JP2007044115A - 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、更にカニューラ折れとの警報を区別し、より簡便で確実な流量異常を検知する手段を備えた酸素濃縮装置を提供するものである。
【解決手段】 空気中の酸素を分離する酸素濃縮手段、生成した酸素ガスの供給流量を設定する流量設定手段、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、該加湿手段をバイパスするバイパス経路、その下流に酸素ガス流量を測定する流量計を備え、該酸素ガスをバイパス経路を流した時の流量値Ａと加湿手段を経由して流した時の流量値Ｂを比較することにより加湿器異常を検出する異常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やカニューラ折れによる供給不良を検知し、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。

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。更に下流側のカニューラ等が折れていたり押し潰されたりして閉塞を起こしていた場合には、加湿器不良かカニューラ折れかの区別が付かず、原因不明となる。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。更にカニューラ折れとの警報を区別し、より簡便で確実な流量異常を検知する手段を備えた酸素濃縮装置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、生成した酸素ガスの供給流量を設定する流量設定手段、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、該加湿手段をバイパスするバイパス経路、その下流に酸素ガス流量を測定する流量計を備え、該酸素ガスをバイパス経路を流した時の流量値Ａと加湿手段を経由して流した時の流量値Ｂを比較することにより加湿器異常を検出する異常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、かかる異常検出手段が該流量値Ａと該流量値Ｂの差が所定閾値以上を検出した場合に、加湿器異常の警報を発する警報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、かかる異常検出手段が、該流量設定手段の流量設定値と該流量計の流量値Ａ又は流量値Ｂとの比較手段を備え、該流量設定値と該流量値Ａ又は流量値Ｂの差が所定閾値以上を検出した場合に、流量異常警報を発する警報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、該流量値Ａと該流量値Ｂの差が所定閾値以内であり、該流量設定値と該流量値Ａ又は流量値Ｂの差が所定閾値以上を検出した場合に、酸素供給手段の異常警報を発する警報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。

さらに本願発明は、上記バイパス経路の分岐点に流路切替弁を備え、該酸素濃縮装置の運転中の一定時間毎に流路切替弁を切り替え、異常有無を検知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。また本発明は、上記バイパス経路の上流側分岐点に流路切替弁を備え、上記バイパス経路の途中及び／又は加湿器とその下流側のバイパス経路分岐点との間に下流側から上流側への逆流を防止する逆止弁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。

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。加湿器の上流側に流量計を設けた場合には、その下流である加湿器での漏れは検出することができない。また、酸素濃縮装置で生成された加湿酸素濃縮空気は、塩化ビニール等の軟質チューブである鼻カニューラ(13)により患者鼻孔まで供給され、患者の呼吸に合わせて吸入される。そのカニューラが途中で折れ曲がりや押し潰れ等で閉塞した場合には、上流に設けられた流量計の実流量が減少するが、加湿器の詰まりか、カニューラの閉塞かを区別することが出来ない。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、カニューラ閉塞の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水加湿器(3)を設け、その下流に流量計(4)を設け、最終的に加湿された酸素ガスは酸素濃縮装置の酸素取出し口に接続された鼻カニューラ(13)を介して使用者である患者に供給される。加湿器(3)の流路には、その上流及び下流に三方弁(11,12)を介してバイパス流路を設け、加湿器に流れる流路とそれをバイパスして加湿器を通らない流路を切替えることができる。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、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。

通常、三方弁(11,12)は加湿器(3)を介して酸素を供給する流路を取るように制御される。ＣＰＵ(5)は、流量設定器(7)の流量設定値Ｃと流量計(4)により測定された加湿器(3)を通る実酸素流量値Ｂの値を検出し、比較手段によって両者が同一あるいは所定閾値範囲内であるかどうかを検知する。両者が所定閾値範囲内の出る場合は、流量は正常として加湿器、カニューラの青ランプ表示で正常運転を表示する。

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下流に接続された流量計(4)により、設定流量に比較して流量減少が検出される。一方、加湿器からの漏れが無く、正常であると流量計の測定値は設定流量値と同じになる。

流量設定値Ｃに比較して、実酸素流量値Ｂが所定閾値を外れた場合、三方弁(11,12)を切替えて、加湿器(3)をバイパスする流路を介して酸素を供給する。ＣＰＵ(5)は流量計(4)で計測されたバイパス流路を介した実酸素流量値Ａと記憶された加湿器を介した実酸素流量値Ｂを比較し、両者が同一ないし所定閾値範囲内あるかどうかを比較する。

実酸素流量値Ａに比較して実酸素流量値Ｂが低い場合には、加湿器からの漏れが生じていると判断し、加湿器警報の表示を行う（Ｃ≒Ａ＞Ｂ）。
実酸素流量値Ａと実酸素流量値Ｂが所定閾値内にある場合は、加湿器からの漏れ、閉塞はなく正常と判断する。しかし流量設定値Ｃに比較して実酸素流量値Ａ,Ｂが低いことから、加湿器の下流側であるカニューラ(13)での閉塞が起こっている判断し、カニューラ警報を表示する（Ｃ＞Ａ≒Ｂ）。

流量異常の有無の検出は、酸素濃縮装置の起動後、生成酸素ガス量が一定となる定常運転後に実施し、その後一定タイミング毎に検出する。通常は設定流量値Ｃと加湿器経由の実酸素流量値Ｂの比較を行い、異常検出時には三方弁切替えによるバイパス流路経由の実酸素流量Ａを測定することにより異常個所を把握することができる。流路切替え後、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流量低下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）の実酸素流量値が下回れば加湿器漏れと判断する。

漏れあるいは閉塞と判断する閾値は、流量設定値によって一定値であっても異なっても良い。設定流量値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、三方弁(11,12)の切り替え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値の10％である0.3Ｌ/分以上の流量差が実酸素流量値ＡとＢの間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、バイパス流路の供給を維持し、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(10)を行う。

バイパス流路の別の態様としては、図２に示すように、バイパス経路の上流側分岐点に流路切替弁として三方弁(11)を備え、上記バイパス経路の途中及び／又は加湿器とその下流側のバイパス経路分岐点との間に下流側から上流側への逆流を防止する逆止弁(14,15)を備えることで、同様の効果を実現することができる。

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。 本願発明の酸素濃縮装置の実施態様例を示す部分フロー概略図。

符号の説明

３．水加湿器
４．流量計
５．ＣＰＵ
７．流量設定器
８．吸着筒
10．警告表示
11．三方弁
12．三方弁
13．鼻カニューラ
14．逆止弁
15．逆止弁

Claims (6)

1. 空気中の酸素を分離する酸素濃縮手段、生成した酸素ガスの供給流量を設定する流量設定手段、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、該加湿手段をバイパスするバイパス経路、その下流に酸素ガス流量を測定する流量計を備え、該酸素ガスをバイパス経路を流した時の流量値Ａと加湿手段を経由して流した時の流量値Ｂを比較することにより加湿器異常を検出する異常検出手段を備えることを特徴とする酸素濃縮装置。
2. 該異常検出手段が該流量値Ａと該流量値Ｂの差が所定閾値以上を検出した場合に、加湿器異常の警報を発する警報手段を備えることを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮装置。
3. 該異常検出手段が、該流量設定手段の流量設定値と該流量計の流量値Ａ又は流量値Ｂとの比較手段を備え、該流量設定値と該流量値Ａ又は流量値Ｂの差が所定閾値以上を検出した場合に、流量異常警報を発する警報手段を備えることを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮装置。
4. 該流量値Ａと該流量値Ｂの差が所定閾値以内であり、該流量設定値と該流量値Ａ又は流量値Ｂの差が所定閾値以上を検出した場合に、酸素供給手段の異常警報を発する警報手段を備えることを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮装置。
5. 該バイパス経路の分岐点に流路切替弁を備え、該酸素濃縮装置の運転中の一定時間毎に流路切替弁を切り替え、異常有無を検知する制御手段を備え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。
6. 該バイパス経路の上流側の分岐点に流路切替弁を備え、該バイパス経路の途中及び、加湿器とその下流側のバイパス経路分岐点との間に下流側から上流側への逆流を防止する逆止弁を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の酸素濃縮装置。

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