JP6252941B2 - 酸素濃縮器 - Google Patents
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Description
すなわち、上記各給気用バルブPVa,PVb及び排気用バルブEVa,EVbの開閉パターンを交互に切り換えることにより、上記各シーブベッドTa,Tbを通じて高濃度の酸素を連続的に得ることができる。
その一方で、排気される側となる一方のシーブベッドTaの給気用バルブPVaは、本来、パイロットエアが供給されて閉じられるべきであるが、該シーブベッドTa内の残圧が未だ高い状態にあるため、上述のようにパイロット圧力が降下することにより、該給気用バルブPVaのダイヤフラム弁10が、そのダイヤフラム13の両面に作用する圧力バランスが崩れて(図11の斜線部参照)開いてしまい、その結果、高濃度の窒素を含んだ排気が一時的に給気流路を逆流し、酸素を生成する側である他方のシーブベッドTbに流れ込んでしまうという問題があった。そして、このような問題は、逆に、酸素を生成するシーブベッドを他方Tbから一方Taに切り換えた直後にも発生する(図11のドット部参照)。なお、図11中、縦の破線は、上記各給気用バルブPVa,PVbの電磁式パイロット弁20に対する通電を交互にオン・オフするタイミング、すなわち上記各給気用バルブPVa,PVb及び各排気用バルブEVa,EVbの開閉パターンを切り換えるタイミングを示している。
この酸素濃縮器1は、加圧下において大気中の空気から窒素を選択的に吸着し、その吸着した窒素を減圧下において放出する特性を有する吸着材を利用することにより、大気中の空気から高濃度の酸素を生成して出力するもので、PSA(Pressure Swing Adsorption)方式と呼ばれており、例えば、呼吸器疾患の患者が自宅で酸素吸入を行う在宅酸素療法において使用される。
上記酸素生成部2は、大気中の空気を圧縮して出力する圧縮空気供給源としてのコンプレッサ3と、上記吸着材としてのゼオライトが内蔵されていて、上記コンプレッサ3から出力された圧縮空気から窒素を選択的に分離して高濃度酸素を生成する第1及び第2のシーブベッド4A,4Bと、上記コンプレッサ3と各シーブベッド4A,4Bとの間に配され、上記圧縮空気をこれらシーブベッド4A,4Bにそれぞれ供給するための給気流路5と、上記各シーブベッド4A,4Bからの排気をそれぞれ大気に排出するための排気流路6とを有している。
そして、上記各電磁式パイロット弁20はそれぞれ、図2に示すように制御部60に接続され、該制御部60により上記各バルブ7a,7b,8a,8bを開閉操作することができるようになっている。
なお、上記一対のシーブベッド4A,4Bの再生効率や高濃度酸素の生成効率を向上させるため、上記出力側チェック弁54a,54bよりも上流側において、上記第1の出力流路53aと第2の出力流路53bとの間を、オリフィスを設けた管路や、均圧弁を設けた管路で接続することができる。
すなわち、上記電磁式パイロット弁20はノーマルオープン型のソレノイドバルブで、その非通電時(オフ時)には上記ダイヤフラム弁10により分岐流路5a,5bが閉じられて、上記シーブベッド4A,4Bへの圧縮空気の供給が遮断され、その通電時(オン時)には該ダイヤフラム弁10により分岐流路5a,5bが開かれて、上記シーブベッド4A,4Bに対し圧縮空気が供給されるようになっている。
そして、上記電磁式パイロット弁20の非通電時には上記ダイヤフラム弁10により上記排気流路6a,6bが閉じられて、上記シーブベッド4A,4Bが大気から遮断され、その通電時には該ダイヤフラム弁10により排気流路6a,6bが開かれて、上記シーブベッド4A,4Bからの排気が大気に排出されるようになっている。
そうすると、本来、第1の給気用バルブ7aのダイヤフラム弁10は、パイロットエアが供給されて閉じられるべきであるが、上述した理由により上記ΔPがダイヤフラム弁10を開くのに必要とされる量を上回って(図11の斜線部参照)ダイヤフラム弁10が開いてしまい、その結果、高濃度の窒素を含んだ第1のシーブベッド4Aからの排気が一時的に給気流路5を逆流し、酸素を生成する側である第2のシーブベッド4Bに流れ込んでしまう。
そして、このような問題は、逆に、酸素を生成するシーブベッドを第2のシーブベッド4Bから第1のシーブベッド4Aに切り換えた時、すなわち、上記「第2のバルブ開閉パターン」から「第1のバルブ開閉パターン」に切り換えた直後にも発生する(図11のドット部参照)。
上記流路形成部42bは、上記弁装着部42aよりも大径で、第2端側が開口した中空の筒状に形成されたもので、第2端側から内部に流入したパイロットエアを、該中子42の外周と上記外筒41の内周との間に導出するエア導出穴42eが周方向に複数個開設されている。
また、上記密閉キャップ45は、軸方向に中実の円板状に形成されていて、その外周には、上記外筒41の内面との間を気密にシールするシール部材S3が装着されている。このとき、この密閉キャップ45を上記チェック弁装着孔39aに対し着脱可能なものとし、必要に応じてチェック弁40のメンテナンスをすることができるようにしても良い。
したがって、たとえ給気流路5の給気圧力が降下したとしても、上記パイロット流路9のパイロット圧力を維持することができる。また、そればかりでなく、上記パイロット用チェック弁40を、マニホールドベース30の外部から該マニホールドベース30内に形成されたパイロット流路9に対し容易に装着することが可能となる。
この変形例に係るパイロット用チェック弁40Aにおいては、中子46が、上記チェック弁40の中子42から弁装着部42aと流路形成部42bとを省いたもの、すなわち上記筒状部42cと同様の形態を有している。この中子46は、上記外筒41の第1開口41a側に位置する端面に、該中子46の内部からパイロットエアを外筒41内へと導出するエア導出穴46aと、該エア導出穴46aの周囲に該エア導出穴46aを取り囲むように形成された弁座46bとを備えている。
この実施形態においては、給気流路5の本流路5cをマニホールドベース30よりも上流側で第1の分岐流路5aと第2の分岐流路5bとに分岐し、該マニホールドベース30に、これら各分岐流路5a,5bを接続するための第1給気ポートPaと第2給気ポートPbが設けられている。
また同様に、上記第2の給気用バルブ7b及び第2の排気用バルブ8bの電磁式パイロット弁20に対しパイロットエアを供給する第2のパイロット流路29が、マニホールドベース30内において上記第1の分岐流路5bから分岐されていて、該パイロット流路29における上記給気用バルブ7bよりも上流側の位置に、パイロットエアの逆流を阻止する第2のパイロット用チェック弁40bが設けられている。
そうすることにより、図3に示すように、上記「第1のバルブ開閉パターン」と「第2のバルブ開閉パターン」とを相互に切り換えた直後に、給気圧力の降下に伴ってパイロット圧力も降下してしまうのを防止することができ、必要なパイロット圧力を維持することが可能となる。
2 酸素生成部
3 コンプレッサ(圧縮空気供給源)
4A 第1のシーブベッド
4B 第2のシーブベッド
5 給気流路
5a 第1の分岐流路
5b 第2の分岐流路
5c 本流路
6 排気流路
7a 第1の給気用バルブ
7b 第2の給気用バルブ
8a 第1の排気用バルブ
8b 第2の排気用バルブ
9,19,29 パイロット流路
10 ダイヤフラム弁
20 電磁式パイロット弁
30 マニホールドベース
40,40A,40a,40b パイロット用チェック弁(チェック弁)
Claims (7)
- 圧縮空気を出力する圧縮空気供給源と、加圧下において空気から窒素を選択的に吸着し減圧下においてその吸着した窒素を放出する吸着材が内蔵されていて、圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成する第1及び第2のシーブベッドと、上記圧縮空気供給源からの圧縮空気を上記各シーブベッドにそれぞれ供給する給気流路と、上記各シーブベッド内の排気をそれぞれ大気に排出する排気流路とを有していて、上記給気流路が、上記圧縮空気供給源に接続された本流路と、該本流路を分岐して上記第1及び第2のシーブベッドに接続された第1及び第2の分岐流路とにより構成され、上記第1及び第2の分岐流路に、上記第1及び第2のシーブベッドに対し上記圧縮空気供給源を交互に連通させる第1及び第2の給気用バルブがそれぞれ設けられ、上記排気流路に、上記第1の給気用バルブが閉じられている時に上記第1のシーブベッドを大気に連通させ、上記第2の給気用バルブが閉じられている時に上記第2のシーブベッドを大気に連通させる排気用バルブが設けられて成る酸素濃縮器であって、
上記各給気用バルブが、主弁としてのダイヤフラム弁と、パイロットエアにより上記分岐流路を閉じる方向に該主弁を駆動する電磁式パイロット弁とからそれぞれ構成されていて、これらの電磁式パイロット弁に上記パイロットエアを供給するパイロット流路が、上記給気流路における上記給気用バルブよりも上流側の位置から分岐されており、該パイロット流路に、上記パイロットエアが逆流するのを阻止するチェック弁が設けられ、
上記第1及び第2の給気用バルブ並びに排気用バルブが、単一のマニホールドベース上に搭載されていて、該マニホールドベース内に、上記給気流路と、そこから分岐された上記パイロット流路と、上記排気流路が形成されると共に、上記チェック弁が装着されており、
上記マニホールドベースには、上記チェック弁を外部から挿入して装着するためのチェック弁装着孔が開設されていて、上記パイロット流路が、該チェック弁装着孔の側壁から上記給気流路へと通じる一次側流路孔と、該チェック弁装着孔の奥部から上記電磁式パイロット弁へと通じる二次側流路孔とから形成され、
上記チェック弁が、軸方向の一端に上記二次側流路孔に連通させる第1開口が設けられ、上記チェック弁装着孔に該第1開口を奥側にして嵌合された中空の外筒と、該外筒内に配された中空の中子及び上記二次側流路孔からのパイロットエアの逆流を阻止するチェック弁本体とを有していて、上記一次側流路孔からのパイロットエアが、上記外筒及び中子の側壁にそれぞれ開設された第1及び第2のエア導入穴を通じて該中子内に導入され、該中子に開設されたエア導出穴を通じて該中子内から導出され、上記チェック弁本体の周囲を経て上記第1開口へと導かれるように構成されている、
ことを特徴とする酸素濃縮器。 - 上記第1及び第2の給気用バルブの電磁式パイロット弁の双方にパイロットエアを供給する1本のパイロット流路が上記給気流路から分岐されていることを特徴とする請求項1に記載の酸素濃縮器。
- 上記第1及び第2の給気用バルブの各電磁式パイロット弁にパイロットエアを供給する第1及び第2のパイロット流路が、上記給気流路からそれぞれ分岐されていることを特徴とする請求項1に記載の酸素濃縮器。
- 上記チェック弁本体は、その断面形状が上記外筒の第1開口側に開くV字状に形成された環状のリップシールであることを特徴とする請求項1−3の何れかに記載の酸素濃縮器。
- 上記外筒の第1開口側に位置する中子の端面に上記エア導出穴が開設されていて、該エア導出穴を取り囲むように形成された弁座に対し、同じ外筒内に設けられた上記チェック弁本体としてのポペット弁が接離するように構成されていることを特徴とする請求項1−3の何れかに記載の酸素濃縮器。
- 上記中子内に上記第2のエア導入穴を覆うようにエアフィルタが装着されていることを特徴とする請求項1−5の何れかに記載の酸素濃縮器。
- 上記外筒における上記第1開口と逆側の他端に第2開口が開設されていて、該第2開口を通じて上記外筒内に上記中子が嵌合可能となっており、この外筒の第2開口を閉じる密閉キャップにより上記チェック弁装着孔が気密に閉塞されていることを特徴とする請求項1−6の何れかに記載の酸素濃縮器。
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