WO2018110457A1 - 流体制御装置 - Google Patents

流体制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2018110457A1
WO2018110457A1 PCT/JP2017/044221 JP2017044221W WO2018110457A1 WO 2018110457 A1 WO2018110457 A1 WO 2018110457A1 JP 2017044221 W JP2017044221 W JP 2017044221W WO 2018110457 A1 WO2018110457 A1 WO 2018110457A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
blower chamber
chamber
fan
control unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/044221
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
東山 祐三
寛昭 和田
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
Priority to MYPI2019002906A priority Critical patent/MY195220A/en
Priority to JP2018556640A priority patent/JP6760398B2/ja
Publication of WO2018110457A1 publication Critical patent/WO2018110457A1/ja
Priority to US16/433,073 priority patent/US11491290B2/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/0003Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/0057Pumps therefor
    • A61M16/0066Blowers or centrifugal pumps
    • A61M16/0069Blowers or centrifugal pumps the speed thereof being controlled by respiratory parameters, e.g. by inhalation
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/021Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes operated by electrical means
    • A61M16/022Control means therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/004Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids by varying driving speed
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/0003Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure
    • A61M2016/0027Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure pressure meter
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/0003Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure
    • A61M2016/003Accessories therefor, e.g. sensors, vibrators, negative pressure with a flowmeter
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/33Controlling, regulating or measuring
    • A61M2205/3331Pressure; Flow
    • A61M2205/3334Measuring or controlling the flow rate
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/33Controlling, regulating or measuring
    • A61M2205/3331Pressure; Flow
    • A61M2205/3344Measuring or controlling pressure at the body treatment site
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/50General characteristics of the apparatus with microprocessors or computers
    • A61M2205/502User interfaces, e.g. screens or keyboards
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/58Means for facilitating use, e.g. by people with impaired vision
    • A61M2205/583Means for facilitating use, e.g. by people with impaired vision by visual feedback
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/30Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/301Pressure
    • F05D2270/3015Pressure differential pressure
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the present invention relates to a fluid control device used for, for example, continuous positive airway pressure (CPAP).
  • CPAP continuous positive airway pressure
  • CPAP device continuous positive airway pressure
  • gas for example, air
  • the CPAP device measures a gas flow rate by a flow rate sensor provided in a gas supply path supplied by a fan, for example, and supplies a gas having a predetermined pressure.
  • the flow rate sensor provided in the exhaust port has a rectifying plate, and the CPAP device obtains the flow rate in the supply path based on the pressure before and after the rectifying plate in the supply path.
  • the CPAP device is used while the patient is sleeping. For this reason, it is necessary to carry the CPAP device when the patient stays out on a business trip or personal trip.
  • a flow rate sensor is provided at the exhaust port, and a rectifying plate needs to be provided at the flow rate sensor, so that pressure loss occurs.
  • the CPAP device becomes larger. Therefore, downsizing of the CPAP device (fluid control device) is desired.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a fluid control device that can be miniaturized.
  • a fluid control device that solves the above-mentioned problem is a fluid control device that has an inlet and an exhaust port, and that rotates a fan to discharge fluid drawn from the outside through the inlet through the exhaust port,
  • a fan unit having a fan, a fan case that houses the fan, a control unit that drives and controls the fan, a first blower chamber that communicates with the outside through the suction port, and a second blower that houses the fan unit
  • a differential pressure between a pressure inside the first air blowing chamber and a pressure inside the second air blowing chamber a case having a chamber, a communication portion communicating the first air blowing chamber and the second air blowing chamber,
  • a differential pressure detection unit for detecting
  • the fluid sucked into the first blower chamber from the outside through the suction port by the rotational drive of the fan flows from the first blower chamber into the second blower chamber through the communication portion.
  • the communication portion becomes a pressure loss in the flow of the fluid, and a differential pressure is generated between the pressure of the first blower chamber and the pressure of the second blower chamber.
  • This differential pressure corresponds to the flow rate of the fluid flowing from the first blower chamber to the second blower chamber, that is, the flow rate of the fluid discharged from the fluid control device.
  • the control unit can drive and control the fan based on the differential pressure detected by the differential pressure detector, and therefore there is no need to provide a flow sensor inside or outside the exhaust port. For this reason, a fluid control apparatus can be reduced in size and weight.
  • the fluid flows from the outside of the apparatus to the second air blowing chamber through the suction port, the first air blowing chamber, and the communication portion by driving the fan accommodated in the second air blowing chamber. For this reason, the flow of the fluid is stable in the first air blowing chamber and the second air blowing chamber, and the internal pressure can be detected stably.
  • the differential pressure detecting unit is obtained by a first pressure detecting unit for detecting the pressure inside the first air blowing chamber and a second pressure detecting unit for detecting the pressure inside the second air blowing chamber. It is preferable to detect a differential pressure between the pressure inside the first blower chamber and the pressure inside the second blower chamber.
  • the differential pressure detector by using the differential pressure detector, it is possible to detect a minute differential pressure between the pressure in the first blower chamber and the pressure in the second blower chamber. For this reason, even if the pressure loss between the 1st ventilation chamber and the 2nd sending room is small, a differential pressure can be detected and size reduction of a fan unit can be attained.
  • control unit performs control to increase the rotation speed of the fan when the differential pressure is positive compared to a predetermined value, and rotates the rotation speed of the fan when the pressure difference is negative. It is preferable to perform control to reduce the.
  • the fan speed can be controlled by a simple process or calculation of comparing the differential pressure with a predetermined value, the calculation load of the control unit is reduced and / or the structure of the control unit is simplified. It is advantageous.
  • control unit is configured such that when the differential pressure is positive compared to a predetermined value, the breathing state of the patient communicating with the exhaust port is an inspiratory state, and when the differential pressure is negative, the control unit It is preferable to determine that the breathing state of the patient communicating with the exhaust port is an expiration state.
  • the fan speed can be controlled by a simple process or calculation of comparing the differential pressure with a predetermined value, the calculation load of the control unit is reduced and / or the structure of the control unit is simplified. It is advantageous.
  • the case includes a control chamber that is adjacent to the first blower chamber and the second blower chamber and houses the control unit, and the first pressure detection unit is configured to include the first blower chamber. And a first pressure detection hole formed in a partition between the control chamber and the first blower chamber, and the second pressure detector is disposed between the second blower chamber and the control chamber. It is preferable that the second pressure detection hole is formed in the partition wall and opens to the second blower chamber side.
  • control unit is accommodated in the control chamber adjacent to the first blower chamber and the second blower chamber, so that the path for detecting the pressure in the first blower chamber and the second blower chamber is short.
  • the fluid control device can be downsized.
  • the first pressure detection hole is formed with a direction orthogonal to the opening direction of the suction port as an opening direction
  • the second pressure detection hole is a direction orthogonal to the opening direction of the communication portion. Is preferably formed in the opening direction.
  • the first pressure detection hole is opened in a direction orthogonal to the flow of fluid sucked from the suction port to the first blower chamber, the first pressure detection hole is not affected by the flow of fluid. It is possible to detect the pressure in one blower chamber. Further, since the second pressure detection hole is opened in a direction orthogonal to the flow of the fluid flowing from the communication portion to the second blower chamber, the pressure of the second blower chamber is not affected by the flow of the fluid. Detection is possible.
  • control unit converts the differential pressure into a flow rate of the fluid and controls the fan based on the flow rate. According to this configuration, it is possible to control the pressure of the fluid to be supplied according to the differential pressure.
  • control unit estimates an expiration timing based on the flow rate, and controls the fan according to the expiration timing to change the pressure of the fluid.
  • the fluid control device of the present invention can be downsized.
  • FIG. 6 is a plan sectional view showing an outline of a fluid control device according to a modification.
  • the longitudinal cross-sectional view which shows the outline of the fluid control apparatus of a modification.
  • the longitudinal cross-sectional view which shows the outline of the fluid control apparatus of a modification.
  • FIG. 6 is a plan sectional view showing an outline of a fluid control device according to a modification.
  • the fluid control device 1 is used as, for example, a continuous positive airway pressure (CPAP) device.
  • the fluid control apparatus 1 is connected to the mask 82 via the tube 81.
  • the mask 82 is attached to the mouth and nose of the patient 83.
  • the fluid control apparatus 1 supplies a gas (for example, air) having a desired pressure to the patient 83 through the tube 81 and the mask 82.
  • the fluid control apparatus 1 determines the state of the patient 83 (for example, at the time of expiration), and controls the pressure of the gas supplied to the patient 83 according to the patient's state.
  • the fluid control device 1 includes a case 10 and a display unit 51 and an operation unit 52 arranged on the upper surface of the case 10.
  • the fluid control apparatus 1 displays various information including the set value on the display unit 51. Further, the fluid control device 1 sets various information including a set value based on the operation of the operation unit 52.
  • the set value includes the pressure value of the gas to be supplied and the flow rate value of the gas.
  • the set value includes the pressure value of the gas supplied during expiration.
  • the fluid control device 1 estimates the expiration state of the patient 83 to which the mask 82 is attached. And the fluid control apparatus 1 controls the pressure value of the gas to supply so that it may synchronize with the estimated expiration state. For example, the pressure during inspiration is 1000 [Pa], and the pressure during expiration is 700 [Pa]. When the patient 83 is in an exhaled state, the difficulty of breathing in the patient 83 is reduced by reducing the pressure of the gas to be supplied.
  • the fluid control device 1 includes a case 10 and a fan unit 30 and a control unit 40 provided in the case 10.
  • the case 10 has an outer wall 11 and a partition wall 12 disposed inside the outer wall 11.
  • the interior of the case 10 is partitioned into a blower chamber 21 and a control chamber 22 by a standing partition wall 12.
  • the case 10 has a substantially rectangular parallelepiped shape and is formed in a flat shape.
  • the outer wall 11 includes four outer walls 11a to 11d.
  • a partition wall 13 is disposed inside the blower chamber 21.
  • the partition wall 13 partitions the inside of the air blowing chamber 21 into a first air blowing chamber 21a and a second air blowing chamber 21b.
  • the partition wall 13 is connected to the partition wall 12 and extends from the partition wall 12 toward the outer wall 11. Therefore, the first blower chamber 21 a and the second blower chamber 21 b are adjacent to the control chamber 22.
  • the tip 13a of the partition wall 13 is separated from the outer wall 11b.
  • the partition wall 13 and the outer wall 11b form a communication portion 23 that communicates the first air blowing chamber 21a and the second air blowing chamber 21b.
  • the outer wall 11 a of the case 10 is formed with a suction port 14 that communicates the inside of the case 10 with the outside of the case 10.
  • a part of the outer wall 11a where the suction port 14 is formed forms a first air blowing chamber 21a. Therefore, the suction port 14 communicates the inside of the first blower chamber 21 a and the outside of the case 10.
  • the suction port 14 is formed in a direction orthogonal to the surface of the outer wall 11a (the outer surface and inner surface of the case 10). The direction in which the suction port 14 is directed is the opening direction.
  • the communication portion 23 is formed between the tip 13 a of the partition wall 13 and the outer wall 11. That is, the communication part 23 opens in the thickness direction of the partition wall 13.
  • the opening direction of the suction port 14 and the opening direction of the communication portion 23 are the same.
  • the inlet and the communication part 23 are formed in the position which does not mutually overlap seeing from an opening direction.
  • the fan unit 30 is accommodated in the 2nd ventilation chamber 21b. As shown in FIG. 1B, the fan unit 30 includes a fan case 31, a fan 32 accommodated in the fan case 31, and a motor 33 as a drive source that drives the fan 32.
  • the fan case 31 has a housing part 31a for housing the fan 32 and a discharge part 31b protruding from the side surface of the housing part 31a.
  • An inlet 31c that opens downward is formed in the accommodating portion 31a.
  • an insertion port 15 through which the discharge part 31 b of the fan case 31 is inserted is formed in the outer wall 11 c forming the second blower chamber 21 b.
  • the tip of the discharge part 31 b inserted through the insertion port 15 protrudes from the case 10.
  • the tip of the protruding discharge part 31b functions as the exhaust port 16 of the fluid control device 1.
  • a tube 81 shown in FIG. 2 is connected to the exhaust port 16.
  • the motor 33 is attached to the upper surface of the fan case 31, and the rotation shaft 33 a of the motor 33 is inserted into the fan case 31.
  • the fan 32 is attached to the rotating shaft 33 a of the motor 33.
  • the fan 32 is, for example, a centrifugal fan.
  • a control unit 40 is disposed in the control chamber 22.
  • the control unit 40 includes, for example, a circuit board and a plurality of electronic components mounted on the circuit board.
  • the control unit 40 is provided with a differential pressure sensor 41 (differential pressure detection unit).
  • the differential pressure sensor 41 detects a difference (differential pressure) between the pressure in the first blower chamber 21a and the pressure in the second blower chamber 21b.
  • a first pressure detection hole 17a is formed in the partition wall 12a between the first blower chamber 21a and the control chamber 22.
  • the first pressure detection hole 17a penetrates the partition wall 12a in the thickness direction of the partition wall 12a.
  • the first pressure detection hole 17a is formed so as to open in a direction orthogonal to the opening direction of the suction port 14 (the penetration direction of the suction port 14 in the outer wall 11a). Further, the opening direction of the first pressure detection hole 17 a is a direction orthogonal to the opening direction of the communication portion 23.
  • the first pressure detection hole 17a is connected to the differential pressure sensor 41 through the detection tube 42a.
  • the pressure in the first blower chamber 21a is transmitted to the differential pressure sensor 41 through the first pressure detection hole 17a. That is, the 1st pressure detection hole 17a functions as a pressure sensing part for detecting the pressure of the 1st ventilation chamber 21a.
  • a second pressure detection hole 17b is formed in the partition wall 12b between the second blower chamber 21b and the control chamber 22.
  • the second pressure detection hole 17b penetrates the partition wall 12b in the thickness direction of the partition wall 12b.
  • the second pressure detection hole 17 b is formed to open in a direction orthogonal to the opening direction of the communication portion 23.
  • the second pressure detection hole 17b is connected to the differential pressure sensor 41 via the detection tube 42b.
  • the pressure in the second blower chamber 21b is transmitted to the differential pressure sensor 41 through the second pressure detection hole 17b. That is, the 2nd pressure detection hole 17b functions as a pressure sensing part for detecting the pressure of the 2nd ventilation chamber 21b.
  • the control unit 40 rotationally drives the fan 32 based on the detection result by the differential pressure sensor 41.
  • the pressure of the 1st ventilation chamber 21a and the pressure of the 1st ventilation chamber 21a may be each shown with the referential mark P21a and P21b.
  • a difference between the pressure in the first blower chamber 21a and the pressure in the first blower chamber 21a (that is, P21a-P21b) may be indicated as a reference symbol PD.
  • the pressure in the first ventilation chamber 21 a and the pressure in the second ventilation chamber 21 b vary according to the breathing state of the patient 83.
  • the control unit 40 compares the pressure of the first blower chamber 21a with the pressure of the second blower chamber 21b, and the pressure of the first blower chamber 21a is higher than the pressure of the second blower chamber 21b ( That is, when P21a> P21b), it is estimated that the patient 83 is in the inspiration timing, and the pressure in the first ventilation chamber 21a is lower than the pressure in the second ventilation chamber 21b (that is, P21a ⁇ P21b), the patient 83 is in the expiration timing. May be configured to estimate.
  • the control unit 40 estimates that the patient 83 is in a transition period between the expiration timing and the inspiration timing. Good.
  • the difference (P21a-P21b or PD) between the pressure in the first blower chamber 21a and the pressure in the first blower chamber 21a changes according to the breathing state of the patient 83. Therefore, as another aspect, the control unit 40 compares the pressure of the first blower chamber 21a with the pressure of the second blower chamber 21b, and the difference PD between the pressure of the first blower chamber 21a and the pressure of the second blower chamber 21b. Is higher than a predetermined value Pth (sometimes referred to as a first reference value or a breathing state determination value), it is estimated that the patient 83 is in the inspiration timing, and the pressure in the first blower chamber 21a and the second blower chamber are estimated.
  • Pth sometimes referred to as a first reference value or a breathing state determination value
  • the patient 83 can be configured to estimate that it is the expiration timing.
  • the control unit 40 may estimate that the patient 83 is in a transition period between the expiration timing and the inspiration timing when the difference PD is the same as the predetermined value Pth.
  • the predetermined value Pth is an arbitrary value that can be zero.
  • the control unit 40 can be configured to be able to set the predetermined value Pth.
  • the predetermined value Pth may be preset in the control unit 40 as a default value. However, the predetermined value Pth depends on, for example, the patient 83 or the gas path from the fluid control device 1 to the patient 83. It may be changed according to the volume.
  • the predetermined value Pth is set to zero
  • the pressure in the first blower chamber 21a is higher than the pressure in the second blower chamber 21b (that is, P21a> P21b)
  • the pressure in the first blower chamber 21a 2 The difference PD from the pressure in the blower chamber 21b becomes a positive value, and the control unit 40 estimates that the patient 83 is in the inspiration timing.
  • the pressure in the first blower chamber 21a is lower than the pressure in the second blower chamber 21b (that is, P21a ⁇ P21b)
  • the difference PD between the pressure in the first blower chamber 21a and the pressure in the second blower chamber 21b is negative.
  • the control unit 40 estimates that the patient 83 is at the expiration timing.
  • control unit 40 is further configured to determine an increase or decrease in the rotational speed of the fan 32 according to the value of the difference PD between the pressure in the first blower chamber 21a and the pressure in the second blower chamber 21b. Can be done. Specifically, the control unit 40 compares the pressure of the first blower chamber 21a with the pressure of the second blower chamber 21b, and the pressure of the first blower chamber 21a is higher than the pressure of the second blower chamber 21b (that is, When the PD is a positive value), the rotation of the fan 32 is controlled to increase. When the pressure in the first blower chamber 21a is lower than the pressure in the second blower chamber 21b (that is, PD is a negative value), the fan 32 rotates.
  • control unit 40 increases the rotational speed of the fan 32 gradually or stepwise as the pressure in the first blower chamber 21a becomes higher than the pressure in the second blower chamber 21b (that is, as the PD increases). As the pressure in the first blower chamber 21a becomes lower than the pressure in the second blower chamber 21b (that is, as the PD is smaller), the rotational speed of the fan 32 is reduced gradually or stepwise.
  • control unit 40 may be configured to check the patient's breathing condition by comparing the pressure in the first blower chamber 21a and the pressure in the second blower chamber 21b over time. For example, the control unit 40 determines that the pressure in the first blower chamber 21a is higher than the pressure in the second blower chamber 21b (that is, the PD is a positive value). May be configured to determine that the patient has transitioned from an inspiratory state to an expiratory state based on a change event to the same or low state (ie, PD is negative or zero).
  • control unit 40 starts from a state in which the pressure in the first blower chamber 21a is lower than the pressure in the second blower chamber 21b (that is, PD is a negative value), and the pressure in the first blower chamber 21a Based on a change event to a state that is the same as or higher than the pressure (ie, PD is a positive value or zero), it may be configured to determine that the patient 83 has transitioned from an expiratory state to an inspiratory state.
  • the respiratory state of the patient 83 can be confirmed by comparing the change in the differential pressure between the pressure of the first blower chamber 21a and the pressure of the second blower chamber 21b at a plurality of points.
  • the control unit 40 determines that the patient 83 has a change tendency (increase tendency, decrease tendency) of the difference PD between the pressure of the first blower chamber 21a and the pressure of the second blower chamber 21b at a plurality of points detected at intervals. It may be configured to determine whether it is an inspiration state or an expiration state.
  • the control unit 40 determines that the average value MP21 of the differential pressure between the pressure in the first blower chamber 21a and the pressure in the second blower chamber 21b is a predetermined value Mth (second reference value or leak determination). If it is larger (which may be referred to as a value), it may be configured to determine that an air leak from the mask 82 or the like has occurred. For example, the control unit 40 monitors the differential pressure between the pressure in the first blower chamber 21a and the pressure in the second blower chamber 21b, and at a controlled timing or periodically, the pressure in the first blower chamber 21a and the second pressure.
  • Mth second reference value or leak determination
  • An average value MP21 of the differential pressure with respect to the pressure of the blower chamber 21b is calculated, and the calculated average value MP21 of the differential pressure is compared with the leak determination value Mth.
  • the air leak May be configured to determine the occurrence of
  • the control unit 40 may be configured to display the occurrence of the air leak on the display unit 51, for example.
  • control unit 40 configured to estimate the gas flow rate from the differential pressure or to convert the differential pressure to the gas flow rate.
  • the control unit 40 obtains the gas flow rate based on the detection result by the differential pressure sensor 41.
  • the gas is discharged from the exhaust port 16 from the outside of the case 10 through the gas path of the suction port 14 -the first blower chamber 21 a -the communication portion 23 -the second blower chamber 21 b -the fan unit 30. The Then, the gas is supplied from the exhaust port 16 to the patient 83 through the tube 81 and the mask 82 shown in FIG.
  • the control unit 40 measures the differential pressure between the first blower chamber 21a and the second blower chamber 21b by the differential pressure sensor 41, and obtains the gas flow rate. For example, the control unit 40 calculates the flow rate using an arithmetic expression.
  • An example of an arithmetic expression is as follows: flow rate (m / s) is FR, differential pressure (Pa) is PD, and coefficients are K1 and K2.
  • FR K1 ⁇ PD K2 It can be expressed as.
  • the coefficients K1 and K2 are obtained in advance by, for example, experiments or simulations.
  • the coefficient K1 is “10”, for example, and the coefficient K2 is “0.5”, for example.
  • a table in which the flow rate and the differential pressure are associated may be stored, and the differential pressure may be converted into the flow rate with reference to the table.
  • FIG. 3 shows an electrical configuration of the fluid control apparatus 1.
  • the fluid control apparatus 1 includes a display unit 51, an operation unit 52, a motor 33, a control unit 40, a pressure sensor 53, a differential pressure sensor 41, a motor amplifier 54, and a hall sensor 55.
  • the pressure sensor 53 is provided in the fan case 31 shown in FIG. 1A, for example, and detects the pressure of the gas discharged from the fan unit 30.
  • the differential pressure sensor 41 is provided in the control unit 40 shown in FIG.
  • the control unit 40 outputs a drive command (speed command) to the motor amplifier 54.
  • the motor amplifier 54 supplies a drive current corresponding to the drive command to the motor 33.
  • the motor 33 rotates according to the supplied drive current. That is, the motor 33 rotates at the rotation speed corresponding to the drive command.
  • the hall sensor 55 is provided in the motor 33 and outputs a signal corresponding to the rotation of the motor 33.
  • the motor amplifier 54 converts the output signal of the hall sensor 55 into a voltage.
  • the control unit 40 obtains the rotation speed of the motor 33 based on the voltage output from the motor amplifier 54. And the control unit 40 controls the rotational speed of the motor 33 so that gas may be discharged at a desired pressure.
  • the set value includes a reference pressure value, a pressure reduction amount, and a flow rate determination value.
  • the control unit 40 determines the rotational speed of the motor 33 based on the actual pressure value detected by the pressure sensor 53 and the reference pressure command included in the set value. Gas is discharged from the fluid control device 1 by the rotation of the motor 33.
  • the control unit 40 calculates a pressure command value based on the reference pressure command and the amount of pressure reduction.
  • the control unit 40 controls the pressure of the gas discharged from the fluid control device 1 based on the difference between the pressure command value and the actual pressure value.
  • the control unit 40 estimates the expiration timing of the patient 83 based on the flow rate obtained by the differential pressure sensor 41. For example, the flow rate of the gas in the fluid control device 1 changes according to the respiratory state of the patient 83. The control unit 40 estimates the timing (exhalation timing) when switching from inspiration to expiration based on the flow rate. Then, the control unit 40 controls the pressure of the gas supplied to the patient 83 based on the estimated expiration timing.
  • the control unit 40 changes the pressure command value based on the respiratory state of the patient 83. For example, the control unit 40 sets the reference pressure command value as the pressure command value when the patient is in the inhalation state. As a result, the reference pressure gas is supplied to the patient 83. On the other hand, when the patient 83 is in a breathing state, the control unit 40 sets a value obtained by adding a decompression amount to the reference pressure command value as the pressure command value. Thereby, the pressure of the gas supplied to the patient 83 becomes low. The reference pressure command value and the pressure reduction amount are set according to the patient 83.
  • FIG. 4 shows a partial block circuit diagram of the control unit 40 and shows a control block related to driving of the motor 33.
  • the control unit 40 includes a flow rate value conversion unit 61, an expiration timing determination unit 62, a pressure command generator 63, and a pressure controller 64.
  • the flow rate conversion unit 61 converts the differential pressure obtained by the differential pressure sensor 41 into a flow rate.
  • the expiration timing determination unit 62 determines expiration timing based on the converted flow rate.
  • the pressure command generator 63 generates a pressure command value corresponding to the breathing state of the patient 83 based on the determination result of the expiration timing determination unit 62.
  • the pressure controller 64 generates a drive command value for driving the motor 33 according to the pressure command value.
  • the pressure controller 64 controls the drive command value based on the detection result of the pressure sensor 53 so that the pressure of the gas to be discharged matches the desired pressure (pressure command value).
  • the motor amplifier 54 supplies a current corresponding to the drive command value to the motor 33.
  • the motor 33 rotates in accordance with the supplied current. Next, the operation of the fluid control apparatus 1 will be described.
  • the fluid control device 1 includes a case 10 and a fan unit 30 and a control unit 40 provided in the case 10.
  • the interior of the case 10 is partitioned into a blower chamber 21 and a control chamber 22 by a standing partition wall 12.
  • a control unit 40 is accommodated in the control room 22.
  • a partition wall 13 is disposed inside the blower chamber 21, and the blower chamber 21 is partitioned into a first blower chamber 21a and a second blower chamber 21b.
  • the fan unit 30 is accommodated in the second ventilation chamber 21b.
  • a first pressure detection hole 17a is formed in the partition wall 12a between the first blower chamber 21a and the control chamber 22.
  • a second pressure detection hole 17 b is formed in the partition wall 12 b between the second blower chamber 21 b and the control chamber 22.
  • the control unit 40 detects the differential pressure between the pressure inside the first blower chamber 21a and the pressure inside the second blower chamber 21b by the differential pressure sensor 41, and controls the fan 32 based on the differential pressure.
  • the communication part 23 becomes a pressure loss in the gas flow, and a differential pressure is generated between the pressure of the first blower chamber 21a and the pressure of the second blower chamber 21b.
  • This differential pressure corresponds to the flow rate of the gas flowing from the first blower chamber 21a to the second blower chamber 21b, that is, the flow rate of the gas discharged from the fluid control device 1. Therefore, the gas flow rate can be obtained without providing a flow sensor inside or outside the exhaust port.
  • the gas flow on the exhaust side from the fan unit 30 is uneven.
  • the gas flows from the outside of the apparatus to the second blower chamber 21b through the suction port 14, the first blower chamber 21a, and the communication portion 23 by the fan 32 accommodated in the second blower chamber 21b. .
  • the gas flow is stable in the first air blowing chamber 21a and the second air blowing chamber 21b, and the internal pressure can be detected stably.
  • the flow sensor is disposed in a gas supply path, for example.
  • the flow rate sensor has a current plate and detects the flow rate based on the pressure before and after the current plate.
  • the current plate has a pressure loss with respect to the gas. Therefore, when a flow sensor is provided in the gas supply path, if the gas is supplied to the supply destination at a desired pressure due to the pressure loss in the flow sensor, the gas is discharged by the fluid control device as the supply source. It is necessary to increase the pressure of the gas according to the pressure loss, leading to an increase in the size of the fluid control device.
  • the pressure of the first blower chamber 21a and the second blower chamber are provided between the fan unit 30 and the suction port 14, that is, in the gas path upstream of the fan unit 30.
  • a differential pressure from the pressure of 21b is detected. Since the gas flow in the first air blowing chamber 21a and the second air blowing chamber 21b is stable, the differential pressure can be detected even with a small pressure loss. For this reason, since it is not necessary to generate a big pressure loss, the small fan unit 30 can be used and the fluid control apparatus 1 can be reduced in size.
  • the sound generated by the rotationally driven fan 32 is released to the outside through a path of the fan unit 30-second air blowing chamber 21b-communication portion 23-first air blowing chamber 21a-suction port 14.
  • the sound is reduced by hitting the inner wall of the route. For this reason, the sound emitted from the fluid control device 1 to the outside is reduced, and the silence of the fluid control device 1 can be enhanced.
  • the control unit 40 converts the differential pressure into a gas flow rate, estimates the expiration timing based on the flow rate, and controls the fan 32 according to the expiration timing to change the gas pressure.
  • the pressure can be controlled according to the breathing state of the patient supplying the gas. .
  • the case 10 has a control chamber 22 that accommodates the control unit 40 adjacent to the first blower chamber 21a and the second blower chamber 21b.
  • the 1st pressure detection hole 17a is formed in the partition between the 1st ventilation chamber 21a and a control chamber, and opens to the 1st ventilation chamber 21a side.
  • the second pressure detection hole 17b is formed in a partition wall between the second blower chamber 21b and the control chamber, and opens to the second blower chamber 21b side. Therefore, by accommodating the control unit 40 in the control chamber 22 adjacent to the first blower chamber 21a and the second blower chamber 21b, a path for detecting the pressure of the first blower chamber 21a and the second blower chamber 21b is provided.
  • the fluid control device 1 can be downsized because it is short.
  • the first pressure detection hole 17a is formed with the direction orthogonal to the opening direction of the suction port 14 as the opening direction
  • the second pressure detection hole 17b is formed with the direction orthogonal to the opening direction of the communication portion 23 as the opening direction. Yes. Since the first pressure detection hole 17a is opened in a direction orthogonal to the flow of gas sucked from the suction port 14 to the first blower chamber 21a, the first blower chamber is not affected by the gas flow. The pressure of 21a can be detected. Further, since the second pressure detection hole 17b is opened in a direction orthogonal to the flow of gas flowing from the communication portion 23 to the second blower chamber 21b, the second blower chamber is not affected by the flow of gas. The pressure of 21b can be detected.
  • the inside of the case 10 of the fluid control device 1 is partitioned into a blower chamber 21 and a control chamber 22 by a partition wall 12.
  • a partition wall 13 is disposed inside the blower chamber 21, and the blower chamber 21 is partitioned into a first blower chamber 21a and a second blower chamber 21b.
  • the fan unit 30 is accommodated in the second ventilation chamber 21b.
  • a first pressure detection hole 17 a is formed in the partition wall 12 a between the first blower chamber 21 a and the control chamber 22.
  • a second pressure detection hole 17 b is formed in the partition wall 12 b between the second blower chamber 21 b and the control chamber 22.
  • the control unit 40 detects the differential pressure between the pressure inside the first blower chamber 21a and the pressure inside the second blower chamber 21b by the differential pressure sensor 41, and controls the fan 32 based on the differential pressure.
  • the communication part 23 becomes a pressure loss in the gas flow, and a differential pressure is generated between the pressure of the first blower chamber 21a and the pressure of the second blower chamber 21b.
  • This differential pressure corresponds to the flow rate of the gas flowing from the first blower chamber 21a to the second blower chamber 21b, that is, the flow rate of the gas discharged from the fluid control device 1. Therefore, the gas flow rate can be obtained without providing a flow sensor inside or outside the exhaust port. For this reason, the fluid control apparatus 1 can be reduced in size and weight.
  • the control unit 40 converts the differential pressure into a gas flow rate, estimates the expiration timing based on the flow rate, and controls the fan 32 according to the expiration timing to change the gas pressure.
  • the pressure can be controlled according to the breathing state of the patient supplying the gas. .
  • the case 10 has a control chamber 22 that accommodates the control unit 40 adjacent to the first blower chamber 21a and the second blower chamber 21b.
  • the 1st pressure detection hole 17a is formed in the partition between the 1st ventilation chamber 21a and a control chamber, and opens to the 1st ventilation chamber 21a side.
  • the second pressure detection hole 17b is formed in a partition wall between the second blower chamber 21b and the control chamber, and opens to the second blower chamber 21b side. Therefore, by accommodating the control unit 40 in the control chamber 22 adjacent to the first blower chamber 21a and the second blower chamber 21b, a path for detecting the pressure of the first blower chamber 21a and the second blower chamber 21b is provided.
  • the fluid control device 1 can be downsized because it is short.
  • the first pressure detection hole 17a is formed with the direction orthogonal to the opening direction of the suction port 14 as the opening direction
  • the second pressure detection hole 17b has the direction orthogonal to the opening direction of the communication portion 23 as the opening direction. Is formed. Since the first pressure detection hole 17a is opened in a direction orthogonal to the flow of gas sucked from the suction port 14 to the first blower chamber 21a, the first blower chamber is not affected by the gas flow. The pressure of 21a can be detected. Further, since the second pressure detection hole 17b is opened in a direction orthogonal to the flow of gas flowing from the communication portion 23 to the second blower chamber 21b, the second blower chamber is not affected by the flow of gas. The pressure of 21b can be detected.
  • the fluid control device 101 shown in FIG. 5 has a passage wall 102 extending from the tip 13 a of the partition wall 13.
  • a communication portion 103 is formed between the passage wall 102 and the outer wall 11 b of the case 10. Since the communication portion 103 extending in this manner stabilizes the flow of gas flowing from the first blower chamber 21a to the second blower chamber 21b, the pressure in the first blower chamber 21a and the second blower chamber 21b is stably detected. be able to.
  • the communication part 103 extended in this way reduces the sound transmitted from the second air blowing chamber 21b to the first air blowing chamber 21a, so that the silence of the fluid control device 101 can be increased.
  • the fluid control device 111 shown in FIG. 6 has a partition wall 113 that partitions the case 112 in the vertical direction, and is arranged above the case 112 by the partition wall 113 and below the case 112. And a control room 22 provided.
  • the blower chamber 21 is divided into a first blower chamber 21 a and a second blower chamber 21 b by the partition wall 13.
  • the 1st pressure detection hole 17a for detecting the pressure of the 1st ventilation chamber 21a is formed in the partition wall 113a between the 1st ventilation chamber 21a and the control chamber 22, ie, the ceiling surface of the 1st ventilation chamber 21a. Has been.
  • the second pressure detection hole 17b for detecting the pressure in the second blower chamber 21b is formed on the partition wall 113b between the second blower chamber 21b and the control chamber 22, that is, on the ceiling surface of the second blower chamber 21b. Is formed. In addition, it is good also as a structure which has arrange
  • the 7 includes a first air blowing chamber 21a and a second air blowing chamber 21b disposed on the first air blowing chamber 21a.
  • the control chamber 22 is arrange
  • a communication portion 123 that connects the first air blowing chamber 21a and the second air blowing chamber 21b is formed in the partition wall 122 that vertically partitions the first air blowing chamber 21a and the second air blowing chamber 21b.
  • the fluid control device 131 shown in FIG. 8 has a third blower chamber 132 adjacent to the second blower chamber 21b.
  • An insertion hole 134 is formed in the partition wall 133 between the second ventilation chamber 21 b and the third ventilation chamber 132, and the discharge part 31 b of the fan unit 30 is inserted into the insertion hole 134.
  • a discharge port 136 is formed through the outer wall 135a in the outer wall 135a forming the third blower chamber 132, and an exhaust port 137 protruding from the outer wall 135a is formed.
  • a tube 81 (see FIG. 2) is connected to the exhaust port 137.
  • a pressure sensor 53 may be provided in the third blower chamber 132 to detect the pressure of the gas discharged from the fluid control device 131.
  • the differential pressure sensor 41 is used to detect the differential pressure between the pressure in the first blower chamber 21a and the pressure in the second blower chamber 21b.
  • the first pressure detection hole 17a and the second pressure detection hole 17b for pressure detection are provided on the partition walls 12a and 12b between the first blower chamber 21a and the second blower chamber 21b and the control chamber 22.
  • at least one pressure detection hole may be formed in another location.
  • the detection tube may be embedded in the partition wall 13.
  • the partition wall 13 may have a double structure, and the detection tube may be disposed between the two partition walls 13.
  • the present invention may be used when a gas-liquid mixture containing a mist-like liquid is supplied.
  • the fluid control apparatus 1 is connected with the patient 83 via the tube 81 and the mask 82, it replaces with the said mask 82 and a cannula may be used.
  • control unit 40 is configured to estimate the gas flow rate from the differential pressure or convert the differential pressure to the gas flow rate, but the control unit 40 calculates the gas flow rate from the differential pressure or It is not necessary to estimate.
  • control unit 40 may be configured to control the rotational speed of the fan 32 based directly on the differential pressure.
  • control unit 40 compares the pressure of the first blower chamber 21a with the pressure of the second blower chamber 21b, and the pressure of the first blower chamber 21a is equal to that of the second blower chamber 21b. When it is indicated that the pressure is higher than the pressure, it is estimated that the patient 83 is in the inspiration timing, and when the pressure in the first ventilation chamber 21a is lower than the pressure in the second ventilation chamber 21b, the patient 83 is estimated to be the expiration timing. May be configured.
  • control unit 40 compares the pressure of the first blower chamber 21a with the pressure of the second blower chamber 21b, and compares the pressure of the first blower chamber 21a with the second blower chamber 21b.
  • the difference from the pressure is higher than the predetermined value Pth, it is estimated that the patient 83 is in the intake timing, and the difference between the pressure in the first blower chamber 21a and the pressure in the second blower chamber 21b is lower than the predetermined value Pth. If so, the patient 83 may be configured to estimate that it is expiration timing.
  • control unit 40 determines increase / decrease in the rotational speed of the fan 32 according to the value of the differential pressure between the pressure in the first blower chamber 21a and the pressure in the second blower chamber 21b. It may be constituted as follows. For example, the control unit 40 compares the pressure of the first blower chamber 21a with the pressure of the second blower chamber 21b, and if the pressure of the first blower chamber 21a is higher than the pressure of the second blower chamber 21b, Control for increasing the number of rotations may be performed, and control may be performed to decrease the number of rotations of the fan 32 when the pressure in the first blower chamber 21a is lower than the pressure in the second blower chamber 21b.
  • control unit 40 confirms the breathing state of the patient by comparing the pressure of the first blower chamber 21a with the pressure of the second blower chamber 21b over time. May be configured.
  • control unit 40 compares the change in the differential pressure between the pressure of the first blower chamber 21a and the pressure of the second blower chamber 21b at a plurality of points to determine the respiratory state of the patient. May be configured to confirm.
  • the average value MP21 of the differential pressure between the pressure of the first blower chamber 21a and the pressure of the second blower chamber 21b is a predetermined value Mth (second reference value).
  • Mth second reference value
  • control unit 40 does not have the flow value conversion unit 61, and the expiration timing determination unit 62 determines the expiration timing based on the differential pressure obtained by the differential pressure sensor 41. Configured. In some other examples, the control unit 40 does not include the flow value conversion unit 61 and the expiration timing determination unit 62, and the pressure command generator 63 is based on the differential pressure obtained by the differential pressure sensor 41. It is configured to generate a pressure command value.
  • the control unit 40 may be configured to be able to perform all of the functions described above, or may be configured to be able to perform one or several of the functions described above. Although not intended to be limiting, for example, the control unit 40 may comprise a computer processor that executes a computer program configured to implement one, some or all of the functions described above.
  • the control unit 40 may be configured to rotationally drive the fan 32 based on the detection results of various sensors in addition to the detection results of the differential pressure sensor 41.

Abstract

流体制御装置1のケース10の内部は、区画壁12によって送風室21と制御室22とに区画されている。送風室21の内部には、隔壁13が配設され、送風室21の内部が、第1送風室21aと第2送風室21bとに区画されている。第2送風室21bにファンユニット30が収容されている。差圧センサ41が第1送風室21aの内部の圧力と第2送風室21bの内部の圧力との差圧を検知し、検知された差圧に基づいて制御ユニット40がファン32を制御する。

Description

流体制御装置
 本発明は、例えば持続性陽性気道圧(CPAP:Continuous Positive Airway Pressure)のために用いられる流体制御装置に関する。
 従来、閉塞性睡眠時無呼吸症候群(OSA)などの睡眠関連の障害の治療用として、例えば、持続陽性気道圧(CPAP:Continuous Positive Airway Pressure)装置(以下、CPAP装置)等の流体制御装置が用いられる(例えば、特許文献1参照)。CPAP装置は、ファンを内蔵した装置本体を有し、患者の口や鼻に装着されたマスクに装置本体から大気圧より高い圧力で気体(例えば空気)を供給する。
 CPAP装置は、例えばファンにより供給される気体の供給経路に設けられた流量センサによって気体の流量を測定し、所定の圧力の気体を供給する。排気ポートに設けられる流量センサは、整流板を有し、CPAP装置は、供給経路における整流板の前後の圧力に基づいて供給経路における流量を得る。
特開2016-34411号公報
 ところで、CPAP装置は、患者の就寝中に用いられる。このため、患者が出張や個人的な旅行等で外泊する際にCPAP装置を携行する必要がある。上述のCPAP装置では、排気ポートに流量センサが設けられ、その流量センサに整流板を設ける必要があるため、圧力損失が生じる。その結果、より大型のファンを必要とするため、CPAP装置が大型化してしまう。従って、CPAP装置(流体制御装置)の小型化が望まれている。
 本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型化することを可能とした流体制御装置を提供することにある。
 上記課題を解決する流体制御装置は、吸入口と排気ポートとを有し、ファンを回転駆動して前記吸入口より外部から吸入した流体を前記排気ポートから排出する流体制御装置であって、前記ファンと、前記ファンを収容するファンケースとを有するファンユニットと、前記ファンを駆動制御する制御ユニットと、前記吸入口により外部と連通する第1送風室と、前記ファンユニットを収容する第2送風室と、前記第1送風室と前記第2送風室とを連通する連通部と、を有するケースと、前記第1送風室の内部の圧力と前記第2送風室の内部の圧力との差圧を検知する差圧検知部と、を有する。
 この構成によれば、ファンの回転駆動によって外部から吸入口を介して第1送風室に吸入される流体は、第1送風室から連通部を介して第2送風室へと流入する。連通部は、流体の流れにおいて圧力損失となり、第1送風室の圧力と第2送風室の圧力との間に差圧が生じる。この差圧は、第1送風室から第2送風室に流れる流体の流量、つまり流体制御装置から排出される流体の流量に対応する。制御ユニットは、差圧検知部によって検知された差圧に基づいてファンを駆動制御でき、従って、排気ポート内もしくは外部に流量センサを設ける必要がなくなる。このため、流体制御装置を小型化、軽量化することができる。
 また、流体は、第2送風室に収容されたファンの駆動により、装置の外部から吸入口、第1送風室、連通部を経て第2送風室へと流れる。このため、第1送風室と第2送風室において流体の流れが安定しており、それぞれの内部の圧力を安定して検出することができる。
 上記差圧検知部が前記第1送風室の内部の圧力を検知するための第1圧力検知部と、前記第2送風室の内部の圧力を検知するための第2圧力検知部と、によって得られる前記第1送風室の内部の圧力と前記第2送風室の内部の圧力との差圧を検知することが好ましい。
 この構成によれば、差圧検知部を用いることで、第1送風室の圧力と第2送風室の圧力との微少な差圧を検知することができる。このため、第1送風室と第2送付室との間の圧力損失が小さくても差圧を検出することができ、ファンユニットの小型化を図ることができる。
 上記の流体制御装置において、前記制御ユニットは、前記差圧が所定の値と比較して正である場合は前記ファンの回転数を増加させる制御を行い、負である場合は前記ファンの回転数を減少させる制御を行うことが好ましい。
 この構成によれば、差圧と所定の値とを比較するという簡単な処理または演算によってファンの回転数を制御できるので、制御ユニットの演算負荷の低減および/または制御ユニットの構造の簡略化において有利である。
 上記の流体制御装置において、前記制御ユニットは、前記差圧が所定の値と比較して正である場合は前記排気ポートに連通する患者の呼吸状態が吸気状態であり、負である場合は前記排気ポートに連通する患者の呼吸状態が呼気状態であることを判断することが好ましい。
 この構成によれば、差圧と所定の値とを比較するという簡単な処理または演算によってファンの回転数を制御できるので、制御ユニットの演算負荷の低減および/または制御ユニットの構造の簡略化において有利である。
 上記の流体制御装置において、前記ケースは、前記第1送風室及び前記第2送風室と隣接し前記制御ユニットを収容する制御室を有し、前記第1圧力検知部は、前記第1送風室と前記制御室との間の隔壁に形成され前記第1送風室側に開口する第1圧力検知孔であり、前記第2圧力検知部は、前記第2送風室と前記制御室との間の隔壁に形成され前記第2送風室側に開口する第2圧力検知孔であることが好ましい。
 この構成によれば、第1送風室と第2送風室とに隣接した制御室に制御ユニットを収容することで、第1送風室と第2送風室の圧力を検出するための経路が短くてすみ、流体制御装置の小型化を可能とすることができる。
 上記の流体制御装置において、前記第1圧力検知孔は、前記吸入口の開口方向と直交する方向を開口方向として形成され、前記第2圧力検知孔は、前記連通部の開口方向と直交する方向を開口方向として形成されていることが好ましい。
 この構成によれば、吸入口から第1送風室へと吸入される流体の流れに対して直交する方向に第1圧力検知孔が開口しているため、流体の流れに影響されることなく第1送風室の圧力の検知が可能となる。また、連通部から第2送風室へと流れる流体の流れに対して直交する方向に第2圧力検知孔が開口しているため、流体の流れに影響されることなく第2送風室の圧力の検知が可能となる。
 上記の流体制御装置において、前記制御ユニットは、前記差圧を前記流体の流量に変換し、前記流量に基づいて前記ファンを制御することが好ましい。
 この構成によれば、差圧に応じて供給する流体の圧力を制御することを可能とすることができる。
 上記の流体制御装置において、前記制御ユニットは、前記流量に基づいて呼気タイミングを推定し、前記呼気タイミングに応じて前記ファンを制御して前記流体の圧力を変更することが好ましい。
 この構成によれば、流量に基づいて呼気タイミングを推定することで、流体を供給する患者の呼吸状態に応じて圧力を制御することを可能とすることができる。
 本発明の流体制御装置によれば、小型化することを可能とすることができる。
(a)は流体制御装置の概略を示す平断面図、(b)は流体制御装置の概略を示す側断面図。 流体制御装置の使用状態を示す概略図。 流体制御装置の電気的構成を示すブロック図。 制御ユニットの概略構成を示すブロック図。 変形例の流体制御装置の概略を示す平断面図。 変形例の流体制御装置の概略を示す縦断面図。 変形例の流体制御装置の概略を示す縦断面図。 変形例の流体制御装置の概略を示す平断面図。
 以下、各形態を説明する。
 なお、添付図面は、理解を容易にするために構成要素を拡大して示している場合がある。構成要素の寸法比率は実際のものと、または別の図面中のものと異なる場合がある。また、断面図では、理解を容易にするために、一部の構成要素のハッチングを省略している場合がある。
 図2に示すように、流体制御装置1は、例えば持続陽性気道圧(CPAP:Continuous Positive Airway Pressure)装置として用いられる。流体制御装置1は、チューブ81を介してマスク82に接続される。マスク82は、患者83の口や鼻に装着される。流体制御装置1は、チューブ81とマスク82を介して患者83に所望の圧力の気体(例えば空気)を供給する。また、流体制御装置1は、患者83の状態(例えば呼気時)を判定し、患者の状態に応じて患者83に供給する気体の圧力を制御する。
 流体制御装置1は、ケース10と、ケース10の上面に配置された表示部51と操作部52とを備えている。流体制御装置1は、設定値を含む各種情報を表示部51に表示する。また、流体制御装置1は、操作部52の操作に基づいて、設定値を含む各種情報を設定する。設定値は、供給する気体の圧力値、気体の流量値を含む。また、設定値は、呼気時に供給する気体の圧力値を含む。
 流体制御装置1は、マスク82が装着された患者83の呼気状態を推定する。そして、流体制御装置1は、推定した呼気状態に同期するように、供給する気体の圧力値を制御する。例えば、吸気時の圧力は1000[Pa]、呼気時の圧力は700[Pa]である。患者83が呼気状態であるときに、供給する気体の圧力を低下させることで、患者83における息苦しさを低減する。
 図1(a)及び図1(b)に示すように、流体制御装置1は、ケース10と、ケース10に内設されたファンユニット30及び制御ユニット40を有している。
 ケース10は、外壁11と、外壁11の内側に配設された区画壁12とを有している。ケース10の内部は、立設された区画壁12によって送風室21と制御室22とに区画されている。本実施形態において、ケース10は、概略略直方体状であり、扁平状に形成されている。外壁11は、4つの外壁11a~11dを含む。
 送風室21の内部には、隔壁13が配設されている。隔壁13は、送風室21の内部を、第1送風室21aと第2送風室21bとに区画する。隔壁13は、区画壁12に接続され、その区画壁12から外壁11に向かって延びるように形成されている。従って、第1送風室21aと第2送風室21bは、制御室22に隣接している。隔壁13の先端13aは、外壁11bから離間している。この隔壁13と外壁11bは、第1送風室21aと第2送風室21bとを連通する連通部23を形成する。
 図1(a)に示すように、ケース10の外壁11aには、ケース10の内部とケース10の外部とを連通する吸入口14が形成されている。この吸入口14が形成された外壁11aの一部は、第1送風室21aを形成する。従って、吸入口14は、第1送風室21aの内部とケース10の外部とを連通する。この吸入口14は、外壁11aの表面(ケース10の外側面、内側面)と直交する方向に向かって形成されている。この吸入口14が向かう方向を開口方向とする。
 連通部23は、隔壁13の先端13aと、外壁11との間に形成されている。つまり、連通部23は、隔壁13の厚さ方向に開口している。本実施形態において、吸入口14の開口方向と連通部23の開口方向は一致している。そして、開口方向から視て、吸入口と連通部23は、互いに重ならない位置に形成されている。
 第2送風室21bにはファンユニット30が収容されている。図1(b)に示すように、ファンユニット30は、ファンケース31と、ファンケース31に収容されたファン32と、ファン32を駆動する駆動源としてのモータ33とを有している。
 ファンケース31は、ファン32を収容する収容部31aと、収容部31aの側面に突出する排出部31bとを有している。収容部31aには、下方に開口する流入口31cが形成されている。ケース10において、第2送風室21bを形成する外壁11cには、ファンケース31の排出部31bが挿通される挿通口15が形成されている。その挿通口15に挿通された排出部31bの先端は、ケース10から突出する。この突出する排出部31bの先端は、この流体制御装置1の排気ポート16として機能する。この排気ポート16には、図2に示すチューブ81が連結される。
 モータ33はファンケース31の上面に取着され、そのモータ33の回転軸33aはファンケース31内に挿入されている。ファン32は、モータ33の回転軸33aに取着されている。ファン32は例えば遠心ファンである。
 モータ33によってファン32が回転駆動されると、図1(a)に矢印にて示すように気体が吸入口14から第1送風室21aを経て第2送風室21bの内部へと取り込まれる。更に、図1(b)に矢印にて示すように、気体は、第2送風室21b内から流入口31cを介してファンケース31の内部へと吸入される。そして、ファンケース31の内部の気体は、排出部31bから排出される。その排出される気体は、図2に示すチューブ81及びマスク82を介して患者83へと送られる。
 制御室22には制御ユニット40が配設されている。制御ユニット40は、例えば、回路基板と、回路基板に実装された複数の電子部品とを含む。
 制御ユニット40には、差圧センサ41(差圧検知部)が配設されている。差圧センサ41は、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差(差圧)を検出する。
 図1(a)に示すように、第1送風室21aと制御室22との間の区画壁12aには、第1圧力検知孔17aが形成されている。第1圧力検知孔17aは、区画壁12aの厚さ方向にその区画壁12aを貫通している。そして、本実施形態において、第1圧力検知孔17aは、吸入口14の開口方向(外壁11aにおける吸入口14の貫通方向)と直交する方向に向かって開口して形成されている。また、第1圧力検知孔17aの開口方向は、連通部23の開口方向と直交する方向である。
 第1圧力検知孔17aは、検出チューブ42aを介して差圧センサ41に接続されている。この第1圧力検知孔17aにより、第1送風室21aの圧力が差圧センサ41へと伝達される。つまり、第1圧力検知孔17aは、第1送風室21aの圧力を検出するための圧力センシング部として機能する。
 同様に、第2送風室21bと制御室22との間の区画壁12bには、第2圧力検知孔17bが形成されている。第2圧力検知孔17bは、区画壁12bの厚さ方向にその区画壁12bを貫通している。そして、本実施形態において、第2圧力検知孔17bは、連通部23の開口方向と直交する方向に向かって開口して形成されている。
 第2圧力検知孔17bは、検出チューブ42bを介して差圧センサ41に接続されている。この第2圧力検知孔17bにより、第2送風室21bの圧力が差圧センサ41へと伝達される。つまり、第2圧力検知孔17bは、第2送風室21bの圧力を検出するための圧力センシング部として機能する。
 制御ユニット40は、差圧センサ41による検出結果に基づいて、ファン32を回転駆動する。
 以下の説明では、第1送風室21aの圧力及び第1送風室21aの圧力を参照符号P21a、P21bでそれぞれ示すことがある。第1送風室21aの圧力と第1送風室21aの圧力との差(すなわちP21a-P21b)を参照符号PDとして示すことがある。第1送風室21aの圧力及び第2送風室21bの圧力は、患者83の呼吸状態に応じて変化する。そこで、一態様として、制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力とを比較し、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力より高い場合(すなわちP21a>P21b)、患者83が吸気タイミングであると推定し、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力より低い場合(すなわちP21a<P21b)、患者83が呼気タイミングであると推定するように構成され得る。第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力と同じ場合(P21a=P21b)、制御ユニット40は、患者83が呼気タイミングと吸気タイミングとの間の移行期であると推定してもよい。
 第1送風室21aの圧力と第1送風室21aの圧力との差(P21a-P21bすなわちPD)は患者83の呼吸状態に応じて変化する。そこで、別態様として、制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力とを比較し、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差PDが所定の値Pth(第1の基準値または呼吸状態判定値と呼称することがある)より高い場合、患者83が吸気タイミングであると推定し、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差PDが当該所定の値Pthより低い場合、患者83が呼気タイミングであると推定するように構成され得る。制御ユニット40は、差PDが所定の値Pthと同じである場合、患者83が呼気タイミングと吸気タイミングとの間の移行期であると推定してもよい。当該所定の値Pthは、ゼロであり得る任意の値である。制御ユニット40は当該所定の値Pthを設定可能に構成され得る。当該所定の値Pthは、デフォルト値として制御ユニット40に予め設定してもよいが、当該所定の値Pthは、例えば患者83に応じて、または、流体制御装置1から患者83までの気体経路の体積に応じて変更されてもよい。当該所定の値Pthがゼロに設定される特定の例では、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力より高ければ(すなわちP21a>P21b)、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差PDが正の値となり、制御ユニット40は患者83が吸気タイミングであると推定する。逆に、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力より低ければ(すなわちP21a<P21b)、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差PDが負の値となり、制御ユニット40は患者83が呼気タイミングであると推定する。
 いくつかの例では、制御ユニット40は、さらに、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差PDの値に応じてファン32の回転数の増減を決定するように構成され得る。具体的には、制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力とを比較し、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力より高い場合(すなわちPDが正の値)、ファン32の回転数を増加させる制御を行い、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力より低い場合(すなわちPDが負の値)、ファン32の回転数を減少させる制御を行うように構成され得る。例えば、制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力よりも高くなるほど(すなわちPDが大きいほど)、ファン32の回転数を徐々にまたは段階的に増加させ、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力よりも低くなるほど(すなわちPDが小さいほど)、ファン32の回転数を徐々にまたは段階的に減少させるように構成される。
 いくつかの例では、制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力とを経時的に比較することにより、患者の呼吸状態を確認するように構成され得る。例えば、制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力より高い状態(すなわちPDが正の値)から、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力と同じかまたは低い状態(すなわちPDが負の値またはゼロ)への変化事象に基づいて、患者が吸気状態から呼気状態に移行したと判断するように構成され得る。逆に、制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力より低い状態から(すなわちPDが負の値)、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力と同じかまたは高い状態(すなわちPDが正の値またはゼロ)への変化事象に基づいて、患者83が呼気状態から吸気状態に移行したと判断するように構成され得る。
 また、複数点における第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差圧の変化を比較することにより、患者83の呼吸状態を確認することができる。例えば、制御ユニット40は、インターバルをおいて検知した複数点における第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差PDの変化傾向(増加傾向、減少傾向)によって、患者83が吸気状態であるか呼気状態であるかを判断するように構成され得る。
 また、いくつかの例では、制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差圧の平均値MP21が所定の値Mth(第2の基準値またはリーク判定値と呼称することがある)より大きい場合、マスク82等からのエアリークが発生していると判断するように構成され得る。例えば、制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差圧を監視し、制御されたタイミングでまたは定期的に、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差圧の平均値MP21を算出し、算出した差圧の平均値MP21と当該リーク判定値Mthとを比較し、平均値MP21がリーク判定値Mthより大きい場合に、エアリークの発生を判断するように構成され得る。制御ユニット40は、エアリークが発生していると判断した場合、例えば表示部51にエアリークの発生を表示するように構成され得る。
 以下に、差圧から気体の流量を推定または差圧を気体の流量に変換するように構成される制御ユニット40の具体例を説明する。例えば、制御ユニット40は、差圧センサ41による検出結果に基づいて、気体の流量を得る。流体制御装置1において、気体は、ケース10の外部から、吸入口14-第1送風室21a-連通部23-第2送風室21b-ファンユニット30の気体経路を経て、排気ポート16から排出される。そして、排気ポート16から、図2に示すチューブ81とマスク82を介して患者83へと供給される。
 上述の気体経路では、連通部23において圧力損失が生じる。このため、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力に差が生じる。この差圧は、気体の流量に応じて変化する。制御ユニット40は、差圧センサ41により第1送風室21aと第2送風室21bとの間の差圧を測定し、気体の流量を得る。例えば、制御ユニット40は、演算式により、流量を算出する。演算式の一例は、流量(m/s)をFR、差圧(Pa)をPD、係数をK1,K2とすると、
FR=K1×PDK2
と表すことができる。係数K1,K2は、例えば実験やシミュレーション等により予め求められる。係数K1は例えば「10」であり、係数K2は例えば「0.5」である。なお、流量と差圧とを関連付けたテーブルを記憶し、テーブルを参照して差圧を流量に変換するようにしてもよい。
 図3は、流体制御装置1の電気的構成を示す。
 図3に示すように、流体制御装置1は、表示部51、操作部52、モータ33、制御ユニット40、圧力センサ53、差圧センサ41、モータアンプ54、ホールセンサ55を有している。
 圧力センサ53は、例えば図1(a)に示すファンケース31に設けられ、ファンユニット30から排出される気体の圧力を検出する。
 差圧センサ41は、図1(a)に示す制御ユニット40に設けられている。
 制御ユニット40は、駆動指令(速度指令)をモータアンプ54に出力する。モータアンプ54は、駆動指令に応じた駆動電流をモータ33に供給する。モータ33は、供給される駆動電流に応じて回転する。つまり、モータ33は、駆動指令に対応する回転数にて回転する。
 ホールセンサ55は、モータ33に設けられ、モータ33の回転に応じた信号を出力する。モータアンプ54は、ホールセンサ55の出力信号を電圧に変換する。制御ユニット40は、モータアンプ54から出力される電圧に基づいて、モータ33の回転速度を得る。そして、制御ユニット40は、所望の圧力にて気体を排出するように、モータ33の回転速度を制御する。
 制御ユニット40には、各種設定値が記憶されている。設定値は、基準圧力値、減圧量、流量判定値、を含む。
 制御ユニット40は、圧力センサ53により検出された実圧力値と、設定値に含まれる基準圧力指令に基づいて、モータ33の回転数を決定する。そのモータ33の回転により、流体制御装置1から気体が吐出される。制御ユニット40は、基準圧力指令と減圧量とに基づいて圧力指令値を算出する。制御ユニット40は、圧力指令値と実際の圧力値の差に基づいて、流体制御装置1が吐出する気体の圧力を制御する。
 制御ユニット40は、差圧センサ41により得た流量に基づいて患者83の呼気タイミングを推定する。例えば、流体制御装置1における気体の流量は、患者83が呼吸状態に応じて変化する。制御ユニット40は、流量に基づいて、吸気から呼気へと切り替わるタイミング(呼気タイミング)を推定する。そして、制御ユニット40は、推定した呼気タイミングに基づいて、患者83に供給する気体の圧力を制御する。
 制御ユニット40は、患者83の呼吸状態に基づいて、圧力指令値を変更する。例えば、制御ユニット40は、患者が吸気状態にあるときに、基準圧力指令値を圧力指令値として設定する。これにより、患者83に基準圧力の気体が供給される。一方、制御ユニット40は、患者83が呼吸状態にあるとき、基準圧力指令値に減圧量を加味した値を圧力指令値として設定する。これにより、患者83に供給される気体の圧力が低くなる。基準圧力指令値、減圧量は、患者83に応じて設定される。
 図4は、制御ユニット40の一部ブロック回路図を示し、モータ33の駆動に係る制御ブロックを示す。
 制御ユニット40は、流量値変換部61、呼気タイミング判定部62、圧力指令発生器63、圧力制御器64を有している。
 流量値変換部61は、差圧センサ41により得られた差圧を流量に変換する。
 呼気タイミング判定部62は、変換後の流量に基づいて呼気タイミングを判定する。
 圧力指令発生器63は、呼気タイミング判定部62の判定結果に基づいて、患者83の呼吸状態に応じた圧力指令値を生成する。
 圧力制御器64は、圧力指令値に応じて、モータ33を駆動する駆動指令値を生成する。また、圧力制御器64は、圧力センサ53の検出結果に基づいて、排出する気体の圧力を所望の圧力(圧力指令値)と一致するように駆動指令値を制御する。
 モータアンプ54は、駆動指令値に応じた電流をモータ33に供給する。そのモータ33は供給される電流に応じて回転する。
 次に、この流体制御装置1の作用を説明する。
 流体制御装置1は、ケース10と、ケース10に内設されたファンユニット30及び制御ユニット40を有している。ケース10の内部は、立設された区画壁12によって送風室21と制御室22とに区画されている。制御室22に制御ユニット40が収容されている。送風室21の内部には、隔壁13が配設され、送風室21の内部が、第1送風室21aと第2送風室21bとに区画されている。第2送風室21bにファンユニット30が収容されている。
 第1送風室21aと制御室22との間の区画壁12aには、第1圧力検知孔17aが形成されている。第2送風室21bと制御室22との間の区画壁12bには、第2圧力検知孔17bが形成されている。制御ユニット40は、差圧センサ41によって第1送風室21aの内部の圧力と第2送風室21bの内部の圧力との差圧を検出し、その差圧に基づいてファン32を制御する。
 ファン32の回転駆動によって外部から吸入口14を介して第1送風室21aに吸入される気体は、第1送風室21aから連通部23を介して第2送風室21bへと流入する。連通部23は、気体の流れにおいて圧力損失となり、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との間に差圧が生じる。この差圧は、第1送風室21aから第2送風室21bに流れる気体の流量、つまり流体制御装置1から排出される気体の流量に対応する。従って、排気ポート内もしくは外部に流量センサを設けることなく、気体の流量を求めることができる。
 ファンユニット30より排出側の気体の流れにはムラがある。一方、本実施形態において、気体は、第2送風室21bに収容されたファン32により、装置の外部から吸入口14、第1送風室21a、連通部23を経て第2送風室21bへと流れる。このため、第1送風室21aと第2送風室21bにおいて気体の流れが安定しており、それぞれの内部の圧力を安定して検出することができる。
 流量センサは、例えば気体の供給経路に配設される。流量センサは、整流板を有し、整流板の前後の圧力に基づいて流量を検出する。整流板は、気体に対して圧力損失となる。従って、気体の供給経路に流量センサを配設した場合、その流量センサにおける圧力損失のため、供給先に所望の圧力にて気体を供給しようとすると、供給元である流体制御装置にて排出する気体の圧力を、圧力損失に応じて高くする必要があり、流体制御装置の大型化を招く。
 これに対し、本実施形態の流体制御装置1では、ファンユニット30と吸入口14との間、つまりファンユニット30より上流側の気体の経路において、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差圧を検出する。これら第1送風室21aと第2送風室21bの気体の流れは安定しているため、小さな圧力損失でも差圧を検出することができる。このため、大きな圧力損失を発生させる必要がないため、小さなファンユニット30を用いることができ、流体制御装置1の小型化を図ることができる。
 ファンユニット30において、回転駆動するファン32により発生する音は、ファンユニット30-第2送風室21b-連通部23-第1送風室21a-吸入口14の経路にて外部へと放出される。この経路において、音は、経路の内壁に当たることで小さくなる。このため、流体制御装置1から外部へと放出される音は小さくなり、流体制御装置1の静粛性を高めることができる。
 制御ユニット40は、差圧を気体の流量に変換し、流量に基づいて呼気タイミングを推定し、呼気タイミングに応じてファン32を制御して気体の圧力を変更する。このように、差圧を気体の流量に変換し、その流量に基づいて呼気タイミングを推定することで、気体を供給する患者の呼吸状態に応じて圧力を制御することを可能とすることができる。
 ケース10は、第1送風室21a及び第2送風室21bと隣接し制御ユニット40を収容する制御室22を有している。第1圧力検知孔17aは、第1送風室21aと制御室との間の隔壁に形成され第1送風室21a側に開口する。第2圧力検知孔17bは、第2送風室21bと制御室との間の隔壁に形成され第2送風室21b側に開口する。従って、第1送風室21aと第2送風室21bとに隣接した制御室22に制御ユニット40を収容することで、第1送風室21aと第2送風室21bの圧力を検出するための経路が短くてすみ、流体制御装置1の小型化を可能とすることができる。
 第1圧力検知孔17aは、吸入口14の開口方向と直交する方向を開口方向として形成され、第2圧力検知孔17bは、連通部23の開口方向と直交する方向を開口方向として形成されている。吸入口14から第1送風室21aへと吸入される気体の流れに対して直交する方向に第1圧力検知孔17aが開口しているため、気体の流れに影響されることなく第1送風室21aの圧力の検知が可能となる。また、連通部23から第2送風室21bへと流れる気体の流れに対して直交する方向に第2圧力検知孔17bが開口しているため、気体の流れに影響されることなく第2送風室21bの圧力の検知が可能となる。
 以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
 (1)流体制御装置1のケース10の内部は、区画壁12によって送風室21と制御室22とに区画されている。送風室21の内部には、隔壁13が配設され、送風室21の内部が、第1送風室21aと第2送風室21bとに区画されている。第2送風室21bにファンユニット30が収容されている。第1送風室21aと制御室22との間の区画壁12aには、第1圧力検知孔17aが形成されている。第2送風室21bと制御室22との間の区画壁12bには、第2圧力検知孔17bが形成されている。制御ユニット40は、差圧センサ41によって第1送風室21aの内部の圧力と第2送風室21bの内部の圧力との差圧を検出し、その差圧に基づいてファン32を制御する。
 ファン32の回転駆動によって外部から吸入口14を介して第1送風室21aに吸入される気体は、第1送風室21aから連通部23を介して第2送風室21bへと流入する。連通部23は、気体の流れにおいて圧力損失となり、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との間に差圧が生じる。この差圧は、第1送風室21aから第2送風室21bに流れる気体の流量、つまり流体制御装置1から排出される気体の流量に対応する。従って、排気ポート内もしくは外部に流量センサを設けることなく、気体の流量を求めることができる。このため、流体制御装置1を小型化、軽量化することができる。
 (2)ファンユニット30において、回転駆動するファン32により発生する音は、ファンユニット30-第2送風室21b-連通部23-第1送風室21a-吸入口14の経路にて外部へと放出される。この経路において、音は、経路の内壁に当たることで小さくなる。このため、流体制御装置1から外部へと放出される音は小さくなり、流体制御装置1の静粛性を高めることができる。
 (3)制御ユニット40は、差圧を気体の流量に変換し、流量に基づいて呼気タイミングを推定し、呼気タイミングに応じてファン32を制御して気体の圧力を変更する。このように、差圧を気体の流量に変換し、その流量に基づいて呼気タイミングを推定することで、気体を供給する患者の呼吸状態に応じて圧力を制御することを可能とすることができる。
 (4)ケース10は、第1送風室21a及び第2送風室21bと隣接し制御ユニット40を収容する制御室22を有している。第1圧力検知孔17aは、第1送風室21aと制御室との間の隔壁に形成され第1送風室21a側に開口する。第2圧力検知孔17bは、第2送風室21bと制御室との間の隔壁に形成され第2送風室21b側に開口する。従って、第1送風室21aと第2送風室21bとに隣接した制御室22に制御ユニット40を収容することで、第1送風室21aと第2送風室21bの圧力を検出するための経路が短くてすみ、流体制御装置1の小型化を可能とすることができる。
 (5)第1圧力検知孔17aは、吸入口14の開口方向と直交する方向を開口方向として形成され、第2圧力検知孔17bは、連通部23の開口方向と直交する方向を開口方向として形成されている。吸入口14から第1送風室21aへと吸入される気体の流れに対して直交する方向に第1圧力検知孔17aが開口しているため、気体の流れに影響されることなく第1送風室21aの圧力の検知が可能となる。また、連通部23から第2送風室21bへと流れる気体の流れに対して直交する方向に第2圧力検知孔17bが開口しているため、気体の流れに影響されることなく第2送風室21bの圧力の検知が可能となる。
 (変形例)
 尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
 なお、以下の説明において、上記実施形態と同じ構成部材については同じ符号を付してその説明の一部又は全てを省略する。また、説明に係わらない構成部材の符号を省略する場合がある。
 ・上記実施形態に対し、流体制御装置の構成を適宜変更してもよい。
 図5に示す流体制御装置101は、隔壁13の先端13aから延びる通路壁102を有している。この通路壁102とケース10の外壁11bとの間が連通部103となる。このように延びる連通部103によって、第1送風室21aから第2送風室21bへと流れる気体の流れが安定するため、第1送風室21aと第2送風室21bにおける圧力を安定して検出することができる。また、このように延びる連通部103によって第2送風室21bから第1送風室21aと伝わる音が低減され、流体制御装置101の静粛性を高くすることができる。
 図6に示す流体制御装置111は、ケース112を上下方向に区画する区画壁113を有し、その区画壁113によりケース112の下方に配設された送風室21と、ケース112の上方に配設された制御室22とを有している。送風室21は、隔壁13により第1送風室21aと第2送風室21bとに区画されている。そして、第1送風室21aの圧力を検出するための第1圧力検知孔17aは、第1送風室21aと制御室22との間の区画壁113a、つまり第1送風室21aの天井面に形成されている。同様に、第2送風室21bの圧力を検出するための第2圧力検知孔17bは、第2送風室21bと制御室22との間の区画壁113b、つまり第2送風室21bの天井面に形成されている。なお、第1送風室21a及び第2送風室21bを制御室22の上側に配置した構成としてもよい。
 図7に示す流体制御装置121は、第1送風室21aと、第1送風室21aの上に配設された第2送風室21bとを有している。そして、第1送風室21a及び第2送風室21bの側方(図7では左側)に制御室22が配設されている。第1送風室21aと第2送風室21bを上下に区画する隔壁122に、第1送風室21aと第2送風室21bとを連通する連通部123が形成されている。なお、第1送風室21aの下に第2送風室21bを配設するようにしてもよい。
 図8に示す流体制御装置131は、第2送風室21bに隣接する第3送風室132を有している。第2送風室21bと第3送風室132との間の隔壁133には、挿通孔134が形成され、その挿通孔134にファンユニット30の排出部31bが挿入されている。第3送風室132を形成する外壁135aには、排出口136が外壁135aを貫通して形成されるとともに、外壁135aから突出する排気ポート137が形成されている。この排気ポート137にチューブ81(図2参照)が接続される。
 なお、第3送風室132を形成する外壁135bに排出口136及び排気ポート137を配設してもよい。また、第3送風室132に圧力センサ53を配設し、流体制御装置131から排出する気体の圧力を検出するようにしてもよい。
 ・上記実施形態では、差圧センサ41を用いて第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差圧を検出するようにした。これに対し、同じ特性を有する2つの圧力センサを用いて第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力とをそれぞれ検出し、それぞれの圧力の差圧を得るようにしてもよい。
 ・上記実施形態では、第1送風室21a及び第2送風室21bと制御室22との間の区画壁12a,12bに圧力検出のための第1圧力検知孔17aと第2圧力検知孔17bを形成したが、少なくとも一方の圧力検知孔を他の場所に形成するようにしてもよい。例えば、図1に示す第1送風室21aと第2送風室21bとの間の隔壁13に圧力検知孔を形成してもよい。この場合、圧力検知孔と差圧センサとを接続する一方の検出チューブを第1送風室21a、第2送風室21bに露出するようにしてもよい。また、検出チューブを隔壁13に埋設するようにしてもよい。また、例えば隔壁13を2重構造とし、2つの隔壁13の間に検出チューブを配設してもよい。
 ・上記実施形態では、流体として気体(例えば空気)を供給する場合について説明したが、他にも霧状の液体を含む気体-液体混合物等を供給する場合に用いられてもよい。また、上記実施形態では、流体制御装置1はチューブ81とマスク82を介して患者83と接続しているが、当該マスク82に替えてカニューレが用いられてもよい。
 ・上記実施形態の流体制御装置は、例えば持続陽性気道圧装置として用いる例を示したが、その他の用途に用いるようにしてもよい。その他の用途としては、例えば種々の人工呼吸器があげられる。種々の人工呼吸器としては、例えばBIPAP(Bilevel Positive Airway Pressure)やPSV(圧支持換気:Pressure Support Ventilation)などがあげられる。
 ・上記実施形態では、制御ユニット40は、差圧から気体の流量を推定または差圧を気体の流量に変換するように構成されるが、制御ユニット40は、差圧から気体の流量を算出または推定しなくてもよい。
 限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット40は、差圧に直接基づいてファン32の回転数を制御するように構成されてよい。
 限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力とを比較し、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力より高いことを示す場合に、患者83が吸気タイミングであると推定し、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力より低い場合、患者83が呼気タイミングであると推定するように構成されてよい。
 限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力とを比較し、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差が所定の値Pthより高い場合、患者83が吸気タイミングであると推定し、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差が当該所定の値Pthより低い場合、患者83が呼気タイミングであると推定するように構成されてよい。
 限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差圧の値に応じてファン32の回転数の増減を決定するように構成されてよい。例えば、この制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力とを比較し、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力より高い場合、ファン32の回転数を増加させる制御を行い、第1送風室21aの圧力が第2送風室21bの圧力より低い場合、ファン32の回転数を減少させる制御を行うように構成されてよい。
 限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力とを経時的に比較することにより、患者の呼吸状態を確認するように構成されてよい。
 限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット40は、複数点における第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差圧の変化を比較することにより、患者の呼吸状態を確認するように構成されてよい。
 限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット40は、第1送風室21aの圧力と第2送風室21bの圧力との差圧の平均値MP21が所定の値Mth(第2の基準値またはリーク判定値)より大きい場合、マスク82等からのエアリークが発生していると判断するように構成されてよい。
 したがって、いくつかの例では、制御ユニット40は、流量値変換部61を有しておらず、呼気タイミング判定部62が差圧センサ41により得られた差圧に基づいて呼気タイミングを判定するように構成される。別のいくつかの例では、制御ユニット40は、流量値変換部61及び呼気タイミング判定部62を有しておらず、圧力指令発生器63が差圧センサ41により得られた差圧に基づいて圧力指令値を生成するように構成される。
 制御ユニット40は、上記した機能の全てを実施可能に構成されてもよく、または上記した機能のうちの一つまたはいくつかを実施可能に構成されてもよい。限定を意図するものではないが、例えば、制御ユニット40は、上記した機能のうちの一つまたはいくつかまたは全てを実現するように構成されるコンピュータプログラムを実行するコンピュータプロセッサを備えることができる。
 ・制御ユニット40は、差圧センサ41による検知結果に加え、各種センサによる検知結果に基づいてファン32を回転駆動するように構成されてもよい。
 1…流体制御装置、10…ケース、12,12a,12b…区画壁、13…隔壁、14…吸入口、17a…第1圧力検知孔(第1圧力検知部)、17b…第2圧力検知孔(第2圧力検知部)、21a…第1送風室、21b…第2送風室、23…連通部、30…ファンユニット、31…ファンケース、32…ファン、40…制御ユニット(制御部)、41…差圧センサ(差圧検知部)。

Claims (8)

  1.  吸入口と排気ポートとを有し、ファンを回転駆動して前記吸入口より外部から吸入した流体を前記排気ポートから排出する流体制御装置であって、
     前記ファンと、前記ファンを収容するファンケースとを有するファンユニットと、
     前記ファンを駆動制御する制御ユニットと、
     前記吸入口により外部と連通する第1送風室と、前記ファンユニットを収容する第2送風室と、前記第1送風室と前記第2送風室とを連通する連通部と、を有するケースと、
     前記第1送風室の内部の圧力と前記第2送風室の内部の圧力との差圧を検知する差圧検知部と、
    を有する、流体制御装置。
  2.  前記差圧検知部が、
     前記第1送風室の内部の圧力を検知するための第1圧力検知部と、
     前記第2送風室の内部の圧力を検知するための第2圧力検知部と、
    によって得られる前記第1送風室の内部の圧力と前記第2送風室の内部の圧力との差圧を検知する、
    請求項1に記載の流体制御装置。
  3.  前記制御ユニットは、前記差圧が所定の値と比較して正である場合は前記ファンの回転数を増加させる制御を行い、負である場合は前記ファンの回転数を減少させる制御を行う、
    請求項1または2に記載の流体制御装置。
  4.  前記制御ユニットは、前記差圧が所定の値と比較して正である場合は前記排気ポートに連通する患者の呼吸状態が吸気状態であり、負である場合は前記排気ポートに連通する患者の呼吸状態が呼気状態であることを判断する、
    請求項1または2に記載の流体制御装置。
  5.  前記ケースは、前記第1送風室及び前記第2送風室と隣接し前記制御ユニットを収容する制御室を有し、
     前記第1圧力検知部は、前記第1送風室と前記制御室との間の隔壁に形成され前記第1送風室側に開口する第1圧力検知孔であり、
     前記第2圧力検知部は、前記第2送風室と前記制御室との間の隔壁に形成され前記第2送風室側に開口する第2圧力検知孔である、
    請求項1~4のいずれか一項に記載の流体制御装置。
  6.  前記第1圧力検知孔は、前記吸入口の開口方向と直交する方向を開口方向として形成され、
     前記第2圧力検知孔は、前記連通部の開口方向と直交する方向を開口方向として形成されている、
    請求項5に記載の流体制御装置。
  7.  前記制御ユニットは、前記差圧を前記流体の流量に変換し、前記流量に基づいて前記ファンを制御する、
    請求項1~6のいずれか一項に記載の流体制御装置。
  8.  前記制御ユニットは、前記流量に基づいて呼気タイミングを推定し、前記呼気タイミングに応じて前記ファンを制御して前記流体の圧力を変更する、
    請求項7に記載の流体制御装置。
PCT/JP2017/044221 2016-12-16 2017-12-08 流体制御装置 WO2018110457A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MYPI2019002906A MY195220A (en) 2016-12-16 2017-12-08 Cpap Device
JP2018556640A JP6760398B2 (ja) 2016-12-16 2017-12-08 Cpap装置
US16/433,073 US11491290B2 (en) 2016-12-16 2019-06-06 Fluid control device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-244751 2016-12-16
JP2016244751 2016-12-16

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/433,073 Continuation US11491290B2 (en) 2016-12-16 2019-06-06 Fluid control device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018110457A1 true WO2018110457A1 (ja) 2018-06-21

Family

ID=62559748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/044221 WO2018110457A1 (ja) 2016-12-16 2017-12-08 流体制御装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11491290B2 (ja)
JP (1) JP6760398B2 (ja)
MY (1) MY195220A (ja)
WO (1) WO2018110457A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020184687A1 (ja) * 2019-03-13 2020-09-17 公立大学法人公立諏訪東京理科大学 頭部装着装置、熱中症予防システム及び水分補給警告システム
WO2020184686A1 (ja) * 2019-03-13 2020-09-17 公立大学法人公立諏訪東京理科大学 頭部装着装置、熱中症予防システム及び水分補給警告システム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08121381A (ja) * 1994-10-20 1996-05-14 Hitachi Ltd 車両用換気装置
JPH11325525A (ja) * 1998-05-19 1999-11-26 Toshiba Corp 通風装置
JP2001037880A (ja) * 1996-09-23 2001-02-13 Resmed Ltd 患者の呼吸の必要性と調和するアシストされた換気方法及び装置
US20060249150A1 (en) * 2003-03-24 2006-11-09 Florian Dietz Method and device for detecting leaks in respiratory gas supply systems
JP2016123556A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 エスティケイテクノロジー株式会社 呼吸補助装置および吸気圧制御方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3053603B2 (ja) * 1997-12-26 2000-06-19 川崎重工業株式会社 ガス流量計測装置および方法
AU764874B2 (en) * 1999-01-15 2003-09-04 ResMed Pty Ltd Method and apparatus to counterbalance intrinsic positive end expiratory pressure
US6644311B1 (en) * 2001-02-21 2003-11-11 Respironics, Inc. Monitoring fluid flow in a pressure support system
JP2016540599A (ja) * 2013-12-17 2016-12-28 レスメド・リミテッドResMed Limited 呼吸圧処置システム
JP6338487B2 (ja) 2014-08-04 2018-06-06 日本電産コパル電子株式会社 Cpap装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08121381A (ja) * 1994-10-20 1996-05-14 Hitachi Ltd 車両用換気装置
JP2001037880A (ja) * 1996-09-23 2001-02-13 Resmed Ltd 患者の呼吸の必要性と調和するアシストされた換気方法及び装置
JPH11325525A (ja) * 1998-05-19 1999-11-26 Toshiba Corp 通風装置
US20060249150A1 (en) * 2003-03-24 2006-11-09 Florian Dietz Method and device for detecting leaks in respiratory gas supply systems
JP2016123556A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 エスティケイテクノロジー株式会社 呼吸補助装置および吸気圧制御方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020184687A1 (ja) * 2019-03-13 2020-09-17 公立大学法人公立諏訪東京理科大学 頭部装着装置、熱中症予防システム及び水分補給警告システム
WO2020184686A1 (ja) * 2019-03-13 2020-09-17 公立大学法人公立諏訪東京理科大学 頭部装着装置、熱中症予防システム及び水分補給警告システム
US11849792B2 (en) 2019-03-13 2023-12-26 Public University Corporation Suwa University Of Science Foundation Head-mounted device, heat stroke prevention system, and rehydration warning system

Also Published As

Publication number Publication date
JP6760398B2 (ja) 2020-09-23
MY195220A (en) 2023-01-11
JPWO2018110457A1 (ja) 2019-10-24
US20190282771A1 (en) 2019-09-19
US11491290B2 (en) 2022-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5814791B2 (ja) リンプモードを有する人工呼吸器
US6644311B1 (en) Monitoring fluid flow in a pressure support system
US10987474B2 (en) Retrofit aerosol delivery system and method
EP3600503B1 (en) Aerosol delivery system
JP5373640B2 (ja) 人工呼吸器に使用される気体制御バルブ
US20110197887A1 (en) Accessory connection and data synchronication in a ventilator
EP3013401B1 (en) Humidifier assembly and method of providing moisture to supplied gas in a pressure support system.
EP2945677B1 (en) System for controlling airway gas parameters during high frequency positive pressure ventilation
JP2014502895A (ja) 統合化送風器を持つ人工呼吸器
JP2017522154A (ja) マイクロ加湿器
JP4993862B2 (ja) 呼吸補助装置
BR112013015363B1 (pt) Sistema para controlar o auxílio respiratório de um indivíduo tendo uma via aérea e sistema configurado para controlar o volume com base no auxílio respiratório de um indivíduo tendo uma via aérea
WO2018110457A1 (ja) 流体制御装置
JP2013526328A (ja) 圧補助システムにおけるインダクタンス補償
KR102186442B1 (ko) 인공호흡기 및 환자에게 자동화된 환기를 제공하기 위한 방법
US11679216B2 (en) Process for operating a ventilator and ventilator operating according to the process
RU2653624C2 (ru) Аппарат искусственной вентиляции легких для интенсивной терапии с мундштучной вентиляцией
JP6687117B2 (ja) ポンプ装置
KR20160098918A (ko) 인공호흡기의 블로워 제어 장치 및 그 제어 방법
JPH07275362A (ja) 気道陽圧式呼吸補助装置
JP6273420B2 (ja) 呼気弁及び呼吸補助装置
JPWO2018008423A1 (ja) 圧力コントローラ
WO2018135549A1 (ja) 流体制御装置
JP7151860B2 (ja) Cpap装置
ITBS20130072A1 (it) Apparecchiatura per la fisioterapia riabilitativa respiratoria

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17882213

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018556640

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17882213

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1