JPS6237996B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、呼吸同調送気式濃縮酸素供給装置に
関するものである。 （従来の技術） 従来、呼吸器および循環器系疾患患者における
吸入療法の進歩に伴つて、医療用の酸素が大量に
使用されている。なかでも、家庭用電源を利用し
て簡単な操作により空気中の酸素を濃縮し、医療
用の酸素ガスとして供給することができる酸素濃
縮器の普及は目覚ましく、米国では既に連邦食品
医薬品局（FDA）の指導により米国規格（ANSI
Z79.13 1981年）が完成し、またその発展性を見
込んで国際規格（ISO5059）の作成作業が進行中
である程世界的に注目され、特に在宅療養の発達
した国々では、ボンベ供給による医療用酸素ガス
の不便な面を補つている。 一方、酸素等のガスを患者等に吸入させる方法
には、大別して密閉型と開放型とがある。密閉型
は、いわゆるマスクまたは気管内チユーブを使用
し、生体の呼吸系と呼吸装置とからなる呼吸回路
を外気から密閉した状態でガス供給を行うもの
で、供給ガスをそのままの濃度に近い状態で吸入
させることができることと、ガスの圧力による呼
吸の補助や調節が可能なところから、吸入効率が
高い利点がある。しかし、患者等の口や鼻を密覆
したり、あるいは気管内に直接異物を挿入するこ
とによる刺激や不快を伴うという不利な点もあ
り、主として意識のない重症患者や麻酔中の患者
に適用されている。また、開放型は呼吸回路を外
気に開放したまま、つまりガス供給管の先を患者
等の鼻腔または口腔内に挿入してガスを吹送する
もので、密閉型におけるような気密を保持するた
めに必要な顔や上気道との間の密着を必要とせ
ず、したがつて不快感や刺激が少なく、また吸入
療法中にも飲食や会話等ができることから主に自
発呼吸に頼れる軽症患者用に普及しており、特に
慢性呼吸障害患者の長期療法に適している。 ところで、従来の開放型呼吸システムにおいて
は、密閉型における呼吸回路内のガス圧の変化を
感知して呼吸に合わせるような方法が難しいた
め、呼吸運動とは無関係に恒常流のガスを供給し
ているのが普通である。このため、息を吐いてい
る間中にもガスが送気されるために患者等が不快
感を催したり、またそのようなガスの大半が利用
されることなく外気中に散逸している。また、開
放型呼吸システムは外気に通じているため吸入す
る酸素ガスの濃度低下が生じやすい。これに対し
て従来は、恒常流の流量を増すことによつて対応
してきたが、このように恒常流の流量を増して
も、第１表に見られるようにその持続的流量が３
／minまでは経皮的組織酸素分圧（tcPo₂）は上
昇するが、それ以上になると生体の酸素化は頭打
ち状態となり、高流量では生体に利用される酸素
以上に外気に散逸する量が多くなる。また、高流
量では患者等に与える刺激が強くなり、不快感は
相剰的に増加することになる。このように、恒常
流の酸素ガスを供給するシステムには限界があつ
た。

【表】 このような開放型呼吸システムにおける不具合
を解決するものてして、特開昭59−8972号公報に
おいて呼吸同調式のものが提案された。この呼吸
同調式開放型呼吸システムによれば、患者等の吸
気時にのみ酸素ガスが供給されるから、吸入患者
に快適感を与えることができると共に、ガス消費
量が少なくて済むことから酸素濃縮器の小型化が
計れる利点がある。 他方、酸素濃縮器には、膜型と分子吸着型との
二種がある。膜型は窒素よりも酸素を通しやすい
特殊な薄膜に空気を通すことにより、酸素分子と
窒素分子とを分離させて酸素濃度を高めるもので
ある。この膜型では酸素濃度が40％程度しか出せ
ないので、そのままに近い濃度で吸入できる密閉
型呼吸システムに適している。また、分子吸着型
（圧力スイング吸着方式ともいう）は、特定の物
質（吸着剤）で充填した吸着筒に空気を加圧した
り減圧したりしながら流すことにより、空気中の
窒素と水分を吸着および脱着により分離して高濃
度の酸素を発生させるものである。この分子吸着
型は90％以上の酸素濃度が得られることから、適
当に外気を混入して吸入する開放型呼吸システム
で長時間吸入使用するのに適している。しかし、
分子吸着型においては、酸素豊化ガスの使用量を
多くしていくと、吸着剤の再生に利用できるパー
ジガスの量が減少するために、発生する酸素豊化
ガスの酸素濃度が次第に低下して酸素濃縮器とし
ての本来の意味が半減する面もある。その対策と
して、従来は酸素濃縮器自体のスケールアツプを
計つたり、技術的な性能向上で対処してきたが、
これらの方法にも限界があつた。 このような分子吸着型酸素濃縮器における不具
合を解決するものとして、特公昭57−5571号公報
には、２つの吸着筒を用い、一方の吸着筒におけ
る吸着サイクルの期間中に該吸着筒によつて処理
された酸素豊化ガスの一部を他方の吸着筒のパー
ジに用いるようにして、これら各吸着筒の動作サ
イクルを交互に行なうようにしたものが提案され
ている。この酸素濃縮器によれば、各吸着筒が比
較的小容量であつても、これらが互いに有効にパ
ージされるから所望濃度の酸素豊化ガスを長期間
に亘つて安定して供給できる利点がある。 ここで、人間等の呼吸パターンについて考察す
るに、呼吸による動脈血中の酸素分圧は、吸気初
期に十分な流量ピークを与えることによつて効果
的に上昇させることができる。また、吸気終末部
分の吸入気は呼吸器に到達せず、いわゆるデツド
スペース部分に充填されて呼吸器では利用されな
い。これらのことを考慮すると、吸気初期に十分
な流量ピークを吸気時の定常流量に上乗せして供
給すると共に、呼吸動作に応動して吸気終末部分
における酸素豊化ガスの供給遮断を制御するよう
にした方が、酸素豊化ガスの有効利用率を高める
上できわめて効果的である。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の特開昭59−8972号公報に
記載された呼吸同調式の開放型呼吸システムにお
いては、吸気時における酸素ガスの供給を一定組
成のままで定常流量で行なつていると共に、吸気
終末部分における遮断は吸気開始時にワンシヨツ
ト回路を作動させ、これにより予め定められた期
間中酸素ガスを供給するようにして制御してい
る。このため、血中酸素分圧を効果的に上昇させ
ることができず、したがつて酸素ガスの有効利用
率が十分に高くないことも起こり得る。また、吸
気相における酸素ガスの供給期間が呼吸動作に応
動せず、一義的に設定されているため、呼吸動作
の乱れに対応できず、吸入患者等の呼吸に同調し
なくなる場合があり、この場合には有効利用率が
更に低くなることもある。本来、人の呼吸の状態
は各人によつて違いがあり、その時々の状況によ
つても呼吸の速さや大きさは変つてくる。同一条
件下での毎回の呼気、吸気相の時間をとつてみて
も個々にはバラついている。これ等個人差や各種
状況下における変化や、毎回の吸気相の時間の変
動に酸素吹送期間を自動的にうまく同調させるの
が理想的である。また、上記の特公昭57−5571号
公報に記載された酸素濃縮器においては、恒常流
量で一定濃度の酸素ガスを供給するようにしてい
るため、上述したように生体に対する利用効率が
低く、また患者等に対して刺激や不快感を与える
不具合がある。 本発明の目的は、上述した種々の不具合を解決
し、酸素豊化ガスの有効利用率を高めることがで
きると共に、生体に与える刺激、抵抗、不快感を
最小限に抑えることができ、しかも装置の小型軽
量化、省エネルギー化を計ることができるよう適
切に構成した呼吸同調送気式濃縮酸素供給装置を
提供しようとするものである。 （問題点を解決するための手段） 本発明の呼吸同調送気式濃縮酸素供給装置は、
酸素豊化ガスを生成貯留する酸素濃縮器と、この
酸素濃縮器からの酸素豊化ガスを一時貯留するバ
ツフアタンクと、このバツフアタンクを経て外気
に開放した状態で送気される酸素豊化ガスの生体
等の呼吸系への供給を制御する開閉弁と、前記生
体等の呼吸気流中に配置され、呼吸動作に関連し
た出力信号を発生するセンサと、呼吸動作の吸気
相における吸気終末部分の時間比率を設定する外
部入力手段と、前記センサの出力信号に基いて順
次の吸気相の時間を検出すると共に、当該吸気相
における前記開閉弁の開放時間を以前に検出した
吸気相の時間および前記外部入力手段によつて設
定された吸気終末部分の時間比率に基いて制御す
る手段とを具え、順次の吸気相において吸気終末
部分を除く時間中酸素豊化ガスを供給すると共
に、その供給初期において前記バツフアタンクの
作用により酸素豊化ガスの供給流量を定常流量よ
りも多くするよう構成したことを特徴とするもの
である。 本発明の好適実施例において、前記酸素濃縮器
は、貯留タンクと少くとも２個の吸着筒とを有
し、これら吸着筒によつて順次酸素豊化ガスを生
成して前記貯留タンクに貯留すると共に、各吸着
筒から生成される酸素豊化ガスの一部を他の吸着
筒のパージガスとして用いるよう構成する。 （作用） すなわち、本発明においては酸素濃縮器に呼吸
同調機構を設置し、生体等の呼吸時期を例えば鼻
孔前に熱電対を配置して呼吸気の温度変化による
熱起電力の変化から検出し、その吸気相に同調し
て開閉弁を開放して酸素豊化ガスを送気するもの
である。したがつて、呼気相には酸素豊化ガスは
送気されず、この送気停止によりバツフアタンク
には酸素豊化ガスが加圧されて貯留され、これに
より開閉弁が開放する吸気相の初期において酸素
豊化ガスが定常流量に上乗せられて送気されるこ
とになる。また、呼吸サイクルの吸気相毎に、制
御手段によりセンサの出力信号に基いて検出され
た以前の吸気相時間と外部入力手段によつて設定
された時間比率とに基いて開閉弁の開放時間が制
御され、これによりデツドスペース部分に充填さ
れて利用されない酸素豊化ガスの吸気終末部分で
の送気の停止時期が制御される。 （実施例） 第１図は本発明の一実施例を示すものである。
酸素濃縮器１は１個の貯留タンク２と２個の吸着
筒３，４とを具える。吸着筒３にはエアクリーナ
５を介してコンプレツサ６を連結し、エアクリー
ナ５により外気の塵埃を除去し、これをコンプレ
ツサ６により圧搾して吸着筒３内に供給する。同
様に吸着筒４にも圧搾空気を供給するために、エ
アクリーナ７を介してコンプレツサ８を連結して
設ける。これら吸着筒３，４は一方弁９，１０を
介して貯留タンク２に連結すると共に、オリフイ
ス１１を介して互いに連結し、一方の吸着筒で生
成された酸素豊化ガスを対応する一方弁を介して
貯留タンク２に供給すると共に、オリフイス１１
を介して他方の吸着筒にもパージガスとして供給
する。また、吸着筒３，４には圧力スイツチ１
２，１３を設けると共に、放出用電磁弁１４，１
５を介してサイレンサ１６を連結し、圧力スイツ
チ１２，１３により制御部１７を介してコンプレ
ツサ６，８および放出用電磁弁１４，１５の作動
を制御して、吸着筒３，４において交互に酸素豊
化ガスを生成させると共に、パージガスの流入に
よりパージされた窒素分や水分等を放出用電磁弁
１４，１５およびサイレンサ１６を介して外気に
放出させる。 貯留タンク２の出力側には、装置の停止中に貯
留タンク２内に酸素豊化ガスを有効に貯留して運
転時に直ちに使用できるようにするため、装置の
停止中閉塞し、運転中に開放するシヤツトアウト
用電磁弁１８を設ける。このシヤツトアウト用電
磁弁１８を経て送気される酸素豊化ガスは、減圧
弁１９においてその圧力を適正に調節すると共
に、細菌フイルタ２０において濾過して清潔にし
た後、その流量を絞り弁調節機構を有する流量計
２１により患者２２に適した流量に調節してバツ
フアタンク２３に供給し、このバツフアタンク２
３から呼吸同調用電磁弁２４を経て加湿器２５に
おいて患者２２の吸入に適するように加湿して鼻
力ニユーラ２６を経て患者２２に供給する。な
お、シヤツトアウト用電磁弁１８と呼吸同調用電
磁弁２４との間の流路の適当な位置には、医者、
看護婦等のオペレータによつて酸素濃縮器１の異
常、特に吸着剤の異常を容易に判別できるように
するため酸素濃度計２７を設ける。 本例では、鼻力ニユーラ２６に患者２２の鼻孔
を通る呼吸気流中にさらされるように熱電対２８
を取付け、この熱電対２８の出力に基いてガス供
給制御部２９により呼吸同調用電磁弁２４の作動
を制御する。 第２図は第１図に示す制御部１７の回路構成を
示すものである。圧力スイツチ１２，１３はその
作動片１２ａ，１３ａが接続される端子COMと
２個の切換端子ＨおよびＬとを有し、対応する吸
着筒内の圧力が所定の値に達すると、その作動片
１２ａ，１３ａが端子Ｈに、それ以外は端子Ｌに
接続されるようになつている。圧力スイツチ１
２，１３の端子COMは、電源回路（図示せず）
に接続される電源端子３１，３２にそれぞれ接続
し、圧力スイツチ１２の端子Ｈと圧力スイツチ１
３の端子Ｌとの間にはリレー３３を接続する。リ
レー３３には常開のリレー接点３３−１、常閉の
リレー接点３３−２および常開のリレー接点３３
−３を設け、リレー接点３３−１をリレー３３の
自己保持用として該リレー３３と一方の電源端子
３１との間に接続し、リレー接点３３−２，３３
−３をそれぞれリレー３４，３５に直列に接続し
てそれらの直列回路を電源端子３１，３２間に並
列に接続する。また、リレー３４，３５にはそれ
ぞれ常開のリレー接点３４−１，３５−１を設
け、リレー接点３４−１の一方の端子を一方の電
源端子３１に、他方の端子を並列に接続したコン
プレツサ６および放出用電磁弁１５を経て他方の
電源端子３２に接続する。同様に、リレー接点３
５−１はその一方の端子を一方の電源端子３１
に、他方の端子を並列に接続したコンプレツサ８
および放出用電磁弁１４を経て他方の電源端子３
２に接続する。 第３図は第１図に示すガス供給制御部２９の回
路構成を示すものである。熱電対２８の出力は差
動増幅器４１に供給する。差動増幅器４１はオペ
アンプ４２，４３，４４および利得調整用の可変
抵抗４５を有し、出力段のオペアンプ４４の出力
をローパスフイルタ４６に供給して高周波成分の
ノイズを除去した後、Ａ／Ｄコンバータ４７によ
りデジタル信号に変換して演算制御部４８に供給
する。演算制御部４８はCPU４９、タイマ５０
および記憶部５１〜５４を有すると共に、CPU
４９にはキーボード等の外部入力装置５５を接続
して呼吸動作の吸気相における吸気終末部分の時
間比率を入力する。なお、この外部入力装置５５
は誤操作によつて酸素豊化ガスが全く供給されな
くなることを防止するため、規定された範囲内で
のみ所望の時間比率が設定できる機能を有する。
タイマ５０はＡ／Ｄコンバータ４７の出力を所定
の時間間隔、本例では10ｍsec毎にサンプリング
するためにCPU４９に割込みをかける機能と、
吸気相における呼吸同調用電磁弁２４の開放時間
を計測する機能と、呼気相および吸気相のそれぞ
れの時間を計測する機能とを有する。また、記憶
部５１はCPU４９において順次サンプリングさ
れる前回のデータを記憶し、記憶部５２は呼気相
および吸気相を識別するためのフラグ、本例では
呼気相において「１」を吸気相において「０」を
記憶し、記憶部５３は過去６回分の正常な呼吸動
作における吸気相の時間データを更新しながら記
憶し、記憶部５４は演算制御部４８における動作
を制御するためのプログラムを格納する。本例で
は、Ａ／Ｄコンバータ４７からのデータ、記憶部
５３に記憶されている過去６回分の正常な吸気相
の時間データおよび外部入力装置５５からのデー
タに基いてCPU４９において記憶部５４に格納
されているプログラムに従つて所要の演算を行な
い、これにより呼吸同調用電磁弁２４の作動を制
御すると共に、呼吸の異常を知らせる警報器５６
および呼吸に同調して装置が正常に作動している
ことを知らせるブザー５７を設けて、これらの作
動をも制御する。 以下、本実施例の動作を説明する。 先ず、第１図および第２図を参照して酸素濃縮
器１の動作を説明する。装置の運転開始時におい
ては、吸着筒３，４内の圧力が低いため、圧力ス
イツチ１２，１３の作動片１２ａ，１３ａはそれ
ぞれ端子Ｌ側に接続され、リレー３４が附勢され
る。リレー３４が附勢されると、リレー接点３４
−１が閉成し、コンプレツサ６が作動すると共に
放出用電磁弁１５がオンとなつて流路が開放す
る。これにより、空気がエアクリーナ５を経てコ
ンプレツサ６で圧搾されて吸着筒３に送り込ま
れ、該吸着筒３の内部に充填された吸着剤で窒素
分が吸着されて、相対的に酸素濃度が上昇した酸
素豊化ガスとなつて一方弁９を介して貯留タンク
２に流入して貯留される。また、その一部の酸素
豊化ガスはオリフイス１１を経てパージガスとし
て吸着筒４にも流入し、これにより吸着筒４の内
部に充填された吸着剤に吸着している窒素分や水
分等が、開放されている放出用電磁弁１５および
サイレンサ１６を経て大気中に放出され、吸着剤
の機能が回復する。 コンプレツサ６の作動に伴なつて吸着筒３の内
圧は上昇し、その圧力が所定の値に達すると圧力
スイツチ１２は端子Ｈ側に接続され、これにより
リレー３３が附勢される。リレー３３が附勢する
と、そのリレー接点３３−１が閉成し、これによ
り以後吸着筒３の内圧が低下して圧力スイツチ１
２が端子Ｌ側に接続されても、その状態が自己保
持される。また、同時にリレー接点３３−２が開
放すると共にリレー接点３３−３が閉成して、リ
レー３４が滅勢されると共にリレー３５が附勢さ
れ、リレー３４の滅勢によりそのリレー接点３４
−１が開放してコンプレツサ６の作動が停止する
と共に放出用電磁弁１５がオフとなつてその流路
が閉塞される。また、リレー３５の附勢によりそ
のリレー接点３５−１が閉成して、コンプレツサ
８が作動すると共に放出用電磁弁１４がオンとな
つてその流路が開放する。これにより、吸着筒３
においては内部のガスが放出用電磁弁１４および
サイレンサ１６を介して大気中に放出されて吸着
剤に吸着されていた窒素分や水分等が脱着され
る。また、吸着筒４においてはコンプレツサ８の
作動によりエアクリーナ７を経て流入する圧搾空
気から酸素豊化ガスが生成され、このガスは一方
弁１０を介して貯留タンク２に貯留されると共
に、一部はオリフイス１１を経てパージガスとし
て吸着筒３にも流入し、これにより吸着筒３にお
ける吸着剤の再生、活性化が助長される。 吸着筒４の内圧が上昇して所定の値に達する
と、圧力スイツチ１３は端子Ｈ側に接続され、こ
れによりリレー３３および３５が滅勢されると共
にリレー３４が附勢されて最初の動作状態に復帰
する。以後、上述した動作が繰返し行なわれ、貯
留タンク２に酸素豊化ガスが貯留される。 なお、本例の酸素濃縮器１は、任意の時間に電
源スイツチを切つても、次の起動時に速やかに高
濃度の酸素ガスが供給できるように、吸着筒３，
４の再生が完了するまで作動状態が続き、その再
生動作が終了してから自動的に停止するようにな
つていると共に、非使用時においては空気中の水
分と吸着剤が接触して生じる吸着剤の劣化を防止
するため、吸着筒３，４や装置内配管が気密に遮
断されるようになつている。 次に、ガス供給制御部２９における動作を説明
する。熱電対２８は患者等の鼻孔を通る呼吸気流
中にさらされているので、差動増幅器４１および
ローパスフイルタ４６を経てＡ／Ｄコンバータ４
７に入力する熱電対２８の出力電圧は、第４図Ａ
に示すように体内から息を吐き出す呼気相では次
第に高くなり、逆に息を吸う吸気相では次第に低
下する正弦波状のものとなる。この熱電対２８の
出力はＡ／Ｄコンバータ４７でデジタル信号に変
換され、タイマ５０からの10ｍ．sec毎の割込み
信号によつてCPU４９に順次読取られて、記憶
部５１に記憶されている前に読取られた温度デー
タと比較される。ここで、読取つた温度データ
が、前に読取られて記憶部５１に記憶されている
温度データよりも大きいときは、第４図Ａに示す
出力電圧波形の上昇する呼気相の期間を示し、逆
に小さいときは吸気相の期間を示すことになり、
これら呼気相および吸気相の期間を識別するフラ
グが、記憶部５２に呼気相のときは「１」、吸気
相のときは「０」として記憶される。 今、記憶部５２にフラグ「１」が記憶されてい
る呼気相期間にあるとする。この呼気相期間にお
いては、Ａ／Ｄコンバータ４７から読取つた温度
データが記憶部５１に記憶されている前に読取つ
た温度データよりも大きいときのみ、その読取つ
た温度データが前の温度データに変わつて記憶部
５１に記憶される。読取つた温度データが記憶部
５１の温度データよりも小さいとき、すなわち、
呼気相から吸気相に変わると、記憶部５２のフラ
グが「０」に書換えられると共に、記憶部５１に
その読取つた小さい温度データが書込まれる。こ
れと同時に呼吸同調用電磁弁２４がオンとなつて
流路が開放し、酸素豊化ガスの供給が開始すると
共に、ブザー５７が作動する。以後、吸気相にお
いては読取つた温度データが前の値より小さくな
る毎に、その読取つた温度データが記憶部５１に
記憶される。 一方、呼気から吸気、吸気から呼気の各々の変
化点から変化点までの吸気時間および呼気時間
は、CPU４９およびタイマ５０によつて計測さ
れ、記憶部５４に格納されているプログラムに組
込まれている正常範囲にあるか否かがチエツクさ
れる。本例では、呼気および吸気時間が１〜15秒
の範囲内にあるときは正常として、その正常な吸
気時間データを記憶部５３に順次更新しながら記
憶し、呼気および吸気時間が上記の正常範囲を外
れたときは患者２２や熱電対２８に何からかの異
常が生じているものとして、CPU４９により警
報器５６を作動させて医者、看護人等に知らせる
と共に、呼吸同調用電磁弁２４を作動させて酸素
豊化ガスを連続的に供給する。なお、記憶部５３
に書込まれる過去６回分の正常な吸気時間データ
は、次の正常な呼吸サイクルの吸気時間データが
入る度に最も古いデータ（７サイクル前のデー
タ）が消去されることによつて更新される。 正常な呼吸サイクルにおいては、酸素豊化ガス
は吸気期間のみ供給されるが、その供給時間すな
わち呼吸同調用電磁弁２４の開放時間は、外部入
力装置５５において設定された時間比率と記憶部
５３に記憶されている過去６回の正常な吸気相の
時間データの平均値とによつて制御される。すな
わち、呼気相から吸気相に変わると、その時点で
記憶部５３に記憶されている過去６回の正常範囲
にある吸気時間データが読出されてその平均値が
求められ、この平均吸気時間データと外部入力装
置５５で設定された時間比率とが乗算されると共
に、この乗算した値が演算された平均吸気時間デ
ータから差引かれて開放時間が求められる。この
開放時間はタイマ５０にセツトされ、カウントダ
ウンされてゼロになつた時点で呼吸同調用電磁弁
２４が閉塞される。したがつて、当該吸気相にお
ける呼吸同調用電磁弁２４の開放時間は、第４図
Ｂに示すように、過去６回の正常な吸気相の平均
時間より外部入力装置５５で設定された時間比率
だけ短い時間となり、患者２２の気管等のデツド
スペースにたまるガスは外部空気を取込ませて充
当することになる。尚、当該吸気相の時間がタイ
マ５０にセツトした開放時間より短い場合には、
タイマ５０がカウントダウンしている途中に
CPU４９が温度データより呼気相に変つたこと
を検知し、記憶部５２のフラグを０から１に変え
るので、この場合には呼吸同調用電磁弁２４が、
タイマ５０が０になる前に閉塞される。 第５図はタイマ５０からの10ｍsec毎の割込み
時おけるCPU４９の動作を示すフローチヤート
である。以下、その概要を説明すれば、呼吸同調
装置の回路をスタートさせると、患者等の呼吸気
の温度変化がパターンとして捕えられる。呼吸同
調用電磁弁２４は正常な範囲の６呼吸パターンの
吸気時間データが記憶部５３に蓄積されるまでは
開放しており、この間酸素豊化ガスは患者等の呼
吸器に連続して送気される。６回分の正常な吸気
時間データが記憶部５３に記憶された以降の各吸
気相においては、その平均値および外部入力装置
５５で任意に設定された時間比率に基いて当該吸
気相における開放時間が演算され、呼吸同調用電
磁弁２４は当該吸気相の開始時点から演算された
開放時間だけ通電されて、患者等の呼吸器に酸素
豊化ガスが送気される。尚、正常な呼吸パターン
が連続している間は、６回目以前の吸気時間デー
タが記憶部５３から順次削除されて、連続的に新
しい前６回の吸気時間データの平均値が算出され
る。また、呼気及び吸気相時間が正常範囲（別に
時間的に設定）から外れると、呼吸同調用電磁弁
２４は直ちに連続して通電されて患者等に酸素豊
化ガスが連続送気されると共に警報器５６が作動
する。以後、正常な呼吸が始まつて所定の条件が
充たされると、呼吸同調動作が行われて警報は停
止するが、正常な呼吸が行わなければ、酸素豊化
ガスは連続送気を続け、警報は鳴り止まない機構
となつている。 以上の実施例では、呼吸同調用電磁弁２４の開
放時間を算出する元の吸気相の時間は、前６回の
正常な吸気相の時間の平均値を用いたが、前６回
に限らず任意の前複数回の吸気相の時間の平均値
を用いるようにしてもよい。また、別の実施例と
して、前回の吸気相の時間に外部入力装置５５で
設定された時間比率を乗算して出した値を前回の
吸気時間データから引いて当該回の開放時間とす
ることもできるし、このようにして求めた時間と
前回または前複数回の開放時間との平均値を求
め、これを次回の開放時間として設定することも
できる。すなわち、本回の吸気相時間に外部入力
装置５５による設定比率を乗算し、その値を本回
の吸気相時間から除したものと、前回の送気弁開
放時間との平均時間を、次回の吸気相時の送気弁
開放時間として活用し、前回の送気時間を順次更
新することにより、以前の吸気相時間の影響を継
承することができる。 第６図は酸素濃縮器の他の例の構成を示すもの
である。この酸素濃縮器６１は、五方向電磁弁６
２を用いて、１つのコンプレツサ６により２個の
吸着筒３，４を交互に切換えて使用するようにし
たもので、その他の構成は第１図に示すものと同
様である。五方向電磁弁６２は第１の位置および
第２の位置にスライド可能な摺動ブロツク６３を
有する。この摺動ブロツク６３は、第１の位置に
おいてコンプレツサ６と吸着筒３を、および吸着
筒４とサイレンサ１６をそれぞれ連通させ、第２
の位置においてコンプレツサ６と吸着筒４を、お
よび吸着筒３とサイレンサ１６をそれぞれ連通さ
せる流路６４，６５を具え、圧力スイツチ１２に
より制御部６６を介して第１の位置および第２の
位置への移動が制御される。すなわち、摺動ブロ
ツク６３が第６図に示す第１の位置にある状態で
コンプレツサ６が作動すると、空気がエアクリー
ナ５および流路６４を経て圧搾されて吸着筒３に
流入し、これにより酸素豊化ガスが生成される。
この酸素豊化ガスは、第１図の場合と同様に一方
弁６を介して貯留タンク２に貯留されると共に、
その一部はオリフイス１１を経てパージガスとし
て吸着筒４にも流入し、これにより吸着筒４内の
吸着剤に吸着している窒素分や水分等が脱着され
て流路６５およびサイレンサ１６を経て大気中に
放出される。 吸着筒３の内圧が上昇し、圧力スイツチ１２で
設定されている圧力に達すると、制御部６６によ
り五方向電磁弁６２が駆動され、摺動ブロツク６
３が第６図において左方向に移動して第２の位置
に位置決めされる。これにより、吸着筒３におい
ては内部のガスが流路６４およびサイレンサ１６
を介して大気中に放出されて吸着剤に吸着されて
いた窒素分や水分等が脱着され、またエアクリー
ナ５を経てコンプレツサ６で圧搾された空気は流
路６５を経て吸着筒４に流入して酸素豊化ガスが
生成される。この吸着筒４で生成された酸素豊化
ガスは、同様に一方弁１０を介して貯留タンク２
に貯留されると共に、オリフイス１１を経てパー
ジガスとして吸着筒３にも流入し、これにより吸
着筒３における吸着剤の再生、活性化が助長され
る。 吸着筒４の内圧が上昇して圧力スイツチ１２が
設定された圧力に達すると、制御部６６により五
方向電磁弁６２が駆動され、摺動ブロツク６３が
第６図に示す第１の位置に位置決めさせて最初の
動作状態に復帰する。 このように、五方向電磁弁６２を用いることに
より、１つのコンプレツサ６で第１図と同様に２
個の吸着筒を交互に、しかも有効にパージしなが
ら使用することができる。 なお、本発明において、酸素濃縮器は上述した
吸着型のものに限らず、膜型のものも使用するこ
とができる。 （発明の効果） (イ) 呼吸動作に同調して、その吸気時期に酸素豊
化ガスを供給するようにしたため、第２表から
明らかなように、従来の連続供給式のものに比
べ、性能および吸入効率を相対的に大幅に向上
させることができる。なお、第２表は同じ吸着
型酸素濃縮器を使つて、連続してガスを供給し
た場合と、呼吸に同調して間欠的に供給した場
合との酸素豊化ガスの酸素濃度を示すものであ
る。

【表】 また、第２表から明らかなように、呼吸同調
式とすることによつて、従来の連続供給式と同
等の効果をもつ酸素濃縮器であれば、小型、軽
量、省エネルギー化等の画期的な効果が期待で
き、これにより在宅酸素療法の普及を促進する
ことができる。 (ロ) 呼吸同調用の開閉弁の上流側にバツフアタン
クを設けたので、呼気相において酸素豊化ガス
の供給が遮断されている間に、タンク内圧が第
４図Ａに示すように高まり、吸気時にはそれが
一気に放出される。したがつて、吸気時に供給
される酸素豊化ガスの流速は、第７図Ｂに示す
ように、その吸気初期において十分な流量ピー
クが定常流量に上乗せられる。これは、第７図
Ｃに示す生体の気速曲線の呼気終末時から吸気
開始時直後の急峻な立下りに匹敵し、生体呼吸
に合致する。したがつて、第３表および第４表
から明らかなように、酸素豊化ガスを一層効率
的に吹送することが可能となる。すなわち、生
体に対する吸入効率を一層向上させることがで
きる。なお、第３表において、モデルは空気
を吸入した群、モデルは酸素濃縮器からの恒
常流の酸素豊化ガス（２／分）を吸入した
群、モデルは酸素濃縮器からの酸素豊化ガス
（２／分）を三方弁を介し、吸気時のみ吸入
し、吸気時には大気に開放した群、モデルは
酸素濃縮器からの酸素豊化ガス（２／分）を
二方弁を介し、吸気時のみ吸入し、呼気時には
バツフアタンクに貯めるように設定した群を示
す。このモデルから、バツフアタンクを設け
ることにより呼吸同調方式が格段に優れた結果
をもたらすことがわかる。また、このバツフア
タンクの容量は第４表から100mlでも充分な効
果を持つことがわかる。

【表】

【表】 (ハ) 吸気相における酸素豊化ガスの供給時間を、
前回の吸気時間と外部入力手段によつて設定さ
れた吸気終末部分の時間比率に基いて制御する
ようにしたため、呼吸動作に正確に追従して酸
素豊化ガスを供給することができ、したがつて
その有効利用率を高めることができる。また、
酸素豊化ガスの供給を遮断する吸気終末部分の
時間比率は、バツフアタンクを設けることによ
る吸入効率の向上効果により比較的大きくする
ことができるので、酸素濃縮器を更に小型、軽
量、省エネルギー化することができる。 (ニ) 上述した実施例では、酸素濃縮器として２個
の吸着筒を用い、一方の吸着筒で生成された酸
素豊化ガスの一部を他方の吸着筒にパージガス
として供給しながら交互に稼動しているので、
酸素豊化ガスの酸素濃度を下げることなくかな
り高流量まで保つことができる。したがつて、
従来のものに比較して大幅な性能向上が計れ、
その性能向上分を小型、軽量、省エネルギー化
に転用できる。また、呼気時に酸素豊化ガスの
供給が遮断される分だけ吸着筒内の圧力が速く
高くなり、吸着筒の切り換え時間が短くなる。
これにより酸素濃縮器に対して親和的相乗効果
をもたらすことができる。 (ホ) 上述した実施例では、呼吸動作を熱電対によ
り検出するようにしたので、呼吸動作に正確に
追従する信号を得ることができ、したがつて正
確な制御を行なうことができる。また、患者に
呼吸抵抗や異物感を生じさせないようセンサ部
分を小型、軽量にすることができると共に、性
能の安定したものを安価に量産できるので、使
用毎に使いすてにすることができる。 (ヘ) また、上述した実施例では、呼吸同調用電磁
弁に同期して駆動されるようにブザーを設けた
ので、これにより装置が順調に作動しているこ
とを患者等に絶えず知らしめて安心させること
ができると共に、自己に適した呼吸リズムを覚
えさせる訓練を通じて、慢性呼吸不全患者のリ
ハビリテーシヨンに役立てることができる。 (ト) また、膜型の酸素濃縮器を用いた場合には、
不要な産出流量を減ずることによつて、選択的
透過膜の寿命を延長することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は
第１図に示す制御部の回路構成図、第３図は同じ
くガス供給制御部の構成を示すブロツク図、第４
図ＡおよびＢは第１図に示す実施例の動作を説明
するための図、第５図は第３図に示すCPUの動
作を示すフローチヤート、第６図は本発明に用い
る酸素濃縮器の他の例の構成を示す図、第７図Ａ
〜Ｃは本発明の効果を説明するための図である。 １……酸素濃縮器、２……貯留タンク、３，４
……吸着筒、５，７……エアクリーナ、６，８…
…コンプレツサ、９，１０……一方弁、１１……
オリフイス、１２，１３……圧力スイツチ、１
４，１５……放出用電磁弁、１６……サイレン
サ、１７……制御部、１８……シヤツトアウト用
電磁弁、１９……減圧弁、２０……細菌フイル
タ、２１……流量計、２２……患者、２３……バ
ツフアタンク、２４……呼吸同調用電磁弁、２５
……加湿器、２６……鼻力ニユーラ、２７……酸
素濃度計、２８……熱電対、２９……ガス供給制
御部、３１，３２……電源端子、３３，３４，３
５……リレー、４１……差動増幅器、４６……ロ
ーパスフイルタ、４７……Ａ／Ｄコンバータ、４
８……演算制御部、４９……CPU、５０……タ
イマ、５１〜５４……記憶部、５５……外部入力
装置、５６……警報器、５７……ブザー、６１…
…酸素濃縮器、６２……五方向電磁弁、６３……
摺動ブロツク、６４，６５……流路、６６……制
御部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸素豊化ガスを生成貯留する酸素濃縮器と、
   この酸素濃縮器からの酸素豊化ガスを一時貯留す
   るバツフアタンクと、このバツフアタンクを経て
   外気に開放した状態で送気される酸素豊化ガスの
   生体等の呼吸系への供給を制御する開閉弁と、前
   記生体等の呼吸気流中に配置され、呼吸動作に関
   連した出力信号を発生するセンサと、呼吸動作の
   吸気相における吸気終末部分の時間比率を設定す
   る外部入力手段と、前記センサの出力信号に基い
   て順次の吸気相の時間を検出すると共に、順次の
   吸気相開始時期を検出して前記開閉弁を同期的に
   開き、かつ当該吸気相における前記開閉弁の開放
   時間を以前に検出した吸気相の時間および前記外
   部入力手段によつて設定された吸気終末部分の時
   間比率に基いて制御する手段とを具え、順次の吸
   気相において吸気終末部分を除く時間中酸素豊化
   ガスを供給すると共に、その供給初期において前
   記バツフアタンクの作用により酸素豊化ガスの供
   給流量を定常流量よりも多くするよう構成したこ
   とを特徴とする呼吸同調送気式濃縮酸素供給装
   置。 ２ 前記酸素濃縮器は、貯留タンクと少くとも２
   個の吸着筒とを有し、これら吸着筒によつて順次
   酸素豊化ガスを生成して前記貯留タンクに貯留す
   ると共に、各吸着筒から生成される酸素豊化ガス
   の一部を他の吸着筒のパージガスとして用いるよ
   う構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の呼吸同調送気式濃縮酸素供給装置。