(57)【要約】【課題】圧縮空気中に含まれる水分を効率良く分離し、衛生的に維持することが可能な気水分離器を搭載した医療用酸素濃縮器を提供する。【解決手段】酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤が充填された少なくとも１個の吸着筒、該吸着筒に圧縮空気を供給するための空気圧縮機、該空気圧縮機と吸着筒を接続する導管の途中に凝縮水を分離し除湿された空気を該吸着筒に供給する気水分離器を有する圧力変動型の医療用酸素濃縮器であって、該気水分離器が、サイクロンであることを特徴とする医療用酸素濃縮器。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤が充填された少なくとも１個の吸着筒、該吸着筒に圧縮空気を供給するための空気圧縮機、該空気圧縮機と吸着筒を接続する導管の途中に凝縮水を分離し除湿された空気を該吸着筒に供給する気水分離器を有する圧力変動型の医療用酸素濃縮器であって、該気水分離器が、サイクロンであることを特徴とする医療用酸素濃縮器。
【請求項２】
該気水分離器の材質が、銅または銅合金であることを特徴とする請求項１記載の医療用酸素濃縮器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気中から酸素を分離濃縮する酸素濃縮器、特に医療用として在宅で行なわれる酸素吸入療法に使用する圧力変動吸着型の酸素濃縮器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、一般に在宅酸素療法に使用されている圧力変動型の医療用酸素濃縮器（医療用酸素ＰＳＡ）には、圧縮空気中の窒素を選択的に吸着し、高濃度の酸素を取り出すための窒素分子吸着剤として、合成ゼオライトが広く使用されている。しかしながら、この吸着剤は水分に弱く、水に触れるとその窒素分子吸着能力を失うという問題点と、吸着プロセス温度が高くなるに従って吸着性能が低くなるという問題点がある。このため、高温多湿の場所で医療用酸素濃縮器を運転した場合には、空気圧縮機（エアコンプレッサ）で加圧された空気中に含まれる水分が吸着筒内にて結露し、徐々に吸着剤の劣化が起こり、その結果、酸素濃度の低下が生じるといった重大な問題点がある。
【０００３】
一方で吸着筒内での結露防止対策として吸着筒を保温した場合、吸着プロセス温度が高くなるため、本来の吸着性能が実現できないという相反する問題点がある。
【０００４】
この課題への対策技術としては、特開２００１−１０４７３８号公報に示される如く、熱交換器と気水分離器（ドレンセパレータとも称する）を設置し、吸着筒に供給される空気の水分を積極的に分離することが考えられる。しかし市販されるドレンセパレータは内部に樹脂製のエレメントを有する構造であり、水蒸気の捕集効率が低いことに加えて、装置停止状態では、該エレメント部に捕集された水分により、カビが発生する為、極めて不衛生な状態となり、医療用酸素濃縮器用途には適していない。
【０００５】
また、膜モジュール方式のドレンセパレータの場合には、圧力損失が大きく、装置の消費電力を悪化させるだけでなく、同様に装置停止状態で膜にカビが発生する為、医療用酸素濃縮器用途には、適していない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１０４７３８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
医療用酸素濃縮器用としてのドレンセパレータを開発することが実用上の問題として大きな課題である。本発明は、水蒸気を含んだ圧縮空気が吸着筒に移送される前に、圧縮空気中に含まれる水分を効率良く分離し、かつ、衛生的に維持することが可能な気水分離器を搭載した医療用酸素濃縮器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、空気圧縮機により圧縮された空気中に含まれる水蒸気を分離する為の気水分離器としてサイクロンを使用することにより、圧縮空気中に含まれる水蒸気成分を小さな圧力損失でも良好な捕集効率を発現し、更にそのシンプルな構造によりサイクロン内部を常に清浄な状態に維持でき、カビ発生を防止できることを見出した。
【０００９】
すなわち本発明は、酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤が充填された少なくとも１個の吸着筒、該吸着筒に圧縮空気を供給するための空気圧縮機、該空気圧縮機と吸着筒を接続する導管の途中に凝縮水を分離し除湿された空気を該吸着筒に供給する気水分離器を有する圧力変動型の医療用酸素濃縮器であって、該気水分離器が、サイクロンであることを特徴とする医療用酸素濃縮器を提供するものである。
【００１０】
また本発明は、かかる気水分離器の材質が、銅または銅合金であることを特徴とする医療用酸素濃縮器を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１に、本発明の医療用酸素濃縮器の好ましい態様例を示す。本発明の医療用酸素濃縮器では、吸気フィルタを通過して清浄化された原料空気が空気圧縮機によって圧縮され、第１熱交換器へ送られる。
【００１２】
この第１熱交換器は、空気圧縮機により供給される約５０〜９０℃といった高温の圧縮空気を強制冷却することが可能なものである。一般にはフィンチューブが使用可能であるが、プロセスの設計条件に応じて、例えば、銅チューブをコイル状に成型したものや、あるいは、運転条件によっては、通常の配管経路でも放熱が行われ同様の機能を発現するので、汎用の樹脂チューブ配管部分に代用することもできる。この第１熱交換器では、高温の圧縮空気を酸素濃縮器の筐体内温度、例えば３０〜４０℃に近い温度にまで冷却することが好ましい。
【００１３】
該第１熱交換器を通過することによって冷却された圧縮空気は気水分離器へ送られ、凝縮水が分離除去されて、除湿された圧縮空気が得られる。除湿された圧縮空気が第２熱交換器へ送られ、この第２熱交換器内で、除湿後の圧縮空気が加熱される。第２熱交換器は、第１熱交換器により冷却され凝縮水を除去された圧縮空気について、それ以降の経路で結露が発生することを防止するためのものである。該第２熱交換器は、配管経路内の一部に絞り等の流路抵抗をつけることにより、空気は膨張する為、露点が上昇するので、結露対策としては、加熱することと同様の効果を発現させることができるので、この場合は、省略することができる。
【００１４】
本発明においては、第１熱交換器にて冷却され、空気中で過飽和状態となることにより、ミスト状の水蒸気となる水分を、サイクロンで分離捕集する。
【００１５】
図２は、本発明におけるサイクロンの概略図である。冷却されることによりミスト状の水蒸気を含んだ圧縮空気は、導入管から吹き込まれ、サイクロン内部を旋回しながら、下方の円錐部に下り、漸次中央付近の上昇流に転じて最後に円筒上部の排出管から出て行く。サイクロンは圧縮空気が回転しながら下降する円筒部と、向心回転流動をなす円錐部を備え、圧縮空気中に含まれる水蒸気の粒子は、遠心分級器内におけると同様の作用を受け、壁に向って沈降し器壁に到達した後、円錐面を下降して下部の取り出し口に流れていく。
【００１６】
圧縮空気は、円筒状の筒内部に接線方向から流入させ、遠心力を作用させて、ミスト状の水分を除去し、水分を除いた空気は、ベクトルを変換し、中心部の排出管から排出させる。サイクロン下部の円錐形状は、内部で空気のベクトルを変換させる為の形状であり、円錐形状の角度があまり急角度であれば、ミストごと空気を巻き上げてしまい、逆にあまりに緩やかであれば、サイクロンのサイズが大きくなりすぎる。
【００１７】
従って、サイクロンの設計数値については、上記理由から円筒下部の円錐角度は、７５〜８５°程度に設計することが望ましい。円筒上部の長さは、ミストの巻上げを防止する為に、直径の２倍以上を確保することが望ましい。更に排出管は、流入管からの直接的なバイパス流れを防止する為に、流入管下部に対し、Ｄｃ／８程度以上長めに構成することが望ましい。
【００１８】
サイクロンに流入する接線方向空気流入速度（Ｖｔ）については、遠心力は下記式１、
遠心力  ＝  ｍ＊Ｖｔ２／ｒ            ・・・・・・・・・・・・式１
（ｍ：質量、Ｖｔ：流入速度、ｒ：半径）
で表されることから、遠心力を上げ、ミスト除去効率を上げるためにはＶｔを大きくする必要がある。従って、導入管の断面積は空気流入速度が１０〜５０ｍ／ｓｅｃ、好ましくは１０〜３０ｍ／ｓｅｃとなるように設計する。５０ｍ／ｓｅｃ以上のあまり速い流入速度では圧力損失が問題となる。
【００１９】
サイクロンは、適応される酸素濃縮器の容量、すなわち、圧縮空気の流量に応じて、上記基準で設計されることが望ましい。表１は、サイクロンの設計例である。
【００２０】
【表１】
2004275494.tif 000002
【００２１】
サイクロンを金属製で構成する場合、サイクロンの周囲にある一定条件以上の冷却風を流すことにより、圧縮された高温の空気は、サイクロン部で放熱するので、サイクロンは熱交換器の機能も同時に果たすことができる。この場合、省スペース化等の目的で、第１熱交換器を省略することも可能である。
【００２２】
通常、サイクロンの下部には、ドレンポットを介し、凝縮水抜き取り用の電磁弁が設置される。ドレンポットに雨滴センサを装備し、電磁弁の開閉を制御する方法が好ましい。また、上記の装置構成の代わりに、サイクロン下部に機械式のドレントラップを設置し、装置構成することも可能である。
【００２３】
凝縮水の処理方法としては、吸着筒からの排気空気に添加し、濃縮器からの排気空気の加湿水分として処理する方法が一般的であるが、コンプレッサの運転温度を下げることにより効率を上げる目的で、コンプレッサの高温部分である、シリンダ等に吹き付けることにより、周囲雰囲気中に蒸発処理する方法もある。
【００２４】
防カビ性を担保する為、かかるサイクロンは、銅または銅合金で製造することが好ましい。
【００２５】
【発明の効果】
圧力変動型の医療用酸素濃縮器において、空気圧縮機により圧縮された高温の空気を吸着筒に導入する為の配管経路で、冷却ファンによる冷却風への放熱による冷却により、圧縮空気から発生した水蒸気（結露水）をサイクロンで効率良く除去し、水分を除去した後の圧縮空気を吸着筒に送り込むことにより、吸着剤の水濡れを防止し、これによって長期間使用しても吸着剤の劣化がない酸素濃縮器を実現できる。
【００２６】
また、該サイクロンの材質を銅系の合金により構成することにより、結露水にカビや細菌の発生を防止でき、衛生的かつ、長期性能安定性の高い酸素濃縮器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２筒式酸素濃縮器の概略構成図。
【図２】本発明のサイクロンの概略図。
【図１】
2004275494.tif 000003
【図２】
2004275494.tif 000004