酸素濃縮装置とその起動制御方法
【課題】低回転領域で起動した場合にも起動直後から安定した原料空気を吸着部に供給することができる酸素濃縮装置を提供すること。
【解決手段】回転体を内蔵して圧縮空気を発生する圧縮空気発生部１０５と、前記圧縮空気を内部に導入して該内部に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する吸着部とを備える酸素濃縮装置において、前記圧縮空気発生部は、生成する前記酸素流量に応じて前記回転体の回転数が適切な回転数となるように制御する制御部２００を有しており、該制御部は、装置起動時に前記回転体の回転数を前記決められた回転数よりも高い回転数で駆動する構成とした。
【解決手段】回転体を内蔵して圧縮空気を発生する圧縮空気発生部１０５と、前記圧縮空気を内部に導入して該内部に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する吸着部とを備える酸素濃縮装置において、前記圧縮空気発生部は、生成する前記酸素流量に応じて前記回転体の回転数が適切な回転数となるように制御する制御部２００を有しており、該制御部は、装置起動時に前記回転体の回転数を前記決められた回転数よりも高い回転数で駆動する構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中から酸素を分離生成する酸素濃縮装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
肺に疾病を抱える患者が高濃度の酸素を吸引するために使用する酸素濃縮器は種々提案されており、大気の一部を用いてコンプレッサにより圧縮空気を作り、該圧縮された空気を吸着用の筒体内部に送り込み、該吸着筒体内の吸着剤に窒素を吸着させることにより生成した酸素を、鼻カニューラを用いて、患者に摂取させる比較的コンパクトな酸素濃縮装置としては特許文献１のものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３７８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来から、上述のような酸素濃縮装置では、圧縮と減圧の両機能を持つコンプレッサを用いることにより、小型で効率良い装置を実現しているが、他方、比較的振動の発生が大きいという欠点がある。
特許文献１は、本出願による提案によるものであるが、この装置は、このような低酸素流量時の振動を効率良く抑制することを実現したものである。
【０００５】
しかしながら、酸素濃縮装置を起動する際には、別の問題として、以下のような問題がある。
すなわち、図１０、図１１において、これらグラフの横軸に並ぶ各数字は、それぞれ酸素濃縮装置の各製品１６台に対応しており、縦軸は、これらの各装置を起動して、酸素を生成し、バッファタンクに貯留されて９０ｋＰａに達するのに要するコンプレッサの加圧時間を示している。
【０００６】
図１０では、通常の室温環境を想定した、例えば、摂氏２３度（以下、温度表示は全て「摂氏」）に非動作状態で２４時間保管した後、比較的低い設定流量（酸素流量）として、１Ｌ（リットル）に設定した場合を示している。
低い設定流量とした場合は、吸着筒に送られる圧縮空気量も少ないので、この場合のコンプレッサ回転数は例えば１０００ｒｐｍである。
図示されているように、１６台全ての装置が約１２秒程度で９０ｋＰａに達している。
【０００７】
図１１は、冬場等の比較的低い室温環境を想定した実験の結果を示している。
具体的には、０度で２４時間保管して、図１０と同様に比較的低い設定流量（酸素流量）として、１Ｌ（リットル）に設定して運転したところ、１６台全てについて、ばらつきはあるものの、９０ｋＰａに達するのに長時間を要し、ひどい場合には６０秒近くかかり、所要時間がほぼ５倍に伸びている。
【０００８】
このような時間を要した原因を図１２、図１３を参照して説明する。
図１２は、コンプレッサ内のシリンダ内で動く浅いカップ状の形態をしたピストンヘッドを示しており、常温時には、シリンダとピストンがほぼ隙間なく接触していてシール性は良好となるようにされている。
しかしながら、図１３に示すように、環境温度が低温になると、ピストンヘッドの外径が収縮して隙間を生じ、隙間からのリークによって圧縮空気を生成する効率が落ちてしまう。
本発明者等の試みによると、コンプレッサ回転数が１３００ｒｐｍ未満で、環境温度が１０度以下の場合にこのような傾向があらわれることが確認されている。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、低回転領域で起動した場合にも起動直後から安定した原料空気を吸着部に供給することができる酸素濃縮装置とその起動制御方法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】
上記課題は、本発明にあっては、ピストンを駆動する回転体を内蔵して圧縮空気を発生する圧縮空気発生部と、前記圧縮空気を内部に導入して該内部に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する吸着部とを備える酸素濃縮装置において、前記圧縮空気発生部は、生成する前記酸素流量に応じて前記回転体の回転数が適切な回転数となるように制御する制御部を有しており、該制御部は、装置起動時に前記回転体の回転数を前記決められた回転数よりも高い回転数で駆動する構成とした酸素濃縮装置により、達成される。
上記構成によれば、起動時に、圧縮空気発生部に内蔵されるピストンのピストンヘッドとシリンダとの間の隙間からリークが生じていたとしても、圧縮空気発生部の回転体の回転数を通常よりも高くすることにより、その分必要圧力を得るための加圧時間が短くなり温度が適切に上昇して、ピストンヘッドが膨張し、リークを減少もしくは止めることができるから、沢山の原料空気を送ることができ、必要な量の酸素を短時間で得ることができる。
【００１１】
酸素濃縮装置が前記生成する酸素流量を切り替える手段を備えており、少ない酸素流量に設定されて運転される際に、該設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で駆動する構成とすることができる。
上記構成によれば、装置の運転モードとして、少ない酸素流量に設定されている場合には、圧縮空気発生部の回転体の回転数がもともと少なく、加圧時間がかかるので、ピストンヘッドとシリンダ間のリーク防止のためにはより有効である。
【００１２】
装置が置かれる環境温度を検出する手段を備えており、該温度検出手段により所定以下の温度が検出されると、設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で駆動する構成とすることができる。
上記構成によれば、装置が置かれる環境温度が低い場合には、圧縮空気発生部に内蔵されているピストンヘッドとシリンダ間にリークが発生し易いので、圧縮空気発生部の回転体の回転数を通常よりも高くして、加圧時間を短縮し、温度上昇によりピストンヘッドが膨張するのを抑制して、リークを減少もしくは止めることができる。
また、前記圧縮空気発生部の圧力及び回転数が高まることによる温度上昇を抑制するための冷却ファンを有し、生成する前記酸素流量に応じて適切なファン回転数となるように制御する制御部を有しており、該制御部は、装置起動時には、当該冷却ファンを停止するか、当該決められたファン回転数よりも低い回転数で駆動する構成とすることができる。
上記構成によれば、冷却ファンを停止するか、あるいは前記酸素流量に対応して決められたファン回転数よりも低い回転数で駆動することによって、圧力の上昇に対応した温度上昇を抑制するための冷却機能を停止させるか低減させることになる。これにより、その分高温となって、ピストンヘッドが膨張し、リークを減少もしくは止めることができるから、沢山の原料空気を送ることができ、必要な量の酸素を短時間で得ることができる。
【００１３】
本発明は、ピストンを駆動する回転体を内蔵して圧縮空気を発生する圧縮空気発生部と、前記圧縮空気を内部に導入して該内部に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する吸着部とを備える酸素濃縮装置の起動制御方法であって、起動時には、起動に際して設定される酸素流量に応じてあらかじめ決められている前記回転体の回転数よりも高い回転数で起動時の運転を行うことを特徴とする酸素濃縮装置の起動制御方法である。
【００１４】
前記起動時に選定された酸素設定流量を判断し、少ない酸素流量に設定されて運転される際に、該設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で起動時の運転を行うこととしてもよい。
【００１５】
前記起動時に環境温度を検出して、所定以下の温度が検出されると、設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で起動時の運転を行うこととしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、低回転領域で起動した場合にも起動直後から安定した原料空気を吸着部に供給することができる酸素濃縮装置とその起動制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる酸素濃縮装置の外観斜視図。
【図２】図１の装置の操作パネルの概略平面図。
【図３】図１の装置の内部構造を示す分解斜視図。
【図４】図１の装置の系統図。
【図５】本発明の第１の実施形態としてのブロック構成図。
【図６】本発明の第１の実施形態の運転制御の一例を示すフローチャート。
【図７】本発明の第２の実施形態としてのブロック構成図。
【図８】本発明の第２の実施形態の運転例を示す説明図。
【図９】本発明の第２の実施形態の運転制御の一例を示すフローチャート。
【図１０】酸素濃縮装置の起動時の加圧時間を示すグラフ。
【図１１】酸素濃縮装置の起動時の加圧時間を示すグラフ。
【図１２】酸素濃縮装置のコンプレッサ内のピストン部分の概略部分拡大図。
【図１３】酸素濃縮装置のコンプレッサ内のピストン部分の概略部分拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面等を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態にかかる酸素濃縮装置の外観斜視図、図２はその操作パネルの概略平面図である。
これらの図において、酸素濃縮装置１０は、たとえば、上端に取っ手となるハンドル１２を設けた縦長の本体ケース１１を備えている。
本体ケース１１を除く内部構造は、後述する図３に示されている。
本体ケース１１の上端付近において、やや前傾して設けた操作パネル１３には、左から順に、ダイヤル式の電源スイッチ１４と、酸素出口１５と、酸素流量設定スイッチ１６と、例えば、ＬＥＤまたは液晶表示等にて、セグメント数字で表示を行う酸素流量表示部１８が配置されている。また酸素出口１５の上方には、該酸素出口１５に形成された段差部に対して気密状態に係合されるとともに、着脱自在に設けられるカプラ２１が示されている。このカプラ２１には鼻カニューラ２２等のチューブ２３の開口部が連通するようにセットされている。
【００２０】
本体ケース１１の底蓋２６には、４つのゴム足２７が四隅に固定されており、床面上に設置して使用するときに横滑りを防止している。
一方、外出時等の移動時に使用するキャリア２５が２本の固定ネジで底蓋２６に対して固定できるように構成されている。このキャリア２５には、上記の各ゴム足２７を収容できる孔部が対応位置に穿設されるとともに、図示のように四隅に樹脂製の自在キャスタが配置されている。
【００２１】
図２は、上述した操作パネル１３を拡大して示している。
電源スイッチ１４は図示のオフ位置と約９０度分時計周りに回転したオン位置との間で操作される。この電源スイッチ１４のオン位置に相当する位置には緑と赤に点灯する例えば発光ＬＥＤ等を内蔵した運転状態ランプが設けられている。また、この運転状態ランプの上にはバッテリ残量モニタが設けられている。
【００２２】
また、中央の酸素出口１５の上には「点検」の文字またはこれに相当するキャラクター表示等を横に印刷した警報表示部が配置され、この警報表示部の下方には緑と赤と黄色とに点灯する例えば発光ＬＥＤを内蔵した酸素ランプが設けられている。
酸素流量設定スイッチ１６は、上下矢印を印刷したフラットスイッチ１６ａ，１６ｂとして設けられている。この酸素流量設定スイッチ１６は、９０％程度以上に濃縮された酸素を毎分当たり０．２５Ｌ(リットル)から最大で５Ｌまで０．２５Ｌ段階または０．０１Ｌ段階で押圧操作する度に酸素流量が設定できるように構成されており、上方の酸素流量表示部１８で、その時の流量設定を表示することにより、酸素生成能力を変えることが可能である。また、同調ランプ１９は、濃縮酸素を呼吸同調により断続供給状態で運転中であることを点灯または点滅表示により患者に知らせるために設けられている。
【００２３】
図３は、酸素濃縮装置１０の内部構成を示すために背面側から見た立体分解図である。下方より、上記のゴム足２７を四隅に固定した図１にて二点鎖線で示した樹脂製の底蓋２６が、同じく樹脂製のベース体４０の底面に対して複数の固定ネジを用いて固定されている。
このベース体４０は、四面から下方に向けて連続形成された壁面を一体成形した箱状に成形されており、図示のように裏面の壁面上には、上記の各コネクタ１３１、１３０が固定されている。図１のケース本体１１に設けた図示しない裏面カバーの各排気口に対向するとともに内部の電源室に連通する排気口４０ｃ、４０ｃが図示のように穿設されており、これらの排気口４０ｃを介して最終的な外部排気が行われる。このベース体４０の上面は図示のように平らに形成されるとともに、図示のように形成される二段式防音室３４の左右面と裏面の三方側から固定ネジで固定するための孔部を穿設した起立部４０ｆを３方から一体成形している。また、上記の電源室に連通した排気用開口部４０ｂをさらに穿設している。
【００２４】
次に、二段式防音室３４は、図面の手前側の側方から出し入れ可能な上段部材３６上に２個の送風ファン１０４を固定し、同じく側方から出し入れ可能な下段部材３７上に設けた圧縮空気発生部としてのコンプレッサ１０５を防振状態で配設した密閉箱３５として上記のような軽量金属板から構成されている。
この二段式防音室３４は、図示のように手前側に示した防音室蓋３９と奥側に示した防音室蓋３８を、図示のように複数の固定ネジで固定するようにしている。このために二段式防音室３４は、図示のように曲げ加工されるとともにインサートナットを植設した取付部が一体的に設けられている。この防音室内部には防音材５１が敷設される。また外周面には制振部材であって、合成ゴムと特殊樹脂材料を混合した素材をシート状のものが敷設されており、アルミの薄板製である二段式防音室３４自体が共鳴などで振動防止している。
【００２５】
この二段式防音室３４の上段部材３６の上方の左右の側壁面には実線図示の第１開口部３５ａ（破線図示）が穿設されており、外気を内部に導入するように構成されている。この上段部材３６には、図４で説明する配管２４をラバーブッシュを介して固定するための複数の固定孔３６ｈが穿設されており、配管２４を支持するとともに振動防振機能をラバーブッシュと協働して行うように構成されている。
また、各送風ファン１０４は、例えば、インバータ制御のシロッコファンを用いることができる。各送風ファン１０４は、それぞれの送風口が下方に向くようにしてブラケットを用いて上段部材３６に固定されている。この各送風ファン１０４の間には上記の三方向切換弁１０９ａ，１０９ｂ等が配置されている。さらに、各送風ファン１０４には、ファン回転検出部１２６がもうけられている。ファン回転検出部は、例えば、インタラプタ型フォトセンサ等の回転検出計等を利用することができる。
【００２６】
この二段式防音室３４の左側の側壁面には筒状の吸着筒体１０８ａ、１０８ｂが、吸気用バッファタンク１０１と並べて配置されており側壁面に固定された固定具４９ｋにバンド４９を通過後にバンド４９を締め上げることで図示のように固定されている。このとき、吸着筒体１０８はベース体４０の上面に載るが、全長の長いバッファタンクは開口部４０ｄ中に一部が挿入されて固定される。
【００２７】
製品タンク１１１は真空成形されるポリエチレン樹脂製であって図示のように長手方向に横たえて上方に配置される。上記の遮蔽板３２も軽量化のために樹脂製であり、図示のようにスピーカ２３と外部コネクタ１３３を設けており、二段式防音室３４の上方の外壁面に対して固定ネジを用いて固定される補強を兼ねた取り付け部を一体成形している。また、二段式防音室３４の上方の壁面には放熱部材５２、５３が固定ネジで固定されるとともに上記の各制御基板２００（後述するＣＰＵ２００を含む基板）、２０１（モータ制御部を含む基板）他が起立状態で固定されており放熱効果を高めている。なお、この遮蔽板３２は上記のように一部が外部に出るので黒色顔料を用いて黒色に着色されている。
この二段式防音室３４の右側の側壁面には酸素センサ１１４と比例開度弁１１５と圧力調整器１１２と流量センサ１１６とデマンド弁１１７と回路基板２０２と温度センサ１２５が固定されている。
【００２８】
図４は、酸素濃縮装置１０の系統図（配管図）である。
図において、二重線は空気、酸素、窒素ガスの流路であり概ね配管２４ａ〜２４ｇで示されている。また、細い実線は電源供給または電気信号の配線を示している。
ここで、以下の説明ではコンプレッサ１０５として圧縮手段（圧縮空気発生部）と減圧手段（負圧発生部）を一体化構成したものを用いる場合について述べる。しかしながら、この構成に限定されず圧縮空気発生部と負圧発生部を個別に構成しても良いことは言うまでもない。また、外気を吸気口を介して内部に導入し、排気口を介して外部に排出する表面カバーと裏面カバー（ケース本体１１の一部）については密閉容器として図中破線で図示されている。
【００２９】
図４において、導入空気の流れに沿って順次述べると、上記のフィルタ交換用蓋体に内蔵された外気導入用フィルタ２０を通過して酸素濃縮装置１００内部に空気（外気）が矢印Ｆ方向に導入される。この空気は、一対の送風ファン１０４、１０４による送風により二段式防音室３４内に入る。上述したように、二段式防音室３４では上段部材上に送風ファン１０４、１０４を配設し、下段部材にコンプレッサ１０５を防振状態で配設した二段式防音室３４（破線図示の）側面に穿設された開口部を介して二段式防音室３４内に空気が入る。この空気の一部をコンプレッサ１０５の圧縮手段１０５ａに対して原料空気として供給するために、配管２４ａの開口部が二段式防音室３４内に開口して設けられており、配管２４ａの途中に二次濾過を行う吸気フィルタ１０１と大容量の吸気マフラ１０２とが設けられている。このように構成することで原料空気の吸気音が二段式防音室３４内に留まるようにして吸気音を低減している。
【００３０】
一方、この二段式防音室３４は軽量化のために厚さ約０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの強化軽合金、アルミ合金、チタン合金板または他の好適な材料から構成される。このように薄板から構成するとネジ孔部の強度が確保されない。そこでネジ孔部としてインサートナットを適所に固定している。この二段式防音室３４の内部には原料空気を圧縮して圧縮空気を発生する圧縮手段１０５ａと、減圧手段１０５ｂとを好ましくは一体構成したコンプレッサ１０５が防振状態で固定されている。このコンプレッサ１０５に近接して、温度的環境がほぼ同一の箇所に温度センサ１２５が配置されている（あわせて図３参照）。
【００３１】
次に、濾過された原料空気は、コンプレッサ１０５の圧縮手段１０５ａで加圧されて圧縮空気となるがこのとき温度上昇した状態で配管２４ｃに送り出されるので、この配管２４ｃを放熱効果に優れた軽量の金属パイプとし、送風ファン１０４からの送風で冷却すると良い。このように圧縮空気を冷却することで高温では機能低下する吸着剤であるゼオライトが窒素の吸着により酸素を生成するための吸着剤として、十分に酸素を９０％程度以上に濃縮できることとなる。
【００３２】
圧縮空気は配管２４ｃを介して吸着部としての第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂに対して交互に供給される。このため切換弁（三方向切換弁）１０９ａ、１０９ｂが図示のように接続されている。これらの切換弁１０９ａ、１０９ｂと、さらに第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの不要ガスを脱離させるため（パージ（浄化）を行うため）に減圧手段１０５ｂに連通する配管２４ｆに負圧破壊第１弁１２０と負圧破壊第２弁（圧調整弁）１２１が直列に複数（少なくとも２つ）配置されている。これらを開くことで後述するように、配管２４ｆ内の圧力を均圧工程時には大気圧付近まで、所定流量以下では圧力コントロールすることでコンプレッサの振動抑制と低電量化を図っている。
【００３３】
第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内に夫々貯蔵されている触媒吸着剤の一例としては、ゼオライトが用いられている。
一方、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの上方の出口側には逆止弁と、絞り弁と開閉弁とからなる均等圧弁１０７が分岐接続されている。また、均等圧弁１０７の下流側は合流するように配管２４ｄが成されており、分離生成された９０％程度以上の濃度の酸素を貯蔵するための容器となる製品タンク１１１が図示のように配管されている。また、各吸着筒体内の圧力を検出する圧力センサ２０８が図示のように配管される。
【００３４】
製品タンク１１１の下流側には、出口側の酸素の圧力を一定に自動調整する圧力調整器１１２が配管されている。この圧力調整器１１２の下流側には、ジルコニア式あるいは超音波式の酸素（濃度）センサ１１４が接続されており、酸素濃度の検出を間欠（１０〜３０分毎）または連続で行うようにしている。この下流側には上記の酸素流量設定スイッチ１６に連動して開閉する比例開度弁１１５が接続されており、その下流側には酸素流量センサ１１６が接続されている。またこのセンサ１１６の下流には呼吸同調制御のための負圧回路基板を介してデマンド弁１１７が接続されており、滅菌フィルタ１１９を経て、酸素濃縮装置１０の酸素出口１５に対して接続されている。以上の構成により、鼻カニューレ２２等を経て患者に対する最大流量５Ｌ／分で約９０％程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能になることとなる。
【００３５】
次に、図４において電源系統は、ＡＣ（商用交流）電源を所定直流電圧に整流するスイッチングレギュレータ式のＡＣアダプタ１９に接続されたＡＣ電源のコネクタ１３０を中継して接続されるＡＣアダプタ１９と、装置本体に内蔵される内蔵バッテリ２２８と、上記のコネクタ１３１を介して着脱自在可能に設けられる外部バッテリ２２７と電源制御回路２２６から構成されている。内蔵バッテリ２２８および外部バッテリ２２７は繰り返し充電可能な２次電池であり、内蔵バッテリ２２８は電源制御回路２２６からの電力供給を受けて充電される。なお、少なくとも内蔵バッテリ２２８は、少なくとも５００回（数１００回程度）程度の繰り返し充放電が可能で、バッテリ残量、使用充放電サイクル数、劣化程度、出力電圧等のマネジメント機能を有するものが使用され、バッテリ残量、残充電容量、充放電回数を外部の携帯端末などで確認可能なマネジメント機能を有するものが好ましい。
【００３６】
また、外部バッテリ２２７については、コネクタ１３１を介する接続状態において、電源制御回路２２６からの電力供給を受けて充電することもできるが、通常は別途準備されるバッテリチャージャーを用いて繰り返し充電される。または、専用設計されたバッテリチャージャーを一体化した外部バッテリ２２７として準備しても良い。
以上の電源系統の構成において、酸素濃縮装置はＡＣアダプタ１９からの電力供給を受けて作動する第１電力供給状態と、内蔵バッテリ２２８からの電力供給を受けて作動する第２電力供給状態と、外部バッテリからの電力供給を受けて作動する第３電力供給状態との３系統の電力供給状態の内の一つに自動切換えされて使用される。
【００３７】
この自動切換えのための優先順位は上記の第１電力供給状態、第３電力供給状態、第２電力供給状態の順序で自動決定するように中央制御部２００により電源制御回路２２６が制御される。
また、電源制御回路２２６と、内蔵バッテリ２２８については酸素濃縮装置１００の低重心化を図るために後述するように底面に配設される。一方、外部バッテリ２２７は上記のようにキャリア２５の収容部に内蔵されることで外出時などで使用可能になる。この外部バッテリ２２７には上記の充電残量表示部他が設けられているので残り使用時間を音声ガイドとともに知ることができる。
【００３８】
ＡＣアダプタ１９は周波数の違いの影響および電圧の変動を受けずに所定直流電圧を発生することが可能であり、かつまた小型軽量に構成できるスイッチングレギュレータ式が良いが、通常のトランス式でも良い。また、内蔵バッテリ２２８および外部バッテリ２２７は充電時のメモリ効果が少なく再充電時にも満杯充電できるリチウムイオン、リチウム水素イオン２次電池が良いが、従来からのニッカド電池でも良い。
さらに、緊急時に備えて、どこでも入手可能な単２乾電池のボックスとして外部バッテリを構成しても良い。
【００３９】
また、酸素濃縮装置１００の中央制御部２００は、生成する酸素量に応じた、最適な動作モードに切り替える機能を備えており、自動的にコンプレッサ１０５、送風ファン１０４を、多くの酸素生成をする場合は高速に、少ない酸素生成時において低速に回転駆動する制御を行うことで特に、内蔵バッテリ２２８を温存させるようにしている。この結果、外部バッテリ２２７を充電し忘れた場合であっても突然の外出時や停電時等の対応が可能になるように配慮されている。
【００４０】
また、中央制御部２００にはコンプレッサ１０５の回転体である直流モータおよび送風ファン１０４のモータの駆動制御を夫々行うモータ制御部２０１および上記のスピーカ２３に接続されることで音声内容を発生する音声制御部２０３が接続されている。
【００４１】
この中央制御部２００には所定動作プログラムを記憶したＲＯＭが内蔵されるとともに、記憶装置２１０と揮発メモリ２０５と一時記憶装置２０６とリアルタイムクロック２０７とがさらに接続されており、外部コネクタ１３３を介して通信回線などと接続することで記憶内容へのアクセスが可能となるように構成されている。
【００４２】
また、上記の三方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと均等圧弁１０７と、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内の不要ガスを脱離させるための負圧発生部１０５ｂと配管２４ｆ内の圧力を制御するための負圧破壊第１弁１２０と負圧破壊第２弁１２１と酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、流量センサ１１６とデマンド弁１１７を駆動制御する弁及び流量制御部２０２が中央制御部２００に接続されている。
【００４３】
ところで、総重量が約１ｋｇのコンプレッサ１０５はモータ制御部２０１に内蔵される可変速度制御器であって正弦波駆動波形によりモータの駆動制御が行われることで運転音を低くしている。このコンプレッサ１０５は、各速度で運転可能であって、必要な真空（負圧）／正圧の圧力レベルと流量を発生でき、僅かな騒音と振動しか出さず、僅かな熱しか発生せず、小型軽量であって僅かな電力消費で運転できることが好ましい。
【００４４】
可変速度制御手段である可変速度制御器をモータ制御部２０１に備えることにより、患者の活動レベル、環境条件に基づいてコンプレッサ１０５の速度を自在に変化させることができる。この結果、患者が座ったり、寝たりしている等、患者の酸素要求が比較的低いことがデマンド弁１１７によって呼吸同調により判断されると、コンプレッサ１０５の駆動回転速度を自動的に落とすことができる。また、患者が立ったり、活動的であったり、酸素濃度の低い高地にいるときなど、患者の酸素要求が比較的高く、酸素要求量が高まったと判断されると速度を自動的に高めることができるように構成されている。
【００４５】
以上のモータ制御によって酸素濃縮装置１０全体の消費電力が低減され、充電式バッテリでの駆動時の寿命を延ばすことが可能になるとともに、充電式バッテリの重量と大きさを軽減し、コンプレッサ１０５の摩耗度を低めて寿命を延ばすことで信頼性を向上できる。
【００４６】
このコンプレッサ１０５は、上記のように圧縮空気発生と負圧発生の両方の機能を備えるものであり、取り出される酸素流量に応じて回転数が自動制御される。具体的には、回転速度が５００ｒｐｍから３０００ｒｐｍの間で制御され、通常の速度である１７００ｒｐｍ程度で回転するときの操作寿命を１５０００時間と長くできるようにしている。また、このコンプレッサ１０５は、空気を１００ｋＰａ、好ましくは７５ｋＰａ程度に圧縮する性能を備えている。また、上記の操作寿命が経過すると音声ガイドにて知らせる機能を備えている。
【００４７】
ここで、冷却ファンである送風ファン１０４を駆動するファンモータは、例えば、例えば、三層交流モータを利用することが、ＶＶＶＦ制御することができる。これにより、例えば、商用交流電源から得た交流電流を所定のインバータ回路を介して、該ファンモータに供給する。
すなわち、交直（ＡＣ−ＤＣ）変換後に、電圧を可変し、直交変換して三層交流電流を作り出し、その周波数を可変（ＰＷＭ−パルス幅変調）して所望の回転数制御を行う。これにより、ファンモータの回転数制御を容易に行うことができるようにされている。
【００４８】
図５は、酸素濃縮装置１０の起動制御装置７０の構成を示す図である。
鎖線で示す範囲、すなわち、符号２００で示す範囲は、図４の中央制御部２００の構成の一部を利用することにより実現することができる。
すなわち、中央制御部２００は、全体を制御するためのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）でなる制御部を含む制御回路（ＩＣ）でなり、この中央制御部２００には、計時部２０７としてのリアルタイムクロック、温度センサー１２５、記憶装置２１０が接続されている。記憶装置２１０は、中央制御部２００内部にもその一部を配置することができ、通常、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、もしくはフラッシュメモリ等を有し、これらは他のデバイスとともにバスを介して接続されている。上記したＣＰＵは所定のプログラムの処理を行う他、バスに接続されたＲＯＭ等を制御している。ＲＯＭは、各種プログラムや各種情報等を格納している。ＲＡＭは、プログラム処理中のメモリの内容を対比したり、プログラムを実行するためのエリアとしての機能を有する。
また中央制御部２００には駆動制御部本体２０１を介してコンプレッサ１０５が接続されている。
【００４９】
また、中央制御部２００は、酸素流量設定スイッチ１６が接続されることにより、ユーザが設定した、設定流量を把握するための流量設定判断部７１と、温度センサー１２５からの測定信号が入力されることによりコンプレッサ１０５にきわめて近接した箇所の温度を把握することで、コンプレッサの動作環境としての環境温度を判断する環境温度判断部７２とを有している。
また、該環境温度判断部７２と、記憶装置２１０とは、中央制御部２００に含まれる回転数・時間決定指示部７３に接続されている。記憶装置２１０には、コンプレッサ１０５の環境温度と、該コンプレッサ１０５の駆動手段であるモータの回転数との関係が予め決められたテーブルデータ等の形式で格納されている。回転数・時間決定指示部は、駆動制御部本体２０１としての例えばモータ駆動回路（モータ制御部２０１）に接続されており、該モータ駆動回路はコンプレッサ１０５に接続されている。
【００５０】
環境温度判断部７２は、流量設定判断部７１からの設定流量情報を得て、当該設定流量が低流量である場合には、記憶装置２１０のデータを参照して、当該流量と環境温度の関係を見る。
記憶装置２１０のデータにおいて、当該低流量では、コンプレッサ１０５が加温される温度上昇が緩慢であり、環境温度との関係でコンプレッサ１０５においてリークが発生する（コンプレッサ１０５のピストンヘッドの外径が環境温度と温度膨張係数との関係から、縮径しており、シリンダとの間に隙間が生じることで、空気の漏れが生じること）が生じるもととして、予め記録されている場合には、当該データに基づく指令を出す。
【００５１】
すなわち、環境温度判断部７２は、回転数・時間決定指示部７３に指令して、コンプレッサ１０５のモータ回転数を上げて、空気の圧力を高くすることで温度を上げ、縮径したピストンヘッドの外径を元の大きさにすることができる回転数と当該回転数における運転時間を伝えるようになっている。
回転数・時間決定指示部７３は、当該回転数と運転時間を駆動制御部本体（モータ制御部）２０１に伝えるように構成されている。
駆動制御部本体２０１は、コンプレッサ１０５を制御し、そのモータの回転数を上げ、高い回転数で所定時間運転する指示を出すように構成されている。
【００５２】
図６は、本実施例の酸素濃縮装置１０の第１の運転制御の例を示し、特にその起動時の制御を示すフローチャートである。
図において、使用者が図１および図２で説明した酸素濃縮装置１０の操作パネル１３の電源スイッチ１４を回して電源を入れ、酸素流量設定スイッチ１６を操作して流量設定することにより運転が開始される（ＳＴ１０）。
これにより、図５で説明した流量設定判断部７１が、生成する酸素の流量が低流量による運転とされたのかどうかを判断する（ＳＴ１１）。
流量設定判断部７１が、予め定めた所定流量以上の設定流量とされていると判断される場合には、ステップ１２に進み、設定どおりの高い流量での運転を継続する（ＳＴ１２）。
【００５３】
すなわち、酸素流量設定スイッチ１６を介して設定された酸素流量が、例えば、１Ｌ（毎分当たり酸素流量１リットル）を超えているようであれば、コンプレッサ１０５による圧縮空気の圧力の高まりが、比較的迅速であるから、ピストンヘッドの外径は比較的早く通常の大きさとなるから、ピストンのリーク対策をせずにそのまま運転を継続する。
これに対して、設定された酸素流量が１Ｌを下回るようであれば、コンプレッサ１０５のモータ回転数は例えば１０００ｒｐｍであり、ステップ１３に進む。
ステップ１３では、酸素濃縮装置１０の置かれた環境温度が低温か否かを判断する。例えば、１０度以下である場合を「低温」と定義づけて記憶装置２１０に格納しておくと、ここで図５の、環境温度判断部７２は、運転環境が「低温」ではないと判断した場合には、ステップ１４に進み低回転数での運転を継続する。
すなわち、コンプレッサ１０５のモータが低回転であっても、周囲環境が低温でなければ、ピストンヘッドの外径があまり縮径していないと判断でき、リークはほとんどないと考えられるからである。
【００５４】
これに対して、酸素濃縮装置１０の運転環境が低温であると判断した場合（ＳＴ１３）、環境温度判断部７２は、回転数・時間決定指示部に指令して、記憶装置２１０のデータから、当該回転数と具体的温度とにより該当するテーブルデータ等から、ここで行う運転において必要とされる回転数と、その継続時間のデータを取得する。
そして、回転数・時間決定指示部７３は、駆動制御部本体２０１であるモータ制御部に、何回転でどの程度の時間継続して１０００ｒｐｍのモータ回転数よりも高い回転数、例えば１３００ｒｐｍでの運転を指示する（ＳＴ１５）。
駆動制御部本体２０１は高い回転数での運転開始から計時部２０７で時間計測を開始し、決められた時間、すなわち、ピストンヘッドの外径が圧力の向上により加温されて通常の大きさに戻ったと考えられる時間だけ高い回転数での運転を継続し（ＳＴ１６）、その後通常回転数である設定流量に対応した回転数で運転を継続する（ＳＴ１７）。
【００５５】
図７は、酸素濃縮装置１０の起動制御装置の別の構成例を示している。
図７において、起動制御装置８０の鎖線で示す範囲、すなわち、符号２００で示す範囲は、図４の中央制御部２００の構成の一部を利用することにより実現することができる。
なお、図７において、図５と同じ符号を付した箇所は同一の構成であるから、共通する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
図７の起動制御装置８０は、図５のものと異なり、送風ファン１０４も起動時に特別の制御を行うようにされている。すなわち、起動時において、コンプレッサ１０５と送風ファン１０４を共に回転制御するように構成されており、記憶装置２１０には、そのためのデータが格納されている。環境温度を判断した後では、コンプレッサ・ファン回転数・時間決定指示部７３−１によりコンプレッサ１０５と送風ファン１０４が駆動されるようになっている。
【００５６】
図８の表を参照して、この起動制御装置８０による起動制御の特徴を説明する。
酸素濃縮装置１０における送風ファン１０４は、コンプレッサ１０５の駆動により圧力が高くなって高温となるのを冷却するための冷却ファンである。
そのため、従来はコンプレッサの回転数が毎分１０００回転である時、すなわち、コンプレッサ内蔵のモータ回転数が１０００ｒｍｐという低回転である場合にも送風ファンを駆動して冷却を行っていた。これが冷却「あり」という意味である。
この場合の３分経過後の圧縮空気積算流量１５Ｌ、５分後の積算流量２６Ｌという状態であった。
ところが、図９の起動時にコンプレッサ回転数を１０００回転としても、送風ファン１０４を駆動せずに冷却を停止すると、３分経過後の圧縮空気積算流量１４Ｌ、５分後の積算流量２８Ｌとなり、図９の起動時制御を行うと、３分経過後の圧縮空気積算流量２５Ｌ、５分後の積算流量３９Ｌと、大幅に積算流量を改善できるのである。
【００５７】
図９は、本実施例の酸素濃縮装置１０の第２の運転制御の例を示し、特にその起動時の制御を示すフローチャートである。
図において、使用者が図１および図２で説明した酸素濃縮装置１０の操作パネル１３の電源スイッチ１４を回して電源を入れ、酸素流量設定スイッチ１６を操作して流量設定することにより運転が開始される（ＳＴ２０）。
これにより、図７で説明した流量設定判断部７１が、生成する酸素の流量が低流量による運転とされたのかどうかを判断する（ＳＴ２１）。
【００５８】
流量設定判断部７１が、予め定めた所定流量以上の設定流量とされていると判断される場合には、ステップ２２に進み、設定どおりの高い流量での運転を継続する（ＳＴ２２）。例えば、酸素流量が２Ｌの運転モードであれば、例えば、コンプレッサ回転数を１７００ｒｐｍで、送風ファンの回転数を２５００ｒｐｍとする。
あるいは、酸素流量が３Ｌの運転モードが選択されている場合には、例えば、コンプレッサ回転数を２７００ｒｐｍで、送風ファンの回転数を３７００ｒｐｍとする。
すなわち、酸素流量設定スイッチ１６を介して設定された酸素流量が、例えば、１Ｌ（毎分当たり酸素流量１リットル）を超えているようであれば、コンプレッサ１０５による圧縮空気の圧力の高まりが、比較的迅速であるから、ピストンヘッドの外径は比較的早く通常の大きさとなるから、ピストンのリーク対策をせずにそのまま運転を継続する。
【００５９】
これに対して、設定された酸素流量が１Ｌを下回るようであれば、コンプレッサ１０５のモータ回転数は例えば１０００ｒｐｍであり、ステップ２３に進む。
ステップ２３では、酸素濃縮装置１０の置かれた環境温度が低温か否かを判断する（ＳＴ２３）。例えば、１０度以下である場合を「低温」と定義づけて記憶装置２１０に格納しておくと、ここで図７の、環境温度判断部７２は、運転環境が「低温」ではないと判断した場合には、ステップ２４に進み、デフォルト値での運転、すなわち低回転数での運転を継続し、送風ファン１０４も駆動して冷却を行う。コンプレッサ１０５の加熱を防ぐためである（ＳＴ２４）。例えば、１Ｌの運転モードが選択されていれば、例えば、コンプレッサ回転数を１０００ｒｐｍで、送風ファンの回転数を１６００ｒｐｍとする。
すなわち、コンプレッサ１０５のモータが低回転であっても、周囲環境が低温でなければ、ピストンヘッドの外径があまり縮径していないと判断でき、リークはほとんどないと考えられるからである。
【００６０】
これに対して、酸素濃縮装置１０の運転環境が低温であると判断した場合（ＳＴ２３）、環境温度判断部７２は、コンプレッサ・ファン回転数・時間決定指示部７３−１に指令して、記憶装置２１０のデータから、コンプレッサおよびファンの各回転数と環境温度とが相互に対応するテーブルデータ等から、ここで行う運転において必要とされるモータ回転数および送風ファン１０４の回転数と、その運転継続時間に関するデータを取得する。環境温度が低温であるか否かの閾値は、酸素濃縮装置のコンプレッサ１０５内のピストンヘッドの外径の縮径が、どの程度の環境温度で生じるかを予め計測して決定し、記憶装置２１０に格納しておくことができる。その閾値は、例えば１０度である。
そして、コンプレッサ・ファン回転数・時間決定指示部７３−１は、駆動制御部本体２０１であるモータ制御部に、何回転でどの程度の時間継続して１０００ｒｐｍのモータ回転数よりも高い回転数、例えば１３００ｒｐｍでの運転を指示するとともに、送風ファン１０４の回転は行わない。
【００６１】
駆動制御部本体２０１は高い回転数での運転開始から計時部２０７で時間計測を開始し、決められた時間、すなわち、ピストンヘッドの外径が圧力の向上により加温されて通常の大きさに戻ったと考えられる時間だけ、例えば、３分間、高い回転数（例えば、１３００ｒｐｍ）での運転を継続し、かつその間、送風ファン１０４を停止しておく（ＳＴ２５）。
その運転を継続しながら、所定時間の経過、例えば３分間の経過をおいて、圧力の上昇によるコンプレッサ１０５の加温時間をとる（ＳＴ２６）。
次いで、送風ファン１０４を停止したまま、コンプレッサ回転数を低くする。例えばコンプレッサ１０５を１０００ｒｐｍとして、所定時間、例えば７分間継続運転する（ＳＴ２７、ＳＴ２８）。送風ファンを停止して、コンプレッサ回転数を低くするのは、設定流量を実現しながら、不必要にコンプレッサ温度を下げないようにするためである。
その後送風ファン１０４を駆動し、低流量のデフォルト値、例えば、コンプレッサ回転数を１０００ｒｐｍで、送風ファンの回転数を１６００ｒｐｍとして運転を継続する（ＳＴ２９）。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態によれば、低回転領域で起動した場合にも起動直後から安定した原料空気を吸着部に供給することができる酸素濃縮装置を提供することができる。
【００６３】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されない。
上述の実施形態では、酸素濃縮装置の大きさや容量によりコンプレッサの回転数や送風ファンの回転数は適宜定めることができる。
上記実施形態に記載された事項は、その一部を省略してもよいし、上記で説明しない他の構成と組み合わせることによっても本発明の範囲を逸脱するものではない。
【符号の説明】
【００６４】
１０・・・酸素濃縮装置、７０，８０・・・起動制御装置、７１・・・流量設定判断部、７２・・・環境温度判断部、７３・・・回転数・時間決定指示部、１０４・・・送風ファン、１０５・・・コンプレッサ、１２５・・・温度センサー、２００・・・中央制御部、２０１・・・駆動制御部本体、２０７・・・計時部、２１０・・・記憶装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中から酸素を分離生成する酸素濃縮装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
肺に疾病を抱える患者が高濃度の酸素を吸引するために使用する酸素濃縮器は種々提案されており、大気の一部を用いてコンプレッサにより圧縮空気を作り、該圧縮された空気を吸着用の筒体内部に送り込み、該吸着筒体内の吸着剤に窒素を吸着させることにより生成した酸素を、鼻カニューラを用いて、患者に摂取させる比較的コンパクトな酸素濃縮装置としては特許文献１のものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３７８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来から、上述のような酸素濃縮装置では、圧縮と減圧の両機能を持つコンプレッサを用いることにより、小型で効率良い装置を実現しているが、他方、比較的振動の発生が大きいという欠点がある。
特許文献１は、本出願による提案によるものであるが、この装置は、このような低酸素流量時の振動を効率良く抑制することを実現したものである。
【０００５】
しかしながら、酸素濃縮装置を起動する際には、別の問題として、以下のような問題がある。
すなわち、図１０、図１１において、これらグラフの横軸に並ぶ各数字は、それぞれ酸素濃縮装置の各製品１６台に対応しており、縦軸は、これらの各装置を起動して、酸素を生成し、バッファタンクに貯留されて９０ｋＰａに達するのに要するコンプレッサの加圧時間を示している。
【０００６】
図１０では、通常の室温環境を想定した、例えば、摂氏２３度（以下、温度表示は全て「摂氏」）に非動作状態で２４時間保管した後、比較的低い設定流量（酸素流量）として、１Ｌ（リットル）に設定した場合を示している。
低い設定流量とした場合は、吸着筒に送られる圧縮空気量も少ないので、この場合のコンプレッサ回転数は例えば１０００ｒｐｍである。
図示されているように、１６台全ての装置が約１２秒程度で９０ｋＰａに達している。
【０００７】
図１１は、冬場等の比較的低い室温環境を想定した実験の結果を示している。
具体的には、０度で２４時間保管して、図１０と同様に比較的低い設定流量（酸素流量）として、１Ｌ（リットル）に設定して運転したところ、１６台全てについて、ばらつきはあるものの、９０ｋＰａに達するのに長時間を要し、ひどい場合には６０秒近くかかり、所要時間がほぼ５倍に伸びている。
【０００８】
このような時間を要した原因を図１２、図１３を参照して説明する。
図１２は、コンプレッサ内のシリンダ内で動く浅いカップ状の形態をしたピストンヘッドを示しており、常温時には、シリンダとピストンがほぼ隙間なく接触していてシール性は良好となるようにされている。
しかしながら、図１３に示すように、環境温度が低温になると、ピストンヘッドの外径が収縮して隙間を生じ、隙間からのリークによって圧縮空気を生成する効率が落ちてしまう。
本発明者等の試みによると、コンプレッサ回転数が１３００ｒｐｍ未満で、環境温度が１０度以下の場合にこのような傾向があらわれることが確認されている。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、低回転領域で起動した場合にも起動直後から安定した原料空気を吸着部に供給することができる酸素濃縮装置とその起動制御方法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】
上記課題は、本発明にあっては、ピストンを駆動する回転体を内蔵して圧縮空気を発生する圧縮空気発生部と、前記圧縮空気を内部に導入して該内部に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する吸着部とを備える酸素濃縮装置において、前記圧縮空気発生部は、生成する前記酸素流量に応じて前記回転体の回転数が適切な回転数となるように制御する制御部を有しており、該制御部は、装置起動時に前記回転体の回転数を前記決められた回転数よりも高い回転数で駆動する構成とした酸素濃縮装置により、達成される。
上記構成によれば、起動時に、圧縮空気発生部に内蔵されるピストンのピストンヘッドとシリンダとの間の隙間からリークが生じていたとしても、圧縮空気発生部の回転体の回転数を通常よりも高くすることにより、その分必要圧力を得るための加圧時間が短くなり温度が適切に上昇して、ピストンヘッドが膨張し、リークを減少もしくは止めることができるから、沢山の原料空気を送ることができ、必要な量の酸素を短時間で得ることができる。
【００１１】
酸素濃縮装置が前記生成する酸素流量を切り替える手段を備えており、少ない酸素流量に設定されて運転される際に、該設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で駆動する構成とすることができる。
上記構成によれば、装置の運転モードとして、少ない酸素流量に設定されている場合には、圧縮空気発生部の回転体の回転数がもともと少なく、加圧時間がかかるので、ピストンヘッドとシリンダ間のリーク防止のためにはより有効である。
【００１２】
装置が置かれる環境温度を検出する手段を備えており、該温度検出手段により所定以下の温度が検出されると、設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で駆動する構成とすることができる。
上記構成によれば、装置が置かれる環境温度が低い場合には、圧縮空気発生部に内蔵されているピストンヘッドとシリンダ間にリークが発生し易いので、圧縮空気発生部の回転体の回転数を通常よりも高くして、加圧時間を短縮し、温度上昇によりピストンヘッドが膨張するのを抑制して、リークを減少もしくは止めることができる。
また、前記圧縮空気発生部の圧力及び回転数が高まることによる温度上昇を抑制するための冷却ファンを有し、生成する前記酸素流量に応じて適切なファン回転数となるように制御する制御部を有しており、該制御部は、装置起動時には、当該冷却ファンを停止するか、当該決められたファン回転数よりも低い回転数で駆動する構成とすることができる。
上記構成によれば、冷却ファンを停止するか、あるいは前記酸素流量に対応して決められたファン回転数よりも低い回転数で駆動することによって、圧力の上昇に対応した温度上昇を抑制するための冷却機能を停止させるか低減させることになる。これにより、その分高温となって、ピストンヘッドが膨張し、リークを減少もしくは止めることができるから、沢山の原料空気を送ることができ、必要な量の酸素を短時間で得ることができる。
【００１３】
本発明は、ピストンを駆動する回転体を内蔵して圧縮空気を発生する圧縮空気発生部と、前記圧縮空気を内部に導入して該内部に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する吸着部とを備える酸素濃縮装置の起動制御方法であって、起動時には、起動に際して設定される酸素流量に応じてあらかじめ決められている前記回転体の回転数よりも高い回転数で起動時の運転を行うことを特徴とする酸素濃縮装置の起動制御方法である。
【００１４】
前記起動時に選定された酸素設定流量を判断し、少ない酸素流量に設定されて運転される際に、該設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で起動時の運転を行うこととしてもよい。
【００１５】
前記起動時に環境温度を検出して、所定以下の温度が検出されると、設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で起動時の運転を行うこととしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、低回転領域で起動した場合にも起動直後から安定した原料空気を吸着部に供給することができる酸素濃縮装置とその起動制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態にかかる酸素濃縮装置の外観斜視図。
【図２】図１の装置の操作パネルの概略平面図。
【図３】図１の装置の内部構造を示す分解斜視図。
【図４】図１の装置の系統図。
【図５】本発明の第１の実施形態としてのブロック構成図。
【図６】本発明の第１の実施形態の運転制御の一例を示すフローチャート。
【図７】本発明の第２の実施形態としてのブロック構成図。
【図８】本発明の第２の実施形態の運転例を示す説明図。
【図９】本発明の第２の実施形態の運転制御の一例を示すフローチャート。
【図１０】酸素濃縮装置の起動時の加圧時間を示すグラフ。
【図１１】酸素濃縮装置の起動時の加圧時間を示すグラフ。
【図１２】酸素濃縮装置のコンプレッサ内のピストン部分の概略部分拡大図。
【図１３】酸素濃縮装置のコンプレッサ内のピストン部分の概略部分拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面等を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態にかかる酸素濃縮装置の外観斜視図、図２はその操作パネルの概略平面図である。
これらの図において、酸素濃縮装置１０は、たとえば、上端に取っ手となるハンドル１２を設けた縦長の本体ケース１１を備えている。
本体ケース１１を除く内部構造は、後述する図３に示されている。
本体ケース１１の上端付近において、やや前傾して設けた操作パネル１３には、左から順に、ダイヤル式の電源スイッチ１４と、酸素出口１５と、酸素流量設定スイッチ１６と、例えば、ＬＥＤまたは液晶表示等にて、セグメント数字で表示を行う酸素流量表示部１８が配置されている。また酸素出口１５の上方には、該酸素出口１５に形成された段差部に対して気密状態に係合されるとともに、着脱自在に設けられるカプラ２１が示されている。このカプラ２１には鼻カニューラ２２等のチューブ２３の開口部が連通するようにセットされている。
【００２０】
本体ケース１１の底蓋２６には、４つのゴム足２７が四隅に固定されており、床面上に設置して使用するときに横滑りを防止している。
一方、外出時等の移動時に使用するキャリア２５が２本の固定ネジで底蓋２６に対して固定できるように構成されている。このキャリア２５には、上記の各ゴム足２７を収容できる孔部が対応位置に穿設されるとともに、図示のように四隅に樹脂製の自在キャスタが配置されている。
【００２１】
図２は、上述した操作パネル１３を拡大して示している。
電源スイッチ１４は図示のオフ位置と約９０度分時計周りに回転したオン位置との間で操作される。この電源スイッチ１４のオン位置に相当する位置には緑と赤に点灯する例えば発光ＬＥＤ等を内蔵した運転状態ランプが設けられている。また、この運転状態ランプの上にはバッテリ残量モニタが設けられている。
【００２２】
また、中央の酸素出口１５の上には「点検」の文字またはこれに相当するキャラクター表示等を横に印刷した警報表示部が配置され、この警報表示部の下方には緑と赤と黄色とに点灯する例えば発光ＬＥＤを内蔵した酸素ランプが設けられている。
酸素流量設定スイッチ１６は、上下矢印を印刷したフラットスイッチ１６ａ，１６ｂとして設けられている。この酸素流量設定スイッチ１６は、９０％程度以上に濃縮された酸素を毎分当たり０．２５Ｌ(リットル)から最大で５Ｌまで０．２５Ｌ段階または０．０１Ｌ段階で押圧操作する度に酸素流量が設定できるように構成されており、上方の酸素流量表示部１８で、その時の流量設定を表示することにより、酸素生成能力を変えることが可能である。また、同調ランプ１９は、濃縮酸素を呼吸同調により断続供給状態で運転中であることを点灯または点滅表示により患者に知らせるために設けられている。
【００２３】
図３は、酸素濃縮装置１０の内部構成を示すために背面側から見た立体分解図である。下方より、上記のゴム足２７を四隅に固定した図１にて二点鎖線で示した樹脂製の底蓋２６が、同じく樹脂製のベース体４０の底面に対して複数の固定ネジを用いて固定されている。
このベース体４０は、四面から下方に向けて連続形成された壁面を一体成形した箱状に成形されており、図示のように裏面の壁面上には、上記の各コネクタ１３１、１３０が固定されている。図１のケース本体１１に設けた図示しない裏面カバーの各排気口に対向するとともに内部の電源室に連通する排気口４０ｃ、４０ｃが図示のように穿設されており、これらの排気口４０ｃを介して最終的な外部排気が行われる。このベース体４０の上面は図示のように平らに形成されるとともに、図示のように形成される二段式防音室３４の左右面と裏面の三方側から固定ネジで固定するための孔部を穿設した起立部４０ｆを３方から一体成形している。また、上記の電源室に連通した排気用開口部４０ｂをさらに穿設している。
【００２４】
次に、二段式防音室３４は、図面の手前側の側方から出し入れ可能な上段部材３６上に２個の送風ファン１０４を固定し、同じく側方から出し入れ可能な下段部材３７上に設けた圧縮空気発生部としてのコンプレッサ１０５を防振状態で配設した密閉箱３５として上記のような軽量金属板から構成されている。
この二段式防音室３４は、図示のように手前側に示した防音室蓋３９と奥側に示した防音室蓋３８を、図示のように複数の固定ネジで固定するようにしている。このために二段式防音室３４は、図示のように曲げ加工されるとともにインサートナットを植設した取付部が一体的に設けられている。この防音室内部には防音材５１が敷設される。また外周面には制振部材であって、合成ゴムと特殊樹脂材料を混合した素材をシート状のものが敷設されており、アルミの薄板製である二段式防音室３４自体が共鳴などで振動防止している。
【００２５】
この二段式防音室３４の上段部材３６の上方の左右の側壁面には実線図示の第１開口部３５ａ（破線図示）が穿設されており、外気を内部に導入するように構成されている。この上段部材３６には、図４で説明する配管２４をラバーブッシュを介して固定するための複数の固定孔３６ｈが穿設されており、配管２４を支持するとともに振動防振機能をラバーブッシュと協働して行うように構成されている。
また、各送風ファン１０４は、例えば、インバータ制御のシロッコファンを用いることができる。各送風ファン１０４は、それぞれの送風口が下方に向くようにしてブラケットを用いて上段部材３６に固定されている。この各送風ファン１０４の間には上記の三方向切換弁１０９ａ，１０９ｂ等が配置されている。さらに、各送風ファン１０４には、ファン回転検出部１２６がもうけられている。ファン回転検出部は、例えば、インタラプタ型フォトセンサ等の回転検出計等を利用することができる。
【００２６】
この二段式防音室３４の左側の側壁面には筒状の吸着筒体１０８ａ、１０８ｂが、吸気用バッファタンク１０１と並べて配置されており側壁面に固定された固定具４９ｋにバンド４９を通過後にバンド４９を締め上げることで図示のように固定されている。このとき、吸着筒体１０８はベース体４０の上面に載るが、全長の長いバッファタンクは開口部４０ｄ中に一部が挿入されて固定される。
【００２７】
製品タンク１１１は真空成形されるポリエチレン樹脂製であって図示のように長手方向に横たえて上方に配置される。上記の遮蔽板３２も軽量化のために樹脂製であり、図示のようにスピーカ２３と外部コネクタ１３３を設けており、二段式防音室３４の上方の外壁面に対して固定ネジを用いて固定される補強を兼ねた取り付け部を一体成形している。また、二段式防音室３４の上方の壁面には放熱部材５２、５３が固定ネジで固定されるとともに上記の各制御基板２００（後述するＣＰＵ２００を含む基板）、２０１（モータ制御部を含む基板）他が起立状態で固定されており放熱効果を高めている。なお、この遮蔽板３２は上記のように一部が外部に出るので黒色顔料を用いて黒色に着色されている。
この二段式防音室３４の右側の側壁面には酸素センサ１１４と比例開度弁１１５と圧力調整器１１２と流量センサ１１６とデマンド弁１１７と回路基板２０２と温度センサ１２５が固定されている。
【００２８】
図４は、酸素濃縮装置１０の系統図（配管図）である。
図において、二重線は空気、酸素、窒素ガスの流路であり概ね配管２４ａ〜２４ｇで示されている。また、細い実線は電源供給または電気信号の配線を示している。
ここで、以下の説明ではコンプレッサ１０５として圧縮手段（圧縮空気発生部）と減圧手段（負圧発生部）を一体化構成したものを用いる場合について述べる。しかしながら、この構成に限定されず圧縮空気発生部と負圧発生部を個別に構成しても良いことは言うまでもない。また、外気を吸気口を介して内部に導入し、排気口を介して外部に排出する表面カバーと裏面カバー（ケース本体１１の一部）については密閉容器として図中破線で図示されている。
【００２９】
図４において、導入空気の流れに沿って順次述べると、上記のフィルタ交換用蓋体に内蔵された外気導入用フィルタ２０を通過して酸素濃縮装置１００内部に空気（外気）が矢印Ｆ方向に導入される。この空気は、一対の送風ファン１０４、１０４による送風により二段式防音室３４内に入る。上述したように、二段式防音室３４では上段部材上に送風ファン１０４、１０４を配設し、下段部材にコンプレッサ１０５を防振状態で配設した二段式防音室３４（破線図示の）側面に穿設された開口部を介して二段式防音室３４内に空気が入る。この空気の一部をコンプレッサ１０５の圧縮手段１０５ａに対して原料空気として供給するために、配管２４ａの開口部が二段式防音室３４内に開口して設けられており、配管２４ａの途中に二次濾過を行う吸気フィルタ１０１と大容量の吸気マフラ１０２とが設けられている。このように構成することで原料空気の吸気音が二段式防音室３４内に留まるようにして吸気音を低減している。
【００３０】
一方、この二段式防音室３４は軽量化のために厚さ約０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの強化軽合金、アルミ合金、チタン合金板または他の好適な材料から構成される。このように薄板から構成するとネジ孔部の強度が確保されない。そこでネジ孔部としてインサートナットを適所に固定している。この二段式防音室３４の内部には原料空気を圧縮して圧縮空気を発生する圧縮手段１０５ａと、減圧手段１０５ｂとを好ましくは一体構成したコンプレッサ１０５が防振状態で固定されている。このコンプレッサ１０５に近接して、温度的環境がほぼ同一の箇所に温度センサ１２５が配置されている（あわせて図３参照）。
【００３１】
次に、濾過された原料空気は、コンプレッサ１０５の圧縮手段１０５ａで加圧されて圧縮空気となるがこのとき温度上昇した状態で配管２４ｃに送り出されるので、この配管２４ｃを放熱効果に優れた軽量の金属パイプとし、送風ファン１０４からの送風で冷却すると良い。このように圧縮空気を冷却することで高温では機能低下する吸着剤であるゼオライトが窒素の吸着により酸素を生成するための吸着剤として、十分に酸素を９０％程度以上に濃縮できることとなる。
【００３２】
圧縮空気は配管２４ｃを介して吸着部としての第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂに対して交互に供給される。このため切換弁（三方向切換弁）１０９ａ、１０９ｂが図示のように接続されている。これらの切換弁１０９ａ、１０９ｂと、さらに第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの不要ガスを脱離させるため（パージ（浄化）を行うため）に減圧手段１０５ｂに連通する配管２４ｆに負圧破壊第１弁１２０と負圧破壊第２弁（圧調整弁）１２１が直列に複数（少なくとも２つ）配置されている。これらを開くことで後述するように、配管２４ｆ内の圧力を均圧工程時には大気圧付近まで、所定流量以下では圧力コントロールすることでコンプレッサの振動抑制と低電量化を図っている。
【００３３】
第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内に夫々貯蔵されている触媒吸着剤の一例としては、ゼオライトが用いられている。
一方、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂの上方の出口側には逆止弁と、絞り弁と開閉弁とからなる均等圧弁１０７が分岐接続されている。また、均等圧弁１０７の下流側は合流するように配管２４ｄが成されており、分離生成された９０％程度以上の濃度の酸素を貯蔵するための容器となる製品タンク１１１が図示のように配管されている。また、各吸着筒体内の圧力を検出する圧力センサ２０８が図示のように配管される。
【００３４】
製品タンク１１１の下流側には、出口側の酸素の圧力を一定に自動調整する圧力調整器１１２が配管されている。この圧力調整器１１２の下流側には、ジルコニア式あるいは超音波式の酸素（濃度）センサ１１４が接続されており、酸素濃度の検出を間欠（１０〜３０分毎）または連続で行うようにしている。この下流側には上記の酸素流量設定スイッチ１６に連動して開閉する比例開度弁１１５が接続されており、その下流側には酸素流量センサ１１６が接続されている。またこのセンサ１１６の下流には呼吸同調制御のための負圧回路基板を介してデマンド弁１１７が接続されており、滅菌フィルタ１１９を経て、酸素濃縮装置１０の酸素出口１５に対して接続されている。以上の構成により、鼻カニューレ２２等を経て患者に対する最大流量５Ｌ／分で約９０％程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能になることとなる。
【００３５】
次に、図４において電源系統は、ＡＣ（商用交流）電源を所定直流電圧に整流するスイッチングレギュレータ式のＡＣアダプタ１９に接続されたＡＣ電源のコネクタ１３０を中継して接続されるＡＣアダプタ１９と、装置本体に内蔵される内蔵バッテリ２２８と、上記のコネクタ１３１を介して着脱自在可能に設けられる外部バッテリ２２７と電源制御回路２２６から構成されている。内蔵バッテリ２２８および外部バッテリ２２７は繰り返し充電可能な２次電池であり、内蔵バッテリ２２８は電源制御回路２２６からの電力供給を受けて充電される。なお、少なくとも内蔵バッテリ２２８は、少なくとも５００回（数１００回程度）程度の繰り返し充放電が可能で、バッテリ残量、使用充放電サイクル数、劣化程度、出力電圧等のマネジメント機能を有するものが使用され、バッテリ残量、残充電容量、充放電回数を外部の携帯端末などで確認可能なマネジメント機能を有するものが好ましい。
【００３６】
また、外部バッテリ２２７については、コネクタ１３１を介する接続状態において、電源制御回路２２６からの電力供給を受けて充電することもできるが、通常は別途準備されるバッテリチャージャーを用いて繰り返し充電される。または、専用設計されたバッテリチャージャーを一体化した外部バッテリ２２７として準備しても良い。
以上の電源系統の構成において、酸素濃縮装置はＡＣアダプタ１９からの電力供給を受けて作動する第１電力供給状態と、内蔵バッテリ２２８からの電力供給を受けて作動する第２電力供給状態と、外部バッテリからの電力供給を受けて作動する第３電力供給状態との３系統の電力供給状態の内の一つに自動切換えされて使用される。
【００３７】
この自動切換えのための優先順位は上記の第１電力供給状態、第３電力供給状態、第２電力供給状態の順序で自動決定するように中央制御部２００により電源制御回路２２６が制御される。
また、電源制御回路２２６と、内蔵バッテリ２２８については酸素濃縮装置１００の低重心化を図るために後述するように底面に配設される。一方、外部バッテリ２２７は上記のようにキャリア２５の収容部に内蔵されることで外出時などで使用可能になる。この外部バッテリ２２７には上記の充電残量表示部他が設けられているので残り使用時間を音声ガイドとともに知ることができる。
【００３８】
ＡＣアダプタ１９は周波数の違いの影響および電圧の変動を受けずに所定直流電圧を発生することが可能であり、かつまた小型軽量に構成できるスイッチングレギュレータ式が良いが、通常のトランス式でも良い。また、内蔵バッテリ２２８および外部バッテリ２２７は充電時のメモリ効果が少なく再充電時にも満杯充電できるリチウムイオン、リチウム水素イオン２次電池が良いが、従来からのニッカド電池でも良い。
さらに、緊急時に備えて、どこでも入手可能な単２乾電池のボックスとして外部バッテリを構成しても良い。
【００３９】
また、酸素濃縮装置１００の中央制御部２００は、生成する酸素量に応じた、最適な動作モードに切り替える機能を備えており、自動的にコンプレッサ１０５、送風ファン１０４を、多くの酸素生成をする場合は高速に、少ない酸素生成時において低速に回転駆動する制御を行うことで特に、内蔵バッテリ２２８を温存させるようにしている。この結果、外部バッテリ２２７を充電し忘れた場合であっても突然の外出時や停電時等の対応が可能になるように配慮されている。
【００４０】
また、中央制御部２００にはコンプレッサ１０５の回転体である直流モータおよび送風ファン１０４のモータの駆動制御を夫々行うモータ制御部２０１および上記のスピーカ２３に接続されることで音声内容を発生する音声制御部２０３が接続されている。
【００４１】
この中央制御部２００には所定動作プログラムを記憶したＲＯＭが内蔵されるとともに、記憶装置２１０と揮発メモリ２０５と一時記憶装置２０６とリアルタイムクロック２０７とがさらに接続されており、外部コネクタ１３３を介して通信回線などと接続することで記憶内容へのアクセスが可能となるように構成されている。
【００４２】
また、上記の三方向切換弁１０９ａ、１０９ｂと均等圧弁１０７と、第１吸着筒体１０８ａと第２吸着筒体１０８ｂ内の不要ガスを脱離させるための負圧発生部１０５ｂと配管２４ｆ内の圧力を制御するための負圧破壊第１弁１２０と負圧破壊第２弁１２１と酸素濃度センサ１１４と比例開度弁１１５と、流量センサ１１６とデマンド弁１１７を駆動制御する弁及び流量制御部２０２が中央制御部２００に接続されている。
【００４３】
ところで、総重量が約１ｋｇのコンプレッサ１０５はモータ制御部２０１に内蔵される可変速度制御器であって正弦波駆動波形によりモータの駆動制御が行われることで運転音を低くしている。このコンプレッサ１０５は、各速度で運転可能であって、必要な真空（負圧）／正圧の圧力レベルと流量を発生でき、僅かな騒音と振動しか出さず、僅かな熱しか発生せず、小型軽量であって僅かな電力消費で運転できることが好ましい。
【００４４】
可変速度制御手段である可変速度制御器をモータ制御部２０１に備えることにより、患者の活動レベル、環境条件に基づいてコンプレッサ１０５の速度を自在に変化させることができる。この結果、患者が座ったり、寝たりしている等、患者の酸素要求が比較的低いことがデマンド弁１１７によって呼吸同調により判断されると、コンプレッサ１０５の駆動回転速度を自動的に落とすことができる。また、患者が立ったり、活動的であったり、酸素濃度の低い高地にいるときなど、患者の酸素要求が比較的高く、酸素要求量が高まったと判断されると速度を自動的に高めることができるように構成されている。
【００４５】
以上のモータ制御によって酸素濃縮装置１０全体の消費電力が低減され、充電式バッテリでの駆動時の寿命を延ばすことが可能になるとともに、充電式バッテリの重量と大きさを軽減し、コンプレッサ１０５の摩耗度を低めて寿命を延ばすことで信頼性を向上できる。
【００４６】
このコンプレッサ１０５は、上記のように圧縮空気発生と負圧発生の両方の機能を備えるものであり、取り出される酸素流量に応じて回転数が自動制御される。具体的には、回転速度が５００ｒｐｍから３０００ｒｐｍの間で制御され、通常の速度である１７００ｒｐｍ程度で回転するときの操作寿命を１５０００時間と長くできるようにしている。また、このコンプレッサ１０５は、空気を１００ｋＰａ、好ましくは７５ｋＰａ程度に圧縮する性能を備えている。また、上記の操作寿命が経過すると音声ガイドにて知らせる機能を備えている。
【００４７】
ここで、冷却ファンである送風ファン１０４を駆動するファンモータは、例えば、例えば、三層交流モータを利用することが、ＶＶＶＦ制御することができる。これにより、例えば、商用交流電源から得た交流電流を所定のインバータ回路を介して、該ファンモータに供給する。
すなわち、交直（ＡＣ−ＤＣ）変換後に、電圧を可変し、直交変換して三層交流電流を作り出し、その周波数を可変（ＰＷＭ−パルス幅変調）して所望の回転数制御を行う。これにより、ファンモータの回転数制御を容易に行うことができるようにされている。
【００４８】
図５は、酸素濃縮装置１０の起動制御装置７０の構成を示す図である。
鎖線で示す範囲、すなわち、符号２００で示す範囲は、図４の中央制御部２００の構成の一部を利用することにより実現することができる。
すなわち、中央制御部２００は、全体を制御するためのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）でなる制御部を含む制御回路（ＩＣ）でなり、この中央制御部２００には、計時部２０７としてのリアルタイムクロック、温度センサー１２５、記憶装置２１０が接続されている。記憶装置２１０は、中央制御部２００内部にもその一部を配置することができ、通常、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、もしくはフラッシュメモリ等を有し、これらは他のデバイスとともにバスを介して接続されている。上記したＣＰＵは所定のプログラムの処理を行う他、バスに接続されたＲＯＭ等を制御している。ＲＯＭは、各種プログラムや各種情報等を格納している。ＲＡＭは、プログラム処理中のメモリの内容を対比したり、プログラムを実行するためのエリアとしての機能を有する。
また中央制御部２００には駆動制御部本体２０１を介してコンプレッサ１０５が接続されている。
【００４９】
また、中央制御部２００は、酸素流量設定スイッチ１６が接続されることにより、ユーザが設定した、設定流量を把握するための流量設定判断部７１と、温度センサー１２５からの測定信号が入力されることによりコンプレッサ１０５にきわめて近接した箇所の温度を把握することで、コンプレッサの動作環境としての環境温度を判断する環境温度判断部７２とを有している。
また、該環境温度判断部７２と、記憶装置２１０とは、中央制御部２００に含まれる回転数・時間決定指示部７３に接続されている。記憶装置２１０には、コンプレッサ１０５の環境温度と、該コンプレッサ１０５の駆動手段であるモータの回転数との関係が予め決められたテーブルデータ等の形式で格納されている。回転数・時間決定指示部は、駆動制御部本体２０１としての例えばモータ駆動回路（モータ制御部２０１）に接続されており、該モータ駆動回路はコンプレッサ１０５に接続されている。
【００５０】
環境温度判断部７２は、流量設定判断部７１からの設定流量情報を得て、当該設定流量が低流量である場合には、記憶装置２１０のデータを参照して、当該流量と環境温度の関係を見る。
記憶装置２１０のデータにおいて、当該低流量では、コンプレッサ１０５が加温される温度上昇が緩慢であり、環境温度との関係でコンプレッサ１０５においてリークが発生する（コンプレッサ１０５のピストンヘッドの外径が環境温度と温度膨張係数との関係から、縮径しており、シリンダとの間に隙間が生じることで、空気の漏れが生じること）が生じるもととして、予め記録されている場合には、当該データに基づく指令を出す。
【００５１】
すなわち、環境温度判断部７２は、回転数・時間決定指示部７３に指令して、コンプレッサ１０５のモータ回転数を上げて、空気の圧力を高くすることで温度を上げ、縮径したピストンヘッドの外径を元の大きさにすることができる回転数と当該回転数における運転時間を伝えるようになっている。
回転数・時間決定指示部７３は、当該回転数と運転時間を駆動制御部本体（モータ制御部）２０１に伝えるように構成されている。
駆動制御部本体２０１は、コンプレッサ１０５を制御し、そのモータの回転数を上げ、高い回転数で所定時間運転する指示を出すように構成されている。
【００５２】
図６は、本実施例の酸素濃縮装置１０の第１の運転制御の例を示し、特にその起動時の制御を示すフローチャートである。
図において、使用者が図１および図２で説明した酸素濃縮装置１０の操作パネル１３の電源スイッチ１４を回して電源を入れ、酸素流量設定スイッチ１６を操作して流量設定することにより運転が開始される（ＳＴ１０）。
これにより、図５で説明した流量設定判断部７１が、生成する酸素の流量が低流量による運転とされたのかどうかを判断する（ＳＴ１１）。
流量設定判断部７１が、予め定めた所定流量以上の設定流量とされていると判断される場合には、ステップ１２に進み、設定どおりの高い流量での運転を継続する（ＳＴ１２）。
【００５３】
すなわち、酸素流量設定スイッチ１６を介して設定された酸素流量が、例えば、１Ｌ（毎分当たり酸素流量１リットル）を超えているようであれば、コンプレッサ１０５による圧縮空気の圧力の高まりが、比較的迅速であるから、ピストンヘッドの外径は比較的早く通常の大きさとなるから、ピストンのリーク対策をせずにそのまま運転を継続する。
これに対して、設定された酸素流量が１Ｌを下回るようであれば、コンプレッサ１０５のモータ回転数は例えば１０００ｒｐｍであり、ステップ１３に進む。
ステップ１３では、酸素濃縮装置１０の置かれた環境温度が低温か否かを判断する。例えば、１０度以下である場合を「低温」と定義づけて記憶装置２１０に格納しておくと、ここで図５の、環境温度判断部７２は、運転環境が「低温」ではないと判断した場合には、ステップ１４に進み低回転数での運転を継続する。
すなわち、コンプレッサ１０５のモータが低回転であっても、周囲環境が低温でなければ、ピストンヘッドの外径があまり縮径していないと判断でき、リークはほとんどないと考えられるからである。
【００５４】
これに対して、酸素濃縮装置１０の運転環境が低温であると判断した場合（ＳＴ１３）、環境温度判断部７２は、回転数・時間決定指示部に指令して、記憶装置２１０のデータから、当該回転数と具体的温度とにより該当するテーブルデータ等から、ここで行う運転において必要とされる回転数と、その継続時間のデータを取得する。
そして、回転数・時間決定指示部７３は、駆動制御部本体２０１であるモータ制御部に、何回転でどの程度の時間継続して１０００ｒｐｍのモータ回転数よりも高い回転数、例えば１３００ｒｐｍでの運転を指示する（ＳＴ１５）。
駆動制御部本体２０１は高い回転数での運転開始から計時部２０７で時間計測を開始し、決められた時間、すなわち、ピストンヘッドの外径が圧力の向上により加温されて通常の大きさに戻ったと考えられる時間だけ高い回転数での運転を継続し（ＳＴ１６）、その後通常回転数である設定流量に対応した回転数で運転を継続する（ＳＴ１７）。
【００５５】
図７は、酸素濃縮装置１０の起動制御装置の別の構成例を示している。
図７において、起動制御装置８０の鎖線で示す範囲、すなわち、符号２００で示す範囲は、図４の中央制御部２００の構成の一部を利用することにより実現することができる。
なお、図７において、図５と同じ符号を付した箇所は同一の構成であるから、共通する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
図７の起動制御装置８０は、図５のものと異なり、送風ファン１０４も起動時に特別の制御を行うようにされている。すなわち、起動時において、コンプレッサ１０５と送風ファン１０４を共に回転制御するように構成されており、記憶装置２１０には、そのためのデータが格納されている。環境温度を判断した後では、コンプレッサ・ファン回転数・時間決定指示部７３−１によりコンプレッサ１０５と送風ファン１０４が駆動されるようになっている。
【００５６】
図８の表を参照して、この起動制御装置８０による起動制御の特徴を説明する。
酸素濃縮装置１０における送風ファン１０４は、コンプレッサ１０５の駆動により圧力が高くなって高温となるのを冷却するための冷却ファンである。
そのため、従来はコンプレッサの回転数が毎分１０００回転である時、すなわち、コンプレッサ内蔵のモータ回転数が１０００ｒｍｐという低回転である場合にも送風ファンを駆動して冷却を行っていた。これが冷却「あり」という意味である。
この場合の３分経過後の圧縮空気積算流量１５Ｌ、５分後の積算流量２６Ｌという状態であった。
ところが、図９の起動時にコンプレッサ回転数を１０００回転としても、送風ファン１０４を駆動せずに冷却を停止すると、３分経過後の圧縮空気積算流量１４Ｌ、５分後の積算流量２８Ｌとなり、図９の起動時制御を行うと、３分経過後の圧縮空気積算流量２５Ｌ、５分後の積算流量３９Ｌと、大幅に積算流量を改善できるのである。
【００５７】
図９は、本実施例の酸素濃縮装置１０の第２の運転制御の例を示し、特にその起動時の制御を示すフローチャートである。
図において、使用者が図１および図２で説明した酸素濃縮装置１０の操作パネル１３の電源スイッチ１４を回して電源を入れ、酸素流量設定スイッチ１６を操作して流量設定することにより運転が開始される（ＳＴ２０）。
これにより、図７で説明した流量設定判断部７１が、生成する酸素の流量が低流量による運転とされたのかどうかを判断する（ＳＴ２１）。
【００５８】
流量設定判断部７１が、予め定めた所定流量以上の設定流量とされていると判断される場合には、ステップ２２に進み、設定どおりの高い流量での運転を継続する（ＳＴ２２）。例えば、酸素流量が２Ｌの運転モードであれば、例えば、コンプレッサ回転数を１７００ｒｐｍで、送風ファンの回転数を２５００ｒｐｍとする。
あるいは、酸素流量が３Ｌの運転モードが選択されている場合には、例えば、コンプレッサ回転数を２７００ｒｐｍで、送風ファンの回転数を３７００ｒｐｍとする。
すなわち、酸素流量設定スイッチ１６を介して設定された酸素流量が、例えば、１Ｌ（毎分当たり酸素流量１リットル）を超えているようであれば、コンプレッサ１０５による圧縮空気の圧力の高まりが、比較的迅速であるから、ピストンヘッドの外径は比較的早く通常の大きさとなるから、ピストンのリーク対策をせずにそのまま運転を継続する。
【００５９】
これに対して、設定された酸素流量が１Ｌを下回るようであれば、コンプレッサ１０５のモータ回転数は例えば１０００ｒｐｍであり、ステップ２３に進む。
ステップ２３では、酸素濃縮装置１０の置かれた環境温度が低温か否かを判断する（ＳＴ２３）。例えば、１０度以下である場合を「低温」と定義づけて記憶装置２１０に格納しておくと、ここで図７の、環境温度判断部７２は、運転環境が「低温」ではないと判断した場合には、ステップ２４に進み、デフォルト値での運転、すなわち低回転数での運転を継続し、送風ファン１０４も駆動して冷却を行う。コンプレッサ１０５の加熱を防ぐためである（ＳＴ２４）。例えば、１Ｌの運転モードが選択されていれば、例えば、コンプレッサ回転数を１０００ｒｐｍで、送風ファンの回転数を１６００ｒｐｍとする。
すなわち、コンプレッサ１０５のモータが低回転であっても、周囲環境が低温でなければ、ピストンヘッドの外径があまり縮径していないと判断でき、リークはほとんどないと考えられるからである。
【００６０】
これに対して、酸素濃縮装置１０の運転環境が低温であると判断した場合（ＳＴ２３）、環境温度判断部７２は、コンプレッサ・ファン回転数・時間決定指示部７３−１に指令して、記憶装置２１０のデータから、コンプレッサおよびファンの各回転数と環境温度とが相互に対応するテーブルデータ等から、ここで行う運転において必要とされるモータ回転数および送風ファン１０４の回転数と、その運転継続時間に関するデータを取得する。環境温度が低温であるか否かの閾値は、酸素濃縮装置のコンプレッサ１０５内のピストンヘッドの外径の縮径が、どの程度の環境温度で生じるかを予め計測して決定し、記憶装置２１０に格納しておくことができる。その閾値は、例えば１０度である。
そして、コンプレッサ・ファン回転数・時間決定指示部７３−１は、駆動制御部本体２０１であるモータ制御部に、何回転でどの程度の時間継続して１０００ｒｐｍのモータ回転数よりも高い回転数、例えば１３００ｒｐｍでの運転を指示するとともに、送風ファン１０４の回転は行わない。
【００６１】
駆動制御部本体２０１は高い回転数での運転開始から計時部２０７で時間計測を開始し、決められた時間、すなわち、ピストンヘッドの外径が圧力の向上により加温されて通常の大きさに戻ったと考えられる時間だけ、例えば、３分間、高い回転数（例えば、１３００ｒｐｍ）での運転を継続し、かつその間、送風ファン１０４を停止しておく（ＳＴ２５）。
その運転を継続しながら、所定時間の経過、例えば３分間の経過をおいて、圧力の上昇によるコンプレッサ１０５の加温時間をとる（ＳＴ２６）。
次いで、送風ファン１０４を停止したまま、コンプレッサ回転数を低くする。例えばコンプレッサ１０５を１０００ｒｐｍとして、所定時間、例えば７分間継続運転する（ＳＴ２７、ＳＴ２８）。送風ファンを停止して、コンプレッサ回転数を低くするのは、設定流量を実現しながら、不必要にコンプレッサ温度を下げないようにするためである。
その後送風ファン１０４を駆動し、低流量のデフォルト値、例えば、コンプレッサ回転数を１０００ｒｐｍで、送風ファンの回転数を１６００ｒｐｍとして運転を継続する（ＳＴ２９）。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態によれば、低回転領域で起動した場合にも起動直後から安定した原料空気を吸着部に供給することができる酸素濃縮装置を提供することができる。
【００６３】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されない。
上述の実施形態では、酸素濃縮装置の大きさや容量によりコンプレッサの回転数や送風ファンの回転数は適宜定めることができる。
上記実施形態に記載された事項は、その一部を省略してもよいし、上記で説明しない他の構成と組み合わせることによっても本発明の範囲を逸脱するものではない。
【符号の説明】
【００６４】
１０・・・酸素濃縮装置、７０，８０・・・起動制御装置、７１・・・流量設定判断部、７２・・・環境温度判断部、７３・・・回転数・時間決定指示部、１０４・・・送風ファン、１０５・・・コンプレッサ、１２５・・・温度センサー、２００・・・中央制御部、２０１・・・駆動制御部本体、２０７・・・計時部、２１０・・・記憶装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンを駆動する回転体を内蔵して圧縮空気を発生する圧縮空気発生部と、前記圧縮空気を内部に導入して該内部に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する吸着部とを備える酸素濃縮装置において、
前記圧縮空気発生部は、
生成する前記酸素流量に応じて前記回転体の回転数が適切な回転数となるように制御する制御部を有しており、
該制御部は、装置起動時に前記回転体の回転数を前記決められた回転数よりも高い回転数で駆動する構成とした
ことを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
前記生成する酸素流量を切り替える手段を備えており、少ない酸素流量に設定されて運転される際に、該設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で駆動する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
【請求項３】
装置が置かれる環境温度を検出する手段を備えており、該温度検出手段により所定以下の温度が検出されると、設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で駆動する構成としたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
前記圧縮空気発生部の圧力及び回転数が高まることによる温度上昇を抑制するための冷却ファンを有し、生成する前記酸素流量に応じて適切なファン回転数となるように制御する制御部を有しており、該制御部は、装置起動時には、当該冷却ファンを停止するか、当該決められたファン回転数よりも低い回転数で駆動する構成としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の酸素濃縮装置。
【請求項５】
ピストンを駆動する回転体を内蔵して圧縮空気を発生する圧縮空気発生部と、前記圧縮空気を内部に導入して該内部に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する吸着部とを備える酸素濃縮装置の起動制御方法であって、
起動時には、起動に際して設定される酸素流量に応じてあらかじめ決められている前記回転体の回転数よりも高い回転数で起動時の運転を行うことを特徴とする酸素濃縮装置の起動制御方法。
【請求項６】
前記起動時に選定された酸素設定流量を判断し、少ない酸素流量に設定されて運転される際に、該設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で起動時の運転を行うことを特徴とする請求項５に記載の酸素濃縮装置の起動制御方法。
【請求項７】
前記起動時に環境温度を検出して、所定以下の温度が検出されると、設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で起動時の運転を行うことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の酸素濃縮装置の起動制御方法。
【請求項１】
ピストンを駆動する回転体を内蔵して圧縮空気を発生する圧縮空気発生部と、前記圧縮空気を内部に導入して該内部に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する吸着部とを備える酸素濃縮装置において、
前記圧縮空気発生部は、
生成する前記酸素流量に応じて前記回転体の回転数が適切な回転数となるように制御する制御部を有しており、
該制御部は、装置起動時に前記回転体の回転数を前記決められた回転数よりも高い回転数で駆動する構成とした
ことを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
前記生成する酸素流量を切り替える手段を備えており、少ない酸素流量に設定されて運転される際に、該設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で駆動する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
【請求項３】
装置が置かれる環境温度を検出する手段を備えており、該温度検出手段により所定以下の温度が検出されると、設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で駆動する構成としたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
前記圧縮空気発生部の圧力及び回転数が高まることによる温度上昇を抑制するための冷却ファンを有し、生成する前記酸素流量に応じて適切なファン回転数となるように制御する制御部を有しており、該制御部は、装置起動時には、当該冷却ファンを停止するか、当該決められたファン回転数よりも低い回転数で駆動する構成としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の酸素濃縮装置。
【請求項５】
ピストンを駆動する回転体を内蔵して圧縮空気を発生する圧縮空気発生部と、前記圧縮空気を内部に導入して該内部に充填された吸着剤により窒素を吸着して酸素を分離生成する吸着部とを備える酸素濃縮装置の起動制御方法であって、
起動時には、起動に際して設定される酸素流量に応じてあらかじめ決められている前記回転体の回転数よりも高い回転数で起動時の運転を行うことを特徴とする酸素濃縮装置の起動制御方法。
【請求項６】
前記起動時に選定された酸素設定流量を判断し、少ない酸素流量に設定されて運転される際に、該設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で起動時の運転を行うことを特徴とする請求項５に記載の酸素濃縮装置の起動制御方法。
【請求項７】
前記起動時に環境温度を検出して、所定以下の温度が検出されると、設定された酸素流量に対応して前記回転体について予め決められた回転数よりも高い回転数で起動時の運転を行うことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の酸素濃縮装置の起動制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２７４（Ｐ２０１１−２７４Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４５４８３（Ｐ２００９−１４５４８３）
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【出願人】（３９６００７６９４）株式会社医器研 (57)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【出願人】（３９６００７６９４）株式会社医器研 (57)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]