JP2018117657A - 空気混入防止兼液逆流防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 移動しながら点滴を行う場合、輸液チューブの姿勢次第では液切れによる空気の混入のおそれがあり、転倒などのトラブル時に液の逆流のおそれもあるので、これらを防止する必要がある。【解決手段】 入口管（１ａ）を持つ上蓋（１）と出口管（２ａ）を持つ下蓋（２）および両者で挟まれた筒体（３）とが一体化されたものと、この中に入れるフロート弁（４）で構成され、空気が入ってきた場合はフロート弁（４）が下がって出口を塞ぎ、逆流しようとするときはフロート弁（４）が上に上がって入口を塞ぐようにする。装置が傾いてもフロート弁（４）が芯ずれせず挙動するようになっている。【選択図】図１

Description

本発明は送液管路において液源から空気が送られてきた場合に管路下流に空気が流入するのを防止し、液源にトラブルが生じて上流下流の圧力が逆転した場合に液が管路上流に逆流するのを防止する装置であり、医療行為として患者に薬液を注入するための輸液装置の輸液源と注入部の間の管路の一部に使用するのに好適な安全装置に関する。

病気の患者に薬液を処方する手段として点滴が多く用いられる。患者の静脈への点滴は、通常点滴スタンドに輸液バッグを掛けて、輸液源の液面と注入部の高低差の重力による液圧が静脈の血圧以上の圧力となり、薬液を注入できる。ベッドに寝た状態で点滴を行う場合は輸液チューブもあまり動かないので、もし輸液バッグが空になって残留していた空気が輸液チューブに流れ込んでも、液面が静脈圧力とバランスするところまで下がってきたら点滴は停止し、逆流もしない。また点滴スタンドも安定しているので輸液バッグが下に落ちて圧力がなくなり、静脈圧力の方が高くなって血液が逆流するという危険性も少ない。すなわち特別な装置を用いなくても安全性を確保できる。

しかし、時には患者がベッドを離れて移動中にも点滴を続けなければならない場合がある。長時間の点滴中には用足しのためにベッドを離れる必要もあるかもしれないし、診療などの都合で部屋を移動する必要もあるかもしれない。そのような時のために点滴スタンドには車輪がついていて、患者は自分で点滴スタンドを手で押しながら歩いて移動する。この場合に輸液バッグが液切れすると、輸液チューブの姿勢次第では空気が注入部に混入する可能性も出てくる。

また、点滴スタンドを押して移動中に障害物にぶつかったり、自分が躓いたりして点滴スタンドを倒してしまう危険性もある。その場合には輸液バッグが地面の高さまで落下してしまうので、重力による圧力は消滅してしまう。一方静脈にもある程度の血圧はあるので、血液が輸液チューブに逆流する恐れがある。

現状では移動中に点滴を継続する場合に、輸液源が液切れしたときに注入部に空気が混入するのを防止し、血液が逆流しようとした場合にこれを停止させる装置としては、センサや制御装置を備えた電子装置である輸液ポンプしかなく、電源もセンサも制御装置も不要な簡易な装置は見当たらない。

特開平７−３４５０５

輸液関連の医療分野には背景に記述したように、点滴継続移動中に空気の混入防止と血液の逆流防止を簡易に行う装置は見当たらず、この目的を達するためには、電源が必要で重量もあり、高価な輸液ポンプを用いる他に方法はなかった。他分野において作用が似た技術を見いだせるものとして特許文献１に表示した公知例がある。これは排水管に関するもので、排水が切れて排水管の入口から空気が浸入した場合にはフロート弁が下がって出口を塞ぎ、流れを止めてトラップ内の水が空になるのを防ぎ、水が逆流しようとした場合にはフロート弁が上がって入口を塞ぎ、水があふれるのを防止するものである。

しかしこの装置は固定設置されるものであって、装置が移動したり姿勢が変わったりすることを想定しておらず、フロート弁を収納する管は常に直立していることが前提になっている。フロート弁と管内面の間には大きな隙間があり、もし管が大きく傾いている場合にはフロート弁は管内壁面に接触して移動し、管の中心線から芯ずれするので入口または出口を塞ぐことはできない。したがってこの構造のままでは点滴継続移動中に生じる空気混入と血液逆流の問題を解決することはできない。

本発明は前記課題を解決するために、高価な電子装置を用いず、簡単な構造で点滴中の空気の混入と血液の逆流を防止する装置に関するものである。構成部品は入口管を持つ上蓋と出口管を持つ下蓋および両者で挟まれた筒体とが一体化されたものと、この中に入れるフロート弁である。フロート弁が少なくとも筒体の端部に位置するときには筒体内面との隙間は小さく、実質的に筒体の半径方向には移動できず、軸方向にのみ移動できるようになっている。フロート弁が少なくとも筒体の中間部に位置するときにはフロート弁を迂回して流体が流れる通路が形成されている。

通常はフロート弁は筒体の中間部に位置し、フロート弁を迂回して上部から下部へ液が流れる。上流側に液切れが生じて入口管から空気が流入してくるとフロート弁は筒体内を下がっていき、出口シートに密着して出口管との連通を遮断して空気が下流側へ流入するのを防止する。下流側から液が逆流しようとした場合にはフロート弁は筒体内を上がっていき、入口シートに密着して入口管との連通を遮断して液が上流側へ逆流するのを防止する。

点滴装置の輸液管路の一部に挿入することにより、装置の姿勢にかかわらず、輸液源が液切れしてもフロート弁が降下し、出口シートに密着して出口管との連通を遮断するので空気が下流側に流入するのを防止でき、転倒などのトラブルがあって上流側の圧力が消失し、上流下流の圧力が逆転してもフロート弁が上昇し、入口シートに密着して入口管との連通を遮断するので液が上流側へ逆流するのを防止できる。これにより点滴を継続しながら移動する際にも安全性を確保することができる。

第１の構造例の構成を示す分解俯瞰図である。 第１の構造例の内部構造を示す断面図である。 第１の構造例の通常使用状態を示す断面図である。 第１の構造例において液切れ状態を示す断面図である。 第１の構造例において液の逆流防止状態を示す断面図である。 第１の構造例において傾いた状態で液切れ状態を示す断面図である。 第１の構造例において横倒し状態を示す断面図である。 第２の構造例の構成を示す分解俯瞰図である。 第２の構造例の通常使用状態を示す断面図である。 第３の構造例の構成を示す分解俯瞰図である。 第３の構造例の通常使用状態を示す断面図である。 フロート弁の重力と浮力に関する説明図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図１１に基づいて説明する。

図１〜図７は本発明を実施する装置の第１の構造例を示している。図１は装置を分解して示す俯瞰図である。部品は上蓋１、下蓋２、筒体３、球形のフロート弁４からなり、筒体３はフロート弁４を封入した後上蓋１と下蓋２で挟んで一体化される。上蓋１には入口管１ａが付いている。下蓋２には出口管２ａが付いている。筒体内面３ａには１カ所以上に溝が掘られ、通路３ｂが設けられている。

図２は第１の構造例の内部構造を示す断面図である。上蓋１と下蓋２で挟まれて一体化された筒体３内にフロート弁４が封入されている。筒体内面３ａとフロート弁４の間には微小な隙間があり、フロート弁４は実質的に筒体３の径方向には移動できず、軸方向にのみ移動できる。筒体内面３ａの溝は液がフロート弁４を迂回して流れる通路３ｂになっている。上蓋１の内面にはフロート弁４が上端まで上昇したときに着座する入口シート１ｂが設けられている。下蓋２の内面にはフロート弁が下端まで下降したときに着座する出口シート２ｂが設けられている。

図３は通常の使用状態を示している。入口管１ａ、筒体３および出口管２ａは液５で満たされている。入口管１ａ側の圧力Ｐ１は出口管２ａ側の圧力Ｐ２よりも高く、液５は上から下へ向かって流れようとする。フロート弁４の密度は液５よりも小さく、浮力で上に上がろうとする。しかしその浮力は圧力Ｐ１とＰ２の差によりフロート弁４に加わる荷重よりも小さく、フロート弁４は入口シート１ｂを塞ぐことはなく、液５は通路３ｂを通って筒体３内の下部へ流れ出口管２ａへと流れる。点滴の輸液管路の一部に挿入している場合は点滴が継続される。

図４は入口管１ａの上流側で液切れを生じた状態を示している。空気が入口管1ａから筒体３内に流入し、液５は出口管２ａに出て行くので液面５ａは低下していく。それに伴ってフロート弁４も下降していき、下面が出口シート２ｂに着座する。そうすると出口管２ａが閉塞されるのでそれ以上液５は出口管２ａに流れ込まなくなる。したがって出口管２ａへの空気の流入も防止される。点滴の輸液管路の一部に装置を挿入している場合は点滴に空気が混入するのを防止することができる。

図５は入口管１ａの上流側に何らかのトラブルが生じて上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２が逆転した場合を示している。Ｐ１は大気圧、Ｐ２は静脈圧力とするとＰ１＜Ｐ２であり、液が逆流しようとする。しかし、フロート弁４は浮力と下からの圧力により上に上昇し、入口シート１ｂに着座する。そうすると入口シート１ｂで入口管１ａが閉塞されるので液の逆流は停止する。点滴の輸液管路の一部に装置を挿入している場合は血液が逆流するのを防止することができる。

図６は装置が傾いている場合を示している。上流側から空気が流入した状態を一例として説明する。入口管１ａから筒体３内に空気が流入するが、フロート弁４は軸方向にのみ移動できるので、装置が傾いていても筒体３内を偏心せずに下降していき、出口シート２ｂに着座する。そうすると出口管２ａは閉塞され、それ以上液は出口管２ａに流れないから空気の流入も防止できる。装置が傾いてもフロート弁４が出口シート２ｂに着座したときに液面５ａが出口シート２ｂより上にあるようにフロート弁４の密度を調整しておけば出口管２ａへの空気の流入を確実に防止することができる。図を省略するが、装置が傾いても通常の使用状態では通路３ｂを通じて液が流れる点や、液が逆流しようとする場合はフロート弁４が入口シート１ｂに着座して逆流を防止する点も装置が傾いていない場合と同様である。

図７は装置が横倒しになった状態を示している。点滴装置に使用している場合は点滴スタンドが倒れたような場合にこの状態になる。フロート弁４は筒体３内を軸方向にのみ移動できるがそれ自体では左右に移動する力は発生しない。入口管１ａ側の圧力Ｐ１が出口管２ａ側の圧力Ｐ２よりも高い場合はフロート弁４は右側へ押されて出口シート２ｂに着座する。そうすると出口管２ａが閉塞されるので液は流れなくなる。一方出口管２ａ側の圧力Ｐ２が入口管１ａ側の圧力より高い場合はフロート弁４は左側へ押されて４’の位置に移動し、入口シート１ｂに着座する。そうすると入口管１ａが閉塞されるので液は流れなくなる。すなわち装置が横倒しになった場合は液はどちらへも流れなくなる。点滴装置においては装置が横倒しになるのは転倒などのトラブル時であるから、そのような場合は輸液も逆流も停止して危険を回避できる。

図８および図９は本発明を実施する装置の第２の構造例を示している。図８は装置を分解して示す俯瞰図である。上蓋１と下蓋２およびフロート弁４は第１の構造例と同じで、筒体３の構造が異なっている。筒体内面３ａには溝がなく、中間部は拡径している。両端部はフロート弁４との径方向隙間が狭くなっており、フロート弁４が両端部にあるときは実質的に径方向に移動しないようになっている。両端部と拡径部はなめらかな曲面で連続している。フロート弁４が拡径部にあるとき周囲にできる隙間は通路３ｂを形成する。

図９は第２の構造例の通常の使用状態を示している。入口管１ａ、筒体３および出口管２ａは液５で満たされている。入口管１ａ側の圧力Ｐ１は出口管２ａ側の圧力Ｐ２よりも高く、液５は上から下へ向かって流れようとする。フロート弁４の密度は液５よりも小さく、浮力で上に上がろうとする。しかしその浮力は圧力Ｐ１とＰ２の差によりフロート弁４に加わる荷重よりも小さく、フロート弁４は入口シート１ｂを塞ぐことはなく、液５は通路３ｂを通って筒体３内の下部へ流れ出口管２ａへと流れる。点滴の輸液管路の一部に挿入している場合は点滴が継続される。入口管１ａから空気が流入してきた場合や出口管２ａから液が逆流しようとした場合、さらには装置が傾いた場合もフロート弁４は第１の構造例と同様に挙動する。装置が横倒しになった場合も内面３ａの曲面変化は緩やかで、フロート弁４を軸方向に止める力はほとんど発生しないので、この場合もフロート弁４は第１の構造例と同様に挙動する。

図１０および図１１は本発明を実施する装置の第３の構造例を示している。図１０は装置を分解して示す俯瞰図である。上蓋１と下蓋２は第１の構造例と同じで、筒体３とフロート弁４の構造が異なっている。筒体内面３ａには溝も拡径部もなく円筒面になっている。フロート弁４は中間部が円筒形になっており、外面の一カ所以上に溝を掘ることにより、液がフロート弁４を通過して流れる通路４ａが設けられている。フロート弁４の両端部にはシール面４ｂおよび４ｃが設けられている。フロート弁４の円筒部と筒体内面３ａとの隙間は小さく設定されており、フロート弁４は筒体３内を実質的に径方向に移動できず、軸方向にのみ移動できるようになっている。

図１１は第３の構造例の通常の使用状態を示している。入口管１ａ、筒体３および出口管２ａは液５で満たされている。入口管１ａ側の圧力Ｐ１は出口管２ａ側の圧力Ｐ２よりも高く、液５は上から下へ向かって流れようとする。フロート弁４の密度は液５よりも小さく、浮力で上に上がろうとする。しかしその浮力は圧力Ｐ１とＰ２の差によりフロート弁４に加わる荷重よりも小さく、シール面４ｂは入口シート1ｂを塞ぐことはなく、液５は通路４ａを通って筒体３内の下部へ流れ、出口管２ａへと流れる。点滴の輸液管路の一部に挿入している場合は点滴が継続される。入口管１ａから空気が流入してきた場合はフロート弁４が下降してシール面４ｃが出口シート２ｂに着座し、出口管２ａから液が逆流しようとした場合はフロート弁４が上昇してシール面４ｂが入口シート１ｂに着座して第１の構造例と同様に挙動する。さらには装置が傾いた場合や横倒しになった場合もフロート弁４は第１の構造例と同様に挙動する。

本発明に使用するフロート弁４の密度が大きすぎると最初筒体３内が空の状態で入口管１ａから液が入ってきても自力で浮上しない場合がある。それはフロート弁４が出口シート２ｂに着座しているとその裏側に液が回り込まないためである。その場合でも浮上するようにするためにはフロート弁の密度がある値より小さくなければならない。この密度を求める方法を図１２を用いて説明する。図では筒体３と下蓋２の部分を容器６と出口穴６ａで模擬している。図は容器６内に球形のフロート弁４を置き、液５を注入した場合を示している。フロート弁４の下端では出口穴６ａがシール円７の径ででシールされている。ここでシール円７を鉛直方向に引き延ばした円筒面８を仮想面として考える。液面５ａは円筒面８とフロート弁４の上面の交線の高さにある。

フロート弁４を円筒面８で分割して考えると、円筒面８の内側の部分には浮力が発生せず、円筒面８の外側の部分にのみ浮力が発生する。したがって、フロート弁４全体に働く重力よりも円筒面８の外側の部分に働く浮力が勝った場合にフロート弁４は浮上する。液面５ａが図で示した位置にあるときが最大の浮力が生じている状態である。したがって、この状態で浮上しない場合はこれ以上液面５ａを上昇させてもフロート弁４は浮上しない。フロート弁４の質量を体積で除した平均密度をρｆ、液５の密度をρaとする。フロート弁４の全体積をVｆ、シール円７を鉛直に引き延ばした円筒面８で分割したフロート弁４の外側の体積をVoとする。重力加速度をgとすると、フロート弁４の浮力が重力に勝ち浮上する条件は、

で表される。式１から次の式で表されるフロート弁４の密度ρfの上限が規定される。

したがって、フロート弁４の密度を式２で表されるρfの範囲にしておけば、液５がある程度溜まってくると自力で浮上する。ただし、あまり密度小さくするとわずかな液でも浮きやすく、空気の流入を防止する能力が低下するので、式２の範囲では大きめに設定しておく方が望ましい。

１ 上蓋
１ａ 入口管
１ｂ 入口シート
２ 下蓋
２ａ 出口管
２ｂ 出口シート
３ 筒体
３ａ 筒体内面
３ｂ 通路
４、４’ フロート弁
４ａ 通路
４ｂ、４ｃ シール面
５ 液
５ａ 液面
６ 容器
６ａ 出口穴
７ シール円
８ 円筒面

Claims (2)

1. 入口管（１ａ）を有する上蓋（１）と出口管（２ａ）を有する下蓋（２）で挟まれた筒体（３）内にフロート弁（４）が内蔵されており、少なくとも筒体（３）の端部では筒体内面（３ａ）とフロート弁（４）外周面間には実質的にフロート弁（４）が筒体（３）の半径方向に移動できず、軸方向にのみ移動できる微小隙間を有しており、少なくとも筒体（３）の中間部では筒体内面（３ａ）またはフロート弁（４）外周面には液（５）の通路（３ｂまたは４ａ）が形成されており、下蓋（２）の内面に設けられた出口シート（２ｂ）にフロート弁（４）が着座すると出口管（２ａ）が閉塞されて出口管（２ａ）への空気の流入を防止でき、上蓋（１）の内面に設けられた入口シート（１ｂ）にフロート弁（４）が着座すると入口管（１ａ）が閉塞されて入口管（１ａ）への液（５）の逆流を防止できることを特徴とする空気混入防止兼液逆流防止装置。
2. 請求項１において、フロート弁（４）の質量を体積で除した平均密度をρｆ、液（５）の密度をρaとし、フロート弁（４）の全体積をVf、シール円を鉛直に引き延ばした円筒面で分割したフロート弁（４）の外側部分の体積をVoとしたとき、フロート弁（４）の密度ρｆが次式の関係を満たすことを特徴とする空気混入防止兼液逆流防止装置。
   

   

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