JPH0833713A - 人工呼吸器用の圧縮空気発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 人工呼吸器用の空気供給源となる圧縮空気発
生装置において、消費空気量が間歇的な流量となって
も、十分対応でき、しかも小型で低騒音のものを提供す
る。 【構成】 乾燥した圧縮空気の取出圧力を安定させるた
めの減圧弁１３と、吸着筒９，９′の出口とを接続する
配管の途中で、かつ、減圧弁の上流側に、吸着剤を充填
しバッファタンク１２を付設する。また、装置を二重箱
構造にして可動部分を内箱へ収容する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気圧縮機及び圧力変
動吸着法（以下、ＰＳＡ法ともいう）による空気乾燥器
等を内蔵し空気から水分を除去して乾燥した圧縮空気
（約３×１０⁵Ｐａ以上）を供給することが出来る人工
呼吸器用の圧縮空気発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のような空気乾燥器を人工呼吸器用
の圧縮空気の供給源として使用する場合、人の呼吸に合
わせて大量の空気（一吸気当り約０．５Ｌ・Ｌはリット
ルの単位記号）を使用し、しかもその使用量は呼吸相の
内、吸気相の期間に消費するものがほとんどであるため
に間歇的に流量変化を伴う使用量となる。

【０００３】人工呼吸器用の圧縮空気発生装置から供給
される空気の取出し圧力は、この装置内の減圧弁（圧力
調整弁）によって、ある程度は安定にされているが、前
記のように人工呼吸器で消費する空気の量は、間歇的な
流量となるので、この取出し圧力が急激に低下したりす
る変動が生じ、人工呼吸器に悪影響をおよぼすこともあ
る。このために、従来はこの装置から取出す空気の圧力
が、間歇的な使用流量であっても大きな変化をしないよ
うに、使用流量に対して十分多量の空気を貯留できる大
きなバッファタンクを配設して、これに貯留した圧縮空
気を使用していた。そのために、該圧縮空気発生装置を
より小型化する妨げともなっていた。

【０００４】また、空気圧縮機で圧縮した空気は、圧縮
熱のために相当高温（例えば約６０℃）になるので、こ
れを冷却するとともに、その圧縮空気中に含まれる水分
を除去するために従来から冷凍式の空気乾燥器が用いら
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】さらに、これらの問題
点に加えて、冷凍式の空気乾燥器の冷却温度は、除水す
る水分が凍らないように０℃以上（例えば約４℃）に設
定されているので、この冷凍式空気乾燥器を介して前記
のバッファタンクに乾燥した圧縮空気を貯留する場合に
は、周囲の温度が約４℃以下になると露点温度以下とな
り該バッファタンクの中に結露水がたまり、これを定期
的に排水する手間が必要となる。

【０００６】また、該圧縮空気の一部分を人工呼吸器の
駆動源としても使用することが多々あるが、この人工呼
吸器の機構内に該結露水が入ると故障することが非常に
多い。この人工呼吸器の故障は、患者にとっては致命的
な危険を伴うし、非常に高価である人工呼吸器の修理に
も高額な出費を必要とする。従って、このような不都合
なことをなくするためにも、露点温度の低い（例えば、
−６０℃以下）圧縮空気を供給する必要がある。一般
に、人工呼吸器やこの人工呼吸器用の圧縮空気発生装置
は、ベッドの枕元付近に置いて常時使用するものである
から、極力静かであることが要求されるが、現行の冷凍
式の空気乾燥器は動作音が比較的大きく、騒音発生源と
もなっている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の問題点
を解決するために、乾燥した圧縮空気の取出圧力を安定
させるための減圧弁と、圧縮空気からＰＳＡ法により水
分を分離除去するための吸着剤を充填した吸着筒の出口
端とを接続する配管の途中で、かつ、減圧弁の上流側
に、吸着剤（例えばゼオライト）を充填したバッファタ
ンクを付設する構成とした。通常、空気中に含まれる水
分がこのバッファタンク内の吸着剤に吸着されると該吸
着剤の性能を劣化させるので、このバッファタンクへ導
入する空気は、露点温度約−６０℃以下のほぼ完全に乾
燥した空気であることが必要であり、そのためにはＰＳ
Ａ法の空気乾燥器との組合わせでのみ可能で、本発明も
このように構成するものである。

【０００８】また、この圧縮空気発生装置の動作音をよ
り静かにするため、騒音源となる空気圧縮器（モーター
を含む）及び電磁弁やサイレンサーを単独の内箱に収容
することにより透過騒音を防ぎ、さらに、この内箱を圧
縮空気発生装置の本体の外殻を構成する外箱の中に収容
して二重箱構造として、この内箱へ収容した空気圧縮器
（モーターを含む）等を冷却するための外箱との間の空
気の流入通路、排気通路を設け、これらの通路内の片
方、又は両方（好ましくは両方）に遮音板を付設して、
冷却用空気の通路を通して騒音が外部へもれ出ないよう
に構成するものである。

【０００９】

【作用】本発明は、以上のように構成することによって
次のように作用する。前述のように、乾燥した圧縮空気
を貯留するバッファタンクにも吸着剤を充填しているの
で、このバッファタンクへ乾燥した空気を供給する空気
乾燥器は、冷凍式の空気乾燥器では周囲温度によっては
結露することもあるので、不適当であり、ＰＳＡ法によ
る空気乾燥器を使用する必要がある。

【００１０】ＰＳＡ法による空気乾燥器は、圧縮空気中
の水分を吸着剤によって吸着し、露点温度約−６０℃以
下程度に除湿することが可能で、又、一旦吸着した水分
は、脱着・パージ再生工程で吸着剤から脱着して、該吸
着剤を再生するので、水分がほとんどない圧縮空気を連
続的に供給でき、該圧縮空気を貯留するバッファタンク
内に充填した吸着剤の性能劣化を誘発することはない。
なお、このＰＳＡ法による空気乾燥器の基本的な構成及
び作用については、公知であるので詳細な説明は省略す
る。

【００１１】バッファタンクに充填した吸着剤、例えば
ゼオライトは加圧下において空気中の各種成分を吸着す
るが、その吸着力は該成分の種類によっても異なり、一
般に水分＞窒素＞酸素の順で良く吸着する。このバッフ
ァタンクへＰＳＡ法による空気乾燥器を介して供給され
る乾燥空気は、前述のように水分はほとんど含有しない
ので、該吸着剤に吸着するのは空気の主要成分である窒
素（約７８％）と酸素（約２１％）等であり、また、そ
の吸着量も各成分の分圧（上記の％比に同じ）に応じて
吸着される。

【００１２】バッファタンク内に吸着剤を充填した場合
には、中空のバッファタンクの容積に対して、実質的な
空間部の容積は少なくなる。しかしながら、窒素や酸素
等の気体が該吸着剤に加圧状態のもとで吸着すると、そ
の体積は気体の場合に比較して事実上無視できる（すな
わちゼロになる）ので、外形寸法が同一であっても、中
空のバッファタンクに比較して、吸着剤を充填したバッ
ファタンクは同一圧力下では後者の方が数倍（例えば約
４倍）の体積の気体を貯留することができる。ＰＳＡ法
による空気乾燥器から供給する乾燥した空気を該バッフ
ァタンクへ供給する圧力はＰＳＡの操作サイクルに従っ
て変動するので加圧状態で吸着剤に吸着していた窒素や
酸素等の分子は、前記の加圧状態で吸着した圧力よりも
低い圧力となれば、該吸着剤から脱着して元の気体とな
り、その組成も前記の各成分の分圧比と同一となるの
で、該バッファタンクから吐出される気体は、除湿した
ということ以外は実質的に空気の組成と変わりないもの
となる。

【００１３】人工呼吸器用の圧縮空気発生装置は、患者
の枕元近くで昼夜を問わず使用されるものであるため、
患者本人や家族等の付添いの人にとっても低騒音のもの
であることが強く求められている。ＰＳＡ法による空気
乾燥器は、空気圧縮機（モーターを含む）や電磁弁等の
可動部分があるので一般的に騒音が発生しやすいが、そ
の騒音の低減には、防音筐体を二重箱構造にして、特に
音の大きい発音源を内側の防音筐体内に収容し、そして
騒音と振動の源であるモーターや空気圧縮機等の振動を
防振ゴムやスプリングを用いて防止し、また発音源から
の音波は内箱と外箱で二重構造となる遮音壁を用いて密
閉するとともに、このモーターや空気圧縮機を冷却する
ための内箱と外箱との間に空気流入通路、同排気通路を
設け、これ等通路内壁にウレタン等の吸音材を設けると
ともにこれらの通路内の片方、又は両方（好ましくは両
方）に少なくとも１枚の通気可能で、かつ、遮音効果を
有する（例えば、数センチメートルの厚さの発泡ウレタ
ン等の樹脂に複数個の貫通孔を明けたものまたは鉄板
（約１．６ｔ）に多数の通気孔を設けたものに吸音効果
のあるウレタンに通気孔を設け、同通気孔同志がつなが
るよう鉄板と通気孔を重ねてはり合わせたもの）遮音板
を付設したので、冷却用空気の通路を通して騒音が外部
へもれ出ることを防止できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
るが、これは本発明を説明するための一実施例であっ
て、本発明はこの実施例に限定されるものではない。図
１は、本発明の好ましい実施例のフロー図である。この
図において、吸入フィルタ１は、空気圧縮機２が大気中
の空気を吸入する際の空気中のゴミや粉塵を除去し、圧
縮空気は冷却コイル３で圧縮熱を放熱させて冷却する。
この時、凝縮した水滴をミストセパレータ４で分離除去
して、この分離された水滴をドレン排出用電磁弁５を定
期的に短時間（例えば０．３秒間）だけ開として系外に
排出させる。安全弁６は、系内の圧力が何らかの原因で
異常に高くなった場合に作動するもので、通常は閉とな
っている。

【００１５】ミストセパレータ４で、水分がおおむね除
去された圧縮空気は、五方電磁弁７を介して水分等を吸
着する吸着剤を充填した吸着筒９又は９′へ送り込ま
れ、残余の水分はここで吸着除去され、ほとんど完全に
乾燥した空気を得ることができる。この乾燥した空気の
一部をオリフィス１０を通して他方の吸着筒９′又は９
へ流入させるパージ工程を行ない、脱着工程にある該吸
着筒の中の吸着剤に吸着している水分を脱着させて再生
浄化させる。

【００１６】脱着工程で減圧脱着した排気ガスは、五方
電磁弁７を介してサイレンサー８より大気中へ放出させ
る。このように、五方電磁弁の切替操作を一定時間毎
（例えば約１分間）に行なう、いわゆるＰＳＡ法操作に
より、一方の吸着筒（例えば９）が加圧吸着工程で除湿
を行なっているときには、他方の吸着筒（例えば９′）
は減圧脱着工程にあり、吸着剤を脱着再生し、これを交
互に繰り返すことにより、連続的にほぼ完全に除湿され
た圧縮空気を得ることが出来る。

【００１７】このほぼ完全に除湿された圧縮空気は、逆
止弁１１又は１１′を介して吸着剤を充填したバッファ
タンク１２へ貯留され、取出口１８より人工呼吸器へ間
歇流として圧縮空気が流れる時に、減圧弁１３により設
定された圧力以下にならないように、該バッファタンク
１２内の吸着剤へ吸着した状態で貯えられていた乾燥空
気を一気に取出し、人工呼吸器の方へは、常に一定の圧
力で乾燥空気を供給できるように構成したものである。
なお、図１では、電源，制御系，吸着筒及びバッファタ
ンク内の吸着剤の図示は省略した。また、本実施例では
吸着筒に充填した吸着剤は、水分が強吸着性物質であ
り、窒素ガスが中吸着性物質であって酸素ガスが弱吸着
性物質となる吸着剤（例えばゼオライト）を充填した
が、この例に限らず、水分が強吸着性物質であり、酸素
ガスが中吸着性物質であって窒素ガスが弱吸着性物質と
なる吸着剤（例えば活性炭）であってもよく、本発明の
作用効果に変わりはない。また、本実施例では２筒の吸
着筒を用いたが、これは１筒であってもよく、この場合
のパージガスは該バッファタンクから得ることは言うま
でもない。さらに、前記の吸着筒及び／又はバッファタ
ンクに、吸着剤とともに若干量の吸湿剤（例えば活性ア
ルミナやシリカゲル）を充填してもよく、本発明の作用
効果をいっそう助長することもできる。

【００１８】

【発明の効果】本発明を実施することにより、次のよう
な優れた効果がある。 人工呼吸器へ供給する空気中の水分をほぼ完全に除去
した極めて乾燥した空気を生成できるので、一般的な室
内の日常生活環境下での温度変化ではいかなる場合でも
人工呼吸器やその他の配管内に結露することがない。 人工呼吸器で消費する空気の量は、患者の呼吸に伴い
間歇流となるが、その流量変化に対応するためには中空
のバッファタンクでは比較的大型のものが必要となる
が、本発明にかかるバッファタンクは、その中に空気を
吸着してその吸着した空気の体積をほぼゼロにできる吸
着剤を充填しているので、中空のバッファタンクに比較
して約１／４の容積のものとなり、圧縮空気発生装置の
形状をより小型化することができる。

【００１９】ＰＳＡ法による空気乾燥器で使用する吸
着筒に充填された吸着剤は、空気中の水分を加圧吸着工
程で吸着して乾燥した空気を生成するが、減圧脱着工程
では、その吸着した水分を脱着して大気中へ排出すると
ともに、パージ工程で乾燥した空気を向流的にこの吸着
筒に流して吸着剤の再生浄化をすることができるので繰
り返し使用できる。一方、本発明にかかるバッファタン
ク内の吸着剤は、その乾燥空気の供給源の圧力変化に伴
い空気の吸・脱着は繰り返されるが、パージ工程はな
い。従って、もしこのバッファタンク内の吸着剤が水分
を一旦吸着すると、該吸着剤を再生浄化することができ
なくなり、該吸着剤が性能劣化したままとなる。従っ
て、このバッファタンクへ供給する空気は、水分を含有
する大気中の空気は不都合なことは言うまでもないが、
冷凍式の空気乾燥器でも周囲の温度等の条件によっては
不都合で、露点温度が約−６０℃以下となるＰＳＡ法の
空気乾燥器で生成する乾燥した空気が最も好ましく、バ
ッファタンク内の吸着剤の劣化もなく長期間継続して使
用できる。

【００２０】空気圧縮機（モーターを含む）や電磁弁
等の騒音発生源を独立した防音筐体に収容し、外殻を構
成する外箱とで二重箱構造とし、このモーターや空気圧
縮機を冷却するための外箱との間の空気流入通路・同排
気通路を設け、これらの通路内に通気可能で、かつ遮音
効果を有する遮音板を付設したのでこの冷却用空気の通
路を通して騒音が外部へもれることを防止でき、従来の
ものと比較して非常に低騒音の圧縮空気発生装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の好ましい実施例のフロー図である。

【符号の説明】

１ 吸入フィルタ ２ 空気圧縮器 ３ 冷却コイル ４ ミストセパレータ ５ ドレン排出用電磁弁 ６ 安全弁 ７ 五方電磁弁 ８ サイレンサー ９，９′ 吸着筒 １０ オリフィス １１，１１′ 逆止弁 １２ バッファタンク １３ 減圧弁 １４ 圧力センサー １５，１６ フィルタ １７ 圧力計 １８ 取出口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水分が強吸着性物質であり窒素ガスが中
   吸着性物質であって酸素ガスが弱吸着性物質となる吸着
   剤、あるいは、水分が強吸着性物質であり酸素ガスが中
   吸着性物質であって窒素ガスが弱吸着性物質となる吸着
   剤のうち、いずれかの吸着剤を充填した少なくとも１個
   の吸着筒を有し、該吸着筒の入口端へ空気圧縮機で加圧
   した圧縮空気を供給し、この圧縮空気中の強吸着性物質
   等を該吸着剤に吸着させて、該吸着筒の他端の出口端か
   ら乾燥した空気を得る吸着工程と、該吸着筒を大気圧又
   は大気圧以下に減圧して該吸着剤が吸着工程で吸着した
   強吸着性物質等を脱着する脱着工程時においては、この
   減圧脱着工程中の吸着筒の出口端へ前記の吸着工程中の
   吸着筒から、あるいは、吸着工程時に得られた乾燥した
   空気を貯留するバッファタンクを前記の吸着筒の出口端
   と乾燥した空気の取出口とを接続する配管の途中であ
   り、かつ減圧弁の上流側に付設したバッファタンクか
   ら、乾燥した空気をパージガスとして該吸着筒に向流的
   に流入させて該吸着剤を再生浄化する脱着工程を行な
   い、前記の吸着工程と脱着工程とを一定の操作サイクル
   時間で交番的に繰り返す圧力変動吸着法による空気乾燥
   器において、該バッファタンクに空気の主要成分である
   窒素ガス等を吸着しうる吸着剤を充填したことを特徴と
   する人工呼吸器用の圧縮空気発生装置。
2. 【請求項２】 騒音源となる空気圧縮機やモーター及び
   電磁弁やサイレンサーを単独の内箱に収容し、さらにこ
   の内箱を圧縮空気発生装置本体の外殻を構成する外箱の
   中に収容して二重箱構造とし、この内箱へ収容した空気
   圧縮機やモーター等を冷却するための外箱との間の空気
   の流入通路及び排気通路を設け、これらの通路内の片
   方、又は両方に少なくとも１枚の、通気可能で、かつ、
   遮音効果を有する遮音板を付設したことを特徴とする請
   求項１に記載の人工呼吸器用の圧縮空気発生装置。
3. 【請求項３】 前記の吸着筒及び／又は前記のバッファ
   タンクに、吸着剤とともに若干量の吸湿剤を充填したこ
   とを特徴とする請求項１あるいは請求項２のいずれかに
   記載の人工呼吸器用の圧縮空気発生装置。