酸素濃縮装置用酸素タンクユニット

【課題】酸素タンク本体回りの構成を単純化しユニット化できる酸素濃縮装置用酸素タンクユニットを提供する。
【解決手段】交互に圧縮空気の供給を受ける一対の窒素吸着容器に接続される単一の酸素タンク本体５１と、この酸素タンク本体と一対の窒素吸着容器との間に介在させた、該窒素吸着容器から酸素タンク本体への気体流を許し、その逆の気体流を許さない逆止弁６０と、上記酸素タンク本体に接続される、酸素出口を有する減圧弁７０とを有する酸素濃縮装置において、逆止弁を備えた一対の窒素吸着容器接続筒体６０と減圧弁７０の少なくとも一方を、酸素タンク本体壁面に直接取り付けて酸素濃縮装置用酸素タンクユニット５０とした構成とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用の酸素濃縮装置に用いる酸素タンクユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用の酸素濃縮装置として、空気から窒素を選択的に吸着する吸着材（一般的にゼオライト）を用いることで酸素を生成する酸素濃縮装置が実用化されている。
【０００３】
図１０は、このような酸素濃縮装置１０の一般的な配管系統図を示している。コンプレッサ１１で圧縮された圧縮空気は、管路１２、１３、１４及び加圧切替弁（電磁開閉弁）１５、１６を介して一対の窒素吸着容器１７、１８の入口に供給される。窒素吸着容器１７、１８の出口は、管路１９、２０、２１及び逆止弁２２、２３を介して単一の酸素タンク２４に接続されており、酸素タンク２４は、管路２５、減圧弁（レギュレータ）２６を介して空気出口２７に接続されている。窒素吸着容器１７、１８にはその内部に空気中の窒素を選択的に吸着する窒素吸着材として例えばゼオライト（粉末ないし粒体）が充填されている。逆止弁２２、２３は、窒素吸着容器１７、１８から酸素タンク２４への気体（空気）流を許し、その逆の気体流を許さない一方向弁である。
【０００４】
管路１３と１４には、加圧切替弁１５と１６の下流側（窒素吸着容器１７と１８の入口側）にそれぞれ、管路３１、３２が接続されており、この管路３１、３２にはそれぞれ減圧切替弁（電磁開閉弁）３３、３４が設けられている。減圧切替弁３３、３４の出口側は、管路３５で合流して排気マフラ３６に接続されている。
【０００５】
管路１９と２０は、逆止弁２２と２３の上流側（窒素吸着容器１７と１８の出口側）において、管路３７によって接続されており、この管路３７に、絞り弁（オリフィス）３８、３９で挟まれたパージ弁４０が配置されている。
【０００６】
以上の酸素濃縮装置１０は、加圧切替弁１５、１６、減圧切替弁３３、３４及びパージ弁４０が図１１に示すタイムチャートのように開閉制御される。すなわち、加圧切替弁１５（１６）が開くとき、加圧切替弁１６（１５）は閉じており、開弁後一定時間が経過してから減圧切替弁３４（３３）が閉じる。加圧切替弁１５（１６）が開くとき加圧切替弁１６（１５）は閉じているため、コンプレッサ１１からの圧縮空気は窒素吸着容器１７（１８）のみに送られ、窒素吸着容器１７（１８）内の吸着材に空気中の窒素が吸着され、高い濃度の酸素が管路１９（２０）に送られる。管路１９（２０）内の圧力が所定値を超えると、逆止弁２２（２３）が開いて酸素タンク２４内に高濃度酸素が貯留される。
【０００７】
一方、加圧切替弁１５（１６）の開弁後一定時間が経過すると、減圧切替弁３４（３３）が開き、さらに減圧切替弁３４（３３）が開弁後一定時間が経過すると、パージ弁４０が開く。このため、圧力が低かった側の窒素吸着容器１８（１７）には、高圧側の高濃度酸素が上流側から供給され、窒素吸着容器１８（１７）に逆流する。従って、窒素吸着容器１８（１７）内の吸着材に吸着されていた窒素が高濃度空気とともに管路３２（３１）に放出され、放出された窒素を含む気体が、管路３５及び排気マフラ３６を介して排気される。
【０００８】
酸素タンク２４に貯留された高濃度酸素は、減圧弁（レギュレータ）２６で減圧された後、空気出口２７から患者に供給される。すなわち、酸素タンク２４内の圧力は、窒素吸着容器１７と１８から交互に高圧の高濃度酸素が供給される結果大きく変動するため、減圧弁２６により、その圧力変動を減少させた高濃度酸素を患者に供給する。以上が酸素濃縮装置１０の動作原理である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実用新案登録第３１４０８４４号公報
【特許文献２】特開２００８-２６４０６４号公報
【特許文献３】特表２００８-５１５５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上の動作原理で作動する酸素濃縮装置１０は、コンプレッサ１１、加圧切替弁１５、１６、減圧切替弁３３、３４、逆止弁２２、２３、パージ弁４０、酸素タンク２４、減圧弁２６等を接続するための多くの管路を要し、その結果、装置全体の大型化、組立コストの増大を招いていた。
【００１１】
本発明は、以上の動作原理の酸素濃縮装置１０のうち、特に酸素タンク２４回りの構成に着目し、酸素タンク２４、逆止弁２２、２３及び減圧弁２６回りの構成を単純化しユニット化できる酸素濃縮装置用酸素タンクユニットを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、交互に圧縮空気の供給を受ける一対の窒素吸着容器に接続される単一の酸素タンク本体と；この酸素タンク本体と一対の窒素吸着容器との間に介在させた、該窒素吸着容器から酸素タンク本体への気体流を許しその逆の気体流を許さない逆止弁と；上記酸素タンク本体に接続される、酸素出口を有する減圧弁と；を有する酸素濃縮装置において、上記逆止弁を備えた一対の窒素吸着容器接続筒体と減圧弁の少なくとも一方を、酸素タンク本体壁面に直接取り付けて酸素濃縮装置用酸素タンクユニットとしたことを特徴としている。
【００１３】
本発明の一態様では、酸素タンク本体の減圧弁の出口にはバクテリアフィルタユニットをさらに接続することができる。
【００１４】
酸素タンク本体には、さらに酸素圧力センサ、酸素濃度センサの少なくとも一方を設けることができる。
【００１５】
酸素濃度センサは、減圧弁の出口側に設けることが好ましい。
【００１６】
逆止弁を備えた一対の窒素吸着容器接続筒体は、例えば、酸素タンク本体壁面の段付貫通孔部分に挿入された逆止弁ユニットと、この逆止弁ユニット上に同軸に重ねられて固定される窒素吸着容器接続パイプとで構成することができる。
【００１７】
減圧弁は、本発明の一態様では、上記酸素タンク本体の貫通孔に連通する１次圧力導入通路と、２次圧力取出通路と、該１次圧力導入通路と２次圧力取出通路との間に配置された主弁を有し、酸素タンク本体の壁面に固定されるメインハウジング；及びこのメインハウジングに結合され、該メインハウジングとの間に作動ダイヤフラム組立体を支持して上記２次圧力取出通路と連通する２次圧力室を形成するサブハウジング；を有し、上記作動ダイヤフラム組立体と主弁とが２次圧力室の圧力変動に応じて該主弁を開閉するように連動している。
【００１８】
この減圧弁のメインハウジングには、一態様では、その２次圧力取出通路に連通するバクテリアフィルタユニットのロアハウジングを固定し、このロアハウジングに、該ロアハウジングとの間にバクテリアフィルタを挟着したアッパハウジングを固定することができる。
【００１９】
減圧弁のメインハウジングは、一態様では、酸素タンク本体にバヨネット爪を介して着脱可能に支持することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、一対の窒素吸着容器を用いる酸素濃縮装置において、逆止弁を備えた一対の窒素吸着容器接続筒体と減圧弁の少なくとも一方を、酸素タンク本体壁面に直接取り付けたので、酸素タンク本体、逆止弁及び減圧弁回りの構成を単純化しユニット化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】酸素濃縮装置に用いる本発明による酸素タンクユニットの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】同側面図である。
【図３】図２のIII-III線に沿う断面図である。
【図４】図３のIV部拡大図である。
【図５】図４部分の分解斜視図である。
【図６】図３のVI部拡大図である。
【図７】図６部分の分解斜視図である
【図８】本発明による酸素タンクユニットの回路図である。
【図９】本発明による酸素タンクユニットの別の実施形態を示す、要部の分解斜視図である
【図１０】本発明が前提とする酸素濃縮装置の回路図である。
【図１１】図１０の酸素濃縮装置の各弁の開閉タイミングを示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１ないし図８は、本発明による酸素濃縮装置用酸素タンクユニット５０の第一の実施形態を示している。図１ないし図３に示すように、酸素濃縮装置用酸素タンクユニット５０は、合成樹脂製の酸素タンク本体５１を有する。酸素タンク本体５１は、半体５２と５３を有し、それぞれの接続フランジ５２ｈと５３ｈを固定ボルト５４で結合して密閉空間を構成している。
【００２３】
タンク半体５２は、互いに平行で高さの異なる高端壁５２Ａと低端壁５２Ｂを有しており、高端壁５２Ａには一対の逆止弁内蔵筒体（窒素吸着容器接続筒体）６０が該高端壁５２Ａに直交させて固定され、低端壁５２Ｂには減圧弁（レギュレータ）７０が固定されている。
【００２４】
図４、図５は、逆止弁内蔵筒体（窒素吸着容器接続筒体）６０の詳細構造を示している。高端壁５２Ａには、一対の逆止弁内蔵筒体６０に対応させて、一対の段付貫通孔５５が形成されている。この段付貫通孔５５は、小径段部５６及び大径段部５７を有する。逆止弁内蔵筒体６０は、段付貫通孔５５の小径段部５６にＯリング６１を介して気密に挿入される逆止弁ユニット６２と、大径段部５７にＯリング６３を介して気密に挿入される窒素吸着容器接続パイプ６４を有している。逆止弁ユニット６２は、平面円形の弁座６２ａと弁体６２ｂからなっており、弁座６２ａには、その中心部に弁体保持孔６２ｃが形成され、周辺部に複数の貫通孔６２ｄが形成されている。弁体６２ｂは、弁体保持孔６２ｃに挿入保持される軸部６２ｆと、常時は貫通孔６２ｄを閉塞する弁部６２ｇを有している。弁体６２ｂは、その弁部６２ｇが酸素タンク本体５１内の圧力では貫通孔６２ｄを閉じ、酸素タンク本体５１の外からの圧力で変形して貫通孔６２ｄを開く方向に弁体保持孔６２ｃに装着されている。窒素吸着容器接続パイプ６４には、その下端部に、大径段部５７に挿入される大径フランジ６４ａが形成されている。
【００２５】
一対の逆止弁内蔵筒体６０は同一構造であり、この一対の逆止弁内蔵筒体６０が単一の固定板６５によってタンク半体５２の高端壁５２Ａに固定されている。すなわち、固定板６５には、一対の窒素吸着容器接続パイプ６４に対応する一対の貫通孔６５ａが穿けられていて、この一対の貫通孔６５ａに一対の窒素吸着容器接続パイプ６４を挿入した状態で、固定ねじ６６により、固定板６５が高端壁５２Ａに固定されている。固定板６５は、大径フランジ６４ａを介して逆止弁ユニット６２を段付貫通孔５５の小径段部５６に押圧固定する。タンク半体５２の高端壁５２Ａの内面には、固定ねじ６６を螺合固定するねじ座５２Ｃ（図３、図４）が形成されている。
【００２６】
図６、図７は、減圧弁７０の詳細構造を示している。タンク半体５２の低端壁５２Ｂには、貫通孔５８が形成されている。減圧弁７０は、メインハウジング７１とサブハウジング７２を有しており、メインハウジング７１は、固定ねじ７３（図７）を介して低端壁５２Ｂに固定されている。低端壁５２Ｂの内面には、固定ねじ７３を螺合固定するねじ座５２Ｃ（図３、図６）が形成されている。
【００２７】
メインハウジング７１は、Ｏリング７９を介して貫通孔５８に直接連通する１次圧力導入通路７１ａと２次圧力取出通路（酸素出口）７１ｂを有しており、１次圧力導入通路７１ａと２次圧力取出通路７１ｂを連通させる連通路に、主弁７４が設けられている。主弁７４は閉弁ばね７４ａによって常時は１次圧力導入通路７１ａと２次圧力取出通路７１ｂの連通を断つ弁である。
【００２８】
サブハウジング７２は、メインハウジング７１との間に作動ダイヤフラム組立体７５を挟着して２次圧力室７２ａを画成している。２次圧力室７２ａは、連通路７１ｃを介して２次圧力取出通路７１ｂと連通している。作動ダイヤフラム組立体７５は、ダイヤフラム７５ａと、ダイヤフラム７５ａの中心部に固定した作動ピストン７５ｂを有しており、作動ピストン７５ｂは、２次圧力室７２ａ（２次圧力取出通路７１ｂ）の圧力変動に応じて主弁７４を開閉するように連係している。すなわち、２次圧力取出通路７１ｂ内の圧力が下がると、作動ダイヤフラム組立体７５は主弁７４側に移動して閉弁ばね７４ａの力に抗して主弁７４を開弁方向に移動させ、２次圧力取出通路７１ｂ内の圧力が上がると逆に主弁７４から離反して、主弁７４を閉弁させる。この動作が２次圧力取出通路７１ｂの圧力変動に応じて繰り返される結果、２次圧力取出通路７１ｂに取り出される圧力がほぼ一定に保たれる。２次圧力取出通路７１ｂの取出圧力は、調圧ねじ７６を回動させて、作動ダイヤフラム組立体７５に及ぼされる調圧ばね７７の力を調節することで調整できる。
【００２９】
減圧弁７０のメインハウジング７１には、２次圧力取出通路７１ｂに連通させてバクテリアフィルタユニット８０が固定されている。バクテリアフィルタユニット８０は、ロアハウジング８１とアッパハウジング８２の間に、バクテリアフィルタ８３を挟着支持したもので、ロアハウジング８１に、２次圧力取出通路７１ｂと連通する気体導入口８４が形成され、アッパハウジング８２にバクテリアフィルタ８３を通過した気体（酸素）を取り出す気体取出口（酸素出口）８５が固定されている。このバクテリアフィルタユニット８０は、気体導入口８４の入口と２次圧力取出通路７１ｂの出口との間にＯリング８８を挟着して気密を保持した状態で、ロアハウジング８１を固定ねじ８６を介して、減圧弁７０のメインハウジング７１に固定し、メインハウジング７１に固定したロアハウジング８１上に、バクテリアフィルタ８３を挟着したアッパハウジング８２を固定ねじ８７で固定している。メインハウジング７１には、固定ねじ８６を螺合させるねじ座７１ｄ（図７）が形成されている。バクテリアフィルタ８３は、通過する酸素に含まれるバクテリアなどの不純物を除去する周知のフィルタで、一定時間使用すると交換される。
【００３０】
図８は、その高端壁５２Ａと低端壁５２Ｂに逆止弁内蔵筒体６０と減圧弁７０（及びバクテリアフィルタユニット８０）を固定した酸素濃縮装置用酸素タンクユニット５０の回路図である。一対の窒素吸着容器接続パイプ６４は、図１０で説明した窒素吸着容器１７と１８に適宜な管路手段で接続され、気体取出口８５からの酸素は、柔軟な供給チューブ及び吸引器を介して使用者（患者）の口（鼻）に与えられる。図８に示すように、減圧弁７０の出口より下流には、酸素濃度センサ９０を設け、酸素タンク本体５１には酸素圧力センサ９１を設けることが好ましい。これらのセンサからの出力は、制御回路に入力される。
【００３１】
図９は、本発明の酸素タンクユニット５０の別の実施形態を示している。この実施形態は、タンク半体５２の低端壁５２Ｂに装着する減圧弁７０をバヨネット式とした実施形態である。低端壁５２Ｂに形成した大径の貫通孔５８Ｂの内周部分には、複数のバヨネット爪５９が突出形成されており、減圧弁７０のメインハウジング７１には、この貫通孔５８Ｂに嵌まる筒状部７１Ｘ及びバヨネット爪５９に係脱するバヨネット爪７１Ｙが形成されている。バヨネット爪５９とバヨネット爪７１Ｙは、一眼レフカメラの交換レンズ等でよく知られているように、筒状部７１Ｘを貫通孔５８Ｂに挿入した状態で相対回転させると、係脱する。筒状部７１Ｘには、図６の１次圧力導入通路７１ａに相当する、貫通孔５８Ｂと連通する１次圧力導入通路が開口しており、この１次圧力導入通路と貫通孔５８Ｂとが大径Ｏリング７９Ｂを介して気密に接続される。減圧弁７０内の基本構成は、図６の減圧弁７０の構成と同様である。
【００３２】
以上の実施形態では、酸素タンク本体５１に、一対の逆止弁内蔵筒体（窒素吸着容器接続筒体）６０と減圧弁７０の双方を直接取り付けたが、いずれか一方のみを直接取り付けても一定の構成の簡素化の効果を得ることができる。また、以上の実施形態では、減圧弁７０のメインハウジング７１に、バクテリアフィルタユニット８０を固定したが、バクテリアフィルタユニット８０は省略する態様（減圧弁７０の２次圧力取出通路７１ｂを直接空気出口とする態様）も可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０酸素濃縮装置
１１コンプレッサ
１２１３１４１９２０２１２５３１３２３５管路
１５１６加圧切替弁
１７１８窒素吸着容器
２２２３逆止弁
２４酸素タンク
２６減圧弁（レギュレータ）
３３３４減圧切替弁
３６排気マフラ
３７管路
３８３９絞り弁（オリフィス）
４０パージ弁
５０酸素濃縮装置用酸素タンクユニット
５１酸素タンク本体
５２５３タンク半体
５２Ａ高端壁
５２Ｂ低端壁
５２Ｃねじ座
５４固定ボルト
５５段付貫通孔
５６小径段部
５７大径段部
５８５８Ｂ貫通孔
５９バヨネット爪
６０逆止弁内蔵筒体（窒素吸着容器接続筒体）
６２逆止弁ユニット
６２ａ弁座
６２ｂ弁体
６２ｃ弁体保持孔
６２ｄ貫通孔
６３Ｏリング
６４窒素吸着容器接続パイプ
６５固定板
６５ａ貫通孔
６６固定ねじ
７０減圧弁
７１メインハウジング
７１ａ１次圧力導入通路
７１ｂ２次圧力取出通路（酸素出口）
７１ｄねじ座
７１Ｘ筒状部
７１Ｙバヨネット爪
７２サブハウジング
７２ａ２次圧力室
７３固定ねじ
７４主弁
７５作動ダイヤフラム組立体
８０バクテリアフィルタユニット
８１ロアハウジング
８２アッパハウジング
８３バクテリアフィルタ
８４気体導入口
８５気体取出口（酸素出口）
９０酸素濃度センサ
９１酸素圧力センサ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互に圧縮空気の供給を受ける一対の窒素吸着容器に接続される単一の酸素タンク本体と；
この酸素タンク本体と一対の窒素吸着容器との間に介在させた、該窒素吸着容器から酸素タンク本体への気体流を許しその逆の気体流を許さない逆止弁と；
上記酸素タンク本体に接続される、酸素出口を有する減圧弁と；
を有する酸素濃縮装置において、
上記逆止弁を備えた一対の窒素吸着容器接続筒体と減圧弁の少なくとも一方を、酸素タンク本体壁面に直接取り付けたことを特徴とする酸素濃縮装置用酸素タンクユニット。
【請求項２】
請求項１記載の酸素濃縮装置用酸素タンクユニットにおいて、上記酸素タンク本体の減圧弁の出口にはバクテリアフィルタユニットがさらに接続されている酸素濃縮装置用酸素タンクユニット。
【請求項３】
請求項１または２記載の酸素濃縮装置用酸素タンクユニットにおいて、上記酸素タンク本体には、さらに酸素圧力センサ、酸素濃度センサの少なくとも一方が設けられている酸素濃縮装置用酸素タンクユニット。
【請求項４】
請求項３記載の酸素濃縮装置用酸素タンクユニットにおいて、上記酸素濃度センサは、減圧弁の出口側に設けられている酸素濃縮装置用酸素タンクユニット。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の酸素濃縮装置用酸素タンクユニットにおいて、上記逆止弁を備えた一対の窒素吸着容器接続筒体は、上記酸素タンク本体壁面の段付貫通孔部分に挿入された逆止弁ユニットと、この逆止弁ユニット上に同軸に重ねられて固定される窒素吸着容器接続パイプとを備えている酸素濃縮装置用酸素タンクユニット。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載の酸素濃縮装置用酸素タンクユニットにおいて、上記減圧弁は、
上記酸素タンク本体の貫通孔に連通する１次圧力導入通路と、２次圧力取出通路と、該１次圧力導入通路と２次圧力取出通路との間に配置された主弁を有し、酸素タンク本体の壁面に固定されるメインハウジング；及び
このメインハウジングに結合され、該メインハウジングとの間に作動ダイヤフラム組立体を支持して上記２次圧力取出通路と連通する２次圧力室を形成するサブハウジング；
を有し、上記作動ダイヤフラム組立体と主弁とが２次圧力室の圧力変動に応じて該主弁を開閉するように連動している酸素濃縮装置用酸素タンクユニット。
【請求項７】
請求項６記載の酸素濃縮装置用酸素タンクユニットにおいて、上記メインハウジングには、上記２次圧力取出通路に連通するバクテリアフィルタユニットのロアハウジングが固定されており、このロアハウジングに、該ロアハウジングとの間にバクテリアフィルタを挟着したアッパハウジングが固定されている酸素濃縮装置用酸素タンクユニット。
【請求項８】
請求項６または７記載の酸素濃縮装置用酸素タンクユニットにおいて、上記メインハウジングは、酸素タンク本体にバヨネット爪を介して着脱可能に支持されている酸素濃縮装置用酸素タンクユニット。

【図１】