手作りの酸素濃縮装置? 研究(国・東京都は都民を「自宅放置に!?」) (自分の命は自分で守る!)  日本でもできる人は、始めよう!! ( インドの話ではない!)


手作りの酸素濃縮装置 研究

( ゼオライト5A  3.500円  ゼオライト13X 2.235円 (窒素を吸着させ、酸素と分離)  )


 インドでは、新型コロナウイルス感染者数がかつてないほど急増しており、医療用酸素の不足が深刻な問題となっています。これを受けて、マヘッシュ・バンディ准教授は、インドのハイデラバードで医療用酸素を生成する2種類の装置を開発しました。

この装置の作り方は、バンディ准教授のウェブサイトで公開されています。
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バンディ准教授のウェブサイト
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医療用酸素とは、酸素濃度が95%以上の混合ガスのことで、新型コロナウイルス感染症により呼吸困難に陥った重症患者に対する救命治療として使用されています。拡大する需要に対して供給が大幅に遅れているインドでは、闇市場で酸素タンクの価格が市場価格の10倍にまで高騰しているといいます。
酸素濃縮機のメモ

マヘッシュ・バンディ准教授は、次のように述べています。「インドは、これまで見たことがないような状況に陥っています。21世紀にこのようなことが起きていることが信じられません。誰もが知人を亡くしていて、友人や親族が酸素を緊急に必要としています。」

この危機を緩和するため、OISTの非線形・非平衡物理学ユニットを率いるバンディ准教授が、現地で調達した材料を使って大小2つの装置を設計・製作しました。大型の装置は1分間に100リットル強の医療用酸素を生成することができ、持ち運び可能な小型装置は1分間に9リットルの酸素を生成することができます。新型コロナウイルス感染症の重症患者は、毎分約5〜15リットルの酸素が必要とされています。


非線形・非平衡物理学ユニットのマヘッシュ・バンディ准教授が製作した2種類の酸素濃縮装置。左が大型の装置で、右が持ち運び可能な小型装置。

同装置は、化学反応を利用して酸素を生成するのではなく、空気中に含まれる酸素を濃縮します。私たちが吸っている空気は、約78.1%の窒素と約21%の酸素およびその他微量のガスで構成されており、その中から窒素を除去する処理を行うことで酸素を約95%まで濃縮した混合ガスを生成することができます。

「博士課程の学生だった頃、これに似た方法で安価に実験用の純酸素を作ったことがあります。しかし、今回の最大の課題は、実験室が無い場所でこれらの装置を作ることでした」とバンディ准教授は述べています。

同装置は、空気圧縮器で加圧した空気の流れを作り、シリカゲル製の空気フィルターに通して装置の効率を低下させる不純物や水蒸気を除去します。

加圧した空気をこのようにしてろ過した後、窒素除去のサイクルに進みます。このサイクルでは、4つの標準的なステップで、空気の流れがゼオライト(分子のふるい分けをする人工化合物)が入った2種類のシリンダー間を交互に行き来します。バンディ准教授が今回の装置に使用したのはゼオライト5Aと13Xで、窒素分子を付着させて酸素を通過させます。


窒素分子を構造体に付着させて酸素分子を細孔から通過させることで分子のふるいとしての役割を果たすゼオライト5A。

第一ステップでは、空気を最初のシリンダーでろ過し、濃縮酸素を酸素タンクに貯蔵します。しかし5分後には、シリンダー内のゼオライトがそれ以上の窒素分子を保持できなくなります。

第二ステップでは、ゼオライトに付着した窒素を除去します。これには、バルブを使用して加圧された空気の流れを2番目のシリンダーから最初のシリンダーへと100秒間誘導し、濃縮酸素でゼオライトから窒素を払い落として大気中に放出させます。

第三ステップでは、加圧された空気を引き続き2番目のシリンダーに通過させますが、今度は酸素貯蔵タンクに誘導します。5分後、2番目のシリンダーが窒素を保持できなくなるので、第四ステップで、最初のシリンダーから2番目のシリンダーに再び空気を送り込み、100秒間窒素を除去します。

バンディ准教授は、「このサイクルを何度も繰り返すことで、高濃度の酸素をほぼ継続的に供給することができます」と説明します。濃縮酸素はその後タンクに貯蔵されるため、窒素を除去する際に酸素供給が一時的に停止しても、患者に影響はありません。


4つのステップを繰り返して濃縮酸素を生成するサイクル。青と赤の矢印は、各ステップでの装置内の加圧空気の流れの変化を示している。

現在、この装置で使用されているバルブは手動式で、装置が作動している間は、誰かが継続して空気の流れを管理しなければなりません。バンディ准教授は、人為的なミスを防ぎ、動作時間を長くすることができる自動バルブが将来供給されることを期待しています。

バンディ准教授は、同装置は低温で効率的に作動することと、窒素の蓄積を防ぐために風通しの良い場所で使用することを付け加えています。

同装置の作り方をウエブサイトで発表してて以来、インド国内の5つのインキュベーター企業に3つの非政府組織、そして6つの研究チームが、医療用酸素を切実に必要としている人たちのためにこの酸素濃縮装置の製作と出荷を開始したと連絡がありました。

「すでに自分で装置を作り始めている人たちがいるという話を聞いて、驚いています。これらの装置は複雑に見えても実は非常に単純にできていて、新型コロナウイルス感染症の重症患者の生死を分けるものになります。これらの装置によって、失われていたかもしれない命が1人でも多く救われれば、努力の甲斐があったと思います」とバンディ准教授は語っています。

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酸素濃縮器のしくみ
酸素濃縮機00

圧力スイング吸着式

酸素濃縮器はお部屋の空気を取り入れて高濃度酸素を生成させる装置です。酸素濃縮器には窒素を吸着させる性質を持つゼオライト※と呼ばれる物質が入ったシリンダーが取り付けられており、コンプレッサーで加圧と減圧を繰り返すことによって、空気が酸素と窒素に分離されます(PSA方式)。
この生成された濃縮酸素を専用ケージに送り込むと、ケージ内の空気と調整され、吸入に適した濃度で動物に供給することができます。
 
このように酸素濃縮器は、酸素ボンベを使わずにお部屋の空気を取り込んで濃縮酸素を生成するため、停電や機器の故障がない限り連続的にペットに酸素を吸入させることができます。
 
※ゼオライトは無機質の天然鉱石です。化学薬品ではありません。ゼオライトは湿気や油煙、煙草の煙に弱い物質ですので、酸素濃縮器を加湿器の近くや浴室、キッチンには設置しないでください。また、設置しているお部屋での喫煙は避けてください。
コンプレッサーを使用しますので、常時低い動作音がします。また、減圧する際の「プシュー」という空気の抜ける音が発生します。
酸素濃縮器は医療機器ではございません。
 
 

 
弊社がご提供する酸素濃縮器は、スイッチを「ON」にするだけの簡単操作で濃縮酸素を連続的に供給することができます。種類によって生成される酸素濃度や流量など性能が異なりますので、目的に合った機器をお選びいただき、設置環境などご利用上の注意を守ってご活用ください。
→安全にお使いいただくために
 

酸素中毒について

濃縮酸素の吸入は、動脈血の酸素分圧を正常値に近づけ、からだの様々な組織に十分な酸素を供給することを目的とします。酸素分圧とは気体の体積あたりの酸素量を表す指標ですが、その値は気圧×酸素濃度で計算されます。酸素分圧が低いと酸素の摂取量が減って呼吸が苦しくなります。
 
酸素濃縮器をご利用される方の中には、継続的な濃縮酸素の吸入による酸素中毒を心配される方もいらっしゃいます。この点についてご説明しますと、酸素中毒は非常に高い分圧の酸素を長時間摂取した場合に起きる症状であり(たとえば深度におけるスキューバダイビング中にみられる中毒症状など)、単に高い濃度の酸素を吸入しただけでは起こりません。
 
具体的に数値を用いてご説明いたします。平地での気圧を1(760mmHg ※mmHgは気圧の単位)とすると、酸素濃縮器の気圧は高くても1.3気圧(988mmHg)程度です。酸素濃度35%の場合を考えると、酸素分圧は345mmHg (988mmHg×35%)となります。酸素中毒が心配されるのはこの酸素分圧の値が1,300mmHg以上の場合と考えられていますので、仮に酸素濃度を90%としても、酸素分圧は889mmHg (988mmHg×90%)にとどまります。
 
したがって、私たちがふだん生活している地で、適切な酸素濃度でご利用いただく限り酸素中毒を心配する必要はございません(そのような報告も見受けられません)。
 
なお、酸素濃縮器を正しくお使いいただくためにはいくつかのご注意点がございますので、そちらをよくご理解したうえでお使いください。
→安全にお使いいただくために
気圧(mmHg)
酸素濃度(%)
酸素分圧
1,300~
100
1,300~
988
90
889
988
40
395
988
35
345
 
酸素欠乏、二酸化炭素蓄積について

弊社がご提供する専用ケージは、スチールパイプの骨組みに軟質のビニールカバーをかぶせたもので、材質・構造に工夫を重ねて作り上げております。ご使用にあたっては、側面のチャクを少し開けて隙間を作っていただきますので完全に密封された状態にはなりません。したがって、もし停電により機器が停止して酸素が流入しなくなったとしても、酸素欠乏の状態になることはございません(注)。また、動物が吐き出す二酸化炭素はこのチャックの隙間から外に排出されますので、ケージ内に二酸化炭素が蓄積するようなこともございません。
 
このように弊社の専用ケージは安全性に十分配慮した構造になっておりますので、酸素欠乏や二酸化炭素の蓄積を心配することなく安心してお使いいただくことができます。
 
(注)ただちに酸素欠乏の状態にはなりませんが、酸素濃度が下がり、温度や湿度が上昇することは確かですので体調に影響を及ぼす可能性があります。
 
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参考

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