(57)【要約】【課題】窒素吸着剤の性能の低下を招きにくい酸素濃縮装置を、部品点数の少ない簡素な構造で実現する。【解決手段】窒素吸着剤５０が収容された吸着筒７ａ，７ｂに原料ガスを供給して吸着筒７ａ，７ｂの内部圧力を高めることにより、原料ガスに含まれる窒素を窒素吸着剤５０に吸着させる吸着工程と、吸着筒７ａ，７ｂの内部圧力を低下させることにより、窒素吸着剤５０から窒素を脱離させて吸着筒７ａ，７ｂの外部へ排出する再生工程とを繰り返し行い、酸素濃度が高められた製品ガスを生成する圧力変動吸着式の酸素濃縮装置であって、  吸着筒７ａ，７ｂの内部を原料ガス導入端側の吸湿室と製品ガス導出端側の窒素吸着室とに仕切るための仕切体３０を設け、吸湿室には吸湿剤４０を収容し、窒素吸着室には窒素吸着剤５０を収容し、仕切体３０に設けた長さ１０ｍｍ以上の通気孔３１によって吸湿室と窒素吸着室とが互いに連通されるようにした。【選択図】図２
2008061734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素吸着剤が収容された吸着筒に原料ガスを供給して吸着筒の内部圧力を高めることにより、原料ガスに含まれる窒素を窒素吸着剤に吸着させる吸着工程と、吸着筒の内部圧力を低下させることにより、窒素吸着剤から窒素を脱離させて吸着筒の外部へ排出する再生工程とを繰り返し行い、酸素濃度が高められた製品ガスを生成する圧力変動吸着式の酸素濃縮装置であって、
吸着筒の内部を原料ガス導入端側の吸湿室と製品ガス導出端側の窒素吸着室とに仕切るための仕切体が設けられ、吸湿室には吸湿剤が収容されて、窒素吸着室には窒素吸着剤が収容され、仕切体に設けられた長さ１０ｍｍ以上の通気孔によって吸湿室と窒素吸着室とが互いに連通されていることを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
吸着筒の断面積Ｓ１に対する前記通気孔の断面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１が３００分の１〜１０分の１である請求項１記載の酸素濃縮装置。
【請求項３】
仕切体が原料ガス導入端と製品ガス導出端とを結ぶ方向に移動可能に設けられ、吸湿室に収容された吸湿剤を仕切体及び窒素吸着剤とともに製品ガス導出端側に押し付けるための付勢手段、又は窒素吸着室に収容された窒素吸着剤を仕切体及び吸湿剤とともに原料ガス導入端側に押し付けるための付勢手段が吸着筒の内部に設けられた請求項１又は２記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
前記通気孔の吸湿室側の端部及び／又は窒素吸着室側の端部が広く形成された請求項１〜３いずれか記載の酸素濃縮装置。
【請求項５】
吸湿室と前記通気孔との境界又は前記通気孔と窒素吸着室との境界に、目の粗い通気板と目の細かい通気シートを重ね合わせたフィルタが配された請求項１〜４いずれか記載の酸素濃縮装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか記載の酸素濃縮装置を用いた医療用酸素濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気などの原料ガスから酸素濃度が高められた製品ガスを生成することのできる酸素濃縮装置に関する。とくに、呼吸器系疾患を患っている患者に酸素吸入療法を施す際などに好適に用いることのできる医療用酸素濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
肺気腫や気管支炎などの呼吸器系疾患を治療するのに有効な方法として酸素吸入療法が知られている。酸素吸入療法は、酸素濃縮ガスを患者に吸入させることによって酸素不足に陥っている組織細胞に酸素を供給し、組織細胞の機能を維持させることにより、息苦しさなど、患者が感じる苦痛を緩和するものである。１９８５年からは、在宅での酸素吸入療法にも医療保険が適用されるようになり、在宅で酸素吸入療法を受ける患者が増えてきている。このような実状に鑑みてか、周囲の空気から酸素濃縮ガスを生成して患者に供給することのできる酸素濃縮装置の需要が着実に伸びてきている。
【０００３】
酸素濃縮装置の種類は様々であるが、窒素吸着剤が収容された吸着筒の圧力を変動させることにより酸素濃縮ガスを得る圧力変動吸着方式のものと、酸素透過膜を用いて酸素濃縮ガスを得る分離膜方式のものとに大別される。しかし、酸素濃度の高い酸素濃縮ガスを得やすいという理由から、近年、圧力変動吸着方式の酸素濃縮装置が主流となってきている。
【０００４】
圧力変動吸着方式の酸素濃縮装置は、周囲の空気（原料ガス）に含まれる窒素を吸着するための窒素吸着剤と、該窒素吸着剤を収容するための吸着筒と、原料ガスや酸素濃縮ガス（製品ガス）を移送するためのガス移送手段と、吸着筒に接続されたガス流路の開閉や切替を行うための電磁弁とを備えたものとなっている（例えば、特許文献１を参照）。この種の酸素濃縮装置は、（１）吸着筒に原料ガスを供給して吸着筒の内部圧力を高めることにより、原料ガスに含まれる窒素を窒素吸着剤に吸着させる吸着工程と、（２）吸着筒の内部圧力を低下させることにより、窒素吸着剤から窒素を脱理させて吸着筒の外部へ排出する再生工程と、を繰り返し行うことによって、酸素濃度が高められた製品ガスを生成するものとなっている。
【０００５】
しかし、圧力変動吸着方式の酸素濃縮装置では、原料ガスに含まれる窒素だけでなく水分も窒素吸着剤に吸着されるために、長時間運転した後や、原料ガスの湿度が高い場合などには、窒素吸着剤の窒素吸着能が著しく低下するおそれがあった。窒素吸着剤の窒素吸着能の低下を抑えるためには、原料ガスに含まれる水分を予め除去するなどの工夫を施す必要がある。
【０００６】
このため、一般的な圧力変動吸着方式の酸素濃縮装置では、吸着筒の内部における上流側（原料ガス導入端側）の空間に吸湿剤を収容し、吸着筒の内部における下流側（製品ガス導出端側）の空間に窒素吸着剤を収容することが行われている。これにより、原料ガスに含まれる水分の大半を吸湿剤で吸着してから窒素吸着剤で窒素を吸着することが可能になる。しかし、それでもなお、窒素吸着剤の窒素吸着能の低下を抑えるのは困難であった。というのも、酸素濃縮装置の運転を停止している間などに、吸湿剤に吸着されていた水分が吸湿剤から脱離して窒素吸着剤が収容された部分まで拡散するおそれがあったからである。
【０００７】
ところで、特許文献２には、窒素吸着剤を収容した吸着槽（吸着筒）と、原料ガスを吸着筒に圧送するためのポンプと、ポンプから吸着筒に至る配管途中に設けられた吸湿室とを備え、吸湿装置を前記配管に対して着脱可能とした空気活性装置（酸素濃縮装置）が記載されている。これにより、吸湿装置に充填する吸湿剤の交換作業やメンテナンスを容易に行うことが可能になるとされている。しかし、吸湿装置を吸着筒と別個に設けるのでは、酸素濃縮装置の部品点数が多くなり構造が複雑になるし、酸素濃縮装置の小型化が困難になる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−０５８４６９号
【特許文献２】特開平１１−０１９４５２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、運転を長時間停止したような場合であっても、吸湿剤に吸着されていた水分が窒素吸着室に拡散しにくく、窒素吸着剤の性能の低下を招きにくい酸素濃縮装置を、部品点数の少ない簡素な構造で実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、窒素吸着剤が収容された吸着筒に原料ガスを供給して吸着筒の内部圧力を高めることにより、原料ガスに含まれる窒素を窒素吸着剤に吸着させる吸着工程と、吸着筒の内部圧力を低下させることにより、窒素吸着剤から窒素を脱離させて吸着筒の外部へ排出する再生工程とを繰り返し行い、酸素濃度が高められた製品ガスを生成する圧力変動吸着式の酸素濃縮装置であって、吸着筒の内部を原料ガス導入端側の吸湿室と製品ガス導出端側の窒素吸着室とに仕切るための仕切体が設けられ、吸湿室には吸湿剤が収容されて、窒素吸着室には窒素吸着剤が収容され、仕切体に設けられた長さ１０ｍｍ以上の通気孔によって吸湿室と窒素吸着室とが互いに連通されていることを特徴とする酸素濃縮装置を提供することによって解決される。
【００１１】
これにより、運転を長時間停止した場合であっても、吸湿剤に吸着されていた水分が窒素吸着室に拡散しにくく、窒素吸着剤の性能の低下を招きにくい酸素濃縮装置を、部品点数の少ない簡素な構造で実現することが可能になる。本発明の酸素濃縮装置は、吸着工程と再生工程との２工程のみで酸素を濃縮するものに限定されず、上部均圧工程、下部均圧工程、パージ工程など、他の工程を組み合わせて用いるものであってもよい。また、本発明の酸素濃縮装置は、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式、ＶＳＡ（Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式、ＶＰＳＡ（Ｖａｃｕｕｍ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式など、各種の酸素濃縮装置に用いることができる。
【００１２】
本発明の酸素濃縮装置において、吸着筒の断面積Ｓ１（吸着筒の内部を原料ガスの流れ方向に垂直な面で切断した場合における断面積。吸着筒の断面積が一定でない場合には、その平均の断面積。）に対する通気孔の断面積Ｓ２（通気孔を貫通方向に垂直な面で切断した場合における断面積。通気孔の断面積が一定でない場合には、その平均の断面積。通気孔が複数本存在する場合には、その合計の断面積。）の比Ｓ２／Ｓ１は、製品ガスの取出流量などによっても異なり、とくに限定されない。しかし、吸着筒の断面積Ｓ１に対する通気孔の断面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１が小さすぎると、原料ガスが吸湿室から窒素吸着室へ流れにくくなるおそれがある。このため、吸着筒の断面積Ｓ１に対する通気孔の断面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１は、通常、３００分の１以上に設定される。吸着筒の断面積Ｓ１に対する通気孔の断面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１は、２００分の１以上であると好ましく、１５０分の１以上であるとより好ましい。
【００１３】
一方、吸着筒の断面積Ｓ１に対する通気孔の断面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１が大きすぎると、吸湿剤に吸着されていた水分が窒素吸着室へと拡散しやすくなるおそれがある。このため、吸着筒の断面積Ｓ１に対する通気孔の断面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１は、通常、１０分の１以下に設定される。吸着筒の断面積Ｓ１に対する通気孔の断面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１は、２０分の１以下であると好ましく、３０分の１以下であるとより好ましく、４０分の１以下であるとさらに好ましい。
【００１４】
仕切体は、吸着筒に固定されたものであってもよいが、吸着筒の原料ガス導入端と製品ガス導出端とを結ぶ方向に移動可能に設けられると好ましい。これにより、吸湿剤や窒素吸着剤の量に応じて仕切体の位置を変えることが可能になる。この場合には、吸湿室に収容された吸湿剤を仕切体及び窒素吸着剤とともに製品ガス導出端側に押し付けるための付勢手段、又は窒素吸着室に収容された窒素吸着剤を仕切体及び吸湿剤とともに原料ガス導入端側に押し付けるための付勢手段を吸着筒の内部に設けると好ましい。これにより、窒素吸着剤や吸湿剤を吸着筒の内部で動かないようにしっかりと保持することが可能になり、窒素吸着剤の窒素吸着能や、吸湿剤の吸湿能を安定させることができる。
【００１５】
通気孔の断面積Ｓ２は、吸湿室側の端部から吸着室側の端部に亘って一定であってもよいが、通気孔の吸湿室側の端部及び／又は窒素吸着室側の端部が広く形成されていると好ましい。これにより、原料ガスを吸湿室や窒素吸着室に均一に行き渡るようにすることが可能になり、吸湿剤の吸湿能や窒素吸着剤の窒素吸着能を安定して発揮させることができるようになる。また、吸湿室と前記通気孔との境界又は前記通気孔と窒素吸着室との境界にフィルタを配する場合には、前記通気孔の端部を広く形成したことによって、原料ガスをフィルタの広い範囲で通過させることができるようになるので、フィルタの劣化や破損を防ぐことも可能になる。
【００１６】
吸湿室と前記通気孔との境界又は前記通気孔と窒素吸着室との境界に、目の粗い通気板と目の細かい通気シートを重ね合わせたフィルタを配することも好ましい。このように、吸湿室と前記通気孔との境界又は前記通気孔と窒素吸着室との境界にフィルタを配することによって、吸湿剤や窒素吸着剤が前記通気孔の中に入り込むのを防ぐことが可能になる。また、フィルタを通気板と通気シートとを重ね合わせた構造とすることによって、フィルタを強度に優れたものとすることが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によって、運転を長時間停止した場合であっても、吸湿剤に吸着されていた水分が窒素吸着室に拡散しにくく、窒素吸着剤の性能の低下を招きにくい酸素濃縮装置を部品点数の少ない簡素な構造で実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の酸素濃縮装置の好適な実施態様について、図を用いてより具体的に説明する。図１は、本発明の酸素濃縮装置を示したシステムフロー図である。図２は、本発明の酸素濃縮装置に用いる吸着筒７ａ，７ｂをその中心軸を通る面で切断した状態を示した断面図である。図３は、図２における仕切体３０を示した斜視図である。
【００１９】
１．酸素濃縮装置の全体構成
本実施態様の酸素濃縮装置は、図１に示すように、周囲の空気（原料ガス）を装置内部に取り入れるための原料ガス取入口１と、原料ガス取入口１から取り入れられた原料ガスを移送するためのガス移送手段３と、原料ガスに含まれる窒素を吸着するための吸着筒７ａ，７ｂと、吸着筒７ａ，７ｂで酸素濃度が高められた製品ガスを一時的に貯留するための貯留タンク１２と、貯留タンク１２から取り出す製品ガスの流量を制御するための流量制御手段１５と、製品ガスを装置外部へ取り出すための製品ガス取出口２１とを備えたものとなっている。
【００２０】
この酸素濃縮装置は、
（１）吸着筒７ａ，７ｂに原料ガスを供給して吸着筒７ａ，７ｂの内部圧力を高めることにより、原料ガス取入口１から取り入れられた原料ガスに含まれる窒素を窒素吸着剤に吸着させる吸着工程と、
（２）吸着筒７ａ，７ｂの内部圧力を低下させることにより窒素吸着剤から窒素を脱離させ、残留ガス排出口２３から排出する再生工程と
を繰り返し行い、酸素濃度が高められた製品ガスを生成する圧力変動吸着式のものとなっている。吸着工程と再生工程の切替は、吸着筒７ａ，７ｂの上流側の端部（原料ガス導入端）に接続されたガス流路に設けられた電磁弁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの開閉状態を切り替えることにより行われるようになっている。電磁弁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの開閉状態を切り替えるタイミングは、図示省略の制御手段によって制御される。
【００２１】
原料ガス取入口１には、フィルタが設けられており、原料ガスに含まれる埃を除去することができるようになっている。また、ガス移送手段３の上流側と下流側に接続されたそれぞれのガス流路には、消音タンク２，４が設けられており、ガス移送手段３で生じた原料ガスの脈動に起因する騒音を軽減することができるようになっている。さらに、消音タンク４と電磁弁６ａ，６ｃとを接続するガス流路には、圧力検知手段５が設けられており、吸着筒７ａ，７ｂに導入される原料ガスの圧力を検知することができるようになっている。
【００２２】
そして、吸着筒７ａ，７ｂの下流側の端部（製品ガス導出端）は、直列に配された電磁弁８及びオリフィス９を介して互いに接続されており、電磁弁８を開くことによって、吸着筒７ａ，７ｂに均圧操作を行うことができるようになっている。電磁弁８の開閉状態を切り替えるタイミングは、電磁弁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと同様、図示省略の制御手段によって制御されるようになっている。また、吸着筒７ａ，７ｂの製品ガス導出端は、オリフィス１０を介しても互いに接続されており、吸着筒７ａ，７ｂにパージ操作を行うことができるようになっている。吸着筒７ａ，７ｂと貯留タンク１２とを接続するガス流路には、製品ガスが貯留タンク１２から吸着筒７ａ，７ｂへ逆流するのを防止するための逆止弁１１ａ，１１ｂが設けられている。
【００２３】
貯留タンク１２には、貯留タンク１２の圧力を検知するための圧力検知手段１３が接続されている。貯留タンク１２と流量制御手段１５とを接続するガス流路には、製品ガスからバクテリアを除去するためのバクテリアフィルタ１４が設けられている。また、流量制御手段１５と製品ガス取出口２１とを接続するガス流路には、製品ガスの酸素濃度を検知するための酸素濃度検知手段１６と、製品ガスの圧力を検知するための圧力検知手段１７と、製品ガスの流量を検知するための流量検知手段１８と、製品ガスが貯留タンク１２へ逆流するのを防止するための逆止弁１９と、製品ガスを加湿するための加湿手段２０が設けられている。
【００２４】
２．吸着筒
本実施態様の酸素濃縮装置において、吸着筒７ａ，７ｂは、略円筒形状になっており、その内部は、図２に示すように、仕切体３０によって二分されている。吸着筒７ａ，７ｂの内部における仕切体３０よりも原料ガス導入端側は、原料ガスに含まれる水分を吸着するための吸湿室となっており、吸湿剤４０が充填されている。一方、吸着筒７ａ，７ｂの内部における仕切体３０よりも製品ガス導出端側は、原料ガスに含まれる窒素を吸着するための窒素吸着室となっており、窒素吸着剤５０が充填されている。
【００２５】
３．仕切体
仕切体３０は、吸着筒７ａ，７ｂの内部を吸湿室と窒素吸着室とに仕切ることのできる形態のものであればとくに限定されない。本実施態様の酸素濃縮装置において、仕切体３０は、図３に示すように、所定間隔を隔てて略平行に配された一対のフランジ部と、該一対のフランジ部の中央を連結するパイプ部とで形成されている。この仕切体３０は、略円筒形に形成された吸着筒７ａ，７ｂの中心軸に対して一対のフランジ部が垂直となるように配される。仕切体３０は、吸着筒７ａ，７ｂの内壁と一体的に形成されていてもよいが、吸着筒７ａ，７ｂと別体であると好ましい。本実施態様の酸素濃縮装置においても、仕切体３０は、吸着筒７ａ，７ｂと別体となっている。仕切体３０のフランジ部における外径は、吸着筒７ａ，７ｂの内径よりも僅かに小さく設定されおり、仕切体３０は、吸着筒７ａ，７ｂの内部を原料ガス導入端と製品ガス導出端とを結ぶ方向に移動することができるようになっている。パイプ部の内側は、図２に示すように、通気孔３１となっており、通気孔３１によって吸湿室と窒素吸着室とが連通された状態となっている。
【００２６】
このため、吸着工程において原料ガス導入口から吸着筒７ａ，７ｂの内部の吸湿室に導入された原料ガスは、通気孔３１を通って窒素吸着室に到達することができるようになっている。原料ガスは、吸湿室で水分を除去された後、窒素吸着室で窒素を吸着されて酸素濃度が高められ、製品ガス導出口から製品ガスとして貯留タンク１２へと送られる。また、吸着工程を終えた後に吸着筒７ａ，７ｂに残っていた残留ガスは、再生工程において、窒素吸着剤５０から脱離した窒素とともに通気孔３１と吸湿室とを通過した後、原料ガス導入口から吸着筒７ａ，７ｂの外部へと排出されるようになっている。原料ガス導入口から排出された残留ガス（窒素富化ガス）は、電磁弁６ｂ，６ｄと消音タンク２２を通り、残留ガス排出口２３から酸素濃縮装置の外部へと排出されるようになっている。通気孔３１の両端部（吸湿室側の端部及び窒素吸着室側の端部）は、その中央部よりも径が大きくなるように形成されており、吸湿室や窒素吸着室に原料ガスを均一に行き渡らせることができるようになっている。
【００２７】
通気孔３１の長さ（図２におけるＬ２）は、１０ｍｍ以上であればとくに限定されない。しかし、通気孔３１が短すぎると、吸湿剤４０に吸着されていた水分が窒素吸着室に拡散しやすくなるおそれがある。このため、通気孔３１の長さは、２０ｍｍ以上であると好ましい。通気孔３１の長さは、３０ｍｍ以上であるとより好ましく、４０ｍｍ以上であるとさらに好ましい。一方、通気孔３１を長くしすぎると、吸着筒７ａ，７ｂの寸法を大きくしなければならなくなり、酸素濃縮装置の小型化が困難になるおそれがある。このため、通気孔３１の長さは、通常、１００ｍｍ以下に設定される。通気孔３１の長さは、８０ｍｍ以下であると好ましく、６０ｍｍ以下であるとより好ましい。本実施態様の酸素濃縮装置において、通気孔３１の長さは５０ｍｍとなっている。
【００２８】
また、通気孔３１の断面積は、とくに限定されないが、小さすぎると、原料ガスが通気孔３１を通過しにくくなるおそれがある。このため、通気孔３１の断面積は、通常、１０ｍｍ２以上に設定される。通気孔３１の断面積は、３０ｍｍ２以上であると好ましく、５０ｍｍ２以上であるとより好ましい。一方、通気孔３１の断面積が広すぎると、吸着室から窒素吸着室に水分が拡散しやすくなるおそれがある。このため、通気孔３１の断面積は、通常、３００ｍｍ２以下に設定される。通気孔３１の断面積は、２００ｍｍ２以下であると好ましく、１００ｍｍ２以下であるとより好ましい。本実施態様の酸素濃縮装置において、通気孔３１の断面積は、約８０ｍｍ２となっている。これに対し、吸着筒７ａ，７ｂの断面積は、約５６７５ｍｍ２となっており、吸着筒７ａ，７ｂの断面積Ｓ１に対する通気孔３１の断面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１は約７２分の１となっている。
【００２９】
４．フィルタ
吸湿室と通気孔３１との境界、及び通気孔３１と窒素吸着室との境界には、吸湿剤４０や窒素吸着剤５０が通気孔３１に入り込むのを防ぐためのフィルタ６０を配している。フィルタ６０は、吸湿剤４０や窒素吸着剤５０を通過させず、原料ガスを通過させることができるものであればとくに限定されないが、本実施態様の酸素濃縮装置においては、２枚の目の粗い通気板６１で１枚の目の細かい通気シート６２を挟み込んだ構造のものとなっている。このため、フィルタ６０は、強度に優れたものとなっている。
【００３０】
通気板６１は、原料ガスの圧力や、吸湿剤４０や窒素吸着剤５０などの重量によって容易に変形しない程度の剛性を有するものであればとくに限定されない。本実施態様の酸素濃縮装置においては、パンチングメタル（目開き８ｍｍ）を通気板として用いている。一方、通気シート６２は、吸湿剤４０や窒素吸着剤５０の通過を防ぐことができるものであればとくに限定されない。本実施態様の酸素濃縮装置においては、ポリプロピレン製不織布を通気シートとして用いている。本実施態様の酸素濃縮装置においては、吸湿室の原料ガス導入端側と、窒素吸着室の製品ガス導出端側にもフィルタ６０を配している。
【００３１】
５．付勢手段
本実施態様の酸素濃縮装置においては、吸湿剤４０の原料ガス導入端側に配したフィルタと原料ガス導入口との間に付勢手段７０を配しており、吸湿室に収容された吸湿剤４０を仕切体３０及び窒素吸着剤５０とともに製品ガス導出端側に押し付けた状態に保つことができるようになっている。このため、吸湿剤４０や窒素吸着剤５０を吸着筒７ａ，７ｂの内部で動かないようにしっかりと保持することができるようになっている。付勢手段７０としては、コイルバネや板バネなどが例示される。本実施態様の酸素濃縮装置においては、コイルバネを付勢手段７０として用いている。
【００３２】
６．吸湿剤
吸湿室に収容する吸湿剤４０は、水分を吸着しうるものであればとくに限定されず、活性アルミナ、シリカゲル、ゼオライト、活性炭などが例示される。本実施態様の酸素濃縮装置においては、水分脱着性能に優れた活性アルミナの粉末（粒径１〜２ｍｍ）を吸湿剤４０として用いている。吸湿室に収容する吸湿剤４０の量は、製品ガスの取出流量などによって異なり、とくに限定されないが、製品ガスの取出流量が１〜３Ｌ／分である場合には、通常、３０〜１００ｇである。
【００３３】
７．窒素吸着剤
一方、窒素吸着室に収容する窒素吸着剤５０は、窒素を選択的に吸着しうるものであればとくに限定されず、Ａ型ゼオライトやＸ型ゼオライトなどの合成ゼオライトが好適である。とくに、Ｘ型ゼオライトは優れた窒素吸着能を発揮するために好ましい。本実施態様の酸素濃縮装置においては、Ｘ型ゼオライトのなかでも、少ない圧力差で原料ガスに含まれる窒素を多く吸着することのできる、リチウムイオンで交換されたゼオライトを窒素吸着剤５０として使用している。窒素吸着室に収容する窒素吸着剤５０の量は、酸素濃縮装置の用途によっても異なり、とくに限定されないが、酸素吸入療法で用いられる医療用酸素濃縮装置として利用する場合には、通常、５００〜１５００ｇである。
【００３４】
８．測定結果
図４は、従来の酸素濃縮装置と本発明の酸素濃縮装置とにおいて、吸湿筒に収容されている窒素吸着剤の重量の増加を経時的に測定した結果を示したグラフである。図４中のグラフにおいて、折れ線Ｄ１は、従来の酸素濃縮装置（吸湿室−窒素吸着室近接型の酸素濃縮装置）における吸着筒に収容された窒素吸着剤の重量の経時的な変化を示したものである。また、折れ線Ｄ２は、従来の酸素濃縮装置（吸湿室−窒素吸着室分離型の酸素濃縮装置）における吸着筒に収容された窒素吸着剤の重量の経時的な変化を示したものである。さらに、折れ線Ｄ３は、本発明の酸素濃縮装置における吸着筒に収容された窒素吸着剤の重量の経時的な変化を示したものである。
【００３５】
この測定において、吸湿室−窒素吸着室近接型の従来の酸素濃縮装置には、仕切体３０の代わりにフィルタ６０を１組だけ用いたものを使用した。また、吸湿室−窒素吸着室分離型の従来の酸素濃縮装置には、別個に設けられた吸湿室と窒素吸着室とを、長さが５０ｍｍで内径が６ｍｍのチューブで連通したものを使用した。さらに、本発明の酸素濃縮装置には、長さが５０ｍｍで断面積が８０ｍｍ２の通気孔３１が形成された仕切体３０を用いたものを使用した。従来の酸素濃縮装置と本発明の酸素濃縮装置とにおいて、吸湿剤の量は８０ｇで揃え、窒素吸着剤の量は１０００ｇで揃えた。さらに、一方の吸着筒と他方の吸着筒の製品ガス導出端同士を結ぶガス流路に配されたパージ用のオリフィス（図１におけるオリフィス１０に相当）の開口孔は１．６ｍｍで揃えた。
【００３６】
そして、窒素吸着剤の重量の変化の測定は、酸素濃縮装置の運転を停止した後の吸着筒の総重量を、酸素濃縮装置の運転を停止してから所定時間経過するごとに測定することにより行った。吸着筒の総重量の測定は、吸着筒を予め真空引きしてその内部圧力を低めてから行った。これにより、吸着筒の総重量の変化を、窒素吸着剤の重量の変化とみなすことができる。吸湿剤は圧力に応じて水分を脱着しやすいために、吸着筒を真空引きした後では、それまでに吸湿剤に吸着されていた水分の殆どが吸湿剤から脱離して吸着筒の外部へ送出されていると考えられるのに対し、窒素吸着剤は圧力に応じて水分を脱着しにくいために、吸着筒を真空引きした後であっても、吸着筒を真空引きする前の窒素吸着剤に吸着されていた水分の殆どは窒素吸着剤に吸着されたままと考えられるからである。
【００３７】
図４を見ると、折れ線Ｄ１の傾きよりも折れ線Ｄ２の傾きが小さくなっており、本発明の酸素濃縮装置は、吸湿室−窒素吸着室近接型の従来の酸素濃縮装置と比較して、吸着筒に収容された窒素吸着剤の重量の増加がゆっくりであることが分かる。これは、本発明の酸素濃縮装置が、吸湿室に収容されていた吸湿剤に吸着されていた水分が窒素吸着室にまで拡散しにくく、窒素吸着剤の性能の低下を招きにくいものであることを意味している。この点に関して、本発明の酸素濃縮装置は、長さ５０ｍｍのチューブを用いた吸湿室−窒素吸着室分離型の従来の酸素濃縮装置と同等の性能を発揮できることも分かる。
【００３８】
９．酸素濃縮装置の用途
本発明の酸素濃縮装置は、酸素濃縮ガスを必要とする各種用途に用いることができる。とくに、肺気腫や気管支炎などの呼吸器系疾患を患っている患者に酸素吸入療法を行うための医療用酸素濃縮装置や、運動後の酸素補給や気分転換を行うための健康用酸素濃縮装置として好適に用いることができる。また、本発明の酸素濃縮装置は、構造が簡素で小型化が容易であるために、家庭用酸素濃縮装置や携帯用酸素濃縮装置としても好適に用いることができる。さらに、本発明の酸素濃縮装置は、酸素濃縮ガスを人体に供給する場合だけでなく、酸素濃縮ガスを動物に供給する場合にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の酸素濃縮装置を示したシステムフロー図である。
【図２】本発明の酸素濃縮装置に用いる吸着筒をその中心軸を通る面で切断した状態を示した断面図である。
【図３】図２における仕切体を示した斜視図である。
【図４】従来の酸素濃縮装置と本発明の酸素濃縮装置とにおいて、吸湿筒に収容されている窒素吸着剤の重量の増加を経時的に測定した結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１    フィルタ（原料ガス取入口）
２    消音タンク
３    ガス移送手段
４    消音タンク
５    原料ガス圧力検知手段
６ａ  電磁弁
６ｂ  電磁弁
６ｃ  電磁弁
６ｄ  電磁弁
７ａ  吸着筒
７ｂ  吸着筒
８    電磁弁
９    オリフィス
１０    オリフィス
１１ａ  逆止弁
１１ｂ  逆止弁
１２    貯留タンク
１３    圧力検知手段
１４    バクテリアフィルタ
１５    流量制御手段
１６    酸素濃度検知手段
１７    圧力検知手段
１８    流量検知手段
１９    逆止弁
２０    加湿手段
２１    製品ガス取出口
２２    消音タンク
２３    残留ガス排出口
３０    仕切体
３１    通気孔
４０    吸湿剤
５０    窒素吸着剤
６０    フィルタ
６１    パンチングメタル（通気板）
６２    不織布（通気シート）
７０    コイルバネ（付勢手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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