JP5073313B2 - 酸素濃縮器 - Google Patents

Description

本発明は、空気を吸気して高濃度の酸素を排気する酸素濃縮器に関する。

呼吸器疾患の患者が在宅で酸素を吸入する在宅酸素療法（ＨＯＴ：Home Oxygen Therapy）において使用される酸素濃縮器の１つに、吸着型酸素濃縮器がある（例えば、特許文献１参照）。吸着型酸素濃縮器では、フィルタを通して取込んだ室内の空気をコンプレッサにより圧縮し、この圧縮空気を、加圧空気を流すと窒素を吸着し減圧空気を流すと窒素を脱着する性質を持つ吸着材（例えば、ゼオライト）が充填されたシープベッドに加減圧の切替えを繰り返しながら通過させることにより、高濃度の酸素と窒素富化空気とを分離する。

分離された高濃度酸素は酸素貯蔵タンクに蓄えられ、分離された窒素富化空気は外気に排気される。窒素富化空気の排気は、窒素の脱着効率を高めるために、間欠的（例えば、１０秒間隔）に高い圧力で一気に行われる。

一方、吸着型酸素濃縮器には、コンプレッサ等の発熱する部品、ひいては機器全体を冷却するための冷却用空気が外気から導入される。機器内を循環して熱を吸収した冷却用空気は冷却用ファンに吸込まれ、この冷却用ファンから、窒素富化空気よりも低い圧力で連続的に外気に排気される。

従来の吸着型酸素濃縮器では、分離された窒素富化空気と外気から導入された冷却用空気との２系統を同一の筐体内に一旦開放した後、これらを１つの排気路からまとめて排気している。また、筐体内あるいは排気路内には、２系統の排気により発生する騒音を減らすための排気抵抗（吸音材）が設けられている。
特開２００４−１８８１２３号公報

しかしながら、従来の吸着型酸素濃縮器にあっては、窒素富化空気と冷却用空気が筐体内あるいは排気路内で混ざり得るので、分離された窒素富化空気が高い圧力で排出されるときに、この窒素富化空気が冷却用空気を逆流させてしまい、機器の冷却効率が低下してしまうという問題がある。

また、窒素富化空気の排気により発生する騒音と冷却用空気の排気により発生する騒音とでは、その周波数や発生頻度などが異なり、効率的な排気抵抗の設け方も異なる。よって、１つの排気路内にこれら２つの騒音を最適効率で減らすように排気抵抗を設けることは困難である。

単に騒音を減らすためには排気抵抗を増やせばよいが、排気抵抗は音を吸収して熱に変換する断熱材であるため、排気抵抗を増やし過ぎると、冷却効率が低下して機器の寿命に悪影響を及ぼす。また、排気抵抗を増やし過ぎると、これらが筐体内および排気路内を塞いで窒素富化空気の通り道を狭くしてしまうので、窒素富化空気を十分に排気できず、高濃度酸素の分離効率が低下してしまう。一方、排気抵抗を減らし過ぎると、排気による騒音が外部に漏れ、酸素濃縮器としての仕様を満足できない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、高い冷却効率を維持しつつ、最適な騒音対策を施すことができる酸素濃縮器を提供することを目的とする。

本発明の酸素濃縮器は、筐体と、前記筐体の外部の空気を呼吸用空気として前記筐体の内部に導入する呼吸用空気導入手段と、導入された前記呼吸用空気を分離して高濃度酸素と窒素富化空気とを得る分離手段と、得られた前記窒素富化空気を前記筐体の内部に排出する窒素排出手段と、前記筐体の外部の空気を前記筐体の内部の冷却用空気として前記筐体の内部に導入する冷却用空気導入手段と、導入された前記冷却用空気の前記筐体の内部から前記筐体の外部までの流れと、排出された前記窒素富化空気の前記筐体の内部から前記筐体の外部までの流れとを互いに隔離する隔離手段と、を有する構成を採る。

本発明の酸素濃縮器は、筐体と、前記筐体の内部に設けられ、呼吸用空気を圧縮する圧縮手段と、圧縮された前記呼吸用空気を分離して高濃度酸素と窒素富化空気とを得る分離手段と、得られた前記窒素富化空気を前記筐体の内部に排出する窒素排出手段と、前記圧縮手段の冷却用空気を前記筐体の内部に導入する導入手段と、導入された前記冷却用空気の前記筐体の内部から前記筐体の外部までの流れと、排出された前記窒素富化空気の前記筐体の内部から前記筐体の外部までの流れとを互いに隔離する隔離手段と、を有する構成を採る。

本発明によれば、高い冷却効率を維持しつつ、最適な騒音対策を施すことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る酸素濃縮器１００の構成を示す概略斜視図である。

図１において、酸素濃縮器１００は、酸素濃縮器筐体（以下適宜「筐体」と略記する）２００を有する。筐体２００は、排気路を有するベース部３００と、ベース部３００上に載置されたプラットフォーム部４００と、プラットフォーム部４００を覆って設けられたカバー部５００とを有する。

プラットフォーム部４００およびカバー部５００は、酸素濃縮器１００の装置部を配置する収容室６００を規定する。収容室６００は、プラットフォーム部４００の上方、且つカバー部５００に覆われた空間である。

カバー部５００のいずれかの位置（例えば、カバー部５００の上面）には、筐体２００の内部と外部とを連通するための開口を有する窓部（図示せず）が形成されている。この窓部は、筐体２００の外部の空気を、筐体２００の内部の冷却用空気として筐体２００の内部に導入する冷却用空気導入手段として機能する。

収容室６００に配置される酸素濃縮器１００の装置部について、図２を用いて説明する。

図２は、収容室６００に配置される酸素濃縮器１００の装置部を示す図である。

図２において、収容室６００には、風路ケース１、ヘパフィルタ２、吸気タンク３、コンプレッサ４、冷却パイプ５、冷却用ファン７、マニホールド８、切替弁９ａ，９ｂ、シープベッド１０，１１、製品タンク１２、均圧弁１３、パージオリフィス１４、消音器１５、圧力センサ１６、レギュレータ１７、止め弁１８、酸素センサ１９、バクテリアフィルタ２０、流量制限オリフィス２１、圧力センサ２２、流量センサ２３、加湿器２４、および酸素出口２５が配置されている。

呼吸用空気導入手段としての風路ケース１は、筐体２００の外部の空気を、呼吸用空気として筐体２００の内部に導入する。ヘパフィルタ２は、風路ケース１が導入した空気からゴミや埃などの空中浮遊粒子を除去する。吸気タンク３は、ヘパフィルタ２で空中浮遊粒子が除去された空気を貯蔵する。

圧縮手段としてのコンプレッサ４は、吸気タンク３に貯蔵された空気を圧縮して圧縮空気を生成する。コンプレッサ４の回転速度や圧縮レベルは、制御部（図示せず）によって制御される。コンプレッサ４は圧縮動作により発熱する発熱体であり、コンプレッサ４の発熱は、筐体２００の内部の他の装置部、例えば冷却パイプ５を間接的に発熱させ得る。なお、コンプレッサ４の他にも、筐体２００の内部には、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）などの発熱体が配置されている。コンプレッサ４は、駆動時には連続的な騒音と振動を発生させる。冷却パイプ５は、コンプレッサ４で生成された圧縮空気をマニホールド８に送る。

冷却用ファン７は、プラットフォーム部４００上に配置される。冷却用ファン７は、カバー部５００に形成された窓部（図示せず）を通じて外気から導入され、熱を吸収しながら収容室６００を循環した冷却用空気を吸気して、ベース部３００の排気路に排気する。コンプレッサ４は連続的な騒音と振動を発生し、冷却用ファン７は稼働している限り冷却用空気を吸込み続けるので、冷却用ファン７による冷却用空気の吸気時および排気時には連続的な排気音が発生する。冷却用空気の収容室６００での流れ、および冷却用空気を排気するベース部３００の排気路の構造については、後に詳細に説明する。

マニホールド８は、コンプレッサ４から冷却パイプ５を介して送られた圧縮空気をシープベッド１０，１１の一方に送るとともに、シープベッド１０，１１の他方から送られた窒素富化空気を消音器１５に送る多岐管である。切替弁９ａ，９ｂは、例えば１０秒間隔で開放と閉鎖を交互に繰り返す電磁弁であり、圧縮空気および窒素富化空気がマニホールド８内を流れる経路を切替える。例えば、図２のように切替弁９ａが圧縮空気に対して開放し切替弁９ｂが圧縮空気に対して閉鎖している場合、コンプレッサ４から冷却パイプ５を介して送られた圧縮空気はマニホールド８内の矢印８Ａの方向に導かれてシープベッド１０に送られ、シープベッド１１から送られた窒素富化空気はマニホールド８内の矢印８Ｂの方向に導かれて消音器１５に送られる。逆に、切替弁９ａが圧縮空気に対して閉鎖し切替弁９ｂが圧縮空気に対して開放している場合、コンプレッサ４から冷却パイプ５を介して送られた圧縮空気はシープベッド１１に送られ、シープベッド１０から送られた窒素富化空気は消音器１５に送られる。

分離手段としてのシープベッド１０，１１は、マニホールド８を通って送られた圧縮空気（呼吸用空気）を分離して、高濃度酸素と窒素富化空気とを得る。より具体的には、シープベッド１０，１１には、加圧空気を流すと窒素と水分を吸着し減圧空気を流すと吸着した窒素と水分を脱着する性質を持つゼオライトが充填されており、これらのシープベッド１０，１１に圧縮空気を交互に加減圧しつつ通過させることにより、高濃度酸素と窒素富化空気が分離される。分離された高濃度酸素の酸素濃度は、吸脱着の繰り返し回数や吸脱着時間などを変更することにより、例えば４０％〜９０％程度の範囲で調整することができる。また、ゼオライトは窒素のみならず水分をも吸着するので、分離された高濃度酸素は極めて乾燥しており、その湿度は、例えば０.１％〜０.２％である。シープベッド１０，１１に充填されるゼオライトは、結晶中に微細孔を持つアルミノ珪酸塩、例えばアルカリ土類金属を含む結晶性含水アルミノ珪酸塩からなる多孔性材料であり、市販されている各種のゼオライトを使用することができる。

製品タンク１２は、一端がシープベッド１０に他端がシープベッド１１に連結された「コの字型」の形状を有しており、シープベッド１０，１１で圧縮空気から分離して得られた高濃度酸素を貯蔵する。均圧弁１３は、製品タンク１２の左右の部分の圧力をこれらが同一となるように調整する。パージオリフィス１４は、製品タンク１２に貯蔵された高濃度酸素を２次浄化する。

消音器１５は、冷却用ファン７と同様に、プラットフォーム部４００上に配置される。消音器１５は、窒素富化空気排出手段としての排出口１５ａを有しており、排出口１５ａは、シープベッド１０，１１で圧縮空気から分離されマニホールド８を通って送られた窒素富化空気を、ベース部３００の排気路に排出する。窒素富化空気の排出は切替弁９ａ，９ｂの開放と閉鎖の切替動作ごとに高い圧力で一気に行われるので、窒素富化空気の排出時および排気時には、比較的大きな音が発生する。この音を低減するために、消音器１５の筒内には排気抵抗（図示せず）が設けられている。窒素富化空気の収容室６００での流れ、および窒素富化空気を排気するベース部３００の排気路の構造については、後に詳細に説明する。

圧力センサ１６は、製品タンク１２からレギュレータ１７に送られる高濃度酸素の圧力を検出する。レギュレータ１７は、流路を流れる高濃度酸素の圧力を調整する。圧力センサ１６が検出した高濃度酸素の圧力は制御部（図示せず）に出力されており、この制御部は、圧力センサ１６から入力された圧力と予め設定された圧力とを比較してこれらが同一の値となるように、レギュレータ１７をフィードバック制御する。

止め弁１８は、閉鎖することにより、レギュレータ１７から圧力調整されて送られる高濃度酸素の流れを止める。止め弁１８は、例えば、高濃度酸素の供給を停止する操作が行われたときあるいは酸素濃縮器１００への電源供給が停止されたときに閉鎖して、機器内に残留した高濃度酸素の流出を止める。

酸素センサ１９は、止め弁１８からバクテリアフィルタ２０に送られる高濃度酸素の酸素濃度を検出する。バクテリアフィルタ２０は、細菌類を捕集することにより、流路を流れる高濃度酸素を除菌する。流量制限オリフィス２１は、バクテリアフィルタ２０を通って送られる高濃度酸素の流路を絞ったり広げたりすることにより、高濃度酸素の流量を制限する。流量制限オリフィス２１の絞り具合あるいは広げ具合は、筐体２００に設けられたつまみ（図示せず）と連動して調整される。

圧力センサ２２は、流量制限オリフィス２１から流量センサ２３に送られる高濃度酸素の圧力を検出する。流量センサ２３は、流量制限オリフィス２１を通って送られる高濃度酸素の流量を検出する。圧力センサ２２で検出された高濃度酸素の圧力および流量センサ２３で検出された高濃度酸素の流量を継続的にメモリ（図示せず）に記憶することによって、予めなされた設定の通りに高濃度酸素が処理されているか否かをモニタリングすることができる。

加湿器２４は、流量センサ２３を通って送られた高濃度酸素を加湿する。酸素出口２５は、加湿器２４で湿度が与えられた高濃度酸素を、患者に供給するために排気する。酸素出口２５には、一端に酸素マスクや鼻腔カニューラが接続されたチューブ（図示せず）が取付けられ、このチューブを通じて高濃度酸素が患者に供給される。

なお、上述した構成は一例であり、各装置部の設置の有無や設置位置などは種々変更可能である。

次に、ベース部３００、プラットフォーム部４００、およびプラットフォーム部４００上に配置された冷却用ファン７と消音器１５の構造について、図３および図４を用いて詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施の形態に係るベース部３００およびプラットフォーム部４００の要部を示す斜視図である。図４は、本発明の一実施の形態に係るベース部３００およびプラットフォーム部４００の要部を示す分解斜視図である。

ベース部３００とプラットフォーム部４００は、例えば、ねじやボルトなどの連結手段により、あるいは嵌め込み式の構造により連結されている。

ベース部３００は、冷却用空気の排気路３１０ａおよび窒素富化空気の排気路３１０ｂを有する。ベース部３００は排気路隔壁３２０を有し、排気路隔壁３２０が、排気路を、排気路３１０ａ，３１０ｂに分割している。排気口３３０ａは、排気路３１０ａを流れ３１０Ａに沿って導かれた冷却用空気を筐体２００の内部から外部に排気し、排気口３３０ｂは、排気路３１０ｂを流れ３１０Ｂに沿って導かれた窒素富化空気を筐体２００の内部から外部に排気する。

プラットフォーム部４００は、隔壁４１０を有する。隔壁４１０はプラットフォーム部４００の上面から起立してなり、消音器１５の壁部１５ｂとともに、消音器１５の排出口１５ａを囲む。隔壁４１０と壁部１５ｂによって囲まれた領域は、上方からも蓋部（図示せず）に覆われて密閉されている。すなわち、この蓋部、隔壁４１０、および消音器１５の壁部１５ｂは、収容室６００を、コンプレッサ４などの発熱体の収容室（以下「発熱体収容室」という）６００Ａと、消音器１５の排出口１５ａの収容室（以下「窒素排出口収容室」という）６００Ｂとに分割する収容室隔壁として機能する。

なお、収容室６００を発熱体収容室６００Ａと窒素排出口収容室６００Ｂに分割する方法は、上記の方法に限定されず、種々変更が可能である。例えば、消音器１５の排出口１５ａを完全に覆うカバー部をプラットフォーム部４００上に設けてもよい。

プラットフォーム部４００上には、冷却用ファン７および消音器１５が配置されている。

冷却用ファン７は、吸気口（図示せず）が下方に露出し、且つ排気口７ａがプラットフォーム部４００に形成された開口部４２０に嵌め込まれた状態で、発熱体収容室６００Ａに配置される。発熱体収容室６００Ａを循環して熱を吸収した冷却用空気は、冷却用ファン７の吸気口で吸込まれ、冷却用ファン７の排気口７ａから開口部４２０を通じて、ベース部３００の排気路３１０ａに吐き出される。つまり、開口部４２０は、発熱体収容室６００Ａと、冷却用空気の排気路３１０ａとを連通する。

消音器１５は、排出口１５ａが窒素排出口収容室６００Ｂに露出し、壁部１５ｂがプラットフォーム部４００に空けられた孔４３０に嵌め込まれ、且つ連結部１５ｃがマニホールド８に連結した状態で、プラットフォーム部４００上に配置される。排出口１５ａは、マニホールド８から送られた窒素富化空気を窒素排出口収容室６００Ｂに直接排出し、排出された窒素富化空気は、プラットフォーム部４００に形成された開口部４４０を通じてベース部３００の排気路３１０ｂに送られる。つまり、開口部４４０は、窒素排出口収容室６００Ｂと、窒素富化空気の排気路３１０ｂとを連通する。

このように、発熱体収容室６００Ａと窒素排出口収容室６００Ｂは収容室隔壁により分割され、冷却用空気の排気路３１０ａと窒素富化空気の排気路３１０ｂは排気路隔壁３２０により分割され、発熱体収容室６００Ａと排気路３１０ａを連通する開口部４２０と、窒素排出口収容室６００Ｂと排気路３１０ｂを連通する開口部４４０とは互いに独立に形成されている。すなわち、筐体２００の内部では、コンプレッサ４などの発熱体が配置され冷却用空気が通る空間と、消音器１５の排出口１５ａが配置され窒素富化空気が通る空間とが互いに独立して規定されている。

以下、上述のように構成された酸素濃縮器１００の動作について説明する。説明において、前述の図１〜図４を適宜参照されたい。

酸素濃縮器１００への電源供給が開始されると、所定のセルフチェックプログラムによって動作環境が整えられ、操作者（患者または介護者）は、カバー部５００に設けられたボタンやつまみなどの操作部（図示せず）を操作することにより、酸素流量および酸素濃度を設定する。例えば酸素流量は、つまみを回して流量制限オリフィス２１が設けられた位置における流路の断面積を物理的に変えることによって設定される。

風路ケース１により筐体２００の外部から内部に呼吸用空気として導入された室内の空気は、ヘパフィルタ２で空中浮遊粒子が除去されて吸気タンク３に貯蔵される。コンプレッサ４は、吸気タンク３に貯蔵された空気を圧縮して圧縮空気を生成する。コンプレッサ４で生成された圧縮空気は、冷却パイプ５を通ってマニホールド８に送られる。このとき、コンプレッサ４は圧縮動作によって発熱し、この発熱によって圧縮空気が温度上昇し、温度上昇した圧縮空気によって他の装置部、例えば冷却パイプ５が加熱される。また、コンプレッサ４は、圧縮動作により連続的な騒音と振動を発生させる。

カバー部５００に形成された窓部（図示せず）は、筐体２００の外部の空気を、筐体２００の内部、特にコンプレッサ４などの発熱体の冷却用空気として筐体２００の内部に導入する。導入された冷却用空気は、筐体２００の内部の熱を吸収しながら発熱体収容室６００Ａを循環する。これにより、シープベッド１０，１１における圧縮空気からの窒素と水分の吸着効率、および酸素濃縮器１００の各装置部の耐久性が向上する。

発熱体収容室６００Ａを循環した冷却用空気は、プラットフォーム部４００上に配置された冷却用ファン７の吸気口（図示せず）で吸込まれ、冷却用ファン７の排気口７ａから開口部４２０を通じて排気路３１０ａに吐き出される。排気路３１０ａに吐き出された冷却用空気は、流れ３１０Ａに沿って排気路３１０ａを導かれ、筐体２００の内部から外部に排気される。冷却用空気の排気時には、連続的な排気音が発生する。

マニホールド８に送られた圧縮空気は、切替弁９ａ，９ｂの開閉状態の切替えに従って加減圧を繰り返しながらシープベッド１０，１１を通過することにより、高濃度酸素と窒素富化空気に分離される。より具体的には、シープベッド１０，１１に充填されたゼオライトが、加圧した圧縮空気が通過するとその圧縮空気から窒素と水分を吸着し、減圧した圧縮空気が通過すると吸着した窒素と水分を脱着する。

シープベッド１０，１１内を吸着と脱着を繰り返しながら通過することにより窒素と水分が除去され酸素濃度が高められた気体は、高濃度酸素として製品タンク１２に貯蔵される。ゼオライトは窒素だけでなく水分をも吸着するので、製品タンク１２に貯蔵される高濃度酸素は、水分がほとんど含まれていない乾燥した状態である。

一方、シープベッド１０，１１で除去された窒素と水分を含む窒素富化空気は、マニホールド８を通って消音器１５の排出口１５ａから窒素排出口収容室６００Ｂに直接排出される。排出された窒素富化空気は、開口部４４０を通じて排気路３１０ｂに送られ、流れ３１０Ｂに沿って排気路３１０ｂを導かれて、筐体２００の内部から外部に排気される。窒素富化空気の排気は切替弁９ａ，９ｂの開放と閉鎖の切替動作ごとに高い圧力で一気に行われるので（例えば、１回の排気で数十リットル）、窒素富化空気の排出時および排気時には比較的大きな音が発生する。このとき、消音器１５の筒内に設けられた排気抵抗（図示せず）は、窒素富化空気の排気により発生する音を吸収して熱に変換することにより音を小さくする。

製品タンク１２に貯蔵された高濃度酸素は、圧力センサ１６およびレギュレータ１７により圧力調整され、バクテリアフィルタ２０により除菌され、流量制限オリフィス２１により流量制限されつつ流路を送られる。流量制限オリフィス２１を通った高濃度酸素は、圧力センサ２２で圧力が検出され、流量センサ２３で流量が検出される。これらの検出結果はメモリ（図示せず）に記憶され、設定通りに高濃度酸素が処理されているか否かがモニタリングされる。

加湿器２４は、流量センサを通って送られる高濃度酸素を加湿する。これにより、高濃度酸素に患者が吸引するために最適な水分が与えられる。加湿器２４で加湿された高濃度酸素は、酸素出口２５に接続されたチューブ（図示せず）を通って送られ、このチューブに接続された酸素マスクや鼻腔カニューラによって患者に吸引される。

いま、カバー部５００に形成された窓部（図示せず）を通じて外気から導入された冷却用空気の筐体２００の内部での流れ、および消音器１５から排出された窒素富化空気の筐体２００の内部での流れに注目する。

窓部を通じて外気から導入された冷却用空気は、発熱体収容室６００Ａを循環して熱を吸収することによりコンプレッサ４などの発熱体を冷却した後、プラットフォーム部４００上に配置された冷却用ファン７の吸気口（図示せず）で吸込まれ、排気口７ａから開口部４２０を通じて排気路３１０ａに吐き出され、排気口３３０ａによって筐体２００の内部から外部に排気される。

一方、窒素富化空気は、発熱体収容室６００Ａにある冷却用空気に触れることなく、消音器１５の排出口１５ａから窒素排出口収容室６００Ｂに直接排出される。窒素排出口収容室６００Ｂに排出された窒素富化空気は、開口部４４０を通じて排気路３１０ｂに導かれ、排気口３３０ｂによって筐体２００の内部から外部に排気される。

ここで、発熱体収容室６００Ａと窒素排出口収容室６００Ｂは、隔壁４１０と、壁部１５ｂと、隔壁４１０および壁部１５ｂにより囲まれた空間を覆う蓋部（図示せず）とからなる収容室隔壁によって分割されている。したがって、収容室６００において、窓部を通じて外気から導入された冷却用空気の流れと、消音器１５の排出口１５ａから排出された窒素富化空気の流れは互いに隔離されている。

また、発熱体収容室６００Ａと排気路３１０ａを連通する開口部４２０と、窒素排出口収容室６００Ｂと排気路３１０ｂを連通する開口部４４０とは互いに独立に形成されているので、発熱体収容室６００Ａの冷却用空気は排気路３１０ａに、窒素排出口収容室６００Ｂの窒素富化空気は排気路３１０ｂにそれぞれ隔離されて導かれる。

さらに、排気路３１０ａと排気路３１０ｂは排気路隔壁３２０によって分割されているので、排気路において、冷却用空気の流れと窒素富化空気の流れは互いに隔離されている。

このように、窓部を通じて導入された冷却用空気と消音器１５の排出口１５ａから排出された窒素富化空気の双方が同一の筐体２００の内部に放出されるにもかかわらず、この同一の筐体２００の内部における２つの空気の流れは完全に隔離されている。したがって、高い圧力で間欠的に排出される窒素富化空気が、窒素富化空気よりも低い圧力で連続的に導入される冷却用空気を押込んで逆流させることがなくなり、冷却効率の低下を招くことはない。また、冷却用空気と窒素富化空気の間の熱伝導が抑制されるので、酸素濃縮器１００全体の冷却効率を向上することができる。

本発明者は、本実施の形態の酸素濃縮器１００を使用した場合と、冷却用空気と窒素富化空気が筐体あるいは排気路の内部で混ざり得る従来の酸素濃縮器を使用した場合において、機器内の温度や流路を流れる流体の温度などを測定してこれらを比較検討した。その結果、本実施の形態の酸素濃縮器１００では、従来の酸素濃縮器と比較して平均２℃前後の優れた冷却効果が得られた。

ところで、上記のように、排気時において、冷却用空気は連続的な排気音を発生させ、窒素富化空気は間欠的に比較的大きな音を発生させる。特に、窒素富化空気の排気により発生する音は、酸素濃縮器としての仕様を満足できない程の騒音となり得る。

これらの音を抑制するためには、排気抵抗を設けるのが効果的である。しかし、排気抵抗は音を吸収して熱に変換する断熱材であるため、数を増やし過ぎると機器全体の温度が上昇して多くの冷却用空気と大規模な冷却用ファンが必要になり、そうすると排気音が大きくなりより多くの排気抵抗を設ける必要が生じてしまう。このように、酸素濃縮器における温度対策と騒音対策は相反する関係にある。

また、冷却用空気の排気音と窒素富化空気の排気音では、その周波数や発生頻度が異なるので、望ましい排気抵抗の種類やその設け方も異なる。したがって、これら２つの排気音の双方を最適効率で減らすように排気抵抗を設けることには一定の限界がある。

この点、本実施の形態では、冷却用空気が通る収容室と窒素富化空気が通る収容室とが互いに隔離され、冷却用空気が通る排気路と窒素富化空気が通る排気路とが互いに隔離され、且つ収容室と排気路を連通する開口部が独立して形成されている。これにより、それぞれの収容室および排気路に、排気音に応じて適切に排気抵抗を設けることができる（騒音対策のターゲットの絞り込み）。例えば、窒素富化空気が通る収容室および排気路に、より多くのあるいは強い排気抵抗を設ける一方、冷却用空気が通る収容室および排気路に、より少ないあるいは弱い排気抵抗を設けるといった柔軟性のある騒音対策を施すことができる。また、機器全体に設ける排気抵抗の数を減らすことができるので、排気抵抗の発熱による冷却効率の低下を抑制することができる。

このように、本実施の形態によれば、筐体と、この筐体の外部の空気を呼吸用空気として筐体の内部に吸気する呼吸用空気導入手段と、導入された呼吸用空気を分離して高濃度酸素と窒素富化空気とを得る分離手段と、得られた窒素富化空気を筐体の内部に排出する窒素排出手段と、筐体の外部の空気を筐体の内部の冷却用空気として筐体の内部に導入する冷却用空気導入手段と、導入された冷却用空気の筐体の内部での流れと、排出された窒素富化空気の筐体の内部での流れとを互いに隔離する隔離手段とを有する。これにより、筐体の内部で冷却用空気と窒素富化空気が混ざることがなくなり、筐体の内部における冷却用空気の逆流を防止することができる。

また、冷却用空気の排気音に対する騒音対策と、窒素富化空気の排気音に対する騒音対策とを最適効率で併存させることができる。

なお、本実施の形態では、ゼオライトを充填したシープベッドを用いて酸素濃縮を行う吸着型（ＰＳＡ：Pressure Swing Adsorption）酸素濃縮器を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、窒素より酸素を多く通す濾過膜を用いて酸素濃縮を行う酸素富化膜方式の酸素濃縮器にも同様に適用可能である。この方式でも、濾過膜で捕集された高濃度の窒素と冷却用空気を筐体の内部から外部に排気する必要があるので、温度対策と騒音対策の双方の観点から有利な効果を期待できる。

本発明の一実施の形態に係る酸素濃縮器の構成を示す概略斜視図 収容室に配置される酸素濃縮器の装置部を示す図 ベース部およびプラットフォーム部の要部を示す斜視図 ベース部およびプラットフォーム部の要部を示す分解斜視図

符号の説明

４ コンプレッサ
７ 冷却用ファン
７ａ、３３０ａ、３３０ｂ 排気口
１５ 消音器
１５ａ 排出口
１５ｂ 壁部
１００ 酸素濃縮器
２００ 酸素濃縮器筐体
３００ ベース部
３１０ａ、３１０ｂ 排気路
３２０ 排気路隔壁
４００ プラットフォーム部
４１０ 隔壁
４２０、４４０ 開口部
５００ カバー部
６００ 収容室
６００Ａ 発熱体収容室
６００Ｂ 窒素排出口収容室

Claims (4)

1. 筐体と、
   前記筐体の外部の空気を呼吸用空気として前記筐体の内部に導入する呼吸用空気導入手段と、
   導入された前記呼吸用空気を分離して高濃度酸素と窒素富化空気とを得る分離手段と、
   得られた前記窒素富化空気を前記筐体の内部に排出する窒素排出手段と、
   前記筐体の外部の空気を前記筐体の内部の冷却用空気として前記筐体の内部に導入する冷却用空気導入手段と、
   導入された前記冷却用空気の前記筐体の内部から前記筐体の外部までの流れと、排出された前記窒素富化空気の前記筐体の内部から前記筐体の外部までの流れとを互いに隔離する隔離手段と、
   を有することを特徴とする酸素濃縮器。
2. 発熱体をさらに有し、
   前記筐体は、排気路を有するベース部と、前記ベース部上に載置されたプラットフォーム部と、前記プラットフォーム部を覆って設けられ、前記プラットフォーム部上に収容室を形成するカバー部と、を有し、
   前記隔離手段は、前記収容室を第１の収容室と第２の収容室とに分割する収容室隔壁を有し、
   前記発熱体は、前記第１の収容室内に配置され、前記窒素排出手段は、前記第２の収容室内に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮器。
3. 前記隔離手段は、前記排気路を、前記冷却用空気の排気路と前記窒素富化空気の排気路とに分割する排気路隔壁をさらに有し、
   前記プラットフォーム部には、前記第１の収容室と前記冷却用空気の排気路とを連通する第１の開口部と、前記第２の収容室と前記窒素富化空気の排気路とを連通する第２の開口部と、が形成されている、
   ことを特徴とする請求項２記載の酸素濃縮器。
4. 筐体と、
   前記筐体の内部に設けられ、呼吸用空気を圧縮する圧縮手段と、
   圧縮された前記呼吸用空気を分離して高濃度酸素と窒素富化空気とを得る分離手段と、
   得られた前記窒素富化空気を前記筐体の内部に排出する窒素排出手段と、
   前記圧縮手段の冷却用空気を前記筐体の内部に導入する導入手段と、
   導入された前記冷却用空気の前記筐体の内部から前記筐体の外部までの流れと、排出された前記窒素富化空気の前記筐体の内部から前記筐体の外部までの流れとを互いに隔離する隔離手段と、
   を有することを特徴とする酸素濃縮器。

Images