氧浓缩装置的制作方法

专利名称：氧浓缩装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用氮比氧先吸附的吸附剂的变压吸附型氧浓缩装 置，特别涉及对慢性呼吸系统疾病患者等进行的吸氧疗法中使用的医 疗用氧浓缩装置。
背景技术：
近年来，被哮喘、肺气肿、慢性支气管炎等呼吸系统器官疾病折 磨的患者有增加的倾向，但作为其治疗方法，最有效的方法之一为吸 氧疗法。所述吸氧疗法是指使患者吸入氧气或富氧空气的方法。作为 其供给源，已知氧浓缩装置、液氧、氧气瓶等，但从使用时的便利性 或维修管理的容易性方面考虑，在家庭氧疗法中使用氧浓缩装置成为主流。
氧浓缩装置是高浓度地浓缩空气中存在的约2 1%的氧供给使用 者的装置。上述装置有使用选择性地透过氧的高分子膜的膜式氧浓缩 装置，使用与氧相比可以优先吸附氮的吸附剂的变压吸附型氧浓缩装 置，电化学分离空气中包含的氧进行供给的装置等。因为能够收率良 好地得到90%以上的高浓度氧，所以市场上主要采用变压吸附型氧浓 缩装置。
变压吸附型氧浓缩装置是使用填充了 5A型、13X型、Li-X型、 MD-X型等分子篩沸石作为与氧相比选择性地吸附氮的吸附剂的吸附 床，从压缩机向吸附床供给压缩空气，由此在加压条件下吸附氮，将 未吸附的氧作为氧浓缩气体排出的装置。上述装置通常具有2个以上 吸附床，边依次转换边进行在一个吸附床中使氮吸附在吸附剂上生成 未吸附的氧的吸附步骤和使另一个吸附床减压排出吸附的氮进行再生 的解吸再生步骤，由此能够连续地生成氧。
变压吸附法有将解吸步骤的压力降至大气压的PSA (Pressure Swing Adsorption,变压吸附)法、为了提高吸附剂的再生效率使用压 缩才几将吸附筒减至真空压力的 VPS A ( Vacuum Pressure Swing Adsorption,真空变压吸附)法，均被用作医疗用氧浓缩装置中的氧浓缩方法。
上述氧浓缩装置通常作为对慢性呼吸系统疾病患者的吸氧疗法不 仅用于医院而且用于患者家。因此，不仅要求始终以一定流量且稳定 地供给规定浓度的氧浓缩气体的氧浓缩装置的主性能，而且考虑到低 电力消耗、安静、小型化等对装置的使用者的便利性的机器二次性能 的要求也增大。
氧浓缩装置的结构要素零件中，压缩机消耗装置整体电力消耗的 大部分，同时在壳体内也占据一定的容积，而且也是产生噪音的主体。 为了实现上述装置的二次性能的要求，必须将使用的压缩机小型化。 但是，因为压缩机的小型化伴随压缩机的供给风量或压缩性能降低， 所以有用于维持氧浓缩装置的吸附解吸性能的余地减少的缺点。
在特开平11-207128号公报中，作为实现氧浓缩装置的低电力消耗 化、实现高氧收率的手段，记载了下述装置，该装置根据设定氧流量 控制压缩机的转数，控制原料空气的供给量，控制转换阀的开关来控 制吸附步骤、解吸步骤的转换时机，由此以最佳的加压时间供给空气 的装置。
另外，在特开2001-259341号公报中，记载了具有基于生成的氧浓 缩气体的氧浓度和设定氧流量反相控制压缩机的转数、抑制低流量时 的电力消耗的功能的装置。
作为缩短吸附步骤时的吸附筒的升压时间、在早期提高吸附效率 的装置，在特开平6-31129号公报中公开了增加吸附步骤时的规定时间 压缩机驱动马达的转数、此外控制为通常转数的气体分离装置。

发明内容
氧浓缩装置为了应对氧的设定流量转换时的供给流量的变化，具 备暂时存储在吸附床的下游侧生成的浓缩氧的产品罐。由此使其具有 对应供给流量变化的緩冲功能，同时，进一步进行用压力传感器检测 产品罐内压力的变化、达到规定压力以下时提高压缩机的转数、增加 氧生成量等反馈控制。
如果将生成氧量抑制在必要最低限度度，则可以降低压缩机的所 需供给风量，能够将电力消耗小的小型压缩机搭载在氧浓缩装置上。 产品罐本身也可以相应地小型化。另一方面，对于供给氧流量的设定变更、温度或气压等装置使用环境的变化，连维持装置的1次性能的 余地都没有。针对上述问题，如果通过搭载氧浓度传感器或流量传感 器、压力传感器等各种探测手段应对变化，则新探测手段或控制机构 的搭載导致装置大型化、成本增加。
本发明解决上述课题，着眼于因抑制生成氧量导致的产品流量变 化、单独使用流量传感器进行生成量的反馈控制，由此能够得到满足 小型、低电力消耗、安静之类二次性能的装置。
本发明提供一种氧浓缩装置，是具备以下部分的变压吸附型氧浓
缩装置填充了与氧相比能够选择性地吸附氮的吸附剂的吸附床，向 该吸附床供给空气的压缩机，用于在规定时机反复进行向该吸附床供 给来自该压缩机的空气排出浓缩氧的吸附步骤、将该吸附床减压再生 吸附剂的解吸步骤的流路切换阀，测定生成的浓缩氧的供给流量的流 量测定设备，其特征在于，具备检测供给氧的脉动的脉动探测设备， 具备基于该探测结果控制该压缩机的空气供给量的控制设备。
另外，本发明提供一种氧浓缩装置，其特征在于，上述脉动检测 设备是具备测定供给的浓缩氧的峰流量及/底流量的功能的该流量测 定设备，该控制设备是每规定时间的该峰流量值或该底流量值超过预 先设定的阈值范围时进行增减该压缩机的空气供给量的控制的设备。 本发明提供一种氧浓缩方法，是通过在规定时机反复进行向填充 了与氧相比能够选择性地吸附氮的吸附剂的吸附床供给加压空气排出 氧浓缩气体的吸附步骤、将该吸附床减压再生吸附剂的解吸步骤，由 此生成氧浓缩气体的变压吸附型氧浓缩方法，其特征在于，具备以下 步骤基于该生成的氧浓缩气体的供给流量的设定值，控制该加压空 气的供给量的步骤l，检测该氧浓缩气体的脉动的步骤2,基于该脉动 的探测结果控制该加压空气的供给量的步骤3。
本发明提供一种氧浓缩方法，其特征在于，检测上述氧浓缩气体 的脉动的步骤2是测定供给的氧浓缩气体的峰流量和/或底流量，探测 每规定时间的该峰流量值或该底流量值是否在预先设定的阈值范围内 的步骤，超过该阈值范围时进行增减该加压空气的供给量的控制；其 特征在于，该峰流量值或该底流量值相对于设定流量值超过± 5 %的范
围时判断产生脉动电流，比较变压吸附法的吸附解吸的1次序 (sequence)中的流量峰值(Lp )和流量底值(Lb)的探测结果和规定阈值，特别是基于用(流量峰值(Lp)-流量底值(Lb) ) /流量^:定
值表示的流量变动率，与规定阈值进行比较，超过该阈值范围时进行 增减该加压空气的供给量的控制。该氧浓缩气体的脉动不仅可以通过 供给的氧浓缩气体的流量值测定，通过压力值也可以同样地测定。


图1表示本发明的氧浓缩装置的实施方案例VPSA型变压吸附型 氧浓缩装置的模式图。
图2表示本发明的氧浓缩装置的其他实施方案例PSA型变压吸附 型氧浓缩装置的模式图。
具体实施例方式
使用以下

本发明的氧浓缩装置的实施方案例。图1是列 举作为本发明的一个实施方案的双筒式VPSA型变压吸附型氧浓缩装 置的简要装置构成图。
在图1中，l表示氧浓缩装置，3表示吸入被加湿的氧浓缩气体的 使用者(患者)。变压吸附型的氧浓缩装置1具备外部空气导入过滤 器101，具有压缩及真空功能的压缩机103，作为流路转换阀的三通电 /磁阀104a、 104b，吸附筒105a、 105b,止回阀106a、 106b,产品罐107, 调压阀108,流量设定设备109，过滤器IIO。由此可以^^外部导入的 原料空气中分离氧，制造浓缩的氧浓缩气体。
首先，从外部导入的原料空气被从具备用于除去尘埃等异物的外 部空气导入过滤器101的空气导入口导入装置的壳体内。此时，在通 常的空气中，包含约21%的氧、约77%的氮、0.8%的氩、1.2%的水 蒸气和其他气体。上述装置是从空气中浓缩作为呼吸用气体所需的氧 气进行排出的装置。
为了排出上述氧浓缩气体，作为吸附床使用与氧分子相比选择性 地吸附氮分子的吸附剂。具体而言，可以使用5A型或13X型、Li-X 型、或MD-X型等分子筛沸石作为氮吸附剂。边利用转换阀104a、 104b 依次切换作为对象的吸附筒105a、 105b，边将原料空气用压缩机103 加压供给于上述填充了沸石类吸附剂的吸附筒105a或吸附筒105b,在 吸附筒内，于加压条件下选择性地吸附除去原料空气中包含的约77%的氮气。
上述吸附筒105a、 105b由填充了上述吸附剂的圆筒状容器形成， 通常，根据吸附筒的使用根数，有单筒式、双筒式或使用3筒以上的 吸附筒的多筒式氧浓缩装置，为了连续且有效率地由原料空气制造氧 浓缩气体，优选使用图1中记载的双筒式或多筒式吸附筒。
另外，在上述压缩机103中，作为具有压缩功能及真空功能的压 缩机使用双头式摇动型空气压缩机，此外有时使用螺旋式、旋转式、 涡旋式等旋转型空气压缩机。另外，驱动上述压缩机103的电动才几的 电源可以为交流，也可以为直流。
在上述吸附筒105中，以未吸附在沸石吸附剂上的氧气为主成分 的氧浓缩气体经由为防止气体逆流回吸附筒105而设置的止回阀106a、 106b流入产品罐107。
填充在吸附筒内的沸石吸附剂为了从新导入的原料空气中再次吸 附氮气，必须将暂时吸附的氮分子从吸附剂中解吸除去。为此，从利 用压缩机103实现的加压状态，利用三通电磁阀(转换阀)104a、 104b 连接在压缩机103的真空管路上，切换成真空减压状态，使吸附的氮 气解吸，再生吸附剂。进而，在上述解吸步骤，为了提高其解吸效率， 也可以经由均压阀102，从吸附步骤中的吸附筒的产品端侧将氧浓缩气 体的一部分作为吹扫气体逆流回解吸步骤中的吸附筒。
由此由原料空气制造氧浓缩气体，储存在产品罐107内。储存在 上述产品罐107内的氧浓缩气体含有例如95%的高浓度氧气，由调压 阀108或流量设定设备109等控制其压力及供给流量，供给于加湿器 201,将被加湿的氧浓缩气体供给于患者。
上述加湿器201可以使用利用具有水分透过膜的水分透过膜组件 从外部空气导入水分供给于干燥状态的氧浓缩气体中的无给水式中空 丝加湿器、使用水的起泡式加湿器或表面蒸发式水加湿器。
VPSA型氧浓缩装置中， 一个吸附筒105a进行加压吸附步骤时， 另一个吸附筒105b进行真空解吸步骤，以分别反相(逆位相)的形式 依次切换吸附步骤、解吸步骤，连续地生成氧。
只要能够维持从吸附筒生成的氧量，使产品罐107的压力充分大 于将调压阀]08的出口侧压力维持一定所需的压力，就可以由流量设 定设备109供给稳定流量的氧。考虑了氧浓缩装置的电力消耗的降低或安静、小型化等对装置的 使用者的便利性的机器的二次性能取决于使用的压缩机的类型或其运 转控制方法。
作为其中的 一 个方法，有控制压缩机的供给风量使在吸附床中生 成的氧生成量为必要最低限度的方法，由此能够抑制电力消耗。同时 也使得装置安静或使用的压缩机小型化。如果基于由流量设定设备109
决定的氧浓缩气体的设定流量利用控制设备401控制氧生成量，则更
有效率。
为了实现上述目的，控制生成氧量，使产品罐内压力略高于将调 压阀的出口侧压力维持一定所需的压力，对应每个流量值控制氧生成 量时，如果通过改变流量设定值暂时增大氧排出量，则氧生成量的反 馈控制未随动，产品罐内压力暂时下降，产生供给的氧气的脉动电流。
为了防止上述事态，考虑通过经常性监控产品罐107的压力控制氧生 成量的方法，为了测量产品罐内压力必须重新设置压力传感器。
本发明的氧浓缩装置的特征在于，具备检测供给氧的脉动的脉动 探测设备，具备根据有无脉动控制压缩机的空气供给量的控制设备。 脉动检测设备是具有测定供给的浓缩氧的峰流量及底流量的功能的流 量传感器302，每规定时间的峰流量值或底流量值超过预先设定的阈值 范围时，利用控制设备401进行增减该压缩机103的空气供给量的控 制。例如峰流量值或底流量值相对于设定流量值超过±5 %的范围时判 断产生脉动电流，为了增加压缩机的空气供给量进行提高马达转数的 控制。
流量传感器302使用电磁式、机械式、超声波式、热式等各种流 量传感器。超声波式流量传感器也可以同时测定氧浓度。生成氧的压 力在每个吸附解吸次序发生改变，所以脉动电流的检测通过探测、演 算变压吸附法的1个吸附解吸次序中的流量峰值(Lp)和流量底值(Lb) 来进行。与规定阈值的比较除以绝对值进行比较外，也可以用流量变 动率((Lp-Lb) /流量设定值)进行管理。
脉动的探测除上述流量传感器302外，在调压阀下游侧具备压力 传感器301时也可以通过探测变压来探测脉动。
由此使用已有的传感器探测供给氧气的脉动，基于探测结果控制 氧生成量，由此可以将氧生成所需的压缩机供给的风量抑制在最低限度，能够实现用于满足压缩机的小型化、装置的电力消耗降低、静音 化等要求氧浓缩装置具有的患者适应性的各种二次效果。
压缩机的小型化减少压缩机的压缩性能或真空性能的机械余力， 容易受使用环境温度的影响。氧浓缩装置起动时，与稳定运转时相比， 由于施加在压缩机压缩部的压力负荷、摩擦阻力等，驱动压缩机的马 达上施有负荷。静态负荷阻力的大小根据氧浓缩装置的使用环境不同 大幅变动，特别是冬季有时发生在低温环境下压缩机不起动的事态。 作为原因，认为起动时所需的转矩变大，驱动马达的起动电流变大， 转矩不足，根据情况发生装置不起动的事态。
抑制上述氧浓缩装置起动时的压缩机负荷的方法可以通过氧浓缩
装置实现，所述氧浓缩装置是具备填充了与氧相比能够选择性地吸 附氮的吸附剂的多个吸附筒，对该吸附筒供给加压空气的压缩机，具 备依次切换该压缩机和各吸附筒间的流路、在^见定时才几反复进行对各 吸附筒供给加压空气排出浓缩氧的吸附步骤，将各吸附筒减压再生吸 附剂的解吸步骤的流路切换设备的变压吸附型氧浓缩装置，其特征在 于，具备具有在该吸附筒的下游側使吸附筒间压力均等的均压阀的均 压流路，并且具备该压缩机起动时在开启该均压阀的状态下起动的起 动控制设备。
更详细而言，可以通过氧浓缩装置实现，所述氧浓缩装置的特征 在于，吸附筒是2个吸附筒，该流路切换设备是切换各吸附筒和压缩 机、排气管的电磁阀，该起动控制设备是在该压缩机起动时经由该电 磁阀使压缩机和吸附步骤侧吸附筒连通规定时间、同时开启均压阀经 由电磁阀连通解吸步骤侧吸附筒和排气管地进行该均压阀及该电i兹阀 的开关控制的设备，特别是其特征在于该流路切换设备为三通电磁阀， 上述起动控制设备是使该压缩机起动时的转数比稳定状态低地以低转 数起动压缩机的控制设备。
图2是列举双筒式PSA型变压吸附型氧浓缩装置的简要装置构成 图。在解吸步骤中的排气的通路在图1所示VPSA型氧浓缩装置中经 由压缩机103的真空排气管路，而在图2的PSA型氧浓缩装置中连接 在大气开放管路上，除此之外，装置构成相同。因此，将加压状态的 吸附筒105通过三通电磁阀(转换阀)104a、 104b减压至大气压状态， 使吸附的氮气解吸，使吸附剂再生。进而，在该解吸步骤中，为了提高其解吸效率，可以经由均压阀102从吸附步骤中的吸附筒的产品端 侧使氧浓缩气体作为吹扫气体逆流。
因为变压吸附法中使用的吸附剂依赖于压力，所以在氧浓缩装置 的起动初期吸附筒的压力没有充分上升的期间气体从产品端被精制， 所以起动初期的生成气体的氧浓度与稳定状态的9 0 ~ 9 5 %的高浓度氧 浓缩气体相比为低值，结果，产品罐107中的气体交换完成、氧浓度 达到稳定状态需要花费时间。本发明的装置起动时，配合压缩机(压 缩机)103的起动，由控制设备401进行打开吸附筒105的下游侧(产 品端侧)的均压阀102的控制，例如作为吸附步骤对吸附筒105a供给
的产品端回收。通常，吸附筒105a在数秒内升压，所以随后关闭均压 阀102,开始通常的吸附步骤，例如90%的高浓度氧经由止回阀106a 储存在生成罐内。
压缩机起动时与稳定运转状态相比有负荷。特别是在冬季等低温 状态下起动时压缩机的驱动转矩上升，所以根据情况不同即使接通电 源也为压缩机没有起动的状态。通常，压缩机起动时必要转矩增大， 驱动马达的起动电流增大。
本发明的装置中，在压缩机驱动时于吸附步骤的吸附筒105a和解 吸步骤的吸附筒105b经由均压阀102连通的状态起动，所以对压缩机 的压缩部几乎无加压负荷，基本上为在无压力负荷的状态下起动，可 以不使上述冲流升至必要以上而起动。
因此，装置起动时，控制起动的控制设备401可以使压缩机起动 时的转数与稳定状态相比为低转数进行起动。
氧浓缩装置的控制设备401在稳定状态下进行各种运转控制。探 测流量设定设备109的设定值、由流量传感器302测得的产品气体流 量值、由氧浓度传感器301测得的生成的氧浓缩气体的氧浓度，由控 制设备401控制压缩机103的电动机的转数，由此控制对吸附筒105 的供给风量。设定流量为低流量时，降低转数，由此抑制生成氧量， 且降低电力消耗。控制转换阀104a、 104b、均压阀102的切换时机， 改变吸附解吸次序时间，由此实现最佳的氧生成。
压缩机的小型化对降低搭载压缩机的氧浓缩装置产生的噪音有
效。但是，其效果是稳定运转时的效果，在装置起动时或停止时产生大的噪音。为了降低噪音、防止振动，对医疗用氧浓缩装置采用了各 种对策。例如，采用由往复型压缩机改为噪音低的涡旋型、螺旋型压 缩机，或使用盒或管道进行遮蔽的方法，在吸气管、排气管上设置共 振型或膨胀型消音器，或在壳体上粘贴吸声材料的方法。稳定运转中 的噪音降低对策如上所述，考虑压缩机本身的改良进行壳体改良或搭 载消音器等各种方法。但是，对装置完全没有采用起动时或停止时的 对策。装置起动时，通常，作为氧浓缩器的使用者的呼吸系统疾病患 者起床，装置停止时患者处于睡眠中，看护者进行停止操作，停止时 的噪音或振动可能唤醒睡眠中的患者或周围的人。因此，需要有防止 变压吸附型氧浓缩器的装置停止时的噪音、振动的技术。
上述课题通过氧浓缩装置得到解决，所述变压吸附型氧浓缩装置 具备填充了与氧相比能够选择性地吸附氮的吸附剂的多个吸附筒、对 该吸附筒供给加压空气的压缩机、用于依次切换该压缩机和各吸附筒 间的流路、在规定时机反复对各吸附筒供给加压空气排出浓缩氧的吸 附步骤、将各吸附筒减压再生吸附剂的解吸步骤的流路切换设备，其 特征在于，具有进行在装置停止时使该吸附筒的内压为常压的该流路 切换设备的切换控制的停止控制设备，是接收装置停止指令信号后在 该吸附筒内压在规定压以下的时间点进行停止驱动该压缩机的控制的 设备。
另外，可以通过下述设备解决还具备具有连通加压侧吸附筒和 真空解吸侧吸附筒的产品端彼此的均压阀的均压流路，该停止控制设 备基于装置停止指令信号打开该均压阀，在开放均压阀的状态下进行 停止驱动该压缩机的控制的设备；或基于装置停止指令信号，连通加 压侧吸附筒和压缩机的真空管路、真空解吸侧吸附筒和压缩机加压管 路地进行该流路切换设备的切换控制，实施切换控制的同时或在之后 进行停止驱动该压缩机的控制的设备。
具体而言，其特征在于，该停止控制设备是在该吸附筒内压为最
大压力值的50%以下的时间点进行停止驱动该压缩机的控制的设备， 特别适用一种氧浓缩装置，其特征在于，该吸附筒为2个吸附筒，该 压缩机是具备对该吸附筒供给加压空气的同时进行真空减压的功能的 压缩机，具备用于依次切换该压缩机和各吸附筒间的流路、在规定时 机反复进行对各吸附筒供给加压空气排出浓缩氧的吸附步骤、将各吸附筒真空减压再生吸附剂的解吸步骤的流路切换设备。
使用图1记载的氧浓缩装置说明上述实施方案。在VPSA型氧浓 缩装置中， 一个吸附筒105a进行加压吸附步骤时，另一个吸附筒105b 进行真空解吸步骤，以彼此为反相的形式依次切换吸附步骤、解吸步 骤，连续地生成氧。
装置停止时，使该吸附筒105a、 105b的内压为常压，所以进行流 路转换阀104a、 104b的切换控制的控制设备401在接收到装置停止指 令信号后，进行在吸附筒内压为规定压力以下的时间点停止驱动压缩 机103的控制。即，进行控制，以使不仅在吸附解吸步骤刚结束后的 压力差大的时间点、而且在规定时间后的吸附筒间的压力差少的时间 点停止压缩机，由此实现停止时的静稳化、抑制振动。
具体而言，使用具有将加压侧吸附筒105a和真空解吸侧吸附筒 105b的产品端彼此连通的均压阀102的均压流路，停止控制设备401 基于装置停止指令信号，打开均压阀102,在使用一部分产品气体进行 吹扫解吸侧吸附筒105b的均压吹扫步骤的状态下停止驱动压缩机。通 过打开均压阀102，〗吏加压侧吸附筒105a为最大压力的50%以下，在 该状态下停止压缩机，由此残压也被自动释放，可以在静稳状态下停 止装置。
另外，控制设备401基于装置停止指令信号，连通加压侧吸附筒 105a和压缩机103的真空管路、真空解吸侧吸附筒105b和压缩机加压 管路地进行流路转换阀104a、 104b的切换控制，在进行吸附步骤和解 吸步骤的切换控制的同时或之后进行停止驱动该压缩机的控制，由此 可以在大气压附近停止压缩机，可以实现装置停止时的静稳化、减振 化。
下面进一步说明停止氧浓缩装置时的注意事项。通常停止VPSA 型氧浓缩装置停止时，必须多加留意停止中的吸附剂劣化及再起动时 的早期运转稳定化等。特别是存在如下问题现有装置并未考虑在装 置运转停止时排出吸附床、压缩机、配管等中的水分，残留在运转停 止后的吸附床内的水分导致吸附剂吸湿劣化、使压缩机、转换阀等发 生结露、生锈等。也考虑在排气步骤结束后停止、将水分排出的方法， 但此时一个筒的水分被排出，而在另一个筒内蓄积水分。为了用来自 产品罐的产品气体进行吹扫，用在吸附床和产品罐间设置的止回阀无法应对，必须另行设置电磁阀。因此，防止装置停止后的吸附床或转 换阀等发生吸湿、结露的技术是重要的。
上述课题通过氧浓缩装置得到解决，是具备填充了与氧相比能够 选择性地吸附氮的吸附剂的多个吸附筒、具有对该吸附筒供给加压空 气的同时进行真空减压的功能的压缩机、用于依次切换该压缩机和各 吸附筒间的流路、在规定时机反复进行对各吸附筒供给加压空气排出 浓缩氧的吸附步骤、将各吸附筒真空减压再生吸附剂的解吸步骤的流 路切换设备的变压吸附型氧浓缩装置，其特征在于，具备在装置停止 时进行使该吸附筒的内压为常压的该流路切换设备的切换控制的停止 控制设备。
另外，其特征在于，该停止控制设备是基于压缩机的停止信号连 通加压侧吸附筒和压缩机的真空管路、真空解吸侧吸附筒和压缩机加
压管路地进行该流路切换设备的切换控制的设备，特别是作为实施方 案提出一种氧浓缩装置，其特征在于，该停止控制设备是基于压缩机 的停止信号连通加压侧吸附筒和压缩机的真空管路、真空解吸侧吸附 筒和压缩才几加压管路地实施该流路切换设备的切换控制后，进一 步连 通该加压侧吸附筒和压缩才几的加压管路、该真空解吸侧吸附筒和压缩 机真空管路地进行该流路切换设备的切换控制的设备。
作为优选方案，考虑一种氧浓缩装置，其特征在于，还具备具有 将加压侧吸附筒和真空解吸侧吸附筒的产品端彼此连通的均压阀的均
压流路，该停止控制设备是在该均压阀开启的状态下进行停止驱动该 压缩机的控制的设备，该吸附筒是2个吸附筒，该流路切换设备由切 换吸附筒和压缩机的加压管路或真空管路的三通阀构成，且电源停止 时，该吸附筒和该压缩机的真空管路连接。
上述氧浓缩装置中，通过使VPSA型氧浓缩装置的加压吸附步骤 侧和真空解吸步骤侧双方的吸附床在大气压状态下停止，能够抑制装 置停止时装置的气体移动，特别是能够防止高湿度的外部空气流入真 空侧吸附床。另外，能够将伴随装置停止后的装置温度降低发生的加 压空气结露、减压排气至加压空气的大气压的问题防患于未然。
进而，通过使切换2筒吸附床和压缩机的加压/真空的三通阀采 用在电源停止时吸附筒双方均连通在压缩机的真空管路侧的连接形 式，能够将若干吸附床残留的残压经由密封不严的压缩机的真空管路侧板阀释放出来，能够将装置内维持在常压。
使用图1中记载的氧浓缩装置说明上述实施方案。VPSA型氧浓缩 装置中， 一个吸附筒105a进行加压吸附步骤时，另一个吸附筒105b 进行真空解吸步骤，以彼此为反相的形式依次切换吸附步骤、解吸步 骤，连续生成氧。如果能够在吸附床105a、 105b的压力分别为0 (大 气压)的时间点停止压缩机103,则能够将吸附筒内压停止在大气压， 但现实情况是压缩机103即使接收到停止信号，压缩机也会因惯性而 驱动一段时间，难以进行使两筒停止在大气压状态的控制。从有效率 地将两筒恢复至大气压方面考虑，装置停止信号本身优选进行控制， 不是在吸附解吸步骤刚结束后的压力差大的时间点、而是在规定时间 后的吸附筒间的压力差小的时间点停止压缩机。另外，从压缩机停止 时的静稳化、抑制振动方面考虑也是优选的。
也有在装置停止后使吸附床的压力对大气开放的方法，但为VPSA 装置时，排气管路连接在压缩机103的真空管路上，所以在压缩机停 止的同时排气也停止。
在本发明的装置中，装置停止时使该吸附筒的内压为常压，所以 基于压缩机103的停止信号，进行切换流路转换阀105a， 105b的控制， 以使连接在加压侧吸附筒105a和压缩才几加压管路、真空解吸侧吸附筒 105b和压缩机真空管路上的流;洛转换阀104a、 104b,与加压侧吸附筒 和压缩才几的真空管路、真空解吸侧吸附筒和压缩才几加压管路连通。由 此，利用靠惯性运转的压缩机，进行加压侧吸附筒的减压、真空侧吸 附筒的加压。通过上述操作，利用吸附筒的常压实现均压，但有时也 残留残压，进而再次切换流路转换阀，连通加压侧吸附筒和压缩机的 加压管路、真空解吸侧吸附筒和压缩机真空管路，由此将残压释放。
具备将加压侧吸附筒和真空解吸侧吸附筒的产品端彼此连通的均 压阀102，通常在吸附解吸步骤进行均压步骤或产品吹扫步骤。本发明 中，停止控制设备401在均压阀开启的状态下同时进行停止驱动压缩 机的控制，不仅能够在原料端均压，而且进行吸附筒的产品端彼此的 均压。
如图1所示，使用2个吸附筒，作为流路切换设备使用切换吸附 筒和压缩机的加压管路或真空管路的三通阀构成流路时，优选将流路 设定成在电源停止时连接吸附筒和压缩机的真空管路。通过将电源停止时正常开启的流路与吸附筒和压缩机的真空管路连接，即使吸附床 在加压状态下停止，也可以经由密封不严的压缩机的真空管路侧板阀 将所受的残压释放出来，能够将装置内维持在常压。
发明的效果
本发明的氧浓缩装置使用原有传感器探测供给氧气的脉动，基于 探测结果控制氧生成量，由此可以将氧生成所需的压缩机供给的风量 抑制在最低限度，能够实现压缩机的小型化、装置的电力消耗降低、 静音化等要求氧浓缩装置具有的用于满足患者适应性的各种二次效果。
另外，针对随电力消耗降低的起动时压缩机的负荷转矩升高，经 由均压阀，将加压侧吸附筒、解吸侧吸附筒连通，加压空气没有被用 于加压吸附筒内压，直接流向排气侧，进行上述控制，能够在基本上 没有压力负荷的状态下起动压缩机。因此，起动时起动电流不会变大， 有助于降低起动时的冲流。另外，起动时初期从加压侧吸附筒的产品 端生成的、包含杂质的低氧浓度气体经由均压阀回收在解吸步骤侧吸
附筒内，由此能够防止低浓度氧气流到产品罐侧，可以将90%的高浓
度氧气尽早供给于使用者。
进而，通过进行在吸附筒内压为规定压力、特别是为最大吸附筒
压的50%以下的时间点停止驱动压缩机的控制，能够抑制压缩机的停 止噪音及振动。因此，能够实现基于装置停止指令信号开启该均压阀、 在开放均压阀的加压吹扫步骤的状态下停止驱动压缩机，或在连通加 压侧吸附筒和压缩才几的真空管^各、真空解吸侧吸附筒和压缩才几加压管 路地进行该流路切换设备的切换控制的同时或之后停止驱动压缩机。
权利要求
1.一种氧浓缩装置，其具备填充了与氧相比能够选择性地吸附氮的吸附剂的吸附床，向该吸附床供给空气的压缩机，用于在一定时机反复进行向该吸附床供给来自该压缩机的空气排出浓缩氧的吸附步骤、将该吸附床减压再生吸附剂的解吸步骤的流路切换阀，测定生成的浓缩氧的供给流量的流量测定设备；其特征在于，具备检测供给氧的脉动的脉动探测设备，具备基于该探测结果控制该压缩机的空气供给量的控制设备。
2. 权利要求1所述的氧浓缩装置，其特征在于，具备设定该生成的浓缩氧的供给流量的流量设定设备，该控制设备是基于流量设定设备的设定值控制该压缩机的空气供给量的设备。
3. 权利要求1或2所述的氧浓缩装置，其特征在于，该脉动检测设备是具备测定供给的浓缩氧的峰流量和/或底流量的功能的该流量测定设备，该控制设备是在每规定时间的该峰流量值或该底流量值超过预先设定的阈值范围时进行增减该压缩机的空气供给量的控制的设备。
4. 权利要求3所述的氧浓缩装置，其特征在于，该脉动检测设备是用该流量测定设备探测的峰流量值或该底流量值相对于设定流量值超过±5 %的范围时判断产生脉动电流，为了增加该压缩机的空气供给量而提高马达转数的控制的设备。
5. 权利要求3或4所述的氧浓缩装置，其特征在于，该脉动检测设备是探测变压吸附法的吸附解吸的1次序中的流量峰值(Lp)和流量底值(Lb)、与演算的规定阈值进行比较的设备。
6. 权利要求3所述的氧浓缩装置，其特征在于，该脉动检测设备基于用(流量峰值(Lp)-流量底值(Lb) )/流量设定值表示的流量变动率与规定阈值进行比较的设备。
7. 权利要求1或2所述的氧浓缩装置，其特征在于，该脉动检测设备是测定供给氧浓缩气体的压力的压力传感器。
8. —种氧浓缩方法，是在一定时机反复进行向填充了与氧相比能够选择性地吸附氮的吸附剂的吸附床供给加压空气排出氧浓缩气体的吸附步骤、将该吸附床减压再生吸附剂的解吸步骤，由此生成氧浓缩气体的变压吸附型氧浓缩方法，其特征在于，具备基于该生成的氧浓缩气体的供给流量的设定值控制该加压空气的供给量的步骤1、检测该氧浓缩气体的脉动的步骤2、基于该脉动的探测结果控制该加压空气的供给量的步骤3。
9. 权利要求8所述的氧浓缩方法，其特征在于，检测该氧浓缩气体的脉动的步骤2是测定供给的氧浓缩气体的峰流量和/或底流量，探测每规定时间的该峰流量值或该底流量值是否在预先设定的阔值范围内的步骤，超过该阈值范围时进行增减该加压空气的供给量的控制。
10. 权利要求9所述的氧浓缩方法，其特征在于，该峰流量值或该底流量值相对于设定流量值超过± 5 %的范围时判断产生脉动电流，进行增加该加压空气的供给量的控制。
11. 权利要求9或10所述的氧浓缩方法，其特征在于，检测该氧浓缩气体的脉动的步骤2探测变压吸附法的吸附解吸的1次序的流量峰值(Lp)和流量底值(Lb),与演算的规定阈值进行比较。
12. 权利要求9或10所述的氧浓缩方法，其特征在于，检测该氧浓缩气体的脉动的步骤2基于用(流量峰值(Lp)-流量底值(Lb))/流量设定值表示的流量变动率，与规定阈值进行比较。
13. 权利要求8所述的氧浓缩方法，其特征在于，检测该氧浓缩气体的脉动的步骤2为测定供给的氧浓缩气体的峰压力和/或底压力，探内的步骤,
全文摘要
本发明涉及一种氧浓缩装置，是具备填充了与氧相比能够选择性地吸附氮的吸附剂的吸附床、向该吸附床供给空气的压缩机、用于在一定时机反复进行向该吸附床供给来自该压缩机的空气排出浓缩氧的吸附步骤、将该吸附床减压再生吸附剂的解吸步骤的流路切换阀、测定生成的浓缩氧的供给流量的流量测定设备的变压吸附型氧浓缩装置，其特征在于，具备检测供给氧的脉动的脉动探测设备，具备基于该探测结果控制该压缩机的空气供给量的控制设备，着眼于因抑制生成氧量而发生的产品流量变化，单独使用流量传感器进行生成量的反馈控制，由此能够实现满足小型、低电力消耗、安静等二次性能的装置。
文档编号A61M16/10GK101678189SQ20088001508
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月2日 优先权日2007年5月7日
发明者切明久 申请人:帝人制药株式会社