專利名稱：氧濃縮裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用氮比氧先吸附的吸附劑的變壓吸附型氧濃縮裝 置，特別涉及對慢性呼吸系統疾病患者等進行的吸氧療法中使用的醫 療用氧濃縮裝置。
背景技術：
近年來，被哮喘、肺氣腫、慢性支氣管炎等呼吸系統器官疾病折 磨的患者有增加的傾向，但作為其治療方法，最有效的方法之一為吸 氧療法。所述吸氧療法是指使患者吸入氧氣或富氧空氣的方法。作為 其供給源，已知氧濃縮裝置、液氧、氧氣瓶等，但從使用時的便利性 或維修管理的容易性方面考慮，在家庭氧療法中使用氧濃縮裝置成為主流。
氧濃縮裝置是高濃度地濃縮空氣中存在的約2 1%的氧供給使用 者的裝置。上述裝置有使用選擇性地透過氧的高分子膜的膜式氧濃縮 裝置，使用與氧相比可以優先吸附氮的吸附劑的變壓吸附型氧濃縮裝 置，電化學分離空氣中包含的氧進行供給的裝置等。因為能夠收率良 好地得到90%以上的高濃度氧，所以市場上主要采用變壓吸附型氧濃 縮裝置。
變壓吸附型氧濃縮裝置是使用填充了 5A型、13X型、Li-X型、 MD-X型等分子篩沸石作為與氧相比選擇性地吸附氮的吸附劑的吸附 床，從壓縮機向吸附床供給壓縮空氣，由此在加壓條件下吸附氮，將 未吸附的氧作為氧濃縮氣體排出的裝置。上述裝置通常具有2個以上 吸附床，邊依次轉換邊進行在一個吸附床中使氮吸附在吸附劑上生成 未吸附的氧的吸附步驟和使另一個吸附床減壓排出吸附的氮進行再生 的解吸再生步驟，由此能夠連續地生成氧。
變壓吸附法有將解吸步驟的壓力降至大氣壓的PSA (Pressure Swing Adsorption,變壓吸附)法、為了提高吸附劑的再生效率使用壓 縮才幾將吸附筒減至真空壓力的 VPS A ( Vacuum Pressure Swing Adsorption,真空變壓吸附)法，均被用作醫療用氧濃縮裝置中的氧濃縮方法。
上述氧濃縮裝置通常作為對慢性呼吸系統疾病患者的吸氧療法不 僅用于醫院而且用于患者家。因此，不僅要求始終以一定流量且穩定 地供給規定濃度的氧濃縮氣體的氧濃縮裝置的主性能，而且考慮到低 電力消耗、安靜、小型化等對裝置的使用者的便利性的機器二次性能 的要求也增大。
氧濃縮裝置的結構要素零件中，壓縮機消耗裝置整體電力消耗的 大部分，同時在殼體內也占據一定的容積，而且也是產生噪音的主體。 為了實現上述裝置的二次性能的要求，必須將使用的壓縮機小型化。 但是，因為壓縮機的小型化伴隨壓縮機的供給風量或壓縮性能降低， 所以有用于維持氧濃縮裝置的吸附解吸性能的余地減少的缺點。
在特開平11-207128號公報中，作為實現氧濃縮裝置的低電力消耗 化、實現高氧收率的手段，記載了下述裝置，該裝置根據設定氧流量 控制壓縮機的轉數，控制原料空氣的供給量，控制轉換閥的開關來控 制吸附步驟、解吸步驟的轉換時機，由此以最佳的加壓時間供給空氣 的裝置。
另外，在特開2001-259341號公報中，記載了具有基于生成的氧濃 縮氣體的氧濃度和設定氧流量反相控制壓縮機的轉數、抑制低流量時 的電力消耗的功能的裝置。
作為縮短吸附步驟時的吸附筒的升壓時間、在早期提高吸附效率 的裝置，在特開平6-31129號公報中公開了增加吸附步驟時的規定時間 壓縮機驅動馬達的轉數、此外控制為通常轉數的氣體分離裝置。
發明內容
氧濃縮裝置為了應對氧的設定流量轉換時的供給流量的變化，具 備暫時存儲在吸附床的下游側生成的濃縮氧的產品罐。由此使其具有 對應供給流量變化的緩沖功能，同時，進一步進行用壓力傳感器檢測 產品罐內壓力的變化、達到規定壓力以下時提高壓縮機的轉數、增加 氧生成量等反饋控制。
如果將生成氧量抑制在必要最低限度度，則可以降低壓縮機的所 需供給風量，能夠將電力消耗小的小型壓縮機搭載在氧濃縮裝置上。 產品罐本身也可以相應地小型化。另一方面，對于供給氧流量的設定變更、溫度或氣壓等裝置使用環境的變化，連維持裝置的1次性能的 余地都沒有。針對上述問題，如果通過搭載氧濃度傳感器或流量傳感 器、壓力傳感器等各種探測手段應對變化，則新探測手段或控制機構 的搭載導致裝置大型化、成本增加。
本發明解決上述課題，著眼于因抑制生成氧量導致的產品流量變 化、單獨使用流量傳感器進行生成量的反饋控制，由此能夠得到滿足 小型、低電力消耗、安靜之類二次性能的裝置。
本發明提供一種氧濃縮裝置，是具備以下部分的變壓吸附型氧濃
縮裝置填充了與氧相比能夠選擇性地吸附氮的吸附劑的吸附床，向 該吸附床供給空氣的壓縮機，用于在規定時機反復進行向該吸附床供 給來自該壓縮機的空氣排出濃縮氧的吸附步驟、將該吸附床減壓再生 吸附劑的解吸步驟的流路切換閥，測定生成的濃縮氧的供給流量的流 量測定設備，其特征在于，具備檢測供給氧的脈動的脈動探測設備， 具備基于該探測結果控制該壓縮機的空氣供給量的控制設備。
另外，本發明提供一種氧濃縮裝置，其特征在于，上述脈動檢測 設備是具備測定供給的濃縮氧的峰流量及/底流量的功能的該流量測 定設備，該控制設備是每規定時間的該峰流量值或該底流量值超過預 先設定的閾值范圍時進行增減該壓縮機的空氣供給量的控制的設備。 本發明提供一種氧濃縮方法，是通過在規定時機反復進行向填充 了與氧相比能夠選擇性地吸附氮的吸附劑的吸附床供給加壓空氣排出 氧濃縮氣體的吸附步驟、將該吸附床減壓再生吸附劑的解吸步驟，由 此生成氧濃縮氣體的變壓吸附型氧濃縮方法，其特征在于，具備以下 步驟基于該生成的氧濃縮氣體的供給流量的設定值，控制該加壓空 氣的供給量的步驟l，檢測該氧濃縮氣體的脈動的步驟2,基于該脈動 的探測結果控制該加壓空氣的供給量的步驟3。
本發明提供一種氧濃縮方法，其特征在于，檢測上述氧濃縮氣體 的脈動的步驟2是測定供給的氧濃縮氣體的峰流量和/或底流量，探測 每規定時間的該峰流量值或該底流量值是否在預先設定的閾值范圍內 的步驟，超過該閾值范圍時進行增減該加壓空氣的供給量的控制；其 特征在于，該峰流量值或該底流量值相對于設定流量值超過± 5 %的范
圍時判斷產生脈動電流，比較變壓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)的探測結果和規定閾值，特別是基于用(流量峰值(Lp)-流量底值(Lb) ) /流量^:定
值表示的流量變動率，與規定閾值進行比較，超過該閾值范圍時進行 增減該加壓空氣的供給量的控制。該氧濃縮氣體的脈動不僅可以通過 供給的氧濃縮氣體的流量值測定，通過壓力值也可以同樣地測定。
圖1表示本發明的氧濃縮裝置的實施方案例VPSA型變壓吸附型 氧濃縮裝置的模式圖。
圖2表示本發明的氧濃縮裝置的其他實施方案例PSA型變壓吸附 型氧濃縮裝置的模式圖。
具體實施例方式
使用以下
本發明的氧濃縮裝置的實施方案例。圖1是列 舉作為本發明的一個實施方案的雙筒式VPSA型變壓吸附型氧濃縮裝 置的簡要裝置構成圖。
在圖1中，l表示氧濃縮裝置，3表示吸入被加濕的氧濃縮氣體的 使用者(患者)。變壓吸附型的氧濃縮裝置1具備外部空氣導入過濾 器101，具有壓縮及真空功能的壓縮機103，作為流路轉換閥的三通電 /磁閥104a、 104b，吸附筒105a、 105b,止回閥106a、 106b,產品罐107, 調壓閥108,流量設定設備109，過濾器IIO。由此可以^^外部導入的 原料空氣中分離氧，制造濃縮的氧濃縮氣體。
首先，從外部導入的原料空氣被從具備用于除去塵埃等異物的外 部空氣導入過濾器101的空氣導入口導入裝置的殼體內。此時，在通 常的空氣中，包含約21%的氧、約77%的氮、0.8%的氬、1.2%的水 蒸氣和其他氣體。上述裝置是從空氣中濃縮作為呼吸用氣體所需的氧 氣進行排出的裝置。
為了排出上述氧濃縮氣體，作為吸附床使用與氧分子相比選擇性 地吸附氮分子的吸附劑。具體而言，可以使用5A型或13X型、Li-X 型、或MD-X型等分子篩沸石作為氮吸附劑。邊利用轉換閥104a、 104b 依次切換作為對象的吸附筒105a、 105b，邊將原料空氣用壓縮機103 加壓供給于上述填充了沸石類吸附劑的吸附筒105a或吸附筒105b,在 吸附筒內，于加壓條件下選擇性地吸附除去原料空氣中包含的約77%的氮氣。
上述吸附筒105a、 105b由填充了上述吸附劑的圓筒狀容器形成， 通常，根據吸附筒的使用根數，有單筒式、雙筒式或使用3筒以上的 吸附筒的多筒式氧濃縮裝置，為了連續且有效率地由原料空氣制造氧 濃縮氣體，優選使用圖1中記載的雙筒式或多筒式吸附筒。
另外，在上述壓縮機103中，作為具有壓縮功能及真空功能的壓 縮機使用雙頭式搖動型空氣壓縮機，此外有時使用螺旋式、旋轉式、 渦旋式等旋轉型空氣壓縮機。另外，驅動上述壓縮機103的電動才幾的 電源可以為交流，也可以為直流。
在上述吸附筒105中，以未吸附在沸石吸附劑上的氧氣為主成分 的氧濃縮氣體經由為防止氣體逆流回吸附筒105而設置的止回閥106a、 106b流入產品罐107。
填充在吸附筒內的沸石吸附劑為了從新導入的原料空氣中再次吸 附氮氣，必須將暫時吸附的氮分子從吸附劑中解吸除去。為此，從利 用壓縮機103實現的加壓狀態，利用三通電磁閥(轉換閥)104a、 104b 連接在壓縮機103的真空管路上，切換成真空減壓狀態，使吸附的氮 氣解吸，再生吸附劑。進而，在上述解吸步驟，為了提高其解吸效率， 也可以經由均壓閥102，從吸附步驟中的吸附筒的產品端側將氧濃縮氣 體的一部分作為吹掃氣體逆流回解吸步驟中的吸附筒。
由此由原料空氣制造氧濃縮氣體，儲存在產品罐107內。儲存在 上述產品罐107內的氧濃縮氣體含有例如95%的高濃度氧氣，由調壓 閥108或流量設定設備109等控制其壓力及供給流量，供給于加濕器 201,將被加濕的氧濃縮氣體供給于患者。
上述加濕器201可以使用利用具有水分透過膜的水分透過膜組件 從外部空氣導入水分供給于干燥狀態的氧濃縮氣體中的無給水式中空 絲加濕器、使用水的起泡式加濕器或表面蒸發式水加濕器。
VPSA型氧濃縮裝置中， 一個吸附筒105a進行加壓吸附步驟時， 另一個吸附筒105b進行真空解吸步驟，以分別反相(逆位相)的形式 依次切換吸附步驟、解吸步驟，連續地生成氧。
只要能夠維持從吸附筒生成的氧量，使產品罐107的壓力充分大 于將調壓閥]08的出口側壓力維持一定所需的壓力，就可以由流量設 定設備109供給穩定流量的氧。考慮了氧濃縮裝置的電力消耗的降低或安靜、小型化等對裝置的 使用者的便利性的機器的二次性能取決于使用的壓縮機的類型或其運 轉控制方法。
作為其中的 一 個方法，有控制壓縮機的供給風量使在吸附床中生 成的氧生成量為必要最低限度的方法，由此能夠抑制電力消耗。同時 也使得裝置安靜或使用的壓縮機小型化。如果基于由流量設定設備109
決定的氧濃縮氣體的設定流量利用控制設備401控制氧生成量，則更
有效率。
為了實現上述目的，控制生成氧量，使產品罐內壓力略高于將調 壓閥的出口側壓力維持一定所需的壓力，對應每個流量值控制氧生成 量時，如果通過改變流量設定值暫時增大氧排出量，則氧生成量的反 饋控制未隨動，產品罐內壓力暫時下降，產生供給的氧氣的脈動電流。
為了防止上述事態，考慮通過經常性監控產品罐107的壓力控制氧生 成量的方法，為了測量產品罐內壓力必須重新設置壓力傳感器。
本發明的氧濃縮裝置的特征在于，具備檢測供給氧的脈動的脈動 探測設備，具備根據有無脈動控制壓縮機的空氣供給量的控制設備。 脈動檢測設備是具有測定供給的濃縮氧的峰流量及底流量的功能的流 量傳感器302，每規定時間的峰流量值或底流量值超過預先設定的閾值 范圍時，利用控制設備401進行增減該壓縮機103的空氣供給量的控 制。例如峰流量值或底流量值相對于設定流量值超過±5 %的范圍時判 斷產生脈動電流，為了增加壓縮機的空氣供給量進行提高馬達轉數的 控制。
流量傳感器302使用電磁式、機械式、超聲波式、熱式等各種流 量傳感器。超聲波式流量傳感器也可以同時測定氧濃度。生成氧的壓 力在每個吸附解吸次序發生改變，所以脈動電流的檢測通過探測、演 算變壓吸附法的1個吸附解吸次序中的流量峰值(Lp)和流量底值(Lb) 來進行。與規定閾值的比較除以絕對值進行比較外，也可以用流量變 動率((Lp-Lb) /流量設定值)進行管理。
脈動的探測除上述流量傳感器302外，在調壓閥下游側具備壓力 傳感器301時也可以通過探測變壓來探測脈動。
由此使用已有的傳感器探測供給氧氣的脈動，基于探測結果控制 氧生成量，由此可以將氧生成所需的壓縮機供給的風量抑制在最低限度，能夠實現用于滿足壓縮機的小型化、裝置的電力消耗降低、靜音 化等要求氧濃縮裝置具有的患者適應性的各種二次效果。
壓縮機的小型化減少壓縮機的壓縮性能或真空性能的機械余力， 容易受使用環境溫度的影響。氧濃縮裝置起動時，與穩定運轉時相比， 由于施加在壓縮機壓縮部的壓力負荷、摩擦阻力等，驅動壓縮機的馬 達上施有負荷。靜態負荷阻力的大小根據氧濃縮裝置的使用環境不同 大幅變動，特別是冬季有時發生在低溫環境下壓縮機不起動的事態。 作為原因，認為起動時所需的轉矩變大，驅動馬達的起動電流變大， 轉矩不足，根據情況發生裝置不起動的事態。
抑制上述氧濃縮裝置起動時的壓縮機負荷的方法可以通過氧濃縮
裝置實現，所述氧濃縮裝置是具備填充了與氧相比能夠選擇性地吸 附氮的吸附劑的多個吸附筒，對該吸附筒供給加壓空氣的壓縮機，具 備依次切換該壓縮機和各吸附筒間的流路、在^見定時才幾反復進行對各 吸附筒供給加壓空氣排出濃縮氧的吸附步驟，將各吸附筒減壓再生吸 附劑的解吸步驟的流路切換設備的變壓吸附型氧濃縮裝置，其特征在 于，具備具有在該吸附筒的下游側使吸附筒間壓力均等的均壓閥的均 壓流路，并且具備該壓縮機起動時在開啟該均壓閥的狀態下起動的起 動控制設備。
更詳細而言，可以通過氧濃縮裝置實現，所述氧濃縮裝置的特征 在于，吸附筒是2個吸附筒，該流路切換設備是切換各吸附筒和壓縮 機、排氣管的電磁閥，該起動控制設備是在該壓縮機起動時經由該電 磁閥使壓縮機和吸附步驟側吸附筒連通規定時間、同時開啟均壓閥經 由電磁閥連通解吸步驟側吸附筒和排氣管地進行該均壓閥及該電i茲閥 的開關控制的設備，特別是其特征在于該流路切換設備為三通電磁閥， 上述起動控制設備是使該壓縮機起動時的轉數比穩定狀態低地以低轉 數起動壓縮機的控制設備。
圖2是列舉雙筒式PSA型變壓吸附型氧濃縮裝置的簡要裝置構成 圖。在解吸步驟中的排氣的通路在圖1所示VPSA型氧濃縮裝置中經 由壓縮機103的真空排氣管路，而在圖2的PSA型氧濃縮裝置中連接 在大氣開放管路上，除此之外，裝置構成相同。因此，將加壓狀態的 吸附筒105通過三通電磁閥(轉換閥)104a、 104b減壓至大氣壓狀態， 使吸附的氮氣解吸，使吸附劑再生。進而，在該解吸步驟中，為了提高其解吸效率，可以經由均壓閥102從吸附步驟中的吸附筒的產品端 側使氧濃縮氣體作為吹掃氣體逆流。
因為變壓吸附法中使用的吸附劑依賴于壓力，所以在氧濃縮裝置 的起動初期吸附筒的壓力沒有充分上升的期間氣體從產品端被精制， 所以起動初期的生成氣體的氧濃度與穩定狀態的9 0 ~ 9 5 %的高濃度氧 濃縮氣體相比為低值，結果，產品罐107中的氣體交換完成、氧濃度 達到穩定狀態需要花費時間。本發明的裝置起動時，配合壓縮機(壓 縮機)103的起動，由控制設備401進行打開吸附筒105的下游側(產 品端側)的均壓閥102的控制，例如作為吸附步驟對吸附筒105a供給
的產品端回收。通常，吸附筒105a在數秒內升壓，所以隨后關閉均壓 閥102,開始通常的吸附步驟，例如90%的高濃度氧經由止回閥106a 儲存在生成罐內。
壓縮機起動時與穩定運轉狀態相比有負荷。特別是在冬季等低溫 狀態下起動時壓縮機的驅動轉矩上升，所以根據情況不同即使接通電 源也為壓縮機沒有起動的狀態。通常，壓縮機起動時必要轉矩增大， 驅動馬達的起動電流增大。
本發明的裝置中，在壓縮機驅動時于吸附步驟的吸附筒105a和解 吸步驟的吸附筒105b經由均壓閥102連通的狀態起動，所以對壓縮機 的壓縮部幾乎無加壓負荷，基本上為在無壓力負荷的狀態下起動，可 以不使上述沖流升至必要以上而起動。
因此，裝置起動時，控制起動的控制設備401可以使壓縮機起動 時的轉數與穩定狀態相比為低轉數進行起動。
氧濃縮裝置的控制設備401在穩定狀態下進行各種運轉控制。探 測流量設定設備109的設定值、由流量傳感器302測得的產品氣體流 量值、由氧濃度傳感器301測得的生成的氧濃縮氣體的氧濃度，由控 制設備401控制壓縮機103的電動機的轉數，由此控制對吸附筒105 的供給風量。設定流量為低流量時，降低轉數，由此抑制生成氧量， 且降低電力消耗。控制轉換閥104a、 104b、均壓閥102的切換時機， 改變吸附解吸次序時間，由此實現最佳的氧生成。
壓縮機的小型化對降低搭載壓縮機的氧濃縮裝置產生的噪音有
效。但是，其效果是穩定運轉時的效果，在裝置起動時或停止時產生大的噪音。為了降低噪音、防止振動，對醫療用氧濃縮裝置采用了各 種對策。例如，采用由往復型壓縮機改為噪音低的渦旋型、螺旋型壓 縮機，或使用盒或管道進行遮蔽的方法，在吸氣管、排氣管上設置共 振型或膨脹型消音器，或在殼體上粘貼吸聲材料的方法。穩定運轉中 的噪音降低對策如上所述，考慮壓縮機本身的改良進行殼體改良或搭 載消音器等各種方法。但是，對裝置完全沒有采用起動時或停止時的 對策。裝置起動時，通常，作為氧濃縮器的使用者的呼吸系統疾病患 者起床，裝置停止時患者處于睡眠中，看護者進行停止操作，停止時 的噪音或振動可能喚醒睡眠中的患者或周圍的人。因此，需要有防止 變壓吸附型氧濃縮器的裝置停止時的噪音、振動的技術。
上述課題通過氧濃縮裝置得到解決，所述變壓吸附型氧濃縮裝置 具備填充了與氧相比能夠選擇性地吸附氮的吸附劑的多個吸附筒、對 該吸附筒供給加壓空氣的壓縮機、用于依次切換該壓縮機和各吸附筒 間的流路、在規定時機反復對各吸附筒供給加壓空氣排出濃縮氧的吸 附步驟、將各吸附筒減壓再生吸附劑的解吸步驟的流路切換設備，其 特征在于，具有進行在裝置停止時使該吸附筒的內壓為常壓的該流路 切換設備的切換控制的停止控制設備，是接收裝置停止指令信號后在 該吸附筒內壓在規定壓以下的時間點進行停止驅動該壓縮機的控制的 設備。
另外，可以通過下述設備解決還具備具有連通加壓側吸附筒和 真空解吸側吸附筒的產品端彼此的均壓閥的均壓流路，該停止控制設 備基于裝置停止指令信號打開該均壓閥，在開放均壓閥的狀態下進行 停止驅動該壓縮機的控制的設備；或基于裝置停止指令信號，連通加 壓側吸附筒和壓縮機的真空管路、真空解吸側吸附筒和壓縮機加壓管 路地進行該流路切換設備的切換控制，實施切換控制的同時或在之后 進行停止驅動該壓縮機的控制的設備。
具體而言，其特征在于，該停止控制設備是在該吸附筒內壓為最
大壓力值的50%以下的時間點進行停止驅動該壓縮機的控制的設備， 特別適用一種氧濃縮裝置，其特征在于，該吸附筒為2個吸附筒，該 壓縮機是具備對該吸附筒供給加壓空氣的同時進行真空減壓的功能的 壓縮機，具備用于依次切換該壓縮機和各吸附筒間的流路、在規定時 機反復進行對各吸附筒供給加壓空氣排出濃縮氧的吸附步驟、將各吸附筒真空減壓再生吸附劑的解吸步驟的流路切換設備。
使用圖1記載的氧濃縮裝置說明上述實施方案。在VPSA型氧濃 縮裝置中， 一個吸附筒105a進行加壓吸附步驟時，另一個吸附筒105b 進行真空解吸步驟，以彼此為反相的形式依次切換吸附步驟、解吸步 驟，連續地生成氧。
裝置停止時，使該吸附筒105a、 105b的內壓為常壓，所以進行流 路轉換閥104a、 104b的切換控制的控制設備401在接收到裝置停止指 令信號后，進行在吸附筒內壓為規定壓力以下的時間點停止驅動壓縮 機103的控制。即，進行控制，以使不僅在吸附解吸步驟剛結束后的 壓力差大的時間點、而且在規定時間后的吸附筒間的壓力差少的時間 點停止壓縮機，由此實現停止時的靜穩化、抑制振動。
具體而言，使用具有將加壓側吸附筒105a和真空解吸側吸附筒 105b的產品端彼此連通的均壓閥102的均壓流路，停止控制設備401 基于裝置停止指令信號，打開均壓閥102,在使用一部分產品氣體進行 吹掃解吸側吸附筒105b的均壓吹掃步驟的狀態下停止驅動壓縮機。通 過打開均壓閥102，〗吏加壓側吸附筒105a為最大壓力的50%以下，在 該狀態下停止壓縮機，由此殘壓也被自動釋放，可以在靜穩狀態下停 止裝置。
另外，控制設備401基于裝置停止指令信號，連通加壓側吸附筒 105a和壓縮機103的真空管路、真空解吸側吸附筒105b和壓縮機加壓 管路地進行流路轉換閥104a、 104b的切換控制，在進行吸附步驟和解 吸步驟的切換控制的同時或之后進行停止驅動該壓縮機的控制，由此 可以在大氣壓附近停止壓縮機，可以實現裝置停止時的靜穩化、減振 化。
下面進一步說明停止氧濃縮裝置時的注意事項。通常停止VPSA 型氧濃縮裝置停止時，必須多加留意停止中的吸附劑劣化及再起動時 的早期運轉穩定化等。特別是存在如下問題現有裝置并未考慮在裝 置運轉停止時排出吸附床、壓縮機、配管等中的水分，殘留在運轉停 止后的吸附床內的水分導致吸附劑吸濕劣化、使壓縮機、轉換閥等發 生結露、生銹等。也考慮在排氣步驟結束后停止、將水分排出的方法， 但此時一個筒的水分被排出，而在另一個筒內蓄積水分。為了用來自 產品罐的產品氣體進行吹掃，用在吸附床和產品罐間設置的止回閥無法應對，必須另行設置電磁閥。因此，防止裝置停止后的吸附床或轉 換閥等發生吸濕、結露的技術是重要的。
上述課題通過氧濃縮裝置得到解決，是具備填充了與氧相比能夠 選擇性地吸附氮的吸附劑的多個吸附筒、具有對該吸附筒供給加壓空 氣的同時進行真空減壓的功能的壓縮機、用于依次切換該壓縮機和各 吸附筒間的流路、在規定時機反復進行對各吸附筒供給加壓空氣排出 濃縮氧的吸附步驟、將各吸附筒真空減壓再生吸附劑的解吸步驟的流 路切換設備的變壓吸附型氧濃縮裝置，其特征在于，具備在裝置停止 時進行使該吸附筒的內壓為常壓的該流路切換設備的切換控制的停止 控制設備。
另外，其特征在于，該停止控制設備是基于壓縮機的停止信號連 通加壓側吸附筒和壓縮機的真空管路、真空解吸側吸附筒和壓縮機加
壓管路地進行該流路切換設備的切換控制的設備，特別是作為實施方 案提出一種氧濃縮裝置，其特征在于，該停止控制設備是基于壓縮機 的停止信號連通加壓側吸附筒和壓縮機的真空管路、真空解吸側吸附 筒和壓縮才幾加壓管路地實施該流路切換設備的切換控制后，進一 步連 通該加壓側吸附筒和壓縮才幾的加壓管路、該真空解吸側吸附筒和壓縮 機真空管路地進行該流路切換設備的切換控制的設備。
作為優選方案，考慮一種氧濃縮裝置，其特征在于，還具備具有 將加壓側吸附筒和真空解吸側吸附筒的產品端彼此連通的均壓閥的均
壓流路，該停止控制設備是在該均壓閥開啟的狀態下進行停止驅動該 壓縮機的控制的設備，該吸附筒是2個吸附筒，該流路切換設備由切 換吸附筒和壓縮機的加壓管路或真空管路的三通閥構成，且電源停止 時，該吸附筒和該壓縮機的真空管路連接。
上述氧濃縮裝置中，通過使VPSA型氧濃縮裝置的加壓吸附步驟 側和真空解吸步驟側雙方的吸附床在大氣壓狀態下停止，能夠抑制裝 置停止時裝置的氣體移動，特別是能夠防止高濕度的外部空氣流入真 空側吸附床。另外，能夠將伴隨裝置停止后的裝置溫度降低發生的加 壓空氣結露、減壓排氣至加壓空氣的大氣壓的問題防患于未然。
進而，通過使切換2筒吸附床和壓縮機的加壓/真空的三通閥采 用在電源停止時吸附筒雙方均連通在壓縮機的真空管路側的連接形 式，能夠將若干吸附床殘留的殘壓經由密封不嚴的壓縮機的真空管路側板閥釋放出來，能夠將裝置內維持在常壓。
使用圖1中記載的氧濃縮裝置說明上述實施方案。VPSA型氧濃縮 裝置中， 一個吸附筒105a進行加壓吸附步驟時，另一個吸附筒105b 進行真空解吸步驟，以彼此為反相的形式依次切換吸附步驟、解吸步 驟，連續生成氧。如果能夠在吸附床105a、 105b的壓力分別為0 (大 氣壓)的時間點停止壓縮機103,則能夠將吸附筒內壓停止在大氣壓， 但現實情況是壓縮機103即使接收到停止信號，壓縮機也會因慣性而 驅動一段時間，難以進行使兩筒停止在大氣壓狀態的控制。從有效率 地將兩筒恢復至大氣壓方面考慮，裝置停止信號本身優選進行控制， 不是在吸附解吸步驟剛結束后的壓力差大的時間點、而是在規定時間 后的吸附筒間的壓力差小的時間點停止壓縮機。另外，從壓縮機停止 時的靜穩化、抑制振動方面考慮也是優選的。
也有在裝置停止后使吸附床的壓力對大氣開放的方法，但為VPSA 裝置時，排氣管路連接在壓縮機103的真空管路上，所以在壓縮機停 止的同時排氣也停止。
在本發明的裝置中，裝置停止時使該吸附筒的內壓為常壓，所以 基于壓縮機103的停止信號，進行切換流路轉換閥105a， 105b的控制， 以使連接在加壓側吸附筒105a和壓縮才幾加壓管路、真空解吸側吸附筒 105b和壓縮機真空管路上的流;洛轉換閥104a、 104b,與加壓側吸附筒 和壓縮才幾的真空管路、真空解吸側吸附筒和壓縮才幾加壓管路連通。由 此，利用靠慣性運轉的壓縮機，進行加壓側吸附筒的減壓、真空側吸 附筒的加壓。通過上述操作，利用吸附筒的常壓實現均壓，但有時也 殘留殘壓，進而再次切換流路轉換閥，連通加壓側吸附筒和壓縮機的 加壓管路、真空解吸側吸附筒和壓縮機真空管路，由此將殘壓釋放。
具備將加壓側吸附筒和真空解吸側吸附筒的產品端彼此連通的均 壓閥102，通常在吸附解吸步驟進行均壓步驟或產品吹掃步驟。本發明 中，停止控制設備401在均壓閥開啟的狀態下同時進行停止驅動壓縮 機的控制，不僅能夠在原料端均壓，而且進行吸附筒的產品端彼此的 均壓。
如圖1所示，使用2個吸附筒，作為流路切換設備使用切換吸附 筒和壓縮機的加壓管路或真空管路的三通閥構成流路時，優選將流路 設定成在電源停止時連接吸附筒和壓縮機的真空管路。通過將電源停止時正常開啟的流路與吸附筒和壓縮機的真空管路連接，即使吸附床 在加壓狀態下停止，也可以經由密封不嚴的壓縮機的真空管路側板閥 將所受的殘壓釋放出來，能夠將裝置內維持在常壓。
發明的效果
本發明的氧濃縮裝置使用原有傳感器探測供給氧氣的脈動，基于 探測結果控制氧生成量，由此可以將氧生成所需的壓縮機供給的風量 抑制在最低限度，能夠實現壓縮機的小型化、裝置的電力消耗降低、 靜音化等要求氧濃縮裝置具有的用于滿足患者適應性的各種二次效果。
另外，針對隨電力消耗降低的起動時壓縮機的負荷轉矩升高，經 由均壓閥，將加壓側吸附筒、解吸側吸附筒連通，加壓空氣沒有被用 于加壓吸附筒內壓，直接流向排氣側，進行上述控制，能夠在基本上 沒有壓力負荷的狀態下起動壓縮機。因此，起動時起動電流不會變大， 有助于降低起動時的沖流。另外，起動時初期從加壓側吸附筒的產品 端生成的、包含雜質的低氧濃度氣體經由均壓閥回收在解吸步驟側吸
附筒內，由此能夠防止低濃度氧氣流到產品罐側，可以將90%的高濃
度氧氣盡早供給于使用者。
進而，通過進行在吸附筒內壓為規定壓力、特別是為最大吸附筒
壓的50%以下的時間點停止驅動壓縮機的控制，能夠抑制壓縮機的停 止噪音及振動。因此，能夠實現基于裝置停止指令信號開啟該均壓閥、 在開放均壓閥的加壓吹掃步驟的狀態下停止驅動壓縮機，或在連通加 壓側吸附筒和壓縮才幾的真空管^各、真空解吸側吸附筒和壓縮才幾加壓管 路地進行該流路切換設備的切換控制的同時或之后停止驅動壓縮機。
權利要求
1.一種氧濃縮裝置，其具備填充了與氧相比能夠選擇性地吸附氮的吸附劑的吸附床，向該吸附床供給空氣的壓縮機，用于在一定時機反復進行向該吸附床供給來自該壓縮機的空氣排出濃縮氧的吸附步驟、將該吸附床減壓再生吸附劑的解吸步驟的流路切換閥，測定生成的濃縮氧的供給流量的流量測定設備；其特征在于，具備檢測供給氧的脈動的脈動探測設備，具備基于該探測結果控制該壓縮機的空氣供給量的控制設備。
2. 權利要求1所述的氧濃縮裝置，其特征在于，具備設定該生成的濃縮氧的供給流量的流量設定設備，該控制設備是基于流量設定設備的設定值控制該壓縮機的空氣供給量的設備。
3. 權利要求1或2所述的氧濃縮裝置，其特征在于，該脈動檢測設備是具備測定供給的濃縮氧的峰流量和/或底流量的功能的該流量測定設備，該控制設備是在每規定時間的該峰流量值或該底流量值超過預先設定的閾值范圍時進行增減該壓縮機的空氣供給量的控制的設備。
4. 權利要求3所述的氧濃縮裝置，其特征在于，該脈動檢測設備是用該流量測定設備探測的峰流量值或該底流量值相對于設定流量值超過±5 %的范圍時判斷產生脈動電流，為了增加該壓縮機的空氣供給量而提高馬達轉數的控制的設備。
5. 權利要求3或4所述的氧濃縮裝置，其特征在于，該脈動檢測設備是探測變壓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)、與演算的規定閾值進行比較的設備。
6. 權利要求3所述的氧濃縮裝置，其特征在于，該脈動檢測設備基于用(流量峰值(Lp)-流量底值(Lb) )/流量設定值表示的流量變動率與規定閾值進行比較的設備。
7. 權利要求1或2所述的氧濃縮裝置，其特征在于，該脈動檢測設備是測定供給氧濃縮氣體的壓力的壓力傳感器。
8. —種氧濃縮方法，是在一定時機反復進行向填充了與氧相比能夠選擇性地吸附氮的吸附劑的吸附床供給加壓空氣排出氧濃縮氣體的吸附步驟、將該吸附床減壓再生吸附劑的解吸步驟，由此生成氧濃縮氣體的變壓吸附型氧濃縮方法，其特征在于，具備基于該生成的氧濃縮氣體的供給流量的設定值控制該加壓空氣的供給量的步驟1、檢測該氧濃縮氣體的脈動的步驟2、基于該脈動的探測結果控制該加壓空氣的供給量的步驟3。
9. 權利要求8所述的氧濃縮方法，其特征在于，檢測該氧濃縮氣體的脈動的步驟2是測定供給的氧濃縮氣體的峰流量和/或底流量，探測每規定時間的該峰流量值或該底流量值是否在預先設定的闊值范圍內的步驟，超過該閾值范圍時進行增減該加壓空氣的供給量的控制。
10. 權利要求9所述的氧濃縮方法，其特征在于，該峰流量值或該底流量值相對于設定流量值超過± 5 %的范圍時判斷產生脈動電流，進行增加該加壓空氣的供給量的控制。
11. 權利要求9或10所述的氧濃縮方法，其特征在于，檢測該氧濃縮氣體的脈動的步驟2探測變壓吸附法的吸附解吸的1次序的流量峰值(Lp)和流量底值(Lb),與演算的規定閾值進行比較。
12. 權利要求9或10所述的氧濃縮方法，其特征在于，檢測該氧濃縮氣體的脈動的步驟2基于用(流量峰值(Lp)-流量底值(Lb))/流量設定值表示的流量變動率，與規定閾值進行比較。
13. 權利要求8所述的氧濃縮方法，其特征在于，檢測該氧濃縮氣體的脈動的步驟2為測定供給的氧濃縮氣體的峰壓力和/或底壓力，探內的步驟,
全文摘要
本發明涉及一種氧濃縮裝置，是具備填充了與氧相比能夠選擇性地吸附氮的吸附劑的吸附床、向該吸附床供給空氣的壓縮機、用于在一定時機反復進行向該吸附床供給來自該壓縮機的空氣排出濃縮氧的吸附步驟、將該吸附床減壓再生吸附劑的解吸步驟的流路切換閥、測定生成的濃縮氧的供給流量的流量測定設備的變壓吸附型氧濃縮裝置，其特征在于，具備檢測供給氧的脈動的脈動探測設備，具備基于該探測結果控制該壓縮機的空氣供給量的控制設備，著眼于因抑制生成氧量而發生的產品流量變化，單獨使用流量傳感器進行生成量的反饋控制，由此能夠實現滿足小型、低電力消耗、安靜等二次性能的裝置。
文檔編號A61M16/10GK101678189SQ20088001508
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月2日 優先權日2007年5月7日
發明者切明久 申請人:帝人制藥株式會社