JP2010046107A - Treatment device of exhaled gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人工呼吸器等に使用した一酸化窒素を含有する呼気ガスを安全に排出するための呼気ガスの処理装置に関するものである。 The present invention relates to an expiratory gas processing apparatus for safely discharging expiratory gas containing nitric oxide used in a ventilator or the like.
一般に、肺動脈が収縮した状態の新生児遷延性肺高血圧症(Persistent Pulmonary Hypertension of the Newborn:PPHN)患者に対しては、血管拡張作用のある一酸化窒素(NO)吸入療法が有効であるとされている(非特許文献1)。アメリカでは既に当該療法が実施されており、生後7日目までに実施が開始され、NO吸入は投与開始から14日間にわたり継続的に行われる(非特許文献2)。また、投与期間を4日とした臨床試験も実施されている(非特許文献3)。 In general, pulmonary arterial nitric oxide (NO) inhalation therapy is considered effective for patients with persistent pulmonary hypertension (PPHN) with pulmonary artery contraction. (Non-Patent Document 1). The therapy has already been carried out in the United States, and it is started by the seventh day after birth, and NO inhalation is continuously carried out for 14 days from the start of administration (Non-patent Document 2). In addition, a clinical trial in which the administration period is 4 days has been carried out (Non-patent Document 3).
ところが、当該療法を実施した際には、NO投与後に人工呼吸器からの排出ガスに含まれる余剰のNO含有ガスが病室へ排気されることになる。NO自体は、人体への接触量や濃度によっては有害性も考えられ、医療従事者への健康被害が懸念されている。またNOと酸素から生成するNO2は、当該療法による余剰のNOおよび酸素との反応により装置内外で容易に生成する可能性があるが、これは人体に対して、皮膚の発赤や呼吸器系への吸入による器官刺激などの弊害を誘引したり、発がん性なども懸念される物質であり、NO以上に有害な物質とされている。 However, when the therapy is performed, excess NO-containing gas contained in the exhaust gas from the ventilator after NO administration is exhausted to the hospital room. NO itself may be harmful depending on the amount and concentration of contact with the human body, and there are concerns about health hazards to medical workers. In addition, NO 2 generated from NO and oxygen may be easily generated inside and outside the apparatus due to the reaction with surplus NO and oxygen due to the therapy, but this may cause redness of the skin and the respiratory system. It is a substance that induces harmful effects such as organ irritation due to inhalation into the body and is also concerned about carcinogenicity, and is more harmful than NO.
例えば、米国産業衛生専門家会議(American Conference of Governmental Industrial Hygienists:ACGIE)では、NO及びNO2の恕限量について、NOの時間加重平均濃度は25ppm,NO2は3ppmと定めている(非特許文献4)。また、特許文献1(特開平8−47533)では、産業上の許容濃度はNOで25ppm,NO2は5ppmとしている。 For example, at the American Conference of Industrial Industrial Hygienists (ACGIE), the time-weighted average concentration of NO and NO 2 is defined as 25 ppm and NO 2 as 3 ppm for the limit amounts of NO and NO 2 (non-patent literature) 4). In Patent Document 1 (JP-A-8-47533), the allowable concentration of the industry is 25 ppm, NO 2 and 5ppm if NO.
実際に日本では、「新生児NO吸入療法研究会」のプロジェクト参加条件として医療現場の環境汚染についても十分な対策を取るよう求められており、NO及びNO2の除害は不可欠と考えられる(非特許文献5)。 In fact, in Japan, as a condition for participation in the “Newborn NO Inhalation Therapy Study Group”, it is required to take sufficient measures for environmental pollution in the medical field, and NO and NO 2 elimination are considered indispensable (non- Patent Document 5).
したがって、NO投与後の呼気ガスおよび余剰ガス中にはNO及びNO2が含有されているため、病室などの大気中へ呼気などを放出する際に、NO及びNO2を共に除害する必要がある。 Accordingly, since the NO and NO 2 is contained in the exhaled gas and excess gas after NO administration, the time of release and exhalation to the atmosphere, such as a hospital room, have to harm both dividing NO and NO 2 is there.
従来技術としては、例えば、特許文献1(特開平8−47533)では、化学吸着剤によりNOを、また表面処理を施した活性炭の化学吸着作用によりNO2の吸着除害を行っている。さらに特許文献2(特開2003−339872)では、活性炭への吸着によりNO及びNO2を吸着除害している。 As a prior art, for example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-47533), NO is adsorbed and detoxified by a chemical adsorbent and NO 2 is adsorbed and detoxified by a chemical adsorption effect of surface-treated activated carbon. Further Patent Document 2 (JP 2003-339872), to the detriment adsorbed dividing the NO and NO 2 by adsorption on activated carbon.
通常、当該療法に用いられる人工呼吸器では、生体へのガス導入の際に、気道を保護するため、吸気を37℃、100%RHに加温、加湿している。さらに、当該患者の生体による湿気も起因して、患者からの呼気ガスは水分が飽和している。一方、前述に開示されているようなNOxの除害装置を使用する集中治療室などでは、その使用環境の条件が30℃,70%RH程度であることから、NOxの吸着除害の前に除湿工程を施さなければ、呼気中の水分が装置中で結露してしまう。このように、結露水が吸着剤に付着すると、有効吸着面積が減少して吸着能力が大幅に低下してしまうこととなる。さらに、結露水が装置の配管内に付着すると、配管が閉塞して呼気のスムーズな排出を妨げ、適切な治療に支障をきたすおそれもある。 Usually, in a ventilator used for the therapy, inhalation is heated and humidified to 37 ° C. and 100% RH in order to protect the airway when introducing gas into the living body. Furthermore, due to the moisture by the patient's living body, the breath gas from the patient is saturated with moisture. On the other hand, in the intensive care unit using the NOx abatement apparatus as disclosed above, the use environment is about 30 ° C. and 70% RH. If the dehumidifying step is not performed, moisture in the exhalation will be condensed in the apparatus. As described above, when condensed water adheres to the adsorbent, the effective adsorption area is reduced and the adsorption capacity is greatly reduced. Furthermore, if condensed water adheres to the inside of the piping of the apparatus, the piping may be blocked, preventing the smooth discharge of exhaled air, and hindering appropriate treatment.
ところが、特許文献1(特開平8−47533)に開示の方法では、NOxの吸着除害工程の前に、呼気ガスの除湿工程が設けられていない。圧力抵抗をコントロールするため、NOxの吸着除害の前に呼気ガスを大気と混含しており、結果的にいくらか湿度低下することは考えられるが、この程度では実際には装置中で結露してしまい、装置内配管が閉塞する可能性があり、十分な除湿が行われているとは言えない。配管内での結露を防止するためには、除湿後の呼気ガスは30℃において、相対湿度を50%程度以下に抑えることが望まれる。 However, in the method disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-47533), an exhaled gas dehumidifying step is not provided before the NOx adsorption and detoxifying step. In order to control the pressure resistance, exhaled gas is mixed with the atmosphere before adsorption removal of NOx, and as a result, it may be possible to reduce the humidity somewhat. Therefore, there is a possibility that the piping in the apparatus may be blocked, and it cannot be said that sufficient dehumidification is performed. In order to prevent dew condensation in the pipe, it is desirable that the exhaled breath gas after dehumidification is kept at a relative humidity of about 50% or less at 30 ° C.
そこで、上記特許文献2(特開2003−339872)では、シリカゲルを使用して呼気中の水分を除去しようとしている。ところが、シリカゲルによる吸着除湿自体は可能だが、相当量のシリカゲルが必要であり、装置全体として大型化してしまうという問題がある。また、継続使用によりシリカゲルの除湿能力は比較的短時間で飽和に達して新しいものと交換する必要があり、連続運転が必要な人工呼吸装置においては非常に手間となる。さらに、シリカゲルでは、新しいシリカゲルにより除湿を開始した直後は、呼気ガスの湿度が下がりすぎてしまってNO吸着剤の吸着能力が十分に得られないおそれがあり、シリカゲルに水分がたまって飽和近くなってくると、反対に十分に除湿できずに上述した結露のおそれが生じてくる。このように、シリカゲルでは呼気ガスの湿度コントロールができず、安定した湿度の呼気ガスをNO吸着剤に供給することができず、吸着剤の吸着性能を不安定にする場合がある。 Therefore, in Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-339872), silica gel is used to remove moisture in exhaled breath. However, although adsorption dehumidification itself with silica gel is possible, there is a problem that a considerable amount of silica gel is required and the entire apparatus becomes large. In addition, the dehumidification ability of silica gel reaches saturation in a relatively short time by continuous use and needs to be replaced with a new one, which is very troublesome for an artificial respirator that requires continuous operation. Furthermore, with silica gel, immediately after starting dehumidification with new silica gel, the humidity of the exhaled gas may decrease too much and the adsorption capacity of the NO adsorbent may not be obtained sufficiently, and the silica gel accumulates moisture and becomes nearly saturated. On the contrary, the above-mentioned dew condensation may occur due to insufficient dehumidification. As described above, in silica gel, the humidity of the exhaled gas cannot be controlled, and the exhaled gas having a stable humidity cannot be supplied to the NO adsorbent, which may make the adsorbent adsorption performance unstable.
一方、シリカゲルを用いない除湿方法としては、例えば人工呼吸器より排出されるNOx含有呼気ガスを高温に加熱し、触媒によって除湿と除害を同時に行う方法も考えられるが、当該ガスが90%以上の高濃度酸素を含有していることもあるので、発火などの二次災害の可能性も考えられることから、この装置は病院内での使用が主となることを考慮すると、このような高温での装置運転は望ましくはない。 On the other hand, as a dehumidification method not using silica gel, for example, a method of heating NOx-containing exhaled gas discharged from a ventilator to a high temperature and simultaneously performing dehumidification and detoxification with a catalyst is conceivable. This equipment may be used in hospitals, considering the possibility of secondary disasters such as ignition. It is not desirable to operate the system at this point.
さらに、特許文献1(特開平8−47533)では、人工呼吸器の流量変化に対してオリフィスの交換を行うこととなっているが、この形では現実問題として流量変化に対して、フレキシブルに対応することが難しい。その結果、人工呼吸器の呼気弁に対して意図しないオートピープが生じ、呼吸器が誤動作を起こすおそれがある。 Furthermore, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-47533), the orifice is exchanged for a change in the flow rate of the ventilator. Difficult to do. As a result, an unintended auto-peep may occur with respect to the exhalation valve of the ventilator, and the ventilator may malfunction.
またNO及びNO2の吸着除害に関し、特許文献2(特開2003−339872)では、活性炭を用いて吸着除害しているが、一般にNOの活性炭への吸着率は低いとされており、我々の試験でも下記の表1に示すように、吸着塔導入口でNO濃度80ppmのガスでは、出口で5.4ppm以上であることから、十分な除害ができているとは言い難い。 In addition, regarding adsorption detoxification of NO and NO 2 , in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-339872), adsorption detoxification is performed using activated carbon, but in general, the adsorption rate of NO to activated carbon is considered to be low, In our test, as shown in Table 1 below, the gas having an NO concentration of 80 ppm at the inlet of the adsorption tower is not less than 5.4 ppm at the outlet, so that it is difficult to say that sufficient detoxification has been achieved.
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、主として人工呼吸器から排出される呼気ガスから水分を除去して安定的な湿度とすることにより、除去対象成分を安定的に除去して安全に排出する呼気ガスの処理装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and by removing moisture from the exhaled gas mainly discharged from the ventilator to obtain a stable humidity, the removal target component can be stably removed. An object of the present invention is to provide a treatment apparatus for safely discharged exhaled gas.
上記目的を達成するため、本発明の呼気ガスの処理装置は、除去対象成分を含む呼気ガスを冷却手段により冷却して呼気ガス中に含まれる水分を結露させて除去する水分除去手段を備え、上記水分除去手段で水分除去した呼気ガスを吸着剤に接触させて除去対象成分を除去することを要旨とする。 In order to achieve the above object, the apparatus for processing an exhaled gas of the present invention includes a moisture removing unit that cools an exhaled gas containing a component to be removed by a cooling unit to condense and remove moisture contained in the exhaled gas, The gist is to remove the component to be removed by bringing the exhaled gas from which moisture has been removed by the moisture removing means into contact with the adsorbent.
すなわち、本発明は、除去対象成分を含む呼気ガスを冷却手段により冷却して呼気ガス中に含まれる水分を結露させて低減し、上記水分除去した呼気ガスを吸着剤に接触させることにより除去対象成分を除去する。このため、従来のシリカゲルを用いた装置のように、大量のシリカゲルを充填する充填筒が不要になって装置が小型化できるうえ、シリカゲルの交換作業の手間もなくなる。また、必要な湿度まで水分を低減した呼気を吸着剤等に供給できるため、吸着剤に結露水が付着することによる吸着能力の低下や、配管内に結露水が付着して呼気ガスの排出を妨げることもない。しかも、水分除去率を安定的に制御することが容易で、安定した湿度の呼気ガスを吸着剤に供給し、安定した吸着剤の吸着性能を維持して除去対象成分を除去することが可能となる。 That is, the present invention cools the exhaled gas containing the component to be removed by the cooling means to reduce the moisture contained in the exhaled gas by dew condensation, and the removed exhaled gas is brought into contact with the adsorbent. Remove ingredients. For this reason, unlike a conventional apparatus using silica gel, a filling cylinder for filling a large amount of silica gel is not required, the apparatus can be miniaturized, and the labor for replacing silica gel is eliminated. In addition, since the exhaled air whose moisture has been reduced to the required humidity can be supplied to the adsorbent, etc., the adsorption capacity is reduced due to the condensation water adhering to the adsorbent, and the exhaust gas is discharged due to the condensation water adhering to the piping. There is no hindrance. In addition, it is easy to stably control the moisture removal rate, and it is possible to supply exhaled gas with a stable humidity to the adsorbent and to remove the components to be removed while maintaining the stable adsorption performance of the adsorbent. Become.
本発明において、呼気ガスの処理を行なっている間、水分除去後の呼気ガスの絶対湿度を10〜25g/m3内になるよう制御する場合には、水分除去率を安定的に制御して、シリカゲルでの除湿のような除湿剤の新鮮さによる呼気ガスの湿度ばらつきを少なくし、安定した湿度の呼気ガスを吸着剤に供給できる。これにより、水分過多な呼気ガスが吸着剤と接触し、結露水によって吸着剤のガス接触面積が低下してしまうことが防止される。さらに、装置内の配管などに結露水が付着して閉塞し、呼気ガスの排出を妨げることも防止される。また、除湿が過多となって乾燥しすぎた呼気ガスが吸着剤に接触してその性能を低下させることも防止できる。このように、安定した吸着剤の吸着性能を維持して除去対象成分を除去することができる。 In the present invention, when controlling the absolute humidity of the exhaled gas after moisture removal to be within 10 to 25 g / m 3 during the treatment of the exhaled gas, the moisture removing rate is stably controlled. Further, the variation in the humidity of the exhaled gas due to the freshness of the dehumidifying agent such as dehumidification with silica gel can be reduced, and the exhaled gas having a stable humidity can be supplied to the adsorbent. Thereby, it is prevented that the exhaled gas with excessive moisture comes into contact with the adsorbent and the gas contact area of the adsorbent is reduced due to condensed water. Furthermore, it is possible to prevent the condensed water from adhering to the piping in the apparatus and blocking it, thereby preventing the exhaust gas from being discharged. In addition, it is possible to prevent exhaled gas that has been excessively dehumidified and dried too much from coming into contact with the adsorbent and degrading its performance. In this way, it is possible to remove the component to be removed while maintaining stable adsorption performance of the adsorbent.
本発明において、上記冷却手段がペルチェ素子を利用したものである場合には、安定した水分除去能力を維持するうえに小型で、しかも、処理後の呼気ガスの相対湿度を容易に安定制御可能で、安定した湿度の呼気ガスを吸着剤に供給して吸着剤の吸着性能を安定的に維持して除去対象成分を除去することができる。また、水分過多な呼気ガスが吸着剤と接触し、結露水によって吸着剤のガス接触面積が低下してしまうことが防止される。さらに、装置内の配管などに結露水が付着して閉塞することも防止される。また、除湿が過多となって乾燥しすぎた呼気ガスが吸着剤に接触してその性能を低下させることも防止できる。 In the present invention, when the cooling means uses a Peltier element, it is small in size for maintaining stable moisture removal capability, and the relative humidity of the exhaled gas after treatment can be easily and stably controlled. The exhalation gas having a stable humidity can be supplied to the adsorbent to stably maintain the adsorption performance of the adsorbent and remove the component to be removed. In addition, it is possible to prevent the exhaled gas with excessive moisture from coming into contact with the adsorbent and reducing the gas contact area of the adsorbent due to condensed water. Further, it is possible to prevent the condensed water from adhering to the piping in the apparatus and blocking it. In addition, it is possible to prevent exhaled gas that has been excessively dehumidified and dried too much from coming into contact with the adsorbent and degrading its performance.
本発明において、上記冷却手段により呼気ガスを冷却して水分除去し、水分除去した呼気ガスを加温して吸着剤に接触させる場合には、吸着剤の吸着性能を低下させることなく十分な吸着能力を発揮させて除去対象成分を除去することができる。 In the present invention, when the exhaled gas is cooled by the cooling means to remove moisture, and the exhaled gas from which moisture has been removed is heated and brought into contact with the adsorbent, sufficient adsorption is possible without reducing the adsorption performance of the adsorbent. The component to be removed can be removed by exerting the ability.
本発明において、上記呼気ガスが除去対象成分として一酸化窒素を含有し、上記水分除去手段によって水分除去したのち化学吸着剤に接触させて一酸化窒素を除去する場合には、一酸化窒素を吸着する吸着剤の吸着性能を低下させることなく、十分な吸着能力で一酸化窒素を除去することができる。また、活性炭による吸着除去よりも、一酸化窒素の除去性能が高く、有効に作用した。 In the present invention, the exhaled gas contains nitrogen monoxide as a component to be removed, and after removing moisture by the moisture removing means, when contacting the chemical adsorbent to remove nitrogen monoxide, adsorb nitrogen monoxide. Nitrogen monoxide can be removed with sufficient adsorption capacity without deteriorating the adsorption performance of the adsorbent. Moreover, the removal performance of nitric oxide was higher than that of adsorption removal by activated carbon, and it acted effectively.
図1は、本発明の呼気ガスの処理装置1の一実施形態を示す図である。この例では、上記呼気ガスの処理装置1は、人工呼吸器2の呼吸弁3から排出され、除去対象成分として一酸化窒素(NO)を含む呼気ガスを処理する装置である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an expiration
この呼気ガスの処理装置1は、除去対象成分としてNOを含む呼気ガスを冷却手段10により冷却して呼気ガス中に含まれる水分を結露させて除去する水分除去手段4と、上記水分除去手段4で水分が除去された呼気ガスを吸着剤に接触させて除去対象成分としてのNOを除去するための吸着筒5とを備えて構成されている。
The exhalation
より詳しく説明すると、この呼気ガスの処理装置1は、人工呼吸器2の呼吸弁3から排出される呼気ガスを導入する導入チューブ6が接続された外気混合器7が設けられている。外気混合器7には外気導入口8が設けられ、内部のミキシング空間において、導入された呼気ガスと外気導入口8から導入された外気とを混合するようになっている。上記外気混合器7で外気が混合された呼気ガスは、流量測定器9により流量が測定されて水分除去手段4に導入される。
More specifically, the expiration
上記水分除去手段4は、ペルチェ素子を利用して呼気ガスを冷却することにより呼気ガス中に含まれる水分を結露させる冷却手段10と、上記冷却手段10で結露して生じた結露水を貯留するドレンタンク13とを備えて構成されている。
The moisture removing unit 4 stores the condensed water generated by condensation in the
図2は、上記冷却手段10の詳細を示す図である。上記冷却手段10は、2種類の金属の接合部に電流を流すと一方の金属から他方の金属へ熱が移動するペルチェ効果を利用したペルチェ素子14と、上記ペルチェ素子14の吸熱側に配置された冷却ブロック11と、上記ペルチェ素子14の放熱側に配置された加熱ブロック12とを備えて構成されている。上記加熱ブロック12には、冷却ファン16で冷却される放熱フィン15が貼着されている。
FIG. 2 is a diagram showing details of the cooling means 10. The cooling means 10 is disposed on the heat absorption side of the
上記冷却ブロック11には、人工呼吸器2から排出され外気混合器7および流量測定器9を経た呼気ガスが導入される熱交換パイプ17が配置されている。上記呼気ガスは、熱交換パイプ17内を通過することにより、ペルチェ素子14の吸熱側の吸熱により冷却され、水分が結露して除去され湿度が低減される。熱交換パイプ17内で結露した結露水は、ドレン管19を経てドレンタンク13に貯留される。
The
上記加熱ブロック12には、上記冷却ブロック11の熱交換パイプ17で水分が除去された呼気が導入される熱交換パイプ18が配置されている。上記呼気ガスは、熱交換パイプ18内を通過することにより、ペルチェ素子14の放熱側の放熱を受けて加熱され、吸着筒5に導入される。
The
このように、本実施形態では、上記冷却手段10により呼気ガスを冷却して水分除去し、水分除去した呼気ガスを加温して吸着剤に接触させる。この冷却と加温は、冷却手段10の冷却側の冷熱で冷却し、上記冷熱を発生した際に発生する冷却手段10の加熱側の熱を利用して加温される。具体的には、ペルチェ素子14の吸熱側で呼気を冷却して水分除去し、上記ペルチェ素子14の放熱側の熱を利用して呼気を加温して吸着筒5に導入する。このように、ペルチェ素子14内の熱移動は、呼気ガスからの吸熱に由来する熱が加熱ブロック12側で放熱されるため、これを有効利用している。
Thus, in this embodiment, the exhalation gas is cooled by the cooling means 10 to remove moisture, and the exhaled gas from which moisture has been removed is heated and brought into contact with the adsorbent. This cooling and heating is performed by using the heat on the cooling side of the cooling means 10 and the heat on the heating side of the cooling means 10 generated when the cold is generated. Specifically, the exhaled air is cooled on the heat absorption side of the
上記吸着筒5は、この例では、導入側すなわち上流側に化学吸着剤が充填された化学吸着層20が形成され、排出側すなわち下流側に物理吸着剤が充填された物理吸着層21が形成されている。上記化学吸着剤による化学吸着で主として一酸化窒素(NO)を吸着除去し、上記物理吸着剤による物理吸着で主として二酸化窒素(NO2)を吸着除去する。このように、除去対象成分として一酸化窒素を含有する呼気ガスを、水分除去手段4によって水分除去したのち、化学吸着剤に接触させて一酸化窒素を除去する。
In this example, the
上記化学吸着剤としては、例えば、アルミナ,過マンガン酸カリウム,水等を主成分とする化学吸着剤である「Purafil(登録商標) Select Chemisorbant」(Purafil.inc製)を好適に用いることができる。 As the chemical adsorbent, for example, “Purafil (registered trademark) Select Chemisorbant” (manufactured by Purafil. Inc.), which is a chemical adsorbent mainly composed of alumina, potassium permanganate, water, or the like, can be suitably used. .
上記物理吸着剤としては、例えば、活性炭等を用いることができる。 As said physical adsorption agent, activated carbon etc. can be used, for example.
上述した化学吸着剤では、下記の式(1)(2)に示すような吸着反応で窒素酸化物の吸着を行なう。これらの式からわかるように、この吸着反応にはH2Oが必要で、ある程度の水分が存在した状態で効果的な窒素酸化物の除去作用を発揮するのである。
3NO+2KMnO4+H2O→3NO2↑+2MnO2↓+2KOH↓・・・(1)
3NO2+KMnO4+2KOH→3KNO3↓+MnO2↓+H2O・・・(2)
In the chemical adsorbent described above, nitrogen oxides are adsorbed by an adsorption reaction as shown in the following formulas (1) and (2). As can be seen from these equations, this adsorption reaction requires H 2 O and exhibits an effective nitrogen oxide removal action in the presence of a certain amount of moisture.
3NO + 2KMnO 4 + H 2 O → 3NO 2 ↑ + 2MnO 2 ↓ + 2KOH ↓ (1)
3NO 2 + KMnO 4 + 2KOH → 3KNO 3 ↓ + MnO 2 ↓ + H 2 O (2)
そこで、この呼気ガスの処理装置1では、呼気ガスの処理を行なっている間、水分除去後の呼気ガスの絶対湿度を10〜25g/m3内になるよう制御し、上記絶対湿度に制御した呼気ガスを吸着筒5に導入することが行なわれる。また、呼気ガスの処理を行なっている間、水分除去後の呼気ガスの相対湿度を20〜70%RH内になるよう制御することが行なわれる。
Therefore, in the exhalation
吸着筒5に導入する絶対湿度が10g/m3未満だと、上述したように吸着反応に必要な水分が十分でなく、化学吸着剤での十分な窒素酸化物の除去作用が得られない。反対に、吸着筒5に導入する絶対湿度が25g/m3を超えると、吸着剤表面や配管内で結露してしまうおそれがあるからである。また、吸着筒5に導入する相対湿度が20%RH未満だと、上述したように吸着反応に必要な水分が十分でなく、化学吸着剤での十分な窒素酸化物の除去作用が得られない。反対に、吸着筒5に導入する絶対湿度が70%RHを超えると、吸着剤表面や配管内で結露してしまうおそれがあるからである。
When the absolute humidity introduced into the
そして、上記吸着筒5で一酸化窒素(NO)および二酸化窒素(NO2)等の窒素酸化物が除去された呼気は、ニードル弁22を介して図示しない吸引ユニットに接続されている。このように、装置の排出側すなわち吸引側にニードル弁22を配置したことにより、オリフィス等を使用したものに比べ、人工呼吸器2の流量変化に対してフレキシブルに対応することが可能となる。そして、人工呼吸器2の呼気弁3に対して抵抗が生じることを防止し、人工呼吸器2に対してオートピープ等に伴う誤動作を起こすリスクを低減することができる。
The exhaled air from which nitrogen oxides such as nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) have been removed by the
以上のように構成したことにより、本実施形態の呼気ガスの処理装置1は、除去対象成分を含む呼気ガスを冷却手段により冷却して呼気ガス中に含まれる水分を結露させて低減し、上記水分除去した呼気ガスを吸着剤に接触させることにより除去対象成分を除去する。このため、従来のシリカゲルを用いた装置のように、大量のシリカゲルを充填する充填筒が不要になって装置が小型化できるうえ、シリカゲルの交換作業の手間もなくなる。また、必要な湿度まで水分を低減した呼気を吸着剤等に供給できるため、吸着剤に結露水が付着することによる吸着能力の低下や、配管内に結露水が付着して呼気ガスの排出を妨げることもない。しかも、水分除去率を安定的に制御することが容易で、安定した湿度の呼気ガスを吸着剤に供給し、安定した吸着剤の吸着性能を維持して除去対象成分を除去することが可能となる。
By configuring as described above, the expiration
本発明において、呼気ガスの処理を行なっている間、水分除去後の呼気ガスの絶対湿度を10〜25g/m3内になるよう制御する場合には、水分除去率を安定的に制御して、シリカゲルでの除湿のような除湿剤の新鮮さによる呼気ガスの湿度ばらつきを少なくし、安定した湿度の呼気ガスを吸着剤に供給できる。これにより、水分過多な呼気ガスが吸着剤と接触し、結露水によって吸着剤のガス接触面積が低下してしまうことが防止される。さらに、装置内の配管などに結露水が付着して閉塞し、呼気ガスの排出を妨げることも防止される。また、除湿が過多となって乾燥しすぎた呼気ガスが吸着剤に接触してその性能を低下させることも防止できる。このように、安定した吸着剤の吸着性能を維持して除去対象成分を除去することができる。 In the present invention, when controlling the absolute humidity of the exhaled gas after moisture removal to be within 10 to 25 g / m 3 during the treatment of the exhaled gas, the moisture removing rate is stably controlled. Further, the variation in the humidity of the exhaled gas due to the freshness of the dehumidifying agent such as dehumidification with silica gel can be reduced, and the exhaled gas having a stable humidity can be supplied to the adsorbent. Thereby, it is prevented that the exhaled gas with excessive moisture comes into contact with the adsorbent and the gas contact area of the adsorbent is reduced due to condensed water. Furthermore, it is possible to prevent the condensed water from adhering to the piping in the apparatus and blocking it, thereby preventing the exhaust gas from being discharged. In addition, it is possible to prevent exhaled gas that has been excessively dehumidified and dried too much from coming into contact with the adsorbent and degrading its performance. In this way, it is possible to remove the component to be removed while maintaining stable adsorption performance of the adsorbent.
本発明において、上記冷却手段がペルチェ素子を利用したものである場合には、安定した水分除去能力を維持するうえに小型で、しかも、処理後の呼気ガスの相対湿度を容易に安定制御可能で、安定した湿度の呼気ガスを吸着剤に供給して吸着剤の吸着性能を安定的に維持して除去対象成分を除去することができる。また、水分過多な呼気ガスが吸着剤と接触し、結露水によって吸着剤のガス接触面積が低下してしまうことが防止される。さらに、装置内の配管などに結露水が付着して閉塞することも防止される。また、除湿が過多となって乾燥しすぎた呼気ガスが吸着剤に接触してその性能を低下させることも防止できる。 In the present invention, when the cooling means uses a Peltier element, it is small in size for maintaining stable moisture removal capability, and the relative humidity of the exhaled gas after treatment can be easily and stably controlled. The exhalation gas having a stable humidity can be supplied to the adsorbent to stably maintain the adsorption performance of the adsorbent and remove the component to be removed. In addition, it is possible to prevent the exhaled gas with excessive moisture from coming into contact with the adsorbent and reducing the gas contact area of the adsorbent due to condensed water. Further, it is possible to prevent the condensed water from adhering to the piping in the apparatus and blocking it. In addition, it is possible to prevent exhaled gas that has been excessively dehumidified and dried too much from coming into contact with the adsorbent and degrading its performance.
本発明において、上記冷却手段により呼気ガスを冷却して水分除去し、水分除去した呼気ガスを加温して吸着剤に接触させる場合には、吸着剤の吸着性能を低下させることなく十分な吸着能力を発揮させて除去対象成分を除去することができる。 In the present invention, when the exhaled gas is cooled by the cooling means to remove moisture, and the exhaled gas from which moisture has been removed is heated and brought into contact with the adsorbent, sufficient adsorption is possible without reducing the adsorption performance of the adsorbent. The component to be removed can be removed by exerting the ability.
本発明において、上記呼気ガスが除去対象成分として一酸化窒素を含有し、上記水分除去手段によって水分除去したのち化学吸着剤に接触させて一酸化窒素を除去する場合には、一酸化窒素を吸着する吸着剤の吸着性能を低下させることなく、十分な吸着能力で一酸化窒素を除去することができる。また、活性炭による吸着除去よりも、一酸化窒素の除去性能が高く、有効に作用した。 In the present invention, the exhaled gas contains nitrogen monoxide as a component to be removed, and after removing moisture by the moisture removing means, when contacting the chemical adsorbent to remove nitrogen monoxide, adsorb nitrogen monoxide. Nitrogen monoxide can be removed with sufficient adsorption capacity without deteriorating the adsorption performance of the adsorbent. Moreover, the removal performance of nitric oxide was higher than that of adsorption removal by activated carbon, and it acted effectively.
図3は、本発明の第2実施形態の呼気ガスの処理装置1を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an expiratory
この例では、冷却手段10の冷却ブロック11で冷却して湿度を低減した呼気を、加熱ブロック12で加温することなくそのまま吸着筒5に導入している。それ以外は、上記第1実施形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この例でも、上記第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
In this example, exhaled air that has been cooled by the
〔実施例1〕
まず、本発明に相当するペルチェ素子14を利用した冷却手段10による水分除去手段4により、除湿試験を行った。
[Example 1]
First, a dehumidification test was performed by the moisture removing means 4 by the cooling means 10 using the
図4(A)に試験装置の概略を示す。30℃、70%RHに設定した恒温恒湿槽25内に、ペルチェ素子14を利用した冷却手段10とドレンタンク13による水分除去手段4を設置した。上記ペルチェ素子14としては、寸法40.0×40.0×3.45mm,冷却能力Qmax=77.1W(Th=27℃)であるものを4枚並べて用いた。また、上記冷却手段10は、図3に示したものと同様、ペルチェ素子14の排熱を加熱ブロック12において回収せず、除湿後のガスを加温しない態様のものを使用した。
FIG. 4A shows an outline of the test apparatus. In the constant temperature and
上記冷却手段10に対し、加温加湿器26で37℃、100%RHに加温加湿した空気に所定割合の外気(30℃、70%RHに設定した恒温恒湿槽25内の空気である)を混合して導入した。人工呼吸器側の流量を20L/minとし、吸引側の流量を30L/minとした。
A predetermined ratio of outside air (air in the constant temperature and
図5は、このときの冷却手段10出口部分におけるガスの温度と相対湿度を経時的に測定した結果である。なお、湿度測定には、温度湿度ロガー(エスペックミック社製,型番RS−12)を用いて測定した。 FIG. 5 shows the results of measuring the gas temperature and relative humidity over time at the outlet of the cooling means 10 at this time. The humidity was measured using a temperature / humidity logger (manufactured by ESPECMIC, model number RS-12).
このように、本実施例1では、除湿後の湿度の経時変化がほとんど見られず、除湿処理後の排出ガスの温度は約31〜32℃で一定し、相対湿度は約52〜59%RH内の範囲で推移していることがわかる。除湿処理後の排出ガスの絶対湿度は、約16〜20g/m3程度の範囲内で推移したことになる。 Thus, in this Example 1, the humidity change after dehumidification is hardly seen, the temperature of the exhaust gas after dehumidification is constant at about 31-32 ° C., and the relative humidity is about 52-59% RH. It can be seen that the change is in the range. The absolute humidity of the exhaust gas after the dehumidifying process has shifted within a range of about 16 to 20 g / m 3 .
また、本実施例1の結果から、吸湿後のガスが乾きすぎず、安定した水分を含んでいることから、NOの吸着除害に用いる化学吸着剤(例えば、Purafil Select Chemisorbant)の吸着性能を低下させないことがわかる。 Further, from the results of Example 1, since the gas after moisture absorption is not too dry and contains stable moisture, the adsorption performance of a chemical adsorbent (for example, Purafyl Select Chemisorbant) used for NO adsorption detoxification is shown. It turns out that it does not reduce.
〔実施例2〕
つぎに、図4(A)に示す試験装置において、冷却手段10として図1に示したのと同様に、ペルチェ素子14の排熱を加熱ブロック12において回収して除湿後のガスを加温する態様のものを使用した。
[Example 2]
Next, in the test apparatus shown in FIG. 4 (A), the exhaust heat of the
図6は、このときの冷却手段10出口部分におけるガスの温度と相対湿度を経時的に測定した結果である。このように、本実施例2では、除湿後の湿度の経時変化がほとんど見られず、除湿処理後の排出ガスの温度は約42℃前後で一定し、相対湿度は約33〜36%RH内の範囲で推移していることがわかる。除湿処理後の排出ガスの絶対湿度は、約17〜20g/m3程度の範囲内で推移したことになる。このように、除湿後のガスの相対湿度はおおよそ30%程度になっていることがわかり、配管内での結露防止を考えた場合の理想の相対湿度である50%(温度30℃)を十分にクリアできていることがわかる。
FIG. 6 shows the results of measuring the gas temperature and relative humidity over time at the outlet of the cooling means 10 at this time. Thus, in this Example 2, the humidity change after dehumidification is hardly seen, the temperature of the exhaust gas after dehumidification is constant at about 42 ° C., and the relative humidity is within about 33 to 36% RH. It can be seen that the change is in the range of. The absolute humidity of the exhaust gas after the dehumidifying process has changed within a range of about 17 to 20 g / m 3 . Thus, it can be seen that the relative humidity of the gas after dehumidification is about 30%, and 50% (
また、本実施例2の結果からも、吸湿後のガスが乾きすぎず、安定した水分を含んでいることから、NOの吸着除害に用いる化学吸着剤(例えば、Purafil Select Chemisorbant)の吸着性能を低下させないことがわかる。 Also, from the results of Example 2, the gas after moisture absorption is not too dry and contains stable moisture. Therefore, the adsorption performance of a chemical adsorbent (for example, Purafyl Select Chemisorbant) used for NO adsorption detoxification. It can be seen that it does not decrease.
〔比較例〕
つぎに、シリカゲルによる除湿試験を行なった。
[Comparative Example]
Next, a dehumidification test using silica gel was performed.
図4(B)に試験装置の概略を示す。30℃、70%RHに設定した恒温恒湿槽25内に、除湿剤としてシリカゲルを充填した除湿筒27を配置した。シリカゲルは、塩化コバルト由来の青色を呈しており、粒子形状が粒状または球状であって、粒子径3.4mm以上であるものを3kg用いた。この際の除湿筒27のカラムサイズは、φ100mm×(H)600mmとした。
FIG. 4B shows an outline of the test apparatus. A
上記除湿筒27に対し、加温加湿器26で37℃、100%RHに加温加湿した空気に所定割合の外気(30℃、70%RHに設定した恒温恒湿槽25内の空気である)を混合して導入した。入口側の流量を20L/minとし、出口側の流量を30L/minとした。
With respect to the
図7は、このときの除湿筒27出口部分におけるガスの温度と相対湿度を経時的に測定した結果であり、表2は、3kgのシリカゲルにより上記条件で50%RHまで除湿させるのに要した時間を測定した結果を示す。なお、湿度測定には、温度湿度ロガー(エスペックミック社製,型番RS−12)を用いて測定した。
FIG. 7 shows the results of measuring the temperature and relative humidity of the gas at the outlet of the
この結果より、シリカゲル3kgによる除湿では、約6時間でシリカゲルの吸着能力が飽和に達し、新しいシリカゲルへの交換が必要となり、連続の装置運転では、非常に手間が生じることがわかる。 From this result, it can be seen that the dehumidification with 3 kg of silica gel reaches the saturation of the silica gel in about 6 hours and needs to be replaced with a new silica gel.
また、除湿初期では必要以上に吸湿後のガスが乾きすぎ、結果としてNOの吸着除害に用いる化学吸着剤(例えば、Purafil Select Chemisorbant)の吸着性能を低下させてしまうおそれがあることがわかる。 In addition, it can be seen that the gas after moisture absorption becomes excessively dry at the initial stage of dehumidification, and as a result, the adsorption performance of a chemical adsorbent (for example, Purafyl Select Chemisorbant) used for NO adsorption detoxification may be reduced.
〔実施例3〕
図1および図3に示す呼気ガスの処理装置1により、呼気ガスのNOxの吸着除害処理を行った。図1の装置による処理は、除湿後のガスをペルチェ素子14の排熱を利用して加温して吸着筒5に導入した例であり、図3の装置による処理は、排熱利用せずに除湿後の呼気ガスを加温せずそのまま吸着筒5に導入した例である。
Example 3
Exhalation gas NOx adsorption removal treatment was performed by the exhalation
NOの吸着剤としては、上記のように化学吸着剤(Purafil Select Chellisorbant)を用いた。またNO2の物理吸着剤としては、活性炭(クラレコール2GGK5022440,粒度:粒子径l.70〜2.80mmのものが95%以上,クラレケミカル社製)を用いた。ニードル弁22としては、コフロック株式会社製,型番24121−SS−l/4を用いた。
As the NO adsorbent, a chemical adsorbent (Purafil Select Cellisorbant) was used as described above. As the NO 2 physical adsorbent, activated carbon (Kuraray Coal 2GGK5022440, particle size: 95% or more of particles having a particle size of 1.70 to 2.80 mm, manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.) was used. As the
上記呼気ガスの処理装置1の運転は、下記の条件において行なった。
人工呼吸器流量:20L/min
吸引流量:30L/min
NO濃度:20ppm
化学吸着剤と物理吸着剤の充填比率:容量比 2:1(500g:120g)
The operation of the exhalation
Ventilator flow rate: 20 L / min
Suction flow rate: 30L / min
NO concentration: 20ppm
Filling ratio of chemical adsorbent and physical adsorbent: volume ratio 2: 1 (500 g: 120 g)
なお、化学吸着剤と物理吸着剤の充填比率は、充填比率を変更して除害性能を測定した下記表3の測定結果より決定した。 In addition, the filling ratio of the chemical adsorbent and the physical adsorbent was determined from the measurement results in Table 3 below, in which the removal efficiency was measured by changing the filling ratio.
上記条件によって装置を運転してNOxの吸着除害処理を行い、除湿後のガスの温湿度と、吸着筒5出口部でのNO濃度が徐々に高くなって0.3ppmに達するまでの時間とを測定した。その結果を下記の表3に示す。なお、NOxの測定はNOx−NO2−NO自動分析計M10DEL42E(サーモエレクトロン社製)により化学発光法で行った。この時の測定条件は下記のとおりである。
測定範囲:0〜5000ppm(フルスケール設定可能)
応答時間(0〜90%FS):10秒
サンプル流量:約0.25L/min
The apparatus is operated under the above conditions to perform NOx adsorption and detoxification treatment. The temperature and humidity of the gas after dehumidification and the time until the NO concentration at the outlet of the
Measurement range: 0 to 5000 ppm (full scale can be set)
Response time (0 to 90% FS): 10 seconds Sample flow rate: about 0.25 L / min
このように、例えば、NOの排気許容濃度を仮に0.3ppmとした場合、除湿後のガスを加温して吸着剤に接触させた方が、除害処理能力が飽和するまでの運転可能時間がl.6倍に延びることがわかる。すなわち、除湿後のガスを加温して吸着筒5に導入した例の方が、0.3ppmに達するまでの時間が長く、化学吸着剤の寿命が長くなる。現実的には、NOの許容濃度はさらに高くても良いため、除湿後のガスを加温して吸着剤に接触させることが有効であることがわかる。
Thus, for example, if the allowable exhaust concentration of NO is set to 0.3 ppm, it is possible to operate until the detoxification capacity is saturated when the dehumidified gas is heated and brought into contact with the adsorbent. Is l. It turns out that it extends 6 times. That is, in the example in which the gas after dehumidification is heated and introduced into the
なお、上記実施形態および実施例では、冷却手段10としてペルチェ素子14を利用したものを例示したが、これに限定するものではなく、冷却による結露で水分除去しうるものであれば各種のものを用いることができる。また、化学吸着剤や物理吸着剤も例示したものに限定するものではなく、各種のものを用いることができる。
In the above-described embodiments and examples, the cooling means 10 using the
1:呼気ガスの処理装置
2:人工呼吸器
3:呼吸弁
4:水分除去手段
5:吸着筒
6:導入チューブ
7:外気混合器
8:外気導入口
9:流量測定器
10:冷却手段
11:冷却ブロック
12:加熱ブロック
13:ドレンタンク
14:ペルチェ素子
15:放熱フィン
16:冷却ファン
17:熱交換パイプ
18:熱交換パイプ
19:ドレン管
20:化学吸着層
21:物理吸着層
22:ニードル弁
25:恒温恒湿槽
26:加温加湿器
27:除湿筒
1: Exhalation gas processing device 2: Respirator 3: Respiration valve 4: Moisture removal means 5: Adsorption cylinder 6: Introduction tube 7: Outside air mixer 8: Outside air introduction port 9: Flow rate measuring device 10: Cooling means 11: Cooling block 12: Heating block 13: Drain tank 14: Peltier element 15: Radiation fin 16: Cooling fan 17: Heat exchange pipe 18: Heat exchange pipe 19: Drain pipe 20: Chemical adsorption layer 21: Physical adsorption layer 22: Needle valve 25: Constant temperature and humidity chamber 26: Heating humidifier 27: Dehumidifying cylinder
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