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酸素濃縮器

この例では、肺モデルに連結された酸素濃縮器をモデル化します。2 つの膜のうち 1 つが空気から窒素を取り除き、製品タンクに濃縮酸素を生成します。2 つの膜は定期的に切り替わり、一方の膜がフィルター処理を行っている間に、もう一方は吸収した窒素を除去できます。肺モデルが空気を吸い込むと、製品タンクにある酸素濃度の高い気体の一部が吸気流と混合されます。

このモデルは、Moist Air Properties (MA) における既定のプロパティを変更する操作の 1 つの使用例を示します。既定の "乾燥空気" は酸素と置換され、既定の "微量気体" は窒素と置換されています。この方法により、Controlled Trace Gas Source (MA) ブロックを使用して、膜を通した流れから "微量気体" (窒素など) を取り除くことができます。

肺は Translational Mechanical Converter (MA) によって表され、これが圧力を並進運動に変換します。インターフェイスの断面積を 1 に設定することにより、機械並進ネットワーク内の変位が体積変化の代わりとなり、力が圧力の代わりとなり、バネ定数が呼吸エラスタンスの代わりとなり、減衰係数が呼吸抵抗の代わりとなります。

装置には、連続とパルスの 2 つの運転モードがあります。シミュレーションは連続モードで開始し、酸素濃度の高い一定の気流が肺モデルに送られます。t = 70 秒のときにシミュレーションはパルス モードに切り替わり、酸素の送り出しが吸気と同期します。State Flow™ を使用して 1 分あたりの呼吸数を推定し、装置の保存弁を制御します。

モデル

Breath Estimator サブシステム

Concentrator Logic サブシステム

Lung Model サブシステム

Oxygen Concentrator サブシステム

Sieve 1 サブシステム

Scope からのシミュレーション結果

Simscape ログからのシミュレーション結果

次のプロットは、流量の移動平均を基に計算した、装置によって送り出される体積を示しています。連続モードでは、装置は約 1.2 L/min を送り出します。パルス モードでは、吸気の際にしか空気流が送られないため、装置は約 0.2 L/min を送り出します。送り出された高酸素濃度の空気流は、吸気のときに環境からの空気と混合されてマスクに届きます。

次のプロットは、空気圧と肺の体積を示しています。肺は、単純な機械的エラスタンスと抵抗を使用してモデル化されています。筋肉の圧力によって肺の体積が膨張し、それにより肺の圧力が下がってマスクから空気が吸入されます。