(57)【要約】      （修正有）【課題】圧力変動吸着式の酸素濃縮装置は、大気圧が変化することにより酸素濃度の低下が起こり得る。こうした酸素濃度の低下に対応するには、想定される大気圧のレベルを可能な限り低く設定して設計する必要があるが、そうすると標準的な大気圧では能力が過剰になり電力を無駄に消費することになる。標準的気圧下で安定的経済的に酸素濃度を高める酸素濃縮装置を提供する。【解決手段】空気中の窒素を優先的に吸着して酸素濃度を高める吸着手段２ａ，２ｂと、装置周りの空気を取り込んで前記吸着手段２ａ，２ｂに送気するコンプレッサ１とを備えてなる酸素濃縮装置において、装置周りの気圧を検知する気圧検知手段（気圧センサ２４）を設け、該気圧センサ２４で検知した気圧に応じて前記コンプレッサ１の回転数を制御するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中の窒素を優先的に吸着して酸素濃度を高める吸着手段と、装置周りの空気を取り込んで前記吸着手段に送気するコンプレッサとを備えてなる酸素濃縮装置において、
装置周りの気圧を検知する気圧検知手段を設け、該気圧検知手段で検知した気圧に応じて前記コンプレッサの回転数を制御するようにした酸素濃縮装置。
【請求項２】
空気中の窒素を優先的に吸着して酸素濃度を高める吸着手段と、装置周りの空気を取り込んで前記吸着手段に送気するコンプレッサと、吸着手段への空気の供給時間を制御する切換弁とを備えてなる酸素濃縮装置において、
装置周りの気圧を検知する気圧検知手段を設け、該気圧検知手段で検知した気圧に応じて前記吸着手段への空気の供給時間を制御するようにした酸素濃縮装置。
【請求項３】
空気中の窒素を優先的に吸着して酸素濃度を高める吸着手段と、装置周りの空気を取り込んで前記吸着手段に送気するコンプレッサと、吸着手段への空気の供給時間を制御する切換弁とを備えてなる酸素濃縮装置において、
装置周りの気圧を検知する気圧検知手段を設け、該気圧検知手段で検知した気圧に応じて前記吸着手段への空気の供給時間と、コンプレッサの回転数とを制御するようにした酸素濃縮装置。
【請求項４】
少なくとも気圧の低下に対してコンプレッサの回転数を増加させるようにした請求項１又は３記載の酸素濃縮装置。
【請求項５】
少なくとも気圧の低下に対して吸着手段への空気の供給時間を増加させるようにした請求項２又は３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、酸素濃度の高い酸素濃縮気体を吸引者に供給するための酸素濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
慢性呼吸不全患者等に酸素濃度の高い酸素濃縮気体を自宅で吸引させる、いわゆる在宅酸素療法が従来より行われている。この在宅酸素療法に用いられている酸素濃縮気体の供給手段として、高圧ガスボンベや液体デューワ、或いは圧力変動吸着式（ＰＳＡ）などの電気的動力源（具体的には電動モータを駆動源とするコンプレッサ）を備えた酸素濃縮装置がある。これらのうち家庭内での使用には、電源さえあれば連続して使える手軽さから電気的動力源を備えた酸素濃縮装置が好まれている。
【０００３】
圧力変動吸着式（ＰＳＡ）の酸素濃縮装置は、例えば特許文献１に記載されているように、空気を取り込んで圧送するコンプレッサと、そのコンプレッサから圧送される圧縮空気中の窒素を優先的に吸着して酸素濃度を高める吸着手段（筒状容器内に吸着剤たるゼオライトを充填したもの）と、吸着手段で作った酸素濃縮気体を蓄える気体タンクと、気体タンクに蓄えた酸素濃縮気体を吸引者に供給するための気体出口と、から概略構成される（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２７８６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧力変動吸着式の酸素濃縮装置は、吸着手段の筒状容器の内部をコンプレッサで加圧することによって吸着剤に窒素を吸着させ、また、前記筒状容器の内部を大気圧程度に減圧することによって吸着剤から窒素を放出させるものであり、従って、コンプレッサの圧力の変化が窒素の吸着性能に影響する。
一方、コンプレッサは装置周りの大気を取り込んで加圧するものであり、従って大気圧が変化するとコンプレッサの圧力も変化する。
よって、大気圧が変化するとコンプレッサの圧力が変化し、その変化によって吸着手段の窒素の吸着性能も変化する。
例えば、通常の標準的な大気圧である１０１３ｈＰａを基準に設計した酸素濃縮装置を、８００〜９００ｈＰａ程度の高地で使用したり、或は台風などの影響で９８０ｈＰａ程度に低下した環境で使用するとコンプレッサの圧力が低下するため、９２〜９５％程度発生していた酸素濃度が９０％以下にまで低下する（図３グラフ参照）。
【０００５】
このような大気圧の変化に起因する酸素濃度の低下を回避するには、想定される大気圧のレベルを可能な限り低く設定する必要があるが、そうすると標準的な大気圧では能力が過剰になり電力を無駄に消費することになる。言うまでもなく実際には標準的な大気圧での使用が圧倒的に多いのであるから、希な事態に備えるために相当量の電力を無駄にしなければならない問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載したように、空気中の窒素を優先的に吸着して酸素濃度を高める吸着手段と、装置周りの空気を取り込んで前記吸着手段に送気するコンプレッサとを備えてなる酸素濃縮装置において、装置周りの気圧を検知する気圧検知手段を設け、該気圧検知手段で検知した気圧に応じて前記コンプレッサの回転数を制御するようにした酸素濃縮装置を提供する。
【０００７】
また、請求項２に記載したように、空気中の窒素を優先的に吸着して酸素濃度を高める吸着手段と、装置周りの空気を取り込んで前記吸着手段に送気するコンプレッサと、吸着手段への空気の供給時間を制御する切換弁とを備えてなる酸素濃縮装置において、装置周りの気圧を検知する気圧検知手段を設け、該気圧検知手段で検知した気圧に応じて前記吸着手段への空気の供給時間を制御するようにした酸素濃縮装置を提供する。
【０００８】
また、請求項３に記載したように、空気中の窒素を優先的に吸着して酸素濃度を高める吸着手段と、装置周りの空気を取り込んで前記吸着手段に送気するコンプレッサと、吸着手段への空気の供給時間を制御する切換弁とを備えてなる酸素濃縮装置において、装置周りの気圧を検知する気圧検知手段を設け、該気圧検知手段で検知した気圧に応じて前記吸着手段への空気の供給時間と、コンプレッサの回転数とを制御するようにした酸素濃縮装置を提供する。
【０００９】
また、請求項４に記載したように、少なくとも気圧の低下に対してコンプレッサの回転数を増加させるようにした請求項１又は３記載の酸素濃縮装置を提供する。
【００１０】
また、請求項５に記載したように、少なくとも気圧の低下に対して吸着手段への空気の供給時間を増加させるようにした請求項２又は３記載の酸素濃縮装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の酸素濃縮装置は、装置周りの実際の気圧に応じてコンプレッサの回転数を制御するようにしたため、気圧の変動に影響されることなく安定した酸素濃度の酸素濃縮気体が供給できる。しかも気圧に応じてコンプレッサの回転数を制御することで無駄な電力消費も抑制できる。
【００１２】
また、吸着手段への空気の供給時間を変えると吸着手段の内部の圧力が変わるため、酸素濃縮気体の酸素濃度も変わる。従って、請求項２に記載の酸素濃縮装置のように、装置周りの実際の気圧に応じて吸着手段への空気の供給時間を制御することによっても、気圧の変動に影響されることなく安定した酸素濃度の酸素濃縮気体が供給できる。しかも空気の供給時間の制御はコンプレッサの負荷に影響するから、気圧に応じて空気の供給時間を制御することで無駄な電力消費も抑制できる。
【００１３】
また、請求項３に記載の酸素濃縮装置は、装置周りの実際の気圧に応じて吸着手段への空気の供給時間とコンプレッサの回転数とを制御するようにしたため、気圧の変動に影響されることなく安定した酸素濃度の酸素濃縮気体が供給できる。しかも気圧に応じて空気の供給時間とコンプレッサの回転数を制御することで無駄な電力消費もより効果的に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［実施形態１］
以下に本発明の実施の形態１を図面を参照しつつ説明する。なお、図１は酸素濃縮装置の概略を示すブロック図である。
【００１５】
酸素濃縮装置は、図１に示したように装置周りの空気を取り込んで送気するコンプレッサ１と、そのコンプレッサ１から送気される空気の酸素濃度を高めて酸素濃縮気体（以下単に酸素ともいう。）を作る二つの吸着手段２ａ，２ｂと、二つの吸着手段２ａ，２ｂを交互にコンプレッサ１につなげる一対の切換弁３ａ，３ｂと、吸着手段２ａ，２ｂで作った酸素を蓄える気体タンク４と、吸着手段２ａ，２ｂと気体タンク４の間に設けた逆止弁５ａ，５ｂと、気体タンク４に蓄えた酸素を吸引者に供給するための気体出口６と、前記切換弁３ａ，３ｂの作動タイミング並びにコンプレッサ駆動用の後述するモータ７を制御する制御装置８と、から概略構成される。
【００１６】
前記コンプレッサ１は、ケース体の空気取入口に対しフィルタ９を介して接続されており、空気取入口から装置周りの空気を取り込んで加圧する。このコンプレッサ１は出力可変式であり、駆動源として電動のモータ７を備えている。該モータ７は例えばブラシレスＤＣモータであり、付属するホールセンサ１０のタイミングを基にインバータ回路１１と前記制御装置８によって回転が制御される。なお、このモータ７の回転数とコンプレッサ１の回転数は同義である。
【００１７】
前記吸着手段２ａ，２ｂは、コンプレッサ１から送気される空気の酸素濃度を高めて酸素濃縮気体を作るものであって、例えば円筒形の筒状容器内に吸着剤たるＬｉ系ゼオライトを充填してなる。Ｌｉ系ゼオライトは、例えば約１４０ｋＰａに加圧すると空気中の窒素を優先的に吸着し、そこから大気圧に減圧すると先に吸着した窒素を放出して再生する、という性質を有する。
【００１８】
その他、図中符号１２はコンプレッサ１から送気される空気の圧力を検知する圧力センサ、１３は前記切換弁３ａ，３ｂにつながる排気経路１４に設けた逆止弁、１５は同じく排気経路１４に設けた消音器、１６は吸着手段２ａ，２ｂの出口側を結ぶオリフィス付き管路、１７は気体タンク４から出た酸素の圧力を適正値に下げる圧力調整器、１８はバクテリアの通過を阻止するバクテリアフィルタ、１９は酸素の流量を設定する流量設定器、２１は酸素濃度を検知する酸素センサ、２２は酸素に適度な湿度を与えるべく設置した加湿器２３からの逆流を阻止する逆止弁である。
【００１９】
なお、圧力センサ１２と酸素センサ２１は前記制御装置８に接続されており、両センサ１２，２１から出力されるデータによって異常と判断された場合は、図示しない警報ランプの点灯及び／又は警報ブザーの作動によって使用者等に異常を知らせる。
【００２０】
しかして本発明の酸素濃縮装置には気圧検知手段たる気圧センサ２４が設けられており、該気圧センサ２４が前記制御装置８に接続されている。
一方、制御装置８には基準とする気圧（例えば９９０〜１０３０ｈＰａ：以下基準気圧という。）が設定されており、その基準気圧と、気圧センサ２４で検知した気圧（以下実気圧という。）とを比較し、その結果に応じて前記モータ７の回転数（＝コンプレッサ１の回転数）を制御するようにプログラムされている。
【００２１】
例えば、基準気圧に対応するモータ７の回転制御信号と、想定される最低値の大気圧（例えば、８００ｈＰａ）に対応するモータ７の回転制御信号を設定し、実気圧が基準気圧以上である場合は常に前者の回転制御信号でモータ７を回転させ、実気圧が基準気圧を下回った場合に後者の回転制御信号を適用してモータ７の回転数を増加させるのである。
上記の例は、理解を容易にする目的でモータ７の回転数を高低２種類に設定した。そのため、実気圧が基準気圧を下回った状態でその差が少ない場合には能力過剰になるおそれがある。しかし、実気圧が基準気圧から外れる事態は少ないため、モータ７の回転数を高低２種類に設定する程度の大雑把なものでも、トータル的に見れば従来に較べて消費電力の節約が可能である。もちろん、より消費電力を下げるには、実気圧に対応するモータ７の回転制御信号を細かに設定すればよい。
【００２２】
［実施形態２］
実施形態２の酸素濃縮装置は、基準気圧と実気圧を比較した後、その結果に応じて前記吸着手段２ａ，２ｂへの空気の供給時間を制御するよう制御装置８にプログラムしたものである。
【００２３】
例えば、基準気圧に対応する切換弁３ａ，３ｂの切換制御信号と、想定される最低値の大気圧に対応する切換弁３ａ，３ｂの切換制御信号を設定し、実気圧が基準気圧以上である場合は常に前者の切換制御信号に基づく周期Ｔ１（図２（ａ）参照）で切換弁３ａ，３ｂを作動させ、実気圧が基準気圧を下回った場合に後者の切換制御信号に基づく周期Ｔ２（図２（ｂ）参照）で切換弁３ａ，３ｂを作動させる。後者の切換制御信号の周期Ｔ２は前者の切換制御信号の周期Ｔ１より長く設定されており、その分吸着手段２ａ，２ｂへの空気の供給時間が増加する。そうすると吸着手段２ａ，２ｂの内部の圧力が十分に上昇し、結果として酸素濃度が高まる。
【００２４】
しかして空気の供給時間の長短は、コンプレッサ１の負荷に影響を与えるのであって、供給時間が長くなるほど前記負荷が増し、消費電力が増加する。従って、標準的な大気圧での使用に的を絞って切換弁３ａ，３ｂの周期Ｔ１を短く設定し、実気圧が基準気圧を下回った場合にのみ切換弁３ａ，３ｂの周期Ｔ２を長くして酸素濃度の不足を回避するようにしておけば、相当量の電力が節約できる。
【００２５】
上記の例は、理解を容易にする目的で切換弁３ａ，３ｂの周期を長短２種類に設定した。そのため、実気圧が基準気圧を下回った状態でその差が少ない場合には能力過剰になるおそれがある。しかし、実気圧が基準気圧から外れる事態は少ないため、切換弁３ａ，３ｂの周期を長短２種類に設定する程度の大雑把なものでも、トータル的に見れば従来に較べて消費電力の節約が可能である。もちろん、より消費電力を下げるには、実気圧に対応する切換弁３ａ，３ｂの切換制御信号を細かに設定すればよい。
【００２６】
以上本発明を実施形態１，２について説明したが、もちろん本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態１，２では吸着手段２ａ，２ｂを二つにしたが、吸着手段の数は三つ以上であってもよく、また、一つでもよい。
また、実施形態１，２を融合させ、例えば気圧の小さい変動に対して空気の供給時間の制御で対応し、気圧の大きい変動に対してコンプレッサ１の回転数をも変化させる、或はその逆にする、さらには空気の供給時間の制御とコンプレッサ１の回転数の制御とを同時に行う、というようにしてもよい。そうすることにより、気圧の変動に対してより幅広く対応できる。
【００２７】
また、実施形態では実気圧が基準気圧より低下した場合にコンプレッサ１の制御又は空気の供給時間の制御を行うようにしたが、実気圧が基準気圧を上回った場合にモータ７の回転数を下げ又は空気の供給時間が短くなるように切換弁３ａ，３ｂを制御すればさらに高い節電効果が得られる。
【００２８】
ところで一般に酸素濃縮装置には本発明の実施形態にもあるように気体出口６に近い位置に酸素濃縮気体の酸素濃度を検知する酸素センサ２１が設けられている。従って、気圧の変化によって酸素濃度が低下すれば当然その酸素センサ２１によって検知される。この検知信号を利用して本発明のごとくコンプレッサ１や切換弁３ａ，３ｂの制御を行い、酸素濃度の低下を回避する、ということも理論上可能に見える。
しかしながら前記酸素センサ２１で酸素濃度の低下を検知してから酸素濃度を高める手段を講じても、酸素濃度が正常に戻るまである程度の時間を要するから、その間酸素濃度が不足する不具合がある。また、酸素濃度の低下要因は気圧の変動以外にも複数存在するから、酸素センサ２１によって酸素濃度の低下が検知されたからといって闇雲にコンプレッサ１や切換弁３ａ，３ｂの制御を行っても酸素濃度が回復するとは限らず、却って無駄な電力を消費する不具合が発生する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】酸素濃縮装置の概略を示すブロック図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は二つの切換弁の開閉動作を示すタイミング図である。
【図３】コンプレッサの回転数を一定にした場合の気圧による酸素濃度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１  …コンプレッサ
２ａ，２ｂ  …吸着手段
３ａ，３ｂ  …切換弁
２４  …気圧センサ（気圧検知手段）
【図１】
2007089684.tif 000003
【図２】
2007089684.tif 000004
【図３】
2007089684.tif 000005