JP2012200284A - 酸素濃縮器 - Google Patents

Abstract

【課題】喫煙やマッチの使用等の火気の発生状態を精度良く確実に検出して、火災等の発生を事前に防止することができる酸素濃縮器を提供すること。
【解決手段】空気中から酸素を濃縮して酸素濃縮ガスを生成し、この酸素濃縮ガスを使用者に対して供給する圧力変動吸着型の酸素濃縮器１は、酸素濃縮器本体２に接続され、この酸素濃縮器本体２側から使用者に酸素濃縮ガスを供給するカニューラ９と、酸素濃縮器本体２に接続されるとともに、カニューラ９に沿って配置され、使用者の近傍から酸素濃縮器本体２側にガスを導入するガス導入管１３と、酸素濃縮器本体２に配置されるとともに、ガス導入管１３に接続され、ガスを酸素濃縮器本体２側に吸引する吸引ポンプ１０７と、吸引ポンプ１０７によって酸素濃縮器本体２側に吸引された空気から、使用者の喫煙を検知する喫煙検知センサ１０９を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、酸素より窒素を優先的に吸着する吸着剤を用いて生成した高濃度の酸素（酸素濃縮ガス）を患者等に供給する酸素濃縮器に関するものである。

近年、呼吸器系疾患の最も効果的な治療法の一つとして、酸素吸入療法が知られている。この酸素吸入療法とは、酸素ガス或いは酸素濃縮ガスを患者に供給する方法であり、その供給源として、最近では、空気中から酸素濃縮ガスを直接分離できる酸素濃縮器が開発されている。

かかる酸素濃縮器としては、例えば窒素又は酸素を選択吸着して得られる吸着剤を用いた吸着型酸素濃縮器が知られており、この吸着型酸素濃縮器としては、例えばコンプレッサを用いた圧力変動吸着型酸素濃縮器が使用されている。

この種の酸素濃縮器においては、例えば装置本体に接続されたカニューラを、患者の鼻等に取り付けることにより、患者に酸素濃縮ガスを供給しているが、カニューラによって供給する酸素濃縮ガスの酸素濃度が高いので（例えば９５体積％）、患者や同居人の喫煙や火気の使用によって、火災や火傷等の事故が発生している。

この対策として、下記特許文献１、２の様に、カニューラを難燃性や耐熱性の繊維で被覆したり、カニューラを不燃材の継ぎ手で中継する技術が提案されている。また、下記特許文献３の様に、装置本体に喫煙検知センサを取り付けた技術が提案されている。

また、これとは別に、下記特許文献４には、使用者が装置本体と電線で接続されたリモコンを携帯する場合には、リモコンに（炎を検知する）紫外線センサ等を備え、炎を検知した場合に、異常の発生や装置を停止する制御が提案されている。

特許第０２５９８１２６号公報 特許第０４４０１９９７号公報 特開２００１−３１４５０７号公報 実登０３１４７３１２号公報

しかしながら、上述した特許文献１、２では、（酸素濃縮ガスの）着火後の延焼を防止できるが、火災等の発生を事前に防止する技術としては十分ではない。
また、前記特許文献３では、喫煙検知センサを装置本体に設けるので、例えば使用者がカニューラを長く伸ばし、装置本体から離れた場所で喫煙した場合には、使用者の喫煙を確実に検知できないという問題があった。

更に、前記特許文献４では、装置本体からリモコンまで長い電線を配置するので、ノイズが乗り易く、精度良く炎等の検知ができないという問題があった。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、喫煙やマッチの使用等の火気の発生状態を精度良く確実に検出して、火災等の発生を事前に防止することができる酸素濃縮器を提供することにある。

（１）本発明は、第１態様として、空気中から酸素を濃縮して酸素濃縮ガスを生成し、この酸素濃縮ガスを使用者に対して供給する圧力変動吸着型の酸素濃縮器において、前記酸素濃縮器の本体に接続され、該本体側から前記使用者に酸素濃縮ガスを供給するカニューラと、前記酸素濃縮器の本体に接続されるとともに、前記カニューラに沿って配置され、前記使用者の近傍から前記本体側にガスを導入するガス導入管と、前記酸素濃縮器の本体に配置されるとともに、前記ガス導入管に接続され、前記ガスを前記本体側に吸引する検知用吸引機構と、前記検知用吸引機構によって前記本体側に吸引されたガスから、前記使用者の近傍のガスの状態を検知するガス状態検知手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明では、カニューラに沿ってガス導入管を配置し、検知用吸引機構を作動させることによって、ガス導入管を介して使用者の近傍から本体側に使用者の近傍のガス（空気）を導入することができる。よって、ガス状態検知手段によって、この本体側に導入したガスから使用者の近傍の（火気の使用状態等に対応する）ガスの状態を検知することができる。

つまり、本発明によれば、例えば喫煙等の火気の使用に起因するようなガスの状態を検知できるので、酸素濃縮ガスに着火するような火災の発生を事前に防止することができる。また、ガス導入管を使用者の近傍まで延ばすので、例えば使用者がカニューラを長く伸ばし、装置本体から離れた場所で喫煙した場合でも、使用者の喫煙を確実に検知することができる。更に、従来の様に、装置本体からリモコンまで長い電線を配置する必要が無いので、電線にノイズが乗るという恐れがなく、精度良く火気の使用を検知することができる。

この様に、本発明では、喫煙やマッチの使用等の火気の発生状態を精度良く確実に検出して、火災等の発生を事前に防止することができるという顕著な効果を奏する。
ここで、ガス状態検知手段としては、吸引したガスから例えば火気の発生と思われる現象（ガスの状態）を検知できる手段であれば限定はない。例えば喫煙をした場合には、ＣＯ濃度が上昇すると考えられるので、ＣＯ濃度を検出するＣＯ濃度センサを用いることができる。また、例えば喫煙をした場合には、煙が発生すると考えられるので、煙の発生を光学的に検出する光学センサ（例えばＬＥＤ＋フォトセンサ）を用いることができる。

（２）本発明では、第２態様として、前記酸素濃縮器の本体には、前記酸素濃縮を行うための前記空気を本体側に吸引する濃縮用吸引機構を備えるとともに、該濃縮用吸引機構とは別に、前記検知用吸引機構を備えたことを特徴とする。

一般に、酸素濃縮に使用する濃縮用吸引機構（例えばコンプレッサ）は、酸素濃縮ガスを供給する流量によって変動する。従って、濃縮用吸引機構とは別の検知用吸引機構（例えば吸引ポンプ）を使用することにより、濃縮用吸引機構の動作状態にかかわらず、常に一定量の流量のガスを吸引することができる。よって、喫煙等による火気の使用などの検出を、常に精度良く行うことができる。

（３）本発明では、第３態様として、前記ガス導入管のガス導入側が、先端ほど広がった開口部を有することを特徴とする。
このように、ガス導入管の先端側（先端の開口部）が、先端ほど広がっていることにより、（例えばＣＯなどの存在する可能性の高い）顔等の周辺からガス導入管へ効率よくガスを導入することができる。よって、喫煙等による火気の使用などの検出を精度良く行うことができる。

実施例１の酸素濃縮器の外観を示す説明図である。 実施例１の酸素濃縮器の操作パネルを示す説明図である。 実施例１の酸素濃縮器の基本構成を示す説明図である。 カニューラ等が接続された酸素濃縮器の構成を示す説明図である。 実施例１の酸素濃縮器の電子制御装置の電気的構成を示す説明図である。 実施例１の電子制御装置にて行われる処理を示すフローチャートである。 酸素濃縮器に用いられる他のガス導入管を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態の例（実施例）について説明する。

本実施例では、空気中から窒素吸着剤（以下吸着剤と記す）を用いて窒素を吸着して除去することにより酸素を濃縮し、この高濃度の酸素を含む酸素濃縮ガスを患者に対して供給する圧力変動吸着型の医療用酸素濃縮器（以下酸素濃縮器と記す）を例に挙げる。

ａ）まず、本実施例の酸素濃縮器の装置本体の外観について説明する。
図１に示す様に、酸素濃縮器１の装置本体（以下単に酸素濃縮器本体２と記す）は、略直方体形状の筐体３の正面の上部に、酸素濃縮器本体２の操作やその動作の表示を行う操作パネル５が設けられ、その下方には、酸素濃縮ガスの加湿を行う加湿器７が配置されている。

また、加湿器７の近傍には、後に詳述する様に、酸素濃縮ガスを酸素濃縮器本体２側からに患者に供給するために、カニューラ（例えば鼻カニューラ）９（図４参照）が接続されるカニューラ接続部１１と、患者の顔（特に口や鼻）の近傍のガス（空気）を酸素濃縮器本体２側に吸引するために、ガス導入管１３（図４参照）が接続されるガス導入管接続部１５が設けられている。

なお、ここでは、（加湿器７を備えた）酸素濃縮器本体２とそれに接続されたカニューラ９及びガス導入管１３を、酸素濃縮器１と称する。
図２に示す様に、操作パネル５には、酸素濃縮器本体２の運転／停止を行うための電源スイッチ１７と、正常運転時に点灯する運転ランプ１９と、異常発生時に点灯／点滅する異常ランプ２１と、酸素濃縮ガスの流量の設定値をマニュアルにて切り換える流量設定つまみ２３と、設定された流量値を示す流量表示器２５と、酸素濃縮器本体２の使用開始からの積算時間を表示する外部積算時間表示器２７と、酸素濃縮ガスの濃度の状態を点灯／点滅により表示する酸素濃度ランプ２９と、加湿器７の異常を点灯して表示する加湿器漏れランプ３１と、カニューラ９の折れの異常を点灯して表示するカニューラ折れランプ３３と、酸素濃縮ガスの流れの状態を表示する流れ表示ランプ３５とが設けられている。

ｂ）次に、本実施例の酸素濃縮器本体２の内部構成について説明する。
図３に示す様に、筐体３内には、空気取入口４１及び防塵フィルタ４３を介して周囲の空気が導入され、導入された空気は、吸気フィルタ４５及び吸気マフラ４７を介してコンプレッサ４９に吸入される。

コンプレッサ４９は、モータ５１の回転により、吸入空気を圧縮して高圧空気を生成し、生成された高圧空気は、チェック弁５３、５５、供給弁（第１供給弁５７、第２供給弁５９）を介して、一対の吸着筒（第１吸着筒６１、第２吸着筒６３）に供給される。

供給弁５７、５９から吸着筒６１、６３に至る高圧空気の供給経路には、それぞれ排気弁（第１排気弁６５、第２排気弁６７）が接続されており、排気弁６５、６７の開弁時には、各吸着筒６１、６３を大気に開放できる。

吸着筒６１、６３には、空気中の窒素を優先的に吸着して酸素を分離するゼオライト系の吸着剤が充填されている。そして、排気弁６５、６７が閉弁状態にあるとき、チェック弁５３、５５及び供給弁５７、５９を介して、コンプレッサ４９から高圧空気が供給されると、その空気中から窒素を吸着して酸素濃縮ガスを生成し、酸素濃縮ガスをチェック弁７９、８１を介して製品タンク８３側に送出する。

なお、吸着筒６１、６３からチェック弁７９、８１に至る酸素濃縮ガスの吐出経路には、両吸着筒６１、６３の吐出側を連通する連通路８５が設けられ、その連通路８５には、オリフィス８７、８９を介して電磁弁からなるパージ弁９１が設けられている。

また、製品タンク８３の下流側には、酸素濃縮ガスの圧力を調節する圧力調節器９３が設けられ、圧力調整器９３で調圧された酸素濃縮ガスは、流量設定器９５によって流量が設定された後に、加湿器７まで送られ、加湿器７にて加湿された後、カニューラ接続部１１に供給される。

更に、酸素濃縮ガスの排出経路には、酸素濃縮ガスの酸素濃度を検出する酸素センサ９９と、酸素濃縮ガスの流量を検出する流量センサ１０１が設けられている。
特に本実施例では、カニューラ接続部１１に隣接してガス導入管接続部１５が設けられており、このガス導入管接続部１５は、内部ガス流路１０３によって、（ガスを酸素濃縮器本体２外に排出する）ガス排気部１０５に接続されている。

また、前記内部ガス流路１０３には、顔の周囲の空気をガス導入管１３からガス導入管接続部１５を介して酸素濃縮器本体２内に導入（吸引）するために、検知用吸引機構として吸引ポンプ１０７が配置されるとともに、吸引ポンプ１０７の上流側に（下流側でもよい）、吸引ポンプ１０７によって酸素濃縮器本体２内に吸引された空気から喫煙状態を検出する喫煙検知センサ１０９が配置されている。ここで、喫煙検知センサ１０９は、ガス状態検知手段に該当する。

この喫煙検知センサ１０９としては、例えば空気中のＣＯ濃度を検出するＣＯ濃度センサを用いることができる。つまり、ＣＯ濃度が所定の判定値より上昇した場合には、喫煙が行われていると判断するのである。

ｃ）次に、酸素濃縮器本体２に接続されるカニューラ９及びガス導入管１３について説明する。
図４に模式的に示す様に、カニューラ９は、酸素濃縮器本体２にて製造された酸素濃縮ガスを患者の鼻に供給するチューブ状の部材であり、カニューラ接続部１１に着脱可能に接続される接続端部１１１と、鼻に酸素濃縮ガスを供給する供給部１１３と、接続端部１１１と供給部１１３とを接続する長尺のガス流路である中間流路１１５とから構成されている。

また、ガス導入管１３は、患者の顔（特に口や鼻）の周辺の空気を酸素濃縮器本体２側に吸引するチューブ状の部材であり、ガス導入管接続部１５に着脱可能に接続される接続端部１１７と、顔の周辺から空気を吸引する開口部１１８を有する開口吸引部１１９と、接続端部１１７と開口吸引部１１９とを接続する長尺のガス流路である中間流路１２１とから構成されている。なお、ガス導入管１３の材質はカニューラ９と同じか、カニューラ９の動きの妨げにならないように、カニューラ９より柔らかい材質を用いることがより好ましい。

更に、カニューラ９の中間流路１１５とガス導入管１３の中間流路１２１とは一体に束ねられている。つまり、ガス導入管１３の中間流路１２１は、カニューラ９の中間流路１１５に沿って形成されて、１本の線状の部材として構成されている。なお、カニューラ９とガス導入管１３とが分岐する部分（酸素濃縮器本体２側と患者側）には、カニューラ９とガス導入管１３が貫挿して拘束される拘束部材１２３、１２５が配置されている。

特に、本実施例では、ガス導入管１３の開口吸引部１１９は、その先端側（即ち口に近い側）ほど開口面積が大きくなるように設定されている。
ｄ）次に、酸素濃縮器本体２を制御する電子制御装置について説明する。

図５に示す様に、本実施例では、電子制御装置１３１は、周知のマイクロコンピュータ（マイコン）１３３や、各種のデータを記録するメモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）１３５を備え、その入力部１３７には、電源スイッチ１１、酸素センサ９９、流量センサ１０１、喫煙検知センサ１０９などが接続されている。

また、マイコン１３３の出力部１３９には、ブザー（又はスピーカ）１４１、運転ランプ１９、異常ランプ２１、流量表示器２５、外部積算時間表示器２７、酸素濃度ランプ２９、加湿器漏れランプ３１、カニューラ折れランプ３３、流れ表示ランプ３５が接続されている。更に、出力部１３９には、モータ５１、供給弁５７、５９、排気弁６５、６７、パージ弁９１、吸引ポンプ１０７等が接続されている。

ｅ)次に、電子制御装置１３１により行われる酸素濃縮器本体２の制御処理について説明する。
図６のフローチャートに示す様に、酸素濃縮器本体２の電源がＯＮされると、ステップ１００にて、吸引ポンプ１０７を作動させる。これにより、患者の顔の周辺の空気がガス導入管１３に吸引され、酸素濃縮器本体２の内部ガス流路１０３に導入される。

続くステップ１１０では、喫煙検知センサ１０９によって、ガス導入管１３によって吸引された空気中のＣＯ濃度を測定する。
続くステップ１２０では、ＣＯ濃度が所定の判定値（例えば５万ｐｐｍ）以上の状態が、所定時間（例えば５秒）以上継続したか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１３０に進み、一方否定判断されると一旦本処理を終了する。

ステップ１３０では、ＣＯ濃度が所定の判定値以上の状態が所定時間以上継続しているので、患者が喫煙している状態であると判定されたので、そのことを報知するために、例えばブザー１４１を鳴らしたり（或いは音声で「禁煙」を警告したり）、異常ランプ２１を点滅させたりする。

続くステップ１４０では、コンプレッサ４９を駆動するモータ５１の回転数を低下させて、酸素濃縮ガスの流量を低減し、一旦本処理を終了する。
ｆ)この様に、本実施例では、カニューラ９に沿ってガス導入管１３を配置し、吸引ポンプ１０７を作動させることによって、ガス導入管１３を介して使用者の近傍から酸素濃縮器本体２側に使用者の近傍の空気を導入することができる。よって、喫煙検知センサ１０９によって、この酸素濃縮器本体２側に導入した空気から使用者の近傍のガスの状態（即ち火気の使用による喫煙状態）を検知することができる。

つまり、本実施例によれば、喫煙等の火気の使用を検知できるので、酸素濃縮ガスに着火するような火災の発生を事前に防止することができる。また、ガス導入管１３を使用者の近傍まで延ばすので、例えば使用者がカニューラ９を長く伸ばし、酸素濃縮器２本体から離れた場所で喫煙した場合でも、使用者の喫煙を確実に検知することができる。更に、従来の様に、酸素濃縮器本体２からリモコンまで長い電線を配置する必要が無いので、電線にノイズが乗るという恐れがなく、精度良く火気の使用を検知することができる。

また、本実施例では、コンプレッサ４９とは別に吸引ポンプ１０７を設けているので、酸素濃縮ガスを供給する流量が変動した場合でも、吸引ポンプ１０７によって常に一定量の流量の空気を吸引することができる。よって、喫煙等による火気の使用の検出を、常に精度良く行うことができる。

しかも、本実施例では、ガス導入管１３の先端の開口部１１９が、先端ほど広がっているので、（ＣＯが存在する可能性の高い）顔の周辺からガス導入管１３へ効率よく空気を導入することができる。よって、この点からも、喫煙等による火気の使用の検出を精度良く行うことができる。

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例では、図７に示す様に、カニューラ１４１に沿って配置されたガス導入管１４３を用いる。

また、カニューラ１４１とガス導入管１４３とが分岐する拘束部材１４５より先端側、即ちガス導入管１４３の先端の開口吸引部１４７には、多数の連通気孔を備えたスポンジ状部材１４９が取り付けられている。

これにより、顔の周囲の空気を、スムーズにガス導入管１４３内に導入することができるという効果がある。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

（１）例えば内部ガス流路に、顔の周辺からの空気を吸引するための専用の吸引ポンプを設けるのではなく、内部ガス流路をコンプレッサの吸引側に接続してもよい。これによって、コンプレッサを作動させることにより、顔の周辺の空気を吸引することができる。

（２）また、喫煙検知センサとしては、ＣＯ濃度を検出するＣＯ濃度センサ以外に、光学式の煙センサなどを用いることができる。

１…酸素濃縮器
２…酸素濃縮器本体
９、１４１…カニューラ
１１…カニューラ接続部
１３、１４３…ガス導入管
１５…ガス導入管接続部
４９…コンプレッサ
１０３…内部ガス流路
１０７…吸引ポンプ
１０９…喫煙検知センサ
１１９、１４７…開口吸引部

Claims (3)

1. 空気中から酸素を濃縮して酸素濃縮ガスを生成し、この酸素濃縮ガスを使用者に対して供給する圧力変動吸着型の酸素濃縮器において、
   前記酸素濃縮器の本体に接続され、該本体側から前記使用者に酸素濃縮ガスを供給するカニューラと、
   前記酸素濃縮器の本体に接続されるとともに、前記カニューラに沿って配置され、前記使用者の近傍から前記本体側にガスを導入するガス導入管と、
   前記酸素濃縮器の本体に配置されるとともに、前記ガス導入管に接続され、前記ガスを前記本体側に吸引する検知用吸引機構と、
   前記検知用吸引機構によって前記本体側に吸引されたガスから、前記使用者の近傍のガスの状態を検知するガス状態検知手段と、
   を備えたことを特徴とする酸素濃縮器。
2. 前記酸素濃縮器の本体には、前記酸素濃縮を行うための前記空気を本体側に吸引する濃縮用吸引機構を備えるとともに、該濃縮用吸引機構とは別に、前記検知用吸引機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮器。
3. 前記ガス導入管のガス導入側が、先端ほど広がった開口部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の酸素濃縮器。

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