壓縮機以及使用該壓縮機的氧氣濃縮裝置的製作方法

2023-07-11 21:39:36

專利名稱：壓縮機以及使用該壓縮機的氧氣濃縮裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及壓縮機以及使用該壓縮機的氧氣濃縮裝置，尤其涉及基於變壓吸附方 式的醫療用的攜帶式的氧氣濃縮裝置。
背景技術：
一種基於變壓吸附法的氧氣濃縮裝置作為醫療用途已經實用化，該氧氣濃縮裝置 使用使空氣中的氧氣透過而選擇性地吸附氮氣的沸石作為吸附劑來生成氧氣。根據該方式的氧氣濃縮裝置，使用作為壓縮機構的壓縮機對從空氣取入口取入的 原料空氣進行壓縮而產生壓縮空氣，並將壓縮空氣供給至內置有吸附劑的吸附筒，由此生 成氧氣。而且，將所生成的氧氣儲存在罐體內，成為通過減壓閥、流量設定器能夠從罐體供 給規定流量的氧氣的狀態，由此，構成為能夠經鼻插管等對患者進行氧氣吸入。若將這樣構成的氧氣濃縮裝置設置在例如具備AC電源(商用電源)的場所，則例 如肺功能低下的家庭氧氣療法患者在睡覺時也能夠安全地吸入氧氣，從而能夠保證安穩的 睡眠。尤其是在睡覺時也使用的情況下，最好是氧氣濃縮裝置發出的噪音極小。可能的話， 期望比室內的空調設備所產生的噪音水平低。另一方面，作為慢性支氣管炎等呼吸器官疾病的患者的治療方法，有效的是長期 氧氣吸入療法，在該長期氧氣吸入療法中使用的氧氣濃縮裝置通常是不可搬動的。即，構成 為患者無法將其攜帶至外出目的地。因此，患者在不得已外出的情況下，會一邊推著搭載有 氧氣瓶的手推車，一邊從該氧氣瓶吸入濃縮氧氣。對該氧氣瓶的氧氣供給必須由專用設備 進行，這很大程度上有損於患者的生命質量O!0L;quality of life)。因此，提出了使用由電池驅動的壓縮機的可搬型或移動型的氧氣濃縮裝置(專利 文獻1、2)。另外，在採用具有產生壓縮空氣的壓縮機構和產生減壓空氣的減壓機構的壓縮機 的情況下，尤其是為了降低一體化的壓縮機的振動、以及在氧氣濃縮步驟中的等壓工序時 所產生的振動，提出了以下技術在減壓機構與切換閥的流路之間設置與外部空氣連通的 減壓空氣破壞閥，而且，與減壓工序時同步地使減壓空氣破壞閥成為開狀態，由此，外部空 氣進入到減壓機構與切換閥的流路內，從而謀求防止壓縮機的振動以及低電力化(專利文 獻3) ο另外，還提出了一種氧氣濃縮裝置，該氧氣濃縮裝置具有兩根吸附筒體，用於通 過將產生壓縮空氣和減壓空氣的壓縮機分別連接在其入口側而將壓縮空氣導入到筒體的 內部，並通過填充在筒體內的吸附劑來吸附氮氣而分離生成氧氣，並從其出口側供給生成 氧氣，並且，在吸附劑因氮氣而飽和時導入減壓空氣，使氮氣排出到吸附筒體的外部；兩組 三向切換閥，連接在兩根吸附筒體的入口側與壓縮機之間，用於交替地切換成壓縮空氣流 路、減壓空氣流路、封閉流路；壓力傳感器，用於檢測出兩根吸附筒體中的哪一個已成為最 高內壓值；等壓閥，在兩根吸附筒體的出口側之間分支地配管，並且，當通過壓力傳感器檢 測出最高內壓值時成為打開狀態，以進行兩根吸附筒體之間的等壓化；以及減壓空氣破壞閥，連接在減壓空氣發生部與三向切換閥的減壓空氣流路之間，並通過在進行等壓化時成 為打開狀態來控制流路內的壓力，該氧氣濃縮裝置還具有經由消音器進行排氣的空氣破壞 閥。此外，為了謀求壓縮機的小型輕量化，還有設置一組水平相對活塞的方案。另外， 還提出了一種使用配管歧管的氧氣濃縮裝置(專利文獻4)。專利文獻專利文獻1 日本特開2002-121010號公報專利文獻2 日本特開2000-079165號公報專利文獻3 日本特開2005-111016號公報專利文獻4 日本特表2008-515593號公報在使上述那樣構成的氧氣濃縮裝置小型輕量化時，作為最大的妨礙因素，能夠舉 出的是最大且重的壓縮機。從該壓縮機必須要產生壓縮空氣和減壓空氣的情況來看，謀求 小型輕量化是非常困難的。而且，由於通常壓縮機存在運轉時會產生噪音和振動的問題，因 此低噪音化和低振動化也很重要。

發明內容
本發明是鑑於上述技術問題而作出的，其目的是實現一種能夠同時達成大幅的小 型輕量化和低噪音化以及低振動化的壓縮機以及使用該壓縮機的氧氣濃縮裝置。為了解決上述技術問題而達成目的，本發明的壓縮機包括一組第一活塞、第一偏 心凸輪、第一氣缸室；一組第二活塞、第二偏心凸輪、第二氣缸室；一組第三活塞、第三偏心 凸輪、第三氣缸室；以及一組第四活塞、第四偏心凸輪、第四氣缸室，所述第一活塞和第二活 塞共同的第一中心軸、與所述第三活塞和第四活塞共同的第二中心軸互相正交地配置。另外，氧氣濃縮裝置包括過濾器組裝體，用於對成為壓縮空氣的原料空氣進行過 濾；一對吸附筒，其中收納有沸石吸附劑，所述沸石吸附劑用於從壓縮空氣中選擇性地吸附 氮氣而生成氧氣；切換閥，用於切換流路以便對所述吸附筒交替地供給來自壓縮機的壓縮 空氣和減壓空氣，從而進行基於所述吸附劑的所述生成和淨化；消音器，用於在所述淨化後 的減壓空氣的排氣時進行消音；容器，用於儲存所述生成的氧氣；以及充電式電池，用於進 行包括所述馬達的驅動在內的電力供給，其中，所述壓縮機包括一組第一活塞、第一偏心 凸輪、第一氣缸室；一組第二活塞、第二偏心凸輪、第二氣缸室；一組第三活塞、第三偏心凸 輪、第三氣缸室；以及一組第四活塞、第四偏心凸輪、第四氣缸室，所述第一活塞和第二活塞 共同的第一中心軸、與所述第三活塞和第四活塞共同的第二中心軸互相正交地配置。發明的效果根據本發明，能得到能夠同時達成大幅的小型輕量化和低噪音化以及低振動化的 壓縮機及氧氣濃縮裝置。其他的特徵和優點通過參照附圖的以下說明能夠清楚。此外，在附圖中，對於相同 或同樣的結構標註相同的附圖標記。


圖IA是對氧氣生成原理進行說明的配管圖。
圖IB是將基於壓縮空氣的變壓吸附法(PSA)以及基於壓縮空氣和減壓空氣的真 空變壓吸附法(VPSA)中的壓力變動隨時間經過進行表示的圖。圖IC是將變壓吸附和真空變壓吸附中的氮氣吸附量隨時間經過進行表示的圖。圖2是為了表示內置有壓縮機1的小型氧氣濃縮裝置300的內部結構而將主要部 分剖切的主視圖。圖3是氧氣濃縮裝置300的框圖以及歧管的模式圖。圖4是壓縮機1的配管系統的詳細的模式圖。圖5是壓縮機1的上部殼體3、下部殼體4內的歧管(配管系統)的詳細圖。圖6是壓縮機1的外觀立體圖。圖7是將壓縮機1與減壓空氣蓋8 一起進行表示的概要圖。圖8是加壓蓋8的主要部分的立體分解圖。圖9A是表示進氣工序的狀態的模式圖。圖9B是表示壓縮、排氣工序的狀態的模式圖。
具體實施例方式以下，參照附圖並以攜帶型的氧氣濃縮裝置為例對本發明的一優選實施方式進行 說明。這裡，本發明能夠進行各種修改和變更，對其中特定的事例進行圖示，並在下面進行 詳細說明。然而，本發明不限於此，在權利要求書所規定範圍內，各種結構當然都是可以的。以下，參照圖IA IC對只基於壓縮空氣的變壓吸附法(PSA)以及基於壓縮空氣 和減壓空氣的真空變壓吸附法(VPSA)進行簡單說明。在圖IA中，導入外部空氣並用壓縮 機1壓縮得到的原料空氣經由一個三向切換閥109a被導入到第一吸附筒體108a中。在第 一吸附筒體108a中內置有催化劑沸石，通過沸石吸附氮氣而分離生成氧氣。這樣分離生成的氧氣通過未圖示的單向閥流向製品罐。當該第一吸附筒體108a 的內壓升高時，三向切換閥109a被切換到排氣側，從而進行排氣。在這前後，轉到等壓工 序，即，等壓閥107打開，使用在第一吸附筒體108a中被濃縮的一部分氧氣進行第二吸附筒 體108b的清洗。然後，為了進行第一吸附筒體108a的解吸工序(排出氮氣和水分)和向第二吸附 筒體108b的壓縮空氣的取入而將三向切換閥109b打開，由流入第二吸附筒體108b的壓縮 空氣分離生成的氧氣通過未圖示的單向閥流向製品罐中。之後，當通過未圖示的壓力傳感 器檢測出已達到規定的壓力時將等壓閥107打開規定時間，接下來進行第二吸附筒體108a 的清洗以及等壓工序。另外，通過打開等壓閥107而將在第二吸附筒體108b中分離生成的 氧氣送入第一吸附筒體108a的出口部，進行內置的沸石的淨化。通過以規定的時序反覆進 行以上的各個工序，從而進行連續的氧氣的穩定供給。像上述那樣，當切換兩個三向切換閥而對兩個各吸附筒體供給壓縮空氣時，如圖 IB中用實線表示的壓力變化那樣，向吸附筒體內只送入壓縮空氣並使氮氣吸附，並在大致 大氣壓下進行解吸操作，這種方法稱為變壓吸附法(PSA)。另一方面，如圖IB中用虛線表示 的那樣，在壓縮空氣的基礎上減壓至負壓(真空)，從而更積極地進行內置的沸石的清洗， 這種方法稱為真空變壓吸附法(VPSA)。該方法能夠積極地進行內置的沸石的清洗，因此比 上述的變壓吸附法更好。
如圖IC所示，基於變壓吸附法的氮氣吸附量，與真空變壓吸附法相比，即使在相 同的壓差下氮氣吸附量也會減少。因此，優選使用能夠對壓縮空氣和被減壓了的減壓空氣 雙方進行送氣的壓縮機。另外，由於需要設置壓縮空氣產生用和減壓空氣產生專用的兩臺 壓縮機，因此不可避免導致大型化。因此不可能組裝到例如攜帶用的小型氧氣濃縮裝置中。因此，下面，以根據上述的真空變壓吸附法構成的攜帶用的小型氧氣濃縮裝置300 為例進行說明。氧氣濃縮裝置300的整體結構的說明在圖2中，氧氣濃縮裝置300與未圖示的鼻插管一起使用，總重量約為2 4kg，並 具有與2升的PET瓶大致接近的、上下方向細長的、縱長外觀形狀。通過像這樣成為縱長結構，能夠從未圖示的攜帶用包上方的開口部插入，並且在 插入後通過以設有掛鈎的蓋覆蓋操作板305的方式進行固定，從而成為能夠防止脫落的狀 態。另外，將固定在攜帶用包上的吊帶掛在肩膀上，例如在外出時也不會礙事，從而成為能 夠攜帶的結構。另外，在吊帶上固定有肩墊而不會給肩膀帶來負擔，並且，在攜帶用包的正 面設置有對連接有軟管的鼻插管進行收納的小袋。此外，攜帶用包可以由合成皮革或氨基 甲酸乙酯塗層布(々 > 夕 >引布)製成，並且為了不堵塞後述的進氣口，還形成有開口部。如上所述，由於具有與PET瓶大致接近的縱長外觀形狀，因此，在將鼻插管和折彎 了的軟管收納在攜帶用包的小袋內的未使用狀態下，他人不會一眼就容易地看出是氧氣濃 縮裝置300。另外，由於徹底地追求輕量化、節能，所以使電力消耗進一步降低，另一方面，成為 能夠通過附屬的可裝拆且可反覆充電的外部電池、可反覆充電的內置的充電電池228以及 家用商用(AC)電源這三個系統來使用的結構。另外，尤其是，內置電池2 和外部電池還 可以作為停電時的備用電源使用，因此能夠安心地使用。另外，為了節約電池還具有能夠切 換到與進氣同步地送出氧氣的「同步模式」的功能。另外，通過將具有上述縱長的外觀形狀的構成密閉罩的主框體302用作為射出成 型樹脂部件的具有耐衝擊性的熱可塑性樹脂、例如ABS樹脂製成，從而能夠確保設計上的 自由度。另外，對於包括填充有吸附劑的兩根吸附筒在內的其他結構部件，也儘量使其輕量 化，並且，對於重量最大的壓縮機1，也通過下述方式實現顯著的小型輕量化，即將一組第 一活塞、以氣密狀態將各個第一活塞以能夠往復移動的方式進行引導的一組第一氣缸室、 一組第二活塞、以氣密狀態將各個第二活塞以能夠往復移動的方式進行引導的一組第二氣 缸室配置成從曲軸體的端部觀察時呈十字式，由此實現總重量約為2kg左右的輕量化。另 外，為了實現輕量化，圖中的用雙點劃線表示的隔音室303也用耐衝擊性的熱可塑性樹脂 例如ABS樹脂製成。操作板305例如以大約10度的角度在斜前方向上形成，在操作板305上從左開 始依次配置有電源開關306、其上方的用七段數碼進行LED或液晶顯示的氧氣流量等的顯 示部204、樹脂制部件的氧氣出口 307、樹脂制的帶罩或無罩的上下兩個氧氣流用設定按鈕 308、308。另外，在氧氣出口 307的上方設置有樹脂制的未圖示的管接頭，該管接頭相對於 形成於氧氣出口 307上的臺階部以氣密狀態嵌合，並以裝拆自由的方式設置。鼻插管等柔 性軟管的開口部以與該管接頭連通的方式設置在該管接頭上。在將裝置300裝填到上述的攜帶用包中時，在與具有日本人標準身高(160 170mm)的患者於立起狀態下將兩手垂下時的腰部分大致相當的高度附近，操作板305以成 為身體的外側的方式傾斜地形成。由此，例如在保持站立的姿勢下就能夠毫不費力地進行 氧氣濃縮裝置300的運轉操作。而且，氧氣出口 307配置在中央，在左右對稱的位置上配置 有各撥盤，因此也照顧到左撇子的人能夠沒有任何不協調感地進行操作。此外，連接在鼻插管上的軟管的全長例如在60cm以內，從而尤其是在攜帶時能夠 不成為障礙。另外，若另行準備全長與患者在所生活的同一房間內移動的範圍大致相當的 軟管，則能夠在將氧氣濃縮裝置300固定在室內的一個角落的情況下使用。此外，優選在底 面的四個角上固定四個橡膠腿(未圖示)，從而在將其設置在地面上使用時能夠防止側滑， 並且不容易倒下。接下來，為了將外部空氣導入到內部，在主框體302的背面側的上方形成有如圖 示那樣橫長地形成的進氣口 30加。另外，在主框體302的右側面形成有向外部開口的排氣 口 302b，該排氣口 302b在氧氣生成之後向外部進行排氣。另外，作為副框體的隔音室303由與主框體302 —體成形或者作為分體部件而設 置的壁部件309形成，通過設置鋪設於隔音室303的內部的壁面上的隔音部件311，能夠有 效地吸收由壓縮機1產生的運轉聲音。如圖所示，該隔音部件311以覆蓋主框體302的內 部的壁面以及後述的各種電磁閥109、115、117的方式設置，從而能夠有效地吸收通斷時的
運轉聲音。該隔音部件311可以使用由纖維直徑為1 4微米的聚烯烴類纖維(優選聚丙烯 纖維)和纖維直徑為20 30微米的聚烯烴類纖維(優選聚丙烯纖維)構成的無紡布。可 以確認，使用這樣的無紡布能夠輕量地構成，並且能夠使隔音吸音效果飛躍性地提高。壓縮機1固定在例如將0. 5 2mm厚度的鋁板部件彎曲加工成二字形而得到的未 圖示的安裝板上，之後，壓縮機1通過包括橡膠襯套在內的防振橡膠被固定在隔音室303的 內部。柔性配管對用於將來自上述的進氣口 30 的原料空氣相對於一體地設置在該壓縮 機1上的過濾器組裝體導入，該柔性配管M以穿過貫穿設於隔音室303上的貫通孔的方式 設置。另外，用於對由於被壓縮機1壓縮而溫度上升了的壓縮空氣進行冷卻的散熱管55 通過配管M連接。該散熱管55構成為將例如銅製或鋁製的細長的管如圖示那樣捲成線 圈狀以增大表面積，並且構成為，在溫度上升了的壓縮空氣通過散熱管陽的管內部的過程 中，通過配置在附近的包括軸流扇在內的散熱扇330的送風來進行冷卻。另外，散熱扇330的送風向上述的排氣口 302b排出。另一方面，散熱扇330的送 風由於與來自後述的消音器的排氣一樣都被積極地進行，因此構成為通過未圖示的其他貫 通孔將外部空氣導入到隔音室303內，並進行上述散熱和排氣。另一方面，在主框體302的左側面上設有外部電池連接器131、AC適配器連接器 130、133，圖示的AC適配器319的連接器連接在AC適配器連接器130上，從而能夠從AC適 配器(交流100V)向氧氣濃縮裝置300進行電力供給。另外，將能夠反覆充電的外部電池 的連接器置於外部電池連接器131上，由此，在外出時、在室內(屋內)等移動時能夠進行 最長兩小時左右的電池驅動。而且，作為能夠反覆充電的鋰離子電池的內置電池2 如圖所示配置在最下位 置，降低了裝置整體的重心位置。如上所述，成為AC電源(商用電源)、外部電池、內置電池的三系統的電源，並且，將使用的電源的優先順序自動切換成AC電源、外部電池、內置電 池，由此，能夠謀求尤其是內置電池228的保存。另一方面，一對吸附筒108a、108b用於使壓縮空氣透過被收納的沸石吸附劑，由 吸附劑選擇性地吸附氮氣而生成氧氣，該一對吸附筒108a、108b如圖所示沿縱向並列配置 於隔音室303與主框體302之間的空間。而且，用於儲存所生成的氧氣的製品罐111配置 在隔音室303的上方。在與上述電源開關306的開位置相當的位置上設有運轉狀態燈(未圖示)，該運 轉狀態燈中內置有點亮成綠色和紅色的例如發光LED。另外，也有設有電池餘量監視器的 機型。如圖所示，位於中央的氧氣出口 307以其所圍起的整個部分從操作板305的操作面 向裡側(圖面的背面側)內凹的方式設置。也有在該氧氣出口 307上設有橫向印刷了「檢 查」文字或者與其相當的字符表示的警報顯示部的機型。也有進一步在警報顯示部的下方 設有內置了點亮成綠色、紅色和黃色的例如發光LED的氧氣燈的機型。而且，上下的氧氣流用設定按鈕308、309被設置為平開關(flatswitch)，並且被 設置為與操作板305的操作面大致成同一平面。該氧氣流用設定按鈕308構成為，每當進 行按壓操作時，能夠將以90%程度以上被濃縮的氧氣在從每分鐘0. 25L (升)到最大5L的 範圍以0. 25L為一檔或0. OlL為一檔設定氧氣流量，並在上方的氧氣流量顯示部309進行 顯不。如上所述，能夠改變氧氣生成能力地進行運轉。另外，也有設有同步燈的機型，該 同步燈用於通過點亮或閃爍顯示來告知患者是處於以通過呼吸同步而斷續供給濃縮氧氣 的狀態運轉中的情況。另外，還有設置了動作指示器的機型，該動作指示器被設置成用於通 過與呼吸同步地進行閃爍顯示來告知患者。如上述那樣配置在操作板305上的各操作部以使用上的安全性和老年人的使用 為前提，能夠以滿足需要的最小限度的操作對主要功能進行全部操作。具體來說，顯示部 204的電池餘量顯示部在電源接通的情況下大約2秒鐘內全部點亮。然後，若內置電池2 或外部充電式電池的餘量為100%，則內置有發光LED的燈點亮為綠色(持續發光)，並且， 多檔(例如五檔)顯示部全部點亮顯示。另外構成為，每當電池餘量相對於充滿電減少規 定比例(例如20%)時，依次熄燈並且點亮燈數依次減少，當成為只剩一個燈點亮的狀態時 以橙色等注意色點亮，並能夠通過內置的蜂鳴器或語音引導器進行警告。而且，當充電式電池的餘量相對於充滿電在規定比例、例如10%以下時，內置有發 光LED的燈以間歇地發出紅色等警報色的光的方式閃爍，並且，每隔規定間隔、例如5分鐘 就通過內置的蜂鳴器或語音引導器報告該情況，由此，能夠確保尤其是外出時或停電時的 電池驅動模式下的使用上的安全性。此外，也可以使內置電池2 和外部充電式電池的電 池餘量顯示部以與內置電池2 和外部充電式電池各自對應的方式分別進行顯示，從而容 易視覺辨認。另外，也可以在警報顯示部上印刷「檢查」文字，當氧氣濃度下降時點亮內置的燈 進行告知。另外，也可以在裝置側發生異常時使蜂鳴器也鳴響，隨語音引導器一起進行告 知。另外，也可以在裝置因停電而停止時閃爍而進行告知，另一方面，能夠通過蜂鳴器和語 音引導器對尤其是視覺障礙者可靠地進行告知。另外，當氧氣被正常地進行氧氣吸入時，氧 氣燈的內置的LED點亮成綠色。另外，當氧氣沒有出來或者氧氣濃度降低時熄滅。而且，也可以在同步模式(呼吸同步模式)下，當在一定時間、例如30秒左右沒有檢測出呼吸狀態 時點亮成警報色即紅色，並在蜂鳴器鳴響的同時通過語音導向器進行告知。另外，也可以在處於以與進氣同步地進行濃縮氧氣供給的同步模式運轉中的情況 下，為了使患者能夠視覺辨認出該情況，與呼吸模式(氧氣輸出)實質上同步地點亮成綠色 或閃爍以進行告知，由此，患者能夠確認濃縮氧氣在被正常地供給。另一方面，也可以是，若打開電源開關306，則進行蜂鳴器鳴響、所有的燈在兩秒鐘 內全部點亮成綠色的初始自檢，當在電池驅動模式下使用時，隨後在五檔的顯示部中與餘 量相應地點燈表示。患者根據醫生的處方進行氧氣流量設定按鈕308的增減操作，在設定 成規定流量後開始氧氣供給。此外，在通常使氧氣濃縮裝置300停止的情況下，將上次的動 作條件(氧氣流量、同步模式的有無)存儲在臨時存儲裝置中。因此構成為，在初始自檢後， 在不按氧氣流量設定按鈕308的情況下，能夠自動地以上次的動作條件進行濃縮氧氣的供 給。此外，也可以同時通過語音引導器將該情況(與上次相同的動作條件)進行告知。若 在停止時關閉電源開關306，則氧氣燈也熄滅，也可以運轉燈在閃爍了短暫的時間之後自動 地結束。氧氣濃縮裝置300的流路配管及框圖的說明在圖3 圖5中，對於已經說明了的結構部件標註相同的附圖標記並省略說明，圖 中的雙線是作為空氣、氧氣、氮氣氣體的流路的配管對，大體上用配管Ma Ml進行表示。 另外，細實線表示電源供給或電信號的配線。此外，圖4中用虛線表示的配管Mc、Mh、Mi、 24j\24k,241實際上都是如圖5所示那樣由歧管形成的，因此沒有使用軟管、金屬管等。這裡，在以下的說明中，對作為壓縮機1採用將壓縮空氣產生部la、減壓空氣產生 部lb、過濾器組裝體7和消音器6 —體化構成的結構的情況進行說明。另外，對於將外部空 氣經由進氣口 302a、過濾器320導入到內部並經由排氣口 302b排出到外部的主框體302， 作為密閉容器，在圖中用虛線大體進行表示。在圖3中，沿著導入空氣的流動依次說明。原料空氣經由進氣口 302a、過濾器320 被導入到主框體302的內部，之後，原料空氣沿箭頭F方向被導入到具有過濾器組裝體7的 加壓吸入罐7a中。過濾後的原料空氣經由作為歧管而形成的配管24i進入壓縮機1的加 壓室la。接下來，原料空氣成為被壓縮機1的加壓室Ia加壓了的壓縮空氣，並在此時以溫 度上升了的狀態經由作為歧管而形成的配管Mj、加壓緩衝罐7b而被向配管2 送出，因 此，優選設置成將該配管2 連接在散熱效果卓越的上述散熱管55上，並利用來自用於冷 卻壓縮機1整體的送風扇330的送風進行冷卻。通過這樣將壓縮空氣冷卻，能夠使因高溫而 功能降低的作為吸附劑的沸石作為通過吸附氮氣而用於生成氧氣的吸附劑充分發揮功能， 因此能夠將氧氣濃縮至90%程度以上。接下來，經由配管24d對如上述那樣沿縱向並列地配置的兩根第一吸附筒體108a 和第二吸附筒體108b交替地供給壓縮空氣。另外，將減壓空氣經由配管Mh、減壓緩衝罐 6b、以及作為歧管而形成的配管24k而導入減壓空氣發生部lb。因此，作為切換閥的三向切 換閥109a、109b如圖示那樣連接。如圖示那樣對三向切換閥109a、109b連接配管Mf，以 便進行用於使這些三向切換閥109a、109b以及第一吸附筒體108a和第二吸附筒體10 的 廢氣解吸附的淨化工序。另外，將配管Mf的下遊側連接在壓縮機1的減壓空氣產生部Ib上，在該減壓空氣產生部Ib上，經由作為歧管而形成的配管241連接有減壓排氣罐6a，該減 壓排氣罐6a具有用於進行排氣時的消音並進行從排氣口 302b向外部的排氣的消音器6。分別被儲存在以上的第一吸附筒體108a和第二吸附筒體108b內的觸媒吸附劑即 沸石是Si2O3Al2O3比為2. 0 3. 0的X型沸石，並且通過使該Al2O3的四面體單位的至少 88%以上與鋰陽離子結合的沸石，能夠增加每單位重量的氮氣的吸附量。特別優選具有不 足Imm的顆粒測定值並且四面體單位的至少88%以上與鋰陽離子融合的沸石。通過使用這樣的沸石，能夠減少為了生成相同的氧氣而需要的原料空氣的使用 量。其結果是，能夠使用於產生壓縮空氣和減壓空氣的壓縮機1成為更小型的類型，並能夠 謀求進一步的低噪音化。另一方面，如圖示那樣，在第一吸附筒體108a和第二吸附筒體108b的上方的出口 側分支連接有由單向閥、節流閥、開閉閥構成的等壓閥107。另外，在等壓閥107的下遊側連 接有合流的配管2 ，製品罐111是用於對分離生成的90%程度以上的濃度的氧氣進行儲 存的容器，該製品罐111如圖示那樣連接在配管M上。另外，配置有用於檢測各吸附筒內 的壓力的未圖示的壓力傳感器。在該製品罐111的下遊側配置有將出口側的氧氣的壓力自動調節為一定值的所 謂調節器、即壓力調節器112。在該壓力調節器112的下遊側，經由配管2 連接有氧化鋯 式或超聲波式的氧氣濃度傳感器114，以便間歇地(每10 30分鐘)或連續地進行氧氣濃 度的檢測。在氧氣濃度傳感器114的下遊側連接有與上述氧氣流量設定按鈕308連動地開 閉的比例開度閥115，在其下遊側還連接有氧氣流量傳感器116。另外，在該傳感器116的下 遊，經由用於進行呼吸同步控制的減壓空氣電路板連接有按需供氣閥(demand valve) 117, 按需供氣閥117經由滅菌過濾器119相對於氧氣濃縮裝置300的氧氣出口 307連接。通過 以上的結構，經由鼻插管314等能夠吸入相對於患者的最大流量5L/分鐘的以90%程度以 上被濃縮的氧氣。接下來，電源系統由將AC(商用交流)電源整流為規定的直流電壓的開關調節式 的AC適配器319、內置於主框體302底部的內置電池228、經由上述連接器131以能夠自由 裝拆的方式設置的外部電池227、以及電源控制電路2 構成，其中，該AC適配器319經由 連接在AC適配器319上的AC電源的連接器130而被中轉連接。內置電池2 及外部電池 227是可反覆充電的二次電池，內置電池2 接受來自電源控制電路2 的電力供給而被充 電。此外，使用的內置電池2 能夠進行至少五百次(數百次左右)程度的反覆充放電，並 具有電池餘量、使用充放電循環次數、劣化程度、輸出電壓等的管理功能，優選內置電池228 具有能夠通過外部的攜帶終端等確認電池餘量、剩餘充電容量、充放電次數的管理功能。另 外，雖然外部電池227在經由連接器131的連接狀態下，能夠接受來自電源控制電路2 的 電力供給而進行充電，但通常使用另行準備的電池充電器對外部電池227反覆充電。或者， 也可以準備專用設計的、將電池充電器一體化了的外部電池227。在以上的電源系統的結構中，氧氣濃縮裝置300被自動切換成以下三系統的電力 供給狀態中的一個而使用，該三系統的電力供給狀態是接受來自AC適配器319的電力供 給而動作的第一電力供給狀態；接受來自內置電池228的電力供給而動作的第二電力供給 狀態；接受來自外部電池的電力供給而動作的第三電力供給狀態。通過中央控制部200對電源控制電路2 進行控制，從而使該自動切換的優先順序以上述第一電力供給狀態、第二電力供給狀態、第三電力供給狀態的順序自動確定。另 外，還有在電源控制電路2 上進一步連接ID標籤碼識別電路的情況，從而能夠防止攜帶 時充電式電池斷電的情況。即，為了防止攜帶時充電電池斷電的情況，最好連接多個充電式 電池228，但像這樣，若連接多個電池，則切換電源的機構會變得複雜，並且無法單個地監視 電力消耗。因此，在多個充電式電池228中，為了能夠進行自動地從放電結束的電池向充滿 電的充電式電池切換的控制，對單個的充電式電池事先設置了識別ID標籤碼和充電狀態 檢測機構，從而能夠確認放電結束的電池並向充滿電的電池切換。而且，能夠與想使用電池 的時間相匹配地自由選擇所連接的電池的數量，從而能夠提高便利性。而且，為了謀求氧氣濃縮裝置300的重心降低而將內置電池2 配置在底面上。另 一方面，通過將外部電池227收納在例如患者的衣物的口袋內，並適當連接，從而在外出時 也能夠等使用。由於在該外部電池227上設置了上述充電餘量顯示部，因此能夠與語音引 導器一起對剩餘使用時間進行告知。AC適配器319優選能夠不受頻率不同的影響和電壓變動的影響地產生規定的直 流電壓且能夠小型輕量地構成的開關調節式，也可以是通常的串聯式(series type)。另 外，內置電池2 和外部電池227可以是充電時的存儲效果降低且再次充電時也能夠充滿 電的鋰離子、鋰氫離子的二次電池，也可以是現有的鎳電池或鎳氫電池。而且，還可以將外 部電池構成為緊急時備用的、哪裡都能弄到的二號乾電池盒。另外，中央控制部200中存儲有切換到與生成的氧氣量相應的最佳動作模式的程 序，中央控制部200通過馬達控制部201和風扇馬達控制部分別進行控制，使得在生成較多 氧氣的情況下自動地高速驅動壓縮機1和送風扇330，在生成較少氧氣時的情況下以低速 旋轉驅動壓縮機1和送風扇330，由此尤其保留內置電池2 的電量，其結果是，即使在忘記 對外部電池227進行充電的情況下，也能夠在突然外出時及停電時等進行應對。在該中央控制部200中內置有存儲了規定動作程序的ROM、RAM，並且，在該中央 控制部200上還連接有外部存儲裝置210、非易失性EEPROM 205、臨時存儲各種數據的RAM 206、以及實時時鐘207，該中央控制部200構成為，通過經由外部連接器133與通信線路等 連接而能夠讀取存儲內容。另外，在中央控制部200上連接有控制電路和流量控制部202，其中，控制電路通 過開關控制上述三向切換閥109a、109b和等壓閥107而進行控制，使得第一吸附筒體108a 和第二吸附筒體108b內的廢氣解吸附，流量控制部202對上述氧氣濃度傳感器114和比例 開度閥115、流量傳感器116和按需供氣閥117進行控制。總重量約為400g的壓縮機1通過內置於馬達控制部201內的可變速度控制部以 正弦波驅動波形進行包括外轉子式電動馬達2在內的直流馬達的驅動控制，由此降低運轉 聲音。該壓縮機1構成為能夠以各種速度運轉，能夠產生所需要的壓縮空氣的壓力水平和 流量，只發出非常小的噪音和振動，只產生非常少的熱量，小型輕量，且能夠以非常少的電 力消耗運轉。另外，由於馬達控制部201中具有可變速度控制機構即可變速度控制器，因此能 夠根據患者的活動水平、環境條件來自由地改變壓縮機1的旋轉驅動速度。其結果是，如果 通過按需供氣閥117根據呼吸同步判斷出患者坐著或是睡覺等患者的氧氣需求比較低的情況，則能夠自動地降低壓縮機1的驅動旋轉速度。另外構成為，如果通過GPS判斷出患者 起立、活動或是如後述那樣處於氧氣濃度低的高地的情況時等、判斷出患者的氧氣需求比 較高、氧氣需求量升高，則能夠自動地升高旋轉速度。通過上述那樣的馬達控制能夠降低裝置300整體的電力消耗，從而能夠延長充電 式電池的驅動時的壽命，並且，能夠降低充電式電池的重量和大小，還能夠獲得通過降低壓 縮機1的磨損度延長壽命而能提高可靠性的間接效果。如上所述，該壓縮機1具有產生壓縮空氣和產生減壓空氣的功能，並根據要排出 的氧氣流量而自動控制轉速，壓縮機1的旋轉速度被控制在500rpm至3000rpm之間。另外， 該壓縮機1具有將空氣最大程度壓縮至150kPa左右的性能。該壓縮機1的環境操作溫度是0°C 40°C，壓縮機1的驅動電壓是能夠從汽車、卡 車等的點菸器適配器(cigar lighter adapter)中取得的電源即直流12V或MV，電力使用 量大約是30W左右。因此，在最壞的情況下也能夠與連接器131連接而進行電源供給。另 外，上述送風扇330的消耗電力是大約3W左右，上述送風扇330構成為，轉速根據濃縮氧氣 流量變動，從而有助於降低噪音、減少耗電。作為三向切換閥109a、109b，通常使用被稱為直動式的通過通電時的磁力進行閥 動作的電磁閥。這種電磁閥由於僅靠電氣的力使主閥動作，因此存在耗電高的問題。而且， 作為三向切換閥109a、109b，還可以使用先導式三向切換閥。通過該先導式三向切換閥，能 夠有效地利用非常少的消耗電力和來自壓縮機1的氣壓進行動作，因此，由於能夠從以往 的8W降低至0. 5W，所以能夠實現大幅的電力降低。照顧到被實施了低噪音化的氧氣濃縮裝置300的組裝操作性和檢查維修性的提 高，如圖2所示，將以上的各構成部件設計成能夠從一個方向主要將主框體作為其安裝部 進行固定。即，構成為能夠將各種控制基板、如上所那樣將氧氣的壓力自動調整為一定值的 壓力調節器112、壓力調節器112的下遊側的氧氣濃度傳感器114和比例開度閥115、氧氣 流量傳感器116和與用於進行呼吸同步控制的減壓空氣電路基板118連接的按需供氣閥 117都從一個方向進行固定。尤其是通過將伴隨著振動或噪音的產生的構成部件在隔音室 303的內部以隔音狀態且防振狀態設置，能夠使得壓縮空氣的供給聲音、外部空氣的導入聲 音、用於製作原料空氣的過濾空氣的導入聲音、以及周期性產生的排氣聲音不向外部漏出 從而實現噪音降低。另外，由於三向切換閥像上述那樣被隔音片311覆蓋，因此能夠對三向 切換閥的動作聲音進行隔音。而且，主框體302作為具有通過其進氣口 30 導入到內部並 通過排氣口 302b向外部排出所需的最小限度的開口的密閉罩而被構成，因此能夠實現進 一步的噪音降低。壓縮機1的構成圖6是壓縮機1的外觀立體圖。在本圖中，用貫穿螺栓40、40以及未圖示的螺母 和螺紋部件將具有過濾器組裝體7的加壓吸入罐7a固定在上表面左側，將真空蓋9固定在 上表面右側。用貫穿螺栓40、40以及未圖示的螺母和螺紋部件將加壓罐7b隔著上部殼體 3、下部殼體4而與加壓吸入罐7a相對地固定在下表面左側。用貫穿螺栓40、40以及未圖 示的螺母和螺紋部件將真空蓋9隔著上部殼體3、下部殼體4而與上部的真空蓋9相對地固 定在下表面右側。另外，用貫穿螺栓40、40以及未圖示的螺母和螺紋部件將加壓蓋8固定在近前側面左側，將具有排氣消聲器(消音器)6的真空排氣罐6a固定在近前側面右側。用貫穿螺 栓40、40以及未圖示的螺母和螺紋部件將加壓蓋8固定在相對的側面的左側並與近前側面 左側的加壓蓋8相對。另外，用貫穿螺栓40、40以及未圖示的螺母和螺紋部件將真空吸入 罐6b固定在相對的側面的右側並與真空吸入罐6b相對。這樣，使壓縮機成為水平對置兩 缸式，並成為將配管歧管、進氣過濾器、排氣消聲器一體化了的構造。壓縮機1具有產生減壓空氣的減壓室lb、產生壓縮空氣的加壓室la、以及由馬達 2旋轉驅動的用虛線表示的曲軸體11。另外，將曲軸體11的沿長度方向的尺寸H減小至極 限，並且構成為，相對於其橫截面形狀為圖示那樣的正四邊形的具有上下面和左右面的上 部殼體3、下部殼體4安裝後述的構成部件。在過濾器組裝體7的內部設置有線圈狀的燒結 體或由特殊纖維形成的過濾部(未圖示)。下面，參照將圖7的壓縮機1與用虛線示出的減壓空氣蓋8 —起表示的、基於等角 視圖法的框架圖進行說明。在與曲軸體11的長度方向正交的兩側面即上部殼體3、下部殼 體4上固定有徑向球軸承的第一軸承13和第二軸承14，曲軸體11由這些第一軸承13和第 二軸承14以能夠旋轉的方式軸支承。另外，在殼體的一個側面上固定有馬達2，曲軸體11 的由第一軸承13支承的部分向殼體的外側延伸設置，並通過連軸器12而與馬達2的輸出 軸加連接。另外，在第二軸承14附近的殼體內部，在曲軸體11上固定地設置有形成了慣 性力矩部19f的飛輪19。通過以上的結構，隨著對馬達2的通電能夠一邊通過飛輪19吸收轉矩變動，一邊 將曲軸體11例如向順時針方向連續地旋轉驅動。第一活塞25在設於曲軸體11上的第一偏心凸輪(未圖示)的作用下通過第一連 杆沈在前後方向上往復運動(圖中為左右方向)，並在第一氣缸室(未圖示)內被引導。 第一連杆沈的中心軸(動作軸)用CL2表示。另外，第二活塞27在設於曲軸體11上的第 二偏心凸輪(未圖示)的作用下通過第二連杆觀在前後方向上往復運動(圖中為左右方 向)，並在第二氣缸室41c內被引導。第二連杆觀的中心軸(動作軸)用CL3表示。第一 活塞25和第二活塞27的中心軸(動作軸)具有共同的第一中心軸(相同的中心軸)CL1。 第一連杆沈的中心軸(動作軸)CL2和第二連杆觀的中心軸(動作軸)CL3以相對於第一 中心軸CLl互相成180°的方式從第一中心軸CLl偏離地配置。第三活塞四在設於曲軸體11上的第三偏心凸輪(未圖示)的作用下通過第三連 杆30在上下方向上往復運動，並在第三氣缸室(未圖示)內被引導。第四活塞31在設於曲 軸體11上的第四偏心凸輪(未圖示)的作用下通過第四連杆32在上下方向上往復運動， 並在第四氣缸室(未圖示)內被引導。第三活塞四和第四活塞31的中心軸(動作軸)具 有共同的第二中心軸(相同的中心軸)CL7。第三連杆30的中心軸(動作軸)CL5和第四連 杆32的中心軸(動作軸)CL6以相對於第二中心軸CL7互相成180°的方式從第二中心軸 CL7偏離地配置。由於以上的第一活塞25、第二活塞27、第三活塞四、第四活塞31同時進行壓縮工 序和進氣工序，所以能夠謀求防止振動。與第一活塞一體形成的第一連杆沈通過徑向球軸 承15相對於曲軸體11被軸支承。與第二活塞一體形成的第二連杆觀通過徑向球軸承16 相對於曲軸體11被軸支承。與第三活塞一體形成的第三連杆30通過徑向球軸承18相對 於曲軸體11被軸支承。
與第四活塞一體形成的第四連杆32通過徑向球軸承17相對於曲軸體11被軸支 承。而且，如圖所示，第一連杆沈、第二連杆28的中心軸CL2、中心軸CL3從上述的第一中 心軸CLl偏置距離Ala的量。通過以上的結構，能夠使得在驅動各第一活塞25、第二活塞27時會產生的繞第一 中心軸CLl的旋轉力矩絕對不會產生。此外，第一活塞25、第二活塞27、第三活塞四、第四 活塞31的行程為2 5mm左右，從而能夠從氧氣出口 307流出2 3L/分鐘的90%以上的
高濃度氧氣。另一方面，第三活塞四、第四活塞31分別以在上下方向上沿相同的軸嚮往復運動 的方式在氣缸室(未圖示)內被引導，第三活塞四、第四活塞31同時進行壓縮工序和進氣 工序。如圖所示，與第三活塞四、第四活塞31對應的氣缸室(未圖示)的第三連杆30的中 心軸CL5、第四連杆32的中心軸CL6從上述的共同的第二中心軸CL7偏置距離Alb的量。 因此，能夠使得在驅動各第三活塞四、第四活塞31時會產生的繞共同的第二中心軸CL7的 旋轉力矩絕對不會產生。而且，第一活塞25和第二活塞27共同的第一中心軸CL1、與第三 活塞四和第四活塞31共同的第二中心軸CL7互相正交地配置。因此，旋轉力矩在水平面 上的旋轉力矩能夠被抵消。圖8是加壓蓋的主要部分的立體分解圖。關於真空蓋9，除了各簧片閥50、51的開 閉方向以外同樣地構成。在圖8中，對於已經說明了的結構或部件標註相同的附圖標記並 省略說明，在氣缸體41上，從下方設置有第一託架(未圖示)，該第一託架被衝壓加工成與 氣缸體41相同的形狀。在第一託架的上方設置有與該第一託架相同外形形狀並貫穿設置 了相同的孔部的下方部件43。該下方部件43能夠由板厚為Imm左右的不鏽鋼板或鋁板衝 壓加工而成。在該下方部件43上設置有小孔部43k和大孔部43g。在下方部件43的上方設置有簧片閥部件44。該簧片閥部件44由板厚為0. 3mm以 下的不鏽鋼板部件或磷青銅板部件衝壓加工而成，並且，各簧片閥50、51其外形被衝成U字 形，並如虛線所示那樣，以從基部開始彈性變形的方式形成。形成為，在通過貫通的長螺栓 49進行組裝時，下方部件43的小孔部43k和簧片閥50處於相同的位置，下方部件43的大 孔部43g處於相同的位置。該簧片閥部件44的上方的上方部件45與上述下方部件43 —起從上下夾持簧片 閥部件44，並且形成和貫穿設置有限制部4 和孔部45g，該限制部4 用於限制簧片閥51 進一步向上方移動。形成為，在通過貫通的螺紋部件進行組裝時，上方部件45的小孔部45g 和簧片閥50處於相同的位置，上方部件45的限制部4 和簧片閥51處於相同的位置。這樣，小孔部43k、簧片閥51、限制部4 作為一個閥而發揮作用。另外，大孔部 43g、簧片閥50、孔部45g作為一個閥而發揮作用。在上方部件45的上方設置有第二託架 (未圖示)，在上方部件45的上方還設置有蓋體47，在這些部件上分別設有螺紋孔41b、 43b、44b、45b、47b，用貫穿這些孔的長螺栓49進行組裝。這樣，簧片閥、簧片閥部件能夠成 為蓋獨立型的多個座閥構造。圖9A、圖9B是表示第一活塞四、31處於進氣工序的狀態、和第一活塞四、31處於 壓縮、排氣工序的狀態的模式圖。在進氣工序中，具有彈性的簧片閥50撓曲(簧片閥51不 撓曲)，在壓縮、排氣工序中，具有彈性的簧片閥51撓曲(簧片閥50不撓曲)。這樣，在第 一活塞四、31處於進氣工序的狀態下，簧片閥50、51能夠被限制部4 限制移動地動作，從
14而能夠產生壓縮空氣和減壓空氣。 本發明不限於上述實施方式，在不脫離本發明的技術思想和範圍的情況下，能夠 進行各種各樣的變更和變形。因此，為了公布本發明的範圍，附加以下的權利要求。
權利要求
1.一種壓縮機，其特徵在於，包括一組第一活塞、第一偏心凸輪、第一氣缸室；一組第二活塞、第二偏心凸輪、第二氣缸 室；一組第三活塞、第三偏心凸輪、第三氣缸室；以及一組第四活塞、第四偏心凸輪、第四氣 缸室，所述第一活塞和第二活塞共同的第一中心軸、與所述第三活塞和第四活塞共同的第二 中心軸互相正交地配置。
2.一種使用壓縮機的氧氣濃縮裝置，包括過濾器組裝體，用於對成為壓縮空氣的原 料空氣進行過濾；一對吸附筒，其中收納有沸石吸附劑，所述沸石吸附劑用於從壓縮空氣中 選擇性地吸附氮氣而生成氧氣；切換閥，用於切換流路以便對所述吸附筒交替地供給來自 壓縮機的壓縮空氣和減壓空氣，從而進行基於所述吸附劑的所述生成和淨化；消音器，用於 在所述淨化後的減壓空氣的排氣時進行消音；容器，用於儲存所述生成的氧氣；以及充電 式電池，用於進行包括所述馬達的驅動在內的電力供給，其特徵在於，所述壓縮機包括一組第一活塞、第一偏心凸輪、第一氣缸室；一組第二活塞、第二偏 心凸輪、第二氣缸室；一組第三活塞、第三偏心凸輪、第三氣缸室；以及一組第四活塞、第四 偏心凸輪、第四氣缸室，所述第一活塞和第二活塞共同的第一中心軸、與所述第三活塞和第 四活塞共同的第二中心軸互相正交地配置。
全文摘要
本發明的目的是實現一種能夠同時達成大幅的小型輕量化和低噪音化以及低振動化的壓縮機以及使用該壓縮機的氧氣濃縮裝置。壓縮機包括一組第一活塞、第一偏心凸輪、第一氣缸室；一組第二活塞、第二偏心凸輪、第二氣缸室；一組第三活塞、第三偏心凸輪、第三氣缸室；以及一組第四活塞、第四偏心凸輪、第四氣缸室，所述第一活塞和第二活塞共同的第一中心軸、與所述第三活塞和第四活塞共同的第二中心軸互相正交地配置。
文檔編號A61M16/10GK102099579SQ20098012768
公開日2011年6月15日 申請日期2009年7月8日 優先權日2008年7月14日
發明者小川洋志 申請人:泰爾茂株式會社