酸素濃縮器
【課題】酸素濃縮器が正常な状態で使用されていないこと、特に吸気口等が閉塞していることを使用者に早期に報知できる安全性の高い酸素濃縮器を提供する。
【解決手段】原料空気を導入する空気取入部と、空気取入部を介して導入された原料空気から圧縮空気を生成する空気圧縮部と、空気圧縮部で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成するＰＳＡ部と、ＰＳＡ部により生成された高濃度酸素を酸素出口から放出する酸素供給部と、吸気口から外気を導入して排気口に向けて送風することにより空気圧縮部を冷却する送風部と、を備えた酸素濃縮器において、吸気口又は排気口が閉塞しているか否かを監視し、吸気口又は排気口が閉塞していると判定した場合に、その旨を報知部から報知させる（閉塞状態監視部）。
【解決手段】原料空気を導入する空気取入部と、空気取入部を介して導入された原料空気から圧縮空気を生成する空気圧縮部と、空気圧縮部で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成するＰＳＡ部と、ＰＳＡ部により生成された高濃度酸素を酸素出口から放出する酸素供給部と、吸気口から外気を導入して排気口に向けて送風することにより空気圧縮部を冷却する送風部と、を備えた酸素濃縮器において、吸気口又は排気口が閉塞しているか否かを監視し、吸気口又は排気口が閉塞していると判定した場合に、その旨を報知部から報知させる（閉塞状態監視部）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気を導入して高濃度の酸素を放出する酸素濃縮器に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素濃縮器は主として、呼吸器疾患の患者が在宅で酸素を吸入する在宅酸素療法（ＨＯＴ：home oxygen therapy）において使用されるもので、ＰＳＡ式と酸素富化膜式が知られている。
図１は、一般的なＰＳＡ式の酸素濃縮器の概略構成を示す図である。図１に示すように、ＰＳＡ式の酸素濃縮器１は、空気取入部１０、空気圧縮部２０、ＰＳＡ部３０、酸素貯留部４０、及び酸素供給部５０を備えている。
【０００３】
酸素濃縮器１において、空気取入部１０から導入された原料空気は、空気圧縮部２０で圧縮されて圧縮空気となり、この圧縮空気がＰＳＡ部３０に送出される。
ＰＳＡ部３０は、酸素より窒素を早く吸着する性質を有するゼオライト等の吸着剤が充填された２本のシーブベッド（吸着塔）３３Ａ、３３Ｂを有している。シーブベッド３３Ａ、３３Ｂに圧縮空気が送り込まれて加圧状態になると、窒素及び水分が吸着されて酸素だけが通過し、高濃度酸素が生成される。一方、窒素を吸着したシーブベッド３３Ａ、３３Ｂが減圧状態（例えば大気圧）に戻されると、吸着していた窒素が脱離して放出され、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの吸着能力が再生される。つまり、ＰＳＡ部３０において、２本のシーブベッド３３Ａ、３３Ｂで交互に加圧減圧を繰り返すことにより、連続して高濃度酸素を生成することができる。
【０００４】
ＰＳＡ部３０で生成された高濃度酸素は、一旦酸素貯留部４０の製品タンク４１に貯留された後、圧力調整部（圧力レギュレータ）４２により一定圧力に調整される。そして、高濃度酸素は酸素供給部５０から一定流量で放出され、当該酸素濃縮器１に接続された鼻カニューラや酸素マスク等を介して使用者（患者）の体内に供給される。
【０００５】
上述した酸素濃縮器１においては、原料空気は空気圧縮部２０で圧縮されることにより温度上昇するため、そのままではＰＳＡ部３０における窒素の吸着効率が低下する。そこで、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気は、空気圧縮部２０の下流に接続された冷却パイプを通過することにより冷却されるようになっている。また、空気圧縮部２０及び冷却パイプの近傍には、これらを冷却するための送風部（例えば冷却ブロワ）７０が配設される（例えば特許文献１、２）。
具体的には、特許文献１には供給する酸素流量に応じて必要風量を設定し、冷却ブロワの回転数（駆動モータを回転させるための動力）を制御する技術が開示されている。特許文献２には周囲の環境温度に応じて必要風量を設定し、冷却ブロワの回転数を制御する技術が開示されている。また、一定の送風量（設定風量）を得るために、冷却ブロワの回転数を検出し、この検出結果をフィードバックして駆動モータの動力が制御される方式の冷却ブロワも知られている（例えばインバータ制御方式）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−５３７号公報
【特許文献２】特開２００４−１８３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、冷却ブロワにより吸気口から取り入れられた空気は、空気圧縮部に向けて送風され、排気口から排気される。そのため、吸気口や排気口が閉塞していると、冷却風が適切に循環されずに筐体内部の温度上昇を招く。例えば、吸気口又は排気口が壁面に近接する状態で酸素濃縮器が設置されていると、吸気口又は排気口が閉塞してしまう虞がある。
この場合、冷却ブロワに外気が導入されず、冷却ブロワを回転させる際の負荷が減少するため、冷却ブロワの回転数が上昇する。そして、回転数制御をしている冷却ブロワでは、電圧を低下させることにより回転数が一定となるように制御される。しかしながら、吸気口等の閉塞状態が改善されるわけではないので、筐体内部の温度は次第に上昇することとなる。
【０００８】
このように、従来の酸素濃縮器では、吸気口等の閉塞を直接的に検出できる構成となっていないため、筐体内部の温度上昇に伴う動作異常（例えば酸素濃縮機能の低下）が発生する危険性が高くなる。言い換えると、筐体内部の温度上昇に基づいて吸気口等が閉塞していることを検出することは可能であるが、温度上昇に伴う動作異常の方が早く発生して警告がなされるため、実用的ではない。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、酸素濃縮器が正常な状態で使用されていないこと、特に吸気口等が閉塞していることを使用者に早期に報知できる安全性の高い酸素濃縮器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る酸素濃縮器は、原料空気を導入する空気取入部と、
前記空気取入部を介して導入された前記原料空気から圧縮空気を生成する空気圧縮部と、
前記空気圧縮部で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成するＰＳＡ部と、
前記ＰＳＡ部により生成された高濃度酸素を酸素出口から放出する酸素供給部と、
吸気口から外気を導入して排気口に向けて送風することにより前記空気圧縮部を冷却する送風部と、
前記吸気口又は前記排気口が閉塞しているか否かを監視し、前記吸気口又は前記排気口が閉塞していると判定した場合に、その旨を報知部から報知させる閉塞状態監視部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、送風部の閉塞状態を監視することにより、酸素濃縮器が正常な状態で使用されていないこと、特に吸気口等が閉塞していることを使用者に早期に報知することができる。したがって、筐体内部の温度上昇により酸素濃縮器の機能が低下する前に、使用者が設置状態等を改善できる、安全性に優れた酸素濃縮器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一般的なＰＳＡ式の酸素濃縮器の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る酸素濃縮器の配管系統の概略構成を示す図である。
【図３】実施の形態に係る酸素濃縮器の制御系統の概略構成を示す図である。
【図４】冷却ブロワの吸気口又は排気口の閉塞状態を監視するための閉塞状態監視処理の一例について示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施の形態に係る酸素濃縮器の配管系統の概略構成を示す図である。図２に示す酸素濃縮器１は、空気取入部１０、空気圧縮部２０、ＰＳＡ部３０、酸素貯留部４０、酸素供給部５０を備えたＰＳＡ式の酸素濃縮器である。
【００１４】
空気取入部１０は、原料空気となる外気を筐体内に取り入れる部分で、吸気フィルタ１１、ヘパフィルタ１２等を備えている。吸気フィルタ１１は、筐体に設けられた空気取入口１３を介して導入された原料空気からゴミや埃等の空中浮遊粒子を除去する。ヘパフィルタ１２は、吸気フィルタ１１により除去されなかった微細粒子を除去する。空気取入口１３から導入された原料空気は、吸気フィルタ１１、ヘパフィルタ１２によって濾過され、空気圧縮部２０に送出される。
【００１５】
空気圧縮部２０は、導入された原料空気を圧縮して圧縮空気を生成する、いわゆるコンプレッサである。空気圧縮部２０の下流には、温度上昇した圧縮空気を冷却するために放熱効果に優れた冷却パイプ２１が配管される。原料空気は空気圧縮部２０で圧縮されることにより温度上昇しており、そのままではＰＳＡ部３０における窒素の吸着効率が低下するため、冷却パイプ２１を通過させることにより原料空気を冷却するようになっている。
空気圧縮部２０で生成された圧縮空気は、冷却パイプ２１において冷却され、ＰＳＡ部３０に送出される。
なお、空気圧縮部２０の上流（ヘパフィルタ１２の下流）には、空気圧縮部２０の動作音に対して消音効果を発揮する膨張型消音器（サイレンサ）を配設するのが望ましい。
【００１６】
空気圧縮部２０及び冷却パイプ２１の近傍には、これらを冷却するための冷却ブロワ７０が配設される。冷却ブロワ７０は、筐体に設けられた吸気口（図示略）から外気を吸引し、空気圧縮部２０及び冷却パイプ２１に向けて送風する。送風された冷却風は、筐体に設けられた排気口（図示略）から排気される。なお、冷却ブロワ７０の吸気口として、前述の空気取入口１３を共用してもよい。
冷却ブロワ７０は、例えば筐体内部に設けられた温度センサ７１（図３参照）による検出結果（環境温度）に基づいて、又は酸素センサ４３による検出結果（酸素濃度）に基づいて、必要風量が設定される。具体的には、検出された環境温度が低い場合又は酸素濃度が高い場合には、空気圧縮部２０等が効率よく冷却されていると判断できるので、必要風量が低く設定される。一方、検出された環境温度が高い場合又は酸素濃度が低い場合には、空気圧縮部２０等の冷却が不足していると判断できるので、必要風量が高く設定される。
【００１７】
冷却ブロワ７０には、冷却ブロワ７０の回転数を検出する回転センサ７２が接続されている（図３参照）。回転センサ７２による検出結果をフィードバックして冷却ブロワ７０への供給電圧を変化させる（いわゆるインバータ制御）ことにより、冷却ブロワ７０はほぼ一定の回転数で動作する。
例えば、冷却ブロワ７０の吸気口が閉塞していると、冷却ブロワ７０に外気が導入されず、冷却ブロワ７０を回転させる際の負荷が減少するため、冷却ブロワ７０の回転数が上昇する。この場合、冷却ブロワ７０への供給電圧を低下させることにより、冷却ブロワ７０の回転数が一定に保持される。つまり、一定電圧が供給されている状態で、冷却ブロワ７０の回転数が上昇することに基づいて、冷却ブロワ７０の吸気口又は排気口が閉塞していることを検知できる。
【００１８】
ＰＳＡ部３０は、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成し、酸素貯留部４０に送出する部分で、流路切換部３１、排気サイレンサ３２、シーブベッド（吸着塔）３３Ａ、３３Ｂ、パージオリフィス３４、均圧弁３５、逆止弁３６、３６等を備えている。
【００１９】
流路切換部３１は、４つの切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４を備えたマニホールド（多岐管）で構成され、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気をシーブベッド３３Ａ、３３Ｂに交互に送出するとともに、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂを交互に大気圧に開放して窒素富化空気を排出させる。
具体的には、流路切換部３１では、切替弁ＳＶ１が“開”、切替弁ＳＶ２が“閉”とされることにより、空気圧縮部２０からシーブベッド３３Ａに向かう流路が開通される一方で、シーブベッド３３Ａから排気サイレンサ３２に向かう流路が閉鎖される。同時に、流路切換部３１では、切替弁ＳＶ３が“閉”、切替弁ＳＶ４が“開”とされることにより、空気圧縮部２０からシーブベッド３３Ｂに向かう流路が閉鎖される一方で、シーブベッド３３Ｂから排気サイレンサ３２に向かう流路が開通される。この場合、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気がシーブベッド３３Ａに送出され、シーブベッド３３Ｂからは窒素富化空気が放出されて排気サイレンサ３２を介して排気されることとなる。
また、切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４が上記と逆の状態となっている場合は、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気がシーブベッド３３Ｂに送出され、シーブベッド３３Ａからは窒素富化空気が放出されて排気サイレンサ３２を介して排気されることとなる。切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４の開閉状態は、例えば１０秒間隔で切り替えられる。
【００２０】
排気サイレンサ３２は、酸素濃縮器１の筐体に設けられた排気口（図示略）に接続され、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂから放出された窒素富化空気を筐体の外部に排出する際の排気音を消音する。
【００２１】
シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、流路切換部３１を介して送られてきた圧縮空気から窒素を分離し、高濃度酸素を生成する。シーブベッド３３Ａ、３３Ｂには、酸素より窒素を早く吸着する性質を有するゼオライト等の吸着剤が充填されている。ゼオライトとは、結晶中に微細孔をもつアルミノ珪酸塩（例えばアルカリ土類金属を含む結晶性含水アルミノ珪酸塩）からなる多孔質材料であり、市販されている各種のゼオライトを使用することができる。
【００２２】
シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、流路切換部３１によって空気圧縮部２０からの流路が開通されているとき、圧縮空気が送り込まれて加圧状態となる。このとき、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂでは、窒素及び水分が吸着され、酸素だけが通過するため、高濃度酸素が生成される（吸着工程）。
シーブベッド３３Ａ、３３Ｂで生成される高濃度酸素の濃度は、例えば９０％程度に調整される。また、ゼオライトは窒素のみならず水分をも吸着するので、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂで生成される高濃度酸素は極めて乾燥した状態となる（例えば湿度０．１〜０．２％）。
【００２３】
一方、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、流路切換部３１によって排気サイレンサ３２への流路が開通されているとき、大気圧に開放されて減圧状態となる。このとき、ゼオライトに吸着していた窒素及び水分が脱離され、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂから窒素富化空気が放出され、排気サイレンサ３２を介して排気される。これにより、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの吸着能力が再生される（再生工程）。
【００２４】
シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、逆止弁３６、３６を介して酸素貯留部４０の製品タンク４１に接続されている。逆止弁３６、３６は、製品タンク４１に貯留された高濃度酸素がシーブベッド３３Ａ、３３Ｂに逆流するのを防止する。
【００２５】
また、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの下流側は、パージオリフィス３４を有する配管で接続されている。一方のシーブベッド３３Ａ（又は３３Ｂ）で生成された高濃度酸素は、逆止弁３６を介して酸素貯留部４０に送出されるとともに、パージオリフィス３４を介して他方のシーブベッド３３Ｂ（又は３３Ａ）に送出される。生成された高濃度酸素の一部が他方のシーブベッド３３Ｂ（又は３３Ａ）に送り込まれることにより、当該シーブベッド３３Ｂ（又は３３Ａ）の再生工程が効率よく行われる。パージオリフィス３４のオリフィス径によって、それぞれの流路における高濃度酸素の流量が制御される。
【００２６】
また、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの下流側は、均圧弁３５を有する配管で接続されている。再生工程にあるシーブベッド３３Ａ、３３Ｂを吸着工程に切り替える際、減圧（大気圧）下にそのまま圧縮空気を流入させると窒素の吸着効率が悪い。そのため、切換時に均圧弁３５が“開”とされ、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの圧力が平均化される。
【００２７】
酸素貯留部４０は、ＰＳＡ部３０で生成された高濃度酸素を一時的に貯留しておく部分で、製品タンク４１、圧力調整部（圧力レギュレータ）４２、酸素センサ４３、及び圧力センサ４４等を備えている。
【００２８】
製品タンク４１は、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂで生成された高濃度酸素を貯留するための容器である。シーブベッド３３Ａ、３３Ｂから送出された高濃度酸素を一旦製品タンク４１に貯留しておくことにより、高濃度酸素の濃度変動及び圧力変動が抑制されるので、使用者に安定した濃度および流量で高濃度酸素を供給できる。
【００２９】
圧力調整部４２は、供給する高濃度酸素の流量を制御するために、高濃度酸素の圧力を使用に適した一定圧に調整する。製品タンク４１に貯留されている高濃度酸素の圧力は、製品タンク４１への流入又は製品タンク４１からの流出がある限り少なからず変動する。この場合、正確な流量制御が困難となる上、酸素センサ４３による正確な濃度測定が困難となる。そのため、圧力調整部４２により高濃度酸素が一定圧に調整されるようになっている。
【００３０】
酸素センサ４３は、圧力調整部４２から送出された高濃度酸素の濃度を、所定の間隔（例えば２０分）又は連続して検出する。酸素センサ４３には、例えばジルコニア式や超音波式のセンサが好適である。測定対象となる高濃度酸素の圧力が変動していると正確な測定が困難となるため、一般には、酸素センサ４３は圧力調整部４２の下流に流量制限オリフィス４５を介して接続される。
【００３１】
圧力センサ４４は、製品タンク４１に貯留された高濃度酸素の圧力を検出する。圧力センサ４４による検出結果に基づいて、製品タンク４１に貯留された高濃度酸素の圧力が正常な範囲に保持されているかを確認できる。圧力センサ４４は、２００ｋＰａ程度の圧力を検出可能な測定レンジの比較的広いものであればよく、微少な圧力変動を検出できる程度の精度は要求されない。
【００３２】
酸素供給部５０は、酸素貯留部４０から送出された高濃度酸素を、使用者の呼吸に同調して酸素出口５５から放出する部分で、バクテリアフィルタ５１、同調弁５２、及び圧力センサ５３等を備えている。
【００３３】
バクテリアフィルタ５１は、使用者に清浄な高濃度酸素を供給するために、高濃度酸素に含まれる細菌類を捕集して除菌する。
【００３４】
同調弁５２は、ポートＰ１〜Ｐ３を有する三方弁で構成され、使用者の呼吸に応じて開通する流路を切り替えるとともに、流路の開度を調整することで使用者に供給する高濃度酸素の流量を制御する。同調弁５２のポートＰ１にバクテリアフィルタ５１が接続され、ポートＰ２に酸素出口５５に接続され、ポートＰ３に圧力センサ５３が接続される。
例えば、同調弁５２が開いたとき、ポートＰ１とポートＰ２を結ぶ流路（第１流路）が開通され、高濃度酸素が酸素出口５５から放出される。一方、同調弁５２が閉じたとき、ポートＰ２とポートＰ３を結ぶ流路（第２流路）が開通され、使用者の呼吸に伴う圧力変動が圧力センサ５３によって検出可能となる。
【００３５】
圧力センサ５３は、使用者の呼吸を検出するためのセンサであり、同調弁５２のポートＰ３に接続されるとともに、同調弁５２の下流側（ポートＰ２と酸素出口５５を結ぶ流路）に流量制限オリフィス５４を介して接続されている。したがって、同調弁５２が“閉”となっている状態（第２流路が開通している状態）では使用者の呼吸に伴って変化する圧力を検出することができ、同調弁５２が“開”となっている状態（第１流路が開通している状態）では酸素供給に伴って変化する圧力を検出することができる。
なお、使用者の呼吸に伴う微少な圧力変動を確実に検出するため、圧力センサ５３としては、測定レンジが±４ｋＰａのものが好適である。
【００３６】
酸素濃縮器１では、圧力センサ５３による検出結果に基づいて、同調弁５２の開閉状態が制御される。具体的には、同調弁５２が“閉”となっている状態で、圧力センサ５３により陰圧が検出されると、同調弁５２が瞬時に“開”とされ、高濃度酸素の供給が開始される。そして、所定時間（例えば０．０８秒）経過後、同調弁５２が“閉”とされることにより、所定量の高濃度酸素が放出される。酸素供給部５０から放出された高濃度酸素は、酸素出口５５に接続された鼻カニューラや酸素マスクを介して使用者に供給される。
なお、高濃度酸素は極めて乾燥した状態となっているので、酸素出口５５の上流に、高濃度酸素を加湿するための加湿部を配設してもよい。
【００３７】
図３は、本実施の形態に係る酸素濃縮器の制御系統の概略構成を示す図である。
図３に示すように、制御部６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＡＭ（Random Access Memory）６２、ＲＯＭ（Read Only Memory）６３等を備えている。ＣＰＵ６１は、処理内容に応じたプログラムをＲＯＭ６３から読み出してＲＡＭ６２に展開し、展開したプログラムと協働して酸素濃縮器１の各ブロックの動作を制御する。
【００３８】
具体的に説明すると、制御部６０には、酸素貯留部４０の酸素センサ４３、酸素供給部５０の圧力センサ５３、温度センサ７１、回転センサ７２、姿勢センサ７３、その他の各種センサからの検出信号が入力される。姿勢センサ７３は、酸素濃縮器１の設置状態（上下、左右、前後）を検出できる３軸加速度センサであり、半導体式のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）センサが好適である。
また、制御部６０には、操作ボタン等を有する操作部８１において、例えば使用者による供給流量の設定が行われた場合に、設定流量を指示する操作信号が入力される。
そして、制御部６０は、これらの入力信号に基づいて、例えば空気圧縮部２０や冷却ブロワ７０の駆動モータの回転数を制御したり、流路切換部３１の切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４や同調弁５２の開閉状態や開度を制御したりする。このような制御により、酸素濃縮器１から設定流量で高濃度酸素が供給される。
【００３９】
また、制御部６０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などからなる表示部８２における表示に係る制御や、スピーカ８３からの音声出力に係る制御を行う。表示部８２及びスピーカ８３は、使用者に各種の情報を報知する際に用いられる。
図示を省略するが、酸素濃縮器１に無線ＬＡＮ（Local Area Network）やBluetooth（登録商標）等の通信ネットワークに接続可能なインターフェースを設け、外部機器との間で各種データを送受信できるようにしてもよい。
【００４０】
さらに、制御部６０は、回転センサ７２及び姿勢センサ７３からの検出信号に基づいて、冷却ブロワ７０の吸気口又は排気口が閉塞しているか否かを判定する。そして、吸気口又は排気口が閉塞している場合には、その旨を表示部８２又はスピーカ８３によって使用者に報知する。この処理は、具体的には図４に示すフローチャートに従って行われる。
【００４１】
図４は、冷却ブロワ７０の吸気口又は排気口の閉塞状態を監視するための閉塞状態監視処理の一例について示すフローチャートである。この閉塞状態監視処理は、ＣＰＵ６１がＲＯＭ６３に格納された所定のプログラムを実行することにより実現される。
ここでは、側面に吸気口、上面に排気口を設けた略直方体状の酸素濃縮器１を例に挙げて説明する。この酸素濃縮器１において、吸気口が水平方向、排気口が垂直上方向を向いている状態が、適切な姿勢（設置状態）となる。
また、酸素濃縮器１では、環境温度や酸素濃度に基づいて空気圧縮部２０等を冷却するための必要風量が設定され、この必要風量に応じて冷却ブロワ７０への供給電圧が設定されているものとする。
【００４２】
図４のステップＳ１０１において、制御部６０は、回転センサ７２からの検出信号に基づいて、冷却ブロワ７０の回転数を取得する。冷却ブロワ７０の吸気口又は排気口が閉塞していない正常時においては、一定電圧が冷却ブロワ７０に供給され、供給電圧に応じたほぼ一定の回転数で冷却ブロワ７０は動作する。一方、冷却ブロワ７０の吸気口又は排気口が閉塞していると、供給電圧が同じであるにも関わらず、冷却ブロワ７０の回転数が上昇する。この場合、一定の送風量が保持されるように、冷却ブロワ７０への供給電圧を低下させ、回転数を低下させる制御が行われる。
【００４３】
ステップＳ１０２では、取得された回転数が正常であるか否かを判定する。例えば、正常時における冷却ブロワ７０の回転数を基準回転数とし、この基準回転数との差が予め定められた所定の範囲にあるか否かによって、取得された回転数が正常であるか否かを判定する。つまり、冷却ブロワ７０の回転数が大きく変動した場合に、回転数異常が検出される。冷却ブロワ７０の吸気口又は排気口が閉塞している場合には、冷却ブロワ７０の回転数が一時的に基準回転数よりも大幅に高くなるため、回転数異常が検出されることになる。
ステップＳ１０２において、取得された回転数が正常でないと判定した場合はステップＳ１０３に移行する。一方、取得された回転数が正常であると判定した場合は、吸気口及び排気口の何れも閉塞していないと判断できるので、ステップＳ１０１からの処理を繰り返す。
【００４４】
ステップＳ１０３では、姿勢センサ７３からの検出信号に基づいて、酸素濃縮器１が適切な姿勢で設置されているか否かを判定する。具体的には、酸素濃縮器１の筐体に形成された吸気口又は排気口が底面（設置面と接触する面）となっているか否かを判定する。これにより、吸気口又は排気口が姿勢異常により閉塞されているか否かを判断できる。
ステップＳ１０３において、酸素濃縮器１の姿勢は適切、すなわち吸気口又は排気口の形成面は底面になっていないと判定した場合はステップＳ１０４に移行する。一方、酸素濃縮器１の姿勢は不適切、すなわち吸気口又は排気口の形成面が底面になっていると判定した場合はステップＳ１０５に移行する。
【００４５】
ステップＳ１０４では、吸気口又は排気口が閉塞していることを、表示部８２における表示又はスピーカ８３からの警告音によって報知する。使用者は、吸気口又は排気口が閉塞していること自体を知得できるので、吸気口又は排気口が壁面等に近接していないかや、吸気口に紙などの異物が吸引されていないか等を確認することにより、改善に努めることができる。
【００４６】
ステップＳ１０５では、酸素濃縮器１の設置状態が不適切であることによって吸気口又は排気口が閉塞していることを、表示部８２における表示又はスピーカ８３からの警告音によって報知する。使用者は、酸素濃縮器１の設置状態が不適切であることを知得できるので、適切な状態に移行させることにより吸気口又は排気口の閉塞を容易に解消できる。
【００４７】
なお、冷却ブロワ７０の吸気口又は排気口が閉塞していない場合（ステップＳ１０２で“ＹＥＳ”）でも、酸素濃縮器１の姿勢が適切でない場合がある。この場合は、酸素濃縮器１の設置状態を確認するよう、使用者に報知するようにしてもよい。例えば、携帯型の酸素濃縮器１は、バッグや自動車に設置されることもあるが、その際の設置状態の誤りを事前に改善させることができる。
【００４８】
このように、本実施の形態に係る酸素濃縮器１は、原料空気を導入する空気取入部（１０）と、空気取入部（１０）を介して導入された原料空気から圧縮空気を生成する空気圧縮部（２０）と、空気圧縮部（２０）で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成するＰＳＡ部（３０）と、ＰＳＡ部（３０）により生成された高濃度酸素を酸素出口（５５）から放出する酸素供給部（５０）と、吸気口から外気を導入して排気口に向けて送風することにより空気圧縮部（２０）を冷却する送風部（冷却ブロワ７０）と、を備えている。
また、吸気口又は排気口が閉塞しているか否かを監視し、吸気口又は排気口が閉塞していると判定した場合に、その旨を報知部（表示部８２、スピーカ８３）から報知させる閉塞状態監視部（制御部６０、図４のフローチャート）を備えている。
【００４９】
酸素濃縮器１では、冷却ブロワ７０の閉塞状態が常時監視されているので、酸素濃縮器１が正常な状態で使用されていないこと、特に吸気口等が閉塞していることを使用者に早期に報知することができる。したがって、筐体内部の温度上昇により酸素濃縮器１の機能が低下する前に、使用者は設置状態等を改善することができる。すなわち、酸素濃縮器１は、極めて安全性の高い酸素濃縮器である。
【００５０】
また、酸素濃縮器１は、送風部（冷却ブロワ７０）の駆動モータの回転数を検出する回転数検出部（回転センサ７２）を備え、送風部（冷却ブロワ７０）は、供給電圧を変化させることにより回転数がほぼ一定となるように制御される。そして、閉塞状態監視部（制御部６０）は、送風部（冷却ブロワ７０）に一定電圧が供給されている状態で、回転数検出部（回転センサ７２）により回転数の上昇が検出された場合に、吸気口又は排気口が閉塞していると判定する。
これにより、回転数が自動的に制御される従来の冷却ブロワの構成をそのまま利用することができるので、特別な構成要素を追加することなく、本発明を実現することができる。
【００５１】
また、酸素濃縮器１は、当該酸素濃縮器（１）の設置状態を検出する姿勢検出部（姿勢センサ７３）を備えている。そして、閉塞状態監視部（制御部６０）は、姿勢検出部（姿勢センサ７３）による検出結果に基づいて、具体的には、姿勢検出部（姿勢センサ７３）により吸気口又は排気口の形成面が底面となっていることを検出された場合に、吸気口又は排気口が姿勢異常により閉塞していることを報知部（表示部８２、スピーカ８３）から報知させる。
これにより、吸気口又は排気口が閉塞している原因も報知して、設置状態を改善させるという細かい指示を使用者に提供することができる。
【００５２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形の態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、酸素濃縮器１において、回転センサ７２の代わりに、又はこれに追加して、冷却ブロワ７０の送風量を検出する流量センサを設け、この流量センサにより検出された送風量に基づいて、吸気口又は排気口が閉塞しているか否かを判定するようにしてもよい。この場合、流量センサにより検出された送風量に基づいて、一定の送風量が保持されるように（一定の回転数となるように）、冷却ブロワへの供給電圧を制御することもできる。
また例えば、ＰＳＡ部３０の流路切換部３１を２つの三方弁を用いた構成とすることもできる。その他、酸素濃縮器の基本的な酸素濃縮機能に係る構成は実施の形態で示した態様に限定されない。
また、本発明は、設置状態が比較的頻繁に変化する携帯型の酸素濃縮器に適用して有用であるが、据え置き型の酸素濃縮器に適用することもできる。
【００５３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５４】
１ 酸素濃縮器
１０ 空気取入部
１１ 吸気フィルタ
１２ ヘパフィルタ
１３ 空気取入口
２０ 空気圧縮部
２１ 冷却パイプ
３０ ＰＳＡ部
３１ 流路切換部
３２ 排気サイレンサ
３３Ａ、３３Ｂ シーブベッド
３４ パージオリフィス
３５ 均圧弁
３６ 逆止弁
４０ 酸素貯留部
４１ 製品タンク
４２ 圧力調整部
４３ 酸素センサ
４４ 圧力センサ
４５ 流量制限オリフィス
５０ 酸素供給部
５１ バクテリアフィルタ
５２ 同調弁
５３ 圧力センサ
５４ 流量制限オリフィス
５５ 酸素出口
６０ 制御部（閉塞状態監視部）
６１ ＣＰＵ
６２ ＲＡＭ
６３ ＲＯＭ
７０ 冷却ブロワ（送風部）
７１ 温度センサ
７２ 回転センサ（回転数検出部）
７３ 姿勢センサ（姿勢検出部）
８１ 操作部
８２ 表示部（報知部）
８３ スピーカ（報知部）
ＳＶ１〜ＳＶ４ 切替弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気を導入して高濃度の酸素を放出する酸素濃縮器に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素濃縮器は主として、呼吸器疾患の患者が在宅で酸素を吸入する在宅酸素療法（ＨＯＴ：home oxygen therapy）において使用されるもので、ＰＳＡ式と酸素富化膜式が知られている。
図１は、一般的なＰＳＡ式の酸素濃縮器の概略構成を示す図である。図１に示すように、ＰＳＡ式の酸素濃縮器１は、空気取入部１０、空気圧縮部２０、ＰＳＡ部３０、酸素貯留部４０、及び酸素供給部５０を備えている。
【０００３】
酸素濃縮器１において、空気取入部１０から導入された原料空気は、空気圧縮部２０で圧縮されて圧縮空気となり、この圧縮空気がＰＳＡ部３０に送出される。
ＰＳＡ部３０は、酸素より窒素を早く吸着する性質を有するゼオライト等の吸着剤が充填された２本のシーブベッド（吸着塔）３３Ａ、３３Ｂを有している。シーブベッド３３Ａ、３３Ｂに圧縮空気が送り込まれて加圧状態になると、窒素及び水分が吸着されて酸素だけが通過し、高濃度酸素が生成される。一方、窒素を吸着したシーブベッド３３Ａ、３３Ｂが減圧状態（例えば大気圧）に戻されると、吸着していた窒素が脱離して放出され、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの吸着能力が再生される。つまり、ＰＳＡ部３０において、２本のシーブベッド３３Ａ、３３Ｂで交互に加圧減圧を繰り返すことにより、連続して高濃度酸素を生成することができる。
【０００４】
ＰＳＡ部３０で生成された高濃度酸素は、一旦酸素貯留部４０の製品タンク４１に貯留された後、圧力調整部（圧力レギュレータ）４２により一定圧力に調整される。そして、高濃度酸素は酸素供給部５０から一定流量で放出され、当該酸素濃縮器１に接続された鼻カニューラや酸素マスク等を介して使用者（患者）の体内に供給される。
【０００５】
上述した酸素濃縮器１においては、原料空気は空気圧縮部２０で圧縮されることにより温度上昇するため、そのままではＰＳＡ部３０における窒素の吸着効率が低下する。そこで、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気は、空気圧縮部２０の下流に接続された冷却パイプを通過することにより冷却されるようになっている。また、空気圧縮部２０及び冷却パイプの近傍には、これらを冷却するための送風部（例えば冷却ブロワ）７０が配設される（例えば特許文献１、２）。
具体的には、特許文献１には供給する酸素流量に応じて必要風量を設定し、冷却ブロワの回転数（駆動モータを回転させるための動力）を制御する技術が開示されている。特許文献２には周囲の環境温度に応じて必要風量を設定し、冷却ブロワの回転数を制御する技術が開示されている。また、一定の送風量（設定風量）を得るために、冷却ブロワの回転数を検出し、この検出結果をフィードバックして駆動モータの動力が制御される方式の冷却ブロワも知られている（例えばインバータ制御方式）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−５３７号公報
【特許文献２】特開２００４−１８３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、冷却ブロワにより吸気口から取り入れられた空気は、空気圧縮部に向けて送風され、排気口から排気される。そのため、吸気口や排気口が閉塞していると、冷却風が適切に循環されずに筐体内部の温度上昇を招く。例えば、吸気口又は排気口が壁面に近接する状態で酸素濃縮器が設置されていると、吸気口又は排気口が閉塞してしまう虞がある。
この場合、冷却ブロワに外気が導入されず、冷却ブロワを回転させる際の負荷が減少するため、冷却ブロワの回転数が上昇する。そして、回転数制御をしている冷却ブロワでは、電圧を低下させることにより回転数が一定となるように制御される。しかしながら、吸気口等の閉塞状態が改善されるわけではないので、筐体内部の温度は次第に上昇することとなる。
【０００８】
このように、従来の酸素濃縮器では、吸気口等の閉塞を直接的に検出できる構成となっていないため、筐体内部の温度上昇に伴う動作異常（例えば酸素濃縮機能の低下）が発生する危険性が高くなる。言い換えると、筐体内部の温度上昇に基づいて吸気口等が閉塞していることを検出することは可能であるが、温度上昇に伴う動作異常の方が早く発生して警告がなされるため、実用的ではない。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、酸素濃縮器が正常な状態で使用されていないこと、特に吸気口等が閉塞していることを使用者に早期に報知できる安全性の高い酸素濃縮器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る酸素濃縮器は、原料空気を導入する空気取入部と、
前記空気取入部を介して導入された前記原料空気から圧縮空気を生成する空気圧縮部と、
前記空気圧縮部で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成するＰＳＡ部と、
前記ＰＳＡ部により生成された高濃度酸素を酸素出口から放出する酸素供給部と、
吸気口から外気を導入して排気口に向けて送風することにより前記空気圧縮部を冷却する送風部と、
前記吸気口又は前記排気口が閉塞しているか否かを監視し、前記吸気口又は前記排気口が閉塞していると判定した場合に、その旨を報知部から報知させる閉塞状態監視部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、送風部の閉塞状態を監視することにより、酸素濃縮器が正常な状態で使用されていないこと、特に吸気口等が閉塞していることを使用者に早期に報知することができる。したがって、筐体内部の温度上昇により酸素濃縮器の機能が低下する前に、使用者が設置状態等を改善できる、安全性に優れた酸素濃縮器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一般的なＰＳＡ式の酸素濃縮器の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る酸素濃縮器の配管系統の概略構成を示す図である。
【図３】実施の形態に係る酸素濃縮器の制御系統の概略構成を示す図である。
【図４】冷却ブロワの吸気口又は排気口の閉塞状態を監視するための閉塞状態監視処理の一例について示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施の形態に係る酸素濃縮器の配管系統の概略構成を示す図である。図２に示す酸素濃縮器１は、空気取入部１０、空気圧縮部２０、ＰＳＡ部３０、酸素貯留部４０、酸素供給部５０を備えたＰＳＡ式の酸素濃縮器である。
【００１４】
空気取入部１０は、原料空気となる外気を筐体内に取り入れる部分で、吸気フィルタ１１、ヘパフィルタ１２等を備えている。吸気フィルタ１１は、筐体に設けられた空気取入口１３を介して導入された原料空気からゴミや埃等の空中浮遊粒子を除去する。ヘパフィルタ１２は、吸気フィルタ１１により除去されなかった微細粒子を除去する。空気取入口１３から導入された原料空気は、吸気フィルタ１１、ヘパフィルタ１２によって濾過され、空気圧縮部２０に送出される。
【００１５】
空気圧縮部２０は、導入された原料空気を圧縮して圧縮空気を生成する、いわゆるコンプレッサである。空気圧縮部２０の下流には、温度上昇した圧縮空気を冷却するために放熱効果に優れた冷却パイプ２１が配管される。原料空気は空気圧縮部２０で圧縮されることにより温度上昇しており、そのままではＰＳＡ部３０における窒素の吸着効率が低下するため、冷却パイプ２１を通過させることにより原料空気を冷却するようになっている。
空気圧縮部２０で生成された圧縮空気は、冷却パイプ２１において冷却され、ＰＳＡ部３０に送出される。
なお、空気圧縮部２０の上流（ヘパフィルタ１２の下流）には、空気圧縮部２０の動作音に対して消音効果を発揮する膨張型消音器（サイレンサ）を配設するのが望ましい。
【００１６】
空気圧縮部２０及び冷却パイプ２１の近傍には、これらを冷却するための冷却ブロワ７０が配設される。冷却ブロワ７０は、筐体に設けられた吸気口（図示略）から外気を吸引し、空気圧縮部２０及び冷却パイプ２１に向けて送風する。送風された冷却風は、筐体に設けられた排気口（図示略）から排気される。なお、冷却ブロワ７０の吸気口として、前述の空気取入口１３を共用してもよい。
冷却ブロワ７０は、例えば筐体内部に設けられた温度センサ７１（図３参照）による検出結果（環境温度）に基づいて、又は酸素センサ４３による検出結果（酸素濃度）に基づいて、必要風量が設定される。具体的には、検出された環境温度が低い場合又は酸素濃度が高い場合には、空気圧縮部２０等が効率よく冷却されていると判断できるので、必要風量が低く設定される。一方、検出された環境温度が高い場合又は酸素濃度が低い場合には、空気圧縮部２０等の冷却が不足していると判断できるので、必要風量が高く設定される。
【００１７】
冷却ブロワ７０には、冷却ブロワ７０の回転数を検出する回転センサ７２が接続されている（図３参照）。回転センサ７２による検出結果をフィードバックして冷却ブロワ７０への供給電圧を変化させる（いわゆるインバータ制御）ことにより、冷却ブロワ７０はほぼ一定の回転数で動作する。
例えば、冷却ブロワ７０の吸気口が閉塞していると、冷却ブロワ７０に外気が導入されず、冷却ブロワ７０を回転させる際の負荷が減少するため、冷却ブロワ７０の回転数が上昇する。この場合、冷却ブロワ７０への供給電圧を低下させることにより、冷却ブロワ７０の回転数が一定に保持される。つまり、一定電圧が供給されている状態で、冷却ブロワ７０の回転数が上昇することに基づいて、冷却ブロワ７０の吸気口又は排気口が閉塞していることを検知できる。
【００１８】
ＰＳＡ部３０は、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成し、酸素貯留部４０に送出する部分で、流路切換部３１、排気サイレンサ３２、シーブベッド（吸着塔）３３Ａ、３３Ｂ、パージオリフィス３４、均圧弁３５、逆止弁３６、３６等を備えている。
【００１９】
流路切換部３１は、４つの切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４を備えたマニホールド（多岐管）で構成され、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気をシーブベッド３３Ａ、３３Ｂに交互に送出するとともに、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂを交互に大気圧に開放して窒素富化空気を排出させる。
具体的には、流路切換部３１では、切替弁ＳＶ１が“開”、切替弁ＳＶ２が“閉”とされることにより、空気圧縮部２０からシーブベッド３３Ａに向かう流路が開通される一方で、シーブベッド３３Ａから排気サイレンサ３２に向かう流路が閉鎖される。同時に、流路切換部３１では、切替弁ＳＶ３が“閉”、切替弁ＳＶ４が“開”とされることにより、空気圧縮部２０からシーブベッド３３Ｂに向かう流路が閉鎖される一方で、シーブベッド３３Ｂから排気サイレンサ３２に向かう流路が開通される。この場合、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気がシーブベッド３３Ａに送出され、シーブベッド３３Ｂからは窒素富化空気が放出されて排気サイレンサ３２を介して排気されることとなる。
また、切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４が上記と逆の状態となっている場合は、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気がシーブベッド３３Ｂに送出され、シーブベッド３３Ａからは窒素富化空気が放出されて排気サイレンサ３２を介して排気されることとなる。切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４の開閉状態は、例えば１０秒間隔で切り替えられる。
【００２０】
排気サイレンサ３２は、酸素濃縮器１の筐体に設けられた排気口（図示略）に接続され、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂから放出された窒素富化空気を筐体の外部に排出する際の排気音を消音する。
【００２１】
シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、流路切換部３１を介して送られてきた圧縮空気から窒素を分離し、高濃度酸素を生成する。シーブベッド３３Ａ、３３Ｂには、酸素より窒素を早く吸着する性質を有するゼオライト等の吸着剤が充填されている。ゼオライトとは、結晶中に微細孔をもつアルミノ珪酸塩（例えばアルカリ土類金属を含む結晶性含水アルミノ珪酸塩）からなる多孔質材料であり、市販されている各種のゼオライトを使用することができる。
【００２２】
シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、流路切換部３１によって空気圧縮部２０からの流路が開通されているとき、圧縮空気が送り込まれて加圧状態となる。このとき、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂでは、窒素及び水分が吸着され、酸素だけが通過するため、高濃度酸素が生成される（吸着工程）。
シーブベッド３３Ａ、３３Ｂで生成される高濃度酸素の濃度は、例えば９０％程度に調整される。また、ゼオライトは窒素のみならず水分をも吸着するので、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂで生成される高濃度酸素は極めて乾燥した状態となる（例えば湿度０．１〜０．２％）。
【００２３】
一方、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、流路切換部３１によって排気サイレンサ３２への流路が開通されているとき、大気圧に開放されて減圧状態となる。このとき、ゼオライトに吸着していた窒素及び水分が脱離され、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂから窒素富化空気が放出され、排気サイレンサ３２を介して排気される。これにより、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの吸着能力が再生される（再生工程）。
【００２４】
シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、逆止弁３６、３６を介して酸素貯留部４０の製品タンク４１に接続されている。逆止弁３６、３６は、製品タンク４１に貯留された高濃度酸素がシーブベッド３３Ａ、３３Ｂに逆流するのを防止する。
【００２５】
また、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの下流側は、パージオリフィス３４を有する配管で接続されている。一方のシーブベッド３３Ａ（又は３３Ｂ）で生成された高濃度酸素は、逆止弁３６を介して酸素貯留部４０に送出されるとともに、パージオリフィス３４を介して他方のシーブベッド３３Ｂ（又は３３Ａ）に送出される。生成された高濃度酸素の一部が他方のシーブベッド３３Ｂ（又は３３Ａ）に送り込まれることにより、当該シーブベッド３３Ｂ（又は３３Ａ）の再生工程が効率よく行われる。パージオリフィス３４のオリフィス径によって、それぞれの流路における高濃度酸素の流量が制御される。
【００２６】
また、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの下流側は、均圧弁３５を有する配管で接続されている。再生工程にあるシーブベッド３３Ａ、３３Ｂを吸着工程に切り替える際、減圧（大気圧）下にそのまま圧縮空気を流入させると窒素の吸着効率が悪い。そのため、切換時に均圧弁３５が“開”とされ、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの圧力が平均化される。
【００２７】
酸素貯留部４０は、ＰＳＡ部３０で生成された高濃度酸素を一時的に貯留しておく部分で、製品タンク４１、圧力調整部（圧力レギュレータ）４２、酸素センサ４３、及び圧力センサ４４等を備えている。
【００２８】
製品タンク４１は、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂで生成された高濃度酸素を貯留するための容器である。シーブベッド３３Ａ、３３Ｂから送出された高濃度酸素を一旦製品タンク４１に貯留しておくことにより、高濃度酸素の濃度変動及び圧力変動が抑制されるので、使用者に安定した濃度および流量で高濃度酸素を供給できる。
【００２９】
圧力調整部４２は、供給する高濃度酸素の流量を制御するために、高濃度酸素の圧力を使用に適した一定圧に調整する。製品タンク４１に貯留されている高濃度酸素の圧力は、製品タンク４１への流入又は製品タンク４１からの流出がある限り少なからず変動する。この場合、正確な流量制御が困難となる上、酸素センサ４３による正確な濃度測定が困難となる。そのため、圧力調整部４２により高濃度酸素が一定圧に調整されるようになっている。
【００３０】
酸素センサ４３は、圧力調整部４２から送出された高濃度酸素の濃度を、所定の間隔（例えば２０分）又は連続して検出する。酸素センサ４３には、例えばジルコニア式や超音波式のセンサが好適である。測定対象となる高濃度酸素の圧力が変動していると正確な測定が困難となるため、一般には、酸素センサ４３は圧力調整部４２の下流に流量制限オリフィス４５を介して接続される。
【００３１】
圧力センサ４４は、製品タンク４１に貯留された高濃度酸素の圧力を検出する。圧力センサ４４による検出結果に基づいて、製品タンク４１に貯留された高濃度酸素の圧力が正常な範囲に保持されているかを確認できる。圧力センサ４４は、２００ｋＰａ程度の圧力を検出可能な測定レンジの比較的広いものであればよく、微少な圧力変動を検出できる程度の精度は要求されない。
【００３２】
酸素供給部５０は、酸素貯留部４０から送出された高濃度酸素を、使用者の呼吸に同調して酸素出口５５から放出する部分で、バクテリアフィルタ５１、同調弁５２、及び圧力センサ５３等を備えている。
【００３３】
バクテリアフィルタ５１は、使用者に清浄な高濃度酸素を供給するために、高濃度酸素に含まれる細菌類を捕集して除菌する。
【００３４】
同調弁５２は、ポートＰ１〜Ｐ３を有する三方弁で構成され、使用者の呼吸に応じて開通する流路を切り替えるとともに、流路の開度を調整することで使用者に供給する高濃度酸素の流量を制御する。同調弁５２のポートＰ１にバクテリアフィルタ５１が接続され、ポートＰ２に酸素出口５５に接続され、ポートＰ３に圧力センサ５３が接続される。
例えば、同調弁５２が開いたとき、ポートＰ１とポートＰ２を結ぶ流路（第１流路）が開通され、高濃度酸素が酸素出口５５から放出される。一方、同調弁５２が閉じたとき、ポートＰ２とポートＰ３を結ぶ流路（第２流路）が開通され、使用者の呼吸に伴う圧力変動が圧力センサ５３によって検出可能となる。
【００３５】
圧力センサ５３は、使用者の呼吸を検出するためのセンサであり、同調弁５２のポートＰ３に接続されるとともに、同調弁５２の下流側（ポートＰ２と酸素出口５５を結ぶ流路）に流量制限オリフィス５４を介して接続されている。したがって、同調弁５２が“閉”となっている状態（第２流路が開通している状態）では使用者の呼吸に伴って変化する圧力を検出することができ、同調弁５２が“開”となっている状態（第１流路が開通している状態）では酸素供給に伴って変化する圧力を検出することができる。
なお、使用者の呼吸に伴う微少な圧力変動を確実に検出するため、圧力センサ５３としては、測定レンジが±４ｋＰａのものが好適である。
【００３６】
酸素濃縮器１では、圧力センサ５３による検出結果に基づいて、同調弁５２の開閉状態が制御される。具体的には、同調弁５２が“閉”となっている状態で、圧力センサ５３により陰圧が検出されると、同調弁５２が瞬時に“開”とされ、高濃度酸素の供給が開始される。そして、所定時間（例えば０．０８秒）経過後、同調弁５２が“閉”とされることにより、所定量の高濃度酸素が放出される。酸素供給部５０から放出された高濃度酸素は、酸素出口５５に接続された鼻カニューラや酸素マスクを介して使用者に供給される。
なお、高濃度酸素は極めて乾燥した状態となっているので、酸素出口５５の上流に、高濃度酸素を加湿するための加湿部を配設してもよい。
【００３７】
図３は、本実施の形態に係る酸素濃縮器の制御系統の概略構成を示す図である。
図３に示すように、制御部６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＡＭ（Random Access Memory）６２、ＲＯＭ（Read Only Memory）６３等を備えている。ＣＰＵ６１は、処理内容に応じたプログラムをＲＯＭ６３から読み出してＲＡＭ６２に展開し、展開したプログラムと協働して酸素濃縮器１の各ブロックの動作を制御する。
【００３８】
具体的に説明すると、制御部６０には、酸素貯留部４０の酸素センサ４３、酸素供給部５０の圧力センサ５３、温度センサ７１、回転センサ７２、姿勢センサ７３、その他の各種センサからの検出信号が入力される。姿勢センサ７３は、酸素濃縮器１の設置状態（上下、左右、前後）を検出できる３軸加速度センサであり、半導体式のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）センサが好適である。
また、制御部６０には、操作ボタン等を有する操作部８１において、例えば使用者による供給流量の設定が行われた場合に、設定流量を指示する操作信号が入力される。
そして、制御部６０は、これらの入力信号に基づいて、例えば空気圧縮部２０や冷却ブロワ７０の駆動モータの回転数を制御したり、流路切換部３１の切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４や同調弁５２の開閉状態や開度を制御したりする。このような制御により、酸素濃縮器１から設定流量で高濃度酸素が供給される。
【００３９】
また、制御部６０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などからなる表示部８２における表示に係る制御や、スピーカ８３からの音声出力に係る制御を行う。表示部８２及びスピーカ８３は、使用者に各種の情報を報知する際に用いられる。
図示を省略するが、酸素濃縮器１に無線ＬＡＮ（Local Area Network）やBluetooth（登録商標）等の通信ネットワークに接続可能なインターフェースを設け、外部機器との間で各種データを送受信できるようにしてもよい。
【００４０】
さらに、制御部６０は、回転センサ７２及び姿勢センサ７３からの検出信号に基づいて、冷却ブロワ７０の吸気口又は排気口が閉塞しているか否かを判定する。そして、吸気口又は排気口が閉塞している場合には、その旨を表示部８２又はスピーカ８３によって使用者に報知する。この処理は、具体的には図４に示すフローチャートに従って行われる。
【００４１】
図４は、冷却ブロワ７０の吸気口又は排気口の閉塞状態を監視するための閉塞状態監視処理の一例について示すフローチャートである。この閉塞状態監視処理は、ＣＰＵ６１がＲＯＭ６３に格納された所定のプログラムを実行することにより実現される。
ここでは、側面に吸気口、上面に排気口を設けた略直方体状の酸素濃縮器１を例に挙げて説明する。この酸素濃縮器１において、吸気口が水平方向、排気口が垂直上方向を向いている状態が、適切な姿勢（設置状態）となる。
また、酸素濃縮器１では、環境温度や酸素濃度に基づいて空気圧縮部２０等を冷却するための必要風量が設定され、この必要風量に応じて冷却ブロワ７０への供給電圧が設定されているものとする。
【００４２】
図４のステップＳ１０１において、制御部６０は、回転センサ７２からの検出信号に基づいて、冷却ブロワ７０の回転数を取得する。冷却ブロワ７０の吸気口又は排気口が閉塞していない正常時においては、一定電圧が冷却ブロワ７０に供給され、供給電圧に応じたほぼ一定の回転数で冷却ブロワ７０は動作する。一方、冷却ブロワ７０の吸気口又は排気口が閉塞していると、供給電圧が同じであるにも関わらず、冷却ブロワ７０の回転数が上昇する。この場合、一定の送風量が保持されるように、冷却ブロワ７０への供給電圧を低下させ、回転数を低下させる制御が行われる。
【００４３】
ステップＳ１０２では、取得された回転数が正常であるか否かを判定する。例えば、正常時における冷却ブロワ７０の回転数を基準回転数とし、この基準回転数との差が予め定められた所定の範囲にあるか否かによって、取得された回転数が正常であるか否かを判定する。つまり、冷却ブロワ７０の回転数が大きく変動した場合に、回転数異常が検出される。冷却ブロワ７０の吸気口又は排気口が閉塞している場合には、冷却ブロワ７０の回転数が一時的に基準回転数よりも大幅に高くなるため、回転数異常が検出されることになる。
ステップＳ１０２において、取得された回転数が正常でないと判定した場合はステップＳ１０３に移行する。一方、取得された回転数が正常であると判定した場合は、吸気口及び排気口の何れも閉塞していないと判断できるので、ステップＳ１０１からの処理を繰り返す。
【００４４】
ステップＳ１０３では、姿勢センサ７３からの検出信号に基づいて、酸素濃縮器１が適切な姿勢で設置されているか否かを判定する。具体的には、酸素濃縮器１の筐体に形成された吸気口又は排気口が底面（設置面と接触する面）となっているか否かを判定する。これにより、吸気口又は排気口が姿勢異常により閉塞されているか否かを判断できる。
ステップＳ１０３において、酸素濃縮器１の姿勢は適切、すなわち吸気口又は排気口の形成面は底面になっていないと判定した場合はステップＳ１０４に移行する。一方、酸素濃縮器１の姿勢は不適切、すなわち吸気口又は排気口の形成面が底面になっていると判定した場合はステップＳ１０５に移行する。
【００４５】
ステップＳ１０４では、吸気口又は排気口が閉塞していることを、表示部８２における表示又はスピーカ８３からの警告音によって報知する。使用者は、吸気口又は排気口が閉塞していること自体を知得できるので、吸気口又は排気口が壁面等に近接していないかや、吸気口に紙などの異物が吸引されていないか等を確認することにより、改善に努めることができる。
【００４６】
ステップＳ１０５では、酸素濃縮器１の設置状態が不適切であることによって吸気口又は排気口が閉塞していることを、表示部８２における表示又はスピーカ８３からの警告音によって報知する。使用者は、酸素濃縮器１の設置状態が不適切であることを知得できるので、適切な状態に移行させることにより吸気口又は排気口の閉塞を容易に解消できる。
【００４７】
なお、冷却ブロワ７０の吸気口又は排気口が閉塞していない場合（ステップＳ１０２で“ＹＥＳ”）でも、酸素濃縮器１の姿勢が適切でない場合がある。この場合は、酸素濃縮器１の設置状態を確認するよう、使用者に報知するようにしてもよい。例えば、携帯型の酸素濃縮器１は、バッグや自動車に設置されることもあるが、その際の設置状態の誤りを事前に改善させることができる。
【００４８】
このように、本実施の形態に係る酸素濃縮器１は、原料空気を導入する空気取入部（１０）と、空気取入部（１０）を介して導入された原料空気から圧縮空気を生成する空気圧縮部（２０）と、空気圧縮部（２０）で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成するＰＳＡ部（３０）と、ＰＳＡ部（３０）により生成された高濃度酸素を酸素出口（５５）から放出する酸素供給部（５０）と、吸気口から外気を導入して排気口に向けて送風することにより空気圧縮部（２０）を冷却する送風部（冷却ブロワ７０）と、を備えている。
また、吸気口又は排気口が閉塞しているか否かを監視し、吸気口又は排気口が閉塞していると判定した場合に、その旨を報知部（表示部８２、スピーカ８３）から報知させる閉塞状態監視部（制御部６０、図４のフローチャート）を備えている。
【００４９】
酸素濃縮器１では、冷却ブロワ７０の閉塞状態が常時監視されているので、酸素濃縮器１が正常な状態で使用されていないこと、特に吸気口等が閉塞していることを使用者に早期に報知することができる。したがって、筐体内部の温度上昇により酸素濃縮器１の機能が低下する前に、使用者は設置状態等を改善することができる。すなわち、酸素濃縮器１は、極めて安全性の高い酸素濃縮器である。
【００５０】
また、酸素濃縮器１は、送風部（冷却ブロワ７０）の駆動モータの回転数を検出する回転数検出部（回転センサ７２）を備え、送風部（冷却ブロワ７０）は、供給電圧を変化させることにより回転数がほぼ一定となるように制御される。そして、閉塞状態監視部（制御部６０）は、送風部（冷却ブロワ７０）に一定電圧が供給されている状態で、回転数検出部（回転センサ７２）により回転数の上昇が検出された場合に、吸気口又は排気口が閉塞していると判定する。
これにより、回転数が自動的に制御される従来の冷却ブロワの構成をそのまま利用することができるので、特別な構成要素を追加することなく、本発明を実現することができる。
【００５１】
また、酸素濃縮器１は、当該酸素濃縮器（１）の設置状態を検出する姿勢検出部（姿勢センサ７３）を備えている。そして、閉塞状態監視部（制御部６０）は、姿勢検出部（姿勢センサ７３）による検出結果に基づいて、具体的には、姿勢検出部（姿勢センサ７３）により吸気口又は排気口の形成面が底面となっていることを検出された場合に、吸気口又は排気口が姿勢異常により閉塞していることを報知部（表示部８２、スピーカ８３）から報知させる。
これにより、吸気口又は排気口が閉塞している原因も報知して、設置状態を改善させるという細かい指示を使用者に提供することができる。
【００５２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形の態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、酸素濃縮器１において、回転センサ７２の代わりに、又はこれに追加して、冷却ブロワ７０の送風量を検出する流量センサを設け、この流量センサにより検出された送風量に基づいて、吸気口又は排気口が閉塞しているか否かを判定するようにしてもよい。この場合、流量センサにより検出された送風量に基づいて、一定の送風量が保持されるように（一定の回転数となるように）、冷却ブロワへの供給電圧を制御することもできる。
また例えば、ＰＳＡ部３０の流路切換部３１を２つの三方弁を用いた構成とすることもできる。その他、酸素濃縮器の基本的な酸素濃縮機能に係る構成は実施の形態で示した態様に限定されない。
また、本発明は、設置状態が比較的頻繁に変化する携帯型の酸素濃縮器に適用して有用であるが、据え置き型の酸素濃縮器に適用することもできる。
【００５３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５４】
１ 酸素濃縮器
１０ 空気取入部
１１ 吸気フィルタ
１２ ヘパフィルタ
１３ 空気取入口
２０ 空気圧縮部
２１ 冷却パイプ
３０ ＰＳＡ部
３１ 流路切換部
３２ 排気サイレンサ
３３Ａ、３３Ｂ シーブベッド
３４ パージオリフィス
３５ 均圧弁
３６ 逆止弁
４０ 酸素貯留部
４１ 製品タンク
４２ 圧力調整部
４３ 酸素センサ
４４ 圧力センサ
４５ 流量制限オリフィス
５０ 酸素供給部
５１ バクテリアフィルタ
５２ 同調弁
５３ 圧力センサ
５４ 流量制限オリフィス
５５ 酸素出口
６０ 制御部（閉塞状態監視部）
６１ ＣＰＵ
６２ ＲＡＭ
６３ ＲＯＭ
７０ 冷却ブロワ（送風部）
７１ 温度センサ
７２ 回転センサ（回転数検出部）
７３ 姿勢センサ（姿勢検出部）
８１ 操作部
８２ 表示部（報知部）
８３ スピーカ（報知部）
ＳＶ１〜ＳＶ４ 切替弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料空気を導入する空気取入部と、
前記空気取入部を介して導入された前記原料空気から圧縮空気を生成する空気圧縮部と、
前記空気圧縮部で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成するＰＳＡ部と、
前記ＰＳＡ部により生成された高濃度酸素を酸素出口から放出する酸素供給部と、
吸気口から外気を導入して排気口に向けて送風することにより前記空気圧縮部を冷却する送風部と、
前記吸気口又は前記排気口が閉塞しているか否かを監視し、前記吸気口又は前記排気口が閉塞していると判定した場合に、その旨を報知部から報知させる閉塞状態監視部と、を備えることを特徴とする酸素濃縮器。
【請求項２】
前記送風部の駆動モータの回転数を検出する回転数検出部を備え、
前記送風部は、供給電圧を変化させることにより回転数が一定となるように制御され、
前記閉塞状態監視部は、前記送風部に一定電圧が供給されている状態で、前記回転数検出部により回転数の上昇が検出された場合に、前記吸気口又は前記排気口が閉塞していると判定することを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮器。
【請求項３】
当該酸素濃縮器の設置状態を検出する姿勢検出部を備え、
前記閉塞状態監視部は、前記姿勢検出部による検出結果に基づいて、前記吸気口又は前記排気口が姿勢異常により閉塞していることを報知部から報知させることを特徴とする請求項１又は２に記載の酸素濃縮器。
【請求項４】
前記閉塞状態監視部は、前記姿勢検出部により前記吸気口又は前記排気口の形成面が底面となっていることを検出された場合に、前記吸気口又は前記排気口が姿勢異常により閉塞していることを報知部から報知させることを特徴とする請求項３に記載の酸素濃縮器。
【請求項１】
原料空気を導入する空気取入部と、
前記空気取入部を介して導入された前記原料空気から圧縮空気を生成する空気圧縮部と、
前記空気圧縮部で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成するＰＳＡ部と、
前記ＰＳＡ部により生成された高濃度酸素を酸素出口から放出する酸素供給部と、
吸気口から外気を導入して排気口に向けて送風することにより前記空気圧縮部を冷却する送風部と、
前記吸気口又は前記排気口が閉塞しているか否かを監視し、前記吸気口又は前記排気口が閉塞していると判定した場合に、その旨を報知部から報知させる閉塞状態監視部と、を備えることを特徴とする酸素濃縮器。
【請求項２】
前記送風部の駆動モータの回転数を検出する回転数検出部を備え、
前記送風部は、供給電圧を変化させることにより回転数が一定となるように制御され、
前記閉塞状態監視部は、前記送風部に一定電圧が供給されている状態で、前記回転数検出部により回転数の上昇が検出された場合に、前記吸気口又は前記排気口が閉塞していると判定することを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮器。
【請求項３】
当該酸素濃縮器の設置状態を検出する姿勢検出部を備え、
前記閉塞状態監視部は、前記姿勢検出部による検出結果に基づいて、前記吸気口又は前記排気口が姿勢異常により閉塞していることを報知部から報知させることを特徴とする請求項１又は２に記載の酸素濃縮器。
【請求項４】
前記閉塞状態監視部は、前記姿勢検出部により前記吸気口又は前記排気口の形成面が底面となっていることを検出された場合に、前記吸気口又は前記排気口が姿勢異常により閉塞していることを報知部から報知させることを特徴とする請求項３に記載の酸素濃縮器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１８３１６０（Ｐ２０１２−１８３１６０Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４７６２９（Ｐ２０１１−４７６２９）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００１１２６０２）フクダ電子株式会社 (196)
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００１１２６０２）フクダ電子株式会社 (196)
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