(57)【要約】【課題】  コンプレッサを使用する酸素濃縮装置において、コンプレッサの冷却効率を向上させることにより騒音遮蔽と排熱を両立させ、必要な部品の点数および重量を低減させ、装置そのものの小型軽量化を実現する。【解決手段】  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および／または吸着筒を減圧する機能を備えたコンプレッサ、該吸着筒で生成した酸素濃縮気体を使用者に供給する酸素供給手段を備えた酸素濃縮装置において、該コンプレッサが該吸着筒の上部に設置されていることを特徴とする酸素濃縮装置。【選択図】  図４
2005237428.tif 000002
【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および／または吸着筒を減圧する機能を備えたコンプレッサ、該吸着筒で生成した酸素濃縮気体を使用者に供給する酸素供給手段を備えた酸素濃縮装置において、該コンプレッサが該吸着筒の上部に設置されていることを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
該酸素濃縮装置の筐体に原料空気の空気取入口および排気空気の空気排気口を備え、かつ、該空気排気口が該空気取入口よりも上部に備え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】
該酸素濃縮装置の筐体の側面下部に空気取入口を備え、該側面上部に空気排気口を備え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】
該コンプレッサを収容するコンプレッサボックスを備え、該コンプレッサボックスの設けられた冷却ファンの排気を該空気排気口に直接放出する排気ダクトを備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の酸素濃縮装置。
【請求項５】
該コンプレッサを収容するコンプレッサボックスが、該吸着筒で支持されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の酸素濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気中の酸素を分離濃縮し、使用者に供給する酸素濃縮装置に関する。更に詳細には、酸素濃縮装置の装置内の構成部品の配置を最適化することによりより効率的な冷却、装置の小型化を実現した酸素濃縮装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、喘息、肺気腫症、慢性気管支炎等の呼吸器系疾患に苦しむ患者が増加する傾向にあるが、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のための治療装置として次第に普及するようになって来ている。
【０００３】
かかる医療用酸素濃縮装置としては、窒素又は酸素を選択的に吸着し得る吸着剤を用いた吸着型酸素濃縮装置が用いられ、通常、窒素を選択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圧縮空気を導入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とを交互に行うことにより酸素濃縮気体を患者に供給する呼吸用気体供給装置である。
【０００４】
このような用途で使用されるコンプレッサは、酸素濃縮装置を構成する部品の中では最大の重量物であり、また騒音発生源でありかつ発熱体でもある。医療用酸素濃縮装置には、特に静寂性が要求されるため、一般にはコンプレッサを遮蔽して用いるが、遮蔽により蓄熱しないように発熱体であるコンプレッサの冷却を必要とする。一般的には酸素濃縮装置内部にコンプレッサを設置し、コンプレッサ周囲および筐体を出来るだけ遮蔽して騒音低減を図っている。そして、遮蔽された酸素濃縮装置内部にファン等で外部から通風して該コンプレッサ全体を冷却している。しかし排気ファンによるコンプレッサの冷却では、その冷却効率が非常に悪く、結果として、ファンや遮蔽物が大きくなり、逆にファン自体の騒音が問題となり、遮音材料で覆う必要が生じ、重量の更なる増加が問題となっている。
【０００５】
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を図るように研究されているが、摩擦によるかかる部分の局所発熱が生じている。
【０００６】
かかる局所発熱部分のみを局所的に冷却すると所要風量、排気ファン、ファン自体から発生する騒音を小さくすることが出来るが、そのためのノズル、加圧圧空装置などが必要になる。局所発熱部にフィンなどをつける場合があるが構造が複雑になる。従来技術では該コンプレッサの騒音遮蔽と排熱を両立させるために必要な部品の重量は、該酸素濃縮装置本体重量の20％程度にもなっている。
【０００７】
一方、加圧空気を発生させるコンプレッサは、酸素濃縮装置の振動原因、騒音原因となり、すぐ傍らでこの装置を使用する患者や、患者の家族等にとっては、コンプレッサが発する騒音や振動は不快感を与える恐れがある。特に就寝時には、患者、或いは患者の家族の睡眠を妨げ、メンタルヘルスにも悪影響を及ぼすことが懸念される。
【０００８】
圧力変動吸着型酸素濃縮装置の騒音発生要素としては、圧力変動用コンプレッサ固体音、同吸気音、同排気音、コンプレッサ駆動用モータ音、吸着床パージ気流音、筐体内の冷却用ファン音などが挙げられる。中でもコンプレッサの騒音は、自身の固体放射音と、コンプレッサの吸気音、或いは排気音等に大別され、騒音全体に占める割合が大きい。またコンプレッサの振動により加振された別の構成要素から２次的に発生する騒音も存在する。
【０００９】
コンプレッサは大きな振動を発生するためにさまざまな防振・防音の技術がとられている。例えば特開平６−８１７６７号公報には、冷蔵庫における振動方向を上下方向とするコンプレッサの防振支持について、コンプレッサとコンプレッサボックスの両方にブラケットを配し、防振材料で挟み込んで振動を吸収する仕組みが紹介されている。この手法によると、効果的な防振が可能である。しかしながら、コンプレッサ側のブラケット、ボックス側のブラケット、防振材、締結するためのボルト、ナット等部品点数が増加する。また、それらの防振装置を設置するために容積を要する、重量が増加する等の問題がある。
【００１０】
【特許文献１】特開昭６２−１４０６１９号公報
【特許文献２】特開昭６３−２１８５０２号公報
【特許文献３】特開平６−８１７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
重量物であると同時に振動原因、騒音原因となるコンプレッサは、通常、装置内では装置下部に設置され、防振手段を備えて固定されている。市場にある酸素濃縮装置も同様であり、コンプレッサともう一つの重量物である吸着筒は並べて配置されている。騒音防止のためコンプレッサボックスに収納されて密閉されると共に、コンプレッサは発熱源でもある為、装置冷却の為、外気を取り入れてコンプレッサを含む装置筐体内を冷却するための通路であるダクトが装置内を巡らされており、装置大型化の原因ともなっている。
【００１２】
本発明は上記問題点を解決するものであり、コンプレッサを使用する酸素濃縮装置において、コンプレッサの冷却効率を向上させることにより騒音遮蔽と排熱を両立させ、必要な部品の点数および重量を低減させ、装置そのものの小型軽量化を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる課題に対して本発明者は鋭意検討した結果、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および／または吸着筒を減圧する機能を備えたコンプレッサ、該吸着筒で生成した酸素濃縮気体を使用者に供給する酸素供給手段を備えた酸素濃縮装置において、該コンプレッサが該吸着筒の上部に設置されていることを特徴とする酸素濃縮装置を提供する。
【００１４】
また本発明は、原料空気の取入口よりも排気空気の排気口が上部に設置され、かかる酸素濃縮装置の筐体の側面下部に空気取入口を備え、該側面上部に空気排気口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。また、該コンプレッサを収容するコンプレッサボックスを備え、該コンプレッサボックスの設けられた冷却ファンの排気を該空気排気口に直接放出する排気ダクトを備えること、該コンプレッサを収容するコンプレッサボックスが、該吸着筒で支持されてい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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の構成の酸素濃縮装置により、単純構造で騒音を遮断し且つ効率的に冷却することが可能となり、騒音排熱の為の構造重量を軽くすることが出来る。さらに必要な冷却ファン風量の低下、そして消費電力を下げることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の酸素濃縮装置は、酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填した吸着筒、該吸着筒に加圧空気を供給および／または吸着筒を減圧する機能を備えたコンプレッサ、該吸着筒で生成した酸素濃縮気体を使用者に供給する酸素供給手段を備えた酸素濃縮装置であり、コンプレッサが吸着筒の上部に設置されていることを特徴とする。
【００１７】
従来の酸素濃縮装置では、コンプレッサが重量物であること、その大きさから、レイアウトのし易さを重視し、コンプレッサと吸着筒は横に並べて配置されている。このため、冷却風の流れは、装置の筐体側面または前面の中央乃至上部に空気取入口を備え、吸気フィルタを介して外気を吸気し、排熱空気は装置の底または背面に設けた排気口から排気される。このため冷却空気の流れは非常に複雑となり、内部で流路が分岐、あるいは複雑に曲がる構造となる。
【００１８】
特に装置内の最大の熱源であるコンプレッサが装置下部に存在し、その排熱を含む冷却風を他の熱源である電装ボードに行かないように流路を分離させる、或いは最初に電装ボードを冷却させた後でコンプレッサをするなど複雑な冷却流路構成が必要となる。一方、排熱空気は上昇気流を発生する為、冷却ファンによりコンプレッサボックス上方から冷却風を強制対流させ下方の排気口から排気させるのが一般的であるが、コンプレッサボックス上部角にデッドスペースができるなど均一冷却の妨げとなり、ファンの能力を上げる必要が生じる。
【００１９】
これに対し本発明の酸素濃縮装置は、コンプレッサと吸着筒を上下に配置し、コンプレッサを吸着筒の上部に設置することで省スペース化、軽量化が可能となりとともに、冷却流路がシンプルになり、冷却流路を折り曲げるなどによって生じる流路抵抗（圧損）を小さくすることができる。吸着筒を支持部材としてその上部にコンプレッサを配置することで、余分の構造支持部材を排除することができ、冷却風の流路は吸着筒からコンプレッサに向けて上方に流すことが可能となり、それに伴い、冷却流路スペースを小さくでき装置自体の小型化が可能となる。更にそれに伴って、冷却ファン自体を小型化することができる。
【００２０】
また、酸素濃縮装置の筐体の側面下部に空気取入口を備え、該側面上部に空気排気口を備え、冷却風の流れを装置の下から上に持っていることで、煙突効果（ドラフト効果）を利用することが可能となり、冷却効率をアップすることができる。煙突効果とは、単に暖かい空気が上に行く上昇気流を持つ流路の上と下に開口部を持たせた物で、これによって自然に下から吸気、上から排気の流れが生まれることである。
【００２１】
さらに、コンプレッサが吸着筒よりも上方に配置し、冷却流路の下流である上方に最も大きな熱源となるコンプレッサを配置することで、コンプレッサ以外の部品には冷たい冷却空気が送風され、冷却効率がアップする。更に、上部に配置したコンプレッサの排熱は同様に筐体上部に設置した排気口へドラフトを介して直接放出することで、筐体内の熱上昇を最小限に抑えることが可能になる。
【００２２】
コンプレッサと吸着筒とを上下に配置することで、吸着筒の上にコンプレッサをマウントすることができ、省スペース化および軽量化が可能となる。特にコンプレッサを吸着筒上面にマウントし、吸着筒を剛体としてコンプレッサ支持部材として用いることで装置の軽量化を実現することができる。吸着筒とコンプレッサを横に並列に配置した場合、吸着筒およびコンプレッサの土台となる装置筐体の底面を両方とも頑丈な構造にする必要があるが、コンプレッサを吸着筒の上部に配置し吸着筒にマウントすることで筐体底面の剛体部分を小さくすることができる。
【００２３】
本発明の酸素濃縮装置の具体的態様例を図面を用いて説明する。
酸素濃縮装置は、図１に示すように、酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤3を充填した吸着筒2に、コンプレッサ5によって大気中から圧縮された加圧空気を吸気消音器16経由で供給し、吸着筒2内部を加圧状態にして窒素を吸着させ、吸着されなかった酸素を取り出す。吸着筒2より取り出された酸素は、製品タンク4に貯留した後、流量設定器10により酸素供給流量を設定し、鼻カニューラ12を介して使用者に供給される。
【００２４】
ここで吸着剤3は、１回の工程で吸着できる窒素の量が吸着剤3の量や種類によって決まっているため、吸着剤3に吸着される窒素の量が飽和する前に、流路切換弁9を切り換えて吸着筒2を大気開放して吸着筒2内部を減圧し、窒素を脱着させて吸着剤3を再生させる。また、流路切換弁9は、予め設定された時間によって切り換えられるように制御装置11によって制御される。なお、１工程中の吸脱着量を増やすべく、真空ポンプを用いて、脱着工程における吸着筒2内部の圧力を真空にしても良い。なお、流路切換弁9のパージ側には排気消音器15が設けられている。
【００２５】
コンプレッサ5は、コンプレッサ5を駆動させるためのコンプレッサ駆動モーター6を具備しており、コンプレッサ駆動モーター6は制御装置11によって設定された回転数で回転しコンプレッサ5を回転駆動させる。コンプレッサ圧縮機構部8は、コンプレッサ駆動モーター6によって得た回転力によって空気を圧縮するものであり、その圧縮方式によって様々な種類が存在する。酸素濃縮装置1に用いられるコンプレッサ5としては、往復運動式のピストンタイプや回転式のスクロールタイプなどが一般的によく用いられているが、大気中の空気を圧縮できるものであればどのタイプを用いても構わない。かかるコンプレッサはその供給空気導入口、及び圧縮排出口がそれぞれ少なくとも1つ以上あり、それぞれ吸着床、もしくは装置内の適当な場所に接続されている。
【００２６】
通常、主要部品であるコンプレッサ5、吸着筒2、制御装置である電装ボード11及び冷却空気の吸気口13、排気口14は、従来の酸素濃縮装置では図３に示すように吸気口13が装置の前面上部に、排気口が底面に設けられ、コンプレッサ5および吸着筒2が底面に並列に配置されている。その為、矢印で示す冷却風の流れは、電装ボード、吸着筒冷却用の流路とコンプレッサ冷却用の流路を分岐させる必要があり、そのためのダクトを引き回す必要が生じる。
【００２７】
一方本発明の酸素濃縮装置では、吸着筒2を支持部材として、その上面にコンプレッサ5を設置し、吸着筒側面部に電装ボードを設ける。吸気口13は筐体側面下部に設け、冷却風は筐体下部から吸着筒・電装ボード冷却した後、上部に設けた発熱源であるコンプレッサを冷却風の上昇気流で冷却した、排熱空気を筐体上部に設けた排気口から放出する。
【００２８】
コンプレッサを騒音防止のためコンプレッサボックスに収容する場合は、図４に示すようにコンプレッサボックスを吸着筒上部に固定し、その内部にコンプレッサが設置される。冷却風の流れは基本的には同じであるが、コンプレッサボックス下面に吸気口を設けられない場合はコンプレッサボックス側面下部に開口部を設け、冷却風の取入口とし、コンプレッサボックス上部に設けた冷却ファンにより排熱空気を吸引し排気口へ、ダクトを通じて放出する。
【００２９】
本発明の酸素濃縮装置の例として図１には１筒式の圧力変動吸着型酸素濃縮措置を挙げたが、吸着筒は１筒式の他、２本の吸着筒を用い、吸脱着工程を交互に切り替えて酸素を連続的に取り出す２筒式、３本、４本、６本、１２本といった多筒式の吸着筒を用いることができる。流路の切り替えも電磁弁を用いた切替弁の他、ロータリーバルブを使用する方式などを使用することが出来る。
【００３０】
使用するコンプレッサは、レシプロ型コンプレッサの他、スクロール型コンプレッサ、ヘリカル型コンプレッサを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】酸素濃縮装置の概略フロー図。
【図２】本発明の酸素濃縮装置の概略構成配置図。
【図３】従来の酸素濃縮装置の概略構成配置図。
【図４】本発明の酸素濃縮装置の概略図。
【符号の説明】
【００３２】
１    酸素濃縮装置
２    吸着筒
３    吸着剤
４    製品タンク
５    コンプレッサ
６    コンプレッサ駆動モーター
７    冷却ファン
８    コンプレッサ圧縮機構部
９    流路切換弁
１０    流量設定器
１１    制御装置
１２    鼻カニューラ
１３    吸気口
１４    排気口
１５    排気消音器
１６    吸気消音器
１７    コンプレッサボックス
【図１】
2005237428.tif 000003
【図２】
2005237428.tif 000004
【図３】
2005237428.tif 000005
【図４】
2005237428.tif 000006