JP7195028B1 - 人工呼吸器 - Google Patents

Abstract

精度の高い安定した水素ガス濃度の水素ガスを体内に供給することができるガス供給装置及びガス供給方法を提供する。酸素含有ガスと水素ガスとを供給する人工呼吸器１００であって、取り込まれた水素ガスを人工呼吸器１００の外部へ送出する水素ガス送出部８と、水素ガス送出部８に取り込まれる水素ガスの量を調整する制御部２２と、を備える。制御部２２は、酸素含有ガスの流量に基づいて、水素ガス送出部８に取り込まれる水素ガスの量を調整する。

Description

本明細書で開示される技術は、ガス供給装置及びガス供給方法に関する。

水素ガスを体内に取り込むことによる有効性が知られている。水素ガスを体内に取り込むための装置として、例えば、特許文献１には、水素ガスを空気（酸素含有ガス）と混合させて体内に吸入するための水素ガスの体内吸入装置が開示されている。この体内吸入装置では、空気と混合させることにより体内に吸入させる水素ガスの濃度を調整することができるため、目的に応じた適切な水素ガスを吸入させることができる。

特開２００９－００５８８１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される体内吸入装置では、酸素含有ガスの流量に応じて水素ガスの発生量を制御しているわけではないため、精度の高い安定した水素ガス濃度の水素ガスを供給できないという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みて創作されたもので、精度の高い安定した水素ガス濃度の水素ガスを体内に供給することができるガス供給装置及びガス供給方法を提供することを目的とする。

本発明に係るガス供給装置は、酸素含有ガスと水素ガスとを供給するガス供給装置であって、取り込まれた前記水素ガスを前記ガス供給装置の外部へ送出する水素ガス送出部と、前記水素ガス送出部に取り込まれる前記水素ガスの量を調整する制御部と、を備え、前記制御部は、前記酸素含有ガスの流量に基づいて、前記水素ガス送出部に取り込まれる前記水素ガスの量を調整する。

本発明に係るガス供給方法は、酸素含有ガスと水素ガスとを供給するガス供給方法であって、被電解水の電気分解によって前記水素ガスを生成する水素ガス生成工程と、前記水素ガス生成工程で生成され取り込まれた前記水素ガスを前記酸素含有ガスと混合させて混合ガスを生成する混合ガス生成工程と、を備え、前記水素ガス生成工程では、前記水素ガスと混合させる前記酸素含有ガスの流量に基づいて前記電気分解で流れる電流の値を制御することによって、生成する前記水素ガスの量を調整する。

第１実施形態に係る人工呼吸器の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る水素ガス送出部の構成を示す断面図である。 図３（Ａ）は、第１実施形態における酸素含有ガスの流量と時間との関係を示すグラフである。図３（Ｂ）は、第１実施形態における電流値と時間との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る人工呼吸器の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る水素ガス送出部の構成を示す断面図である。 第３実施形態に係る人工呼吸器の構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係る水素ガス送出部の構成を示す断面図である。 第４実施形態に係る人工呼吸器の構成を示すブロック図である。 第５実施形態に係る人工呼吸器の構成を示すブロック図である。 第６実施形態に係る人工呼吸器の構成を示すブロック図である。 他の実施形態に係る電解槽の模式図である。

（第１実施形態）
以下図面を参照して第１実施形態に係る人工呼吸器（ガス供給装置の一例）１００について詳述する。人工呼吸器１００は、生体に酸素含有ガスと水素ガスとを供給する装置であり、生体へ吸入させる吸気、即ち酸素含有ガスと水素ガスとの混合ガスを生体に供給するとともに生体から排出される呼気を取り込んで外部へと排出する。以下では、酸素含有ガスと水素ガスとの混合ガスを、特に断らない限り、単に「混合ガス」と称する。

本明細書において、「生体」とは、ヒトの他、イヌ、ネコ等を含む哺乳類の生体のことをいい、本発明は医学、歯学におけるヒトの治療の他、獣医学における哺乳類の治療で用いることができる装置である。

なお、本明細書でいう「水素ガス送出部に取り込まれる水素ガス」とは、水素ガス送出部内で生成された水素ガスを取り込むものに限定されず、例えば、水素ガス送出部の外部から送出された水素ガスを水素ガス送出部内に取り込むものであってもよい。

本明細書において、人工呼吸器１００から送出される混合ガスを生体へ吸入させる態様としては、マスク等を介して混合ガスを鼻腔や口腔から吸入させるものに限定されず、例えば、気管切開により混合ガスを直接気管に送り込むものであってもよい。

また、本明細書において、本発明の組成物の有効成分である「水素」は分子状水素（すなわち、気体状水素）であり、特に断らない限り、単に「水素」又は「水素ガス」と称する。また、本明細書で使用する用語「水素」は、分子式でＨ_２、Ｄ_２（重水素）、ＨＤ（重水素化水素）、またはそれらの混合ガスを指す。Ｄ_２は、高価であるが、Ｈ_２よりスーパーオキシド消去作用が強いことで知られている。本明細書で使用可能な水素は、Ｈ_２、Ｄ_２（重水素）、ＨＤ（重水素化水素）、またはそれらの混合ガスである。好ましくは、Ｈ_２であり、またはＨ_２に代えて、もしくはＨ_２と混合して、Ｄ_２及び／又はＨＤを使用してもよい。

初めに、本実施形態に係る人工呼吸器１００の全体構成を説明する。図１に示すように、人工呼吸器１００は、混合ガスを生体に供給する吸気経路機構（実線で示す矢印に沿って設けられた機構）と、生体から排出される呼気を取り込んで排出する呼気経路機構（破線で示す矢印に沿って設けられた機構）と、制御系機構１００ａと、を含む。吸気経路機構は、酸素含有ガス取込口２と、酸素含有ガス流量制御弁４と、酸素含有ガス流量計６と、水素ガス送出部８と、温度センサ１０と、フィルタ１２と、を備える。呼気経路機構は、切替弁１４と、呼気流量計１６と、呼気流量制御弁１８と、排気口２０と、を備える。

酸素含有ガス取込口２は、圧縮酸素が封入されたボンベ等からフィルタ（図示せず）を介して圧縮酸素を取り込むポート（図示せず）と、圧縮空気が封入されたボンベ等からフィルタ（図示せず）を介して圧縮空気を取り込むポート（図示せず）と、を含む。圧縮空気は、外部から直接取り込んだ空気を圧縮したものであってもよい。両ポートから取り込まれた圧縮酸素及び圧縮空気は混合され、酸素含有ガスとして酸素含有ガス流量制御弁４へと送出される。酸素含有ガス取込口２から取り込まれた酸素含有ガスは、酸素含有ガス流量制御弁４、酸素含有ガス流量計６を経て、水素ガス送出部８へと送出される。なお、上述したボンベ等は、人工呼吸器１００の外部から人工呼吸器１００に接続されてもよく、または人工呼吸器１００と一体化されてもよい。

酸素含有ガス流量制御弁４は、予め定められた時間内に予め定められた量の酸素含有ガスを水素ガス送出部８に送出するために、酸素含有ガスの流量を調整する弁である。酸素含有ガス流量制御弁４は、例えば後述する制御部２２の制御により開閉する弁を有し、この弁が開閉することにより酸素含有ガスの流量を調整する。酸素含有ガス流量計６は、酸素含有ガス流量制御弁４から水素ガス送出部８へ送出される酸素含有ガスの流量を検出し、検出した流量を電気信号に変換して制御部２２に送信する。

水素ガス送出部８は、例えば被電解水を電気分解することによって生成した水素ガスを取り込み、送出する部位である。水素ガス送出部８で取り込まれた水素ガスは、酸素含有ガスと混合され、混合ガスとしてフィルタ１２へと送出される。水素ガス送出部８の詳細については後述する。温度センサ１０は、水素ガス送出部８からフィルタ１２へと送出される混合ガスの温度を検出し、検出した温度を電気信号に変換して後述する制御部２２に送信する。

フィルタ１２は、混合ガスが人工呼吸器１００から送出される出口に設けられ、ほこりやバクテリア類を除去する。フィルタ１２を通った混合ガスは、マスク等を介して生体に取り込まれる。

切替弁１４は、人工呼吸器１００から生体に向かう吸気のみを許容し、生体から人工呼吸器１００に向かう呼気のみを許容するよう、ガスの流れる方向を切り替える弁である。切替弁１４は、例えば後述する制御部２２の制御により開閉する弁を有し、この弁が開閉することによりガスの流れる方向が制御される。呼気流量計１６は、切替弁１４から呼気流量制御弁１８へ送出される呼気の流量を検出し、電気信号に変換して制御部２２に送信する。

呼気流量制御弁１８は、体内から排出される呼気の圧力を調整するための弁である。呼気流量制御弁１８は、例えば後述する制御部２２の制御により開閉する弁を有し、この弁が開閉することにより人工呼吸器１００の外部へと排出されるガスの圧力を調整する。呼気流量制御弁１８を通ったガスは、排気口２０を通じて外部に排気される。

制御系機構１００ａは、制御部２２と、電源２４と、電流計２６と、圧力計２８と、を備える。制御部２２は、人工呼吸器１００を構成する要素全体を制御する処理装置であり、プロセッサや記憶装置等により構成される。制御部２２は、記憶装置に記憶されたプログラムに基づき、後述する処理を実行する。電源２４は、後述する電解槽３０に電圧を印加することで、電解槽３０に電流を流す。電流計２６は、電解槽３０に印加される電圧から電解槽３０に流れる電流値を検出する。圧力計２８は、人工呼吸器１００を使用する使用者の気道内圧を検出する。

制御部２２が実行する処理の一例について詳述する。制御部２２は、使用者ごとに予め定められた流量の酸素含有ガスを吸入させるよう、酸素含有ガス流量制御弁４を制御する。例えば、使用者ごとに予め定められた酸素含有ガスの流量（リットル／ｓ）、または流量パターンが制御部２２に記憶され、制御部２２が記憶された流量（流量パターン）に従って酸素含有ガス流量制御弁４を制御する。

また、制御部２２は、予め定められた吸気時間および呼気時間のサイクルに従って、切替弁１４を制御する。例えば、使用者ごとに予め定められた吸気時間および呼気時間が制御部２２に記憶され、制御部２２が記憶された時間に従って切替弁１４を制御する。

また、制御部２２は、使用者ごとに予め定められた流量のガスを排出させるよう呼気流量制御弁１８を制御する。例えば、使用者ごとに予め定められた圧力が制御部２２に記憶され、制御部２２が記憶された圧力に従って呼気流量制御弁１８を制御する。

次に、図２を参照して、水素ガス送出部８の構成について詳述する。図２に示すように、水素ガス送出部８は、電解槽３０と、水タンク３２とにより構成される。電解槽３０は、内部に設けられた一対の電極板（一対の電極の一例）３０ｄ，３０ｅの間に電圧を印加し、電解槽３０に流れる被電解水Ｗを電気分解することにより水素ガスを生成する装置である。電解槽３０は、筐体３０ａ、第１室３０ｂ、第２室３０ｃ、一対の電極板３０ｄ（陽極），３０ｅ（陰極）、隔膜３０ｆと、を備える。筐体３０ａは、プラスチックなどの電気絶縁性材料により形成され、後述する被電解水Ｗやガスの出入口を除き、水密又は気密の状態が維持されるようになっている。

筐体３０ａの内部は、隔膜３０ｆによって第１室３０ｂと第２室３０ｃとに隔てられている。第１室３０ｂは、内部に隔膜３０ｆと接する電極板３０ｄを有しており、水素ガスを生成するための被電解水Ｗが導入されて充填される空間となっている。第１室３０ｂ内の電極板３０ｄには、電源２４の陽極（＋極）が接続される。電源２４と電極板３０ｄとの間には電流計２６が設けられており、電流計２６によって電極板３０ｄに流れる電流の電気量を検出することができる。

第２室３０ｃは、内部に隔膜３０ｆと接する電極板３０ｅを有しており、被電解水Ｗから生成される水素ガスが取り込まれる空間となっている。第２室３０ｃ内の電極板３０ｅには、電源２４の陰極（－極）が接続される。また、第２室３０ｃには、酸素含有ガス流量制御弁４から送出される酸素含有ガスが吸気管Ｔ１を通じて流入する。本実施形態では、第２室３０ｃに取り込まれた水素ガスと第２室３０ｃに流入した酸素含有ガスとが第２室３０ｃ内で混合され、混合ガスとして送気管Ｔ２を通してフィルタ１２に送出される。なお、送気管Ｔ２には、図示しないガス流出防止機構（例えば弁やキャップ）が設けられており、ガス流出防止機構が閉止されることにより、第２室３０ｃからのガスの流出が防止されるようになっている。

一対の電極板３０ｄ及び電極板３０ｅは、例えば、チタン板を素材とし、白金、イリジウム、及びパラジウム等を含む群から選ばれる１種又は３種以上の貴金属を被覆したものを使用してもよい。ただし、これらの材料にのみ限定されるのではなく、例えば無垢のステンレス板を使用してもよい。

隔膜３０ｆは、水素イオンは透過させる一方、水酸イオンは透過させない陽イオン交換膜を用いることが望ましい。特に、イオン伝導性、物理強度、ガスバリア性、化学的安定性、電気化学的安定性、熱的安定性等の諸要因を考慮すると、電界質基としてスルホン酸基を備えた全フッ素系スルホン酸膜を好適に使用できる。このような膜としては、スルホン酸基を有するパーフルオロビニルエーテルとテトラフルオロエチレンとの共重合体膜であるナフィオン膜（登録商標、デュ・ポン社製）、フレミオン膜（登録商標、旭硝子社製）、アシプレックス膜（登録商標、旭硝子社製）等が挙げられる。

第１室３０ｂに被電解水Ｗが充填され、電源２４から一対の電極板３０ｄ，３０ｅの間に電圧が印加され、一対の電極板３０ｄ，３０ｅの間に電流が流れると、電極板３０ｄ（陽極）では、下記式（１）の反応が起こり、電極板３０ｅ（陰極）では、下記式（２）の反応が起こる。
２ＯＨ^－→Ｈ_２Ｏ＋Ｏ_２／２＋２ｅ^－…式（１）
２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋２ＯＨ^－…式（２）
これにより、電極板３０ｄから酸素ガス（Ｏ_２）が生成され、電極板３０ｅから水素ガス（Ｈ_２）が生成される。

水タンク３２は、電解槽３０の上方に設けられ、内部に被電解水Ｗが貯留される。水タンク３２は、給水管Ｔ３を介して電解槽３０の第１室３０ｂの下部と接続され、排気管Ｔ４を介して電解槽３０の第１室３０ｂの上部と接続されている。水タンク３２内の被電解水Ｗは、給水管Ｔ３を通じて電解槽３０の第１室３０ｂに流入する。また、第１室３０ｂ内の電極板３０ｄで生成された酸素ガスは、排気管Ｔ４を通じて水タンク３２から外部へと排気される。

被電解水Ｗは、水道水、浄水、精製水、イオン交換水、ＲＯ水、蒸留水等が含まれる。被電解水Ｗは、ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン等の電解質を適宜含有してもよい。ただし、電気分解時に水素ガス及び酸素ガス以外の余分なガスを発生させないため、イオン交換水や精製水等、水素イオン及び水酸イオン以外のイオンを含まない純水に、人工的に水溶性の化合物を添加して被電解水とすることが望ましい。特に塩素ガスは、基本的に生体にとって有益でないとされているため、本実施形態の水タンク３２に貯留される被電解水Ｗは、塩素イオンの除去処理が施されていることが望ましい。

次に、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、及び図４を参照して、本実施形態の制御部２２が実行する電流値の制御処理について説明する。なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の時間軸は一致する。本実施形態の人工呼吸器１００では、所定のサイクルで吸気と呼気を繰り返し、１回の換気（吸気と呼気の１サイクル）において、所定の時間内に所定の量の酸素含有ガスを生体に吸入させる。図３（Ａ）に示すように、１回目の吸気サイクルＣ１では、流量開始点Ｓ１ａにおいて吸気が開始され、一定の流量で酸素含有ガスが生体へ吸入される。吸入される酸素含有ガスの量が一定量に到達すると、流量終了点Ｅ１ａにおいて酸素含有ガスの流量がゼロとなり、吸気が終了する。１回目の吸気サイクルＣ１が終了して所定時間が経過すると、２回目の吸気サイクルＣ２が開始される。２回目以降の吸気サイクルＣ２～Ｃ５においても、Ｃ１と同様の流量変化処理が実行される。

また、本実施形態では、制御部２２は、図３（Ａ）に示した酸素含有ガスの流量の変化に基づいて、電源２４から電解槽３０の一対の電極板３０ｄ，３０ｅに流れる電流値を制御する。図３（Ｂ）に示すように、電解槽３０に流れる電流値は、図３（Ａ）のグラフに示す時間軸と同一の時間軸において、酸素含有ガスの流量の変化に応じて増加及び減少する。即ち、１回目の吸気サイクルＣ１が開始されると同時に電流開始点Ｓ１ｂにおいて一対の電極板３０ｄ，３０ｅに一定の値の電流が流れ、吸気サイクルＣ１が終了されると同時に電流終了点Ｅ１ｂにおいて電流が停止する。２回目以降の吸気サイクルＣ２～Ｃ５においても、同様に電流値が変化する。

図４に示すフローチャートは、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示した１回の吸気サイクルＣ１～Ｃ５において、電流値及び酸素含有ガスの流量を制御するために制御部２２が実行する処理を示す。吸気サイクルＣ１～Ｃ５が開始されると、制御部２２は、まず、酸素含有ガス流量制御弁４に制御信号を送信し、酸素含有ガス流量制御弁４の開閉を制御する（ステップＳ１０）。この制御により、図３（Ａ）に示した波形に従った流量で酸素含有ガスが電解槽３０に流入し、ステップＳ１６で生成される水素ガスと混合されて、生体へ吸入される。

次に、制御部２２は、酸素含有ガス流量計６から送信される電気信号によって、酸素含有ガス流量制御弁４から電解槽３０に送出される酸素含有ガスの流量を検出する（ステップＳ１２）。この処理では、制御部２２は、酸素含有ガスの瞬時流量を検出してもよく、または所定時間内に流れた積算流量から平均流量を検出してもよい。

次に、制御部２２は、ステップＳ１２で検出した酸素含有ガスの流量に基づいて、酸素含有ガスの流量に対応する量の水素ガスを生成するために必要な電流値（Ａ）を算出する。そして、算出した電流値の電流が電解槽３０内の一対の電極板３０ｄ，３０ｅに流れるように電源２４を制御する（ステップＳ１４）。

ここで、ステップＳ１４で制御部２２が実行する電流値の算出方法について説明する。本実施形態では、制御部２２は、検出された酸素含有ガスの流量に応じて水素ガスの単位時間当たりの目標生成量（リットル／ｓ）を決定し、決定した水素ガスの目標生成量から電流値を算出する。

水素ガスの目標生成量を決定する方法として、例えば、酸素含有ガスの流量と水素ガスの目標生成量との対応関係を定義したテーブルが予め制御部２２に記憶されており、制御部２２は、ステップＳ１２で検出した酸素含有ガスの流量に対応する水素ガスの目標生成量を当該テーブルから読みだして決定してもよい。または、例えば、酸素含有ガスの流量と水素ガスの目標生成量との比例関係を示す算出式が制御部２２に記憶されており、制御部２２は、ステップＳ１２で検出した酸素含有ガスの流量を当該比例式に代入することで水素ガスの目標生成量を算出して決定してもよい。そして、制御部２２は、以下のように電流値を算出する。

ファラデーの電気分解の第２法則によると、１グラム当たりの等量の物質を析出させるのに必要な電気量が物質の種類に依らず一定であり、下記式（３）が成立する。
ｎ＝ｍ／Ｍ＝Ｉｔ／ｚＦ…式（３）
ここで、ｎ（ｍｏｌ）は物質量であり、ｍ（ｇ）は質量であり、Ｍ（ｇ／ｍｏｌ）は分子量であり、Ｉ（Ａ）は電流であり、ｔ（ｓ）は電流が流れた時間であり、ｚはイオン価数であり、Ｆはファラデー定数Ｆ（＝９．６５×１０^４（Ｃ／ｍｏｌ））である。

また、電気量Ｑ（Ｃ）＝電流Ｉ（Ａ）×時間ｔ（ｓ）であるから、上記式（３）より下記式（４）が得られる。
Ｑ＝Ｉｔ＝ｎｚＦ…式（４）

よって、ｎ＝１ｍｏｌの水素ガスを生成するために必要とされる電気量Ｑ（Ｃ）は、上記式（２）より１ｍｏｌの水素ガスＨ_２が生成されるために必要な電子の物質量は２ｍｏｌであることから、上記式（４）に、ｎ＝２、水素のイオン価数ｚ＝１、及びファラデー定数Ｆ＝９．６５×１０^４（Ｃ／ｍｏｌ）を代入することで、以下のように得ることができる。
Ｑ＝２×９．６５×１０^４（Ｃ）…式（５）

ここで、水素ガスが理想気体である場合、温度が０℃、圧力が１気圧の標準状態において、水素ガス１ｍｏｌが占める体積は２２．４（リットル）であるから、水素ガスの目標生成量Ｖ_１（リットル／ｓ）と目標生成量Ｖ_１の水素ガスを生成するために必要な電流値Ｉ_１（Ａ）との間には、以下の関係式が成立する。
２２．４／ｔ：Ｖ_１＝２×９．６５×１０^４／ｔ：Ｉ_１
この関係式を整理すると、下記式（６）が得られる。
Ｉ_１＝Ｖ_１×２×９．６５×１０^４／２２．４（Ａ）…式（６）
制御部２２は、ステップＳ１４において、上記式（６）に水素ガスの目標生成量を当てはめることにより必要な電流値Ｉ_１を算出し、電流値Ｉ_１に応じて電源２４を制御する。

ステップＳ１４の処理が実行されて電解槽３０の電極板３０ｄ，３０ｅに電流が流れることにより、電解槽３０において電気分解反応が生じ、ステップＳ１２で検出した酸素含有ガスの流量に対応する量の水素ガスが生成される（ステップＳ１６）。生成した水素ガスは、電解槽３０の第２室３０ｃに流入した酸素含有ガスと第２室３０ｃ内で混合され、混合ガスが生成される（ステップＳ１８）。なお、ステップＳ１４及びステップＳ１６において制御部２２が実行する処理は水素ガス生成工程の一例であり、ステップＳ１８において制御部２２が実行する処理は、混合ガス生成工程の一例である。

次に、制御部２２は、温度センサ１０から送信される電気信号によって、電解槽３０からフィルタ１２に送出される混合ガスの温度を検出する（ステップＳ２０）。次に、制御部２２は、電流計２６から送信される電気信号によって、電解槽３０の電極板３０ｅ（陰極）に流れる電流の電流値（単位時間当たりの電気量）を検出する（ステップＳ２２）。この処理では、制御部２２は、電極板３０ｅに流れる電流の瞬時の電流値を検出してもよく、所定時間内における積算電気量から単位時間当たりの電気量（＝電流値）を検出してもよい。

次に、制御部２２は、電解槽３０からフィルタ１２に送出される混合ガス中の水素ガスの濃度を算出する（ステップＳ２４）。具体的には、制御部２２は、ステップＳ１２で検出した酸素含有ガスの流量（リットル／ｓ）、ステップＳ２０で検出した混合ガスの温度（Ｋ）、及びステップＳ２２で検出した電流値（Ａ）に基づいて、水素ガスの体積濃度（ｖｏｌ％）を算出する。制御部２２は、この水素ガスの体積濃度を以下のようにして算出する。

上記式（５）より、標準状態において１（Ｃ）の電気量で生成される水素ガスの体積をＶ_２（リットル）とすると、以下の関係式が成立する。
２２．４：Ｖ_２＝２×９．６５×１０^４：１
この関係式を整理すると、Ｖ_２＝１．１６×１０^－４（リットル）となる。

ここで、シャルルの法則より、理想気体では、温度が１（Ｋ）増減する毎に、０℃（≒２７３Ｋ）の状態時の体積（リットル）の１／２７３ずつ体積（リットル）が増減する。従って、水素ガスの温度が０℃（≒２７３Ｋ）の状態からＴ_１℃の状態まで上昇したときの差分温度（Ｔ_１－０）をΔＴ（Ｋ）とすると、Ｔ_１℃において１（Ｃ）の電気量で生成される水素ガスの体積Ｖ_３（リットル）は、以下のように得られる。
Ｖ_３＝Ｖ_２＋Ｖ_２（ΔＴ×１／２７３）＝Ｖ_２（１＋ΔＴ／２７３）…式（７）
よって、Ｔ_１℃においてＱ（Ｃ）の電気量で生成される水素ガスの体積Ｖ_Ｈ（リットル）は、上記式（７）より、以下式（８）のように求められる。
Ｖ_Ｈ＝Ｑ×Ｖ_２（１＋ΔＴ／２７３）＝Ｉｔ×１．１６×１０^－４×（１＋ΔＴ／２７３）…式（８）

上述したように、電解槽３０の第２室３０ｃでは、生成される水素ガスが吸気管Ｔ１を通じて第２室３０ｃに流入する酸素含有ガスと混合され、これにより水素ガスの濃度が希釈される。吸気管Ｔ１を流れる酸素含有ガスの流量をＦ_ｏ（リットル／ｓ）とすると、第２室３０ｃに１秒間（単位時間）に流入する酸素含有ガスの体積Ｖ_ｏは流量Ｆ_ｏに等しく、また、第２室３０ｃにおいて水素ガスと酸素含有ガスとが混合されて生じる混合ガスの単位時間当たりの体積は、Ｖ_Ｈ＋Ｖ_ｏ＝Ｖ_Ｈ＋Ｆ_ｏであるから、下記式（９）が成立する。
水素ガスの体積濃度（ｖｏｌ％）＝（Ｖ_Ｈ／（Ｖ_Ｈ＋Ｆ_ｏ））×１００…式（９）

制御部２２は、上記式（８）に、ｔ＝１（ｓ）、ステップＳ２０で検出した混合ガスの温度ΔＴ（Ｋ）、及びステップＳ２２で検出した電流値Ｉ（Ａ）を代入することでＶ_Ｈを算出する。そして、上記式（９）にＶ_Ｈの値、ステップＳ１２で検出した酸素含有ガスの流量Ｆ_ｏを代入することにより、水素ガス送出部８から送出される混合ガス中における水素ガスの体積濃度を算出する。

なお、混合ガスの温度ΔＴによる水素ガスの体積濃度への影響は、温度１℃当たり１／２７３の変化量であり、非常に小さい。よって、混合ガスの温度を温度センサ１０によって検出する代わりに、上記式（８）のΔＴに一定値の温度を当てはめることによって、水素ガスの体積濃度を算出してもよい。

本実施形態の人工呼吸器１００では、水素ガスの目標生成量について、水素ガス送出部８から送出される水素ガスの体積濃度が０ｖｏｌ％より大きく、爆轟限界である１８．３ｖｏｌ％以下となるように設定されている。このため、本実施形態において、制御部２２は、電解槽３０の第２室３０ｃ内に取り込まれる水素ガス（電解槽３０で生成される水素ガス）の体積濃度が上記の範囲内となるように、電解槽３０の電極板３０ｄ，３０ｅに流れる電流値を制御する。この場合、爆轟または爆発の危険性を考慮して、水素ガスの体積濃度が１８．３ｖｏｌ％を上回らないことが望ましく、より好ましくは１０ｖｏｌ％を上回らないようにすることが望ましい。制御部２２は、ステップＳ２４で算出した水素ガスの濃度が所定範囲内（例えば、上記の範囲内）である場合、次の吸気サイクルに移行する。

本実施形態では、ステップＳ２４で算出される水素ガスの体積濃度が一定の値を上回る場合、制御部２２は、電解槽３０の電極板３０ｄ，３０ｅに流れる電流値を低減させ、又は電極板３０ｄ，３０ｅに対する電圧の印加を停止するように電源２４を制御してもよい。また、水素ガスの濃度が一定の値を上回る場合、制御部２２は、送気管Ｔ２に設けられたガス流出防止弁を制御して、水素ガスを電解槽３０の外部へ送出させないようにし、水素ガスを電解槽３０から排気管（図示せず）を介して外部に排出させるように制御してもよい。

また、本実施形態では、ステップＳ２４で算出される水素ガスの体積濃度が極めて低い（ほぼ０℃）場合、電解槽３０に不具合が生じているおそれがあるため、制御部２２は、電極板３０ｄ，３０ｅに対する電圧の印加を停止するように電源２４を制御してもよい。

以上のように本実施形態に係る人工呼吸器１００では、制御部２２は、酸素含有ガスの流量に基づいて、一対の電極板３０ｄ，３０ｅに流れる電流値を制御することによって水素ガス送出部８に取り込まれる水素ガスの量を調整する。このため、酸素含有ガスの流量の増減に応じて生成される水素ガスの量が増減される。また、人工呼吸器１００では、制御部２２は、水素ガスが取り込まれた後に、その濃度を算出し、濃度が一定の値を上回らないように制御する。その結果、人工呼吸器１００では、精度の高い安定した水素ガス濃度の水素ガスを体内に供給することができる。

また、本実施形態に係る人工呼吸器１００では、被電解水Ｗを電気分解することによって水素ガスを生成しているので、生成される水素ガスの温度及び湿度が一定のレベルに保たれる。このため、生体に対して少なくとも３５℃～４０℃の温度であり、湿度は各々の温度において少なくとも相対湿度にして１００％以上の混合ガスを供給することができる。その結果、使用者の健康状態によっては、従来、人工呼吸器で必要とされる加温・加湿機能を有する人工鼻や加温加湿器の取付けが不要となる場合がある。

また、本実施形態に係る人工呼吸器１００では、温度センサ１０によって混合ガスの温度を検出しているため、制御部２２は、検出された温度に基づいて、一対の電極板３０ｄ，３０ｅに流れる電流値を制御してもよい。電流値を制御することによって、電解槽３０内で生成される混合ガスの温度を調整することができる。

このように温度に基づいて電流値を制御する場合、温度センサ１０を設ける位置を変えることによって、酸素含有ガス、水素ガス、混合ガス、のうち少なくとも一つのガスの温度を検出し、検出した温度に基づいて電流値を制御してもよい。

電解槽３０では、一対の電極板３０ｄ，３０ｅに電流を流すことにより電気分解が進行すると、隔膜３０ｆと電極板３０ｄ，３０ｅが通電に伴う抵抗によって発熱し、電解槽３０の温度が上昇することで、電解槽３０で生成される水素ガスの温度が上昇する（例えば、電流値が一定である場合、電気分解を開始してから６時間が経過するまでの間に、生成される水素ガスの温度が２０℃以上上昇する）。このため、一対の電極板３０ｄ，３０ｅに流れる電流値を低下させることにより、隔膜３０ｆと電極板３０ｄ，３０ｅの発熱量が低下し、電解槽３０で生成される水素ガスの温度上昇を抑えることができる。

ここで、生体へ吸入させるべき吸気の温度は、２０℃前後～体温程度であることが好ましい。このため、制御部２２は、温度センサ１０で検出した温度に基づいて、水素ガス送出部８から送出される混合ガスの温度が２０℃前後～体温程度の温度となるように電流値を制御してもよい。なお、制御部２２による電流値の制御によらず、混合ガスの温度が２０℃前後～体温程度となるような加温手段を別途設けてもよい。また、フィルタ１２と生体との間に加温器を別途設けてもよい。

（第２実施形態）
図面を参照して第２実施形態に係る人工呼吸器（ガス供給装置の一例）２００について詳述する。図５に示すように、人工呼吸器２００は、水素ガス送出部３８から送出される水素ガスが混合部４０において酸素含有ガスと混合される点で第１実施形態の人工呼吸器１００と異なっている。即ち、本実施形態では、酸素含有ガスと水素ガスとが水素ガス送出部３８の外部で混合される。また、人工呼吸器２００では、温度センサ１０とフィルタ１２の間に、湿度センサ１１が設けられている。その他の構成については、第１実施形態の人工呼吸器１００と同様であるため説明を省略する。

図５に示すように、人工呼吸器２００では、水素ガス送出部３８とフィルタ１２との間に、酸素含有ガスと水素ガスとが混合される混合部４０が設けられている。そして、酸素含有ガス流量制御弁４から送出される酸素含有ガスは、酸素含有ガス流量計６を経て混合部４０に流入されるようになっている。

図６に示すように、本実施形態に係る水素ガス送出部３８は、電解槽５０と、水タンク３２とにより構成される。水素ガス送出部３８は、電解槽５０の第２室５０ｃを除いて、第１実施形態の水素ガス送出部８と同様の構成である。電解槽５０の第２室５０ｃには、外部と接続される管として送気管Ｔ５のみが設けられている。本実施形態では、第２室５０ｃに取り込まれた水素ガスは、他のガスと混合されることなく、送気管Ｔ２を通して水素ガス送出部３８の外部へと送出され、混合部４０に流入する。

水素ガス送出部３８から混合部４０に送出された水素ガスは、混合部４０に流入した酸素含有ガスと混合部４０内で混合され、混合ガスとしてフィルタ１２に送出される。本実施形態における混合部４０は、内部に酸素含有ガスと水素ガスとが混合され得る空間が設けられているものであればよく、混合部４０の構成については限定されない。

湿度センサ１１は、混合部４０からフィルタ１２へと送出される混合ガスの湿度を検出し、検出した湿度を電気信号に変換して制御部２２に送信する。

本実施形態に係る人工呼吸器２００では、制御部２２は、第１実施形態と同様に、酸素含有ガスの流量に基づいて、一対の電極板５０ｄ，５０ｅに流れる電流値を制御することによって水素ガス送出部３８に取り込まれる水素ガスの量を調整する。このため、酸素含有ガスの流量の増減に応じて生成される水素ガスの量が増減される。その結果、人工呼吸器２００では、精度の高い安定した水素ガス濃度の水素ガスを体内に供給することができる。

また、本実施形態に係る人工呼吸器２００では、湿度センサ１１によって混合ガスの湿度を検出しているため、制御部２２は、検出された湿度に基づいて、一対の電極板５０ｄ，５０ｅに流れる電流値を制御してもよい。電流値を制御することによって、電解槽５０で生成される水素ガスの生成量を制御し、水素ガス送出部３８から送出される混合ガスの湿度を調整することができる。

ここで、電気分解により発生する水素ガスは、通常、相対湿度（実際の水蒸気量／飽和水蒸気量×１００）にして１００％の水素ガスである。また、生体へ吸入させるべき吸気の湿度は、相対湿度にして通常５０％以上、好ましくは１００％である。このため、制御部２２は、水素ガス送出部３８から送出される混合ガスの相対湿度が５０％以上となるように一対の電極板５０ｄ，５０ｅの電流値を制御してもよい。

なお、制御部２２による電流値の制御によって水素ガス送出部３８から送出される混合ガスの相対湿度を調整する以外に、例えば、水素ガス送出部３８へ送出される酸素含有ガス（水素ガスと混合される酸素含有ガス）を加湿する手段を設けてもよい。また、水素ガス送出部３８から送出される混合ガスの相対湿度が高い値であっても人工呼吸器２００の使用者へ吸入させるべき吸気の絶対湿度が不足する場合は、フィルタ１２と生体との間に加湿器を別途設けてもよい。使用者へ吸入させるべき吸気の相対湿度（又は絶対湿度）に応じて混合ガスの湿度を調整できる構成を適宜設けてよい。

このように湿度に基づいて電流値を制御する場合、湿度センサ１１を設ける位置を変えることによって、酸素含有ガス、水素ガス、混合ガス、のうち少なくとも一つのガスの湿度を検出し、検出した湿度に基づいて電流値を制御してもよい。

本実施形態に係る人工呼吸器２００では、第１実施形態に係る人工呼吸器１００と同様に、酸素含有ガスの流量に基づいて、酸素含有ガス流量制御弁４を制御し、電極板５０ｄ，５０ｅに流れる電流値を制御することができ、これにより、水素ガス送出部３８に取り込まれる水素ガスの量を調整することができる。このため、人工呼吸器２００では、精度の高い安定した水素ガス濃度の水素ガスを体内に供給することができる。

（第３実施形態）
図面を参照して第３実施形態に係る人工呼吸器３００について詳述する。図７に示すように、人工呼吸器３００は、希釈ガス取込部６２を備える点で第１実施形態の人工呼吸器１００と異なっている。人工呼吸器３００では、酸素含有ガスに加え、希釈ガス取込部６２から送出された希釈ガスが水素ガス送出部５８に流入する。また、人工呼吸器３００では、希釈ガス取込部６２と水素ガス送出部５８の間に、希釈ガス流量計６０が設けられている。その他の構成については、第１実施形態の人工呼吸器１００と同様であるため説明を省略する。

希釈ガス取込部６２は、圧縮された酸素含有ガスが封入されたボンベ等の容器からなる希釈器（図示せず）と、希釈ガス流量制御弁（図示せず）と、を備えている。希釈器内に封入された酸素含有ガス（希釈ガス）は、酸素含有ガス流量制御弁４から送出される酸素含有ガス（吸入用酸素含有ガス）とは別に、水素ガス送出部５８に取り込まれる水素ガスを希釈するためのガスである。希釈ガス取込部６２では、希釈ガスが、希釈器から取り込まれ、希釈ガス流量制御弁によって流量が調整されて希釈ガス取込部６２の外部へと送出される。

希釈ガス流量計６０は、希釈ガス取込部６２から水素ガス送出部５８へ送出される希釈ガスの流量を検出し、検出した流量を電気信号に変換して制御部２２に送信する。

図８に示すように、本実施形態に係る水素ガス送出部５８は、電解槽７０と、水タンク３２とにより構成される。水素ガス送出部５８は、電解槽７０の第２室７０ｃを除いて、第１実施形態の水素ガス送出部８と同様の構成である。電解槽７０の第２室７０ｃには、酸素含有ガスが流入する吸気管Ｔ１及び混合ガスが送出される送気管Ｔ２に加え、希釈ガスが流入する第２吸気管Ｔ６が設けられている。本実施形態では、第２室７０ｃに取り込まれた水素ガスに対して、第２室７０ｃに流入した酸素含有ガス及び希釈ガスが第２室７０ｃ内で混合され、混合ガスとして送気管Ｔ２を通してフィルタ１２に送出される。なお、本実施形態でいう混合ガスとは、酸素含有ガスと希釈ガスと水素ガスとの混合ガスをいう。

本実施形態に係る人工呼吸器３００の制御部２２が実行する電流値の制御処理は、図４に示す処理のうち以下の点において異なる。ステップＳ２０の処理では、制御部２２は、温度センサ１０から送信される電気信号によって、水素ガスと酸素含有ガスと希釈ガスとが混合された混合ガスの温度を検出する。

ここで、希釈ガス取込部６２から送出される希釈ガスの流量をＦ_Ｄ（リットル／ｓ）とすると、電解槽７０の第２室７０ｃに１秒間（単位時間）に流入する希釈ガスの体積Ｖ_Ｄは流量Ｆ_Ｄに等しい。従って、本実施形態において、第２室７０ｃに生じる混合ガスの単位時間当たりの体積は、Ｖ_Ｈ＋Ｆ_ｏ＋Ｆ_Ｄとなる。このため、下記式（１０）が成立する。
水素ガスの体積濃度（ｖｏｌ％）＝（Ｖ_Ｈ／（Ｖ_Ｈ＋Ｆ_ｏ＋Ｆ_Ｄ））×１００…式（１０）

本実施形態の人工呼吸器３００では、制御部２２は、上記式（１０）から算出される水素ガスの体積濃度が水素ガスの目標生成量（例えば、０ｖｏｌ％より大きく、１８．３ｖｏｌ％以下の範囲内）となるように、酸素含有ガスの流量に基づいて、希釈ガス流量制御弁を制御して希釈ガスの流量を調整する。さらに、制御部２２は、電解槽７０の第２室７０ｃ内に取り込まれる水素ガスの体積濃度が水素ガスの目標生成量となるように、電解槽７０の電極板７０ｄ，７０ｅに流れる電流値を制御する。

以上のように本実施形態に係る人工呼吸器３００の制御部２２は、水素ガス送出部５８から送出される混合ガス中の水素ガスの体積濃度が所定の範囲内となるように、酸素含有ガス流量計で検出される酸素含有ガスの流量に基づいて、酸素含有ガス流量制御弁４及び希釈ガス流量制御弁を制御するとともに、電極板７０ｄ，７０ｅに流れる電流値を制御することにより、水素ガス送出部５８に取り込まれる水素ガスの量を調整する。このため、人工呼吸器３００では、精度の高い安定した水素ガス濃度の水素ガスを体内に供給することができる。

また、本実施形態に係る人工呼吸器３００では、希釈ガス取込部６２が希釈器を備える構成を例示したが、これに限定されない。例えば、希釈ガス取込部６２が希釈器を備えておらず、人工呼吸器３００の外部に設置されたボンベ等から希釈ガスを取り込むような構成であってもよい。

また、本実施形態に係る人工呼吸器３００では、電解槽７０の第２室７０ｃにおいて、水素ガスと酸素含有ガスと希釈ガスとが同時に混合される構成を例示したが、これに限定されない。例えば、水素ガスが酸素含有ガスと混合された後に希釈ガスと混合される構成であってもよく、水素ガスが希釈ガスと混合された後に酸素含有ガスと混合される構成であってもよい。または、水素ガスが希釈ガスとのみ混合され、酸素含有ガスは水素ガスと混合されることなくフィルタ１２に送出される構成であってもよい。

（第４実施形態）
図面を参照して第４実施形態に係る人工呼吸器（ガス供給装置の一例）４００について詳述する。図９に示すように、人工呼吸器４００は、水素ガス送出部７８において、人工呼吸器４００の外部に設置された水素ボンベ８０から水素ガスを取り込む構成とされている点で第１実施形態の人工呼吸器１００と異なっている。その他の構成については、第１実施形態の人工呼吸器１００と同様であるため説明を省略する。

本実施形態に係る水素ガス送出部７８は、電解槽や水タンクを備える構成とはなっておらず、例えば、酸素含有ガス流量制御弁４から送出された酸素含有ガスと水素ボンベ８０から取り込まれた水素ガスとが混合され得る空間が内部に設けられた構成となっている。また、水素ガス送出部７８には、水素ボンベ８０を取付けるための取付部（図示せず）と、水素ボンベ８０から取り込まれる水素ガスの流量を制御するための水素ガス流量制御弁（図示せず）と、水素ガス送出部７８に流入する水素ガスの流量を検出する水素ガス流量計（図示せず）と、が設けられている。

本実施形態では、水素ボンベ８０から水素ガス送出部７８に取り込まれる水素ガスの流量が水素ガス流量制御弁によって制御される。水素ボンベ８０から水素ガス送出部７８に取り込まれた水素ガスは、水素ガス送出部７８に流入した酸素含有ガスと水素ガス送出部７８内で混合され、混合ガスとしてフィルタ１２に送出される。

本実施形態に係る人工呼吸器４００の制御部２２は、水素ガス送出部７８から送出される混合ガス中の水素ガスの体積濃度が所定の範囲内（例えば、０ｖｏｌ％より大きく、１８．３ｖｏｌ％以下の範囲内）となるように、酸素含有ガスの流量に基づいて、水素ガス流量制御弁を制御し、水素ボンベ８０から水素ガス送出部７８に取り込まれる水素ガスの量を調整する。このため、人工呼吸器４００では、安全性を維持しながら、適切な量の水素ガスを体内に供給することができる。

（第５実施形態）
図面を参照して第５実施形態に係る人工呼吸器（ガス供給装置の一例）５００について詳述する。図１０に示すように、人工呼吸器５００は、酸素含有ガス流量制御弁４の下流にバイパス弁（切替部の一例）８４が設けられている点で第１実施形態の人工呼吸器１００と異なっている。その他の構成については、第１実施形態の人工呼吸器１００と同様であるため説明を省略する。

図１０に示すように、人工呼吸器５００では、酸素含有ガス流量制御弁４から送出される酸素含有ガスが酸素含有ガス流量計６を経てバイパス弁８４に流入する。バイパス弁８４の下流側には、酸素含有ガスをバイパス弁８４から水素ガス送出部８８に送出する第１流路Ｔ７と、水素ガス送出部８８を経由することなく酸素含有ガスをフィルタ１２を経て人工呼吸器５００の外部へ送出する第２流路Ｔ８と、が設けられている。

バイパス弁８４は、酸素含有ガスの流れる方向を第１流路Ｔ７と第２流路Ｔ８とのいずれかに切り替える弁である。バイパス弁８４は、例えば制御部２２の制御により開閉する弁を有し、この弁が開閉することにより酸素含有ガスの流れる方向が制御される。第１流路Ｔ７が通じている状態では、バイパス弁８４から送出される酸素含有ガスは、水素ガス送出部８８に流入し、水素ガス送出部８８において水素ガスと混合され、混合ガスとしてフィルタ１２へ送出される。第２流路Ｔ８が通じている状態では、バイパス弁８４から送出される酸素含有ガスは、水素ガスと混合されることなくフィルタ１２へ送出される。

人工呼吸器５００では、水素ガス送出部８８から送出される水素ガスの体積濃度が一定の値を上回る場合等、当該水素ガスを生体に供給することが有害であると判定される場合（異常時）に、制御部２２がバイパス弁８４を制御することで、第２流路Ｔ８が通じている状態に切り替えてもよい。この制御によって、酸素含有ガス流量制御弁４から送出される酸素含有ガスを水素ガス送出部８８に送出することなく、フィルタ１２に送出させることができる。これにより、人工呼吸器５００は、異常時に通常の人工呼吸器５００として機能することができる。

以上のように本実施形態に係る人工呼吸器５００では、第１実施形態に係る人工呼吸器１００と同様の効果を得ることができるとともに、有害な水素ガスが送出される等の異常時にも対応させることができる。

なお、本実施形態では、バイパス弁８４が制御部２２の制御により開閉する弁を有する構成を例示したが、バイパス弁８４が手動によって開閉する弁を有する構成であってもよい。

（第６実施形態）
図面を参照して第６実施形態に係る人工呼吸器６００について詳述する。図１１に示すように、人工呼吸器６００は、第３実施形態と同様に、希釈ガス取込部６２を備える。一方、人工呼吸器６００では、希釈ガス取込部６２から送出された希釈ガスのみが水素ガス送出部９８に流入し、酸素含有ガスは水素ガス送出部９８を経由することなく、フィルタ１２へと送出される点で第３実施形態と異なっている。その他の構成については、第３実施形態の人工呼吸器３００と同様であるため説明を省略する。

本実施形態に係る水素ガス送出部９８は、第１実施形態の水素ガス送出部８において、吸気管Ｔ１に酸素含有ガスが流入する代わりに希釈ガスが流入する点で第１実施形態の水素ガス送出部８と異なっている。本実施形態に係る水素ガス送出部９８では、水素ガス送出部９８に取り込まれた水素ガスに対して、吸気管から流入した希釈ガスが混合され、混合ガスとして送気管を通してフィルタ１２に送出される。従って、本実施形態でいう混合ガスとは、水素ガスと希釈ガスとの混合ガスをいう。

本実施形態に係る人工呼吸器６００の制御部２２が実行する電流値の制御処理は、図４に示す処理のうち以下の点において異なる。ステップＳ２０の処理では、制御部２２は、温度センサ１０から送信される電気信号によって、水素ガスと希釈ガスとが混合された混合ガスの温度を検出する。

ここで、希釈ガス取込部６２から送出される希釈ガスの流量をＦ_Ｄ（リットル／ｓ）とすると、水素ガス送出部９８に１秒間（単位時間）に流入する希釈ガスの体積Ｖ_Ｄは流量Ｆ_Ｄに等しい。従って、本実施形態において、水素ガス送出部９８内に生じる混合ガスの単位時間当たりの体積は、Ｖ_Ｈ＋Ｆ_Ｄとなる。このため、下記式（１１）が成立する。
水素ガスの体積濃度（ｖｏｌ％）＝（Ｖ_Ｈ／（Ｖ_Ｈ＋Ｆ_Ｄ））×１００…式（１１）

本実施形態の人工呼吸器６００では、制御部２２は、上記式（１１）から算出される水素ガスの体積濃度が水素ガスの目標生成量（例えば、０ｖｏｌ％より大きく、１８．３ｖｏｌ％以下の範囲内）となるように、希釈ガスの流量に基づいて、水素ガス送出部９８内の電解槽の電極板に流れる電流値を制御する。

以上のように本実施形態に係る人工呼吸器６００の制御部２２は、水素ガス送出部９８から送出される混合ガス中の水素ガスの体積濃度が所定の範囲内となるように、希釈ガス流量計６０で検出される希釈ガスの流量に基づいて、水素ガス送出部９８内の電極板に流れる電流値を制御することにより、水素ガス送出部９８に取り込まれる水素ガスの量を調整する。このため、人工呼吸器６００では、精度の高い安定した水素ガス濃度の水素ガスを体内に供給することができる。

（他の実施形態）
上記の各実施形態では、第１室内に設けられた電極板が隔膜に接触する構成を例示したが、例えば電極板が隔膜から所定の距離をあけて設けられていてもよい。また、上記の実施形態では、第２室内に設けられた電極板が隔膜に接触する構成を例示したが、必ずしも圧着されている必要はなく、隔膜と電極板との間に水膜が形成されている程度に接触していればよい。なお、電解槽に設けられる電極は板状に限定されるものではなく、例えば円筒状であってもよい。

上記の各実施形態において、電解槽の構成は限定されるものではない。上記の各実施形態では、電極板に設けられた隔膜が１つであるものを例示したが、電解槽に設けられる隔膜の形状、個数等については限定されない。また、電解槽の内部を区画するものは隔膜に限られず、プラスチック等の材料であってもよい。

上記の各実施形態では、電解槽の陰極側に被電解水が導入される場合、電解槽の陽極側と陰極側の双方に被電解水が導入される場合も含まれる。電解槽の陽極側と陰極側の双方に被電解水が導入される電解槽の一例として、図１２に示すような電解槽９０を採用することができる。図１２に示す電解槽９０は、筐体、第１室９０ｂ、第２室９０ｃ、第１室９０ｂに設けられた電極板（陽極）９０ｄ，第２室９０ｃに設けられた電極板（陰極）９０ｅ、両電極板９０ｄ，９０ｅの間を隔てる隔膜９０ｆと、を備える。また、筐体内部の下方には、第１室９０ｂと第２室９０ｃとの間を連通する連通部９０ｇが設けられている。被電解水は、図示しない水タンクから第１室９０ｂに流入し、連通部９０ｇを通して第１室９０ｂと第２室９０ｃの両者に亘って第１水位Ｌ１（一対の電極板９０ｄ，９０ｅ及び隔膜９０ｆの下端よりも上の位置）まで貯留されている。

この電解槽９０では、以下のように被電解水の電気分解が行われる。電極板（陽極）９０ｄに電流が流れると、陽極側の第１室９０ｂでは酸素ガスが発生し、陰極側の第２室９０ｃでは水素ガスが発生する。このとき発生する酸素ガス及び水素ガスは、第１水位Ｌ１まで貯留されている被電解水によって、第１室９０ｂと第２室９０ｃの間を往来することが阻まれるため、混合されることはない。このため、酸素ガスは水素ガスと混合されることなく第１室の外部へと送出され、水素ガスは第１室の酸素ガスと混合されることなく、第２室に流入する酸素含有ガスと混合され、混合ガスとしてフィルタへ送出される。

電気分解が長時間行われることにより被電解水の水位が下がり、電極板９０ｄ，９０ｅの下端に至る第２水位Ｌ２になると、被電解水が電極板９０ｄ，９０ｅと非接触となり、水素ガスと酸素ガスの発生は停止する。なお、このとき、第２水位Ｌ２に至る被電解水によって連通部９０ｇが充填されているため、第１室９０ｂと第２室９０ｃとの間で気体の往来は生じない。

上記の各実施形態では、制御部２２が、１回の換気において、所定の時間内に所定の量の酸素含有ガスを生体に吸入させる構成を例示したが、例えば、制御部２２が、１回の換気において、所定の時間内に所定の気圧であり、かつ可変量の酸素含有ガスを生体に吸入させる構成であってもよい。この場合、生体に吸入させる酸素含有ガスの量が変化するため、上述した制御部２２が電流値を算出する処理は、１回の吸気サイクルにおいて繰り返し実行されることが望ましい。

上記の各実施形態では、ガス供給装置の一例として人工呼吸器を例示したが、これに限定されない。例えば、ガス供給装置として空間上にガスを送出する装置を採用してもよい。なお、生体に対してだけでなく、呼吸をする生物を対象としてもよい。

８，３８，５８，７８，８８，９８ 水素ガス送出部
１０ 温度センサ
１１ 湿度センサ
２２ 制御部
３０，５０，７０，９０ 電解槽
３０ｄ，５０ｄ，７０ｄ，９０ｄ 電極板（電極）
３０ｅ，５０ｅ，７０ｅ，９０ｅ 電極板（電極）
６２ 希釈ガス取込部
８４ バイパス弁（切替部）
１００，２００，３００，４００，５００，６００ 人工呼吸器（ガス供給装置）
Ｔ７ 第１流路
Ｔ８ 第２流路
Ｗ 被電解水

Claims (10)

1. 酸素含有ガスと水素ガスとを生体に供給する人工呼吸器であって、
   一対の電極を用いた被電解水の電気分解により前記水素ガスを生成して取り込み、取り込まれた前記水素ガスを前記人工呼吸器の外部へ送出する水素ガス送出部と、
   前記水素ガス送出部に取り込まれる前記水素ガスの量を調整する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記酸素含有ガスの流量を調整し、前記酸素含有ガスの流量に基づいて、所定のサイクルで繰り返す吸気サイクルと呼気サイクルのうちの前記吸気サイクルの開始と同時に前記一対の電極に電流が流れ、前記吸気サイクルの終了と同時に前記電流が停止するように前記電流の値を制御することによって、前記水素ガス送出部に取り込まれる前記水素ガスの量を調整する、
   人工呼吸器。
2. 前記酸素含有ガスは、酸素ボンベからの圧縮酸素と、圧縮空気が封入されたボンベからの圧縮空気あるいは外部から取り込んで圧縮された圧縮空気とを混合して得られたものである、
   請求項１に記載の人工呼吸器。
3. 前記制御部は、前記水素ガス送出部に送入されて前記水素ガスと混合される前記酸素含有ガスの流量に基づいて、前記一対の電極に流れる前記電流の値を制御することによって前記水素ガス送出部に取り込まれる前記水素ガスの量を調整する、
   請求項１に記載の人工呼吸器。
4. 前記酸素含有ガス、前記水素ガス、前記酸素含有ガスと前記水素ガスとの混合ガス、のうち少なくとも一つのガスの温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記制御部は、前記酸素含有ガスの流量と前記温度センサで検出された温度とに基づい
   て、前記水素ガス送出部に取り込まれる前記水素ガスの量を調整する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の人工呼吸器。
5. 前記酸素含有ガス、前記水素ガス、前記酸素含有ガスと前記水素ガスとの混合ガス、のうち少なくとも一つのガスの湿度を検出する湿度センサをさらに備え、
   前記制御部は、前記酸素含有ガスの流量と前記湿度センサで検出された湿度とに基づいて、前記水素ガス送出部に取り込まれる前記水素ガスの量を調整する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の人工呼吸器。
6. 前記制御部は、前記水素ガス送出部から送出される前記水素ガスの体積濃度が０ｖｏｌ％より大きく１８．３ｖｏｌ％以下となるように、前記水素ガス送出部に取り込まれる前記水素ガスの量を調整する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の人工呼吸器。
7. 前記制御部は、前記酸素含有ガスと前記水素ガスとが混合された混合ガスにおける前記水素ガスの体積濃度を目標濃度となるように、前記水素ガス送出部に取り込まれる前記水素ガスの量を調整する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の人工呼吸器。
8. 前記酸素含有ガスを前記水素ガス送出部に送出する第１流路と、前記水素ガス送出部を経由することなく前記酸素含有ガスを前記人工呼吸器の外部へ送出する第２流路と、前記第１流路と前記第２流路とを切り替える切替部と、をさらに備える、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の人工呼吸器。
9. 前記水素ガス送出部に取り込まれた前記水素ガスと混合される希釈ガスを取り込む希釈ガス取込部を備え、
   前記制御部は、前記酸素含有ガスの流量を調整し、所定のサイクルで繰り返す吸気サイクルと呼気サイクルとに基づいて、前記一対の電極に流れる前記電流の値を制御することによって前記水素ガス送出部に取り込まれる前記水素ガスの量を調整する、
   請求項１に記載の人工呼吸器。
10. 前記制御部は、前記水素ガス送出部から送出される前記水素ガスの体積濃度が０ｖｏｌ％より大きく１８．３ｖｏｌ％以下となるように、前記希釈ガス取込部に取り込まれる前記希釈ガスの流量と前記水素ガス送出部に取り込まれる前記水素ガスの量とを調整する、
    請求項９に記載の人工呼吸器。

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