KR102158888B1 - 산소 농축 장치 - Google Patents

Abstract

콤프레서 회전수 제어의 상한을 초래한 경우에, 산소 농도를 상승시켜, 산소 농축 장치의 사용 시간의 연장을 가능하게 하는 장치로서, 산소 농도 센서의 검출값에 기초하여 그 콤프레서의 회전수를 제어함과 함께, 그 산소 농도 센서의 검출값, 그 압력 센서의 검출값 및 그 흡착통의 사용 시간에 기초하여 흡습 열화를 판단하고, 흡습 열화의 판단 기준을 만족시킨 경우에 그 퍼지 공정의 시간을 초기 설정 시간보다 짧게 하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 산소 농축 장치를 제공한다.

Description

산소 농축 장치{OXYGEN CONCENTRATION DEVICE}

본 발명은 산소보다 질소를 우선적으로 흡착하는 흡착제를 사용한 압력 변동 흡착형의 산소 농축 장치에 관한 것이고, 특히 만성 호흡기 질환 환자 등에 대해 실시되는 산소 흡입 요법에 사용하는 의료용 산소 농축 장치에 관한 것이다.

최근, 천식, 폐기종증, 만성 기관지염 등의 호흡기계 기관의 질환에 괴로워하는 환자가 증가하는 경향이 있고, 그 치료법으로서 가장 효과적인 것 중 하나로 산소 흡입 요법이 있다. 이러한 산소 흡입 요법이란, 산소 가스 혹은 산소 농축 가스를 환자에게 흡입시키는 것이다. 산소의 공급원으로서, 산소 농축 장치, 액체 산소, 산소 가스 봄베 등이 알려져 있지만, 사용시의 편리함이나 보수 관리의 용이함으로부터, 재택 산소 요법에는 산소 농축 장치가 주류로 사용되고 있다.

산소 농축 장치는, 공기 중에 존재하는 약 21 ％ 의 산소를 분리 농축시켜 사용자에 공급하는 장치이다. 그것에는 산소를 선택적으로 투과시키는 막을 사용한 막식 산소 농축 장치와, 질소 또는 산소를 우선적으로 흡착할 수 있는 흡착제를 사용한 압력 변동 흡착형 산소 농축 장치가 있는데, 고농도의 산소가 얻어지는 점에서 압력 변동 흡착형 산소 농축 장치가 주류로 되어 있다.

압력 변동 흡착형 산소 농축 장치는, 산소보다 질소를 선택적으로 흡착하는 흡착제인 5A 형이나 13X 형, Li-X 형 등의 몰레큘러시브 제올라이트를 충전한 흡착통에 콤프레서로 압축된 공기를 공급함으로써, 가압 조건하에서 질소를 흡착시켜,미흡착된 산소를 얻는 가압·흡착 공정과, 상기 흡착통 내의 압력을 대기압 또는 그 이하로 줄여, 흡착제에 흡착된 질소를 퍼지함으로써 흡착제의 재생을 실시하는 감압·탈착 공정을 교대로 반복하여 실시함으로써, 고농도의 산소 농축 가스를 연속적으로 생성할 수 있다.

일본 공개특허공보 2002-253675호 일본 공개특허공보 2000-516854호

압력 변동 흡착형 산소 농축 장치에서는, 원료 공기 중에 함유되는 수분이 흡착제에 흡착되고, 흡착제의 시간 경과적인 흡습 열화에 의해 산소 농도의 저하가 일어난다. 일정 농도의 산소 농도를 공급하는 산소 농축 장치에서는, 산소 농도의 저하를 보상하기 위해서, 콤프레서의 회전수를 올려 흡착통의 흡착압을 높임으로써 산소 농도를 높이는 제어를 실시하고 있다 (일본 공개특허공보 2002-253675호에 기재). 그러나, 콤프레서의 회전수를 올림으로써 산소 농도를 보상하는 데에도 한계가 있다.

생성되는 산소 농도의 시간 경과적 변화나, 장치의 시간 경과적 열화에 수반되는 산소 농도 저하를 보상하여, 산소 농도를 일정하게 유지하기 위해서, 산소 농축 기체의 산소 농도를 산소 센서로 검지하여, 콤프레서 풍량이나 흡탈착의 사이클 타임 등을 피드백 제어함으로써 제품 가스 중의 산소 농도를 유지하는 장치도 알려져 있다 (일본 공개특허공보 2000-516854호에 기재). 그러나, 흡탈착 공정 시간의 전환 사이클 타임의 변경은, 전환시에 일시적인 산소 농도의 변동을 초래하여, 소정 농도에 도달하는 데에 시간을 필요로 하는 등, 안정 제어가 부족한 면이 있다.

본 발명자는, 흡착 공정에서 생성되는 산소의 일부를 탈착 공정측의 흡착통에 흘리고, 질소의 탈착을 촉진하는 퍼지 공정의 최적 시간이 흡착제의 흡습 열화에 의해 단시간측으로 시프트하는 것을 알아내어, 콤프레서 회전수 제어의 상한값에 도달한 경우에 퍼지 시간을 짧게 함으로써 산소 농도를 상승시킬 수 있어, 산소 농축 장치의 사용 시간의 연장이 가능한 것을 알아냈다.

본 발명은 이하의 산소 농축 장치를 제공하는 것이다.

1. 산소보다 질소를 선택적으로 흡착하는 흡착제를 충전한 복수의 흡착통과, 그 흡착통에 가압 공기를 공급하는 콤프레서와, 그 콤프레서 및 각 흡착통 사이의 유로를 순차 전환하고, 각 흡착통에 가압 공기를 공급하여 산소 농축 가스를 취출하는 흡착 공정, 각 흡착통을 감압하여 흡착제를 재생하는 탈착 공정, 흡착 공정측 흡착통으로부터의 산소 농축 가스를 탈착 공정측 흡착통으로 도입하는 퍼지 공정을 소정 타이밍으로 반복하기 위한 유로 전환 수단과, 산소 농축 가스를 원하는 유량으로 조정하여 공급하는 유량 설정 수단과, 산소 농축 가스 농도를 측정하는 산소 농도 센서, 그 흡착통의 압력을 검지하는 압력 센서와, 그 콤프레서, 그 유로 전환 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비한 압력 변동 흡착형 산소 농축 장치에 있어서,

그 산소 농도 센서의 검출값에 기초하여 그 콤프레서의 회전수를 제어함과 함께, 그 산소 농도 센서의 검출값, 그 압력 센서의 검출값 및 그 흡착통의 사용 시간에 기초하여 흡착제의 흡습 열화를 판단하고, 흡습 열화의 판단 기준을 만족시킨 경우에 그 퍼지 공정의 시간을 초기 설정 시간보다 짧게 하도록 그 유로 전환 수단의 전환 시간을 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 산소 농축 장치.

2. 그 흡습 열화의 판단 기준이,

그 산소 농도 센서의 검출값이 소정 농도값 이하인 것,

그 콤프레서의 회전수가 제어 상한값이고, 또한 그 압력 센서의 검출값이 당해 조건에서의 콤프레서 회전시에 있어서의 장치 사용 초기시의 압력값 이상인 것,

흡착통의 사용 시간이 소정 시간 이상인 것의 3 가지 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 상기 1 에 기재된 산소 농축 장치.

3. 그 흡습 열화의 판단 기준이,

그 산소 농도 센서의 검출값이 소정 농도값 이하인 것,

그 콤프레서의 회전수가 그 유량 설정 수단의 최대 유량 설정값에 있어서의 콤프레서의 회전수이고, 또한 그 압력 센서의 검출값이 당해 조건에서의 콤프레서 회전시에 있어서의 장치 사용 초기시의 압력값 이상인 것,

흡착통의 사용 시간이 소정 시간 이상인 것의 3 가지 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 상기 1 에 기재된 산소 농축 장치.

4. 그 흡습 열화의 판단 기준을 만족시키고, 그 퍼지 공정의 시간을 초기 설정 시간보다 짧게 하도록 그 유로 전환 수단의 전환 시간을 제어한 후, 다시 그 흡습 열화의 판단 기준을 만족시킨 경우, 그 퍼지 공정의 시간을 변경 후의 설정 시간보다 짧게 하도록 그 유로 전환 수단의 전환 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 2 또는 3 에 기재된 산소 농축 장치.

5. 그 산소 농도 센서의 검출값이 90 ％ 이하인 것, 흡착통의 사용 시간이 2000 시간 이상인 것을 특징으로 하는 상기 2 ∼ 4 중 어느 하나에 기재된 산소 농축 장치.

본 발명의 산소 농축 장치에 의하면, 흡착제의 시간 경과적 열화에 수반되는 질소 흡착 성능의 저하, 그것에 수반되는 산소 농축 가스의 산소 농도 저하에 대하여, 신속하게 농도 상승을 도모할 수 있어, 장기 사용이 가능한 산소 농축 장치를 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시양태예인 압력 변동 흡착형 산소 농축 장치의 플로우를 나타낸 개략 구성도를 나타낸다. 또, 도 2 는 본 발명의 압력 변동 흡착형 산소 농축 장치의 흡탈착의 각 공정의 공급 밸브, 배기 밸브, 균압 밸브의 개폐 전환 타이밍을 나타낸다.
도 3 은 흡착제의 흡습 열화에 수반되는 산소 농도 저하와 퍼지 시간의 관계를, 또한, 도 4, 도 5 는 산소 농축 장치의 시간 경과적 열화에 수반되는 산소 농도 변화와 콤프레서 회전수 제어, 퍼지 시간 제어의 관계를 나타낸다.

본 발명의 산소 농축 장치의 실시양태예를 도면을 사용하여 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태인 압력 변동 흡착형의 산소 농축 장치를 예시한 개략 장치 구성도이다. 본 발명의 산소 농축 장치는, 가압 공기를 공급하는 콤프레서 (102), 산소보다 질소를 선택적으로 흡착하는 흡착제를 충전한 흡착통 (107A, 107B), 흡착 공정, 탈착 공정이나 균압 공정 등의 시퀀스를 전환하는 유로 전환 수단인 공급 밸브 (105A, 105B), 배기 밸브 (106A, 106B), 균압 밸브 (110) 를 구비한다. 가압 공기로부터 분리 생성된 산소 농축 가스는, 컨트롤 밸브 (113) 에 의해 소정 유량으로 조정되고, 필터 (115) 에 의해 제진된 후, 비강 캐뉼라 (116) 를 사용하여 사용자에게 공급된다.

먼저, 외부로부터 취입되는 원료 공기는, 진애 등의 이물질을 없애기 위한 외부 공기 취입 필터 (101) 를 구비한 공기 취입구로부터 장치 내에 취입된다. 이 때, 통상적인 공기 중에는 약 21 ％ 의 산소 가스, 약 77 ％ 의 질소 가스, 0.8 ％ 의 아르곤 가스, 이산화탄소 외의 가스가 1.2 ％ 함유되어 있다. 이러한 장치에서는, 호흡용 가스로서 필요한 산소 가스를 농축하여 취출한다.

산소 농축 가스의 취출은, 산소 분자보다 질소 분자를 선택적으로 흡착하는 제올라이트 등으로 이루어지는 흡착제가 충전된 흡착통 (107) 에 대하여, 공급 밸브 (105A, 105B), 배기 밸브 (106A, 106B) 를 개폐함으로써, 대상으로 하는 흡착통 (107A, 107B) 을 순차 전환하면서, 콤프레서 (102) 에 의해 가압한 원료 공기를 공급하고, 흡착통 내에서 원료 공기 중에 함유되는 약 77 ％ 의 질소 가스를 선택적으로 흡착 제거함으로써 실시된다. 이러한 흡착제로는, 5A 형, 13X 형, Li-X 형 등의 몰레큘러시브 제올라이트 등이 사용될 수 있다.

상기 흡착통 (107) 은, 흡착제를 충전한 원통상 용기로 형성되고, 통상적으로 1 통식, 2 통식 외에 3 통 이상의 다통식이 사용되는데, 연속적이고 또한 효율적으로 원료 공기로부터 산소 농축 가스를 제조하기 위해서는, 2 통식이나 다통식의 흡착통을 사용하는 것이 바람직하다.

또, 상기 콤프레서 (102) 로는, 압축 기능만, 혹은 압축, 진공 기능을 갖는 콤프레서로서 2 헤드 타입의 요동형 공기 압축기가 사용되는 것 외에, 스크루식, 로터리식, 스크롤식 등의 회전형 공기 압축기가 사용되는 경우도 있다. 또, 이 콤프레서를 구동시키는 전동기의 전원은 교류여도 되고 직류여도 된다.

가압 상태의 흡착통 내에서 공기 중의 질소 가스를 흡착제에 흡착시키고, 흡착되지 않은 산소를 주성분으로 하는 산소 농축 가스가 흡착통의 제품단으로부터 취출되어, 흡착통으로 역류되지 않도록 형성된 역지 밸브 (108A, 108B) 를 통하여 제품 탱크 (111) 에 유입된다.

한편, 흡착통 내에 충전된 흡착제에 흡착된 질소 가스는, 새롭게 도입되는 원료 공기로부터 다시 질소 가스를 흡착하기 위해서, 흡착제로부터 탈착시켜 퍼지할 필요가 있다. 이 때문에, 흡착통 (107A, 107B) 을 배기 밸브 (106A, 106B) 를 통하여 배기 라인에 접속시키고, 가압 상태에서 대기 개방 상태로 전환하고, 가압 상태에서 흡착되고 있던 질소 가스를 탈착시켜 대기 중으로 배기하여, 흡착제를 재생시킨다. 또한, 이 탈착 공정에 있어서, 질소의 탈착 효율을 높이기 위해서, 오리피스 (109A, 109B) 및 균압 밸브 (110) 를 통하여 흡착 공정 중의 흡착통의 제품단측으로부터 생성된 산소 농축 가스의 일부를 퍼지 가스로서 탈착 공정 중의 흡착통으로 역류시키는 퍼지 공정을 실시한다.

제품 탱크 (111) 에 저장된 산소 농축 가스는, 예를 들어 95 ％ 와 같은 고농도의 산소 가스를 함유하고 있고, 의사의 처방에 의해 필요하게 되는 산소 유량을 환자 자신이 설정한다. 조압 밸브 (112), 컨트롤 밸브 (113) 등의 유량 조정 수단에 의해 그 압력과 공급 유량이 제어되어, 처방량의 산소 농축 가스가 환자에게 공급된다. 한편, 환자에게 공급되는 산소 농축 가스의 유량 및 산소 농도는 산소 농도 센서·유량 센서 (117) 로 검지되고, 검지 결과에 기초하여 콤프레서 (102) 의 회전수나 유로 전환 수단인 공급 밸브 (105), 배기 밸브 (106), 균압 밸브 (110) 의 개폐 시간을 CPU (120) 등의 연산 수단으로 제어하여, 산소 생성을 컨트롤하고 있다.

흡착압은 흡착통 내압 혹은 콤프레서 토출압으로 계측되고, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 콤프레서 토출측의 배관에 형성한 압력 센서, 혹은 흡착통에 형성한 압력 센서로 검지한다.

도 2 는 본 발명의 일 실시형태인 산소 농축 장치의 콤프레서와 각 흡착통 사이의 유로에 형성된 공급 밸브 및 배기 밸브와, 흡착통의 하류측에서 흡착통 사이를 균압하는 균압 밸브를 순차 전환하는 유로 전환 수단의 개폐 타이밍의 개략도이다.

2 통식의 압력 변동 흡착형의 산소 농축 장치에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 일방의 흡착통 A 가 흡착 공정을 실시하고 있는 경우에는, 타방의 흡착통 B 에서는 탈착 공정을 실시하고, 공급 밸브 A, B, 배기 밸브 A, B 및 균압 밸브의 개폐를 제어함으로써, 흡착 공정, 탈착 공정을 각각 역위상의 형태로 순차 전환하여, 산소를 연속적으로 생성하고 있다.

흡착제의 재생 효율을 높이기 위해서, 흡착 공정에서 생성된 산소의 일부를 균압 밸브를 통하여 탈착 공정측 흡착통으로 흘리는 퍼지 공정을 도입하고, 일방의 흡착통 A 에 대해 흡착 공정, 퍼지 생성 공정, 탈착 공정, 퍼지 배기 공정을, 타방의 흡착통 B 에 대해 탈착 공정, 퍼지 배기 공정, 흡착 공정, 퍼지 생성 공정을 교대로 전환하는 정상 시퀀스를 실시함으로써 효율적으로 산소를 생성할 수 있다.

퍼지 공정은, 도 2 의 사선부로 나타내는 바와 같이, 예를 들어 흡착 공정에서 산소를 생성하고 있는 흡착통 B 로부터 산소를 취출함과 함께, 균압 밸브를 통하여 탈착 공정에서 질소를 감압 배기하고 있는 흡착통 A 에 생성 산소의 일부를 흘려, 흡착제의 질소 탈착 재생 효율을 높이는 공정이다. 흡착통 B 에서는 퍼지용 산소를 생성하는 퍼지 생성 공정, 흡착통 A 에서는 그 산소를 제품단으로부터 퍼지 가스로서 흘려 계외로 배기하는 퍼지 배기 공정을 실시하고 있다.

이 퍼지 공정 시간을 길게 하면 흡착제의 재생 효율도 높아지고, 결과적으로 생성 산소 농도의 상승이 확인된다. 한편, 퍼지 공정 시간을 지나치게 길게 하면, 흡착통 B 로부터 제품 탱크측으로의 산소 취출량이 감소하는 것 외에, 취출량에 따라서는, 질소 파과 (破過) 에 의해 생성 산소 농도의 저하를 초래하여, 제품 가스로서의 생성량이 적어지는 디메리트도 있다. 흡착 공정이나 탈착 공정의 시간 변경을 포함하는 시퀀스 전체를 제어한 경우에는, 시퀀스 전체의 밸런스가 무너져 생성 산소 농도가 안정되는 데에 시간을 필요로 하기 때문에, 본 발명에서는 퍼지 공정 시간을 제어한다.

산소 농축 장치를 장기간 사용함으로써, 흡착제는 흡습 열화되어, 생성되는 산소 농축 가스의 산소 농도의 저하를 초래한다. 질소 흡착제로서 사용하는 몰레큘러시브 제올라이트는 수분 흡착능이 강하여, 탈착 공정, 퍼지 공정에서는 완전히 흡착제에 흡착된 수분을 제거할 수는 없어, 질소 흡착 성능의 저하를 일으킨다. 통상적으로 이러한 산소 농도의 저하를 보상하기 위해서, 산소 농축 장치의 콤프레서의 회전수를 올려 원료 공기의 공급량을 늘리고, 흡착통의 흡착압을 높임으로써 산소 농도를 높이는 제어를 실시하고 있다.

흡습 열화에 수반되는 생성 산소 농축 가스의 산소 농도에 대하여, 퍼지 시간의 최적화를 검토하였다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 퍼지 시간의 최적값은 흡착제의 흡습 열화에 따라 단시간측으로 시프트하여, 흡습 열화 퍼지 시간을 짧게 함으로써 산소 농도의 상승을 도모할 수 있다. 초기 설정시의 퍼지 시간 3.5 초에 대하여, 열화시 A, 열화시 B 와 흡착제의 시간 경과적 열화가 진행됨에 따라 퍼지 시간의 최적값이 2.5 초, 2.0 초로 단시간측으로 시프트한다. 그래서 퍼지 시간을 단시간측으로 변경함으로써 산소 농도는 상승한다. 이러한 퍼지 시간의 단시간측으로의 변경시에도, 최적 시간으로 일시에 단축되는 것이 아니라, 0.1 초, 0.2 초와 같은 작은 간격으로 점차 변경해 가는 것이 생성 산소 농도로의 영향이 적어 바람직하다.

산소 농도의 저하 원인을 고려하지 않고 부주의하게 흡탈착 공정의 사이클 타임을 변경하면, 산소 생성의 불안정화를 초래한다. 흡습 열화가 일어나고 있는 것을 복수의 파라미터로부터 판단하고, 산소 농축 가스의 산소 농도의 저하가 흡착제의 흡습 열화가 원인인 것을 사전에 파악한 다음, 퍼지 공정 시간의 소정의 단시간측으로의 시프트 제어를 하는 것이 중요하다.

흡착제의 흡습 열화는, 생성 산소 농축 가스 농도가 소정 농도 이하로 저하되는 것, 흡착압이 소정값 이상으로 상승하는 현상을 수반한다. 산소 농도가 90 ％ 이하, 당해 산소 농축 장치가 보증하는 산소 농축 가스의 최저값 혹은 그 이상의 값으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 고농도 산소 농축 가스를 공급하는 의료용 산소 농축 장치의 경우, 80 ∼ 90 ％ 사이에서 임계값을 설정하는 것이 바람직하다.

흡착압은, 흡착통 내압이나 콤프레서 토출압 등 압력 센서의 설치 위치에 따라 값이 약간 상이한데, 어느 값을 사용하여 제어를 실시해도 된다. 산소 농축 장치의 경우, 흡탈착 공정의 사이에서 압력은 크게 변동한다. 또 소비 전력의 저감이나 산소 농도의 보상 등을 목적으로 하여, 유량 설정값에 의해 콤프레서 회전수를 제어하고 있다. 이 경우, 산소 농도를 검지하여 콤프레서 회전수를 피드백 제어하고 있고, 흡착압은 일정한 임계값을 나타내지는 않는다. 또, 콤프레서나 전자 밸브의 이상 고장, 배관 이상 등에 의해 흡착압이 저하되는 등, 흡착제에 흡습 열화 이외의 요인에 의해서도 압력값이 변화한다.

흡착 압력의 변동이, 설정 유량이나 산소 농도 등에 의한 콤프레서 회전수의 정상 제어에 기초하는 것이나, 기기 이상에 기초하는 것 등, 흡착제의 흡습 열화 이외 요인에 기초하는 것을 배제하기 위해서, 그 판단 기준으로서, 1) 콤프레서의 회전수가 제어 상한값이고, 또한 그 압력 센서의 검출값이 당해 조건에서의 콤프레서 회전시에 있어서의 장치 사용 초기시의 압력값 이상인 것, 혹은 2) 콤프레서의 회전수가 유량 설정 수단의 최대 유량 설정값에 있어서의 콤프레서의 회전수이고, 또한 그 압력 센서의 검출값이 당해 조건에서의 콤프레서 회전시에 있어서의 장치 사용 초기시의 압력값 이상인 것 등의 조건을 설정하는 것이 바람직하다. 그 장치의 흡착압이 정상 범위 이상의 압력값을 나타내는 것을 검지한다. 그 외에, 유량 설정값마다 미리 정한 콤프레서 운전 조건에서의 초기 흡착압을 기준으로 흡착압 상승을 검지할 수도 있다.

또, 이러한 흡착제의 흡습 열화는 일정 이상의 기간 산소 농축 장치를 운전한 결과 발생하는 것으로, 운전을 개시한지 얼마 되지 않은 시간에 본 발명의 제어가 작용하는 것은 다른 기기 이상이 발생한 것이 시사된다. 따라서, 흡착통의 사용 개시 후, 소정 시간 이상 경과되어 있는 것이 본 발명의 퍼지 시간의 단시간측 시프트 제어를 실시하는 전제가 된다. 산소 농축 장치는, 통상적으로는 5 ℃ 내지 35 ℃ 와 같은 생활 환경하에서 사용되는 것이 바람직하지만, 영하의 엄동기나 40 ℃ 이상의 무더위하의 조건에서도 사용된다. 흡착제의 흡습 열화는, 특히 5 ℃ 이하나 영하와 같은 저온 환경에서 현저히 나타난다. 장치의 사용 환경에 따라 흡착제의 열화 속도는 크게 변동한다. 따라서, 흡착통의 사용 시간은, 적어도 500 시간 이상, 바람직하게는 2000 시간 이상 경과되어 있는 것이 바람직하다.

도 4, 도 5 에 본 발명의 산소 농축 장치에 있어서, 생성 산소 농축 가스의 산소 농도 저하에 수반되는 콤프레서 회전수 상승에 의한 산소 농도 보상 제어를 실시하고, 콤프레서 회전수 제어의 한계 후에 퍼지 시간의 단시간 시프트를 실시한 경우의 산소 농축 가스의 산소 농도, 콤프레서 회전수, 퍼지 시간의 관계를 나타낸다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 산소 농축 장치의 운전 초기에 산소 농도 95 ％ 의 값을 나타내어도, 시간 경과적으로 흡착제가 흡습 열화됨으로써 생성 산소 농축 가스의 산소 농도가 저하되고, 90 ％ 를 지난 시점에서 콤프레서 회전수를 올려 흡착압을 높임으로써 산소 농도를 90 ％ 로 유지한다. 흡습 열화가 진행됨에 따라 콤프레서 회전수를 더욱 올리는 제어를 실시해도 한계가 있어, 콤프레서 회전수의 상한에 도달한 후, 산소 농도가 88 ％ 를 지난 시점에서 퍼지 시간의 단시간측 시프트를 실시한다 (열화시 A). 이로써, 일시적으로 생성 산소 농축 가스의 산소 농도는 상승한다. 추가로 시간 경과적 열화가 진행되어, 산소 농도가 다시 88 ％ 를 지나면, 다시 퍼지 시간을 단시간측으로 시프트시키는 제어를 실시한다 (열화시 B). 이로써, 다시 생성 산소 농축 가스의 산소 농도는 상승한다.

도 5 는 열화시 A, B 에 있어서의 산소 농도 보상 제어를 병용한 예를 나타낸다. 산소 농축 장치의 운전 초기에 산소 농도 95 ％ 의 값을 나타내어도, 시간 경과적으로 흡착제가 흡습 열화됨으로써 생성 산소 농축 가스의 산소 농도가 저하되고, 90 ％ 를 지난 시점 a 에서 콤프레서 회전수를 올려 흡착압을 높임으로써 산소 농도를 90 ％ 로 유지한다. 흡습 열화가 더욱 진행되어, 콤프레서 회전수의 상한에 도달한 시점 b 에서 산소 농도 보상 제어는 정지한다. 그 후, 산소 농도가 88 ％ 를 지난 시점 c 에서 퍼지 시간의 단시간측 시프트를 실시한다 (열화시 A). 이로써, 일시적으로 생성 산소 농축 가스의 산소 농도는 상승한다. 산소 농도의 상승과 함께 산소 농도 보상 제어가 재개되어, 콤프레서 회전수가 내려간다. 추가로 시간 경과적 열화가 진행되어, 다시 콤프레서 회전수의 상한에 도달한 시점 d 에서 산소 농도 보상 제어는 정지하고, 산소 농도가 다시 88 ％ 를 지난 시점 e 에서, 다시 퍼지 시간을 단시간측으로 시프트시키는 제어를 실시한다 (열화시 B). 이로써, 재차 생성 산소 농축 가스의 산소 농도는 상승한다. 그 후에는 열화시 A 와 마찬가지로 산소 농도 보상 제어의 재개, 콤프레서 회전수의 저하가 일어나고, 콤프레서 회전수의 상한값으로의 도달 f, 산소 농도의 저하가 일어난다.

이러한 퍼지 시간의 시프트 제어는, 도 4, 도 5 에서는 2 회의 예를 나타내고 있지만, 2 회 내지 5 회 정도 반복함으로써, 생성 산소 농도를 유지하여, 장기간의 산소 농축 장치의 사용이 가능해진다. 퍼지 시간을 얼마로 설정할지는, 산소 농축 장치의 생성 능력, 공급 산소 농도 등에 따라 상이하다.

산소 농축 장치의 기동시에는 통상 디폴트로 설정된 퍼지 공정 시간에 운전을 개시한다. 생성 산소 농축 가스의 산소 농도, 흡착압, 흡착통의 운전 시간의 상기 3 가지 조건을 기초로 흡착제의 흡습 열화를 판단하고, 예를 들어 산소 농도가 88 ％ 미만, 콤프레서의 최대 회전수로 운전시의 흡착압이 초기압 이상, 흡착통 사용 시간이 2000 시간 이상인 경우, 퍼지 시간을 3.5 초에서 2.5 초로 변경한다 (열화시 A). 퍼지 시간의 변경 횟수를 기억해 두고, 장치의 ON/OFF 를 반복하는 가운데, 예를 들어 3 회 이상 흡습 열화 3 가지 조건을 만족시켜 퍼지 시간의 단시간 시프트를 실시한 경우에는, 다음번 기동시에는, 열화시 A 의 퍼지 시간 2.5 초의 조건으로 기동시킨다.

또, 그 후, 다시 상기 3 가지 조건을 만족시킨 경우에는, 열화시 B 로 하여 퍼지 시간을 2.5 초에서 2 초로 단시간 시프트한다. 이로써 산소 농도가 상승되어, 산소 농축 장치의 사용 기간을 연장할 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명의 산소 농축 장치는 의료용 산소 농축 장치로서, 천식, 폐기종증, 만성 기관지염 등의 호흡기계 기관 질환에 괴로워하는 환자에 대한 산소 흡입 요법을 위한 산소 공급원에 사용된다. 또, 본 발명이 특징으로 하는 장기에 걸쳐 안정적으로 산소를 공급 가능한 장치로서 이용 가능하다.

Claims (5)

1. 산소보다 질소를 선택적으로 흡착하는 흡착제를 충전한 복수의 흡착통과, 상기 흡착통에 가압 공기를 공급하는 콤프레서와, 상기 콤프레서 및 각 흡착통 사이의 유로를 순차 전환하고, 각 흡착통에 가압 공기를 공급하여 산소 농축 가스를 취출하는 흡착 공정, 각 흡착통을 감압하여 흡착제를 재생하는 탈착 공정, 흡착 공정측 흡착통으로부터의 산소 농축 가스를 탈착 공정측 흡착통으로 도입하는 퍼지 공정을 소정 타이밍으로 반복하기 위한 유로 전환 수단과, 산소 농축 가스를 원하는 유량으로 조정하여 공급하는 유량 설정 수단과, 산소 농축 가스 농도를 측정하는 산소 농도 센서, 상기 흡착통의 압력을 검지하는 압력 센서와, 상기 콤프레서, 상기 유로 전환 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비한 압력 변동 흡착형 산소 농축 장치에 있어서,
   상기 산소 농도 센서의 검출값에 기초하여 상기 콤프레서의 회전수를 제어함과 함께, 상기 산소 농도 센서의 검출값, 상기 압력 센서의 검출값 및 상기 흡착통의 사용 시간에 기초하여 흡습 열화를 판단하고, 흡습 열화의 판단 기준을 만족시킨 경우에 상기 퍼지 공정의 시간을 초기 설정 시간보다 짧게 하도록 상기 유로 전환 수단의 전환 시간을 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 산소 농축 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 흡습 열화의 판단 기준이, 상기 산소 농도 센서의 검출값이 소정 농도값 이하인 것, 상기 콤프레서의 회전수가 제어 상한값이고, 또한 상기 압력 센서의 검출값이 당해 조건에서의 콤프레서 회전시에 있어서의 장치 사용 초기시의 압력값 이상인 것, 흡착통의 사용 시간이 소정 시간 이상인 것의 3 가지 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 산소 농축 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 흡습 열화의 판단 기준이, 상기 산소 농도 센서의 검출값이 소정 농도값 이하인 것, 상기 콤프레서의 회전수가 상기 유량 설정 수단의 최대 유량 설정값에 있어서의 콤프레서의 회전수이고, 또한 상기 압력 센서의 검출값이 당해 조건에서의 콤프레서 회전시에 있어서의 장치 사용 초기시의 압력값 이상인 것, 흡착통의 사용 시간이 소정 시간 이상인 것의 3 가지 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 산소 농축 장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 퍼지 공정의 시간을 초기 설정 시간보다 짧게 하도록 상기 유로 전환 수단의 전환 시간을 제어한 후, 다시 상기 흡습 열화의 판단 기준을 만족시킨 경우, 상기 퍼지 공정의 시간을 변경 후의 설정 시간보다 짧게 하도록 상기 유로 전환 수단의 전환 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 산소 농축 장치.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 산소 농도 센서의 검출값이 90 ％ 이하인 것, 흡착통의 사용 시간이 2000 시간 이상인 것을 특징으로 하는 산소 농축 장치.

Images