JPH03131504A - 酸素濃縮装置 - 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、大気から酸素濃縮気体を分離して使用に供す
るための酸素濃縮装置に関するものであって、さらに詳
細には、圧力変動吸着型酸素濃縮装置に関するものであ
って、それに使用されるコンプレッサー等の使用時にお
ける消費電力を低減せしめた実用上改善された酸素濃縮
装置を提供するものである。

〈従来技術〉 従来、呼吸器疾患の患者に対して酸素ベンベから供給す
る酸素療法が行われており、最近では空気中の酸素を分
離濃縮して酸素濃縮気体を得るための酸素濃縮装置が開
発され、それを用いた酸素療法が次第に普及するように
なって来ている。

かかる酸素濃縮装置としては、窒素を選択的に吸着し得
る吸着剤を酸素濃縮機能部として用いた吸着型酸素濃縮
装置や、酸素選択透過性膜を酸素濃縮機能部として用い
た膜型酸素溌縮装置があり、前者の場合には通常コンプ
レッサーを用いた圧力変動タイプのものが多い。

かかるコンプレッサーを用いた圧力変動吸着型の酸素濃
縮装置は、その運転時において通常、その使用に供する
酸素濃縮気体の流量の多少に関係なく、コンプレッサー
の運転のための消費電力が実質上一定である。

即ち使用に供する酸素濃縮気体の流量が小さい場合には
、その酸素濃縮気体の単位体積当りの消費電力が相対的
に大きくなり、その低減策が望まれる。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、かかる従来の圧力変動吸着型酸素濃縮装置の
問題点を解決することを目的としている。

かかるコンプレッサーの消費電力の低減策として、吸着
・脱着の双方の工程において許容できる範囲でコンプレ
ッサー駆動電源電圧を低下せしめる方法、脱着工程時の
み駆動電圧を低下せしめる方法、あるいは脱着工程時に
おける余裕時間にコンプレッサーの運転を停止する方法
が考えられる。

しかしながら、駆動電圧を低下せしめる方策は電気回路
を含めた装置が複雑になりやすく、また時的にコンプレ
ッサーの運転を停止する方策はコンプレッサーの運転開
始・停止の傾度が増し、装置の信頼性、耐久性の低下を
招きやすく、これらの対策は実用に適さないことが多い
。

〈課題を解決するための手段〉 本発明者等は、かかる課題を達成するために鋭意研究し
た結果使用に供する酸素濃縮気体の流量を低くした場合
に、コンプレッサーの消費電力の小さい脱着工程の時間
を長くし、それを流口設定器と連動させるようにする対
策が実用上有効であることを見い出して、本発明に到達
したものである。

即ち、本発明はまず、空気中から酸素又は窒素を選択的
に吸着し得る吸着剤を充填した吸着床と、該吸着床に圧
縮空気を供給するための電動機付コンプレッサー手段と
、該吸着床から得られた酸素濃縮気体を貯留するための
タンク手段と、該タンク手段からの酸素濃縮気体を使用
に供する供給手段と、該コンプレッサー手段、吸着床及
びタンク手段を作用的に連結するための導管手段と、該
導管手段の途中に具備された自動開閉弁手段と、該吸着
床において実質上吸着工程と脱着工程を繰り返すように
該自動開閉弁手段の開閉を制御するための制御手段とを
具備した圧力変動吸着型の酸素濃縮装置において、該供
給手段を構成する導管手段の途中に使用に供する酸素濃
縮気体の流量を設定するための流量設定手段を有し、該
制御手段が該流量設定手段と連動してその流量設定値に
応じて脱着工程の時間を所定の良さに設定せしめて該自
動開閉弁手段を制御するものであることを特徴とした酸
素濃縮装置を提供するものである。

かかる本発明には、吸着床が１個である酸素濃縮装置が
含まれる。

さらに本発明には、該コンプレッサー手段が脱着工程に
おいて吸着床内を大気圧以下に保持するための真空ポン
プ手段として機能し得るようにしたものである酸素濃縮
装置、 該流量設定値が流口設定器における流量設定のための有
接点スイッチ又は無接点スイッチの設定位置に対応して
発生される設定値信号によるものである酸素濃縮装置、
および 該制御手段が装置の運転開始からの所定の期間に、該流
量設定手段の流量設定値と無関係に、特に設定された吸
着工程時間及び脱着工程時間となるように該自動開閉弁
手段を制御するものである酸素濃縮装置が含まれる。

以下に、かかる本発明の酸素濃縮装置について更に詳細
に説明する。

即ち、かかる酸素濃縮装置は、使用に供する酸素濃縮気
体の供給手段を構成する導管手段の途中にその流υを設
定するための流量設定手段を有すること、及びその流ｍ
ｌ定手段と連動してその流量設定値に応じて脱着工程の
時間を所定の長さに設定せしめて自動開閉弁手段を制御
し得る制御手段を有することを特徴としている。このこ
とによって、流量設定した消費電力の低減をより容易に
かつ、確実に行うことができる。

かかる流量設定手段の具体例としては、間口面積の異な
る多数のオリフィスを具備して、希望の流出に対応する
オリフィスを選択的に用いられるように設定する手段を
有したものがあげられる。

尚、その流量設定手段には、制御手段と連動せしめるた
めの流量設定値に関する信号を発生する手段が具備され
ている必要がある。

また制御手段は、圧力変動吸着のための吸着工程と脱着
工程のサイクルを実施するために自動開閉弁手段の開開
を制御するものであって、上記流量設定値に応じて［時
間を所定の長さに設定し得るようにしたものである。尚
吸着工程の時間は実質上一定としてυ制御されるように
したものが実用上好ましい。脱着時間を所定の長さに設
定するための手段を具備した制御手段の具体例としては
、流量設定値に対応した所定の脱着時間長をあらかじめ
記憶手段に記憶せしめたマイクロコンピュータ−手段が
あげられる。

またかかる酸素濃縮装置としては、酸素又は窒素を選択
的に吸着し得る吸着剤を充填した１又は２以上の吸着床
を具備したものがあげられ、例えば窒素を選択的に吸着
する吸着剤としては通常モレキュラーシーブ５Ａ、１３
Ｘあるいはそれらを改良したもの等が通常用いられる。

尚吸着床の数は、３以下が好ましく、医療用の場合には
１又は２が望ましい。

ざら酸素濃縮装置は、圧縮空気を導入するための電動機
付コンプレッサー手段、酸素濃縮気体を貯留するための
タンク手段、酸素の濃縮気体を使用に供給するための供
給手段、導管手段、自動開閉弁手段及びこれらの自動開
閉弁手段の開閉を制御する手段を具備しており、さらに
必要に応じてコンプレッサー手段を冷却するための冷却
風を生じさせるファン手段を備えるものである。

かかる本発明の酸素濃縮装置の好ましいものとして、吸
着床が１個の場合があげられる。この場合には、装置全
体をコンパクトにしやすい実用上の利点がある また、酸素濃縮装置に使用するコンプレッサー手段は、
吸着床に加圧された空気を導入するめだに用いられるも
のであるが、吸着床の脱着を促進するためにその内圧を
大気圧以下に低減する真空ポンプ手段としても機能させ
るようにすることが好ましく、特に吸着床が１個の場合
に、脱着を完全に行いやすく吸着剤の能力を生かすこと
ができるので、望ましい態様である。その具体例として
は、コンプレッサー手段の吸入側と吐出側を切り換える
ようにしたものがあげられる。

さらに本発明の酸素濃縮器における流量設定器として、
その流量設定値を発生するために、有接点スイッチ又は
無接点スイッチを有したものがあげられる。無接点スイ
ッチの具体例としてフォトセンサー、１１気式センサー
等用いたものがあげられる。これは流ω設定値を信号と
して発生させるのに有効な手段である。

また本発明の酸素濃縮装置として、運転開始時における
濃縮酸素濃度や圧力条件を早期に安定させるために、運
転開始直後の数サイクル等の所定期間に、流量設定器の
設定値によらず、特に設定された吸着・脱着サイクルで
の運転を行い得るような制御手段を具備したものが実用
上有利である。

尚、装置を運転停止後にさらに再起動した場合に早期に
所定の酸素濃度の濃縮気体が得られるように、特定の吸
着・脱着サイクルを経た後に運転停止を行い得るような
制御手段を具備したものが、実用上より望ましい。これ
らの運転開始時及び／又は運転終了時の特定のサイクル
を採用することによって、運転開始後早期に目的とする
濃度の酸素濃縮気体を使用に供することができる。

さらに本発明は、空気中から酸素又は窒素を選択的に吸
着し得る吸着剤を充填した２個の吸着床と、該吸着床に
圧縮空気を供給するための電動機付コンプレッサー手段
と、該吸着床から得られた酸素濃縮気体を貯留するため
のタンク手段と、該タンク手段からの酸素濃縮気体を使
用に供する供給手段と、該コンプレッサー手段、吸着床
及びタンク手段を作用的に連結するための導管手段と、
該導管手段の途中に具備された自動開閉弁手段と、各々
の吸着床において実質上の吸着工程と脱着工程を繰り返
すように該自動開閉弁手段の開閉を制御するための制御
手段とを具備した圧力変動吸着型の酸素濃縮装置におい
て、該制御手段が、使用に供する酸素濃縮気体の流量が
所定値よりも小さい場合に、一方の吸着床のみにおいて
吸着工程と脱着工程を繰り返すように該自動開閉弁手段
の開閉を制御するものであることを特徴とした酸素濃縮
装置を提供するものである。

かかる発明には、該制御手段が、使用に供する酸素濃縮
気体の流量が該所定値よりも小さい場合に、該タンク手
段と共に他方の吸着床も酸素濃縮気体の貯留用タンク手
段として薇能するように、該自動開閉弁手段の開閉を制
御するものである酸素濃縮装置が含まれる。

さらにかかる本発明には、該制御手段が、該方の吸着床
のみにおいて吸着工程と脱着工程を繰り返り際に、該使
用に供する酸素濃縮気体の流量に応じて脱着工程の時間
を所定の長さに設定せしめて、該自動開閉弁手段を制御
するものである酸素濃縮装置、 該供給手段を構成する導管手段の途中に使用に供する酸
素濃縮気体の流量を設定するための流量設定値に応じて
ｌ１５２着工程の時間を所定の長さに設定せしめて該自
動開閉弁手段を制御するものである酸素濃縮装置、及び 該コンプレッサー手段が、該一方の吸着床のみにおいて
吸着工程と脱着工程を繰り返す際に、脱着工程において
吸着床内を大気圧以下に保持するための真空ポンプ手段
として機能し得るようにしたものである酸素濃縮装置が
含まれる。

かかる本発明の酸素濃縮装置について、以下にざらに説
明する。即ちかかる装置は、酸素濃縮気体の使用流量が
所定値以下の領域において、２床式から１床式に吸着・
脱着運転を切り変えるようにしたことを特徴とするもの
である。その具体的手段としては、吸着床を作用的に連
結した導管手段の途中に具備された自動開閉弁手段の開
閉を、かかる運転が可能にするように制御するマイクコ
ンビューター等を用いた制御手段があげられる。

この構成によって、より大きな流通でも供給できる酸素
濃縮装置において、消費電力の低減を有効に図ることが
容易になる。

この場合、他方の吸着床は使用しなくてもよいが、吸着
床どしてではなくて酸素濃縮気体の貯留用タンク手段と
して使用できるようにしたものが、実用上望ましい。尚
その場合には、２床式運転の場合に貯留用として用いる
タンク手段と併用するようにしたものが好ましい。

また１床式運転の場合に特に、脱着工程時にコンプレッ
サー手段を真空ポンプ手段として機能させるようにして
、脱着操作をより容易にすることが望ましい。尚、２床
式運転の際の脱着工程は大気圧下でなされるものであっ
てもよい。

かかる１床式運転に際しては、前記した如く、流量設定
手段と連動して、温石設定値に対応した脱着時間の設定
をするための手段を具備した制御手段を用いたものが、
運転時の消費電力を低減づるうえでより望ましい。尚、
消費電力の低減によって、コンプレッサーの発熱間を低
減せしめて、コンプレッサーのＲ命を長くできる利点も
ある。

〈発明の効果〉 本発明の酸素濃縮装置によれば、使用に供される酸素濃
縮気体の設定流量に見合った消費電力での運転をより容
易にかつ確実に行うことができる。

特に主として呼吸器疾患患名個々人により病院または家
庭において使用される医療用酸素濃縮装置の場合に、流
通設定手段と制御手段を連動せしめるより簡単な構成を
採用することによって、所望の流通を設定４ると同時に
、それに見合った消費電力の低減を１つの操作で容易に
可能にする実用ｆ＝優れた効果を奏する。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）空気中から酸素又は窒素を選択的に吸着し得る吸
   着剤を充填した吸着床と、該吸着床に圧縮空気を供給す
   るための電動機付コンプレッサー手段と、該吸着床から
   得られた酸素濃縮気体を貯留するためのタンク手段と、
   該タンク手段からの酸素濃縮気体を使用に供する供給手
   段と、該コンプレッサー手段、吸着床及びタンク手段を
   作用的に連結するための導管手段と、該導管手段の途中
   に具備された自動開閉弁手段と、該吸着床において実質
   上吸着工程と脱着工程を繰り返すように該自動開閉弁手
   段の開閉を制御するための制御手段とを具備した圧力変
   動吸着型の酸素濃縮装置において、該供給手段を構成す
   る導管手段の途中に使用に供する酸素濃縮気体の流量を
   設定するための流量設定手段を有し、該制御手段が該流
   量設定手段と連動してその流量設定値に応じて脱着工程
   の時間を所定の長さに設定せしめて該自動開閉弁手段を
   制御するものであることを特徴とした酸素濃縮装置。
2. （２）該吸着床が１個である請求項１の酸素濃縮装置。
3. （３）該コンプレッサー手段が、該脱着工程において吸
   着床内を大気圧以下に保持するための真空ポンプ手段と
   して機能し得るようにしたものである請求項１の酸素濃
   縮装置。
4. （４）該流量設定値が、該流量設定器における流量設定
   のための有接点スイッチ又は無接点スイッチの設定位置
   に対応して発生される設定値信号によるものである請求
   項１の酸素濃縮装置。
5. （５）該制御手段が、該装置の運転開始からの所定の期
   間に、該流量設定手段の流量設定値と無関係に、特に設
   定された吸着工程時間及び脱着工程時間となるように該
   自動開閉弁手段を制御するものである請求項１の酸素濃
   縮装置。
6. （６）空気中から酸素又は窒素を選択的に吸着し得る吸
   着剤を充填した２個の吸着床と、該吸着床に圧縮空気を
   供給するための電動機付コンプレッサー手段と、該吸着
   床から得られた酸素濃縮気体を貯留するためのタンク手
   段と、該タンク手段からの酸素濃縮気体を使用に供する
   供給手段と、該コンプレッサー手段、吸着床及びタンク
   手段を作用的に連結するための導管手段と、該導管手段
   の途中に具備された自動開閉弁手段と、各々の吸着床に
   おいて実質上の吸着工程と脱着工程を繰り返すように該
   自動開閉弁手段の開閉を制御するための制御手段とを具
   備した圧力変動吸着型の酸素濃縮装置において、該制御
   手段が、使用に供する酸素濃縮気体の流量が所定値より
   も小さい場合に、一方の吸着床のみにおいて吸着工程と
   脱着工程を繰り返すように該自動開閉弁手段の開閉を制
   御するものであることを特徴とした酸素濃縮装置。
7. （７）該制御手段が、該一方の吸着床のみにおいて吸着
   工程と脱着工程を繰り返す際に、該使用に供する酸素濃
   縮気体の流量に応じて脱着工程の時間を所定の長さに設
   定せしめて、該自動開閉弁手段を制御するものである請
   求項６の酸素濃縮装置。
8. （８）該供給手段を構成する導管手段の途中に使用に供
   する酸素濃縮気体の流量を設定するための流量設定値に
   応じて脱着工程の時間を所定の長さに設定せしめて該自
   動開閉弁手段を制御するものである請求項７の酸素濃縮
   装置。
9. （９）該制御手段が、使用に供する酸素濃縮気体の流量
   が該所定値よりも小さい場合に、該タンク手段と共に他
   方の吸着床も酸素濃縮気体を貯留するために機能するよ
   うに、該自動開閉弁手段の開閉を制御するものである請
   求項６の酸素濃縮装置。
10. （１０）該コンプレッサー手段が、該一方の吸着床のみ
    において吸着工程と脱着工程を繰り返す際に、脱着工程
    において吸着床内を大気圧以下に保持するための真空ポ
    ンプ手段として機能し得るようにしたものである請求項
    ６の酸素濃縮装置。