(57)【要約】      （修正有）【課題】呼吸同調酸素供給装置で、呼吸位相を検知する差圧センサの装置内での圧変動、外気の影響による測定誤差を解消する。【解決手段】空気中の酸素を分離し使用者の呼吸に同調して供給する呼吸同調酸素供給装置において、使用者の呼吸を検知するダイアフラム式の差圧センサの呼吸検知結果に基づいて酸素を供給する自動開閉弁を備え、ダイアフラムを挟む基板の大気開放ポートと酸素濃縮装置の筐体に一体化された小室と連通すると共に、該小室の筐体壁に外気に通じる複数の通気孔を備えることを特徴とする酸素供給装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中の酸素を分離し使用者の呼吸に同調して供給する呼吸同調酸素供給装置において、使用者の呼吸を検知するダイアフラム式の差圧センサ、該差圧センサの呼吸検知結果に基づいて酸素を供給する自動開閉弁を備え、該差圧センサがダイアフラム及びそれを挟む基板からなり、該基板の大気開放ポートと酸素濃縮装置の筐体に一体化された小室と連通すると共に、該小室の筐体壁に外気に通じる複数の通気孔を備えることを特徴とする酸素供給装置。
【請求項２】
該小室の筐体壁に直径０．３ｍｍ〜２ｍｍの通気孔を複数設けている、請求項１記載の酸素供給装置。
【請求項３】
該小室が、筐体壁と一体成形された４方壁を有する直方体と、気密材を介して接続するその差圧センサの大気開放ポートと接続する接続ノズルを備えた蓋部からなる、請求項１または２記載の酸素供給装置。
【請求項４】
空気中の酸素を分離し使用者の呼吸に同調して供給する呼吸同調酸素供給装置において、使用者の呼吸を検知するダイアフラム式の差圧センサ、該差圧センサの呼吸検知結果に基づいて酸素を供給する自動開閉弁を備え、該差圧センサがダイアフラム及びそれを挟む基板からなり、該基板の大気開放ポートが酸素濃縮装置の筐体に設けた通気孔に導管接続すると共に、筐体通気孔にフィルタを備える、酸素供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力変動吸着型酸素濃縮装置などの酸素供給装置に関するものであり、使用者の吸気時にのみ酸素を供給する呼吸同調式の酸素供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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空気中の酸素を分離し製品ガスとして供給する圧力変動吸着型（ＰＳＡ）酸素濃縮装置が実用化され、医療用酸素濃縮装置として慢性呼吸器疾患患者の治療に使用されている。最近では、外出時の携帯用酸素ボンベの持ち運びに代り、携帯式酸素濃縮装置が開発され用途が拡大している。携帯式酸素濃縮装置はバッテリで駆動することから、電池消耗を防ぎ長時間駆動を可能とする為に、装置内に呼吸センサと自動開閉弁を備えたデマンドレギュレータ機能を備え、酸素を常時、連続流として供給するのではなく、患者の吸気時のみ酸素を供給し、呼気時には酸素供給を停止することで酸素生成量の節減、消費電力の削減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−２１３３０号公報
【特許文献２】特開平５−９２０３８号公報
【特許文献３】特開２００４−２４２９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、かかるデマンドレギュレータは、酸素供給流路途中に設けた自動開閉弁、呼吸位相検知手段を具備し、使用者の吸気時間にのみ自動開閉弁を開き、呼気時間中は閉じることにより酸素消費量を約１／３に節約することが可能となっている。かかる節約は酸素ボンベ等を携帯して患者が外出するような場合に特に有効であり、その移動時間を３倍に延長することが可能となる。
【０００５】
酸素供給量は患者の重症度に応じて医師が処方するものであり、デマンドレギュレータは、使用者の吸気時間を正確に検出し、その時間に必要な量の酸素を供給しなければならない。そのための呼吸位相検知手段としては、使用者の呼吸に伴う圧力変化を検知する圧力センサや、鼻孔近くに配置して呼吸位相を温度変化で検知する熱電対などがあり、呼吸位相などの微圧変動の検知にはダイアフラム式の圧力センサが多く使用されている（特許文献１、特許文献２）。
【０００６】
従来は、圧力センサを用いて吸気開始時点のみを検出して、酸素を供給する方法をとっていた。しかし、より正確に酸素を供給するためには、吸気時間を正確に検出する必要がある。そのため、吸気開始時点のみでなく、呼気開始時点も検出する必要がある。一方、酸素供給のため、自動開閉弁を開くことにより、酸素供給源から供給される酸素の圧力が圧力センサのダイアフラムに印加され、次に自動開閉弁を閉じたときに、圧力センサが即座に呼吸圧力波形をトレースできる必要がある。たとえば、特許文献３に記載の微圧センサではセンサの応答速度の改善を行っている。
【０００７】
酸素ボンベに接続して外気環境下でデマンドレギュレータを使用する場合と違い、酸素濃縮装置の筐体内にデマンドレギュレータを設置した場合、圧力変動吸着法に基づく吸着工程、脱着工程の切り換え、冷却風の流れなどにより筐体内は大気圧よりも高い圧力、または低い圧力となり圧変動も生じている。ダイアフラム式の圧力センサで呼吸位相検知をするためには、大気圧をゼロ点として参照することが必須となるが、装置内は圧変動があること、外気に直接開放すると外気流の影響や水、塵埃の侵入を招くなど問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決する手段として、以下の酸素供給装置を見出した。
［１］空気中の酸素を分離し使用者の呼吸に同調して供給する呼吸同調酸素供給装置において、使用者の呼吸を検知するダイアフラム式の差圧センサ、該差圧センサの呼吸検知結果に基づいて酸素を供給する自動開閉弁を備え、該差圧センサがダイアフラム及びそれを挟む基板からなり、該基板の大気開放ポートと酸素濃縮装置の筐体に一体化された小室と連通すると共に、該小室の筐体壁に外気に通じる複数の小孔を備えることを特徴とする酸素供給装置。
［２］該小室の筐体壁に直径０．３ｍｍ〜２ｍｍの通気孔を複数設けている、上記１記載の酸素供給装置。
［３］該小室が、筐体壁と一体成形された４方壁を有する直方体と、気密材を介して接続するその差圧センサの大気開放ポートと接続する接続ノズルを備えた蓋部からなる、上記２記載の酸素供給装置。
［４］空気中の酸素を分離し使用者の呼吸に同調して供給する呼吸同調酸素供給装置において、使用者の呼吸を検知するダイアフラム式の差圧センサ、該差圧センサの呼吸検知結果に基づいて酸素を供給する自動開閉弁を備え、該差圧センサがダイアフラム及びそれを挟む基板からなり、該基板の大気開放ポートが酸素濃縮装置の筐体に設けた通気孔に導管接続すると共に、筐体通気孔にフィルタを備える、酸素供給装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、酸素濃縮装置内での呼吸センサであるダイアフラム式差圧センサの呼吸位相検知精度が改善され、呼吸波形を忠実にトレースできるようになった。これにより、吸気時間を正確に検知可能となり、吸気時間に酸素を所定量供給する精度を向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】酸素供給装置の概略構成図。
【図２】小室の構造。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の酸素供給装置の実施態様例を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態である圧力変動吸着型の酸素濃縮装置を例示した概略装置構成図である。かかる酸素濃縮装置は、加圧空気を供給するコンプレッサ、酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填した吸着筒Ａ，Ｂ、吸着工程、脱着工程や均圧工程等のシーケンスを切り換える流路切換手段である供給弁Ａ，Ｂ、排気弁Ａ，Ｂ、均圧弁を備える。加圧空気から分離生成された酸素濃縮ガスは、ＯＮ／ＯＦＦ弁で所定流量に調整後、カニューラを用いて使用者に供給される。
【００１２】
先ず、外部から取り込まれる原料空気は、塵埃などの異物を取り除くための外部空気取り込みフィルタ等などを備えた空気取り込み口から装置内に取り込まれる。このとき、通常の空気中には、約２１％の酸素ガス、約７７％の窒素ガス、０．８％のアルゴンガス、二酸化炭素ほかのガスが１．２％含まれている。かかる装置では、呼吸用ガスとして必要な酸素ガスのみを濃縮して取り出す。
【００１３】
酸素濃縮ガスの取り出しは、酸素分子よりも窒素分子を選択的に吸着するゼオライトなどからなる吸着剤が充填された吸着筒に対して、供給弁Ａ，Ｂ、排気弁Ａ，Ｂによって対象とする吸着筒Ａ，Ｂを順次切り換えながら、原料空気をコンプレッサにより加圧して供給し、吸着筒内で原料空気中に含まれる約７７％の窒素ガスを選択的に吸着除去することにより行われる。かかる吸着剤としては、５Ａ型、１３Ｘ型、Ｌｉ−Ｘ型等のモレキュラーシーブゼオライト等が用いることができる。
前記の吸着筒は、吸着剤を充填した円筒状容器で形成され、通常、１筒式、２筒式の他に３筒以上の多筒式が用いられるが、連続的かつ効率的に原料空気から酸素濃縮ガスを製造するためには、２筒式や多筒式の吸着筒を使用することが好ましい。
【００１４】
また、前記のコンプレッサとしては、圧縮機能のみ、或いは圧縮、真空機能を有するコンプレッサとして２ヘッドのタイプの揺動型空気圧縮機が用いられるほか、スクリュー式、ロータリー式、スクロール式などの回転型空気圧縮機が用いられる場合もある。また、このコンプレッサを駆動する電動機の電源は、交流であっても直流であってもよい。
加圧状態の吸着筒内で空気中の窒素ガスを吸着剤に吸着させ、吸着されなかった酸素を主成分とする酸素濃縮ガスが吸着筒の製品端から取り出され、吸着筒へ逆流しないように設けられた逆止弁を介して、製品タンクに流入する。
【００１５】
一方、吸着筒内に充填された吸着剤に吸着された窒素ガスは、新たに導入される原料空気から再度窒素ガスを吸着するために、吸着剤から脱着させパージする必要がある。このために、吸着筒を排気弁を介して排気ラインに接続し、加圧状態から大気開放状態に切り換え、加圧状態で吸着されていた窒素ガスを脱着させて大気中に排気し吸着剤を再生させる。さらにこの脱着工程において、窒素の脱着効率を高めるため、均圧弁を介して吸着工程中の吸着筒の製品端側から生成された酸素濃縮ガスの一部をパージガスとして脱着工程中の吸着筒に逆流させるパージ工程を行う。
【００１６】
製品タンクに蓄えられた酸素濃縮ガスは、例えば９５％といった高濃度の酸素ガスを含んでおり、医師の処方によって必要とされる酸素流量を患者自身が設定する。調圧弁、ＯＮ／ＯＦＦ弁によってその圧力と供給流量とが制御され、処方量の酸素濃縮ガスが患者に供給される。一方、患者に供給される酸素濃縮ガスの流量及び酸素濃度は酸素濃度センサ、流量センサで検知され、検知結果に基づいてコンプレッサの回転数や流路切換弁の開閉時間をＣＰＵ等の演算手段で制御し、酸素生成をコントロールすることが出来る。  
【００１７】
本発明の酸素濃縮装置は、デマンドレギュレータ機能を搭載しており、呼吸センサが開放型の酸素供給インターフェースであるカニューラを通して使用者の呼吸位相を検知し、吸気相に合わせてＯＮ／ＯＦＦ弁を開け、酸素供給を行う。酸素供給量は、流量設定部で設定された設定流量および使用者の呼吸頻度に応じたＯＮ／ＯＦＦ弁の開時間によって調節され供給される。ただし、使用者の呼吸頻度によらず、設定流量のみによってＯＮ／ＯＦＦ弁の開時間を調整し、酸素供給を行うことも可能である。
【００１８】
使用者の呼吸位相検知手段である呼吸センサには、圧力センサ、流量センサ、温度センサ（熱電対）等を用いることが可能であり、圧力センサを用いる場合は絶対圧センサ、差圧センサを用いることができる。ただし、温度センサ（熱電対）はその熱容量により応答速度が遅く、流量センサは呼吸によってカニューラ内に生じる圧力変化を流量に変換するためにカニューラの他端も開放する必要が生じ、また、絶対圧センサでは大気圧変動の影響を受けるというデメリットがある。よって、図１の実施例では、呼吸センサとして応答速度および呼吸位相検知精度に優れる差圧センサを用いている。
【００１９】
差圧センサは、例えば特開２００４−２４２９０６に公開されている構造の差圧センサを用いることができる。図１の差圧センサを例に説明すると、ダイアフラムの片方の面が被測定気体１に連通し、もう一方の面が被測定気体２に連通しており、被測定気体１、２の間に生じる差圧によりダイアフラムが変形する。例えば、ダイアフラムの上に抵抗回路を形成しておくか、または、ダイアフラム表面に導電性を持たせてコンデンサを形成することで、それぞれダイアフラムの変形量に応じた抵抗変化、または静電容量変化を発生させることができ、差圧に応じたダイアフラムの変形量を電気信号としてとりだすことが可能となる。
【００２０】
上述したとおり、呼吸の監視は、開放型酸素供給インターフェースであるカニューラの一端に生じる、呼吸による圧力変化を測定することで行われる。呼吸による圧力変化は、局所的に外乱が生じる場合を除き、常に大気圧を基準とした圧力変化として生じるため、差圧センサで測定するためには、差圧センサの一端である大気開放ポートを大気圧に保つ必要がある。一方、差圧センサは酸素濃縮装置の筐体の内部に設置されているが、筐体の内部は冷却ファンによって圧力が変動しているため、大気開放ポートをこの圧力変動の影響を受けずに、呼吸監視の基準となる大気圧を参照できる場所に導く必要がある。図１の例では、差圧センサの大気開放ポートを、大気に連通する通気孔を持った小室と接続することでそれを実現している。
【００２１】
図２に大気開放ポートを大気圧参照できる場所に導くための具体的な実施例を示す。筐体となる成形品の一部分に、筐体の外壁面を共有して構成される箱型の小室を作り、箱型の小室の上面にはチューブ接続ポートが設けられた蓋が設置され、筐体内部の圧力変動の影響を受けない密閉された空間が構成できるようになっている。蓋には小室の密閉度を上げるために、ガスケットまたは気密材を用いている。蓋の固定にはネジ留めまたは、樹脂部品に勘合構造を設ける固定方法が採用可能である。また、蓋自体を弾性のあるゴム材質またはエラストマーで成形することで、上記ガスケットや気密材を用いずに小室の密閉度を上げることも可能である。また、蓋を箱型の小室の上面に接着することで、密閉度を上げながら固定することも可能となる。
【００２２】
図２の実施例では、さらには小室を構成する壁面の一部となっている筐体外壁面に通気孔を設けて、大気圧力と小室の圧力が同一になるようにしている。筐体外壁面の穴部分に風が当たるなどして基準となる大気圧力が変動することがありうるため、この変動を受けにくくするために、できるだけ小さく、かつ、小室が大気と同圧力を保つのに十分な大きさの通気孔（直径０．３ｍｍ）を４個設けている。通気孔の径は、筐体の加工性・成形性を考慮するとφ０．３ｍｍ以上が望ましく、風などの局所的な影響を受けないためにはφ２ｍｍ以下のサイズが望ましい。出来るだけ小さい通気孔を複数設置することで、風などの局所的な影響を受けにくくしながらも、小室が大気と同圧力を保つのに十分な孔面積を確保している。かつ、複数の通気孔とすることで、粉塵などで通気孔が塞がることのリスクを低減している。また、風などの変動を受けにくくするには通気孔の外部または内部にフィルタを設置する方法や、小室に多孔質フォームを充填する方法を取ることも可能である。
【００２３】
このようにして構成された小室の蓋に設けられたポートと、差圧センサの大気開放ポートをチューブ接続することで、差圧センサの測定基準となる大気開放ポートを大気圧に保つことが可能となる。
【図１】
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【図２】
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