(57)【要約】【課題】本発明は、吸着筒の構造を複雑化させることなく、酸素収率を向上することにより、より少量の吸着剤充填量で小型に構成した吸着筒を搭載した医療用酸素濃縮器を提供する。【解決手段】酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤が充填された少なくとも１個の吸着筒、該吸着筒に圧縮空気を供給するための空気圧縮機を有する圧力変動型の医療用酸素濃縮器であって、該吸着筒内部が１枚以上の仕切り板が挿入されることにより、該吸着筒内部で空気の流れ方向が変更されるように、２パス以上の空気流路を有する構造であることを特徴とする医療用酸素濃縮器。【選択図】なし【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し得る吸着剤が充填された少なくとも１個の吸着筒、該吸着筒に圧縮空気を供給するための空気圧縮機を有する圧力変動型の医療用酸素濃縮器であって、該吸着筒内部に１枚以上の仕切り板が挿入され、仕切り板を介して該吸着筒内部で空気の流れ方向が変更され、吸着筒内に２パス以上の空気流路を備えた構造を有することを特徴とする医療用酸素濃縮器。
【請求項２】
該吸着筒が、円筒状部材であり、円筒高さより短い仕切り板を設けることにより、該仕切り板を介して圧縮空気が向流に流れる２パスの空気流路を備えた構造であることを特徴とする請求項１記載の医療用酸素濃縮器。
【請求項３】
該吸着筒が直方体形状部材であり、内部に直方体の一辺長より短い仕切り板を設けることにより、圧縮空気が該仕切り板を介して向流に流れる２パス以上の空気流路を備えた構造を有することを特徴とする請求項１記載の医療用酸素濃縮器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気中から酸素を分離濃縮する酸素濃縮器、特に医療用として在宅で行なわれる酸素吸入療法に使用する圧力変動吸着型の酸素濃縮器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、一般に在宅酸素療法に使用されている圧力変動型の医療用酸素濃縮器には、圧縮空気中の窒素を選択的に吸着し、高濃度の酸素を取り出すための窒素分子吸着剤として、合成ゼオライトが広く使用されている。
【０００３】
かかる圧力変動吸着型酸素濃縮器は、５A型ゼオライトや13Ｘ型ゼオライト、或はＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が2.0〜3.0であるＸ型ゼオライトでそのＡｌＯ４四面体単位の少なくとも８８％以上がLiカチオンと会合している高性能のLiゼオライト等を１筒、２筒、或は更に多数の吸着筒に充填し、コンプレッサを用いて吸着筒に大気を加圧供給し、大気中の窒素を吸着剤に吸着させ、酸素を分離すると共に、吸着筒の流路を切換えて、筒内圧力を大気圧迄で減圧することにより吸着した窒素を脱着させるＰＳＡ方式と、大気圧以下まで減圧して吸着した窒素を脱着させるＶＰＳＡ方式の装置が一般的であり、医療用酸素濃縮器として市場に供給されている。
【特許文献１】特開昭５４−１１０１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の医療用酸素濃縮器に搭載されている吸着筒は、一本の筒内部に吸着剤を充填し、該吸着筒内部を、空気圧縮機により圧縮された空気を、一方向に通過させる１パス構造であった。改良技術として、医療用酸素濃縮器ではないが特開昭５４−１１０１７８号公報に記載の如く、吸着筒内で漸次、吸着物質により吸着され離脱される流体混合物からの元素を補償し、吸着筒入口部から出口部までの流体生産物速度を一定化することにより、吸着効率を高めることを目的とし、その実現手段として、吸着筒を２重管化し、外筒を１パス目、内筒を２パス目とする構成が開示されている。
【０００５】
しかしながら、かかる２重管構造での吸着筒構成は、装置構成を複雑化させるだけではなく、特に外筒側への流路接続口位置を通常の構成では、円周上の１箇所に設けざるを得ないため、この方式では吸着筒内に流れの滞留部を生じ、通常の１パス構造の吸着筒よりも効率が悪化することがある。
【０００６】
医療用酸素濃縮器において吸着筒の構造を複雑化させることなく、酸素収率を向上させることにより、より少量の吸着剤充填量で吸着性能を達成できる吸着筒を有することができる医療用酸素濃縮器を開発することが大きな課題である。本発明は、吸着筒の酸素収率を向上することにより、より少量の吸着剤充填量で小型に構成した吸着筒を搭載した医療用酸素濃縮器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、吸着筒内部に仕切りを設け、吸着筒内部を通過する圧縮空気の進行方向を少なくとも１回以上方向転換するように、流路を２パス以上の構造とすることにより、吸着筒の酸素収率を向上させることが可能であり、該仕切り板により吸着筒を２パス以上の構成とすることにより、装置構成を複雑化させることなく、より少量の吸着剤充填量で小型に構成した吸着筒を搭載した医療用酸素濃縮器を提供できることを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明は、酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤が充填された少なくとも１個の吸着筒、該吸着筒に圧縮空気を供給するための空気圧縮機を有する圧力変動型の医療用酸素濃縮器であって、該吸着筒内部に１枚以上の仕切り板が挿入され、仕切り板を介して該吸着筒内部で空気の流れ方向が変更され、吸着筒内に２パス以上の空気流路を備えた構造を有することを特徴とする医療用酸素濃縮器を提供するものである。
【０００９】
また本発明は、かかる吸着筒が、円筒状部材であり、円筒高さより短い平板状の仕切り板を設けることにより、該仕切り板を介して圧縮空気が向流に流れる２パスの空気流路を備えた構造であることを特徴とする酸素濃縮器、或いは該吸着筒が直方体形状部材であり、内部に直方体の一辺長より短い平板状の仕切り板を設けることにより、圧縮空気が該仕切り板を介して向流に流れる２パス以上の空気流路を備えた構造を有することを特徴とする医療用酸素濃縮器を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
吸着筒内部に仕切りを設け、吸着筒内部を通過する圧縮空気の進行方向を少なくとも１回以上、１８０方向転換させ、仕切り板を介して圧縮空気を向流にながれるように、流路を２パス以上の構造とすることにより、吸脱着に伴う吸着筒内での温度分布を仕切り板を介する熱伝導により平均化し、吸着筒の酸素収率を向上させることが可能であり、このことにより、より少量の吸着剤充填量で小型に構成した吸着筒を搭載した医療用酸素濃縮器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の医療用酸素濃縮装置の概略図を図１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Ｌｉ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。
【００１２】
空気圧縮機は圧縮比が１．５〜３．０の範囲にあり、かつ、排除容積が５０ｃｃ／ｒｅｖ以下の範囲を有する往復ピストン駆動型の空気圧縮機である。該空気圧縮機を駆動する電動機が５０００ｒｐｍ以下で運転することができる能力を有するブラッシュレスＤＣ電動機であり、これを、インバータにより制御することにより、任意に回転数を変更できるようになっている。
【００１３】
吸着筒は、内径６０ｍｍ、高さ４００ｍｍのアルミニウム合金系パイプの中心部に平板状の同じアルミ合金製の仕切り板を挿入することにより２分割し、更にその上部で空間が連通するように隙間をあけた２パス構造である。本発明に用いる仕切り板は平板上であり、金属製、樹脂製などを使用することが出来、特に熱伝導性のよいアルミ、ステンレス、銅など金属製材料が好ましい。
【００１４】
吸着筒内部には、リチウム系ゼオライトを７３５ｇ充填してある。仕切り板により２分割された圧縮空気の流路は、圧縮空気が仕切り板の隙間をバイパスすることがないようにシールされている。
【００１５】
本発明においては、かかる２パス以上の圧縮空気流路を有する構造の吸着筒を医療用酸素濃縮器に採用した。
圧力変動吸着型プロセスは、気体分子の運動エネルギを利用した物理吸着反応プロセスである為、吸着現象は発熱反応であり、一方で脱着反応は吸熱反応である。吸着と脱着を繰り返す圧力変動吸着型酸素濃縮器では、吸着筒内部の温度は、非定常的に変化するため、時間的、空間的に温度分布が存在し、一般に圧力変動吸着型酸素濃縮装置では、圧縮空気が吸着床に流入する部分で急激な温度変化が発生する。吸着時には流入空気による急激な窒素吸着に伴う発熱反応のために、急激な温度上昇が発生する。この温度上昇は、酸素収率の低下の原因となる。
【００１６】
本発明は、吸着筒内部を２パス構造で構成することにより、吸着反応開始時に吸着床付近で発生する熱は、仕切り板を隔てて隣接する吸着筒出側付近に素早く移動し、また、逆に脱着反応時は、吸着床付近で吸熱される熱を、吸着筒出側付近から素早く移動できるので、常に吸着筒を温度分布が少なく、均一な温度状態に保持することができる為、従来の１パス構造の吸着筒と比較して、酸素収率を向上させることができることを見出したものである。また、該酸素収率の向上に対しては、仕切り板を挿入し、圧縮空気の流路を細分化することにより、従来の１パス型の吸着筒や２重管構造での吸着筒で生じ易いデッドスペースが相対的に減少することの寄与度も大きい。
【００１７】
尚、２パス構造とは１つの吸着筒内に２つの流路を備えることを意味し、実施例で示すように平板上の仕切り板を介して略１８０度流れ方向を変化させる構造をとることにより、原料空気である圧縮空気を向流に流れる構造を採用する。流れ方向を仕切り板により90度ずつ変更することも理論的には可能であるが、吸着筒自体の構造が複雑となり、強度上、コスト上の問題がある。
【００１８】
かかる吸着筒の酸素収率向上により、同一の運転条件下では、吸着剤充填量を１５％程度削減できる為、吸着筒自体の小型化効果により、酸素濃縮器自体を小型化することができる。
【００１９】
また、従来の１パス構造の吸着筒では、圧縮空気の供給口と製品酸素の取り出し口が対抗面上に存在している為、配管が複雑となり、このことも装置を小型化する上での制約事項となっていたが、本発明に述べた２パス構造の吸着筒では、該圧縮空気の供給口と製品酸素の取り出し口を同一面上に構成することが可能である為、配管が簡単であり、設計自由度が拡大する為、装置を小型化する上で有利である。
【００２０】
更に、小型化が最重要要件となる携帯用途の医療用酸素濃縮器に対しては、従来の円管を使用せずに、単に２枚の板の間に形成される空間内に、仕切り板を挿入し複数のパスを形成する構造の吸着筒を採用することも可能である。図４は、４パス構造の概略図である。
【実施例】
【００２１】
以下、９０％の酸素濃度で、３Ｌ／分の流量を実現する酸素濃縮器の実施例及び比較例について説明する。
【００２２】
［実施例］
内径６０ｍｍ、高さ４００ｍｍのアルミニウム合金系パイプの中心部に仕切り板を挿入し、２分割し、更にその上部で空間が連通するように隙間をあけた２パス構造の吸着筒内部に、リチウム系ゼオライトを７３５ｇ充填したものを１本と、流量４５Ｌ／分が得られる性能を有する往復ピストン駆動型のコンプレッサを図１のフローシートのように接続し、動作させる。
【００２３】
［比較例］
内径６０ｍｍ、高さ４００ｍｍのアルミニウム合金系パイプの吸着筒内部に、リチウム系ゼオライトを７３５ｇ充填した１パス構造の吸着筒１本と、流量４５Ｌ／分が得られる性能を有する往復ピストン駆動型のコンプレッサを図２のフローシートのように接続し、動作させる。その他の条件は、実施例と同じ条件である。
【００２４】
上記実施例の結果を表１に示す。実施例１と比較例１との性能差は、非常に大きく、中心部に仕切り板を挿入することにより２分割し、更にその上部で空間が連通するように隙間をあけた２パス構造の吸着筒を酸素濃縮器に適応することにより、製品酸素濃度が５％向上し、吸着筒の収率が大幅に向上し、同一量の吸着剤充填量を同一運転条件下で使用しても、高濃度な濃縮酸素が得られることがわかる。これに伴い、装置自体の小型軽量化も図ることが可能となる。
【００２５】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の１筒式酸素濃縮器の実施例。
【図２】従来の１筒式酸素濃縮器の比較例。
【図３】本発明の２パス構造型吸着筒概略図。
【図４】本発明の平面４パス構造型吸着筒概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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