JP6593925B2 - 酸素濃縮装置 - Google Patents

Description

本発明は、読書や勉強などの効率が向上するように、読書や勉強をしている人などに高酸素濃度気体を供給する酸素濃縮装置に関するものである。

従来、高酸素濃度気体を供給する装置としては、たとえば、特開２００５−１６８６７号公報（特許文献１）に記載されているように、机の上に高酸素濃度気体を吹き出す装置が設けられているものが従来から知られている。この高酸素濃度気体の供給装置は、高酸素濃度気体の発生装置が室外に設けられており、大がかりで、持ち運びや工事などに手間がかかっていた。
そこで、机の上などに簡単に置くことができるコンパクトな酸素濃縮装置を、たとえば、特開２０１５−２３０７７４号公報（特許文献２）に記載されているように、検討してきた。

しかしながら、特許文献２の酸素濃縮装置は、照明スタンドに組み込まれており、酸素濃縮装置単独では設置することができない。また、生成される濃縮酸素は、水分を多く含んでおり、酸素吸入具用のチューブの中や酸素濃縮装置内外において、結露することがあり、カビなどが発生し不衛生となる。

特開２００５−１６８６７号公報

特開２０１５−２３０７７４号公報

解決しようとする問題点は、机などに酸素濃縮装置単独では簡単に設置することができず、かつ、結露するおそれがある点である。

本発明の酸素濃縮装置（１）は、空気中の酸素を濃縮して供給する。そして、空気取込み口（３３）および濃縮酸素排出口（３４）を有する横長の酸素濃縮モジュール（１１）と、この酸素濃縮モジュールの空気取込み口に空気を供給するための空気供給用ポンプ（２１）と、酸素濃縮モジュールから濃縮された酸素を濃縮酸素排出口から吸引して本体の外に供給する濃縮酸素用ポンプ（２２）と、空気供給用ポンプおよび濃縮酸素用ポンプを駆動するための駆動用モータ（２３）と、空気供給用ポンプから酸素濃縮モジュールに供給される空気中の水分を除去する横長の水分除去モジュール（２４）とを横長の本体ケース（６）内に備えている。酸素濃縮モジュールは横方向に延在している。濃縮酸素用ポンプおよび空気供給用ポンプは、駆動用モータを挟んで横側に配列されて、濃縮酸素用ポンプ、空気供給用ポンプおよび駆動用モータで横長のコンプレッサー（２６）を構成している。水分除去モジュールは横方向に延在している。酸素濃縮モジュール、コンプレッサーおよび水分除去モジュールは、並列して配設されているとともに、水分除去モジュールは酸素濃縮モジュールとコンプレッサーとの間に位置している。

また、酸素濃縮モジュールおよび水分除去モジュールが、中空糸膜モジュールである場合がある。
さらに、水分除去モジュールから排出される水分の多い気体を外部に導く水分排出用流路（４３）が設けられており、この水分排出用流路がコンプレッサーの駆動用モータまたはコンプレッサーを覆うコンプレッサーケース（２７）に熱伝導可能に配置されている場合がある。

そして、コンプレッサーを覆うコンプレッサーケースはその天板が金属製で、側壁が合成樹脂で形成され、水分排出用流路が天板に熱伝導可能に配置されている場合がある。
また、水分除去モジュールから排出される水分の多い気体が、駆動用モータ側に向かって吐出されている場合がある。

本発明によれば、水分除去モジュールが設けられ、この水分除去モジュールで水分が除去された乾燥した空気が酸素濃縮モジュールに供給されるので、酸素濃縮装置から供給される気体が結露することを極力防止することができる。そして、水分除去モジュールはコンプレッサーの隣に配置されており、コンプレッサーの駆動用モータの熱で加熱されており、水分除去モジュールや発生する水分の温度が上昇し、水分除去モジュール内外で結露することを防止することができる。この様にして酸素濃縮装置内外において結露することを防止して、カビなどの発生を抑制でき、不衛生となることを防止することができる。そして、水分除去モジュールは、コンプレッサーの配置側とは反対側に酸素濃縮モジュールが配置されているので、酸素濃縮装置外の冷気などの影響がこの酸素濃縮モジュールで緩和され、水分除去モジュールが外気などで冷却されることを防止することができる。しかも、コンプレッサー、水分除去モジュールおよび酸素濃縮モジュールが横長であるとともに横長の本体ケース内に並列しているため、酸素濃縮装置をコンパクトにすることができる。

また、水分除去モジュールから排出される水分の多い気体を外部に導く水分排出用流路が設けられており、この水分排出用流路がコンプレッサーの駆動用モータまたはコンプレッサーを覆うコンプレッサーケースに熱伝導可能に配置されている場合には、水分排出用流路で効率よく水分を外部に排出するとともに、この水分排出用流路が、温度が高くなった駆動用モータまたはコンプレッサーケースとの熱伝導により加熱されるため、水分排出用流路内外において結露することを極力防止することができる。

そして、コンプレッサーを覆うコンプレッサーケースはその天板が金属製で、側壁が合成樹脂で形成され、水分排出用流路が天板に熱伝導可能に配置されている場合に、合成樹脂製の側壁で効率よく遮音することができるとともに、温度が上昇した金属製天板で、水分排出用流路に効率よく熱伝導することができる。

さらに、水分除去モジュールから排出される水分の多い気体が、駆動用モータ側に向かって吐出されている場合には、この水分の多い気体が、温度の高くなった駆動用モータの熱により加熱されるため、水分の多い気体の温度が上昇し、水分の多い気体が結露することを極力防止することができる。

図１は本発明における酸素濃縮装置の実施の一形態の正面図である。 図２は酸素濃縮装置の内部の平面図である。 図３は酸素濃縮装置の内部の右側面図である。 図４は概略の気体の流れを説明するための回路図である。

コンパクトで、かつ、結露することを極力防止することができる酸素濃縮装置を提供するという目的を、横長の本体ケース内に、横長のコンプレッサーと酸素濃縮モジュールとの間に水分除去モジュールを並列して配置することで実現した。

次に、本発明における酸素濃縮装置の一実施例について、図１ないし図４を用いて説明する。図１は本発明における酸素濃縮装置の実施の一形態の正面図である。図２は酸素濃縮装置の内部の平面図である。図３は酸素濃縮装置の内部の右側面図である。図４は概略の気体の流れを説明するための回路図である。

なお、図４の回路図は、部品の配置位置は適宜変更されている。たとえば、エアーフィルターは右側に記載されているが、実際は、図２および図３で分かるように、酸素濃縮モジュールの上方に位置している。

酸素濃縮装置１は横長に形成され、酸素濃縮装置１の電源スイッチ２やＯＮ−ＯＦＦなどを表示する表示部３が前面に設けられている。

酸素濃縮装置１の横長の本体ケース６の内部には、横長の酸素濃縮モジュール１１、この酸素濃縮モジュール１１に空気を供給する空気供給用ポンプ２１、酸素濃縮モジュール１１から濃縮された酸素を吸引する濃縮酸素用ポンプ２２、空気供給用ポンプ２１および濃縮酸素用ポンプ２２を駆動する駆動源である駆動用モータ２３、および、横長の水分除去モジュール２４が設けられている。また、本体ケース６には、チューブ用の孔２５が形成されている。

酸素濃縮モジュール１１は、中空糸膜モジュールで、縦長の断面円形の筒体３１内に、多数の中空糸３２が並べられている。酸素濃縮モジュール１１の右側の端部に設けられた空気取込み口３３から加圧された空気が入ると、この空気は中空糸３２の中空部を流れる。その際に、酸素は窒素よりも中空糸３２の膜を透過しやすいため、中空糸３２の外側の空気は酸素濃度が高くなり、一方、中空糸３２の内側の空気は窒素濃度が高くなる。中空糸３２の外側の高酸素濃度気体は、筒体３１の濃縮酸素排出口３４から排出される。また、中空糸３２の内側の高窒素濃度気体は、筒体３１の左側の端部に設けられた濃縮窒素出口３６から排出される。この酸素濃縮モジュール１１は、左右方向に長く配置されている。

左右一対の空気供給用ポンプ２１および濃縮酸素用ポンプ２２は、その間に駆動用モータ２３を挟んで配置され、横長の２ヘッド型コンプレッサー２６を構成している。酸素濃縮モジュール１１の前側において、右側から、空気供給用ポンプ２１、駆動用モータ２３、濃縮酸素用ポンプ２２の順に左右方向に配置されている。このコンプレッサー２６は、コンプレッサーケース２７で覆われている。コンプレッサーケース２７の側壁２７ａは防音のため樹脂製であり、また、天板２７ｂは熱伝導しやすい金属製である。

水分除去モジュール２４は、酸素濃縮モジュール１１と同様に中空糸膜モジュールであるが、その径や長さは酸素濃縮モジュール１１よりも小さい。中空糸膜モジュールは、水分、酸素、窒素の順で透過しやすいので、水分除去モジュール２４で水分を減少させてから、酸素濃縮モジュール１１に水分の少なくなった気体を供給している。

そして、前側から奥側に向かって、コンプレッサー２６、水分除去モジュール２４および酸素濃縮モジュール１１の順で並列して配置されている。すなわち、コンプレッサー２６、水分除去モジュール２４および酸素濃縮モジュール１１は、酸素濃縮モジュール１１および水分除去モジュール２４の軸線方向に対して略直角の方向に並んでいる。また、水分除去モジュール２４はコンプレッサー２６の駆動用モータ２３の隣に位置している。

そして、駆動用モータ２３により空気供給用ポンプ２１および濃縮酸素用ポンプ２２を駆動すると、空気供給用ポンプ２１は、エアーフィルター４１を介して、空気を導入し、水分除去モジュール２４に供給する。水分除去モジュール２４に供給された空気は、水分の多い気体と、水分の少ない乾燥した気体とに分離される。水分の多い気体は、水分除去モジュール２４の水分排出口２４ａから、水分排出用流路４３を介して本体ケース６の外に排気される。水分排出用流路４３は金属製の管で構成され、その一部４３ａがコンプレッサーケース２７の天板２７ｂに熱伝導可能に取り付けられている。すなわち、水分排出用流路４３の一部４３ａが、天板２７ｂに密着して固定されている。また、水分除去モジュール２４からの乾燥した気体は、酸素濃縮モジュール１１の空気取込み口３３から酸素濃縮モジュール１１の中空糸３２内に供給される。

一方、濃縮酸素用ポンプ２２は、酸素濃縮モジュール１１の筒体３１内の高酸素濃度気体を濃縮酸素排出口３４から吸い込んで、チューブ４４を介して酸素濃縮装置１の外側の酸素マスクなどの酸素吸入具４６に濃縮酸素を供給する。このチューブ４４は、その一端が濃縮酸素用ポンプ２２に接続され、他端は酸素濃縮装置１の本体ケース６のチューブ用の孔２５を通って、本体ケース６の外に導かれている。

この様にして、酸素吸入具４６から、高酸素濃度気体が、酸素濃縮装置１の載置されている机で読書や勉強している人などに供給される。この高酸素濃度気体により読書や勉強している人などが覚醒し、作業効率が向上する。

水分除去モジュール２４が設けられており、酸素濃縮モジュール１１には乾燥した気体が供給される。そのため、酸素濃縮モジュール１１で生成される濃縮酸素に含有される水分が減少し、チューブ４４の中や酸素吸入具４６の内外で結露することが防止される。

水分除去モジュール２４は、コンプレッサー２６に隣接して配置されている。このコンプレッサー２６の駆動用モータ２３は駆動時に発熱しており、その熱により水分除去モジュール２４が温められる。したがって、水分除去モジュール２４の温度さらには生成された水分の多い気体の温度が上昇し、生成された水分の多い気体が結露することを極力防止することができる。しかも、水分除去モジュール２４からの水分の多い気体は、水分排出用流路４３を通って排出されているが、この水分排出用流路４３の一部４３ａがコンプレッサーケース２７の天板２７ｂで加熱されるため、より確実に結露を防止することができる。

この様にして、チューブ４４の中や酸素濃縮装置１の内外において、結露することを極力防止することができ、カビなどの発生を防止できるため、衛生的である。一方、駆動用モータ２３は水分除去モジュール２４や水分排出用流路４３により冷却されることになり、高温になることを防止することができ、故障などの不具合が減少する。

水分除去モジュール２４は、コンプレッサー２６配置側とは反対側に酸素濃縮モジュール１１が配置されているので、酸素濃縮装置１の外側からの冷気などの影響を酸素濃縮モジュール１１で防止することができる。

横長の酸素濃縮モジュール１１、水分除去モジュール２４およびコンプレッサー２６が並列に、横長の本体ケース６内に配置されているため、酸素濃縮装置１をコンパクトにすることができる。

変形例として、水分の多い気体を本体ケース６外に導く水分排出用流路４３を設けないで、水分の多い気体を本体ケース６内に排出することも可能である。この場合でも、水分除去モジュール２４が駆動用モータ２３で温められているため、結露する可能性は低くなる。なお、水分除去モジュール２４の水分排出口２４ａから排出される水分の多い気体は、コンプレッサー２６の駆動用モータ２３の配置側に向けて排出することが好ましい。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
（１）酸素濃縮装置は設置する際に、向きを変更することは可能である。たとえば、縦置きにすることも可能である。

（２）酸素濃縮装置は、設置場所は適宜選択可能で、机の上以外の場所に設置することも可能である。また、高酸素濃度気体の供給先は、適宜選択可能で、読書や勉強をしている人などに限定されるものではない。
（３）酸素濃縮モジュール１１の筒体６の断面は、円形であるがその形状は適宜変更可能である。たとえば、楕円や多角形などでも可能である。

（４）コンプレッサーケース２７は必ずしも設ける必要はない。ただし、遮音のために設けることが好ましい。
（５）コンプレッサーケース２７は、コンプレッサー２６の全体を覆うことも可能であるし、部分的に覆うことも可能である。

（６）コンプレッサーケース２７の天板２７ｂは、金属製であるが、一部のみが金属製でも良い。また、他の材質で形成することも可能である。ただし、熱伝導のためには、金属製であることが好ましい。
（７）酸素濃縮モジュール１１の濃縮窒素出口３６から排出される濃縮窒素は、本体ケース６外に排出されているが、本体ケース６内に排出することも可能である。

（８）水分排出用流路４３は、金属製の管であるが他の材質で形成することも可能である。
（９）水分排出用流路４３は、コンプレッサーケース２７に熱伝導可能に設けられているが、コンプレッサー２６の駆動用モータ２３に熱伝導可能に設けられることも可能である。たとえば、駆動用モータ２３の外周面に接触させることも可能である。実施例では、水分排出用流路４３はコンプレッサーケース２７や駆動用モータ２３に熱伝導可能に設けられているが、その熱伝導可能な構造は適宜選択可能である。直接接触することも可能であるし、他の部材を介して間接的に接触することも可能である。また、コンプレッサーケース２７や駆動用モータ２３の内部に流路を設けることも可能である。

（１０）水分除去モジュール２４の中空糸は、酸素濃縮モジュール１１の中空糸３２と同じ材質で形成されているが、異ならしめることも可能である。その場合には、酸素の透過量と水分の透過量の比が、酸素濃縮モジュール１１の方が水分除去モジュール２４よりも大きくなるように、材料を選定することが好ましい。

読書や勉強などの効率が向上するように、読書や勉強をしている人などに高酸素濃度気体を供給する酸素濃縮装置に適用することが最適である。

１ 酸素濃縮装置
６ 本体ケース
１１ 酸素濃縮モジュール
２１ 空気供給用ポンプ
２２ 濃縮酸素用ポンプ
２３ 駆動用モータ
２４ 水分除去モジュール
２６ コンプレッサー
２７ コンプレッサーケース
２７ａ コンプレッサーケースの側壁
２７ｂ コンプレッサーケースの天板
３３ 空気取込み口
３４ 濃縮酸素排出口
４３ 水分排出用流路

Claims (5)

1. 空気中の酸素を濃縮して供給する酸素濃縮装置において、
   空気取込み口および濃縮酸素排出口を有する横長の酸素濃縮モジュールと、
   この酸素濃縮モジュールの空気取込み口に空気を供給するための空気供給用ポンプと、
   前記酸素濃縮モジュールから濃縮された酸素を前記濃縮酸素排出口から吸引して本体の外に供給する濃縮酸素用ポンプと、
   前記空気供給用ポンプおよび濃縮酸素用ポンプを駆動するための駆動用モータと、
   前記空気供給用ポンプから前記酸素濃縮モジュールに供給される空気中の水分を除去する横長の水分除去モジュールとを横長の本体ケース内に備えており、
   前記酸素濃縮モジュールは横方向に延在しており、
   前記濃縮酸素用ポンプおよび空気供給用ポンプは、駆動用モータを挟んで横側に配列されて、濃縮酸素用ポンプ、空気供給用ポンプおよび駆動用モータで横長のコンプレッサーを構成しており、
   前記水分除去モジュールは横方向に延在しており、
   前記酸素濃縮モジュール、コンプレッサーおよび水分除去モジュールは、並列して配設されているとともに、水分除去モジュールは酸素濃縮モジュールとコンプレッサーとの間に位置していることを特徴とする酸素濃縮装置。
2. 前記酸素濃縮モジュールおよび水分除去モジュールは、中空糸膜モジュールであることを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮装置。
3. 前記水分除去モジュールから排出される水分の多い気体を外部に導く水分排出用流路が設けられており、この水分排出用流路が前記コンプレッサーの駆動用モータまたはコンプレッサーを覆うコンプレッサーケースに熱伝導可能に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の酸素濃縮装置。
4. 前記コンプレッサーを覆うコンプレッサーケースはその天板が金属製で、側壁が合成樹脂で形成され、前記水分排出用流路が前記天板に熱伝導可能に配置されていることを特徴とする請求項３記載の酸素濃縮装置。
5. 前記水分除去モジュールから排出される水分の多い気体が、駆動用モータ側に向かって吐出されていることを特徴とする請求項１または２記載の酸素濃縮装置。

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