JPH11139806A - 医療用吸着型酸素濃縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 医療用吸着型酸素濃縮装置において、吸着剤
の窒素吸着性能の低下を防止し、長期に安定的に性能を
維持する。 【解決手段】 医療用吸着型酸素濃縮装置において、該
吸着筒の構造が筒状であり、吸着剤を支持し気体の流れ
を吸着筒断面に均一にするための分散板構造を該吸着筒
の両端に備え、少なくとも一方の該分散板がバネにより
支持されるものであり、かつ、筒状容器の可逆的開閉可
能な蓋が圧縮空気供給側にあることを特徴とする医療用
吸着型酸素濃縮装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大気中から酸素濃
縮気体を分離して使用するための酸素濃縮装置に関す
る。更に詳細には、医療用吸着型酸素濃縮装置に関し、
吸着剤の吸湿劣化を防ぎ、かつ吸着剤の部分交換を可能
にし、酸素濃縮気体を安定した濃度で使用者に供給でき
るようにした、改善された酸素濃縮装置を提供するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年喘息、肺気腫症、慢性気管支炎等の
呼吸器系疾患に苦しむ患者が増加する傾向にあるが、そ
の最も効果的な治療法の一つとして酸素吸入療法があ
る。

【０００３】かかる酸素吸入療法とは、酸素ガスあるい
は酸素濃縮気体を患者に供給させるものであって、その
酸素ガスや酸素濃縮気体の供給源として酸素ボンベが従
来より用いられてきた。最近、空気中から酸素濃縮気体
を直接分離する酸素濃縮装置が開発され、特に窒素を選
択的に吸着し得る吸着剤を用いた吸着型酸素濃縮装置
が、使用時の利便性、保守管理の容易さから次第に普及
するようになって来ている。

【０００４】かかる吸着型酸素濃縮装置としては、コン
プレッサーを用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置があ
り、通常、酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤
を充填した吸着床にコンプレッサーで圧縮空気を導入し
て加圧状態で窒素を吸着させることにより酸素濃縮気体
を得る吸着工程と、吸着床の内圧を減少させて窒素を脱
着させ吸着剤の再生を行う脱着工程を交互に行うことに
より酸素濃縮気体を得る装置である。

【０００５】吸着床で精製された酸素濃縮気体は一時的
にサージタンクに貯留され、ここから使用者に連続的に
供給されるとともに、サージタンク内に貯留された酸素
濃縮気体を吸着床に逆流させて、吸着床の再加圧や吸着
床の脱着のためのリンス用として用いられることが多
い。

【０００６】かかる酸素よりも窒素を選択的に吸着する
吸着剤としては、モレキュラーシーブゼオライト５Ａ、
あるいは１３Ｘを単体で充填したものが広く用いられて
いる。

【０００７】また、近年米国にて、特公平５−２５５２
７号公報に示される従来の吸着剤よりも高性能の窒素吸
着剤が開発され、例えば、ＳiＯ２/Ａl２Ｏ３比が２．
０〜３．０であるＸ型ゼオライトであり、かつそのＡl
Ｏ４四面体単位の少なくとも８８％がリチウムカチオン
と会合した結晶性ゼオライトなどは、少量の空気供給量
で従来よりも効率的に酸素を濃縮できる。しかし、充填
剤の価格が従来品よりも高価であるという問題がある。

【０００８】これらゼオライト吸着剤は、酸素分子より
も窒素分子との吸着親和力が強いが、これらよりも増し
て水分子との吸着親和力が強いという特徴を備えてい
る。水分子は真空脱気だけでは脱着しにくく、長期使用
においては水が徐々に蓄積される恐れがあり、窒素吸着
能力の低下、吸着剤の劣化、ひいては酸素濃度の低下を
引き起こす危険性がある。

【０００９】圧力変動吸着型酸素濃縮装置に用いられる
吸着筒は、一般的に一方が溶接構造の蓋を有し、他端が
吸着剤を充填するために開放端を有する構造となってい
る。

【００１０】かかる吸着筒を垂直に立てる場合、開放端
は上部に置き、下方から圧縮空気を供給する方法が一般
的である。

【００１１】吸着剤を支持する手段も目皿などの分散板
を使用するもの、海綿状のもの、あるいは不織布等を敷
いて吸着剤を支持するものなど種々の手段がとられてい
る。なかでも吸着筒の半径方向の速度成分を出来るだけ
少なくすることで筒内の空気の流れを均一にし、筒半径
方向の温度分布を出来るだけ均一にするため、分散板が
用いられている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】医療用酸素濃縮装置に
おいては、治療に必要な酸素量を安定的に供給できるこ
とが重要であり、長期に安定的に性能を維持することが
重要である。しかし、吸着型酸素濃縮装置においては、
吸着剤の強い吸湿性のために吸着剤の窒素吸着性能の低
下を引き起こす欠点がある。

【００１３】これらを改善するため吸着型酸素濃縮装置
においては種々の工夫がなされている。例えば、吸脱着
のサイクルタイムを数秒間隔で切り替える方法や、脱着
を大気圧ではなく高真空で行う方法などがある。また、
吸着筒に入る前の空気を除湿する方法もある。しかし、
在宅用医療用機器としては制約もあり、何れの方法も問
題を抱えている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる課題
に対して鋭意研究した結果、一筒式の吸着筒を用いた場
合、吸着筒内の吸着剤の吸湿部分は空気入口側の僅かな
部分であることを見出した。そして、この事実に基づい
て、実用上吸着剤の交換不要にするための装置改善をす
ることが有効であることを見出した。

【００１５】すなわち、本願発明は、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筒と、該吸着筒
に空気を送るための圧縮空気供給手段と、濃縮された酸
素を使用者に供給するための酸素供給手段を備えた医療
用吸着型酸素濃縮装置において、該吸着筒の構造が筒状
であり、吸着剤を支持し気体の流れを吸着筒断面に均一
にするための分散板構造を該吸着筒の両端に備え、少な
くとも一方の該分散板がバネにより支持されるものであ
り、かつ、筒状容器の可逆的開閉可能な蓋が圧縮空気供
給側にあることを特徴とする医療用吸着型酸素濃縮装置
を提供するものである。

【００１６】また、本願発明は、該吸着筒の圧縮空気供
給手段側の吸着剤が、筒径と同じ高さ以内の部分、或い
は高さ５ｃｍ以下の部分まで分離して取り出すことが可
能な手段を備えたことを特徴とする該医療用吸着型酸素
濃縮装置を提供するものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】従来の吸着筒においては溶接部分
が吸着筒下部にあり、吸着筒下部から圧縮空気が導入さ
れる構造となっていた。医療用酸素濃縮装置において
は、除湿装置などの余分な装置を装着することは困難で
あり、大気中の空気がそのまま吸着筒に供給される。こ
の場合、圧縮空気の入口側すなわち、吸着筒の蓋の溶接
された方の吸着剤が最も吸湿される。しかも、この部分
は溶接側であるために、吸着剤の部分交換は不可能であ
り、吸着剤の全交換が必要となる。

【００１８】また。吸着筒の上部、即ち精製された酸素
ガスが取り出される側は本来、湿度０％の酸素ガスが放
出されるため、吸湿劣化は起こらないはずである。しか
し、上部吸着筒の蓋はＯリングを介して密閉され、ネジ
止めされてはいるものの、長期運転後にはＯリングの劣
化などで製品タンク側の吸着剤も一部吸湿を起こす。

【００１９】これに対して、本願発明の吸着筒において
は、空気取り入れ口側に吸着筒の開放端を設け、溶接構
造の蓋部分を濃縮酸素取り出し側に設けた。これによ
り、長期運転においても製品タンク側、即ち溶接側の吸
湿を防止することが可能となる。更に、原料空気供給側
は吸着筒の開放端側であるために、吸湿した吸着剤の一
部交換が可能となる。

【００２０】従って、吸着筒を本構造にすることによっ
て長期間安定的に使用することが可能であり、万が一吸
湿した場合においても、原料空気供給側の僅かな部分の
みを交換するだけで性能回復が出来る。

【００２１】吸着剤として、Ｌｉ系ゼオライトなどの高
価なものを使用する医療用酸素濃縮装置においては、更
に有用な手段である。更に、本願の医療用酸素濃縮装置
においては、吸着筒に用いる吸着剤として酸素濃縮部本
体とは別の、安価な吸着剤を原料空気供給側に使用する
ことも可能である。

【００２２】また、この僅かな吸湿部分を前処理機能を
持たせるため吸着剤を充填した別の容器として吸着筒本
体の上流側に設けることも可能である。この場合、吸着
剤が劣化した場合、この容器ごと取り替えることも可能
となる。特に酸素濃縮では最初に空気と吸着剤が接触す
る部分で激しく吸着が行われ、それに伴う熱の授受が激
しく行われるため、かかる容器は特に加熱、除熱が行わ
れやすい構造が好ましい。更に前処理機能を持たせた部
分を独立させることによりその効果が発揮される。

【００２３】

【実施例】本願発明の医療用吸着型酸素濃縮装置の好ま
しい態様例を図１に示す。内径６５mm、高さ３６０mmの
円筒型吸着筒に溶接構造の蓋を部分を下部にして複数の
細孔を備えた目皿を置き、酸素よりも窒素を選択的に吸
着する吸着剤として５Ａ型ゼオライトを充填した。更
に、その上に目皿を置き、バネ手段で目皿及び吸着剤を
固定、保持する与荷重機構を備え、上部をＯリングを備
えた上部蓋で荷重をかけ、ネジ止めした。かかる吸着筒
を従来の酸素濃縮装置の吸着筒とは上下逆にして、図１
に示すように開放端側であるネジ止めした蓋側から原料
空気をコンプレッサーで供給し、密閉端である溶接構造
の蓋側から濃縮酸素を取り出すように吸着筒を配置し、
図５に示すような医療用吸着型酸素濃縮装置を作成し
た。

【００２４】かかる吸着筒を備えた医療用吸着型酸素濃
縮装置を６０００時間連続運転し、吸着筒内の吸着剤の
吸湿状態を調べた。図３に示すように、脱着時の真空到
達度を−０．５kg／cm²・Ｇで運転した場合、吸着筒入口
側から３．５cmの厚さまでの吸着剤が吸湿劣化してお
り、また、脱着時の真空到達度を−０．７kg／cm²・Ｇで
運転した場合には、吸着筒入口側から２cmの厚さまでの
吸着剤に吸湿劣化の現象が認められた。また、筒入口側
から５cm以降の吸着剤には全く吸湿劣化は認められなか
った。

【００２５】一方、従来のように吸着筒の向きを逆にし
た場合、筒頂側の吸着剤にも吸湿現象が認められ、長期
運転によって、Ｏリング等のシール漏れが起こっている
ことが示唆された。

【００２６】別の好ましい態様例として、図２に示すよ
うに、吸着剤を２段に分けて、メインの窒素吸着剤とし
て溶接構造端側にＬｉ系ゼオライト吸着剤、原料空気供
給側に５cm厚さで５Ａ型ゼオライトをメッシュ構造の容
器に充填して積層し、吸着筒を構成した。

【００２７】この様な、筒径と同じ高さ以内の部分、或
いは高さ５ｃｍ以下の部分まで分離して取り出すことが
可能な手段を備えることで、充填量の数分の１〜１０分
の１程度の吸湿劣化した部分のみを交換するだけで、吸
着筒を初期性能に回復させることが出来る。

【００２８】

【発明の効果】本願発明の医療用吸着型酸素濃縮装置に
おいては、吸着剤の吸湿劣化する部分を圧縮空気供給側
の部分に最小限に限定することが出来、かつ劣化した場
合にその劣化部分のみを交換することで吸着性能を回復
することが可能となる。従って、吸湿劣化による吸着剤
の全交換が不要となり、資源の節約が図れるものであ
る。特に、原料空気の供給側と吸着剤の充填口側を共通
にすることにより、吸湿劣化する部分を供給側のみにす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の医療用吸着型酸素濃縮装置における
吸着筒の好ましい態様例。

【図２】本願発明の医療用吸着型酸素濃縮装置における
吸着筒の好ましい態様例。

【図３】本願発明の吸着筒内の吸着剤の吸湿分布グラ
フ。

【図４】本願発明の医療用吸着型酸素濃縮装置の好まし
い態様例。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着
   剤を充填した一筒又は複数の吸着筒と、該吸着筒に空気
   を送るための圧縮空気供給手段と、濃縮された酸素を使
   用者に供給するための酸素供給手段を備えた医療用吸着
   型酸素濃縮装置において、該吸着筒の構造が筒状であ
   り、吸着剤を支持し気体の流れを吸着筒断面に均一にす
   るための分散板構造を該吸着筒の両端に備え、少なくと
   も一方の該分散板がバネにより支持されるものであり、
   かつ、筒状容器の可逆的開閉可能な蓋が圧縮空気供給側
   にあることを特徴とする医療用吸着型酸素濃縮装置。
2. 【請求項２】 該吸着筒の圧縮空気供給手段側の吸着剤
   が、筒径と同じ高さ以内の部分、或いは高さ５ｃｍ以下
   の部分まで分離して取り出すことが可能な手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の医療用吸着型酸素濃縮
   装置。
3. 【請求項３】 該分離して取り出すことが可能な手段
   が、メッシュ構造の、容器または袋状であることを特徴
   とする請求項２記載の医療用吸着型酸素濃縮装置。