CN1726061A - 氧气供给装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供氧气供给装置，其作为在连续供给时能够设定流量的同时，通过简化结构可小型轻便化的呼吸同步型氧气供给装置，配置有氧气发生手段、把该氧气供给使用者的氧气供给手段、在氧气供给管道中配置有自动开闭阀门；其特征为在于，配置有检测使用者呼吸的呼吸传感器的同时，还配置有连续供给及和使用者呼吸同步供给的供给方式设定手段、以及供给流量的流量设定手段，和控制手段，该控制手段当接收连续供给方式设定信号时，控制对应于流量设定手段的设定值的该自动开闭阀门的开度，当接收同步供给方式设定信号时，根据该呼吸传感器的呼吸信号，在吸气开始点打开该自动开闭阀门，同时控制对应于流量设定手段的设定值的该自动开闭阀门的打开时间。

Description

氧气供给装置
技术领域
本发明为按照使用者的呼吸周期进行工作的，配置有自动开闭阀门的呼吸用气体供给装置。具体说为，患有慢性呼吸器官疾病的患者等进行吸氧治疗时，所使用的医疗器械；配置有把氧气或浓缩氧气作为呼吸用气体，按照呼吸周期，间歇供给使用者氧气的氧气供给装置。
背景技术
近年，患有哮喘、肺气肿、慢性支气管炎等呼吸系统疾病的患者有增加的倾向。而治疗呼吸系统疾病最有效的办法之一就是吸氧疗法，治疗所用的氧气，可使用直接从空气中分离出浓缩氧的氧气浓缩装置，或氧气瓶。在医院及家庭采用吸氧疗法时，可使用可变压力吸附型、膜型、或利用有选择地透过氧气的固体电解质膜的富氧空气供给装置，或使用大容量固定式氧气瓶。
另一方面，患者去医院看病等外出时，可使用便携型氧气瓶。由于这种氧气瓶是呼吸系统患者随身携带的，所以必须是小型轻便的，为长时间持久地使用，要充填高压氧气。在小型便携氧气瓶上，只有设置减压阀及调整流量功能，才能够按照患者的处方供给氧气的流量。
进而，可延长使用时间的方法有：特公平3-22185号公报、特开昭59-8972号公报等所述的方案那样，在内部设置有呼吸传感器及自动开闭阀门，只在患者吸气时供给氧气，呼气时停止供给氧气的与呼吸同步的氧气供给装置。
另外，这种与呼吸同步的氧气供给装置，在呼气时不会无效供给氧气，也有利于经济效益。因此，特开昭61-131756号公报等，也提出了在氧气浓缩装置上使用与呼吸同步的氧气供给装置的方案。进而，又提出了用电池驱动的移动型或便携型氧气浓缩装置(参照特开平7-136271号公报、特开平7-136272号公报、特开2000-325482号公报、特开2002-121010号公报、特开2002-45424号公报)，这种装置因电池的电量有限，为延长可使用的时间，希望同时设置与呼吸同步的氧气供给装置。
这种与呼吸同步的氧气供给装置，在检测使用者的呼吸时，通常是用压力传感器通过插管检测鼻呼吸的。因此，当使用者的呼吸微弱时，及呼吸次数反而异常高时，有时会产生不能与呼吸同步的情况。另外，由于传感器的性能下降，同样也会出现不能与呼吸同步的情况。
另外，在便携型氧气浓缩装置上同时设置的情况下，有时也会在睡眠时间使用氧气浓缩装置。这时，使用者有时用口进行呼吸，有时会出现用通常检测鼻呼吸的传感器检测不到呼吸的情况。因此，有的时候就会出现和使用者的呼吸毫无关系的连续供氧。
根据上述观点，在特开2002-143306号公报中，提出了下面的设置结构：设置一套带有电磁阀的第1配管系统和配置有多孔部件的第2配管系统，用开关阀门选择第1配管系统时，设定与呼吸同步供给氧气，选择第2配管系统时，设定连续供给氧气时的氧气流量。
发明内容
然而，上述特开2002-143306号公报中所述的呼吸同步型氧气供给装置，和以往的呼吸同步型氧气供给装置相比，需要配置2个配管系统，即，连续供给配管系统和与呼吸同步供给配管系统。但这些装置不仅配管构成的本身复杂，而且，由于追加了流路转换阀及流路开关阀，追加了控制系统的重量及装置的大型化，从便携的角度考虑是不理想的。
本发明的目的是为解决上述问题提供一种呼吸同步型气体供给装置，这种装置小型轻便，并具有能够设定连续供气时流量的功能。
为实现上述目的，本发明的申请人对本课题进行了深刻地研究后，发现了能够解决上述课题的办法，即在气体流量调节部分配置了利用电信号可灵活调整开度的自动开关阀门，并提供了下面的装置。
即本发明提供一种氧气供给装置，其配置有氧气发生手段、把该氧气供给使用者的氧气供给手段、在氧气供给管道中配置有自动开闭阀门，其特征在于：配置有检测使用者呼吸的呼吸传感器的同时，还配置有连续供给或与使用者呼吸同步供给的供给方式设定手段、以及供给流量的流量设定手段；配置有控制手段，该控制手段接收连续供给方式设定信号，控制对应于该流量设定手段的设定值的该自动开闭阀门的开度，或接收同步供给方式设定信号，根据该呼吸传感器的呼吸信号，在吸气开始点打开该自动开闭阀门，同时控制对应于该流量设定值的自动开闭阀门的打开时间。
本发明提供的氧气供给装置，其特征还有：上述自动开闭阀门从全闭至全开的应答速度为0.1秒以下；进而该自动开闭阀门的孔径为1mmφ以上、5mmφ以下。本发明还提供了根据权利要求1所述的氧气供给装置，其特征为：该氧气发生手段为，配置有不吸附氧气而有选择地吸附氮气的吸附剂的吸附筒、配置有向该吸附筒供给加压空气的压缩机的压力变动吸附型氧气浓缩手段。
附图说明
图1为本发明的氧气供给装置结构示意图。
图2为使用本发明的氧气供给装置时，与呼吸同步时的氧气供给结果的示意图。
图3为使用本发明的氧气供给装置时，连续供氧时的氧气供给结果的示意图。
具体实施方式
本发明为配置有氧气发生手段、把该氧气供给使用者的氧气供给手段、在氧气供给管道中配置有自动开闭阀门的氧气供给装置；本发明是在气体流量调节部分配置有利用电信号可连续调整开度的自动开闭阀门的氧气供给装置。
氧气发生手段为，可连续供给氧气的装置，这种装置有氧气选择透过膜型、吸附型、利用电解质的电化学型等的氧气浓缩手段，及氧气瓶，液化氧气填充容器等。
氧气选择透过膜型的氧气浓缩手段为，用氧气透过系数比氮气透过系数大的高分子膜，用压缩机等向膜方面供给加压空气，从膜的另一方面获取浓缩氧气的装置。这种高分子膜有，聚二甲基硅氧烷—聚碳酸酯共聚物的膜、聚(4-甲基戊烯-1)膜、聚苯醚膜、含卟啉配合物的膜等。
吸附型氧气浓缩手段为，用压缩机等把压缩空气导入到填充有能够有选择地吸附氮气的吸附剂的吸附床上，在加压状态中使其吸附氮气，而获得浓缩氧气的吸附工序，和减小吸附床的内压，使氮气脱附，进行吸附剂再生的脱附工序，利用这两道工序相互交换进行浓缩氧气的加压型手段；或者，导入常压空气，在常压下吸附氮气的工序，和利用真空泵等吸取气体，减小吸附床的内压至常压以下，脱附氮气使吸附剂再生的脱附工序，利用这两道工序相互交换进行浓缩氧气的减压型手段；或者加压型手段、减压型手段这两种手段相互配合。这种吸附剂有，针对氮气有选择性吸附的结晶性沸石分子筛。在这种沸石中，作为阳离子优选含有金属元素的沸石。具体可举出，纳沸石的5A型沸石及13X型沸石，或者，SiO2/Al2O3比为2.0～3.0的X型沸石，并且，其AlO4四面体单位的至少88％为和锂阳离子结合的结晶性沸石的Li沸石等。
使用电解质的电化学型氧气浓缩手段为，使用氧离子传导性固体电解质，用送风机等把空气送入该氧离子传导性固体电解质的一面，使氧气还原成氧离子，再把氧离子传送到该氧离子传导性固体电解质的另一面，氧化成氧气进行浓缩氧气的手段；使用质子传导性高分子电解质，同样，把氧气从一方面传送到另一方面的手段等。
氧气瓶是把使用的气体用高压填充的高压瓶，通常充填内压为15Mpa～20Mpa的压力。液化氧气填充容器是，把在室温中的气态氧深度冷却成液体状态，装入绝热性容器中。由于使用时在外部气温条件下，液化氧在容器的气体取出口发生气化，所以可以作为气体取出。
检测使用者呼吸的呼吸传感器有，压力传感器、流量传感器、气体传感器等。压力传感器为，用导电性薄膜及硅等形成的隔膜、和由正对着它放置的电极形成电容器的传感器，隔膜按压力变化的比例变形，把这种变形作为电容器的静电电容的变化进行检测的传感器，根据传感器附近使用者呼吸的压力变化检测呼吸。流量传感器有热线式的，热线是通过气体的流动从被带走热量中测量流量的，根据传感器测定的流量变化检测使用者的呼吸。气体传感器中有，使用根据其周围气体浓度而变化电阻值的半导体等的传感器，利用电阻值的变化测定传感器周围气体浓度。利用使用者呼吸的气体浓度的变化(呼气时氧浓度下降)检测呼吸。
在本发明的装置中，有可供选择的供给方式设定手段，即连续把氧气供给使用者的连续供给方式，和与使用者的呼吸同步供给的同步供给方式。另外，还配置有设定处方流量，即供给使用者氧气流量的流量设定手段。这两种设定手段的设定信号，收取在控制自动开闭阀门开闭的控制手段中，控制自动开闭阀门的开度及打开时间、打开时机。这种控制手段就是，接收上述设定信号，并按照这些信号在规定电路上，能够计算并控制自动开闭阀门的开度及打开时机、打开时间等的电路。
当从供给方式设定手段接收到的设定信号为连续供给方式时，按照该流量设定手段的设定值，控制自动开闭阀门的开度。当接收到的设定方式供给信号为同步供给方式时，根据呼吸传感器的呼吸信号，在吸气开始点打开该自动开闭阀门，同时按照流量设定值控制自动开闭阀门的打开时间。
这种自动开闭阀门由弹簧和具有阀门功能的铁心，及围绕铁心周围的电磁线圈构成的。铁心的电磁线圈在没有通电的状态时，由于弹簧的弹力，阀门保持在全开或全闭的状态。但电磁线圈一旦通电，由电磁线圈产生的磁场和弹簧的弹力在相互平衡的共同作用下，铁心保持在全开和全闭的中间位置上。利用这一点调整自动开闭阀门的开度，就可控制通过阀门气体的流量。
这种自动开闭阀门，由于必须对患者尽快供给氧气，所以要求应答速度要快，在与呼吸同步方式供氧的情况下，从患者呼吸开始时供给开始，从阀门的全闭到全开的应答速度优选0.1秒以下的。应答速度比0.1秒还慢时，同步时吸气开始的气体供给显著迟缓。因而更优选0.02秒以下的。
通常使用者所需要的气体流量为250cm3/分～7000cm3/分的范围内。当气体供给装置使用吸附型氧气浓缩手段时，使用高压氧气瓶那样高的压力供给氧气是很困难的，通常高压也就是相对压力为0.1Mpa左右的。因此，为了在上述范围能够控制流量，优选具有开度调节功能的自动开闭阀门的孔径为0.2mm～5mm的。若径比0.2mm小，因压力损失，使流量达到7000cm3/分是很困难的。另一方面，径大于5mm时，连续流动时流量小，即低于250cm3/分的流量控制精度。优选阀门孔径为1～5mm，更优选1～3mm。
由于使用了这种开度调节型的阀门，在同步及连续供给氧气时，哪一种气体供给控制都可以进行，在呼吸同步型氧气供给装置的小型轻便化方面是有效果的。由于能够作成一条流路、一个自动开闭阀门这样简单的结构，其流路结构自身也简单，适合小型化。
氧气供给方式的设定手段，不论是电设定还是机械的转换结构等方式，只要能够把选定的电信号传送到控制手段的就可以。
当选择了与呼吸同步的供氧方式时，按照设定流量，与使用者的呼吸同步，根据电信号，反复进行全开状态和全闭状态。全开状态的时间，由控制手段从呼吸同步方式、设定流量及传感器检测的使用者呼吸状态的信息，进行计算。
呼吸同步方式基本有节约比固定方式和固定脉冲方式两种。节约比固定方式和使用者在单位时间的呼吸次数没有关系，当呼吸次数少的情况下，吸气一次，相对的全开状态的时间要长，但呼吸数增加时，按其比例全开状态的时间缩短，以便在单位时间内供给使用者的气体总量为一定数量。在这种情况下，不涉及到使用者的呼吸，就可固定气体的节约比了。
固定脉冲方式和呼吸次数没有关系，吸气一次的全开时间是固定的，随着呼吸次数的增加，单位时间供给使用者的气体总量也是增加的。在这种情况下，随着使用者呼吸次数的增加，所希望节约比下降。本发明的方式，无论是哪一种呼吸同步方式都适合。
另一方面，当选择了连续供给气体方式时，按照设定流量，根据电信号，连续调节自动开闭阀门的开度。
但是，当使用吸附型氧气浓缩手段的供氧装置时，供给的氧气压力，由于反复进行吸附、脱附的压力变动型的方式，而进行有周期的变动。因此，为控制压力变动，从氧气供给手段到自动开闭阀门的氧气供给管道中间，最好配置临时储存氧气产品的罐。
实施例
以下，就本发明的实施例，用图1加以说明。
氧气供给手段1是使用压力变动吸附型氧气浓缩手段。使用的是4筒式VPSA型氧气浓缩装置，该装置中，吸附剂为，SiO2/Al2O3比为2.0～3.0的X型沸石，并且，使用配置有4个充填有AlO4四面体单位的至少88％为和锂阳离子结合的结晶性沸石的吸附筒，用旋转阀顺次转换吸附、脱附，使其产生氧气。这时，吸附床产生的氧气压力在10Kpa～100Kpa范围内变动。并且其压力变动因其暂且供给容量为300cm3的存储罐2而得以缓和，然后供给具有调解开度功能的自动开闭阀门3。这时罐2的平均压力为30Kpa，压力变动幅度为10～60Kpa左右。
自动开闭阀门3使用的是，Parker Hannifin公司制的VSO阀门(PNEUTRONICS-TM Voltage Sensitve Orifice Proportional SolenoidValve)VSONC系列。这种自动开闭阀门的应答速度为，从发出电信号到阀门开始打开的时间为0.008秒。并且，呼吸检测传感器4，使用的是长野计器社生产的微差压传感器KL17-111-30DY。
控制部7，可以通过读取氧气供给方式设定手段6和氧气流量设定手段5设定的信息，控制自动开闭阀门3。在本实施例中，呼吸同步方式采用的是节约比固定方式，节约比定为2/3。并且，由氧气供给方式设定手段6选择呼吸同步，使用密歇根仪器公司生产的TTL模型肺，用流量测定仪测定呼吸数为每分钟20次、设定流量为2000cm3/分时的氧气供给曲线。流量测定仪设置在模型肺的气道部分，其测定结果如图2所示。由此得知从吸气开始约用0.08秒开始供给氧气，随着吸气瞬间就可供给氧气了。
另一方面，由氧气供给方式设定手段6设定连续供给，用和同步供给时相同的条件测定流量。其结果如图3所示。由此得知，以控制在2000cm3/分的流量，就可连续供给氧气了。虽然没有特别表示的数据，但250～5000cm3/分的流量控制是可能的。
发明的效果
本发明的优点是：本发明提供了一种在连续供给时能够设定流量的同时，且结构简单小型轻便的呼吸同步型气体供给装置。

Claims (4)

1.一种氧气供给装置，其配置有氧气发生手段、把该氧气供给使用者的氧气供给手段、在氧气供给通路中配置有自动开闭阀门，其特征在于：配置有检测使用者呼吸的呼吸传感器的同时，还配置有连续供给或与使用者呼吸同步供给的供给方式设定手段、以及供给流量的流量设定手段；配置有控制手段，该控制手段接收连续供给方式设定信号，控制对应于该流量设定手段的设定值的该自动开闭阀门的开度，或接收同步供给方式设定信号，根据该呼吸传感器的呼吸信号，在吸气开始点打开该自动开闭阀门，同时控制对应于该流量设定值的自动开闭阀门的打开时间。
2.根据权利要求1所述的氧气供给装置，其特征在于，该自动开闭阀门从全闭至全开的应答速度为0.1秒以下。
3.根据权利要求1或2所述的氧气供给装置，其特征在于，该自动开闭阀门的孔径为1mmφ以上、5mmφ以下。
4.根据权利要求1所述的氧气供给装置，其特征在于，氧气发生手段为，配置有不吸附氧气而选择地吸附氮气的吸附剂的吸附筒、配置有向该吸附筒供给加压空气的压缩机的压力变动吸附型氧气浓缩手段。
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