JP2003047821A - 濃縮酸素供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気中の窒素を吸着・分離可能な吸着剤を備
えた濃縮酸素供給装置において、濃縮酸素供給装置の運
転停止中に、酸素富化空気の供給経路及び排気経路を介
して外部からの湿気の進入を阻止し、酸素富化空気の生
成を円滑に行う。 【解決手段】 空気中の窒素を吸着・分離可能な吸着剤
が封入され吸着行程もしくは分離行程が行われる吸着槽
２１、２２を流路を用いて並列につなぐとともに、この
流路に空気を圧送するためのエアコンプレッサ１３と、
一方の吸着槽２１を吸着行程とした場合は、他方の吸着
槽２２を分離行程とする流路制御手段１７と、分離行程
の前記吸着槽２２からの空気を排気する排気経路４０と
を備えた濃縮酸素供給装置１において、濃縮酸素供給装
置１の運転停止中に、前記排気経路４０を介して進入す
る湿気を阻止する逆止弁２８を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸着剤により空気
中の窒素を吸着して酸素富化空気を生成する濃縮酸素供
給装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ゼオライト等の吸着剤を吸着槽内
に封入し、この吸着槽内に空気を通して吸着剤により窒
素を吸着することで空気中の酸素濃度を上げ酸素富化空
気を生成し供給する濃縮酸素供給装置が知られている。

【０００３】係る吸着剤は、空気中の窒素ガス分子を選
択的に捕まえる圧力スイング吸着法（ＰＳＡ法）により
窒素を吸着するものである（吸着槽に空気を圧送して空
気中の窒素を吸着させる）が、窒素が飽和すると吸着作
用が著しく低下し、或いは、消失してしまうため、一定
期間の窒素吸着を行った後は、吸着した窒素を吸着剤か
ら分離する必要があった。

【０００４】そのため、濃縮酸素供給装置には、少なく
とも２つの吸着槽を設け、これらの吸着槽を流路を用い
て並列につなぎ、窒素を吸着する吸着行程と、飽和した
窒素を分離する分離行程とを交互に行ない、吸着行程に
おける吸着槽で酸素富化空気を生成し、分離行程におけ
る吸着槽で吸着した窒素を取り出して排出している。そ
して、吸着行程における吸着槽の下流側には酸素富化空
気の供給経路が、分離行程における吸着槽の下流側には
排気経路が形成されている。

【０００５】また、この種の吸着剤は湿気を吸着し易い
という性質があり、湿気を吸着すると吸着剤が劣化し窒
素の吸着作用を著しく低下させるため、分離行程におい
て吸着された水分を取り除き排気経路から排出してい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記排気経
路には、逆止弁を設けているものの濃縮酸素供給装置の
運転を長期間停止していると、特に湿度が高いときに
は、排気経路を介して外部の湿気が内部に進入し吸着剤
に付着することがある。このため、吸着剤が水分により
劣化することが考えられる。

【０００７】本発明は、係る従来の課題を解消するため
になされたものであり、空気中の窒素を吸着・分離可能
な吸着剤を備えた濃縮酸素供給装置において、濃縮酸素
供給装置の運転停止中に、酸素富化空気の供給経路及び
排気経路を介して外部からの湿気の進入を阻止し、酸素
富化空気の生成を円滑に行うことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、空気中の窒素を吸着・分
離可能な吸着剤が封入され吸着行程もしくは分離行程が
行われる吸着槽を流路を用いて並列につなぐとともに、
この流路に空気を圧送するためのエアコンプレッサと、
一方の吸着槽を吸着行程とした場合は、他方の吸着槽を
分離行程とする流路制御手段と、分離行程の吸着槽から
流出する空気を排気する排気経路とを備えた濃縮酸素供
給装置において、前記濃縮酸素供給装置の運転停止中
に、前記排気経路を介して進入する湿気を阻止する逆止
弁を設けたことを特徴とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の濃縮酸素供給装置おいて、前記吸着剤はゼオライトで
あることを特徴とする。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の濃縮酸素供給装置おいて、前記流路制御手段
は、前記エアコンプレッサからの空気を吸着行程中の前
記吸着槽に供給すると共に、前記分離行程の吸着槽を前
記排気経路に連通することを特徴とする。

【００１１】請求項４に記載の発明は、空気中の窒素を
吸着・分離可能な吸着剤が封入され吸着行程もしくは分
離行程が行われる吸着槽を流路を用いて並列につなぐと
ともに、この流路に空気を圧送するためのエアコンプレ
ッサと、一方の吸着槽を吸着行程とした場合は、他方の
吸着槽を分離行程とする流路制御手段と、吸着行程の吸
着槽から流出する空気を供給する供給経路に設けられる
逆止弁とを備えた濃縮酸素供給装置において、前記逆止
弁は、濃縮酸素供給装置の運転停止中に、供給経路を介
して進入する湿気を阻止することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態を詳述する。図１は本発明の濃縮酸素供給装置の横
断面図、図２は濃縮酸素供給装置の酸素富化空気生成部
の配管経路図、図３は濃縮酸素供給装置の電気的構成を
示すブロック図である。

【００１３】本発明の濃縮酸素供給装置１は、例えば一
般家庭の居室に設置されるものであり、容易に持ち運び
可能な寸法の本体ケース２内に各機器を内蔵して構成さ
れている。この本体ケース２の前面にはスリット状の空
気吸込口３が形成されており、この空気吸込口３の内側
にはエアフィルタ４が取り付けられている。エアフィル
タ４の更に内側には送風機７が取り付けられている。

【００１４】この送風機７は空気吸込口３から空気を吸
引し、エアフィルタ４にて塵埃や煙粒子などを除去した
後、本体ケース２内を通過し本体ケース２の下面に形成
された空気吹出口８から空気を吹き出させるものであ
る。

【００１５】本体ケース２内の上部には電装箱９が配設
され、本体ケース２内には酸素富化空気生成部（以下単
に生成部という）１２が内蔵される。この生成部１２
は、エアコンプレッサ１３、サクションタンク１４、冷
却コイル１６、五方弁１７、吸着槽２１、２２、バッフ
ァタンク２３、２４、逆止弁２６、２７、２８、サイレ
ンサ３１、３２、及び酸素富化空気吐出部（以下単に吐
出部という）３４などから構成されている。

【００１６】前記サクションタンク１４はエアコンプレ
ッサ１３の吸引側に配管接続されると共に、前記サイレ
ンサ３１はサクションタンク１４の入口に接続され、前
記エアフィルタ４の内側、かつ、空気清浄フィルタ５の
下流側に配置される。前記冷却コイル１６はエアコンプ
レッサ１３の吐出側に接続されると共に、冷却コイル１
６の出口は五方弁１７の第１ポート１７Ａに配管接続さ
れる。

【００１７】この五方弁１７の第２ポート１７Ｂは吸着
槽２１の下端の空気入口２１Ａに配管３６により接続さ
れると共に、第３ポート１７Ｃは吸着槽２２の下端の空
気入口２２Ａに配管３７により接続される。この五方弁
１７の第４ポート１７Ｄと第５ポート１７Ｅは三方配管
３８により共に配管３９に接続され、この配管３９はバ
ッファタンク２４、逆止弁２８を順次経てサイレンサ３
２に接続される。

【００１８】なお、この五方弁１７は電磁コイルにより
駆動され、ＯＮ状態で、図２中実線で示す如く第１ポー
ト１７Ａを第２ポート１７Ｂに連通させ、かつ、第５ポ
ート１７Ｅを第３ポート１７Ｃに連通させる。また、Ｏ
ＦＦ状態では、図２中破線で示す如く第１ポート１７Ａ
を第３ポート１７Ｃに連通させ、かつ、第２ポート１７
Ｂを第４ポート１７Ｄに連通させるように流路を切り換
えるものである。

【００１９】前記三方配管３８、配管３９、バッファタ
ンク２４、逆止弁２８及びサイレンサ３２は、分離行程
時の吸着槽２２、２１の下流側配管３７、３６と共に排
気経路４０を構成している。前記逆止弁２８はサイレン
サ３２方向を順方向とされ、排気経路内部の圧力が外部
の圧力より大きいときには空気を排出し、排気経路４０
内部の圧力が外気圧と同じかまたは小さいときには外気
の進入を遮断している。

【００２０】この逆止弁２８の内部構造は、図３に示す
ように、通風路７１を有する逆止弁本体２８Ａと、この
逆止弁本体２８Ａ内部の当接部７２に当接して通風路７
１を遮断する押え具７３と、この押え具７３を一方向に
押えるばね７４と、押え具７３と当接部７２とを気密に
シールするＯリング７５とから構成されている。

【００２１】そして、空気が逆止弁本体２８Ａ内を実線
矢印方向に流れようとするとき（排気経路から空気が排
出されるとき）には、空気がばね７４の抗力に対向して
押え具７３を移動させ、押え具７３と当接部７２との間
に隙間をつくるので、空気が隙間を通って流れる。ま
た、空気が実線矢印と逆方向に流れようとするときに
は、押え具７３が空気の流れようとする圧力で当接部７
２に当接してシールされるので、空気の流れが遮断され
る。

【００２２】このように、逆方向の空気を気密に遮断す
る逆止弁２８を排気経路４０に設けたことにより、外部
空気が排気経路４０を介して装置内部に進入するのを防
ぐとともに、外部の湿気の進入を阻止している。

【００２３】配管４３はほこり・バクテリアフィルタ６
２と逆止弁２６を介して配管４４に接続され、配管４１
はほこり・バクテリアフィルタ６１と前記逆止弁２７を
介して配管４４に接続されている。前記逆止弁２６及び
２７は配管４４方向を順方向とされると共に、各配管４
１、４３は各フィルタ６１、６２の手前、即ち、各逆止
弁２６、２７の上流側においてバイパス管４２、連通管
４６により相互に連通されている。連通管４２には電磁
弁４５が介設され、この電磁弁４５の開閉により連通管
４２を連通・遮断している。そして、連通管４２が連通
しているときには、配管４１若しくは４３内を配管４４
方向に向かう空気のほとんどが連通管４２を流れる。連
通管４６にはオリフィス４７が介設され、配管４１若し
くは４３内を配管４４方向に向かう空気はオリフィス４
７の抵抗により、その１／５が連通管４６に分流され
る。なお、逆止弁２６、２７には前記排気経路４０に設
けられた逆止弁２８と同様の構造のものを使用してい
る。

【００２４】また、配管４４は前記バッファタンク２３
の入口に接続され、バッファタンク２３の出口はニード
ルバルブ４８を介して吐出部３４に接続されている。そ
して、吐出部３４には着脱自在に可撓性のホース４９が
接続されこのホース４９の先端にはカニューラ３４ａが
取り付けられている。これらホース４９とカニューラ３
４ａは本体ケース２上面の収納部５１内に納出自在に格
納されている。

【００２５】前記配管４３（または配管４１）、配管４
４、逆止弁２６、バッファタンク２３、ニードルバルブ
４８及び吐出部３４は、吸着槽２１（または吸着槽２
２）の吸着行程時における酸素富化空気の供給経路５０
を構成している。

【００２６】ここで、前記吸着槽２１及び２２は金属若
しくは硬質剛性樹脂により内部中空の縦長円筒状に構成
されており、その内側下部には吸湿剤５３が封入され、
その上側には吸着剤５４が封入されている。

【００２７】前記吸湿剤５３は直径２ｍｍ〜３ｍｍの粒
状の例えば活性アルミナであり、その下側には高さ３０
ｍｍ程の範囲で空間が構成されている。この吸湿剤５３
は図４左側に示す如く空気入口２１Ａ或いは２２Ａから
流入した室内空気中の水分を吸収し、吸着剤５４の水分
による機能低下を防止するものである。

【００２８】また、吸着剤５４も同程度の寸法の粒状の
例えばゼオライトであり、吸湿剤５３と吸着剤５４との
間は通気性の部材にて仕切られている。また、吸着剤５
４の上側にも高さ３０ｍｍ程の範囲で空間が構成されて
いる。

【００２９】前記吸着剤５４を構成するゼオライトは、
空気入口２１Ａ或いは２２Ａから室内空気（吸湿剤５３
で水分が除去されている）が圧送されると、当該室内空
気中の窒素分子、一酸化炭素分子及び二酸化炭素分子を
選択的に吸着する（圧力スイング吸着法（ＰＳＡ
法））。以後、これを吸着行程と称する。これにより、
上端の酸素富化空気出口２１Ｂ或いは２２Ｂからは酸素
濃度３５％〜３９％の酸素富化空気が出てくるものであ
る。

【００３０】また、前記酸素富化空気が、酸素富化空気
出口２１Ｂ或いは２２Ｂから吸着槽２１或いは２２内に
流入すると、内部の酸素分圧は急激に上昇する。この状
態では吸着剤５４は、前記吸着行程にて吸着した前記窒
素分子、一酸化炭素分子及び二酸化炭素分子を分離放出
する。以後、これを分離行程と称する。これにより、下
端の空気入口２１Ａ或いは２２Ａからは窒素、一酸化炭
素、二酸化炭素が富化された空気が流出するようにな
る。なお、このとき吸湿剤５３からは水分も分離放出さ
れる。

【００３１】次に、図４において５６は汎用マイクロコ
ンピュータから構成された制御装置であり、前記電装箱
９内に収納されている。この制御装置５６には運転スイ
ッチ５７の出力が入力される。また、制御装置５６の出
力には前記エアコンプレッサ１３のモータ１３Ｍ、送風
機７のモータ７Ｍ、五方弁１７及び電磁弁４５がそれぞ
れ接続されている。

【００３２】以上のように構成された濃縮酸素供給装置
の生成部の動作を説明する。

【００３３】運転スイッチ５７が操作されると制御装置
５６は濃縮酸素供給装置１の運転を開始する。制御装置
５６はエアコンプレッサ１３のモータ１３Ｍを駆動する
と共に、送風機７のモータ７Ｍを駆動する。また、五方
弁１７をＯＮする。

【００３４】エアコンプレッサ１３が運転されると、エ
アフィルタ４及び空気清浄フィルタ５を通過した室内空
気はサイレンサ３１からサクションタンク１４を経てエ
アコンプレッサ１３に吸引される。吸引された室内空気
は、エアコンプレッサ１３から冷却コイル１６に吐出さ
れる。これらエアコンプレッサ１３及び冷却コイル１６
には前記送風機７から送風されており、冷却コイル１６
内に流入した室内空気は、そこを通過する過程で冷却さ
れた後、五方弁１７の第１ポート１７Ａに入る。

【００３５】五方弁１７の第１ポート１７Ａに入った室
内空気は第２ポート１７Ｂから流出し、配管３６を通っ
て吸着槽２１下端の空気入口２１Ａから吸着槽２１内に
圧送される。吸着槽２１内に入った室内空気は、前述の
如く吸湿剤５３により水分を除去された後、吸着剤５４
にて窒素、一酸化炭素、二酸化炭素が吸着され、酸素富
化空気となって上端の酸素富化空気出口２１Ｂより流出
する（吸着行程）。

【００３６】このとき、吸着槽２１から出た酸素富化空
気は、逆止弁２６及び連通管４６方向に向かうが、前述
の如くその４／５が逆止弁２６に向かい、１／５が連通
管４６に分流される。逆止弁２６に向かった酸素富化空
気は配管４４からバッファタンク２３、ニードルバルブ
４８、ホース４９を経てカニューラ３４ａから吐出す
る。患者はこのカニューラ３４ａを当てることにより、
酸素富化空気を吸引することができるようになる。

【００３７】一方、連通管４６に流入した１／５の酸素
富化空気は、オリフィス４７で絞られた後、配管４１を
経て出口２２Ｂより吸着槽２２内に流入する。吸着槽２
２内に酸素富化空気が流入すると、前述の如く内部の酸
素分圧が上昇するため、前述の如く吸着剤５４は吸着し
ている窒素、一酸化炭素、二酸化炭素及び水分を分離放
出する（分離行程）。

【００３８】そして、下端の空気入口２２Ａから配管３
７に流出し、五方弁１７の第３ポート１７Ｃ、第５ポー
ト１７Ｅ、配管３８、配管３９、バッファタンク２４、
逆止弁２８を通ってサイレンサ３２から排出される。

【００３９】制御装置５６は運転開始から例えば９秒経
過すると、電磁弁４５に通電してバイパス管４２を例え
ば１秒間開放し配管４１、４３を連通する。これにより
吸着槽２１で生成された酸素富化空気が吸着槽２２に流
入して内部の酸素分圧は急激に上昇する。この状態で吸
着槽２２の吸着剤５４に窒素分子、一酸化炭素分子及び
二酸化炭素分子が吸着されている場合にはこれらが分離
放出される。

【００４０】運転開始から例えば１０秒経過すると、今
度は五方弁１７がＯＦＦ状態となり、第１ポート１７Ａ
が第３ポート１７Ｃに連通されるので、冷却コイルから
出た室内空気は配管３７を経て下端の空気入口２２Ａか
ら吸着槽２２内に圧送されるようになる。

【００４１】そして、前述の如く吸着槽２２内では酸素
富化空気が生成され（吸着行程）、上端の出口２２Ｂか
ら配管４１に流出して逆止弁２７及び連通管４６方向に
向かうが、同様にその４／５が逆止弁２７に向かい、１
／５が連通管４６に分流される。逆止弁２７に向かった
酸素富化空気は配管４４からバッファタンク２３、ニー
ドルバルブ４８、ホース４９を経て同様にカニューラ３
４ａから吐出する。

【００４２】また、連通管４６に流入した１／５の酸素
富化空気は、オリフィス４７で絞られた後、配管４３を
経て出口２１Ｂより吸着槽２１内に流入する。吸着槽２
１内では前述の如く吸着剤５４が吸着している窒素、一
酸化炭素、二酸化炭素及び水分の分離放出が行われる
（分離行程）。

【００４３】そして、下端の空気入口２１Ａから配管３
６に流出し、五方弁１７の第２ポート１７Ｂ、第４ポー
ト１７Ｄ、配管３８、配管３９、バッファタンク２４、
逆止弁２８を通ってサイレンサ３２から前述同様に排出
されることになる。

【００４４】以後、制御装置５６はこれを繰り返し、１
０秒後には再び五方弁１７をＯＮに切り換えるものであ
る。

【００４５】このようにして、各吸着槽２１、２２にお
いて吸着と分離とを交互に、かつ、同時に行い、連続し
た酸素富化空気の生成を行っている。

【００４６】ところで、生成部１２の配管経路には、外
気を吸気するための入口、酸素富化空気を流出するため
の出口、及び排気経路４０の出口としての３ヶ所の開口
部を有しており、これらの開口部の近傍には、それぞれ
エアコンプレッサ１３、逆止弁２６、２７、及び逆止弁
２８が配設されている。そして、濃縮酸素供給装置の運
転停止時には、これらの機器１３、２６、２７、２８
が、３ヶ所の開口部よりも内側流路を遮断し、内側流路
を気密に保持するとともに、湿気の進入を阻止してい
る。

【００４７】これにより、濃縮酸素供給装置１の運転停
止時、特に外気の湿度が高い場合でも、配管経路内部に
設けられた吸着槽２１、２２の吸着剤の吸湿劣化を防ぐ
ことができ、運転時における酸素富化空気の生成を良好
に行うことができる。

【００４８】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００４９】本実施形態の濃縮酸素供給装置では、２つ
の吸着槽２１、２２を備えたもので説明しているが、３
個以上の吸着槽を備えたものであっても良い。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の濃縮酸素
供給装置は、空気中の窒素を吸着・分離可能な吸着剤が
封入され吸着工程もしくは分離工程が行われる吸着槽を
流路を用いて並列につなぐとともに、この流路に空気を
圧送するためのエアコンプレッサと、一方の吸着槽を吸
着行程とした場合は、他方の吸着槽を分離行程とする流
路制御手段と、吸着行程の吸着槽から流出する空気を供
給する供給経路と、分離行程の吸着槽から流出する空気
を排気する排気経路とを備え、供給経路及び排気経路に
湿気の進入を阻止する逆止弁を設けたことにより、濃縮
酸素供給装置の運転停止中に、前記供給経路及び排気経
路を介して吸着剤が水分を吸着して劣化する吸湿劣化を
防ぐことができるので、運転時における酸素富化空気の
生成を円滑に行うことができる。

【００５１】また、吸着剤の吸湿劣化を防ぐことができ
るので、濃縮酸素供給装置の信頼性・耐久性を向上で
き、さらに、吸湿剤の交換頻度を少なくして煩雑な交換
作業を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における濃縮酸素供給装置
の横断面図である。

【図２】図１の酸素富化空気生成部の配管経路図であ
る。

【図３】図１の濃縮酸素供給装置に使用される逆止弁の
断面図である。

【図４】図１の濃縮酸素供給装置の電気的構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１ 濃縮酸素供給装置 １３ エアコンプレッサ １７ 五方弁（流路制御手段） ２１、２２ 吸着槽 ２６、２７、２８ 逆止弁 ４０ 排気経路 ５０ 供給経路 ５４ 吸着剤 ５６ 制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 播磨 和彦 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内 (72)発明者 関上 邦衛 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内 (72)発明者 中山 敏男 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内 (72)発明者 二見 健太郎 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内 (72)発明者 野口 博司 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内 (72)発明者 山田 和三 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内 Ｆターム(参考） 4D012 BA02 CA05 CB16 CD07 CE01 CF10 CG01 CH10 CK08 4G042 BA15 BA18 BB02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気中の窒素を吸着・分離可能な吸着剤
   が封入され吸着行程もしくは分離行程が行われる吸着槽
   を流路を用いて並列につなぐとともに、この流路に空気
   を圧送するためのエアコンプレッサと、一方の吸着槽を
   吸着行程とした場合は、他方の吸着槽を分離行程とする
   流路制御手段と、分離行程の吸着槽から流出する空気を
   排気する排気経路とを備えた濃縮酸素供給装置におい
   て、 前記濃縮酸素供給装置の運転停止中に、前記排気経路を
   介して進入する湿気を阻止する逆止弁を設けたことを特
   徴とする濃縮酸素供給装置。
2. 【請求項２】 前記吸着剤はゼオライトであることを特
   徴とする請求項１に記載の濃縮酸素供給装置。
3. 【請求項３】 前記流路制御手段は、前記エアコンプレ
   ッサからの空気を吸着行程中の前記吸着槽に供給すると
   共に、前記分離行程の吸着槽を前記排気経路に連通する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の濃縮酸素供
   給装置。
4. 【請求項４】 空気中の窒素を吸着・分離可能な吸着剤
   が封入され吸着行程もしくは分離行程が行われる吸着槽
   を流路を用いて並列につなぐとともに、この流路に空気
   を圧送するためのエアコンプレッサと、一方の吸着槽を
   吸着行程とした場合は、他方の吸着槽を分離行程とする
   流路制御手段と、吸着行程の吸着槽から流出する空気を
   供給する供給経路に設けられる逆止弁とを備えた濃縮酸
   素供給装置において、 前記逆止弁は、濃縮酸素供給装置の運転停止中に、供給
   経路を介して進入する湿気を阻止することを特徴とする
   濃縮酸素供給装置。