JP2007190314A - 医療用酸素濃縮装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】酸素濃縮装置の機器異常時に自動的に酸素供給源を切り替え、使用者の操作なしに酸素吸入を可能とする装置を提供する。
【解決手段】酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着筒と、外部から空気を取り入れ、該吸着筒に圧縮空気を供給する空気圧縮機と、該吸着筒で生成した酸素を使用者に供給する酸素取出口を備えた吸着型の酸素濃縮装置において、該吸着筒と該酸素取出口を繋ぐ導管の途中に、酸素ボンベと接続可能な接続口及び流路を切り替える流路切替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、空気中から酸素を分離し、濃縮する酸素濃縮装置、特に医療用として在宅で行われる酸素吸入療法に使用する圧力変動吸着型の酸素濃縮装置に関する。
近年、喘息、肺気腫症、慢性気管支炎等の呼吸器系疾患に苦しむ患者が増加する傾向にあるが、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り、酸素ボンベあるいは空気中から酸素濃縮ガスを直接分離する酸素濃縮装置が開発され、酸素吸入療法のための治療装置として使用されている。
このような酸素濃縮装置として、窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した吸着筒に、コンプレッサーで圧縮空気を導入して加圧状態で窒素を吸着させることにより、酸素濃縮ガスを得る吸着工程と、吸着筒の内圧を減少させて窒素を脱着させ吸着剤の再生を行う脱着工程とを交互に行うことにより酸素濃縮ガスを連続的に生成する吸着型酸素濃縮装置がある。脱着工程時の圧力が加圧状態から大気圧付近まで開放し吸着窒素を排気する圧力変動吸着（PSA：Pressure Swing Adsorption）型と、真空ポンプを用いて吸着筒内圧力を大気圧以下まで減圧し、より脱着効率を高めた真空圧力変動吸着（VPSA：Vacuum Pressure Swing Adsorption）型の2つの種類が存在する。
かかる酸素濃縮装置は、吸着剤として５Ａ型や１３Ｘ型のナトリウムゼオライト、Ｌｉ−Ｘ型ゼオライトなどを使用し、加圧状態での空気成分の吸着率の違いから、窒素を吸着し未吸着の酸素を取り出す装置である。
呼吸器疾患患者が在宅において酸素吸入療法に酸素濃縮装置を使用する場合、機器の故障や停電などで酸素濃縮装置から酸素吸入を受けることが出来ない場合を想定し、緊急用の酸素ボンベを少なくとも1本常備している。機器異常時には、使用者が保管してある酸素ボンベを取り出しバルブ操作や処方流量設定などの操作を行うことで酸素吸入を行うことが可能となり、その後、機器異常を機器設置業者に連絡することで、業者が機器の修理交換等の対応を行う。
また、携帯可能な液体酸素を酸素供給源とする装置を用いて酸素吸入を行う方法も開発されており、酸素濃縮装置の余剰酸素を液化し、携帯用液体酸素を製造する装置が特表平１１−５０４４５４号公報に開示されている。
特表平１１−５０４４５４号公報
近年、使用者の安全を確保することが非常に重要視されて来ており、機器異常を前にして緊張ないし平静では無いと考えられる使用者に、上記のような酸素吸入のためのボンベ準備操作をさせることは誤操作の可能性を生み、何らかの改善策が必要と考えられる。停電や機器異常により酸素濃縮器が正常に作動しなくなった際には、通常、警報を発生させ、使用者に知らせる手段を取っている。しかし使用者が機器本体から離れている場合などは、警報発報後、直ちに対応できないこともある。
本発明は、上記課題を解決する装置として以下に示す酸素濃縮装置を提供する。即ち本発明は、酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着筒と、外部から空気を取り入れ、該吸着筒に圧縮空気を供給する空気圧縮機と、該吸着筒で生成した酸素を使用者に供給する酸素取出口を備えた吸着型の酸素濃縮装置において、該吸着筒と該酸素取出口を繋ぐ導管の途中に、酸素ボンベと接続可能な接続口及び流路を切り替える流路切替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。
また本発明は、酸素供給異常を検出する異常検出手段を備え、供給異常を検知した場合に該流路切替手段により酸素ボンベ接続口と酸素取出口との流路を接続する制御手段を備えることを特徴とする装置であり、特に該異常検出手段が酸素濃縮装置の電源監視手段、該流路切替手段が該酸素ボンベ接続口への流路途中に設けられ、且つ駆動用のバッテリーを備えた電磁弁であり、停電を検知した場合、制御手段が該電磁弁を開制御を行うことを特徴とする酸素濃縮装置、或いは該異常検出手段が酸素濃縮装置の酸素濃度、酸素流量、吸着筒圧力、吸着筒温度、コンプレッサー温度、コンプレッサー吐出圧の少なくとも何れか１つを検知する手段であり、該検知結果が所定範囲を外れた場合、該制御手段が該酸素濃縮装置を停止させる制御、及び該流路切替手段を酸素ボンベ接続口と酸素取出口との流路を接続させる流路切替制御を行う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、該酸素ボンベ接続口に接続した交換可能な酸素ボンベを備え、該異常検出手段が酸素ボンベ圧力を検知し、該検知結果が所定値以下の場合に警報を発す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、酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着筒と、外部から空気を取り入れ、該吸着筒に圧縮空気を供給する空気圧縮機と、該吸着筒で生成した酸素を一時貯留させる製品タンクと、使用者に供給する酸素取出口を備えた吸着型の酸素濃縮装置において、該製品タンク中の余剰酸素を加圧充填するための酸素圧縮機、および充填する酸素ボンベを更に備えると共に、該酸素ボンベと該酸素取出口を接続可能な流路切替手段を備えた酸素濃縮装置を提供する。
また本発明は、酸素供給異常を検出する異常検出手段を備え、供給異常を検知した場合に該流路切替手段により酸素ボンベと酸素取出口との流路を接続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り、特に該異常検出手段が酸素濃縮装置の電源監視手段、該流路切替手段が該酸素ボンベから酸素取出口への流路途中に設けられ、且つ駆動用のバッテリーを備えた電磁弁であり、停電を検知した場合、制御手段が該電磁弁を開制御を行うことを特徴とする酸素濃縮装置、該異常検出手段が酸素濃縮装置の酸素濃度、酸素流量、吸着筒圧力、吸着筒温度、コンプレッサー温度、コンプレッサー吐出圧の少なくとも何れか１つを検知する手段であり、該検知結果が所定範囲を外れた場合、該制御手段が該酸素濃縮装置を停止させる制御、及び該流路切替手段を酸素ボンベと酸素取出口との流路を接続させる流路切替制御を行うことを特徴とする酸素濃縮装置を提供するものである。
本発明は、機器が正常に酸素を供給できなくなったことを検知した際、直ちに機器自身が、緊急対応として内蔵された酸素ボンベからの酸素供給に変更し、また変更されたことを使用者に通知する機能を有する。また内蔵された酸素ボンベの酸素残量を確認する手段と、残量がある一定の量から少なくなった際の、警報を発する機能を有する。
本発明により、使用者は機器が正常に稼動しなくなっても、酸素ボンベから必要な酸素が引き続き供給されるため、落ち着いて行動することが出来るとともに、使用者に酸素が供給されなくなる危険性を軽減することが可能となる。また、酸素ボンベの残量が常に確認されており、必要時に酸素が供給されない危険性が低減されている。
本発明の酸素濃縮装置の実施態様例について、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施態様例の一つである圧力変動吸着型の酸素濃縮装置(50)である。
酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤として、Li-X型ゼオライトを充填した2本の吸着筒(2),(3)を備え、外部から空気を取り入れ、該吸着筒に圧縮空気を供給するコンプレッサー(1)を備えた２筒式の圧力変動吸着型酸素濃縮装置である。かかる装置では、コンプレッサー(1)で加圧した空気を吸着筒(2)に供給し、空気中の窒素、水分等を吸着させ未吸着の酸素を製品ガスとして吸着筒の他端から取り出し、製品タンク(4)に一時貯留した後、調圧弁(13)、流量設定器(9)を介して処方流量に設定した後、加湿器(5)で加湿した酸素を酸素取出口(6)に接続した酸素供給用具である鼻カニューラ(16)で使用者鼻孔まで酸素を供給する。他方の吸着筒(3)では加圧状態から常圧まで吸着筒内圧を開放し、吸着した窒素を排気し、製品端から製品酸素ガスの一部を吸着筒(3)に供給してパージすることで吸着剤を再生させる。切替弁であるパイロット式３方電磁弁(10)、製品端の電磁弁(11),(12)を切り替ることで、吸着筒(2),(3)の流路を切り替え、連続的に酸素を生成する。
本発明の装置では、製品タンク(4)の下流側の酸素を酸素取出口(6)に繋ぐ導管の途中、調圧弁(13)と流量設定器(9)の間に分岐流路を設ける。分岐流路には電磁弁(15)を設け、外部接続端(7)を設ける。かかる接続端部は、緊急用の酸素ボンベ(19)を配管を介して接続するものであり、酸素ボンベ(19)及び減圧弁(17)で所定圧に減圧した酸素を接続する。
電磁弁(15)は、無通電状態で流路を閉じ、通電状態で流路を開く、ノーマル・クローズ型電磁弁を使用し、酸素濃縮装置の機器異常時にバッテリー電源を用いてかかる電磁弁(15)を開き、酸素ボンベからの酸素を使用者に供給する。
機器異常のうち、停電時には異常監視手段(8)で電源電圧(25)を監視することで停電を検知し、バッテリー電源を用いて電磁弁(15)の開制御、流路の切り替えを行う。また、異常監視手段(8)は、コンプレッサー吐出圧力やコンプレッサー温度、吸着筒圧力や吸着筒温度を温度センサー(21,23)、圧力センサー(22)を各構成に設置することにより、酸素濃度異常は、製品タンクあるいは製品酸素流路途中に酸素濃度センサー(24)を設けることにより、流量異常はマスフロー等の流量設定手段(9)から直接あるいは別途設けた流量計からの情報を元に機器異常を監視することにより行う。検知結果が予め設定した閾値を外れた場合には機器異常と判断し、酸素濃縮装置の停止及び電磁弁(15)の開制御により酸素ボンベからの酸素供給に切り替える制御を行う。
警報手段を備えることで、流路切り替えと同時に、音声やブザー、赤色表示、表示点滅等により警報を発報し、使用者に機器異常の発生及び酸素供給源が酸素濃縮装置から酸素ボンベに切り替ったことを認識させることが出来る。
また酸素ボンベ(19)の残量が少ない場合には、残量を検知し使用者に警報を発しボンベ交換を促すことも可能である。酸素ボンベの元弁(18)に1次圧検知用の圧力センサーを内蔵させる、機械式圧力検知器を光学センサーで読み取る、ボンベ重量を計測するなどの方法でボンベ残量を検知し検知データを酸素濃縮器の異常監視手段(8)でモニターすることで異常切替時にボンベが空という事態を避けることが出来る。
図２に、本発明の酸素濃縮装置の別の実施態様例を示す。酸素発生手段が２筒式の圧力変動吸着型酸素濃縮装置(52)である点は、図１の装置と同様である。かかる装置では余剰の酸素を貯蔵するための酸素ボンベ(29)を内蔵する。製品タンク(4)からコンプレッサー(33)を介して余剰酸素を酸素ボンベ(29)に充填する。製品タンク圧力及びボンベ１次圧は圧力センサー(24),(26)により監視し、余剰酸素量およびボンベ残量の情報に基づきコンプレッサー(33)の駆動を制御する。
酸素ボンベ(29)と酸素取出口(6)とを接続する第２の流路(34)を設け、減圧手段(32)、及びバッテリー駆動の電磁弁(31)を介して流量設定器(9)の上流側に接続する。機器異常時には、電磁弁(31)を開とし酸素ボンベに充填した酸素を使用者に供給する。流量設定器(9)の上流側に流路を接続することで酸素ボンベからの流量を制御する流量制御手段を１つにすることが可能となる。停電等の対応を考慮した場合、マスフロー流量設定器もバッテリー駆動で使用可能であるが、オリフィスを用いた流量設定器は駆動電源が必要としないなどの利点がある。
吸着型酸素濃縮器からの流量と酸素ボンベからの流量を同一に制御する為、減圧手段(32)による酸素ボンベの減圧は、調圧弁(13)の圧力と同じレベルに制御するのが好ましい。
本発明の酸素濃縮装置の実施態様を示す概略フロー図。 本発明の酸素濃縮装置の別の実施態様を示す概略フロー図。
符号の説明
１． コンプレッサー
２． 吸着筒
３． 吸着筒
４． 製品タンク
５． 加湿器
６． 酸素取出口
７． 外部接続口
８． 異常監視手段
９． 流量設定器
１５． 電磁弁
１９． 酸素ボンべ

Claims (9)

  1. 酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着筒と、外部から空気を取り入れ、該吸着筒に圧縮空気を供給する空気圧縮機と、該吸着筒で生成した酸素を使用者に供給する酸素取出口を備えた吸着型の酸素濃縮装置において、該吸着筒と該酸素取出口を繋ぐ導管の途中に、酸素ボンベと接続可能な接続口及び流路を切り替える流路切替手段を備えることを特徴とする酸素濃縮装置。
  2. 酸素供給異常を検出する異常検出手段を備え、供給異常を検知した場合に該流路切替手段により酸素ボンベ接続口と酸素取出口との流路を接続する制御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. 該異常検出手段が酸素濃縮装置の電源監視手段、該流路切替手段が該酸素ボンベ接続口への流路途中に設けられ、且つ駆動用のバッテリーを備えた電磁弁であり、停電を検知した場合、制御手段が該電磁弁を開制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の酸素濃縮装置。
  4. 該異常検出手段が酸素濃縮装置の酸素濃度、酸素流量、吸着筒圧力、吸着筒温度、コンプレッサー温度、コンプレッサー吐出圧の少なくとも何れか１つを検知する手段であり、該検知結果が所定範囲を外れた場合、該制御手段が該酸素濃縮装置を停止させる制御、及び該流路切替手段を酸素ボンベ接続口と酸素取出口との流路を接続させる流路切替制御を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の酸素濃縮装置。
  5. 該酸素ボンベ接続口に接続した交換可能な酸素ボンベを備え、該異常検出手段が酸素ボンベ圧力を検知し、該検知結果が所定値以下の場合に警報を発することを特徴とする請求項２〜４の何れか１項記載の酸素濃縮装置。
  6. 酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着筒と、外部から空気を取り入れ、該吸着筒に圧縮空気を供給する空気圧縮機と、該吸着筒で生成した酸素を一時貯留させる製品タンクと、使用者に供給する酸素取出口を備えた吸着型の酸素濃縮装置において、該製品タンク中の余剰酸素を加圧充填するための酸素圧縮機、および充填する酸素ボンベを更に備えると共に、該酸素ボンベと該酸素取出口を接続可能な流路切替手段を備えた酸素濃縮装置。
  7. 酸素供給異常を検出する異常検出手段を備え、供給異常を検知した場合に該流路切替手段により酸素ボンベと酸素取出口との流路を接続する制御手段を備えることを特徴とする請求項６記載の酸素濃縮装置。
  8. 該異常検出手段が酸素濃縮装置の電源監視手段、該流路切替手段が該酸素ボンベから酸素取出口への流路途中に設けられ、且つ駆動用のバッテリーを備えた電磁弁であり、停電を検知した場合、制御手段が該電磁弁を開制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の酸素濃縮装置。
  9. 該異常検出手段が酸素濃縮装置の酸素濃度、酸素流量、吸着筒圧力、吸着筒温度、コンプレッサー温度、コンプレッサー吐出圧の少なくとも何れか１つを検知する手段であり、該検知結果が所定範囲を外れた場合、該制御手段が該酸素濃縮装置を停止させる制御、及び該流路切替手段を酸素ボンベと酸素取出口との流路を接続させる流路切替制御を行うことを特徴とする請求項７または８に記載の酸素濃縮装置。
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