(57)【要約】麻酔器のような外部機械へガスを供給するためのガス供給方法及びシステムにおいて、導管１０におけるガス供給の圧力を調整し、維持する可変容積貯蔵容器７が内部に存在する閉鎖ガス導管ループ１０の一部を構成している機械３にガスが供給され、機械３からガスが流出する。可変容積貯蔵容器１０は、過剰圧安全弁及び負圧安全弁を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス制御装置において、
（１）ガス循環ループに接続可能な注入口を有する可変容積ガス貯蔵容器、
（２）該貯蔵容器に流体的に接続された過剰圧開放手段、及び
（３）該貯蔵容器に流体的に接続された負圧安全手段
を備えることを特徴とするガス制御装置。
【請求項２】
前記可変容積貯蔵容器が、フレキシブルな袋又は容器、ベロー型構造、或いは大気に開放されたチューブ又は導管を備えることを特徴とする、請求項１に記載のガス制御装置。
【請求項３】
前記過剰圧開放手段及び負圧安全手段の一方又は双方が、前記可変容積貯蔵容器内に含まれることを特徴とする、請求項１又は２に記載のガス制御装置。
【請求項４】
ガスが流れることの可能なガス導管ループを備えるガス供給システムであって、該ループ内に、
（１）前記ガス導管ループの周囲にガスを送り込むことができるポンプ、
（２）前記ループへのガス供給手段、
（３）外部機械に連結されて該外部機器にガスを供給する供給導管、
（４）前記ポンプを経由して再循環するため、前記外部機械からガスを返却する返却導管、及び
（５）請求項１、２又は３に記載のガス制御装置
が存在することを特徴とするガス供給システム。
【請求項５】
前記ポンプと前記供給導管の間に、加圧下でガスを貯蔵する圧力アキュムレータが存在することを特徴とする、請求項４に記載のガス供給システム。
【請求項６】
前記供給導管及び前記返却導管が、外部機械へ接続され、該外部機械内のガス経路が前記ループから提供されることを特徴とする、請求項４又は５に記載のガス供給システム。
【請求項７】
前記外部機械が、人工呼吸器または麻酔器であることを特徴とする、請求項６に記載のガス供給システム。
【請求項８】
使用されたガスが、前記外部機械から前記ループに返され、前記可変容積貯蔵容器に移動することを特徴とする、請求項４ないし７のいずれか一つに記載のガス供給システム。
【請求項９】
機械へガスを供給し、そのガス供給を制御するための、請求項４ないし８のいずれか一つに記載のガス供給システムであって、該システムは連続するガス導管ループを備え、該ループ内に、
（１）該ループの周囲にガスを送り込むポンプ又は圧縮機、
（２）ガスアキュムレータ、
（３）前記機械に連結されて、前記機械にガスを供給する供給導管、
（４）前記ポンプを経由して再循環するため、前記機械からガスを返却する返却導管、
（５）該返却導管と流体接続している可変容積ガス貯蔵容器、及び
（６）前記ループへガスを供給するループガス注入口
が順に存在し、それにより、使用時に前記ポンプによってガスがガス注入口を介して前記機械へ入り、ガス排出口を介して前記機械から出て前記ループに戻ることで、前記機械を通って前記導管の周囲に送り込まれることを特徴とするガス供給システム。
【請求項１０】
前記外部機械から流出するガスが通過する二酸化炭素スクラバーが存在することを特徴とする、請求項４ないし９のいずれか一つに記載のガス供給システム。
【請求項１１】
前記可変容積貯蔵容器が実質的に完全に空になった場合、酸素を前記ループに入れる酸素供給手段が存在することを特徴とする、請求項４ないし１０のいずれか一つに記載のガス供給システム。
【請求項１２】
機械へガスを供給し、ガスの供給を制御するための方法であって、該ガスは加圧下でガス導管ループから機械のガス注入口を経由して前記機械に流れ込み、機械のガス排出口を経由して前記機械から出て前記ループ内に返され、前記ループにおいて前記機械は前記ループの機能の一部を構成し、前記ガスは前記ガス導管ループの周辺に送り込まれ、前記ループ内には、ポンプ、圧力アキュムレータ、前記機械のガス注入口、前記機械のガス排出口、及び可変容積貯蔵容器が順に存在し、該貯蔵容器に流体的に接続された過剰圧開放手段及び負圧安全手段が存在する方法。
【請求項１３】
前記可変容積貯蔵容器が、フレキシブルな袋又は容器、ベロー型構造、或いは大気に開放されたチューブ又は導管を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記機械が人工呼吸器または麻酔器であることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記機械から流出するガスが、二酸化炭素スクラバーを通過することを特徴とする、請求項１２ないし１４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
前記可変容積貯蔵容器が実質的に完全に空になった場合、酸素を前記ループに入れる酸素供給手段が存在することを特徴とする、請求項１２ないし１５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１７】
前記過剰圧開放手段及び負圧安全手段の一方又は双方が、前記可変容積貯蔵容器内に含まれることを特徴とする、請求項１２ないし１６のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容積貯蔵容器と、可変容積貯蔵容器を使用してガスの流れを制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスの制御において本発明の可変容積貯蔵容器は幅広い用途を有し、詳しくは、心臓手術や麻酔のような医療処置に関連した用途がある。
例えば、手術室や集中治療室（ＩＣＵ）で使用される多くの麻酔器や人工呼吸器は、大量のガスを消費する。使用されるガスは、酸素、空気、一酸化二窒素といった、低コストなガスであるため、このことは大抵問題にはならない。例えば、酸素／空気（すなわち、酸素／窒素）混合ガスは、通常人工呼吸器で使用され、酸素と一酸化二窒素又は空気の混合ガスは、通常麻酔器で使用される。
【０００３】
ある特定の状況では、ガス流れにおいて代替ガスを酸素と混合するのが好ましい。代替ガスは、例えば麻酔及び／又は脳保護の特性に有用であって、リットル当たり１０ドル程度の価格であるキセノンガスのようなより高価なガスを含む。
【０００４】
通常は、壁掛け式の配管又は圧縮ガスシリンダーから加圧下で、集中治療における人工呼吸器、新生児特別治療室における新生児人工呼吸器、及び麻酔器のような多くの医療装置にガスを供給する。この圧力は可変であるが、一般的に４ｂａｒであり、ガスはこの圧力でこれらの機械の背部にパイプ輸送される。
【０００５】
高価なガスを使用する場合コストを削減するために、ガスが浪費されないよう使用されるガスの規制または制御を行う必要がある。前記制御を行うための方法及び装置は、特許出願ＰＣＴ／ＧＢ０１／０５２８８号に記載されている。
【発明の開示】
【０００６】
我々は、前記のガス制御システムの動作を改善するため、ガス制御システムとの併用が可能な可変容積貯蔵容器を発明した。
本発明によれば、
（１）ガス循環ループに接続可能な注入口を有する可変容積ガス貯蔵容器、
（２）貯蔵容器に流体的に接続された過剰圧開放手段、及び
（３）貯蔵容器に流体的に接続された負圧安全手段
を備えたガス制御装置を提供する。
【０００７】
可変容積貯蔵容器の一実施形態では、バッグ内のガス圧に応じて容積を拡大したり縮小したりすることができる、ゴム材料製のバッグのようなフレキシブルな袋又は容器を備えることができ、可変容積貯蔵容器の別の実施形態では、ベロー型構造を備えることができる。また、第３の実施形態では、可変容積貯蔵容器は、適正長が例えば０．５〜２ｍであり、直径１．５〜３ｃｍ、例えば約２．２ｃｍである、大気に開放されたチューブ又は導管を備えることができる。
【０００８】
過剰圧開放手段の機能により、システム内で偶発的な圧力が蓄積するのを防止するため、貯蔵容器システムが満杯になった場合に過剰なガスを流出させることができる。好ましくは、過剰圧開放手段は何らかの排気弁を備えることができ、過剰圧安全弁の機能を果たすことができるようにする。過剰圧弁の作動を誘発するに好ましい圧力は、１０ｃｍ ｗａｔｅｒ以上であって、より好ましくは、５ｃｍ  ｗａｔｅｒ以上であり、一般的には５〜１０ｃｍ  ｗａｔｅｒである。
【０００９】
負圧安全手段の機能により、システムから偶発的にガスが消失した場合に、システム内に大気を入れることができる。これにより、システム内で負圧が発生することを防止できる。貯蔵容器内の圧力が大気圧よりも１０ｃｍ ｗａｔｅｒ未満、より好ましくは５ｃｍ  ｗａｔｅｒ以下、一般的には５〜１０ｃｍ  ｗａｔｅｒ以下低下した場合、負圧安全手段を作動させることができる。
【００１０】
可変容積貯蔵容器が開口管、すなわち、貯蔵リムである場合、過剰圧開放手段及び負圧安全手段は自動的に可変容積貯蔵容器として構成されて、ガスがシステムから流出した場合、チューブの開口部を経由してシステムに大気から空気が引き込まれる。何らかの理由で過剰ガスがシステム内に存在していても、過剰なガスはチューブの開口部から出ていくため、過剰圧が蓄積することはない。
【００１１】
更に、本発明は、ガスが流れることのできるガス導管ループを備えたガス供給システムをも提供するものであり、該導管ループ内に、
（１）ガス導管ループの周囲にガスを送り込むことができるポンプ、
（２）ループへのガス供給手段、
（３）外部機械に連結されて、ガスを供給するための供給導管、
（４）外部機械内のガス経路をループから供給すること、
（５）ポンプを経由して再循環するため、外部機械からガスを返却する返却導管、及び
（６）前記可変容積貯蔵容器
が存在する。外部機械はループの一部を備えることができる。
【００１２】
好ましくは、ポンプがループの周囲にガスの流れを発生させ、加圧下でガスを貯蔵し、外部機械に供給されるガスの流れ及び圧力の波状運動を取り除く圧力アキュムレータが存在するようにする。
【００１３】
外部機械は、例えば新生児又は成人用人工呼吸器、又は麻酔器などであって良く、その結果、外部機械から本発明のシステムへ返却するガスは、二酸化炭素を含んでいても良い。二酸化炭素は、肺を経由して身体から放出される。二酸化炭素スクラバーユニットを通過させることにより、返却するガスから二酸化炭素を除去することが可能である。このスクラバーユニットは一般的に、化学反応により二酸化炭素を吸収する顆粒ソーダ石灰で満たされおり、概して麻酔器で使用されている。外部機械からの廃ガスが二酸化炭素を含まない場合（例えば外部機械自身が二酸化炭素スクラバーを有する場合）、二酸化炭素スクラバーユニットが存在する必要はない。
【００１４】
使用に際し、ポンプがループの周囲のガスを推進させ、供給されている外部機械のガス回路からガスが患者に摂取されてループから削除された時、この損失を補うためガス供給手段を経由して新たなガスが供給される。
【００１５】
好ましくは、ガス送出制御システム及び酸素供給システムの障害によって可変容積貯蔵容器が実質的に完全に空になった場合、大気ではなく酸素をループ内に入れてやる酸素供給手段が存在するようにする。この酸素供給手段は、ループ内で負圧が発生するのを防止する負圧安全手段と同様の機能を果たすが、これは空気ではなく酸素が進入できるようにすることにより行われる。ループへのガス送出システムが障害を改善した場合、ループの負圧及びループ内ガスの酸素割合の低下に対する安全回復を提供する。
【００１６】
例えば、安全弁が開けられていた場合は、酸素がループ内に引き込まれるよう、負圧安全弁の外側に酸素の流れを供給することによって、又は、弁に負圧が加わった場合、弁を開放し、統制の下で高圧酸素供給源から酸素を入れられるよう、負圧安全手段をスキューバダイビングで使用される弁と同じ原理のデマンド弁とすることによって、これが達成される。
【００１７】
過剰圧開放手段、及び負圧安全手段の一方又は双方を可変容積貯蔵容器に組み入れるかもしくは、ループ内に設置することが可能である。
使用に際し、ポンプと外部機械へのガス注入口との間のループ領域の一部、及びアキュムレータは、所望の作動圧（例えば、４ｂａｒ）とし、一方、ループの残りの領域は全て前記作動圧よりもかなり低い圧力とする。可変容積貯蔵容器が存在することにより、ループの残りの領域に大気圧が送られるため、このより低い圧力の領域は通常大気圧である。
【００１８】
ガスが供給されている外部機械を含む循環ガス経路が使用でき、これにより、外部機械の要求作動圧でガス源を提供することが本発明の特徴である。ループの大部分は大気圧又はその近辺である。可変容積貯蔵容器により、ループからガスが損失することなく、ほんの短期間ループ内の容積を変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明はその一実施形態の概略図を示す添付の図において説明される。
図において、本発明は例えば人工呼吸器へ酸素を含むガスを供給し、廃ガスから二酸化炭素を除去するために使用される。装置はケーシング９に収容されており、内部に、作動圧（例えば４ｂａｒ）にガスを圧縮する圧縮機１、及び所望の作動圧でガスを貯蔵する圧力アキュムレータ２が存在するガス導管ループ１０を備えたガス供給システムを構成する。導管１０は、機械注入口４を経由して機械３又はガスが供給されるその他の装置へガスを供給し、廃ガス又は機械排出口で装置３から流出するガスは５でループに流れ込む。６にガス中の二酸化炭素を除去する二酸化炭素スクラバーが存在し、７に可変容積貯蔵容器が存在する。更に、使用されたガスを置換するため８にガスの補給を追加することも可能である。
【００２０】
使用に際し、ポンプ１が起動し、ガスがガス入り口８でループ１０に流れ込む。ここでガスはポンプ１によって圧縮され、機械注入口４で機械３に流れ込む。外部機械３から返却する廃ガスは機械排出口５で導管に流れ込み、可変容積貯蔵容器７と流体の連続する導管を経由して送り込まれ、二酸化炭素スクラバー６を通過する。更に、外部機械により使用されたガスを置換するためガス注入口８を経てガスを供給することが可能である。
【００２１】
ループするガスの体積が増加する場合、ループの低圧箇所において別に起こる圧力の増加を防止し、体積増加が起こる前と実質的に同様のレベルで圧力を維持するために可変容積貯蔵容器が自動的に拡大する。理由の如何にかかわらず、過度のループ容積増加のために、可変容積貯蔵容器が高すぎるレベルを満たした場合、過剰体積が開放され、圧力が許容範囲レベルに維持されるよう、貯蔵容器７の過剰圧開放弁がループからガスを放出するために自動的に作動される。ループ内のガスの体積が低下する場合、貯蔵容器７は圧力を維持する容積に縮小し、体積が低すぎるレベルに低下する場合、大気又はガスがループ内に流れ込むよう貯蔵容器中の自動負圧安全弁が作動される。このガスは必要に応じて純酸素とすることが可能である。この方法により、ループ内のガス体積の低下にかかわらず、ループ内の圧力を実質的に以前のように維持する。
【００２２】
ポンプが作動している場合、ポンプ１と機械のガス注入口との間の領域、及びアキュムレータ２は、全て所望の作動圧（例えば４ｂａｒ）であり、一方ループの残りの領域は全て前記圧力よりもかなり低い圧力となる。可変容積貯蔵容器７が存在することにより、ループの残りの領域に大気圧が送られるため、このより低い圧力の領域は、通常大気圧である。
【００２３】
好ましくは、機械の注入口４で平均のガスの流れをちょうど一致させる制御システムによって、ポンプ速度が連続的に調節されるようにする。そして、これにより、所望の作動圧（例えば４bar）で、又はおよそ所望の作動圧でアキュムレータ２が常に機能することが可能になる。
【００２４】
ガス制御システムの動作の下で、新たなガスがループに取り入れられることが予想される。ループへのガス注入口は８で示されるが、ループ内のどの地点でもよい。（可変容積貯蔵容器に取り付けられた容積検出器のような）適切な器具によって、可変容積貯蔵容器７が常にガスで部分的に満たされて維持されている、すなわち完全に空ではなく、完全に満たされてもいないことが予想される。
【００２５】
システム全体から損失するガスは外部機械から、例えば外部機械が麻酔器であれば、患者の肺を経由して患者の血液内に吸収されるガスのみである。
患者によって消費されているのと同じ割合で、８でガスループに新たなガスが注入される、すなわち、可変容積貯蔵容器７内のガスの体積が制御システムにより一定に保たれている場合、これは新たなガスを経済的に使用するように機械を作動させる最も効果的な方法である。
【００２６】
例えば、麻酔患者の（例えば、肺から血液中に吸収される）ガス消費の合計は、概して３００ｍｌ／分である。これは外部機械により患者の肺に供給され、肺から血液に吸収されている混合気体中のガスによる。本来ならば、吸入されたガスのほとんどは実質的に肺から血液中に吸収されることなく、再び吐き出される。実質的には毎分５ｌ／分程度のガスを吸って吐いているのに比べ、３００ｍｌ／分の例が直感的に低めであるのはこのためである。
【００２７】
例えば患者に利用されている人工呼吸器（あるいはその他の機械）のガス消費は、５ｌ／分以上である。しかし、本発明によって、同様のガス供給機械はガス消費の合計を患者の吸収するガスの合計の割合、すなわち例えば３００ｍｌ／分とほぼ等しい割合に減少することが期待される。本発明の利用は、新たなガスの消費割合の大幅な節約をもたらし、必要とされるガスが高価である場合に有用である。
【００２８】
他の可能な作動モードは、例えば肺を経由して、患者のガス吸収率を超える割合で新たなガスを８から本発明のループに供給するものである。過剰なガスは可変容積貯蔵容器７に含まれる流出弁装置を経由して本発明のループから流出する。これにより、通常の使用がなされる場合（すなわち、本発明と併せてではなく）、８での新たなガスの流れの合計が機械の新たなガスの使用率よりも少ない限り、経済的にガスを使用することができる。前記の作動モード程経済性は大きくない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態の概略図である。
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【国際調査報告】
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