JPH09276406A - 呼吸用気体の残量報知方法及び呼吸用気体供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】軽量コンパクトで、酸素残量を簡単且つ確実に
確認できる携帯用の呼吸用気体供給装置を提供する。 【解決手段】酸素ボンベ８に設けた減圧弁９の二次側ポ
ート１０の圧力を測定する小型軽量のダイヤフラム型圧
力検出器１４を設けた。この圧力検出器１４によって検
出した圧力が、一定値以下になれば報知する報知装置１
５を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、呼吸用気体供給
装置に関するものであり、より詳しくは、呼吸用気体の
備蓄量が所定量になったときに、これを使用者に報知す
る装置および方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】慢性
呼吸器疾患患者の呼吸不全の改善を図るため、従来から
呼吸用気体供給装置が使用されており、最近では、呼吸
用気体供給装置の小型化が進んで携帯用呼吸用気体供給
装置も提供されている。一般に呼吸用気体供給装置は、
予めボンベに酸素を蓄えておき、このボンベから所要量
の酸素を取り出して、たとえばカニューラを用いて患者
の鼻孔内に導入するようになっている。

【０００３】ところで、患者が携帯用の呼吸用気体供給
装置を携帯して外出等をする場合には、ボンベ内に備蓄
されている酸素の量（残り量）に注意する必要がある。
このため、従来から一般に、ボンベにはブルドン型圧力
計が設けられており、このブルドン型圧力計に表示され
たボンベ内の酸素圧力を、呼吸用気体供給装置を使用し
ている患者が適宜目視により確認することによって、ボ
ンベ内の酸素量を把握していた。

【０００４】しかしながら、ブルドン型圧力計は、ボン
ベに取り付けてボンベ内の酸素圧力を表示するもの、す
なわち、高圧の酸素圧力を直接検出してこれを表示する
ものである。従って、大型で重量の重い圧力計が必要で
あり、携帯用の呼吸用気体供給装置としては重量の重い
ものであった。加えて、万一、ブルドン型圧力計が破損
してしまった場合には、ボンベ内の酸素が一気に放出さ
れてしまうという懸念があったため、ブルドン型圧力計
を保護するためのカバー等を設けたり、ブルドン型圧力
計自体に十分な強度をもたせる等の対策が必要であり、
その結果、一層呼吸用気体供給装置の重量が増加してし
まっていた。さらに、患者にとっては、外出している
間、定期的に圧力計を見て酸素の残量を確認しなければ
ならないという煩わしさもあった。

【０００５】そこで、この発明の目的は、ボンベ内の酸
素の残量が所定量になった場合に患者に報知する酸素残
量報知方法を提供し、これを用いて軽量コンパクトな呼
吸用気体供給装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】 本発明の目的を達成するため、請求項１に係る呼吸
用気体の残量報知方法は、気体容器に高圧で備蓄された
呼吸用気体を減圧弁により減圧して流出させ、この流出
した気体を供給する呼吸用気体供給装置に適用される気
体容器内の呼吸用気体の残量を報知する方法であって、
減圧弁の二次側圧力を予め定められたしきい値と比較
し、その比較結果に応じて報知することを特徴とする。

【０００７】この発明によれば、次の作用を奏する。減
圧弁の一般的特性として、一次側圧力が変われば、これ
に伴って二次側圧力が変わるという性質がある。このた
め、気体容器に当初圧力Ｐ₁ で呼吸用気体を充填し、減
圧弁によって圧力ｐ₁ に減圧するように（減圧弁の二次
側圧力がｐ₁ となるように）設定していても、減圧弁の
一次側圧力（気体容器内の充填圧力）がＰ₁ から変動す
れば、減圧弁の二次側圧力がｐ₁ とならずに若干変動し
てしまう。そして、この二次側圧力の変動は、一次側圧
力の変動に比例する。

【０００８】つまり、呼吸用気体の残量が減ってくれ
ば、これに比例して減圧弁の二次側圧力が低下または上
昇する。従って、所定のしきい値を予め設定し、減圧弁
の二次側圧力をこのしきい値と比較する。そして、その
比較結果に応じて（すなわち、減圧弁の二次側圧力がし
きい値よりも大きいか小さいかによって）これを報知す
ることにより、気体容器内の呼吸用気体の残量が少なく
なっていることを知らしめることができる。

【０００９】 本発明の目的を達成するため、請求項
２に係る呼吸用気体供給装置は、気体容器に高圧で備蓄
された呼吸用気体を減圧弁により減圧して流出させ、こ
れを通路開閉手段が備えられた気体通路を含むコントロ
ーラを介して開放型気体供給手段から間欠的に供給する
呼吸用気体供給装置において、一時的に通路開閉手段に
よって強制的に気体通路を閉じる停止手段と、減圧弁の
二次側圧力を検出する圧力検出手段と、停止手段によっ
て気体通路を閉じたときに圧力検出手段によって検出さ
れた検出圧力を予め定められたしきい値と比較した場合
の比較結果に応じて報知する報知手段とを有することを
特徴とする。

【００１０】この発明によれば、次の作用を奏する。先
ず、減圧弁の特性として、上述の性質がある。所要時に
おいて、停止手段によって一時的且つ強制的に気体通路
を閉鎖する。この状態で、圧力検出手段によって減圧弁
の二次側圧力を検出する。そして、このとき検出された
二次側圧力と、予め定められたしきい値とを比較し、そ
の比較結果に応じて報知手段によって報知することがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発
明の一実施形態に係る呼吸用気体供給装置（以下、「装
置」という。）１を模式的に示した図である。また、図
２は、装置１に含まれるコントローラ６の要部斜視図で
ある。

【００１２】図１および図２を参照して、この装置１
は、呼吸器疾患患者が使用する携帯用酸素供給装置であ
って、予め酸素ガスを蓄えておき、一定の圧力で酸素を
流出させる酸素発生装置２と、流出した酸素を入口３か
ら受入れ、所定の気体通路４を通して出口５へ間欠的に
送り出すコントローラ６と、上記出口５に連結されたカ
ニューラ７とを有している。

【００１３】酸素発生装置２は、予め高圧（たとえば１
５０Kgf/cm² ）で酸素ガスを備蓄した酸素ボンベ８を含
んでいる。酸素ボンベ８には、減圧弁９が備えられてお
り、減圧弁９の二次側ポート１０から一定の低圧（たと
えば１．４Kgf/cm² ）の酸素ガスを発生させることがで
きるようになっている。なお、参照符号１１は、酸素ボ
ンベ８と減圧弁９との間に介在されたストップ弁であ
り、携帯用酸素供給装置を使用しないときに、これを締
め切っておく。

【００１４】コントローラ６は、患者が手で把持し得る
大きさのケーシング１２を有している（図２参照）。こ
のケーシング１２に上記入口３および出口５が設けられ
ており、これら入口３と出口５とを連通するように、上
記気体通路４がケーシング１２の内部に形成されてい
る。また、コントローラ６は、気体通路４を開閉する電
磁切換弁１３と、減圧弁９の二次側圧力を検出する圧力
検出器１４と、気体通路４を閉じた状態で減圧弁９の二
次側圧力が所定の圧力以下であれば、これを報知する報
知部１５と、電磁切換弁１３の開閉を制御する制御装置
１８とを備えている。この制御装置１８は、気体通路４
の出口５側圧力を検出する圧力検出器１６と、検出され
た出口５側圧力に基づいて電磁切換弁１３の開閉を行う
信号を出力する制御部１７とを備えている。

【００１５】電磁切換弁１３は、ノーマルクローズ型で
あって、公知のものである。従って、電磁切換弁１３
は、常時気体通路４を閉じているが、上記制御部１７か
ら出力された信号に基づいてソレノイドが駆動され、こ
れにより、気体通路４を開放するようになっている。圧
力検出器１４は、公知のダイヤフラム式のものであっ
て、気体通路４の入口３近傍に配置されている。この圧
力検出器１４は、気体通路４の入口３近傍の圧力が所定
の圧力以下であれば、所定の検出信号を出力するように
なっている。

【００１６】報知部１５は、ケーシング１２内に備えら
れた警報ブザー（図示せず）と警報ＬＥＤ１９（図２参
照）とを有しており、圧力検出器１４から出力された検
出信号に基づいて警報ブザーが鳴り、警報ＬＥＤ１９が
点灯するようになっている。なお、報知する手段として
は、警報ブザーのみとすることもでき、また、警報ＬＥ
Ｄ１９のみでこれを点灯または点滅させるようにしても
良い。

【００１７】また、制御装置１８に含まれる圧力検出器
１６は、圧力検出器１４と同様に、公知のダイヤフラム
式のものであって、気体通路４の出口５近傍に配置され
ている。この圧力検出器１６は、気体通路４の出口５側
の圧力を監視するためのものであり、特に、負圧となっ
た出口５側の圧力を検出するためのものである。そし
て、出口５側の圧力が負圧となった場合には、所定の検
出信号を出力するようになっている。

【００１８】制御部１７は、圧力検出器１６から出力さ
れた検出信号に基づいて上記信号を所定時間だけ出力す
る。これにより、電磁切換弁１３のソレノイドが所定時
間だけ駆動されて電磁切換弁１３が所定時間だけ開き、
その結果、所定時間だけ気体通路４が開放されて酸素が
間欠的に供給されるようになっている。詳しく説明する
と、患者がカニューラ７を装着して呼吸をした場合、息
を吸い込んだ状態では気体通路４の出口５側の圧力が負
圧となる。つまり、上記圧力検出器１６が気体通路４の
出口５側の圧力が負圧であることを検出すれば、そのと
き患者は、呼吸サイクルにおいて息を吸っている状態で
あることがわかる。従って、気体通路４の出口５側の圧
力が負圧となったときに気体通路４を開放して酸素を供
給する。本実施形態では、圧力検出器１６が負圧を検出
すれば、患者が息を吸っている間中酸素を供給し続ける
のではなく、比較的短時間だけ気体通路４を開放して酸
素を供給するように設定されている。これにより、患者
にとって必要量の酸素を供給することができると共に、
無駄な酸素の消費を抑えることができる。

【００１９】図２を参照して、制御部１７は、電磁切換
弁１３（図１参照）が開かれる時間（酸素を供給する時
間）を設定する流量スイッチ２０，２１，２２と、一時
的且つ強制的に電磁切換弁１３を閉の状態に保持するた
めのチェックスイッチ２３と、ケーシング１２内に備え
られたバッテリー（図示せず）から当該制御系に電源を
供給する電源スイッチ２４とを備えている。

【００２０】流量スイッチ２０，２１，２２を操作する
ことによって、電磁切換弁１３を開く時間を変えること
ができる。本実施形態では、流量スイッチ２０，２１，
２２を操作することによって、この順に電磁切換弁１３
を開く時間を長くすることができる。電磁切換弁１３を
開く時間が長くなれば、結果的に患者に対して一呼吸あ
たりの酸素の供給量を多くすることができる。電磁切換
弁１３を開く時間の調整は、患者の状態に合わせて、医
師等の指示に基づいて行う。

【００２１】チェックスイッチ２３を押すことによっ
て、制御部１７からの信号の出力が規制されるようにな
っている。つまり、これを押している間は、電源が入っ
たままの状態で強制的に電磁切換弁１３が閉じられたま
まとなる。これにより、ケーシング１２の入口３の近傍
の気体通路４内の圧力、すなわち、減圧弁９の二次側圧
力を圧力検出器１４によって検出することができるよう
になっている。

【００２２】この実施形態によれば、次のような作用効
果を奏する。 本実施形態に係る装置１は携帯用であるから、患者
が外出等をするときには、酸素発生装置２をベルトを用
いて腰に吊り下げたり、鞄に入れて持ち歩くことができ
る。酸素発生装置２とコントローラ６とはパイプ３０
（図２参照）で接続されており、このコントローラ６
は、上着のポケット等に収容して常に手元におくことが
できる。すなわち、コントローラ６は、いわゆるウォー
クマンのコントローラのように扱うことができるように
なっている。

【００２３】 図３は、酸素ボンベ８内圧力と、酸素
ガスの残量および減圧弁９の二次側ポート１０の圧力と
の関係を示す図である。図３（ａ）を参照して、酸素ガ
スの残量ＶがＶ₂ からＶ₁ へと減ってゆくと、酸素ボン
ベ８内の圧力（充填圧）ＰがＰ₁ （本実施形態では、１
５０Kgf/cm² ）からＰ₂,Ｐ₃ と順に低下する。このと
き、減圧弁９の特性として、一次側圧力（酸素ボンベ８
内の圧力）が変われば、これに比例して二次側ポート１
０の圧力ｐが低下するという性質がある。すなわち、酸
素ボンベ８内に当初圧力１５０Kgf/cm² で酸素ガスを充
填しておき、減圧弁９によって圧力ｐ₁ （本実施形態で
は、１．４Kgf/cm² ）に減圧するように（減圧弁９の二
次側ポート１０の圧力が１．４Kgf/cm² となるように）
設定していても、酸素ボンベ８内の圧力が下がれば、減
圧弁９の二次側ポート１０の圧力ｐがｐ₁ ，ｐ₂ ，ｐ₃
と、１．４Kgf/cm² よりも若干低くなってゆく。そし
て、この二次側ポート１０の圧力の低下のしかたは、酸
素ボンベ８内の圧力の低下に比例する。つまり、酸素を
消費して酸素ボンベ８内の酸素ガスの残量が減ってくれ
ば、これに比例して減圧弁９の二次側ポート１０の圧力
が低下し、減圧弁９の二次側ポート１０の圧力がｐ₂ 以
下になった状態で、酸素ガスの残量が少なくなっている
ことを検知することが可能である。

【００２４】 酸素ガスの残量チェックは、次のよう
にする。患者が当該装置１を使用しているときに、コン
トローラ６を手に取ってチェックスイッチ２３を押す。
これにより、電磁切換弁１３が閉じられたままとなり、
減圧弁９の二次側ポート１０の圧力が圧力検出器１４に
よって検出される。そして、当該検出圧力が上記圧力ｐ
₂ 以下であれば、このことが報知部１５によって装置１
の使用者である患者に知らされ、患者は、酸素ボンベ８
内の酸素ガスの残量が少なくなっていることを認識する
ことができる。

【００２５】ところで、減圧弁の構造上、一次側から二
次側へ少しづつ漏れが生じるという一般的な特性があ
り、上記減圧弁９においても同様である。すなわち、電
磁切換弁１３を閉じたままの状態にしておくと、二次側
へ酸素ガスが漏れて除々に二次側ポート１０の圧力が上
昇してしまうという現象が起こる。つまり、チェックス
イッチ２３を押して長時間経過すると、二次側への酸素
漏れの影響を受けて正確な二次側ポート１０の圧力検出
ができなくなってしまうという不都合がある。なお、上
記「長時間」とは、減圧弁９の仕様や減圧弁９から電磁
切換弁１３までの配管長さ等によって定まる時間であ
る。従って、装置１の使用中における二次側ポート１０
の正確な圧力を検出するためには、上記減圧弁９の漏れ
による影響が無視できる程に小さいうちに圧力検出を行
わなければならない。

【００２６】その一方、電磁切換弁１３を閉じた瞬間の
二次側ポート１０の圧力は、大気圧の影響が残っている
ために不安定な状態となる。従って、装置１の使用中に
おける二次側ポート１０の正確な圧力を検出するために
は、電磁切換弁１３を閉じてから大気圧の影響が無視で
きる程度に圧力状態が安定した後に圧力検出を行わなけ
ればならない。

【００２７】なお、電磁切換弁１３を閉じることなく装
置１の使用中において二次側ポート１０の圧力検出を行
うこととすると次のような不都合が生じる。すなわち、
この装置１は、上述したように、患者の呼吸（吸気）に
対応して酸素を間欠供給するものであるから、装置１の
使用中は、酸素の供給／停止が交互に行われている。し
かも、一般に人の呼吸時間は、吸気１に対して排気が２
の割合であるため、一回の酸素の供給時間が、場合によ
っては数百ミリ秒というきわめて短い時間となることが
ある。このような事情から、装置１の使用中において
は、二次側ポート１０の圧力状態は、常に不安定な状態
となっており、このような不安定な状態で二次側ポート
１０の圧力検出を行っても、正確な圧力状態を検知する
ことが困難である。

【００２８】つまり、装置１の使用中における二次側ポ
ート１０の正確な圧力検出を行うためには、電磁切換弁
１３を閉じてから、二次側ポート１０の圧力が安定した
後であって、且つ減圧弁９の漏れによる影響を受け始め
るまでの一定の時間の間に測定を行う必要がある。本実
施形態では、この点を考慮して、二次側ポート１０の圧
力検出を電磁切換弁１３を閉じた後、すなわち、電磁切
換弁１３を閉じるための制御部１７からの信号の出力が
あった後、予め設定した時間が経過したとき（たとえ
ば、数百ミリ秒経過した後）に二次側ポート１０の圧力
検出を行うようにしている。また、このようなタイムラ
グは、使用する減圧弁の仕様や減圧弁から電磁切換弁ま
での配管長さ等に対応して適宜調整することができるよ
うになっている。

【００２９】 以上のように本実施形態によれば、所
要時に減圧弁９の二次側ポート１０の圧力を調べること
により、酸素ガスの残量の大小を知ることができる。従
って、装置１の使用中に定期的に圧力計等を見て酸素ガ
スの残量に注意する必要がなく、安心して装置１を使用
することができる。しかも、酸素ガスの残量が少なくな
っていることを警報ＬＥＤ１９および警報ブザーによっ
て、自己の手元（コントローラ６）で簡単且つ確実に確
認することができる。

【００３０】また、低圧である減圧弁９の二次側ポート
１０の圧力を測定するという方法を採用しているから、
小型軽量であるダイヤフラム型の圧力検出器１４を使用
することができる。その結果、大型で重い高圧用の圧力
計およびこれを保護するために装着するカバーが不要で
あり、全体として軽量コンパクトな装置１を提供するこ
とができる。

【００３１】加えて、万一、圧力検出器１４が破損した
場合であっても、酸素ボンベ８内の圧力を直接測定して
いるものではないから、酸素ボンベ８内の酸素ガスが一
気に吹き出してしまうおそれがない。従って、安全性の
高い装置１を提供することができる。なお、この発明は
上記実施形態に限定されるものではなく、次のような設
計変更を施すこともできる。

【００３２】先ず、上述のようなチェックスイッチ２３
を設けずに、本装置１の使用中に電磁切換弁１３が閉じ
られたときに、圧力検出器１４によって上記二次側ポー
ト１０の圧力を検出するように設定することもできる。
このように設定しておけば、患者がわざわざチェックス
イッチ２３を操作して酸素ガスの残量を調べなくても、
圧力検出器１４によって検出される圧力が圧力ｐ₂ 以下
となったときに、自動的にそのことを患者に知らしめる
ことができる。

【００３３】また、圧力検出器１４に代えて、小型軽量
のブルドン型圧力計を用いることもできる。さらに、本
実施形態では、減圧弁９の二次側ポートの圧力ｐがｐ₂
以下になったときに警報ブザーを鳴らし、警報ＬＥＤ１
９を点灯させるという報知手段を採用したが（図３参
照）、減圧弁９の二次側ポートの圧力ｐについて、図３
（ｂ）で示す所定の圧力範囲（ｐ₂ からｐ₃ までの斜線
を施した範囲）を設定すると共に警報ＬＥＤ１９を複数
設け、酸素残量を連続的に表示するようにすることもで
きる。

【００３４】具体的には、たとえば警報ＬＥＤ１９を３
つ設け、上記二次側ポートの圧力ｐがｐ₂ まで下がった
ときに警報ＬＥＤ１９を１つ点灯させる。そして、二次
側ポートの圧力ｐがさらに所定圧だけ下がった場合に２
つ目の警報ＬＥＤ１９を点灯させ、二次側ポートの圧力
ｐがｐ₃ 以下となったときに３つ目の警報ＬＥＤ１９を
点灯させるようにすることができる。このようにすれ
ば、患者は酸素残量が少なくなってきていることを認識
できるだけでなく、装置１をあとどれくらいの時間使用
することができるかの目安をたてることができるので、
患者にとって非常に安心である。

【００３５】加えて、本実施形態では、減圧弁９は、そ
の特性として一次圧が低下すれば二次圧も低下するタイ
プのものを採用したが、一次圧が低下すれば二次圧は上
昇するタイプのものを採用することもできる。この場合
については、充填圧がＰ₁ からＰ₃ における減圧弁９の
二次圧ｐは、図３（ｂ）において線図の勾配が逆になる
が、上記と同様の制御を行うことができる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、小型で低
圧用の圧力計を使用して、低圧である減圧弁の二次側圧
力を測定することによって、気体容器内の呼吸用気体の
残量を知ることができる。その結果、本発明を呼吸用気
体供給装置に適用することによって、圧力計の小型軽量
化を実現することができ、軽量コンパクトな携帯用の呼
吸用気体供給装置を実現することが可能である。

【００３７】請求項２に係る発明によれば、気体容器内
の呼吸用気体の残量を知るために、低圧である減圧弁の
二次側圧力を測定するから、高圧である気体容器内圧力
を直接測定する場合に比べて小型軽量の圧力計を使用す
ることができ、その結果、全体として軽量コンパクトな
呼吸用気体供給装置を提供することができる。しかも、
呼吸用気体の残量が所定量となったときにこれを報知す
るから、定期的に圧力計を見て呼吸用気体の残量に注意
する必要がなく、安心して当該呼吸用気体供給装置を使
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る装置を模式的に示し
た図である。

【図２】装置の要部斜視図であって、コントローラを示
す図である。

【図３】酸素ボンベ内圧力と、酸素ガスの残量および減
圧弁の二次側ポートの圧力との関係を示す図である。 （ａ）酸素ボンベ内圧力と酸素ガスの残量との関係を示
す図である。 （ｂ）酸素ボンベ内圧力と減圧弁の二次側ポートの圧力
との関係を示す図である。

【符号の説明】 １ 装置 ２ 酸素発生装置 ４ 気体通路 ６ コントローラ ７ カニューラ ８ 酸素ボンベ（気体容器） ９ 減圧弁 １０ 二次側ポート １３ 電磁切換弁 １４ 圧力検出器 １５ 報知部 １９ 警報ＬＥＤ ２３ チェックスイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気体容器（８）に高圧で備蓄された呼吸用
   気体を減圧弁（９）により減圧して流出させ、この流出
   した気体を供給する呼吸用気体供給装置（１）に適用さ
   れる気体容器（８）内の呼吸用気体の残量を報知する方
   法であって、減圧弁（９）の二次側圧力を予め定められ
   たしきい値と比較し、その比較結果に応じて報知するこ
   とを特徴とする呼吸用気体の残量報知方法。
2. 【請求項２】気体容器（８）に高圧で備蓄された呼吸用
   気体を減圧弁（９）により減圧して流出させ、これを通
   路開閉手段（１３）が備えられた気体通路（４）を含む
   コントローラ（６）を介して開放型気体供給手段（７）
   から間欠的に供給する呼吸用気体供給装置において、 一時的に通路開閉手段（１３）によって強制的に気体通
   路（４）を閉じる停止手段（２３，１３）と、 減圧弁（９）の二次側（１０）圧力を検出する圧力検出
   手段（１４）と、 停止手段（２３，１３）によって気体通路（４）を閉じ
   たときに圧力検出手段（１４）によって検出された検出
   圧力を予め定められたしきい値と比較した場合の比較結
   果に応じて報知する報知手段（１５）とを有することを
   特徴とする呼吸用気体供給装置（１）。