JP4125514B2 - 医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気中から酸素濃縮気体（酸素富化空気を含む）を分離して使用するための酸素濃縮装置に関する。更に詳細には、１個或いは複数の吸着床を備えた圧力変動吸着型酸素濃縮装置に関し、最大酸素濃縮気体生成量に対し低生成量時の酸素濃縮気体濃度の低下を防ぎ、安定した酸素濃度の酸素濃縮気体を供給可能にした、改善された医療用酸素濃縮装置を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年喘息、肺気腫症、慢性気管支炎等の呼吸器系疾患に苦しむ患者が増加する傾向にあるが、その最も効果的な治療法の一つとして酸素吸入療法があり、空気中から酸素濃縮気体を直接分離する酸素濃縮装置が開発され、使用時の利便性、保守管理の容易さから酸素吸入療法のための治療装置として次第に普及するようになって来ている。
【０００３】
かかる酸素濃縮装置として、窒素又は酸素を選択的に吸着し得る吸着剤を１個或いは、複数の吸着床に充填した吸着型酸素濃縮装置が知られている。吸着型酸素濃縮装置としては、コンプレッサーを用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置があり、通常、窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した１個或いは複数の吸着床にコンプレッサーで圧縮空気を供給して加圧状態で窒素を吸着させることにより酸素濃縮気体を得る吸着工程と、吸着床の内圧を減少させて窒素を脱着させ吸着剤の再生を行う脱着工程、更には、脱着工程終了直前に、既に生成した乾燥酸素濃縮気体を一部逆流させ再生効率の向上と昇圧を目的とする均圧工程を順次一定サイクルで行うことにより酸素濃縮気体を得る装置である。
【０００４】
かかる酸素濃縮気体を得る装置は、最大酸素濃縮気体として酸素濃度が約９０体積％以上の装置が一般的である。又、在宅酸素療法で用いられる吸着型酸素濃縮装置はこれらの約９０体積％以上の濃度の酸素濃縮気体が使用者に供給されることを前提に、酸素濃縮気体生成量で処方される。よって該酸素濃縮装置から生成される酸素濃縮気体の酸素濃度が安定的かつ継続的になるよう酸素濃縮装置を設計する必要がある。更に酸素濃縮装置の最大酸素濃縮気体生成量は、１リットル、２リットル、３リットル、５リットル、７リットル毎分が一般的であるが、それ以上の酸素濃縮ガス生成量の酸素濃縮装置もある。
【０００５】
かかる装置は、オリフィスタイプなどの各種流量設定器を使用することにより、使用者の処方に応じた流量で、低流量から高流量（最大生成量）までの酸素濃縮気体を供給する装置である。それぞれの酸素濃縮装置の酸素濃縮気体生成量の最低設定流量値は、０リットル毎分或いは、最大酸素濃縮気体生成量の１／３以下が一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかる酸素濃縮装置は在宅用、医療用途として使用する為には、酸素濃縮気体生成量の全ての設定流量において使用者に対して安定的かつ継続的な酸素濃度の酸素濃縮気体を供給する必要がある。しかし、吸着型酸素濃縮器の特性として酸素濃縮気体の低設定流量域では、吸着筒から生成される酸素濃縮気体中のアルゴン濃度が上昇し、結果、酸素濃縮気体の酸素濃度が低下する問題点を備えている。特に窒素及び酸素の分離効率が高いプロセスを用いた吸着型酸素濃縮装置ほどこの傾向は顕著となる。その結果全ての設定流量で安定的な酸素濃度の酸素濃縮気体を供給することが困難となる。
【０００７】
これらの不具合を解決する為、酸素濃縮気体の低設定流量域では、酸素濃度向上の為、吸着工程、脱着工程、均圧工程のサイクルを変更する方法や、コンプレッサーから吸着筒へ供給する圧力空気量を変更する方法がある。システム自体が複雑となり、酸素生成能の長期安定性については改善の余地がある。
【０００８】
本発明は、１個或いは複数の吸着床を備えた圧力変動吸着型酸素濃縮装置に関し、最大酸素濃縮気体生成量に対し低生成量時の酸素濃縮気体濃度の低下を防ぎ、安定した酸素濃度の酸素濃縮気体を供給可能にした、改善された酸素濃縮装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、かかる課題に対して鋭意検討した結果、従来の酸素濃縮装置の低設定流量時の酸素濃度低下を防止できる酸素濃縮装置を見出したものである。
【００１０】
即ち本発明は、酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した少なくとも１つの吸着床と、該吸着床へ加圧空気を供給する空気供給手段と、該吸着床で生成した酸素濃縮気体の供給量を設定する酸素供給量設定手段、該供給量で酸素濃縮気体を使用者に供給する酸素供給手段を備えた圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、該酸素供給量設定手段が、規定流量以下の値に設定された場合、該酸素供給手段に設定流量の酸素を供給するとともに、設定流量と規定流量との差分量の酸素濃縮気体を系外に放出する手段を備えることを特徴とする医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１１】
また本発明は、かかる規定流量が、該医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置の最大酸素濃縮ガス生成量の１／３以下の流量値であること特徴とする医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の酸素濃縮装置は、酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した複数の吸着床と、該吸着床へ空気を供給する空気供給手段、該吸着床で生成された酸素濃縮気体を使用者の要求に応じ必要流量を供給する為の酸素供給量設定手段および鼻カニューラなどのアプリケーションである酸素供給手段、及び、該酸素供給量設定手段に酸素濃縮気体の一部を系外に流出させる手段を具備したものである。
【００１３】
酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤としては、結晶性ゼオライトモレキュラーシーブがあり、カチオン成分として金属イオンを有するゼオライトが好ましい。たとえば５Ａ型、或いは１３Ｘ型ナトリウムゼオライト、リチウムゼオライトＸなどがある。このような吸着剤はアルミニウム製などのガス透過性のほとんど無い材料で作製された筒に詰め込まれ、これを吸着筒とする。
【００１４】
系外に流出させる手段としては、酸素供給量設定手段と一体或いは分離してもよいが、酸素供給量設定手段の上流或いは下流に酸素濃縮気体の供給経路を一部分岐した経路が具備される。該分岐された経路中には開閉のみの電磁弁、開度を制御可能な電動弁、或いは、固定式のオリフィス等が具備され系外に流出される酸素濃縮気体量を制御できる。系外に酸素濃縮気体の一部を放出する経路備えた一体型の酸素供給量設定手段としては、特開平８−２６８７０１号公報に記載のオリフィス型流量設定器を用いても良いが、使用者に供給する酸素濃縮気体量及び系外に流出させる酸素濃縮気体量が固定値となる為、共に、開度が自由に制御可能な電動弁機能を用いるのが好ましい。
【００１５】
通常の酸素濃縮装置では図２に示すように、最大酸素濃縮気体生成量の約１／３以下の酸素濃縮気体生成量では、使用者に供給する酸素濃縮気体の酸素濃度が低下傾向になる。かかる原因はコンプレッサーなどの空気供給手段による吸着床への原料空気供給量に比べて低流量設定値では酸素濃縮気体の取り出し量が少なくなるため、アルゴン濃縮が進み、結果として酸素濃度低下を引き起こす。
【００１６】
本発明の装置では、該酸素濃縮気体の一部を系外に流出させる手段を具備し、規定流量値以下、好ましくは該最大酸素濃縮気体生成量の約１／３以下の酸素濃縮気体生成量では、設定流量と規定流量値の差分の一定量を系外に酸素濃縮気体を流出させることにより、酸素濃縮気体の酸素濃度を向上させることができる。
【００１７】
更には、該最大酸素濃縮気体生成量の約１／３以下の酸素濃縮気体生成量では、系外に流出させる酸素濃縮気体量と使用者に供給する酸素濃縮気体量の総和が一定になるよう調節することが酸素生成能の安定性の面で好ましく、安定した酸素濃度の酸素濃縮気体を供給可能となる。
【００１８】
【実施例】
以下に本願発明の酸素濃縮装置の好適な具体的実施例について必要に応じて図面を用いながら説明する。但し、本願発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１９】
本発明の酸素濃縮装置は、酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した複数の吸着床と、該吸着床へ空気を供給するコンプレッサーと、該コンプレッサーからの加圧空気を吸着床へ一定のタイミングで順次加圧供給し吸脱着をさせるための流路切替手段を具備した医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置である。かかる吸着床として米国 Sequal社製ＡＴＦモジュールを使用した。
【００２０】
図１に、かかる医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置のフローを示す。コンプレッサー（１）から圧縮空気が酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤としてLi型ゼオライトを充填した吸着床（２）へ供給され、吸着床で生成された酸素濃縮気体は生成時の圧力変動を一定にする調圧弁（３）を通過し、酸素供給量設定手段としてオリフィス型流量設定器（４）を使用し、使用者が要求する酸素濃縮気体量に設定され、必要に応じ、加湿器（５）で適度に湿度を与えられ使用者に供給される。
【００２１】
又、酸素供給量設定手段（４）の上流側に該酸素濃縮気体の一部を系外に流出させる電動弁手段（６）を具備し、使用者に供給する酸素濃縮気体量が本酸素濃縮装置の最大酸素濃縮気体生成量の１／３以下であるときに、該電動弁手段（６）を開放し一定量の酸素濃縮気体を系外に流出させるようにした。本発明の装置では最大酸素濃縮気体生成量を３Ｌ／分とし、規定流量１Ｌ／分以下の場合に系外に酸素濃縮気体を放出した。0.75Ｌ／分に設定した場合は0.25Ｌ／分を系外に放出し、0.5Ｌ／分に設定した場合は0.5Ｌ／分を使用者に供給し、0.5Ｌ／分を系外に放出した。
【００２２】
図２は、本発明にかかる該酸素濃縮気体供給手段に該酸素濃縮気体の一部を系外に流出させる手段、即ち図１のフローを具備した医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置で生成した酸素濃縮気体生成量と酸素濃度の関係及び、該酸素濃縮気体の一部を系外に流出させる手段を具備し無い医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置で生成した酸素濃縮気体生成量と酸素濃度の関係を示す。本発明の吸着型酸素濃縮装置で生成した酸素濃縮気体は、酸素濃縮気体生成量の全域で安定した酸素濃度を得られるが、従来の吸着型酸素濃縮装置では、酸素濃縮気体の低設定流量で、酸素濃度低下を発生する。
【００２３】
【発明の効果】
本願発明の酸素濃縮器を使用することにより、１個或いは複数の吸着床を備えた圧力変動吸着型酸素濃縮装置に関し、最大酸素濃縮気体生成量に対し低生成量時の酸素濃縮気体濃度の低下を防ぎ、安定した酸素濃度の酸素濃縮気体を供給可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力変動吸着型酸素濃縮装置のフロー図。
【図２】本発明の圧力変動吸着型酸素濃縮装置で生成した酸素濃縮気体生成量と酸素濃度の関係図。
【符号の説明】
１ コンプレッサー
２ 吸着床
３ 調圧弁
４ 酸素供給量設定手段
５ 加湿器
６ 電動弁手段

Claims (1)

1. 酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した少なくとも１つの吸着床と、該吸着床へ加圧空気を供給する空気供給手段と、該吸着床で生成した９０体積％以上の濃度の酸素濃縮気体の供給量を設定する酸素供給量設定手段、該供給量で酸素濃縮気体を使用者に供給する酸素供給手段を備えた圧力変動吸着型酸素濃縮装置において、該酸素供給量設定手段が、使用者の要求に応じて供給する酸素流量を、該医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置の最大酸素濃縮ガス生成量の１／３以下の規定流量以下の値に設定流量が設定された場合、該酸素供給手段に該設定流量の酸素を供給するとともに、該設定流量と最大酸素濃縮ガス生成量の１／３以下の値で定められる該規定流量との差分量の酸素濃縮気体を系外に放出する手段を備えることを特徴とする医療用圧力変動吸着型酸素濃縮装置。

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