(57)【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する吸着剤を充填した吸着筒、該吸着筒に加圧空気を供給するコンプレッサを備え、使用者に酸素濃縮空気を供給する酸素濃縮装置において、該コンプレッサを密閉された状態で収納するコンプレッサボックス、該コンプレッサボックスの筐体壁の少なくとも一部に受熱平板、該受熱平板の内壁面に受熱用蛇行細管ヒートパイプ放熱器、および該受熱平板の外壁面に放熱用蛇行細管ヒートパイプ放熱器を備えることを特徴とする医療用酸素濃縮装置。
【請求項２】
内部にコンプレッサを備えた医療機器において、該コンプレッサを密閉された状態で収納するコンプレッサボックス、該コンプレッサボックスの筐体壁の少なくとも一部に受熱平板、該受熱平板の内壁面に受熱用蛇行細管ヒートパイプ放熱器、および該受熱平板の外壁面に放熱用蛇行細管ヒートパイプ放熱器を備えることを特徴とする医療機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気中の酸素を分離し酸素濃縮空気を生成する医療用酸素濃縮装置に関する。更に詳細には医療用酸素濃縮器に搭載されるコンプレッサの冷却効率を向上させると共に騒音問題を解決した酸素濃縮装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、喘息、肺気腫症、慢性気管支炎などの呼吸器系疾患に苦しむ患者が増加する傾向があるが、その最も効果的な治療法の一つとして酸素吸入療法があり、空気中から酸素濃縮気体を直接分離する酸素濃縮装置が開発され、使用時の利便性、保守管理の容易さから酸素吸入療法用の治療装置として、次第に普及するようになってきている。
【０００３】
かかる酸素濃縮装置として、窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を１個或いは、複数の吸着床に充填した吸着型酸素濃縮装置が知られ、中でも空気供給手段としてコンプレッサを用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置が多用されている。かかる装置は、通常、窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した１個或いは複数の吸着床にコンプレッサから圧縮空気を供給して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、吸着床の内圧を減少させて窒素を脱着させ吸着剤の再生を行う脱着工程を一定サイクルで繰り返し行い、更に必要に応じて、脱着工程終了直前に、既に生成した乾燥酸素濃縮気体を一部逆流させ再生効率の向上と昇圧を目的とする均圧工程を加えて、順次一定サイクルで行うことにより酸素濃縮気体を得る装置である。
【０００４】
かかる酸素濃縮装置は一般の機器と同様に機器内部で発生する熱を外部に放熱する必要があり、酸素濃縮装置の最大熱発生源であるコンプレッサを冷却するための強制冷却ファンを備えている。しかし、医療機器であること、患者の枕もとで24時間使用されることから静寂性が求められ、特開昭60−200804号公報に記載のようにコンプレッサをボックス内に収納すると共に空冷用の空気流入経路、排出経路の長さ屈曲回数などを規定する方法が開示されている。
【０００５】
大気流入口や排気口からの騒音の漏れを解消する方法として、特開昭63-218502号公報には、コンプレッサボックスを完全に密閉化し、ヒートパイプを備えた酸素濃縮装置が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
筐体内部温度上昇防止手段としての筐体冷却装置の代表的な例を図３に示す。図３において、コンプレッサボックス筐体１には、ファン６の取り付け用開口部１ａと空気取り入れ用の開口部１ｂが設けられる。通常、空気取入用の開口部１ｂには、不織布等でできたフィルタ７が取り付けられており、ファン６を回転させることにより、空気取入口１ｂから空気を取り入れ、筐体内部を通過し、ファンから排出される空気の流れを作り出す。そのことによって、筐体内部のコンプレッサ３で発生した熱量は、筐体外部に排出される為、機器筐体内部の温度上昇を防止することができる。しかし、この方式は空気取入用、排出用の開口部から外部にコンプレッサの音が漏れる問題点を備える。
【０００７】
筐体内部で発生する騒音を外部に漏洩せしめないために、密閉筐体を使用することは有効な手段である。しかし装置の性能維持の為には、同時に排熱問題も解消する必要がある。その解決策としてヒートパイプを使用する方法が開示されているが、従来型ヒートパイプは、受熱部で発生した作動液蒸気が放熱部に移動し冷却され凝縮し、凝縮作動液が管内壁に設けられてあるウィックの毛細管作用により還流する循環サイクルにより熱輸送を行う。還流は重力の影響を大きく受ける。この為、放熱部と受熱部を固定する必要がある上に、放熱部を受熱部の水平より下側に配置する場合は還流が阻害され大幅な性能低下につながるため、配置上の制約が大きい。  更に、ヒートパイプはプレートフィンを装着して使用する必要があり、小型軽量化が求められる酸素濃縮装置などの在宅医療機器への適用は困難である。またフィン装着上の製造技術的理由からヒートパイプは直管パイプである必要があり、更に各ヒートパイプの長さは等しい長さが要求されるなど、設計の自由度が小さく、酸素濃縮装置への適用は行なわれていない。
【０００８】
本発明の目的は、従来技術の有する欠点を解消するものであり、筐体の気密性を高め密閉化することにより、筐体内部で発生する騒音を外部に漏洩せしめないように静寂性が高めるとともに、装着位置の自由度が高く熱交換性の優れた熱交換器を装着する事で患者に受け入れやすい医療用酸素濃縮装置を提供するものである。
【０００９】
【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、以下の酸素濃縮装置を見出した。すなわち本発明は、酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填した吸着筒、該吸着筒に加圧空気を供給するコンプレッサを備え、使用者に酸素濃縮空気を供給する酸素濃縮装置において、該コンプレッサを密閉された状態で収納するコンプレッサボックス及び該コンプレッサボックス内の発生熱を外部に放出する蛇行細管ヒートパイプ放熱器を備えることを特徴とする医療用酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１０】
また本発明は、かかる蛇行細管ヒートパイプ放熱器が、該コンプレッサーボックスの筐体壁を貫通して設けらることを特徴とする医療用酸素濃縮装置、或は該コンプレッサーボックスの筐体壁の少なくとも一部に受熱平板を備え、該筐体の受熱平板の両側に該蛇行細管ヒートパイプ放熱器を備えることを特徴とする医療用酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１１】
また本発明は、内部にコンプレッサーを備えた医療機器において、該コンプレッサを密閉された状態で収納するコンプレッサボックス及び該コンプレッサボックス内の発生熱を外部に放出する該蛇行細管ヒートパイプ放熱器を備えることを特徴とする医療機器を提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の医療用酸素濃縮装置の概略図を図５に示す。かかる酸素濃縮装置は、酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤として５A型ゼオライトを充填した吸着筒にコンプレッサにより加圧空気を供給し、酸素濃度９０％の酸素濃縮ガスを取り出し、加湿器を経由して使用者である呼吸器疾患患者に、例えば３L/minの流量で供給する１筒式の圧力変動吸着型酸素濃縮装置である。
【００１３】
コンプレッサは、酸素濃縮装置の筐体内で更にコンプレッサボックスに収納され、コンプレッサ音が直接外部に漏れないように密閉状態に置かれる。コンプレッサボックスの材質は特に限定するものではないが、鉄板などの金属製、樹脂製、木製などを用いる事が可能であり、質量則に従い、金属製などの密度の高い材料を使用するのが好ましい。
【００１４】
かかるコンプレッサーボックスの一部には、受熱平板を備える。かかる受熱平板は熱伝導性の良好な材質で作る平板であり、銅、アルミなどの平板が好ましい。
【００１５】
蛇行細管ヒートパイプは、図４に示すように、熱伝導性の良好なアルミニウム鋼や銅鋼板等でできたコンテナ本体８の内部に受熱部と放熱部との間を往復蛇行する内径約3mm以下の密閉蛇行細管を形成する構造９を有し、その蛇行細管中に水などの冷媒作動液を充填したものを基本要素とするものであり、熱吸収により作動液が相変化し、蒸気は受熱部の高圧側から放熱部の低圧側へと移動する事で潜熱輸送するものであるが、蒸気泡の移動と同時に液相部も受熱部から放熱部へと移動して顕熱をも輸送するものである。この為、蛇行細管ヒートパイプは、従来型のヒートパイプとことなり、放熱部を受熱部よりも下方に配置することが可能である。また、任意の形状に折り曲げたり、フィンを取り付けたりして使用することも可能である。
【００１６】
コンプレッサボックス及び蛇行細管ヒートパイプ放熱器の構成について、更に詳細に示す。図１は本発明の医療用酸素濃縮装置に使用するコンプレッサボックスの実施態様例を示すものであり、コンプレッサボックス１は密閉機器筐体であり、５はボックス筐体外部と筐体内部の間を気密に隔絶する受熱平板である。受熱平板内壁面には、受熱用として、蛇行細管ヒートパイプ放熱器２ａが接着されており、受熱平板外壁面には、放熱用としての蛇行細管ヒートパイプ放熱器２ｂが接着されている。コンプレッサボックス内には発熱源となるコンプレッサ３が配置され、原料空気供給用及び加圧空気供給用の配管及び電源ケーブル用出口は備えるものの、各出口は密閉されている。
【００１７】
コンプレッサボックス１の内部に、強制対流手段４ａとして軸流ファンあるいはクロスフローファンを設け、これにより、発生する強制対流により、コンプレッサでの発熱を受熱用蛇行細管ヒートパイプ放熱器２ａに効率よく熱輸送せしめるように配置されている。尚、かかる蛇行細管ヒートパイプ放熱器として、ティーエスヒートロニクス社製ヒートレーンTMを使用した。
【００１８】
コンプレッサボックス１の外側には、強制対流手段４ｂとして軸流ファンあるいはシロッコファンを設け、これにより発生する低温強制対流により、放熱用蛇行細管ヒートパイプ放熱器１ｂの放熱能力をアップさせる。ファンの配置は、蛇行細管ヒートパイプ放熱器２ａ，２ｂに対して、強制対流を吹き込むように配置される場合も、ファンの空気吸引により強制対流を発生せしめるように配置される場合もある。
【００１９】
また、蛇行細管ヒートパイプ放熱器は、従来型のヒートパイプとことなり、放熱部を受熱部よりも下方に配置することが可能である為、本実施例は天地を逆転して使用することも可能である。
【００２０】
かかる実施態様例は、蛇行細管構造を有する蛇行細管ヒートパイプ放熱器の優れた放熱特性と装着位置の自由度が高い特徴を有効に活用することにより、密閉機器筐体内の被冷却体の熱量を筐体壁を介して筐体外に効率的に放出せしめることが可能となる為、コンプレッサ等の発熱機器を密閉機器筐体内で安定した状態で外部に騒音を漏洩せしめることなく運転することができる。
【００２１】
本発明の医療用酸素濃縮装置のコンプレッサボックスの構成の別の実施態様例を図２に示す。かかる態様例では、密閉機器筐体であるコンプレッサボックス筐体外に放熱用の蛇行細管ヒートパイプ放熱器および強制対流手段としてのファンを有さずに、筐体の全面あるいは特定の一面を薄肉で熱伝導性の良好な材質、例えば、アルミニウム鋼板の如きもので形成し、筐体全面が熱伝導性の良好な材質の場合は、その内側の任意の面に、また、特定の一面が熱伝導性の良好な材質の場合は、その面に対応する内側の面に受熱用の蛇行細管ヒートパイプ放熱器を直接接着されている。
【００２２】
この様に構成されてあるから、機器筐体内の発熱は筐体の全面あるいは特定の一面を介して大気中に排出される。筐体外部には強制対流手段としてのファンおよび放熱用の蛇行細管ヒートパイプ放熱器を有さない為、装置のコストおよび騒音を低減することができる。
【００２３】
上記、実施態様例は医療用酸素濃縮装置を例に述べたが、かかる発明は医療用酸素濃縮装置だけでなく、内部にコンプレッサーを内蔵する医療機器に適用できるものである。例えば歯科医師が使用するエアドリルなど、コンプレッサーの騒音が問題となる医療機器の改善に役立つものである。
【００２４】
【発明の効果】
装着位置の自由度が高く熱交換性の優れた蛇行細管ヒートパイプ放熱器を応用し、効率的に密閉機器筐体内から熱量を筐体外に排出することにより、筐体の気密性を高め密閉化することが可能となる。その結果、医療用酸素濃縮装置の筐体内部で発生するコンプレッサ騒音は外部に漏洩せず、高い静寂性を有する医療用酸素濃縮装置が提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の医療用酸素濃縮装置のコンプレッサボックス周辺の概略構成図である。
【図２】本発明の医療用酸素濃縮装置のコンプレッサボックス周辺の別の態様例の概略構成図である。
【図３】従来型の機器筐体冷却装置の概略構成図ある。
【図４】蛇行細管ヒートパイプ放熱器の概略構成図である。
【図５】本発明の医療用酸素濃縮装置の概略構成図。
【符号の説明】
１  機器筐体
２ａ  受熱用蛇行細管ヒートパイプ放熱器
２ｂ  放熱用蛇行細管ヒートパイプ放熱器
３  コンプレッサ
４ａ  内部強制対流手段
４ｂ  外部強制対流手段
５  受熱平板
６  ファン
７  フィルタ
８  蛇行細管ヒートパイプ放熱器本体
９  蛇行細管構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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