(57)【要約】【課題】酸素濃縮サブシステム、プレナム充填システム、プレナム、プレナム出力制御系、濃縮酸素出力系を含み、濃縮酸素の出力流量が変化しても、酸素濃度を所定の範囲に即応維持でき、特に高山や飛行機などの高高度でも所定の出力流量を確保できる、高度補正機能を有する酸素濃縮システムを供給する。【解決手段】空気導入口からの大気を受け取る入力部；一対の酸素分離筒を含む酸素濃縮サブシステム；プレナム充填システム；プレナム；プレナムバイパス弁、プレナムダンプ弁を含むプレナム出力制御系；濃縮酸素を出力するシステム出口を含む濃縮酸素出力系；これらに存在するセンサからの情報に基づき弁を制御する監視／制御部；を含む酸素濃縮システムにおいて、監視／制御部に、絶対圧力トランスデューサにより測定した周囲の大気圧に基づき、酸素分離筒のサイクルタイムを制御させる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　大気を受け入れる空気導入口；
　酸素富化製品を出力する、１又は複数のシステム出口；
　一対の酸素分離筒と、前記空気導入口からの大気を受け取る入力部と、前記１又は複数のシステム出口に酸素富化製品を出力する出力部とを含む、１又は複数の酸素濃縮サブシステム；
　前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムの出力部と前記１又は複数のシステム出口との間に介在する、プレナムと、酸素富化製品が前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムから前記プレナムに流れるのを選択的に可能にするプレナム充填システム；
　周囲の大気圧を測定し対応する電気的信号を供給する絶対圧力トランスデューサ；
　前記絶対圧力トランスデューサからの電気的信号を受けて前記測定された周囲の大気圧に基づき、前記一対の酸素分離筒のサイクルタイムを制御する監視／制御部；
　を含むことを特徴とする高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項２】
　前記監視／制御部が、前記一対の酸素分離筒のサイクルタイムを、予め蓄えられた、サイクルタイム対周囲大気圧の測定値を含むルックアップテーブルに基づき、制御することを特徴とする請求項１に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項３】
　前記プレナム充填システムが、直列に接続された、充填逆止弁、充填オリフィス、流量調整器からなる組を含み、前記組が、前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムと前記プレナムとの間の前記酸素富化製品のフローを測定、制御し、前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムから前記プレナムへのみ流れるようにすることを特徴とする請求項１に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項４】
　前記プレナムと前記１又は複数の高圧酸素出口との間に介在して、そこを通る酸素富化製品の圧力を調整する１又は複数の圧力調整器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項５】
　前記空気導入口と前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムとの間に介在して、そこを通る空気の圧力を調整する、入口空気圧力調整器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項６】
　前記空気導入口と前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムとの間に介在する、入口フィルタをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項７】
　前記入口フィルタが、微粒子フィルタ及び／又は水蒸気フィルタを含むことを特徴とする請求項６に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項８】
　前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムからの廃ガスを排出する外部排出口をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項９】
　前記入口フィルタからの廃ガスを排出する外部排出口をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項１０】
　前記１又は複数の高圧酸素出口と前記プレナムとの間に介在して、前記プレナム及び前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムからの酸素富化製品を選択的に排出する、ダンプ弁とダンプオリフィスとをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項１１】
　前記外部排出口と前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムとの間に介在して、そこから発出される雑音を抑えるマフラをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項１２】
　前記プレナムと前記１又は複数のシステム出口との間に介在して、前記プレナムから前記１又は複数のシステム出口へ向かってのみ酸素富化製品が流れるようにするプレナム排出弁をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項１３】
　前記空気導入口から大気を受け取り、さらに備えた１又は複数のシステム出口をなす医療用空気出口に医療用空気（医療用グレードの空気）を供給する、医療用空気サブシステムをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項１４】
　前記医療用空気サブシステムと前記１又は複数の医療用空気出口の間に介在する、医療用空気圧力調整器をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項１５】
　前記１又は複数のシステム出口に選択的に接続され、酸素富化製品の酸素濃度を計測する酸素センサをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項１６】
　前記酸素センサに接続されて、その圧力が高度に依存しないように制御する絶対圧力調整器を含むことを特徴とする請求項１５に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項１７】
　ＣＯセンサ及び／又は露点センサをさらに備え、各々前記医療用空気の一酸化炭素濃度及び／又は露点を検出することを特徴とする請求項１に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項１８】
　前記医療用空気サブシステムが、前記測定された周囲の大気圧に基づき、前記監視／制御部により制御されるサイクルタイムを有する、１又は１対の空気処理筒を含むことを特徴とする請求項１３に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項１９】
　前記監視／制御部が、前記１又は一対の空気処理筒のサイクルタイムを、予め蓄えられた、サイクルタイム対周囲大気圧の測定値を含むルックアップテーブルに基づき、制御することを特徴とする請求項１８に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項２０】
　前記１又は複数の酸素濃縮サブシステム内の酸素富化製品の圧力が、前記プレナム内よりも高い場合に、充填逆止弁、充填オリフィス、流量調整器からなる組が、前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムから前記プレナムへの酸素富化製品のフローに、前記プレナムを少しずつ充填（ｔｒｉｃｋｌｅ　ｃｈａｒｇｅ）させることを特徴とする請求項１に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項２１】
　前記測定された周囲の大気圧が４９０ｍｍＨｇより低い値から６２０ｍｍＨｇより高い値の範囲において、前記監視／制御部が、前記１又は一対の酸素分離筒のサイクルタイムを制御することを特徴とする請求項１に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項２２】
　前記測定された周囲の大気圧が４９０ｍｍＨｇより低い値から６２０ｍｍＨｇより高い値の範囲において、前記監視／制御部が、前記一対の空気処理筒のサイクルタイムを制御することを特徴とする請求項１９に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項２３】
　選択的に前記プレナムをバイパスして、酸素富化製品が前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムから前記１又は複数のシステム出口へ直接流れるようにするプレナム・バイパス弁をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の高度補正付き酸素濃縮システム。
【請求項２４】
　一対の酸素分離筒を備える１又は複数の酸素濃縮サブシステムの入力部において、空気導入口からの大気を受け入れ、１又は複数のシステム出口に酸素富化製品を出力し；
　酸素富化製品が前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムからプレナムに流れるのを選択的に可能にし；
　周囲の大気圧を測定し対応する電気的信号を供給し；
　前記周囲の大気圧を示す信号に基づき、監視／制御部により前記一対の酸素分離筒のサイクルタイムを制御する；
　方法を含むことを特徴とする酸素濃縮方法。
【請求項２５】
　前記監視／制御部が、前記一対の酸素分離筒のサイクルタイムを、予め蓄えられた、サイクルタイム対周囲大気圧の測定値を含むルックアップテーブルに基づき、制御することを特徴とする請求項２４に記載の酸素濃縮方法。
【請求項２６】
　前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムと前記プレナムとの間の前記酸素富化製品のフローを測定、制御し、前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムから前記プレナムへのみ流れるようにする手段をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の酸素濃縮方法。
【請求項２７】
　前記プレナムと前記１又は複数のシステム出口との間に介在して、そこを通る酸素富化製品の圧力を調整する手段をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の酸素濃縮方法。
【請求項２８】
　前記空気導入口と前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムとの間に介在して、そこを通る空気の圧力を調整する手段をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の酸素濃縮方法。
【請求項２９】
　前記空気導入口と前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムとの間に介在して大気を濾過する手段をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の酸素濃縮方法。
【請求項３０】
　前記濾過手段が、微粒子フィルタ及び／又は水蒸気フィルタを含むことを特徴とする請求項２４に記載の酸素濃縮方法。
【請求項３１】
　前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムからの廃ガスを排出する手段をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の酸素濃縮方法。
【請求項３２】
　前記濾過手段からの廃ガスを排出する手段をさらに含むことを特徴とする請求項２９に記載の酸素濃縮方法。
【請求項３３】
　前記プレナム及び前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムからの余分な酸素富化製品を選択的に排出する手段をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の酸素濃縮方法。
【請求項３４】
　前記プレナムと前記１又は複数のシステム出口との間に介在して、前記プレナムから前記１又は複数のシステム出口へ向かってのみ酸素富化製品が流れるようにする手段をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の酸素濃縮方法。
【請求項３５】
　前記空気導入口から大気を受け取り、さらに備えた１又は複数のシステム出口をなす医療用空気出口に医療用空気（医療用グレードの空気）を供給する手段をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の酸素濃縮方法。
【請求項３６】
　前記医療用空気供給手段から前記医療用空気出口へ流れる医療用空気の圧力を調節する手段をさらに含むことを特徴とする請求項３５に記載の酸素濃縮方法。
【請求項３７】
　前記１又は複数のシステム出口における、酸素富化製品の酸素濃度を計測する手段をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の酸素濃縮方法。
【請求項３８】
　前記酸素濃度計測手段に流入する酸素富化製品の圧力が高度に依存しないように制御するように、酸素富化製品の絶対圧力を調整する手段をさらに含むことを特徴とする請求項３７に記載の酸素濃縮方法。
【請求項３９】
　前記医療用空気の一酸化炭素濃度及び／又は露点を検出する手段をさらに含むことを特徴とする請求項３５に記載の酸素濃縮方法。
【請求項４０】
　前記医療用空気を供給する手段が、前記測定された周囲の大気圧に基づき、前記監視／制御部により制御されるサイクルタイムを有する、１又は１対の空気処理筒を含むことを特徴とする請求項３５に記載の酸素濃縮方法。
【請求項４１】
　前記１又は一対の空気処理筒のサイクルタイムを、予め蓄えられた、サイクルタイム対周囲大気圧の測定値を含むルックアップテーブルに基づき、制御する手段をさらに含むことを特徴とする請求項４０に記載の酸素濃縮方法。
【請求項４２】
　前記１又は複数の酸素濃縮サブシステム内の酸素富化製品の圧力が、前記プレナム内よりも高い場合に、前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムから前記プレナムへの酸素富化製品のフローに、前記プレナムを少しずつ充填させる手段をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の酸素濃縮方法。
【請求項４３】
　前記測定された周囲の大気圧が４９０ｍｍＨｇより低い値から６２０ｍｍＨｇより高い値の範囲において、前記一対の空気処理筒のサイクルタイムを制御する手段をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の酸素濃縮方法。
【請求項４４】
　前記測定された周囲の大気圧が４９０ｍｍＨｇより低い値から６２０ｍｍＨｇより高い値の範囲において、前記一対の酸素分離筒のサイクルタイムを制御する手段をさらに含むことを特徴とする請求項３５に記載の酸素濃縮方法。
【請求項４５】
　前記プレナムをバイパスして、酸素富化製品が前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムから前記１又は複数のシステム出口へ直接流れるのを選択的に可能にすることを特徴とする請求項２４に記載の酸素濃縮方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、酸素濃縮システム及び酸素濃縮方法に係り、より詳細には、高高度（高山、飛行機など高度が高い所）での性能を向上する高度補正を備える、患者換気用（ｐａｔｉｅｎｔ　ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）酸素濃縮システム及び酸素濃縮方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　「酸素富化製品」（酸素濃度を高めて、殆ど酸素からなる空気のこと、以下、簡単のため、単に「酸素」とする。）、又は「医療用空気」（医療用グレードの空気）を必要とする、多数の医療分野が存在する。両者は、例えば呼吸系看護手術で広く使われている。さらに両者とも、各種の圧搾空気駆動の医療システムを稼動させるのに使われる。
【０００３】
　病院やその他の医療機関は、「酸素」、又は医療用空気を必要とする。例えば野戦病院や欧州の病院では、この要求は、通常の酸素濃縮システムやエアフィルタシステムで間に合う。他方、米国の病院やその他の医療機関では「酸素」の供給に際して、しばしば高圧ガスシステム、又は液体酸素を気体酸素に変換するシステムを用いる。
【０００４】
　よく使われている酸素濃縮システムでは、所与の体積の空気から窒素を除去するのにＰＳＡ（ＰＳＡ、Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｗｉｎｇ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ、圧力スイング吸着）プロセスを援用する。このプロセスは、野口　豊による米国特許４９４８３９１に開示されており、本発明では、この特許をその全体として参照し具現化している。
【０００５】
　この酸素濃縮システムではプレナム（ｐｌｅｎｕｍ、強制換気用高圧部）の圧力が増加すると、生産物である「酸素」の流量は減少し酸素濃度は増加する。従って、プレナムの圧力が比較的に低い場合は、酸素濃度は十分上がらず、逆に高い場合は流量が十分上がらない可能性がある。
【０００６】
　特に、高高度での性能低下は避けられない。
【０００７】
【特許文献１】米国特許　第４９４８３９１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
　本発明の目的は、１又は複数の酸素濃縮サブシステムとプレナムとを利用する、高度補正機能を有する酸素濃縮システム及び酸素濃縮方法を提供することにある。
【０００９】
　本発明の他の目的は上記に加えて、１又は複数の酸素濃縮サブシステムとプレナムとの間の濃縮酸素の流量を測定、制御するプレナム充填システムを含む、酸素濃縮システム及び酸素濃縮方法を提供することにある。
【００１０】
　本発明のさらに他の目的は上記に加えて、酸素流量要求が強い場合のみプレナム予備容量からの出力を選択的に許容するプレナム排出弁を含む、酸素濃縮システム及び酸素濃縮方法を提供することにある。
【００１１】
　本発明のさらに他の目的は上記に加えて、過渡状態の反応を速めて、１又は複数の酸素濃縮サブシステムからの「酸素」の過放出を避け、しかも「酸素」の酸素濃度を所定の最小限以上の値を維持できるプレナム・バイパス弁を含む、酸素濃縮システム及び酸素濃縮方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
　これら及び他の目的を達成するためになされた本発明による高度補正付き酸素濃縮システムは、
　大気（ｓｕｐｐｌｙ　ａｉｒ）を受け入れる空気導入口；　「酸素」を出力する、１又は複数のシステム出口；　一対の酸素分離筒と、前記空気導入口からの大気を受け取る入力部と、前記１又は複数のシステム出口に「酸素」を出力する出力部とを含む、１又は複数の酸素濃縮サブシステム；　前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムの出力部と前記１又は複数のシステム出口との間に介在する、プレナムと、「酸素」が前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムから前記プレナムに流れるのを選択的に可能にするプレナム充填システム；
　好ましくは、選択的に前記プレナムをバイパスして、「酸素」が前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムから前記１又は複数のシステム出口へ直接流れるようにするプレナム・バイパス弁；
　周囲の大気圧を測定し対応する電気的信号を供給する絶対圧力トランスデューサ；　前記絶対圧力トランスデューサからの電気的信号を受けて前記測定された周囲の大気圧に基づき、前記一対の酸素分離筒のサイクルタイムを制御する監視／制御部；
　を含む。
【００１３】
　これら及び他の目的を達成するためになされた本発明による酸素濃縮方法（酸素濃度増加方法）は、
　一対の酸素分離筒を備える１又は複数の酸素濃縮サブシステムの入力部において、空気導入口からの大気を受け入れ、１又は複数のシステム出口の一部をなすシステム出口に「酸素」を出力し；　「酸素」が前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムからプレナムに流れるのを選択的に可能にし；
　好ましくは、前記プレナムをバイパスして、「酸素」が前記１又は複数の酸素濃縮サブシステムから前記１又は複数のシステム出口へ直接流れるのを選択的に可能にし；
　周囲の大気圧を測定し対応する電気的信号を供給し；　前記周囲の大気圧を示す信号に基づき、監視／制御部により前記一対の酸素分離筒のサイクルタイムを制御する；
　方法を含む。
【００１４】
　上述した本発明の趣旨は、すべて本発明の開示の一部をなす、添付した図面を参照しながら、発明を実施するための最良の形態と別記の特許請求の範囲の詳細な記述を読むと、明らかに一層よく理解されるであろう。上述及び下記の記述及び図面による開示は、本発明による一つの実施例の開示に焦点を当てているが、あくまでも説明目的のためであって、本発明はこれに限定されず、本発明の趣旨と範囲は添付した請求項のすべてに及ぶことを理解されたい。
【００１５】
　本発明の詳細な記述を始める前に、順序として以下のことを述べる。
　異なった図面における、同一の、対応する、又は類似の、要素を指し示す際には、適宜、似たような参照符号と文字を使う。
　さらに以下の詳細な記述では、寸法、モデル、値、又は範囲、の例を与える場合があるが、本発明はそれに限られるものではない。さらに、図面におけるクロック、又はタイミング信号は、分かり易いように、横軸縦軸とも必ずしも正確なスケールで描いておらず、タイミング上クリティカルな値は別途、適宜記述する。
　本発明の実施例を記述するために特定の詳細を陳述する場合があるが、これらの特定の詳細な記述を使わず、又はこれらを適宜変形しても本発明を具現化できることは当業者には明らかな筈である。
　最後に、本発明の制御方法の具現化に当たっては、回路ハードウェアとソフトウェア命令の組合せ方について以下の実施例とは異なる組合せが可能である、すなわち、本発明は、ハードウェアとソフトウェアの、特定の組合せの場合に限定されないことも当業者には明らかな筈である。
【発明の効果】
【００１６】
　本発明により、従来の技術による場合に比べて数多くの利点を有する、すなわち、プレナムの圧力が比較的に低い場合でも酸素濃度を十分上げることができ、逆に高い場合でも流量を十分上げることができ、さらに、高高度、特に６０００フィート以上の高度においても性能が低下しないという特別な利点がある、すなわち、本発明により絶対気圧トランスデューサを追加することにより、６０００〜１３０００フィートの高高度においても、低高度の場合と同等の性能を維持できる、酸素濃縮システム及び酸素濃縮方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
　以下、添付の図面を参照しながら本発明の望ましい実施形態をより詳細に説明する。
【００１８】
［比較例］
　図１〜４を参照すると、本発明による実施例を説明するための比較例としての、患者換気用酸素濃縮システムのガス流（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ）ダイアグラムであり、図５を参照すると、図１〜４の患者換気用酸素濃縮システムの、簡略化したガス流ダイアグラムである。
【００１９】
　図１〜４に示すように、酸素濃縮システム１００は３つの主要素、すなわち、プレナムシステム３０、フロントパネル・アセンブリ４０、分離・処理モジュール５０を含む。さらに第４の要素として監視／制御部２００とその入出力パネル（スイッチ、指示器、表示器を備える）２１０があるが、簡単のため図１〜４では省略し、図５にのみ示す。
【００２０】
　図２に示すように、大気はプレナムシステム３０に入力される。安全弁ＲＶ１が備えられて、過圧に対しシステムを保護している。同様の理由で安全弁ＲＶ２〜４が備えられている。大気は、入口フィルタＦＬＴＲ１、ＦＬＴＲ２、入口空気圧力調整器ＲＥＧ１を通過した後、図１に示す分離・処理モジュール５０に入り、ソレノイド弁ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ１３に供給される。
【００２１】
　３つの、２方向ソレノイド弁ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ１３は、それぞれ、空気モジュールＡＩＲ−１とＡＩＲ−２の組からなる医療用空気サブシステム、酸素モジュールＯ２−１とＯ２−２の組からなる酸素濃縮サブシステム１、酸素モジュールＯ２−３とＯ２−４の組からなる酸素濃縮サブシステム２、への大気の入力を制御する。空気モジュール１、２は各々、自分の３方向ソレノイド弁ＳＶ７、８を有し、空気処理筒、ＡＩＲ　ＢＥＤ１、２に選択的に給排気する。
【００２２】
　同様にして、酸素モジュール１〜４は各々、自分の３方向ソレノイド弁ＳＶ９〜１２を有し、酸素処理筒、Ｏ２−ＢＥＤ１〜４に選択的に給排気する。すべての３方向ソレノイド弁ＳＶ７〜１２の排気は一括してマフラＭＵＦを介して、図２に示すように、（プレナムシステム３０の外部排出口ＥＸＨＡＵＳＴから）外部に排出される。
　オリフィスＯＲＦ５〜７が各々、酸素モジュール１と２、３と４、空気モジュール１と２、の間に配置されている。
　さらに、逆止弁ＣＶ１〜６が各々、酸素分離筒１〜４、空気処理筒１、２に結合されている。
【００２３】
　空気処理筒１、２の出力は逆止弁ＣＶ１、２を介して、図３に示すプレナムシステム３０内に入り、フィルタＦＬＴＲ３、４に順次接続され、フィルタ４の出力はソレノイド弁ＳＶ６と圧力調整器ＲＥＧ４を介して医療用空気ラインに接続され、医療用空気ラインは図４に示すようにフロントパネル・アセンブリ４０に接続されている。
　バックアップ用医療用空気源となる、例えば高圧エアタンクがソレノイド弁ＳＶ６に接続され、酸素濃縮システムが万一ダウンしても医療用空気を途切れずに供給できるようにしてある。
【００２４】
　プレナムシステム３０内では、医療用空気ラインには、色々な監視装置が接続される。例えば、ＣＯセンサ１２０がオリフィスＯＲＦ４を介して医療用空気ラインに接続され、一方その出力はベントに接続されており、さらに、露点センサ１３０、安全弁ＲＶ２、医療用空気ラインの圧力低下を検出するための圧力スイッチＰＳＷ２が備えられている。
【００２５】
　さらに、図４に示すフロントパネル・アセンブリ４０内に入り、医療用空気ラインには、圧力計Ｇ３（医療用空気）が接続されてその圧力を示している。
　又、ソレノイド弁ＳＶ５を介して、圧力調整器ＲＥＧ５を有する酸素センサ１４０に選択的に接続される。
　医療用空気ラインは、又、４つの弁、Ｖ５〜８を有するマニフォルドを介して各々、さらに備えたシステム出口をなす医療用空気出口の逆止弁、ＡＩＲ　ＯＵＴ１〜４に接続されている。
【００２６】
　図１に示す分離・処理モジュール５０に戻って、酸素分離筒１、２の出力と、酸素分離筒３、４の出力は、各々結合されて、それぞれ、図３に示すプレナムシステム３０内のオリフィスＯＲＦ１、ＯＲＦ２に接続されている。オリフィスＯＲＦ１、２の出力は結合されて、背圧調整器である流量調整器ＲＥＧ２、フィルタＦＬＴＲ５を介して、プレナム１１０に接続される。
　図１における充填逆止弁ＣＶ１〜４、図３におけるオリフィスＯＲＦ１、２、流量調整器ＲＥＧ２は、合せてプレナム充填システムに含まれる。
　プレナム１１０の出力は、ソレノイド弁ＳＶ４，高圧「酸素」圧力調整器ＲＥＧ３を介した後、図４に示すフロントパネル・アセンブリ４０内の「酸素」ラインに接続されると共に、さらにフィルタＦＬＴＲ６、圧力調整器ＲＥＧ５を介し、図４に示すフロントパネル・アセンブリ４０内の低圧「酸素」ラインに接続されている。
【００２７】
　フロントパネル・アセンブリ４０内の高圧「酸素」ラインは、４つの弁Ｖ１〜４を有するマニフォルドを介して各々、システム出口の内の高圧「酸素」出口の、逆止弁、Ｏ２　ＯＵＴ１〜４に接続されている。フロントパネル・アセンブリ４０内には圧力計Ｇ２（酸素（９３％））が設置されて高圧「酸素」ラインに接続され、実際のライン圧を示す。
　図３に示すプレナムシステム３０に戻って、プレナム圧力計Ｇ１、圧力スイッチＰＳＷ４，オリフィスＯＲＦ３もプレナム１１０の出力に接続されている。
【００２８】
　オリフィスＯＲＦ３の出力は、ダンプ弁ＳＶ３と弁９を介し、図２を経て図１に示すように、プレナムシステム３０の外部排出口ＥＸＨＡＵＳＴに接続され、プレナムの内容のパージができるようにしてある。
　バックアップ用酸素源となる、例えば高圧酸素タンクがソレノイド弁ＳＶ４に接続され、酸素濃縮システムが万一ダウンしても酸素を途切れずに供給できるようにしてある。
　さらに、圧力スイッチＰＳＷ１，安全弁ＲＶ３、４も備えられている。
【００２９】
　最後に、図４に示すフロントパネル・アセンブリ４０に戻ると、低圧「酸素」ラインが、逆止弁ＣＶ１、２、流量メータＦＬＭ１、２を介して各々、システム出口の内の低圧「酸素」出口の、逆止弁、ＬＯＷ　Ｐ　Ｏ２　ＯＵＴ１、２に接続される。
　以上、４つの医療用空気出口、４つの高圧「酸素」出口、２つの低圧「酸素」出口は、合せて本比較例におけるシステム出口をなす。
【００３０】
　さて、図５を参照すると、上記図１〜４の酸素濃縮システムの、簡略化したガス流ダイアグラムである。ここでは、図１〜４にある要素は一括表示して簡略化し、安全弁などの要素は省略して本システムの特徴を明瞭に示すようにした。逆に、監視／制御部などは、図１〜４に明示されていないのを、図５では明示した。
【００３１】
　図１〜５に示す、比較例としての酸素濃縮システムの動作を以下に説明する。
　大気は空気導入口に供給され、ＦＬＴＲ１、２、ＲＥＧ１からなる入口フィルタ・空気圧力調整器アセンブリに受け取られる。空気圧力調整器ＲＥＧ１は、入口の気圧を所定の一定値、例えば８０ＰＳＩＧになるように調節する。フィルタ１、２は各々微粒子と水分を除去する。水分は、適宜マニフォルドなどからなる排気合流部（Σ）を経て外部排出口ＥＸＨＡＵＳＴに運ばれる。
【００３２】
　酸素濃縮サブシステム１、２は各々、酸素分離筒１と２、３と４を備える。酸素分離筒は各々、モルキュラシーヴ・ベッドからなり、ＰＳＡ法（圧力スイング吸着法）により、「酸素富化製品」として酸素富化ガスを生成する。定量的にいうと、各サブシステムは、酸素濃度９３％＋／−３％の「酸素富化製品」を最大毎分１０リットル発生するよう設計できる。
　この「酸素富化製品」を簡単のため、「酸素」としている。
【００３３】
　一方、医療用空気サブシステムは空気処理筒、ＡＩＲ　ＢＥＤ１、２を備え、各空気処理筒は例えば、ＰＳＡモードで動く活性アルミナ空気乾燥ベッド、微粒子を除去するミクロンフィルタ、活性炭などの脱臭フィルタを含む。定量的にいうと、医療用空気サブシステムは、例えば、最大毎分１５０リットルの医療用空気を発生するよう設計できる。
【００３４】
　図６に示すように、酸素分離筒１〜４は各々、酸素放出（プレナムを充填）と、窒素放出（外部へ排出）からなるサイクルを繰り返す。酸素放出時間と窒素放出時間は各々標準的には、１サイクル全体の５５％、４５％である。
　図示したように、酸素分離筒１と２、酸素分離筒３と４は各々、酸素放出と窒素放出に関して逆相で動くので、互いの酸素放出期間には重なり部分があり、プレナムへの酸素供給が途切れない。例えば、サイクルタイムが１２秒程度であると、重なり部分は０．６秒程度になる。
　さらに、このように、酸素濃縮サブシステムを２セット持っていると、酸素需要が所定量以下か以上かにより、１セットだけか、２セットを稼動させて対処できる。
【００３５】
　同様にして、空気処理筒１、２は、互いに逆相の充填／フラッシュサイクルを繰り返す。空気処理筒のサイクルタイムは酸素分離筒の場合の、例えば４倍、すなわち４８秒程度にとり、重なり部分、充填期間は各々、２．４秒、２２秒程度にとる。
【００３６】
　図７を参照すると、酸素分離筒と空気処理筒の同期を示すタイミング図である。両者の同期動作は必須ではないが、そうした方が監視／制御部２００を簡単化できる。
【００３７】
　監視／制御部２００は、入出力パネル２１０と連携して本システム内の様々な弁を活性化、スイッチする。さらに、ＣＯセンサ１２０、露点センサ１３０、酸素センサ１４０、及び酸素濃度測定用弁ＳＶ５と連携して、監視／制御部は、「酸素」中の酸素濃度、医療用空気中の露点とＣＯ濃度を監視する。監視／制御部の監視したシステム状況は、入出力パネル２１０上に表示される。
【００３８】
　酸素センサ１４０の出力は、そのままでは高度により変動するので、絶対圧力調整器ＲＥＧ６をつけて、酸素センサの室内圧力を比較的一定の値、例えば１６ＰＳＩＡ，に維持し、様々な高度においても酸素センサ１４０を再較正せずにシステムが稼動できるようにしている。
【００３９】
　病院環境では、通常低騒音の酸素濃縮システムが要求されるので、酸素濃縮サブシステムと医療用空気サブシステムの排気系からの騒音を、マフラＭＵＦをつけて抑えている。
【００４０】
　本システムの稼動開始の際、特にプレナム１１０内に圧力がない場合は、監視／制御部は最初に、ダンプ弁ＳＶ３を開き、プレナムバイパス弁ＢＰＶを閉じて、プレナム１１０内の残留ガスを掃き出す。
　なお、ダンプ弁ＳＶ３は、図２に示すように、プレナム排出弁ＤＣＶの出力側にオリフィスＯＲＦ３を介して接続され、外部排出されてもよく、図５に示すように、高圧「酸素」圧力調整器ＲＥＧ３の出力側に接続され、ダンプオリフィスＤＲＦ３を介して外部排出口ＥＸＨＡＵＳＴに接続されてもよい。
【００４１】
　そして酸素濃度が９０％になったらＳＶ３を閉じてプレナム内圧が正常動作圧力になるのを待つ。
【００４２】
　次に、酸素濃縮サブシステム１，２を動かし、発生した「酸素」を、充填逆止弁ＣＶ１〜４、充填オリフィスＯＲＦ１、２、流量調整器ＲＥＧ２を通してプレナム１１０に流入させる。
　プレナム１１０を出る際の「酸素」の酸素濃度は酸素センサ１４０で測定する。
【００４３】
　酸素センサ１４０で測った酸素濃度が所定の値、例えば９０％を越えると、ダンプ弁ＳＶ３を開いて、酸素濃縮サブシステム１、２から、充填逆止弁ＣＶ１〜４、充填オリフィスＯＲＦ１、２、流量調整器ＲＥＧ２からなるプレナム充填システムを通してプレナム１１０に流入する「酸素」を外部排出口へ排出する。
　プレナム圧力が、プレナム圧力スイッチＰＳＷ４の所定のスイッチ点、例えば６５ＰＳＩＧ以下の場合は、充填制御回路は充填レートを酸素濃縮サブシステムの最大出力より低い所定の範囲に抑えて、酸素濃縮サブシステム１、２に過負荷をかけないようにする。
【００４４】
　プレナム圧力がＰＳＷ４のスイッチ点を越えたと、ＰＳＷ４が監視／制御に告げた場合は、監視／制御部はプレナムバイパス弁ＢＰＶを開き、「酸素」が様々な「酸素」出口に直接流れるようにする。
　「酸素」を、このようにプレナム１１０を通さず、直接「酸素」出口に流すと、ライン圧や出力流量の急変に伴う過渡現象により速く対応できる。
【００４５】
　システムが高「酸素」流量モード、例えば毎分６５リットルのパージ流量モードにある場合、プレナム排出弁ＤＣＶは低圧側である下流に向って開き、プレナム１１０の中身を放出することで高圧パージできる。
　プレナム１１０の予備容量は主に短時間、例えば１８秒間のパージのため使われる。パージが終了すると、酸素濃縮サブシステムの圧力がプレナム圧力より高いばあいは、充填制御回路は、プレナム１１０を少しずつ（ｔｒｉｃｌｅ）充填する。すなわち、酸素濃縮サブシステムの余剰能力は、プレナムを再充填してその予備能力を満たすのに使われる。
【００４６】
　図１１に△マークで示すように、比較例の範囲での本システムは、ある程度以上の高度、例えば６０００フィート以上では、「酸素」の毎分あたり流量が落ちるという性能低下を生ずる。
【００４７】
　図８を参照すると、本発明による実施例である酸素濃縮システムの、簡略化したガス流ダイアグラムである。
　図８（実施例）と上述の図５（比較例）との相違点は、図８においては、絶対圧力トランスデューサ６６６が追加されていることである。
【００４８】
　絶対圧力トランスデューサ６６６は、測定される実際の大気圧に相当する電気的信号を出力し監視／制御部に入力する。本システムの稼動開始の際には、監視／制御部２００は前記電気的信号を用いて、酸素分離筒のサイクルタイムを実際の大気圧に見合った適切な値に決定する。
　本システムが固定設置されている場合は、サイクルタイムは稼動開始の際一旦決定すればそのままの値でもよい。
　又、本システムが航空機などの飛行物体に設置されていて、その高度が絶えず変化する場合には、監視／制御部は定期的に、あるいは所定量以上の大気圧変化があるたびに、適切なサイクルタイムを決定しなおすようにプログラムされている。
【００４９】
　酸素分離筒及び空気処理筒の、異なる大気圧値に対する適切なサイクルタイム値は、各々の試作品を使って経験的に容易に決定できる。
　こうして求めた値は一覧表の形で監視／制御部に蓄えておき、個々の場合に読み出して最適のサイクルタイムを決定する。
　表１は、酸素分離筒と空気処理筒が各々、低流量と高流量の場合の、大気圧値のレンジ別の最適サイクルタイム値（単位：秒）の表である。
【００５０】
【表１】
2004083409.tif 000003
【００５１】
　図９、１０に各々、低高度と高高度における酸素分離筒のタイミングダイアグラムを示す。図９は、低高度の場合、例えば大気圧６２０ｍｍＨｇ以上の場合を示す。同様にして、図１０は、高高度の場合、例えば大気圧４９０ｍｍＨｇ以下の場合を示す。
【００５２】
　図９、１０において、上側と下側の波形は各々、酸素分離筒１と２のタイミング図である。各波形の「高」「低」レベルは各々、酸素放出、窒素放出に対応する。
【００５３】
　上記で、サイクルタイムは酸素放出時間と窒素放出時間の和として定義される。例示的に本実施例では、酸素分離筒のサイクルタイムの５５％、４５％を各々、酸素放出、窒素放出に割り当てているが、本発明の範囲はこれに限られない。
【００５４】
　以上、図９、１０に示したように、低高度、高高度におけるサイクルタイムは各々、１１秒、１８秒としてある。これは、高高度では低高度に比べ得られる酸素の量が少ないことを反映している。すなわち、高高度では大気中の酸素分圧が低下するので、酸素濃度を所定の量まで上げるのに、低高度でよりも長時間を要するからである。
【００５５】
　図１１に、高度を変えた場合のシステムの流量性能を、本実施例と上述の比較例について実測した結果を比べて示す。
　比較例（△マーク）では、（高度ないしは大気圧を測定する能力がないので、）サイクルタイムは例えば１２秒に固定されている。これに対して、本実施例（×マーク）では、例えば１１から１８秒にわたり、各々大気圧に合せた最適値が選ばれている。
　どちらのシステムも高度６０００フィートまでは、毎分２０リットルの一定流量を維持しており、効率的に動いている。しかし、高度６０００フィート以上の高高度では、本実施例のシステムが高度１３０００フィートまで一定流量毎分２０リットルを維持しているのに対し、比較例のシステムでは、高度と共に流量が減少し、１３０００フィートでは、毎分５リットル以下になってしまう。
【００５６】
　これで本実施例の説明を終る。以上、多数の、本発明による説明的実施例を参照して本発明を記述してきたが、本発明の原理的な趣旨と範囲内で数多くの変形や他の実施例を作り得ることが、本発明の当業者には容易に理解される筈である。具体的には、上述の開示の範囲内における、各要素部品及び／又は要素、主題の組合せ、配置において、図面において、そして添付した請求項の、本発明の精神から乖離しない範囲において、色々な合理的な変種、変形が可能である。
　このような要素及び／又はその配置上の変種、変形に加えて、その使い方にも色々の選択肢があることも当業者には明瞭であろう。
【００５７】
　例えば、酸素分離筒や酸素濃縮サブシステムの数は実施例に示したものに限られない。さらに、本発明の範囲は、ソレノイド弁、逆止弁、安全弁、圧力スイッチ、圧力調整器の正確な細かい配置について、本実施例の場合に限定されない。さらに追加すると、例えば、バイパス弁やプレナムのプレナム排出弁は、構成のしかたによっては省くこともあろう。
【００５８】
　本発明の実施例に係る以上の説明は、主に本発明の内、酸素濃縮システムに係る立場から行ってきたが、そこで開示した手順は、すなわち、本発明の内、酸素濃縮方法に係るものでもあることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
　以下は、各図面の簡単な説明である。
【図１】本発明による実施例を説明するための比較例としての酸素濃縮システムの、ガス流（Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ）ダイアグラムの一部（１）である。
【図２】本発明による実施例を説明するための比較例としての酸素濃縮システムの、ガス流ダイアグラムの一部（２）である。
【図３】本発明による実施例を説明するための比較例としての酸素濃縮システムの、ガス流ダイアグラムの一部（３）である。
【図４】本発明による実施例を説明するための比較例としての酸素濃縮システムの、ガス流ダイアグラムの一部（４）である。
【図５】図１の酸素濃縮システムの簡略化したガス流ダイアグラムである。
【図６】図１の酸素分離筒に対するタイミングサイクルを説明するタイミングダイアグラムである。
【図７】図１の酸素分離筒と空気処理筒の同期を説明する簡略化したタイミングダイアグラムである。
【図８】本発明による実施例に従った酸素濃縮システムの、簡略化したガス流ダイアグラムである。
【図９】本発明による実施例に従った、低高度における酸素分離筒のタイミングダイアグラムである。
【図１０】本発明による実施例に従った、高高度における酸素分離筒のタイミングダイアグラムである。
【図１１】高度を変えた場合の、酸素濃縮システムの流量性能の、比較例に従った場合と本発明による実施例に従った場合とを比較するグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
　　３０　　　　プレナムシステム
　　４０　　　　フロントパネル・アセンブリ
　　５０　　　　分離・処理モジュール
　１００　　　　酸素濃縮システムのガス流ダイヤグラム
　１１０　　　　プレナム
　１２０　　　　ＣＯセンサ
　１３０　　　　露点センサ
　１４０　　　　酸素センサ
　２００　　　　監視／制御部
　２１０　　　　入出力パネル
【図１】
2004083409.tif 000004
【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】
2004083409.tif 000009
【図７】
2004083409.tif 000010
【図８】
2004083409.tif 000011
【図９】
2004083409.tif 000012
【図１０】
2004083409.tif 000013
【図１１】
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