(57)【要約】【課題】減圧ポンプを使わずに、濃縮酸素の供給量を増やすことを目的とする。【解決手段】酸素イオン伝導性を持つ固体電解質１に常時大電流を流して発生させた酸素と、送風手段６によって取り入れた気体を混合させることにより、濃縮酸素の供給量を増加させることができる酸素濃縮装置を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素イオン伝導性を有する固体電解質の両面に電極膜が形成された酸素ポンプ素子と、前記酸素ポンプ素子を加熱するヒータと、前記酸素ポンプ素子に電圧を印加する電源と、前記酸素ポンプ素子より発生した酸素を送風する送風手段とを有する酸素濃縮装置。
【請求項２】
酸素ポンプ素子とヒータを挟むように多孔性の断熱材を配置した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】
酸素ポンプ素子の酸素の取り込み側に攪拌手段を設けた請求項１に記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
固体電解質がランタンガレート系ペロブスカイト酸化物であるの請求項１に記載の酸素濃縮装置。
【請求項５】
送風手段によって送風される空気が、加熱空気と冷却空気と加湿空気の少なくとも一つである請求項１に記載の酸素濃縮装置。
【請求項６】
吹出口の面積を可変にす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７】
吹出口の形状をマスク形状またはカニューレ形状としたことを特徴とする請求項１または６に記載の酸素濃縮装置。
【請求項８】
吹出口をヘッドフォンマイク形状のマイク部に設けたことを特徴とする請求項１または６に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、空気中の酸素を濃縮して供給する酸素濃縮装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空気から酸素を分離する手段として、酸素透過膜を用いて物理的にふるい分ける方法があった（例えば特許文献１参照）。また、電気化学的に酸素イオンのみを移動させて分離する方法もあり、前記方法ではイオン伝導性と電子伝導性を併せ持つ混合導電体を用いていた（例えば特許文献２参照）。混合導電体は、外部回路がなくても酸素分圧差を駆動力として酸素を透過させるものである。また、混合導電体の温度を上昇させるために、電極膜間に電圧を印可する方式のものもあった（例えば特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−１３６６３１号公報
【特許文献２】
特許第２８１３５９６号公報
【特許文献３】
特許第３２９５３０６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、酸素透過膜を用いた方法では減圧ポンプが必要であり、騒音と重量、容積の点で使い勝手が悪いものであった。さらに分離できる酸素濃度には限界があった。一方、混合導電体を用いた電気化学的な方法では、静音でコンパクトが可能であり、さらに発生する酸素濃度が１００％であるという利点はあるものの、装置使用時の供給量は少量であるという課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、酸素イオン伝導性を持つ固体電解質を用いて常時大電流を流し、発生酸素を送風する手段を備えたものである。
【０００６】
これによって、大電流に比例した多量の酸素と送風手段から取り入れた大気とを混合させることができ、濃縮酸素の供給量を増加させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、酸素イオン導電性を有する固体電解質の両面に電極膜が形成された酸素ポンプ素子と、前記酸素ポンプ素子を加熱するヒータと、前記酸素ポンプ素子に電圧を印加する電源と、前記酸素ポンプ素子より発生した酸素を送風する送風手段とを備えたものである。酸素イオン伝導性のみを有する固体電解質を加熱し、電圧を常時印可することによって、電流に比例した酸素が発生する。つまり、大電流を流せば多量の酸素を発生させることが可能となる。そして発生した酸素と送風手段によって流入された気体を混合させることによって、酸素濃度を自在に調節でき、濃縮酸素の供給量と供給速度を増加させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、酸素ポンプ素子とヒータを挟むように多孔性の断熱材を配置したものである。固体電解質中の酸素イオンの移動度は温度の上昇とともに上がる。したがって、単位時間に発生する酸素量を十分に透過できる程度の多孔度のある断熱材で覆うことによって、熱損失を小さくすることができる。これにより、小電力で、酸素の発生量を増加させることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、酸素ポンプ素子の酸素の取り込み側に大気を攪拌する手段を有したものである。酸素ポンプ素子を動作させていると、酸素の取り込み側では酸素濃度が小さくなり、電流が流れなくなる。いわゆる限界電流が発生する。酸素ポンプ素子の取り込み側近傍の大気を攪拌することによって、酸素濃度の低下を抑え、常に大気濃度の約２０％にすることができる。これにより、発生酸素量の減少を抑えることができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、固体電解質の材料がランタンガレート系ペロブスカイト酸化物である。ランタンガレートは輸率がほぼ１．０のイオン伝導性であり、印加電圧の損失が少ないものである。したがって、大電流を流すことで、それに見合った多量な酸素を発生させることができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、送風手段によって送風される空気が、加熱空気と冷却空気と加湿空気の少なくとも一つである。本発明の酸素濃縮装置を吸引用として用いる場合、これらの加工空気のいずれを使用するかは使用する本人によって選択可能である。加熱空気や冷却空気を選択した場合、それはエアコンに本発明の酸素ポンプ素子を配置させたものと機能として同等である。また、加湿空気を選択した場合、それは家庭用加湿器に本発明の酸素ポンプ素子を配置させたものと機能として同等である。いずれの場合も、使用する人や居住空間の爽快感や快適感を向上させることができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、吹出口の面積を可変にしたものである。濃縮酸素の必要な箇所が小さくて限定されている場合、吹出口を絞ったり開いたりすることで、供給速度を変化させることができる。すなわち、必要な場合に、すぐに濃縮酸素の供給速度を増加させることができる。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、吹出口の形状をマスク形状またはカニューラ形状としたものである。これによって酸素供給装置の稼動時に手を使うことなく、直接口腔や鼻腔に濃縮酸素を吸引することができる。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、吹出口をヘッドフォンマイク形状のマイク部に設けたものである。これによって酸素供給装置の稼動時に手や口や鼻を塞ぐことなく、濃縮酸素を直接吸引することができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１６】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における酸素ポンプの基本構成を示す断面図である。酸素イオン伝導性の固体電解質１の両面に電極膜２ａ、２ｂを形成させて酸素ポンプ素子が構成される。固体電解質１は、ランタンーストロンチウムーガリウムーマグネシウムを組成に持つペロブスカイト型酸化物である。特に輸率が１．０であるものが好ましい。本実施例では直径５０ｍｍ、厚み０．２ｍｍの固体電解質を用いる。
【００１７】
電極膜２ａ、２ｂには、白金や銀などの貴金属、サマリウムーストロンチウムーコバルトから成る複合金属酸化物などを用いる。これら電極膜は、スクリーン印刷による塗布や蒸着、スパッタリングによって形成する。膜の厚みは、５〜２０μｍが好ましい。
【００１８】
そして、酸素ポンプ素子を前後に挟むように、断熱材３ａ、３ｂが配置されている。断熱材３ａにはヒータ４が埋め込まれて、通電することによって（図示せず）発熱する。ここで断熱材３ａ、３ｂは、シリカの粉末によって形成された多孔体で、通気性と断熱性を併せ持つものである。断熱材の厚みは１００〜１５０ｍｍとした。
【００１９】
電極膜２ａをカソード電極、電極膜２ｂをアノード電極として、電源５によって直流電圧を印加したとき、カソード側外部空間の酸素分子は、カソード電極から酸素イオンとして固体電解質１に取り込まれて、アノード電極まで移動する。アノード電極に到達した酸素イオンは酸素分子となり、アノード側の外部空間に排出される。カソード側外部空間とアノード側外部空間とは固体電解質１によって仕切られているため、アノード側外部空間からカソード側外部空間への酸素の逆移動はない。ここで、酸素ポンプ素子の作動を続けることによって、カソード側外部空間の酸素濃度の低下を防ぐため、ファンのような攪拌手段９によって外気を攪拌している。以上のような構成で、平方センチ当たりの電流量を０．５アンペアとすることができ、毎分当たりの酸素の総発生量を８０ｃｃとすることができた。
【００２０】
さらに発生した酸素は、ファンやエアポンプのような送風手段６によって吹出口７より送風される。この際、内部は減圧されるため、通気口８より大気が取り込まれ、発生酸素と混合されている。ここで、通気口８には内外の圧力差によって開閉する弁が付いているほうが好ましい。そして、送風手段６の送風能力を可変することで、吹き出す気体の酸素濃縮度合いを変えることができる。以上により、酸素濃度５０％に濃縮した空気を、毎分当たり２００ｃｃ以上供給することができる。
【００２１】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２における酸素ポンプの基本構成を示す断面図である。酸素発生の構成は実施例１と同じである。異なっているところは、発生した酸素の送風手段である。
【００２２】
本実施例の送風手段６は、外気から取り込んだ空気を内部に吹き出し、内部を加圧することで、吹出口８より濃縮酸素を取り出すものである。酸素の濃縮度は送風手段から内部への吹き出す気体の流量によって調節する。
【００２３】
また、送風手段６は、外気をそのまま通風させるだけでなく、送風手段の内部で加熱や冷却、加湿したり、エアコンやヒータによる加熱や冷却、加湿された外気を取り込んでも良い。
【００２４】
さらに、吹出口７は絞り弁（図示せず）によって面積を小さくしても良い。これによって、濃縮酸素の総量は変わらないものの、単位時間当たり流れる風量を大きくすることができる。また、吹出口７を図３の（ａ）、（ｂ）のチューブ１０に繋ぐことによって、マスク１１やカニューレ１２から直接吸引しても良い。また、吹出口７を図４に示すチューブ１０に繋ぎ、耳あて１４を耳にかけたヘッドフォンマイク形状のマイク部１３から吸引することもできる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜４、６に記載の発明によれば、濃縮酸素の供給量または供給速度を増加させることができる。
【００２６】
また、請求項５に記載の発明によれば、快適で心地よい濃縮酸素を吸引することができる。
【００２７】
また、請求項７、８に記載の発明によれば、手を使わずに濃縮酸素を吸引することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における酸素濃縮装置の断面図
【図２】本発明の実施例２における酸素濃縮装置の断面図
【図３】（ａ）本発明の酸素濃縮装置における吹出口の一形態であるマスク形状を示す外観図
（ｂ）同、吹出口の一形態であるカニューレ形状を示す外観図
【図４】本発明の酸素濃縮装置における吹出口の一形態であるヘッドフォンマイク形状を示す概観図
【符号の説明】
１  固体電解質
２ａ、２ｂ  電極膜
３ａ、３ｂ  断熱材
４  ヒータ
６  送風手段
７  吹出口
８  通気口
９  攪拌手段
１１  マスク
１２  カニューレ
１３  ヘッドフォンマイク
【図１】
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【図２】
2004339535.tif 000004
【図３】
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【図４】
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