JP2013153804A

JP2013153804A - 酸素濃縮器

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Publication number: JP2013153804A
Application number: JP2012014767A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Tsunashima; 俊介綱嶋; Tadao Shimoji; 忠雄下地; Masaru Sasaki; 優佐々木
Original assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Current assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2013-08-15

Abstract

【課題】大型化することなく、院内配管や酸素ボンベなどを用いた処方による効果と同様の効果を患者に与えること。
【解決手段】コンプレッサ２０は、原料空気から圧縮空気を生成し、ＰＳＡ部３０は、生成した圧縮空気を用いて患者に供給する高濃度酸素を生成する。このＰＳＡ部３０により生成された高濃度酸素の酸素濃度は、酸素センサ４３が検出する。操作部８１は、処方酸素流量を設定する。流量調整部４６は、実際に患者に供給される酸素濃度と、処方酸素流量と、基準酸素濃度とに基づいて、患者に供給する高濃度酸素の酸素流量を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気を導入して高濃度の酸素を放出する酸素濃縮器に関する。

酸素濃縮器として、呼吸器疾患の患者が在宅で酸素を吸入する在宅酸素療法（ＨＯＴ：home oxygen therapy）において使用される酸素濃縮器がある。この種の酸素濃縮器は、例えば特許文献１に記載されている。

酸素濃縮器は、フィルタおよび吸気タンクを通して取り込んだ室内の空気をコンプレッサにより圧縮する。酸素濃縮器は、この圧縮空気を、シーブベッド（吸着塔）を通過させることにより、圧縮空気から高濃度の酸素を分離し、さらに、高濃度酸素を加湿する。シーブベッドは、加圧空気に対して窒素を吸着し減圧空気に対して窒素を脱着する性質を持つ吸着材（例えば、ゼオライト）が充填されている。加湿後の高濃度酸素は、使用時に患者が装着する鼻腔カニューラを介して患者体内に供給される。

患者は、自宅に酸素濃縮器を設置して、在宅時には、医師の処方に従って酸素濃縮器から高濃度酸素を吸入する。外出時には、患者は必要に応じて携帯型の酸素ボンベを使用し、酸素ボンベから高濃度酸素を吸入する。

特開２００６−２６３４４１号公報

ところで、患者に対して出される上記酸素濃縮器の使用に関する処方では、単位時間当たりの酸素流量及び処方時間等は、例えば、院内配管や酸素ボンベを用いて酸素を患者に供給する等のように、純酸素を患者に供給することを想定して決定されている。

周知のように、在宅用の酸素濃縮器により生成される高濃度酸素の酸素濃度は、院内配管や酸素ボンベなどにより患者に供給される酸素の酸素濃度とは異なる。院内配管や酸素ボンベなどにより患者に供給される酸素は、濃度１００％の純酸素である。これに対して、在宅用の酸素濃縮器によって生成される酸素の酸素濃度は、８７％から９５％程度であり、一般的には、９０％前後となっている。これは、酸素濃縮手段としてゼオライトを吸着材として使用しても、窒素を１００％分離することが困難であることと、アルゴンや二酸化炭素等の窒素以外の微量気体は吸着せず、分離できないためである。

このため、在宅用に出された医師の処方に従って、在宅で酸素濃縮器の流量を調節して高濃度酸素を吸入する場合の治療の効果、つまり、患者に供給される酸素の量は、医師が想定する治療の効果とは、若干異なる。

これに対して、酸素濃縮器において、酸素濃縮器が内蔵するゼオライトを更に増加、つまり、シーブベッドを増加して窒素を全て分離し、アルゴンや二酸化炭素等の酸素以外の気体を分離する新たな機構や装置を複数組み合わせることで、１００％の酸素濃度を実現することが考えられるが、装置が大型化になるという問題が発生する。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、装置自体が大型化になることなく、院内配管や酸素ボンベなどを用いた処方による効果と同様の効果を患者に与えることができる酸素濃縮器を提供することを目的とする。

本発明の酸素濃縮器の一つの態様は、原料空気から圧縮空気を生成する空気圧縮部と、前記圧縮空気を用いて患者に供給する高濃度酸素を生成する酸素生成部と、前記酸素生成部により生成された高濃度酸素の酸素濃度を検出する酸素濃度検出部と、前記高濃度酸素の酸素流量または、前記高濃度酸素の酸素濃度を設定する設定部と、検出された酸素濃度と、設定された設定酸素流量または設定された設定酸素濃度と、基準酸素濃度とに基づいて、前記患者に供給する前記高濃度酸素の酸素流量を調整する流量調整部とを備える構成を採る。

本発明によれば、装置自体が大型化になることなく、院内配管や酸素ボンベなどを用いた処方による効果と同様の効果を患者に与えることができる酸素濃縮器を実現できる。

本発明の一実施の形態に係る酸素濃縮器の配管系統の概略構成を示す図実施の形態に係る酸素濃縮器の制御系統の概略構成を示す図酸素流量調整処理の一例について示すフローチャート流量調整で使用できるテーブルの一例を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る酸素濃縮器の配管系統の概略構成を示す図である。図１に示す酸素濃縮器１は、空気取入部１０、空気圧縮部２０、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）部３０、酸素貯留部４０、酸素供給部５０を備えたＰＳＡ式の酸素濃縮器である。なお、本実施の形態では、酸素濃縮器を据置型の酸素濃縮器として説明するが、これに限らず、携帯型の酸素濃縮器としてもよい。

空気取入部１０は、原料空気となる外気を筐体内に取り入れる部分で、吸気フィルタ１１、ヘパフィルタ１２等を備えている。吸気フィルタ１１は、筐体に設けられた空気取入口１３を介して導入された原料空気からゴミや埃等の空中浮遊粒子を除去する。ヘパフィルタ１２は、吸気フィルタ１１により除去されなかった微細粒子を除去する。

空気圧縮部２０は、所謂、コンプレッサであり、空気取入部１０を介して導入された原料空気を圧縮して圧縮空気を生成する。なお、空気圧縮部２０の上流（ヘパフィルタ１２の下流）には、空気圧縮部２０の動作音に対して消音効果を発揮する膨張型消音器（サイレンサ）を配設するのが望ましい。

ＰＳＡ部３０は、高濃度酸素を生成する高濃度酸素生成部として機能する。ＰＳＡ部３０は、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素（例えば、高濃度酸素ガス）を生成し、これを酸素貯留部４０に送出する。ＰＳＡ部３０は、流路切替部３１、排気サイレンサ３２、シーブベッド（吸着塔）３３Ａ、３３Ｂ、パージオリフィス３４、均圧弁３５、逆止弁３６Ａ、３６Ｂ等を備えている。

流路切替部３１は、４つの切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４を備えたマニホールド（多岐管）で構成され、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気をシーブベッド３３Ａ、３３Ｂに交互に送出するとともに、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂを交互に大気圧に開放して窒素富化空気を排出する。

具体的には、流路切替部３１では、切替弁ＳＶ１が“開”、切替弁ＳＶ２が“閉”とされることにより、空気圧縮部２０からシーブベッド３３Ａに向かう流路が開通される一方で、シーブベッド３３Ａから排気サイレンサ３２に向かう流路が閉鎖される。同時に、流路切替部３１では、切替弁ＳＶ３が“閉”、切替弁ＳＶ４が“開”とされることにより、空気圧縮部２０からシーブベッド３３Ｂに向かう流路が閉鎖される一方で、シーブベッド３３Ｂから排気サイレンサ３２に向かう流路が開通される。この場合、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気がシーブベッド３３Ａに送出され、シーブベッド３３Ｂからは窒素富化空気が放出されて排気サイレンサ３２を介して排気されることとなる。

また、切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４が上記と逆の状態となっている場合は、空気圧縮部２０で生成された圧縮空気がシーブベッド３３Ｂに送出され、シーブベッド３３Ａからは窒素富化空気が放出されて排気サイレンサ３２を介して排気されることとなる。切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４の開閉状態は、例えば１０秒間隔で切り替えられる。

排気サイレンサ３２は、酸素濃縮器１の筐体に設けられた排気口（図示略）に接続され、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂから放出された窒素富化空気を筐体の外部に排出する際の排気音を消音する。

シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、流路切替部３１を介して送られてきた圧縮空気から窒素を分離し、高濃度酸素を生成する。シーブベッド３３Ａ、３３Ｂには、酸素より窒素を早く吸着する性質を有するゼオライト等の吸着材が充填されている。

シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、流路切替部３１によって空気圧縮部２０からの流路が開通されているとき、圧縮空気が送り込まれて加圧状態となる。このとき、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂでは、窒素および水分が吸着され、酸素だけが通過するため、高濃度酸素が生成される（吸着工程）。

シーブベッド３３Ａ、３３Ｂで生成される高濃度酸素の濃度は、例えば９０％程度に調整される。また、ゼオライトは窒素のみならず水分をも吸着するので、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂで生成される高濃度酸素は極めて乾燥した状態となる（例えば湿度０．１〜０．２％）。

一方、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、流路切替部３１によって排気サイレンサ３２への流路が開通されているとき、大気圧に開放されて減圧状態となる。このとき、ゼオライトに吸着していた窒素および水分が脱離され、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂから窒素富化空気が放出され、排気サイレンサ３２を介して排気される。これにより、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの吸着能力が再生される（再生工程）。

シーブベッド３３Ａ、３３Ｂは、逆止弁３６Ａ、３６Ｂを介して酸素貯留部４０の製品タンク４１に接続されている。逆止弁３６Ａ、３６Ｂは、製品タンク４１に貯留された高濃度酸素がシーブベッド３３Ａ、３３Ｂに逆流するのを防止する。

また、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの下流側は、パージオリフィス３４を有する配管で接続されている。一方のシーブベッド３３Ａ（又は３３Ｂ）で生成された高濃度酸素は、逆止弁３６Ａ（又は３６Ｂ）を介して酸素貯留部４０に送出されるとともに、パージオリフィス３４を介して他方のシーブベッド３３Ｂ（又は３３Ａ）に送出される。生成された高濃度酸素の一部が他方のシーブベッド３３Ｂ（又は３３Ａ）に送り込まれることにより、当該シーブベッド３３Ｂ（又は３３Ａ）の再生工程が効率よく行われる。パージオリフィス３４のオリフィス径によって、それぞれの流路における高濃度酸素の流量が制御される。

また、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの下流側は、均圧弁３５を有する配管で接続されている。再生工程にあるシーブベッド３３Ａ、３３Ｂを吸着工程に切り替える際、減圧（大気圧）下にそのまま圧縮空気を流入させると窒素の吸着効率が悪い。そのため、切替時に均圧弁３５が“開”とされ、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂの圧力が平均化される。

酸素貯留部４０は、ＰＳＡ部３０で生成された高濃度酸素を一時的に貯留しておく部分である。酸素貯留部４０は、製品タンク４１、圧力調整部（圧力レギュレータ）４２、酸素センサ４３、圧力センサ４４及び流量調整部４６等を備えている。

製品タンク４１は、シーブベッド３３Ａ、３３Ｂで生成された高濃度酸素を貯留するための容器である。シーブベッド３３Ａ、３３Ｂから送出された高濃度酸素を一旦製品タンク４１に貯留しておくことにより、高濃度酸素の濃度変動および圧力変動が抑制されるので、使用者に安定した濃度および流量で高濃度酸素を供給できる。

圧力調整部４２は、供給する高濃度酸素の流量を制御するために、高濃度酸素の圧力を使用に適した一定圧に調整する。製品タンク４１に貯留されている高濃度酸素の圧力は、製品タンク４１への流入又は製品タンク４１からの流出がある限り少なからず変動する。この場合、正確な流量制御が困難となる上、酸素センサ４３による正確な濃度測定が困難となる。これを考慮して、圧力調整部４２により高濃度酸素が一定圧に調整されるようになっている。

酸素センサ４３は、圧力調整部４２から送出された高濃度酸素の濃度（酸素濃度）を、所定の間隔（例えば２０分）又は連続して検出する。酸素センサ４３には、例えばジルコニア式や超音波式のセンサが好適である。ここでは、酸素センサ４３は、酸化物イオン導電体である安定化ジルコニアを用いた酸素センサであり、酸素富化機構によって生成された気体の酸素濃度（％）を周期的に測定している。なお、測定対象となる高濃度酸素の圧力が変動していると正確な測定が困難となるため、一般には、酸素センサ４３は圧力調整部４２の下流に流量制限オリフィス４５を介して接続される。

圧力センサ４４は、製品タンク４１に貯留された高濃度酸素の圧力を検出する。圧力センサ４４による検出結果に基づいて、製品タンク４１に貯留された高濃度酸素の圧力が正常な範囲に保持されているかを確認できる。

流量調整部４６は、圧力調整部４２から送出された高濃度酸素の流量を調整する。調整後の酸素流量を示す信号は、制御部６０に出力される。この流量調整部４６としては、例えば、複数のオリフィスを備えて所望の流量に合ったオリフィスを選択して用いられるようにしたオリフィス式の流量設定器、ニードルバルブを用いたニードルバルブ式の流量設定器、或いは、電気的に流量を設定するマスフローコントローラ等が挙げられる。特に、マスフローコントローラを用いる構成が望ましい。

酸素供給部５０は、酸素貯留部４０から送出された高濃度酸素を、使用者の呼吸に同調して酸素出口５５から放出する部分である。酸素供給部５０は、バクテリアフィルタ５１および圧力センサ５３等を備えている。

バクテリアフィルタ５１は、使用者に清浄な高濃度酸素を供給するために、高濃度酸素に含まれる細菌類を捕集して除菌する。

圧力センサ５３は、使用者の呼吸を検出するためのセンサであり、バクテリアフィルタ５１の下流側（バクテリアフィルタ５１と酸素出口５５を結ぶ流路）に流量制限オリフィス５４を介して接続されている。

酸素供給部５０から放出された高濃度酸素は、酸素出口５５に接続された鼻カニューラや酸素マスクを介して使用者に供給される。

なお、高濃度酸素は極めて乾燥した状態となっているので、酸素出口５５の直前に、高濃度酸素を加湿するための加湿部５６が配設されている。

図２は、本実施の形態に係る酸素濃縮器の制御系統の概略構成を示す図である。

図２に示すように、制御部６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＡＭ（Random Access Memory）６２、ＲＯＭ（Read Only Memory）６３等を備えている。ＣＰＵ６１は、処理内容に応じたプログラムをＲＯＭ６３から読み出してＲＡＭ６２に展開し、展開したプログラムと協働して酸素濃縮器１の各ブロックの動作を制御する。

具体的に説明すると、制御部６０には、酸素貯留部４０の酸素センサ４３、酸素供給部５０の圧力センサ５３、筐体内部に設置される温度センサ７１、その他の各種センサからの検出信号が入力される。また、制御部６０には、操作ボタン等を有する操作部８１において、例えば使用者による供給流量の設定が行われた場合に、設定流量を指示する操作信号が入力される。

これらの入力信号に基づいて、制御部６０は、空気圧縮部２０の駆動モータの回転数を制御したり、流路切替部３１の切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４を制御したりする。このような制御により、酸素濃縮器１から設定流量で高濃度酸素が供給される。

また、制御部６０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などからなる表示部８２における表示に係る制御や、スピーカ８３からの音声出力に係る制御を行う。表示部８２およびスピーカ８３は、使用者に各種の情報を報知する際に用いられる。

図示を省略するが、酸素濃縮器１に無線ＬＡＮ（Local Area Network）やBluetooth（登録商標）等の通信ネットワークに接続可能なインターフェースを設け、外部機器との間で各種データを送受信できるようにしてもよい。

特に、制御部６０には、操作ボタン等を有する操作部（流量設定部）８１で、高濃度酸素の酸素流量の設定が行われた場合に、設定された設定酸素流量を示す操作信号が入力される。ここでは操作部８１を介して制御部６０に入力される操作信号は、医師により処方された酸素流量（「処方流量」という）である。

医師により処方される処方流量は、基準となる基準酸素濃度に対応して設定される。ここでは、処方流量は、院内配管や酸素ボンベなどにより純酸素が供給される場合を想定して設定された酸素治療対応の処方流量である。院内配管や酸素ボンベなどにより純酸素が供給される場合の酸素濃度は１００％である。言い換えれば、院内配管や酸素ボンベなどを用いた処方とは、酸素濃度１００％の純酸素を供給する処方である。ここで、酸素濃度１００％の純酸素とは、その気体が全て酸素分子のみで構成されていることを指す。

この酸素濃度１００％を基準酸素濃度とした処方流量で患者に酸素を供給することによって、医師は、患者に供給される酸素の量を設定している。

制御部６０は、上記処方流量を示す操作信号と、酸素センサ４３からの検出信号とに基づいて、患者に供給する高濃度酸素の酸素濃度に対応する酸素流量を算出する。この算出した酸素流量で高濃度酸素が患者に供給されるように、制御部６０は、流量調整部４６を制御する。すなわち、流量調整部４６は、制御部６０を介して、実際に患者に供給される高濃度酸素の酸素濃度（検出された酸素濃度）と、処方される酸素流量（設定酸素流量）と、基準となる院内配管や酸素ボンベなどにより供給される純酸素の酸素濃度１００％とに基づいて、患者に供給する高濃度酸素の酸素流量を調整する。

具体的には、院内配管や酸素ボンベなどで供給する酸素の酸素濃度１００％に対して、在宅で用いられる酸素濃縮器が生成する高濃度酸素の酸素濃度は、濃度８７％から９５％程度であり、一般的には、９０％前後の酸素濃度となっている。本実施の形態の酸素濃縮器１により生成される高濃度酸素の酸素濃度は、９０％前後としている。すなわち、院内配管や酸素ボンベなどを用いた治療環境と在宅において酸素濃縮器を用いた治療環境とでは、酸素を供給する機器の違いから患者に供給される酸素濃度が異なる。例えば、患者に供給される高濃度酸素の濃度が、院内配管や酸素ボンベなどを用いた環境での酸素濃度が１００％で、在宅での酸素濃度が９０％前後であれば、全く同じ処方流量であっても両者には約１０％の差が生じる。

この点を鑑みて、制御部６０は、酸素濃縮器１で生成する高濃度酸素の酸素濃度を変更することなく、院内配管や酸素ボンベなどによる対応の処方で得られる効果（患者に供給される酸素の量）を得るために、流量調整部４６を介して、患者に供給する高濃度酸素の酸素濃度の酸素流量を調整する。すなわち、流量調整部４６は、患者に供給する高濃度酸素の酸素流量を、患者が純酸素（酸素濃度１００％）を吸入したときと同じ効果が期待できる流量となるように、調整する。

ここで、「酸素の量」とは、酸素センサで測定された酸素濃度（％）から算出された、患者に供給する気体全体の体積における「酸素分子が占める体積」のことを示す。酸素センサ４３で測定される酸素濃度（％）は、酸素分子が含まれている割合を示している。例えば、酸素濃縮器内部の酸素センサで酸素濃度９０％と測定された場合、同じ割合で酸素分子が含まれているとみなすことができる。これにより、制御部６０は、下記式（１）を用いて、患者に供給する気体全体の体積に含まれる酸素分子の体積（酸素分子が占める体積量）を、「酸素の量」として、算出する。
気体の体積量（cc）×酸素センサで測定される酸素濃度（％）＝酸素分子が占める体積量（cc） −（１）

また、制御部６０は、上記式を用いて算出した酸素分子が占める体積量、つまり、処方により患者に供給される酸素の量と等しい量が供給されるように、例えば、下記式（２）を用いて、酸素濃縮器１が実際に供給する高濃度酸素の酸素流量を調整する。
単位時間当たりの院内配管や酸素ボンベなどを用いた処方酸素流量（例えば（Ｌ／ｍｉｎ））／生成する酸素濃度＝調整後の流量 −（２）
（例えば、処方酸素流量が１．０（Ｌ／ｍｉｎ）、生成する酸素濃度９０（％）である場合、調整後の流量は、１．０／０．９（Ｌ／ｍｉｎ）となる。）

また、制御部６０は、生成する高濃度酸素の酸素濃度（実際に供給する高濃度酸素の濃度）が、調整後の流量（院内配管や酸素ボンベなどを用いた処方による効果に対応して補正した流量）に対応する濃度とは異なる濃度である場合、生成する濃度に対応した流量となるように流量を調整して供給する。

すなわち、生成する高濃度酸素の酸素濃度（例えば９０％）が、基準となる酸素濃度（例えば、１００％）よりも低い場合、院内配管や酸素ボンベなどを用いて純酸素を供給する処方で得られるトータルの酸素の量に等しくなるように、制御部６０を介して、流量調整部４６が、患者に供給する高濃度酸素の酸素流量を調整する。この酸素流量調整処理は、具体的には図３に示すフローチャートに従って周期的に行われる。

図３は、酸素流量調整処理の一例について示すフローチャートである。この酸素流量調整処理は、ＣＰＵ６１がＲＯＭ６３に格納された所定のプログラムを実行することによって、実現される。

医師により処方される酸素流量（処方流量）及び吸入時間は、院内配管や酸素ボンベなどにより供給される酸素濃度１００％として設定される。また、酸素濃縮器１が生成して患者に供給する高濃度酸素は、酸素濃度９０％とする。これは在宅用として使用される酸素濃縮器１としては一般的な濃度であり、院内配管による酸素濃度と等しいものと見なしており、院内配管や酸素ボンベなどによる酸素濃度と略等値として設定される濃度である。

図３のステップＳ１０において、制御部６０は、操作部８１を介して処方（処方流量、吸入時間）を取得する。すなわち、ステップＳ１０では、操作部８１を介して、医師の処方である処方流量、吸入時間を示す入力信号が制御部６０に入力され、ステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１において、制御部６０は、酸素センサ４３からの検出信号に基づいて、供給される高濃度酸素の酸素濃度（実際に供給される高濃度酸素の濃度）を取得して、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２では、制御部６０は、酸素センサ４３からの検出信号と、操作部８１からの信号（処方流量設定信号）と、基準となる酸素濃度（基準濃度）とに基づいて、医師の処方による効果と同様の効果になる酸素流量を算出して、ステップＳ１３に移行する。

具体的には、ステップＳ１２では、制御部６０は、上記式（２）によって、医師の処方により患者に供給される酸素の量と等しい量を供給するように、酸素濃縮器１の酸素流量を算出する。この算出される酸素流量は、流量調整部４６により調整した後の酸素流量である。

なお、処方流量は、基準酸素濃度である酸素濃度、つまり、院内配管や酸素ボンベなどにより供給される酸素の酸素濃度であって、この酸素濃度１００％を想定している。一方、酸素濃縮器１により供給される高濃度酸素の酸素濃度は１００％以下であり、ここでは、９０％である。このことから、上記式（２）を用いることで、酸素濃縮器１の機能（酸素濃縮器が生成する高濃度酸素の酸素濃度）に応じて、医師の処方による効果（患者に供給する気体全体の体積に含まれる酸素分子の体積）に対応した流量を、容易に算出できる。

例えば、酸素濃縮器１により生成される高濃度酸素の酸素濃度が９０％であり、処方流量が１（Ｌ／ｍｉｎ）である場合、酸素濃縮器１で調整される調整後の高濃度酸素の酸素流量は、上記式（２）により１．１１１（Ｌ／ｍｉｎ）となる。これにより、酸素濃縮器１において、調整後の流量で患者に高濃度酸素を供給した場合の患者に供給される酸素のトータルの量は、処方される酸素流量（処方流量）によって患者に供給される酸素のトータルの量と同じになる。すなわち、制御部６０による高濃度酸素の酸素流量の調整によって、医師の処方によって患者に供給される酸素の量と等しい量が供給されることとなる。

このようにステップＳ１２では、制御部６０は、生成する高濃度酸素の酸素濃度と、処方流量とを用いて、院内配管や酸素ボンベなどを用いて患者に供給される酸素の量（ここでは単位時間当たりで患者に供給する気体全体の体積に含まれる酸素分子の体積（酸素分子が占める体積量））に応じた酸素流量を算出する。よって、制御部６０は、生成する高濃度酸素の酸素濃度が低下していれば、低下した分を、酸素流量を上げることで補う。これにより、制御部６０は、患者に供給する酸素の量を、医師の処方に従って院内配管や酸素ボンベなどを用いて患者に供給される酸素の量と同じにする。

なお、このステップＳ１２での処理は、図４に示すように、流量設定部８１を介して入力される処方流量と、酸素濃縮器で生成する酸素濃度毎に、処方流量に対応して調整された酸素流量とを関連付けたテーブルを用いて算出するようにしてもよい。ここでは、酸素濃縮器において実際に生成する高濃度酸素の酸素濃度を想定し、その想定する高濃度酸素の酸素濃度毎に、処方流量（濃度１００％を想定して設定された高濃度酸素の酸素流量）対応の高濃度酸素の酸素流量が対応付けられるものである。図４では、生成する高濃度酸素の酸素濃度９０％、９５％、８５％、８７％の場合において、各酸素濃度に酸素流量が対応づけている。このテーブルを用いる場合、制御部６０は、テーブルから、酸素センサ４３からの検出信号に対応する酸素濃度に応じた酸素流量（院内配管や酸素ボンベなどを用いた処方による効果に対応した流量）を算出できる。

ステップＳ１３において、制御部６０は、流量調整部４６を介して、算出した酸素流量に調整し、この調整後の酸素流量で患者に高濃度酸素を供給する。

ステップＳ１４において、制御部６０は、酸素センサ４３からの検出信号に基づいて、供給される高濃度酸素の酸素濃度（実際に供給される高濃度酸素の濃度）を取得して、ステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１５において、制御部６０は、生成する高濃度酸素の酸素濃度が調整後の酸素流量に対応する酸素濃度であるか否かを判定する。具体的にステップＳ１５では、制御部６０は、酸素センサ４３からの検出信号と、調整後の酸素流量を算出する際に用いた酸素センサ４３からの検出信号とを比較する。言い換えれば、制御部６０は、酸素濃縮器１で生成する高濃度酸素の酸素濃度が低下しているか否かを判定する。

このステップＳ１５において、生成する高濃度酸素の酸素濃度が、調整後の酸素流量に対応する酸素濃度であれば、制御部６０では、生成される高濃度酸素の酸素濃度は低下していないと判定し、ステップＳ１０に移行して、以下の処理を繰り返す。一方、生成する高濃度酸素の酸素濃度が、調整後の酸素流量に対応する酸素濃度でなければ、制御部６０は、生成される高濃度酸素の酸素濃度は低下していると判定し、ステップＳ１２に戻る。

このように、本実施の形態の酸素濃縮器１は、原料空気から圧縮空気を生成する空気圧縮部２０と、この圧縮空気を用いて患者に供給する高濃度酸素を生成するＰＳＡ部（酸素生成部）３０と、ＰＳＡ部（酸素生成部）３０により生成された高濃度酸素の酸素濃度を検出する酸素センサ（酸素濃度検出部）４３と、処方流量（酸素流量）を設定する操作部（設定部）８１と、実際に患者に供給される酸素濃度（検出された酸素濃度）と、処方される酸素流量（設定酸素流量）と、基準酸素濃度とに基づいて、患者に供給する高濃度酸素の酸素流量を調整する流量調整部４６と、を備える。

酸素濃縮器１では、基準酸素濃度は、医師に指示された処方流量に対応した酸素濃度であって、院内配管や酸素ボンベなどを用いて患者に供給される酸素の酸素濃度１００％である。

制御部６０を介して流量調整部４６で調整される酸素流量は、患者に供給する高濃度酸素の酸素濃度とで計算される酸素の量を、処方流量（設定酸素流量）と基準酸素濃度（院内配管や酸素ボンベなどで供給される酸素濃度１００％）とで計算される酸素の量に等しくさせる酸素流量である。

これにより、酸素濃縮器１で生成する酸素濃度（例えば９０％）が、院内配管や酸素ボンベなどで供給される酸素濃度１００％（基準酸素濃度）と異なる濃度であっても、患者に供給する高濃度酸素の酸素流量を調整して、好適な酸素の量を患者に供給できる。このように、酸素濃縮器１では、医師の処方による効果と同様の効果を患者に施すことができる。つまり、在宅で、院内配管や酸素ボンベなどを用いた場合と同様の治療を患者に施すことができる。

また、例えば、酸素濃縮器１において、生成する酸素濃度が低下する場合でも、流量調整部４６は、制御部６０を介して、処方される酸素流量（設定酸素流量）と、基準酸素濃度とに基づいて、患者に供給する高濃度酸素の酸素流量を調整できる。すなわち、酸素濃縮器１は、生成する酸素濃度が低下しても、患者に供給する酸素流量を、基準酸素濃度（純酸素の濃度である酸素濃度１００％）に対応して処方される酸素の量が患者に供給されるように、調整して供給できる。

ここで、制御部６０は、所定濃度（アラーム濃度）以下の場合に表示部８２、スピーカ８３等の報知部を介して警告を報知させるように制御してもよい。所定濃度（以下、「アラーム濃度」という）は、制御部６０において、患者に供給する高濃度酸素の酸素濃度の下限値として予め設定される。このアラーム濃度は、ＲＡＭ６２或いはＲＯＭ６３に格納される。

このようにアラーム濃度が設定されている場合、制御部６０（ＣＰＵ６１）は、酸素センサ４３により検出される酸素濃度（検出信号）と、ＲＡＭ６２或いはＲＯＭ６３に格納されるアラーム濃度とを比較する。そして、制御部６０は、酸素センサ４３により検出される酸素濃度が、アラーム濃度以下になった場合に、表示部８２、スピーカ８３等の報知部を制御して警告を報知させる。なお、報知部としては、ＬＥＤ等の発光体を用いても良く、アラーム濃度時では、通常使用時とは異なる色で点灯、点滅するように構成してもよい。

すなわち、報知部（表示部８２、スピーカ８３）は、酸素センサ（酸素濃度検出部）４３により検出される酸素濃度が、予め設定された設定濃度（ここでは下限濃度）以下になった場合に、その旨を画面表示及び警報音の少なくとも一方で周囲の医療従事者等に報知する。

また、酸素濃縮器１では、アラーム濃度になるまでは、実際に生成する酸素濃度が低下しても、制御部６０の制御によって、流量調整部４６が、患者に供給する酸素流量を調整する。これにより、医師の処方によって得られる効果、つまり、患者に供給する酸素の量と等しい酸素の量を供給できる。

なお、このアラーム濃度は、基準酸素濃度、ここでは、院内配管や酸素ボンベなどにより供給される酸素の酸素濃度と、酸素濃縮器１により供給される酸素濃度とが等しいものとし、院内配管により供給される酸素濃度の下限値として設定される。本実施の形態では、制御部６０によって、流量調整部４６は、実際に生成する高濃度酸素の酸素濃度の変化に応じて、そのときに供給される高濃度酸素の酸素流量を変更できる。よって、制御部６０により流量調整部４６が、供給する高濃度酸素の酸素流量を調整することによって、アラーム濃度時において患者に与える単位時間当たりの酸素の量を、アラーム濃度よりも高い状態で患者に供給する酸素の量となるように補正できる。例えば、酸素濃縮器１において、ゼオライトの劣化或いはシーブベッド３３Ａ、３３Ｂ自体の故障等によって、生成される酸素濃度がアラーム濃度である場合でも、これを流量調整部４６で調整（補正）してアラーム濃度以上の酸素濃度で患者に供給できる。

このように、本実施の形態の酸素濃縮器１では、制御部６０によって、流量調整部４６は、実際に生成する高濃度酸素の酸素濃度に応じて、実際に供給される高濃度酸素の酸素流量を調整できる。このため、生成される酸素濃度に応じて、患者に供給する酸素濃度（酸素の量）を好適な酸素濃度（酸素の量）に調整して、処方流量に対応する酸素の量を患者に供給できる。

また、本実施の形態では、酸素生成部をＰＳＡ部３０として説明したが、これに限らず、高濃度酸素を生成するものであれば、どのように構成されてもよい。例えば、富化膜式の酸素生成部としてもよい。また、本実施の形態では、操作部８１を介して設定される酸素流量を、処方される酸素流量としたが、これに限らない。酸素濃縮器１は、設定される酸素流量を任意の酸素流量とし、実際に患者に供給される酸素濃度と、所定の基準酸素濃度とともに、患者に供給する高濃度酸素の酸素流量を調整してもよい。

また、本実施の形態では、操作部８１を介して設定される処方される酸素流量を用いて、患者へ実際に供給する酸素流量を、基準酸素濃度に対応した酸素流量になるように調整するものとしたが、これに限らない。例えば、操作部８１で患者に供給する酸素の量を設定できるようにし、操作部８１で設定された酸素の量に基づいて、流量調整部４６が、患者に実際に供給する酸素流量を調整しても良い。すなわち、酸素濃縮器１（詳細には、制御部６１）は、演算式（上記式（２））を用いて、設定された酸素の量に応じた調整後の酸素流量を算出してよい。この算出した酸素流量となるように、流量調整部４６は、酸素流量を調整して患者に供給する。これにより、医師は、患者に実際に供給する酸素の量を処方し、この酸素の量を、設定するだけで、酸素濃縮器１は、設定された酸素の量に対応する流量を算出して、この流量で患者に高濃度酸素を自動的に供給するものとなる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。本発明に係る酸素濃縮器は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。

本発明に係る酸素濃縮器は、大型化することなく、院内配管や酸素ボンベなどを用いた処方による効果と同様の効果を患者に与えることができ、在宅酸素療法（ＨＯＴ）において使用される酸素濃縮器として有用である。

１酸素濃縮器
２０空気圧縮部
３０ＰＳＡ部（酸素生成部）
４３酸素センサ
４６流量調整部
８１操作部

Claims

原料空気から圧縮空気を生成する空気圧縮部と、
前記圧縮空気を用いて患者に供給する高濃度酸素を生成する酸素生成部と、
前記酸素生成部により生成された高濃度酸素の酸素濃度を検出する酸素濃度検出部と、
前記高濃度酸素の酸素流量または、前記高濃度酸素の酸素濃度を設定する設定部と、
検出された酸素濃度と、設定された設定酸素流量または設定された設定酸素濃度と、基準酸素濃度とに基づいて、前記患者に供給する前記高濃度酸素の酸素流量を調整する流量調整部と、
を備える、
酸素濃縮器。
前記流量調整部で調整される前記酸素流量は、前記患者に供給する高濃度酸素の酸素濃度とで計算される酸素の量を、前記設定酸素流量と前記基準酸素濃度とで計算される酸素の量に等しくする流量である、
請求項１記載の酸素濃縮器。
前記基準酸素濃度は、１００％である、
請求項１又は２記載の酸素濃縮器。
前記酸素生成部は、前記圧縮空気中から吸着塔により窒素を吸収して高濃度酸素を生成するＰＳＡ式の酸素生成部である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
前記患者に供給する前記酸素濃度の下限値が、前記基準酸素濃度に対応して予め設定され、
前記酸素濃度検出部により検出される酸素濃度が、前記下限値以下である場合、
前記流量調整部は、前記患者に供給する前記高濃度酸素の酸素流量を、前記下限値以上に調整する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸素濃縮器。
前記酸素濃度検出部により検出される酸素濃度が、予め設定された下限値以下である場合、その旨を報知する報知部を更に備える、
請求項５に記載の酸素濃縮器。