專利名稱：氧氣濃縮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生成例如為醫(yī)療目的而使用的濃縮氧氣的氧氣濃縮裝置，特別是涉及能夠用超聲波來(lái)測(cè)定氧氣濃度和/或流量的氧氣濃縮裝置。
背景技術(shù)：
在氣體中傳播的超聲波的傳播速度可以表達(dá)成氣體的濃度、溫度的函數(shù)是眾所周知的。如令氣體的平均分子量為M，令溫度為T(K)，則氣體中的超聲波傳播速度C(m/sec)可以用以下式(1)來(lái)表達(dá)。
C＝(κRT/M)1/2…(1)式中，κ定容摩爾比熱與定壓比熱之比R氣體常數(shù)。
也就是說(shuō)，如果測(cè)定了氣體中的超聲波傳播速度C(m/sec)與氣體的溫度T(K)，則可以通過(guò)運(yùn)算求出氣體的平均分子量M。例如由于如令氧氣的分子量為MO2，令氮?dú)獾姆肿恿繛镸N2，則由氧氣與氮?dú)獾幕旌媳葹镻(1-P)(0≤P≤1)的混合氣體組成的試樣氣體的平均分子量M成為M＝MO2P+MN2(1-P)，所以可以根據(jù)所測(cè)定的平均分子量M通過(guò)運(yùn)算求出氧氣濃度P。這里，如果該試樣氣體是氧氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w，則在氧氣與氮?dú)獾幕旌媳鹊暮軐挼姆秶鷥?nèi)可以估計(jì)大約κ＝1.4。
此外，在氣體中的超聲波傳播速度為C(m/sec)，氣體的流速為V(m/sec)時(shí)，在沿相對(duì)氣體的流動(dòng)順?lè)较虬l(fā)送超聲波時(shí)所測(cè)定的超聲波傳播速度V1(m/sec)為V1＝C+V，在沿逆方向發(fā)送超聲波時(shí)所測(cè)定的超聲波傳播速度V2(m/sec)為V2＝C-V，所以氣體的流速V(m/sec)可以從以下的式(2)求出。
V＝(V1-V2)/2 …(2)通過(guò)將該值乘以氣體流動(dòng)的管路的斷面積(m2)，可以求出氣體的流量(m3/sec)。
利用此一原理，提出了根據(jù)在試樣氣體中傳播的超聲波傳播速度或者傳播時(shí)間來(lái)測(cè)定試樣氣體中的特定氣體的濃度，或試樣氣體的流量的方法和裝置。例如，在特開(kāi)平6-213877號(hào)公報(bào)中，描述了在試樣氣體通過(guò)的管路中對(duì)峙地配置兩個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器，通過(guò)檢測(cè)在該超聲波轉(zhuǎn)換器間傳播的超聲波的傳播時(shí)間來(lái)測(cè)定試樣氣體的濃度和流量的裝置。此外，在特開(kāi)平7-209265號(hào)公報(bào)或特開(kāi)平8-233718號(hào)公報(bào)中，描述了使用一個(gè)超聲波轉(zhuǎn)換器，和與該超聲波轉(zhuǎn)換器對(duì)峙設(shè)置的反射板的以聲波反射方式來(lái)測(cè)定在檢查體積內(nèi)傳播的超聲波的傳播速度或者傳播時(shí)間，借此來(lái)測(cè)定試樣氣體中的特定氣體的濃度的裝置。進(jìn)而，在美國(guó)專利第5,060,506號(hào)中，描述了通過(guò)測(cè)定超聲波的聲速變化，來(lái)測(cè)定由兩種分子所構(gòu)成的抽樣氣體的濃度的裝置。
這種基于超聲波傳播速度來(lái)測(cè)定從氧氣濃縮裝置發(fā)生的濃縮氧氣中的氧氣濃度的方法中存在著問(wèn)題。在上述方法中，雖然假定了氧氣與氮?dú)獾?成分氣體，但是實(shí)際上在從氧氣濃縮裝置所輸出的濃縮氧氣中，除了氧氣與氮?dú)庖酝膺€含有實(shí)質(zhì)濃度的氬氣。進(jìn)而，因?yàn)闅鍤獾臐舛炔⒉皇冀K恒定，隨著氧氣濃縮裝置生成的濃縮氧氣的流量而變化，故在歷來(lái)的超聲波式氧氣濃度測(cè)定裝置中，無(wú)法正確地測(cè)定氧氣濃度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以解決這樣的現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題為技術(shù)課題，目的在于提供一種即使氧氣濃縮裝置生成的濃縮氧氣的流量變化，也能夠正確地測(cè)定氧氣濃度的氧氣濃縮裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種從空氣中去除氮?dú)舛蓾饪s氧氣的氧氣濃縮裝置，具備加壓空氣源，從來(lái)自前述加壓空氣源的加壓空氣中去除氮?dú)獾奈酵玻渲糜谇笆鑫酵驳南掠蔚牧髁繙y(cè)定器，和配置于前述流量測(cè)定器的下游的超聲波式氧氣濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)，前述超聲波式氧氣濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)具備基于前述流量測(cè)定器所測(cè)定的濃縮氧氣的流量，生成導(dǎo)出由氧氣、氬氣、氮?dú)馑鶚?gòu)成的濃縮氧氣的氧氣濃度用的修正系數(shù)的機(jī)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，提供一種從空氣中去除氮?dú)舛蓾饪s氧氣的氧氣濃縮裝置，具備加壓空氣源，從來(lái)自前述加壓空氣源的加壓空氣中去除氮?dú)獾奈酵玻团渲糜谇笆隽髁繙y(cè)定器的下游的超聲波式氧氣濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)，
前述超聲波式氧氣濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)具備基于濃縮氧氣的流量，生成導(dǎo)出由氧氣、氬氣、氮?dú)馑鶚?gòu)成的濃縮氧氣的氧氣濃度用的修正系數(shù)的機(jī)構(gòu)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第1實(shí)施例的氧氣濃縮裝置的概略方框圖。
圖2是圖1的氧氣濃縮裝置中所用的超聲波式氧氣濃度測(cè)定裝置的概略方框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第2實(shí)施例的氧氣濃縮裝置的概略方框圖。
圖4是圖2的氧氣濃縮裝置中所用的超聲波式氧氣濃度測(cè)定裝置的概略方框圖。
具體實(shí)施例方式
下面說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
首先，參照?qǐng)D1，本發(fā)明的氧氣濃縮裝置150備有作為吸附劑填充了高性能的Li-X型沸石的兩個(gè)吸附筒152a、152b，經(jīng)由切換閥154連接于吸附筒152a、152b上、并向該吸附筒152a、152b供給加壓空氣的壓縮機(jī)156，以及配置于吸附筒152a、152b的下游的超聲波式氧氣濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)170。
通過(guò)切換閥154選擇吸附筒152a、152b的某一方與壓縮機(jī)156連通。經(jīng)由過(guò)濾器158吸入壓縮機(jī)156的空氣被壓縮機(jī)156所壓縮，加壓空氣向由切換閥154所選擇的吸附筒152a、152b供給。由切換閥154與壓縮機(jī)156阻斷的吸附筒152a、152b通向大氣，進(jìn)行吸附的氮?dú)獾姆懦觯M(jìn)行吸附劑的再生。
在吸附筒152a或152b中，去除了氮?dú)獾臐饪s氧氣經(jīng)由單向閥160a、160b向制品罐162供給。濃縮氧氣從制品罐162經(jīng)由調(diào)壓閥164、流量設(shè)定器166、流量測(cè)定器168向超聲波式氧氣濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)170供給。在超聲波式氧氣濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)170中測(cè)定了氧氣濃度的濃縮氧氣經(jīng)由制品過(guò)濾器172從濃縮氧氣中去除固體顆粒后向用戶或患者供給。
接下來(lái)，參照?qǐng)D2說(shuō)明構(gòu)成超聲波式氧氣濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)170的超聲波式氧氣濃度測(cè)定裝置的優(yōu)選實(shí)施例。
超聲波式氧氣濃度測(cè)定裝置100具備使?jié)饪s氧氣或校正用氣體流通的管路102，管路102包括直線部分108和連接于該直線部分的兩端部上的垂直部分104、106。在直線部分108內(nèi)部的一方的端部上，作為超聲波發(fā)送接收件固定著超聲波轉(zhuǎn)換器118，在該直線部分108的內(nèi)部的另一方的端部上，與超聲波轉(zhuǎn)換器118對(duì)峙地固定著反射板122。再者，在本實(shí)施例中，把超聲波轉(zhuǎn)換器118與反射板122之間的距離定義為檢查距離。
在超聲波轉(zhuǎn)換器118上連接著發(fā)送接收切換器124，發(fā)送接收切換器124把超聲波轉(zhuǎn)換器118的動(dòng)作模式在超聲波轉(zhuǎn)換器118發(fā)送超聲波的發(fā)送模式和超聲波轉(zhuǎn)換器118接收超聲波的接收模式之間切換。發(fā)送接收切換器124連接于微計(jì)算機(jī)126上，發(fā)送接收切換器124的切換動(dòng)作由微計(jì)算機(jī)126來(lái)控制。
在管路10內(nèi)流通的氣體的流動(dòng)方向的上游側(cè)的垂直部分104具有入口氣口104a，濃縮氧氣源112與校正用氣體源114經(jīng)由供給管路110連接于該入口氣口104a上。濃縮氧氣源112可以由圖1的壓縮機(jī)156，吸附筒152a、152b等來(lái)形成。
校正用氣體源114可以包括儲(chǔ)存成分和構(gòu)成比預(yù)先正確地了解的校正用氣體、例如含有20％的氧氣與80％的氮?dú)獾幕旌蠚怏w的容器(未畫(huà)出)，以及設(shè)在該容器與供給管路110之間的減壓閥(未畫(huà)出)等。此外校正用氣體源114還可以作為改變裝置100、特別是管路102的溫度的機(jī)構(gòu)而具備調(diào)節(jié)向管路102供給的校正用氣體的溫度用的溫度調(diào)節(jié)裝置113。在圖1的例子中，溫度調(diào)節(jié)裝置113包括電熱絲113a與向電熱絲113a供給電力的電源裝置113b。
在管路102中流通的氣體的流動(dòng)方向下游側(cè)的垂直部分106具有出口氣口106a，在圖1的實(shí)施例中，制品過(guò)濾器172連接于該出口氣口106a上。用于校正的校正用氣體從制品過(guò)濾器172、或者從出口氣口106a直接向外界排氣。
測(cè)定在管路102內(nèi)流通的濃縮氧氣或校正用氣體的溫度用的溫度傳感器116、120最好是配置于垂直部分104、106，以便不擾動(dòng)直線部分108內(nèi)的流動(dòng)。溫度傳感器116、120連接于微計(jì)算機(jī)126上。再者，在濃縮氧氣的溫度變化不大的場(chǎng)合，也可以用溫度傳感器116、120的某一方。
此外，驅(qū)動(dòng)超聲波轉(zhuǎn)換器118用的驅(qū)動(dòng)器128，對(duì)來(lái)自超聲波轉(zhuǎn)換器118的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的接收器130，顯示裝置100的動(dòng)作狀態(tài)或測(cè)定結(jié)果的顯示裝置134，儲(chǔ)存微計(jì)算機(jī)126的操作系統(tǒng)或種種參數(shù)等用的由不易失存儲(chǔ)裝置或存儲(chǔ)盤裝置組成的存儲(chǔ)器132連接于微計(jì)算機(jī)126上。
下面，說(shuō)明超聲波式氧氣濃度測(cè)定裝置100的作用。
首先，在開(kāi)始濃縮氧氣中的特定氣體的濃度測(cè)定用的通常的測(cè)定過(guò)程前，通過(guò)以下說(shuō)明的順序，校正超聲波發(fā)送接收件118與反射板122之間的檢查距離，預(yù)先求出基準(zhǔn)距離L0。
從校正用氣體源114向管路102供給例如氧氣與氮?dú)獾幕旌媳葹镻(1-P)(0≤P≤1)的混合氣體作為成分和構(gòu)成比已知的校正用氣體。此時(shí)，以靠?jī)蓚€(gè)溫度傳感器116、120所測(cè)定的校正用氣體的溫度的平均值為基準(zhǔn)溫度T0(K)儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器132中。如果基準(zhǔn)溫度T0(K)不脫離裝置的使用溫度范圍則也可以是任意度(K)。
在供給校正用氣體期間，從微計(jì)算機(jī)126向驅(qū)動(dòng)器128發(fā)送超聲波生成用脈沖，從驅(qū)動(dòng)器128經(jīng)由發(fā)送接收切換器124向超聲波轉(zhuǎn)換器118施加脈沖電壓。超聲波轉(zhuǎn)換器118發(fā)送與此一脈沖電壓對(duì)應(yīng)的超聲波。從超聲波轉(zhuǎn)換器118發(fā)送的超聲波在管路102的直線部分108內(nèi)流通的濃縮氧氣中傳播，被反射板122所反射，再次返回超聲波轉(zhuǎn)換器118。發(fā)送接收切換器124在向超聲波轉(zhuǎn)換器118施加脈沖電壓后立即把該超聲波轉(zhuǎn)換器118的動(dòng)作模式從發(fā)送模式切換成接收模式，以便用超聲波轉(zhuǎn)換器118接收此一返回的超聲波。超聲波轉(zhuǎn)換器118經(jīng)由發(fā)送接收切換器124、接收器130向微計(jì)算機(jī)126發(fā)送與接收的超聲波對(duì)應(yīng)的電氣信號(hào)。微計(jì)算機(jī)126根據(jù)最初向第1轉(zhuǎn)換器118發(fā)送發(fā)送脈沖的時(shí)刻，和接著接收來(lái)自超聲波轉(zhuǎn)換器118的電氣信號(hào)的時(shí)刻，運(yùn)算傳播時(shí)間t0(sec)。
這里，溫度T0(K)下的該校正用氣體的超聲波傳播速度C0(m/sec)根據(jù)前述式(1)可由以下的式(3)表達(dá)。
C0＝((κRT0)/(MO2P+MN2(1-P)))1/2…(3)另一方面，由于C0＝2L0/t0…(4)所以可以得到L0＝((κRT0)/(MO2P+MN2(1-P)))1/2×t0/2 …(5)再者，在圖2的實(shí)施例中，如果靜止的校正用氣體或濃縮氧氣中的超聲波傳播速度為C(m/sec)，則從超聲波轉(zhuǎn)換器118向反射板122方向的濃縮氧氣的流速為V(m/sec)時(shí)，從超聲波轉(zhuǎn)換器118向反射板122的超聲波傳播速度成為C+V，由反射板122所反射的超聲波在返回超聲波轉(zhuǎn)換器118方向上的超聲波傳播速度成為C-V。因?yàn)橄襁@樣由根據(jù)第1實(shí)施例的裝置100所測(cè)定的超聲波傳播速度成為往返超聲波的平均速度，故濃縮氧氣的流速V被抵消，成為靜止的濃縮氧氣中的超聲波傳播速度C被測(cè)定。
這些運(yùn)算在微計(jì)算機(jī)126中實(shí)施。這樣運(yùn)算的基準(zhǔn)溫度T0下的檢查距離L0(m)作為基準(zhǔn)距離儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器132中。
根據(jù)以上的方法，通過(guò)向裝置100供給已知成分和構(gòu)成比的校正用氣體并測(cè)定從超聲波轉(zhuǎn)換器118所發(fā)送的超聲波的傳播時(shí)間t0(sec)，借此校正溫度T0(K)下的超聲波轉(zhuǎn)換器118與反射板122之間的基準(zhǔn)距離L0(m)。此一方法可通過(guò)簡(jiǎn)單的操作、例如在向裝置100供給校正用氣體期間，僅靠一次按壓設(shè)在裝置100上的按鈕(未畫(huà)出)就由微計(jì)算機(jī)126自動(dòng)地完成校正處理。此外，由于運(yùn)算本身也簡(jiǎn)便，所以可瞬間完成處理。此外，即使在因裝置100的歷年變化等，超聲波轉(zhuǎn)換器118與反射板122的位置關(guān)系發(fā)生變化，超聲波的傳播距離發(fā)生了變化的場(chǎng)合，也可以簡(jiǎn)單地校正裝置，更新儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器132中的基準(zhǔn)溫度和基準(zhǔn)距離。
像已述那樣，在從氧氣濃縮裝置輸出的濃縮氧氣中，除了氧氣與氮?dú)庖酝膺€含有實(shí)質(zhì)濃度的氬氣。此外，氬氣的濃度并不始終恒定，而是隨著氧氣濃縮裝置生成的濃縮氧氣的流量而變化。
在從氧氣濃縮裝置輸出的濃縮氧氣的各流量中進(jìn)行了成分分析的結(jié)果示于表1。氣體成分分析用氣體色譜法來(lái)進(jìn)行。
表1

如表1中所示，氧氣、氬氣的比率因流量而異。雖然在表1中，示出測(cè)定由氧氣濃縮裝置150生成的濃縮氧氣的結(jié)果，但是即使在同一種類的氧氣濃縮裝置中，在所輸出的氧氣濃度上也多少有些離散，然而氧氣/氬氣濃度的比率是相同的。另一方面，如果吸附劑的種類或數(shù)量，吸附筒的形狀等機(jī)臺(tái)的種類不同，則氧氣/氬氣比不同。
下面，說(shuō)明基于濃縮氧氣的流量生成導(dǎo)出由氧氣、氬氣、氮?dú)馑鶚?gòu)成的濃縮氧氣的氧氣濃度用的修正系數(shù)的修正系數(shù)生成機(jī)構(gòu)。
修正隨著流量變化而產(chǎn)生的氬氣濃度的變化的一種方法是根據(jù)表1用氧氣與氬氣的存在比率，直接地描述式(1)中的平均分子量M的方法。
也就是說(shuō)，如果分別令氧氣、氮?dú)?、氬氣的分子量?2、28、40，用100×P(％)來(lái)表示氧氣濃度，則來(lái)自氧氣濃縮裝置的輸出流量為1.00升/分鐘時(shí)，平均分子量M可由以下的式(6)來(lái)表達(dá)。M＝32P+40(6.4/93.5)P+28(1-P-(6.4/93.5)P) …(6)進(jìn)而，關(guān)于比熱比k，也可以采用氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w的比熱比為1.4，氬氣的比熱比為1.67，像下式這樣表示。k＝1.4(1-(6.4/93.5)P)+1.67(6.4/93.5)P…(7)因而，如果可以測(cè)定濃縮氧氣中的聲速和溫度，則可以根據(jù)式(1)、(6)、(7)求出氧氣濃度100×P(％)。
上述的例子是濃縮氧氣濃度為1.00升/分鐘的場(chǎng)合，在其他流量時(shí)，只要把作為式(6)、式(7)中的(6.4/93.5)的氧氣/氬氣濃度比換成其他流量下的氧氣/氬氣濃度比就可以了。在此一場(chǎng)合，氧氣/氬氣濃度比成為氬氣濃度的修正系數(shù)，基于濃縮氧氣流量對(duì)該氬氣濃度修正系數(shù)參照表，或者，用近似式求出氧氣/氬氣濃度比相對(duì)預(yù)先測(cè)定的流量的關(guān)系，作為流量的函數(shù)導(dǎo)出該氬氣濃度修正系數(shù)的話，可以測(cè)定正確的氧氣濃度。
為了簡(jiǎn)單地進(jìn)行計(jì)算，也可以考慮如下的方法。首先，將濃縮氧氣的成分假定成僅由氧氣與氮?dú)鈽?gòu)成，用式(2)來(lái)計(jì)算氧氣濃度。因?yàn)檫@里所得到的氧氣濃度是忽視了氬氣的存在的值，故成為與實(shí)際的氧氣濃度不同的值。然而，因?yàn)橹捞囟髁肯碌难鯕馀c氬氣的濃度比，故如后所述，可通過(guò)把特定的系數(shù)乘以預(yù)先計(jì)算的氧氣濃度的值近似出氧氣濃度。
例如，在濃縮氧氣的流量為1.00升/分鐘的場(chǎng)合，采用式(2)，令比熱比k＝1.4而忽視氬氣的存在來(lái)計(jì)算氧氣濃度時(shí)，氧氣濃度計(jì)算成102.8(％)。然而，如果預(yù)先知道實(shí)際的氧氣濃度為93.5(％)，則可以作為1.00升/分鐘之際的濃度修正系數(shù)求出(93.5/102.8)，在濃縮氧氣流量為1.00升/分鐘時(shí)通過(guò)把濃度修正系數(shù)(93.5/102.8)乘以用式(2)求出的氧氣濃度，可以正確地測(cè)定氧氣濃度。
對(duì)于1.00升/分鐘以外的場(chǎng)合，只要預(yù)先求出同樣的濃度修正系數(shù)，根據(jù)濃縮氧氣流量對(duì)該濃度修正系數(shù)參照表，或者，用近似式預(yù)先求出相對(duì)流量的濃度修正系數(shù)的話，則可確定各流量下的濃度修正系數(shù)，可以測(cè)定正確的氧氣濃度。修正系數(shù)生成機(jī)構(gòu)可通過(guò)把此一修正系數(shù)用的表或近似式和上述修正系數(shù)生成算法儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器132中，并由微計(jì)算機(jī)126實(shí)行來(lái)實(shí)現(xiàn)。
接下來(lái)，參照?qǐng)D3說(shuō)明本發(fā)明的第2實(shí)施例。
第2實(shí)施例除了用超聲波式氧氣濃度流量測(cè)定機(jī)構(gòu)268來(lái)置換第1實(shí)施例中的流量測(cè)定器168這一點(diǎn)外，基本上與第1實(shí)施例同樣地構(gòu)成。
參照?qǐng)D3，氧氣濃縮裝置250備有作為吸附劑填充了高性能的Li-X型沸石的兩個(gè)吸附筒252a、252b，經(jīng)由切換閥254連接于吸附筒252a、252b上并向該吸附筒252a、252b供給加壓空氣的壓縮機(jī)256，配置于吸附筒252a、252b的下游的超聲波式氧氣濃度流量測(cè)定機(jī)構(gòu)268。
由切換閥254選擇吸附筒252a、252b的某一方與壓縮機(jī)256連通。經(jīng)由過(guò)濾器258吸入壓縮機(jī)256的空氣被壓縮機(jī)256所壓縮，加壓空氣向由切換閥254所選擇的吸附筒252a、252b供給。由切換閥254與壓縮機(jī)256阻斷的吸附筒252a、252b通向大氣，進(jìn)行吸附的氮?dú)獾姆懦?，進(jìn)行吸附劑的再生。
在吸附筒252a或252b中去除了氮?dú)獾臐饪s氧氣經(jīng)由單向閥260a、260b向制品罐262供給。濃縮氧氣從制品罐262經(jīng)由調(diào)壓閥264、流量設(shè)定器266向超聲波式氧氣濃度流量測(cè)定機(jī)構(gòu)268供給。在超聲波式氧氣濃度流量測(cè)定機(jī)構(gòu)268中測(cè)定了氧氣濃度和流量的濃縮氧氣經(jīng)由制品過(guò)濾器270從濃縮氧氣中去除固體顆粒后向用戶或患者供給。
接下來(lái)，參照?qǐng)D4說(shuō)明構(gòu)成超聲波式氧氣濃度流量測(cè)定機(jī)構(gòu)268的超聲波式氧氣濃度流量測(cè)定裝置的優(yōu)選實(shí)施例。
圖4的實(shí)施例除了圖2的實(shí)施例中的反射板122被與作為第1超聲波發(fā)送接收件的第1超聲波轉(zhuǎn)換器218對(duì)峙設(shè)置的作為第2超聲波發(fā)送接收件的第2超聲波轉(zhuǎn)換器222所置換這一點(diǎn)外與圖2的實(shí)施例基本上同樣地構(gòu)成。
根據(jù)圖4的實(shí)施例的超聲波式氧氣濃度流量測(cè)定裝置200具備使?jié)饪s氧氣或校正用氣體流通的管路202，管路202包括直線部分208，和連接于該直線部分的兩端部上的垂直部分204、206。直線部分208在本實(shí)施例中特別是由沿縱長(zhǎng)方向內(nèi)徑不變化的斷面圓形的管構(gòu)件組成，在其內(nèi)部的上游側(cè)的端部，作為第1超聲波發(fā)送接收件固定著第1超聲波轉(zhuǎn)換器218，在該直線部分208的內(nèi)部的下游側(cè)的端部，作為第2超聲波發(fā)送接收件的第2超聲波轉(zhuǎn)換器222與第1超聲波轉(zhuǎn)換器218對(duì)峙地固定著。再者，在本實(shí)施例中，把第1超聲波轉(zhuǎn)換器218與第2超聲波轉(zhuǎn)換器222之間的距離定義成檢查距離。
第1與第2超聲波轉(zhuǎn)換器218、222連接于發(fā)送接收切換器224上，發(fā)送接收切換器224分別獨(dú)立地把第1與第2超聲波轉(zhuǎn)換器218、222的動(dòng)作模式在第1與第2超聲波轉(zhuǎn)換器118、222發(fā)送超聲波的發(fā)送模式和第1與第2超聲波轉(zhuǎn)換器118、222接收超聲波的接收模式之間切換。發(fā)送接收切換器224連接于微計(jì)算機(jī)226上，發(fā)送接收切換器224的切換動(dòng)作由微計(jì)算機(jī)226來(lái)控制。
管路202的上游側(cè)的垂直部分204具有入口氣口204a，濃縮氧氣源212與校正用氣體源214經(jīng)由供給管路210連接于該入口氣口204a上。濃縮氧氣源212可以由圖3的壓縮機(jī)256或吸附筒252a、252b等來(lái)形成。
校正用氣體源214可以包括儲(chǔ)存成分和構(gòu)成比正確地了解的校正用氣體的容器(未畫(huà)出)，以及設(shè)在該容器與供給管路210之間的減壓閥(未畫(huà)出)等。此外校正用氣體源214還可以作為改變裝置200，特別是管路202的溫度的機(jī)構(gòu)具備溫度調(diào)節(jié)裝置213。在圖1的例子中，溫度調(diào)節(jié)裝置213包括電熱絲213a與向電熱絲213a供給電力的電源裝置213b。
管路202的下游側(cè)的垂直部分206具有出口氣口206a，用于濃度測(cè)定或校正的濃縮氧氣或校正用氣體從出口氣口206a向外界排氣。在這些氣體不宜向外界直接排氣的場(chǎng)合，可以在出口氣口206a的下游側(cè)適當(dāng)?shù)嘏渲脷怏w處理裝置(未畫(huà)出)，這一點(diǎn)與第1實(shí)施例是同樣的。
測(cè)定在管路202內(nèi)流通的濃縮氧氣或校正用氣體的溫度用的溫度傳感器216、220最好是配置于垂直部分204、206上，以便不擾動(dòng)直線部分208內(nèi)的流動(dòng)。溫度傳感器216、220連接于微計(jì)算機(jī)226上。再者，在濃縮氧氣的溫度變化不大的場(chǎng)合，也可以用溫度傳感器216、220的某一方。
此外，驅(qū)動(dòng)第1超聲波轉(zhuǎn)換器218用的驅(qū)動(dòng)器228，對(duì)來(lái)自第1超聲波轉(zhuǎn)換器218的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的接收器230，顯示裝置200的動(dòng)作狀態(tài)或測(cè)定結(jié)果的顯示裝置234，儲(chǔ)存微計(jì)算機(jī)226的操作系統(tǒng)或種種參數(shù)等用的由不易失存儲(chǔ)裝置或存儲(chǔ)盤裝置組成的存儲(chǔ)器232連接于微計(jì)算機(jī)226上。
下面，說(shuō)明圖4的實(shí)施例的作用。
首先，在開(kāi)始濃縮氧氣中的特定氣體的濃度測(cè)定用的通常的測(cè)定過(guò)程前，校正第1與第2超聲波轉(zhuǎn)換器218、222之間的檢查距離和管路202的直線部分208的內(nèi)徑D，預(yù)先求出基準(zhǔn)距離L0和基準(zhǔn)內(nèi)徑D0。
在本實(shí)施例中，特別是由校正用氣體源214的前述流量調(diào)整閥以規(guī)定流量Q0將與第1實(shí)施例相同的校正用氣體從校正用氣體源214供給到管路202。此時(shí)，由兩個(gè)溫度傳感器216、220所測(cè)定的校正用氣體的溫度的平均值作為基準(zhǔn)溫度T0(K)儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器232中。
在供給校正用氣體期間，從微計(jì)算機(jī)226向驅(qū)動(dòng)器228發(fā)送超聲波生成用脈沖，經(jīng)由發(fā)送接收切換器224向第1超聲波轉(zhuǎn)換器218施加脈沖電壓。第1超聲波轉(zhuǎn)換器218發(fā)送與此一脈沖電壓對(duì)應(yīng)的超聲波，從第1超聲波轉(zhuǎn)換器218發(fā)送的超聲波在管路202的直線部分208內(nèi)流通的濃縮氧氣中傳播，被第2超聲波轉(zhuǎn)換器222所接收。第2超聲波轉(zhuǎn)換器222經(jīng)由發(fā)送接收切換器224，接收器230向微計(jì)算機(jī)226發(fā)送與接收的超聲波對(duì)應(yīng)的電氣信號(hào)。微計(jì)算機(jī)226根據(jù)最初向驅(qū)動(dòng)器228發(fā)送發(fā)送脈沖的時(shí)刻和接收來(lái)自第2超聲波轉(zhuǎn)換器222的電氣信號(hào)的時(shí)刻，運(yùn)算順向的傳播時(shí)間t1(sec)。
在發(fā)送接收切換器224接收到來(lái)自第2超聲波轉(zhuǎn)換器222的電氣信號(hào)后，立即把第1超聲波轉(zhuǎn)換器218的動(dòng)作模式從發(fā)送模式切換成接收模式，并且把第2超聲波轉(zhuǎn)換器222的動(dòng)作模式從接收模式切換成發(fā)送模式。然后，從微計(jì)算機(jī)226向驅(qū)動(dòng)器228發(fā)送超聲波生成用脈沖，經(jīng)由發(fā)送接收切換器224向第2超聲波轉(zhuǎn)換器222施加脈沖電壓。第2超聲波轉(zhuǎn)換器222發(fā)送與此一脈沖電壓對(duì)應(yīng)的超聲波，該超聲波由第1超聲波轉(zhuǎn)換器218來(lái)接收。第1超聲波轉(zhuǎn)換器218經(jīng)由發(fā)送接收切換器224，接收器230向微計(jì)算機(jī)226發(fā)送與接收的超聲波對(duì)應(yīng)的電氣信號(hào)。微計(jì)算機(jī)226根據(jù)最初向第2超聲波轉(zhuǎn)換器222發(fā)送發(fā)送脈沖的時(shí)刻和接收來(lái)自第1超聲波轉(zhuǎn)換器218的電氣信號(hào)的時(shí)刻，運(yùn)算逆向的傳播時(shí)間t2(sec)。
這里，通過(guò)求出t1與t2的平均值，可除去管路202內(nèi)的校正用氣體的流動(dòng)的影響，由以下的式(8)來(lái)定義超聲波的傳播時(shí)間t0。
t0＝(t1+t2)/2…(8)此外，溫度T0(K)的氣體中的超聲波傳播速度C0(m/sec)可以由前述式(3)求出。
另一方面，由于C0＝L0/t0…(9)所以可以得到L0＝((κRT0)/(MO2P+MN2(1-P)))1/2×t0…(10)這些計(jì)算在微計(jì)算機(jī)226中實(shí)施。這樣所運(yùn)算的基準(zhǔn)溫度T0下的檢查距離L0(m)作為基準(zhǔn)距離儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器232中。
進(jìn)而，由于利用此一基準(zhǔn)距離L0，將相對(duì)校正用氣體的流動(dòng)順?lè)较虻膫鞑ニ俣萔01(m/sec)和逆方向的傳播速度V02(m/sec)分別由V01＝L0/t1，V02＝L0/t2來(lái)表達(dá)，所以在管路202中流動(dòng)的校正用氣體的流速V0(m/sec)可以用前述式(2)，由以下的式(11)求出。
V0＝(V01-V02)/2 …(11)在把流速(m/sec)換算成流量(m3/sec)之際，把用垂直于管路202的直線部分208的中心線的平面切斷時(shí)的直線部分208的斷面積(m2)乘以流速V就可以了。也就是說(shuō)，如令基準(zhǔn)溫度T0(K)下的直線部分208的基準(zhǔn)內(nèi)徑為D0(m)，則以下的關(guān)系成立。
V0π(D0/2)2＝Q0…(12)也就是說(shuō)，基準(zhǔn)溫度T0(K)下的基準(zhǔn)內(nèi)徑D0(m)可以由以下的式(13)求出。
D0＝2(Q0/(D0/2))1/2…(13)上述運(yùn)算在微計(jì)算機(jī)226中實(shí)施。這里求出的基準(zhǔn)內(nèi)徑D0(m)儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器232中。
通過(guò)以上的方法，向裝置200供給已知成分、濃度的校正用氣體，從第1與第2超聲波轉(zhuǎn)換器218、222，測(cè)定相對(duì)校正用氣體的流動(dòng)順?lè)较蚝湍娣较虻膫鞑r(shí)間t1、t2，借此校正第1與第2超聲波轉(zhuǎn)換器218、222間的基準(zhǔn)距離L0(m)。特別是，像本實(shí)施例這樣，通過(guò)以規(guī)定流量向裝置200供給校正用氣體，可同時(shí)校正基準(zhǔn)內(nèi)徑D0(m)。
雖然在第1實(shí)施例中，氧氣濃度的修正系數(shù)基于流量測(cè)定器168所測(cè)定的濃縮氧氣的流量來(lái)生成，但是在第2實(shí)施例中，氧氣濃度的修正系數(shù)基于超聲波式氧氣濃度流量測(cè)定裝置200所測(cè)定的濃縮氧氣的流量來(lái)生成。關(guān)于其余的作用，與第1實(shí)施例是同樣的。
權(quán)利要求
1.一種氧氣濃縮裝置，是從空氣中去除氮?dú)舛蓾饪s氧氣的氧氣濃縮裝置，具備加壓空氣源，從來(lái)自前述加壓空氣源的加壓空氣中去除氮?dú)獾奈酵?，配置于前述吸附筒的下游的流量測(cè)定器，以及配置于前述流量測(cè)定器的下游的超聲波式氧氣濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)，前述超聲波式氧氣濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)具備基于前述流量測(cè)定器所測(cè)定的濃縮氧氣的流量，生成導(dǎo)出由氧氣、氮?dú)?、氬氣所?gòu)成的濃縮氧氣的氧氣濃度用的修正系數(shù)的機(jī)構(gòu)。
2.權(quán)利要求1中所述的氧氣濃縮裝置，前述超聲波式氧氣濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)具備使將要測(cè)定濃度的測(cè)定對(duì)象氣體流通的管路，固定于前述管路內(nèi)的超聲波發(fā)送接收件，對(duì)峙于前述超聲波發(fā)送接收件而固定于前述管路內(nèi)的反射板，把前述超聲波發(fā)送接收件的動(dòng)作模式在前述超聲波發(fā)送接收件發(fā)送超聲波的發(fā)送模式與接收超聲波的接收模式之間切換的發(fā)送接收切換器，設(shè)在前述管路內(nèi)，測(cè)定在前述管路中流通的校正用氣體的溫度的溫度傳感器，以及根據(jù)前述超聲波發(fā)送接收件發(fā)送超聲波的時(shí)刻和該超聲波發(fā)送接收件接收由前述反射板所反射的超聲波的時(shí)刻，運(yùn)算前述超聲波在前述管路內(nèi)的校正用氣體中傳播的時(shí)間的傳播時(shí)間運(yùn)算機(jī)構(gòu)。
3.權(quán)利要求2中所述的氧氣濃縮裝置，前述超聲波式氧氣濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)具備向前述管路供給成分和構(gòu)成比為已知的校正用氣體的校正用氣體源，根據(jù)使來(lái)自前述校正用氣體源的校正用氣體向前述管路流通時(shí)的前述傳播時(shí)間運(yùn)算機(jī)構(gòu)的運(yùn)算結(jié)果校正前述超聲波發(fā)送接收件與前述反射板之間的基準(zhǔn)距離的校正機(jī)構(gòu)。
4.一種氧氣濃縮裝置，是從空氣中去除氮?dú)舛蓾饪s氧氣的氧氣濃縮裝置，具備加壓空氣源，從來(lái)自前述加壓空氣源的加壓空氣中去除氮?dú)獾奈酵?，以及配置于前述流量測(cè)定器的下游的超聲波式氧氣濃度流量測(cè)定機(jī)構(gòu)，前述超聲波式氧氣濃度流量測(cè)定機(jī)構(gòu)具備基于濃縮氧氣的流量，生成導(dǎo)出由氧氣、氮?dú)?、氬氣所?gòu)成的濃縮氧氣的氧氣濃度用的修正系數(shù)的機(jī)構(gòu)。
5.權(quán)利要求4中所述的氧氣濃縮裝置，前述超聲波式氧氣濃度流量測(cè)定機(jī)構(gòu)具備使將要測(cè)定濃度的測(cè)定對(duì)象氣體流通的管路，固定于前述管路內(nèi)的第1超聲波發(fā)送接收件，對(duì)峙于前述第1超聲波發(fā)送接收件而固定于前述管路內(nèi)的第2超聲波發(fā)送接收件，把前述第1與第2超聲波發(fā)送接收件的動(dòng)作模式在前述超聲波發(fā)送接收件發(fā)送超聲波的發(fā)送模式和接收超聲波的接收模式之間切換的發(fā)送接收切換器，配置于前述管路內(nèi)，測(cè)定在前述管路中流通的校正用氣體的溫度的溫度傳感器，以及根據(jù)前述第1超聲波發(fā)送接收件發(fā)送超聲波的時(shí)刻和前述第2超聲波發(fā)送接收件接收的時(shí)刻，運(yùn)算前述超聲波在前述管路內(nèi)的校正用氣體中傳播的第1傳播時(shí)間，根據(jù)前述第2超聲波發(fā)送接收件發(fā)送超聲波的時(shí)刻和前述第1超聲波發(fā)送接收件接收的時(shí)刻，運(yùn)算前述超聲波在前述管路內(nèi)的校正用氣體中沿相反方向傳播的第2傳播時(shí)間的傳播時(shí)間運(yùn)算機(jī)構(gòu)。
6.權(quán)利要求5中所述的氧氣濃縮裝置，前述超聲波式氧氣濃度流量測(cè)定機(jī)構(gòu)具備向前述管路供給成分和構(gòu)成比為已知的校正用氣體的校正用氣體源，根據(jù)使來(lái)自前述校正用氣體源的校正用氣體向前述管路流通時(shí)的前述傳播時(shí)間運(yùn)算機(jī)構(gòu)的運(yùn)算結(jié)果校正前述第1和第2超聲波發(fā)送接收件之間的基準(zhǔn)距離、以及前述管路的基準(zhǔn)內(nèi)徑的校正機(jī)構(gòu)。
全文摘要
從空氣中去除氮?dú)舛蓾饪s氧氣的氧氣濃縮裝置(150)具備壓縮機(jī)(156)，從來(lái)自壓縮機(jī)(156)的加壓空氣中去除氮?dú)獾奈酵?152a、152b)，配置于吸附筒(152a、152b)的下游的流量測(cè)定器(168)，以及配置于流量測(cè)定器(168)的下游的超聲波式氧氣濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)(170)，超聲波式氧氣濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)(170)具備基于濃縮氧氣的流量生成濃縮氧氣中的氧氣、氬氣比用的修正系數(shù)的機(jī)構(gòu)，以便基于修正系數(shù)生成機(jī)構(gòu)生成的修正值修正濃縮氧氣的氧氣濃度。
文檔編號(hào)C01B13/02GK1489551SQ02804264
公開(kāi)日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2002年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月30日
發(fā)明者藤本直登志 申請(qǐng)人:帝人株式會(huì)社