酸素濃縮装置
【課題】コンプレッサが作動してスリーブが発熱しても、効率良く冷却しつつ、騒音の発生や電力消費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】ピストン１１Ｐ、１２Ｐと、ピストンを往復移動させるスリー１１，１２を有しスリーブ１１，１２内で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、スリーブ１１，１２に対向する位置に配置された送風口３７，３８を有し、送風口３７，３８を通じてスリーブ１１，１２に冷却用の送風を行うファン３４，３６を有する。
【解決手段】ピストン１１Ｐ、１２Ｐと、ピストンを往復移動させるスリー１１，１２を有しスリーブ１１，１２内で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、スリーブ１１，１２に対向する位置に配置された送風口３７，３８を有し、送風口３７，３８を通じてスリーブ１１，１２に冷却用の送風を行うファン３４，３６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】
圧力スイング吸着法を利用した酸素濃縮装置は、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濃縮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、生成された濃縮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）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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の酸素濃縮装置では、コンプレッサは、ピストンを往復移動させるスリーブを有する。このコンプレッサは酸素濃縮装置の筐体内に設置されており、コンプレッサが作動してピストンが空気を圧縮するとスリーブが発熱することから、スリーブを冷却することが求められている。コンプレッサは通常防音ボックス内に設置されているが、コンプレッサを冷却するファンは、この防音ボックスの外に設置されている。しかし、このファンは、コンプレッサの形状によっては一番冷却したいスリーブ付近に近づけて設置することが難しく、コンプレッサを効率良く冷却することができない。またファンをスリーブ付近に設置できないので、スリーブを冷却するために必要以上に風量の大きいファンを設置する必要があり、消費電力が増加し、騒音が大きくなる。
そこで、本発明は、コンプレッサが作動してスリーブが発熱しても、効率良く冷却しつつ、小型、軽量で騒音の発生や電力消費を抑制す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】
【０００７】
本発明のいわゆる５Ｌクラス（９０％以上に濃縮された酸素の供給流量が最大で５Ｌ／分）の酸素濃縮装置は、ピストンと、前記ピストンを往復移動させるスリーブを有し前記スリーブ内で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、前記スリーブに対向し接近させた位置に配置された送風口を有した前記コンプレッサを設置する防音ボックスと、前記送風口を通じて前記スリーブに冷却用の送風を行うファンと、前記ファンを保持する保持手段とを有することを特徴とする。
上記構成によれば、コンプレッサを冷却するためのファンをコンプレッサに近づけて配置でき、コンプレッサが作動してスリーブが発熱しても、効率良く冷却することができる。
【０００８】
本発明の酸素濃縮装置では、前記コンプレッサは、複数の前記スリーブと、前記ピストンを往復動作させるモータを有し、前記コンプレッサから発生する前記圧縮空気を冷却するラジエータが、前記ファンの空気吸い込み口付近に配置されていることを特徴とする。
上記構成によれば、ファンが発生する冷却用の送風は、複数のスリーブを冷却しながらモータも同時に冷却でき、しかも圧縮空気を冷却するラジエータをファンの空気吸い込みによって冷却することが可能となる。
【０００９】
本発明の酸素濃縮装置では、一つの前記スリーブと他の少なくとも一つの前記スリーブにそれぞれ対向して同形状の一方の前記ファンと他方の前記ファンが配置されており、前記一方の前記ファンと前記他方の前記ファンは、互いに上下逆にして対面した状態で前記保持手段に保持されていることを特徴とする。
上記構成によれば、同形状の一方のファンと他方のファンを上下逆にして対面した状態で用いることにより、一方のファンと他方のファンにおける空気の吸込み口を対面させることができるので、両ファンの空気の吸い込みにより、ラジエータへの大きな冷却効果が可能となる。またファンの回転中心は縦方向にずれて固定されることになり、その分ラジエータを設置することが可能となりスペースの有効利用を図ることができる。
【００１０】
本発明の酸素濃縮装置では、前記コンプレッサと前記ファンと前記保持手段を収容する主筐体を有し、前記主筐体は、前記ファン側に空気を取り込むための空気取り入れ口と、前記主筐体内に取り込まれた前記空気を前記主筐体内から排出する排気口とを有することを特徴とする。
上記構成によれば、同形状の一方のファンと他方のファンを上下逆にして対面した状態で用いることにより、一方のファンと他方のファンにおける空気の吸込み口を対面させることができるので、両ファンの空気の吸い込みにより、ラジエータへの大きな冷却効果が可能となる。またファンの回転中心は縦方向にずれて固定されることになり、その分ラジエータを設置することが可能となりスペースの有効利用を図ることができる。
【００１１】
本発明の酸素濃縮装置では、前記ファンにより前記スリーブに送風された前記空気により冷却される電源制御回路が前記主筐体内に配置されていることを特徴とする。
上記構成によれば、電源制御回路が発熱しても、電源制御回路はファンの冷却用の送風により容易に冷却することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の酸素濃縮装置は、いわゆる５Ｌクラス（９０％以上に濃縮された酸素の供給流量が最大で５Ｌ／分）の酸素濃縮装置にも係らず、コンプレッサが作動してスリーブが発熱しても、効率良く冷却しつつ、騒音の発生や電力消費を抑制することができる。本発明の 酸素濃縮装置は、小型化、軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の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前側から見た斜視図である。
【図４】図３に示す酸素濃縮装置の主筐体と、この主筐体内に配置されているコンプレッサと、主筐体の空気取り入れ口と排気口の位置関係を示す斜め前側から見た斜視図である。
【図５】第１吸着筒体と第２吸着筒体の間であって、第１ファンと第２ファンとラジエータの位置関係を示す前側から見た図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線から見た内部構造を示す図である。
【図７】コンプレッサの構造例を示す図である。
【図８】酸素濃縮装置のシステム構成例を示す図である。
【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９０％以上に濃縮された酸素の供給流量が最大５Ｌクラス（５Ｌ／分）の酸素濃縮装置（高さ６２．５ｃｍ，幅３５ｃｍ，奥行き２９．５ｃｍ，重量２３ｋｇ）であり、酸素流量の設定単位は、例えば０．２５Ｌ〜５．００Ｌまで設定できる（０．２５Ｌ〜２．００Ｌまでは、０．２５Ｌごと、２．００Ｌ〜５．００Ｌまでは、０．５０Ｌごと）。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。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、幅方向のほぼ中央に加湿器Ｇの配置部２Ｇが開口して設けられている。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２Ｔ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２Ｓ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前側から見た斜視図である。図４は、図３に示す酸素濃縮装置１の主筐体２と、この主筐体２内に配置されているコンプレッサ１０と、主筐体２の空気取り入れ口５と排気口６の位置関係を示す斜め前側から見た斜視図である。
図５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とラジエータ１３の位置関係を示す後側から見た図である。図６は、図４のＢ−Ｂ線から見た内部構造を示す図である。
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は、配管１５に接続されており、この配管１５の途中には、コンプレッサ１０から発生する圧縮空気を冷却するラジエータ１３と３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃが接続されている。図５に示すように、第１吸着筒体３１の内側には、取付部材３３を介して第１ファン３４が取り付けられ、第２吸着筒体３２の内側には、取付部材３５を介して第２ファン３６が取り付けられている。
図３と図５に示すように、同形状の２つの第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。その結果、図示するように、第１ファン３４と第２ファン３６の本体が占める領域は、上下にずれた配置となる。
すなわち、第１ファン３４の空気吸い込み口３４Ｄと第２ファン３６の空気吸い込み口３６Ｄは、ほぼ対面している。第１ファン３４は一方のファンに相当し、第２ファン３６は他方のファンに相当する。
図５に示すように、第１ファン３４の回転中心軸Ｌ１と第２ファン３６の回転中心軸Ｌ２は、水平方向に平行でありしかも高さ(縦)方向にずれている。
これにより、第１ファン３４は、ラジエータ１３と干渉しないようにその上方の位置をとることができ、これに対して、第２のファン３６は、高さ方向に下方にずれて、一部がラジエータ１３の側方の位置と僅かに重なる位置をとることができる。このようにして、コンパクトに形成された主筐体２内部の限られたスペースを有効に利用することができる（図５参照）。
【００１９】
図５に示す第１ファン３４の送風口３７と第２ファン３６の送風口３８はともに斜線で示している部分であり、第１ファン３４の送風口３７はスリーブ１１に対面し、第２ファン３６の送風口３８はスリーブ１２に対面している。第１ファン３４の送風口３７と第２ファン３６の送風口３８の中心位置Ｌは、高さ方向に関してほぼ同一の位置にある。
図６に示すコンプレッサケース４は送風口３７及び送風口３８を有しており、その面はコンプレッサケース４の外形に対して２つのスリーブ１１及びスリーブ１２に近くなるよう内側に凹ましてある。
これにより、第１ファン３４は送風口３７を通じてスリーブ１１に送風してスリーブ１２を直接冷却でき、第２ファン３６は送風口３８を通じてスリーブ１２に送風してスリーブ１２を直接冷却できる。
【００２０】
図３と図５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の送風口３７と第２ファン３６の送風口３８の下部でしかも第１ファン３４の送風口３７と第２ファン３６の送風口３８の付近に配置されている。
図４と図６に示すように、第１ファン３４と第２ファン３６が発生する冷却用の送風は、複数のスリーブ１１，１２をそれぞれ冷却しながら、コンプレッサ１０の駆動用のモータ５３をも同時に冷却でき、しかも圧縮空気を冷却するラジエータ１３を第１ファン３４及び第２ファン３６の空気吸い込みにより冷却できるので、温まった圧縮空気の冷却が容易にできる。また、電源制御回路３９が底部２Ｂに配置されている。
【００２１】
図７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７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。
配管３７と配管４０，４１の途中には、吸気フィルタ兼消音バッファ３８が配置され、配管４０はケース部１１Ｆに接続され、配管４１はケース部１２Ｆに接続されている。ヘッドカバー１１Ｈ、１２Ｈは、共通して配管１５に接続され、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。
【００２３】
次に、図８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８は、酸素濃縮装置１のシステム構成例を示す図である。
図８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８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８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と配管４０，４１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。配管１５の途中には、配管１５内を通過する圧縮空気を冷却するためのラジエータ１３が配置されている。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８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８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８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８を参照して電源系統を説明する。
図８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８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８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８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８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８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】
図７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。コンプレッサ１０が動作すると、原料空気は、図８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と配管４０，４１を通じてコンプレッサ１０側に導入される。図８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８に示す中央制御部２００は、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。製品タンク１１１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】
ここで、第１ファン３４と第２ファン３６がコンプレッサ１０を冷却する方法について、図４〜図６を参照して説明する。
第１ファン３４と第２ファン３６が回転すると、外気が図４に示すように主筐体２の空気取り入れ口５から、矢印Ｒ１で示すようにフィルタ７を介して主筐体２の内に取り込まれる。取り込まれた空気は、矢印Ｒ２で示すように第１ファン３４の空気吸い込み口３４Ｄと第２ファン３６の空気吸い込み口３６Ｄに流入する。
そして、図４と図６に示す第１ファン３４の送風口３７から対面するスリーブ１１に対して直接送風するとともに、第２ファン３６の送風口３８から対面するスリーブ１２に対して直接送風する。これにより、第１ファン３４はスリーブ１１を直接冷却でき、第２ファン３６はスリーブ１２を直接冷却できる。
【００４１】
しかも、図５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ので、空気取り入れ口５から流入される空気により、図６に示すように矢印Ｒ５で示すようにラジエータ１３にも通風することができる。このため、ラジエータ１３は空気により効率よく冷却できるので、ラジエータ１３は配管１５内を通る圧縮空気を冷却できる。
また、スリーブ１１，１２を通過した冷却空気は、矢印Ｒ４で示すように下部に至り、電源制御回路３９に達するので、この電源制御回路３９をも同時に冷却できる。その後、冷却に使われた空気は、Ｒ６方向に沿って排気口６から、主筐体２の外部に排出することができる。
【００４２】
図８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。
【００４３】
上述した本発明の酸素濃縮装置の実施形態では、コンプレッサを冷却するためのファンをコンプレッサに近づけて配置でき、コンプレッサが作動してスリーブが発熱しても、外気を取り込むことで効率良く冷却することができる。
ファンが発生する冷却用の送風は、複数（少なくとも２つ）のスリーブを冷却しながらモータも同時に冷却でき、しかも圧縮空気を冷却するラジエータ１３を第１ファン３４及び第２ファン３６の空気吸い込みにより容易に冷却できる。同形状の一方のファンと他方のファンを上下逆にして対面した状態で用いることにより、一方のファンと他方のファンにおける空気の吸込み口を対面させることができるので、両ファンの空気の吸い込みにより、ラジエータへの大きな冷却効果が可能となる。またファンの回転中心は縦方向にずれて固定されることになり、その分ラジエータを設置することが可能となり酸素濃縮装置の小型化、軽量化が図れる。電源制御回路が発熱しても、電源制御回路はファンの冷却用の送風により容易に冷却することができる。
【００４４】
本発明の酸素濃縮装置の実施形態では、コンプレッサは、ピストンを往復移動させるスリーブを有する。このコンプレッサは酸素濃縮装置の筐体内に設置されており、コンプレッサが作動するとスリーブは発熱することから、スリーブを効率良く冷却することが求められ、コンプレッサは防音ボックス内に設置されている。従って、コンプレッサを冷却するファンは、一番冷却したいスリーブ付近に近づけて設置することができ、コンプレッサを効率よく冷却することができる。
ファンをスリーブ付近に設置できるので、風量の大きいファンを設置する必要がなく、消費電力が増加することと騒音が大きくなることを防止できる。コンプレッサが作動してスリーブが発熱しても、効率良く冷却することができる。
【００４５】
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】
【００４６】
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（第１ファンの保持手段）、３２・・・第２吸着筒体（第２ファンの保持手段）、３４・・・第１ファン（一方のファン）、３４Ｄ・・・第１ファンの空気吸い込み口、３６・・・第２ファン（他方のファン）、３６Ｄ・・・第２ファンの空気吸い込み口、３７・・・第１ファンの送風口、３８・・・第２ファンの送風口、３９・・・電源制御回路、５１・・・第１ポンプ部、５２・・・第２ポンプ部、５３・・・駆動用モータ
【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】
圧力スイング吸着法を利用した酸素濃縮装置は、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濃縮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、生成された濃縮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）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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の酸素濃縮装置では、コンプレッサは、ピストンを往復移動させるスリーブを有する。このコンプレッサは酸素濃縮装置の筐体内に設置されており、コンプレッサが作動してピストンが空気を圧縮するとスリーブが発熱することから、スリーブを冷却することが求められている。コンプレッサは通常防音ボックス内に設置されているが、コンプレッサを冷却するファンは、この防音ボックスの外に設置されている。しかし、このファンは、コンプレッサの形状によっては一番冷却したいスリーブ付近に近づけて設置することが難しく、コンプレッサを効率良く冷却することができない。またファンをスリーブ付近に設置できないので、スリーブを冷却するために必要以上に風量の大きいファンを設置する必要があり、消費電力が増加し、騒音が大きくなる。
そこで、本発明は、コンプレッサが作動してスリーブが発熱しても、効率良く冷却しつつ、小型、軽量で騒音の発生や電力消費を抑制す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】
【０００７】
本発明のいわゆる５Ｌクラス（９０％以上に濃縮された酸素の供給流量が最大で５Ｌ／分）の酸素濃縮装置は、ピストンと、前記ピストンを往復移動させるスリーブを有し前記スリーブ内で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、前記スリーブに対向し接近させた位置に配置された送風口を有した前記コンプレッサを設置する防音ボックスと、前記送風口を通じて前記スリーブに冷却用の送風を行うファンと、前記ファンを保持する保持手段とを有することを特徴とする。
上記構成によれば、コンプレッサを冷却するためのファンをコンプレッサに近づけて配置でき、コンプレッサが作動してスリーブが発熱しても、効率良く冷却することができる。
【０００８】
本発明の酸素濃縮装置では、前記コンプレッサは、複数の前記スリーブと、前記ピストンを往復動作させるモータを有し、前記コンプレッサから発生する前記圧縮空気を冷却するラジエータが、前記ファンの空気吸い込み口付近に配置されていることを特徴とする。
上記構成によれば、ファンが発生する冷却用の送風は、複数のスリーブを冷却しながらモータも同時に冷却でき、しかも圧縮空気を冷却するラジエータをファンの空気吸い込みによって冷却することが可能となる。
【０００９】
本発明の酸素濃縮装置では、一つの前記スリーブと他の少なくとも一つの前記スリーブにそれぞれ対向して同形状の一方の前記ファンと他方の前記ファンが配置されており、前記一方の前記ファンと前記他方の前記ファンは、互いに上下逆にして対面した状態で前記保持手段に保持されていることを特徴とする。
上記構成によれば、同形状の一方のファンと他方のファンを上下逆にして対面した状態で用いることにより、一方のファンと他方のファンにおける空気の吸込み口を対面させることができるので、両ファンの空気の吸い込みにより、ラジエータへの大きな冷却効果が可能となる。またファンの回転中心は縦方向にずれて固定されることになり、その分ラジエータを設置することが可能となりスペースの有効利用を図ることができる。
【００１０】
本発明の酸素濃縮装置では、前記コンプレッサと前記ファンと前記保持手段を収容する主筐体を有し、前記主筐体は、前記ファン側に空気を取り込むための空気取り入れ口と、前記主筐体内に取り込まれた前記空気を前記主筐体内から排出する排気口とを有することを特徴とする。
上記構成によれば、同形状の一方のファンと他方のファンを上下逆にして対面した状態で用いることにより、一方のファンと他方のファンにおける空気の吸込み口を対面させることができるので、両ファンの空気の吸い込みにより、ラジエータへの大きな冷却効果が可能となる。またファンの回転中心は縦方向にずれて固定されることになり、その分ラジエータを設置することが可能となりスペースの有効利用を図ることができる。
【００１１】
本発明の酸素濃縮装置では、前記ファンにより前記スリーブに送風された前記空気により冷却される電源制御回路が前記主筐体内に配置されていることを特徴とする。
上記構成によれば、電源制御回路が発熱しても、電源制御回路はファンの冷却用の送風により容易に冷却することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の酸素濃縮装置は、いわゆる５Ｌクラス（９０％以上に濃縮された酸素の供給流量が最大で５Ｌ／分）の酸素濃縮装置にも係らず、コンプレッサが作動してスリーブが発熱しても、効率良く冷却しつつ、騒音の発生や電力消費を抑制することができる。本発明の 酸素濃縮装置は、小型化、軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の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前側から見た斜視図である。
【図４】図３に示す酸素濃縮装置の主筐体と、この主筐体内に配置されているコンプレッサと、主筐体の空気取り入れ口と排気口の位置関係を示す斜め前側から見た斜視図である。
【図５】第１吸着筒体と第２吸着筒体の間であって、第１ファンと第２ファンとラジエータの位置関係を示す前側から見た図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線から見た内部構造を示す図である。
【図７】コンプレッサの構造例を示す図である。
【図８】酸素濃縮装置のシステム構成例を示す図である。
【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９０％以上に濃縮された酸素の供給流量が最大５Ｌクラス（５Ｌ／分）の酸素濃縮装置（高さ６２．５ｃｍ，幅３５ｃｍ，奥行き２９．５ｃｍ，重量２３ｋｇ）であり、酸素流量の設定単位は、例えば０．２５Ｌ〜５．００Ｌまで設定できる（０．２５Ｌ〜２．００Ｌまでは、０．２５Ｌごと、２．００Ｌ〜５．００Ｌまでは、０．５０Ｌごと）。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。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、幅方向のほぼ中央に加湿器Ｇの配置部２Ｇが開口して設けられている。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２Ｔ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２Ｓ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前側から見た斜視図である。図４は、図３に示す酸素濃縮装置１の主筐体２と、この主筐体２内に配置されているコンプレッサ１０と、主筐体２の空気取り入れ口５と排気口６の位置関係を示す斜め前側から見た斜視図である。
図５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とラジエータ１３の位置関係を示す後側から見た図である。図６は、図４のＢ−Ｂ線から見た内部構造を示す図である。
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は、配管１５に接続されており、この配管１５の途中には、コンプレッサ１０から発生する圧縮空気を冷却するラジエータ１３と３方向切換弁１４Ｂ、１４Ｃが接続されている。図５に示すように、第１吸着筒体３１の内側には、取付部材３３を介して第１ファン３４が取り付けられ、第２吸着筒体３２の内側には、取付部材３５を介して第２ファン３６が取り付けられている。
図３と図５に示すように、同形状の２つの第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。その結果、図示するように、第１ファン３４と第２ファン３６の本体が占める領域は、上下にずれた配置となる。
すなわち、第１ファン３４の空気吸い込み口３４Ｄと第２ファン３６の空気吸い込み口３６Ｄは、ほぼ対面している。第１ファン３４は一方のファンに相当し、第２ファン３６は他方のファンに相当する。
図５に示すように、第１ファン３４の回転中心軸Ｌ１と第２ファン３６の回転中心軸Ｌ２は、水平方向に平行でありしかも高さ(縦)方向にずれている。
これにより、第１ファン３４は、ラジエータ１３と干渉しないようにその上方の位置をとることができ、これに対して、第２のファン３６は、高さ方向に下方にずれて、一部がラジエータ１３の側方の位置と僅かに重なる位置をとることができる。このようにして、コンパクトに形成された主筐体２内部の限られたスペースを有効に利用することができる（図５参照）。
【００１９】
図５に示す第１ファン３４の送風口３７と第２ファン３６の送風口３８はともに斜線で示している部分であり、第１ファン３４の送風口３７はスリーブ１１に対面し、第２ファン３６の送風口３８はスリーブ１２に対面している。第１ファン３４の送風口３７と第２ファン３６の送風口３８の中心位置Ｌは、高さ方向に関してほぼ同一の位置にある。
図６に示すコンプレッサケース４は送風口３７及び送風口３８を有しており、その面はコンプレッサケース４の外形に対して２つのスリーブ１１及びスリーブ１２に近くなるよう内側に凹ましてある。
これにより、第１ファン３４は送風口３７を通じてスリーブ１１に送風してスリーブ１２を直接冷却でき、第２ファン３６は送風口３８を通じてスリーブ１２に送風してスリーブ１２を直接冷却できる。
【００２０】
図３と図５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の送風口３７と第２ファン３６の送風口３８の下部でしかも第１ファン３４の送風口３７と第２ファン３６の送風口３８の付近に配置されている。
図４と図６に示すように、第１ファン３４と第２ファン３６が発生する冷却用の送風は、複数のスリーブ１１，１２をそれぞれ冷却しながら、コンプレッサ１０の駆動用のモータ５３をも同時に冷却でき、しかも圧縮空気を冷却するラジエータ１３を第１ファン３４及び第２ファン３６の空気吸い込みにより冷却できるので、温まった圧縮空気の冷却が容易にできる。また、電源制御回路３９が底部２Ｂに配置されている。
【００２１】
図７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７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。
配管３７と配管４０，４１の途中には、吸気フィルタ兼消音バッファ３８が配置され、配管４０はケース部１１Ｆに接続され、配管４１はケース部１２Ｆに接続されている。ヘッドカバー１１Ｈ、１２Ｈは、共通して配管１５に接続され、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。
【００２３】
次に、図８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８は、酸素濃縮装置１のシステム構成例を示す図である。
図８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８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８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と配管４０，４１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。配管１５の途中には、配管１５内を通過する圧縮空気を冷却するためのラジエータ１３が配置されている。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８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８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８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８を参照して電源系統を説明する。
図８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８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８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８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８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８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】
図７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。コンプレッサ１０が動作すると、原料空気は、図８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と配管４０，４１を通じてコンプレッサ１０側に導入される。図８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８に示す中央制御部２００は、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。製品タンク１１１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】
ここで、第１ファン３４と第２ファン３６がコンプレッサ１０を冷却する方法について、図４〜図６を参照して説明する。
第１ファン３４と第２ファン３６が回転すると、外気が図４に示すように主筐体２の空気取り入れ口５から、矢印Ｒ１で示すようにフィルタ７を介して主筐体２の内に取り込まれる。取り込まれた空気は、矢印Ｒ２で示すように第１ファン３４の空気吸い込み口３４Ｄと第２ファン３６の空気吸い込み口３６Ｄに流入する。
そして、図４と図６に示す第１ファン３４の送風口３７から対面するスリーブ１１に対して直接送風するとともに、第２ファン３６の送風口３８から対面するスリーブ１２に対して直接送風する。これにより、第１ファン３４はスリーブ１１を直接冷却でき、第２ファン３６はスリーブ１２を直接冷却できる。
【００４１】
しかも、図５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ので、空気取り入れ口５から流入される空気により、図６に示すように矢印Ｒ５で示すようにラジエータ１３にも通風することができる。このため、ラジエータ１３は空気により効率よく冷却できるので、ラジエータ１３は配管１５内を通る圧縮空気を冷却できる。
また、スリーブ１１，１２を通過した冷却空気は、矢印Ｒ４で示すように下部に至り、電源制御回路３９に達するので、この電源制御回路３９をも同時に冷却できる。その後、冷却に使われた空気は、Ｒ６方向に沿って排気口６から、主筐体２の外部に排出することができる。
【００４２】
図８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。
【００４３】
上述した本発明の酸素濃縮装置の実施形態では、コンプレッサを冷却するためのファンをコンプレッサに近づけて配置でき、コンプレッサが作動してスリーブが発熱しても、外気を取り込むことで効率良く冷却することができる。
ファンが発生する冷却用の送風は、複数（少なくとも２つ）のスリーブを冷却しながらモータも同時に冷却でき、しかも圧縮空気を冷却するラジエータ１３を第１ファン３４及び第２ファン３６の空気吸い込みにより容易に冷却できる。同形状の一方のファンと他方のファンを上下逆にして対面した状態で用いることにより、一方のファンと他方のファンにおける空気の吸込み口を対面させることができるので、両ファンの空気の吸い込みにより、ラジエータへの大きな冷却効果が可能となる。またファンの回転中心は縦方向にずれて固定されることになり、その分ラジエータを設置することが可能となり酸素濃縮装置の小型化、軽量化が図れる。電源制御回路が発熱しても、電源制御回路はファンの冷却用の送風により容易に冷却することができる。
【００４４】
本発明の酸素濃縮装置の実施形態では、コンプレッサは、ピストンを往復移動させるスリーブを有する。このコンプレッサは酸素濃縮装置の筐体内に設置されており、コンプレッサが作動するとスリーブは発熱することから、スリーブを効率良く冷却することが求められ、コンプレッサは防音ボックス内に設置されている。従って、コンプレッサを冷却するファンは、一番冷却したいスリーブ付近に近づけて設置することができ、コンプレッサを効率よく冷却することができる。
ファンをスリーブ付近に設置できるので、風量の大きいファンを設置する必要がなく、消費電力が増加することと騒音が大きくなることを防止できる。コンプレッサが作動してスリーブが発熱しても、効率良く冷却することができる。
【００４５】
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】
【００４６】
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（第１ファンの保持手段）、３２・・・第２吸着筒体（第２ファンの保持手段）、３４・・・第１ファン（一方のファン）、３４Ｄ・・・第１ファンの空気吸い込み口、３６・・・第２ファン（他方のファン）、３６Ｄ・・・第２ファンの空気吸い込み口、３７・・・第１ファンの送風口、３８・・・第２ファンの送風口、３９・・・電源制御回路、５１・・・第１ポンプ部、５２・・・第２ポンプ部、５３・・・駆動用モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンと、前記ピストンを往復移動させるスリーブを有し前記スリーブ内で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、
前記スリーブに対向し接近させた位置に配置された送風口を有した前記コンプレッサを設置する防音ボックスと、前記送風口を通じて前記スリーブに冷却用の送風を行うファンと、
前記ファンを保持する保持手段と
を有す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、複数の前記スリーブと、前記ピストンを往復動作させるモータを有し、前記コンプレッサに接続されて前記圧縮空気を冷却するラジエータが、前記ファンの空気吸い込み口付近に配置さ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】
一つの前記スリーブと他の少なくとも一つの前記スリーブにそれぞれ対向して同形状の一方の前記ファンと他方の前記ファンが配置されており、前記一方の前記ファンと前記他方の前記ファンは、互いに上下逆にして対面した状態で前記保持手段に保持されていることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
前記コンプレッサと前記ファンと前記保持手段を収容する主筐体を有し、前記主筐体は、前記ファン側に空気を取り込むための空気取り入れ口と、前記主筐体内に取り込まれた前記空気を前記主筐体内から排出する排気口とを有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の酸素濃縮装置。
【請求項５】
前記ファンにより前記スリーブに送風された前記空気により冷却される電源制御回路が前記主筐体内に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載の酸素濃縮装置。
【請求項１】
ピストンと、前記ピストンを往復移動させるスリーブを有し前記スリーブ内で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、
前記スリーブに対向し接近させた位置に配置された送風口を有した前記コンプレッサを設置する防音ボックスと、前記送風口を通じて前記スリーブに冷却用の送風を行うファンと、
前記ファンを保持する保持手段と
を有す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、複数の前記スリーブと、前記ピストンを往復動作させるモータを有し、前記コンプレッサに接続されて前記圧縮空気を冷却するラジエータが、前記ファンの空気吸い込み口付近に配置さ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】
一つの前記スリーブと他の少なくとも一つの前記スリーブにそれぞれ対向して同形状の一方の前記ファンと他方の前記ファンが配置されており、前記一方の前記ファンと前記他方の前記ファンは、互いに上下逆にして対面した状態で前記保持手段に保持されていることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
前記コンプレッサと前記ファンと前記保持手段を収容する主筐体を有し、前記主筐体は、前記ファン側に空気を取り込むための空気取り入れ口と、前記主筐体内に取り込まれた前記空気を前記主筐体内から排出する排気口とを有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の酸素濃縮装置。
【請求項５】
前記ファンにより前記スリーブに送風された前記空気により冷却される電源制御回路が前記主筐体内に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載の酸素濃縮装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１４３０２３（Ｐ２０１１−１４３０２３Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２１１（Ｐ２０１０−５２１１）
【出願日】平成２２年１月１３日（２０１０．１．１３）
【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７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１３日（２０１０．１．１３）
【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）】
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