CN1867373A - 氧浓缩装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的氧浓缩装置(300)中设有：压力变动型氧浓缩部件(310)和控制部件(350)，该控制部件控制对吸入加压空气到吸附筒(312)的操作与从吸附筒排气的操作进行切换的切换部件(316)。基于压力测定部件测定到的导管中氧浓缩气体压力，控制切换部件，从而调节氧浓缩部件的吸附工序和再生工序的周期，并可控制流量调节部件(340)上流侧的压力，且不需要以往必需的机械式调压阀。另外还公开了具备设有制品气体流过的配管中相对配置的两个超声波振子的超声波式气体浓度流量测定部件，并将制品气体输出停止的状态下的浓度测定值作为制品气体浓度的气体供给装置。
Description
技术领域
本发明涉及采用比氧优先吸附氮的吸附剂的压力变动吸附型氧浓缩装置，特别是涉及在呼吸系统疾病用的一种治疗法即吸氧疗法中使用的医疗用氧浓缩装置。
背景技术
近年，受气喘、肺气肿症、慢性支气管炎等呼吸系统疾病之痛苦的患者日益增多。作为这种呼吸系统疾病的治疗法最有效的方法有令患者吸入氧浓缩气体或者氧富化空气的吸氧疗法。作为供给患者的氧浓缩气体或者氧富化空气的供给源(在本说明书中称为氧供给源)，已知有氧浓缩装置、液体氧、氧浓缩气体瓶等，但考虑到使用时的方便性或保管的容易性，在家氧疗法中主要采用氧浓缩装置。
氧浓缩装置知道的还有使用令氧有选择地透过的膜的膜式氧浓缩装置，但所得氧浓度较高，因此往往使用采用优先吸附氮的吸附剂的压力变动吸附型氧浓缩装置。
氧浓缩装置中生成的氧浓缩气体的供给方法，已知有连续供给一定流量氧浓缩气体的方法和与患者呼吸同步对吸气相或仅对吸气相一部分供给氧浓缩气体的方法。
连续供给一定流量氧浓缩气体时，为向患者供给所处方的一定流量氧浓缩气体而在氧浓缩装置设置流量调节器。该流量调节器有孔板式流量调节器、采用针阀的流量调节器、采用流量传感器的反馈型流量调节器。孔板式流量调节器设有不同直径的多个孔板，通过选择该多个孔板之一，在孔板上流侧的压力条件下得到所需流量。反馈型流量调节器基于流量传感器的测定值反馈控制自动节流阀的开度。
另外，在日本特开昭61-131756号公报、日本特公平3-22185号公报中公开了与患者呼吸同步对吸气相或仅对吸气相一部分供给氧浓缩气体的氧供给方法，以及实现该呼吸同步间歇式氧浓缩气体供给方法的压力变动吸附型氧浓缩装置。
还有，在日本特开2001-187145号公报、日本特开2003-144549号公报、日本特开2003-144550号公报中，作为上述连续或呼吸同步间歇的氧供给方法中使用的流量调节器，公开了设有活塞和弹簧的机械式调压阀。
还有，在日本特开2000-352482号公报、日本特开2002-121010号公报、日本特开平7-136272号公报、日本特开2002-45424号公报中，公开了扩大患者活动范围且有助于改善生活质量(QOL)的、电池驱动的移动型或者便携型氧浓缩装置。
另外，用氧浓缩装置向患者供给浓缩氧浓缩气体时，因吸附剂的劣化或浓缩装置本身的故障等而氧浓缩气体的氧浓度可能变化。对患者而言，若发生氧浓缩气体的氧浓度的下降，则得不到充分的治疗效果，因此需要在氧浓缩装置设置测定氧浓缩气体浓度的氧浓度传感器。
作为测定氧浓缩气体的氧浓度的氧浓度传感器，一般采用氧化锆式的氧浓度计，但在日本特开2002-214012号公报与日本特开2003-135601号公报中公开了超声波式气体浓度流量测定装置。
以下，说明该超声波式气体浓度流量测定部件的气体浓度测定原理。
制品气体流过的配管中，相对配置两个彼此可收发超声波的超声波振子，响应气体的流动，进行正向超声波的接收与发送。此时观测到的音速V1在设静止气体中的音速为C、配管中气体的流速为V时，V1可由下式(1)表示。
V1＝C+V 式(1)
接着，响应气体流动，进行反向超声波接收与发送时，观测到的音速V2可由下式(2)表示。
V2＝C-V 式(2)
因而，即便气体流速V不明，通过相加式(1)和(2)就能相消流速V，且通过下式(3)就能计算静止气体中的音速C。
C＝(V1+V2)/2 式(3)
另外，静止气体中的音速C，在设气体温度为T、气体热容比为k、气体常数为R、气体平均分子量为M时，可知由下式(4)表示。
式(4)中，k、R为常数，由于通过式(3)可获得C值，只要测定气体温度T，就可将式(4)变换到式(5)，求出气体平均分子量M。
M＝kRT/C2 式(5)
即，例如所测定的气体为氧和氮两种组分的气体，且氧浓度为x、氮浓度为1-x时，若设氧分子量为32、氮分子量为28，则利用下式(6)的关系可特定氧浓度x。
32x+28(1-x)＝ M 式(6)
还有，相对配置两个超声波振子的超声波式气体浓度流量测定装置中的流力测定原理如下。
利用上述的式(1)、(2)，即便静止气体中的音速C不明也能由下式(7)求出气体流速V。
V＝(V1-V2)/2 式(7)
然后，若能求出气体流速V，则通过相乘气体流过的配管内面积，容易求出气体流量。
发明的公开
用于吸氧疗法的氧浓缩装置，特别是便携型氧浓缩装置要求小型、轻量化，且希望尽可能减少部品数量。用于传统的氧浓缩器的机械式调压阀主要由活塞、弹簧、外壳构成，其结构上，为发挥其功能需要预定尺寸。另外，外壳用黄铜或铝形成，但装置的轻量化有界限。因而，为了实现氧供给装置的小型、轻量化，最好省略该机械式调压阀。但是，为了稳定地向患者供给氧浓缩气体，需要调整压力。
另外，压力变动吸附型氧浓缩装置中，氧浓缩气体吐出压力越低耗电就越低。该情况在采用便携型氧浓缩装置时，与电池的可低容量化及装置全体的小型轻量化相关。但是，采用机械式调压阀时，由活塞大小与弹簧的反作用特性确定机械调压的压力，因此必须将供给氧流量最大时的最佳压力与活塞大小和弹簧反作用特性相适应，从而以较小氧流量运转时不必要的耗电变高。还有，为将流量设定器上流侧调节成所需压力，必须将调压阀的1次侧压力，即压力变动吸附型氧浓缩装置的吸附筒出侧的压力设定更高，这导致耗电进一步提高的问题。
另外，采用与用户呼吸同步供氧的方式，且在流量调节部件上采用电磁阀时，根据打开所述电磁阀的时间控制氧流量，但供给流量较少时打开电磁阀的时间非常短，特别是，会发生根据电磁阀上流侧压力使所需流量流过的时间成为与电磁阀的应答时间相同程度的情况，且不能进行良好控制的情况。
另外，由超声波式气体浓度流量测定部件的气体浓度及流量的测定原理可知：在采用响应气体流动测量正向的音速V1，接着响应气体流动测定反向的音速V2的方法时，在求浓度时为通过上述式(3)相消气体流速V，分别测量V1、V2时的气体流速V必须一定。但是，在呼吸同步型氧浓缩装置上使用超声波式气体浓度流量测定部件时，氧浓缩气体的开始供给与停止供给之间的流过超声波式气体浓度测定部件内的氧浓缩气体流量变化非常大，因此基于式(3)的音速C的测定误差变得非常大，存在不能准确测定氧浓度的课题。
本发明用以解决上述问题，旨在提供设有可不用机械式调压阀调节从压力变动吸附型氧浓缩装置的吸附筒吐出的气体压力，并可变更设定压力的调压机构的氧浓缩装置。
还有，本发明旨在提供搭载可准确测定制品气体的氧浓度的超声波式气体浓度流量测定部件的呼吸同步型气体供给装置。
依据本发明提供这样的氧浓缩装置，其中设有：压力变动吸附型的氧浓缩部件，包括由设有第一和第二空气口的中空构件构成，并在其内部填充比氧优先选择吸附氮的吸附剂的至少一个吸附筒；与所述吸附筒的第一空气口连接并向所述吸附筒供给加压空气的加压空气供给部件；与所述吸附筒的第一空气口连接并可排出来自所述吸附筒的气体的排气部件；以及使所述加压空气供给部件和所述排气部件有选择地与所述第一空气口连通的切换部件，通过反复从所述加压空气供给部件向所述吸附筒供给加压空气后从所述空气吸附氮的吸附工序和用所述排气部件对所述吸附筒进行减压后将所述吸附剂吸附的氮从所述吸附筒分离而再生所述吸附剂的再生工序，生成氧浓缩气体，
导管，其一端与所述氧浓缩部件的第二空气口连通并从所述第二空气口向用户导入由所述氧浓缩部件生成的氧浓缩气体，以及
流量调节部件，设于所述导管并调节由所述氧浓缩部件生成的氧浓缩气体的流量，
所述氧浓缩装置还具备：
压力测定部件，在所述导管中配置在所述氧浓缩部件与所述流量调节部件之间；以及
控制部件，至少对所述氧浓缩部件的切换部件与所述流量调节部件进行控制，
所述控制部件，基于所述压力测定部件测定到的所述导管中所述氧浓缩气体的压力，控制所述切换部件，从而调节所述氧浓缩部件的吸附工序和再生工序的周期，并控制所述流量调节部件上流侧的压力。
依据本发明，可不使用机械式调压阀而对流量调节部件上流侧进行调压，可进行装置全体的小型、轻量化。另外，不同于传统的机械式调压阀而可变更调压的压力，并可按设定流量控制成最佳压力。在压变动吸附型的氧浓缩装置中，氧供给压力越低耗电就越下降，因此可低耗电化。另外，利用电池使氧浓缩装置作成可携带时，减少耗电并可延长氧浓缩装置的可利用时间或者可将装置小型、轻量化。
另外，采用呼吸同步氧供给方式时，不需要减压阀，且可按设定流量控制成最佳压力，从而在流量低时降低用于流量调节部件的自动开闭阀部件上流的压力，使开阀时间长于自动开闭阀部件的应答时间，可提高控制性。
依据本发明的其它特征，提供这样的气体供给装置：在具备检出用户呼吸的部件，以及具有基于检出结果，与用户呼吸同步地使制品气体开始输出及停止输出的功能的制品气体流路开闭阀的气体供给装置中设有：
具备在制品气体流过的配管中，相对配置的两个超声波振子的超声波式气体浓度流量测定部件，
将所述制品气体输出停止的状态下的浓度测定值作为制品气体浓度。
依据本发明，通过在与用户呼吸同步而制品气体流量的输出停止的期间测定氧浓度，即便在呼吸同步型气体供给装置中也能通过超声波式气体浓度流量测定部件准确测定制品气体的氧浓度。
附图的简单说明
图1是本发明优选实施例的概略图。
图2是2筒式氧浓缩器的说明图。
图3是多筒式氧浓缩器的说明图。
图4是一例(连续式)流量调节部的示图。
图5是一例(呼吸同步式)流量调节部的示图。
图6是本发明另一实施例的概略图。
图7是一例(呼吸同步/连续式切换)流量调节部的示图。
图8是一例(呼吸同步/连续式切换)流量调节部的示图。
图9是在实验中使用的氧浓缩装置的概略图。
图10是呼吸同步型气体供给装置的概略结构图。
图11是超声波式气体浓度流量测定部件的概略结构图。
本发明的最佳实施方式
以下，参照附图说明本发明的优选实施例。
参照图1，本发明的优选实施例的氧浓缩装置100主要包括：压力变动吸附型氧浓缩部110、压力传感器122、氧浓度传感器124、流量调节部140、流量设定部160、控制氧浓缩部110及流量调节部140的作用的控制部150，其中，氧浓缩部110、压力传感器122、氧浓度传感器124、流量调节部140沿着导管130配置。沿着导管130，在氧浓缩部110与流量调节部140之间，可设置暂时存储由氧浓缩部110生成的氧浓缩气体的缓冲罐120。如后所述，尤其与用户呼吸同步供给呼吸用气体时，通过使用缓冲罐120，可减少氧浓缩部110的最大氧浓缩气体生成量。在氧浓缩部110生成的氧浓缩气体沿着导管130经由过缓冲罐120、压力传感器122、氧浓度传感器124、流量调节部140由鼻插管NP导入患者鼻孔。氧浓度传感器124可为具备随着氧浓缩气体浓度改变电阻值的半导体的半导体传感器。基于氧浓度传感器124的测定值，可调节氧浓缩部110的压缩机的转数来控制氧浓缩气体的氧浓度。
氧浓缩部110至少具备填充用以有选择地吸附氮的吸附剂的吸附筒和向该吸附筒供给压缩空气的压缩机，通过交互进行以下两个工序来浓缩氧：(1)向所述吸附筒导入压缩空气后在加压状态下吸附氮，得到氧浓缩气体的吸附工序；(2)减少吸附筒内压，从吸附剂分离氮后进行吸附剂的再生的再生工序。氧浓缩部110根据吸附筒的压力变动范围，可采用加压变动吸附型、真空压变动吸附型、加压真空压变动吸附型的装置。
吸附筒可具备由金属等几乎不能令气体透过的材料形成的中空筒构件，吸附剂可采用对氮具有选择吸附性的结晶性沸石分子筛。这种沸石优选具有金属元素作为阳离子的沸石，例如有钠沸石X、锂沸石X等。
氧浓缩部110可根据吸附筒的数量作成一筒式、二筒式、三筒以上的多筒式。图2中示出一例二筒式的氧浓缩部，氧浓缩部110可具备二个吸附筒10、形成加压空气供给部件的压缩机12、形成排气部件的真空泵14、形成用以在吸附工序与再生工序之间切换各吸附筒的作用的切换部件的三通切换阀16与遮断阀18以及连接这些各要素的管路。通过切换三通阀16与遮断阀18的开闭，控制吸附筒10的各吸附工序和再生工序。
由图2可知：吸附筒10设有与作为加压空气供给部件的压缩机12和作为排气部件的真空泵14连通的第一空气口以及与导管130连通的第二空气口。还有，排气部件可兼备压缩机12。另外，排气部件也可为只将氮气释放到大气中的面罩。
图3中示出一例多筒式的氧浓缩部，氧浓缩部110具备：多个图3的例中为四个吸附筒20、形成加压部件的压缩机22、形成排气部件的真空泵24以及与吸附筒20分别连通的回转阀26。该例中回转阀26形成切换部件，通过回转阀26的旋转，在吸附工序和再生工序之间切换吸附筒22的各作用。
由图3可知：吸附筒20也设有与作为加压空气供给部件的压缩机22和作为排气部件的真空泵24连通的第一空气口和与导管130连通的第二空气口。还有，排气部件可兼备压缩机22。还有，排气部件也可为只将氮气向大气中释放的面罩。
患者或用户可通过流量设定部160设定来自鼻插管NP的输出流量。作为流量设定部160的一例，可具备使设定位置和流量对应的回转开关(未图示)和电位差计(未图示)，对控制部150指定从鼻插管NP输出的氧浓缩气体的流量。由流量设定器160设定的流量，由控制部150读取。如后所述，控制部150控制氧浓缩部110和流量调节部140，以使流量设定器160设定的流量从鼻插管NP输出。
参照图4，在本发明的一个实施例中，流量调节部140具备自动节流阀30以及在该自动节流阀30下流侧配置的流量传感器32。自动节流阀30具备可在完全打开阀的开位置与完全关闭阀的闭位置之间移动的阀体、将所述阀体推向所述闭位置的弹簧以及与控制部150连接的螺线管，可采用与从控制部150供给所述螺线管的控制电流值成比例地使所述阀体可在所述开位置与闭位置之间无限定位的电磁式比例阀。流量传感器32可具备与控制部150连接的热线式流量计、差压式流量计、超声波式流量计、齿轮式流量计等。
控制部150基于流量传感器32测定的流量，变更供给所述螺线管的电流值，从而控制自动节流阀30的开度，因此，用流量设定器160设定的流量的氧浓缩气体从鼻插管NP连续输出。还有，流量传感器32不必非在自动节流阀30下流设置，可在氧浓缩部110与自动节流阀30之间设置。总之，流量传感器32配置在可准确测定从鼻插管NP输出的氧浓缩气体流量的沿着导管130的适当位置即可。
由氧浓缩部110生成的浓缩氧浓缩气体通过流量调节部140调节成预定的一定流量，供给患者的期间，压力传感器122测定导管130内的压力。测定结果送给控制部150，基于该测定结果，控制部150调节氧浓缩部110的吸附筒20的各吸附工序与再生工序的周期，从而控制导管内压力。即，从压力变动吸附型的氧浓缩部110吐出的浓缩氧浓缩气体的压力在加快吸附工序和再生工序的周期时变低、而减缓时变高。因而，在导管内压力高时加快吸附工序和再生工序的周期，而在导管内压力低时减缓吸附工序和再生工序的周期，从而能够将导管内压力控制成预定压力。
多筒式的压力变动吸附型氧浓缩部件中，各吸附筒20与加压及减压部件22、24用回转阀26连接时，基于压力传感器122测定到的压力信息，控制部150调节回转阀的旋转速度，可控制导管内压力。
由压力传感器122测定并送给控制部150的压力信息，最好在该控制部150中经过移动平均处理。可调节氧浓缩部110的吸附工序与再生工序的周期，以使移动平均处理后的压力值成为目标压力值。压力变动吸附型中从吸附筒排出的氧浓缩气体压力根据吸附工序和再生工序的周期而变动，因此通过进行移动平均处理，可更加稳定地控制导管内压力。通过移动平均处理，可消除变动分量。缓冲罐120较小时，压力变动的影响较大且难以稳定控制压力，但进行移动平均处理来消除变动分量，从而可稳定地控制。由于无需增大缓冲罐120来抑制压力变动，有利于小型化。
因而，对应各流量设定值选择适当的最低压力，从而可减少压力变动吸附型的氧浓缩部110负荷。还有，若确定氧浓缩部110供给的氧浓缩气体的氧浓度和供给流量，则确定与之相称的加压及减压部件的输出。该输出值可预先求出，加压及减压部件的各输出按照流量设定部160的设定由控制部150控制。越增加氧浓缩气体的流量，或者越提高氧浓缩气体浓度，加压及减压部件的输出越高。
接着参照图5，说明流量调节部140的另一例。图5的实施例中，流量控制部150具备自动开闭阀40以及在该自动开闭阀40下流侧配置的作为患者的呼吸相位探测部件的压力传感器42，对吸气相或仅对吸气相一部分供给氧浓缩气体。自动开闭阀40具备可在完全打开阀的开位置和完全关闭阀的闭位置之间有选择地移动的阀体，将所述阀体推向所述闭位置的弹簧，以及与控制部150连接的螺线管，若电流从控制部150供给所述螺线管，则可作为所述阀体移动到所述开位置的电磁式开闭阀。压力传感器42可采用与控制部150连接的半导体式压力转换器等。当用户在排气相位时插管内流入排气且内部压力上升，而在吸气相位时插管内气体流出且内部压力下降，因此能够通过读取该变化来探测用户吸气相的开始。基于压力传感器42的输出，将导管130内压力从正压变化到负压的点设成吸气相的开始，对吸气相或仅对吸气相一部分供给氧浓缩气体，从而能够提高患者的氧浓缩气体的利用效率。
该结构的一例控制如下。以基于用流量设定部160设定的流量和由作为呼吸相位探测部件的压力传感器42探测到的吸气相的开始，运算的每分钟的流量一定的时间宽度，自动开闭阀40与吸气相的开始同步地打开预定时间。这里，每分钟的流量由下式(8)求出。
Q＝n×q 式(8)
这里，Q：每分钟的流量(cm3/min)
n：每分钟的呼吸数(1/min)
q：在1次的电磁阀开闭所供给的流量(cm3)。
因而，为使每分钟的流量Q一定，在每分钟的呼吸数n增加时减小1次电磁阀开闭所供给的流量q，而在每分钟的呼吸数n减少时增大1次电磁阀开闭所供给的流量q即可。这里，每分钟的流量Q按照流量设定部160的设定流量提供，每分钟的呼吸数n可从压力传感器42探测到的过去几个吸气相的时间宽度运算。这样，1次电磁阀开闭所供给的流量q如下式(9)所示：
q＝Q’/n 式(9)
这里，Q’：设定流量(cm3/min)。
另一方面，提供这样运算的1次电磁阀开闭所供给的流量q的自动开闭阀40的开阀时间宽度依赖于自动开闭阀40上流侧与下流侧的压力差。这里，自动开闭阀40下流与鼻插管NP连接，因此可认为大致为大气压，因而，该流量q主要依赖于自动开闭阀40上流的压力。如果自动开闭阀40上流侧的压力即缓冲罐120的出口侧压力被控制成一定，提供所需流量q的开阀时间宽度，在设定流量Q’和每分钟的呼吸数n确定时自动运算。
这里必须要注意的是，在自动开闭阀40上流侧的压力较高时，必须相应减小自动开闭阀40的开阀时间宽度，若自动开闭阀40上流侧的压力过高，则自动开闭阀40的控制性变差。这种情况下，预先将按照各设定流量Q’控制的压力设定较低。
另外，在本实施例中，特别是，基于1次电磁阀开闭所供给的流量q的最大值，适当选择缓冲罐120容量。
接着，参照图6，说明本发明另一实施例。
图6所示的实施例的氧浓缩装置200主要包括压力变动吸附型的氧浓缩部210、压力传感器222、氧浓度传感器224、流量调节部240、流量设定部260、氧供给方法选择部270、以及对氧浓缩部210和流量调节部240的作用进行控制的控制部250，氧浓缩部210、压力传感器222、氧浓度传感器224、流量调节部240沿着导管230配置。沿着导管230，在氧浓缩部210和流量调节部240之间，可设置暂时存储氧浓缩部210生成的氧浓缩气体的缓冲罐220。
关于氧供给方法，除了具备用以在上述的连续供给方式与同步供给方式之间进行切换的氧供给方法选择部270以外，本实施例具有与图1的实施例大致相同的结构。因而，在以下说明中仅对与图1的实施例的差异进行说明。
氧供给方法选择部270可设有与同步方式和连续方式对应的至少两个位置且具备与控制部250连接的开关，患者或用户根据该开关的位置，可在与用户呼吸同步地间歇供给的同步方式和连续供给的连续方式之间选择氧浓缩气体的供给方法。
另一方面，流量调节部240之一例如图7所示，流量传感器50、三通切换阀52、自动开闭阀54、压力传感器58、通过三通切换阀52从导管230分支并在导管230中自动开闭阀54和压力传感器58之间合流的分支管路132以及设于分支管路132的可变孔板56。可变孔板56这样构成：将具有基于控制成某一定值的上流侧压力，可在各孔板流过预定流量的孔径的多个孔板，配置成圆板的同心圆状，通过旋转该圆板，使一个孔板与导管在同轴上配置，以限制浓缩氧浓缩气体的流量，可令所需流量的浓缩氧浓缩气体连续供给到患者。
当选择了与呼吸同步供给的方式时，以基于来自流量设定部260的信息和来自形成呼吸相位探测部件的压力传感器58的信息运算的开阀时间宽度，将自动开闭阀54开闭。当选择连续供给的方式时，可构成为通过孔板33或自动节流阀部件33供给对应流量设定部260的流量。从而，患者可选择呼吸同步间歇的氧供给与连续的氧供给中理想的方式。
图8示出图7的实施例的变形例。在图8的实施例中，流量调节部240具备自动节流阀62和流量传感器60、作为呼吸相位探测部件的压力传感器64。当选择与呼吸同步供给的同步方式时，以基于来自流量设定器160的信息和来自压力传感器64的信息运算的开阀时间宽度，在全开和全闭之间对自动节流阀62进行开闭控制，呼吸同步间歇式地供氧，而选择连续供给的方式时，基于流量设定部260和流量传感器60的信息控制自动节流阀62，供给预定流量。
图9表示实验中使用的装置。图9中氧浓缩装置100具备：压力变动型氧浓缩部310、缓冲罐320、用以测定缓冲罐320压力的压力传感器322、流量调节部340、流量设定部360、氧供给方法选择部370、以及控制氧浓缩部310和流量调节部340的作用的控制部350。氧浓缩部310具备4个吸附筒312、可加压或减压的压缩机314及回转阀316，在4筒式的加压真空压变动的氧浓缩器中，以1000cm3/min生成氧浓度90％的氧浓缩气体。
另外，流量调节部340具备超声波式流量传感器342、自动节流阀344及形成呼吸相位探测部件的压力传感器346。自动节流阀344具备最大孔板径φ1.7mm的电磁式比例阀。压力传感器346采用压力测定范围±75Pa的压力传感器，并将压力传感器346的输出从正压变化到负压的点设为吸气相的开始。还有，压力传感器322的输出经过20秒的移动平均处理，调节回转阀316的转数，使该值成为20kPa。
用氧供给方式选择部370将氧供给方法设定为呼吸同步方式，且用流量设定部360将设定流量设定为3000cm3/min。由于在排气时间供给的氧被浪费，基于仅在吸气时间供氧的想法，而且，一般人呼吸的吸气∶排气的比率为1∶2，因此设基本供给流量为1000cm3/min。还有，人呼吸的吸气∶排气之比率并不限于1∶2。
缓冲罐320的容量为250cm3、自动节流阀部件344的孔板φ为1.7mm，为供给与呼吸同步供给的方式的设定流量3000cm3/min(基本流量1000cm3/min)所需的供给量，缓冲罐320的平均压力可为20kPa。例如，将设定流量设为5000cm3/min(基本流量1670cm3/min)时，所需缓冲罐320的平均压力为40kPa。作为从设定流量和呼吸数运算适当的1次阀开阀时间的方法，这次利用从预先进行的实验中测定的数据导出的回归曲线。
通过负压泵和按预定周期反复开闭的电磁阀，在鼻插管NP的末端周期性发生负压来模拟呼吸。与用压力传感器346探测到的模拟呼吸的吸气相的开始同步，控制部350使自动节流阀部件344在全开和全闭之间进行开闭并供氧。自动节流阀部件344的开阀时间的宽度以使设定流量3000cm3/min和从呼吸数/分钟运算的每分钟的流量一定，这时以1000cm3/min的时间宽度进行开闭。这时，测量供给用户的每分钟的流量约为1000cm3/min。
另外，通过氧供给方式选择部370设定连续供给浓缩氧浓缩气体的连续供给方式。这时，自动节流阀部件344基于流量传感器342测定的流量值，控制设定流量成为3000cm3/min。这里，连续供氧时，以流量设定部360设定的流量供给浓缩氧浓缩气体，因此压缩机314被控制成输出流量为3000cm3/min。结果，连续供给的氧流量的测量值为3000cm3/min。
图10示出本发明另一实施例。
图10中氧浓缩装置400具备：从空气中分离氧的氧浓缩部件406；将空气作为原料气体向氧浓缩部件406提供的压缩机404；除去供给氧浓缩部件406的空气中包含的尘埃的过滤器402；调节制品气体即氧浓缩气体压力的气压调节部件408；超声波式气体浓度流量测定部件410；制品气体流路开闭阀412；检出用户呼吸的呼吸检出部件414；以及为控制这些各构成要素而电连接的主控制器416。
在图11示出超声波式气体浓度流量测定部件410的概略结构。
在形成具有圆形剖面且直线状延伸的检查管路的管路422两端，配置可收发超声波的2个超声波振子420。超声波振子420在制品气体流过的管路422中相对配置，本实施例中，采用中心频率为40kHz的超声波振子。
在制品气体的出入口附近配置2个温度传感器424，以不弄乱超声波传播通路上的气体流动。通过将2个温度传感器424配置在管路422的出入口，可测定流过管路422的制品气体的平均温度。当制品气体的温度变化不大时，温度传感器424可为1个。
呼吸检出部件414最好具备微差压传感器。主控制器416在检出用户呼吸时，根据该微差压传感器输出的压力变动检出吸气相的开始。
以下说明本实施例中氧浓缩装置400的作用。
在未探测出用户呼吸的状态下，制品气体流路开闭阀412关闭。该氧浓缩装置400在检出用户吸气之前，作为向用户供给所需制品气体的准备，用压缩机404加压原料空气后供给氧浓缩部件406，氧浓缩部件406生成高浓度氧浓缩气体作为制品气体。通过气压调节部件408，可在气体流路开闭阀412上流侧将制品气体压力保持在预定压力。
用户开始呼吸，并进行制品气体供给时，首先用呼吸检出部件414检出用户的吸气相的开始。若检出吸气相的开始，则主控制器416基于经气压调节部件408调节的当前制品气体压力相关的信息，事先运算向用户供给所设定的制品气体量所需的开阀时间，仅按该开闭阀时间打开气体流路开闭阀412。然后，关闭气体流路开闭阀412，反复上述处理。
氧浓缩装置400为判断制品气体在预定氧浓度以上的情况，采用超声波式气体浓度流量测定部件410。该超声波式气体浓度流量测定部件410在导管内制品气体静止的状态下可检出准确的氧浓度，因此主控制器416在气体流路开闭阀412关闭的状态下向超声波式气体浓度流量测定部件410发送测定开始的信号。
然后，在该超声波式气体浓度流量测定部件410内的微机430向驱动器426发送超声波的发送信号，经由收发切换器434从选择的超声波振子420发送超声波。另一方的超声波振子420接收被发送的超声波，接收的超声波经由收发切换器434，在接收器428以电信号方式接收，并发送给微机430。微机420从信号的收发时间运算制品气体中的音速。
接着，微机420通过收发切换器434切换超声波的收发方向，用上述方法计算反向的音速。该音速计算反复进行到检出用户吸气而打开气体流路开闭阀412为止。通过多个运算结果相加后取平均的处理，可减少音速的测定误差。
与上述超声波的收发同时，微机430通过温度传感器424也检出制品气体温度。检出用户吸气时，主控制器416向超声波式气体浓度流量测定部件410发送测定的停止信号。接受该停止信号的微机430，由接受该停止信号之前检出的音速和制品气体温度，基于前述的式(4)，计算制品气体的氧浓度。更详细地说，例如利用前述的专利文献4或专利文献5所示的方法，可计算氧浓度。该氧浓度计算值从微机430返送到主控制器416。
本实施例中，主控制器416判断制品气体的输出停止的情况，但超声波式气体浓度流量测定部件410不仅可测定气体浓度而且可测定气体流量，该超声波式气体浓度流量测定部件410也可判断制品气体静止的情况。即，超声波式气体浓度流量测定部件410常时反复收发超声波，每次检出气体流量，仅在判断气体流量为零时，计算制品气体的氧浓度，也可发送主控制器416计算的氧浓度。
Claims (18)
1.一种氧浓缩装置，其中设有：压力变动吸附型的氧浓缩部件，包括由设有第一和第二空气口的中空构件构成，并在其内部填充比氧优先选择吸附氮的吸附剂的至少一个吸附筒；与所述吸附筒的第一空气口连接并向所述吸附筒供给加压空气的加压空气供给部件；与所述吸附筒的第一空气口连接并可排出来自所述吸附筒的气体的排气部件；以及使所述加压空气供给部件和所述排气部件有选择地与所述第一空气口连通的切换部件，通过反复从所述加压空气供给部件向所述吸附筒供给加压空气后从所述空气吸附氮的吸附工序和用所述排气部件对所述吸附筒进行减压后将所述吸附剂吸附的氮从所述吸附筒分离而再生所述吸附剂的再生工序，生成氧浓缩气体，
导管，其一端与所述氧浓缩部件的第二空气口连通并从所述第二空气口向用户导入由所述氧浓缩部件生成的氧浓缩气体，以及
流量调节部件，设于所述导管并调节由所述氧浓缩部件生成的氧浓缩气体的流量，
所述氧浓缩装置还具备：
压力测定部件，在所述导管中配置在所述氧浓缩部件与所述流量调节部件之间；以及
控制部件，至少对所述氧浓缩部件的切换部件与所述流量调节部件进行控制，
所述控制部件，基于所述压力测定部件测定到的所述导管中所述氧浓缩气体的压力，控制所述切换部件，从而调节所述氧浓缩部件的吸附工序和再生工序的周期，并控制所述流量调节部件上流侧的压力。
2.如权利要求1所述的氧浓缩装置，其特征在于：
所述氧浓缩部件具备多个吸附筒，所述切换部件具备使所述多个吸附筒分别与所述加压空气供给部件和所述排气部件有选择地连通的回转阀；
所述控制部件控制所述回转阀的转数。
3.如权利要求1或2所述的氧浓缩装置，其特征在于：
所述氧浓缩装置具备用以设定须向用户供给的氧浓缩气体的流量的流量设定部件；
所述控制部件控制所述切换部件并调节氧浓缩部件的吸附工序和再生工序的周期，以得到所述流量设定部件设定的氧浓缩气体的流量。
4.如权利要求3所述的氧浓缩装置，其特征在于：所述控制部件将所述压力测定部件测定到的所述导管内氧浓缩气体压力与时间关联并加以进行移动平均处理，以移动平均处理后的压力作为目标压力值，控制所述切换部件并调节氧浓缩部件的吸附工序和再生工序的周期。
5.如权利要求3或4所述的氧浓缩装置，其特征在于：
所述流量调节部件具备配置在所述导管的自动开闭阀和在所述导管中所述自动开闭阀下流配置并探测用户呼吸的相位的呼吸相位探测部件；
所述控制部件基于所述流量设定部件设定的浓缩氧浓缩气体的流量和与所述呼吸相位探测部件探测到的呼吸相位相关联的信息，运算所述自动开闭阀的开阀时间，从所述呼吸相位探测部件探测到的吸气相的开始按所述开阀时间打开所述自动开闭阀。
6.如权利要求3或4所述的氧浓缩装置，其特征在于：
所述流量调节部件还设有不同直径的多个孔板并具备配置在所述导管的可变孔板；
所述控制部件从所述多个孔板选择一个孔板，所述氧浓缩气体可按照所述流量设定部件设定的流量通过所述可变孔板。
7.如权利要求3或4所述的氧浓缩装置，其特征在于：
所述流量调节部件具备配置在所述导管的比例阀和在所述导管中所述自动开闭阀的上流或下流配置的流量测定部件；
所述控制部件控制所述比例阀的阀开度，使所述流量测定部件的测定值与所述流量设定部件设定的氧浓缩气体的流量一致。
8.如权利要求5所述的氧浓缩装置，其特征在于：
所述氧浓缩装置还具备对连续向用户供给氧浓缩气体的连续方式和与用户呼吸同步供给的同步方式进行选择的氧供给方法选择部件；
所述流量调节部件还具备：
在所述导管中所述自动开闭阀上流配置的三通阀，
通过所述三通阀从所述导管分支，并在所述自动开闭阀下流中与所述导管合流的分支管路，以及
配置在所述分支管路并具备具有不同直径的多个孔板的可变孔板；
所述控制部件在选择了所述同步方式时，将所述分支管路与所述导管遮断，同时基于所述流量设定部件设定的浓缩氧浓缩气体的流量和与所述呼吸相位探测部件探测到的呼吸相位相关联的信息，运算所述自动开闭阀的开阀时间，从所述呼吸相位探测部件探测到的吸气相的开始按所述开阀时间打开所述自动开闭阀；
当选择了所述连续方式时，使所述分支管路与所述导管连通，同时从所述多个孔板选择一个孔板，使所述氧浓缩气体按照所述流量设定部件设定的流量通过所述可变孔板。
9.如权利要求5所述的氧浓缩装置，其特征在于：
所述氧浓缩装置还具备对连续向用户供给氧浓缩气体的连续方式和与用户呼吸同步供给的同步方式进行选择的氧供给方法选择部件；
所述流量测定部件在导管中配置在所述自动开闭阀的下流；
所述流量调节部件还具备：
在所述导管中配置在所述自动开闭阀上流的三通阀，
通过所述三通阀从所述导管分支，并在所述自动开闭阀下流且在所述流量测定部件上流与所述导管合流的分支管路，以及
配置在所述分支管路的比例阀；
所述控制部件在选择了所述同步方式时，将所述分支管路与所述导管遮断，同时基于所述流量设定部件设定的浓缩氧浓缩气体的流量和与所述呼吸相位探测部件探测到的呼吸相位相关联的信息，运算所述自动开闭阀的开阀时间，从所述呼吸相位探测部件探测到的吸气相的开始按所述开阀时间打开所述自动开闭阀；
当选择了所述连续方式时，使所述分支管路与所述导管连通，同时控制所述比例阀的阀开度，使所述流量测定部件的测定值与所述流量设定部件设定的氧浓缩气体的流量一致。
10.如权利要求5所述的氧浓缩装置，其特征在于：
所述氧浓缩装置还具备对连续向用户供给氧浓缩气体的连续方式和与用户呼吸同步供给的同步方式进行选择的氧供给方法选择部件；
所述流量调节部件还具备：
配置在所述导管的比例阀，以及
配置在所述导管中所述比例阀的下流并探测用户呼吸的相位的呼吸相位探测部件；
所述控制部件在选择了所述同步方式时，基于所述流量设定部件设定的浓缩氧浓缩气体的流量和与所述呼吸相位探测部件探测到的呼吸相位相关联的信息，运算所述自动开闭阀的开阀时间，从所述呼吸相位探测部件探测到的吸气相的开始按所述开阀时间打开所述自动开闭阀；
当选择了所述连续方式时，控制所述比例阀的阀开度，使所述流量测定部件的测定值与所述流量设定部件设定的氧浓缩气体的流量一致。
11.如权利要求1至10中任一项所述的氧浓缩装置，其特征在于：
氧浓缩装置还具备所述导管中配置在所述流量调节部件上流或下流的氧浓度测定部件；
所述控制部件控制所述加压空气供给部件，使所述氧浓度测定部件测定的氧浓度成为所需氧浓度。
12.如权利要求11所述的氧浓缩装置，其特征在于：
所述氧浓度测定部件具备超声波式气体浓度流量测定装置，该超声波式气体浓度流量测定装置具备直线状延伸的检查管路和在所述检查管路内相对配置的两个超声波振子，利用超声波测定浓缩氧气体中氧浓度与流量；
在所述检查管路内浓缩氧气体静止的期间测定氧浓度。
13.如权利要求12所述的氧浓缩装置，其特征在于：基于所述超声波式气体浓度流量测定装置测定到的流量判断浓缩氧气体静止的状态。
14.一种气体供给装置，具备检出用户呼吸的部件，以及具有基于检出结果与用户呼吸同步地使制品气体开始输出及停止输出的功能的制品气体流路开闭阀，所述气体供给装置中设有：
具备在制品气体流过的配管中，相对配置的两个超声波振子的超声波式气体浓度流量测定部件，
将所述制品气体输出停止的状态下的浓度测定值作为制品气体浓度。
15.如权利要求14所述的气体供给装置，其特征在于：基于超声波式气体浓度流量测定装置自己测定的流量输出值判断制品气体输出停止的状态。
16.如权利要求14所述的气体供给装置，其特征在于：基于来自控制制品气体输出的开始与停止的部件的信息判断制品气体输出停止的状态。
17.如权利要求14至16中任一项所述的气体供给装置，其特征在于：所述气体供给装置具备从大气分离氧的氧浓缩部件，是供给氧浓缩气体作为制品气体的装置。
18.如权利要求13至17中任一项所述的气体供给装置，其特征在于：所述超声波式气体浓度流量测定部件配置在所述制品气体流路开闭阀上流侧。
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