JPS63162031A - 酸素濃縮気体供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の利用分野〉 本発明は、特定の構造を有した流量計を用いた酸素濃縮
気体供給装置に関する。さらに詳細には、本発明は特に
医療用その他の呼吸の改善又は補強等のために、簡単な
操作で安定して酸素濃縮気体を供給し得る装置を提供す
るもである。

〈従来技術〉 従来より呼吸器疾忠患者に対して酸素ベンベから酸素を
供給する酸素療法が行なわれており、最近になって模型
酸素濃縮器や吸着型酸素濃縮器を用いて空気中の酸素を
濃縮して得られた酸素濃縮空気を使用した酸素療法が開
発されることによってその治療法が次第に普及するよう
になって来ている。これらの酸素療法では、酸素や酸素
濃縮空気等の酸素濃縮気体を患者の鼻腔等に供給する際
に、所定の流層に調節する必要がある。

これまでの酸素療法において用いられる酸素濃縮気体供
給装置では、患者に供給する気体の流量を測定する測ｍ
計としてロータメータが使用されていた。このロータメ
ータを用いた場合にはボールの撮れかあって設定がわず
られしく且つ読み取りが困難であり、その酸素濃縮気体
供給装置を使用する患者等にとっては、流量表示が明確
であって流量設定が容易である装置が必要とされていた
。

特に窒素よりも酸素を透過しやすい酸素選択透過膜を用
いた模型酸素濃縮器においては、空気中の水分も酸素と
共に濃縮された酸素濃縮気体が得られることが多い。こ
の場合には、その酸素濃縮気体中の過剰の水分が凝縮し
やすいために、ロータメータ中で結露が発生して正確な
流量測定が出来なくなることがしばしばであった。

〈発明の目的〉 本発明は、かかるこれまでの問題点を解決することを目
的としている。即ち本発明の主たる目的は、測定した流
ｍの表示が明確であり、それ故流量設定が容易な改良さ
れた酸素濃縮気体供給装置を提供することにある。また
本発明のもう１つの目的は、使用中に導管手段内に結露
が生じた場合にも適正な流量測定及び流量設定が確実に
出来る改良された模型酸素濃縮気体供給装置を提供する
ことである。

〈発明の構成〉 本発明者らは、かかる目的を達成するために鋭意研究を
行なった結果、特定の構造の流量計を用いることが非常
に有効であることを見い出し、本発明に到達したもので
ある。

即ち本発明は、空気よりも酸素濃度が高められた酸素濃
縮気体の発生手段と、該酸素濃縮気体を使用に供するた
めの手段と、該使用に供するための酸素濃縮気体の流量
を調節するための流量調節手段、及び該流１を測定する
ための流量測定手段を備えた酸素濃縮気体供給装置にお
いて、該流量測定手段が多数の翼を有した翼車と、測定
すべき該酸素濃縮気体の流入手段及びその流出手段を備
えた翼車式流量計であることを特徴とした酸素濃縮気体
供給装置である。

以下、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。

本発明の酸素濃縮気体供給装置は、使用に供するための
酸素濃縮気体の流量を測定する流量測定手段として翼車
流量計を備えたことを特徴としている。かかる翼単式流
１計は、多数の翼を有した翼車が回転し得るように支持
されており、測定しようとする酸素濃縮気体の流れがそ
の翼に当って四重が回転するその回転速度により流量を
測定するものである。翼車の配置の仕方としては、翼車
を固定した軸が流れの方向に対して平行な軸流形式であ
ってもよいが、軸が流れ方向に実質上直角に位置する形
式の方が低流量域での測定が正確に行ないやすいのでよ
り好ましい。また翼車を固定した軸の支持形式としては
いかなるものであってもよいが、低流量域での正確な測
定を行なうためにはピボット軸受や宝石はぞ軸受等が軸
接点部の摩擦が小さく有利であって、価格の点を考慮す
ればピボット軸受が実用上特に好ましい。

このピボット軸受により翼車の軸の両端を支持した形式
の場合には、その軸が横型であってもよいが、低流量域
での測定精度及び再現性の点で軸が縦型、即ち実質上鉛
直方向に支持されているものが望ましい。ピボット軸受
の材質の例としては、紅玉、前玉、めのう等の宝石、ベ
リリウム−銅等の合金やガラスが挙げられ、翼車が軽量
であればガラスが低価格であり実用上有利である。尚、
この軸受の宝石やガラス等を黄銅などの金属ねじにはめ
来んでそのねじによって軸受の遊びが調節できるように
してもよい。

また翼車を固定した軸即ちピボット軸の両端に、焼入れ
鋼部材をアルミニウムの如き加工が容易で軽量な軽金属
軸にねじ込んだものを用いれば、焼入れ鋼部材の先端が
摩耗した場合にそれだけを取り変えることができる。尚
濃縮気体供給装置に組み込んだ状態で輸送運搬する際に
装置全体が振動等のＷｉｕＲを受けることによるピボッ
ト軸受部又はピボット軸部の損傷を防止するために、バ
ネ、スポンジ等のクッション部材を介して軸受部を備え
つけてピボット軸部が両端部でピボット軸受によりはさ
み込んだ状態にしておくことが望ましい。

あるいはピボット軸部が動かないように他のストッパー
開催部材を取りつけておいてもよい。

翼車自体の構造としては、酸素濃縮気体の流れに対応し
て精度よく回転し得るものであればいかなるものであっ
てもよいが、翼車の外周端部に多数の板状翼を取り付け
たものが好ましい。この場合に、濃縮気体の流れがその
板状翼の中央部に向は且つ翼車の円運動の実質上接線方
向に送り込まれるように気体流入口を設けたものがより
望ましい。また各々の翼に送り込まれた気体の流れが伯
の黄に当って、その（ｌ！！ｍに不要な動圧を加え結果
的に翼車の回転が乱されることのないように、各々の翼
の寸法及び取付は角度等を適正に選ぶ必要がある。さら
に翼車に気体の流れが当って回転する共に、翼車自体に
上向きの力が加わって、ピボット軸の両端が軸受に接触
することなく浮いた状態で、あるいはピボット軸の上端
のみが軸受に接触し下端が実質上軸受に接触しない状態
となるように翼車の構造が設計されていることが望まし
い。

かかる翼車の好ましい構造の一例としては、軸に固定し
た平板の外周端部におけるその平板の一面側のみに、そ
の軸と平行に且つ半径方向に一定の角度を有した状態に
平板状矩形翼を３〜１６枚程度取りつけた翼車を、黄が
下向きになるようにピボット軸受間に収納せしめたもの
が挙げられる。尚翼車の材質としては軽量で加工しやす
いものであればいかなるものであってもよいが、アルマ
イト加工を施しアルミニウムが実用的である。

また本発明における翼単式流は計としては、翼車の回転
速度が電気的信号で検出されるようにしたものの方が、
発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いて流口表示をデジタ
ル化することも可能となり実用上非常に有用である。即
ち翼車型流量計としては、翼車の回転状態を信号として
出すための回転信号発生手段と、その回転発生手段に接
触することなくその回転信号を検出しその回転速度を電
気的信号として出力するための回転検出手段を備えたも
のが好ましい。

かかる回転信号発生手段と回転検出手段の組み合わせの
好ましい１例としては、半径方向にスリット部を有した
円盤状部材を回転信号発生手段として翼車の軸にそれに
垂直に固定し、そのスリット部の回転速度を検出する回
転検出手段として、円盤状部材の外周部近くを非接触で
はさむようにした２面を有しその一面側に発光素子を他
面側にスリット部を通過した光を検出するフォトトラン
ジスターを備えたものが挙げられる。尚、回転信号発生
手段としては、翼車において多数の翼を取り付けた平板
にスリット部を設けたものであってもよい。回転信号発
生手段と回転検出手段の組み合わせとしては、これら以
外のものであってもよく、例えば磁気コイルを閃単に接
触しないようにその近くに取り付け、翼がその磁気コイ
ルの面を通過するときに誘起される交流電圧の発信周波
数を周波数計で検出して気体の流１を測定してもよい。

実用上は構造が簡単で安価な点で、スリット部を有した
円盤状部材とフォトトランジスターを組み合わせたもの
が好ましい。尚これらの回転し得る翼車、軸及びスリッ
ト部付円盤状部材の合計、の重量が出来るだけ軽い方が
低流ｍ域での正確な測定が容易になるので、それらを構
成する部材の材質として軽いものを用いることが好まし
い。尚、運転停止時において気体の流出がなくなっても
翼車が慣性力で回転することもあるので、その場合の回
転を停止するために翼車の浮上がなくなって下方に降り
て来た際にそのＩＩＩ自体を途中の位置で支持し１ｑる
翼車支持部材を設けたものであってもよい。

第１図は本発明における酸素濃縮気体供給装置に備えら
れた翼車式流量計の好ましい実施態様を例示したもので
ある。即ち（Ｊがその縦断面図を、山）はその横断面図
を示しており、（ａ）における×１−×２で上方から見
た横断面図が＋ｂ＋であり、（ｂ）におけるＹＩ　　Ｙ
２での縦断面図が（ａ）である。尚＋ｂ＋において、（
ａ）における円盤状部材５や回転検出手段８等は便宜上
省略した。

第１図（ａｌにおいて、平板状部材２の外側端部に下向
きに取り付けた平板矩形状翼１からなる翼車と、半径方
向にスリット部を有した円盤状部材５が軸３に固定され
たものが、ガラス製のピボット軸受４．４′によって遊
びがある状態で支持されている。流量を測定すべき酸素
濃縮気体は流入口６から流入し、流出ロアから流出する
ようになっており、スリット部付円盤状部材５の回転状
態を検出するために発光素子とフォトトランジスターを
備えた回転検出手段８が具備されている。尚この図にお
いて９はピボット軸受４の支持部材であり、１０がこれ
ら全体を収納するための容器であり、１１が全体の固定
板を示している。

第１図（ｂ）における番号は各々（ωにおける番号に相
当するものを示している。即ら平板状部材に１０枚の平
板矩形状翼１を取り付けた翼車が軸３に固定されており
、この翼１の平板状部材より外側に出た外端部の中央部
が通る円軌道のほぼ接線方向に気体が流入するようにし
た気体流入口６が具備されている。

第２図は、本発明における翼車式流量計の伯の実ＩＩＩ
Ｉ！態様例を示したものである。即ち測定すべき酸素濃
縮気体の流量が大きい場合に翼車が回転すると共に浮上
する上向きの力が大きくなり過ぎて、上部ピボット軸受
部でのＩ！Ｊｔｌｌが大きくなったり翼車のバランスが
失う等の弊害が生じやすくなる。

かかる問題点を解決しようとしたもが第２図に示した流
量計であり、矢印は気体の流れる方向を模式的に示した
ものである。即ち、平板状部材２２に下向きに取付けた
９１２１からなる翼車とスリット部付円盤状部材２５を
固定した軸２３がピボット軸受２４゜２４′　により数
層の遊びがある状態で支持されており、酸素濃縮気体の
流入口２６と流出口２７が設けられている。またスリッ
ト部付円盤状部材２５の回転状態を検出するフォトトラ
ンジスターを備えた回転検出手段２８を有している。さ
らにこの流量計には、中央部に仕切り部材２９が備えら
れ、その仕切り部材に軸周辺部の通路３０と外周近傍に
開口度調節手段３２を具備したバイパス通路３１が設け
られている。このようにして流入した気体が翼車を回転
させた後通路３０を通過して円盤状部材２５にあたるこ
とによって、円盤状部材２５に下向きの力を作用させる
ことにより、翼単に作用する過大の浮上刃の一部を打消
して上下方向の力のバランスを取ることが出来る。必要
であれば開口度副面手段３２を調節してバイパス通路３
１を通過する気体の流１を増減することによって下向き
に作用する力の大きさを調整することもできる。

また低流量域での測定精度をさらに高めるためには、翼
車を流量計内部空間の最下部に位置させ、翼を固定する
ための平板状部材をその流量計の円筒状の外壁に出来る
だけ近くなるような円盤状にし、スリット部付き円盤状
部材及び気体流出口を翼車の上側に備えたものが有効で
ある。この場合には、流入した気体全体が翼車を浮上さ
せるように作用するためにわずかな気体流］であっても
贅車が浮上しやすく正確な測定が可能である。

本発明の酸素濃縮気体供給装置は、かかる翼車式流量計
を備えたことを特徴とするものであるが、その酸素濃縮
気体の発生手段としては例えば空気から酸素濃度の高め
られた酸素濃縮空気を分離するための酸素濃縮手段を備
えたものや、酸素ボンベ、液体酸素等から酸素ガスを受
る手段が挙げられる。即ち本発明における酸素濃縮気体
とは、上記の如く酸素濃縮空気や酸素ガス等を意味する
が、主として酸素濃縮空気を言う。

本発明の装置の好ましい実施態様の１例として、酸素濃
縮手段に窒素よりも酸素を透過しやすい酸素選択透過膜
を用いた模型酸素濃縮器が挙げられる。第３図は、かか
る模型酸素濃縮器の好ましい態様を例示したものであり
、膜エレメント４１は酸素選択透過性膜を具備したもの
であり、その膜の形状としては平板型１円筒型、中空糸
型等のいずれであってもよい。例えば真空ポンプなる減
圧手段４２等を用いて膜エレメントの内側を減圧にする
ことにより、膜を透過させて酸素濃度の高められた濃縮
空気が集収管４３を介して取得され、減圧手段４２を通
過した後、水分保持機能部４４を有した冷却手段４５．
水分離手段４６．除菌フィルター等のフィルタ一手段４
７．流ｆｆｌ：ｇ１節手段４８及び流量測定手段４９を
経て、酸素濃縮空気りとして使用に供される。他方大気
空気Ａは、ファン手段５０によって入口フィルターを介
して装置内に取り入れられ冷却手段４５．膜エレメント
４１の膜表面側空間及び減圧手段４２の周囲を順次通過
した後、Ｂとして装置外に排出される。また水分離手段
４６で分離された水が、繊維集束体等を充填して水が主
として通過するようにした水排出管５１を通って水分保
持機能部４４に向けて排出されるようになっている。尚
流量測定手段４９には前記した如き翼車式流１計が用い
られている。

かかる模型酸素濃縮器では、膜透過時に酸素と共に水分
も濃縮されるために過剰の水分を水分離器４６で分離せ
しめることが行なわれるが、さらにその下流においても
温度低下等によって結露の発生する場合がある。流量計
としてロータメータを用いた従来のものでは、その結露
により生じた水滴がロータメータ内壁に付着して正確な
流量測定はおろか全く流量が測定できなくなることもあ
つた。しかしながら本発明の模型酸素濃縮器では、たと
え結露により水滴が発生したとしても翼車型流量計はそ
の水滴の影響を非常に受けにくいことが判明した。さら
に０．５ｆｔ／１ｎの低流量域から８１／ｍｉｎの高流
量域にわたって再現性よく安定に測定できることがわか
った。

本発明の装置の好ましい実施態様の他の例として、酸素
濃縮手段に酸素又は窒素を選択的に吸着するゼオライト
５Ａ、ゼオライト１３ｘ２分子篩カーボン等の吸着剤を
用いた吸着型酸素濃縮器が挙げられる。第４図はこの吸
着型酸素濃縮器の好ましい態様を例示したものである。

即ち第４図の濃縮器では、酸素よりも窒素を選択的に吸
着するゼオライト５Ａ等の吸着剤を充填した吸着床６１
．６２に、圧縮機６４によって圧縮された空気Ａを冷却
器６５及びドレーントラップ６６を経て三方弁６９によ
り切り換えて交互に流入せしめ、例えば吸着床６１を通
過する際に窒素が吸着されて酸素が濃縮された気体が弁
７２を通過した後逆止弁７４を経て貯留タンク６３に流
入する。そこに貯留された酸素濃縮気体は、減圧調節弁
手段７５．流１調節弁７６、流量測定器７７、除菌フィ
ルター等のフィルタ一手段７８及び気泡形式等の加湿器
７９を経た後、所定の流口でＤとして使用に供される。

尚Ｅはドレーンの排出を示している。またこの酸素濃縮
器では、弁６８を閉じて吸着床６１において上記の吸着
工程が終了した後片６７、７２及び７３を閉じて弁７１
を間き、既に脱着を終えて常圧の状態にある吸着床６２
と吸着床６１を均圧化せしめ、さらに弁７１を開じ弁７
３を開き三方弁６９の流路を吸着床６２の方に切り換え
て吸着床６２における吸着工程を開始する。一方吸肴床
６１については、弁６８を開いた窒素濃縮気体Ｂを排出
して圧力を常圧に減圧した後、弁７２を一定時間開いて
酸素濃縮気体を吸着床６１に向流的に流すことによって
その中の吸着剤の脱着再生を行なう。この様な操作を両
店で順次行なうことによって圧力変動型吸着操作を行な
うものである。

本発明の吸着型酸素濃縮器では、第４図に例示した流口
測定器７７に央車式流ｍ計を用いるものであって、例え
ば０．５Ｊｌ／１ｌｉｎの低流量域から６旦／ｍｉｎ等
の島流？域の広い範囲にわたって流量と出力の間に比例
関係が成立することから、非常に安定して且つ精度の良
好な流ｍ測定が可能である。

本発明の酸素濃縮気体供給装置におけるＷ型式流量計の
設置形式としては、前記した如き模型。

吸着型酸素濃縮器における真空ポンプや圧縮機の運転に
よる＠肋がｍｌ計に影響することを防ぐために、例えば
厚さ３ｓ程度のスポンジ等のクッション部材を介して装
置を構成する部材に取り付けることが望ましい。またこ
の流１計における翼車を固定したピボット軸は、鉛直方
向が最も好ましいが、例えば１０度程度傾斜した場合で
あってもほぼ安定した所定の測定結果が１ｑられる。さ
らにこの流量計はその検出した結果が電気的出力として
取り出されることが容易であって、その場合には、例え
ば発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて１２点式のデジタ
ル表示の形式にすることが可能である。

尚この形式について、気体流量の上昇及び下降の両方の
測定を行なったところ、両者間の測定結果がほぼ一致し
、所謂ヒステリシスがほとんどなく安定していることが
わかった。

本発明の酸素濃縮気体供給装置は、前記の酸素濃縮気体
発生手段と、翼車式流量計に加えてその濃縮気体を使用
に一供するための供給手段を備えたものである。かかる
供給手段の形式はいかなるものであってもよく、その具
体例として鼻腔内に細いチューブの先端を挿入する鼻カ
ニユーラ形式やマスク形式のものがあげられる。場合に
よっては単なるチューブ等の導管手段であってもよい。

かかる供給手段から供給される酸素濃縮気体の流】とし
ては、その発生手段として酸素濃縮器を用いた場合、流
量の下限としては０．１１／ｍｉｎ　、更には０．５Ｊ
ｌｊ／ｍｉｎ　、場合によってはｉ！：Ｌ／ｍｉｎが、
また上限としては１０ρ／１ｎ、更には８１／ｗｉｎ。

待に６４１／ｍｉｎが実用的である。

本発明の装置は、主として医療用に用いられるものであ
るが、それ以外にも例えばスポーツ後の体力回復のため
の呼吸補強や、燃焼用空気の供給や、魚の飼育や野菜の
鮮度を保つこと等にも使用することができる。

〈発明の効果〉 本発明の酸素濃縮気体供給装置は、広い流量範囲にわた
って安定して精度よく流量測定が可能であって、またそ
の流量表示をデジタル形式にした場合には特にその表示
が明確になり流量調節も簡単に出来る利点がある。

また特に模型酸素濃縮器の場合には、流量計内での水滴
発生の影響を受けにくいという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の酸素濃縮気体供給装置に具備される翼
車式流量計の好ましい態様を例示したものであり、〈ω
がその縦断面図、（ｂ）が横断面図である。第２図は、
本発明における翼車式流ｍ計の好ましい態様の他の例を
模式的に縦断面図として示したものである。第３．４図
は本発明の装置の好ましい態様を例示したものであり、
第３図が模型酸素濃縮器、第４図が吸着型酸素濃縮器に
関するものである。 第１図 （′ｂ） 第２図 Ｕ 第４図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）空気よりも酸素濃度が高められた酸素濃縮気体の
   発生手段とし、該酸素濃縮気体を使用に供するための手
   段と、該使用に供するための酸素濃縮気体の流量を調節
   するための流量調節手段、及び該流量を測定するための
   流量測定手段を備えた酸素濃縮気体供給装置において、
   該流量測定手段が多数の翼を有した翼車と、測定すべき
   該酸素濃縮気体の流入手段及びその流出手段を備えた翼
   車式流量計であることを特徴とした酸素濃縮気体供給装
   置。
2. （２）該翼車が、ピボット軸受により支持された軸に固
   定されたものである特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）該軸が実質上鉛直方向に支持されたものである特
   許請求の範囲第２項記載の装置。
4. （４）該翼が該翼車の外周端部に設けられており、該酸
   素濃縮気体が該翼の外側端部近傍が通る回転軌道の実質
   上接線方向に流れ込むように該流入手段を備えた特許請
   求の範囲第１項記載の装置。
5. （５）該翼車式流量計が、該翼車の固定された軸又は該
   翼車にその回転状態を示すための回転信号発生手段を備
   え、且つ該回転信号発生手段に接触することなくその回
   転信号を検出しその回転速度を電気信号として出力する
   回転検出手段を有したものである特許請求の範囲第１項
   記載の装置。
6. （６）該回転信号発生手段が、該軸に垂直に固定され半
   径方向にスリット部を備えた円盤状部材である特許請求
   の範囲第５項記載の装置。
7. （７）回転検出手段が、フォトトランジスターを用いた
   ものである請求の範囲第１項記載の装置。
8. （８）該酸素濃縮気体の発生手段が、空気から酸素濃度
   の高められた酸素濃縮空気を分離するための酸素濃縮手
   段を備えたものである特許請求の範囲第１項記載の装置
   。
9. （９）該酸素濃縮手段が、窒素よりも酸素を透過しやす
   い酸素選択透過膜を用いたものである特許請求の範囲第
   ８項記載の装置。
10. （１０）該酸素濃縮手段が、酸素又は窒素を選択的に吸
    着し得る吸着剤を用いたものである特許請求の範囲第８
    項記載の装置。