(57)【要約】【課題】コンプレッサ自体の消費電力を低下させるとともに、騒音の少ないコンプレッサを提供すること、およびこのコンプレッサを備える酸素濃縮器を提供すること。【解決手段】シリンダ内径が、６４．２〜８０ｍｍであり、前記シリンダ内を往復運動するピストンの偏芯量が、２．０〜５．０ｍｍであることを特徴とするコンプレッサである。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内径が、６４．２〜８０ｍｍであり、
前記シリンダ内を往復運動するピストンの偏芯量が、２〜５ｍｍである
ことを特徴とするコンプレッサ。
【請求項２】
窒素ガスを吸着する吸着筒と、
前記吸着筒に供給する圧縮空気を供給する前記請求項１記載のコンプレッサとを備えて成る
ことを特徴とする酸素濃縮器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサ、および酸素濃縮器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空気を圧縮する機能を有するコンプレッサは、様々な用途に用いられている。例えば、コンプレッサを用いる用途としては、酸素濃縮器等が挙げられる。この酸素濃縮器は、近年、開発が進み、様々な種類の酸素濃縮器が提案されている。
【０００３】
この酸素濃縮器としては、例えば、酸素透過膜を使用した膜式酸素濃縮器と、空気中の窒素ガスを優先的に吸着する吸着剤を使用した圧力変動吸着式酸素濃縮器（以下、「ＰＳＡ式（Pressure Swing Adsorptionの略）酸素濃縮器」と略す場合がある。）、真空−加圧圧力変動吸着式酸素濃縮器（以下、「ＶＰＳＡ式（Vacuum Pressure Swing Adsorptionの略）酸素濃縮器」と略す場合がある。）等が挙げられる。
【０００４】
後者の一例である圧力変動吸着式酸素濃縮器は、窒素ガスを優先的に吸着する吸着剤が充填された吸着筒と、この吸着筒に圧縮空気を供給するコンプレッサとを備えて成ることが、一般的である。そして、この圧力変動吸着式酸素濃縮器は、吸着筒を１つまたは２つ以上備えているものもある。
【０００５】
この圧力変動吸着式酸素濃縮器の基本動作としては、まず、供給された空気中の窒素ガスを吸着剤に吸着させることにより濃縮された酸素を含む酸素濃縮気体を得る吸着工程と、吸着筒内の昇圧圧力を開放し、吸着剤より窒素を脱着させ、吸着剤の再生を行う脱着工程とを、所定間隔のサイクルで繰り返し行うことにより、連続的に酸素濃縮気体を得ている。さらに、複数の吸着筒を有する場合には、前記吸着工程と、加圧する前後に生成した酸素濃縮気体の一部を逆流させ、吸着剤の再生効率の向上および切り替える吸着筒の昇圧速度を速める均圧工程と、前記脱着工程とを繰り返し行うことにより、酸素濃縮気体を生成している（特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１７９１３４号公報（請求項１）
【非特許文献１】竹内  、「プロセス・材料・設計  最新吸着技術便覧」，初版，株式会社エヌ・ティー・エス，１９９９年１月，ｐ．１２１−１２７
【０００７】
この圧力変動吸着式酸素濃縮器においては、吸着筒へ圧縮空気を供給するためにコンプレッサを使用しており、この圧力変動吸着式酸素濃縮器の消費電力の大部分は、コンプレッサの消費電力に大きく影響される。また、圧力変動吸着式酸素濃縮器の運転時の騒音・振動に関してもコンプレッサによる影響が大きい。
【０００８】
例えば、酸素濃縮器内に供給可能である酸素濃縮気体の最大流量が３L/minの酸素濃縮器においては、消費電力が１７０Ｗを超え、また最大流量が５L/minの酸素濃縮器においては、消費電力が２５０Ｗを超えてしまうという問題がある。このため、例えば、在宅医療に、この酸素濃縮器を使用する場合には、患者の電気代の負担が大きかった。また、酸素濃縮器から生ずる騒音・振動も大きく、患者にとって快適なものではなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点を解消し、コンプレッサ自体の消費電力を低下させるとともに、騒音の少ないコンプレッサを提供すること、およびこのコンプレッサを備える酸素濃縮器を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための手段は、シリンダ内径が、６４．２〜８０ｍｍであり、前記シリンダ内を往復運動するピストンの偏芯量が、２〜５ｍｍであることを特徴とするコンプレッサである。
【００１１】
前記課題を解決するための別の手段は、窒素ガスを吸着する吸着筒と、前記吸着筒に供給する圧縮空気を供給する前記コンプレッサとを備えて成ることを特徴とする酸素濃縮器である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シリンダ内径が、６４．２〜８０ｍｍであり、前記シリンダ内を往復運動するピストンの偏芯量が、２〜５ｍｍである。シリンダ内径およびピストンの偏芯量が上記の範囲内にあることで、シリンダとピストンとの過剰な摺動摩擦が抑えられるので、コンプレッサ自体の消費電力を低下させるとともに、騒音を少なくすることができる。
【００１３】
また、本発明によれば、酸素濃縮器の一部品であるコンプレッサ自体は、酸素濃縮器全体の消費電力に占める割合が大きく、また、騒音の主な発生源ともなっている。ここで、コンプレッサ自体の消費電力の低下および騒音の減少の効果が得られるため、酸素濃縮器全体の消費電力を低下させるとともに、騒音の少ない酸素濃縮器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
[コンプレッサ]
図１には、本発明の一実施形態に係るコンプレッサの分解斜視図が示されている。なお、このコンプレッサ１は、図１中、コンプレッサ１の図１中左側のみを分解した斜視図として示してある。
【００１５】
コンプレッサ１は、往復圧縮機の構造を有し、ケーシング２と、ケーシング２内に収納されて成るシリンダ３、ピストン４、モータ（図示略）、およびファン５とを備えて成る。
【００１６】
ケーシング２は、略円筒形状の部材を横方向に載置した状態の部材であり、その上部および側方部にそれぞれ上部開口部６および側部開口部７を有する。
【００１７】
上部開口部６には、上部開口部６を閉塞する閉塞体８が固着されている。この閉塞体８は、図１中上側より、ポンプヘッドカバー９、ガスケット１０、ポンプヘッドプレート１１が重ねられて成る。ガスケット１０およびポンプヘッドプレート１１の間には、上側から排気弁押え板１２および排気弁１３が設けられている。また、ポンプヘッドプレート１１の下面側には、吸気弁１４が設けられている。
【００１８】
なお、排気弁押え板１２および排気弁１３と、吸気弁１４とは、同一線上に重ならないように設けられている。また、これら閉塞体８を構成する部材は、ネジ、ボルト、ワッシャー等を使用して固定されている。また、ポンプヘッドカバー９には、対向するポンプヘッドカバーとを連結する連結パイプ１５が接続されている。
【００１９】
シリンダ３は、略円環形状を有している。シリンダ３の内径が、６４．２〜８０ｍｍである。また、シリンダ３は、上部開口部６近傍に、かつ上部開口部６の開口方向とシリンダ３の軸方向とが略一致するように配置されている。このシリンダ３は、上部開口部６近傍に外周方向に突出したフランジ部１７を有して成る。このフランジ部１７の上側端面には、上部開口部１６を囲むようにＯリング溝１８が形成されている。このＯリング溝１８には、シリンダ用Ｏリング１９が埋設されることとなる。
【００２０】
ピストン４は、シリンダ３内を往復運動するものであり、コネクティングロッド２０を備えて成る。前記シリンダ３内を往復運動するピストン４の偏芯量は、２〜５ｍｍである。コネクティングロッド２０は、円板部２１と、この円板部２１の下側に設けられ、往復運動方向と直交する方向に開口している環状部２２とが一体に形成されて成る。
【００２１】
このコネクティングロッド２０の円板部２１上面には、上方側から、カップパッキンリテーナ２３およびカップパッキン２４が重ねて配置されている。カップパッキンリテーナ２３には、貫通孔２５が形成されている。この貫通孔２５は、断面視略階段形状であり、平面視略円形状である。この貫通孔２５には、吸気弁干渉防止ゴム２６が嵌め込まれるようにして、固定される。
【００２２】
このコネクティングロッド２０の環状部２２内には、べアリング２７、偏芯軸２８、およびバランスウェイト２９が固定されている。
【００２３】
べアリング２７は、略ドーナツ形状であり、その内径は、偏芯軸２８の外径と略同一である。偏芯軸２８は、略円柱状の部材であり、その軸方向に向かって円形の貫通孔３０が形成されている。この貫通孔３０は、偏芯軸２８の中心軸から偏心して形成されている。上記したように、シリンダ３内を往復運動するピストン４の偏芯量は、２〜５ｍｍである。この貫通孔３０の中心軸の偏芯軸２８の中心軸からの偏心位置を変えることで、ピストン４の偏芯量を所定の量に調節することができる。なお、ピストン４の偏芯量は、モータの回転軸とピストン４の開口部２２の中心軸との開口部２２における距離である。
【００２４】
バランスウェイト２９は、略円板状の部材であり、その軸方向に向かって円形の貫通孔３２が形成されている。この貫通孔３２は、バランスウェイト２９の中心軸から偏心して形成されている。貫通孔３２の内径は、偏芯軸２８の外径と略同一である。
【００２５】
コネクティングロッド２０の環状部２２内に、べアリング２７、偏芯軸２８、およびバランスウェイト２９が固定される際には、偏芯軸２８をべアリング２７およびバランスウェイト２９に挿入して固定し、べアリング２７を環状部２２内に挿入し、固定するようになる。
【００２６】
なお、モータは、図示を略したが、モータの回転軸（図示略）と、偏芯軸２８と、ファン５とは同一軸上になるように固定される。なお、モータは、交流単相、交流３相、直流等のモータを適宜使用可能である。また、モータの使用電圧は、１００Ｖの他、他の電圧のものも使用可能である。さらに、インバータを使用することにより、回転数を可変してもよい。
【００２７】
[酸素濃縮器]
図２には、本発明に係る酸素濃縮器を示すブロック図が示されている。本発明の一実施形態に係る酸素濃縮器５１は、空気の導入路５２に、上流側より、空気取入口５３と、防塵フィルタ５４と、吸気フィルタ５５と、吸気マフラ５６と、コンプレッサ１と、熱交換器５７と、圧力センサ５８と、一対の三方向切替弁５９、６０と、一対の吸着筒６１、６２とが設けられている。
【００２８】
なお、コンプレッサ１および熱交換器５７の近傍には、シロッコファン６３が配置されている。また、一対の吸着筒６１、６２から窒素を排気する排気路６４には、断続的な排気音を消すサイレンサ６５が設けられている。
【００２９】
さらに、一対の吸着筒６１、６２から酸素濃縮気体を供給する供給路６６が構成されている。この供給路６６の上流側から、両吸着筒６１、６２間の圧力を調節する２方弁である均圧弁６７と、酸素濃縮気体の逆流を防止する一対の逆止弁６８、６９と、酸素濃縮気体を溜める製品タンク７０と、酸素濃縮気体の圧力を調節する圧力調整器７１と、細菌等の通過を防止するバクテリアフィルタ７２と、酸素濃縮気体の流量を設定し、固定絞りを用いたロータリースイッチである流量設定器７３と、酸素濃縮気体の酸素濃度を検出する酸素センサ７４と、酸素濃縮気体を加湿する加湿器７５と、圧力センサ７６と、酸素出口７７とが設けられている。
【００３０】
なお、図示は略すが、この酸素濃縮器５１には、酸素濃縮器５１の動作を制御する電子制御装置が搭載されている。この電子制御装置は、公知のマイクロコンピュータを備えて成る。このマイクロコンピュータの入力部には、前記流量設定器７３、酸素センサ７４、圧力センサ７６等が接続されている。また、このマイクロコンピュータの出力部には、コンプレッサ１、シロッコファン６３、三方向切替弁５９、６０、均圧弁６７等が接続されている。
【００３１】
したがって、電子制御装置には、流量設定器７３により設定された設定流量や、酸素センサ７４により検出された酸素濃度を示す信号等が入力される。また、電子制御装置からは、コンプレッサ１、シロッコファン６３、三方向切替弁５９、６０、均圧弁６７等の動作を制御する制御信号が出力される。
【００３２】
[コンプレッサおよび酸素濃縮器の動作]
まず、図示しない電子制御装置から、コンプレッサ１に動作を制御する制御信号が入力される。その後、コンプレッサ１の図示しないモータが作動し、モータの回転軸が回転する。モータの回転軸の回転は、偏芯軸２８に伝達される。偏芯軸２８が回転することで、ファン５が回転運動をするとともに、偏芯軸２８の中心軸に対して貫通孔３０が偏心して形成されているため、ピストン４がシリンダ３内を図示上下方向に往復運動をする。このピストン４が往復運動することで、コンプレッサ１外部から取り込まれた空気が圧縮されることとなる。この際、前記シリンダ３内を往復運動するピストン４の偏芯量が、２〜５ｍｍである。
【００３３】
この圧縮空気は、コンプレッサ１より熱交換器５７を経て、一対の三方向切替弁５９、６０を切り替えることで、所定量の圧縮空気が一対の吸着筒６１、６２に供給される。ここで、一対の吸着筒６１、６２の一方においては、圧縮空気の窒素が吸着され、一対の吸着筒６１、６２の他方においては、吸着された窒素の脱着が行われる。これら吸着および脱着の切り替えは、一対の三方向切替弁５９、６０、均圧弁６７、および一対の逆止弁６８、６９について所定の操作をすることにより行う。
【００３４】
一対の吸着筒６１、６２より脱着された窒素は、排気路６４よりサイレンサ６５を経て、酸素濃縮器５１外へ排出される。
【００３５】
一方、一対の吸着筒６１、６２で、圧縮空気より窒素が吸着されてなる酸素濃縮気体が生成される。一対の吸着筒６１、６２で生成された酸素濃縮気体は、製品タンク７０、圧力調整器７１、バクテリアフィルタ７２、流量設定器７３、酸素センサ７４、加湿器７５、および圧力センサ７６を経る事によって、所定の容積、圧力、流量、酸素濃度、湿度に調節され、また、細菌等が除去された酸素濃縮気体が、酸素出口７７より酸素濃縮器５１外へ排出される。排出された酸素濃縮気体は、酸素濃縮器５１に接続された所定のカニューラ等に供給され、そして、使用者に、酸素濃度の高い酸素濃縮気体が供給される。
【００３６】
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）シリンダ３の内径が、６４．２〜８０ｍｍであり、前記シリンダ３内を往復運動するピストン４の偏芯量が、２〜５ｍｍである。シリンダ３の内径およびピストン４の偏芯量が上記の範囲内にあることで、シリンダ３とピストン４との過剰な摺動摩擦が抑えられるので、コンプレッサ１自体の消費電力を低下させるとともに、騒音を少なくすることができる。
【００３７】
（２）コンプレッサ１自体は、酸素濃縮器５１全体の消費電力に占める割合が大きく、また、騒音の主な発生源ともなっている。ここで、コンプレッサ１自体の消費電力の低下および騒音の減少の効果が得られるため、酸素濃縮器５１全体の消費電力を低下させるとともに、騒音の少ない酸素濃縮器５１を提供することができる。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は実施例の内容に限定されるものではない。
【００３９】
［実施例１〜６、比較例１〜６］
前記実施形態のコンプレッサおよび酸素濃縮器を以下の表１に示す具体的条件で、各実施例および比較例に係るコンプレッサおよび酸素濃縮器を動作させた。なお、表１中、供給最大流量とは、酸素濃縮器が供給可能な酸素濃縮気体の最大流量のことをいう。また、コンプレッサにおけるモータは、交流単相１００Ｖのものを使用した。
【００４０】
また、以下の表１に動作時のコンプレッサの消費電力、酸素濃縮器から得られる気体の酸素濃度、酸素濃縮器の騒音値、酸素濃縮器の鉛直方向振動値、および酸素濃縮器の消費電力の測定結果を示す。
【００４１】
【表１】
2005155379.tif 000003
【００４２】
この表１によれば、供給最大流量が５Ｌ/minである場合における実施例１〜４と比較例１〜４とを比較して、シリンダ内径およびピストンの偏芯量が、本発明の範囲内にある実施例１〜４のほうが、コンプレッサの消費電力、酸素濃縮器の騒音値、酸素濃縮器の鉛直方向振動値、および酸素濃縮器の消費電力に関して、小さくなった。したがって、実施例に係るコンプレッサおよび酸素濃縮器は、コンプレッサ自体および酸素濃縮器全体の消費電力を低下させるとともに、騒音を小さくできることが分かった。
【００４３】
また、この表１によれば、供給最大流量が２Ｌ/minである場合における実施例５と比較例５とを比較して、実施例５のほうが、コンプレッサの消費電力、酸素濃縮器の騒音値、酸素濃縮器の鉛直方向振動値、および酸素濃縮器の消費電力に関して、小さくなった。したがって、実施例に係るコンプレッサおよび酸素濃縮器は、コンプレッサ自体および酸素濃縮器全体の消費電力を低下させるとともに、騒音を小さくできることが分かった。
【００４４】
さらに、この表１によれば、供給最大流量が３Ｌ/minである場合における実施例６と比較例６とを比較して、実施例６のほうが、コンプレッサの消費電力、酸素濃縮器の騒音値、酸素濃縮器の鉛直方向振動値、および酸素濃縮器の消費電力に関して、小さくなった。したがって、実施例に係るコンプレッサおよび酸素濃縮器は、コンプレッサ自体および酸素濃縮器全体の消費電力を低下させるとともに、騒音を小さくできることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明に係るコンプレッサを示す分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明に係る酸素濃縮器を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    コンプレッサ
２    ケーシング
３    シリンダ
４    ピストン
５    ファン
６    上部開口部
７    側部開口部
８    閉塞体
９    ポンプヘッドカバー
１０    ガスケット
１１    ポンプヘッドプレート
１２    排気弁押え板
１３    排気弁
１４    吸気弁
１５    連結パイプ
１６    上部開口部
１７    フランジ部
１８    Ｏリング溝
１９    シリンダ用Ｏリング
２０    コネクティングロッド
２１    円板部
２２    環状部
２３    カップパッキンリテーナ
２４    カップパッキン
２５    貫通孔
２６    吸気弁干渉防止ゴム
２７    べアリング
２８    偏芯軸
２９    バランスウェイト
３０    貫通孔
３２    貫通孔
５１    酸素濃縮器
５２    導入路
５３    空気取入口
５４    防塵フィルタ
５５    吸気フィルタ
５６    吸気マフラ
５７    熱交換器
５８    圧力センサ
５９、６０    三方向切替弁
６１、６２    吸着筒
６３    シロッコファン
６４    排気路
６５    サイレンサ
６６    供給路
６７    均圧弁
６８、６９    逆止弁
７０    製品タンク
７１    圧力調整器
７２    バクテリアフィルタ
７３    流量設定器
７４    酸素センサ
７５    加湿器
７６    圧力センサ
７７    酸素出口
【図１】
2005155379.tif 000004
【図２】
2005155379.tif 000005