特開 2024-147244 酸素濃縮装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024147244

(43)【公開日】2024-10-16

(54)【発明の名称】酸素濃縮装置

(51)【国際特許分類】

   A61M 16/10 20060101AFI20241008BHJP

【ＦＩ】

A61M16/10 B

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023060140

(22)【出願日】2023-04-03

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-07-03

(71)【出願人】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】弁理士法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】永岡 南陽

(72)【発明者】

【氏名】近藤 啓太

(72)【発明者】

【氏名】望月 理

(72)【発明者】

【氏名】山本 健太

(72)【発明者】

【氏名】中村 洋文

(72)【発明者】

【氏名】押川 丈朗

(57)【要約】

【課題】加湿チューブを用いるタイプの加湿装置を備えた酸素濃縮装置において、高濃度酸素に対する加湿量を従来に比べて増やす。
【解決手段】酸素濃縮装置Ｍは、原料空気から窒素を選択的に吸着する吸着材を有し高濃度酸素を生成する吸着筒２０と、生成した前記高濃度酸素を加湿する加湿装置３０と、を備え、加湿装置３０は、内部を通る高濃度酸素に対して外部に存在する水分を与える加湿チューブ３１からなり、１本の加湿チューブ３１を仮想の軸Ｐ回りに巻回して構成された巻回体３２を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料空気から窒素を選択的に吸着する吸着材を有し高濃度酸素を生成する吸着筒（２０）と、生成した前記高濃度酸素を加湿する加湿装置（３０）と、を備える酸素濃縮装置（Ｍ）であって、
前記加湿装置（３０）は、
内部を通る前記高濃度酸素に対して外部に存在する水分を与える加湿チューブ（３１）からなり、１本の前記加湿チューブ（３１）を仮想の軸（Ｐ）回りに巻回して構成された巻回体（３２）を備える、酸素濃縮装置（Ｍ）。

【請求項2】

前記巻回体（３２）は、
前記仮想の軸（Ｐ）を中心として渦巻き状に巻回された形態を有する、請求項１に記載の酸素濃縮装置（Ｍ）。

【請求項3】

前記巻回体（３２）は、
前記仮想の軸（Ｐ）を中心として螺旋状に巻回された形態を有する、請求項１又は請求項２に記載の酸素濃縮装置（Ｍ）。

【請求項4】

前記加湿装置（３０）は、前記巻回体（３２）を保持するホルダー（３５）をさらに備え、
前記ホルダー（３５）は、
隣接する前記加湿チューブ（３１）同士を離間させた状態で前記加湿チューブ（３１）を保持する、請求項１又は請求項２に記載の酸素濃縮装置（Ｍ）。

【請求項5】

前記巻回体（３２）は、
第１の前記巻回体（３２ａ）と、第２の前記巻回体（３２ｂ）と、を含み、
前記第１の巻回体（３２ａ）及び前記第２の巻回体（３２ｂ）が、前記仮想の軸（Ｐ）の方向について同軸状に隣接して配置される、請求項１又は請求項２に記載の酸素濃縮装置（Ｍ）。

【請求項6】

前記原料空気を前記吸着筒（２０）に供給するエアポンプ（２３）と、
前記エアポンプ（２３）に対して冷却用空気を送風する冷却ファン（２６）と、
外部から前記冷却用空気を取り込む給気口（１３，１５）を有し、前記給気口（１３，１５）から前記冷却ファン（２６）に流れる前記冷却用空気の流路を構成する筐体（１０，１２）と、をさらに備え、
前記加湿装置（３０）は、前記流路における前記冷却用空気の流れ（Ｆ１）から外れた位置に配置される、請求項１又は請求項２に記載の酸素濃縮装置（Ｍ）。

【請求項7】

前記筐体が前記冷却ファン（２６）を収容する冷却ファン用筐体（１２）を含み、
前記加湿装置（３０）は、前記冷却ファン用筐体（１２）の外部に配置される、請求項６に記載の酸素濃縮装置（Ｍ）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、酸素濃縮装置に関する。

【背景技術】

【0002】

空気中の酸素濃度よりも高濃度の酸素を含む空気（以下、高濃度酸素という）を生成してユーザに供給する酸素濃縮装置が知られている。酸素濃縮装置は、生成した高濃度酸素を加湿する加湿装置を備える。加湿装置には、水の補給タンクを有するタイプと、加湿チューブを用いるタイプが知られている。加湿チューブを用いるタイプの加湿装置は、水の補給を不要とすることができる。加湿チューブを用いるタイプの加湿装置を備えた酸素濃縮装置としては、特許文献１に開示されたものがある。

【0003】

特許文献１に開示された加湿装置は、複数の加湿チューブ（水分透過膜を形成した中空糸）を直線状に伸ばした状態で束にして使用する。前記加湿装置は、加湿チューブ内に高濃度酸素（酸素富化空気）を通すと共に、加湿チューブの束を収容したケース（水分透過膜モジュール本体）内に原料空気を流して、原料空気に含まれる水分を高濃度酸素に付与する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－２８２６５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

複数の加湿チューブを束にして使用する場合、隣接する加湿チューブに重なる（接触する）部位が生じる。前記部位は、加湿チューブの表面が空気に触れにくい。このような加湿装置は、水分の取得について、加湿チューブの表面の全体を有効に利用することができない。このため、従来の酸素濃縮装置は、加湿チューブを用いるタイプの加湿装置を備える場合、高濃度酸素に対する加湿量が不足する場合があった。

【0006】

本開示は、加湿チューブを用いるタイプの加湿装置を備えた酸素濃縮装置において、高濃度酸素に対する加湿量を従来に比べて増やすことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本開示の酸素濃縮装置は、原料空気から窒素を選択的に吸着する吸着材を有し高濃度酸素を生成する吸着筒と、生成した前記高濃度酸素を加湿する加湿装置と、を備える酸素濃縮装置であって、前記加湿装置は、内部を通る前記高濃度酸素に対して外部に存在する水分を与える加湿チューブからなり、１本の前記加湿チューブを仮想の軸回りに巻回して構成された巻回体を備える。

【0008】

本開示の酸素濃縮装置が備える加湿装置は、加湿チューブを巻回して構成した巻回体を備える。この加湿チューブの巻回体は、加湿チューブを束にして用いた場合に比べて、加湿チューブ同士の表面の重なりが少ない。このため、本開示の酸素濃縮装置が備える加湿装置は、水分の取得について有効に利用できる加湿チューブの表面積が、同じ総長の加湿チューブを束にして用いた場合に比べて多い。よって、このような構成の加湿装置は、従来の加湿装置に比べて、高濃度酸素に対する加湿能力を高めることができる。これにより、加湿チューブを用いるタイプの加湿装置を備えた酸素濃縮装置において、高濃度酸素に対する加湿量を従来に比べて増やすことができる。

【0009】

（２）本開示の前記（１）の酸素濃縮装置において、前記巻回体は、前記仮想の軸を中心として渦巻き状に巻回された形態を有すると好ましい。

【0010】

上記構成の加湿装置は、水分の取得について、加湿チューブの表面積を有効に利用することができる。これにより、高濃度酸素に対する加湿装置の加湿能力を高めることができる。

【0011】

（３）本開示の前記（１）又は（２）の酸素濃縮装置において、前記巻回体は、前記仮想の軸を中心として螺旋状に巻回された形態を有すると好ましい。

【0012】

上記構成の加湿装置は、水分の取得について、加湿チューブの表面積を有効に利用することができる。これにより、高濃度酸素に対する加湿装置の加湿能力を高めることができる。

【0013】

（４）本開示の前記（１）～（３）の何れかの態様の酸素濃縮装置において、前記加湿装置は、前記巻回体を保持するホルダーをさらに備え、前記ホルダーは、隣接する前記加湿チューブ同士を離間させた状態で前記加湿チューブを保持すると好ましい。

【0014】

上記構成の加湿装置は、水分の取得について、加湿チューブの表面積を最大限有効に利用することができる。これにより、高濃度酸素に対する加湿装置の加湿能力をより高めることができる。

【0015】

（５）本開示の前記（１）～（４）の何れかの態様の酸素濃縮装置において、前記巻回体は、第１の前記巻回体と、第２の前記巻回体と、を含み、前記第１の巻回体及び前記第２の巻回体が、前記仮想の軸の方向について同軸状に隣接して配置されると好ましい。

【0016】

上記構成の酸素濃縮装置は、２本の加湿チューブを備える構成とすることによって、加湿装置において水分の取得について利用することができる加湿チューブの表面積を増やすことができる。

【0017】

（６）本開示の前記（１）～（５）の何れかの態様の酸素濃縮装置において、前記原料空気を前記吸着筒に供給するエアポンプと、前記エアポンプに対して冷却用空気を送風する冷却ファンと、外部から前記冷却用空気を取り込む給気口を有し、前記給気口から前記冷却ファンに流れる前記冷却用空気の流路を構成する筐体と、をさらに備え、前記加湿装置は、前記流路における前記冷却用空気の流れから外れた位置に配置されると好ましい。

【0018】

本開示の酸素濃縮装置は、冷却用ファンが発生させる冷却用空気の流れから外れた位置に加湿装置を配置することで、加湿装置の配置の自由度を高めることができる。これにより、加湿装置を有する酸素濃縮装置のスペース効率を高めることができ、酸素濃縮装置の更なるコンパクト化が可能となる。

【0019】

（７）本開示の前記（６）の酸素濃縮装置は、前記筐体が前記冷却ファンを収容する冷却ファン用筐体を含み、前記加湿装置は、前記冷却ファン用筐体の外部に配置されると好ましい。

【0020】

本開示の酸素濃縮装置は、冷却ファン用筐体の外部に加湿装置を配置することで、加湿装置の配置の自由度をさらに高めることができる。これにより、加湿装置を有する酸素濃縮装置のスペース効率を高めることができ、酸素濃縮装置の更なるコンパクト化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本開示の一実施形態に係る酸素濃縮装置の説明図である。

【図2】酸素濃縮装置における加湿装置の配置及び空気の流れの説明図である。

【図3】加湿装置を示す斜視模式図である。

【図4】加湿装置を示す分解図である。

【図5A】加湿チューブの断面模式図である。

【図5B】巻回体における加湿チューブの配置を示す断面模式図である。

【図6A】螺旋状である巻回体の断面模式図である。

【図6B】螺旋状かつ渦巻き状である巻回体の断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面を参照しつつ、本開示の酸素濃縮装置を詳細に説明する。

【0023】

［本開示の酸素濃縮装置の全体構成について］
図１は、本開示の一実施形態に係る酸素濃縮装置の説明図である。本開示の酸素濃縮装置は、空気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度の酸素を含む高濃度酸素を生成して、ユーザに供給する装置である。酸素濃縮装置は、例えば、ユーザである呼吸器疾患患者等に対して高濃度酸素を提供する在宅酸素療法において用いられる。

【0024】

図１に示す酸素濃縮装置Ｍは、本開示の酸素濃縮装置の一実施形態である。図１に示すように、本開示の酸素濃縮装置Ｍは、ケーシング（筐体）１０と、吸着筒２０と、加湿装置３０と、を備える。ケーシング１０は、酸素濃縮装置Ｍの外装カバーであり、酸素濃縮装置Ｍの外殻を構成する。酸素濃縮装置Ｍは、ケーシング１０に内蔵されるポンプボックス１１及びファンボックス１２を備える。ポンプボックス１１は、主にエアポンプを収容するための筐体であり、ファンボックス１２は、主にファンを収容するための筐体である。

【0025】

吸着筒２０は、吸着筒２０に供給された空気から窒素を吸着し、高濃度酸素及び低濃度酸素を生成する。酸素濃縮装置Ｍは、吸着筒２０として、第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２を備える。なお、低濃度酸素は、通常の空気よりも窒素濃度が高い空気（窒素リッチガス）であり、空気中の酸素濃度よりも低い酸素濃度の酸素を含む。吸着筒２０は、空気から窒素を選択的に吸着する吸着剤を備える。本説明では、高濃度酸素を生成するために吸着筒２０に供給される空気を原料空気と称する。

【0026】

加湿装置３０は、吸着筒２０において生成された高濃度酸素に水分を付与する。本開示の酸素濃縮装置Ｍが備える加湿装置３０は、加湿チューブ（後で説明する加湿チューブ３１）を用いるタイプであり、水を補給する必要がない。加湿装置３０の構成については、後で詳細に説明する。

【0027】

酸素濃縮装置Ｍは、第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２に加圧した原料空気（加圧空気）を供給するエアポンプ２３と、高濃度酸素を貯留する酸素タンク２４と、をさらに備える。本実施形態のエアポンプ２３は、空気等のガスの加圧及び吸引を行うことができる加圧・真空併用型の流体機械である。エアポンプ２３は、圧縮機として機能し、加圧した空気を供給する加圧部２３ａと、真空ポンプとして機能し、空気等のガスを吸引及び排気する排気部２３ｂとを備える。エアポンプ２３は、第１ポートＰ１、第２ポートＰ２、第３ポートＰ３、及び第４ポートＰ４を備える。第１ポートＰ１は、加圧部２３ａの吸入ポートであり、第３ポートＰ３は、加圧部２３ａの吐出ポートである。第２ポートＰ２は、排気部２３ｂの排気ポートであり、第４ポートＰ４は、排気部２３ｂの吸入ポートである。

【0028】

酸素濃縮装置Ｍは、加圧部２３ａの第１ポートＰ１に接続された給気経路Ｋ１と、加圧部２３ａの第３ポートＰ３と第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２とを接続する給気経路Ｋ３と、を備える。酸素濃縮装置Ｍは、排気部２３ｂの第２ポートＰ２に接続された排気経路Ｋ２と、排気部２３ｂの第４ポートＰ４と第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２とを接続する排気経路Ｋ４と、を備える。

【0029】

エアポンプ２３は、加圧部２３ａによって、給気経路Ｋ１，Ｋ３を経由して第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２に加圧空気を供給するとともに、排気部２３ｂによって、排気経路Ｋ２，Ｋ４を経由して第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２内を減圧することにより吸着剤から窒素を脱着し、低濃度酸素（窒素リッチガス）を排気する。なお、本実施形態では、加圧・真空併用型のエアポンプ２３を用いているが、本開示の酸素濃縮装置は、加圧空気を供給する圧縮機と、吸着筒内を減圧するための真空ポンプとを個別に装置内に有する構成であってもよい。酸素タンク２４は、第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２において生成した高濃度酸素を貯留する。第１吸着筒２１、第２吸着筒２２、及び酸素タンク２４は、ケーシング１０内に配置される。

【0030】

酸素濃縮装置Ｍは、切替弁４０をさらに備える。切替弁４０は、加圧部２３ａから第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２への加圧空気の流れ、及び、第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２から排気部２３ｂへの排気（低濃度酸素）の流れを切り替える。本実施形態における切替弁４０は、３ポート弁である第１制御弁４１と、同じく３ポート弁である第２制御弁４２とで構成されている。

【0031】

酸素濃縮装置Ｍは、制御部５０をさらに備える。エアポンプ２３の作動や、後述する種々の制御弁等の作動は、装置内に配設された制御部５０により行われる。制御部５０は、酸素濃縮装置Ｍを作動させるためのプログラムが記憶されている記憶部５１、及び制御弁等の作動信号などを発信する演算部５２を備えている。制御部５０には、酸素濃縮装置Ｍの作動状態等を表示する表示部６０、及びユーザが酸素濃縮装置Ｍを操作する操作部６１が接続されている。

【0032】

酸素濃縮装置Ｍにおいて、ポンプボックス１１は、エアポンプ２３、給気サイレンサ４８、及び排気サイレンサ４９を収容する。酸素濃縮装置Ｍにおいて、ファンボックス１２は、冷却ファン２６及び切替弁４０を収容する。

【0033】

［空気の流れについて］
図２は、酸素濃縮装置における加湿装置の配置及び空気の流れの説明図である。なお、図２においては、説明の便宜上、ポンプボックス１１内の給気サイレンサ４８及び排気サイレンサ４９、ファンボックス１２内の切替弁４０等の図示を省略している。図１及び図２に示すように、ケーシング１０は、ケーシング１０内に空気を取り込むための給気口１３と、ケーシング１０内から空気を排気するための排気口１４とを備える。給気口１３には、空気中に含まれる塵埃等を捕集するための防塵フィルタ１３ａが設けられている。給気口１３から取り込まれる空気は、原料空気、及びエアポンプ２３を冷却するための冷却用空気が含まれる。

【0034】

ファンボックス１２は、ファンボックス１２内に冷却用空気を取り込むための給気口１５を備える。冷却ファン２６が作動すると、給気口１３，１５を介してファンボックス１２内に空気が取り込まれる。ファンボックス１２内に取り込まれた冷却用空気は、冷却ファン２６に吸引されると共に、ポンプボックス１１に向けて吐出される。本説明では、給気口１３及び給気口１５を経て冷却ファン２６に吸い込まれる空気の流れを流れＦ１と称する。流れＦ１は、主に冷却用空気の流れである。本開示の酸素濃縮装置Ｍにおいて、ケーシング１０及びファンボックス１２は、給気口１３及び給気口１５から冷却ファン２６に流れる冷却用空気の流路を構成する。流れＦ１は、給気口１３から冷却ファン２６まで前記流路を通って流れる。

【0035】

運転により発生するエアポンプ２３の熱は、冷却ファン２６によってエアポンプ２３に吹き付けられる冷却用空気により冷却される。冷却用空気は、エアポンプ２３に吹き付けられた後、排気口１４からポンプボックス１１の外部に排気される。

【0036】

エアポンプ２３が作動している場合、ケーシング１０内に取り込まれた空気の一部は、給気フィルタ２７から吸い込まれ、給気経路Ｋ１及び給気サイレンサ４８を経て加圧部２３ａに吸引される。本説明では、給気口１３からケーシング１０内に取り込まれた後、給気フィルタ２７に向かって流れる空気の流れを流れＦ２と称する。流れＦ２は、主に原料空気の流れである。

【0037】

給気サイレンサ４８は、給気フィルタ２７からエアポンプ２３に至る原料空気の給気経路Ｋ１に配設されている。給気サイレンサ４８は、エアポンプ２３の加圧部２３ａにおける給気・圧縮に起因する騒音を低減させる。排気サイレンサ４９は、排気部２３ｂから排気される低酸素空気の排気経路Ｋ２に配設されている。排気サイレンサ４９は、エアポンプ２３の排気部２３ｂからの排気に起因する騒音を低減させる。

【0038】

第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２の内部には、エアポンプ２３から供給される加圧空気中の窒素を選択的ないし優先的に吸着する吸着剤が収容されている。吸着剤としては、例えばゼオライト等を用いることができる。

【0039】

第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２の下流側の流路（高濃度酸素の出口側の流路。図１では第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２の下部から酸素出口２８に至る流路）には、高濃度酸素等の流体の流量又は流れを制御するための種々の弁、すなわちパージ弁４３、及び逆止弁４４、４５が設けられている。酸素タンク２４は、逆止弁４４、４５の下流側に設けられている。高濃度酸素は、高濃度酸素の流量を制御するための流量制御部５４、及び酸素濃度異常を検出するための酸素センサ５５を経由して、酸素出口２８に送られる。なお、高濃度酸素を供給する流路には、圧力異常等を検出するための圧力センサ（図示せず）、及び圧力を調整するための減圧弁（図示せず）が適宜設けられる。

【0040】

逆止弁４４は第１吸着筒２１の下流側のガス流路に配設され、逆止弁４５は第２吸着筒２２の下流側のガス流路に配設されている。両逆止弁４４、４５は、第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２から排出される高濃度酸素が下流側に向かってだけ流れるように構成されている。パージ弁４３は、第１吸着筒２１と逆止弁４４との間のガス流路と、第２吸着筒２２と逆止弁４５との間のガス流路とを接続するガス流路に配設されている。

【0041】

逆止弁４４からの高濃度酸素と、逆止弁４５からの高濃度酸素とが交互に酸素タンク２４に供給され、当該酸素タンク２４に貯留される。酸素タンク２４の下流側には、高濃度酸素から異物を除去するためのバクテリアフィルタ４７、及び、生成した高濃度酸素を加湿するための加湿装置３０が配設されている。酸素濃縮装置Ｍにおいて、高濃度酸素は、酸素出口２８にカニューラ継手２９を設けると共に、カニューラ継手２９に接続されたチューブＴ及びカニューラＣを介して患者に供給される。

【0042】

第１制御弁４１及び第２制御弁４２は、いずれも３ポート弁であり、エアポンプ２３から吐出された加圧空気を第１吸着筒２１（第２吸着筒２２）に供給する加圧状態と、吸引することで当該第１吸着筒２１（第２吸着筒２２）内の排気ガスを外部に排出する減圧状態とを切り替える。一方の吸着筒が加圧状態にあるときは、他方の吸着筒は減圧状態にある。

【0043】

［高濃度酸素の生成プロセスについて］
図１に示すように、給気フィルタ２７から給気経路Ｋ１及び給気サイレンサ４８を経て加圧部２３ａに吸引された原料空気は、加圧部２３ａにより加圧（圧縮）される。加圧された原料空気は、給気経路Ｋ３及び第１制御弁４１及び第２制御弁４２を経由して第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２に供給される。第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２からの排気ガスは、排気経路Ｋ４及び第１制御弁４１及び第２制御弁４２を経由して排気部２３ｂにより減圧・吸引され、排気経路Ｋ２及び排気サイレンサ４９を経て、開口部１６及び排気口１４からケーシング１０の外部に排出される。

【0044】

酸素濃縮装置Ｍは、第１制御弁４１、第２制御弁４２、及びパージ弁４３の開閉状態を切り替えて、第１吸着筒２１及び第２吸着筒２２内を交互に加圧及び減圧する処理を実行して、高濃度酸素を生成する。なお、本実施形態で示した酸素濃縮装置Ｍは、一方の吸着筒にエアポンプ２３で圧縮された空気が供給されている間に、他方の吸着筒を当該エアポンプ２３によって吸引することで減圧するＶＰＳＡ（Ｖａｃｕｕｍ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）タイプの酸素濃縮装置である。しかし、本開示の酸素濃縮装置はこれに限定されず、一方の吸着筒に圧縮機で圧縮された空気が供給されている間に、他方の吸着筒が大気開放されることで減圧されるＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）タイプの酸素濃縮装置とすることもできる。

【0045】

［加湿装置について］
図３は、加湿装置を示す斜視模式図である。図４は、加湿装置を示す分解図である。図５Ａは、加湿チューブの断面模式図である。図５Ｂは、巻回体における加湿チューブの配置を示す断面模式図である。図３及び図４に示すように、加湿装置３０は、加湿チューブ３１を備える。加湿チューブ３１は、水分透過膜からなる中空糸であり、チューブの外側の気体（空気）から水分を取得し、取得した水分をチューブの内部を通る高濃度酸素に付与する。加湿装置３０は、前記中空糸を所定の長さに切断したものを加湿チューブ３１として使用する。前記所定の長さは、１本の加湿チューブ３１によって高濃度酸素に付与すべき水分量（加湿量）に基づいて決定する。

【0046】

図５Ａに示すように、本実施形態の加湿装置３０で使用する加湿チューブ３１は、水分透過膜からなるチューブ本体３１ａと、チューブ本体３１ａの外周面を覆う保護層３１ｂとを備える。保護層３１ｂは空気を透過可能な素材（例えば、金属メッシュ）により構成される。このため、加湿チューブ３１において、保護層３１ｂは、チューブ本体３１ａの表面からの水分の取り込みを阻害することが無い。加湿チューブ３１は、隣接する加湿チューブ３１同士が接触した場合、その接触した部位において、チューブ本体３１ａ同士の間には、保護層３１ｂの分の空間が確保される。このため、加湿チューブ３１は、仮に隣接する加湿チューブ３１同士が接触した場合であっても、その接触した部位のチューブ本体３１ａの表面を、水分の取得について有効に利用することができる。

【0047】

加湿装置３０は、仮想の軸Ｐ回りに１本の加湿チューブ３１を巻回した巻回体３２を備える。図３に示す巻回体３２は、巻回体３２の第１実施形態である。図３及び図４に示す巻回体３２は、１本の加湿チューブ３１を仮想の軸Ｐ回りに「渦巻き状」に巻回して構成されている。なお、本説明でいう「渦巻き状」は、加湿チューブ３１を軸Ｐ回りに巻回する際、巻回するにしたがって軸Ｐに対する加湿チューブ３１の距離が変化する形態を意味する。加湿チューブ３１を軸Ｐ回りに径方向内側から外側に向かって巻回する場合、軸Ｐに対する加湿チューブ３１の距離は単調に増加し、加湿チューブ３１を軸Ｐ回りに径方向外側から内側に向かって巻回する場合、軸Ｐに対する加湿チューブ３１の距離は単調に減少する。

【0048】

図６Ａは、螺旋状である巻回体の断面模式図である。図６Ｂは、螺旋状かつ渦巻き状である巻回体の断面模式図である。加湿装置３０を構成する巻回体３２は、図６Ａ及び図６Ｂに示す形態であってもよい。図６Ａに示す巻回体３２は、巻回体３２の第２実施形態である。図６Ａに示す巻回体３２は、１本の加湿チューブ３１を仮想の軸Ｐ回りに「螺旋状」に巻回して構成されている。なお、本説明でいう「螺旋状」は、加湿チューブ３１を軸Ｐ回りに巻回する際、巻回するにしたがって軸Ｐの軸方向について加湿チューブ３１の位置が変化する形態を意味する。

【0049】

図６Ｂに示す巻回体３２は、巻回体３２の第３実施形態である。加湿装置３０を構成する巻回体３２は、１本の加湿チューブ３１を仮想の軸Ｐ回りに「渦巻き状」かつ「螺旋状」に巻回して構成されていてもよい。

【0050】

図４に示すように、本実施形態の加湿装置３０は、２個の巻回体３２（２本の加湿チューブ３１）を備える。以下の説明では、加湿装置３０が有する２個の巻回体３２のうち、一方を第１巻回体３２ａと称し、他方を第２巻回体３２ｂとも称する。本実施形態の加湿装置３０は、第１巻回体３２ａ及び第２巻回体３２ｂを、軸Ｐの軸方向について隣接して同軸状に（各軸Ｐを一致させて）配置している。このような加湿装置３０は、２個の巻回体３２をコンパクトに配置しながら、水分の取得に利用できる加湿チューブ３１の表面積を増大させている。加湿装置３０は、加湿チューブ３１の表面積を増大しつつ、加湿装置３０の外形寸法が大きくなることを抑制する。

【0051】

本実施形態の加湿装置３０は、高濃度酸素の流路において、第１巻回体３２ａ及び第２巻回体３２ｂを並列に接続している。このため、本実施形態の加湿装置３０は、高濃度酸素の供給能力を低下させることなく、加湿能力を高めることができる。なお、本実施形態の加湿装置３０において、第１巻回体３２ａ及び第２巻回体３２ｂは、高濃度酸素の流路において直列に接続されてもよい。

【0052】

加湿装置３０は、ホルダー３５をさらに備える。ホルダー３５は、加湿チューブ３１からなる巻回体３２を保持する。本実施形態の加湿装置３０において、巻回体３２は、ホルダー３５によって、加湿チューブ３１が巻回された状態に保持されることにより構成される。

【0053】

図５Ｂは、図３のＸ－Ｘ線における加湿チューブ３１の断面を示している。ホルダー３５によって保持された巻回体３２は、図５Ｂに示すように、隣接する加湿チューブ３１同士の間に隙間Ｂが確保される。巻回体３２は、隙間Ｂが確保されることによって、加湿チューブ３１の表面において空気と接触し得ない部分がほぼ無くなり、水分の取得について加湿チューブ３１の表面積を最大限有効に利用することができる。これにより、高濃度酸素に対する加湿装置３０の加湿能力をより高めることができる。なお、巻回体３２は、隙間Ｂが「０」であってもよい。隙間Ｂを「０」とした場合、巻回体３２をよりコンパクトに構成することができる。

【0054】

図３及び図４に示すように、ホルダー３５は、第１ホルダー３６、第２ホルダー３７、及びセパレータ３８により構成される。第１ホルダー３６、第２ホルダー３７、及びセパレータ３８は、いずれも樹脂製の枠体である。第１ホルダー３６は、第１巻回体３２ａを保持する。第２ホルダー３７は、第２巻回体３２ｂを保持する。

【0055】

第１ホルダー３６は、複数の溝部３６ａ及び複数の爪部３６ｂを備える。溝部３６ａは、加湿チューブ３１を嵌め入れて保持することが可能な凹部であり、加湿チューブ３１の外径Ａ（図５Ａ参照）に略一致する溝幅を有する。複数の溝部３６ａは、巻回体３２として構成された加湿チューブ３１の軸線が描く軌跡に沿って配置される。このため、複数の溝部３６ａに対して、加湿チューブ３１を所定の順序で嵌め込んでいくことによって、軸Ｐ回りに巻回された第１巻回体３２ａが構成される。爪部３６ｂは、セパレータ３８に形成された孔（後で説明する係止部３８ａ）に引っ掛けることが可能な鉤状の形態を有する。

【0056】

第２ホルダー３７は、複数の溝部３７ａ及び複数の爪部３７ｂを備える。溝部３７ａは、加湿チューブ３１を嵌め入れて保持することが可能な凹部であり、加湿チューブ３１の外径Ａ（図５Ａ参照）に略一致する溝幅を有する。複数の溝部３７ａは、巻回体３２として構成された加湿チューブ３１の軸線が描く軌跡に沿って配置される。このため、複数の溝部３７ａに対して、加湿チューブ３１を所定の順序で嵌め込んでいくことによって、軸Ｐ回りに巻回された第２巻回体３２ｂが構成される。爪部３７ｂは、セパレータ３８に形成された孔（後で説明する係止部３８ａ）に引っ掛けることが可能な鉤状の形態を有する。説明の便宜上、第２ホルダー３７には、第１ホルダー３６と別の符号を付与しているが、第１ホルダー３６及び第２ホルダー３７は同一の形状及び寸法を有する部材である。第１ホルダー３６及び第２ホルダー３７は、表裏を逆転させた状態で使用する。

【0057】

セパレータ３８は、軸Ｐの方向において、第１ホルダー３６及び第２ホルダー３７の間に配置される。セパレータ３８は、第１ホルダー３６に保持された第１巻回体３２ａと、第２ホルダー３７に保持された第２巻回体３２ｂとが接触するのを防止する役割を果たす。セパレータ３８は、第１ホルダー３６及び第２ホルダー３７を連結する部材としての役割も有する。セパレータ３８は、複数の係止部３８ａを備える。係止部３８ａは、１つ又は２つの孔を有する。係止部３８ａは、前記孔に挿入した各爪部３６ｂ，３７ｂを係止することできる。

【0058】

ホルダー３５は、セパレータ３８の第１面側に第１ホルダー３６を隣接させた状態で、係止部３８ａによって爪部３６ｂを係止すると共に、セパレータ３８の第２面側に第２ホルダー３７を隣接させた状態で、係止部３８ａによって爪部３７ｂを係止することで、一体に構成される。加湿装置３０は、このような構成のホルダー３５を用いることにより、第１巻回体３２ａ及び第２巻回体３２ｂを、仮想の軸Ｐの方向について同軸状に隣接して配置することができる。このような２個の巻回体３２（２個の加湿チューブ３１）を備える酸素濃縮装置Ｍは、水分の取得について利用することができる加湿チューブ３１の表面積を増やすことができる。

【0059】

本実施形態のホルダー３５は、第１ホルダー３６及び第２ホルダー３７を同一部材で構成している。このため、本開示の酸素濃縮装置Ｍは、ホルダー３５を少ない部品点数で構成することができ、ホルダー３５の製造コストを抑制することができる。なお、ホルダー３５は、爪部３６ｂと爪部３７ｂとが直接連結されて、第１ホルダー３６及び第２ホルダー３７がセパレータ３８を介さずに連結される構成であってもよい。この場合のホルダー３５は、セパレータ３８を省略してもよい。

【0060】

［加湿装置の配置について］
本開示の酸素濃縮装置Ｍが有する加湿装置３０は、複数の加湿チューブ３１を束にして使用する場合に比べて、隣接する加湿チューブ３１同士の重なり（接触）を抑制することができ、これにより、加湿チューブ３１の表面の全体を水分の取得について有効に利用することができる。このため、本開示の加湿装置３０は、同じ総長の加湿チューブを用いた従来の加湿装置に比べて、高濃度酸素に対してより多くの水分を付与することができる（加湿量を増やすことができる）。このため、加湿装置３０は、従来の加湿装置とは異なり、空気の流れ（例えば、冷却用空気の流れＦ１）上を選んで配置しなくても、所望の加湿能力を確保することができる。

【0061】

図１及び図２に示すように、酸素濃縮装置Ｍにおいて、加湿装置３０は、ファンボックス１２の外部に配置される。この加湿装置３０の配置は、冷却用空気の流れＦ１から外れた位置となっている。酸素濃縮装置Ｍは、冷却用空気の流れＦ１から外れた位置に加湿装置３０を配置することによって、加湿装置３０の配置の自由度が向上する。

【0062】

従来の酸素濃縮装置では、空気の流れ（例えば、冷却用空気の流れＦ１）上を選んで加湿装置を配置することで加湿能力を確保しようとして、冷却ファンを収容する筐体内に加湿装置を配置していた。このため、従来の酸素濃縮装置では、筐体内の限られたスペースに加湿装置を配置せざるを得ず、ファンを収容する筐体が必然的に大型化されて、酸素濃縮装置のコンパクト化を阻害する要因となっていた。

【0063】

本実施形態の加湿装置３０は、従来の加湿装置に比べて加湿能力が高いため、加湿装置３０を冷却用空気の流れＦ１上に配置しなくても、所望の加湿能力を確保することができる。

【0064】

本開示の酸素濃縮装置Ｍは、加湿装置３０をファンボックス１２の外部（冷却用空気の流れＦ１から外れた位置）に配置することによって、ファンボックス１２を大型化する必要がなくなり、これにより、酸素濃縮装置Ｍのコンパクト化が可能となっている。

【0065】

さらに、本開示の酸素濃縮装置Ｍにおいて、加湿装置３０は、ファンボックス１２の上方の給気フィルタ２７の近傍に配置される（図１参照）。この位置は、原料空気の流れＦ２の近傍である。本開示の酸素濃縮装置Ｍは、図２に示す原料空気の流れＦ２によって、加湿装置３０の周囲に存在する空気の入れ替えが促進されるため、冷却用空気の流れＦ１から外れた位置に加湿装置３０を配置した場合であっても、加湿装置３０自体の加湿能力の向上との相乗効果によって、所望の加湿能力を確保することができる。

【0066】

［実施形態の作用効果］
（１）上記実施形態の酸素濃縮装置Ｍは、原料空気から窒素を選択的に吸着する吸着材を有し高濃度酸素を生成する吸着筒２０と、生成した前記高濃度酸素を加湿する加湿装置３０と、を備える。酸素濃縮装置Ｍにおいて、加湿装置３０は、内部を通る高濃度酸素に対して外部に存在する水分を与える加湿チューブ３１からなり、１本の加湿チューブ３１を仮想の軸Ｐ回りに巻回して構成された巻回体３２を備える。

【0067】

上記実施形態の酸素濃縮装置Ｍが備える加湿装置３０は、加湿チューブ３１を巻回して構成した巻回体３２を備える。この加湿チューブ３１の巻回体３２は、加湿チューブ３１を束にして用いた場合に比べて、加湿チューブ３１同士の表面の重なりが少ない。このため、加湿装置３０は、水分の取得について有効に利用できる加湿チューブ３１の表面積が、同じ総長の加湿チューブ３１を束にして用いた場合に比べて多い。よって、このような構成の加湿装置３０は、従来の加湿装置に比べて、高濃度酸素に対する加湿能力を高めることができる。これにより、加湿チューブ３１を用いるタイプの加湿装置３０を備えた酸素濃縮装置Ｍにおいて、高濃度酸素に対する加湿量を従来に比べて増やすことができる。

【0068】

（２）上記実施形態の酸素濃縮装置Ｍにおいて、巻回体３２は、仮想の軸Ｐを中心として渦巻き状に巻回された形態を有する。

【0069】

このような構成の巻回体３２を備える加湿装置３０は、水分の取得について、加湿チューブ３１の表面積を有効に利用することができる。これにより、高濃度酸素に対する加湿装置３０の加湿能力を高めることができる。

【0070】

（３）上記実施形態の酸素濃縮装置Ｍにおいて、巻回体３２は、仮想の軸Ｐを中心として螺旋状に巻回された形態を有する。

【0071】

このような構成の巻回体３２を備える加湿装置３０は、水分の取得について、加湿チューブ３１の表面積を有効に利用することができる。これにより、高濃度酸素に対する加湿装置３０の加湿能力を高めることができる。

【0072】

（４）上記実施形態の酸素濃縮装置Ｍにおいて、加湿装置３０は、巻回体３２を保持するホルダー３５をさらに備える。ホルダー３５は、隣接する加湿チューブ３１同士を離間させた状態で、加湿チューブ３１を保持する。

【0073】

このような構成のホルダー３５を備える加湿装置３０は、水分の取得について、加湿チューブ３１の表面積を最大限有効に利用することができる。これにより、高濃度酸素に対する加湿装置３０の加湿能力をより高めることができる。

【0074】

（５）上記実施形態の加湿装置３０において、巻回体３２は、第１巻回体３２ａと、第２巻回体３２ｂと、を含んでいる。第１巻回体３２ａ及び第２巻回体３２ｂは、仮想の軸Ｐの方向について同軸状に隣接して配置されている。

【0075】

このような構成の巻回体３２を備える酸素濃縮装置Ｍは、２本の加湿チューブ３１を備える構成とすることによって、加湿装置３０において水分の取得について利用することができる加湿チューブ３１の表面積を増やすことができる。

【0076】

（６）上記実施形態の酸素濃縮装置Ｍは、原料空気を吸着筒２０に供給するエアポンプ２３と、エアポンプ２３に対して冷却用空気を送風する冷却ファン２６と、外部から冷却用空気を取り込む給気口１３，１５を有し、給気口１３，１５から冷却ファン２６に流れる冷却用空気の流路を構成するケーシング１０及びファンボックス１２と、をさらに備える。上記実施形態の酸素濃縮装置Ｍにおいて、加湿装置３０は、流路における冷却用空気の流れＦ１から外れた位置に配置される。

【0077】

このような構成の酸素濃縮装置Ｍは、冷却ファン２６が発生させる冷却用空気の流れＦ１から外れた位置に加湿装置３０を配置することで、加湿装置３０の配置の自由度を高めることができる。これにより、加湿装置３０を有する酸素濃縮装置Ｍのスペース効率を高めることができ、酸素濃縮装置Ｍの更なるコンパクト化が可能となる。

【0078】

（７）上記実施形態の酸素濃縮装置Ｍにおいて、加湿装置３０は、ファンボックス１２の外部に配置される。

【0079】

このような構成の酸素濃縮装置Ｍは、ファンボックス１２の外部に加湿装置３０を配置することで、加湿装置３０の配置の自由度をさらに高めることができる。これにより、加湿装置３０を有する酸素濃縮装置Ｍのスペース効率を高めることができ、酸素濃縮装置Ｍの更なるコンパクト化が可能となる。

【0080】

以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

【符号の説明】

【0081】

Ｍ ：酸素濃縮装置
１０ ：ケーシング（筐体）
１２ ：ファンボックス（冷却ファン用筐体）
１３ ：給気口
１５ ：給気口
２０ ：吸着筒
２３ ：エアポンプ
２６ ：冷却ファン
３０ ：加湿装置
３１ ：加湿チューブ
３２ ：巻回体
３２ａ：第１巻回体（第１の巻回体）
３２ｂ：第２巻回体（第２の巻回体）
３５ ：ホルダー
Ｆ１ ：（冷却用空気の）流れ
Ｐ ：仮想の軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【手続補正書】

【提出日】2024-05-09

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料空気から窒素を選択的に吸着する吸着材を有し高濃度酸素を生成する吸着筒（２０）と、生成した前記高濃度酸素を加湿する加湿装置（３０）と、を備える酸素濃縮装置（Ｍ）であって、
前記加湿装置（３０）は、
内部を通る前記高濃度酸素に対して外部に存在する水分を与える加湿チューブ（３１）からなり、１本の前記加湿チューブ（３１）を仮想の軸（Ｐ）回りに巻回して構成された巻回体（３２）と、
前記巻回体（３２）を保持するホルダー（３５）と、を備え、
前記ホルダー（３５）は、
隣接する前記加湿チューブ（３１）同士を離間させた状態で前記加湿チューブ（３１）を保持する、酸素濃縮装置（Ｍ）。

【請求項2】

前記巻回体（３２）は、
前記仮想の軸（Ｐ）を中心として渦巻き状に巻回された形態を有する、請求項１に記載の酸素濃縮装置（Ｍ）。

【請求項3】

前記巻回体（３２）は、
前記仮想の軸（Ｐ）を中心として螺旋状に巻回された形態を有する、請求項１に記載の酸素濃縮装置（Ｍ）。

【請求項4】

前記巻回体（３２）は、
第１の前記巻回体（３２ａ）と、第２の前記巻回体（３２ｂ）と、を含み、
前記第１の巻回体（３２ａ）及び前記第２の巻回体（３２ｂ）が、前記仮想の軸（Ｐ）の方向について同軸状に隣接して配置される、請求項１又は請求項２に記載の酸素濃縮装置（Ｍ）。

【請求項5】

前記原料空気を前記吸着筒（２０）に供給するエアポンプ（２３）と、
前記エアポンプ（２３）に対して冷却用空気を送風する冷却ファン（２６）と、
外部から前記冷却用空気を取り込む給気口（１３，１５）を有し、前記給気口（１３，１５）から前記冷却ファン（２６）に流れる前記冷却用空気の流路を構成する筐体（１０，１２）と、をさらに備え、
前記加湿装置（３０）は、前記流路における前記冷却用空気の流れ（Ｆ１）から外れた位置に配置される、請求項１又は請求項２に記載の酸素濃縮装置（Ｍ）。

【請求項6】

前記筐体が前記冷却ファン（２６）を収容する冷却ファン用筐体（１２）を含み、
前記加湿装置（３０）は、前記冷却ファン用筐体（１２）の外部に配置される、請求項５に記載の酸素濃縮装置（Ｍ）。