JPH02145402A - 酸素富化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は酸素富化装置、特に窒素より酸素を透過させや
すい選択透過膜を用いて得られる酸素富化空気中の除湿
を可能とする酸素富化装置に関するものである。

従来の技術 近年、呼吸器疾患者や循環器疾患者の酸素療法に用いら
れる医療用酸素は、一般に、深冷分離プラントで液体酸
素を作り、それを高圧ボンベで医療現場まで運んで、そ
こで保存使用されている。

しかしながら、医療用診療所や家庭などに高圧ボンベを
持ち込むことは、保管上の安全性や定期検査、安全供給
の面で問題がある。

そこで、液体酸素に代わる小型の酸素の供給装置として
、酸素富化装置のニーズが高まりつつある。

このような方法を具体化するものとして、たとえば特開
昭６０−１１８６０４号公報に示されるような酸素濃縮
装置が提案されている。

以下、第２図を参照しながら、従来の膜分離法による酸
素富化装置について説明する。

図において、１は空気、２はフィルター　３はファンで
、フィルター２を介して空気１を選択透過膜モジュール
４に供給する。

５は選択透過膜モジュール４によって生産される酸素富
化空気で、後述するような種々の処理を受けながら酸素
富化空気取出口６より供給される。

７は酸素富化空気５が生産されるときに副生産物として
生産される窒素富化空気で、後述する真空ポンプ８、熱
交換器９を冷却しながら窒素富化空気排気口１０より排
気される。前記真空ポンプ８は選択透過膜モジニール４
を介して空気１より酸素富化空気５を得るためのもので
ある。１１は熱交換器９で冷却されたため一部凝縮水を
含む酸素富化空気、１２は調圧バルブ、１３は断熱膨張
によって析出した凝縮水を酸素富化空気と分離除去する
ための水分離器、１４は排水ラインで、１５はその排水
口である。１６は排気ラインの高圧側、１７は排気ライ
ンの低圧側、１８は活性炭フィルター　１９はメンブレ
ンフィルターで、細菌や塵埃などを除去する。２０は流
量計である。

このように構成された酸素富化装置について、以下その
動作について説明する。

空気１は、ファン３によりフィルター２を通って選択透
過膜モジニール４に供給され、真空ポンプ８によって酸
素富化空気５と窒素富化空気７とに分離される。酸素富
化空気５は、真空ポンプ８を通過するときに、高温度の
真空ポンプ８との間で熱交換をし、その温度が上昇する
。そこで、温度上昇した酸素富化空気５は、熱交換器９
において、はぼ室温の窒素富化空気７により室温程度に
まで冷却される。同時に、排気ライン高圧側１６の酸素
富化空気５の圧力を真空ポンプ８と調圧バルブ１２とに
より調整する。また、調圧バルブ１２によって断熱的に
膨張することによって析出した凝縮水は、水分離器１３
によって酸素富化空気１１から分離され、排水ライン１
４を通って、排水口１５より排出される。

一方、断熱彫版後に水分離器１３によって除湿された酸
素富化空気は、排気ラインの低圧側１７を通り、活性炭
フィルター１８で脱臭され、さらにメンブランフィルタ
−１９で細菌や塵埃などが除去される。そして、流量計
２０を通って酸素富化空気酸素富化空気取出口６より装
置外に供給される。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような構成の装置では、室内空気の
湿度の高くなる梅雨期には、排気ラインの高圧側１６の
圧力をかなり高くしても、装置から供給される酸素濃縮
空気の湿度が上昇してしまう。酸素濃縮空気の湿度が高
まると、装置供給口から酸素マスクあるいは鼻カメラ間
のチューブの中で水分が露結し、その水滴が患者の口や
鼻に入るおそれがある。また、排気ラインの高圧側１６
の圧力をあまり高くすると、真空ポンプ８が停止してし
まうというおそれもある。

本発明は、上記問題を解決し、患者に供給される酸素富
化空気中に適切な比率の水分を含ませることができる酸
素富化装置を提供しようとするものである。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明の酸素富化装置は、
真空ポンプの排気側に接続されている排気ライン中に調
圧バルブが配され、この調圧バルブを介して排気ライン
の高圧側に第１の水分離器が、またその低圧側に第２の
水分離器がそれぞれ配されているものである。

作　　用 この構成によって、室内空気の湿度の高くなる梅雨期で
も、酸素富化酸素富化空気取出口、あるいは酸素マスク
、鼻カメラ間のチューブの中で露結が生じなくなる。

実施例 以下、本発明の一実施例の酸素富化装置について、第１
図を参照して詳細に説明する。

本実施例が第２図に示した従来の装置ともっとも異なっ
ているところは、熱交換器９と調圧バルブ１２との間に
第１の水分離器２ゴを配し、排気ラインの高圧側１６の
酸素富化空気中の水分を除去できるようにしていること
である。

本実施例において、まず、調圧バルブ１２で排気ライン
の高圧側１６と低圧側１７を大気圧状態とし、圧力差を
生じさせていない場合から説明する。

本実施例の動作時、真空ポンプ８の温度が４０℃になる
。そのために、排気ラインの高圧側１６で、熱交換器９
に達するまでの酸素富化空気の温度も、４０℃になる。

しかも、この酸素富化空気における水蒸気分圧は５５ｍ
ｍＨｇで、はぼ飽和水蒸気圧である。

この酸素富化空気を酸素富化空気取出口６にそのまま供
給すれば、酸素富化空気取出口６に至るまでにその温度
が下がり、その径路上で結露してしまう。

このような結露を防止するには、温度４０℃の酸素富化
空気の水蒸気圧と、温度２７℃での飽和水蒸気圧の差分
の量の水分を凝縮して除去すればよい。すなわち、温度
４０℃の酸素富化空気の水蒸気圧５５ｍｍＨｇと、温度
２７℃での飽和水蒸気圧（２６，７＋＋＋＋ｎＨｇ）と
の差分（２８，８ｍｍＨｇ）の水分を凝縮して除去すれ
ば、酸素富化空気取出口６に至るまでの径路上で結露し
てしまうことはなくなる。

しかしながら、熱交換器１１で酸素富化空気を温度２７
℃にまで冷却しても、まだ室温（２３℃）とは４℃の温
度差があり、露結のおそれがある。

すなわち、温度２３℃での飽和水蒸気圧は２１．０６ｍ
＋ｎＨｇであり、温度２７℃での飽和水蒸気圧よりも５
．６４＋ｎｍＨｇ低いことから、その差分５．６４ｍ＋
ｎＨｇに相当する水分が結露する。そのため、酸素富化
空気取出口６から水滴が出る。

次に、調圧バルブ１２を調整して、排気ラインの高圧側
１６の圧力を大気圧（７６０ｍｍＨｇ）から１１２８ｎ
ｕａＨｇに高めた場合について説明する。

飽和水蒸気圧は温度によって決まっており、圧力による
変化はない。

排気ラインの高圧倒１６に圧力をかけても、圧力をかけ
ていない場合と同様に、熱交換器１１を通過した後の酸
素富化空気の温度は２７℃で、そのときの飽和水蒸気圧
は２６．７ｍｍＨｇである。

その場合、圧力が７６０ｍｍＨｇから１１２８＋＋ｏｎ
Ｈｇに加圧されたために、排気ラインの高圧倒１６の酸
素富化空気中の水蒸気圧が ２６、７ｍｍＨｇＸ　（１１２８ｍｍＨｇ／　７６０ｍ
ｍ１ｇ）＝３９．６＋ｎｍＨｇ となる。ところが、そのとき（温度２７℃）の飽和蒸気
圧が２６．７ｍｍＨｇであるので、差分（１２，９ｍｍ
）Ｉｇ）が凝縮することになる。

すなわち、排気ラインの高圧側１６を加圧することによ
り、酸素富化空気を４０℃から２７℃の温度にまで冷却
することによって水蒸気圧の差分（１２、９ｍｍｍｍ１
ｌの水分を凝縮するのに加えて、さらにこの加圧により
水蒸気圧１２．９＋＋ｍ＋Ｈｇ相当分の水分を凝縮する
させることができる。

以上のようにして得られた凝縮水を第１の水分離器２１
で排出する。このとき、凝縮水が水分離器２１に一定量
たまった場合、酸素富化空気を抜きながら、それを排出
させる。なお、この第１の水分離器２１を設けていない
場合には、上述の原理で結露した凝縮水が、調圧バルブ
１２上で噴霧され霧状になって、排気ラインの低圧側１
７で結露する。

加圧状態（１１２８＋＋ｕＴＩＨｇ）の酸素富化空気中
での水蒸気圧は２６．７ｎ＋ｍＨｇである。これを調圧
バルブ１２を介して大気圧７６０＋ｎｍＨｇにまで圧力
を低下させた酸素富化空気においては、 ２６、７＋＋ｕｎＨｇＸ　（７６０ｍｍＨｇ／　１１２
８ｍｍ１ｇ）＝　１７．８即Ｈｇ の水蒸気圧になり、室温が２０℃であっても、そのとき
の飽和水蒸気圧（１９＋ｎｍＨｇ）より低くなる。

そのため、排気ラインの低圧側１７では結露しなくなる
。

このように加圧状態で調圧バルブ１２と熱交換器１１の
間に第１の水分離器２１を設けることにより、排気ライ
ンの高圧側１６の凝縮水を除去することができる。

第２の水分離器１３は、従来例と同じように調圧バルブ
１２上で断熱膨張したときに結露する凝縮水を除去する
ためのものである。

なお、熱交換器１１を排気ラインの高圧側１６に設けた
場合には、圧縮熱を窒素富化空気１０で冷却するため、
除去効率がよい。

さらに、第１の水分離器２１を熱交換器１１の直後に配
置することで、熱交換器１１の冷却と、調圧バルブ１２
による排気ラインの高圧倒１６の加圧とにより、凝縮水
を効率よく除去する。

発明の効果 本発明の酸素富化装置においては、調圧バルブを介して
排気ラインの高圧側に第１の水分離器と低圧側に第２の
水分離器とを設けているので、室内空気の湿度の高くな
る梅雨期においても、酸素富化空気取出口、あるいは酸
素マスク、鼻カメラ間のチニーブの中で露結を生じると
いうおそれがなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における酸素富化装置のフロ
ー図、第２図は従来の酸素富化装置のフロー図である。 ４・・・・・・選択透過選択透過膜モジュール、８・・
・・・・真空ポンプ、９・・・・・・熱交換器、１２・
・・・・・調圧バルブ、１３・・・・・・第２の水分離
器、１６・・・・・・排気ラインの高圧側、１７・・・
・・・排気ラインの低圧側、２１・・・・・・第１の水
分離器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒素より酸素を透過させやすい選択透過膜と、前
   記選択透過膜を介して酸素富化空気を取り出し、圧送す
   る真空ポンプと、前記真空ポンプの排気側に接続されて
   いる排気ラインと、前記排気ライン中に設けられている
   、酸素富化空気の圧力を調整するための調圧バルブと、
   前記調圧バルブを介して前記排気ラインの高圧側に設け
   られている第１の水分離器および前記排気ラインの低圧
   側に設けられている第２の水分離器とを備えていること
   を特徴とする酸素富化装置。
2. （２）排気ラインの高圧側に熱交換器が配され、かつ第
   １の水分離器が熱交換器と調圧バルブとの間に配されて
   いることを特徴とする請求項１記載の酸素富化装置。