JPH0531484B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、酸素又は窒素を選択的に吸着しやす
い吸着剤を用いて空気から酸素濃縮気体を得るた
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酸素濃縮装置に関する。さら
に詳細には、本発明は圧力変動サイクルの異常を
検知するための手段を備えた改善された圧力変動
吸着型酸素濃縮装置を提供するすものである。

［従来技術］ 近年ぜんそく、肺気腫症、慢性気管支炎等の呼
吸器系器官の疾患に苦しむ患者が増加する傾向に
あると言われているが、その治療法で最も効果的
なものの１つに酸素吸入法がある。

かかる酸素吸入法とは、酸素ガスあるいは酸素
富化空気を患者に吸入させるものであつて、その
酸素ガスや酸素富化空気の供給源として酸素ガス
ボンベが従来より用いられていたが近年空気中か
ら酸素濃縮気体を分離する酸素濃縮装置が開発さ
れてからは、使用時の便利さや保守管理の容易さ
から次第に普及するようになつてきている。

酸素濃縮装置としては主に、酸素選択透過性膜
を用いた膜型酸素濃縮装置と、窒素又は酸素を選
択的に吸着し得る吸着剤を用いた吸着型酸素濃縮
装置の２種類があるが、本発明は吸着型酸素濃縮
装置について改善を加えようとするものである。

かかる吸着型酸素濃縮装置としては、コンプレ
ツサーを用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置が主
に用いられている。これまでのかかる装置では圧
力の異常を検出する手段として、正常運転時にお
ける圧力の最高値よりもかなり高くなると吸着床
や貯留タンクの耐圧性との関連で危険になるため
それを検出するための高圧側圧力異常検出手段
と、コンプレツサーの運転に異常が生じたりする
と正常運転時における圧力の最低値よりもかなり
低い圧力となり酸素濃縮機能が得られなくなるた
めそれを検出する低圧側圧力異常検出手段を備え
たものがある。

しかしながら、この様な圧力変動吸着型酸素濃
縮装置にみられる高圧側圧力異常検出手段と低圧
側圧力異常検出手段のみでは不充分な場合があ
る。

通常、圧力変動吸着型酸素濃縮装置では、高圧
下における吸着工程と低圧下における脱着工程を
交互に繰り返して酸素濃縮気体を得るものであつ
て、各工程の繰り返しを行なうための開閉弁等の
電磁弁を多数備えている。これらの多数の電磁弁
は、長期間の運転を行なう際に故障を生ずる場合
があるが、前述の高圧側及び低圧側圧力異常検出
手段ではこれらの電磁弁の故障等による圧力変動
吸着サイクル自体の異常は検出することが出来な
い。

［発明の目的］ 本発明は、かかる圧力変動吸着型酸素濃縮装置
における欠点を改良することを目的としている。
即ち本発明は、圧力変動吸着サイクル中における
圧力変動の異常を検出するための手段を備えた改
善された酸素濃縮装置を提供することを目的とし
ている。

［発明の構成］ 本発明者らは、かかる目的を達成するために鋭
意研究を行なつた結果、正常運転時における最高
圧力と最低圧力の間の圧力即ち中間圧力において
作動する中間圧力センサーを用いることが非常に
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、 酸素又は窒素を選択的に吸着しやすい吸着剤を
充填せしめた１基又は２基の吸着床と、該吸着床
に空気を供給するためのコンプレツサー手段と、
該吸着床から得られた酸素富化気体の貯留タンク
手段と、該貯留タンク手段から使用に供する酸素
富化気体の流量を設定するための流量設定手段を
備えた圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、該
コンプレツサー手段の下流側における圧力が該酸
素濃縮装置の正常運転におけるそこでの最低圧力
と最高圧力の間であらかじめ設定された所定の圧
力に到達する毎に該到達を検知する圧力センサー
手段と、該圧力変動吸着１サイクル中の検知回数
が所定値未満の場合にそのサイクル中の検知回数
を０とカウントしその他の場合にそのサイクル中
の検知回数を１とカウントすることによる該到達
の検知頻度と該圧力変動吸着ｍサイクルにおける
１〜ｍの所定の回数であるあらかじめ設定された
所定の頻度とを比較する判断手段と、該判断手段
により該検知頻度が該所定の頻度に満たないと判
断された場合に警報の発生及び／又は該酸素濃縮
装置の運転停止を行なう手段を備えたことを特徴
とする酸素濃縮装置、及び 酸素又は窒素を選択的に吸着しやすい吸着剤を
充填せしめた２基の吸着床と、該吸着床に空気を
供給するためのコンプレツサー手段と、該吸着床
から得られた酸素富化気体の貯留タンク手段と、
該貯留タンク手段から使用に供する酸素富化気体
の流量を設定するための流量設定手段を備えた圧
力変動吸着型酸素濃縮装置において、該コンプレ
ツサー手段の下流側における圧力が該酸素濃縮装
置の正常運転におけるそこでの最低圧力と最高圧
力の間であらかじめ設定された所定の圧力に到達
する毎に該到達を検知する圧力センサー手段と、
該圧力変動吸着サイクルのｍサイクル中の該圧力
サンサー手段による該到達の全検知回数なる検知
頻度と該ｍサイクルの期間内におけるｍを越えて
2m以下の範囲で設定された所定の回数であるあ
らかじめ設定された所定の頻度とを比較する判断
手段と、該判断手段により該検知頻度が該所定の
頻度に満たないと判断された場合に警報の発生及
び／又は該酸素濃縮装置の運転停止を行なう手段
を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置 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。

まず本発明の酸素濃縮装置はコンプレツサー手
段の下流側の高圧と低圧の圧力変動し得る領域の
いずれかにおける圧力が、その装置が正常に運転
された場合のその領域における最高圧力と最低圧
力の間であらかじめ設定された所定の圧力に到達
する毎に、その到達したことを検知し得る圧力セ
ンサー手段（以下単に中圧センサー手段と言うこ
ともある）を有することを特徴としている。

かかる中圧センサー手段を設ける領域として
は、圧力変動吸着サイクルに起因してそこでの圧
力が変動し得る領域をいい、さらに具体的にはコ
ンプレツサー手段の吐出側導管手段と貯留タンク
手段の下流側導管手段における減圧弁手段との間
が実用上好ましい。更にコンプレツサー手段の吐
出側導管手段と貯留タンク手段の上流側導管手段
の間の領域が好ましく、例えば複数個の吸着床を
並列に連結して各々の入口側及び出口側に自動切
換弁を設けて順次吸着サイクルを繰り返すように
運転される装置の場合には、コンプレツサー手段
と吸着床の入口側自動切換弁の間の導管手段又は
吸着床の出口側自動切換弁と貯留タンク手段の間
の導管手段の領域が特に好ましい。

また中圧センサー手段が検知する圧力とは、装
置を正常に運転した場合のその中圧センサー手段
を設置した領域での最高圧力と最低圧力の間であ
らかじめ中圧センサーにおいて作動圧力として設
定さた所定の圧力をいう。

かかる所定の圧力を設定する圧力範囲の下限と
ては、最低圧力と最高圧の中間圧力即ち両者の平
均圧力をとるのが実用上好ましい。さらに厳密な
検知を行なう場合には両者の差の3/4の圧力を最
低圧力に加算した圧力を下限とするのがよい。ま
た多少の外乱が無視できるようにする場合には、
両者の差の1/4の圧力を最低圧力に加算した圧力
を下限としてその近くで設定するのがよい。また
この範囲で所定の圧力を設定変更し得る中圧セン
サー手段であつてもよい。尚ここで圧力は絶対圧
で表示したものを意味し、正常運転時の最高圧力
及び最低圧力としては各々の平均値を採用するの
がよい。

かかる中圧センサー手段としては、目的の機能
を果すものであればいかなるものであつてもよ
い。その具体例の１つとしてダイアフラム型式の
ものがあげられる。即ちその圧力センサーは中央
のダイアフラムでＡ室とＢ室に仕切られた構造を
有している。圧力が特にかかつていない通常の状
態ではＢ室側に設けられたスプリングにより常時
ダイアフラムがＡ室側に押しつけられて、Ｂ室側
に備えらた接点部品Ｃが電極Ｄ，Ｅと非接触の状
態にある。Ａ室側に圧力がかかると、ＣがＤ，Ｅ
に接触して電流がＤ，Ｅ間に流れることにより加
圧状態を検知する。尚スプリングの強度を調節す
ることによつて所定の圧力に設定することが可能
である。

また本発明の酸素濃縮装置は、前記した中圧セ
ンサー手段による検知頻度とあらかじめ設定され
た所定の頻度とを比較する判断手段を備えること
を特徴としている。この判断手段は通常、所定時
間内における中圧センサー手段による検知回数を
カウントし、あらかじめ設定行為により設定され
て記憶されている所定頻度との大小関係を比較す
る機能を有するものが好ましく、実用的にはその
装置に内蔵せしめたマイクロコンピユーター手段
等の記憶手段及び比較手段からなるものが望まし
い。

かかる検知頻度としては、定められた期間例え
ば圧力変動サイクルのｍサイクル中における中圧
センサーによる全検知回数を用いることができ
る。

この場合の所定頻度としては、酸素濃縮装置の
圧力変動サイクルにおいてｍサイクルの時間内に
ｍを越えてmn以下の範囲で設定したものが好ま
しい。尚かかる所定頻度はその装置に内蔵された
記憶手段に記憶させることが実用的である。また
この所定頻度の設定を可変にしたものの方が種々
の状況に対応しやすく有利である。

ここでｍは、１以上であることが実用上好まし
く、更には１〜10の範囲が好ましく、特に１〜５
の整数であることが望ましい。ｍが１未満であれ
ば吸着サイクルの全体の異常を検出しにくい場合
がある。またｍが10を超えるとサイクル異常が生
じてからその異常を判断するのに要する時間が長
くかかりすぎる欠点が生じやすい。またｎは、装
置に内蔵された吸着床の個数を意味し、２以上の
場合にはそれらの吸着床が並列に連結された場合
をいう。このｎとしては１〜４が実用上好まし
く、通常は１又は２が望ましい。かかる所定頻度
を設定する範囲としては、ｍサイクル中にｍ以下
では吸着サイクルの全体について検出しにくい場
合があり好ましくはない。尚所定頻度の上限とし
てはｍサイクル中にmn回である。より厳密な検
知を行なうにはかかる上限に所定の頻度を設定す
ることが望ましいが、そのままで修復し得る多少
の乱れは検知しないようにして修復しにくい異常
のみの検知を行なう場合には、上記範囲の下限近
くに設定するとよい。

さらに具体的には吸着床が１個の場合には、例
えば１サイクル中に１回の頻度や５サイクル中に
５回の頻度等のいずれかを所定の頻度として選定
することができる。また吸着床が並列２個の場合
には、例えば１サイクル中に２回の頻度や、５サ
イクル中に６〜10回の頻度等のいずれかを所定の
頻度として設定することができる。

また圧力センサー手段に検出された検知頻度
は、かかる所定の頻度を設定する際のｍサイクル
中における検知回数を言う。前記した様にｍとし
ては、１〜10が実用上好ましく、更には１〜５の
整数が望ましく、必要に応じてｍを変更できるよ
うにしておくのが所定の頻度の設定変更が容易で
あり便利である。

尚本発明に言う吸着サイクルとは、内蔵された
吸着床の全てについて順次に行なわれる吸着、脱
着等の一連の工程全体を１サイクルとするもので
ある。

また本発明の酸素濃縮装置におけるサイクル異
常の検知方式として、ｍが１／ｎの場合即ち吸着
サイクルでの１サイクルの１／ｎの期間中に１回
を所定の頻度とすることも可能であり、これが最
も厳密な異常検知方式となる。さらに場合によつ
て１／ｎ〜１サイクルの間でｍサイクルを選定し
てもよい。

更に検知頻度として、１サイクル中の回数が所
定値未満の場合そのサイクルでの検知回数を０と
カウントし、所定値以上の場合そのサイクルでの
検知回数を１とカウントした方式を用いてもよ
い。その場合の所定の頻度は、全体をｍサイクル
とした場合１〜ｍ回の範囲で設定するのがよい。
この方式の具体例としては、例えば並列した２個
又は３個の吸着床の装置で、１サイクル中に各々
２回未満、３回未満の検知回数の場合を０とカウ
ントし、それ以外を１とカウントして、０が５回
連続した場合に異常と判断することがあげられ
る。尚この場合の所定の頻度は５サイクルで１回
ということになる。

また本発明の酸素濃縮装置は、前記した判断手
段により検知頻度があらかじめ設定された所定の
頻度に満たないと判断された場合に、警報発生及
び運転停止の少なくとも一方を行なうための手段
を備えたことを特徴としている。かかる警報手段
の具体例としては、連続的に点灯又は点滅を繰り
返す警報ライトや、連続的又は断続的な警報音の
少なくともいずれかの警報発生手段があげられ
る。

吸着サイクル異常は吸着サイクル運転を正常に
行なうための自動開閉弁手段や自動切換弁手段の
作動不良等が原因で生じやすく、かかる自動弁手
段の異常はそのまま運転を続けても修復すること
が少ないので、警報と共に装置の運転を停止する
ようにすることが装置の保守管理上好ましい。

尚、中圧センサー手段による検知の頻度、検知
の時間との関係を表示する手段を具備させれば、
異常を生じた自動弁手段がどれかを判断するのに
便利である。

また本発明の酸素濃縮装置においては、内蔵し
た中圧センサー手段を必要に応じて作動させるよ
うにしてもよい。即ち、通常の運転中に常時この
中圧センサー手段を作動させるのではなく、例え
ば運転開始時、特に長期間休止後や定期点検終了
後に運転を開始する時や、運転に異常が生じた場
合等に中圧センサー手段の感圧部を連通せしめ
て、吸着サイクルが正常に行なわれているか否か
を確認できるようにしてもよい。この場合には、
ある定められた吸着サイクルの期間における中圧
センサー手段による検知回数の表示あるいは検知
状況と時間との関係を表示するようにしてもよ
い。

次に本発明の酸素濃縮装置の実施態様例につい
て説明する。即ち酸素よりも窒素を選択的に吸着
する吸着剤を充填した吸着床２基を並列に連結
し、圧縮機によつて圧縮された空気を冷却器、ド
レーントラツプ及び中圧センサー取付部を経て自
動切換三方弁により切り換えて交互に流入せし
め、例えば第１吸着床を通過する際に窒素が吸着
されて酸素が富化された気体が自動開閉弁を通過
した後逆止弁を経て貯留タンクに流入する。そこ
に貯留された酸素濃縮気体は、減圧弁、除菌フイ
ルター等のフイルター、流量設定器および気泡形
式等の加湿器を経た後、所定の濃度及び所定の流
量として使用に供される。

またこの酸素濃縮装置では、第１吸着床において
上記の吸着工程が終了した後第１床の出口側自動
開閉弁を閉じて出口側均圧弁を開き、既に脱着を
終えて常圧の状態にある第２吸着床と第１吸着床
を均圧化せしめ、さらに第２床の入口側自動開閉
弁及び均圧弁を閉じ第２床出口側自動開閉弁を開
き三方弁の流路を第２吸着床の方に切り換えて第
２吸着床における吸着工程を開始する。一方第１
吸着床については、入口側自動開閉弁を開いて窒
素富化気体を排出して圧力を常圧に減圧した後、
出口側自動開閉弁を一定時間開いて酸素濃縮気体
を第１吸着床に向流的に流すことによつてその中
の吸着剤の脱着再生を行なう。この様な操作を両
床で順次行なうことによつて圧力変動型吸着操作
を行なうものである。

またその吸着床に充填される吸着剤としては、
窒素又は酸素を選択的に吸着し得るものであつ
て、窒素を選択的に吸着するものの方が実用上有
利である。通常窒素をより吸着しやすいゼオライ
ド5Aタイプ，13×タイプ等のゼオライト系のも
のが用いられるが、それ以外のものであつてもよ
い。尚これらの窒素を吸着しやすい吸着剤の充填
部の上流側に、水分をより吸着しやすいシリカ、
アルミナ等の脱水用吸着剤を充填してもよい。

さらに本発明におけるコンプレツサー手段とし
ては、通常圧縮機が用いられるが、場合によつて
はブロアー形式のものであつてもよく、また脱着
操作を完全にするためにこれらのコンプレツサー
手段の吸引側に吸着床を連結したり他の真空ポン
プ手段用いて大気圧以下の減圧にすることも有効
である。

本発明の酸素濃縮装置は、呼吸器疾患患者等の
治療を目的とした医療用用途に適するものである
が、他の用途に用いることも可能である。

［発明の効果］ 本発明の酸素濃縮装置は、圧力変動吸着サイク
ルにおける圧力変動の異常を検出することが可能
である格別の利点を有している。特に運転自体は
続行可能であつても正常な吸着サイクルが実現さ
れていない状態を検出し得る優れた特徴を有する
ものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸素又は窒素を選択的に吸着しやすい吸着剤
   を充填せしめた１基又は２基の吸着床と、該吸着
   床に空気を供給するためのコンプレツサー手段
   と、該吸着床から得られた酸素富化気体の貯留タ
   ンク手段と、該貯留タンク手段から使用に供する
   酸素富化気体の流量を設定するための流量設定手
   段を備えた圧力変動吸着型酸素濃縮装置におい
   て、該コンプレツサー手段の下流側における圧力
   が該酸素濃縮装置の正常運転におけるそこでの最
   低圧力と最高圧力の間であらかじめ設定された所
   定の圧力に到達する毎に該到達を検知する圧力セ
   ンサー手段と、該圧力変動吸着１サイクル中の検
   知回数が所定値未満の場合にそのサイクル中の検
   知回数を０とカウントしその他の場合にそのサイ
   クル中の検知回数を１とカウントすることによる
   該到達の検知頻度と該圧力変動吸着ｍサイクルに
   おける１〜ｍの所定の回数であるあらかじめ設定
   された所定の頻度とを比較する判断手段と、該判
   断手段により該検知頻度が該所定の頻度に満たな
   いと判断された場合に警報の発生及び／又は該酸
   素濃縮装置の運転停止を行なう手段を備えたこと
   を特徴とする酸素濃縮装置。 ２ 酸素又は窒素を選択的に吸着しやすい吸着剤
   を充填せしめた２基の吸着床と、該吸着床に空気
   を供給するためのコンプレツサー手段と、該吸着
   床から得られた酸素富化気体の貯留タンク手段
   と、該貯留タンク手段から使用に供する酸素富化
   気体の流量を設定するための流量設定手段を備え
   た圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、該コン
   プレツサー手段の下流側における圧力が該酸素濃
   縮装置の正常運転におけるそこでの最低圧力と最
   高圧力の間であらかじめ設定された所定の圧力に
   到達する毎に該到達を検知する圧力センサー手段
   と、該圧力変動吸着サイクルのｍサイクル中の該
   圧力サンサー手段による該到達の全検知回数なる
   検知頻度と該ｍサイクルの期間内におけるｍを越
   えて2m以下の範囲で設定された所定の回数であ
   るあらかじめ設定された所定の頻度とを比較する
   判断手段と、該判断手段により該検知頻度が該所
   定の頻度に満たないと判断された場合に警報の発
   生及び／又は該酸素濃縮装置の運転停止を行なう
   手段を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置。