【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク放電により空気から一酸化窒素と二酸化窒素の混合ガスを生成し、この混合ガスから有害な二酸化窒素を除去して一酸化窒素を供給できる一酸化窒素発生装置に関し、更に詳細には、アーク放電の放射光により光触媒を励起して有害な二酸化窒素を除去し、高純度の一酸化窒素を発生することができる医療用一酸化窒素発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、一酸化窒素は二酸化窒素などと共に窒素酸化物（ＮＯＸ）と称され、大気汚染気体の一種として知られている。一酸化窒素（ＮＯ）の純ガスは有毒であり、室温で無色無臭の不燃性ガスであり、空気中の酸素で容易に酸化されて二酸化窒素に変化する。他方、二酸化窒素（ＮＯ２）は赤褐色で刺激臭のある有毒気体であり、水に溶解して硝酸や亜硝酸を生成する。
【０００３】
従来から工業的には、一酸化窒素は、硝酸製造の中間原料や、金属ニトロシルカルボニルの合成やレーヨンの漂白、プロピレンやメチルエーテルの安定剤として用いられている。また、半導体工業では、シリコンの酸窒化被膜の形成に使用されている。
【０００４】
１９８７年になって、一酸化窒素は人体の中でも産生されており、細胞から細胞に直接情報を伝える情報伝達物質として作用し、更に血管を局所的に拡張させる作用を有することが発見された。
【０００５】
この発見に基づいて、肺高血圧症、急性呼吸不全、喘息その他呼吸器系疾病に一酸化窒素吸入療法の有用性が知られるようになってきた。例えば、肺高血圧症では、肺の血管が収縮して血液の流れが悪くなっている。このような状態でＮＯガスを吸入させると、肺胞表面の血管が拡張し、血液中の酸素濃度が上昇し、肺高血圧症を軽減させる。一般の血管拡張作用のある薬物のように、全身の血管を拡張して血圧低下を来たすことがないので安全である。
【０００６】
血液中に溶け込んだＮＯはヘモグロビンと反応してメトヘモグロビンを生成すると考えられ、現在までの段階では、酸素運搬に支障を来たすようなメトヘモグロビンの増加は報告されていない。従って、医療用途において、ＮＯガスは重要な役割を担いつつある。
【０００７】
ところが、ＮＯガスを１００％の純度で製造できればよいが、有毒なＮＯ２ガスが不純物として混入するために種々の問題が発生する。また、純粋なＮＯガスが生成できたとしても、ＮＯガスは極めて不安定なガスで、空気中の酸素と反応すると直ちにＮＯ２ガスに変化する。このように、医療用のＮＯガスに有毒なＮＯ２ガスが混入すると人命に係わる事態となる。そこで、下記のような医療用一酸化窒素の安定化方法や製造方法の開発が行なわれてきた。
【０００８】
開発の当初には、吸入用一酸化窒素ガスは高圧ガス容器に保管され、必要時に減圧して希釈ガスと混合し、この混合ガスを患者に吸引させてきた。しかし、一酸化窒素ガスは不安定で、高圧ガス容器に保存されている間に有害な二酸化窒素に変質する危険性があった。
【０００９】
この危険性を回避するために、第１従来例である特開平１０−３６２７３号の「医療用一酸化窒素混合ガスおよびその製造方法」が開発された。即ち、不安定な一酸化窒素ガスに窒素ガスを混合して安定化し、この混合ガスを高圧ガス容器に安定的に保管しようとするものである。
【００１０】
図６は第１従来例を示す医療用一酸化窒素混合ガス装置の概略構成図である。ガスボンベ７１には一酸化窒素と窒素の混合ガスが充填され、流量計７２により制御されながら混合ガスは下流に供給される。一酸化窒素に窒素を混入して一酸化窒素を安定化させている。
【００１１】
ガスボンベ７３には酸素５０％と窒素５０％からなる酸素含有ガスが充填されており、流量計７４により制御されながら酸素含有ガスが下流に供給される。この酸素含有ガスは加湿器７５により水蒸気が添加され、その後、前記混合ガスと合流して混合される。
【００１２】
合流ガスはクーラー７６を通過して冷却され、下流の位置で合流ガスから結露水７７が採取された後、合流ガスは矢印ｆ方向へと流通される。この結露水７７の亜硝酸イオンと硝酸イオンの濃度が測定された結果、この第１従来例ではこれらの濃度は十分低いことが確認された。
【００１３】
しかし、ガスボンベ７１のような高圧ガス容器内に一酸化窒素ガスを安定的に保存する方法でも、高圧ガス容器が転倒したり、その口金が破損する事故が生起すると、一酸化窒素ガスが高圧ガス容器から大気中に大量に放出されることになる。このとき、放出された一酸化窒素は大気中の酸素と瞬時に結合して大量の有毒な二酸化窒素が発生し、医療現場において重大な事故が生じる危険性を排除しきれない。
【００１４】
また、高圧ガス容器は相当の大きさを有するから、緊急を要する場合に運び込むのは大変である。また、一酸化窒素の吸入処置を行なう医療従事者が高圧ガスを取り扱う資格を有する必要もある。このように、高圧ガス容器に一酸化窒素を保存する方法では、重大事故の危険性や取り扱いの困難性などの欠点があった。
【００１５】
この解決策として、第２従来例である特開２０００−１０２６１６の「医療用一酸化窒素吸入装置」が開発された。この方法は高圧ガス容器を全く使用せず、パルス放電によって空気から必要なときに必要なだけの一酸化窒素を発生させる方法である。
【００１６】
図７は、第２従来例に示される医療用一酸化窒素吸入装置の概略構成図である。高電圧電源８１によりコンデンサ８２が充電され、スイッチ８３をオンすると、電極８４・８４の間にパルスアーク放電が生起する。抵抗８６により放電電圧が調整される。
【００１７】
吸入された空気８５が前記パルスアーク放電を受けると、窒素と酸素から一酸化窒素と二酸化窒素の混合ガスが生成される。この混合ガスを加熱されたモリブデン８７に流通させると、モリブデン８７の触媒作用により二酸化窒素が選択的に除去される。人工呼吸器８８とテスト用肺８９を接続すると、安全な一酸化窒素がテスト用肺８９に供給される。
【００１８】
しかし、この方法では、モリブデンを通電加熱などの手段で高温に加熱する必要がある。このため作動初期には予加熱が必要となり、二酸化窒素の除去が開始されるまでには一定の時間を要し、急性呼吸不全などの救急時に即応が困難となる。つまり、十分な精製能力を有していない作動初期段階では、吸引ガスに二酸化窒素が混入する危険性があり、救急医療に際して重大な欠点を有している。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
前述した第１従来例や第２従来例の欠点を改善することが一酸化窒素吸入療法の実用化には不可欠である。図８は、本発明者によってなされた第３従来例である一酸化窒素発生装置の構成図である。この一酸化窒素発生装置は、平成１３年度電気関係学会関西支部連合大会講演論文集、Ｇ１−１１「パルス放電によるＮＯの作製」（中川吉郎ほか、平成１３年１１月６日〜７日）に詳細が示されている。
【００２０】
本体容器９１の両端は端部フランジ９２・９３を介して入口管９４と出口管９５に連結されている。本体容器９１の内部は容器空間Ａになっており、この容器空間Ａには開口部９６ａを有した電極支持部９６と開口部９７ａを有した電極支持部９７が配設されている。また、電極支持部９６・９７には針状の電極９８・９９が先端を対向して配置されている。容器空間Ａにはペレット状の酸化チタンＴが隈なく充填されている。
【００２１】
空気は矢印ａ方向に送入され、入口流路９４ａと開口部９６ａを介して容器空間Ａに流入する。電極９８・９９の間にパルス高電圧を印加すると、両電極間にパルスアーク放電が生起する。このパルスアーク放電によって空気中の窒素と酸素が反応し、一酸化窒素と二酸化窒素の混合ガスが生成される。
【００２２】
パルスアーク放電が生起すると、放電光も同時に放射され、この放電光は酸化チタンＴの隙間を通過して光触媒である酸化チタンを励起して活性化する。放電光には紫外線や可視光線が含まれるが、主に紫外線が励起光の役割を相する。この励起状態にある酸化チタンによって有害な二酸化窒素が除去される。
【００２３】
除去されずに残留した一酸化窒素が開口部９７ａと出口流路９５ａを介して矢印ｄ方向に送出される。送出される一酸化窒素が医療吸引用の一酸化窒素として使用され、患者の救急治療などに利用される。この方法によれば、救急現場において空気から瞬時に高純度の一酸化窒素を生成できる利点がある。
【００２４】
しかし、この方法でも次のような欠点があることが分ってきた。容器空間Ａに隙間なく充填された酸化チタンが邪魔になるため、放電エネルギーが気体反応に有効に伝達され難い。また、パルス放電が生起するとパルス放電の電撃によって酸化チタン（ＴｉＯ２）のペレットが損傷して光触媒作用が劣化する。酸化チタンペレットの破損粉末が気流に流されると患者の吸引マスクまで運ばれるから極めて危険である。このように、二酸化チタンの破損粉末などの除去がどうしても必要になるため、長期に安定使用することが困難になる。また、管内に残留する有機物や金属などの不純物が電極近傍のペレット表面に酸化物として付着し、光触媒反応の劣化を引き起こすこともある。従って、この装置が有する瞬時使用の特徴を生かしながら、長期に安定使用できるように装置を改善することが求められている。
【００２５】
従って、本発明は、医療現場での重大事故の可能性のある一酸化窒素高圧ガス容器を用いずに、高純度の一酸化窒素ガスを必要なときに必要な量だけ瞬時に空気から生成し、しかも一酸化窒素の生成を長期間安定して持続できる可搬型医療用一酸化窒素発生装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために為されたものであり、第１の発明は、入口触媒空間と出口触媒空間の間に放電空間を設け、入口触媒空間と出口触媒空間には光触媒を充填し、放電空間にはアーク放電を生起する電極を対向して配置し、入口触媒空間に供給された空気を放電空間へと流通させ、放電空間内において電極間のアーク放電により空気から少なくとも一酸化窒素と二酸化窒素の混合ガスを生成し、この混合ガスを出口触媒空間へと流通させ、前記アーク放電の放射光により光触媒を励起して混合ガスから二酸化窒素を除去する可搬型医療用一酸化窒素発生装置である。電極が対向配置されている放電空間には光触媒が全く充填されないから、アーク放電が生起してもその電撃を受ける光触媒が近傍に存在せず、放電空間の左右に位置する入口触媒空間と出口触媒空間に充填されている光触媒の損傷が極めて小さくなり、装置の耐久性が格段に向上し、装置の長期安定性を実現できる。また、放電空間には光触媒が無いから、アーク放電エネルギーが空気に伝達されやすく、空気から一酸化窒素と二酸化窒素への変換効率が高くなる。しかも、放電光は入口触媒空間と出口触媒空間に浸透して光触媒を活性化するから、二酸化窒素を効率的に除去でき、その結果、高純度の一酸化窒素を長期安定供給することが可能になる。
【００２７】
第２の発明は、二つの透孔性部材により内部空間が中央の放電空間とその左右の入口触媒空間及び出口触媒空間に分割された本体容器と、前記透孔性部材により画成された入口触媒空間と出口触媒空間に充填された光触媒と、放電空間内に対向して配置されたアーク放電を生起する電極と、入口触媒空間に空気を送入させる入口管と、出口触媒空間から一酸化窒素を送出する出口管から構成され、電極間のアーク放電により空気から一酸化窒素と二酸化窒素の混合ガスを生成し、アーク放電光により光触媒を励起して混合ガスから二酸化窒素を除去し、出口管から一酸化窒素を送出する可搬型医療用一酸化窒素発生装置である。本体容器を小型化することにより救急現場に簡易に携行できる可搬型の医療用一酸化窒素発生装置を提供できる。光触媒は透孔性部材によって入口触媒空間と出口触媒空間に確実に充填できるから、光触媒の存在しない放電空間を安定して確保でき、しかも透孔性部材の多くの透孔によって気体の流通性とアーク放電光の光触媒表面への浸透性が確保できる。透孔性部材には光触媒粒子のサイズに応じて多孔板や金属メッシュネット等多くの形態がある。
【００２８】
第３の発明は、放電空間におけるガスの流れを邪魔しないように、放電空間の周囲を光触媒膜により包囲する可搬型医療用一酸化窒素発生装置である。放電空間を光触媒膜により取巻くと、高密度のアーク放電光が光触媒膜を照射して光触媒膜を活性化し、放電空間で生成された二酸化窒素を効率的に除去できる。光触媒膜としては、本体容器の内面に光触媒を塗着してもよいし、シートに光触媒を塗着して巻回してもよいなど種々の形態がある。
【００２９】
第４の発明は、前記光触媒が酸化チタンから構成される可搬型医療用一酸化窒素発生装置である。一般に、酸化チタンは二酸化チタン（ＴｉＯ２）として表記され、アナターゼやルチルなどの結晶構造が存在するが、光触媒活性を有する酸化チタンが全て本発明に使用できる。また、光触媒の形態には、ペレット状、粉末状、シート状など任意の形状を目的に合わせて使用できる。
【００３０】
第５の発明は、本体容器が電気絶縁材料から形成され、透孔性部材が金属メッシュネットから形成され、電極が入口管及び出口管に固定されて電極先端が放電空間内で対向するように構成された可搬型医療用一酸化窒素発生装置である。本体容器がガラスやセラミックス等の電気絶縁材料で形成されるから、アーク放電エネルギーが本体容器に散逸せず、空気から一酸化窒素と二酸化窒素への変換に有効に使用される。金属メッシュネットは丈夫であり、多数の透孔の面積が比較的大きいから、気体の流通性や放電光の浸透性が高くなり、一酸化窒素発生能力が向上する。電極が入口管と出口管に固く結合できるから、放電時の反力によって電極の幾何学的配置に変形が生じ難く、装置全体の耐久性が向上する。
【００３１】
第６の発明は、電極間に高圧パルス電圧を印加する高圧パルス発生装置を付加した可搬型医療用一酸化窒素発生装置である。高圧パルス発生装置を小型化することにより、一酸化窒素発生装置の全体構造を小型化でき、救急現場に容易に携行して取り扱いが容易な可搬型医療用一酸化窒素発生装置を提供できる。
【００３２】
第７の発明は、生成された一酸化窒素をダストフィルター及び／又は水バブリング装置を介して吸引用マスクに供給する可搬型医療用一酸化窒素発生装置である。一酸化窒素の気流に含まれるダストをダストフィルターで除去し、水バブリング装置で一酸化窒素を適当に加湿し、吸引用マスクから患者に一酸化窒素を供給するから、救急現場で直ちに患者に対し清潔で新鮮な一酸化窒素を供給することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る可搬型医療用一酸化窒素発生装置の実施形態を図面に従って詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本発明に係る可搬型医療用一酸化窒素発生装置の主要部である一酸化窒素発生カラムの構成図である。一酸化窒素発生カラム２は、両端を端部フランジ６・８で閉鎖された本体容器４と、端部フランジ６に固定された入口管１０と、端部フランジ８に固定された出口管１２から構成されている。
【００３５】
本体容器４の内部には容器空間Ａが形成され、この容器空間Ａは透孔性部材２８・３０により、中央の放電空間２４と、その左右にある入口触媒空間２２と出口触媒空間２６に３分割されている。容器本体４は放電電流が流れないようにガラスやセラミックス等の電気絶縁材料で形成されることが好ましく、この実施形態では本体容器４は内部を透視しやすいように透明なガラスチューブから構成されている。電気絶縁材料で形成すると、放電エネルギーが一酸化窒素と二酸化窒素を生成する気体反応に有効に使用される。
【００３６】
入口触媒空間２２の中には、開口部１４ａを有した電極支持部１４が入口管１０の先端に固定され、電極１８が電極支持部１４から突設されている。入口管１０の入口流路１０ａは開口部１４ａに連通している。
【００３７】
入口触媒空間２２にはペレット状の光触媒Ｔが充填され、その端面は透孔性部材２８によって閉鎖されてペレット状の光触媒Ｔを不動状態に保持している。電極先端１８ａは透孔性部材２８の孔を挿通して放電空間２４に到達するように配置されている。
【００３８】
また、出口触媒空間２６の中には、開口部１６ａを形成した電極支持部１６が出口管１２の先端に設けられ、電極２０が電極支持部１６から突設されている。出口管１２の出口流路１２ａは開口部１６ａに連通している。
【００３９】
出口触媒空間２６にもペレット状の光触媒Ｔが充填されており、その端面は透孔性部材３０によって閉鎖されてペレット状の光触媒Ｔを不動状態に保持している。電極先端２０ａは透孔性部材３０の孔を挿通して放電空間２４に到達するように配置されている。
【００４０】
透孔性部材２８・３０は多数の透孔を有した薄板であればよく、導電性でも電気絶縁性を有しても構わない。例えば、金属メッシュネットや多数の透孔を形成したセラミック薄板でもよい。導電性の金属メッシュネットは耐久性が高いだけでなく透孔面積が大きいから、気体の流通性や放電光の透過性がよい。絶縁性材料の場合には、電極間の放電電流が透孔性部材に流れないから、放電エネルギーの損耗が少なく、放電エネルギーを気体反応に有効に転換できる利点がある。
【００４１】
放電空間２４では、電極１８・２０の電極先端１８ａ・２０ａが所定間隔だけ離間して対向配置されている。また、放電空間２４を取り巻く本体容器４の内周面には光触媒膜２９が形成されている。その内周面に光触媒を膜状に塗着してもよいし、光触媒をシート状に形成してこの光触媒シートを巻回して内周面に貼りつけてもよい。
【００４２】
ペレット状の光触媒Ｔと光触媒膜２９を形成する光触媒としては、光照射によって電子・正孔対が形成される金属酸化物半導体が利用でき、例えば、ＷＯ３、ＣｄＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、Ａｇ２Ｏ、ＭｎＯ２、Ｃｕ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＲｕＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＯ３、ＮｉＯ、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ３、ＫＴａＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｋ４ＮｂＯ１７ 等が利用できる。
【００４３】
この中でも、生成される電子・正孔密度や、活性酸素（Ｏ２ −）やヒドロキシラジカル（ＯＨ・）の生成密度、更には耐食性や安全性の観点からＴｉＯ２、ＳｒＴｉＯ３、Ｋ４ＮｂＯ１７ が好ましく、特に光触媒としての実績から酸化チタン（ＴｉＯ２）が最も好ましい。
【００４４】
酸化チタンには、その結晶構造の違いから、アナターゼ、ルチル、ブルッカイトなどがあり、この中でも紫外線感受性の高いアナターゼや紫外線・青色可視光に感受性を有するルチルが有効である。また、近年では種々の不純物を添加して可視光応答性を高めた酸化チタンが開発されつつあり、これらの可視光応答型酸化チタンも本発明の酸化チタンに含まれることは云うまでもない。アーク放電による放射光に最も感受性の高い光触媒が選択されることが望ましい。
【００４５】
次に、この一酸化窒素発生カラムの動作を説明する。矢印ａ方向に空気を送入すると、入口流路１０ａを流通して開口部１４ａから矢印ｂ方向に、空気は入口触媒空間２２へと流入する。ペレット状の光触媒Ｔの間を通過して、空気は放電空間２４に到達する。
【００４６】
電極１８・２０の間にパルス高電圧を印加すると、電極先端１８ａ・２０ａの間にパルスアーク放電が生起し、この放電エネルギーにより空気を構成する窒素と酸素が化学反応を生起し、少なくとも一酸化窒素と二酸化窒素の混合ガスが放電空間２４の中で主に生成される。しかし、放電エネルギーは入口触媒空間２２と出口触媒空間２４の内部にも到達するから、充填された光触媒Ｔの隙間空間でも一酸化窒素と二酸化窒素の混合ガスが生成される。
【００４７】
放電空間２４内で生成された一酸化窒素と二酸化窒素の混合ガスは入口触媒空間２２と出口触媒空間２６へと拡散してゆくが、気流は出口管１２の方に流れるから、混合ガスの多くは出口触媒領域２６へと流入すると考えられる。しかし、空気や混合ガスの流通速度よりも、アーク放電による気体反応速度や放電光による光触媒反応速度の方が格段に速いから、これらの反応による二酸化窒素の除去は放電空間２４と入口触媒空間２２と出口触媒空間２６において同時的に進行すると考えられる。
【００４８】
パルスアーク放電が生起すると、放電火花から放電光が周囲に放射され、この放電光は放電空間２４の中に充満する。更に、放電光は透孔性部材２８・３０の多数の透孔から入口触媒空間２２と出口触媒空間２６へと入射され、光触媒Ｔの表面で乱反射しながら内部に浸透してゆく。
【００４９】
更に具体的に説明すると、放電空間２４では、放電光によって光触媒膜２９が励起され、この活性化した光触媒膜２９との接触反応によって二酸化窒素は除去される。更に、入口触媒空間２２及び出口触媒空間２６においては、瞬時に浸透した放電光により光触媒Ｔが励起され、活性化した光触媒Ｔとの接触反応によって二酸化窒素は除去される。混合ガスの内、殆んどの二酸化窒素は光触媒により除去される。
【００５０】
従って、極微小濃度の二酸化窒素と残留した一酸化窒素及び未反応の空気が、開口部１６ａへと矢印ｃ方向に流入し、出口流路１２ａから矢印ｄ方向に送出されてゆく。有毒な二酸化窒素の濃度は人体に無害な程度にまで減少されるから、送出される気体は救急医療に使用される吸引用一酸化窒素として利用することが可能になる。
【００５１】
図２は、本実施形態に使用される光触媒（酸化チタン）による一酸化窒素発生のメカニズムの説明図である。酸化チタン（ＴｉＯ２）の表面に放電光である紫外光（ＵＶ）が照射されると、電子が励起されて伝導帯に遷移し、伝導帯に励起電子（ｅ−）、価電子帯に正孔（ｈ＋）が生成される。励起電子は空気中の酸素（Ｏ２）と反応して活性酸素（Ｏ２ −、Ｏ−）を生成し、正孔は表面吸着水と反応してヒドロキシラジカル（ＯＨ・）を生成する。活性酸素とヒドロキシラジカルは強力な酸化剤として作用する。
【００５２】
一方、パルスアーク放電によって空気からＮＯとＮＯ２が生成される。ＮＯとＮＯ２はＴｉＯ２の表面でＯ２ −とＯＨ・によって酸化される。この酸化過程で、ＮＯはＮＯ２になり、ＮＯ２はＨＮＯ３（硝酸）に変化する。この反応過程において、ＮＯ２からＨＮＯ３になる反応速度が速いため、ＮＯ２の濃度は急速に低下し、最終的に高濃度のＮＯと未反応の低濃度のＮＯ２が残留する。
【００５３】
有毒なＮＯ２の濃度は極めて小さくなり、その濃度は人体の健康に影響を与えない程度にまで低下している。従って、高濃度のＮＯと極低濃度のＮＯ２が未反応の空気と一緒に外部に送出されることになる。
【００５４】
図３は、本発明に係る可搬型医療用一酸化窒素発生装置を用いた一酸化窒素吸入療法の説明図である。可搬型医療用一酸化窒素発生装置４０は一酸化窒素発生カラム２に高圧パルス発生装置４２を組み込んで構成される。また、可搬型医療用一酸化窒素吸入装置５９は、前記可搬型医療用一酸化窒素発生装置４０にダストフィルタ５１、水バブリング装置５３及び吸引用マスク５７を加えて構成される。
【００５５】
高圧パルス発生装置４２は、高圧直流電源４４と抵抗４６とコンデンサ４８とスイッチ５０から構成されている。この例では、高圧直流電源４４の負極がアース４９に接続されている。この高圧パルス発生装置４２を電極１８・２０に接続して、電極１８・２０の間に高圧パルス電圧を印加する。
【００５６】
スイッチ５０をオンすると、コンデンサ４８の高電圧が電極１８・２０に印加され、その蓄積電荷が電極１８・２０間に急激に放電電流として放出される。コンデンサ４８の電圧が低下するとアーク放電は停止し、高圧直流電源４４によりコンデンサ４８の充電が開始され、一定電圧以上になると再び電極１８・２０の間にアーク放電が始まる。この様に、回路構成により決った周期でパルス電圧が印加され、電極間のアーク放電はパルスアーク放電になる。
【００５７】
このパルスアーク放電によって一酸化窒素発生カラム２から一酸化窒素が供給される。供給される一酸化窒素の気流からダストフィルタ５１により不要なダストが除去され、ダストを除去された一酸化窒素はバブリング管５２を介して水バブリング装置５３に送られる。
【００５８】
水バブリング装置５３では一酸化窒素気流に適度の加湿が行なわれる。この一酸化窒素はＮＯＸ分析装置５５により安全性が確認される。一酸化窒素の安全性が確認された後、供給管５４から吸引用マスク５７に一酸化窒素が供給され、必要な患者５８に対し一酸化窒素吸入療法が実行される。
【００５９】
図４は、本実施形態で使用される高圧パルス発生装置の一例を示す具体的構成図である。この高圧パルス発生装置４２は、２本の同軸ケーブル６１を１段として、３段のブルームライン線路から構成されている。絶縁用抵抗６０及び放電電圧測定用の抵抗分圧器６２を組み込み、ギャップスイッチをスイッチ５０として使用している。
【００６０】
この高圧パルス発生装置４２の具体的特性は、特性インピーダンスが３１２Ω、出力電圧が約６０ｋＶ、パルス幅が２００ｎｓ、充電電圧が１５ｋＶのとき放電エネルギーは１．４Ｊ／ｐｕｌｓｅであった。勿論、本発明に使用される高圧パルス発生装置４２としては、公知の全ての高圧回路が利用できることは云うまでもない。
【００６１】
図５は、図４に示す高圧パルス発生装置の放電電圧と放電電流の波形図である。アーク放電開始までに放電電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）は約１００ｎｓの高電圧パルス電圧を示しており、アーク放電が始まると電圧は低下し、放電電流は約７００ｎｓの周期で最大電流は約１００Ａに達していることが分かる。
【００６２】
【実施例】
図３に示される可搬型医療用一酸化窒素発生装置を用いて空気から一酸化窒素を発生させる実験を行なった。光触媒Ｔは二酸化チタンペレットからなり、電極１８・２０は銅針から形成された。空気流量は約１Ｌ／ｍｉｎで、放電回数は２００ｓｈｏｔｓ／ｍｉｎであった。
【００６３】
まず、第１回目の実験では、生成されたＮＯは５４．３ｐｐｍ、ＮＯ２は０．４３ｐｐｍであった。ＮＯ２／ＮＯｘ＝０．００７９±０．００６１となり、二酸化窒素は殆んど除去されており、一酸化窒素吸入療法に使用できることが分った。
【００６４】
更に、第２回目の実験では、生成されたＮＯは２４．８ｐｐｍ、ＮＯ２は０．４０ｐｐｍであった。ＮＯ２／ＮＯｘ＝０．０１６±０．０１５となった。従って、この装置を用いれば、二酸化窒素は殆んど除去されており、実際の一酸化窒素吸入療法に使用できる性能を有することが分った。
【００６５】
本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例・設計変更等をその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。
【００６６】
【発明の効果】
第１の発明によれば、高圧ガス容器を全く使用しないので安全性が極めて高く、高温モリブデンのような触媒加熱時間が不要であるから瞬時に高純度の一酸化窒素ガスを提供でき、救急性を要求される医療現場に最適の一酸化窒素発生装置を実現できる。また、放電空間には光触媒が全く充填されていないから、アーク放電の電撃を受ける光触媒が近傍に存在せず、光触媒が破損して粉末化することはない。左右に配置された入口触媒空間と出口触媒空間には光触媒が充填されているが、電極から一定距離だけ離間しており、光触媒が損傷を受けることはなく、装置全体の耐久性が格段に向上し、装置の長期安定性を実現できる。更に、放電空間には光触媒が無いから、放電エネルギーが空気に伝達されやすく、一酸化窒素と二酸化窒素の生成効率が高くなる。しかも、放電光は入口触媒空間と出口触媒空間に浸透して光触媒を活性化するから、二酸化窒素を効率的に除去でき、高純度の一酸化窒素を長期安定供給することが可能になる。
【００６７】
第２の発明によれば、本体容器を小型化することにより、過密な医療現場に設置したり、最も緊急を要する救急車への搭載が可能となり、救急現場に迅速簡易に携行できる可搬型医療用一酸化窒素発生装置を実現できる。透孔性部材によって入口触媒空間と出口触媒空間に光触媒を限定的に充填できるから、光触媒の存在しない放電空間を安定して確保でき、しかも透孔性部材の多くの透孔によって気体の流通性とアーク放電光の光触媒表面への浸透性を確保できる。透孔性部材には光触媒粒子のサイズに応じて多孔板や金属メッシュネット等多くの形態を利用でき、長期安定性を有し、安全且つ軽量コンパクトな医療用一酸化窒素発生装置を提供できる。
【００６８】
第３の発明によれば、放電空間が光触媒膜により取巻かれているから、高密度のアーク放電光の直射により光触媒膜が活性化され、放電空間内でも二酸化窒素が効率的に除去できる。光触媒膜の具体的形態としては、本体容器の内面に光触媒を塗着してもよいし、シートに光触媒を塗着して内面に沿って巻回してもよいなど多様な形態を採用できる。
【００６９】
第４の発明によれば、光触媒として酸化チタンが利用され、アナターゼやルチルなどの結晶構造が存在するが、光触媒活性を有する酸化チタンの全てが本発明に使用できる。また、光触媒の形態には、ペレット状、粉末状、シート状など任意の形状を目的に合わせて使用できる。
【００７０】
第５の発明によれば、本体容器がガラスやセラミックス等の電気絶縁材料で形成されるから、アーク放電エネルギーが本体容器に散逸せず、一酸化窒素と二酸化窒素が効率的に生成される。透孔性部材として用いられる金属メッシュネットは丈夫であり、多数の透孔の面積が比較的大きいから、気体の流通性や放電光の浸透性が高くなり、一酸化窒素発生能力が向上する。また、電極が入口管と出口管に固く結合できるから、放電時の反力が作用しても電極の幾何学的配置に変形が生じ難く、装置全体の耐久性が向上する。
【００７１】
第６の発明によれば、高圧パルス発生装置を小型化することにより、一酸化窒素発生装置の全体構造を小型化でき、救急現場に容易に携行して取り扱いが容易な可搬型医療用一酸化窒素発生装置を提供できる。
【００７２】
第７の発明によれば、生成された一酸化窒素をダストフィルタ及び／又は水バブリング装置を介して吸引用マスクに供給する可搬型医療用一酸化窒素吸入装置が提供される。一酸化窒素の気流に含まれるダストをダストフィルタで除去し、水バブリング装置で一酸化窒素を適当に加湿し、吸引用マスクから患者に一酸化窒素を供給できるから、この装置一式を救急車に搭載すれば、救急現場で直ちに患者に対し清潔で新鮮な一酸化窒素を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可搬型医療用一酸化窒素発生装置の主要部である一酸化窒素発生カラムの構成図である。
【図２】本実施形態に使用される光触媒（酸化チタン）による一酸化窒素発生のメカニズムの説明図である。
【図３】本発明に係る可搬型医療用一酸化窒素発生装置を用いた一酸化窒素吸入療法の説明図である。
【図４】本実施形態で使用される高圧パルス発生装置の一例を示す具体的構成図である。
【図５】図４に示す高圧パルス発生装置の放電電圧と放電電流の波形図である。
【図６】第１従来例を示す医療用一酸化窒素混合ガス装置の概略構成図である。
【図７】第２従来例を示す医療用一酸化窒素吸入装置の概略構成図である。
【図８】第３従来例を示す一酸化窒素発生装置の構成図である。
【符号の説明】
２は一酸化窒素発生カラム、４は本体容器、６・８は端部フランジ、１０は入口管、１０ａは入口流路、１２は出口管、１２ａは出口流路、１４・１６は電極支持部、１４ａ・１６ａは開口部、１８・２０は電極、１８ａ・２０ａは電極先端、２２は入口触媒空間、２４は放電空間、２６は出口触媒空間、２８は透孔性部材、２９は光触媒膜、３０は透孔性部材、４０は可搬型医療用一酸化窒素発生装置、４２は高圧パルス発生装置、４４は高圧直流電源、４６は抵抗、４８はコンデンサ、４９はアース、５０はスイッチ、５１はダストフィルタ、５２はバブリング管、５３は水バブリング装置、５４は供給管、５５はＮＯＸ分析器、５７は吸入用マスク、５８は患者、５９は可搬型医療用一酸化窒素吸入装置、６０は絶縁用抵抗、６１は同軸ケーブル、６２は抵抗分圧器、７１はガスボンベ、７２は流量計、７３はガスボンベ、７４は流量計、７５は加湿器、７６はクーラー、７７は結露水、８１は高電圧電源、８２はコンデンサ、８３はスイッチ、８４は電極、８５は空気、８６は抵抗、８７はモリブデン、８８は人工呼吸器、８９はテスト用肺、９０は一酸化窒素発生カラム、９１は本体容器、９２・９３は端部フランジ、９４は入口管、９４ａは入口流路、９５は出口管、９５ａは出口流路、９６・９７は電極支持部、９６ａ・９７ａは開口部、９８・９９は電極、Ｔは光触媒。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a nitrogen monoxide generator capable of producing a mixed gas of nitric oxide and nitrogen dioxide from air by arc discharge and removing harmful nitrogen dioxide from the mixed gas to supply nitrogen monoxide. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a medical nitric oxide generator capable of generating harmful nitrogen dioxide by exciting a photocatalyst by radiation of arc discharge to generate high-purity nitric oxide.
[0002]
[Prior art]
In general, nitric oxide is used together with nitrogen dioxide and the like to form nitrogen oxides (NOX) And is known as a kind of air pollutant gas. The pure gas of nitric oxide (NO) is a toxic, colorless, odorless, nonflammable gas at room temperature, and is easily oxidized by oxygen in the air to change to nitrogen dioxide. On the other hand, nitrogen dioxide (NO2) Is a reddish-brown poisonous gas with an irritating odor, which dissolves in water to produce nitric acid and nitrous acid.
[0003]
Hitherto, industrially, nitric oxide has been used as an intermediate material for producing nitric acid, as a synthesis of metal nitrosylcarbonyl, bleaching rayon, and as a stabilizer for propylene and methyl ether. In the semiconductor industry, it is used for forming an oxynitride film of silicon.
[0004]
In 1987, it was discovered that nitric oxide, which is also produced in the human body, acts as a signal transmitter that transmits information directly from cell to cell, and has the effect of locally expanding blood vessels.
[0005]
Based on this finding, the usefulness of nitric oxide inhalation therapy for pulmonary hypertension, acute respiratory failure, asthma and other respiratory diseases has come to be known. For example, in pulmonary hypertension, blood vessels in the lungs contract and blood flow is impaired. When NO gas is inhaled in such a state, the blood vessels on the alveoli surface expand, the oxygen concentration in the blood increases, and pulmonary hypertension is reduced. It is safe because it does not dilate the blood vessels of the whole body and cause a decrease in blood pressure unlike a general drug having a vasodilating action.
[0006]
It is considered that NO dissolved in blood reacts with hemoglobin to generate methemoglobin, and up to the present stage, no increase in methemoglobin that impairs oxygen transport has been reported. Therefore, NO gas is playing an important role in medical applications.
[0007]
However, it is sufficient that NO gas can be produced with 100% purity, but toxic NO gas can be produced.2Various problems occur because the gas is mixed as impurities. Further, even if pure NO gas can be generated, NO gas is an extremely unstable gas.2Turns into gas. Thus, NOx that is toxic to NO gas for medical use2If gas is mixed in, it will be fatal. Therefore, a method for stabilizing and producing a medical nitric oxide as described below has been developed.
[0008]
At the beginning of the development, nitric oxide gas for inhalation was stored in a high-pressure gas container, depressurized and mixed with a diluent gas when necessary, and this mixed gas was inhaled by patients. However, the nitric oxide gas was unstable, and there was a risk of being transformed into harmful nitrogen dioxide while stored in a high-pressure gas container.
[0009]
In order to avoid this danger, a first conventional example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-36273, entitled "Medical Nitric Oxide Mixed Gas and Method for Producing the Same" has been developed. That is, nitrogen gas is mixed with unstable nitrogen monoxide gas to stabilize it, and this mixed gas is stably stored in a high-pressure gas container.
[0010]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a medical nitric oxide mixed gas apparatus showing a first conventional example. The gas cylinder 71 is filled with a mixed gas of nitric oxide and nitrogen, and the mixed gas is supplied downstream while being controlled by the flow meter 72. Nitrogen is mixed with nitrogen monoxide to stabilize the nitrogen monoxide.
[0011]
The gas cylinder 73 is filled with an oxygen-containing gas composed of 50% oxygen and 50% nitrogen, and the oxygen-containing gas is supplied downstream while being controlled by a flow meter 74. The oxygen-containing gas is added with water vapor by the humidifier 75, and then is combined with the mixed gas and mixed.
[0012]
The combined gas is cooled by passing through the cooler 76, and after the condensed water 77 is collected from the combined gas at a downstream position, the combined gas is circulated in the direction of arrow f. As a result of measuring the concentrations of nitrite ions and nitrate ions in the dew water 77, it was confirmed that these concentrations were sufficiently low in the first conventional example.
[0013]
However, even with a method of stably storing nitric oxide gas in a high-pressure gas container such as a gas cylinder 71, when an accident occurs in which the high-pressure gas container falls over or its base is damaged, the nitric oxide gas is discharged. Large quantities will be released from the container into the atmosphere. At this time, the released nitric oxide instantaneously combines with oxygen in the atmosphere to generate a large amount of toxic nitrogen dioxide, so that the danger of a serious accident occurring at a medical site cannot be completely eliminated.
[0014]
Further, since the high-pressure gas container has a considerable size, it is difficult to carry it in an emergency. Also, medical personnel performing the inhalation treatment of nitric oxide must be qualified to handle high pressure gas. As described above, the method of storing nitric oxide in the high-pressure gas container has disadvantages such as a risk of a serious accident and difficulty in handling.
[0015]
As a solution to this, a "medical nitric oxide inhaler" of JP-A-2000-102616, which is a second conventional example, has been developed. This method does not use a high-pressure gas container at all, and is a method of generating necessary nitric oxide from air by pulse discharge when necessary.
[0016]
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a medical nitric oxide inhaler shown in the second conventional example. When the capacitor 82 is charged by the high voltage power supply 81 and the switch 83 is turned on, a pulse arc discharge occurs between the electrodes 84. The discharge voltage is adjusted by the resistor 86.
[0017]
When the inhaled air 85 receives the pulse arc discharge, a mixed gas of nitric oxide and nitrogen dioxide is generated from nitrogen and oxygen. When this mixed gas is passed through the heated molybdenum 87, the catalytic action of the molybdenum 87 selectively removes nitrogen dioxide. When the ventilator 88 is connected to the test lung 89, safe nitric oxide is supplied to the test lung 89.
[0018]
However, in this method, it is necessary to heat molybdenum to a high temperature by means such as electric heating. For this reason, preheating is required in the early stage of operation, and a certain period of time is required before the removal of nitrogen dioxide is started, and it is difficult to immediately respond to emergency such as acute respiratory failure. That is, in the initial stage of operation, which does not have sufficient purification capability, there is a risk that nitrogen dioxide is mixed into the suction gas, which has a serious drawback in emergency medical care.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
It is indispensable to improve the above-mentioned drawbacks of the first conventional example and the second conventional example for the practical use of the nitric oxide inhalation therapy. FIG. 8 is a configuration diagram of a third conventional example of a nitric oxide generator made by the present inventors. This nitric oxide generator is described in G1-11 "Production of NO by Pulsed Discharge" (Kikuro Nakagawa et al., November 6-7, 2001) Details are shown.
[0020]
Both ends of the main body container 91 are connected to an inlet pipe 94 and an outlet pipe 95 via end flanges 92 and 93. The interior of the main body container 91 is a container space A, in which an electrode support 96 having an opening 96a and an electrode support 97 having an opening 97a are provided. Further, needle-like electrodes 98 and 99 are arranged on the electrode support portions 96 and 97 with their tips facing each other. The container space A is filled with titanium oxide T in the form of pellets.
[0021]
The air is sent in the direction of the arrow a, and flows into the container space A via the inlet channel 94a and the opening 96a. When a high pulse voltage is applied between the electrodes 98 and 99, a pulse arc discharge occurs between the electrodes. Nitrogen and oxygen in the air react by the pulse arc discharge, and a mixed gas of nitric oxide and nitrogen dioxide is generated.
[0022]
When the pulse arc discharge occurs, discharge light is emitted at the same time, and the discharge light passes through the gap between the titanium oxides T to excite and activate titanium oxide as a photocatalyst. The discharge light includes ultraviolet light and visible light, and mainly ultraviolet light plays the role of excitation light. Harmful nitrogen dioxide is removed by the titanium oxide in the excited state.
[0023]
Nitric oxide remaining without being removed is sent out in the direction of arrow d through the opening 97a and the outlet channel 95a. The sent nitric oxide is used as nitric oxide for medical suction and used for emergency treatment of patients. According to this method, there is an advantage that high-purity nitric oxide can be instantaneously generated from air at an emergency site.
[0024]
However, it has been found that this method also has the following disadvantages. Since the titanium oxide filled in the container space A without any gap is in the way, it is difficult for the discharge energy to be effectively transmitted to the gas reaction. Further, when a pulse discharge is generated, titanium oxide (TiO 2) is generated by an electric shock of the pulse discharge.2) The pellets are damaged and the photocatalytic action deteriorates. When the broken powder of the titanium oxide pellets is blown into the air stream, it is carried to the patient's suction mask, which is extremely dangerous. As described above, since it is absolutely necessary to remove broken powder of titanium dioxide, it is difficult to use titanium dioxide stably for a long time. Further, impurities such as organic substances and metals remaining in the tube may adhere to the surface of the pellet near the electrode as an oxide, causing deterioration of the photocatalytic reaction. Therefore, there is a need to improve the device so that it can be used stably for a long period of time while taking advantage of the characteristics of the instant use of the device.
[0025]
Therefore, the present invention instantaneously generates high-purity nitric oxide gas from air in a necessary amount when needed, without using a nitric oxide high-pressure gas container that may cause a serious accident at a medical site. Moreover, it is an object of the present invention to provide a portable medical nitric oxide generator capable of stably and continuously generating nitric oxide for a long period of time.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above problems, and a first invention provides a discharge space between an inlet catalyst space and an outlet catalyst space, and fills the inlet catalyst space and the outlet catalyst space with a photocatalyst. In the discharge space, electrodes for generating arc discharge are arranged to face each other, and the air supplied to the inlet catalyst space is circulated to the discharge space, and at least monoxide is removed from the air by arc discharge between the electrodes in the discharge space. A portable medical nitric oxide for generating a mixed gas of nitrogen and nitrogen dioxide, flowing the mixed gas to an outlet catalyst space, exciting a photocatalyst by radiation of the arc discharge and removing nitrogen dioxide from the mixed gas. Generator. Since the photocatalyst is not filled in the discharge space where the electrodes are opposed to each other, there is no photocatalyst that receives the electric shock even if an arc discharge occurs, and the entrance catalyst space and the exit catalyst located on the left and right sides of the discharge space Damage to the photocatalyst filled in the space is extremely small, the durability of the device is remarkably improved, and the long-term stability of the device can be realized. Further, since there is no photocatalyst in the discharge space, the arc discharge energy is easily transmitted to air, and the conversion efficiency from air to nitrogen monoxide and nitrogen dioxide increases. In addition, since the discharge light permeates the inlet catalyst space and the outlet catalyst space to activate the photocatalyst, nitrogen dioxide can be efficiently removed, and as a result, high-purity nitric oxide can be supplied stably for a long time. Become.
[0027]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a main body container in which an inner space is divided into a central discharge space, left and right inlet catalyst spaces and an outlet catalyst space by two porous members, and an inlet defined by the porous members. A photocatalyst filled in the catalyst space and the outlet catalyst space, an electrode for generating an arc discharge arranged in the discharge space facing the inside, an inlet pipe for introducing air into the inlet catalyst space, and monoxide from the outlet catalyst space. It consists of an outlet tube that sends out nitrogen, generates a mixed gas of nitric oxide and nitrogen dioxide from air by arc discharge between the electrodes, excites the photocatalyst by arc discharge light, removes nitrogen dioxide from the mixed gas, and outputs It is a portable medical nitric oxide generator that sends out nitric oxide from a tube. A portable medical nitric oxide generator that can be easily carried to an emergency site by reducing the size of the main body container can be provided. Since the photocatalyst can reliably fill the inlet catalyst space and the outlet catalyst space by the porous member, a discharge space free of the photocatalyst can be secured stably, and gas permeability and gas permeability can be secured by many holes of the porous member. The permeability of the arc discharge light to the photocatalyst surface can be ensured. The porous member has many forms such as a perforated plate and a metal mesh net depending on the size of the photocatalyst particles.
[0028]
A third invention is a portable medical nitric oxide generator that surrounds the periphery of the discharge space with a photocatalytic film so as not to obstruct the flow of gas in the discharge space. When the discharge space is surrounded by the photocatalyst film, high-density arc discharge light irradiates the photocatalyst film to activate the photocatalyst film, so that nitrogen dioxide generated in the discharge space can be efficiently removed. There are various forms of the photocatalyst film, such as a photocatalyst applied to the inner surface of the main body container, or a photocatalyst applied to a sheet and wound.
[0029]
A fourth invention is a portable medical nitric oxide generator in which the photocatalyst is composed of titanium oxide. Generally, titanium oxide is titanium dioxide (TiO 2).2), And there are crystal structures such as anatase and rutile, but any titanium oxide having photocatalytic activity can be used in the present invention. The photocatalyst may be in any shape such as a pellet, a powder, a sheet, or the like depending on the purpose.
[0030]
According to a fifth aspect of the present invention, the main body container is formed of an electrically insulating material, the permeable member is formed of a metal mesh net, the electrodes are fixed to the inlet tube and the outlet tube, and the electrode tips face each other in the discharge space. It is a portable medical nitric oxide generator configured. Since the main body container is formed of an electrically insulating material such as glass or ceramics, the arc discharge energy does not dissipate in the main body container and is effectively used for converting air to nitric oxide and nitrogen dioxide. Since the metal mesh net is durable and has a relatively large area of a large number of through-holes, gas flow and discharge light permeability are increased, and the ability to generate nitric oxide is improved. Since the electrodes can be firmly connected to the inlet tube and the outlet tube, the geometrical arrangement of the electrodes is hardly deformed by the reaction force at the time of discharge, and the durability of the entire device is improved.
[0031]
A sixth invention is a portable medical nitric oxide generator to which a high-voltage pulse generator for applying a high-voltage pulse between electrodes is added. By reducing the size of the high-voltage pulse generator, the overall structure of the nitric oxide generator can be reduced, and a portable medical nitric oxide generator that can be easily carried to an emergency site and easily handled can be provided.
[0032]
A seventh invention is a portable medical nitric oxide generator for supplying generated nitric oxide to a suction mask via a dust filter and / or a water bubbling device. The dust contained in the air flow of nitric oxide is removed by a dust filter, the nitric oxide is appropriately humidified by a water bubbling device, and the nitric oxide is supplied to the patient from a suction mask. Clean and fresh nitric oxide can be supplied.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a portable medical nitric oxide generator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0034]
FIG. 1 is a configuration diagram of a nitric oxide generating column which is a main part of a portable medical nitric oxide generating device according to the present invention. The nitric oxide generating column 2 includes a main body container 4 closed at both ends by end flanges 6.8, an inlet pipe 10 fixed to the end flange 6, and an outlet pipe 12 fixed to the end flange 8. It is configured.
[0035]
A container space A is formed inside the main body container 4. The container space A is formed by the porous members 28 and 30 in the central discharge space 24 and the inlet catalyst space 22 and the outlet catalyst space 26 on the left and right sides thereof. Has been split. The container main body 4 is preferably formed of an electrically insulating material such as glass or ceramic so that a discharge current does not flow. In this embodiment, the main body container 4 is formed of a transparent glass tube so that the inside can be easily seen through. I have. When formed of an electrically insulating material, the discharge energy is effectively used for a gas reaction that produces nitric oxide and nitrogen dioxide.
[0036]
In the inlet catalyst space 22, an electrode support portion 14 having an opening 14a is fixed to the tip of the inlet tube 10, and an electrode 18 protrudes from the electrode support portion 14. The inlet channel 10a of the inlet pipe 10 communicates with the opening 14a.
[0037]
The inlet catalyst space 22 is filled with a pellet-shaped photocatalyst T, and its end face is closed by a porous member 28 to keep the pellet-shaped photocatalyst T immobile. The electrode tip 18a is arranged so as to reach the discharge space 24 through the hole of the porous member 28.
[0038]
In the outlet catalyst space 26, an electrode support 16 having an opening 16 a is provided at the tip of the outlet tube 12, and the electrode 20 protrudes from the electrode support 16. The outlet channel 12a of the outlet pipe 12 communicates with the opening 16a.
[0039]
The outlet catalyst space 26 is also filled with the pellet-shaped photocatalyst T, and its end face is closed by the porous member 30 to hold the pellet-shaped photocatalyst T in an immobile state. The electrode tip 20a is disposed so as to reach the discharge space 24 through the hole of the porous member 30.
[0040]
The permeable members 28 and 30 may be thin plates having a large number of permeable holes, and may have conductivity or electrical insulation. For example, a metal mesh net or a ceramic thin plate having a large number of through holes may be used. Since the conductive metal mesh net has not only high durability but also a large through-hole area, it has good gas flowability and discharge light permeability. In the case of an insulating material, since the discharge current between the electrodes does not flow through the porous member, there is an advantage that the discharge energy is less consumed and the discharge energy can be effectively converted to a gas reaction.
[0041]
In the discharge space 24, the electrode tips 18a and 20a of the electrodes 18 and 20 are opposed to each other with a predetermined space therebetween. A photocatalyst film 29 is formed on the inner peripheral surface of the main body container 4 surrounding the discharge space 24. The photocatalyst may be coated on the inner peripheral surface in a film shape, or the photocatalyst may be formed in a sheet shape, and the photocatalyst sheet may be wound and adhered to the inner peripheral surface.
[0042]
As the photocatalyst for forming the photocatalyst T and the photocatalyst film 29 in the form of a pellet, a metal oxide semiconductor in which electron-hole pairs are formed by light irradiation can be used.3, CdO3, In2O3, Ag2O, MnO2, Cu2O3, Fe2O3, V2O5, TiO2, ZrO2, RuO2, Cr2O3, CoO3, NiO, SnO2, CeO2, Nb2O3, KTaO3, SrTiO3, K4NbO17Etc. can be used.
[0043]
Among them, the density of generated electrons and holes, active oxygen (O2 −) And hydroxyl radicals (OH.) From the viewpoint of the formation density, corrosion resistance and safety.2, SrTiO3, K4NbO17好 ま し く is preferable, and titanium oxide (TiO 2)2) Is most preferred.
[0044]
Titanium oxide includes anatase, rutile, brookite and the like due to the difference in crystal structure. Among them, anatase having high ultraviolet sensitivity and rutile having sensitivity to ultraviolet and blue-visible light are effective. Further, in recent years, titanium oxides having improved visible light responsiveness by adding various impurities have been developed, and it goes without saying that these visible light responsive titanium oxides are also included in the titanium oxide of the present invention. It is desirable to select a photocatalyst that is most sensitive to radiation from the arc discharge.
[0045]
Next, the operation of the nitric oxide generating column will be described. When air is fed in the direction of arrow a, the air flows through the inlet flow path 10a and flows into the inlet catalyst space 22 from the opening 14a in the direction of arrow b. The air passes between the pellet-shaped photocatalysts T and reaches the discharge space 24.
[0046]
When a pulsed high voltage is applied between the electrodes 18 and 20, a pulsed arc discharge occurs between the electrode tips 18a and 20a, and the discharge energy causes a chemical reaction between nitrogen and oxygen constituting the air, and at least monoxide. A mixed gas of nitrogen and nitrogen dioxide is mainly generated in the discharge space 24. However, since the discharge energy also reaches the inside of the inlet catalyst space 22 and the outlet catalyst space 24, a mixed gas of nitric oxide and nitrogen dioxide is generated even in the space between the filled photocatalysts T.
[0047]
The mixed gas of nitric oxide and nitrogen dioxide generated in the discharge space 24 diffuses into the inlet catalyst space 22 and the outlet catalyst space 26, but the gas flow flows toward the outlet pipe 12, so that most of the mixed gas Is considered to flow into the outlet catalyst region 26. However, since the gas reaction speed by arc discharge and the photocatalytic reaction speed by discharge light are much faster than the flow speed of air or mixed gas, the removal of nitrogen dioxide by these reactions requires the discharge space 24 and the inlet catalyst space 22. And proceed in the outlet catalyst space 26 at the same time.
[0048]
When pulse arc discharge occurs, discharge light is emitted from the discharge spark to the surroundings, and the discharge light fills the discharge space 24. Further, the discharge light is incident on the inlet catalyst space 22 and the outlet catalyst space 26 from a number of through holes of the porous members 28 and 30, and penetrates into the inside while being irregularly reflected on the surface of the photocatalyst T.
[0049]
More specifically, in the discharge space 24, the photocatalyst film 29 is excited by discharge light, and nitrogen dioxide is removed by a contact reaction with the activated photocatalyst film 29. Further, in the inlet catalyst space 22 and the outlet catalyst space 26, the photocatalyst T is excited by the instantaneously penetrated discharge light, and nitrogen dioxide is removed by the contact reaction with the activated photocatalyst T. Most of the mixed gas is removed by a photocatalyst.
[0050]
Therefore, the extremely small concentration of nitrogen dioxide, the remaining nitrogen monoxide, and the unreacted air flow into the opening 16a in the direction of arrow c, and are sent out from the outlet channel 12a in the direction of arrow d. Since the concentration of toxic nitrogen dioxide is reduced to a degree that is harmless to the human body, the delivered gas can be used as inhaled nitric oxide used in emergency medicine.
[0051]
FIG. 2 is an explanatory diagram of the mechanism of nitric oxide generation by the photocatalyst (titanium oxide) used in the present embodiment. Titanium oxide (TiO2) Is irradiated with ultraviolet light (UV), which is discharge light, to excite electrons and transit to the conduction band, where the excited electrons (e−), Holes (h+) Is generated. The excited electrons are oxygen (O2) And active oxygen (O2 −, O−), And the holes react with the surface adsorbed water to generate hydroxyl radicals (OH.). Active oxygen and hydroxyl radicals act as strong oxidants.
[0052]
On the other hand, NO and NO are removed from air by pulse arc discharge.2Is generated. NO and NO2Is TiO2O on the surface of2 −And OH. In this oxidation process, NO becomes NO2Becomes NO2Is HNO3(Nitric acid). In this reaction process, NO2From HNO3NO because of the high reaction rate2Concentration rapidly decreases until a high concentration of NO and a low concentration of unreacted NO2Remain.
[0053]
Toxic NO2Has become extremely low and its concentration has been reduced to such an extent that it does not affect human health. Therefore, high concentration NO and extremely low concentration NO2Is sent out together with unreacted air.
[0054]
FIG. 3 is an explanatory diagram of nitric oxide inhalation therapy using the portable medical nitric oxide generator according to the present invention. The portable medical nitric oxide generator 40 is configured by incorporating a high-pressure pulse generator 42 into the nitric oxide generating column 2. The portable medical nitric oxide inhalation device 59 is configured by adding a dust filter 51, a water bubbling device 53, and a suction mask 57 to the portable medical nitric oxide generating device 40.
[0055]
The high-voltage pulse generator 42 includes a high-voltage DC power supply 44, a resistor 46, a capacitor 48, and a switch 50. In this example, the negative electrode of the high-voltage DC power supply 44 is connected to the earth 49. The high-voltage pulse generator 42 is connected to the electrodes 18 and 20, and a high-voltage pulse is applied between the electrodes 18 and 20.
[0056]
When the switch 50 is turned on, the high voltage of the capacitor 48 is applied to the electrodes 18 and 20, and the accumulated charge is rapidly discharged between the electrodes 18 and 20 as a discharge current. When the voltage of the capacitor 48 decreases, the arc discharge stops, the charging of the capacitor 48 is started by the high-voltage DC power supply 44, and when the voltage exceeds a certain voltage, the arc discharge starts again between the electrodes 18 and 20. As described above, the pulse voltage is applied at a cycle determined by the circuit configuration, and the arc discharge between the electrodes becomes a pulse arc discharge.
[0057]
Nitric oxide is supplied from the nitric oxide generating column 2 by this pulse arc discharge. Unnecessary dust is removed from the supplied air flow of nitric oxide by a dust filter 51, and the dust-removed nitric oxide is sent to a water bubbling device 53 via a bubbling tube 52.
[0058]
In the water bubbling device 53, an appropriate humidification is performed on the nitrogen monoxide stream. This nitric oxide is NOXThe safety is confirmed by the analyzer 55. After the safety of nitric oxide is confirmed, nitric oxide is supplied from the supply pipe 54 to the suction mask 57, and a necessary patient 58 is subjected to inhalation nitric oxide therapy.
[0059]
FIG. 4 is a specific configuration diagram illustrating an example of the high-voltage pulse generator used in the present embodiment. This high-voltage pulse generator 42 includes three coaxial cables 61 as one stage and is composed of three stages of bloom line lines. An insulating resistor 60 and a resistor voltage divider 62 for measuring a discharge voltage are incorporated, and a gap switch is used as the switch 50.
[0060]
The specific characteristics of the high-voltage pulse generator 42 were that the characteristic impedance was 312Ω, the output voltage was about 60 kV, the pulse width was 200 ns, and the discharge energy was 1.4 J / pulse when the charging voltage was 15 kV. Of course, it goes without saying that all known high-voltage circuits can be used as the high-voltage pulse generator 42 used in the present invention.
[0061]
FIG. 5 is a waveform diagram of a discharge voltage and a discharge current of the high-voltage pulse generator shown in FIG. The discharge voltage (Voltage) shows a high-voltage pulse voltage of about 100 ns before the start of arc discharge. When the arc discharge starts, the voltage drops, and the discharge current reaches about 100 A in a cycle of about 700 ns. You can see that.
[0062]
【Example】
An experiment was conducted to generate nitric oxide from air using the portable medical nitric oxide generator shown in FIG. Photocatalyst T consisted of titanium dioxide pellets, and electrodes 18 and 20 were formed from copper needles. The air flow rate was about 1 L / min, and the number of discharges was 200 shots / min.
[0063]
First, in the first experiment, generated NO was 54.3 ppm, NO2Was 0.43 ppm. NO2/ NOx= 0.0079 ± 0.0061, indicating that most of the nitrogen dioxide was removed, indicating that the composition can be used for nitric oxide inhalation therapy.
[0064]
Furthermore, in the second experiment, the generated NO was 24.8 ppm, NO2Was 0.40 ppm. NO2/ NOx= 0.016 ± 0.015. Therefore, it was found that with this device, most of the nitrogen dioxide was removed, and the device had a performance that could be used for actual nitric oxide inhalation therapy.
[0065]
The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and may include various modifications and design changes within the technical scope thereof without departing from the technical idea of the present invention. Needless to say.
[0066]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, high pressure gas containers are not used at all, so safety is extremely high, and a high-purity nitric oxide gas can be provided instantaneously because catalyst heating time such as high-temperature molybdenum is not required. It is possible to realize a nitric oxide generating device that is optimal for medical sites that require the following. In addition, since the discharge space is not filled with the photocatalyst at all, there is no photocatalyst that receives the electric shock of the arc discharge in the vicinity, and the photocatalyst is not broken and powdered. The photocatalyst is filled in the inlet catalyst space and the outlet catalyst space arranged on the left and right, but it is separated from the electrode by a certain distance, so that the photocatalyst is not damaged and the durability of the entire device is significantly improved In addition, long-term stability of the device can be realized. Further, since there is no photocatalyst in the discharge space, the discharge energy is easily transmitted to the air, and the production efficiency of nitric oxide and nitrogen dioxide is increased. In addition, since the discharge light permeates the inlet catalyst space and the outlet catalyst space to activate the photocatalyst, nitrogen dioxide can be efficiently removed, and high-purity nitrogen monoxide can be supplied stably for a long period of time.
[0067]
According to the second aspect of the present invention, by reducing the size of the main body container, it can be installed in an overcrowded medical site or mounted on an ambulance requiring the most urgency, and can be carried quickly and easily to the emergency site. A nitrogen monoxide generator can be realized. Since the photocatalyst can be limitedly filled in the inlet catalyst space and the outlet catalyst space by the porous member, a discharge space free of the photocatalyst can be secured stably, and gas permeability can be secured by many holes of the porous member. In addition, the permeability of arc discharge light to the photocatalyst surface can be ensured. Many forms such as a perforated plate and a metal mesh net can be used for the porous member according to the size of the photocatalyst particles, and a safe, lightweight, and compact medical nitric oxide generator having long-term stability can be provided.
[0068]
According to the third invention, since the discharge space is surrounded by the photocatalytic film, the photocatalytic film is activated by direct irradiation of high-density arc discharge light, and nitrogen dioxide can be efficiently removed even in the discharge space. As a specific form of the photocatalyst film, various forms can be adopted, such as applying a photocatalyst to the inner surface of the main body container, or applying a photocatalyst to a sheet and winding the sheet along the inner surface.
[0069]
According to the fourth invention, titanium oxide is used as a photocatalyst, and a crystal structure such as anatase or rutile exists. However, any titanium oxide having photocatalytic activity can be used in the present invention. The photocatalyst may be in any shape such as a pellet, a powder, a sheet, or the like depending on the purpose.
[0070]
According to the fifth aspect, since the main container is formed of an electrically insulating material such as glass or ceramics, the arc discharge energy is not dissipated to the main container, and nitric oxide and nitrogen dioxide are efficiently generated. The metal mesh net used as the porous member is durable and has a relatively large area of a large number of holes, so that gas permeability and discharge light permeability are increased, and the ability to generate nitric oxide is improved. In addition, since the electrodes can be firmly connected to the inlet tube and the outlet tube, even if a reaction force at the time of discharge acts, the geometrical arrangement of the electrodes is hardly deformed, and the durability of the entire device is improved.
[0071]
According to the sixth aspect, by reducing the size of the high-voltage pulse generator, the overall structure of the nitric oxide generator can be reduced, and the portable medical monoxide that can be easily carried to an emergency site and easily handled. A nitrogen generator can be provided.
[0072]
According to the seventh invention, there is provided a portable medical nitric oxide inhaler for supplying the generated nitric oxide to a suction mask via a dust filter and / or a water bubbling device. The dust contained in the air flow of nitric oxide is removed by a dust filter, the nitric oxide is appropriately humidified by a water bubbling device, and the nitric oxide can be supplied to the patient from a suction mask. This would provide the patient with clean, fresh nitric oxide immediately at the emergency scene.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a nitric oxide generating column which is a main part of a portable medical nitric oxide generating device according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a mechanism of generating nitric oxide by a photocatalyst (titanium oxide) used in the present embodiment.
FIG. 3 is an explanatory view of a nitric oxide inhalation therapy using the portable medical nitric oxide generator according to the present invention.
FIG. 4 is a specific configuration diagram illustrating an example of a high-voltage pulse generator used in the present embodiment.
5 is a waveform diagram of a discharge voltage and a discharge current of the high-voltage pulse generator shown in FIG.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a medical nitric oxide mixed gas device showing a first conventional example.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a medical nitric oxide inhaler showing a second conventional example.
FIG. 8 is a configuration diagram of a nitrogen monoxide generator showing a third conventional example.
[Explanation of symbols]
2 is a nitric oxide generating column, 4 is a main body container, 6.8 is an end flange, 10 is an inlet pipe, 10a is an inlet flow path, 12 is an outlet pipe, 12a is an outlet flow path, and 14 and 16 are electrode support parts. , 14a and 16a are openings, 18 and 20 are electrodes, 18a and 20a are electrode tips, 22 is an inlet catalyst space, 24 is a discharge space, 26 is an outlet catalyst space, 28 is a porous member, 29 is a photocatalytic film, 30 is a porous member, 40 is a portable medical nitric oxide generator, 42 is a high-voltage pulse generator, 44 is a high-voltage DC power supply, 46 is a resistor, 48 is a capacitor, 49 is ground, 50 is a switch, and 51 is a switch. Dust filter, 52 is a bubbling tube, 53 is a water bubbling device, 54 is a supply tube, 55 is NOXAn analyzer, 57 is a mask for inhalation, 58 is a patient, 59 is a portable medical nitric oxide inhaler, 60 is a resistance for insulation, 61 is a coaxial cable, 62 is a resistance voltage divider, 71 is a gas cylinder, and 72 is a flow meter. , 73 is a gas cylinder, 74 is a flow meter, 75 is a humidifier, 76 is a cooler, 77 is condensation water, 81 is a high voltage power supply, 82 is a capacitor, 83 is a switch, 84 is an electrode, 85 is air, 86 is a resistor, 87 is a molybdenum, 88 is a ventilator, 89 is a test lung, 90 is a nitric oxide generating column, 91 is a main body container, 92 and 93 are end flanges, 94 is an inlet pipe, 94a is an inlet flow path, 95 is An outlet tube, 95a is an outlet channel, 96 and 97 are electrode support parts, 96a and 97a are openings, 98 and 99 are electrodes, and T is a photocatalyst.
