JPH0783818B2 - 酸素濃縮装置の除湿方法およびその装置 - Google Patents
酸素濃縮装置の除湿方法およびその装置Info
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- JPH0783818B2 JPH0783818B2 JP62205803A JP20580387A JPH0783818B2 JP H0783818 B2 JPH0783818 B2 JP H0783818B2 JP 62205803 A JP62205803 A JP 62205803A JP 20580387 A JP20580387 A JP 20580387A JP H0783818 B2 JPH0783818 B2 JP H0783818B2
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Drying Of Gases (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、気体分離膜における酸素と窒素の気体透過性
の違いを利用して、大気から酸素濃度の高い酸素富化空
気を得るための酸素濃縮装置の除湿方法およびその除湿
装置に関するもので、一般には高濃度酸素の吸入治療を
必要とする呼吸器系障害患者や重症患者に利用されるも
のである。また、健康者においても運動後の疲労回復等
に利用され得るものである。
の違いを利用して、大気から酸素濃度の高い酸素富化空
気を得るための酸素濃縮装置の除湿方法およびその除湿
装置に関するもので、一般には高濃度酸素の吸入治療を
必要とする呼吸器系障害患者や重症患者に利用されるも
のである。また、健康者においても運動後の疲労回復等
に利用され得るものである。
医療用の用途に利用され得る酸素供給方法としては、気
体分離膜を利用したものの他に、ゼオライト等の吸着剤
を利用したPSA方式(Pressure Swing Adsorption)ある
いは酸素ボンベの利用等があるが、気体分離膜を利用し
た方式は安全性、簡易性の面で優れた方式となつてい
る。
体分離膜を利用したものの他に、ゼオライト等の吸着剤
を利用したPSA方式(Pressure Swing Adsorption)ある
いは酸素ボンベの利用等があるが、気体分離膜を利用し
た方式は安全性、簡易性の面で優れた方式となつてい
る。
気体分離膜を利用した酸素濃縮器の優れた点として、一
般に気体分離膜は水蒸気の透過性が高いために透過酸素
富化空気が高湿度となり、利用者が吸入する際に乾き空
気による不快感を覚えないことがあり、その他の方式の
ように酸素富化空気もしくは酸素ガスに対する加湿対策
を必要としないことがある。
般に気体分離膜は水蒸気の透過性が高いために透過酸素
富化空気が高湿度となり、利用者が吸入する際に乾き空
気による不快感を覚えないことがあり、その他の方式の
ように酸素富化空気もしくは酸素ガスに対する加湿対策
を必要としないことがある。
しかしながら、使用時の雰囲気温度、湿度等の条件によ
つては透過酸素富化空気が過剰に水蒸気を含むことがあ
り、それが利用者に供給されるまでに凝縮結露して問題
を発生させることがある。
つては透過酸素富化空気が過剰に水蒸気を含むことがあ
り、それが利用者に供給されるまでに凝縮結露して問題
を発生させることがある。
従来の酸素濃縮装置の一例について、第4図ないし第7
図を参照して説明する。
図を参照して説明する。
この酸素濃縮装置10は、空気供給フアン9により、ガス
冷却器4を経て酸素富化膜モジユール1に供給された大
気Aが真空ポンプ2により減圧透過されて酸素富化空気
となる。酸素富化空気は冷却器4において通常空冷によ
り大気温度近くまで冷却され、過剰に含有する水蒸気を
凝縮させ、凝縮ドレン水はドレン分離器5において分離
される。ドレン分離器5においてドレンDを分離した酸
素富化空気は流量調整バルブ19で一部をパージすること
により流量調整を行ない、流量計18を通過した後、酸素
富化空気取出口11(8)から装置外に取り出される。酸
素富化空気取出口11(8)から患者近傍まで酸素富化空
気供給チユーブ12で導かれる酸素富化空気Cは、第5図
および第6図に示すように、その間に発生したドレン、
含有ミストをドレンキヤツチヤー14あるいはミスト用フ
イルター15で分離し、最終的に医療用カニユーラ13を通
じて患者に供給される。
冷却器4を経て酸素富化膜モジユール1に供給された大
気Aが真空ポンプ2により減圧透過されて酸素富化空気
となる。酸素富化空気は冷却器4において通常空冷によ
り大気温度近くまで冷却され、過剰に含有する水蒸気を
凝縮させ、凝縮ドレン水はドレン分離器5において分離
される。ドレン分離器5においてドレンDを分離した酸
素富化空気は流量調整バルブ19で一部をパージすること
により流量調整を行ない、流量計18を通過した後、酸素
富化空気取出口11(8)から装置外に取り出される。酸
素富化空気取出口11(8)から患者近傍まで酸素富化空
気供給チユーブ12で導かれる酸素富化空気Cは、第5図
および第6図に示すように、その間に発生したドレン、
含有ミストをドレンキヤツチヤー14あるいはミスト用フ
イルター15で分離し、最終的に医療用カニユーラ13を通
じて患者に供給される。
酸素富化膜モジユール1を透過しない非透過ガス(窒素
富化ガス)Bは排気口から系外に排出される。
富化ガス)Bは排気口から系外に排出される。
第7図は、電力供給コネクター17に接続した電熱線16に
より透過酸素富化空気Cを保温し結露を防止するように
した例を示す。
より透過酸素富化空気Cを保温し結露を防止するように
した例を示す。
従来の技術においては、透過酸素富化空気の過剰の水蒸
気が、利用者に供給されるまでに凝縮結露するのを防止
する対策として様々な方法が考案されているが、いずれ
も下記のような問題点があり、最終的解決となつていな
い。本発明はこのような従来の問題点を解決するように
した酸素凝縮装置の除湿方法およびその装置を提供する
ことを目的とする。
気が、利用者に供給されるまでに凝縮結露するのを防止
する対策として様々な方法が考案されているが、いずれ
も下記のような問題点があり、最終的解決となつていな
い。本発明はこのような従来の問題点を解決するように
した酸素凝縮装置の除湿方法およびその装置を提供する
ことを目的とする。
記 (イ) 従来例のように、気体分離膜を利用した酸素濃
縮器では透過酸素富化空気が高湿度に加湿されている
が、使用条件によつては酸素濃縮器から利用者に供給さ
れるまでの間で、透過酸素富加空気がその露点より低く
冷却され、透過酸素富化空気中の水蒸気が凝縮し、流路
を閉塞させたりあるいは水滴を利用者の鼻孔に噴霧した
りして、利用上不快感を与えることになつた。
縮器では透過酸素富化空気が高湿度に加湿されている
が、使用条件によつては酸素濃縮器から利用者に供給さ
れるまでの間で、透過酸素富加空気がその露点より低く
冷却され、透過酸素富化空気中の水蒸気が凝縮し、流路
を閉塞させたりあるいは水滴を利用者の鼻孔に噴霧した
りして、利用上不快感を与えることになつた。
(ロ) 利用者の直前にフイルターあるいはドレンキヤ
ツチヤー等を置き流路中で発生した水滴、ミストを除去
する方法も有効であるが、フイルターの閉塞あるいは流
路内が濡れることにより発生する衛生上の問題に注意す
る必要があつた。
ツチヤー等を置き流路中で発生した水滴、ミストを除去
する方法も有効であるが、フイルターの閉塞あるいは流
路内が濡れることにより発生する衛生上の問題に注意す
る必要があつた。
(ハ) 上記の水蒸気凝縮は、透過酸素富化空気が利用
者に供給されるまでの間を電熱線等で加熱保温し、酸素
富化空気が露点以下に温度が低下しないようにすれば容
易に防止できるが、加熱保温を安全適切に制御する必要
があつた。
者に供給されるまでの間を電熱線等で加熱保温し、酸素
富化空気が露点以下に温度が低下しないようにすれば容
易に防止できるが、加熱保温を安全適切に制御する必要
があつた。
(ニ) 基本的には透過酸素富化空気を利用者に供給さ
れるまでの雰囲気温度より低く冷却し、発生した凝縮水
蒸気を除去し、しかる後、若干加熱し、透過酸素富化空
気の相対温度を下げて酸素濃縮器から取り出せばよい
が、小型軽量化が求められる酸素濃縮器においては、雰
囲気の大気以外に冷却源を得ることは困難であり、雰囲
気大気温度より若干高い温度までの冷却が限度であり、
前述の要求を完全に満足させることは困難であつた。
れるまでの雰囲気温度より低く冷却し、発生した凝縮水
蒸気を除去し、しかる後、若干加熱し、透過酸素富化空
気の相対温度を下げて酸素濃縮器から取り出せばよい
が、小型軽量化が求められる酸素濃縮器においては、雰
囲気の大気以外に冷却源を得ることは困難であり、雰囲
気大気温度より若干高い温度までの冷却が限度であり、
前述の要求を完全に満足させることは困難であつた。
本発明の酸素濃縮装置の除湿方法は、酸素富化膜モジユ
ールにより得られる酸素富化空気を真空引きした後に冷
却し、該酸素富化空気中に凝縮する水分をドレン分離器
によつて除去して、該富化酸素空気中の含有湿分を軽減
処理する酸素濃縮装置において、前記ドレン分離器を出
る除湿後の酸素富化空気中の残留湿分を、除湿膜モジユ
ールを介して除湿前の酸素富化空気中へ移行させ、該ド
レン分離器へ移送するように構成する。
ールにより得られる酸素富化空気を真空引きした後に冷
却し、該酸素富化空気中に凝縮する水分をドレン分離器
によつて除去して、該富化酸素空気中の含有湿分を軽減
処理する酸素濃縮装置において、前記ドレン分離器を出
る除湿後の酸素富化空気中の残留湿分を、除湿膜モジユ
ールを介して除湿前の酸素富化空気中へ移行させ、該ド
レン分離器へ移送するように構成する。
本発明の上記の方法に使用する酸素濃縮装置の除湿装置
は、真空ポンプ、酸素富化膜モジユール、ガス冷却器、
ドレン分離器を備える酸素濃縮器において、ドレン分離
後の酸素富化空気を、二次側が真空ポンプの吸引側に接
続された除湿膜モジユールの一次側に導入して、酸素富
化空気の過剰の水蒸気を除湿する機構を具備するように
構成する。
は、真空ポンプ、酸素富化膜モジユール、ガス冷却器、
ドレン分離器を備える酸素濃縮器において、ドレン分離
後の酸素富化空気を、二次側が真空ポンプの吸引側に接
続された除湿膜モジユールの一次側に導入して、酸素富
化空気の過剰の水蒸気を除湿する機構を具備するように
構成する。
また、真空ポンプ、酸素富化膜モジユール、ガス冷却
器、ドレン分離器を備える酸素濃縮器において、ドレン
分離後の酸素富化空気を真空ポンプの排熱を利用するガ
ス加熱器を経由した後、二次側が前記真空ポンプの吸引
側に接続された除湿膜モジユールの一次側に導入して、
酸素富化空気の過剰の水蒸気を除湿する機構を具備する
ように構成する。
器、ドレン分離器を備える酸素濃縮器において、ドレン
分離後の酸素富化空気を真空ポンプの排熱を利用するガ
ス加熱器を経由した後、二次側が前記真空ポンプの吸引
側に接続された除湿膜モジユールの一次側に導入して、
酸素富化空気の過剰の水蒸気を除湿する機構を具備する
ように構成する。
さらに、真空ポンプ、酸素富化膜モジユール、ガス冷却
器、ドレン分離器を備える酸素濃縮器において、ドレン
分離後の酸素富化空気を、二次側が真空ポンプの吸引側
に接続された除湿膜モジユールの一次側に導入して、酸
素富化空気の過剰の水蒸気を除湿する機構を具備し、真
空ポンプと酸素富化膜モジユールの間に流量分配機構を
配置し、除湿膜モジユールの二次側を流通する酸素富化
空気量を制御することで、除湿量を調整可能とするよう
に構成する。
器、ドレン分離器を備える酸素濃縮器において、ドレン
分離後の酸素富化空気を、二次側が真空ポンプの吸引側
に接続された除湿膜モジユールの一次側に導入して、酸
素富化空気の過剰の水蒸気を除湿する機構を具備し、真
空ポンプと酸素富化膜モジユールの間に流量分配機構を
配置し、除湿膜モジユールの二次側を流通する酸素富化
空気量を制御することで、除湿量を調整可能とするよう
に構成する。
本発明の酸素濃縮装置の除湿方法およびその装置の実施
例について第1図を参照して説明する。
例について第1図を参照して説明する。
本発明の酸素濃縮装置の除湿方法は、シリコン系高分子
薄膜をプラズマ重合法により形成させた中空糸気体分離
膜の酸素富化膜モジユール1より得られる酸素富化空気
を真空ポンプ2により真空引きした後に、ガス冷却器4
にて冷却して、該酸素富化空気中に凝縮する水分をドレ
ン分離器5によつて除去し、該酸素富化空気中の含有湿
分を軽減処理する酸素濃縮装置において、前記ドレン分
離器5を出る除湿後の酸素富化空気中の残留湿分を、除
湿膜モジユール3を介して除湿前の酸素富化空気に移行
させ、該ドレン分離器5へ移送するように構成される。
薄膜をプラズマ重合法により形成させた中空糸気体分離
膜の酸素富化膜モジユール1より得られる酸素富化空気
を真空ポンプ2により真空引きした後に、ガス冷却器4
にて冷却して、該酸素富化空気中に凝縮する水分をドレ
ン分離器5によつて除去し、該酸素富化空気中の含有湿
分を軽減処理する酸素濃縮装置において、前記ドレン分
離器5を出る除湿後の酸素富化空気中の残留湿分を、除
湿膜モジユール3を介して除湿前の酸素富化空気に移行
させ、該ドレン分離器5へ移送するように構成される。
本発明の上記の方法に使用する酸素濃縮装置の除湿装置
は、真空ポンプ2、酸素富化膜モジユール1、ガス冷却
器4、ドレン分離器5を備える酸素濃縮器において、ド
レン分離後の酸素富化空気を、二次側IIが真空ポンプ2
の吸引側に接続された除湿膜モジユール3の一次側Iに
導入して、酸素富化空気の過剰の水蒸気を除湿する機構
を具備するように構成される。
は、真空ポンプ2、酸素富化膜モジユール1、ガス冷却
器4、ドレン分離器5を備える酸素濃縮器において、ド
レン分離後の酸素富化空気を、二次側IIが真空ポンプ2
の吸引側に接続された除湿膜モジユール3の一次側Iに
導入して、酸素富化空気の過剰の水蒸気を除湿する機構
を具備するように構成される。
また、真空ポンプ2、酸素富化膜モジユール1、ガス冷
却器4、ドレン分離器5を備える酸素濃縮器において、
ドレン分離後の酸素富化空気を真空ポンプ2の排熱を利
用するガス加熱器6を経由した後、二次側IIが真空ポン
プ2の吸引側に接続された除湿膜モジユール3の一次側
Iに導入して、酸素富化空気の過剰の水蒸気を除湿する
機構を具備するように構成される。
却器4、ドレン分離器5を備える酸素濃縮器において、
ドレン分離後の酸素富化空気を真空ポンプ2の排熱を利
用するガス加熱器6を経由した後、二次側IIが真空ポン
プ2の吸引側に接続された除湿膜モジユール3の一次側
Iに導入して、酸素富化空気の過剰の水蒸気を除湿する
機構を具備するように構成される。
さらに、真空ポンプ2、酸素富化膜モジユール1、ガス
冷却器4、ドレン分離器5を備える酸素濃縮器におい
て、ドレン分離後の酸素富化空気を、二次側IIが真空ポ
ンプ2の吸引側の主管T1、T2に、回路aおよびbにより
接続された除湿膜モジユール3の一次側Iに導入して、
酸素富化空気の過剰の水蒸気を除湿する機構を具備し、
真空ポンプ2と酸素富化膜モジユール1の間で主管T1、
T2間に流量調整バルブ7を備えた流量分配機構を配置
し、除湿膜モジユール3の二次側IIを流通する酸素富化
空気量を制御することで、除湿量を調整可能とするよう
に構成される。
冷却器4、ドレン分離器5を備える酸素濃縮器におい
て、ドレン分離後の酸素富化空気を、二次側IIが真空ポ
ンプ2の吸引側の主管T1、T2に、回路aおよびbにより
接続された除湿膜モジユール3の一次側Iに導入して、
酸素富化空気の過剰の水蒸気を除湿する機構を具備し、
真空ポンプ2と酸素富化膜モジユール1の間で主管T1、
T2間に流量調整バルブ7を備えた流量分配機構を配置
し、除湿膜モジユール3の二次側IIを流通する酸素富化
空気量を制御することで、除湿量を調整可能とするよう
に構成される。
第1図は、本発明の実施例を説明するための除湿機構を
有する医療用酸素濃縮装置を示し、定格能力は酸素濃度
40%で4/minの酸素富化空気を患者に供給することが
できるものである。
有する医療用酸素濃縮装置を示し、定格能力は酸素濃度
40%で4/minの酸素富化空気を患者に供給することが
できるものである。
真空ポンプ(ダイアフラム式真空ポンプ4.5/min150To
rr(90W))2で減圧透過された酸素富化空気は、ガス
冷却器(アルミチユーブ8φ×1.8M)4により空気供給
フアン(プロペラフアン15W)9から供給される大気A
で大気温度近くまで冷却される。この際に酸素富化空気
中の過飽和水蒸気は凝縮しドレン分離器(樹脂円筒型25
φ×200H)5でドレン分離される。
rr(90W))2で減圧透過された酸素富化空気は、ガス
冷却器(アルミチユーブ8φ×1.8M)4により空気供給
フアン(プロペラフアン15W)9から供給される大気A
で大気温度近くまで冷却される。この際に酸素富化空気
中の過飽和水蒸気は凝縮しドレン分離器(樹脂円筒型25
φ×200H)5でドレン分離される。
ドレン分離された冷却酸素富化空気は大気温度より若干
温度の高い水蒸気飽和ガスであるが、真空ポンプ2のモ
ータに沿わせて巻いた銅パイプ(銅チューブ6φ×1.2
M)により構成されるガス加熱器6(真空ポンプ2の吐
出管がヒーターの役目をする。)で5〜10℃昇温され、
ミストを含まない乾きガスとなってから除湿膜モジュー
ル3の一次側Iへ供給される。
温度の高い水蒸気飽和ガスであるが、真空ポンプ2のモ
ータに沿わせて巻いた銅パイプ(銅チューブ6φ×1.2
M)により構成されるガス加熱器6(真空ポンプ2の吐
出管がヒーターの役目をする。)で5〜10℃昇温され、
ミストを含まない乾きガスとなってから除湿膜モジュー
ル3の一次側Iへ供給される。
酸素富化空気は、除湿膜モジユールを通過する間に、減
圧された二次側へ水蒸気を主とするガスが透過除去さ
れ、露点が大気温度以下になるまで絶対温度が低下させ
られる。この結果、富化空気出口8から患者に供給され
るまで、通常数メートルのチユーブが使用されるが、こ
の間に大気温度まで冷却されてもチユーブ内で結露は発
生しない。
圧された二次側へ水蒸気を主とするガスが透過除去さ
れ、露点が大気温度以下になるまで絶対温度が低下させ
られる。この結果、富化空気出口8から患者に供給され
るまで、通常数メートルのチユーブが使用されるが、こ
の間に大気温度まで冷却されてもチユーブ内で結露は発
生しない。
真空ポンプ2の吸引側は、流量調整バルブ7を配置し、
酸素富化膜モジユール1の二次側IIおよび除湿膜モジユ
ール3の二次側IIへ、主管T1、T2、回路a、b(バイパ
ス管路)によつてそれぞれ接続されている。流量調整バ
ルブ7は、主管T1、T2間に配置され、除湿膜モジユール
3への透過ガスの分配量をするためのもので、これによ
り除湿膜モジユールの二次側IIの界面条件を変化させる
ことにより除湿量を制御することができる。
酸素富化膜モジユール1の二次側IIおよび除湿膜モジユ
ール3の二次側IIへ、主管T1、T2、回路a、b(バイパ
ス管路)によつてそれぞれ接続されている。流量調整バ
ルブ7は、主管T1、T2間に配置され、除湿膜モジユール
3への透過ガスの分配量をするためのもので、これによ
り除湿膜モジユールの二次側IIの界面条件を変化させる
ことにより除湿量を制御することができる。
空気供給ファン9から供給された大気Aは、ガス冷却器
4を冷却した後、装置内の発熱によりさらに昇温され、
酸素富化膜モジユール1の一次側Iを通過して排気Bさ
れる。
4を冷却した後、装置内の発熱によりさらに昇温され、
酸素富化膜モジユール1の一次側Iを通過して排気Bさ
れる。
除湿膜モジユール用として、ガラス多孔質中空糸(内径
0.9mm、外径1.1mm、長さ14cm、水蒸気透過速度 酸素透過速度 10本をモジユール化したもの(膜面積50cm2)を用いた
ところ、大気温度28〜29℃、相対湿度70〜75%の雰囲気
下で、吐出酸素富化空気温度29〜31℃、同空気の露点温
度は22〜26℃となり、チユーブ内への結露は全く観察さ
れなかつた。一方、除湿膜モジユールを設置しなかつた
場合には、チユーブ内に結露が観察され、本装置の有効
性が確認できた。
0.9mm、外径1.1mm、長さ14cm、水蒸気透過速度 酸素透過速度 10本をモジユール化したもの(膜面積50cm2)を用いた
ところ、大気温度28〜29℃、相対湿度70〜75%の雰囲気
下で、吐出酸素富化空気温度29〜31℃、同空気の露点温
度は22〜26℃となり、チユーブ内への結露は全く観察さ
れなかつた。一方、除湿膜モジユールを設置しなかつた
場合には、チユーブ内に結露が観察され、本装置の有効
性が確認できた。
また、除湿膜モジユール用として、シリコン系高分子膜
をプラズマ重合法により形成させた中空糸状膜モジユー
ル を用いた以外は前記実施例と同様に除湿効果を測定した
結果、露点温度は25℃となり、チユーブ内への結露は全
く観察されなかった。また、酸素富化空気の濃度、流量
ともやや減少する傾向はあるもののほぼ同一の値であつ
た。
をプラズマ重合法により形成させた中空糸状膜モジユー
ル を用いた以外は前記実施例と同様に除湿効果を測定した
結果、露点温度は25℃となり、チユーブ内への結露は全
く観察されなかった。また、酸素富化空気の濃度、流量
ともやや減少する傾向はあるもののほぼ同一の値であつ
た。
第1図中、回路aは、供給大気Aが酸素富化膜モジユー
ル1を経て吸引される酸素富化空気が、流量調整バルブ
7の調整によつて、前記酸素富化膜モジユール1と真空
ポンプ2との間を導通する主管T1より分岐される一部な
いし全部のガスの流路であり、回路bは、前記回路aの
酸素富化空気が、除湿膜モジユール3の二次側IIに導か
れて、一次側Iにあつて除湿される加工されている酸素
富化ガスよりの湿分を受けとり、該湿分により前記回路
aよりも水蒸気が富化したガスの流路である。
ル1を経て吸引される酸素富化空気が、流量調整バルブ
7の調整によつて、前記酸素富化膜モジユール1と真空
ポンプ2との間を導通する主管T1より分岐される一部な
いし全部のガスの流路であり、回路bは、前記回路aの
酸素富化空気が、除湿膜モジユール3の二次側IIに導か
れて、一次側Iにあつて除湿される加工されている酸素
富化ガスよりの湿分を受けとり、該湿分により前記回路
aよりも水蒸気が富化したガスの流路である。
この水蒸気富化の酸素富化空気は、前記主管T2へ吸引、
回帰される。
回帰される。
Cは酸素富化空気、C2は除湿ガス、C3は除湿前ガス、D
はドレンをそれぞれ示す。
はドレンをそれぞれ示す。
本発明では、透過酸素富化空気の水蒸気を選択的に透過
する除湿間モジユールに導入し、気相において除湿を行
なう。また、除湿膜の二次側は酸素富化空気透過用の真
空減圧系に接続共用することにより、新たな除湿用の圧
縮機または冷却器の設置を不要にしている。
する除湿間モジユールに導入し、気相において除湿を行
なう。また、除湿膜の二次側は酸素富化空気透過用の真
空減圧系に接続共用することにより、新たな除湿用の圧
縮機または冷却器の設置を不要にしている。
従来の除湿膜モジユールは酸素富化膜モジユールの構成
とほぼ同様な組合わせ構造であり、その膜素材が異な
り、その膜作用が湿分透過に特化するものであつて、一
具体例としてその素材には、多孔性ガラスが用いられ、
水蒸気と酸素、水蒸気と窒素などの分離作用を有する。
とほぼ同様な組合わせ構造であり、その膜素材が異な
り、その膜作用が湿分透過に特化するものであつて、一
具体例としてその素材には、多孔性ガラスが用いられ、
水蒸気と酸素、水蒸気と窒素などの分離作用を有する。
本発明に用いる除湿膜とは、酸素および窒素に比べ水蒸
気の透過性と高い膜をさす。除湿膜を透過した過剰の水
蒸気は再び真空ポンプを経た後、凝縮し、ドレンとして
排出させる。この時、除湿膜が水蒸気と酸素および窒素
との透過速度の差が小さい膜である場合、水蒸気以外に
酸素および窒素ガスも多量に膜を透過することになり、
それだけ真空ポンプは通常の方式より過大な流量負荷を
処理しなければならない。水蒸気の透過速度が酸素の透
過速度の10倍以上ある場合には、真空ポンプでの増分は
通常の方式の10%以下であり大きな負担とはならない。
したがって、除湿膜としては酸素透過速度の10倍以上の
水蒸気透過速度を有する膜が好ましい。この性能を有す
る膜の材質としては孔径が20Å以下と小さな多孔質ガラ
ス、シリコーン系、酸酸セルロース、ポリアクリルニト
リル、ポリビニルアルコール、イオン交換樹脂、プラズ
マ重合膜等が考えられるが、上記性能を有していればこ
の範囲に限定されるものではない。膜の構造としては、
孔のない均質膜、多孔質ガラスのような多孔質膜、逆浸
透に用いられるような非対称膜、多孔質支持膜上に均質
な薄膜を形成した複合膜といつた形態が考えられる。膜
の水蒸気透過速度に関しては、それが高い程、除湿膜モ
ジユールを小型化できる。
気の透過性と高い膜をさす。除湿膜を透過した過剰の水
蒸気は再び真空ポンプを経た後、凝縮し、ドレンとして
排出させる。この時、除湿膜が水蒸気と酸素および窒素
との透過速度の差が小さい膜である場合、水蒸気以外に
酸素および窒素ガスも多量に膜を透過することになり、
それだけ真空ポンプは通常の方式より過大な流量負荷を
処理しなければならない。水蒸気の透過速度が酸素の透
過速度の10倍以上ある場合には、真空ポンプでの増分は
通常の方式の10%以下であり大きな負担とはならない。
したがって、除湿膜としては酸素透過速度の10倍以上の
水蒸気透過速度を有する膜が好ましい。この性能を有す
る膜の材質としては孔径が20Å以下と小さな多孔質ガラ
ス、シリコーン系、酸酸セルロース、ポリアクリルニト
リル、ポリビニルアルコール、イオン交換樹脂、プラズ
マ重合膜等が考えられるが、上記性能を有していればこ
の範囲に限定されるものではない。膜の構造としては、
孔のない均質膜、多孔質ガラスのような多孔質膜、逆浸
透に用いられるような非対称膜、多孔質支持膜上に均質
な薄膜を形成した複合膜といつた形態が考えられる。膜
の水蒸気透過速度に関しては、それが高い程、除湿膜モ
ジユールを小型化できる。
30℃、4/minの水蒸気飽和気体の露点を5℃低下させ
るのに除湿膜の両面の水蒸気分圧差を1cmHgとすると、
水蒸気透過速度が1×10cm2(STP)/cm2・sec・cmHgの
膜を用いた場合約1000cm2の膜面積が必要となる。小型
の酸素濃縮器に設置するためには除湿膜モジユールの膜
面積を小さくする必要があるため水蒸気透過速度が上記
値より大きいことが望ましい。
るのに除湿膜の両面の水蒸気分圧差を1cmHgとすると、
水蒸気透過速度が1×10cm2(STP)/cm2・sec・cmHgの
膜を用いた場合約1000cm2の膜面積が必要となる。小型
の酸素濃縮器に設置するためには除湿膜モジユールの膜
面積を小さくする必要があるため水蒸気透過速度が上記
値より大きいことが望ましい。
膜の形状としては、平膜型、プリーツ型、スパイラル
型、中空糸型(パイプ型)のいずれでもよいが、単位容
積当りの膜面積を大きくできる中空糸(パイプ)の形状
が望ましい。また、中空糸を用いる場合は内径が小さい
と気体の流れに対し抵抗となるため、内径が0.1mm以上
あることが望ましい。
型、中空糸型(パイプ型)のいずれでもよいが、単位容
積当りの膜面積を大きくできる中空糸(パイプ)の形状
が望ましい。また、中空糸を用いる場合は内径が小さい
と気体の流れに対し抵抗となるため、内径が0.1mm以上
あることが望ましい。
ドレン分離された酸素富化空気を除湿膜へ供給するにさ
いしては、ミストを含まない乾きガスでないと膜の性能
が低下するため、いつたん真空ポンプ発熱部(この場合
モーター)等に巻き付けられた銅パイプにより構成され
るガス加熱器へ導入してポンプ排熱により加熱し、乾き
ガスとしてから除湿膜へ供給すると簡便で効果的であ
る。加熱温度幅は最終的に富化空気吐出口から吐出され
る富化空気の温度が雰囲気温度より5〜10℃高くなるよ
うに設定するのが適当である。
いしては、ミストを含まない乾きガスでないと膜の性能
が低下するため、いつたん真空ポンプ発熱部(この場合
モーター)等に巻き付けられた銅パイプにより構成され
るガス加熱器へ導入してポンプ排熱により加熱し、乾き
ガスとしてから除湿膜へ供給すると簡便で効果的であ
る。加熱温度幅は最終的に富化空気吐出口から吐出され
る富化空気の温度が雰囲気温度より5〜10℃高くなるよ
うに設定するのが適当である。
ガス加熱器以降は乾きガス状態となり流路中に濡れた部
分が発生することがなくなり、また、凝縮水はドレン分
離器から連続的に排出されるため、細菌等の繁殖の危険
性を大きく防止することが可能になる。その他の方法と
して、撥水性のフイルターを除湿膜モジユールに富化空
気を供給する口に設け、液滴が除湿モジユール内に入ら
ないようにする方法が考えられる。
分が発生することがなくなり、また、凝縮水はドレン分
離器から連続的に排出されるため、細菌等の繁殖の危険
性を大きく防止することが可能になる。その他の方法と
して、撥水性のフイルターを除湿膜モジユールに富化空
気を供給する口に設け、液滴が除湿モジユール内に入ら
ないようにする方法が考えられる。
酸素富化膜モジユールから真空ポンプに至る透過ガス流
路には流量調整用のバルプを配置し、除湿膜モジユール
への流量を制御する。除湿膜側への流量が多い程、除湿
の効果は大きくなる。これにより過度に除湿して気体分
離膜の加湿効果を無意味にしないように適切な除湿量を
制御することが可能になる。
路には流量調整用のバルプを配置し、除湿膜モジユール
への流量を制御する。除湿膜側への流量が多い程、除湿
の効果は大きくなる。これにより過度に除湿して気体分
離膜の加湿効果を無意味にしないように適切な除湿量を
制御することが可能になる。
第2図は除湿膜モジユール3の除湿膜20の一次側Iと二
次側IIの湿分分圧差を示す説明図である。
次側IIの湿分分圧差を示す説明図である。
図中、I Pは一次後湿分分圧(ドレン分離後の酸素富化
空気のH2O分圧)を示し、II P1、II P2は二次側湿分分
圧(酸素富化膜透過直後の酸素富化空気のH2O分圧)を
示す。II P1はバイパスガス量a(回路aを流れる酸素
富化空気量)が小のとき、II P2は大のときである。
D1、D2は一次側と二次側間の湿分分圧差を示し、D1はボ
イパスガス量aが小のとき、D2は大のときである。二次
側ガス量aの流量が増えると、界面の二次側での分圧が
低下する。その結果、界面両側の分圧差が変化する。湿
分分圧差が大きいとき、一次側ガスから二次側ガスへの
湿分透過量が大きくなる。
空気のH2O分圧)を示し、II P1、II P2は二次側湿分分
圧(酸素富化膜透過直後の酸素富化空気のH2O分圧)を
示す。II P1はバイパスガス量a(回路aを流れる酸素
富化空気量)が小のとき、II P2は大のときである。
D1、D2は一次側と二次側間の湿分分圧差を示し、D1はボ
イパスガス量aが小のとき、D2は大のときである。二次
側ガス量aの流量が増えると、界面の二次側での分圧が
低下する。その結果、界面両側の分圧差が変化する。湿
分分圧差が大きいとき、一次側ガスから二次側ガスへの
湿分透過量が大きくなる。
本発明においては、真空ポンプ2と酸素富化膜モジユー
ル1の間に流量分配機構としての流量調整バルブ7を配
置し、除湿膜モジユール3の除湿膜20の二次側IIを流通
する酸化富化流量を制御することで、除湿量を調整可能
とするものである。
ル1の間に流量分配機構としての流量調整バルブ7を配
置し、除湿膜モジユール3の除湿膜20の二次側IIを流通
する酸化富化流量を制御することで、除湿量を調整可能
とするものである。
第3図は本発明の除湿作用の説明図(湿り空気線図)
で、横軸は大気もしくは酸素富化空気の温度(t)、縦
軸は同ガスの絶対湿度(kg−H2O/kgdry−gas)を示す。
曲線H1〜H5それぞれ100〜20%の相対湿度を示す曲線
で、H1より下方の領域は乾きガスとなる。
で、横軸は大気もしくは酸素富化空気の温度(t)、縦
軸は同ガスの絶対湿度(kg−H2O/kgdry−gas)を示す。
曲線H1〜H5それぞれ100〜20%の相対湿度を示す曲線
で、H1より下方の領域は乾きガスとなる。
図中の記号は以下の状態条件に対応している。
Ta 大気温度 Tm1 酸素富化膜モジユール1次側供給温度 Th 真空ポンプ吐出側ガス温度 Tm2 除湿膜モジユール1次側供給温度 Tp2 装置の吐出酸素富化空気温度 Td1 酸素富化空気露点温度 Tp1 冷却酸素富化空気温度 Td2 除湿酸素富化空気温度 の供給大気は供給フアン通過時にフアンの発熱により
若干加熱され、の状態で酸素富化膜モジユールの1次
側に供給される。
若干加熱され、の状態で酸素富化膜モジユールの1次
側に供給される。
酸素富化膜モジユールを透過した酸素富化空気は真空ポ
ンプで断熱圧縮されるため昇温され、の状態で真空ポ
ンプから吐出される。吐出酸素富化空気はガス冷却器で
冷却され、′点で露点に達し、′から引き続きに
至るまで冷却され、凝縮水が発生する。
ンプで断熱圧縮されるため昇温され、の状態で真空ポ
ンプから吐出される。吐出酸素富化空気はガス冷却器で
冷却され、′点で露点に達し、′から引き続きに
至るまで冷却され、凝縮水が発生する。
の冷却酸素富化空気はガス加熱器で加熱され、の状
態で除湿膜モジユールの一次側へ供給され、除湿後の
状態で酸素濃縮器よりとりだされる。とりだされた酸素
富化空気は使用者に至るまでの間、→に沿い、大
気温度で冷却されるが、大気温度に至つたとしても、
相対温度は100%未満となり、結露が発生することはな
い。
態で除湿膜モジユールの一次側へ供給され、除湿後の
状態で酸素濃縮器よりとりだされる。とりだされた酸素
富化空気は使用者に至るまでの間、→に沿い、大
気温度で冷却されるが、大気温度に至つたとしても、
相対温度は100%未満となり、結露が発生することはな
い。
除湿膜モジユールを用いない場合、真空ポンプより吐出
される酸素富化空気はの状態となり、′をへての
状態まで冷却され、凝縮水を発生させたのち、酸素濃縮
器よりとりだされる。とりだされた酸素富化空気は使
用者に至るまでの間、→に沿つて大気温度で冷却さ
れるが、その間凝縮水の発生が生じることになる。
される酸素富化空気はの状態となり、′をへての
状態まで冷却され、凝縮水を発生させたのち、酸素濃縮
器よりとりだされる。とりだされた酸素富化空気は使
用者に至るまでの間、→に沿つて大気温度で冷却さ
れるが、その間凝縮水の発生が生じることになる。
h1は本酸素濃縮器で発生する凝縮水量に相当するが、除
湿膜モジユールを使用しなかつた場合の凝縮水量h1′に
対しh3で示される凝縮水量が付加されたものとなる。h3
が除湿膜モジユールで酸素富化空気側へ移動した除湿水
量に相当するh2と等しいことから、除湿膜モジユールを
使用することで付加された除湿量の増加分は最終的にh1
の中の凝縮水として分離されていくことがわかる。
湿膜モジユールを使用しなかつた場合の凝縮水量h1′に
対しh3で示される凝縮水量が付加されたものとなる。h3
が除湿膜モジユールで酸素富化空気側へ移動した除湿水
量に相当するh2と等しいことから、除湿膜モジユールを
使用することで付加された除湿量の増加分は最終的にh1
の中の凝縮水として分離されていくことがわかる。
以上、実施例によつて説明したように、本発明は、従来
技術のもつ問題点を解決し、利用者にとつて快適かつ安
全な気体分離膜による酸素濃縮装置を提供することがで
きる。
技術のもつ問題点を解決し、利用者にとつて快適かつ安
全な気体分離膜による酸素濃縮装置を提供することがで
きる。
本発明は、酸素富化空気中の水分を冷却、凝縮してドレ
ン分離器で除去し、この除湿前の酸素富化空気を適度に
加熱し、残留湿分を除湿膜モジユールを介して、除湿前
の酸素富化空気中へ移行させ、ドレン分離器へ再度移送
できるようにし、大気中に過剰な水分があつても、最終
的に、患者等に利用される酸素富化空気は快適なものが
得られる。また、除湿膜モジユールの除湿作用は、その
二次側の酸素富化空気量の流通を流量分配機構によつて
制御し、簡単に除湿量を調整することができ装置全体も
軽量小型となり、また、その操作も複雑でなく、期待さ
れる酸素富化空気を安全に提供することができる効果が
ある。
ン分離器で除去し、この除湿前の酸素富化空気を適度に
加熱し、残留湿分を除湿膜モジユールを介して、除湿前
の酸素富化空気中へ移行させ、ドレン分離器へ再度移送
できるようにし、大気中に過剰な水分があつても、最終
的に、患者等に利用される酸素富化空気は快適なものが
得られる。また、除湿膜モジユールの除湿作用は、その
二次側の酸素富化空気量の流通を流量分配機構によつて
制御し、簡単に除湿量を調整することができ装置全体も
軽量小型となり、また、その操作も複雑でなく、期待さ
れる酸素富化空気を安全に提供することができる効果が
ある。
第1図は本発明の除湿機構を有する医療用酸素濃縮装置
の構成図、第2図は除湿膜の一次側と二次側の湿分分圧
差を示す説明図、第3図は除湿作用の説明図、第4図は
従来の一般的な気体分離膜による酸素濃縮装置の構成
図、第5図は従来の医療用酸素濃縮装置の使用例説明
図、第6図および第7図は従来の医療用酸素濃縮装置の
他の使用例説明図である。 1……酸素富化膜モジユール 2……真空ポンプ、3……除湿膜モジユール 4……ガス冷却器、5……ドレン分離器 6……ガス加熱器、7、19……流量調整バルブ 8……富化空気出口、9……空気供給フアン 10……酸素濃縮器、11……酸素富化空気取出口 12……酸素富化空気供給チユーブ 13……医療用カニユーラ 14……ドレンキヤツチヤー 15……ミスト用フイルター、16……電熱線 17……電力供給コネクター、18……流量計 20……除湿膜、A……供給大気 B……排気、C……酸素富化空気 C2……除湿ガス、C3……除湿前ガス D……ドレン、T1、T2……主管
の構成図、第2図は除湿膜の一次側と二次側の湿分分圧
差を示す説明図、第3図は除湿作用の説明図、第4図は
従来の一般的な気体分離膜による酸素濃縮装置の構成
図、第5図は従来の医療用酸素濃縮装置の使用例説明
図、第6図および第7図は従来の医療用酸素濃縮装置の
他の使用例説明図である。 1……酸素富化膜モジユール 2……真空ポンプ、3……除湿膜モジユール 4……ガス冷却器、5……ドレン分離器 6……ガス加熱器、7、19……流量調整バルブ 8……富化空気出口、9……空気供給フアン 10……酸素濃縮器、11……酸素富化空気取出口 12……酸素富化空気供給チユーブ 13……医療用カニユーラ 14……ドレンキヤツチヤー 15……ミスト用フイルター、16……電熱線 17……電力供給コネクター、18……流量計 20……除湿膜、A……供給大気 B……排気、C……酸素富化空気 C2……除湿ガス、C3……除湿前ガス D……ドレン、T1、T2……主管
Claims (4)
- 【請求項1】酸素富化膜モジュールより得られる酸素富
化空気を真空引きした後に冷却し、該酸素富化空気中に
凝縮する水分をドレン分離器によって除去して、該酸素
富化空気中の含有湿分を軽減処理する酸素濃縮装置にお
いて、前記ドレン分離器を出る除湿前の酸素富化空気中
の残留湿分を、除湿膜モジュールを介して除湿前の酸素
富化空気中へ移行させ、該ドレン分離器へ移送するよう
にしたことを特徴とする酸素濃縮装置の除湿方法。 - 【請求項2】真空ポンプ、酸素富化膜モジュール、ガス
冷却器、ドレン分離器を備える酸素濃縮器において、ド
レン分離後の酸素富化空気を、二次側が真空ポンプの吸
引側に接続された除湿膜モジュールの一次側に導入し
て、酸素富化空気の過剰の水蒸気を除湿する機構を具備
した酸素濃縮装置の除湿装置。 - 【請求項3】真空ポンプ、酸素富化膜モジュール、ガス
冷却器、ドレン分離器を備える酸素濃縮器において、ド
レン分離後の酸素富化空気を真空ポンプの排熱を利用す
るガス加熱器を経由した後、二次側が前記真空ポンプの
吸引側に接続された除湿膜モジュールの一次側に導入し
て、酸素富化空気の過剰の水蒸気を除湿する機構を具備
した酸素濃縮装置の除湿装置。 - 【請求項4】真空ポンプ、酸素富化膜モジュール、ガス
冷却器、ドレン分離器を備える酸素濃縮器において、ド
レン分離後の酸素富化空気を、二次側が真空ポンプの吸
引側に接続された除湿膜モジュールの一次側に導入し
て、酸素富化空気の過剰の水蒸気を除湿する機構を具備
し、真空ポンプと酸素富化膜モジュールの間に流量分配
機構を配置し、除湿膜モジュールの二次側を流通する酸
素富化空気量を制御することで、除湿量を調整可能とし
た酸素濃縮装置の除湿装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62205803A JPH0783818B2 (ja) | 1987-08-19 | 1987-08-19 | 酸素濃縮装置の除湿方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62205803A JPH0783818B2 (ja) | 1987-08-19 | 1987-08-19 | 酸素濃縮装置の除湿方法およびその装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6447422A JPS6447422A (en) | 1989-02-21 |
JPH0783818B2 true JPH0783818B2 (ja) | 1995-09-13 |
Family
ID=16512943
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62205803A Expired - Lifetime JPH0783818B2 (ja) | 1987-08-19 | 1987-08-19 | 酸素濃縮装置の除湿方法およびその装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0783818B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4547134B2 (ja) * | 2003-07-02 | 2010-09-22 | 博之 横井 | 酸素濃縮装置 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56151606U (ja) * | 1980-04-10 | 1981-11-13 |
-
1987
- 1987-08-19 JP JP62205803A patent/JPH0783818B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6447422A (en) | 1989-02-21 |
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