氧浓缩装置的制作方法

本发明涉及向呼吸道疾病患者等的使用者提供氧浓缩空气的医疗用氧浓缩装置，涉及均压节流部，该均压节流部消除在借助压力变动吸附法生成氧气时尤其成为问题的、均压路的流动方向的差异导致的流路压力损失差。

背景技术：

近年来，因哮喘、肺气肿病、慢性支气管炎等呼吸系统器官的疾病而痛苦的患者有增加的趋势，作为其治疗法，最有效的方法之一为氧吸入疗法。所述氧吸入疗法是使患者吸入氧气或者富氧化空气的方法。作为其氧供给源，已知有氧浓缩装置、液氧、氧气罐等，由于使用时的便利程度和保养管理的容易程度，在家庭氧疗法中，主流地使用氧浓缩装置。

氧浓缩装置是将空气中存在的约21%的氧浓缩而向使用者供给的装置，其中有使用选择性地透过氧气的膜的膜式氧浓缩装置、使用能优先地吸附氮或者氧的吸附材料的压力变动吸附型氧浓缩装置，从能获得90%以上的高浓度的氧这点看，压力变动吸附型氧浓缩装置成为主流。

压力变动吸附型氧浓缩装置通过交替地反复进行吸附工序和解吸工序，能连续地生成高浓度氧气，所述吸附工序是下述工序：向多个吸附筒供给由压缩机压缩后的空气，从而在加压条件下令其吸附氮并获得未吸附的氧浓缩气体，在所述吸附筒中作为与氧相比选择性地吸附氮的吸附材料而填充有5a型或13x型、li-x型等的沸石分子筛，所述解吸工序是下述工序：将前述吸附筒内的压力降低到大气压或者其以下，使被吸附于吸附材料的氮解吸并进行清扫，从而进行吸附材料的再生。在这些吸附工序、解吸工序之外还并用清扫工序和均压工序，从而能生成更高浓度的氧气，所述清扫工序是将来自吸附工序侧吸附筒的高浓度的氧向解吸工序侧吸附筒导入的工序，所述均压工序是使吸附工序结束的吸附筒和解吸工序结束的吸附筒连通而使吸附筒间的压力均压而回收压力能量的工序。

通过具备填充有与氧相比选择性地吸附氮的吸附剂的多个吸附筒、向该吸附筒供给原料空气的压缩机、流路切换机构，能在压力变动吸附型氧浓缩装置中使该氧浓度提高，所述流路切换机构用于依次切换该压缩机以及各吸附筒间的流路，以既定的时机反复进行下述工序的：吸附工序，向各吸附筒供给加压空气并取出浓缩氧气；解吸工序，将各吸附筒减压，使吸附剂再生；均压工序，使各吸附筒连通；清扫工序，将来自吸附工序侧吸附筒的高浓度的氧导入解吸工序侧吸附筒。

现有技术文献：日本特开2008-214151号公报。

在使多个吸附筒间相连的流路中具备对工序的切换时机进行控制的电磁阀和用于控制流量的节流部，以既定时机使气体在吸附筒间流通，从而进行清扫工序以及均压工序。此时，要求在多个吸附筒间流动的气体的流量与流动方向无关而为相同程度。但是，因为前述流路（以下称为均压路）所具备的电磁阀具有方向性，压力损失的值根据气体流动的方向而不同，所以即使从压缩机向吸附筒供给的空气量在多个吸附筒间相同，在吸附筒间流动的流量也根据流动方向而不同。在均压路中，为了调节流量而具备节流部，而构成该节流部的节流板、节流构造体自身也具有方向性，所述节流构造体将节流板包含于构成要素中且兼具与配管连接的连接部，具有根据均压路的流动方向而压力损失的值不同、流动气体流量根据方向而不同的构造。

技术实现要素：

本发明提供一种氧浓缩装置，其通过对在氧浓缩装置上搭载的节流部和配管的压力损失差进行调整，使由与电磁阀组合时的气体的流动方向的差异导致的压力损失差降低，在清扫工序和均压工序时，使通过均压路而在吸附筒间流动的气体流量差降低。

本发明的发明人们提出了以下发明作为前述问题的解决方法。

1.一种氧浓缩装置，生成氧浓缩气体，所述氧浓缩装置具备：吸附筒，填充有与氧相比优先地吸附氮的吸附材料；压缩机，向该吸附筒供给加压空气；流路切换阀，为了以一定时机反复进行吸附工序、解吸工序、均压工序而切换该压缩机和该吸附筒、该吸附筒和将解吸气体向系统外进行排气的排气管之间的流路，所述吸附工序是向该吸附筒供给加压空气并将加压空气中的氮吸附而生成未吸附的氧的工序，所述解吸工序是将该吸附筒减压清扫并解吸氮、使吸附材料再生的工序，所述均压工序是将吸附工序结束后的吸附筒和解吸工序结束后的吸附筒彼此连接、使两筒均压的工序；均压阀，配备于使该吸附筒间相连的均压路，所述氧浓缩装置的特征在于，

在该均压阀的至少一端侧，具备压力控制部件，所述压力控制部件根据流动方向而具有压力损失的差，使得在该均压路中流动的气体的一方的流动的压力损失与反方向的流动的压力损失相同。

2.如上述1所述的氧浓缩装置，该压力控制部件是根据流动方向而具有压损差的节流构造体或者配管部件。

3.如上述1或2所述的氧浓缩装置，在该均压阀的两端具备节流构造体，所述节流构造体具有圆筒部件，所述圆筒部件具备与均压阀侧连接的节流板以及配管连接部，由下述构造体的组合构成：该均压阀的入口侧的节流构造体的节流板的圆筒部件侧具备令节流部为凹部的圆锥形状的锥形部位，均压阀的出口侧的节流构造体的节流板的圆筒部件侧为平面形状部件。

4.如上述1至3中任意一项所述的氧浓缩装置，在该均压路中流动的气体的一方的流动的压力损失与反方向的流动的压力损失的差为5kpa以下。

若根据本发明，则能够提供下述氧浓缩器，其能在清扫工序、均压工序时与流动方向无关地将设置于多个吸附筒间的均压路中流动的气体流量维持在相同程度，能稳定地连续生成高浓度的氧。

附图说明

图1示出作为本发明的实施方式例的压力变动吸附型氧浓缩装置的概略结构图。

图2示出均压阀单体的压力损失差。

图3示出节流构造体的概略形状。

图4示出节流构造体的剖视图概略形状。

图5示出均压阀构造体的剖视图概略形状。

图6示出具备同一节流部的均压路的压力损失差。

图7示出具备不同形状的节流部的均压路的压力损失差。

图8示出作为均压阀的直动式提升阀的剖视概略图。

具体实施方式

用附图说明本发明的结构。

图1是对作为本发明的一实施方式的压力变动吸附型氧浓缩装置进行例示的概略装置结构图。在该图1中，1示出氧浓缩装置，3示出吸入被加湿的富氧化空气的使用者（患者）。压力变动吸附型氧浓缩装置1具备：外部空气取入过滤器101、吸气消音器102、压缩机103、流路切换阀104、吸附筒105、均压阀106、节流部107、逆止阀108、产品罐109、调压阀110、流量设定机构111、颗粒过滤器112。由此，能制造由从外部取入的原料空气浓缩了氧气的富氧化空气。另外，在氧浓缩装置的壳体内，内置有：加湿器201，用于加湿生成的富氧化空气；控制机构401，使用前述流量设定机构111的设定值和氧气浓度传感器301、流量传感器302、压力传感器303的测定值，对压缩机和流路切换阀进行控制；压缩机箱501，用于对压缩机的噪音进行隔音；冷却风扇502，用于冷却压缩机。

首先，从外部取入的原料空气被从具备外部空气取入过滤器101、吸气消音器102的空气取入口取入，所述外部空气取入过滤器101用于除去尘埃等异物。此时，在通常的空气中，包含有约21%的氧气、约77%的氮气、0.8%的氩气、1.2%的水蒸气等其他气体。在上述装置中，仅将作为呼吸用气体所必要的氧气浓缩而取出。

该氧气的取出如下地进行，对于填充有吸附材料的吸附筒105，一边借助流路切换阀104依次切换成为对象的吸附筒一边借助压缩机103加压供给原料空气，在吸附筒内选择性地吸附除去包含于原料空气中的约77%的氮气，所述吸附材料由对原料空气与氧分子相比选择性地吸附氮分子的沸石等构成。

作为前述吸附筒，由填充有前述吸附材料的圆筒状容器形成，通常，在单筒式或图1所示的使用吸附筒a、吸附筒b的双筒式之外，还使用三筒以上的多筒式，为了连续地有效地由原料空气制造富氧化空气，优选地使用双筒以上的吸附筒。此外，作为前述压缩机103，在使用摆动型空气压缩机之外，有时还使用螺旋式、回转式、涡旋式等旋转型空气压缩机。另外，驱动该压缩机的电动机的电源既可以是交流也可以是直流。

在前述吸附筒105中未被吸附的氧气为主要成分的富氧化空气经由逆止阀108而流入产品罐109，所述逆止阀设置为使得不会向吸附筒发生逆流。

另外，为了从新导入的原料空气再次吸附氮气，需要使填充于吸附筒内的吸附材料所吸附的氮气从吸附材料解吸。为此，从借助压缩机实现的加压状态切换至借助流路切换阀实现的减压状态（例如，大气压状态或者负压状态），使被吸附的氮气解吸而使吸附材料再生。

为了回收加压能量，将刚结束吸附工序的吸附筒和刚结束解吸工序的吸附筒的产品端彼此借助均压阀106的开闭进行连接，从而使两桶的压力均衡并回收压力能量。此外，在解吸工序中，为了提高其解吸效率，可以设置清扫工序，所述清扫工序是使富氧化空气作为清扫气体从吸附工序中的吸附筒的产品端侧逆流的工序。此时，为了将经由均压阀流动的气体的流量调整成一定，在均压阀106的两端配备节流构造体107。

通常，在使氮解吸时，产生较大的气流音，因此一般使用氮排气消音器503。

由原料空气生成的富氧化空气被向产品罐109存储。被存储于该产品罐109的富氧化空气例如包含有95%的高浓度的氧气，一边被调压阀110和流量设定机构111等控制其供给流量和压力，一边被向加湿器201供给，向患者供给加湿后的富氧化空气。前述加湿器能够使用：借助具有水分透过膜的水分透过膜模块从外部空气取入水分而向干燥状态的富氧化空气供给的无供水式加湿器、使用水的起泡式加湿器、或者表面蒸发式加湿器。

另外，通过检测流量设定机构111的设定值、借助控制机构401控制压缩机的电动机的旋转速度而控制向吸附筒的供给风量。在设定流量为低流量的情况下，能够通过降低旋转速度来抑制生成氧气量并且实现消耗电力的降低。

在双筒式的情况下，在清扫工序以及均压工序时，通过打开均压阀106而使气体从吸附筒a向吸附筒b或者从吸附筒b向吸附筒a流通。在均压阀106与吸附筒a以及均压阀与吸附筒b之间，为了调整流量具备节流部。

对于对均压流路的开闭进行控制的均压阀106，多用如图8所示的小型的直动式提升阀，所述均压流路对双筒式的氧浓缩装置的吸附筒间的压力进行调整。如图8-2所示，阀部的流路构造在气体流路的入口侧和出口侧不同，均压阀106的从入口侧向出口侧流动的流路与从出口侧向入口侧流动的流路的构造不对称。因此，在以均压阀的入口侧成为吸附筒a侧、均压阀的出口侧成为吸附筒b侧的方式安装均压阀时，如图2所示，根据流动方向，压力损失的值不同。通常，所述电磁阀以在朝向一方向流动的气体流路的开闭控制中使用为前提而制作，在使气体在电磁阀的正反两方向上流通时，压力损失差产生差异，即使在电磁阀的两端作用相同的压力，根据在均压路中流动的气体流动方向，气体流量仍会产生差异。

如图2所示，在以氧浓缩装置的均压路的最大流速使气体在均压阀流通的情况下，在将从吸附筒a向吸附筒b流通时的压力损失差设成100%时，从吸附筒b向吸附筒a流通时的压力损失差为152%，从吸附筒a向吸附筒b流通时压力损失较小。因此，在借助压力变动吸附法切换吸附筒间的压力、连续生成氧气时，具有下述特征，即使对各个吸附筒由压缩机供给同量的原料空气而在吸附筒间产生相同的压力差，与从吸附筒b向吸附筒a的方向相比，从吸附筒a向吸附筒b的方向时的气体更容易流动，单位时间的气体流量不同。因此，采取在均压阀的两端设置节流部、对流动的气体流量进行控制的对策。

均压阀的两端所具备的节流构造体例如形成如图3所示的节流构造体，其呈圆筒状的外观，一端是具备节流部的节流板，另一端具备与配管连接的连接部位，内部由圆筒状的部件构成。节流构造体优选地压入均压阀与吸附筒间的配管内，但均压阀与节流构造体的连接也可以是下述构造：通过在节流部侧的端部外表面配备螺纹槽而能够进行连接，配管连接部位具备快换接头等连接部位。

节流构造体具有下述构造：具备以图4所示的截面形状示出的、在圆板中央具备圆筒状的节流部的节流板（图4-1）、具有以圆板中央的节流部为中心的圆锥状的凹部的节流板（图4-2），由于节流部的前后处的配管径和形状、节流部自身的形状的差异等、节流构造体的形状也不对称这些情况，根据气体流动的方向的差异而产生压力损失差。

在图4-1的节流构造体的情况下，根据节流部前后的口径差的差异，从a向b方向的压力损失比反方向大，因此在a-b间存在相同的压力差时，使气体从b向a流通时与反向地流通相比流量更大。图4-2的节流构造体同样也不对称，所以产生压力损失差，使气体从d向c的方向流通时与从c向d的方向流通相比流量更大。在比较两者时，与从图4-1的节流部的b向a的方向流通时相比，在图4-2的节流构造体中使气体从d向c的方向流通的压力损失变小，流动更多的流量。

若将同一节流构造体安装于均压阀两端，则不能抵消由流动方向导致的节流部处的压损差，结果上看不能解除均压阀的压损差。例如，在将图4-2的节流构造体使用于均压阀两端时，不能抵消电磁阀的流量的差，因此在搭载于图1所示的氧浓缩装置的均压阀106以及节流部107时的压力损失差如图6所示，相对于从吸附筒a向吸附筒b流动时的压力损失100%，从吸附筒b向吸附筒a流动时的压力损失为102.1%，氧的供给仍为由于气体的流动方向而流量不同的状态。由于安装了节流部而在均压路流通其流动的最大流速时的压力损失绝对性地变高，引起氧浓度的下降、氧浓度不稳定化。使压损差成为零对于生成氧浓度的上升、供给氧浓度的稳定化是重要的。

与同一形状的节流部相比，对不同形状的节流部进行组合时能将由节流部的组合导致的压损差的偏差控制成较小。为了将生成的产品气体的氧浓度控制成90%以上，优选均压阀构造体的压损差控制成5kpa以内，为了维持在93%以上，优选控制成1kpa以下，如果可能，优选控制成接近零。

在本发明的氧浓缩装置的实施方式例中，将图4-1、图4-2那样的不同形状的节流构造体如图5所示分别配备于电磁阀的端处，以朝向均压阀的不容易流动的方向节流部的流动容易的方式配置节流部的方向，从而成为在节流构造体流动的气体方向的压力损失差能抵消均压阀的压力损失差的结构。

如图7所示，关于由在均压路中流动的方向导致的压力损失的差，相对于从吸附筒a向吸附筒b流动时的压力损失100%，从吸附筒b向吸附筒a时为99.4%，即成为降低至1%以下的同等水平的设计，从吸附筒a向吸附筒b流通时在从吸附筒b向吸附筒a流通时，流动有相同量的流量。

在上述实施方式例中，例示了下述氧浓缩装置，其在均压阀的至少一端侧作为因流动方向而具有压力损失的差的压力控制部件而配备节流构造体，使得在均压路中流动的气体的一方的流动的压力损失与反方向的流动的压力损失变成相同，但只要能控制压损差，也可以是由均压路等的配管部件的配管形状的差异来实现的控制。

【均压阀构造体的压损差与氧浓度的关系】

关于在均压阀106的两端配备节流部107的均压阀构造体，准备四个水平的由于均压路的流动方向而具有不同的压损差的均压阀构造体，以正方向以及反方向组装于图1记载的氧浓缩装置的均压路，对于具有合计8个水平的压损差的装置，对被作为产品气体生成的氧浓缩气体的氧浓度进行测定。

表1

均压阀构造体的由流动方向导致的压力损失相同、即压损差为零时，产品气体的氧浓度变成最大，通过选择节流部使得压损差为比5kpa更小，能维持90%以上的氧浓度。

产业上的可利用性

在本发明的氧浓缩装置中，通过对节流构造体与均压阀进行组合而设定成消除吸附筒间的压力损失差，具备降低流量差的均压路，从而能实现稳定的氧生成。

附图标记说明

1氧浓缩装置，3使用者（患者），701电源插头，101hepa过滤器，102吸气消音器，103压缩机，104流路切换阀，105吸附筒，106均压阀，107节流部，108逆止阀，109产品罐，110调压阀，111流量设定机构，112颗粒过滤器，201加湿器，301氧浓缩传感器，302流量传感器，303压力传感器，401控制机构，501压缩机箱，502冷却风扇，503排气消音器，801套筒，802线圈，803柱塞，804阀体，805阀座。