酸素濃縮装置
【課題】コンプレッサの基本構造を大きく変更することなく、原料空気の吸入時の圧損を低減して、その分原料空気の吸入量を増加させると共に、騒音を抑制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】原料空気を吸入するための複数の吸入口１１Ｐ，１２Ｐを有し吸入した原料空気を圧縮して圧縮空気を発生するコンプレッサ１０と、圧縮空気を送る配管３７と、配管３７を接続して原料空気を導入するための吸入側端部３８Ａと原料空気を排出する排出側端部３８Ｂを有する消音器３８と、消音器の排出側端部と、コンプレッサの各吸入口と、をそれぞれ直接接続する複数の接続配管４０，４１とを有する。
【解決手段】原料空気を吸入するための複数の吸入口１１Ｐ，１２Ｐを有し吸入した原料空気を圧縮して圧縮空気を発生するコンプレッサ１０と、圧縮空気を送る配管３７と、配管３７を接続して原料空気を導入するための吸入側端部３８Ａと原料空気を排出する排出側端部３８Ｂを有する消音器３８と、消音器の排出側端部と、コンプレッサの各吸入口と、をそれぞれ直接接続する複数の接続配管４０，４１とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素濃縮装置に関し、特に取り込んだ原料空気を圧縮して、この圧縮空気を吸着剤に供給することで酸素の供給が可能な医療用の酸素濃縮装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸素濃縮装置は、原料空気中の酸素を透過させて窒素を選択的に吸着するゼオライトを吸着剤として用いることで酸素を生成する圧力スイング吸着法を利用することにより、酸素を得る構成になっている。
この方式の酸素濃縮装置によれば、取り込んだ原料空気をコンプレッサで圧縮して圧縮空気を発生して、吸着剤を内蔵した吸着筒に対してこの圧縮空気を供給することで該吸着剤に窒素を吸着させ酸素を生成する。そして、生成された酸素はタンクに貯めておき、減圧弁や流量設定器を介してタンクから所定流量の酸素を供給可能な状態にすることで、患者は鼻カニューラ等の器具を用いて酸素吸入ができる。
【０００３】
この酸素濃縮装置はＡＣ電源（商用交流電源）のが利用できる場所に設置しておけば、例えば肺機能が低下した在宅酸素療法患者が、就寝中でも安全に酸素を吸うことができるようになり安眠できる。特に、在宅酸素療法患者が就寝中も使用する場合には、酸素濃縮装置は騒音発生が極めて少ないことが好ましい。例えば、酸素濃縮装置の騒音は、室内の空調設備から発生する騒音レベル以下となることが望ましい。
【０００４】
また、慢性気管支炎等の呼吸器疾患の患者の治療法として有効となる長期酸素吸入療法に使用される酸素濃縮装置は、一般的には可搬型ではなく、患者が外出先に持ち出せるようには構成されていない。
患者がやむなく外出する場合には、例えば、所定の収容容器に酸素を充填した酸素ボンベを搭載したカートを押しながら、その酸素ボンベから濃縮酸素を吸うようにしている。この酸素ボンベに対する酸素の充填は専用設備にて行なわなければならない。そこで、可搬型や移動型の酸素濃縮装置が提案されており、可搬型や移動型の酸素濃縮装置は、原料空気を取り込んで圧縮空気と減圧空気を発生するコンプレッサを備えている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１１０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の酸素濃縮装置では、図６に示すように、コンプレッサ４００の付近には、１本の配管４０１と、この配管４０１の途中を分岐することで形成された分岐配管４０４と分岐配管４０５が配置されている。これらの分岐配管４０４，４０５がコンプレッサ４００の原料空気の２つの吸入口４０２にそれぞれ接続されている。この配管４０１の途中には、サイレンサ（消音器）４０３が騒音低減のために設定されている。原料空気は、配管４０１とサイレンサ４０３と配管４０１の分岐配管４０４，４０５を通して、コンプレッサ４００の２つの吸入口４０２に供給される。
【０００７】
しかし、吸入する原料空気量を増やそうとすると、原料空気が配管４０１から分岐配管４０４，４０５に移ると圧力損失が増加してしまい、実際の原料空気の吸入量が低下する。
【０００８】
そこで、本発明は、コンプレッサの基本構造を大きく変更することなく、原料空気の吸入時の圧損を低減して、その分原料空気の吸入量を増加させることができる酸素濃縮装置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】
【０００９】
本発明は、原料空気を吸入するための複数の吸入口を有し、吸入した前記原料空気を圧縮して圧縮空気を発生するコンプレッサと、前記コンプレッサの前段には、吸入口からの騒音を低減するための消音器が設けられ、前記コンプレッサからの複数の吸入口と前記消音器とが個別に接続されることを特徴とする。
上記構成によれば、コンプレッサの複数の原料空気の吸入口を別々の接続配管を用いて消音器に対して直接接続することで、接続配管１本当たりの原料空気の送る量を減らすことが可能となり、圧力損失の低減により前記原料空気をロスなくコンプレッサに取り入れることが可能となる。
【００１０】
本発明の酸素濃縮装置では、前記コンプレッサは、ピストンをスリーブ内で往復移動させることで前記原料空気を圧縮して前記圧縮空気をそれぞれ発生する第１ポンプ部と第２ポンプ部を有し、前記第１ポンプと前記第２ポンプ部にはそれぞれ前記吸入口が設けられていることを特徴とする。
上記構成によれば、第１ポンプ部の原料空気の吸入口と第２ポンプの原料空気の吸入口部に対して別々の接続配管を用いて直接接続することができるので、接続配管１本当たりの原料空気の送る量を減らして圧力損失の影響を低減できる。
【００１１】
本発明の酸素濃縮装置では、前記消音器は、前記圧縮空気の塵埃を除去するフィルタを有する。
上記構成によれば、フィルタが圧縮空気の塵埃を除去してから圧縮空気を複数の接続配管に送ることができ、接続配管１本当たりの原料空気の送る量を減らして圧力損失の影響を低減できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、コンプレッサの基本構造を大きく変更することなく、原料空気の吸入時の圧損を低減して、その分原料空気の吸入量を増加させることができる酸素濃縮装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のコンプレッサを備える酸素濃縮装置の実施形態の外観を示す前側から見た斜視図である。
【図２】図１の酸素濃縮装置の外観の背面図である。
【図３】図１と図２に示す酸素濃縮装置の内部構造例を示す斜め後ろ側から見た斜視図である。
【図４】コンプレッサとコンプレッサに接続された第１接続配管と第２接続配管と吸気フィルタ兼消音バッファを示す図である。
【図５】酸素濃縮装置のシステム構成例を示す図である。
【図６】従来のコンプレッサと配管の接続を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
図１は、本発明のコンプレッサを備える酸素濃縮装置の実施形態の外観を示す前側から見た斜視図である。図２は、図１の酸素濃縮装置の外観の背面図である。
図１と図２に示す酸素濃縮装置１は、好ましくは携帯型（可搬型や移動型ともいう）の酸素濃縮装置である。図１に示す酸素濃縮装置１は、例えば、酸素生成原理として圧縮空気による圧縮空気力変動吸着法（ＰＳＡ）を用いている。
【００１５】
図１と図２に示す酸素濃縮装置１は、一例として酸素流量が最大５Ｌクラスの酸素濃縮装置であり、高さが６３０ｍｍ程度、幅が３５０ｍｍ程度、奥行きが３００ｍｍ程度、重量が２１〜２３ｋｇで、酸素流量の設定単位は、例えば０．２５Ｌ〜５．００Ｌまで設定されている。酸素濃縮装置１は、ほぼ直方体状の主筐体２と、流量設定が可能な表示部１２８と、加湿器Ｇと、カニューラ掛け２Ｋと、４隅のキャスタ２Ｔを有している。
主筐体２は、フロントパネル２Ｆと、左右のサイドパネル２Ｓと、リアパネル２Ｒと、上面部２Ｄと、底部２Ｂを有している。主筐体２の内面には、防音材として、その繊維径が１〜４μｍのポリオレフィレン系繊維（好ましくは、ポリプロピレン繊維）と、繊維径が２０〜３０μｍのポリオレフィレン系繊維（好ましくは、ポリプロピレン繊維）とからなる不織布を用いることができる。このような不織布を用いて軽量で、かつ防音効果が得られる。図１に示すように、上面部２Ｄには表示部１２８と、酸素出口部１００と、電源スイッチ１０１と、酸素流量設定ボタン１０２が配置されている。フロントパネル２Ｆの上部には、加湿器Ｇの配置部２Ｇが設けられている。キャスタ２Ｔは底部２Ｂの四隅部分に配置され、酸素濃縮装置１はこれらのキャスタ２を用いて移動可能になっている。
【００１６】
図２を参照すると、リアパネル２Ｒは、上部の中央位置に主筐体２内に外気を取り入れるための空気取り入れ口５が形成され、下部の右側に主筐体２内の温まった空気を外部に排出するための排気口６が形成されている。空気取り入れ口５の内面側には、空気取り入れ口フィルタ７が着脱可能に装着されている。その他に、左右のサイドパネル２Ｂは取手８を有し、底部２Ｂは巻き取り式の電源コード９を有している。
【００１７】
図３は、図１と図２に示す酸素濃縮装置１の内部構造例を示す斜め後ろ側から見た斜視図である。図４は、水平対向のコンプレッサ１０とこのコンプレッサ１０に接続された第１接続配管４０と第２接続配管４１と吸気フィルタ兼消音バッファ３８を示す図である。第１接続配管４０と第２接続配管４１は、実装する時の取回しをしやすくするため、熱可塑性樹脂、例えばポリウレタンで形成され、内径４〜６ｍｍ、外径７〜９ｍｍ、肉厚が１．３〜２．０ｍｍで、好ましくは、内径５ｍｍ、外径８ｍｍ、肉厚１．５ｍｍである。外径が９ｍｍより大きいと取回しの時に曲げ半径が大きくなり、内径が４ｍｍより小さいと圧力損失が大きくなり、肉厚が１．３ｍｍより小さいと取回しの時に折れ曲がり（キンク）しやすくなる。図３に示すように、底部２Ｂの上にはコンプレッサ１０が設定され、このコンプレッサ１０は、直方体状の防音用のコンプレッサケース４内に配置されている。コンプレッサケース４の内面には、防音材として、その繊維径が１〜４μｍのポリオレフィレン系繊維（好ましくは、ポリプロピレン繊維）と、繊維径が２０〜３０μｍのポリオレフィレン系繊維（好ましくは、ポリプロピレン繊維）とからなる不織布を用いることができる。このような不織布を用いて軽量で、かつ防音効果が得られる。コンプレッサケース４の背面部には、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２がＸ方向に沿って間隔をおいて、しかもＺ方向（垂直方向）に沿って平行に立てて固定されている。
【００１８】
図３に示すように、コンプレッサ１０のスリーブ１２は、配管１５に接続されており、この配管１５の途中には、冷却用のラジエータ１３と３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃが接続されている。第１吸着筒体３１の内側には、第１ファン３４が取り付けられ、第２吸着筒体３２の内側には、第２ファン３６が取り付けられている。
【００１９】
図３に示すように、同形状の第１ファン３４と第２ファン３６は、例えばシロッコファンが用いられ、対面して位置されているが、第１ファン３４と第２ファン３６の取り付け向きが、互いに上下逆になるように、しかも互いに対面するようにして固定されている。
【００２０】
図３に示すように、冷却用のラジエータ１３は、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２の間であって、第１ファン３４と第２ファン３６の下部に配置されている。また、電源制御回路３９が底部２Ｂに配置されている。
【００２１】
図４は、コンプレッサ１０の構造例を示す図であり、コンプレッサ１０は、第１ポンプ部５１と第２ポンプ部５２を有している。第１ポンプ部５１は、円筒状のスリーブ１１と、このスリーブ１１内に配置されたピストン１１Ｐ、ヘッドカバー１１Ｈと、コンロッド１１Ｃと、ケース部１１Ｆを有している。同様にして、第２ポンプ部５２は、円筒状のスリーブ１２と、このスリーブ１２内に配置されたピストン１２Ｐ、ヘッドカバー１２Ｈと、コンロッド１２Ｃ、ケース部１２Ｆを有している。
【００２２】
図４に示すように、スリーブ１１，１２はピストンシリンダともいう。駆動用モータ５３は例えば同期モータであり、出力軸５４を有している。出力軸５４の両端部には、コンロッド１１Ｃ、１２Ｃが回転可能に支持されている。
図４に示すように、配管３７と、第１接続配管４０と第２接続配管４１との間には、吸気フィルタ兼消音バッファ（サイレンサ、消音器）３８が配置されている。第１接続配管４０と第２接続配管４１は、実装する時の取回しをしやすくするため、熱可塑性樹脂、例えばポリウレタンで形成され、内径４〜６ｍｍ、外径７〜９ｍｍ、肉厚が１．３〜２．０ｍｍで、好ましくは、内径５ｍｍ、外径８ｍｍ、肉厚１．５ｍｍである。外径が９ｍｍより大きいと取回しの時に曲げ半径が大きくなり、内径が４ｍｍより小さいと圧力損失が大きくなり、肉厚が１．３ｍｍより小さいと取回しの時に折れ曲がり（キンク）しやすくなる。
配管３７の端部３７Ｂが、吸気フィルタ兼消音バッファ３８の吸入側端部３８Ａに接続され、第１接続配管４０の第１端部４０Ａと第２接続配管４１の第１端部４１Ａが、吸気フィルタ兼消音バッファ３８の排出側端部３８Ｂに接続されている。そして、第１接続配管４０の第２端部４０Ｂが、ケース部１１Ｆの吸入口（吸入ポート）１１Ｐに接続され、第２接続配管４１の第２端部４１Ｂが、ケース部１２Ｆの吸入口（吸入ポート）１２Ｐに接続されている。
吸気フィルタ兼消音バッファ３８とコンプレッサ１０の間における原料空気の導入経路を複数に分けて、吸気フィルタ兼消音バッファ３８とコンプレッサ１０の間では、第１接続配管４０と第２接続配管４１が並列に接続されている。言いかえれば、第１接続配管４０と第２接続配管４１は、吸気フィルタ兼消音バッファ３８とコンプレッサ１０の吸入口１１Ｐ、１２Ｐを直接接続している。
これにより、配管３７から吸気フィルタ兼消音バッファ３８に導入された原料空気は、吸気フィルタ兼消音バッファ３８を通過して、吸気フィルタにより塵埃等が除去されるとともに騒音が低減された後に、第１接続配管４０と第２接続配管４１に分かれて、ケース部１１Ｆの吸入口１１Ｐを通じてケース部１１Ｆ内に導入できるとともに、ケース部１２Ｆの吸入口１２Ｐを通じてケース部１２Ｆ内に導入できるようになっている。
ヘッドカバー１１Ｈ、１２Ｈは、共通して配管１５に接続され、発生した圧縮空気はこの配管１５を通じて送られる。この配管１５の途中には放熱用のラジエータ１３が配置されている。
ここで、接続配管は、この実施形態では、第１接続配管４０と第２接続配管４１の２本設けられているが、接続配管は、スリーブ（シリンダ）の数の対応して、同じ数だけ設けられるものであり、スリーブの数が増えれば、その分、個別に接続される接続配管も増加される。
【００２３】
次に、図５を参照して、上述した酸素濃縮装置１のシステム構成例を説明する。
図５は、酸素濃縮装置１のシステム構成例を示す図である。
図５に示す二重線は、原料空気、酸素、窒素ガスの流路となる配管を示している。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。図５に示す酸素濃縮装置１の主筐体２は破線で示しており、この主筐体２は内部に配置された要素を密閉している密閉容器である。
【００２４】
図５に示すように、主筐体２は、外気である原料空気を導入するための空気取り入れ口５と空気取り入れ口フィルタ７および排気するための排気口６を有している。空気取り入れ口５には、空気中の塵埃等の不純物を除去するための空気取り入れ口フィルタ７が交換可能に配置されている。原料空気は、コンプレッサ１０が作動すると、空気取り入れ口フィルタ７を介して、内部の配管３７と吸気フィルタ兼消音バッファ３８と、この吸気フィルタ兼消音バッファ３８に対して並列接続されている第１接続配管４０と第２接続配管４１を通じて、コンプレッサ１０側に導入されるようになっている。
【００２５】
このように原料空気は、コンプレッサ１０に導入されて圧縮空気になるが、原料空気を圧縮する際に熱が発生する。このため、コンプレッサ１０、特にスリーブ１１，１２は、冷却用の第１ファン３４と第２ファン３６からの送風により冷却する。そして、コンプレッサ１０から配管１５を通じて送られる圧縮空気は、ラジエータ１３により冷却される。
このように圧縮空気を冷却することで、高温では機能低下してしまう吸着剤であるゼオライトの昇温を抑制できる。これにより、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機能できるようになり、酸素を９０％程度以上にまで濃縮できる。
【００２６】
第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２は、並べて配置された吸着部材の一例であり、縦方向に並列に配置されている。これら第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２には、それぞれ三方向切換弁１４Ｂ，１４Ｃが接続されている。一方の３方向切換弁１４Ｂの一端部が配管１５に接続されている。一方の３方向切換弁１４Ｂと他方の３方向切換弁１４Ｃとが互いに接続され、さらに、他方の３方向切換弁１４Ｃの一端部が配管１５Ｒに接続されている。配管１５Ｒの端部は、排気口６に達している。
３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃは、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２にそれぞれ対応して接続されている。コンプレッサ１０から発生する圧縮空気は、配管１５と３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃを介して、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２に対して交互に供給される。
【００２７】
触媒吸着剤であるゼオライトは、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内にそれぞれ貯蔵されている。このゼオライトは、例えばＳｉ２０３／Ａｌ２Ｏ３比が２．０〜３．０であるＸ型ゼオライトであり、かつこのＡｌ２Ｏ３の四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと結合させたものを用いることで、単位重量当たりの窒素の吸着量を増やせるようにしている。このゼオライトは、特に１ｍｍ未満の顆粒測定値を有するとともに、四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと融合させたものが好ましい。ゼオライトを使用することで、他の吸着剤を使う場合に比べて酸素を生成するために必要となる原料空気の使用量を削減できるようになる。この結果、圧縮空気を発生するためのコンプレッサ１０をより小型化が図れ、コンプレッサ１０の低騒音化を図ることができる。
【００２８】
図５に示すように、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２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が接続されている。均等圧弁１０７の下流側には、合流する配管６０が接続されており、この配管６０にはバッファ６１が接続されている。このバッファ６１は、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２において分離生成された９０％程度以上の濃度の酸素を貯蔵するための酸素貯蔵容器である。
【００２９】
図５に示すように、バッファ６１の下流側には、圧力調整器６２が接続されており、圧力調整器６２はバッファ６１の出口側の酸素の圧力を一定に自動調整するレギュレータである。圧力調整器６２の下流側には、フィルタ６３を介してジルコニア式あるいは超音波式の酸素濃度センサ６４が接続されており、酸素濃度センサ６４は、酸素濃度の検出を間欠的に（１０〜３０分毎に）または連続的に行うようになっている。
【００３０】
図５に示すように、バッファ６１には、比例開度弁６５が接続されている。この比例開度弁６５は、中央制御部２００の指令により流量制御部２０２からの信号により、酸素流量設定ボタン１０２の設定ボタン操作に連動して開閉する。比例開度弁６５には酸素流量センサ６６が接続されている。この酸素流量センサ６６には、加湿器Ｇと酸素流量センサ６７が接続されている。この酸素流量センサ６７の後段には、酸素出口部１００が接続されている。
酸素出口部１００には、鼻カニューラ７０のカプラソケット７１が着脱可能に接続される。カプラソケット７１は、チューブ７２を介して鼻カニューラ７０に接続されている。患者は、鼻カニューラ７０を経て、例えば最大流量５Ｌ／分の流量で、約９０％程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能である。
【００３１】
次に、図５を参照して電源系統を説明する。
図５に示すＡＣ（商用交流）電源のコネクタ２０３は、電源制御回路３９に電気的に接続され、電源制御回路３９は商用交流電源の交流電圧を所定の直流電圧に整流する。内蔵電池２０４は、主筐体２に内蔵されている。内蔵電池２０４は、繰り返し充電可能な２次電池であり、内蔵電池２０４は電源制御回路３９からの電力供給を受けて充電できる。
【００３２】
これにより、図１の中央制御部２００が電源制御回路３９を制御することで、電源制御回路３９は、例えばＡＣアダプタ２０３からの電力供給を受けて作動する第１電力供給状態と、内蔵電池２０４からの電力供給を受けて作動する第２電力供給状態の内の１つの供給状態に自動切換して使用できる。内蔵電池２０４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やニッケル水素電池でも良い。
【００３３】
図５の中央制御部２００は、モータドライバ２１０とファンモータドライバ２１１に電気的に接続されている。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プログラムが記憶されている。モータドライバ２１０とファンモータドライバ２１１は、中央制御部２００の指令により、多くの酸素生成をする場合は自動的にコンプレッサ１０と第１ファン３４と第２ファン３６を高速駆動し、少ない酸素生成時の場合にはコンプレッサ１０と第１ファン３４と第２ファン３６を低速に回転駆動する制御を行う。
【００３４】
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（読み出し専用メモ）が内蔵されるとともに、中央制御部２００には、外部記憶装置と揮発メモリと一時記憶装置とリアルタイムクロックからなる回路が電気的に接続されている。中央制御部２００は、通信コネクタ２０５を介して外部の通信回線等と接続することでアクセスが可能となる。
図５に示す３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃと均等圧弁１０７とをオンオフ制御することで、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内の不要ガスを脱離させるように制御する制御回路（図示せず）と、圧力調整器６２と、流量制御部２０２と、酸素濃度センサ６４が、中央制御部２００に電気的に接続されている。流量制御部２０２は、比例開度弁６５を制御し、酸素流量センサ６６と酸素流量センサ６７の酸素流量値は、中央制御部２００に送られる。図５に示す中央制御部２００には、酸素流量設定ボタン１０２と、表示部１２８と、電源スイッチ１０１が電気的に接続されている。
【００３５】
酸素流量設定ボタン１０２は、例えば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段階で操作するごとに、酸素流量を設定できる。表示部１２８は、例えば、７セグメント表示の液晶ディスプレイなどの表示装置が利用されている。表示部１２８には、例えば酸素流量、酸素ランプ、警報アイコン（チューブ折れ、加湿器外れ、酸素濃度低下、電源供給停止、バッテリ残量、バッテリ運転中、充電ランプ）、積算時間等の表示項目を表示することができる。
【００３６】
図５に示すコンプレッサ１０は、すでに説明したように圧縮空気のみを発生させることで正圧変動吸着法（ＰＳＡ）により、圧縮空気を第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内に送り、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内の吸着剤により圧縮空気中の窒素を吸着させる。コンプレッサ１０の駆動用モータ５３は、同期モータであっても、その他に例えば単相交流誘導モータであっても良いし、単相４極交流同期モータであっても良いし、特に種類は限定されない。
【００３７】
次に、上述した酸素濃縮装置１の動作例を説明する。
図５に示す中央制御部２００がモータドライバ２１０に指令して、モータドライバ２１０がコンプレッサ１０の駆動用モータ５３を始動して、図７に示す駆動用モータ５３の出力軸５４が連続回転をする。これにより、図７に示す第１ヘッド部５１のピストン１１Ｐと第２ヘッド部５２のピストン１２Ｐは往復移動する。
【００３８】
コンプレッサ１０が動作すると、原料空気は、図５に示す空気取り入れ口５から取り入れられてフィルタ７により塵埃等の不純物を取り除き、内部の配管３７と吸気フィルタ兼消音バッファ３８と、並列接続された第１接続配管４０と第２接続配管４１を通じて、コンプレッサ１０の吸入口１１Ｐ、１２Ｐを経てスリーブ１１，１２内に導入される。このように、図４に示す配管３７から吸気フィルタ兼消音バッファ３８に導入された原料空気は、吸気フィルタ兼消音バッファ３８を通過して塵埃等が除去されるとともに騒音が低減された後に、並列接続された第１接続配管４０と第２接続配管４１に分かれて、ケース部１１Ｆの吸入口１１Ｐを通じてケース部１１Ｆ内に導入できるとともに、ケース部１２Ｆの吸入口１２Ｐを通じてケース部１２Ｆ内に導入できる。そして、図４のピストン１１Ｐとピストン１２Ｐが上死点に位置するとスリーブ１１とスリーブ１２内の原料空気が圧縮される。逆に、ピストン１１Ｐとピストン１２Ｐが下死点に位置すると、スリーブ１１とスリーブ１２内に原料空気が吸入される状態になる。
第１接続配管４０と第２接続配管４１は、吸気フィルタ兼消音バッファ３８とコンプレッサ１０の間における原料空気の導入経路を並列になるように複数系統に分けて、吸気フィルタ兼消音バッファ３８とコンプレッサ１０の吸入口１１Ｐ、１２Ｐを直接接続している。このことから、第１接続配管４０と第２接続配管４１の１本当たりの送るべき原料空気量を減らすことができる。言いかえれば、第１配管４０と第２配管４１の直径を小さく設定しても圧力損失が増加せずに済む。
そして、図５に示すコンプレッサ１０が発生する圧縮空気は、配管１５を介して、第１吸着筒体１３と第２吸着筒体３２側に供給できる。
【００３９】
一方、図５に示す中央制御部２００は、モータドライバ２１１に指令を与えて第１ファン３４と第２ファン３６を回転させる。コンプレッサ１０が原料空気を圧縮して圧縮空気を発生する際に、コンプレッサ１０のスリーブ１１，１２はそれぞれ第１ファン３４と第２ファン３６の送風により冷却され、しかも配管１５を通る圧縮空気は、ラジエータ１３を通過することで冷却される。そして、圧縮空気は、配管１５と３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃを経て第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内の吸着剤を通過して窒素を吸着することにより、酸素が分離して生成される。バッファ６１は、分離して生成された９０％程度以上の濃度の酸素を貯蔵することができる。
【００４０】
図５の酸素濃度センサ６６は、バッファ６１からの酸素の濃度の検出を行う。比例開度弁６５は、酸素流量設定ボタン１０２に連動して開閉する。そして、酸素は、酸素出口部１００を経て、鼻カニューレ７０に供給される。これにより、患者は、鼻カニューレ７０を経て例えば最大流量５Ｌ／分の流量で、約９０％程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能である。
【００４１】
図６に示す従来のコンプレッサ４００の分岐配管４０４，４０５の接続構造では、駆動用のモータの出力軸を２２００ｒｐｍで回転させた場合に、６１Ｌの圧縮空気を発生でき、その時に使用する電力量は２３１Ｗｈであった。これに対して、上述した本発明の酸素濃縮装置の実施形態では、コンプレッサ１０の駆動用のモータ５３を２１００ｒｐｍで回転させた場合に、同様に６１Ｌの圧縮空気を発生でき、その時に使用する電力量は２２２Ｗｈであった。すなわち、同じ６１Ｌの圧縮空気を発生させるために、本発明の実施形態は、従来例に比べて、回転数を２２００ｒｐｍ−２１００ｒｐｍ＝１００ｒｐｍ低下させることができ、しかも消費電力も２３１−２２２＝９Ｗｈ低減することができた。従って、コンプレッサ１０の使用回転数の低減と消費電力の低減が図れる。言いかえれば、本発明の実施形態は、同じ回転数を維持すれば、従来例に比べてより多くの圧縮空気を発生させることができる。
【００４２】
ところで、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明は様々な修正と変更が可能であり、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変形が可能である。
図示したコンプレッサ１０は第１ポンプ部５１と第２ポンプ部５２を有しているが、これに限らず１つのポンプ部あるいは３つ以上のポンプ部を備えていても良い。コンプレッサ１０を冷却するファンの数は、ポンプの数に対応して配置することができる。図に示すコンプレッサ１０の駆動用モータは、例えば５Ｌクラスのモータであるが、これに限らず例えば３Ｌクラス等に適するモータを用いても良い。コンプレッサの形式は時に限定されず、任意の形式が採用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・酸素濃縮装置、２・・・主筐体、２Ｆ・・・フロントパネル、２Ｓ・・・サイドパネル、２Ｒ・・・リアパネル、２Ｄ・・・上面部、２Ｂ・・・底部、５・・・空気取り入れ口、６・・・排気口、１０・・・コンプレッサ、１１・・・一方のスリーブ、１２・・・他方のスリーブ、１１Ｐ、１２Ｐ・・・ピストン、１３・・・ラジエータ、１５・・・配管、３１・・・第１吸着筒体、３２・・・第２吸着筒体、３４・・・第１ファン、３６・・・第２ファン、３８・・・吸気フィルタ兼消音バッファ（消音器）、４０・・・第１接続配管、４２・・・第２接続配管、５１・・・第１ポンプ部、５２・・・第２ポンプ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素濃縮装置に関し、特に取り込んだ原料空気を圧縮して、この圧縮空気を吸着剤に供給することで酸素の供給が可能な医療用の酸素濃縮装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸素濃縮装置は、原料空気中の酸素を透過させて窒素を選択的に吸着するゼオライトを吸着剤として用いることで酸素を生成する圧力スイング吸着法を利用することにより、酸素を得る構成になっている。
この方式の酸素濃縮装置によれば、取り込んだ原料空気をコンプレッサで圧縮して圧縮空気を発生して、吸着剤を内蔵した吸着筒に対してこの圧縮空気を供給することで該吸着剤に窒素を吸着させ酸素を生成する。そして、生成された酸素はタンクに貯めておき、減圧弁や流量設定器を介してタンクから所定流量の酸素を供給可能な状態にすることで、患者は鼻カニューラ等の器具を用いて酸素吸入ができる。
【０００３】
この酸素濃縮装置はＡＣ電源（商用交流電源）のが利用できる場所に設置しておけば、例えば肺機能が低下した在宅酸素療法患者が、就寝中でも安全に酸素を吸うことができるようになり安眠できる。特に、在宅酸素療法患者が就寝中も使用する場合には、酸素濃縮装置は騒音発生が極めて少ないことが好ましい。例えば、酸素濃縮装置の騒音は、室内の空調設備から発生する騒音レベル以下となることが望ましい。
【０００４】
また、慢性気管支炎等の呼吸器疾患の患者の治療法として有効となる長期酸素吸入療法に使用される酸素濃縮装置は、一般的には可搬型ではなく、患者が外出先に持ち出せるようには構成されていない。
患者がやむなく外出する場合には、例えば、所定の収容容器に酸素を充填した酸素ボンベを搭載したカートを押しながら、その酸素ボンベから濃縮酸素を吸うようにしている。この酸素ボンベに対する酸素の充填は専用設備にて行なわなければならない。そこで、可搬型や移動型の酸素濃縮装置が提案されており、可搬型や移動型の酸素濃縮装置は、原料空気を取り込んで圧縮空気と減圧空気を発生するコンプレッサを備えている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１１０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の酸素濃縮装置では、図６に示すように、コンプレッサ４００の付近には、１本の配管４０１と、この配管４０１の途中を分岐することで形成された分岐配管４０４と分岐配管４０５が配置されている。これらの分岐配管４０４，４０５がコンプレッサ４００の原料空気の２つの吸入口４０２にそれぞれ接続されている。この配管４０１の途中には、サイレンサ（消音器）４０３が騒音低減のために設定されている。原料空気は、配管４０１とサイレンサ４０３と配管４０１の分岐配管４０４，４０５を通して、コンプレッサ４００の２つの吸入口４０２に供給される。
【０００７】
しかし、吸入する原料空気量を増やそうとすると、原料空気が配管４０１から分岐配管４０４，４０５に移ると圧力損失が増加してしまい、実際の原料空気の吸入量が低下する。
【０００８】
そこで、本発明は、コンプレッサの基本構造を大きく変更することなく、原料空気の吸入時の圧損を低減して、その分原料空気の吸入量を増加させることができる酸素濃縮装置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】
【０００９】
本発明は、原料空気を吸入するための複数の吸入口を有し、吸入した前記原料空気を圧縮して圧縮空気を発生するコンプレッサと、前記コンプレッサの前段には、吸入口からの騒音を低減するための消音器が設けられ、前記コンプレッサからの複数の吸入口と前記消音器とが個別に接続されることを特徴とする。
上記構成によれば、コンプレッサの複数の原料空気の吸入口を別々の接続配管を用いて消音器に対して直接接続することで、接続配管１本当たりの原料空気の送る量を減らすことが可能となり、圧力損失の低減により前記原料空気をロスなくコンプレッサに取り入れることが可能となる。
【００１０】
本発明の酸素濃縮装置では、前記コンプレッサは、ピストンをスリーブ内で往復移動させることで前記原料空気を圧縮して前記圧縮空気をそれぞれ発生する第１ポンプ部と第２ポンプ部を有し、前記第１ポンプと前記第２ポンプ部にはそれぞれ前記吸入口が設けられていることを特徴とする。
上記構成によれば、第１ポンプ部の原料空気の吸入口と第２ポンプの原料空気の吸入口部に対して別々の接続配管を用いて直接接続することができるので、接続配管１本当たりの原料空気の送る量を減らして圧力損失の影響を低減できる。
【００１１】
本発明の酸素濃縮装置では、前記消音器は、前記圧縮空気の塵埃を除去するフィルタを有する。
上記構成によれば、フィルタが圧縮空気の塵埃を除去してから圧縮空気を複数の接続配管に送ることができ、接続配管１本当たりの原料空気の送る量を減らして圧力損失の影響を低減できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、コンプレッサの基本構造を大きく変更することなく、原料空気の吸入時の圧損を低減して、その分原料空気の吸入量を増加させることができる酸素濃縮装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のコンプレッサを備える酸素濃縮装置の実施形態の外観を示す前側から見た斜視図である。
【図２】図１の酸素濃縮装置の外観の背面図である。
【図３】図１と図２に示す酸素濃縮装置の内部構造例を示す斜め後ろ側から見た斜視図である。
【図４】コンプレッサとコンプレッサに接続された第１接続配管と第２接続配管と吸気フィルタ兼消音バッファを示す図である。
【図５】酸素濃縮装置のシステム構成例を示す図である。
【図６】従来のコンプレッサと配管の接続を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。
図１は、本発明のコンプレッサを備える酸素濃縮装置の実施形態の外観を示す前側から見た斜視図である。図２は、図１の酸素濃縮装置の外観の背面図である。
図１と図２に示す酸素濃縮装置１は、好ましくは携帯型（可搬型や移動型ともいう）の酸素濃縮装置である。図１に示す酸素濃縮装置１は、例えば、酸素生成原理として圧縮空気による圧縮空気力変動吸着法（ＰＳＡ）を用いている。
【００１５】
図１と図２に示す酸素濃縮装置１は、一例として酸素流量が最大５Ｌクラスの酸素濃縮装置であり、高さが６３０ｍｍ程度、幅が３５０ｍｍ程度、奥行きが３００ｍｍ程度、重量が２１〜２３ｋｇで、酸素流量の設定単位は、例えば０．２５Ｌ〜５．００Ｌまで設定されている。酸素濃縮装置１は、ほぼ直方体状の主筐体２と、流量設定が可能な表示部１２８と、加湿器Ｇと、カニューラ掛け２Ｋと、４隅のキャスタ２Ｔを有している。
主筐体２は、フロントパネル２Ｆと、左右のサイドパネル２Ｓと、リアパネル２Ｒと、上面部２Ｄと、底部２Ｂを有している。主筐体２の内面には、防音材として、その繊維径が１〜４μｍのポリオレフィレン系繊維（好ましくは、ポリプロピレン繊維）と、繊維径が２０〜３０μｍのポリオレフィレン系繊維（好ましくは、ポリプロピレン繊維）とからなる不織布を用いることができる。このような不織布を用いて軽量で、かつ防音効果が得られる。図１に示すように、上面部２Ｄには表示部１２８と、酸素出口部１００と、電源スイッチ１０１と、酸素流量設定ボタン１０２が配置されている。フロントパネル２Ｆの上部には、加湿器Ｇの配置部２Ｇが設けられている。キャスタ２Ｔは底部２Ｂの四隅部分に配置され、酸素濃縮装置１はこれらのキャスタ２を用いて移動可能になっている。
【００１６】
図２を参照すると、リアパネル２Ｒは、上部の中央位置に主筐体２内に外気を取り入れるための空気取り入れ口５が形成され、下部の右側に主筐体２内の温まった空気を外部に排出するための排気口６が形成されている。空気取り入れ口５の内面側には、空気取り入れ口フィルタ７が着脱可能に装着されている。その他に、左右のサイドパネル２Ｂは取手８を有し、底部２Ｂは巻き取り式の電源コード９を有している。
【００１７】
図３は、図１と図２に示す酸素濃縮装置１の内部構造例を示す斜め後ろ側から見た斜視図である。図４は、水平対向のコンプレッサ１０とこのコンプレッサ１０に接続された第１接続配管４０と第２接続配管４１と吸気フィルタ兼消音バッファ３８を示す図である。第１接続配管４０と第２接続配管４１は、実装する時の取回しをしやすくするため、熱可塑性樹脂、例えばポリウレタンで形成され、内径４〜６ｍｍ、外径７〜９ｍｍ、肉厚が１．３〜２．０ｍｍで、好ましくは、内径５ｍｍ、外径８ｍｍ、肉厚１．５ｍｍである。外径が９ｍｍより大きいと取回しの時に曲げ半径が大きくなり、内径が４ｍｍより小さいと圧力損失が大きくなり、肉厚が１．３ｍｍより小さいと取回しの時に折れ曲がり（キンク）しやすくなる。図３に示すように、底部２Ｂの上にはコンプレッサ１０が設定され、このコンプレッサ１０は、直方体状の防音用のコンプレッサケース４内に配置されている。コンプレッサケース４の内面には、防音材として、その繊維径が１〜４μｍのポリオレフィレン系繊維（好ましくは、ポリプロピレン繊維）と、繊維径が２０〜３０μｍのポリオレフィレン系繊維（好ましくは、ポリプロピレン繊維）とからなる不織布を用いることができる。このような不織布を用いて軽量で、かつ防音効果が得られる。コンプレッサケース４の背面部には、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２がＸ方向に沿って間隔をおいて、しかもＺ方向（垂直方向）に沿って平行に立てて固定されている。
【００１８】
図３に示すように、コンプレッサ１０のスリーブ１２は、配管１５に接続されており、この配管１５の途中には、冷却用のラジエータ１３と３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃが接続されている。第１吸着筒体３１の内側には、第１ファン３４が取り付けられ、第２吸着筒体３２の内側には、第２ファン３６が取り付けられている。
【００１９】
図３に示すように、同形状の第１ファン３４と第２ファン３６は、例えばシロッコファンが用いられ、対面して位置されているが、第１ファン３４と第２ファン３６の取り付け向きが、互いに上下逆になるように、しかも互いに対面するようにして固定されている。
【００２０】
図３に示すように、冷却用のラジエータ１３は、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２の間であって、第１ファン３４と第２ファン３６の下部に配置されている。また、電源制御回路３９が底部２Ｂに配置されている。
【００２１】
図４は、コンプレッサ１０の構造例を示す図であり、コンプレッサ１０は、第１ポンプ部５１と第２ポンプ部５２を有している。第１ポンプ部５１は、円筒状のスリーブ１１と、このスリーブ１１内に配置されたピストン１１Ｐ、ヘッドカバー１１Ｈと、コンロッド１１Ｃと、ケース部１１Ｆを有している。同様にして、第２ポンプ部５２は、円筒状のスリーブ１２と、このスリーブ１２内に配置されたピストン１２Ｐ、ヘッドカバー１２Ｈと、コンロッド１２Ｃ、ケース部１２Ｆを有している。
【００２２】
図４に示すように、スリーブ１１，１２はピストンシリンダともいう。駆動用モータ５３は例えば同期モータであり、出力軸５４を有している。出力軸５４の両端部には、コンロッド１１Ｃ、１２Ｃが回転可能に支持されている。
図４に示すように、配管３７と、第１接続配管４０と第２接続配管４１との間には、吸気フィルタ兼消音バッファ（サイレンサ、消音器）３８が配置されている。第１接続配管４０と第２接続配管４１は、実装する時の取回しをしやすくするため、熱可塑性樹脂、例えばポリウレタンで形成され、内径４〜６ｍｍ、外径７〜９ｍｍ、肉厚が１．３〜２．０ｍｍで、好ましくは、内径５ｍｍ、外径８ｍｍ、肉厚１．５ｍｍである。外径が９ｍｍより大きいと取回しの時に曲げ半径が大きくなり、内径が４ｍｍより小さいと圧力損失が大きくなり、肉厚が１．３ｍｍより小さいと取回しの時に折れ曲がり（キンク）しやすくなる。
配管３７の端部３７Ｂが、吸気フィルタ兼消音バッファ３８の吸入側端部３８Ａに接続され、第１接続配管４０の第１端部４０Ａと第２接続配管４１の第１端部４１Ａが、吸気フィルタ兼消音バッファ３８の排出側端部３８Ｂに接続されている。そして、第１接続配管４０の第２端部４０Ｂが、ケース部１１Ｆの吸入口（吸入ポート）１１Ｐに接続され、第２接続配管４１の第２端部４１Ｂが、ケース部１２Ｆの吸入口（吸入ポート）１２Ｐに接続されている。
吸気フィルタ兼消音バッファ３８とコンプレッサ１０の間における原料空気の導入経路を複数に分けて、吸気フィルタ兼消音バッファ３８とコンプレッサ１０の間では、第１接続配管４０と第２接続配管４１が並列に接続されている。言いかえれば、第１接続配管４０と第２接続配管４１は、吸気フィルタ兼消音バッファ３８とコンプレッサ１０の吸入口１１Ｐ、１２Ｐを直接接続している。
これにより、配管３７から吸気フィルタ兼消音バッファ３８に導入された原料空気は、吸気フィルタ兼消音バッファ３８を通過して、吸気フィルタにより塵埃等が除去されるとともに騒音が低減された後に、第１接続配管４０と第２接続配管４１に分かれて、ケース部１１Ｆの吸入口１１Ｐを通じてケース部１１Ｆ内に導入できるとともに、ケース部１２Ｆの吸入口１２Ｐを通じてケース部１２Ｆ内に導入できるようになっている。
ヘッドカバー１１Ｈ、１２Ｈは、共通して配管１５に接続され、発生した圧縮空気はこの配管１５を通じて送られる。この配管１５の途中には放熱用のラジエータ１３が配置されている。
ここで、接続配管は、この実施形態では、第１接続配管４０と第２接続配管４１の２本設けられているが、接続配管は、スリーブ（シリンダ）の数の対応して、同じ数だけ設けられるものであり、スリーブの数が増えれば、その分、個別に接続される接続配管も増加される。
【００２３】
次に、図５を参照して、上述した酸素濃縮装置１のシステム構成例を説明する。
図５は、酸素濃縮装置１のシステム構成例を示す図である。
図５に示す二重線は、原料空気、酸素、窒素ガスの流路となる配管を示している。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。図５に示す酸素濃縮装置１の主筐体２は破線で示しており、この主筐体２は内部に配置された要素を密閉している密閉容器である。
【００２４】
図５に示すように、主筐体２は、外気である原料空気を導入するための空気取り入れ口５と空気取り入れ口フィルタ７および排気するための排気口６を有している。空気取り入れ口５には、空気中の塵埃等の不純物を除去するための空気取り入れ口フィルタ７が交換可能に配置されている。原料空気は、コンプレッサ１０が作動すると、空気取り入れ口フィルタ７を介して、内部の配管３７と吸気フィルタ兼消音バッファ３８と、この吸気フィルタ兼消音バッファ３８に対して並列接続されている第１接続配管４０と第２接続配管４１を通じて、コンプレッサ１０側に導入されるようになっている。
【００２５】
このように原料空気は、コンプレッサ１０に導入されて圧縮空気になるが、原料空気を圧縮する際に熱が発生する。このため、コンプレッサ１０、特にスリーブ１１，１２は、冷却用の第１ファン３４と第２ファン３６からの送風により冷却する。そして、コンプレッサ１０から配管１５を通じて送られる圧縮空気は、ラジエータ１３により冷却される。
このように圧縮空気を冷却することで、高温では機能低下してしまう吸着剤であるゼオライトの昇温を抑制できる。これにより、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機能できるようになり、酸素を９０％程度以上にまで濃縮できる。
【００２６】
第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２は、並べて配置された吸着部材の一例であり、縦方向に並列に配置されている。これら第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２には、それぞれ三方向切換弁１４Ｂ，１４Ｃが接続されている。一方の３方向切換弁１４Ｂの一端部が配管１５に接続されている。一方の３方向切換弁１４Ｂと他方の３方向切換弁１４Ｃとが互いに接続され、さらに、他方の３方向切換弁１４Ｃの一端部が配管１５Ｒに接続されている。配管１５Ｒの端部は、排気口６に達している。
３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃは、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２にそれぞれ対応して接続されている。コンプレッサ１０から発生する圧縮空気は、配管１５と３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃを介して、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２に対して交互に供給される。
【００２７】
触媒吸着剤であるゼオライトは、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内にそれぞれ貯蔵されている。このゼオライトは、例えばＳｉ２０３／Ａｌ２Ｏ３比が２．０〜３．０であるＸ型ゼオライトであり、かつこのＡｌ２Ｏ３の四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと結合させたものを用いることで、単位重量当たりの窒素の吸着量を増やせるようにしている。このゼオライトは、特に１ｍｍ未満の顆粒測定値を有するとともに、四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと融合させたものが好ましい。ゼオライトを使用することで、他の吸着剤を使う場合に比べて酸素を生成するために必要となる原料空気の使用量を削減できるようになる。この結果、圧縮空気を発生するためのコンプレッサ１０をより小型化が図れ、コンプレッサ１０の低騒音化を図ることができる。
【００２８】
図５に示すように、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２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が接続されている。均等圧弁１０７の下流側には、合流する配管６０が接続されており、この配管６０にはバッファ６１が接続されている。このバッファ６１は、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２において分離生成された９０％程度以上の濃度の酸素を貯蔵するための酸素貯蔵容器である。
【００２９】
図５に示すように、バッファ６１の下流側には、圧力調整器６２が接続されており、圧力調整器６２はバッファ６１の出口側の酸素の圧力を一定に自動調整するレギュレータである。圧力調整器６２の下流側には、フィルタ６３を介してジルコニア式あるいは超音波式の酸素濃度センサ６４が接続されており、酸素濃度センサ６４は、酸素濃度の検出を間欠的に（１０〜３０分毎に）または連続的に行うようになっている。
【００３０】
図５に示すように、バッファ６１には、比例開度弁６５が接続されている。この比例開度弁６５は、中央制御部２００の指令により流量制御部２０２からの信号により、酸素流量設定ボタン１０２の設定ボタン操作に連動して開閉する。比例開度弁６５には酸素流量センサ６６が接続されている。この酸素流量センサ６６には、加湿器Ｇと酸素流量センサ６７が接続されている。この酸素流量センサ６７の後段には、酸素出口部１００が接続されている。
酸素出口部１００には、鼻カニューラ７０のカプラソケット７１が着脱可能に接続される。カプラソケット７１は、チューブ７２を介して鼻カニューラ７０に接続されている。患者は、鼻カニューラ７０を経て、例えば最大流量５Ｌ／分の流量で、約９０％程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能である。
【００３１】
次に、図５を参照して電源系統を説明する。
図５に示すＡＣ（商用交流）電源のコネクタ２０３は、電源制御回路３９に電気的に接続され、電源制御回路３９は商用交流電源の交流電圧を所定の直流電圧に整流する。内蔵電池２０４は、主筐体２に内蔵されている。内蔵電池２０４は、繰り返し充電可能な２次電池であり、内蔵電池２０４は電源制御回路３９からの電力供給を受けて充電できる。
【００３２】
これにより、図１の中央制御部２００が電源制御回路３９を制御することで、電源制御回路３９は、例えばＡＣアダプタ２０３からの電力供給を受けて作動する第１電力供給状態と、内蔵電池２０４からの電力供給を受けて作動する第２電力供給状態の内の１つの供給状態に自動切換して使用できる。内蔵電池２０４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やニッケル水素電池でも良い。
【００３３】
図５の中央制御部２００は、モータドライバ２１０とファンモータドライバ２１１に電気的に接続されている。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プログラムが記憶されている。モータドライバ２１０とファンモータドライバ２１１は、中央制御部２００の指令により、多くの酸素生成をする場合は自動的にコンプレッサ１０と第１ファン３４と第２ファン３６を高速駆動し、少ない酸素生成時の場合にはコンプレッサ１０と第１ファン３４と第２ファン３６を低速に回転駆動する制御を行う。
【００３４】
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（読み出し専用メモ）が内蔵されるとともに、中央制御部２００には、外部記憶装置と揮発メモリと一時記憶装置とリアルタイムクロックからなる回路が電気的に接続されている。中央制御部２００は、通信コネクタ２０５を介して外部の通信回線等と接続することでアクセスが可能となる。
図５に示す３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃと均等圧弁１０７とをオンオフ制御することで、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内の不要ガスを脱離させるように制御する制御回路（図示せず）と、圧力調整器６２と、流量制御部２０２と、酸素濃度センサ６４が、中央制御部２００に電気的に接続されている。流量制御部２０２は、比例開度弁６５を制御し、酸素流量センサ６６と酸素流量センサ６７の酸素流量値は、中央制御部２００に送られる。図５に示す中央制御部２００には、酸素流量設定ボタン１０２と、表示部１２８と、電源スイッチ１０１が電気的に接続されている。
【００３５】
酸素流量設定ボタン１０２は、例えば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段階で操作するごとに、酸素流量を設定できる。表示部１２８は、例えば、７セグメント表示の液晶ディスプレイなどの表示装置が利用されている。表示部１２８には、例えば酸素流量、酸素ランプ、警報アイコン（チューブ折れ、加湿器外れ、酸素濃度低下、電源供給停止、バッテリ残量、バッテリ運転中、充電ランプ）、積算時間等の表示項目を表示することができる。
【００３６】
図５に示すコンプレッサ１０は、すでに説明したように圧縮空気のみを発生させることで正圧変動吸着法（ＰＳＡ）により、圧縮空気を第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内に送り、第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内の吸着剤により圧縮空気中の窒素を吸着させる。コンプレッサ１０の駆動用モータ５３は、同期モータであっても、その他に例えば単相交流誘導モータであっても良いし、単相４極交流同期モータであっても良いし、特に種類は限定されない。
【００３７】
次に、上述した酸素濃縮装置１の動作例を説明する。
図５に示す中央制御部２００がモータドライバ２１０に指令して、モータドライバ２１０がコンプレッサ１０の駆動用モータ５３を始動して、図７に示す駆動用モータ５３の出力軸５４が連続回転をする。これにより、図７に示す第１ヘッド部５１のピストン１１Ｐと第２ヘッド部５２のピストン１２Ｐは往復移動する。
【００３８】
コンプレッサ１０が動作すると、原料空気は、図５に示す空気取り入れ口５から取り入れられてフィルタ７により塵埃等の不純物を取り除き、内部の配管３７と吸気フィルタ兼消音バッファ３８と、並列接続された第１接続配管４０と第２接続配管４１を通じて、コンプレッサ１０の吸入口１１Ｐ、１２Ｐを経てスリーブ１１，１２内に導入される。このように、図４に示す配管３７から吸気フィルタ兼消音バッファ３８に導入された原料空気は、吸気フィルタ兼消音バッファ３８を通過して塵埃等が除去されるとともに騒音が低減された後に、並列接続された第１接続配管４０と第２接続配管４１に分かれて、ケース部１１Ｆの吸入口１１Ｐを通じてケース部１１Ｆ内に導入できるとともに、ケース部１２Ｆの吸入口１２Ｐを通じてケース部１２Ｆ内に導入できる。そして、図４のピストン１１Ｐとピストン１２Ｐが上死点に位置するとスリーブ１１とスリーブ１２内の原料空気が圧縮される。逆に、ピストン１１Ｐとピストン１２Ｐが下死点に位置すると、スリーブ１１とスリーブ１２内に原料空気が吸入される状態になる。
第１接続配管４０と第２接続配管４１は、吸気フィルタ兼消音バッファ３８とコンプレッサ１０の間における原料空気の導入経路を並列になるように複数系統に分けて、吸気フィルタ兼消音バッファ３８とコンプレッサ１０の吸入口１１Ｐ、１２Ｐを直接接続している。このことから、第１接続配管４０と第２接続配管４１の１本当たりの送るべき原料空気量を減らすことができる。言いかえれば、第１配管４０と第２配管４１の直径を小さく設定しても圧力損失が増加せずに済む。
そして、図５に示すコンプレッサ１０が発生する圧縮空気は、配管１５を介して、第１吸着筒体１３と第２吸着筒体３２側に供給できる。
【００３９】
一方、図５に示す中央制御部２００は、モータドライバ２１１に指令を与えて第１ファン３４と第２ファン３６を回転させる。コンプレッサ１０が原料空気を圧縮して圧縮空気を発生する際に、コンプレッサ１０のスリーブ１１，１２はそれぞれ第１ファン３４と第２ファン３６の送風により冷却され、しかも配管１５を通る圧縮空気は、ラジエータ１３を通過することで冷却される。そして、圧縮空気は、配管１５と３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃを経て第１吸着筒体３１と第２吸着筒体３２内の吸着剤を通過して窒素を吸着することにより、酸素が分離して生成される。バッファ６１は、分離して生成された９０％程度以上の濃度の酸素を貯蔵することができる。
【００４０】
図５の酸素濃度センサ６６は、バッファ６１からの酸素の濃度の検出を行う。比例開度弁６５は、酸素流量設定ボタン１０２に連動して開閉する。そして、酸素は、酸素出口部１００を経て、鼻カニューレ７０に供給される。これにより、患者は、鼻カニューレ７０を経て例えば最大流量５Ｌ／分の流量で、約９０％程度以上に濃縮された酸素の吸入が可能である。
【００４１】
図６に示す従来のコンプレッサ４００の分岐配管４０４，４０５の接続構造では、駆動用のモータの出力軸を２２００ｒｐｍで回転させた場合に、６１Ｌの圧縮空気を発生でき、その時に使用する電力量は２３１Ｗｈであった。これに対して、上述した本発明の酸素濃縮装置の実施形態では、コンプレッサ１０の駆動用のモータ５３を２１００ｒｐｍで回転させた場合に、同様に６１Ｌの圧縮空気を発生でき、その時に使用する電力量は２２２Ｗｈであった。すなわち、同じ６１Ｌの圧縮空気を発生させるために、本発明の実施形態は、従来例に比べて、回転数を２２００ｒｐｍ−２１００ｒｐｍ＝１００ｒｐｍ低下させることができ、しかも消費電力も２３１−２２２＝９Ｗｈ低減することができた。従って、コンプレッサ１０の使用回転数の低減と消費電力の低減が図れる。言いかえれば、本発明の実施形態は、同じ回転数を維持すれば、従来例に比べてより多くの圧縮空気を発生させることができる。
【００４２】
ところで、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明は様々な修正と変更が可能であり、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変形が可能である。
図示したコンプレッサ１０は第１ポンプ部５１と第２ポンプ部５２を有しているが、これに限らず１つのポンプ部あるいは３つ以上のポンプ部を備えていても良い。コンプレッサ１０を冷却するファンの数は、ポンプの数に対応して配置することができる。図に示すコンプレッサ１０の駆動用モータは、例えば５Ｌクラスのモータであるが、これに限らず例えば３Ｌクラス等に適するモータを用いても良い。コンプレッサの形式は時に限定されず、任意の形式が採用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・酸素濃縮装置、２・・・主筐体、２Ｆ・・・フロントパネル、２Ｓ・・・サイドパネル、２Ｒ・・・リアパネル、２Ｄ・・・上面部、２Ｂ・・・底部、５・・・空気取り入れ口、６・・・排気口、１０・・・コンプレッサ、１１・・・一方のスリーブ、１２・・・他方のスリーブ、１１Ｐ、１２Ｐ・・・ピストン、１３・・・ラジエータ、１５・・・配管、３１・・・第１吸着筒体、３２・・・第２吸着筒体、３４・・・第１ファン、３６・・・第２ファン、３８・・・吸気フィルタ兼消音バッファ（消音器）、４０・・・第１接続配管、４２・・・第２接続配管、５１・・・第１ポンプ部、５２・・・第２ポンプ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料空気を吸入するための複数の吸入口を有し、吸入した前記原料空気を圧縮して圧縮空気を発生するコンプレッサと、
前記コンプレッサの前段には、吸入口からの騒音を低減するための消音器が設けられ、前記コンプレッサからの複数の吸入口と前記消音器とが個別に接続されることを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
前記コンプレッサは、ピストンをスリーブ内で往復移動させることで前記原料空気を圧縮して前記圧縮空気をそれぞれ発生する第１ポンプ部と第２ポンプ部を有し、
前記第１ポンプと前記第２ポンプ部にはそれぞれ前記吸入口が設けられている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】
前記消音器は、前記圧縮空気の塵埃を除去するフィルタを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の酸素濃縮装置。
【請求項１】
原料空気を吸入するための複数の吸入口を有し、吸入した前記原料空気を圧縮して圧縮空気を発生するコンプレッサと、
前記コンプレッサの前段には、吸入口からの騒音を低減するための消音器が設けられ、前記コンプレッサからの複数の吸入口と前記消音器とが個別に接続されることを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
前記コンプレッサは、ピストンをスリーブ内で往復移動させることで前記原料空気を圧縮して前記圧縮空気をそれぞれ発生する第１ポンプ部と第２ポンプ部を有し、
前記第１ポンプと前記第２ポンプ部にはそれぞれ前記吸入口が設けられている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】
前記消音器は、前記圧縮空気の塵埃を除去するフィルタを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の酸素濃縮装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１２５５６１（Ｐ２０１１−１２５５６１Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８８２６６（Ｐ２００９−２８８２６６）
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【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)
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【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)
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