(57)【要約】【課題】水を直接使用することなく、長期の間メンテナンスフリーでガスを加湿することが可能な加湿装置を提供する。【解決手段】ガス発生手段とかかるガスを使用者に供給する為のガス供給手段との供給経路上に設けられ、空気中の水分を透過させる水分透過膜を備えた加湿装置であり、該水分透過膜の膜面の一方の側に空気を通過させる通風経路、他方の側に該ガスを通過させるガス供給路を備えており、該通風経路内にハニカム構造体のフィルタを有することを特徴とする加湿装置。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス発生手段とかかるガスを使用者に供給する為のガス供給手段との供給経路上に設けられ、空気中の水分を透過させる水分透過膜を備えた加湿装置であり、該水分透過膜の膜面の一方の側に空気を通過させる通風経路、他方の側に該ガスを通過させるガス供給路を備えており、該通風経路内にハニカム構造体のフィルタを有することを特徴とする加湿装置。
【請求項２】
該水分透過膜が官能基としてイオン交換基を有したフッ素系高分子よりなるチューブ状膜であり、チューブ内面側がガス供給路を構成し、チューブ外面側に該通風経路を備えると共に、該ハニカム構造体のフィルタが添着活性炭を主材として成型されることを特徴とする請求項１記載の加湿装置。
【請求項３】
該添着活性炭が、酸性物質を活性炭に添着させたものであることを特徴とする請求項２記載の加湿装置。
【請求項４】
該ガス発生手段が、医療用ガス発生手段であることを特徴とする請求項１〜３記載の加湿装置。
【請求項５】
該医療用ガス発生手段が、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、該吸着筒に加圧空気を供給するコンプレッサを備えた圧力変動吸着型酸素濃縮手段であることを特徴とする請求項４記載の加湿装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス供給装置に用いる加湿装置であり、特に供給されるガスが医療用ガスである医療用ガス供給装置に用いる加湿装置に関する。更に詳細には、水を補給することなく、メンテナンスフリーで患者に加湿された医療用ガスを提供することを可能にした医療用ガス供給装置に用いる加湿装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被加湿ガスを加湿するための加湿装置としては、気泡形式の加湿装置や特許２８５７００５号公報に記載の加湿装置の水面上に被加湿ガスを通過させ蒸発した水分で加湿する蒸発式加湿装置など、水を用いる加湿装置や、加湿装置の一部もしくは全部を水分透過膜で構成し空気中の水分の水蒸気分圧差を利用する加湿装置が一般に知られている。
【０００３】
特に、被加湿ガスが医療用に用いられる医療用ガスの場合は、ボンベ入りの圧縮気体や液化気体の形で供給さるか、又は精製・濃縮装置から直接患者へ供給されるが、これらのガスのほとんどは製造段階で不純物として水分が極限まで取り除かれたほぼ絶乾に近い乾燥状態を示す為、患者が呼吸用に吸入すると呼吸器、特に鼻孔や喉の内部が乾燥し不快感を覚え、時には肺に直接届いた場合には、粘膜を傷つけるなど、体調を害する問題が生じる危険性がある。従って、酸素や酸素富化空気等の医療ガスを患者の鼻腔に供給する際、患者の鼻腔内の乾燥を防止するために、通常はある程度飽和水蒸気圧近くまで加湿した状態でその気体を供給する必要があり、水を用いる加湿装置が広く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
水を用いる加湿装置では、加湿に伴って容器内の水が減少するため定期的な水の補充が必要である。また、長期間使用した場合には加湿用水中での細菌の繁殖や、加湿用水の腐敗の可能性がある。特に、医療用ガスの加湿装置として使用している場合には、患者の健康を損なう恐れがあるため、細菌繁殖や腐敗は絶対に避けなければならず、そのために患者は定期的に洗浄・交換を行うなどの手入れが必要である。このような水の補充や手入れは面倒なだけでなく、人的手段に頼る方法であるため、操作ミスの誘発原因となり、医療装置の安全性、信頼性を損なう恐れがある。
【０００５】
特開平１０−２４８９３５号公報記載のように、官能基としてスルホン酸基を有する水分透過膜を用いる加湿装置では、水を使用することなく、空気中に含まれる水分のみで被加湿ガスを加湿することが可能であるので、前述のような欠点が回避できる利点がある。しかしながら、水分透過膜を使用する加湿装置においても、長時間使用の際には加湿性能が経時的に低下する。また、経時的な加湿性能低下を抑えるためのフィルタを使用する場合、フィルタの圧力損失が小さくかつ取扱いが容易でさらに交換作業に手間がかからないものが好ましい。本発明は、このような水分透過膜の経時的な加湿性能低下の問題およびフィルタ形状の問題を解決するものであり、水を直接使用することなく、長期の間メンテナンスフリーでガスを加湿することが可能な加湿装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者はかかる課題に対して鋭意検討した結果、以下に示す加湿装置を見出した。すなわち本発明は、ガス発生手段とかかるガスを使用者に供給する為のガス供給手段との供給経路上に設けられ、空気中の水分を透過させる水分透過膜を備えた加湿装置であり、該水分透過膜の膜面の一方の側に空気を通過させる通風経路、他方の側に該ガスを通過させるガス供給路を備えており、該通風経路内にハニカム構造体のフィルタを有することを特徴とする加湿装置を提供するものである。
【０００７】
また本発明は、かかる水分透過膜が官能基としてイオン交換基を有したフッ素系高分子よりなるチューブ状膜であり、チューブ内面側がガス供給路を構成し、チューブ外面側に該通風経路を備えると共に、該ハニカム構造体のフィルタが添着活性炭を主材として成型されることを特徴とする加湿装置であり、なかでも該添着活性炭が、酸性物質を活性炭に添着させたものであることを特徴とする加湿装置を提供するものである。
【０００８】
更に本発明は、かかるガス発生手段が医療用ガス発生手段であり、特に該医療用ガス発生手段が、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、該吸着筒に加圧空気を供給するコンプレッサを備えた圧力変動吸着型酸素濃縮手段であることを特徴とする加湿装置、及びかかる加湿加湿装置を搭載した酸素濃縮装置を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の加湿装置の好適な実施例を図面を用いて詳しく説明する。
本発明で使用するガスとして好適なものは、医療用として患者治療に使用する医療用ガスであり、且つ加湿が必要とするものであり、例えば日本薬局方で規定される酸素ガスのほか、液体酸素の蒸発ガス、圧力変動吸着型酸素濃縮器などの酸素濃縮器で空気中から分離される酸素濃縮空気（酸素富化空気）、さらにはこれらのガスと亜酸化窒素などの他の医療用ガスとの混合ガスを含むものである。
【００１０】
従って、本発明におけるガス発生手段として好適なものは、かかる医療用ガスを発生させる医療用ガス発生装置であり、酸素ガスを充填した酸素ボンベや、液体酸素を充填した液体酸素貯蔵容器、空気中の酸素を分離する医療酸素濃縮器などが挙げられる。また、かかる医療用ガスは、鼻カニューラや口鼻を覆うマスクなどのガス供給手段を使用することにより患者に供給される。
【００１１】
図１に示す実施例では、医療用ガス発生手段１には、２筒式の吸着型医療用酸素濃縮器を用いた。原料空気用フィルタ１３を通してコンプレッサ１２に供給された空気は圧縮されて切り替え弁１４を通って吸着筒１１に入る。かかる吸着筒１１に入った圧縮空気は選択的に窒素が吸着され、吸着されず残った酸素が逆止弁１５を通り、製品タンク１６、流量設定器１８、製品フィルタ１９を通して酸素濃縮器から患者側に供給される。
【００１２】
かかる医療用ガス発生手段１より供給された医療用ガスは、水分透過膜を備えた加湿装置２で加湿される。かかる加湿装置２は、水分透過膜２１、酸素流路２２、添着活性炭を主材として成型されたハニカム構造体フィルタ２３、及びファン２４より構成される。
【００１３】
水分透過膜２１は、乾燥状態にある医療用ガスと水分を含んだ外気との水蒸気分圧差によりに水分を移動するものである。イオン交換基としては、陰イオン交換基及び陽イオン交換基があるが、その中でもアミノ基、スルホン酸基、カルボン酸基、燐酸基が安定性と水分透過性の観点で好ましい。更に、高い極性を有するという点において、特にスルホン酸基を有する高分子が好適であり、本実施例では水分透過膜２１としてはチューブ状のＮＡＦＩＯＮ膜（ＤｕＰｏｎｔ社製）を用いた。その他、スルホン酸基を有したフッ素系高分子膜として、ダウ膜（ダウケミカル製）、フレミオン（旭硝子製）、アシプレックス（旭化成製）などを使用することが可能である。又、水分透過膜２１の形状はチューブ状に限定されるものではなく、外気と酸素流路２２を隔離する形状であれば良いため、加湿装置内の空間の全てもしくは一部を平膜状の水分透過膜に外気導入空間と酸素流路を隔離する構成としても良い。
【００１４】
かかる水分透過膜２１は、膜面積が広がることにより水分移動量が増加するため、被加湿ガスの流量に応じて表面積を増加させることが必要になる。本発明の実施例では、膜表面積１５０ｃｍ２とした。また、水分透過膜２１の外面にファン２４を用いて湿潤空気２５を強制的に供給することによって外気と医療用ガスの水蒸気分圧差を大きくすることができるため、風量を増加させると加湿能力が向上する（図２）。ファンは２４必ずしも図の位置に設置する必要はなく、湿潤空気の通路上ならばどこに設置してもよい。
【００１５】
本発明の装置では、更に水分透過膜２１の近傍に添着活性炭を主材として成型されたハニカム構造体フィルタ２３を設置する。本発明の実施例としては、断面寸法４０ｍｍ×４６ｍｍ、長さ２４０ｍｍ、目開き３００セル／６４５．１６ｍｍ２の添着活性炭を主材として成型されたハニカム構造体フィルタを使用した。
【００１６】
添着活性炭とは、特定成分の吸着特性、すなわち選択性を高めるため、活性炭表面を化学的に改質、あるいは化学薬品を添着した活性炭であり、本実施例にはおいては燐酸を活性炭に添着させた。しかしながら、添着用の化学薬品は燐酸に限定されるものではなく、硝酸、マレイン酸等の酸性物質を用いる事ができる。更に、ハニカム構造体は添着活性炭を主材として成型されるものが好適であるが、ハニカム構造体の成型が可能であるならば、外気中に含まれるアンモニアなどの容易に陽イオン化される物質の除去剤を主材としてもよい。
【００１７】
図３に水分透過膜２１の加湿性能劣化傾向を示す。横軸は水分透過膜の外面に供給される湿潤空気の風速、縦軸は水分透過膜中を通過した被加湿ガスの相対湿度であり、初期値をゼロとした。ファン２４を用いて湿潤空気２５を強制的に水分透過膜２１の外面に供給することにより劣化が加速される。これは外気中に含まれるアンモアなどの容易に陽イオン化される物質が水分透過膜中のスルホン酸基に吸着し、水分透過膜２１の水分移動能力が低下するためであると推定される。
【００１８】
図４に、本発明の加湿装置のように添着活性炭を主材として成型されたハニカム構造体フィルタを装着した場合と、しない場合の水分透過膜２１の長期使用による劣化の比較例を示す。添着活性炭を主材として成型されたハニカム構造体フィルタ２３を装着しない場合は時間経過にともなって加湿能力が直線的に減少するのに対して、添着活性炭を主材として成型されたハニカム構造体フィルタ２３を装着した場合は、加湿能力がほぼ初期値を維持している。更に長時間経過においても、添着活性炭を主材として成型されたハニカム構造体フィルタ２３を用いない場合と比べて加湿能力の低下は緩やかである。
【００１９】
表１に添着活性炭を主材として成型されたハニカム構造体フィルタ２３と粒状吸着剤を用いた場合の圧力損失の比較を示す。ここで、フィルタ層高とは加湿装置運転開始から２年経過後、水分透過膜２１の劣化を防止するのに必要なフィルタの湿潤空気流れ方向長さの推定値である。
【００２０】
【表１】
2004020121.tif 000002
【００２１】
添着活性炭を主材として成型されたハニカム構造体フィルタ２３を使用することで、粒状吸着剤を使用した場合と比べフィルター部の圧力損失を小さくすることが可能である。圧力損失が小さい事から、湿潤空気２５の送風用のファン２４として小型ファンの採用が可能となり、ファンによる騒音を低下させることができる。また、添着活性炭を主材として成型されたハニカム構造体フィルタ２３は粒状吸着剤に比べ取扱いが容易であり、装置の組立及びメンテナンス時の交換における作業効率の向上を図ることが可能である。
【００２２】
フィルタを使用することによって水分透過膜２１の寿命を延ばすことが可能であり、添着活性炭を主材として成型されたハニカム構造体フィルタ２３を使用することによりファンの騒音低下および取扱いが容易である。従って、水分透過膜２１と添着活性炭を主材として成型されたハニカム構造体フィルタ２３を組合せることにより、要求仕様に応じた加湿装置をつくることが出来る。従って、本発明の加湿装置は、水の補充など定期的な手入れが不要で、連続的に十分な加湿度が得られる加湿ガスの供給装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加湿装置の好ましい実施態様例。
【図２】本発明の加湿装置で加湿される被加湿ガスの相対湿度と風量の関係。
【図３】水分透過膜長期使用による加湿性能の劣化を示す図。
【図４】本発明の加湿装置の加湿性能の経時変化を示す比較図。
【符号の説明】
１．医療用ガス発生手段
１１．吸着筒
１２．コンプレッサ
１３．原料空気用フィルタ
１４．切り替え弁
１５．逆止弁
１６．製品タンク
１７．調圧弁
１８．流量設定器
１９．製品フィルタ
２．水分透過膜を備えた加湿装置
２１．水分透過膜
２２．酸素流路
２３．添着活性炭を主材として成型されたハニカム構造体フィルタ
２４．ファン
２５．湿潤空気
３．湿潤空気通風路　（図示せず）
【図１】
2004020121.tif 000003
【図２】
2004020121.tif 000004
【図３】
2004020121.tif 000005
【図４】
2004020121.tif 000006