(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した吸着塔と、吸着塔に空気を送るための空気圧縮手段と、該吸着塔から得られる酸素の濃縮された呼吸用気体を一時的に貯蔵する容器手段とを備えた圧力変動吸着型酸素濃縮手段と、酸素含有呼吸用気体を使用に供するための呼吸用気体供給手段とを備えた呼吸用気体供給装置において、使用に供するための呼吸用気体の酸素濃度を変えるための酸素濃度可変手段と、呼吸用気体の使用のための供給ガス流量を調節するための供給ガス流量調節手段とを備え、使用に供する実酸素供給量が所定量よりも少ない時、該酸素濃度可変手段により使用に供する呼吸用気体の酸素濃度を低く制御する共に実酸素供給量（＝酸素濃度×供給ガス流量）を一定とする供給ガス流量制御を行なう制御手段とを備えたことを特徴とする呼吸用気体供給装置。
【請求項２】
該制御手段が、該供給量調節手段と連動して、該実酸素供給量が１リットル／分以下の場合における呼吸用気体の供給を、流量一定でかつ酸素濃度を変えて実酸素供給量を可変とするための機能を備えた請求項１の呼吸用気体供給装置。
【請求項３】
該酸素濃度可変手段が、該圧力変動吸着型酸素濃縮手段における吸脱着サイクルタイムを変更して設定するためのサイクルタイム設定手段である請求項１，２記載の呼吸用気体供給装置。
【請求項４】
呼吸用気体中の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出手段を具備し、該検出手段によって検出される酸素濃度が所定の範囲内になるように該圧力変動吸着型酸素濃縮手段における吸脱着サイクルタイムを調節するためのサイクルタイム調節手段を具備した請求項３の呼吸用気体供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】
本発明は、大気から酸素濃縮気体を分離して使用するための酸素濃縮器等を含む空気よりも高い濃度に酸素を含有した呼吸用気体の供給装置に関するものである。さらに詳細には、例えば圧力変動吸着型酸素濃縮器であって、胸部疾患のための酸素濃度の高いガスを呼吸用に使用して治療を行う場合により使用感のよい装置を使用者に供給できるよう改善された酸素濃縮器等を含む呼吸用気体供給装置を提供するものである。
【０００２】
これらの供給方法は、酸素供給源が濃縮器に限らず、圧縮酸素ガス、液化酸素ガスやその他の高濃度酸素ガスを供給源にするものについても共通に言えるものである。
【０００３】
【従来の技術】
圧力変動吸着型酸素濃縮器では一般的に酸素濃度を約９０％前後に保ち、必要な酸素量は呼吸用気体供給手段において流量を調節、変更することで対応している。医療用酸素濃縮器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／分程度の場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかるこれまでの圧力変動吸着型酸素濃縮装置等の呼吸気体供給装置では、供給の範囲を流量変更だけで実酸素供給量を変えているため、特に流量が少ない場合には呼吸用気体が供給されていることを患者も感じ取れないこともある。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る。
【０００５】
また、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となる。尚、低流量域では周囲の空気に含まれる湿分が供給されるため加湿は不要とする説もある。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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、かかるこれまでの呼吸用気体供給装置における前述の不具合を解決するために鋭意研究した結果、従来の流量可変方式によらず、酸素供給量が少ない範囲では濃度可変方式が有効であることを見い出して、本発明に到達したものである。
【０００７】
すなわち本発明は、空気よりも高い濃度で酸素を含有した呼吸用気体の発生手段と、酸素含有呼吸用気体を使用に供するための呼吸用気体供給手段とを備えた呼吸用気体供給装置において、使用に供するための呼吸用気体の酸素濃度を変えるための酸素濃度可変手段と、呼吸用気体の使用のための供給量を調節するための供給量調節手段と、使用に供する実酸素供給量が所定量よりも少ない場合の使用に供する呼吸用気体の酸素濃度を、該実酸素供給量が該所定量よりも多い場合における該酸素濃度よりも低くするための機能を有した該酸素濃度可変手段の制御手段とを備えたことを特徴とする呼吸用気体供給装置を提供する。
【０００８】
さらに本発明の装置には、該制御手段が、該供給量調節手段と連動して、該実酸素供給量が１リットル／分以下の場合における呼吸用気体の供給を、流量一定でかつ酸素濃度を変えて実酸素供給量を可変とするための機能を備えた呼吸用気体供給装置が含まれる。
【０００９】
また本発明の装置には、該発生手段が、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着剤を充填した吸着塔と、吸着塔に空気を送るための空気圧縮手段と、該吸着塔から得られる酸素の濃縮された呼吸用気体を一時的に貯蔵する容器手段とを備えた圧力変動吸着型酸素濃縮手段である呼吸用気体供給装置が含まれる。
【００１０】
かかる本発明の装置には、該酸素濃度可変手段が、該圧力変動吸着型酸素濃縮手段における吸脱着サイクルタイムを変更して設定するためのサイクルタイム設定手段である呼吸用気体供給装置が含まれる。
【００１１】
かかる本発明の装置には、呼吸用気体中の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出手段を具備し、該検出手段によって検出される酸素濃度が所定の範囲内になるように該圧力変動吸着型酸素濃縮手段における吸脱着サイクルを調節するためのサイクル調節手段を具備した呼吸用気体供給装置が含まれる。
【００１２】
以下に、本発明についてさらに詳細に説明する。本発明における空気より高い濃度で酸素を含有した呼吸用気体の発生手段としては、空気中から酸素濃縮気体を取り出す吸着型酸素濃縮器や膜型酸素濃縮器等の酸素濃縮器を用いたものの他、液化酸素ガスや圧縮酸素ガス等の高濃度酸素ガスを供給源とするものがあげられる。これらの中でも長時間使用可能な酸素濃縮器や液化酸素ガスを供給源とするものが好ましく、酸素濃縮器が特に好ましく、実用上は吸着型酸素濃縮器が特に有利に用いられる。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なう。
【００１３】
本発明の装置は、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実酸素供給量に応じて酸素濃度可変手段と供給調節手段を、好ましくは運動させて制御するための制御手段を備えたものである。その制御手段の好ましい態様としては、酸素濃度可変手段が、酸素濃度を例えば４０％、９０％の各レベルで、４０％、７０％、９０％の各レベルで、又は４０％、６０％、８０％、９０％の各レベルで所定の範囲内で可変設定できるようにしたものとし、供給量調節手段が、使用に供する呼吸用気体供給量を例えば１．５リットル／分、２．５リットル／分、３．５リットル／分、４．５リットル／分、５．５リットル／分の各レベルで所定の範囲内で可変設定できるようにしたものとして、その各々のレベルを組み合わせて選択使用することを可能にしたものがあげられる。
【００１４】
かかる制御手段には、この様な組み合せの選択によって、実酸素供給量が所定量よりも少ない場合における呼吸用気体の酸素濃度を、該実酸素供給量が該所定量よりも多い場合における酸素濃度よりも低くするための機能が備えられている。
【００１５】
その具体的な制御形態としては、特に実酸供給量が、２リットル／２分未満、さらに好ましくは１リットル／分未満では、酸素濃度を例えば６０％程度と低く保つことによって、実際の供給ガス流量を１〜２リットル／２分、好ましくは２〜３リットル／分になるようにすることが好ましい。尚、実酸素供給量が２リットル／分を越える場合には、例えば酸素濃度を通常９０％程度のままとすることが望ましい。
【００１６】
本発明における実酸素供給量は「実酸素供給量＝（酸素濃度）×（供給ガス流量）」と定義されるものである。尚、ここで供給ガス流量は、実際に患者に供給される呼吸用気体の流量を意味し、実質上大気圧下での体積で表わしたものである。
【００１７】
例えば酸素濃度９０％のガスを１．０リットル／分で供給する場合と、酸素濃度６０％ガスを１．５リットル／分で供給する場合、酸素濃度４０％のガスを２．２５リットル／分で供給する場合などでは実酸素供給量は０．９リットル／分で同じといえる。これらのことは、酸素療法において用いられる吸入酸素濃度（シャピロの式）等で表されるものからも言える。
【００１８】
この様に本発明の装置は、流量に対しては濃度を可変として流量をある範囲に抑えることを可能にしたものである。その好ましい態様として、実酸素供給量が１リットル／分以下の場合における呼吸用気体の供給を、流量一定でかつ酸素濃度を変えて実酸素供給量を可変とするようにしたものがあげられる。
【００１９】
患者は治療を行う場合、処方流量の違いによってガス流量が大きく変わるよりも、流量を一定にして酸素濃度を変更する方が違和感がないと言える。患者は労作時と安静時では処方流量が変化するのが普通である。その場合においても処方流量は例えば濃度が一定の場合３リットル／分と１．５リットル／分のように約２倍程度変わることもある。一方、流量が４〜７リットル／分程度になると、流量が多すぎることで逆の違和感がでてくるので高流量領域（実酸素供給量が多い領域）では比較的酸素濃度を高く保ち、流量を低く抑えることが好ましい。つまり、個人差はあるが、実用上好ましい流量の範囲は２〜４リットル／分であると考えられる。
【００２０】
さらに、酸素ガス濃度が装置性能として決まっているケースでは、流量を選択することで供給する（吸入する）量を決めているが、吸入酸素濃度（ＦｉＯ2 という指標で表させる）だけで処方を決めることもできる。この方法では、酸素ガス濃度、流量が可変でもよく患者の状態によって濃度や流量を選ぶことができる。
【００２１】
例えば、幼児のように高濃度の酸素供給が好ましくない場合には低濃度での供給する方法がとられる。さらに、軽度の人には酸素濃度を下げることにより、より安全な治療を達成できるメリットもある。逆に吸入流量が多いことが好ましくない場合には、高濃度の酸素ガスによって対応することも可能である。
【００２２】
本発明の酸素濃度可変手段の具体例としては、例えば圧力変動吸着型酸素濃縮器を用いる場合には、圧力変動吸着のための吸着塔に付属の自動開閉弁等の制御を行なう吸脱サイクル制御手段に、その吸着脱着の各々の時間、すなわち吸脱着のサイクルを変更する機能を備えたものがあげられる。尚この場合には、例えば酸素濃度を４０％や６０％に設定するためには、呼吸用気体中の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出手段を具備し、その検出手段によって検出される酸素濃度が所定の範囲内になるように該圧力変動吸着型酸素濃縮手段における吸脱着サイクルタイムを調節するためのサイクルタイム調節手段を具備したものが好ましい。
【００２３】
本発明の装置の具体例としてのＰＳＡ法による酸素濃縮器においては、吸着塔を昇圧する工程（吸着工程）と減圧する工程（脱着工程）からなる。これらの装置では空気圧縮手段と、吸着剤を充填した吸着塔と空気の流れを切換える切換弁手段からなる。吸着塔、空気圧縮手段塔の仕様等が決まった場合、吸着工程と脱着工程の時間（サイクルタイム）を変えて運転することで生成する酸素濃縮を変えることができる。その場合、生成するガス量は安定的に供給する必要があり、ある程度サイクルタイムも制限を受ける。
【００２４】
本発明者は、処方流量（酸素ガス供給量）によってサイクルタイムを変えることでガスの濃度と流量を変えることができ、安定的に生成することが可能であることを発見したものである。
【００２５】
別の方式として、ほぼ一定濃度の酸素ガスを生成させ、空気等を加えて酸素濃度を下げる方式もある。この場合、濃度調整が二種類のガスを一定割合で混合することが必要であり、装置としては複雑になる。圧縮酸素ガス、液化酸素ガスやその他の酸素供給源によって、この方式によることが好ましい場合もある。
【００２６】
また、別の方式として高濃度ガスの流量だけを精度よくコントロールし、空気等の希釈ガスは多少ラフに混合することも考えられるが、流量を安定的に供給することからは好ましくはない。
【００２７】
【発明の効果】
酸素療法における酸素の供給方法として、これまではほぼ一定の濃度の酸素ガスで流量を変えることで実酸素供給量を調節していたが、本発明により流量をほぼ一定にし、酸素濃度を可変とすることで患者の使用感の大幅な改善ができた。
【００２８】
また低流量域で加湿器による加湿過剰が発生しやすい点について関して、流量を多くすることで加湿度の調節が改善できる。