JP6860197B2

JP6860197B2 - 酸素濃縮装置

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Publication number: JP6860197B2
Application number: JP2017019184A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　暢晃; 暢晃鈴木; 福夫米沢; 恵一蛭田
Original assignee: Vigo Medical
Current assignee: Vigo Medical
Priority date: 2017-02-06
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2037-02-06
Also published as: CN108392715A; JP2018126175A; CN108392715B

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濃縮酸素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。

そこで、供給する空気から水分を除去し、生成される濃縮酸素の水分濃度を減少させたものを、特願２０１６−８８００７号として出願した。これにより、酸素吸入具用のチューブ内で結露することを極力防止することができた。しかしながら、除去された水分は、酸素濃縮装置の内側や外側に排出されており、この水分が、酸素濃縮装置内外で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、除去された水分が、酸素濃縮装置の内側や外側で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）、濃縮酸素排出口（３４）および濃縮窒素排出口（３６）を有する酸素濃縮用中空糸膜メンブレン（１１）と、この酸素濃縮用中空糸膜メンブレン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、前記酸素濃縮用中空糸膜メンブレンの濃縮酸素排出口から濃縮された酸素を吸引して本体の外に供給する濃縮酸素用ポンプ（２２）と、前記空気供給用ポンプから前記酸素濃縮用中空糸膜メンブレンに供給される空気の水分を除去する水分除去用中空糸膜メンブレン（２４）とを備えている。水分除去用中空糸膜メンブレンは、前記空気供給用ポンプからの空気を取り込む空気取込み口（２４ｃ）、水分を除去した空気を排出して酸素濃縮用中空糸膜メンブレンに供給する乾燥空気排出口（２４ｄ）、前記酸素濃縮用中空糸膜メンブレンからの濃縮窒素を取り込む濃縮窒素取込み口（２４ａ）、および、除去された水分をこの取り込まれた濃縮窒素と混合して排出する水分排出口（２４ｂ）を具備している。

そして、前記ポンプの少なくとも一方および、このポンプを駆動する駆動用モータ（２３）でコンプレッサー（２６）が形成されており、このコンプレッサーはコンプレッサーカバー（２７）でカバーされており、このコンプレッサーカバー内に、水分除去用中空糸膜メンブレンの水分排出口からの加湿された濃縮窒素が、排出されている。

また、水分除去用中空糸膜メンブレンの濃縮窒素取込み口には、酸素濃縮用中空糸膜メンブレンの濃縮窒素排出口から排出される濃縮窒素の全量が供給されている場合がある。

また、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、この横長のコンプレッサーは、コンプレッサーカバーでカバーされており、このコンプレッサーカバー内の濃縮酸素用ポンプ配置側の空間に、水分除去用中空糸膜メンブレンの水分排出口からの加湿された濃縮窒素が、排出されており、コンプレッサーカバーの空気供給用ポンプ側には、コンプレッサーカバー内に空気を供給する吸気用ファン（２８）が配置されている場合がある。

本発明によれば、水分除去用中空糸膜メンブレンが設けられ、この水分除去用中空糸膜メンブレンで水分が除去された乾燥した空気が酸素濃縮用中空糸膜メンブレンに供給されるので、酸素濃縮用中空糸膜メンブレンから供給される濃縮酸素が結露することを極力防止することができる。そして、水分除去用中空糸膜メンブレンが酸素濃縮用中空糸膜メンブレンからの乾燥した濃縮窒素を取り込み、除去された水分をこの取り込まれた濃縮窒素と混合して排出しているので、排出される水分の濃度が乾燥した濃縮窒素により低下し、水分除去用中空糸膜メンブレン内外で結露することを極力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極力防止することができ、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、水分除去用中空糸膜メンブレンの水分排出口からの加湿された濃縮窒素が、濃縮酸素用ポンプを冷却するように供給されているので、温度が高くなる濃縮酸素用ポンプを冷却することができるとともに、加湿された濃縮窒素が、温度の高くなった濃縮酸素用ポンプの熱により加熱されるため、加湿された濃縮窒素の温度が上昇し、加湿された濃縮窒素が結露することを極力防止することができる。

また、水分除去用中空糸膜メンブレンの濃縮窒素取込み口に、酸素濃縮用中空糸膜メンブレンの濃縮窒素排出口から排出される濃縮窒素の全量が供給されている場合には、水分除去用中空糸膜メンブレンから排出される水分の濃度をより効率よく低下させることができる。

さらに、ポンプの少なくとも一方および、このポンプを駆動する駆動用モータでコンプレッサーが形成されており、このコンプレッサーはコンプレッサーカバーでカバーされており、このコンプレッサーカバー内に、前記水分除去用中空糸膜メンブレンの水分排出口からの加湿された濃縮窒素が、排出されている場合には、温度が高くなるコンプレッサーカバー内を冷却することができるとともに、加湿された濃縮窒素が、温度の高くなったコンプレッサーカバー内の熱により加熱されるため、加湿された濃縮窒素の温度が上昇し、加湿された濃縮窒素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は酸素濃縮装置の内部の左側面図である。図５は概略の気体の流れを説明するための回路図である。

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、酸素濃縮用中空糸膜メンブレンに供給する空気を水分除去用中空糸膜メンブレンで除湿するとともに、水分除去用中空糸膜メンブレンは、酸素濃縮用中空糸膜メンブレンからの乾燥した濃縮窒素を取り込み、除去された水分をこの取り込まれた濃縮窒素と混合して排出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５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は酸素濃縮装置の内部の左側面図である。図５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、配管が図において重なっており分かりにくいので、配管の一部を切り欠いたり、曲げたりして図示されている。図３においては、コンプレッサーカバーの右側壁などが外された状態で図示されている。また、図５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、図３および図４で分かるように、酸素濃縮用中空糸膜メンブレンの上方に位置している。さらに、図５において、コンプレッサーカバー、吸気用ファンや排気用ファンなどは破線で図示されている。

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、ＯＮ−ＯＦＦなどを表示する表示部３や、内部の空気を排気する排気孔４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、横長の酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１、この酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１に空気を供給する空気供給用ポンプ２１、酸素濃縮用中空糸膜メンブレン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、横長の水分除去用中空糸膜メンブレン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。

酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１は、横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。酸素濃縮用中空糸膜メンブレン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の外側の濃縮酸素は、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の内側の濃縮窒素は、筒体３１の左側の端部に設けられた濃縮窒素排出口３６から排出される。この酸素濃縮用中空糸膜メンブレン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。酸素濃縮用中空糸膜メンブレン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、防音のためコンプレッサーカバー２７で覆われている。このコンプレッサーカバー２７には、右側壁に吸気用ファン２８が、前壁に排気用ファン２９が設けられている。この吸気用ファン２８は右側すなわち、空気供給用ポンプ２１の配置側に位置し、排気用ファン２９は駆動用モータ２３の前側すなわち、駆動用モータ２３に隣接して配置されている。

水分除去用中空糸膜メンブレン２４は、酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１と同様に中空糸膜メンブレンであるが、その径や長さは酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１よりも小さい。中空糸膜メンブレンは、水分、酸素、窒素の順で透過しやすいので、水分除去用中空糸膜メンブレン２４で水分を減少させてから、酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１に水分の少なくなった乾燥した空気を供給している。この水分除去用中空糸膜メンブレン２４は、濃縮窒素取込み口２４ａ、水分排出口２４ｂ、空気取込み口２４ｃおよび、乾燥した空気を排出する乾燥空気排出口２４ｄを具備している。

そして、前側から奥側に向かって、コンプレッサー２６、水分除去用中空糸膜メンブレン２４および酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１の順で並列して配置されている。すなわち、酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１および水分除去用中空糸膜メンブレン２４の軸線方向に対して略直角の方向に並んでいる。また、水分除去用中空糸膜メンブレン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。

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、水分除去用中空糸膜メンブレン２４の空気取込み口２４ｃに供給する。水分除去用中空糸膜メンブレン２４に供給された空気は、水分が透過して除去された乾燥した空気と、透過して除去された水分を含む湿気た気体とに分離される。

水分除去用中空糸膜メンブレン２４の乾燥空気排出口２４ｄからの乾燥した空気は、酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１の空気取込み口３３から酸素濃縮用中空糸膜メンブレン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、酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１の筒体３１内の濃縮酸素を濃縮酸素排出口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。

また、酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１の濃縮窒素排出口３６から排出された乾燥した濃縮窒素は、水分除去用中空糸膜メンブレン２４の濃縮窒素取込み口２４ａから流れ込み、水分除去用中空糸膜メンブレン２４内において透過して除去された水分と混合されて加湿された濃縮窒素となり、水分除去用中空糸膜メンブレン２４の水分排出口２４ｂから排出される。この加湿された濃縮窒素は、コンプレッサーカバー２７の天板に形成された孔２７ａからコンプレッサーカバー２７内に流入する。この孔２７ａは、コンプレッサーカバー２７の左側の部分すなわち、濃縮酸素用ポンプ２２配置側に形成されている。

コンプレッサーカバー２７の孔２７ａから入った加湿された濃縮窒素は、濃縮酸素用ポンプ２２や駆動用モータ２３を冷却して、排気用ファン２９により本体ケース６の排気孔４から酸素濃縮装置１の外に排気される。また、吸気用ファン２８によりコンプレッサーカバー２７内に吸い込まれた空気は、空気供給用ポンプ２１や駆動用モータ２３を冷却して、排気用ファン２９により本体ケース６の排気孔４から酸素濃縮装置１の外に排気される。

この様にして、酸素吸入具４６から、濃縮酸素が、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。この濃縮酸素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。

水分除去用中空糸膜メンブレン２４が設けられており、酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１には乾燥した空気が供給される。そのため、酸素濃縮用中空糸膜メンブレン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。

水分除去用中空糸膜メンブレン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やポンプ２１，２２は駆動時に発熱しており、その熱により水分除去用中空糸膜メンブレン２４が温められる。したがって、水分除去用中空糸膜メンブレン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。

水分除去用中空糸膜メンブレン２４の中空糸の内側を流れる空気から、水分が中空糸の外側に透過して水分除去用中空糸膜メンブレン２４の筒体と中空糸との間に流入するが、この水分除去用中空糸膜メンブレン２４の筒体と中空糸との間には、酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１からの乾燥した濃縮窒素が流れている。そのため、乾燥した濃縮窒素が、透過した水分（すなわち、除去された水分）と混合し、透過した水分の濃度が大きく下がる。その結果、水分除去用中空糸膜メンブレン２４の内外において結露の発生を極力防止することができる。また、中空糸の外側の水蒸気圧が減少し、水分の透過効率が向上する。

水分除去用中空糸膜メンブレン２４内で結露することを防止するため、水分除去用中空糸膜メンブレン２４に供給する乾燥した濃縮窒素の量が大きくなるように、空気供給用ポンプ２１の吐出流量を大きくしており、ポンプの入出力の圧力差が小さくなっている。そして、空気供給用ポンプ２１と濃縮酸素用ポンプ２２とは略同じ容量であるので、ポンプの入出力の圧力差が濃縮酸素用ポンプ２２の方が大きくなり、空気供給用ポンプ２１よりも温度が高くなる傾向がある。したがって、水分除去用中空糸膜メンブレン２４からの加湿された濃縮窒素で、温度が高くなる濃縮酸素用ポンプ２２を効率よく冷却している。

この様にして、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やポンプ２１，２２は、水分除去用中空糸膜メンブレン２４の水分排出口２４ｂからの加湿された濃縮窒素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、濃縮効率が向上するとともに、故障などの不具合が減少する。

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、濃縮酸素の供給先は、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）中空糸膜メンブレンの筒体の断面は、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）コンプレッサーカバー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。

（５）酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１で生成される濃縮窒素は、水分除去用中空糸膜メンブレン２４に全量供給されているが、必ずしも、全量供給する必要はない。ただし、水分除去用中空糸膜メンブレン２４の内外において水分濃度を低下させるためには、全量供給することが好ましい。
（６）酸素濃縮装置１内の部材や配管などの配置は適宜変更可能である。

（７）空気供給用ポンプ２１は吸気用ファン２８で冷却されているが、水分除去用中空糸膜メンブレン２４からの加湿された濃縮窒素で冷却するように構成することも可能である。

（８）濃縮酸素用ポンプ２２および空気供給用ポンプ２１の両者が、１個の駆動用モータ２３で駆動されるように構成されているが、各ポンプ毎に駆動用モータを設けることも可能である。
（９）中空糸の材質などは適宜選択可能である。また、水分除去用中空糸膜メンブレン２４の中空糸は、酸素濃縮用中空糸膜メンブレン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、酸素の透過量に対する水分の透過量の比が、水分除去用中空糸膜メンブレン２４が酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１の方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。
（１０）中空糸膜メンブレンの構造や形状は適宜変更可能である。たとえば、実施例では、酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１は、細長く直線状に形成され、濃縮窒素排出口３６と空気取込み口３３とが酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１の異なる端部に形成されているが、中空糸を湾曲させるなどして、濃縮窒素排出口３６を空気取込み口３３に隣接して設けることも可能である。また、濃縮窒素排出口３６、濃縮酸素排出口３４および空気取込み口３３を酸素濃縮用中空糸膜メンブレン１１の一端面に並べて配置することも可能である。

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濃縮酸素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
１１酸素濃縮用中空糸膜メンブレン
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水分除去用中空糸膜メンブレン
２４ａ濃縮窒素取込み口
２４ｂ水分排出口
２４ｃ空気取込み口
２４ｄ乾燥空気排出口
２６コンプレッサー
２７コンプレッサーカバー
２８吸気用ファン
３３空気取込み口
３４濃縮酸素排出口
３６濃縮窒素排出口

Claims

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、濃縮酸素排出口および濃縮窒素排出口を有する酸素濃縮用中空糸膜メンブレンと、
この酸素濃縮用中空糸膜メンブレン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、
前記酸素濃縮用中空糸膜メンブレンの濃縮酸素排出口から濃縮された酸素を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から前記酸素濃縮用中空糸膜メンブレンに供給される空気の水分を除去する水分除去用中空糸膜メンブレンとを備えており、
前記水分除去用中空糸膜メンブレンは、前記空気供給用ポンプからの空気を取り込む空気取込み口、水分を除去した空気を排出して酸素濃縮用中空糸膜メンブレンに供給する乾燥空気排出口、前記酸素濃縮用中空糸膜メンブレンからの濃縮窒素を取り込む濃縮窒素取込み口、および、除去された水分をこの取り込まれた濃縮窒素と混合して排出する水分排出口を具備しており、
前記ポンプの少なくとも一方および、このポンプを駆動する駆動用モータでコンプレッサーが形成されており、
このコンプレッサーはコンプレッサーカバーでカバーされており、
このコンプレッサーカバー内に、前記水分除去用中空糸膜メンブレンの水分排出口からの加湿された濃縮窒素が、排出されていることを特徴とする酸素濃縮装置。
前記水分除去用中空糸膜メンブレンの濃縮窒素取込み口には、前記酸素濃縮用中空糸膜メンブレンの濃縮窒素排出口から排出される濃縮窒素の全量が供給されていることを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮装置。
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、
この横長のコンプレッサーは、コンプレッサーカバーでカバーされており、
このコンプレッサーカバー内の濃縮酸素用ポンプ配置側の空間に、前記水分除去用中空糸膜メンブレンの水分排出口からの加湿された濃縮窒素が、排出されており、
前記コンプレッサーカバーの空気供給用ポンプ側には、コンプレッサーカバー内に空気を供給する吸気用ファンが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。