JPH09311119A

JPH09311119A - Ｐｓａ式ガス濃縮装置の酸素濃度検出器

Info

Publication number: JPH09311119A
Application number: JP9062167A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Sato; 重雄佐藤; Kazukiyo Takano; 和潔高野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-16
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 1997-12-02
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: JP3345634B2

Abstract

(57)【要約】【課題】医療用の在宅酸素濃縮装置にも使用できる小
型で安価、サンプルガスが少なく、かつ、長寿命の酸素
濃度検出器を提供する。【解決手段】新方式のジルコニア式酸素濃度センサー
を収容する小室６（チャンバーともいう）に流入口７と
流出口８を付設し、細孔１１，１２の直径を適当に選択
し、かつ、流入口の位置を、被測定ガスがセンサーに直
接吹付けない位置にすることにより、少量のサンプルガ
スでも正確な酸素濃度の測定ができるように構成するこ
とで医療用の酸素濃度計としても使用できる構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＰＳＡ式（圧力変
動吸着式）ガス濃縮装置の酸素濃度検出器及びその酸素
濃度検出器を具備したＰＳＡ式ガス濃縮装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気の主たるガス成分はおよそ窒素７８
％，酸素２０．８％，アルゴン０．９％であり、我々は
これ等のガスを空気中より分離する技術により、酸素ガ
ス，窒素ガス，アルゴンガスを濃縮して利用している。
なかでも酸素ガス，窒素ガスはその量も多く、これを使
用するものが多い。これ等濃縮された酸素ガスや窒素ガ
スの濃度が重要であり、それを測定するために濃度検出
器が用いられている。酸素濃度検出器には種々の方式の
ものが製品化されているが窒素ガスの濃度検出器はな
く、窒素ガスは工業的にはイナートガスとして使用され
る場合が多いせいもあって、該窒素ガス中に含まれる残
留酸素ガス濃度を検出して、１００％から差し引いて窒
素ガスの濃度としているのが一般的である。

【０００３】ガス濃縮の技術は常温で行なわれる膜式や
ＰＳＡ式の装置が普及するようになってきた。なかで
も、昭和６０年３月から在宅酸素療法に健康保険が適用
されるようになり、電気のスイッチを入れるだけで空気
中の酸素ガスを濃縮して患者に吸入用として吹送する小
型の医療用ガス濃縮装置が広く使われるようになってき
た。このガス濃縮装置には酸素透過膜により濃縮する方
法と、吸着剤を用いるＰＳＡ（Pressure Swing Adsorpt
ion)法があり、前者の酸素濃度が約４０％で水分を含ん
だガスとして濃縮され、後者は同約９０％で大変乾いた
濃縮ガスとして得られる。そして現在はＰＳＡ法による
濃縮装置の方が多く用いられている。

【０００４】これ等医療用として使用するガス濃縮装置
は濃縮した酸素ガスを薬として患者に供給するものであ
るから、その濃度は大変重要である。一方、酸素濃縮装
置はいろいろな部品で構成される装置であるから故障を
ゼロとすることは出来ない。吸着剤の劣化や、一部の部
品の故障が生じた場合、外観上全く正常な動作をしてい
ても濃縮した酸素ガスが得られないという故障も含まれ
ている。

【０００５】このため濃縮される酸素ガスの濃度を監視
し、その低下が生じた場合に患者に知らせ修理等を依頼
できるようにする必要がある。一般に多く使われている
医療用のＰＳＡ式ガス濃縮装置を例に挙げ、これについ
て説明すると、加圧下では酸素ガスより窒素ガスを多く
吸着し、圧力を下げると吸着した窒素ガスを放出（脱
着）する性質を有する吸着剤（多くの場合、ゼオライ
ト）を、吸着筒という圧力容器に充填し、これを２本用
意し、空気圧縮機により大気を吸い込み圧縮して弁手段
により切替えて吸着筒に交互に該圧縮空気を送り込む
と、吸着筒内の吸着剤に窒素ガスが吸着されて濃縮され
た酸素ガスが他端より取り出されて貯留タンクに蓄えら
れる。

【０００６】そして当該吸着筒の吸着剤が吸着した窒素
ガスでいっぱいになる前に別の吸着筒の方へ圧縮空気を
切替えて、こちら側の吸着筒で前と同様に濃縮する。そ
の間、先に窒素を吸着した吸着筒は切替弁にて大気圧に
減圧する。すると吸着筒内の吸着剤に吸着した窒素ガス
が脱着して大気中に放出される。このとき大きい放出音
がするのでサイレンサーを取付けて音を消去する構成と
している。貯留タンクに蓄えられた濃縮酸素ガスは切替
えによって圧力の変動が生ずるので減圧弁を介して一定
圧にした後、患者は流量設定器により医師の処方により
定められた酸素流量に合わせて吸入する。

【０００７】しかし、吸着剤は窒素ガスを吸着除去する
とき、空気中に含まれる水分（水蒸気）も一緒に除くの
で大変乾いた酸素ガスとして濃縮されるので、吸入のと
き、鼻腔や気管支が乾くので酸素ガスを加湿器により加
湿するため、例えば水中を気泡で通す加湿器により加湿
した後吸入している。酸素濃縮装置から取り出した濃縮
酸素ガスは患者のベッド又は患者の居る所までホースで
導いて吸入器、即ちカニューラで吸入している場合が多
く、患者の生活態様によりホースの長さが変わっており
２ｍから１８ｍ以上になる場合もある。患者が医師より
処方される吸入酸素量は、５Ｌ／分未満がほとんどであ
り、特に２Ｌ／分以下が大半である。このため酸素濃縮
装置の容量も５Ｌ／分の装置又は２Ｌ／分の装置と、い
ずれも小容量である。これは大きい容量のものは装置の
寸法も大きく、電気代も多くなるためなるべく必要最小
限の小型の装置として作られているためである。

【０００８】このため、酸素濃度検出器で検知のために
消費するサンプルガス量は５０ｍＬ／分程度と少ない方
が好ましく、多くても２００ｍＬ／分が上限である。即
ち酸素濃縮器の容量が２Ｌ／分の装置で患者が医師に吸
入量を２Ｌ／分で処方されたとすると患者の消費分と、
サンプルガスの０．２Ｌ／分を合わせて２．２Ｌ／分が
濃縮器に流れるとすると２Ｌ／分時には９０％であった
酸素濃度が２．２Ｌ／分だと８５％〜７５％程度に下が
ることがある。このためサンプルガスは少ない方が好ま
しい。

【０００９】また酸素を濃縮するガス濃縮装置（以下、
酸素濃縮装置ともいう）が小型で安価であるため、必然
的に酸素濃度を検出するための酸素濃度検出器は小型で
安価であることが要求される。一方、患者はこの酸素濃
縮装置をたよりにして２４時間連続して使用しているの
で装置に対して高い信頼性が要求されている。装置が正
常であっても酸素濃度検出器の方が故障したり誤って警
報を出すことがあっては困るのでこの酸素濃度検出器に
も高い信頼性が要求される。そして、かかる医療器械の
保守サービスは専門の技術者が担当することになってお
り、厚生省等の指導によれば患者宅への訪問の回数は５
０００時間か６ヶ月のいずれか早い方で行なうようにな
っている。このため酸素濃縮装置の方はその間、無保守
でも安定して動作するような装置に作られている。しか
し酸素濃度検出のためにセンサー部の交換や濃度校正の
作業を短期間で行なう必要が生ずると、患者も業者も困
ることとなる。

【００１０】一方、酸素濃度検出器の方式には次の表に
示す４種のものが公知である。（参考文献：雑誌「計
装」１９８７．Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．９，Ｐ４８）

【表１】

【００１１】この表の中に記載の磁気センサー方式は、
センサーの寿命は長く校正も長期にわたって必要ないが
大型で機構が複雑な為、価格も高く、本発明の技術分野
のものとしては適当でない。ガルバニ電池式は、小型軽
量であるが使用時に必ず校正が必要であり、またセンサ
ー部が消耗品となり比較的短時間で交換が必要となり前
記同様に適当でない。濃淡型ジルコニア式は高温のジル
コニア壁の両側に基準ガス（空気でも可）と被測定ガス
を流し、その間に生ずる電圧（電流）を測定するので構
造が大型で消費電力も大きくなるのでこれも前記同様に
適さない。

【００１２】限界電流方式は多孔質アルミナ基板の一方
の面にガス透過性の白金電極（陰極）を次にジルコニア
固体電解質，次に再び白金電極（陽極）を高周波スパッ
タリング装置を用いて積層し、アルミナ基板の他の面に
は加熱用の白金ヒーターを形成し、各々の電極よりリー
ドを引き出して検出チップとして、被測定ガス中に置く
ことにより酸素濃度を測定できるので最も小形で安価に
なる可能性があることが判った。

【００１３】ヒーターに通電し高温（４００〜７００
℃）に安定させ、陰極と陽極に電圧を印加すると酸素濃
度により印加する電圧に関係なく一定の電流が流れ、そ
の値は酸素濃度に比例する特性を利用するものである。

【００１４】即ち、図１（Ｃ）に示すごとく、ジルコニ
ア（ＺｒＯ₂）固体電解質に電流を流すと陰極では

【数１】Ｏ₂＋４ｅ^-→ ２Ｏ^2-・・・・〔式１〕

【００１５】の電気化学反応によって電解質中へ酸素の
注入が起こる。一方、陽極では

【数２】２Ｏ^2- → Ｏ₂＋４ｅ^-・・・・〔式２〕

【００１６】の反応によって酸素の放出が生じる。これ
は固体電解質の酸素ポンプ作用と呼ばれている。そこで
酸素が雰囲気から式１の反応の起こる場所まで輸送され
る過程でこの酸素輸送を制限する多孔質アルミナ層の通
過過程が存在すると、電解質に印加する電圧を増加させ
ても電流値が一定に保たれる飽和電流特性が現れる。こ
の飽和電流は限界電流と呼ばれ、その大きさは雰囲気の
酸素濃度に比例する。この電解質に一定の電圧（限界電
流を得る領域の電圧）を印加して得られる電流より雰囲
気中の酸素濃度を検出する。

【００１７】該多孔質アルミナ基板上に構成した酸素濃
度検出チップは数ミリ平方で構成できる。そして小形化
したため直接に被測定ガスが当たるとヒーターにて一定
温度に保っている酸素濃度検出チップに温度変化が生じ
るので、金網にて覆い、その影響を少なくしている。し
かし、センサーが小さいためこの酸素濃度検出部の金網
の部分へ直接、被測定ガスが吹きつけられるとチップ部
の温度に影響して誤差を生ずることが判っている。この
センサーのチップ部をリード引出ピン及び金網の覆いを
付けた部分を酸素濃度検出部と称することとする。この
酸素濃度検出部を被測定ガス雰囲気に置き、該電極間に
電圧を加えてこの回路に流れる電流値によりその酸素濃
度を検出するものである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】通常、酸素濃度検出器
は、その検出器に導入する圧力を一定にし、流量を一定
にするため独自に減圧弁等の圧力設定器と絞り弁と流量
計を有する構成となっているため構造が複雑で装置も大
掛かりとなっている。これをＰＳＡ式ガス濃縮装置用の
小型でサンプルガスが少なく、かつ、長寿命の酸素濃度
検出器を提供する。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するために次のように構成するものである。多孔質のアルミナ基板の片面に透過性の白金電極（陰
極）を、そしてジルコニア固体電解質と、更に再び白金
電極（陽極）を積層形成し、該アルミナ基板の他の面に
は加熱用の白金ヒーターを形成したチップ部の各々の電
極よりリード線を引出し、該チップ部を金網のガード
（覆い）でつつみ、これを酸素濃度検出器とし、この酸
素濃度検出部を内部に収納し、被測定ガスの流入口と流
出口を有する小室であって、流入口に設ける細孔により
被測定ガスの流入量を決定し、その流入の方向は、酸素
濃度検出部に直接吹付けない方向とし、流出口は大気中
に開放し、流出口に設ける細孔より流出するガスの流速
が使用温度におけるガス拡散作用により大気ガスが該小
室の方に向かって逆流し、実質上内部のガス濃度に影響
を与えない流出速度を生ずる細孔径を有する小室で構成
するＰＳＡ式ガス濃縮装置の酸素濃度検出器を構成す
る。

【００２０】また該酸素濃度検出部を内蔵する小室を
製造容易でしかも必要部の寸法精度を容易に出せるよう
にするため、３つのブロックに分けた構造とする。すな
わち、酸素濃度検出部を内部に有する小室ブロックと、
該小室ブロックに被測定ガスを入れる流入口と被測定ガ
スを流出させる流出口とを有する出入口ブロックとで構
成し、これらの両ブロックの間に気密に挟持される薄板
があり、該薄板の出入口ブロックの流入口及び流出口の
小室ブロックに開口する位置に該流入口，流出口の通路
抵抗を決める細孔を有し、該流入口の位置は該流入口よ
り流入する被測定ガスが酸素濃度検出部に直接吹付けな
い位置にある構成の小室を有するＰＳＡ式ガス濃縮装置
の酸素濃度検出器を構成する。

【００２１】そして流入口の細孔径は１分間の流入ガ
ス量を２００ｍＬ／分以下の量にするため直径が０．０
５〜０．５ｍｍの範囲であることが好ましく、また小室
の容量は１００ｍＬ（１００ｃｃ）以下が好ましく、更
に１０ｃｃ程度が応答時間の点で、より好ましい。

【００２２】またこの酸素濃度検出器は被測定ガスであ
る酸素ガスを大気中に連続して放出する構造であり、そ
のガスが装置内に蓄積する可能性のある構造である。ま
た、該酸素濃度検出部の置かれる被測定ガスの圧力が変
動すると測定濃度の誤差が生ずることが判っている。こ
のため前記の小室に流入する流入口の細孔径は小さく、
流出口の細孔径は大きくして大気圧とほとんど同じでそ
の流出速度をガス拡散作用による逆流速度以上の流速を
有する細孔径としているが、流入口に加わる供給ガスの
圧力が変われば流入ガス量が変わり、ヒーター部で加熱
してチップの温度を一定に保っている温度の放熱量に影
響し、温度が変動して誤差を生ずることとなるので一定
圧の被測定ガス源より供給する必要がある。更にこの限
界電流方式による酸素濃度検出器は、被測定ガス中に含
まれる水分がセンサー表面の高温により分解されて酸素
分子が増えるため誤差を生ずる。

【００２３】一方、これを使用するＰＳＡ式の医療用酸
素濃縮装置側でも次の問題があることが判った。即ち、
圧力変動により得られる濃縮酸素ガスは基本的に圧力が
変動しており、また当ガスは乾いているが患者が吸入す
るまでには加湿される工程が入る。また酸素濃縮装置は
制御に電気部品や電気回路を収納する空間を有してお
り、該空間の酸素濃度が高い雰囲気環境が生ずると火災
の危険が生じる可能性がある。ここで、これ等の危険を
避け安全で簡単な構成にするためこれらの酸素濃縮装置
や酸素濃度検出器の相互の特質を組合せることにより部
品点数を増やすことなく以下の手段により、より好まし
い構成を構築する。即ち、空気圧縮機と、圧縮空気の流れを切替える弁手
段と、配管手段と吸着剤を充填した少なくとも１本の吸
着筒と、濃縮ガスを貯留する製品タンク等で基本的に構
成したガス濃縮装置であって、該製品タンクの下流に減
圧弁を付設し、該濃縮ガスの圧力を実質的に一定にした
後、この濃縮ガスの流量を設定する流量設定器を付設す
るように構成し、かつ、これらの構成部品を筐体内に収
容し、発熱を伴う空気圧縮器等を冷却するためのファン
と、該筐体に空気取入口と、空気排出口等を設け、さら
に該筐体に設けた前記の空気取入口と同空気排出口とを
連結した冷却風の通路を有したＰＳＡ式ガス濃縮装置に
おいて、前記の減圧弁の下流であり、同流量設定器の上
流の位置で、該濃縮ガスを配管手段を介して分岐して取
出し、酸素濃度検出部を内部に有した小室に該濃縮ガス
を供給し、該小室から流出する被測定ガスの放出を前記
の冷却風の通路内に放散するように構成したことを特徴
とする酸素濃度検出器を具備したＰＳＡ式ガス濃縮装置
を構成するものである。

【００２４】

【実施例】図１（Ａ）に好適な１実施例の小室の断面図
を示す。図１（Ｂ）に別な小室の実施例を示す。両図の
相対応する部署には同一の符号が付してある。図１
（Ａ）の小室ブロック１は被測定ガスを導入する小室で
あって、内部に酸素濃度検出部１３を有する。これは酸
素濃度検出用のチップ部１４をこのチップ部１４を支持
するポストを兼ねるリードピン３，３′がステム２を気
密を保ちながら貫通し支持している。該チップ部は金網
カバー５にて覆われている。ステム２から出ているリー
ドピン３，３′はアルミナ基板の表面と裏面に構成され
る素子とボンディング接続される。即ちチップ部裏面に
構成される加熱用白金ヒーターへ通電するため２本のリ
ードピンとジルコニア固体電解質の両面にガス透過性の
陽極及び陰極の白金電極へ電圧を印加するための２本の
合計４本のリードピン３，３′がある。このような構造
の該酸素濃度検出部１３がシール用のＯリング４により
外部に対し、気密になるよう固定具１５により小室ブロ
ック１に固定されている。この場合の小室の内容積は約
９ｍＬ（９ｃｃ）である。

【００２５】この小室ブロック１とこの小室への被測定
ガスの出入口を構成する出入口ブロック９が薄板１０を
はさんで固定されており、薄板１０には出入口ブロック
９の流入孔７の小室ブロック１に対応する位置に細孔が
あり、ここで導入される被測定ガスの圧力を消費し、流
入ガスの流量を決める。本実施例の場合は被測定ガスの
圧力を０．０３ＭＰａで導入し、流量を５０ｍＬ／分
（５０ｃｃ／分）としている。細孔の直径は約０．０７
ｍｍである。

【００２６】同じく流出孔８の小室ブロック１に対応す
る位置には細孔１１があり、ガスの流速を拡散作用によ
り外部の大気ガスが小室内へ逆流により被測定ガスの濃
度に実質的に影響を与えない流出速度を有する細孔径に
する。

【００２７】図１（Ｂ）は小室の別な実施例を示す。図
１（Ａ）及び図１（Ｂ）において、製作上の高い寸法精
度を要求する所は細孔の所であり、また細孔径が小さい
ため、小室の壁の部分に該細孔を超小径のキリ等で穿つ
と大変高価となるので該細孔を薄板１枚にまとめて２つ
の細孔を穿つこにより、他の部分の製造を容易とすると
ともに細孔の製作も容易で安価となるようにした。流入
孔の位置はチップ部１４及びそれを覆う金網カバー５に
被測定ガスが直接吹付けない位置に設けることによりチ
ップ部１４の高温（約７００℃）の温度の安定を図って
いる。

【００２８】尚、同チップ部の温度安定は同チップ部裏
面の白金ヒーターを温度検出センサーとしても使用し、
このヒーターとこれに電流を供給している回路とでブリ
ッジを組み、温度変化によるヒーターの電気抵抗の変化
を検出し、これを増幅器にて増幅してヒーター電流を制
御して温度の安定化を図っている。また、ジルコニア固
体電解質の両面にある陽極，陰極間には約０．８ボルト
から２．５ボルトの間の一定の直流電圧を印加し、酸素
ガス濃度により流れる限界電流を検出してガスの濃度を
検出する回路がある。これは図２に示す制御部３５内
に、他のＰＳＡ式のガス濃縮装置の制御を行う部分に含
めて持っている。

【００２９】図２は、本発明を医療用の酸素ガス濃縮装
置に応用したもので、そのフローシートを示したもので
ある。酸素ガスより窒素ガスをより多く吸着する吸着
剤、例えばゼオライトを充填した圧力容器である２本の
吸着筒２５，２６に空気圧縮機２１により大気中よりフ
ィルター２０により空気中の塵埃を除去して取入れ、圧
縮した空気を断熱圧縮により加熱した熱を冷却コイル２
３で温度を下げ、更にフィルタ２４により塵埃を除いた
後、弁手段２７、（本発明の場合５方電磁弁）により吸
着筒２５か２６のいずれかに圧縮空気を送ると、該吸着
筒内の吸着剤に窒素ガスが吸着除去されて他端より濃縮
された酸素ガスが得られて配管２２，２２′により製品
タンク２９に貯留される。吸着筒内の吸着剤に吸着され
る窒素ガスがいっぱいになる前の一定時間の後、弁手段
２７を切替えて他方の吸着筒に圧縮空気の送風を切替え
て、この吸着筒を用いて前と同様に酸素ガスを濃縮す
る。このとき、先に使用した吸着筒は弁手段２７により
大気に開放する。このとき、吸着した窒素ガスは、圧力
を大気圧まで低下することにより窒素ガスが着脱して排
出される。そして、その際大きな音がするのでサイレン
サー２８を付設している。製品タンク２９に貯留する製
品ガス（濃縮酸素ガス）の圧力は吸着筒を切替える度に
圧力の変動を生ずる。この圧力の変動は流量設定器３２
により、流量を医師等の処方による値に設定するとき流
量の変動を生ずるので、減圧弁３１により一定圧に減圧
し、安定な値にしている。

【００３０】この吸着剤を用いて圧力を変動させながら
空気中のガスを濃縮するＰＳＡ法によるガス濃縮装置は
該吸着剤が窒素ガス同様空気中の水分も吸着除去するの
で濃縮される製品ガスは大変乾いたものとなるのでその
まま吸入すると気管及びのどが渇き痛いので加湿器３３
により加湿した後に患者が吸入する。

【００３１】酸素濃度検出器３４は被測定ガス中に水分
があると限界電流値が変わる特性を有するがＰＳＡ式ガ
ス濃縮装置の場合、濃縮ガス中に水分を含まないので加
湿器の上流側で被測定ガスを取入れればこれによる誤差
は生じない。尚、酸素濃度検出部のある小室内の圧力が
変動すると濃度に誤差を生ずるので、圧力の安定する減
圧弁３１の下流であり、更に流量設定器３２で一定圧に
設定した圧力を消費するので、該流量設定器の上流の範
囲で分岐して取出すことにより、安定した圧力を酸素濃
度検出器３４に供給することが出来る。

【００３２】尚、流量設定器３２の下流では圧力も低く
なり、酸素ガス取出口３８に接続するパイプの長さが患
者の都合により２ｍから１８ｍの範囲で変わる可能性が
あるので圧力変動が生じ、更に加湿器３３により被測定
ガス中に水分が含まれてくるので測定値中に誤差を生ず
ることとなる。このため本構成がＰＳＡ式ガス濃縮装置
と本酸素濃度検出器を組合せた物の相互の特質を生かし
た最良の方法である。

【００３３】酸素濃度検出器３４で検出した酸素濃度の
電気信号は信号線３６により制御部３５の中に有する回
路にて検出し、表示器３９によりその結果を表示する。
結果の表示は、パーセント数値により濃度を表示する場
合もあり、またランプによる表示を行う場合がある。例
えば８５％以上は緑色，８５〜７５％の範囲は黄色，７
５％以下は赤色とする例がある。数値で表示する場合は
濃度がわかり易いが患者がその濃度の変化に神経質にな
り過ぎて良くない場合もあるので目的により表示の方法
を使い分ける。尚、必要により一定値以下になった場
合、例えば７５％以下の場合は赤ランプを表示して制御
部が装置の動作を停止させても良い。

【００３４】制御部はＰＳＡ装置全体を制御する電気回
路を含んでおり、各部への信号の詳細は省略してある。
又、ガス濃縮装置が酸素ガスを濃縮する場合は酸素濃度
検出器より、連続して高濃度の酸素を含むサンプルガス
を放出するので、空気の移動のない空間に放出するとガ
ス濃縮装置の筐体内に局部的高濃度酸素雰囲気を作るこ
とになる。装置の電気回路を含む場所がかかる環境下に
置かれる事は火災や爆発等が生ずるおそれがあり大変危
険である。本装置は、電動機や空気圧縮機等の発熱部を
有する部品や電子回路を含むので空冷用のファン３７に
より筐体に空気取入窓を設けて外部空気を取入れて、排
気窓より熱交換後の温風を排出する構成とし、その冷却
風の通風路上に該酸素濃度検出器３４のサンプルガスを
放出させる構造として、外部に排出し酸素ガス濃度の局
部的な高い所が生じないとするものである。

【００３５】以上は医療用の酸素濃縮装置の例で示した
が、窒素ガスより酸素ガスの方を早く多く吸着する分子
篩化した活性炭ＭＳＣ（morecurar Sive Carbon)を吸着
剤として用いて、ＰＳＡ方式により空気中より酸素ガス
を吸着除去して窒素ガスを濃縮することが出来る。この
場合もＭＳＣは酸素ガスと同様水分を吸着除去するので
大変乾燥した窒素がスが得られるので、酸素の場合と同
様、本酸素濃度検出器が使用できる。更にＭＳＣを用い
た窒素ガス濃縮装置の場合、製品タンクの後に減圧弁を
有しているので、その下流で流量設定器の上流より被測
定ガスを分岐して取出し酸素濃度検出器３４に供給する
方法は同じである。

【００３６】

【発明の効果】本発明を実施することにより、次のよう
な優れた効果が期待できる。酸素ガスの拡散による限界電流を測定する方式の酸素
濃度検出部（酸素センサー）を収容する小室（チャンバ
ーともいう）の構成に本発明を実施すると、周囲の環境
雰囲気の変化にかかわらず、常に高精度で、安定した酸
素濃度の検出ができる。前記の本発明にかかる酸素濃度検出器を、ＰＳＡ方式
の酸素濃縮装置や窒素濃縮装置の酸素濃度を測定する酸
素センサーとして使用する場合に、本発明の「請求項
４」に記載したように構成することにより、測定結果の
正確、かつ、安定した値が得られるとともに、酸素濃縮
装置内に高濃度の酸素ガスが滞留することもなく、該酸
素濃縮装置から出火したり、爆発等の危険が生ずること
もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は１実施例の小室の断面図であ
る。図１（Ｂ）は別の実施例の小室の断面図である。図
１（Ｃ）はジルコニア固体電解質（酸素濃度検出部）の
動作原理の説明図である。

【図２】本発明を医療用の酸素ガス濃縮装置に応用し
た場合のフローシートである。

【符号の説明】

１小室ブロック２ステム３，３′ リードピン４Ｏリング５金網カバー６小室７流入口８流出口９出入口ブロック１０薄板１１，１２細孔１３酸素濃度検出部１４チップ部１５固定具２０フィルター２１空気圧縮器２２，２２′ 配管２３冷却コイル２４フィルター２５，２６吸着筒２７弁手段２９製品タンク３０，３０′ オリフィス３１減圧弁３２流量設定器３３加湿器３４酸素濃度検出器３５制御部３６信号線３７ファン３８酸素ガス取出口３０表示器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素濃度検出部を内部に有し、被測定ガ
スの流入口と流出口とを有する小室であって、該流入口
に被測定ガスの流入量を決定する細孔を付設し、かつ、
該小室に流入する被測定ガスの流入方向が、該被測定ガ
スが直接該酸素濃度検出部に吹付けないような流入方向
とするとともに、該流出口から大気へ向かって流出する
被測定ガスの流速が、使用温度におけるガス拡散作用に
より大気ガスが該小室の方に向かって逆流して該小室内
の被測定ガスの濃度が実質上影響を受けないような流速
となる直径の細孔を付設した小室を有することを特徴と
するＰＳＡ式ガス濃縮装置の酸素濃度検出器。
【請求項２】酸素濃度検出部を内部に有する小室ブロッ
クと、該小室ブロックに被測定ガスを入れる流入口、被
測定ガスを流出させる流出口とを有する出入口ブロック
とで構成し、これらの両ブロックの間に薄板を付設し、
該出入口ブロックの流入口と、同流出口のそれぞれに対
応した位置の該薄板には、該流入口及び該流出口のそれ
ぞれの通路抵抗を決める細孔を有し、該流入口の位置
は、該流入口より小室内へ向かって流入する被測定ガス
が、直接該酸素濃度検出部に吹付けないような位置にあ
る構成の小室を有することを特徴とするＰＳＡ式ガス濃
縮装置の酸素濃度検出器。
【請求項３】前記の小室の流入口に付設した細孔の直
径が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である小室を有す
ることを特徴とする請求項１あるいは請求項２のいずれ
かに記載のＰＳＡ式ガス濃縮装置の酸素濃度検出器。
【請求項４】空気圧縮器と、圧縮空気の流れを切替え
る弁手段と、配管手段と、吸着剤を充填した少なくとも
１本の吸着筒と、濃縮ガスを貯留する製品タンク等で構
成したガス濃縮装置であって、該製品タンクの下流に減
圧弁を付設し、該濃縮ガスの圧力を実質的に一定にした
後、この濃縮ガスの流量を設定する流量設定器を付設す
るように構成し、かつ、これらの構成部品を筐体内に収
容し、発熱を伴う空気圧縮器等を冷却するためのファン
と、該筐体に空気取入口と、空気排出口を設け、さらに
該筐体に設けた前記の空気取入口と同空気排出口とを連
結した冷却風の通路を有したＰＳＡ式ガス濃縮装置にお
いて、前記の減圧弁の下流であり、同流量設定器の上流
の位置で、該濃縮ガスを配管手段を介して分岐して取出
し、酸素濃度検出部を内部に有した小室に該濃縮ガスを
供給し、該小室から流出する被測定ガスの放出を前記の
冷却風の通路内に放散するように構成したことを特徴と
する請求項１又は請求項２のいずれかに記載のＰＳＡ式
ガス濃縮装置の酸素濃度検出器を具備したＰＳＡ式ガス
濃縮装置。