(57)【要約】      （修正有）【課題】被加湿気体を十分かつ清潔に加湿することが可能な気体加湿器の提供。【解決手段】被加湿気体は、水分透過膜からなる加湿チューブ１６０の内部を通過する間、加湿チューブ１６０から供給される水分により加湿される。加湿チューブ１６０に水分を供給するための加湿用気体として、例えば酸素濃縮器の吸着塔から得られる排気ガスを用い、この排気ガスを精製水の入ったタンク１３０で加湿した後、加湿チューブ１６０の外表面に接触させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加湿気体を加湿する気体加湿器であって、
前記被加湿気体が内部を通過する、水分透過膜から形成されるチューブ状の第１の加湿手段と、
外部から供給される加湿用気体を加湿する第２の加湿手段を有し、
前記第１の加湿手段が、前記第２の加湿手段で加湿された前記加湿用気体の排気流路に配置されることを特徴とする気体加湿器。
【請求項２】
前記第２の加湿手段が加湿用液体を保持する容器を含み、前記加湿用気体を前記容器の上部に導入することで前記加湿用気体を加湿することを特徴とする請求項１記載の気体加湿器。
【請求項３】
前記第２の加湿手段が、前記容器上部に前記加湿された加湿用気体が流出する孔を有し、前記第１の加湿手段が前記孔の上部に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の気体加湿器。
【請求項４】
前記加湿用気体を前記第２の加湿手段に導く流路が、前記排気流路と分離されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の気体加湿器。
【請求項５】
前記加湿用気体が、大気であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の気体加湿器。
【請求項６】
前記被加湿気体が、酸素濃縮器によって生成される酸素ガスであり、前記加湿用気体が前記酸素濃縮器において発生する排気ガスであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の気体加湿器。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の気体加湿器を酸素ガスの加湿器として用いたことを特徴とする酸素濃縮器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料気体（被加湿気体）を加湿して出力する気体加湿器に関し、特に酸素濃縮器等、衛生的な加湿が必要な機器に好適に使用可能な気体加湿器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、呼吸器疾患の在宅療法において、医療用酸素濃縮器が広く用いられている。このような酸素濃縮器には様々な形式のものが存在するが、現在はゼオライトなどの吸着剤を用い、大気中の窒素を吸着することにより酸素濃度の高いガス（以下、酸素ガスという）を生成する吸着式の酸素濃縮器が一般的に用いられている。酸素濃縮器で生成した酸素ガスは、酸素濃縮器に接続されるカニューラやマスクによって、患者の鼻孔や口腔に供給される。
【０００３】
ところで、窒素の吸着剤として用いられるゼオライトは、同時に水分も吸着するため、得られる酸素ガスには殆ど水分が含まれていない。そのため、患者の鼻孔や口腔の乾燥を防止するため、酸素濃縮器には気体加湿器（以下単に加湿器と呼ぶ）が設けられ、加湿された酸素ガス（以下、加湿酸素ガスという）を供給するように構成されているのが一般的である。
【０００４】
このような加湿器は、内部に精製水を貯蔵するタンクを有し、乾燥した酸素ガスを精製水に通過（バブリング）させたり、例えば特許文献１に記載されるように精製水雰囲気中を通過させることにより、酸素ガスを加湿する形態を有するのが一般的である。
【０００５】
一方、特許文献２に記載されるように、水を使用するタンクを用いず、空気中の水分を用いて窒素濃縮ガスの加湿を行う加湿器も提案されている。これは、中空糸水分透過膜からなるチューブに窒素濃縮ガスを通し、ファンを用いてチューブの外側に大気を吹き付けることで、大気中の水分を中空糸膜を介してチューブ内の窒素濃縮ガスに供給するものである。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２８８０９１号公報
【特許文献２】特開２００３−１０６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１記載の加湿器では、バブリングを行わないことで、低騒音を達成できるが、酸素ガスが外気に触れるため、水分だけでなく空気中の埃などをあわせて取り込んでしまうことがあり得る。また、加湿器の水が長期間交換されていないような場合にも、衛生上好ましくない状況になりうる。
【０００８】
このような問題は、加湿対象の濃縮窒素ガスが外気と直接接触することなく加湿される特許文献２に記載されるような加湿器では発生しない。しかし、特許文献２記載の加湿器では、大気中の水分を利用して加湿を行うので、加湿された窒素ガスの湿度は季節によって大きく変動する。それでも、特許文献２記載の発明は、美術品などが収蔵されたケース内に、大気とほぼ同等の湿度を有する濃縮ガスを供給することを目的としたものであるため特に問題とならない。しかしながら、酸素濃縮器のような機器に利用するにはこのような環境依存性は好ましくなく、むしろ大気が乾燥している状態で十分な加湿を行う必要がある。
【０００９】
本願発明はこのような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、清潔に、かつ十分な加湿を行うことが可能な気体加湿器と、この気体加湿器を用いた酸素濃縮器を提供することをその目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明の要旨は、被加湿気体を加湿する気体加湿器であって、被加湿気体が内部を通過する、水分透過膜から形成されるチューブ状の第１の加湿手段と、外部から供給される加湿用気体を加湿する第２の加湿手段を有し、第１の加湿手段が、第２の加湿手段で加湿された加湿用気体の排気流路に配置されることを特徴とする気体加湿器に存する。
【００１１】
また、本発明の別の要旨は、気体加湿器を酸素ガスの加湿器として用いたことを特徴とする酸素濃縮器に存する。
【発明の効果】
【００１２】
このような構成により、本発明の気体加湿器によれば、加湿対象の気体を十分かつ清潔に加湿することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明においては本発明に係る気体加湿器を酸素濃縮器に適用した実施形態について説明するが、他の装置に適用することも可能であることは言うまでもない。
【００１４】
■《第１の実施形態》
（酸素濃縮器の構成）
図１は本発明の第１の実施形態に係る気体加湿器を適用した、酸素濃縮器の構成例を示すブロック図である。
本実施形態に係る酸素濃縮器１０において、コントロール基板２１０は酸素濃縮器の制御に係る部品が実装された基板であり、電源供給状態を検出する電源供給検出回路２１１と、製品タンク２２８に蓄積されている酸素ガスの圧力を検出する圧力トランスジューサ２１２及び、不図示の内蔵ＲＯＭに記憶されている制御手順に従って各構成の動作制御及び各センサの検出値からの異常検出、異常報知制御などを司るＣＰＵ２１３等が実装されている。
【００１５】
また、吸気フィルター２２１は例えばＨＥＰＡ(High Efficiency Particulate Air)フィルター等から構成され、酸素ガスの原料ガスとしての空気取り入れ口に配設されて、空気中のゴミやチリなどを除去する。エアーコンプレッサ２２２は吸気フィルター２２１を通過した空気を所定圧に圧縮して出力するとともに、吸着塔２２５、２２６からの排気を行う真空ポンプとしても機能する。電磁弁２２３はエアーコンプレッサ２２２よりの圧縮空気を吸着塔２２５、２２６に送り込むか（原料空気の場合）、排気マフラー２２４を介して外部に放出する（吸着塔２２５、２２６からの排気ガスの場合）かを制御するために設けられている。排気マフラー２２４はエアーコンプレッサ２２２の出力する圧縮空気を吸着塔２２５、２２６へ供給しない場合などに用いられる排気口である。なお、後述するように、本実施形態においては、酸素濃縮器の動作中、吸着塔２２５、２２６からの排気ガスの少なくとも一部を加湿器１１０へ供給するように構成されている。また、排気ガスを加湿器１１０へ供給する流路には流量制御弁２２９が設けられ、ＣＰＵ２１３の制御に従って所定の流量を加湿器１１０へ供給できるように構成されている。
【００１６】
吸着塔（シープヘッド）２２５、２２６は圧縮空気から酸素以外の成分を選択的に吸着することにより酸素濃度の高いガスを生成するものであり、例えば窒素の吸着剤が封入されている。吸着塔２２５、２２６内に封入する窒素吸着剤としては例えばゼオライト系吸着剤等を用いることができる。なお、図１の例では２つの吸着塔を切り替えながら用いる構成を示しているが、吸着塔の数は１本でも、３本以上であっても良い。
【００１７】
ＣＰＵ２１３は、電磁弁２２３を切り替えるとともにエアーコンプレッサ２２２を制御し、吸着工程ではコンプレッサ２２２を吸着塔２２５、２２６への圧縮空気の供給源として動作させ、脱着再生工程では吸着塔２２５、２２６内の吸着剤に吸着した窒素等を大気中に排出する真空ポンプとして動作させる。更に、コンプレッサ２２２を作動させる時間も制御することができる。吸着塔２２５、２２６の一方を吸着工程に、他方を脱着再生工程に用いるように電磁弁２２３とコンプレッサ２２２を制御することで、効率よく、かつ安定した酸素ガスの生成が可能になる。
【００１８】
また、電磁弁２２７は、コンプレッサ２２２を吸着工程における圧縮空気供給源として作動させる際に、酸素ガスを製品タンク２２８方向のみに通過させる一方向弁として作動する。製品タンク（保持タンク）２２８は、吸着塔２２５、２２６で生成した酸素ガスを蓄積するために設けられる。
【００１９】
圧力調整器２３０は製品タンク２２８に高圧で蓄積された酸素ガスを、使用者への供給に適した圧力で加湿器１１０に供給する様に圧力調整する。製品タンク２２８の出力ラインには圧力トランスジューサ２１２が接続され、製品タンク２２８からの酸素ガス圧を検出して、ＣＰＵ２１３へ出力している。
【００２０】
酸素濃度センサ２３１は、供給される酸素ガスの酸素濃度を検出し、結果をＣＰＵ２１３へ出力する。流量設定器２３２は、使用者が操作する操作部１８０に設けられた、流量設定ダイヤル（図示せず）等の設定に従った流量で、酸素ガスを加湿器１１０に供給する。ゼオライト系吸着剤に代表される吸着剤では水分も吸着するため、製品タンク２２８から供給される酸素ガスは乾燥したものであることが多い。乾燥した状態で酸素ガスを使用者の鼻や口に供給すると、鼻や口の内部が乾燥してしまうため、加湿器１１０で適当な湿度を与えてから使用者に供給する構成が一般的である。本実施形態においては、後述するように、加湿器１１０の構成に特徴を有する。
【００２１】
流量センサ２４１は、カニューラに代表される、酸素ガスを酸素濃縮器から使用者の口や鼻へ導くための供給器具が接続される酸素出口コネクタ２５０近傍に設けられ、実際に酸素濃縮器から流出する酸素ガスの流量を検出してＣＰＵ２１３へ出力する。酸素ガスの流量はＣＰＵ２１３によってＬＥＤ表示器や液晶表示器を有する表示部１５０に表示される。
【００２２】
また、圧力監視用トランスジューサ２４２は酸素出口コネクタ２５０近傍の酸素ガス圧力を検出してＣＰＵ２１３へ出力する。酸素出口コネクタ２５０は酸素濃縮器で生成した酸素ガスが出力する吐出口である。この酸素出口コネクタ２５０にはカニューラ又は延長チューブが装着され、例えばカニューラが途中で折れ曲がって流路を閉塞したような場合には、圧力監視用トランスジューサ２４２の検出圧力が高くなり、カニューラ閉塞異常を検出することが可能である。
【００２３】
表示部１５０は例えばＬＥＤ表示、液晶表示が可能であり、装置の運転状況や異常発生有無及び内容などを表示する。また、表示部１５０にはスピーカー等の音声出力装置が含まれていても良い。表示部１５０における視覚的、聴覚的な出力は、ＣＰＵ２１３の制御によって行われる。
【００２４】
操作部１８０は例えばロータリースイッチやボタン等を含み、使用者が酸素濃縮器に対して指示を与えるために用いられる。ＣＰＵ２１３は操作部１８０の操作に応じて酸素濃縮器の動作を制御する。
【００２５】
（加湿器１１０の構成）
次に、本実施形態の特徴である加湿器１１０の構成について説明する。
図２は、加湿器１１０の構成例を示す斜視図であり、図２（ａ）はカバー１２０が装着された状態を、図２（ｂ）はカバー１２０を外した状態をそれぞれ示す。
【００２６】
本実施形態の加湿器１１０は、例えば精製水や水道水である加湿用液体を蓄えるタンク１３０を有し、吸着塔２２５、２２６からの排気ガスを加湿用気体としてタンク１３０に導入する。なお、以下の説明では加湿用液体として精製水を用いたものとする。タンク１３０内の精製水又はその雰囲気によって加湿した排気ガスの排気流路には、中空糸膜のような水分透過膜から構成される加湿チューブ１６０が配置されており、加湿された排気ガスは排気されるまでに加湿チューブ１６０の外表面に接触する。水分透過膜は外表面から水分をとりこみ、内部を通る被加湿気体としての酸素ガスに水分を供給する。この際、雑菌や埃などは加湿チューブの材質を透過することが出来ないため、酸素ガスは衛生的に加湿される。なお、図においては、加湿チューブ１６０が１本のチューブであるように記載しているが、実際には複数の加湿チューブを用いることが好ましい。
【００２７】
以下、加湿器１１０の構成と加湿動作について、図３〜図５をも参照してさらに詳細に説明する。
図３（ａ）はタンク１３０の構成例を示す斜視図、図３（ｂ）はカバー１２０と組み合わされる床板１５０の構成例を示す斜視図である。また、図４は、加湿器１１０の主要構成部品の位置関係を表す分解斜視図である。さらに、図５は、カバー１２０の内部構成と、カバー内に配置される他の構成要素との位置関係を示す斜視図である。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、排気ガスコネクタ１７０から入力される、吸着塔２２５、２２６からの排気ガス（白抜き矢印で示す）は、カバー１２０内部に設けられた仕切１２５（図５参照）により形成された加湿用気体入力流路Ｒ１を通り、加湿チューブ１６０と接することなく、床板１５０に設けられた孔１５１（図３（ｂ）参照）に入る（矢印ａ）。
【００２９】
床板１５０の孔１５１から出た排気ガスは、タンク蓋１４０の、孔１５１と対応する位置に設けられた孔１４１（図３（ａ）参照）を通じ、加湿用気体の加湿手段としてのタンク１３０内に導かれる（矢印ｂ）。
【００３０】
加湿器１１０の使用時、タンク１３０内は所定量の精製水が蓄えられている。精製水は、タンク１３０一杯にではなく、タンク１３０の上部に空間が存在する量を適正量とする。そのため、タンク蓋１４０の孔１４１からタンク１３０に入った排気ガスは、タンク１３０内の精製水もしくはタンク１３０の上部空間の雰囲気から水分を吸収する。また、排気ガスがタンク１３０に導入されることにより、タンク１３０内の精製水表面に吹き付けられ、精製水の蒸発を促進する。これにより、タンク１３０上部のカバー１２０内空間の湿度を上昇させる。従って、加湿チューブ１６０は、タンク１３０から蒸発する水蒸気をも利用できるよう、タンク上部１３０を通るように配置することが好ましい。
【００３１】
加湿された排気ガスは、タンク蓋１４０の孔１４１から順次流入する排気ガスにより、中央に設けられた孔１４２から上方へ押し出される（矢印ｃ）。そして、床板１５０の、孔１４２に対応する位置に設けられた複数の孔１５２を通じ、カバー１２０裏側の空間のうち、仕切１２５により区切られたもう一方の空間である排気流路Ｒ２（図５参照）に流入する（矢印ｄ）。また、タンク１３０から蒸発した水蒸気も同様にカバー１２０内の排気流路Ｒ２に流入する。
【００３２】
図２（ｂ）及び図５から分かるように、排気流路Ｒ２には、加湿された排気ガスと十分な長さに渡って接するよう、意図的に長めとした加湿チューブ１６０が配置されている。そして、加湿された排気ガスは加湿チューブ１６０の外表面に接しながら排気流路Ｒ２内を奥に進み、床板１５０に設けられた排気孔１５０を通じて排気される（矢印ｅ）。また、加湿チューブ１６０は孔１５２の真上を通るように配置してあるので、タンク１３０から蒸発した水蒸気も加湿チューブ１６０の外表面に接し、加湿効果を高めている。
【００３３】
製品タンク２２８から出力される酸素ガスを供給するための酸素ガス供給コネクタ１８０を通じ、加湿チューブ１６０の内部には製品タンク２２８からの酸素ガスが供給される。例えばデュポン社のイオン交換膜「ナフィオン」（登録商標）から構成される加湿チューブ１６０は、外表面に接する加湿された排気ガスからの水分を透過させ、内部流路を通過する酸素ガスに供給する。これにより、酸素ガスは加湿チューブ１６０を通過する間に加湿される。そして、加湿された酸素ガスは酸素出口コネクタ２５０から、カバー１２０を通じて図示しないカニューラ等に供給される。
【００３４】
このように、本実施形態によれば、被加湿気体である酸素ガスは水分透過膜からなる加湿チューブ内を通過する間に加湿され、製品タンクから酸素出口コネクタまでの間、外気に触れることが無いため、非常に衛生的である。従って、精製水ではなく、通常の水道水を用いることも可能である。また、加湿用液体を利用して加湿した気体（加湿用気体）の排気流路に加湿チューブを配置することにより、特に大気が乾燥している場合に、大気中の湿度を超えた湿度に酸素ガスを加湿することが可能である。また、加湿用気体をタンク上部の空間に導入することにより、液面からの蒸発を促進することが可能であり、加湿チューブをタンク上部に配置することで、より一層の加湿が実現できる。
【００３５】
なお、本実施形態では、被加湿気体を酸素濃縮器が生成する酸素ガスとしたため、吸着塔からの排気ガスをタンクに導入するものとして説明したが、吸着塔からの排気ガスの利用に限定されるものではない。また、酸素濃縮器以外の装置に適用することももちろん可能であり、その場合には排気ガスである必要もなく、加湿チューブの劣化や安全性に問題がない任意のガスを用いることが可能である。
【００３６】
■《第２の実施形態》
第１の実施形態の加湿器は、吸着塔からの排気ガスを精製水や水道水の入ったタンクで加湿し、加湿排気ガスを水分透過膜からなる加湿チューブ外表面に接触させる構成を有していた。これに対し、本実施形態の加湿器は、排気ガスの代わりに外気を用いることを特徴とする。
【００３７】
図６は、本実施形態の加湿器を用いた酸素濃縮器の構成例を示すブロック図であり、図１と同じ構成には同じ参照数字を付し、説明を省略する。本実施形態の加湿器１１１は、排気ガスを用いないため、電磁弁２２３と排気マフラー２２４の間から排気ガスを加湿器に供給する経路が存在しない。また、加湿器１１１には外気を強制的に導入するための外気導入部２３３が設けられている。
【００３８】
以下、図７〜図１０を用いて本実施形態の加湿器１１１について説明するが、これら図面において、第１の実施形態で説明した加湿器１１０に対応する構成には同じ参照数字を付し、重複する説明は省略する。
【００３９】
図７は、本実施形態に係る加湿器１１１の外観例を示す斜視図である。図２との比較から分かるように、加湿器１１１は排気ガスコネクタを持たず、酸素ガスコネクタ１８０のみを有している。
また、図８は、加湿器１１１を斜め下から見た斜視図である。本実施形態では、床板１５０の一部が後述するように加湿用気体入力流路Ｒ１としてのダクトとして形成され、その入り口に外気導入部２３３としてのファンが配置されている。ファン２３３の電源はケーブル２３４を通じて酸素濃縮器から供給される。
【００４０】
図９は、図７においてカバー１２０を外した状態を示す斜視図である。排気ガスの代わりに外気を導入するため、加湿チューブ１６０の配置が異なり、ダクト１５４の外側を回るように引き回されている。第１の実施形態においては、排気ガスをタンク１３０に導入する際、カバー１２０の内側に設けた仕切１２５により排気ガスの流路を形成した。しかし、本実施形態では、床板１５０に設けたファン２３３から外気を導入するため、カバー１２０には仕切１２５を設けず、ファン２３３が吸い込んだ、加湿用気体としての外気をタンク１３０へ導く加湿用気体入力流路Ｒ１としてのダクト１５４を、床板１５０を立体的に成型することにより設けている。
【００４１】
次に、加湿器１１１の垂直断面を示す斜視図である図１０を参照して、加湿器１１１の動作について説明する。
ファン２３３が動作すると、周囲の外気が吸い込まれる。吸い込まれた外気は、床板１５０に形成されたダクト１５４の内部を通り、加湿チューブ１６０と接することなく、タンク１３０の蓋１４０に設けられた孔１４１を通じてタンク１３０内に導かれる。そして、タンク１３０の上部空間において、タンク１３０内の精製水又はその水蒸気と接することで加湿される。また、外気が精製水の水面に吹き付けられることで、精製水の蒸発を促進させる。
【００４２】
加湿された外気と、蒸発した水蒸気は、蓋１４０に設けた孔（図示せず）と床板１５０に設けた孔１５２を通じてカバー１２０内に形成される排気流路としての空間に流入する。第１の実施形態と同様、加湿された大気の排気流路中に加湿チューブ１６０が配置されているため、加湿された大気は加湿チューブ１６０の外表面と接する。これにより、加湿チューブ１６０内に流れる酸素ガスが加湿される。その後、加湿された外気は床板１５０に設けた排気口１５３を通じて排気される。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態においても第１の実施形態と同様、被加湿気体としての酸素ガスは水分透過膜からなる加湿チューブ内を通過する間に加湿され、製品タンクから酸素出口コネクタまでの間、外気に触れることが無いため、非常に衛生的である。。従って、精製水ではなく、通常の水道水を用いることも可能である。また、加湿用液体を用いて加湿した大気の排気流路中に加湿チューブを配置することにより、特に大気が乾燥している場合に、大気中の湿度を超えた湿度に酸素ガスを加湿することが可能である。また、加湿用気体としての大気をタンク上部の空間に導入することにより、液面からの蒸発を促進することが可能であり、加湿チューブをタンク上部に配置することで、より一層の加湿が実現できる。
【００４４】
また、排気ガスを利用する構成よりも、配管が少ないため、メンテナンスが容易であるという利点がある。また、タンクに導入する気体の流量調整が容易（特に固定流量のファンを用いる場合には実質的に調整不要）であるという利点もある。
【００４５】
（実験例）
上述した構成を有する加湿器の効果を調べるため、以下のような実験を行った。具体的には、第２の実施形態で説明した構成を有する加湿器を用意し、室内の湿度と、加湿器から得られる酸素ガスの湿度を測定した。
【００４６】
なお、加湿チューブには、上述したナフィオン（登録商標）から形成されるチューブ（内径０．７８５ｍｍ）を１０本並列に用い、一端を酸素ガスコネクタ１８０に、他端を酸素ガスコネクタ２５０に接続した。引き回しは図９に示すように行い、加湿チューブ１６０は両端以外は固定せず、他のチューブとできるだけ接触しないようにした。
【００４７】
酸素ガスの流量を０．２５リットル／分として測定した結果、室温２３．５℃、室内湿度：４５．２％の状態で、得られた酸素ガスの湿度は５５．１％であった（なお、湿度は相対湿度である）。なお、加湿前の酸素ガスの湿度は９％である。
このように、本発明に係る加湿器によれば、大気が乾燥していても、その湿度を超えて十分な加湿を行えることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る加湿器を用いた酸素濃縮器の構成例を示すブロック図である。
【図２】、
【図３】、
【図４】、
【図５】第１の実施形態に係る加湿器の構成例を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る加湿器を用いた酸素濃縮器の構成例を示すブロック図である。
【図７】、
【図８】、
【図９】、
【図１０】第２の実施形態に係る加湿器の構成例を示す斜視図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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