JPH09276408A - 呼吸用気体供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＰＳＡ式の呼吸用気体供給装置で、加湿器を
使用する場合に、気泡の破裂音が生じず、仮に加湿水が
雑菌やカビ等で汚染された場合でも、被加湿ガスに混じ
って患者が吸入する酸素ガスに混入しないようにする。
また、その加湿度を自動的に一定範囲に制御する。 【構成】 水分透過膜をチューブ状の中空糸１６に加工
し、該中空糸を水の入った容器１８内を通し、該中空糸
の中の通路に被加湿ガスである酸素ガスを通過させ、ま
た、通過した後の湿度を湿度センサー２４で検出して、
その値によりバイパス流量を加湿度調節手段３６で制御
するような構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特定の構造を有し
た気体用の加湿器を用いた呼吸用気体供給装置に関す
る。さらに詳細には、気体の流量が大きく変化しても加
湿の程度が適度に行われ、かつ、その加湿の程度を自動
的に所定の範囲内の値にすることができる呼吸用気体供
給装置を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】呼吸器疾患患者（以下、単に患者とい
う）に酸素ガス（酸素富化ガスを含む、以下同じ）を吸
入させる酸素療法が行われており、これに使用する酸素
ガスは、酸素ボンベ，液体酸素を気化して使用する装置
等があるが、最近では空気中の酸素を圧力変動吸着法
（以下、ＰＳＡ法という）によって濃縮して得られた酸
素ガスが使用されるようになってきた。

【０００３】これらの酸素ガスは水分をほとんど含まな
い大変乾燥した状態であるので、患者が吸入する際に患
者の鼻腔内の乾燥を防止するために、通常は加湿器によ
り加湿して吸入する必要がある。一般にこの加湿器は容
器に水を入れ、この水の中に酸素ガスを導入し、気泡を
水中にくぐらせることにより加湿するものであった。こ
の気泡が水面で破裂する音が騒音となり、特に周囲が静
かになる夜間にはこの騒音が患者やその家族を悩ませる
ことが多々あった。

【０００４】この騒音を抑えるために、ボックス等を設
け遮音をはかる等の対策がとられることもある。また、
この従来の加湿器においては、加湿される酸素ガスが約
９５〜１００％の相対湿度に加湿されるために、それを
患者の鼻腔等に供給するためのチューブが、温度の低い
空間を通って導出される場合には、該酸素ガスが冷やさ
れるので結露して水滴が発生し易く、また水面での気泡
の破裂により水の飛沫が該酸素ガスとともに移動して鼻
カニューラ側に持ち込まれることにより患者の鼻に水滴
が入り込むことがあった。

【０００５】従来からある加湿器の水を入れる容器は、
雑菌やカビあるいは藻類等が繁殖し易く、これらが気泡
の破裂による水の飛沫とともに移動して患者の呼吸器系
に入り、これが原因となって感染症に罹る事もあった
し、これを防ぐために少なくとも一週間に一度程度は該
容器を清掃する必要があった。このために該容器の取外
し、取付作業があり、体力が比較的弱い患者にとって
は、この作業の負担は大きいものであり、また、該容器
の蓋が十分にしまらないために酸素ガスが漏れるという
事故も生じていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点を解決することを目的としたものである。即ち、雑菌
やカビあるいは藻類等が吸入用の酸素ガスに混入するこ
とがなく、さらに気泡の破裂による騒音の発生もなく、
しかも使用する酸素ガスの流量が所定の範囲内で変わっ
てもその加湿の程度を自動的に所定の範囲内の値にする
ことができるようにしたＰＳＡ法による呼吸用気体供給
装置を提供することを目的としたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、パーフルオロ系イオン交換膜材等を使用し、実質
的に水分のみが透過する水分透過膜を用いることが有効
であることが分かり、本発明に到達したものである。こ
の水分透過膜をチューブ状の中空糸に加工し、該中空糸
を水の入った容器１８内を通し、該中空糸の中の通路に
ＰＳＡ法によって大気中の酸素を濃縮した酸素ガスを通
過させる構成の加湿手段を使用し、気泡が破裂すること
による騒音が生ずることもなく、また該加湿手段を通過
した後の酸素ガスの湿度を検出して、その値によりバイ
パス通路を制御することにより、該酸素ガスの流量が、
ある所定の範囲内で変わってもその加湿の程度が、約７
０〜８０％になるように自動的に制御するように構成す
るものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は概ね次のと
おりである。 窒素ガスを強吸着性ガスとして選択的に吸着する吸着
剤を充填した少なくとも１個の吸着筒と、この吸着筒に
圧縮空気を供給するポンプ手段１０，自動弁手段１２，
生成した呼吸用の酸素ガスを加湿する機能を有する加湿
手段１４等で基本的に構成したＰＳＡ法による呼吸用気
体供給装置において、該加湿手段は、実質的に水分のみ
を透過することが可能な水分透過膜を加工した中空糸１
６を水の入った容器１８内を通し、該中空糸の中の通路
に、該容器の入口端２０から同取出口端２２へ向かって
呼吸の用に供する前記の酸素ガスを通過させて該酸素ガ
スを加湿するように構成したものであって、且つ、この
取出口端２２と加湿吸入用酸素出口３０との間を配管手
段で接続し、該配管手段の途中に湿度センサー２４を付
設するとともに、前記の容器の入口端２０と該配管手段
に設けたバイパス接続点２９との間に、加湿度調節手段
３２を配管手段を介して付設し、加湿されていない酸素
ガスを、該加湿手段１４を介さずに直接該配管手段の通
路へバイパスさせるように構成し、該加湿度調節手段３
２の電磁弁５４，５６，５８を開閉する制御を、前記の
湿度センサー２４の出口信号にもとづいて自動的に行う
ように構成した呼吸用気体供給装置である。

【０００９】そして、気体の単位体積当りに含まれる
水分の量は一定であっても、雰囲気温度が変われば、相
対湿度も変化するので、前記の湿度センサー２４は、雰
囲気温度を考慮した相対湿度を計測することが可能な相
対湿度センサーを使用したことを特徴とする前述の呼吸
用気体供給装置である。 また、本発明は、前記のように構成した吸着筒に、吸
着剤と共に若干量の吸湿剤を充填したことを特徴とする
呼吸用気体供給装置である。 さらに、本発明は、前記のように構成した容器の入口
端２０と、流量調節手段３４との間に、流量計測手段３
６を配管手段を介して付設し、該流量計測手段の出力信
号に基づいて該流量計測手段内を流れる気体の流量値を
流量表示部３８で表示するように構成したことを特徴と
する前記の項〜項に記載の呼吸用気体供給装置であ
る。

【００１０】前述のように被加湿ガスである乾燥した酸
素ガスを導入する該中空糸の入口端２０と、加湿された
酸素ガスの出口である中空糸の取出口２２の各々に接続
された導管手段の延長部に、バイパス手段として加湿度
調節手段３２を設けて、前記の加湿された酸素ガスと加
湿されていない乾燥したままの酸素ガスとを、その量を
湿度センサー２４の出力信号に基づいて自動的に加減し
ながら混合することにより、流量調節手段３４で、加湿
吸入用酸素出口３０から吐出する酸素ガスの流量を変化
させた場合であっても、該酸素ガスの湿度が自動的にほ
ぼ所望の範囲内の値になるように構成するものである。

【００１１】前記の容器１８内の水は、加湿に使用する
に従って消耗するので、水の補給手段として補給口４０
を付設して必要に応じて水を補給できるように構成し
た。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図を参照し
て説明する。 （実施例１）図１は、本発明の好適な実施例である呼吸
用気体供給装置のフロー図である。なお、この図では電
源線の図示は省略した。同図において、吸入フィルター
４２はポンプ手段１０で周囲の空気を吸入するととも
に、吸入・圧縮してＰＳＡ法による呼吸用気体供給装置
の自動弁手段１２の方へ供給する場合に、大気中のホコ
リや塵埃を除去するものである。

【００１３】自動弁手段１２から吸着筒４４，４５を介
して絞り弁４６，４７に至る構成はＰＳＡ法による呼吸
用気体供給装置として周知の構成であり、この部分の詳
細な説明は省略する。そして、ここでは本発明特有の構
成である中空糸透過膜を具備した加湿手段１４や補給水
容器４８等の構成並びにその作用効果についての説明を
する。

【００１４】同図では中空糸１６は、１本のチューブと
して図示したが、実際の構成は、パーフルオロ系イオン
交換膜で構成した外径０．３ｍｍ，内径０．１５ｍｍ，
長さ約２５ｃｍの中空糸約３，５００本を１束としたも
のを使用した。また、該中空糸１６の材質は、パーフル
オロ系イオン交換膜に限定する必要はなく、ポリスルホ
ン多孔膜等であっても良い。

【００１５】中空糸１６は、実質的に水分のみがよく透
過する水分透過膜であり、この水分透過膜を中空糸状に
加工し、該中空糸を水の入った容器内を通し、該中空糸
の中の通路に加湿するための乾燥した酸素ガスを通す
と、水分のみが該中空糸の隔壁を通過して該酸素ガスに
水分を与えることになるので、該酸素ガスを所望の相対
湿度（例えば約７０〜８０％）にすることができる。

【００１６】ここで、該加湿手段１４（一点破線内）の
中空糸１６に乾燥した酸素ガスを通して加湿すると、容
器１８内の水が消耗して減量してくるので、この水を補
給する必要があるがその補給方法として、本実施例では
次のように構成した。該加湿手段１４とは別に補給水容
器４８を設け、この補給水容器４８と該加湿手段１４の
容器１８に付設した補給口４０とを給水管４９で接続し
て、この補給水容器内の水が該容器内で消耗した分量だ
け補給できるように構成したものである。

【００１７】前記の加湿手段１４は、実質的に気密状態
で、初期において容器１８の内部には該容器内の中空糸
１６の部分を除いた容積のほぼ３／４の量の蒸留水を充
填したもので、同容器は、外径約３８ｍｍ，内径約３５
ｍｍ，長さ約２８ｃｍの透明プラスチック材で構成し
た。

【００１８】このように構成した加湿手段１４は次のよ
うな作用効果を奏する。実質的に水分のみがよく透過す
る中空糸１６の内側通路に乾燥した酸素ガスを通過させ
ると該中空糸の外側に充填してある水の水分が中空糸の
隔膜を通して該酸素ガスを加湿する。そして、容器１８
は気密になっているので、加湿のために消耗した水と同
量の水が補給水容器４８から補給される。この補給水容
器４８のふたには、直径約１ｍｍの空気孔が明いている
ので必要な量だけ補給水を供給できる。また、このふた
の締付けが十分でなくてもガス漏れ等の支障が生ずるこ
ともない。

【００１９】この図１において、流量調節手段３４は、
ＰＳＡ法による呼吸用気体供給装置で生成した酸素ガス
を、呼吸の用に供するために加湿吸入用酸素出口３０か
ら吐出する場合の流量〔１分間当りの流量・リットル／
分（Ｌ／分）〕を加減するもので、酸素ガスの通路であ
る配管手段の途中にオリフィスあるいは絞り弁等を付設
する。本発明の第１の実施例では異なる直径を有した複
数のオリフィスを適宜切替えて流量を選択できるように
し、それぞれの流量値に対応した数値を該流量調節手段
と連動して表示出来るように構成した。（例えば、
「０．５Ｌ／分」，「１．０Ｌ／分」，「１．５Ｌ／
分」等）

【００２０】加湿度調節手段３２は、加湿手段１４を通
らずに乾燥したままの酸素ガスをバイパスさせて、加湿
手段１４を通って加湿された酸素ガスと混合して呼吸の
用に供する適度な湿度を有する呼吸用気体を得るもので
ある。

【００２１】図２は、該加湿度調節手段３２の詳細な構
成を示すフロー図である。なお、この図でも電源線の図
示は省略した。この加湿度調節手段３２は大別すると次
の２個のブロックで構成されている。 湿度センサー２４の出力信号を増幅して、それぞれ異
なる閾値を有するコンパレーター３系統（湿度７４．５
％，８３％，９３％相当値）を有し、それぞれの湿度に
対応した出力信号を出すブロック５２。

【００２２】前記の各出力信号に対応して動作する電
磁弁５４〜５８とそれぞれの電磁弁の開閉動作に対応し
て酸素ガスの通路を連通させたり閉塞させたりするため
のオリフィス６０〜６４のブロック。このオリフィス
は、例えば一次側の圧力が３ｋＰａ｛０．０３ｋｇｆ／
ｃｍ²・Ｇ｝で、酸素ガスの流量が０．１２Ｌ／分（２
０℃）であれば直径０．２ｍｍが適当である。なお、こ
れらの電磁弁（オリフィス）に対応して同電磁弁等が動
作（開）状態であることを表示する発光ダイオードの表
示手段を付設したが、これらは図示を省略した。

【００２３】図３は、このように構成した加湿度調節手
段３２を使用して酸素ガスの流量によって加湿度を調節
した場合と、そうでない場合の酸素ガス流量に対する加
湿度を比較したグラフ図である。同図において、Ａのカ
ーブは加湿度調節を行わない場合の酸素ガスの流量と加
湿度の関係を加湿吸入用酸素出口３０で測定したもので
ある。これは湿度センサー２４で測定した値と同一にな
ることはいうまでもない。このように、流量が０．５Ｌ
／分では９５％，１．５Ｌ／分では８９％，２．５Ｌ／
分では７８％，３．５Ｌ／分では７１．５％となる。

【００２４】一方、Ｂのカーブは湿度センサー２４と加
湿度調節手段３２で、酸素ガスの流量によって変わる加
湿度を自動的に調節するようにした場合のものであっ
て、流量が０．５Ｌ／分では７８％，１．５Ｌ／分では
７６．５％，２．５Ｌ／分では７４％，３．５Ｌ／分で
は７１．５％となる。なお、３Ｌ／分以上では加湿度調
節を行わないので、両者のカーブは同一である。

【００２５】前記の加湿度調節手段のオリフィス６０，
６２，６４は、本実施例では全て同一直径（０．２ｍｍ
φ）のものを使用し順次並列に接続するように構成した
が、この例に限らず、それぞれ異なった直径のオリフィ
スを単独に順次切替えて調節しても本発明の作用効果に
変わりはない。 （例えば、０．２ｍｍφ，０．２８ｍ
ｍφ，０．３５ｍｍφ）

【００２６】湿度センサーとしては種々のものが市販さ
れているが本発明の構成要素としては、湿度の変化を電
気信号として出力することができるいわゆる電子式のも
のが好ましい。本実施例では、高分子膜を用いた電子式
の湿度センサー２４を使用したが、この例に限らずセラ
ミック型や半導体型の湿度センサーであっても良い。ま
た、加湿吸入用酸素出口３０から吐出する酸素ガスがカ
ニューラ等のチューブ内で結露するのは、該酸素ガスの
相対湿度が１００％になった場合であって、気体の単位
体積当りの水分の量は一定であっても、雰囲気温度が変
われば、相対湿度も変化するので、この湿度センサー２
４は、雰囲気温度を考慮した相対湿度を計測することが
可能な相対湿度センサーを使用することがより好まし
い。（例えば、２０℃で相対湿度が７５％の気体は、１
７℃まで温度が下がると相対湿度が１００％となって結
露する）

【００２７】本実施例では、湿度センサー２４を付設し
た位置は、加湿された酸素ガスの取出口端２２とバイパ
ス接続点２９との間としたが、この例に限らず湿度セン
サーを付設する位置はバイパス接続点２９と加湿吸入用
酸素出口３０との間であっても良く、本発明の作用効果
に変わりはない。ただし、後者の場合には、バイパス気
流と混合した後の湿度を計測するので、いわゆるハンチ
ングを防止するためにコンパレーターの閾値にヒステレ
シス巾を十分とる等の考慮をする必要がある。また、従
来の気泡式（バブリング式）の気体加湿器を使用した呼
吸用気体供給装置では、酸素ガスがこの気体加湿器内を
通過すれば、気泡が発生するので酸素ガスの発生を目で
確認できたが、本発明の気体加湿器では、気泡の発生が
ないので静かな反面、酸素ガスの発生状況を目視するこ
とができないので、何らかの手段で酸素ガスの発生状況
を目視できることが望ましい。

【００２８】（実施例２）図４は、本発明の第２の実施
例のフロー図で、流量計測手段３６を越えた下流側の構
成、並びにＰＳＡ法による呼吸用気体供給装置の部分の
構成の説明は省略した。（実施例１で開示したものと同
一。また、電源線の図示も省略した） 同図において、流量調節手段３４は、前述のようにＰＳ
Ａ法による呼吸用気体供給装置で生成した酸素ガスを呼
吸の用に供するために加湿吸入用酸素出口３０から吐出
する場合の流量（Ｌ／分）を加減するものである。

【００２９】そしてこの第２の実施例では、該流量調節
手段３４の下流側に導管手段を介して流量計測手段３６
を接続し、この流量計測手段内を流れる酸素ガスの流量
を計測して、その流量信号を表示制御手段５０へ伝達す
るように構成した。また該流量計測手段より下流の加湿
手段等、並びにＰＳＡ法による呼吸用気体供給装置の部
分の構成は実施例１と同じである。表示制御手段５０は
前記の流量信号に基づいてその流量を流量表示部３８
（例えばＬＥＤや液晶表示器）で表示するための電気信
号を作るものである。前記の流量計測手段３６は、本実
施例ではマスフロー式流量センサーを使用したが、この
例に限らず例えば超音波式等で流量値を電気信号に変換
できるものであればどのようなセンサーであってもよ
い。

【００３０】第１の実施例では、流量調節手段３４は、
直径の異なる複数のオリフィスを段階的に切り換えた
が、この第２の実施例では酸素ガスの流量を刻々表示で
きるので、流量調節手段３４は、連続的に流量の調節が
できるニードルバルブ式の可変絞り弁を使用したが、む
ろん、オリフィス式のものであっても良い。そして、酸
素ガスが発生していることを目視確認することもでき
る。さらに、この流量信号に基づいて、その流量が一定
の範囲外となった場合にアラームを出すように構成する
ことも可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明を実施することにより、次のよう
な優れた作用効果が期待できる。 ＰＳＡ法による呼吸用気体供給装置で得られる酸素ガ
スを加湿する場合に、従来の気泡式の加湿器のように気
泡が水面で破裂する音がしないので、患者やその家族に
とって福音となる。 酸素ガスの流量がある所定の範囲内で変わっても、湿
度を約７０〜８０％の範囲に自動的に調節することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の好適な実施例である呼吸用気体供給
装置のフロー図である。

【図２】 加湿度調節手段の詳細な構成を示すフロー図
である。

【図３】 本発明の加湿度調節手段を使用した場合と、
そうでない場合の酸素ガスの流量に対する加湿度を比較
したグラフ図である。

【図４】 別の実施例である呼吸用気体供給装置のフロ
ー図である。

【符号の説明】

１０ ポンプ手段 １２ 自動弁手段 １４ 加湿手段 １６ 中空糸 １８ 容器 ２０ 入口端 ２２ 取出口端 ２４ 湿度センサー ２６ 気体入口端 ２８ 気体出口端 ２９ バイパス接続点 ３０ 加湿吸入用酸素出口 ３２ 加湿度調節手段 ３４ 流量調節手段 ３６ 流量計測手段 ３８ 流量表示部 ４０ 補給口 ４２ 吸入フィルター ４４，４５ 吸着筒 ４６，４７ 絞り弁 ４８ 補給水容器 ４９ 給水管 ５０ 表示制御手段 ５２ 出力信号を出すブロック ５４，５６，５８ 電磁弁 ６０，６２，６４ オリフィス ７２ バッファタンク ７４ 減圧弁 ７６ サイレンサー ７８ 酸素ガス入口 ８０ 酸素ガス出口 ８２ 湿度センサー信号入力

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒素ガスを強吸着性ガスとして選択的に
   吸着する吸着剤を充填した少なくとも１個の吸着筒と、
   この吸着筒に圧縮空気を供給するポンプ手段（１０），
   自動弁手段（１２），生成した呼吸用の酸素ガス（酸素
   富化ガスを含む、以下同じ）を加湿する機能を有する加
   湿手段（１４）で基本的に構成した圧力変動吸着法によ
   る呼吸用気体供給装置において、該加湿手段は、実質的
   に水分のみを透過することが可能な水分透過膜を加工し
   た中空糸（１６）を水の入った容器（１８）内を通し、
   該中空糸の中の通路に、該容器の入口端（２０）から同
   取出口端（２２）へ向かって呼吸の用に供する前記の酸
   素ガスを通過させて該酸素ガスを加湿するように構成し
   たものであって、且つ、この取出口端（２２）と加湿吸
   入用酸素出口（３０）との間を配管手段で接続し、該配
   管手段の途中に湿度センサー（２４）を付設するととも
   に、前記の容器の入口端（２０）と該配管手段に設けた
   バイパス接続点（２９）との間に、加湿度調節手段（３
   ２）を配管手段を介して付設し、加湿されていない酸素
   ガスを、該加湿手段（１４）を介さずに直接該配管手段
   の通路へバイパスさせるように構成し、さらに該加湿度
   調節手段（３２）の電磁弁（５４，５６，５８）を開閉
   する制御を、前記の湿度センサー（２４）の出力信号に
   もとづいて自動的に行うように構成したことを特徴とす
   る呼吸用気体供給装置。
2. 【請求項２】 前記の湿度センサー（２４）は、雰囲気
   温度を考慮して湿度を計測することが可能な相対湿度セ
   ンサーであることを特徴とする請求項１記載の呼吸用気
   体供給装置。
3. 【請求項３】 前記の吸着筒に、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記載の呼
   吸用気体供給装置。
4. 【請求項４】 前記の容器の入口端（２０）と、流量調
   節手段（３４）との間に、流量計測手段（３６）を配管
   手段を介して付設し、該流量計測手段の出力信号にもと
   づいて該流量計測手段内を流れる気体の流量値を流量表
   示部（３８）で表示するように構成したことを特徴とす
   る請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の呼吸用気体
   供給装置。