TWI259090B - An oxygen concentrator - Google Patents

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1259090 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、內容、實施方式及圖式簡單說明） 【發明所屬之技術領域】[CHNC3] 發明領域 本發明係有關於一種氧氣濃縮裝置，其係用以產生例 如醫療用之氧氣濃縮氣體，特別是有關於一種可利用超音 5 波測定氧氣濃度及/或流量的氧氣濃縮裝置。 L先前技術3 背景技術 眾所皆知傳播於氣體中之超音波的傳播速度係以氣體 之濃度、溫度的函數表示。若將氣體之平均分子量設為Μ 10 ，溫度設為Τ(Κ)，則氣體中之超音波傳播速度C(m/sec)係 以下列第（1)式表示。 C=(/i RT/M)l/2...(1) 其中， /c :定積莫耳比熱與定壓莫耳比熱之比， 15 R :氣體常數。 即，若測出氣體中之超音波傳播速度C(m/sec)與氣體 之溫度T(K)，則可藉由運算求得氣體之平均分子量Μ。由 於若例如由氧氣與氮氣之混合比為Ρ : (1 —P)(〇SPS 1)之 混合氣體所組成之試樣氣體的平均分子量Μ係將氧氣之分 20 子量設為Μ02，氮氣之分子量設為ΜΝ2，則Μ=Μ02Ρ + ΜΝ2(1 — Ρ)，故可從所測定之平均分子量Μ藉由運算求出 氧氣濃度Ρ。於此，若該試樣氣體為氧氣與氮氣之混合氣 體，則可估計於氧氣與氮氣之混合比的整個大範圍内大致 上 /c = 1.4 〇 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 1259090

玖、發明說明 WmmmM 又由於當氣體中之超音波傳播速度為C(m/sec)，且 氣體之流速為v(m/sec)時，相對於氣體之流向以正方向接 收超音波時所測定之超音波傳播速度vi(m/㈣為vi = c + V’而以反方向接收超音波時所測定之超音波傳播速度 5 V2(m/Sec)為V2 = C-V，故氣體之流速v(m/sec)可從以下 第（2)式求得。 V=(V1 —V2)/2".(2) 藉由乘上氣體流通於其中之管路的截面積（m2)，可求 付氣體之流量（m3/sec)。 10 現今已有利用此原理，由傳播於試樣氣體中之超音波 的傳播速度或傳播時間測定試樣氣體中之特定氣體的濃度 或試樣氣體的流量之方法及裝置。例如，於曰本專利公開 公報特開平第6 — 213877號記載著使兩個超音波轉換器對 向而配置於試樣氣體所通過之管路中，且藉由測量傳播於 15該超音波轉換器間之超音波的傳播時間，以測定試樣氣體 之濃度及流量之裝置。X，於日本專利公開公報特開平第 7 — 209265號與特開平第8一233718號記載著以使用一超 音波轉換器與設於該超音波轉換器對面之反射板之超音波 反射方式，測定傳播於檢查體積内之超音波的傳播速度或 20傳播時間，藉此測定試樣氣體中之特定氣體的濃度之裝置 。再者，於美國專利公開公報特許第5,06〇,5〇6號記載著藉 由測定超音波之音速變化，以測定由兩種分子所構成之試 樣氣體的濃度之裝置。 根據前述超音波之傳播速度等測定產生自氧氣濃縮裝 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 玖、發明說明 發明說明續頁 置之氧氣濃縮ait中的氧氣濃度之方法仍有問題。於上述 方法中假疋的疋氧氣與氮氣的雙成分氣體，但實際上在 輸出自氧氣濃縮裝置之氧氣濃縮氣體中，除了氧氣與氮氣 以外’另含有具實質濃度之氬氣。再者，由於氮氣的濃度 時常不穩定，且伴隨著氧氣濃縮裝置所產生之氧氣濃縮氣 體的流量會有變化’故習知之超音波式氧氣濃度測定裝置 無法正確地測定氧氣濃度。 【智^明内容】 發明之揭示 本發明係以解決上述習知技術之問題點為技術課題， 而以提供-種氧氣濃縮裝置為目的，該氧氣濃縮裝置係即 使本身所產生之氧氣濃縮氣體的流量有所變化，仍可正確 地測定氧氣濃度者。 依本發明，提供-種氧氣濃縮裝置，係用以從空氣去 除氮氣以產生氧氣濃縮氣體者，其特徵在於該氧氣濃縮裝 置包含有：加壓空氣源；吸附筒，係用以從來自前述加壓 空氣源之加壓空氣去除氮氣；流量測定器，係配設於前述 吸附筒之下游，及超音波式氧氣濃度測定機構，係配設於 刖述流1測定器之下游，又，前述超音波式氧氣濃度測定 機構係根據由前述流量測定器所測定之氧氣濃縮氣體之流 里產生用以導出氧氣、氮氣及氬氣所構成之氧氣濃縮氣 體的氧氣濃度之修正係數者。 依本發明之另一特徵，提供一種氧氣濃縮裝置，係用 以從空氣去除氮氣以產生氧氣濃縮氣體者，其特徵在於該 0續次頁（翻說頓不敷麵時，註記並使麵頁） 1259090 發明說明續頁 係用以從來 玖、發明說明 氧氣濃縮裝置包含有··加壓空氣源；吸附筒 自岫述加壓空氣源之加壓空氣去除氮氣；及超音波式氧氣 /辰度流1測定機構，係配設於前述吸附筒之下游，又，前 述超音波式氧氣濃度流量測定機構係根據氧氣濃縮氣體之 5 /瓜里，產生可導出氧氣、氬氣及氮氣所構成之氧氣濃縮氣 體的氧氣濃度之修正係數。 圖式之簡單說明 第1圖係依本發明第1實施形態之氧氣濃縮裝置之概 略方塊圖。 ίο 第2圖係第1圖之氧氣濃縮裝置所使用之超音波式氧 氣濃度測定裝置之概略方塊圖。 第3圖係依本發明第2實施形態之氧氣濃縮裝置之概 略方塊圖。 第4圖係第2圖之氧氣濃縮裝置所使用之超音波式氧 15 氣濃度測定裝置之概略方塊圖。 L實施方式3 實施發明之最佳態樣 以下說明本發明之最理想的實施形態。 首先，若簽照第1圖，則依本發明之氧氣濃縮裝置 20 150係具有：兩支作為吸附劑之填充有高性能Li—X型彿 石之吸附同152a、152b，透過切換閥154連接於該吸附筒 152a、152b且將加壓空氣供給至該吸附筒152a、i52b之 壓縮器156 ;及配設於該吸附筒152a、152b下游之超音波 式氧氣濃度測定機構170。 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 1259090 玖、發明說明 發明說明續頁 由剞述切換閥154選擇前述吸附筒152a、152b之其中 一個連通於丽述壓縮器156。透過過濾器158被吸引至該 壓縮156之空氣係藉該壓縮器156壓縮，而加壓空氣則 朝經前述切換閥154選擇之吸附筒152a、152b供給。被該 5切換閥I54從前述壓縮器W6隔斷之吸附筒152b、152&係 藉由釋放於空氣將所吸附之氮氣放出，並進行吸附劑之再 生。 於前述吸附筒152a《152b中已去除氮氣之氧氣濃縮 氣體係透過反流動閥16〇a、160b朝製品槽162供給。氧氣 10》辰縮氣體係從該製品槽丨62透過調壓閥164、流量設定器 166及流量測定|| 168朝前述超音波式減濃度測定機構 170供給。於該超音波式氧氣濃度測定機構17〇中已測出 氧氣浪度之氧氣濃縮氣體則透過製品過濾器172，並從氧 氣濃縮氣體除去固體粒子後，提供給使用者或患者。 15 接著，參照第2圖說明用以構成前述超音波式氧氣濃 度測定機構170之超音波式氧氣濃度測定裝置之最理想的 實施形態。 超音波式氧氣濃度測定裝置1〇〇係具有用以使氧氣濃 縮氣體或修正用氣體流通之管路1〇2，而該管路1〇2係包 20含有直線部> 108及與該^線部分之兩端部相連結之垂直 部分104、1〇6。於該直線部分1〇8内部之一端部係固定有 超音波轉換器118作為超音波發送接收器，而於該直線部 分108内部之另一端則固定有與該超音波轉換器ιΐ8對向 之反射板122。又，於本實施形態中，係將該超音波轉換 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 、 1259090 玖、發明說明 |§ 118與反射板122間之距離定義為檢查距離。 於前述超音波轉換器118係連接有發送接收切換器 124,而該發送接收切換器124係用以於超音波轉換器ιΐ8 發送超音波之發送模式與超音波轉換器118接收超音波之 5接收模式間切換超音波轉換器Π8之動作模式。該發送接 收切換器124係連接於微電腦126，而該發送接收切換器 124之切換動作則由該微電腦ι26控制。 流通於前述管路102内之氣體的流向之上游側的垂直 部分104係具有入口孔1〇4a，而於該入口孔1〇如則透過 10供給官路11()連接有氧氣濃縮氣體源112及校正用氣體源 114。該氧氣濃縮氣體源112係可由第丨圖之壓縮器156、 吸附筒152a、152b等形成。 該校正用氣體源114則可包含用以儲存事先已正確地 得知成分及構成比之校正用氣體，例如，含有2〇%的氧氣 15與80%的氮氣之混合氣體之容器（未圖示）、設於該容器與 供給管路110間之減壓閥（未圖示）等。又，該校正用氣體 源114係可具有作為用以更改裝置1〇〇，特別是管路1〇2 的溫度之機構，即，用以調節朝管路丨〇2供給之校正用氣 體的溫度之溫度調節裝置113。於第2圖之例子中，該溫 20度調節裝置U3係包含電熱線U3a及將電力供給至該電熱 線113a之電源裝置i13b。 流通於前述管路102内之氣體的流向之下游側的垂直 部分106係具有出口孔1 〇6a，且於第丨圖之實施形態中， 於該出口孔106a連接有製品過濾器172。校正用之校正用 _額（翻麵頁不敷使觸，旨驗記搬麵頁） 1259090 發麵明續頁 106a直接排 玖、發明說明 氣體係從該製品過濾器172，或者從該出口孔 出。 為了不擾亂前述直線部分108内之流向，用以測定流 通於前述管路102内之氧氣濃縮氣體或校正用氣體的溫度 5之/jnL度感應器116、120最好是配設於前述垂直部分1 〇4、 106。該溫度感應器116、120係連接於前述微電腦126。 且’當氧氣激縮氣體之溫度變化不大時，則採用該溫度感 應器116、120之任何一個皆可。 又，於前述微電腦126係連接有用以驅動前述超音波 10轉換器118之推進器128、用以使來自該超音波轉換器118 之信號進行A/D變換之接收器130、用以顯示裝置ι〇〇之 動作狀悲與測定結果等之顯示裝置134及由用以儲存微電 腦126之操作系統與各種參數等之不揮發性記憶裝置與圓 盤裝置所組成之記憶體132。 15 以下，說明前述超音波式氧氣濃度測定裝置10〇之作 用。 首先，在開始用以測定氧氣濃縮氣體中之特定氣體的 〉辰度之平常的測定步驟前，依以下說明之順序，校正超音 波發送接收器118與反射板122間之檢查距離，並先求出 20 基準距離L0。 從校正用氣體源114將例如氧氣與氮氣之混合比為p • (1-P)(G^P$ 1)之混合氣體作為已知成分及構成比之校 正用氣體供給至前述管路102。此時，以藉由兩溫度感應 器116、120測得之校正用氣體的溫度平均值作為基準溫度 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 又 1259090 發明說明續頁 玖、發明說明 Τ0(Κ)儲存於記憶體132。只要不脫離裝置之使用溫度範圍 ，該基準溫度Τ0(Κ)為幾度（Κ)皆可。 在供給校正用氣體時，從微電腦126將超音波生成用 脈波發送至推進器128,且從該推進器128透過發送接收 5 切換器124於超音波轉換器118施加脈波電壓。該超音波 轉換器118係用以發送與該脈波電壓相對應之超音波。從 該超音波轉換器118發送之超音波係傳播於流通於前述管 路102之直線部分108内之氧氣濃縮氣體中，且藉前述反 射板122反射，再歸還至該超音波轉換器118。為了以該 10 超音波轉換器118接收前述所歸還之超音波，前述發送接 收切換器124係於前述超音波轉換器118施加脈波電壓後 ，立刻將該超音波轉換器118之動作模式從發送模式切換 至接收模式。該超音波轉換器118係將與所接收之超音波 相對應之電氣信號透過發送接收切換器124、推進器130 15 發送至前述微電腦126。該微電腦126係用以運算從最初 將發送脈波朝第1轉換器118發送的時刻與接著接收來自 超音波轉換器118之電氣信號的時刻起之傳播時間tO(sec) 於此，溫度Τ0(Κ)之該校正用氣體中之超音波的傳播 20 速度C0(m/sec)係由前述第（1)式至以下第（3)式表示。 C0= ((/c RT0)/(M02P + MN2(1 - P)))l/2...(3) 另一方面， 由於 C0 = 2L0/t0...(4)

故可得 L0 = (( /c RT0)/(M02P + MN2(1 — P)))l/2 X 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 1259090 玖、發明說明 發明說明續頁 t〇/2...(5) 又’於第2圖之實施形態中，若已靜止之校正用氣體 或氧氣濃縮氣體中之超音波傳播速度為C(m/sec)，且朝著 自超音波轉換器118向反射板122之方向流動之氧氣濃縮 5氣體的流速為V(m/sec)時，則自超音波轉換器118向反射 板122之超音波傳播速度會變成c + v，而藉該反射板122 反射之超音波朝著返回超音波轉換器118之方向流動的超 曰波傳播速度則變成C 一 V。如此一來，由於藉第〗實施 形態之裝置100所測定之超音波的傳播速度變成往返之超 10音波的平均速度，故可測定氧氣濃縮氣體之流速v歸零後 ，已靜止之氧氣濃縮氣體中之超音波傳播速度C。 該等運算係於前述微電腦126中實施。如此運算出之 基準溫度T0之檢查距離L0(m)則作為基準距離儲存於前述 記憶體132。 15 依以上之方法，將已知成分及構成比之校正用氣體供 給至裝置100，且測定從前述超音波轉換器118發送出之 超音波的傳播時間to(sec)，藉此校正溫度Τ0(κ)之超音波 轉換器118與反射板122間之基準距離L〇(m)。此方法為 簡單之操作，例如，於將校正用氣體供給至裝置1〇〇之際 20 ，僅按一次設於該裝置1〇〇之按鈕（未圖示），即可藉由微 電腦126自動地完成校正處理。又，由於運算本身亦相當 簡便，故可瞬間地完成處理。又，即使因前述裝置1〇〇之 經年累月的變化等，前述超音波轉換器118與反射板122 之位置關係有所改變，或者超音波之傳播距離有所變化等 _次頁（翻圓辭雜觸，記避騰頁） 1259090 玖、發明說明 發萌說明續頁 情形時’亦可重新簡單地校正該裝置，並更新儲存於前述 έ己fe、體13 2之基準溫度及基準距離。 如上所述，從氧氣濃縮裝置輸出之氧氣濃縮氣體中除 了氧氣與氮氣以外，另含有具實質濃度之氬氣。又，氬氣 5的濃度日寺常不穩且伴隨著氧氣濃縮裝置所產生之氧氣 濃縮氣體的流量會有變化。 於表1顯示於氧氣濃縮裝置150所輸出之氧氣濃縮氣 體的各流量中進行氣體成分分析之結果。該氣體成分分析 係以氣相層析法進行。 1〇 表1 流量（Liter/min) 氧氣濃度（％) 氬氣濃度（％) 氮氣濃度（％) 1.00 93.5 6.4 0.1 2.00 94.0 1 5.2 Γ 0.8 3.00 93.5 5.4 1.1 如表1所示，氧氣、氬氣之比率係因流量而異。雖然 於表1顯示測出氧氣濃縮裝置150所產生之氧氣濃縮氣體 的結果，但，即使於同一種類之氧氣濃縮裝置，在所輸出 之氧氣/辰度中有一些誤差的，其氧氣/氬氣濃度之比率仍相 15同。另一方面，若吸附劑之種類或量、吸附筒之形狀等機 台之種類有異，則上述氧氣/氬氣比也會不同。 以下’說明用以產生根據氧氣濃縮氣體之流量用以導 出氧氣、氬氣及氮氣所構成之氧氣濃縮氣體的氧氣濃度之 修正係數之修正係數生成機構。 0 用以修正伴隨著流量變化之氬氣濃度之變化的一個方 法係從表1利用氧氣與氬氣之存在比率，直接地記述第（^) 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 1259090 發囑明續頁 玖、發明說明 式中之平均分子量Μ。 即，若將氧氣、氮氣及氬氣之分子量分別設為32、28 及40，且以ΙΟΟχ Ρ(%)表示氧氣濃度，則當來自氧氣濃縮 裝置之輸出流量為1 .〇〇Liter/min時，平均分子量Μ則可由 5 以下第（6)式表示。 Μ = 32Ρ+40(6·4/93·5)Ρ +28(1-Ρ—（6.4/93·5)Ρ)·.·(6) 再者，即使關於比熱比k，亦可令氧氣及氮氣之混合 氣體的比熱比為1.4，氬氣之比熱比為1.67，而如下列式子 所示。 10 k= 1.4(1 一（6.4/93·5)Ρ)+ 1.67(6.4/93·5)Ρ...(7) 因此，若可測出氧氣濃縮氣體中之音速及溫度，則可 從第（1)式、第（6)式及第（7)式求出氧氣濃度ΙΟΟχ P(%)。 上述之例係氧氣濃縮氣體之流量為1.00Liter/min之情 形，當為其他流量時，宜將第（6)式及第（7)式中設為 15 (6.4/93.5)之氧氣/氬氣濃度比代換成其他流量之氧氣/氬氣 濃度比。此時，氧氣/氬氣濃度比會成為氬氣濃度之修正係 數，並根據氧氣濃縮氣體流量以表查出該氬氣濃度修正係 數，或者，若先以相似的式子求出事先所測定之流量相對 之氧氣/氬氣濃度比之關係，且導出該氬氣濃度修正係數作 20 為流量之函數，則可測出正確的氧氣濃度。 為使計算變得簡單，也可考慮以下的方法。首先，假 定氧氣濃縮氣體之成分僅由氧氣與氮氣構成，並利用第（2) 式計算氧氣濃度。由於此時得到之氧氣濃度為無視於氬氣 之存在的值，故會變成與實際的氧氣濃度有異之值。然而 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 1259090 發明說明續頁 玖、發明說明 ，由於已知特定流量中之氧氣與氬氣之濃度比，故如下所 述，因在事先算出之氧氣濃度的值乘上特定係數，而可近 似於氧氣濃度。 例如，當氧氣濃縮氣體之流量為1 .OOLiter/min，且利 5 用第（2)式，並且以比熱比k= 1.4無視於氬氣的存在而計算 氧氣濃度時，則計算出之氧氣濃度會變成102.8(%)。然而 ，若事先知道實際的氧氣濃度為93.5(% )，則可求出 l.OOLiter/min時之濃度修正係數為（93.5/102.8)，且當氧氣 濃縮氣體流量為1.OOLiter/min時，在用第（2)式求得之氧氣 10 濃度乘上濃度修正係數（93.5/102.8)，藉此可正確地測出氧 氣濃度。 即使是1 .OOLiter/min以外之情形，若事先求出同樣的 濃度修正係數，則從氧氣濃縮氣體流量以表查出該濃度修 正係數，或者，若先以相似的式子求出流量相對之濃度修 15 正係數，則可決定各流量中之濃度修正係數，並可測定正 確的氧氣濃度。修正係數生成機構係可實現將為求前述修 正係數之表或近似式及前述修正係數生成演算法儲存於前 述記憶體132，並由前述微電腦126實施。 接著，參照第3圖，說明本發明之第2實施形態。 20 第2實施形態係除了第1實施形態中之流量測定器 168及超音波式氧氣濃度測定機構170換成超音波式氧氣 濃度流量測定機構268以外，大致上與第1實施形態同樣 地構成。 若參照第3圖，則氧氣濃縮裝置250係具有兩支作為 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 1259090 發明說明續頁 玖、發明說明 5 吸附劑之填充有高性能Li —X型沸石之吸附筒252a、252b :透過切換閥254連接於該吸附筒252a、252b並將加壓空 氣供給至該吸附筒252a、252b之壓縮器256 ;及配設於該 吸附筒252a、252b下游之超音波式氧氣濃度流量測定機構 268。 由前述切換閥254選擇前述吸附筒252a、252b之其中 一個連通於前述壓縮器256。透過過濾器158被吸引至該 壓縮器256之空氣係藉該壓縮器256壓縮，而加壓空氣則 朝經前述切換閥254選擇之吸附筒252a、252b供給。被該 10 切換閥254從前述壓縮器256隔斷之吸附筒252b、252a係 藉由釋放於空氣將所吸附之氮氣放出，且進行吸附劑之再 生。 於前述吸附筒252a、252b中已去除氮氣之氧氣濃縮氣 體係透過反流動閥260a、260b朝製品槽262供給。氧氣濃 15 縮氣體係從該製品槽262透過調壓閥264、流量設定器266 朝超音波式氧氣濃度流量測定機構268供給。該超音波式 氧氣濃度流量測定機構268中已測出氧氣濃度及流量之氧 氣濃縮氣體係透過製品過濾器270,並從氧氣濃縮氣體除 去固體粒子後，提供給使用者或患者。 20 接著，參照第4圖說明用以構成超音波式氧氣濃度流 量測定機構268之超音波式氧氣濃度流量測定裝置之最理 想的實施形態。 第4圖之實施形態係除了第2圖之實施形態中之反射 板122換成設置於作為第1超音波發送接收器之第1超音 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 1259090 玖、發明說明 波轉換器218對面之作為第2超音波發送接收器之第2超 音波轉換器222以外，大致上與第2圖之實施形態同樣地 構成。 依第4圖之實施形態之超音波式氣體濃度流量測定裝 5 置200係具有用以使氧氣濃縮氣體或校正用氣體流通之管 路202，而該管路202係包含有直線部分208及與該直線 部分之兩端部相連結之垂直部分204、206。該直線部分 208於本實施形態中，特別是由長度方向之内徑不會變化 之截面圓形之管構件所組成，於其内部之上游側的端部係 10 固定有第1超音波轉換器218作為第1超音波發送接收器 ，而於該直線部分208之内部下游側的端部則固定有與前 述第1超音波轉換器218對向之第2超音波轉換器222。 且，於本實施形態中，係將第1超音波轉換器218與第2 超音波轉換器222間之距離定義為檢查距離。 15 前述第1及第2超音波轉換器218、222係連接於發送 接收切換器224，而該發送接收切換器224係用以於第1 及第2超音波轉換器218、222發送超音波之發送模式與該 第1及第2超音波轉換器218、222接收超音波之接收模式 間各自獨立地切換第1與第2超音波轉換器218、222之動 20 作模式。該發送接收切換器224係連接於微電腦226，而 該發送接收切換器224之切換動作則由該微電腦226控制 〇 管路202之上游側的垂直部分204係具有入口孔204a ，而於該入口孔204a則透過供給管路210連接有氧氣濃縮 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 1259090 玖、發明說明 發職兌明績頁 氣體源212及校正用氣體源214。該氧氣濃縮氣體源212 係可由第3圖之壓縮器256或吸附筒252a、252b等形成。 該校正用氣體源214則可包含用以儲存正確地得知成 分及構成比之校正用氣體之容器（未圖示）、設於該容器與 5供給管路210間之減壓閥（未圖示）等。又，該校正用氣體 源214係可具有作為用以更改裝置2〇〇，特別是管路 的溫度之機構之溫度調節裝置213。於第2圖之例子中， 該溫度調節裝置213係包含電熱線213a及將電力供給至該 電熱線213a之電源裴置213b。 1〇 前述管路202之下游侧的垂直部分2〇6係具有出口孔 2〇6a，而濃度測定或校正用之氧氣濃縮氣體或校正用氣體 係從該出口孔206a排出。當該等氣體不適合直接排出時， 則與第1實施形態同樣地，可適當地於該出口孔2〇6a之下 游配設氣體處理裝置（未圖示）。 15 為了不擾亂前述直線部分208内之流向，用以測定流 通於前述管路202内之氧氣濃縮氣體或校正用氣體的溫度 之溫度感應器216、220最好是配設於前述垂直部分2〇4、 206。該溫度感應器216、22〇係連接於前述微電腦2%。 且，當氧氣濃縮氣體之溫度變化不大時，則採用該溫度感 20 應器216、220之任何一個皆可。 又，於前述微電腦226係連接有用以驅動第i超音波 轉換裔21 8之推進器228、用以使來自該第丨超音波轉換 器218之信號進行A/D變換之接收器23〇、用以顯示裝置 200之動作狀悲與測定結果等之顯示裝置234及由用以儲 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 19 ^ 1259090 玖、發明說明 發明說明續頁 存微電腦226之操作系統與各種參數等之不揮發性記憶裝 置與圓盤裝置所組成之記憶體232。 以下，說明第4圖之實施形態的作用。 首先’在開始用以測定氧氣濃縮氣體中之特定氣體的 5濃度之平常的測定步驟前，校正第1及第2超音波轉換器 218、222間之檢查距離及管路2〇2之直線部分2〇8的内徑 D，並先求出基準距離L0及基準内徑D0。 於本實施形態中，特別是藉由校正用氣體源214之前 述流量調整閥，以預定流量q〇，將與第丨實施形態相同之 10校正用氣體從校正用氣體源214供給至管路202。此時， 藉兩溫度感應器216、220所測定之校正用氣體的溫度平均 值則作為基準溫度Τ0(Κ)儲存於記憶體232。 在供給校正用氣體時，超音波生成用脈波係從前述微 電月自226發送至推進斋228，且透過前述發送接收切換器 15 224於釗述第1超音波轉換器218施加脈波電壓。該第j 超音波轉換器218係用以發送與該脈波電壓相對應之超音 波。仗孩第1超音波轉換器218發送之超音波係傳播於流 通於前述管路202之直線部分208内之氧氣濃縮氣體中， 且由第2超音波轉換器222接收。該第2超音波轉換器 20 222係將與所接收之超音波相對應之電氣信號透過發送接 收切換為224、接收器230發送至前述微電腦226。該微電 腦226係用以運算從最初將發送脈波發送至推進器228的 時刻與接收來自第2超音波轉換器222之電氣信號的時刻 起之正方向的傳播時間tl (sec)。 _次頁（發_噸不酸觸，謙記嫌臓頁） 1259090 發明說明績頁 玖、發明說明

10 15 前述發送接收切換器224則在接收來自第2超音波轉 換器222之電氣信號後，立刻將第1超音波轉換器218之 動作模式從發送模式切換至接收模式，同時將第2超音波 轉換器222之動作模式從接收模式切換至發送模式。而後 ，從微電腦226將超音波生成用脈波發送至推進器228， 且透過發送接收切換器224於第2超音波轉換器222施加 脈波電壓。該第2超音波轉換器222係用以發送與該脈波 電壓相對應之超音波’且該超音波係由七述弟1超音波轉 換器218接收。該第1超音波轉換器218係將與所接收之 超音波相對應之電氣信號透過發送接收切換器224、接收 器230發送至前述微電腦226。該微電腦226係用以運算 最初朝前述第2超音波轉換器222發送出發送脈波的時刻 與接收來自第1超音波轉換器218之電氣信號的時刻起之 反方向的傳播時間t2(sec)。

於此，藉由求得tl與t2之平均值，可免除前述管路 202内之校正用氣體之流向的影響，又，將超音波之傳播 時間t0藉以下第（8)式定義。 t0 = (tl + t2)/2 ...(8) 又，溫度Τ0(κ)之氣體中之超音波傳播速度C0(m/sec) 係藉前述第（3)式求得。 另一方面， 由於 C0 = L0/t0...(9) 故可得 L0 = (( /c RT0)/(M02P + MN2(1 — P)))l/2 X t0."(10)。 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 21 20 1259090

玖、發明說明 該等運算係於前述微電腦226中實施。如此算出之基 準溫度T0之檢查距離L0(m)係作為基準距離儲存於記憶體 232。 再者，由於利用該基準距離L0，且相對於校正用氣體 5 之流向，正方向之傳播速度V01(m/sec)與反方向之傳播速 度 V02(m/sec)係各自藉由 V01 = L0/tl、V02 = L0/t2 表示， 故流通於管路202中之校正用氣體的流速V0(m/sec)可利用 前述第（2)式，並藉由以下第（11)式求得。 ν〇=(ν〇1 —ν〇2)/2···(11) 10 在將流速（m/sec)換算成流量（m3/sec)之際，宜於流速 V乘上切斷垂直於管路202之直線部分208之中心軸線的 平面時之直線部分208的截面積（m2)。即，若將基準溫度 Τ0(Κ)之直線部分208的基準内徑設為D0(m)，則以下的關 係即成立。 15 V0;r (D0/2)2=Q0...(12) 即，基準溫度Τ0(Κ)之基準内徑D0(m)可由以下第（16) 式求得。 DO = 2(Q0/(D0/2)) 1/2 ...(13) 上述運算係於前述微電腦226中實施，且，於此求得 20 之基準内徑D0(m)則儲存於前述記憶體232。 依以上之方法，將已知成分、濃度之校正用氣體供給 至裝置200，且測定從第1及第2超音波轉換器218、222 ，相對於校正用氣體之流向，正方向及反方向之傳播時間 tl、t2，藉此校正溫度Τ0(Κ)之第1及第2超音波轉換器 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 22 1259090 玖、發明說明 一 明續頁 222間之基準距離L〇(m)。特別是如本實施形態，將 杈正用氣體以預定流量供給至裝置200，藉此可同時地校 正基準内徑D〇(m)。 ’ 雖然於第1實施形態中係根據藉流量測定H 168所_ - 5疋之氧氣，辰縮氣體的流量產生氧氣濃度之修正係數，但於 第2實施形態中則根據藉超音波式氧氣濃度流量測定裝置 200所測疋之氧氣濃縮氣體的流量產生氧氣濃度之修正係 數。就其他作用而言則與第丨實施形態相同。 · 【囷式簡單說明】[CHNC4] 1〇 第1圖係依本發明第1實施形態之氧氣濃縮裝置之概 略方塊圖。 第2圖係第1圖之氧氣濃縮裝置所使用之超音波式氧 氣濃度測定裝置之概略方塊圖。 第3圖係依本發明第2實施形態之氧氣濃縮裝置之概 15 略方塊圖。 第4圖係第2圖之氧氣濃縮裝置所使用之超音波式氧 鲁 氣濃度測定裝置之概略方塊圖。 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 23 20

玫、發明說明 【圖式之主要元件代表符號表】 100...超音波式氧氣濃 25 130、230…接收器 度測定裝置 132、232…記憶體 102、202...管路 134、234…顯示裝置 104、204…垂直部分 150...氧氣濃縮裝置 104a...入口孔 152a 、 152b 、 252a 、 106、206…垂直部分 30 252b...吸附筒 106a...出口孔 154、254.··切換閥 108、208...直線部分 156、256...壓縮器 110、210…供給管路 158...過濾器 112、212…氧氣濃縮氣 160a 、 160b 、 260a 、 體源 35 260b...反流動閥 113、213…溫度調節裝 162、262···製品槽 置 164、264··.調壓閥 113a、213a...電熱線 166、266…流量設定器 113b、213b...電源裝置 168、268…流量測定器 114、214...校正用氣體 40 170...超音波式氧氣濃 源 度測定機構 116、120…溫度感應器 172…製品過濾器 118...超音波轉換器 200...超音波式氣體濃 122...反射板 度流量測定裝置 124...發送接收切換器 45 218...第1超音波轉換 126 、226...ί效電月甾 器 128、228...推進器 222…第2超音波轉器 0續次頁（發明說明頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 1259090 玖、發明說明 224.. .發送接收切換器 250.. .氧氣濃縮裝置 268.. .超音波式氧氣濃度流量測定機構 270…製品過濾器

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Claims (1)

1259090 田宙同 f5、申5R專利軍sfcl 1. 一種氧氣濃縮裝置，係用以從空氣去除氮氣以產生氧氣濃 縮氣體者，其特徵在於該氧氣濃縮裝置包含有： 加壓空氣源； 吸附筒，係用以從來自前述加壓空氣源之加壓空氣去 5 除氮氣； 流量測定器，係配設於前述吸附筒之下游；及 超音波式氧氣濃度測定機構，係配設於前述流量測定 器之下游， 又，前述超音波式氧氣濃度測定機構係根據由前述流 10 量測定器所測定之氧氣濃縮氣體之流量，產生用以導出氧 氣、氮氣及氬氣所構成之氧氣濃縮氣體的氧氣濃度之修正 係數者。 2. 如申請專利範圍第1項之氧氣濃縮裝置，其中前述超音波 式氧氣濃度測定機構具有· 15 管路，係使用以測定濃度之測定對象氣體流通者； 超音波發送接收器，係固定於前述管路内； 反射板，係與前述超音波發送接收器對向且固定於前 述管路内； 發送接收切換器，係用以於前述超音波發送接收器發 20 送超音波送出之發送模式與接收超音波之接收模式間切換 前述超音波發送接收器之動作模式； 溫度感應器，係配設於前述管路内，且用以測定流通 於前述管路之校正用氣體的溫度；及 傳播時間運算機構，係用以運算從前述超音波發送 0續次頁（申請專利範圍頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 26 1259090 拾、申請專利範圍 接收器發料音波料刻與㈣音波^ 前述反射板反射之超音波的時刻起，前㈣ 述管路内之校正用氣體中的時間。 5 10 3. ”請專利範圍第2項之氧氣濃縮裝置，其中前述超音波 式氧氣濃度測定機構具有： 校正用氣體源， 氣體朝前述管路供給 係用以將已知成分及構成比之校正用 ，·及 杈正機構，係根據使來自前述校正用t體源之校正用 氣體朝前述管路流料之前料播時間運算機構之運算結 果杈正則述超音波發送接收器與前述反射板間之基準距 離。 4· -種氧氣濃縮裝置，係用以從空氣去除氮氣以產生氧氣濃 縮乳體者，其特徵在於該氧氣濃裝置包含有： 加壓空氣源； 吸附筒，係用以從來自前述加壓空氣源之加壓空氣去 除鼠氣；及 超音波式氧氣濃度流量測定機構，係配設於前述吸附 筒之下游， 又，前述超音波式氧氣濃度流量測定機構係根據氧氣 濃縮氣體之流量，產生可導出氧氣、氬氣及氮氣所構成之 氧氣濃縮氣體的氧氣濃度之修正係數。 5.如申請專利範圍第4項之氧氣濃縮裝置，其中前述超音波 式氧氣濃度流量測定機構具有·· 官路，係使用以測定濃度之測定對象氣體流通； 27 0續次頁（申請專利範圍頁不敷使用時，請註記並使用續頁） 1259090 拾、申請專利範菌 車講專利範観末頁 第1超音波發送接收器，係固定於前述管路内； 第2超曰波發送接收器’係與前述第丄超音波發 送接收器對向且固定於前述管路内； - _ ’务送接收切換器’係用以於前述超音波發送接收 . 為私超曰波發送之發送模式與接收超音波之接收模式 間切換前述第1與第2超音波發送接收器之動作模式 、:度感應器，係配設於前述管路内，用以測定流 φ 通於前述管路之校正用氣體的溫度；及 10 #播時間運算機構，係用以運算從前述第1超音 波發送接收器發送超音波的時刻與前述第2超音波發 送接收器接收的時刻起，前述超音波傳播於前述管路 . 内之校正用氣體中之第1傳播時間，且運算從前述第2 超音波發送純ϋ發送超音波的時刻與前述第〗超纟 . 15 ㈣送接收器接收的時刻’前述超音波以反方向傳播 於前述管路内之校正用氣體中之第2傳播時間。 籲 6.如申請專利範圍第5項之氧氣濃縮裝置，其中前述超 音波式氧氣濃度測定機構具有： 才父正用氣體源，係用以將ρ 亍用乂將已知成分及構成比之修 、 20 正用氣體朝前述管路供給；及 校正機構，係根據使來自前述校正用氣體源之校 正用氣體朝前述管路流通時之前述傳播時間運算機構 之運算結果，校正前述第1與第2超音波發送接收器 間之基準距離及前述管路之基準内徑。 28