JP5563435B2 - 酸素濃縮装置 - Google Patents
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Description
なお、以下の各文献の説明において、括弧内の符号は文献記載のものである。
しかしながら、この文献では、単にそのとき流れている酸素濃縮ガスの流量を計測するものにすぎず、加湿器の漏れや外れを検知するという問題意識はない。したがって、この文献では、オリフィスの下流に存在する加湿器周辺は大気圧に近い状態で運転されているため、加湿器に漏れや外れが発生したとしても、上記差圧に変化が生じるわけではなく、加湿器の漏れや外れを検知することはできない。
すなわち、加湿器に漏れや外れが生じたり、カニューラやチューブに閉塞・折れが生じたりすると、いずれにしても流量が低下するのでそれを流量検出手段で検知する。ただし、流量の検知だけでは、異常が加湿器側なのか、カニューラ・チューブ側なのかはわからない。そこで、カニューラ・チューブに閉塞や折れが生じると圧力検出手段の圧力が高くなり、加湿器に漏れや外れが生じても圧力検出手段の圧力は高くならないことにより、異常の発生位置を判定する。
しかしながら、この技術では、加湿器の下流に流量検出手段を配置することが必須となる。酸素濃縮装置によって供給される酸素濃縮ガスの流量は、患者に与える程度のものであるから一般の工業ガスのように大量に流すわけではない。このような少量のガス流量を精密に計測する熱式流量計は極めて価格が高く、それを採用するのはコスト的に現実的ではない。しかも加湿器で加湿されてミストを含む可能性さえある酸素濃縮ガスの流量測定は、流量検出手段の精度が低下しやすく、異常検出の信頼性が低下しやすい。
しかしながら、これでは、加湿器装着部への加湿器の装着状態を検知するにすぎず、蓋が十分に締まらずに漏れが生じていることまでは検知できない。
しかしながら、この装置では、漏れを検知できるのは、酸素濃縮ガスの出口側を電磁弁で遮断したときに限られる。このため、検知タイミングは装置の起動時等ごく限られた瞬間だけであり、通常運転で酸素濃縮ガスを流している間は、たとえ異常が生じてもそれを検出することはできない。すなわち、使用中にカニューラに折れや閉塞が生じて患者に対して十分な酸素濃縮ガスが供給できない状態になったとしても、その異常が検知できないのである。
しかしながら、特許文献2と同様に、加湿器の下流に流速センサを配置することが必須となり、コスト的に不利である。また、流速センサの精度が低下しやすく、異常検出の信頼性が低下しやすいことから、その補正を行うために湿度計まで使用し、その結果システムが複雑になる。
上記加湿器の下流に供給流路を制限する流路制限手段を配置し、上記流路制限手段の上流に加湿器内の酸素濃縮ガスの圧力を計測する圧力計測手段を配置し、上記流路制限手段がオリフィスであることを第1の要旨とする。
上記目的を達成するため、本発明の酸素濃縮装置は、原料空気中の窒素を吸着して酸素を濃縮するための吸着部と、上記吸着部から取り出された酸素濃縮ガスに対して湿度を付与するための加湿器と、上記加湿器で加湿された酸素濃縮ガスを使用者に供給するための供給流路とを備え、
上記加湿器の下流に供給流路を制限する流路制限手段を配置し、上記流路制限手段の上流に加湿器内の酸素濃縮ガスの圧力を計測する圧力計測手段を配置し、
上記流路制限手段は複数の流路制限部を備え、そのうち使用する1以上の流路制限部を選択するようになっていることを第2の要旨とする。
本発明者らは、圧力計をもっと有効に使って定量的な判定ができれば、流量計を装備しなくても、加湿器の外れや漏れだけでなく、使用者側のカニューラやチューブの折れ・閉塞等の異常も簡単かつ確実に検知できるのではないかと考え、本発明をなすに至った。
このように、加湿器の下流に流路制限手段を組み込むことにより、加湿器内は流路制限手段がないときよりも圧力が高くなり、常に所定以上の圧力が保持される。そして、流路制限手段の上流に配置した圧力計測手段で加湿器内の圧力を計測することにより、加湿器の漏れや外れがあれば、圧力が下がるのでそれを検知することができる。また、使用中に例えばカニューラやチューブ等の供給流路に閉塞等のトラブルが生じた場合は、加湿器内の圧力が上昇することから、それを計測することで、異常を検出できる。このとき、流路制限手段は上流側に圧力を保持させながら、酸素濃縮ガスを常時所定の流量で供給流路に対して酸素濃縮ガスを流し続けることができる。
上記流路制限手段がオリフィスであるため、簡単な設備装置により、加湿器内の圧力を常に所定以上に保持することができる。
このように、加湿器の下流に流路制限手段を組み込むことにより、加湿器内は流路制限手段がないときよりも圧力が高くなり、常に所定以上の圧力が保持される。そして、流路制限手段の上流に配置した圧力計測手段で加湿器内の圧力を計測することにより、加湿器の漏れや外れがあれば、圧力が下がるのでそれを検知することができる。また、使用中に例えばカニューラやチューブ等の供給流路に閉塞等のトラブルが生じた場合は、加湿器内の圧力が上昇することから、それを計測することで、異常を検出できる。このとき、流路制限手段は上流側に圧力を保持させながら、酸素濃縮ガスを常時所定の流量で供給流路に対して酸素濃縮ガスを流し続けることができる。
さらに、上記流路制限手段は複数の流路制限部を備え、そのうち使用する1以上の流路制限部を選択するようになっているため、
必要に応じて酸素濃縮ガスの供給流量を変化させたとしても、確実に異常を検知できるようになる。すなわち、酸素濃縮ガスの供給流量を変化させる必要が生じたときは、使用する1以上の流路制限部を選択することにより段階的に供給流路を制限し、加湿器内の圧力を供給流量の変化に応じた適正な圧力に保持し、確実に異常を検知するのである。
流路制限手段が流路を一定に制限するものであると、多くの酸素濃縮ガスの供給が必要になって大流量を流そうとすると、酸素濃縮ガスの供給圧力を非常に高圧にせねばならなくなり、場合によっては加湿器の許容圧力を超えかねず、現実的にはそのような高圧での運転はできない。そこで、酸素濃縮ガスの供給流量を変化させる必要が生じたときは、使用する流路制限部を選択し、加湿器内の圧力を供給流量の変化に応じた適正な圧力に保持し、確実に異常を検知するのである。例えば、酸素濃縮ガスの供給流量が大きい場合、流路制限手段による流路の制限量を小さくし、加湿器内の圧力が不必要に上昇するのを防止する。反対に、酸素濃縮ガスの供給流量が小さい場合、流路制限手段による流路の制限量を大きくし、小さな供給流量であっても、加湿器内を必要な供給圧力以上の圧力に保持し、確実に異常を検知する。
図3は、加湿器24周辺の構成を示す図である。
この例は、在宅酸素療法に用いられる2筒式の圧力変動吸着法による酸素濃縮器である。
実施例によって具体的に説明する。
表1は、図2の装置において、口径0.6mmのオリフィス31を加湿器24の下流に設置し、0.25L/minから3.0L/minまで段階的に酸素濃縮ガスの流量を変え、各流量において圧力計34が示した加湿器24内の圧力を示すものであり、流量が大きくなると徐々に圧力も高くなっていることがわかる。
表2は、加湿器24が外れたときの圧力であり、どの流量でも0kPa近傍であることがわかる。
図4(A)において、一方のオリフィス31aを口径0.6mmとし、他方のオリフィス31bの口径を1.2mmとした。加湿器24直後の三叉路には3方向の電磁弁35を設置している。
この低圧閾値曲線は、圧力計の誤差や酸素濃縮器の個体ばらつき、時系列的な変動などの諸般のばらつきを考慮して、誤報しないように正常圧力曲線から離して設定する。また、低圧閾値曲線は、加湿器外れ曲線に近づき過ぎてもいけない。さらに、圧力が正常の何%に低下したら警報するのかという思想も勘案して決定するのであるが、概ね正常圧力曲線の30〜70%の範囲に設定すればよい。
2 吸気フィルター
3 コンプレッサー
4 ブロワー
5 インラインフィルター
6 逆止弁
7 逆止弁
8 電磁弁
9 電磁弁
10 開放弁
11 開放弁
12 吸着筒
13 吸着筒
14 パージ弁
15 オリフィス
16 オリフィス
17 逆止弁
18 逆止弁
19 酸素バッファータンク
20 減圧弁
21 メンブランフィルター
22 流量制御器
23 酸素濃度計
24 加湿器
26 カニューラ
27 サイレンサー
28 筐体
29 第1防音ボックス
30 第2防音ボックス
31 オリフィス
31a オリフィス
31b オリフィス
32 供給チューブ
33 供給流路
34 圧力計
35 電磁弁
36a 分岐流路
36b 分岐流路
Claims (2)
- 原料空気中の窒素を吸着して酸素を濃縮するための吸着部と、上記吸着部から取り出された酸素濃縮ガスに対して湿度を付与するための加湿器と、上記加湿器で加湿された酸素濃縮ガスを使用者に供給するための供給流路とを備え、
上記加湿器の下流に供給流路を制限する流路制限手段を配置し、上記流路制限手段の上流に加湿器内の酸素濃縮ガスの圧力を計測する圧力計測手段を配置し、上記流路制限手段がオリフィスであることを特徴とする酸素濃縮装置。 - 原料空気中の窒素を吸着して酸素を濃縮するための吸着部と、上記吸着部から取り出された酸素濃縮ガスに対して湿度を付与するための加湿器と、上記加湿器で加湿された酸素濃縮ガスを使用者に供給するための供給流路とを備え、
上記加湿器の下流に供給流路を制限する流路制限手段を配置し、上記流路制限手段の上流に加湿器内の酸素濃縮ガスの圧力を計測する圧力計測手段を配置し、
上記流路制限手段は複数の流路制限部を備え、そのうち使用する1以上の流路制限部を選択するようになっていることを特徴とする酸素濃縮装置。
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