JP4257256B2 - 酸素濃縮器 - Google Patents
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Description
この種の酸素濃縮器として、例えば酸素より窒素を優先的に吸着する吸着剤を、複数(例えば2個)の吸着筒に充填した吸着型酸素濃縮器が知られており、なかでも酸素供給手段としてコンプレッサを用いた圧力変動吸着型の酸素濃縮器が、在宅酸素療法の装置として用いられている。
つまり、酸素濃縮器には、吸着剤として、5A型や13X型ゼオライト或いはLi置換X型ゼオライトなどの親水性の吸着剤が用いられることが多いが、これらは、長期的な使用により大気中の水分を吸着し窒素の吸着性能が徐々に衰え、酸素濃度が低下することが知られている。
医療用の分野でも、一層の改善が求められていた。
特に本発明では、酸素濃縮器の運転停止が指示された場合には、吸着筒における吸気又は排気の切換タイミングに到るまで待機してから、酸素供給遮断手段による遮断からパージガスの供給に到るパージ処理を実施する。
酸素濃縮器の運転停止が指示されたときに、即座にパージ処理行程に移行すると、一方の吸着筒の圧力が過度に増加する場合があり、吸着筒間の圧力が不均衡になる。
従って、本発明では、吸気又は排気の切換タイミングに到るまで待機してから、パージ処理に移行するので、適度に設定された圧力(例えば通常よりやや高い圧力)のパージガス(酸素濃縮ガス)を、水分を除去する吸着筒に供給することができる。
本発明の動作によって圧力の過度の上昇を防止できるのは、下記の理由による。
装置の運転停止が指示されたのと同時にパージ処理行程に移行した場合、運転停止の指示がなされた瞬間の吸着筒間の圧力が均等でない可能性がある。一般的に、吸気及び排気の切換タイミングは時間によって制御されているため、一方の筒内圧が高い状態で切り換わったときには、その分だけ圧力が上昇し、吸着筒間の圧力が不均衡になってしまう。
これに対して本発明では、吸気又は排気の切換タイミングに到るまで待機してから、パージ処理行程に移行するため、吸着筒間の圧力が絶えず均等な状態から始まることになって、圧力の不均衡が生ぜず、よって圧力の過度の上昇を防止できる。
尚、酸素供給遮断手段によって酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断し、その遮断状態で、酸素濃縮器を作動させて少なくとも1個の吸着筒で酸素濃縮ガスを生成し、生成した酸素濃縮ガスを他の吸着筒にパージガスとして供給して、吸着剤の水分を除去する処理を、パージ処理と称する。
本発明では、例えば運転停止のスイッチが操作されたことにより、酸素濃縮器の運転停止が指示された場合には、酸素供給遮断手段によって酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断し、その状態で酸素濃縮器を作動させて吸着筒で酸素濃縮ガスを生成し、この生成した酸素濃縮ガスを他の吸着筒にパージガスとして供給して吸着剤の水分を除去する。
上述した様に、吸着剤には窒素だけでなく水も吸着されるので、そのままでは、吸着剤の寿命が低下してしまう。そこで、本発明では、運転停止を指示された場合には、酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断して、そのまま酸素濃縮ガスを生成する。この酸素濃縮ガスは、高濃度の酸素(例えば95重量%酸素)を含むとともに、吸着剤により水分が除去された乾燥したガスである。従って、この酸素濃縮ガスを他の吸着筒にパージガスとして供給することにより、吸着筒内の吸着剤から水分を離脱させて、吸着筒外に排出することができる。これにより、吸着剤に含まれる水分を低減できるので、簡易な構成で効率良く吸着剤の寿命を延ばすことができる。
特に本発明では、パージガスを供給した後に酸素濃縮器の運転を停止する場合には、運転を停止するまで、酸素濃縮ガスを生成した吸着筒とパージガスを供給した吸着筒とを連通する均圧弁の開弁状態を維持する。
つまり、本発明では、酸素濃縮器の運転停止時には、酸素濃縮ガスを生成した吸着筒とパージガスを供給した吸着筒とを連通する均圧弁の開弁状態を維持するので、吸着筒間の状態(従って内部の吸着剤に含まれる水分等の状態)が均一化される。
(3)請求項3の発明は、前記吸着筒の吸気及び排気の行程(吸脱着行程)を、少なくとも1サイクル以上繰り返して、前記パージガスの供給を行うことを特徴とする。
本発明では、吸着筒の吸脱着行程を少なくとも1サイクル以上繰り返して、パージガスの供給を行うので、各吸着筒内の吸着剤から十分に水分を除去できるとともに、各吸着筒内の状態が均一化される。つまり、各吸着筒内の吸着剤に含まれる水分等の状態が均一化し、特定の吸着筒の吸着剤の寿命のみが短くなることを防止できる。
通常、電源を停止したとき、空気供給手段及び加減圧切換手段の動作(即ち前記加圧の流路が遮断)が同時に停止してしまうと、空気供給手段から加減圧切換手段に向かう管路内に圧縮された空気が閉じこめられてしまう。空気は、圧力に反比例して飽和水蒸気量が減少するため、圧縮された空気は相対湿度が高い状態となる。ただ、この時の圧縮空気は圧縮熱と空気圧縮手段の発熱により暖められることで飽和水蒸気量が増加するため、結露しにくい状態にあるだけで、装置停止後は自然冷却され、飽和水蒸気量が減少すれば結露し易くなる。
本発明では、酸素供給遮断手段によって酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断することにより、通常の酸素濃縮ガスの供給量より多いパージガスの供給量で水分のパージを行うので、吸着剤から十分に水分を除去することができる。
本発明は、酸素供給遮断手段を例示したものである。ここで、流量比例制御弁としては、ソレノイドタイプの流量比例制御弁やアクチュエータ(ブラシレスDCモータやステッピングモータ等により駆動される)タイプの流量比例制御弁を採用できる。この流量比例制御弁を用いる場合には、流量の調整が可能であるので、マニュアルでの流量設定器を省略可能である。
図1に示す様に、酸素濃縮器1は、その空気の導入路3に、上流側より、コンプレッサ5と、一対の三方向切換弁(第1切換弁7、第2切換弁9)と、吸着剤を充填した一対の吸着筒(第1吸着筒11、第2吸着筒13)とが設けられている。また、一対の吸着筒11、13には、三方向切換弁7、9を介して窒素を排気する排気路15が設けられている。
また、本実施例では、図2に示す様に、酸素濃縮器1には、酸素濃縮器1の動作を制御する電子制御装置41が搭載されている。
本実施例の酸素濃縮器1では、第1吸着筒11及び第2吸着筒13における加圧・減圧を交互に繰り返すことにより、酸素の濃縮及び吸着剤の再生を行う。
図3のフローチャート及び図4のタイミングチャートに示す様に、酸素濃縮器1が作動している状態において、ステップ100にて、電源スイッチ47がOFFに設定されたか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ110に進み、一方否定判断されると一旦本処理を終了する。
続くステップ130では、酸素濃縮器1が1サイクル分作動したか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ140に進み、一方否定判断されると1サイクル分作動するまで待機する。この1サイクルとは、例えば第1吸着筒11で吸気行程及び排気行程が完了したこと、即ち第2吸着筒13で排気行程及び吸気行程が完了したことを意味する。
ステップ140では、1サイクル分作動したので、コンプレッサ5を停止する。
続くステップ160では、電磁開閉弁37をOFFして流路35を開き、全ての動作を停止して本処理を終了する。
本実施例では、電源スイッチ47がOFFとされた場合には、電磁開閉弁37をONして流路35を閉じ、酸素濃縮器1を1サイクル分作動させる。そして、第1吸着筒11で生成された酸素濃縮ガスをパージガスとしてオリフィス23を介して第2吸着筒13に供給し、更に、第2吸着筒13で生成された酸素濃縮ガスをパージガスとしてオリフィス23を介して第1吸着筒11に供給することにより、各吸着筒11、13における吸着剤の水分を除去し、その後、酸素濃縮器1の運転を停止する。
前記実施例1の酸素濃縮器を、周囲温度35℃、周囲湿度90%(相対湿度)の環境下において、運転期間を3〜4日、停止期間を3〜4日として、その動作を31回繰り返し(約3000時間稼働)、運転を開始した際の酸素濃縮ガスの濃度を検査器(例えば限界電流式ジルコニア酸素センサを使用した酸素濃度計)を用いて測定した。その結果を図5に記す。
この図5から明らかな様に、本実施例の様にパージを行うものは、稼働時間が長くなっても、酸素濃縮ガスの酸素濃度の低下が少なく、吸着剤の寿命が長いので好適である。
図6に示す様に、本実施例の酸素濃縮器51は、前記実施例1と同様に、コンプレッサ53、一対の三方向切換弁(第1切換弁55、第2切換弁57)、一対の吸着筒(第1吸着筒59、第2吸着筒61)、均圧弁63、オリフィス65、一対の逆止弁67、69、製品タンク71、圧力調整器(レギュレータ)73等を備えている。
例えば、流量比例制御弁としては、ソレノイドタイプの流量比例制御弁などを用いることもできる。
5、53…コンプレッサ(空気供給手段)
7、9、55、57…三方向切換弁(加減圧切換手段)
11、13、59、61…吸着筒
19、63…均圧弁
37…電磁開閉弁(酸素供給遮断手段)
33…流量設定器
23、65…オリフィス
75…流量比例制御弁 (酸素供給遮断手段)
Claims (6)
- 酸素より窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した少なくとも2個の吸着筒と、
前記吸着筒に空気を供給して加圧する空気供給手段と、
前記吸着筒内の圧力の加減圧を制御する加減圧切換手段と、
を備え、
前記空気から酸素濃縮ガスを生成する圧力変動吸着型の酸素濃縮器において、
前記酸素濃縮器の運転停止が指示された場合には、前記吸着筒における吸気又は排気の切換タイミングに到るまで待機してから、酸素供給遮断手段によって前記酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断するとともに、
該酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断した状態で、前記酸素濃縮器を作動させて少なくとも1個の前記吸着筒で酸素濃縮ガスを生成し、該生成した酸素濃縮ガスを他の吸着筒にパージガスとして供給して、前記吸着剤の水分を除去することを特徴とする酸素濃縮器。 - 酸素より窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した少なくとも2個の吸着筒と、
前記吸着筒に空気を供給して加圧する空気供給手段と、
前記吸着筒内の圧力の加減圧を制御する加減圧切換手段と、
を備え、
前記空気から酸素濃縮ガスを生成する圧力変動吸着型の酸素濃縮器において、
前記酸素濃縮器の運転停止が指示された場合には、酸素供給遮断手段によって前記酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断するとともに、
該酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断した状態で、前記酸素濃縮器を作動させて少なくとも1個の前記吸着筒で酸素濃縮ガスを生成し、該生成した酸素濃縮ガスを他の吸着筒にパージガスとして供給して、前記吸着剤の水分を除去し、
更に、前記パージガスを供給した後に前記酸素濃縮器の運転を停止する場合には、該運転を停止するまで、前記酸素濃縮ガスを生成した吸着筒と前記パージガスを供給した吸着筒とを連通する均圧弁の開弁状態を維持することを特徴とする酸素濃縮器。 - 前記吸着筒における吸気及び排気の行程を、少なくとも1サイクル以上繰り返して、前記パージガスの供給を行うことを特徴とする前記請求項1又は2に記載の酸素濃縮器。
- 前記パージガスを供給した後に前記酸素濃縮器の運転を停止する場合には、前記空気供給手段の動作の停止後、前記加減圧切換手段によって前記空気供給手段から前記吸着筒に到る加圧のための流路を遮断することを特徴とする前記請求項1〜3のいずれかに記載の酸素濃縮器。
- 前記酸素供給遮断手段によって酸素濃縮ガスの外部への供給を遮断することにより、前記パージガスの供給量を、通常運転時に前記吸着筒から供給される酸素濃縮ガスの供給量より大きくしたことを特徴とする前記請求項1〜4のいずれかに記載の酸素濃縮器。
- 前記酸素供給遮断手段が、電磁開閉弁又は流量比例制御弁であることを特徴とする前記請求項1〜5のいずれかに記載の酸素濃縮器。
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