JP2003144551A

JP2003144551A - 医療用酸素ガス供給装置

Info

Publication number: JP2003144551A
Application number: JP2001345838A
Authority: JP
Inventors: Satoru Takaichi; 哲高市
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】患者が水を補充することなく、連続して長期
間に渡り加湿された医療用ガスを吸入することが可能な
医療用ガス加湿装置を提供する。【解決手段】医療用の酸素ガス発生手段と、該酸素ガ
ス発生手段で発生した酸素ガスを加湿する為の加湿手段
を備えた酸素ガス供給装置において、該加湿手段が、陽
イオン導電性固体電解質膜の両面に電極を備え、陽極側
に大気を供給する送風手段、陰極側に該酸素ガスを供給
する酸素供給経路を備えると共に、加湿手段の下流側に
酸素ガスの湿度を測定する湿度測定手段を備え、該湿度
測定手段の検知結果に基づいて、該送風手段の電圧又は
電流を制御する制御手段を備えることを特徴とする医療
用酸素ガス供給装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医療用酸素ガスを
加湿する機能を備えた酸素ガス供給装置に関する。更に
詳細には、水を補給することなく、長期間メンテナンス
フリーで患者に加湿された医療用酸素ガスを提供するこ
とを可能にした医療用酸素ガス供給装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】医療用に用いられる医療用ガスはボンベ
入りの圧縮気体や液化気体の形で供給さるか、又は精製
・濃縮装置から直接患者へ供給される。これらのガスの
ほとんどは製造段階で不純物として水分が極限まで取り
除かれた絶乾状態のものである。患者がこのような絶乾
状態の医療用ガスを吸うと、例えば上気道粘膜の繊毛運
動低下、体内水分、熱量の損失、喀痰の乾燥による喀出
困難といった問題が生じる。そのため、医療用ガスを加
湿する医療用ガス加湿装置を用いることが必要となる。

【０００３】従来、医療用ガスを加湿できる医療用ガス
加湿装置として、精製水を入れた容器の中に被加湿気体
を通す方式のもの、水中に被加湿気体を泡状にして通す
方式のものが多く用いられてきた。しかしこれらの医療
用ガス加湿装置では加湿するに伴って容器内の水が減少
するため定期的な水の補充が必要となるだけでなく、水
を用いているために長期の使用に際しては細菌の繁殖・
加湿水の腐敗の恐れがあり、定期的に洗浄・交換を行う
などの手入れが必要であった。このような水の補充や手
入れは患者にとって面倒なだけでなく、人的手段に頼る
方法であるため、操作ミスなども多く医療装置としての
信頼性を損なう恐れがあった。

【０００４】特開平１０−２４８９３５号公報記載発明
のように、水分移動膜で構成された管を用い、管の外面
に湿潤空気を供給し、内面には被加湿気体として医療用
ガスを流通することにより、空気中の水分の水蒸気分圧
差を利用して被加湿気体中に移行させて加湿する方式が
ある。しかし、この方式では被加湿気体の加湿度は供給
空気の湿度に大きく左右され、特に外気の湿度が低い冬
場には被加湿気体が十分に加湿されず、加湿不足となる
問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような問題を解決
する方法として、本発明者は、陽イオン伝導性の固体高
分子電解質を用いることを見出した。これは陽イオン伝
導性の固体高分子電解質膜の片面に陰極、反対側の面に
陽極を持った基本構造をしており、これに電流を流す事
により陽極・陰極において生じる下記に示す反応を利用
するものである。陽極側：２Ｈ₂Ｏ → Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^- 陰極側：Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^- → ２Ｈ₂Ｏ

【０００６】このような固体高分子電解質を用いた湿度
調整器では、陰極側で水素が酸素と結合して水が発生す
るので、陰極側に酸素を含む被加湿気体を流通すれば、
加湿装置として用いることが出来る。

【０００７】しかし、この方法では、例えば冬場のよう
な低湿度では陽極側に存在する水分が少ないため加湿能
力が低下する問題が発生する。このような加湿能力の低
下は大気中の水分と陽極面との接触を増やすことで防ぐ
ことができるため、風を当てることによって解決でき
る。しかし、風を当てることは大気中のホコリや有機物
などが付着しやすくなり、長期に渡って風を当て続ける
と性能低下を引き起こすという問題が発生する。

【０００８】したがって、本発明が解決すべき第一の課
題は、水を補充することなく連続して患者に加湿された
医療用ガスを提供することであって、さらには長期間に
渡り十分に加湿された医療用ガス加湿装置を提供するこ
とである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者はかかる課題に
対して鋭意検討した結果、以下に示す医療用ガス加湿装
置を見出した。

【００１０】すなわち本発明は医療用の酸素ガスを使用
者に供給する酸素ガス発生手段と、酸素ガスの供給経路
上に、両端に電極を備えた陽イオン導電性固体電解質膜
を備えた加湿手段を有し、その下流側に酸素ガスの湿度
を測定する湿度測定手段を備え、かかる加湿手段の陽極
側に送風手段を備え、かかる送風手段の電圧又は電流を
制御する制御手段を有することを特徴とする医療用酸素
ガス供給装置を提供するものである。

【００１１】また本発明は、かかる加湿手段が、陽極側
に水分子を酸素分子と水素イオンに電気分解する触媒
層、陰極側に酸素分子と水素イオンから水分子を生成す
る触媒層を備えた手段であることを特徴とする医療用酸
素ガス供給装置を提供するものである。

【００１２】また本発明は、かかる酸素ガス発生手段
が、酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填し
た吸着筒、かかる吸着筒に加圧空気を供給するコンプレ
ッサを備えた圧力変動吸着型酸素濃縮手段であることを
特徴とする医療用酸素ガス供給装置を提供するものであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施例を図面を用
いて詳しく説明する。本発明の酸素ガスとは、酸素を主
成分とする医療用ガスであり、日本薬局方で規定される
酸素ガスのほか、液体酸素の蒸発ガス、圧力変動吸着型
酸素濃縮器などの酸素濃縮器で空気中から分離される酸
素濃縮空気（酸素富化空気）、さらにはこれらのガスと
亜酸化窒素などの他の医療用ガスとの混合ガスを含むも
のである。

【００１４】本発明における酸素ガス発生手段として
は、酸素ガスを充填した酸素ボンベや、液体酸素を充填
した液体酸素貯蔵容器、空気中の酸素を分離する医療酸
素濃縮器などが挙げられる。

【００１５】好適な実施例では酸素ガス発生手段１に
は、吸着式の医療用酸素濃縮器を用いた。フィルタ１３
を通してコンプレッサに供給された空気は圧縮されて切
り替え弁１４を通って吸着筒１１に入りる。かかる吸着
筒１１に入った圧縮空気は選択的に窒素が吸着され、吸
着されず残った酸素が逆止弁１５と通り製品タンク１
６、流量設定器１８、製品フィルタ１９を通して酸素濃
縮器から外に供給される。

【００１６】かかる酸素ガス発生手段１より供給された
酸素ガスは、加湿手段２に供給される。加湿手段２は、
陽イオン伝導性の固体高分子電解質膜２１とかかる固体
高分子電解質膜２１の両側に陽極側電極２２と陰極側電
極２３を備えたものである。陽イオン伝導性の固体電加
湿としては、パーフルオロスルホン酸系の膜などが用い
ることが可能であり、好適な実施例ではＮＡＦＩＯＮ
（Ｄｕｐｏｎｔ製）を用いた。また、かかる電極として
白金やイリジウム、パラジウムなど白金族系の金属、ま
たは一般金属をこれらによりメッキ処理したものを使用
することができる。好適な実施例では、チタン電極を用
いた。

【００１７】かかる固体高分子電解質膜の両端にある電
極の外側に触媒を塗布することが好ましく、陽極側に水
分子を酸素分子と水素イオンに電気分解するもの、陰極
側には酸素分子と水素イオンから水分子を生成すること
ができるものを用いることができる。具体的には、陽極
触媒、陰極触媒共に白金や白金担持カーボン、ルテニウ
ム、インジウム、パラジウムなどの白金族金属、または
これらの酸化物などを用いることが可能であり、好適な
実施例では、陽極触媒２２に白金黒、陰極触媒２３に白
金担持カーボンを用いた。固体高分子電解質膜の面積が
広がることにより水分透過量が増加するため、被加湿ガ
スの流量に応じて表面積を増加させることが必要にな
る。好適な実施例では、膜表面積１００ｃｍ²とした。

【００１８】かかる加湿手段２で加湿された酸素ガス
は、加湿手段２の下流に設置された湿度測定手段３で湿
度が測定される。

【００１９】また、かかる加湿手段２の陽極側には送風
手段４を配置する。かかる送風手段４は、湿度測定手段
で測定された湿度により設定値の湿度になるように制御
するため、制御手段５により電圧又は電流を制御する。
好適な実施例では、送風手段として最大風量０．３ｍ³
／分の送風ファンを用いた。

【００２０】かかる両面に電極を備えた固体高分子電解
質膜を通電すると、陽極側に存在する水分子が電気分解
されて、電子は陽極から配線を通って電源へ行き、水素
イオンが膜を透過して陰極側に移動し、酸素は気体中に
放出される。陰極側では陽極側から透過してきた水素と
電源より運ばれてきた電子、陰極側気体中の酸素より、
水分子が生成され、陰極側気体中に放出される。結果と
して、陽極側では水分子が失われる代わりに酸素が生成
し、陰極側では酸素を消費して陰極側気体を加湿する。

【００２１】図３に送風手段の風量と固体高分子電解質
膜の加湿性能を示す。縦軸は実際に固体高分子電解素子
を通過する水分量を示しており、風量が増えるにしたが
って加湿性能が向上することがわかる。

【００２２】図４に風を当てることによる固体高分子電
解質膜の劣化を示す。供給する風量が増えるに従い水分
移動量が減り経時劣化が進んでいることがわかる。つま
り、風量を増やすことにより一時的な性能は向上する
が、風量を増やすことにより埃や有機物などの付着が促
進され、長期的には性能が低下することを示している。
このため、できる限り少ない風量で加湿器に水分を供給
することが必要となる。

【００２３】図５に毎分３リットルの流量で流れる酸素
ガスを４０％ＲＨまで加湿するのに必要な風量と外気湿
度の関係を示す。外気湿度が４０％ＲＨを超える条件に
おいては、風量を与えなくてもく酸素ガスは４０％ＲＨ
まで加湿できるため、送風手段に与える電圧を０Ｖに制
御する。外気湿度が４０％ＲＨ以下の低湿度になった場
合には、送風手段の電圧が０Ｖでは酸素ガスの湿度が４
０％ＲＨより下がるため、酸素ガス湿度が４０％ＲＨよ
り下がってきた場合には送風手段に電圧を加えて風量を
あげるように制御する。このように最低限の風量を与え
ることにより、長期間加湿性能を維持することができ
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明の医療用酸素ガス供給装置は、水
の補充など定期的な手入れが不要で、連続的に十分な加
湿度が得られる加湿ガスの供給装置であり、長期間に渡
り医療用ガスを十分に加湿可能な装置である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の医療用酸素ガス供給装置の好ましい実
施態様例。

【図２】本発明の医療用酸素ガス供給装置の加湿手段に
おける固体電解質膜の概略構成図。

【図３】加湿手段に於ける送風手段と固体高分子電解質
膜の加湿性能（水分移動量）の関係を示すグラフ。

【図４】固体高分子電解質膜の水分移動量の経時変化と
風量の関係を示すグラフ。

【図５】加湿に必要な風量と外気湿度の関係を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１．医療用酸素ガス発生手段２．加湿手段３．湿度測定手段４．送風手段５．制御手段１１．吸着筒１２．コンプレッサ１３．フィルタ１４．切り替え弁１５．逆止弁１６．製品タンク１７．調圧弁１８．流量設定器１９．製品フィルタ２１．固体高分子電解質膜２２．陽極側電極２３．陽極触媒２４．陰極側電極２５．陰極触媒２６．酸素流路２７．電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA41 HA41 JA02C JA42B JA42C KE17Q KE18Q KE25Q KE30P MB07 MB18 MC28 MC74 PA02 PB20 PB65 PC41 4D012 CA05 CB16 CD07 CH08 4G042 BA14 BB02 BC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】医療用の酸素ガス発生手段と、該酸素ガ
ス発生手段で発生した酸素ガスを加湿する為の加湿手段
を備えた酸素ガス供給装置において、該加湿手段が、陽
イオン導電性固体電解質膜の両面に電極を備え、陽極側
に大気を供給する送風手段、陰極側に該酸素ガスを供給
する酸素供給経路を備えると共に、加湿手段の下流側に
酸素ガスの湿度を測定する湿度測定手段を備え、該湿度
測定手段の検知結果に基づいて、該送風手段の電圧又は
電流を制御する制御手段を備えることを特徴とする医療
用酸素ガス供給装置。
【請求項２】該加湿手段が、陽極側に水分子を酸素分
子と水素イオンに電気分解する触媒層、陰極側に酸素分
子と水素イオンから水分子を生成する触媒層を備えた手
段であることを特徴とする請求項１記載の医療用酸素ガ
ス供給装置。
【請求項３】該制御手段が、該湿度測定手段の検知結
果が所定湿度値よりも低い場合には該送風手段の通電を
行い、高い場合には通電を停止する制御手段であること
を特徴とする請求項１、２記載の医療用酸素ガス供給装
置。
【請求項４】該酸素ガス発生手段が、酸素よりも窒素
を選択的に吸着する吸着剤を充填した吸着筒、該吸着筒
に加圧空気を供給するコンプレッサを備えた圧力変動吸
着型酸素濃縮手段であることを特徴とする請求項１〜３
記載の医療用酸素ガス供給装置。