JP4796918B2 - Oxygen-enriched gas supply device - Google Patents
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Description
本発明は、酸素濃度が高められた酸素濃縮ガスを供給するための酸素濃縮ガス供給装置に関する。とくに、医療用酸素濃縮装置に好適に組み込むことのできる酸素濃縮ガス供給装置に関する。 The present invention relates to an oxygen-enriched gas supply device for supplying an oxygen-enriched gas having an increased oxygen concentration. In particular, the present invention relates to an oxygen-enriched gas supply device that can be suitably incorporated into a medical oxygen concentrator.
肺気腫や気管支炎などの呼吸器系疾患を治療するのに有効な方法として酸素吸入療法が知られている。酸素吸入療法は、酸素濃度が高められた酸素濃縮ガスを患者に吸入させることによって、酸素不足に陥っている組織細胞に酸素を供給し、息苦しさなどの患者の感じる苦痛を緩和するものである。1985年からは、在宅での酸素吸入療法にも医療保険が適用されるようになり、在宅で酸素吸入療法を受ける患者が増えてきている。このような状況の中で、周囲の空気(原料空気)から酸素濃縮ガスを生成して患者に供給することのできる、圧力変動吸着分離法を用いた医療用酸素濃縮装置の需要は着実に伸びてきている。 Oxygen inhalation therapy is known as an effective method for treating respiratory diseases such as emphysema and bronchitis. Oxygen inhalation therapy allows patients to inhale oxygen-enriched gas with increased oxygen concentration, thereby supplying oxygen to tissue cells that are deficient in oxygen and alleviating the pain felt by patients, such as breathlessness. . Since 1985, medical insurance has been applied to home oxygen inhalation therapy, and an increasing number of patients receive oxygen inhalation therapy at home. Under these circumstances, the demand for medical oxygen concentrators using pressure fluctuation adsorption separation, which can generate oxygen-enriched gas from ambient air (raw air) and supply it to patients, has steadily increased. It is coming.
圧力変動吸着分離法を用いた一般的な医療用酸素濃縮装置は、原料空気の酸素濃度を高めて酸素濃縮ガスを生成発生する酸素濃縮ガス生成発生手段と、酸素濃縮ガス生成手段で生成された酸素濃縮ガスを貯留するための貯留タンクと、貯留タンクから取り出す酸素濃縮ガスの流量を設定するための流量設定手段と、流量設定手段に設定された流量に応じて貯留タンクから取り出す酸素濃縮ガスの流量を制御するための流量制御手段とを備えたものとなっている(例えば、特許文献1)。患者は、流量設定手段に設定する流量を変更することによって、取り出す酸素濃縮ガスの流量を医師の処方に応じた値に調節することができるようになっている。 A general medical oxygen concentrator using the pressure fluctuation adsorption separation method is generated by an oxygen-enriched gas generating and generating means for generating and generating oxygen-enriched gas by increasing the oxygen concentration of raw material air, and an oxygen-enriched gas generating means. A storage tank for storing the oxygen-enriched gas, a flow rate setting means for setting a flow rate of the oxygen-enriched gas taken out from the storage tank, and an oxygen-enriched gas taken out from the storage tank according to the flow rate set in the flow rate setting means A flow rate control means for controlling the flow rate is provided (for example, Patent Document 1). By changing the flow rate set in the flow rate setting means, the patient can adjust the flow rate of the oxygen enriched gas to be extracted to a value according to the doctor's prescription.
しかし、この圧力変動吸着分離法を用いた従来の医療用酸素濃縮装置において、流量制御手段は、径の異なる複数のオリフィスが設けられた仕切板となっており、該仕切板を回転させて酸素濃縮ガスを通過させるオリフィスを切り替えることによって酸素濃縮ガスの流量を制御するものとなっていた。このため、酸素濃縮ガスの流量を高い精度で制御することが困難であった。また、酸素濃縮ガスの流量を使用者の呼吸状態に応じて調整するなど、酸素濃縮ガス供給装置の高機能化も困難であった。さらに、医療用酸素濃縮装置に接続するチューブや該チューブに接続されたカニューラが折れたりすることによって酸素濃縮ガスの圧力が著しく上昇するのを防止するためなどには、減圧弁(流量調節弁)などを別個設ける必要があった。また、この減圧弁の温度特性の依存性が高く、定期的(季節の変わり目など)に再調節する必要性があったため、減圧弁の高精度化が要求され、価格が比較的高価になっていた。 However, in the conventional medical oxygen concentrator using this pressure fluctuation adsorption separation method, the flow rate control means is a partition plate provided with a plurality of orifices having different diameters. The flow rate of the oxygen-enriched gas is controlled by switching the orifice through which the concentrated gas passes. For this reason, it has been difficult to control the flow rate of the oxygen-enriched gas with high accuracy. In addition, it has been difficult to improve the function of the oxygen-enriched gas supply device, such as adjusting the flow rate of the oxygen-enriched gas according to the breathing state of the user. Furthermore, a pressure reducing valve (flow control valve) is used to prevent the pressure of the oxygen-enriched gas from rising significantly due to breakage of the tube connected to the medical oxygen concentrator or the cannula connected to the tube. Etc. had to be provided separately. In addition, the temperature characteristics of this pressure reducing valve are highly dependent, and it has been necessary to readjust periodically (for example, at the turn of the season). This requires a high degree of precision for the pressure reducing valve, and the price is relatively high. It was.
ところで、特許文献2には、酸素濃縮手段と流量制御手段とを接続するガス流路に圧力測定手段と、該圧力測定手段からの情報に基づいて流量制御手段の上流の圧力を制御する圧力制御手段とが設けられた圧力変動吸着分離法を用いた医療用酸素濃縮装置が記載されている。これにより、機械式の調圧弁を用いることなく、酸素濃縮ガスの圧力の調整が可能になり、装置全体の小型・軽量化ができるとされている。しかし、この医療用酸素濃縮装置において、圧力制御手段は、測定した酸素濃縮ガスの圧力に移動平均処理を施していることからも伺えるように([0029]を参照)、必ずしも酸素濃縮ガスの圧力の突発的な異常を防止するためのものとはなっていなかった。したがって、この医療用酸素濃縮装置で酸素濃縮ガスの圧力の突発的な異常を防止するためには、やはり減圧弁などを別個設ける必要があった。
By the way, in
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、酸素濃縮ガスの流量を高い精度で制御することのできる酸素濃縮ガス供給装置を提供するものである。また、酸素濃縮ガス供給源の下流側に接続されたガス流路に減圧弁を別途設けなくても、供給する酸素濃縮ガスの圧力の突発的な上昇を防止することのできる、安全な酸素濃縮ガス供給装置を提供することも本発明の目的である。さらに、高機能化が容易で、用途や目的に応じて複雑な動作を行わせることも可能な酸素濃縮ガス供給装置を提供することも本発明の目的である。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides an oxygen-enriched gas supply device capable of controlling the flow rate of oxygen-enriched gas with high accuracy. In addition, a safe oxygen enrichment that can prevent a sudden increase in the pressure of the oxygen enriched gas to be supplied without separately providing a pressure reducing valve in the gas flow path connected to the downstream side of the oxygen enriched gas supply source. It is also an object of the present invention to provide a gas supply device. Furthermore, it is also an object of the present invention to provide an oxygen-enriched gas supply device that can be easily enhanced in function and can perform complicated operations according to applications and purposes.
上記課題は、
酸素濃縮ガスを供給するための酸素濃縮ガス供給源と、
酸素濃縮ガス供給源から取り出す酸素濃縮ガスの流量を設定するための流量設定手段と、
酸素濃縮ガス供給源から取り出された酸素濃縮ガスの流量を制御するための比例制御弁と、
酸素濃縮ガス供給源から取り出された酸素濃縮ガスの圧力を検知するための圧力検知手段と、
酸素濃縮ガス供給源から取り出された酸素濃縮ガスの流量を検知するための流量検知手段と、
圧力検知手段によって検知された圧力PDET及び流量検知手段によって検知された流量FDETに応じて比例制御弁の弁開度を制御するための弁開度制御手段とを備え、
圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも低い場合には、流量FDETが流量設定手段によって設定された流量FSETに近づくように比例制御弁の弁開度が制御され、
圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも高い場合には、比例制御弁を完全に閉じる遮断操作がなされることを特徴とする酸素濃縮ガス供給装置
を提供することによって解決される。
The above issues
An oxygen-enriched gas supply source for supplying oxygen-enriched gas;
A flow rate setting means for setting the flow rate of the oxygen-enriched gas taken out from the oxygen-enriched gas supply source;
A proportional control valve for controlling the flow rate of the oxygen-enriched gas taken from the oxygen-enriched gas supply source;
Pressure detecting means for detecting the pressure of the oxygen-enriched gas taken out from the oxygen-enriched gas supply source;
A flow rate detecting means for detecting the flow rate of the oxygen-enriched gas taken out from the oxygen-enriched gas supply source;
And a valve opening control means for controlling the valve opening of the proportional control valve in accordance with the flow rate F DET detected by the pressure P DET and the flow detecting means is detected by the pressure detecting means,
When the pressure P DET is lower than the first upper limit pressure P MAX1 , the valve opening of the proportional control valve is controlled so that the flow rate F DET approaches the flow rate F SET set by the flow rate setting means,
When the pressure P DET is higher than the first upper limit pressure P MAX1 , the problem is solved by providing an oxygen-enriched gas supply device characterized in that a shut-off operation for completely closing the proportional control valve is performed.
比例制御弁は、全開状態から全閉状態となるまでその弁開度を無段階で制御することができるので、上記の構成を採用することによって、取り出す酸素濃縮ガスの流量を高い精度で制御することのできる酸素濃縮ガス供給装置を提供することが可能になる。また、減圧弁などを別途設けなくても、供給する酸素濃縮ガスの圧力の突発的な上昇を防止することのできる、安全な酸素濃縮ガス供給装置を提供することも可能になる。さらに、比例制御弁に複雑な動作を行わせることができるので、後述するように、酸素濃縮ガス供給装置をさらに高機能なものとすることも可能になる。 Since the proportional control valve can control the valve opening steplessly from the fully open state to the fully closed state, the flow rate of the oxygen-enriched gas to be taken out is controlled with high accuracy by adopting the above configuration. It is possible to provide an oxygen-enriched gas supply device that can perform this. It is also possible to provide a safe oxygen-enriched gas supply device that can prevent a sudden increase in the pressure of the oxygen-enriched gas to be supplied without separately providing a pressure reducing valve. Further, since the proportional control valve can perform a complicated operation, the oxygen-enriched gas supply device can be further enhanced as will be described later.
本発明の酸素濃縮ガス供給装置において、圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも低い場合における比例制御弁の弁開度の制御は、PWM制御及び/又はPID制御によって行うと好ましい。これにより、比例制御弁の性能を引き出し、貯留タンクから取り出された酸素濃縮ガスの流量をより高い精度で制御することが可能になる。ここで、PWM制御(pulse width moduration control)とは、比例制御弁に入力するパルス信号のデューティ比又は比例制御弁に供給する電圧のデューティ比を変化させることによって、比例制御弁の弁開度を制御することをいう。また、PID制御(proportional plus integral plus derivative control)とは、目標値(流量FSET)と現在値(流量FDET)との差に比例した値に操作量(比例制御弁の弁開度)を逐次更新していく比例制御に、残留偏差(目標値と現在値との差を時間的に累積した値)が所定値以上になると操作量を変化させる積分制御と、目標値と現在値との差が急激に変化すると操作量を変化させる微分制御とを加えた制御のことをいう。 In the oxygen-enriched gas supply device of the present invention, the control of the valve opening degree of the proportional control valve when the pressure P DET is lower than the first upper limit pressure P MAX1 is preferably performed by PWM control and / or PID control. Thereby, it becomes possible to draw out the performance of the proportional control valve and control the flow rate of the oxygen-enriched gas taken out from the storage tank with higher accuracy. Here, PWM control (pulse width modulation control) refers to the valve opening degree of the proportional control valve by changing the duty ratio of the pulse signal input to the proportional control valve or the duty ratio of the voltage supplied to the proportional control valve. It means to control. In addition, PID control (proportional plus integral plus derivative control) is an operation amount (valve opening of the proportional control valve) that is proportional to the difference between the target value (flow rate F SET ) and the current value (flow rate F DET ). In proportional control that is updated sequentially, integral control that changes the manipulated variable when the residual deviation (a value that accumulates the difference between the target value and the current value over time) exceeds a predetermined value, and the target value and the current value This is a control in which a differential control that changes the operation amount when the difference changes rapidly is added.
酸素濃縮ガス供給源は、酸素濃縮ガスや液体酸素が貯留された酸素ボンベなどであってもよいが、周囲の空気(原料空気)から酸素濃縮ガスを生成するものであると好ましい。これにより、周囲の空気からその場で酸素濃縮ガスを生成して使用者に供給することのできる酸素濃縮ガス供給装置(酸素濃縮装置)を提供することが可能になる。この種の酸素濃縮ガス供給装置は、酸素吸入療法に用いられる医療用酸素濃縮装置として好適に利用することができる。この場合、酸素濃縮ガスは、通常、カニューラや鼻マスクなどを介して使用者(患者)に供給される。 The oxygen-enriched gas supply source may be an oxygen-enriched gas, an oxygen cylinder in which liquid oxygen is stored, or the like, but is preferably one that generates oxygen-enriched gas from ambient air (raw air). This makes it possible to provide an oxygen-enriched gas supply device (oxygen-enriched device) that can generate oxygen-enriched gas from ambient air on the spot and supply it to the user. This type of oxygen-enriched gas supply device can be suitably used as a medical oxygen concentrator used for oxygen inhalation therapy. In this case, the oxygen-enriched gas is usually supplied to the user (patient) via a cannula or a nasal mask.
圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも低い場合における比例制御弁の制御方式は、酸素濃縮ガス供給装置の用途などによっても異なり、とくに限定されないが、
流量FDETが第一下限流量FMIN1よりも少なくなると比例制御弁の弁開度を大きくして流量FDETを流量FSETに近づける流量増大操作と、
流量FDETが第一上限流量FMAX1よりも多くなると比例制御弁の弁開度を小さくして流量FDETを流量FSETに近づける流量減少操作と
を切り替える連続供給方式によって比例制御弁の弁開度が制御されるようにすると好ましい。
これにより、酸素濃縮ガス供給源から取り出す酸素濃縮ガスの流量が第一下限流量FMIN1を大きく下回ったり、第一上限流量FMAX1を大きく上回ったりするのを防止することが可能になり、酸素濃縮ガスの流量を高い精度で制御することができる。この場合、前記PWM制御や前記PID制御は、流量増大操作や流量減少操作で使用することができる。
The control method of the proportional control valve when the pressure P DET is lower than the first upper limit pressure P MAX1 varies depending on the use of the oxygen-enriched gas supply device and is not particularly limited.
When the flow rate F DET becomes smaller than the first lower limit flow rate F MIN1 , the flow rate increasing operation for increasing the valve opening degree of the proportional control valve and bringing the flow rate F DET closer to the flow rate F SET ;
When the flow rate F DET is larger than the first upper limit flow rate F MAX1 , the proportional control valve is opened by a continuous supply method that switches the flow rate F DET to the flow rate F SET by decreasing the valve opening of the proportional control valve. The degree is preferably controlled.
As a result, it becomes possible to prevent the flow of the oxygen-enriched gas taken out from the oxygen-enriched gas supply source from greatly lowering the first lower limit flow F MIN1 or greatly exceeding the first upper limit flow F MAX1. The gas flow rate can be controlled with high accuracy. In this case, the PWM control or the PID control can be used in a flow rate increasing operation or a flow rate decreasing operation.
また、本発明の酸素濃縮ガス供給装置に、使用者の呼吸状態(使用者が呼気相と吸気相のいずれにあるか)を検知するための呼吸検知手段を備え、
圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも低い場合には、
呼吸検知手段によって検知された呼吸状態が呼気相になると比例制御弁を実質的に完全に閉じる呼気相操作と、
呼吸検知手段によって検知された呼吸状態が吸気相になった直後に酸素濃縮ガスの流量が流量FSETを上回るように(通常、流量FSETの2〜5倍となるように)比例制御弁の弁開度を大きくした後、酸素濃縮ガスの平均の流量が流量FSETに近づくように比例制御弁を操作する吸気相操作と
を切り替える呼吸同調供給方式によって比例制御弁の弁開度が制御されるようにすることも好ましい。
これにより、使用者(患者)が呼吸を行うタイミングに同調させて酸素濃縮ガスを供給することが可能になり、酸素濃縮ガスの無駄な消費を抑えることができる。また、呼吸状態が吸気相になると酸素濃縮ガスの流量が一時的に流量FSETを上回るようにすることで、加湿手段におけるガス流路の流通抵抗を考慮したうえで、吸入した酸素濃縮ガスを使用者の肺胞に届きやすくすることも可能になる。これらの構成は、本発明の酸素濃縮ガス供給装置を医療用酸素濃縮装置として使用する場合に採用すると好適である。
In addition, the oxygen-enriched gas supply device of the present invention includes a respiration detection means for detecting the breathing state of the user (whether the user is in the expiration phase or the inspiration phase),
When the pressure P DET is lower than the first upper limit pressure P MAX1 ,
Expiratory phase operation that substantially completely closes the proportional control valve when the respiratory state detected by the respiration detecting means becomes the expiratory phase;
Immediately after the breathing state detected by the breathing detection means becomes the inspiration phase, the flow rate of the oxygen-enriched gas exceeds the flow rate F SET (usually 2 to 5 times the flow rate F SET ). After the valve opening is increased, the valve opening of the proportional control valve is controlled by a respiration synchronized supply method that switches between the intake phase operation that operates the proportional control valve so that the average flow rate of the oxygen-enriched gas approaches the flow rate F SET. It is also preferable to do so.
Accordingly, it becomes possible to supply the oxygen-enriched gas in synchronism with the timing when the user (patient) breathes, and wasteful consumption of the oxygen-enriched gas can be suppressed. In addition, when the respiratory state becomes the inspiratory phase, the flow rate of the oxygen-enriched gas temporarily exceeds the flow rate F SET , so that the inhaled oxygen-enriched gas is reduced in consideration of the flow resistance of the gas flow path in the humidifying means. It is also possible to make it easier to reach the user's alveoli. These configurations are preferably employed when the oxygen-enriched gas supply device of the present invention is used as a medical oxygen concentrator.
本発明の酸素濃縮ガス供給装置において、圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも低い場合における比例制御弁の制御方式は、予め一義的に定められていてもよいが、使用者が複数の制御方式(例えば、連続供給方式と呼吸同調供給方式など)の中から選択できるようになっていると好ましい。これにより、使用者がその症状や昼夜などに応じて比例制御弁の制御方式を選択することが可能になる。 In the oxygen-enriched gas supply device of the present invention, the control method of the proportional control valve in the case where the pressure P DET is lower than the first upper limit pressure P MAX1 may be uniquely determined in advance. It is preferable that a control method (for example, a continuous supply method, a respiration synchronization supply method, etc.) can be selected. Thereby, the user can select the control method of the proportional control valve according to the symptom or day and night.
より具体的には、圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも低い場合における比例制御弁の制御方式を少なくとも連続供給方式と呼吸同調供給方式の中から選択するための弁制御方式設定手段を備え、前記制御方式に呼吸同調供給方式が選択された場合には、連続供給方式が選択された場合よりも、酸素濃縮ガス供給源における酸素濃縮ガスの生成能力が低く設定されるようになっていると好ましい。これにより、酸素濃縮ガス供給装置の消費電力を低減することが可能になる。圧力変動吸着分離法によって酸素濃縮ガスを生成する場合には、後述するコンプレッサの駆動電力を低く変更したり、吸着工程と再生工程が行われる吸着筒の切替圧力を低く変更したりすることなどによって、酸素濃縮ガスの生成能力を低くすることができる。 More specifically, a valve control method setting means for selecting a control method of the proportional control valve when the pressure P DET is lower than the first upper limit pressure P MAX1 from at least a continuous supply method and a respiration synchronization supply method. When the breathing synchronized supply method is selected as the control method, the oxygen-enriched gas generation capability in the oxygen-enriched gas supply source is set lower than when the continuous supply method is selected. It is preferable. Thereby, it becomes possible to reduce the power consumption of an oxygen concentration gas supply apparatus. When oxygen-enriched gas is generated by the pressure fluctuation adsorption separation method, by changing the driving power of the compressor, which will be described later, lowering the switching pressure of the adsorption cylinder in which the adsorption process and the regeneration process are performed, etc. In addition, the ability to generate oxygen-enriched gas can be lowered.
ところで、本発明の酸素濃縮ガス供給装置に、酸素濃縮ガス供給源から取り出された酸素濃縮ガスを加湿するための加湿手段を備えることも好ましい。これにより、酸素濃縮ガスを加湿してから使用者に供給することが可能になる。この構成は、本発明の酸素濃縮ガス供給装置を、圧力変動吸着分離法を用いた医療用酸素濃縮装置として使用する場合に好適に採用することができる。圧力変動吸着分離法によって生成された酸素濃縮ガスは、窒素だけでなく水分も吸着剤に吸着されるために、非常に乾燥しており、この酸素濃縮ガスをそのままの状態で長時間吸入すると、使用者が口や鼻の粘膜を痛めるおそれもあるからである。 By the way, it is also preferable that the oxygen-enriched gas supply device of the present invention includes a humidifying unit for humidifying the oxygen-enriched gas taken out from the oxygen-enriched gas supply source. As a result, the oxygen-enriched gas can be supplied to the user after being humidified. This configuration can be suitably employed when the oxygen-enriched gas supply device of the present invention is used as a medical oxygen concentrator using a pressure fluctuation adsorption separation method. The oxygen-enriched gas produced by the pressure fluctuation adsorption separation method is very dry because not only nitrogen but also moisture is adsorbed by the adsorbent, and if this oxygen-enriched gas is sucked in as it is for a long time, This is because the user may hurt the mucous membrane of the mouth and nose.
加湿手段は、容器の中に水(製精水)を入れ、酸素濃縮ガスをくぐらせて加湿するバブリング方式のものが多く採用され、この種の加湿手段を使用する場合には、加湿手段の脱着作業を行う際などに、加湿手段の装着忘れや、蓋や容器の閉め忘れや、力の弱い高齢者による蓋の締め付けが不足することなどにより、その部分から酸素濃縮ガスが漏れるおそれもある。酸素濃縮ガスが漏れると、流量FDETが増加しないにもかかわらず、弁開度制御手段が流量FDETを流量FSETに近づける流量増大操作を比例制御弁が全開状態となるまで続け、酸素濃縮ガス供給源における酸素濃縮ガス生成能力が追いつかなくなり、酸素濃縮ガスの酸素濃度が低下するおそれもある。このため、本発明の酸素濃縮ガス供給装置に、上記のような加湿手段の異常を検知することができるような工夫を施しておくと好ましい。しかし、カニューラ折れなどと混同することなく加湿手段の異常を検知しようとすると、圧力PDETだけでなく、流量FDETも監視する必要がある。したがって、流量FDETが第二下限流量FMIN2(ただし、FMIN2<FMIN1)よりも少なくなると、加湿手段の装着状態を検知するための加湿手段チェック操作が行われるようにしておくと好ましい。比例制御弁の制御方式として呼吸同調方式が選択されている場合には、呼気相操作の間は、加湿手段チェック操作を行わないようにしておくと、酸素濃縮ガス供給装置の誤動作を防止することができる。加湿手段チェック操作を行う場合には、加湿手段は、流量検知手段よりも上流側に配する必要がある。 As the humidifying means, a bubbling method in which water (semen-made water) is put in a container and oxygen-concentrated gas is passed through to be humidified is often used. When this type of humidifying means is used, Oxygen-concentrated gas may leak from that part due to forgetting to attach humidification means, forgetting to close the lid or container, or lack of tightening of the lid by weak elderly people when performing desorption work etc. . If the oxygen enriched gas leaks, the valve opening control means continues the flow increasing operation to bring the flow rate F DET closer to the flow rate F SET , even though the flow rate FDET does not increase, until the proportional control valve is fully opened. There is also a possibility that the oxygen-enriched gas generation capacity in the gas supply source cannot catch up and the oxygen concentration of the oxygen-enriched gas is lowered. For this reason, it is preferable to devise the oxygen-enriched gas supply device of the present invention so that the abnormality of the humidifying means as described above can be detected. However, if an attempt is made to detect an abnormality of the humidifying means without being confused with a cannula breakage, it is necessary to monitor not only the pressure P DET but also the flow rate F DET . Therefore, when the flow rate F DET is smaller than the second lower limit flow rate F MIN2 (where F MIN2 <F MIN1 ), it is preferable to perform a humidifying means check operation for detecting the mounting state of the humidifying means. When the breathing synchronization method is selected as the control method of the proportional control valve, it is possible to prevent malfunction of the oxygen enriched gas supply device if the humidifying means check operation is not performed during the expiration phase operation. Can do. When the humidifying means check operation is performed, the humidifying means needs to be arranged upstream of the flow rate detecting means.
加湿手段チェック操作は、加湿手段の装着状態を検知しうるのであればとくに限定されないが、比例制御弁を間歇的に開閉させることによって行われ、比例制御弁が間歇的に開閉されたにもかかわらず流量FDETが変化しない場合には、加湿手段装着異常警報が出力されるようにしておくと好ましい。これにより、光電センサなどを設けることなく、加湿手段の装着忘れや蓋の閉め忘れなどを容易に検知してその異常を使用者に知らせることができるようになる。 The humidifying means check operation is not particularly limited as long as it can detect the mounting state of the humidifying means, but is performed by intermittently opening and closing the proportional control valve, even though the proportional control valve is intermittently opened and closed. If the flow rate FDET does not change, it is preferable to output a humidifying means attachment abnormality alarm. Thereby, without providing a photoelectric sensor or the like, it becomes possible to easily detect forgetting to attach the humidifying means or forgetting to close the lid and to notify the user of the abnormality.
また、本発明の酸素濃縮ガス供給装置に、使用者の血中酸素飽和度を検知するための血中酸素飽和度検知手段を備え、血中酸素飽和度検知手段によって検知された血中酸素飽和度が上限飽和度よりも高くなる又は下限飽和度よりも低くなると、その度合いに応じて流量FSETが補正されるようにすることも好ましい。これにより、供給する酸素濃縮ガスの流量を使用者の血中酸素飽和度に応じてリアルタイムで変更することが可能になる。この構成は、本発明の酸素濃縮ガス供給装置を、医療用酸素濃縮装置として使用する場合に好適に採用することができる。上限飽和度及び下限飽和度は、流量設定手段に設定された流量FSETに応じた値に適宜変更されるようになっており、流量FSETを切り替えると、上限飽和度及び下限飽和度も切り替えられるようになっている。 Further, the oxygen-enriched gas supply device of the present invention includes blood oxygen saturation detection means for detecting the blood oxygen saturation of the user, and blood oxygen saturation detected by the blood oxygen saturation detection means When the degree is higher than the upper limit saturation or lower than the lower limit saturation, it is also preferable that the flow rate F SET is corrected according to the degree. This makes it possible to change the flow rate of the oxygen-enriched gas to be supplied in real time according to the blood oxygen saturation level of the user. This configuration can be suitably employed when the oxygen-enriched gas supply device of the present invention is used as a medical oxygen concentrator. The upper limit saturation and the lower limit saturation are appropriately changed to values corresponding to the flow rate F SET set in the flow rate setting means. When the flow rate F SET is switched, the upper limit saturation and the lower limit saturation are also switched. It is supposed to be.
さらに、本発明の酸素濃縮ガス供給装置において、流量設定手段は、貯留タンクから取り出す酸素濃縮ガスの流量を、つまみを回転操作することにより設定できるようにしたつまみ式のものであってもよいが、押ボタンスイッチを操作することによって流量FSETを選択できるようにしたものであると好ましい。これにより、指先が不自由な人であっても、貯留タンクから取り出す酸素濃縮ガスの流量FSETを容易に設定することができるようになる。 Furthermore, in the oxygen-enriched gas supply device of the present invention, the flow rate setting means may be of a knob type in which the flow rate of the oxygen-enriched gas taken out from the storage tank can be set by rotating the knob. It is preferable that the flow rate F SET can be selected by operating a push button switch. Thereby, even if it is a person with a fingertip handicapped, it becomes possible to easily set the flow rate F SET of the oxygen-enriched gas taken out from the storage tank.
以上のように、本発明によって、酸素濃縮ガスの流量を高い精度で制御することのできる酸素濃縮ガス供給装置を提供することが可能になる。また、酸素濃縮ガス供給源の下流側に接続された流路に減圧弁を別途設けなくても、供給する酸素濃縮ガスの圧力の突発的な上昇を防止することのできる、安全な酸素濃縮ガス供給装置を提供することも可能になる。さらに、高機能化が容易で、用途や目的に応じて効率の良い複雑な動作を行わせることも可能な酸素濃縮ガス供給装置を提供することもできるようになる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an oxygen-enriched gas supply device that can control the flow rate of the oxygen-enriched gas with high accuracy. In addition, a safe oxygen-enriched gas that can prevent a sudden increase in the pressure of the oxygen-enriched gas to be supplied without separately providing a pressure reducing valve in the flow path connected to the downstream side of the oxygen-enriched gas supply source It is also possible to provide a supply device. Furthermore, it is possible to provide an oxygen-enriched gas supply device that can be easily enhanced in function and can perform an efficient and complex operation according to the application and purpose.
1.酸素濃縮ガス供給装置の概要
本発明の酸素濃縮ガス供給装置の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。図1は、本発明の酸素濃縮ガス供給装置の好適な実施態様を示したシステムフロー図である。図2は、本発明の酸素濃縮ガス供給装置における酸素濃縮ガス供給源100の好適な実施態様を示したシステムフロー図である。
1. Outline of Oxygen Concentrated Gas Supply Device A preferred embodiment of the oxygen concentrated gas supply device of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. FIG. 1 is a system flow diagram showing a preferred embodiment of the oxygen-enriched gas supply device of the present invention. FIG. 2 is a system flow diagram showing a preferred embodiment of the oxygen-enriched
本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置は、図1に示すように、酸素供給ガスを供給するための酸素濃縮ガス供給源100と、酸素濃縮ガス供給源100から取り出される酸素濃縮ガスに含まれる微細な塵を除去するためのバクテリアフィルタ200と、酸素濃縮ガス供給源100から取り出される酸素濃縮ガスの流量を制御するための比例制御弁201と、酸素濃縮ガス供給源100から取り出される酸素濃縮ガスの酸素濃度を検知するための酸素濃度検知手段202と、酸素濃縮ガス供給源100から取り出される酸素濃縮ガスの圧力を検知するための圧力検知手段203と、酸素濃縮ガス供給源100から取り出された酸素濃縮ガスが逆流するのを防止するための逆止弁205と、酸素濃縮ガス供給源100から取り出された酸素濃縮ガスを加湿するための加湿手段206と、酸素濃縮ガス供給源100から取り出される酸素濃縮ガスの流量を検知するための流量検知手段204と、使用者の呼吸状態を検知するための呼吸検知手段207と、酸素濃縮ガスを装置外部に取り出すための酸素濃縮ガス取出口208とを備えたものとなっている。
As shown in FIG. 1, the oxygen-enriched gas supply apparatus according to the present embodiment includes an oxygen-enriched
酸素濃縮ガス供給源100、バクテリアフィルタ200、比例制御弁201、酸素濃度検知手段202、圧力検知手段203、流量検知手段204、逆止弁205、加湿手段206、呼吸検知手段207、酸素濃縮ガス取出口208の配置は、図1に示したものに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。例えば、呼吸検知手段207は、逆止弁205と加湿手段206との間のガス流路に配してもよいし、酸素濃縮ガス取出口208に接続されるガスチューブ(図示省略)や、該ガスチューブの先端に接続される鼻マスクやカニューラなどに配してもよい。また、図1では、加湿手段206を流量検知手段204よりも上流側に配しているが、後述する加湿手段チェック操作を行わない場合には、加湿手段206を流量検知手段204よりも下流側に配してもよい。
Oxygen-enriched
また、本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置には、上記の構成の他、酸素濃縮ガス供給源100から取り出す酸素濃縮ガスの流量を設定するための流量設定手段209と、使用者の血中酸素飽和度を検知するための血中酸素飽和度検知手段210と、圧力検知手段203によって検知された圧力PDETや流量検知手段204によって検知された流量FDETなどに応じて比例制御弁201の弁開度を制御するための弁開度制御手段211とが備えられている。弁開度制御手段211は、比例制御弁201、圧力検知手段202、流量検知手段204、呼吸検知手段207、流量設定手段209及び血中酸素飽和度検知手段210のそれぞれと互いに電気的に接続されおり、各種データや各種信号のやり取りをそれぞれの間で行うことができるようになっている。
In addition to the above configuration, the oxygen-enriched gas supply device of this embodiment includes a flow rate setting means 209 for setting the flow rate of the oxygen-enriched gas taken out from the oxygen-enriched
2.酸素濃縮ガス供給源
酸素濃縮ガス供給源100は、酸素濃縮ガスが予め貯留された酸素ボンベや、液体酸素が貯留された液体酸素ボンベなどであってもよいが、周囲の空気(原料空気)から酸素濃縮ガスを生成することができるものであると好ましい。これにより、酸素濃縮ガスや液体酸素などを酸素濃縮ガス供給源100に予め貯留しておかなくても、酸素濃縮ガスを得ることが可能になる。酸素濃縮ガスを生成する方法としては、圧力変動吸着分離法、膜分離法、電気分解法などが例示されるが、本実施態様の酸素濃縮ガス供給源100は、圧力変動吸着分離法を利用したものとなっており、酸素濃度の高い酸素濃縮ガスを効率的に生成することができるものとなっている。
2. Oxygen-enriched gas supply source The oxygen-enriched
酸素濃縮ガス供給源100についてより具体的に説明する。この酸素濃縮ガス供給源100は、図2に示すように、周辺にある空気(原料空気)を取り入れるための原料空気取入口101と、原料空気取入口101から取り入れられた原料空気を移送するためのコンプレッサ103と、原料空気に含まれる窒素を選択的に吸着しうる吸着剤が収容された吸着筒110,111と、吸着筒110,111で生成された酸素濃縮ガスを一時的に貯留するための貯留タンク117と、吸着筒110,111の原料空気導入端側(下端側)に接続される流路を切り換えるための電磁弁106,107,108,109とを備えたものとなっている。吸着筒110,111の酸素濃縮ガス導出端側(上端側)は、酸素濃縮ガスの逆流を防止するための逆止弁115,116を介して貯留タンク117と接続されている。貯留タンク117には、貯留タンク117の圧力を検知するための圧力検知手段118が接続されている。
The oxygen-enriched
また、原料空気取入口101には、原料空気に含まれる埃などを除去するためのフィルタが取り付けられており、原料空気取入口101とコンプレッサ103とを接続するガス流路には、コンプレッサ103で生じる原料空気の脈動音が原料空気取入口101から漏れるのを防ぐための消音タンク102が設けられている。さらに、コンプレッサ103と電磁弁106,107,108,109とを接続するガス流路には、コンプレッサ103から吸着筒110,111へ移送される原料空気の脈動音を軽減するための消音タンク104と、吸着筒110,111へ移送される原料空気の圧力を検知するための圧力検知手段105とが設けられている。
In addition, a filter for removing dust and the like contained in the raw air is attached to the
さらにまた、吸着筒110,111の酸素濃縮ガス導出端側(上端側)は、直列に配された電磁弁112とオリフィス113とを介して互いに接続されている。また、吸着筒110,111の酸素濃縮ガス導出端側(上端側)は、オリフィス114を介しても互いに接続されている。電磁弁112及びオリフィス113は、吸着筒110,111の上部均圧を行うためのものとなっており、オリフィス114は、吸着筒110,111のパージを行うためのものとなっている。一方、吸着筒110,111の原料空気導入端側(下端側)はそれぞれ、電磁弁107,109と消音タンク119とを介して排気ガス排出口120に接続されている。排気ガス排出口120には、消音のためのサイレンサが設けられている。
Furthermore, the oxygen enriched gas outlet end side (upper end side) of the
この酸素濃縮ガス供給源100は、原料空気取入口101から取り入れた原料空気をコンプレッサ103で吸着筒110,111へと圧送し、吸着筒110,111の圧力を上昇させることによって、原料空気に含まれる窒素を吸着筒110,111に収容された吸着剤に吸着させ、吸着し難い酸素ガスが吸着筒の製品導出端から取り出される吸着工程と、吸着工程を終えた際に吸着筒110,111に残っているガスを排気ガス排出口120から排出し、吸着筒110,111の圧力を低下させることによって吸着剤に吸着されていた窒素を脱離させる再生工程とを交互に切り替えながら、酸素濃縮ガスを連続的に生成するものとなっている。吸着工程と再生工程は、電磁弁106,107,108,109や、電磁弁112の開閉状態を切り替えることによって行われ、吸着筒110と吸着筒111とで交互に繰り返し行われるようになっている。その他、上部均圧やパージなどの細かい動作については、圧力変動吸着分離法を用いた一般的な酸素濃縮装置と略同様であるために説明を割愛する。
The oxygen-enriched
3.比例制御弁
比例制御弁201は、酸素濃縮ガスを導入するための入力ポートと、酸素濃縮ガスを導出するための出力ポートと、酸素濃縮ガスを入力ポートから出力ポートまで案内するための弁内ガス流路と、弁内ガス流路を閉塞するための弁体と、電磁力によって弁体を移動させる電磁石とを備えたものとなっており、電磁石を構成するソレノイドに流す電流の大きさを変化させることによって弁体の位置を変化させ、弁開度を前記電流の大きさに比例した値に調節することができるものとなっている。ソレノイドに流す電流の大きさは、弁開度制御手段211で生成された信号SIG1に基づいて直接的又は間接的に制御することができるようになっている。信号SIG1には、通常、DC0〜20mA、DC4〜20mA、DC0〜5V、DC0〜10Vなどのアナログ電気信号が用いられる。この比例制御弁201は、全開状態から前閉状態となるまで、その弁開度を無段階で調節することができるようになっており、それを通過する酸素濃縮ガスの流量を無段階で制御することが可能なものとなっている。圧力変動吸着分離法を用いた医療用酸素濃縮装置では、酸素濃縮ガスの流量を急激に変化させると、吸着筒110,111の内部にある原料ガスや酸素濃縮ガスの状態が乱れたことに起因して、数分〜数十分の間、酸素濃度が低下することがあるが、酸素濃縮ガスの取出流量を比例制御弁201によってゆっくりと変化させることにより、酸素濃縮ガスの酸素濃度の低下を防止することができる。
3. Proportional control valve
4.圧力検知手段
圧力検知手段203の種類は、酸素濃縮ガス供給装置の用途などによっても異なり、とくに限定されない。しかし、酸素濃縮ガス供給装置を医療用酸素濃縮装置として用いる場合には、通常、感圧素子にダイヤフラムを用いたダイヤフラム型の圧力センサが用いられる。ダイヤフラム型の圧力センサは、酸素濃縮ガスの圧力の異常を確実に検知できるばかりか、小型のものが多く、酸素濃縮ガス供給装置の小型化を容易にするためである。
4). Pressure detection means The type of the pressure detection means 203 is not particularly limited, and varies depending on the application of the oxygen-enriched gas supply device. However, when the oxygen-enriched gas supply device is used as a medical oxygen concentrator, a diaphragm type pressure sensor using a diaphragm as a pressure-sensitive element is usually used. The diaphragm type pressure sensor is not only capable of reliably detecting an abnormality in the pressure of the oxygen-enriched gas, but is often small in size so that the oxygen-enriched gas supply device can be easily downsized.
ダイヤフラム型の圧力センサとしては、
(1)圧力が印加されたダイヤフラムのたわみを該ダイヤフラムの表面に設けたひずみゲージの電気抵抗の変化によって検出し、そのときの電気抵抗によってダイヤフラムに印加された圧力を検知するひずみゲージ式の圧力センサや、
(2)圧力が印加されたダイヤフラムのたわみを該ダイヤフラムの両側に配された一対の固定電極間の静電容量の変化又は該ダイヤフラムの周辺に配された固定電極とダイヤフラム間の静電容量の変化によって検出し、そのときの静電容量によってダイヤフラムに印加された圧力を検知する静電容量式の圧力センサや、
(3)圧力が印加されたダイヤフラムの剛性率の変化を該ダイヤフラムの共振周波数の変化又は該ダイヤフラムに接続した振動子の共振周波数の変化によって検出し、そのときの共振周波数によってダイヤフラムに印加された圧力を検知する振動式の圧力センサ
などが例示される。
As a diaphragm type pressure sensor,
(1) Strain gauge pressure that detects the deflection of the diaphragm to which pressure is applied by the change in the electrical resistance of the strain gauge provided on the surface of the diaphragm, and detects the pressure applied to the diaphragm by the electrical resistance at that time. Sensors,
(2) A change in capacitance between a pair of fixed electrodes arranged on both sides of the diaphragm or a change in capacitance between the fixed electrode arranged on the periphery of the diaphragm and the capacitance of the diaphragm to which the pressure is applied A capacitance type pressure sensor that detects the change and detects the pressure applied to the diaphragm by the capacitance at that time,
(3) The change in the rigidity of the diaphragm to which pressure is applied is detected by the change in the resonance frequency of the diaphragm or the change in the resonance frequency of the vibrator connected to the diaphragm, and the change is applied to the diaphragm by the resonance frequency at that time. Examples include a vibration type pressure sensor that detects pressure.
圧力検知手段203は、酸素濃縮ガスの圧力が異常値に達したことを検知するためのものであり、酸素濃縮ガスの圧力の微小な変化を検知できなくてもよい。本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置においては、必要な計測精度を得ることができ、量産が容易で価格が安く、小型化や取り扱いも容易な、シリコンダイヤフラム式(ゲージ式の1種)の圧力センサを圧力検知手段203として用いている。 The pressure detection means 203 is for detecting that the pressure of the oxygen-enriched gas has reached an abnormal value, and may not be able to detect a minute change in the pressure of the oxygen-enriched gas. In the oxygen-enriched gas supply device of this embodiment, the pressure of the silicon diaphragm type (one type of gauge type) that can obtain the required measurement accuracy, is easy to mass-produce, is inexpensive, and is easy to downsize and handle. A sensor is used as the pressure detection means 203.
5.流量検知手段
流量検知手段204は、酸素濃縮ガス供給源100から取り出された酸素濃縮ガスの流量を検知できるものであればとくに限定されず、熱式、超音波式、差圧式、渦式、面積式など、各種の流量センサのなかから、測定精度、レンジアビリティ、ガス流路の呼び径、外部振動の有無、応答性、寸法、価格などを考慮して適宜選択される。
5. Flow rate detection means The flow rate detection means 204 is not particularly limited as long as it can detect the flow rate of the oxygen-enriched gas taken out from the oxygen-enriched
とくに、酸素濃縮ガス供給装置を医療用酸素濃縮装置として用いる場合には、
(1)酸素濃縮ガスの流れの中に置かれた加熱体の単位時間に失う熱量が酸素濃縮ガスの流量(質量流量)に比例することを利用して酸素濃縮ガスの流量を検知する熱式の流量センサや、
(2)ガス流路を流れる酸素濃縮ガスに出射された超音波が受波器に到達する時間差が酸素濃縮ガスの流量(体積流量)に比例することを利用して酸素濃縮ガスの流量を検知する超音波式の流量センサ
を流量検知手段204として好適に用いることができる。
In particular, when using an oxygen enriched gas supply device as a medical oxygen concentrator,
(1) Thermal type that detects the flow rate of oxygen-enriched gas using the fact that the amount of heat lost per unit time of the heating element placed in the flow of oxygen-enriched gas is proportional to the flow rate (mass flow rate) of oxygen-enriched gas Flow sensor,
(2) The flow rate of the oxygen-enriched gas is detected by utilizing the fact that the time difference between the ultrasonic waves emitted to the oxygen-enriched gas flowing through the gas flow path reaching the receiver is proportional to the flow rate (volume flow rate) of the oxygen-enriched gas. An ultrasonic flow sensor can be suitably used as the flow rate detection means 204.
これらの流量センサは、コンプレッサなどによる外部振動が生じた場合であっても酸素濃縮ガスの流量を高い精度で測定できるだけでなく、レンジアビリティが高く、流量設定手段209によって酸素濃縮ガスの流量FSETが大幅に切り替えられた場合であっても酸素濃縮ガスの流量を確実に測定することができるためである。流量検知手段204によって検知された酸素濃縮ガスの流量FDETは、図1に示すように、弁開度制御手段211へと入力される。 These flow sensors can not only measure the flow rate of the oxygen-enriched gas with high accuracy even when external vibrations due to a compressor or the like occur, but also have high rangeability, and the flow rate setting means 209 allows the flow rate of the oxygen-enriched gas F SET. This is because the flow rate of the oxygen-enriched gas can be reliably measured even when the gas is switched significantly. Flow rate F DET of the oxygen enriched gas is detected by the flow detecting means 204, as shown in FIG. 1, is inputted to the valve opening control means 211.
6.呼吸検知手段
呼吸検知手段207の種類は、使用者の呼吸状態を検知できるものであればとくに限定されず、使用者の呼吸による酸素濃縮ガスの圧力の微小な変化を検知することのできる圧力センサや、使用者の呼吸による湿度の微小な変化を検知することのできる湿度センサや、使用者の呼吸による胸部や腹部の動きを検知することのできるセンサなどが例示される。本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置においては、圧力センサを呼吸検知手段207として用いている。この場合、例えば、酸素濃縮ガス供給カニューラの内部圧力が上昇すると、使用者が空気を吐いている状態(呼気相)にあると判断することができるし、内部圧力が低下すると、使用者が空気を吸っている状態(吸気相)にあると判断することができる。
6). Breath detection means The type of the breath detection means 207 is not particularly limited as long as it can detect the breathing state of the user, and a pressure sensor that can detect a minute change in the pressure of the oxygen-enriched gas due to the breathing of the user. In addition, a humidity sensor that can detect a minute change in humidity due to the user's breathing, a sensor that can detect movement of the chest and abdomen due to the user's breathing, and the like are exemplified. In the oxygen-enriched gas supply device of this embodiment, a pressure sensor is used as the respiration detection means 207. In this case, for example, when the internal pressure of the oxygen-enriched gas supply cannula increases, it can be determined that the user is exhaling air (expiratory phase), and when the internal pressure decreases, the user Can be determined to be in a state (intake phase).
呼吸検知手段207として用いる圧力センサの種類もとくに限定されないが、圧力検知手段203と同様、感圧素子にダイヤフラムを用いたダイヤフラム型の圧力センサを好適に用いることができる。本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置においては、使用者の呼吸による酸素濃縮ガスの圧力の微小な変化を高い精度で検知することのできる、シリコンダイヤフラム式の圧力センサを呼吸検知手段109として用いている。呼吸検知手段207で検知された酸素濃縮ガスの圧力は、図1に示すように、弁開度制御手段211へと入力される(信号SIG2)。
The type of pressure sensor used as the
7.流量設定手段
流量設定手段209は、酸素濃縮ガス供給源100から取り出す酸素濃縮ガスの流量を医師の処方に基づいた値に使用者が適宜調節するためのものとなっている。本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置において、流量設定手段209は、押ボタンスイッチを操作することによって流量FSETを選択できるようにしたものとなっている。このため、つまみを回さなくてもボタンスイッチを押すだけで酸素濃縮ガス供給源100から取り出す酸素濃縮ガスの流量を設定でき、指先が不自由な人でも容易に操作することのできるようになっている。本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置において、酸素濃縮ガス供給源100から取り出す酸素濃縮ガスの流量は、0.25L/min、0.5L/min、0.75L/min、1.0L/min、1.5L/min、2.0L/min、2.5L/min、3.0L/minの8段階で設定できるようになっている。流量設定手段209に設定された流量FSETは、図1に示すように、弁開度制御手段211へと入力される。
7). Flow rate setting means The flow rate setting means 209 is for the user to appropriately adjust the flow rate of the oxygen enriched gas taken out from the oxygen enriched
8.血中酸素飽和度検知手段
血中酸素飽和度検知手段210は、酸素濃縮ガス供給装置を医療用酸素濃縮装置として使用する場合に採用すると好適である。血中酸素飽和度検知手段210は、使用者の血中酸素飽和度を検知できるものであればとくに限定されないが、通常、パルスオキシメータが用いられる。パルスオキシメータは、指や耳たぶなどの被測定部位に異なる波長の光を照射する発光手段と、被測定部位を透過した光を電気的信号に変換するための受光手段と、それぞれの光の振幅比から血中酸素飽和度を演算する血中酸素飽和度演算手段とを備えたものとなっている。パルスオキシメータは、酸化ヘモグロビン(HbO2)と還元ヘモグロビン(Hb)の吸光特性の違いを計測原理に利用したものとなっており、被測定部位を傷つけることなく、使用者の血中酸素飽和度をリアルタイムで検知することができるものとなっている。血中酸素飽和度検知手段210によって検知された使用者の血中酸素飽和度は、図1に示すように、弁開度制御手段211へと入力される(信号SIG3)。
8). Blood Oxygen Saturation Detection Unit The blood oxygen
弁開度制御手段211は、使用者の血中酸素飽和度が入力されると、測定された血中酸素飽和度を、弁開度制御手段211のメモリ部に格納された標準の血中酸素飽和度(流量設定手段209に設定されている流量FSETに対応した標準の血中酸素飽和度)と比較する。測定された血中酸素飽和度が上限飽和度よりも高い場合には、流量設定手段209に設定された流量FSETに減算処理が行われ、比例制御弁201を通過する酸素濃縮ガスの流量が少なくされる。一方、測定された血中酸素飽和度が下限飽和度よりも低い場合には、流量設定手段209に設定された流量FSETに加算処理が行われ、比例制御弁201を通過する酸素濃縮ガスの流量が多くされる。このように、供給する酸素濃縮ガスの流量を使用者の血中酸素飽和度に応じてリアルタイムで変更することができるようになっている。流量FSETの加算量や減算量は、例えば、血中酸素飽和度が1%変化するごとに0.3L/minといった具合に、医師の処方に従って使用者が設定できるようになっている。
When the user's blood oxygen saturation level is input, the valve opening
また、血中酸素飽和度検知手段210から弁開度制御手段211へ血中酸素飽和度が所定時間以上に亘って入力されないか、若しくは、血中酸素飽和度検知手段210によって血中酸素飽和度が正常に測定できなかった場合には、弁開度制御手段211は、比例制御弁201の弁開度を補正がなされる前の状態に自動的に復帰させるようになっている。
In addition, the blood oxygen saturation is not input from the blood oxygen
9.弁開度制御手段
弁開度制御手段211は、圧力検知手段203によって検知された圧力PDETや流量検知手段204によって検知された流量FDETなどの外部信号を入力するための入力部と、比例制御弁201の弁開度を制御する信号SIG1を比例制御弁201に出力するための出力部と、第一上限圧力PMAX1、第一上限流量FMAX1、第一下限流量FMIN1及び第二下限流量FMIN2などのパラメータやこれらのパラメータに基づいて信号SIG1を生成するプログラムを格納するためのメモリ部と、該プログラムを実行するための中央処理装置(CPU)とを備えたものとなっている。本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置においては、小型のプログラマブルコントローラを弁開度制御手段211として用いている。
9. Valve Opening Control Unit The valve
弁開度制御手段211のメモリ部に格納された各パラメータのうち、第一上限圧力PMAX1は、酸素濃縮ガス供給源100から取り出された酸素濃縮ガスの圧力が正常な範囲にあることを判断するための上限閾値となっている。圧力検知手段203によって検知された圧力PDETが第一上限圧力PMAX1を超えると、酸素濃縮ガス取出口208に接続されたチューブが折れたなどの不具合が発生したと判断することができる。第一上限圧力PMAX1は、流量設定手段209に設定された流量FSETの値などに応じて適宜変更されるようにしてもよいが、通常、定数である。第一上限圧力PMAX1の具体的な値は、酸素濃縮ガス供給装置の用途などによっても異なり、とくに限定されない。酸素濃縮ガス供給装置を医療用酸素濃縮装置として用いる場合には、通常、20〜50kPa程度の値が第一上限圧力PMAX1として設定される。本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置において、第一上限圧力PMAX1は、35kPaに設定されている。
Among the parameters stored in the memory section of the valve opening control means 211, the first upper limit pressure P MAX1 determines that the pressure of the oxygen-enriched gas taken out from the oxygen-enriched
また、弁開度制御手段211のメモリ部に格納された各パラメータのうち、第一上限流量FMAX1は、酸素濃縮ガス供給源100から取り出された酸素濃縮ガスの流量が好適な範囲にあることを判断するための上限閾値となっている。第一上限流量FMAX1は、通常、流量設定手段209に設定された流量FSETが切り替わると、流量FSETに応じた値に自動的に変更されるようになっている。第一上限流量FMAX1の具体的な値は、酸素濃縮ガス供給装置の用途などによっても異なり、とくに限定されない。酸素濃縮ガス供給装置を医療用酸素濃縮装置として利用する場合には、通常、流量FDETを0〜20%増(1〜1.2倍)した値が第一上限流量FMAX1として設定される。本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置においては、流量設定手段209に設定された流量FSETを10%増(1.1倍)した値が第一上限流量FMAX1として自動的に設定されるようになっている。
Of the parameters stored in the memory section of the valve opening control means 211, the first upper limit flow rate F MAX1 is such that the flow rate of the oxygen-enriched gas taken out from the oxygen-enriched
さらに、弁開度制御手段211のメモリ部に格納された各パラメータのうち、第一下限流量FMIN1は、酸素濃縮ガス供給源100から取り出された酸素濃縮ガスの流量が好適な範囲にあることを判断するための下限閾値となっている。第一下限流量FMIN1は、通常、流量設定手段209に設定された流量FSETが切り替わると、流量FSETに応じた値に自動的に変更されるようになっている。第一下限流量FMIN1の具体的な値は、酸素濃縮ガス供給装置の用途などによっても異なり、とくに限定されない。酸素濃縮ガス供給装置を医療用酸素濃縮装置として利用する場合には、通常、流量FDETを0〜20%減(0.8〜1倍)した値が第一下限流量FMIN1として設定される。本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置においては、流量設定手段209に設定された流量FSETを10%減(0.9倍)した値が第一下限流量FMIN1として自動的に設定されるようになっている。
Further, among the parameters stored in the memory section of the valve opening control means 211, the first lower limit flow rate FMIN1 is such that the flow rate of the oxygen-enriched gas taken out from the oxygen-enriched
さらにまた、弁開度制御手段211のメモリ部に格納された各パラメータのうち、第二下限流量FMIN2は、酸素濃縮ガス供給装置の本体部に加湿手段206が正常に装着されていることを判断するための下限閾値となっている。第二下限流量FMIN2は、流量設定手段209に設定された流量FSETの値などに応じて適宜変更されるようにしてもよいが、通常、定数である。第二下限流量FMIN2の具体的な値は、酸素濃縮ガス供給装置の用途などによっても異なり、とくに限定されない。酸素濃縮ガス供給装置を医療用酸素濃縮装置として用いる場合には、通常、0L/min、又は流量設定手段209に設定された流量FSETの半分以下程度の値が第二下限流量FMin2として設定されるようになっている。 Furthermore, among the parameters stored in the memory section of the valve opening control means 211, the second lower limit flow rate F MIN2 indicates that the humidifying means 206 is normally attached to the main body of the oxygen-enriched gas supply device. This is the lower limit threshold for determination. The second lower limit flow rate F MIN2 may be appropriately changed according to the value of the flow rate F SET set in the flow rate setting means 209, but is usually a constant. The specific value of the second lower limit flow rate F MIN2 differs depending on the application of the oxygen-enriched gas supply device and is not particularly limited. When the oxygen-enriched gas supply device is used as a medical oxygen-concentrating device, normally, the value of 0 L / min or about half or less of the flow rate F SET set in the flow rate setting means 209 is set as the second lower limit flow rate F Min2. It has come to be.
10.加湿手段
圧力変動吸着分離法を用いて生成された酸素濃縮ガスは非常に乾燥しているため、そのまま長時間吸入すると、使用者の口や鼻の粘膜を痛めるおそれがある。このため、本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置においては、酸素濃縮ガス供給源100と酸素濃縮ガス取出口208との間に加湿手段206を設けている。加湿手段206は、酸素濃縮ガス供給装置の本体から取り外すことができるようになっており、水分の補給や清掃などのメンテナンスを容易に行うことができるものとなっている。
10. Humidification means Since the oxygen-enriched gas produced using the pressure fluctuation adsorption separation method is very dry, if it is inhaled as it is for a long time, the user's mouth and nasal mucosa may be damaged. For this reason, in the oxygen-enriched gas supply device of this embodiment, the humidifying means 206 is provided between the oxygen-enriched
11.酸素濃縮ガス供給装置の動作
続いて、本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置の動作について説明する。本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置は、圧力検知手段203に検知された圧力PDETが弁開度制御手段211のメモリ部に格納された第一上限圧力PMAX1よりも低い場合における比例制御弁201の制御方式を、図示省略の弁制御方式設定手段によって連続供給方式と呼吸同調供給方式との中から選択することができるようになっている。
11. Operation of Oxygen Concentrated Gas Supply Device Next, the operation of the oxygen concentrated gas supply device of this embodiment will be described. The oxygen-enriched gas supply device of this embodiment is a proportional control valve when the pressure P DET detected by the pressure detection means 203 is lower than the first upper limit pressure P MAX1 stored in the memory section of the valve opening degree control means 211. The
まず、比例制御弁201の制御方式に連続供給方式が選択された場合の動作について説明する。図3は、比例制御弁201の制御方式に連続供給方式が選択された場合において、遮断操作、流量減少操作、流量増大操作、加湿手段チェック操作のそれぞれが開始される条件をグラフに示した図である。図4は、比例制御弁201の制御方式に連続供給方式が選択された場合において、弁開度制御手段211が行う処理をフローチャートに示した図である。
First, the operation when the continuous supply method is selected as the control method of the
連続供給方式においては、図3に示すように、圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも高い場合には、比例制御弁201を完全に閉じる遮断操作が行われるようになっている。このため、酸素濃縮ガス供給源100の下流側に接続されたガス流路における圧力の異常な上昇を速やかに検知して、酸素濃縮ガス供給源100から該ガス流路への酸素濃縮ガスの流れを遮断することができるようになっている。この場合には、図示省略の警報手段や表示手段などを用いて酸素濃縮ガスの圧力の異常(もしくは流路が閉塞していること)を使用者に知らせるようにしてもよい。遮断操作は、圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも低くなるまで続けられる。遮断操作が終了すると、比例制御弁201が再び開かれて、通常の操作が開始される。
In the continuous supply system, as shown in FIG. 3, when the pressure P DET is higher than the first upper limit pressure P MAX1 , a shut-off operation for completely closing the
一方、圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも低い場合には、流量FDETが第一下限流量FMIN1よりも少なくなると比例制御弁201の弁開度を大きくして流量FDETを流量FSETに近づける流量増大操作と、流量FDETが第一上限流量FMAX1よりも多くなると比例制御弁201の弁開度を小さくして流量FDETを流量FSETに近づける流量減少操作とが切り替えられるようになっている。本実施態様の酸素濃縮ガス供給装置において、流量増大操作及び流量減少操作は、PWM制御及び/又はPID制御によって行われるようになっており、酸素濃縮ガス供給源100から取り出す酸素濃縮ガスの流量を、高い精度でかつ速やかに流量設定手段209に設定された流量FSETに近づけることができるようになっている。
On the other hand, when the pressure P DET is lower than the first upper limit pressure P MAX1 , when the flow rate F DET becomes smaller than the first lower limit flow rate F MIN1 , the valve opening degree of the
また、流量検知手段204によって検知された流量FDETが第二下限流量FMIN2を下回った場合には、図3に示すように、弁開度制御手段211は、加湿手段チェック操作を開始して比例制御弁201の間歇的な開閉(加湿手段チェック操作)を開始し、酸素濃縮ガス供給装置の本体部に加湿手段206が正常に装着されているかを判断するようになっている。本実施態様の酸素濃縮装置は、加湿手段チェック操作により加湿手段の装着状態に異常が検知されると、加湿手段装着異常警報が出力されるようになっており、加湿手段が正常に装着されていないことを使用者に知らせることができるようになっている。加湿手段装着異常警報は、図示省略の警報手段から出力されるようになっている。警報手段は、加湿手段装着異常警報を出力できる形態のものであればとくに限定されず、光を発するものや、音を発するものや、振動を発するものなどが例示される。
When the flow rate F DET detected by the flow
続いて、比例制御弁201の制御方式に呼吸同調供給方式が選択された場合の動作について説明する。図5は、比例制御弁201の制御方式に呼吸同調供給方式が選択された場合において、弁開度制御手段211が行う処理をフローチャートに示した図である。呼吸同調供給方式において、圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも高い場合には、連続供給方式の場合と同様、比例制御弁201を完全に閉じる遮断操作が行われるようになっている。
Next, an operation when the breathing synchronization supply method is selected as the control method of the
一方、圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも低い場合には、呼吸検知手段207によって検知された使用者の呼吸状態が呼気相になると比例制御弁201を実質的に完全に閉じる呼気相操作と、呼吸検知手段207によって検知された使用者の呼吸状態が吸気相になると酸素濃縮ガスの流量が一時的に流量FSETを上回るように比例制御弁201の弁開度を大きくした後、酸素濃縮ガスの平均の流量が流量FSETに近づくように比例制御弁201を操作する吸気相操作とが切り替えられるようになっている。このため、使用者が実質的に吸入する酸素濃縮ガスの流量を流量設定手段209に設定された流量FSETにより高い精度で一致させることができるようになっている。この動作は、弁開度制御手段211に、例えば、図5のフローチャートに示される処理を行わせることによって実現することができる。
On the other hand, when the pressure P DET is lower than the first upper limit pressure P MAX1 , when the user's breathing state detected by the breath detecting means 207 becomes the expiration phase, the expiration phase which closes the
呼吸同調供給方式においても、連続供給方式と同様、流量検知手段204によって検知された流量FDETが第二下限流量FMIN2を下回った場合には、加湿手段チェック操作が行われるようになっている。 Even in respiratory tuning supply method, similar to the continuous supply method, when the flow rate F DET detected by the flow rate sensing means 204 is below a second lower flow rate F MIN2 is adapted humidifying means checking operation is performed .
11.酸素濃縮ガス供給装置の用途
本発明の酸素濃縮ガス供給装置は、酸素濃縮ガスを必要とする各種用途に用いることができる。なかでも、周囲の空気(原料空気)から酸素濃縮ガスを生成して供給する酸素濃縮装置に好適に組み込むことができる。とくに、酸素吸入療法を行うための医療用酸素濃縮装置に好適に組み込むことができる。また、ペットなどの動物に酸素濃縮ガスを吸入させるための動物用の酸素濃縮装置や、運動後の酸素補給や気分転換のための健康用の酸素濃縮装置としても利用することができる。
11. Applications of oxygen-enriched gas supply device The oxygen-enriched gas supply device of the present invention can be used for various applications that require oxygen-enriched gas. Especially, it can incorporate suitably in the oxygen concentration apparatus which produces | generates and supplies oxygen concentrated gas from ambient air (raw material air). In particular, it can be suitably incorporated into a medical oxygen concentrator for performing oxygen inhalation therapy. It can also be used as an animal oxygen concentrator for inhaling oxygen-enriched gas into animals such as pets, and as a health oxygen concentrator for replenishing oxygen and exercising after exercise.
100 酸素濃縮ガス供給源
101 フィルタ(原料空気取入口)
102 消音タンク
103 コンプレッサ(ガス移送手段)
104 消音タンク
105 圧力検知手段
106 吸着工程―再生工程切替用の電磁弁
107 吸着工程―再生工程切替用の電磁弁
108 吸着工程―再生工程切替用の電磁弁
109 吸着工程―再生工程切替用の電磁弁
110 吸着筒
111 吸着筒
112 上部均圧用の電磁弁
113 上部均圧用のオリフィス
114 パージ用のオリフィス
115 逆止弁
116 逆止弁
117 貯留タンク
118 圧力検知手段
119 消音タンク
120 サイレンサ(排気ガス排出口)
200 バクテリアフィルタ
201 比例制御弁
202 酸素濃度検知手段
203 圧力検知手段
204 流量検知手段
205 逆止弁
206 加湿手段
207 呼吸検知手段
208 酸素濃縮ガス取出口
209 流量設定手段
210 血中酸素飽和度検知手段
211 弁開度制御手段
FDET 流量検知手段によって検知された流量
FMIN1 第一下限流量
FMAX1 第一上限流量
PDET 圧力検知手段によって検知された圧力
PMAX1 第一上限圧力
SIG1 信号
SIG2 信号
SIG3 信号
100 Oxygen-enriched
102
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (10)
酸素濃縮ガス供給源から取り出す酸素濃縮ガスの流量を設定するための流量設定手段と、
酸素濃縮ガス供給源から取り出された酸素濃縮ガスの流量を制御するための比例制御弁と、
酸素濃縮ガス供給源から取り出された酸素濃縮ガスの圧力を検知するための圧力検知手段と、
酸素濃縮ガス供給源から取り出された酸素濃縮ガスの流量を検知するための流量検知手段と、
圧力検知手段によって検知された圧力PDET及び流量検知手段によって検知された流量FDETに応じて比例制御弁の弁開度を制御するための弁開度制御手段とを備え、
圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも低い場合には、流量FDETが流量設定手段によって設定された流量FSETに近づくように比例制御弁の弁開度が制御され、
圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも高い場合には、比例制御弁を完全に閉じる遮断操作がなされることを特徴とする酸素濃縮ガス供給装置。 An oxygen-enriched gas supply source for supplying oxygen-enriched gas;
A flow rate setting means for setting the flow rate of the oxygen-enriched gas taken out from the oxygen-enriched gas supply source;
A proportional control valve for controlling the flow rate of the oxygen-enriched gas taken from the oxygen-enriched gas supply source;
Pressure detecting means for detecting the pressure of the oxygen-enriched gas taken out from the oxygen-enriched gas supply source;
A flow rate detecting means for detecting the flow rate of the oxygen-enriched gas taken out from the oxygen-enriched gas supply source;
And a valve opening control means for controlling the valve opening of the proportional control valve in accordance with the flow rate F DET detected by the pressure P DET and the flow detecting means is detected by the pressure detecting means,
When the pressure P DET is lower than the first upper limit pressure P MAX1 , the valve opening of the proportional control valve is controlled so that the flow rate F DET approaches the flow rate F SET set by the flow rate setting means,
When the pressure P DET is higher than the first upper limit pressure P MAX1 , a shut-off operation for completely closing the proportional control valve is performed.
流量FDETが第一下限流量FMIN1よりも少なくなると比例制御弁の弁開度を大きくして流量FDETを流量FSETに近づける流量増大操作と、
流量FDETが第一上限流量FMAX1よりも多くなると比例制御弁の弁開度を小さくして流量FDETを流量FSETに近づける流量減少操作と
を切り替える連続供給方式によって比例制御弁の弁開度が制御される請求項1又は2記載の酸素濃縮ガス供給装置。 When the pressure P DET is lower than the first upper limit pressure P MAX1 ,
When the flow rate F DET becomes smaller than the first lower limit flow rate F MIN1 , the flow rate increasing operation for increasing the valve opening degree of the proportional control valve and bringing the flow rate F DET closer to the flow rate F SET ;
When the flow rate F DET is larger than the first upper limit flow rate F MAX1 , the proportional control valve is opened by a continuous supply method that switches the flow rate F DET to the flow rate F SET by decreasing the valve opening of the proportional control valve. The oxygen-enriched gas supply device according to claim 1 or 2, wherein the degree is controlled.
圧力PDETが第一上限圧力PMAX1よりも低い場合には、
呼吸検知手段によって検知された呼吸状態が呼気相になると比例制御弁を実質的に完全に閉じる呼気相操作と、
呼吸検知手段によって検知された呼吸状態が吸気相になった直後に酸素濃縮ガスの流量が流量FSETを上回るように比例制御弁の弁開度を大きくした後、酸素濃縮ガスの平均の流量が流量FSETに近づくように比例制御弁を操作する吸気相操作と
を切り替える呼吸同調供給方式によって比例制御弁の弁開度が制御される請求項1又は2記載の酸素濃縮ガス供給装置。 Equipped with a breath detection means for detecting the breathing state of the user,
When the pressure P DET is lower than the first upper limit pressure P MAX1 ,
Expiratory phase operation that substantially completely closes the proportional control valve when the respiratory state detected by the respiration detecting means becomes the expiratory phase;
Immediately after the breathing state detected by the breathing detection means becomes the inspiratory phase, the valve opening of the proportional control valve is increased so that the flow rate of the oxygen-enriched gas exceeds the flow rate F SET, and then the average flow rate of the oxygen-enriched gas becomes The oxygen-enriched gas supply device according to claim 1 or 2, wherein the valve opening degree of the proportional control valve is controlled by a breathing synchronized supply system that switches between an intake phase operation that operates the proportional control valve so as to approach the flow rate F SET .
前記制御方式に呼吸同調供給方式が選択された場合には、連続供給方式が選択された場合よりも、酸素濃縮ガス供給源における酸素濃縮ガスの生成能力が低く設定される請求項5記載の酸素濃縮ガス供給装置。 A valve control method setting means for selecting a control method of the proportional control valve when the pressure P DET is lower than the first upper limit pressure P MAX1 from at least a continuous supply method and a respiration synchronized supply method;
The oxygen-enriched gas generation capability in the oxygen-enriched gas supply source is set lower when the breath-synchronized supply method is selected as the control method than when the continuous supply method is selected. Concentrated gas supply device.
流量FDETが第二下限流量FMIN2(ただし、FMIN2<FMIN1)よりも少ない場合には、加湿手段の装着状態を検知するための加湿手段チェック操作が行われる請求項1〜6いずれか記載の酸素濃縮ガス供給装置。 A humidifying means for humidifying the oxygen-enriched gas taken out from the oxygen-enriched gas supply source;
The humidifying means check operation for detecting the mounting state of the humidifying means is performed when the flow rate F DET is smaller than the second lower limit flow rate F MIN2 (where F MIN2 <F MIN1 ). The oxygen-enriched gas supply device described.
比例制御弁が間歇的に開閉されたにもかかわらず流量FDETが変化しない場合には、加湿手段装着異常警報が出力される請求項7記載の酸素濃縮ガス供給装置。 The humidifying means check operation is performed by intermittently opening and closing the proportional control valve,
The oxygen-enriched gas supply device according to claim 7, wherein when the flow rate FDET does not change even though the proportional control valve is intermittently opened and closed, a humidifying means wearing abnormality alarm is output.
血中酸素飽和度検知手段によって検知された血中酸素飽和度が上限飽和度よりも高くなる又は下限飽和度よりも低くなると、その度合いに応じて流量FSETが補正されるようにした請求項1〜8いずれか記載の酸素濃縮ガス供給装置。 Equipped with blood oxygen saturation detection means for detecting the blood oxygen saturation of the user,
When the blood oxygen saturation detected by the blood oxygen saturation detecting means is higher than the upper limit saturation or lower than the lower limit saturation, the flow rate F SET is corrected according to the degree. The oxygen-enriched gas supply device according to any one of 1 to 8.
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