(57)【要約】【課題】酸素濃縮装置の装置内データの情報を簡単な手段で表示させるための機能を搭載した装置を提供する。【解決手段】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と、該吸着筒に加圧空気を供給するコンプレッサとを備え、未吸着の酸素を分離し、流量設定器の設定値の表示手段、設定した所定流量で使用者に酸素を供給する供給手段を備えた酸素濃縮装置において、生成された酸素ガス性能及び装置性能を検知するセンサ、検知結果の記憶部及び記憶情報を外部に出力する外部出力端子を備え、該外部出力端子の信号線の接地を検知することで、該センサの検知結果または該コンプレッサへの運転指示情報を該表示手段に出力する表示切替手段を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置。【選択図】図１
2008253902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と、該吸着筒に加圧空気を供給するコンプレッサとを備え、未吸着の酸素を分離し、流量設定器の設定値の表示手段、設定した所定流量で使用者に酸素を供給する供給手段を備えた酸素濃縮装置において、生成された酸素ガス性能及び装置性能を検知するセンサ、検知結果の記憶部及び記憶情報を外部に出力する外部出力端子を備え、該外部出力端子の信号線の接地を検知することで、該センサの検知結果または該コンプレッサへの運転指示情報を該表示手段に出力する表示切替手段を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
該流量設定器が、複数の流量値の各設定値に対応する流量接点を備え、流量接点の接地を検知することで流量設定値を検知する設定器であり、該設定器が所定時間流量接点の接地していないことを検知し、該センサの検知結果または該コンプレッサへの運転指示情報を該表示手段に出力する表示切替手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の酸素濃縮装置。
【請求項３】
該センサが、生成された酸素ガス濃度を検知する濃度センサ、酸素ガス流量を検知する流量センサ、該吸着筒の圧力を検知する圧力センサ、または該コンプレッサの回転数を検知するセンサであることを特徴とする請求項１または２に記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
該コンプレッサがインバータを搭載した装置であり、該コンプレッサへの運転指示情報がインバータ電圧の指示情報であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の酸素濃縮装置。
【請求項５】
該センサの検知結果を、規定時間毎に自動的に順次切り替える手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の酸素濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の酸素を分離し使用者に供給する酸素濃縮装置の関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、肺気腫、肺結核後遺症や慢性気管支炎などの慢性呼吸器疾患に苦しむ患者が増加する傾向にあるが、かかる患者に対する治療方法として、高濃度酸素を吸入させる酸素吸入療法が行われている。酸素吸入療法とは前記疾病患者に対して酸素ガス若しくは酸素濃縮気体を吸入させる治療法である。治療用の酸素ガス或いは濃縮酸素気体の供給源としては、高圧酸素ボンベ、液体酸素ボンベ、酸素濃縮装置等の使用が挙げられるが、長時間の連続使用に耐えることができ、また使い勝手がよいなどの理由により、酸素濃縮装置を使用するケースが増加している。
【０００３】
酸素濃縮装置は空気中の酸素を分離し、濃縮することを可能にした装置である。かかる酸素を分離濃縮する装置としては、90％以上の高濃度の酸素が得られるという観点で、空気中の窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を1個或いは、複数の吸着床に充填した吸着型酸素濃縮装置が広く知られ使用されている。その中でも圧力変動装置としてコンプレッサを用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置が広く世の中に広まっている。かかる装置は通常窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填させた1個或いは複数の吸着床に対して、少なくとも、コンプレッサから圧縮空気を供給し、吸着床内を加圧状態にして窒素を吸着させ、未吸着の高濃度の酸素を得る吸着工程と、吸着床内を減圧して窒素を脱着させる脱着工程を有し、これを一定サイクルで繰り返すことで、高濃度の酸素を得る装置である。圧力変動吸着法には、吸着した窒素成分を取り除き吸着剤を再生させる脱着工程を大気圧まで行うＰＳＡ：Pressure Swing Adsorption法や、真空ポンプで吸着床を真空まで減圧させるＶＰＳＡ：Vacuum Pressure Swing Adsorption法がある。
【０００４】
酸素濃縮器においては、酸素濃度及び酸素供給流量が、治療効果や装置性能を測る主な指標となるため、定期的な点検を行なう際には、必ず測定する重要な測定値である。また、上記吸着方式など、装置ごとの構成により、独自に測定が必要となる項目もある。
従来の酸素濃縮器においても、酸素濃縮器の主要な測定値を表示する方式については示されており、特開2001-278605号公報では、酸素濃縮器に備えられているそれぞれのセンサごとに切り替えスイッチを設け、それらを切り替えることにより、任意の値を表示することにより、簡便にセンサの測定を行なうことができることが述べられている。
【特許文献１】特開2001-278605号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
酸素濃縮装置は一定期間ごとに、定期点検が行なわれ、患者宅訪問という限られた時間及び環境の中で、装置の運転時の状態を把握し、また、部品の交換時期などを迅速に判断しなければならない。そのときに装置の主な性能である酸素濃度や酸素供給流量及び装置内のプロセスに関する測定値を取得・確認することにより、保守・部品交換の目安にしている。定期点検の際、従来は、外部端末を接続し、濃縮器本体を保守用の運転モードに切り替えた後、外部端末の操作により、濃縮器の運転情報を取得するという手法が主であったが、装置への接続の手順が複雑であったり、時間がかかったりすることがあり、技術者でなくとも簡易的かつ安全にこれらの測定値を取得したいという要求があった。
【０００６】
特開2001-278605号公報では、酸素濃縮器に備えられているそれぞれのセンサごとに切り替えスイッチを設け、それらを切り替えることにより、センサ出力の値を表示する装置が記載されているが、使用者が切替スイッチを勝手に使用することで、表示の混乱を招く可能性がある。かかる混乱を未然に防止する為に装置筐体内に切替スイッチを設ける方法もあるが、逆に点検時に筐体をあける必要があるなど利便性に欠けるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため、酸素濃縮器の点検時において、点検のためのパソコンや情報端末などを接続することなく、また、技術者でなくとも簡易的かつ安全に装置外部から酸素濃縮器の主性能及び必要な装置データの表示し、取得することができる手段を提供するものである。
【０００８】
具体的には、点検の為の測定値表示機能であり、外部からの簡易的な操作により、もともと備えられている設定流量表示機能を利用した、点検に必要な装置情報を表示する手段を提供する。装置外側に単独の表示切替のためのスイッチを設けた場合、患者による誤操作の恐れがあり、装置内部に設けた場合、装置カバーを開ける手間及び技術者でなければ装置破損の恐れがある。そこで、使用者が誤って装置情報の表示モードに切り替えてしまわないよう、かつ、技術者でなくとも安全に切り替えられるよう、切り替えのための操作は、装置の外部カバーを開けることなく、簡単な治具と操作の組み合わせにより切り替えるようにする。
【０００９】
すなわち本発明は、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と、該吸着筒に加圧空気を供給するコンプレッサとを備え、未吸着の酸素を分離し、流量設定器の設定値の表示手段、設定した所定流量で使用者に酸素を供給する供給手段を備えた酸素濃縮装置において、生成された酸素ガス性能及び装置性能を検知するセンサ、検知結果の記憶部及び記憶情報を外部に出力する外部出力端子を備え、該外部出力端子の信号線の接地を検知することで、該センサの検知結果または該コンプレッサへの運転指示情報を該表示手段に出力する表示切替手段を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１０】
また本発明は、かかる流量設定器が、複数の流量値の各設定値に対応する流量接点を備え、流量接点の接地を検知することで流量設定値を検知する設定器であり、該設定器が所定時間流量接点の接地していないことを検知し、該センサの検知結果または該コンプレッサへの運転指示情報を該表示手段に出力する表示切替手段を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置を提供するものである。
【００１１】
また本発明は、かかるセンサが、生成された酸素ガス濃度を検知する濃度センサ、酸素ガス流量を検知する流量センサ、該吸着筒の圧力を検知する圧力センサ、または該コンプレッサの回転数を検知するセンサであること、該コンプレッサがインバータを搭載した装置であり、該コンプレッサへの運転指示情報がインバータ電圧の指示情報であることを特徴とする酸素濃縮装置であり、特に、規定時間毎に表示を自動的に順次切り替える手段を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
酸素濃縮器の外部からの簡易的な操作により、装置の主性能に関わるデータ（例えば、酸素濃度、酸素供給流量など)及び、その他装置性能に関わる値（吸着圧・装置内温度など）の測定ができることにより、下記の効果が期待される。
すなわち、パソコンや情報端末など表示のための高価な外部機器を接続することなく、外部出力端子を短絡させるための簡単な治具を用いるだけで、簡易的に内部データを把握することが可能である。
【００１３】
また外部スイッチの操作の組み合わせにより、装置の筐体カバーを開けずに内部測定データの表示を切り替えることができるため、感電の危険性やショートなどによるボードなどの電子部品の破損リスクや、使用者による意図しない表示モード切り替えのリスクがなくなる。さらに技術に不慣れな営業担当者であっても、簡易かつ安全にデータの観測を行なうことができる。
【００１４】
既に酸素濃縮装置の設定流量を表示するひとつの表示器を用いることで、新たな表示手段を必要とせず、複数の測定値を順番に表示することで測定値を表示するための表示切り替え操作が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の酸素濃縮装置の実施態様例を、２筒式VPSA型の圧力変動吸着型酸素濃縮装置を例に説明する。圧力変動吸着型の酸素濃縮装置は、外部空気取り込みフィルタ、圧縮・真空機能を有するコンプレッサ、流路切換弁である三方電磁弁、吸着筒、製品タンク、調圧弁、流量設定手段、フィルタを備える。これにより外部から取り込んだ原料空気から酸素ガスを濃縮した酸素濃縮ガスを製造する。
【００１６】
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などを備えた空気取り込み口から取り込まれる。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、水蒸気ほかのガスが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。
【００１７】
この酸素ガスの取り出しは、原料空気を酸素ガス分子よりも窒素ガス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、切換弁によって対象とする吸着筒を順次切り替えながら、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。
【００１８】
前記の吸着筒としては、前記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富化空気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。
【００１９】
また、前記のコンプレッサとしては、圧縮機能及び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。通常、回転数を制御し、コンプレッサからの加圧空気の吐出量を制御するためにインバータを搭載する。
前記吸着筒で吸着されなかった酸素ガスを主成分とする酸素富化空気は、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。
【００２０】
なお、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る必要がある。このために、コンプレッサによって実現される加圧状態から、三方電磁弁によってコンプレッサの真空ラインに接続され、真空減圧状態に切り替え、吸着されていた窒素ガスを脱着させて吸着剤を再生させる。さらにこの脱着工程において、そ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酸素濃縮ガスをパージガスとして逆流させるようにしてもよい。
【００２１】
原料空気から酸素富化空気が製造され、製品タンクへ蓄えられる。この製品タンクに蓄えられた酸素富化空気は、例えば95％といった高濃度の酸素ガスを含んでおり、調圧弁や流量設定手段などによってその供給流量と圧力とが制御されながら、加湿器へ供給され、加湿された酸素富化空気が患者に供給される。
【００２２】
かかる加湿器には、水分透過膜を有する水分透過膜モジュールによって、外部空気から水分を取り込んで乾燥状態の酸素富化空気へ供給する無給水式加湿器や、水を用いたバブリング式加湿器、或いは表面蒸発式加湿器を用いることが出来る。
【００２３】
VPSA型の酸素濃縮装置では、一方の吸着筒が加圧吸着工程を行っている場合は、他方の吸着筒では真空脱着工程を行い、吸着工程、脱着工程を各々逆位相の形で順次切り替え、酸素を連続的に生成している。
【００２４】
通常、酸素濃縮装置には使用者に供給する設定酸素流量値を表示する為の表示手段を備えている。通常、かかる表示手段には、設定酸素流量値を表示するために必要とする3桁の7セグメント表示器が用いられている。
【００２５】
酸素濃縮装置で生成される酸素ガスは、医療用ガスとして呼吸器系疾患患者の治療に使用されるため、医師の処方した流量で供給する必要がある。従ってかかる酸素濃縮装置では、生成される酸素ガスの濃度や、実際に供給されている酸素流量などの酸素濃度センサや流量センサを用いて計測し、装置内データとして記憶すると共に、フィードバック制御を行なう、また一定閾値を越えるなどの異常値を示す場合には異常警報を発するなどの対応を執っている。
【００２６】
また供給される酸素ガスだけでなく、それを生成している酸素濃縮装置自体の異常を未然に防ぐため、装置内温度やコンプレッサの温度、回転数、或いはコンプレッサの回転数を制御しているインバータ電圧などの制御信号、吸着筒圧、製品タンク圧力など各種の情報を装置内データとして検知記憶し、メンテナンス時に各記憶情報を情報端末等で吸い上げ、装置部品の劣化状態を把握する為の情報源として活用される。また異常停止等があった場合には、異常原因を解析するための情報として使用される。そのため酸素濃縮装置には各種記憶情報を取り出すための外部出力端子を備えており、特開平9-145664号公報に記載のような保守点検用の携帯式端末をかかる外部出力端子と接続することで情報を携帯端末側に吸い上げ、表示させることができる。更に、特開平3-143451号公報に記載のように、かかる外部出力端子から通信回線を通じて情報センタに記憶情報を送信し、管理するシステムとしても利用可能である。
【００２７】
このような携帯端末や通信回線を利用した管理システムの利用にはコストがかかる。本発明の酸素濃縮装置では、酸素ガス性能や装置性能を簡易的に表示させること手段を提供する。
【００２８】
装置内データを表示する手段として、通常は設定酸素流量値を表示する3桁の7セグメント表示器を用いる。表示する値としては、酸素濃縮器の主性能である生成酸素ガスの酸素濃度、酸素供給流量、及び酸素濃縮装置の状態を示す吸着圧、コンプレッサの設定値を表示する。
【００２９】
酸素濃度値、酸素供給流量値の表示には、酸素濃縮装置に搭載されている酸素濃度センサ、酸素流量センサの検出値を用い、7セグメント表示器に表示させる。吸着圧は吸着筒に設けた圧力センサ或いはコンプレッサの２次側に設けた圧力センサの検出値を用いる。さらにコンプレッサの設定値とは、コンプレッサの供給風量の大きさを調整する値であり、具体的にはコンプレッサの回転数の検出値、或いはコンプレッサへの運転指令情報として回転を制御するインバータの指示電圧値を用いて表示する。その他、酸素濃縮器の運転方法や部品によって各種温度、運転状態などの表示が可能であるが、表示するデータの種類を多くすると識別しにくくなるため、上記の４種類の測定値を表示する。
【００３０】
装置内データ表示のモードへの切り替え手段として、新たに切り替えスイッチを設けた場合にはコスト高となり、また使用者による誤操作の原因ともなる。本発明の装置ではかかる切り替え操作に、上記外部出力端子、流量設定器、あるいは運転スイッチを使用する。
【００３１】
表示モードの切り替え方法を図１の示す。図１の回路図で示すように、表示モード切り替えの判定は、外部出力端子の信号線の接地の有無で判断する。外部出力端子に信号の送信用、受信用の信号線の他に表示モード切り替え用の信号線を設け、信号をGNDに短絡させるか否かで判定し、HIGHであれば通常モード、LOWであれば表示切り替えモードとして判定する。表示切り替えモードの信号を短絡させた状態で、運転スイッチをオンにした場合、装置は外部からのコマンドを受け付けることができるようになる。また運転スイッチをオンにした状態で、後から表示切り替えモードの信号を短絡することにより、コマンドを受け付ける状態にすることもできる。
【００３２】
かかる外部出力端子は、通常、装置のメンテナンス時に携帯端末などを、同様に表示モード切替信号をGNDに短絡させておく状態で接続し、メンテナンスモードとして装置内データを携帯端末側に吸い上げ表示させることや、外部からのコマンドを装置が受け付けるようにする手段として使用することが可能であり、この場合、単に表示モード切り替え用の信号線の接地情報のみで表示を切り替えた場合には、メンテナンス用として使用する場合に不具合が生じる。
本発明では、表示モード切り替え手段として設定つまみを回転させることで各流量接点を切り替える流量設定器を用いる。
【００３３】
図１に示すように、流量設定器は、複数の設定流量に対応した各流量接点を備え、かかる接点を切り替え、GNDと短絡しているときにはその接点を現在の流量設定点と判定する。どの接点もGNDに短絡していない場合は、通常は流量不定と判定する。
この際、装置が表示切り替えモードであった場合、流量不定を一定時間検知した場合、表示器をメンテナンス表示に切り替える。一定時間とは、誤検知が行なわれるのを防ぐための時間であり、具体的には100msec(10msec x 10回)以上で、5秒以内程度が好ましい。
【００３４】
測定値の表示方法は、図２に示すとおりの順序で表示切替を繰り返す。どの項目を表示しているかを明らかにするため、酸素濃度の値を表示しているときに、同時に警報表示器の濃度ランプを点灯させる。
また、図３に示すとおり、外部出力端子は、通常、情報通信端末を接続し、治療中の装置内データの情報を、通信回線を用いて情報センタに送信することができる。この場合には、表示切り替えモードの信号は開放した状態であり、表示切り替えは行なわれない。
【００３５】
一方、メンテナンス時に携帯情報端末を接続して装置内情報を取り込む場合には、図４に示すとおり、表示切り替えモードと同様にメンテナンスモードに切り替わる。本発明のように、酸素濃縮装置単独で表示切り替え機能を使用する場合には、信号線を短絡させる治具を用意すればよい。また、外部からPCなどを用いてメンテナンス機能を利用する場合には、PCとの接続ケーブルの中に、短絡させる配線もしくは、短絡/開放を切り替えられるスイッチを有したケーブルを利用する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】表示切り替えモードへの切り替えのための検知回路及び方式。
【図２】測定値の表示方法と時間。
【図３】外部接続端子の回路及び用途(表示切り替えモード不使用)。
【図４】外部接続端子の回路及び用途(表示切り替えモード使用)。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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