(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者に接続される患者接続部を介して前記患者に高濃度酸素を投与する酸素濃縮器において、
導入した大気から濃縮した高濃度酸素を生成し、生成した高濃度酸素を、前記患者接続部に送出する酸素濃縮機構部と、
前記患者に前記高濃度酸素を送出する際の圧力よりも大きい圧力で、結露除去用気体を、前記患者接続部に送出する結露除去用気体送出部と、
前記酸素濃縮機構部及び前記結露除去用気体送出部を内部に収容する濃縮器本体と、
を有し、
この濃縮器本体の内部に、前記患者接続部を収容する患者接続部用蓄水ケースが配置されている、
酸素濃縮器。
【請求項２】
前記高濃度酸素を前記患者接続部に送出する酸素投与モードと、前記結露除去用気体を送出する結露除去モードとを切り替えて、前記酸素濃縮機構部及び前記結露除去用気体送出部を制御するモード切替部を有する、
請求項１記載の酸素濃縮器。
【請求項３】
導入した大気から圧縮空気を生成する空気圧縮部を備え、
前記酸素濃縮機構部は、前記空気圧縮部で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成するＰＳＡ部を有し、
前記結露除去用気体送出部は、前記空気圧縮部から前記ＰＳＡ部に送出される前記圧縮空気の流路を変更して、前記圧縮空気を前記結露除去用気体として前記患者接続部に送出する空気流路変更部を備える、
請求項１又は２記載の酸素濃縮器。
【請求項４】
前記患者接続部が着脱自在に取り付けられる酸素出口が前記濃縮器本体に設けられ、
前記酸素濃縮機構部は、前記患者接続部用蓄水ケース内を挿通して設けられ、且つ、前記酸素出口に接続され、前記酸素出口に前記高濃度酸素を案内する案内管を有し、
前記患者接続部用蓄水ケース内に配置される前記案内管の部位は、水分子のみ浸透させる濾過膜により形成されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
【請求項５】
前記患者接続部が接続自在に設けられ、この接続された前記患者接続部に、前記酸素濃度機構部で生成した前記高濃度酸素を送出する酸素出口を有し、
前記結露除去用気体送出部は、前記酸素出口を介して結露除去用を送出する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
【請求項６】
前記患者接続部が接続自在に設けられ、且つ、接続された前記患者接続部に前記高濃度酸素を送出する酸素出口と、
前記患者接続部が接続自在に設けられ、且つ、前記結露除去用気体送出部からの結露除去用を送出する結露用気体送出口と、
を備える、
請求項１から３のいずれか一項に記載の酸素濃縮器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気から酸素濃度の高い酸素を生成する酸素濃縮器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸素濃縮器としては、特許文献１に示すように、呼吸器疾患の患者が在宅で酸素を吸入する在宅酸素療法（ＨＯＴ：home oxygen therapy）において使用されるものが知られている。
【０００３】
酸素濃縮器は、フィルタおよび吸気タンクを通して取り込んだ室内の空気をコンプレッサにより圧縮する。酸素濃縮器は、この圧縮空気を、シーブベッド（吸着塔）に通過させることにより、圧縮空気から高濃度の酸素を分離し、さらに、その高濃度酸素を加湿する。シーブベッドには、加圧空気に対して窒素を吸着し減圧空気に対して窒素を脱着する性質を持つ吸着材（例えば、ゼオライト）が充填されている。加湿後の高濃度酸素は、使用時に患者が装着する鼻腔カニューラ（以下、単にカニューラと呼ぶ）或いは酸素マスクを介して患者体内に供給される。
【０００４】
図１は、酸素濃縮器に接続されるカニューラを示す図である。図１に示すように、カニューラ１は、一般的に、酸素濃縮器の酸素出口に接続されたチューブ２に、例えば水トラップ３のような結露除去機構を介して連結されることがある。
【０００５】
水トラップ３は、図２に示すように、上端部でカニューラ１に接続されるとともに下端部でチューブ２に接続された中空体である。中空体の内部には、チューブ２の端部に接続された管４が底面から立設して設けられている。この管４の周囲に水溜め空間５が形成されている。室内の空気の湿度が高い場合に、チューブ２内の高濃度酸素に含まれる水蒸気が凝縮して結露が発生する。発生した結露は、チューブ２内の気流、つまり、酸素濃縮器からの圧力によってカニューラ１側に押し出される。カニューラ１側に押し出された結露は、水トラップ３の水溜め空間５内に貯留される。これにより、水トラップ３は、カニューラ１側に結露が流れることを防止し、カニューラ１を介して鼻孔に水分が入ることを防いでいる。また、水トラップ３内に貯留した水分は定期的に廃棄したり、水トラップ３を交換するなどのメンテナンスを行うことによって、チューブへの再流入を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３４５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図３（ａ）に、酸素濃縮器とカニューラとの間に水トラップを介設した構成を模式的に示す。図３（ａ）に示す構成では、酸素投与の際における酸素濃縮器６の圧力により、チューブ２内の結露（結露発生ポイントＫ１参照）を水トラップ３まで押し出すことができる。これにより、チューブ２内の結露は除去される。
【０００８】
しかしながら、水トラップ３からカニューラ１の先までの酸素伝達経路内、特に、水トラップ３からカニューラ１までを繋ぐ接続チューブ７（図２の距離Ａの部分に対応）内の結露発生ポイントＫ２で発生した結露は、接続チューブ７内で発生する表面張力と、水トラップ３側から掛かる酸素投与のための圧力によって、水トラップ３側に落ちにくくなっている。
【０００９】
このように、図３（ａ）に示すように、従来の構成では、患者のカニューラ１の使用中において、水トラップ３とカニューラ１との間の接続チューブ７及びカニューラ１内で結露により発生した結露による水滴を除去することはできない。
【００１０】
よって、酸素濃縮器６に接続されるカニューラ１を含む酸素伝達経路内の結露を除去する際には、図３（ｂ）に示すように、まず、カニューラ１を患者から外す。その後で、作業者Ｙが、酸素濃縮器６の酸素出口６ａ（図３（ａ）参照）からチューブ２の基端部を外し、この外したチューブ２の基端部に、手動ポンプ８を取り付ける。そして、この手動ポンプ８を介して、作業者Ｙはチューブ２内に圧力を付与する。
【００１１】
これにより、チューブ２内の水滴を水トラップ３に流すとともに、水トラップ３からカニューラの先までの酸素伝達経路（接続チューブ７及びカニューラ１）内の水滴を、カニューラ１を介して外部に放出することができる。
【００１２】
このように、作業者Ｙによって酸素濃縮器に接続されるカニューラ１を含む酸素伝達経路（チューブ２、水トラップ３、接続チューブ７及びカニューラ１）内の結露を除去する作業は、手間がかかるものとなっている。
【００１３】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、高濃度酸素を供給する際に発生する結露を好適に除去して、鼻腔カニューラ或いは酸素マスク等の患者接続部を介して患者に高濃度酸素を好適に投与できる酸素濃縮器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の酸素濃縮器の一つの態様は、患者に接続される患者接続部を介して前記患者に高濃度酸素を投与する酸素濃縮器において、導入した大気から濃縮した高濃度酸素を生成し、生成した高濃度酸素を、前記患者接続部に送出する酸素濃縮機構部と、前記患者に前記高濃度酸素を送出する際の圧力よりも大きい圧力で、結露除去用気体を、前記患者接続部に送出する結露除去用気体送出部と、前記酸素濃縮機構部及び前記結露除去用気体送出部を内部に収容する濃縮器本体と、を有し、この濃縮器本体の内部に、前記患者接続部を収容する患者接続部用蓄水ケースが配置されている構成を採る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高濃度酸素を供給する際に発生する結露を好適に除去して、鼻腔カニューラ或いは酸素マスクを介して患者に高濃度酸素を好適に供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の装置の構成を示す模式図
【図２】従来の装置の構成を示す模式図
【図３】従来の装置の構成を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態１に係る酸素濃縮器の概略構成を示す模式図
【図５】同酸素濃縮器における酸素濃縮機構の概略構成を示す図
【図６】同酸素濃縮器の制御系統の概略構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態２に係る酸素濃縮器の概略構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図４は、本発明の実施の形態１に係る酸素濃縮器の構成を示す模式図である。
【００１９】
図４に示す酸素濃縮器１００は、空気取入部１１０を介して導入した大気を空気圧縮部１２０で圧縮して酸素濃縮機構部１９０に送出し、この酸素濃縮機構部１９０で高濃度酸素を生成して、酸素出口１０１を介して外部に放出する。この酸素濃縮器１００についての詳細は後述する。酸素濃縮器１００の酸素出口１０１には、上流側チューブ２０の基端部が連結され、この上流側チューブ２０の先端部は、水トラップ３０に連結されている。なお、水トラップ３０は、従来の水トラップ３と同様の機能を有する。ここでは、水トラップ３０は、結露を貯留するケース内に、上流側チューブ２０の先端部の開口と、下流側チューブ４０の基端部の開口とを下側に向けて配置することによって構成されている。また、本実施の形態１では、酸素出口１０１は、結露除去用空気を送出する結露用気体送出口としても機能する。なお、酸素濃縮器１００内の酸素流路（酸素出口１０１と酸素濃縮機構部１９０及び空気圧縮部１２０のそれぞれの間の流路等）は、酸素濃縮器内部に配設された酸素濃縮機構部１９０、空気圧縮部１２０の駆動により温められる。このため、酸素濃縮器１００内の酸素流路は、結露を発生させない構成となっている。
【００２０】
この水トラップ３０は、酸素濃縮器１００の稼動中において、酸素濃縮器１００から供給される高濃度酸素の湿度が大気（ここでは酸素濃縮器１００を使用する空間内の空気）よりも高い場合に、上流側チューブ２０内に発生する結露の水滴を貯留する。
【００２１】
また、水トラップ３０には、下流側チューブ４０を介してカニューラ５０が連結されている。なお、カニューラ５０に、上流側チューブ２０、下流側チューブ４０を加えて、患者接続部が構成されている。
【００２２】
酸素濃縮器１００により生成された高濃度酸素は、上流側チューブ２０、水トラップ３０、下流側チューブ４０を介してカニューラ５０に供給され、このカニューラ５０を介して患者に投与される。
【００２３】
なお、図４では、カニューラ５０は、使用後のカニューラ５０を示し、カニューラ用蓄水ケース６０内に収容されている。
【００２４】
カニューラ用蓄水ケース６０は、結露除去用空気の送出によって、上流側チューブ２０、水トラップ３０、下流側チューブ４０及びカニューラ５０内で発生する結露を除去する場合に、カニューラ５０の開口部から出る水滴を貯留する。ここでは、カニューラ用蓄水ケース６０内で、カニューラ５０が開口部を下方に向けて配置されることによって、下流側チューブ４０及びカニューラ５０内で発生する結露の水滴を貯留する。
【００２５】
酸素濃縮器１００の構成を詳細に説明する。
図５は、酸素濃縮器１００の要部構成を示すブロック図であり、詳細には、酸素濃縮器１００における配管系統の概略構成を示す図である。
【００２６】
図５に示す酸素濃縮器１００は、空気取入部１１０と、空気圧縮部１２０と、酸素濃縮機構部１９０とを有するＰＳＡ式の酸素濃縮器である。酸素濃縮機構部１９０は、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）部１３０と、酸素貯留部１４０と、酸素供給部１５０とを備える。なお、本実施の形態では、酸素濃縮器を据置型の酸素濃縮器として説明するが、これに限らず、携帯型の酸素濃縮器としてもよい。
【００２７】
空気取入部１１０は、原料空気となる外気を本体（筐体）内に取り入れる部分で、吸気フィルタ１１１、ヘパフィルタ１１２等を備えている。吸気フィルタ１１１は、本体に設けられた空気取入口１１３を介して導入された原料空気からゴミや埃等の空中浮遊粒子を除去する。ヘパフィルタ１１２は、吸気フィルタ１１１により除去されなかった微細粒子を除去する。
【００２８】
空気圧縮部１２０は、所謂、コンプレッサであり、空気取入部１１０を介して導入された原料空気を圧縮して圧縮空気を生成する。なお、空気圧縮部１２０の上流（ヘパフィルタ１１２の下流）には、空気圧縮部１２０の動作音に対して消音効果を発揮する膨張型消音器（サイレンサ）を配設するのが望ましい。
【００２９】
ＰＳＡ部１３０は、空気圧縮部１２０で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成し、これを酸素貯留部１４０に送出する。ＰＳＡ部１３０は、流路切替部１３１、排気サイレンサ１３２、シーブベッド（吸着塔）１３３Ａ、１３３Ｂ、パージオリフィス１３４、均圧弁１３５、逆止弁１３６Ａ、１３６Ｂ等を備えている。
【００３０】
流路切替部１３１は、４つの切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４を備えたマニホールド（多岐管）で構成され、空気圧縮部１２０で生成された圧縮空気をシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂに交互に送出するとともに、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂを交互に大気圧に開放して窒素富化空気を排出する。
【００３１】
具体的には、流路切替部１３１では、切替弁ＳＶ１が“開”、切替弁ＳＶ２が“閉”とされることにより、空気圧縮部１２０からシーブベッド１３３Ａに向かう流路が開通される一方で、シーブベッド１３３Ａから排気サイレンサ１３２に向かう流路が閉鎖される。同時に、流路切替部１３１では、切替弁ＳＶ３が“閉”、切替弁ＳＶ４が“開”とされることにより、空気圧縮部１２０からシーブベッド１３３Ｂに向かう流路が閉鎖される一方で、シーブベッド１３３Ｂから排気サイレンサ１３２に向かう流路が開通される。この場合、空気圧縮部１２０で生成された圧縮空気がシーブベッド１３３Ａに送出され、シーブベッド１３３Ｂからは窒素富化空気が放出されて排気サイレンサ１３２を介して排気されることとなる。
【００３２】
また、切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４が上記と逆の状態となっている場合は、空気圧縮部１２０で生成された圧縮空気がシーブベッド１３３Ｂに送出され、シーブベッド１３３Ａからは窒素富化空気が放出されて排気サイレンサ１３２を介して排気されることとなる。切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４の開閉状態は、例えば１０秒間隔で切り替えられる。
【００３３】
排気サイレンサ１３２は、酸素濃縮器１００の本体（筐体）に設けられた排気口（図示略）に接続され、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂから放出された窒素富化空気を本体の外部に排出する際の排気音を消音する。
【００３４】
シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂは、流路切替部１３１を介して送られてきた圧縮空気から窒素を分離し、高濃度酸素を生成する。シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂには、酸素より窒素を早く吸着する性質を有するゼオライト等の吸着材が充填されている。
【００３５】
シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂは、流路切替部１３１によって空気圧縮部１２０からの流路が開通されているとき、圧縮空気が送り込まれて加圧状態となる。このとき、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂでは、窒素および水分が吸着され、酸素だけが通過するため、高濃度酸素が生成される（吸着工程）。
【００３６】
シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂで生成される高濃度酸素の濃度は、例えば９０％程度に調整される。また、ゼオライトは窒素のみならず水分をも吸着するので、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂで生成される高濃度酸素は極めて乾燥した状態となる（例えば湿度０．１〜０．２％）。
【００３７】
一方、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂは、流路切替部１３１によって排気サイレンサ１３２への流路が開通されているとき、大気圧に開放されて減圧状態となる。このとき、ゼオライトに吸着していた窒素および水分が脱離され、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂから窒素富化空気が放出され、排気サイレンサ１３２を介して排気される。これにより、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂの吸着能力が再生される（再生工程）。
【００３８】
シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂは、逆止弁１３６Ａ、１３６Ｂを介して酸素貯留部１４０の製品タンク１４１に接続されている。逆止弁１３６Ａ、１３６Ｂは、製品タンク１４１に貯留された高濃度酸素がシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂに逆流するのを防止する。
【００３９】
また、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂの下流側は、パージオリフィス１３４を有する配管で接続されている。一方のシーブベッド１３３Ａ（又は１３３Ｂ）で生成された高濃度酸素は、逆止弁１３６Ａ（又は１３６Ｂ）を介して酸素貯留部１４０に送出されるとともに、パージオリフィス１３４を介して他方のシーブベッド１３３Ｂ（又は１３３Ａ）に送出される。生成された高濃度酸素の一部が他方のシーブベッド１３３Ｂ（又は１３３Ａ）に送り込まれることにより、当該シーブベッド１３３Ｂ（又は１３３Ａ）の再生工程が効率よく行われる。パージオリフィス１３４のオリフィス径によって、それぞれの流路における高濃度酸素の流量が制御される。
【００４０】
また、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂの下流側は、均圧弁１３５を有する配管で接続されている。再生工程にあるシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂを吸着工程に切り替える際、減圧（大気圧）下にそのまま圧縮空気を流入させると窒素の吸着効率が悪い。そのため、切替時に均圧弁１３５が“開”とされ、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂの圧力が平均化される。
【００４１】
このようにシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂに圧縮空気が送り込まれて加圧状態になると、窒素及び水分が吸着されて酸素だけが通過し、高濃度酸素が生成される。一方、窒素を吸着したシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂが減圧状態（例えば大気圧）に戻されると、吸着していた窒素が脱離して放出され、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂの吸着能力が再生される。つまり、ＰＳＡ部１３０において、２本のシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂで交互に加圧減圧を繰り返すことにより、連続して高濃度酸素が生成される。
【００４２】
酸素貯留部１４０は、ＰＳＡ部１３０で生成された高濃度酸素を一時的に貯留しておく部分である。酸素貯留部１４０は、製品タンク１４１、圧力調整部（圧力レギュレータ）１４２、酸素センサ１４３、圧力センサ１４４及び流量調整部１４６等を備えている。
【００４３】
製品タンク１４１は、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂで生成された高濃度酸素を貯留するための容器である。シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂから送出された高濃度酸素を一旦、製品タンク１４１に貯留しておくことにより、高濃度酸素の濃度変動および圧力変動が抑制されるので、使用者に安定した濃度および流量で高濃度酸素を供給できる。
【００４４】
圧力調整部１４２は、供給する高濃度酸素の流量を制御するために、高濃度酸素の圧力を使用に適した一定圧に調整する。製品タンク１４１に貯留されている高濃度酸素の圧力は、製品タンク１４１への流入又は製品タンク１４１からの流出がある限り少なからず変動する。この場合、正確な流量制御が困難となる上、酸素センサ１４３による正確な濃度測定が困難となる。これを考慮して、圧力調整部１４２により高濃度酸素が一定圧に調整されるようになっている。
【００４５】
酸素センサ１４３は、圧力調整部１４２から送出された高濃度酸素の濃度を、所定の間隔（例えば２０分）又は連続して検出する。酸素センサ１４３には、例えばジルコニア式や超音波式のセンサが好適である。測定対象となる高濃度酸素の圧力が変動していると正確な測定が困難となるため、一般には、酸素センサ１４３は圧力調整部１４２の下流に流量制限オリフィス１４５を介して接続される。
【００４６】
圧力センサ１４４は、製品タンク１４１に貯留された高濃度酸素の圧力を検出する。圧力センサ１４４による検出結果に基づいて、製品タンク１４１に貯留された高濃度酸素の圧力が正常な範囲に保持されているかを確認できる。
【００４７】
流量調整部１４６は、圧力調整部１４２から送出された高濃度酸素の流量を調整する。調整後の酸素流量を示す信号は、制御部１６０に出力される。この流量調整部１４６としては、例えば、複数のオリフィスを備えて所望の流量に合ったオリフィスを選択して用いられるようにしたオリフィス式の流量設定器や、ニードルバルブを用いたニードルバルブ式の流量設定器が挙げられる。
【００４８】
酸素供給部１５０は、酸素貯留部１４０から送出された高濃度酸素を、使用者の呼吸に同調して酸素出口１０１から放出する部分である。酸素供給部１５０は、バクテリアフィルタ１５１および圧力センサ１５３等を備えている。
【００４９】
バクテリアフィルタ１５１は、使用者に清浄な高濃度酸素を供給するために、高濃度酸素に含まれる細菌類を捕集して除菌する。
【００５０】
圧力センサ１５３は、使用者の呼吸を検出するためのセンサであり、バクテリアフィルタ１５１の下流側（バクテリアフィルタ１５１と酸素出口１０１を結ぶ流路）に流量制限オリフィス１５４を介して接続されている。また、この酸素出口１０１には、一端部が空気流路変更部１７０に接続されたバイパスチューブ１８０の他端部が接続されている。このバイパスチューブ１８０により空気流路変更部１７０と酸素出口１０１とが連結されている。酸素出口１０１は、バクテリアフィルタ１５１と、空気流路変更部１７０の双方に接続され、双方から流れる空気或いは高濃度酸素を酸素濃縮器１００の外部に放出する。
【００５１】
酸素供給部１５０から放出された高濃度酸素は、酸素出口１０１に接続された鼻カニューラや酸素マスクを介して使用者に供給される。
【００５２】
なお、高濃度酸素は極めて乾燥した状態となっているので、酸素出口１０１の直前には、高濃度酸素を加湿するための加湿部１０２が配設されている。
【００５３】
空気流路変更部１７０は、空気圧縮部１２０と、ＰＳＡ部１３０の流路切替部１３１との間で、且つ、空気圧縮部１２０と、酸素出口１０１に接続されたバイパスチューブ１８０との間に配設されている。
【００５４】
空気流路変更部１７０は、空気圧縮部１２０から流路切替部１３１に送出される圧縮空気の流路を変更して、上流側チューブ２０、水トラップ３０、下流側チューブ４０及びカニューラ５０内の結露を除去する空気を確保する。この空気流路変更部１７０は、バイパスチューブ１８０とともに、空気圧縮部１２０を用いて、カニューラ５０内の結露を除去する結露除去用気体を送出する結露除去用気体送出部を構成する。この結露除去用気体送出部は、結露除去用気体を、患者に高濃度酸素を送出する際の圧力よりも大きい圧力で送出する。
【００５５】
具体的には、空気流路変更部１７０は、空気圧縮部１２０からの圧縮空気の流路を変更するとともに、その流量を調整する。また、空気流路変更部１７０は、ＰＳＡ部１３０側への流路（流路切替部１３１への流路）１７２を、バイパスチューブ１８０により構成される結露除去用流路に変更する。なお、バイパスチューブ１８０は、酸素出口１０１に接続された構成としているが、これに限らない。例えば、酸素濃縮器１００に、酸素出口１０１とは別に除去用出口を設け、この除去用出口にバイパスチューブ１８０が接続された構成としてもよい。つまり、バイパスチューブ１８０が、空気流路変更部１７０と除去用出口とを連結する構成である。このときの除去用出口は、酸素出口１０１と同様に形成され、下流側チューブ４０が着脱自在に取り付けられるものとする。
【００５６】
このように除去用出口と酸素出口１０１とが別に設けられていれば、酸素出口１０１に接続された上流側チューブ２０を、除去用出口に付け替えて、空気圧縮部１２０からの圧縮空気を上流側チューブ２０に直接送ることができる。これにより、上流側チューブ２０、水トラップ３０、下流側チューブ４０及びカニューラ５０内の結露除去を行うことができる。
【００５７】
この空気流路変更部１７０による空気圧縮部１２０からの圧縮空気の流路の切り替え及び流量調整の制御は、制御部１６０によって行われる。
【００５８】
図６は、本実施の形態に係る酸素濃縮器の制御系統の概略構成を示す図である。
【００５９】
図６に示すように、制御部１６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１６１、ＲＡＭ（Random Access Memory）１６２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１６３等を備えている。ＣＰＵ１６１は、処理内容に応じたプログラムをＲＯＭ１６３から読み出してＲＡＭ１６２に展開し、展開したプログラムと協働して酸素濃縮器１００の各ブロックの動作を制御する。
【００６０】
また、制御部１６０は、酸素投与モードと、結露除去モードとによって、各ブロックの動作を制御するモード切替部として機能する。酸素投与モードは、患者に高濃度酸素を投与する通常のモードであり、結露除去モードは、酸素濃縮器１００に接続された上下流側チューブ２０，４０、カニューラ５０内に発生する結露を除去するモードである。
【００６１】
ここでは、制御部１６０は、操作部（設定部）１８１を介して入力される信号に基づいて、モード切替部として、酸素投与モードと結露除去モードとを切り替えて実行する。
【００６２】
具体的に説明すると、制御部１６０には、酸素貯留部１４０の酸素センサ１４３、酸素供給部１５０の圧力センサ１５３、濃縮器本体内部に設置される温度センサ１７１、その他の各種センサからの検出信号が入力される。また、制御部１６０には、酸素投与モード中に、操作ボタン等を有する操作部１８１において、例えば使用者による供給流量の設定が行われた場合に、設定流量を指示する操作信号が入力される。また、制御部１６０には、操作部１８１において、操作ボタンなどによって結露除去モードが設定された場合に、結露除去モードを指示する信号が入力される。なお、結露除去モードを指示するために、操作部１８１に、患者に投入される際の酸素の設定流量などを調整するボタンの他に、モード変更ボタンを設けて結露除去モードを設定する構成としてもよい。このモード変更ボタンの押圧によって、結露除去モードを指示する信号が、操作部１８１から制御部１６０に出力される。
【００６３】
これらの入力信号に基づいて、制御部１６０は、酸素投与モードでは、空気圧縮部１２０の駆動モータの回転数を制御したり、流路切替部１３１の切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４を制御したりする。このような制御により、酸素濃縮器１００から設定流量で高濃度酸素が供給される。また、結露除去モードでは、制御部１６０は、上下流側チューブ２０，３０、カニューラ５０内に発生する結露を吹いて外部に排出するための空気を酸素出口１０１から放出する。具体的には、結露除去モードにおける制御部１６０は、空気流路変更部１７０を介して、空気圧縮部１２０により生成される圧縮空気を、酸素出口１０１から直接、排出させる。すなわち、制御部１６０は、空気流路変更部１７０を介して、空気圧縮部１２０からＰＳＡ部１３０に送出される圧縮空気の流路を遮断するとともに、空気圧縮部１２０から酸素出口１０１に送出する除去用流路を確立する。なお、この結露除去モードでは、制御部１６０は、酸素投与モードで使用する各ブロックの動作を停止してもよい。
【００６４】
また、制御部１６０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などからなる表示部１８２における表示に係る制御や、スピーカ１８３からの音声出力に係る制御を行う。表示部１８２およびスピーカ１８３は、使用者に各種の情報を報知する際に用いられる。
【００６５】
図示を省略するが、酸素濃縮器１００に無線ＬＡＮ（Local Area Network）やBluetooth（登録商標）等の通信ネットワークに接続可能なインターフェースを設け、外部機器との間で各種データを送受信できるようにしてもよい。
【００６６】
＜酸素投与モードでの動作＞
本実施の形態の酸素濃縮器１００は、まず、通常の機能として、高濃度酸素を生成して、生成した高濃度酸素を患者に投与する。
【００６７】
すなわち、酸素濃縮器１００では、空気取入部１１０から原料となる空気を導入し、導入した空気は空気圧縮部１２０で圧縮して、圧縮空気としてＰＳＡ部１３０に送出する。
【００６８】
ＰＳＡ部１３０では、ゼオライト等の吸着剤が充填された２本のシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂに圧縮空気が送り込まれて加圧状態になると、窒素及び水分を吸着して酸素だけを通過させる。これによりＰＳＡ部１３０は、高濃度酸素を生成する。一方、窒素を吸着したシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂは、減圧状態（例えば大気圧）に戻されると、吸着していた窒素が脱離して放出され、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂの吸着能力が再生される。つまり、ＰＳＡ部１３０において、２本のシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂで交互に加圧減圧を繰り返すことにより、連続して高濃度酸素を生成することができる。
【００６９】
このようにＰＳＡ部１３０で生成された高濃度酸素は、一旦、酸素貯留部１４０の製品タンク１４１に貯留された後、圧力調整部１４２により一定圧力に調整される。そして、高濃度酸素を、酸素供給部１５０の酸素出口１０１から所定の流量で放出する。そして、高濃度酸素は、酸素出口１０１から上流側チューブ２０、水トラップ３０、下流側チューブ４０を介してカニューラ５０に供給される。このカニューラ５０を介して高濃度酸素は使用者（患者）に投与される。
【００７０】
このように酸素濃縮器１００を用いて、高濃度酸素が使用者に供給されることによって、酸素出口１０１から使用者までの流路内を流れる高濃度酸素の水蒸気が凝縮して結露が発生する。次に、この結露を除去するための結露除去モードでの動作を説明する。
【００７１】
＜結露除去モードでの動作＞
この場合、先ず、カニューラ５０を使用者（患者）から外してカニューラ用蓄水ケース６０内に収容する（図４で示すカニューラ５０の状態）。このとき、カニューラ５０の内部の水が外に出やすいようにカニューラ５０の開口部を下側に向ける等してカニューラ用蓄水ケース６０内の内壁に掛止する等して配置する。そして、酸素濃縮器１００の操作部１８１を介して結露除去モードを設定する。
【００７２】
この設定に基づいて、制御部１６０は、高濃度酸素の生成から切り替えて、上流側チューブ２０〜カニューラ５０までの流路内の結露を飛ばす風圧を生成して送出する制御を実行する。具体的には、制御部１６０は空気流路変更部１７０を介して、空気圧縮部１２０から送出される圧縮空気の空気流路を、結露除去用のバイパスチューブ１８０に変更する。加えて、空気流路変更部１７０では、圧縮空気の圧力を高濃度酸素投与時よりも大きくする。これにより酸素出口１０１から結露除去用の圧縮空気が送出される。
【００７３】
すると、酸素出口１０１から送出された圧縮空気によって、上流側チューブ２０内で発生する結露は、水トラップ３０側に押し出されて水トラップ３０に至る。これにより、上流側チューブ２０内の結露を除去して、水トラップ３０内に水を溜めることができる。また、空気圧縮部１２０から送出される圧縮空気は、水トラップ３０を通過して下流側チューブ４０及びカニューラ５０に至る。
【００７４】
これにより、下流側チューブ４０及びカニューラ５０内の結露は、先端側に押し出されてカニューラ用蓄水ケース６０内に至る。よって、下流側チューブ４０及びカニューラ５０内で発生する結露も除去して、カニューラ５０を収容するカニューラ用蓄水ケース６０内に貯水させることができる。本実施の形態によれば、カニューラ５０を患者から外して、カニューラ用蓄水ケース６０に収容して、結露除去モードに設定するだけで、酸素濃縮器１００に接続されるカニューラ５０を含む酸素伝達経路内の結露を簡単に除去できる。
【００７５】
すなわち、酸素濃縮器１００では、作業者が手押しポンプなどで上流側チューブ２０内に圧力を与えることなく、カニューラ５０及び上下流側チューブ２０、４０内の水滴を吹き飛ばすことができ、カニューラ５０の先端までの結露の除去を容易に且つ確実に行うことができる。よって、酸素濃縮器１００によれば、高濃度酸素を供給する際に発生する結露を好適に除去して、カニューラ５０を介して患者に高濃度酸素を好適に供給できる。
【００７６】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る酸素濃縮器２００の構成を示す模式図である。なお、酸素濃縮器２００は、実施の形態１の酸素濃縮器１００と比較して、まず、結露除去モード時の空気の送出口を、酸素投与モード時の送出口（酸素出口２０１）とは別の出口にした点で異なる。加えて、酸素濃縮器２００は、酸素濃縮器１００と比較して、水トラップ３０を用いることなく、カニューラ用蓄水ケースを濃縮器の本体（濃縮器本体）２０６に設けた点で異なる。
【００７７】
すなわち、この酸素濃縮器２００は、結露除去モード時の流路の送出口である結露除去用気体送出口（以下、「強力吐出口」という）２０４を有する点及び、蓄水ケース２６０を有する点を除いて、図４の酸素濃縮器１００と同様の基本的構成を有する。このため、以下では、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７８】
酸素濃縮器２００は、空気取入部１１０と、空気圧縮部２２０と、空気流路変更部１７０と、酸素濃縮機構部１９０と、酸素出口２０１と、強力吐出口２０４と、酸素濃縮器２００の濃縮器本体２０６内に配設される蓄水ケース２６０とを有する。
【００７９】
酸素濃縮器２００は、酸素濃縮器１００と同様の制御部１６０（図６参照）を有する。酸素濃縮器２００では、制御部１６０が、モード切替部として機能して、酸素投与モード或いは結露除去モードに応じて、酸素濃縮機構部１９０及び空気流路変更部１７０は制御される。
【００８０】
酸素出口２０１は、酸素出口１０１と同様に形成されており、図６に示す酸素濃縮器１００と同様に、濃縮器本体２０６の内部で、バクテリアフィルタ１５１に接続されている。具体的には、酸素出口２０１は、投与用チューブ（案内管）１９５を介してバクテリアフィルタ１５１に接続されている。
【００８１】
また、酸素出口２０１は、図６に示す酸素濃縮器１００と同様に、濃縮器本体２０６の外部で、カニューラ５０に接続されたカニューラ用チューブ（カニューラの一部でもよい）７０が着脱自在に取り付けられる。
【００８２】
濃縮器本体２０６の筐体には、酸素出口２０１と同様に、カニューラ用チューブ７０が接続自在に形成された強力吐出口２０４が設けられている。この強力吐出口２０４は、結露除去用チューブ２８０、空気流路変更部１７０を介して、空気圧縮部２２０と接続されている。空気流路変更部１７０及び結露除去用チューブ２８０は、酸素濃縮機構部１９０により高濃度酸素を患者に送出する際の圧力よりも大きい圧力で、結露除去用気体を送出する結露除去用気体送出部を構成する。この結露除去用気体送出部は、空気圧縮部２２０を用いて、カニューラ用チューブ７０及びカニューラ５０内で発生する結露を除去する結露除去用気体を強力吐出口２０４から外部に送出する。なお、本実施の形態では、結露除去用気体送出部として、空気流路変更部１７０及び結露除去用チューブ２８０としたが、これに限らない。例えば、空気圧縮部２２０から２系統で圧縮空気を排出させて、酸素濃縮機構部１９０と結露除去用チューブ２８０とにそれぞれ直接接続した構成としてもよい。
【００８３】
また、本実施の形態では、酸素濃縮器２００は、酸素出口２０１と、強力吐出口２０４の２つの出口を設けた構成としたが、これに限らず、一つの出口としてもよい。この場合、一つの出口自体、或いはこの一つの出口の直前に、投与用チューブ１９５と結露除去用チューブ２８０とを、モード切り替え部により切り替え自在な切り替え部を設けた構成とする。この切り替え部における切り替えによって、一つの出口で、結露除去と酸素投与の双方を実現できる。本実施の形態１では、酸素出口２０１と、強力吐出口２０４との２つを設けて、それぞれの機能を実現させている。このため、仮に、操作モードの選択を誤った場合、例えば、患者にカニューラ５０を付けながら酸素投与モードにするところを結露除去モードにした場合でも、患者側に結露が飛び出すことがない。
【００８４】
酸素濃縮器２００における濃縮器本体２０６には、外部に開口する開口部２０８が形成され、濃縮器本体２０６内の蓄水ケース２６０は、この開口部２０８を介して、濃縮器本体２０６の外部と連通している。この開口部２０８を介して酸素濃縮器２００の外部から蓄水ケース２６０内にカニューラ５０が収容される。
【００８５】
蓄水ケース２６０の内部（蓄水領域）には、酸素濃縮機構部１９０と酸素出口２０１とを接続する投与用チューブ１９５が挿通されている。蓄水ケース２６０の内部には、フィバクテリア類を除去する除去機構（フィルタなど）２７０が配置されている。蓄水ケース２６０は、除去機構２７０を経由して蓄水する。
【００８６】
投与用チューブ１９５において、蓄水ケース２６０内に配置される部位１９５ａは、投与用チューブ１９５内を流れる高濃度酸素を加湿する加湿用濾過膜により形成される。この加湿用濾過膜は、水分子のみ浸透する膜であり、イオン交換膜、中空糸膜等により形成される。以下、投与用チューブ１９５において、蓄水ケース２６０内に配置される部位１９５ａを中空糸膜１９５ａと称する。これにより、バクテリア類を除去する除去機構（フィルタなど）２７０を経由して蓄水する蓄水ケース２６０内に溜まる水によって、蓄水ケース２６０内の投与用チューブ１９５における中空糸膜１９５ａ内を通過する高濃度酸素は、加湿される。なお、投与用チューブ（案内管）１９５は、酸素濃縮器２００の濃縮器本体２０６内に配設されている。この濃縮器本体２０６内には、駆動する酸素濃縮機構部１９０、空気圧縮部２２０が配設されているため、濃縮器本体２０６内は温かい。これにより濃縮器本体２０６内にある投与用チューブ（案内管）１９５は濃縮基本体２０６内で温められるため、投与用チューブ１９５内には結露は発生しない。濃縮器本体２０６内に配設された他の空気経路を形成する部材等も同様に、濃縮基本体２０６内では、結露は発生しない構成となっている。
【００８７】
このように構成される酸素濃縮器２００は、酸素投与モードでは、空気取入部１１０を介して導入した大気を空気圧縮部２２０で圧縮して酸素濃縮機構部１９０に送出し、この酸素濃縮機構部１９０から酸素出口２０１を介して外部に送出する。酸素出口２０１にはカニューラ用チューブ７０が取り付けられているため、このカニューラ用チューブ７０と、このカニューラ用チューブ７０に接続されたカニューラ５０を介して患者に高濃度酸素が投与される。
【００８８】
また、カニューラ用チューブ７０及びカニューラ５０内に結露が発生した場合、酸素濃縮器２００は、酸素除去モードによって、カニューラ用チューブ７０及びカニューラ５０内の結露を除去する。
【００８９】
具体的には、まず、カニューラ用チューブ７０を、酸素出口２０１から外して強力吐出口２０４に付け替える。そして、操作部１８１を介して除去モードが設定されると、制御部１６０は、空気流路変更部１７０を介して、空気圧縮部２２０と強力吐出口２０４とを連結する。
【００９０】
これにより、カニューラ用チューブ７０には、強力吐出口２０４を介して、チューブ７０及びカニューラ５０内部の結露を外に押し出す圧力が付与される。
【００９１】
これにより、カニューラ用チューブ７０及びカニューラ５０の開口部から結露が排出され、カニューラ用チューブ７０及びカニューラ５０内の結露を除去できる。また、カニューラ用チューブ７０及びカニューラ５０内から除去された結露は、濃縮器本体２０６内の蓄水ケース２６０に溜まる。
【００９２】
蓄水ケース２６０に溜まった水は、結露除去後に酸素投与を行う際に、投与用チューブ１９５内を通過（具体的には、投与用チューブ１９５の中空糸膜１９５ａ内を通過）する高濃度酸素を加湿する。これにより患者に、高濃度酸素を好適な湿度で投与できる。
【００９３】
また、酸素濃縮器２００内の蓄水ケース２６０に、結露を溜めることができるため、酸素濃縮器２００は、従来の構成と異なり、酸素出口２０１からカニューラ５０までの間に、水トラップを介設する必要がない。
【００９４】
なお、蓄水ケース２６０は、溜まる水を排出可能に構成されている。例えば、蓄水ケース２６０を濃縮器本体２０６の内部から着脱自在に取り付けた構成にすれば、蓄水量に応じて濃縮器本体２０６から外すことによって、蓄水ケース２６０に溜まった水を棄てることができる。また、蓄水ケース２６０の底部に開閉自在の弁を介して排出用のチューブを取り付けることによって、適宜外部に排出するように構成してもよい。これにより、酸素濃縮器２００によれば、カニューラ５０を患者から外して、蓄水ケース２６０に収容して、結露除去モードに設定するだけで、酸素濃縮器１００に接続されるカニューラ５０を含む酸素伝達経路内の結露を簡単に除去できる。したがって、酸素濃縮器２００によれば、高濃度酸素を供給する際に発生する結露を好適に除去して、鼻腔カニューラ５０或いは酸素マスク等の患者接続部を介して患者に高濃度酸素を好適に投与できる。
【００９５】
また、酸素濃縮器２００では、結露除去モードの設定は、操作部１８１の操作に基づいて制御部１６０が実行する構成としたが、これに限らない。例えば、酸素濃縮器２００は、操作部１８１の結露除去用モードの操作ボタンに替えて、強力吐出口２０４へのカニューラ用チューブ７０の装着を検出する装着検出部を設け、この装着検出部からの信号によって制御部１６０は結露除去モードを実行するようにしてもよい。
【００９６】
また、各実施の形態では、結露を除去するために、上流側チューブ２０或いはカニューラ用チューブ７０に圧力を付与する圧力付与手段として、酸素投与モードで使用される空気圧縮部１２０、２２０を用いる構成としたが、これに限らない。すなわち、酸素濃縮器１００、２００毎に、空気圧縮部１２０、２２０とは別体で、小型コンプレッサ等の空気圧縮部を備える構成としてもよい。その場合、空気流路変更部１７０は不要となり、酸素濃縮器１００、２００の制御部１６０は、酸素投与モード或いは結露除去モード毎に対応する空気圧縮部の駆動を制御すればよい。例えば、酸素投与モードであれば、空気圧縮部１２０、２２０、酸素濃縮機構部１９０を制御し、必要な各センサの制御を行うことで、酸素出口１０１、２０１から高濃度酸素を送出する。一方、結露除去モードであれば、制御部１６０は、空気圧縮部１２０、２２０、酸素濃縮機構部１９０を停止して、空気圧縮部１２０、２２０とは別体の空気圧縮部を駆動する。
【００９７】
具体的に、実施の形態１に適用した場合、酸素濃縮器１００に空気圧縮部１２０とは別体に結露除去用の小型コンプレッサを備えた構成であれば、まず、患者から外したカニューラ５０をカニューラ用蓄水ケース６０内に収容する。そして、結露除去モードを設定することによって、制御部１６０は、空気圧縮部１２０、酸素濃縮機構部１９０を停止して、空気圧縮部１２０とは別体の空気圧縮部を駆動する。これにより、上流側チューブ２０、下流側チューブ４０及びカニューラ５０には、高濃度酸素を投与する場合よりも強力な圧力が付与される。この圧力によって、上流側チューブ２０、下流側チューブ４０及びカニューラ５０内の結露は、水トラップ３０及びカニューラ用蓄水ケース６０のそれぞれの内部に押し出されて、蓄水される。
【００９８】
また、実施の形態２に適用した場合、酸素濃縮器２００において、空気圧縮部２２０とは別体に結露除去用の小型コンプレッサを備えた構成であれば、まず、患者からカニューラ５０を外す。そして、外したカニューラ５０を、バクテリア類を除去する除去機構（フィルタなど）２７０を経由して蓄水する蓄水ケース２６０内に収容するとともに、強力吐出口２０４にカニューラ用チューブ７０を接続する。そして、結露制御モードを設定することによって、制御部１６０は、空気圧縮部２２０、酸素濃縮機構部１９０を停止して、空気圧縮部２２０とは別体の空気圧縮部を駆動する。これにより、カニューラ用チューブ７０には、高濃度酸素を投与する場合よりも強い圧力が付与され、カニューラ用チューブ７０内の結露は蓄水ケース２６０に押し出される。押し出された結露は、蓄水ケース２６０内において、バクテリア類を除去する除去機構（フィルタなど）２７０を経由して蓄水される。
【００９９】
このように、酸素濃縮器１００、２００は、結露除去モードにおいて、それぞれ好適に患者に装着される患者接続部（ここでは、カニューラ５０）側に圧力を付与することによって、内部に発生した結露を容易に除去できる。
【０１００】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明に係る酸素濃縮器は、高濃度酸素を供給する際に発生する結露を好適に除去して、鼻腔カニューラ或いは酸素マスク等の患者接続部を介して患者に高濃度酸素を好適に供給できる効果を有し、在宅酸素療法で用いられる据置型或いは携帯型の酸素濃縮器として有用である。
【符号の説明】
【０１０２】
２０  上流側チューブ
３０  水トラップ
４０  下流側チューブ
５０  カニューラ
６０  カニューラ用蓄水ケース
７０  カニューラ用チューブ
１００、２００  酸素濃縮器
１０１、２０１  酸素出口
１１０  空気取入部
１２０、２２０  空気圧縮部
１３０  ＰＳＡ部
１３１  流路切替部
１４０  酸素貯留部
１４６  流量調整部
１５０  酸素供給部
１６０  制御部
１７０  空気流路変更部
１８０  バイパスチューブ
１８１  操作部（設定部）
１８２  表示部
１８３  スピーカ
１９０  酸素濃縮機構部
１９５  投与用チューブ
２０４  強力吐出口（結露除去用気体送出口）
２０６  濃縮器本体
２０８  開口部
２８０  結露除去用チューブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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