JP6158571B2 - 酸素濃縮器のバックアップシステム - Google Patents

Description

本発明は、酸素濃縮器のバックアップシステムに関する。

近年、肺気腫や慢性気管支炎などの慢性呼吸疾患に苦しむ呼吸不全の患者が増加している。このような呼吸不全の患者に対しては、在宅酸素療法が施されている。これにより、呼吸不全の患者であっても自宅での生活が可能となっている。在宅酸素療法では、例えば９０％程度に濃縮された高濃度の酸素が、酸素供給源から患者に供給される。酸素供給源としては、空気を吸引して酸素濃度を高める酸素濃縮器（酸素富化器）などが一般に用いられている。そして、万一の停電などに備え、酸素ボンベを常備してバックアップ可能な状態になっている（特許文献１参照）。

例えば、特許文献１に記載のシステムでは、酸素濃縮器の異常を検出した場合にバッテリー電源を用いて電磁弁を開き、酸素ボンベから酸素が供給される。これにより、酸素濃縮器に異常が発生した場合であっても、酸素ボンベから酸素を供給できる。

特許第４７２３３８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のシステムの場合、酸素濃縮器の内部に電磁弁を備える構造であり、既存の酸素濃縮器に適用することが想定されていない。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、既存の酸素濃縮器に対して構築できるバックアップシステムを提供することを目的とする。

（１）本発明は、高濃度の酸素を供給する供給口が設けられた酸素濃縮器における該供給口に接続されるバックアップシステムであって、前記供給口から患者の気道までを繋ぐメイン流路と、前記酸素濃縮器をバックアップする酸素ボンベから、前記メイン流路における前記濃縮器側逆止弁よりも患者側に設けられた分岐点までを繋ぐバックアップ流路と、前記バックアップ流路を閉じている正常状態、及び、前記バックアップ流路を開いているバックアップ状態、を切り替える状態切替え手段と、を備えることを特徴とする、酸素濃縮器のバックアップシステムである。

本発明によれば、酸素濃縮器の供給口から患者の気道までを繋ぐメイン流路の途中に設けられた分岐点に、酸素ボンベからのバックアップ流路を繋いでいるので、既存の酸素濃縮器に対してバックアップシステムを構築できる。

（２）本発明はまた、前記状態切替え手段は、前記メイン流路の内部における流量又は気圧の変化に基づいて、前記正常状態から前記バックアップ状態に切り替えることを特徴とする、上記（１）に記載の酸素濃縮器のバックアップシステムである。

上記発明によれば、簡易な構造でありながら、電磁弁を設けた場合と同様の応答性を確保できる。

（３）本発明はまた、前記メイン流路に設けられ、前記供給口への酸素の逆流を防止する濃縮器側逆止弁と、前記バックアップ流路に設けられ、前記酸素ボンベへの酸素の逆流を防止するボンベ側逆止弁と、を備えることを特徴とする、上記（２）に記載の酸素濃縮器のバックアップシステムである。

上記発明によれば、酸素ボンベへの酸素の逆流を防止するボンベ側逆止弁を備えているので、バックアップ流路がメイン流路から外れてしまった場合であっても、酸素濃縮器からの酸素は、漏れ出ることはなく、確実に患者に供給される。また、酸素濃縮器の供給口への酸素の逆流を防止する濃縮器側逆止弁を備えているので、メイン流路の酸素濃縮器側が当該メイン流路の患者側やバックアップ流路から外れてしまった場合であっても、酸素ボンベからの酸素は、漏れ出ることはなく、確実に患者に供給される。

（４）本発明はまた、前記状態切替え手段は、前記濃縮器側逆止弁と、前記ボンベ側逆止弁と、前記ボンベ側逆止弁を閉鎖する方向に付勢して、前記酸素濃縮器からの酸素の供給を、前記酸素ボンベからの酸素の供給に優先させる付勢手段と、を備えることを特徴とする、上記（３）に記載の酸素濃縮器のバックアップシステムである。

（５）本発明はまた、前記酸素ボンベから供給される酸素の量を調整する流量調整弁を備えることを特徴とする、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の酸素濃縮器のバックアップシステムである。

上記発明によれば、酸素ボンベでバックアップする酸素の量を調整できる。

（６）本発明はまた、前記メイン流路の内部において前記酸素濃縮器から供給される酸素の流量又は圧力を計測する流路内センサと、前記流路内センサの計測結果に基づいて、前記酸素ボンベから供給される酸素の量を決定するボンベ側供給量決定手段と、を備え、前記流量調整弁は、前記酸素ボンベから供給される酸素の量を、前記ボンベ側供給量決定手段で決定された酸素の量に調整することを特徴とする、上記（５）に記載の酸素濃縮器のバックアップシステムである。

上記発明によれば、流路内センサの計測結果に基づいて、酸素ボンベから供給される酸素の量を決定するので、患者に供給する酸素の量を一定に保てる。

（７）本発明はまた、前記流路内センサの計測結果を出力する計測結果出力手段、を備えることを特徴とする、上記（６）に記載の酸素濃縮器のバックアップシステムである。

上記発明によれば、計測結果出力手段の出力に基づいて、異常を容易に発見させることができる。

（８）本発明はまた、前記酸素濃縮器の起動を検出する濃縮器起動検出センサと、前記濃縮器起動検出センサが前記酸素濃縮器の起動を検出したことを契機に前記酸素ボンベを起動させるボンベ起動手段と、を備えることを特徴とする、上記（５）〜（７）のいずれかに記載の酸素濃縮器のバックアップシステムである。

酸素ボンベの起動を手動で行う必要があると仮定すると、その作業を忘れて行わなかった場合、酸素ボンベでバックアップできない。一方、上記発明によれば、酸素濃縮器の起動に連動して酸素ボンベが自動的に起動するので、酸素ボンベでバックアップできないという事態を避けることができ、安全である。

（９）本発明はまた、前記流路内センサは、前記濃縮器起動検出センサを兼ねることを特徴とする、上記（８）に記載の酸素濃縮器のバックアップシステムである。

（１０）本発明はまた、前記状態切替え手段は、前記分岐点に設けられるシャトル弁であり、前記バックアップ状態において、前記供給口から前記分岐点までの前記メイン流路を閉じることを特徴とする、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の酸素濃縮器のバックアップシステムである。

上記発明によれば、状態切替え手段をシャトル弁一つで構成することができる。このため、部品点数を削減でき、結果としてコスト削減を図れる。

（１１）本発明はまた、前記バックアップ状態を検出する状態検出センサと、前記状態検出センサが前記バックアップ状態を検出したことを契機に警報を出力する警報出力手段と、を備えることを特徴とする、上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の酸素濃縮器のバックアップシステムである。

上記発明によれば、警報出力手段の出力に基づいて、酸素ボンベによるバックアップ状態であることを容易に認識させることができる。

本発明の上記（１）〜（１１）に記載の酸素濃縮器のバックアップシステムによれば、既存の酸素濃縮器に対して構築することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明の第１実施形態に係る酸素濃縮器のバックアップシステムのブロック図である。 酸素濃縮器のブロック図である。 状態切替え手段の概略図であり、（Ａ）は正常状態を示し、（Ｂ）及び（Ｃ）はバックアップ状態を示す。 制御ユニットのハード構成を示すブロック図である。 制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。 流路内センサによって検出される酸素の量を説明する時刻歴であり、（Ａ）はバックアップ状態では酸素濃縮器からの酸素の供給が完全に停止する場合を示し、（Ｂ）はバックアップ状態であっても酸素濃縮器からの酸素の供給が停止しない場合を示す。 本発明の第２実施形態に係る酸素濃縮器のバックアップシステムにおける状態切替え手段の概略図であり、（Ａ）は正常状態を示し、（Ｂ）はバックアップ状態を示す。 本発明の第３実施形態に係る酸素濃縮器のバックアップシステムのブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る酸素濃縮器のバックアップシステムについて詳細に説明する。

［第１実施形態］まず、図１〜図５を用いて、本発明の第１実施形態に係るバックアップシステム１の構成について説明する。図１は、バックアップシステム１のブロック図である。図２は、酸素濃縮器１０のブロック図である。図３は、状態切替え手段１４の概略図である。図３（Ａ）は、正常状態を示す。図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）はバックアップ状態を示す。図４は、制御ユニット２１のハード構成を示すブロック図である。図５は、制御ユニット２１の機能構成を示すブロック図である。なお、各図において、一部の構成を適宜省略して、図面を簡略化する。そして、各図において、部材の大きさ等を適宜誇張して表現する。

図１に示されるバックアップシステム１は、在宅酸素療法に用いられる酸素濃縮器１０を、常備する酸素ボンベ１１でバックアップ可能としているシステムである。具体的に、バックアップシステム１は、酸素濃縮器１０の供給口２８（図２参照）に接続されるシステムであり、酸素ボンベ１１と、メイン流路１２と、バックアップ流路１３と、状態切替え手段１４と、開閉弁１５ａと、流量調整弁１５ｂと、流路内センサ１６と、濃縮器起動検出センサ１７と、状態検出センサ１８ａ，１８ｂと、モニター１９と、警報出力手段２０と、制御ユニット２１と、バックアップ電源（図示省略）と、等を備えている。

酸素濃縮器１０は、高濃度の酸素を患者等に供給する機器であり、空気（大気）を吸引して酸素濃度を高めている。この酸素濃縮器１０には、濃縮器起動検出センサ１７が設けられている。このような酸素濃縮器１０には、患者が以前から利用している既存のものを採用できる。具体的には、図２に示されるように、酸素濃縮器１０は、フィルター２３と、圧縮機２４と、切替え弁２５と、一対の酸素濃縮塔２６ａ，２６ｂと、加湿器２７と、供給口２８と、等を備えている。

フィルター２３は、不織布やスポンジ等からなり、取り込まれる空気の中の塵埃を濾過する。圧縮機２４は、フィルター２３を介して取り込まれた空気を圧縮する。切替え弁２５は、圧縮機２４で圧縮された空気を送り込む酸素濃縮塔２６ａ，２６ｂを切り替える。一対の酸素濃縮塔２６ａ，２６ｂは、ゼオライトなどの酸素濃縮触媒を備えている。これら一対の酸素濃縮塔２６ａ，２６ｂは、圧縮機２４で圧縮された空気が送り込まれ、昇圧する。これにより、一対の酸素濃縮塔２６ａ，２６ｂは、酸素濃縮触媒が作用して、空気中から窒素や水分を吸着する。その後、一対の酸素濃縮塔２６ａ，２６ｂは、窒素や水分を放出することで、高濃度（例えば、９０％）の酸素を生成する。加湿器２７は、酸素濃縮塔２６ａ，２６ｂで生成された高濃度の酸素を加湿する。供給口２８は、加湿器２７で加湿された高濃度の酸素を、メイン流路１２を介して患者に供給する。このような酸素濃縮器１０には、株式会社メトラン（埼玉県川口市）が市販する「ＫＭ−Ｘ ３Ｌ（商品名）」を採用できる。

図１に戻って説明する。酸素ボンベ１１は、酸素濃縮器１０をバックアップするために常備されている。この酸素ボンベ１１は、酸素濃縮器１０に異常がある場合に、当該酸素濃縮器１０の代わりに高濃度の酸素を供給する。なお、酸素ボンベ１１は、１本だけでなく、複数本を並列に常備するようにしてもよい。

メイン流路１２は、チューブ（カニューラ）等からなり、酸素濃縮器１０の供給口２８（図２参照）から患者の気道までを繋ぐ。このメイン流路１２の途中には分岐点があり、その分岐点を基点として状態切替え手段１４が設けられている。また、メイン流路１２内には、流路内センサ１６が設けられている。

バックアップ流路１３は、チューブ等からなり、酸素ボンベ１１から状態切替え手段１４までを繋ぐ。このバックアップ流路１３の途中には、開閉弁１５ａ及び流量調整弁１５ｂが設けられている。

状態切替え手段１４は、酸素濃縮器１０の供給口２８（図２参照）からのメイン流路１２を開いていると共にバックアップ流路１３を閉じている正常状態（図３（Ａ）参照）、及び、バックアップ流路１３を開いているバックアップ状態（図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）参照）を切り替える。この状態切替え手段１４は、メイン流路１２の内部における酸素の流量（又は気圧）の変化に基づいて、正常状態からバックアップ状態に、あるいはその逆に切り替える。ただし、厳密に解釈するならば、後述する付勢手段２９ｂ，３０ｂの力を考慮する必要がある。

具体的には、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示されるように、状態切替え手段１４は、メイン流路１２内に設けられた濃縮器側逆止弁２９と、バックアップ流路１３内に設けられたボンベ側逆止弁３０と、を備えている。

濃縮器側逆止弁２９は、磁石を内蔵する弁本体２９ａと、この弁本体２９ａを付勢する付勢手段（例えば、コイルスプリング）２９ｂと、などを備えている。この濃縮器側逆止弁２９は、酸素濃縮器１０から供給される酸素の流れ（流量・流速や気圧）に基づく力（便宜上、濃縮器側開放力と称す。）と、酸素濃縮器１０へ逆流する酸素の流れ（流量・流速や気圧）に基づく力に、付勢手段２９ｂの付勢力（復元力）を加算した力（便宜上、濃縮器側閉鎖力と称す。）と、の差によって動作する。

すなわち、濃縮器側逆止弁２９は、濃縮器側開放力が濃縮器側閉鎖力に対して上回っている場合に開放して、酸素濃縮器１０の供給口２８から供給される酸素の流れを許容する（図３（Ａ）及び図３（Ｃ）参照）。そして、濃縮器側逆止弁２９は、濃縮器側閉鎖力が濃縮器側開放力に対して上回っている場合に閉鎖して、酸素濃縮器１０側への酸素の逆流を防止する（図３（Ｂ）参照）。

ボンベ側逆止弁３０は、濃縮器側逆止弁２９と同様の構成であり、磁石を内蔵する弁本体３０ａと、この弁本体３０ａを付勢する付勢手段（例えば、コイルスプリング）３０ｂと、などを備えている。このボンベ側逆止弁３０は、酸素ボンベ１１から供給される酸素の流れ（流量・流速や気圧）に基づく力（便宜上、ボンベ側開放力と称す。）と、酸素ボンベ１１へ逆流する酸素の流れ（流量・流速や気圧）に基づく力に、付勢手段３０ｂの付勢力（復元力）を加算した力（便宜上、ボンベ側閉鎖力と称す。）と、の差によって動作する。

すなわち、ボンベ側逆止弁３０は、ボンベ側開放力がボンベ側閉鎖力に対して上回っている場合に開放して、酸素ボンベ１１から供給される酸素の流れを許容する（図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）参照）。そして、ボンベ側逆止弁３０は、ボンベ側閉鎖力がボンベ側開放力に対して上回っている場合に閉鎖して、酸素の逆流を防止する（図３（Ａ）参照）。なお、付勢手段３０ｂの付勢力は、濃縮器側逆止弁２９の付勢手段２９ｂと比較して強くなるように設定されている。これにより、酸素ボンベ１１から供給される酸素よりも、酸素濃縮器１０から供給される酸素を優先して患者に供給することを実現する。

図１に戻って説明する。開閉弁１５ａは、制御ユニット２１からの信号に基づいて、開閉して酸素ボンベ１１からの酸素の供給をオンオフする。この開閉弁１５ａには、例えば、電磁弁が用いられる。流量調整弁１５ｂは、制御ユニット２１からの信号に基づいて、酸素ボンベ１１から供給される酸素の量を調整する。この流量調整弁１５ｂには、例えば、ニードル弁が用いられる。

流路内センサ１６は、メイン流路１２の内部において酸素濃縮器１０から供給される酸素の流量（又は流速）を計測する流量計である。この流路内センサ１６は、計測結果を信号にして制御ユニット２１に逐次送信する。

濃縮器起動検出センサ１７は、酸素濃縮器１０からの信号を受け、当該酸素濃縮器１０の電源のオンオフを検出する。すなわち、濃縮器起動検出センサ１７は、酸素濃縮器１０の起動（電源が入ったこと）又は停止（電源ボタンの操作で電源が切れたこと）を検出する。この濃縮器起動検出センサ１７は、検出結果を信号にして制御ユニット２１に逐次送信する。

状態検出センサ１８ａ，１８ｂは、状態切替え手段１４の状態を検出する。すなわち、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示されるように、状態検出センサ１８ａは、濃縮器側逆止弁２９の状態を検出する。具体的に、状態検出センサ１８ａは、ホール素子を採用したセンサであり、弁本体２９ａに内蔵されている磁石の磁力に基づいて、濃縮器側逆止弁２９の開閉状態及び開放量を検出する。また、状態検出センサ１８ｂは、ボンベ側逆止弁３０の状態を検出する。具体的に、状態検出センサ１８ｂは、ホール素子を採用したセンサであり、弁本体３０ａに内蔵されている磁石の磁力に基づいて、ボンベ側逆止弁３０の開閉状態及び開放量を検出する。結果、状態検出センサ１８ａ，１８ｂは、状態切替え手段１４の状態が、正常状態（図３（Ａ）参照）であるかバックアップ状態（図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）参照）であるかを検出する。これら状態検出センサ１８ａ，１８ｂは、検出結果を信号にして制御ユニット２１に逐次送信する。

モニター１９は、制御ユニット２１から送信される信号に基づいて、各センサ１６，１７，１８ａ，１８ｂの検出結果を出力する。

警報出力手段２０は、制御ユニット２１から送信される信号に基づいて、各種警報を出力するスピーカーやランプ等である。この警報出力手段２０は、酸素濃縮器１０が起動したことを検出したことを契機に警報を出力する。あるいは、警報出力手段２０は、例えば、状態検出センサ１８ａ，１８ｂがバックアップ状態（図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）参照）を検出したことを契機に警報を出力する。なお、警報出力手段２０による警報は、フラグが解除されるまでは出力され続ける。酸素濃縮器１０が起動したことによる警報は、後述する流量決定ボタン（図示省略）が操作され、酸素ボンベ１１による流量が決定することで停止する。他の警告は、正常な状態に復帰した後に専用のボタン（図示省略）が操作されることで停止する。

図４に示されるように、制御ユニット２１は、ＣＰＵ３２と、第１記憶媒体３３と、第２記憶媒体３４と、バス３５と、等を備えている。

ＣＰＵ３２は、いわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されて本制御ユニット２１の各種機能を実現する。第１記憶媒体３３は、いわゆるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）であり、ＣＰＵ３２の作業領域として使用される。例えば、第１記憶媒体３３は、状態検出センサ１８ａ，１８ｂがバックアップ状態であることを検出した場合に、その履歴を示すフラグを記憶する。第２記憶媒体３４は、いわゆるＲＯＭ（リード・オンリー・メモリー）であり、ＣＰＵ３２で実行されるプログラムを記憶する。バス３５は、ＣＰＵ３２、第１記憶媒体３３、第２記憶媒体３４等を一体的に接続して通信を行う配線となる。

図５に示されるように、制御ユニット２１は、機能構成として、センシング部３６と、ボンベ起動部３７と、ボンベ側供給量決定部３８と、モニター制御部３９と、警報制御部４０と、を備えている。

センシング部３６は、各センサ１６，１７，１８ａ，１８ｂのセンシングデータ（検出結果）を常に取得して各部３７〜４０に伝達する。センシング部３６で取得したデータは、履歴として記憶される。履歴の記憶先は、制御ユニット２１内であっても、外部の送信先であってもよい。外部への送信手段は、無線であっても有線であってもよく、記録媒体等の媒体を介して送信してもよい。また、センシング部３６で取得した流路内センサ１６のデータを、酸素濃縮器１０にフィードバックして、酸素濃縮器１０から供給される酸素の量を一定に保つ。これにより、酸素濃縮器１０で予め設定されている酸素の量に保たれる。

ボンベ起動部３７は、センシング部３６から伝達されたセンシングデータ（濃縮器起動検出センサ１７の検出結果）を参照して、濃縮器起動センサ１７が酸素濃縮器１０の起動を検出したことを契機に、開閉弁１５ａに信号を送信し、当該開閉弁１５ａを開く。結果、酸素ボンベ１１が起動する。すなわち、ボンベ起動部３７は、濃縮器起動センサ１７が酸素濃縮器１０の起動を検出したことを契機に酸素ボンベ１１を起動させているといえる。また、ボンベ起動部３７は、センシング部３６から伝達されたセンシングデータ（濃縮器起動検出センサ１７の検出結果）を参照して、濃縮器起動センサ１７が酸素濃縮器１０のボタン操作による停止を検出したことを契機に、開閉弁１５ａに信号を送信し、当該開閉弁１５ａを閉じて停止させる。

ボンベ側供給量決定部３８は、センシング部３６から伝達されたセンシングデータ（流路内センサ１６の検出結果）を参照して、酸素ボンベ１１から供給される酸素の量を決定する。具体的に、ボンベ側供給量決定部３８は、センシング部３６のセンシングデータが、予め定められた範囲（酸素濃縮器１０の適正な動作で想定される範囲）内で定常値となり、かつ、利用者（看護師、介助者、患者など）によって流量決定ボタン（図示省略）が操作されて信号が入力されたことを条件（正常状態となったことを条件）に、当該センシングデータの値を、酸素ボンベ１１から供給される酸素の量と決定する。ボンベ側供給量決定部３８による決定は、１回に限らず複数回行う。酸素濃縮器１０から供給される酸素の量の設定値が変更されることもあるからである。なお、酸素濃縮器１０から供給される酸素の量の設定値が変更された場合には、流量決定ボタンが操作されない限り、酸素ボンベ１１から供給される酸素の量は、設定変更前の設定値に維持される。また、バックアップ状態に切り替わった後は、その履歴を示すフラグが解除されるまでは、ボンベ側供給量決定部３８による決定は行われない。そして、ボンベ側供給量決定部３８は、決定した内容を信号として流量調整弁１５ｂに送信し、当該流量調整弁１５ｂを制御する。

モニター制御部３９は、センシング部３６から伝達されたセンシングデータ（各センサ１６，１７，１８ａ，１８ｂの検出結果）をモニター１９に送信して、当該モニター１９に各センサ１６，１７，１８ａ，１８ｂの検出結果を出力させる。

警報制御部４０は、センシング部３６のセンシングデータを参照して、濃縮器起動センサ１７が酸素濃縮器１０の起動を検出したことを契機に、あるいは、当該センシングデータが予め設定されている範囲から外れたことを契機に、警報出力手段２０に信号を送信し、当該警報出力手段２０に警報を出力させる。例えば、警報制御部４０は、センシング部３６から、バックアップ状態に切り替えられたという検出結果が伝達されたことを契機に、警報出力手段２０に信号を送信する。

図１に戻って説明する。バックアップシステム１は、プラグ（図示省略）をコンセントに差し込んで電源を得る構成となっている。このバックアップシステム１は、コンセントからの電源が途絶えた場合にバックアップするバックアップ電源（図示省略）を備えている。

次に、図３及び図６を用いて、バックアップシステム１の処理手順について説明する。

図６は、流路内センサ１６によって検出される酸素の量を説明する時刻歴である。図６（Ａ）は、バックアップ状態では酸素濃縮器１０からの酸素の供給が完全に停止する場合を示す。図６（Ｂ）は、バックアップ状態であっても酸素濃縮器１０からの酸素の供給が停止しない場合を示す。

バックアップシステム１の前提として、各センサ１６，１７，１８ａ，１８ｂの検出結果は、信号にして制御ユニットのセンシング部３６に送信される。センシング部３６は、各センサ１６，１７，１８ａ，１８ｂから信号として送信された検出結果を、制御ユニット２１のモニター制御部３９に伝達する。モニター制御部３９は、センシング部３６から伝達された信号としての検出結果を、モニター１９に送信して当該モニター１９に逐次表示させる。

まず、酸素濃縮器１０が起動されると、濃縮器起動検出センサ１７が酸素濃縮器１０の起動を検出し、その検出結果を信号にして制御ユニット２１のセンシング部３６に送信する。センシング部３６は、濃縮器起動検出センサ１７から送信された検出結果を、制御ユニット２１の警報制御部４０及びボンベ起動部３７に伝達する。警報制御部４０は、センシング部３６から伝達された検出結果に基づいて、警告出力手段２０に起動信号を送信する。警告出力手段２０は、ボンベ起動部３７から起動信号が伝達されたことを契機に、起動する。これにより、利用者に注意喚起される。警告出力手段２０による警告は、流量決定ボタン（図示省略）が操作されるまで出力され続ける。ボンベ起動部３７は、センシング部３６から伝達された検出結果に基づいて、開閉弁１５ａに起動信号を送信する。開閉弁１５ａは、ボンベ起動部３７から起動信号が伝達されたことを契機に、起動する。これにより、酸素ボンベ１１から酸素を供給することが可能となる。

また、酸素濃縮器１０が起動されて、当該酸素濃縮器１０から酸素が供給されると、状態切替え手段１４が流路１２，１３内の気圧の影響を受けて、濃縮器側逆止弁２９を開く（図３（Ａ）参照）。そして、流路内センサ１６がメイン流路１２の内部における酸素の流量を計測し、その検出結果を信号にして制御ユニット２１のセンシング部３６に送信する。センシング部３６は、流路内センサ１６から送信された検出結果を、制御ユニット２１のボンベ側供給量決定部３８に伝達する。ボンベ側供給量決定部３８は、流量決定ボタン（図示省略）が操作された場合であって、かつ、センシング部３６から伝達された検出結果が条件を満たしている場合に、当該検出結果に基づいて、酸素ボンベ１１から供給される酸素の量を決定する。ボンベ側供給量決定部３８は、決定した内容を信号として流量調整弁１５ｂに送信する。流量調整弁１５ｂは、ボンベ側供給量決定部３８から送信された信号に基づいて、酸素ボンベ１１から供給される酸素の量を調整する。また、警告出力手段２０による警告は停止する。

酸素濃縮器１０に異常が発生して、当該酸素濃縮器１０から酸素の供給が停止すると、状態切替え手段１４が流路１２，１３内の気圧の影響を受けて、濃縮器側逆止弁２９を閉じると共にボンベ側逆止弁３０を開く（図３（Ａ）→図３（Ｂ）参照）。すなわち、正常状態からバックアップ状態に切り替えられる。この結果、酸素ボンベ１１から供給され、流量調整弁１５ｂで量が調整された酸素が、バックアップ流路１３を経由してメイン流路１２を流れる。なお、流路内センサ１６で検出される酸素の量は、正常状態からバックアップ状態に切り替えられても、一定である（図６（Ａ）参照）。

バックアップ状態に切り替えられると、状態検出センサ１８ａ，１８ｂが、状態が切り替えられたことを検出し、その検出結果を信号にして制御ユニット２１のセンシング部３６に送信する。センシング部３６は、状態検出センサ１８ａ，１８ｂから送信された検出結果を、制御ユニット２１の警報制御部４０に伝達する。警報制御部４０は、センシング部３６から、バックアップ状態に切り替えられたという検出結果が伝達されたことを契機に、警報出力手段２０に信号を送信し、当該警報出力手段２０に警報を出力させる。

酸素濃縮器１０の異常が除去され、当該酸素濃縮器１０から酸素が再び供給されると、状態切替え手段１４が流路１２，１３内の気圧の影響を受けて、濃縮器側逆止弁２９を開くと共にボンベ側逆止弁３０を閉じる（図３（Ｂ）→図３（Ａ）参照）。すなわち、バックアップ状態から正常状態に切り替えられる。この結果、酸素ボンベ１１からの酸素の供給が停止する。なお、流路内センサ１６で検出される酸素の量は、バックアップ状態から正常状態に切り替えられても、一定である（図６（Ａ）参照）。

また、酸素濃縮器１０に異常が発生して、当該酸素濃縮器１０から供給される酸素の量が一定（付勢手段３０ｂの選定により予め設定されている値）以上低減すると、状態切替え手段１４が流路１２，１３内の気圧の影響を受けて、濃縮器側逆止弁２９の開放量を小さくすると共にボンベ側逆止弁３０を少し開く（図３（Ａ）→図３（Ｃ）参照）。すなわち、正常状態からバックアップ状態に切り替えられる。この結果、酸素濃縮器１０から供給される酸素に加え、酸素ボンベ１１から供給され、流量調整弁１５で量が調整された酸素が、バックアップ流路１３を経由してメイン流路１２を流れる。なお、流路内センサ１６で検出される酸素の量は、正常状態からバックアップ状態に切り替えられても、一定である（図６（Ｂ）参照）。

酸素濃縮器１０の異常が除去され、当該酸素濃縮器１０から当初の量の酸素が再び供給されると、状態切替え手段１４が流路１２，１３内の気圧の影響を受けて、濃縮器側逆止弁２９の開放量を大きくすると共にボンベ側逆止弁３０を閉じる（図３（Ｃ）→図３（Ａ）参照）。すなわち、バックアップ状態から正常状態に切り替えられる。この結果、酸素ボンベ１１からの酸素の供給が停止する。なお、流路内センサ１６で検出される酸素の量は、バックアップ状態から正常状態に切り替えられても、一定である（図６（Ｂ）参照）。

一方、図３（Ｃ）に示されるバックアップ状態において、酸素濃縮器１０から供給される酸素の量が更に一定（付勢手段２９ｂの選定により予め設定されている値）以上低減すると、状態切替え手段１４が流路１２，１３内の気圧の影響を受けて、濃縮器側逆止弁２９を閉じると共にボンベ側逆止弁３０の開放量を大きくする（図３（Ｃ）→図３（Ｂ）参照）。この結果、酸素ボンベ１１からの酸素の供給が停止する。なお、流路内センサ１６で検出される酸素の量は、一定に保たれる。

以上説明したように、本実施形態のバックアップシステム１によれば、酸素濃縮器１０の供給口２８から患者の気道までを繋ぐメイン流路１２の途中に設けられた分岐点に、酸素ボンベ１１からのバックアップ流路１３を繋いでいるので、既存の酸素濃縮器に対してバックアップシステム１を構築できる。

そして、酸素ボンベ１１への酸素の逆流を防止するボンベ側逆止弁２９を備えているので、バックアップ流路１３がメイン流路１２から外れてしまった場合であっても、酸素濃縮器１０からの酸素は、漏れ出ることはなく、確実に患者に供給される。また、酸素濃縮器１０の供給口２８への酸素の逆流を防止する濃縮器側逆止弁２９を備えているので、メイン流路１２の酸素濃縮器１０側が患者側やバックアップ流路１３から外れてしまった場合であっても、酸素ボンベ１１からの酸素は、漏れ出ることはなく、確実に患者に供給される。

そして、メイン流路１２の内部における流量又は気圧の変化に基づいて、正常状態からバックアップ状態に切り替えるので、簡易な構造でありながら、電磁弁を設けた場合と同様の応答性を確保できる。

また、酸素ボンベ１１から供給される酸素の量を調整する流量調整弁１５ｂを備えているので、酸素ボンベ１１でバックアップする酸素の量を調整できる。

さらに、流路内センサ１６の計測結果に基づいて、酸素ボンベ１１から供給される酸素の量を決定するので、患者に供給する酸素の量を一定に保てる。

そして、モニター１９の出力に基づいて、異常を容易に発見させることができる。

ところで、酸素ボンベ１１（開閉弁１５ａ）の起動を手動で行う必要があると仮定すると、その作業を忘れて行わなかった場合、酸素ボンベ１１でバックアップできない。一方、本実施形態によれば、酸素濃縮器１０の起動に連動して酸素ボンベ１１（開閉弁１５ａ）が自動的に起動するので、酸素ボンベ１１でバックアップできないという事態を避けることができ、安全である。

また、警報出力手段２０の出力に基づいて、酸素ボンベ１１によるバックアップ状態であることを容易に認識させることができる。

［第２実施形態］次に、図７を用いて、本発明の第２実施形態に係るバックアップシステム２の構成について説明する。図７は、バックアップシステム２における状態切替え手段４４の概略図である。図７（Ａ）は、正常状態を示す。図７（Ｂ）は、バックアップ状態を示す。

なお、ここでは、バックアップシステム２の特徴部分のみを説明し、バックアップシステム１と同様の構成、作用及び効果についての説明は省略する。また、後で説明する第３実施形態についても、特徴部分のみを説明する。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示されるバックアップシステム２は、第１実施形態における状態切替え手段１４に代えて、状態切替え手段４４を備えている。また、バックアップシステム２は、第１実施形態における状態検出センサ１８ａ，１８ｂに代えて、状態検出センサ１８ｃを備えている。

状態切替え手段４４は、酸素濃縮器１０の供給口２８（図２参照）からのメイン流路１２を開くと共にバックアップ流路１３を閉じる正常状態（図７（Ａ）参照）、及び、バックアップ流路１３を開くバックアップ状態（図７（Ｂ）参照）を切り替える。この状態切替え手段４４は、メイン流路１２の内部における酸素の流量（又は気圧）の変化に基づいて、正常状態からバックアップ状態に、あるいはその逆に切り替える。なお、状態切替え手段４４は、第１実施形態における状態切替え手段１４と同様、バックアップ状態の一態様として、メイン流路１２及びバックアップ流路１３の双方を開くこともある（図示省略）。

具体的に、状態切替え手段４４は、メイン流路１２とバックアップ流路１３との分岐点に設けられたシャトル弁４５、を備えている。

シャトル弁４５は、二つの入口と一つの共通の出口をもち、出口が、入口側の気圧の作用によって、一方の入口に自動的に接続される。具体的に、シャトル弁４５は、磁石を内蔵する弁本体４５ａと、この弁本体４５ａを付勢する付勢手段（例えば、コイルスプリング）４５ｂと、などを備えている。この弁本体４５ａは、酸素濃縮器１０から供給される酸素の流れ（流量・流速や気圧）に基づく力に、付勢手段４５ｂの付勢力（復元力）を加算した力（便宜上、濃縮器側開放力と称す。）と、酸素ボンベ１１から供給される酸素の流れ（流量・流速や気圧）に基づく力（便宜上、ボンベ側開放力と称す。）と、の差によって動作する。

すなわち、シャトル弁４５は、濃縮器側開放力がボンベ側開放力に対して上回っている場合に酸素濃縮器１０側を開放して、酸素濃縮器１０の供給口２８から供給される酸素の流れを許容すると共に、酸素ボンベ１１側を閉鎖して、酸素ボンベ１１側への酸素の逆流を防止する（図７（Ａ）参照）。

また、シャトル弁４５は、ボンベ側開放力が濃縮器側開放力に対して上回っている場合に酸素濃縮器１０側を閉鎖して、酸素濃縮器１０側への酸素の逆流を防止すると共に、酸素ボンベ１１側を開放して、酸素ボンベ１１から供給される酸素の流れを許容する（図７（Ｂ）参照）。

以上説明したように、本実施形態のバックアップシステム２によれば、状態切替え手段４４をシャトル弁４５一つで構成することができる。このため、部品点数を削減でき、結果としてコスト削減を図れる。

［第３実施形態］次に、図８を用いて、本発明の第３実施形態に係るバックアップシステム３の構成について説明する。図８は、バックアップシステム３のブロック図である。

図８に示されるバックアップシステム３は、状態切替え手段１４を備える代わりに、開閉弁１５ａが状態切替え手段として機能する。そして、バックアップシステム３は、状態切替え手段１４における濃縮器側逆止弁２９の代わりとして、逆止弁５２を備えている。また、状態検出センサ１８ａ，１８ｂを備えていないさらに、バックアップシステム３における制御ユニット２１のボンベ起動部３７は、上記第１実施形態と異なる機能を有する。

次に、バックアップシステム３の処理手順について説明する。

酸素濃縮器１０に異常が発生して、当該酸素濃縮器１０からの酸素の供給が停止したり、酸素の供給量が少なくなったりすると、その異常は流路内センサ１６によって検出される。すなわち、流路内センサ１６がメイン流路１２の内部における酸素の流量を計測し、その検出結果（酸素の供給量の異常）を信号にして制御ユニット２１のセンシング部３６に送信する。センシング部３６は、流路内センサ１６から送信された検出結果（酸素の供給量の異常）を、制御ユニット２１のボンベ起動部３７に伝達する。ボンベ起動部３７は、センシング部３６から伝達された検出結果（酸素の供給量の異常）に基づいて、開閉弁１５ａ及び流量調整弁１５ｂに信号を送信する。これにより、酸素ボンベ１１から酸素が供給されると共に、酸素ボンベ１１から供給される酸素の量が調整される。すなわち、正常状態からバックアップ状態に切り替えられる。なお、流路内センサ１６で検出される酸素の量は、正常状態からバックアップ状態に切り替えられても、一時的に瞬間的な変動があるにしても、略一定である。

酸素濃縮器１０の異常が除去され、当該酸素濃縮器１０から酸素が再び供給されると、その異常の除去は流路内センサ１６によって検出される。すなわち、流路内センサ１６がメイン流路１２の内部における酸素の流量を計測し、その検出結果（酸素の供給量の増大（酸素濃縮器１０からの供給＋酸素ボンベ１１からの供給））を信号にして制御ユニット２１のセンシング部３６に送信する。センシング部３６は、流路内センサ１６から送信された検出結果を、制御ユニット２１のボンベ起動部３７に伝達する。ボンベ起動部３７は、センシング部３６から伝達された検出結果に基づいて、開閉弁１５ａに信号を送信する。これにより、酸素ボンベ１１からの酸素の供給が停止する。すなわち、バックアップ状態から正常状態に切り替えられる。なお、流路内センサ１６で検出される酸素の量は、バックアップ状態から正常状態に切り替えられても、一時的に瞬間的な変動があるにしても、略一定である。

本発明は、上記各実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

すなわち、上記各実施形態において、各構成の位置、大きさ（寸法）、形状、材質、向き、数量は適宜変更できる。例えば、上記各実施形態において、流路内センサ１６が設けられる位置は、分岐点より患者側の場合を例に説明しているが、分岐点より酸素濃縮器１０側であってもよい。この場合、別途センサを設けない限り、酸素ボンベ１１から供給される酸素の量をフィードバックすることができないので、酸素の供給源として、酸素濃縮器１０と酸素ボンベ１１を択一的に利用する必要がある。このため、上記第１実施形態においては、状態切替え手段１４は、メイン流路１２とバックアップ流路１３の一方のみが開くように設定しておくことになる。

あるいは、上記各実施形態では、流路内センサ１６として流量計の場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の流路内センサとして、メイン流路１２の内部において酸素濃縮器１０から供給される酸素の圧力を計測する圧力計を備えるようにしてもよい。ただし、メイン流路１２は、患者側が開放しているので、気圧の変動が微小である。そこで、圧力計としてダイヤフラムを利用したものを採用することで、微小な圧力変動を計測することが可能となる。

あるいは、上記第１実施形態において、状態検出センサ１８ａ，１８ｂを、流路内センサを兼ねるものとしてもよい。状態検出センサ１８ａ，１８ｂは、弁の開放量を検出するが、弁の開放量から酸素の流量を算出することができるからである。

あるいは、上記各実施形態では、各センサ１６，１７，１８ａ，１８ｂの検出結果について、モニター１９に表示するようにしているが、本発明はこれに限定されず、別の機器に送信して、当該別の機器で用いるようにしてもよい。例えば、電子カルテを管理する機器に送信するようにしてもよい。別の機器への送信の手段は、無線であっても有線であってもよい。

あるいは、上記各実施形態では、濃縮器起動検出センサ１７を別途備えているが、本発明はこれに限定されず、流路内センサ１６が濃縮器起動検出センサ１７を兼ねるようにしてもよい。この場合、酸素の流れを検出したことを、酸素濃縮器１０の起動を検出したこととする。あるいは、酸素の流れがゼロとなったことを検出したことを、酸素濃縮器１０の停止を検出したこととする。

あるいは、上記各実施形態において、状態検出センサ１８ａ〜１８ｃは、ホール素子を採用したセンサを例に説明したが、本発明はこれに限定されず、弁の変位を検出することができればいずれのセンサであってもよい。また、ホール素子として磁石を用いる場合を例に説明したが磁石を用いていないものであってもよい。

あるいは、上記第１及び第２実施形態において、状態切替え手段１４，４４を構成する弁に電磁弁を採用してもよい。すなわち、状態切替え手段１４，４４は、メイン流路１２の内部における流量（又は気圧）の変化に基づいて、正常状態からバックアップ状態に切り替えているが、電磁弁を採用して、強制的に、正常状態からバックアップ状態に切り替えるようにしてもよい。

あるいは、上記第３実施形態において、メイン流路１２における分岐点よりも供給口２８側に、開閉弁を備えるようにしてもよい。この開閉弁は、制御ユニット２１からの信号に基づいて、開閉して酸素濃縮器１０から供給される酸素をオンオフする。

１，２，３ 酸素濃縮器のバックアップシステム
１０ 酸素濃縮器
１１ 酸素ボンベ
１２ メイン流路
１３ バックアップ流路
１４，４４ 状態切替え手段
１５ａ 開閉弁（状態切替え手段）
１５ｂ 流量調整弁
１６ 流路内センサ
１７ 濃縮器起動検出センサ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ 状態検出センサ
１９ モニター（計測結果出力手段）
２０ 警報出力手段
２８ 供給口
２９ 濃縮器側逆止弁
３０ ボンベ側逆止弁
３７ ボンベ起動部（ボンベ起動手段）
４５ シャトル弁（濃縮器側逆止弁、ボンベ側逆止弁）
５２ 逆止弁

Claims (11)

1. 高濃度の酸素を供給する酸素濃縮器から患者の気道までを繋ぐメイン流路と、
   前記酸素濃縮器をバックアップする酸素ボンベから、前記メイン流路の途中に設けられる分岐点までを繋ぐバックアップ流路と、
   前記メイン流路において前記分岐点よりも上流側に設けられる濃縮器側逆止弁と、
   前記バックアップ流路を閉じている正常状態、及び、前記バックアップ流路を開いているバックアップ状態、を切り替える状態切替え手段と、
   前記バックアップ流路において前記分岐点よりも上流側に設けられて、前記酸素ボンベから供給される酸素の量を調整する流量調整弁と、を備え、
   前記メイン流路における前記分岐点の下流側と前記患者の間には、酸素の量を調整する流量調節弁を備えない、
   ことを特徴とする、酸素濃縮器のバックアップシステム。
2. 前記状態切替え手段は、前記メイン流路の内部における流量又は気圧の変化に基づいて、前記正常状態から前記バックアップ状態に切り替えることを特徴とする、
   請求項１に記載の酸素濃縮器のバックアップシステム。
3. 前記メイン流路に設けられ、前記供給口への酸素の逆流を防止する前記濃縮器側逆止弁と、
   前記バックアップ流路に設けられ、前記酸素ボンベへの酸素の逆流を防止するボンベ側逆止弁と、を備えることを特徴とする、
   請求項２に記載の酸素濃縮器のバックアップシステム。
4. 前記状態切替え手段は、酸素ボンベからの酸素の供給をオンオフする開閉弁であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の酸素濃縮器のバックアップシステム。
5. 前記状態切替え手段は、
   前記濃縮器側逆止弁と、
   前記ボンベ側逆止弁と、
   前記ボンベ側逆止弁を閉鎖する方向に付勢して、前記酸素濃縮器からの酸素の供給を、前記酸素ボンベからの酸素の供給に優先させる付勢手段と、を備えることを特徴とする、
   請求項３に記載の酸素濃縮器のバックアップシステム。
6. 前記メイン流路の内部において前記酸素濃縮器から供給される酸素の流量又は圧力を計測する流路内センサと、
   前記流路内センサの計測結果に基づいて、前記酸素ボンベから供給される酸素の量を決定するボンベ側供給量決定手段と、を備え、
   前記流量調整弁は、前記酸素ボンベから供給される酸素の量を、前記ボンベ側供給量決定手段で決定された酸素の量に調整することを特徴とする、
   請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載の酸素濃縮器のバックアップシステム。
7. 前記流路内センサの計測結果を出力する計測結果出力手段、を備えることを特徴とする、
   請求項６に記載の酸素濃縮器のバックアップシステム。
8. 前記酸素濃縮器の起動を検出する濃縮器起動検出センサと、
   前記濃縮器起動検出センサが前記酸素濃縮器の起動を検出したことを契機に前記酸素ボンベを起動させるボンベ起動手段と、を備えることを特徴とする、
   請求項６または請求項７に記載の酸素濃縮器のバックアップシステム。
9. 前記流路内センサは、前記濃縮器起動検出センサを兼ねることを特徴とする、
   請求項８に記載の酸素濃縮器のバックアップシステム。
10. 前記状態切替え手段は、前記分岐点に設けられるシャトル弁であり、
    該状態切替え手段は、
    前記濃縮器側逆止弁と、
    前記ボンベ側逆止弁を備え、
    前記バックアップ状態において、前記供給口から前記分岐点までの前記メイン流路を閉じることを特徴とする、
    請求項３に記載の酸素濃縮器のバックアップシステム。
11. 前記バックアップ状態を検出する状態検出センサと、
    前記状態検出センサが前記バックアップ状態を検出したことを契機に警報を出力する警報出力手段と、を備えることを特徴とする、
    請求項１〜１０のいずれかに記載の酸素濃縮器のバックアップシステム。

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