特許 5955555 酸素濃縮器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5955555

(24)【登録日】2016年6月24日

(45)【発行日】2016年7月20日

(54)【発明の名称】酸素濃縮器

(51)【国際特許分類】

   A61M 16/10 20060101AFI20160707BHJP

【ＦＩ】

   A61M16/10 B

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-289377(P2011-289377)

(22)【出願日】2011年12月28日

(65)【公開番号】特開2013-135825(P2013-135825A)

(43)【公開日】2013年7月11日

【審査請求日】2014年12月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000112602

【氏名又は名称】フクダ電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105050

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲田 公一

(72)【発明者】

【氏名】綱嶋 俊介

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 優

(72)【発明者】

【氏名】川田 和也

(72)【発明者】

【氏名】下地 忠雄

【審査官】 金丸 治之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１７４８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０２３５５３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｍ １６／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

患者に接続される患者接続部が着脱自在に取り付けられる酸素出口と、
前記酸素出口を介して高濃度酸素を送出する高濃度酸素送出部と、
前記患者接続部が着脱自在に取り付けられる取付口と、
前記取付口を介して前記取付口に取り付けられた前記患者接続部で発生する結露を収容する蓄水ケースと、
を有し、
前記蓄水ケース内には、前記高濃度酸素送出部から前記酸素出口へ前記高濃度酸素を案内する酸素案内管が挿通され、
前記酸素案内管において前記蓄水ケース内に配置される部位は、少なくとも水分子を浸透させる濾過膜により形成されている、
酸素濃縮器。

【請求項2】

前記取付口を介して前記患者接続部内の流体を前記蓄水ケース内に吸引する結露吸引部を更に備える、
請求項１記載の酸素濃縮器。

【請求項3】

前記高濃度酸素送出部を介して前記高濃度酸素を前記患者接続部に送出する酸素投与モードと、前記結露吸引部を介して前記取付口に接続される前記患者接続部内の流体を吸引する結露除去モードとを切り替えて制御する制御部を有する、
請求項２記載の酸素濃縮器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大気から酸素濃度の高い酸素を生成する酸素濃縮器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、酸素濃縮器としては、特許文献１に示すように、呼吸器疾患の患者が在宅で酸素を吸入する在宅酸素療法（ＨＯＴ：home oxygen therapy）において使用されるものが知られている。

【0003】

酸素濃縮器は、フィルタおよび吸気タンクを通して取り込んだ室内の空気をコンプレッサにより圧縮する。酸素濃縮器は、この圧縮空気を、シーブベッド（吸着塔）に通過させることにより、圧縮空気から高濃度の酸素を分離し、さらに、その高濃度酸素を加湿する。シーブベッドには、加圧空気に対して窒素を吸着し減圧空気に対して窒素を脱着する性質を持つ吸着材（例えば、ゼオライト）が充填されている。加湿後の高濃度酸素は、使用時に患者が装着する鼻腔カニューラ（以下、単にカニューラと呼ぶ）或いは酸素マスクを介して患者体内に供給される。

【0004】

図１は、酸素濃縮器に接続されるカニューラを示す図である。図１に示すように、カニューラ１は、一般的に、酸素濃縮器の酸素出口に接続されたチューブ２に、例えば水トラップ３のような結露除去機構を介して連結されることがある。

【0005】

水トラップ３は、図２に示すように、上端部でカニューラ１に接続されるとともに下端部でチューブ２に接続された中空体である。中空体の内部には、チューブ２の端部に接続された管４が底面から立設して設けられている。この管４の周囲に水溜め空間５が形成されている。室内の空気の湿度が高い場合に、チューブ２内の高濃度酸素に含まれる水蒸気が凝縮して結露が発生する。発生した結露は、チューブ２内の気流、つまり、酸素濃縮器からの圧力によってカニューラ１側に押し出される。カニューラ１側に押し出された結露は、水トラップ３の水溜め空間５内に貯留される。これにより、水トラップ３は、カニューラ１側に結露が流れることを防止し、カニューラ１を介して鼻孔に水分が入ることを防いでいる。また、水トラップ３内に貯留した水分は定期的に廃棄したり、水トラップ３を交換するなどのメンテナンスを行うことによって、チューブへの再流入を防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００３−３４５０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

図３（ａ）に、酸素濃縮器とカニューラとの間に水トラップを介設した構成を模式的に示す。図３（ａ）に示す構成では、酸素投与の際における酸素濃縮器６の圧力により、チューブ２内の結露（結露発生ポイントＫ１参照）を水トラップ３まで押し出すことができる。これにより、チューブ２内の結露は除去される。

【0008】

しかしながら、水トラップ３からカニューラ１の先までの酸素伝達経路内、特に、水トラップ３からカニューラ１までを繋ぐ接続チューブ７（図２の距離Ａの部分に対応）内の結露発生ポイントＫ２で発生した結露は、接続チューブ７内で発生する表面張力と、水トラップ３側から掛かる酸素投与のための圧力によって、水トラップ３側に落ちにくくなっている。

【0009】

このように、図３（ａ）に示すように、従来の構成では、患者のカニューラ１の使用中において、水トラップ３とカニューラ１との間の接続チューブ７及びカニューラ１内で結露により発生した結露による水滴を除去することはできない。

【0010】

よって、酸素濃縮器６に接続されるカニューラ１を含む酸素伝達経路内の結露を除去する際には、図３（ｂ）に示すように、まず、カニューラ１を患者から外す。その後で、作業者Ｙが、酸素濃縮器６の酸素出口６ａ（図３（ａ）参照）からチューブ２の基端部を外し、この外したチューブ２の基端部に、手動ポンプ８を取り付ける。そして、この手動ポンプ８を介して、作業者Ｙはチューブ２内に圧力を付与する。

【0011】

これにより、チューブ２内の水滴を水トラップ３に流すとともに、水トラップ３からカニューラ１の先までの酸素伝達経路内の水滴を、カニューラ１の先の開口部を介して外部に放出することができる。

【0012】

このように作業者Ｙによって酸素濃縮器に接続されるカニューラ１を含む患者接続部としての酸素伝達経路（チューブ２、水トラップ３、接続チューブ７及びカニューラ１）内の結露を除去する作業は、カニューラ１の先の開口部から水を外部に放出させる。このため、カニューラ１の開口部にティッシュペーパー或いは布などを当てて、外部に放出される水を吸収して処理する必要があり、手間がかかるものとなっている。

【0013】

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、高濃度酸素を供給する際に発生する結露を煩雑な手間を掛けることなく、容易に好適に除去して、鼻腔カニューラ等を含む患者接続部を介して患者に高濃度酸素を好適に供給できる酸素濃縮器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の酸素濃縮器の一つの態様は、患者に接続される患者接続部が着脱自在に取り付けられる酸素出口と、前記酸素出口を介して高濃度酸素を送出する高濃度酸素送出部と、前記患者接続部が着脱自在に取り付けられる取付口と、前記取付口を介して前記取付口に取り付けられた前記患者接続部で発生する結露を収容する蓄水ケースとを有し、前記蓄水ケース内には、前記高濃度酸素送出部から前記酸素出口へ前記高濃度酸素を案内する酸素案内管が挿通され、前記酸素案内管において前記蓄水ケース内に配置される部位は、少なくとも水分子を浸透させる濾過膜により形成されている構成を採る。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、高濃度酸素を供給する際に発生する結露を煩雑な手間を掛けることなく、容易に好適に除去して、鼻腔カニューラ等を含む患者接続部を介して患者に高濃度酸素を好適に供給できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】従来の装置の構成を示す模式図

【図2】従来の装置の構成を示す模式図

【図3】従来の装置の構成を示す模式図

【図4】本発明の一実施の形態に係る酸素濃縮器の概略構成を示す模式図

【図5】同酸素濃縮器における酸素濃縮機構の概略構成を示す図

【図6】同酸素濃縮器の制御系統の概略構成を示すブロック図

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0018】

図４は、本発明の一実施の形態に係る酸素濃縮器の概要を示す模式図である。

【0019】

図４に示す酸素濃縮器１００は、接続されるカニューラ１０を介して高濃度酸素を患者に供給するものであり、濃縮器の筐体１００ａに、カニューラ１０及びチューブ２０内で発生する結露を蓄水する蓄水ケース５０を備える。

【0020】

具体的には、酸素濃縮器１００は、酸素出口１０１と、大気から高濃度酸素を生成して酸素出口１０１を介して外部に送出する高濃度酸素送出部３０と、吸引口（取付口）１０３と、吸引口１０３を介して外部の空気を吸引する結露吸引部４０と、蓄水ケース５０とを有する。

【0021】

酸素出口１０１及び吸引口１０３は、それぞれ酸素濃縮器１００の筐体１００ａに設けられている。これら酸素出口１０１及び吸引口１０３は、それぞれカニューラ１０のチューブ２０が着脱自在に取り付けられる。図４では、チューブ２０は吸引口１０３に接続されている。なお、カニューラ１０及びチューブ２０によって、患者に接続される患者接続部が構成される。

【0022】

高濃度酸素送出部３０は、取り込んだ大気を空気圧縮部１２５で圧縮して酸素濃縮機構部１９０に送出し、この酸素濃縮機構部１９０で高濃度酸素を生成し、この高濃度酸素を、酸素出口１０１を介して外部に放出する。なお、高濃度酸素は、酸素出口１０１から放出される前に加湿される。そして、酸素出口１０１から放出される高濃度酸素は、酸素出口１０１に接続されるチューブ２０と、カニューラ１０とを介して患者に投与される。

【0023】

また、結露吸引部４０は、吸送気調整部１２０における空気圧縮部１２５を有し、この空気圧縮部１２５を用いて、吸引口１０３に接続されるチューブ２０及びカニューラ１０内の結露を酸素濃縮器１００側に吸引する。結露吸引部４０は、吸送気調整部１２０によって、例えば、空気取入部１１０により空気圧縮部１２５に導入される原料空気の導入口を、結露吸引のための流路１２９（後述する）が接続される接続口に切り替えることで形成されてもよい。吸引した空気は結露吸引部４０（ここでは空気圧縮部１２５）直接排気される。ここでは、結露吸引部４０は、流路１２９を用いる吸引によって、吸引口１０３を介して結露を吸引して、水トラップである蓄水ケース５０内に集水する。

【0024】

蓄水ケース５０は、酸素濃縮器１００内に配設されている。蓄水ケース５０は、チューブ２０及びカニューラ１０内で結露が発生している場合、吸引によってチューブ２０から流れ出る水滴（結露）を集めて貯留することによって結露を蓄水する。なお、この蓄水ケース５０内に、バクテリア類を除去する除去機構（フィルタなど）を配置して、この除去機構を経由して蓄水ケース５０内における蓄水が行われるようにしてもよい。

【0025】

このような酸素濃縮器１００の構成を詳細に説明する。
図５は、酸素濃縮器１００の要部構成を示すブロック図であり、詳細には、酸素濃縮器１００における配管系統の概略構成を示す図である。

【0026】

酸素濃縮器１００はＰＳＡ式の酸素濃縮器であり、高濃度酸送出部３０は、空気圧縮部１２５と、酸素濃縮機構部１９０とに加えて、空気取入部１１０を有する。なお、空気圧縮部１２５は、ここでは、高濃度酸素送出部３０及び結露吸引部４０の双方に含まれるものして説明するが、これに限らず、高濃度酸素送出部３０及び結露吸引部４０のそれぞれに設けた構成としてもよい。この場合、高濃度酸素送出部３０では圧縮空気を生成するために用いられ、結露吸引部４０では結露を吸引するために用いられる。

【0027】

酸素濃縮機構部１９０は、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）部１３０と、酸素貯留部１４０と、酸素供給部１５０とを備える。なお、本実施の形態では、酸素濃縮器を据置型の酸素濃縮器として説明するが、これに限らず、携帯型の酸素濃縮器としてもよい。

【0028】

空気取入部１１０は、原料空気となる外気を本体（筐体）内に取り入れる部分で、吸気フィルタ１１１、ヘパフィルタ１１２等を備えている。吸気フィルタ１１１は、本体に設けられた空気取入口１１３を介して導入された原料空気からゴミや埃等の空中浮遊粒子を除去する。ヘパフィルタ１１２は、吸気フィルタ１１１により除去されなかった微細粒子を除去する。

【0029】

吸送気調整部１２０は、空気圧縮部１２５を有し、この空気圧縮部１２５を用いて、空気取入部１１０を介して導入された原料空気を圧縮して圧縮空気を生成する。なお、空気圧縮部１２５は、所謂、コンプレッサであり、この空気圧縮部１２５の上流（ヘパフィルタ１１２の下流）には、空気圧縮部１２５の動作音に対して消音効果を発揮する膨張型消音器（サイレンサ）を配設するのが望ましい。

【0030】

吸送気調整部１２０の空気圧縮部１２５により生成した圧縮空気は、酸素投与モード時において、流路１２７を介してＰＳＡ部１３０に送出される。

【0031】

また、吸送気調整部１２０は、結露除去モード時において、空気圧縮部１２５を用いて、流路１２９から吸引を行う。なお、この流路１２９は、空気圧縮部１２５と吸入口１０３とを連結する。この流路１２９の途中には、蓄水ケース５０が介設されている。

【0032】

吸送気調整部１２０は、例えば、空気圧縮部１２５で生成される圧縮空気を用いて真空状態を形成し、この真空圧により流路１２９及び吸引口１０３を介して外気を吸引する。ここでは、吸送気調整部１２０によって、流路１２９内における流体は、高濃度酸素送出部３０が高濃度酸素を送出する際の圧力よりも大きい圧力で吸引される。

【0033】

また、吸送気調整部１２０は、制御部１６０（図６参照）からの指示によって、酸素投与モード或いは結露除去モードに対応して動作する。

【0034】

なお、吸送気調整部１２０は、制御部１６０を介さずに操作部１８１に設けたスイッチによって各モードを機械的に選択して対応する動作を行うようにしてもよい。また、吸引口１０３に、カニューラ１０のチューブ２０の着脱自在を検知するセンサを設け、このセンサからの信号によって、各モードを適宜選択するようにしてもよい。すなわち、チューブ２０を吸引口１０３に取り付けた際に、取り付けた状態をセンサが検知して、その旨を示す信号（結露除去モードを示す信号）が吸送気調整部１２０に入力されることによって、吸送気調整部１２０は空気圧縮部１２５を介して吸引を行う。

【0035】

ＰＳＡ部１３０は、空気圧縮部１２５で生成された圧縮空気から窒素を分離して高濃度酸素を生成し、これを酸素貯留部１４０に送出する。ＰＳＡ部１３０は、流路切替部１３１、排気サイレンサ１３２、シーブベッド（吸着塔）１３３Ａ、１３３Ｂ、パージオリフィス１３４、均圧弁１３５、逆止弁１３６Ａ、１３６Ｂ等を備えている。

【0036】

流路切替部１３１は、４つの切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４を備えたマニホールド（多岐管）で構成され、空気圧縮部１２５で生成された圧縮空気をシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂに交互に送出するとともに、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂを交互に大気圧に開放して窒素富化空気を排出する。

【0037】

具体的には、流路切替部１３１では、切替弁ＳＶ１が“開”、切替弁ＳＶ２が“閉”とされることにより、空気圧縮部１２５からシーブベッド１３３Ａに向かう流路が開通される一方で、シーブベッド１３３Ａから排気サイレンサ１３２に向かう流路が閉鎖される。同時に、流路切替部１３１では、切替弁ＳＶ３が“閉”、切替弁ＳＶ４が“開”とされることにより、空気圧縮部１２５からシーブベッド１３３Ｂに向かう流路が閉鎖される一方で、シーブベッド１３３Ｂから排気サイレンサ１３２に向かう流路が開通される。この場合、空気圧縮部１２５で生成された圧縮空気がシーブベッド１３３Ａに送出され、シーブベッド１３３Ｂからは窒素富化空気が放出されて排気サイレンサ１３２を介して排気されることとなる。

【0038】

また、切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４が上記と逆の状態となっている場合は、空気圧縮部１２５で生成された圧縮空気がシーブベッド１３３Ｂに送出され、シーブベッド１３３Ａからは窒素富化空気が放出されて排気サイレンサ１３２を介して排気されることとなる。切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４の開閉状態は、例えば１０秒間隔で切り替えられる。

【0039】

排気サイレンサ１３２は、酸素濃縮器１００の本体（筐体）に設けられた排気口（図示略）に接続され、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂから放出された窒素富化空気を本体の外部に排出する際の排気音を消音する。

【0040】

シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂは、流路切替部１３１を介して送られてきた圧縮空気から窒素を分離し、高濃度酸素を生成する。シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂには、酸素より窒素を早く吸着する性質を有するゼオライト等の吸着材が充填されている。

【0041】

シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂは、流路切替部１３１によって空気圧縮部１２５からの流路が開通されているとき、圧縮空気が送り込まれて加圧状態となる。このとき、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂでは、窒素および水分が吸着され、酸素だけが通過するため、高濃度酸素が生成される（吸着工程）。

【0042】

シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂで生成される高濃度酸素の濃度は、例えば９０％程度に調整される。また、ゼオライトは窒素のみならず水分をも吸着するので、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂで生成される高濃度酸素は極めて乾燥した状態となる（例えば湿度０．１〜０．２％）。

【0043】

一方、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂは、流路切替部１３１によって排気サイレンサ１３２への流路が開通されているとき、大気圧に開放されて減圧状態となる。このとき、ゼオライトに吸着していた窒素および水分が脱離され、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂから窒素富化空気が放出され、排気サイレンサ１３２を介して排気される。これにより、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂの吸着能力が再生される（再生工程）。

【0044】

シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂは、逆止弁１３６Ａ、１３６Ｂを介して酸素貯留部１４０の製品タンク１４１に接続されている。逆止弁１３６Ａ、１３６Ｂは、製品タンク１４１に貯留された高濃度酸素がシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂに逆流するのを防止する。

【0045】

また、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂの下流側は、パージオリフィス１３４を有する配管で接続されている。一方のシーブベッド１３３Ａ（又は１３３Ｂ）で生成された高濃度酸素は、逆止弁１３６Ａ（又は１３６Ｂ）を介して酸素貯留部１４０に送出されるとともに、パージオリフィス１３４を介して他方のシーブベッド１３３Ｂ（又は１３３Ａ）に送出される。生成された高濃度酸素の一部が他方のシーブベッド１３３Ｂ（又は１３３Ａ）に送り込まれることにより、当該シーブベッド１３３Ｂ（又は１３３Ａ）の再生工程が効率よく行われる。パージオリフィス１３４のオリフィス径によって、それぞれの流路における高濃度酸素の流量が制御される。

【0046】

また、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂの下流側は、均圧弁１３５を有する配管で接続されている。再生工程にあるシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂを吸着工程に切り替える際、減圧（大気圧）下にそのまま圧縮空気を流入させると窒素の吸着効率が悪い。そのため、切替時に均圧弁１３５が“開”とされ、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂの圧力が平均化される。

【0047】

このようにシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂに圧縮空気が送り込まれて加圧状態になると、窒素及び水分が吸着されて酸素だけが通過し、高濃度酸素が生成される。一方、窒素を吸着したシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂが減圧状態（例えば大気圧）に戻されると、吸着していた窒素が脱離して放出され、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂの吸着能力が再生される。つまり、ＰＳＡ部１３０において、２本のシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂで交互に加圧減圧を繰り返すことにより、連続して高濃度酸素が生成される。

【0048】

酸素貯留部１４０は、ＰＳＡ部１３０で生成された高濃度酸素を一時的に貯留しておく部分である。酸素貯留部１４０は、製品タンク１４１、圧力調整部（圧力レギュレータ）１４２、酸素センサ１４３、圧力センサ１４４及び流量調整部１４６等を備えている。

【0049】

製品タンク１４１は、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂで生成された高濃度酸素を貯留するための容器である。シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂから送出された高濃度酸素を一旦、製品タンク１４１に貯留しておくことにより、高濃度酸素の濃度変動および圧力変動が抑制されるので、使用者に安定した濃度および流量で高濃度酸素を供給できる。

【0050】

圧力調整部１４２は、供給する高濃度酸素の流量を制御するために、高濃度酸素の圧力を使用に適した一定圧に調整する。製品タンク１４１に貯留されている高濃度酸素の圧力は、製品タンク１４１への流入又は製品タンク１４１からの流出がある限り少なからず変動する。この場合、正確な流量制御が困難となる上、酸素センサ１４３による正確な濃度測定が困難となる。これを考慮して、圧力調整部１４２により高濃度酸素が一定圧に調整されるようになっている。

【0051】

酸素センサ１４３は、圧力調整部１４２から送出された高濃度酸素の濃度を、所定の間隔（例えば２０分）又は連続して検出する。酸素センサ１４３には、例えばジルコニア式や超音波式のセンサが好適である。測定対象となる高濃度酸素の圧力が変動していると正確な測定が困難となるため、一般には、酸素センサ１４３は圧力調整部１４２の下流に流量制限オリフィス１４５を介して接続される。

【0052】

圧力センサ１４４は、製品タンク１４１に貯留された高濃度酸素の圧力を検出する。圧力センサ１４４による検出結果に基づいて、製品タンク１４１に貯留された高濃度酸素の圧力が正常な範囲に保持されているかを確認できる。

【0053】

流量調整部１４６は、圧力調整部１４２から送出された高濃度酸素の流量を調整する。調整後の酸素流量を示す信号は、制御部１６０に出力される。この流量調整部１４６としては、例えば、複数のオリフィスを備えて所望の流量に合ったオリフィスを選択して用いられるようにしたオリフィス式の流量設定器や、ニードルバルブを用いたニードルバルブ式の流量設定器が挙げられる。

【0054】

酸素供給部１５０は、酸素貯留部１４０から送出された高濃度酸素を、使用者の呼吸に同調して酸素出口１０１から放出する部分である。酸素供給部１５０は、バクテリアフィルタ１５１および圧力センサ１５３等を備えている。

【0055】

バクテリアフィルタ１５１は、使用者に清浄な高濃度酸素を供給するために、高濃度酸素に含まれる細菌類を捕集して除菌する。

【0056】

圧力センサ１５３は、使用者の呼吸を検出するためのセンサであり、バクテリアフィルタ１５１の下流側（バクテリアフィルタ１５１と酸素出口１０１を結ぶ流路）に流量制限オリフィス１５４を介して接続されている。

【0057】

バクテリアフィルタ１５１を通過した高濃度酸素は、酸素出口１０１の上流に配置された蓄水ケース５０を通過して加湿され、その後、酸素出口１０１に接続された鼻カニューラや酸素マスク（ここではカニューラ１０に接続されたチューブ２０）を介して使用者に供給される。

【0058】

蓄水ケース５０は、所謂、水トラップであり、吸送気調整部１２０と吸引口１０３とを接続する流路１２９の途中に介設されるものである。この構成により、流路１２９内を吸送気調整部１２０側に吸引すると、蓄水ケース５０と吸引口１０３までの間における流路内の流体、吸引口１０３に接続されるチューブ２０内の流体及びカニューラ１０内の流体は、蓄水ケース５０内に集められる。

【0059】

また、蓄水ケース５０の内部（蓄水領域）には、酸素貯留部１４０と酸素出口１０１とを接続する高濃度酸素の流路（具体的には、バクテリアフィルタ１５１と酸素出口１０１とを接続する高濃度酸素の流路）となる酸素案内チューブ３２が挿通されている。

【0060】

この酸素案内チューブ３２において、蓄水ケース５０内に配置されるケース内部位３２ａは、酸素案内チューブ３２内を流れる高濃度酸素を加湿する加湿用濾過膜により形成される。この加湿用濾過膜は、少なくとも水分子を浸透する膜であり、水分子のみを浸透するイオン交換膜、中空糸膜等により形成される。ここでは、蓄水ケース５０内に配置される酸素案内チューブ３２のケース内部位３２ａは、中空糸膜で形成されている。これにより、蓄水ケース５０内に溜まる水によって、蓄水ケース５０内の酸素案内チューブ３２における部位（中空糸膜）３２ａ内を通過する高濃度酸素は、加湿される。なお、蓄水ケース５０に溜まる水は、蓄水ケース５０内にバクテリア類を除去する除去機構（フィルタなど）を配設した場合、この除去機構を経由して蓄水ケース５０内に蓄水される。また、酸素案内チューブ３２、流路１２９は、酸素濃縮機構部１９０、空気圧縮部１２０とともに、筐体１００ａ内に配置されている。このため、酸素案内チューブ３２、流路１２９は、酸素濃縮機構部１９０、空気圧縮部１２０の駆動により温められ、結露を発生させない構成となっている。

【0061】

図６は、本実施の形態に係る酸素濃縮器の制御系統の概略構成を示す図である。

【0062】

図６に示すように、制御部１６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１６１、ＲＡＭ（Random Access Memory）１６２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１６３等を備えている。ＣＰＵ１６１は、処理内容に応じたプログラムをＲＯＭ１６３から読み出してＲＡＭ１６２に展開し、展開したプログラムと協働して酸素濃縮器１００の各ブロックの動作を制御する。

【0063】

また、制御部１６０は、酸素投与モードと、結露除去モードとによって、各ブロックの動作を制御する。酸素投与モードは、患者に高濃度酸素を供給する通常のモードであり、結露除去モードは、酸素濃縮器１００に接続されたチューブ２０及びカニューラ１０内に発生する結露を除去するモードである。すなわち、制御部１６０は、図４に示す高濃度酸素送出部３０を介して高濃度酸素をカニューラ１０及びチューブ２０に送出する酸素投与モードと、結露吸引部４０を介して吸引口（取付口）１０３に接続されるチューブ２０及びカニューラ１０内の流体を吸引する結露除去モードとを切り替えて制御する。

【0064】

ここでは、制御部１６０は、チューブ２０の付け替えとともに行われる操作部１８１からの信号の入力に基づいて、酸素投与モードと結露除去モードとを切り替えて実行する。

【0065】

なお、結露除去モードの設定は、操作部１８１の操作により入力される信号に基づいて制御部１６０が実行する構成としたが、これに限らない。例えば、酸素濃縮器１００では、操作部１８１の結露除去用モードの操作ボタンに代えて、吸引口１０３へのチューブ２０の装着を検出する装着検出部を設ける。そして、この装着検出部からの信号によって吸送気調整部１２０が結露除去モードを実行する（結露吸引動作を行う）ようにしてもよい。

【0066】

具体的に説明すると、制御部１６０には、酸素貯留部１４０の酸素センサ１４３、酸素供給部１５０の圧力センサ１５３、濃縮器本体内部に設置される温度センサ１７１、その他の各種センサからの検出信号が入力される。なお、吸引口１０３へのチューブ２０の装着を検出する装着検出部を設けた構成とした場合、この装着検出部からの検出信号（結露除去モード指示を示す信号に相当）が制御部１６０に入力される。これにより結露除去モードが設定される。

【0067】

また、患者に高濃度酸素を投与する際（酸素投与モード時）に、操作ボタン等を有する操作部１８１を介して、使用者による供給流量の設定が行われた場合に、制御部１６０には設定流量を指示する操作信号が入力される。

【0068】

また、制御部１６０には、操作部１８１或いは装着検出部等を介して結露除去モードを指示する信号が入力される。なお、操作部１８１に、患者に投入する酸素の設定流量などを調整するボタンの他に、モード変更ボタンを設けて結露除去モードを設定する構成としてもよい。このモード変更ボタンの押圧によって、結露除去モードを指示する信号が、操作部１８１から制御部１６０に出力される。

【0069】

これらの入力信号に基づいて、制御部１６０は、酸素投与モードでは、空気圧縮部１２５の駆動モータの回転数を制御したり、流路切替部１３１の切替弁ＳＶ１〜ＳＶ４を制御したりする。このような制御により、酸素濃縮器１００から設定流量で高濃度酸素が供給される。

【0070】

また、結露除去モードでは、制御部１６０は、吸送気調整部１２０を介してカニューラ１０及びチューブ２０内に発生する結露を吸引する。具体的には、結露除去モードにおける制御部１６０は、吸送気調整部１２０を介して、空気圧縮部１２５により生成される圧縮空気を用いて吸引力を発生させて、吸引口１０３から外気の吸引を行う。すなわち、制御部１６０は、吸送気調整部１２０を介して、空気圧縮部１２５からＰＳＡ部１３０に送出される圧縮空気の流路を遮断するとともに、吸引口１０３及び流路１２９による吸引流路を確立する。なお、この結露除去モードでは、制御部１６０は、酸素投与モードで使用する各ブロックの動作を停止してもよい。

【0071】

また、制御部１６０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などからなる表示部１８２における表示に係る制御や、スピーカ１８３からの音声出力に係る制御を行う。表示部１８２およびスピーカ１８３は、使用者に各種の情報を報知する際に用いられる。

【0072】

図示を省略するが、酸素濃縮器１００に無線ＬＡＮ（Local Area Network）やBluetooth（登録商標）等の通信ネットワークに接続可能なインターフェースを設け、外部機器との間で各種データを送受信できるようにしてもよい。

【0073】

＜酸素投与モードでの動作＞
本実施の形態の酸素濃縮器１００は、まず、通常の機能として、高濃度酸素を生成して、生成した高濃度酸素を患者に供給する。

【0074】

すなわち、酸素濃縮器１００では、空気取入部１１０から原料となる空気を導入し、導入した空気は、吸送気調整部１２０において空気圧縮部１２５で圧縮して、圧縮空気としてＰＳＡ部１３０に送出する。

【0075】

ＰＳＡ部１３０では、ゼオライト等の吸着剤が充填された２本のシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂに圧縮空気が送り込まれて加圧状態になると、窒素及び水分を吸着して酸素だけを通過させる。これによりＰＳＡ部１３０は、高濃度酸素を生成する。一方、窒素を吸着したシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂは、減圧状態（例えば大気圧）に戻されると、吸着していた窒素が脱離して放出され、シーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂの吸着能力が再生される。つまり、ＰＳＡ部１３０において、２本のシーブベッド１３３Ａ、１３３Ｂで交互に加圧減圧を繰り返すことにより、連続して高濃度酸素を生成することができる。

【0076】

このようにＰＳＡ部１３０で生成された高濃度酸素は、一旦、酸素貯留部１４０の製品タンク１４１に貯留された後、圧力調整部１４２により一定圧力に調整される。そして、高濃度酸素は、流量調整部１４６において設定された所定流量で、酸素供給部１５０の酸素出口１０１から送出される。高濃度酸素は、酸素出口１０１から外部に送出される前に、酸素案内チューブ３２のケース内部位３２ａを介して蓄水ケース５０内を通過している。このため、酸素出口１０１から送出される高濃度酸素は、水分が供給されて衛生的に加湿された状態で、送出される。酸素出口１０１には、チューブ２０を介してカニューラ１０が接続されており、このカニューラ１０を介して、加湿された高濃度酸素は使用者（患者）に投与される。

【0077】

このように酸素濃縮器１００で患者に高濃度酸素を供給すると、酸素出口１０１から患者までの流路（カニューラ１０及びチューブ２０）内を流れる高濃度酸素の水蒸気が凝縮することにより、流路内に結露が発生する。次に、この結露を除去するための結露除去モードでの動作を説明する。

【0078】

＜結露除去モードでの動作＞
カニューラ１０及びチューブ２０内の結露を除去する場合、先ず、カニューラ１０に接続されたチューブ２０を酸素出口１０１から外して、吸引口１０３に付け替える。また、患者からカニューラ１０を外す。そして、酸素濃縮器１００の操作部１８１を介して結露除去モードを設定する。なお、吸引口１０３に、チューブ２０の装着を検出する装着検出部を設けた構成であれば、チューブ２０を吸引口１０３に装着するだけで、結露除去モードとして制御部１６０或いは吸送気調整部１２０に設定できる。

【0079】

この設定に基づいて、制御部１６０は、吸送気調整部１２０を介して空気圧縮部１２５と吸引口１０３とを連結して結露除去処理を実行する。具体的には、吸送気調整部１２０が空気圧縮部１２５からＰＳＡ部１３０に送出される圧縮空気の空気流路を変更して、空気圧縮部１２５と流路１２９とを接続する。加えて、吸送気調整部１２０は、空気圧縮部１２５により生成される圧縮空気を用いて吸引力を発生して流路１２９内を吸引するようにする。これにより、吸送気調整部１２０は、途中に蓄水ケース５０が介在する流路１２９を介して吸引口１０３から外気を吸引する。

【0080】

すると、吸引口１０３に装着されたチューブ２０及びチューブ２０に接続されたカニューラ１０内で発生する結露は、吸送気調整部１２０の吸引によって、吸引口１０３から酸素濃縮器１００内に流れ込む。そして、酸素濃縮器１００内に流れ込む結露は、酸素濃縮器１００の筐体１００ａ内の蓄水ケース５０に至って蓄水される。この蓄水ケース５０により結露が溜まり、カニューラ１０及びチューブ２０内の結露を除去することができる。つまり、酸素濃縮器１００では、カニューラ１０を患者から外し、カニューラ１０に接続されたチューブ２０を酸素出口１０１から吸引口１０３に付け替えてから、結露除去モードに設定すれば、カニューラ１０及びチューブ２０内の結露を除去できる。

【0081】

このように酸素濃縮器１００では、作業者が手押しポンプなどで上流側チューブ２０内に圧力を与えることなく、チューブ２０は勿論、チューブ２０に接続されたカニューラ１０内の水滴を容易に除去することができる。また、カニューラ１０から放出される水を処理するためのティッシュペーパー或いは布などが不要となり、それをカニューラ１０の開口部に当てる手間も省くことができる。これにより、煩雑な手間を掛けることなく、カニューラ１０の先端までの結露の除去を容易に且つ確実に行うことができる。よって、酸素濃縮器１００によれば、高濃度酸素を供給する際に発生する結露を好適に除去して、カニューラ１０を介して患者に高濃度酸素を好適に供給できる。

【0082】

蓄水ケース５０に溜まった水は、結露除去後に再び酸素投与を行う際に、酸素案内チューブ３２内を通過（具体的には、酸素案内チューブ３２のケース内部位３２ａ内を通過）する高濃度酸素を加湿する。これにより患者に、高濃度酸素を好適な湿度で投与できる。また、蓄水ケース５０に溜めた水を用いて、酸素濃縮器１００の外気の加湿を行うように構成してもよい。

【0083】

また、酸素濃縮器１００内の蓄水ケース５０に、結露を溜めることができるため、酸素濃縮器１００は、従来の構成と異なり、酸素出口１０１からカニューラ１０までの間に、水トラップを介設する必要がない。

【0084】

なお、蓄水ケース５０は、溜まる水を排出可能に構成されている。例えば、蓄水ケース５０を濃縮器の筐体１００ａの内部から着脱自在に取り付けた構成にすれば、蓄水量に応じて筐体１００ａから外すことによって、蓄水ケース５０に溜まった水を棄てることができる。また、蓄水ケース５０の底部に開閉自在の弁を介して排出用のチューブを取り付けることによって、適宜外部に排出するように構成してもよい。

【0085】

また、空気圧縮部１２５が、酸素投与と結露除去の双方で用いる構成としたが、これに限らない。結露除去では、空気圧縮部１２５とは別の小型コンプレッサ等の空気圧縮部や、ポンプを用いて行う構成としてもよい。その場合、吸送気調整部１２０は不要となり、制御部１６０は、酸素投与モード或いは結露除去モード毎に対応する空気圧縮部有る射場ポンプの駆動を制御すればよい。

【0086】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0087】

本発明に係る酸素濃縮器は、高濃度酸素を供給する際に発生する結露を煩雑な手間を掛けることなく、容易に好適に除去して、鼻腔カニューラ等を含む患者接続部を介して患者に高濃度酸素を好適に供給できる効果を有し、在宅酸素療法で用いられる据置型或いは携帯型の酸素濃縮器として有用である。

【符号の説明】

【0088】

１０ カニューラ
２０ チューブ
３０ 高濃度酸素送出部
３２ 酸素案内チューブ（酸素案内管）
３２ａ ケース内部位
４０ 結露吸引部
５０ 蓄水ケース
１００ 酸素濃縮器
１００ａ 筐体
１０１ 酸素出口
１０３ 吸引口（取付口）
１１０ 空気取入部
１２０ 吸送気調整部
１２５ 空気圧縮部（結露吸引部）
１２７、１２９ 流路
１５０ 酸素供給部
１６０ 制御部
１８１ 操作部
１９０ 酸素濃縮機構部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】