WO2021066114A1

WO2021066114A1 - 加湿装置、呼吸補助装置

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Publication number: WO2021066114A1
Application number: PCT/JP2020/037474
Authority: WO
Inventors: 新田　一福
Original assignee: 株式会社Ｍａｇｏｓ
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2020-10-01
Publication date: 2021-04-08
Also published as: US20220331545A1; EP4026576A1; CN114502225A; EP4026576A4

Abstract

使用者へ送気する送気ガスに水蒸気を含ませる加湿空間を有する筐体を備え、加湿空間には、電磁誘導現象を用いて電気エネルギーを取得することで発熱する発熱部が配設され、電磁誘導現象により発熱部へエネルギーを伝達するコイルと、発熱部とコイルとを空間的に分離して電気的接触を防ぐ絶縁部と、発熱部に対して水蒸気へと気化させる液体を供給する液体供給部をさらに有することを特徴とする加湿装置。これにより　小型化、軽量化が可能であり、貯留させる水全体を熱することなく、素早く十分な加湿が可能な加湿装置、及び、呼吸補助装置を提供する。

Description

加湿装置、呼吸補助装置

　本発明は使用者に送気する送気ガスを加湿する加湿装置、および、加湿装置を備える呼吸補助装置に関する。

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

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

　従来、呼吸補助装置に使用される加湿装置は、発熱体（ヒータープレート）で貯水槽に入れた水全体を加熱して蒸発させる方式のものが多かった（例えば、特表２００９－５０４２７７号参照）。

　図９（Ａ）は、従来の呼吸補助装置１０１の概念図である。呼吸補助蔵置１０１は、加熱蒸発方式を採用する加湿装置１０５を備える。加湿装置１０５は、ベンチレーター１１０から送気される送気ガスを送気ガス入口部１１５から取り入れ、加温加湿して送気ガス出口部１２０から吸気側呼吸回路１２７へと送り出す。送気ガスは蛇管１３０を通ってインターフェース１３５から使用者Ｕへと送気される。呼気は呼気側呼吸回路１２５を通じて外界に放出される。

　図９（Ｂ）は、従来の加湿装置１０５の説明図である。加湿装置１０５は筐体内部に液体（水）１５５を貯留する。液体（水）１５５は発熱体１５０によって加熱蒸発される。発熱体１５０は、例えば電気抵抗体（図示省略）を有して電源１６０から電流を流すことで加熱される。

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

特表２００９－５０４２７７号公報

　しかし、特許文献１記載の技術では、貯水槽全体の水の温度を上昇させなければ、十分な量の水蒸気を発生させることができない。このためエネルギー消費量が多く、加湿が可能になるまで時間が掛かる。また熱水を多く貯留しなければならないので小型化も難しい。また多くの熱水を貯留する必要があるので、加湿装置を倒すことで熱水が漏れ、使用者等が熱傷を負う危険も大きい。将来、呼吸補助器は在宅医療で用いられる機会が多くなると考えられており、その意味でも医療従事者以外の家族が扱うには不便である。

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

　（１）本発明は、使用者へ送気する送気ガスに水蒸気を含ませる加湿空間を有する筐体を備え、前記加湿空間には、電磁誘導現象を用いて電気エネルギーを取得することで発熱する発熱部が配設され、前記電磁誘導現象により前記発熱部へエネルギーを伝達するコイルと、前記発熱部と前記コイルとを空間的に分離して電気的接触を防ぐ絶縁部と、前記発熱部に対して前記水蒸気へと気化させる液体を供給する液体供給部とをさらに有することを特徴とする加湿装置を提供する。

　上記（１）に記載する発明によれば、液体（水）を水蒸気へと気化させる加湿部、具体的には発熱部と、発熱部へエネルギーを供給するエネルギー供給部、具体的にはコイルが空間的に分離可能な加湿装置を構成することができる。そのため水分を含んで菌が発生しやすいといった問題が生じる可能性がある加湿部だけを交換することができるので、メンテナンスが容易であるという優れた効果を奏する。

　（２）本発明は、前記液体供給部は、前記発熱部の近傍に前記液体が滞留しない状態を維持するように前記液体を供給することを特徴とする上記（１）に記載の加湿装置を提供する。

　上記（２）に記載する発明によれば、加湿装置の内部に液体（水）が滞留しないので、細菌が繁殖しにくく良い衛生状態を維持しやすいという優れた効果を奏する。

　（３）本発明は、前記発熱部は筒形であり、前記絶縁部を介して前記コイルが配置されることを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の加湿装置を提供する。

　上記（３）に記載する発明によれば、電磁誘導現象を用いて発熱部へエネルギーを付与するコイルと発熱部が絶縁部によって電気的に絶縁されているので、ショートなどの事故が起きる可能性が低くなるという優れた効果を奏する。

　（４）本発明は、前記絶縁部が筒形であり、前記発熱部の内周側に前記絶縁部が配置され、前記絶縁部の内周側に前記コイルが配置されることを特徴とする上記（３）に記載の加湿装置を提供する。

　上記（４）に記載する発明によれば、筒型の発熱部の内側にコイルが配設されるので、電磁誘導現象を用いてコイルから発熱部へ効率的にエネルギーを付与することができるという優れた効果を奏する。

　（５）本発明は、前記発熱部の前記筒形の中心軸が、非鉛直方向に向くように配置されることを特徴とする上記（４）に記載の加湿装置を提供する。

　上記（５）に記載する発明によれば、発熱部が加温加湿したい送気ガスに触れる表面積を大きくすることが容易になるので、小型で十分な加温加湿が可能な加湿装置が提供できるという優れた効果を奏する。

　（６）本発明は、前記発熱部は、金属を含む多孔状に構成される金属多孔体であることを特徴とする上記（１）乃至上記（５）のうちのいずれかに記載の加湿装置を提供する。

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

　（７）本発明は、前記コイルおよび前記発熱部が磁性体によって磁気結合されていることを特徴とする上記（１）乃至上記（６）のうちのいずれかに記載の加湿装置を提供する。

　上記（７）に記載する発明によれば、コイルと電磁誘導により電流が流れる発熱部が効率よく磁気結合されるので、コイルから発熱部へのエネルギー付与効率が高まるという優れた効果を奏する。

　（８）本発明は、上記（１）乃至上記（７）のうちのいずれかに記載された加湿装置を備える呼吸補助装置を提供する。

　上記（８）に記載する発明によれば、加湿装置の小型化、軽量化が可能であり、貯留させる水全体を熱することなく素早く十分な加湿が可能になるという著しく優れた効果を奏する。

　（９）本発明は、使用者へ送気される送気ガスを加湿する加湿装置であって、前記送気ガスを加湿するために用いる液体を加熱して気化させる発熱部と、前記液体を前記発熱部へ供給する液体供給部と、前記発熱部へエネルギーを供給する電源と、前記電源から前記発熱部へ投入される投入電力を測定する投入電力測定部と、前記加湿装置内、又は、前記加湿装置に接続される呼吸回路内の温度を参照して前記投入電力を制御する発熱制御部と、前記送気ガスについて目標とする加温加湿状態から、目標となる目標投入電力を算出する目標投入電力算出部と、測定された前記投入電力と前記目標投入電力との差分値に基づいて液体供給量を制御する液体供給制御部とを備えることを特徴とする加湿装置を提供する。

　上記（９）に記載する発明によれば、加湿装置に接続される呼吸回路内の温度を参照して投入電力を制御することと、送気ガスについて目標とする加温加湿状態から目標となる目標投入電力を算出する目標投入電力を算出することと、投入電力と目標投入電力との差分値に基づいて液体供給量を制御することを独立におこなうことで、高速な加温加湿制御と、最小限の液体供給での加湿制御が可能になるという極めて優れた効果を奏する。

　（１０）本発明は、前記使用者がいる環境の温度である外気温を測定する外気温測定部と、前記使用者がいる環境の湿度である外湿度を測定する外湿度測定部と、前記送気ガスが呼吸回路に送られる出口となる送気ガス出口部近傍に設けられ、前記呼吸回路に送られる前記送気ガスの温度である出口温度を測定する送気ガス出口温度測定部とを備え、前記発熱制御部は、前記出口温度と予め設定された目標温度の差分値に基づいて前記発熱部への投入電力を制御し、前記目標投入電力算出部は、少なくとも前記外気温と、前記外湿度と、前記出口温度の値に基づいて前記目標投入電力を算出することを特徴とする上記（９）に記載の加湿装置を提供する。

　上記（１０）に記載する発明によれば、使用者のいる環境の環境変数に基づいて発熱部への投入電力を決定するので、最低限のエネルギーと液体量（水量）で素早く十分な加温加湿が可能になるという優れた効果を奏する。

　（１１）
本発明は、前記液体供給部による前記液体の供給量を調節する液体供給量調節部をさらに備え、前記液体供給制御部が、前記液体供給量調節部を制御することを特徴とする上記（）または上記（１０）に記載の加湿装置。

　上記（１１）に記載する発明によれば、加温加湿に必要な量だけ発熱部に液体（水）を供給することができるので、液体の水が滞留することが無くなり細菌の繁殖を抑えることができ衛生面でも優れた加湿装置が提供できるという優れた効果を奏する。

　（１２）本発明は、上記（９）乃至上記（１１）のうちのいずれかに記載の加湿装置を備える呼吸補助装置を提供する。

　上記（１２）に記載する発明によれば、素早い加温加湿を最小限の液体量（水量）と最適な投入電力で行うことができる小型軽量で加湿装置を備えた呼吸補助装置が提供可能になるという優れた効果を奏する。

　（１３）本発明は、使用者へ送気され送気ガスを加湿するために用いる液体を加熱して気化させる発熱部と、前記液体を前記発熱部へ供給する液体供給部と、前記発熱部へエネルギーを供給する電源と、前記電源から前記発熱部へ投入される投入電力を測定する投入電力測定部とを備える前記送気ガスを加湿する加湿器において、前記加湿器内、又は、前記加湿器に接続される呼吸回路内の温度を参照して前記投入電力を制御する発熱制御ステップと、前記送気ガスについて目標とする加温加湿状態から、目標となる目標投入電力を算出する目標投入電力算出ステップと、測定された前記投入電力と前記目標投入電力との差分値に基づいて液体供給量を制御する液体供給制御ステップとを備えることを特徴とする加湿方法を提供する。

　上記（１３）に記載する発明によれば、加湿装置に接続される呼吸回路内の温度を参照して投入電力を制御することと、送気ガスについて目標とする加温加湿状態から目標となる目標投入電力を算出する目標投入電力を算出することと、投入電力と目標投入電力との差分値に基づいて液体供給部を制御することを独立におこなうことで、高速な加温加湿制御と、最小限の液体供給での加湿制御が可能になるという極めて優れた効果を奏する。

　（１４）本発明は、前記使用者がいる環境の温度である外気温を測定する外気温測定部と、前記使用者がいる環境の湿度である外湿度を測定する外湿度測定部と、前記送気ガスが呼吸回路に送られる出口となる送気ガス出口部近傍に設けられ、前記呼吸回路に送られる前記送気ガスの温度である出口温度を測定する送気ガス出口温度測定部とを備える前記加湿器において、前記発熱制御ステップは、前記出口温度と予め設定された目標温度の差分値に基づいて前記発熱部への投入電力を制御し、前記目標投入電力算出ステップは、少なくとも前記外気温と、前記外湿度と、前記出口温度の値に基づいて前記目標投入電力を算出することを特徴とする上記（１３）に記載の加湿方法を提供する。

　上記（１４）に記載する発明によれば、使用者のいる環境の環境変数に基づいて発熱部への投入電力を決定するので、最低限のエネルギーと液体量（水量）で素早く十分な加温加湿が可能になるという優れた効果を奏する。

　（１５）本発明は、前記液体供給部による前記液体の供給量を調節する液体供給量調節部をさらに備え、前記液体供給制御ステップが、前記液体供給量調節部を制御することを特徴とする上記（１３）または上記（１４）に記載の加湿方法を提供する。

　上記（１５）に記載する発明によれば、加温加湿に必要な量だけ発熱体に液体（水）を供給することができるので、液体の水が滞留することが無くなり細菌の繁殖を抑えることができ衛生面でも優れた加湿装置が提供できるという優れた効果を奏する。

　（１６）本発明は、上記（１３）乃至上記（１５）のうちのいずれかに記載の加湿方法を含む呼吸補助方法を提供する。

　上記（１６）に記載する発明によれば、加湿装置に接続される呼吸回路内の温度を参照して投入電力を制御することと、送気ガスについて目標とする加温加湿状態から目標となる目標投入電力を算出する目標投入電力を算出することと、投入電力と目標投入電力との差分値に基づいて液体供給部を制御することを独立におこなうことで、高速な加温加湿制御と、最小限の液体供給での加湿制御が可能になるという極めて優れた効果を奏する。

　本発明の請求項１～１６記載の加湿装置、呼吸補助装置、加湿方法によれば、メンテナンスが容易で衛生的であり、且つ、小型軽量で素早い加温加湿が可能な加湿装置と、そのような加湿装置を備えた呼吸補助装置が実現できるという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施形態に係る呼吸補助装置の概念図である。（Ａ）本発明の実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置の筐体内部の説明図である。（Ｂ）加湿装置の断面図である。（Ａ）本発明の実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置の説明図である。（Ｂ）本発明の第一の変形実施例に係る呼吸補助装置における加湿装置の説明図である。（Ａ）本発明の実施形態に係る呼吸補助装置における加湿装置を構成するエネルギー供給部と加湿部が分離する動作を示す説明図である。（Ｂ）本発明の第一の変形実施例に係る呼吸補助装置における加湿装置を構成するエネルギー供給部と加湿部が分離する動作を示す説明図である。（Ｃ）筐体内の加湿空間を解放して加湿部のみを分離してメンテナンスする態様を示す説明図である。（Ａ）本発明の第二の変形実施例に係る呼吸補助装置における加湿装置の筐体内部を説明する説明図である。（Ｂ）加湿装置の筐体の断面図である。呼吸補助装置における加湿装置において送気ガスの出口温度を制御するアルゴリズムを説明するフローチャートである。呼吸補助装置における加湿装置において、リアルタイムに目標投入電力を算出して設定するアルゴリズムを説明するフローチャートである。電源から発熱部へ供給される液体（水）量を制御するアルゴリズムを説明するフローチャートである。（Ａ）従来の呼吸補助装置の概念図である。（Ｂ）従来の加湿装置の説明図である。

　以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

　図１～図８は発明を実施する形態の一例であって、図中、同一の符号を付した部分は同一物を表わす。なお、各図において一部の構成を適宜省略して、図面を簡略化する。そして、部材の大きさ、形状、厚みなどを適宜誇張して表現する。

　図１は、本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１の概念図である。使用者Ｕの呼吸を補助する呼吸補助装置１は、送気ガスを送り出す送風機１０と、治療等医療用に用いられる医用ガスを供給する医用ガスボンベ１３と、送気ガスを加湿する加湿装置９と、送気ガスを使用者Ｕへ導く呼吸回路５と、使用者Ｕの鼻部および／または口腔部近傍に配設されて送気ガスを導く呼吸補助用インターフェース３を備える。

　送風機１０は吸入口４０から空気を吸い込み加湿装置３０へと送気する。また医用ガスボンベ１３から供給される医用ガスも加湿装置３０へと送気される。すなわち送気ガスは吸入口４０から吸い込んだ空気と医用ガスの混合ガスであってよい。

　医用ガスは、例えば酸素ガスであってよい。

　加湿装置９は、筐体３０と、電源２９と、電源２９から発熱部（金属多孔体）５９（後述する図２（Ａ）参照）へ投入される投入電力を測定する投入電力測定部３１と、発熱部（金属多孔体）５９に液体（水）を供給する液体供給装置６８と、使用者がいる環境の環境変数を測定する外部環境変数測定部２７と、加湿装置９の制御をおこなう制御装置２１を有する。また筐体３０（後述する図２（Ａ）参照）から送気ガスが送り出される送気ガス出口部３５には、呼吸回路５に送られる送気ガスの温度を測定する送気ガス出口温度測定部７が配置される。

　なおこの「出口部」の場所は特に限定されず、発熱部（金属多孔体）５９より下流側のどの場所であってもよい。

　電源２９から投入される電力は、直接的にはコイル５７へと送られる電力だが、電気エネルギーは電磁誘導現象を通じて発熱部（金属多孔体）５９（後述する図２（Ａ）参照）へ投入されるので上記の表現とした。したがって投入電力測定部３１はコイル５７に投入される電力または発熱部（金属多孔体）５９に伝達されるエネルギーのいずれを測定しても良い。

　発熱部５９は、金属を含む多孔状に構成される金属多孔体である。発熱部（金属多孔体）５９は金属繊維を押し固めたメッシュ構造を有してもよい。

　制御装置２１は、加湿装置９内、又は、加湿装置９に接続される呼吸回路５内の温度を参照して投入電力を制御する発熱制御部１５と、送気ガスについて目標とする加温加湿状態から、目標となる目標投入電力を算出する目標投入電力算出部１７と、測定された投入電力と目標投入電力との差分値に基づいて液体量（後述する図３参照）を制御する液体供給制御部１９とを備える。

　外部環境変数測定部２７は、呼吸補助装置１が設置されている環境の温度を測定する外気温測定部２３と、呼吸補助装置１が設置されている環境の湿度を測定する外湿度測定部２５を有する。外気温測定部２３は、例えば抵抗温度計であってよい。また外湿度測定部２５は、例えばバイメタル方式であってもよく、感湿剤と櫛形電極を用いたデジタル式出あってもよい。

　なお制御装置２１はＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから構成され、各種制御を実行する。ＣＰＵはいわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されて様々な機能を実現する。ＲＡＭはＣＰＵの作業領域、記憶領域として使用され、ＲＯＭはＣＰＵで実行されるオペレーティングシステムやプログラムを記憶する。

　制御装置２１は,呼吸補助装置１全体の動作を制御してもよい。

　図２（Ａ）は、本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９の筐体３０内部の説明図である。筐体３０は、送気ガスが送り込まれる送気ガス入口部４７と、送気ガスが呼吸回路５（図１参照）へ送り出される送気ガス出口部３５と、磁界を発生させるコイル５７と、発熱部（金属多孔体）５９と、コイル５７と発熱部（金属多孔体）５９の間の電気的な絶縁をする絶縁部６１と、コイル５７と発熱部（金属多孔体）５９の間の磁気結合の効率を高める磁性体であるフェライト５５と、送気ガスが発熱部（金属多孔体）５９に十分長い間接触するために、送気ガスの流れを変える整流板５１を備える。送気ガスは発熱部（金属多孔体）５９で発生した加熱蒸気が加湿空間４９に流れ込むことにより加温加湿される。

　図２（Ｂ）は、加湿装置９の断面図である。送気ガスは、送気ガス入口部４７から筐体３０内に取り込まれ、整流板５１によって流れが変えられ、例えば図２（Ｂ）中の破線で示される加湿加温経路５０のような経路、具体的には送気ガス入口４７から発熱部（金属多孔体）５９へと向かう進入側経路５０Ａと、発熱部（金属多孔体）５９近傍の発熱体側経路５０Ｂと、発熱部（金属多孔体）５９から送気ガス出口３５へと向かう出口側経路５０Ｃを備える経路をたどり、発熱部（金属多孔体）５９で発生した加熱蒸気を加湿空間４９の中で含んで加温加湿された後に、送気ガス出口部３５から呼吸回路５へと送り出される。

　加湿装置９は、使用者Ｕへ送気する送気ガスに水蒸気を含ませる加湿空間４９を有する筐体３０を備え、加湿空間４９には、発熱部５９と、コイル５７と、絶縁部６１が配設される。さらに発熱部５９に対して水蒸気へと気化させる液体を供給する液体供給部６３（後述する図３参照）をさらに有する。

　具体的には発熱部（金属多孔体）５９は断面が正円状の円筒形であり、金属を含み全体として電気伝導性を有するが、コイル５７から電磁誘導で誘導された電流が流れると加熱する程度の電気抵抗値を有する。コイル５７は金属線を螺旋状に巻いた形状でありフェライト５５の外周に沿って配設される。コイル５７は高い電気伝導性を有する。絶縁部６１は発熱部（金属多孔体）５９とコイル５７の間に配設され、互いを電気的に絶縁するとともに、液体供給装置６８から発熱部（金属多孔体）５９に供給される液体（水）およびそれが気化した水蒸気からコイル５７を空間的に隔離する隔離壁を兼ねる。絶縁部６１はガラスであってもよく、合成樹脂であってもよい。

　また発熱部５９は、その内周には絶縁部６１を介してコイル５７が配置される。

　絶縁部６１は筒形であり、発熱部５９の内周側に絶縁部６１が配置され、絶縁部６１の内周側にコイル５７が配置されることを特徴とする。

　なお発熱部５９の筒形の中心軸が、非鉛直方向に向くように配置されることも可能である。ここでは基本姿勢として中心軸が水平となる態様を示したが、この加湿装置の利点として姿勢を変えても加湿加温が可能であることが挙げられる。

　図３（Ａ）は、本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９の説明図である。

　本変形実施形態では、発熱部（金属多孔体）５９とコイル５７の間の磁気結合を高めるために、コイル５７の内周側にフェライト５５を備える。また絶縁部６１（前述の図２（Ａ）参照）は、筐体３０の一部がその役割を果たしてよい。筐体３０は例えばＡＢＳ樹脂のような合成樹脂であってよい。

　コイル５７に対する投入電力は、電源２９から電源ライン６９を通じて印加されるが、電源２９は、発熱制御部１５によって制御される。投入されている電力値はリアルタイムで投入電力測定部によって測定される。

　液体（水）は、液体供給装置６８から発熱部（金属多孔体）５９へと供給される。具体的には液体貯留部６７から液体供給部６３を通じて発熱部（金属多孔体）５９に対して供給される。液体供給部６３の端部から少量ずつ発熱部（金属多孔体）５９の内側周面へと液体（水）が供給される。液体供給部６３は管状であり、その端部が発熱部（金属多孔体）５９の内周面に沿って配設されることが望ましい。液体（水）の供給量は液体量調節部６５によって調節されるが、液体量調節部６５は、例えばピエゾ式のポンプであってよい。液体量調節部６５は液体供給制御部１９（図１参照）によって制御される。

　液体供給部１９は、発熱部５９の近傍に液体が滞留しない状態を維持するように液体を供給する。つまり発熱部（金属多孔体）５９が気化させることが可能な最大液体量を超えない程度の液体を供給する。

　図４（Ａ）は、本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９を構成するエネルギー供給部７３と加湿部７１が分離する動作を示す説明図である。加温加湿をおこなう状態においては、フェライト５５とコイル５７を備えたエネルギー供給部７３は発熱部（金属多孔体）５９を内部に配設する筐体３０の凹部に配置され、コイル５７と発熱部（金属多孔体）５９が磁気回路を形成して電磁誘導現象による発熱部（金属多孔体）５９の加熱が可能な状態にある（図４（Ａ）左図参照）。メンテナンスをする場合、具体的には発熱部（金属多孔体）５９を有する加湿部７１を交換する場合にはエネルギー供給部７３と加湿部７１が空間的に分離することができる（図４（Ａ）右図参照）。

　図４（Ｃ）は、筐体３０内の加湿空間４９を解放して加湿部７１（発熱部（金属多孔体）５９）のみを分離する動作を示す説明図である。加湿装置３０は本体部３０Ａと蓋部３０Ｂを備え、メンテナンス時、具体的には発熱部（金属多孔体）５９を交換する場合には蓋部３０Ｂを開放することで発熱部（金属多孔体）５９を容易に取り出して交換することができる（図４（Ｃ）右図参照）。

　図３（Ｂ）は、本発明の第一の変形実施例に係る呼吸補助装置１における加湿装置９の説明図である。

　本変形実施例では発熱部（金属多孔体）５９とコイル５７の間の磁気回路をなるべく閉じて磁気結合を高めるために、Ｕ字状のフェライト５５を備える。また絶縁部６１（前述の図２（Ａ）参照）は、筐体３０の一部がその役割を果たしてよい。筐体３０は例えばＡＢＳ樹脂のような合成樹脂であってよい。

　液体（水）は、液体貯留部６７から液体供給部６３を通じて発熱部（金属多孔体）５９に対して供給される。液体（水）の供給量は液体量調節部６５によって制御されるが、液体量調節部６５は、例えばピエゾ式のポンプであってよい。液体量調節部６５は液体供給制御部１９（図１参照）によって制御される。

　液体供給部１９は、発熱部５９の近傍に液体が滞留しない状態を維持するように液体を供給する。発熱部（金属多孔体）５９に対する液体の供給は、図３（Ａ）の場合と同様なので記載を省略する。

　図４（Ｂ）は、本発明の第一の変形実施例に係る呼吸補助装置１における加湿装置９を構成するエネルギー供給部７３と加湿部７１が分離する動作を示す説明図である。
加温加湿をおこなう状態においては、フェライト５５とコイル５７を備えたエネルギー供給部７３は発熱部（金属多孔体）５９を内部に配設する筐体３０の凹部に配置され、コイル５７と発熱部（金属多孔体）５９が磁気回路を形成して電磁誘導現象による発熱部（金属多孔体）５９の加熱が可能な状態にある（図４（Ｂ）左図参照）。メンテナンスをする場合、具体的には発熱部（金属多孔体）５９を有する加湿部７１を交換する場合にはエネルギー供給部７３と加湿部７１が空間的に分離することができる（図４（Ｂ）右図参照）。

　加湿部７１には液体（水）が供給されるので細菌が発生する可能性があり、定期的に交換することが望ましい。筐体３０が、エネルギー供給部７３と加湿部７１のように容易に分離できるので、加湿部７１だけ新しいものに交換することができるというメンテナンスの容易さを実現している。

　図５（Ａ）は、本発明の第二の変形実施例に係る呼吸補助装置１における加湿装置９の筐体３０内部を説明する説明図である。本変形実施例においては発熱部（金属多孔体）５９を有する加温部７５と、同様に発熱部（金属多孔体）５９を有する加湿部７７を備える。送気ガス入口部４７から取り入れられた送気ガスは液体が供給されない加温部７５によって加温され、液体が供給される加湿部７７で加湿された後に、送気ガス出口部３５から呼吸回路５（図１参照）へと送り出される。加湿部７７における液体の供給は本発明の実施形態と同様なので詳細な記載は省略する。

　図５（Ｂ）は、加湿装置９の筐体の断面図である。加温部７５は加温用コイル７９と加温用発熱部８３を備える。また加湿部７７は加湿用コイル８１と加湿用発熱部８５を備える。加温部７５は、後述する図６で示すアルゴリズムに従って制御されてよく、加湿部７７は後述する図７と図８で示すアルゴリズムに従って制御されてよい。

　本変形実施例では温度と湿度を独立して制御することができるという効果を奏する。

　なお本変形実施例においては加温部７５が送気の上流側、加湿部７７が下流側に配置されているが、逆に加湿部７７が送気の上流側、加温部７５が下流側に配置されても良い。

　また加湿部７７だけでなく加温部７５側に対しても液体を供給して、加湿部７７とともに同時に加温部７５が送気ガスの加温および加湿をおこなってもよい。

　一般に呼吸補助装置１において、使用者Ｕの鼻部や口腔に送気される送気ガスは、例えば温度が３７℃で、相対湿度１００％という予め医師によって決められた値であることが望ましい。しかし加湿装置９の送気ガス出口部３５で上記の決められた値であると、呼吸回路５を送気されていく間に、熱損失をしてしまい送気ガスの温度は低下して、相対湿度も落ちてしまう。この熱損失の程度は、環境温度によっても変動する。

　したがって呼吸補助装置１が置かれた環境の環境変数、すなわち外気温や外湿度と、呼吸回路５における熱損失の程度を加味して、送気ガス出口部３５における送気ガスの目標温度と目標湿度（目標絶対湿度）を算出して、それを達成するように電源２９からの投入電力と、液体（水）の供給量を定めることが必要である。

　ここで本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９では、目標絶対湿度を達成するために必要な水を供給した際に、発熱部（金属多孔体）５９で気化させるために必要な電力も鑑みて目標投入電力を目標投入電力算出部１７において算出する。

　具体的には、本実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９は、使用者Ｕへ送気される送気ガスを加湿する加湿装置であって、送気ガスを加湿するために用いる液体を加熱して気化させる発熱部５９と、液体を発熱部５９へ供給する液体供給部６３と、発熱部５９へエネルギーを供給する電源２９と、電源２９から発熱部５９へ投入される投入電力を測定する投入電力測定部３１と、加湿装置９内、又は、加湿装置９に接続される呼吸回路５内の温度を参照して投入電力を制御する発熱制御部１５と、送気ガスについて目標とする加温加湿状態から、目標となる目標投入電力を算出する目標投入電力算出部１７と、測定された投入電力と目標投入電力との差分値に基づいて液体供給量を制御する液体供給制御部１９とを備える。

　また本実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９は、使用者Ｕがいる環境の温度である外気温を測定する外気温測定部２３と、使用者Ｕがいる環境の湿度である外湿度を測定する外湿度測定部２５と、送気ガスが呼吸回路５（図１参照）に送られる出口となる送気ガス出口部３５近傍に設けられ、呼吸回路５に送られる送気ガスの温度である送気ガス出口温度を測定する送気ガス出口温度測定部７とを備え、発熱制御部１５は、出口温度と予め設定された目標温度の差分値に基づいて発熱部５９への投入電力を制御し、目標投入電力算出部１７は、外気温と、外湿度と、出口温度の値に基づいて目標投入電力を算出する。

　さらに本実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９は、前記液体の供給量を変化させる液体供給量制御部６５が前記発熱部５９に供給する前記液体の量を、前記液体供給制御部１９が制御する。

　図６は、呼吸補助装置１における加湿装置９において送気ガスの送気ガス出口温度を制御するアルゴリズムを説明するフローチャートである。

　まず加湿装置９における送気ガス出口部３５に配置された送気ガス出口温度測定部７（図１参照）で測定された送気ガス出口温度（以下出口温度と記載を略する）を測定する（ステップＳ１）。出口温度と予め算出され設定された目標温度に差があるか否かを判定する（ステップＳ２）。差が無い場合には、発熱制御部１５（図１参照）は、投入電力測定部３１（図１参照）で測定される投入電力を維持する制御を行う（ステップＳ６）。差がある場合は、出口温度が予め算出され設定された目標温度より高いかどうかを判定する（ステップＳ３）。高い場合には、発熱制御部１５は、投入電力を下げる制御を行う（ステップＳ４）。低い場合には、発熱制御部１５は、投入電力を上げる制御を行う（ステップＳ５）。上述したステップＳ４と、ステップＳ５と、ステップＳ６を終了した後、ステップＳ１へと戻る。

　以上のフィードバック制御によって送気ガス出口温度は目標温度で安定するように常に投入電力が制御される。

　なお、発熱制御部１５による投入電力の制御は、例えば電流値をコントロールするＰＩＤ制御であってよい。また具体的な電力制御はＰＷＭ制御であることが望ましい。

　図７は、呼吸補助装置における加湿装置において、リアルタイムに現在の目標投入電力を算出して設定するアルゴリズムを説明するフローチャートである。

　まず外気温測定部２３（図１参照）で外気温を測定し、外湿度測定部２５（図１参照）で外湿度を測定する。そして外気温、外湿度及び送気ガスの流量や呼吸回路の熱損失などに基づいて送気ガス出口３５における目標となる絶対湿度を定める（ステップＵ１）。次にこの絶対湿度を達成するために必要とされる水量を算出し、その水量を温度上昇させて気化させ、さらに流れる送気ガスを温度上昇させるために、発熱部（金属多孔体）５９へ電源２９から投入する目標投入電力を算出する（ステップＵ２）。そして算出された値を、現在の目標投入電力として設定する（ステップＵ３）。この現在の目標投入電力は後述する図８で示すアルゴリズムで利用される。

　以上の動作を絶えず回帰させることで、リアルタイムに最適な目標投入電力を算出し設定することができる。

　図８は、電源２９から発熱部５９へ供給される液体（水）量を制御するアルゴリズムを説明するフローチャートである。

　まず投入電力測定部３１によって発熱部（金属多孔体）５９への投入電力を測定する（ステップＴ１）。次に現在の投入電力と、現在の目標投入電力に差があるか否かを判定する（ステップＴ２）。差が無い場合には、液体供給制御部１９は液体供給量を維持するように液体量調節部６５（図３参照）を制御する（ステップＴ６）。差がある場合は、現在の投入電力の値が、予め算出され設定された現在の目標投入電力より大きいか否かを判定する（ステップＴ３）。大きい場合には、液体供給制御部１９は液体供給量を減少させるように液体量調節部６５を制御する（ステップＴ４）。小さい場合には液体供給制御部１９は液体供給量を増加させるように液体量調節部６５を制御する（ステップＴ５）。上述したステップＴ４と、ステップＴ５と、ステップＴ６を終了した後、ステップＴ１へと戻る。

　以上の液体供給量のフィードバック制御によって、結果として投入電力が目標投入電力で安定するように制御される。

　なお本実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９では、図６で示した制御と、図８で示した制御は独立に制御される。

　図６から図８で示した本発明に係る呼吸補助装置１のおける加湿装置９の制御は、送気ガス出口３５における送気ガス出口温度に基づいた温度制御のみで電源２９の投入電力が決められる。したがって液体（水）を供給すると生じる出口温度の低下を補償するために投入電力が制御される。一方で外部環境や送気ガスの流量、出口温度などでリアルタイムに目標投入電力が更新され、現実の投入電力が現実の目標投入電力になるように液体の供給量が制御される。すなわち加湿のために投入電力を直接制御するアルゴリズムではない点が特徴である。

　本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９によれば、液体（水）を水蒸気へと気化させる加湿部７１、具体的には発熱部５９と、発熱部５９へエネルギーを供給するエネルギー供給部７３、具体的にはコイル５７とが空間的に分離可能な加湿装置９を構成することができる。そのため水分を含んで菌が発生しやすいといった問題が生じる可能性がある加湿部７１だけを交換することができるので、メンテナンスが容易であるという優れた効果を奏する。

　本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９によれば、加湿装置９の内部に液体（水）が滞留しないので、細菌が繁殖しにくく良い衛生状態を維持しやすいという優れた効果を奏する。

　本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９によれば、電磁誘導現象を用いて発熱部５９へエネルギーを付与するコイル５７と発熱部５９が絶縁部６１によって電気的に絶縁されているので、ショートなどの事故が起きる可能性が低くなるという優れた効果を奏する。

　本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９によれば、筒型の発熱部５９の内側にコイル５７が配設されるので、電磁誘導現象を用いてコイル５７から発熱部５９へ効率的にエネルギーを付与することができるという優れた効果を奏する。

　本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９によれば、発熱部５９が加温加湿したい送気ガスに触れる表面積を大きくすることが容易になるので、小型で十分な加温加湿が可能な加湿装置９が提供できるという優れた効果を奏する。

　金属多孔体は電気伝導性を有する。本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９によれば、コイル５７から電磁誘導現象によって金属多孔体５９に電流が流れることで抵抗加熱が生じ、水を効率的に気化させることができるという優れた効果を奏する。

　本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９によれば、コイルと電磁誘導により電流が流れる発熱部５９が効率よく磁気結合されるので、コイル５７から発熱部５９へのエネルギー付与効率が高まるという優れた効果を奏する。

　本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９によれば、加湿装置の小型化、軽量化が可能であり、貯留させる水全体を熱することなく素早く十分な加湿が可能になるという著しく優れた効果を奏する。

　本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９によれば、加湿装置９に接続される呼吸回路５内の温度を参照して投入電力を制御することと、送気ガスについて目標とする加温加湿状態から目標となる目標投入電力を算出する目標投入電力を算出することと、投入電力と目標投入電力との差分値に基づいて液体量調節部６５を制御することを独立におこなうことで、高速な加温加湿制御と、最小限の液体供給での加湿制御が可能になるという極めて優れた効果を奏する。

　本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９によれば、使用者Ｕのいる環境の環境変数に基づいて発熱部５９への投入電力を決定するので、最低限のエネルギーと液体量（水量）で素早く十分な加温加湿が可能になるという優れた効果を奏する。

　本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１における加湿装置９によれば、加温加湿に必要な量だけ発熱部５９に液体（水）を供給することができるので、液体の水が滞留することが無くなり細菌の繁殖を抑えることができ衛生面でも優れた加湿装置が提供できるという優れた効果を奏する。

　本発明の実施形態に係る呼吸補助装置１によれば、素早い加温加湿を最小限の液体量（水量）と最適な投入電力で行うことができる小型軽量で加湿装置９を備えた呼吸補助装置が提供可能になるという優れた効果を奏する。

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

　１　　　呼吸補助装置
　３　　　インターフェース
　５　　　呼吸回路
　７　　　送気ガス出口温度測定部
　９　　　加湿装置
　１０　　送風機
　１３　　医用ガスボンベ
　１５　　発熱制御部
　１７　　目標投入電力算出部
　１９　　液体供給制御部
　２１　　制御装置
　２３　　外気温測定部
　２５　　外湿度測定部
　２７　　外部環境変数測定部
　２９　　電源
　３０　　筐体
　３１　　投入電力測定部
　３５　　送気ガス出口部
　４０　　吸入口
　４７　　送気ガス入口部
　４９　　加湿空間
　５０　　加湿加温経路
　５１　　整流板
　５５　　フェライト
　５７　　コイル
　５９　　発熱部（金属多孔体）
　６１　　絶縁部
　６３　　液体供給部
　６５　　液体量調節部
　６７　　液体貯留部
　６８　　液体供給装置
　６９　　電源ライン
　７１　　加湿部
　７３　　エネルギー供給部
　７５　　加温部
　７７　　加湿部
　７９　　加温用コイル
　８１　　加湿用コイル
　８３　　加温用発熱部
　８５　　加湿用発熱部
　１０１　呼吸補助蔵置
　１０５　加湿装置
　１１０　ベンチレーター
　１１５　送気ガス入口部
　１２０　送気ガス出口部
　１２５　呼気側呼吸回路
　１２７　吸気側呼吸回路
　１３０　蛇管
　１３５　インターフェース
　１４０　送気ガス出口温度測定部
　１４５　加湿空間
　１５０　発熱体
　１５５　液体（水）
　１６０　電源
　Ｕ　　　使用者

Claims

　使用者へ送気する送気ガスに水蒸気を含ませる加湿空間を有する筐体を備え、
　前記加湿空間には、電磁誘導現象を用いて電気エネルギーを取得することで発熱する発熱部が配設され、
　前記電磁誘導現象により前記発熱部へエネルギーを伝達するコイルと、
　前記発熱部と前記コイルとを空間的に分離して電気的接触を防ぐ絶縁部と、
　前記発熱部に対して前記水蒸気へと気化させる液体を供給する液体供給部と
をさらに有することを特徴とする加湿装置。
　前記液体供給部は、前記発熱部の近傍に前記液体が滞留しない状態を維持するように前記液体を供給することを特徴とする請求の範囲１に記載の加湿装置。
　前記発熱部は筒形であり、前記絶縁部を介して前記コイルが配置されることを特徴とする請求の範囲１または請求の範囲２に記載の加湿装置。
　前記絶縁部が筒形であり、前記発熱部の内周側に前記絶縁部が配置され、前記絶縁部の内周側に前記コイルが配置されることを特徴とする請求の範囲３に記載の加湿装置。
　前記発熱部の前記筒形の中心軸が、非鉛直方向に向くように配置されることを特徴とする請求の範囲４に記載の加湿装置。
　前記発熱部は、金属を含む多孔状に構成される金属多孔体であることを特徴とする請求の範囲１から請求の範囲５のうちのいずれか一項に記載の加湿装置。
　前記コイルおよび前記発熱部は磁性体によって磁気結合されていることを特徴とする請求の範囲１から請求の範囲６のうちのいずれか一項に記載の加湿装置。
　請求の範囲１から請求の範囲７のうちのいずれか一項に記載された加湿装置を備える呼吸補助装置。
　使用者へ送気される送気ガスを加湿する加湿装置であって、
　前記送気ガスを加湿するために用いる液体を加熱して気化させる発熱部と、
　前記液体を前記発熱部へ供給する液体供給部と、
　前記発熱部へエネルギーを供給する電源と、
　前記電源から前記発熱部へ投入される投入電力を測定する投入電力測定部と、
　前記加湿装置内、又は、前記加湿装置に接続される呼吸回路内の温度を参照して前記投入電力を制御する発熱制御部と、
　前記送気ガスについて目標とする加温加湿状態から、目標となる目標投入電力を算出する目標投入電力算出部と、
　測定された前記投入電力と前記目標投入電力との差分値に基づいて液体供給量を制御する液体供給制御部と
を備えることを特徴とする加湿装置。
　前記使用者がいる環境の温度である外気温を測定する外気温測定部と、
　前記使用者がいる環境の湿度である外湿度を測定する外湿度測定部と、
　前記送気ガスが呼吸回路に送られる出口となる送気ガス出口部近傍に設けられ、前記呼吸回路に送られる前記送気ガスの温度である出口温度を測定する送気ガス出口温度測定部と
を備え、
　前記発熱制御部は、前記出口温度と予め設定された目標温度の差分値に基づいて前記発熱部への投入電力を制御し、
　前記目標投入電力算出部は、少なくとも前記外気温と、前記外湿度と、前記出口温度の値に基づいて前記目標投入電力を算出する
ことを特徴とする請求の範囲９に記載の加湿装置。
　前記液体供給部による前記液体の供給量を調節する液体供給量調節部をさらに備え、前記液体供給制御部が、前記液体供給量調節部を制御することを特徴とする請求の範囲９または請求の範囲１０に記載の加湿装置。
　請求の範囲９から請求の範囲１１のうちのいずれか一項に記載の加湿装置を備える呼吸補助装置。
　使用者へ送気され送気ガスを加湿するために用いる液体を加熱して気化させる発熱部と、
　前記液体を前記発熱部へ供給する液体供給部と、
　前記発熱部へエネルギーを供給する電源と、
　前記電源から前記発熱部へ投入される投入電力を測定する投入電力測定部と、
を備える前記送気ガスを加湿する加湿器において、
　前記加湿器内、又は、前記加湿器に接続される呼吸回路内の温度を参照して前記投入電力を制御する発熱制御ステップと、
　前記送気ガスについて目標とする加温加湿状態から、目標となる目標投入電力を算出する目標投入電力算出ステップと、
　測定された前記投入電力と前記目標投入電力との差分値に基づいて液体供給量を制御する液体供給制御ステップと
を備えることを特徴とする加湿方法。
　前記使用者がいる環境の温度である外気温を測定する外気温測定部と、
　前記使用者がいる環境の湿度である外湿度を測定する外湿度測定部と、
　前記送気ガスが呼吸回路に送られる出口となる送気ガス出口部近傍に設けられ、前記呼吸回路に送られる前記送気ガスの温度である出口温度を測定する送気ガス出口温度測定部と
を備える前記加湿器において、
　前記発熱制御ステップは、前記出口温度と予め設定された目標温度の差分値に基づいて前記発熱部への投入電力を制御し、
　前記目標投入電力算出ステップは、前記外気温と、前記外湿度と、前記出口温度の値に基づいて前記目標投入電力を算出する
ことを特徴とする請求の範囲１３に記載の加湿方法。
　前記液体供給部による前記液体の供給量を調節する液体供給量調節部をさらに備え、前記液体供給制御ステップが、前記液体供給量調節部を制御することを特徴とする請求の範囲１３または請求の範囲１４に記載の加湿装置。
　請求の範囲１３から請求の範囲１５のうちのいずれか一項に記載の加湿方法を含む呼吸補助方法。