JP2008167917A - 酸素濃縮装置およびその異常監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の運転状況を的確に把握し、機器異常の原因を正確に把握することができる酸素濃縮装置を提供する。
【解決手段】酸素濃縮装置の運転状態を検知するセンサ、該センサの検知情報を記録するメモリ、検知情報が予め設定された設定値と比較する演算素子を備え、該メモリが、検知情報を常時記録する一次記憶領域と、検知情報の正常運転記録領域、異常運転記録領域、および警報履歴フラグの記録領域を有する不揮発性メモリであり、比較結果が予め設定された設定値から外れた場合、該演算素子が、該一次記憶領域に記録された記録情報のうち異常検知時刻から所定時間遡った時間の記録情報を、異常検知直前の一定期間の連続運転情報および一定時間毎の間歇運転情報として異常運転記録領域に記録すること機能を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置。
【選択図】なし

Description

本発明は空気中の酸素を分離濃縮し使用者に供給する酸素濃縮装置に関する。さらに詳細には酸素濃縮器運転時に警報が発生した場合、発生時点から一定時間遡り、警報発生の原因特定を行なうために必要とする適切な時間間隔・期間の器台運転情報を記録する手段を搭載した酸素濃縮装置およびその異常監視方法に関するものである。

近年、肺気腫、肺結核後遺症や慢性気管支炎などの慢性呼吸器疾患に苦しむ患者が増加する傾向にあるが、かかる患者に対する治療方法として、高濃度酸素を吸入させる酸素吸入療法が行われている。酸素吸入療法とは前記疾病患者に対して酸素ガス若しくは酸素濃縮気体を吸入させる治療法である。治療用の酸素ガス或いは濃縮酸素気体の供給源としては、高圧酸素ボンベ、液体酸素ボンベ、酸素濃縮装置等の使用が挙げられるが、長時間の連続使用に耐えることができ、また使い勝手がよいなどの理由により、酸素濃縮装置を使用するケースが増加している。

酸素濃縮装置は空気中の酸素を分離し、濃縮することを可能にした装置である。かかる酸素を分離濃縮する装置としては、90％以上の高濃度の酸素が得られるという観点で、空気中の窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を1個或いは、複数の吸着床に充填した吸着型酸素濃縮装置が広く知られ使用されている。その中でも圧力変動装置としてコンプレッサを用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置が広く世の中に広まっている。かかる装置は通常窒素を選択的に吸着する吸着剤を充填させた1個或いは複数の吸着床に対して、コンプレッサから圧縮空気を供給し、吸着床内を加圧状態にして窒素を吸着させ、未吸着の高濃度の酸素を得る吸着工程と、吸着床内を減圧して窒素を脱着させる脱着工程からなり、これを一定サイクルで繰り返すことで、高濃度の酸素を得る装置である。圧力変動吸着法には、吸着した窒素成分を取り除き吸着剤を再生させる脱着工程を大気圧まで行うＰＳＡ：Pressure Swing Adsorption法や、真空ポンプで吸着筒を真空まで減圧させるＶＰＳＡ：Vacuum Pressure Swing Adsorption法がある。

特開平11-347127号公報には、供給される濃縮酸素の濃度の異常を判定する技術が開示されている。この技術は、濃縮空気そのものは正常に生産されているものの、濃度計の異常が起こった場合の対処であり、濃度計のみではなく、圧力、特に吸着筒の最大到達圧力及び最大圧力の傾向に基づいて濃度異常を判定するというものである。

特開2003-238115号公報には、酸素濃度の検出結果に基づいて吸着材の性能劣化を判定する技術が開示されている。本文献によれば、判定は予め決められている閾値と実測値との比較により行われる。また、濃度に加え、吸着材の劣化因子とされる湿度を測定して同様に吸着材の性能劣化を判定する技術も開示されている。

特開平11-347127号公報 特開2003-238115号公報

従来技術にあっては、濃度異常を検知するために必要な機械的構成は明らかにされてきたものの、その機械的構成と運転プロセスとの関連が明確ではなかったため、具体的な監視方法については明示された技術がない。

酸素濃縮器は、警報発生時に原因調査・対策を行なうため、サービスセンターで装置の状態・器台運転記録を元に解析を行なう。しかしながら、現状での警報発生時の装置運転情報は、発生した瞬間の装置情報など断片的なものであり、円滑な原因解析を行なうには困難であった。また、常に装置運転情報を一定間隔で残す、または全ての警報発生時の装置運転情報を残した場合には記憶容量の限界などの制約を受け、また解析を行なう際に必要な装置運転情報を探し出して解析しなければならないなどの手間が必要になる。

本発明は上記の課題を解決するものであり、記録する装置運転情報の期間・間隔・種類毎の記録回数を、酸素濃縮器の故障モード・運転環境・特性に沿った記憶方式にすることにより、必要十分な装置運転情報の記録を行なう装置を実現するものである。

すなわち本発明は、酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した複数の吸着床と、該吸着床へ空気を供給する空気供給手段、該空気供給手段からの空気を該吸着床へ供給し濃縮酸素を取出し該吸着床を減圧し吸着剤を再生する吸脱着工程を一定タイミングで繰り返すための流路切換手段、濃縮酸素を供給する酸素供給手段を具備した酸素濃縮装置において、該酸素濃縮装置の運転状態を検知するセンサ、該センサの検知情報を記録するメモリ、検知情報が予め設定された設定値と比較する演算素子を備え、該メモリが、検知情報を常時記録する一次記憶領域と、検知情報の正常運転記録領域、異常運転記録領域、および警報履歴フラグの記録領域を有する不揮発性メモリであり、比較結果が予め設定された設定値から外れた場合、該演算素子が、該一次記憶領域に記録された記録情報のうち異常検知時刻から所定時間遡った時間の記録情報を、異常検知直前の一定期間の連続運転情報および一定時間毎の間歇運転情報として異常運転記録領域に記録すること機能を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置を提供する。

また本発明は、かかるセンサが該吸着床の圧力を計測する圧力センサ、酸素供給流量を計測する酸素流量センサ、酸素濃度を計測する酸素濃度センサ、濃縮酸素または装置内外の部品の温度を計測する温度センサ、該空気供給手段または該流路切換手段の制御状態の検知手段、空気供給手段の制御状態の検知手段であり、該演算素子が、該一次記憶領域に記録された該センサの検知情報のうち、異常検知時刻から所定時間遡った時間の記録情報を、異常検知直前の一定時間の連続運転情報および一定時間毎の間歇運転情報として、異常運転記録領域に記録する機能を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置を提供する。

また本発明は、かかる連続運転情報の記録時間が、複数ある吸着床の全ての吸脱着工程に要する時間であることを特徴とし、該異常運転記録領域に、異常検知情報に対応した初回時の警報ログ記録領域と、異常記録情報全体の２回目以降の警報ログ記録領域を備えることを特徴とする酸素濃縮装置を提供するものである。

更に本発明は、複数のセンサに対応した検知情報の正常運転記録領域、異常運転記録領域、および警報履歴フラグの記録領域を有する不揮発性メモリを備え、使用者による運転停止時に、該演算素子が、該一次記憶領域に記録された該センサの検知情報のうち、異常検知時刻から所定時間遡った時間の記録情報を、運転停止時点を含む一定時間の連続運転情報および一定時間毎の間歇運転情報として正常運転記録領域に記録すること機能を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置を提供するものである。

また本発明は、装置の運転状態を検知するセンサ、該センサの検知情報を記録するメモリを備え、装置の運転状態を確認し記録する異常監視方法において、
（１）検知情報を該メモリの一次記憶領域に記録するステップ、
（２）検知情報と予め設定された設定値と比較する異常検知ステップ、
（３）該検知情報が該設定値から外れた場合、該一次記憶領域に記録された記録情報を、異常検知時刻から所定時間遡った時間の記憶情報を、該所定時間のうち異常検知直前の一定期間の連続情報および一定時間毎の運転情報として異常運転記録領域に記録するステップ、を備えたことを特徴とする異常監視方法を提供する。

また本発明は、複数のセンサに対応した検知情報の正常運転記録領域、異常運転記録領域、および警報履歴フラグの記録領域を有する不揮発性メモリを備え、該異常運転記録領域を異常検知情報に対応した初回時の警報ログの記録領域と、異常記録情報全体の２回目以降の記録領域とし、
（１）異常を検知した場合、該警報履歴フラグ（初期値は「０」とする）を参照するステップ、
（２）該警報履歴フラグが「０」の場合、該記憶情報を異常検知情報の種類に応じた初回時ログの記録領域に記録し、且つ警報履歴フラグを「１」に変更するステップ、
（３）該警報履歴フラグが「１」の場合、該記憶情報を２回目以降の記録領域に記録するステップ、を備えることを特徴とする異常監視方法を提供する。

本発明の異常監視方法を採用することで、警報発生時点からさかのぼって一定期間、例えば、(a)酸素濃縮装置の吸脱着シーケンスの2回分(吸着床が2式ある場合)は１秒間隔など細かい時間間隔での連続情報とし、(b)30分間は3分間隔の間歇情報として記録することにより、酸素濃縮器の故障モードに応じた適切な時間および間隔での記録を残すことができる。

例えば、酸素濃縮装置の配管破損やモータ異常など機械的故障は、上記(a)の記録により原因特定できる。また、室温変動や製品酸素ガスの供給用具であるカニューラの折れなど環境要因によるものは、(b)に記録により特定できる。さらに、必要な情報のみを記録することにより、メモリ容量の節約、解析時に不要に多量な情報を扱わなくて良い等の利点がある。

さらに、警報が複数回発生した場合、必要な初回の警報時の器台運転情報を残すことにより、ある警報が原因となって、副次的に別の警報が発生した場合も、最初の原因となった警報発生時の器台運転情報は残すことができ、限られたメモリ資源の中で必要な警報記録を残すことができる等の利点がある。

本発明の酸素濃縮装置の実施態様例を図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態である圧力変動吸着型酸素濃縮装置を例示した概略装置構成図である。この図１において、１は酸素濃縮装置、３は加湿された酸素富化空気を吸入する使用者（患者）を示す。圧力変動吸着型酸素濃縮装置１は、外部空気取り込みフィルタ101、コンプレッサ103、切り替え弁104、吸着筒105、逆止弁106、製品タンク107、調圧弁108、流量設定手段109、フィルタ110を備える。これにより外部から取り込んだ原料空気から酸素ガスを濃縮した酸素富化空気を製造することができる。

先ず、外部から取り込まれる原料空気は、塵埃などの異物を取り除くための外部空気取り込みフィルタ101などを備えた空気取り込み口から取り込まれる。このとき、通常の空気中には、約21％の酸素ガス、約77％の窒素ガス、0.8％のアルゴンガス、水蒸気ほかのガスが1.2％含まれている。かかる装置では、呼吸用ガスとして必要な酸素ガスのみを濃縮して取り出す。

この酸素ガスの取り出しは、原料空気を酸素ガス分子よりも窒素ガス分子を選択的に吸着するゼオライトなどからなる吸着剤が充填された吸着筒105に対して、切り替え弁104によって対象とする吸着筒105を順次切り替えながら、原料空気をコンプレッサ103により加圧して供給し、吸着筒105内で原料空気中に含まれる約77％の窒素ガスを選択的に吸着除去する。

前記の吸着筒105としては、前記吸着剤を充填した円筒状容器で形成され、通常、１筒式、２筒式の他に３筒以上の多筒式が用いられるが、連続的かつ効率的に原料空気から酸素富化空気を製造するためには、多筒式の吸着筒105を使用することが好ましい。また、前記のコンプレッサ103としては、揺動型空気圧縮機が用いられるほか、スクリュー式、ロータリー式、スクロール式などの回転型空気圧縮機が用いられる場合もある。また、このコンプレッサ103を駆動する電動機の電源は、交流であっても直流であってもよい。
前記吸着筒105で吸着されなかった酸素ガスを主成分とする酸素富化空気は、吸着筒105へ逆流しないように設けられた逆止弁106を介して、製品タンク107に流入する。

なお、吸着筒105内に充填された吸着剤に吸着された窒素ガスは、新たに導入される原料空気から再度窒素ガスを吸着するために吸着剤から脱着させる必要がある。このために、コンプレッサ103によって実現される加圧状態から、切り替え弁104によって減圧状態（例えば大気圧状態又は負圧状態）に切り替え、吸着されていた窒素ガスを脱着させて吸着剤を再生させる。この脱着工程において、その脱着効率を高めるため、吸着工程中の吸着筒の製品端側或いは製品タンク107から酸素富化空気をパージガスとして逆流させるようにしてもよい。

原料空気から酸素富化空気が製造され、製品タンク107へ蓄えられる。この製品タンク107に蓄えられた酸素富化空気は、例えば95％といった高濃度の酸素ガスを含んでおり、調圧弁108や流量設定手段109などによってその供給流量と圧力とが制御されながら、加湿器201へ供給され、加湿された酸素富化空気が患者に供給される。

酸素富化空気の供給流量を設定する流量設定手段109の設定値や、酸素濃度センサ301の濃度値、流量センサ302の実酸素流量値を検知し、検知結果を記憶手段402に記憶することで運転状態を監視すると共に、検知結果に基づいて酸素生成量を調節する為、制御手段401により圧縮機103のモータ回転数を制御し原料空気の供給量を制御し、更に切り替え弁104を制御し吸脱着の切り替えタイミングを制御する。

圧縮機103には温度センサ（図示せず）、モータ回転数の検知手段（図示せず）を備え、圧縮機の運転を監視し記録すると共に、吸着筒105に備えた圧力センサや温度センサ（図示せず）により、吸着筒圧力及び温度を監視し、記憶手段402に記録する。

記憶手段402には、正常運転情報記憶領域および異常運転情報記憶領域を設ける。酸素富化空気の酸素濃度や流量、装置内の温度、圧力などの各運転情報は所定時間毎に、リアルタイムクロック403の時刻情報と共に正常運転情報記憶領域に記憶する。

酸素濃縮装置の装置運転情報としては、上記リアルタイムクロックによる情報記録時刻と共に、製品酸素濃度、吸着圧力、製品流量、圧縮機のモータを制御するインバータの通信情報、ガス温度、吸脱着の切換弁である電磁弁の開閉情報、流量設定手段であるコントロールバルブの開度情報などの情報を記録する。

さらにこれら実運転情報のデータの他、各運転データの上限値または下限値の設定値を記憶し、係る範囲を運転データが外れた場合は異常値として判断し記録する。例えば製品ガスの流量上限異常(FH)・下限異常(FL)、吸着筒の圧力上限異常（PHH）・下限異常(PHL)、製品酸素ガスの濃度上限異常（O2H）・下限異常（O2L）などを、各吸脱着サイクル毎の運転データの最高値、最低値を記録し、予め設定された正常閾値と比較することで上限異常、下限異常警報を発生させ、異常情報を記録する。
各運転情報を常時監視することは記憶手段402の記憶容量の関係から困難である。それぞれの警報発生時の記録方式を図２に示す。

酸素濃縮装置の吸脱着工程の１サイクルを20秒とした場合、吸着床が２式であれば、警報発生時点の40秒前から1秒毎の連続データを記録する。すなわち吸脱着シーケンス2回分のデータを確保することで、例えば配管の破損による圧力異常など急激な運転異常を監視することができる。

このような連続運転情報を長時間記録するにはメモリの容量を大きくする必要がある。そこで、上記連続運転情報と共に、例えば、警報発生30分前からの3分毎の間歇運転情報を記録することで、流量などの長時間の監視を、異常が発生する前から異常が発生するまでの経時変化を、使用メモリ容量を少なくして監視することができる。

メモリは2種類用意し、内部メモリと外部メモリを用意する。内部メモリは1秒毎に30分間の装置運転情報を常時更新し、警報が発生した時点で、上記の期間・間隔の部分だけを外部メモリに転記することで実現可能である。

警報の発生回数による記録方式を図３、図４に示す。警報が発生した場合、その警報の種類の警報初回フラグを参照する。フラグの初期値は０とし、その警報の警報初回フラグが０ならば、「各警報の初回時のログ」のメモリに保存し、警報初回フラグを１にする。警報の警報初回フラグが１ならば、「２回目以降の警報のログ」の空きメモリのうち、先頭のものに記録する。

初回警報は、副次的に発生する警報により記録が上書きされるのを避けるため、図4に示すように各種類警報毎の初回の装置運転記録は残すこととする。各警報の2回目以降の運転情報については、例えば共通の記憶領域を4箇所を用意し、順番に記録し、4回を超えた場合は、また最初の記憶領域に上書きし記録していく。

このように酸素濃縮装置の異常運転情報を年月日時の時刻データと共に、警報発生直前の連続情報および、一定時間の間歇情報を組み合わせて記録することで、メモリ容量を最小限に抑えつつ、機器や使用者の不具合が発生した場合には、機器の運転データから不具合が発生する前後の運転状態を把握することができる。異常原因を容易に解析することが可能となる他、使用者の使用環境が保証環境（温度など）を逸脱している場合や処方流量が守られていない場合などの情報も記憶されており、使用環境や使用方法を教育するためのデータとなる。

本発明の酸素濃縮装置の実施態様例である圧力変動吸着型酸素濃縮装置の模式図。 警報発生時の記録方式。 警報の発生回数による記録方式。 警報の発生順による記録方式。

符号の説明

１：酸素濃縮装置
２：無給水式加湿器
３：使用者
101：外部空気取り込みフィルタ
103：コンプレッサ
104：切換弁
105：吸着筒
106：逆止弁
107：製品タンク
108：調圧弁
109：流量設定手段
110：フィルタ
201：加湿器
301：酸素濃度センサ
302：流量センサ
401：制御手段
402：記憶手段
403：リアルタイムクロック
404：情報採り出し端末

Claims (7)

1. 酸素よりも窒素を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した複数の吸着床と、該吸着床へ空気を供給する空気供給手段、該空気供給手段からの空気を該吸着床へ供給し濃縮酸素を取出し、該吸着床を減圧し吸着剤を再生する吸脱着工程を一定タイミングで繰り返すための流路切換手段、濃縮酸素を供給する酸素供給手段を具備した酸素濃縮装置において、
   該酸素濃縮装置の運転状態を検知するセンサ、該センサの検知情報を記録するメモリ、検知情報が予め設定された設定値と比較する演算素子を備え、
   該メモリが、検知情報を常時記録する一次記憶領域と、検知情報の正常運転記録領域、異常運転記録領域、および警報履歴フラグの記録領域を有する不揮発性メモリであり、比較結果が予め設定された設定値から外れた場合、該演算素子が、該一次記憶領域に記録された記録情報のうち異常検知時刻から所定時間遡った時間の記録情報を、異常検知直前の一定期間の連続運転情報および一定時間毎の間歇運転情報として異常運転記録領域に記録すること機能を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置。
2. 該センサは該吸着床の圧力を計測する圧力センサ、酸素供給流量を計測する酸素流量センサ、酸素濃度を計測する酸素濃度センサ、濃縮酸素または装置内外の部品の温度を計測する温度センサ、該空気供給手段または該流路切換手段の制御状態の検知手段、空気供給手段の制御状態の検知手段であり、
   該演算素子が、該一次記憶領域に記録された該センサの検知情報のうち、異常検知時刻から所定時間遡った時間の記録情報を、異常検知時点を含む直前の一定時間の連続運転情報および一定時間毎の間歇運転情報として異常運転記録領域に記録すること機能を備えたことを特徴とする酸素濃縮装置。
3. 該連続運転情報の記録時間が、少なくとも複数ある吸着床の全ての吸脱着工程に要する時間であることを特徴とする請求項１または２に記載の酸素濃縮装置。
4. 該異常運転記録領域に、異常検知情報に対応した初回時の警報ログ記録領域と、異常記録情報全体の２回目以降の警報ログ記録領域を備えることを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の酸素濃縮装置。
5. 複数のセンサに対応した検知情報の正常運転記録領域、異常運転記録領域、および警報履歴フラグの記録領域を有する不揮発性メモリを備え、使用者による運転停止時に、該演算素子が、該一次記憶領域に記録された該センサの検知情報のうち、異常検知時刻から所定時間遡った時間の記録情報を、運転停止時点を含む一定時間の連続運転情報および一定時間毎の間歇運転情報として正常運転記録領域に記録すること機能を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の酸素濃縮装置。
6. 装置の運転状態を検知するセンサ、該センサの検知情報を記録するメモリを備え、装置の運転状態を確認し記録する異常監視方法において、
   （１）検知情報を該メモリの一次記憶領域に記録するステップ、
   （２）検知情報と予め設定された設定値と比較する異常検知ステップ、
   （３）該検知情報が該設定値から外れた場合、該一次記憶領域に記録された記録情報を、異常検知時刻から所定時間遡った時間の記憶情報を、該所定時間のうち異常検知時点を含む直前の一定期間の連続情報および一定時間毎の運転情報として異常運転記録領域に記録するステップ、
   を備えたことを特徴とする異常監視方法。
7. 複数のセンサに対応した検知情報の正常運転記録領域、異常運転記録領域、および警報履歴フラグの記録領域を有する不揮発性メモリを備え、該異常運転記録領域を異常検知情報に対応した初回時の警報ログの記録領域と、異常記録情報全体の２回目以降の記録領域とし、
   （１）異常を検知した場合、該警報履歴フラグ（初期値は「０」とする）を参照するステップ、
   （２）該警報履歴フラグが「０」の場合、該記憶情報を異常検知情報の種類に応じた初回時ログの記録領域に記録し、且つ警報履歴フラグを「１」に変更するステップ、
   （３）該警報履歴フラグが「１」の場合、該記憶情報を２回目以降の記録領域に記録するステップ、
   を備えることを特徴とする請求項６に記載の異常監視方法。

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