JP5015831B2 - 酸素濃縮器 - Google Patents

Description

本発明は、酸素より窒素を優先的に吸着する吸着剤を用い、圧力変動吸着法により高濃度の酸素を患者等に供給する酸素濃縮器に関するものである。

従来より、高濃度の酸素を患者等に供給することができる装置として、医療用の酸素濃縮器が在宅酸素療法などに使用されている。
この種の酸素濃縮器として、例えば酸素より窒素を優先的に吸着する吸着剤を、複数（例えば２個）の吸着筒に充填した吸着型酸素濃縮器が知られており、なかでも酸素供給手段としてコンプレッサを用いた圧力変動吸着型の酸素濃縮器が、在宅酸素療法の装置として用いられている。

前記圧力変動吸着型酸素濃縮器においては、一般には、空気供給手段によって吸着筒に空気を供給して筒内を加圧状態にすることにより、空気中の窒素を吸着剤に吸着させ、酸素を濃縮して取り出す吸着行程と、吸着筒を大気開放して減圧することにより、吸着剤から吸着窒素を脱離させて吸着剤を再生する再生行程（排気行程）とを、交互又は順次繰り返し、連続的に酸素濃縮ガスを生成している。

更に、近年では、より高濃度の酸素を効率良く得るために、吸着筒を大気開放して減圧することにより、吸着窒素を脱離させるとともに、サージタンクに溜められた製品ガス（酸素濃縮ガス）の一部を用いて、吸着筒内をパージして吸着剤を再生したり（特許文献１参照）、空気圧縮手段を逆に用いて、吸着筒内が負圧になるまで排気を行うことにより、吸着窒素を脱離させて吸着剤を再生させる方法が提案されている（特許文献２参照）。

ところが、医療用酸素濃縮器は、患者の治療に用いられることから、長期的な安全性や安定性が要求されるので、一層の改善が求められている。
つまり、酸素濃縮器には、吸着剤として親水性の吸着剤が用いられることが多いが、これらは、長期的な使用により大気中の水分を吸着し窒素の吸着性能が徐々に衰え、酸素濃度が低下するが、上述した対策は、装置の複雑化や吸湿剤の寿命等の問題があり、吸着剤の延命効果は認められるものの、必ずしも十分なものではない。

この対策として、本願出願人は、酸素濃縮器の運転停止が指示された場合に、酸素濃縮ガスをパージガスとして吸着剤の水分を除去する方法を提案している（特許文献３参照）。
特開２００３−１８０８３７号公報 特開平７−１５５５２６号公報 特開２００５−３１２７６６号公報

上述した特許文献３の方法でも、吸着剤の劣化の抑制には大きな効果が得られるが、特により高い性能が求められる医療用の分野では、吸着剤の劣化を抑制する一層の改善が求められていた。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、例えば長期間在宅で使用する酸素濃縮器の吸着剤の寿命を一層向上し、特に患者の長期的な安定した治療等を可能にする酸素濃縮器を提供することである。

（１）請求項１の発明は、酸素より窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した少なくとも２個の吸着筒と、前記吸着筒に空気を供給して加圧する空気供給手段（例えばコンプレサ）と、前記吸着筒内の圧力の加減圧を制御する加減圧切換手段（例えば切換弁）と、を備え、前記空気から酸素濃縮ガスを生成する圧力変動吸着型の酸素濃縮器において、前記酸素濃縮器の運転時間が１時間未満か否かを判断する時間判断手段を備え、前記酸素濃縮器の運転停止が指示されたときに、前記時間判断手段によって、前記酸素濃縮器の運転時間が１時間未満であると判断された場合には、酸素供給遮断手段（例えば電磁弁）によって前記酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断するとともに、該酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断した状態で、前記酸素濃縮器の動作を継続して少なくとも１個の前記吸着筒で酸素濃縮ガスを生成し、該生成した酸素濃縮ガスを他の吸着筒にパージガスとして供給して、前記吸着剤の水分を除去する吸気及び排気の工程を、前記運転停止の指示があった後少なくとも１時間以上５時間未満の範囲で繰り返した後に、前記酸素濃縮器の運転を停止することを特徴とする。

本発明では、例えば運転停止のスイッチが操作されたことにより、酸素濃縮器の運転停止が指示されたときに、時間判断手段によって酸素濃縮器の運転時間が１時間未満であると判断された場合には、酸素供給遮断手段によって酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断し、その状態で酸素濃縮器の動作を継続して吸着筒で酸素濃縮ガスを生成し、この生成した酸素濃縮ガスを他の吸着筒にパージガスとして供給して吸着剤の水分を除去する吸気及び排気の工程（パージ工程）を、運転停止の指示があった後少なくとも１時間以上５時間未満の範囲で繰り返した後に、前記酸素濃縮器の運転を停止する。

上述した様に、吸着剤には窒素だけでなく水も吸着されるので、そのままでは、吸着剤の寿命が低下してしまう。また、本発明者らの研究によって、後の実験例で示す様に、酸素濃縮器を１時間未満の短時間運転する動作を繰り返した場合には、吸着剤の性能が低下することが明らかになった。

そこで、本発明では、酸素濃縮器の運転停止が指示されたときに、酸素濃縮器の運転時間が１時間未満であった場合には、酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断して、そのまま酸素濃縮ガスを生成する。この酸素濃縮ガスは、高濃度の酸素（例えば９５質量％酸素）を含むとともに、吸着剤により水分が除去された乾燥したガスである。従って、この酸素濃縮ガスを他の吸着筒にパージガスとして供給することにより、吸着筒内の吸着剤から水分を離脱させて、吸着筒外に排出することができる。これにより、吸着剤に含まれる水分を低減できるので、効率良く吸着剤の寿命を延ばすことができる。

ここで、パージガスとは、吸着剤から水分を除去するためのガス（即ち酸素濃縮ガス）のことである。
尚、以下では、前記酸素濃縮器の運転停止が指示されたときに、酸素濃縮器の運転時間が１時間未満であった場合に行われるパージ処理を、後パージ処理と称する。

（２）請求項２の発明では、酸素より窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した少なくとも２個の吸着筒と、前記吸着筒に空気を供給して加圧する空気供給手段と、前記吸着筒内の圧力の加減圧を制御する加減圧切換手段と、を備え、前記空気から酸素濃縮ガスを生成する圧力変動吸着型の酸素濃縮器において、前記吸着筒の下流側に前記酸素濃縮ガスを貯蔵するガス貯蔵手段（例えば製品タンク）を備えるとともに、前記酸素濃縮器の運転時間が１時間未満か否かを判断する時間判断手段を備え、前記酸素濃縮器の運転停止が指示されたときに、前記時間判断手段によって、前記酸素濃縮器の運転時間が１時間未満であると判断された場合には、酸素供給遮断手段によって前記酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断するとともに、該酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断した状態で、前記酸素濃縮器の動作を継続して少なくとも１個の前記吸着筒で酸素濃縮ガスを生成し、該生成した酸素濃縮ガスと前記ガス貯蔵手段に貯蔵された酸素濃縮ガスとを他の吸着筒にパージガスとして供給して、前記吸着剤の水分を除去する吸気及び排気の工程を、前記運転停止の指示があった後少なくとも１時間以上５時間未満の範囲で繰り返した後に、前記酸素濃縮器の運転を停止することを特徴とする。

本発明は、基本的には前記請求項１の発明とほぼ同様であるが、特に吸着筒の下流側に酸素濃縮ガスを貯蔵するガス貯蔵手段を備えているので、酸素濃縮器の運転停止が指示されたときに、酸素濃縮器の運転時間が１時間未満であった場合には、生成した酸素濃縮ガスとガス貯蔵手段に貯蔵された酸素濃縮ガスとを他の吸着筒にパージガスとして供給して、吸着剤の水分を除去する。

これにより、前記請求項１の発明と同様な効果を奏するとともに、ガス貯蔵手段に貯蔵された酸素濃縮ガスも利用できるので、一層効率的に吸着剤の水分を除去できる。
なお、以下では、ガス貯蔵手段に貯蔵された酸素濃縮ガスを利用して吸着剤の水分を除去する処理も、前記と同様に後パージ処理と称する。

（３）請求項３の発明は、前記酸素濃縮器の運転時間が１時間未満のときに、前記酸素濃縮器の運転停止が指示された場合には、前記吸着筒における吸気（吸着筒に空気を供給）又は排気（吸着筒から内部のガスを排出）の切換タイミングまで酸素濃縮器の運転を継続してから、前記酸素供給遮断手段による遮断からパージガスの供給に到るパージ処理を実施することを特徴とする。

酸素濃縮器の運転時間が１時間未満のときに、酸素濃縮器の運転停止が指示された場合に、即座にパージ処理行程に移行すると、一方の吸着筒の圧力が過度に増加する場合があり、吸着筒間の圧力が不均衡になる。

従って、本発明では、吸気又は排気の切換タイミングまで酸素濃縮器の運転を継続してから、パージ処理に移行するので、適度に設定された圧力（例えば通常よりやや高い圧力）のパージガス（酸素濃縮ガス）を、水分を除去する吸着筒に供給することができる。

本発明の動作によって圧力の過度の上昇を防止できるのは、下記の理由による。
装置の運転停止が指示されたのと同時にパージ処理行程に移行した場合、運転停止の指示がなされた瞬間の吸着筒間の圧力が均等でない可能性がある。一般的に、吸気及び排気の切換タイミングは時間によって制御されているため、一方の筒内圧が高い状態で切り換わったときには、その分だけ圧力が上昇し、吸着筒間の圧力が不均衡になってしまう。

これに対して本発明では、吸気又は排気の切換タイミングまで酸素濃縮器の運転を継続してから、パージ処理行程に移行するため、吸着筒間の圧力が絶えず均等な状態から始まることになって、圧力の不均衡が生ぜず、よって圧力の過度の上昇を防止できる。

（４）請求項４の発明は、前記パージガスを供給した後に前記酸素濃縮器の運転を停止する場合には、前記パージガスの供給を前記範囲で繰り返した後に、前記空気供給手段の動作を停止させてから、前記加減圧切換手段によって前記空気供給手段から前記吸着筒に到る加圧のための流路を遮断することを特徴とする。

本発明では、酸素濃縮器の運転を停止する場合には、前記パージガスの供給を前記範囲で繰り返した後に、空気供給手段の動作を停止させてから、加減圧切換手段によって空気供給手段から吸着筒に到る加圧のための流路を遮断するので、結露が生じにくいという利点がある。

本発明の動作によって結露が生じ難い理由は、下記の理由による。
通常、電源を停止したとき、空気供給手段及び加減圧切換手段の動作（即ち前記加圧の流路が遮断）が同時に停止してしまうと、空気供給手段から加減圧切換手段に向かう管路内に圧縮された空気が閉じこめられてしまう。空気は、圧力に反比例して飽和水蒸気量が減少するため、圧縮された空気は相対湿度が高い状態となる。ただ、この時の圧縮空気は圧縮熱と空気圧縮手段の発熱により暖められることで飽和水蒸気量が増加するため、結露しにくい状態にあるだけで、装置停止後は自然冷却され、飽和水蒸気量が減少すれば結露し易くなる。

これに対して本発明では、酸素濃縮器の運転を停止する場合、前記パージガスの供給を前記範囲で繰り返した後に、空気供給手段の動作を停止させてから、加減圧切換手段によって空気供給手段から吸着筒への流路を遮断することにより、管路内の圧力が開放されるため、結露が生じにくくなる。

尚、前記加減圧切換手段とは、例えば、空気供給手段から吸着筒に到る流路を開閉したり、吸着筒から外界に到る流路を開閉することにより、吸着筒内の圧力の加減圧を制御するものであり、例えば（空気供給手段及び吸着筒の連通状態（外界とは遮断）と、吸着筒及び外界の連通状態（空気供給手段とは遮断）とを切り換える）三方向切換弁や、複数の２位置開閉弁の組み合わせ等により実現できる。

（５）請求項５の発明は、前記各吸着筒の酸素濃縮ガスの排出側を連通する管路と、該管路を開閉して前記各吸着筒間の圧力を調節する均圧弁とを備え、前記パージガスを供給した後に前記酸素濃縮器の運転を停止する場合には、前記パージガスの供給を前記範囲で繰り返した後に、前記酸素濃縮器の運転を停止するまでは、前記均圧弁を開放状態とすることを特徴とする。

本発明では、酸素濃縮器の運転停止時には、前記パージガスの供給を前記範囲で繰り返した後に、前記酸素濃縮器の運転を停止するまでは、均圧弁を開放状態とするので、吸着筒間の状態（従って内部の吸着剤に含まれる水分等の状態）が均一化される。

（６）請求項６の発明は、通常運転時に前記吸着筒から供給される酸素濃縮ガスの供給量より、前記パージガスの供給量を大きくしたことを特徴とする。
本発明では、通常の酸素濃縮ガスの供給量より多い供給量で水分のパージを行うので、吸着剤から十分に水分を除去することができる。

（７）請求項７の発明は、前記酸素供給遮断手段が、電磁開閉弁又は流量比例制御弁であることを特徴としている。
本発明は、酸素供給遮断手段を例示したものである。ここで、流量比例制御弁としては、ソレノイドタイプの流量比例制御弁やアクチュエータ（ブラシレスＤＣモータやステッピングモータ等により駆動される）タイプの流量比例制御弁を採用できる。この流量比例制御弁を用いる場合には、流量の調整が可能であるので、マニュアルでの流量設定器を省略可能である。

次に、本発明の最良の形態の例（実施例）について説明する。

本実施例では、空気中から窒素吸着剤（以下吸着剤と記す）を用いて窒素を吸着して除去することにより酸素を濃縮し、この高濃度の酸素を含む酸素濃縮ガスを患者に対して供給する圧力変動吸着型の医療用酸素濃縮器（以下酸素濃縮器と記す）を例に挙げる。

ａ）まず、本実施例の酸素濃縮器の機能を実現するための各構成について説明する。
図１に示す様に、酸素濃縮器１は、その空気の導入路３に、上流側より、コンプレッサ５と、一対の三方向切換弁（第１切換弁７、第２切換弁９）と、吸着剤を充填した一対の吸着筒（第１吸着筒１１、第２吸着筒１３）とが設けられている。また、一対の吸着筒１１、１３には、三方向切換弁７、９を介して窒素を排気する排気路１５が設けられている。

更に、一対の吸着筒１１、１３の下流側には、両吸着筒１１、１３間を連通する第１連通路１７と、第１連通路１７に設けられて両吸着筒１１、１３間の圧力を調節する二方弁（均圧弁）１９と、両吸着筒１１、１３間を連通する第２連通路２１、第２連通路２１に設けられたオリフィス２３と、酸素濃縮ガスの逆流を防止する一対の逆止弁２５、２７と、酸素濃縮ガスを溜める製品タンク２９と、酸素濃縮ガスの圧力を調節する圧力調整器（レギュレータ）３１と、酸素濃縮ガスの流量を設定するロータリスイッチである流量設定器３３と、酸素濃縮ガスを外部に供給する流路３５を遮断する電磁開閉弁（即ち開閉２位置に作動する電磁弁）３７とが設けられている。

尚、本実施例の酸素濃縮器１は、連続ベース流量が毎分５Ｌの装置である。
また、本実施例では、図２に示す様に、酸素濃縮器１には、酸素濃縮器１の動作を制御する電子制御装置４１が搭載されている。

前記電子制御装置４１は、周知のマイクロコンピュータ（マイコン）４３を備え、その入力部４５には、電源スイッチ４７、流量設定器３３などが接続され、その出力部４９には、コンプレッサ５、三方向切換弁７、９、均圧弁１９、電磁開閉弁３７等が接続されている。

従って、電子制御装置４１には、電源スイッチ４７の操作を示す信号や、流量設定器３３により設定された設定流量を示す信号が入力する。また、電子制御装置４１からは、コンプレッサ５、三方向切換弁７、９、均圧弁１９、電磁開閉弁３７などの動作を制御する制御信号が出力される。

ｂ）次に、上述した構成を備えた本実施例の酸素濃縮器１の主要な動作について説明する。
本実施例の酸素濃縮器１では、第１吸着筒１１及び第２吸着筒１３における加圧・減圧を交互に繰り返すことにより、酸素の濃縮及び吸着剤の再生を行う。

例えばコンプレッサ５により、第１切換弁７を介して第１吸着筒１１に圧縮空気を送りこみ、吸着剤に窒素を吸着させて酸素を濃縮する。そして、所定時間が経過したら、両切換弁７、９により、加圧方向をもう一方の第２吸着筒１３に切り換えるとともに、第１吸着筒１１を大気側に接続し、吸着した窒素が減圧とともに排出されるようにする。

この様にして、両吸着筒１１、１３により、加圧時には酸素だけを抽出し、その酸素濃縮ガスを、下流の製品タンク２９、圧力調整器３１、流量設定器３３、電磁開閉弁３７を介して、外部（従って患者）に供給する。

これを、両吸着筒１１，１３に対して交互に繰り返すことにより、９０％以上の濃縮酸素を連続的に得ることができ、更に、製品タンク２９に溜めることにより変動を低減して連続性を確保している。尚、吸着剤には、窒素だけでなく水分も吸着されるので、加圧された吸着筒１１、１３から供給される酸素濃縮ガスは乾燥したものとなる。

特に本実施例では、酸素濃縮器１の電源スイッチ４７がＯＦＦ（オフ）されたときに、稼働時間が１時間未満の場合には、電磁開閉弁３７をＯＮ（オン）してその流路３５を遮断し、その状態で、酸素濃縮器１の動作を１時間以上実施する。

即ち、各吸着筒１１、１３において、それぞれ吸着工程（吸着筒１１、１３に空気を加圧供給し、吸着剤に窒素を吸着させて酸素濃縮を行う行程）と、排気行程（吸着筒１１、１３から内部のガス（空気等）を減圧排出し、吸着剤に吸着した窒素を離脱させて排出する行程）とを繰り返して行う。つまり、吸着筒１１、１３の吸脱着行程を、少なくとも１サイクル以上繰り返して、後パージ処理を行う。

これにより、例えば第１吸着筒１１で生成された酸素濃縮ガス（即ち吸着剤により水分及び窒素が除去された乾燥した高濃度の酸素濃縮ガス）を、パージガスとしてオリフィス２３を介して第２吸着筒１３に供給し、第２吸着筒１３に充填された吸着剤から水分を除去して外部に排出する。同様に、第２吸着筒１３で生成された酸素濃縮ガスを第１吸着筒１１に供給して吸着剤から水分を除去して外部に排出する。そして、これらの動作が繰り返されて十分にパージが行われる。

ｃ）次に、前記電子制御装置４１による行われる制御処理について説明する。
図３のフローチャート及び図４のタイミングチャートに示す様に、酸素濃縮器１が作動している状態において、ステップ１００にて、電源スイッチ４７がＯＦＦに設定され、且つ、運転時間が１時間未満が否かを判定する。なお、運転時間が１時間未満か否かは、前回電源スイッチ４７がＯＮされてから今回ＯＦＦされるまでの時間で判定する。ここで肯定判断されるとステップ１１０に進み、一方否定判断されと一旦本処理を終了する。

ステップ１１０では、電源スイッチ４７がＯＦＦとなってからの前行程（図４参照）が継続しているので、三方向切換弁７、９の切換タイミング（即ち吸気行程と排気行程の切換タイミング）であるか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１２０に進み、一方否定判断されると切換タイミングまで待機する。

ステップ１２０では、電磁開閉弁３７をＯＮしてその流路３５を遮断する。
続くステップ１３０では、今回運転停止の指示があってから（即ち今回電源スイッチ４７がＯＦＦされてから）、１時間以上稼働しているか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１４０に進む。

なお、１時間以上稼働していれば、通常は１サイクル分以上作動しているが、仮に１サイクル分以上作動していない場合は、１サイクル作動するまで待機する。この１サイクルとは、例えば第１吸着筒１１で吸気行程及び排気行程が完了したこと、即ち第２吸着筒１３で排気行程及び吸気行程が完了したことを意味する。

尚、均圧弁１９は、半サイクル毎に所定期間（均圧行程）だけＯＮされて第１連通路１７が開となり、両吸着筒１１、１３の圧力の均一化が図られる。
ステップ１４０では、１時間以上作動したので、コンプレッサ５を停止する。

続くステップ１５０では、均圧弁１９の開放状態を通常より長く維持する。
続くステップ１６０では、装置停止タイミングか否かを判定し、そのタイミングになるまで待機する。

ステップ１７０では、電磁開閉弁３７をＯＦＦして流路３５を開き、全ての動作を停止して本処理を終了する。
ｄ）次に、上述した構成による本実施例の効果について説明する。

本実施例では、電源スイッチ４７がＯＦＦとされたときに、運転時間が１時間未満であった場合には、電磁開閉弁３７をＯＮして流路３５を閉じ、酸素濃縮器１を１サイクル以上作動させる。そして、第１吸着筒１１で生成された酸素濃縮ガスをパージガスとしてオリフィス２３を介して第２吸着筒１３に供給し、更に、第２吸着筒１３で生成された酸素濃縮ガスをパージガスとしてオリフィス２３を介して第１吸着筒１１に供給することにより、各吸着筒１１、１３における吸着剤の水分を除去し、そのパージ動作（後パージ処理）を１時間以上行った後に、酸素濃縮器１の運転を停止する。

これによって、仮に使用者が短時間で電源スイッチ４７をＯＦＦしても、常に酸素濃縮器１の稼働時間が１時間以上となるので、短時間稼働による吸着剤の劣化を防止できる。
しかも、この動作により、通常運転時に吸着筒１１、１３から供給される酸素濃縮ガスの供給量よりパージガスの供給量を大きくでき、しかも高い圧力の酸素濃縮ガスを供給できるので、吸着剤から効果的に水分を除去することができる。

また、本実施例では、運転時間が１時間未満のときに、酸素濃縮器１の運転停止が指示された場合には、吸着筒１１、１３における吸気又は排気の切換タイミングに到るまで待機してから、電磁開閉弁３７により流路３５を遮断している。これにより、一定時間毎に吸気行程と排気行程とを切り換える構成であっても、酸素濃縮ガスの圧力が過大になることがなく、適度な圧力のパージガスを、水分を除去する吸着筒１１、１３に供給することができる。

更に、本実施例では、酸素濃縮器１の運転を停止する場合には、コンプレッサ５を停止させてから、電磁開閉弁３７により流路３５を開放している。よって、結露が生じにくいという利点がある。

その上、本実施例では、パージガスを供給した後に酸素濃縮器１の運転を停止する場合には、その運転を停止するまで、均圧弁１９を開くので、吸着筒１１、１３間の圧力（従って水分の状態）が均一化される。

ｅ）次に、上述した効果を確認するために行った実験例について説明する。
＜実験例１＞
本実験例では、前記実施例１の酸素濃縮器を、周囲温度３５℃、周囲湿度９０％（相対湿度）の環境下において、１回の運転時間を３０分、その後の停止時間を３時間（この内パージガス供給時間は１時間）として、その動作を２０００回繰り返し（１０００時間稼働）、運転を開始した際の酸素濃縮ガスの濃度を検査器（例えば限界電流式ジルコニア酸素センサを使用した酸素濃度計）を用いて測定した。

その結果を図５に記す。なお、図５の横軸は、各回の運転時間を積算したものである。
また、比較例として、電源スイッチＯＦＦ後のパージガスの供給を行わないで、同様な実験を行った。その結果も図５に記す。

この図５から明らかな様に、本実施例の様に１時間以上パージ（後パージ処理）を行うものは、酸素濃縮器を長期間使用した場合でも、酸素濃縮ガスの酸素濃度の低下が少なく、吸着剤の寿命が長いので好適である。

それに対して、後パージ処理を行わない比較例１や、後パージ処理を短時間（例えば３０分）だけ行った比較例２では、長期間使用すると、酸素濃縮ガスの酸素濃度が早く低下し（例えば１０００時間稼働した場合に酸素濃度が９３％以下に低下し）、吸着剤の寿命が短いので好ましくない。

＜実験例２＞
本実験例では、１回分の稼働時間を変えた場合に、長期間使用した後では、酸素濃度がどの程度低下するかを調べたものである。

具体的には、比較例３では、前記実施例１の酸素濃縮器を、周囲温度３５℃、周囲湿度９０％（相対湿度）の環境下において、１回の運転時間を３０分、停止時間を３時間（但しパージガス供給時間は無し）として、その動作を２０００回繰り返し（１０００時間稼働）、運転を開始した際の酸素濃縮ガスの濃度を検査器を用いて測定した。その結果を図６に記す。

また、比較例４として、１回の運転時間を１時間とし、他の条件は比較例３と同様にて、酸素濃度ガスの濃度を測定した。更に、比較例５として、１回の運転時間を２時間とし、他の条件は比較例３と同様にて、酸素濃度ガスの濃度を測定した。その結果も図６に記す。

この図６から明らかな様に、１回の運転時間が長い（例えば１時間又は２時間）動作を繰り返す場合には、長期間が経過しても、酸素濃縮ガスの酸素濃度がそれほど低下しないが、１回の運転時間が短い（例えば３０分）動作を繰り返すと、長期間が経過した場合には、酸素濃縮ガスの酸素濃度が低下することが分かる。

従って、本発明の動作を行うことにより、１回の運転時間が短い動作を繰り返す場合でも、吸着剤の寿命を長くできるので好適である。

次に実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図７に示す様に、本実施例の酸素濃縮器５１は、前記実施例１と同様に、コンプレッサ５３、一対の三方向切換弁（第１切換弁５５、第２切換弁５７）、一対の吸着筒（第１吸着筒５９、第２吸着筒６１）、均圧弁６３、オリフィス６５、一対の逆止弁６７、６９、製品タンク７１、圧力調整器（レギュレータ）７３等を備えている。

また、本実施例では、前記実施例１の流量設定器及び電磁開閉弁に代えて流量比例制御弁７５を用いている。この流量比例制御弁７５は、図示しないステッピングモータによりその開度を調節できるものであり、これによって、外部に供給する酸素濃縮ガスの流量の調節や流路７９の遮断を行うことができる。

更に、本実施例では、一対の逆止弁６７、６９を迂回するバイパス８１、８３を備えるとともに、このバイパス８１、８３にパージ制御弁８５、８７を備えている。
本実施例では、前記実施例１の様に、後パージ処理を行う場合には、パージ制御弁８５、８７を開くように制御するので、製品タンク７１内の酸素濃縮ガスを後パージ処理に用いることができる。

尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

実施例１の酸素濃縮器の基本構成を示す説明図である。 実施例１の酸素濃縮器の電子制御装置の電気的構成を示す説明図である。 実施例１の電子制御装置にて行われる処理を示すフローチャートである。 実施例１の電子制御装置にて行われる処理を示すタイミングチャートである。 実験例１の実験結果を示すグラフである。 実験例２の実験結果を示すグラフである。 実施例２の酸素濃縮器の基本構成を示す説明図である。

符号の説明

１、５１…酸素濃縮器
５、５３…コンプレッサ（空気供給手段）
７、９、５５、５７…三方向切換弁（加減圧切換手段）
１１、１３、５９、６１…吸着筒
１９、６３…均圧弁
３７…電磁開閉弁（酸素供給遮断手段）
３３…流量設定器
２３、６５…オリフィス
２９、７１…製品タンク
７５…流量比例制御弁 （酸素供給遮断手段）

Claims (7)

1. 酸素より窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した少なくとも２個の吸着筒と、
   前記吸着筒に空気を供給して加圧する空気供給手段と、
   前記吸着筒内の圧力の加減圧を制御する加減圧切換手段と、
   を備え、
   前記空気から酸素濃縮ガスを生成する圧力変動吸着型の酸素濃縮器において、
   前記酸素濃縮器の運転時間が１時間未満か否かを判断する時間判断手段を備え、
   前記酸素濃縮器の運転停止が指示されたときに、前記時間判断手段によって、前記酸素濃縮器の運転時間が１時間未満であると判断された場合には、
   酸素供給遮断手段によって前記酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断するとともに、
   該酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断した状態で、前記酸素濃縮器の動作を継続して少なくとも１個の前記吸着筒で酸素濃縮ガスを生成し、該生成した酸素濃縮ガスを他の吸着筒にパージガスとして供給して、前記吸着剤の水分を除去する吸気及び排気の工程を、前記運転停止の指示があった後少なくとも１時間以上５時間未満の範囲で繰り返した後に、
   前記酸素濃縮器の運転を停止することを特徴とする酸素濃縮器。
2. 酸素より窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した少なくとも２個の吸着筒と、
   前記吸着筒に空気を供給して加圧する空気供給手段と、
   前記吸着筒内の圧力の加減圧を制御する加減圧切換手段と、
   を備え、
   前記空気から酸素濃縮ガスを生成する圧力変動吸着型の酸素濃縮器において、
   前記吸着筒の下流側に前記酸素濃縮ガスを貯蔵するガス貯蔵手段を備えるとともに、
   前記酸素濃縮器の運転時間が１時間未満か否かを判断する時間判断手段を備え、
   前記酸素濃縮器の運転停止が指示されたときに、前記時間判断手段によって、前記酸素濃縮器の運転時間が１時間未満であると判断された場合には、
   酸素供給遮断手段によって前記酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断するとともに、
   該酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断した状態で、前記酸素濃縮器の動作を継続して少なくとも１個の前記吸着筒で酸素濃縮ガスを生成し、該生成した酸素濃縮ガスと前記ガス貯蔵手段に貯蔵された酸素濃縮ガスとを他の吸着筒にパージガスとして供給して、前記吸着剤の水分を除去する吸気及び排気の工程を、前記運転停止の指示があった後少なくとも１時間以上５時間未満の範囲で繰り返した後に、
   前記酸素濃縮器の運転を停止することを特徴とする酸素濃縮器。
3. 前記酸素濃縮器の運転時間が１時間未満のときに、前記酸素濃縮器の運転停止が指示された場合には、前記吸着筒における吸気又は排気の切換タイミングまで酸素濃縮器の運転を継続してから、前記酸素供給遮断手段による遮断からパージガスの供給に到るパージ処理を実施することを特徴とする前記請求項１又は２に記載の酸素濃縮器。
4. 前記パージガスを供給した後に前記酸素濃縮器の運転を停止する場合には、前記パージガスの供給を前記範囲で繰り返した後に、前記空気供給手段の動作を停止させてから、前記加減圧切換手段によって前記空気供給手段から前記吸着筒に到る加圧のための流路を遮断することを特徴とする前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸素濃縮器。
5. 前記各吸着筒の酸素濃縮ガスの排出側を連通する管路と、該管路を開閉して前記各吸着筒間の圧力を調節する均圧弁とを備え、
   前記パージガスを供給した後に前記酸素濃縮器の運転を停止する場合には、前記パージガスの供給を前記範囲で繰り返した後に、前記酸素濃縮器の運転を停止するまでは、前記均圧弁を開放状態とすることを特徴とする前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸素濃縮器。
6. 通常運転時に前記吸着筒から供給される酸素濃縮ガスの供給量より、前記パージガスの供給量を大きくしたことを特徴とする前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸素濃縮器。
7. 前記酸素供給遮断手段が、電磁開閉弁又は流量比例制御弁であることを特徴とする前記請求項１〜６のいずれか１項に記載の酸素濃縮器。