JPH07275632A - 酸素濃縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、低周
波数領域の騒音をより低減させたものを提供せんとする
ものである。 【構成】 酸素又は窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を
充てんした吸着床と、該吸着床へ圧縮空気を供給するた
めのコンプレッサー手段と、該吸着床からの酸素濃縮気
体を使用に供するための酸素濃縮気体供給手段とファン
手段を具備した圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、
特定周波数範囲の騒音レベルを低減するため該特定周波
数範囲の逆位相の音を発生させるための音発生手段を有
したことを特長とする酸素濃縮装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、大気から酸素濃縮の高められた
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
富化装置に関する。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装置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。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】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って、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
ってきている。

【０００４】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。

【０００５】これらの装置では在宅等で使用するため、
昼間、夜間にかかわらず低騒音であることが好まれる。
しかし、吸着型酸素濃縮装置では、コンプレッサー手段
を用いるため装置の発生する騒音が高くなりやすい場合
が多い。これらの騒音を低く押さえるため、騒音発生手
段を吸着材を具備した防音ボックス手段収納したもの
や、風の流れによって開口部から伝播する音をダクト手
段、曲がり手段等によって低減させる手段が見られる。
例えば特開昭６２―１４０６１９号公報等にその例があ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これまでの圧力変動吸
着型酸素濃縮装置では、高周波数領域の騒音が比較的容
易に低減できるのに対して、低周波数領域の騒音を押さ
えることは非常に困難であった。そのためこれまでの小
型の圧力変動吸着型酸素濃縮装置では、低周波数領域の
騒音が発生しにくい往復動のピストン２個を対抗させて
配列したモーターが１台の２ヘッド式のコンプレッサー
が用いられる場合が多かった。但し、この場合には、コ
ンプレッサー自体が重くなりやすく、前記した防音ボッ
クス手段等も合計した装置全体の重量が大きくなりやす
かった。

【０００７】本発明は、圧力変動吸着型酸素濃縮装置に
おいて、低周波数領域の騒音を低減させることを可能に
しようとするものである。また場合によっては、本発明
は装置全体の軽量化をも達成しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者はかかるこれま
での酸素濃縮装置における問題点を解決することを目的
として鋭意研究した結果、装置の一部に逆位相の低周波
音を電気的に発生させる手段等を用いることが有効であ
ることを見い出し本発明に到達したものである。

【０００９】すなわち、本発明は、酸素又は窒素を選択
的に吸着し得る吸着剤を充てんした吸着床と、該吸着床
へ圧縮空気を供給するためのコンプレッサー手段と、該
吸着床からの酸素濃縮気体を使用に供するための酸素濃
縮気体供給手段とファン手段を具備した圧力変動吸着型
酸素濃縮装置において、特定周波数範囲の騒音レベルを
低減するため該特定周波数範囲の逆位相の音を発生させ
るための音発生手段を有し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。

【００１０】かかる本発明の装置には、該音発生手段の
発生する該特定周波数範囲の逆位相の音のエネルギー
が、本来装置から発生する特定周波数範囲の各オクター
ブバンド域のエネルギーに相当するものである酸素濃縮
装置が含まれる。かかる特定周波数範囲のオクターブバ
ンド域の好ましいものとしては、３１．５Ｈｚがあげら
れる。

【００１１】さらに本発明の装置には、該コンプレッサ
ー手段が、往復動作による単数のピストン手段を具備し
たものである酸素濃縮装置が含まれる。

【００１２】またかかる本発明の装置には、該酸素濃縮
装置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、該コンプレッサー手段と該ファン手段及び
該コンプレッサー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って該室構
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
音ボックスを具備した酸素濃縮装置が含まれる。

【００１３】以下、本発明についてさらに詳細に説明す
る。本発明の酸素濃縮装置は、圧力変動吸着型（以下略
してＰＳＡ型と記すこともある）のものであって、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わせること
等によって酸素濃度の高められた気体を得る装置であ
る。酸素濃縮装置は、吸着床、電動機により駆動される
コンプレッサー手段、このコンプレッサー手段を冷却す
るための大気の流れを生じさせるファン手段、及び該吸
着床とコンプレッサー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を主要
な構成要素とするものである。

【００１４】ここで吸着床は１個又は２個以上のいずれ
であってもよいが、医療用の小型の酸素濃縮装置の場合
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。またコンプレッサー手段としては通常圧縮器が用
いられるが、場合によってはブロアー形式のものであっ
てもよい。またファン手段としては、通常コンプレッサ
ー手段自体に取付けられたファンの他にさら別のファン
手段を用いる方がコンプレッサー手段等の冷却が確実に
行ない得るので好ましい。さらに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
であって、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、パイロット作動型電
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、及びパイロッ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。

【００１５】本発明の酸素濃縮装置の特徴は、主として
コンプレッサー手段から発生する低周波数の騒音を消音
するために、特定周波数範囲において逆位相の音を発生
させるための音発生手段を具備していることである。こ
こで言う特定周波数範囲とは、１０００Ｈｚ以下が好ま
しく、更に４００Ｈｚ以下、特に１００Ｈｚ以下が騒音
の低減効果の点で好ましい。尚、これらの周波数の音の
波長は、例えば１０００Ｈｚの周波数では約０．３４
ｍ、４００Ｈｚの周波数では約０．８５ｍ、１００Ｈｚ
の周波数では約３．４ｍ、３０Ｈｚの周波数では約１１
ｍ程度である。

【００１６】したがって、これらの低周波数の領域にお
ける騒音についてはその騒音の波長よりも近い距離、好
ましくはその波長に対して大幅に短い距離、特に好まし
くは無視できるくらいに短い距離において、騒音の逆位
相の音を発生する音発生手段を設置することが有効であ
る。

【００１７】特に点音源以外の騒音発生源がある場合に
は、指向性をもたせて、音を検出する手段と、それに対
して逆位相の音を発生する音発生手段の配置を行なうこ
とが重要となる。尚騒音の発生源としては、コンプレッ
サー手段が主であるが、それ以外のファン手段や電磁弁
の場合もある。

【００１８】吸着型酸素濃縮装置においては吸着工程と
脱着工程を周期的にくり返すことにより各種の周波数領
域の騒音が発生するため、これらの追従した逆位相音を
発生させることが必要である。しかし、波長が短くなる
（周波数が高くなる）につれて装置の発生源に対し近い
距離において瞬時に逆位相音を発生させることが音発生
手段の大きさの点でむつかしくなる。したがって高周波
については吸音材、防音材等になる低騒音変化対策が有
効であり、低周波域を本方法でカバーすることが有効と
なる。特にこの低周波が上記の如き特定のオクターブバ
ンド域に限られる場合はさらに有効である。

【００１９】本発明の装置に用いられる音発生手段とし
ては、スピーカー手段を用いることができる。またその
音発生手段が騒音と逆位相となるようにするために、特
定周波数範囲の騒音の位相を検出するための騒音検出手
段を具備することが望ましい。尚、音発生手段におい
て、そこから発生する音に関して電気回路上で対象外の
領域の周波数の音にフィルターをかける手段がとられる
ことが望ましい。すなわち対象となる特定の周波数域の
音についてのみ逆位相の音をスピーカーより発生させる
電気回路をもつものである。音の性質上、逆位相の音を
発生させる手段は、即時性が要求される。

【００２０】本発明の装置には、音発生手段が騒音検出
手段と連動して、音発生手段が発生する音が騒音と逆位
相になるように音発生手段を制御するためのマイクロコ
ンピュータ手段等の制御手段が具備されていることが好
ましい。

【００２１】本発明の装置の好ましい態様として、コン
プレッサー手段が往復動作による単数のピストン手段を
具備したものである場合があげられる。特に単数のピス
トン手段からなるコンプレッサー手段は、通常低周波数
領域の騒音が発生しやすいために、これまでの吸着型酸
素濃縮装置の低騒化には使用困難であって、２ピストン
式のコンプレッサーが使用されていた。

【００２２】本発明の低周波数領域の騒音を低減するた
めの音発生手段を組み合わせることが、単数ピストンの
コンプレッサー手段の場合に特に有効である。この技術
を用いれば、これまで使用されいた２ピストン式のコン
プレッサー手段よりも小型のコンプレッサー手段が採用
できるので、低騒音で軽量にできる場合がある。

【００２３】また本発明の装置の別の好ましい態様とし
て、電動機付のコンプレッサー手段、冷却汎用のファン
手段及びコンプレッサー手段と吸着床を連結した導管手
段に設けられた自動弁手段を防音ボックスに収納したも
のがあげられる。かかる防音ボッ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っている。

【００２４】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防音ボックスの壁を貫通せしめる場
合には導管手段の外面と壁部を充分密着させてその間を
大気が出入りしないようにすることが望ましい。かかる
防音ボックス内には、さらにコンプレッサー手段の吸気
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。

【００２５】また防音ボックスは、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、場合によっ
ては酸素濃縮装置の前面に相当する防音ボックスの面、
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。防音ボック
スの壁部の具体例としては、最外殻か０．５〜１．５ｍ
ｍの厚さの鉄板等の金属製版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、さらにそのボックスの壁部前面
にわたって５〜３０ｍｍの厚さの吸音材を備えたものが
挙げられる。

【００２６】本発明の酸素濃縮装置は、その外殻ボック
スが防音用素材からなる筐体で構成されるが、その主た
る材料として木製が好ましい。かかる筐体は大気の流入
出口及び酸素濃縮空気の流出口をのぞいては実質上密閉
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。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１０〜２０
ｍｍ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。尚前記の防音ボックスを収納せしめるのに、木製の
室構造を形成しその内に少し空間を設けた状態で防音ボ
ックスをセットすると、騒音の伝播が少なくなるので好
ましい。

【００２７】

【実施例】以下に本発明についてさらに具体的な態様を
実施例として示すが、本発明はこれらの実施例をによっ
て何ら限定されるものではない。

【００２８】［実施例１］往復式のコンプレッサーにお
いてシングルヘッド（ピストンが１個）からなるものに
おいて、電源周波数６０Ｈｚで運転した時、単体運転に
おいて騒音周波数オクターブバンド３１．５Ｈｚの音が
４５ｄＢ（Ａ）を示した。尚、全周波数域のいわゆるオ
ールパス騒音レベルは５３ｄＢ（Ａ）であった。

【００２９】かかるコンプレッサーを、窒素の吸着剤を
充填した吸着床１基を用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装
置に組込んで運転した際に、３１．５Ｈｚの音は４３ｄ
Ｂ（Ａ）までの低下を示した。スピーカーを用いて、コ
ンプレッサーに３１．５Ｈｚの逆位相音をあてることで
３１．５Ｈｚの音は２３ｄＢ（Ａ）に低下させることが
できた。

【００３０】［参考例１］往復式のシングルヘッド型コ
ンプレッサー２台を同じ場所で運転（６０Ｈｚ）させ
た。２つのコンプレッサーはベアリング等の負荷や抵抗
によって、一方が他方に比べてわずかに回転数に遅れを
ます。この場合の３１．５Ｈｚの騒音を測定すると、例
えば１０〜１５分の周期で騒音が高くなり、また低下し
ていく現象を見せた。高い場合には約５５ｄＢ（Ａ）ま
で到達し、低い場合には２０ｄＢ（Ａ）を切るものもあ
った。尚、この低い場合は完全に逆波長となった場合で
あると考えられる。

【００３１】［実施例２］シグルヘッドコンプレッサー
で約３０Ｈｚの特定周波数（波長１１ｍ）のノイズを発
生するものにおいて、吐出側から半波長に相当する５．
５ｍのチューブを伸ばし、そのコンプレッサーの近傍で
そのチューブを開放することによって逆位相の音を発生
させることで、音圧レベルを大巾に下げることができ
た。

【００３２】これらのことから、特定の低周波数、特に
１００Ｈｚ以下の低周波のノイズにおいては、逆位相の
音で消音する手段が非常に効果的であることがわかっ
た。

【００３３】実用的には比較的小型のコンプレッサー等
で多くみられるピストンが１個からなるシングルヘッド
のコンプレッサーにおいて、回転数に同期した音圧レベ
ルの高い低周波数の音が発生することから、本発明の対
策が特に有効である。この例のように騒音発生源が機械
の回転の運転状態と同期する場合には、そこから騒音の
サイクルについての信号をとることも可能である。

【００３４】本圧力変動吸着型酸素濃縮装置において
は、運転サイクルが、マイクロコンピューター等によっ
て制御されるため「特定の音」の発生するタイミンダが
予測できるものがある。この場合には、逆位相音の発生
タイミングを、運転制御を行なうマイクロコンピュータ
ーソフトに組込むこともできる。

【００３５】このように騒音発生のサイクルを検出する
手段を用いて、その検出手段に連動した逆位相音の発生
手段を採用することが本発明の好ましい態様の１つであ
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、比較的低周波領域の騒
音について、簡単な逆位相を発生する手段を具備するこ
とによって、騒音の低い酸素濃縮装置を提供できる優れ
た効果を奏する。また場合によっては、本発明によって
軽量化と低騒音化の両方の効果を奏し得る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素又は窒素を選択的に吸着し得る吸着
   剤を充てんした吸着床と、該吸着床へ圧縮空気を供給す
   るためのコンプレッサー手段と、該吸着床からの酸素濃
   縮気体を使用に供するための酸素濃縮気体供給手段とフ
   ァン手段を具備した圧力変動吸着型酸素濃縮装置におい
   て、特定周波数範囲の騒音レベルを低減するため該特定
   周波数範囲の逆位相の音を発生させるための音発生手段
   を有したことを特長とする酸素濃縮装置。
2. 【請求項２】 該音発生手段の発生する該特定周波数範
   囲の逆位相の音のエネルギーが、本来装置から発生する
   特定周波数範囲の各オクターブバンド域のエネルギーに
   相当するものである請求項１の酸素濃縮装置。
3. 【請求項３】 該コンプレッサー手段が、往復動作によ
   る単数のピストン手段を具備したものである請求項１の
   酸素濃縮装置。
4. 【請求項４】 該酸素濃縮装置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、該コンプレッサ
   ー手段と該ファン手段及び該コンプレッサー手段と該吸
   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
   する室構造であっ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ックスを具備した請求項
   １の酸素濃縮装置。