JP5571697B2 - 酸素濃縮装置 - Google Patents

Description

本発明は、酸素よりも窒素を優先的に吸着する吸着剤を用いた圧力変動吸着型の酸素濃縮装置に関するものであり、特に遠隔操作によって、生成する酸素濃縮ガスの流量の設定を行うことができる酸素濃縮装置に関するものである。

近年、喘息、肺気腫症、慢性気管支炎等の呼吸器系器官の疾患に苦しむ患者が増加する傾向にあるが、その治療法として最も効果的なもののひとつに酸素吸入療法がある。かかる酸素吸入療法とは、酸素ガスあるいは酸素濃縮ガスを患者に吸入させるものである。その供給源として、酸素濃縮装置、液体酸素、酸素ガスボンベ等が知られているが、使用時の便利さや保守管理の容易さから、在宅酸素療法には酸素濃縮装置が主流で用いられている。
酸素濃縮装置は、空気中に存在する約２１％の酸素を分離し濃縮して供給する装置であり、それには酸素を選択的に透過する膜を用いた膜式酸素濃縮装置と、窒素または酸素を優先的に吸着しうる吸着剤を用いた圧力変動吸着型酸素濃縮装置があるが、９０％以上の高濃度の酸素が得られる点から圧力変動吸着型酸素濃縮装置が主流になっている。
圧力変動吸着型酸素濃縮装置は、酸素よりも窒素を選択的に吸着する吸着剤として５Ａ型や１３Ｘ型、Ｌｉ−Ｘ型などのモレキュラーシーブゼオライトを充填した吸着筒に、コンプレッサで圧縮された空気を供給することにより加圧条件下で窒素を吸着剤に吸着させ、未吸着の酸素を得る加圧・吸着工程と、前記吸着筒内の圧力を大気圧またはそれ以下に減じて、吸着剤に吸着された窒素をパージすることで吸着剤の再生を行う減圧・脱着工程を交互に繰り返し行うことで、高濃度の酸素濃縮ガスを連続的に生成することができる。
このような酸素濃縮装置は、医師から処方どおりの酸素を供給するため、装置の運転開始・停止スイッチや酸素流量設定スイッチといったマン−マシンユーザーインターフェースは酸素濃縮装置側に集約されている。

特開平４−１９７２６８号公報 特開２００８−１３６６６３号公報

このような酸素濃縮装置に対し、特開平４−１９７２６８号公報に開示される技術では、酸素濃縮装置のＯＮ・ＯＦＦをリモコンによって実現できることが示されている。一分当りの酸素供給量が５Ｌ以上の高流量を処方される重度の呼吸器疾患患者の場合には、安静時から労作時に移行すると、一時的に酸素不足の状態になるために、事前に酸素供給流量を増やすように設定流量を手元で変更したいという要望が強くある。一方で、リモコンによる装置のＯＮ・ＯＦＦ操作の要望はむしろ低い。
このような要望を解決する手段として、特開２００８−１３６６６３号公報には設定流量を変更できる有線式または無線式のリモコンが開示されている。しかしながら、有線式の場合には、カニューラに沿ってリモコンの配線が取り付ける必要があり、カニューラを延長して使用する場合にはかかる有線式のリモコンは使用することができない。また、カニューラとリモコン配線が絡まるという問題も発生する。
これらの問題は無線式のリモコンを使用することで解決することができる。しかし、文献２に開示されている技術では、現在の設定流量を患者が確認することができないばかりか、リモコン操作時に通信エラーが発生した場合であっても、患者がこの事態を知ることができないなど、安全面での対策がなされていない。

本発明者は、かかる問題の解決方法として以下の発明を見出した。すなわち本発明は、遠隔操作により酸素濃縮ガスの流量設定値の設定変更が可能な酸素濃縮装置であり、空気中の酸素を分離し生成した酸素濃縮ガスを所定流量で供給する流量設定手段を備えた酸素濃縮装置本体と、該酸素濃縮装置本体を遠隔操作するためのリモコン装置とを有し、
該酸素濃縮装置本体は、該リモコン装置との間で流量設定値に関する情報を送受信する双方向の通信手段Ａ、該情報の確認および流量設定を制御する制御手段Ａを備え、
該リモコン装置は、該酸素濃縮装置本体が現在供給している酸素濃縮ガスの流量設定値を知るための確認ボタンと、該酸素濃縮装置本体が供給する酸素濃縮ガスの流量設定値を変更するための流量設定変更ボタンと、該流量設定値を表示するための表示部と、該酸素濃縮装置本体との間で流量設定値に関する情報を送受信する双方向の通信手段Ｂとを有し、リモコン装置が、現在の酸素濃縮装置本体が供給している酸素濃縮ガスの流量設定値の情報を受信しなければ、流量設定変更ボタンの操作が有効にならない制御手段Ｂを備える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、該リモコン装置の流量設定変更ボタンが、設定流量値を段階的に変更するボタンであり、制御手段Ｂが、第１段階の変更後の流量設定情報を酸素濃縮装置本体に送信し、該リモコン装置が変更後の酸素濃縮装置本体が供給している酸素濃縮ガスの流量設定値の情報を受信しなければ、流量設定変更ボタンの次の段階への流量変更操作が有効にならない制御を行う手段である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、該酸素濃縮装置本体と該リモコン装置は、個別のＩＤを備えると共に、該リモコン装置は、該確認ボタンを押した時、リモコン装置から該ＩＤを酸素濃縮装置本体に送信し、該酸素濃縮装置本体は、受信したＩＤ情報と酸素濃縮装置本体のＩＤ同士が一致した場合は、現在の酸素濃縮装置本体が供給している酸素濃縮ガスの流量設定値の情報をリモコン手段に返信し、ＩＤ同士が一致しない場合にはエラーを発報する装置であることを特徴とし、リモコン装置と酸素濃縮装置本体との間の通信にエラーが生じた時に、該リモコン装置の表示部にエラー表示を行う表示機能および警報音を鳴らすブザーを備えること、該リモコン装置と該酸素濃縮装置との間の通信手段が、赤外線通信による双方向通信手段である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、リモコン装置の流量設定変更ボタンは、リモコン装置の筐体面よりも一段低い面に設置され、ボタン表面が筐体面よりも下にあることを特徴とし、該流量設定変更ボタンには、誤操作を防止するためのカバーを備えてい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。

本発明によると、酸素濃縮装置本体が生成する酸素濃縮ガスの流量をリモコン装置による遠隔操作で変更することができ、酸素濃縮装置本体側の現在の流量設定値を基準に段階的に流量変更を行うことにより、通信エラーによる変更したい流量値と実際の供給流量の差を最小限に担保することができる。また、リモコン装置と酸素濃縮装置本体との通信においてエラーが発生した場合でも、この事態を患者は確実に知ることができ、再度通信を試みることができるなど、より安全で便利な酸素濃縮装置を提供することができる。

図１は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外観図を、図２には酸素濃縮装置本体の模式図を示す。図３は、本発明の酸素濃縮装置の実施態様例であるリモコン装置の外観図であり、カバーを開けた状態を、図４はカバーを閉じた状態の外観図を示す。図５はリモコン装置の通信系のブロック図を、図６は、リモコン装置６を用いて酸素濃縮装置本体１の酸素濃縮ガスの供給流量の変更を遠隔操作する時の通信フローを示す。

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の酸素濃縮装置の外観図、図２は酸素濃縮装置本体の概略装置構成図である。本発明の酸素濃縮装置は、酸素濃縮装置本体１と、設定流量の変更を遠隔で行うためのリモコン装置６を備える。酸素濃縮装置本体１は、原料空気を取り込んで圧力変動吸着方法により窒素を吸着除去し、酸素濃縮ガスを生成し、所定の流量で使用者に供給する。使用者は、酸素濃縮装置本体１から離れた場所にいてもリモコン装置６を用いることで、酸素濃縮ガスの供給流量の変更を行うことが出来る。
図２において、１は酸素濃縮装置本体、３は加湿された酸素濃縮ガスを吸入する使用者である呼吸器疾患患者を示す。圧力変動吸着型酸素濃縮装置本体１は、原料空気取り込み口に備えられたエアーフィルタを通り、細かな塵埃を取り除くＨＥＰＡフィルタ１０１、吸気消音器１０２、コンプレッサ１０３、流路切換弁１０４、吸着筒１０５、逆止弁１０７、製品タンク１０８、調圧弁１０９、流量設定手段１１０、パーティクルフィルタ１１１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を分離した酸素濃縮ガスを製造することができる。また、酸素濃縮装置の筐体内には、生成された酸素濃縮ガスを加湿するための加湿器２０１、前記流量設定手段１１０の設定値と、酸素濃度センサ３０１、流量センサ３０２の測定値を用いて、コンプレッサや流路切換弁１０４を制御する制御手段４０１、コンプレッサが発生する騒音を遮音するためのコンプレッサボックス５０１、コンプレッサを冷却するための冷却ファン５０２が内蔵されている。
ま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、吸気消音器１０２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、７７％の窒素、０．８％のアルゴン、二酸化炭素ほかのガスが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を分離して取り出す。
酸素よりも窒素を選択的に吸着するゼオライトからなる吸着剤が充填された吸着筒に対して、流路切換弁１０４によって対象とする吸着筒を順次切り換えながら、原料空気をコンプレッサ１０３により加圧して供給し、吸着筒内で空気中に含まれる約７７％の窒素を選択的に吸着除去することで未吸着の酸素を吸着筒より取り出すことができる。
かかる吸着筒としては、前記吸着剤を充填した円筒状容器で形成され、通常、１筒式や２筒式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濃縮ガスを製造するためには、多筒式の吸着筒を使用することが好ましい。また、前記のコンプレッサとしては、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濃縮ガスは、吸着筒へ逆流しないように設けられた逆止弁１０７を介して、製品タンク１０８に流入する。
新たに導入される原料空気から連続して窒素ガスを吸着するためには、吸着剤から窒素を脱着除去する必要がある。このために、コンプレッサによって実現される加圧状態から、流路切換弁の開閉制御によって吸着筒を大気圧状態又は負圧状態に切り換え、加圧条件下で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、２筒の内の吸着工程中の吸着筒の製品端と他方の脱着工程中の吸着筒を接続してパージする、或いは製品タンクから酸素濃縮ガスをパージガスとして脱着工程中の吸着筒に逆流させるようにしてもよい。通常、窒素を脱着させるときには、吸着筒の最高圧状態から一時に大気圧まで減圧され、吸着ざれていた窒素などが外気中に排気される。この時、大きな気流音が発生するため、排気口には窒素排気消音器５０３が用いられる。
原料空気から生成された酸素濃縮ガスは、製品タンク１０８へ蓄えられる。この製品タンクに蓄えられた酸素濃縮ガスは、例えば９０〜９５％といった高濃度の酸素を含んでおり、調圧弁１０９や流量設定手段１１０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、加湿された酸素濃縮ガスが患者に供給される。かかる加湿器には、ナフィオンやポリイミドなどの水分透過膜を有する水分透過膜モジュールによって、外部空気から水分を取り込んで乾燥状態の酸素濃縮ガスへ供給する無給水式加湿器や、加湿源として水を用いたバブリング式加湿器、或いは表面蒸発式加湿器を用いることが出来る。
流量設定手段１１０には、コントロールバルブが用いられる。酸素濃縮装置に設けられた酸素供給流量のアップダウンボタン４０２の操作により、制御手段４０１によるコントロールバルブの開度の制御が行われ、流量が所定流量に変更される。また、かかる酸素濃縮装置に設けられたアップダウンボタン４０２に他に、リモコン装置６から送信された流量設定信号を送受信機能を兼ね備えた受信手段４０３で受信し、かかる流量設定信号に基づいて制御手段４０１はコントロールバルブを制御し、所定流量に酸素供給流量を変更する。リモコン装置による流量制御と酸素濃縮装置本体側での流量制御は、独立に制御することが可能であるが、必要に応じて優先順位や一方の設定変更制御を禁止するロック制御を行うことも可能である。
流量設定手段１１０の設定値を検知し、制御手段４０１によりコンプレッサ１０３の電動機の回転数を制御することで吸着筒への供給風量を制御する。設定流量が低流量の場合には回転数を落とすことで生成酸素量を抑え、且つ消費電力の低減を図ることができる。
図３および図４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が備えるリモコン装置６を示す。また図５にはリモコン装置６の通信系のブロック図を、図６にはリモコン装置６を用いて酸素濃縮装置本体１の酸素濃縮ガスの供給流量の変更を遠隔操作する時の通信フローを示す。
リモコン装置６の無線の送受信部６１０は、操作手段の先端部分に設けられており、酸素濃縮装置本体の正面に設けた信号の送受信部４０３に向けて操作することで双方向の通信を行う。信号の指向性から赤外線通信を用い、リモコン装置側の送受信部６１０には赤外線発光素子６１０ａ及び赤外線受光素子６１０ｂを、同様に酸素濃縮装置本体側の送受信部４０３にも赤外線発光素子及び受光素子を備えることにより双方向通信を行う。
使用者が安静時から労作時に移行する場合や酸素吸入中に息苦しくなった場合には、患者はリモコン装置６の確認ボタン６０１を押す。それによってリモコン装置６から酸素濃縮装置本体１に対して個別ＩＤを確認する信号を送信する。これにより、病院等の医療施設において、複数台の本発明の酸素濃縮装置を使用する場合においても、リモコン装置を操作する患者とその患者が使用する酸素濃縮装置を、１対１で識別することができる。リモコン装置６から送信された信号を受信した酸素濃縮装置本体１において、個別ＩＤが一致すると、起動中の酸素濃縮装置本体１の設定流量値をリモコン装置６側に返信する。
この送受信において通信エラーが生じた場合には、少なくとも３回は送受信を繰り返すことで、確実に送受信ができるようにすることができる。それでも通信エラーが生じ、リモコン装置から個別ＩＤを送信したにも拘らず、設定流量値の返信信号を受信しない場合には、リモコン装置６のディスプレイ６０２に通信エラーであることを表示する。
送受信に成功した場合は、ディスプレイ６０２に現在の設定流量値を表示する。これを確認した後、患者は設定流量のアップまたはダウンを選択し、それぞれのボタン６０３または６０４を押下する。リモコン装置６は酸素濃縮装置本体１に対して設定流量のアップもしくはダウンの信号を送信し、それに基づいて酸素濃縮装置１では設定流量の変更を行う。設定流量の変更に成功した場合、酸素濃縮装置１からリモコン装置６に対して、変更後の設定流量値を送信し、ディスプレイ６０２にその値を表示する。通信エラーが生じ、リモコン装置６から設定流量の変更の信号を送信したにも拘らず、変更後の設定流量値の返信信号を受信しない場合には、リモコン装置６のディスプレイ６０２に通信エラーであることを表示する。通信が成功した場合にはブザー６１１から音声でピッといった短音を、通信エラーの場合には長音あるいは連続音を鳴らすなど、音声信号を併用することでより確実に通信状態を確認することが出来る。
一般電気機器で使用されるリモコン装置は、リモコン装置６側で予め変更したい値を設定し、その情報を本体側に送信することで一回の操作で設定変更を行うことができる。しかし、本発明の酸素濃縮装置は、酸素吸入療法に使用されるものであり、特に供給流量は医師の処方によって決定され、治療効果に直接影響するため、流量設定の変更には注意が必要である。本発明では、リモコン装置と酸素濃縮装置本体との間での通信エラーに患者が気づかない場合の安全面を考慮し、変更したい流量と実際の供給流量との差を最小限に担保するように、段階的に流量のアップダウンを行い、流量表示を確認しながら変更する方式をとる。
酸素濃縮装置の設定流量は酸素濃縮装置本体側でも変更可能である。従って、リモコン装置側で記憶されている過去の設定流量値を基準に患者が流量変更することは、患者自身の誤認による処方変更を行う危険性があり、必要とする酸素供給が行われていない可能性もある。更に５Ｌ／分や１０Ｌ／分といった酸素生成能力の大きい機器では、低流量値から突然の高流量値への設定変更は機器への負荷が大きくなるなどのデメリットもある。従って、本発明の酸素濃縮装置はでは、リモコン装置側から流量設定の変更を行う場合には、必ず現在の酸素濃縮装置本体側で供給されている酸素濃縮ガスの流量を確認し、その値を基準に、予め装置によって決定された設定流量毎に、例えば０．５Ｌ／分刻みや１Ｌ／分刻みでアップ／ダウンボタン６０３，６０４により一段づつ流量変更を行う。酸素濃縮装置本体側からの変更後の流量値がリモコン装置側に返信できなければ、次の段階への流量変更ができないように制御手段Ｂ６１２で制御する。
本発明の酸素濃縮装置が備えるリモコン装置６は、電池の消耗を少なくするために、ディスプレイ６０２が点灯する時間は１０秒に設定し、それ以降の操作は受け付けないようになっている。再度、設定流量を変更したい場合には、確認ボタン６０１を押してリモコン装置６を再起動させることで、設定流量の変更作業ができるようになる。
本発明では、信号の送受信に無線を使用しているが、かかる技術は有線式のリモコン装置にも適用可能である。無線方式としては、赤外線や電波を使用することができる。誤操作を防止する観点からは、無線信号の指向性から酸素濃縮装置１の正面からリモコン装置６を操作する必要がある赤外線を用いるのが好ましい。これにより酸素濃縮装置本体側の設定流量の表示部を見ながら遠隔操作を行うことが可能となり、リモコン装置、酸素濃縮装置本体の双方の表示を確認できるなど安全面が向上する利点がある。
また、就寝中や子供のいたずら防止、不要なボタン押下を防止するために、本発明ではボタンに誤操作防止カバー６０５を備えている。本実施態様例ではスライド式のカバーを開示しているが、扉式等でも構わない。また、リモコン装置の操作ボタン、特に設定流量の変更ボタン６０３、６０４はリモコン装置６の筐体表面から一段下げた面に設置されており、就寝中に誤って使用者の体の下に敷いてしまっても、操作ボタンが押下できないようになっている。

本発明の酸素濃縮装置は医療用酸素濃縮装置として、喘息、肺気腫症、慢性気管支炎等の呼吸器系疾患に苦しむ患者に対する酸素吸入療法のための酸素供給源として使用される。また本発明が特徴とするリモコン装置により、患者の手元で設定流量の変更操作を確実に実施することが可能であり、しかも通信エラーが発生した場合には患者はそれを知ることができ、再度通信を試みることができる、便利で安全な酸素濃縮装置として利用が可能である。

Claims (6)

1. 遠隔操作により酸素濃縮ガスの流量設定値の設定変更が可能な酸素濃縮装置であり、空気中の酸素を分離し生成した酸素濃縮ガスを所定流量で供給する流量設定手段を備えた酸素濃縮装置本体と、該酸素濃縮装置本体を遠隔操作するためのリモコン装置とを有し、
   該酸素濃縮装置本体は、該リモコン装置との間で流量設定値に関する情報を送受信する通信手段、該情報の確認および流量設定を制御する制御手段Ａを備え、
   該リモコン装置は、該酸素濃縮装置本体が現在供給している酸素濃縮ガスの流量設定値を知るための確認ボタンと、該酸素濃縮装置本体が供給する酸素濃縮ガスの流量設定値を変更するための流量設定変更ボタンと、該流量設定値を表示するための表示部と、該酸素濃縮装置本体との間で流量設定値に関する情報を送受信する通信手段とを有し、リモコン装置が、現在の酸素濃縮装置本体が供給している酸素濃縮ガスの流量設定値の情報を受信しなければ、流量設定変更ボタンの操作が有効にならない制御手段Ｂを備えることを特徴とする酸素濃縮装置。
2. 該リモコン装置の流量設定変更ボタンが、設定流量値を段階的に変更するボタンであり、制御手段Ｂが、第１段階の変更後の流量設定情報を酸素濃縮装置本体に送信し、該リモコン装置が変更後の酸素濃縮装置本体が供給している酸素濃縮ガスの流量設定値の情報を受信しなければ、流量設定変更ボタンの次の段階への流量変更操作が有効にならない制御を行う手段であることを特徴とする請求項１の記載の酸素濃縮装置。
3. 該酸素濃縮装置本体と該リモコン装置は、個別のＩＤを備えると共に、該リモコン装置は、該確認ボタンを押した時、リモコン装置から該ＩＤを酸素濃縮装置本体に送信し、該酸素濃縮装置本体は、受信したＩＤ情報と酸素濃縮装置本体のＩＤ同士が一致した場合は、現在の酸素濃縮装置本体が供給している酸素濃縮ガスの流量設定値の情報をリモコン手段に返信し、ＩＤ同士が一致しない場合にはエラーを発報する装置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. 該リモコン装置が、リモコン装置と酸素濃縮装置本体との間の通信にエラーが生じた時に、該表示部にエラー表示を行う表示機能および警報音を鳴らすブザーを備えることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の酸素濃縮装置。
5. 該リモコン装置と該酸素濃縮装置との間の通信手段が、赤外線通信手段であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の酸素濃縮装置。
6. 該リモコン装置の流量設定変更ボタンは、リモコン装置の筐体面よりも一段低い面に設置され、ボタン表面が筐体面よりも下にあることを特徴とする、請求項１から５記載の酸素濃縮装置。

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