(57)【要約】酸素を患者に送達する携帯型化学酸素発生器について記載する。発生器は、反応チャンバを含むハウジングを含む。反応チャンバには、ある量の過酸化物付加物が存在する。バルブが設けられ、バルブの下部が反応チャンバと流体連通している。バルブの上部は、ある量の水溶液を保持する容器と流体連通している。内部チャンバは、内部チャンバをバルブの上部とバルブの下部から分離する解放可能封止によってバルブ内に形成される。内部チャンバは、ある量の過酸化物分解触媒を保持する。発生器はまた、バルブアクチュエータを含む。バルブアクチュエータの動作は、バルブ内の封止を解放し、容器から内部チャンバを介して反応チャンバに至る流体路を形成する。バルブが作動されれば、水溶液は容器から内部チャンバを介して反応チャンバに流れ込む。この流は、水溶液と共に反応チャンバへ触媒を押し流す。溶液と触媒は過酸化物付加物と混合されて、酸素発生反応を引き起こす。
2020512033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学酸素発生器であって、
ハウジングと、
過酸化物付加物を保持する前記ハウジング内の反応チャンバと、
下部が前記反応チャンバと流体連通しているバルブと、
過酸化物分解触媒を保持する前記バルブ内の内部チャンバと、
前記バルブの上部と流体連通し、水溶液を保持する容器と、
バルブアクチュエータと、
を備え、
前記バルブアクチュエータの動作によって、
（１）前記容器から前記内部チャンバを介して前記反応チャンバに至る第１の流体路であって、
前記内部チャンバを介して前記容器から水溶液を流れさせ、
前記水溶液及び触媒を前記反応チャンバ内へ移送して前記過酸化物付加物と反応させて、酸素発生反応を引き起こす、
ように構成された第１の流体路と、
（２）前記バルブの略中心を通り、前記酸素発生反応によって発生した酸素を流すように構成された第２の流体路と、
を形成する、化学酸素発生器。
【請求項２】
前記内部チャンバが、前記内部チャンバを前記バルブの上部と前記バルブの下部から分離する解放可能封止によって形成される、請求項１に記載の発生器。
【請求項３】
前記バルブとの係合のために前記ハウジングの底部から上方に延在するバルブ支持アセンブリを更に備え、
前記バルブが、少なくとも１つのバルブ本体タブを更に備え、
前記バルブが、前記少なくとも１つのバルブ本体タブと前記バルブ支持アセンブリに形成される少なくとも１つのスロットとを係合させることによって、前記ハウジング内に固定される、請求項１に記載の発生器。
【請求項４】
前記反応チャンバ内に配置された一又は複数のスリーブを更に備え、
前記過酸化物付加物が前記一又は複数のスリーブ内に配置されている、請求項１に記載の発生器。
【請求項５】
前記一又は複数のスリーブの少なくとも１つが、複数のパウチを含む、請求項４に記載の発生器。
【請求項６】
前記一又は複数のスリーブのうち少なくとも１つが、少なくとも１つの中間位置で封止されて複数のパウチを形成している、請求項４に記載の発生器。
【請求項７】
前記ハウジング内にヒートシンクを更に備え、
前記ヒートシンクが、液体、個体、又はそれらの組み合わせで充填される少なくとも１つのコンパートメントを備える、請求項１に記載の発生器。
【請求項８】
フェイスマスク又は鼻カニューレ及びホースを保管するように構成されたコンパートメントを更に備える、請求項１に記載の発生器。
【請求項９】
前記コンパートメントが、脱離可能に前記ハウジングに装着されている、請求項８に記載の発生器。
【請求項１０】
前記バルブアクチュエータに接続された拘束手段を更に備え、
前記バルブの作動が、前記拘束手段の克服後に生じる、請求項１に記載の発生器。
【請求項１１】
前記拘束手段が、前記コンパートメントに接続されている、請求項１０に記載の発生器。
【請求項１２】
前記拘束手段の克服が、前記コンパートメントの少なくとも一部を前記ハウジングから解放する、請求項１１に記載の発生器。
【請求項１３】
前記第２の流体路と流体連通している出口路を更に備え、前記出口路が、前記反応によって発生した酸素を装置から流出させるように構成されている、請求項１に記載の発生器。
【請求項１４】
前記出口路に配設された液体不透過−気体透過膜を更に備える、請求項１３に記載の発生器。
【請求項１５】
前記バルブアクチュエータが、ねじ付き回転シャフトを備え、前記バルブが、前記ねじ付き回転シャフトと係合されているねじ付きバルブ部を備え、前記バルブが、前記シャフトの回転によって作動されて前記バルブ部を偏位させる、請求項１に記載の発生器。
【請求項１６】
前記バルブアクチュエータがラチェット機構を更に備え、前記ラチェット機構が、前記バルブを作動する方向に前記シャフトを回転させ、前記シャフトの反対方向の回転を防止する、請求項１５に記載の発生器。
【請求項１７】
化学酸素発生器であって、
ハウジングと、
過酸化物付加物を保持する前記ハウジング内の反応チャンバと、
下部が前記反応チャンバと流体連通しているバルブと、
前記バルブ内の内部チャンバであって、前記内部チャンバを前記バルブの上部と前記バルブの下部から分離する解放可能封止によって形成され、過酸化物分解触媒を保持する内部チャンバと、
前記バルブの上部と流体連通し、水溶液を保持する容器と、
バルブアクチュエータと、
を備え、
前記バルブアクチュエータの動作が封止を解放し、前記容器から前記内部チャンバを介して前記反応チャンバに至る流体路を形成することによって、容器から流れる水溶液が、前記触媒を前記反応チャンバ内へ押し流し、前記過酸化物付加物と混合させ、酸素発生反応を引き起こす、化学酸素発生器。
【請求項１８】
前記バルブが作動されたとき、前記酸素発生反応によって発生した酸素を、前記バルブを介して前記装置の外に流出させる出口路を更に備える、請求項１７に記載の発生器。
【請求項１９】
前記出口路に配設された液体不透過−気体透過膜を更に備える、請求項１８に記載の発生器。
【請求項２０】
前記バルブアクチュエータが、ねじ付き回転シャフトを備え、前記バルブが、前記ねじ付き回転シャフトと係合されているねじ付きバルブ部を備え、前記バルブが、前記シャフトの回転によって作動されて前記バルブ部を偏位させる、請求項１７に記載の発生器。
【請求項２１】
前記バルブアクチュエータがラチェット機構を更に備え、前記ラチェット機構が、前記バルブを作動する方向に前記シャフトを回転させ、前記シャフトの反対方向の回転を防止する、請求項２０に記載の発生器。
【請求項２２】
前記バルブアクチュエータに接続されている拘束手段を更に備え、前記バルブの作動が、前記拘束手段の克服後に生じる、請求項１７に記載の発生器。
【請求項２３】
前記ハウジングが外層を更に備え、前記外層がハウジングの表面から分離されている、請求項１７に記載の発生器。
【請求項２４】
前記外層が穿孔を更に備える、請求項２３に記載の発生器。
【請求項２５】
前記ハウジングが熱交換構造を更に備え、前記酸素発生反応によって発生した熱が、前記熱交換構造を介して前記ハウジングから離れるように伝達される、請求項１７に記載の発生器。
【請求項２６】
前記出口路の流出部に配設された復水トラップを更に備える、請求項１７に記載の発生器。
【請求項２７】
前記バルブが上方から前記反応チャンバに入り、前記付加物、前記触媒、及び前記水溶液が反応物容積を有し、前記反応チャンバが格納容積を有し、前記格納容積が前記バルブの下方の空間内の前記反応チャンバの容積であり、前記反応物容積が前記格納容積未満である、請求項１７に記載の発生器。
【請求項２８】
前記過酸化物付加物が、炭酸ナトリウム過酸化水素化物である、請求項１７に記載の発生器。
【請求項２９】
前記反応チャンバ内に温度安定材を更に含む、請求項１７に記載の発生器。
【請求項３０】
前記温度安定材が、粉末、錠剤、及びカプセルのうちの１つ以上を含む、請求項２９に記載の発生器。
【請求項３１】
前記水溶液が、水と不凍剤を含む、請求項１に記載の発生器。
【請求項３２】
前記触媒が二酸化マンガンである、請求項１に記載の発生器。
【請求項３３】
請求項１７の発生器を用いる酸素の発生方法であって、前記発生器を用いて酸素を生成することを含む、酸素の発生方法。
【請求項３４】
低酸素血症を発症した器官に酸素を投与することを更に含む、請求項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１６年１２月１日に出願された一部継続出願第１５／３６６，８９１号である２０１７年１１月１３日に出願された国際公開出願第１５／８１１，３２４号であり、その開示全文を引用により本明細書に組み込む。
【０００２】
本願は、概して、携帯型化学酸素発生器に関し、特に、医学的緊急事態又は信頼性が高く動作させ易いシステムを必要とするその他の状況において高純度酸素を生成することができる発生器に関する。
【０００３】
（著作権注意）
本特許文書の開示の一部は、著作権保護の対象である資料を含む。著作権所有者は、特許商標庁の特許ファイル又は記録に掲載されるが、別の形でのいかなる全ての著作権も保有するため、特許文書又は特許開示のいずれかによるファクシミリの複製に異議を唱えるものではない。
【背景技術】
【０００４】
呼吸をしなければ、生命が尽きる。空気中で２番目に多い元素である酸素は、ヒトの生命を維持する多くの代謝プロセスにとって必須である。ヒトは数週間食物を、及び数日間水を摂取しなくても生存可能であるが、酸素の供給が止まると、生存が分単位の問題となる。たとえ酸素が復活しても、酸素欠乏があまりに長く続いた場合、脳にダメージをもたらす場合がある。分が経過するごとに重篤度は高まる。
【０００５】
概して、急性の医学症状を治療するための酸素源は、最初の対応者が到着する前に犠牲者を助ける一般人にとって容易に入手可能ではなく、訓練された救助が到着するまでに酸素の投与が遅れれば、更なる損傷や死につながる場合がある。典型的には、最初の対応者は、酸素源、通常は圧縮ガスシリンダを伴って到着する。そうした酸素シリンダは重く、扱いにくく、輸送に費用が掛かり、危険を伴う可能性がある。例えば、復員軍人省は、酸素シリンダは、破損した場合に「ミサイル」に変わる可能性があり、「脱出するガスが、シリンダブロック壁を貫通するのに十分な力でシリンダを推進する」と警告している。ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐａｔｉｅｎｔｓａｆｅｔｙ．ｖａ．ｇｏｖ／ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｓ／ｈａｚａｒｄｓ／ｏｘｙｇｅｎ．ａｓｐ．を参照されたい。ガスシリンダの使用は、患者への安全かつ適切なガスの投与を確保するための訓練を必要とし、一般人は多くの場合、このような知識を欠いている。
【０００６】
酸素を送達する別の装置は、酸素濃縮器を含む。これらの装置は、周囲空気から酸素を分離し、酸素の豊富なガス流を患者に送達する電動機構を使用する。これらの装置の欠点としては、多くの場合、重量が相当大きい、バッテリ又は何らかのその他の電源を必要とする、騒音を出す、などが挙げられる。よって、緊急状況での使用は、装置自体を動作させる、又は搭載バッテリを十分に充電させておくために電力が利用可能である場所に限定され、また、酸素濃縮器は周囲空気の質に依存するため、汚染のひどい領域では使用が悪影響を受ける。また、高度も、これらの種類の装置からの酸素の送達に影響を及ぼす。
【０００７】
緊急状況において酸素を送達するもう１つの解決策は、化学反応を介して酸素を放出する化学酸素発生器である。「酸素キャンドル」と称されることがある一例は、酸素を放出するために化学反応の燃焼に頼っている。酸素源は、鉄などの燃焼剤と混合される無機超酸化物、塩素酸塩、又は過塩素酸塩である。撃針は混合物を発火させる。このような装置は、緊急時に酸素を送達している間、超高温で動作し、火災危険を起こす可能性がある。周囲構造を保護するため、有効な断熱を提供しなければならない。
【０００８】
燃焼式発生器はしばらくの間出回っており、例えば、航空及び採鉱業界では今も使用されている。事業用航空機では、この種の緊急用酸素は、キャビンの圧力低下から乗客を保護するために利用可能である（運航乗務員は代わりに圧縮酸素缶を使用する）。現代の航空機システムは通常、４００℃超で熱分解して酸素と塩を生成する、塩素酸塩、過塩素酸塩、及び時には超酸化物の混合物の分解を利用する。爆発性キャップを使用する着火によって、乾燥化学薬品が反応する結果、酸素が生成される。かかるシステムは１５分以上、酸素を確実に生成できるが、事業用航空機に搭載される爆発性可燃性材料の保管は、大きな安全上のリスクを抱えている。また、これらの装置における化学混合物は、低温と高温の両方でほぼ無期限に保管できる一方、現実社会で悲劇を生んできた。例えば、１９９６年５月１１日、航空機貨物内の発生器が偶然に発火して、バリュージェット航空５９２便衝突事故を引き起こした。その１０年前の１９８６年８月１０日、酸素発生器の偶発的な始動により、ＡＴＡ  ＤＣ−１０がオヘア国際空港に駐機中に破壊された。１９９７年２月２４日には、ロシアのミール宇宙ステーションで、宇宙飛行士が、宇宙ステーションの給気を補充する酸素発生過塩素酸塩缶を発火させて火災が発生した。
【発明の概要】
【０００９】
したがって、既知のシステムの欠点を克服する化学酸素発生装置が必要とされる。かかる装置は比較的軽量であり、加圧ガスを必要とせず、長期間（例えば、最大２０分）高純度酸素を生成し、長い貯蔵／保管期間を有する。かかる装置はまた、比較的操作し易いため、一般人でも、医療従事者が到着する前に緊急状況で酸素を送達することができるであろう。更に、このような装置は、厳しい状況（例えば、高い高度、軍事上遠い前方領域）での酸素の送達を可能にする。更に、かかる装置は、多数のあまり重大でない状況、例えば、酸素不足の運動選手が補給酸素から恩恵を得るスポーツイベントや、他の形状の補給酸素にアクセスできない田舎などで望ましい。
【００１０】
本発明は、従来技術のシステム及び方法のこれらの及びその他の不都合を克服する。
【００１１】
本発明の一実施形態によると、酸素発生器は、ハウジングと、過酸化物付加物を保持するハウジング内の反応チャンバと、バルブと、を含む。バルブの下部は、反応チャンバと流体連通している。バルブはまた、バルブ内に内部チャンバを含む。内部チャンバは、内部チャンバをバルブの上部及びバルブの下部から分離する解放可能封止によって形成される。内部チャンバは、過酸化物分解触媒を保持する。水溶液を保持する容器は、バルブの上部と流体連通している。発生器はまたバルブアクチュエータを含む。バルブアクチュエータの動作は、バルブ内の封止を解放し、容器から内部チャンバを介して反応チャンバに至る流体路を形成する。バルブが作動されれば、水溶液は容器から内部チャンバを介して反応チャンバに流れ込み、触媒を反応チャンバへ押し流す。水溶液と触媒は過酸化物付加物と混合されて、酸素発生反応を引き起こす。
【００１２】
他の実施形態によると、バルブの動作は、バルブ内の封止を解放し、（１）容器から記内部チャンバを介して反応チャンバに至る第１の流体路であって、内部チャンバを介して水溶液を流れさせ、水溶液及び触媒を反応チャンバ内へ移送して過酸化物付加物と反応させて、酸素発生反応を引き起こすように構成された第１の流体路と、（２）バルブの略中心を通り、酸素発生反応によって発生した酸素を流すように構成された第２の流体路と、を形成する。
【００１３】
別の実施形態によると、バルブが作動されるとき、反応によって発生した酸素をバルブを介して装置から外に流出させる出口路が設けられる。別の実施形態によると、出口路は第２の流体路と流体連通しており、出口路は、反応によって発生した酸素を装置の外に流出させるように構成される。
【００１４】
別の実施形態によると、酸素発生器は、出口路に配設された液体不透過−気体透過膜を含む。
【００１５】
別の実施形態によると、酸素発生器のバルブアクチュエータはねじ付き回転シャフトを含み、バルブは、ねじ付き回転シャフトと係合されているねじ付きバルブ部を含む。バルブアクチュエータのシャフトの回転はバルブを偏位させて、バルブを通る流体路を形成する。更に別の実施形態によると、バルブアクチュエータは、ハウジングの外部に、シャフトに接続された作動ハンドル（例えば、レバー）を含み、ハンドルを移動させると、シャフトが回転してバルブを作動させる。
【００１６】
別の実施形態によると、酸素発生器は、バルブとの係合のためにハウジングの底部から上方に延在するバルブ支持アセンブリを含み、バルブは少なくとも１つのバルブ本体タブを更に備え、バルブは、少なくとも１つのバルブ本体タブとバルブ支持アセンブリに形成された少なくとも１つのスロットとを係合させることによって、ハウジング内に固定される。
【００１７】
別の実施形態によると、酸素発生器は、反応チャンバ内に配置される一又は複数のスリーブを含み、過酸化物付加物が一又は複数のスリーブ内に配置される。別の実施形態によると、一又は複数のスリーブのうちの少なくとも１つが、複数のパウチを備える。更に別の実施形態によると、一又は複数のスリーブのうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの中間位置で封止されて、複数のパウチを形成する。
【００１８】
別の実施形態によると、酸素発生器は、過酸化物付加物と共に、反応チャンバ内に温度安定材を含む。別の実施形態によると、温度安定材は、粉末、錠剤、及びカプセルのうち１つ以上を含む。別の実施形態によると、温度安定材は、ワックス、例えば、パラフィンなどの他の化合物と組み合わせてもよい。これらの他の化合物は、粉末と混合させてもよいし、錠剤又はカプセルに組み込んでもよいし、又は錠剤又はカプセルへのコーティングを提供してもよい。更に別の実施形態によると、過酸化物付加物は炭酸ナトリウム過酸化水素化物を含む。更に別の実施形態によると、水溶液は水と不凍剤を含む。更に別の実施形態によると、触媒は二酸化マンガンを含む。
【００１９】
別の実施形態によると、酸素発生器は、ハウジング内にヒートシンクを含み、ヒートシンクは、液体、個体、又はそれらの組み合わせで充填された少なくとも１つのコンパートメントを備える。
【００２０】
別の実施形態によると、酸素発生器は、バルブアクチュエータに接続されている拘束手段を含み、バルブの作動は、拘束手段の克服後に生じる。
【００２１】
別の実施形態によると、酸素発生器は、フェイスマスク又は鼻カニューレとホースとを保管するように構成されたコンパートメントを含む。別の実施形態によると、コンパートメントは、脱離可能にハウジングに装着される。さらに別の実施形態によると、拘束手段はコンパートメントに接続され、拘束手段の克服によって、コンパートメントの少なくとも一部がハウジングから解放される。
【００２２】
別の実施形態によると、酸素発生器のハウジングは外層を含み、外層はハウジングの表面から分離されている。
【００２３】
別の実施形態によると、酸素発生器のハウジングは圧力解放機構を含む。
【００２４】
別の実施形態によると、酸素発生器は、出口路の流出部に配設された復水トラップを含む。
【００２５】
別の実施形態によると、酸素発生器のバルブは、作動後に上方から反応チャンバに入る。反応チャンバは格納容積を有するように構成され、格納容積は、バルブの下方の空間内の反応チャンバの容積である。発生器は、水溶液、触媒、及び過酸化物付加物の総容積が格納容積未満となるように構成される。
【００２６】
本発明の一実施形態によると、酸素発生器で使用されるバルブは、回転自在アクチュエータを備え、回転自在アクチュエータは、中央孔と少なくとも１つの開口部とを含むねじ付きシャフトと、ねじ付きシャフトと係合されているねじ付き内面を有し、回転が固定され、未作動位置から作動位置へシャフトに沿って移動可能であるバルブ本体と、入口、出口、及び入口と出口の間に位置する内側チャンバ部を有するバルブハウジングと、バルブ本体が未作動位置にあるときにバルブ本体の外面とバルブハウジングの内面との間を係合する複数の解放可能封止と、を備え、第１及び第２の封止が、バルブハウジングの入口の上方及び下方でバルブの液密部を形成し、第２及び第３の封止が、バルブハウジングの内側チャンバ部の上方及び下方で液密封止を形成し、回転自在アクチュエータが回転すると、バルブ本体が未作動位置から作動位置へ移動し、複数の封止がバルブ本体とバルブハウジングとの係合から解放される。
【００２７】
本発明の一実施形態によると、化学酸素発生器用のアクチュエータバルブを設ける方法は、水溶液容器を設けることと、近位端で開放されたハウジング内孔と近位端の遠位のハウジング側開口部とを有するバルブハウジングであって、水容器がバルブハウジングに対して封止され、ハウジング側開口部がハウジング内孔と容器の内部との流体連通をもたらすバルブハウジングを設けることと、近位端で開放された本体内孔と、本体内孔とバルブ本体の外面間の本体側開口部とを有するバルブ本体であって、本体側開口部がバルブ本体の近位端の遠位にあるバルブ本体を設けることと、バルブハウジングの孔にバルブ本体を配設し、バルブ本体とバルブハウジングがバルブ本体の外面とバルブハウジングの内面との間に第１の解放可能封止を形成し、第１の解放可能封止がハウジング側開口部と本体側開口部の遠位に位置し、本体側開口部がハウジング側開口部に隣接し、バルブ本体とバルブハウジングがバルブ本体の外面とバルブハウジングの内面との間に第２の解放可能封止を形成し、第２の解放可能封止がハウジング側開口部の近位に位置し、触媒チャンバの端部を形成し、バルブ本体とバルブハウジングがバルブハウジングの近位端から触媒チャンバへの入口路を形成し、入口路がバルブ本体の外面とバルブハウジングの内面との間に位置することと、近位端が容器の上方に来るようにバルブ本体とバルブハウジングを位置決めすることと、水溶液をバルブ本体の近位開放端に導入し、溶液が孔とバルブ本体の本体側開口部及びハウジング側開口部を通って、水溶液容器に流れ込むことと、触媒を入口路に沿って触媒チャンバに導入することと、内孔を有し、近位封止構造と遠位封止構造を含むエンドキャップを設けることと、バルブハウジングの近位端とバルブ本体にエンドキャップを挿入し、遠位封止構造がバルブ本体の内孔とエンドキャップの外面との間に第３の封止を形成し、近位封止構造がバルブハウジングの内面とエンドキャップの外面との間に第４の解放可能な封止を形成することと、を含む。
【００２８】
本発明の一実施形態によると、酸素の化学的発生方法は、ハウジングを設けることと、ハウジング内に配置される流体容器を設けることと、ハウジング内に反応チャンバを設けることと、流体容器に水溶液を設けることと、反応チャンバに過酸化物付加物を設けることと、内部チャンバを含むバルブを設けることと、内部チャンバ内に触媒を設けることと、バルブに接続されるバルブアクチュエータを設けることと、バルブアクチュエータを作動させて、水溶液及び触媒を反応チャンバへ移送させることと、バルブアクチュエータの作動に応じて酸素を発生することと、を含む。別の実施形態によると、バルブアクチュエータの作動は回転運動を含む。
【００２９】
本発明の一実施形態によると、酸素の化学的発生方法は、第１のチャンバに水溶液を設けることと、第２のチャンバに触媒を設けることと、第３のチャンバに過酸化物付加物を設けることと、アクチュエータを作動させて過酸化物付加物、水溶液、及び触媒を混合させることと、を含み、酸素が作動工程に応じて発生する。別の実施形態によると、アクチュエータの作動は、単独工程から成る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明は、限定的ではなく例示的であることを意図する添付図面に示され、類似の参照符号は、類似又は対応する部分を指すことを目的とする。
【００３１】
【図１】未作動状態における本発明の酸素送達システムを示す分解図である。
【００３２】
【図２Ａ】装置内に化学反応物又は水が存在していない本発明の酸素送達システムを示す断面図である。
【００３３】
【図２Ｂ】未作動状態における装置内に化学反応物及び水が存在する本発明の酸素送達システムを示す断面図である。
【００３４】
【図２Ｃ】作動状態における装置内に化学反応物及び水が存在する本発明の酸素送達システムを示す断面図である。
【００３５】
【図３Ａ】本発明の酸素送達システムのバルブアセンブリを示す分解図である。
【００３６】
【図３Ｂ】未作動状態における本発明の酸素送達システムのバルブアセンブリを示す断面図である。
【００３７】
【図３Ｃ】作動状態における本発明の酸素送達システムのバルブアセンブリを示す断面図である。
【００３８】
【図３Ｄ】未作動状態における本発明の酸素送達システムのバルブアセンブリを示す断面図である。
【００３９】
【図３Ｅ】作動後、バルブ及びキャップがバルブ本体から分離してハウジング内に落下している、本発明の酸素送達システムの一実施形態を示す断面図である。
【００４０】
【図３Ｆ】未作動状態における本発明の酸素送達システムのバルブアセンブリの他の実施形態を示す断面図である。
【００４１】
【図３Ｇ】作動状態における本発明の酸素送達システムのバルブアセンブリの他の実施形態を示す断面図である。
【００４２】
【図４Ａ】本発明の酸素送達システムのバルブ本体を示す斜視図である。
【００４３】
【図４Ｂ】本発明の酸素送達システムのバルブ本体の他の実施形態を示す側面図である。
【００４４】
【図５Ａ】本発明の酸素送達システムにおいて発生する酸素の排出路を示す断面図である。
【００４５】
【図５Ｂ】本発明の酸素送達システムにおいて発生する酸素の排出路の他の実施形態を示す断面図である。
【００４６】
【図６Ａ】本発明の酸素送達システムと未作動状態における作動ハンドルを示す上面図である。
【００４７】
【図６Ｂ】本発明の酸素送達システムと作動状態における作動ハンドルを示す上面図である。
【００４８】
【図６Ｃ】本発明の酸素送達システムの他の実施形態と未作動状態における作動ハンドルを示す斜視図である。
【００４９】
【図７】装置蓋上のラチェットと、作動ハンドルの下側の対応する歯止めとを示す断面図である。
【００５０】
【図８】本発明のウォータトラップの内部と、トラップを通る気体の流路とを示す上面図である。
【００５１】
【図９】他の実施形態のウォータトラップの内部と、トラップを通る気体の流路とを示す上面図である。
【００５２】
【図１０】本発明の別の実施形態による、部分的に組み立てられたバルブ及び容器を示す図である。
【００５３】
【図１１】本発明の酸素送達システムのハウジング内部の他の実施形態を示す斜視図である。
【００５４】
【図１２】本発明の酸素送達システムのハウジング内部の他の実施形態を示す側面図である。
【００５５】
【図１３】本発明の酸素送達システムのバルブアセンブリを有するハウジング内部の他の実施形態を示す斜視図である。
【００５６】
【図１４】本発明の酸素送達システムの酸素発生混合物を含むパウチを備えるスリーブを示す図である。
【００５７】
【図１５】本発明の酸素送達システムの酸素発生混合物を収容するパウチを備えるスリーブを有するハウジングの内部の他の実施形態を示す斜視図である。
【００５８】
【図１６】本発明の酸素送達システムのヒートシンクの斜視図である。
【００５９】
【図１７】未作動状態における装置内に化学反応物、ヒートシンク、及び水を有する本発明の酸素送達システムの他の実施形態を示す断面図である。
【００６０】
【図１８】本発明の酸素送達システムのバルブアセンブリを有するハウジング内部の他の実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
本発明の実施形態による発生器を作製し使用する携帯型酸素発生器及び方法が提供される。後述するように、開示される本発明の機構では、適切な触媒、例えば、二酸化マンガン（「ＭｎＯ２」）の存在時に水（又はその他の液体）と混合されるときに酸素を放出する炭酸ナトリウム過酸化水素化物（「ＮａＰｅｒｃ」）などの付加物化学薬品を含む装置が、酸素が必要とされる時点まで、触媒から分離されて乾燥状態で保持される。この時点の１例は、呼吸関連の医学的緊急事態における介入が要求されるときであり、この時点で、オペレータは下で詳述するプロセスを開始する。上記付加物から発生する酸素は通常、発熱を伴い、長時間にわたって必要とされるため、反応調節化学薬品、例えば、リン酸三ナトリウム（「ＴＳＰ」）を更に提供してもよい。この調節化学薬品は、付加物化学薬品と混合されて、時間の経過と共に化学薬品の放出を促進する特定サイズの錠剤、カプセル、又はその他の塊である。他の徐放性形状も本発明の範囲に含まれる。他の実施形態によると、発熱反応によって発生する熱を緩和させるためにヒートシンクが設けられる。
【００６２】
本発明の一実施形態による装置は、図２Ｂに示すように、水容器１７０に水１７５を保持する。水容器１７０は、バルブアセンブリ２００と流体連通している。バルブアセンブリ２００内には、触媒２６０を保持するチャンバ２６５が設けられる。バルブアセンブリ２００及び水容器１７０の下方には、酸素発生混合物１９０を保持するハウジング１４０が設けられ、本発明の一実施形態では、酸素発生混合物は、調節化学薬品１９２から成る錠剤、カプセル、及び／又は粉末と混合される付加物化学薬品１９１を含む。本発明の一実施形態では、カプセルは水溶性カプセルである。別の実施形態では、調節化学薬品は、ワックス、例えば、パラフィンなどの他の化合物と組み合わせてもよい。これらの他の化合物は、粉末と混合させてもよいし、錠剤又はカプセルに組み込んでもよいし、又は、錠剤又はカプセルへのコーティングを提供してもよい。
【００６３】
バルブアセンブリ２００が、酸素送達システム１００の上面に配置されたハンドル１８０の回転によって作動されると、水容器１７０内の水１７５は、触媒２６０を保持するチャンバ２６５を含むバルブアセンブリ２００を通って、付加物化学薬品１９１及び調節剤１９２を保持するハウジング１４０に流れ込む。触媒２６０を保持するチャンバ２６５を通って水１７５を流すことによって、システム１００は、全ての量の触媒２６０がハウジング１４０に送達されて酸素発生反応が発生するように確保する。ハンドル１８０と蓋１２０との間の拘束手段１８９（図６Ａを参照）は、ハンドル１８０が作動され得るように取り外される。本発明の一実施形態では、拘束手段１８９は、この使い切り装置の偶発的作動を防止するが、酸素の発生が意図される又は所望されるときの作動を妨害しない強度を有するテープである。なお、本発明の重要な目的は、多数の様々な環境においてだけでなく、多数の様々なオペレータによって広く利用可能にすることである。よって、多様に異なるオペレータが利用できるように設計されていることが本発明の目的である。したがって、作動ハンドル１８０及び拘束手段１８９は、様々な筋力や身体的状態のオペレータが拘束手段１８９を取り外し（又はその他の方法で克服し）、後述するように作動ハンドル１８０を閉鎖位置から完全開放位置へ変換するという比較的単純な２工程のプロセスを実行可能にしつつ、使い切り装置の偶発的作動の可能性をできる限り低減するように設計される。したがって、本発明は、健常な成人だけでなく、例えば、手、手首、肩、若しくは肘に関節炎のある高年齢ユーザ、又は複雑なタスクを理解し完了することができない若年ユーザによる使用のための動作に関して設計が成されている。
【００６４】
いったん作動されれば、バルブアセンブリは、反応によって発生した酸素が、患者への送達のために上方へ流れる経路を提供する。酸素の上方流を図５Ａ及び５Ｂに示す。例えば、図５Ａに示す一実施形態によると、発生した酸素はバルブアセンブリ２００の底部に入り、水容器１７０の上方でバルブアセンブリ２００を出る。図５Ｂに示す他の実施形態によると、発生した酸素はバルブアセンブリ２００’の底部に入り、水容器１７０の上方でバルブアセンブリ２００’を出る。酸素は、水容器１７０の上方だが蓋１２０の下方に配設された気体透過−液体不透過膜１７１の下方の空間に流れ込む。酸素は、膜１７１を通過して酸素回収チャンバ１２２に流れ込む。チャンバ１２２は出口１２５と連結される。次に、酸素は、ホースをフェイスマスク又は鼻カニューレ（図示せず）に接続することによって、患者に送達することができる。
【００６５】
本発明の一実施形態によると、装置は、装置１００上の酸素口１２５と予め接続されたホース及びフェイスマスク又はホース及び鼻カニューレを有するため、酸素発生の必要時に患者が使用するためにホース及びフェイスマスクを接続する別個の工程を必要としない。本発明の別の実施形態では、予め接続されたホース及びフェイスマスク又は鼻カニューレ（図示せず）が、装着手段（図示せず）によって蓋１２０に固定される。本発明の別の実施形態では、予め接続されたホース及びフェイスマスク又は鼻カニューレ（図示せず）が、ハウジング１４０（図６Ｃを参照）に解放可能に装着されたコンパートメント１１０内に配置される。本発明の別の実施形態では、蓋１２０（図示せず）上のホース及びフェイスマスク又は鼻カニューレは、酸素口１２５で装置１００に予め接続されていないが、装着手段（図示せず）によって蓋１２０に固定される。
【００６６】
次に、装置１００について説明する。図１は、本発明の一実施形態による酸素送達システムの分解図である。酸素送達システム１００は、ハウジング蓋１２０と、該蓋に装着される、図１の実施形態では開放面を有するボックスであるハウジング１４０と、から成る。バルブアセンブリ２００は、蓋１２０とハウジング１４０との間に配置されて両者を接続する。
【００６７】
蓋１２０は、ハウジング１４０の縁と係合して気密及び液密封止を形成するように設計される。出口１２５が詰まった、又は他の形で酸素を流出させなくなった場合の内圧による装置の損傷を防ぐために、圧力解放バルブ（図示せず）が設けられる。一実施形態によると、周囲圧力を超える最大圧力は０．１〜４０ｐｓｉ、好ましくは０．８〜３ｐｓｉ、最も好ましくは１ｐｓｉである。本発明の一実施形態では、圧力解放バルブ（図示せず）が蓋１２０に設けられる。
【００６８】
図１に示す実施形態によると、蓋１２０の周辺領域は隆起しており、該領域の下の容積が酸素蓄積チャンバ１２２である。酸素口１２５は、チャンバ１２２と接続される。口１２５はまた、発生した酸素を必要な個人に送達するインタフェースも提供する。
【００６９】
ハウジング１４０は、反応物化学薬品を保持するのに十分な正方形、矩形、円形、又は任意のその他の形状をとり得る。ハウジング１４０の形状はまた、保管空間、例えば、車両（例えば、航空機、船舶、列車など）の保管室に嵌合するように不規則な形状又はその他の形状をとり得る。ハウジング１４０及び／又は蓋１２０は、装置１００を保管空間内に固定するハンドル（図示せず）又はストラップを含んでもよい。装置１００は、ループやバックルなども含んでよい。ハウジング又は蓋は、装置を使用するための指示を提供するプラカードを更に含んでもよい。ハウジング又は蓋は、装置の可視性を高めるように着色してもよい（例えば、緊急用のオレンジ）、発光顔料を含んでもよい、又は低光量の状況で装置を使用し易くするように塗装若しくはその他の装飾を施してもよい。
【００７０】
ハウジング蓋１２０の内面１２１には、機械的強度を与えるために下方に延在する一連のリブ１２９が形成されて、後述するように、水容器１７０の上面及び膜１７１（図５Ａを参照）を蓋１２０の内面１２１から遠ざけておく。これにより、（例えば、膜１７１が湿った場合に）膜１７１が蓋１２０の表面に付着するのが防止されることで、装置によって発生した酸素がチャンバ１２２を通って口１２５へと流れる。
【００７１】
図２Ａに示すように、ハウジング１４０の内部は、壁１４２及び底面１４３を有する。一連の相互に間隔を置いて配置されたリブ１４６は、底面１４３から垂直に壁１４２に沿って上方に延在する。壁１４２に沿ったリブ１４６は、底面１４３から等距離を垂直に延び、壁１４２から離れて延在する棚部１４８を終端とする。底面１４２から上方に延在する一連の底面リブ１４９も設けられる。リブ１４６及び１４９は、ハウジング１４０に機械的強度を与える役割も果たし、壁１４２と底面１４３との交点で接する。しかしながら、上記のリブの一部又は全部を含まない別の実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【００７２】
一実施形態によると、ハウジング１４０は、装置から外へ伝熱させる外層１４７に覆われ、ユーザが、酸素発生反応の結果として高温になり得るハウジング１４０の表面に直接触れることを防止する。一実施形態では、外層１４７は、ハウジング１４０の表面にわたって空気を循環させる一連の穿孔を有する。別の実施形態によると、外層１４７は、メッシュで作製されてもよい。更に別の実施形態によると、ハウジング１４０は、酸素発生反応からの熱を放熱させ易くするフィンなどの熱交換面を含んでもよい。
【００７３】
図２Ａに示す本発明の一実施形態によると、バルブ支持アセンブリ１４４は、底面１４３から上方へ延在する。バルブ支持アセンブリ１４４は、後述するようにバルブアセンブリ２００と連結される。図２Ａ〜２Ｃに示すように、支持プレート１６０は、ハウジング１４０の壁のリブ１４６の棚部１４８に位置する。支持プレート１６０は、バルブアセンブリ２００の挿入のため、ハウジング蓋１２０の孔１２４と並ぶ孔を中心部に有する。支持プレート１６０は水容器１７０を支持するように設計されている。一実施形態によると、支持プレート１６０は、装置の重量と、支持プレートの製造に必要な材料の量とを低減する開口部を有する。別の実施形態によると、支持プレート１６０の代わりに、リブ１４６が壁１４２から延在して水容器１７０を支持する。
【００７４】
図２Ｂに示す本発明の一実施形態によると、装置１００の作動前に、水１７５、触媒２６０、及び（付加物１９１及び調節剤１９２から成る）酸素発生混合物１９０は全て分離されている。具体的には、水は水容器１７０内に、触媒２６０は触媒チャンバ２６５内に、酸素発生混合物１９０はハウジング１４０内に位置する。他の実施形態によると、装置１００の作動前、水１７５と触媒２６０は容器１７０内で混合されている。他の実施形態によると、装置１００の作動前、触媒２６０は酸素発生混合物１９０と混合される。装置の作動後、より詳しく後述するように、水１７５、触媒２６０、及び酸素発生混合物１９０は、ハウジング１４０内に置かれて、液体又は半流動体組成物を形成する。図２Ｃに示すように、反応物の容積がハウジング１４０の一部を満たす。別の実施形態によると、バルブ支持アセンブリ１４４とハウジング１４０は、装置が水平面に置かれたときに、ハウジング１４０内の反応物の高度が、バルブアセンブリ２００の底部より下になるように構成される。これにより、流体はバルブアセンブリを通るガス流に捕捉されない、又は捕捉される流体の量が制限される。本発明の別の実施形態によると、ハウジング１４０のサイズと形状は、装置が並んで置かれる（即ち、バルブアセンブリ２００が水平に配置される）場合でも、反応物の高度がバルブアセンブリ２００の位置の下方にとどまり、反応成分がガス流に捕捉されないように設計される。これに関連し、支持プレート１６０の開口部により、反応物がプレートを通過することで、バルブアセンブリの高度よりも下方のハウジングの容積を増大させて、装置が使用中に傾いた場合でも反応物を保持することが可能になる。図１５に示す別の実施形態によると、酸素発生混合物１９０はスリーブ１９３内に位置する。
【００７５】
図２Ｂに示すように、水容器１７０は、バルブアセンブリ上のフランジ２１４及び２１６と封止接続されるため（図３Ａ〜３Ｄ及び４も参照）、水容器１７０の内部はバルブアセンブリと流体連通している。
【００７６】
図５Ａに示すように、容器１７０の上方には、気体透過−液体不透過膜１７１が配置される。本発明の一実施形態によると、膜は疎水性である。別の実施形態によると、膜１７１は、デラウェア州ウィルミントンのＤｕＰｏｎｔ社製Ｔｙｖｅｋ（登録商標）から作製される。膜１７１の他の適切な材料は、Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ社製Ｇｏｒｅ−Ｔｅｘ（登録商標）、並びに孔及び微小孔の開いた液体不透過膜を含む。
【００７７】
図１に示すように、ハウジング１４０の上縁は、上方に延在するピン１３９を含む。ピン１３９は、蓋１２０の下縁の対応する穴（図示せず）と係合する。水容器１７０の縁部の対応する穴１３７と膜１７１（図示せず）の縁部の穴１３８は、ハウジング１４０のピン１３９全体に嵌合する。蓋１２０がハウジング１４０に装着されると、ピン１３９は、容器１７０の縁部及び膜１７１をハウジング１４０の縁に固定する。他の一実施形態では、水容器１７０の周縁のフランジ（図示せず）は、ハウジング１４０の縁に熱封止される。
【００７８】
図１に示すように、ハウジング蓋１２０の外面は、縁部の方が高く、中央領域に向かって下方に傾斜して、蓋１２０の外周領域に酸素蓄積チャンバ１２２を形成する。ハウジング蓋１２０の中心の凹状外形のため、作動ハンドル１８０は装置１００の外形よりも上方に延在せず、酸素が必要でないときの偶発的作動を防止することができる（酸素が必要でないときの偶発的作動であってもこれは使い切り装置であるため真の緊急状況では利用可能不可能となる）。他の実施形態では、ハンドル１８０は蓋１２０の上方に延在するため、装置１００を側部から見ると、ハンドル１８０は最上部の構造である。
【００７９】
図３Ａ〜３Ｄに示すバルブアセンブリ２００について以下詳細に説明する。図３Ａは、バルブアセンブリ２００の分解図である。図３Ｂは、装置の作動前のバルブアセンブリ２００の断面図である。図３Ｃは、装置が作動されたときのバルブアセンブリ２００の断面図である。図３Ｄは、バルブアセンブリ２００の断面図である。図３Ａに示すように、バルブアセンブリ２００は、バルブ本体２１０、バルブ２２０、ねじ２３０、ナット２４０、及びキャップ２５０から成る。図３Ｂに示すように、バルブ２２０はバルブ本体２１０に配置される。
【００８０】
図２Ａに示すように、バルブアセンブリ２００は、バルブ支持アセンブリ１４４と下端で接続される。バルブ本体２１０の底部は、ハウジング１４０の底面１４３上に位置し、そこから上方に延在するバルブ支持アセンブリ１４４の上に置かれる。バルブ支持アセンブリ１４４は、バルブ本体タブ２１５と噛み合って係合してバルブ支持アセンブリ１４４のスロット１５３に嵌め込まれる２つの拡張部１５４及び１５６を有する。後述するように、バルブアセンブリ２００は、蓋１２０の上部に固定される。
【００８１】
バルブ本体２１０の上部には、ナット２４０と係合する外ねじ２１７が形成される。後述するように、バルブ本体２１０の一部が、蓋１２０の穴１２４を通って延在し、ナット２４０がねじ２１７と係合して、バルブアセンブリ２００を蓋１２０に固着させる。ナット２４０がバルブ本体２１０を蓋１２０に固定し、インターロックが２１５がバルブ本体２１０をハウジング１４０の底部に固定する。この構造は、例えば、内部ガス圧が装置内で発生したときでも、蓋１２０とハウジング１４０が分離するのを防止する。
【００８２】
本発明の実施形態によると、装置１００の効率的な動作だけでなく、装置への追加の構造上の支持のため、バルブアセンブリ２００’がバルブ本体２１０’を介してバルブ支持アセンブリ１４４と係合して、２つのアセンブリが相互に固定される。好適な一実施形態によると、バルブ本体タブ２１５は、バルブ本体２１０’から軸方向に延在する。図４Ｂに示すように、２対のタブ２１５は、バルブ本体２１０ａの第１の側に第１のバルブ本体タブ２１５ａ及び第２のバルブ本体タブ２１５ｂを、バルブ本体２１０ｂの第２の側に第３のバルブ本体タブ２１５ｃ及び第４のバルブ本体タブ２１５ｄを備え、この第２の側はほぼバルブ本体２１０’の反対側に位置する。第１のバルブ本体タブ２１５ａはほぼ第２のバルブ本体タブ２１５ｂの上方に位置し、同じ関係が第３のバルブ本体タブ２１５ｃ及び第４のバルブ本体タブ２１５ｄにも当てはまる。他の実施形態によると、第１のバルブ本体タブ２１５ａ／第３のバルブ本体タブ２１５ｃは上方に位置するが、第２のバルブ本体タブ２１５ｂ／第４のバルブ本体タブ２１５ｄ（図示せず）から変位している。他の実施形態によると、各側２１０ａ、２１０ｂで単独のバルブ本体タブ２１５（例えば、バルブ本体タブ２１５ａ／２１５ｃ）を使用してもよい。別の実施形態によると、バルブ本体側２１０ａ及び２１０ｂのそれぞれで３つ以上のバルブ本体タブを使用してもよい。例えば、一対のタブ２１５ａ及び２１５ｂを用いる代わりに、バルブ本体２１０’の第１の側２１０ａと第２の側２１０ｂに３つ以上のバルブ本体タブを配置してもよい。
【００８３】
好適な実施形態では、第１のバルブ本体タブ２１５ａ及び第２のバルブ本体タブ２１５ｂはそれぞれ略「Ｌ」字状であり、図４Ｂに示すように、バルブ本体２１０’の側に直接装着されてバルブ本体２１０’の側から略垂直に延在する第１の部分と、バルブ本体２１０’の側に平行に延在する第２の部分とを有する。同じことがバルブ本体タブ２１５ｃ及び２１５ｄにも当てはまる。他の実施形態では、バルブ本体タブ２１５ａ〜ｄはバルブ本体２１０’に装着されず、バルブ本体２１０’から射出成形された拡張部である。他の実施形態によると、第１のバルブ本体タブ２１５ａ／第３のバルブ本体タブ２１５ｃ及び第２のバルブ本体タブ２１５ｂ／第４の本体バルブタブ２１５ｄは、バルブ支持アセンブリ１４４と係合するのに適した他の形状をとる。
【００８４】
上述したように、バルブ支持アセンブリ１４４は２つの拡張部１５４及び１５６を含む。スロット（例えば、嵌合部）が各拡張部１５４、１５６に配置される。実施形態によると、拡張部１５４は、第１の対のバルブ本体タブ２１５ａ、２１５ｂを略補完する形状の２つの窪みを含む。図１１及び１２に示すように、これらの窪みは、拡張部１５４の第１の面から窪んでいる、。同様に、拡張部１５６は、拡張部１５６の第１の面から同様に窪み、図１１に示すように第２の対のバルブ本体タブ２１５ｃ、２１５ｄを略補完する形状の２つの窪みを含む。これらの実施形態によると、拡張部１５４の第１の面は拡張部１５６の第１の面に対向し、バルブ本体２１０’とバルブ支持アセンブリ１４４との係合を容易にする。
【００８５】
図１３に示し上述したように、バルブ本体２１０’のバルブ支持アセンブリ１４４への固定は、第１のバルブ本体タブ２１５ａ／第３のバルブ本体タブ２１５ｃ及び第２のバルブ本体タブ２１５ｂ／第４のバルブ本体タブ２１５ｄをバルブ支持アセンブリ１４４に形成される窪みと位置合わせすることによって達成される。いったん位置合わせされると、バルブ本体２１０’は、第１のバルブ本体タブ２１５ａ／第３のバルブ本体タブ２１５ｃ及び第２のバルブ本体タブ２１５ｂ／第４のバルブ本体タブ２１５ｄが拡張部１５４及び１５６の対応する窪みと係合するように操作される（例えば、方向転換される又は回転される）。バルブ本体２１０’の操作は、第１のバルブ本体タブ２１５ａ／第３のバルブ本体タブ２１５ｃ及び第２のバルブ本体タブ２１５ｂ／第４のバルブ本体タブ２１５ｄが、窪み路の端部に接するために更なる操作を阻止されるまで継続される。一実施形態では、第１のバルブ本体タブ２１５ａ／第３のバルブ本体タブ２１５ｃ及び第２のバルブ本体タブ２１５ｂ／第４のバルブ本体タブ２１５ｄは、拡張部１５４及び１５６の窪みに完全に配置される。別の実施形態では、第１のバルブ本体タブ２１５ａ／第３のバルブ本体タブ２１５ｃ及び第２のバルブ本体タブ２１５ｂ／第４のバルブ本体タブ２１５ｄの少なくとも一部が、拡張部１５４及び１５６の窪み内に位置する。
【００８６】
実施形態によると、バルブ本体２１０’は、図４Ｂに示すように突出部２２１を更に含む。好適な一実施形態によると、第１の突出部２２１ａは、第１の側面２１０ａ上の第１のバルブ本体タブ２１５ａ及び第２のバルブ本体タブ２１５ｂと第２の側面２１０ｂ上の第３のバルブ本体タブ２１５ｃ及び第４のバルブ本体タブ２１５ｄとから略等距離に位置し、第２の突出部２２１ｂ（図示せず）は、第１の突出部２２１ａに略反対に位置する。突出部２２１は、バルブアセンブリ２００’が不適切な角度でバルブ支持アセンブリ１４４内に置かれるのを防止するようなサイズと形状を有する。これらの特徴は、バルブ支持アセンブリ１４４に対してバルブアセンブリ２００’を容易かつ迅速に脱着させるだけでなく、本発明の化学酸素発生器装置に追加の構造上の安定性と支持を提供する。
【００８７】
バルブ本体２１０の詳細図である図４に示すように、封止フランジ２１２、２１４、２１６は、バルブ本体２１０の外側から放射状に延在する。装置１００が組み立てられると、第１の封止フランジ２１２が膜１７１の上面と係合する。一実施形態によると、図５Ａに示すように、膜１７１は、フランジ２１２の上面と蓋１２０の底面の受容面との間に捕捉される。
【００８８】
第２の封止フランジ２１４及び第３の封止フランジ２１６は、容器１７０の上面と下面とそれぞれ封止接続される。バルブ本体２１０は、第２の封止面２１４と第３の封止面２１６との間でバルブ本体２１０の対向側に開口部２１８及び２１９を含む。開口部２１８及び２１９により、酸素発生動作が開始されたとき、水がバルブ本体２１０の内部空間に入り、ハウジング１４０に流れ込むことができる。
【００８９】
図３Ａに示す本発明の一実施形態によると、バルブ２２０は、頂部のねじ２３０と底部のキャップ２５０との間に位置する。バルブ２２０とキャップ２５０は一体ユニットとして、相互接続され共に移動する。バルブ２２０は略円柱状であるが、上半分の直径が底部に比べて狭い。バルブ２２０は、バルブの側壁にそれぞれ対向する２つの孔２２８及び２２９を有する。図３Ｄに示すように、これらの孔は、バルブ本体２１０の孔２１８及び２１９に隣接して配置される。下で詳述するように、装置の作動時、孔２２８及び２２９によって、水が水容器１７５からのバルブハウジング２１０の内部を通過する。また、図３Ｂ及び３Ｃに示すように、開口部２１１及び２１３が、フランジ２１２と２１４との間でバルブハウジング２１０に設けられる。後述するように、装置が作動されると、開口部２１１及び２１３により、発生した酸素がバルブ２００から流出する。
【００９０】
バルブ２２０の内部の上部はねじが切られる。バルブ２２０のねじはねじ２３０の外面のねじに係合する。ねじ２３０の上部は、溝内でバルブ本体２１０上に置かれ、ナット２４０の肩部の下方に係留される。よって、ねじ２３０は、バルブアセンブリ２００に垂直に固定される。装置が作動されると、ねじ２３０が回転する。バルブ２２０のねじとねじ２３０が係合すると、バルブ２２０は、ねじ２３０のねじ山に沿って下方に移動する結果、バルブ本体２１０に対してわずかに下方に垂直変位する。図３Ｃは、ねじ２３０が回転してバルブ２２０をバルブ本体２１０に対して変位させた後のバルブアセンブリ２００を示す。
【００９１】
キャップ２５０は、バルブ２２０の底部の内側に挿入されるようなサイズと構成を有する。図３Ａに示すように、キャップ２５０は、キャップ２５０の上部で縁と一体化された２つの垂直支柱２５４、２５６を有する。各支柱２５４、２５６は、各自の上端にスナップ嵌めを有する。図３Ｄに示すように、キャップ２５０がバルブ２２０に挿入されると、支柱２５４、２５６上のスナップ嵌めが開口部２２８及び２２９のそれぞれの下縁部と噛み合う。いったん係合すれば、バルブ２２０とキャップ２５０は、実質上、後述するように、バルブ本体内で共に移動し動作する単独ユニットである。
【００９２】
バルブアセンブリ２００は、酸素発生装置の成分が、酸素を必要とするまで別々に保持され、装置が未作動状態にあるときに装置の内部が外部環境への暴露から保護されるように、装置の領域間の気密及び液密封止を提供する。図３Ｂ〜Ｄに示すように、バルブ本体２１０、バルブ２２０、ねじ２３０、及びキャップ２５０に形成されるスロット内に位置するオーリングが、これらの封止を提供する。第１のオーリングは、ねじ２３０のヘッドの外周に形成されたスロット２８０内に保持される。このオーリングは、ねじ２３０の上部とバルブ本体２１０の内部との間に据えられて、発生した酸素がハウジングの蓋１２０から脱出するのを防止すると共に、外気、特に外部の水分が保管中に装置に侵入するのを防止する。
【００９３】
第２のオーリングは、バルブ本体２１０の外面のスロット２８２に保持される。このオーリングは、バルブ本体２１０とハウジング蓋１２０の開口部１２４の縁部との間に据えられ、発生した酸素が開口部１２４を通じて脱出するのを防止すると共に、装置の内部を外部のガス及び水分から封止する。
【００９４】
第３のオーリングは、ねじ２３０の外面のスロット２８４に保持される。このオーリングは、ねじ２３０とバルブ２２０の内部との間に据えられ、発生したガスがバルブアセンブリ２００の内部を通じて脱出するのを防止すると共に、装置１００が未作動状態のときに水１７５がバルブ２２０の内部を通じて容器１７０から漏れ出すのを防止する。
【００９５】
第４のオーリングは、バルブ２２０の表面に形成されるスロット２８６に保持される。このオーリングは、開口部２１８、２１９、２２８、及び２２９の上方でバルブ２２０とバルブ本体２１０の内部との間に据えられ、装置１００が未作動状態のときに水１７５が容器１７０から漏れ出すのを防止する。
【００９６】
第５のオーリングは、バルブ２２０の表面に形成されるスロット２８８に保持される。このオーリングは、開口部２１８、２１９、２２８、並びに２２９及びフランジ２１６の下方で、バルブ２２０とバルブ本体２１０との間に据えられる。このオーリングは、装置が未作動状態のときに、水１７５がバルブアセンブリ２００を流れることを防止する。このオーリングはまた、触媒チャンバ２６５の上方の封止も形成し、装置が未作動状態のときに触媒２６０を水１７５から分離させておく。
【００９７】
第６のオーリングは、キャップ２５０の外面に形成されるスロット２９０に保持される。このオーリングは、キャップ２５０とバルブ２２０の内部との間に据えられ、触媒２６０をバルブ２２０の内部から隔離する。
【００９８】
第７のオーリングは、キャップ２５０の外面に形成されるスロット２９２に保持される。このオーリングは、キャップ２５０とバルブ本体２１０の内部との間に据えられ、装置が未作動状態のときに触媒２６０及び触媒チャンバ２６５をハウジング１４０から封止する。
【００９９】
図３Ｃは、ねじ２３０が回転し、バルブ２２０をバルブ本体２１０に対して下方に駆動した後の作動状態におけるバルブアセンブリ２００を示す。スロット２８０内のオーリングは、ねじ２３０とバルブ本体２１０との間の封止を維持する。同様に、スロット２８２内のオーリングは、蓋１２０との封止を維持する。その結果、ハウジング１４０内で発生したガスが、蓋１２０の開口部１２４を通って脱出することが防止され、その代わりに、ガスはチャンバ１２２に流れ込んで酸素口１２５から出る。
【０１００】
他の実施形態によると、バルブアセンブリ２００’により、ハウジング１４０内の反応チャンバで発生した酸素は、水と触媒がハウジング１４０に導入されるのと同じ経路ではなく、バルブアセンブリ２００’の内部を通る経路を移動し得る。この内部経路により、図３Ｇ及び５Ｂに示すように、発生した酸素は反応物の下方流に妨げられずに、バルブアセンブリ２００’の内部を上方に流れて、バルブハウジング２１０’に設けられた開口部２１１’及び２１３’を介してバルブアセンブリ２００’から出ることができる。この内部経路は、図５Ａに示す経路の代替である。好適な一実施形態では、内部経路はバルブアセンブリ２００’の略中心を延びる。
【０１０１】
好適な一実施形態によると、バルブアセンブリ２００’は、キャップの略中心の経路入口穴２５１’を有するキャップ２５０’を含む。図３Ｆは、未作動状態における本発明の酸素送達システム１００のバルブアセンブリ２００’の断面図である。穴２５１’は、ねじ２３０’の中央孔２３３’への経路を提供する。中央孔２３３’の上部は、スロット２８６’（第４のオーリングに関しては凹部）の上方位置でねじ２３０’に配置される開口部２３４’及び２３５’を含む。いったん装置１００が作動されれば、ガス排出路は、開口部２３５’と２１１’及び開口部２３４’と２１３’との間に形成される、図３Ｇは、作動状態における本発明の酸素送達システムのバルブアセンブリ２００’の断面図である。
【０１０２】
別の実施形態によると、バルブアセンブリ２００’により、ハウジング１４０内の反応チャンバで発生した酸素が、バルブアセンブリ２００’のその他の内部経路を移動し得る。例えば、キャップ２５０’は、反応チャンバで発生した酸素がねじ２３０’の側部に沿って（即ち、ねじ２３０’のねじ山及びバルブ本体２１０’に沿って）流れるように、内壁に沿った経路を含んでもよい。バルブアセンブリ２００’内の他の経路も本発明の範囲に含まれる。
【０１０３】
作動中にバルブ２２０が変位すると、スロット２８４、２８６、及び２８８内の両オーリングはバルブ２２０とバルブ本体２１０（又はバルブ本体２１０’）間から切り離され、スロット２９２内のオーリングはキャップ２５０（又はキャップ２５０’）とバルブ本体２１０（又はバルブ本体２１０’）の内部間から切り離される。
【０１０４】
図１に示すように、バルブアセンブリ２００（又はバルブアセンブリ２００’）は、上端でハウジング蓋１２０の円形開口部１２４と接続される。バルブ本体のねじ端２１７は、開口部１２４に挿入される。ナット２４０はねじ端と係合して、蓋１２０の下面に対してバルブアセンブリの下端を引っ張る。ハンドル１８０は、バルブアセンブリ２００のねじ２３０の上部と接続される。ハンドル１８０は中心に孔１８２を有し、孔１８２を通ってねじ２３０の上部のねじ孔２３１に挿入されるねじ１８８によって、バルブアセンブリ２００に接続することができる。一実施形態によると、ねじ２３０の上部の内面上のリブ２３２は、ハンドル１８０（図示せず）の下部の突出部上の対応リブと係合して、ハンドル１８０からねじ２３０へ回転力を伝達する。
【０１０５】
図１に示すように、円形開口部１２４と同心だが、その外部に円形ラチェット１８５が設けられる。図７に示すように、ラチェット１８５は、複数の相互に間隔を置いて配置された個々の歯１８６から成る。図７もラチェット１８５及びハンドル１８０の詳細を示す。ラチェット１８５は、ハンドル１８０と同心であるが、ハンドル１８０よりも小さな径を有するサイズに設定される。更に、ラチェットは、個々の歯が、ハンドル１８０の下部の歯止め１８４と係合するようなサイズに設定される。歯止め１８４及び歯１８６は、時計回りなどの一方向に移動する際、歯止め１８４が個々の各歯１８６と係合し通過するが、いったん歯１８６を通過した後は逆行する、例えば、係合したばかりの歯を越えて反時計回りに移動することができないように構成される。本発明では、この構造により、いったんハンドル１８０の始動によって酸素発生プロセスが開始すれば、ハンドル１８０又はプロセスが逆転することがないように確保される。この特徴は、装置が使い切りである限り不可欠であり、観察者は、本発明の装置１００が使用済みであるか、あるいは利用可能であるかを迅速に認識できる。
【０１０６】
一実施形態に係る、未作動状態における装置内の化学反応物の構成及び選択について以下説明する。反応成分は、装置が未作動状態にあるときに相互に及び外部環境に対して封止される別々のコンパートメント内に保持される。
【０１０７】
図２Ｂに示すように、水１７５は水容器１７０内に保持される。容器１７０は、一実施形態によると、シリコン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、アルミニウム、ポリカーボネートなどの可撓水不透過性材料から作製される。一実施形態によると、装置が作動されると、水を徐々に排出しながら容器がつぶれる。容器１７０はバルブアセンブリ２００を覆っており、上述するように、バルブアセンブリ２００のフランジ２１４及び２１６で封止されている。可撓容器はプレート１６０によって支持される。容器１７０は、バルブアセンブリの開口部２１８及び２１９と流体連通している。未作動状態では、水１７５が、バルブアセンブリ２００を通って流れるのを防止する。
【０１０８】
バルブアセンブリ内で、触媒チャンバ２６５は触媒２６０を保持し、スロット２８８及び２９２内のオーリングによってチャンバ内に封じ込められる。触媒２６０は、金属酸化物、例えば、アルミニウム、コバルト、鉄、白金、チタン、及び銀の酸化物などの様々な過酸化物分解触媒から選択される。好ましくは、触媒２６０は粉末二酸化マンガン（「ＭｎＯ２」）であり、ＭｎＯ２の粒形は好ましくは約５μｍ〜約５００μｍの径を有する。別の実施形態によると、触媒２６０は活性化ＭｎＯ２である、即ち、ＭｎＯ２には、当業者が過酸化物分解触媒２６０として特に有効であるＭｎＯ２粉末を生成するために使用する一連の熱／酸素／不活性ガス処理が施されている。
【０１０９】
ＭｎＯ２は、過酸化水素の分解を触媒作用によって促進するのに十分な量だけ提供されて、他の反応化合物の種類及び量に関して所望量のＯ２を生成する。組成物内で使用されるＭｎＯ２の量はまた、ＭｎＯ２のメッシュサイズとＭｎＯ２の活性度に依存する。また、このような活性化ＭｎＯ２粉末は、過酸化水素の分解において非常に有効であり、活性化ＭｎＯ２粉末は本開示の組成物で使用し得るが、使用は必須ではない。
【０１１０】
ハウジング１４０内のバルブアセンブリ２００の下方には、過酸化水素付加物１９１及び温度安定材１９２を含む酸素発生混合物１９０が配置される。一実施形態によると、酸素発生混合物１９０は、単にハウジング１４０内に置かれる。別の実施形態によると、酸素発生混合物１９０は、ハウジング１４０に配置されたパウチ内に置かれる。
【０１１１】
水１７５、酸素発生混合物１９０、及び触媒２６０の量は、所望の速度及び量の酸素を発生して、特定の目的、例えば、呼吸困難な患者に酸素を投与する目的に適した量のガスを提供するように選択される。上述したように、ハウジング１４０のサイズと形状は、装置が正常な水平配向をとるとき、混合物の総容積がバルブアセンブリ２００の下端に接触しないように選択される。反応物の量とハウジングのサイズはまた、仮に装置の物理的配向が変化する、例えば、ハウジング１４０の底部の外面が、動作させるために置かれた表面でなくなるように装置が方向転換される場合でも、反応物混合物がバルブアセンブリ２００に到達しないように選択される。
【０１１２】
過酸化水素付加物１９１は、水と反応して過酸化水素を発生する化合物である。次に、この過酸化水素は、触媒２６０と反応する際、酸素と水に分解する。適切な化合物は、炭酸ナトリウムと過酸化水素、尿素と過酸化水素などの過酸化水素の付加物である。好適な一実施形態によると、付加物１９１は、炭酸ナトリウムと過酸化水素である。最も好適な実施形態によると、付加物１９１は、ＮａＰｅｒｃ、つまり、実験式Ｎａ２ＣＯ３−１．４Ｈ２Ｏ２を有する炭酸ナトリウムと過酸化水素の付加物である。
【０１１３】
温度安定材１９２は、水中で吸熱反応で溶解する。好ましくは、このような薬剤は、酸素発生反応の温度を適切な最高温度未満に限定するように選択された分解熱を有する。適切な温度安定材は、例えば、リン酸三ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、りん酸水素ナトリウム七水和物、リン酸水素二ナトリウム十二水和物、及びそれらの組み合わせを含む。好適な一実施形態によると、冷却材は、４０．２５ｃａｌ／ｇの冷却能力を有する式Ｎａ２ＰＯ４−１２Ｈ２Ｏのリン酸三ナトリウム（「ＴＳＰ」）である。
【０１１４】
ＴＳＰの分解速度、ひいては反応における冷却量は、ＴＳＰの形状の影響を受けることが分かっている。ＴＳＰ粉末と小型ＴＳＰ錠剤の反応プロファイルは異なるため、ＴＳＰは粉末、錠剤、カプセル、又はそれらの組み合わせとして使用することができ、選択される形状は所望の反応プロファイルに基づく。例えば、ＴＳＰ粉末はＴＳＰ錠剤よりも迅速に分解する結果、より確実な発熱反応の冷却をもたらす。本発明による酸素発生反応は一例である。いくつかの実施形態では、ＴＳＰは、単独で又はＴＳＰ粉末と組み合わせて、錠剤及び／又はカプセルとして使用される。好適な一実施形態によると、径が約０．６３〜約０．９７ｃｍ、厚さが約０．３１ｃｍ〜約０．５０ｃｍのＴＳＰ錠剤が使用される。ＴＳＰ錠剤面は、平坦又はわずかに外方に湾曲した外形を有していてもよい。更に別の実施形態によると、粉末、錠剤、又はカプセルは、分解速度に影響を及ぼし得る、ワックス、例えば、パラフィンなどの他の化合物を含んでもよい。
【０１１５】
実施形態によると、酸素発生混合物１９０は、一又は複数のコンパートメント内に配置される。好適な一実施形態によると、一又は複数のコンパートメントは一又は複数のスリーブ１９３である。一実施形態では、酸素発生混合物１９０は、過酸化水素付加物１９１及び温度安定材１９２を含む。好適な一実施形態では、酸素発生混合物１９０は、過酸化水素付加物１９１のみを含む。より好適な実施形態では、付加物１９１は、炭酸ナトリウムと過酸化水素である。最も好適な実施形態によると、付加物１９１は、ＮａＰｅｒｃ、つまり、実験式Ｎａ２ＣＯ３−１．４Ｈ２Ｏ２である、炭酸ナトリウムと過酸化水素の付加物である。
【０１１６】
各スリーブ１９３は、液体及びその他の反応物が貫通できる材料を含む。スリーブ１９３は、実施形態によると、例えば、矩形、円形、又は円筒形などの様々な形状をとり得る。スリーブ１９３の材料は、水１７５及び触媒２６０がハウジング１４０に導入されるときに酸素発生混合物１９０に接触することを最小限度に妨げるのに十分な液体及び気体透過性を有する。好適な実施形態によると、スリーブ１９３は、装置が（ａ）未作動状態のときには、酸素発生混合物１９０がスリーブ１９３の内部から脱出しない、（ｂ）作動状態のときには、水１７５及び触媒２６０が織材料を通過してスリーブ１９３の内部に入って酸素発生混合物１９０と反応し得るようなサイズの孔を有する織材料から成る。例えば、好適な一実施形態によると、酸素発生混合物１９０の平均粒径は約５００〜９００ミクロンであり、触媒２６０の平均粒径は約５０ミクロン未満であり、スリーブ１９３の孔はその間の径を有するため、酸素発生反応が可能である。
【０１１７】
好適な実施形態によると、酸素発生混合物１９０が充填された後、スリーブ１９３は接合部１９７で封止（例えば、熱封止）され又は締付けられて、複数の個々に封止されたパウチ１９５を形成する。例えば、図１４に示す実施形態によると、スリーブ１９３は２つの接合部１９７で封止されて、３つのパウチ１９５を形成する。他の実施形態によると、スリーブ１９３は１つの接合部１９７で封止されて、２つのパウチ１９５を形成する。別の実施形態によると、スリーブ１９３は３つ以上の接合部１９７で封止されて、４つ以上のパウチ１９５を形成する。
【０１１８】
スリーブ１９３の作製に使用される材料は、水及び触媒がスリーブ１９３を通って移送されて、そこに収容される酸素発生混合物１９０と相互作用することを有意に阻害又は妨害しない材料から選択される。また、スリーブ１９３に使用される材料は、容易に締付けられる及び／又は熱封止される材料から選択される。また、スリーブ１９３の作成に使用される材料は、上記酸素送達装置の環境、温度、及びその他の要件を満たす。一例として、スリーブ１９３は、メッシュ／織ポリエステル又はメッシュ／織ポリプロピレンから作製されてもよい。
【０１１９】
別の実施形態によると、スリーブ１９３は、液体可溶性材料から作製される。これらの実施形態によると、スリーブ１９３が水１７５及び触媒２６０と接触したときに溶解することによって、酸素発生混合物１９０が水１７５及び触媒２６０と混合する。よって、これらの実施形態では、スリーブ１９３は、孔のない材料から作製されてもよい。
【０１２０】
図１５に示す実施形態によると、それぞれが３つのパウチ１９５を有する３つのスリーブ１９３が、ハウジング１４０の底部内に配置される。３つのパウチ１９３は、ハウジング１４０内に嵌合するように設計され、好適な実施形態によると、スリーブ１９３は、ハウジング１４０の形状に合致するように設計される。例えば、スリーブ１９３Ａはスリーブ１９３Ｂの側面に位置する。スリーブ１９３Ｂは、一定の寸法の３つのパウチ１９５から成る（例えば、正方形又は矩形）。スリーブ１９３Ａはそれぞれ、設置時にハウジング１４０の内壁の湾曲部と合致するように設計された第１のパウチ及び第３のパウチを含む。他の実施形態では、スリーブ１９３Ａの第１及び第３のパウチは、ハウジング１４０の内壁の湾曲形状をとるように予め形成される。この構成は、輸送、保管、又は動作中のハウジング１４０の配向に関係なく、ハウジング１４０の床にほぼ均一に酸素発生混合物１９０を分散させるように設計される。別の実施形態によると、酸素発生混合物１９０は、他の手段によってハウジング１４０内にほぼ均一に分散され、例えば、酸素発生混合物１９０は、単独コンパートメント内に収容される、又はハウジング１４０の床に隣接したメッシュ材料下に限定される。
【０１２１】
スリーブ１９３は、いったん酸素発生混合物１９０が充填されれば、各種固定手段、例えば、スリーブ１９３を通じてハウジング１４０（図示せず）の底部の対応孔にねじ込まれるねじ又は糊付けによって、ハウジング１４０の底部に固定されてもよい。もしくは、スリーブ１９３は、物理的圧縮によってハウジング１４０の底部に装着されてもよい。
【０１２２】
上述したように、本発明の酸素発生反応は発熱反応である。ハウジングから生じる熱が手動装置にとって望ましくないことを認識し、ヒートシンクがハウジング１４０内に置かれる。一実施形態によると、ヒートシンク４００は、吸熱物質を充填したコンパートメント４０５を含む基層４０１及び上層４０３を含む。
【０１２３】
好適な一実施形態によると、基層４０１は、図１６に示すように、ハウジング１４０の内壁の周囲にほぼ合致するような形状の多孔性メッシュである。コンパートメント４０５を含む上層４０３は、基層４０１の上に配置され固定される。上層４０３は、図１６に更に示すように、基層４０１と類似の形状を有するが、面積は基層４０１よりも実質上小さい。
【０１２４】
好適な実施形態による上層４０３は、略平面状である（コンパートメント４０５を除く）。基層４０１及び上層４０３は、コンパートメント４０５に構造上の支持を与え得る材料から作製されてもよい。例えば、基層４０１及び上層４０３は、ポリマー（例えば、ポリ乳酸）から作製されてもよい。
【０１２５】
実施形態によると、コンパートメント４０５には、本発明の酸素発生反応によって発生する十分な量の熱を吸収することができる液体、個体、又はそれらの組み合わせが充填される。図１６に示す好適な一実施形態によると、コンパートメント４０５は、約２５０ｍｌの水をそれぞれ保持する、封止された液体充填パウチ又はバッグである。本実施形態では、コンパートメント４０５に収容された５００ｍｌの水は、酸素発生発熱反応によって発生した熱を吸収することによって、本発明の反応中のハウジング１４０の外部及び外層１４７の温度を低減させる。また、温度安定材１９２と同様、ヒートシンク４００は、酸素発生反応の温度を適切な最高温度未満に制限する。他の実施形態によると、より多い又は少ないコンパートメント４０５を含んでもよいし、一部又は全てのコンパートメントにおいてより多い又は少ない水を含んでもよい。更に別の実施形態では、単独のＵ字状コンパートメント４０５が含まれ得る。
【０１２６】
別の実施形態によると、上層４０３及び基層４０１の追加構造を設けずに、コンパートメント４０５のみが、ヒートシンクとして機能し得る。これらの実施形態では、コンパートメント４０５は、反応チャンバ内のスリーブ１９３（又は酸素発生混合物１９０）上に置くことができる。
【０１２７】
図１６に示すように、基層４０１及び上層４０３はそれぞれ、拡張部１５４及び１５６を通過させる孔４０７を含む。本構造によると、図１７に示すように、ヒートシンク４００は、ハウジング１４０内でバルブアセンブリ２００’とスリーブ１９３との間に位置する。
【０１２８】
図１７及び１８に示すように、ヒートシンク４００は支柱１５０によってハウジング１４０内に支持される。支柱１５０は、ハウジング１４０の底部から垂直に延在する。実施形態によると、支柱１５０は、ヒートシンク４００の配向穴４０９に一致するように位置決めされる。別の実施形態によると、各支柱１５０は、固定要素（例えば、ねじ、リベットなど）によってヒートシンク４００を各自の支柱１５０に固定するために遠位端に孔１５１を有してもよい。上記実施形態では、ねじ（図示せず）は、各自の支柱の遠位端の孔１５１を介して対応する支柱１５０にねじ込まれて係合されてもよい。本実施形態では、ヒートシンク４００の各配向穴４０９は、ハウジング１４０内の対応する支柱１５０に整合するため、各自の支柱１５０の孔１５１が対応する配向穴４０９（図１６に示す）と位置合わせされて、固定要素を挿入させることによってヒートシンク４００の確実な係合を確保することができる。
【０１２９】
好適な一実施形態によると、図１７及び１８に示すように、各支柱１５０は、軸方向に延在するフランジ１５２を含んでもよい。各支柱１５０の遠位端の孔に隣接するフランジ１５２の部分は、ヒートシンク４００への追加の構造上の支持を提供する棚部としての役割を果たす。
【０１３０】
また、ヒートシンク４００は、装置１００が作動したときに発生する熱を放散させる代替手段としての役割を果たし得る。例えば、実施形態によると、ヒートシンク４００は、温度安定材１９２の代替として機能する。よって、一実施形態によると、装置１００はヒートシンク４００を含むが、温度安定材１９２を含まない。ヒートシンク４００を組み込んだ好適な実施形態では、作動後の装置内の温度は好ましくは１００℃未満、より好ましくは８０℃未満、最も好ましくは約５０℃未満を維持する。好適な本実施形態では、作動後の装置の外面の温度は好ましくは、４８℃未満、より好ましくは４５℃未満を保つ。
【０１３１】
上述したように、本開示は、携帯型化学酸素発生器に関する。発生した酸素は、いくつかの化学成分又はいくつかの化学的及び機械的成分の組み合わせを含む化学的プロセスの産物である。別個の封止コンパートメントに酸素発生反応の成分を格納し、それらの成分を環境内の水分から保護することによって、装置は、１０℃〜２７℃で、長期間、好ましくは、１月、１年、２年、及び３年超、未作動状態で保管することができる。
【０１３２】
反応速度は、温度安定材１９２の分解速度の調節（又はヒートシンク４００を介した吸熱）によって制御されるため、動作中の装置の最高温度は、好ましくは１００℃未満、より好ましくは８０℃未満、最も好ましくは約５０℃未満を維持するように制御し得る。また、本発明の一実施形態による反応成分の選択によって、有毒副産物又は揮発性有機化合物なしに緊急状況で酸素を生成することができ、その結果、これらの組成物は高純度の呼吸に適した酸素を生成する。
【０１３３】
本開示の一側面は、ＮａＰｅｒｃ、ＭｎＯ２、ＴＳＰ、及び水を含む酸素発生組成物である。他の実施形態では、組成物内の水は、不凍剤、例えば、ポリエチレングリコールを含んでもよい。追加の他の実施形態では、過酸化物付加物から過酸化物を解放させることができる水以外の液体又は材料が、組成物内で使用されてもよい。
【０１３４】
本発明の別の側面は、本開示の酸素発生組成物を水と接触させることを含む、呼吸に適した酸素の発生方法である。本発明の一実施形態によると、装置は、「酸素、ＵＳＰ」−発生した酸素が米国薬局方規格を遵守することを意味する−と標示するのに適した酸素を発生させる。水１７５、触媒２６０、及び付加物１９１の量、並びに温度安定材１９２の量及び物理的構成は、酸素が１５分、２０分、３０分、４５分、又は９０分間に少なくとも１Ｌ／分、少なくとも２Ｌ／分、少なくとも３Ｌ／分、少なくとも４Ｌ／分、又は少なくとも６Ｌ／分の速度で発生するように（９０Ｌの容積を基準として計算）選択され得る。更に、本開示の酸素発生組成物は、装置の作動時に、一又は複数の発泡体、有毒副産物、及び揮発性有機汚染物質が最小化されるように調製され得る。本発明の一実施形態によると、装置によって発生する酸素は、存在するＶＯＣ（即ち、揮発性有機化合物）に対して環境保護局の空気品質基準を満たす。
【０１３５】
本開示は、本開示の酸素発生組成物を水と接触させることを含む酸素の発生方法を更に提供する。本明細書で使用されるとき、「接触させる」は、酸素発生組成物を越えて／通って／内へ水を流す、又は酸素発生組成物を水中に浸漬させることを含み得る。いくつかの実施形態では、接触は、水を収容する上側コンパートメントと酸素発生組成物を収容する下側コンパートメントにおいてバルブを開放し、重力により水を下側コンパートメント内へ排出させて、反応を開始し酸素を放出することによって行われる。酸素発生方法で使用されるＮａＰｅｒｃ、ＭｎＯ２、及びＴＳＰの相対量は、酸素発生組成物に関して本明細書で開示されるいずれの量であってもよい。
【０１３６】
水と接触すると、ＮａＰｅｒｃ付加物１９１が分解して、炭酸ナトリウムと過酸化水素を生成する。過酸化水素は、ＭｎＯ２、即ち、触媒２６０との接触時、水及び酸素に更に分解する。過酸化水素の分解速度は、過酸化水素の濃度及び反応温度に依存する。各種実施形態では、存在するＭｎＯ２は、多量の触媒２６０を用いて過酸化水素を圧倒するのに過剰な量である。いくつかの実施形態では、ＮａＰｅｒｃ付加物１９１の重量の約０．３％〜約１％の範囲で提供されるＭｎＯ２の量が、略瞬時に生成されるＨ２Ｏ２と反応するのに十分であるため、Ｈ２Ｏ２はＮａＰｅｒｃ付加物１９１の分解から放出されるのと同じくらい迅速に酸素に分解される。上記実施形態では、酸素の生成速度は、ＮａＰｅｒｃ付加物１９１の分解速度と略同等であり、反応の水性相におけるＨ２Ｏ２の濃度は常に超低濃度に保たれる。このため、出てくる酸素流にもほぼＨ２Ｏ２は含まれない。
【０１３７】
本発明の好適な一実施形態では、水は上側封止コンパートメントからバルブ２２０内の触媒チャンバ２６５を通って流れ、触媒２６０と混合して、水性−ＭｎＯ２触媒の組み合わせとしてバルブアセンブリ２１０を出る結果、ハウジング１４０内に予め配置されたＮａＰｅｒｃ付加物１９１及びＴＳＰ冷却剤１９２と接触する。ＮａＰｅｒｃ付加物１９１は分解して炭酸ナトリウム及び過酸化水素を生成し、過酸化水素は、ＭｎＯ２触媒２６０と接触するため、水と酸素に更に分解する。
【０１３８】
酸素発生組成物１９０、触媒２６０、及び水１７５は、酸素発生反応を開始し維持するのに適した任意の量で提供し得る。
【０１３９】
上述したように、個人が呼吸困難になり、至急酸素を必要とする状況がある。本発明は、本明細書に記載され請求される携帯型酸素発生装置の始動後に短時間で、汚染物質を含まない酸素を提供することによってこの問題に対処する。動作時、酸素を必要とする個人の近傍で本発明の携帯型化学酸素発生器を用いることによって酸素が生成されるため、いったん流れ始めると、患者は装置と流体連通しているマスク又は鼻カニューレを介して酸素を呼吸し始めることができる。
【０１４０】
酸素発生プロセスは、以下のように本発明の装置で生じる。プロセスは、略水平面に装置を配置することから開始される。ユーザはまず、作動手段に置かれた拘束手段１８９を取り外し、その後、作動手段（例えば、ハンドル１８０）を、同じ円弧路を時計の分針で１２：００から９：００の位置まで約２７０度回転させる（図６Ａ及び６Ｂを参照）。他の実施形態によると、ユーザは作動手段（例えば、ハンドル１８０）を、同じ円弧路を時計の分針で３：００から６：００の位置まで約９０度回転させる。拘束手段１８９は、ハンドル１８０の偶発的な作動を防止し、装置が既に作動されている（よって利用不能である）ことをユーザに警告する。ハンドル１８０は、蓋１２０下のバルブアセンブリ２００に接続される。作動前に、バルブアセンブリ２００は、隣接するいくつかの他の封止コンパートメント、即ち、蓋１２０下の酸素蓄積チャンバ１２２、水容器１７０、及び支持プレート１６０下のハウジング１４０から封止される。
【０１４１】
ハンドル１８０の作動により、図３Ｃに示すように、バルブ２２０及びキャップ２５０は、バルブ本体２１０に対して下方に変位する。この変位は、バルブ２２０のスロット２８４、２８６、２８８、及び２９２内のオーリングをバルブ本体２１０の表面から分離させる。容器１７０からの水１７５は、保持チャンバ２６５を経て開口部２１８及び２１９を流れ、下方にハウジング１４０に流れ込む際に触媒２６０を採り入れる。この構成により、触媒２６０が反応混合物に送達するように確保される。図３Ｅに示す一実施形態では、作動後、バルブ２２０はねじ２３０のねじ山に沿って下降し、ねじから分離される。この分離が発生すると、バルブ２２０とキャップ２５０は、水１７５及び触媒２６０と一緒に、バルブ本体２１０の内部からハウジング１４０内に流れ落ちる。もう１つの利点としては、これにより、触媒２６０の全てが水１７５と酸素発生混合物１９０と共に存在してハウジング１４０内の反応を最適化する可能性が保証される。
【０１４２】
次に、上述の酸素発生化学反応が発生する。図５Ａに示す一実施形態によると、発生した酸素及び水蒸気は、バルブアセンブリ２００を通って上方に移動し、バルブハウジング２１０の貫通孔２１１及び２１３を出て、容器１７０の上面と膜１７１の底面との間の空間に流れ込む。酸素は、液体不透過−気体透過膜１７１を通って回収チャンバ１２２に流れ込んだ後、酸素口１２５を介して装置１００から出る。膜１７１は、反応混合物が回収チャンバ１２２に流入するのを防止すると共に、液体が装置から流出するのを防止する役割を果たす。
【０１４３】
図５Ｂに示す一実施形態によると、発生した酸素及び水蒸気は、中央バルブアセンブリ２００’を通って上方に移動し、バルブハウジング２１０の貫通孔２１１’及び２１３’を出て、容器１７０の上面と膜１７１の底面との間の空間に流れ込む。酸素は、液体不透過−気体透過膜１７１を通って回収チャンバ１２２に流れ込んだ後、酸素口１２５を介して装置１００から出る。膜１７１は、反応混合物が回収チャンバ１２２に流入するのを防止すると共に、液体が装置から流出するのを防止する役割を果たす。
【０１４４】
これらの実施形態によると、いったん装置１００が作動されれば、図５Ｂに示すように、バルブアセンブリ２００’は、反応によって生成した酸素が、水１７５及び触媒２６５がハウジング１４０に流れ込むときに移動するのと同じ経路をたどらず、上方に流れることを可能にする別個の経路を提供する。発生した酸素は、底部貫通孔２５１’でバルブアセンブリ２００’に入る。次に、図５Ｂに示すように、酸素はねじ２３０’の中央孔２３３’を通過し、容器１７０の上面と膜１７１の底面との間の空間に流れ込む前に、位置合わせされた開口部２３４’／２１３’及び２３５’／２１１’から流出する。次いで、発生した酸素は引き続きこのガス流路上で液体不透過−気体透過膜１７１を通って回収チャンバ１２２に入り、酸素口１２５を介して装置１００から出る。
【０１４５】
上述したように、装置１００が作動状態にあるとき、水１７５と触媒２６５がバルブアセンブリ２００’の側面に沿って流れ出す一方、発生した酸素は貫通孔２５１’を通ってバルブアセンブリ２００’に入る。別個のガス流路を有することによって、酸素発生反応の開始時に最初に発生した酸素は、水１７５と触媒２６５の流とは競合せず、酸素口１２５に達する酸素だけでなく、ハウジング１４０に送達される水及び触媒に関する時間と効率を節約して、酸素発生プロセスを促進させる。
【０１４６】
酸素口１２５において装置１００から流出する発生酸素は水蒸気を含み、周囲温度をおそらく超える。チューブを出てマスク又は鼻カニューレに入り、患者に不快感を与え得る凝結物を低減するために復水を回収するウォータトラップ３００を図８に示す。ウォータトラップ３００は、出口１２５（図１を参照）とマスク又は鼻カニューレ（図示せず）との間に配置される。一実施形態では、ウォータトラップ３００は、熱封止可能な気密可撓バリア材、例えば、ミシガン州トロイのＣａｄｉｌｌａｃ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  Ｃｏ．社製ＣＡＤＰＡＫ  ＨＤ１００梱包材から成る。本発明の一実施形態によると、材料は同様に、高熱伝導率を有する。ウォータトラップ３００は、酸素口１２５と接続される入口３０５と、他端でマスク又はカニューレと接続されるチューブと接続される出口３１０とを有する。ウォータトラップ３００は、凝結物を捕捉しつつ、発生した酸素の経路を同時に提供する。
【０１４７】
一実施形態によると、ウォータトラップ３００は、対向側で互い違いに配置される一連の垂直内部障壁３１５を有し、各バリアは、ウォータトラップ３０５の一方の内側壁３２０から他方の内側壁３２１までの距離の半分を超えて突出している。この構成は、トラップを通過する酸素は、直線上に配置された場合のウォータトラップ３００自体の長よりも長くなる路３２５を通過するように確保する。この細長路３２５は、直線路のみの場合よりも多くの復水を回収できるという追加の利点を有する。また、長い流路は、発生したガスを周囲温度近傍まで冷却し易くすることによって、ガス流から凝結する水分量を増大すると共に、マスク又はカニューレに至るチューブ内の不所望の凝結物を低減する。本発明の一実施形態では、ウォータトラップ３００は略矩形である。図８に示す実施形態では、ウォータトラップ３００は、一端に入口３０５と他端に出口３１０を有する。図９に示す別の実施形態では、ウォータトラップ３５０は、同じ側に入口３５５及び出口３６０を有し、内部障壁３６６は側壁３７０、３７１に略平行に延びるが、側壁３７１の方に近い。内部障壁３６５は、内側壁３７０と内部障壁３６６との間に互い違いに配置され、内部障壁３６５に略垂直に延びる。本実施形態では、発生した酸素は入口３５５から入り、内部障壁３６６の長を延在する流路３７５に沿ってウォータトラップ３５０を移動した後、互い違いに配置された内部障壁３６５によって画定される領域を流れて、最終的に出口３６０でウォータトラップ３５０を出る。この比較的長い流路により、より多くの凝結物を捕捉することができる。
【０１４８】
一実施形態によると、第１の配管長は装置のウォータトラップ３００の酸素口１２５から入口３０５まで延在し、第２の配管長は出口３１０からマスク又はカニューレまで延在する。第１の配管長は十分に長くして、装置の使用時、ウォータトラップ３００は、酸素発生反応によって加熱されないようにハウジング１４０から離して配置することができる。
【０１４９】
酸素を必要とする患者によるアクセスと使用のため、本発明の装置１００は単独で保管し得る（チューブ、フェイスマスク／鼻カニューレ、及び／又はウォータトラップは予め接続されていないが、近接している）。装置１００はまた、チューブ及びフェイスマスク／鼻カニューレと一緒に保管されてもよく、チューブは好ましくは予め酸素口１２５と接続されている。別の実施形態では、装置１００は２つのチューブを有してもよく、第１のチューブは第１のチューブの近位端で酸素口１２５と、第１のチューブの遠位端でウォータトラップ入口３０５と予め接続されており、第２のチューブは第２のチューブの近位端でウォータトラップ出口３１０と、第２のチューブの遠位端でフェイスマスク／鼻カニューレと予め接続されている。
【０１５０】
実施形態によると、装置１００は、図１７に示すように、フェイスマスク／鼻カニューレとそれに関連付けられるホースとを収容するコンパートメント１１０を含む。これらの実施形態によると、コンパートメント１１０は、酸素口１２５近傍で、装置１００の外層１４７に脱着可能に装着される。コンパートメント１１０は、フェイスマスク／鼻カニューレ及びホースを迅速かつ容易に利用可能にしつつ、作動前のフェイスマスク／鼻カニューレ及びホースを収容および保護するサイズと形状を有する
【０１５１】
好適な一実施形態によると、コンパートメント１１０の外周は、外層１４７（図示せず）の対応孔と係合する装着要素、例えば、タブや突出部など（図示せず）を含む。
【０１５２】
コンパートメント１１０は更に、拘束手段１８９によって装置１００に固定される。一実施形態によると、拘束手段１８９は、ハンドル１８０（図６Ａを参照）を横断してコンパートメント１１０の片側（図６Ｃを参照）に装着されるテープである。拘束手段１８９を装置１００から除去すると、コンパートメント１１０のタブ又は突出部の少なくともいくつかが外層１４７から取り外されることによって、始動後の使用のためにフェイスマスク／鼻カニューレと、それに関連付けられるホースとを解放する。例えば、好適な実施形態によると、コンパートメント１１０のタブ又は突出部と外層１４７の対応する孔とは、拘束手段１８９を取り外すことによって、コンパートメント１１０を回転し開放させるために少なくともそれらのタブ又は突出部を外層１４７から分離するように設計される。一実施形態によると、テープ状の拘束手段１８９は、コンパートメント１１０の外側の少なくとも一部に装着され、コンパートメント１１０の縁部を覆い（例えば、折り畳まれ）、コンパートメント１１０の内側（図示せず）の少なくとも一部に装着される。したがって、本実施形態では、拘束手段１８９が装置１００から解放されるように引っ張られると、拘束手段１８９はコンパートメント１１０の一部に装着されたままである。このため、フェイスマスク／鼻カニューレとそれに関連付けられるホースとが迅速かつ容易に利用可能となる。
【０１５３】
本発明の一実施形態による酸素発生器は、以下のように組み立てることができる。バルブハウジング２１０は、封止フランジ２１４及び２１６を容器の上面及び下面に熱封止することによって容器１７０に接続される。その後、バルブアセンブリ２００は、図１０に示すように部分的に組み立てられる（バルブアセンブリ２００は後述するように逆転されている）。
【０１５４】
バルブ２００の組立の一部として、バルブ本体２２０は、図３Ｂを参照して説明したように、フランジ２８６及び２８８に配設されるオーリングがバルブハウジング２１０の内面と係合するように、バルブハウジング２１０に挿入される。ねじ２３０がバルブ本体２１０にねじ込まれる。スロット２８０及び２８４内のオーリングが、バルブハウジング２１０の内面とバルブ本体２２０の内面にそれぞれ係合する。この段階で、キャップ２５０はバルブ本体２２０から分離される。なお、バルブ本体２２０の開口部２２８及び２２９（図３Ａにより明瞭に示す）は、バルブハウジング２１０の開口部２１８及び２１９と流体連通しており、容器１７０とも流体連通している。また、バルブ本体２２０の開口部２７０が、開口部２１８、２１９、２２８、２２９を介して容器１７０と流体連通するように、バルブ本体２２０の内部は中空である。また、触媒チャンバ２６０は、スロット２８８内のオーリングの上方に部分的に形成される。触媒チャンバ２６０は、バルブハウジング２１０の内部を通って上端で開放している。
【０１５５】
次に、容器１７０には、所定量の水溶液１７５が充填される。溶液はバルブ本体２２０の開口部１７０を通じて導入され、バルブ本体２２０の内部と開口部２１８、２１９、２２８、２２９を通って容器１７０に流れ込む。触媒２６５は、バルブハウジング２１０の開放端を通じて、部分的に形成された触媒チャンバ２６０へ送達される。次に、キャップ２５０は、バルブハウジング２１０及びバルブ本体２２０の開放端に挿入される。支柱２５４及び２５６のスナップ嵌めは、開口部２２８及び２２９の縁部と係合して、バルブ本体２２０に対してキャップ２５０を固定する。キャップ２５０のスロット２９０及び２９２内のオーリングは、バルブ本体２２０とバルブハウジング２１０の内面にそれぞれ封止係合する。その結果、水溶液１７５がバルブ２００を流れることが阻止され、触媒２６５は触媒チャンバ２６０内に封止されて、装置が作動されるまで溶液１７５と触媒２６５の相互作用を防止する。バルブアセンブリ２００と容器１７０が右側を上にして配置されると、バルブ２００は図３Ｂに示す構造をとる。
【０１５６】
装置は更に以下のように組み立てられる。所定量の酸素発生混合物１９０は、ハウジング１４０の底部に置かれる。図１の分解図に示すように、支持プレート１６０はハウジング１４０内に配置されて、リブ１４６の上端によって形成される棚部１４８に置かれる。バルブアセンブリ２００は、支持プレート１６０の中心の穴を通じて挿入され、バルブハウジング２１０の下部のタブ２１５は、図２Ａを参照して説明したように、スロット１５３に嵌め込むことによってバルブ支持アセンブリ１４４の拡張部１５４及び１５６と係合する。他の実施形態によると、バルブアセンブリ２００’（図示せず）は支持プレート１６０の中心の穴を通じて挿入され、バルブハウジング２１０’の下部のタブ２１５は、図１１及び１２を参照して説明したように、スロット内に摺動させることによってバルブ支持アセンブリ１４４の拡張部１５４及び１５６と係合する。
【０１５７】
容器１７０の縁部は、ハウジング１４０の縁と係合する。図１に示す一実施形態によると、容器１７０の縁部に沿った穴１３７は、ハウジング１４０の縁に沿ったピン１３９に嵌合する。別の実施形態によると、容器１７０の縁部は、ハウジング１４０の縁に熱封止される。
【０１５８】
蓋１２０は、ハウジング１４０の縁部に嵌合し、バルブ２００の上部が蓋１２０の開口部１２４を通って延在する。ナット２４０はバルブアセンブリ２００の上部にねじ込まれて、バルブアセンブリ２００を蓋１２０に固定する。バルブアセンブリ２００は、バルブ支持手段１４４によってハウジング１４０の底部１４３に、ナット２４０によって蓋１２０に固定されるため、ハウジング１４０に対して蓋１２０を保持する構造上の支持を提供する。その結果、増大するガス圧による力が、酸素が発生したときに、蓋１２０をハウジング１４０から脱離させることがない。次に、ハンドル１８０が、バルブアセンブリ２００のねじ２３０と接続される。機械ねじ１８８が、ハンドルの穴を通じて挿入され、ハンドル１８０をバルブアセンブリ２００に固定して、上述したように装置を作動させる。一実施形態によると、粘着ラベルなどの拘束手段１８９が、ハンドル１８０及び蓋１２０に貼付される。
【０１５９】
本発明は先に概説した特定の実施形態と併せて説明したが、多くの代替、変更、及び変形が当業者にとって自明であることは明白である。したがって、上述した本発明の好適な実施形態は、限定ではなく説明的であることを目的とする。以下の請求項に定義されるような本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2020512033.tif 000015
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
2020512033.tif 000021
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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