(57)【要約】【課題】水を直接使用することなく、メンテナンスフリーで、且つ、大気圧空気の相対湿度と同程度に加湿された医療用ガスを患者に供給することを可能にした加湿装置を提供する。【解決手段】ポリイミド又はポリエーテルイミドで成膜された中空糸状水分透過膜を備え呼吸用気体を加湿する装置であって、該中空糸状水分透過膜を内部に備え中空糸内を呼吸用気体を通過させると共に、該中空糸状水分透過膜を覆う少なくとも２つの開口部を備えた筐体部分を備え、該開口部の一方に空気送風手段、他方に空気排気口を備えた加湿器モジュールを構成することを特徴とする呼吸用気体加湿装置。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリイミド又はポリエーテルイミドで成膜された中空糸状水分透過膜を備え呼吸用気体を加湿する装置であって、該中空糸状水分透過膜を内部に備え中空糸内を呼吸用気体を通過させると共に、該中空糸状水分透過膜を覆う少なくとも２つの開口部を備えた筐体部分を備え、該開口部の一方に空気送風手段、他方に空気排気口を備えた加湿器モジュールを構成することを特徴とする呼吸用気体加湿装置。
【請求項２】
該呼吸用気体加湿装置が、呼吸用気体のガス発生手段と呼吸用気体を供給するガス供給手段との供給経路上に設けられたものであり、該空気送風手段が大気圧の空気を該加湿器モジュールに送風する手段であることを特徴とする請求項１記載の呼吸用気体加湿装置。
【請求項３】
該加湿器モジュールにおいて、呼吸用気体の流れ方向と空気の流れ方向が対向するように、該空気送風手段と該空気排気口を備えることを特徴とする請求項１、２記載の呼吸用気体加湿装置。
【請求項４】
該加湿器モジュールにおいて、呼吸用気体のガス流量に対する該空気送風手段の空気送風流量が１〜５０倍であることを特徴とする請求項１〜３記載の呼吸用気体加湿装置。
【請求項５】
該加湿器モジュールの下流側に呼吸用気体のガス湿度を測定する湿度測定手段を備え、該湿度測定手段の検知結果に基づいて、該空気送風手段の電圧又は電流を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜４記載の呼吸用気体加湿装置。
【請求項６】
該呼吸用気体のガス発生手段が、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２〜５記載の呼吸用気体加湿装置。
【請求項７】
ポリイミド又はポリエーテルイミドで成膜された中空糸状水分透過膜を備え気体を加湿する装置であって、該中空糸状水分透過膜を内部に備え中空糸内を加湿する気体を通過させると共に、該中空糸状水分透過膜を覆う少なくとも２つの開口部を備えた筐体部分を備え、該開口部の一方に空気送風手段、他方に空気排気口を備えた加湿器モジュールを構成することを特徴とする加湿装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用ガスなどの呼吸用気体を加湿するための加湿装置であり、特に、水を直接使用することなく、メンテナンスフリーで、且つ、大気圧空気の相対湿度と同程度に加湿された医療用ガスを患者に供給することを可能にした医療用ガス供給装置に用いることが可能な加湿装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
乾燥した医療用ガスを加湿するための加湿装置として、気泡形式の加湿装置や、蒸発式加湿装置（例えば、特許文献１参照）など、水を用いる加湿装置が広く利用されている。しかし、この方法では、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、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。
【０００３】
これらの不具合を解消する方法として、水分透過膜を利用し、乾燥した医療用ガスを加湿する膜式加湿装置を備えた医療用ガス濃縮装置（例えば、特許文献２又は特許文献３参照）が一般に知られている。しかし、この方法では、加圧された空気を利用するため、加湿度の制御が難しく、特に医療用ガスの流量が少ない場合には加湿が過剰になりドレンの発生を引き起こす問題がある。さらに複雑な配管系、流量制御、圧力制御を必要とするなど問題が多い。
【０００４】
これらの不具合を解消する方法として、水分透過膜が大気圧の空気に接触するように設置された加湿装置を内蔵した医療用ガス濃縮装置（例えば、特許文献４又は特許文献５参照）が知られている。しかし、この方法では、水分透過膜に接触する空気流量が少ないため、装置の設置されている室内の湿度などの環境条件によっては十分な加湿性能が得られない場合もある。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８５７００５号公報
【特許文献２】
特許第３１７３８１８号公報
【特許文献３】
特許第３１７８３０２号公報
【特許文献４】
特開２０００−２３７３１７号公報
【特許文献５】
特開２０００−２３７３１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述のような従来の加湿装置の抱える種々の欠点を解決し、水を直接使用することなく、メンテナンスフリーで、且つ、大気圧空気の相対湿度と同程度に加湿された医療用ガスを患者に供給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を提供するものである。
【０００７】
【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、ポリイミド又はポリエーテルイミドで成膜された中空糸状水分透過膜を備え呼吸用気体を加湿する装置であって、該中空糸状水分透過膜を内部に備え中空糸内を呼吸用気体を通過させると共に、該中空糸状水分透過膜を覆う少なくとも２つの開口部を備えた筐体部分を備え、該開口部の一方に空気送風手段、他方に空気排気口を備えた加湿器モジュールを構成することを特徴とする呼吸用気体加湿装置を提供するものである。
【０００８】
また本発明は、該呼吸用気体加湿装置が、呼吸用気体のガス発生手段と呼吸用気体を供給するガス供給手段との供給経路上に設けられたものであり、該空気送風手段が大気圧の空気を該加湿器モジュールに送風する手段であることを特徴とする呼吸用気体加湿装置を提供するものであり。特にかかる加湿器モジュールにおいて、呼吸用気体の流れ方向と空気の流れ方向が対向するように、該空気送風手段と該空気排気口を備えることを特徴とする呼吸用気体加湿装置を提供するものである。
【０００９】
また本発明は、該加湿器モジュールにおいて、呼吸用気体のガス流量に対する該空気送風手段の空気送風流量が１〜５０倍であることを特徴とし、該加湿器モジュールの下流側に呼吸用気体のガス湿度を測定する湿度測定手段を備え、該湿度測定手段の検知結果に基づいて、該空気送風手段の電圧又は電流を制御する制御手段を備えることを特徴とする呼吸用気体加湿装置を提供するものである。
【００１０】
また本発明は、かかる呼吸用気体のガス発生手段が、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呼吸用気体加湿装置を提供するものである。
【００１１】
更に本発明は、ポリイミド又はポリエーテルイミドで成膜された中空糸状水分透過膜を備え気体を加湿する装置であって、該中空糸状水分透過膜を内部に備え中空糸内を加湿する気体を通過させると共に、該中空糸状水分透過膜を覆う少なくとも２つの開口部を備えた筐体部分を備え、該開口部の一方に空気送風手段、他方に空気排気口を備えた加湿器モジュールを構成することを特徴とする加湿装置を提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の呼吸用気体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。本発明で使用する呼吸用気体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。
【００１３】
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。
【００１４】
図１、図２に示す実施例では、２筒式の吸着型医療用酸素濃縮器を用いた。圧縮空気供給手段２１に供給された空気は圧縮されて切り替え弁２２を通って吸着筒２３に入る。かかる吸着筒２３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２４を通り、製品タンク２５、調圧弁２６、流量制御手段２７、製品フィルタ２８を通して酸素濃縮器から患者側に供給される。
【００１５】
かかる酸素濃縮気体発生手段２より供給された、ほぼ絶乾状態（相対湿度０％）の酸素濃縮気体は、中空糸状の水分透過膜を備えた加湿装置１で加湿される。かかる加湿装置１は、水分透過膜１１、ファン１２、湿度測定手段１３、制御手段１４で構成され、水分透過膜１１は、乾燥した酸素濃縮気体と大気圧の空気中の水分との水分分圧差によりに水分を移動するものである。
【００１６】
今回の好適な実施例では、水分透過膜１１として、水蒸気と酸素の選択透過性の比が１５００、内径が５００μｍ、長さが１３０ｍｍである中空糸状のポリイミド膜を用いた。ポリイミド又はポリエーテルイミドで成膜された中空糸状水分透過膜については、水蒸気と酸素の選択透過性の比が１０以上、内径が１００μｍ以上１０００μｍ未満、長さが２００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
水蒸気と酸素の選択透過性の比が１０より小さいと、水分の移動量が少なく十分な加湿性能が得られない。中空糸状水分透過膜の内径が小さすぎると圧力損失が大きくなり、大きすぎると大気と接触する有効膜面積が減少する。中空糸状水分透過膜は長すぎると圧力損失が大きくなり、短すぎると大気と接触する有効面積が減少する。中空糸状水分透過膜は集束してモジュールへ充填し、さらにモジュール断面を円形にすることで圧力損失を小さくする構造が好ましい。
【００１８】
中空糸状水分透過膜の材質としては、官能基としてスルフォン酸基を有したフッ素系高分子膜よりも、ポリイミド膜又はポリエーテルイミド膜の方が、加湿性能の経時変化が小さい点で好ましい。特に、宇部興産（株）製のポリイミド膜又は黒田精工（株）製のポリエーテルイミド膜が好ましい。
【００１９】
官能基としてスルフォン酸基を有したフッ素系高分子膜とポリイミド膜の加湿性能の経時変化を比較したものを図３に示す。官能基としてスルフォン酸基を有したフッ素系高分子膜は４５０時間経過後約１２％加湿性能が低下するのに対し、ポリイミド膜は１７００時間経過後も加湿性能の低下は確認されない。
【００２０】
本発明の加湿装置においてファンの設置場所と加湿される酸素濃縮気体の相対湿度の関係を表１に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
乾燥した酸素濃縮気体の流れ方向とファンにより送風される空気の流れ方向が対向するようにファンを設置すると、順方向の場合に比べ約１０％程度加湿度を向上させることが可能である。
【００２３】
本発明の加湿装置で加湿される酸素濃縮気体の相対湿度と風量の関係を図４に示す。水分透過膜１１の外面にファン１２を用いて大気圧の空気を強制的に送風することによって空気と乾燥した酸素濃縮気体の水分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を向上させることが可能である。また、酸素濃縮気体の流量が３Ｌ／ｍｉｎの場合、ファンによる送風する空気流量は１乃至５倍の空気流量で加湿可能であり、略３倍の９Ｌ／ｍｉｎ程度でほぼ室内相対湿度と同程度まで酸素濃縮気体を加湿することが可能である。同様に酸素濃縮気体の流量が０．２５Ｌ／ｍｉｎ〜７．００Ｌ／ｍｉｎの場合についても、１乃至５倍の空気流量で希望の加湿度を得ることが可能である。
【００２４】
従って、酸素濃縮気体流量に対して、その３倍以上の空気流量を流せば、大気湿度の９０％以上の湿度を維持することが可能となる。上記実験は空気送風手段としてコンプレッサーを使用した実験結果であるが、空気送風手段として軸流ファンを使用する場合が多く、軸流ファンの場合、モジュール圧損の為、実流量を正確に測定、制御することは困難である。特注する場合はコスト増に繋がり、消費電力とのバランスを考慮した場合、空気送風量５０倍以下で使用するが好ましい。１倍以下では十分な加湿が得られない。
【００２５】
本発明の加湿装置で加湿される酸素濃縮気体の相対湿度と室内相対湿度の関係を図５に示す。この結果、装置の設置されている室内の湿度と同程度に加湿された酸素濃縮気体を供給することが可能である。
【００２６】
本発明の装置では、更に加湿装置の下流側にガスの湿度を測定する湿度測定手段１３、ファンの電圧又は電流を制御する制御手段１４を設置する。湿度測定手段１３の検知結果が、湿度設定値よりも低い場合、ファンの電圧又は電流を制御する制御手段１４を用いて、ファンの電圧又は電流を上げてファンによる供給風量を増大させ湿度設定値まで加湿が可能である。
【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１。
【図２】本発明の加湿装置の好ましい実施態様例２。
【図３】フッ素系高分子膜とポリイミド膜の加湿性能の経時変化比較。
【図４】本発明の加湿装置で加湿される医療用ガスの相対湿度と風量の関係。
【図５】本発明の加湿装置で加湿される医療用ガスの相対湿度と室内相対湿度の関係。
【符号の説明】
１．加湿装置
１１．水分透過膜
１２．ファン
１３．湿度測定手段
１４．制御手段
２．酸素濃縮気体発生手段
２１．圧縮空気発生手段
２２．切り替え弁
２３．吸着筒
２４．逆止弁
２５．製品タンク
２６．調圧弁
２７．流量制御手段
２８．製品フィルタ
３．排気口
４．防塵フィルタ
５．空気取入口
６．空気吸入口
７．防音筐体
８．冷却ファン
９．冷却空気流出口
【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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