JP3531215B2

JP3531215B2 - 医療用酸素ガス供給装置

Info

Publication number: JP3531215B2
Application number: JP15343594A
Authority: JP
Inventors: 重雄佐藤; 和潔高野; 浩一土屋; 暢佐藤
Original assignee: 山陽電子工業株式会社; 暢佐藤
Priority date: 1994-07-05
Filing date: 1994-07-05
Publication date: 2004-05-24
Anticipated expiration: 2019-05-24
Also published as: JPH0819615A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人の呼吸の吸気相に対
応して自動的に開閉する弁手段を備えた呼吸用の酸素ガ
ス供給装置に関し、特に酸素ガスの供給源の圧力変化に
対するその流量設定手段の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、呼吸器疾患患者（以下、単に
患者とも言う）に対して、酸素ボンベから供給される酸
素ガス（酸素富化ガスを含む、以下同じ）を吸入させる
酸素療法が行われてきており、そして最近では、空気中
の酸素を濃縮して酸素富化ガスを得ることができる酸素
濃縮器が開発されて実用に供されるようになり、これを
用いた酸素療法が次第に普及するようになってきた。

【０００３】かかる酸素濃縮器としては、ゼオライト等
の吸着剤を充填した吸着床に圧縮空気を導入して窒素ガ
スや水分等を該吸着剤に吸着させて、吸着し難い酸素ガ
スを分離し製品ガスとして取出す吸着工程と、該吸着床
を大気圧または大気圧以下まで減圧して吸着剤に吸着し
ている窒素ガスや水分等を脱着する脱着工程とを交互に
繰り返す圧力変動吸着法（以下、ＰＳＡ法とも言う）に
よるものと、窒素ガスよりも酸素ガスの方を良く透過す
る性質を有する選択性透過膜を用いた膜型酸素濃縮器と
がある。

【０００４】これらの他に、空気を高圧で圧縮して液体
空気にした後、窒素や酸素等の気体ではそれぞれ気化時
の沸点温度が異なるので、その違いにより窒素や酸素等
を分離精製する深冷分離法によって得られた酸素を、ガ
スの状態で酸素ボンベに充填して使用する方法が、古く
より使用されている。

【０００５】さらに別の方法として、酸素を液体の状態
で小容器に分けて入れ、これを気化させて酸素吸入に使
用する可搬型液体酸素容器も開発され、実用化されてい
る。

【０００６】酸素療用中の患者は、これ等の酸素供給源
から酸素又は酸素富化ガスを得ているが、吸入用の酸素
ガスは、通常、最終的にはチューブ（ゴムや塩化ビニル
樹脂製の内径６〜７ｍｍの可撓性管）で患者の身体近く
まで導いてから、その先端につけられた鼻カニューラか
ら恒常流として連続的に患者の鼻孔中に導入される。

【０００７】さらに、改良された酸素供給方式として、
患者の呼吸サイクルの呼吸相に同調して、吸気相あるい
は吸気相の一部分にのみ酸素ガスを供給することによっ
て、呼気相等の期間に酸素ガスが無駄に散逸することを
無くして効率を高める方法が提案されている。（例え
ば、特開昭５９−８９７２号公報、特開平１−２２１１
７０号公報）

【０００８】これを、ＰＳＡ法による酸素濃縮器と組み
合わせたものが、特公昭６２−５４０２３号公報、及び
米国特許第４６４８３９５号に開示されている。そし
て、呼吸サイクルのうち吸気相を弁別する手段として、
鼻カニューラは開放型であっても呼気相と吸気相では微
かに圧力の差が生じる性質を利用して、その圧力変化を
検出して行う方法が米国特許第４４６２３９８号に開示
されており、また、吸気相では大気を吸い込むためにそ
の温度は周囲温度と等しいが、呼気は体内でほぼ体温と
等しいまでに温められたものとなるので、この吸気相と
呼気相の温度変化を熱電対等の温度センサーで検出する
方法が特開昭５９−８９７２号公報に開示されている。

【０００９】これ等の呼吸同調用の酸素ガスの供給方式
は、吸気相の期間またはその一部の時間にパルス状に吸
入用の酸素ガスを吹送するものである。その流量を測定
する方法として、酸素ガスの気流でフロート球を吹上げ
て計るフロート式流量計では、フロート球の重さと気流
がフロート球を持ち上げその周縁を流れて抜ける浮力と
が平衡を保っている時には安定して計測できるが、パル
ス状の間歇気流ではね上がるフロート球は、球の質量に
よる運動エネルギーにより真の値以上に高く上がり、測
定誤差が大きく正確な流量測定が難しいため、恒常流に
切替えて平均を測定する等の工夫が必要となる。

【００１０】これに対して、複数個のオリフィスを切替
えて一定の所望の流量を得る方法がとられ、特開平２−
８８０７９号公報等に開示されている。これ等のオリフ
ィスを切替えて所望の流量を得る方法は、一定の圧力の
下に一定の細孔を有するオリフィスを付設することによ
り、所望の流量が得られると言う条件があるが、フロー
ト式流量計に比べると小型，軽量で使い易く患者にとっ
ても便利である。しかしこの方法では、複数のオリフィ
スとその切替機構、及び圧力を機能的に一定にする減圧
弁が必須の構成となっている。

【００１１】また、呼吸に同調させて吸気相の期間また
はその一部の時間に吸入用の酸素ガスを吹送るする方法
では、特開平２−８８０７９号公報にもあるように、酸
素濃縮器，酸素ボンベ又は液体酸素貯留手段等を組合せ
て使用し、その酸素の利用効率の向上を図っている。し
かし、呼吸同調装置は、呼吸の時相を検出する呼吸セン
サーとして、開放形吸入手段であっても呼吸の微弱な圧
力変化を検出する圧力センサー（感圧センサー）や、呼
気，吸気の微弱な温度変化を検出する温度センサー（感
温センサー）を用いるが、歩行の振動や外気温の上昇な
どがノイズとなって誤動作の原因になっている。

【００１２】一方、慢性呼吸不全患者のＱＯＬ（生活の
質とも言う）の向上を図るため、患者の外出や小旅行を
可能にする小型の酸素供給源の要求が強まり、軽量な酸
素ボンベ，携帯型液体酸素容器、あるいは携帯型酸素濃
縮器等が開発され始めている。また、これ等を前記の呼
吸同調装置と組み合わせたものでは、より小型軽量で広
範囲（長時間）に患者が外出活動できる装置が求められ
ている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】特に携帯用として小型
軽量にするためには、呼吸同調装置そのもの、及び酸素
供給源そのものの小型軽量化が必要であることは言うま
でもない。しかし、呼吸同調装置とオリフィス式流量設
定器とを組み合わせて使用する場合、流れるガスの量を
変える方法としては、オリフィスの細孔の直径を変えた
ものを複数個付設して、これらを切替えて使用しながら
所望の流量を得る方法、また、別の方法として細孔の径
が一定のオリフィスを使用し、呼吸相における吸気期間
の内で、パルス状に酸素ガスが間歇的に流れる時間の幅
を変えることにより実質的なガス流量を調節する方法等
がある。

【００１４】しかしながら、これらの方法では、酸素供
給源の圧力を一定にする減圧弁（定圧弁あるいは圧力調
整弁とも言う）と複数のオリフィスとその切替機構など
を必要とする。この減圧弁は一般に重量が重く、その特
性として流れる流量と圧力との関係が、その一次圧力の
増減の方向により二次圧側の値が変動するヒステレシス
（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）特性を持つことがあり、これ
により宿命的な誤差要因を含むので、この減圧弁を使用
することは好ましくない。

【００１５】また、酸素濃縮器から製品ガスとして吐出
される酸素ガスの圧力は、必要最低限にすることが、Ｐ
ＳＡ法においてもあるいは膜型の酸素濃縮器において
も、その消費エネルギーの節約や小型軽量化を図る上か
らも重要である。しかしながら、ＰＳＡ法による酸素濃
縮器は、それ自体の方式から吸着床の出口端から吐出す
る製品ガスには圧力変動があり、これをほぼ一定化する
ためには、比較的大容量のバッファタンク（積分器）を
持たせてその圧力変化に対する時定数を大きくした後
に、前記の減圧弁を付設する必要があるので、装置全体
の寸法も大きくなりその重量も重くなる。

【００１６】また呼吸に同調して酸素ガスを吸入する場
合、１分当りの呼吸回数によって１呼吸で吸入する酸素
ガスの流量は変わってくる。例えば、２Ｌ／分（Ｌはリ
ットルの単位記号、以下同じ）の流量の酸素ガスを１分
間に１０回呼吸する場合と、同じく２０回呼吸する場合
では、１回当りの呼吸時間も後者の方が１／２と短く、
必然的に１呼吸で吸入する酸素ガスの量も少なくなる。
このように呼吸に同調して吸入する場合は、呼吸回数と
１回の吸気期間に送出すべき酸素ガス量とは密接な関係
が生じてくる。各呼吸当りにそれぞれ一定量の酸素ガス
を送出すると、呼吸回数が多くなる程患者の吸入量は多
くなることになる。生理的に酸素が余計に必要なとき、
分時呼吸量が多くなるのであろうから、この方法にも良
い点があることがわかった。また医師の処方により患者
の吸入する酸素量も０．２５〜５Ｌ／分程度まで指示が
変わるので、この指示流量に対応して流量設定手段の指
示も変更できなければならない。

【００１７】本発明は、酸素供給源のこのような現状に
鑑みてなされたもので、ＰＳＡ法による酸素濃縮器のよ
うに製品ガスの圧力の変化が比較的多い場合であって
も、減圧弁や大容量のバッファタンクを使用しなくて
も、圧力センサー、呼吸センサーや流量設定手段からの
信号に基づいて、患者の吸気相の期間、または吸気相の
初期の一部の時間にのみ、所望の一定流量、あるいは一
定流量相当量の吸入用の酸素ガスを供給できるように構
成し、さらには、また患者の呼吸回数に個人差や経時的
な変化があっても、予め設定された吸入用の酸素ガスの
１回吸気当り、または単位時間当り（普通１分間）の吸
入ガスの量が一定の量となるよう調整することのでき
る、小型軽量で効率のよい酸素ガス供給装置を提供しよ
うするものである。

【００１８】即ち、１．酸素供給源の圧力変動があっても、減圧弁を設ける
ことなく一定量のパルス流量を吸気相に合わせて送出す
る。２．流量設定手段で指示した値に自由に変更できる。３．呼吸回数が変わっても、１吸気相当りに供給するガ
ス量が一定である。（１回吸気当りの流量指定）４．呼吸回数が変わった場合、１吸気相当りの供給ガス
量を自動的に変更する。（一定時（分）当りの流量指
定）の４つの方法の内、１，２，３又は１，２，４の方法を
駆使して、呼吸に合わせて吹き込む酸素総量の正確な制
御を有効に行うことを目的としたものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、酸素ガス
の供給源、該供給源からの酸素ガスを鼻孔に供給して吸
入の用に供する吸入手段、及び、該酸素ガスの吹送を入
・切する弁手段を介して該供給源と吸入手段とを接続す
る配管とで構成した酸素ガス供給装置において、弁手段
の入口側の配管に該供給源の圧力を測定する圧力センサ
ーを接続し、弁手段の出口側の配管、または該吸入手段
に呼吸相の変化を検出するための呼吸センサーを付設す
ると共に、該弁手段の開閉を制御する（タイマーを含
む）制御部を設けて、この制御部の入力へ該圧力センサ
ー及び呼吸センサーからの信号を入力し、これらの信号
に基づいて演算を行い、呼吸における吸気相又は／及び
呼気相を弁別して、吸気相の一部または全部の期間にの
み間歇的に酸素ガスを供給し、且つ、該供給源の圧力が
０．１〜５ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇの範囲で変動しても、該
酸素ガス供給装置から吐出する酸素ガスの流量が所望の
一定流量になるような吹送時間の幅で、該弁手段を自動
的に開閉するように構成したことを特徴とする医療用酸
素供給装置である。

【００２０】ここで供給源の圧力が０．１ｋｇｆ／ｃｍ
²・Ｇ以下であれば、流量設定手段で設定した値が、例
えば６Ｌ／分のように比較的高流量である場合には、必
要かつ十分な酸素ガスの流量が得られないことがあり、
また、同５ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇ以上であれば、吸入手段
等の配管手段や弁手段の機械的強度や患者が吸入する場
合の使用感に問題点が生じるので、上記の圧力範囲であ
ることが好ましいが、この範囲の圧力以外では使用でき
ないという意味ではない。

【００２１】また、酸素ガスの供給源、該供給源からの
酸素ガスを鼻孔に供給して吸入の用に供する吸入手段、
及び、該酸素ガスの吹送を入・切する弁手段を介して、
該供給源と該吸入手段とを接続する配管とで構成した酸
素ガス供給装置において、弁手段の入口側の配管に該供
給源の圧力を測定する圧力センサーを接続し、弁手段の
開閉を制御する制御部と弁の開の期間を告知する告知手
段と開閉サイクルを指定する回数入力手段とを有し、制
御部の入力に該回数入力手段と圧力センサーからの信号
を接続し、該弁手段の開閉サイクルを該回数入力手段の
指示により行い、開の時間幅は、該開閉サイクルの１／
２以下（好ましくは１／３）であって、該供給源の圧力
が０．１〜５ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇの範囲で変動しても、
該酸素ガス供給装置から吐出する酸素ガスの流量が所望
の一定の流量になるような吹送時間の幅で該弁手段を開
閉し、弁の開の期間を告知手段により告知し、これによ
り酸素ガスの供給開始時期を確認しうるように構成す
る。

【００２２】さらに、前記の酸素ガス供給装置に流量設
定手段を付設し、前記の制御部に圧力センサー及び呼吸
センサー、該流量設定手段や回数入力手段からの信号を
入力し、これらの信号に基づいて演算を行い、該供給源
の圧力が前記の範囲で変動しても、酸素ガス供給装置か
ら吐出する酸素ガスの流量が、流量設定手段からの信号
により指示された一定の流量となるような吹送時間の幅
で、前記の弁手段を開閉するように構成したことを特徴
とする医療用酸素供給装置である。

【００２３】また、前記の酸素ガス供給装置に、単位時
間当りに吹送する酸素ガスの流量設定手段を付設し、制
御部の入力へ圧力センサー、呼吸センサー及びこの単位
時間当りに吹送する酸素ガスの流量設定手段からの信号
を入力し、これらの信号に基づいて演算を行い、該呼吸
センサーの信号から得られる呼吸回数（１呼吸の時間
幅）の値を記憶手段に蓄積して、過去複数回の呼吸回数
の平均値（１呼吸の時間幅）を求め、これにより次回の
吸気相の時間を推定して、該供給源の圧力が前記の範囲
で変動しても、あるいは、患者の呼吸回数に個人差や経
時的な変化があっても、単位時間当りに供給する酸素ガ
スの総流量が、前記の単位時間当りに吹送する酸素ガス
の流量設定手段からの信号により指示された値の一定流
量となるような吹送時間の幅で、前記の弁手段を開閉す
るように構成したことを特徴とする前述の医療用酸素供
給装置である。

【００２４】さらに、前記の酸素ガス供給装置に、各呼
吸における吸気相毎に吹送する酸素ガスの流量設定手段
を付設し、前記の制御部の入力へ圧力センサー、呼吸セ
ンサー及びこの吸気相毎に吹送する酸素ガスの流量設定
手段で設定した値の信号を入力し、これらの信号に基づ
いて演算を行ない、該供給源の圧力が前記の範囲で変動
しても、各呼吸における吸気相毎に吹送する１吸気相当
りの酸素ガスの量が、前記の吸気相毎に吹送する酸素ガ
スの流量設定手段からの信号により指示された値のガス
量（体積）となるような吹送時間の幅で、前記の弁手段
を開閉するように構成したことを特徴とする前述の医療
用酸素供給装置である。

【００２５】これらの医療用酸素の供給源としては、一
体構造の携帯型の酸素ガス供給装置が特に有効である
が、これに限らず本発明にかかる医療用酸素ガス供給装
置とは別の装置である、家庭用のＰＳＡ法や膜式の酸素
濃縮器、あるいは、酸素ボンベ、液体酸素容器、医療施
設等の医用ガス配管の酸素ガス等であっても有効であ
る。また、呼吸相を弁別するための呼吸センサーとして
は、感圧式、感熱式のいずれのタイプであっても良く、
さらには、これらの呼吸センサーを用いずに、回数入力
手段で指示した値の信号を制御部へ直接入力して、間歇
吹送の酸素ガスを供給しても良く、本発明の効果に変わ
りはない。また、このようないかなる酸素ガスの供給源
であっても、本発明のような呼吸に同調した間歇流ある
いは間歇流に合わせて吸入する場合には、該酸素ガスの
吸入にあたって加湿器の併用は必要でないことが公知と
なっている。

【００２６】

【作用】以下、図面を参照して本発明の作用を詳細に説
明する。図１は本発明の好適な実施例の酸素ガス供給装
置の構成を示す図で、同図において、１は酸素ガスの供
給源を示し、ＰＳＡ法や膜式の酸素濃縮器、酸素ボン
ベ、液体酸素容器で一定圧に減圧されたもの、及び医療
施設の医用ガス配管の酸素ガス（約４ｋｇｆ／ｃｍ²・
Ｇ）等がこれに該当する。

【００２７】しかしながら、これ等はメーカーや施設、
あるいは装置ごとに圧力の違いのあるものが多い。この
ような圧力の変動を含む酸素ガス供給源を、導管で鼻カ
ニューラ５に接続して人の呼吸の用に供するのであるか
ら、その導管の途中に酸素ガスの吹送を入・切する手段
としての弁手段４と、酸素ガスの流量を制限するオリフ
ィス１０を設けた構成で、吸気相またはその一部にのみ
弁手段４を開にして、酸素ガス供給源の圧が高いときは
多く流れるから開の時間を短く、低いときは少なく流れ
るので長く開にして、その総流量を一定にするように制
御する。

【００２８】また、弁手段４の入口側の配管に、酸素ガ
スの供給源１から供給する酸素ガスの圧力を測定する圧
力センサー２を接続し、弁手段４の出口側の配管には患
者の呼吸相を検出する呼吸センサー３（本実施例では圧
力センサー）を付設する。この各々のセンサーは、それ
ぞれの測定値を電気信号として信号線１１及び１２で制
御部６に入力する。

【００２９】また、制御部６から弁手段４に信号線１３
が接続されており、制御部６からの信号で弁手段４の開
閉が制御される。更に、制御部６には流量設定手段７を
信号線１４によって接続する。流量設定手段７は患者等
が操作して、鼻カニューラ５より酸素ガスを吸入する流
量を毎分何リットルにするかを設定するもので、具体的
な例としてはロータリースイッチを使用し、スイッチの
各接点位置が所望の流量値に相当するようにして、患者
等が所望の流量値を選択した接点信号が制御部６に伝え
られる。この場合には信号線１４はロータリースイッチ
の各接点に対応して複数本になる。また、キーボード形
式の流量設定器としても良い。この流量設定手段で設定
した値の信号が、信号線１４により制御部６に入力でき
るものであれば良い。さらに、その設定値の内容が目視
できるような表示（刻印や液晶表示器等）があった方が
好ましいことは勿論である。

【００３０】鼻カニューラ５を患者が鼻孔に装着して呼
吸をすれば、呼吸センサー３が呼吸相の変化を検出す
る。本実施例の図１の場合は、圧力の変化を検出する方
式のセンサーであるから、呼気相の部分では弁手段４は
閉となっていて、酸素ガスは供給されていないので、弁
手段の出口側の配管内の圧力は呼気のために大気に対し
て陽圧となっており、次いで吸気相に転換した場合に
は、弁手段の出口側の配管内は同じく大気に対して陰圧
となるので、この陰圧になったことを呼吸センサー３で
検出し、この信号によって制御部６が吸気相に転換した
ことを検出し、吸気相の期間内の一定時間の幅だけ弁手
段４を開として、所望の一定流量値相当の酸素ガスを、
導管手段と鼻カニューラ５を介して患者に吸入させるよ
うにするものである。

【００３１】ここでは呼吸センサーとして感圧センサー
を用いることで説明したが、前述の如く呼吸の呼気（肺
からの呼出）と吸気（外気）の温度差を検出する感熱セ
ンサー方式でも、同様に呼気相と吸気相の弁別ができ
る。このように呼吸を弁別して吸気相に一定流量値を送
出するのであるが、雑音等による誤動作のない簡便な方
法として、機械的にガス供給装置の方で送出サイクルタ
イムを決め、その送出している事を光または音、あるい
はこれらの組合わせによって患者に知らせ、患者はこの
告知手段で呼吸の吸気相が一致するよう調節して呼吸す
る方法を、装置が自動的に人の呼吸を検出して行う事に
代えることもできる。尚、このときは呼吸の１分当りの
回数、すなわち呼吸のサイクルタイムを可変にできるよ
うに回数入力手段を設ける必要がある。

【００３２】いずれにしても、呼吸の吸気相に酸素ガス
の供給を間歇的に行うもので、装置が人の呼吸を検出し
て人に合わせるか、人が装置の告知手段にって装置の酸
素ガス吐出時期に吸気相を合わせるか、当該吸気相に一
定流量値の酸素ガスを送出するものである。

【００３３】この所望の一定流量値の算出基準は、次の
例のようになる。流量設定手段７の指示目盛（１分間当
りの流量、以下同じ）が、１Ｌ，２Ｌ，３Ｌ，４Ｌ，５
Ｌの５点あるとして、いま仮に、流量設定手段７で２Ｌ
／分の流量を設定した場合、流量設定手段７の信号が制
御部６に伝えられる。安静時の人の呼吸は、通常１５回
／分であるが、患者の病態，運動，個人差などによって
変わり、１０回／分から４０回／分程度の呼吸に対して
応答が可能であるように構成しておく必要がある。ま
た、人の呼吸の平均的な呼気相と吸気相の時間比は２：
１である。従って、１吸気相で吸入される吸入ガスの量
は、１呼吸期間全体の時間の３分の１の期間のみである
から、設定した流量値が２Ｌであれば、呼吸回数が１５
回／分の場合には、１吸気相で吸入される吸入ガスの量
は４４．４ｍＬとなる。同じく、呼吸回数が１０回／分
では吸入ガスの量は６６．６ｍＬ、呼吸回数が４０回／
分では吸入ガスの量は１６．６ｍＬである。また、１０
回／分の呼吸数では、その吸気相の時間は１／３である
から、２秒となる。

【００３４】このように呼吸回数の違いにより、流量設
定手段の設定値が同一であっても、１呼吸当りの吸入ガ
スの量は変わってくる。このため、前記の流量設定手段
７の指示目盛りの最小値１Ｌと同５Ｌにおける各々の呼
吸回数が１０回／分の時と同４０回／分の時ではそれぞ
れ次のようになる。指示目盛呼吸回数１０回／分４０回／分１Ｌ吸入ガス量３３．３ｍＬ／回８．３ｍＬ／回５Ｌ〃１６６．７ｍＬ／回４１．７ｍＬ／回

【００３５】一方、オリフィス１０を通って大気圧中へ
吹送される気体の流量は、オリフィスの酸素ガスの供給
源１側の供給圧力（Ｐ）によっても異なり、その流量は
次式で求めることができる。１．８９≧Ｐ≧１．０３３
〔ｋｇｆ／ｃｍ²・ａｂｓ〕のとき、

【数１】

【００３６】１．８９≦Ｐ〔ｋｇｆ／ｃｍ²・ａｂｓ〕
のとき、

【数２】式中、Ｑ：大気圧換算の流量〔ｍ³／分〕Ａ：オリフィスの開口断面積〔ｍｍ²〕Ｐ：酸素ガスの供給源の圧力〔ｋｇｆ／ｃｍ²・ａｂ
ｓ〕Ｔ：酸素ガスの温度〔℃〕

【００３７】前記の圧力Ｐを、０．２乃至４ｋｇｆ／ｃ
ｍ²・Ｇの範囲で使用する場合には、圧力センサー２の
出力値により、前記の圧力の範囲によって異なる２通り
の計算式があり、［式１］と［式２］を使い分けること
が必要となる。例えば、圧力が前記の使用範囲のうち最
も低い０．２ｋｇｆ／ｃｍ・Ｇ、流量設定手段７で指示
した値が前記の使用範囲のうち最大流量値の５Ｌで、呼
吸回数が１０回／分、温度が２０℃のときは、前記の
［式１］を用いて、２秒間に１６６．７ｍＬの酸素ガス
を流すことになるが、このときのオリフィス１０の開口
断面積Ａは、前記の［式１］を展開してＡを導き出し
て、ＰとＴを代入すれば、Ａ＝０．５１３ｍｍ²とな
り、これは直径約０．８１ｍｍのオリフィスの細孔断面
積に相当する。

【００３８】また、前記の酸素ガスの供給源１の圧力Ｐ
が同じ０．２ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇのままであっても、前
記の流量設定手段７で指示した値が１Ｌの場合には、呼
吸回数や温度は前記の例と同一であっても、弁手段４の
開となる時間は１／５、すなわち０．４秒となり、圧力
が高くなるとこの電磁弁が開となる時間はだんだんと短
くなり、この圧力Ｐの値がＰ≧１．８９〔ｋｇｆ／ｃｍ
²・ａｂｓ〕になると、前記の［式２］を用いて演算す
る。そして、さらに圧力が高くなると、この弁手段が開
となる時間はいっそう短くなる。

【００３９】また、制御部６内の演算部で、患者の呼吸
の過去複数回（例えば３回）の呼吸回数（１回の呼吸時
間幅）のデータの平均値を求め、次の吸気相の時間を予
測して、次回の吸気相で吹送する酸素ガスの量を、前記
の流量設定手段７の指示に基づいて決定するために、弁
手段４を開とする時間を算出するように構成する。な
お、前記の平均値を求めるための過去複数回のデータが
ない場合（例えば、該制御部６の電源が入ってから、平
均値を求めるために必要な呼吸センサー３の信号が入力
されるまでの期間）は、標準的な呼吸数（１５回／分）
として処理するようにしてもよい。

【００４０】このように、呼吸回数や流量設定手段で指
示する値が変われば、それに対応した酸素ガスの量が変
わり、また、酸素ガスの供給源１の圧力（Ｐ）が変われ
ばその値により採用する演算式を弁別して補正値を出
し、全てを含めて弁手段４を開とする時間を算出して、
電磁弁４を吸気相の期間内の必要な時間だけ開とする。
この開となる時間は、吸気相の始まる直後からただちに
開とする方が、肺胞の奥の方まで酸素ガスが達するの
で、吸入効率が良い。吸気相の終末部分で吸入される酸
素ガスは、気道内に止まり次の呼気相時に呼出されるの
で無駄になる。上記のように、従来は恒常流により医師
が患者に対して処方していた、１分間当りの酸素ガスの
供給流量により指示していたもので、何Ｌ／分（単に、
何Ｌとも言う）の値によって流量設定手段で流量が指示
されるので、従来よりこの方法が採用されており、この
方法も有効である。

【００４１】しかしながら、患者は運動その他の労作状
況により酸素の消費量が増加すれば、それを補うために
生理的に呼吸回数が多くなる。これは前記のように１分
間当りに一定流量の酸素ガスを供給する方法であれば、
いくら早くまた多くの呼吸を行っても、体内に取入れら
れる高濃度の酸素ガスの量は一定である。これに対し
て、１回の呼吸当りに取入れられる酸素ガスの量（体
積）を所望の量にする酸素ガス供給方法にすれば、呼吸
回数に比例して患者が取入れる酸素ガスの量が増え、生
体の酸素要求量にマッチした酸素ガスの供給法と言うこ
ともできる。この場合には、酸素ガスの供給量を設定す
る流量設定手段で設定する酸素ガスの量は、１分間当り
何リットル（Ｌ／分）ではなく、１呼吸当り何ミリリッ
トル（ｍＬ／回）のようになり、該流量設定手段の表示
も「ｍＬ／回」または「ｍＬ」のようにすることが望ま
しい。

【００４２】

【実施例】次に本発明の実施例について、図を参照して
説明するが、これは本発明を説明するためのもので、本
発明はこの実施例に限定されるものではない。図１は本
発明の好適な実施例の酸素ガス供給装置の構成を示す図
で、同図についての詳細な説明は前記の「作用」の欄で
述べたので、ここでは省略する。また、本発明の構成要
素の１つである酸素ガスの供給源１として、ＰＳＡ法に
よる酸素濃縮器を用いた場合の例を、吸着筒を１本用い
た場合と同２本用いた場合について説明する。図２は吸
着筒が１本の場合、図３は吸着筒が２本の場合で、それ
ぞれの酸素濃縮器の構成を示す電源や制御系の図示を省
略したフローチャートである。

【００４３】１床式真空脱着再生式酸素濃縮器（図２
参照）先ず、加圧工程のサイクルでは３方電磁弁Ｖ1 がオンと
なり、吸入フィルター１５より外気を取り入れ、実線の
矢印の方向に流れて、ポンプ１６より加圧空気が３方電
磁弁Ｖ2 を実線の矢印の方向に流れて、吸着筒２４に入
る。ここで空気中の窒素ガスや水分等が、吸着筒２４の
中に充填されているゼオライト等の吸着剤に吸着され、
濃縮された酸素ガスが他端の出口端より、開となってい
る電磁弁Ｖ3 を通ってバッファータンク２８に溜められ
る。次いで、窒素ガスの吸着が飽和に達する前に真空脱
着工程に切り替り、３方電磁弁Ｖ1 とＶ2 がそれぞれ点
線の矢印の方向に気流が生じるように開くと共に、２方
電磁弁Ｖ3 が閉となって、吸着筒２４内の吸着剤に吸着
している窒素ガスや水分等をポンプ手段１６により汲み
出して、サイレンサー１７より外気中に放出し、吸着筒
２４を真空域まで減圧して吸着剤を再生する。この真空
脱着工程の期間は、バッファタンク２８内の酸素ガスを
消費するのでその圧力は下がっていく。この酸素ガスを
生成する装置が本発明の酸素ガスの供給源１となり、図
１の弁手段４の入口側の配管に接続される。

【００４４】２床式真空脱着再生式酸素濃縮器（図３
参照）吸入フィルター１５より取り入れた外気をポンプ手段１
６で加圧し、３方電磁弁Ｖ1 ，Ｖ2 ，Ｖ3 をそれぞれ一
定のサイクルで同期して操作し、吸着筒Ａ２５と吸着筒
Ｂ２６に交互に導入する。ここで吸着工程にある吸着筒
の吸着剤に空気中の窒素ガスや水分等が吸着されて、濃
縮された酸素ガスが生成するので、この吸着筒の出口端
側の３方電磁弁Ｖ3 を介して取り出し、バッファータン
ク２８に溜められる。

【００４５】一方の吸着筒が加圧工程にあるときは、他
方の吸着筒は真空脱着工程に切り替り、３方電磁弁Ｖ3
は閉となっているので、直前の吸着工程で吸着剤に吸着
した窒素ガスや水分等を３方電磁弁Ｖ2 とポンプ１６を
介して汲み出し、サイレンサー１７より外気中に放出し
て、吸着剤を脱着再生する。このバッファータンク２８
内に溜められた酸素ガスを生成する装置が、本発明の酸
素ガスの供給源１となり、図１の弁手段４の入口側の配
管に接続される。

【００４６】酸素ガス供給源１に相当するバッファータ
ンク２８の圧力を、圧力センサー２で検出することにな
るが、その圧力は前述のようにＰＳＡ法の操作サイクル
に伴って変動している。このように、圧力変動を有する
酸素ガスであってもそのまま本発明の装置に入れること
により、従来必要であった減圧弁による圧力の一定化が
不要になり、減圧弁のところで生ずる圧力の損失を省
き、ＰＳＡ法における操作圧を下げることが出来る。

【００４７】このＰＳＡ法の操作圧を下げることは、ポ
ンプ手段としてのコンプレッサーの寿命をのばすのみな
らず、コンプレッサーが電動機で駆動される場合には、
その消費電力を下げることとなり、特に携帯型の酸素濃
縮器の場合には、電池の小型化、装置の軽量化がはかれ
るので実用上優れた効果がある。また、駆動音（騒音）
を小さくするのにも有利である。

【００４８】

【発明の効果】このように、呼吸に同調してまたは呼吸
を同調させて、吸気相の期間またはその一部の期間のみ
に、酸素ガスをパルス状に吹送するために、弁手段４を
開く時間を、流量設定手段の指示値，酸素ガス供給源の
圧力，及び患者の呼吸回数から演算した値にしたり、回
数入力手段で指示した間歇流とすることにより、生成ガ
スの圧力を一定にするための減圧弁や、各指示流量に合
わせるのに複数のオリフィスを切り替えて使用すること
が不要となる。

【００４９】また、従来利用することができなかった、
呼吸回数の個人差等に応じた酸素ガスの吹送量のコント
ロールを加えることが出来るので、呼吸回数等に個人差
や経時的な変化があっても、呼吸に同調した所望の量の
酸素ガスを供給することができるので、酸素ガスの吸入
効率を上げながらその使用量を節減でき、従って、携帯
型の酸素濃縮器ではエネルギー消費も低減できると共
に、装置全体をいっそう小型軽量化することを可能にす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例となる酸素ガス供給装置
の構成を示す図である。

【図２】吸着床が１本の場合の酸素濃縮器の構成を示
す、電源や制御系の図示を省略したフローチャートであ
る。

【図３】吸着床が２本の場合の酸素濃縮器の構成を示
す、電源や制御系の図示を省略したフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１酸素ガスの供給源２圧力センサー３呼吸センサー４弁手段（電磁弁）５鼻カニューラ６制御部７流量設定手段１０オリフィス１１，１２，１３，１４信号線１５吸入フィルター１６ポンプ１７サイレンサー２４吸着筒２５吸着筒Ａ２６吸着筒Ｂ２８バッファータンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤暢鳥取県米子市旗ケ崎７−17−８ (56)参考文献特開平４−176472（ＪＰ，Ａ) 特開平４−263867（ＪＰ，Ａ) 特開平２−224667（ＪＰ，Ａ) 実開平５−156（ＪＰ，Ｕ) 特表昭60−500403（ＪＰ，Ａ) 特表平１−501999（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61M 16/00 343 A61M 16/00 305 A61M 16/00 320

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素ガスの供給源、該供給源からの酸素
ガスを鼻孔に供給して吸入の用に供する吸入手段、及
び、該酸素ガスの吹送を入・切する弁手段を介して、該
供給源と吸入手段とを接続する配管とで構成した酸素ガ
ス供給装置において、弁手段の入口側の配管に該供給源
の圧力を測定する圧力センサーを接続し、弁手段の出口
側の配管、または該吸入手段に呼吸相の変化を検出する
ための呼吸センサーを付設すると共に、該弁手段の開閉
を制御する制御部を設けて、この制御部の入力へ該圧力
センサー及び呼吸センサーからの信号を入力し、これら
の信号に基づいて演算を行い、呼吸における吸気相又は
／及び呼気相を弁別して、吸気相の一部または全部の期
間にのみ間歇的に酸素ガスを供給し、且つ、該供給源の
圧力が０．１〜５ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇの範囲で変動して
も、該酸素ガス供給装置から吐出する酸素ガスの流量が
所望の一定の流量になるような吹送時間の幅で、該弁手
段を自動的に開閉するように構成した医療用酸素ガス供
給装置であって、酸素ガス供給装置に流量設定手段を付設し、前記の制御
部に該流量設定手段及び圧力センサーからの信号を入力
し、これらの信号に基づいて演算を行い、該供給源の圧
力が前記の範囲で変動しても、酸素ガス供給装置から吐
出する酸素ガスの流量が、該流量設定手段からの信号に
より指示された一定の流量となるような吹送時間の幅
で、前記の弁手段を開閉するように構成したことを特徴
とする医療用酸素ガス供給装置。
【請求項２】酸素ガスの供給源、該供給源からの酸素
ガスを鼻孔に供給して吸入の用に供する吸入手段、及
び、該酸素ガスの吹送を入・切する弁手段を介して、該
供給源と吸入手段とを接続する配管とで構成した酸素ガ
ス供給装置において、弁手段の入口側の配管に該供給源
の圧力を測定する圧力センサーを接続し、弁手段の開閉
を制御する制御部と、弁の開の期間を告知する告知手段
と、開閉サイクルを指定する回数入力手段とを有し、制
御部の入力に該回数入力手段と圧力センサーからの信号
を接続し、該弁手段の開閉サイクルを該回数入力手段の
指示により行い、開の時間幅は、該供給源の圧力が０．
１〜５ｋｇｆ／ｃｍ²・Ｇの範囲で変動しても、該酸素
ガス供給装置から吐出する酸素ガスの流量が所望の一定
の流量になるような吹送時間の幅で該弁手段を開閉し、
弁の開の期間を告知手段により告知し、これにより酸素
ガスの供給開始時期を確認しうるように構成したことを
特徴とする医療用酸素ガス供給装置。
【請求項３】酸素ガス供給装置に流量設定手段を付設
し、前記の制御部に該流量設定手段及び圧力センサーか
らの信号を入力し、これらの信号に基づいて演算を行
い、該供給源の圧力が前記の範囲で変動しても、酸素ガ
ス供給装置から吐出する酸素ガスの流量が、該流量設定
手段からの信号により指示された一定の流量となるよう
な吹送時間の幅で、前記の弁手段を開閉するように構成
したことを特徴とする、請求項２に記載の医療用酸素ガ
ス供給装置。
【請求項４】酸素ガス供給装置に単位時間当りに吹送
する酸素ガスの流量設定手段を付設し、前記の制御部に
この単位時間当りに吹送する酸素ガスの流量設定手段、
圧力センサー、及び呼吸センサーからの信号を入力し、
これらの信号に基づいて演算を行い、該呼吸センサーの
信号から得られる呼吸回数（１呼吸の時間幅の値を記憶
手段に蓄積して求めた、過去複数回の呼吸回数の平均
値）を求め、これにより次回の吸気相の時間を推定し
て、該供給源の圧力が前記の範囲で変動し、あるいは患
者の呼吸回数に個人差や経時的な化があっても、単位時
間当りに供給する酸素ガスの総流量が、前記の単位時間
に吹送する酸素ガスの流量設定手段からの信号により指
示された値の一定流量となるような吹送時間の幅で、前
記の弁手段を開閉するように構成したことを特徴とす
る、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の医療用酸
素ガス供給装置。
【請求項５】酸素ガス供給装置に各呼吸における吸気
相毎に吹送する酸素ガスの流量設定手段を付設し、前
記の制御部にこの吸気相毎に吹送する酸素ガスの流量設
定手段で設定した値、及び圧力センサーからの信号を入
力し、これらの信号に基づいて演算を行ない、該供給源
の圧力が前記の範囲で変動しても、各呼吸における１吸
気相当りに吹送する酸素ガスの量が、前記の吸気相毎に
吹送する酸素ガスの流量設定手段からの信号により指示
された値のガス量（体積）となるような吹送時間の幅
で、前記の弁手段を開閉するように構成したことを特徴
とする、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の医療
用酸素ガス供給装置。
【請求項６】供給源の圧力を圧力センサーで測定し、
該測定値に基づいて、供給源の絶対圧力が１．８９ｋｇ
ｆ／ｃｍ²以下の場合と、１．８９ｋｇｆ／ｃｍ²以上の
場合とを弁別し、それぞれの場合に対応する演算式を選
択して、一定の断面積を有する流路内を流れる場合の流
量値を算出し、所望の酸素ガスの流量が得られるような
吹送時間の幅で、該弁手段が開となる時間を決定するよ
うに構成したことを特徴とする、請求項１乃至請求項５
のいずれかに記載の医療用酸素ガス供給装置。
【請求項７】酸素ガスの供給源が、前記の酸素ガス供
給装置の外部から供給される酸素ガスであることを特徴
とする、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の医療
用酸素ガス供給装置。