆止弁ではなく、電磁弁１６１であるため開弁状態に制御（保持）されている。したがって、従来のように、加圧される窒素吸着容器３１内が、その加圧時間帯において圧力が下降気味となったとしても、逆止弁の使用におけるような半開き状態ということがない。かくして、逆止弁の使用におけるようなチャタリング音の発生を確実に防止できるので、一層の低騒音化が図られる。

そして、本形態の装置１では、このような低騒音化が図られるという効果に加えて、上記したように、高酸素濃度ガス搬送配管に対応するガス流路をマニホールドブロック１０１内に形成しているから、そのガス流路のための配管を省略できるという効果が得られる。また、このようにマニホールドブロック化したことにより、配管のためのスペースを小さくできるため、装置の小型化が図られる。とくに、第２配管２１ｂ、２２ｂの部位に対応するガス流路２１ｂ、２２ｂが、マニホールドブロック１０１内において合流するように連結されて１つの流路２３をなし、製品タンク７１に接続される１つのタンク用配管接続口２３ｋとしてその端部がマニホールドブロック１０１の表面に開口されていることから、省配管化が大きく図られる。

なお、本形態では、オリフィス２８，２９は、マニホールドブロック１０１の表面に開口する、パージ弁６３の各配管接続口に接続されるべき各接続口６３ａ、６３ｂの近傍におけるガス流路中に、別に円筒状に形成されたオリフィス部材１２８，１２９として嵌入されたものとして形成されている。しかし、ガス流路において、オリフィス２８，２９用に、小径の穴（円筒穴）として、マニホールドブロック１０１自体に加工によって形成されていてもよい。ただし、上記したようにオリフィス２８，２９をマニホールドブロック１０１と別に形成する場合においは、上記もしたように、オリフィスの流量特性が悪い場合や、流れの向きによるガス流のアンバランスがある場合でも、オリフィス部材のみの交換等で対応できるから、事後的な対応を容易にできる。また、上記したようにオリフィス２８，２９をオリフィス部材１２８，１２９として、マニホールドブロック１０１と別に形成する場合においは、マニホールドブロック１０１ではなく、パージ弁６３の各配管接続口又はそれに配管される配管部材に、オリフィス部材１２８，１２９を設けておいてもよい。

なお、オリフィス部材を用いてオリフィスを形成するのに、上記においては、個々のオリフィスに対応するオリフィス部材を用いた場合を説明したが、オリフィス部材はこのようなものに限定されるものではない。図９、図１０に示したマニホールドブロック１０１はその一例を示したものである。すなわち、このものは、１つのパージ弁６３における各配管接続口に対応する位置にオリフィス２８，２９を備えてなる、プレート（円形プレート）状の１つのオリフィス部材１３０として形成したものである。本例のオリフィス部材１３０では、その各オリフィス２８，２９が、マニホールドブロック１０１の表面に開口する、パージ弁６３の各配管接続口に接続されるべき各接続口６３ａ、６３ｂと、パージ弁６３における各配管接続口とに対応するようにして、両者間に介在させたものである。なお、このようなオリフィス部材１３０は、マニホールドブロック１０１に対して、気密を保持しつつ図示しないネジ部材によるネジ締めなどの固定手段によって固定してもよいし、パージ弁６３に対して固定しておいてもよい。

また、前記したようにオリフィス部材を用いる場合には、オリフィス部材は金属製とする一方、マニホールドブロック１０１は例えば樹脂製ブロックを素材として、それにガス流路等を機械加工により形成してもよい。このようにしておけば、ガス流路等の加工が容易に行える。なお、上記実施例ではオリフィスをパージ弁の両配管接続口側に設けた場合で説明したが、このオリフィスは、オリフィス部材を用いて形成するか否かに関係なく、パージ弁における一方の配管接続口側にのみ設けるようにしてもよい。

本発明の酸素濃縮装置は、上記した実施の形態のものに限定されるものではなく、適宜に設計変更して具体化できる。例えば、上記においては２つの窒素吸着容器を有するものとして具体化したが、その数は３以上であってもよい。また、コンプレッサに代えて空気ポンプを圧縮空気供給源（圧縮空気供給手段）としても良い。さらに、マニホールドブロックとして、その内部に設けるガス流路の配置は適宜の配置とすればよい。

本発明の酸素濃縮装置の配管系統図（回路図）。 本発明の酸素濃縮装置の要部の配管系統図（回路図）。 図２における配管部位をマニホールド化したマニホールドブロックのガス流路を透視状態で示した説明用斜視図。 図３のマニホールドブロックにおいて、ガス流路を鎖線で示した各弁の取付け前の説明用分解斜視図。 図３のマニホールドブロックのＡ−Ａ線断面図。 図３のマニホールドブロックのＢ−Ｂ線断面図。 図３のマニホールドブロックのＣ−Ｃ線断面図。 図３のマニホールドブロックのＤ−Ｄ線断面図。 図５において、オリフィス部材を別例とした断面図。 図９のマニホールドブロックにおいて、ガス流路を鎖線で示した各弁の取付け前の説明用分解斜視図。 従来の酸素濃縮装置の要部の配管系統図（回路図）。 図１１の酸素濃縮装置における各弁の開閉制御のタイムチャートの図。

符号の説明

１ 酸素濃縮装置
７ コンプレッサ（圧縮空気供給源）
２１，２２，２３ 高酸素濃度ガス搬送配管（対応するガス流路）
２１ａ，２２ａ 第１配管（対応するガス流路）
２１ｂ，２２ｂ 第２配管（対応するガス流路）
２７ 連結配管（対応するガス流路）
２８，２９ オリフィス
２１ｋ，２２ｋ，２３ｋ マニホールドブロックにおける各接続口
３１，３２ 窒素吸着容器
４１，４２ 加圧用の切換え弁
４３，４４ 減圧用の切換え弁
６３ パージ弁
７１ 製品タンク
１０１ マニホールドブロック
１２８，１２９，１３０ オリフィス部材
１６１、１６２ 逆流防止弁（電磁弁）

Claims (8)

1. 酸素よりも窒素を優先的に吸着し得る吸着剤を充填した窒素吸着容器内に圧縮空気を供給することによって高酸素濃度ガスを得る加圧工程と、この窒素吸着容器内の圧力を減じることによって吸着された窒素を外部に排気することで吸着剤の再生を行う減圧工程とを、交互に繰り返し行うことによって高酸素濃度ガスを得る方式の圧力変動吸着型の酸素濃縮装置であって、
   ２以上の窒素吸着容器を有すると共に、各窒素吸着容器には加圧工程で得られた高酸素濃度ガスを製品タンクに送り込むための高酸素濃度ガス搬送配管が接続されていると共に、その各高酸素濃度ガス搬送配管の途中には、前記製品タンクに送り込まれる高酸素濃度ガスが逆流するのを防止するための逆流防止弁が設けられており、
   しかも、各高酸素濃度ガス搬送配管における前記窒素吸着容器と前記逆流防止弁との間の部位においては、各高酸素濃度ガス搬送配管が連結配管で相互に連結されていると共に、その連結配管の途中には、窒素吸着容器内において吸着された窒素を排気するために、他の窒素吸着容器で得られた高酸素濃度ガスの一部を送り込むために開閉制御されるパージ弁が設けられていると共に、そのパージ弁における両配管接続口側の少なくとも一方にオリフィスが設けられてなる酸素濃縮装置において、
   前記逆流防止弁を電磁弁として、その開閉を制御する構成とし、前記各窒素吸着容器において前記加圧工程と前記減圧工程とを交互に繰り返し行うために、前記パージ弁の閉弁中において、加圧すべき窒素吸着容器に接続されている高酸素濃度ガス搬送配管の途中に設けられている逆流防止弁をなす閉弁状態にある電磁弁を開弁して、該窒素吸着容器で得られた高酸素濃度ガスを前記製品タンクに送り込むと共に、
   該電磁弁の開弁中において前記パージ弁を開弁して前記高酸素濃度ガスのうちの一部を、他の窒素吸着容器内に逆流状に送り込み、該他の窒素吸着容器内において吸着された窒素を排気し、該パージ弁の開弁中に該電磁弁を閉弁し、その後、該パージ弁を閉弁するという、弁の開閉制御を繰り返し行う構成を備えてなることを特徴とする酸素濃縮装置。
2. 前記高酸素濃度ガス搬送配管のうち、各窒素吸着容器から前記各逆流防止弁をなす電磁弁に至る第１配管の少なくとも一部と、この逆流防止弁をなす電磁弁から前記製品タンクに至る第２配管の少なくとも一部、そして、前記連結配管の少なくとも一部、のそれぞれが構成するガス流路を、
   それらの配管に代えて、マニホールドブロック内に形成し、
   前記逆流防止弁をなす電磁弁と前記パージ弁の各配管接続口に、直接又は間接に接続されるべき各接続口を、そのマニホールドブロックの表面に開口するように形成し、この各接続口に対し、前記各配管接続口を直接又は間接に接続してなることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
3. 前記オリフィスが、前記マニホールドブロックに形成された、前記連結配管に代わるガス流路中に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
4. 前記オリフィスが、オリフィス部材に形成され、該オリフィス部材がマニホールドブロックに備えられていることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
5. 前記オリフィスが２以上設けられてなる酸素濃縮装置であって、少なくとも１つのオリフィスが、前記マニホールドブロックに形成された、前記連結配管に代わるガス流路中に形成されており、
   残る他の少なくとも１つのオリフィスが、オリフィス部材に形成され、該オリフィス部材がマニホールドブロックに備えられていることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
6. 前記オリフィスが２以上設けられてなる酸素濃縮装置であって、その各オリフィスが、１つのオリフィス部材に形成され、該オリフィス部材がマニホールドブロックに備えられていることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
7. 前記オリフィスが１以上設けられてなる酸素濃縮装置であって、そのオリフィスが、個別のオリフィス部材に形成され、該オリフィス部材が前記マニホールドブロックに備えられていることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
8. 前記第２配管に対応するガス流路が、前記マニホールドブロック内において１つに合流するように連結され、該ガス流路における該マニホールドブロックにおける出口が、前記製品タンクに接続される１つの配管接続口としてそのマニホールドブロックの表面に開口されていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の酸素濃縮装置。

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