JP4579665B2 - 酸素濃縮器 - Google Patents

Description

本発明は、酸素濃縮器に関し、特に在宅医療に用いられる酸素濃縮器に関する。

従来、呼吸器疾患の在宅療法において、医療用酸素濃縮器が広く用いられている。医療用酸素濃縮器には様々な形式のものが存在するが、現在はゼオライトなどの吸着剤を用い、大気中の窒素を吸着することにより酸素濃度の高いガス（以下、酸素ガスという）を生成する吸着式の酸素濃縮器が一般的に用いられている。酸素濃縮器で生成した高濃度の酸素ガスは、酸素濃縮器に接続されるカニューラやマスクによって、自発呼吸力の弱い患者の鼻孔や口腔に供給される。

このような酸素濃縮器には、一般的にコンプレッサが内蔵されている（特許文献１参照）。これは、ゼオライトなどの媒体が、圧縮空気から窒素などを吸着し、大気圧では、吸着したものをリリースする性質を有しているからである。そして、一般的な酸素濃縮器には、このようなコンプレッサに空気を送り込む流路が設けられている。
特開平５−１５４２００号公報

しかしながら、従来の酸素濃縮器では、コンプレッサに空気を送り込む流路は、金属やプラスチックなどで形成されており、コンプレッサの騒音が吸気口を通じて装置外部に漏れやすかった。

本願発明はこのような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、より静粛な動作を実現する酸素濃縮器を提供することをその主な目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明に係る酸素濃縮器は、大気から窒素を吸着する吸着部と、大気を圧縮し、吸着部に対して圧縮空気を送り込むエアーコンプレッサと、エアーコンプレッサを収容し、酸素濃縮器外部の大気を酸素濃縮器内部に取り入れるための吸気口を備えるケースと、エアーコンプレッサで圧縮するための大気を吸気口から吸気フィルタに導くための第１の流路と、エアーコンプレッサを冷却するための大気を吸気口からエアーコンプレッサ周囲に導く第２の流路とが、吸気口から連続して、かつ独立して形成された、吸音性発泡材で一体成形された発泡体と、を有し、吸着部によって大気よりも酸素濃度の高い酸素ガスを生成する。

以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（酸素濃縮器の構成）
図１は本発明の実施形態に係る酸素濃縮器の構成を示すブロック図である。この酸素濃縮器１０は、吸気フィルター２２１で吸入した空気から酸素のみをとりだし、カニューラによってユーザに供給する装置である。

吸気フィルター２２１は例えばＨＥＰＡ(High Efficiency Particulate Air)フィルター等から構成され、酸素ガスの原料ガスとしての空気取り入れ口に配設されて、空気中のゴミやチリなどを除去した上でエアーコンプレッサ２２２に供給する。エアーコンプレッサ２２２は吸気フィルター２２１を通過した空気を所定圧に圧縮して出力するとともに、吸着塔２２５、２２６からの排気を行う真空ポンプとしても機能する。電磁弁２２３はエアーコンプレッサ２２２からの圧縮空気を吸着塔２２５、２２６に送り込むか、あるいは吸着塔２２５、２２６からの排気を排気マフラー２２４を介して外部に放出するかを制御するために設けられている。排気マフラー２２４はエアーコンプレッサ２２２の出力する圧縮空気を吸着塔２２５、２２６へ供給しない場合などに用いられる排気口である。

吸着塔（シープヘッド）２２５、２２６は圧縮空気から酸素以外の成分を吸着することにより酸素濃度の高いガスを生成するものであり、例えば窒素の吸着剤が封入されている。吸着塔２２５、２２６内に封入する吸着剤としては例えばゼオライト系吸着剤等を用いることができる。なお、図１の例では２つの吸着塔を用いる構成を示しているが、吸着塔の数は１本でも、３本以上であっても良い。

また、電磁弁２２７は、コンプレッサ２２２を吸着工程における圧縮空気供給源として作動させる際に、酸素ガスを製品タンク２２８方向のみに通過させる一方向弁として作動する。吸着塔２２５、２２６を経た酸素ガスは製品タンク２２８に送られる。製品タンク（保持タンク）２２８は、吸着塔２２５、２２６で生成した酸素ガスを蓄積する。

圧力調整器２３０は製品タンク２２８に高圧で蓄積された酸素ガスを、使用者への供給に適した圧力で加湿器１１０に供給する様に圧力調整する。製品タンク２２８の出力ラインには圧力トランスジューサ２１２が接続され、製品タンク２２８からの酸素ガス圧を検出する。

酸素濃度センサ２３１は、供給される酸素ガスの酸素濃度を検出する。流量設定器２３２は使用者が操作する操作部１８０に設けられた流量設定ボタン（図示せず）等の設定に従った流量で酸素ガスを加湿器１１０に供給する。ゼオライト系吸着剤に代表される吸着剤では水分も吸着するため、製品タンク２２８から供給される酸素ガスは乾燥したものであることが多い。乾燥した状態で酸素ガスを使用者の鼻や口に供給すると、鼻や口の内部が乾燥してしまうため、加湿器１１０で適当な湿度を与えてから使用者に供給する。

酸素出口２５０には、酸素ガスを酸素濃縮器から使用者の口や鼻へ導くための供給器具（例えばカニューラ）が接続される。実際に酸素濃縮器から流出する酸素ガスの流量はＣＰＵ２３１によってＬＥＤ表示器や液晶表示器を有する表示部１５０に表示される。

また、圧力監視用トランスジューサ２４２は酸素出口コネクタ２５０近傍の酸素ガス圧力を検出してＣＰＵ２３１へ出力する。酸素出口コネクタ２５０は酸素濃縮器で生成した酸素ガスが出力する吐出口である。この酸素出口コネクタ２５０にはカニューラ又は延長チューブが装着され、例えばカニューラが途中で折れ曲がって流路を閉塞したような場合には、圧力監視用トランスジューサ２４２の検出圧力が高くなり、カニューラ閉塞異常を検出することが可能である。

コントロール基板２１０は酸素濃縮器の制御に係る部品が実装された基板であり、電源供給状態を検出する電源供給検出回路２１１と、製品タンク２２８に蓄積されている酸素ガス圧を検出する圧力トランスジューサ２１２、及び不図示の内蔵ＲＯＭに記憶されている制御手順に従って各構成の動作を制御するＣＰＵ２１３等が実装されている。

ＣＰＵ２１３は、電磁弁２２３を切り替えるとともにエアーコンプレッサ２２２を制御し、吸着工程ではコンプレッサ２２２を吸着塔２２５、２２６への圧縮空気の供給源として動作させ、脱着再生工程では吸着塔２２５、２２６内の吸着剤に吸着した窒素等を大気中に排出する真空ポンプとして動作させる。更に、コンプレッサ２２２を作動させる時間も制御することができる。吸着塔２２５、２２６の一方を吸着工程に、他方を脱着再生工程に用いるように電磁弁２２３とコンプレッサ２２２を制御することで、効率よく、かつ安定した酸素ガスの生成が可能になる。

また、ＣＰＵ２１３は、酸素濃度センサー２３１、圧力監視用トランスデューサー２４２によって検知された検出値を入力し、異常の検出及び、異常の報知を行なう。

表示部１５０は例えばＬＥＤ表示、液晶表示が可能であり、装置の運転状況や異常発生有無及び内容などを表示する。また、表示部１５０にはスピーカー等の音声出力装置が含まれていても良い。表示部１５０における視覚的、聴覚的な出力は、ＣＰＵ２３１の制御によって行われる。

操作部１８０は例えばロータリースイッチやボタン等を含み、使用者が酸素濃縮器に対して指示を与えるために用いられる。ＣＰＵ２３１は操作部１８０の操作に応じて酸素濃縮器の動作を制御する。

次に、図２を用いて、酸素濃縮器１０全体のレイアウトについて説明する。図２は、酸素濃縮器１０の外観斜視図である。

本実施形態の酸素濃縮器１０は、全体として薄型の矩形を為しており、正面から見るとほぼ正方形となっている。酸素濃縮器１０の下側部分は、コンプレッサ２２２や吸着塔２２５、２２６、製品タンク２２８などを収容した酸素ガス生成部２０となっている。また、その上側部分は、蓋体３０となっており、奥側に設けられたヒンジによって、酸素ガス生成部２０のケースと連結している。

また、酸素濃縮器１０の前面には、酸素濃縮器１０外部の空気を、その内部に取り入れるフィルタ付きの吸気口３０１が設けられている。

図３は、酸素ガス生成部２０のケース及び蓋体３０を取り外した状態を示す図である。この酸素濃縮器１０では、正面右側は、コンプレッサ２２２を収容するコンプレッサ室となっている。コンプレッサ室の上部には、吸気フィルタ２２１と、吸気口３０１から取り込んだ空気を吸気フィルタ２２１に導く流路が形成された発泡体３０２が設けられている。本図では、分かりやすいように、発泡体３０２を透過させて示している。この発泡体３０２は、吸音性を有する発泡ポリプロピレンを用いて射出成形することによって一体的に形成されている。発泡体３０２はその製造方法による制約から底を有さないため、底面側に設けられたプレート３０５が流路の一部を構成している。ここでは、このプレート３０５は、金属板を用いるが、本発明はこれに限定されるものではなく、発泡ポリプロピレンを用いてプレート３０５を形成して、発泡体３０２に接着しても良い。プレート３０５には、吸気フィルタ２２１を通す穴のほか、コンプレッサ室側に空気を送り込む穴が設けられている。そして、発泡体３０２には、吸気口３０１から取り込んだ空気をコンプレッサ室内に導く流路も形成されている。

吸気フィルタ２２１からの空気は、サイレンサ３０３を通ってコンプレッサ２２２内部に導かれ、圧縮される。そして、コンプレッサ２２２で圧縮された空気は、正面左側に配置された２つの吸着塔２２５、２２６の何れかに送られる。吸着塔２２５、２２６の上には製品タンク２２８が横向きにレイアウトされており、吸着塔２２５、２２６を経て生成された酸素ガスを製品タンク２２８内に貯留する。

コンプレッサ２２２の下方には、ファン３０４が設けられている。ファン３０４は、エアーコンプレッサ２２２周囲の空気を吸い込み、酸素濃縮器１０の底部３０６内の流路を通して、酸素濃縮器１０の外部に排出するために設けられている。これにより、プレート３０５に設けられた穴からコンプレッサ室に空気を送り込み、コンプレッサ２２２の周囲を通過させて、コンプレッサ２２２から熱を奪い、その熱を帯びた空気を効果的に酸素濃縮器１０の外に排出することができる。ファン３０４は、下向きに取り付けられ、酸素濃縮器１０の底面側から空気を吸い込む。

図４は、発泡体３０２内部の流路を示す図である。上述したように発泡体３０２は底がなく、天井には開口部３０２ａを有する。吸気口３０１からの空気は、流路Ａを通って吸気フィルタ２２１に導かれ、流路Ｂを通ってコンプレッサ室内に導かれる。逆に、コンプレッサの騒音は、これらの流路Ａ及び流路Ｂを通って、酸素濃縮器１０の外に導かれるが、発泡体３０２は吸音性を有しているため、吸気口３０１から出るまでに騒音を減衰させることができる。

一方、図５は、発泡体３０２に形成された流路及びコンプレッサ室を形成するケース３０７を示す図である。図５は、酸素濃縮器１０から、発泡体３０２及びコンプレッサ室ケース３０７のみを取りだして、斜めから見た斜視図であり、発泡体３０２の形状が分かるように、ケース３０７を透過して示している。

ケース３０７は、発泡体３０２の側面及びコンプレッサ２２２を取り囲む２つの金属製プレート３０７ａ、３０７ｂを有している。コンプレッサ２２２を収容するケース３０７の内壁には、ゴムが貼付され、さらにスポンジで覆われている。これにより、コンプレッサ２２２の騒音が、壁を伝わって外部に漏れることを防止できる。なお、コンプレッサ２２２を収容するケース３０７の内壁に、発泡体３０２と同じ吸音性発泡材を貼付してもよい。或いは、コンプレッサ２２２を収容するケース３０７自体を吸音性発泡材で一体成型してもよい。

図４でも説明したとおり、発泡体３０２の内部には、流路Ａ及び流路Ｂが形成されている。流路Ａは、吸気口３０１からの空気を吸気フィルタ２２１に導くためのものである。プレート３０５に設けられた穴３０５ａには、吸気フィルタ２２１の脚部が挿入される。流路Ａと経た空気は、発泡体３０２の開口部３０２ａから上方に流れ、吸気フィルタ２２１の上面から吸気フィルタ２２１内に送り込まれる。

一方、プレート３０５に設けられた他の穴３０５ｂ〜ｄは、吸気口３０１から吸い込んだ空気をコンプレッサ室に流出させるためのものである。特に、３０５ｃ及びｄは、コンプレッサ２２２の真上に位置する。

次に、ファン３０４及びその排気経路について説明する。図６は、ファン３０４とその流路を形成する構成部分のみを抽出して示した図であり、酸素濃縮器１０の背面側から見た図である。

図６において、プレート３０５に設けられた穴３０５ｂ〜ｄからコンプレッサ室に流れ込んだ空気は、コンプレッサ２２２の周囲において、上方から下方に向かって流れ、ファン３０４の下面側からファン３０４内に吸い込まれる。ファン３０４は、下面側から吸い込んだ空気を側面側に排出する機構となっている。ファン３０４の側面側の出口に下向きのダクト３０８を設けているため、ファン３０４から排出された空気は、ダクト３０８を通って、酸素濃縮器１０の底部３０６に流れ込む。図６に示すとおり、酸素濃縮器１０の底部３０６には、ダクト３０８の出口から排気口３０６ａまでの流路（矢印）が形成されており、ファン３０４で吸い込まれた空気は、その流路を経て、排気口３０６ａから、酸素濃縮器１０の外に排出される。

以上説明したように、本実施形態では、吸気口からの吸気流路を、吸音性の発泡材によって形成したので、コンプレッサなどによって発生した騒音が酸素濃縮器の外に漏れることを防止することができる。

本発明の実施形態にかかる酸素濃縮器の全体構成を示す概念図である。 本発明の実施形態にかかる酸素濃縮器の外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる酸素濃縮器の内部構造を示す図である。 本発明の実施形態にかかる酸素濃縮器の発泡体に形成された流路を示す図である。 本発明の実施形態にかかる酸素濃縮器の発泡体とケースの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態にかかる酸素濃縮器の冷却ファンとその流路を示す図である。

符号の説明

１０ 酸素濃縮器
２０ 酸素ガス生成部
３０ 蓋体
２２２ エアーコンプレッサ
３０１ 吸気口
３０２ 発泡体
３０４ ファン
３０６ 底部

Claims (7)

1. 酸素濃縮器であって、
   大気から窒素を吸着する吸着部と、
   大気を圧縮し、前記吸着部に対して圧縮空気を送り込むエアーコンプレッサと、
   前記エアーコンプレッサを収容し、前記酸素濃縮器外部の大気を前記酸素濃縮器内部に取り入れるための吸気口を備えるケースと、
   前記エアーコンプレッサで圧縮するための大気を前記吸気口から吸気フィルタに導くための第１の流路と、前記エアーコンプレッサを冷却するための大気を前記吸気口から前記エアーコンプレッサ周囲に導く第２の流路とが、前記吸気口から連続して、かつ独立して形成された、吸音性発泡材で一体成形された発泡体と、
   を有し、
   前記吸着部によって大気よりも酸素濃度の高い酸素ガスを生成する酸素濃縮器。
2. 前記発泡体が底のない箱状の形態を有し、
   前記酸素濃縮器は、さらに、前記発泡体の底を形成するプレートを有し、
   前記プレートには前記第２の流路の出口としての穴が設けられることを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮器。
3. 前記プレートが前記吸音性発泡材で形成され、前記発泡体の底部に接着されることを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮器。
4. 前記吸音性発泡材は、発泡ポリプロピレンであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の酸素濃縮器。
5. 前記コンプレッサを収容する前記ケースの内壁も前記吸音性発泡材で形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の酸素濃縮器。
6. 前記ケースを前記吸音性発泡材で一体形成したことを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮器。
7. 前記ケースの内壁を、少なくともスポンジまたはゴムで形成することを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮器。

Images