JPH11207128A - 酸素濃縮機およびその制御方法 - Google Patents
酸素濃縮機およびその制御方法Info
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- JPH11207128A JPH11207128A JP10016525A JP1652598A JPH11207128A JP H11207128 A JPH11207128 A JP H11207128A JP 10016525 A JP10016525 A JP 10016525A JP 1652598 A JP1652598 A JP 1652598A JP H11207128 A JPH11207128 A JP H11207128A
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- Japan
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- gas
- oxygen
- flow rate
- adsorption chamber
- product gas
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸素濃縮機の低消費電力化を図るとともに、
高い酸素収率で製品ガスを取出す。 【解決手段】 酸素濃縮機の起動時には、取出す製品ガ
ス中の酸素濃度を短時間で設定値に近づけるために、コ
ンプレッサ能力を最大限にし、かつそれにみあった加圧
時間にする。その後、製品ガス取出流量が決定されれ
ば、製品ガス取出流量に応じて最適供給空気流量を決定
するとともに、最適加圧時間を決定する。決定した最適
供給空気流量となるようにコンプレッサ能力を制御し、
決定した最適加圧時間となるように入口弁・排出弁の開
閉制御を行なう。
高い酸素収率で製品ガスを取出す。 【解決手段】 酸素濃縮機の起動時には、取出す製品ガ
ス中の酸素濃度を短時間で設定値に近づけるために、コ
ンプレッサ能力を最大限にし、かつそれにみあった加圧
時間にする。その後、製品ガス取出流量が決定されれ
ば、製品ガス取出流量に応じて最適供給空気流量を決定
するとともに、最適加圧時間を決定する。決定した最適
供給空気流量となるようにコンプレッサ能力を制御し、
決定した最適加圧時間となるように入口弁・排出弁の開
閉制御を行なう。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、呼吸器疾患患者
等に対して在宅酸素療法を行なうための酸素濃縮機に関
するものであり、特に、空気中の窒素を吸着剤に吸着さ
せて分離し、濃縮した酸素を含む製品ガスを取出す圧力
変動吸着型（ＰＳＡ）酸素濃縮機に関するものである。
等に対して在宅酸素療法を行なうための酸素濃縮機に関
するものであり、特に、空気中の窒素を吸着剤に吸着さ
せて分離し、濃縮した酸素を含む製品ガスを取出す圧力
変動吸着型（ＰＳＡ）酸素濃縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】圧力
変動吸着型酸素濃縮機は、空気中から窒素を選択的に吸
着し得る吸着剤を含む吸着室と、吸着室に空気を供給す
る送風手段と、吸着室から取出された酸素濃縮ガスを貯
留するガス貯留手段と、ガス貯留手段から酸素濃縮ガス
を取出すガス取出手段とを備える。
変動吸着型酸素濃縮機は、空気中から窒素を選択的に吸
着し得る吸着剤を含む吸着室と、吸着室に空気を供給す
る送風手段と、吸着室から取出された酸素濃縮ガスを貯
留するガス貯留手段と、ガス貯留手段から酸素濃縮ガス
を取出すガス取出手段とを備える。
【０００３】酸素濃縮機からの製品ガス取出流量は、使
用者によって適宜調節される。たとえば、１リットル／
分で取出される場合もあれば、３リットル／分で取出さ
れる場合もある。
用者によって適宜調節される。たとえば、１リットル／
分で取出される場合もあれば、３リットル／分で取出さ
れる場合もある。
【０００４】従来から提供されている一般的な酸素濃縮
機においては、製品ガスの最大取出流量に対応できるよ
うにするために、送風手段としてのコンプレッサ能力を
最大取出流量に合わせて設定していた。コンプレッサ
は、製品ガス取出流量の大小にかかわらず、設定された
能力のままで連続運転される。
機においては、製品ガスの最大取出流量に対応できるよ
うにするために、送風手段としてのコンプレッサ能力を
最大取出流量に合わせて設定していた。コンプレッサ
は、製品ガス取出流量の大小にかかわらず、設定された
能力のままで連続運転される。
【０００５】そのため、製品ガス取出流量が少ないとき
には、コンプレッサは過剰能力で運転されることにな
る。言い換えれば、過剰電力が消費されたことになる。
には、コンプレッサは過剰能力で運転されることにな
る。言い換えれば、過剰電力が消費されたことになる。
【０００６】特開平３−１３１５０４号公報は、コンプ
レッサ消費電力低減のために、製品ガス取出流量に応じ
て吸着剤に対する脱着工程の時間を調整することによっ
て、コンプレッサの低負荷での運転時間を長くすること
を提案している。しかしながら、コンプレッサの能力自
体を調整していないので、消費電力の低減は不十分であ
る。
レッサ消費電力低減のために、製品ガス取出流量に応じ
て吸着剤に対する脱着工程の時間を調整することによっ
て、コンプレッサの低負荷での運転時間を長くすること
を提案している。しかしながら、コンプレッサの能力自
体を調整していないので、消費電力の低減は不十分であ
る。
【０００７】我が国には、電源周波数が５０Ｈｚの地域
と６０Ｈｚの地域とがある。電源周波数が異なればコン
プレッサを駆動するモータの回転数やトルクが異なって
くるので、コンプレッサの能力が変化する。コンプレッ
サ能力の変化は、吸着室での空気供給流量の変化をもた
らす。そのため、運転条件が同じであれば、電源周波数
の変化によって取出した製品ガス中の酸素濃度が異なっ
てくる。たとえば、同じ製品ガス取出流量であるとする
と、６０Ｈｚの地域における製品ガス中の酸素濃度が５
０Ｈｚ地域のものよりも高くなる。
と６０Ｈｚの地域とがある。電源周波数が異なればコン
プレッサを駆動するモータの回転数やトルクが異なって
くるので、コンプレッサの能力が変化する。コンプレッ
サ能力の変化は、吸着室での空気供給流量の変化をもた
らす。そのため、運転条件が同じであれば、電源周波数
の変化によって取出した製品ガス中の酸素濃度が異なっ
てくる。たとえば、同じ製品ガス取出流量であるとする
と、６０Ｈｚの地域における製品ガス中の酸素濃度が５
０Ｈｚ地域のものよりも高くなる。
【０００８】実開平５−４４２２２号公報は、製品ガス
中の酸素濃度を一定に維持するために、電源周波数に応
じて、吸着室へ原料空気を加圧供給する工程と、吸着室
内のガスを減圧排気する工程とを交番的に切換えるため
の切換時間を調整することを提案している。しかしなが
ら、この公報に開示された酸素濃縮機においては、コン
プレッサ能力は一定のままであるので、消費電力の低減
にはつながらない。
中の酸素濃度を一定に維持するために、電源周波数に応
じて、吸着室へ原料空気を加圧供給する工程と、吸着室
内のガスを減圧排気する工程とを交番的に切換えるため
の切換時間を調整することを提案している。しかしなが
ら、この公報に開示された酸素濃縮機においては、コン
プレッサ能力は一定のままであるので、消費電力の低減
にはつながらない。
【０００９】酸素濃縮機を起動する際、または製品ガス
取出流量の設定値を低い値から高い値に変更する際、取
出す製品ガス中の酸素濃度が所定の値になるまでに時間
を要する。そのため、起動時や取出流量設定変更時に、
製品ガス中の酸素濃度を短時間で所定値にまで上昇させ
ることのできる酸素濃縮機が望まれる。
取出流量の設定値を低い値から高い値に変更する際、取
出す製品ガス中の酸素濃度が所定の値になるまでに時間
を要する。そのため、起動時や取出流量設定変更時に、
製品ガス中の酸素濃度を短時間で所定値にまで上昇させ
ることのできる酸素濃縮機が望まれる。
【００１０】この発明の１つの目的は、酸素濃縮機の消
費電力を低減することである。この発明の他の目的は、
電源周波数の変化にかかわらず、製品ガス中の酸素濃度
を一定に維持できるようにすることである。
費電力を低減することである。この発明の他の目的は、
電源周波数の変化にかかわらず、製品ガス中の酸素濃度
を一定に維持できるようにすることである。
【００１１】この発明のさらに他の目的は、酸素濃縮機
の起動時や製品ガス取出流量の設定変更時に、製品ガス
中の酸素濃度を短時間に所望の値にまで上昇させること
ができるようにすることである。
の起動時や製品ガス取出流量の設定変更時に、製品ガス
中の酸素濃度を短時間に所望の値にまで上昇させること
ができるようにすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明は、空気中から
窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を含む吸着室と、吸着
室に空気を供給する送風手段と、吸着室から取出された
酸素濃縮ガスを貯留するガス貯留手段と、ガス貯留手段
から酸素濃縮ガスを取出すガス取出手段とを備えた酸素
濃縮機を前提とする。
窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を含む吸着室と、吸着
室に空気を供給する送風手段と、吸着室から取出された
酸素濃縮ガスを貯留するガス貯留手段と、ガス貯留手段
から酸素濃縮ガスを取出すガス取出手段とを備えた酸素
濃縮機を前提とする。
【００１３】請求項１に記載の発明は、製品ガス取出流
量に応じて、送風手段を介して吸着室に供給される空気
の流量を決定する供給空気流量決定手段と、製品ガス取
出流量に応じて、吸着室内でのガス加圧時間を決定する
加圧時間決定手段とを備えることを特徴とする。
量に応じて、送風手段を介して吸着室に供給される空気
の流量を決定する供給空気流量決定手段と、製品ガス取
出流量に応じて、吸着室内でのガス加圧時間を決定する
加圧時間決定手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】請求項１に記載の発明によれば、製品ガス
取出流量に応じて供給空気流量を調整するので、低消費
電力化を図ることができる。また、製品ガス取出流量に
応じてガス加圧時間を調整するので、高い酸素収率で製
品ガスを取出すことができる。
取出流量に応じて供給空気流量を調整するので、低消費
電力化を図ることができる。また、製品ガス取出流量に
応じてガス加圧時間を調整するので、高い酸素収率で製
品ガスを取出すことができる。
【００１５】請求項２に記載したように、酸素濃縮機
は、好ましくは、入口弁と、排出弁と、入口弁・排出弁
開閉制御手段とを備える。入口弁は、送風手段と吸着室
とを結ぶガス流路を開閉する。排出弁は、吸着室からガ
スを排気するガス流路を開閉する。入口弁・排出弁開閉
制御手段は、決定されたガス加圧時間に応じて、入口弁
および排出弁の開閉制御を行なう。
は、好ましくは、入口弁と、排出弁と、入口弁・排出弁
開閉制御手段とを備える。入口弁は、送風手段と吸着室
とを結ぶガス流路を開閉する。排出弁は、吸着室からガ
スを排気するガス流路を開閉する。入口弁・排出弁開閉
制御手段は、決定されたガス加圧時間に応じて、入口弁
および排出弁の開閉制御を行なう。
【００１６】請求項３に記載したように、送風手段は、
好ましくは、コンプレッサと、決定された供給空気流量
に応じてコンプレッサの能力を制御するコンプレッサ能
力制御手段とを備える。
好ましくは、コンプレッサと、決定された供給空気流量
に応じてコンプレッサの能力を制御するコンプレッサ能
力制御手段とを備える。
【００１７】請求項４に記載したように、酸素濃縮機
は、好ましくは、酸素濃度検出手段と、酸素濃度比較手
段とを備える。酸素濃度検出手段は、吸着室から取出さ
れる酸素濃縮ガスの酸素濃度を検出する。酸素濃度比較
手段は、検出した酸素濃度と予め設定した酸素濃度とを
比較する。検出酸素濃度が設定酸素濃度を下回ることが
判別されたのに応じて、供給空気流量決定手段および加
圧時間決定手段は、それぞれ、設定酸素濃度に近づける
ように供給空気流量および加圧時間を調整する。
は、好ましくは、酸素濃度検出手段と、酸素濃度比較手
段とを備える。酸素濃度検出手段は、吸着室から取出さ
れる酸素濃縮ガスの酸素濃度を検出する。酸素濃度比較
手段は、検出した酸素濃度と予め設定した酸素濃度とを
比較する。検出酸素濃度が設定酸素濃度を下回ることが
判別されたのに応じて、供給空気流量決定手段および加
圧時間決定手段は、それぞれ、設定酸素濃度に近づける
ように供給空気流量および加圧時間を調整する。
【００１８】上記請求項４に記載の発明によれば、適用
される電源周波数が異なった場合でも取出した製品ガス
中の酸素濃度を同一に維持することができる。また、長
期間の使用によって吸着剤の性能が劣化してきた場合で
あっても、取出す製品ガス中の酸素濃度をほぼ一定に維
持することができる。
される電源周波数が異なった場合でも取出した製品ガス
中の酸素濃度を同一に維持することができる。また、長
期間の使用によって吸着剤の性能が劣化してきた場合で
あっても、取出す製品ガス中の酸素濃度をほぼ一定に維
持することができる。
【００１９】請求項５に記載の発明は酸素濃縮機の制御
方法であって、ガス取出手段を介して取出される製品ガ
ス取出流量の設定値に応じて、送風手段を介して吸着室
に供給される供給空気流量を決定するとともに、吸着室
内でのガス加圧時間を決定することを特徴とする。
方法であって、ガス取出手段を介して取出される製品ガ
ス取出流量の設定値に応じて、送風手段を介して吸着室
に供給される供給空気流量を決定するとともに、吸着室
内でのガス加圧時間を決定することを特徴とする。
【００２０】上記請求項５に記載の発明によれば、低消
費電力化を図ることができるとともに、高い酸素収率で
製品ガスを取出すことができる。
費電力化を図ることができるとともに、高い酸素収率で
製品ガスを取出すことができる。
【００２１】請求項６に記載の発明は、酸素濃縮機の制
御方法であって、起動時に、製品ガス取出流量の値にか
かわりなく送風手段の能力を上げて作動させ、その後徐
々に製品ガス取出流量設定値に適合した能力となるまで
送風手段の能力を連続的に下げていくことを特徴とす
る。
御方法であって、起動時に、製品ガス取出流量の値にか
かわりなく送風手段の能力を上げて作動させ、その後徐
々に製品ガス取出流量設定値に適合した能力となるまで
送風手段の能力を連続的に下げていくことを特徴とす
る。
【００２２】上記請求項６に記載の発明によれば、起動
時に、製品ガス中の酸素濃度を短時間で所望の値に上昇
させることができる。
時に、製品ガス中の酸素濃度を短時間で所望の値に上昇
させることができる。
【００２３】請求項７に記載の発明は酸素濃縮機の制御
方法であって、製品ガス取出流量の設定値を変更した
際、一時的に送風手段の能力を上げて作動させ、その後
徐々に新たな製品ガス取出流量設定値に適合した能力と
なるまで送風手段の能力を連続的に下げてくことを特徴
とする。
方法であって、製品ガス取出流量の設定値を変更した
際、一時的に送風手段の能力を上げて作動させ、その後
徐々に新たな製品ガス取出流量設定値に適合した能力と
なるまで送風手段の能力を連続的に下げてくことを特徴
とする。
【００２４】上記請求項７に記載の発明によれば、製品
ガス取出流量設定値を変更した際に、製品ガス中の酸素
濃度を短時間で所望の値にまで上昇させることができ
る。
ガス取出流量設定値を変更した際に、製品ガス中の酸素
濃度を短時間で所望の値にまで上昇させることができ
る。
【００２５】請求項８に記載したように、好ましくは、
送風手段の能力を下げていくのに応じて、吸着室内での
ガス加圧時間の長さを調整する。このようにすることに
より、高い酸素収率で製品ガスを取出すことができる。
送風手段の能力を下げていくのに応じて、吸着室内での
ガス加圧時間の長さを調整する。このようにすることに
より、高い酸素収率で製品ガスを取出すことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】図１に示す酸素濃縮機は、コンプ
レッサ１と、第１吸着筒２と、第２吸着筒３と、アキュ
ムレータタンク４と、入口弁５，６と、排気弁７，８
と、加圧弁９と、チェック弁１０とを備える。第１吸着
筒２および第２吸着筒３は、それぞれ、空気中から窒素
を選択的に吸着し得る吸着剤を含む。コンプレッサ１
は、モータによって駆動されて空気を第１吸着筒２およ
び第２吸着筒３に供給する。第１吸着筒２および第２吸
着筒３から取出された酸素濃縮ガスはアキュムレータタ
ンク４に貯留される。このアキュムレータタンク４に貯
留された酸素濃縮ガスは、図示していないガス取出手段
によって製品ガスとして取出される。
レッサ１と、第１吸着筒２と、第２吸着筒３と、アキュ
ムレータタンク４と、入口弁５，６と、排気弁７，８
と、加圧弁９と、チェック弁１０とを備える。第１吸着
筒２および第２吸着筒３は、それぞれ、空気中から窒素
を選択的に吸着し得る吸着剤を含む。コンプレッサ１
は、モータによって駆動されて空気を第１吸着筒２およ
び第２吸着筒３に供給する。第１吸着筒２および第２吸
着筒３から取出された酸素濃縮ガスはアキュムレータタ
ンク４に貯留される。このアキュムレータタンク４に貯
留された酸素濃縮ガスは、図示していないガス取出手段
によって製品ガスとして取出される。
【００２７】入口弁５および６は、それぞれ、コンプレ
ッサ１と第１および第２吸着筒２，３とを結ぶガス流路
を開閉する。排気弁７および８は、それぞれ、第１およ
び第２吸着筒２，３からガスを排気するガス流路を開閉
する。加圧弁９は、第１吸着筒２と第２吸着筒３とを結
ぶガス流路を開閉する。チェック弁１０は、第１および
第２吸着筒２，３から取出された所定圧のガスがアキュ
ムレータタンク４へ向かって流れるのを許容するが、逆
方向への流れを禁止する。
ッサ１と第１および第２吸着筒２，３とを結ぶガス流路
を開閉する。排気弁７および８は、それぞれ、第１およ
び第２吸着筒２，３からガスを排気するガス流路を開閉
する。加圧弁９は、第１吸着筒２と第２吸着筒３とを結
ぶガス流路を開閉する。チェック弁１０は、第１および
第２吸着筒２，３から取出された所定圧のガスがアキュ
ムレータタンク４へ向かって流れるのを許容するが、逆
方向への流れを禁止する。
【００２８】図２は、酸素濃縮機の加圧／排気サイクル
を示す。説明の便宜上、サイクルを６つのステップに分
け、各ステップに対応したガスの流れを図３〜図８に示
す。図２〜図８を参照しながら、酸素濃縮機の加圧／排
気サイクルを説明する。
を示す。説明の便宜上、サイクルを６つのステップに分
け、各ステップに対応したガスの流れを図３〜図８に示
す。図２〜図８を参照しながら、酸素濃縮機の加圧／排
気サイクルを説明する。
【００２９】なお、図３〜図８中において、入口弁、排
気弁および加圧弁に対して「○」印および「×」印を付
したが、「○」印は開状態を示し、「×」印は閉状態を
示す。
気弁および加圧弁に対して「○」印および「×」印を付
したが、「○」印は開状態を示し、「×」印は閉状態を
示す。
【００３０】（ステップ１）入口弁５および加圧弁９が
開き、入口弁６、排気弁７および排気弁８が閉じてい
る。コンプレッサ１から供給される空気は入口弁５を通
って第１吸着筒２内に送られる。第２吸着筒３から取出
される酸素濃縮ガスはチェック弁１０を通ってアキュム
レータタンク４へ送られるとともに、加圧弁９を通って
第１吸着筒２にも送られる。
開き、入口弁６、排気弁７および排気弁８が閉じてい
る。コンプレッサ１から供給される空気は入口弁５を通
って第１吸着筒２内に送られる。第２吸着筒３から取出
される酸素濃縮ガスはチェック弁１０を通ってアキュム
レータタンク４へ送られるとともに、加圧弁９を通って
第１吸着筒２にも送られる。
【００３１】（ステップ２）入口弁５および排気弁８が
開き、入口弁６および排気弁７および加圧弁９が閉じ
る。コンプレッサ１から送り出された空気は入口弁５を
通って第１吸着筒２内に供給され、ここで窒素を吸着剤
に吸着させて分離する。第１吸着筒２から取出される酸
素濃縮ガスはチェック弁１０を通ってアキュムレータタ
ンク４に送られる。第２吸着筒３内の窒素リッチのガス
は排気弁８を通って減圧排気される。
開き、入口弁６および排気弁７および加圧弁９が閉じ
る。コンプレッサ１から送り出された空気は入口弁５を
通って第１吸着筒２内に供給され、ここで窒素を吸着剤
に吸着させて分離する。第１吸着筒２から取出される酸
素濃縮ガスはチェック弁１０を通ってアキュムレータタ
ンク４に送られる。第２吸着筒３内の窒素リッチのガス
は排気弁８を通って減圧排気される。
【００３２】（ステップ３）入口弁５および加圧弁９が
開き、入口弁６、排気弁７および排気弁８が閉じる。第
１吸着筒２から取出される酸素濃縮ガスはアキュムレー
タタンク４へ送られるとともに、加圧弁９を通って第２
吸着筒３へも送られる。
開き、入口弁６、排気弁７および排気弁８が閉じる。第
１吸着筒２から取出される酸素濃縮ガスはアキュムレー
タタンク４へ送られるとともに、加圧弁９を通って第２
吸着筒３へも送られる。
【００３３】（ステップ４）入口弁５、排気弁７，８が
閉じ、入口弁６および加圧弁９が開く。第１吸着筒２へ
の空気の供給は遮断される。第１吸着筒２から取出され
る酸素濃縮ガスはアキュムレータタンク４へ送られると
同時に、加圧弁９を通って第２吸着筒３へも送られる。
第２吸着筒３へは、コンプレッサ１から送り出された空
気が入口弁６を通って供給される。
閉じ、入口弁６および加圧弁９が開く。第１吸着筒２へ
の空気の供給は遮断される。第１吸着筒２から取出され
る酸素濃縮ガスはアキュムレータタンク４へ送られると
同時に、加圧弁９を通って第２吸着筒３へも送られる。
第２吸着筒３へは、コンプレッサ１から送り出された空
気が入口弁６を通って供給される。
【００３４】（ステップ５）入口弁６および排気弁７が
開き、入口弁５、排気弁８および加圧弁９が閉じる。第
１吸着筒２内の窒素リッチのガスは排気弁７を通って減
圧排気される。第２吸着筒３から取出される酸素濃縮ガ
スはチェック弁１０を通ってアキュムレータタンク４へ
送られる。
開き、入口弁５、排気弁８および加圧弁９が閉じる。第
１吸着筒２内の窒素リッチのガスは排気弁７を通って減
圧排気される。第２吸着筒３から取出される酸素濃縮ガ
スはチェック弁１０を通ってアキュムレータタンク４へ
送られる。
【００３５】（ステップ６）入口弁６および加圧弁９が
開き、入口弁５、排気弁７，８が閉じる。第２吸着筒３
から取出される酸素濃縮ガスはアキュムレータタンク４
へ送られると同時に、加圧弁９を通って第１吸着筒２へ
も送られる。
開き、入口弁５、排気弁７，８が閉じる。第２吸着筒３
から取出される酸素濃縮ガスはアキュムレータタンク４
へ送られると同時に、加圧弁９を通って第１吸着筒２へ
も送られる。
【００３６】上記ステップ１〜６のサイクルが連続して
行なわれる。本願発明者は、酸素濃縮機の低消費電力化
を図るとともに、高い酸素収率で製品ガスを取出すこと
ができるようにするために、運転条件を変えて種々の実
験を行なった。
行なわれる。本願発明者は、酸素濃縮機の低消費電力化
を図るとともに、高い酸素収率で製品ガスを取出すこと
ができるようにするために、運転条件を変えて種々の実
験を行なった。
【００３７】低消費電力化を図るためには、製品ガス取
出流量の値に応じてコンプレッサ１の能力を調整するこ
とが必要である。コンプレッサ１の能力調整は、たとえ
ば、コンプレッサを駆動するモータをインバータ制御す
ることにより、または電圧制御することにより実現でき
る。
出流量の値に応じてコンプレッサ１の能力を調整するこ
とが必要である。コンプレッサ１の能力調整は、たとえ
ば、コンプレッサを駆動するモータをインバータ制御す
ることにより、または電圧制御することにより実現でき
る。
【００３８】コンプレッサ１の能力調整によって吸着筒
２，３へ供給される空気流量が調節される。製品ガス取
出流量が小さければ、供給空気流量も小さくされる。製
品ガス取出流量が大きくなれば、供給空気流量も大きく
される。
２，３へ供給される空気流量が調節される。製品ガス取
出流量が小さければ、供給空気流量も小さくされる。製
品ガス取出流量が大きくなれば、供給空気流量も大きく
される。
【００３９】製品ガス取出流量に応じて供給空気流量を
調節することによって酸素濃縮機の低消費電力化を実現
できるが、高い酸素収率で製品ガスを取出すためには別
のパラメータも調整しなければならない。空気中の窒素
は、吸着筒（吸着室）内で加圧されることによって吸着
剤に吸着する。この際、吸着剤による吸着量が飽和して
くると、窒素吸着性能（空気中から窒素を分離する性
能）が低下してくる。そこで、高い酸素収率を維持する
には、加圧時間を適切に選ぶことが重要である。
調節することによって酸素濃縮機の低消費電力化を実現
できるが、高い酸素収率で製品ガスを取出すためには別
のパラメータも調整しなければならない。空気中の窒素
は、吸着筒（吸着室）内で加圧されることによって吸着
剤に吸着する。この際、吸着剤による吸着量が飽和して
くると、窒素吸着性能（空気中から窒素を分離する性
能）が低下してくる。そこで、高い酸素収率を維持する
には、加圧時間を適切に選ぶことが重要である。
【００４０】なお、「加圧時間」とは、コンプレッサ１
などの送風手段から吸着筒２，３へ空気が供給されてい
る時間、すなわち入口弁５，６が開いている時間であ
る。
などの送風手段から吸着筒２，３へ空気が供給されてい
る時間、すなわち入口弁５，６が開いている時間であ
る。
【００４１】「酸素収率」とは、「供給された空気中の
酸素量」に対する「取出された製品ガス中の酸素量」の
比率である。
酸素量」に対する「取出された製品ガス中の酸素量」の
比率である。
【００４２】本願発明者は、供給空気流量の大きさを変
えて、加圧時間と取出した製品ガス中の酸素濃度との関
係を調べた。その結果を図９に示す。
えて、加圧時間と取出した製品ガス中の酸素濃度との関
係を調べた。その結果を図９に示す。
【００４３】曲線Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ、次の条件
によって得られたものである。 曲線Ａ：供給空気流量１００リットル／分，製品ガス取
出流量５リットル／分 曲線Ｂ：供給空気流量５５リットル／分，製品ガス取出
流量３リットル／分 曲線Ｃ：供給空気流量３０リットル／分，製品ガス取出
流量２リットル／分 図９から明らかなように、供給空気流量の大きさによっ
て、最大酸素収率を確保するための加圧時間の長さが異
なる。最大酸素収率を確保するには、供給空気流量が１
００リットル／分の場合加圧時間を約９．５秒にし、供
給空気流量が５５リットル／分の場合加圧時間を約１２
秒にし、供給空気流量が３０リットル／分の場合加圧時
間を約１５秒にするのがよいことがわかる。
によって得られたものである。 曲線Ａ：供給空気流量１００リットル／分，製品ガス取
出流量５リットル／分 曲線Ｂ：供給空気流量５５リットル／分，製品ガス取出
流量３リットル／分 曲線Ｃ：供給空気流量３０リットル／分，製品ガス取出
流量２リットル／分 図９から明らかなように、供給空気流量の大きさによっ
て、最大酸素収率を確保するための加圧時間の長さが異
なる。最大酸素収率を確保するには、供給空気流量が１
００リットル／分の場合加圧時間を約９．５秒にし、供
給空気流量が５５リットル／分の場合加圧時間を約１２
秒にし、供給空気流量が３０リットル／分の場合加圧時
間を約１５秒にするのがよいことがわかる。
【００４４】図１０は、最大酸素収率を確保するための
供給空気量と加圧時間との関係を示す図である。最大酸
素収率を確保するには、供給空気量が多いときには加圧
時間を短くし、供給空気量が小さくなれば加圧時間を長
くするのがよい。
供給空気量と加圧時間との関係を示す図である。最大酸
素収率を確保するには、供給空気量が多いときには加圧
時間を短くし、供給空気量が小さくなれば加圧時間を長
くするのがよい。
【００４５】以上の説明から明らかなように、酸素濃縮
機の低消費電力化を図るとともに、高い酸素収率で製品
ガスを取出すには、製品ガス取出量に応じて最適供給空
気量および加圧時間を調整することが必要である。図１
１は、このことをわかり易く図示している。
機の低消費電力化を図るとともに、高い酸素収率で製品
ガスを取出すには、製品ガス取出量に応じて最適供給空
気量および加圧時間を調整することが必要である。図１
１は、このことをわかり易く図示している。
【００４６】たとえば製品ガス取出量を２リットル／分
に設定した場合、この量に適合した供給空気量を決定す
る。その量は、たとえば３０リットル／分である。さら
に、決定された供給空気量で高い酸素収率を確保するの
に最適な加圧時間を決定する。たとえば１５秒である。
に設定した場合、この量に適合した供給空気量を決定す
る。その量は、たとえば３０リットル／分である。さら
に、決定された供給空気量で高い酸素収率を確保するの
に最適な加圧時間を決定する。たとえば１５秒である。
【００４７】図１１中に例２として示したのは、製品ガ
ス取出量を３リットル／分に設定した場合である。この
場合には、供給空気量が５５リットル／分に設定され、
加圧時間が１２秒に設定される。
ス取出量を３リットル／分に設定した場合である。この
場合には、供給空気量が５５リットル／分に設定され、
加圧時間が１２秒に設定される。
【００４８】上記動作を実現するための必要な構成を図
１２に示す。酸素濃縮機は、ガス取出手段（図示せず）
を介して取出されるガスの流量を決定する製品ガス取出
流量決定手段１０と、製品ガス取出流量に応じて、吸着
室に供給する空気の流量を決定する供給空気流量決定手
段２０と、製品ガス取出流量に応じて、吸着室内でのガ
ス加圧時間を決定する加圧時間決定手段３０とを備え
る。
１２に示す。酸素濃縮機は、ガス取出手段（図示せず）
を介して取出されるガスの流量を決定する製品ガス取出
流量決定手段１０と、製品ガス取出流量に応じて、吸着
室に供給する空気の流量を決定する供給空気流量決定手
段２０と、製品ガス取出流量に応じて、吸着室内でのガ
ス加圧時間を決定する加圧時間決定手段３０とを備え
る。
【００４９】製品ガス取出流量決定手段１０は、取出流
量入力手段１１と、流量調整手段１２とを含む。
量入力手段１１と、流量調整手段１２とを含む。
【００５０】好ましくは、酸素濃縮機は、決定された供
給空気流量に応じて、コンプレッサ１の能力を制御する
コンプレッサ能力制御手段２１を備える。さらに好まし
くは、酸素濃縮機は、決定されたガス加圧時間に応じ
て、入口弁および排出弁５，６，７，８の開閉制御を行
なう入口弁・排出弁開閉制御手段３１を備える。
給空気流量に応じて、コンプレッサ１の能力を制御する
コンプレッサ能力制御手段２１を備える。さらに好まし
くは、酸素濃縮機は、決定されたガス加圧時間に応じ
て、入口弁および排出弁５，６，７，８の開閉制御を行
なう入口弁・排出弁開閉制御手段３１を備える。
【００５１】図１３は、酸素濃縮機の制御方法のフロー
チャートを示している。起動時には、酸素濃縮機は初期
設定条件で運転される（Ｓ１）。取出す製品ガス中の酸
素濃度を短時間で設定値にまで上昇させるために、起動
時にはコンプレッサ能力は最大に設定される。加圧時間
は、高い酸素収率を確保できるように供給空気量にみあ
った時間に設定される。
チャートを示している。起動時には、酸素濃縮機は初期
設定条件で運転される（Ｓ１）。取出す製品ガス中の酸
素濃度を短時間で設定値にまで上昇させるために、起動
時にはコンプレッサ能力は最大に設定される。加圧時間
は、高い酸素収率を確保できるように供給空気量にみあ
った時間に設定される。
【００５２】製品ガス取出量が決定されると、その取出
量に応じた最適供給空気量および最適加圧時間が決定さ
れる（Ｓ３、Ｓ６）。
量に応じた最適供給空気量および最適加圧時間が決定さ
れる（Ｓ３、Ｓ６）。
【００５３】決定された最適供給空気量になるようにコ
ンプレッサ能力が制御され（Ｓ４）、さらに決定された
最適加圧時間となるように入口弁および排出弁が開閉制
御される（Ｓ７）。
ンプレッサ能力が制御され（Ｓ４）、さらに決定された
最適加圧時間となるように入口弁および排出弁が開閉制
御される（Ｓ７）。
【００５４】その後製品ガス取出量の設定が変更されれ
ば（Ｓ５）、それに応じた最適供給空気量および最適加
圧時間が決定される。
ば（Ｓ５）、それに応じた最適供給空気量および最適加
圧時間が決定される。
【００５５】図１４は、起動時の供給空気量および加圧
時間の変化を示している。たとえば、酸素濃縮機を起動
後、製品ガス取出量を２リットル／分に設定した場合に
は、供給空気量および加圧時間は次のように制御され
る。
時間の変化を示している。たとえば、酸素濃縮機を起動
後、製品ガス取出量を２リットル／分に設定した場合に
は、供給空気量および加圧時間は次のように制御され
る。
【００５６】まず、取出す製品ガス中の酸素濃度を短時
間で上昇させるために、供給空気量が最大限、たとえば
１００リットル／分に設定される。その場合の加圧時間
は、高い酸素収率となるように設定される。たとえば加
圧時間は１０秒である。
間で上昇させるために、供給空気量が最大限、たとえば
１００リットル／分に設定される。その場合の加圧時間
は、高い酸素収率となるように設定される。たとえば加
圧時間は１０秒である。
【００５７】その後、設定した製品ガス取出量（たとえ
ば２リットル／分）に適合した供給空気量（３０リット
ル／分）および加圧時間（１５秒）となるように、供給
空気量および加圧時間を連続的に変化させる。
ば２リットル／分）に適合した供給空気量（３０リット
ル／分）および加圧時間（１５秒）となるように、供給
空気量および加圧時間を連続的に変化させる。
【００５８】図１５は、酸素濃縮機の運転中に製品ガス
取出量の設定を変更したときの供給空気量および加圧時
間の変化を示す。
取出量の設定を変更したときの供給空気量および加圧時
間の変化を示す。
【００５９】製品ガス取出量を２リットル／分から３リ
ットル／分に変更したとする。この場合、変更後の製品
ガス取出量中の酸素濃度を短時間で所定の値に上昇させ
るために、まず供給空気量を最大限（たとえば１００リ
ットル／分）にし、その供給空気量にみあった加圧時間
（たとえば１０秒）にする。その後連続的に供給空気量
および加圧時間を変化させ、設定した取出量３リットル
／分に対して最適な供給空気量（たとえば５５リットル
／分）および加圧時間（たとえば１２秒）にする。
ットル／分に変更したとする。この場合、変更後の製品
ガス取出量中の酸素濃度を短時間で所定の値に上昇させ
るために、まず供給空気量を最大限（たとえば１００リ
ットル／分）にし、その供給空気量にみあった加圧時間
（たとえば１０秒）にする。その後連続的に供給空気量
および加圧時間を変化させ、設定した取出量３リットル
／分に対して最適な供給空気量（たとえば５５リットル
／分）および加圧時間（たとえば１２秒）にする。
【００６０】図１６に示すように、酸素濃縮機は好まし
くは、酸素濃度検出手段４０と、酸素濃度比較手段４１
と、供給空気流量決定手段４２と、加圧時間決定手段４
３とを備える。酸素濃度検出手段４０は、吸着室から取
出される酸素濃縮ガスの酸素濃度を検出する。酸素濃度
比較手段４１は、検出した酸素濃度と予め設定した酸素
濃度とを比較する。供給空気流量決定手段４２は、検出
酸素濃度が設定酸素濃度を下回ることが判別されたのに
応じて、設定酸素濃度に近づけるように供給空気流量を
調整する。加圧時間決定手段４３は、検出酸素濃度が設
定酸素濃度を下回ることが判別されたのに応じて、設定
酸素濃度に近づけるように加圧時間を調整する。
くは、酸素濃度検出手段４０と、酸素濃度比較手段４１
と、供給空気流量決定手段４２と、加圧時間決定手段４
３とを備える。酸素濃度検出手段４０は、吸着室から取
出される酸素濃縮ガスの酸素濃度を検出する。酸素濃度
比較手段４１は、検出した酸素濃度と予め設定した酸素
濃度とを比較する。供給空気流量決定手段４２は、検出
酸素濃度が設定酸素濃度を下回ることが判別されたのに
応じて、設定酸素濃度に近づけるように供給空気流量を
調整する。加圧時間決定手段４３は、検出酸素濃度が設
定酸素濃度を下回ることが判別されたのに応じて、設定
酸素濃度に近づけるように加圧時間を調整する。
【００６１】図１６に示したような手段を備えれば、電
源周波数が異なった地域で使用されても同一酸素濃度の
製品ガスを取出すことができる。また、長期間の使用に
よって吸着剤の性能が劣化してきた場合であっても、取
出す製品ガス中の酸素濃度をほぼ同一に維持することが
できる。
源周波数が異なった地域で使用されても同一酸素濃度の
製品ガスを取出すことができる。また、長期間の使用に
よって吸着剤の性能が劣化してきた場合であっても、取
出す製品ガス中の酸素濃度をほぼ同一に維持することが
できる。
【００６２】本願発明を説明するのに用いた実施例はあ
くまで例示的なものであり、この発明の均等の範囲内に
おいて種々の修正や変形が可能である。たとえば、図示
した実施例では２個の吸着筒を備えていたが、この発明
は１個の吸着筒のみを備えた酸素濃縮機にも等しく適用
されるものである。
くまで例示的なものであり、この発明の均等の範囲内に
おいて種々の修正や変形が可能である。たとえば、図示
した実施例では２個の吸着筒を備えていたが、この発明
は１個の吸着筒のみを備えた酸素濃縮機にも等しく適用
されるものである。
【００６３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、製品ガス取出量に応じて、最適供給空気量および最
適加圧時間を決定するので、酸素濃縮機の低消費電力化
を図るとともに、高い酸素収率で製品ガスを取出すこと
ができる。
ば、製品ガス取出量に応じて、最適供給空気量および最
適加圧時間を決定するので、酸素濃縮機の低消費電力化
を図るとともに、高い酸素収率で製品ガスを取出すこと
ができる。
【図１】圧力変動吸着型酸素濃縮機を模式的に示す図で
ある。
ある。
【図２】酸素濃縮機の加圧／排気サイクルを示す図であ
る。
る。
【図３】ステップ１におけるガスの流れを示す図であ
る。
る。
【図４】ステップ２におけるガスの流れを示す図であ
る。
る。
【図５】ステップ３におけるガスの流れを示す図であ
る。
る。
【図６】ステップ４におけるガスの流れを示す図であ
る。
る。
【図７】ステップ５におけるガスの流れを示す図であ
る。
る。
【図８】ステップ６におけるガスの流れを示す図であ
る。
る。
【図９】供給空気流量を変えた場合の製品ガス中の酸素
濃度と加圧時間との関係を示す図である。
濃度と加圧時間との関係を示す図である。
【図１０】最大酸素収率を確保するための供給空気量と
加圧時間との関係を示す図である。
加圧時間との関係を示す図である。
【図１１】この発明に従った制御方法を示すフローチャ
ートである。
ートである。
【図１２】この発明の一実施を示すブロック図である。
【図１３】この発明の制御方法を示すフローチャートで
ある。
ある。
【図１４】起動時の供給空気量および加圧時間の変化を
示す図である。
示す図である。
【図１５】製品ガス取出量変更時の供給空気量および加
圧時間の変化を示す図である。
圧時間の変化を示す図である。
【図１６】酸素濃度検出手段を備えた実施例のブロック
図である。
図である。
１ コンプレッサ ２，３ 吸着筒 ４ アキュムレータタンク １０ 製品ガス取出流量決定手段 ２０ 供給空気流量決定手段 ２１ コンプレッサ能力制御手段 ３０ 加圧時間決定手段 ３１ 入口弁・排出弁開閉制御手段
Claims (8)
- 【請求項１】 空気中から窒素を選択的に吸着し得る吸
着剤を含む吸着室（２，３）と、吸着室に空気を供給す
る送風手段（１）と、吸着室から取出された酸素濃縮ガ
スを貯留するガス貯留手段（４）と、ガス貯留手段から
酸素濃縮ガスを取出すガス取出手段とを備えた酸素濃縮
機において、 ガス取出手段を介して取出されるガスの流量を決定する
製品ガス取出流量決定手段（１０）と、 製品ガス取出流量に応じて、送風手段を介して吸着室に
供給される空気の流量を決定する供給空気流量決定手段
（２０）と、 製品ガス取出流量に応じて、吸着室内でのガス加圧時間
を決定する加圧時間決定手段（３０）とを備えることを
特徴とする、酸素濃縮機。 - 【請求項２】 送風手段と吸着室とを結ぶガス流路を開
閉する入口弁（５，６）と、 吸着室からガスを排気するガス流路を開閉する排出弁
（７，８）と、 決定されたガス加圧時間に応じて、入口弁および排出弁
の開閉制御を行なう入口弁・排出弁開閉制御手段（３
１）とを備える、酸素濃縮機。 - 【請求項３】 前記送風手段は、コンプレッサ（１）
と、決定された供給空気流量に応じて、コンプレッサの
能力を制御するコンプレッサ能力制御手段（２１）とを
備える、請求項１または２に記載の酸素濃縮機。 - 【請求項４】 前記吸着室から取出される酸素濃縮ガス
の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段（４０）と、 検出した酸素濃度と予め設定した酸素濃度とを比較する
酸素濃度比較手段（４１）とを備え、 検出酸素濃度が設定酸素濃度を下回ることが判別された
のに応じて、前記供給空気流量決定手段および加圧時間
決定手段は、それぞれ、設定酸素濃度に近づけるように
供給空気流量および加圧時間を調整する、請求項１〜３
のいずれか１項に記載の酸素濃縮機。 - 【請求項５】 空気中から窒素を選択的に吸着し得る吸
着剤を含む吸着室と、吸着室に空気を供給する送風手段
と、吸着室から取出された酸素濃縮ガスを貯留するガス
貯留手段と、ガス貯留手段から酸素濃縮ガスを取出すガ
ス取出手段とを備えた酸素濃縮機の制御方法であって、 ガス取出手段を介して取出される製品ガス取出流量の設
定値に応じて、送風手段を介して吸着室に供給される供
給空気流量を決定するとともに、吸着室内でのガス加圧
時間を決定することを特徴とする、酸素濃縮機の制御方
法。 - 【請求項６】 空気中から窒素を選択的に吸着し得る吸
着剤を含む吸着室と、吸着室に空気を供給する送風手段
と、吸着室から取出された酸素濃縮ガスを貯留するガス
貯留手段と、ガス貯留手段から酸素濃縮ガスを取出すガ
ス取出手段とを備えた酸素濃縮機の制御方法であって、 起動時には、製品ガス取出流量の値にかかわりなく送風
手段の能力を上げて作動させ、その後徐々に製品ガス取
出流量設定値に適合した能力となるまで送風手段の能力
を連続的に下げていくことを特徴とする酸素濃縮機の制
御方法。 - 【請求項７】 空気中から窒素を選択的に吸着し得る吸
着剤を含む吸着室と、吸着室に空気を供給する送風手段
と、吸着室から取出された酸素濃縮ガスを貯留するガス
貯留手段と、ガス貯留手段から酸素濃縮ガスを取出すガ
ス取出手段とを備えた酸素濃縮機の制御方法であって、 製品ガス取出流量の設定値を変更した際、一時的に送風
手段の能力を上げて作動させ、その後徐々に新たな製品
ガス取出流量設定値に適合した能力となるまで送風手段
の能力を連続的に下げてくことを特徴とする酸素濃縮機
の制御方法。 - 【請求項８】 前記送風手段の能力を下げていくのに応
じて、吸着室内でのガス加圧時間の長さを調整する、請
求項６または７に記載の酸素濃縮機の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01652598A JP3887927B2 (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 酸素濃縮機およびその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01652598A JP3887927B2 (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 酸素濃縮機およびその制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11207128A true JPH11207128A (ja) | 1999-08-03 |
| JP3887927B2 JP3887927B2 (ja) | 2007-02-28 |
Family
ID=11918702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01652598A Expired - Fee Related JP3887927B2 (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 酸素濃縮機およびその制御方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3887927B2 (ja) |
Cited By (11)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2008061929A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Teijin Pharma Ltd | 圧力変動吸着型酸素濃縮装置 |
| WO2008136540A1 (ja) | 2007-05-07 | 2008-11-13 | Teijin Pharma Limited | 酸素濃縮装置 |
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| WO2020100996A1 (ja) | 2018-11-15 | 2020-05-22 | 帝人ファーマ株式会社 | 酸素濃縮装置、制御方法及び制御プログラム |
| WO2022186174A1 (ja) | 2021-03-02 | 2022-09-09 | 帝人ファーマ株式会社 | 酸素濃縮装置、制御方法及び制御プログラム |
| WO2022186175A1 (ja) | 2021-03-02 | 2022-09-09 | 帝人ファーマ株式会社 | 酸素濃縮装置、制御方法及び制御プログラム |
-
1998
- 1998-01-29 JP JP01652598A patent/JP3887927B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPWO2020100996A1 (ja) * | 2018-11-15 | 2021-10-07 | 帝人ファーマ株式会社 | 酸素濃縮装置、制御方法及び制御プログラム |
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| WO2022186175A1 (ja) | 2021-03-02 | 2022-09-09 | 帝人ファーマ株式会社 | 酸素濃縮装置、制御方法及び制御プログラム |
| KR20230143176A (ko) | 2021-03-02 | 2023-10-11 | 데이진 화-마 가부시키가이샤 | 산소 농축 장치, 제어 방법 및 제어 프로그램 |
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