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JP6969687B2 - 加湿装置およびこれを備えた呼吸器用加湿送風装置 - Google Patents

加湿装置およびこれを備えた呼吸器用加湿送風装置 Download PDF

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Description

本発明は、水を気化させることで被加湿気体を加湿する加湿装置に関し、また、当該加湿装置を備えた呼吸器用加湿送風装置に関する。
従来、各種の加湿機構が考案されており、適用される製品の用途に応じてこれらの中から最適なものが選択されて使用されている。加湿機構が適用される製品群の一つとして、呼吸器用加湿送風装置がある。この呼吸器用加湿送風装置には、CPAP(Continuous Positive Airway Pressure)装置やスチーム吸入器、酸素吸入器等が含まれる。
このうち、CPAP装置は、睡眠時無呼吸症候群の治療に用いられるものであり、睡眠中の使用者の気道に空気を送り込むものである。より具体的には、CPAP装置は、装置内部に送風機が設けられており、使用者の鼻または口に装着したマスクにエアチューブを介して空気を送り続けるように構成されている。このCPAP装置には、加湿装置が組み込まれる場合があり、当該加湿装置が組み込まれたCPAP装置においては、使用者に送り込む空気に対して加湿が行なわれる。
当該加湿装置が組み込まれたCPAP装置としては、たとえば特開2014−166495号公報(特許文献1)に開示のものがある。当該公報に開示のCPAP装置においては、水が貯留されたタンクの下部にヒータが設置されており、当該ヒータが駆動されることでタンクに貯留された水の加熱が行なわれる。そして、送風機によって発生する気流がタンクの上部を通過するように送風路が構成されることにより、上述したヒータによる加熱によって発生した水蒸気が当該気流に含ませられることになり、これによって加湿された空気が使用者の気道に送り込まれることになる。
特開2014−166495号公報
しかしながら、上述したCPAP装置に代表される呼吸器用加湿送風装置に組み込まれる加湿装置においては、一時に大量の水蒸気を発生させる必要がない反面、継続的に少量の水蒸気を発生させることが必要であり、上記公報に開示される如くの加湿装置は、必ずしもエネルギー効率の観点から有効なものとは言えない。
また、呼吸器用加湿送風装置に組み込まれる加湿装置としては、上述した構成のものの他にも種々の構成のものが存在するが、いずれも装置構成が複雑であったり高価な部品を用いたものであったりするため、小型化の観点や製造コストの観点から、やはり有効なものとは言い難い。さらには、これら加湿装置は、清潔に保つ必要のある装置内部の洗浄作業等のメンテナンス性に劣るものが殆どである。
したがって、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、小型にかつ効率よく加湿が行なえる加湿装置およびこれを備えた呼吸器用加湿送風装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の局面に基づく加湿装置は、貯留部と、気化部と、水供給路と、気体導入路と、気体導入源と、制御部とを備えている。上記貯留部は、水を貯留するものであり、上記気化部は、供給された水を気化させるものである。上記水供給路は、一端部が上記貯留部に接続されるとともに他端部が上記気化部に接続されており、上記貯留部に貯留された水が上記一端部を介して流入することにより、流入した水によって充填されるものである。上記気体導入路は、上記水供給路の途中位置に接続されており、上記気体導入源は、上記気体導入路を介して上記水供給路に気体を導入することにより、上記途中位置から上記他端部までの間の部分の上記水供給路に充填された水を、導入された気体の圧力によって上記気化部に向けて押し出すことで上記気化部に供給するものである。上記制御部は、上記気体導入源の動作を制御するものであり、上記水供給路への水の充填と上記途中位置に対する気体の導入とが時間的に交互に繰り返されるように、上記気体導入源を間欠的に駆動する。
上記本発明の第1の局面に基づく加湿装置にあっては、上記気体導入源が、圧電ポンプにて構成されていることが好ましい。
上記本発明の第1の局面に基づく加湿装置にあっては、上記気体導入源が、上記水供給路に空気を導入するものであってもよい。
上記本発明の第1の局面に基づく加湿装置にあっては、上記水供給路からの上記気体導入源への水の侵入を防止する侵入防止部が、上記気体導入路に設けられていることが好ましい。
本発明の第2の局面に基づく加湿装置は、貯留部と、気化部と、水供給路と、加熱源と、制御部とを備えている。上記貯留部は、水を貯留するものであり、上記気化部は、供給された水を気化させるものである。上記水供給路は、一端部が上記貯留部に接続されるとともに他端部が上記気化部に接続されており、上記貯留部に貯留された水が上記一端部を介して流入することにより、流入した水によって充填されるものである。上記加熱源は、上記水供給路の途中位置に充填された水を局所的に加熱することで水蒸気を発生させることにより、上記途中位置から上記他端部までの間の部分の上記水供給路に充填された水を、発生させた水蒸気の圧力によって上記気化部に向けて押し出すことで上記気化部に供給するものである。上記制御部は、上記加熱源の動作を制御するものであり、上記水供給路への水の充填と上記途中位置における水蒸気の発生とが時間的に交互に繰り返されるように、上記加熱源を間欠的に駆動する。
上記本発明の第1および第2の局面に基づく加湿装置にあっては、上記水供給路への水の充填が、毛管現象または水頭差を利用することで行なわれることが好ましい。
上記本発明の第1および第2の局面に基づく加湿装置にあっては、上記水供給路から上記気化部に向けての流体の移動を許容するとともに上記気化部から上記水供給路に向けての流体の移動を制限する逆止弁が、上記他端部に設けられていることが好ましい。
上記本発明の第1および第2の局面に基づく加湿装置にあっては、上記他端部の流路形成面および/または端面に撥水処理が施されていることが好ましい。
上記本発明の第1および第2の局面に基づく加湿装置にあっては、上記気化部が、供給された水を加熱するヒータにて構成されていることが好ましい。
本発明に基づく呼吸器用加湿送風装置は、使用者の気道に気体を送り込むための送風機を含む送風装置と、上記本発明の第1および第2の局面のいずれかに基づく加湿装置とを備えており、上記送風機が駆動されることで発生する気流が、上記加湿装置によって加湿されるように構成されてなるものである。
上記本発明に基づく呼吸器用加湿送風装置は、使用者の呼吸状態を検知するための呼吸状態検知部をさらに備えていてもよい。その場合には、上記制御部が、上記呼吸状態検知部の検知結果に基づいて使用者が吸気動作にあるか呼気動作にあるかを判別することが好ましく、またその場合には、上記制御部によって使用者が吸気動作にあると判別された場合に上記加湿装置による加湿動作が実行されるとともに、上記制御部によって使用者が呼気動作にあると判別された場合に上記加湿装置による加湿動作が停止されるように構成されていることが好ましい。
上記本発明に基づく呼吸器用加湿送風装置は、上記制御部によって使用者が吸気動作にあると判別された後に上記制御部によって使用者が呼気動作にあると判別されるまでの間に、上記気化部において1回または複数回の気化動作が実行できるように構成されていることが好ましい。
本発明によれば、小型にかつ効率よく加湿が行なえる加湿装置およびこれを備えた呼吸器用加湿送風装置とすることができる。
実施の形態1に係るCPAP装置の送風ユニットおよび加湿ユニットの着脱態様を示す斜視図である。 図1に示す着脱態様を別の角度から見た斜視図である。 実施の形態1に係るCPAP装置において、送風ユニットを加湿ユニットに取付けた状態を示す斜視図である。 実施の形態1に係るCPAP装置の第1使用状態および第2使用状態を模式的に表わした図である。 実施の形態1に係るCPAP装置の第1使用状態における機能ブロックの構成を示す図である。 実施の形態1に係るCPAP装置の第1使用状態における模式断面図である。 図6中に示すVII−VII線に沿った模式断面図である。 実施の形態1に係るCPAP装置における気化動作を説明するための模式図である。 実施の形態1に係るCPAP装置の気化動作の原理を説明するための模式図である。 実施の形態1に係るCPAP装置の第1使用状態における制御部の動作を示すフロー図である。 実施の形態1に係るCPAP装置の加湿動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態2に係るCPAP装置の第1使用状態における模式断面図である。 図12に示す水供給路の排水口の構成の具体例を示す模式断面図である。 実施の形態3に係るCPAP装置の第1使用状態における機能ブロックの構成を示す図である。 実施の形態3に係るCPAP装置の第1使用状態における模式断面図である。 実施の形態3に係るCPAP装置における気化動作を説明するための模式図である。 実施の形態3に係るCPAP装置の第1使用状態における制御部の動作を示すフロー図である。 実施の形態3に係るCPAP装置の加湿動作を説明するためのタイミングチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態は、呼吸器用加湿送風装置ならびにこれに組み込まれた加湿装置としてのCPAP装置ならびにこれに組み込まれた加湿装置に本発明を適用した場合を例示するものである。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るCPAP装置の送風ユニットおよび加湿ユニットの着脱態様を示す斜視図であり、図2は、図1に示す着脱態様を別の角度から見た斜視図である。また、図3は、本実施の形態に係るCPAP装置において、送風ユニットを加湿ユニットに取付けた状態を示す斜視図である。まず、これら図1ないし図3を参照して、本実施の形態に係るCPAP装置1Aの概略的な構成およびその着脱態様について説明する。
図1ないし図3に示すように、CPAP装置1Aは、送風装置としての送風ユニット100と、加湿装置としての加湿ユニット200Aとを備えている。このうち、送風ユニット100は、送風機140(図5ないし図7参照)を主として具備したものであり、加湿ユニット200Aは、加湿機構を構成するタンク室216および気化室217(図6および図7参照)が主として設けられたものである。
加湿ユニット200Aは、送風ユニット100に着脱可能に構成されている。ここで、本実施の形態に係るCPAP装置1Aにおいては、加湿ユニット200Aが送風ユニット100に取付けられた状態と、加湿ユニット200Aが送風ユニット100に取付けられていない状態と、の2つの状態において、その使用が可能となるように構成されている。
これは、CPAP装置1Aを分割して複数のユニットにて構成するとともに、これら複数のユニットを相互に着脱自在に構成することにより、在宅時等のみならず外泊時等においても高い利便性が発揮されるようにするためである。すなわち、在宅時等においては、加湿ユニット200Aを送風ユニット100に取付けることにより、後述する第1使用状態にてCPAP装置1Aを使用することができ、外泊時等においては、加湿ユニット200Aを送風ユニット100に取付けなくとも、後述する第2使用状態にてCPAP装置1Aを使用することができる。
ここで、本実施の形態に係るCPAP装置1Aにおいては、加湿ユニット200A上に送風ユニット100が載置されることにより、加湿ユニット200Aが送風ユニット100に取付けられるように構成されている。
送風ユニット100は、偏平な略直方体形状の外形を有しており、その外殻が第1筐体110によって構成されている。第1筐体110は、使用状態において鉛直方向に並んで位置することになる上面および下面と、これら上面および下面を接続する4つの側面とを有している。
第1筐体110の上面は、操作部131が設けられた操作面111を構成している。第1筐体110の下面は、後述する第1使用状態において加湿ユニット200Aに載置され、かつ、後述する第2使用状態において床面やテーブル等に載置される載置面112を構成している。また、第1筐体110の4つの側面のうちの1つは、後述する第1使用状態において加湿ユニット200Aに接続される第1接続面113を構成している。
加湿ユニット200Aは、細長の略直方体形状の外形を有しており、その外殻が第2筐体210によって構成されている。第2筐体210は、使用状態において鉛直方向に並んで位置することになる上面および下面と、これら上面および下面を接続する4つの側面とを有しており、上面の四隅のうちの一箇所からは、上方に向けて突出する突出部が設けられている。
第2筐体210の下面は、後述する第1使用状態において床面やテーブル等に載置される載置面を構成している。第2筐体210の上面のうちの上述した突出部を除く部分は、後述する第1使用状態において送風ユニット100が載置される被載置面212を構成している。この被載置面212のうちの所定位置には、開口部212aが設けられている。当該開口部212aは、後述するタンク室216に連通しており、当該タンク室216に水を補給するためのものである。なお、開口部212aには、蓋体214が取付け可能に構成されており、常時は当該蓋体214によって開口部212aが閉鎖されることになる。
また、上述した突出部の側面のうちの1つは、後述する第1使用状態においてエアチューブ300(図4および図5参照)が接続されるチューブ接続面211を構成しており、上述した突出部の側面のうちの他の1つは、後述する第1使用状態において送風ユニット100に接続される第2接続面213を構成している。
第1筐体110の第1接続面113には、第1筐体110の外部から空気を導入するための第1導入口121と、第1筐体110の内部から空気を導出するための第1導出口122が設けられている。
一方、第2筐体210の第2接続面213には、第2筐体210の外部から空気を導入するための第2導入口221が設けられており、第2筐体210のチューブ接続面211には、第2筐体210の内部から空気を導出するための第2導出口222が設けられている。なお、第2筐体210の側面の所定位置には、第2筐体210の外部から第2筐体210の内部に設けられた後述する気化室217に空気を取り込むための外気取込口218が設けられている。
以上により、図3に示すように、加湿ユニット200A上に送風ユニット100が載置されることで加湿ユニット200Aが送風ユニット100に取付けられた状態においては、第1筐体110の載置面112が第2筐体210の被載置面212に対向して位置することになるとともに、第1筐体110の第1接続面113が第2筐体210の第2接続面213に対向して位置することになる。そのため、第1筐体110の第1接続面113に設けられた第1導出口122が、第2筐体210の第2接続面213に設けられた第2導入口221に接続される。なお、当該状態においても、第1筐体110に設けられた第1導入口121は、第2筐体210によって覆われることがないため、外部に向けて開放された状態にある。
一方で、加湿ユニット200Aが送風ユニット100に取付けられていない状態においては、第1筐体110の第1接続面113が外部に向けて露出している。そのため、第1筐体110の第1接続面113に設けられた第1導入口121および第1導出口122は、いずれも外部に向けて開放された状態になる。
図4は、本実施の形態に係るCPAP装置の使用状態を模式的に表わした図であり、図4(A)および図4(B)は、それぞれ第1使用状態および第2使用状態を示している。次に、この図4を参照して、本実施の形態に係るCPAP装置1Aの第1使用状態および第2使用状態について説明する。
図4(A)に示すように、第1使用状態においては、上述したように、加湿ユニット200Aが送風ユニット100に取付けられた状態でCPAP装置1Aが使用される。その場合、加湿ユニット200Aに設けられた第2導出口222にエアチューブ300の一端が接続され、エアチューブ300の他端にマスク400が接続される。
その詳細については後述するが、第1使用状態においては、送風ユニット100に設けられた送風機140が駆動されることで、送風ユニット100に設けられた第1導入口121からCPAP装置1Aの内部に空気が吸入され、吸入された空気が加湿ユニット200Aに設けられた第2導出口222からCPAP装置1Aの外部へと排出される。これにより、第2導出口222から排出された空気が、エアチューブ300およびマスク400を経由して使用者の気道に送り込まれることになる。
図4(B)に示すように、第2使用状態においては、上述したように、加湿ユニット200Aが送風ユニット100に取付けられていない状態でCPAP装置1Aが使用される。その場合、送風ユニット100に設けられた第1導出口122にエアチューブ300の一端が接続され、エアチューブ300の他端にマスク400が接続される。
第2使用状態においては、送風ユニット100に設けられた送風機140が駆動されることで、送風ユニット100に設けられた第1導入口121からCPAP装置1Aの内部に空気が吸入され、吸入された空気が送風ユニット100に設けられた第1導出口122からCPAP装置1Aの外部へと排出される。これにより、第1導出口122から排出された空気が、エアチューブ300およびマスク400を経由して使用者の気道に送り込まれることになる。
ここで、マスク400は、たとえば使用者の鼻または口を覆うように当てがわれて装着される。なお、マスク400は、様々な種類の中から使用者にあった形状や構造のものを選択することが可能であり、図4に示した形状や構造はあくまでも一例である。
CPAP装置1Aは、睡眠中に無呼吸となること防止すべく、空気の送り出しのタイミングを使用者の呼吸のタイミングにあわせつつも、気道に空気を送り続けて気道を開かせる装置である。そのため、CPAP装置1Aにおいては、上述した第1使用状態および第2使用状態のいずれにおいても、後述する流量センサ133および圧力センサ134(図5参照)によって検出された流量および圧力等に基づいて後述する制御部130(図5参照)においてたとえばフィードバック制御やフィードフォワード制御等の各種の制御が行なわれることにより、送風機140の回転数が増減されて空気の送り出し量等が調整され、これによって使用者が睡眠中に無呼吸に陥ることを防止している。
ここで、本実施の形態に係るCPAP装置1Aは、加湿装置としての加湿ユニット200Aに主として特徴的な構成を有するものであるため、以下においては、上述した第1使用状態および第2使用状態のうち、送風ユニット100に加えて加湿ユニット200Aを使用する第1使用状態に特化してその説明を行ない、加湿ユニット200Aを使用せずに送風ユニット100のみを使用する第2使用状態については、その説明を省略する。
図5は、本実施の形態に係るCPAP装置の第1使用状態における機能ブロックの構成を示す図である。次に、この図5を参照して、本実施の形態に係るCPAP装置1Aの第1使用状態における機能ブロックの構成について説明する。
図5に示すように、CPAP装置1Aは、制御部130と、操作部131と、温湿度センサ132と、流量センサ133と、圧力センサ134と、送風機140と、サイレンサー150と、タンク室216と、ヒータ250と、温度センサ251と、圧電ポンプ260とを備えている。このうち、制御部130、操作部131、温湿度センサ132、流量センサ133、圧力センサ134、送風機140およびサイレンサー150は、送風ユニット100に設けられており、タンク室216、ヒータ250、温度センサ251および圧電ポンプ260は、加湿ユニット200Aに設けられている。また、加湿ユニット200Aには、後述する水供給路230および外気導入路240も設けられている。
送風ユニット100の第1筐体110には、上述した第1導入口121および第1導出口122に加えて、第1流路120が設けられている。第1流路120は、第1導入口121および第1導出口122を結ぶように構成されている。
第1流路120には、送風機140が設けられている。送風機140は、たとえば遠心ファンにて構成される。送風機140は、第1筐体110に設けられた後述する送風機室117(図6および図7参照)に設置されており、これにより第1流路120上に配置されている。
ここで、送風機140は、ケーシング142を有しており、ケーシング142には、送風機140の吸入口143および排出口144が設けられている。そのため、第1流路120は、第1筐体110に設けられた第1導入口121と送風機140に設けられた吸入口143とを結ぶ上流側流路部120Aと、送風機140に設けられた排出口144と第1筐体110に設けられた第1導出口122とを結ぶ下流側流路部120Bとを含んでいる。
第1流路120のうちの第1導入口121と吸入口143との間に位置する部分である上流側流路部120Aには、サイレンサー150が設けられている。サイレンサー150は、送風機140にて発生する騒音(送風機140に具備された駆動モータの動作音や風切り音等)が、第1導入口121を経由して外部に漏れ出すことを抑制するためのものであるが、その詳細については後述することとする。
加湿ユニット200Aの第2筐体210には、上述した第2導入口221、第2導出口222および外気取込口218に加えて、第2流路220が設けられている。第2流路220は、第2導入口221および第2導出口222を結ぶように構成されている。
当該第2流路220においては、後述する加湿機構によって当該第2流路220を通過する空気の加湿が行なわれる。これにより、第1使用状態においては、使用者の気道に向けて送り出される空気に適度な水分(すなわち、図中において波状の破線矢印で表わした水蒸気501)が付与されることになる。
また、加湿ユニット200Aの内部には、上述したように水供給路230と外気導入路240とが設けられている。水供給路230は、貯留部としてのタンク室216と気化部としてのヒータ250とを接続しており、タンク室216に貯留された水をヒータ250に送り出すためのものである。気体導入路としての外気導入路240は、気体導入源としての圧電ポンプ260と水供給路230とを接続しており、その詳細については後述するが、タンク室216に貯留された水をヒータ250に送り出すために利用されるものである。
ヒータ250は、供給された水を加熱することで気化させるものである。一方、圧電ポンプ260は、空気を圧送するエアポンプであり、その詳細については後述するが、上述した外気取込口218から気化室217に取り込まれた外気を外気導入路240を介して水供給路230の内部に導入することにより、タンク室216に貯留された水をヒータ250に送り出すものである。
制御部130は、主たる構成要素として、プログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)/RAM(Random Access Memory)と、送風機140、ヒータ250および圧電ポンプ260を駆動する各駆動部と、温湿度センサ132、流量センサ133、圧力センサ134および温度センサ251から入力された各種情報に基づいて各種の演算を行なう演算部等を有している。ROM/RAMには、データを不揮発的に格納するROMと、CPUによるプログラムの実行により生成されたデータ、または、操作部131を介して入力されたデータを揮発的に格納するRAMとが含まれる。制御部130の各構成要素は、相互にデータバスによって接続されている。
CPUにおける処理は、各ハードウェアおよびCPUにより実行されるソフトウェアによって実現される。このようなソフトウェアは、ROM/RAMに予め記憶されている。操作部131の操作の受付け、送風機140を駆動する駆動モータの制御、ヒータ250の制御、圧電ポンプ260の制御、上述した各種の演算なども、ソフトウェアによって実現される。
制御部130、送風機140、ヒータ250、圧電ポンプ260等には、図示しない内部電源または図示しない外部電源によって電力が供給される。外部電源との接続には、たとえば図示しないAC(Alternating Current)アダプタ等が用いられる。
温湿度センサ132は、後において使用者の気道に送り込まれることになる、CPAP装置1Aの外部から導入された空気の温度および湿度を測定するためのセンサであり、第1流路120のうちの上流側流路部120Aに設けられている。当該温湿度センサ132にて検出された空気の温度および湿度は、制御部130に出力され、主として加湿機構による加湿動作に利用される。
流量センサ133は、CPAP装置1Aとエアチューブ300との間における空気の流量を測定するためのセンサであり、圧力センサ134は、送風機140が送り出す空気の圧力を測定するためのセンサである。これら流量センサ133および圧力センサ134は、呼吸状態検知部に相当し、いずれも第1流路120のうちの下流側流路部120Bに設けられている。
ここでは、その詳細な説明は省略するが、これら流量センサ133および圧力センサ134によって検出された流量および圧力は、制御部130に出力され、これら流量および圧力等に基づいて、制御部130においてたとえばフィードバック制御やフィードフォワード制御等の制御が行なわれることにより、送風機140の回転数が増減される。また、流量センサ133および圧力センサ134にて検出された空気の流量および圧力は、加湿機構による加湿動作にも利用される。
温度センサ251は、ヒータ250の温度を測定するためのセンサであり、ヒータ250に隣接して設けられている。当該温度センサ251にて検出されたヒータ250の温度は、制御部130に出力され、主として加湿機構による加湿動作に利用される。
なお、CPAP装置1Aには、別途、LCD(Liquid Crystal Display)や有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイ等からなる表示部が設けられていてもよい。ここで、表示部は、送風ユニット100に設けられてもよいし、加湿ユニット200Aに設けられてもよい。また、操作部131は、図1ないし図3において示す如くの物理的な形状を有するボタンである必要はなく、たとえばLCDの表示面に設けられたタッチパネル等であってもよい。操作部131のうち、CPAP装置1Aの電源のON/OFFを切り替えるボタン以外のボタンは、加湿ユニット200Aに設けられてもよい。
ここで、図5に示すように、第1使用状態においては、第1筐体110に設けられた第1導出口122と、第2筐体210に設けられた第2導入口221とが接続される。これにより、第1使用状態においては、第1流路120の下流側に第2流路220が接続されることになる。
そのため、第1使用状態においては、送風機140が駆動されることにより、第1導入口121から吸入された空気が、第1流路120および第2流路220をこの順で経由して第2導出口222から排出される。第2導出口222から排出された空気は、その後、エアチューブ300およびマスク400を介して使用者の気道に送り込まれる。すなわち、当該第1使用状態においては、第1導入口121がCPAP装置1Aの内部に空気を吸入する吸気口として機能することになり、第2導出口222がCPAP装置1Aの内部から空気を排出する排気口として機能することになる。
図6は、本実施の形態に係るCPAP装置の第1使用状態における模式断面図であり、図7は、図6中に示すVII−VII線に沿った模式断面図である。以下、これら図6および図7を参照して、本実施の形態に係るCPAP装置1Aの詳細な構造ならびに第1使用状態におけるCPAP装置1Aの装置内部での空気の流れについて説明する。なお、図6および図7においては、送風機140が動作することによって発生する空気の流れを矢印にて模式的に表わしている。
図6および図7に示すように、送風ユニット100の第1筐体110の内部の空間は、各種の壁部やホース等が設けられることによって複数の室に区画されている。これら複数の室には、広大部115、狭小部116および送風機室117が含まれており、これら広大部115、狭小部116および送風機室117は、上述した上流側流路部120Aに相当している。
図6に示すように、広大部115は、第1筐体110の第1接続面113に設けられた第1導入口121に隣接して設けられている。当該広大部115における空気の流動方向に直交する断面積は、相対的に大きく構成されており、第1導入口121において発生し得る圧力損失の低減が図られている。なお、広大部115における空気の流動方向に直交する断面積は、後述する狭小部116における空気の流動方向に直交する断面積よりも大きく構成されている。
第1導入口121には、空気中に含まれる塵埃等の異物を捕捉するためのフィルタ170が設置されており、当該フィルタ170を第1接続面113に固定するために、第1接続面113には、第1筐体110の一部を構成するフィルタカバー171が取付けられている。フィルタカバー171には、行列状に複数の孔部が設けられており、当該複数の孔部によって第1導入口121が構成されることになる。
狭小部116は、広大部115に隣接して設けられている。この狭小部116は、第1筐体110の内部に隔壁114を設けることによって形成されており、空気の流動方向に直交する断面積が相対的に小さく構成されている。なお、狭小部116における空気の流動方向に直交する断面積は、上述した広大部115における空気の流動方向に直交する断面積よりも小さく構成されている。
送風機室117は、狭小部116に隣接して設けられており、その内部に送風機140が収容されている。この送風機室117は、空気の流動方向に直交する断面積が相対的に大きく構成されたものであり、第1筐体110の大部分を占める比較的大きい空間にて構成されている。なお、送風機室117における空気の流動方向に直交する断面積は、上述した狭小部116における空気の流動方向に直交する断面積よりも大きく構成されている。
ここで、広大部115、狭小部116および送風機室117に相当する部分の第1流路120は、空気の流動方向に直交する断面積が空気の流動方向の下流側から上流側に向けて急激に拡大および縮小されてなる部位であり、この部位が、上述したサイレンサー150として機能することになる。当該構成のサイレンサー150を設けることにより、送風機140にて発生した騒音は、当該サイレンサー150を通過する際に乱反射等することで減衰することになり、結果として第1導入口121を介しての騒音の漏れ出しが抑制できることになる。
図6および図7に示すように、送風機140は、たとえば遠心ファンからなり、送風機室117に収容された状態で第1筐体110の載置面112を規定する壁部(すなわち底板部)に固定されている。送風機140は、羽根車141と、図には現われない駆動モータと、ケーシング142とを有している。
羽根車141は、駆動モータの回転軸に固定されており、これにより駆動モータが駆動されることで羽根車141が回転する。羽根車141が回転することにより、空気が撹拌されることで空気に対して遠心力が与えられ、これによってケーシング142の内部において気流が発生し、ケーシング142に設けられた吸入口143から空気が吸入されるとともにケーシング142に設けられた排出口144から空気が排出される。
なお、送風機140の吸入口143は、羽根車141の軸部の上方に位置する部分のケーシング142に設けられており、第1筐体110の操作面111を規定する壁部(すなわち天板部)の内面と所定の距離をもって対向配置されている。一方、送風機140の排出口144は、羽根車141の軸部に沿って見た場合に羽根車141の外縁の接線方向に位置する部分のケーシング142に設けられており、当該羽根車141から所定の距離をもって配置されている。
ここで、送風機140の吸入口143は、送風機室117に連通しており、送風機140の排出口144は、送風機室117を横断するように設置されるとともにその一端が第1筐体110に設けられた第1導出口122に接続されたホース160の他端に接続されている。このホース160の内部の空間が、上述した下流側流路部120Bに相当している。
第1筐体110の第1接続面113には、第1導出口122が設けられている。第1導出口122は、第2筐体210の第2接続面213に設けられた第2導入口221ならびにエアチューブ300がともに接続可能となるようにノズル状の形状を有している。
図6および図7に示すように、加湿ユニット200Aの第2筐体210の内部の空間は、区画壁215が設けられることによってタンク室216と気化室217とに区画されている。このうちの気化室217の一部は、上述した第2流路220に相当している。
タンク室216は、区画壁215を含む第2筐体210の壁部によって規定されており、水500が貯留される貯留部に相当する。当該タンク室216は、第2筐体210の上面である被載置面212に設けられた開口部212aの下方に位置しており、当該開口部212aに通じている。なお、上述したように開口部212aは、蓋体214によって閉鎖されており、これにより水の漏れ出しが防止されている。また、開口部212aを規定する第2筐体210の壁面と蓋体214との間には、当該部分における液密性を確保するためのパッキン等が設けられていてもよい。ここで、タンク室216を規定する部分の壁部には、タンク室216に貯留された水500が減少した場合に当該タンク室216に空気を導入するための空気導入口が設けられていてもよい。
気化室217は、区画壁215を含む第2筐体210の壁部によって規定されており、第2筐体210の上面に設けられた上述した突出部をその一部に含むように設けられている。気化室217には、水供給路230、外気導入路240、ヒータ250および圧電ポンプ260等が配置されている。このうち、ヒータ250は、上述した突出部の内部の空間のうちの下部に設置されており、これにより、気化室217は、当該ヒータ250の上方側の空間と下方側の空間とに仕切られている。なお、ヒータ250の上方側の空間が上述した第2流路220に相当する。
この第2流路220に相当するヒータ250の上方側の空間は、第2筐体210の第2接続面213に設けられた第2導入口221および第1筐体110の第1接続面113に設けられた第1導出口122を介して第1筐体110の内部に設けられた第1流路120に連通している。また、この第2流路220に相当するヒータ250の上方側の空間は、第2筐体210のチューブ接続面211に設けられた第2導出口222に連通している。第2導出口222は、エアチューブ300が接続可能となるようにノズル状の形状を有している。
水供給路230は、略L字状に折り曲げられたパイプによって構成されており、その一端部が区画壁215を貫通してタンク室216に接続されているとともに、その他端部が、ヒータ250に下方から接続されている。ここで、ヒータ250は、加熱板を含んでおり、水供給路230の他端部は、当該加熱板を貫通することで上述した第2流路220に面するように配置されている。
水供給路230の上述した一端部は、タンク室216に貯留された水500が当該水供給路230に向けて給水される給水口231に相当し、水供給路230の上述した他端部は、給水口231を介して水供給路230に給水された水500をヒータ250に向けて排水する排水口232に相当する。ここで、給水口231は、排水口232よりも下方に配置されているが、水供給路230を構成する上述したパイプの内径をたとえば0.1mm以上1.0mm以下にすることにより、いわゆる毛管現象により、タンク室216に貯留された水500が水供給路230に流入することになる。これにより、水供給路230は、常時は水500によって充填された状態に維持される。
外気導入路240は、パイプによって構成されており、水供給路230の途中位置に外気600を導入することが可能となるように水供給路230の当該途中位置に接続されている。外気導入路240の水供給路230に接続された他端は、圧電ポンプ260に接続されている。
外気導入路240には、水供給路230から圧電ポンプ260への水の侵入を防止する侵入防止部としての逆止弁241が設けられている。当該逆止弁241は、圧電ポンプ260から水供給路230に向けての外気600の移動を許容する一方で、水供給路230から圧電ポンプ260に向けての外気600ならびに水500の移動を制限するものである。当該侵入防止部としては、この逆止弁241に代えて、防水通気膜にてこれを構成してもよい。侵入防止部を防水通気膜にて構成した場合には、圧電ポンプ260から水供給路230に向けての外気600の移動が許容される反面、水供給路230から圧電ポンプ260に向けての水500の移動が制限されることになる。
圧電ポンプ260は、薄板状の圧電体の電歪性を利用したダイヤフラムポンプからなり、上述したように空気を吸入してこれを吐出することが可能なエアポンプである。これにより、第2筐体210に設けられた外気取込口218を介して気化室217に取り込まれた外気600を吸入してこれを外気導入路240に向けて吐出することにより、水供給路230の上述した途中位置に当該外気600を導入可能にする。
ここで、上述したタンク室216、水供給路230、外気導入路240、ヒータ250および圧電ポンプ260が、送風機140によって送風される被加熱気体としての空気を加湿する加湿機構に主として該当する。当該加湿機構による加湿動作は、圧電ポンプ260が間欠的に駆動されることで繰り返し実施されることとなる複数回の気化動作によって基本的に実現されることになるが、当該気化動作により、ヒータ250に供給された水500が加熱されて気化することにより、水蒸気501が気化室217のうちのヒータ250よりも上方側の空間(すなわち第2流路220)において発生し、これが当該空間を通過する空気に付与されることで加湿が行なわれることになる。なお、上述した気化動作ならびに加湿動作については、後において詳説する。
以上により、第1使用状態においては、上述したように、第1導入口121から吸入された空気が、第1流路120および第2流路220をこの順で経由して第2導出口222から排出されることになり、当該第2導出口222に接続されたエアチューブ300ならびに当該エアチューブ300に接続されたマスク400を介して使用者の気道に送り込まれる。その際、当該空気は、第2流路220において水蒸気501が付与されることで適度に加湿された状態となって使用者の気道に送り込まれる。
図8は、本実施の形態に係るCPAP装置における気化動作を説明するための模式図である。次に、この図8を参照して、本実施の形態に係るCPAP装置1Aにおける気化動作について詳細に説明する。なお、図8においては、1回の気化動作を経時的に表わしており、図8(A)ないし図8(D)の順で気化動作が進行する。
まず、図8(A)に示すように、気化動作が開始される前の状態においては、上述した毛管現象に基づき、タンク室216に貯留された水500が、給水口231を介して水供給路230に流入し、これにより水供給路230が、流入した水500によって充填された状態にある。このとき、水供給路230に流入した水500は、排水口232においてその表面張力によって留まることになり、ヒータ250には、水500が供給されることはない。また、このとき、外気導入路240に設けた逆止弁241の機能により、外気導入路240に水500が侵入することもない。
次に、図8(B)に示すように、圧電ポンプ260が駆動されて気化動作が開始されることにより、水供給路230の途中位置233には、図中矢印AR1にて示すように、外気導入路240を介して外気600が導入される。この外気600の導入により、途中位置233から排水口232までの間の部分の水供給路230に充填されていた水500が外気600の圧力を受けて図中矢印AR2方向に移動することになり、これによって水500が排水口232を介して押し出されることにより、ヒータ250に対する水500の供給が開始される。ヒータ250に供給された水は、瞬時にヒータ250によって加熱されて気化し、水蒸気501となって第2流路220を通過する空気に付与される。
引き続き、図8(C)に示すように、圧電ポンプ260が駆動されることにより、さらなる量の外気600が水供給路230に導入されることになり、これによって水500が順次押し出されてヒータ250に供給され、それにより水蒸気501の生成が継続する。また、このとき、水供給路230に導入された外気600も図中矢印AR2方向に沿って排水口232側へと徐々に移動する。
次に、図8(D)に示すように、圧電ポンプ260の駆動開始から一定時間が経過した後に、圧電ポンプ260の駆動が停止される。これにより、途中位置233に対する外気600の導入が停止され、水供給路230には、再び毛管現象によってタンク室216から給水口231を介して水500が図中矢印AR3方向に向けて流入することになる。このとき、水供給路230に途中位置233から導入された外気600は、水供給路230に流入した水500によってすべて排水口232を介して押し出され、これに伴い、気化動作の開始時点において途中位置233から排水口232までの間の部分の水供給路230に充填されていた水500も、すべて排水口232を介して押し出されてヒータ250によって気化されることになる。
以上の過程を経ることにより、1回の気化動作が終了する。なお、上述したように、気化動作の開始時点において途中位置233から排水口232までの間の部分の水供給路230に充填されていた水500をすべて気化させるためには、水供給路230の当該部分の体積と同じ体積以上の外気600を圧電ポンプ260によって水供給路230に導入すればよい。
図9は、上述した気化動作の原理を説明するための模式図である。次に、この図9を参照して、上述した気化動作の原理について詳細に説明する。
水供給路230に導入された外気600によって水500が排水口232から押し出されるようにするためには、導入された外気600が微細な気泡とならず、水供給路230の途中位置233において水500が外気600によって確実に分離されることが必要である。仮に、導入された外気600が微細な気泡となった場合には、水500を排水口232から押し出すための十分な圧力が得られないまま、当該微細な気泡が水供給路230の内部を浮上して排水口232から排出されてしまうことになる。この外気600が微細な気泡とならないようにするためには、以下の点の考慮が必要である。
すなわち、図9(A)に示すように、水供給路230の途中位置233に導入された外気600は、外気導入路240が接続された部分の水供給路230の内部において略球状の気泡601となり、その大きさが徐々に大きくなる。この気泡601には、図中に示すように浮力Fが作用し、この気泡601と接する部分の水500には、表面張力σが作用する。
表面張力σが浮力Fと等しいかそれよりも大きい場合(すなわち、σ≧Fの条件が満たされる場合)には、気泡601は、外気導入路240中の外気600と繋がった状態となって水供給路230の途中位置233に留まることになり、その体積Vの増加が進行する。一方で、表面張力σが浮力Fよりも小さい場合(すなわち、σ<Fの条件が満たされる場合)には、気泡601は、外気導入路240中の外気600から分離し、微細な気泡601となって水供給路230中を浮上することになる。
そのため、図9(B)に示すように、上述したσ≧Fの条件が満たされたまま、気泡601の体積Vの増加が進行し、当該気泡601の直径が水供給路230の内径Dに達した場合には、気泡601が微細な気泡となって外気導入路240中の外気600から分離することなく、さらにはそれ以降に水供給路230に導入される外気600が微細な気泡となることもなく、導入された外気600によって水500が途中位置233において確実に分離されることになる。したがって、この場合には、水供給路230に導入された外気600によって水500が排水口232から押し出されることになり、意図した気化動作が確実に実行できることになる。
一方、図9(C)に示すように、気泡601の直径が水供給路230の内径Dに達する前に、上述したσ<Fの条件が満たされてしまった場合には、気泡601は、外気導入路240中の外気600から分離してしまうことになり、これが微細な気泡601となって水供給路230中を浮上してしまうことになる。したがって、この場合には、水供給路230に導入された外気600によって水500が排水口232から押し出されることがなくなり、意図した気化動作が実行されなくなってしまう。
ここで、浮力Fは、気泡601の体積Vに比例し、表面張力σは、外気導入路240の内径dに比例する。一方で、気泡601の体積Vの増加は、水供給路230の内径Dによって制限を受けることになる。そのため、水供給路230の内径Dと外気導入路240の内径dとの内径比率D/dに基づき、水供給路230に導入された外気600が微細な気泡となるか否かが決定されることになる。
したがって、上述した内径比率D/dを適切に設定することにより、意図した気化動作を確実に実行させることが可能になる。なお、水供給路230に導入された外気600が微細な気泡とならないための上記内径比率D/dの具体的な値は、水供給路230の内径Dの大きさに依存するものの、たとえば毛管現象が得られる水供給路230の内径Dのおおよその大きさである0.1mm≦D≦1mmの範囲においては、おおよそ2.9≦D/d≦13.4である。
図10は、本実施の形態に係るCPAP装置の第1使用状態における制御部の動作を示すフロー図である。また、図11は、本実施の形態に係るCPAP装置の加湿動作を説明するためのタイミングチャートである。次に、これら図10および図11を参照して、本実施の形態に係るCPAP装置1Aにおける加湿動作の詳細について説明する。
本実施の形態に係るCPAP装置1Aにおいて実行される上述した気化動作は、当該気化動作の1回当たりにおいて生成される水蒸気の量(すなわち加湿量)が、一定となるものである。そのため、本実施の形態に係るCPAP装置1Aにあっては、適切な湿度条件に空気を加湿するために、前述のとおり、加湿機構による加湿動作が、圧電ポンプ260が間欠的に駆動されることで繰り返し実施されることとなる複数回の気化動作によって基本的に実現されるように構成されている。
この加湿動作を実現するために、本実施の形態に係るCPAP装置1Aにおいては、制御部130が図10に示すフローに従って動作するように構成されており、これによって図11に示すような加湿動作が実現可能とされている。
図10を参照して、使用者がCPAP装置1Aの操作部131を操作することでその使用を開始することにより、まずは、制御部130は、ステップS1において、送風機140に駆動指令を与える。これにより、送風機140が駆動してON状態となる。
次に、制御部130は、ステップS2において、ヒータ250に駆動指令を与える。これにより、ヒータ250が駆動してON状態となり、ヒータ250の温度が上昇し始める。
次に、制御部130は、ステップS3において、ヒータ250の温度を取得する。具体的には、制御部130は、ヒータ250に付設された温度センサ251によって検出された温度を取得する。
次に、制御部130は、ステップS4において、ヒータ250の温度が予め設定された設定温度よりも低いか否かを判断する。ヒータ250の温度が設定温度よりも低いと判断した場合(ステップS4においてYESの場合)には、制御部130は、ステップS2に移行してヒータ250の駆動を継続する。一方、ヒータ250の温度が設定温度よりも低くないと判断した場合(ステップS4においてNOの場合)には、制御部130は、ステップS5に移行する。なお、ヒータ250の設定温度は、特にこれが限定されるものではないが、ヒータ250に供給された水500が瞬時に加熱されて気化することとなるように、好ましくは60℃以上、さらに好ましくは80℃以上に設定される。
ステップS5においては、制御部130は、ヒータ250に駆動停止指令を与える。これにより、ヒータ250の駆動が停止してOFF状態となる。
次に、制御部130は、ステップS6において、被加湿空気の温度および湿度を取得する。具体的には、制御部130は、第1流路120の上流側流路部120Aに設けられた温湿度センサ132によって検出された被加湿空気の温度および湿度を取得する。
次に、制御部130は、ステップS7において、被加湿空気の流量および圧力を取得する。具体的には、制御部130は、第1流路120の下流側流路部120Bに設けられた流量センサ133および圧力センサ134によって検出された被加湿空気の流量および圧力を取得する。
次に、制御部130は、ステップS8において、目標気化動作回数を決定する。この決定には、上述した温湿度センサ132によって検出された被加湿空気の温度および湿度、ならびに、上述した流量センサ133および圧力センサ134によって検出された被加湿空気の流量および圧力(特に流量)が用いられる。たとえば、上述したROMに、被加湿空気の温度、湿度、流量および圧力とそれに応じた最適な気化動作回数との相関が予め定められたデータテーブルを記憶しておき、制御部130は、当該データテーブルを参照することで目標気化動作回数を決定する。なお、この目標気化動作回数は、被加湿空気の温度、湿度、流量および圧力に基づいて、当該被加湿空気を加湿すべき本来の加湿量に近い加湿量が得られることとなるように、気化動作の回数を1回または複数回のうちから予め決定したものである。
次に、制御部130は、ステップS9において、使用者が吸気動作にあるか否かを判断する。この判断には、上述した流量センサ133および圧力センサ134によって検出された流量および圧力が用いられる。使用者が吸気動作にない(すなわち、使用者が呼気動作にある)と判断した場合(ステップS9においてNOの場合)には、制御部130は、ステップS9’において目標気化動作回数をリセットした後、ステップS3に移行して再びヒータ250の温度の取得に戻る。使用者が吸気動作にあると判断した場合(ステップS9においてYESの場合)には、制御部130は、ステップS10に移行する。
ステップS10においては、制御部130は、圧電ポンプ260に一定時間にわたって駆動する駆動指令を与える。これにより、圧電ポンプ260が駆動したON状態が一定時間継続されることになり、水供給路230への外気600の導入が行なわれることになる。なお、この一定時間は、途中位置233から排水口232までの間の部分の水供給路230に充填されていた水500をすべて排水口232を介してヒータ250に供給するために要する時間である。この圧電ポンプ260の一定時間にわたっての駆動により、1回の気化動作が終了することになる。
次に、制御部130は、ステップS11において、目標気化動作回数に到達したか否かを判断する。目標気化動作回数に到達していないと判断した場合(ステップS11においてNOの場合)には、制御部130は、ステップS11’において一定時間にわたって待機した後、ステップS11”において上述したステップS7と同様に被加湿空気の流量および圧力を取得し、さらにその後、ステップS9へと移行して使用者が吸気動作にあるか否かの判断に戻る。なお、このステップS11’における一定時間の待機は、水供給路230に毛管現象によって水500が充填されるに要する時間以上とする。目標気化動作回数に到達したと判断した場合(ステップS11においてYESの場合)には、制御部130は、ステップS12に移行する。
ステップS12においては、制御部130は、CPAP装置1Aに対する停止指令があったか否かを判断する。この判断は、具体的には、使用者がCPAP装置1Aの操作部131を操作することでその使用の停止指令が入力されたか否かに基づいて行なわれる。CPAP装置1Aに対する停止指令がなかったと判断した場合(ステップS12においてNOの場合)には、制御部130は、ステップS3に移行して再びヒータ250の温度の取得に戻る。CPAP装置1Aに対する停止指令があったと判断した場合(ステップS12においてYESの場合)には、制御部130は、ステップS13に移行する。
ステップS13において、制御部130は、送風機140に駆動停止指令を与える。これにより、送風機140の駆動が停止してOFF状態となり、以上によってCPAP装置1Aのすべての動作が完了する。
上述した一連の制御フローに従って制御部130が動作することにより、圧電ポンプ260は、水供給路230への水500の充填と、水供給路230の途中位置233に対する外気600の導入とが、時間的に交互に繰り返されることとなるように、制御部130によって間欠的に駆動される。これにより、図11に示す如くの加湿動作が実現されることになる。
すなわち、図11(A)に示すように、使用者は、呼吸を行なうことで吸気動作と呼気動作とを繰り返し交互に行なうことになるが、これに基づいて第1流路120における空気の流量が変化する。この空気の流量変化が、流量センサ133によって検出されることにより、制御部130は、使用者が吸気動作にあるか呼気動作にあるかを判別する。
そして、図11(B)に示すように、制御部130が使用者が吸気動作にあると判断した場合には、基本的に1回または複数回の気化動作(図においては4回の気化動作の場合を示している)が実行されることになり、これにより被加湿空気を最適な加湿量で加湿することができる。この1回または複数回の気化動作は、使用者が吸気動作を行なっているうちに完了するように構成されており、これにより使用者が呼気動作を行なっている最中には、気化動作は行なわれないことになる。
したがって、上記制御フローに基づいて加湿動作が実行されることにより、第2流路220において空気に付与された水蒸気が、使用者の呼気によって逆流して第1流路120に至ることが未然に防止できることになる。そのため、第1筐体110に収容された各種の機器(代表的には送風機140)に水分が付着して当該機器が故障したり、水分が第1筐体110の内壁に付着することで雑菌が繁殖したりすることが抑制できることになり、衛生面や清掃のメンテナンス性の点において優れたCPAP装置とすることができる。
以上において説明したように、本実施の形態に係るCPAP装置1Aとすることにより、小型にかつ効率よく加湿が行なえるCPAP装置とすることができる。ここで、装置を小型に構成することができる理由は、上述した加湿機構(特に気化部としてのヒータ250)が十分に小型のものにて構成できる点にあり、効率的に加湿を行なうことができる理由は、1回の気化動作において気化される水500の量が極少量(たとえば数μL以下程度)であり、かつ、当該気化動作が必要なタイミングにおいてのみこれが実行されるため、当該水500を気化させるために必要となる総エネルギー量(すなわち、ヒータ250の消費電力量と圧電ポンプ260の消費電力量の和)が抑制できる点にある。
また、効率的に加湿が行なえる他の理由としては、エネルギーロスが大幅に抑制できる点が挙げられる。これは、従来の加湿方式である、タンクに貯留された水の全体を加熱する方式の場合には、水を気化させるために必要となる熱量に比べ、タンクから外部に放出されてしまう熱量が無視できないほど大きくなってしまい、結果としてトータルでのエネルギー量がより多く必要になる。これに対し、本実施の形態に係る加湿機構においては、このようなエネルギーの浪費が抑制できることになり、結果として効率的な加湿が可能になる。
また、上述した本実施の形態に係るCPAP装置1Aとすることにより、使用者が過って装置を転倒させた場合にも、タンク室216に貯留されている水500が第2流路220を介して送風ユニット100の内部に侵入したり、エアチューブ300に侵入したりすることが防止できるという効果も得られる。これは、当該第2流路220に連通する水供給路230の排水口232に位置する部分の水500の表面張力により、当該水500が第2流路220に漏れ出さないためであり、これにより上述した機器の故障や使用者の気道に液体の状態の水500が流入してしまうことが防止できることになる。
なお、このような意図しない排水口232からの水500の漏れ出しを防止する観点からは、水供給路230からヒータ250に向けての流体(水500および外気600を含む)の移動を許容するとともにヒータ250から水供給路230に向けての流体(水500および第2流路220を通過する空気を含む)の移動を制限する逆止弁を排水口232に設けたり、これに代えてあるいはこれに加えて、排水口232を規定する水供給路230の流路形成面および/または当該排水口232の端面に撥水処理を施したりすることがさらに好ましい。このように構成することにより、上述したCPAP装置1Aの転倒時における水500の漏れ出しが抑制できるばかりでなく、気化動作における毛管現象による水供給路230の水500による充填の際にも、水500が漏れ出すことが効果的に抑制できることになり、より確実に精緻な加湿量のコントロールができることになる。なお、撥水処理を排水口232の近傍に施す場合には、排水口232が設けられた水供給路230の上述した他端部の流路形成面および/または端面にこれを施すことができるが、その場合には、当該流路形成面の一部のみにこれを施してもよいし、当該端面の一部のみにこれを施してもよい。
さらには、上述した本実施の形態に係るCPAP装置1Aとすることにより、コスト面での効果を得ることもできる。これは、上述した加湿機構は、非常に簡素な構成のものであり、また当該加湿機構を構成するために必要となるヒータ250や圧電ポンプ260といった部品も比較的廉価な部品であるためである。したがって、CPAP装置を安価に提供することが可能になる。
加えて、上述した本実施の形態に係るCPAP装置1Aとすることにより、使用開始から早期に加湿した空気を使用者の気道に送り込むことができるという副次的な効果も得られる。これは、上述したようにヒータ250を大幅に小型化できるため、これによってヒータ250をより早期に設定温度にまで昇温することが可能になり、結果として使用開始からほぼ遅滞なく加湿動作が実行できるようになるためである。
(実施の形態2)
図12は、本発明の実施の形態2に係るCPAP装置の第1使用状態における模式断面図である。以下、この図12を参照して、本実施の形態に係るCPAP装置1Bについて説明する。
図12に示すように、本実施の形態に係るCPAP装置1Bは、上述した実施の形態1に係るCPAP装置1Aと比較した場合に、異なる構成の加湿ユニット200Bを備えている点において主としてその構成が相違している。ここで、上述した実施の形態1に係る加湿ユニット200Aは、毛管現象を利用することにより、水供給路230がタンク室216に貯留された水500によって充填されるように構成されたものであったが、本実施の形態に係る加湿ユニット200Bは、毛管現象あるいは水頭差を利用することにより、当該充填が可能になるように構成されたものである。
加湿ユニット200Bは、第2筐体210の上面の四隅のうちの一箇所から上方に向けて突出する突出部を有しておらず、これに代えて、下面の四隅のうちの一箇所から下方に向けて突出する突出部を有している。第2筐体210の下面に設けられた突出部の側面のちの1つは、第1使用状態においてエアチューブ300が接続されるチューブ接続面211を構成しており、上述した突出部の側面のうちの他の1つは、第1使用状態において送風ユニット100に接続される第2接続面213を構成している。
第2筐体210の下面のうちの上述した突出部を除く部分は、第1使用状態において送風ユニット100に載置される載置面219を構成している。これに伴い、送風ユニット100の第1筐体110の上面は、第1使用状態において加湿ユニット200Bが載置される被載置面118を構成しており、第1筐体110の下面は、第1使用状態において床面やテーブル等に載置される載置面を構成している。
すなわち、本実施の形態に係るCPAP装置1Bにおいては、送風ユニット100上に加湿ユニット200Bが載置されることにより、加湿ユニット200Bが送風ユニット100に取付けられるように構成されている。なお、送風ユニット100の操作部が設けられた操作面は、第1筐体110の4つの側面のうちの第1接続面113を除く1つの側面にて構成されている。
第2筐体210の内部の空間は、区画壁215によってタンク室216と気化室217とに区画されており、このうちの気化室217は、第2筐体210の下面に設けられた上述した突出部をその一部に含むように設けられている。当該気化室217には、水供給路230が配置されており、ヒータ250は、上述した突出部の内部の空間のうちの下部に設置されている。なお、この気化室217は、第2導入口221および第2導出口222を結ぶ第2流路220に相当している。
水供給路230は、略L字状に折り曲げられたパイプによって構成されており、その一端部が区画壁215を貫通してタンク室216に接続されている。一方、水供給路230の他端部は、ヒータ250の上方に配置されることでヒータ250に面するように位置している。これにより、水供給路230は、貯留部としてのタンク室216と気化部としてのヒータ250とを接続するように構成されている。
水供給路230の上述した一端部は、タンク室216に貯留された水500が当該水供給路230に向けて給水される給水口231に相当し、水供給路230の上述した他端部は、給水口231を介して水供給路230に給水された水500をヒータ250に向けて排水する排水口232に相当する。ここで、給水口231は、排水口232よりも上方に配置されており、これにより毛管現象または水頭差によってタンク室216に貯留された水500が水供給路230に流入することになる。したがって、水供給路230は、常時は水500によって充填された状態に維持される。
ここで、毛管現象を利用する場合には、水供給路230を構成する上述したパイプの内径をたとえば0.1mm以上1.0mm以下にすればよく、その場合には、排水口232に特段の工夫を加えずとも、水供給路230に流入した水500は、排水口232においてその表面張力によって留まることになり、常時はヒータ250に水500が供給されることはない。
一方で、水頭差を利用する場合には、水供給路230を構成する上述したパイプの内径を上述した毛管現象を利用する場合よりも大きくすることができる反面、水供給路230に流入した水500が排水口232において留め置かれるようにする(すなわち、常時はヒータ250に水500が供給されることがないようにする)ために、当該排水口232に所定の工夫を施すことが必要になる。なお、この工夫の詳細については、後述することとする。
この水供給路230の途中位置には、外気600を導入することが可能な外気導入路240が接続されている。ここで、この外気導入路240ならびに当該外気導入路240上に設置された侵入防止部としての逆止弁241および当該外気導入路240に接続された圧電ポンプ260は、いずれも上述した実施の形態1におけるそれらと同様のものであるため、ここではその説明は繰り返さない。
以上において説明した構成のCPAP装置1Bとした場合にも、上述した実施の形態1におけるCPAP装置1Aの場合と同様に、水供給路230への水500の充填と、水供給路230の途中位置233に対する外気600の導入とが時間的に交互に繰り返されることとなるように、制御部130によって圧電ポンプ260が間欠的に駆動されることにより、前述の気化動作の実行ならびに加湿動作の実現が可能になる。したがって、当該構成を採用した場合も、上述した実施の形態1において説明した効果と同様の効果を得ることができる。
図13は、図12に示す水供給路の排水口の構成の具体例を示す模式断面図である。次に、この図13を参照して、本実施の形態に係るCPAP装置1Bにおいて水頭差を利用することとした場合に、水供給路230に流入した水500が常時は排水口232において留め置かれるようにするための上述した工夫の幾つかの具体例について説明する。
図13(A)に示す具体例は、水供給路230の上述した他端部に逆止弁234Aを設けたものである。当該逆止弁234Aは、たとえば弾性体にて構成され、これにより水供給路230の排水口232が、この逆止弁234Aによって規定されることになる。この場合には、当該逆止弁234Aにより、常時は水供給路230からヒータ250に向けての流体(水500および外気600を含む)の移動が許容されないことになる一方で、水供給路230に外気600が導入されることにより、その圧力によって逆止弁234Aが開放され、当該圧力がなくなるまでの間は、水供給路230からヒータ250に向けての流体の移動が許容されることになる。
図13(B)ないし図13(D)に示す具体例は、それぞれ水供給路230の上述した他端部にノズル234B〜234Dを設けたものである。ここで、ノズル234B〜234Dは、いずれも水供給路230の内径よりも小さい排水口232を有するものであり、これによって排水口232に接する部分の水500に発生する表面張力を増大させることにより、常時は水供給路230からヒータ250に向けての流体(水500および外気600を含む)の移動が許容されないようにするとともに、水供給路230に外気600が導入されることにより、その圧力によって水供給路230からヒータ250に向けて流体が押し出されるように構成されたものである。
ここで、図13(B)に示す形状のノズル234Bは、単一の孔にて排水口232が規定されるように構成したものであり、図13(C)に示す形状のノズル234Cは、複数の孔にて排水口232が規定されるように構成したものである。また、図13(D)に示す形状のノズル234Dは、下方に向かうにつれてその断面積が増加する単一の孔にて排水口232が規定されるように構成したものである。図13(C)に示す形状のノズル234Cとすれば、ヒータ250にシャワー状に水500が供給されることになり、また、図13(D)に示す形状のノズル234Dとすれば、ヒータ250のより広範囲に水500が供給されることになり、ヒータ250における水500の気化が、図13(B)に示す形状のノズル234Bとした場合よりも促進される効果が得られる。
なお、上述した図13(A)に示す逆止弁234Aおよび上述した図13(B)ないし図13(D)に示すノズル234B〜234Dをそれぞれ撥水性の部材にて構成することとしてもよい。その場合には、水500がこれら逆止弁234Aおよびノズル234B〜234Dによって規定される排水口232から弾かれることになるため、常時は水供給路230からヒータ250に向けての流体(水500および外気600を含む)の移動が許容されず、水供給路230に外気600が導入されることにより、その圧力によって水供給路230からヒータ250に向けて流体が押し出されるように構成することができる。
(実施の形態3)
図14は、本発明の実施の形態3に係るCPAP装置の第1使用状態における機能ブロックの構成を示す図であり、図15は、当該CPAP装置の第1使用状態における模式断面図である。まず、これら図14および図15を参照して、本実施の形態に係るCPAP装置1Cの第1使用状態における機能ブロックの構成ならびに詳細な構造について説明する。
図14および図15に示すように、本実施の形態に係るCPAP装置1Cは、上述した実施の形態1に係るCPAP装置1Aと比較した場合に、異なる構成の加湿ユニット200Cを備えている点において主としてその構成が相違している。ここで、上述した実施の形態1に係る加湿ユニット200Aは、気体導入源としての圧電ポンプ260等を用いることで気化部としてのヒータ250に水500が供給されるように構成されたものであったが、本実施の形態に係る加湿ユニット200Cは、これに代えて加熱源としてのスポットヒータ270を用いることで水500のヒータ250への供給が可能となるように構成されたものである。
CPAP装置1Cにおいては、加湿ユニット200Cの第2筐体210に設けられた気化室217の内部に上述したスポットヒータ270が設置されている。より詳細には、スポットヒータ270は、たとえば環状の形状を有しており、水供給路230の途中位置を取り囲むように当該水供給路230に設けられている。このスポットヒータ270は、制御部130によって駆動され、水供給路230を局所的に加熱することが可能なものであり、これにより当該スポットヒータ270が設けられた部分の近傍に位置する水500が瞬間的に加熱されて気化し、これによって水供給路230中に水蒸気502を発生させるものである。
図16は、本実施の形態に係るCPAP装置における気化動作を説明するための模式図である。次に、この図16を参照して、本実施の形態に係るCPAP装置1Cにおける気化動作について詳細に説明する。なお、図16においては、1回の気化動作を経時的に表わしており、図16(A)ないし図16(D)の順で気化動作が進行する。
まず、図16(A)に示すように、気化動作が開始される前の状態においては、毛管現象に基づき、タンク室216に貯留された水500が、給水口231を介して水供給路230に流入し、これにより水供給路230が、流入した水500によって充填された状態にある。このとき、水供給路230に流入した水500は、排水口232においてその表面張力によって留まることになり、ヒータ250には、水500が供給されることはない。
次に、図16(B)に示すように、スポットヒータ270が駆動されて気化動作が開始されることにより、スポットヒータ270が設けられた水供給路230の途中位置233には、水蒸気502が発生する。この水蒸気502発生により、途中位置233から排水口232までの間の部分の水供給路230に充填されていた水500が水蒸気502の圧力を受けて図中矢印AR2方向に移動することになり、これによって水500が排水口232を介して押し出されることにより、ヒータ250に対する水500の供給が開始される。ヒータ250に供給された水は、瞬時にヒータ250によって加熱されて気化し、水蒸気501となって第2流路220を通過する空気に付与される。
引き続き、図16(C)に示すように、スポットヒータ270が駆動されることにより、さらなる量の水蒸気502が水供給路230に発生することになり、これによって水500が順次押し出されてヒータ250に供給され、それにより水蒸気501の生成が継続する。また、このとき、水供給路230に発生した水蒸気502も図中矢印AR2方向に沿って排水口232側へと徐々に移動する。
次に、図16(D)に示すように、スポットヒータ270の駆動開始から一定時間が経過した後に、スポットヒータ270の駆動が停止される。これにより、途中位置233における水蒸気502の発生が停止され、水供給路230には、再び毛管現象によってタンク室216から給水口231を介して水500が図中矢印AR3方向に向けて流入することになる。このとき、水供給路230の途中位置233において発生した水蒸気502は、水供給路230に流入した水500によってすべて排水口232を介して押し出され、これに伴い、気化動作の開始時点において途中位置233から排水口232までの間の部分の水供給路230に充填されていた水500も、すべて排水口232を介して押し出されてヒータ250によって気化されることになる。
以上の過程を経ることにより、1回の気化動作が終了する。なお、上述したように、気化動作の開始時点において途中位置233から排水口232までの間の部分の水供給路230に充填されていた水500をすべて気化させるためには、水供給路230の当該部分の体積と同じ体積以上の水蒸気502をスポットヒータ270によって水供給路230に発生させればよい。
図17は、本実施の形態に係るCPAP装置の第1使用状態における制御部の動作を示すフロー図である。また、図18は、本実施の形態に係るCPAP装置の加湿動作を説明するためのタイミングチャートである。次に、これら図17および図18を参照して、本実施の形態に係るCPAP装置1Cにおける加湿動作の詳細について説明する。
本実施の形態に係るCPAP装置1Cにおいて実行される上述した気化動作は、当該気化動作の1回当たりにおいて生成される水蒸気の量(すなわち加湿量)が、一定となるものである。そのため、本実施の形態に係るCPAP装置1Cにあっては、適切な湿度条件に空気を加湿するために、加湿機構による加湿動作が、スポットヒータ270が間欠的に駆動されることで繰り返し実施されることとなる複数回の気化動作によって基本的に実現されるように構成されている。
この加湿動作を実現するために、本実施の形態に係るCPAP装置1Cにおいては、制御部130が図17に示すフローに従って動作するように構成されており、これによって図18に示すような加湿動作が実現可能とされている。
ここで、図17に示すように、本実施の形態に係るCPAP装置1Cにおける制御部130の制御フローは、図10において示した制御フローに準じたものであり、異なる点は、ステップS10における1回の気化動作が、制御部130がスポットヒータ270を一定時間駆動する駆動指令を与えることで実現される点のみである。
当該図17に示す一連の制御フローに従って制御部130が動作することにより、スポットヒータ270は、水供給路230への水500の充填と、水供給路230の途中位置233における水蒸気502の発生とが、時間的に交互に繰り返されることとなるように、制御部130によって間欠的に駆動される。これにより、図18に示す如くの加湿動作が実現されることになる。
したがって、以上において説明した構成のCPAP装置1Cとした場合にも、上述した実施の形態1において説明した効果と同様の効果を得ることができ、小型にかつ効率よく加湿が行なえるCPAP装置とすることができる。
(その他の形態等)
上述した実施の形態1ないし3においては、本発明を呼吸器用加湿送風装置としてのCPAP装置に適用した場合を例示して説明を行なったが、CPAP装置以外にも、スチーム吸入器や酸素吸入器等に本発明を適用することができる。また、本発明の適用対象は、加湿装置を備えた装置であればどのようなものにも適用することができ、呼吸器用加湿送風装置以外の装置にも当然にその適用が可能である。さらには、加湿装置単体として使用される場合にも、本発明を有効に適用することができる。
上述した実施の形態1ないし3においては、気化部として水を加熱するヒータを用いた場合を例示して説明を行なったが、必ずしも気化部をこのように構成する必要はなく、水を気化させることが可能なものであれば、どのようなものでも気化部として用いることができる。また、気化部に代えて霧化部(たとえば超音波振動子等)を設けることとした場合には、霧化装置としてこれを利用することもできる。このような霧化装置としては、たとえば呼吸器用霧化装置としてのネブライザが挙げられる。
また、上述した実施の形態1および2においては、気体導入源として圧電ポンプを用いた場合を例示して説明を行なったが、必ずしも気体導入源を圧電ポンプにて構成する必要はなく、気体を圧送することができるものであれば、どのようなものでも気体導入源として用いることができる。その場合、気体導入源は、外気を水供給部に導入するものに限られず、圧縮気体が充填されたボンベ等を用いることとすれば、外気以外の気体を水供給部に導入することもできる。
また、上述した実施の形態1および2においては、水供給路に空気を導入するように構成した場合を例示して説明を行なったが、水供給路に導入される気体は、空気に限られるものではない。たとえば、上述した酸素吸入器においては、水供給路に酸素が導入されることが好ましい。
さらには、上述した実施の形態1ないし3において開示した特徴的な構成は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて相互に組み合わせることができる。
このように、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって画定され、また請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
1A〜1C CPAP装置、100 送風ユニット、110 第1筐体、111 操作面、112 載置面、113 第1接続面、114 隔壁、115 広大部、116 狭小部、117 送風機室、118 被載置面、120 第1流路、120A 上流側流路部、120B 下流側流路部、121 第1導入口、122 第1導出口、130 制御部、131 操作部、132 温湿度センサ、133 流量センサ、134 圧力センサ、140 送風機、141 羽根車、142 ケーシング、143 吸入口、144 排出口、150 サイレンサー、160 ホース、170 フィルタ、171 フィルタカバー、200A〜200C 加湿ユニット、210 第2筐体、211 チューブ接続面、212 被載置面、212a 開口部、213 第2接続面、214 蓋体、215 区画壁、216 タンク室、217 気化室、218 外気取込口、219 載置面、220 第2流路、221 第2導入口、222 第2導出口、230 水供給路、231 給水口、232 排水口、233 途中位置、234A 逆止弁、234B〜234D ノズル、240 外気導入路、241 逆止弁、250 ヒータ、251 温度センサ、260 圧電ポンプ、270 スポットヒータ、300 エアチューブ、400 マスク、500 水、501,502 水蒸気、600 外気、601 気泡。

Claims (12)

  1. 水を貯留する貯留部と、
    供給された水を気化させる気化部と、
    一端部が前記貯留部に接続されるとともに他端部が前記気化部に接続され、前記貯留部に貯留された水が前記一端部を介して流入することにより、流入した水によって充填される水供給路と、
    前記水供給路の途中位置に接続された気体導入路と、
    前記気体導入路を介して前記水供給路に気体を導入することにより、前記途中位置から前記他端部までの間の部分の前記水供給路に充填された水を、導入された気体の圧力によって前記気化部に向けて押し出すことで前記気化部に供給する気体導入源と、
    前記気体導入源の動作を制御する制御部とを備え、
    前記制御部が、前記水供給路への水の充填と前記途中位置に対する気体の導入とが時間的に交互に繰り返されるように、前記気体導入源を間欠的に駆動する、加湿装置。
  2. 前記気体導入源が、圧電ポンプからなる、請求項1に記載の加湿装置。
  3. 前記気体導入源が、前記水供給路に空気を導入するものである、請求項1または2に記載の加湿装置。
  4. 前記水供給路からの前記気体導入源への水の侵入を防止する侵入防止部が、前記気体導入路に設けられている、請求項1から3のいずれかに記載の加湿装置。
  5. 水を貯留する貯留部と、
    供給された水を気化させる気化部と、
    一端部が前記貯留部に接続されるとともに他端部が前記気化部に接続され、前記貯留部に貯留された水が前記一端部を介して流入することにより、流入した水によって充填される水供給路と、
    前記水供給路の途中位置に充填された水を局所的に加熱することで水蒸気を発生させることにより、前記途中位置から前記他端部までの間の部分の前記水供給路に充填された水を、発生させた水蒸気の圧力によって前記気化部に向けて押し出すことで前記気化部に供給する加熱源と、
    前記加熱源の動作を制御する制御部とを備え、
    前記制御部が、前記水供給路への水の充填と前記途中位置における水蒸気の発生とが時間的に交互に繰り返されるように、前記加熱源を間欠的に駆動する、加湿装置。
  6. 前記水供給路への水の充填が、毛管現象または水頭差を利用することで行なわれる、請求項1から5のいずれかに記載の加湿装置。
  7. 前記水供給路から前記気化部に向けての流体の移動を許容するとともに前記気化部から前記水供給路に向けての流体の移動を制限する逆止弁が、前記他端部に設けられている、請求項1から6のいずれかに記載の加湿装置。
  8. 前記他端部の流路形成面および/または端面に撥水処理が施されている、請求項1から7のいずれかに記載の加湿装置。
  9. 前記気化部が、供給された水を加熱するヒータからなる、請求項1から8のいずれかに記載の加湿装置。
  10. 使用者の気道に気体を送り込むための送風機を含む送風装置と、
    請求項1から9のいずれかに記載の加湿装置とを備え、
    前記送風機が駆動されることで発生する気流が、前記加湿装置によって加湿されるように構成されている、呼吸器用加湿送風装置。
  11. 使用者の呼吸状態を検知するための呼吸状態検知部をさらに備え、
    前記制御部は、前記呼吸状態検知部の検知結果に基づいて使用者が吸気動作にあるか呼気動作にあるかを判別し、
    前記制御部によって使用者が吸気動作にあると判別された場合に前記加湿装置による加湿動作が実行されるとともに、前記制御部によって使用者が呼気動作にあると判別された場合に前記加湿装置による加湿動作が停止されるように構成されている、請求項10に記載の呼吸器用加湿送風装置。
  12. 前記制御部によって使用者が吸気動作にあると判別された後に前記制御部によって使用者が呼気動作にあると判別されるまでの間に、前記気化部において1回または複数回の気化動作が実行できるように構成されている、請求項11に記載の呼吸器用加湿送風装置。
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