(57)【要約】【課題】酸素濃縮装置において、酸素濃縮手段に原料空気を供給する空気圧縮手段の効率向上と電力低減を図り、低消費電力の装置を提供する。【解決手段】空気中の酸素を濃縮する酸素濃縮手段、該酸素濃縮手段に原料空気を供給する空気圧縮手段を備えた酸素濃縮装置において、該空気圧縮手段の摺動部及び／又はシール部に潤滑剤層を備えることを特徴とする酸素濃縮装置。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中の酸素を濃縮する酸素濃縮手段、該酸素濃縮手段に原料空気を供給する空気圧縮手段を備えた酸素濃縮装置において、該空気圧縮手段の摺動部及び／又はシール部に潤滑剤層を備えることを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
該潤滑剤層が、固体潤滑剤層であることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
【請求項３】
該固体潤滑剤層が二硫化モリブデン系潤滑剤であることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
該酸素濃縮装置が、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着床と、該吸着床に圧縮空気を供給する空気圧縮手段と、該吸着床から生成した酸素濃縮空気を使用者に供給する酸素供給手段を備えた圧力変動吸着型装置であることを特徴とする請求項１〜３記載の酸素濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素濃縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
酸素濃縮装置は空気中の約２１％の酸素を濃縮して供給する装置で、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剤を用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置がある。
【０００４】
従来の圧力変動吸着型酸素濃縮装置の主なものには、コンプレッサを用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置がある。かかる装置は通常、窒素を優先的に吸着し得る吸着剤を充填した吸着床にコンプレッサで加圧した圧縮空気を導入し、加圧状態で窒素を吸着させることにより酸素濃縮気体を得る吸着工程と、吸着床内の圧力を減じて吸着床の再生を行う脱着工程を交互に行うことにより酸素濃縮気体を得るものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
在宅酸素療法では、酸素濃縮装置はほぼ毎日２４時間連続で運転されることが多く、使用者にとっては、小型で電気代が少なくてすむ低消費電力型の装置が望まれている。一般に酸素濃縮装置の電力の大半はコンプレッサが費やしており、コンプレッサの電力低減を図ることが装置全体の電力低減にも非常に有効である。
【０００６】
コンプレッサはその作動原理から、往復式、回転式、遠心式、軸流式に大きく分類されるが、酸素濃縮装置には一般に往復式または回転式が選択されることが多い。往復式のコンプレッサはシリンダ内で往復するピストンにより気体を圧縮し、回転式はケーシング内に設けたピストンを回転させ、ケーシングとピストンの間の容積を減少させて気体を圧縮するものである。いずれのコンプレッサも空気圧縮室と摺動部を有しており、空気圧縮室のシール性を高めて圧縮・排気効率を向上させ、また摺動部の摺動抵抗を低減させることによるコンプレッサの高効率化が、消費電力低減の鍵となっている。
【０００７】
一般に酸素濃縮器には、オイルフリーのコンプレッサが使用されている。これは酸素濃度の高いガス中への油分の飛散の危険性や、患者が吸入するガス及び排気ガスの汚染を考慮したためであるが、主にはコンプレッサの下流側に設置される吸着床内の吸着剤の劣化による製品ガスの酸素濃度低下が懸念されるためである。従って高効率コンプレッサの設計には、シール性と摺動性の面から厳密さが要求されるが、構造上の限界は否定できなかった。本発明は、低消費電力の酸素濃縮装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、かかる課題に対して鋭意検討した結果、以下の装置を見出した。すなわち本発明は、空気中の酸素を濃縮する酸素濃縮手段、該酸素濃縮手段に原料空気を供給する空気圧縮手段を備えた酸素濃縮装置において、該空気圧縮手段の摺動部及び／又はシール部に潤滑剤層を備え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。
【０００９】
また本発明は、かかる潤滑剤層が、固体潤滑剤層であることを特徴とするものであり、特に該固体潤滑剤層が二硫化モリブデン系潤滑剤であ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。
【００１０】
更に本発明は、該酸素濃縮装置が、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着床と、該吸着床に圧縮空気を供給する上記空気圧縮手段と、該吸着床から生成した酸素濃縮空気を使用者に供給する酸素供給手段を備えた圧力変動吸着型酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の酸素濃縮装置の好ましい実施態様例を圧力変動吸着型酸素濃縮装置を例に以下に説明する。
【００１２】
本発明の圧力変動吸着型酸素濃縮装置は、吸着剤を充填した吸着床に原料空気を供給する空気圧縮手段の摺動部に潤滑剤層を備えた装置であり、空気圧縮手段の圧縮効率を向上させ、低消費電力の酸素濃縮装置を提供するものである。空気圧縮手段の摺動部に潤滑剤層を備えることで摺動抵抗を減少させ、同時に摺動部からの空気の漏れを減らして圧縮・排気効率を向上させ、コンプレッサの消費電力を低減させる。
【００１３】
具体的には、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着床と、該吸着床に圧縮空気を供給するための空気圧縮手段と、該吸着床から生成した酸素濃縮空気を使用者に供給する酸素供給手段を備えた圧力変動吸着型の酸素濃縮装置において、該空気圧縮手段の摺動部及び、又はシール部に潤滑剤を塗布していることを特徴とする酸素濃縮装置である。
【００１４】
潤滑剤は機械、設備、機器などの運動部分の摺動面の摩擦や磨耗を減少させるために広く使用されており、大きくは液体潤滑剤（潤滑油）、半固体潤滑剤（グリース）、固体潤滑剤に分類される。
【００１５】
本発明の装置では特に固体潤滑剤を潤滑剤層として採用する。固体潤滑剤は一般に油、グリースより安定で、蒸発しにくく、隣接する部分を汚染しにくいという特長がある。ニ硫化モリブデン、ニ硫化タングステン、黒鉛、ＰＴＦＥ、ナイロン、ポリイミド、金、銀、亜鉛、鉛などがあるが、中でもニ硫化モリブデン系固体潤滑剤を使用するのが好ましい。ニ硫化モリブデンは規則的な層状構造をしており、層同士が滑りあうことによって潤滑する。またニ硫化モリブデンは化学的に非常に安定であり、高温にも真空にも有効で、さらに人体への毒性が極めて少ないことも知られている。この固体潤滑剤を使用して摺動部に乾燥被膜を形成することにより、摩擦抵抗を減少させ、また摺動部からの空気の漏れを軽減することができる。
【００１６】
以下に本発明の具体的実施例について図面を用いて更に詳細に説明する。図１に、本発明の酸素濃縮装置の概要を示す。酸素よりも窒素を優先的に吸着するゼオライト系の吸着剤を充填した吸着床と、該吸着床に圧縮空気を供給するコンプレッサと、該吸着床で濃縮された酸素濃縮気体を貯留しておくためのサージタンクを備えた圧力変動吸着型の酸素濃縮装置である。吸着筒が２本の２筒式吸着型医療用酸素濃縮器であり、コンプレッサに供給された空気は圧縮されて切り替え弁（五方弁）３を通って吸着筒１に入る。かかる吸着筒１に入った圧縮空気は選択的に窒素が吸着され、吸着されず残った酸素がチェックバルブ８を通り、サージタンク１０、流量設定手段１２、加湿器６を通して患者側に供給される。この間、吸着筒２は脱着再生工程を行い、切り替え弁（五方弁）３を通して、大気中に吸着した窒素を排気し吸着剤の再生を行う。本実施例では２本の吸着床を用いたが、この吸着床は１本でも複数であってもよい。
【００１７】
図２は本発明に使用した往復式コンプレッサの圧縮原理と摺動部を図示したものである。シリンダ１３内をピストン１４が上下往復運動１７するものであり、シリンダ内面の摺動部（シール部）１６には、固体潤滑剤層を備える。かかる固体潤滑剤層は、シリンダ内面の摺動面１６にスプレータイプの二硫化モリブデン系固体潤滑剤を吹き付け、乾燥後、コンプレッサの運転を行い、摩擦抵抗を増加させる余分量を、数時間運転後にシリンダ内面を布等で拭って除去することで設ける。
【００１８】
かかるコンプレッサを使用して再度運転を行った。これにより固体潤滑剤層を備えない従来の装置に比較して、顕著な排気量の増加が認められ、空気圧縮効率が７１％から８５％への向上が確認された。本実施例では往復式のコンプレッサを用いたが、スクロールコンプレッサーなどの回転式のコンプレッサを使用しても良い。摺動部が多く構造的にガスの漏れが生じやすい回転式のコンプレッサの方が、固体潤滑剤層を備えることによる効率向上が期待される。
【００１９】
固体潤滑剤の乾燥被膜は飛散や流出等がほとんどなく、そのため潤滑油やグリース類に比べ、その効果が長く継続することも特長の１つである。一旦装置に組み込まれたコンプレッサへの潤滑剤の再塗布作業は面倒であるから、酸素濃縮装置の寿命以上の時間にわたって効果を示す潤滑剤が好ましい。また潤滑剤による吸着剤や排気ガスの汚染が懸念される場合には、活性炭等のフィルタを使用することで容易にトラップが可能である。
【００２０】
本発明の酸素濃縮装置は、上記圧力変動吸着型酸素濃縮装置の他、酸素富化膜を使用した膜式酸素濃縮装置など、空気圧縮手段を使用するものに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸素濃縮装置の概要を示した概略図。
【図２】本発明で用いたコンプレッサの圧縮原理と摺動部の一形態。
【符号の説明】
１．吸着床Ａ
２．吸着床Ｂ
３．五方弁
４．コンプレッサ
５．フィルタ
６．加湿器
７．自動開閉弁手段
８．チェックバルブＡ
９．チェックバルブＢ
１０．サージタンク
１１．減圧弁
１２．流量設定手段
１３．シリンダ
１４．ピストン
１５．コンロッド
１６．摺動面
１７．ピストン往復軌跡
１８．クランクシャフト回転軌跡
【図１】
2004065348.tif 000002
【図２】
2004065348.tif 000003