JP2004209115A - 酸素濃縮装置及び当該装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】患者に対して正確な装置の動作状況の通知を可能とすると共に、装置の動作時に発生する不具合を的確に検知することを可能とする酸素濃縮装置を提供する。
【解決手段】酸素濃縮装置において、加湿酸素の流量を検知して、当該検知流量が設定流量と比較して一定の閾値を越える程に低い状態が一定時間継続する場合に、加湿酸素の圧力を検知し、検知した圧力に応じて装置の動作状態を報知する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素供給源からの酸素を加湿器により所定湿度に加湿するとともに、加湿された酸素（加湿酸素）の所定量を慢性の呼吸不全患者などの患者に吸入させるべく供給することができる医療用酸素濃縮装置及びその制御方法に関し、より詳細には当該酸素濃縮装置において酸素流量、酸素湿度及び酸素圧力を検知すると共に、当該検知された情報に基づいて装置の動作状態を判定し、異常状態と判定された場合に警告を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の酸素濃縮装置は、空気より窒素を優先的に吸着しうるゼオライトを吸着剤として用いた吸着法が広く使われている。この種の酸素濃縮装置は、空気取入口から取り込んだ空気を防塵フィルター（空気取入口フィルター）、吸気フィルターでゴミ等が除去された後、吸気用消音器を経て、コンプレッサーで圧縮し、熱交換器等で冷却し、配管流路を切替える切換弁を介して、吸着剤が充填された吸着筒に送り込まれる。吸着塔内ではガス分離が行われ生成された濃縮ガスは一時的に製品タンクに送り込まれ、減圧弁等を含む圧力調整器や流量設定器にて圧力、流量がコントロールされ加湿器により加湿され、可撓性チューブ、カニューラ等の導管を介して患者に供給されるように構成されている。
【０００３】
この酸素濃縮装置において、加湿器の上流側（即ち、加湿器の入力側）や、下流側（即ち加湿器の出力側）に流量センサによる流量検出器を設けて加湿酸素流量の正常、異常の監視を行うことができる濃縮酸素濃縮装置が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２８５７０４４号
【０００５】
【特許文献２】
特開２０００−２６２６１９号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加湿器の上流側に流量センサを設置した場合には、加湿器で加湿された酸素がカニューラを介して患者に供給されるまでに経由するチューブにおいて詰まりなどが生じた場合や加湿器の取り付けの不具合によって漏れが生じた場合にこれを正確に検知することができないという問題がある。
【０００７】
この問題を解消するために、加湿器の下流側に流量センサを設置しこれにより流量を検知する場合であっても、流量センサのみを用いた酸素流量測定においては、雰囲気湿度により測定誤差を生じ正確な測定ができないために、患者に対して誤った動作状況を通知することになるだけでなく、やはり、加湿器で加湿された酸素がカニューラを介して患者に供給されるまでに経由するチューブにおいて詰まりなどが生じた場合にこれを正確に検知することができないという問題を解決できない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決して加湿器の下流側において流量検出を行うことにより、患者に対して正確な装置の動作状況の通知を可能とすると共に、装置の動作時に発生する不具合を的確に検知することを可能とすることを目的とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、酸素供給源からの酸素を使用に供するために前記酸素を供給する流量を所定レベルに設定するための流量設定手段と、前記酸素に湿気を与えるための加湿手段とを経由させて酸素供給管を介して酸素吸入手段により加湿酸素を供給する酸素濃縮装置であって、前記加湿手段と加湿酸素の供給手段との間に配置され、前記加湿酸素の流速を検知するための流速検知手段と、前記加湿酸素の湿度を検知するための湿度検知手段とを含む流量検知手段と、前記流量設定手段と前記加湿手段との間に配置され、前記加湿手段に供給される前記加湿酸素の圧力を検知するための圧力検知手段と、前記流量検知手段により検知された流量と、前記流量設定手段により設定された流量とを比較して、前記加湿酸素の流量レベルを検知するための流量レベル検知手段と、前記検知された流量レベルが所定のレベルを下回る期間を計時するための計時手段と、前記計時手段において計時された期間が所定の期間を越える場合に、前記圧力検知手段により検知される圧力に応じて、前記酸素濃縮装置の動作状態を報知する報知手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決する本発明における前記報知手段は、前記検知手段により検知される圧力が、第１の圧力よりも高い場合に、前記酸素供給管及び酸素吸入手段の少なくともいずれかにおける異常を報知することができ、また、前記検知手段により検知される圧力が、第２の圧力よりも低い場合に、前記加湿手段に関する異常を報知することができる。さらに、前記流量検知手段は、所定の周期において前記流量を検知することが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下において、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に対応した酸素濃縮装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、装置内に取り込まれる空気は、防塵フィルタ１０１と吸気フィルタ１０２とによりゴミが除去され、消音器１０３を介してコンプレッサー１０５で圧縮された後、熱交換器１０６等で冷却される。
【００１３】
冷却された空気は配管流路を切替える切換弁１０７を介して、吸着剤が充填された吸着筒１０８に送り込まれる。吸着筒１０８内ではガス分離が行われ、生成された濃縮ガスは一時的に製品タンク１１１に送り込まれた後、さらに圧力調整器１１２と流量調節器１１５とを介して圧力と流量とがコントロールされ（このとき、酸素濃度は酸素濃度センサ１１４によって検知される。）、加湿器１１６を介して適度に加湿される。加湿器１１６と流量調節器１１５との間には、圧力センサ１１７が設置され、加湿器へ送られる酸素の圧力を検知する。また、加湿された酸素は、湿度センサ１１８及び流速センサ１１９によって流速が検知され、可撓性チューブ１２０を経由してカニューラ１２１等の導管を介して患者に供給されるように構成されている。
【００１４】
また、この種の酸素濃縮装置は小型の場合、吸着筒１０８が１本又は２本で構成され、切換弁１０７により切替えられて吸脱着が行われている。例えば、吸着筒１０８が２本で構成されている場合、一方が吸着工程中においては濃縮されたガスの一部は、製品ガスとして使用し、他のガスはもう一方の吸着筒１０８に回され、吸着筒１０８内のゼオライトの再生及び再加圧用ガスとして使用される。
【００１５】
吸着工程中の吸着筒１０８内の吸着破過が起こる前に切換弁１０７により他方に切替え同様のサイクルを繰り返し連続的に濃縮ガスを生成、供給するように構成されている。
【００１６】
次に、図１の酸素濃縮装置は図２ａに示すような外観を有する装置として実現することができる。この図２ａは、酸素濃縮装置本体を正面からみた外観図である。ここで、２００は、酸素濃縮装置本体（以下、本体２００と称する。）を表す。本体２００は、主として筐体部２１４ａと筐体上部のカバー部２１４ｂとから構成される。２０１は、本体２００の動作状況を表すフローモニタであり、その表示態様は後述する。１１５は、酸素流量を設定するための流量設定ダイヤルである。流量設定ダイヤル１１５は、カバー２１４ｂに構成された凹部２０２の奥側に設けられており、後述するカバー４０１によって、隠蔽可能に構成されている。
【００１７】
２０３ａは、本体２００の運転・停止を切替えるための電源スイッチである。電源スイッチ２０３ａは、カバー２１４ｂに構成された凹部２０３ｂの奥側に設けられており、カバーの表面に対して突出しないように設置されているので、誤って患者等の体が触れた場合であっても、電源スイッチ２０３ａが押下されにくくなっている。１１６は、加湿器であり、１１６ａは加湿器のキャップ部である。２０５は、鼻カニューラ１２１や延長チューブ１２０を接続するための酸素出力口である。
【００１８】
２０６は、停電や装置内部の異常を知らせるための警報部である。この警報部２０６には、点検ランプ、ブザー及びメッセージを音声出力するためのスピーカーが内蔵されている。２０７ａは、流量設定ダイヤル１１５で設定された流量を表示するための流量表示部である。この流量表示部２０７ａは、図示のように本体２００を正面から見た場合に加湿器１１６の右隣りに形成された凹部２０７ｂの奥側に設けられる。流量表示部２０７ａはセグメントＬＥＤにより構成されており、輝度を設置場所の明るさ（照度）に応じて制御可能に構成されている。
【００１９】
２０８は、表示切替スイッチであり、流量表示部２０７ａに表示される内容を切替えるためのスイッチであり、このスイッチ２０７を押すと表示部には、例えば５秒間だけ使用時間が表示される。
【００２０】
２１２は、キャスターであり、本体２００底面の四隅に固定されている。このキャスター２１２を使用して床面上を移動したり、本体２００を設置するための搬送時において、作業者がこれらの取っ手２１３を把持することで本体２００の移動またはリフト作業を行なえるようになっている。このために、各取っ手２００の強度は、本体２００を持ち上げる力に十分に耐える強度を有している。
【００２１】
２１４ａは、金属製または木製の筐体部である。筐体部２１４ａは、上下方向に長い直方体の形状を成し、底部には、移動を容易にするためにキャスター２１２が設けられている。筐体部２１４ａ内には、図１に示すコンプレッサー１０５、熱交換器１０６、切換弁１０７、吸着筒１０８、製品タンク１１１等が収納されている。
【００２２】
２１４ｂは、筐体部２１４ａの上部を覆うカバーであって、２１９は床面から前面を覆うようにした平面状の前面化粧パネルである。この化粧パネル２１９は前面だけでなく、本体の全体に対して適用することもできる。
【００２３】
カバー２１４ｂをベージュ乃至クリーム系の色とする一方で、前面化粧パネル２１９の色をブルー系とすることで、所謂ツートンカラーの近代的なデザインとしている。また、これらの色彩にバリエーションを持たせることにより、本体２００が設置される環境に違和感無くとけ込ませることができる。
【００２４】
図２ｂは、本体２００を真上から見た外観図である。ここで、２０９は、空気取り入れ口であり、カバー２１０と防塵フィルター１０１がセットされている。２１１はメンテナンスカバーであり、吸気フィルター１０２の交換やメンテナンス情報を取得するためにメンテナンス作業者によって開閉される。
【００２５】
図２ｃは、本発明の酸素濃縮装置２００を患者（或いはユーザー）Ｐとともにほぼ同じ縮尺率で示した外観斜視図である。本図から分かるように、この本体２００は、患者Ｐが特に上半身をかがめなくても所望のメンテナンスが可能な大きさと、メンテナンス部の配置が為されている。また、本体２００は、設置範囲をできるだけ小さくするために上下方向に長いほぼ直方体（幅３５０ｍｍ×奥行き３５５ｍｍ×高さ６７５ｍｍ）の形状を有している。
【００２６】
図２ｃにおいてカバー２１４ｂは、天井面から前面化粧パネルにかけて曲面を形成しており、図示のように標準身長の患者Ｐが起立状態で両手を下げた腰部分に略該当する高さＨの付近に、加湿器１１６を設けるための凹部２１５を略中央においてさらに連続形成している。このように中央に凹部２１５を形成することで、頻繁に行われる加湿器１１６の水補給作業を行なうときに、患者Ｐは立ったままの姿勢で行なうことができるので、従来の装置のようにいちいち座ったり、屈んだりする必要がなくなる。このため、患者の腹部への負担は大きく軽減される。さらに、凹部２１５は左右対称の構造を有しているので利き腕がどちらであるかに関係なく、不自由なく加湿器１１６を着脱することができる。
【００２７】
また、図２ｄに示すように本体２００の背面には。ブレーカースイッチ２１６が設けられており、万が一の過剰電流発生時における対処を可能にしている。また、ブレーカースイッチ２１６を本体２００の背面に設置することにより、みだりにスイッチがいじられないようにして、電気的なトラブルを防止している。２１７は電源コードであり、商用電源コンセントに接続することで電源供給を可能な状態にする。２１８は本体２００の下方に設けられた排気口であり、この排気口２１８を介して排気が行われる。
【００２８】
このように、本体２００のカバー２１４ｂの前面側の曲面のほぼ中心部分に加湿器１１６を着脱自在に設け、電源スイッチ２０３ａと、酸素出口管２０５ａとをカバー２１４ｂに形成された凹部２０３ｂ、２０５ｂで取り囲むようにして加湿器１１６の左側に配置し、また流量表示部２０７ａも凹部２０７ｂの奥になるようにして加湿器１１６の右側に設けることで、各部材が本体２００の上面中央に集中して配置されることになり、操作性が向上される。また、例えば患者Ｐがつまづきカバー２１４ｂに対して激しくぶつかった場合でも樹脂製である衝撃吸収機能を備えたカバー２１４ｂの前面側の曲面表面で適度に衝撃吸収して怪我などをしないように安全上の配慮がされている。
【００２９】
次に、本体２００の各構成要素について以下に詳細な説明を行う。
【００３０】
まず、図３は、フローモニタ２０１及び警報部２０６の表示形態を示す図である。フローモニタ２０１は、５つの緑・赤のＬＥＤにより構成され、（ａ）は、本体２００が正常に動作している場合の表示形態であり、５つの緑色ＬＥＤが点灯している。フローモニタ２０１の表示は、流速センサ１１９により検知される流速に基づいて求められる流量について、流量設定ダイヤル１１５で設定された流量の８０％以上の流量が確保されている場合には５つが点灯するが、７０％、６０％、５０％、４０％と流量の低下に応じて点灯するＬＥＤの数が減少し、例えば６０％以上７０％未満の流量が確保されている場合には（ｂ）で示すように３つが点灯する。
【００３１】
しかしながら、流量が低下し６０％未満となった場合には（ｃ）に示すように、点灯ＬＥＤの数が減少するだけでなく、点灯するＬＥＤが緑から赤に切り替わる。赤のＬＥＤを点灯させる際は、間欠的に点灯（即ち点滅）させてもよい。また、流量が低下した場合にはブザー音が「ピーピーピー」となり、患者に注意を促がす。
【００３２】
このような流量の低下の原因としては、例えば、ダイヤルが目盛りの中間に位置しているなどの流量設定ダイヤル１１５による流量設定が完全でない場合や、加湿器が完全に装着されていない場合や、加湿器１１６のキャップ部１１６ａがゆるんでいる場合、さらには延長チューブにおける詰まりやつぶれなどがある。
【００３３】
流量の減少に基づく警報部２０６による警報の態様については、後段でより詳細に説明する。
【００３４】
また、装置そのものに異常が発生した場合には、（ｆ）に示す警報部２０６の点検ランプが点灯し、ブザー音と共に、業者への連絡を促すメッセージが音声出力される。この場合は、電源スイッチ２０３を押して装置の動作を停止すると共に、直ちにメンテナンス業者へ連絡する必要がある。
【００３５】
さらに、電源に異常がある場合には、「ピー」というブザー音と共に、「コンセントとブレーカーを確認してください」との音声が出力される。このとき点検ランプは赤色に点滅する。このような電源の異常は、停電が発生した場合や、電源コード２１７の差し忘れ、もしくはコンセントとの接続が不完全な場合、もしくはブレーカーが作動した場合などが原因である。
【００３６】
図４は、流量設定ダイヤル１１５及び流量表示部２０７ａの外観を示す図である。（ａ）は、流量設定ダイヤル１１５に保護カバー４０１が取り付けられた状態を示している。この保護カバーにより、誤って流量設定ダイヤル１１５に触れてしまい流量が変更されることを防止する。また、（ｂ）に示すように保護カバー４０１はつまみ４０２に指をかけて外して、流量設定ダイヤル１１５により流量を設定することができる。
【００３７】
流量設定ダイヤル１１５により設定された流量は、流量表示部２０７ａにデジタル表示され、容易に設定レベルを把握することができる。設定可能な流量は、例えば、０．２５、０．５０、０．７５、１．００、１．２５、１．５０、１．７５、２．００、２．５０、３．００（Ｌ／分）である。また、表示切り替えボタン２０８を押せば、流量表示部２０７ａの表示内容を流量から使用時間に一時的に切替えることができる。
【００３８】
このように、設定流量ダイヤル１１５には保護カバーが設けられ、設定後のトラブルを防止できる。これにより、不用意に部品に接することが無くなるため、誤って流量が変更される危険性が少なくなる。また、ほぼ処方流量が固定であり設定流量を変更することのない患者に対しても、保護カバーを設けることで運転毎に確認する必要が無くなるので、監視負担を軽減することができる。
【００３９】
次に、図５を参照して防塵フィルター１０１の交換について説明する。図５（ａ）は、カバー２１０が空気取り入れ口２０９に装着された状態を示している。このカバー２１０は凹部５０１に指かけて外すことができる。カバー２１０を外すと、（ｂ）に示すようにカバー２１０と防塵フィルター１０１とを分離でき、水洗により洗浄するか、新品に交換することでカバー２１０にセットする。
【００４０】
また、空気取り入れ口２０９は、（ｃ）に示すように上部カバー２１４ｂ本体頭部に位置しているので、患者が防塵フィルター１０１を交換する際に従来のようにかがむ必要がなくなり、防塵フィルター１０１の掃除が楽になる。また、（ｃ）に示すように本体２００を壁に沿って設置した場合でも壁による吸気への影響がなく、さらには、従来のように空気取り入れ口を装置下部に配置した場合のように、設置床面の埃の影響を受けることが少なくなる。さらに、空気取り入れ口２０９が位置する面５０２は壁に対して平行ではなく、本体２００の後方斜め上向きに位置している（例えば、仰角を４５°と設定することができる。）ので、空気の取り入れの際に発生する動作音が、壁５０３に反射して患者に不快感を与えることがなくなる。
【００４１】
次に、図６を参照してメンテナンスカバー２１１の着脱について説明する。（ａ）は、メンテナンスカバー２１０が装着された状態を示している。このときの点線６０１における断面は、（ｃ）に示すようになる。このように、メンテナンスカバー２１０の装着時は、係合部６０３が本体２００とかみ合っている。例えば、（ｄ）に示すように係合部６０３を患者などが指で押してメンテナンスカバー２１０の装着状態を解除しようとしても、係合部６０３には指への引っかかり部分がないために、カバー２１０自体を上に持ち上げることができず、装着状態を解除できなくなっている。
【００４２】
しかし、プラスティック（或いはビニール又はゴム）製の吸盤６０２を利用することにより、簡単に装着状態を解除することができる。従って、装置内部のメンテナンスを設置業者が行う場合には、この吸盤６０２を利用してメンテナンスカバー２１０の取り外してメンテナンスを行うようにし、それ以外の場合はメンテナンスカバー２１０を装着して患者らによって不用意に装置内部がいじられないようにしている。
【００４３】
そもそも本願発明のような酸素濃縮装置は、患者が１日２４時間毎日使用するものであり、装置の動作が正常かどうかは患者の健康状態に著しい影響を与えるので、患者や補助者は装置の動作状態を常に用心深く監視する必要がある。即ち、患者やその補助者には相当の監視負担が課せられている。
【００４４】
これに対して本願発明では、メンテナンスに必要となる要素が装置中心の上部に直線的に設置されているので患者のメンテナンス部分が明確化されるとともに、使用頻度の少ないものは保護カバーなどで隠され、患者に重要な部分を更に明確にすることを可能としている。これにより患者は操作又は装置の監視する際にも、装置のあちこちを見る必要性がなく、装置の中心上部の必要な箇所だけを監視すれば良い。また、加湿器への精製水やフィルターの清掃などの作業に際しても無理な姿勢を取る必要がないので、患者の負担を軽減することができる。これにより患者等に課せられる監視負担は、身体的、精神的に軽減される。
【００４５】
次に、図７ａ及び図７ｂを参照して、装置内部のメンテナンスを行う場合について説明する。図７ａは、内部メンテナンス部７００のメンテナンスカバー２１０を取り外した状態を示している。また、図７ｂはメンテナンス部の構成を簡略して示すブロック図である。
【００４６】
図７ａにおいて、７０１及び７０２は、装置本体の動作状態を表示するためのＬＥＤ表示部である。７０３は、ＬＥＤ表示部７０１に表示する項目を選択するためのロータリースイッチである。７０４は、リセットスイッチであり、装置の使用時間をリセットするために利用する。
【００４７】
図７ｂにおいて、７０５はＣＰＵであり、表示部７０１、７０３の表示内容を制御し、ロータリースイッチ７０２の切替及びリセットスイッチの押下を検知するとともに、各センサー類７０７からの出力を検知してメモリー７０６に書き込む。さらに、ＣＰＵ７０５は、センサー類７０７からの出力に基づいて、フローモニタ２０１や警報部２０６の動作を含めてメモリー７０６に格納されたプログラムにより装置全体を制御する。また、７０６はメモリーであり、センサー類７０７から出力されるデータや、ＣＰＵのＯＳプログラムなど、装置の制御に必要なデータを格納している。７０７は、本体２００内に実装されているセンサーであり、例えば、酸素濃度センサ１１４、圧力センサ１１７、湿度センサ１１８、流速センサ１１９等が含まれる。
【００４８】
本実施形態ではロータリースイッチ７０３により０番から５番までの６種類の項目の切替が可能であり、選択された項目はＬＥＤ表示部７０２に番号表示される。本実施形態では、０番を製品タンク内圧力（ＭＰａ）、１番を酸素濃度（％）、２番を酸素流量（Ｌ／分）、３番を吸着時間（秒）、４番を積算時間（ｈ）、５番を電源電圧（ｖ）としている。よって、図７は、ロータリースイッチが１番にセットされ、その値として９５．１％が表示されている様子を示している。また、４番の積算時間は、設置業者によるメンテナンスが行われる際は約４０００時間（１日２４時間で半年間使用の場合）を表示しており、メンテナンスが終了する際にリセットスイッチ７０４によりリセットを行う。
【００４９】
このように酸素濃縮装置には安全性を考慮し様々なセンサー類が搭載されていたが、従来は、センサーからの出力結果を患者に対しては装置の正常／異常を通知するために利用しているだけであり、メンテナンス時は計測器などを用いていた。しかし、本実施形態では、センサー類７０７からの出力を表示部７０１に表示させて、メンテナンス時に確認することができるので、緊急時や簡易測定器などが使用できなくなった場合などに、応急的に装置の性能判断が行えるだけでなく、設置業者が測定器を患者宅に持ち込まなくても、メンテナンスが可能となる。また、メンテナンスの際には、内部メンテナンス部７００を確認すれば、必要な情報を取得できるので、メンテナンス効率が大幅に改善される。
【００５０】
また、メンテナンス部７００は、図２ｂから分かるように装置の上部に位置しており、メンテナンスカバー２１０は、上方に開閉が可能となっているので、装置内部のメンテナンスを行うために逐一装置を設置場所から移動して、壁との距離を取る必要もなく、設置場所においてメンテナンスが可能となる。また、移動の自由が少ない場所に設置されている場合などは、不必要な装置の移動を排除することができる。従って、メンテナンスにおける作業効率を著しく改善することが可能である。
【００５１】
さらに、従来は空気取り入れ口が装置下部に設置された関係で吸気フィルターを交換するために本体を設置場所から移動して筐体のビスなどを外していたが、本実施形態では、図７に示すように吸気フィルター１０２は内部メンテナンス部７００に設置されており、設置業者が装置内部のメンテナンスを行う際に、併せて吸気フィルター１０２を交換できるので、メンテナンス効率が著しく向上する。
【００５２】
一般に、設置業者によるメンテナンス時間は、検査内容が同一であるならば短ければ短いほど良い。本発明はメンテナンス作業を集中的に行うことが可能となるだけでなく、装置の移動や、メンテナンス箇所を検査するためのカバーの取り外し等の、メンテナンスに必要となる補助的作業を最小限として作業時間を大幅に短縮することができる。よって、上記の要求を充分に満足することができるので、ユーザーである患者や補助者に対する充分なサポートが可能となる。
【００５３】
図８及び図９を参照して、本発明における酸素流量の検知処理について説明する。図８ａは、本発明における湿度センサ１１８の概略構成を示す図であり、図８ｂ及びｃは、流速センサ１１９の概略構成を示す図である。
【００５４】
まず、図８ａにおいて、湿度センサは、電源８０１、サーミスタ８０２、８０３、可変抵抗Ｒ１、差動増幅器８０５、増幅器８０６で構成される。湿度センサ１１８は、サーミスタ８０２と８０３を利用して、湿気と乾気との熱伝導率の差を利用して湿度を測定する。サーミスタ８０２及び８０３は、特性のそろった抵抗素子をガラスコートすることによって構成される。また、サーミスタ８０２は、孔のあいた金属ケースに装填された湿度検出のための湿度検出素子であり、サーミスタ８０３は、乾燥空気を封入し密閉された金属ケースに装填された温度補償のための温度補償素子である。図８ａのように、サーミスタ８０２及び８０３は直列接続されブリッジ回路が構成される。
【００５５】
差動増幅回路８０５へは、８０４における電位Ｖ１と可変抵抗Ｒ１によって決定される電圧値Ｖ２とが入力される。湿度の計測以前では、予めサーミスタ８０２及び８０３は自己加熱されて２００℃前後に調整されており、また、サーミスタ８０３にかかる電圧Ｖ１とＲ１の抵抗値によりブリッジのゼロバランス（Ｖ１＝Ｖ２）が取られており、差動アンプの出力は０となっている。
【００５６】
計測を開始すると、サーミスタ８０２には湿った酸素が流入してくるので、サーミスタ８０３と比べて熱発散に相違があるために、ブリッジのバランスが崩れ出力電圧が発生する。この出力電圧は増幅器８０６において増幅されて湿度を表す出力電圧値が得られる（８０７）。
【００５７】
検知湿度に対応する出力値は、ＣＰＵへ送信され、出力電圧（Ｖ）と湿度（％）との対応を登録するテーブルに基づいて湿度が決定される。
【００５８】
次に、図８ｂ、ｃに基づいて流速センサの構成を説明する。流速センサ１１９は、電源８１０、サーミスタ８１１、８１２、可変抵抗Ｒ２、Ｒ３、差動増幅器８１３、補正回路８１４、増幅器８１５によって構成される。
【００５９】
まず、サーミスタ８１１、８１２は図８ｃに示すように、加湿器１１６を介して加湿された酸素を鼻カニューラ１２１へ送り出すためのチューブにおいて、８１１が鼻カニューラ１２１側（下流）、８１２が湿度センサ１１８側（上流）に位置するようにチューブ内に設置されており、加湿済みの酸素はチューブ内を矢印８１８に示す方向に流れる。
【００６０】
本発明の流量検知処理においては、上流側に位置するサーミスタ８１２においてサーミスタを所定の温度に加熱しておき、その熱によってチューブ内の酸素を加熱する。加熱された酸素は、カニューラ１２１へ向けて下流方向へ流れていく。このとき下流側に位置するサーミスタ８１１は、チューブ内の酸素の温度を検知する。
【００６１】
流速が速い（流量が多い）場合には、サーミスタ８１２による加熱の影響は少なくなるのでチューブ内の酸素温度は上昇しない。従って、サーミスタ８１１によって検知される温度は低くなる。この場合、サーミスタ８１１における電気抵抗は高くなるのでＶ３は小さくなる。従って、サーミスタ８１２に基づく出力電圧Ｖ４とサーミスタ８１１に基づく出力電圧値Ｖ３の差は大きくなる。
【００６２】
一方、流速が遅い場合、即ち流量が少ない場合には、チューブ内の酸素がサーミスタ８１２による加熱の影響を受けて温度が上昇するために、サーミスタ８１１によって検知される温度は高くなる。従って、サーミスタ８１１における電気抵抗は低くなり、結果として出力電圧Ｖ３は大きくなるので、Ｖ３とＶ４の差が小さくなる。
【００６３】
このように、得られた出力電圧値Ｖ３及びＶ４を差動増幅器８１３に入力して、その差分に応じた出力を得る。差動増幅器８１３から得られた出力は増幅器８１４により増幅された後、ＣＰＵ７０５へ出力される。
【００６４】
ＣＰＵ７０５では、得られた出力に基づいて流量を決定する。しかし、上述のように、サーミスタは湿度に応じて熱発散が異なるため正確な流量値を得るためには、チューブ内を流れる気体の湿度に基づいて補償しなければならない。
【００６５】
図９ａは、流量設定ダイヤル１１５によりチューブを流れる酸素の流速を所定のレベルに設定し、酸素の湿度を変化させてチューブ内を流した場合に検知される流速値を示したグラフである。このように、湿度が上昇するに従って、検知される流速値は流量設定ダイヤル１１５により設定される値よりも大きくなってしまうことが分かる。
【００６６】
本発明の酸素濃縮装置は加湿器により適度に湿気を与えて酸素を患者に供給することが求められているために、湿度による流速値のずれを補償して正確な流量を検知する必要がある。
【００６７】
そこで、図９ｂに示すように、検出された湿度に応じて流量値を補正する。例えば、分速３リットルにおいては、湿度５０％で１．０２とする。
【００６８】
次に、圧力センサ１１７、湿度センサ１１８及び流速センサ１１９による検知結果に基づいて、患者に対する警報を制御する処理について説明する。図１０は、警報制御処理の一例に対応するフローチャートである。図１０に対応する処理のプログラムはメモリー７０６に格納され、ＣＰＵ７０５において実行される。
【００６９】
まず、ステップＳ１００１において流量値Ｆｖを検知する。この流量値は、流速センサ１１９により得られる出力と、湿度センサ１１８により得られる出力から得られた湿度Ｍに基づいて決定される。次に、ステップＳ１００２において、流量設定ダイヤル１１５によって設定されている流量設定値Ｆｄを検知する。
【００７０】
次に、ステップＳ１００３では、Ｆｖ／Ｆｄ×１００の演算に基づいて流量レベルＦＬ（％）を求めて、ある時点における流量レベルＦＬと閾値Ｔｈ１との比較を行う。この閾値Ｔｈ１は、例えば５０（％）と設定することができる。この比較の結果、ＦＬ＞Ｔｈ１が成立する場合には、ステップＳ１００４へ移行して後述するタイマーをリセットし、さらにステップＳ１００５において再度湿度Ｍを読出してきて、湿度Ｍについて湿度判定のための閾値Ｔｈ２との比較を行う（Ｓ１００６）。この閾値Ｔｈ２は、例えば３０％と設定することができる。この結果、Ｍ＜Ｔｈ２が成立する場合には、加湿器１１６内の蒸留水が不足していると判定され、ステップＳ１００７において警報部２０６により、蒸留水の補給メッセージを出力すると共に、点検ランプを点灯させ、かつ、ブザー音を鳴らす。一方、Ｍ＜Ｔｈ２が成立しない場合には、ステップＳ１００１へ移行して処理を繰り返す。
【００７１】
説明をステップＳ１００３に戻してＦＬ＞Ｔｈ１が成立しない場合とは、流量が設定レベルに対して一定以上に低くなっている場合であるから、何らかの異常が発生している可能性が高いことが分かる。
【００７２】
そこで、ステップＳ１００８では、まずタイマーが既に始動されているかどうかを判定し、始動されていない場合はステップＳ１００９においてタイマーを始動する。このタイマーは、流量レベルの異常状態が継続する時間を計時するための計時手段であって、タイマーのカウント値をＴとする。ステップＳ１０１０では、カウント値Ｔが所定の時間閾値Ｔｔｈに達したかどうかを監視する。もし、カウント値が時間閾値Ｔｔｈに達していない場合には、ステップＳ１００１へ戻って、ステップＳ１００１からステップＳ１００３までの流量レベル判定を繰り返す。
【００７３】
従って、タイマー値がＴｔｈに一致する以前に、流量レベルが回復した場合には、ステップＳ１００３で「ＹＥＳ」と判定され、ステップＳ１００４においてタイマーがリセットされるので、ステップＳ１０１１以降の圧力検知処理を行うことはない。一方、流量レベルが閉塞検知閾値Ｔｈ１より高いレベルに回復する以前にカウント値Ｔが閾値Ｔｔｈを越えた場合には、ステップＳ１０１１へ移行する。ここで、閾値Ｔｔｈは、所定時分、例えば５分と設定することができるが、設定内容は５分に限定されることはない。
【００７４】
このように、ステップＳ１００１からステップＳ１００３及びステップＳ１００８からステップＳ１０１０までの処理を実行することにより、ステップＳ１００１における流量値検知処理が所定の期間（サンプリング周期）毎に実行され、装置の異常をリアルタイムに検出することが可能となる。この所定の期間とは、例えば１ミリ秒或いは１秒と設定される。
【００７５】
ステップＳ１０１１では、圧力センサ１１７からの出力値Ｐｖを検知し、続くステップＳ１０１１において圧力値Ｐｖを閾値Ｔｈ３と比較して所定のレベルにあるかどうかを判定する。このＴｈ３は、例えば１５ＫＰａと設定することができる。このようにチューブの閉塞状態を検知するための閾値を閉塞検知閾値と呼ぶ。正常時には、圧力値Ｐｖは０ＫＰａに近い値を取っており、Ｐｖ＞Ｔｈ３が成立する場合には、圧力が一定以上に高くなっていることが分かり、チューブ内で詰まりが発生しているか、又は、チューブが折り曲げられたかつぶれたかにより、酸素の送り出しが妨げられている可能性が高い。
【００７６】
そこで、ステップＳ１０１３では、チューブの詰まりを患者に通知するために、警報部２０６によりブザー音を鳴らし、点検ランプを点灯させ、チューブの詰まりが発生している旨を患者に対して報知する。
【００７７】
もし、ステップＳ１０１２においてＰｖ＞Ｔｈ３が成立しない場合には、ステップＳ１０１４へ進み、さらに閾値Ｔｈ４との比較を行い、圧力が一定レベルよりも低下しているかどうかを判定する。この閾値Ｔｈ４は、例えば閉塞検知閾値と同じく１５ＫＰａと設定しても良いし、より低い値に設定しても良い。ステップＳ１０１４においてＰｖ＜Ｔｈ４が成立すると判定された場合、延長チューブ１２０に送られる酸素量の流量が低下し、かつ、圧力が低下していることから、加湿器１１６が装着されていない状況が発生していると考えられる。そこでステップＳ１０１５では、加湿器１１６が正しく装着されていない旨を患者に通知するために、警報部２０６によりブザー音を鳴らすと共に、点検ランプを点灯させ、加湿器１１６の装着を促すメッセージを通知する。
【００７８】
以上のステップＳ１００７、ステップＳ１０１３、ステップＳ１０１５における警報は、ステップＳ１００１からの処理を繰り返すことにより、当該警報の原因となった装置の異常が改善されるまで継続される。
【００７９】
上述の警報制御処理を、図１１及び図１２のグラフを参照して更に説明する。
【００８０】
まず、図１１は、可撓性チューブやカニューラにおける詰まりを警報する場合の流量レベルと圧力値の対応関係を示すグラフである。図１１において、（ａ）は、チューブ等に詰まりが発生していると考えられる場合の流量レベルの推移を表すグラフであり、縦軸が流量レベル（％）を表し、横軸が時間（分）を表している。（ａ）では、０分からｔ１分までは流量レベルがほぼ１００％を保ち、流量設定ダイヤル１１５により設定された流量が維持されている。しかし、ｔ１分後以降では、流量レベルが下降を始め、ｔ２分後には閉塞検知閾値Ｔｈ１と一致するレベルまで流量レベルが下がっている。
【００８１】
流量レベルが閉塞検知閾値Ｔｈ１と一致すると、タイマーによるカウントが開始される。ｔ３は、ｔ２におけるカウント開始後、時間閾値Ｔｔｈが経過したときの時間であり、ｔ３−ｔ２＝Ｔｔｈとなる。ｔ２で流量レベルが閉塞検知閾値と一致した後、ｔ３までの期間において流量レベルが閉塞検知閾値を下回るレベルで推移している場合には、ｔ３分後（即ち、ｔ２から時間閾値Ｔｔｈ経過後）において圧力センサ１１７による圧力検知を行う。
【００８２】
また、もしｔ２分後、ｔ３分以前に図１１（ａ）において一点鎖線で示すように、流量レベルが回復した場合には、異常状態を脱したこととなる。よって、このような流量レベルの変化があった場合には、タイマーがリセットされて再び流量レベルが閉塞検知閾値Ｔｈ１を下回るレベルになるかどうかが監視される。
【００８３】
図１１（ｂ）は流量レベルに対応する圧力値の推移を示すグラフであり、このグラフから分かるように、流量レベルが減少し始めるのに対応して、圧力センサ１１７による圧力値が上昇する。（ｂ）では、ｔ２’後に閾値Ｔｈ３と一致するレベルまで上昇し、流量レベルが低レベルにおいて落ち着くのに対応して、所定の高レベルにおいて安定する。従って、ｔ３分後における圧力値が検知されると、当該圧力値は、閾値Ｔｈ３を下回っているので、流量レベル及び圧力値において異常が発生しており、可撓性チューブやカニューラにおける詰まりが発生していると判定される。
【００８４】
次に、図１２は、加湿器１１６が正しく装着されていないことを警報する場合の流量レベルと圧力値の対応関係を示すグラフである。図１２（ａ）は、図１１（ａ）と同様である。
【００８５】
図１２（ｂ）は流量レベルに対応する圧力値の推移を示すグラフであり、加湿器１１６が正しく装着されていない場合には、流量レベルが減少しても圧力センサ１１７による圧力値が際だって上昇することはない。従って、ｔ３分後における圧力値が検知されても、当該圧力値は閾値Ｔｈ４を下回り、圧力値における異常は発生しておらず、異常は流量レベルのみに発生していることとなるので、加湿器１１６が正しく装着されていないと判定される。
【００８６】
以上に説明した流量レベルと圧力値の状態に対応する表示・アラームの態様を示すと図１３のようになる。
【００８７】
即ち、圧力値及び流量レベルが正常時には装置は正常状態にあり、警報部２０６のランプが点灯又は点滅したり、アラームが報知されることはない。圧力値が正常であっても、流量レベルに異常が検知される場合には、ランプが点灯又は点滅して加湿器１１６が正しく装着されていないとの警報が警報部２０６より報知（表示）される。これと合わせて、その旨の音声ガイドを行ってもよい。流量レベルに加えて、圧力値の異常まで検知される場合には、ランプが点灯又は点滅して可撓性チューブやカニューラにおける詰まりが発生していることが警報部２０６から報知（表示）される。これと合わせて、その旨の音声ガイドを行ってもよい。
【００８８】
このように、本発明によれば、圧力センサ１１７、湿度センサ１１８、流速センサ１１９による検知結果に基づいて、酸素濃縮装置におけるエラー状況を患者に通知することが可能となる。
【００８９】
また、流量レベルは一定の周期において検知されるので、酸素濃縮装置の動作状況をリアルタイムに監視することができる。
【００９０】
従来は、加湿器１１６における蒸留水の残量については従来は患者らが視覚的に蒸留水の残量を把握して補給を行っていたが、患者の中には目の不自由な方もおり、また、透明の容器において無色透明の蒸留水の残量を把握するのは、患者等にとっては容易とは言えなかった。これに対して、本発明では、蒸留水の残量が少なくなり補給が必要となれば警報部２０６のランプにより視覚的に通知するだけでなく、音声により蒸留水の補給が必要な旨を通知することができるので、視覚、聴覚の障害を有する患者であっても簡単かつ確実に補給のタイミングを把握することができる。
【００９１】
また、本発明では、閉塞検知装置を設けることなく流量検知と圧力検知を組み合わせることによって、チューブの詰まりや加湿器の外れている状態を区別して検知することが可能となるので、装置における細かいエラー状況を認識して患者に通知することが可能となる。よって、患者らは、自らエラーの種別を判断する必要が無くなり、より迅速にエラー状況を改善することが可能となる。
【００９２】
【発明の効果】
以上に詳細に説明したように、本発明によれば、患者にカニューラの閉塞、キンクなどの異常を閉塞検知装置を使用することなく検出できると共に、加湿器の装着異常を検知して、患者に警告することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に対応した酸素濃縮装置の構成の一例を示す図である。
【図２ａ】本発明に対応した酸素濃縮装置の外観を正面から捉えた図である。
【図２ｂ】本発明に対応した酸素濃縮装置の外観を上から捉えた図である。
【図２ｃ】本発明に対応した酸素濃縮装置の使用を説明する図である。
【図２ｄ】本発明に対応した酸素濃縮装置の外観を背面から捉えた図である。
【図３】本発明に対応した酸素濃縮装置におけるフローモニタ２０１の表示形態の一例を示す図である。
【図４】本発明に対応した酸素濃縮装置における流量設定ダイヤル１１５及び流量表示部２０７の外観を示す図である。
【図５】本発明に対応した酸素濃縮装置における防塵フィルター１０１の交換を説明するための図である。
【図６】本発明に対応した酸素濃縮装置におけるメンテナンスカバー２１０の構成を説明するための図である。
【図７ａ】本発明に対応した酸素濃縮装置における装置内部のメンテナンスを説明するための図である。
【図７ｂ】本発明に対応した酸素濃縮装置におけるメンテナンス部の概略構成を示すブロック図である。
【図８ａ】本発明に対応した湿度センサ１１８の構成の一例を示す図である。
【図８ｂ】本発明に対応した流速センサ１１９の構成の一例を示す図である。
【図８ｃ】本発明に対応した流速センサ１１９の構成の一例を示す図である。
【図９ａ】本発明に対応した、酸素の流量値と湿度との関係を示すグラフである。
【図９ｂ】本発明に対応した、酸素の湿度に対応した流量値の補正量を示すグラフである。
【図１０】本発明に対応した警報制御処理の一例に対応するフローチャートである。
【図１１】本発明に対応したチューブ等における詰まりを警報する場合の流量レベルと圧力値の関係を示すグラフである。
【図１２】本発明に対応した加湿器の装着異常を警報する場合の流量レベルと圧力値の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明に対応した流量レベル及び圧力値の状態と、装置の状態の対応を示す図である。

Claims (8)

1. 酸素供給源からの酸素を使用に供するために前記酸素を供給する流量を所定レベルに設定するための流量設定手段と、前記酸素に湿気を与えるための加湿手段とを経由させて酸素供給管を介して酸素吸入手段により加湿酸素を供給する酸素濃縮装置であって、
   前記加湿手段と加湿酸素の供給手段との間に配置され、前記加湿酸素の流速を検知するための流速検知手段と、前記加湿酸素の湿度を検知するための湿度検知手段とを含む流量検知手段と、
   前記流量設定手段と前記加湿手段との間に配置され、前記加湿手段に供給される前記加湿酸素の圧力を検知するための圧力検知手段と、
   前記流量検知手段により検知された流量と、前記流量設定手段により設定された流量とを比較して、前記加湿酸素の流量レベルを検知するための流量レベル検知手段と、
   前記検知された流量レベルが所定のレベルを下回る期間を計時するための計時手段と、
   前記計時手段において計時された期間が所定の期間を越える場合に、前記圧力検知手段により検知される圧力に応じて、前記酸素濃縮装置の動作状態を報知する報知手段と
   を備えることを特徴とする酸素濃縮装置。
2. 前記報知手段は、前記検知手段により検知される圧力が、第１の圧力よりも高い場合に、前記酸素供給管及び酸素吸入手段の少なくともいずれかにおける異常を報知することを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
3. 前記報知手段は、前記検知手段により検知される圧力が、第２の圧力よりも低い場合に、前記加湿手段又は前記流量設定手段に関する異常を報知することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の酸素濃縮装置。
4. 前記流量検知手段は、所定の周期において前記流量を検知することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の酸素濃縮装置。
5. 酸素供給源からの酸素を使用に供するために前記酸素を供給する流量を所定レベルに設定するための流量設定手段と、前記酸素に湿気を与えるための加湿手段とを経由させて酸素供給管を介して酸素吸入手段により加湿酸素を供給する酸素濃縮装置であって、前記加湿手段と加湿酸素の供給手段との間に配置され、前記加湿酸素の流速を検知するための流速検知手段と、前記加湿酸素の湿度を検知するための湿度検知手段とを含む流量検知手段と、前記流量設定手段と前記加湿手段との間に配置され、前記加湿手段に供給される前記加湿酸素の圧力を検知するための圧力検知手段とを備える酸素濃縮装置の制御方法であって、
   前記流量検知手段により検知された流量と、前記流量設定手段により設定された流量とを比較して、前記加湿酸素の流量レベルを検知するための流量レベル検知工程と、
   前記検知された流量レベルが所定のレベルを下回る期間を計時するための計時工程と、
   前記計時工程において計時された期間が所定の期間を越える場合に、前記圧力検知手段により検知される圧力に応じて、前記酸素濃縮装置の動作状態を報知する報知工程と
   を備えることを特徴とする酸素濃縮装置の制御方法。
6. 前記報知工程では、前記検知工程において検知される圧力が、第１の圧力よりも高い場合に、前記酸素供給管及び酸素吸入手段の少なくともいずれかにおける異常を報知することを特徴とする請求項５に記載の酸素濃縮装置の制御方法。
7. 前記報知工程では、前記検知工程において検知される圧力が、第２の圧力よりも低い場合に、前記加湿手段に関する異常を報知することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の酸素濃縮装置の制御方法。
8. 前記流量検知工程では、所定の周期において前記流量を検知することを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の酸素濃縮装置の制御方法。

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