JPH0545178B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ガスの種類および組成を識別するガ
ス識別方法に関する。

背景技術 従来から病院などの医療施設では複数種類の医
療ガス、たとえば酸素、笑気および圧縮空気など
が用いられている。医療ガスの誤接続を可及的に
防止するために、これらのガスの種類および組成
などを識別する必要が生じる。

従来ではガスの種類を識別するために、各種類
のガスを検出するための個別的な検出装置を設け
ている。したがつて設備費が嵩むことになる。

発明が解決すべき問題点 本発明の目的は、構成が簡略化されたガス識別
方法を提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明は、O₂，N₂およびN₂Oから成るグルー
プから選ばれた１種類のガスまたは複数種類の混
合ガスである被検出ガスの熱伝導率または屈折率
を検出し、 被検出ガス中のO₂の濃度を検出し、 これらの検出結果に基づいて、ガスの種類およ
び組成を識別することを特徴とするガス識別方法
である。

作 用 本発明に従えば、酸素O₂、窒素N₂および笑気
N₂Oの各ガスに共通の特性である熱伝導率また
は屈折率を検出する。またそれらのガスのうちの
特定のガスO₂と残余のガスN₂，N₂Oを区別して
検出し、すなわちそれらのガスのうちのO₂の濃
度を検出する。これらの検出結果に基づいて、ガ
スの種類および組成を識別することができる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例の電気的構成を示
すブロツク図である。病院などの医療施設におい
て用いられる酸素、笑気および圧縮空気などの医
療ガスに共通の特性である熱伝導率は、いわゆる
熱伝導式の検出手段１によつて検出される。ま
た、これらのガスは、酸素検出手段２によつてそ
の酸素濃度が検出される。熱伝導式検出手段１と
酸素検出手段２とからの出力は、マイクロコンピ
ユータなどによつて実現される処理回路３に与え
られる。

第２図は、本発明の原理を説明するためのグラ
フである。縦軸は熱伝導式検出手段１の出力を示
し、横軸は酸素検出手段２の出力によつて測定さ
れたガスの酸素濃度を示す。点Ａは純酸素を示
し、点Ｂは笑気を示し、点Ｃは窒素を示す。空気
は、21％の酸素を含み、点Ｄで示される。点Ａ，
Ｂを結ぶ直線ｌ１は、酸素と笑気とから成る混合
ガスを示し、点Ａ，Ｄを結ぶ直線ｌ２は酸素と空
気との混合ガスを示し、点Ｂ，Ｄを結ぶ直線ｌ３
は空気と笑気との混合ガスを示す。またラインｌ
４は点Ｂ，Ｃを結ぶ直線であつて、笑気と窒素と
の混合ガスの特性を示す。空気と窒素との熱伝導
式検出手段１からの出力は近似しており、したが
つてそれだけでは誤検出を生じるおそれがあるけ
れども、本発明では、酸素検出手段２の出力をも
また用いることによつて、このような誤検出を可
及的に防ぐことができる。

点Ａ，Ｂ，Ｃを結ぶ三角形の領域内における点
Ｅが、熱伝導式検出手段１および酸素検出手段２
によつて検出されたとき、その点Ｅにおける酸素
濃度Ｈは、酸素検出手段２によつて検出すること
ができ、また残余の気体である笑気および窒素の
混合割合は、第１式および第２式で示されるとお
りである。

N₂O＝ｅ−ｇ／ｆ−ｇ（100−Ｈ） …(1) N₂＝ｆ−ｅ／ｆ−ｇ（100−Ｈ） …(2) ここでN₂Oは笑気の濃度を示し、N₂は窒素の
濃度を示す。

このようにして熱伝導式検出手段１の出力と、
酸素検出手段２との出力に基づいて、ガスの種類
とその組成を演算して求めることができる。

第３図は、本発明の一実施例の配管系統図であ
る。医療設備において、固定位置に設けられたア
ウトレツト４，５，６からは、酸素、笑気および
圧縮空気が供給される。これらのガスの圧力は、
たとえば4.5Kg／cm²である。これらのアウトレツ
ト４，５，６からのガスの１または複数種類は、
混合手段７から大気圧程度の圧力で循環管路８に
導かれ、患者のマスク９に供給される。循環管路
８には、伸縮性を有する吸呼バツク１０が接続さ
れる。マスク９からのガスによつて、麻酔および
人工呼吸などが行なわれる。

本発明に従うガス識別装置１１を用いて循環管
路８に流れるガスの種類およびその組成を常時検
出することができるとともに、それとは別に、ア
ウトレツト４，５，６から供給されるガスの種類
と組成を識別することができる。ガス識別装置１
１は、循環管路８に管路１２，１３を介して接続
される管継手１４，１５を有し、またアウトレツ
ト４，５，６に接続される管継手１６を有する。
管継手１６からのガスは、絞り１７から管路１８
を経て、フイルタ１９に導かれ、このフイルタ１
９からのガスは熱伝導式検出手段１および酸素検
出手段２に与えられ、その後、管継手１５に導出
される。管継手１４からのガスは、管路２０から
電磁弁である３方弁２１を経て、管路２２からポ
ンプ２３によつて吸引され、逆止弁２４を経て管
路１８に圧送される。本件ガス識別装置１１は、
開口端２５を有する管路２６を有し、この管路２
６は、３方弁２１に接続される。３方弁２１は、
管路２０，２２を接続して管路２６を遮断する第
１の接続状態と、管路２２，２６を接続して管路
２０を遮断する第２の接続状態とを切換えて達成
する。

第４図はガス識別装置１１の正面図であり、第
５図はそのガス識別装置１１の側面図である。ガ
ス識別装置１１の正面パネル２７には、酸素、笑
気、圧縮空気および窒素に個別的に対応して点灯
するランプ２８〜３１が設けられる。また酸素濃
度をデジタル表示する表示器３２と、ゼロ調整の
ためのスイツチ３３と、電源スイツチ３４と、ブ
ザー３５の鳴動を停止するためのスイツチ３６
と、ポンプ２３を働かせるためのスイツチ３７と
が備えられる。ゼロ調整スイツチ３３に関連し
て、そのゼロ調整動作中に点灯するランプ３８が
設けられる。管継手１４，１５に管路１２，１３
がそれぞれ接続されたことは、検出手段３９によ
つて検出される。

第６図は、ガス識別装置１１に関連して用いら
れるアウトレツトアダプタ４０の側面図である。
管継手４１は、ガス識別装置１１に取付けられて
いる管継手１６に着脱可能に接続される。アウト
レツトアダプタ４０の管継手４２は、アウトレツ
ト４，５，６に嵌入して接続されることができ
る。アウトレツト４，５，６は、アウトレツト検
出手段４３によつて検出され、その出力は、ライ
ン４４からコネクタ４５に導出される。コネクタ
４５は、ガス識別装置１１に設けられたコネクタ
４６に着脱可能に接続される。管継手４２からの
ガスは、管路４７から管継手４１および１６を経
て、ガス識別のために用いられる。

第７図を参照して動作を説明する。ステツプ
n1において、電源スイツチ３４を投入すると、
ステツプn2において初期設定が行なわれ、電源
ランプ４８が点灯するなどの動作が行なわれる。
ステツプn3では、ゼロ調整のためのスイツチ３
３が操作されたかが判断され、そうであればステ
ツプn4に移り、ランプ３８が点灯したままとな
る。ステツプn5では３方弁２１が動作されて管
路２２，２６が接続され、管路２０が遮断された
状態となる。ステツプn6では、ポンプ２３が動
作され、開口端２５から大気が吸引される。ステ
ツプn7では、その動作状態が10秒間持続される
ことを待つ。こうして大気は逆止弁２４から管路
１８およびフイルタ１９を経て熱伝導式検出手段
１および酸素検出手段２に与えられることにな
る。ステツプn8では、熱伝導式検出手段１によ
つて検出されたデータを処理回路３のメモリにス
トアする。ステツプn9では、酸素検出手段２に
よつて検出されたデータをメモリにストアする。
ステツプn10では、酸素検出手段２によつて検出
された酸素濃度を駆動回路４９によつて表示器３
２によつて表示させる。このとき表示される酸素
濃度は、大気中の酸素濃度であつて21％である。
ステツプn11で処理回路３は、熱伝導式検出手段
１および酸素検出手段２からの出力に基づき、第
２図の点Ｄを検出し、これによつて空気であるこ
とを表すランプ３０を点灯する。その後ステツプ
n12でポンプ２３を休止し、次にステツプn13で
３方弁２１を消磁する。３方弁２１の消磁によつ
て管路２０，２２が接続された状態となり、管路
２６は遮断される。ステツプn14ではゼロ調整動
作中を表わすランプ３８が消灯する。このように
して較正動作を完了し、ステツプn15に移る。

アウトレツトアダプタ４０を用いてアウトレツ
ト４，５，６から供給されるガスの種類とその組
成などとを識別するために次の動作が行なわれ
る。ステツプn15において、アウトレツトアダプ
タ４０の管継手４１が本件ガス識別装置１１の管
継手１６に接続され、またコネクタ４５，４６が
接続されたことが判断されると、ステツプn16に
移り、ゼロ調整の実施が完了しているかが判断さ
れ、そうでなければステツプn17に移り、ゼロ調
整のためのランプ３８を点滅させるとともに、ブ
ザー３５を鳴動する。ゼロ調整の実施が完了して
いればステツプn18に移り、管継手４２がアウト
レツト４，５，６の１つに接続されたかが判断さ
れる。このような接続が行なわれた後には、ステ
ツプn19に移り、ガスの種類に対応したランプ２
８〜３１が点滅される。これによつてガスの識別
動作を行なつていることが表示されることにな
る。ステツプn20では、アウトレツト検出手段４
３からの出力に基づき、管継手４０が接続された
アウトレツト４，５，６に対応するガスの種類を
識別してメモリにストアする。ステツプn21では
アウトレツト検出手段４３からの出力によつて検
出されるアウトレツト４，５，６が予め定めた酸
素、笑気および圧縮空気に対応したアウトレツト
であるかどうかを判断し、そうでなければステツ
プn22に移り、ブザー３５が停止していない限
り、ステツプn23に移つてブザー３５を鳴動して
警報音を発生する。

ステツプn24において５秒間待機後に、ステツ
プn25において熱伝導式検出手段１からの出力に
基づいてそのガスの種類に対応した熱伝導率を有
するガスの種類を判断し、その内容をメモリにス
トアする。ステツプn26では酸素検出手段２から
の出力に基づいて酸素を含むガスであるかどう
か、酸素濃度はいくらであるかを検出してメモリ
にストアする。ステツプn27では熱伝導式検出手
段１と、酸素検出手段２と、アウトレツト検出手
段４３からの各出力が表わすガスの種類が一致し
ているかを判別し、そうであればステツプn28に
おいて検出して識別されたガスに対応するランプ
２８，２９，３０，３１の１つが点灯し、ステツ
プn29では表示器３２によつて酸素濃度が表示さ
れ、ステツプn34に移る。前述の３つの検出手段
１，２，４３の各出力が不一致であるときには、
ステツプn27からステツプn30に移り、ランプ２
８〜３１が点滅し続け、ステツプn31に移り表示
手段３２は、酸素濃度検出手段２によつて検出さ
れた酸素濃度を表示する。ステツプn32ではブザ
ー停止スイツチ３６が作動していない限り、ステ
ツプn33においてブザー３５を鳴動させ、ステツ
プn34に移る。

循環管路８に本件ガス識別装置１１を管路１
２，１３を介して接続し、患者の治療中などにお
いてガスの種類と酸素濃度を検出するために、次
のような動作が行なわれる。ステツプn34におい
て検出手段３９によつて、管継手１４，１５が管
路１２，１３にそれぞれ接続されたことが検出さ
れると、ステツプn35に移り、ゼロ調整の実施が
完了しているかどうかが判断され、完了していな
ければ、ステツプn36に移り、ゼロ調整のランプ
３８が点滅するとともに、ブザー３５が鳴動す
る。ゼロ調整が完了していなければステツプn37
に移り、ランプ２８〜３１が点滅動作し、ステツ
プn38では、スイツチ３７が操作されてポンプ２
３が動作しているかが判断される。ポンプ２３が
動作しているときには、ステツプn39に移り、１
秒間その状態を維持した後、ステツプn40におい
て酸素検出手段２によつて検出されるガスの酸素
濃度を検出し、そのデータをメモリにストアす
る。ステツプn41では、酸素検出手段２によつて
検出された酸素濃度を表示器３２に表示させる。
ステツプn42では、検出された酸素濃度が18％以
下であるかを判断し、そうであればステツプn43
においてブザー停止スイツチ３６ガ作動していな
い限り、ステツプn44においてブザー３５を鳴動
させる。

ステツプn45では、熱伝導式検出手段１によつ
て検出されたデータをメモリにストアする。ステ
ツプn46では熱伝導式検出手段１および酸素検出
手段２からの出力に基づいて前述の第１式および
第２式などの演算を行ない、ガスの種類を判別す
る。たとえば麻酔時には酸素と笑気との混合ガス
であり、人工呼吸時には酸素と空気との混合ガ
ス、すなわち酸素と窒素の混合ガスである。した
がつて麻酔に適した混合組成を有するガスが供給
されているか、また、人工呼吸に適した組成を有
するガスが供給されているかを判別することがで
きる。ステツプn47では麻酔または人工呼吸に適
したガスを構成する組成に対応したランプ２８〜
３１を点灯する。たとえば麻酔に適したガスが供
給されているときには、酸素に対応したランプ２
８と笑気に対応したランプ２９とを点灯する。ま
た人工呼吸に適したガスが供給されているときに
は、酸素に対応したランプ２８と、空気に対応し
たランプ３０とを点灯する。さらにまたその他の
ガスが供給されているときには、１または複数の
ランプ２８〜３１が点灯される。ステツプn47か
らステツプn38に戻る。

このようにして患者の治療中などにおける実際
に使用されているガスの種類および組成などを常
時検査することができる。

第８図は、熱伝導式検出手段１の具体的な構成
を示す電気回路図である。固定抵抗５１，５２
と、温度抵抗係数が大きな抵抗５３，５４とがブ
リツジ回路を構成する。このブリツジ回路に関連
して可変抵抗５５が接続される。一方の抵抗５３
は、標準ガスとしての空気内に設けられる。もう
１つの抵抗５４は、第３図のフイルタ１９を介し
て管路１８から供給される識別されるべきガスが
流れる空間５６内に設けられる。空間５６内に空
気が存在するとき、ライン５７，５９の出力が零
となるように可変抵抗５５の抵抗値が設定され
る。このようにして空間５６に流れるガスの熱伝
導率に対応した出力レベルがライン５７，５９か
ら導出され、これによつてガスの種類などを検出
することが可能となる。

酸素検出手段２の具体的な構成は、第９図に示
されている。この酸素検出手段２は、いわゆるガ
ルバニ電池式酸素センサとして知られているもの
であつて、容器６０内にAu，Ptなどの貴金属電
極６１と、Fe，ZnまたはPbなどの卑金属電極６
２とを電解液６３に浸漬し、自然に発生する電池
の起電力を利用して、酸化還元に伴う電流を求め
るものである。容器６０内の電解液６３には気体
透過膜６４が設けられる。この気体透過膜６４
は、テフロン（商品名）などのフツ素樹脂などか
ら成る。測定するガス中の酸素を一定の割合で電
極６１，６２に供給するために、気体透過膜６４
は、そのガスと電解液６３とに密着して設けられ
る。電極６１，６２間に流れる電流と、気体透過
膜６４に接触するガス中の酸素濃度との間に相関
関係がある。

次に第１０図〜第１４図を参照してアウトレツ
ト検出手段４３と、それに関連する構成を説明す
る。

第１０図は、アウトレツト４の断面図である。
本体６６は、酸素の供給源に接続されている。こ
のガスは、フイルタ６７から弁室６８に供給され
る。弁体６９は、弁室６８内のばね７０によつて
ばね付勢されて、シール部材７１に閉弁状態とな
る方向にばね力が与えられる。弁体６９は、突起
７２を有する。突起７２の外周付近にはゴムなど
の材料から成るシール部材７３が配置される。本
体６６に螺合して固定される係止部材７４は、爪
７５を有する。この係止部材７４の遊端部には、
当接部材７６が固定される。

当接部材７６の正面から見た形状は、第１１図
に示されるとおりである。この当接部材７６の正
面には、酸素、笑気および空気に対応して嵌合孔
Ｒ１〜Ｒ５が形成される。アウトレツト４に酸素
が供給されるとき、当接部材７６の正面には、相
互に180度ずれた位置に形成された嵌合孔Ｒ１，
Ｒ２のみが形成される。アウトレツト４と同様な
構成を有するアウトレツト５に笑気が供給される
ときには、そのアウトレツト５の当接部材７６の
正面には、嵌合孔Ｒ１とその嵌合孔Ｒ１から周方
向に135度ずれた位置に形成された嵌合孔Ｒ３と
が形成される。またアウトレツト６に空気が供給
されるときには、当接部材７６の正面には、周方
向に120度ずつずれた位置に嵌合孔Ｒ１，Ｒ４，
Ｒ５が形成される。

第１２図は、酸素がアウトレツト４から供給さ
れるべきアダプタ７８の斜視図である。管継手７
９が当接部材７６の中央孔８０から挿入される
と、この管継手７９は、アウトレツト４の弁体６
９の突起７２をばね７０に抗して押圧し、この管
継手７９の外周面にはシール部材７３が密接す
る。管継手７９の係止溝８１には、爪７５が弾発
的に係止し、管継手７９の抜止めが行なわれる。
アダプタ７８に形成されたピンＱ１，Ｑ２は、当
接部材７６の正面に形成された嵌合孔Ｒ１，Ｒ２
にそれぞれ嵌入し、これによつてアダプタ７８が
酸素のためのアウトレツト４に確実に接続される
ことになり、誤つて他のガスのためのアウトレツ
ト５，６に接続されることがなくなる。アダプタ
７８には可撓管８３などが接続されて、医療機器
に導かれる。

第１３図１は、酸素が供給されるべき医療機器
のためのアダプタ７８の正面を示し、前述のよう
にピンＱ１，Ｑ２が嵌合される。また笑気が供給
されるべきアダプタ８４には、第１３図２で示さ
れるようにピンＱ１，Ｑ３が形成され、これらは
笑気を供給するアウトレツト５の嵌合孔Ｒ１，Ｒ
３にそれぞれ嵌合する。空気が供給されるべき医
療機器のためのアダプタ８５には、第１３図３で
示されるようにピンＱ１，Ｑ４，Ｑ５が形成さ
れ、これらは嵌合孔Ｒ１，Ｒ４，Ｒ５にそれぞれ
嵌合する。こうしてガスの種類を誤りなくアダプ
タ７８，８４，８５にそれぞれ供給することが可
能になる。

第１４図は、アウトレツト検出手段４３の断面
図である。管継手４２は、アウトレツト４の中央
孔８０に嵌り込む部分を有し、その構造は前述の
第１２図に示されたアダプタ７８と同様な構成を
有する。管継手４２の基端部８６には、各ガスの
種類毎のアウトレツト４，５，６の嵌合孔Ｒ１に
対応して固定ピンＶ１が固定されており、また嵌
合孔Ｒ２に対応して可動ピンＶ２が取付けられ
る。この可動ピンＶ２は、ばね８７によつて外方
に突出するように付勢される。可動ピンＶ２は、
マイクロスイツチ８８のアクチユエータ８９に連
動する。同様にして嵌合孔Ｒ３，Ｒ４に対応して
可動ピンが設けられ、それによつてスイツチング
態様が変化するマイクロスイツチがそれぞれ設け
られる。

管継手４２が酸素を供給するためのアウトレツ
ト４に接続されたときには、アウトレツト検出手
段４３の可動ピンＶ２は嵌合孔Ｒ２に嵌り込みマ
イクロスイツチ８８のスイツチング態様は変化せ
ず、残余の嵌合孔Ｒ３，Ｒ４に対応する可動ピン
は、当接部材７６の正面に当接して弾発的に第１
４図の左方に変位してへこみ、これによつてそれ
らの嵌合孔Ｒ３，Ｒ４に対する可動ピンによつて
マイクロスイツチのスイツチング態様が変化す
る。このようにして酸素、笑気および空気のいず
れのガスが供給されるアウトレツト４，５，６で
あるかを、マイクロスイツチ８８などの出力に応
答して、処理回路３において識別することが可能
となる。

アウトレツト検出手段４３は、その他の構成に
よつて実現されてもよい。

熱伝導式検出手段１に代えて、検出すべきガス
に共通な特性である光の屈折率が各ガスの種類お
よびその組成に個別的に対応することに着目し
て、屈折率を光学的に検出してガスの種類および
組成を検出するように構成してもよい。

また酸素検出手段２は上述の実施例では、いわ
ゆるガルバニ電池式酸素センサが用いられたけれ
ども、他の実施例として、たとえばジルコニア式
酸素検出手段であつてもよく、さらにまたその他
の構成を有するものであつてもよい。

第１５図は、本発明の他の実施例の正面図であ
る。本実施例は、前述の実施例に類似し、対応す
る部分には同一の参照符を付す。本実施例におけ
る表示器では、前述の第２図に関連して述べた点
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対応して、発光ダイオードＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄが設けられ、ガス濃度の検出結果に基
づいて点灯する。この表示器の表示領域９２に
は、酸素濃度および笑気濃度がデジタル表示され
る。その他の構成は、前述の実施例と同様であ
る。

第１６図は、本発明のさらに他の実施例の正面
図である。本実施例は、前述の実施例に類似し、
対応する部分には同一の参照符を付す。本実施例
では、前述の実施例におけるアダプタ４０（第１
２図参照）を別途準備する代りに、管継手４２と
アウトレツト検出手段４３とがケーシング９３に
取付けられている。

効 果 以上のように本発明によれば、ガスの種類およ
び組成を識別するために、各ガスを個別的に検出
するための検出器を準備する必要がなく、構成が
簡単で、しかも良好な作業性でガスを識別するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電気的構成を示す
ブロツク図、第２図は本発明の原理を説明するた
めのグラフ、第３図は本発明の一実施例の配管系
統図、第４図は本発明の一実施例のガス識別装置
１１の正面図、第５図はガス識別装置１１の側面
図、第６図はアダプタ４０の側面図、第７図は動
作を説明するためのフローチヤート、第８図は熱
伝導式検出手段１の構成を示す電気回路図、第９
図は酸素検出手段２の断面図、第１０図はアウト
レツト４の断面図、第１１図は当接部材７６の正
面図、第１２図はアダプタ７８の斜視図、第１３
図はアダプタ７８，８４，８５の正面図、第１４
図はアウトレツト検出手段４３の断面図、第１５
図は本発明の他の実施例の正面図、第１６図は本
発明のさらに他の実施例の正面図である。 １…熱伝導式検出手段、２…酸素検出手段、３
…処理回路、４，５，６…アウトレツト、７…混
合手段、９…マスク、１１…ガス識別装置、１
４，１５，１６…管継手、１９…フイルタ、２１
…３方弁、２３…ポンプ、２８〜３１…ランプ、
３２…表示器、４０…アウトレツトアダプタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ O₂，N₂およびN₂Oから成るグループから選
   ばれた１種類のガスまたは複数種類の混合ガスで
   ある被検出ガスの熱伝導率または屈折率を検出
   し、 被検出ガス中のO₂の濃度を検出し、 これらの検出結果に基づいて、ガスの種類およ
   び組成を識別することを特徴とするガス識別方
   法。