JP2006263047A - 酸素濃縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加湿器の閉め忘れ、装着ミス、加湿器のパッキンの劣化等により高濃度酸素ガスの漏れを簡便に検出し、かつ漏れ量警報設定が直接的かつ簡易に行うことができるシステムを提供する。
【解決手段】 空気中の酸素を分離する酸素濃縮手段、生成した酸素ガスを加湿する加湿手段、加湿酸素ガスを使用者に供給する酸素供給手段を備えた酸素濃縮装置において、該加湿手段の上流に酸素ガス流量を測定する流量計、該加湿手段の下流にストップ弁を備え、該ストップ弁により加湿酸素ガスの供給を一時的にストップさせた際の該流量計の酸素ガス流量値から、該加湿手段のガス漏れを検出する加湿器漏れ検出手段を備えることを特徴とする酸素濃縮装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気中の酸素を分離し使用者に供給する酸素濃縮装置に関する。さらに詳細には略絶乾状態で生成される酸素ガスを加湿器を介して使用者に供給する際に、加湿器からの酸素ガス漏れを検知し、使用者に警報を発する機能を備えた酸素濃縮装置に関するものである。

近年、喘息、肺気腫症、慢性気管支炎等の呼吸器系器官の疾患に苦しむ患者が増加する傾向にあり、その最も効果的な治療法の一つとして酸素吸入療法がある。かかる酸素吸入療法とは、酸素ガスあるいは酸素富化空気を患者に吸入させるものである。治療に使用する酸素供給源としては、空気中の酸素を分離濃縮する酸素濃縮装置、液体酸素、酸素ガスボンベ等が知られているが、使用時の便利さや保守管理の容易さから、特に在宅における酸素吸入療法には酸素濃縮装置が主流で用いられている。

酸素濃縮装置は、空気中の約２１％の酸素を高濃度に濃縮して使用者に供給する装置であり、それには酸素を選択的に透過する酸素富化膜を用いた膜式酸素濃縮装置と、５A型ゼオライトや１３X型ゼオライト、Liゼオライトなどの窒素または酸素を優先的に吸着しうる吸着剤を用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置があり、９０％以上の高濃度の酸素が得られることから圧力変動吸着型酸素濃縮装置が医療用酸素濃縮装置の主流となっている。

特開平１０−２４５２０３号公報 特開２００２−２９１８９１号公報 特開２００３−２７５３１３号公報 特開２００３−２７５３１２号公報

圧力変動吸着型の酸素濃縮装置では、原料空気をコンプレッサで圧縮し、酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤である５Ａ型や１３Ｘ型、あるいはLiＸ型などのゼオライトを充填した吸着床に供給し、未吸着の酸素ガスを濃縮精製し、使用者である慢性呼吸器疾患患者に供給する装置である。かかる装置においては、空気中の水蒸気も除去されるため、精製される酸素ガスは略絶乾燥状態となるため、流量が多い場合には加湿器を用いて酸素を加湿する必要がある。通常かかる加湿器には、バブリング型や表面蒸発式の水加湿器が使用され、使用者は定期的に加湿器を洗浄し、また加湿用水を補充したりする必要がある。取り扱う使用者の多くが高齢の患者が多いこともあり、加湿器の蓋の閉めが甘かったり、加湿器の酸素濃縮装置への装着が不十分であったりすると加湿器部分から酸素ガスが漏れることがあり、まったく酸素が供給されなかったり、患者が気づかない場合には処方流量よりも少ない量が患者に供給されたりし、医療効果が認められなくなる事態も生じる。

かかる課題に対して、特開２００２−２９１８９１号公報には、加湿器の上流側、下流側の２箇所に流量計や流量指示手段を設置し両者を監視する装置が開示されている。また、特開２００３−２７５３１３号公報には、酸素濃縮気体の流路を一時的に電磁弁で遮断し、圧力センサにより、酸素濃縮気体の圧力Ｐを検出し、検出した酸素 濃縮気体の圧力Ｐが、所定の判定値を下回るか否か、即ち加湿器側にて漏れが発生しているか否かを判断する装置が開示されている。また、特開２００３−２７５３１２号公報には、加湿器 装着部の奥の壁面に備えられた加湿器スイッチのＯＮ／ＯＦＦにより装着の有無を検出し、異常警報を発する装置が記載されている。さらに、加湿器の下流側にマスフロー式流量計を設け、加湿酸素実流量を測定する装置も知られている。

２つの流量測定手段を備えることは装置コスト増につながり、マスフローメーター等水分を含んだ気体を恒常的に測定することが可能な流量測定器には制限があり、コスト面からも不利である。また圧力センサで検知する方法は、流量設定ごとに漏れ流量が異なった場合に漏れを検知することが出来なくなるなどの問題がある。本発明は、上記課題を解決するものであり、加湿器の閉め忘れ、装着ミス、加湿器のパッキンの劣化等により高濃度酸素ガスの漏れを簡便に検出し、かつ漏れ量警報設定が直接的かつ簡易に行うことができるシステムを提供するものである。

かかる課題を解決する装置として、以下の酸素濃縮装置を提供する。すなわち本願発明は、空気中の酸素を分離する酸素濃縮手段、生成した酸素ガスを加湿する加湿手段、加湿酸素ガスを使用者に供給する酸素供給手段を備えた酸素濃縮装置において、該加湿手段の上流に酸素ガス流量を測定する流量計、該加湿手段の下流にストップ弁を備え、該ストップ弁により加湿酸素ガスの供給を一時的にストップさせた際の該流量計の酸素ガス流量値から、該加湿手段のガス漏れを検出する加湿器漏れ検出手段を備えることを特徴とする酸素濃縮装置を提供するものである。

また本願発明は、かかる酸素ガスの流量設定手段を備え、該制御手段が該流量設定手段の設定値と該流量計の流量値との流量差を演算し、両者の差を基に加湿器漏れを検出することを特徴とし、該加湿手段の酸素濃縮装置への装着を検知する加湿器装着検知手段を備え、検知信号を基に該ストップ弁を閉止し、閉止時の該流量計の流量値または該流量差が所定範囲内であるとき、再度該ストップ弁を開弁する制御手段を備えることを特徴とする酸素濃縮装置を提供するものである。

また本願発明は、該加湿手段の酸素濃縮装置への装着を検知する加湿器装着検知手段を備え、検知信号を基に該ストップ弁を閉止し、閉止時の該流量計の流量値または該流量差が所定範囲外であるとき、警報を発する制御手段を備えることを特徴とする酸素濃縮装置を提供するものである。

また本願発明は、かかる加湿手段が、加湿源として水を使用する水加湿器であることを特徴とする酸素濃縮装置を提供するものである。

本願発明の酸素濃縮装置では、異なる流量設定においても漏れ警報の設定を簡便に行うことができる。また加湿器の下流側に流量計をセットしなくても良いことから、流量計の選定を自由に行うことが出来る。加湿器下流側は、結露の可能性があるため、水に弱い流量計は選定することができない。

本発明の酸素濃縮装置の好ましい実施形態を、図面を用いて説明する。
本発明の酸素濃縮装置は、空気中の酸素を分離し高濃度酸素を供給する装置であり、例えば、酸素より窒素を選択的に吸着し得る吸着剤としてモレキュラーシーブゼオライト５Ａ、１３Ｘ、或いはリチウム系ゼオライトなどを吸着床に充填し、コンプレッサ（図示せず）によって作られた加圧空気を吸着筒(8)に供給することで、酸素を取り出す圧力変動吸着型の酸素濃縮装置である。

このような圧力変動吸着型の酸素濃縮装置では、空気中の窒素を吸着し、約９０％以上の酸素濃縮空気を発生するが、同時に空気中の水蒸気も吸着剤に吸着される為、略絶乾状態の酸素濃縮空気が生成される。そのため、特に３L/分や５L/分といった高流量の酸素を吸入する場合には、鼻孔乃至気道内の乾燥を防ぐため、加湿器が必要となる。水分透過性の中空糸膜を用い空気中の水蒸気を用いて加湿する加湿器も存在するが、通常簡便に使用されるのは、バブリング式或いは表面蒸発式の水加湿器である。

酸素濃縮装置における水加湿器のセットは、使用である高齢者等が行う為、しばしば加湿器の蓋の閉め忘れや装着不良を起こし、またパッキンの劣化等の問題もあるため、高濃度酸素ガスが加湿器部分で装置外に漏れる場合がある。本願発明の酸素濃縮装置では、その中の異常状態を簡便に検出し、かつ漏れ量警報設定が直接的かつ簡易に行うことができるシステムである。

本発明の酸素濃縮装置では、吸着筒下流に流量設定器(7)を備え、処方流量に合わせて使用者に酸素を供給する。かかる流量設定器(7)としてはマスフローコントローラーを用いた質量流量設定器や、オリフィス式の体積流量設定器などが使用される。流量設定器の下流に流量計(4)、その下流に水加湿器(3)を設け、更にその下流にストップ弁(2)を設ける。本実施態様例では流量設定器(7)として流量制御機能を備えたコントロールバルブ、設定流量信号の生成機能を備えたセレクトスイッチ、流量計(4)として超音波式流量計、加湿器(3)として表面蒸発式の水加湿器を採用した。

水加湿器(3)を確実にセットしたことを検出する為に、加湿器を覆う開閉カバー(1)に開閉を確認する為の接点スイッチを設ける。開閉カバーの閉止信号を検出することで水加湿器(3)のセット完了信号をＣＰＵ(5)へ入力する。他の方式としては加湿器を奥まで押込み操作により装着することで接点スイッチをON/OFFする方式も採用可能である。

ＣＰＵ(5)は水加湿器セット完了信号受信によりストップ弁(2)を閉止する。ストップ弁(2)の閉止により、もし水加湿器(3)の装置への装着不良、加湿器の蓋の締め不良、パッキンの劣化等により水加湿器(3)部分からのガス漏れがある場合、その漏れ量だけ水加湿器上流に接続された流量計(4)より流量が検出される。一方、加湿器からの漏れが無く、正常であると流量計はゼロとなる。

漏れ量は、処方流量である設定流量値に拠って警報閾値を設定することができる。流量計の値がゼロの場合を漏れなしと決めることも可能であるが、ストップ弁（2）の閉止後、流量計が安定するまでに所定時間が必要となる。また流量計自身も計測誤差を有しており、設定流量に対して一定閾値量以上の漏れ量を検出した場合に異常判断値としてＣＰＵ(5)に設定し、加湿器漏れと判断することが出来る。この場合、流量設定器(7)から設定流量信号を受信し、設定流量値毎の警報閾値を流量計（4）の実酸素流量値を上回れば加湿器漏れを判断する。漏れと判断する閾値は、流量設定値によって一定値であっても異なっても良い。設定流量に対する流量差の割合で設定することも可能である。流量計の測定誤差、ストップ弁(2)の閉止に伴う一時的な流量変動等を加味し、例えば設定流量が３L/分の場合に設定流量の10％である0.3L/分以上の流量がストップ弁(2)に閉止後に検出された場合に、加湿器から酸素ガスの漏れがあると判断することが出来る。

加湿器漏れと判断した場合、ストップ弁(2)を開弁し、酸素ガス供給路を確保した上で、LED表示あるいは音声表示等の警報表示(6)を行う。一方正常と判断した場合は、ストップ弁（2）を開弁し、使用者に酸素ガスを供給する。

本願発明の酸素濃縮装置の実施態様例を示すフロー概略図。

符号の説明

１．加湿器開閉カバー
２．ストップ弁
３．水加湿器
４．流量計
５．ＣＰＵ
６．警告表示
７．流量設定器
８．吸着筒

Claims (5)

1. 空気中の酸素を分離する酸素濃縮手段、生成した酸素ガスを加湿する加湿手段、加湿酸素ガスを使用者に供給する酸素供給手段を備えた酸素濃縮装置において、該加湿手段の上流に酸素ガス流量を測定する流量計、該加湿手段の下流にストップ弁を備え、該ストップ弁により加湿酸素ガスの供給を一時的にストップさせた際の該流量計の酸素ガス流量値から、該加湿手段の酸素ガス漏れを検出する加湿器漏れ検出手段を備えることを特徴とする酸素濃縮装置。
2. 該酸素ガスの流量設定手段を備え、該制御手段が該流量設定手段の設定値と該流量計の流量値との流量差を演算し、両者の差を基に加湿器漏れを検出することを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮装置。
3. 該加湿手段の酸素濃縮装置への装着を検知する加湿器装着検知手段を備え、検知信号を基に該ストップ弁を閉止し、閉止時の該流量計の流量値または該流量差が所定範囲内であるとき、再度該ストップ弁を開弁する制御手段を備えることを特徴とする、請求項１または２記載の酸素濃縮装置。
4. 該加湿手段の酸素濃縮装置への装着を検知する加湿器装着検知手段を備え、検知信号を基に該ストップ弁を閉止し、閉止時の該流量計の流量値または該流量差が所定範囲外であるとき、警報を発する制御手段を備えることを特徴とする、請求項１または２記載の酸素濃縮装置。
5. 該加湿手段が、加湿源として水を使用する水加湿器であることを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載の酸素濃縮装置。

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