JPH09239033A - 酸素富化空気供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素富化空気の酸素濃度の制御が容易な酸素
富化空気供給装置を提供する。 【解決手段】 酸素富化空気の発生手段１、酸素濃度を
希釈するための空気導入手段８、空気導入量制御手段
６、流量制御手段２、及び酸素富化空気供給手段４を有
し、酸素富化空気の酸素濃度を設定できる酸素供給量設
定手段５を有する酸素富化空気供給手段であって、酸素
濃度に連動して空気導入量を増減し、且つ２から供給さ
れる流量が略一定になるように調節する酸素富化空気供
給手段。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大気から分離さ
れ、空気よりも高い濃度で酸素を含有する酸素富化空気
の供給装置に関する。さらに詳しくは、使用に供するた
めに供給手段に流入する酸素富化空気を所望の流量及び
酸素濃度に制御することが可能な酸素富化空気供給装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】肺気腫、慢性気管支炎等の呼吸器系疾患
の治療法として最も効果的なものの１つに酸素吸入法が
あり、近年、この療法のために、酸素富化空気供給装置
が使用されるようになってきた。この酸素富化空気供給
装置を使用する患者にとっては必要な酸素量が、少ない
場合には流量が０．１〜０．５リットル／分程度の場合
もあり、多い場合には４〜６リットル／程度の場合もあ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の酸素富化
空気供給装置においては、必要な酸素供給量の変化に流
量変更で酸素供給量を変えることにより対応しているた
め、特に流量の少ない場合には、酸素富化空気が供給さ
れていることを患者も感じとれないこともあった。ま
た、極少量で流量コントロールを行うためバラツキが大
きくなり易く、コントロールがむつかしい点もあった。

【０００４】また、一般に、これらのガスでは酸素ガス
中に湿分がほとんどないため、呼吸に供するためには加
湿操作が必要になる。加湿を必要とする場合、一般的に
は低流量において、加湿器における加湿度調整もむつか
しく、比較的加湿度が過剰になり易くドレンを発生しや
すくなる。このドレンは酸素供給導管である延長チュー
ブやカニューラにおいて該酸素が冷やされるため発生
し、患者の鼻に入ることもあり、好ましいものではな
く、何らかの除去手段が設けられることが多い。いずれ
にしても、ドレンの発生は衛生的にも、視覚的にも好ま
しいものではない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来の酸素
富化空気供給装置における上記不都合を解消するために
鋭意研究した結果、従来の流量可変方式ではなく、濃度
可変方式を採用すると上記不都合を解消しうることを見
出し、本発明に到達した。

【０００６】すなわち、本願発明は、空気よりも高めら
れた濃度の酸素を含有する酸素富化空気を発生する手
段、該酸素富化空気の濃度を希釈するための空気導入手
段、該発生手段から酸素富化空気を使用者に供給する流
路に設けられた該希釈用空気の導入量を制御する空気流
量制御手段、その下流に設けられた第１流量制御手段、
必要に応じ該第１流量設定手段の下流側に設けられた第
２流量設定手段、及びその下流に設けられた酸素富化空
気供給手段を有する酸素富化空気供給装置において、該
装置は更に上記供給手段から供給される酸素富化空気の
酸素濃度を設定できる酸素供給量設定手段を有し、設定
された酸素濃度に連動して該空気流量制御手段を変化さ
せ、かつ該第１流量設定手段から供給される流量が略一
定になるように調節することを特徴とする酸素富化空気
供給装置を提供するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明について、必要に
応じて図面を用いながら更に詳細に説明する。

【０００８】図１に本発明の酸素富化空気供給装置の好
ましい実施態様例の概略フローチャートを示す。

【０００９】本発明における空気よりも高められた濃度
の酸素を含有する酸素富化空気は空気中の酸素を濃縮し
て製造され、酸素濃縮のためには吸着型酸素濃縮器が有
利に用いられる。以下の説明は、主として吸着型酸素濃
縮器を用いた場合について行う。

【００１０】本発明の酸素富化空気供給装置は、例えば
医師の処方によって定められる患者の使用に供すべき酸
素供給量に応じて、酸素富化空気の酸素濃度を設定でき
る酸素供給量設定手段を有し、該設定手段により設定さ
れた酸素濃度と連動して空気導入手段により導入される
酸素濃度希釈のための空気量を制御する空気流量制御手
段を変化させることにより、発生酸素濃度の範囲を大き
く変化させることができる。

【００１１】該酸素供給量設定手段としては、空気流量
制御手段の空気流入ライン、第１流量制御手段の酸素富
化空気排出ラインに設けられた流量制御手段（図示せ
ず）そのものであることができるし、あるいはそれとは
離れた位置に設置することができる設定手段とその設定
手段による設定値に従って空気流量制御手段、第１流量
制御手段を駆動するための電気的制御システムとからな
るものであることができる。或いは空気流量制御手段と
第１流量設定手段とが一体化したものであることもでき
る。

【００１２】上記の酸素供給量設定手段において設定さ
れる酸素濃度と発生手段における酸素富化空気の発生
量、空気流量制御手段において導入される空気量及び酸
素濃度との関係は、個々の酸素富化空気供給装置の能力
（例えば最高到達酸素濃度、その時の発生流量等）及び
予定される処方（酸素濃度及び／又は流量）により定ま
るものである。一般的に処方はいくつかの非連続的な数
値で定められるので、上記関係も連続的変化に対応する
必要がない場合が多く、従って予定される非連続的な設
定値に対応した空気導入量及び酸素富化空気排出量を定
めれば良いので、装置能力が定まれば実験で容易に求め
ることができる。

【００１３】酸素富化空気発生手段により発生する酸素
富化空気の酸素濃度及びその発生量は装置の能力で一定
に定まり、通常の圧力変動吸着型酸素濃縮器において
は、約９０％の酸素濃度を有する所定量の酸素富化空気
を発生する事ができる。従って、空気流量制御手段とし
ては、医師の処方酸素濃度として例えば４０％、５０
％、６０％、７０％、８０％、９０％の各々のレベルで
可変設定できるように空気流入量を制御できる事が好ま
しい。

【００１４】本発明の空気導入手段は酸素富化空気の酸
素濃度を希釈するための空気を導入する装置であり、送
風器、コンプレッサーなど酸素富化空気導入ラインに空
気を導入できるものを用いる。酸素濃縮器のコンプレッ
サーを流用するこのも可能である。

【００１５】また、本発明の酸素富化空気供給装置にお
いては、供給手段における酸素富化空気供給量を約１．
５〜５．５リットル／分のレベルで供給できることが望
ましい。

【００１６】本発明の酸素富化空気供給装置において、
空気流量制御手段は酸素富化空気流入ラインと酸素富化
空気の酸素濃度を希釈するための空気導入ラインを備
え、空気導入量を制御することで酸素濃度を決定する形
式のものであり、両者を効率よく混合できるものが好ま
しい。

【００１７】また、第１流量制御手段は混合された一部
の酸素富化空気を排出できる形式のものが好ましい。排
出される酸素富化空気の量は、酸素供給量設定手段によ
り設定された酸素濃度の低下につれて増大する。該供給
量設定手段によって設定された酸素濃度が低下したこと
により、空気導入手段より希釈用空気が空気流量制御手
段を経由して酸素富化空気供給ラインに導入され、第１
流量制御手段において、過剰な流量の酸素富化空気を排
出してその流量が調整され、第１流量制御手段の下流側
の導管及び供給手段により患者に供給される酸素富化空
気の流量を安定した状態とする。

【００１８】本発明の酸素富化空気供給装置には、必要
に応じ、使用に供すべき酸素流量の変動に対応すべく、
第２流量制御手段を設けることができ、この第２流量制
御手段も第１流量制御手段同様、一部の酸素富化空気を
排出することができる形式のものが好ましく、該第２流
量制御手段における酸素富化空気の排出量と供給手段か
ら患者へ供給される酸素富化空気の供給量との合計は略
一定であることが望ましい。これにより供給量の良好な
制御を達成することができる。

【００１９】本発明における空気流量制御手段及び／又
は第１、第２流量制御手段は、オリフィス式の流量設定
器、ニードル弁付ローターメーター或いはニードル弁や
ボール弁などの弁開閉度により流入流量或いは排出流量
を調節できる流量設定器、或いはマスフローメーターで
あることができる。

【００２０】かかる流量制御手段は、例えばオリフィス
の径が異なる複数の孔を具備した器具であり、設定値に
対応して複数の孔の中から１つ、あるいは２以上を選定
し、一定の流入流量又は排出流量を与えるものであるこ
とができる。それらは分岐した導管にそれぞれ設けられ
て複数一組で利用側流量及び排出側流量を制御してもよ
く、或いは利用側流量及び排出側流量を一体的に制御す
るものであってもよい。前者の例としては、特開昭６２
−１４００２６号公報や特開平２−２４１４６３号公報
に記載された方式のものが挙げられる。後者の例として
は、例えば特願平７−７３３３３号明細書及び添付図２
に記載された形式の複式流量制御器及びその改変型が挙
げられる。その基本的構造は、本明細書及び添付図２に
示されているが、それは、酸素富化空気流入孔、一体的
に又は連動して変更することができる１組の開孔部が複
数設けられた可変式オリフィス部３２〜３５及び該開孔
部から流出する酸素富化空気を少なくとも２個の系統に
分けて放出しうる気体放出孔３６，３７を有する複式流
量制御器である。

【００２１】これを第１流量制御手段として用いる場
合、酸素富化空気流入孔から流入する酸素富化空気量が
一定範囲内で変化しても少なくとも１個の系統から放出
される気体量が略一定であるように該複数存在する１組
の開孔部の各孔断面積が設定されていることが好まし
い。端的には、図２の酸素富化空気流入孔３１からの流
入量が変化しても、３３、３５が回転して新たな開孔の
組３２，３４が設定され、それにより一方の側の開孔径
が増減して放出量を制御し、しかして他方の放出量を略
一定にするというものである。

【００２２】これは、片方の側の開孔径を一定にして他
方の開孔径を変化させることにより実現することも可能
であるが、両方の側の開孔径を同時に変化させて実現す
ることもできる。

【００２３】また、上記複式流量制御器を第２流量制御
手段として用いる場合、酸素富化空気流入孔３１から流
入する気体量は略一定に制御されているので、一方の気
体放出孔から放出される流量が予定される処方流量にな
るように開孔径を設定するのは容易に実現することがで
きる。

【００２４】いずれの場合においても、装置能力が決ま
り、用いられる処方が決まれば、開孔径は実験により容
易に決定することができる。

【００２５】図２は、本発明の酸素富化空気供給装置に
おける供給量設定手段と第１流量制御手段が一体化され
たものであって、各々の流量（酸素濃度にも対応する）
に対応して双方の開孔部が同一の操作で選択できるよう
にした複式流量制御器の例である。

【００２６】図２中、３１が、上流側導管が接続された
酸素富化空気の流入部である。３３が、開孔部３２等の
開孔面積の異なる複数の開孔部を備えて、排出量に対応
してその開孔部が選択して使用できるようにしたオリフ
ィス型の排出量設定部である。３５が、開孔部３４等の
開孔面積の異なる複数の開孔部を備えて、利用酸素富化
空気流量に対応してその開孔部が選択して使用できるよ
うにしたオリフィス型の利用流量設定部である。図２に
示されたものは、排出流量設定部３３と利用流量設定部
３５が一体化されているが、これらは必ずしも一体化さ
れている必要はなく、対応関係をもって連動すればよ
い。３６は、排出酸素富化空気を排出する導出部であ
り、その下流側は大気に開放されている。３７は、使用
者に供給すべき酸素富化空気の導出部である。３８は、
一体化されている排出流量設定部３３と利用流量設定部
３４との双方を同一の回転操作によって、所望の利用流
量と所望の排出流量に設定するための回転軸であって、
回転操作を容易にするためのツマミ（図示せず）がさら
にその左端部に取付けられる。

【００２７】さらに、４０は利用流量設定部３５によっ
て設定される流量を表示するための表示板である。４１
は、回転軸３８を回転する際に、排出用開孔部３２等か
ら選択された開孔部が排出すべき気体が通過する開孔部
４２に適合し、利用気体用開孔部３４等から選択された
開孔部が使用者に供給すべき気体が通過する開孔部４３
に適合するように、所定の位置で固定するための位置決
め部材である。

【００２８】上記表示板を用いれば、その表示の仕方次
第で流量表示による、或いは酸素濃度表示による供給量
設定器としても用いることができる。

【００２９】また、図３は本発明の酸素富化空気供給装
置における供給量設定手段と空気流量制御手段及び第１
流量制御手段が一体化されたものであって、各々の流量
（酸素濃度にも対応する）に対して双方の開孔部が同一
の操作で選択できるようにした複式流量制御器の例であ
る。

【００３０】図３中、６１が上流側導管に接続された酸
素富化空気の流入部である。６３が、開孔部６２等の開
孔面積の異なる複数の開孔部を備えて、空気導入量に対
応してその開孔部が選択して使用できるようにしたオリ
フィス型の空気流量設定部である。

【００３１】空気流量設定部において流入した酸素富化
空気と空気が混合され、設定された酸素濃度に対応する
酸素富化空気が発生し、排出流量設定部３３及び利用流
量設定部３５において所望の利用流量と所望の排出流量
が得られる。

【００３２】本発明の酸素富化空気供給装置の用途とし
ては、特に限定されるものではなく、例えば家庭等で使
用される医療用途に適している。

【００３３】かかる構成をとることにより、使用者への
酸素量が変化しても、それに対応して酸素濃度を変化さ
せて供給量を略一定とすることができ、使用者の違和感
を低減させることができる。

【００３４】

【実施例】以下に図面を用いて本発明の酸素富化空気供
給装置の具体的態様例についてさらに詳細に説明する。

【００３５】図１は本発明の酸素富化空気供給装置の好
ましい実施態様例を模式的に示した概略フローチャート
である。図１において、１は酸素よりも窒素を吸着しや
すいモレキュラーシーブ５Ａ、１３Ｘ或いはリチウム型
ゼオライト等の吸着剤が充填された酸素濃縮器であり、
コンプレッサー１１が流路切換え弁１２を介して導管に
よって酸素濃縮器１に連結されており、酸素富化空気を
一時的に貯留するサージタンク９が自動開閉弁１３を介
して導管によって酸素濃縮器１に連結されている。また
流路切換え弁１２には吸気マフラー等を備えた吸気用導
管と排気マフラー等を備えた排気用導管が設けられてい
る。なお、コンプレッサー１１からサージタンク９まで
が実施例においては酸素富化空気の発生手段を構成して
いる。

【００３６】さらに、サージタンク９には、減圧弁２
２、２３等を備えた酸素富化空気流路用導管１５が取付
けられており、この導管１５に空気流量制御手段、第
１，第２流量制御手段としてオリフィス型流量設定器
６、オリフィス型流量設定器２及びオリフィス型流量設
定器３が設けられ、供給量設定手段５はオリフィス型流
量設定器６及びオリフィス型流量設定器２に一体的に設
けられている。供給量設定器５とオリフィス型流量設定
器２及び６は連動して、該流量設定器６からの空気の流
入量及び該流量設定器２からの排気量を増減させ、酸素
濃度及び流量を制御する。圧力検出手段５１，５２がそ
れらの流量制御手段の上流側の圧力を検知し、その圧力
の異常が生じた場合に警報を発生する手段（図示せず）
に情報を伝達するものである。また、導管１５には、さ
らに自動開閉弁１８、除菌フィルター２５、加湿器７等
が具備されて、導管２１により、鼻カニューラや口マス
ク等の酸素富化空気供給手段４に連結していることが実
用上好ましい。

【００３７】さらに、使用者の呼吸サイクルを検知し、
その検知結果を基に、弁を開閉し、酸素富化空気を供給
するデマンドバルブを備えた発生手段を使用すると、装
置の小型化をはかることができる。

【００３８】図１の酸素富化空気供給装置の運転態様と
しては、電磁弁１３、１８を開いた状態で、図１の如く
弁１２を介してコンプレッサー１１により、加圧空気を
酸素濃縮器１に導入して窒素を吸着させ、得られた酸素
富化空気が導管１４を介してサージタンク９に貯留され
る。サージタンク９に貯留された酸素富化空気は、空気
導入手段８から導入される空気によりオリフィス型流量
設定器６において、所定酸素濃度になるように希釈さ
れ、過剰の酸素富化空気は放出されてオリフィス型流量
設定器２（流量制御手段）により所定の流量に調整さ
れ、減圧弁２３、除菌フィルター２５を通過した後、オ
リフィス型流量設定器３により所定の流量に調整され
て、加湿器７により加湿され、導管２１に連結された鼻
カニューラ４を経て呼吸器疾患の患者等に供給される。

【００３９】酸素富化空気の発生手段においては、所定
時間吸着を続けた後、弁１３を閉じて、弁１２を切り換
えることによってコンプレッサー１１を真空ポンプとし
て使用して、酸素濃縮器１内の圧力を減圧して、脱着を
行う。所定の時間脱着を行った後、弁１２を切り換えて
加圧空気を酸素濃縮器１に導入せしめ、さらには弁１３
を開いてサージタン９から酸素富化空気を逆流させるこ
とによって、酸素濃縮器１を再加圧したうえで、引続き
加圧空気を酸素濃縮器１に導入しながら吸着工程を実施
する。このような吸着、脱着の工程を繰り返して酸素富
化空気を得る。

【００４０】また、オリフィス型流量設定器６からの空
気流入量とオリフィス型流量設定器２における排気量の
増減により、該流量設定器２（第１流量制御手段）とオ
リフィス型流量設定器３（第２流量制御手段）間の導管
１５の酸素富化空気の流量は略一定に保持される。

【００４１】サージタンク９内に貯留された酸素富化空
気は、導管１５を通ってその流量は流量設定器２，３，
６によって調整されて、鼻カニューラ等の酸素富化空気
供給手段４から患者に供給される。オリフィス型流量設
定器３は一度設定すれば、基本的にはあまり変化させる
必要はなくなる。

【００４２】本発明の酸素富化空気供給装置の好ましい
態様として、コンプレサー１１と送風機１９を消音用ボ
ックス内に収納せしめ、そのボックス内に開口部のある
仕切り板を設けて冷却用空気流れの上流側の室に送風機
１９を、下流側の室にコンプレッサー１１を配置して、
流路切換え弁１２の吸気側導管の開口端を送風機を収納
した室に位置させたものが挙げられる。なお、装置の冷
却用空気の取入れ口にはフィルターが具備されることが
望ましい。

【００４３】このような構成では、冷却用送風機側の室
からコンプレッサー側の室への冷却風の流れは一方的で
あり、コンプレッサーの吸気口を送風機側の室に位置さ
せることによって、周囲の大気温度に近い温度で清浄な
空気を吸入させることができる。コンプレッサー側の室
はコンプレッサーからの放熱により温度が高くなりやす
く、そこからコンプレッサーの吸気口に空気を導入する
と性能的に不利な場合がある。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、流量をほぼ一定にし、
酸素濃度を変化させることが可能となり、患者の使用感
を改善することができるとともに、加湿器による加湿度
の調整ができ、ドレンの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の酸素富化空気供給装置の実施態
様を模式的に示した概略フローチャートである。

【図２】図２は供給量設定手段と第１流量制御手段とが
一体化された態様を示す複式流量制御器の断面図であ
る。

【図３】図３は供給量設定手段と空気流量制御手段、第
１流量制御手段とが一体化された態様を示す複式流量制
御器の断面図である。

【符号の説明】

１ 酸素濃縮器 ２ オリフィス型流量設定器（第１流量制御手段） ３ オリフィス型流量設定器（第２流量制御手段） ４ 酸素富化空気供給手段 ５（４０） 流量表示型供給量設定手段 ６ オリフィス型流量設定器（空気流量制御手段） ８ 空気導入手段 ３１（６１） 酸素富化空気流入孔 ３２ 排出用開孔部 ３３ 排出流量設定部 ３４ 利用酸素富化空気用開孔部 ３５ 利用流量設定部 ３６ 排出酸素富化空気導出部 ３７ 利用酸素富化空気導出部 ６２ 空気流入用開孔部 ６３ 空気流量設定部 ６５ 希釈用空気導入部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気よりも高められた濃度の酸素を含有
   する酸素富化空気を発生する手段、該酸素富化空気の濃
   度を希釈するための空気導入手段、該発生手段から酸素
   富化空気を使用者に供給する流路に設けられた該希釈用
   空気の導入量を制御する空気流量制御手段、その下流に
   設けられた第１流量制御手段、必要に応じ該第１流量設
   定手段の下流側に設けられた第２流量設定手段、及びそ
   の下流に設けられた酸素富化空気供給手段を有する酸素
   富化空気供給装置において、該装置は更に上記供給手段
   から供給される酸素富化空気の酸素濃度を設定できる酸
   素供給量設定手段を有し、設定された酸素濃度に連動し
   て該空気流量制御手段を変化させ、かつ該第１流量設定
   手段から供給される流量が略一定になるように調節する
   ことを特徴とする酸素富化空気供給装置。
2. 【請求項２】 該希釈用空気の導入量が、酸素供給量設
   定手段における設定酸素濃度の低下につれて増大する、
   請求項１記載の酸素富化空気供給装置。
3. 【請求項３】 該第１流量制御手段が一部の酸素富化空
   気を排出することができる形式のものである請求項１又
   は２記載の酸素富化空気供給装置。
4. 【請求項４】 該第１流量制御手段において排出される
   酸素富化空気の量が、該供給量設定手段における設定酸
   素濃度の低下につれて増大する、請求項３記載の酸素富
   化空気供給装置。
5. 【請求項５】 該第２流量制御手段が一部の酸素富化空
   気を排出することができる形式のものである請求項１〜
   ４のいずれか１項記載の酸素富化空気供給装置。
6. 【請求項６】 該第２流量制御手段における酸素富化空
   気は排出量と該供給手段からの酸素富化空気供給量との
   合計が略一定である請求項５記載の酸素富化空気供給装
   置。
7. 【請求項７】 該空気流量制御手段が、酸素富化空気の
   気体流入孔、複数の開孔部が設けられた可変式オリフィ
   ス部及び該開孔部から流入する空気を混合し１系統にま
   とめて放出しうる気体放出孔を有する流量制御器であ
   る、請求項１〜６のいずれか１項記載の酸素富化空気供
   給装置。
8. 【請求項８】 該第１流量制御手段及び第２流量制御手
   段が、気体流入孔、一体的に又は連動して変更すること
   ができる１組の開孔部が複数設けられた可変式オリフィ
   ス部及び該開孔部から流出する気体を少なくとも２個の
   系統に分けて放出しうる気体放出孔を有する複式流量制
   御器である、請求項１〜７のいずれかに記載の酸素富化
   空気供給装置。
9. 【請求項９】 該第１流量制御手段としての複式流量制
   御器が、気体流入孔から流入する気体量が一定範囲内で
   変化しても、少なくとも１個の系統から放出される気体
   量が略一定であるように該複数存在する１組の開部の各
   孔断面積が設定されている、請求項９に記載の酸素富化
   空気供給装置。
10. 【請求項１０】 該空気流量制御手段及び第１流量制御
    手段が、気体流入孔、一体的に又は連動して変更するこ
    とができる１組の開孔部が複数設けられた３連可変式オ
    リフィス部及びその１つの該開孔部から希釈用空気を導
    入し、残り２連の該開孔部から流出する気体を少なくと
    も２個の系統に分けて放出しうる気体放出孔を有する一
    体型複式流量制御器である、請求項１〜６のいずれかに
    記載の酸素富化空気供給装置。