JPH044007B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［技術分野］ 本発明は、大気から酸素濃度の高められた空気
を安定して得るための装置に関するものであり、
特に医療用として使用するのに適した圧力変動吸
着型酸素富化器に関する。さらに詳細には、本発
明は医療用の圧力変動吸着型酸素富化器において
患者の近くで運転使用される際に特に重要な問題
となる騒音につき改良を加えたものである。 ［従来技術］ 医療用酸素富化器は家庭・病院等で患者の枕も
と近くで夜間でも使用するため、低騒音であるこ
とが必須の条件となつている。酸素富化器として
は、酸素選択透過膜を用いた膜型酸素富化器と、
酸素又は窒素を選択的に吸着する吸着剤を用いた
吸着型酸素富化器の２種類のものが開発されてい
る。一般に真空ポンプ等を用いる膜型酸素富化器
に比較して、圧縮機等を用いる吸着型酸素富化器
の方が発生する騒音のレベルが高いとされてお
り、その騒音対策が強く望まれていた。 医療用酸素富化器の騒音対策としては、主とし
て膜型酸素富化器について検討されているが、吸
着型酸素富化器についてはあまり改善がなされて
おらず、未だ充分な低騒音レベルに到達したもの
が得られていない。 一般に騒音を低減する方策としては、騒音源を
遮音壁で密閉する方法や騒音源の振動を防止して
固体伝播音を減少させる方法、内壁面に吸音材を
貼付けて音の減衰を図る方法等が知られている。 しかしながら圧力変動吸着型酸素富化器におい
ては、圧縮機等の大きな騒音の発生源を有するこ
と、それに付随した電動機と共にそれを冷却する
ために必要な冷却風量が比較的大きくその冷却風
の開放された流路が不可欠であること、脱着工程
において圧縮された酸素貧化空気の排出音が発生
すること等のために、通常用いられる騒音低減の
方策では充分な効果をあげることが非常に困難で
あつた。 例えば騒音源を完全に密閉することは困難であ
り、その遮音壁について遮音性を高めるには遮音
壁の質量を増加させる必要があるが、必要以上に
壁の肉厚を大きくすると装置の重量寸法が増加し
て好ましくない。又、空気の流入口・流出口から
出る音が壁を透過する音よりも大きくなれば、装
置全体の騒音レベルは冷却用空気流路から出る音
が律速になるため、遮音の効果が出ない。 又、空気流路の内壁に吸音材を貼りつけること
についても、流路の断面積を絞りすぎて、流動抵
抗が増加し過ぎると、流れる空気量が減少して、
ポンプの冷却不足等の不都合を生じることがあ
る。そのため特に圧力変動吸着式酸素富化器では
所定の酸素富化性能を維持しつつ、かつ寸法を増
大させないで充分な騒音対策をとることが非常に
困難であつた。 ［発明の目的］ 本発明の目的は上記の従来技術の欠点を是正
し、従来の酸素富化器と比べ寸法をほとんど増加
させることなく、又、富化器の機能を減じること
なく従来より騒音の小さい圧力変動吸着型酸素富
化器を提供することにある。 ［発明の構成］ 本発明者は、かかる目的を達成すべく鋭意研究
を行なつた結果、圧力変動吸着型酸素富化器に必
要とされる圧縮空気供給手段とその駆動用電動
機、これらを冷却するためのフアン手段、及び吸
着脱着の圧力変動をコントロールするための電磁
式弁を防音ボツクス内に収納し、その前後に設け
られる大気流入通路と大気流出通路の屈曲回数を
特定の範囲内とすることが騒音対策上非常に有効
であることを見い出し、本発明に到達した。 即ち本発明は、吸着床、該吸着床に圧縮空気を
供給するための電動機の動力により駆動される圧
縮空気供給手段、及びフアン手段を具備した圧力
変動吸着型酸素富化器において、該富化器の外殻
を形成する面に設けられた大気取入口及び大気排
出口と、該電動機、該圧縮空気供給手段、フアン
手段及び該圧縮空気供給手段と該吸着床を連結し
た導管手段に設けられた自動弁手段を収納する室
構造であつて該室構造を形成する防音壁面に設け
られた該室構造への大気流入開口部及び該室構造
からの大気流出開口部を有した防音ボツクスと、
該大気取入口から該大気流入開口部への大気の流
れを拘束する大気流入通路と、該大気流出開口部
から該大気排出口への大気の流れを拘束する大気
排出通路とを有し、該大気流入通路と該大気流出
通路の各々が４回以上の屈曲回数を有し且つ少な
くともその屈曲部の内面に吸音材が設けられてお
り、該圧縮空気供給手段の吸気側に連結された大
気吸入用導管手段の開放端部及び該吸着床からの
酸素貧化空気を排出するための導管手段の開放端
部が該防音ボツクス内に設けられ且つ該開放端部
の各々に消音手段が具備され、該大気流入通路及
び大気流出通路における大気流れの該通路の断面
積基準の平均流速が10ｍ／sec以下であるように
したことを特徴とする酸素富化器を提供するもの
である。 以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明の酸素富化器は、圧力変動吸着型（以下略
してPSA型と記すこともある）のものであつて、
酸素又は窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填
した吸着床に加圧された空気を供給し特定成分を
選択的に吸着せしめた後、吸着床の圧力を低減さ
せて脱着を行なわせることによつて酸素濃度の高
められた気体を得る装置である。該酸素富化器
は、吸着床、電動機により駆動される圧縮空気供
給手段、この電動機と圧縮空気供給手段を冷却す
るための大気の流れを生じさせるフアン手段、及
び該吸着床と圧縮空気供給手段を連結して吸着床
に圧縮空気を流入せしめるための導管手段とそれ
に具備されて吸着・脱着の圧力変動をコントロー
ルする自動弁手段は主要な構成要素とするもので
ある。ここで吸着床は１個又は２個以上のいずれ
であつてもよいが、医療用の小型の酸素富化器の
場合には３個以下が好ましく、特に１又は２個の
場合が望ましい。また圧縮空気供給手段としては
通常圧縮器が用いられるが、場合によつてはブロ
アー形式のものであつてもよい。またフアン手段
としては、通常圧縮手段自体に取付けられたフア
ンの他にさらに別のフアン手段を用いる方が圧縮
手段等の冷却が確実に行ない得るので好ましい。
さらに該自動弁手段としては、吸着床の吸脱着サ
イクルをコントロールするためのものであつて、
二方式、三方式あるいは四方式等のものが用いら
れる。かかる自動弁手段は直流励磁型電磁弁、交
流励磁式電磁弁、空気作動式自動弁、パイロツト
作動型電磁弁等が好ましく、中でも直流励磁型電
磁弁、空気作動式自動弁、及びパイロツト作動型
電磁弁等が鉄芯等の動きがゆるやかでライフが長
く且つ作動時の発生音が小さく低騒音化の対策上
更に好ましく、特に直流励磁型電磁弁が実用的で
ある。 本発明の酸素富化器の特徴の１つは、該電動機
と圧縮空気供給手段、該フアン手段及び該電磁式
弁手段を防音ボツクス内に収納せしめたことであ
る。該防音ボツクスは電動機等を冷却するための
大気流れの流入開口部と流出開口部を除いて実質
上密閉構造になつている。尚吸着床へ圧縮空気を
供給するための導管手段、吸着床から加圧された
酸素貧化空気を放出するための導管手段等が該防
音ボツクスの壁を貫通せしめる場合には該導管手
段の外面と壁部を充分密着させてその間を大気が
出入しないようにすることが望ましい。かかる防
音ボツクス内には、さらに該圧縮空気供給手段の
吸気側に連結された大気吸入用導管手段の開放端
部及び／又は該吸着床からの酸素貧化空気の排出
用導管手段の開放端部を位置せしめることが防音
対策上好ましい。これらの開放端部には繊維集合
体や発泡体等の防音材やその他の消音手段を備え
ることが望ましい。また該防音ボツクスは、小型
化を図るために薄くて面密度の大きな金属板を用
いたものが好ましく、さらにその内側の面に吸音
材を具備せしめ、場合によつては該酸素富化器の
前面に相当する該防音ボツクスの面、大気流通開
口部を備えた面等に板状の制振材を吸音材と金属
板の間に挿入せしめることが望ましい。該防音ボ
ツクスの壁部の具体例としては、最外殻が0.5〜
1.5mmの厚さの鉄板等の金属製板からなるもので
あり、大気流通開口部を備えた面の内側に0.5〜
1.5mmの厚さの制振材を取り付け、さらにそのボ
ツクスの壁部全面にわたつて５〜30mmの厚さの吸
音材を備えたものが挙げられる。 本発明の酸素富化器は、大気取入口から該防音
ボツクスの大気流入開口部に致る大気流入通路
と、該防音ボツクスの大気流出開口部から大気排
出口に致る大気流出通路の各々が４回以上の屈曲
回数を有し、それらの大気通路の内側の少なくと
も屈曲部に吸音材を備えたことを特徴としてい
る。かかる大気通路の屈曲部は、主に横方向と縦
方向に伸びた面で該富化器内の空間が区切られた
状態の場合には、実質上90度に近い角度をなすも
のであるが、消音効果が得られればそれ以外の角
度であつてもよい。また該屈曲の回数としては、
５回以上であればさらに消音効果が大きく、特に
７回以上が好ましい。尚大気排出口のすぐ近くで
屈曲排出される場合には騒音低下効果が小さく無
視して考えるのがよい。 またかかる大気流入通路、大気流出通路の各々
の長さは共に、該富化器の外殻寸法の最小値以
上、さらに好ましくはその1.5倍以上であること
が低騒音化に有効である。さらに該大気流出通路
の長さが大気流入通路長の0.4〜2.0倍の範囲、更
に好ましくは0.5〜1.5倍の範囲にあることが望ま
しい。この範囲に含まれない構造では、各々の通
路における騒音の減衰が不充分であつたり、流出
側両方のバランスがとれずどちらか一方の騒音が
残つてしまうことになりやすい。 一般に気体の通路距離を長くすればする程、そ
の長さに応じて騒音の減衰効果が大きくなるが、
該富化器の如く種々の周波数が混在する騒音では
余程注意して通路長を選定しないと、共鳴により
逆に騒音が増幅される可能性もある。しかしなが
ら、本発明では、上記の如く該通路が４回以上の
屈曲回数を有し、特定の長さを有する場合には、
共鳴を抑制しうると同時に種々の周波数の騒音を
出口、入口共々にほぼ均等に低減しうる事を見い
出したものである。さらに該通路の少なくとも屈
曲部には吸音材を設置することにより消音効果を
高められ、特に通路の内面全体に吸音材を設ける
とさらに騒音低下が可能である。但し吸音材を厚
くし過ぎるとそこを通過する大気の流動抵抗が大
きくなり同時に風切り音が発生するなどして好ま
しくない。それ故大気の流入通路及び流出通路に
おける該通路の断面積基準の大気流れの平均流速
が約10ｍ／sec以下が好ましく、更には約７ｍ／
sec以下が好ましい。 本発明の酸素富化器は、その外殻ボツクスが防
音用素材からなる筐体で構成されるが、その材料
としては木製が好ましい。かかる筐体は大気の流
入出口及び酸素富化空気の流出口を除いては密閉
構造が望ましく、少なくとも音源に接する個所
は、遮音壁の厚さを充分にとり、内側に吸音材を
貼付する。密閉化の具体的手段としては、アリ溝
による接続や、パネル面でのグリル加工が有効で
あり、さらにパネル部分を二重構造にすることが
好ましい。該木製筐体は、防音上厚さ10mm以上で
あり、また軽量化のためには10〜20mmの厚さが好
ましく、騒音が直接当りにくい部分についてその
内部をルーター抜き加工することも有効である。
尚前記の防音ボツクスを収納せしめるのに、木製
の室構造を形成しその内側に少し空間を設けた状
態で該防音ボツクスをセツトすると、騒音の伝播
が少なくなるので好ましい。また該富化空気を使
用に供する際に過剰の富化空気を排出する機能を
備えた流量調節手段を用いることがあるが、かか
る富化空気排出の際における騒音発生を防止する
ために排出管を例えば10cm以上に長くしたり、消
音タンクを設けたり、あるいは屈曲部を設けたり
して消音機能部を備えることが望ましい。 本発明について図を用いてさらに具体的に示
す。第１図は第２，３図に示す本発明の１実施態
様である吸着床１個を用いた圧力変動吸着型の酸
素富化器の主なる構成要素とその連結状態を模式
的に例示したものである。即ち原料空気Ａがソレ
ノイド式４方切換弁４の流路２１を通り圧縮機３
により圧縮された後、切換弁４の流路２２を通り
吸着床１に供給される。この吸着床１で窒素が吸
着されて酸素濃度が例えば90体積％以上の酸素富
化気体が電磁弁５を通り貯留タンク２に流入す
る。さらに貯留タンクから減圧弁７，８を経て除
菌フイルター９を通り流量調節器１１を経た後、
酸素富化気体として使用に供される。また吸着床
１を脱着する工程では、電磁弁５を閉じて、切換
弁４を切り換えて、吸着床１の中の酸素貧化気体
等を流路２３を通して圧縮機を減圧手段として用
いて切換弁４の流路２４からＢとして放出する。
この様に切換弁４と電磁弁５を調節することによ
つて圧力変動型吸着分離を行なうものである。尚
圧縮機及びそれに付随した電導機をフアン１４に
よる大気流れ（第３図でＤ→Ｅ→Ｆ→Ｇとしてそ
の流路を示す）で冷却する。またＣなる酸素富化
気体は、通常は水中バブリング方式の加湿器を通
して加湿された後、鼻カニユラ等により使用者の
鼻腔等に供給される。 第２図及び第３図は、本発明の酸素富化器の１
実施態様例を示したものである。即ち第１図に示
した構成要素を組み込んだ状態を示したのが第２
図であり、その大気流路を概略的に示したのが第
３図である。即ち第２図は、酸素富化器の外殻ボ
ツクス３０の中に、電導機と一体化した圧縮機
３、フアン１４、４方切換弁４、大気吸入用導管
の開放端に付したフイルター兼消音機能部材１
５、及び酸素貧化空気排出用導管の開放端に付し
た消音機能部材１６を収納した防音ボツクス３１
と、吸着床１と貯留タンク２を収納した吸着床ボ
ツクス３２、及び運転操作パネル面の裏側に位置
し、電機計装機器類を収納した計器室３３等を内
蔵した状態を示したものである。尚電磁弁５等の
電磁弁手段を金属製の吸着床や貯留タンクに連結
した導管手段に備える場合には、プラスチツク製
の導管手段を介して該吸着床及び／又は貯留タン
クに位置することにより、該電磁弁手段の作動音
が吸着床等に伝播しにくくすることが望ましい。
また上記開放端部１５及び１６を連結せしめて１
つの開放端とし、それにフイルター兼消音機能部
材を取付けることによつて、該フイルター機能が
運転と共に逆洗もされるので目詰まりしにくい利
点が得られる。尚、防音ボツクス３１内におい
て、フアン１４の下に開口部付仕切板を設けてそ
の仕切板にフアン１４を取り付けるのが良い。 また流量調節器１１を経た酸素富化気体を室構
造４５内に収納された加湿器（第２図には記載な
し）に通すとによつて加湿された後使用に供され
る。かかる加湿器はワンタツチ形式で該富化気体
流入導管手段と連結したものが操作性がよく、ま
た該室構造は透明性のプラスチツク板で密閉化す
ることによつて防音構造にすることが望ましい。 第３図は、該酸素富化器における大気の流路を
１点鎖線で示したものである。即ち、大気Ｄがフ
イルター手段を備えた大気取入口３４から流入
し、仕切板４０を備えた室構造のために→→
→と屈曲した大気流入通路を流れ、開口部３
５を通り、仕切板４１のまわりを→→→
と屈曲した通路を流れ、さらに吸着床ボツクス３
２内を経て→なる屈曲通路を流れ、防音ボツ
クスの大気流入開口部３６から防音ボツクスへＥ
として流入する。その後大気は防音ボツクス内の
圧縮機等を冷却しながら通過し、Ｆとして大気流
出開口部３７から出て、開口部３８及び仕切板４
２，４３によつて、→→→→と屈曲し
た大気流出通路を通過し、大気排出口３９からＧ
として器外に放出される。尚放出部において、例
えば１方の面を除いた短い直線状ダクトであつて
内側に吸音材を取付けた部材等を設けることによ
つて排風音の多少の減少を図ることもできる。 以下実施例によりさらに詳細に説明する。 実施例１〜３及び比較例１ 第１図〜第３図に示す如き酸素富化器におい
て、大気流出通路における仕切板４２，４３の設
置位置及び枚数を換えることによつて、第１表に
示したように大気流出通路の屈曲回数及び大気流
入通路長と大気流出通路長の比を変えたものを４
種類組み立てた。尚これらの酸素富化器における
大気流入通路の屈曲回数は10回である。また流量
調節器１１として余剰の酸素富化空気を排出しな
いタイプであつて内径の異なるオリフイスを複数
個有した流量設定器を用いた。尚圧縮機手段とし
ては往復動式コンプレツサーを用い、フアン手段
としてはシロツコ式フアンを用いた。またこれら
の酸素富化器は大気の流入通路及び流出通路にお
ける通路断面積基準の大気の平均流速が約６ｍ／
sec以下となるように吸音材の厚みを調節した。 かかる４種類の酸素富化器の各々を用いて、定
常運転時における発生騒音を測定した。その騒音
の測定法としては、一般の洋室においてその酸素
富化器を数時間運転した後にその前面から離れた
所で床上40cmの高さにおける騒音の測定を行なつ
た。 尚、酸素富化器の運転は50Hzと60Hzの交流電源
を用いて行ない、騒音計としては、リオン製の装
置を用いた。また使用した洋間の測定時における
平均暗騒音は24dB(A)であつた。得られた測定結
果を合わせて第１表に示す。また実施例１で用い
た酸素富化器の騒音を無響室で50Hzで運転して測
定した所、32dB(A)なる値が得られた。

【表】 比較例 ２ 実施例１と同様の酸素富化器において、大気流
出通路における仕切板（第３図仕切板４３）の吸
音材厚みを厚くし、その周囲における大気通路断
面積基準の大気の平均流速の最大値が約11ｍ／
secとなるようにして、実施例１と同様の騒音テ
ストを行なつた所、実施例１よりもかなり大きな
騒音が発生することが認められた。 ［発明の効果］ 本発明による圧力変動吸着型酸素富化器は、発
生する騒音が非常に小さく、医療用としても非常
に優れた特性を有している。特に患者のすぐ近く
において、夜間に運転した場合でも静粛感を保ち
得るという優れた利点がある。又、防音対策によ
つて特に大きさが増大することなく持ち運びにお
いても優れた特徴を有している。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明における酸素富化空気の１
実施態様例を示したものである。即ち第１図は第
２図、第３図に示す本発明の実施態様例の酸素富
化器の主たる構成要素の連結状態を模式的に示し
たものである。第２図はその構成要素を組み込ん
だ状態を示したものであり、第３図は該酸素富化
器中の大気の流路を示したものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸着床、該吸着床に圧縮空気を供給するため
   の電動機の動力により駆動される圧縮空気供給手
   段、及びフアン手段を具備した圧力変動吸着型酸
   素富化器において、該富化器の外殻を形成する面
   に設けられた大気取入口及び大気排出口と、該電
   動機、該圧縮空気供給手段、フアン手段及び該圧
   縮空気供給手段と該吸着床を連結した導管手段に
   設けられた自動弁手段を収納する室構造であつて
   該室構造を形成する防音壁面に設けられた該室構
   造への大気流入開口部及び該室構造からの大気流
   出開口部を有した防音ボツクスと、該大気取入口
   から該大気流入開口部への大気の流れを拘束する
   大気流入通路と、該大気流出開口部から該大気排
   出口への大気の流れを拘束する大気排出通路とを
   有し、該大気流入通路と該大気流出通路の各々が
   ４回以上の屈曲回数を有し且つ少なくともその屈
   曲部の内面に吸音材が設けられており、該圧縮空
   気供給手段の吸気側に連結された大気吸入用導管
   手段の開放端部及び該吸着床からの酸素貧化空気
   を排出するための導管手段の開放端部が該防音ボ
   ツクス内に設けられ且つ該開放端部の各々に消音
   手段が具備され、該大気流入通路及び大気流出通
   路における大気流れの該通路の断面積基準の平均
   流速が10ｍ／sec以下であるようにしたことを特
   徴とする酸素富化器。