JP6162961B2 - 流量制御ユニット及びこれを備える酸素濃縮器 - Google Patents

Description

本発明は、流量制御ユニット及びこれを備える酸素濃縮器に関する。

従来、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。この種の酸素濃縮器は、例えば、特許文献１或いは特許文献２に記載されている。

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する。酸素濃縮器は、この圧縮空気を、シーブベッド（吸着塔）を通過させる。シーブベッドには、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材（例えば、ゼオライト）が充填されており、圧縮空気がシーブベッドを通過すると、高濃度の酸素（以下、「高濃度酸素」という）が分離される。酸素濃縮器では、分離した高濃度酸素は、製品タンクに一時的に貯蔵された後、マスフローセンサ、レギュレータ、酸素センサを通過して、高濃度酸素の流量及び濃度が調整され、加湿された後、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。

このように構成される酸素濃縮器では、製品タンク、マスフローセンサ、レギュレータ、酸素センサ等を含む酸素濃縮器を構成する各部品同士は、チューブ等を介設して配管されている。

特開２００７−０６８５７２号公報 特開２００７−０００３４０号公報

上述したように従来の酸素濃縮器では、製品タンクに貯蔵された高濃度酸素を患者に供給するための各部品、例えば、流量を調整するためのマスフローセンサ（流量センサ）、レギュレータ、酸素センサは、チューブを介して接続することで配管されている。このため、各部品を接続するチューブの他に、チューブと部品とを接続したり、チューブ同士を接続したりするための継手や、チューブの抜け止め部材等が必要となる。また、チューブの引き回しが必要となるため、チューブ及びチューブで接続される各部品を機器の内部空間に収まるように配置することが難しい。これにより、機器の内部空間の有効的な利用が困難となるとともに、チューブを誤って配管したりする等の恐れがある。

このように、従来の酸素濃縮器では、部品同士の接続作業で用いる部品点数が多くなるとともに、チューブの引き回しによってチューブ及び部品の配置スペースの確保が困難であることから、酸素濃縮器の組立作業に手間がかかるという問題があった。

さらに、各部品間をチューブにより接続するため、チューブを介した部品同士間の長さによっては、チューブの配管抵抗によって、空気を圧縮して送出するコンプレッサ等の機器への負荷が大きくなる可能性がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、高濃度の酸素を貯留するタンクと高濃度の酸素の流量を制御するための流量調整部との配管を、配管抵抗を抑えた状態で容易に確実に行えるとともに、設置スペースのコンパクト化を図ることができる流量制御ユニット及びこれを備える酸素濃縮器を提供することを目的とする。

本発明の流量制御ユニットは、酸素濃縮器において、シーブベッドで空気から窒素を吸着して得た高濃度酸素を貯留するタンクに接続され、前記タンクで貯留される前記高濃度酸素の流量を調整して出力する流量制御ユニットであって、前記高濃度酸素の流量を調整する流量調整部と、前記高濃度酸素の圧力を調整する圧力調整部と、前記高濃度酸素の濃度を測定する濃度測定部と、前記流量調整部、前記圧力調整部及び前記濃度測定部がそれぞれ配設される配設面と、前記配設面とは異なる向きで開口し前記タンクに接続される導入口と、前記配設面とは異なる向きで開口する送出口と、内部に形成され、前記導入口を介して前記タンクから導入される前記高濃度酸素を前記送出口から送出する風路と、前記風路から分岐して形成され前記風路を前記流量調整部、前記圧力調整部及び前記濃度測定部に接続する分岐路と、を有する基台部と、を具備し、前記基台部は、前記流量調整部、前記圧力調整部及び前記濃度測定部が前記配設面に配設されると、前記分岐路を介して前記風路から前記流量調整部、前記圧力調整部及び前記濃度測定部に前記高濃度酸素が流入可能とされている、構成を採る。

本発明の酸素濃縮器は、上記構成の流量制御ユニットを備える構成を採る。

本発明によれば、高濃度の酸素を貯留するタンクと高濃度の酸素の流量を制御するための流量調整部との配管を、配管抵抗を抑えた状態で容易に確実に行えるとともに設置スペースのコンパクト化を図ることができる。

本発明の一実施の形態に係る流量制御ユニットを備える酸素濃縮器の配管系統の概略構成を示す図 本発明に係る流量制御ユニットが取り付けられた酸素濃縮器の本体を示す斜視図 同流量制御ユニットを前側から見た図 同流量制御ユニットを後ろ側から見た図 同流量制御ユニットにおける基台部内の風路の説明に供する図 同流量制御ユニットにおける基台部内の風路の説明に供する図 同流量制御ユニットにおける基台部内の風路の説明に供する図

図１は、本発明の一実施の形態に係る流量制御ユニット１００を備える酸素濃縮器１の配管系統の概略構成を示す図である。図１に示す酸素濃縮器１は、空気取入部１０、空気圧縮部２０、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）部３０、流量制御ユニット１００を含む酸素調整部４０、酸素供給部５０を備えたＰＳＡ式の酸素濃縮器である。なお、本実施の形態では、酸素濃縮器を据置型の酸素濃縮器として説明するが、これに限らず、携帯型の酸素濃縮器としてもよい。

空気取入部１０は、原料空気となる外気を筐体内に取り入れる部分で、取入ケース１１、ヘパフィルタ１２、吸気タンク１３等を有する。

取入ケース１１は、酸素濃縮器１の筐体に接して設けられた空気取入口１１ａを介して、筐体の外部の空気を、原料空気として筐体内に導入する。ヘパフィルタ１２は、取入ケース１１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。また、吸気タンク１３は、ヘパフィルタ１２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２０の吸気のために収容する。吸気タンク１３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２０の動作音に対して、消音効果を発揮する。

空気圧縮部２０は、所謂、コンプレッサであり、空気取入部１０を介して導入された原料空気を圧縮して圧縮空気を生成する。なお、空気圧縮部２０の上流（ヘパフィルタ１２の下流）には、空気圧縮部２０の動作音に対して消音効果を発揮する膨張型消音器（サイレンサ）を配設するのが望ましい。また、この空気圧縮部２０のコンプレッサの近傍には、コンプレッサを冷却する冷却用ファン２５が設けられている。冷却用ファン２５は、筐体に設けられた開口から外気を筐体内に吸引し、筐体に開口とは別に設けられた開口から排気する。冷却用ファン２５により筐体内部に吸引された外気は、筐体内部を、コンプレッサ２０を含む各種部品の熱を吸収しながら循環し、排気される。

ＰＳＡ部３０は、高濃度酸素を生成する高濃度酸素生成部として機能する。ＰＳＡ部３０は、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素（例えば、高濃度酸素ガス）を生成し、これを酸素調整部４０に送出する。ＰＳＡ部３０は、流路切替部（マニホールド）３１、排気サイレンサ３２、シーブベッド（吸着塔）３３Ａ、３３Ｂ、パージオリフィス３４、均圧弁３５、逆止弁３６Ａ、３６Ｂ等を備えている。

流路切替部３１は、４つの切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４を備えたマニホールド（多岐管）で構成され、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気をシーブベッド３３Ａ、３３Ｂに交互に送出するとともに、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂを交互に大気圧に開放して窒素富化空気を排出する。

具体的には、流路切替部３１では、切替弁ＳＶ１が“開”、切替弁ＳＶ２が“閉”とされることにより、空気圧縮部２０からシーブベッド３３Ａに向かう流路が開通される一方で、シーブベッド３３Ａから排気サイレンサ３２に向かう流路が閉鎖される。同時に、流路切替部３１では、切替弁ＳＶ３が“閉”、切替弁ＳＶ４が“開”とされることにより、空気圧縮部２０からシーブベッド３３Ｂに向かう流路が閉鎖される一方で、シーブベッド３３Ｂから排気サイレンサ３２に向かう流路が開通される。この場合、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気がシーブベッド３３Ａに送出され、シーブベッド３３Ｂからは窒素富化空気が放出されて排気サイレンサ３２を介して排気されることとなる。

また、切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４が上記と逆の状態となっている場合は、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気がシーブベッド３３Ｂに送出され、シーブベッド３３Ａからは窒素富化空気が放出されて排気サイレンサ３２を介して排気されることとなる。切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４の開閉状態は、例えば１０秒間隔で切り替えられる。

排気サイレンサ３２は、酸素濃縮器１の筐体に設けられた排気口（図示省略）に接続され、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂから放出された窒素富化空気を筐体の外部に排出する際の排気音を消音する。

シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、流路切替部３１を介して送られてきた圧縮空気から窒素を分離し、高濃度酸素を生成する。シーブベッド３３Ａ、３３Ｂには、酸素より窒素を早く吸着する性質を有するゼオライト等の吸着材が充填されている。

シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、流路切替部３１によって空気圧縮部２０からの流路が開通されているとき、圧縮空気が送り込まれて加圧状態となる。このとき、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂでは、窒素および水分が吸着され、酸素だけが通過するため、高濃度酸素が生成される（吸着工程）。シーブベッド３３Ａ、３３Ｂで生成される高濃度酸素の濃度は、例えば９０％程度に調整される。また、ゼオライトは窒素のみならず水分をも吸着するので、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂで生成される高濃度酸素は極めて乾燥した状態となる（例えば湿度０．１〜０．２％）。一方、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、流路切替部３１によって排気サイレンサ３２への流路が開通されているとき、大気圧に開放されて減圧状態となる。このとき、ゼオライトに吸着していた窒素および水分が脱離され、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂから窒素富化空気が放出され、排気サイレンサ３２を介して排気される。これにより、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの吸着能力が再生される（再生工程）。シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、逆止弁３６Ａ、３６Ｂを介して酸素調整部４０の製品タンク４１に接続されている。逆止弁３６Ａ、３６Ｂは、製品タンク４１に貯留された高濃度酸素がシーブベッド３３Ａ、３３Ｂに逆流するのを防止する。また、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの下流側は、パージオリフィス３４を有する配管で接続されている。一方のシーブベッド３３Ａ（又は３３Ｂ）で生成された高濃度酸素は、逆止弁３６Ａ（又は３６Ｂ）を介して酸素調整部４０に送出されるとともに、パージオリフィス３４を介して他方のシーブベッド３３Ｂ（又は３３Ａ）に送出される。生成された高濃度酸素の一部が他方のシーブベッド３３Ｂ（又は３３Ａ）に送り込まれることにより、当該シーブベッド３３Ｂ（又は３３Ａ）の再生工程が効率よく行われる。パージオリフィス３４のオリフィス径によって、それぞれの流路における高濃度酸素の流量が制御される。

また、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの下流側は、均圧弁３５を有する配管で接続されている。再生工程にあるシーブベッド３３Ａ、３３Ｂを吸着工程に切り替える際、減圧（大気圧）下にそのまま圧縮空気を流入させると窒素の吸着効率が悪い。そのため、切替時に均圧弁３５が“開”とされ、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの圧力が平均化される。

酸素調整部４０は、ＰＳＡ部３０で生成された高濃度酸素を一時的に貯留しておき、加えて、その高濃度酸素の流量、濃度を調整する。そして、酸素調整部４０は、流量、濃度調整された高濃度酸素を、酸素供給部５０に送る。

製品タンク４１は、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂで生成された高濃度酸素を貯留するための容器である。シーブベッド３３Ａ、３３Ｂから送出された高濃度酸素を一旦製品タンク４１に貯留しておくことにより、高濃度酸素の濃度変動および圧力変動が抑制されるので、使用者に安定した濃度および流量で高濃度酸素を供給できる。

この製品タンク４１に対して順に接続される各部（圧力調整部（圧力レギュレータ）１２０、酸素センサ１３０、圧力センサ４２及び流量調整部（マスフローコントローラ）１６０等）は、一つのユニットである流量制御ユニット１００として構成されている。

圧力調整部１２０は、供給する高濃度酸素の流量を制御するために、高濃度酸素の圧力を使用に適した一定圧に調整する。製品タンク４１に貯留されている高濃度酸素の圧力は、製品タンク４１への流入又は製品タンク４１からの流出がある限り少なからず変動する。この場合、正確な流量制御が困難となる上、酸素センサ１３０による正確な濃度測定が困難となる。これを考慮して、圧力調整部１２０により高濃度酸素が一定圧に調整されるようになっている。

酸素センサ（濃度測定部）１３０は、圧力調整部１２０により送出された高濃度酸素の濃度（酸素濃度）を、所定の間隔（例えば２０分）又は連続して検出する。酸素センサ１３０には、例えばジルコニア式や超音波式のセンサが好適である。ここでは、酸素センサ１３０は、酸化物イオン導電体である安定化ジルコニアを用いた酸素センサであり、酸素富化機構によって生成された気体の酸素濃度（％）を周期的に測定している。なお、測定対象となる高濃度酸素の圧力が変動していると正確な測定が困難となるため、一般には、酸素センサ１３０は圧力調整部１２０の下流に流量制限オリフィスを介して接続される。

圧力センサ４２は、製品タンク４１に貯留された高濃度酸素の圧力を検出する。圧力センサ４２による検出結果に基づいて、製品タンク４１に貯留された高濃度酸素の圧力が正常な範囲に保持されているかを確認できる。

流量調整部１６０は、圧力調整部１２０から送出された高濃度酸素の流量を調整する。調整後の酸素流量を示す信号は、制御部（図示省略）に出力される。この流量調整部１６０としては、ここでは、マスフローコントローラ（図３に示す比例制御弁１６２、流量センサ１６４、制御基板１６６等、参照）を用いている。この流量調整部１６０は、比例制御弁１６２を用いて、圧力調整部１２０により一定圧に調整された高濃度酸素の流量を調整しており、詳細は後述する。

なお、制御部は、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）、及び作業用メモリとしてのＲＡＭ（random access memory）等を有する。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２０や流路切替部３１、酸素センサ１３０、流量調整部１６０を含めた各部の動作を制御する。

酸素供給部５０は、酸素調整部４０から送出された高濃度酸素を、使用者の呼吸に同調して酸素出口５５から放出する部分である。酸素供給部５０は、バクテリアフィルタ５１および圧力センサ５３等を備えている。

バクテリアフィルタ５１は、使用者に清浄な高濃度酸素を供給するために、高濃度酸素に含まれる細菌類を捕集して除菌する。

圧力センサ５３は、使用者の呼吸を検出するためのセンサであり、バクテリアフィルタ５１の下流側（バクテリアフィルタ５１と酸素出口５５を結ぶ流路）に流量制限オリフィス５４を介して接続されている。

酸素供給部５０から放出された高濃度酸素は、酸素出口５５に接続された鼻カニューラや酸素マスクを介して使用者に供給される。

なお、高濃度酸素は極めて乾燥した状態となっているので、酸素出口５５の直前に、高濃度酸素を加湿するための加湿部５６が配設されている。

次いで、流量制御ユニット１００について詳細に説明する。

図２は、本発明に係る流量制御ユニット１００が取り付けられた酸素濃縮器１の本体を示す斜視図である。なお、図２に示す酸素濃縮器１は、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂ（図１参照）を取り外した状態で示されている。

酸素濃縮器１は、載置台１４を有する。載置台１４は、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂ（図１参照）が載置される載置面部１５を有し、この載置面部１５に隣接する領域には、コンプレッサボックス２２、取入ケース１１（図１参照）を有するファンケース１６が順に配設されている。ファンケース１６には流量制御ユニット１００が取り付けられている。このように、酸素濃縮器１の本体は、載置台１４、コンプレッサボックス２２、ファンケース１６を有する。

コンプレッサボックス２２内には、図１に流路切替部３１及び、空気圧縮部２０であるコンプレッサ等が収納されており、ファンケース１６内には、図１に示す冷却用ファン２５等が収納されている。

流量制御ユニット１００は、高濃度酸素を流す流路としては、酸素タンク（図１参照）４１と、酸素供給部５０のバクテリアフィルタ５１との間に接続される。流量制御ユニット１００は、高濃度酸素の流量及び濃度を設定し、酸素供給部５０を介して患者に供給する。

図３は、同流量制御ユニット１００を前側から見た図であり、図４は、同流量制御ユニットを後ろ側から見た図である。

図３及び図４に示すように、流量制御ユニット１００は、圧力調整部１２０、酸素センサ１３０及び流量調整部１６０等のように製品タンク４１の下流に配設される部品を、所定形状の基台部１１０に、一体的に設けることで構成されている。

詳細には、流量制御ユニット１００では、基台部１１０の上面に、圧力調整部１２０と、酸素センサ１３０と、流量調整部１６０とが配設されている。ここでは、圧力調整部１２０と、酸素センサ１３０と、流量調整部１６０は、基台部１１０上で互いに近接して配置されている。

また、この基台部１１０の一側面（ここでは「前面」とする）には、製品タンク４１に接続される導入口１７１と、酸素供給部５０（図１参照、具体的には、バクテリアフィルタ５１）に接続される送出口１７２とが設けられている。この基台部１１０には、製品タンク４１からの高濃度酸素を、流量調整部１６０に通して外に流す風路１７０（図５参照）が、一体的に成形されている。

図５〜図７は同流量制御ユニット１００における基台部内の風路１７０の説明に供する図であり、図５は、図３に示す流量制御ユニットにおける風路の要部を示す右側部分断面図である。図６は、図３に示す流量制御ユニットにおける風路の要部を示す図であり、酸素センサを外した後側部分断面図であり、図７は、図３に示す流量制御ユニットの左側部分断面図である。

基台部１１０は、圧力調整部１２０、酸素センサ１３０、流量調整部１６０等の各部を配管する風路１７０を備える。なお、基台部１１０と、圧力調整部１２０、酸素センサ１３０及び流量調整部１６０等の各部と、の接続は、基台部１１０内の風路１７０と各部品の通路との接続部分の周囲にリング状のガスケットあるいはパッキンを配置して気密的に行う。これにより、従来と異なり、チューブ、継手を用いることなく各部品同士は風路１７０を介して漏れなく確実に接続されて配管されることとなる。

風路１７０は、図５〜図７に示すように、導入口１７１から導入される高濃度酸素を送出口１７２から送出させる。製品タンク４１からの高濃度酸素は、導入口１７１を介して風路１７０の内部を流れて、送出口１７２から酸素供給部５０（図１参照）に送出される。

基台部１１０は、風路１７０を備える直方形状に形成された成形品である。風路１７０は、主に、流量調整部１６０を介して製品タンク４１と酸素供給部５０とを連絡して、製品タンク４１から酸素供給部５０に所定の流量で高濃度酸素を流す。すなわち、風路１７０は、主に、製品タンク４１から導入される高濃度酸素を、流量調整部１６０に通して外に流す。

基台部１１０は、ここでは、図５〜図７に示すように、導入口１７１、送出口１７２を両端部とした平面視してＵ字状の風路１７０を備えるように成形されてなる。

具体的には、基台部１１０には、成形によって、第１風路形成部１７０ａ（図５参照）と、第２風路形成部１７０ｂ（図６参照）と、第１風路形成部１７０ａに沿って延在する第３風路形成部１７０ｃ（図７参照）とを備える風路１７０が成形されている。これら第１風路形成部１７０ａと、第２風路形成部１７０ｂと、第３風路形成部１７０ｃとによって、基台部１１０内でＵ字状の中空部をなす。第１風路形成部１７０ａ、第２風路形成部１７０ｂ、第３風路形成部１７０ｃの順に高濃度酸素が流れる。

第１風路形成部１７０ａは、図５に示すように、導入口１７１を一端部に備え、製品タンク４１から導入する高濃度酸素の導入方向（後方）に延在する。この第１風路形成部１７０ａは、他端部１７０１側で流量調整部１６０の比例制御弁１６２を介して第２風路形成部１７０ｂの一端部に接続されている。なお、この他端部１７０１には、酸素センサ１３０が接続されている。

第２風路形成部１７０ｂ（図６参照）は、第１風路形成部１７０ａと直交し、且つ、略水平方向に延在する。この第２風路形成部１７０ｂの他端部（下流側端部）には、第３風路形成部１７０ｃの一端部が接続されている。第３風路形成部１７０ｃは、図６及び図７に示すように、第２風路形成部１７０ｂと直交する方向に延在しており、第２風路形成部１７０ｂとともに平面視Ｌ字状をなしている。この第３風路形成部１７０ｃの他端部は送出口１７２を備える。

第１風路形成部１７０ａには、圧力調整部１２０、流量制御部１６０の比例制御弁１６２及び酸素センサ１３０が接続され、第１風路形成部１７０ａは、圧力調整部１２０、流量制御部１６０の比例制御弁１６２及び酸素センサ１３０に高濃度酸素を流す。

図３及び図４に示す圧力調整部１２０は、本体１２２に螺合された調整ネジ１２４の螺合状態を調整することで、風路１７０（図５参照）において第１風路形成部１７０ａを流れる高濃度酸素（図５の矢印Ｆ２〜Ｆ５で示す高濃度酸素）の圧力を調整する。

圧力調整部１２０は、例えば、図５に示すように、風路１７０の第１風路形成部１７０ａを流れる高濃度酸素（矢印Ｆ２）が分岐して、本体１２２内（矢印Ｆ３）と他端部１７０１側に流れる（矢印Ｆ４）ように構成されている。すなわち、圧力調整部１２０は、第１風路形成部１７０ａの途中で分岐されて、第１風路形成部１７０ａを流れる高濃度酸素が通るように接続されている。そして、本体１２２内には、本体１２２に高濃度酸素が侵入する通路に通路を閉塞するゴム製の蓋体（弁）が設けられる。この蓋体は、バネにより付勢されており、バネの付勢力は、調整ネジ１２４の螺合度合いにより調整される。この蓋体が一定圧で開くことで、第１風路形成部１７０ａ内では、高濃度酸素は、一定の圧力で流れる。

この圧力調整部１２０に後方で隣接する比例制御弁１６２は、図５及び図６に示すように、第１風路形成部１７０ａと、第２風路形成部１７０ｂとの間に設けられている。これにより、第１風路形成部１７０ａを流れる高濃度酸素は、比例制御弁１６２内を通って、第２風路形成部１７０ｂに流れる。

比例制御弁１６２は、風路１７０内を流れる高濃度酸素の流量を調整して、第２風路形成部１７０ｂ（図６参照）に出力する。

具体的に、比例制御弁１６２は、第２風路形成部１７０ｂ（図６参照）に連続する第３風路形成部１７０ｃに設けられた流量センサ１６４（図７参照）でセンシングした結果に基づいて、制御基板１６６を介して高濃度酸素が所定の流量となるように駆動する。流量センサ１６４は、第３風路形成部１７０ｃの途中に接続された内部配管１６４ａを通る高濃度酸素の流量を検出して制御基板１６６に出力する。制御基板１６６は、制御部（図示省略）により制御される。

流量調整部１６０では、図示しない操作部を介して所定の流量を示す信号が入力されると、制御基板１６６は、流量センサ１６４による検出結果に基づいて、比例制御弁１６２を調整して、風路１７０を流れる高濃度酸素の流量が所定の流量となるように制御する。

また、第１風路形成部１７０ａの他端部１７０１には、図５に示すように、比例制御弁１６２の他に、細管を介して酸素センサ１３０のセンサ本体１３１が接続されている。これにより、第１風路形成部１７０ａは、比例制御弁１６２及びセンサ本体１３１の双方に高濃度酸素を通す。

酸素センサ１３０は、センサ基板１３２を介してセンサ本体１３１内に取り込んだ酸素濃度を測定する。すなわち、酸素センサ１３０は、風路１７０内の酸素濃度、具体的には、第１風路形成部１７０ａ内を流れる高濃度酸素の酸素濃度を測定する。この酸素センサ１３０は、センサ本体１３１と、センサ本体１３１を制御するセンサ基板１３２とを有する。酸素センサ１３０では、センサ本体１３１（図５参照）で測定した濃度は、センサ基板１３２（図３〜５、７参照）を介して制御部（図示省略）に送られる。また、酸素センサ１３０のセンサ本体１３１で測定対象となった酸素は、貫通孔１１６（図５参照）を介して外部に排出される。

比例制御弁１６２から第２風路形成部１７０ｂに送出された高濃度酸素は、第３風路形成部１７０ｃを介して送出口１７２から患者側、つまり、酸素供給部５０（図１参照）側に流されて送出される。

このように構成される流量制御ユニット１００を通過する高濃度酸素は、流量及び濃度が調整されて送出される。

詳細には、図１に示す酸素濃縮器１は、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂにより生成されて製品タンク４１に貯留する高濃度酸素を、患者に調整した流量及び所定の濃度で供給する。以下では、図５〜図７を用いて、流量制御ユニット１００における高濃度酸素の流れＦ１〜Ｆ１１で説明する。

まず、流量制御ユニット１００では、製品タンク４１からの高濃度酸素は、導入口１７１を介して流量制御ユニット１００に導入される（図５の矢印Ｆ１）。

すると、高濃度酸素は、第１風路形成部１７０ａを通り、矢印Ｆ２方向に流れて、圧力調整部１２０（矢印Ｆ３）と他端部１７０１側（矢印Ｆ４）とに流れる。この圧力調整部１２０で所定の圧力に設定された高濃度酸素は、矢印Ｆ４〜Ｆ６で示すように、圧力調整部１２０に隣接して配置された比例制御弁１６２に案内される。すなわち、第１風路形成部１７０ａは、高濃度酸素を比例制御弁１６２に通す。このように、第１風路形成部１７０ａの他端部１７０１から比例制御弁１６２に案内された高濃度酸素は、所定の流量に設定される。

また、矢印Ｆ８、Ｆ９で示すように、第１風路形成部１７０ａの他端部１７０１から酸素センサ１３０のセンサ本体１３１に案内された高濃度酸素は、貫通孔１１６を介して流量制御ユニット１００の外部に排出される。これとともに、酸素センサ１３０で酸素濃度が測定される。

一方、比例制御弁１６２を通過する高濃度酸素（矢印Ｆ７）は、図５及び図６に示すように、第２風路形成部１７０ｂ（図６の矢印Ｆ７、矢印Ｆ１０参照）を流れて、第３風路形成部１７０ｃを流れる。図７の矢印Ｆ１１で示すように、第３風路形成部１７０ｃを流れる高濃度酸素は、流量センサ１６４の配管１６４ａを流れて、その流量を検出される。

流量センサ１６４で検出される流量に基づいて、比例制御弁１６２は高濃度酸素の流量を制御して下流に流す。そして、第３風路形成部１７０ｃを流れる高濃度酸素は送出口１７２から送出（図７の矢印Ｆ１１で示す）されて、送出口１７２に接続された配管を介して流量制御ユニット１００の外部、つまり、酸素供給部５０のバクテリアフィルタ５１（図１参照）に送られる。このように酸素供給部５０（図１参照）に送られた高濃度酸素は、患者に供給される。

本実施の形態の流量制御ユニット１００では、圧力調整部１２０、酸素センサ１３０及び流量調整部１６０は、基台部１１０に一体的に固定され、圧力調整部１２０、酸素センサ１３０及び流量調整部１６０を、風路１７０の途中にそれぞれ接続してなる。すなわち、流量制御ユニット１００では、風路１７０が、基台部１１０内で、製品タンク４１から導入される高濃度酸素を、圧力調整部１２０、流量調整部１６０とともに酸素センサ（濃度測定部）１３０をそれぞれ通している。ここでは、基台部１１０に一体的に成形された風路１７０は、圧力調整部１２０の下流側に流量調整部１６０（比例制御弁１６２、流量センサ１６４）を配管する。言い換えれば、風路１７０は、高濃度酸素を圧力調整部１２０に通した後で、流量調整部１６０に通す。また、風路１７０は、圧力調整部１２０の下流側に酸素センサ１３０を配管する。言い換えれば、風路１７０は、高濃度酸素を圧力調整部１２０に通した後で、酸素センサ１３０に通している。

すなわち、圧力調整部１２０は、風路１７０によって、流量調整部１６０（比例制御弁１６２、流量センサ１６４）、酸素センサ１３０のそれぞれの上流側で接続されている。これにより、流量調整部１６０（比例制御弁１６２、流量センサ１６４）、酸素センサ１３０に流れる高濃度酸素は、圧力調整部１２０を通ることで圧力調整されたものとなる。

このように、圧力調整部１２０、酸素センサ１３０及び流量調整部１６０等の各部品を基台部１１０に一体的に成形された風路１７０で繋げて一体化されていることで、各部品の配管に必要なチューブや継手などの部品を減らすことができる。また、従来の酸素濃縮器と異なり、圧力調整部、酸素センサ及び流量調整部等の各部品を配管するためのチューブの引き回しの必要が無くなることで、酸素濃縮器内において、各部品の配置が容易となる。これにより、流量制御ユニット１００が用いられる酸素濃縮器１の内部空間を有効に利用することができる。

さらに、圧力調整部１２０、酸素センサ１３０及び流量調整部１６０といったそれぞれの部品が、予め成形品による風路１７０で配管されることとなる。

よって、製品タンク４１の下流に配設される圧力調整部１２０、酸素センサ１３０及び流量調整部１６０といった各部品に対して誤配管の可能性をなくすことができる。このことから、酸素濃縮器１の部品単価及び組立工数の削減などのコストダウンを図ることができ、小型軽量化も実現できる。

また、各部品を、基台部１１０を用いて成形品による風路１７０で配管するため、長尺のチューブで配管する従来の構成と異なり、配管抵抗によりコンプレッサ等に負荷を掛けることがない。よって、コンプレッサはより効率よく圧縮酸素を生成できる。

このように、流量制御ユニット１００によって、従来と異なり、部品同士の接続作業で用いる部品点数が減り、チューブの引き回しを行う事がない。このため、高濃度の酸素を貯留する製品タンク４１と高濃度酸素の流量を制御する流量調整部１６０との配管を、配管抵抗を抑えた状態で容易に確実に行える。さらに、流量制御部１６０等の製品タンク４１の下流に設けられる部品の設置スペースのコンパクト化を図ることができる。

なお、送出口１７２に、バクテリアフィルタ５１を設けても良いが、バクテリアフィルタ５１は、定期的に交換が必要な部品である。よって、管路の途中にバクテリアフィルタ５１を設けたユニットを用意し、このユニットを送出口１７２に着脱自在に接続した流量制御ユニット１００としてもよい。ユニットと送出口１７２これらを接続する場合には、これらの開口縁部にパッキンを配置して双方を気密的に接合することが望ましい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明に係る流量制御ユニットは、酸素濃縮器において、高濃度酸素を貯留するタンクと高濃度酸素の流量を制御する流量調整部との配管を、チューブを用いることなく、配管抵抗を抑えた状態で、誤配管なく容易に確実に行うことができ、さらに設置スペースのコンパクト化を図ることで内部の有効スペースの確保を実現する。

１ 酸素濃縮器
１１ａ 空気取入口
１４ 載置台
１５ 載置面部
２０ コンプレッサ（空気圧縮部）
２２ コンプレッサボックス
２５ 冷却用ファン
３０ ＰＳＡ部
３１ 流路切替部（マニホールド）
３３Ａ、３３Ｂ シーブベッド
３５ 均圧弁
４０ 酸素調整部
４１ 製品タンク
４２ 圧力センサ
５０ 酸素供給部
５１ バクテリアフィルタ
５５ 酸素出口
１００ 流量制御ユニット
１１０ 基台部
１１６ 貫通孔
１２０ 圧力調整部
１２２ 本体
１２４ 調整ネジ
１３０ 酸素センサ（濃度測定部）
１３１ センサ本体
１３２ センサ基板
１６０ 流量調整部
１６２ 比例制御弁
１６４ 流量センサ
１６４ａ 内部配管
１６６ 制御基板
１７０ 風路
１７０ａ 第１風路形成部
１７０ｂ 第２風路形成部
１７０ｃ 第３風路形成部
１７１ 導入口
１７２ 送出口
１７０１ 他端部

Claims (4)

1. 酸素濃縮器において、シーブベッドで空気から窒素を吸着して得た高濃度酸素を貯留するタンクに接続され、前記タンクで貯留される前記高濃度酸素の流量を調整して出力する流量制御ユニットであって、
   前記高濃度酸素の流量を調整する流量調整部と、
   前記高濃度酸素の圧力を調整する圧力調整部と、
   前記高濃度酸素の濃度を測定する濃度測定部と、
   前記流量調整部、前記圧力調整部及び前記濃度測定部がそれぞれ配設される配設面と、前記配設面とは異なる向きで開口し前記タンクに接続される導入口と、前記配設面とは異なる向きで開口する送出口と、内部に形成され、前記導入口を介して前記タンクから導入される前記高濃度酸素を前記送出口から送出する風路と、前記風路から分岐して形成され前記風路を前記流量調整部、前記圧力調整部及び前記濃度測定部に接続する分岐路と、を有する基台部と、
   を具備し、
   前記基台部は、前記流量調整部、前記圧力調整部及び前記濃度測定部が前記配設面に配設されると、前記分岐路を介して前記風路から前記流量調整部、前記圧力調整部及び前記濃度測定部に前記高濃度酸素が流入可能とされている、
   ことを特徴とする流量制御ユニット。
2. 前記導入口と前記送出口とは前記基台部の一側面で開口して形成され、
   前記風路は、Ｕ字状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の流量制御ユニット。
3. 前記風路は、前記高濃度酸素を、前記圧力調整部、前記濃度測定部及び前記流量調整部の順に通す、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の流量制御ユニット。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の流量制御ユニットを備える、
   ことを特徴とする酸素濃縮器。

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