JPH09276640A - 酸素富化空気供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素富化空気の酸素濃度、流量の制御が容易
な酸素富化空気供給装置を提供する 【解決手段】 圧力変動型酸素濃縮器を有する酸素富化
空気発生手段１、流量制御手段２ａ、酸素富化空気供給
手段を有し、更に酸素濃度を設定できる供給量設定手段
３を有し、１における吸脱着サイクルタイムが３により
設定された酸素濃度に連動して変化し、かつ２から供給
される流量を可変調節することができる酸素富化空気供
給装置。

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
の供給装置に関する。更に詳しくは、使用者に供するた
めの供給手段に流入する酸素富化空気を所望の酸素濃度
及び流量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つに酸素吸入療法が
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４〜１０リットル／分程度の場合もあ
る。

【０００３】慢性呼吸系疾患患者などに酸素吸入療法を
行う場合、医師は酸素富化空気の酸素濃度及びその流量
から酸素処方量を決める。一般的には、一定酸素濃度を
発生する特定の酸素富化空気供給装置を用いるために、
医師はその流量のみを処方することになる。

【０００４】従来の酸素富化空気供給装置においては、
患者の処方酸素量の応じた必要酸素供給量の変化に対し
て、酸素富化空気の供給流量の変更で対応していたため
に、特に処方流量の少ない場合には患者にも酸素富化空
気が供給されているのかどうか感じ取れない場合があっ
た。また、極少量で流量コントロールを行うために、そ
のバラツキが大きくなり易く、コントロールが難しい点
もあった。

【０００５】また、一般に、これら酸素富化空気には水
分がほとんどないために、呼吸に供するためには加湿操
作が必要となる。しかし、加湿する場合、一般に低流量
においては加湿器における加湿度調整が難しく、加湿度
が過剰になりやすい傾向にあり、ドレンの発生原因とな
る。このドレンは酸素供給導管である延長チューブやカ
ニューラ等において該酸素富化空気が冷やされるために
発生し、時には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ていることが
多い。何れにしても、ドレン発生は衛生的にも、視覚的
にも好ましいものではない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、酸素富化空
気供給装置を使用する患者が感知できるような供給流量
を確保するとともに、供給流量が少ないために生じる、
加湿操作時の過剰加湿の問題と、その結果生じるドレン
発生を防止することを目的とする。

【０００７】

【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問題点を解消するために
鋭意検討した結果、従来の酸素富化空気の酸素濃度が一
定で、その流量を可変する方式ではなく、酸素濃度を可
変にする方式を採用することにより、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。

【０００８】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
ムが該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を可変調節
することを特徴とする酸素富化空気供給装置を提供する
ものである。

【０００９】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、同時に濃度変化に伴っ
て生じる酸素富化空気の発生量の変化を取り込んで、酸
素濃度及び供給流量の双方の変化に対応できるように改
良したものである。

【００１０】

【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更に詳細に説明する。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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など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すことにより酸素富化
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。

【００１４】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。

【００１５】通常、吸着型酸素濃縮器は、窒素がほぼ１
００％吸着しうる時間まで吸着工程を行い、吸着した窒
素がほぼ１００％脱着し吸着剤が再生する時間まで脱着
工程を行うように設定されている。

【００１６】該設定手段により酸素濃度を下げる様に設
定した場合、それに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は吸着サイクルタイムを
延長及び／又は脱着サイクルタイムを短縮することによ
り吸脱着サイクルタイムにおける吸着サイクルタイムの
比率を上昇させるように変化する。

【００１７】吸着サイクルタイムの延長により、酸素濃
縮器１内に吸着剤の吸着能力以上の空気が供給されるこ
とになり吸着されない窒素がそのまま患者側に供給さ
れ、酸素富化空気の酸素濃度を低下させる。

【００１８】脱着サイクルタイムの短縮は、酸素濃縮器
１内の吸着剤が充分に再生されないまま次の吸着工程が
開始されるため、本来吸着剤がもっている窒素吸着能力
の低下を引き起こし、その結果として酸素濃度の低い酸
素富化空気を供給することになる。

【００１９】また、酸素濃度を下げる様に設定した場合
においても、吸着サイクルタイムと脱着サイクルタイム
の比率を一定にし、吸着剤の窒素吸着能力以上の空気を
供給する吸着サイクルタイムを設定することにより、濃
度の低い酸素富化空気を得ることも可能である。

【００２０】かかる設定から酸素富化空気の酸素濃度を
上昇させるように設定する場合には、該設定と連動して
上記と逆方向に吸脱着サイクルタイムを変動させる。

【００２１】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
てその酸素濃度を変化させることができる。

【００２２】また、かかるサイクルタイムの制御方法に
より、酸素富化空気発生量が変化する。

【００２３】即ち、酸素濃度を下げる設定に連動して吸
着サイクルタイムの延長及び／又は脱着サイクルタイム
の短縮操作が行われた場合、単位時間当たりの吸着サイ
クルタイム、即ち酸素富化空気の生成時間の比が上昇す
るため、低濃度高流量の酸素富化空気を供給することが
可能となる。

【００２４】逆に、酸素濃度を上げる設定に連動して吸
着サイクルタイムの短縮及び／又は脱着サイクルタイム
の延長操作が行われた場合には、単位時間当たりの吸着
サイクルタイムの比が低下するために酸素富化空気の生
成量は低下する。

【００２５】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。

【００２６】このような供給量設定手段３において設定
できる酸素濃度は特に限定されないが、例えば、４０
％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％の各レベ
ルやその１／２などのいくつかの特定の濃度を選択でき
るものが好ましく、また、それに合わせて供給流量の組
合せも選択できるものが好ましい。

【００２７】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。

【００２８】従って、医師或いは使用者である患者は、
同一の酸素量に対して、例えば、９０％×１リットル／
分、４５％×２リットル／分、３０％×３リットル／分
といった組合せの中から１つを選択することができる。

【００２９】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２ａに導入
される酸素富化空気の流量は設定酸素濃度によって変化
する。該設定手段３により設定された流量に連動して、
流量制御手段２ａを制御し、過剰の酸素富化空気の放出
を行う流量制御を行う。

【００３０】また、流量制御手段２ａ、２ｂ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。この流量制御手段２ｂ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。

【００３１】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。本発明においては、例
えば、２ａ、２ｂ共に該オリフィス型流量設定器、ある
いは２ａを該マスフローメーター式流量設定器、２ｂを
該オリフィス型流量設定器の組合せで用いることが好ま
しい。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】

【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。

【００３５】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、１３Ｘやリチウム型ゼオ
ライト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。

【００３６】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２ａ、２ｂ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。

【００３７】また、供給量設定手段３として、例えば酸
素濃度及び流量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５１がオリフィス型流量設定器
２ａの上流側の圧力を、圧力検出手段２１がオリフィス
型流量設定器２ｂ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。

【００３８】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、オリフィス型流量設定器２ａで設定流量に調整さ
れ、減圧弁２２、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２ｂにより所定の流量に微調整さ
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。

【００３９】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。

【００４０】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
上記の運転条件が、該設定酸素濃度の低下に伴って吸着
サイクルタイムの増加及び／又は脱着サイクルタイムの
減少、吸脱着サイクルタイムに対する吸着サイクルタイ
ムの比の増加を招くように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。

【００４１】サージタンク９内に貯留された酸素富化空
気は、流量制御手段２ａにより設定流量に調整後、導管
１４を通ってその流量は流量制御手段２ｂによって微調
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でいるこ
とができる。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、酸素濃度及び流量を変
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 ２ａ オリフィス型流量設定器（流量制御手段） ２ｂ 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

Claims (5)

【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該供給量設定手
   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を可変調節す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における
   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。
3. 【請求項３】 該供給量設定手段における酸素濃度の設
   定を低下させるのと連動して、吸脱着サイクルタイムに
   おける吸着サイクルタイムの比率を上昇させることを特
   徴とする請求項２記載の酸素富化空気供給装置。
4. 【請求項４】 該供給量設定手段における酸素濃度の設
   定を上昇させるのと連動して、吸脱着サイクルタイムに
   おける吸着サイクルタイムの比率を低下させることを特
   徴とする請求項２記載の酸素富化空気供給装置。
5. 【請求項５】 該吸脱着サイクルタイムの変化における
   吸着サイクルタイムと脱着サイクルタイムの比率が一定
   である請求項１記載の酸素富化空気供給装置。