(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮し供給する空気圧縮手段の吸気配管に設置され、該配管より空間断面積が大きい拡張室を有する空洞型消音器であって、騒音源と該空洞型消音器を繋ぐ配管Ａの反対側に、該空洞型消音器から延伸された配管Ｂを備え、該配管Ｂの側面に、気体を流入または流出するためのポートを、少なくとも２つ以上有するとともに、
該配管Ｂの側面に配管の長さ方向に設けられた複数の該ポートが、それぞれ異なる穴径のポートであり、該配管Ｂの側面に配管の長さ方向に設けられた複数の該ポートが、該拡張室に近い方から順に大きくなっている穴径のポートであることを特徴とする、空洞型消音器。
【請求項２】
該配管Ｂの端面が閉塞されていることを特徴とする、請求項１に記載の空洞型消音器。
【請求項３】
該拡張室から伸びる配管Ｂが、途中でＵ字状に曲げられた配管であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の空洞型消音器。
【請求項４】
大気中の塵埃を集塵するためのフィルタおよびそれを収納したケースを備えた吸気フィルタを備え、該配管Ｂが吸気フィルタのケース部分と一体成型された部材であることを特徴とする、請求項３に記載の空洞型消音器。
【請求項５】
酸素よりも窒素を優先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空気圧縮手段を有し、大気中の空気を分離して高濃度の酸素を提供する酸素濃縮装置において、空洞型消音器を有し、
該空洞型消音器が、
該配管より空間断面積が大きい拡張室を有する空洞型消音器であって、騒音源と該空洞型消音器を繋ぐ配管Ａの反対側に、該空洞型消音器から延伸された配管Ｂを備え、該配管Ｂの側面に、気体を流入または流出するためのポートを、少なくとも２つ以上有すると共に、
空気を圧縮し供給する空気圧縮手段の吸気配管に設置され、
大気中の塵埃を集塵するためのフィルタおよびそれを収納したケースを備えた吸気フィルタを備え、該配管Ｂが吸気フィルタのケース部分と一体成型された部材であることを特徴とする吸気消音器であり、
該高濃度の酸素を加湿する加湿器を備え、かかる加湿器が中空糸状水分透過膜を使用した加湿器であり、該加湿器と該吸気フィルタのケース部分が一体化されるとともに、該加湿器の中空糸内側に該高濃度の酸素を通し、該加湿器の中空糸外側に大気から空気を供給し、該高濃度の酸素を加湿し、加湿を終えた空気を該吸気フィルタを通過させ、該酸素濃縮装置の原料空気とすることを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項６】
該空洞型消音器の該配管Ｂの側面に配管の長さ方向に設けられた複数の該ポートが、それぞれ異なる穴径のポートであり、該配管Ｂの側面に配管の長さ方向に設けられた複数の該ポートが、該拡張室に近い方から順に大きくなっている穴径のポートであることを特徴とする、請求項５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、消音器に関し、特に呼吸器疾患患者等の使用者に酸素濃縮空気を供給する医療用酸素濃縮装置と、それを運転する際に特に問題となる騒音を低減するために用いる消音器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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るが、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富化空気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、液体酸素、酸素ガス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が、高濃度の酸素が得られるという点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酸素を生成する。該吸着筒内で加圧条件下で該吸着材に窒素を吸着させ、未吸着の酸素濃縮ガスを得る加圧・吸着工程と、該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することで吸着材の再生を行う減圧・脱着工程とを交互に繰り返し行うことで、高濃度酸素ガスを連続的に生成することができる。
このような酸素濃縮装置は、患者の比較的近くに設置され、基本的に、患者の飲食時、就寝時を問わず、終日連続的に使用するものである。そのため、酸素濃縮装置から発生する騒音は、直接的に患者又は患者の家族等の耳に入り、不快感を与える恐れがある。特に就寝時においては、患者又は患者の家族への機器騒音が与える影響が大きく、酸素濃縮装置の騒音が患者等の睡眠を妨げることで、メンタルヘルスにも悪影響を及ぼすことが懸念される。
圧力変動吸着型酸素濃縮装置の騒音発生因子としては、吸着筒に加圧空気を供給する圧力変動用のコンプレッサから発生する固体音、同コンプレッサの吸気音及び排気音、コンプレッサ駆動用モータの作動音、吸着床をパージする際に生じるパージ気流音、酸素濃縮装置の機台内部を冷却するための冷却用ファンの作動音等がある。中でも、コンプレッサ自身が発生する固体放射音、コンプレッサの吸気音及び排気音等を含むコンプレッサに起因する騒音は、装置全体に占める騒音割合が大きい。
上述したように、酸素濃縮装置では、コンプレッサなどの騒音源の静穏化は必須の課題である。従来の酸素濃縮装置では、コンプレッサの吸気音、排気音、或いは各種パージ音等の気流音を低減させるために、空洞型或いは膨張型と呼ばれている消音器を使用している。また、酸素濃縮装置の小型軽量化を望む患者の要望も強い。両者の要求を実現する方法として、例えば、特開平１０−２４５２０３号公報に記載の消音器では、その形状を直方体にすることでデッドスペースをなくし、かつ吸気フィルタの取り付け部材と一体化することによって省スペース化を図る方法が提案されている。
ところが、上記のような空洞型消音器では、配管と拡張室との空洞断面積の比が大きいほど、排出される音の減衰率が大きくなり、拡張室の空洞部分の長さは低減させたい音の周波数に関連するという特徴を有する。よって、拡張室の空洞部分の物理的なサイズは、低減させたい音の周波数帯及び減衰率によって決定され、それが低騒音の酸素濃縮装置本体の小型軽量化を実現するための阻害要因の一つとなっていた。
このように、消音器の消音効果を高めつつ、それを搭載する装置の小型軽量化を行うために、例えば特開２００３−２３５９８２号公報では、空洞型消音器と共鳴型消音器を組み合わせ、それぞれを装置筐体内のデッドスペースに設置することで、装置の小型形状を維持すると共に消音化性能も確保する技術を開示している。
また低周波数帯の騒音と高周波数帯の騒音を、それぞれ異なった原理で消音する消音器として、特開２００５−６７３１号公報に記載のような技術が公開されている。本特許技術では、高周波数帯の騒音と、低周波数帯の騒音を消音するための消音器を２つ用意し、前者の消音化には、吸音材を使用した長い流路を構成し、さらにこの消音器を後者の低周波数帯の騒音を低減するための空洞型の消音器に内蔵することで、消音性能と小型軽量化を実現している。しかしながら、低周波数帯の騒音を消音するための空洞型消音器は、従来どおりの大きさが必要になり、根本的な技術的課題は残されたままである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平１０−２４５２０３号公報
特開２００３−２３５９８２号公報
特開２００５−６７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最近の酸素濃縮装置に対して使用者からは、さらなる静音化が求められると共に、装置を持ち運びできるような小型・軽量化の要求が強く、そのためには消音器自体の小型化、消音性能の向上が必須の課題となっている。しかしながら空洞型消音器の形状は、下記式１に示すように、一般的には透過損失とよばれる理論式によって設計されるため、消音したい騒音の周波数帯と音圧レベルによって、その形状が決定される。酸素濃縮装置において消音が必要な騒音の周波数帯は低周波数帯にあることが多く、結果として大きな空洞形状が必要になっているのが現状である。さらに、式１によって導かれる予想音圧レベルと、式１によって実際に設計された消音器で消音された音圧レベルを比較すると、予測よりも低周波数帯の騒音低減が不十分という結果が得られることも多く、場合によってはさらに空洞部分の形状を大きくする必要がある場合がある。
0005856287.tif 000002
Ｓ１＝吸気ポート断面積、Ｓ２＝空洞部断面積、Ｓ３＝排気ポート断面積
ＴＬ＝透過騒音レベル
本発明は、騒音の周波数帯を分離して複数個の消音器を用いるのではなく、また、大きな形状の空洞型消音器を使用したりすることなく、消音性能を維持したまま、小型化を達成する消音器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、かかる問題の解決策として以下の消音器を見出した。すなわち本発明は、気体を供給または排気する配管の途中に設置され、該配管より空間断面積が大きい拡張室を有する空洞型消音器であって、騒音源と該空洞型消音器を繋ぐ配管Ａの反対側に、該空洞型消音器から延伸された配管Ｂを備え、該配管Ｂの側面に、気体を流入または流出するためのポートを、少なくとも２つ以上有する、空洞型消音器を提供するものである。
また本発明は、該配管Ｂの端面が閉塞されていることを特徴とする該空洞型消音器を提供するものである。
また本発明は、該配管Ｂの側面に配管の長さ方向に設けられた複数の該ポートが、それぞれ異なる穴径のポートであることを特徴とし、更に該配管Ｂの側面に配管の長さ方向に設けられた複数の該ポートが、該拡張室に近い方から順に大きい穴径のポートであることを特徴とする、該空洞型消音器を提供するものである。
更に本発明は、該拡張室から伸びる配管Ｂが、途中でＵ字状に曲げられた配管であることを特徴とする、該空洞型消音器を提供するものである。
また本発明は、空気を圧縮し供給する空気圧縮手段の吸気配管に設置される吸気消音器である該空洞型消音器を提供するものである。
更に本発明は、大気中の塵埃を集塵するためのフィルタおよびそれを収納したケースを備えた吸気フィルタを備え、該配管Ｂが吸気フィルタのケース部分と一体成型された部材であることを特徴とする、該空洞型消音器であり、酸素よりも窒素を優先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空気圧縮手段を有し、大気中の空気を分離して高濃度の酸素を提供する酸素濃縮装置において、該空気圧縮手段の吸気ポートに該空洞型消音器を有する酸素濃縮装置を提供するものである。
更に本発明は、該酸素濃縮装置において、該高濃度の酸素を加湿する加湿器を備え、かかる加湿器が中空糸状水分透過膜を使用した加湿器であり、該加湿器と該フィルタケースが一体化されるとともに、該加湿器の中空糸内側に該高濃度の酸素を通し、該加湿器の中空糸外側に大気から空気を供給し、該高濃度の酸素を加湿した後、該フィルタを通過させ、該酸素濃縮装置の原料空気とすることを特徴とする酸素濃縮装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、消音性能を維持し、かつ小型軽量化が可能な消音器およびその消音器を使用した酸素濃縮装置を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１から図３は、本発明の実施態様例である空洞型消音器であり、図１は空洞部を構成する拡張室が直方体である消音器の外観図を、図２は、拡張室が円筒である消音器の外観図を示す。図３は、直方体の拡張室からのびるテールパイプである配管ＢがＵ字状である消音器の外観図を示す。図４は、本発明の別の実施態様例である空洞型消音器とフィルタケースを一体化した消音器の構造図を、図５は、本発明の別の実施態様例である空洞型消音器とフィルタユニット、加湿器を一体化した消音器の構造図を示す。
図６は、本発明の配管Ｂの長さを延長した消音器による、低周波数帯の消音効果を、図７は、本発明の配管Ｂを有し、その側面に吸気口を設けた消音器による高周波数帯の消音効果を、図８は、本発明の消音器とフィルタユニットを一体化した消音器による消音効果を示す。
図９は、本発明の消音器を使用した酸素濃縮装置の構成図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の消音器の実施態様例を、図面を用いて説明する。なお、本発明は、図面の実施例に限定されるものではない。また、図面では消音器を搭載した圧力変動吸着型酸素濃縮装置を例示するが、酸素濃縮方式を特定するものではなく、酸素濃縮装置であれば、特に限定されない。
図１から図３に、本発明の実施態様例の消音器を示す。これらの図では消音器内に流れる気流の向きを記載していないので、吸気消音器としても排気消音器としても使用することが可能であり、これ以降は、配管Ａ１２２，２２２，３２２をコンプレッサの吸気側に接続し、吸気消音器として用いる場合について述べる。図２には空洞部を構成する拡張室２２１の部分が円筒形である空洞型消音器を示すが、酸素濃縮装置の筐体内のデッドスペースを少なくするためには、図１に記載のような矩形断面をもった拡張室１２１にすることが好ましい。消音器の拡張室の断面形状は、騒音を削減する上での性能には殆ど影響しないため、製造コストや製造の簡便さ等からその形状を選択することができる。
従来の消音器においては、先に式１で示した理論式によって設計されるのが一般的である。しかし、式１は音の反射率を考慮していない理論式であるため、式１で設計した消音器では、実際には低周波領域の騒音が十分に減衰しない場合があり、拡張室の空洞部の長さや断面積を大きくすることで対応していた。
これに代わる方法として、一般的にはテールパイプと呼ばれる配管Ｂ１２３を設ける構造にすることで、理論値に近い性能が得られることが知られている。配管Ｂ１２３による消音効果を得るためには、配管Ｂの十分な長さが必要になるが、十分な消音効果を得る長さにすると装置内のデッドスペースが大きくなる。従って、実際に消音器として採用する場合は、テールパイプの長さは短くせざるをえず、多くの装置では、装置内のデッドスペースを無くすために、所定の長さのテールパイプを有する本構造を採用するよりは、拡張室の空洞部を大きくする手法が取られていた。
本発明では、鋭意検討した結果、図３に示すように、テールパイプである配管Ｂ３２３をＵ字管にし、拡張室３２１から突き出す部分を極力小さくすることで、デッドスペースが大きくなることを回避し、かつ配管Ｂ３２３の長さを十分に取れるような構造にしている。この構造にすることで、配管Ｂ３２３の長さは拡張室３２１の空洞部の長さとほぼ同等に延長することができる。また配管Ｂ３２３のＵ字管以降の直線状部分は拡張室３２１に密着するように設置することでデッドスペースを小さくすることが出来る。
更に図４に示すように、酸素濃縮装置の構成部品である吸気フィルタのフィルタケース４３０ａおよびフィルタケース底部４３０ｂと配管Ｂ４２３とを一体化することで、Ｕ字管部分以外のデッドスペースを無くすことが可能になる。
本発明では、図１に示すように消音器の吸気口１２４を配管Ｂ１２３の側面に設けている。一般に配管Ｂ１２３を直線状に伸ばす場合には、吸気口は配管Ｂの端面１２５に設ける場合が多いが、吸気音の発生部位となる。特に図４に示すように、射出成形によって消音器を２分割した構成部材とし、後に両部材を超音波溶着や熱板溶着によって接合する構造の消音器においては、配管Ｂ４２３の端面から新たな気流音が発生することがある。この騒音の周波数は高周波数帯であることから、消音器を取り囲む構造体によって減衰させ、静音化することは可能であるが、なるべく発生させないのが好ましい。
そのため本発明では、図１に示すように、配管Ｂの端面１２５を閉止すると共に、吸気口１２４を配管Ｂ１２３の側面に少なくとも２つ以上設けている。これは吸気口の数が１つでは、吸気口部位で新たに発生する気流音が大きくなるためであり、２つ以上の複数の吸気口１２４を設けることで、吸気口の各々から発生する気流音は小さくなり、全体の騒音を小さくすることが可能になる。またこの吸気口１２４は、拡張室１２１の空洞部に近いほうを小さくし、配管Ｂ１２３の端面側を大きくすることで、より気流音の発生を抑制することができると共に、かかる部分で生じる圧力損失の低減にも効果がある。
本発明の別の実施態様例である図４に示す空洞型消音器は、空洞型消音器とフィルタケースが一体化されたものであり、２分割した樹脂成型部材（ａ）、（ｂ）を接着したものである。図４は空洞型消音器の拡張室４２１と吸気管である配管Ｂ４２３の部分で分割した成形品の外観図であり、両者を超音波溶着により接着することで製造される。前述したように、複数の吸気口４２４はフィルタケース４３０ａ部分に内蔵される構造になっている。これによって前述したデッドスペースの有効活用のほかに、吸気口４２４で発生する気流音をフィルタケース部分に装着されるフィルタによって遮音する効果も得ることが可能になり、さらなる低騒音化が可能になっている。
図９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９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。圧力変動吸着型酸素濃縮装置１は、外部空気取り込みフィルタ３０、吸気消音器２０、コンプレッサ１０３、流路切換弁１０４，１０６、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ガスを濃縮した酸素富化空気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、生成された酸素富化空気を加湿するための加湿器４０、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の測定値を用いて、コンプレッサ１０３や流路切換弁１０４，１０６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。
本発明の消音器の別の実施態様例は、図５に示すように、吸気消音器５２０と外部空気取り込みフィルタ５３０との一体化だけでなく、水分透過性中空糸膜を使用した加湿器５４０とも一体化したものである。かかる加湿器は、大気中の水分を、水蒸気分圧差を利用して製品ガスに透過させるもので、ポリイミドなどの水分透過性中空糸膜束を使用し、中空糸の１次側（内側）に製品ガスである酸素を流し、中空糸の２次側（外側）に加湿用の空気を流すことで、相対湿度がほぼゼロである酸素ガスを適度に加湿するものである。また加湿器を通過した２次側の原料空気は、製品ガスに付与した水分量だけ乾いた空気であるため、湿度に弱い圧力変動型吸着装置の吸着材の寿命延長を図ることが可能になる。従来の水分透過性中空糸を使用した加湿器では、効率的に１次側の製品ガスを加湿するために、２次側の空気を軸流ファンや遠心ファン等によって強制的に流していたが、本発明のように２次側の流れを原料空気の流れで代用しているため、ファンの搭載が不要になり、小型軽量化、低コスト化だけでなく、ファンの騒音も無くすことが可能になる。また、フィルタの上流側に加湿器を一体化することで、空洞型消音器、フィルタを通過してきた騒音を、さらに加湿器の筐体部位で減衰させることが可能になる。
【実施例】
【０００９】
本発明の空洞型消音器によるコンプレッサの騒音低減効果を以下に示す。無響音室において、本発明の空洞型消音器をコンプレッサの原料空気供給側に接続し、吸気側から漏れ出てくる騒音に関してその低減効果を確認した。
図６は本発明の特徴の一つである配管Ｂによる騒音低減効果を示したものである。図１に示す空洞型消音器の配管Ｂ１２３の側面に穴径φ６ｍｍの吸気口１２４を２つ設けたものを使用している。配管Ｂ１２３を順に長くすることで、８００Ｈｚ以下の低周波数帯において騒音低減効果が認められる好例である。このように配管Ｂを延長していくだけで、空洞長を長くしたり、空洞断面積を大きくしたりすることなく、低周波数帯の騒音低減効果が得られる。しかし１０００Ｈｚ以上の高周波帯での消音効果は少なく、場合によっては消音器を装着する前の騒音より大きな気流音が発生してしまうことがある。
図７は、配管Ｂ１２３の側面に穴径６ｍｍの吸気口１２４を２個設け、端面１２５を閉止した図１記載の空洞型消音器の消音効果（図中□印）と、吸気口を４個設けた消音器による消音効果（図中△印）と、配管Ｂの端面に吸気口を１個を設けた消音器（以下、従来の消音器という。）の消音効果（図中黒丸印）を比較したものである。すべての配管Ｂの長さは同じで、図６に示した、最も消音効果の高かった長さのものを使用している。本発明の、配管Ｂの側面に吸気口を２個以上設けた消音器は、従来の消音器のように、１０００Ｈｚ以上の高周波数帯に新たな気流音を発生させることなく、部分的には消音効果が得られていることが分かる。
さらに図８は、本発明の図４に示す消音器の消音効果を示したものである。本発明の消音器とフィルタユニットを一体化することにより空洞型消音器の消音効果に加え、フィルタによる吸音効果を付与することができ、消音器で減衰できなかった騒音あるいは新たに発生した気流音といった高周波数帯の騒音において著しい消音効果が得られることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
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。また本願発明が特徴とする消音器を採用することにより、静音化を維持したまま軽量小型化した酸素濃縮装置として利用が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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