JP5405779B2

JP5405779B2 - 呼気ガスの処理装置

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Publication number: JP5405779B2
Application number: JP2008210270A
Authority: JP
Inventors: 洋一阿保; 修山本; 秀運馬場
Original assignee: Air Water Inc
Current assignee: Air Water Inc
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2028-08-19
Also published as: JP2010046107A

Description

本発明は、人工呼吸器等に使用した一酸化窒素を含有する呼気ガスを安全に排出するための呼気ガスの処理装置に関するものである。

一般に、肺動脈が収縮した状態の新生児遷延性肺高血圧症（ＰｅｒｓｉｓｔｅｎｔＰｕｌｍｏｎａｒｙＨｙｐｅｒｔｅｎｓｉｏｎｏｆｔｈｅＮｅｗｂｏｒｎ：ＰＰＨＮ）患者に対しては、血管拡張作用のある一酸化窒素（ＮＯ）吸入療法が有効であるとされている（非特許文献１）。アメリカでは既に当該療法が実施されており、生後７日目までに実施が開始され、ＮＯ吸入は投与開始から１４日間にわたり継続的に行われる（非特許文献２）。また、投与期間を４日とした臨床試験も実施されている（非特許文献３）。

ところが、当該療法を実施した際には、ＮＯ投与後に人工呼吸器からの排出ガスに含まれる余剰のＮＯ含有ガスが病室へ排気されることになる。ＮＯ自体は、人体への接触量や濃度によっては有害性も考えられ、医療従事者への健康被害が懸念されている。またＮＯと酸素から生成するＮＯ_２は、当該療法による余剰のＮＯおよび酸素との反応により装置内外で容易に生成する可能性があるが、これは人体に対して、皮膚の発赤や呼吸器系への吸入による器官刺激などの弊害を誘引したり、発がん性なども懸念される物質であり、ＮＯ以上に有害な物質とされている。

例えば、米国産業衛生専門家会議（ＡｍｅｒｉｃａｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｆＧｏｖｅｒｎｍｅｎｔａｌＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＨｙｇｉｅｎｉｓｔｓ：ＡＣＧＩＥ）では、ＮＯ及びＮＯ_２の恕限量について、ＮＯの時間加重平均濃度は２５ｐｐｍ，ＮＯ_２は３ｐｐｍと定めている（非特許文献４）。また、特許文献１（特開平８−４７５３３）では、産業上の許容濃度はＮＯで２５ｐｐｍ，ＮＯ_２は５ｐｐｍとしている。

実際に日本では、「新生児ＮＯ吸入療法研究会」のプロジェクト参加条件として医療現場の環境汚染についても十分な対策を取るよう求められており、ＮＯ及びＮＯ_２の除害は不可欠と考えられる（非特許文献５）。

したがって、ＮＯ投与後の呼気ガスおよび余剰ガス中にはＮＯ及びＮＯ_２が含有されているため、病室などの大気中へ呼気などを放出する際に、ＮＯ及びＮＯ_２を共に除害する必要がある。

従来技術としては、例えば、特許文献１（特開平８−４７５３３）では、化学吸着剤によりＮＯを、また表面処理を施した活性炭の化学吸着作用によりＮＯ_２の吸着除害を行っている。さらに特許文献２（特開２００３−３３９８７２）では、活性炭への吸着によりＮＯ及びＮＯ_２を吸着除害している。

新生児学入門第３版，仁志田博司著，株式会社医学書院，Ｐ．２６４〜２６６，（２００４）ＮＯ投与装置「ＩＮＯｍａｘ」添付文書，ＩＮＯＴｈｅｒａｐｅｕｔｉｃｓ（ＵＳＡ），（２００７）ＲＥＥＳＥＨ．ＣＬＡＲＫｅｔａｌ，ＴｈｅＮｅｗＥｎｇｌａｎｄＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｄｉｃｉｎｅ，Ｖｏｌ．３４２，Ｎｏ．７，Ｐ．４６９〜４７４，（２０００）２００１ＴＬＶｓａｎｄＢＥＩｓ，社団法人日本作業環境測定協会，（２００２）別冊・医学のあゆみＮＯと病態，岡村富夫編，医歯薬出版株式会社，Ｐ．８７〜９２，（２００４）特開平８−４７５３３号公報特開２００３−３３９８７２号公報

通常、当該療法に用いられる人工呼吸器では、生体へのガス導入の際に、気道を保護するため、吸気を３７℃、１００％ＲＨに加温、加湿している。さらに、当該患者の生体による湿気も起因して、患者からの呼気ガスは水分が飽和している。一方、前述に開示されているようなＮＯｘの除害装置を使用する集中治療室などでは、その使用環境の条件が３０℃，７０％ＲＨ程度であることから、ＮＯｘの吸着除害の前に除湿工程を施さなければ、呼気中の水分が装置中で結露してしまう。このように、結露水が吸着剤に付着すると、有効吸着面積が減少して吸着能力が大幅に低下してしまうこととなる。さらに、結露水が装置の配管内に付着すると、配管が閉塞して呼気のスムーズな排出を妨げ、適切な治療に支障をきたすおそれもある。

ところが、特許文献１（特開平８−４７５３３）に開示の方法では、ＮＯｘの吸着除害工程の前に、呼気ガスの除湿工程が設けられていない。圧力抵抗をコントロールするため、ＮＯｘの吸着除害の前に呼気ガスを大気と混含しており、結果的にいくらか湿度低下することは考えられるが、この程度では実際には装置中で結露してしまい、装置内配管が閉塞する可能性があり、十分な除湿が行われているとは言えない。配管内での結露を防止するためには、除湿後の呼気ガスは３０℃において、相対湿度を５０％程度以下に抑えることが望まれる。

そこで、上記特許文献２（特開２００３−３３９８７２）では、シリカゲルを使用して呼気中の水分を除去しようとしている。ところが、シリカゲルによる吸着除湿自体は可能だが、相当量のシリカゲルが必要であり、装置全体として大型化してしまうという問題がある。また、継続使用によりシリカゲルの除湿能力は比較的短時間で飽和に達して新しいものと交換する必要があり、連続運転が必要な人工呼吸装置においては非常に手間となる。さらに、シリカゲルでは、新しいシリカゲルにより除湿を開始した直後は、呼気ガスの湿度が下がりすぎてしまってＮＯ吸着剤の吸着能力が十分に得られないおそれがあり、シリカゲルに水分がたまって飽和近くなってくると、反対に十分に除湿できずに上述した結露のおそれが生じてくる。このように、シリカゲルでは呼気ガスの湿度コントロールができず、安定した湿度の呼気ガスをＮＯ吸着剤に供給することができず、吸着剤の吸着性能を不安定にする場合がある。

一方、シリカゲルを用いない除湿方法としては、例えば人工呼吸器より排出されるＮＯｘ含有呼気ガスを高温に加熱し、触媒によって除湿と除害を同時に行う方法も考えられるが、当該ガスが９０％以上の高濃度酸素を含有していることもあるので、発火などの二次災害の可能性も考えられることから、この装置は病院内での使用が主となることを考慮すると、このような高温での装置運転は望ましくはない。

さらに、特許文献１（特開平８−４７５３３）では、人工呼吸器の流量変化に対してオリフィスの交換を行うこととなっているが、この形では現実問題として流量変化に対して、フレキシブルに対応することが難しい。その結果、人工呼吸器の呼気弁に対して意図しないオートピープが生じ、呼吸器が誤動作を起こすおそれがある。

またＮＯ及びＮＯ_２の吸着除害に関し、特許文献２（特開２００３−３３９８７２）では、活性炭を用いて吸着除害しているが、一般にＮＯの活性炭への吸着率は低いとされており、我々の試験でも下記の表１に示すように、吸着塔導入口でＮＯ濃度８０ｐｐｍのガスでは、出口で５．４ｐｐｍ以上であることから、十分な除害ができているとは言い難い。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、主として人工呼吸器から排出される呼気ガスから水分を除去して安定的な湿度とすることにより、除去対象成分を安定的に除去して安全に排出する呼気ガスの処理装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の呼気ガスの処理装置は、除去対象成分を含む呼気ガスを冷却手段により冷却して呼気ガス中に含まれる水分を結露させて除去する水分除去手段を備え、
上記水分除去手段で水分除去した呼気ガスを吸着剤に接触させて除去対象成分を除去する装置であって、
上記呼気ガスは、除去対象成分として一酸化窒素を含有し、
上記吸着剤は、水分を必要とする吸着反応により一酸化窒素を吸着除去する化学吸着剤であり、
上記冷却手段としてペルチェ素子を利用したものを用いることにより上記呼気ガスを冷却し、この冷却において、その後の上記吸着反応に必要な水分を残すように水分除去し、上記吸着反応に必要な水分を残して水分除去した後の呼気ガスを、加温してから上記化学吸着剤に接触させることを要旨とする。

すなわち、本発明は、除去対象成分を含む呼気ガスを冷却手段により冷却して呼気ガス中に含まれる水分を結露させて低減し、上記水分除去した呼気ガスを吸着剤に接触させることにより除去対象成分を除去する。このため、従来のシリカゲルを用いた装置のように、大量のシリカゲルを充填する充填筒が不要になって装置が小型化できるうえ、シリカゲルの交換作業の手間もなくなる。また、必要な湿度まで水分を低減した呼気を吸着剤等に供給できるため、吸着剤に結露水が付着することによる吸着能力の低下や、配管内に結露水が付着して呼気ガスの排出を妨げることもない。しかも、水分除去率を安定的に制御することが容易で、安定した湿度の呼気ガスを吸着剤に供給し、安定した吸着剤の吸着性能を維持して除去対象成分を除去することが可能となる。
また、上記冷却手段により呼気ガスを冷却して水分除去し、水分除去した後の呼気ガスを加温してから吸着剤に接触させるため、吸着剤の吸着性能を低下させることなく十分な吸着能力を発揮させて除去対象成分を除去することができる。
また、上記冷却手段がペルチェ素子を利用したものであるため、安定した水分除去能力を維持するうえに小型で、しかも、処理後の呼気ガスの相対湿度を容易に安定制御可能で、安定した湿度の呼気ガスを吸着剤に供給して吸着剤の吸着性能を安定的に維持して除去対象成分を除去することができる。また、水分過多な呼気ガスが吸着剤と接触し、結露水によって吸着剤のガス接触面積が低下してしまうことが防止される。さらに、装置内の配管などに結露水が付着して閉塞することも防止される。また、除湿が過多となって乾燥しすぎた呼気ガスが吸着剤に接触してその性能を低下させることも防止できる。
さらに、上記呼気ガスが除去対象成分として一酸化窒素を含有し、上記水分除去手段によって水分除去したのち化学吸着剤に接触させて一酸化窒素を除去するため、一酸化窒素を吸着する吸着剤の吸着性能を低下させることなく、十分な吸着能力で一酸化窒素を除去することができる。また、活性炭による吸着除去よりも、一酸化窒素の除去性能が高く、有効に作用した。

本発明において、呼気ガスの処理を行なっている間、水分除去後の呼気ガスの絶対湿度を１０〜２５ｇ／ｍ^３内になるよう制御する場合には、水分除去率を安定的に制御して、シリカゲルでの除湿のような除湿剤の新鮮さによる呼気ガスの湿度ばらつきを少なくし、安定した湿度の呼気ガスを吸着剤に供給できる。これにより、水分過多な呼気ガスが吸着剤と接触し、結露水によって吸着剤のガス接触面積が低下してしまうことが防止される。さらに、装置内の配管などに結露水が付着して閉塞し、呼気ガスの排出を妨げることも防止される。また、除湿が過多となって乾燥しすぎた呼気ガスが吸着剤に接触してその性能を低下させることも防止できる。このように、安定した吸着剤の吸着性能を維持して除去対象成分を除去することができる。

本発明において、上記ペルチェ素子の吸熱側に配置された冷却部で呼気を冷却して水分除去し、上記ペルチェ素子の放熱側に配置された加熱部で呼気を加温する場合には、ペルチェ素子内の熱移動は呼気ガスからの吸熱に由来する熱が加熱部側で放熱されるため、これが有効利用される。

図１は、本発明の呼気ガスの処理装置１の一実施形態を示す図である。この例では、上記呼気ガスの処理装置１は、人工呼吸器２の呼吸弁３から排出され、除去対象成分として一酸化窒素（ＮＯ）を含む呼気ガスを処理する装置である。

この呼気ガスの処理装置１は、除去対象成分としてＮＯを含む呼気ガスを冷却手段１０により冷却して呼気ガス中に含まれる水分を結露させて除去する水分除去手段４と、上記水分除去手段４で水分が除去された呼気ガスを吸着剤に接触させて除去対象成分としてのＮＯを除去するための吸着筒５とを備えて構成されている。

より詳しく説明すると、この呼気ガスの処理装置１は、人工呼吸器２の呼吸弁３から排出される呼気ガスを導入する導入チューブ６が接続された外気混合器７が設けられている。外気混合器７には外気導入口８が設けられ、内部のミキシング空間において、導入された呼気ガスと外気導入口８から導入された外気とを混合するようになっている。上記外気混合器７で外気が混合された呼気ガスは、流量測定器９により流量が測定されて水分除去手段４に導入される。

上記水分除去手段４は、ペルチェ素子を利用して呼気ガスを冷却することにより呼気ガス中に含まれる水分を結露させる冷却手段１０と、上記冷却手段１０で結露して生じた結露水を貯留するドレンタンク１３とを備えて構成されている。

図２は、上記冷却手段１０の詳細を示す図である。上記冷却手段１０は、２種類の金属の接合部に電流を流すと一方の金属から他方の金属へ熱が移動するペルチェ効果を利用したペルチェ素子１４と、上記ペルチェ素子１４の吸熱側に配置された冷却ブロック１１と、上記ペルチェ素子１４の放熱側に配置された加熱ブロック１２とを備えて構成されている。上記加熱ブロック１２には、冷却ファン１６で冷却される放熱フィン１５が貼着されている。

上記冷却ブロック１１には、人工呼吸器２から排出され外気混合器７および流量測定器９を経た呼気ガスが導入される熱交換パイプ１７が配置されている。上記呼気ガスは、熱交換パイプ１７内を通過することにより、ペルチェ素子１４の吸熱側の吸熱により冷却され、水分が結露して除去され湿度が低減される。熱交換パイプ１７内で結露した結露水は、ドレン管１９を経てドレンタンク１３に貯留される。

上記加熱ブロック１２には、上記冷却ブロック１１の熱交換パイプ１７で水分が除去された呼気が導入される熱交換パイプ１８が配置されている。上記呼気ガスは、熱交換パイプ１８内を通過することにより、ペルチェ素子１４の放熱側の放熱を受けて加熱され、吸着筒５に導入される。

このように、本実施形態では、上記冷却手段１０により呼気ガスを冷却して水分除去し、水分除去した呼気ガスを加温して吸着剤に接触させる。この冷却と加温は、冷却手段１０の冷却側の冷熱で冷却し、上記冷熱を発生した際に発生する冷却手段１０の加熱側の熱を利用して加温される。具体的には、ペルチェ素子１４の吸熱側で呼気を冷却して水分除去し、上記ペルチェ素子１４の放熱側の熱を利用して呼気を加温して吸着筒５に導入する。このように、ペルチェ素子１４内の熱移動は、呼気ガスからの吸熱に由来する熱が加熱ブロック１２側で放熱されるため、これを有効利用している。

上記吸着筒５は、この例では、導入側すなわち上流側に化学吸着剤が充填された化学吸着層２０が形成され、排出側すなわち下流側に物理吸着剤が充填された物理吸着層２１が形成されている。上記化学吸着剤による化学吸着で主として一酸化窒素（ＮＯ）を吸着除去し、上記物理吸着剤による物理吸着で主として二酸化窒素（ＮＯ_２）を吸着除去する。このように、除去対象成分として一酸化窒素を含有する呼気ガスを、水分除去手段４によって水分除去したのち、化学吸着剤に接触させて一酸化窒素を除去する。

上記化学吸着剤としては、例えば、アルミナ，過マンガン酸カリウム，水等を主成分とする化学吸着剤である「Ｐｕｒａｆｉｌ（登録商標）ＳｅｌｅｃｔＣｈｅｍｉｓｏｒｂａｎｔ」（Ｐｕｒａｆｉｌ．ｉｎｃ製）を好適に用いることができる。

上記物理吸着剤としては、例えば、活性炭等を用いることができる。

上述した化学吸着剤では、下記の式（１）（２）に示すような吸着反応で窒素酸化物の吸着を行なう。これらの式からわかるように、この吸着反応にはＨ_２Ｏが必要で、ある程度の水分が存在した状態で効果的な窒素酸化物の除去作用を発揮するのである。
３ＮＯ＋２ＫＭｎＯ_４＋Ｈ_２Ｏ→３ＮＯ_２↑＋２ＭｎＯ_２↓＋２ＫＯＨ↓・・・（１）
３ＮＯ_２＋ＫＭｎＯ_４＋２ＫＯＨ→３ＫＮＯ_３↓＋ＭｎＯ_２↓＋Ｈ_２Ｏ・・・（２）

そこで、この呼気ガスの処理装置１では、呼気ガスの処理を行なっている間、水分除去後の呼気ガスの絶対湿度を１０〜２５ｇ／ｍ^３内になるよう制御し、上記絶対湿度に制御した呼気ガスを吸着筒５に導入することが行なわれる。また、呼気ガスの処理を行なっている間、水分除去後の呼気ガスの相対湿度を２０〜７０％ＲＨ内になるよう制御することが行なわれる。

吸着筒５に導入する絶対湿度が１０ｇ／ｍ^３未満だと、上述したように吸着反応に必要な水分が十分でなく、化学吸着剤での十分な窒素酸化物の除去作用が得られない。反対に、吸着筒５に導入する絶対湿度が２５ｇ／ｍ^３を超えると、吸着剤表面や配管内で結露してしまうおそれがあるからである。また、吸着筒５に導入する相対湿度が２０％ＲＨ未満だと、上述したように吸着反応に必要な水分が十分でなく、化学吸着剤での十分な窒素酸化物の除去作用が得られない。反対に、吸着筒５に導入する絶対湿度が７０％ＲＨを超えると、吸着剤表面や配管内で結露してしまうおそれがあるからである。

そして、上記吸着筒５で一酸化窒素（ＮＯ）および二酸化窒素（ＮＯ_２）等の窒素酸化物が除去された呼気は、ニードル弁２２を介して図示しない吸引ユニットに接続されている。このように、装置の排出側すなわち吸引側にニードル弁２２を配置したことにより、オリフィス等を使用したものに比べ、人工呼吸器２の流量変化に対してフレキシブルに対応することが可能となる。そして、人工呼吸器２の呼気弁３に対して抵抗が生じることを防止し、人工呼吸器２に対してオートピープ等に伴う誤動作を起こすリスクを低減することができる。

以上のように構成したことにより、本実施形態の呼気ガスの処理装置１は、除去対象成分を含む呼気ガスを冷却手段により冷却して呼気ガス中に含まれる水分を結露させて低減し、上記水分除去した呼気ガスを吸着剤に接触させることにより除去対象成分を除去する。このため、従来のシリカゲルを用いた装置のように、大量のシリカゲルを充填する充填筒が不要になって装置が小型化できるうえ、シリカゲルの交換作業の手間もなくなる。また、必要な湿度まで水分を低減した呼気を吸着剤等に供給できるため、吸着剤に結露水が付着することによる吸着能力の低下や、配管内に結露水が付着して呼気ガスの排出を妨げることもない。しかも、水分除去率を安定的に制御することが容易で、安定した湿度の呼気ガスを吸着剤に供給し、安定した吸着剤の吸着性能を維持して除去対象成分を除去することが可能となる。

本発明において、上記冷却手段がペルチェ素子を利用したものである場合には、安定した水分除去能力を維持するうえに小型で、しかも、処理後の呼気ガスの相対湿度を容易に安定制御可能で、安定した湿度の呼気ガスを吸着剤に供給して吸着剤の吸着性能を安定的に維持して除去対象成分を除去することができる。また、水分過多な呼気ガスが吸着剤と接触し、結露水によって吸着剤のガス接触面積が低下してしまうことが防止される。さらに、装置内の配管などに結露水が付着して閉塞することも防止される。また、除湿が過多となって乾燥しすぎた呼気ガスが吸着剤に接触してその性能を低下させることも防止できる。

本発明において、上記冷却手段により呼気ガスを冷却して水分除去し、水分除去した呼気ガスを加温して吸着剤に接触させる場合には、吸着剤の吸着性能を低下させることなく十分な吸着能力を発揮させて除去対象成分を除去することができる。

本発明において、上記呼気ガスが除去対象成分として一酸化窒素を含有し、上記水分除去手段によって水分除去したのち化学吸着剤に接触させて一酸化窒素を除去する場合には、一酸化窒素を吸着する吸着剤の吸着性能を低下させることなく、十分な吸着能力で一酸化窒素を除去することができる。また、活性炭による吸着除去よりも、一酸化窒素の除去性能が高く、有効に作用した。

図３は、本発明の第２実施形態の呼気ガスの処理装置１を示す図である。

この例では、冷却手段１０の冷却ブロック１１で冷却して湿度を低減した呼気を、加熱ブロック１２で加温することなくそのまま吸着筒５に導入している。それ以外は、上記第１実施形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。この例でも、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

〔実施例１〕
まず、本発明に相当するペルチェ素子１４を利用した冷却手段１０による水分除去手段４により、除湿試験を行った。

図４（Ａ）に試験装置の概略を示す。３０℃、７０％ＲＨに設定した恒温恒湿槽２５内に、ペルチェ素子１４を利用した冷却手段１０とドレンタンク１３による水分除去手段４を設置した。上記ペルチェ素子１４としては、寸法４０．０×４０．０×３．４５ｍｍ，冷却能力Ｑｍａｘ＝７７．１Ｗ（Ｔｈ＝２７℃）であるものを４枚並べて用いた。また、上記冷却手段１０は、図３に示したものと同様、ペルチェ素子１４の排熱を加熱ブロック１２において回収せず、除湿後のガスを加温しない態様のものを使用した。

上記冷却手段１０に対し、加温加湿器２６で３７℃、１００％ＲＨに加温加湿した空気に所定割合の外気（３０℃、７０％ＲＨに設定した恒温恒湿槽２５内の空気である）を混合して導入した。人工呼吸器側の流量を２０Ｌ／ｍｉｎとし、吸引側の流量を３０Ｌ／ｍｉｎとした。

図５は、このときの冷却手段１０出口部分におけるガスの温度と相対湿度を経時的に測定した結果である。なお、湿度測定には、温度湿度ロガー（エスペックミック社製，型番ＲＳ−１２）を用いて測定した。

このように、本実施例１では、除湿後の湿度の経時変化がほとんど見られず、除湿処理後の排出ガスの温度は約３１〜３２℃で一定し、相対湿度は約５２〜５９％ＲＨ内の範囲で推移していることがわかる。除湿処理後の排出ガスの絶対湿度は、約１６〜２０ｇ／ｍ^３程度の範囲内で推移したことになる。

また、本実施例１の結果から、吸湿後のガスが乾きすぎず、安定した水分を含んでいることから、ＮＯの吸着除害に用いる化学吸着剤（例えば、ＰｕｒａｆｉｌＳｅｌｅｃｔＣｈｅｍｉｓｏｒｂａｎｔ）の吸着性能を低下させないことがわかる。

〔実施例２〕
つぎに、図４（Ａ）に示す試験装置において、冷却手段１０として図１に示したのと同様に、ペルチェ素子１４の排熱を加熱ブロック１２において回収して除湿後のガスを加温する態様のものを使用した。

図６は、このときの冷却手段１０出口部分におけるガスの温度と相対湿度を経時的に測定した結果である。このように、本実施例２では、除湿後の湿度の経時変化がほとんど見られず、除湿処理後の排出ガスの温度は約４２℃前後で一定し、相対湿度は約３３〜３６％ＲＨ内の範囲で推移していることがわかる。除湿処理後の排出ガスの絶対湿度は、約１７〜２０ｇ／ｍ^３程度の範囲内で推移したことになる。このように、除湿後のガスの相対湿度はおおよそ３０％程度になっていることがわかり、配管内での結露防止を考えた場合の理想の相対湿度である５０％（温度３０℃）を十分にクリアできていることがわかる。

また、本実施例２の結果からも、吸湿後のガスが乾きすぎず、安定した水分を含んでいることから、ＮＯの吸着除害に用いる化学吸着剤（例えば、ＰｕｒａｆｉｌＳｅｌｅｃｔＣｈｅｍｉｓｏｒｂａｎｔ）の吸着性能を低下させないことがわかる。

〔比較例〕
つぎに、シリカゲルによる除湿試験を行なった。

図４（Ｂ）に試験装置の概略を示す。３０℃、７０％ＲＨに設定した恒温恒湿槽２５内に、除湿剤としてシリカゲルを充填した除湿筒２７を配置した。シリカゲルは、塩化コバルト由来の青色を呈しており、粒子形状が粒状または球状であって、粒子径３．４ｍｍ以上であるものを３ｋｇ用いた。この際の除湿筒２７のカラムサイズは、φ１００ｍｍ×（Ｈ）６００ｍｍとした。

上記除湿筒２７に対し、加温加湿器２６で３７℃、１００％ＲＨに加温加湿した空気に所定割合の外気（３０℃、７０％ＲＨに設定した恒温恒湿槽２５内の空気である）を混合して導入した。入口側の流量を２０Ｌ／ｍｉｎとし、出口側の流量を３０Ｌ／ｍｉｎとした。

図７は、このときの除湿筒２７出口部分におけるガスの温度と相対湿度を経時的に測定した結果であり、表２は、３ｋｇのシリカゲルにより上記条件で５０％ＲＨまで除湿させるのに要した時間を測定した結果を示す。なお、湿度測定には、温度湿度ロガー（エスペックミック社製，型番ＲＳ−１２）を用いて測定した。

この結果より、シリカゲル３ｋｇによる除湿では、約６時間でシリカゲルの吸着能力が飽和に達し、新しいシリカゲルへの交換が必要となり、連続の装置運転では、非常に手間が生じることがわかる。

また、除湿初期では必要以上に吸湿後のガスが乾きすぎ、結果としてＮＯの吸着除害に用いる化学吸着剤（例えば、ＰｕｒａｆｉｌＳｅｌｅｃｔＣｈｅｍｉｓｏｒｂａｎｔ）の吸着性能を低下させてしまうおそれがあることがわかる。

〔実施例３〕
図１および図３に示す呼気ガスの処理装置１により、呼気ガスのＮＯｘの吸着除害処理を行った。図１の装置による処理は、除湿後のガスをペルチェ素子１４の排熱を利用して加温して吸着筒５に導入した例であり、図３の装置による処理は、排熱利用せずに除湿後の呼気ガスを加温せずそのまま吸着筒５に導入した例である。

ＮＯの吸着剤としては、上記のように化学吸着剤（ＰｕｒａｆｉｌＳｅｌｅｃｔＣｈｅｌｌｉｓｏｒｂａｎｔ）を用いた。またＮＯ_２の物理吸着剤としては、活性炭（クラレコール２ＧＧＫ５０２２４４０，粒度：粒子径ｌ．７０〜２．８０ｍｍのものが９５％以上，クラレケミカル社製）を用いた。ニードル弁２２としては、コフロック株式会社製，型番２４１２１−ＳＳ−ｌ／４を用いた。

上記呼気ガスの処理装置１の運転は、下記の条件において行なった。
人工呼吸器流量：２０Ｌ／ｍｉｎ
吸引流量：３０Ｌ／ｍｉｎ
ＮＯ濃度：２０ｐｐｍ
化学吸着剤と物理吸着剤の充填比率：容量比２：１（５００ｇ：１２０ｇ）

なお、化学吸着剤と物理吸着剤の充填比率は、充填比率を変更して除害性能を測定した下記表３の測定結果より決定した。

上記条件によって装置を運転してＮＯｘの吸着除害処理を行い、除湿後のガスの温湿度と、吸着筒５出口部でのＮＯ濃度が徐々に高くなって０．３ｐｐｍに達するまでの時間とを測定した。その結果を下記の表３に示す。なお、ＮＯｘの測定はＮＯｘ−ＮＯ_２−ＮＯ自動分析計Ｍ１０ＤＥＬ４２Ｅ（サーモエレクトロン社製）により化学発光法で行った。この時の測定条件は下記のとおりである。
測定範囲：０〜５０００ｐｐｍ（フルスケール設定可能）
応答時間（０〜９０％ＦＳ）：１０秒
サンプル流量：約０．２５Ｌ／ｍｉｎ

このように、例えば、ＮＯの排気許容濃度を仮に０．３ｐｐｍとした場合、除湿後のガスを加温して吸着剤に接触させた方が、除害処理能力が飽和するまでの運転可能時間がｌ．６倍に延びることがわかる。すなわち、除湿後のガスを加温して吸着筒５に導入した例の方が、０．３ｐｐｍに達するまでの時間が長く、化学吸着剤の寿命が長くなる。現実的には、ＮＯの許容濃度はさらに高くても良いため、除湿後のガスを加温して吸着剤に接触させることが有効であることがわかる。

なお、上記実施形態および実施例では、冷却手段１０としてペルチェ素子１４を利用したものを例示したが、これに限定するものではなく、冷却による結露で水分除去しうるものであれば各種のものを用いることができる。また、化学吸着剤や物理吸着剤も例示したものに限定するものではなく、各種のものを用いることができる。

本発明の第１実施形態の呼気ガスの処理装置の概略構成図である。冷却手段の概略構成図である。本発明の第２実施形態の呼気ガスの処理装置の概略構成図である。除湿試験の試験装置の概略構成を示す図である。ペルチェ素子を使用した冷却手段での除湿試験結果（除湿後加温なし）。ペルチェ素子を使用した冷却手段での除湿試験結果（除湿後加温あり）。シリカゲルを使用した冷却手段での除湿試験結果。

符号の説明

１：呼気ガスの処理装置
２：人工呼吸器
３：呼吸弁
４：水分除去手段
５：吸着筒
６：導入チューブ
７：外気混合器
８：外気導入口
９：流量測定器
１０：冷却手段
１１：冷却ブロック
１２：加熱ブロック
１３：ドレンタンク
１４：ペルチェ素子
１５：放熱フィン
１６：冷却ファン
１７：熱交換パイプ
１８：熱交換パイプ
１９：ドレン管
２０：化学吸着層
２１：物理吸着層
２２：ニードル弁
２５：恒温恒湿槽
２６：加温加湿器
２７：除湿筒

Claims

除去対象成分を含む呼気ガスを冷却手段により冷却して呼気ガス中に含まれる水分を結露させて除去する水分除去手段を備え、
上記水分除去手段で水分除去した呼気ガスを吸着剤に接触させて除去対象成分を除去する装置であって、
上記呼気ガスは、除去対象成分として一酸化窒素を含有し、
上記吸着剤は、水分を必要とする吸着反応により一酸化窒素を吸着除去する化学吸着剤であり、
上記冷却手段としてペルチェ素子を利用したものを用いることにより上記呼気ガスを冷却し、この冷却において、その後の上記吸着反応に必要な水分を残すように水分除去し、上記吸着反応に必要な水分を残して水分除去した後の呼気ガスを、加温してから上記化学吸着剤に接触させることを特徴とする呼気ガスの処理装置。
呼気ガスの処理を行なっている間、水分除去後の呼気ガスの絶対湿度を１０〜２５ｇ／ｍ^３内になるよう制御する請求項１記載の呼気ガスの処理装置。
上記ペルチェ素子の吸熱側に配置された冷却部で呼気を冷却して水分除去し、上記ペルチェ素子の放熱側に配置された加熱部で呼気を加温する請求項１または２記載の呼気ガスの処理装置。