JP4824426B2

JP4824426B2 - 酸素濃縮器

Info

Publication number: JP4824426B2
Application number: JP2006046510A
Authority: JP
Inventors: 智守木下; 純一鈴鹿; 恭典肥田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2026-02-23
Also published as: JP2007222378A

Description

本発明は、高濃度の酸素を患者等に供給する酸素濃縮器に関する。

従来より、高濃度の酸素を供給する装置として酸素濃縮器があり、そのような酸素濃縮器は、例えば呼吸器疾患を患う患者の在宅酸素療法等の用途に使われている。
酸素濃縮器には、酸素選択透過膜を用いた膜型酸素濃縮器や、窒素を選択吸着する吸着型酸素濃縮器などがあり、吸着型酸素濃縮器としてはコンプレッサを用いた圧力変動吸着型のものが知られている（特許文献１参照）。

圧力変動吸着型の酸素濃縮器は、空気中の窒素を優先的に吸着する吸着剤を用いて酸素を濃縮する。具体的には、例えばゼオライト系の吸着剤を吸着筒に充填し、その吸着筒にコンプレッサから空気を供給して筒内を加圧する加圧・吸着工程と、吸着筒を大気圧程度に減圧する減圧・再生工程とを交互に繰り返す。ゼオライト系の吸着剤は、加圧状態にすると空気中の窒素を吸着して酸素を濃縮し、減圧すると吸着窒素を放出して再生するため、前記加圧・吸着工程と減圧・再生工程とを交互に繰り返すことで連続的に高濃度の酸素を含む製品ガス（以下「酸素濃縮ガス」という。）が供給できる。
特開２００２−８５５６６号公報

酸素濃縮器は就寝中でも使う必要があるため、高い静粛性が求められる。日中では殆ど聞こえない程の小さな運転音でも、深夜の静けさの中では相対的に大きく感じるからである。そのため酸素濃縮器の静粛性向上のための努力は従来より行われているのであるが、微細な騒音では、その発生源を特定すること自体が難しい。

しかして酸素濃縮器は、前記のように加圧・吸着工程と、減圧・再生工程とを交互に繰り返しながら酸素濃縮ガスを供給するため、特許文献１に記載されているように、空気配管の途中に酸素濃縮ガスの逆流を防止する逆止弁が取り付けられている。そして、一見騒音とは無関係に思えるこの逆止弁が、極めて小さい音ではあるものの騒音の発生源になっていることが判明した。

図１１（ａ），（ｂ）は、一般的な逆止弁の要部を断面にして示す正面図である。逆止弁５５（５７）は、軸筒部材５０１のほぼ中心部に軸方向に摺動自在な弁部材５０２を配設し、該弁部材５０２をコイルスプリング５０３で付勢して弁座５０４に押し付けるようになっており、前記軸筒部材５０１の両端に空気配管５０５，５０５を接続してなる。そして、図１１（ａ）のように、コイルスプリング５０３の付勢方向と同方向に作用する酸素濃縮ガスの圧力に対して弁部材５０２が弁座５０４に圧着して流路を閉じ、一方、図１１（ｂ）のようにコイルスプリング５０３の付勢方向とは逆向きに作用する酸素濃縮ガスの圧力に対して弁部材５０２がコイルスプリング５０３の付勢に抗して摺動し、流路を開く。逆止弁５５（５７）が流路を開いたこの状態で酸素濃縮ガスが図１１（ｂ）において左側の空気配管５０５から右側の空気配管５０５に流れるのであるが、このとき酸素濃縮ガスの圧力や流量等の条件により逆止弁５５（５７）内部のコイルスプリング５０３が発振する場合があり、そのコイルスプリング５０３の発振が騒音源になっているものと考えられる。なお、このようなコイルスプリング５０３の発振に対し、酸素濃縮ガスの圧力や流量等を変えることで対応可能であるが、酸素濃縮器において酸素濃縮ガスの圧力や流量等は極めて重要な要素であり変更不能である。

本発明は上記知見に基づきなされたもので、その目的は静粛性に優れた酸素濃縮器を提供することにある。

空気中の酸素を濃縮して空気配管に送り出す酸素濃縮手段と、前記空気配管の途中に設けた逆止弁と、を筐体内に配設してなり、前記逆止弁は、軸筒部材の内部に軸方向に摺動自在な弁部材を配設すると共に該弁部材をコイルスプリングで付勢して弁座に押し付けるようにしたものである酸素濃縮器において、前記逆止弁の全体を防音材で形成した逆止弁専用のカバー体で包み込むと共に該逆止弁に接続された前記空気配管を前記カバー体の口部から外部に引き出すようになし、さらにその空気配管の外周に前記カバー体の前記口部を押し付けるようにした酸素濃縮器を提供する。

また、請求項２に記載したように、前記カバー体を構成する防音材は、発泡体、ゴム、ＡＢＳ樹脂及びエポキシ樹脂の少なくともいずれかである請求項１記載の酸素濃縮器を提供する。

また、請求項３に記載したように、前記カバー体を構成する防音材は、空気配管付きの逆止弁を中子状態に設置した樹脂成形用型枠内に溶融状態の熱硬化性樹脂を充填して硬化させたものである請求項１又は２記載の酸素濃縮器を提供する。

騒音源である逆止弁を防音材で形成したカバー体で包み込むことにより、逆止弁から発せられる騒音が効果的に抑制できる。また、空気配管の外周にカバー体の口部を押し付けるようにしたため、空気配管を伝って外部に漏れる騒音をも抑制することができる。従って、酸素濃縮ガスの必要な圧力や流量を損なうことなく、静粛性の向上が達成できる。
なお、請求項３に記載の防音材は、熱硬化性樹脂が硬化する過程で収縮するため、カバー体の口部が空気配管の外周を適度な力で締め付ける。

以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、図１は酸素濃縮器の概略を示すブロック図、図２は酸素濃縮器の内部を側面から示す概略の断面図、図３は酸素濃縮器の内部を背面から示す概略の断面図、図４は逆止弁をカバー体で包み込んだ状態を示す斜視図、図５は図４の断面図、図６は図４の分解斜視図、図７は他の形態のカバー体で逆止弁を包み込んだ状態を示す斜視図、図８（ａ）〜（ｃ）は図７のカバー体の装着方法を説明する断面図、図９（ａ），（ｂ）は他の形態のカバー体で逆止弁を包み込む状態を示す断面図、図１０は騒音レベルのＦＦＴ解析結果を示すグラフである。

酸素濃縮器１は、図１に示したように箱形の筐体２内に以下に示すような酸素濃縮のための各部材を配置してなる。

すなわち酸素濃縮器１は、空気を外部から導入する酸素取入口１１から空気の流路に沿って上流側より、防塵フィルタ１３と、防塵フィルタ１３より目の細かい吸気フィルタ１５と、吸気フィルタ１５に連通する吸気室１６と、空気の圧縮を行うコンプレッサ１７とを備えており、該コンプレッサ１７の近傍にコンプレッサ１７を冷却する一対の冷却ファン１９，２１を配設してなる。

前記コンプレッサ１７の下流には、例えば窒素を吸着するゼオライト系の吸着剤を充填した一対の吸着筒２７，２９（以下第１吸着筒，第２吸着筒ともいう。）が第１供給弁２３と第２供給弁２５を介して接続されている。また、各供給弁２３，２５と各吸着筒２７，２９との間の流路３１，３３から分岐する流路３５，３７（以下分岐流路ともいう。）には、第１排気弁３９と第２排気弁４１がそれぞれ設けられ、窒素を排気する排気路４３に接続されている。また、排気路４３の端にはサイレンサ４５が設けられている。

前記一対の吸着筒２７，２９の下流側には、両吸着筒２７，２９間をつなぐ連通路４７と、連通路４７に設けられて両吸着筒２７，２９間の圧力を調節する二方弁（パージ弁）４９と、該二方弁４９の両端に設けられた同径のオリフィス５１，５３と、酸素濃縮ガスの逆流を防止する一対の逆止弁５５，５７とが設けられている。また、それらの流路が合流するさらに下流側には、酸素濃縮ガスを溜める製品タンク５９と、酸素濃縮ガスの圧力を調節する圧力調整器（レギュレータ）６１と、酸素濃縮ガスの流量を設定する流量設定器６３と、乾燥した酸素濃縮ガスを適湿にする加湿器６４と、酸素濃縮ガスを外部に供給する酸素出口６５とが設けられている。

次に酸素濃縮器１の筐体２の内部の具体的構成について説明する。図２に示したように筐体２の内部は、吸音性に優れた木製の隔壁６９，６９により、大別して前方の区画Ｋ１と後方の区画Ｋ２と下方の区画Ｋ３とに仕切られている。

このうち前方の区画Ｋ１には、主として前記吸着筒２７，２９などが配置されている。
また、後方の区画Ｋ２は、図３に示したように金属製の内ケース７１でカバーされ、該内ケース７１によって板金室６７が形成されている。そしてさらにこの板金室６７は、水平な仕切板７２により上部室７３と下部室７５とに区分されている。
また、下の区画Ｋ３には前記逆止弁５５，５７や、該逆止弁５５，５７を介して吸着筒２７，２９と製品タンク５９とをつなぐ空気配管５０５等が納められている。なお、空気配管５０５は柔軟なチューブである。

前記上部室７３には、吸気フィルタ１５と、吸気フィルタ１５に連通する吸気室１６と、吸気室１６の空気をコンプレッサ１７に供給する第１空気配管７９と、コンプレッサ１７からの圧縮空気を吸着筒２７，２９に供給する第２空気配管８１と、前記したコンプレッサ１７冷却用の冷却ファン１９，２１などが設けられている。
一方、下部室７５には、コンプレッサ１７が配置されている。

［酸素濃縮器１の基本動作］
上記酸素濃縮器１は、基本的に、第１吸着筒２７及び第２吸着筒２９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。

例えば第１吸着筒２７に関しては、第１供給弁２３を開くと共に第１排気弁３９を閉じ、コンプレッサ１７により第１吸着筒２７に圧縮空気を送りこみ、吸着剤に窒素を吸着させて酸素を濃縮する（加圧・吸着工程）。
一方、第２吸着筒２９に関しては、第２供給弁２５を閉じると共に第２排気弁４１を開き、第２吸着筒２７を大気側に接続して減圧し（減圧・再生工程）、吸着剤に吸着されている窒素を放出して外部に排出する。

そして、この加圧・吸着工程と減圧・再生工程とを、各吸着筒２７，２９において、所定時間毎に交互に切り換えるようにする。
このようにして第１、第２吸着筒２７，２９により、加圧時に酸素濃縮ガスを製造し、その酸素濃縮ガスを、下流の製品タンク５９、圧力調整器６１、流量設定器６３、加湿器６４、酸素出口６５を介して、外部（従って患者）に供給する。
なお、これまでの説明で明らかなように本実施形態では、コンプレッサ１７、吸着筒２７，２９、第１供給弁２３、第２供給弁２５、第１排気弁３９、第２排気弁４１などが、空気中の酸素を濃縮する酸素濃縮手段を構成する。

[逆止弁のカバー体]
前記逆止弁５５，５７は、図４〜図６に示したように例えば発泡体、ゴム、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂等の弾性的な防音材で作ったカバー体５０６で覆われている。なお、逆止弁５５，５７の構造は図１１（ａ），（ｂ）に示したとおりである。
前記カバー体５０６は、二つの半割体５０６ａ，５０６ｂを合体させる組合せ構造であり、内部に逆止弁５５，５７を納めるための弁体収納室５０６ｃ，５０６ｃが設けられている。また、カバー体５０６には弁体収納室５０６ｃ，５０６ｃから外部に通じる丸孔形態の口部５０６ｄ，５０６ｄが形成されている。この口部５０６ｄ，５０６ｄの口径は前記空気配管５０５，５０５の外径より若干小さく設定されている。

以上の構成であるカバー体５０６の一方の半割体５０６ａに逆止弁５５，５７を納め、その上にもう一方の半割体５０６ｂを被せて接合すれば、逆止弁５５，５７をカバー体５０６で包み込むことができる。また、この状態でカバー体５０６のそれぞれの口部５０６ｄ，５０６ｄを空気配管５０５，５０５が貫くが、前記のように口部５０６ｄ，５０６ｄの口径より空気配管５０５，５０５の外径の方が若干太いため、カバー体５０６の口部５０６ｄ，５０６ｄが弾性変形して空気配管５０５，５０５の外周を締め付ける状態になる。

このように逆止弁５５，５７をカバー体５０６で包み込んだ状態にして酸素濃縮器１を作動させると、逆止弁５５，５７を発生源とする騒音が抑制され、また、空気配管５０５，５０５を伝って外部に漏れる騒音も口部５０６ｄ，５０６ｄによる空気配管５０５，５０５の押し付けで抑制される。

[カバー体の他の形態]
図７、図８はカバー体５０６の他の形態を示すものであって、筒型主体５０６ｅと筒型栓５０６ｆで構成される。筒型主体５０６ｅは、内部に弁体収納室５０６ｃを有し、さらに弁体収納室５０６ｃの一方の端に前記と同様の口部５０６ｄを有する。一方、弁体収納室５０６ｃの他方の端には口部５０６ｄより大径の挿入口５０６ｇが貫設されており、該挿入口５０６ｇに前記筒型栓５０６ｆが嵌まる。従って弁体収納室５０６ｃに通じるもう一つの口部５０６ｄは筒型栓５０６ｆによって形成される。

本実施形態のカバー体５０６は、あらかじめ一方の空気配管５０５に筒型主体５０６ｅを装着し、もう一方の空気配管５０５に筒型栓５０６ｆを装着しておく。そして図８（ａ）に示したように先ず筒型主体５０６ｅを逆止弁５５（５７）に向けてスライドさせ、筒型主体５０６ｅの弾性を利用し挿入口５０６ｇから飲み込むようにして逆止弁５５（５７）を弁体収納室５０６ｃに入れる（図８（ｂ））。次に図８（ｂ）矢示のように筒型栓５０６ｆを筒型主体５０６ｅに向けてスライドさせ、該筒型栓５０６ｆを挿入口５０６ｇに嵌め込む（図８（ｃ））。
なお、本実施形態では一つのカバー体５０６で一つの逆止弁５５（５７）に対応させたが、例えば二つのカバー体５０６，５０６を双眼鏡のような形態に接合して一体化するようにしてもよい。

図９（ａ），（ｂ）はさらに別の形態のカバー体５０６を示すものであって、図９において符号６００は樹脂成形用型枠、６０１はカバー体５０６の外形を象った空部、６０２，６０２は空気配管５０５，５０５を支持する支持孔である。

上記樹脂成形用型枠６００の空部６０１内に空気配管５０５，５０５付きの逆止弁５５，５７を鋳造の中子状態にして図９（ａ）のように設置し、この状態で樹脂成形用型枠６００の空部６０１に溶融状態の熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）を充填する。そして、そのまま放置して冷却するか、或は強制冷却して熱硬化性樹脂を硬化させると、逆止弁５５，５７を包み込んだ（モールド処理した）一体成形型のカバー体５０６ができあがる。周知のように熱硬化性樹脂は、溶融状態から硬化するまでの過程で収縮するため、成形後のカバー体５０６の口部５０６ｄ，５０６ｄは、空気配管５０５，５０５の外周を適度な力で締め付ける。

なお、本形態のカバー体５０６は、複数の逆止弁５５，５７に一括対応する図４の形態と、個々の逆止弁５５，５７に個別対応する図７の形態のいずれでもよい。

図４〜図６に示した構造のカバー体５０６をゴム硬度３０゜程度のエポキシ樹脂で形成し、そのカバー体５０６で逆止弁５５，５７を包み込んだ。そして、その酸素濃縮器１の運転時の騒音レベルを暗騒音２１.０ｄＢ（Ａ）程度の防音室で測定した。比較のため、カバー体５０６のない従来の酸素濃縮器１でも同様の測定を行った。測定した騒音レベルのＦＦＴ解析結果を図１０に示す。

上記測定の結果、逆止弁５５，５７を騒音源とする騒音の効果的な減少が確認できた。特に、特定周波数域の騒音に対し大きな成果を得ることが可能である。

以上、本発明を実施の形態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。
例えば実施形態では酸素濃縮器１として圧力変動吸着型を示したが、酸素濃縮の方式に拘わらず逆止弁を有するものならどのような酸素濃縮器にも適用できる。

酸素濃縮器の概略を示すブロック図である。酸素濃縮器の内部を側面から示す概略の断面図である。酸素濃縮器の内部を背面から示す概略の断面図である。逆止弁をカバー体で包み込んだ状態を示す斜視図である。図４の断面図である。図４の分解斜視図である。他の形態のカバー体で逆止弁を包み込んだ状態を示す斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は図７のカバー体の装着方法を説明する断面図である。（ａ），（ｂ）は他の形態のカバー体で逆止弁を包み込む状態を示す断面図である。騒音レベルのＦＦＴ解析結果を示すグラフである。一般的な逆止弁の要部を断面にして示す正面図である。

１ …酸素濃縮器
２ …筐体
１７ …コンプレッサ（酸素濃縮手段）
２７，２９ …吸着筒（酸素濃縮手段）
２３ …第１供給弁（酸素濃縮手段）
２５ …第２供給弁（酸素濃縮手段）
３９ …第１排気弁（酸素濃縮手段）
４１ …第２排気弁（酸素濃縮手段）
５５，５７ …逆止弁
５０５ …空気配管
５０６ …カバー体
５０６ｄ …口部
６００ …樹脂成形用型枠

Claims

空気中の酸素を濃縮して空気配管に送り出す酸素濃縮手段と、
前記空気配管の途中に設けた逆止弁と、を筐体内に配設してなり、
前記逆止弁は、軸筒部材の内部に軸方向に摺動自在な弁部材を配設すると共に該弁部材をコイルスプリングで付勢して弁座に押し付けるようにしたものである酸素濃縮器において、
前記逆止弁の全体を防音材で形成した逆止弁専用のカバー体で包み込むと共に該逆止弁に接続された前記空気配管を前記カバー体の口部から外部に引き出すようになし、さらにその空気配管の外周に前記カバー体の前記口部を押し付けるようにしたことを特徴とする酸素濃縮器。
前記カバー体を構成する防音材は、発泡体、ゴム、ＡＢＳ樹脂及びエポキシ樹脂の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮器。
前記カバー体を構成する防音材は、空気配管付きの逆止弁を中子状態に設置した樹脂成形用型枠内に溶融状態の熱硬化性樹脂を充填して硬化させたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の酸素濃縮器。