JPH0363907B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、圧力変動吸着型の医療用酸素濃縮
装置に関する。

（従来の技術） 圧力変動吸着型の医療用酸素濃縮装置は従来
種々のものが提案されており、例えば、特公昭57
−5571号公報には、２つの吸着床を用い、一方の
吸着床における吸着サイクルの期間中に該吸着床
によつて生成された酸素濃縮ガスの一部を他方の
吸着床のパージに用いるようにして、これら各吸
着床の動作サイクルを交互に行なうようにしたも
のが開示されている。この酸素濃縮装置によれ
ば、各吸着床が比較的小容量であつても、これら
が互いにパージされるので所望濃度の酸素濃縮ガ
スを産出できる利点がある。

また、特公昭57−52090号公報には40〜80メツ
シユの比較的小さい粒子の吸着剤を、直径と長さ
に一定の関係を有する吸着床に充填して各工程の
操作に流れ抵抗を生じさせるようにし、この吸着
床に短時間圧縮空気を導入した後、所定の停止時
間経過後導入口を大気に開放して減圧することに
より、圧縮空気導入期間および停止期間において
酸素濃縮ガスを得ると共に、大気開放期間におい
て圧力差により吸着床内に逆向きの流れを生じさ
せて吸着剤をパージするようにした単一吸着床の
酸素濃縮法が開示されている。この酸素濃縮法に
よれば、圧縮空気導入期間、停止期間および大気
開放期間より成る吸着床の動作１サイクルを３〜
30秒と極めて短時間とすることができ、したがつ
て全体として吸着剤単位重量当りの生成ガスの生
産量を比較的高くでき、装置全体の小型軽量化が
図れるという利点がある。また、特公昭57−
44361号公報には、複数の吸着床を用い、各吸着
床の動作１サイクルを圧縮空気導入期間、停止期
間、大気開放期間および生成物再加圧期間とし
て、この動作サイクルを吸着床間でタイミングを
ずらして設定し、ある吸着床の圧縮空気導入期間
に産出される生成ガスの一部を、大気開放期間に
ある他の吸着床におけるパージガスとして用いる
と共に、生成物再加圧期間にある他の吸着床にお
ける生成物再加圧ガスとして用いるようにした酸
素濃縮法が開示されている。

一方、上記のような酸素濃縮装置を用い、該装
置によつて生成される濃縮酸素ガスを電磁弁等を
介して呼吸器や循環器系の疾患患者等に呼吸に同
調して供給するようにした呼吸同調式酸素供給装
置も従来種々提案されている。例えば、特公昭62
−54023号公報には呼吸気流から生成した電気信
号に基づいた呼気相から吸気相に移るタイミング
信号に応答して電磁弁を介して各吸気相の期間に
酸素濃縮ガスを供給するようにした酸素ガス供給
装置が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来の医療用酸素濃縮
装置にあつては、患者の呼吸動作とは無関係に独
立して作動するよう構成されているため、例えば
生成ガスを患者が必要としない時期にそのガスを
吸着床のパージに活用できなかつたり、患者の方
へ大量に生成ガスを使つた時期には吸着床の方へ
は同時に十分量のガスがパージに廻らないという
ことが起り、効率化に時間的なむらが生じるとい
う問題がある。また、このような問題を解決する
方法として、吸着床で生成される酸素濃縮ガスを
貯留するサージタンクの容量を大きくすることが
考えられるが、このようにすると装置全体が大型
となり、また高価になるという問題がある。

この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、酸素濃縮ガスを効率良く常に
安定して産出できると共に、装置全体を小型にで
きるよう適切に構成した医療用酸素濃縮装置を提
供することを目的とする。

（課題を解決するための手段および作用） 上記目的を達成するため、この発明では吸着床
と、この吸着床の導入口に第１の電磁弁を介して
連結したコンプレツサと、前記導入口を選択的に
大気に開放する第２の電磁弁と、人の呼吸の相を
検出するセンサと、このセンサの出力に基づいて
各呼吸サイクルにおいて吸気に同期して前記吸着
床に前記コンプレツサからの圧縮空気を導入し、
次にその圧縮空気の導入を停止した後、前記吸着
床の導入口を大気に開放するように、前記第１お
よび第２の電磁弁を制御する制御手段とを具え、
前記吸着床に対する圧縮空気の導入期間およびそ
れに続く停止期間において前記吸着床から酸素濃
縮ガスを産出させると共に、その後の大気開放期
間において前記吸着床をパージするよう構成した
ことによつて人の呼吸に同期して酸素濃縮装置を
作動させる。

（実施例） 第１図はこの発明の第１実施例を示すものであ
る。この実施例では１個の吸着床１を用い、その
導入口１ａを第１の電磁弁２および空気タンク３
を介してコンプレツサ４に連結すると共に、第２
の電磁弁５およびサイレンサ６を介して大気に開
放し得るようにする。吸着床１の排出口１ｂは生
成ガス用サージタンク７およびチエツクバルブ８
を介して鼻カニユーラ９に連結し、この鼻カニユ
ーラ９を通して患者１０に酸素濃縮ガスを供給す
るようにする。また、患者１０の呼気、吸気を検
出するためのセンサ１１を設け、このセンサ１１
の出力に基づいて増幅器１２および制御部１３を
介して第１，２の電磁弁２，５の駆動を制御する
ようにする。なお、センサ１１は呼気、吸気の気
流の温度差を検出する熱電対、サーミスタ、焦電
センサ等を用いる他、湿度の変化を検出する湿度
センサあるいは呼気、吸気の圧力の変化を検出す
る圧力センサを用いることもできるし、また筋電
計を用いて腹部、胸部筋肉の筋電図信号から呼
気、吸気を検出するよう構成することもできる。

この実施例では、第１の電磁弁２を開、第２の
電磁弁５を閉として吸着床１に圧縮空気を導入す
る圧縮空気導入期間、第１、第２の電磁弁２，５
を共に閉として圧縮空気の導入を停止させる停止
期間および、第１の電磁弁２を閉、第２の電磁弁
５を開として吸着床１の導入口１ａをサイレンサ
６を介して大気に開放する大気開放期間をもつて
吸着床１の１動作サイクルとし、この動作サイク
ルをセンサ１１の出力に基づいて患者１０の各呼
吸サイクルに同期して行う。ここで、人の平均的
呼吸回数は１分間にほぼ15回、すなわち呼吸１サ
イクルが約４秒であるところから、圧縮空気導入
期間は呼気開始から約0.4秒とし、その後停止期
間は圧縮空気導入期間の終了時から1.2秒までと
し、大気開放期間は停止期間の終了時から次の呼
吸サイクルにおける吸気開始までの時間とする。

以下、この実施例における各部の詳細な構成に
ついて説明する。

例えば、慢性呼吸不全患者が通常恒常流の酸素
濃縮ガスを鼻カニユーラを通して吸入する量は、
平素で１／分〜２／分の人が多い。したがつ
て上記構成において、２／分の恒常流を吸入し
ている患者に必要な酸素を発生させようとする
と、呼吸１サイクルが約４秒で、その呼気期間お
よび吸気期間の時間比率がほぼ２：１であるか
ら、呼吸１サイクルの呼気期間は平均で1.33秒で
その間に約44c.c.の酸素濃縮ガスを生成する必要が
ある。

そこで、この実施例では、吸着床１の容量を約
360c.c.としてこの吸着床１内に30〜90メツシユの
結晶ゼオライト分子篩より成る吸着剤を約260ｇ
充填すると共に、空気タンク３の容量を約1000c.c.
とし、コンプレツサ４により呼吸１サイクル中の
間（約４秒間）に700〜1000mlの原料空気を3.5Kg
ｆ／cm²・Ｇに圧縮して、その圧縮空気を約0.4秒
間の圧縮空気導入期間において吸着床１内に送気
するようにする。また、吸着床１での生成酸素ガ
スの回収率と利用率の向上を図るため、吸着床１
で産出される酸素濃縮ガスを生成ガス用サージタ
ンク７に貯留すると共に、このサージタンク７内
の酸素濃縮ガスをチエツクバルブ８を介して患者
１０の吸気相の開始時に患者１０に供給し、その
後サージタンク７内に残つていたガスをパージガ
スとして吸着床１に逆流される。かくして、チエ
ツクバルブ８におけるプツシユスルー圧力分を患
者１０に送出利用する酸素濃縮ガス量とパージ再
生用のガス量との間の効果的バランスが得られる
ように調整する。すなわち、このプツシユスルー
圧力を低くすると患者１０の方へ得られるガス量
が多くなつてパージガス量が少なくなると共に、
得られる酸素濃縮ガスの濃度が低下する。これに
対し、プツシユスルー圧力を高くすると、患者１
０の方に得られるガス量が低下してパージガス量
が多くなると共に、ガス濃度が高くなる。なお、
この実施例における産出酸素ガスの回収率は約22
％である。

次に、この実施例の動作を説明する。

センサ１１の出力は増幅器１２を経て制御部１
３に供給され、該制御部１３においてセンサ１１
の出力に基づいて患者１０の順次の呼吸サイクル
における吸気相の開始が検出される。制御部１３
は各呼吸サイクルにおいて吸気相の開始を検出し
た時点で、その検出時点から0.4秒（圧縮空気導
入期間）の間第１の電磁弁２を開、第２の電磁弁
５を閉にし、その後1.2秒まで（停止期間）の間
第１、第２の電磁弁２，５を共に閉にした後、次
の呼吸サイクルにおける吸気相の開始が検出され
るまでの間（大気開放期間）第１の電磁弁２を
閉、第２の電磁弁５を開とする。

一方、コンプレツサ４において圧縮された空気
は空気タンク３に貯留され、圧縮空気導入期間に
おいて第１の電磁弁２を経て吸着床１内にその導
入口１ａから供給され、これによつて生成される
酸素濃縮ガスは吸着床１の排出口１ｂから生成ガ
ス用サージタンク７に供給されて貯留される。こ
のサージタンク７には、圧縮空気導入期間とそれ
に続く停止期間との間に酸素濃縮ガスが溜り、そ
の圧力が急速に高まつてチエツクバルブ８のプツ
シユスルー圧力を超え、鼻カニユーラ９を介して
患者１０にその吸気相において送出される。その
後、大気開放期間において第２の電磁弁５が開と
なり、吸着床１の導入口１ａが第２の電磁弁５お
よびサイレンサ６を経て大気に開放されることに
より、低圧力部位が導入口１ａの方から排出口１
ｂの方向に進む。これにより、吸着床１での酸素
ガスの産出が停止すると共に、今まで患者１０の
方に流出していた生成ガス用サージタンク７内の
酸素濃縮ガスの圧力も低下し、これがプツシユス
ルー圧力以下になると患者１０側への送出は止ま
り、酸素濃縮ガスは吸着床１の排出口１ｂよりパ
ージガスとして吸着床１内に逆流入する。したが
つて、この逆流入は呼吸１サイクルが約４秒で、
吸気開始から1.6秒を経過した後となるので、呼
吸１サイクルの吸気期間と吸気期間の時間比率が
ほぼ１：２であることを考慮すると、各呼吸サイ
クルの呼気期間において行われることになる。

第２図はこの発明の第２実施例を示すものであ
る。この実施例は、第１実施例のチエツクバルブ
８に代えて電磁弁１４を設け、この電磁弁１４を
センサ１１の出力に基づいて制御部１３により各
呼吸サイクルにおいてその吸気開始に同期して開
にすると共に、これを吸着床１の停止期間中に閉
とすることによつて、その開放時間により患者１
０に送出する酸素濃縮ガス量と吸着床１に逆流さ
せるパージガス量を調整し得るようにしたもの
で、その他の構成は第１実施例と同様である。

なお、この発明は上述した実施例にのみ限定さ
れるものではなく、幾多の変形または変更が可能
である。例えば、圧縮空気導入期間および停止期
間は、上述した0.4秒および1.2秒に限らず、呼吸
サイクルの時間に応じて、例えば制御部１３にお
いてセンサ１１の出力に基づいて順次の呼吸サイ
クルの時間を検出し、それに基づいて次の呼吸サ
イクルの時間を予測し、その時間に応じて自動的
に調整することもできる。また、複数の吸着床を
用い、その各々の導入口を第１の電磁弁を介して
共通のコンプレツサに連結すると共に、第２の電
磁弁を介して大気に開放し得るようにし、各吸着
床の排出口を共通の生成ガス用サージタンクに連
結して、これら複数の吸着床を呼吸サイクルに同
期して順次選択して同様に作動させることによ
り、各吸着床において吸着剤の再生に使用できる
時間を長くするようにすることもできる。更に、
上述した実施例においては生成ガス用サージタン
ク７および、チエツクバルブ８や電磁弁１４を用
いたが、これらを省略して吸着床１の排出口１ｂ
から鼻カニユーラ９を介して酸素濃縮ガスを患者
１０に直接供給するようにすることもできる。更
にまた、上述した実施例では吸気の開始時に同期
して吸着床１にコンプレツサ４からの圧縮空気を
導入するようにしたが、生成された酸素濃縮ガス
が人の鼻腔へ送りこまれるまでに生じうる時間的
遅れを少なくするために、人の呼気と吸気の間に
一般的に若干存在する呼吸気流停止期間を、セン
サ１１の出力に基づいて制御部１３で弁別して、
吸気の開始に先立つ呼吸気流停止の開始時に圧縮
空気の導入を開始するように制御しても良い。ま
た、センサ１１の出力に基づいて、吸気相の終わ
り部分から吸気相への転換時点までの呼吸気流停
止期間に、呼吸気流停止の開始時を起点とする遅
れ信号を制御部１３内においてタイマにより作り
出し、これにより鼻腔へ送りこまれる時間遅れを
少なくするように、呼吸気流停止期間中の任意の
一定時に吸着床内へ圧縮空気の導入を開始して呼
吸に同調させてもよい。

（発明の効果） 以上述べたように、この発明によれば人の吸気
に同期して酸素濃縮ガスを発生させ、呼気の期間
すなわち酸素濃縮ガスを必要としない期間に吸着
床をパージして再生をはかるようにしたので、酸
素濃縮ガスを効率良く常に安定して生成でき、人
の吸入利用効率を向上できると共に、装置全体も
小型にできる。また、上述した実施例では、コン
プレツサは呼吸１サイクルの間に約1000mlの空気
を3.5Kgｆ／cm²・Ｇに圧縮する能力を有すればよ
いので、従来の恒常流産出型酸素濃縮装置に用い
られるコンプレツサに比べその容量を1/3〜1/6と
することができる。したがつて、装置全体を安価
にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す図、第２
図は同じく第２実施例を示す図である。 １……吸着床、１ａ……導入口、１ｂ……排出
口、２……第１の電磁弁、３……空気タンク、４
……コンプレツサ、５……第２の電磁弁、６……
サイレンサ、７……生成ガス用サージタンク、８
……チエツクバルブ、９……鼻カニユーラ、１０
……患者、１１……センサ、１２……増幅器、１
３……制御部、１４……電磁弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸着床と、この吸着床の導入口に第１の電磁
   弁を介して連結したコンプレツサと、前記導入口
   を選択的に大気に開放する第２の電磁弁と、人の
   呼吸の相を検出するセンサと、このセンサの出力
   に基づいて各呼吸サイクルにおいて吸気に同期し
   て前記吸着床に前記コンプレツサからの圧縮空気
   を導入し、次にその圧縮空気の導入を停止した
   後、前記吸着床の導入口を大気に開放するよう
   に、前記第１および第２の電磁弁を制御する制御
   手段とを具え、 前記吸着床に対する圧縮空気の導入期間および
   それに続く停止期間において前記吸着床から酸素
   濃縮ガスを産出させると共に、その後の大気開放
   期間において前記吸着床をパージするよう構成す
   ることによつて人の呼吸に同期して作動すること
   を特徴とする医療用酸素濃縮装置。 ２ 前記吸着床の排出口に生成ガス用サージタン
   クを介してチエツクバルブを連結し、このチエツ
   クバルブを通して酸素濃縮ガスを取り出すよう構
   成すると共に、該チエツクバルブのプツシユスル
   ー圧力により取り出して利用するガス量とパージ
   ガス量とを調節し得るよう構成したことを特徴と
   する請求項１記載の医療用酸素濃縮装置。 ３ 前記吸着床の排出口に生成ガス用サージタン
   クを介して電磁弁を連結し、この電磁弁を前記セ
   ンサの出力に基づいて前記制御部により各呼吸サ
   イクルの吸気に同期して開放して該電磁弁を通し
   て酸素濃縮ガスを取り出すよう構成すると共に、
   該電磁弁の開放時間を制御して取り出して利用す
   るガス量とパージガス量とを調節し得るよう構成
   したことを特徴とする請求項１記載の医療用酸素
   濃縮装置。