JP5995289B2 - 水切れアラーム - Google Patents

Description

本発明は、患者に供給されるガスの加湿システムに関する。

現在、様々な用途で、患者に供給するガスを加湿することが有利であることが知られている。これらの用途としては、ガスが患者により呼吸される用途及び患者の手術中にガスが供給される用途が含まれる。呼吸ガスの場合、湿度は患者の快適性を増大させ、加湿ガスは、患者の気道組織を乾燥させにくい。手術ガスの場合、加湿ガスは、露出した組織の乾燥を低減し、術後の結果を向上させる。

患者に供給するためにガスを加湿する加湿チャンバを組み込んだガス加湿システムでは、加湿器がガス流に水蒸気を供給する能力を有するために、特定の最小レベルの水が維持されることが重要である。したがって、加湿ガスを患者に投与する医療専門職者又は家庭ベースの投与の場合には患者自身が、水位を時折チェックし、必要な場合には追加の水を追加すべきである。この作業は見過ごされることがある。

米国特許第６，８０２，３１４号明細書には、水位が不十分レベルまで下がったときを自動的に特定し、警報を発する呼吸加湿システムが記載されている。このシステムは、電力入力を、ヒータ板温度と加湿チャンバを出るガスの温度との差で割ったものとして、熱伝導性の測定値を連続して計算する。コントローラは、計算された熱伝導性を、システム内のガスの流量に適した所定の閾値と比較する。熱伝導性が閾値未満の場合、コントローラはアラームを作動させる。

この呼吸加湿システムは、かなり一貫した周囲状況を有する環境を対象としている。例えば、これらの装置が最も頻繁に使用される病棟は、空調され、快適な温度及び背景湿度に維持される傾向がある。

ユーザに加湿チャンバの補充を警告するアラームシステムの別の例は、米国特許出願第２００９／０１８４８３２号明細書に記載されている。この特許出願は、手術送気に使用される加湿器を記載している。一実施形態によれば、コントローラが時間の経過に伴う加湿器ヒータへの合計電力入力を測定する。この出願人によれば、これは、リザーバからのある割合量の水の蒸発を表す。仕事の合計（チャンバが満杯であったときから始まる時間期間にわたる累積電力）が所定のレベルに達すると、コントローラは、加湿チャンバを補充する必要があり得ることをユーザに示す。記載されるさらなる態様では、システムに入るガスの温度に従って閾値レベルを選択することができる。別の態様によれば、瞬間電力が、異なる流量又は様々な流量で異なり得る閾値未満に低減するか否かを判断することにより、システムは、水和流体を再充電する必要があると判断する。別の変形によれば、コントローラは、ヒータ保湿室の近傍又は内部の調整ガスの温度信号を監視し、送気ガスの温度信号が大きく変化し始めた場合、アラームを作動させる。

さらなるシステムが、２００９年１２月２３日に出願され、Ｆｉｓｈｅｒ＆Ｐａｙｋｅｌ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ Ｌｉｍｉｔｅｄに譲渡された米国特許出願第６１／２８９，６１０号明細書に記載されている。これも、送気又は開腹手術に使用されるガスの加湿システムを記載している。この出願によれば、加湿チャンバ内の水が少ない又はない状況が、ヒータベースへの給電を監視しながら、チャンバを出るガスの温度を監視することにより検出される。ヒータに供給される電力が一定又は増大するのと同時に、チャンバを出るガスの温度が低下する場合、コントローラは、これを水切れ状況として判断し、ユーザに警告する。

手術システムも、明確に定義された条件内で動作する。例えば、通常、統制された低温に維持された手術室及び比較的一定の周囲湿度を有する空調された環境内で使用される。

本発明者らは、上述した各システムが誤報を発しやすいと考える。上述した各システムは、チャンバが実際には空ではない状況で、チャンバ内の水切れを特定し、この状況に関して医療専門職者に警告しがちである。偶発的な誤警報は、システムが熟練した医療専門職者により使用されている状況ではあまり重大ではないが、加湿ガス送達システムが制御された病院環境外部で使用される状況では役に立たない。制御された病院環境外部で使用されるシステムは、例えば、１２℃〜３２℃の周囲温度範囲及びこれもまた広く変化する周囲湿度で動作するより広い範囲の周囲条件により、誤警報をより発しやすい可能性がある。ＣＰＡＰ治療又は酸素治療に使用される装置のように、装置が家庭環境で使用される場合、多様な周囲状況は典型的である。

本発明の目的は、少なくとも上記欠点の解消のいくらかの助けになる、少なくとも有用な選択肢を業界に提供するガス加湿システムを提供することである。

一態様では、本発明の本質は、ガス流を準備する装置であって、リザーバを加熱するヒータと、ヒータと熱伝導して、ヒータの温度を読み取る温度センサと、電力を電源からヒータに与えるように適合されるコントローラと、を含み、コントローラは、装置の使用中、システム状況を監視すること、監視されるシステム状況からリザーバ内に水がない可能性を特定すること、水がない可能性の特定に続き、電源からヒータに電力を与えることであって、電力の量は、供給される電力の増大、電源からヒータへの最大電力、電源からヒータへの所定の電力量、又は水がない状態で、ヒータ温度がチャンバに水が存在する状態で達する任意の温度を超える温度まで、ヒータ温度を増大させるヒータへの電力量である、電力を与えること、温度センサの出力を監視すること、及び監視される温度センサ出力により、リザーバ内に水がないことが示される場合、電源からヒータに供給される電力を低減し、ヒータからの電力を完全になくすことを含む制御方法を含む、装置にある。

さらなる態様によれば、温度センサの出力を監視するステップは、ヒータ板温度の上昇を特定することを含む。

さらなる態様によれば、温度センサの出力を監視するステップは、ヒータ温度を閾値温度と比較すること、及び監視される温度が所定の閾値温度を超える水切れ状況を特定することを含む。

さらなる態様によれば、コントローラは、監視される温度が所定の閾値温度を所定の時間期間にわたって超えた場合、水切れ状況を特定する。

さらなる態様によれば、電力をヒータに与えるステップは、利用可能な最大電力をヒータに与えることを含む。

さらなる態様によれば、電力をヒータに与えるステップは、所定量の電力をヒータに与えることを含む。

さらなる態様によれば、電力をヒータに与えるステップは、水がない状態で、ヒータ温度を、ヒータ温度がチャンバに水がある状態で達する任意の温度を超える温度まで上昇させる量の電力をヒータに与えることを含む。

さらなる態様によれば、ヒータはヒータ板を備え、装置は、取り外し可能チャンバをヒータ板に対して保持するクランプを含む。

さらなる態様によれば、温度センサはヒータ板に取り付けられる。

さらなる態様によれば、ガス流を準備する装置は、ガス流を生成するブロワと、ヒータ及び水リザーバを組み込んだ加湿器と、を含み、ブロワの流出口は加湿器の流入口に繋がる。

さらなる態様によれば、コントローラは、装置の使用中、リザーバを出るガスの温度を監視すること、及びヒータに与えられる電力を監視することを含むシステム状況を監視し、加湿器を出るガスの温度及びヒータに与えられる電力の関数に基づいて、水切れ状況の可能性を特定する。

さらなる態様によれば、関数は、ガス温度とヒータ板の電力との比率を含む。

さらなる態様によれば、コントローラは、関数の結果を所定の閾値と比較することにより、リザーバ内に水がない可能性を特定する。

さらなる態様では、本発明の本質は、ガス流を準備する装置であって、リザーバ及びリザーバを加熱するヒータを含む加湿器と、ヒータと熱伝導して、ヒータの温度を読み取る温度センサと、電源からヒータに電力を与えるように適合されたコントローラと、を含み、コントローラは、装置の使用中、システム状況を監視すること、監視されるシステム状況からリザーバ内に水がない可能性を特定すること、水がない可能性の特定に続き、電源からヒータに利用可能な最大電力を与えること、温度センサの出力を監視すること、温度センサの出力が、所定の時間期間にわたって所定の閾値を超える場合、水切れ状況を特定すること、続けて、電源からヒータに供給される電力を低減すること、及び水切れ状況を示す出力を提供すること、を含む制御方法を含む、装置にある。

本発明が関連する分野の当業者には、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から逸脱せずに、本発明の構造の多くの変更形態並びに広く異なる実施形態及び適用例が自明であろう。本明細書での開示及び説明は純粋に例示的なものであり、いかなる意味でも限定を意図しない。

本明細書及び特許請求の範囲で使用される「備える」という用語は、「少なくとも部分的に、〜からなる」を意味する。「備える」を含む本明細書及び特許請求の範囲内の文章を解釈する場合、この用語が前置される１つ又は複数の特徴以外の特徴も存在し得る。「備えた」及び「備えている」等の関連用語も同じように解釈すべきである。

本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。

本発明による加湿チャンバ内の水切れを特定する全体プロセスを示すフロー図である。 加湿空気を受け取っているユーザの概略図を示し、ユーザは鼻マスクを装着し、モジュール式ブロワ／加湿人工呼吸システムから空気を受け取る。 加湿空気を受け取っているユーザの概略図を示し、ユーザは鼻カニューラを装着し、モジュール式ブロワ／加湿人工呼吸システムから空気を受け取る。 加湿空気を受け取っているユーザの概略図を示し、ユーザは鼻マスクを装着し、一体型ブロワ／加湿人工呼吸システムから空気を受け取る。 加湿空気を受け取っているユーザの概略図を示し、ユーザは鼻カニューラを装着し、人工呼吸システムは壁流入口を介して中央源からガスを受け取り、これらを制御ユニットに提供し、制御ユニットは、制御ユニットと一直線上にあり、制御ユニットの下流にある加湿チャンバにガスを提供する。 本発明を使用して行われた実験による、チャンバ流出口温度及びヒータ板電力の関数及びヒータ板温度の終了の時間に対するプロットである。 水切れ状況の可能性を最初に特定する好ましい方法を示すフロー図である。 図２、図３、又は図４の人工呼吸システムとの併用に適したコントローラと、図２、図３、又は図４に示される人工呼吸システムの好ましい形態の他の構成要素との接続のうちのいくつかの概略表現を示す。 本発明の一実施形態による確認方法を示すフロー図である。

本発明は、加湿ガス供給装置の水切れ状況を特定する改良された方法を提供する。この方法は、広く変化する周囲状況での水切れ状況の特定に適することが分かっている。図１に示されるように、この方法は、ステップ１０１０での水切れ状況の一次特定を含む２ステッププロセスを含む。この一次特定は、装置の通常動作の観測中（ステップ１０５０）に行われる。水切れ状況の一次特定に続き、方法は、ステップ１０３０において、装置の加湿部分を一時的に制御し、一次特定を確認又は否定する二次特定をステップ１１００において行う。

一次特定では、装置のコントローラは、システムに含まれるセンサのうちの１つ又は複数により感知されるシステムの様々な特徴を監視し得る。例えば、一次特定は、背景の考察で説明考察されたいくつかの従来技術による方法のうちの任意の１つの方法で行い得る。しかし、一次特定の好ましい方法は、チャンバ流出口温度及びヒータ板温度の関数を監視し、この関数が基線値から離れて動く場合、水切れ状況の可能性を特定する。

本発明の好ましい態様によれば、二次特定は、装置の通常制御に割り込み、加湿器ヒータ電力入力を制御する。二次特定の方法によれば、ヒータ電力は、限られた時間期間にわたって利用可能な最大値に増大される。次に、二次特定が、ヒータ板温度の監視（ステップ１０７０）に基づいて行われる。この特定は、この時間中にヒータ板温度が急激に上昇すること、この時間中に高レベルに留まること、又は水切れ状況を示す、この時間中に高レベルに達することに基づき得る。

次に、コントローラは、水切れ状況の出力を提供して（ステップ１１２０）、ユーザ警告を作動させる。コントローラはまた、ヒータ板への電力を低減するか、又はなくす（ステップ１１１０）。

本発明による水切れ特定方法は、病院環境外部で使用される加湿ガス送達装置に特に適用されるように開発されている。しかし、この方法は、病院環境を対象とした装置のコントローラでも有益であり得る。

この方法は、いくつかの広いシステム構成でコントローラ内で使用することができる。例として、３つの典型的なシステム構成を図２〜図４に示し、後述する。これらのシステム構成は例示であるが、この方法を使用し得るシステム構成の網羅的な説明ではない。

第１のシステム構成例によるモジュール式人工呼吸ユニット及び加湿器システム１から空気を受け取っているユーザ２の概略図を図２ａ及び図２ｂに示す。システム１は、治療目的で（例えば、閉塞性睡眠時無呼吸症の発生を低減するため、ＣＰＡＰ治療を提供するため、治療目的で加湿を提供するため等）加圧された加熱加湿ガス流をユーザ２に提供する。システム１について詳細に後述する。

人工呼吸ユニット又はブロワユニット３は、内部圧縮ユニットと、フロー生成器又はファンユニット１３−一般に、これはフロー制御機構と呼ぶことができる−とを有する。大気からの空気は、大気流入口４０を介してブロワユニット３の筐体に入り、ファンユニット１３を通して引き込まれる。ファンユニット１３の出力は調整可能である−ファン速度は可変である。加圧ガス流は、ファンユニット１３及びブロワユニット３を出て、接続管４を介して加湿チャンバ５に移動し、入口ポート又は流入口ポート２３を介して加湿チャンバ５に入る。

使用中の加湿チャンバ５は、ある容量の水２０を含む。好ましい実施形態では、使用中の加湿チャンバ５は、ヒータ板１２を有する加湿器ベースユニット２１の上に配置される。ヒータ板１２は給電されて、チャンバ５のベースを加熱し、ひいてはチャンバ５の内容物を加熱する。チャンバ５内の水は、加熱されると蒸発し、加湿チャンバ５内のガス（水２０の表面よりも上）が加熱され、加湿される。流入口ポート２３を介して加湿チャンバ５に入ったガス流は、加熱された水の上（又はこれらの加熱加湿ガスを通って−大きなチャンバ及び流量の場合に適用可能）を通過し、通過する際に加熱され加湿される。次に、ガス流は、出口ポート又は流出口ポート９を介して加湿チャンバ５を出て、輸送管６に入る。

「加湿ユニット」が本発明を参照して本明細書において言及される場合、これは、少なくともチャンバ５と、該当する場合には、ベースユニット２１及びヒータ板１２とを意味するものとして解釈されるべきである。

加熱加湿ガスは、輸送管６の長さに沿って渡され、ユーザ境界面７を介して患者又はユーザ２に提供される。ヒータワイヤ（図示せず）等を介して管６を加熱して、水滴形成の回避を助ける。

図２ａに示されるユーザ境界面７は、ユーザ２の鼻を取り囲んで覆う鼻マスクである。しかし、鼻カニューラ（図２ｂに示されるような）、フルフェイスマスク、気管開口フィッティング、又は他の任意の適したユーザ境界面を、示される鼻マスクの代わりに使用し得ることに留意されたい。中央コントローラ又は制御システム８が、ブロワケース（コントローラ８ａ）内又は加湿器ベースユニット（コントローラ８ｂ）内に配置される。この種のモジュール式システムでは、別個のブロワコントローラ８ａ及び加湿器コントローラ８ｂが使用されることが好ましく、コントローラ８ａ、８ｂが接続され（例えば、ケーブル等により）、使用中に互いに通信できることが最も好ましい。

制御システム８は、加湿器ベースユニット２１、又はブロワユニット３、又はこれら両方上に配置されたユーザ制御装置１１を介してユーザ入力信号を受信する。好ましい実施形態では、コントローラ８は、システム１全体を通して様々なポイントに配置されたセンサからも入力を受信する。

図７は、コントローラ８への入力及びコントローラ８からの出力のうちのいくつかの概略表現を示す。可能な接続及び入出力のすべてが示されているわけではないことに留意されたい−図７は、接続のうちのいくつかの代表であり、代表的な例である。

センサ及びセンサの位置について、より詳細に後述する。制御装置１１からのユーザ入力及びセンサから受信される信号に応答して、制御システム８は制御出力を決定し、好ましい実施形態では、制御システム８は、信号を送信して、加湿チャンバヒータ板１２への電力及びファン１３の速度を調整する。コントローラが制御出力をいかにして決定するかを決めるプログラミングについて、より詳細に後述する。

本発明の第２の形態による一体型ブロワ／加湿器システム１００から空気を受け取っているユーザ２の概略図を図３に示す。このシステムは、加湿チャンバ１０５がブロワユニット１０３に一体化されて、一体型ユニット１１０を形成することを除き、図２に示され上述したモジュール式システム１と非常によく似た様式で動作する。加圧ガス流は、一体型ユニット１１０のケース内部に配置されたファンユニット１１３により提供される。加湿チャンバ１０５内の水１２０は、ヒータ板１１２（この実施形態では、ブロワユニット１０３の構造の一体部分である）により加熱される。空気は、入口ポート１２３を介して加湿チャンバ１０５に入り、出口ポート１０９を介して加湿チャンバ１０５から出る。ガス流は、輸送管１０６及び境界面１０７を介してユーザ２に提供される。コントローラ１０８は、一体型ユニット１００の外殻内に含まれる。ユーザ制御装置１１１は、ユニット１００の外面に配置される。

人工呼吸システム２００のさらなる形態から空気を受け取っているユーザ２の概略図を図４に示す。システム２００は一般に、遠隔源システムとして特徴付けられ、壁流入口１０００を介して遠隔源から空気を受け取る。

壁流入口１０００は、流入管２０１を介して制御ユニット２０２に接続され、制御ユニット２０２は、流入口１０００からガスを受け取る。制御ユニット２０２はセンサ２５０、２６０、２８０、２９０を有し、センサのそれぞれは、流入ガス流の湿度、温度、圧力、及び流量を測定する。

次に、ガス流は加湿チャンバ２０５に提供され、加熱加湿されて、上で概説した様式と同様にしてユーザに提供される。「加湿ユニット」が、システム２００等の遠隔源システムに関して言及される場合、これは、制御ユニット２０２を組み込むものを意味するものとして解釈すべきであることに留意されたい−遠隔源からのガスは、流入口に直結しても、制御ユニット２０２を介して接続してもよい（圧力等を低減するために）が、制御ユニット及び加湿チャンバは、全体的な「加湿ユニット」に属するものとして解釈されるべきである。

必要な場合、システム２００は、Ｏ₂源としての中央源を有するか、又は制御ユニット２０２に配置されたベンチュリ９０等を介して中央源から流入するＯ₂と大気空気とを混ぜることにより、Ｏ₂又はある割合のＯ₂を提供することができる。制御ユニット２０２が、システム２００を通るガスの流量を調整するフロー制御機構として動作する弁又は同様の機構も有することが好ましい。

センサ
図２、図３、及び図４に示されるモジュール式システム及び一体型システム１、１００、及び２００は、システム全体を通してのポイントに配置されたセンサを有する。これらについて、人工呼吸システム１に関連して後述する。

図２に示されるモジュール式システム１の好ましい形態は、少なくとも、以下の好ましい位置にある以下のセンサを有する。
１）ブロワケース内、その近傍、又はその上に配置され、大気からの流入空気の温度を測定するように構成又は適合される周囲温度センサ６０。温度センサ６０が、ファンユニット１３後（下流）にガス流内に配置され、加湿チャンバへの流入口又は入口に可能な限り近くに配置されることが最も好ましい。
２）チャンバ出口ポート９に配置されるか、又は輸送管６の装置の端部（患者側端部とは逆）に配置される加湿器ユニット出口ポート温度センサ６３。流出口温度センサ６３は、ガス流がチャンバ５を出る際に、ガス流の温度を測定するように構成又は適合される（いずれの構成でも、出口ポート温度センサ６３はチャンバ出口ポート９に近いとみなすことができる）。

同様に、センサは、図３に示される一体型システム１００及び図４のシステム２００で略同じ位置に配置される。例えば、図３の一体型システムでは、周囲温度センサ１６０は、加湿チャンバ入口ポート１２３の直前（上流）で、ブロワケース内のガス流内に配置される。チャンバ出口ポート温度センサ１６３は、チャンバ出口ポート１０９のいずれかに配置され、ガス流がチャンバ１０５を出る際に、ガス流の温度を測定するように構成される（いずれの構成でも、出口ポート温度センサ１６３はチャンバ出口ポート１０９に近いとみなすことができる）。或いは、このセンサは、いずれの実施形態でも、輸送管１０６の装置端部（患者側端部とは逆）に配置することができる。同様の付番方式が、図４に示される人工呼吸システムでも使用される−周囲温度センサ２６０、ファンユニット２１３、チャンバ出口ポート２０９に配置されたチャンバ出口ポート温度センサ２６３等。

人工呼吸システム１（及び１００、２００）が、ヒータ板１２に隣接して配置され、ヒータ板の温度を測定するように構成されたヒータ板温度センサ６２を有することも好ましい。ヒート板温度センサを有する人工呼吸システムは、ヒータ板の状態の即時指示を与えるため、好ましい。このセンサは、ヒート源とリザーバとの間の熱経路内にあるべきである。したがって、例えば、片側で水室に接触し、逆側にヒータを有する導電板上のセンサが好ましい。

システムが、ファンユニット１３の上流に配置され、ガス流を測定するように構成されるフロープローブ−システム１ではフロープローブ６１−を有することも最も好ましい。フロープローブの好ましい位置は、ファンユニットの上流であるが、フロープローブはファンの下流に配置してもよく、又は適切な他の任意の位置に配置してもよい。ここでも、フロープローブがシステムの一部をなすことが好ましいが、フロープローブがシステムの一部をなすことが絶対的に必要なわけではない。

人工呼吸システム１のレイアウト及び動作について、これより詳細に後述する。システム１００及び２００の動作及びレイアウトは略同じであり、必要な箇所以外は詳細に説明しない。

人工呼吸システム１では、すべてのセンサからの読み取り値は制御システム８にフィードバックされる。制御システム８は、ユーザ制御装置１１からも入力を受信する。

さらなる代替のセンサレイアウト
上で概説した装置及び方法の変形では、システム（システム１、システム１００、又はシステム２００）は、以下に概説する追加のセンサも有する。
１）患者側端部温度センサ１５（又は１１５、又は２１５）は、輸送管６の患者側端部（又は代替として、境界面７内又は境界面７上）に配置される。すなわち、患者若しくは輸送点又はその近傍。本明細書で読まれる場合、「患者側端部」又は「ユーザ側端部」は、輸送管（例えば、輸送管６）のユーザ側端部の近傍又は患者境界面７内若しくは患者境界面７上を意味するものと解釈されるべきである。これは、特定の位置が別段に記載される場合を除いて適用される。いずれの構成でも、患者側端部温度センサ１５は、ユーザ又は患者２にあるか、又はその近傍にあるとみなすことができる。

一次水切れを特定する好ましい方法
図６を参照すると、本発明の最も好ましい実施形態では、コントローラは、装置の通常使用中、連続的にチャンバ流出口温度及びヒータ板電力の関数を評価する。コントローラは、この関数の結果が基線レベルから変化した場合、水切れ状況の可能性を特定する。好ましい関数は、センサ６３（又は１６３、又は２６３）からのチャンバ流出口温度とヒータ板のデューティサイクルで表されるヒータ板電力との比率である。この比率は、

ＣＢＯ＿Ｔｅｍｐ＝センサ６３からのチャンバ流出口温度
ＨＰ＿ｄｕｔｙ＿ｃｏｎｔｒｏｌ（平均）＝毎秒記録され、１２８のデータ点にわたる平均が計算されるヒータ板デューティ制御値
として表すことができる。

本発明者らにより行われたテストでは、この比率は、水が加湿チャンバ内に残っている安定状態状況では略一定のままであるが、水が切れた場合には増大することが分かっている。これは、８℃〜３２℃の周囲温度を含むある範囲の周囲温度にわたって当てはまった。

最悪の場合、この比率は、チャンバが枯渇した後、前から存在する基線値から最小で１０％増大する。

基線値Θ_nは、多くの方法で計算し得る。例えば、θ₀は、θの移動窓平均又はＣＢＯ＿Ｔｅｍｐの移動窓平均及びヒータ板デューティサイクルの移動窓平均の関数であることができる。或いは、値θ₀は、現在値θで定期的に更新することができ、期間は、例えば、１０分以上である。

この監視関数の例を図５に示す。図５は、Ｆｉｓｈｅｒ＆Ｐａｙｋｅｌ ＭＲ２９０加湿チャンバを有し、毎分１５ｌで動作するＦｉｓｈｅｒ＆Ｐａｙｋｅｌ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ Ｌｔｄ ＡＩＲＶＯ加湿ガス送達装置及び周囲温度３２℃の場合の、時間に対するこの好ましい関数をプロットする。プロットは、時間に対する正規化された比率のプロット及び時間に対するヒータ板温度のプロットである。正規化比率は、約ｔ＝１，３００秒までは一定のままに見えるが、それから増大し始め、最終的には約１．８の値に達する。

同様のテストを、Ｆｉｓｈｅｒ＆Ｐａｙｋｅｌ Ｌｔｄ ＡＩＲＶＯ加湿ガス送達装置と併用された２つの異なる加湿チャンバに対しても、３つの周囲温度及びいくつかの流量にわたって行った。テストされた状況及び流量は、装置の限界動作条件を表す。

装置が水切れ状況になった場合、評価される比率の正規化最大を表１に示す。

状況のこの範囲内で、水切れ状況に対する２つの典型的なシステム応答を観測した。

第１のタイプの応答では、チャンバ流出口温度は低減し、その間、ヒータ板温度は最大値まで増大した。この後、チャンバ流出口温度は再び増大した。

第２のタイプの応答では、水切れ状況が発生すると、チャンバ流出口温度はダイレクトに増大したが、ヒータ板デューティ制御は低減し、その間、設定されたチャンバ流出口温度は維持された。典型的な両応答では、チャンバ流出口温度とヒータ板電力との比率は、水切れ状況の開始時の値と比較して増大した。第１のタイプの応答の場合、第２のタイプの応答の場合よりも、比率が基線値に対して増大するまでにより長い時間が必要である。

この一次水切れ検出方法を図６に示す。ステップ６１０は、システム状況に従ったヒータ板電力の進行中の制御を表す。この制御は、送達されるガスの温度及び湿度を好ましいレベルに、又は好ましいレベル近くに保つことを目的とする。

この制御が続けられている間の進行中のプロセスとして、方法は、ステップ６２０〜６５０のループに基づいて水切れ状況の可能性を監視する。

ステップ６２０において、方法は、チャンバ流出口温度及びヒータ板デューティサイクルを読み取る。ステップ６３０において、方法は比率θを計算する。ステップ６４０において、方法は、関数θの最新値の移動窓平均としてθ₀を計算する。

ステップ６５０において、方法は、ステップ６３０において計算された値を、ステップ６４０において計算された値の倍数と比較する。或いは、方法は、ステップ６３０において計算された値を、ステップ６４０において計算された値に任意のオフセットを加えた値と比較する。すなわち、図６のステップ６５０における式は、θ＞θ₀＋αであることができ、式中、αはすべての温度又は流量で一定である。例示的な実施形態では、この倍数は１．１であり、これは、テストされる加湿ガス送達装置の様々な使用状況にわたり、水切れ状況の初期判断に使用可能な閾値であることが分かっている。現在値が長期値を十分に超えた場合、方法はステップ６６０に進み、水切れ状況の可能性を返す。現在値が長期値未満であるか、又は長期値よりも十分に大きい場合、方法はステップ６２０に戻り、通常使用状況下でのガス流出口温度及びヒータ板デューティサイクルの監視を続ける。

この例は、正規化値を使用する実施態様を説明し、ステップ６５０は閾値比率を使用する。或いは、このステップは、測定値をそのまま使用して計算し、閾値差に基づいて水切れ状況の可能性を特定することができる。

二次水切れ特定の好ましい方法
本発明によれば、水切れ状況の二次特定が、一次水切れ特定に応答して行われる。好ましい実施形態によれば、方法は加湿器電力入力を制御し、ヒータ板電力入力を調整し、ヒータ板の温度応答を観測する。この二次特定は、一次監視関数が水切れ状況の可能性を返す場合、水切れ状況を確認するために実施される。

一次監視関数は、特定の状況下で水切れ状態を誤って特定し得る。これらの状況は、主幹電源の混乱、流れの遮断又は水をチャンバから流出管に流入させるユニットの激しい振りによるチャンバ温度センサへの急な熱衝撃を含む。チャンバ温度に課されるこれらの増大は、ヒータ板デューティ制御を低減させ、したがって、コントローラが水切れ状態として誤って解釈し得る比率の評価結果を変更させる可能性が高い。

本発明によれば、コントローラが一次水切れ状況を特定した後、制御プログラムは、二次水切れ特定を実行するルーチンに入る。

図８に示されるように、好ましいルーチンによれば、コントローラは、ステップ８０２において、全電力をヒータ板に与えて、ヒータ板デューティサイクルを利用可能な最大デューティサイクルまで増大させる。制御プログラムは、ステップ８０６におけるヒータ板温度の監視に進む。ヒータ板温度が１２５℃を超えるまで、及び８０８。次に、制御プログラムは、ステップ８１０〜８１４におけるヒータ板温度が１２５℃を超え続けている時間の監視に進む。ヒータ板温度が３０秒にわたって連続して１２５℃を超える場合、コントローラは、ステップ８１６において水切れ状況を特定し、水切れフラグを設定する。コントローラはまた、ステップ８１８において、ヒータ板への電力を低減するか、又はなくす。

制御ルーチンが、水切れ状況を特定しない場合、ステップ８２０において、制御ルーチン０００１からメインの動作制御方法に加湿器の制御が戻される。これは、ヒータ板温度が、ステップ８０２において最大ヒータ電力を与える１２０秒内で、３０秒にわたって１２５℃を超えないため、行うことができる。これを実施するために、方法は、ステップ８０８において温度が１２５℃を超えないと判断された後、ステップ８０４において第１のタイマを開始させ、ステップ８２２においてこのタイマをチェックする。タイマがまだ９０秒未満の場合、方法はステップ８０６へのループバックに進み、更新されたヒータ板温度を読み取る。タイマが９０秒を超えた場合、方法はステップ８２２からステップ８２０に進み、通常制御に戻る。

通常制御に戻るためのその他の状況として、方法は、ステップ８１２でヒータ板温度がまだ１２５℃を超えているか否かのチェックを含む。各ループで、方法は、ステップ８２６においてヒータ板温度を読み取り、ステップ８１２において、この温度を閾値と突き合わせてチェックする。現在のヒータ板温度が閾値を超える場合、ループは続き、その他の場合、方法はステップ８２２に続き、ステップ８０２から９０秒が経過したか否かをチェックする。

このチェックを図５のプロットに示す。二次特定方法の開始は、ｔ＝１８５０秒においてはっきりとそれと分かる。ヒータ板温度は約５３℃であり、ゆっくりと降下する。ｔ＝１８５０秒において、ヒータ板温度は急激に上昇し、１２５℃を超える値に高速で達し、コントローラが水切れ状況の確認に応答して電力をヒータ板からなくすまで、これらの高レベルに留まる。

本質的に、この二次確認は、所定のヒータ電力を与え、ヒータ板温度の応答を監視し、この応答が、水切れ状況にあるチャンバの特徴であるか否かを判断する。

説明される好ましい方法では、与えられる電力は利用可能な最大電力である。システムによっては、装置の予期されるすべての動作状況にわたり、水切れ状況と、チャンバ内に水が残っている状況とを区別することができる応答の達成に、より低い電力で十分だと判断された場合、与えられる電力はより低い値であってもよい。

好ましい方法によれば、コントローラは、所定の限度を超える値へのヒータ板温度の増大と、所定の時間期間にわたって連続してこの限界を超えたままのヒータ板温度とを監視する。

或いは、コントローラは、実験により、水切れ状況の特徴であることが示された可能性があるヒータ板温度の増大率と、チャンバ内に水がある状況と比較して、実験で水切れ状況の特徴であると特定されたヒータ板温度の他の何らかの特徴とを監視することができる。

本発明のこの好ましい実施形態において説明された所定の温度値及び時間は、特定の加湿ガス送達装置に対して決定された。他の加湿ガス送達装置の場合、適するヒータ板温度閾値及び期間を実験により決定する必要がある。

このテスト及び実験が行われた装置の場合、テストにより、水切れ状況では、与えられる最大ヒータ電力が、一貫し連続した時間にわたって１２５℃を超えるヒータ板温度を達成することが示された。水が加湿チャンバ内に残っている場合、ヒータ板温度は、フルデューティサイクル及び最高周囲状況（３２℃）で、ヒータ板温度は１２３℃を超えなかった。これは、二次特定にとって最悪の状況であり、二次検査が水切れ状況の誤検出を提供する可能性が最も高い状況である。したがって、この装置では、説明した二次特定は、空のチャンバを水が残っているチャンバから高い信頼性で区別することを示した。

本発明について、水を含むリザーバの熱伝導性ベースに接触するヒータ板を有するガス送達装置を特に参照して説明した。本発明のシステムは、他の加湿器構成にも適用し得る。例えば、加湿器のヒータは、水リザーバ内部にあってもよく、又は水リザーバの底若しくは壁に一体化してもよい。いずれの場合でも、二次特定のための温度センサは、リザーバの内容物及びヒータの熱源の両方による影響を受けるべきである。

これらの場合、二次特定の閾値温度が、Ｆｉｓｈｅｒ＆Ｐａｙｋｅｌ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ Ｌｔｄ ＡＩＲＶＯ家電の実験的に特定された閾値温度よりも低いことが予期される。

異なるヒータ構成を有する家電では、ヒータ温度は、加熱要素又は加熱要素に接触する熱伝導性基板に接触するサーミスタにより特定し得る。通常、水の沸点により画定されるこの境界での限界温度により、チャンバ内に水がある場合、基板が所与のヒータ板電力で達成する最大温度（例えば、最大電力）がある。これらの条件下でヒータ板に供給される熱は、水蒸気の潜熱として吸収され、温度変化をもたらさない。水がない場合、潜熱エネルギー要件は消え、安定状態温度の維持に必要とされるエネルギーを超える過剰エネルギーが、水蒸気の生成よりはむしろガス温度の増大を生じさせる。

本発明の好ましい実施形態を、ある持続時間にわたってヒータに最大電力を提供するものとして説明した。本発明は、第１の高電力をヒータに提供して、ヒータを閾値温度を超える温度にし、続けて電力供給を、閾値温度を超える温度を維持するが、ヒータ板の温度をそれ以上は上昇させないレベルに低減するように実施することもできる。これは、例えば、ヒータ板温度に基づいて閉フィードバックループを使用することにより達成することができ、ヒータ板に与えるために使用可能な電力が、チャンバ内がガスのみの状態で、与えられるヒータの温度が閾値レベルを超える状態で、閾値を超える温度を維持するために必要な電力よりもはるかに大きい場合に特に適することができる。

Claims (14)

1. ガス流を準備する装置であって、
   リザーバを加熱するヒータと、
   前記ヒータと熱伝導して、前記ヒータの温度を読み取る温度センサと、
   第１の電力を電源から前記ヒータに与えるように適合されるコントローラと、
   を含み、前記コントローラは、
   前記装置の使用中、システム状況を監視することと、
   前記装置の通常動作の間監視されるシステム状況のうちの少なくとも幾つかを用いて前記リザーバ内に水がない可能性を、前記装置の通常動作の間の一次特定を用いて特定することと、
   前記一次特定による水がない可能性の特定に続き、一次特定とは異なる二次特定に基づき、前記リザーバ内に水がない可能性を特定し、
   前記二次特定は、
   前記第１の電力とは異なる第２の電力を前記ヒータに適用し、
   前記温度センサを用いて前記ヒータの温度を検出し、
   前記ヒータの温度を、水が無い場合に前記ヒータに前記第２の電力を与えたときに生じる温度と比較することを含み、
   さらに、前記二次特定によって水がないことを特定した後、前記ヒータに供給する電力を減らす、装置。
2. 前記温度センサを用いて前記ヒータの温度を検出するステップは、ヒータ板温度の上昇を特定することを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記温度センサを用いて前記ヒータの温度を検出するステップは、前記ヒータ温度を閾値温度と比較することと、前記監視される温度が前記所定の閾値温度を超える水切れ状況を特定することとを含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記コントローラは、前記監視される温度が前記所定の閾値温度を所定の時間期間にわたって超えた場合、前記水切れ状況を特定する、請求項３に記載の装置。
5. 前記電力を前記ヒータに与えるステップは、利用可能な最大電力を前記ヒータに与えることを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記電力を前記ヒータに与えるステップは、所定量の電力を前記ヒータに与えることを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記電力を前記ヒータに与えるステップは、水がない状態で、前記ヒータ温度を、前記ヒータ温度が前記チャンバに水がある状態で達する任意の温度を超える温度まで上昇させる量の電力を前記ヒータに与えることを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記ヒータはヒータ板を備え、前記装置は、取り外し可能チャンバを前記ヒータ板に対して保持するクランプを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記温度センサは前記ヒータ板に取り付けられる、請求項８に記載の装置。
10. ガス流を生成するブロワと、前記ヒータ及び水リザーバを組み込んだ加湿器と、を含み、前記ブロワの流出口は前記加湿器の流入口に繋がる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記コントローラは、前記装置の使用中、前記リザーバを出るガスの温度を監視すること、及び前記ヒータに与えられる電力を監視することを含むシステム状況を監視し、前記加湿器を出るガスの温度及び前記ヒータに与えられる電力の関数に基づいて、水切れ状況の可能性を特定する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記関数は、ガス温度と前記ヒータ板の電力との比率を含む、請求項１１に記載の装置。
13. 前記コントローラは、前記関数の結果を所定の閾値と比較することにより、前記リザーバ内に水がない可能性を特定する、請求項１１又は１２に記載の装置。
14. ガス流を準備する装置であって、
    リザーバ及び前記リザーバを加熱するヒータを含む加湿器と、
    前記ヒータと熱伝導して、前記ヒータの温度を読み取る温度センサと、
    電源から前記ヒータに第１の電力を与えるように適合されたコントローラと、
    を含み、前記コントローラは、
    前記装置の使用中、システム状況を監視することと、
    前記装置の通常動作の間監視されるシステム状況のうちの少なくとも幾つかを用いて前記リザーバ内に水がない可能性を、前記装置の通常動作の間の一次特定を用いて特定することと、
    前記一次特定による水がない可能性の特定に続き、一次特定とは異なる二次特定に基づき、前記リザーバ内に水がない可能性を特定し、
    前記二次特定は、
    前記第１の電力とは異なる第２の電力を前記ヒータに適用し、
    前記温度センサを用いて前記ヒータの温度を検出し、
    前記ヒータの温度を、水が無い場合に前記ヒータに前記第２の電力を与えたときに生じる温度と比較することを含み、
    さらに、前記二次特定によって水がないことを特定した後、前記ヒータに供給する電力を減らす、装置。

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