JP5413880B2 - Oxygen concentrator - Google Patents
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Description
本発明は、空気を導入して高濃度の酸素を放出する酸素濃縮器に関する。 The present invention relates to an oxygen concentrator that introduces air and releases a high concentration of oxygen.
酸素濃縮器は主として、呼吸器疾患の患者が在宅で酸素を吸入する在宅酸素療法(HOT:home oxygen therapy)において使用される。 Oxygen concentrators are mainly used in home oxygen therapy (HOT), where patients with respiratory illness inhale oxygen at home.
酸素濃縮器は、加圧空気に対して窒素を吸着し減圧空気に対して窒素を脱着する性質を持つ吸着剤(例えば、ゼオライト)が充填された、シーブベッド(吸着塔)を備えている。酸素濃縮器は、フィルタおよび吸気タンクを通して取り込んだ室内の空気をコンプレッサにより圧縮し、この圧縮空気を加減圧の切替えを繰り返しながらシーブベッドに通過させることにより、圧縮空気から高濃度の酸素を分離し、さらに、高濃度酸素を加湿する。加湿後の高濃度酸素は、使用時に患者が装着する鼻腔カニューラを介して患者体内に供給される。 The oxygen concentrator includes a sieve bed (adsorption tower) filled with an adsorbent (for example, zeolite) having a property of adsorbing nitrogen to pressurized air and desorbing nitrogen to decompressed air. The oxygen concentrator separates high-concentration oxygen from compressed air by compressing indoor air taken in through a filter and intake tank with a compressor, and passing this compressed air through a sieve bed while repeatedly switching between pressure and pressure. In addition, high-concentration oxygen is humidified. The high-concentration oxygen after humidification is supplied into the patient body through a nasal cannula worn by the patient at the time of use.
高濃度酸素の加湿方法としては、例えば特許文献1に記載されているように、精製水の貯蔵容器を酸素濃縮器に設け、水中に高濃度酸素を送り出すことにより高濃度酸素に水分を与える方法がある。 As a method for humidifying high-concentration oxygen, for example, as described in Patent Document 1, a container for purified water is provided in an oxygen concentrator, and water is supplied to high-concentration oxygen by sending out high-concentration oxygen into water. There is.
また、別の加湿方法として、例えば特許文献2に記載されているように、高濃度酸素の流路を形成するチューブの一部に、加湿チューブを用いる方法もある。加湿チューブは、水分透過性を有する中空糸膜や有機高分子薄膜等からなるものである。水分を含む気体が加湿チューブの外表面に当てられると、加湿チューブは外表面上の気体から水分を取り込み、加湿チューブ内を流れる高濃度酸素に水分を与える。
一般に、加湿チューブを用いて高濃度酸素の加湿を行う酸素濃縮器においては、加湿チューブの外表面に対して積極的に加湿用気体を接触させるために、加湿チューブに向けて送風するファン等の送風手段を設ける必要がある。しかし、酸素濃縮器においては、コンプレッサ等を冷却するためにコンプレッサ等に向けて送風する送風手段を設ける必要もある。このため、加湿のために別途送風手段を設けることは、酸素濃縮器の部品点数を増加させるだけでなく、騒音の増大をも招くという問題がある。 In general, in an oxygen concentrator that humidifies high-concentration oxygen using a humidifying tube, a fan that blows air toward the humidifying tube to positively contact the humidifying gas with the outer surface of the humidifying tube, etc. It is necessary to provide a blowing means. However, in the oxygen concentrator, it is necessary to provide a blowing means for blowing air toward the compressor or the like in order to cool the compressor or the like. For this reason, providing a separate air blowing means for humidification not only increases the number of parts of the oxygen concentrator, but also causes an increase in noise.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、部品点数の増加や騒音の増大を伴うことなく高濃度酸素を加湿することができる酸素濃縮器を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this point, and it aims at providing the oxygen concentrator which can humidify high concentration oxygen, without accompanying the increase in a number of parts and the increase in noise.
本発明の酸素濃縮器は、
患者に高濃度酸素を供給する酸素濃縮器において、
高濃度酸素の原料空気を圧縮する圧縮手段と、
圧縮した原料空気から高濃度酸素を生成する生成手段と、
生成した高濃度酸素の流路が内部に形成され、前記内部を流れる高濃度酸素を加湿する加湿チューブと、
送風手段と、
前記圧縮手段と前記生成手段と前記加湿チューブと前記送風手段とを収容する筐体と、
前記筐体に形成され、前記送風手段による送風が行われるときに前記筐体外の空気を前記筐体内に導入する開口部と、
を有し、
前記圧縮手段は、前記送風手段によって発生する風の流れにおいて前記送風手段の下流側に配置され、
前記加湿チューブは、前記送風手段によって発生する風の流れにおいて前記送風手段の上流側であり、かつ、前記開口部から前記送風手段へと流れる風の経路上に配置されている。
The oxygen concentrator of the present invention is
In an oxygen concentrator that supplies high concentration oxygen to the patient,
Compression means for compressing the raw material air of high concentration oxygen;
Generating means for generating high-concentration oxygen from compressed raw material air;
The flow path of the generated high-concentration oxygen is formed inside the humidifying tubes for humidifying the high concentration oxygen flowing through the inner,
And sending wind means,
A housing that houses the compression means, the generation means, the humidification tube, and the air blowing means;
An opening that is formed in the housing and introduces air outside the housing into the housing when air is blown by the air blowing means;
Have
The compression means is disposed downstream of the air blowing means in the flow of wind generated by the air blowing means,
The humidification tube is disposed on the upstream side of the air blowing means in the flow of wind generated by the air blowing means and on the path of the air flowing from the opening to the air blowing means.
本発明によれば、部品点数の増加や騒音の増大を伴うことなく高濃度酸素を加湿することができる。 According to the present invention, high-concentration oxygen can be humidified without increasing the number of parts or increasing noise.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る酸素濃縮器の構成を概略的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an oxygen concentrator according to an embodiment of the present invention.
図1において、酸素濃縮器10は、酸素濃縮器筐体(以下「筐体」と略記する)100の内部に、風路ケース101、ヘパフィルタ102、吸気タンク103、コンプレッサ104、冷却パイプ105、マニホールド108、第1および第2の切替弁109A、109B、第1および第2のシーブベッド(吸着塔)110、111、製品タンク112、均圧弁113、パージオリフィス114、消音器115、圧力センサ116、レギュレータ117、止め弁118、酸素センサ119、バクテリアフィルタ120、流量制限オリフィス121、圧力センサ122、流量センサ123、チューブ124、およびブロワ126A、126Bを配置している。また、酸素濃縮器10は、筐体100の外壁上に酸素出口125を配置している。また、筐体100には、開口部127、128が形成され、さらに開口部127を覆うようにフィルタ129が配置されている。
In FIG. 1, an
また、酸素濃縮器10は、CPU(central processing unit)、制御プログラムを格納した記憶媒体としてのROM(read only memory)、および作業用メモリとしてのRAM(random access memory)等を有する(いずれも図示せず)。CPUは、制御プログラムを実行することにより、コンプレッサ104やマニホールド108を含めた各部の動作を制御する。
The
風路ケース101は、筐体100に接して設けられている。風路ケース101は、筐体100の外部の空気を原料空気として、図示されない吸気口から筐体100の内部に導入する。ヘパフィルタ102は、風路ケース101が導入した空気からゴミや埃等の空中浮遊粒子を除去する。
The
吸気タンク103は、ヘパフィルタ102で空中浮遊粒子が除去された原料空気を、後段のコンプレッサ104の吸気のために収容する。吸気タンク103は、いわゆる膨張型消音器として機能し、配管断面積の変化による反射により、原料空気の吸気側へと伝達するコンプレッサ104の動作音に対して、消音効果を発揮する。
The
圧縮手段としてのコンプレッサ104は、吸気タンク103に収容された原料空気を圧縮して圧縮空気を生成し、生成された圧縮空気を冷却パイプ105経由でマニホールド108に送る。ここで、コンプレッサ104は駆動時に発熱するため、生成される圧縮空気やコンプレッサ104の周囲の空気は加熱される。冷却パイプ105は、圧縮空気を冷却しつつマニホールド108に送る。
The
マニホールド108は、冷却パイプ105からの圧縮空気を第1および第2のシーブベッド110、111に交互に切り替えて送り、第1および第2のシーブベッド110、111からの窒素富化空気を交互に切り替えて消音器115に送るための多岐管である。マニホールド108は、三方弁である第1および第2の切替弁109A、109Bを有する。マニホールド108は、第1および第2の切替弁109A、109Bの状態を制御することにより、例えば10秒間隔で、圧縮空気および窒素富化空気のマニホールド108内の流路の切替えを行う。
The
具体的には、例えば、マニホールド108は、図1に示すように、第1の切替弁109Aを用いて、第1のシーブベッド110とコンプレッサ104との間の管路を開放し、第1のシーブベッド110と消音器115との間の管路を閉鎖する。同時に、マニホールド108は、第2の切替弁109Bを用いて、第2のシーブベッド111とコンプレッサ104との間の管路を閉鎖し、第2のシーブベッド111と消音器115との間の管路を開放する。この場合、コンプレッサ104からの圧縮空気は矢印108Aの方向で第1のシーブベッド110に送られ、消音器115には矢印108Bの方向で第2のシーブベッド111からの窒素富化空気が送られる。
Specifically, for example, as shown in FIG. 1, the
また、マニホールド108は、第1の切替弁109Aを用いて、第1のシーブベッド110とコンプレッサ104との間の管路を閉鎖し、第1のシーブベッド110と消音器115との間の管路を開放する。同時に、マニホールド108は、第2の切替弁109Bを用いて、第2のシーブベッド111とコンプレッサ104との間の管路を開放し、第2のシーブベッド111と消音器115との間の管路を閉鎖する。この場合、コンプレッサ104からの圧縮空気は第2のシーブベッド111に送られ、消音器115には第1のシーブベッド110からの窒素富化空気が送られる。
In addition, the
生成手段としての第1および第2のシーブベッド110、111は、マニホールド108を介して送られてきた圧縮空気から、高濃度酸素をそれぞれ分離する。この分離は、第1および第2のシーブベッド110、111に充填されたゼオライトの働きにより実現される。ゼオライトは、加圧空気に対しては窒素および水分を吸着し、減圧空気に対しては吸着している窒素および水分を脱着する性質を有する吸着剤である。第1および第2のシーブベッド110、111は、コンプレッサ104と通じているとき、コンプレッサ104から送られてきた圧縮空気から高濃度酸素を分離して後段の製品タンク112に送る。そして、第1および第2のシーブベッド110、111は、消音器115と通じているとき、圧縮空気から吸着した窒素および水分を多く含む窒素富化空気を消音器115に送る。
The first and
第1および第2のシーブベッド110、111から放出される高濃度酸素の酸素濃度は、吸脱着の繰り返し回数や吸脱着時間等を変更することにより、例えば40%〜90%程度の範囲で調整することができる。なお、ゼオライトは窒素のみならず水分をも吸着するので、第1および第2のシーブベッド110、111から放出される高濃度酸素は極めて乾燥している(例えば、湿度0.1%〜0.2%)。第1および第2のシーブベッド110、111に充填されるゼオライトは、結晶中に微細孔を持つアルミノ珪酸塩(例えば、アルカリ土類金属を含む結晶性含水アルミノ珪酸塩)からなる多孔質材料であり、市販されている各種のゼオライトを使用することができる。
The oxygen concentration of the high-concentration oxygen released from the first and
製品タンク112は、第1および第2のシーブベッド110、111に、マニホールド108が接続する側とは反対側の部分で接続されており、第1および第2のシーブベッド110、111により圧縮空気から分離して得られた高濃度酸素を収容する。製品タンク112は、例えば、一端が第1のシーブベッド110に、他端がシーブベッド111にそれぞれ連結された、コの字形状を有している。均圧弁113は、製品タンク112の両端部分の圧力をこれらが同一となるように調整する。パージオリフィス114は、第1および第2のシーブベッド110、111の脱着の際の二次浄化を行うために、製品タンク112の両端部分の間で高濃度酸素を通過させる。
The
消音器115は、第1および第2のシーブベッド110、111からマニホールド108を介して送られてきた窒素富化空気を内部に導入可能な筒体であり、筒体内部に送られてきた窒素富化空気を窒素富化空気排出口115Aから排出する。筒体内部には、窒素富化空気排出時の騒音を低減するための手段(図示せず)が設けられている。
The
圧力センサ116は、製品タンク112からレギュレータ117に送られる高濃度酸素の圧力を検出する。レギュレータ117は、圧力センサ116の検出結果と予め設定された圧力とを比較してこれらが同一の値となるように、高濃度酸素の圧力のフィードバック制御を行う。
The
止め弁118は、閉鎖することにより、レギュレータ117から圧力調整されて送られる高濃度酸素の流れを止める。止め弁118は、例えば、高濃度酸素の供給を停止する操作が行われたとき、あるいは酸素濃縮器10への電源供給が停止されたときに閉鎖して、機器内に残留した高濃度酸素の流出を止める。
The
酸素センサ119は、止め弁118からバクテリアフィルタ120に送られる高濃度酸素の酸素濃度を検出する。バクテリアフィルタ120は、細菌類を捕集することにより、流路を流れる高濃度酸素を除菌する。流量制限オリフィス121は、バクテリアフィルタ120を通って送られる高濃度酸素の流路を絞ることにより、高濃度酸素の流量を制限する。流量制限オリフィス121の絞り具合は、筐体100に設けられた、例えばボタンやつまみを有する操作部(図示せず)の操作内容と連動して調整される。
The
圧力センサ122は、流量制限オリフィス121から流量センサ123に送られる高濃度酸素の圧力を検出する。流量センサ123は、流量制限オリフィス121を通って送られる高濃度酸素の流量を検出する。圧力センサ122で検出された高濃度酸素の圧力および流量センサ123で検出された高濃度酸素の流量を継続的にメモリ(図示せず)に記憶することによって、予めなされた設定の通りに高濃度酸素が処理されているか否かをモニタリングすることができる。
The
チューブ124は、高濃度酸素の流路を形成し、高濃度酸素を酸素出口125まで供給する。チューブ124の一部分は、加湿チューブ124Aにより構成されている。加湿チューブ124Aは、中空糸膜等のような水分透過膜からなるものであり、外表面上の気体から水分を取り込み、内部を流れる高濃度酸素に水分を与える。なお、本実施の形態では加湿チューブ124Aを一本だけ用いているが、複数本の加湿チューブ124Aを用いてもよい。
The
酸素出口125は、チューブ124から送られてきた高濃度酸素を、患者に供給するために排気する。酸素出口125には、酸素マスクや鼻腔カニューラが設けられたチューブ(図示せず)が接続され、このチューブを通じて高濃度酸素が患者に供給される。
The
送風手段としてのブロワ126A、126Bは、駆動時に発熱するコンプレッサ104やコンプレッサ104の後段に設けられている冷却パイプ105を冷却するために設けられる。ブロワ126A、126Bは、筐体100内の空気を吸込部130A、130Bから吸い込んで、吸い込んだ空気を圧縮して吐出部131A、131Bから吐出することにより、送風を行う。なお、本実施の形態では二つのブロワ126A、126Bを用いているが、使用するブロワの個数は一つであっても三つ以上であってもよい。
Blowers 126 </ b> A and 126 </ b> B as air blowing means are provided to cool the
ブロワ126A、126Bが送風を行うとき、筐体100内にはコンプレッサ104等の冷却風の流れが発生する。すなわち、筐体100外の空気が開口部127から筐体100内に導入され(矢印a参照)、導入された空気が吸込部130A、130Bから吸い込まれ(矢印b参照)、吸い込まれた空気が吐出部131A、131Bから吐出され(矢印c参照)、吐出された空気がコンプレッサ104や冷却パイプ105に送られ(矢印d参照)、コンプレッサ104や冷却パイプ105を通過した空気が開口部128に送られ(矢印e参照)、開口部128から筐体100外に排気される。
When the blowers 126 </ b> A and 126 </ b> B blow air, a flow of cooling air from the
なお、ここでは図示されていないが、筐体100内には、コンプレッサ104等の各部の収容室を形成する隔壁や、冷却風が冷却不要の空間に回り込むのを防ぐために冷却風の風路の範囲を制限する隔壁が、適宜設けられている。これにより、効率的に且つ局所的にコンプレッサ104等の冷却を行うことができる。
Although not shown here, the
ここで、加湿チューブ124Aは、冷却風の流れにおいてブロワ126A、126Bよりも上流側に配設されている。このため、開口部128から筐体100内に導入された後であって吸込部130A、130Bから吸い込まれる前の空気が、加湿チューブ124Aに当てられる。これにより、加湿チューブ124A内を流れる高濃度酸素に与えられる水分は、コンプレッサ104等の冷却風から採取されるため、高濃度酸素を加湿するために別途ファン等の送風手段を設ける必要がない。
Here, the
このように、加湿チューブ124Aに向けて送風する送風手段を別途用いることなく、加湿チューブ124Aに風を当てて高濃度酸素を加湿することができるため、部品点数の増加および騒音の増大を伴うことなく、高濃度酸素の加湿を行うことができる。
In this way, high concentration oxygen can be humidified by applying air to the
また、加湿チューブ124Aには、吐出部131A、131Bから吐出された後の比較的高圧の空気ではなく、吸込部130A、130Bから吸い込まれる前の比較的低圧の空気が当てられる。このため、加湿チューブ124Aに掛かる圧力が軽度となり、加湿チューブ124Aの劣化を軽減することができる。
Further, the
また、加湿チューブ124Aを、吸込部130A、130Bの近傍または開口部127の近傍に配設する場合には、隔壁の配置にかかわらずに空気の流れが吸込部130A、130Bや開口部127に集中するため、冷却風をより効率的に加湿チューブ124Aに当てることができる。
When the
また、筐体100外から筐体100内に空気を導入する開口部127にはフィルタ129が設けられているため、開口部127を介して筐体100外から筐体100内に導入される空気からゴミや埃等の空中浮遊粒子が除去される。これにより、清浄化された空気を加湿チューブ124Aに接触させることができ、衛生的に高濃度酸素を加湿することができる。
In addition, since the
以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成および使用時の動作についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。 The embodiment of the present invention has been described above. The above description is an illustration of a preferred embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to this. That is, the description of the configuration of the apparatus and the operation at the time of use is an example, and it is obvious that various modifications and additions to these examples are possible within the scope of the present invention.
10 酸素濃縮器
100 筐体
101 風路ケース
102 ヘパフィルタ
103 吸気タンク
104 コンプレッサ
105 冷却パイプ
108 マニホールド
109A 第1の切替弁
109B 第2の切替弁
110 第1のシーブベッド
111 第2のシーブベッド
112 製品タンク
113 均圧弁
114 パージオリフィス
115 消音器
116 圧力センサ
117 レギュレータ
118 止め弁
119 酸素センサ
120 バクテリアフィルタ
121 流量制限オリフィス
122圧力センサ
123 流量センサ
124 チューブ
124A 加湿チューブ
125 酸素出口
126A、126B ブロワ
127、128 開口部
129 フィルタ
130A、130B 吸込部
131A、131B 吐出部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
高濃度酸素の原料空気を圧縮する圧縮手段と、
圧縮した原料空気から高濃度酸素を生成する生成手段と、
生成した高濃度酸素の流路が内部に形成され、前記内部を流れる高濃度酸素を加湿する加湿チューブと、
送風手段と、
前記圧縮手段と前記生成手段と前記加湿チューブと前記送風手段とを収容する筐体と、
前記筐体に形成され、前記送風手段による送風が行われるときに前記筐体外の空気を前記筐体内に導入する開口部と、
を有し、
前記圧縮手段は、前記送風手段によって発生する風の流れにおいて前記送風手段の下流側に配置され、
前記加湿チューブは、前記送風手段によって発生する風の流れにおいて前記送風手段の上流側であり、かつ、前記開口部から前記送風手段へと流れる風の経路上に配置されている、
酸素濃縮器。 In an oxygen concentrator that supplies high concentration oxygen to the patient,
Compression means for compressing the raw material air of high concentration oxygen;
Generating means for generating high-concentration oxygen from compressed raw material air;
The flow path of the generated high-concentration oxygen is formed inside the humidifying tubes for humidifying the high concentration oxygen flowing through the inner,
And sending wind means,
A housing that houses the compression means, the generation means, the humidification tube, and the air blowing means;
An opening that is formed in the housing and introduces air outside the housing into the housing when air is blown by the air blowing means;
Have
The compression means is disposed downstream of the air blowing means in the flow of wind generated by the air blowing means,
The humidifying tube is disposed on the upstream side of the air blowing means in the flow of wind generated by the air blowing means, and on the path of the air flowing from the opening to the air blowing means,
Oxygen concentrator.
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