JPS5838362B2 - タイキチユウノクウキカラサンソフカガスオツクルソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 患者の肺の容量が著しく制限される肺気腫のような、呼
吸器の慢性疾患を患う患者の処置では．患者に酸素源全
給与するのが常套手段である。

典型的には，この酸素源は酸素ボンベであり，これは（
中央貯蔵型の場合）病院内で患者から遠く離れた所Ｋあ
って適当な配管を介して供給してもよいし，或いは患者
のベッド際に設けた個別のボンベであってもよい。

こう云う疾患の多くは慢性でらって長期間の療法を必要
とするから，患者が家庭でも使えるポータブル式の酸素
ボンベが開発されている。

個々のボンベを使うことがこう云う患者の寿命を支える
所要の療法とはなるが，ボンベ自体は家庭で使う時に幾
つかの問題がある。

具体的に云うと，ボンヘは高い圧力（ １ ４ ０ｋｇ
／ＣｒＩｔ（ ２ ０ ００ｐｓｉ））の酸素を貯蔵し
ているから，使用中，絶えず火事並びに爆発の危険があ
る。

個々のボンベは容量が限られておシ．従って日常的に手
入れをし且つ取替えなければならないので，療法の費用
が高くなる。

更に．漏れの問題もラシ，この為ボンベの容量が予想外
に減少して，患者に対する療法ガスが不適切な１＼Ｋ８
．ることかある。

約２１％の酸素と７８係の窒素とを含む大気中の空気は
，膨大な無尽蔵の酸素源である。

然し．最近１で，個人用に酸素を経済的に抽出する技術
はなかった。

ところが、こう云うガスを便利に分離するのに適した膜
が開発された。

隔膜技術に於けるガスの分離は、或る材料の選択的な透
過性に基づくことが知られている。

選択的な透過性とは，混合物中の１種類のガスが第２の
ガスより一層速く膜を透過することであるが．これは一
方のガスが他の全てを完全に排除して昔で膜を通過する
と云うことではない。

そうでＶ′ｉなく，透過膜を透過する２種類の分子の流
量に違いがある結果，膜の片側のガス混合物は透過率の
よい或分の濃度が低下し，膜の反対側にあるガスは透過
率がよい或分で富化される。

この発明は透過膜によってガスを分離すること，更に具
体的に云えば，病院又は患者の家庭のような病院外の環
境内で使うのに適した，ポータブル式の大気中の空気の
酸素を富化する装置に関する。

ポータブル式酸素富化装置が，窒素に較べて酸素の透過
率が高い選択性透過膜セルの配列を含む。

膜ハンリコーン●ゴム及ヒホリフエニレン・エーテルを
含めて何種類かのものにすることが出来るが，今挙げた
後者が好１しい。

膜セルが圧力容器の中に相隔て＼平行に取付けられる。

圧縮器が圧縮した大気中の空気の流れを圧力容器に送出
し，セルの内部にマニホルドを設けて，セルの膜の前後
に差圧を作シ，膜を透過した酸素富化ガスを取出す。

圧縮された大気中の空気は熱交換器によって制御された
温度１で冷却され、圧力容器に導入される＠に，２酸化
窒素のような或る不純物を除くようにスクラツビングに
かける。

セルの配列は，流れの一部分がセルを透過して酸素富化
ガスを作るように．配列内部を大気中の空気が直列に流
れるように構或される。

典型的には、セルを通る流れの約２５係がセルを透過し
て，約４０％１で酸素が富化されたガスを作る。

酸素欠乏ガス又は抽残渣がセル配列を通過し，圧力容器
から出て行き，大気中に排出される。

セル配列からの出力を２つの部分流に分け，２つの部分
流の間の差圧を監視出来るようにすることが好１しい。

部分流の差圧又は比は，漏れを検出する手段として作用
する。

富化ガスがセル配列から膜監視装置を通過した後，２つ
の部分流を一緒にし，細菌渥過器に通し，顔面マスク又
はその他の患者吸入装置を取付けた差込みつきホースか
ら出て行く，この場合，酸素ボンベに特有な危険がない
。

この発明の富化装置は富化ガス源となシ．電力の利用度
によって制約を受けるのみであり，装置の部品の寿命も
｛ｌｌｉｌｌＪボンベの貯蔵容量よシずクと長く，その
為装置の信頼性並ひに安全性を高めると共に、長期間の
吸入療法を必要とする患者にとって経済的な酸素源とな
る。

この発明はいろいろな異なる形式で実施することが出来
るが，以下この発明の好１しい実施例を図面に示し且つ
詳しく説明する。

この発明の考えがこの実施例のみに制約されるものでな
く，以下の説明がその例示にすぎないことを承知された
い。

第１図は，大気中の空気を圧縮して，酸素を窒素よりも
高い割合で透過させる選択性透過膜の配列に通して，患
者が吸入する為の酸素富化ガスの流れを作る酸素富化装
置１０を示している。

富化装置１０は，２つの箱形構造で形戎されたハウジン
グ１２を持ち．空気供給構造１２ａと圧力容器構造１２
ｂとを形或する。

これらは流路１２ｃを介して互いに流体が連通ずる。

蝶形一方弁１２ｄが流路１２Ｃ内に配置され，構造１２
ａ，１２ｂから空気が流れて，後で説明する圧力容器を
加熱することが出来るようにする。

空気供給構造１２ａＶｉ大気中空気取入ポート１４と熱
排気ポート１６とを有する。

構造１２ａの内部が，冷空気領域１８，領域１８から分
割部材２２Ｋよって隔てちれた取入領域２０及び排気室
２６を含む３つの室又は領域に分けられる。

分割部材２２には２４の所に孔が開けてらって．その間
の流路となる。

室２６は分割壁２８Ｋよって室２０から隔てられ．その
分割壁がこれらの室の間に空気通路３０を構１１１ｉＬ
ている。

大気中の空気が構造の内部，好ｔＬ＜は空気通路３０の
内部に設けられたファン３２Ｋよって，空気供給構造１
２ａの中に吸込１れる。

富化装置に対する圧縮空気の流れを作る圧縮機３４が室
２０内に配置され，空気供給構造内を循環する大気中の
空気から取入マフラー３６を介して空気を吸込む。

マフラー３６及び空気供給構造１２ａは、圧縮機が空気
を取入れる際の騒音を好’ＪＬ＜’ｉｊ５０デシベル未
満に減衰させるように設計されている。

これは富化装置が家庭で患者の直ぐそばで使われるよう
に設計されているからである。

空気供給構造内を循環する空気は、圧縮機に空気を供給
する源となる他に，圧縮機に対する冷却空気源となる。

回転子にファンを取付けた圧縮機を別個のファン３２０
代，？Ｋ用いて，構造内に空気を循項させることが出来
ることは云う迄もない０ 圧縮機３４は１ ２．３ｋｇ／ｆｆｌ（ ］ ７ ５
ｐｓｉｇ ）の圧力で４ ２．５ Ｘ ］ Ｆ３乃至４
８．ＩＸＩＯ”標準ｍ３／分（約１．５乃至約１．７標
準立方フィート／分）の流量を送出するように設計され
ている。

後で説明するが．透過膜セルは，３５℃（９５Ｆ）で運
転する時，約４０条の酸素を含む富化ガスを約８リット
ル／分の割合で送出するように設計されている。

圧縮空気の圧縮熱を取去る為，圧縮空気は，冷空気室１
８内に配置された空気用ひれつき熱交換器４０に送られ
，ポート１４に入る空気が室２０に入る＠に熱交換器の
丘を直接的に通過するようにする。

この為，熱交換器４０が圧縮された空気の温度を周囲温
度よシ数度以内，例えば２．８０Ｃ（５Ｆ）以内に下げ
ると共に，圧縮された空気中に存在する水蒸気を凝縮さ
せる。

冷却された後，圧縮空気が逆止弁４２を通って水蒸気分
離装置４４に入り，こ＼で復水が圧縮空気から取去られ
．浮き４６がとがって来て復水が以下説明するように蒸
発用に送出される壕で，分離装置のトラップ内に保持さ
れている。

圧縮空気から復水が分離された後，空気が２酸化窒素を
取除くスクラツバ４８に通される。

２酸化硫黄及び化学的に活性を持つその他の汚染物は．
スクラツバに達する＠に，圧力装置の表面又は復水との
反応によって取去られる。

この後，圧縮空気が配管５３Ｋ入っている逆止弁５１及
び逃Ｌ弁５２を介して圧力容器５０Ｋ送られる。

第３図に圧力容器５０の内部に配置ざれる膜のセル配列
６０が示されている。

容器５０は全体的ＭＵ字形の室部分５０ａと，周知のよ
うにガスケット５５及び適当な締付け手段（図に示して
ない）によって室部分５０ａと密封係合するカバ一部分
５０ｂとを含む。

図を見易くする為，セル配列６０は２つの透過膜セル６
１，６２Ｌか示してない。

各セルは全体的に矩形の基体６４を持っている。

多孔質の支持材料を持っていてもよいが，選択性透過膜
６６が各々の基体の主面のｈＫ配置される。

膜６６も矩形であるが，基体６４より寸法が小さく，膜
がテーブ６８又はその他の適当な手段によって基体に取
付けられた時，基体の周縁部分が露出する。

このテープ又はその他の手段が膜の周縁並びに基体の露
出部分に重なる。

各々の基体はその主面の間を横方向に伸びる中心通路７
０を持っており．この為膜と基体との間の界面からこの
中心通路を介して富化ガスを取出すことが出来る。

通路７０から管７２が丘向きに伸びている。この管は各
々の基体内の中孔又は溝孔に支持されている。

各々の管７２が共通マニホルド７６から伸びるニツブル
７４Ｋ継手７８によって接続されている。

こうして酸素富化ガスがマニホルド７６に集められ，第
３図の導管８０を介して後で説明する制御装置へ送られ
る。

透過膜セル６１．６２は，各セルの周ＲＫ 沿ッて伸び
るガスケット８６によシ，２クの端板８２，８４と密封
係合している。

端板８２ ，８４及びセル６１，６２がボルト（図に示
してない）のような締付け手段によシ，ガスケットと密
封係合状態に保たれる。

端板８２がセル配列のＬ側の端の近くに空気入口ポート
８２ａを持ち，圧縮空気がこのポートを介してセル配列
に入る。

セル６１の基体６４ｉｉその下端に流れポー｝６１ａを
持ち，この為圧力容器からポート８２ａＫ入った空気が
セル６１の左側の膜６６に沿って下向きに流れ，ポ−ト
６１ａを通り、セル６１及び６２の間をＥ向きに流れる
。

セル６２の基体６４もその丘端ＫＲ．れポート６２ ａ
を持ち，圧縮空気がセル６２の右側の膜に沿って下向き
に流れるようにする為のかけ渡し流れポートとなる。

端板８４がその下端に排気ポート８４ａを持ち，こ＼か
ら酸素欠乏空気又は抽残渣が，圧力容器５０内を通る排
気導管９０に送出され，後で説明するように監視並びに
排気が行なわれる。

膜６６ｔ−ｊ． ンリコーン・コム及ヒホリフエニレン
・エーテルを含めて何種類かのいづれのものでちっても
よい。

膜自体は周知の方法で作ることが出来る。

この発明は吸入療法用の酸素富化源を使う為のものであ
るから，酸素富化ガスは４０係の酸素を含んでいなけれ
ばならない。

この程度の富化ニハ，ポリフエニレン・エーテルの膜が
好１しい。

各々の透過膜セルの透過距離が約１ミクロン程度又はそ
れ以下であることが好ｔＬい。

膜のセル配列６０は，透過膜セル６１．６２Ｋわたって
直列の流れを生ずる。

２つのセルを示してあるが、第４図に示すように複数個
のセルを用い、セル６１Ｋ対応する形式のセルをセル６
２Ｋ対応する形式のセルと交互に配置して，多重直列流
の膜のセル配列を用いることが出来ることは云う迄もな
い。

セルの中で漏れが生じたかどうかを判断する為，セル配
列を監視するのが望ｔＬいことが判った。

この目的の為，第４図のセル配列１００を第１図に示す
実施例に使うのが好１Ｌい。

セル配列１００はセル６１及び６２に対応する２群のセ
ルを持っている。

セル配列１００は、各群のセルからの抽出管７２が別々
のマニホルドに蔽続され、これから説明するようＫ％セ
ル配列の性能を監視することが出来るように，導管１０
１ ，１０２から２つの出力流を取出す他は，その構戒
カセル配列６０と同様である。

膜６１，６２２５Ｅ平坦で矩形であるものとして示され
ているが，円筒形及び円形セルを含めた他の形を利用す
ることも出来ることは勿論である。

第１図について説明すると，装置の圧力が抽残渣配管９
０に設けられた適当な弁１１０Ｋよって制御される。

弁１１０は二一ドル弁．逃し弁又は調節可能なオリフイ
スを持つその他の任意の形式の弁であってよい。

一定の温度では，膜のセル配列からの富化空気の出力は
，膜の前後の差圧に正比例する。

弁１１０を調節することによシ．圧力計１１８で監視さ
れる装置の圧力を制御することが出来る。

こうして富化ガスの流量を変えることが出来る。

３５°Ｃ（９５Ｆ）で１ ２． ３ ｋｇ／ｃｒｔｔ
（ ］ ７ ５ ｐｓｉ）の圧縮空気を毎分２８リット
ルづつ膜のセル配列に送出すと，セル配列が毎分８リッ
トルの割合で，約４０係の酸素を含む酸素富化ガスを生
或することが判った。

この富化により，抽残渣の酸素含有量は約１３％になる
。

配管９０の途中で閉塞部１１４より丘流側にある圧力計
及び空気圧スイッチ１１２Ｉ／７：より、抽残渣の流れ
が監視される。

配管９０の圧力がセル配列の動作範囲より下がると，後
で詳しく説明する電気空気圧式スイッチ１１２が警報装
置を作動する。

抽残渣配管９０の圧力が高くなると，圧力逃し弁１１６
が配管の圧力を逃す。

抽残渣は導管９０Ｋより，排気室２６内に設けられた排
気マフラー１２０筐で運ばれる。

こうして酸素欠乏空気が大気中の空気と混合されて，ポ
ート１６から大気中に放出される。

分離装置４４からの復水が抽残渣配管に送込１れ、抽残
渣の流れと共に排気室２６内に設けられた水蒸発器１２
１へ運ばれ，この為，抽残渣がマフラー１２０を介して
吐出される時．水が大気中に蒸発させられる。

導管１０１，１０２Ｋよって運ばれる酸素富化ガスの分
れた出力が、２群の透過膜セルの流量比を監視すること
により，セル配列漏れ検出器として作用する。

漏れの検出は，オリフイス１２２，１２３の前後の圧力
降下を比較することによって？なわれる。

オリフイス１２２は一定のセル配列基準オリフイスであ
り，オリフイス１２３は調節自在のオリフイスであって
，最初はセル配列の所定の性能Ｋ７ｉＬでオリフイス１
２２と釣合せる。

オリフイス１ ２２ ， １ ２３の圧力降下の比を監
視する他に，セル配列の分れた出力は酸素富化ガスの流
量を測定する為にも利用される。

図示の如く，膜のセル配列監視装置が，２つの脚部を持
つマノメータ１２４で構或され，これが可変容量の貯蔵
槽１２６（例えばベロー）を持っていて，マノメータが
差圧計兼全圧計として作用し得るようＫｅっている。

可変容量貯蔵槽１２６に流体１２８が入っておシ，これ
がマノメータの夫々の脚部の圧力に対して露出し，脚部
の中で移動して圧力並びＫ流量を可視的に表示する。

流体１２８の液位を止めねじ１２９によってゼロ点に設
定する。

ベロー１２６かばね１３０Ｋよって偏圧され，それぞれ
導管１０１，１０２と連通ずるマノメータの脚部内の全
圧に応答して，貯蔵槽の容積が拡がるようになっている
。

導管１０１，１０２内の圧力が等しければ．液位は次の
式に従って下がる。

πＤ４Ｐ Ｊｈ＝ ｓｄ・ ここでＤは貯蔵槽の直径，ｄは管の直径．Ｐは圧力，Ｒ
ははね定数，Ｊｈは液体の下がりである。

導管１０１，１０２の圧力が不平衡であると，マノメー
タの脚部の液位に違いが出る。

その平均の下がりが全圧の目安１’ｉ１ｍ／ｚる。

マノメータを使う他に，液量計１３０を設けて，合計の
出力流に比例する，分割式セル配列内の一方の脚部に於
ける流量を測定する。

導管１０１，１０２を一緒にして１本の配管１３２に１
とめ．細菌沖過器１３４Ｋ通してからホース差込み部１
３６Ｋｌｌ続する。

これにホース及び関連した吸入マスクを固定することが
出来る。

このようＫＬて酸素富化ガスが患者に供給される。

患者が顔面マスク内でせき込んだことによって起るよう
な，出力配管１３２内の背圧の変化の影響を最小限に抑
える為，配管１２７が配管１３２と貯蔵槽１２６の外側
膨張限界部との間を連通させ、こう云う期間の間マノメ
ータの平衡全とり，平均液位のが比較的影響を受けない
ようにする。

第２図は富化装置１０の電気回路を示している。

遮断器２０３を介して端子箱２０２に接続された線２０
１の両側並びに警報線２０４を遮断するスイッチ２００
Ｋより，富化装置に対する電力入力が制御される。

富化装置１０は可聴警報装置２０５及び警告灯２０６を
含む可聴及び可視警報装置を備えている。

線２０４Ｋ入っているスイッチ２０８は，主スイッチ２
００を閉じた後、警報回路を試験する為に利用される。

可聴及び可視警報装置が変圧器つき充電装置２１０を介
して給電される。

スイッチ２００を閉じると，変圧器が蓄電池２１２を充
電し，これは停電の場合、警報線２０４に給電する。

警報回路は抽残渣配管９０の圧力が設計レベルより下が
った時，警報回路を前述の如く圧縮機監視装置１１２に
よっても作動することが出来る。

富化装置を始動する時，スイッチ１１２を閉じ，警告灯
２０６を作動する。

然し，スイッチ１１２と直列に入っているスイッチ２１
６は開いておき，可聴警報装置２０５が最初は作動され
ないようにする。

スイッチ２１６は空気供給構造１２ａ内に取付けられた
感熱スイッチである。

通常の動作状態では，スイッチ２１６が閉じる前にスイ
ッチ１１２が開き．この為可聴警報装置は作動せず，抽
残渣配管内の圧力が丘昇する時，可視警報装置２０６が
オフに転ぜられる。

抽残渣の流量が少ない場合．スイッチ１１２が閉じ、両
方の警報装置２０５，２０６がオンに転ずる。

停電の場合，スイッチ１１２が閉じるや否や，両方の警
報装置２０５，２０６がオンに転ずるが，装置が冷えて
来ると，スイッチ２１６が開き，可聴警報装置２０５は
動作しなくなシ，他方可視警報装置はオンの９でいる。

マノメータ１２４を照明する灯２２０が設けられている
。

蝶形弁１ ２ｄｄ常閉感熱スイッチ及びソレノイド２２
２によって制御される。

セル配列の温度が設計点よシ高くなると，弁１２ｄが閉
じられ，それ以丘の力口熱を防止する。

セル配列がスイッチ引はずし温度よシ低い温度１で冷め
ると，弁が開かれ，室１２ｂから室１２ａへ排気するこ
とが出来るようＫなる。

以丘の説明から．カロ圧酸素富化装置が提供されたこと
が容易に理解されよう。

この発明の範囲内で，種々の変更をカロえることが出来
ることは云う迄もない。

好ましい実施例はポータブル式に設計されており，脚輪
を設けて．患者の家庭内で部屋から部屋へ転がすことが
出来るようＫなっている。

以丘説明した富化装置は圧力容器を含んでいるが，容器
及び膜のセル配列は軽量の設計である為，装置全体は完
全に組立てた時１ ５ ８．７ｋｇ（ ３ ５ ０ポン
ド）未満の重量でちり，大抵の家庭の配電回路から変更
を加えずに給電することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による膜形酸素富化装置の１実施例の
空気圧回路を示す略図，第２図は第１図に示した富化装
置に使う電気制（財）装置の回路図，第３図は圧力容器
内に収容される直列流の透過膜のセル配列の簡略断面図
，第４図はセル配列の抽出物を２つの流れに分割する直
列流形透過膜のセル配列の簡略断面図である。 主な符号の説明，５０・・・・・・圧力容器，６１，６
２・・・・・・透過膜セル ６１ａ，６２ａ・・・・・
・流れポート、６４・・・・・・基体，６６・・・・・
・選択性透過膜，７０・・・・・・中心通路，７２・・
・・・・管，８２，８４・・・・・・端板，８６−・・
・・ガスケット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 大気中の空気から酸素富化ガス全作る装置に於で，
   選択性透過膜セルの第１群及び第２群を設け、該セルは
   窒素よ９も酸素を一層高い割合で透過させるようＫ／ｚ
   っており，各々のセルはその両面に選択性透過膜を持つ
   支持基体を持ち，該膜は該基体よシ寸法が小さく，該基
   体が膜と基体との界面から富化ガスを取出す通路手段を
   持っており，膜の周縁を基体の関連する周縁に密封する
   手段を設け，前記セルを相隔てΣ平行に取付けかう基体
   の最外周縁を流体が漏れない関係に密封するガスケット
   手段を設け．第１群のセルと第２群のセルとが交代的に
   配置され，第１群のセルの基体が所定の周端でその中を
   通りぬける流路を限定すると共に第２群の基体が前記所
   定の周端とは反対側の周端でその中を通りぬける流路を
   限定することにより，ｌｖｉｌＪ記セルがその中を通る
   直列流路を限定するようにした装置。