JPWO2015125945A1 - 酸素濃縮装置 - Google Patents

Abstract

商用電源での酸素濃縮装置の電力がバッテリーの出力電源容量を一時的に超えた場合であっても、バッテリー駆動での運転継続が可能な制御機構として、装置の電力使用量の予測手段を備え、電源が充電式電池に切替わった際に、予測手段の電力予測値が充電式電池の出力容量を超えていた場合、濃縮器の消費電力が充電式電池の出力容量以下になるよう、コンプレッサの回転数を制限する制御手段を備えた酸素濃縮装置を提供する。

Description

本発明は、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着材を用いた圧力変動吸着型の酸素濃縮装置に関するものであり、特に慢性呼吸器疾患患者などに対して行われる酸素吸入療法に使用する医療用酸素濃縮装置に関するものである。さらに詳細には、外出時や停電時に商用電源から充電式のバッテリーに電力源を切替え、運転を継続できる酸素濃縮装置に関するものである。

近年、喘息、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り、その治療法として最も効果的なもののひとつに酸素吸入療法がある。かかる酸素吸入療法とは、酸素ガスあるいは酸素濃縮ガスを患者に吸入させるものである。その酸素供給源として、酸素濃縮装置や液体酸素、酸素ボンベ等が知られているが、使用時の便利さや保守管理の容易さから、在宅酸素療法には酸素濃縮装置が主流で用いられている。
酸素濃縮装置は、空気中に存在する約２１％の酸素を濃縮して供給する装置であり、それには酸素を選択的に透過する膜を用いた膜式酸素濃縮装置と、窒素または酸素を優先的に吸着しうる吸着材を用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置がある。９０％以上の高濃度の酸素濃縮ガスが得られることから、圧力変動吸着型酸素濃縮装置が主流になっている。
圧力変動吸着型酸素濃縮装置は、酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着材として５Ａ型や１３Ｘ型、Ｌｉ−Ｘ型などのモレキュラーシーブゼオライトを充填した吸着筒に、コンプレッサで圧縮された空気を供給することにより、加圧条件下で窒素を吸着させ、未吸着の酸素濃縮ガスを得る加圧・吸着工程と、前記吸着筒内の圧力を大気圧またはそれ以下に減じて、吸着材に吸着された窒素をパージ除去することで吸着材の再生を行う減圧・脱着再生工程を交互に繰り返し行うことで、酸素濃縮ガスを連続的に生成することができる。
このように構成される酸素濃縮装置を、例えば商用電源であるＡＣ電源の備わっている場所に設置しておけば、肺機能が低下した在宅酸素療法患者は、就寝中であっても安全に酸素を吸うことができ、安眠できることとなる。
一方、患者がやむなく外出する場合や停電した場合には、通常、自宅に配置されている酸素ボンベを用いて酸素を吸入する。空になった酸素ボンベに酸素を充填するには、高圧ガス充填設備などの専用設備にて行なわなければならず、ボンベの配送、ボンベ交換作業が必要となる。また、酸素濃縮装置から酸素ボンベへの酸素供給源の切替作業中は、酸素濃縮ガスの供給が一時的にできない状態となり、患者のＱＯＬ：クオリティ・オブ・ライフを少なからず損なうものであった。
そこで、患者が外出する場合や停電した場合であっても使用可能な装置として、バッテリーを電源として酸素濃縮装置に搭載し、バッテリーで駆動するコンプレッサを搭載した可搬型や移動型の酸素濃縮装置が提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。

特開２００２−１２１０１０号公報 特開２０００−７９１６５号公報 特開２００９−１２５３０２号公報 特開２００１−２５２６９６号公報

外出時や電源電圧変動や停電が起きた際に酸素濃縮装置を運転継続させるため、充電式のバッテリーがバックアップ電源として多くの酸素濃縮装置に搭載されている。酸素濃縮装置の使用場所にＡＣ電源が有る場合にはＡＣ電源を使用し、外出時や停電時にはバッテリーを電源として使用することで、例えば停電後であっても一定時間は自動的に酸素濃縮装置の運転を継続させ、酸素を供給し続けることが出来る。
バックアップ電源装置としてのバッテリーに必要な機能は、出来るだけ長時間にわたり所定の電力供給が可能であること、充放電を繰り返しながらも長期間にわたり使用可能であることである。医療機器である酸素濃縮装置では、多くの場合、バッテリー切れの際には充電済みの予備のバッテリーに交換することで継続使用が可能な設計となっている。
このようなバックアップ電源装置の多くに搭載されているリチウムイオンバッテリーパックには、自らの保護機能によって、バッテリー電圧が放電下限となる電圧を検出した際に、出力を遮断する機能を有しているが、出力遮断後も、リチウムイオンバッテリーの特性である自然放電によって、充放電が不可の状態になるまでバッテリー電圧が低下する恐れがある。このリスクを低減するために、バックアップ電源装置単体で保管および放置されている際には、不要なバッテリー消費を抑え、保護機能による出力遮断の機能が働くに至るまでの時間をできる限り長く確保することが望ましい。一方、バッテリー寿命を来たした装置では、バッテリーの交換作業が必要となる。
特許文献４には、バッテリーが着脱可能であり、接続されたことを認識するための端子を備えることで、バッテリーが本体に接続されたことを認識するまでは出力を開始しない装置が開示されている。しかし、バッテリーと疑似正弦波作成回路を備えたＤＣ−ＡＣインバーターが一体となってバックアップ電源ユニットを構成している場合、バッテリーが疑似正弦波作成回路に接続されることで出力を開始し放電が進行する点、バックアップ電源ユニットの交換作業の際に、作業者に感電の危険性があるといった課題を有している。
更にバッテリーは、その出力の電源容量が大きくなれば、サイズ、重量、価格が大きくなる傾向にあり、酸素濃縮装置に搭載する際には、機台のサイズ、重量、価格に大きな影響を与える。そのため、装置の使用想定時間にあった出力電源容量のバッテリーを選択し搭載している。
一方、酸素濃縮装置は、使用環境、供給流量、機台の使用履歴や状態等で消費される電力が大きく変動する。特に、周囲温度や製品ガス中の酸素濃度の情報を元に、圧力吸着変動法における加圧・吸着工程、減圧・脱着工程の切替時間や、コンプレッサの空気供給能力を制御する機能を備えた酸素濃縮装置に於いては、消費電力の変動量がさらに大きくなる。
そのため、バッテリーでの運転中に、想定以上の吸着材の劣化、コンプレッサなどの部品の劣化、環境条件の悪化等が重なった場合に、装置の使用電力がバッテリーの出力電源容量を超え、その結果、バッテリーの出力を停止してしまい、酸素濃縮装置の運転が継続できなくなるという問題も抱えている。
医療用機器である酸素濃縮装置は、呼吸器疾患患者に対して、継続的に酸素を供給する役割を担っており、安全かつ安定的に酸素を供給する装置が求められている。本発明では、使用環境や設定流量、機台状態等によって酸素濃縮装置の電力が変動し、バッテリーの出力電源容量を一時的に超えた場合であっても、バッテリーに電源が切り替わった際には、酸素濃縮装置の運転を制御し、運転継続可能な制御機構を搭載した酸素濃縮装置を提供する。
さらに本発明は、酸素濃縮装置に搭載するバックアップ電源の寿命の延長および安全性を確保することを目的とし、バッテリーと疑似正弦波作成回路が一体となったバックアップ電源装置に簡単な回路構成を追加がすることで、酸素濃縮装置との接続の有無を判断し、出力の開始の制御を行うバックアップ電源装置を提供する。

かかる課題を解決する手段として、本願発明は以下の酸素濃縮装置を提供する。
１．酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着材を充填した吸着筒と、該吸着筒に圧縮空気を供給するコンプレッサと、商用電源およびバックアップ電源の双方の電源とを備えた酸素濃縮装置において、該バックアップ電源が充電式のバッテリーであり、該酸素濃縮装置の電力使用量の予測手段を備え、電源が該バッテリーに切替わった際に、該予測手段の電力予測値が該バッテリーの出力容量を超えていた場合、酸素濃縮装置の消費電力が該バッテリーの出力容量以下になるよう、コンプレッサの回転数を制限する制御手段を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置。
２．該予測手段が、該コンプレッサのモータ回転数または吐出圧力を検出する手段を備え、いずれかの検出値に基づいて酸素濃縮装置の消費電力を予測する手段である、上記１記載の酸素濃縮装置。
３．該予測手段が、該コンプレッサのモータ回転数および吐出圧力を検出する手段を備え、回転数の検出値と吐出圧力の検出値から予め求められた演算式に基づいて酸素濃縮装置の消費電力を予測する手段である、上記１記載の酸素濃縮装置。
４．該予測手段が、該コンプレッサのモータ回転数および吐出圧力を検出する手段を備え、回転数の検出値と吐出圧力の検出値から予め定めた消費電力の予測値テーブルに基づいて、酸素濃縮装置の消費電力を予測する手段である、上記１記載の酸素濃縮装置。
５．該予測手段が、該バッテリーの回路に電流検出を備え、前記電流検出結果に基づいて該バッテリーの出力容量を予測する手段である、上記２〜４の何れか１項に記載の酸素濃縮装置。
６．該予測手段が、該コンプレッサの吐出圧力の検出結果の記憶手段を備え、電源が充電式電池に切り替わった際の直近の最大吐出圧および充電式電池の出力容量から決定される酸素濃縮装置が動作可能な最大モータ回転数以下にモータ回転数を制御する手段である、上記２〜５の何れか１項に記載の酸素濃縮装置。
７．該予測手段が、該コンプレッサの吐出圧力の検出結果の記憶手段を備え、電源が該バッテリーで起動中の直近の最大吐出圧およびバッテリーの出力容量から決定される酸素濃縮装置が動作可能な最大モータ回転数以下にモータ回転数を制御する手段である、上記２〜５の何れか１項に記載の酸素濃縮装置。
酸素濃縮装置の消費電力は、コンプレッサがその大部分を占めており、装置の使用環境や設定流量、機台状態等により消費電力に影響を与えるのも、コンプレッサがメインである。よって本発明の装置では、コンプレッサのモータ回転数を制御することにより、バッテリーの出力容量未満の機台消費電力とする制御手段を有する。
コンプレッサの消費電力は、コンプレッサ吐出圧力とコンプレッサ回転数にほぼ比例し、かかる関係式から予測が可能であり、コンプレッサ吐出圧力を常に計測し、バッテリーの出力容量未満となるコンプレッサのモータ回転数上限値を算出し、定期的に更新する。商用電源からバッテリーに電源が切り替わった際、算出してあるコンプレッサのモータ回転数の上限値を超えない範囲でコンプレッサのモータ回転数を制御し、仮に算出した回転数の上限を超えていた場合には、回転数を即座に落とす制御を行うことにより、バッテリーの出力電源容量を超えることなく、運転を継続することができる。
また、バッテリーの回路にて、出力電流を検知し、出力電流より算出された出力容量が、バッテリーの出力容量を超えていた場合に、コンプレッサ吐出圧力とコンプレッサのモータ回転数の関係より、計測されたコンプレッサ吐出圧力を元に、出力容量を超えている分低下させることの出来る回転数を算出し、コンプレッサ回転数を制御することで、運転継続することができる。

バッテリーでの運転中に、装置の使用環境、供給流量、機台状態等で酸素濃縮装置の電力消費量がバッテリーの出力電源容量を一時的に超えた場合であっても、酸素濃縮装置の運転を制御し、運転継続させることができる。

図１は、本発明の酸素濃縮装置の実施態様例である圧力変動吸着型酸素濃縮装置の模式図を示す。
図２は、本発明の酸素濃縮装置の消費電力予測の為の、コンプレッサの最大吐出圧とコンプレッサのモータ回転数、消費電力の関係図を示す。
図３は、本発明の酸素濃縮装置に搭載するバックアップ電源装置の接続確認手段、及び酸素濃縮装置の接続確認手段を、図４バックアップ電源装置の出力開始までのフローチャートを、図５はバックアップ電源装置の出力切替えのフローチャートを示す。

本発明の酸素濃縮装置の実施態様例を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態である圧力変動吸着型酸素濃縮装置を例示した概略装置構成図である。この図１において、１は酸素濃縮装置、３は加湿された酸素富化空気を吸入する使用者（患者）を示す。酸素濃縮装置１は、商用電源を供給される電源プラグ７０１と停電時に商用電源から切替わり、電源のバックアップを行うバッテリー７０２を備える。また、圧力変動吸着型酸素濃縮装置１は、原料空気取り込み口に備えられたエアーフィルタ６を通り、細かな塵埃を取り除くＨＥＰＡフィルタ１０１、吸気消音器１０２、コンプレッサ１０３、流路切換弁１０４、吸着筒１０５、逆止弁１０７、製品タンク１０８、調圧弁１０９、流量設定手段１１０、パーティクルフィルタ１１１を備える。これにより外部から取り込んだ原料空気から酸素濃縮ガスを製造することができる。また、酸素濃縮装置の筐体内には、生成された酸素濃縮ガスを加湿するための加湿器２０１、前記流量設定手段１１０の設定値と、酸素濃度センサ３０１、流量センサ３０２、圧力センサ３０３、の測定値を用いて、コンプレッサや流路切換弁を制御する制御手段４０１、コンプレッサの騒音を防音するためのコンプレッサボックス５０１、コンプレッサを冷却するための冷却ファン５０２が内蔵されている。
まず外部から取り込まれる原料空気は、塵埃などの異物を取り除くための外部空気取り込みフィルタ１０１、吸気消音器１０２を備えた空気取り込み口から取り込まれる。このとき、通常の空気中には、約２１％の酸素ガス、約７７％の窒素ガス、０．８％のアルゴンガス、二酸化炭素ほかのガスが１．２％含まれている。かかる装置では、呼吸用ガスとして必要な酸素ガスのみを濃縮して取り出す。
この酸素ガスの取り出しは、原料空気を酸素分子よりも窒素分子を選択的に吸着するゼオライトなどからなる吸着材が充填された吸着筒に対して、流路切換弁１０４によって対象とする吸着筒を順次切り換えながら、原料空気をコンプレッサ１０３により加圧して供給し、吸着筒内で原料空気中に含まれる約７７％の窒素ガスを選択的に吸着除去する。
かかる吸着筒としては、前記吸着材を充填した円筒状容器で形成され、通常、１筒式、２筒式の他に３筒以上の多筒式が用いられるが、連続的かつ効率的に原料空気から酸素富化空気を製造するためには、多筒式の吸着筒を使用することが好ましい。また、前記のコンプレッサとしては、揺動型空気圧縮機が用いられるほか、スクリュー式、ロータリー式、スクロール式などの回転型空気圧縮機が用いられる場合もある。また、このコンプレッサを駆動する電動機の電源は、交流であっても直流であってもよい。
前記吸着筒１０５で吸着されなかった酸素ガスを主成分とする酸素富化空気は、吸着筒へ逆流しないように設けられた逆止弁１０７を介して、製品タンク１０８に流入する。
また、吸着筒内に充填された吸着材に吸着された窒素ガスは、新たに導入される原料空気から再度窒素ガスを吸着するために吸着材から脱着させる必要がある。このために、コンプレッサによって実現される加圧状態から、流路切換弁によって大気圧状態又は大気圧以下の負圧状態に切り換え、吸着されていた窒素ガスを脱着させて吸着材を再生させる。この脱着工程において、その脱着効率を高めるため、吸着工程中の吸着筒の製品端側或いは製品タンクから酸素濃縮ガスをパージガスとして逆流させるようにしてもよい。通常、窒素を脱着させるときには大きな気流音が発生するため、一般的には窒素排気消音器５０３が用いられる。
原料空気から生成された酸素富化空気は、製品タンク１０８へ蓄えられる。この製品タンクに蓄えられた酸素濃縮ガスは、例えば９５％といった高濃度の酸素ガスを含んでおり、調圧弁１０９や流量設定手段１１０などによってその供給流量と圧力とが制御されながら、加湿器２０１へ供給され、加湿された酸素濃縮ガスが患者に供給される。かかる加湿器には、水分透過膜を有する水分透過膜モジュールによって、外部空気から水分を取り込んで乾燥状態の酸素濃縮ガスへ供給する無給水式加湿器やバブリング式加湿器、或いは表面蒸発式加湿器を用いることが出来る。
流量設定手段１１０の設定値を検知し、制御手段４０１によりコンプレッサ１０３の電動機の回転数を制御することで吸着筒への供給風量を制御する。設定流量が低流量の場合には回転数を落とすことで生成酸素量を抑え、且つ消費電力の低減を図ることができる。
電源供給手段は、電源プラグ７０１より商用電源を供給される。停電時には商用電源からバッテリー７０２に切替わり、電源供給が継続される。酸素濃縮装置１の使用電源容量は、コンプレッサ１０３が大部分の約８０％以上を占めており、コンプレッサ１０３の使用電力容量は、例えば、図２に示すような関係となる。この例の場合は、コンプレッサ１０３の吐出負荷圧力とモータ回転数に対しほぼ直線的に変動しているが、いずれの場合も、コンプレッサ１０３の吐出負荷圧力と回転数から一意に消費電力を算出することができる。算出方法は近似式を用いてもよいし、テーブルを用いることもできる。近似式やテーブルは、コンプレッサ１０３の回転数・吐出負荷圧力と消費電力の関係を予め測定しておき、その結果から予め求めておく。コンプレッサ１０３の吐出負荷圧力は圧力センサ３０３にて常に監視されており、直近の運転サイクルの最大吐出圧力値より、バッテリー７０２の出力電源容量を超えないコンプレッサ１０３の回転数（制限回転数）を常に近似式又はテーブルより予測しておく。かかる予測手段は制御手段４０１の一機能手段として図１には明示していないが独立させても良い。
停電などにより、バッテリー７０２での運転に切替わった瞬間、又はバッテリー７０２での運転時に、コンプレッサ１０３のモータが上記制限回転数以上で運転している場合は、制御手段４０１により回転数を制限回転数以下に制御することで、酸素濃縮装置１の使用電源容量をバッテリー７０２の電源容量未満に落とすことができ、運転を継続することができる。
たとえば、バッテリー７０２の出力電源容量を４００Ｗとする。この時、図２に示すようにコンプレッサ回転数と最大吐出圧力は比例関係が成り立っており、商用電源を用い、コンプレッサ回転数２０００ｒｐｍで最大吐出圧力値１８０ｋＰａで運転している場合、使用電源容量は５００Ｗとなり、この最大吐出圧力値でバッテリーの出力電源容量の４００Ｗ以下となる制限回転数は１８００ｒｐｍと算出することができる。停電が発生した場合は、回転数２０００ｒｐｍのまま運転を継続するとバッテリー７０２の電源容量を超えてしまい、運転の継続が出来なくなるが、本発明の手段によれば、制御手段４０１によりコンプレッサ回転数を制限回転数である１８００ｒｐｍに制御することで、使用電源容量を４００Ｗ以下とし、バッテリー７０２にて、運転を継続することができる。尚、コンプレッサの回転数を低下させると、それによって、最大吐出圧力値も低下するが、予めこの低下量も考慮して、制限回転数の近似式又はテーブルを設定してもよい。この低下量を考慮しないで近似式またはテーブルを設定した場合は、制限回転数で運転した場合、使用電源容量は４００Ｗよりさらに下回ることになるが、運転継続は可能である。
また、上記に加え、バッテリー７０２内に動作時の実出力電源容量を監視する手段を設け、制御部４０１と実出力電源容量を通信することにより、実出力電源容量がバッテリー７０２の出力電源容量を超えた場合には、直近の運転サイクルの最大吐出圧力値より、バッテリー７０２の出力電源容量未満になる回転数を算出し、コンプレッサ１０３の電動機の回転数を制限回転数以下に落とすことで、酸素濃縮装置１の使用電源容量を落とすことができ、バッテリー７０２の電源容量未満となり、運転を継続することができる。
たとえば、バッテリー７０２の出力電源容量を４００Ｗとする。この時、図２に示すようにコンプレッサ回転数と最大吐出圧力は比例関係が成り立っており、コンプレッサ回転数２０００ｒｐｍで最大吐出圧力値１８０ｋＰａ動作時には使用電源容量は５００Ｗとなる。それに伴い、バッテリー７０２内の実出力電源容量も５００Ｗとなる。その時に、バッテリーは制御部４０１に通信を行い、実出力電源容量を知らせる。制御部４０１は、回転数制限値を算出し、最大吐出圧力値１８０ｋＰａ運転時に、実出力電源容量を１００Ｗ下げるためには、コンプレッサ回転数を２００ｒｐｍ下げて１８００ｒｐｍとする必要があることが算出される。この時、停電が発生した場合には、制御手段４０１により即座にコンプレッサ回転数を１８００ｒｐｍとすることで、使用電源容量を４００Ｗ以下とし、バッテリー７０２にて、運転を継続することができる。
なお、コンプレッサ１０３の回転数と吐出負荷圧力の関係は、吸着筒の仕様が定まっている場合、略一義的に定まってくるため、コンプレッサ１０３の回転数のみから酸素濃縮装置の消費電力を概略推定することは可能である。但し、この場合、吸着筒のバラツキや、周囲環境による吸着筒の性能変化を見越したうえで、消費電力が最も高くなり易いような条件でもバッテリー７０２の出力容量を上回らないように、必要以上にコンプレッサ１０３の回転数を制限しなければならなくなる。そのため、コンプレッサ１０３の回転数と吐出負荷圧力両方の値を元に消費電力を推定する方法が、より有効な手段となる。
このように、本願発明の酸素濃縮装置の制御手段により、停電時においても、酸素濃縮装置の状態、環境等に左右されることなく運転継続が可能であり、停電復旧への対処や酸素ボンベなど他の酸素供給手段への切替えが、酸素供給を継続した状態で実施可能となり、この装置を利用する患者の安全な利用が可能となる。
本発明の酸素濃縮装置に搭載するバックアップ電源装置は、バッテリーと疑似正弦波作成回路から構成されており、バックアップ電源装置単体では出力しないよう、それぞれに安全機能が備え付けられており、バックアップ電源装置とそれを搭載する装置との接続確認を行う判断手段Ａを備えている。バッテリーには、疑似正弦波作成回路に接続されたことを確認するための疑似正弦波作成回路接続確認用信号線が備えられており、疑似正弦波作成回路には、酸素濃縮器に接続されたことを確認するための本体接続確認用信号線が備えられている。これらの接続確認用信号線は、各々が疑似正弦波作成回路のＧＮＤに接続されると、出力を開始するように設計している。
本発明では、疑似正弦波作成回路接続確認用信号線と本体接続確認用信号線を疑似正弦波作成回路上で共通化している。これによって、バッテリーと疑似正弦波作成回路を接続しただけでは出力を開始せず、バックアップ電源装置を機台に接続した際に、バッテリ及び疑似正弦波作成回路の接続確認用信号線が同時にＧＮＤに接続され、バックアップ電源装置が出力を開始するようにしている。
一方、バックアップ電源装置を搭載する酸素濃縮装置においても、バックアップ電源装置が搭載されているかを判断するための判断手段Ｂを備えている。バックアップ電源接続確認用信号線を備えており、バックアップ電源装置を組込むと、酸素濃縮装置のバックアップ電源接続確認用信号線が酸素濃縮装置側電装回路上のＧＮＤに接続されるように設計することで、バッテリー駆動可能な装置本体側でもバックアップ電源の搭載有無を確認できるようになっている。
従って、本発明では、以下のバックアップ電源装置またはそれを搭載した酸素濃縮装置を提供することができる。
８．バッテリーと疑似正弦波作成回路を備え、バッテリー駆動可能な装置に着脱可能に接続されるバックアップ電源装置において、該バッテリー及び該疑似正弦波作成回路の出力開始条件として、該バックアップ電源装置とバッテリー駆動可能な装置との接続確認を行う判断手段Ａを備えており、該判断手段Ａは、該バッテリーの出力開始条件である疑似正弦波作成回路接続認識用信号線と該疑似正弦波作成回路の出力開始条件である本体接続確認用信号線を備え、両信号線を該疑似正弦波作成回路上で共通化することにより、該バッテリー駆動可能な装置に接続された際、該バッテリー及び該疑似正弦波作成回路を同時に接続確認し出力を開始する手段であることを特徴とするバックアップ電源装置。
９．上記８記載のバックアップ電源装置を搭載した酸素濃縮装置。
１０．該酸素濃縮装置に該バックアップ電源装置が組込まれているかを判断するための判断手段Ｂを備えており、該バックアップ電源装置が組み込まれた際、該酸素濃縮装置の動作を変更する手段であることを特徴とする上記９記載の酸素濃縮装置。
本発明により、バッテリーと疑似正弦波作成回路から構成されるバックアップ電源装置を単体で放置していても消費電力を抑えることが可能となる。また、単体で長期間バックアップ電源装置を放置すると、バッテリーが充電や放電ができない使用不可となる電圧域まで降圧してしまうが、それまでの時間を延長することが可能となる。さらに、バックアップ電源装置単体では出力しないため、操作者の感電のリスクを低減し、より安全な装置を提供することが可能となる。
本発明の酸素濃縮装置に搭載しているバックアップ電源の構成を、更に図面を用いて説明する。
図３は、バックアップ電源装置の接続確認手段、及び酸素濃縮装置の接続確認手段を示した模式図である。バックアップ電源装置８０を酸素濃縮装置１の搭載部位（凹部）に装着または脱着可能となっている。バッテリー８１及び疑似正弦波作成回路８２は、共にＣＰＵを備えており、それぞれの接続確認用信号線の状態を監視している。バッテリー８１及び疑似正弦波作成回路８２に備えられている接続確認用信号線である本体接続確認用信号線８４、疑似正弦波作成回路接続確認用信号線８３は、疑似正弦波作成回路上で共通化されており、酸素濃縮装置１と接続された際にループを形成し、バッテリー８１及び疑似正弦波回路８２の接続確認用信号線が同時に疑似正弦波作成回路のＧＮＤに接続される設計となっている。
また、酸素濃縮装置１の電装回路８６上でもバックアップ電源装置８０の搭載有無を監視するため、バックアップ電源装置接続確認用信号線８５を備えており、バックアップ電源装置８０が組み込まれると、酸素濃縮装置電装回路のＧＮＤに接続される設計となっている。これにより、バックアップ電源装置８０を搭載しているときは、使用者にバックアップ電源装置８０の使用状態等を伝えるため、酸素濃縮装置１の表示画像やＬＥＤ表示や音声内容等を変更する。
また、バックアップ電源装置８０と酸素濃縮装置１の接続コネクタには、フローティングブッシュを有するものを使用して、バックアップ電源装置８０の着脱時に生じる位置ズレを吸収し、容易に挿抜を行うことができる。
図４にはバックアップ電源装置８０の出力開始までのフローチャートを示す。
バッテリー８１のＣＰＵは常に疑似正弦波作成回路接続確認用信号線８３を監視しており、バックアップ電源装置８０が本体に接続され、疑似正弦波作成回路接続確認用信号線８３がＧＮＤに接続されたことを確認するとバッテリーの出力を開始する。バッテリー８１からの出力を受け、疑似正弦波作成回路８２のＣＰＵが動作を開始し、本体接続確認用信号の監視を開始するが、既に酸素濃縮装置１に接続されており、本体接続確認用信号はＧＮＤに接続されているため、疑似正弦波作成回路８２の出力を開始し、バックアップ電源装置８０としての出力を開始するようになっている。
図５には、バックアップ電源装置８０の出力切替えのフローチャートを示す。
酸素濃縮装置１を運転させる際の電源供給元は、バックアップ電源装置８０及びＡＣ電源供給の有無、バッテリー８１の状態によって異なる。バックアップ電源装置８０が搭載されておらず、ＡＣ電源が供給されていれば、ＡＣ電源によって運転し、ＡＣ電源が供給されていなければ、運転不可となる。一方、バックアップ電源装置８０が搭載されており、ＡＣ電源が供給されていれば、ＡＣ電源によって運転する。また、バックアップ電源装置８０が搭載されており、ＡＣ電源が供給されていないとき、バッテリー８１が放電可能状態ならば、バッテリー８１による運転を行い、バッテリー８１が放電不可状態ならば、酸素濃縮装置１は運転不可となる。

本願発明の酸素濃縮装置は医療用酸素濃縮装置として、喘息、肺気腫症、慢性気管支炎等の呼吸器系器官疾患に苦しむ患者に対する酸素吸入療法のための酸素供給源に使用される。

１：酸素濃縮装置
３：使用者（患者）
８０：バックアップ電源装置
８１：バッテリー
８２：疑似正弦波作成回路
８３：疑似正弦波作成回路接続確認用信号線
８４：本体接続確認用信号線
８５：バックアップ電源装置接続確認用信号線
８６：酸素濃縮装置側電装回路
１０１：ＨＥＰＡフィルタ
１０２：吸気消音器
１０３：コンプレッサ
１０４：流路切換弁
１０５：吸着筒
１０６：均圧弁
１０７：逆止弁
１０８：製品タンク
１０９：調圧弁
１１０：流量設定手段
１１１：パーティクルフィルタ
２０１：加湿器
３０１：酸素濃度センサ
３０２：流量センサ
３０３：圧力センサ
４０１：制御手段
５０１：コンプレッサボックス
５０２：冷却ファン
５０３：消音器
７０１：電源プラグ
７０２：充電式電池（バッテリー）

Claims (12)

1. 酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着材を充填した吸着筒と、該吸着筒に圧縮空気を供給するコンプレッサと、商用電源およびバックアップ電源の双方の電源とを備えた酸素濃縮装置において、該バックアップ電源が充電式のバッテリーであり、該酸素濃縮装置の電力使用量の予測手段を備え、電源が該バッテリーに切替わった際に、該予測手段の電力予測値が該バッテリーの出力容量を超えていた場合、濃縮器の消費電力が該バッテリーの出力容量以下になるよう、コンプレッサの回転数を制限する制御手段を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置。
2. 該予測手段が、コンプレッサのモータ回転数または吐出圧力を検出する手段を備え、いずれかの検出値に基づいて酸素濃縮装置の消費電力を予測する手段である、請求項１記載の酸素濃縮装置。
3. 該予測手段が、コンプレッサのモータ回転数および吐出圧力を検出する手段を備え、回転数の検出値と吐出圧力の検出値から予め求められた演算式に基づいて酸素濃縮装置の消費電力を予測する手段である、請求項１記載の酸素濃縮装置。
4. 該予測手段が、コンプレッサのモータ回転数および吐出圧力を検出する手段を備え、回転数の検出値と吐出圧力の検出値から予め定めたテーブルに基づいて酸素濃縮装置の消費電力を予測する手段である、請求項１記載の酸素濃縮装置。
5. 該予測手段が、充電式電池の回路に電流検出を備え、前記電流検出結果に基づいて充電式電池の出力容量を予測する手段である、請求項２〜４の何れか１項に記載の酸素濃縮装置。
6. 該予測手段が、吐出圧力の検出結果の記憶手段を備え、電源が充電式電池に切り替わった際の直近の最大吐出圧および充電式電池の出力容量から決定される酸素濃縮装置が動作可能な最大モータ回転数以下にモータ回転数を制御する手段である、請求項２〜５の何れか１項に記載の酸素濃縮装置。
7. 該予測手段が、吐出圧力の検出結果の記憶手段を備え、電源が充電式電池で起動中の直近の最大吐出圧および充電式電池の出力容量から決定される酸素濃縮装置が動作可能な最大モータ回転数以下にモータ回転数を制御する手段である、請求項２〜５の何れか１項に記載の酸素濃縮装置。
8. 該バックアップ電源が、バッテリーと疑似正弦波作成回路を備え、バッテリー駆動可能な装置に着脱可能に接続されるバックアップ電源装置であり、該バッテリ及び該疑似正弦波作成回路の出力開始条件として、該バックアップ電源装置とバッテリ駆動可能な装置との接続確認を行う判断手段Ａを備えており、該判断手段Ａは、該バッテリーの出力開始条件である疑似正弦波作成回路接続認識用信号線と該疑似正弦波作成回路の出力開始条件である本体接続確認用信号線を備え、両信号線を該疑似正弦波作成回路上で共通化することにより、該バッテリー駆動可能な装置に接続された際、該バッテリー及び該疑似正弦波作成回路を同時に接続確認し出力を開始する手段であるバックアップ電源装置を備えた、請求項２〜５の何れかに記載の酸素濃縮装置。
9. 該酸素濃縮装置に該バックアップ電源装置が組込まれているかを判断するための判断手段Ｂを備えており、該バックアップ電源装置が組み込まれた際、該酸素濃縮装置の動作を変更する手段であることを特徴とする請求項８記載の酸素濃縮装置。
10. バッテリーと疑似正弦波作成回路を備え、バッテリー駆動可能な装置に着脱可能に接続されるバックアップ電源装置において、該バッテリ及び該疑似正弦波作成回路の出力開始条件として、該バックアップ電源装置とバッテリ駆動可能な装置との接続確認を行う判断手段Ａを備えており、該判断手段Ａは、該バッテリーの出力開始条件である疑似正弦波作成回路接続認識用信号線と該疑似正弦波作成回路の出力開始条件である本体接続確認用信号線を備え、両信号線を該疑似正弦波作成回路上で共通化することにより、該バッテリー駆動可能な装置に接続された際、該バッテリー及び該疑似正弦波作成回路を同時に接続確認し出力を開始する手段であることを特徴とするバックアップ電源装置。
11. 請求項１０記載のバックアップ電源装置を搭載した酸素濃縮装置。
12. 該酸素濃縮装置に該バックアップ電源装置が組込まれているかを判断するための判断手段Ｂを備えており、該バックアップ電源装置が組み込まれた際、該酸素濃縮装置の動作を変更する手段であることを特徴とする請求項１１記載の酸素濃縮装置。

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