(57)【要約】携帯式の吸入用空気供給装置において、その装置を小型化して非常に少ない流量の大気中の空気を処理するようにしても、十分な量の酸素富化空気を発生することの出来る装置を提供する。本発明に夜携帯式の吸入用空気供給装置は、膜式分離モジュール（４）を使って、大気中の空気から酸素が富化された空気を提供する。この場合の酸素が富化された空気は、使用者（１６）が息を吐くときに貯溜部（８）の中に溜められる。節約弁（１２）が、使用者（１６）の口や鼻のところまで伸びる管（１３）の中に設置されており、この管（１３）の中のセンサー（１４）が吸気の開始時を感知してこの節約弁（１２）を始動させて所定の間開くようにする。送風機（２）が大気中の空気吸入パイプ（３）を介して膜モジュール（４）に吹き込んで、真空ポンプ（６）が透過側（２４）を負圧にして貯溜部（８）に酸素富化空気を入れるようになっている。この装置は、小型にして、手持用のケースの中に入るようにしたり、使用者の背中に紐で括り付けたりすることが可能であり、更に、バッテリ（３０、３２）で作動させることができる。この装置により、使用者はほとんど何の不自由もなく、酸素の最初の供給源から離れて長い時間動き回ることが可能となる。
2004500137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール内に膜の一方の側に残留分室と前記膜の反対側に透過分室とを画成する酸素気体選択透過性膜を含む膜分離モジュールと、
前記残留分室と流体的に連通する排気ポートを有する大気取込みファンと、
吸込ポート及び吐出ポートを有する真空ポンプであって、前記吸込ポートは前記透過分室と流体的に連通していることを特徴とする真空ポンプと、
動物に酸素富化空気を供給する呼吸用ノズル手段と、
前記気体貯溜手段から前記呼吸用ノズル手段まで延びる気体移送管
とを含むことを特徴とする酸素富化空気供給装置。
【請求項２】
前記酸素富化空気供給装置が、前記吐出ポートから受け取った酸素富化空気を貯蔵するための気体貯溜手段を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項３】
気体移送管の中にあって、前記呼吸用ノズル手段の上流側に位置する節約バルブと、
動物による吸入の開始を検知するための検出手段であって、気体移送管の中にあって、前記節約バルブの下流側に位置する検出手段と、
動物による吸入の開始後、予め選定された時間だけ前記節約バルブを開けるように操作するための制御手段を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項４】
前記排気ポートと前記節約バルブとの間の装置に過大な圧力が掛からないように保護するように適合された圧力安全弁を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項５】
前記気体貯溜手段が、弾性的に変形することが可能な空気袋、ダイヤフラム、堅い壁を有する定量容器、及びベローズの中から選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項６】
携帯式酸素富化空気供給装置を作動させるために、標準規格の外部電源または外部直流電源からの電力を供給するための電源接続手段を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項７】
前記酸素富化空気供給装置を携帯式で作動させるための電力の供給が可能なバッテリであって、少なくとも１個の入れ替え可能または充電可能なバッテリを更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項８】
前記気体貯溜手段が堅い壁を有する定量容器を含むことを特徴とする請求項５に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項９】
前記気体貯溜手段が可変容量容器を含むことを特徴とする請求項５に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１０】
前記可変容量容器が弾性的に変形することが可能な空気袋を含むことを特徴とする請求項９に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１１】
前記可変容量容器がダイヤフラムを含むことを特徴とする請求項９に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１２】
前記可変容量容器がベローズを含むことを特徴とする請求項９に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１３】
前記膜分離モジュール、前記大気取込みファン、前記真空ポンプ、前記気体貯溜手段及び前記バッテリが、前記酸素富化空気供給装置が作動中に人間が運べるように１個のケースの中に組み込まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１４】
前記ケースは前記真空ポンプが配置されている空冷された室を含む主室を画成し、内部の前記空冷された室は、前記空冷された室を隔離する内部仕切板により画成され、前記仕切板は前記真空ポンプと前記仕切板との間に狭い空気ギャップを維持しながら前記真空ポンプの形状に密接に一致するような形状となっており、前記空冷された室は前記携帯ケースを通り外気へ通じる空気排気ポートを含むことを特徴とする請求項１３に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１５】
前記膜分離モジュールの前記残留分室が前記携帯ケースの前記主室と流体的に連通する出口ポートを含み、それにより残留分室からの空気流（以下、残留分気流）が前記主室に排出され、前記仕切板ポートを通過して前記空冷された室の中に入り、前記空気排気ポートを経て大気に排出することができることを特徴とする請求項１４に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１６】
前記膜分離モジュールは、内側面と外側面とを画成する両端開口の複数の微多孔製中空繊維を含み、前記面のうち少なくとも１面の全面がパーフルオロ−２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ−２，２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−１，３−ｄｉｏｘｏｌｅ）の無定形共重合体により形成された連続層であって、前記無定形共重合体のガラス転移温度以下の温度において少なくとも１００バレル（ｂａｒｒｅｒｓ）の酸素透過性を有する連続層で塗膜されており、前記中空繊維がケーシングの中で略平行に配列された２本の管状シートの間で延在していることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１７】
酸素富化空気供給装置を使用して動物に呼吸用空気を供給するプロセスであって、前記装置は、
膜分離モジュール内に膜の一方の側の残留分室と前記膜の反対側の透過分室とを画成する酸素ガス選択透過性膜を有する膜分離モジュールと、
前記残留分室と流体的に連通する排気ポートを有する大気取込みファンと、
吸込ポート、及び吐出ポートを有する真空ポンプであって、前記吸込ポートが前記透過分室と流体的に連通していることを特徴とする真空ポンプと、
前記吐出ポートから受け取った酸素富化空気を貯蔵するための気体貯溜部と、　前記動物に酸素富化空気を供給する呼吸用ノズル手段と、
前記貯溜部から前記呼吸用ノズル手段まで延びる気体移送管とを有することを特徴とし、
前記プロセスは、大気を大気取込みファンの排気ポートから前記残留分室の中に吹き込み、酸素富化空気を前記真空ポンプにより前記透過分室から吸い出して、前記真空ポンプの吐出ポートから気体移送管及び呼吸用ノズルを通して前記動物に移送することを特徴とするプロセス。
【請求項１８】
前記酸素富化空気供給装置が、前記吐出ポートから受け取った酸素富化空気を貯蔵する気体貯溜手段を更に含み、前記プロセスが前記真空ポンプからの酸素富化空気を在庫として気体貯溜手段に蓄積し、前記在庫から酸素富化空気を引き出して、前記動物に移送するステップを更に含むことを特徴とする請求項１７に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記酸素富化空気供給装置は、前記気体移送管の中にあって前記呼吸ノズル手段の上流側に節約バルブを更に含み、前記プロセスは、使用者による吸入の開始を検出し、前記動物による吸入の開始後、予め選定された時間だけ前記動物に酸素富化空気を移送するように、前記節約バルブが開くように作動することを更に含むことを特徴とする請求項１７又は１８に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記酸素富化空気供給装置は、更に、前記真空ポンプが配置される空冷された室を含む主室を画成するケースを含み、内部の前記空冷された室は前記主室から前記空冷された室を隔離する内部仕切板により画成され、前記仕切板は、前記真空ポンプと前記仕切板との間に狭い空気ギャップを維持しながら前記真空ポンプの形状に密接に一致するような形状となっており、前記空冷された室は、前記携帯ケースを通り外気へ通じる空気排気ポートを含み、
前記膜分離モジュールの前記残留分室は前記ケースの前記主室と流体的に連通する出口ポートを含み、前記プロセスは、更に、空気が前記出口ポートから前記主室の中に流れるようにし、前記空気を前記仕切板ポートを通過させて前記空冷された室の中へ入れ、それによって前記真空ポンプを冷却し、前記空気を前記空気排気ポートを通して外気へ排気することを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記酸素富化空気供給装置が、少なくとも１個の入れ替え可能な、もしくは、充電可能なバッテリを更に含み、前記プロセスが前記酸素富化空気供給装置がバッテリ電電を用いて人に呼吸用空気を供給しながら人により運搬されるステップを更に含むことを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記運搬工程が、前記携帯用装置を人間の体に装着して持ち運ぶことを含むことを特徴とする請求項２１記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する分野
本発明は、酸素富化空気発生用装置に関する。更に詳細には、大気から吸引可能な酸素富化空気を製造するための選択的透過性の中空繊維膜を使用する軽量でコンパクトな携帯型装置に関する。
【０００２】
発明の背景及び要約
慢性的閉塞性呼吸器系の病気や肺気腫のようなある種の慢性的な呼吸障害の治療に酸素富化空気の吸入が処方されることがある。一般にそのような治療のために酸素富化空気を発生させるための通常の方法は、例えば、電気分解、または、圧力変動吸収で化学的に酸素を製造するか、極低温で酸素を精製したりするような固定装置を採用することである。固定装置を使った酸素富化空気源は、多くの患者に適していないが、それは、使用者の歩き回れる範囲が酸素の富化された空気の供給源のすぐ近くに制限されてしまうからである。
【０００３】
固定装置による空気源で製造された酸素は、タンク（貯溜部）に蓄えられ、患者がそれを運搬して、製造源から離れた場所で消費される。しかしながら、酸素は、貯蔵容量を最大限にするために、加圧された状態で通常蓄えられている。圧縮された気体を保存することが可能な貯蔵タンクは通常大きくて重い。呼吸困難を患っている患者は、大抵虚弱で、一般に圧縮酸素の入った重い貯溜タンクを容易に扱うことができない。更に、タンク容量のために、酸素富化空気の最初供給源からせいぜい２〜３時間離れたところまでの使用に制限されてしまう。
【０００４】
膜分離技術は、酸素富化空気を携帯式方法で生成するのに有望に思われる。酸素選択性透過性膜と接触した大気中の酸素は、優先的に膜を透過し、酸素が富化された透過分と酸素が失われて窒素が増加した残留分とを形成する。しかしながら、従来の酸素富化空気供給装置は、小型装置で呼吸用の酸素富化空気を充分に提供するためには、空気流量が不適な膜素材を使用している。同じく、装置が適切に機能できるように、送風機（以下、ファン）やバルブのような付属装置が活用されている。
【０００５】
膜分離技術の進歩にもかかわらず、コンパクトで軽量で空気流量も効果的で、しかも完全に移動させることができて携帯型の酸素富化空気発生装置はなかった。
【０００６】
米国特許第４，６３２，６７７号には、高湿度の酸素を富化する装置が記載されており、この場合には、膜でできたセルが並んでおり、それぞれのセルは酸素・水蒸気を窒素より早い流量で選択的にセルでできた室に透過させるようになっている。これらの膜は、例えば、シリコーンゴム、ポリメチルペンテン（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｐｅｎｔｅｎｅ）、シリコーン−ポリカーボネート（ｓｉｌｉｃｏｎｅ−ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）共重合体、及び、ポリフェニレン（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ）エーテルからできている。図には装置を動き回らせるのに車輪を活用することが示されている。この装置は、ケーブルによって接続された外部電源も使用するので、携帯型ではない。これらを見ると、この酸素富化装置の容積や重量がかなりあることが判る。
【０００７】
パーフルオロ−２，２−ジメチル−１，３−ジオクソール（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ−２，２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−１，３−ｄｉｏｘｏｌｅ）（ＰＤＤ）のある種の無定型共重合体は、大きな流量（流束）で空気を分離して酸素富化空気を生成するのに適当であることが最近判った。そのような膜は、米国特許第５，０５１，１１４に開示されており、参照によりその全体がここに一体のものとされている。
【０００８】
中空繊維のような非常に高い表面対容積の比率を有する微多孔性の基板にＰＤＤ共重合体の非常に薄いコーティングを持つ膜を作りあげる能力が最近開発された。今回、ＰＤＤ共重合体が多層式に薄く塗布された中空繊維膜を持つ膜モジュールが、酸素富化空気供給用の真に携帯式の装置を作製するのに使用できることが見出された。酸素流量が大きいために、モジュールを小型化して非常に少ない流量の大気中の空気を処理するようにしても充分な量の酸素富化空気を発生できる。従って、ファン、ポンプ、管、バルブ及びバッテリのような付属部品は比例して小さく、そのため、多くの虚弱または病弱患者でも運べるくらい軽量で小型の携帯式装置となる。
【０００９】
従って、ここに提供するのは、酸素富化空気供給装置であって、
モジュール内に膜の一方の側に残留分室と膜の反対側に透過分室とを画成する酸素ガス選択透過性膜を含む膜分離モジュールと、
残留分室と流体的に連通する排気ポート付き大気取込みファンと、
吸込ポート、及び吐出ポートをもつ真空ポンプであって、前記吸込ポートが透過分室と流体的に連通していることを特徴とする真空ポンプと、
吐出ポートから受け取った酸素富化空気を貯蔵する気体貯溜手段と、
動物に酸素富化空気を供給する呼吸用ノズル手段と、
貯溜手段から呼吸用ノズル手段まで延びる気体移送管と、
携帯型酸素富化空気供給装置の作動用電力を供給する電力供給手段とを含むことを特徴とする酸素富化空気供給装置である。
【００１０】
更に、ここに提供されるプロセスは、酸素富化空気を製造する装置を用いる工程からなるプロセスであって、該装置が、
モジュール内に膜の一方の側に残留分室と膜の反対側に透過分室とを画成する酸素ガス選択透過性膜を含む膜分離モジュールと、
残留分室と流体的に連通する排気ポート付き大気取込みファンと、
吸込ポート、及び吐出ポートをもつ真空ポンプであって、前記吸込ポートが透過分室と流体的に連通していることを特徴とする真空ポンプと、
吐出ポートから受け取った酸素富化空気を貯蔵する気体貯溜手段と、
動物に酸素富化空気を供給する呼吸用ノズル手段と、
貯溜手段から呼吸用ノズル手段まで延びる気体移送管と、
携帯型酸素富化空気供給装置の作動用電力を供給する電力供給手段とを含むことを特徴とするプロセスである。
【００１１】
本発明は更に酸素富化空気供給装置を提供するものであり、該装置は、
モジュール内に膜の一方の側に残留分室と膜の反対側に透過分室とを画成する酸素ガス選択透過性膜を含む膜分離モジュールと、
残留分室と流体的に連通する排気ポート付き大気取込みファンと、
吸込ポート、及び吐出ポートをもつ真空ポンプであって、前記吸込ポートが透過分室と流体的に連通していることを特徴とする真空ポンプと、
動物に酸素富化空気を供給する呼吸用ノズル手段と、
貯溜手段から呼吸用ノズル手段まで延びる気体移送管と、
気体移送管の中にある節約バルブと、
動物による吸入の開始を検知するために、気体移送管の中であって節約バルブの下流に位置する検出手段と、
動物による吸入の開始後、予め選定された時間だけ節約バルブが開くように操作するための制御手段とを含むことを特徴とする酸素富化空気供給装置である。
【 ００１２】
詳細な説明
この発明の特徴は、酸素富化空気供給用の新規な携帯型の装置の一形態を概略的に図解する図１Ａを参照することにより更に理解し易くなる。この装置は、供給管１に引き入れられた大気を、絶え間なく、送入管（以下、フィード管）３経由で膜モジュール４の残留分用のチャンバー（以下、残留分室）２２に供給するための送風機２を含む。このモジュールは、透過分用のチャンバー（以下、透過分室）２４から残留分室を分離する膜であって、気体を選択的に透過させる性質を有する（以下、選択的気体透過性）膜２６を含む。選択的気体透過性の膜は、選択的に酸素を透過させることができ、それにより透過分室の中に酸素が富化された空気を生成し、残留分室の中には酸素が減少した空気を残す能力を有するものと規定される。供給管１から進入する大気が、窒素富化された空気を、排気口（以下、排気ポート）５を経て絶えず排出する。真空ポンプ６は、酸素富化空気の流量を増大するように、透過分室２４を絶えず負圧状態にする。真空ポンプは酸素富化空気を貯溜部（以下、貯溜タンク）８の中へ排気する。
【００１３】
貯溜タンクは、タンク出口管１１と吸引管１３を通して患者１６に酸素富化空気を放出する以前に、酸素富化空気を蓄積する。タンク出口管１１は、必要なら、出口管の圧力が予め選択された圧力を越えると管９を経て大気に逃がすようセットした圧力安全弁１０を含めてもよい。図１Ｂは、真空ポンプ６’、タンク出口ライン１１’、及び、圧力安全弁１０’を使用したときの貯溜タンク８’が別の方法で適した箇所に配置されているところを示す。圧力安全弁への入口は、通常貯溜タンクとは緊密に連係が取られており、ある実施形態では、貯溜タンクと流体的に直接連係が取られている。安全弁の主な目的は、例えば管がよじれることによって管１１及び１３を通じての使用者への酸素富化空気の流れが封鎖された状態になり貯溜タンクが破壊して開口することから保護することにある。
【００１４】
タンク出口管１１は、管１３を通して使用者１６用の呼吸用ノズル（図示せず）へ排出する節約バルブ１２の入口に連結している。節約バルブは、通常閉じられており、吸入の間、酸素富化空気が呼吸用ノズルに入れるように開けられる。好ましい実施形態において、節約バルブは、それぞれの呼吸サイクルの吸気の間、予め選択された時間だけ開けられる。管１３中にあるセンサ１４は、吸気の開始時、節約バルブ制御装置に接続系１５経由で信号を送信する。吸入の開始は、呼吸管中の減圧パルスの発生により検出されることが好ましい。
【００１５】
ある観点では、節約バルブは、吸入の開始から始まって一定の期間開けられたままの状態を維持するようにセットされる。この一定期間は、特定使用者の呼吸サイクルにおける呼吸頻度（すなわち１分間当たりの呼吸回数）と使用者本人の呼吸サイクルにおける吸気分と吐気分の相対的な長さに依存する。通常、人は１分間当たり約１５〜２０回呼吸し、通常の吸気時間は約２秒である。このような人には節約バルブの開き時間は１．２５秒間であることが好ましいが、これは、使用者の呼吸頻度が平均以上に増加したときにも余分な量の酸素富化空気が失われることを回避するためである。
【００１６】
前記貯溜タンク及び節約バルブを使用するのが有利であるのは、いくつかの理由がある。第一に、貯溜タンクは使用者への酸素富化空気の流れを減衰・制動する。使用者は、直接真空ポンプから供給された空気はポンプによって造られた脈動により鼻にあまりにも強く吹きつけられるため不快であると見做す傾向がある。第二に、該貯溜タンクは、さもなければ、息を吐いている間（以下、吐気の間）に無駄に放出されてしまうはずの酸素富化空気を蓄積する。吐気の間に生成された酸素富化空気を溜めることにより、該蓄積機能は、使用者により吸い取られた分の容積の空気を供給するのに必要な膜モジュールのサイズを減少させる。サイズが減少することで、モジュールを更に小さく、邪魔にならないようにできるだけでなく、装置全体の重量をが減少させることもできる。これにより、装置は更に運搬が容易になる。また、装置全体が約１５ｋｇ未満となることが好ましく、約９ｋｇ未満となることは更に好ましく、最も好ましいのは約６ｋｇ未満となることである。
【００１７】
前記の本発明の好ましい実施形態は、気体貯溜タンクと、関連センサ及び節約バルブ制御装置付き節約バルブを含む。異なる実施形態においては、これらの構成要素のうち貯溜タンクのみが存在する。すなわち、真空ポンプは、酸素が富化された空気を気体貯溜タンクに絶え間なく供給し、貯溜タンクによって脈動が減衰された酸素富化空気の連続的な流れは、貯溜タンクから使用者へと渡る。本発明の予定する更に異なる実施形態においては、前記２つの構成要素のうち、センサ及び制御装置付き節約バルブのみが存在する。通常、貯溜タンクは大きく容積を占有するので、この貯溜タンクなしの実施形態は、装置の容積を小さく制限する必要のある用途において特に有益である。この実施形態において、真空ポンプは、節約バルブの入口に酸素の富化された空気を絶え間なく供給し、そして呼吸サイクルの１回分の富化空気を使用者に渡す。圧力安全弁は、を節約バルブの閉口時に高圧になるまで蓄積されるポンプ吐出空気が排気されるから、節約バルブの上流側で用いられることが好ましい。
【００１８】
異なる実施形態において、該センサは、真空ポンプを吸入周期の予め選択された部分の間のみ作動させるために使用することができ、例えば、吸入開始後１．２５秒間である。このようにして、圧力が呼吸サイクルの残りの間に上昇することはない。従って、節約バルブ及び安全弁は除去することができる。
【００１９】
前記装置は、電気部材、すなわち送風機、真空ポンプと節約バルブを作動させる電力源手段を含む。電源は、回路構成３１及び３３によりこれら部材と接続された直流バッテリ３０及び３２よりなることが好ましい。そのようなバッテリによって、装置は形態モードで作動、すなわち固定電源へ優先接続されることなく作動することが可能になる。ここでは、用語「バッテリ」及び「バッテリーズ」は、単一及び複合電力貯蔵装置の両方を包含するように使われている。ヒューズ、接地配線、スイッチは図示しない。真空ポンプは、大部分の電力を通常消費し、作動させるためには２個以上のバッテリが必要となる可能性がある。バッテリの重量は、本装置の実用性にとって重要である。一般に、バッテリの容量はバッテリ重量と比例する。従って、バッテリが軽すぎる場合には、妥当な時間装置を作動させるのに十分な出力が得られない可能性がある。しかし、バッテリが重すぎる場合には、全ユニットは虚弱な人が長距離または長時間運搬するのには扱いにくくなる。本発明で使用されるバッテリは、１回使用、使い捨て型のセルでもよいが、使用、充可能なバッテリが好ましい。乾電池、ニッケル‐カドミウム、ニッケル‐金属ハイドライド、または、リチウムイオンバッテリのような多くのタイプのバッテリを使用することができる。
【００２０】
必要があれば、搭載（内臓）する充電可能なバッテリを交流電源と接続するのに適応した充電部材を装置に含めてもよい。これにより、使用によりバッテリ容量が減少した際、バッテリを交換することなくそのままの位置で充電することができる。この新規な酸素富化空気供給装置はコンパクトであるため、携帯モードでの使用には非常に有利であるが、装置が、例えば標準規格の交流電源や外部直流電源といった固定電源からの電力を用いて使用されることを予定している。例えば、自動車のバッテリのような大型の補助バッテリからパワーを得て搭載バッテリの容量を保持することが望ましいことも時にある。
【００２１】
本発明に使用される膜は、酸素対窒素選択性が少なくとも１．５で、しかも酸素流量が少なくとも６００気体透過単位（ＧＰＵ）、（すなわち１ＧＰＵは、１ｃｍ３×１０−６／（ｃｍ２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ）に等しい）あるものであれば、どんな酸素選択的の透過性の膜でもよい。更に、該膜は少なくとも２５容積％の酸素を含む空気を少なくとも毎分４Ｌ生成可能でなければならない。
【００２２】
平板、ひだ付き、らせん巻き管状及び管状リボンの酸素選択的透過性の膜は、本発明に使用できる。特に有益な膜構造は、小さい直径を持ち、微孔性中空繊維の基板を、パーフルオロ−２，２−−ジメチル−１，３−ジオクソール（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ−２，２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−１，３−ｄｉｏｘｏｌｅ）（”ＰＤＤ”）／テトラフルオロエチレン（ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）（ＴＦＥ）共重合体の非常に薄い層で塗膜したものであることがわかっている。
【００２３】
好ましい実施形態では、共重合体は、ＰＤＤと、ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ（ＴＦＥ）、パーフルオロメチル（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｙｌ）ビニルエーテル、ビニリデン（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ）フッ化物、及び、クロロトリクロロエチレン（ｃｈｌｏｒｏｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）から成る基から選択された少なくとも１つの単量体との共重合体である。異なる好ましい実施形態において、その共重合体は、ＰＤＤと補足的な量のＴＦＥの２元共重合体、特にＰＤＤの５０〜９５モル％を含むような重合体である。２元共重合体の例は、米国特許第４，７５４，００９号、Ｅ．Ｎ．Ｓｑｕｉｒｅ（１９８８年６月２８日発行）、米国特許第４，５３０，５６９号、Ｅ．Ｎ．Ｓｑｕｉｒｅ（１９８５年７月２３日発行）に更に詳細に述べられている。過フッ化（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ）ジオキソール単量体は、米国特許第４，５６５，８５５号、Ｂ．Ｃ  Ａｎｄｅｒｓｏｎ，  Ｄ．Ｃ．Ｅｎｌａｎｄ及びＰ．Ｒ．Ｒｅｓｎｉｃｋ（１９８６年１月２１日発行）に開示されている。これらの米国特許の開示事項は、参照によりその全体がここに一体のものとされている。
【００２４】
無定型共重合体は、そのガラス転移温度（Ｔｇ）により特徴付けられる。ガラス転移温度の重合体としての物性は、当該技術でよく理解されている。これは、その共重合体が脆いガラス質またはガラス状の状態からゴム状またはプラスチックの状態に変わる温度である。無定形共重合体のガラス転移温度は、膜の特定の共重合体、特にＴＦＥの量または存在する他の共重合単量体の組成によって異なる。Ｔｇの例は、前記米国特許第４，７５４，００９号、Ｅ．Ｎ．Ｓｑｕｉｒｅの図１に示されており、１５％のｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ共重合単量体を持つ２元共重合体の２６０℃から、少なくとも６０モル％のｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅを含む２元共重合体の１００℃未満までの範囲に及ぶ。本発明に基づいたパーフルオロ−２，２−−ジメチル−１，３−ジオクソール（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ−２，２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−１，３−ｄｉｏｘｏｌｅ）共重合体は十分高いＴｇを持つように調整でき、そのような組成の膜は、水蒸気暴露に耐え得ることが理解できよう。従って、本発明の膜は、水蒸気滅菌でき、それによって無菌素材を必要とする様々な使用，特に呼吸用酸素富化空気に関係する用途に適当なものにすることができる。無定型共重合体のガラス転移温度は、少なくとも１１５℃とすることが好ましい。
【００２５】
特に好ましい実施形態において、この新規な富化空気供給装置は、図６に図示する中空繊維膜モジュールを利用する。この一般に円筒型の膜モジュール６０は、モジュールの壁６５の内部表面、入口管状シート６６及び出口管状シート６７によって画成されるシェル空隙部６４の中に配置される複数の中空繊維膜ユニット６２を含む。「膜モジュール」という用語は、ここでは、一般に共通のハウジングの中に複数の中空繊維膜ユニットを含む装置及びそのユニットがマニホルド形式の場合のように、一つの第１の流体の流れと１と一つの第２の流体の流れと協働して機能するように構成されている装置を意味する。端の王レート（以下、エンドプレート）６８、６９及び入口管状シートと出口管状シートとの間のスペースは更に、夫々、入口のプレナム（ｐｌｅｎｕｍ）（以下、入口空気溜）６１及び出口のプレナム（ｐｌｅｎｕｍ）（以下、出口空気溜）６３を画成する。各中空繊維膜ユニットは、一般に管状の構造物で、該繊維の少なくとも１面が完全に無定型共重合体で薄く塗膜した中空繊維基板を含む。すなわち、その繊維は、少なくともその内側か外側の表面が塗膜されている。
【００２６】
膜ユニットの両端は、中空繊維間のスペースが入口空気溜及び出口空気溜と流体的に連通するように入口管状シート及び出口管状シートで終るようになっている。管状シートに多数の中空繊維を取り付ける技術は、しばしば封止「ｐｏｔｔｉｎｇ」と呼ばれ、既知の技術である。この技術は、基本的にある量の硬化性重合体に一束の中空繊維を侵漬し、繊維束を固定するよう硬化させることに関するものである。そして、硬化した重合体全体と繊維束は、輪切りにして管状シートの端を形成する。
【００２７】
膜モジュール内部における、入口空気溜及び出口空気溜の中のスペースと中空繊維内部のスペースは、モジュールの「管側」と呼ぶことができる。膜ユニットの両端は管状シートに対して封止されているので、繊維の中のスペースがシェル側空隙部６４から隔離されている。膜モジュールは、更に第１の流体入口ポート７１及び第１の流体出口ポート７２を夫々装備している。第１の流体入口ポート７１は入口空気溜６１と流体的に連通しており、第１の流体出口ポート７２は出口空気溜６３と流体的に連通している。
【００２８】
また、膜モジュールは、シェル側空隙部６４と流体的に連通し、壁６５を経て開口するモジュールのシェルに取り付けられたポートを備えている。図示の実施形態において、第２の流体入口ポート７３及び第２の流体出口ポート７４が示されている。図示するように、第２の流体入口ポート及び第２の流体出口ポートは、互いにモジュールの反対側の端にある。これら第２の流体ポートは、モジュールの使い方に応じて異なる位置に配置することができる。例えば、第２の流体ポートを２つともモジュールの同じ端、つまり入口管側の端か出口管側の端の近くに設けてもよい。必要なら、モジュール上、少なくとも１つの第１または第２の流体ポートを封止・閉口してもよく、または設置しなくてもよい。これもまた、膜モジュールの利用方法によって異なる。
【００２９】
富化空気供給装置の図６に示される膜モジュールの好ましい構成において、導入された空気は、管側を通って流される。導入された空気は、第１の流体入口ポート７１を通じて、入口空気溜６１に入ることができる。このように、入って来る空気は、薄い気体選択透過性の膜素材層で内面を塗膜された中空繊維６２の内部を通過する。膜物質に接触する酸素富化空気分はシェル側に透過する。このように、形成された膜分離モジュールの管側及びシェル側は、残留分用空隙及び透過分用空隙とそれぞれ対応する。中空繊維の中に残る酸素が減少して窒素が富化された残留分空気は、第１の流体入口ポート７２経由で出口空気溜６３を通じて排出される。この構成では第２の流体入口ポート７３は封止され、シェル側の酸素が富化された透過分空気は、第２の流体出口ポート７４を経て排出される。第２の流体出口ポートは、膜モジュールの入口空気溜の近くに配置するのが好ましい。
【００３０】
本発明における使用に適当な膜構造及び、薄い層の気体透過性の膜を持つ膜モジュールの作成方法についての追加の詳細は、１９９７年５月３０日出願の米国特許出願番号０８／８６２，９４４、及び、１９９６年１０月２４日米国特許出願番号０８／７３５，９２２に開示されており、これらの開示事項は参照によりその全体がここに一体のものとされている。
【００３１】
操作形式、数、形及び膜モジュールの構成要素の配置で、多くの変更が本発明の使用に適当であるということが容易に理解されるであろう。本発明の範囲内として予定されている図６に示される実施形態への変更は、例えば、（ａ）中空繊維の外面上、もしくは、内外両面上を無定型共重合体コーティングで塗膜する、（ｂ）シェル側を経て入って来る大気をシェル側に誘導して酸素富化空気を管側に透過させること、を含むものである。
【００３２】
本発明に使われる送風機は、例えば、直線ブレード、前方に湾曲もしくは後方に湾曲の遠心性のファン、軸方向流れファン、回転式ベーンポンプ、ピストンコンプレッサ、ダイヤフラムコンプレッサ、直線型ポンプ及び振動アームポンプといった従来型のファンのいずれでもよい。遠心性のファンは、エネルギー効率が高く、好ましい。送風機の大きさは、所望の透過分流速の少なくとも２倍、好ましくは５倍に達するものを選択する。
【００３３】
振動アームピストン真空ポンプは、高いエネルギー効率が得られるのでこれを利用することが好ましい。例えば、回転式ベーンポンプ、ピストン真空ポンプ、液封真空ポンプ、及び、直線型の真空ポンプ、といったどの他のタイプの真空ポンプを用いてもよい。
【００３４】
送風機及び真空ポンプの選択に関連して、可搬性を最大にするためにできる限り酸素富化空気供給装置全体の重量を低くするという目標の点からは、重量も重要な問題となる。これらの空気移動装置を通る空気が呼吸用に使われることを考慮するならば、送風機及び真空ポンプが空気を汚染しないことは、更に懸念すべきことである。従って、液体のシール性潤滑剤、特にオイル，もしくは、有毒な液体系潤滑剤を使わない送風機及びポンプを選択することが望ましい。液体の潤滑油を用いるポンプを使うとすれば、潤滑剤は無毒で通常空気の流れに入らないことを確実にするように注意を払うべきである。
【００３５】
気体移送管の圧力サージ減衰技術として既知の気体蓄積槽はどのタイプでも気体貯溜タンクに使用できる。当該技術で既知のように、脈動減衰蓄積槽の容積は、気体移送管の容積と比べると大きい。気体貯溜タンクの容積は、少なくともタンク出口管１１及び呼吸管１３を合わせた容積の約４倍であることが好ましく、約１０倍であることを特徴とするが更に好ましい。
【００３６】
代表的な気体貯溜装置には、単純な１区画型の堅い壁を有する固定容積の気体封じ込め容器、圧力負荷式またはスプリング負荷式ダイヤフラムを持つ容器、スプリング作動ベローズ、及び、弾性的に可変する空気袋が含まれる。後者の３例の貯溜タンクのタイプにおいて、その貯溜タンクは、ダイヤフラム、ベローズまたは空気袋の壁によって限定される可変な容積を有している。ダイヤフラム、ベローズまたは空気袋の壁は、スプリングの負荷、圧力の負荷または弾力性負荷の作用下に拡大し、急激な流れの変化を減衰させるよう働く。弾性的に変形できる空気袋は好ましい。
【００３７】
図１Ａを参照すると、本発明に基づく携帯型酸素富化空気供給装置の１実施携帯は、Ｒｏｔｒｏｎ  Ｒｅｖａｆｌｏｗ  ２送風機（Ａｍｅｔｅｋ  Ｒｏｔｒｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｍｏｔｏｒ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ、Ｒｏｔｒｏｎ社、Ｓａｕｇｅｒｔｉｅｓ、ニューヨーク）を含むが、これによりワイヤ補強の１．９ｃｍ外径の熱可塑性ウレタン供給管１を経て引き込まれた大気を、中空繊維膜モジュール（Ｃｍｐａｃｔ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅ、ウィルミントン、デラウェア）４の管側２２にフィード管３経由で供給する。該モジュールは、８００μｍ内径で、有効長さ２２．２ｃｍの約７１７本の微孔性のポリスルフォン中空繊維を備えるモデルＣＭＳ−３であった。中空繊維の内部に塗膜した非多孔性の気体透過性の膜層は、６５％ＰＤＤ／３５％ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ（ＴＦＥ）共重合体であった。ＰＤＤ／ＴＦＥ塗付膜の平均厚さは、約０．２μｍであった。そのモジュールは、このように約４０００ｃｍ２の全膜面積２６を持っており、酸素対窒素の選択性は２．５２で、１４７０ＧＰＵの酸素流量を提供すると評価された。
【００３８】
型８００６−０４２７−ＢＬＤＣ  Ｂｏｘｅｒ  ２４  ＶＤＣの真空ポンプ６（トーマスＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社、Ｓｈｅｂｏｙｇａｎ、ウィスコンシン）は、モジュールのシェル側２４から酸素富化空気を吸引した。窒素富化空気は、排気口５経由で管側から吐出された。真空ポンプから出て来る透過分は、ひだ付き、１リットル、両端出口付きネオプレン（Ｎｅｏｐｒｅｎｅ  Ｒ  ゴム製の空気袋８（Ｆｅｒｒａｒｉｓ  Ｍｅｄｉｃａｌ社、Ｔｏｌｅｄｏ、オハイオ）に供給された。空気袋からの出口管１１は、出口管圧力が８６００Ｐａを超過すると、管９を経て大気に放出するようにセットされた圧力安全弁１０を装備していた。空気袋からの出口管１１は管１３を通り使用者１６の呼吸ノズルに排気する節約バルブ１２の入口に接続されていた。圧力センサ１４は、吸入の開始時に管１３に起こる圧力変動を検出して、接続１５経由で、信号を節約バルブ制御装置に送ることができる。１２ボルト直流のＤｕｒａｃｅｌｌ  ＤＲ３６バッテリを２個直列にした３０は、導線３１を利用して真空ポンプに動力を供給するためのものである。単一のＤＲ３６バッテリ３２で、導体ライン３３を利用して送風機及び節約バルブ操作機に動力を供給した。同じく装置は、オン／オフ電気スイッチと他の既知の電気回路構成を含んでいた。管１の大気取入口は、ほこり及び他の空気中浮遊微粒子によって装置に障害が起こるのを防ぐように、フィルタを装備してよい。
【００３９】
酸素富化空気を使用者に供給するのに呼吸管１３の吐出端のノズルは、この目的のための技術において既知のタイプのもののいずれでもよい。代表的例は、呼吸用空気マスク、呼吸用空気分離テント、及び、基本的には主管から分かれた２つの小さい管を有し、使用者の鼻孔に挿入するのに適応した２口付きカニューレ管を含む。
【００４０】
装置の作動中は、送風機２は、連続して管３に３９Ｌ／ｍｉｎ．の大気を３，３００Ｐａ（１１．５インチ水頭）で絶え間なく送風した。真空ポンプ６は、モジュール４のシェル側２４から６７．５ＫＰａの真空を引き、８Ｌ／分の透過分の流速で３０容積％の酸素富化空気を生成し、空気袋８に供給した。通常は、節約バルブ１２は閉じられ、空気袋から呼吸ノズルまで空気が流出しないようにした。使用者１６が鼻孔に挿入されたノズルを経て息を吸い込み始めると、センサ１４が真空パルスを検出し、接続１５によってバルブ制御装置を起動し、１．２５秒間節約バルブ１２を開口した。節約バルブが開口されている間、酸素富化空気は、空気袋から管１１及び１３を経て使用者の鼻孔まで流れた。これらの条件下、純粋な酸素に換算したときの１．８Ｌ／分を供給したことになると算定された。この装置は、１．２５時間の間連続稼動し、呼吸可能な酸素富化空気の供給が酸素の第１次供給源から無関係に個人使用者に提供し得ることを実証した。
【００４１】
図１Ａに示した様々の部材成分の重量を表１に示す。管、回路構成、軽い枠部材、バックパック構造用の帯材（ストラップ）を含むこれらの構成要素は、全重量が低いので、酸素富化空気の補給を必要とする典型的な人は、この携帯型装置を持ち運びできるあろう。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
携帯型富化空気供給装置の構成要素は、作動時、使用者または使用者の補助者が持ち運ぶのに便利なように、全ての要素の入ったユニットに組み立てることができる。一例では、図２〜図４に見られるように、これらの構成要素は、堅い、空気漏れのないケース４０の中に設置することができる。ケースは、保守目的のため、装置の構成要素にアクセスが可能であるように、蝶番か取り外し可能なカバー４１が付いている。１つまたはそれ以上のハンドル４２（図４）を付け、使用者が手で装置を運べるようになっている。必要なら、ケースは別個の手引きカートにひもで縛ったり、手荷物車輪をケースに一体に取り付けて、持ち運びを容易にすることができる。
【００４４】
図２、図３を参照すると、大気がケースの壁にある呼吸ノズル４３に入り、送風機４１によって膜モジュール４５の管側に送られることが理解される。呼吸ノズルは、スクリーン４６のカバーが付けられて、土ほこり、ほこり及び同様の汚染物質を濾し取る。酸素富化透過空気は、管４７経由で、シェル側ノズル（図示せず）から、真空ポンプ４８に引き出される。透過分は、ポンプから圧力安全弁５１を含む管５０を経て空気袋４９に放出される。節約バルブ５２は、空気袋の出口からケースのシェルに取り付けられた呼吸管の接続口５３まで届く管の中にある。使用者は、呼吸管５４を接続ポート５３に接続し、本ユニットを１本の手で運ぶ傍ら、酸素富化空気を消費できるよう、呼吸空気ノズル５５（図４）を鼻孔に装備できる。バッテリ５６を含む電気回路は、ケース中に配置してよい。オン／オフスイッチ及び任意の指示ランプは、使用者に操作が便利になるよう、ケースのシェルに取り付けてもよい。ケースは、必要なら、例えばスポンジや詰め物材料製の消音ライナ（裏打ち）を加えてもよい。
【００４５】
他の例では、この新規な酸素富化空気は、図５及び図７で示すように、使用者の背中に着用するように適応するバックパックのケース８０中に組み立てることができる。
着用を快適にするため、バックパックのケースのシェル８１は布で構成してもよい。布製ケースは、実質的に空気不透過性の障壁層フィルム８２で裏打ちしてもよい。この障壁層は、閉じたバックパック中に吐出された空冷用の残留空気を、硬い手に持てる大きさのケースについて以下に記載する方法と同様に、空冷された区画部経由で排気口から放出させる。
【００４６】
図２を参照すると、真空ポンプは仕切板８３によって画成された空冷された区画部の中に囲まれているケース内に配置されるのが好ましいということが判る。真空ポンプへの入口管、出口管及び電気配線は仕切板を通り抜けるが、その部分以外では、ケースの主要区画８４からは、仕切板ポート８５を除いては仕切板は封止されている。また、空冷された区画部は、排気口８６をケースの外壁に有している。そこで、窒素富化された残留分空気が第１の流体出口ポート（図示せず）を通り、膜モジュールの管側から主要区画部に吐出され、次いで仕切板ポート８５を通り空冷された区画部の中に入ることがわかるであろう。真空ポンプを通過し、作動している間にポンプから発生した熱を吸収した後で、空気は排気口を経て大気に吐出される。ポンプと冷却用空気との接触を最大限にするためには、ポンプと仕切板間に冷却用空気流のために、一般に狭いギャップを与え、真空ポンプの形に密接に一致するように仕切板を設計することができる。それによって高度の冷却効率が達成される。組み立ての構造強度を増すために、仕切板への取付け手段が、ポンプ周辺の冷却空気の流れを大幅に妨害しない限りは、ポンプを仕切板に取り付けることができる。真空ポンプを空冷された区画部の中に配置することで、２台目の冷却ファン及び関連電源を設ける必要なく、効率的な真空ポンプの冷却を可能にする。これらの付加的な構成要素を不要とすることによって、ユニットの全体の大きさを小さく保つことができ、非常に重要なことに、装置の重量を非常に低く維持することができる。
【００４７】
以上、主に慢性呼吸疾患の治療に向けられたが、本発明は、短期の医学的な状態治療にも同様に使用することができる。例えば、携帯型装置は、短期間だが非常に激しい肉体活動後による息切れからの回復を補助するのに有益である。この新規な酸素富化空気供給装置は、富化された呼吸用の空気を人間または他の動物に供給するのに使用することができる。
【００４８】
本発明の特定の形式を図の説明に選択し、前記の説明が本発明のこれらの形式を説明するために特定の表現で描かれているが、この説明は、請求項に規定される発明の範囲を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１Ａは、本発明に基づいた携帯型酸素富化空気供給装置の形態の概要のフローチャートである。
図１Ｂは、図１Ａで示された装置の一部を修正した形式である。
【図２】
図２は、携帯用に設計したケース内の構成要素の配置を示す新規携帯型酸素富化空気供給装置の実施形態の透視図である。
【図３】
図３は、図２も図示されたケースを閉じた場合を示す、図２の装置の透視図である。
【図４】
図４は、使用中の図２及び図３の装置を示す透視図である。
【図５】
図５は、新規な携帯型酸素富化空気供給装置の異なる実施形態の透視図であり、背中に背負うように設計したケース内の構成要素の配置を示すものである。
【図６】
図６は、好ましい中空繊維膜モジュールの部分断面図である。
【図７】
図７は、使用中の図５の装置の透視図である。
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成12年7月7日(2000.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール内に膜の一方の側に残留分室と前記膜の反対側に透過分室とを画成する酸素気体選択透過性膜を含む膜分離モジュールと、
前記残留分室と流体的に連通する排気ポートを有する大気取込みファンと、
吸込ポート及び吐出ポートを有する真空ポンプであって、前記吸込ポートは前記透過分室と流体的に連通していることを特徴とする真空ポンプと、
前記吐出ポートから受け取った酸素富化空気を貯蔵する気体貯溜手段と、
動物に酸素富化空気を供給する呼吸用ノズル手段と、
前記気体貯溜手段から前記呼吸用ノズル手段まで延びる気体移送管
とを含むことを特徴とする酸素富化空気供給装置。
【請求項２】
前記酸素富化空気供給装置が、前記吐出ポートから受け取った酸素富化空気を貯蔵するための気体貯溜部を更に含むことを特徴とする請求項２３記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項３】
前記制御手段が、動物による吸入の開始後、予め選定された時間だけ前記節約バルブを開けるように構成されていることを特徴とする請求項２３記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項４】
前記排気ポートと前記節約バルブとの間の装置に過大な圧力が掛からないように保護するように適合された圧力安全弁を更に含むことを特徴とする請求項３に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項５】
前記期待貯溜手段が、弾性的に変形することが可能な空気袋、ダイヤフラム、堅い壁を有する定量容器、及びベローズの中から選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項６】
前記酸素富化空気供給装置を作動させるために、標準規格の外部電源または外部直流電源からの電力を供給するための電源接続手段を更に含むことを特徴とする請求項１又は請求項２３に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項７】
前記酸素富化空気供給装置を携帯式で作動させるための電力の供給が可能なバッテリであって、少なくとも１個の入れ替え可能または充電可能なバッテリを更に含むことを特徴とする請求項１又は請求項２３に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項８】
前記気体貯溜手段が堅い壁を有する定量容器を含むことを特徴とする請求項５に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項９】
前記気体貯溜手段が可変容量容器を含むことを特徴とする請求項５に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１０】
前記可変容量容器が弾性的に変形することが可能な空気袋を含むことを特徴とする請求項９に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１１】
前記可変容量容器がダイヤフラムを含むことを特徴とする請求項９に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１２】
前記可変容量容器がベローズを含むことを特徴とする請求項１０に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１３】
前記膜分離モジュール、前記大気取込みファン、前記真空ポンプ、前記気体貯溜手段及び前記バッテリが、前記酸素富化空気供給装置が作動中に人間が運べるように１個のケースの中に組み込まれていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１４】
前記ケースは主室を画成し、更に、前記ケースは前記真空ポンプが配置されている空冷された室を含み、前記空冷された室は、仕切板に設けられた通過口（以下、仕切板ポート）を有する内部仕切板により前記空冷された室と前記主室とを流体的に連通しつつもその部分以外では前記二つの室を隔離するように画成されており、
前記仕切板は前記真空ポンプと前記仕切板との間に狭い空気ギャップを維持しながら前記真空ポンプの形状に密接に一致するような形状となっており、前記空冷された室は前記ケースを通り外気へ通じる空気排気ポートを含むことを特徴とする請求項１３に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１５】
前記膜分離モジュールの前記残留分室が前記ケースの前記主室と流体的に連通する出口ポートを含み、それにより残留分室からの空気流（以下、残留分気流）が前記主室に排出され、前記仕切板ポートを通過して前記空冷された室の中に入り、前記空気排気ポートを経て外の大気に排出することができることを特徴とする請求項１４に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１６】
前記膜分離モジュールは、内側面と外側面とを画成する両端開口の複数の微多孔製中空繊維を含み、前記面のうち少なくとも１面の全面がパーフルオロ−２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ−２，２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−１，３−ｄｉｏｘｏｌｅ）の無定形共重合体により形成された連続層であって、前記無定形共重合体のガラス転移温度以下の温度において少なくとも１００バレル（ｂａｒｒｅｒｓ）の酸素透過性を有する連続層で塗膜されており、前記中空繊維がケーシングの中で略平行に配列された２本の管状シートの間で延在していることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の酸素富化空気供給装置。
【請求項１７】
酸素富化空気供給装置を使用して動物に呼吸用空気を供給するプロセスであって、前記装置は、
膜分離モジュール内に膜の一方の側の残留分室と前記膜の反対側の透過分室とを画成する酸素ガス選択透過性膜を有する膜分離モジュールと、
前記残留分室と流体的に連通する排気ポートを有する大気取込みファンと、
吸込ポート、及び吐出ポートを有する真空ポンプであって、前記吸込ポートが前記透過分室と流体的に連通していることを特徴とする真空ポンプと、
前記吐出ポートから受け取った酸素富化空気を貯蔵するための気体貯溜部と、　前記動物に酸素富化空気を供給する呼吸用ノズル手段と、
前記貯溜部から前記呼吸用ノズル手段まで延びる気体移送管とを有することを特徴とし、
前記プロセスは、大気を大気取込みファンの排気ポートから前記残留分室の中に吹き込み、酸素富化空気を前記真空ポンプにより前記透過分室から吸い出して、前記真空ポンプの吐出ポートから気体移送管及び呼吸用ノズルを通して前記動物に移送し、前記動物が息を吐出す間に前記真空ポンプからの酸素富化空気の在庫を蓄積し、前記動物に酸素富化空気を移送するために前記在庫から引き出すことを特徴とするプロセス。
【請求項１９】
前記プロセスは、前記動物による吸入の開始後、予め選定された時間だけ前記動物に酸素富化空気を移送するために前記節約バルブが開くように操作するステップを更に含むことを特徴とする請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記酸素富化空気供給装置は、更に、前記真空ポンプが配置される空冷された室を含む主室を画成するケースを含み、内部の前記空冷された室は前記主室から前記空冷された室を隔離する内部仕切板により画成され、前記仕切板は、前記真空ポンプと前記仕切板との間に狭い空気ギャップを維持しながら前記真空ポンプの形状に密接に一致するような形状となっており、前記空冷された室は、前記ケースを通り外気へ通じる空気排気ポートを含み、
前記膜分離モジュールの前記残留分室は前記ケースの前記主室と流体的に連通する出口ポートを含み、前記プロセスは、更に、空気が前記出口ポートから前記主室の中に流れるようにし、前記空気を前記仕切板ポートを通過させて前記空冷された室の中へ入れ、それによって前記真空ポンプを冷却し、前記空気を前記空気排気ポートを通して外気へ排気することを特徴とする請求項１７又は請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記酸素富化空気供給装置が、少なくとも１個の入れ替え可能な、もしくは、充電可能なバッテリを更に含み、前記プロセスが前記酸素富化空気供給装置がバッテリ電電を用いて人に呼吸用空気を供給しながら人により運搬されるステップを更に含むことを特徴とする請求項１７又は請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記運搬工程が、前記携帯用装置を人間の体に装着して持ち運ぶことを含むことを特徴とする請求項２１記載のプロセス。
【請求項２３】
モジュール内に膜の一方の側に残留分室と前記膜の反対側に透過分室とを画成する酸素気体選択透過性膜を含む膜分離モジュールと、
前記残留分室と流体的に連通する排気ポートを有する大気取込みファンと、
前記透過分室と流体的に連通する吸込ポート及び吐出ポートを有する真空ポンプと、
動物に酸素富化空気を供給する呼吸用ノズル手段と、
前記呼吸用ノズルに酸素富化空気を導入する気体移送管と、
前記気体移送管の中にあって、前記呼吸用ノズル手段の上流側に位置する節約バルブと、
動物による吸入の開始を検知するための検出手段であって、前記節約バルブの下流側に位置する検出手段と、
前記動物による吸入の開始後開始する呼吸サイクルの僅かな部分の間だけ前記節約バルブが開くように操作するための制御手段
とを含むことを特徴とする酸素富化空気供給装置。
【請求項２４】
酸素富化空気供給装置を使用して動物に呼吸用空気を供するプロセスであって、該装置は、
モジュール内に膜の一方の側に残留分室と前記膜の反対側に透過分室とを画成する酸素気体選択透過性膜を含む膜分離モジュールと、
前記残留分室と流体的に連通する排気ポートを有する大気取込みファンと、
前記透過分室と流体的に連通する吸込ポート及び吐出ポートを有する真空ポンプと、
動物に酸素富化空気を供給する呼吸用ノズル手段と、
前記呼吸用ノズルに酸素富化空気を導入する気体移送管と、
前記気体移送管の中にあって、前記呼吸用ノズル手段の上流側に位置する節約バルブとを含む酸素富化空気供給装置を提供し、
大気中の空気を大気取込みファンの排気ポートから前記残留分室の中へ吹き込み、
前記真空ポンプにより前記透過分室から酸素が富化された空気を引き出し、
前記真空ポンプの吐出ポートから気体移送管及び呼吸用ノズルを通して酸素富化空気を動物に移送し、
前記動物による吸入の開始を感知し、
前記動物による吸入の開始後開始する呼吸サイクルの僅かな部分の間だけ前記節約バルブが開くように操作する
ことを含むことを特徴とするプロセス。
【請求項２５】
モジュール内に膜の一方の側に残留分室と前記膜の反対側に透過分室とを画成する酸素気体選択透過性膜を含む膜分離モジュールと、
前記残留分室と流体的に連通する排気ポートを有する大気取込みファンと、
前記透過分室と流体的に連通する吸込ポート及び吐出ポートを有する真空ポンプと、
動物に酸素富化空気を供給する呼吸用ノズル手段と、
前記呼吸用ノズルに酸素富化空気を導入する気体移送管
とを含む酸素富化空気供給装置であって、
前記膜分離モジュール、前記大気取込みファン、前記真空ポンプ、前記気体貯溜手段及び前記バッテリはケースの中に配置されており、該ケースは、（ｉ）前記真空ポンプが配置されている空冷された室と前記膜分離モジュールが配置されている主室とを画成する内部仕切板であって、前記真空ポンプと前記仕切板との間に狭い空気ギャップを維持しながら前記真空ポンプの形状に密接に一致するようになっており、前記空冷された室と前記主室とを流体的に連通しつつもその部分以外では前記二つの室を隔離する内部仕切板と、（ｉｉ）前記空冷された室からケースを通って外気に通じる空気排気ポートとを有することを特徴とし、かつ、
前記膜分離モジュールの前記残留分室は、前記ケースの前記主室と流体的に連通している出口ポートを含み、前記出口ポートは、残留分室からの空気流（以下、残留分気流）を前記膜分離モジュールから主室の中に排出され、更に、前記仕切板ポートを通過して前記狭い空気ギャップの中の前記空冷された室の中へ排出され、又更に、前記空気排気ポートを通って外気に排出されるように構成されていることを特徴とする酸素富化空気供給装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
発明の背景及び要約
慢性的閉塞性呼吸器系の病気や肺気腫のようなある種の慢性的な呼吸障害の治療に酸素富化空気の吸入が処方されることがある。一般にそのような治療のために酸素富化空気を発生させるための通常の方法は、例えば、電気分解、または、圧力変動吸着で化学的に酸素を製造するか、極低温で酸素を精製したりするような固定装置を採用することである。固定装置を使った酸素富化空気源は、多くの患者に適していないが、それは、使用者の歩き回れる範囲が酸素の富化された空気の供給源のすぐ近くに制限されてしまうからである。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
パーフルオロ−２，２−ジメチル−１，３−ジオクソール（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ−２，２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−１，３−ｄｉｏｘｏｌｅ）（ＰＤＤ）のある種の無定型共重合体は、大きな流量（流束）で空気を分離して酸素富化空気を生成するのに適当であることが最近判った。そのような膜は、米国特許第５，０５１，１１４号に開示されており、参照によりその全体がここに一体のものとされている。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
ある観点では、節約バルブは、吸入の開始から始まって一定の期間開けられたままの状態を維持するようにセットされる。この一定期間は、特定使用者の呼吸サイクルにおける呼吸頻度（すなわち１分間当たりの呼吸回数）と使用者本人の呼吸サイクルにおける吸気分と吐気分の相対的な長さに依存する。通常、人は１分間当たり約１５〜２０回呼吸し、通常の吸気時間は約２秒である。このような人には節約バルブの開き時間は１．２５秒間であることが好ましいが、これは、使用者の呼吸頻度が平均以上に増加したときにも余分な量の酸素富化空気が失われることを回避するためである。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
本発明における使用に適当な膜構造及び、薄い層の気体透過性の膜を持つ膜モジュールの作成方法についての追加の詳細は、米国特許第５，９１４，１５４号及び米国特許第５，８７６，６０４号に開示されており、これらの開示事項は参照によりその全体がここに一体のものとされている。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
装置の作動中は、送風機２は、連続して管３に３９Ｌ／ｍｉｎ．の大気を３，３００Ｐａ（１１．５インチ水頭）で絶え間なく送風した。真空ポンプ６は、モジュール４のシェル側２４から６７．５ＫＰａの真空を引き、８Ｌ／分の透過分の流速で３０容積％の酸素富化空気を生成し、空気袋８に供給した。通常は、節約バルブ１２は閉じられ、空気袋から呼吸ノズルまで空気が流出しないようにした。使用者１６が鼻孔に挿入されたノズルを経て息を吸い込み始めると、センサ１４が真空パルスを検出し、接続１５によってバルブ制御装置を起動し、１．２５秒間節約バルブ１２を開口した。節約バルブが開口されている間、酸素富化空気は、空気袋から管１１及び１３を経て使用者の鼻孔まで流れた。これらの条件下、純粋な酸素に換算したときの１．８Ｌ／分を供給したことになると算定された。この装置は、１．２５時間の間連続稼動し、呼吸可能な酸素富化空気の供給が酸素の第１次供給源から無関係に個人使用者に供給し得ることを実証した。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
図２、図３を参照すると、大気がケースの壁にある呼吸ノズル４３に入り、送風機４４によって膜モジュール４５の管側に送られることが理解される。呼吸ノズルは、スクリーン４６のカバーが付けられて、土ほこり、ほこり及び同様の汚染物質を濾し取る。酸素富化透過空気は、管４７経由で、シェル側ノズル（図示せず）から、真空ポンプ４８に引き出される。透過分は、ポンプから圧力安全弁５１を含む管５０を経て空気袋４９に放出される。節約バルブ５２は、空気袋の出口からケースのシェルに取り付けられた呼吸管の接続口５３まで届く管の中にある。使用者は、呼吸管５４を接続ポート５３に接続し、本ユニットを１本の手で運ぶ傍ら、酸素富化空気を消費できるよう、呼吸空気ノズル５５（図４）を鼻孔に装備できる。バッテリ５６を含む電気回路は、ケース中に配置してよい。オン／オフスイッチ及び任意の指示ランプは、使用者に操作が便利になるよう、ケースのシェルに取り付けてもよい。ケースは、必要なら、例えばスポンジや詰め物材料製の消音ライナ（裏打ち）を加えてもよい。




【国際調査報告】
2004500137.tif 000034
2004500137.tif 000035