JP2021065417A - 呼吸補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、軽量化が可能であり、貯留させる水全体を熱することなく素早く十分な加湿が可能な加湿装置、及び、呼吸補助装置を提供する。【解決手段】使用者Ｕの鼻部近傍または／および口部近傍に配置されて送気ガスを使用者Ｕの呼吸器へ供給する呼吸インターフェース２０と、送気ガスに水蒸気を付加させる加湿装置１５と、加湿装置１５において水蒸気を含ませた送気ガスの送気ガス出口と呼吸インターフェース２０とを接続して送気ガスを使用者Ｕへ導く呼吸回路１３と、を備え、加湿装置１５は、液体状態の水を供給する水供給部と、電磁誘導により渦電流を生じさせる送電コイルと、渦電流によって加熱されて水を水蒸気とする発熱体とを有し、発熱体は、水供給部から供給される水に接触する水接触領域と、送気ガスに接触して、水蒸気を送気ガスへ付加するガス接触領域とを有し、呼吸回路１３の長さが１ｍ以内であることを特徴とする呼吸補助装置１。【選択図】図１

Description

本発明は使用者の呼吸補助を行う呼吸補助装置に関する。

使用者の気道に接続して、換気を調節又は補助するように設計された自動的換気装置が医療の現場において広く使用されており、睡眠時無呼吸症候群に対する治療であるＣＰＡＰ療法（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ａｉｒｗａｙ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ：経鼻的持続陽圧呼吸療法）に使用される呼吸補助装置も含まれる。

気道に乾燥したガスを送気し続けると使用者に不快感を引き起こし、場合によっては気道へ損傷を与えるきっかけにもなり得る。そこで呼吸補助装置には、送気ガスへ水分を付加する加湿装置を接続する。

従来、呼吸補助装置に使用される加湿装置は、発熱体（ヒータープレート）で貯水槽に入れた水全体を加熱して蒸発させる方式のものが多かった（例えば、特許文献１参照）。

図１２（Ａ）は、従来の呼吸補助装置１０１の概念図である。呼吸補助蔵置１０１は、加熱蒸発方式を採用する加湿装置１０５を備える。加湿装置１０５は、ベンチレーター１１０から送気される送気ガスを送気ガス入口部１１５から取り入れ、加温加湿して送気ガス出口部１２０から吸気側呼吸回路１２７へと送り出す。送気ガスは蛇管１３０を通って呼吸インターフェース１３５から使用者Ｕへと送気される。呼気は呼気側呼吸回路１２５を通じて外界に放出される。

さてこのとき送気ガス入口部１１５から送気される送気ガスは、吸気側呼吸回路１２７における熱損失によって温度が下がってしまうと結露してしまい、細菌が発生しやすいという課題を生じる。このため、吸気側呼吸回路１２７にはヒーター１２３を備えることで送気ガスの温度を下げないようにする。

図１２（Ｂ）は、従来の加湿装置１０５の説明図である。加湿装置１０５は筐体内部に液体（水）１５５を貯留する。液体（水）１５５は発熱体１５０によって加熱蒸発される。発熱体１５０は、例えば電気抵抗体（図示省略）を有して電源１６０から電流を流すことで加熱される。

具体的には、送気ガス入口部１１５から流入する送気ガスは加湿空間１４５において、液体（水）１５５の表面から蒸発した水蒸気を含み、加湿された後に送気ガス出口部１２０から、呼吸回路を通じて使用者Ｕの気道へと送られる。このとき送気ガス出口温度測定部１４０で送気ガスの出口温度が測定され、使用者Ｕの気道において適切な温度及び湿度となるように発熱体１５０へ投入される電力が制御される。

特表２００９−５０４２７７号公報

しかし、特許文献１記載の技術では、貯水槽全体の水の温度を上昇させなければ、十分な量の水蒸気を発生させることができない。このためエネルギー消費量が多く、加湿が可能になるまで長い時間、例えば３０分間程度の時間が掛かる。また熱水を多く貯留しなければならないので小型化も難しい。また多くの熱水を貯留する必要があるので、加湿装置を倒すことで熱水が漏れ、使用者等が熱傷を負う危険も大きい。したがって加湿装置を使用者から離れた場所に配設せざるをえない。具体的には加湿装置と呼吸インターフェースの間の呼吸回路の長さを、例えば１ｍよりも大きくせざるをえず、そのために呼吸回路からの熱損失が大きくなり、送気ガスの温度低下に伴う結露を防ぐためのヒーターを省略することも困難である。将来、呼吸補助装置は在宅医療で用いられる機会が多くなると考えられており、その意味でも医療従事者以外の家族が扱うには不便である。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、小型化、軽量化が可能であり、貯留させる水全体を熱することなく素早く十分な加湿が可能な加湿装置、及び、呼吸補助装置の提供を目的とする。

（１）使用者の鼻部近傍または／および口部近傍に配置されて送気ガスを前記使用者の呼吸器へ供給する呼吸インターフェースと前記送気ガスに水蒸気を付加させる加湿装置と前記加湿装置において前記水蒸気を含ませた前記送気ガスの送気ガス出口と前記呼吸インターフェースとを接続して前記送気ガスを前記使用者へ導く呼吸回路と、を備え前記加湿装置は、液体状態の水を供給する水供給部と電磁誘導により渦電流を生じさせる送電コイルと前記渦電流によって加熱されて前記水を水蒸気とする発熱体と、を有し前記発熱体は前記水供給部から供給される前記水に接触する水接触領域と前記送気ガスに接触して、前記水蒸気を前記送気ガスへ付加するガス接触領域とを有し前記呼吸回路の長さが１ｍ以内であることを特徴とする呼吸補助装置を提供する。

電磁誘導により加熱される発熱体へ水を供給することで加熱水蒸気を発生させる加熱方法を用いることで、熱水を多量に貯留する必要の無い加湿装置を実現できる。

上記（１）に記載する発明によれば、小型軽量であり、且つ、安全な加湿装置を備える呼吸補助装置が実現できるので、加湿装置と使用者が着用する呼吸インターフェースとの間の呼吸回路の長さを短くすることが可能になり、呼吸回路内で送気ガスが結露することを防ぐための結露防止用ヒーターを省くことができるという極めて優れた効果を奏する。

（２）本発明は、前記水を溜める水タンクを備え、前記水接触領域と前水タンクに溜められる前記水が直接接触し、前記水接触領域と前記水タンクにより前記水が密閉されることを特徴とする上記（１）に記載の呼吸補助装置を提供する。

上記（２）に記載する発明によれば、水接触領域と水タンクにより水が密閉されるので、熱水で使用者が熱傷を負う可能性が極めて低くなるという優れた効果を奏する。

（３）本発明は、前記水を溜める貯留部を備え、前記貯留部に溜められる前記水と前記送気ガスは直接接触しないことを特徴とする上記（１）に記載の呼吸補助装置を提供する。

従来の加湿装置では、貯留された熱水の表面から水蒸気を多量の送気ガスに含ませるため、貯留部に溜められた水と送気ガスは広い水面を介して直接接触することが必須であった。電磁誘導により加熱される発熱体へ水を供給することで加熱水蒸気を発生させる加熱方法を用いるので、貯留部に多量の熱水を溜める必要がない。

上記（３）に記載する発明によれば、貯留部の水と送気ガスは直接接触しないので、加湿装置からの熱水で使用者が熱傷を負う可能性が極めて低くなるという優れた効果を奏する。

（４）本発明は、前記貯留部から水供給配管を介して前記水接触領域へ供給されることを特徴とする上記（３）に記載の呼吸補助装置を提供する。

上記（４）に記載する発明によれば、水接触領域と貯留部に溜められる水は直接接触せず、水は貯留部から水供給配管を介して水接触領域へ供給されるので、貯留部が外界と隔離されることで細菌が繁殖しにくくなり、衛生的な加湿装置を備える呼吸補助装置が実現できるという優れた効果を奏する。

（５）本発明は、前記水供給部は、前記発熱体における前記水の気化容量より少ない水量を供給することを特徴とする上記（４）に記載の呼吸補助装置を提供する。

上記（５）に記載する発明によれば、水接触領域近傍に液体状態の水が滞留することがないので、細菌が繁殖しにくく衛生的に良好な状態が保ちやすいという優れた効果を奏する。

（６）前記発熱体は金属を含み、前記水蒸気を通過させることが可能な多孔状に構成される金属多孔体であることを特徴とする上記（１）乃至上記（５）のうちのいずれかに記載の呼吸補助装置を提供する。

金属多孔体は電気伝導性を有する。上記（６）に記載する発明によれば、送電コイルから電磁誘導現象によって金属多孔体に電流が流れることで抵抗加熱が生じ、水を効率的に気化させることができるという優れた効果を奏する。

（７）前記発熱体は中空部を有する筒形であり、前記送気ガスは前記中空部を通過する際に、前記ガス接触領域から前記水蒸気を付加されることを特徴とする上記（１）乃至上記（６）のうちのいずれかに記載の呼吸補助装置を提供する。

上記（７）に記載する発明によれば、送気ガスが中空部を通過する際に水蒸気を付加されるため流路抵抗が小さい加湿装置が実現でき、送風機のパワーも小さなもので十分なので全体として小型軽量で低消費電力な呼吸補助装置を実現できるという優れた効果を奏する。

（８）前記発熱体と前記送電コイルは、電気的絶縁及び液体状態の水の隔離をおこなう絶縁部を介して配置されることを特徴とする上記（１）乃至上記（７）のうちのいずれかに記載の呼吸補助装置を提供する。

上記（８）に記載する発明によれば、電磁誘導現象を用いて発熱部へエネルギーを付与する送電コイルと発熱体が絶縁部によって電気的に、また物理的に隔離絶縁されているので、水分によるショートなどの事故が起きる可能性が低くなるという優れた効果を奏する。

（９）前記絶縁部は筒形であり、前記発熱体の外周側に前記絶縁部が配置され、前記絶縁部の外周側に前記送電コイルが配置されることを特徴とする上記（８）に記載の呼吸補助装置を提供する。

上記（９）に記載する発明によれば、筒形の発熱体内を送気ガスが通過することができるので、効率よく水蒸気を送気ガスに付加させることができ、流路抵抗が小さい加湿装置が実現でき、送風機のパワーも小さなもので十分なので全体として小型軽量で低消費電力な呼吸補助装置を実現できるという優れた効果を奏する。

本発明の請求項１から請求項９に記載する呼吸補助装置によれば、小型軽量であり、且つ、安全な加湿装置を備える呼吸補助装置が実現できるので、加湿装置と使用者が着用する呼吸インターフェースとの間の呼吸回路の長さを短くすることが可能になり、呼吸回路内で送気ガスが結露することを防ぐための結露防止用のヒーターを省くことができるという極めて優れた効果を奏し得る。

本発明の第一実施形態に係る呼吸補助装置の説明図である。 本発明の第一実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置の説明図である。 （Ａ）加湿装置における貯留部、発熱体、及び、送電コイルの断面図である。（Ｂ）発熱体の加熱原理を説明する説明図である。 （Ａ）本発明の第二実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置の貯留部、発熱体、及び、送電コイルの断面図である。（Ｂ）本発明の第三実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置の貯留部、発熱体の断面図である。（Ｃ）本発明の第一実施形態から第三実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５への水供給方法の説明図である。 実施例に係る呼吸補助装置における加湿装置の説明図である。 （Ａ）本発明の第四実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置の筐体内部の説明図である。（Ｂ）加湿装置の断面図である。 （Ａ）本発明の第四実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置の説明図である。（Ｂ）本発明の第五実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置の説明図である。 （Ａ）本発明の第四実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置を構成するエネルギー供給部と加湿部が分離する動作を示す説明図である。（Ｂ）本発明の第五実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置を構成するエネルギー供給部と加湿部が分離する動作を示す説明図である。（Ｃ）本発明の第四実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置の筐体内の加湿空間を解放して加湿部のみを分離してメンテナンスする態様を示す説明図である。 （Ａ）本発明の第六実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置の筐体内部を説明する説明図である。（Ｂ）加湿装置の筐体の断面図である。 （Ａ）本発明の第七実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置の説明図である。（Ｂ）本発明の第七実施形態の変形実施例に係る呼吸補助装置における加湿装置の断面図である。（Ｃ）本発明の第七実施形態に係る呼吸補助装置の説明図である。 （Ａ）本発明の第八実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置の説明図である。（Ｂ）加湿装置の断面図である。 （Ａ）従来の呼吸補助装置の概念図である。（Ｂ）従来の加湿装置の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図１１は発明を実施する形態の一例であって、図中、同一の符号を付した部分は同一物を表わす。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、部材の大きさ、形状、厚みなどを適宜誇張して表現する。

図１は、本発明の第一実施形態に係る呼吸補助装置１の説明図である。呼吸補助装置１は、全体の制御等をおこなう制御装置５等を有する本体３と、送気ガスに水分を付加する加湿装置１５と、送気ガスを使用者Ｕに導く呼吸回路１３と、使用者Ｕにガスを供給する呼吸インターフェース２０を備える。本体３は、送気ガスの流量や温度を制御する制御装置５と、送気ガスの流量を測定する流量センサ７と、送気するガスを空気吸込口１１から吸い込んで呼吸回路１３へ送り出す送風機（ブロワ）９を有する。加湿装置１５以外の部材は、従来の呼吸補助装置１と同様の構成なので詳細な記載は省略する。

具体的には、呼吸補助装置１は、使用者Ｕの鼻部近傍または／および口部近傍に配置されて送気ガスを使用者の呼吸器へ供給する呼吸インターフェース２０と、送気ガスに水蒸気を付加させる加湿装置１５と、加湿装置１５において水蒸気を含ませた送気ガスの送気ガス出口２２（後述する図２参照））と呼吸インターフェース２０とを接続して送気ガスを使用者Ｕへ導く呼吸回路１３とを備え、加湿装置１５は、液体状態の水を供給する水供給部（後述する図４（Ｃ）参照）と、電磁誘導により渦電流を生じさせる送電コイル３３と、渦電流によって加熱されて水を水蒸気とする発熱体２３（後述する図２参照）とを有し、発熱体２３は、水供給部５０（後述する図４（Ｃ）参照）から供給される水に接触する水接触領域４２と、送気ガスに接触して、水蒸気を送気ガスへ付加するガス接触領域４４とを有し、呼吸回路１３の長さが１ｍ以内であることを特徴とする。呼吸回路１３の長さは５０ｃｍ以下が望ましい。

呼吸回路１３内での結露を防ぐためには、加湿装置１５の送気ガス出口２２から送気される送気ガスについて、呼吸インターフェース２０近傍においては、３７℃、相対湿度８５％〜９０％であることが好ましく、加湿装置１５と呼吸インターフェース２０の間の呼吸回路１３での温度低下は５℃以内であることが望ましい。呼吸回路１３には結露防止用のヒーターを設けない。

なお制御装置５はＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから構成され、各種制御を実行する。ＣＰＵ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様々な機能を実現する。ＲＡＭはＣＰＵの作業領域、記憶領域として使用され、ＲＯＭはＣＰＵで実行されるオペレーティングシステムやプログラムを記憶する。

図２には、本発明の第一実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５の説明図を示す。加湿装置１５は、液体状態の水２７を貯留する水タンク３１と、水２７に接触される発熱体２３と、水を加熱する加熱部４０（後述する図３（Ａ）を参照）とを備え、発熱体２３は液体状態の水を通過させず、且つ、水蒸気は通過可能である。また発熱体２３は、水タンク３１の少なくとも一部であり、発熱体２３は、水タンク３１において鉛直方向上向きの場所に配設されてよい。

発熱体２３は、薄いプレート状の金属を含み、水蒸気が通過可能な複数の貫通孔を有することを特徴とする。材質としては例えばステンレスが望ましい。微細貫通孔はエッチングで形成してもよく、いわゆるパンチングメタルであってもよい。微細貫通孔の直径は０．３ｍｍ以下が望ましい。また発熱体２３の表面の少なくとも一部は撥水性を有し、例えばフッ素系の合成樹脂によりコーティングされていることが好ましい。このような構成にすることで、微細貫通孔を通じて発熱体２３から水タンク３１の水が外部に漏れ出しにくい。

水タンク３１は、例えば合成樹脂製であることが望ましい。また水タンク３１は満水状態を維持されることが好ましい。水タンク３１には水を供給するために導管２９が配設される。

発熱体２３には、水２７が、常に直接接触することが望ましい。

具体的には、加湿装置１５は、水２７を溜める水タンク３１を備え、水接触領域４２と水タンク３１に溜められる水２７が直接接触し、水接触領域４２と水タンクにより水２７が密閉される。

水タンク３１の下部には発熱体２３と対向する位置に送電コイル３３が配設される。送電コイル３３は導線（図示省略）によりインバータ（図示省略）へ接続され、例えば２０〜９０キロヘルツの交流電流が印加される。

次に、上記した加湿装置１５の動作を説明する。

送気ガス入口２１から流入した送気ガスは、加湿室２５において発熱体２３から出る水蒸気を含んで加湿され、送気ガス出口２２から呼吸回路１３（図１参照）へと導かれる。

図３（Ａ）は、加湿装置１５における水タンク３１、発熱体２３、及び、送電コイル３３の断面図である。発熱体２３は金属を含み、送電コイル３３からの磁場の変動による電磁誘導で渦電流が発生し、発熱体２３が持つ電気抵抗により加熱される。すなわち加熱部４０は、発熱体２３と送電コイル３３と、送電コイル３３に交流電流を印加する電源、インバータ（図示省略）を備える。

言い換えると、加湿装置１５の加熱部４０は、誘導加熱の原理を用いることで、水タンク３１に貯留され、発熱体２３に接触する水２７を加熱する。

なお発熱体２３と送電コイル３３の距離Ｄは１ｃｍ以下であることが好ましい。

図３（Ｂ）は、加熱部４０の加熱原理を説明する説明図である。発熱体２３は、この場合、金属の網状である。インバータから交流電流が送電コイル３３に印加され、磁力線Ｍが送電コイル３３の面に対して垂直に発生する。磁場の大きさが交流電流の変動により変動し、発熱体２３に渦電流Ｅを生じる。そして発熱体２３が持つ電気抵抗により発熱体２３そのものが加熱される。

図４（Ａ）には、本発明の第二実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５の水タンク３１、発熱体２３、及び、送電コイル３３の断面図を示す。本実施形態においては、発熱体２３は発熱体４１と水漏れ防止部４３を備え、接触部４１は金属網状であり、水接触領域４２に含まれる。水漏れ防止部４３の材質は、例えば和紙やシリコーンスポンジであり、汚れたら交換可能であることが好ましい。本実施形態においては、水漏れ防止部４３はガス接触領域４４に含まれる。送電コイル３３により誘導加熱された接触部４１が、水２７を加熱蒸発し、水漏れ防止部４２を介して送気ガスを加湿する。なお水漏れ防止部４２は、水蒸気を通過させ且つ液体状態の水を通さない、例えばゴアテックス（登録商標）のような布であってもよく、接触部４１は布に蒸着された金属膜であってもよい。

図４（Ｂ）には、本発明の第三実施形態に係る加湿装置における水タンク３１、発熱体２３の断面図である。本実施形態において、発熱体２３は水蒸気を通過させる性質を持つ貫通孔４７とヒーター部４９とを有する。ヒーター部４９は、例えば電気抵抗体であり、電流を電源（図示省略）から印加することで水２７を加熱する。そして発生した水蒸気は貫通孔４７を通じて送気ガスを加湿する。

具体的には、水接触領域４２と水タンク３１に溜められる水２７が直接接触し、水接触領域４２と水タンク３１により水２７が密閉される。

また発熱体２３は金属を含み、水蒸気を通過させることが可能な多孔状に構成される金属多孔体であることが望ましい。

なお、いずれの実施形態においても、例えば発熱体２３近傍に温度測定をおこなう検出器を配置して、水切れ時に温度が上昇した際に、制御装置５によって送電コイル３３への電流印加を止める危険防止制御をおこなうことが好ましい。

図４（Ｃ）は、本発明の第一実施形態から第三実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５への水供給方法の説明図である。加湿装置１５自体の構成は、例えば図２と同様であるが、加湿装置１５への水供給を、水供給部５０が含む貯留部５２からおこなう。貯留部５２は水供給バッグであることが望ましい。このとき貯留部５２は伸縮性があり、常に水タンク３１の内部には圧力がかかり、水が発熱体２３に直接接触していることが好ましい。

本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１によれば、水接触領域４２と水タンク３１により水が密閉されるので、熱水で使用者が熱傷を負う可能性が極めて低くなるという優れた効果を奏する。

また他の変形実施例としては、磁性体のヒステリシス損による加熱を利用する方法もある。図５は、本発明の変形実施例に係る加湿装置１５の説明図である。加湿装置１５は、交流電源５７と、送電コイル３３と、水２７を貯留する水タンク３１と、水タンク３１から水２７を吸い上げる細径の磁性体パイプである発熱体２３を備える。発熱体２３の軸は送電コイル３３の軸方向と略一致していることが好ましい。発熱体２３は、送電コイル３３が作る磁力線の向きの変化に応じて、軸方向にヒステリシス損失（ヒステリシス損）が発生して加熱され、磁性体パイプである発熱体２３の中にある水２７を水蒸気５５にする。発生する水蒸気５５は、パイプである発熱体２３における水タンク３１とは逆側の端部から放出され、送気ガスを加湿する。発熱体２３は毛細管現象により水２７を吸い上げられる程度の内径を持つことが望ましい。また発熱体２３の材料は、残留磁束が大きく，保磁力の小さい強磁性体、例えばフェライト等が望ましい。

本変形実施例に係る加湿装置１５によれば、磁力線に沿った方向に発生するヒステリシス損により、発熱体２３を加熱することができるので、発熱体２３は平面である必要がなく、磁性体のパイプを送電コイル３３が発生する磁力線に沿って配置し、毛細管現象で水を吸い上げることだけで加湿装置１５が構成できるという極めて優れた効果を奏する。

図６（Ａ）は、本発明の第四実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５の筐体３５（後述する図７（Ａ）参照）内部の説明図である。筐体３５は、送気ガスが送り込まれる送気ガス入口部２１と、送気ガスが呼吸回路１３（図１参照）へ送り出される送気ガス出口部２２と、磁界を発生させるコイル３３と、発熱部２３と、送電コイル３３と発熱部２３の間の電気的な絶縁をする絶縁部６１と、送電コイル３３と発熱部２３の間の磁気結合の効率を高める磁性体であるフェライト６３と、送気ガスが発熱部２３に十分長い間接触するために、送気ガスの流れを変える整流板６５を備える。送気ガスは発熱部２３で発生した加熱蒸気が加湿空間２５に流れ込むことにより加温加湿される。

本実施形態においては、発熱体２３が金属多孔体であることが望ましい。

図６（Ｂ）は、加湿装置１５の断面図である。

送気ガスは、送気ガス入口２１から筐体３５内に取り込まれ、整流板６５によって流れが変えられ、例えば図６（Ｂ）中の破線で示される加湿加温経路６０のような経路、具体的には送気ガス入口２１から発熱体２３へと向かう進入側経路６０Ａと、発熱体２３近傍の発熱体側経路６０Ｂと、発熱体２３から送気ガス出口２２へと向かう出口側経路６０Ｃを備える経路をたどり、発熱体２３で発生した加熱蒸気を加湿空間２５の中で含んで加温加湿された後に、送気ガス出口部２２から呼吸回路１３（図１参照）へと送り出される。

加湿装置１５は、使用者Ｕへ送気する送気ガスに水蒸気を含ませる加湿空間２５を有する筐体３５を備え、加湿空間２５には、発熱体２３と、送電コイル３３と、絶縁部６１が配設される。さらに発熱体２３に対して水蒸気へと気化させる水を供給する水供給部５０（後述する図７（Ａ）参照）をさらに有する。

具体的には発熱体２３は断面が正円状の円筒形であり、金属を含み全体として電気伝導性を有するが、送電コイル３３から電磁誘導で誘導された電流が流れると加熱する程度の電気抵抗値を有する。送電コイル３３は金属線を螺旋状に巻いた形状でありフェライト６３の外周に沿って配設される。送電コイル３３は高い電気伝導性を有する。絶縁部６１は発熱体２３と送電コイル３３の間に配設され、互いを電気的に絶縁するとともに、水供給部５０から発熱体２３に供給される水およびそれが気化した水蒸気から送電コイル３３を空間的に隔離する隔離壁を兼ねる。絶縁部６１はガラスであってもよく、合成樹脂であってもよい。

また発熱体２３は、その内周には絶縁部６１を介して送電コイル３３が配置される。

絶縁部６１は筒形であり、発熱体２３の内周側に絶縁部６１が配置され、絶縁部６１の内周側に送電コイル３３が配置されることを特徴とする。

なお発熱体２３の筒形の中心軸が、非鉛直方向に向くように配置されることも可能である。ここでは基本姿勢として中心軸が水平となる態様を示したが、この加湿装置の利点として姿勢を変えても加湿加温が可能であることが挙げられる。

図７（Ａ）は、本発明の第四実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置の説明図である。

本実施形態では、発熱体２３と送電コイル３３の間の磁気結合を高めるために、送電コイル３３の内周側にフェライト６３を備える。また絶縁部６１（前述の図６（Ａ）参照）は、筐体３５の一部がその役割を果たしてよい。筐体３５は例えばＡＢＳ樹脂のような合成樹脂であってよい。

発熱体２３は中空部を有する筒形であり、送気ガスは中空部を通過する際に、ガス接触領域４４から水蒸気を付加される

発熱体２３と送電コイル３３は、電気的絶縁及び液体状態の水の隔離をおこなう絶縁部６１を介して配置される

送電コイル３３に対する投入電力は、電源７３から電源ライン６９を通じて印加されるが、電源７３は、発熱制御部７５によって制御される。投入されている電力値はリアルタイムで投入電力測定部７１によって測定される。

水は、水供給部５０から発熱体２３へと供給される。具体的には貯留部５２から水供給調整部７９を通じて発熱体２３に対して供給される。水供給部５０の端部から少量ずつ発熱体２３の内側周面へと水が供給される。水供給部５０の一端は管状であり、その端部が発熱体２３の内周面に沿って配設されることが望ましい。水の供給量は水供給調整部７９によって調節されるが、水供給調整部７９は、例えばピエゾ式のポンプであってよい。水供給調整部７９は水供給量制御部７７によって制御される。

一般に呼吸補助装置１において、使用者Ｕの鼻部や口腔に送気される送気ガスは、例えば温度が３７℃で、相対湿度１００％という予め医師によって決められた値であることが望ましい。しかし加湿装置１５の送気ガス出口２２で上記の決められた値であると、呼吸回路５を送気されていく間に、熱損失をしてしまい送気ガスの温度は低下して、相対湿度も落ちてしまう。この熱損失の程度は、環境温度によっても変動する。

したがって呼吸補助装置１が置かれた環境の環境変数、すなわち外気温や外湿度と、呼吸回路１３における熱損失の程度を加味して、送気ガス出口２２における送気ガスの目標温度と目標湿度（目標絶対湿度）を算出して、それを達成するように電源からの投入電力と、水の供給量を定めることが必要である。

ここで本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９では、目標絶対湿度を達成するために必要な水を供給した際に、発熱体２３で気化させるために必要な電力も鑑みて目標投入電力を目標投入電力算出部（図示省略）において算出する。

具体的には、本実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５は、使用者Ｕへ送気される送気ガスを加湿する加湿装置であって、送気ガスを加湿するために用いる水を加熱して気化させる発熱体２３と、水を発熱体２３へ供給する水供給部５０と、発熱体２３へエネルギーを供給する電源７５と、電源７５から発熱体２３へ投入される投入電力を測定する投入電力測定部７１と、加湿装置１５内、又は、加湿装置１５に接続される呼吸回路１３内の温度を参照して投入電力を制御する発熱制御部７５と、送気ガスについて目標とする加温加湿状態から、目標となる目標投入電力を算出する目標投入電力算出部と、測定された投入電力と目標投入電力との差分値に基づいて水供給量を制御する水供給量制御部７７とを備える。

また本実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５は、使用者Ｕがいる環境の温度である外気温を測定する外気温測定部７１と、使用者Ｕがいる環境の湿度である外湿度を測定する外湿度測定部と、送気ガスが呼吸回路１３（図１参照）に送られる出口となる送気ガス出口２２近傍に設けられ、呼吸回路１３に送られる送気ガスの温度である送気ガス出口温度を測定する送気ガス出口温度測定部とを備え、発熱制御部７３は、出口温度と予め設定された目標温度の差分値に基づいて発熱部２３への投入電力を制御し、目標投入電力算出部は、外気温と、外湿度と、出口温度の値に基づいて目標投入電力を算出する。

さらに本実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５は、水の供給量を変化させる水供給量制御部７７が発熱体２３に供給する水の量を、水供給量制御部７７が制御する。

なお発熱制御装置７５、水供給量制御部７７は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから構成され、各種制御を実行する。ＣＰＵ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様々な機能を実現する。ＲＡＭはＣＰＵの作業領域、記憶領域として使用され、ＲＯＭはＣＰＵで実行されるオペレーティングシステムやプログラムを記憶する。発熱制御装置７５と、水供給量制御部７７は、図１の制御部５と一体であってよい。

水供給部５０は、発熱体２３の近傍に水が滞留しない状態を維持するように水を供給する。つまり発熱体２３が気化させることが可能な最大水量を超えない程度の水を供給する。

具体的には、本実施形態に係る加湿装置１５は、水２７を溜める貯留部５２を備え、

貯留部５２に溜められる水２７と送気ガスは直接接触しない。水２７は水２７を貯留する貯留部５２から水供給配管５３を介して水接触領域４２へ供給される。

水供給部５０は、発熱体２３における水の気化容量より少ない水量を供給する。

なお本実施形態においては、水接触領域４２とガス接触領域４４は、同じ領域であってよい。

図８（Ａ）は、本発明の第四実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置を構成するエネルギー供給部と加湿部が分離する動作を示す説明図である。

加温加湿をおこなう状態においては、フェライト６３と送電コイル３３を備えたエネルギー供給部８１は発熱体２３を内部に配設する筐体３５の凹部に配置され、送電コイル３３と発熱体２３が磁気回路を形成して電磁誘導現象による発熱体２３の加熱が可能な状態にある（図８（Ａ）左図参照）。メンテナンスをする場合、具体的には発熱体２３を有する加湿部８３を交換する場合にはエネルギー供給部８１と加湿部８３が空間的に分離することができる（図８（Ａ）右図参照）。

本実施形態に係る呼吸補助装置１によれば、水接触領域４２と水タンク３１に溜められる水は直接接触せず、水は水タンク３１から水供給部５０を介して水接触領域４２へ供給されるので、水タンク３１が外界と隔離されることで細菌が繁殖しにくくなり、衛生的な加湿装置１５を備える呼吸補助装置１が実現できるという優れた効果を奏する。

図７（Ｂ）は、本発明の第五実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５の説明図である。

本実施形態では発熱体２３と送電コイル３３の間の磁気回路をなるべく閉じて磁気結合を高めるために、Ｕ字状のフェライト６３を備える。また絶縁部６１（前述の図６（Ａ）参照）は、筐体３５の一部がその役割を果たしてよい。筐体３５は例えばＡＢＳ樹脂のような合成樹脂であってよい。

送電コイル３３に対する投入電力は、電源７３から電源ライン６９を通じて印加されるが、電源７３は、発熱制御部７５によって制御される。投入されている電力値はリアルタイムで投入電力測定部７１によって測定される。

水は、貯留部５２から水供給部５０を通じて発熱体２３に対して供給される。水の供給量は水供給調整部７９によって制御されるが、水供給調整部７９は、例えばピエゾ式のポンプであってよい。水供給調整部７９は水供給量制御部７７によって制御される。

水供給部５０は、発熱体２３の近傍に水が滞留しない状態を維持するように水を供給する。発熱体２３に対する水の供給は、図７（Ａ）の場合と同様なので記載を省略する。

図８（Ｂ）は、本発明の第五の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５を構成するエネルギー供給部８１と加湿部８３が分離する動作を示す説明図である。

加温加湿をおこなう状態においては、フェライト６３と送電コイル３３を備えたエネルギー供給部８１は発熱体２３を内部に配設する筐体３５の凹部に配置され、送電コイル３３と発熱体２３が磁気回路を形成して電磁誘導現象による発熱体２３の加熱が可能な状態にある（図８（Ｂ）左図参照）。メンテナンスをする場合、具体的には発熱体２３を有する加湿部８３を交換する場合にはエネルギー供給部８１と加湿部８３が空間的に分離することができる（図８（Ｂ）右図参照）。

加湿部８３には水が供給されるので細菌が発生する可能性があり、定期的に交換することが望ましい。筐体３５が、エネルギー供給部８１と加湿部８３のように容易に分離できるので、加湿部８３だけ新しいものに交換することができるというメンテナンスの容易さを実現している。

図８（Ｃ）は本発明の第四実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５の筐体３５内の加湿空間を開放して加湿部８３のみを分離してメンテナンスする態様を示す説明図である。

加湿装置１５は本体部３５Ａと蓋部３５Ｂを備え、メンテナンス時、具体的には発熱部（金属多孔体）５９を交換する場合には蓋部３０Ｂを開放することで発熱体２３を容易に取り出して交換することができる（図８（Ｃ）右図参照）。

図９（Ａ）は、本発明の第六実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５の筐体３５の内部を説明する説明図である。

本実施形態においては、発熱体２３を有する加温部８３と、同様に発熱体２３を有する加湿部８５を備える。送気ガス入口２１から取り入れられた送気ガスは水が供給されない加温部８３によって加温され、水が供給される加湿部８５で加湿された後に、送気ガス出口２２から呼吸回路１３（図１参照）へと送り出される。加湿部８５における水の供給は本発明の他の実施形態と同様なので詳細な記載は省略する。

図９（Ｂ）は、加湿装置１５の筐体３５の断面図である。加温部８３は加温用送電コイル９１と加温用発熱部８９を備える。また加湿部８５は加湿用送電コイル９３と加湿用発熱部９５を備える。

本実施形態では温度と湿度を独立して制御することができるという効果を奏する。

なお本実施形態においては加温部８３が送気の上流側、加湿部８５が下流側に配置されているが、逆に加湿部８５が送気の上流側、加温部８３が下流側に配置されても良い。

また加湿部８５だけでなく加温部８３側に対しても水を供給して、加湿部８５とともに同時に加温部８３が送気ガスの加温および加湿をおこなってもよい。

図１０（Ａ）は、本発明の第七実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５の説明図である。

加湿装置１５は、発熱体２３と、絶縁部６１と、送電コイル３３と、発熱体２３へ水を供給する水供給部５０を備える。発熱体２３の内側周面にある水接触領域４２へ貯留部５２から水供給配管５３を介して水が供給される。発熱体２３は金属とフェライトの混合物であってもよい。水は水接触領域４２で気化されて、加熱蒸気が発生する。

発熱体２３は断面が正円状の筒形であり、中空部９７を有する。送気ガスは送気ガス入口２１から送気されて中空部９７を通過する際に、発熱体２３の内側周面であるガス接触領域４４で加温され、水接触領域４２から水蒸気を付加される。

発熱体２３と送電コイル３３は、電気的絶縁及び液体状態の水の隔離をおこなう絶縁部６１を介して配置される。

絶縁部６１は筒形であり、発熱体２３の外周側に絶縁部６１が配置され、絶縁部６１の外周側に送電コイル３３が配置される。

図１０（Ｂ）は、上記第七実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５の変形実施例である。具体的には加湿装置１５の断面図を示す。発熱体２３の外周側に水供給配管５３が配設され、水供給部５０から水が発熱体２３へ供給される。具体的には貯留部５２から水供給配管５３を介して水が水接触領域４２に供給される。発熱体２３が水を加熱することで水蒸気が生じ、発熱体２３に設けられた細孔から中空部９７へ水蒸気が供給される。そしてガス接触領域４４から中空部９７を通過する送気ガスへ水蒸気が付加される。発熱体２３の外周側には絶縁部６１が配設され、絶縁部６１の外周側には送電コイル３３が配設される。

図１０（Ｃ）は、本発明の第七実施形態に係る呼吸補助装置１の説明図である。本体３は送風機（ブロワ）９と送風機（ブロワ）９を制御する制御装置５と、流量センサ７を有し、送気ガスは呼吸回路１３Ａを介して加湿装置１５へと送気される。加湿装置１５は呼吸回路１３Ａと、呼吸回路１３Ｂの間に配設され、電源７３によって加湿装置１５が有する発熱体２３が加熱され水蒸気を送気ガスに付加する。呼吸回路１３Ｂには結露防止用のヒーターを設けない。

加湿装置１５と、使用者Ｕが着用する呼吸インターフェース２０の間は呼吸回路１３Ｂにより接続され、その長さＬは１ｍ以下である。望ましくは５０ｃｍ以下である。

呼吸回路１３Ｂ内での結露を防ぐためには、加湿装置１５の送気ガス出口２２から送気される送気ガスについて、呼吸インターフェース２０近傍においては、３７℃、相対湿度８５％〜９０％であることが好ましく、加湿装置１５と呼吸インターフェース２０の間の呼吸回路１３Ｂでの温度低下は５℃以内であることが望ましい。

図１１（Ａ）は、本発明の第八実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置１５の説明図である。加湿装置１５は、発熱体２３と、絶縁部６１と、送電コイル３３と、発熱体２３へ水を供給する水供給部５０（図示省略）を備える。発熱体２３の内側周面へ水供給部５０から水が供給される。また発熱体２３の内側の中空部９７にはフェライト６３が配設されて、送電コイル３３と発熱体２３の間の磁気結合を強める。

図１１（Ｂ）は、加湿装置１５の断面図である。発熱体２３は断面が正円状の筒形であり、中空部９７を有する。水は水供給配管５３を介して発熱体２３の内周面である水接触領域４２に供給され、加熱されて加熱蒸気を発生する。送気ガスは送気ガス入口２１から送気されて中空部９７を通過する際に、発熱体２３の内周面である水接触領域４２から水蒸気を付加される。もちろん図１０（Ｂ）に示したように発熱体２３の外周面に水を供給しても良い。その場合には発熱体２３の外周面が水接触領域４２を有することになり、発熱体２３が有する細孔を通じて中空部９７を通過する送気ガスへ水蒸気を含ませる。

発熱体２３と送電コイル３３は、電気的絶縁及び液体状態の水の隔離をおこなう絶縁部６１を介して配置される。

絶縁部６１は筒形であり、発熱体２３の外周側に絶縁部６１が配置され、絶縁部６１の外周側に送電コイル３３が配置される。

電磁誘導により加熱される発熱体２３へ水を供給することで加熱水蒸気を発生させる加熱方法を用いることで、熱水を多量に貯留する必要の無い加湿装置１５を実現できる。

本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１によれば、小型軽量であり、且つ、安全な加湿装置を備えるので、加湿装置と使用者が着用する呼吸インターフェース２０との間の呼吸回路１３の長さを短くすることが可能になり、呼吸回路１３内で送気ガスが結露することを防ぐための結露防止用ヒーターを省くことができるという極めて優れた効果を奏する。

従来の加湿装置では、貯留された熱水の表面から水蒸気を多量の送気ガスに含ませるため、貯留部に溜められた水と送気ガスは広い水面を介して直接接触することが必須であった。電磁誘導により加熱される発熱体へ水を供給することで加熱水蒸気を発生させる加熱方法を用いるので、貯留部に多量の熱水を溜める必要がない。

従来の加湿装置では、貯留された熱水の表面から水蒸気を多量の送気ガスに含ませるため、貯留部５２に溜められた水と送気ガスは広い水面を介して直接接触することが必須であった。電磁誘導により加熱される発熱体２３へ水を供給することで加熱水蒸気を発生させる加熱方法を用いるので、貯留部に多量の熱水を溜める必要がない。

本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１によれば、水と送気ガスは直接接触しないので、加湿装置１５からの熱水で使用者が熱傷を負う可能性が極めて低くなるという優れた効果を奏する。

本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１によれば、水接触領域４２と貯留部５２に溜められる水は直接接触せず、水は貯留部５２から水供給配管５３を介して水接触領域４２へ供給されるので、貯留部５２が外界と隔離されることで細菌が繁殖しにくくなり、衛生的な加湿装置１５を備える呼吸補助装置１が実現できるという優れた効果を奏する。

本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１によれば、水接触領域４２近傍に液体状態の水が滞留することがないので、細菌が繁殖しにくく衛生的に良好な状態が保ちやすいという優れた効果を奏する。

金属多孔体は電気伝導性を有する。本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１によれば、送電コイル３３から電磁誘導現象によって金属多孔体に電流が流れることで抵抗加熱が生じ、水を効率的に気化させることができるという優れた効果を奏する。

本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１によれば、送気ガスが中空部９７を通過する際に水蒸気を付加されるため流路抵抗が小さい加湿装置１５が実現でき、送風機９のパワーも小さなもので十分なので全体として小型軽量で低消費電力な呼吸補助装置１を実現できるという優れた効果を奏する。

本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１によれば、電磁誘導現象を用いて発熱部２３へエネルギーを付与する送電コイル３３と発熱体２３が絶縁部６１によって電気的に、また物理的に隔離絶縁されているので、水分によるショートなどの事故が起きる可能性が低くなるという優れた効果を奏する。

本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１によれば、筒形の発熱体２３内を送気ガスが通過することができるので、効率よく水蒸気を送気ガスに付加させることができ、流路抵抗が小さい加湿装置１５が実現でき、送風機９のパワーも小さなもので十分なので全体として小型軽量で低消費電力な呼吸補助装置１を実現できるという優れた効果を奏する。

なお本発明の呼吸補助装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 呼吸補助装置
３ 本体
５ 制御装置
７ 流量センサ
９ 送風機（ブロワ）
１１ 空気吸込口
１３ 呼吸回路
１５ 加湿装置
２０ 呼吸インターフェース
２１ 送気ガス入口
２２ 送気ガス出口
２３ 発熱体
２５ 加湿室
２７ 水
２９ 導管
３１ 水タンク
３３ 送電コイル
３５ 筐体
４０ 加熱部
４１ 接触部
４２ 水接触領域
４３ 水漏れ防止部
４４ ガス接触領域
４７ 貫通孔
４９ ヒーター部
５０ 水供給部
５２ 貯留部
５３ 水供給配管
５５ 水蒸気
５７ 電源
６０ 加温加湿経路
６１ 絶縁部
６３ フェライト
６５ 整流板
６９ 電源ライン
７１ 投入電力測定部
７３ 電源
７５ 制御装置
７７ 水供給量制御装置
７９ 水供給調整部
８１ エネルギー供給部
８３ 加湿部
８５ 加温部
８９ 加湿用発熱体
９１ 加湿用送電コイル
９３ 加温用送電コイル
９５ 加温用発熱体
９７ 中空部
１０１ 呼吸補助蔵置
１０５ 加湿装置
１１０ ベンチレーター
１１５ 送気ガス入口部
１２０ 送気ガス出口部
１２３ ヒーター
１２５ 呼気側呼吸回路
１２７ 吸気側呼吸回路
１３０ 蛇管
１３５ 呼吸インターフェース
１４０ 送気ガス出口温度測定部
１４５ 加湿空間
１５０ 発熱体
１６０ 電源

Claims (9)

1. 使用者の鼻部近傍または／および口部近傍に配置されて送気ガスを前記使用者の呼吸器へ供給する呼吸インターフェースと、
   前記送気ガスに水蒸気を付加させる加湿装置と、
   前記加湿装置において前記水蒸気を含ませた前記送気ガスの送気ガス出口と前記呼吸インターフェースとを接続して前記送気ガスを前記使用者へ導く呼吸回路と、
   を備え、
   前記加湿装置は、
   液体状態の水を供給する水供給部と、
   電磁誘導により渦電流を生じさせる送電コイルと、
   前記渦電流によって加熱されて前記水を水蒸気とする発熱体と、
   を有し、
   前記発熱体は、
   前記水供給部から供給される前記水に接触する水接触領域と、
   前記送気ガスに接触して、前記水蒸気を前記送気ガスへ付加するガス接触領域と、
   を有し、
   前記呼吸回路の長さが１ｍ以内であることを特徴とする呼吸補助装置。
2. 前記水を溜める水タンクを備え、
   前記水接触領域と前水タンクに溜められる前記水が直接接触し、前記水接触領域と前記水タンクにより前記水が密閉されることを特徴とする請求項１に記載の呼吸補助装置。
3. 前記水を溜める貯留部を備え、
   前記貯留部に溜められる前記水と前記送気ガスは直接接触しないことを特徴とする請求項１に記載の呼吸補助装置。
4. 前記水は貯留部から水供給配管を介して前記水接触領域へ供給されることを特徴とする請求項３に記載の呼吸補助装置。
5. 前記水供給部は、前記発熱体における前記水の気化容量より少ない水量を供給することを特徴とする請求項４に記載の呼吸補助装置。
6. 前記発熱体は金属を含み、前記水蒸気を通過させることが可能な多孔状に構成される金属多孔体であ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呼吸補助装置。
7. 前記発熱体は中空部を有する筒形であり、前記送気ガスは前記中空部を通過する際に、前記ガス接触領域から前記水蒸気を付加されることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載の呼吸補助装置。
8. 前記発熱体と前記送電コイルは、電気的絶縁及び液体状態の水の隔離をおこなう絶縁部を介して配置されることを特徴とする請求項1から請求項７のうちのいずれか一項に記載の呼吸補助装置。
9. 前記絶縁部は筒形であり、前記発熱体の外周側に前記絶縁部が配置され、前記絶縁部の外周側に前記送電コイルが配置されることを特徴とする請求項８に記載の呼吸補助装置。

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