JP3338269B2 - 酸素富化空気供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大気から分離さ
れ、空気よりも高い濃度で酸素を含有する酸素富化空気
の供給装置に関し、さらに詳しくは、使用に供するため
に供給手段に流入する酸素富化空気を所望の酸素濃度に
制御することが可能な酸素富化空気供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】肺気腫、慢性気管支炎等の呼吸器系疾患
の治療法として最も効果的なものの１つに酸素吸入法が
あり、近年、この療法のために、酸素富化空気供給装置
が使用されるようになってきた。この酸素富化空気供給
装置を使用する患者にとっては必要な酸素量が、少ない
場合には流量が０．１〜０．５リットル／分程度の場合
もあり、多い場合には４〜６リットル／程度の場合もあ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の酸素富化
空気供給装置においては、必要な酸素供給量の変化に流
量変更で酸素供給量を変えることにより対応しているた
め、特に流量の少ない場合には、酸素富化空気が供給さ
れていることを患者も感じとれないこともあった。ま
た、極少量で流量コントロールを行うためバラツキが大
きくなり易く、コントロールがむつかしい点もあった。

【０００４】また、一般に、これらのガスでは酸素ガス
中に湿分がほとんどないため、呼吸に供するためには加
湿操作が必要になる。加湿を必要とする場合、一般的に
は低流量において、加湿器における加湿度調整もむつか
しく、比較的加湿度が過剰になり易くドレンを発生しや
すくなる。このドレンは酸素供給導管である延長チュー
ブやカニューラにおいて該酸素が冷やされるため発生
し、患者の鼻に入ることもあり、好ましいものではな
く、何らかの除去手段が設けられることが多い。いずれ
にしても、ドレンの発生は衛生的にも、視覚的にも好ま
しいものではない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来の酸素
富化空気供給装置における上記不都合を解消するために
鋭意研究した結果、従来の流量可変方式ではなく、濃度
可変方式を採用すると、上記不都合を解消しうることを
見出し、本発明に到達した。

【０００６】すなわち本発明は、圧力変動型酸素濃縮器
を有する酸素富化空気発生手段、該発生手段からの酸素
富化空気を使用者に供給する流路中に設けられた流量制
御手段及び該流量制御手段の下流側に設けられた酸素富
化空気供給手段を有する酸素富化空気供給装置におい
て、該装置は更に上記供給手段から供給される酸素富化
空気の酸素濃度を設定できる供給量設定手段を有し、該
発生手段の圧力変動型酸素濃縮器の吸脱着サイクルタイ
ムが上記供給量設定手段により設定された酸素濃度に連
動して酸素富化空気の酸素濃度を変化させるように変化
し、かつ上記流量制御手段に導入される流量が略一定で
あることを特徴とする酸素富化空気供給装置を提供す
る。

【０００７】本発明は、本質的には酸素濃度を変化させ
るように制御するものであるが、使用者に提供される処
方は必ずしも酸素濃度でなく、流量である場合もある。
従って、供給量設定手段自体は直接酸素濃度を設定する
場合だけでなく、設定は流量であるが、結果的に酸素濃
度を制御するような方式も考えているのである。

【０００８】かくして本発明においては、供給量設定手
段で酸素濃度を下げる方向に設定すると、吸脱着サイク
ルタイムを減少させる場合は脱着サイクルタイムを減少
させることにより、吸脱着サイクルタイムを減少させ、
吸脱着サイクルタイムを増加させる場合は吸着サイクル
タイムを増加させることにより吸脱着サイクルタイムを
増加させるように変化し、酸素富化空気の発生量はほぼ
維持しながら酸素濃度が下がることになる。また流量を
下げる設定を行うと、それは酸素濃度を下げる指示と同
等とみなされ、上記の如きサイクル変更が行われる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明について、必要に
応じて図面を用いながらさらに詳細に説明する。

【００１０】図１に本発明の酸素富化空気供給装置の好
ましい実施態様例の概略フローチャートを示す。

【００１１】本発明における圧力変動型酸素濃縮器は、
酸素と窒素の吸着又は吸収係数が異なる材料を用い、圧
力を変動させることにより、吸脱着（収）を繰り返し、
結果的に、空気中の酸素を濃縮して酸素富化空気を発生
させるものであり、吸着型酸素濃縮器が有利に用いられ
る。以下の説明は、主として吸着型酸素濃縮器を用いた
場合について行う。

【００１２】吸着型酸素濃縮器においては、一般に、加
圧空気を酸素濃縮器１に導入して窒素を吸着させて酸素
富化空気を得る吸着工程と、所定時間吸着させた後酸素
濃縮器１内の圧力を減圧して、吸着された窒素富化空気
をコンプレッサー４等の真空ポンプにより所定の時間脱
着させる脱着工程とを繰り返して酸素富化空気が得られ
る。本発明においては、吸着工程における吸着時間を吸
着サイクルタイム、脱着工程における脱着時間を脱着サ
イクルタイムと称する。

【００１３】本発明においては、例えば医師の処方によ
って定められる患者の使用に供すべき酸素供給量に応じ
て、酸素富化空気の酸素濃度を設定できる供給量設定手
段３を有し、該設定手段により設定された酸素濃度と連
動して圧力変動型酸素濃縮器における上記吸脱着サイク
ルタイムが変化するものである。このようにすることに
より、圧力変動吸着（ＰＳＡ）を利用した酸素濃縮器等
の特定の装置において発生するガス流量を略一定とし、
その酸素濃度を変化させることができる。

【００１４】この圧力変動型酸素濃縮器における吸脱着
サイクルタイムの変化としては、吸着サイクルタイムと
脱着サイクルタイムの比率が略一定で各サイクルの時間
長さが変化する方式であっても、また、吸着サイクルタ
イムと脱着サイクルタイムの比率が変化する方式であっ
ても本発明の範囲に含まれる。

【００１５】吸着サイクルタイムと脱着サイクルタイム
の比率は、例えば吸着サイクルタイムが長い場合、１：
１〜３：１程度の範囲で特に整数比を利用するのが好ま
しい。また、脱着サイクルタイムが長い場合は前述の比
の逆比を利用するのが好ましい。

【００１６】上記の供給量設定手段３において設定され
る酸素濃度と発生手段の圧力変動型酸素濃縮器における
酸素富化空気の発生量及び酸素濃度との関係は、該酸素
濃縮器の吸脱着サイクルタイムに関して予め測定するこ
とにより決定することができる。

【００１７】該供給量設定手段３としては、例えば特定
の酸素濃度を示すボタン、ツマミ等が存在する盤と、そ
れに連動して切り換え弁５の切り換え時間を変化させる
制御システムとからなることができ、かかる切り換え時
間の変化により酸素濃度設定ができるようにしたものを
挙げることができる。

【００１８】このような供給量設定手段３において設定
できる酸素濃度は例えば、４０％、５０％、６０％、７
０％、８０％の各レベルを中心にした狭い範囲、例えば
２０％の範囲の濃度で設定できるようにすることが、安
定に酸素富化空気を供給するために望ましい。

【００１９】また、本発明の酸素富化空気供給装置は、
供給手段における酸素富化空気供給量を１．０〜６．０
リットル／分、特に好ましくは約１．５〜３．０リット
ル／分のレベルで供給できることが望ましい。

【００２０】本発明の酸素富化空気供給装置において
は、上記発生手段から流出し、流量制御手段２に導入さ
れる酸素富化空気の流量は略一定であることが好まし
い。また、酸素濃縮器１における吸脱着サイクルタイム
の変化による発生量の変動を吸収するため、酸素濃縮器
１の下流で流量制御手段の上流に、酸素富化空気を一時
的に貯留するタンク９等を設けたり、場合によっては若
干量の放出を行うための放出制御弁を設けることが流量
制御には好ましい。

【００２１】また、流量制御手段２においては、一部の
酸素富化空気を放出する手段を備えていることが好まし
い。流量制御を容易にし、安定して供給するためであ
る。供給量設定手段３によって設定酸素濃度を下げる
と、該流量制御手段２において酸素富化空気の放出量が
減少するように制御する。また、該供給量設定手段３に
よって設定酸素濃度を上げると、前述の逆の制御を行
う。この流量制御手段２における酸素富化空気の放出量
と供給手段から患者へ供給される酸素富化空気の供給量
との合計は略一定であることが望ましい。これにより供
給量の良好な制御を達成することができる。

【００２２】本発明における流量制御手段２としては、
例えば、オリフィス型流量設定器で供給量と放出量の和
が一定になる構造のもの（流出口を２ケ以上備えたも
の、例えば、特願平７−７３３３３号明細書、添付図２
記載のもの）やニードル弁付（パージ機構付）ローター
メーター等がある。あるいは２つの流量計を併用しても
よい。さらには、マスフローメーター式流量設定器でパ
ージ機構を持つものなどもある。

【００２３】本発明の酸素富化空気供給装置の用途とし
ては、特に限定されるものではなく、例えば家庭等で使
用される医療用途に適している。

【００２４】かかる構成をとることにより、使用者への
酸素量が変化しても、それに対応して酸素濃度を変化さ
せて供給量を略一定とすることができ、使用者の違和感
を低減させることができる。

【００２５】

【実施例】以下に図面を用いて本発明の酸素富化空気供
給装置の具体的態様例についてさらに詳細に説明する。

【００２６】図１は本発明の酸素富化空気供給装置の好
ましい実施態様例を模式的に示した概略フローチャート
である。図１において、１は酸素よりも窒素を吸着しや
すいモレキュラーシーブ５Ａ等の吸着剤が充填された圧
力変動型酸素濃縮器であり、コンプレッサー４が流路切
換え弁５を介して導管によって該酸素濃縮器１に連結さ
れており、酸素富化空気を一時的に貯留するサージタン
ク９が自動開閉弁１２を介して導管１３によって酸素濃
縮器１に連結されている。また流路切換え弁５には吸気
マフラー等を備えた吸気用導管と排気マフラー等を備え
た排気用導管が設けられている。なお、コンプレッサー
４からサージタンク９までが本実施例においては酸素富
化空気の発生手段を構成している。

【００２７】さらに、サージタンク９には、減圧弁１９
等を備えた酸素富化空気流路用導管１４が取付けられて
おり、この導管１４に流量制御手段としてオリフィス型
流量設定器２が設けられ、導管２３によって酸素富化空
気供給手段（図示せず）が連結されている。

【００２８】また、供給量設定手段３として、例えば酸
素濃度選択ツマミが設けられ、該ツマミは発生手段の切
換え弁５と連動して吸脱着サイクルタイムを変更し、酸
素濃縮器１からの酸素富化空気の酸素濃度を増減させ
る。圧力検出手段２１がオリフィス型流量設定器２の上
流側の圧力を検知し、その圧力の異常が生じた場合に警
報を発生する手段（図示せず）に情報を伝達するもので
ある。また、導管１４には、さらに自動開閉弁１８、除
菌フィルター２０、加湿器７等が具備されて、導管２３
により、鼻カニューラあるいは口マスク（酸素富化空気
供給手段）に連結していることが実用上好ましい。

【００２９】上記供給量設定手段３は、表示としては流
量設定器であることもできるが、本発明においては、該
設定により切り換え弁５の吸脱着サイクルタイムが変化
し、結果的には酸素濃度が設定されるものである。

【００３０】図１の酸素富化空気供給装置の運転態様と
しては、電磁弁１２、１８を開いた状態で、図１の如く
弁５を介してコンプレッサー４により、加圧空気を酸素
濃縮器１に導入して窒素を吸着させ、得られた酸素富化
空気が導管１３を介してサージタンク９に貯留される。
サージタンク９に貯留された酸素富化空気は、減圧弁１
９、除菌フィルター２０を通過した後、オリフィス型流
量設定器２により所定の流量に調整されて、加湿器７に
より加湿され、導管２３に連結された鼻カニューラ等を
経て呼吸器疾患の患者等に供給される。

【００３１】酸素富化空気の発生手段においては、上記
供給量設定手段３としての酸素濃度選択ツマミ等によっ
て設定された酸素濃度に従い、所定時間吸着を続けた
後、弁１２を閉じて、弁５を切り換えることによってコ
ンプレッサー４を真空ポンプとして使用して、酸素濃縮
器１内の圧力を減圧して、脱着を行う。所定の時間脱着
を行った後、弁５を切り換えて加圧空気を酸素濃縮器１
に導入せしめ、さらには弁１２を開いてサージタン９か
ら酸素富化空気を逆流させることによって、酸素濃縮器
１を再加圧したうえで、引続き加圧空気を酸素濃縮器１
に導入しながら吸着工程を実施する。

【００３２】このような吸着、脱着の工程を繰り返して
酸素富化空気が得られ、供給量設定手段３において設定
された酸素濃度に変化がない場合には、酸素濃縮器１の
吸脱着サイクルタイムは所定の比率及び時間長さによっ
て、運転され、酸素富化空気が得られる。

【００３３】供給量設定手段３における設定酸素濃度の
増減に伴い、基本的には酸素富化空気発生手段における
上記の運転条件、すなわち酸素濃縮器１の吸脱着サイク
ルタイムが、その吸着サイクルタイムと脱着サイクルタ
イムとの比率はほとんど変化しないでそれらの時間長さ
が変化し、または吸着サイクルタイムと脱着サイクルタ
イムとの比率が変化することにより、設定酸素濃度の変
化に連動する。このようにして、サージタンク９内に所
望の酸素濃度の酸素富化空気が貯留されることとなる。

【００３４】サージタンク９内に貯留された酸素富化空
気は、導管１４を通ってその流量は流量制御手段２によ
って調整されて、鼻カニューラ等の酸素富化空気供給手
段４から患者に供給される。流量制御手段２により、利
用者に好ましい流量が設定されると、それ以後、供給量
の変化があってもほとんどこの制御手段はさわらないこ
とができる。

【００３５】サイクルタイムの調整により、更に必要な
ら流路１４内に設けられた放出制御弁における放出量の
調整により、流量制御手段２に供給される酸素富化空気
の流量は略一定に保持される。

【００３６】本発明の酸素富化空気供給装置の好ましい
態様として、コンプレサー４と送風機６を消音用ボック
ス内に収納せしめ、そのボックス内に開口部のある仕切
り板を設けて冷却用空気流れの上流側の室に送風機６
を、下流側の室にコンプレッサー４を配置して、流路切
換え弁５の吸気側導管の開口端を送風機を収納した室に
位置させたものが挙げられる。なお、装置の冷却用空気
の取入れ口にはフィルターが具備されることが望まし
い。

【００３７】このような構成では、冷却用送風機側の室
からコンプレッサー側の室への冷却風の流れは一方的で
あり、コンプレッサーの吸気口を送風機側の室に位置さ
せることによって、周囲の大気温度に近い温度で清浄な
空気を吸入させることができる。コンプレッサー側の室
はコンプレッサーからの放熱により温度が高くなりやす
く、そこからコンプレッサーの吸気口に空気を導入する
と性能的に不利な場合がある。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、流量をほぼ一定にし、
酸素濃度を変化させることが可能となり、患者の使用感
を改善することができるとともに、加湿器による加湿度
の調整ができ、ドレンの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の酸素富化空気供給装置の好まし
い実施態様例を模式的に示した概略フローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ 酸素濃縮器 ２ オリフィス型流量設定器（流量制御手段） ３ 供給量設定手段 ４ コンプレッサー ５ 切り換え弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−104327（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−131504（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−315533（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−203705（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61M 16/00 A61M 16/10 C01B 13/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力変動型酸素濃縮器を有する酸素富化
   空気発生手段、該発生手段からの酸素富化空気を使用者
   に供給する流路中に設けられた流量制御手段及び該流量
   制御手段の下流側に設けられた酸素富化空気供給手段を
   有する酸素富化空気供給装置において、該装置は更に上
   記供給手段から供給される酸素富化空気の酸素濃度を設
   定できる供給量設定手段を有し、該発生手段の圧力変動
   型酸素濃縮器の吸脱着サイクルタイムが上記供給量設定
   手段により設定された酸素濃度に連動して酸素富化空気
   の酸素濃度を変化させるように変化し、かつ上記流量制
   御手段に導入される流量が略一定であることを特徴とす
   る酸素富化空気供給装置。
2. 【請求項２】 該吸脱着サイクルタイムの変化が、吸着
   サイクルタイムと脱着サイクルタイムの比率が略一定
   で、各サイクルの時間長さが変化する請求項１記載の酸
   素富化空気供給装置。
3. 【請求項３】 該吸脱着サイクルタイムの変化が、吸着
   サイクルタイムと脱着サイクルタイムの比率が変化する
   請求項１記載の酸素富化空気供給装置。
4. 【請求項４】 該酸素濃度の設定が２０％の範囲内で行
   われる請求項１〜３のいずれか１項記載の酸素富化空気
   供給装置。