(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気よりも高められた濃度の酸素を含有する酸素富化空気を発生する手段、該発生手段から酸素富化空気を使用者に供給する流路中に設けられた第１流量制御手段、必要に応じ該第１流量制御手段の下流側に設けられた第２流量制御手段、及びそ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、更に該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、該発生手段の富化空気発生量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増減し、かつ該第１流量制御手段から供給される流量を略一定になるように調節することを特徴とする酸素富化空気供給装置。
【請求項２】
該発生手段の酸素富化空気発生量は、該供給量設定手段における設定酸素濃度の低下につれて増大する、請求項１記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項３】
該第１流量制御手段が一部の酸素富化空気を排出することができる形式のものである請求項１又は２記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項４】
該第１流量制御手段において排出される酸素富化空気の量が、供給量設定手段における設定酸素濃度の低下につれて増大する、請求項３記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項５】
該発生手段の酸素富化空気の発生量及び酸素濃度が第１流量制御手段から排出される酸素富化空気の量により制御される、請求項４記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項６】
該第２流量制御手段が一部の酸素富化空気を排出することができる形式のものである請求項１〜５のいずれか１項記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項７】
該第２流量制御手段における酸素富化空気排出量と該供給手段からの酸素富化空気供給量との合計が略一定である請求項６記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項８】
該第１流量制御手段及び第２流量制御手段が、気体流入孔、一体的に又は連動して変更することができる１組の開孔部が複数設けられた可変式オリフィス部及び該開孔部から流出する気体を少なくとも２個の系統に分けて放出しうる気体放出孔を有する複式流量制御器である、請求項１〜７のいずれか１項記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項９】
第１流量制御手段としての複式流量制御器が、気体流入孔から流入する気体量が一定範囲内で変化しても、少なくとも１個の系統から放出される気体量が略一定であるように該複数存在する１組の開部の各孔断面積が設定されている、請求項８記載の酸素富化空気供給装置。
【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。さらに詳しくは、使用に供するために供給手段に流入する酸素富化空気を所望の流量及び酸素濃度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】
【従来の技術】
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４〜６リットル／程度の場合もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来の酸素富化空気供給装置においては、必要な酸素供給量の変化に流量変更で酸素供給量を変えることにより対応しているため、特に流量の少ない場合には、酸素富化空気が供給されていることを患者も感じとれないこともあった。また、極少量で流量コントロールを行うためバラツキが大きくなり易く、コントロールがむつかしい点もあった。
【０００４】
また、一般に、これらのガスでは酸素ガス中に湿分がほとんどないため、呼吸に供するためには加湿操作が必要になる。加湿を必要とする場合、一般的には低流量において、加湿器における加湿度調整もむつかしく、比較的加湿度が過剰になり易くドレンを発生しやすくなる。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において該酸素が冷やされるため発生し、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ることが多い。いずれにしても、ドレンの発生は衛生的にも、視覚的にも好ましいものではない。
【０００５】
【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不都合を解消するために鋭意研究した結果、従来の流量可変方式ではなく、濃度可変方式を採用すると、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。
【０００６】
すなわち本発明は、空気よりも高められた濃度の酸素を含有する酸素富化空気を発生する手段、該発生手段から酸素富化空気を使用者に供給する流路中に設けられた第１流量制御手段、必要に応じ該第１流量制御手段の下流側に設けられた第２流量制御手段、及びそ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、更に該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、該発生手段の富化空気発生量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増減し、かつ該第１流量制御手段から供給される流量を略一定になるように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。
【０００７】
【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さらに詳細に説明する。
【０００８】
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。
【０００９】
本発明における空気よりも高められた濃度の酸素を含有する酸素富化空気は空気中の酸素を濃縮して製造され、酸素濃縮のためには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。
【００１０】
本発明の酸素富化空気供給装置は、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酸素濃縮器等の酸素富化空気発生手段における酸素富化空気の発生量が増減し、その発生量は、設定酸素濃度の低下につれて増大するものである。このようにすることにより、特定の装置において発生酸素濃度の範囲を大きく変化させることができる。
【００１１】
該供給量設定手段としては、第１流量制御手段２の酸素富化空気排出ライン２４に設けられた排出流量制御手段（図示せず）そのものであることができるし、あるいはそれとは離れた位置に設置することができる設定手段とその設定手段による設定値に従って排出流量制御手段を駆動するための電気的制御システムとからなるものであることができる。或いは第１流量制御手段２と供給量設定手段５とが一体化したものであることもできる。
【００１２】
上記の供給量設定手段において設定される酸素濃度と発生手段における酸素富化空気の発生量及び酸素濃度との関係、第１流量制御手段において排出される酸素富化空気量と発生手段において発生するその量及び酸素濃度との関係は、個々の酸素富化空気供給装置の能力（例えば最高到達酸素濃度、その時の発生流量等）及び予定される処方（酸素濃度及び／又は流量）により定まるものである。一般的に処方はいくつかの非連続的な数値で定められるので、上記関係も連続的変化に対応する必要がない場合が多く、従って予定される非連続的な設定値に対応した排出量を定めれば良いので、装置能力が定まれば実験で容易に求めることができる。
【００１３】
このように、酸素富化空気発生手段における発生量の増減は、基本的には酸素濃縮器１から出てゆくガス量を増減することにより達成され、それは、本質的に前記酸素富化空気排出ラインからの排出量の増減によるが、かかる増減により酸素濃縮器１の出口の圧力サイクルが変化し、例えば、酸素濃縮器１における窒素吸着の時間の変化、コンプレッサー１１の吐出量の変化、酸素濃縮器１内部の吸着剤の吸着効率の変化が生起する。
【００１４】
この場合、酸素濃度は例えば、４０％、６０％、７０％、８０％、９０％の各レベルで、さらにはそのレベルの所定の範囲内で可変設定できることが好ましい。また、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約１．５〜５．５リットル／分のレベルで供給できることが望ましい。
【００１５】
本発明の酸素富化空気供給装置においては、第１流量制御手段２は一部の酸素富化空気を排出することができる形式のものであることが好ましい。また、排出される酸素富化空気の量は、供給量設定手段５により設定された酸素濃度の低下につれて増大する。供給量設定手段５によって設定された酸素濃度が低下したことにより、低濃度の、増大した発生量の酸素富化空気が発生手段から流出し、供給手段４への導管に流入すると、第１流量制御手段２において、過剰な流量の酸素富化空気を排出して、その流量が調整され、第１流量制御手段２の下流側の導管及び供給手段４により患者に供給される酸素富化空気の流量を安定した状態とする。
【００１６】
このように、第１流量制御手段２から排出される酸素富化空気の量により、前記発生手段における酸素富化空気の発生量及び酸素濃度が制御されるが、これによって酸素富化空気の流量を安定化させることができる。
【００１７】
本発明の酸素富化空気供給装置には、必要に応じ、使用に供すべき酸素流量の変動に対応すべく、第２流量制御手段３を設けることができ、この第２流量制御手段３も第１流量制御手段同様、一部の酸素富化空気を排出することができる形式のものが好ましく、該第２流量制御手段３における酸素富化空気の排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。
【００１８】
本発明における流量制御手段は、オリフィス式の流量設定器、ニードル弁付ローターメーター或いはニードル弁やボール弁などの弁開閉度により排出流量を調節できる流量設定器、或いはマスフローメーターであることができる。
【００１９】
かかる排出流量制御手段は、例えばオリフィスの径が異なる複数の孔を具備した器具であり、設定値に対応して複数の孔の中から１つ、あるいは２以上を選定し、一定の排出流量を与えるものであることができる。
それらは分岐した導管にそれぞれ設けられて複数一組で利用側流量及び排出側流量を制御してもよく、或いは利用側流量及び排出側流量を一体的に制御するものであってもよい。前者の例としては、特開昭６２−１４００２６号公報や特開平２−２４１４６３号公報に記載された方式のものが挙げられる。後者の例としては、例えば特願平７−７３３３３号明細書及び添付図２に記載された形式の複式流量制御器及びその改変型が挙げられる。その基本的構造は、本明細書及び添付図２に示されているが、それは、酸素富化空気流入孔３１、一体的に又は連動して変更することができる１組の開孔部が複数設けられた可変式オリフィス部３２〜３５及び該開孔部から流出する酸素富化空気を少なくとも２個の系統に分けて放出しうる気体放出孔３６，３７を有する複式流量制御器である。
【００２０】
これを第１流量制御手段として用いる場合、酸素富化空気流入孔３１から流入する酸素富化空気量が一定範囲内で変化しても少なくとも１個の系統から放出される気体量が略一定であるように該複数存在する１組の開孔部の各孔断面積が設定されていることが好ましい。端的には、図２の酸素富化空気流入孔３１からの流入量が変化しても、３３、３５が回転して新たな開孔の組３２，３４が設定され、それにより一方の側の開孔径が増減して放出量を制御し、しかして他方の放出量を略一定にするというものである。
【００２１】
これは、片方の側の開孔径を一定にして他方の開孔径を変化させることにより実現することも可能であるが、両方の側の開孔径を同時に変化させて実現することもできる。
【００２２】
また、上記複式流量制御器を第２流量制御手段として用いる場合、酸素富化空気流入孔３１から流入する気体量は略一定に制御されているので、一方の気体放出孔から放出される流量が予定される処方流量になるように開孔径を設定するのは容易に実現することができる。
【００２３】
いずれの場合においても、装置能力が決まり、用いられる処方が決まれば、開孔径は実験により容易に決定することができる。
【００２４】
図２は、本発明の酸素富化空気供給装置における供給量設定手段と第１流量制御手段が一体化されたものであって、各々の流量（酸素濃度にも対応する）に対応して双方の開孔部が同一の操作で選択できるようにした複式流量制御器の例である。
【００２５】
図２中、３１が、上流側導管が接続された酸素富化空気の流入部である。３３が、開孔部３２等の開孔面積の異なる複数の開孔部を備えて、排出量に対応してその開孔部が選択して使用できるようにしたオリフィス型の排出量設定部である。３５が、開孔部３４等の開孔面積の異なる複数の開孔部を備えて、利用酸素富化空気流量に対応してその開孔部が選択して使用できるようにしたオリフィス型の利用流量設定部である。図２に示されたものは、排出流量設定部３３と利用流量設定部３５が一体化されているが、これらは必ずしも一体化されている必要はなく、対応関係をもって連動すればよい。３６は、排出酸素富化空気を排出する導出部であり、その下流側は大気に開放されている。３７は、使用者に供給すべき酸素富化空気の導出部である。３８は、一体化されている排出流量設定部３３と利用流量設定部３４との双方を同一の回転操作によって、所望の利用流量と所望の排出流量に設定するための回転軸であって、回転操作を容易にするためのツマミ（図示せず）がさらにその左端部に取付けられる。
【００２６】
さらに、４０は利用流量設定部３５によって設定される流量を表示するための表示板である。４１は、回転軸３８を回転する際に、排出用開孔部３２等から選択された開孔部が排出すべき気体が通過する開孔部４２に適合し、利用気体用開孔部３４等から選択された開孔部が使用者に供給すべき気体が通過する開孔部４３に適合するように、所定の位置で固定するための位置決め部材である。
【００２７】
上記表示板を用いれば、その表示の仕方次第で流量表示による、或いは酸素濃度表示による供給量設定器としても用いることができる。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
【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。
【００３１】
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等の吸着剤が充填された酸素濃縮器であり、コンプレッサー１１が流路切換え弁１２を介して導管によって酸素濃縮器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１３を介して導管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１２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１１からサージタンク９までが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。
【００３２】
さらに、サージタンク９には、減圧弁２２、２３等を備えた酸素富化空気流路用導管１５が取付けられており、この導管１５に第１，第２流量制御手段としてオリフィス型流量設定器２及びオリフィス型流量設定器３が設けられ、供給量設定手段５はオリフィス型流量設定器２に一体的に設けられている。供給量設定器５とオリフィス型流量設定器２は連動して該流量設定器２からの排気量を増減させ、酸素発生器からの発生量を増減して、流量を制御する。圧力検出手段５１，５２がそれらの流量制御手段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１５には、さらに自動開閉弁１８、除菌フィルター２５、加湿器７等が具備されて、導管２１により、鼻カニューラや口マスク等の酸素富化空気供給手段４に連結していることが実用上好ましい。
【００３３】
さらに、使用者の呼吸サイクルを検知し、その検知結果を基に、弁を開閉し、酸素富化空気を供給するデマンドバルブを備えた発生手段を使用すると、装置の小型化をはかることができる。
【００３４】
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１３、１８を開いた状態で、図１の如く弁１２を介してコンプレッサー１１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１４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、過剰の酸素富化空気は放出されてオリフィス型流量設定器２（流量制御手段）により所定の流量に調整され、減圧弁２３、除菌フィルター２５を通過した後、オリフィス型流量設定器３により所定の流量に調整されて、加湿器７により加湿され、導管２１に連結された鼻カニューラ４を経て呼吸器疾患の患者等に供給される。
【００３５】
酸素富化空気の発生手段においては、所定時間吸着を続けた後、弁１３を閉じて、弁１２を切り換えることによってコンプレッサー１１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１２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１３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。このような吸着、脱着の工程を繰り返して酸素富化空気を得る。
【００３６】
また、オリフィス型流量設定器２における排気量の増減により、該流量設定器２（第１流量制御手段）とオリフィス型流量設定器３（第２流量制御手段）間の導管１５の酸素富化空気の流量は略一定に保持される。
【００３７】
サージタンク９内に貯留された酸素富化空気は、導管１５を通ってその流量は流量設定器２，３によって調整されて、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。オリフィス型流量設定器３は一度設定すれば、基本的にはあまり変化させる必要はなくなる。
【００３８】
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１１と送風機１９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１９を、下流側の室にコンプレッサー１１を配置して、流路切換え弁１２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。
【００３９】
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。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、流量をほぼ一定にし、酸素濃度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実施態様を模式的に示した概略フローチャートである。
【図２】図２は供給量設定手段と第１流量制御手段とが一体化された態様を示す複式流量制御器の断面図である。
【符号の説明】
１  酸素濃縮器
２  オリフィス型流量設定器（第１流量制御手段）
３  オリフィス型流量設定器（第２流量制御手段）
４  酸素富化空気供給手段
５（４０）  流量表示型供給量設定手段
３１  酸素富化空気流入孔
３２  排出用開孔部
３３  排出流量設定部
３４  利用酸素富化空気用開孔部
３５  利用流量設定部
３６  排出酸素富化空気導出部
３７  利用酸素富化空気導出部
【図１】
0003681453.tif 000002
【図２】
0003681453.tif 000003