(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料空気を供給する圧縮機と、上記原料空気中の窒素を吸着して酸素を濃縮する複数の吸着部と、各吸着部に対する吸気と排気を切替制御するパイロット弁ユニットとを備え、
上記パイロット弁ユニットは、パイロットエアによって吸気と排気を開閉制御する開閉部と、上記パイロットエアと吸気および排気を流通させる流路が形成されたマニホールド部とを含んで構成され、
上記マニホールド部には、圧縮機に連通する原料流路、吸着部に連通する吸着部流路、外部に連通する排気流路、パイロットエアを導入するパイロット導入路が設けられ、
パイロット導入路が形成された領域を、原料流路、吸着部流路、排気流路が形成された領域から独立させた
ことを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
上記マニホールド部は、
開閉部に近い部分に、排気流路が形成された領域を配置し、
つぎに、原料流路および吸着部流路が形成された領域を配置し、
開閉部から遠い部分に、パイロット導入路が形成された領域を配置した
請求項１記載の酸素濃縮装置。
【請求項３】
パイロット導入路の入口にオリフィスを接続した請求項１または２記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
上記パイロット導入路は、バッファー空間として機能する容積となるよう形成した請求項３記載の酸素濃縮装置。
【請求項５】
原料空気を供給する圧縮機と、上記原料空気中の窒素を吸着して酸素を濃縮する複数の吸着部とを備えた酸素濃縮装置において、各吸着部に対する吸気と排気を切替制御するパイロット弁ユニットであって、
パイロットエアによって吸気と排気を開閉制御する開閉部と、上記パイロットエアと吸気および排気を流通させる流路が形成されたマニホールド部とを含んで構成され、
上記マニホールド部には、圧縮機に連通する原料流路、吸着部に連通する吸着部流路、外部に連通する排気流路、パイロットエアを導入するパイロット導入路が設けられ、
パイロット導入路が形成された領域を、原料流路、吸着部流路、排気流路が形成された領域から独立させた
ことを特徴とするパイロット弁ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素との親和性の強い吸着剤を充填した吸着部にコンプレッサーから原料空気を送り込み、濃縮された酸素ガスを取り出す圧力変動吸着式（ＰＳＡ）の酸素濃縮装置およびそれに用いるパイロット弁ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、一般に用いられる医療用圧力変動吸着式酸素濃縮装置の構成の一例を示す。
【０００３】
この例では、濃縮酸素を製造するための主な構成要素として、原料空気を送り込むコンプレッサー３、原料空気の送り先を切り替える吸気弁８，９、酸素を選択的に取り出す２本の吸着筒１２，１３を備えている。
【０００４】
原料空気の流路は、吸気弁８，９によって切り替えられて２本の吸着筒１２，１３に対して交互に原料空気が送り込まれる。各吸着筒１２，１３には、酸素よりも窒素との親和性が強いゼオライトが充填されている。原料空気が送り込まれた吸着筒１２，１３内では窒素がゼオライトに吸着されて酸素が濃縮され、製造された酸素濃縮ガスが最終的にカニューラ２６を通じて使用者に供給される。
【０００５】
片方の吸着筒（例えば１２）にコンプレッサー３で加圧した原料空気を送り込んで酸素を製造している間、他方の吸着筒（例えば１３）では、圧力を開放して前の酸素製造工程で吸着していた窒素を脱着するとともに、製造された酸素の一部を送り込んでパージすることが行われる。以上の工程を片方と他方で交互に行うように切り替え、繰り返して連続的に酸素を製造するのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２２２３７８号公報
【特許文献２】特開２００８−２３８０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような原料ガス切り替え用の吸気弁８，９には、直動式とパイロット式の２種類がある。ここで、直動式はガス流路を直接電磁石で開閉する構造から、大容量の空気を制御する際の消費電力が大きいうえ大型になり、効率が悪い。一方、パイロット式電磁弁は、パイロットエアでダイヤフラムを開閉し、このパイロットエアの制御を小型の電磁弁で行うものである。このため、空気容量が比較的大きく、一晩中稼動させることが多い医療用の酸素濃縮装置に搭載される吸気弁８，９としては、パイロット式の吸気弁８，９が採用されることが多い。
【０００８】
このようなパイロット式の吸気弁８，９の開閉は、ガスの圧力によって行われる。この動作用のガスはパイロットエアと呼ばれ、上述した酸素濃縮装置では、原料空気を圧縮するコンプレッサー３の吐出ガスが用いられている。
【０００９】
ここで、パイロット式電磁弁には、パイロットエアとして外部から導入する空気圧を利用する外部パイロット式と、装置内に保有する空気圧（例えばコンプレッサー３の空気圧）を利用する内部パイロット式との２種類がある。医療用の酸素濃縮装置は、外部の空気圧供給機器との接続がない独立した装置であり、それ自体にコンプレッサーを備えたものであるため、内部パイロット式電磁弁が用いられる。
【００１０】
図２は、内部パイロット式電磁弁の模式図を示す。
【００１１】
図２（Ａ）は電磁弁の閉状態であり、パイロット弁３３（パイロットエアを制御する小型電磁弁）は、パイロットエア入口側が開き、パイロットエア出口側が閉じている。この状態では、コンプレッサー３の圧力がダイヤフラム３４を裏側から押さえつけるように働き、エア入口３５およびエア出口３６（原料空気の主流路である）を閉じる。
【００１２】
図２（Ｂ）は電磁弁の開状態であり、パイロット弁３３は、パイロットエア入口側が閉じ、パイロットエア出口側が開く。すると、ダイヤフラム室内のエアはパイロットエア出口から排出されて圧力が下がる。この状態では、ダイヤフラム３４を裏側から押さえつけるコンプレッサー３の圧力が働かず、ダイヤフラム３４は主流路のコンプレッサーエアに押し上げられ、エア入口３５およびエア出口３６が開くのである。
【００１３】
コンプレッサー３が常に高い圧力を維持していれば、パイロット式の吸気弁８，９の開閉には何の問題も起こらない。
【００１４】
ところが、上述したように、酸素濃縮装置の圧力変動吸着サイクルでは、パイロット式の吸気弁８，９で吸着筒１２，１３を交互に切り替えることが行われる。この切り換えの際、加圧状態で窒素を吸着している吸着筒（仮にＡとする）に接続されていたコンプレッサー３は、それまで圧力開放状態で酸素パージされていた吸着筒（仮にＢとする）に接続されるため、コンプレッサー３の吐出圧が急激に低下する。このように、コンプレッサー３の吐出圧が低下すると、それに伴いパイロットエアの圧力が低下する。このとき、それまで加圧されていた吸着筒（Ａ）の圧力はまだ充分高いので、圧力の下がったパイロットエアではダイヤフラム３４を抑えきることができない。そうすると、それまで開いていた吸気弁８，９が、閉じなければならないタイミングで閉じないことになり、それまで加圧されていた吸着筒（Ａ）から原料空気が逆流してしまうのである。このような逆流が起こると、吸着筒（Ａ）から吸着筒（Ｂ）に水分や窒素で汚染された空気が流れ込んでしまい、酸素濃度の低下につながってしまう。
【００１５】
そこで、この逆流を防止するため、逆止弁６，７を設けているのである。このような逆止弁６，７には、いくつかの問題点がある。
【００１６】
第１の問題点は、逆止弁６，７がうなり音を発することである。すなわち、逆止弁６，７の弁体は、バネで流路口に押しつけられており、逆方向に空気が流れないのはもちろんだが、正方向の流れもバネによる抵抗を受けている。上述したように、吸着筒１２，１３への導入流路は弁の切り換え動作に伴う圧力変動が大きいため、この空気の流れとバネとがせめぎ合って振動し、あたかも一種の楽器のようにうなり音を発生することがある。医療用の酸素濃縮装置は２４時間使用されるものであるから、静寂な夜間にはこの僅かな振動音が使用者にとって不快な音と感じられることがある。このため、特開２００７−２２２３７８号（上記特許文献１）では、逆止弁６，７を包み込む技術が開示されている。
【００１７】
第２の問題点は、動作不良の発生である。圧力変動型の酸素濃縮装置においては、逆止弁６，７は吸着筒１２，１３へ送る空気流路の切替タイミング毎に頻繁な開閉を繰り返し、上述した振動が加わる。これにより、弁体とケーシングとの摩擦・摩耗が発生し、長期使用する間に動作不良を起こすことがある。このような動作不良は、必然的に逆流と酸素濃度低下の要因となる。
【００１８】
第３の問題点は、逆止弁６，７には圧力損失がともなうことである。すなわち、原料空気の量を確保するためには逆止弁６，７の抵抗を乗り越えるまでコンプレッサー３の圧力を高めなければならない。そうすると必然的に、消費電力も騒音も増大してしまう。
【００１９】
これら数々の問題があるため、逆止弁を使わないパイロット式の電磁弁システムが望まれていた。
【００２０】
そこで、特開２００８−２３８０７６号（上記特許文献２）では、パイロットガスの圧力を主弁内を流通するガスの圧力に対し実質的に同等以上になるよう、パイロットガス流路にパイロット空気タンクを設け、逆流を防止することが検討されている。しかしながら、特許文献２の構成では、依然としてパイロット空気タンクの上流、すなわち弁の切り換え動作に伴う圧力変動が大きい流路に逆止弁を使用しており、上述した各問題を解消するには至っていない。
【００２１】
一方、上述したパイロット式の電磁弁は、開閉動作を行う図示した開閉動作部と、この開閉動作部と
吸着筒１２，１３およびコンプレッサー３の間のエア流路をまとめたマニホールド部とを備えて構成される。
【００２２】
一般に、マニホールド部は、アルミニウム製のブロックが掘削加工して形成される。ここで、医療用の酸素濃縮装置は、小型化および軽量化の要請が強い装置であるため、マニホールド部はできるだけ小さくしなければならない。
【００２３】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、小型のマニホールド内にガス流路を効率的に配置した酸素濃縮装置およびそれに用いるパイロット弁ユニットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明の酸素濃縮装置は、原料空気を供給する圧縮機と、上記原料空気中の窒素を吸着して酸素を濃縮する複数の吸着部と、各吸着部に対する吸気と排気を切替制御するパイロット弁ユニットとを備え、
上記パイロット弁ユニットは、パイロットエアによって吸気と排気を開閉制御する開閉部と、上記パイロットエアと吸気および排気を流通させる流路が形成されたマニホールド部とを含んで構成され、
上記マニホールド部には、圧縮機に連通する原料流路、吸着部に連通する吸着部流路、外部に連通する排気流路、パイロットエアを導入するパイロット導入路が設けられ、
パイロット導入路が形成された領域を、原料流路、吸着部流路、排気流路が形成された領域から独立させたことを要旨とする。
【００２５】
上記目的を達成するため、本発明のパイロット弁ユニットは、原料空気を供給する圧縮機と、上記原料空気中の窒素を吸着して酸素を濃縮する複数の吸着部とを備えた酸素濃縮装置において、各吸着部に対する吸気と排気を切替制御するパイロット弁ユニットであって、
パイロットエアによって吸気と排気を開閉制御する開閉部と、上記パイロットエアと吸気および排気を流通させる流路が形成されたマニホールド部とを含んで構成され、
上記マニホールド部には、圧縮機に連通する原料流路、吸着部に連通する吸着部流路、外部に連通する排気流路、パイロットエアを導入するパイロット導入路が設けられ、
パイロット導入路が形成された領域を、原料流路、吸着部流路、排気流路が形成された領域から独立させたことを要旨とする。
【発明の効果】
【００２６】
すなわち、本発明では、パイロット導入路が形成された領域を、原料流路、吸着部流路、排気流路が形成された領域から独立させた。
このようにすることにより、小型のマニホールド部内にガス流路を効率的に配置し、小型かつ軽量な酸素濃縮装置となる。また、マニホールド部の工作効率に優れ、製造コストを節減することが可能となる。
【００２７】
本発明において、上記マニホールド部は、
開閉部に近い部分に、排気流路が形成された領域を配置し、
つぎに、原料流路および吸着部流路が形成された領域を配置し、
開閉部から遠い部分に、パイロット導入路が形成された領域を配置した場合には、
小型のマニホールド部内にガス流路を効率的に配置し、小型かつ軽量な酸素濃縮装置となる。また、マニホールド部の工作効率に優れ、製造コストを節減することが可能となる。
【００２８】
本発明において、パイロット導入路の入口にオリフィスを接続した場合には、
圧縮機の吐出圧力に急激な変化が生じたとしても、パイロットエア圧力の変化に遅れを生じさせることができる。このような圧力変化の遅れにより、圧縮機の吐出圧力が瞬間的に低下しても、パイロットエアは、開閉弁を閉めるのに必要な圧力を維持できる。数秒後には、圧縮機の吐出圧力は回復して再び高圧となり、パイロットエアとして十分に閉弁動作を行なうだけの圧力となる。このようなメカニズムにより、従来問題となっていた、開閉弁が閉まりきらないことによる逆流を完全に防止しながら、上述した各種の問題を引き起こす逆止弁を完全に撤廃することができた。これにより、逆止弁のうなり音がなくなって酸素濃縮装置の静音化を実現した。また、逆止弁の長期使用による動作不良の問題も解消し、酸素濃縮装置の性能を長期的に安定化させることができる。さらに、消費電力や騒音が増大することもない。
【００２９】
この場合において、上記オリフィスの口径を０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とした場合には、
圧縮機の吐出圧力に急激な変化が生じたときに、パイロットエア圧力の変化に適切な遅れを生じさせ、パイロットエアの圧力を適切に維持し、開閉弁が閉まりきらないことによる逆流を完全に防止できる。
【００３０】
本発明において、上記パイロット導入路は、バッファー空間として機能する容積となるよう形成した場合には、
パイロット導入路にバッファー機能を持たせることにより、パイロットエアの圧力変化の速度はより緩やかになり、圧縮機の吐出圧力に急激な変化が生じたときに、パイロットエアの圧力変化に適切な遅れを生じさせ、パイロットエアの圧力を適切に維持し、開閉弁が閉まりきらないことによる逆流を完全に防止できる。マニホールド部のパイロット導入路自体にバッファー機能を持たせたことにより、バッファー手段を別途設ける必要がなく、装置の大型化を避け、部品の合理化と空間配置の簡素化が実現した。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の酸素濃縮装置の一例を示す構成図である。
【図２】パイロット式吸気弁の動作を説明する構成図である。
【図３】本発明の実施形態の酸素濃縮装置の機能を説明するための構成図である。
【図４】パイロット弁ユニットの流路構成を説明する図である。
【図５】マニホールド部に対して吸気弁および排気弁が接続される状態を説明する図である。（Ａ）は、マニホールド部の外観を示す図、（Ｂ）（Ｃ）は吸気弁をエア出入口側から見た図と断面図、（Ｄ）（Ｅ）は排気弁をエア出入口側から見た図と断面図である。
【図６】マニホールド部を横方向から透視して流路構造を示し、（Ｌ）は矢印Ｌ方向から見た図、（Ｆ）矢印Ｆ方向から見た図である。
【図７】マニホールド部を層状に分けた各領域の流路構造を示す図であり、（Ｈ）は第１領域Ｈ、（Ｍ）は第２領域Ｍ、（Ｌ）は第３領域である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００３３】
図３は、本発明の一実施形態の酸素濃縮装置について、その機能を説明するための構成図である。
【００３４】
この例は、在宅酸素療法に用いられる２筒式の圧力変動吸着法による酸素濃縮装置である。
【００３５】
この酸素濃縮装置は、原料空気を供給するための圧縮機としてのコンプレッサー３と、上記圧縮機から供給された原料空気中の窒素を吸着して酸素を濃縮するための吸着部としてそれぞれ機能する２本の吸着筒Ａ１２および吸着筒Ｂ１３を備えている。そして、吸着筒Ａ１２および吸着筒Ｂ１３に原料空気を送り込んで窒素を吸着し、酸素が濃縮された酸素濃縮ガスをカニューラ２６等を用いて使用者に供給するようになっている。
【００３６】
このとき、コンプレッサー３から供給される原料空気は、パイロット弁ユニット５０により切り替えられて２本の吸着筒Ａ１２および吸着筒Ｂ１３に対して交互に送り込まれる。また、原料空気が送り込まれるのと同期して、２本の吸着筒Ａ１２および吸着筒Ｂ１３を交互に大気開放して排気するようになっている。
【００３７】
上記パイロット弁ユニット５０は、一方の吸着筒Ａ１２に対応して吸気弁Ａ８および排気弁Ａ１０が設けられ、他方の吸着筒Ｂ１３に対応して吸気弁Ｂ９および排気弁Ｂ１１が設けられている。
【００３８】
そして、例えば、一方の吸着筒Ａ１２にコンプレッサー３から原料空気を送り込んで酸素濃縮ガスを製造している間、他方の吸着筒Ｂ１３では、圧力を開放して前の酸素濃縮で吸着された窒素を脱着するとともに、製造された酸素濃縮ガスの一部を送り込んでパージし、排気することが行われる（説明の便宜上『状態Ａ』という）。これを切り替える弁制御により、他方の吸着筒Ｂ１３に原料空気を送り込んで酸素濃縮ガスを製造し、他方の吸着筒Ａ１２で脱着とパージを行ない、排気する（説明の便宜上『状態Ｂ』という）。
【００３９】
状態Ａでは、上記吸気弁Ａ８を開くとともに排気弁Ａを閉じ、吸気弁Ｂを閉じるとともに排気弁Ｂを開く制御を行う。
状態Ｂでは、上記吸気弁Ａ８を閉じるとともに排気弁Ａを開き、吸気弁Ｂを開くるとともに排気弁Ｂを閉じる制御を行う。
このように状態Ａと状態Ｂを繰り返す開閉制御により、２本の吸着筒Ａ１２および吸着筒Ｂ１３で、「酸素濃縮工程」と「窒素脱着工程」を交互に行うように切り替えることを繰り返し、連続的に酸素濃縮ガスを製造する。
【００４０】
以下、詳しく説明する。
【００４１】
この酸素濃縮装置では、原料空気は、筐体２８に取り付けられたスポンジフィルター１と、流路の入口部分に設けられた吸気フィルター２によって異物が除去され、コンプレッサー３により加圧されて吸着筒１２，１３に導入される。コンプレッサー３は、モータ電力や空気の断熱圧縮熱などにより発熱するので、ブロワー４の送風により冷却する。コンプレッサー３で発生した異物はインラインフィルター５で除去する。
【００４２】
吸着筒Ａ１２および吸着筒Ｂ１３には、窒素との親和性が強い吸着材（ゼオライト）が充填されている。吸着筒Ａ１２および吸着筒Ｂ１３の一端の原料口に原料空気が送り込まれると、他方の製品口からはゼオライトとの親和性が弱い酸素が窒素より先に出てくる。これにより、酸素の濃縮を行なって酸素濃縮ガスを製造する。これを製品ガスとして酸素バッファータンク１９に蓄える。この工程を「酸素濃縮工程（加圧工程）」という。
【００４３】
例えば、一方の吸着筒Ａ１２で酸素濃縮工程（加圧工程）を行っている間、前の酸素濃縮工程（加圧工程）が終わった他方の吸着筒Ｂ１３では、ゼオライトに多量の窒素が吸着されている。そこで、吸着筒Ｂ１３の圧力を開放して窒素を大気に排出し、酸素濃縮工程（加圧工程）を行っている吸着筒Ａ１２で生成された酸素濃縮ガスの一部をパージ弁１４を通じて吸着筒Ｂ１３の製品口から導入し、吸着筒Ｂ１３内を酸素で置換する。この工程を「窒素脱着工程（パージ工程）」という。
【００４４】
酸素濃縮工程（加圧工程）を続けていると、ゼオライトの吸着力が限界に達して吸着筒Ａ１２で得られる酸素濃縮ガスの酸素濃度が低下しだすので、その前に、原料空気の行先を一方の吸着筒Ａ１２から他方の吸着筒Ｂ１３に切り替えることが行われる。上述したように、吸気弁Ａ８、吸気弁Ｂ９、排気弁Ａ１０、排気弁Ｂ１１の開閉動作により吸着筒Ａ１２と吸着筒Ｂ１３の切り替えを行う。吸着筒Ａ１２および吸着筒Ｂ１３を大気開放する際の騒音は、排気出口に設けたサイレンサー２７で消音する。
【００４５】
パージ用のガスは、酸素濃縮工程（加圧工程）を行っている一方の吸着筒Ａ１２（または他方の吸着筒Ｂ１３）の製品端から、窒素脱着工程（パージ工程）を行っている他方の吸着筒Ｂ１３（または一方の吸着筒Ａ１２）の製品端へ、パージラインを通じて供給される。パージラインには、直動式のパージ弁１４とオリフィス１５，１６が設けられている。パージ弁１４は、パージの時間を正確に制御するために設置され、オリフィス１５，１６は通過する酸素ガスの流速を制御するために設置される。
【００４６】
製造された酸素濃縮ガスは、酸素バッファータンク１９に蓄えられ、減圧弁２０で供給圧力が調整され、流量制御器２２で流量を設定し、酸素濃度計２３で酸素濃度を計測する。また、製造された酸素濃縮ガスは絶乾燥状態であるため加湿器２４で湿度を与え、カニューラ２６を通じて使用に供される。なお、流量制御器２２と酸素濃度計２３を異物から保護するためにメンブランフィルター２１が設けられている。また、ガスの逆流を防ぐための逆止弁１７，１８，２５を適宜設置することができる。
【００４７】
また、騒音を発する機器や部品は金属製の防音ボックスの中に収容される。特に大きな騒音を発するのはコンプレッサー３と排気開放部である。ブロワー４の運転音とコンプレッサー３への吸気音がそれについで大きい。ブロワー４は、外気をコンプレッサー３に当てて冷却するものなので、コンプレッサー３と同居させることはできない。吸気フィルター２も酸素の少ない排気開放部と同居させることができない。従って、防音ボックスを２部屋に区分し、第１防音ボックス２９にはコンプレッサー３と排気開放部を収容し、第２防音ボックス３０にはブロワー４と吸気フィルター２を収容する。吸気弁８，９は、この例では、温度とスペースの関係から第２防音ボックス３０に収容している。装置全体は木材とプラスチックから構築される筐体２８に収納される。
【００４８】
ここで、吸着材であるゼオライトの量とコンプレッサー３の送風能力が設定されたとき、２筒式の酸素濃縮装置で純度の高い酸素濃縮ガスを効率的に製造するためには、原料空気の送り込み量（すなわちコンプレッサー３が原料空気を加圧して送り込んでいる時間）と、酸素濃縮ガスによるパージ量（すなわちパージ時間）を最適化することが重要である。このとき、酸素濃縮工程（加圧工程）で送り込まれる原料空気の量を制御するのは吸気弁Ａ８および吸気弁Ｂ９であり、大容量の原料空気を低消費電力で効率よく制御できることから、パイロット式の電磁弁が用いられる。
【００４９】
パイロット式の電磁弁の構造は図２に示したとおりであり、パイロットエアの流路を小型の直動式電磁弁であるパイロット弁３３で開閉し、パイロットエアの圧力をダイヤフラム３４に作用させて開閉する。パイロットエアとしては、コンプレッサー３で加圧された原料空気の一部を利用する。
【００５０】
パイロット式電磁弁は、弁体であるダイヤフラム３４と、コンプレッサー３からのエア入口３５と吸着筒１２，１３へのエア出口３６が形成された弁座とを有し、ダイヤフラム３４が弁座に接触したら閉じ、ダイヤフラム３４が弁座から離れたら開くようになっている。ダイヤフラム３４の開閉動作は、ダイヤフラム３４のパイロットエア側（図示の上側）と弁座側（図示の下側）の圧力のバランスによって行われる。
【００５１】
閉じた状態において、上記ダイヤフラム３４のパイロットエア側には、パイロットエアの圧力がその全面積に対して加わるのに対し、弁座側のエア入口３５とエア出口３６がダイヤフラム３４に対して開口して圧力が加わる面積は小さい。従って、閉じたダイヤフラム３４を閉じ続けるためには、パイロットエアの圧力はコンプレッサーエアの圧力よりずっと小さくてよい。一方、開いていたダイヤフラム３４を閉じるときには、ダイヤフラム３４の上下の圧力が加わる面積がほぼ等しくなるので、静的に見ればパイロットエアの圧力は、コンプレッサーエアまたは吸着筒エアと、同等かあるいはそれ以上の圧力が必要となる。
【００５２】
ここで、上述したように、２筒式の酸素濃縮装置においては原料空気の送り込み先を吸着筒Ａ１２から吸着筒Ｂ１３に切り替えることが行われる。このとき、それまで酸素濃縮工程（加圧工程）を行っていた吸着筒Ａ１２から、それまでパージ工程を行っていた吸着筒Ｂ１３に切り替える。吸着筒Ｂ１３はそれまでパージ工程にあって圧力は大気圧にほぼ等しいため、吸着筒Ｂ１３に繋がったコンプレッサー３の圧力は急激に低下する。
【００５３】
このとき、吸着筒Ａ１２に対応してコンプレッサー３を繋ぐパイロット式の電磁弁は「閉」にならなければならないが、コンプレッサー３の圧力が急激に低下したためにダイヤフラム３４を押す力が非常に弱くなる。一方、遮断されるべき吸着筒Ａ１２の圧力はそれまでコンプレッサー３で加圧されていたので充分に高い。したがって、その高い圧力を低下したパイロットエアでは抑えきることができない。このため、吸着筒Ａ１２から吸着筒Ｂ１３に切り替えるときに、吸着筒Ａ１２からコンプレッサー３へ原料空気が逆流するのである。吸着筒Ａ１２から逆流した原料空気には、吸着していた原料空気中の水分や窒素が多く含まれ、これがコンプレッサー３を経由して吸着筒Ｂ１３に送り込まれることとなり、吸着筒Ｂ１３が汚染されて機能の低下を大幅に早める。なお、吸着筒Ｂ１３から吸着筒Ａ１２へ切り替える際にも同様の現象が起こる。
【００５４】
このような逆流と汚染を防ぐため、従来は逆止弁６，７（図１参照）が使用されていた。
【００５５】
コンプレッサーエアの吸着筒Ａ１２および吸着筒Ｂ１３への流路切替えの直後を瞬間的にみれば、弁座側の主流路では、加圧状態で吸着していた吸着筒と常圧でパージされていた吸着筒がコンプレッサー３を介して一瞬つながった状態となる。この瞬間に、弁座側の主流路内の圧力は、加圧状態から急速に低下する。しかも、このときの急速な空気の流れはベルヌーイの法則によりさらにダイヤフラム３４を閉じる方向に働く。これらのことを勘案すると、このときにダイヤフラム３４を閉じるためのパイロットエアの圧力は、必ずしも吸着のときと同じだけの高圧を維持する必要はなく、多少圧力が下がってもダイヤフラム３４を閉じることができると考えられた。
【００５６】
パイロットエアがコンプレッサー３につながる流路を絞って、パイロットエアの圧力低下を緩やかにすることで逆流が防止できることを見いだした。
【００５７】
図３に示すように、本実施形態の酸素濃縮装置は、上記パイロットエアを導入するパイロットエア流路にオリフィス３１を設けたのである。
【００５８】
このようにパイロットエア流路に、流路面積を絞るオリフィス３１を設けることにより、コンプレッサー３の吐出圧力に急激な変化が生じたとしても、パイロットエア圧力の変化に遅れを生じさせることができる。このような圧力変化の遅れにより、コンプレッサー３の吐出圧力が瞬間的に低下しても、パイロットエアは、パイロット式の電磁弁を閉めるのに必要な圧力を維持できる。数秒後には、コンプレッサー３の吐出圧力は回復して再び高圧となり、パイロットエアとして十分に閉弁動作を行なうだけの圧力となる。このようなメカニズムにより、従来問題となっていた、吸気弁Ａ８および吸気弁Ｂ９が閉まりきらないことによる逆流を完全に防止しながら、上述した各種の問題を引き起こす逆止弁６，７を撤廃した。
【００５９】
ここで、上記オリフィス３１の口径は０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定するのが好ましい。このようなオリフィス３１の口径に設定した場合には、コンプレッサー３の吐出圧力に急激な変化が生じたときに、パイロットエア圧力の変化に適切な遅れを生じさせ、パイロットエアの圧力を適切に維持し、パイロット式の電磁弁である吸気弁Ａ８および吸気弁Ｂ９が閉まりきらないことによる逆流を完全に防止できる。
【００６０】
このような構造によってダイヤフラム３４を閉じるためには、ダイヤフラム３４による主弁を流れる空気圧と同等以上のパイロットエア圧力は必ずしも必要とはしない。
【００６１】
加えて、上記オリフィス３１と吸気弁８，９との間のパイロットエア流路には、バッファー手段を存在させる。
【００６２】
具体的には、このメカニズムを更に好ましく発揮させるために、オリフィス３１とパイロット式の電磁弁である吸気弁Ａ８および吸気弁Ｂ９との間に、バッファー手段として圧力貯槽３２を設けることができる。圧力貯槽３２を設けることでパイロットエアの圧力低下速度をさらに緩やかにすることができる。
【００６３】
このように、上記オリフィス３１と吸気弁Ａ８および吸気弁Ｂ９との間のパイロットエア流路に、圧力貯槽３２を存在させることにより、パイロットエアの圧力変化の速度はより緩やかになり、コンプレッサー３の吐出圧力に急激な変化が生じたときに、パイロットエアの圧力変化に適切な遅れを生じさせ、パイロットエアの圧力を適切に維持し、開閉弁が閉まりきらないことによる逆流を完全に防止できる。
【００６４】
図４は、本実施形態のパイロット弁ユニット５０の流路構成を説明する図である。
【００６５】
パイロット弁ユニット５０は、パイロットエアによって吸気と排気を開閉制御する開閉部と、上記パイロットエアと吸気および排気を流通させる流路が形成されたマニホールド部５１とを含んで構成されている。
【００６６】
図示しているのは、一方の吸着筒Ａ１２に対する吸気と排気を開閉制御する構成である。図示した部分は、吸気弁Ａ８および排気弁Ａ１０によって上記開閉部が構成され、マニホールド部５１については、吸気弁Ａ８および排気弁Ａ１０に対するパイロットエアと吸気および排気の経路について記載している。他方の吸着筒Ｂ１３に対する吸気と排気を開閉制御する構成についても同様である。なお、マニホールド部５１の詳細な構造については後述する。
【００６７】
上記マニホールド部５１には、コンプレッサー３に連通する原料流路５２が設けられている。上記原料流路５２は、吸気弁Ａ８のエア入口３５Ａに対して原料空気を供給する。
【００６８】
上記マニホールド部５１には、吸着筒Ａ１２に連通する吸着部連通路５３が設けられている。また、上記マニホールド部５１には、吸着部連通路５３から分岐して、第１吸着部流路５３Ａと第２吸着部流路５３Ｂが設けられている。
【００６９】
第１吸着部流路５３Ａは、吸気弁Ａ８のエア出口３６Ａおよび吸着筒Ａ１２に連通し、吸気弁Ａ８が開弁したときに原料空気を吸着筒Ａ１２に導入する。第２吸着部流路５３Ｂは、排気弁Ａ１０のエア入口３５Ｂおよび吸着筒Ａ１２に連通し、吸着筒Ａ１２から排出された脱着ガスおよびパージガスを流通させる。
【００７０】
上記マニホールド部５１には、外部に連通する排気流路５４が設けられている。排気流路５４は、排気弁Ａ１０が開弁したときに、エア出口３６Ｂから排出される脱着ガスおよびパージガスを外部に排出する。
【００７１】
上記マニホールド部５１には、パイロットエアを導入するパイロット導入路５５が設けられている。パイロット導入路５５は、コンプレッサー３からの原料空気の一部をパイロットエア入口３７Ａ、３７Ｂに供給する。
【００７２】
上記マニホールド部５１には、パイロットエアを排出するパイロット排出路５６Ａ、５６Ｂが設けられている。パイロット排出路５６Ａ、５６Ｂは、上述した排気流路５４に連通し、パイロットの役目を終えたパイロットエアを外部に排出する。
【００７３】
ここで、上記マニホールド部５１において、上記パイロット導入路５５は、バッファー空間として機能する容積となるよう形成されている。すなわち、パイロット導入路５５の少なくとも一部がバッファー手段としての圧力貯槽３２として機能するように構成される。また、パイロット導入路５５のマニホールド部５１への入口部分に、オリフィス３１が接続される。
【００７４】
このような構造により、吸気弁Ａ８、吸着筒Ａ１２、排気弁Ａ１０において、つぎのようにしてガスが流れる。
【００７５】
コンプレッサー３から吐出される原料空気は、原料流路５２を通って吸気弁Ａ８を通過し、第１吸着部流路５３Ａおよび吸着部連通路５３を通って吸着筒Ａ１２に導入される。吸気弁Ａ８が開弁していると、原料流路５２を通った原料空気は、エア入口３５Ａから入ってエア出口３６Ａから出て第１吸着部流路５３Ａに流れる。
【００７６】
吸着筒Ａ８から排出されたガスは、吸着部連通路５３および第２吸着部流路５３Ｂを通って排気弁Ａ１０を通過し、排気流路５４から外部に排気される。
排気弁Ａ１０が開弁していると、吸着部連通路５３および第２吸着部流路５３Ｂを通ったガスは、エア入口３５Ｂから入ってエア出口３６Ｂから出て排気流路５４に流れる。
【００７７】
パイロットエアは、コンプレッサー３から吐出される原料空気の一部が分岐され、オリフィス３１を通過したのちパイロット導入路５５を通って吸気弁Ａ８および排気弁Ａ１０に導入される。このとき、パイロット導入路５５の一部が圧力貯槽３２として機能する。パイロットの役割を終えた排ガスはパイロット排出路５６Ａ、５６Ｂを通って排気流路５４に合流し、外部に排出される。
【００７８】
吸気弁Ｂ９、吸着筒Ｂ１３、排気弁Ｂ１１においても同様にガスが流れる。
【００７９】
図５（Ａ）は、上述したマニホールド部５１の外観を示す図である。図５（Ｂ）（Ｃ）は吸気弁８、９についてマニホールド部５１との接合面を上から透視した図と断面図である。図５（Ｄ）（Ｅ）は排気弁Ａ１０についてマニホールド部５１との接合面を上から透視した図と断面図である。これらの図を参照して、マニホールド部５１のポートが吸気弁８、９および排気弁１０、１１に対して接続される状態について説明する。
【００８０】
このマニホールド部５１は、直方体のブロック状に形成されている。その上面に、吸気弁８、９および排気弁１０、１１を取り付けるための４つの取り付けエリア５８Ａ、５８Ｂ、５９Ａ、５９Ｂが形成されている。
【００８１】
取り付けエリア５８Ａには、一方の吸着筒Ａ１２に原料ガスを送るための吸気弁Ａ８が取り付けられる。取り付けエリア５９Ａには、一方の吸着筒Ａ１２から排ガスを排気するための排気弁Ａ１０が取り付けられる。
【００８２】
図５（Ｂ）に示すように、吸気弁Ａ８は、中央に配置されたエア出口３６Ａの周囲に２つのエア入口３５Ａが設けられている。これらから離れた位置にパイロット入口３７Ａおよびパイロット出口３８Ａが設けられている。この吸気弁Ａ８のエア出入口側を、マニホールド部５１上面の取り付けエリア５８Ｂに対面させる。
【００８３】
取り付けエリア５８Ａには、エア入口３５Ａに対応する原料流路５２の開口である２つの原料ポート６０Ａ、エア出口３６Ａに対応する第１吸着部流路５３Ａの開口である導入ポート６１Ａ、パイロット入口３７Ａに対応するパイロット導入路５５の開口であるパイロット入口ポート６２Ａ、パイロット出口３８Ａに対応するパイロット排出路５６Ａの開口であるパイロット出口ポート６３Ａが設けられている。取り付けエリア５９Ａも同様である。各出入口およびポートの接続部分は、ガスケット５７によって区分されて気密性が保持される。
【００８４】
取り付けエリア５９Ａには、エア入口４５Ａに対応する第１吸着部流路５３Ａの開口である４つの受入ポート６４Ａ、エア出口４６Ａに対応する排気流路５４の開口である排気ポート６５Ａ、パイロット入口４７Ａに対応するパイロット導入路５５の開口であるパイロット入口ポート６６Ａ、パイロット出口４８Ａに対応するパイロット排出路５６Ｂの開口であるパイロット出口ポート６７Ａが設けられている。取り付けエリア５９Ｂも同様である。各出入口およびポートの接続部分は、ガスケット５７によって区分されて気密性が保持される。
【００８５】
このマニホールド部５１側面には、コンプレッサー３が接続されてマニホールド部５１内に原料空気を受け入れるためのコンプレッサーポート６８が形成されている。すなわち、コンプレッサーポート６８は原料流路５２の上流側の開口である。また、マニホールド部５１側面には、オリフィス３１が接続されるオリフィスポート６９が形成されている。このオリフィスポート６９は、パイロット導入路５５の上流側の開口である。
【００８６】
図６は、上記マニホールド部５１を横方向から透視して流路構造を見た図であり、内部の原料流路５２、第１吸着部流路５３Ａおよび第２吸着部流路５３Ｂ、排気流路５４、パイロット導入路５５、パイロット排出路５６Ａ、５６Ｂを示している。
（Ｌ）は図５（Ａ）における矢印Ｌ方向から見た図。（Ｆ）は図５（Ａ）における矢印Ｆ方向から見た図である。
【００８７】
図６からわかるように、原料流路５２、第１吸着部流路５３Ａおよび第２吸着部流路５３Ｂ、排気流路５４、パイロット導入路５５、パイロット排出路５６Ａ、５６Ｂは、ブロック状のマニホールド部５１の側面から横方向に孔を穿ち、さらに必要に応じて上面から縦方向に孔を穿って流路を連通させることにより形成している。
【００８８】
したがって、本実施形態では、マニホールド部５１を層状に３つの領域に分け、それぞれの領域に流路を形成している。層状の領域分けは、吸気弁８、９および排気弁１０、１１を取り付ける側から第１領域Ｈ、第２領域Ｍ、第３領域Ｌとした。
【００８９】
そして、パイロット導入路５５が形成された領域である第３領域Ｌを、原料流路５２、第１吸着部流路５３Ａおよび第２吸着部流路５３Ｂ、排気流路５４が形成された領域である第１領域Ｈおよび第２領域Ｍから独立させた。そして、それぞれの領域Ｈ、Ｍ、Ｌを開閉部である吸気弁８、９および排気弁１０、１１に沿う方向に配置している。
【００９０】
図７は、層状に分けた各領域の流路構造を示す図であり、（Ｈ）は第１領域Ｈ、（Ｍ）は第２領域Ｍ、（Ｌ）は第３領域である。それぞれ吸気弁８、９および排気弁１０、１１を取り付ける側から透視した状態である。
【００９１】
すなわち、本実施形態では、上記マニホールド部５１は、開閉部である吸気弁８、９および排気弁１０、１１を取り付ける側に近い部分に、排気流路５４が形成された第１領域Ｈを配置している。そして、つぎに、原料流路５２、第１吸着部流路５３Ａおよび第２吸着部流路５３Ｂが形成された第２領域Ｍを配置している。さらに、開閉部である吸気弁８、９および排気弁１０、１１を取り付ける側から遠い部分に、パイロット導入路５５が形成された第３領域Ｌを配置している。
【００９２】
図６および図７を参照してマニホールド部５１の流路構造について詳しく説明する。以下の説明では、説明の便宜上、図５（Ａ）の矢印Ｆから見た側を正面とし、必要に応じてこの正面に対する左右や上下ならびに背面側等を示しながら説明する。また、各流路について、おおむねガスの流れに沿った順序で説明する。
【００９３】
上述したように、本実施形態では、金属製もしくは樹脂製のブロックに対し、側面もしくは上下面から真っ直ぐに孔を穿つことによりマニホールド部５１を形成している。必要に応じて孔同士が内部で連通させる位置に穿つことが行われる。また、必要に応じて開口部をプラグで密封したり、開口部にチューブ用ソケットを取り付けたりすることがおこなわれる。
【００９４】
原料流路５２は、第２領域Ｍの正面側において左右に延びる横孔として形成される。図示右側の一方の開口には、コンプレッサー３に接続するためのチューブソケットが取り付けられている。図示左側の他方の開口には、パイロット導入路５５に接続するためのチューブソケットが取り付けられている。原料流路５２には、原料ポート６０Ａ、６０Ｂに対応する４つの縦孔５２Ａ、５２Ｂが形成されている。これらの縦孔５２Ａ、５２Ｂも原料流路５２の一部として機能する。
【００９５】
縦穴５２Ａを通過した原料空気は、原料ポート６０Ａおよび吸気弁Ａ８を経て導入ポート６１Ａに流れる。同様に、縦穴５２Ｂを通過した原料空気は、原料ポート６０Ｂおよび吸気弁Ｂ９を経て導入ポート６１Ｂに流れる。
【００９６】
上記マニホールド部５１には、導入ポート６１Ａ、６１Ｂに対応する２つの縦孔５３Ａ１、５３Ｂ１が形成されている。これらの縦孔５３Ａ１、５３Ｂ１は、それぞれ第１吸着部流路５３Ａ、第２吸着部流路５３Ｂの一部として機能する。
【００９７】
第２領域Ｍには、上記原料ポート６０Ａ、６０Ｂに対応する２つの縦孔５３Ａ１、５３Ｂ１にそれぞれ連通するように、第１吸着部流路５３Ａと第２吸着部流路５３Ｂが形成されている。第１吸着部流路５３Ａと第２吸着部流路５３Ｂはそれぞれ２つの吸着筒Ａ８、吸着筒Ｂ９に対応するものである。第１吸着部流路５３Ａと第２吸着部流路５３Ｂは、第２領域Ｍにおいて背面から正面に向かって延びる横孔として形成されている。第１吸着部流路５３Ａと第２吸着部流路５３Ｂの背面側の開口には、吸着筒Ａ１２および吸着筒Ｂ１３に連結するためのチューブソケットが取り付けられている。
【００９８】
吸着筒Ａ１２の吸着工程では、第１吸着部流路５３Ａを通過した原料空気が、吸着筒Ａ１２に向かって流れる。吸着筒Ａ１２から吸着筒Ｂ１３への切り換えで、圧力を開放された吸着筒Ａ１２を出た排ガスは第１吸着部流路５３Ａに戻る。同様に、吸着筒Ｂ１３の吸着工程では、第２吸着部流路５３Ｂを通過した原料空気が、吸着筒Ｂ１３に向かって流れる。吸着筒Ｂ１３から吸着筒Ａ１２への切り換えで、圧力を開放された吸着筒Ｂ１３を出た排ガスは第２吸着部流路５３Ｂに戻る。
【００９９】
上記マニホールド部５１には、受入ポート６４Ａに対応する４つの縦孔５３Ａ２が形成されている。これらの縦孔５３Ａ２は、上記第１吸着部流路５３Ａと連通し、第１吸着部流路５３Ａの一部として機能する。また、上記マニホールド部５１には、受入ポート６４Ｂに対応する４つの縦孔５３Ｂ２が形成されている。これらの縦孔５３Ｂ２は、上記第２吸着部流路５３Ｂと連通し、第２吸着部流路５３Ｂの一部として機能する。
【０１００】
第１吸着部流路５３Ａを通過した排ガスは、排気弁Ａ１０を経て排気ポート６５Ａに流れる。同様に、第２吸着部流路５３Ｂを通過した排ガスは、排気弁Ｂ１１を経て排気ポート６５Ｂに流れる。
【０１０１】
上記マニホールド部５１には、排気ポート６５Ａ、６５Ｂに対応する２つの縦孔５４Ａ、５４Ｂが形成されている。これらの縦孔５４Ａ、５４Ｂは排気流路５４の一部として機能する。
【０１０２】
第１領域Ｈには、上記縦孔５４Ａ、５４Ｂに連通するように、排気流路５４が形成されている。この排気流路５４は、右側面から左側に延びる横孔と、これに連通して背面から正面側に向かって延びる２本の横孔として形成されている。背面側の２つの開口はプラグで密閉されている。また、右側面の開口にはチューブソケットが取り付けられている。
【０１０３】
第３領域Ｌには、上述した圧力貯槽３２として機能するパイロット導入路５５が形成されている。パイロット導入路５５は、背面から正面に向かって延びる４本の横孔と、これら４本の横孔と連通するように左側面から右に向かって延びる横孔とによって形成されている。背面の４つの開口はプラグで密閉されている。また、右側面の開口には原料流路５２と連結するためのチューブソケットおよびオリフィス３１（図７には示していない）が取り付けられている。
【０１０４】
この構造により、原料流路５２から原料空気の一部をパイロット導入路５５に導入してパイロットエアとして利用する。
【０１０５】
上記マニホールド部５１には、パイロット入口ポート６２Ａ、６２Ｂ、６６Ａ、６６Ｂに対応する４つの縦孔５５Ａ、５５Ｂが形成されている。これらの縦孔５５Ａ、５５Ｂはパイロット導入路５５に連通し、パイロット導入路５５の一部として機能する。
【０１０６】
上記マニホールド部５１には、パイロット出口ポート６３Ａ、６３Ｂ、６７Ａ、６７Ｂに対応する４つの縦孔が形成されている。これらの縦孔は排気流路５４に連通し、パイロット排出路５６Ａ、５６Ｂとして機能する。
【０１０７】
パイロット導入路５５に導入されたパイロットエアは、縦孔５５Ａを経由して吸気弁Ａ８、吸気弁Ｂ９ならびに排気弁Ａ１０、排気弁Ｂ１１に導入され、パイロットエアとして作用する。作用を終えたパイロットエアは、排ガスとしてパイロット排出路５６Ａ、５６Ｂを通過して排気流路５４に流れ込む。
【０１０８】
このように、本実施形態では、パイロット導入路５５が形成された第３領域Ｌを、原料流路５２、吸着部連通路５３、第１吸着部流路５３Ａ、第２吸着部流路５３Ｂ、排気流路５４が形成された第１領域Ｈおよび第２領域Ｍから独立させ、それぞれの領域Ｈ、Ｍ、Ｌを開閉部である吸気弁８、９および排気弁１０、１１に沿う方向に配置した。
このようにすることにより、小型のマニホールド部５１内にガス流路を効率的に配置し、小型かつ軽量な酸素濃縮装置となる。また、マニホールド部５１の工作効率に優れ、製造コストを節減することが可能となる。
【０１０９】
また、上記マニホールド部５１は、開閉部である吸気弁８、９および排気弁１０、１１に近い部分に、排気流路５４が形成された第１領域Ｈを配置し、つぎに、原料流路５２および吸着部連通路５３、第１吸着部流路５３Ａ、第２吸着部流路５３Ｂ、が形成された第２領域Ｍを配置し、開閉部である吸気弁８、９および排気弁１０、１１から遠い部分に、パイロット導入路５５が形成された第３領域Ｌを配置している。
このようにすることにより、小型のマニホールド部５１内にガス流路を効率的に配置し、小型かつ軽量な酸素濃縮装置となる。また、マニホールド部の工作効率に優れ、製造コストを節減することが可能となる。
【０１１０】
また、パイロット弁ユニットは、内部に空気の流通路を掘り込んだアルミブロックで形成されたマニホールド部５１の上に電磁弁本体を複数乗せた構造である。そして、マニホールド部５１内のパイロット導入路５５を大きく掘り込み、バッファー手段として機能させている。すなわち、上記オリフィス３１と吸気弁８，９との間のパイロット導入路５５を、バッファー手段としての圧力貯槽３２として機能しうる容積に形成している。
【０１１１】
このようにしたことにより、パイロット導入路５５自体をバッファー手段として機能させ、装置の大型化を避けながら、パイロットエアの圧力変化速度をより緩やかにし、コンプレッサー３の吐出圧力に急激な変化が生じたときに、パイロットエア圧力の変化に適切な遅れを生じさせ、パイロットエアの圧力を適切に維持し、開閉弁が閉まりきらないことによる逆流を完全に防止できる。
【０１１２】
オリフィス３１は逆止弁６，７のようなうなり音を発することがなく、運動部分がないため部品の消耗もない。このように、原料空気の供給切り替え流路に逆止弁６，７を使わずにすみ、騒音と不具合を完全に解消することができた。
【実施例】
【０１１３】
上記マニホールド部５１はアルミニウムのブロックを加工して作られ、寸法は縦横９０ｍｍ×８０ｍｍ、高さは３５ｍｍとした。ブロックのサイズはこれより大きくてもかまわないが、大きく重いのは基本的に好ましくない。マニホールド部５１の天面に４個のパイロット電磁弁である吸気弁８、９および排気弁１０、１１が配置される。
【０１１４】
上記ブロック内部に３層のガス流路（チャンネル）を掘り込んだ。各層のガス流路は２．０〜２．５ｍｍの上下間隔で配置されていて、互いに接触することはない。
【０１１５】
第３領域Ｌに配置したパイロット導入路５５の容積は、必要に応じて掘り込むチャンネルの本数を増減して、調節することができる。ブロックの中にはパイロット弁に直結する縦孔のガス流路が多数掘削されている。このため、パイロット導入路５５を第１領域Ｈや第２領域Ｍに設置すると、バッファー容積を増やしたいときに縦孔のガス流路と干渉してしまうのである。パイロット導入路５５を第３領域Ｌに配置することにより、それを防止している。
【０１１６】
パイロット導入路５５には、口径０．１ｍｍのオリフィス３１を通じて原料空気が導入される。オリフィス３１は、マニホールド部５１の側面に設置することができるが、設置場所は側面に限ることなく、パイロット導入路５５の上流であればどこに設置してもかまわない。オリフィス３１に導入する原料空気の一部は、マニホールド部５１の原料流路５２から導入するが、コンプレッサー３から直接導入してもよい。
【０１１７】
また、パイロット導入路５５のチャンネル先端は外壁から５ｍｍ程度内側にとどまっている。これらの流路は外壁に貫通させてプラグで封止しても良い。多くのパイロット導入路５５を掘削すると、バッファー効果を確実にするだけでなく、マニホールド部５１の重量を軽減するという効果もある。
【０１１８】
図７の例では、第２領域Ｍにおいて、第１および第２吸着部流路５３Ａ、５３Ｂがいずれも背面から各々の吸着筒１２，１３に連結している。しかし、吸着筒１２，１３への連結口を図の左右の側面に開口させても良い。装置内のチューブ取り回しが便利なように配置を決めればよいのである。
【０１１９】
このように、第１および第２吸着部流路５３Ａ、５３Ｂは第２領域に設置するのが好ましい。第１および第２吸着部流路５３Ａ、５３Ｂを第１領域Ｈに設置すると、必然的に排気流路５４が第２領域Ｍになる。すると、電磁弁から第２領域Ｍの排気流路５４への垂直流路が上段の第１および第２吸着部流路５３Ａ、５３Ｂを貫通してしまう恐れがあるからである。第１および第２吸着部流路５３Ａ、５３Ｂを第２領域に設置することによりこれを防止している。
【０１２０】
原料流路５２も第２領域Ｍに配置している。これは第１領域Ｈに配置することもできる。場合によっては第３領域Ｌに設置しても差し支えない。
【０１２１】
図７の例では、コンプレッサー３からの流入口が右側面に配置されている。流入口は側面でなく底面に配置してもよい。その場合は、パイロット導入路５５と干渉しないよう互いに譲歩する必要がある。
【０１２２】
第１領域Ｈには排気流路５４を設置する。図７の例では、排気の出口を側面に設置したが、排気流路５４の下に当たる底面に出口を設けてもよい。また、排気出口の反対側の末端を貫通させプラグで封止する構造を採用することもできる。
【０１２３】
オリフィス３１はバッファー圧力を維持するのが目的であるから、その口径は基本的に小さくなければならない。上述したマニホールド部５１では、口径０．１ｍｍのオリフィス３１を使用した。適切なオリフィスサイズはバッファーの容積と関係があり、バッファー容積が大きければ口径の大きなオリフィス３１を使用できる。オリフィス３１の口径は０．５ｍｍ以下が好ましい。
【０１２４】
上述のマニホールド部５１では、各流路の直径を８ｍｍとした。流路の直径がとりうる範囲としては４ｍｍ〜１０ｍｍとするのが好ましい。直径が４ｍｍより小さいと、原料空気や排気の流通に圧力抵抗が大きくなるので不利である。パイロット導入路５５のバッファーに関しては容積の不足をきたすので不利である。また、流路の直径が１０ｍｍより大きくなるとマニホールド部５１全体が大きくなるので不利である。
【０１２５】
パイロット導入路５５の容積は上述最適条件では約１５ｍＬであるが、５ｍＬ〜３０ｍＬの範囲に設定するのが好ましい。５ｍＬ未満ではバッファーとして容積不足の恐れがあり、３０ｍＬを超えると、マニホールド部５１全体が大きくなるので不利である。
【０１２６】
マニホールド部５１の材料は、加工性に優れ、軽量かつ強靱という点でアルミニウムが好ましい。各種銅合金等の金属材料、あるいはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などのエンプラも使用可能である。
【０１２７】
つぎに、マニホールド部５１のサイズを１００ｍｍ×９０ｍｍ×３５ｍｍ、マニホールド部５１に掘削されたパイロット導入路５５のバッファー容積を約１０ｍＬとし、オリフィス３１の口径を０．１ｍｍとした実機で運転試験を行った。
【０１２８】
このシステムで酸素濃縮装置（エア・ウォーター社製ＰＶＭ５０００）を５Ｌ／ｍｉｎで運転したところ、酸素濃度は９４％以上であり、外部にバッファーとオリフィスを装着した場合と同等に、逆止弁がなくても優良な酸素濃度が得られることが確認された。
【符号の説明】
【０１２９】
１    スポンジフィルター
２    吸気フィルター
３    コンプレッサー
４    ブロワー
５    インラインフィルター
６    逆止弁
７    逆止弁
８    吸気弁Ａ
９    吸気弁Ｂ
１０  排気弁Ａ
１１  排気弁Ｂ
１２  吸着筒Ａ
１３  吸着筒Ｂ
１４  パージ弁
１５  オリフィス
１６  オリフィス
１７  逆止弁
１８  逆止弁
１９  酸素バッファータンク
２０  減圧弁
２１  メンブランフィルター
２２  流量制御器
２３  酸素濃度計
２４  加湿器
２５  逆止弁
２６  カニューラ
２７  サイレンサー
２８  筐体
２９  第１防音ボックス
３０  第２防音ボックス
３１  オリフィス
３２  圧力貯槽
３３  パイロット弁
３４  ダイヤフラム
３５  エア入口
３５Ａ  エア入口
３５Ｂ  エア入口
３６  エア出口
３６Ａ  エア出口
３６Ｂ  エア出口
３７Ａ  パイロット入口
３７Ｂ  パイロット入口
３８Ａ  パイロット出口
３８Ｂ  パイロット出口
４５Ａ  エア入口
４６Ａ  エア出口
４７Ａ  パイロット入口
４８Ａ  パイロット出口
５０  パイロット弁ユニット
５１  マニホールド部
５２  原料流路
５２Ａ  縦孔
５２Ｂ  縦孔
５３  吸着部連通路
５３Ａ  第１吸着部流路
５３Ｂ  第２吸着部流路
５３Ａ１  縦孔
５３Ａ２  縦孔
５３Ｂ１  縦孔
５３Ｂ２  縦孔
５４  排気流路
５４Ａ  縦孔
５４Ｂ  縦孔
５５  パイロット導入路
５５Ａ  縦孔
５５Ｂ  縦孔
５６Ａ  パイロット排出路
５６Ｂ  パイロット排出路
５７  ガスケット
５８Ａ  取り付けエリア
５８Ｂ  取り付けエリア
５９Ａ  取り付けエリア
５９Ｂ  取り付けエリア
６０Ａ  原料ポート
６０Ｂ  原料ポート
６１Ａ  導入ポート
６１Ｂ  導入ポート
６２Ａ  パイロット入口ポート
６２Ｂ  パイロット入口ポート
６３Ａ  パイロット出口ポート
６３Ｂ  パイロット出口ポート
６４Ａ  受入ポート
６４Ｂ  受入ポート
６５Ａ  排気ポート
６５Ｂ  排気ポート
６６Ａ  パイロット入口ポート
６６Ｂ  パイロット入口ポート
６７Ａ  パイロット出口ポート
６７Ｂ  パイロット出口ポート
６８  コンプレッサーポート
６９  オリフィスポート
【図１】
0006006520.tif 000002
【図２】
0006006520.tif 000003
【図３】
0006006520.tif 000004
【図４】
0006006520.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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