特許 6243480 呼吸用気体の加温加湿器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6243480

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】呼吸用気体の加温加湿器

(51)【国際特許分類】

   A61M 16/16 20060101AFI20171127BHJP

   A61M 16/10 20060101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   A61M16/16 B

   A61M16/10 C

【請求項の数】3

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-119988(P2016-119988)

(22)【出願日】2016年6月16日

(62)【分割の表示】特願2014-193149(P2014-193149)の分割

【原出願日】2014年9月22日

(65)【公開番号】特開2016-168383(P2016-168383A)

(43)【公開日】2016年9月23日

【審査請求日】2016年6月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】390022541

【氏名又は名称】アトムメディカル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101465

【弁理士】

【氏名又は名称】青山 正和

(72)【発明者】

【氏名】松原 一雄

(72)【発明者】

【氏名】松原 照己

(72)【発明者】

【氏名】小林 心一

(72)【発明者】

【氏名】田邉 佳史

【審査官】 和田 将彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−２３２８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４２２５５４２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３０９１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５０１３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０４２７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｍ １６／１６

Ａ６１Ｍ １６／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水を溜める容器部とその容器部の上部に取り付けられる蓋部とにより構成されるチャンバ内に呼吸用気体を流通させて加温加湿する呼吸用気体の加温加湿器であって、
前記チャンバには、
前記チャンバ内に呼吸用気体を取り入れる吸入口と、
前記チャンバ内で加湿された呼吸用気体を外部に導き出す吹出口と、
前記チャンバ内に水を供給する給水口と、
ヒータにより加熱され上下方向に沿って配置される加熱板と、
前記チャンバ内の水に下部を浸漬させて湿潤状態に保たれる第１シート状加湿部材とが備えられ、
前記第１シート状加湿部材は、前記加熱板に面接触するとともに、その表面に沿って前記呼吸用気体を流通させるように配置されており、
前記加熱板は、前記チャンバの中心部に上下方向に沿う円筒状に配置され、前記第１シート状加湿部材は、前記加熱板の外周面に面接触して円筒状に取り付けられており、
前記吸入口は前記蓋部に設けられ、該吸入口に、前記呼吸用気体を送り込む供給用ホースが前記容器部の内周面の略水平方向に引いた接線と略平行な方向に沿って接続されている呼吸用気体の加温加湿器。

【請求項2】

前記チャンバには、前記第１シート状加湿部材と間隔をおいて配置され前記チャンバの内部空間を前記第１シート状加湿部材が配置される加湿空間とその加湿空間に隣接する予熱空間との二重のリング状空間に区画する円筒状の仕切り板が備えられ、
前記吹出口は前記蓋部に設けられ、
前記予熱空間に前記吸入口が設けられ、前記加湿空間に前記吹出口が設けられており、
前記予熱空間と前記加湿空間とは前記仕切り板の下部に設けられる連通部によって前記呼吸用気体を前記予熱空間から前記加湿空間に流通する構成とされている請求項１に記載の呼吸用気体の加温加湿器。

【請求項3】

前記仕切り板の表裏面には一対の第２シート状加湿部材が取り付けられており、
前記一対の第２シート状加湿部材は、前記チャンバ内の水に下部を浸漬させて湿潤状態に保たれる構成とされる請求項２に記載の呼吸用気体の加温加湿器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人工呼吸器や酸素吸入療法等に用いられる呼吸用気体を適度の温度、湿度に維持するための加温加湿器に関する。

【背景技術】

【0002】

所定量の酸素を含んだ呼吸用気体を患者の気道へ送る人工呼吸器や、酸素吸入療法のための装置が知られている。このような装置においては、患者に乾燥した呼吸用気体が供給されると、時間の経過とともに患者の喉、鼻腔及び粘膜を乾燥させ、患者に不快感を与えるだけではなく、気道の損傷をもたらすおそれがある。このため、従来から呼吸用気体に水蒸気を取り込んで適度の温度、湿度に維持するための加温加湿器が用いられてきた。

【0003】

このような呼吸用気体の加温加湿器としては、例えば特許文献１又は特許文献２に開示されているような水を溜めたチャンバ内に呼吸用気体を通過させ、蒸発した水分で加湿するもの等が知られている。
例えば、特許文献１では、水を溜めるチャンバに発熱体が設けられており、チャンバ内の水を加熱することにより、蒸発速度を増加させ、チャンバを通過する呼吸用気体（呼吸ガス）に取り込まれる水蒸気の量を増加させた加温加湿器（加湿器）が提案されている。
また、特許文献２では、チャンバの底璧部に伝熱プレートを設けており、その伝熱プレートによりチャンバ内に溜められた水を加熱して温められるようになっている。
さらに、特許文献３には、中空繊維膜により呼吸用気体が流れる通路を形成し、その中空繊維膜を包囲する包囲体を有する装置が提案されている。そして、水は、中空繊維膜に供給されるようになっており、その中空繊維膜の外表面と包囲体との間の空間を通過することにより、水蒸気を中空繊維膜の内部に流れる呼吸用気体に供給するようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１１‐５１２８８９号公報

【特許文献2】特開２０１２‐１８５８２５号公報

【特許文献3】特表２００７‐５３０１５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところが、患者が心肺停止状態である場合などに呼吸用気体を人体に強制的に供給する場合や、近年注目されているハイフロー（患者の吸気よりも高い流量で呼吸用気体を供給する）療法においては、通常よりも高流量で呼吸用気体が人体に供給される。
この点、特許文献１や特許文献２に記載される加温加湿器では、チャンバ内に溜めた水を加熱することから、水面から水蒸気が生じるまでに加熱に時間を要するとともに、供給する呼吸用気体と水との接触面積がチャンバ内に溜められた水の表面に限られることから、呼吸用気体の流量を多くすると十分な加湿を行うことが難しくなる。
また、特許文献３に記載の装置においては、水と呼吸用気体との接触面積を増やすことにより加湿能力を高めることとしているが、この装置による加湿も十分なものではなく、より一層の加湿能力の向上が求められる。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、呼吸用気体の加湿効率を高めることができ、呼吸用気体を高流量で供給した場合においても安定した加湿能力を維持して連続的な運転を行うことができる呼吸用気体の加温加湿器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、水を溜める容器部とその容器部の上部に取り付けられる蓋部とにより構成されるチャンバ内に呼吸用気体を流通させて加温加湿する呼吸用気体の加温加湿器であって、前記チャンバには、前記チャンバ内に呼吸用気体を取り入れる吸入口と、前記チャンバ内で加湿された呼吸用気体を外部に導き出す吹出口と、前記チャンバ内に水を供給する給水口と、ヒータにより加熱され上下方向に沿って配置される加熱板と、前記チャンバ内の水に下部を浸漬させて湿潤状態に保たれる第１シート状加湿部材とが備えられ、前記第１シート状加湿部材は、前記加熱板に面接触するとともに、その表面に沿って前記呼吸用気体を流通させるように配置されており、前記加熱板は、前記チャンバの中心部に上下方向に沿う円筒状に配置され、前記第１シート状加湿部材は、前記加熱板の外周面に面接触して円筒状に取り付けられており、前記吸入口は前記蓋部に設けられ、該吸入口に、前記呼吸用気体を送り込む供給用ホースが前記容器部の内周面の略水平方向に引いた接線と略平行な方向に沿って接続されている。

【0008】

チャンバ内の水全体を加熱するのではなく、その水に下部を浸漬させて湿潤状態となっている第１シート状加湿部材を加熱するので、少ないエネルギーで確実に水を蒸発させることができる。また、第１シート状加湿部材の表面に呼吸用気体を接触させながら通過させることで、水の蒸発速度を増加させて、水の気化量を増加させることができるので、呼吸用気体に水蒸気を取り込ませ易くすることができる。
ところで、ハイフロー等の高流量で呼吸用気体を送り出す場合には、第１シート状加湿部材における気化量が増加することから、その第１シート状加湿部材の下部から水を吸い上げる吸収量を超えると、第１シート状加湿部材の上部が乾燥して、加湿機能が低下するおそれがある。そこで、本発明の呼吸用気体の加温加湿器では、チャンバ内に水を供給する給水口を加熱板の上部に向けて水を供給するように設けることで、加熱板に面接触して設けられる第１シート状加湿部材を、その第１シート状加湿部材の上部においては給水口からの供給される水によって湿らせることとし、第１シート状加湿部材の下部においてはチャンバ内に溜められた水に浸漬させて下部から水を吸い上げることにより湿らせることとしている。これにより、呼吸用気体を高流量で供給した場合においても、第１シート状加湿部材の乾燥を防止でき、第１シート状加湿部材の全体で安定した加湿能力を維持して加温加湿器の連続的な運転を行うことができる。

【0009】

本発明の呼吸用気体の加温加湿器において、前記給水口からの水の供給は、給水と停止とを相互に繰り返しながら間欠的に行われる構成とされるとよい。
給水と停止とを繰り返して間欠的に給水を行い、水の供給量と供給タイミングとを調整することで、チャンバ内の水の水温や加熱板の温度の急激な変動を抑制することができる。したがって、安定した加湿能力を維持して呼吸用気体の加湿を行うことができる。

【0010】

本発明の呼吸用気体の加温加湿器において、前記チャンバには、前記第１シート状加湿部材と間隔をおいて配置され前記チャンバの内部空間を前記第１シート状加湿部材が配置される加湿空間とその加湿空間に隣接する予熱空間との二重のリング状空間に区画する円筒状の仕切り板が備えられ、前記吹出口は前記蓋部に設けられ、前記予熱空間に前記吸入口が設けられ、前記加湿空間に前記吹出口が設けられており、前記予熱空間と前記加湿空間とは前記仕切り板の下部に設けられる連通部によって前記呼吸用気体を前記予熱空間から前記加湿空間に流通する構成とされている。

【0011】

チャンバの内部空間を仕切り板により区画することで、呼吸用気体が、加熱板から離れて配置される予熱空間から加湿空間へと流れる通路が形成される。このため、チャンバ内に取り込まれた呼吸用気体は、初めに予熱空間内を通過する際に予備的に加温されるとともに、予熱空間内に蒸発している水蒸気により予備的に加湿され、その後に仕切り板の連通部を通じて加湿空間に移動される。そして、加湿空間において、呼吸用気体が加熱板によって温められた湿潤状態の第１シート状加湿部材の表面に接触することで、さらに加温加湿が促進されることとなる。
このように、予熱空間で予備的な加温加湿を行い、加湿空間で本格的な加温加湿を行う構成とし、呼吸用気体を予熱空間と加湿空間とで段階的に加温加湿することとしているの
で、呼吸用気体を高流量で供給した場合にも、速やかに加温加湿することができる。

【0012】

この場合、加熱板を円筒状に設けてチャンバの中心部に配置することで、チャンバの内部空間を中心部から周方向に順に加熱することができ、比較的温度の高い加湿空間から比較的温度の低い予熱空間までをそれぞれの領域で周方向にほぼ均等に構成することができる。また同様に、シート状加湿部材による呼吸用気体との接触面を周方向に均等に配置することができ、呼吸用気体の加温加湿を均等に行うことができる。

【0013】

本発明の呼吸用気体の加温加湿器において、前記仕切り板の表裏面には一対の第２シート状加湿部材が取り付けられており、前記一対の第２シート状加湿部材は、前記チャンバ内の水に下部を浸漬させて湿潤状態に保たれる構成とされるとよい。
チャンバの内部空間を区画する仕切り板の表裏面にもそれぞれ第２シート状加湿部材を取り付けることで、呼吸用気体が仕切り板で区画された通路内を流れる際に、湿潤状態の第２シート状加湿部材の表面に接触させることができる。したがって、加熱板に面接触して配置される第１シート状加湿部材に加えて、仕切り板に取り付けられた第２シート状加湿部材によっても加湿機能を向上させることができる。

【0014】

本発明の呼吸用気体の加温加湿器において、前記チャンバ内の水位を検出する水位センサが備えられており、前記給水口からの水の供給が、前記水位センサにより検出される水位に応じて給水量と給水タイミングとを変化させた複数段階の給水モードで管理されるとよい。
給水口からの給水量と給水タイミングを、チャンバ内の水位に応じて変化させることで、一定の水位を確保して安定した加湿を行うことができ、呼吸用気体の温度及び湿度変動を抑制することができる。なお、チャンバ内の水位が下限位置まで減少したことを検知した際には警報を出すことで、チャンバ内の水が完全になくなる前に、給水用バッグの交換を使用者に知らせることができるので、空焚き現象の発生を防止することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、チャンバ内の水全体を加熱するのではなく、湿潤状態の第１シート状加湿部材を加熱することとしているので、呼吸用気体の加湿効率を高めることができる。また、加熱板に面接触して設けられる第１シート状加湿部材を、その第１シート状加湿部材の上部と下部の双方から水を供給して湿らせることで、呼吸用気体を高流量で供給した場合においても、第１シート状加湿部材の乾燥を防止でき、第１シート状加湿部材の全体で安定した加湿能力を維持して加温加湿器の連続的な運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の呼吸用気体の加温加湿器の実施形態を示す斜視図である。

【図2】図１に示す加温加湿器の本体部分の斜視図である。

【図3】図１に示す加温加湿器のチャンバ部分の断面斜視図である。

【図4】図３に示す状態からチャンバを取り外した状態を示す加温加湿器の断面斜視図である。

【図5】図３に示す加温加湿器のチャンバ部分の要部断面図である。

【図6】チャンバの構成を説明する分解斜視図である。

【図7】タワーユニットの構造を説明する断面図である。

【図8】送水ポンプの斜視図である。

【図9】図８に示す送水ポンプの断面図である。

【図10】加温加湿器のチャンバ部分を上下方向と直交する方向に切断した断面図である。

【図11】水位センサの構成を説明する図であり、（ａ）が発光部を３つ搭載した発光基板の斜視図であり、（ｂ）が受光部を３つ搭載した受光基板の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係る呼吸用気体の加温加湿器の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１から図４に示す本実施形態の呼吸用気体の加温加湿器１００は、例えば、自発呼吸を補助して呼吸障害を治療するためのＣＰＡＰ装置等に接続されて用いられる。ＣＰＡＰ装置は、持続気道陽圧（ＣＰＡＰ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ａｉｒｗａｙ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）と呼ばれる方式の補助喚起法を用いて患者に治療を施す装置であり、ネーザルプロング、気管挿管チューブ、鼻マスク等の患者インターフェースを介して所定量の酸素と空気との混合気体からなる呼吸用気体を患者に供給する。そして、加温加湿器１００は、患者に供給される呼吸用気体を適度の温度及び湿度に維持するために設けられており、ＣＰＡＰ装置から送られる呼吸用気体は加温加湿器１００で加温加湿され、患者に供給されるようになっている。

【0018】

加温加湿器１００は、図１に示すように、制御部等が内蔵された本体１と、本体１と一体に設けられた基台２と、基台２に着脱可能に設けられたチャンバ３と、チャンバ３内に呼吸用気体を送り込む供給用ホース４と、加温加湿後の呼吸用気体をチャンバ３から患者インターフェースに送り出すインターフェース接続ホース５と、チャンバ３内に水を供給する給水部６とを備える。
また、加温加湿器１００の基台２には、チャンバ３内に溜められた水の水位を検出するための水位センサ２０（図１０参照）が設けられており、加温加湿器１００の運転時にチャンバ３内の水位に応じて、給水部６から水が供給されるようになっている。その詳細は、後述する。
なお、加温加湿器１００は、図１に示すように、キャスタ７１により移動自在な架台７上に載置されており、架台７とともに全体を移動可能になっている。また、図示は省略するが、加温加湿器１００には、チャンバ３内に呼吸用気体を送り込むためのガス供給機（例えば、ＣＰＡＰ装置）が接続される。

【0019】

基台２は、図３から図５に示すように、チャンバ３の側面部と下部を嵌め込むことによりチャンバ３を装着可能な凹部２１が形成されており、その凹部２１の中心部にほぼ円柱状のヒータ２２が垂直に立設されている。そして、ヒータ２２の表面は、熱伝導性の高い金属（例えば、アルミニウム）からなるヒートシンク２３で気密に覆われた構成とされている。

【0020】

チャンバ３は、図４及び図６に示すように、水を溜める容器部８とその容器部８の上部に取り付けられる蓋部９とから構成されており、容器部８と蓋部９とで構成されるチャンバ３の内部空間に呼吸用気体を通過させることにより、呼吸用気体を加温加湿できるようになっている。
また、容器部８及び蓋部９は、例えばポリカーボネート樹脂（ＰＣ）やＰＭＭＡ等のアクリル樹脂、ポリスルホン樹脂（ＰＳＵ）等の透明な樹脂により形成されている。

【0021】

なお、本実施形態のチャンバ３においては、容器部８と蓋部９とは接着された状態で使用される。また、チャンバ３は、基台２に設けられるヒンジ機構部２４に着脱可能に設けられており、加温加湿器１００においては、チャンバ３とヒンジ機構部２４とを連結することで、チャンバ３が正規の位置に搭載されていることを検知するようになっている。

【0022】

また、蓋部８には、チャンバ３の内部空間に呼吸用気体を取り込む吸入口４１と、チャンバ３内で加湿された呼吸用気体を外部に導き出す吹出口５１と、チャンバ３内に加湿用の水を供給する給水口６１とが設けられている。そして、吸入口４１は供給用ホース４に接続され、吹出口５１はインターフェース接続ホース５に接続され、吸水口６１は給水部６に接続されている。

【0023】

容器部８には、図３から図６に示すように、底部の中心部に熱伝導性の高い金属（例えば、アルミニウム）からなる加熱板８１が上下方向に沿って設けられている。この加熱板８１は、ほぼ円筒スリーブ状の胴体部の上端を天板部に一体に閉塞した形状に形成されている。そして、加熱板８１の外周面がチャンバ３の内部空間の一部を構成しており、内部空間がリング状の空間に形成されている。また、加熱板８１の胴体部の内側には、容器部８を基台２に装着する際にヒートシンク２３が挿入されるようになっている。

【0024】

この場合、ヒートシンク２３と加熱板８１とは、上方に向かうにしたがって漸次縮径するように若干のテーパ状に形成され、ヒートシンク２３の外周面２３ａと加熱板８１の内周面とがほぼ同じ傾斜角度に形成されていることにより、ヒートシンク２３に加熱板８１を嵌合したときに、加熱板８１の内周面とヒートシンク２３の外周面とが面接触し、ヒータ２２の熱がヒートシンク２３を介して加熱板８１に円滑に伝えられるようになっている。
そして、この加熱板８１の外周面には、円筒状の第１シート状加湿部材１１Ａが面接触して取り付けられるとともに、この第１シート状加湿部材１１Ａの周囲に間隔をあけて一対の第２シート状加湿部材１１Ｂ，１１Ｃを有するタワーユニット１０が取り付けられる。

【0025】

タワーユニット１０は、図７に示すように、内周側の第２シート状加湿部材１１Ｂを支持する円筒状の枠体１２と、外周側の第２シート状加湿部材１１Ｃを支持する仕切り板１３との二つの部品を組み合わせて構成されている。また、枠体１２と仕切り板１３とは、ポリプロピレン等の樹脂により形成される。
枠体１２は、図７に示すように、タワーユニット１０の長さ方向の両端に配置される円環部を複数本の板状部で繋いだ形状とされており、板状部の間を塞ぐように第２シート状加湿部材１１Ｂが取り付けられることにより、第２シート状加湿部材１１Ｂがほぼ円筒状に保持されている。また、仕切り板１３は、枠体１２の外側を覆う円筒状に形成されており、その外周面に第２シート状加湿部材１１Ｃが取り付けられ、円筒状に保持されている。そして、これら枠体１２と仕切り板１３とを組み合わせることで、仕切り板１３の内周面に第２シート状加湿部材１１Ｂが配置されるとともに、外周面に第２シート状加湿部材１１Ｃが配置されたタワーユニット１０が形成される。

【0026】

タワーユニット１０を容器部８に装着した状態では、タワーユニット１０（仕切り板１３）によりチャンバ３の内部空間が内側と外側との二重のリング状空間に区画される。また、タワーユニット１０は、加熱板８１に第１シート状加湿部材１１Ａを取り付けた後に容器部８に装着されるが、この際、第１シート状加湿部材１１Ａが加熱板８１の外周面に面接触するように配置されるとともに、仕切り板１３の内周面に第２シート状加湿部材１１Ｂが設けられ、外周面に第２シート状加湿部材１１Ｃが設けられることから、チャンバ３の内部空間は、図５に示すように、第１シート状加湿部材１１Ａ及び第２シート状加湿部材１１Ｂが配置される内側の加湿空間３１と、その加湿空間３１に隣接して、第２シート状加湿部材１１Ｃが配置される予熱空間３２とに区画されることとなる。

【0027】

なお、この場合、タワーユニット１０の枠体１２及び仕切り板１３は、加熱板８１と同様に、上方に向かうにしたがって漸次縮径するように傾斜を設けた若干のテーパ状に形成されており、チャンバ３の内側の加湿空間３１は、加熱板８１の外周面から一定の間隔を
あけて形成されている。

【0028】

また、タワーユニット１０の下部には、予熱空間３２と加湿空間３１とを連通する連通部３３が設けられており、この連通部３３は、図５に示すように、水面ｗ上に開口して設けられ、チャンバ３内の水は、連通部３３により予熱空間３２と加湿空間３１との間で流通可能とされ、予熱空間３２と加湿空間３１とに水が同じ水位で貯留される。なお、タワーユニット１０の連通部３３は、枠体１２、仕切り板１３及び一対の第２シート状加湿部材１１Ｂ，１１Ｃを貫通して形成されている。

【0029】

この場合、タワーユニット１０の下端部が水に浸漬するとともに、加熱板８１の下端部も水に浸漬して設けられることで、これらに取り付けられたシート状加湿部材１１Ａ〜１１Ｃの下部も水に浸漬して設けられる。一方、タワーユニット１０及び加熱板８１の大部分は水面上に露出して設けられることから、加熱板８１によってチャンバ３内の水を加熱することができるとともに、チャンバ３内の空間を温めることができ、チャンバ３の内部空間の湿度を高めることができる。
この際、加熱板８１は加湿空間３１側に配置され、加湿空間３１に溜められた水を直接的に加熱する構成とされているが、前述したように、タワーユニット１０に連通部３３を設けているので、チャンバ３内の水を、連通部３３を経由して加湿空間３１と予熱空間３２との間で流通させることができる。したがって、予熱空間３２の水も円滑に加熱することが可能となり、予熱空間３２の加湿も円滑に行えるようになっている。

【0030】

また、容器部８の中心部に配置された加熱板８１により、チャンバ３の内部空間が中心部から周方向に順に加熱されるようになっており、加湿空間３１から予熱空間３２までがそれぞれの領域で周方向にほぼ均等に加熱される。同様に、チャンバ３の中心部に周方向に均等に配置された第１シート状加湿部材１１Ａ及び第２シート状部材１１Ｂ，１１Ｃにより、チャンバ３の内部空間を通過する呼吸用気体を、加湿空間３１及び予熱空間３２のそれぞれの領域で周方向に均等に加温加湿することができる。

【0031】

また、チャンバ３の蓋部９に設けられた吸入口４１は予熱空間３２に接続され、吹出口５１は加湿空間３１に接続されており、吸入口４１から取り込まれた呼吸用気体は、図５の白抜き矢印で表されるように、連通部３３を介して予熱空間３２から加湿空間３１へと移動し、吹出口５１から取り出されるようになっている。したがって、呼吸用気体は、予熱空間３２においては第２シート状加湿部材１１Ｃの表面に沿って上から下に向かって流れ、加湿空間３１においては第１シート状加湿部材１１Ａ及び第２シート状加湿部材１１Ｂの表面に沿って下から上に向かって流れることになる。

【0032】

また、これらのシート状加湿部材１１Ａ〜１１Ｃとしては、例えばレーヨンやポリエステル、綿などの天然素材により形成された不織布等の吸水性及び通気性に優れた材料が用いられる。なお、本実施形態の各シート状加湿部材１１Ａ〜１１Ｃにおいては、それぞれ複数枚のシート材料を重ねて１枚のシート状加湿部材を構成している。そして、シート状加湿部材１１Ａ〜１１Ｃは、前述したように下端部が容器部８内の水に浸漬した状態とされる。これにより、シート状加湿部材１１Ａ〜１１Ｃが毛細管現象によって水を吸い上げてシート全域にわたって水が浸透し、水を含んだ湿潤状態が保たれる。

【0033】

そして、チャンバ３内に水を供給する給水部６は、図１に示すように、水が貯留された給水用バッグ６２と、この給水用バッグ６２とチャンバ３とを接続する給水ホース６３と、給水用バッグ６２内の水を送水する送水ポンプ６４とを備える。
給水ホース６３は、図１に示すように、その一端部がチャンバ３の蓋部９に設けられた給水口６１に接続され、他端部が給水用バッグ６２に接続されており、後述する水位センサ２０の検出結果を受け、チャンバ３内に貯留された水の水位に応じて、給水用バッグ６
２からチャンバ３内に水が供給されるようになっている。
また、給水口６１は、図３及び図５に示すように、加熱板８１の上部に開口して設けられ、加熱板８１の上部に向けて水を供給するように配置される。加熱板８１には、第１シート状加湿部材１１Ａが面接触して設けられることから、給水口６１から給水された水は、加熱板８１を伝って第１シート状加湿部材１１Ａに浸透し、その第１シート状加湿部材１１Ａの上部側から供給されるようになっている。

【0034】

なお、本実施形態においては、送水ポンプ６４を図８及び図９に示すローラ式の送水ポンプにより構成している。この送水ポンプ６４は、ケース本体９１と、このケース本体９１にヒンジ部９２を介して揺動自在に支持された扉９３とを備え、ケース本体９１の前面を開閉できるように構成されている。そして、ケース本体９１には、複数のローラ９４を備えたロータ９５が設けられており、ロータ９５をモータ９６によって回転させることにより、ロータ９５とともに回転する各ローラ９４と外筒９７との間で給水ホース６３の一部を順に挟持しながら、上流側（給水用バッグ６２側）から下流側（チャンバ３側）にかけて移動することにより、給水ホース６３内の水を下流側に向けて送り出すようになっている。

【0035】

なお、送水ポンプ６４の給水用バッグ６２側には、扉９３の開閉に連動したクランプ機構９８が設けられており、扉９３を開放した状態ではこのクランプ機構９８が給水ホース６３をクランプすることにより送水が防止される。一方、扉９３を閉じた状態ではクランプ機構９８が給水ホース６３を開放して送水が行えるようになっている。したがって、扉９３を開放した状態であっても、給水ホース６３内の水が逆流することを防止できる。

【0036】

水位センサ２０は、図１０に示すように、一対の発光部２６と受光部２７とからなるユニットにより構成されており、発光部２６から水平方向（チャンバ３の水面ｗと平行）に照射された照射光Ｌを、その発光部２６と同じ高さに配置された対となる受光部２７で受光することにより、チャンバ３内に溜められた水の水位を検出するものである。
発光部２６には、例えば赤外線領域の波長光を発光するＬＥＤ光源が用いられる。なお、光源の波長域はこれに限定されるものではなく、他の領域の光源を使用することも可能である。また、受光部２７には、発光部２６の光源の波長域に対応する感度を有する各種のフォトダイオードが用いられる。

【0037】

本実施形態の加温加湿器１００においては、図１１に示すように、一対の発光部２６と受光部２７とからなるユニットを３組備える構成とされており、各ユニットを構成する発光部２６と受光部２７とは、チャンバ３の容器部８の外側に、その容器部８を挟むように配置されている。
そして、各発光部２６は、図１１に示すように、基板２６Ｂ上に高さ方向に間隔をあけて均等に配置されている。また、各受光部２７も基板２７Ｂ上に、発光部２６と同様の間隔をあけて高さ方向に均等に並べられており、ユニットごとに発光部２６と受光部２７とが同じ高さになるように配置されている。そして、受光部２７は、図１０に示すように、各ユニットの発光部２６から照射された照射光Ｌの照射方向に対してチャンバ３に貯留された水を経由することで屈折した方向に進行する照射光Ｌ１を、受光可能な位置に設けられている。

【0038】

すなわち、チャンバ３内に貯留された水の水位が水位センサ２０の取り付け高さよりも高い位置にある場合は、発光部２６から照射された照射光Ｌがチャンバ３内の水を経由することにより屈折して進行方向が曲げられるので、受光部２７は、この屈折した照射光Ｌ１を受光可能な位置に設けられている。したがって、チャンバ３内の水位が水位センサ２０の取り付け高さよりも低い場合は、照射光Ｌはチャンバ３内の水のない空間部を経由して略直進することとなり、その略直進する照射光Ｌ２を受光部２７で検出することができ
なくなる。
このように、水位センサ２０は、発光部２６から照射された照射光Ｌを受光部２７で検出できるか否かで、チャンバ３内の水位が水位センサ２０の取り付け高さよりも高いか低いかを検出することができるようになっている。

【0039】

また、水位センサ２０は、複数のユニットからなる受光部２６と発光部２７とを備えていることから、ユニットごとに異なる水位を検出することができるようになっている。したがって、各ユニットの検出結果によってチャンバ３内の水位がどのレベルにあるかを細かく検出することができる。
例えば、最も下側に配置された受光部２６ａと発光部２７ａとからなるユニットが照射光Ｌを検出しているが、中央に配置された発光部２６ｂと受光部２７ｂとからなるユニットが照射光Ｌを検出できない状態であれば、チャンバ３内の水位は、下側のユニットと中央のユニットとの間の高さにあることがわかる。また、下側のユニット及び中央のユニットが照射光Ｌを検出しているが、発光部２６ｃと受光部２７ｃとからなる上側のユニットが照射光Ｌを検出できない状態であれば、チャンバ３内の水位は、中央のユニットと上側のユニットとの間の高さにあることがわかる。したがって、これら３段階の高さに配置されたユニットの検出結果に基づき、チャンバ３内の水位を細かく検出することができるようになっている。
そして、水位センサ２０の検出結果（受光部２６ａ〜２６ｃの検出結果）に基づいてチャンバ３内の水位が判定され、チャンバ３内の水位が標準位置よりも下側であると判定されると、給水部６から水が自動給水されるようになっている。

【0040】

なお、水位センサ２０は、各ユニットの発光部２６ａ〜２６ｃの照射タイミングをずらして照射光Ｌを照射する構成とされており、隣接する受光部２７ａ〜２７ｃのそれぞれが異なる高さの照射光Ｌを拾って誤認識することが防止される。このため、ユニットごとに安定した検出を行うことができ、チャンバ３内の水位を正確に把握することができるようになっている。

【0041】

また、この給水部６からの水の給水は、給水と停止とを相互に繰り返しながら間欠的に行われるようになっており、水の供給量と供給タイミングとを調整して、チャンバ３内の水温や加熱板８１の温度の変動を抑制している。さらに、この給水部６からの水の給水は、水位センサ２０により検出される水位に応じて給水量と給水タイミングとを変化させた複数段階の給水モードで管理されるようになっている。

【0042】

具体的には、水位センサ２０が、チャンバ３内の水位が標準位置まで減少したことを検知すると、１秒間の給水と７秒間の停止を繰り返す第１給水モードによりチャンバ３内の給水が行われる。そして、第１給水モードでの給水を数回繰り返しても水位が標準位置まで上昇しない場合、２秒間の給水と６秒間の停止とを繰り返す第２給水モードに切り替えて、水の給水量を増加させる。その後、さらに数分経過しても水位の上昇がない場合、給水用バッグ６２の交換を促すための報知を行う。また、水位センサ２０が、チャンバ３内の水位が下限位置まで減少したことを検知した場合には、安全を確保するために、チャンバ３内の水が完全に無くなる前に警報を出すとともに、ヒータ２２の電源供給を切断して空焚き現象の発生を防止する。

【0043】

次に、加温加湿器１００の動作について説明する。
チャンバ３内に呼吸用気体を供給する前に、給水用バッグ６２からチャンバ３内に給水を行う。これにより、シート状加湿部材１１Ａ〜１１Ｃの下端部が水面下に浸漬され、シート状加湿部材１１Ａ〜１１Ｃが水を吸い上げて湿潤状態となる。そして、この状態でガス供給機を駆動することにより、呼吸用気体を吸入口４１からチャンバ３内に供給する。

【0044】

呼吸用気体は、まず予熱空間３２に導入され、この予熱空間３２に取り込まれた呼吸用気体は、タワーユニット１０（仕切り板１３）の連通部３３に向かって下向きに流れる。この予熱空間３２を通過する際に、呼吸用気体は予備的に加温されるとともに、チャンバ３内の水面ｗと、タワーユニット１０の外周面に取り付けられた第２シート状加湿部材１１Ｃから予熱空間３２内に蒸発している水蒸気により予備的に加湿される。そして、タワーユニット１０の連通部３３を通過して加湿空間３１へと移動する際に、呼吸用気体は水面ｗに近接することで、水面ｗに接触して加湿が促進される。

【0045】

加湿空間３１に取り込まれた呼吸用気体は、流れの向きを上向きに変えて上部の吹出口５１に向かって流れる。この際、呼吸用気体は、加熱板８１によって温められた湿潤状態の第１シート状加湿部材１１Ａの表面と、タワーユニット１０の内周面に取り付けられた第２シート状加湿部材１１Ｂの表面をなぞるようにしてこれらの表面に沿って流れることにより、これらシート状加湿部材１１Ａ，１１Ｂに含まれる水分を気化させ、その水蒸気が取り込まれることで加湿される。そして、加湿された呼吸用気体は、吹出口５１から外部へと取り出される。

【0046】

なお、シート状加湿部材１１Ａ〜１１Ｃは、呼吸用気体を加湿することで水分が奪われる形となるが、シート状加湿部材１１Ａ〜１１Ｃの下端部を水面下に浸漬させているので、呼吸用気体を加湿すると同時に水を吸い上げて湿潤状態が保たれる。

【0047】

そして、チャンバ３内の水が消費されることに伴い水位が低下するが、加温加湿器１００においては、水位センサ２０の出力結果（受光部２７の検出結果）に基づいてチャンバ３内の水位が判定されるようになっており、チャンバ３内の水位が標準位置よりも下側であると判定されると、給水部６から水が自動供給されるようになっている。

【0048】

この際、加熱板８１に面接触して配置される第１シート状加湿部材１１Ａは、加熱板８１により温められることで、一対の第２シート状加湿部材１１Ｂ，１１Ｃと比較して水分が蒸発しやすくなっているが、本実施形態の加温加湿器１００においては、給水口６１を加熱板８１の上部側に設け、この加熱板８１の上部に向けて水を供給することとしているので、第１シート状加湿部材１１Ａの上部においては加熱板８１を伝って流れる給水口６１から供給される水によって湿らせられ、下部においてはチャンバ３内に溜められた水を吸い上げることにより湿らせて、上部と下部の双方から水を吸収させて湿潤状態を維持することができる。これにより、呼吸用気体を高流量で供給した場合においても、第１シート状加湿部材１１Ａの乾燥を防止することができ、呼吸用気体の加温加湿を円滑に行うことができる。

【0049】

また、加温加湿器１００では、給水部６（給水口６１）からの水の供給を、給水と停止とを繰り返して間欠的に行い、水の供給量と供給タイミングとを調整することとしているので、チャンバ３内の水の水温や加熱板８１の温度の急激な変動を抑制することができる。さらに、この給水部６からの水の給水は、水位センサ２０により検出される水位に応じて給水量と給水タイミングとを変化させた複数段階の給水モードで管理されるようになっている。

【0050】

具体的には、水位センサ２０の中央のユニット（発光部２６ｂ及び受光部２７ｂ）において照射光Ｌが検出されない状態となると、すなわち、チャンバ３内の水位が標準位置まで減少したことを検知すると、１秒間の給水と７秒間の停止とを繰り返す第１給水モードによってチャンバ３内の給水が行われる。そして、チャンバ３内に給水が行われることで、この中央のユニット（発光部２６ｂ及び受光部２７ｂ）において照射光Ｌが検出されると、水の供給が停止される。

【0051】

一方、第１給水モードでの給水を数回繰り返しても水位が標準位置まで上昇しない場合、２秒間の給水と６秒間の停止とを繰り返す第２給水モードに切り替えて、水の供給量を増加させる。その後、さらに数分経過しても水位の上昇がない場合、給水用バッグ６２の交換を促すための報知を行う。そして、水位センサ２０の最も下側のユニット（発光部２６ａ及び受光部２７ａ）で信号が出力されなくなり、チャンバ３内の水位が下限位置まで減少したことを検知した場合には、チャンバ３内の水が完全に無くなる前に警報を出すとともに、ヒータ２２の電源供給を切断する。したがって、安全性の向上を図るとともに、使用者の管理の手間を省くことができるようになっている。

【0052】

なお、給水用バッグ６２からチャンバ３への送水は、送水ポンプ６４により強制的に行われることから、給水用バッグ６２の取付位置に関係なく、チャンバ３内に確実に水を供給することができる。したがって、安定した加湿能力を維持することができるとともに、空焚き現象の発生を防止して、加温加湿器１００の連続的な運転を確保することができる。
また、送水ポンプ６４を用いることで、いずれかのローラ９４により常に給水ホース６３の一部を挟持しながら送水が行われるので、チャンバ内の内圧に関わらず、給水ホース６３内の水が逆流することを防止できる。

【0053】

このように、本実施形態の加温加湿器１００によれば、チャンバ３内の水全体を加熱するのではなく、その水に下部を浸漬させて湿潤状態となっている第１シート状加湿部材１１Ａを加熱するので、少ないエネルギーで確実に水を蒸発させることができる。また、第１シート状加湿部材１１Ａの表面に呼吸用気体を接触させながら通過させることで、水の蒸発速度を増加させて、水の気化量を増加させることができるので、呼吸用気体に水蒸気を取り込ませ易くすることができる。

【0054】

さらに、チャンバ３内に水を供給する給水口６１を加熱板８１の上部に向けて水を供給するように設けているので、加熱板８１に面接触して設けられる第１シート状加湿部材１１Ａを、その上部においては給水口６１からの供給される水によって湿らせることができ、下部においてはチャンバ３内に溜められた水に浸漬させて水を吸い上げることにより湿らせることができる。これにより、呼吸用気体を高流量で供給した場合においても、第１シート状加湿部材１１Ａの乾燥を防止でき、第１シート状加湿部材１１Ａの全体で安定した加湿能力を維持して加温加湿器１００の連続的な運転を行うことができる。
なお、加温加湿器１００においては、加熱板８１の一部をチャンバ３内の水に浸漬させて配置していることから、加熱板８１によってチャンバ３内の水も加熱することができ、チャンバ３内の湿度を高めることができる。また、呼吸用気体が、この加熱された水の水面ｗに接触することで、呼吸用気体の加湿が促進される。

【0055】

また、チャンバ３の内部空間をタワーユニット１０（仕切り板１３）により区画することで、呼吸用気体が予熱空間３２から加湿空間３１へと流れる通路が形成される。このため、チャンバ３内に取り込まれた呼吸用気体は、初めに予熱空間３２内を通過する際に予備的な加温加湿がなされ、加湿空間３１で本格的な加温加湿がなされる。このように、呼吸用気体は予熱空間３２と加湿空間３１とで段階的に加温加湿されるようになっていることから、呼吸用気体を高流量で供給した場合にも、速やかに加温加湿を行うことが可能である。

【0056】

さらに、チャンバ３の内部空間を区画する仕切り板１３（タワーユニット１０）の表裏面にもそれぞれ第２シート状加湿部材１１Ｂ，１１Ｃを取り付けているので、呼吸用気体が仕切り板１３で区画された通路内を流れる際に、湿潤状態の第２シート状加湿部材１１Ｂ，１１Ｃの表面に接触させることができる。したがって、加熱板８１に面接触して配置される第１シート状加湿部材１１Ａに加えて、仕切り板１３に取り付けられた一対の第２
シート状部材１１Ｂ，１１Ｃによっても加湿機能を向上させることができる。

【0057】

また、加温加湿器１００では、給水部６からの水の供給を、給水と停止とを繰り返して間欠的に行い、水の供給量と供給タイミングとを調整することとしているので、チャンバ３内の水の水温や加熱板８１の温度の急激な変動を抑制することができる。さらに、この給水部６からの水の給水は、水位センサ２０により検出される標準水位の監視により給水量と給水タイミングとを変化させることとしているので、チャンバ３内の水位を一定に確保して安定した加湿を行うことができる。したがって、呼吸用気体の温度及び湿度の変動を抑制することができる。

【0058】

ところで、上記実施形態においては、水位センサ２０の受光部２７をチャンバ３に貯留された水を経由することで屈折した方向に進行する照射光Ｌ１を捉える位置に配置する構成としたが、受光部２７をチャンバ３内の空間部を略直進する照射光Ｌ２を受光可能な位置に設ける構成とすることもできる。
この場合、チャンバ３内の水位が水位センサ２０の取り付け高さよりも低い場合に、受光部２７で照射光Ｌを検出することができるが、水位が水位センサ２０の取り付け高さよりも高い場合は、照射光Ｌがチャンバ３内の水を経由する際に屈折して進行方向が曲げられるために受光部２７で照射光Ｌを検出することができなくなる。したがって、この場合においても、上記実施形態の加温加湿器１００と同様に、照射光Ｌを受光部２７で検出できるか否かで、チャンバ３内の水位が水位センサ２０の取り付け高さよりも高いか低いかを検出することができる。
なお、反射方式では、チャンバ３の傷や汚れにより誤検出のおそれがあるが、屈折透過方式では、その誤検出のおそれが少ない。

【0059】

また、水位センサ２０を構成する各ユニットの発光部２６と受光部２７とを、隣接するユニットごとに照射方向が逆向きとなるように交互に配置する構成とすることもできる。
隣接するユニットの発光部２６が照射する照射光の照射方向が逆向きになっているので、隣接するユニットの照射光を受光部２７で誤認識するおそれがなく、チャンバ３内の水位の検出をより正確に行うことができる。

【0060】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【符号の説明】

【0061】

１ 本体
２ 基台
３ チャンバ
４ 供給用ホース
５ インターフェース接続ホース
６ 給水部
７ 架台
８ 容器部
９ 蓋部
１０ タワーユニット
１１Ａ 第１シート状加湿部材
１１Ｂ，１１Ｃ 第２シート状加湿部材
１２ 枠体
１３ 仕切り板
２０ 水位センサ
２１ 凹部
２２ ヒータ
２３ ヒートシンク
２４ ヒンジ機構部
２６，２６ａ〜２６ｃ 発光部
２６Ｂ，２７Ｂ 基板
２７，２７ａ〜２７ｃ 受光部
３１ 加湿空間
３２ 予熱空間
３３ 連通部
４１ 吸入口
５１ 吹出口
６１ 給水口
６２ 給水用バッグ
６３ 給水ホース
６４ 送水ポンプ
７１ キャスタ
８１ 加熱板
９１ ケース本体
９２ ヒンジ
９３ 扉
９４ ローラ
９５ ロータ
９６ モータ
９７ 外筒
９８ クランプ機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】