(57)【要約】【課題】圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、騒音レベルの極めて小さい、小型の酸素濃縮装置、消音器を提供する。【解決手段】圧力変動吸着型酸素濃縮装置の騒音を低減するために、圧力変動装置の吸気流路または排気流路、或いはパージ流路において、吸音材を隔壁として螺旋状の吸音流路をもつ消音器を有する酸素濃縮装置とする。【選択図】  図２
2005006732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力変動を利用して空気中の酸素を分離し、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、前記圧力変動を実行する手段の吸気路、排気路、およびパージ路の内の少なくとも１つに消音器を備え、該消音器が、螺旋状部材及びそれを外囲する管部、両者の間の螺旋状空間が気体流路となるように設けた気体の導入口および排出口を有し、且つ、該螺旋状部材が吸音材料で構成されていることを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
該螺旋状部材が、心棒部と、前記心棒部の外周面の一端から他端へ螺旋状に巻き付けられた吸音材料部から構成されることを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮装置。
【請求項３】
前記管部が、同心円状に配置された多重の配管から構成され、前記管部の外周面の一端から他端へ螺旋状に巻き付けられた第２の吸音材料部を備え、管と管との間に螺旋状空間を構成するとともに、各空間を順次相互に連結する折り返しの連結部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の何れか１項記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
気体の圧縮供給、吸引、およびパージの内の少なくともいずれかを行う装置の吸気路、排気路、またはパージ流路中に挿入されて、当該装置が発する吸気音、排気音、およびパージ気流音の内の少なくともいずれかを低減するための消音器であって、
該消音器が、螺旋状部材及びそれを外囲する管部、両者の間の螺旋状空間が気体流路となるように設けた気体の導入口および排出口を有し、且つ、該螺旋状部材が吸音材料で構成されていることを特徴とする消音器。
【請求項５】
該螺旋状部材が、心棒部と、前記心棒部の外周面の一端から他端へ螺旋状に巻き付けられた吸音材料部から構成されることを特徴とする請求項４記載の消音器。
【請求項６】
前記管部が、同心円状に配置された多重の配管から構成され、前記管部の外周面の一端から他端へ螺旋状に巻き付けられた第２の吸音材料部を備え、管と管との間に螺旋状空間を構成するとともに、各空間を順次相互に連結する折り返しの連結部を備えることを特徴とする請求項４又は５記載の何れか１項記載の消音器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消音器、空気中の酸素を分離する酸素濃縮装置に関するものであり、特に呼吸器疾患患者等の使用者に酸素濃縮空気を供給する医療用酸素濃縮装置と、それを運転する際に特に問題となる騒音を低減するための消音器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、肺気腫、肺結核後遺症や慢性気管支炎などの慢性呼吸器疾患患者に対して、高濃度の酸素を吸入させる酸素吸入療法が行われている。
【０００３】
酸素吸入療法とは前記疾病患者に高濃度の酸素ガス、もしくは酸素濃縮気体を吸入させる治療法である。その酸素ガス、濃縮酸素気体を患者に供給する手法として、高圧酸素ボンベ、液体酸素ボンベ、酸素濃縮装置等が挙げられるが、長時間の連続使用に耐え、使い勝手がよいなどの理由によって、酸素濃縮装置が用いられるケースが増加している。
【０００４】
酸素濃縮装置は空気中の酸素を分離、濃縮することを可能にした装置である。酸素分離、濃縮する装置としては、高濃度の酸素が得られるという観点で、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広く知られている。その中でも、圧力変動装置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広く世の中に広まっている。
【０００５】
かかる装置は通常窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填させた１個或いは複数の吸着床に対して、コンプレッサから圧縮空気を供給して吸着床内を加圧状態にして窒素を吸着させ、高濃度の酸素を得る吸着工程と、吸着床内を減圧して、窒素を脱着させる脱着工程からなり、これを一定サイクルで繰り返すことで、高濃度の酸素を得る装置である。かかる装置は、基本的に患者が飲食時、就寝時問わず、終日連続使用するものであり、装置は患者の比較的そばにある。
【０００６】
そのため、かかる装置から発生する騒音は直接患者、患者の家族等の耳に入り、不快感を与える恐れがある。特に就寝時などは騒音の与える影響が大きく、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。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ー、吸着床パージ気流音、機体内冷却用ファン等がある。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、全体に占める割合が大きい。
【０００７】
従来の酸素濃縮装置ではコンプレッサからの吸気音、排気音、或いは各種パージ音等の気流音についてこれを減音せしめるために空洞型、或いは膨張型と呼ばれている消音器を使用していた。
【０００８】
例えば、特開２００１−１２０６６２号公報にはパージ音に対する膨張型消音器の適用例が記載されている。この技術は記載内容のように流入管と膨張室、流出管からなり、流入管から膨張室に入る急拡大部分、および、膨張室から流出管に入る急縮小部分の音響インピーダンスの違いにより、減音効果をもたらすものである。流入管径および流出管径と膨張室断面積の比が大きいほど、排出される音の減衰率が大きくなり、膨張室の長さは消音する音の周波数に関連する。よって、消音したい周波数帯、減衰率によって膨張室の物理的な大きさが決定され、それゆえ、低騒音の酸素濃縮装置本体の小型軽量化を阻害する要因の一つとなっていた。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１２０６６２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来の消音器のもつ課題を解決しようとするものであり、消音器自体を小型化すると同時に、酸素濃縮装置本体の小型軽量化を実現し、小型、軽量、低騒音の酸素濃縮装置を実現するための、消音器、酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる課題に対して、本発明人は鋭意検討した結果、以下の消音器、酸素濃縮装置を見出した。
すなわち本発明は、圧力変動を利用して空気中の酸素を分離し、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、前記圧力変動を実行する手段の吸気路、排気路、およびパージ路の内の少なくとも１つに消音器を備え、該消音器が、螺旋状部材及びそれを外囲する管部、両者の間の螺旋状空間が気体流路となるように設けた気体の導入口および排出口を有し、且つ、該螺旋状部材が吸音材料で構成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。
【００１２】
また本発明は、かかる螺旋状部材が、心棒部と、前記心棒部の外周面の一端から他端へ螺旋状に巻き付けられた吸音材料部から構成され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。
【００１３】
また本発明は、前記管部が、同心円状に配置された多重の配管から構成され、前記管部の外周面の一端から他端へ螺旋状に巻き付けられた第２の吸音材料部を備え、管と管との間に螺旋状空間を構成するとともに、各空間を順次相互に連結する折り返しの連結部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。
【００１４】
また本発明は、気体の圧縮供給、吸引、およびパージの内の少なくともいずれかを行う装置の吸気路、排気路、またはパージ流路中に挿入されて、当該装置が発する吸気音、排気音、およびパージ気流音の内の少なくともいずれかを低減するための消音器であって、
該消音器が、螺旋状部材及びそれを外囲する管部、両者の間の螺旋状空間が気体流路となるように設けた気体の導入口および排出口を有し、且つ、該螺旋状部材が吸音材料で構成されていることを特徴とする消音器を提供するものであり、特に該螺旋状部材が、心棒部と、前記心棒部の外周面の一端から他端へ螺旋状に巻き付けられた吸音材料部から構成されることを特徴とする消音器を提供するものである。
【００１５】
また本発明は、前記管部が、同心円状に配置された多重の配管から構成され、前記管部の外周面の一端から他端へ螺旋状に巻き付けられた第２の吸音材料部を備え、管と管との間に螺旋状空間を構成するとともに、各空間を順次相互に連結する折り返しの連結部を備えることを特徴とする消音器を提供するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る好ましい実施例である酸素濃縮装置は、空気中の窒素を分離し高濃度酸素を供給する装置であり、例えば、酸素より窒素を選択的に吸着し得る吸着剤としてモレキュラーシーブゼオライト５Ａ、１３Ｘ、或いはリチウム系ゼオライトなどを吸着筒に充填し、空気圧縮装置によって作られた加圧空気を供給することで、酸素を取り出す圧力変動吸着型の酸素濃縮装置である。
【００１７】
圧力変動型吸着型酸素濃縮装置である本実施例の酸素濃縮装置を、図面を用いて説明する。図１は本実施例の酸素濃縮装置の構成図である。
【００１８】
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、サージタンク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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
次に、本実施例の酸素濃縮装置が有する消音器について図２に基づき説明する。図２はコンプレッサ排気音についてかかる消音器を適用した例の構成図である。
【００２２】
コンプレッサから排出された空気は、かかる消音器導入口に直接、或いは適当なチューブ等で導入口１７に接続される。空気導入口は管内部に引き込まれている。管内部には適当な太さの心棒１９があり、その心棒の外周面の一端から他端に向かって、螺旋状にウレタンフォーム等の吸音材料２０が巻かれている。それゆえ、心棒の外周面と吸音材、管内壁（内周面）との間で空間が螺旋状に形成される。空気（排気、吸気、またはパージ気流）はその螺旋状の形状の空間内を旋回しながら進み、他端に設けられた１つ、或いは複数の穴、或いは完全に開口した管端面の導出管から排出される。
【００２３】
コンプレッサより排出された大きな音圧をもった空気は螺旋形状をとることによって長く伸びた流路を進行中、吸音材層に暴露されており、その間、吸音材層に衝突した音のエネルギーが熱エネルギーに変換される割合が大きくなり、より高い吸音効果が発揮される。また、音の一部は螺旋に沿って移動せず、導出口に向かって直線的に進行するものもあるが、この成分は吸音材の巻き数分だけ何層にもわたって吸音材層を直接に透過するため、このことからも大きな減音効果が得られる。
【００２４】
かかる消音器は、心棒部と、心棒部と同軸且つ相互に同心状に重ねて配設されたＮ個の管部と、それぞれの管部または心棒部の外周面とそれを外囲する管部の内周面とに挟持された厚肉円筒状空間内の一端から他端へ向かってそれぞれ螺旋状に配設されたＮ個の吸音材部と、各外周面と各内周面と各吸音材部で囲まれた、同心状且つＮ重構造の螺旋空間が吸気、排気、またはパージ気流の流路となるよう気体の導入を行う導入口、各螺旋空間相互を接続する接続部、および気体の排出を行う排出口と、を有する消音器とすることも可能である（Ｎは２以上の自然数）。
【００２５】
図３にＮ＝２の場合として２段にした形状を（以下、２段式とも称する）、図４にＮ＝３の場合として３段にした例を示す。図３では心棒部と同軸の第一管２２、および第二管２３の二つの管からなるの二重構造をとっている。第一管の外周にウレタンフォーム等の吸音材が巻かれており、第一管外壁と吸音材、第二管内壁との間に螺旋状の空間をつくる。１個、或いは複数個の穴、或いは完全に開口した管端面を有する空気導入口から取り入れられた空気は心棒、吸音材、内管内壁とのあいだで形成される螺旋状の空間に沿って進み、他端まで進行する。その後気体は第一管外壁と吸音材、外管内壁との間で形成される螺旋状の空間に沿って進み、他端まで進行し、１個、或いは複数個の穴、或いは完全に開口した管端面から排出される。
【００２６】
換言すれば、これらの消音器は、吸音材で形成された隔壁を介して少なくとも一部の部位が相互に接するよう連続的に配設された空間中を順次に吸気、排気、またはパージ気流が流れるよう構成された流路を備えることにより、（１）流路に沿う方向に進行する吸気音、排気音、またはパージ気流音の吸収と、（２）隔壁を透過する方向に進行する吸気音、排気音、またはパージ気流音の吸収とを、共に実行可能とした消音器である。
【００２７】
導出口の管端面に適当なチューブを装着することで、排出された空気を任意の場所へ導入することが可能である。第二管以降の端面部分２５には排出される空気が速度を持って衝突するため、振動を生ずる場合があるため、適当な吸振材等を貼り付けることが望ましい。
【００２８】
また、図５に示すように消音器の全長Ｌを大きくし、螺旋形流路をさらに伸ばし、通過吸音材層を多くすることでより大きな減音効果が得られるとともに、より低い周波数領域の減音も可能となる。図５は図２に示す２段式の消音器を用い、全長Ｌの長さを代えて、圧力変動装置の排気流路に適用した例の騒音低減特性である。測定は被測定物より１ｍ離れた場所において行った。
【００２９】
かかる２段式消音器として、全長１００ｍｍのものと２００ｍｍのものを作成した。外径１５ｍｍと２１ｍｍのアクリル製の管を２重管として使用し、木製の心棒にＶＤフォームを吸音材として螺旋状に巻き（第一螺旋）、内側の第１管の外周に同様にＶＤフォームを吸音材として巻いて（第二螺旋）使用した。第一螺旋は１０ｍｍ幅、高さ５ｍｍで巻き数を２回（Ｌ＝１００ｍｍ）、４回（Ｌ＝２００ｍｍ）とし、第二螺旋は同様の幅、高さのものを３回（Ｌ＝１００ｍｍ）、６回（Ｌ＝２００ｍｍ）の巻き数とした。
【００３０】
この場合、何も処置しなかった場合の測定値である４６．７ｄＢＡから、２段式長さ２００ｍｍの前記形状の消音器を適用した場合、３３．７ｄＢＡと大幅な減音を実現することが出来た。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
最外郭にある管部を除いた、心棒および内側の管部は、適当な方法でそのすぐ外側の管部に固定可能であるが、必要なクリアランスに対して螺旋を成型する吸音材を適当な厚さのものを選択することによって、吸音材の摩擦力だけでこれら管部を保持することも可能である。また、吸音材を内管外壁、外管内壁に一様にはりつけ、螺旋状の流路面の内面すべてを吸音材で成形してもよい。
【００３３】
かかる消音器はコンプレッサの吸気側にも適用可能である。この際気体の流れる順路が反対になる。またコンプレッサ以外の気流音にも対応するため、１個、或いは複数個の吸着床からのパージ時の気流音の減音にも有効である。
【００３４】
かかる消音器は図５に示すように高周波数領域の減音に特にその能力を発揮するので、高周波領域の音源に対して有効である。また、かかる消音器によって減音させる気体は空気だけでなく、酸素ガス、濃縮酸素、その他気体でも対応可能である。
【００３５】
かかる消音器の殻は必ずしも円筒管形である必要はなく、直方体、曲がり管等の構造体をとることも可能であり、レイアウトに即した形状をとることができる。
【００３６】
【発明の効果】
上述した如く、本発明が提供する消音器、酸素濃縮装置は、小型軽量、低騒音の酸素濃縮装置を実現可能とし、この結果、酸素吸入療法患者のＱＯＬ（生活の質）向上に寄与することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る好ましい実施例である酸素濃縮装置の構成図である。
【図２】図１の酸素濃縮装置が有する消音器の構成図である。
【図３】図２の消音器と詳細な構成が異なる、本発明の変形例の消音器の構成図である。
【図４】図２および図３の消音器と詳細な構成が異なる、本発明の変形例の消音器の構成図である。
【図５】図３の消音器の騒音低減効果を示す特性図である。
【符号の説明】
１    酸素濃縮装置
２    吸着筒
３    吸着剤
４    サージタンク
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    導入口
１８    導出口
１９    心棒
２０    吸音材
２１    管部
２２    第一管
２３    第二管
２４    第Ｎ管
２５    制振ポイント
【図１】
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【図２】
2005006732.tif 000005
【図３】
2005006732.tif 000006
【図４】
2005006732.tif 000007
【図５】
2005006732.tif 000008