(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気を発生する圧縮空気発生部と、前記圧縮空気を内部に導入して該内部に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する２つの吸着部とを備え、前記圧縮空気発生部からの高圧の空気を、前記２つの吸着部に所定周期で交互に供給するために三方弁２個を有する供給経路切り替え手段を備える酸素濃縮装置において、酸素濃縮ガスの一部を減圧中の吸着部に供給して、パージガスとして利用するために、前記２つの吸着部の出口間に接続された均等圧弁を備えており、前記各三方弁のノーマルオープンポートには前記圧縮空気発生部からの加圧空気ポートが接続されていて、
前記圧縮空気発生部としてのコンプレッサと、前記２つの三方弁と前記均等圧弁とを駆動制御する制御部を備えており、該制御部が前記コンプレッサが起動開始される前と、運転終了時に、前記吸着部と外気を連通する構成であり、
前記制御部が、前記コンプレッサを駆動して加圧空気を供給する前に、各吸着部を交互に大気開放する起動時ガス抜き工程を実行する構成とした
ことを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
各吸着部を交互に大気開放する終了時ガス抜き工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中から酸素を分離生成する酸素濃縮装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
肺に疾病を抱える患者が高濃度の酸素を吸引するために使用する酸素濃縮器は種々提案されており、大気の一部を用いてコンプレッサにより圧縮空気を作り、該圧縮された空気を吸着用の筒体内部に送り込み、該吸着筒体内の吸着剤に窒素を吸着させることにより生成した酸素を、鼻カニューラを用いて、患者に摂取させる比較的コンパクトな酸素濃縮装置としては特許文献１のものが知られている。
従来から、上述のような酸素濃縮装置では、吸着筒体に、ゼオライトを内蔵しており、このゼオライトが長時間大気に接触していると、大気中の水分を吸着して劣化が進むという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８８１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、図４のような構造の酸素濃縮装置１０が考えられる。
図４は本発明に含まれない酸素濃縮装置の構成例であり、図において、酸素濃縮装置は、フィルタ１を設け他空気取り入れ管Ｌ１に、空気圧縮部としてのコンプレッサ２を接続している。このコンプレッサ２の近傍には、冷却ファン３を設けて、昇圧とともに温度が上がるので、冷却するようにしている。
コンプレッサ２からは、安全弁４、及び熱交換器５が接続された圧縮空気の送り管Ｌ２は二つに分かれた分岐管Ｌ４−１、Ｌ４−２を備える送り管Ｌ４が延びており、各分岐管Ｌ４−２は、第２の三方弁８に、分岐管Ｌ４−１は、各の三方弁７，８のノーマルクローズポート７ａ，８ａにそれぞれ接続されている。
【０００５】
すなわち、第１の三方弁７のノーマルクローズポート７ａに分岐管Ｌ４−１先端の加圧空気ポートが接続され、この第１の三方弁７のノーマルオープンポート７ｂにはバイパス管Ｌ５が接続されている。バイパス管Ｌ５は大気解放管Ｌ６に接続されている。
同様に、第２の三方弁８のノーマルクローズポート８ａに分岐管Ｌ４−２先端の加圧空気ポートが接続され、ノーマルオープンポート８ｂはバイパス管Ｌ５と接続された大気解放管Ｌ６に接続されている。
大気解放管Ｌ６の下流には、大気が侵入しないように、逆止弁２６と、さらに下流にはサイレンサー９が配置されている。
【０００６】
各三方弁７，８の各出口ポート７ｃ，８ｃはそれぞれ吸着筒１１，１２に接続されている。吸着筒１１，１２の出口側延びる管路Ｌ９、Ｌ１０は、ひとつの均等圧弁１３に接続されている。さらに、各吸着筒１１，１２の下流には、生成した酸素を貯留するための製品タンク１６が配置されている。この製品タンク１６には圧力センサ１７が接続されている。
製品タンク１６から延びる下流の配管Ｌ１３には、圧力調整器１８、フィルタ１９、酸素センサ２１、流量コントローラ２２、圧力センサ２３、加湿器２４、流量センサ２５が順次接続され、酸素出口につながっている。
【０００７】
図５は、図４の酸素濃縮装置の運転例を示すタイムチャートである。
起動前においては、吸着筒１１，１２内に収容されているゼオライトが、大気と接触すると、その湿度によって、劣化してしまう。これを防ぐため、三方弁７，８の各出口ポート７ｃ，８ｃは、それぞれバイパス管Ｌ５と大気解放管Ｌ６に接続されている。大気開放管Ｌ６は、吸着筒を大気開放する際にだけ気体通過されるように、大気が内部に侵入するのを阻止する逆止弁２６が設けられているのである。
【０００８】
したがって、酸素濃縮器１０の起動に際しては、図５のＳ１ないしＳ４までのステップにおいて、三方弁７，８と均等圧弁１３は閉止されており、コンプレッサ２も止まっている。
次いで、吸着筒１１の吸着工程であるステップ５（Ｓ５）では、使用する吸着筒１１側の三方弁７に通電して電磁弁である三方弁７を開き、出口ポート７Ｃと接続するポートをノーマルクローズポート７ａに変更する。これにより、三方弁７は吸着筒１１を分岐管Ｌ４−１を介して、送り管Ｌ４、Ｌ２に接続する。しかし、三方弁８と均等圧弁１３は、オフ状態なので、これら送り管Ｌ４、Ｌ２とは連通されない。そして、この段階でコンプレッサ２が駆動開始される。
次に、ステップ６のパージ工程（Ｓ６）では、均等圧弁１６が開かれるので、接続された管路の酸素がパージされる。
【０００９】
続いて、ステップ７では、三方弁８にも通電されるから、吸着筒１２も送り管Ｌ４、Ｌ２側と連通し、吸着筒１１、１２の圧力が等しくされる均等圧工程が実行される（Ｓ７）。
次に、ステップ８として、三方弁７の通電をオフして閉止し、均等圧弁１３も閉めるので、吸着筒１２にだけ圧縮空気が送られて吸着筒１２の吸着工程（Ｓ８）が行われる。
その後、Ｓ９、Ｓ１０は既に説明したパージ工程と均等圧工程と同じである。
【００１０】
ところで、このような酸素濃縮装置１０であると、三方弁７，８に通電しない不使用時には、サイレンサー９から大気が各三方弁７，８を介して吸着筒１１，１２に入り込んでしまうため、図４に示すように逆止弁２６を設けなければならず、製造コストの上昇をまねくという問題があった。
そして、逆止弁を設けても、なお、大気からの吸湿を完全に遮断できないという欠点がある。
また、大気解放管Ｌ６が直接、あるいはバイパス管Ｌ５と各三方弁７，８のノーマルオープンポートと７ｂ，８ｂと接続されているので、装置の不使用時には、常に各三方弁７，８に通電しなければならず、省電力の観点から好ましくない。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、装置停止時に吸着筒の吸湿をより確実にして、起動時の圧縮空気発生部の起動リスクを低減させることができる酸素濃縮装置とその運転制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、圧縮空気を発生する圧縮空気発生部と、前記圧縮空気を内部に導入して該内部に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する２つの吸着部とを備え、前記圧縮空気発生部からの高圧の空気を、前記２つの吸着部に所定周期で交互に供給するために三方弁２個を有する供給経路切り替え手段を備える酸素濃縮装置において、酸素濃縮ガスの一部を減圧中の吸着部に供給して、パージガスとして利用するために、前記２つの吸着部の出口間に接続された均等圧弁を備えており、前記各三方弁のノーマルオープンポートには前記圧縮空気発生部からの加圧空気ポートが接続されている構成としたことを特徴とする。
上記構成によれば、各三方弁のノーマルオープンポートには前記圧縮空気発生部からの加圧空気ポートが接続されているので、装置不使用時に大気開放管側は各三方弁のノーマルクローズポートで閉止されているから、前記二つの吸着部に大気中の湿気が入り込むこともなく、吸着剤の劣化を確実に防止できる。
また、前記２つの吸着部への大気の侵入を防ぐために大気開放管に逆止弁を設ける必要もないので、その分製造コストを低減できる。
さらに装置を使用していない時に電磁弁で構成した前記２つの三方弁に通電する必要がないので、省電力を図ることができる。
【００１３】
好ましくは、少なくとも、前記圧縮空気発生部としてのコンプレッサと、前記２つの三方弁と前記均等圧弁とを駆動制御する制御部を備えており、該制御部が圧縮空気発生部としてのコンプレッサが起動開始される前に前記吸着部と外気を連通する構成としたことを特徴とする。
上記構成によれば、コンプレッサ起動時に、三方弁から吸着部に至る経路がガス抜きされるので、コンプレッサ起動に際しての負荷を大幅に低減でき、故障の原因を減らし、耐久性を向上させることができる。
【００１４】
好ましくは、前記制御部が、運転終了時に前記吸着部と外気を連通する構成としたことを特徴とする。
上記構成によれば、運転終了に先だって、三方弁から吸着部に至る経路がガス抜きされるので、コンプレッサの吐出側の圧力を下げ、運転終了後に、負荷がかかりにくい構造とすることができる。
【００１５】
また、本発明は、圧縮空気を発生する圧縮空気発生部と、前記圧縮空気を内部に導入して該内部に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する２つの吸着部とを備え、前記圧縮空気発生部からの高圧の空気を、前記２つの吸着部に所定周期で交互に供給するために、加圧空気ポートが、ノーマルオープンポートに接続されている構成の三方弁２個を有する供給経路切り替え手段を備える酸素濃縮装置運転制御方法であって、少なくとも、前記空気圧縮手段を駆動して加圧空気を供給する前に、各吸着部を交互に大気開放する起動時ガス抜き工程を有することを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、各吸着部を交互に大気開放する終了時ガス抜き工程を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、装置停止時に吸着床の吸湿を防止しつつ、起動時の圧縮空気発生部の起動リスクを低減させることができる酸素濃縮装置とその運転制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態にかかる酸素濃縮装置の概略構成を示す系統図。
【図２】図１の装置の運転例を示すタイムチャート。
【図３】図１の装置の運転例を示すタイムチャート。
【図４】従来の酸素濃縮装置の概略構成の一例を示す系統図。
【図５】図４の装置の運転例を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面等を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態にかかる酸素濃縮装置の概略構成を示す系統図である。
図において、酸素濃縮装置５０は、制御部３０を備えている。制御部３０は、生成する酸素量に応じた、最適な動作モードに切り替える機能を備えており、後述するように、自動的にコンプレッサ、送風ファンを、多くの酸素生成をする場合は高速に、少ない酸素生成時において低速に回転駆動する制御を行うようになっている。
【００２１】
また、制御部３０にはコンプレッサの回転体であるモータおよび送風ファンのモータの駆動制御を夫々行うモータ制御部や、図１の各可動部やセンサ類が直接、あるいは付加する制御部を介して接続されているが、その接続線は、図１を見にくくし、理解を妨げるので省略する。制御部３０には内部バッテリ３２と、家庭用の交流電源用のコンバータ等を内蔵したアダプタ３１が接続されている。内部バッテリ３２には、例えば、リチウムイオンなどの二次電池が使用されている。
【００２２】
この制御部３０には所定動作プログラムを記憶したＲＯＭが内蔵されるとともに、記憶装置と揮発メモリと一時記憶装置とリアルタイムクロック等とがさらに接続されており、図示しない外部コネクタを介して通信回線などと接続することで記憶内容へのアクセスが可能となるように構成されている。
【００２３】
図１において、酸素濃縮装置５０は、装置内部の配管管路始端から空気を取り入れ、この空気取り入れ管Ｌ１にフィルタ５１を設けて、空気圧縮部としてのコンプレッサ５２を接続している。このコンプレッサ５２の近傍には、コンプレッサ（モータ）冷却用の送風ファン５３を設けて、コンプレッサの昇圧とともに温度が上がるので、冷却するようにしている。
コンプレッサ５２からは、安全弁５４、及び熱交換器５５が接続された圧縮空気の送り管Ｌ２が延びている。その下流は二つに分かれた分岐管Ｌ４−１、Ｌ４−２を備える送り管Ｌ４が延びており、分岐管Ｌ４−１は、第１の三方弁５７に、分岐管Ｌ４−２は、第２の三方弁５８に接続されている。
【００２４】
ここで、第１の三方弁５７のノーマルオープンポート５７ａに分岐管Ｌ４−１先端の加圧空気ポートが接続され、この第１の三方弁５７のノーマルクローズポート５７ｂにはバイパス管Ｌ５が接続されている。バイパス管Ｌ５は大気解放管Ｌ６に接続されている。
同様に、第２の三方弁５８のノーマルオープンポート５８ａに分岐管Ｌ４−２先端の加圧空気ポートが接続され、ノーマルクローズポート５８ｂはバイパス管Ｌ５と接続された大気解放管Ｌ６に接続されている。
大気解放管Ｌ６の下流には、大気解放時の消音を図るためのサイレンサー５９が配置されている。
【００２５】
各三方弁５７，５８の各出口ポート５７ｃ，５８ｃはそれぞれ吸着筒６１，６２に接続されている。吸着筒６１，６２の出口側から延びる管路Ｌ９、Ｌ１０は、ひとつの均等圧弁６３に接続されている。さらに、各吸着筒６１，６２の下流には、生成した酸素を貯留するための製品タンク６６が配置されている。この製品タンク６６にはタンク内の圧力を計測するための圧力センサ６７が接続されている。
製品タンク６６から延びる下流の配管Ｌ１３には、圧力調整器６８、フィルタ６９、酸素センサ７１、流量コントローラ７２、圧力センサ７３、加湿器７４、流量センサ７５が順次接続され、酸素出口につながっている。
【００２６】
図２は、図１の酸素濃縮装置の運転例を示すタイムチャートである。
起動前においては、吸着筒１１，１２内に収容されているゼオライトが、大気と接触すると、その湿度によって、劣化してしまう。これを防ぐため、既に説明したように、三方弁５７のノーマルオープンポート５７ａには、分岐管Ｌ４−１先端の加圧空気ポートが接続され、この第１の三方弁７のノーマルクローズポート７ｂにはバイパス管Ｌ５が接続されている。バイパス管Ｌ５は大気解放管Ｌ６に接続されている。三方弁５８のノーマルオープンポート５８ａには、分岐管Ｌ４−２先端の加圧空気ポートが接続され、この第２の三方弁５８のノーマルクローズポート５８ｂにはバイパス管Ｌ６が接続されている。これによって、起動していない、つまり運転していない状態では、各三方弁５７，５８を介して吸着筒６１，６２に大気が入り込むことがないから、各吸着筒６１，６２内のゼオライトが劣化することが有効に防止される（ステップ１０、Ｓ１０）。
【００２７】
ステップ１１からステップ１３までは、上記のように閉鎖された管路から空気をパージする起動時ガス抜き工程（Ｇ１）である。
具体的には、ステップ１１では、三方弁５８には通電せず、吸着筒６１につながるバルブ５７に通電すると、三方弁５７のノーマルクローズポート５７ｂに分岐管Ｌ５と、それにつながる大気開放管Ｌ６が接続されるので、吸着筒６１は大気開放され、大気圧となる。この時、均等圧弁６３も開く。（Ｓ１１）
次のステップ１２で、三方弁５７の通電を切って、三方弁５８に通電すると、三方弁５８のノーマルクローズポート５８ｂと大気解放管Ｌ６が接続されるので、吸着筒６２も大気圧となる。均等圧弁６３は開いたままである（起動時工程）（Ｓ１２）。
【００２８】
続いて、ステップ１３で、三方弁５７の通電を切り、三方弁５８に通電する。これにより、三方弁５７にだけ加圧空気ポートが接続される。この状態で均等圧弁６３はオフすることにより閉めており、コンプレッサ５２は未だ起動されていない（ＳＴ１３）。
【００２９】
続いて、ステップ１４では、三方弁５７，５８の動作はそのままに、均等圧弁６３はオフすることにより閉じられ、コンプレッサ５２は起動される。これにより、コンプレッサ５２からの圧縮空気が吸着筒６１にだけ通され、吸着筒６１において、窒素の吸着および酸素の生成がされる（ＳＴ１４）。
ここで、コンプレッサ５２が駆動される際にその下流が予めパージされているから、コンプレッサ起動に際しての負荷を大幅に低減でき、故障の原因を減らし、耐久性を向上させることができる。
次いで、ステップ１５において、均等圧弁６３がオンされて開き、管路Ｌ９、Ｌ１０を接続されると、吸着筒６２内がパージされる（パージ工程、Ｓ１５）。
次に、ステップ１６で三方弁５８もオフされることにより、三方弁５７と同様に加圧空気ポート側と接続されるので、均等圧弁６３の作用により両吸着筒６１，６２とが均一の圧力とされる（Ｓ１６）。
【００３０】
次に、ステップ１７で、三方弁５７をオンし、大気開放側と接続し、三方弁５８だけオフして、加圧空気ポート側と接続するとともに、均等圧弁６３をオフして接続を解除すると、吸着筒６２内にのみ圧縮空気が供給され、窒素の吸着と酸素の生成が行われる（Ｓ１７）。
次いで、均等圧弁６３をオンして開き、管路Ｌ９、Ｌ１０を接続すると、吸着筒６１内がパージされる（パージ工程、Ｓ１８）。
次に、ステップ１９で三方弁５７もオフされることにより、三方弁５８と同様に加圧空気ポート側と接続されるので、均等圧弁６３の作用により両吸着筒６１，６２とが均一の圧力とされる（Ｓ１９）。
以上のように、Ｓ１４からＳ１９を繰り返すことにより運転が継続される。
【００３１】
図３の左半分のタイムチャートは図２と同じであり、右半分のタイムチャートは以上で説明した運転を継続してきて、終了する場合を示している。
図に置いて、ステップ２１は吸着筒６２の吸着工程と同じであり、ステップ２２からステップ２４までが、終了時ガス抜き工程Ｇ２である。
すなわち、ステップ２２では、約１．５秒間、コンプレッサ５２が動きを止めるとともに、三方弁５７をオフして加圧空気ポート側と接続し、逆に三方弁５８は通電して大気開放側と接続する。均等圧弁６３は、オンして開き、管路Ｌ９とＬ１０を接続する（Ｓ２２）。
【００３２】
これにより、吸着筒６２側から大気開放され、ステップ２３で、約１，５秒間、三方弁５７をオンして、大気開放側に接続し、三方弁５８は通電して加圧空気ポート側と接続するが、コンプレッサは止まっていて加圧空気は供給されない。
もう一度、ステップ２４で、約１．５秒間、コンプレッサ５２が動きを止めるとともに、三方弁５７をオフして加圧空気ポート側と接続し、逆に三方弁５８は通電して大気開放側と接続する。均等圧弁６３は、オンして開き、管路Ｌ９とＬ１０を接続する（Ｓ２４）。
このようにして、終了時ガス抜き工程Ｇ２を行うことにより、運転終了に先だって、三方弁から吸着部に至る経路がガス抜きされるので、コンプレッサの吐出側の圧力を下げ、運転終了後に、コンプレッサ５２に負荷がかかりにくい構造とすることができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、低回転領域で起動した場合にも起動直後から安定した原料空気を吸着部に供給することができる酸素濃縮装置を提供することができる。
【００３４】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されない。
上述の実施形態では、吸着部を吸着筒とし、その中にゼオライトを収容したが、形状は筒体に限るものではない。
上記実施形態に記載された事項は、その一部を省略してもよいし、上記で説明しない他の構成と組み合わせることによっても本発明の範囲を逸脱するものではない。
【符号の説明】
【００３５】
５０・・・酸素濃縮装置、５２・・・コンプレッサ、５７，５８・・・三方弁、６１，６２・・・吸着筒
【図１】
0005612834.tif 000002
【図２】
0005612834.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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