(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中から酸素を分離し使用者に供給する呼吸用気体発生手段、及び該呼吸用気体発生手段を内部に備えた筐体を備えた呼吸用気体供給装置において、該筐体内の該呼吸用気体発生手段の周囲部に、空気から酸素を分離した後の高濃度窒素ガスを、部品の燃焼性を抑制する濃度で充填する窒素ガス充填手段を備え、筐体内に充満された高濃度窒素ガスは順次排出されるよう構成されたことを特徴とする呼吸用気体供給装置。
【請求項２】
空気中から酸素を分離し使用者に供給する呼吸用気体発生手段、及び該呼吸用気体発生手段を内部に備えた筐体を備えた呼吸用気体供給装置において、該筐体内に、該呼吸用気体発生手段、該呼吸用気体発生手段の電源、制御回路、原料空気供給手段の少なくとも１つを取り囲む内部筐体を更に備え、該内部筐体内に空気から酸素を分離した後の高濃度窒素ガスを充填する窒素ガス充填手段を備え、内部筐体内に充満された高濃度窒素ガスは順次排出されるよう構成されたことを特徴とする呼吸用気体供給装置。
【請求項３】
該呼吸用気体発生手段が、窒素を選択的に吸着しうる吸着剤を充填した吸着床に原料空気供給手段で圧縮空気を導入して加圧状態で窒素を吸着させることにより酸素濃縮気体を得る吸着工程と、吸着床の内圧を減少させて窒素を脱着させ吸着剤の再生を行なう脱着工程を交互に行なうことにより酸素を分離する圧力変動吸着型酸素発生手段であることを特徴とする、請求項１または２に記載の呼吸用気体供給装置。
【請求項４】
該呼吸用気体発生手段が、酸素イオン伝導性固体電解質膜を用い、該酸素イオン伝導性固体電解質の一方面上に空気を供給し、酸素を酸素イオンに還元し、酸素イオンを該酸素イオン伝導性固体電解質の他方面上に輸送し酸素に酸化することにより酸素を濃縮する手段であることを特徴とする、請求項１または２に記載の呼吸用気体供給装置。
【請求項５】
該窒素ガス充填手段が、８２％以上、９９％以下の窒素濃度のガスを充填する手段であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の呼吸用気体供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気中から酸素を分離濃縮し、使用者に供給する呼吸用気体供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、呼吸疾患患者に対して行なわれる酸素療法には、窒素に対して酸素の透過速度の速い酸素富化膜型、窒素を選択的に吸着する吸着剤を用いた吸着型酸素濃縮器あるいは酸素ボンベなどの呼吸用気体供給装置が用いられてきた。また、近年酸素イオン伝導性を有する固体電解質が開発され（特開平６−２１９８６１号公報、特表平７−５０４３５４号公報、特表平１０−５００４５０号公報等）、かかる固体電解質を介して電気化学的に酸素イオンを輸送し、酸素を濃縮発生させる呼吸用気体供給装置が考案されている（特開平６−１５０９４５号公報、特開平９−１３２４０２号公報、特開２０００−７０７０６号公報等）。
【０００３】
このような呼吸用気体供給装置は呼吸疾患患者が家庭で取り扱うことがあるため、装置の安全性を確保することが重要である。装置の制御に用いられる電源、制御用電気回路では誤動作による回路発熱、発火が懸念され、発火の場合、濃縮酸素の燃焼促進作用により火災の被害が深刻となる場合がある。更には、使用する部品材料によっては燃焼時に有毒な気体が発生する恐れがある。たとえばＡＢＳ樹脂を燃焼させると青酸ガスが発生する。また、電線被覆に用いられる塩化ビニール樹脂の燃焼では塩化水素やダイオキシンが発生する。
【０００４】
また、特に酸素イオン伝導性を有する固体電解質を用いる場合には、一般に５００℃以上の高温の環境下に固体電解質膜を置き、原料空気から酸素を分離する。通常このような高温環境に患者が直接接触できないように、装置は断熱材料で囲われている。しかしながらこの場合においても取り込まれた空気中のホコリ等の可燃性物質が５００℃環境下に混入し、発火する可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、事故等で発火の恐れが懸念される呼吸用気体供給装置において、発火性を抑制することで安全性を向上させることを目的とし、これにより安全性、信頼性の高い呼吸用気体供給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】
本発明は、空気中から酸素を分離し使用者に供給する呼吸用気体発生手段、及び該呼吸用気体発生手段を内部に備えた筐体を備えた呼吸用気体供給装置において、該筐体内の該呼吸用気体発生手段の周囲部に、空気から酸素を分離した後の高濃度窒素ガスを充填する窒素ガス充填手段を備えることと特徴とする呼吸用気体供給装置を提供するものである。
【０００７】
また本発明は、該筐体内に、該呼吸用気体発生手段、該呼吸用気体発生手段の電源、制御回路、原料空気供給手段の少なくとも１つを取り囲む内部筐体を更に備え、該窒素ガス充填手段が該内部筐体内に該高濃度窒素ガスを充填する手段であることを特徴とする呼吸用気体供給装置を提供するものである。
【０００８】
また本発明は、該呼吸用気体発生手段が、窒素を選択的に吸着しうる吸着剤を充填した吸着床に原料空気供給手段で圧縮空気を導入して加圧状態で窒素を吸着させることにより酸素濃縮気体を得る吸着工程と、吸着床の内圧を減少させて窒素を脱着させ吸着剤の再生を行なう脱着工程を交互に行なうことにより酸素を分離する圧力変動吸着型酸素発生手段、あるいは該呼吸用気体発生手段が、酸素イオン伝導性固体電解質膜を用い、該酸素イオン伝導性固体電解質の一方面上に空気を供給し、酸素を酸素イオンに還元し、酸素イオンを該酸素イオン伝導性固体電解質の他方面上に輸送し酸素に酸化することにより酸素を濃縮する手段であることを特徴とする呼吸用気体供給装置を提供するものである。
【０００９】
また本発明は、該窒素ガス充填手段が８２％以上、９９％以下の窒素濃度のガスを充填する手段であることを特徴とする呼吸用気体供給装置を提供するものである。
【００１０】
すなわち、本発明は呼吸用気体発生手段から排気される燃焼抑制効果の高い高窒素濃度の排気気体を活用し、少なくとも発火源となりやすい電源及び呼吸用気体発生手段を電気的に制御する電気回路及び、あるいは呼吸用気体発生手段周囲を高窒素濃度の排気気体で囲むことにより、事故等で発火の恐れのある状況下におかれても発火が発生し難くすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、呼吸用気体発生手段を内部に備えた筐体を備えた呼吸用気体供給装置において、該筐体内部、即ち知該呼吸用気体発生手段の周囲部に、空気から酸素を分離した後の高濃度窒素ガスを充填する窒素ガス充填手段を備えることと特徴とする呼吸用気体供給装置である。かかる窒素充填部分は、当然のことながら呼吸用気体発生手段への原料空気を供給する経路内は除かれる。
【００１２】
また該筐体内に、該呼吸用気体発生手段、該呼吸用気体発生手段の電源、制御回路、原料空気供給手段の少なくとも１つを取り囲む内部筐体を更に備え、該窒素ガス充填手段が該内部筐体内に該高濃度窒素ガスを充填することでも同様の効果を実現する。かかる内部筐体は、例えば呼吸用気体発生手段の場合は、それ全体を囲む筐体であることは必ずしも必要ではなく、熱源などその一部を囲む筐体を含むものである。
【００１３】
本発明の呼吸用気体供給装置の呼吸用気体発生手段は、窒素を選択的に吸着する吸着剤を用いた吸着型の酸素濃縮手段や、酸素イオン伝導性を有する固体電解質を用いた酸素濃縮手段など、特に呼吸用気体発生手段として電気的、機械的、熱的なエネルギーを必要とし、これらエネルギーが火災の発生につながる恐れのある物を含む。
【００１４】
ここでいう吸着型の酸素濃縮手段とは、窒素を選択的に吸着しうる吸着剤を充填した吸着床に空気圧縮手段で圧縮空気を導入して加圧状態で窒素を吸着させることにより酸素濃縮気体を得る吸着工程と、吸着床の内圧を減少させて窒素を脱着させ吸着剤の再生を行なう脱着工程を交互に行なうことにより酸素を濃縮する手段を用いた呼吸用気体発生手段である。
【００１５】
このような吸着剤としては窒素に対して選択的吸着性を有する結晶性ゼオライトモレキュラーシーブがある。このようなゼオライトにはカチオンとして金属元素を有するゼオライト、たとえばナトリウムゼオライトＸ、リチウムゼオライトＸなどがある。空気圧縮手段としてはコンプレッサー、ポンプなどが挙げられる。
【００１６】
また、ここでいう固体電解質型の酸素濃縮手段とは、酸素イオン伝導性固体電解質を用い、該酸素イオン伝導性固体電解質の一方面上に空気を供給し、酸素を酸素イオンに還元し、酸素イオンを該酸素イオン伝導性固体電解質の他方面上に輸送し酸素に酸化することにより酸素を濃縮する手段を用いた呼吸用気体発生手段である。このような固体電解質の組成としてはジルコニウム系複合酸化物、セリウム系複合酸化物、ハフニウム系複合酸化物、ビスマス系複合酸化物などの、組成中に金属元素が２種類以上含有される酸化物が用いられる。このような固体電解質は５００℃以上の温度において酸素イオン伝導性が顕著に発現する。
【００１７】
固体電解質の形状としては平板状、円筒状、容器状の、厚さ１ｍｍ以下の壁を有し、少なくとも空間を２つに分離できる形状である。この壁の両面に電極としてそれぞれ独立に電子伝導性を有する薄層を積層し、一方の電極積層壁面（これをＡ面とする）に空気などの酸素含有気体を供給しつつ、Ａ面側の電極電位が低くなるように両電極間に電位差を与えることにより、Ａ面側で選択的に酸素分子が酸素イオンに還元され、この酸素イオンが固体電解質相を伝導し、他方の電極積層壁面（これをＢ面とする）に到達する。Ｂ面では酸素イオンが酸化され酸素分子に戻ることにより、Ｂ面側の空間には酸素気体のみが選択的に濃縮されていく。
【００１８】
通常このような呼吸用気体発生手段は防音、危険個所接触防止、外観上の目的で筐体（外装箱）中に収容されている。このような外装箱には呼吸用気体発生手段とともに、電源、制御電気回路、制御機器、配管等がいっしょに収容されている。
【００１９】
電源、制御電気回路等、電気的に動作を行なう部品については、誤動作、短絡などにより加熱し、発火する恐れがあるため、その様な個所について最低限発火を抑制する環境に置くことが好ましい。本発明においては空気から酸素を濃縮し利用するときに排出される高窒素濃度の排気気体が、制御電気回路の基板に用いられるプラスチック、外装箱材料として使用される木材等の呼吸用気体供給装置を構成する部品の燃焼性を抑制する効果があることに着目し、これを電源、制御電気回路等、電気的に動作を行なう部品を取り囲む環境に用いるというものである。
【００２０】
電源には商用電源からの実行電圧を変換する電源トランスや、直流電圧を用いる場合には交流／直流変換器、あるいは電池などを含める。
ここで高濃度窒素とは窒素濃度が８２％以上９９％以下のことである。通常空気中の窒素濃度は７９％程度である。そのため、８２％よりも低い窒素濃度では空気環境と顕著に変わることが無く、部品の燃焼性を抑制する効果が少ない。一方、通常空気中には窒素、酸素以外にヘリウムが１％程度含まれており、例え空気中の酸素をすべて取り出し、濃縮酸素として活用できたとしても、排気気体の窒素濃度としては９９％以下である。より燃焼性抑制効果が顕著となる窒素濃度の範囲は９０％以上９９％以下である。
【００２１】
圧力変動吸着型酸素濃縮装置の脱着工程の排気中の窒素濃度は８２〜８８％程度を示し、かかるガス全量を窒素充填に使用することも可能であるが、更に高濃度の窒素濃度を必要とする場合には脱着工程初期に出る９０％以上の高濃度窒素ガスを含む排気部分をスライスして窒素充填に使用することも可能である。
【００２２】
ここで燃焼性の評価はＪＩＳ規格のＫ７２０１「酸素指数法による高分子材料の燃焼試験方法」に従って、各種窒素濃度の環境下で呼吸用気体供給装置を構成する各種部品材料の燃焼性を試験することができる。
【００２３】
このような高濃度窒素の温度について、患者が外装箱外側に触れる可能性があること、冷却が必要な電源、制御電気回路を高温の雰囲気下に置くと危険である点から、特に固体電解質型酸素濃縮手段を呼吸用気体供給手段として用い、この呼吸用気体供給手段を取り囲む空間に供給する場合以外は熱交換器を設け、窒素ガスの温度として０℃から５０℃の範囲のガスを充填するのが好ましい。
【００２４】
０℃以下においては空気中に含まれる水分の凍結の問題が発生する可能性がある上、通常呼吸用気体供給装置には水を用いた加湿器を通して呼吸用気体が患者に供給されるため、加湿器が凍結することがある。一方５０℃より高い場合では患者が呼吸用気体供給装置に長時間接触している場合、やけどを起こす可能性があり、好ましくない。
【００２５】
このような高濃度窒素気体による、発火危険性を抑制する効果は、吸着型の酸素濃縮手段、あるいは固体電解質型の酸素濃縮手段を用いた気体発生手段を使用した呼吸用気体供給装置で特に発現する。
【００２６】
【実施例】
以下に、本発明の呼吸用気体供給装置の好適な具体的実施例について、必要に応じて図面を用いながら説明する。
【００２７】
図1は本発明において呼吸用気体発生手段として吸着型酸素濃縮手段を用い、外装箱内全体を高窒素濃度の排気気体で充満したときの例を簡略図で示す。酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤としてゼオライト系吸着剤１０を充填した吸着筒１に、冷却ブロワー６で冷却されている空気圧縮手段であるコンプレッサー４により、大気中から空気が加圧供給され、未吸着の酸素を取出し、サージタンク２に貯留後、オリフィスタイプの流量設定器３により酸素供給量を設定し、加湿器７で加湿された後、患者に鼻カニューラ１４を介して酸素が濃縮された呼吸用気体が供給される。吸気、排気は空気圧縮手段であるコンプレッサー４と吸着筒１の間に設けられた５方電磁弁５を切り替えることにより行われる。５方向電磁弁などの吸気、排気の周期は制御電気回路１２で制御される。この制御電気回路やコンプレッサーなどは電源１１から電気が供給される。脱着工程においては、吸着剤１０に吸着した窒素を空気圧縮手段であるコンプレッサー４、排気導管部８を経由して、高窒素濃度の排気気体として排出される。この排気気体は外装箱１３中に充満され、次いで外装箱排気口１５から外装箱外部に排出される。
【００２８】
図２は本発明において呼吸用気体発生手段として吸着型酸素濃縮手段を用い、電源、制御電気回路を内装箱に収め、この内装箱内全体を高窒素濃度の排気気体で充満したときの例を簡略図で示す。吸気、排気工程は図１と同様である。高窒素濃度の排気気体は排気導管部８により、電源１１、制御電気回路１２を収めた内装箱１６に導かれる。この排気気体は内装箱１６中に充満され、次いで内装箱排気口１７、外装箱排気口１５から外装箱外部に排出される。
【００２９】
図３は本発明において呼吸用気体発生手段として吸着型酸素濃縮手段を用い、吸着筒を内装箱に収め、この内装箱内全体を高窒素濃度の排気気体で充満したときの例を簡略図で示す。吸気、排気工程は図１と同様である。高窒素濃度の排気気体は排気導管部８により吸着筒１を収めた内装箱１６に導かれる。この排気気体は内装箱１６中に充満され、次いで内装箱排気口１７、外装箱排気口１５から外装箱外部に排出される。
【００３０】
図４は本発明において呼吸用気体発生手段として吸着型酸素濃縮手段を用い、空気圧縮手段であるコンプレッサーを内装箱に収め、この内装箱内全体を高窒素濃度の排気気体で充満したときの例を簡略図で示す。吸気、排気工程は図１と同様である。高窒素濃度の排気気体は排気導管部８により、空気圧縮手段であるコンプレッサー４を収めた内装箱１６に導かれる。この排気気体は内装箱１６中に充満され、次いで内装箱排気口１７、外装箱排気口１５から外装箱外部に排出される。
【００３１】
図５は本発明において呼吸用気体発生手段として吸着型酸素濃縮手段を用い、電源、制御電気回路を1つの内装箱に空気圧縮手段であるコンプレッサーをもう1つの内装箱に収め、これら内装箱内全体を高窒素濃度の排気気体で充満したときの例を簡略図で示す。吸気、排気工程は図１と同様である。高窒素濃度の排気気体は排気導管部８により、まず電源１１、制御電気回路１２を収めた内装箱１６に導かれる。この排気気体はまず内装箱１６中に充満され、次いで内装箱排気口から空気圧縮手段であるコンプレッサー４を収めた内装箱１８に、冷却ブロワー６を通して導かれる。この排気気体は内装箱１８中に充満され、次いで内装箱排気口１９、外装箱排気口１５から外装箱外部に排出される。
【００３２】
図６は本発明において呼吸用気体発生手段として固体電解質型酸素濃縮手段を用い、固体電解質素子および加熱源を断熱性内装箱に収め、この断熱性内装箱内全体を高窒素濃度の排気気体で充満したときの例を簡略図で示す。加熱源２６により加熱された固体電解質素子２１に送風ファン２４により、大気中から空気が供給され、酸素イオン伝導性固体電解質容器２１から発生した酸素を取出し、サージタンク２２に貯留後、オリフィスタイプの流量設定器２３により酸素供給量を設定し、加湿器２５で加湿された後、患者に鼻カニューラ３０を介して酸素が濃縮された呼吸用気体が供給される。加熱源２６、固体電解質素子２１などへの電力供給は制御電気回路２８で制御される。この制御電気回路や送風ファンなどは電源２７から電気が供給される。固体電解質素子２１で発生した高窒素濃度の排気気体は、固体電解質素子２１および加熱源２６を収めた断熱性内装箱３２中に充満され、次いで断熱性内装箱排気口３３、外装箱排気口３１から外装箱外部に排出される。
【００３３】
図７は本発明において呼吸用気体発生手段として吸着型酸素濃縮手段を用い、固体電解質素子および加熱源を断熱性内装箱に、電源、制御電気回路をもう1つの内装箱に収め、これら内装箱内全体を高窒素濃度の排気気体で充満したときの例を簡略図で示す。酸素濃縮工程は図６と同様である。高窒素濃度の排気気体は、固体電解質素子２１および加熱源２６を収めた断熱性内装箱３２中に充満され、次いで断熱性内装箱排気口３３から電源、制御電気回路を収めた内装箱１８に、冷却ブロワー６を通して導かれる。この排気気体は内装箱１８中に充満され、次いで内装箱排気口１９、外装箱排気口１５から外装箱外部に排出される。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により、呼吸用気体供給装置について、電源、制御用電気回路では誤動作による回路発熱、発火の抑制、更には、使用する部品材料の燃焼によって発生の可能性がある有毒な気体の発生を抑制することができる。また、高温環境下で作動する固体電解質型酸素濃縮器での高温環境中での可燃物の発火の抑制ができる。これにより、特に呼吸疾患患者が家庭等で直接取り扱う場合の安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の呼吸用気体供給装置である吸着型酸素濃縮器における、外装箱内部の高濃度窒素排気気体による充満の例。
【図２】本発明の呼吸用気体供給装置である吸着型酸素濃縮器における、電源、制御電気回路を収めた内装箱内部の高濃度窒素排気気体による充満の例。
【図３】本発明の呼吸用気体供給装置である吸着型酸素濃縮器における、呼吸用気体発生手段を収めた内装箱内部の高濃度窒素排気気体による充満の例。
【図４】本発明の呼吸用気体供給装置である吸着型酸素濃縮器における、空気圧縮手段を収めた内装箱内部の高濃度窒素排気気体による充満の例。
【図５】本発明の呼吸用気体供給装置である吸着型酸素濃縮器における、電源、制御電気回路を収めた内装箱内部および空気圧縮手段を収めた内装箱内部の高濃度窒素排気気体による充満の例。
【図６】本発明の呼吸用気体供給装置である固体電解質型酸素濃縮器における、呼吸用気体発生手段を収めた内装箱内部の高濃度窒素排気気体による充満の例。
【図７】本発明の呼吸用気体供給装置である固体電解質型酸素濃縮器における、呼吸用気体発生手段を収めた内装箱内部および電源、制御電気回路を収めた内装箱内部の高濃度窒素排気気体による充満の例。
【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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