(57)【要約】  本発明は、呼吸器側の乾燥を防ぐと共に、爆轟・爆発の発生を抑制することができる湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを、各種新たな要素技術開発に付加して提供することを課題とする。  人や動物等の供給対象（Ｈ）に少なくとも水素を含むガスを供給するガス供給流路（１）を備え、前記ガス供給流路（１）は、前記ガスを供給するガス供給手段（１１）と、前記ガスの温度及び湿度を調整する温度湿度調整手段（１２）と、前記供給対象（Ｈ）に前記ガスを供給するガス給気部（１３）と、を有し、前記ガスの水素濃度は、４.０％（Ｖｏｌ％）を超える濃度で前記供給対象（Ｈ）に供給され、併せて新たな呼吸法に基づく呼吸システムと関連する構成要素を導入したことを特徴とする構成となっている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人や動物等の供給対象に少なくとも水素を含むガスを供給するガス供給流路を備え、
前記ガス供給流路は、
前記ガスを供給するガス供給手段と、
前記ガスの温度及び湿度を調整する温度湿度調整手段と、
前記供給対象に前記ガスを供給するガス給気部と、を有し、
前記ガスに含まれる水素は、４.０％（Ｖｏｌ％）を超える濃度で前記供給対象に供給されることを特徴とする、湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項２】
前記ガスの相対湿度は、６０〜１００％の範囲であり、
前記ガスの温度は、２０〜４０度の範囲であることを特徴とする、
請求項１の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項３】
前記ガスの適応環境圧力は、３気圧以下に設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項４】
前記ガス給気部は、前記供給対象の鼻腔に独占的に前記ガスを供給する鼻給気部であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項５】
前記ガス給気部は、前記供給対象の眼球と鼻腔に前記ガスを供給する目鼻給気部であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項６】
前記ガス給気部は、前記供給対象の鼻腔と口腔にガスを供給する鼻口給気部であり、
この鼻口給気部は、
前記鼻腔に前記ガスを供給する鼻流路と、
前記口腔に呼吸用の空気等を供給する口流路と、を有し、
前記鼻流路と前記口流路の間には、前記鼻流路と前記口流路を連通及び隔絶可能な開閉弁が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項７】
前記ガス給気部は、
防爆火炎遮断用のデトネーションフレームアレスター又はフレームアレスターと、
衝撃圧緩衝手段と、を有することを特徴とする、請求項４〜６の何れかに記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項８】
前記供給対象の呼気を排出する呼気排出流路をさらに備え、
前記呼気排出流路は、
前記供給対象から前記呼気を受容する呼気受容手段と、
前記呼気中の水素ガス濃度を低下させる水素濃度低下手段と、
を有していることを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項９】
前記供給対象に酸素及び／又は空気を供給する空気供給流路をさらに備え、
前記空気供給流路は、
前記酸素及び／又は空気を供給する空気供給手段と、
前記酸素及び／又は空気の湿度を調整する湿度調整手段と、
前記供給対象に前記酸素及び／又は空気を供給する空気給気部と、
を有していることを特徴とする、請求項８に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１０】
前記呼気排出流路の下流側が、前記空気供給流路の上流側に接続され、
前記呼気排出流路と前記空気供給流路の間には、前記呼気の二酸化炭素濃度を低下させる二酸化炭素濃度低下手段が設けられており、
前記空気供給流路の上流には、酸素供給手段が設けられていることを特徴とする、請求項９に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１１】
前記ガス供給手段及び前記空気供給手段は電気分解型水素酸素供給装置であり、
前記電気分解型水素酸素供給装置は、
前記ガス供給流路に水素を供給し、
前記空気供給流路に酸素を供給していることを特徴とする、請求項９または請求項１０に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１２】
前記電気分解型水素酸素供給装置で生じる余剰水素ガスを燃料に発電する燃料電池ユニットをさらに備えることを特徴とする、請求項１１に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１３】
前記供給対象が入室可能な密閉室と、この密閉室に設けられ密閉室内の温度及び湿度及び室内気流を制御し空調管理を行う安全防爆型の空調設備と、密閉室内に水素ガス及び酸素ガス及び加湿を行なう安全防爆型の付加手段と、をさらに備え、
前記付加手段は室内の換気手段として室内の気体を排出する室内気排出流路と外気を室内に供給する外気供給流路を有し、前記空調設備と前記付加手段を運転させて、前記密閉室内に加湿水素混合ガスを充満させることによって、人や動物等の供給対象に加湿水素混合ガスを呼吸させることを特徴とする、請求項１〜２の何れかに記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１４】
前記密閉室内で供給対象に個別に加湿水素ガスを供給する供給流路を有し、前記供給流路を通じて、供給対象の鼻腔に前記加湿水素ガスを供給する鼻給気部を供え、前記密閉室内において供給対象が個別に鼻給気部を通じて加湿水素ガスの鼻腔注入が可能なことを特徴とする、請求項１３に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１５】
前記密閉室の内部に加圧加湿空気の注入で、最大限密閉室の容積近く迄、膨張可能な帯電防止加工をされたエアバッグが設けられ、エアバッグ内部の加湿空気の排出で収納状態迄コンパクトに収縮可能となり、前記エアバッグを拡張及び収縮させるタイミングに連動させて、前記付加手段を運転させ、前記密閉室内に充満するガスの少なくとも大部分を一度に換気することが可能なことを特徴とする、請求項１３又は請求項１４に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１６】
前記密閉室内の相対湿度は、６０〜１００％の範囲であり、
前記密閉室内の温度は、少なくとも２０〜４０度の範囲であることを特徴とする、請求項１３〜１５の何れかに記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１７】
前記温度湿度調整手段には、マイクロ・ナノバブル供給手段が設けられていることを特徴とする、請求項１〜１６の何れかに記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人や動物等の供給対象に少なくとも水素を含むガスを供給する湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素分子（Ｈ２）は、体に有害な活性酸素の内、ヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）を選択的に無害化する作用があることが知られている。近年この作用に着目して、水または点滴治療で使う輸液・保存液に水素ガスを溶存させたものを体内に取り入れることや、水素混合ガスを呼吸によって肺胞に取り入れることが行われている。【０００３】
従来、水素混合ガスを吸引する方法では、水素ガス濃度４％未満の混合ガスを用いた動物実験或は臨床試験が行なわれており、体内中のヒドロキシルラジカルを選択的に消去する優れた効果が見出されている。しかしながら、この水素ガス濃度４％未満という範囲は、水素混合ガスの爆発危険範囲を避けるために安全面から見て設定された上限であった。【０００４】
これに対し、本願の発明者は、４％未満という水素ガス濃度は人体に於ける必ずしも最適な値ではないと考え、４.０％を超える濃度で水素混合ガスを供給対象に供給することができる高濃度水素混合ガス呼吸システムの発明について既に特許出願を行い、特許権を取得している（特許文献１）。この特許文献１には、爆発・爆轟から人体の呼吸器を保護する手段を有し、４.０％を超える濃度範囲の水素ガスを用いた試験や実験が行うことができる高濃度水素混合ガス呼吸システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６１２７４３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】平井学著「バチッと感じる静電気。湿度との関係は？」大阪府立産業技術総合研究  Technical Sheet No.10001 2010年4月27日
【非特許文献２】橋本孝、小笠原英雄著「高温下における水素の高速燃焼特性」  日本原子力学会誌  Vol.41,No.11(1999)
【非特許文献３】「ＮＨ混合ガスの高音域における可燃下限界測定試験」  千代田化工建設株式会社  JNC TJ8430 2001-002   2002年1月
【非特許文献４】「基礎講座」ＴＩＩＳニュース  公益社団法人産業安全技術樹協会2012 No.248   p.4-7 2012年4月10日
【非特許文献５】柳生昭三、外3名「産業安全研究所研究報告  水素の爆発危険性についての研究」  労働省産業安全研究所   RR-18-1  1969年6月23日
【非特許文献６】三宅淳巳  「水素の爆発と安全性」  水素エネルギーシステム  Vol.22 No.2(1997)
【非特許文献７】土屋正彦、谷岡明彦、首都大学東京大学院、東工大「酸水素ガス（オオマサガス）」インターネット資料
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本願の発明者による特許文献１の高濃度水素混合ガス呼吸システムにおいては、なお以下のような問題点が残されていた。【０００８】
本発明が解決しようとする問題点の第１は、呼吸器が乾燥傾向になってしまうと言う問題である。すなわち、従来の高濃度水素混合ガス呼吸システムは、二酸化炭素吸収剤を用いた呼気再循環呼吸時に、同吸収剤部分で呼吸中の水蒸気が一部減少してしまう。その結果、呼吸器の粘液層を正常な状態に保つことができず、呼吸器気道粘膜を粘液層で保護することができなかった。さらに、水素混合ガス供給経路の途中で爆発及び爆轟が発生した時に、人体の呼吸器を保護する手段が設けられているものの、爆発及び爆轟を抑制することについては不十分であった。特に、火炎伝播速度が音速を超える爆轟状態は、衝撃波を伴うため人体に与える悪影響が大きい。そのため、爆轟（さらには爆発）の発生を抑制して、システムの安全性を向上させる必要があった。【０００９】
そこで吸入する高濃度水素混合ガスに適度な湿気を与えることや、吸気とする為の高濃度水素混合ガスの適切な温度と湿度を求める必要があった。また、許容雰囲気圧力を安全性と人体への効果と言う観点から、公的実験資料も含めて調査分析し、併せて医学的にも最適な値を導き、その結果を活用した新しい湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを提供することが求められていた。【００１０】
問題点の第２は、特許文献１に記載の高濃度水素混合ガス呼吸システムの「呼気再循環方式」以外は、水素ガスの消費量が膨大になってしまい、吸入する水素ガス濃度の高さと利用時間の長さとに比例して水素ガスの消費量も増大した。この水素ガスの消費量の増加は、ある意味で危険性の増加にもつながっていた。そこで、呼吸方法等、今迄に無い何らかの改善工夫を行い、比較的少ない水素ガスの消費量で医学的に有効な効果を得る呼吸方法等（システム）の開発が求められていた。【００１１】
問題点の第３は、医療用マスクの着用問題と許容雰囲気圧力を、安全性と人体への効果と言う観点から見直すことである。利用者の中には医療用マスクの装着を好まない人や、適さない人が存在する。このような人に対して、煩わしい手間を掛けずに、複数の人間が同時に高濃度の水素混合ガスの吸引を行なうことができ、安全性が確保される範囲での高気圧の利用可能なシステムの開発が求められていた。【００１２】
問題点の第４は、機能性エアロゾルに関して、特許文献１の従来型においては、高濃度水素混合ガスと機能性エアロゾルは排他的に利用した。これを高濃度水素混合ガスの吸引と機能性エアロゾルの吸引を同時に行なう事が可能で、又機能性エアロゾルの種類と生成方法に関しても、その選択性の拡張が求められていた。【００１３】
問題点の第５は、特許文献１の高濃度水素混合ガス呼吸システムは、システムを構成する要素選択が少ないという問題である。そのため、水素及び酸素及び関連する全要素に関し、システムの構成要素の選択性を増やして、小規模の医療拠点から大規模の医療拠点、固定的な住居用から車両、航空機、船舶等の移動体、更に個人が徒歩で用いる業務用呼吸装置に至るまで、幅広くシステム要素を提供できるようにする必要があった。【００１４】
本発明は、上記事情に鑑み、呼吸器側の乾燥を防ぐと共に、爆轟・爆発の発生を抑制することができる湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、人や動物等の供給対象に少なくとも水素を含むガスを供給するガス供給流路を備え、前記ガス供給流路は、前記ガスを供給するガス供給手段と、前記ガスの温度及び湿度を調整する温度湿度調整手段と、前記供給対象に前記ガスを供給するガス給気部と、を有し、前記ガスに含まれる水素は、４.０％（Ｖｏｌ％）を超える濃度で前記供給対象に供給されることを特徴とする。【００１６】
先ず、呼吸気流路に静電気を発生させない最低限の湿度条件を、大阪府立産業技術総合研究所の関連技術資料（非特許文献１）を用いて求めた。図１７と図１８の帯電性と湿度の関係図から安全条件として、絶対湿度１０mg/L以上で該当する温度湿度の値を求めると、温度２０℃で相対湿度６０％以上を導いた。次に、水素ガスの各種燃焼爆発試験結果と、表５及び図１９から図２６まで（２００気圧まで）の分析と、非特許文献７の株式会社日本テクノの酸水素ガスの燃焼試験（飽和水蒸気状態）と、人の呼吸器の生理（医学的判断により）と、から、上限として吸気温度３７℃の飽和水蒸気(絶対湿度４４mg/L)が吸引ガスとして最適であると判断した。また、環境圧力としても図の分析に於いて３気圧の高気圧治療装置の利用も安全上可能と判断した。【００１７】
よって、本発明は、基本的に吸引する水素混合ガスの温度と湿度を、水素ガス濃度に基づく設定値（設定条件として相対湿度６０％から１００％、温度２０℃から４０℃）に制御する為の加温加湿器を設置している。これにより、可燃ガスの着火を回避、或は爆発燃焼時の少なくとも爆轟状態の発生を回避することができる。また、着火した場合に備え、呼吸器を保護する手段の火炎遮断装置と爆発による圧力変動を緩衝するための衝撃圧緩衝部分を設置している。加えて、呼吸器内での着火に対しても、加湿ガスによって得られる呼吸器粘膜上の粘液層生成による防護作用を利用して呼吸器を保護することができる。更に、利用者許容雰囲気圧力として３気圧までの高気圧酸素水素混合ガス治療装置の安全な利用を可能にすることを第１の特徴とする。【００１８】
次に、特許文献１に記載の高濃度水素混合ガス呼吸システムは、肺呼吸型で口腔マスクを使用して、吸引した水素混合ガスは肺胞を通じて血液中に取込んでいた。一方、本願発明に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムでは、新たに密閉型鼻マスク等を装着して、口腔でなく鼻腔を通じて加湿水素ガス又は爆発上限界を超える水素ガス濃度の加湿水素混合ガスを独占的に定容量注入できるように構成している。そのため濃度の高い加湿水素ガスを嗅覚細胞部分の嗅部から血液脳関門を通さずに直接内部の脳神経細胞等に作用させることができる。口腔では任意に呼吸可能とし、鼻腔を通過した濃度の高い加湿水素ガスは口腔からの加湿空気又は加湿酸素ガスの呼吸気と咽頭部分で合流し、肺胞へ導かれて肺胞からも吸収される事を第２の特徴とする。【００１９】
本発明の好ましい形態では、密閉型鼻マスクの他に、密閉型鼻口マスク、密閉型目鼻マスクを用いることが可能である。この密閉型目鼻マスクは、前記供給対象の眼球と鼻腔に前記加湿水素ガスを供給し、眼球に対しても水素ガスを接触作用させることができる。【００２０】
本発明の好ましい形態では、密閉型鼻口マスクは、供給対象の鼻腔に加湿水素ガスを供給する鼻口マスクであり、この鼻口マスクは、鼻腔に前記加湿水素ガスを供給する鼻流路と、口腔に空気等を供給する口流路とを有し、前記鼻流路と前記口流路の間には、前記鼻流路と前記口流路を連通及び隔絶可能な開閉弁が設けられていることを特徴とする。
このように、鼻口マスクに前記鼻流路と前記口流路を連通及び隔絶可能な開閉弁が設けられていることにより、口呼吸と鼻呼吸とを選択することができるよう構成されている。
尚、密閉型鼻マスク等を用いた呼吸方法に関して、加湿水素混合ガスの予混合鼻口呼吸方式と水素ガスと空気等の個別供給体内混合方式（咽頭部及び気管地点での混合方式）の違いを表１に示した。【００２１】
【表１】
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【００２２】
本発明の好ましい形態では、前記供給対象から出る呼気を排出する呼気排出流路をさらに備え、前記呼気排出流路は、前記供給対象から前記呼気を受容する呼気受容手段と、前記呼気中の水素ガス濃度を低下させる水素濃度低下手段と、を有していることを特徴とする。
このように、呼気排出流路は水素ガス濃度を低下させる水素濃度低下手段を有していることにより、安全に呼気を大気中に排出することができる。【００２３】
本発明の好ましい形態では、前記供給対象に酸素及び／又は空気を供給する空気供給流路をさらに備え、前記空気供給流路は、前記酸素及び／又は空気を供給する空気供給手段と、前記酸素及び／又は空気の湿度を調整する湿度調整手段と、前記供給対象に前記酸素及び／又は空気を供給する空気給気部と、を有していることを特徴とする。【００２４】
本発明の好ましい形態では、前記呼気排出流路の下流が、前記空気供給流路の上流に接続され、前記呼気排出流路と前記空気供給流路の間には、前記呼気の二酸化炭素濃度を低下させる二酸化炭素濃度低下手段が設けられており、前記空気供給流路の上流には、さらに酸素供給手段が設けられていることを特徴とする。
このように、呼気排出流路が空気供給流路に接続されていることにより、呼気中に含まれる水素ガスを再び供給対象に供給することができ、水素ガスの消費量を削減することができる。【００２５】
本発明の好ましい形態では、前記ガス供給手段及び前記空気供給手段は電気分解型水素酸素供給装置であり、前記電気分解型水素酸素供給装置は、前記ガス供給流路に水素ガスを供給し、前記空気供給流路に酸素ガスを供給していることを特徴とする。【００２６】
本発明の好ましい形態では、前記水素ガスを燃料に発電する燃料電池ユニットをさらに備えることを特徴とする。
このように、燃料電池ユニット有することにより、余剰に発生してしまう水素ガスを発電に利用して有効に処理をすることが出来る。【００２７】
本発明の好ましい形態では、人又は動物の生存可能な密閉空間（密閉室）の空調に利用可能なエアコンディショナーを備えている。このエアコンディショナーには、並列的に水素ガスと酸素ガスと外部の空気と湿気と、機能性エアロゾルを供給する手段と、二酸化炭素除去手段と、がシステムとして組込まれている。そのため、温度と湿度と水素ガス濃度と酸素ガス濃度と二酸化炭素濃度とを調節可能とし、室内ガス環境を制御することによって、密閉室内の雰囲気環境を加湿水素混合ガス環境に設定して作り出すことができる。これにより、人又は動物が呼吸用のマスク等を使用することなく、安全に加湿水素混合ガスを呼吸可能なシステムを構成したことを特徴とする。また、このシステムの構成要素は、安全防爆仕様に設計されている。【００２８】
本発明の好ましい形態では、このシステムの室内ユニットは、以下の３つの部分で構成されている。第１は空調のエアコンディショナーの室内部分である。第２は第１の室内機部分の下部に接続された、加湿水素混合ガスと機能性エアロゾルを供給する付加機能ユニットである。この付加機能ユニットは、機能性エアロゾル供給機能と、加温加湿機能と、水素ガス・酸素ガス・空気の供給機能と、室内換気機能と、を有している。第３は二酸化炭素を減少除去させる二酸化炭素除去減少手段である。この二酸化炭素除去減少手段は独自のガス取込み送風機能を有している。この室内ユニットは、これら３つの部分を統合制御することを特徴とする。【００２９】
本発明の好ましい形態では、これらを制御する為の必要な雰囲気情報を得る為に、室内に複数個所、各種センサーが設置されている。この各種センサーは、温度、湿度、水素濃度、酸素濃度、二酸化炭素濃度、室内気流速度等のデータを測定して、統合制御装置（統合コントロールユニット）に送る。その情報によって、上述した３要素を制御して、室内の気流、温度、湿度、水素ガス濃度、酸素ガス濃度、二酸化炭素濃度、機能性エアロゾルの種類と量が制御することを特徴とする。【００３０】
本発明の好ましい形態では、密閉室（生存可能な密閉空間）には、水素ガス濃度の早期調整のため、部屋内部に充満する気体（ガス）を効率的に換気する容積置換式のエアバッグが設けられていることを特徴とする。通常、エアコンディショナーの送風能力でガス濃度の局所偏りを防ぎ、該当するガスを注入しながら攪拌混合し注入した分量だけ換気して圧力バランスを一定にしていた。しかしながら、広い空間のガスを入れ換えるには、目標とするガスの注入と攪拌混合、換気（掃気）を繰り返すと言うロスが生じていた。そこで凡そ部屋の大きさまで拡大（膨張）可能な帯電防止仕様のエアバッグを部屋の天井部分等に設備し、人間が入室しない時点で、加圧空気を用いて膨張展開し、目標成分の混合ガスの注入と同時に、この混合ガスの注入と同じ速度で（ガス流量で）エアバッグの空気を排気する事で、短時間で無駄が無く、混合ガスの入換えを可能とした。このように、部屋内部に充満する気体（ガス）を効率的に換気する容積置換式のエアバッグを備えたことを第３の特徴とする。【００３１】
本発明の好ましい形態では、機能性エアロゾルの供給手段として、高電圧を用いずに生成可能なマイクロバブル・ナノバブルの生成装置を用いて加温加湿器内に同装置を設置することを特徴とする。又は、別途マイクロバブル・ナノバブル含有の水・湯を生成してネブライザー等にて使用する。なお、マイクロ・ナノバブルと通常のミリサイズ、センチサイズの泡の液体中の上昇速度が図１５と図１６に示されているので、加温加湿器に装着する場合の気体通過能力設計の参考とする。
又、この他、表２に示すエアロゾル素材をネブライザー等で個別に利用することが出来る。これにより高濃度水素混合ガスの吸引と同時に機能性エアロゾルも吸引可能なシステムを構築することを第４の特徴とする。【００３２】
本発明の好ましい形態では、水素ガス及び酸素ガスの供給手段の自由度の向上である。水素ガスの供給手段としては、先ず患者個人用の装置に関して高圧水素ボンベ、水素吸蔵合金キャニスター、水素発生剤（水又は湯と共に使用される水素発泡剤で数種類）、水の電気分解装置(隔膜式で水素ガスと酸素ガスが生成)等を採用することができる。また、酸素ガスの供給手段としては、病院等では各病室まで酸素の供給ラインが装備されていることが多いが、吸入用の酸素ボンベの利用も可能である。又、水の電気分解でも酸素を生成されるが、水素：酸素が２：１の比で発生する為、使用によっては水素ガスが余分に発生するので、水素空気燃料電池を使用して、この余分に発生する水素ガスを発電に使用して生成物として水を得ることが可能である。この為、酸素ガス水素ガスの双方が入手困難な環境でも便利なシステムを提供することを第５の特徴とする。【００３３】
本発明の好ましい形態では、前記密閉室は、JIS T7321及び「高気圧酸素治療の安全基準」に準じた規格で構成する耐圧容器で形成されており、前記耐圧容器内は加圧可能に構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、呼吸器側の乾燥を防ぐと共に、爆轟・爆発の発生を抑制することができる湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを提供することができる。
また、本発明は、鼻腔のみに前記加湿水素ガスを独占的に供給する呼吸方法を採用することにより、比較的少量の水素ガスの使用量で、医学的に有効な効果を得ることができる。
また、本発明は、密閉室を備えることにより、装着が煩わしいマスク等を使用せず、供給対象に水素ガスの供給を行うことができる。更に高気圧酸素水素治療装置の導入により、レベルの高い疾病治療に用いることが可能となる。【００３５】
表２は、特許文献１に記載の高濃度水素混合ガス呼吸システムと本願発明に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを比較して示している。高電圧を用いる静電霧化式加湿器は、機能性エアロゾルの供給手段として高い性能を発揮するが（パナソニック製のナノイー等）可燃混合気である高濃度水素混合ガスのガス中では使用できない。使用できるのは酸素ガス中及び水素ガス中の使用である。混合状態になると不可である。本願発明に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムでは、図２８に示すようなマイクロ・ナノバブル発生装置を加温加湿器等装置中に組み込まれている。このように可燃混合気のガス経路中にマイクロ・ナノバブル発生装置を設けており、高濃度の加湿水素混合ガスの呼吸と同時に利用でき、これにより機能性エアロゾルの使用時期制限がなくなり、非常に使い勝手が良くなった。又更に機能性エアロゾルの選択できる種類を増やすことによって、広範な病態の対応策が向上した。表２より今回追加したエアロゾルの一例を説明すると、Pt(白金ナノコロイド)である。白金電極を用いて水蒸気中で５０００V程度の電圧を掛けると生成されるとの報告があるが、白金ナノコロイド溶液として国内メーカー数社から販売されており、単独でも医学的な効力を高めるとされている。但し金属として白金又は白金コートされた部品を高濃度水素混合ガスの通過系路上で使用すると触媒作用によりガスに着火する事が報告されている。他の素材も様々な特徴、優位点を有する。【００３６】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態１に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態３に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを示す概略図である。
【図４】本発明の実施形態４に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態５に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを示す概略図である。
【図６】本発明の実施形態１〜５に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムにおいて使用する密閉型鼻口マスクの概略図である。
【図７】本発明の実施形態１〜５に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムにおいて使用する密閉型鼻口マスクの制作例を示す概略図である。
【図８】本発明の実施形態６に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを示す概略図である。
【図９】本発明の実施形態６に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを示す概略図である。
【図１０】本発明の実施形態７に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを示す概略図である。
【図１１】本発明の実施形態８に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを示す概略図である。
【図１２】本発明の実施形態９に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを示す概略図である。
【図１３】鼻腔への湿式水素ガス注入と口呼吸の説明図
【図１４】人体の呼吸器の気管支樹概要図で、湿式高濃度水素混合ガスによる爆発火炎による耐久性の説明図
【図１５】水中のミリサイズの泡、センチサイズ泡の球相当径と上昇速度を関係の説明図
【図１６】蒸留水中のマイクロバブルの上昇速度と気泡径の関係説明図
【図１７】大阪府立産業技術総合研究所のTechnical Sheet で和紙を用いた（散乱時間）τと絶対湿度の関係図
【図１８】大阪府立産業技術総合研究所のTechnical Sheet で和紙を用いた電気抵抗と相対湿度の関係図
【図１９】産業安全研究所研究報告  JUNE 1969 RR-18-1 水素の爆発危険性についての研究  水素-空気系爆発限界図
【図２０】産業安全研究所研究報告  JUNE 1969 RR-18-1 水素の爆発危険性についての研究  水素-酸素系爆発限界図
【図２１】産業安全研究所研究報告  JUNE 1969 RR-18-1 水素の爆発危険性についての研究  水素-空気系および水素-酸素系の爆発上限界図
【図２２】公益社団法人産業安全技術樹協会  発行  ８L容器における水素の火炎逸走限界測定値の図
【図２３】日本原子力学会誌、Vol.41,No.11(1999) による高温下における水素の高速燃焼特性  セルサイズ試験データ  図
【図２４】日本原子力学会誌、Vol.41,No.11(1999) による高温下における水素の高速燃焼特性  セルサイズと水蒸気濃度の関係図
【図２５】水素エネルギーシステム  Vol.22 No.2(1997)  水素の爆発と安全性の２Ｈ２＋Ｏ２混合気の発火限界図
【図２６】水素エネルギーシステム  Vol.22 No.2(1997)  水素-空気混合気の爆発限界に及ぼす圧力の影響図
【図２７】飽和水蒸気中の水素-酸素混合気の燃焼特性のイメージ図
【図２８】マイクロ・ナノバブル発生手段を供えた多機能加温加湿器の説明図
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明を図面に示した好ましい実施形態１〜１０について詳細に説明する。本発明の技術的範囲は、添付図面に示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、適宜変更が可能である。
【００３９】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、図１に示すように、人等の供給対象Ｈに水素ガス（Ｈ２）を供給する水素ガス供給流路１（ガス供給流路の一例）を備えている。この水素ガス供給流路１は、水素ガスを発生させる水素ガス発生手段１１（ガス供給手段の一例）と、水素ガスの温度及び湿度を調整する加温加湿器１２（湿度湿度調整手段の一例）と、鼻腔に水素ガスを供給する密閉型鼻マスク１３（鼻給気部の一例）又は鼻腔及び眼球に水素ガスを供給する密閉型目鼻マスク１６（目鼻給気部の一例）と、機能性エアロゾルを導入するネブライザー１４と、余分な水滴を除去するウォータートラップ１５と、を有している。
【００４０】
水素ガス発生手段１１は、水素ガス供給流路１の始点に設けられており、水素ガス発泡剤や電気分解による水素ガス生成装置等が採用される。また、水素ガス発生手段１１の代わりに、水素吸蔵合金ボンベや水素ガスライン等の水素ガスを供給する手段を採用してもよい。
【００４１】
加温加湿器１２は、水素ガス供給流路１の途中に設けられており、水素ガスの温度及び湿度を調整することができるよう構成されている。ここで加温加湿器１２による温度の設定範囲としては、水素ガスが密閉型鼻マスク１３（又は密閉型目鼻マスク１６）に到達する地点で２０〜４０℃となるように設定することが望ましい。また、加温加湿器１２による湿度の好ましい設定範囲は相対湿度６０〜１００％であり、より好ましい設定範囲は相対湿度９０〜１００％であり、さらに好ましくは飽和水蒸気量である相対湿度１００％に設定することが望ましい。
【００４２】
なお、この設定条件の最大値は、呼吸器の生理的条件に基づいて求められており、人間の肺内ガスの条件（温度３７℃、相対湿度１００％、絶対湿度４４ｍｇ／Ｌ）を参考に設定されている。
また、この設定条件の最小値は、水素混合ガス中に静電気を発生させない最低限の温度湿度条件に基づいて求められている。通常、水素ガスを含む可燃性ガスにおいては、相対湿度６０％以上の条件で扱うことが推奨されている。このことに加え、湿度が高くなると、物質（気体等）の電気抵抗が小さくなり、静電気は発生し難くなることが知られている（非特許文献１参照）。
【００４３】
非特許文献１に掲載された図１７によれば、静電気が解消する散乱時間τは、絶対湿度が高くなるにしたがい指数関数的に減少し、帯電し難くなっていることが分かる。そこで発明者は、図１７において、静電気が発生し難く、人体に影響がでない条件として、温度２０℃、絶対湿度１０ｍｇ／Ｌ（相対湿度６０％：表３及び表４参照）を最低限の温度及び湿度条件であると見積もった。なお、表３は０℃から４６℃の範囲の温度と飽和水蒸気量の関係を示し、表４は０℃から１００℃の範囲の温度と飽和水蒸気量の関係を示している。
また、非特許文献１に掲載された図１８によれば、電気抵抗は相対湿度が高くなるにしたがい指数関数的に減少していることが分かる。そのため、相対湿度が高い値である程、爆発及び爆轟が発生する原因となる静電気は発生し難くなることがわかる。
【００４４】
【表３】
2017149684.tif 000005
【００４５】
【表４】
2017149684.tif 000006
【００４６】
密閉型鼻マスク１３は、水素ガス供給流路１の終点に設けられており、鼻腔のみを覆うように構成されている。そのため、この密閉型鼻マスク１３は、常時鼻腔にガス濃度１００％の水素ガスを供給して、鼻腔内部の空間を水素ガス濃度の高い状態を保つことができる。密閉型鼻マスク１３はバンド等で頭の後から固定させることも出来るが、手で把握して鼻部に密着させておくだけでも良い。なお、鼻部のみを覆う場合には、本システムの利用中であっても喉の渇きに対して、飲料水ボトルＷから随時水を飲むことが可能である。
【００４７】
また、この密閉型鼻マスク１３のかわりに、眼球に水素ガスを供給する眼球給気部を有する水中眼鏡タイプの密閉型目鼻マスク１６を使用しても良い。この密閉型目鼻マスク１６を使用する場合には、水素ガスを眼球に接触作用させることができる。
【００４８】
さらに、この密閉型鼻マスク１３の下部に口腔を覆う人口鼻フィルターを設けた鼻口マスク１３ａを用いても良い。この人口鼻フィルターによって、供給対象の排出する呼気中の水蒸気がトラップされるため、口腔周辺の湿気を高く保つことができる。
なお、図示はしていないが、これらのマスクに圧力スイッチを付け、水素ガス発生手段１１における水素ガスの供給量をコントロール可能なよう構成しても良い。このように構成する場合には、システム使用中に密閉型鼻マスク１３を外すことで休憩することができ、装着することで再び加湿水素ガスの吸引を継続することができる。
【００４９】
ネブライザー１４は、水素ガス供給流路１の途中に設けられており、必要に応じて水素ガス中に機能性エアロゾルを導入することができる。この機能性エアロゾルとしては、例えば、ヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）を含む微粒子や、次亜塩素酸を含む微粒子、Ｐｔ(白金ナノコロイド)溶液等を採用することができる。また、この機能性エアロゾルは、加温加湿器１２において導入するように構成しても良く、加温加湿器１２とネブライザー１４とで異なる機能性エアロゾルを導入するように構成しても良い。なお、機能性エアロゾルを使用しないという選択も可能である。
【００５０】
また、機能性エアロゾルが加えられた水素ガスは、密閉型鼻マスク１３（又は密閉型目鼻マスク１６）より毎分１００〜５００ｍＬが鼻腔に供給される（安静時呼吸量を毎分５Ｌとした場合）。水素ガスの供給量は水素ガス発生手段１１の水素ガス発生量で決まり、利用者が強く鼻腔から吸い込んでも水素ガス発生手段１１の発生量以上には供給されない。なお、水素ガスの供給量は、口腔からの毎分当りの全呼吸量の１０％以内に設定されることが望ましい。
【００５１】
次に、実施形態１に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムの使用方法について、図１３を参照して詳細に説明する。
まず、密閉型鼻マスク１３（又は密閉型目鼻マスク１６）から供給された濃度１００％の水素ガスは、おおよそ５０ｍＬとされる鼻腔に高濃度で充満する。そのため、毎分１００〜５００ｍＬ程度の極めて少ない水素ガス供給量であっても、鼻腔上部の嗅部Ｈ１周辺を濃度５０％以上の水素ガスで満たすことができる。この嗅部Ｈ１周辺に供給された水素ガスは、嗅部Ｈ１より血液脳関門を経ずして、一部が直接脳神経細胞に到達する。
一方、口腔では通常の呼吸が行われ、吸引した空気が咽頭で鼻腔に供給された水素ガスと合流して肺まで搬送される。この時、肺内の水素ガス濃度は最大１０％程度であると考えられる。
【００５２】
本発明に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを使用する際の室内の湿度は、相対湿度で６０％以上確保することが望ましい。また、この室内には、室内の温度・湿度・水素濃度等のセンサーを設置し、室内の気流を発生させる送風機等を設け、さらに安全のため、人体のセンサーとして最低限パルスオキシメータを装着することが望ましい。
【００５３】
また、水素ガスの爆発事故を防止するため、部屋の広さ一平米当たり、床から天井までの高さを掛けた体積を求め、水素ガスの総使用量が利用する実体積の１％以内を安全圏内としている。なお、安全性を確保するためには、口腔から排出する呼気の半径１．５ｍ程の範囲は静電気等の発生原因を排除する必要がある。
【００５４】
この実施形態１に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、簡易な構成で実施することが可能であるため、周囲の環境が整っていれば、最も経済的に使用できる実施形態である。この湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、使用時間は６０分以内で使用することが望ましく（標準時間＝４０分）、最大水素ガス使用量は６０分で３０Ｌである。
【００５５】
本実施形態によれば、密閉型鼻マスク１３（又は密閉型目鼻マスク１６）を用いて、鼻腔に爆発上限界を超える濃度の水素ガスを供給する構成としたことにより、効率良く脳神経系中に水素分子を供給することができる。すなわち、鼻腔上部の嗅部Ｈ１周辺を濃度５０％以上の水素ガスで充満させることにより、嗅部Ｈ１を介して水素分子を脳に供給することができる。このように血液脳関門を経ずに、水素分子を脳に供給することができ、効率よく脳神経系中に生じた活性酸素を減少させることができる。これにより、嗅部Ｈ１に近い海馬の酸化ストレスを低減させることができるため、アルツハイマー病等の脳神経系に由来する諸疾患の治療及び予防に有効な手段として期待できる。
【００５６】
また、本実施形態によれば、鼻腔に水素ガスを供給する構成としたことにより、少ない水素ガスの使用量で医学的に有効な効果を得ることができる。すなわち、鼻腔の体積は約５０ｍＬであるため、水素ガスの供給量が少量であっても、鼻腔内部の空間を水素ガス濃度の高い状態を保つことができる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、水素混合ガスの相対湿度を６０〜１００％の範囲に調整することにより、静電気の発生を抑制して、爆轟・爆発の発生を防ぐことができる。
【００５８】
＜実施形態２＞
以下、本発明の実施形態２に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムについて、図２を参照して詳細に説明する。この実施形態２に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、先の実施形態１に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムの構成に加えて、呼気排出流路２及び空気供給流路３を備えることを特徴とする。なお、同実施形態において、先の実施形態と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【００５９】
本発明の実施形態２に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、図２に示すように、人等の供給対象Ｈに水素ガスＨ２を供給する水素ガス供給流路１と、供給対象Ｈの呼気Ｅを排出する呼気排出流路２と、供給対象Ｈに酸素及び／又は空気Ａを供給する空気供給流路３と、を備えている。
【００６０】
呼気排出流路２は、呼気Ｅの湿度を上昇させる加湿器２１と、この呼気Ｅを大気中に発散させる攪拌放出器２２（水素濃度低下手段の一例）と、口腔Ｈ３から呼気Ｅを受容する密閉型口マスク２３（呼気受容手段の一例）と、空気供給流路３と合流する合流部２４と、を有している。呼気排出流路２中の呼気Ｅは、攪拌放出器２２により、水素ガス濃度を薄めて室内に放出される。加湿器２１は、呼気Ｅを飽和状態まで加湿することにより、呼気Ｅをミスト状にして視認可能とすることが望ましい。これにより、水素ガスを含む呼気Ｅの拡散範囲を大まかに確認することができる。なお、この加湿器２１を設けずに構成することも当然に可能である。
【００６１】
空気供給流路３は、気体（空気Ａ）を送気するためのポンプＰと、空気Ａの温度及び湿度を調節する加温加湿器３１と、機能性エアロゾルを導入するネブライザー３２と、空気Ａを口腔Ｈ３から吸引する密閉型口マスク３３（空気給気部の一例）と、を有しており、合流部２４を介して呼気排出流路２と接続されている。そのため、口腔Ｈ３での呼吸（酸素の吸引及び排出）は密閉型口マスク２３、３３を経由して行なわれる。
【００６２】
空気Ａは、ポンプＰにより外部から加温加湿器３１内に送気され、温度及び湿度を調節された後に、ネブライザー３２を経由して密閉型口マスク３３に供給される。合流部２４は呼気Ｅと吸気（空気Ａ）の合流箇所であり、呼気Ｅは呼気排出流路２中に設けられた加湿器２１で加湿され、攪拌放出器２２で水素ガス濃度を薄められて外部に放出される。なお、ポンプＰの空気供給量は、最低必要量は毎分５Lであるが流路の結露防止と呼気Ｅの水素濃度を低下させるために、通常最低必要量の２倍程度の量で運用することが望ましい。
【００６３】
また、密閉型口マスク３３に代って、図６に示すような密閉型鼻口マスク１７（鼻口給気部の一例）を用いても良い。密閉型鼻口マスク１７には、水素ガス供給流路１と空気供給流路３が接続されており、密閉型鼻口マスク１７内で水素ガスは鼻腔へ、空気は口腔へ供給されるが、５７の鼻口の隔壁部を開くと、水素ガス空気が混ざり、鼻腔と口腔に同程度の水素ガス濃度を有する水素混合ガスが供給可能に構成されている。
このように、水素混合ガスを供給する場合には、温度及び湿度を水素混合ガスが爆轟・爆発が発生し難い条件に設定することが重要である。
【００６４】
次に、爆轟・爆発が発生し難い温度条件及び湿度条件について詳細に説明する。
一般に、爆轟波が発生した場合には、規則的な魚のうろこ状の火焔の軌跡が観察される。この軌跡の三重干渉点間の距離を一般にセルサイズと呼ぶ。セルサイズは対象とする可燃性混合気の組成・温度・圧力により決まる特性値であり、セルサイズが小さいほど爆轟の程度が激しくなることが知られている。
【００６５】
ここで、非特許文献２に掲載された図２３には、高温下における水素の高速燃焼特性のセルサイズ試験データが示されている。この図２３によれば、水素ガス濃度３０％の時にセルサイズが最小となり、水素ガス濃度３０％以下でも以上でも、セルサイズが大きくなる傾向であることが分かる。
また、非特許文献２に掲載された図２４には、高温下における水素の高速燃焼特性のセルサイズと水蒸気濃度の関係が示されている。この図２４によれば、相対湿度が高くなるほど、火焔のセルサイズが大きくなる傾向であることが分かる。
以上の傾向を鑑み、相対湿度が高い程爆轟の程度が抑制されると推定される。
【００６６】
また、非特許文献３に掲載された空気中における水素の爆発限界を表５に示す。この表５によれば、水蒸気の含有量が飽和状態における開放管での爆発下限界が、下方伝ぱ方向で８〜１０％であることが推定される。
【００６７】
【表５】
2017149684.tif 000007
【００６８】
次に、水素混合ガスの爆発範囲と爆轟範囲の特性についてまとめたものを表６に示す。この表６は、本発明者が前回出願した特許文献１の表１の内容に、飽和状態である水素ガスの特性を推定して追加したものである。
【００６９】
【表６】
2017149684.tif 000008
【００７０】
この表６に示したように、水素空気混合気（乾燥）と水素酸素混合気（乾燥）の１８．３％〜５９％範囲は爆轟が発生してしまうのに対し、水素酸素混合気（飽和水蒸気）の１８．３％〜５９％範囲は爆轟が抑制されるものと推定される。
図２７は、水素酸素混合気（乾燥）と水素酸素混合気（飽和水蒸気）の燃焼特性を比較した概念図である。
【００７１】
次に、もし口腔内で火炎が生じても、安全性が確保されていることについて説明する。
非特許文献４に掲載された図２２には、８Ｌ容器における水素の火焔逸走限界測定値が示されている。この図２２によれば、いずれの水素ガス濃度であっても、０．２０ｍｍ以下の流路であれば、火焔が消炎することがわかる。ここで、人体の肺は、図１４に示すように、構造自体がデトネーションフレームアレスター様に構成されている。そのため、肺の終末細気管支からは火炎逸走限界以下の寸法であるために火炎が生じた際にも、自然に消炎され防御される。
【００７２】
また、表７に水素混合ガスの爆発燃焼時（爆縮時）の体積変動の仮想値（完全燃焼したと仮定して）を示す。すなわち、水素と酸素が反応して水となる場合には、体積が収縮する。この時、呼吸器内の圧力が急激に低下してしまうため、人体に悪影響を及ぼす可能性が有る。
そのため、この表７の値を参考にして、縮小率の低い水素酸素濃度を採用して、人体に悪影響を及ぼすリスクを低減させることができる。
【００７３】
【表７】
2017149684.tif 000009
【００７４】
本実施形態によれば、呼気排出流路２を備えることにより、水素ガスを含む呼気Ｅを安全に排出することができる。先の実施形態１に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムにおいては、水素ガスを含む呼気Ｅを口腔Ｈ３から直接排出していたため、半径１．５ｍ程度は静電気等の発生原因を排除する等の安全対策をとる必要があった。一方、本実施形態においては、水素ガスを含む呼気Ｅを呼気排出流路２により、安全な位置まで移動させて排出することができる。また、攪拌放出器２２で水素ガス濃度を薄めることにより、安全に呼気Ｅを排出することができる。
【００７５】
また、本実施形態によれば、空気供給流路３の途中に加温加湿器３１を設けることにより、呼吸器に供給される空気を加湿することができる。そのため、長時間本システムを使用する場合であっても、呼吸器側の乾燥を防いで呼吸器系の気道内粘液層を正常な状態に保ち、呼吸器気道粘膜を粘液層で保護することができる。また、呼吸器気道粘膜を粘液層で保護されていることにより、予期せぬ事故が発生した場合にも、呼吸器内の粘膜を守ることができる。
【００７６】
また、本実施形態によれば、水素ガス供給流路１と呼気排出流路２の途中に加温加湿器１２、２１を設けることにより、水素混合ガスを爆轟状態の発生しない温度・湿度に調整することができる。すなわち、密閉型鼻口マスク１７を用いて口腔及び鼻腔に水素混合ガスを供給する場合には、吸引する水素混合ガスの相対湿度を６０〜１００％の範囲に、温度を２０〜４０℃の範囲に調整することにより、水素ガスの着火を抑制すると共に、爆轟の発生を防ぐことができる。
【００７７】
＜実施形態３＞
以下、本発明の実施形態３に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムについて、図３を参照して詳細に説明する。この実施形態３に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、先の実施形態２に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムの構成に加えて、呼気排出流路２の下流側が空気供給流路３の上流側に接続されていることを特徴とする。なお、同実施形態において、先の実施形態と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【００７８】
本発明の実施形態３に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、図３に示すように、人等の供給対象Ｈに水素ガスを供給する水素ガス供給流路１と、供給対象Ｈの呼気Ｅを排出する呼気排出流路２と、供給対象Ｈに酸素及び／又は空気Ａを供給する空気供給流路３と、を備えている。
【００７９】
呼気排出流路２の途中にはガス流量分配装置４３が設けられ流路が二手に分かれている。一方の流路は、呼気Ｅを外部に放出する攪拌放出器２２に接続されており、外部に呼気を排出するように構成されている。もう一方の流路は、空気供給流路３の上流に配置された加温加湿器３１接続され、呼気Ｅ内に含まれる水素ガスＨ２が再度供給対象Ｈに供給されるよう構成されている。また、ガス流量分配装置４３と加温加湿器３１の間には、呼気Ｅの二酸化炭素濃度を低下させる二酸化炭素濃度低下手段４１が設けられている。さらに、加温加湿器３１には、供給対象Ｈが消費した酸素ガスを補うための酸素供給手段４２が設けられている。
【００８０】
二酸化炭素濃度低下手段４１としては、塩化リチウムやコンパウンドＡ等の二酸化炭素吸収剤等が採用されており、呼気Ｅ中の二酸化炭素を吸収するように構成されている。さらに、酸素供給手段４２によって消費した酸素を添加することにより、２１％の酸素濃度を確保し、再び空気供給流路３より密閉型口マスク３３から吸引可能なよう構成されている。
【００８１】
酸素供給手段４２は、通常病院の各病室まで酸素の供給ラインや酸素ボンベを利用することができ、この他にも、供給対象Ｈに供給可能な酸素ガスを供給することができる手段であれば当然に採用することができる。なお、水素ガスの供給は水素ガス発生手段１１からの供給のみでよく、口腔からは加湿された水素混合ガス、空気又は酸素を添加した空気及び循環した水素ガスを摂取する。
【００８２】
また、呼気排出流路２にガス流量分配装置４３設け、呼気排出流路２中の呼気Ｅを攪拌放出器２２から外部に放出可能なよう構成されている。このガス流量分配装置４３及び攪拌放出器２２は、本システムの使用開始時において供給対象Ｈの肺に残留していた窒素等を排出して、流路中の水素ガス濃度を高めるために用いられる。さらに、この攪拌放出器２２の周辺には、水素混合ガスを熱分解する４４を設けても良い。
【００８３】
加えて、水素ガス供給流路１には、水素ガスの湿度、温度、圧力及び流量を監視するセンサー１８や、水素ガスの供給量を調節可能なコントロールポンプＣＰを設けても良い。
さらに空気供給流路３に、空気Ａの温度・湿度・流量・圧力・水素ガス濃度・酸素ガス濃度・二酸化炭素ガス濃度を監視するセンサー３４を設けても良い。これらのセンサー１８、３４で取得された情報を基に、水素ガス供給流路１から供給する水素ガスの供給量や４２の酸素量、攪拌放出器２２での呼気の排出量等を決定することができる。
【００８４】
本実施形態によれば、呼気排出流路２の下流が空気供給流路３の上流に接続され、循環経路を形成することにより、水素ガスの消費量を削減することができる。すなわち、呼気に含まれる水素ガスを、再び供給対象Ｈに供給することにより、水素ガスの使用量を削減することができる。尚、呼気排出流路２及び空気供給流路３が形成する循環流路では、この流路内に親水性のコーティングがされていることが望ましい。このように循環流路内に親水性のコーティングを施すことにより、混合ガス流路内に水分の膜が形成され、静電気の発生を防ぐことができる。
【００８５】
＜実施形態４＞
以下、本発明の実施形態４に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムについて、図４を参照して詳細に説明する。この実施形態４に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、先の実施形態３に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムの、水素ガス供給流路１と空気供給流路３とを一本化した水素混合ガス供給流路５（ガス供給流路の一例）を備えることを特徴とする。なお、同実施形態において、先の実施形態と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【００８６】
本発明の実施形態４に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、図４に示すように、人等の供給対象Ｈに加湿水素混合ガスを供給する加湿水素混合ガス供給流路５（ガス供給流路の一例）と、呼吸器から出る呼気Ｅを排出する呼気排出流路２と、を備えている。
水素混合ガス供給流路５は、水素ガス及び酸素ガスを供給可能な供給ライン５１と、水素混合ガスの温度及び湿度を調節する加温加湿器５２と、外気を供給するフィルター５３と、顔面に加湿水素混合ガスを供給する密閉型面マスク５４と、を有している。
【００８７】
密閉型面マスク５４には、デトネーションフレームアレスター５５等の消炎手段と、衝撃圧を緩和するリザーバー５６等の衝撃圧緩衝手段と、が設けられている。なお、密閉型面マスク５４のかわりに、鼻と口を覆うように形成した密閉型鼻口マスク１７ｂを用いても良い。
【００８８】
デトネーションフレームアレスター５５は、仮に、水素ガス供給流路１や呼気排出流路２、空気供給流路３において爆発や爆轟が発生した際にも、火炎が呼吸器に入らないように構成されている。また、このデトネーションフレームアレスター５５は電気加熱による温度制御がなされて飽和水蒸気の通過時に結露が生じさせない様に構成しても良い。
リザーバー５６は、爆轟時に発生する衝撃圧が呼吸器に到達しないように設けられている。
【００８９】
本実施形態によれば、水素ガス供給流路１と空気供給流路３とを一本化した水素混合ガス供給流路５を備えることにより、流路中に設ける加温加湿器を一つにすることができる。そのため、システムの構成を簡素化して、製造費用等を削減することができる。
【００９０】
＜実施形態５＞
以下、本発明の実施形態５に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムについて、図５を参照して詳細に説明する。この実施形態５に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、先の実施形態３に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムの構成に加えて、水素ガスを燃料に発電する発電ユニット６を有していることを特徴とする。なお、同実施形態において、先の実施形態と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【００９１】
本発明の実施形態５に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムにおいては、水素ガス発生手段１１が電気分解型水素酸素供給装置であり、水を電気分解することにより酸素ガスＯ２と水素ガスＨ２を得ている。そして、酸素ガスＯ２はポンプＰにより空気供給流路３に供給され、水素ガスＨ２は水素ガス供給流路１に供給されている。なお、呼気排出流路２は、呼気ＥのＨ２／Ｏ２／ＣＯ２濃度を監視するセンサー２７を設け、呼気Ｅの成分を取得するように構成してもよい。
【００９２】
発電ユニット６は、水素ガス供給流路１の水素酸素ガス発生手段１１ａと１２加温加湿器の間に設置され、水素ガスＨ２を燃料に発電可能な発電手段６１と、この発電手段６１で得られた電力を蓄電する蓄電手段６２と、を有している。
【００９３】
本実施形態では、先の実施形態３と同様に、呼気Ｅ中に含まれる水素ガスが再び空気供給流路３から供給対象Ｈに供給される。この空気供給流路３から呼吸器に供給される水素ガス濃度が目標値に達すると、水素ガス供給流路１から供給する水素ガスの必要量が減少する。しかしながら、酸素は供給し続ける必要があるため、余剰に発生した水素ガスを安全に処理する必要がある。
【００９４】
そこで、水素酸素ガス発生手段１１ａで発生した水素ガスの余剰分を、ガス流量分配装置４３を介して発電手段６１に導き発電させることにより、水素ガスを安全に処理しつつ、有効に活用することができる。この発電手段６１で得られた電力は、蓄電手段６２に送電され、発電時に得られる水は加温加湿器等の水として再利用することができる。
【００９５】
また、電気分解型水素酸素供給装置の水素ガスの供給量は、最大毎分１０００ｍＬ程度の能力を有しているため、呼気Ｅを外部に放出させて運転させた場合でも約２０％の吸気水素濃度を保つことができる。この場合であっても、加温加湿器３１に酸素ガスが供給されて、空気Ａに添加されて酸素富化状態での吸引を行なう事が可能である。また呼気Ｅの二酸化炭素を二酸化炭素吸収手段２２に、吸収させて循環呼吸運転を行なわせることによって、供給対象Ｈに供給する水素ガス濃度を８０％近くに高めることが可能である。
【００９６】
なお、水素ガス供給流路１の終点には密閉型鼻口マスク１７が設けられている。
密閉型鼻口マスク１７は、図６に示すように、デトネーションフレームアレスター５５等の消炎手段と、衝撃圧を緩和するリザーバー５６等の衝撃圧緩衝手段と、口と鼻の流路を隔てる鼻口隔壁開閉弁５７と、を備えても良い。
この鼻口隔壁開閉弁５７には、開閉式のスライド弁（内部開閉式スライドゲート）が設けられており、口と鼻の流路を開閉することで、口呼吸と鼻呼吸とを選択することが可能なよう構成されている。
すなわち、この密閉型鼻口マスク１７は、鼻腔に前記水素ガスを供給する鼻流路と、口腔に空気を供給する口流路と、を有し、前記鼻流路と前記口流路の間には、前記鼻流路と前記口流路を連通及び隔絶可能な開閉弁が設けられている。
【００９７】
この密閉型鼻口マスク１７は手で把握して口鼻部に密着させて使用することが可能であり、手の把握を止めると圧力検知により湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムが停止するよう構成してもよい。なお、バンド等で顔面に固定保持することも当然に可能である。
また、個性の有る顔輪郭の人に対しては、図７に示すように、顔面形状のスキャニング装置７と３Ｄプリンターによって、その人の輪郭に合った密閉型鼻口マスク１７を作成してもよい。
【００９８】
本実施形態によれば、水素ガスを燃料に発電する発電ユニット６を備えることにより、水素酸素ガス発生手段１１ａで必要以上に発生した水素ガスを安全に処理して、有効に活用することができる。
【００９９】
＜実施形態６＞
以下、本発明の実施形態６に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムについて、図８を参照して詳細に説明する。この実施形態６に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、密閉室８と空調設備９をさらに備えることを特徴とする。なお、同実施形態において、先の実施形態と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【０１００】
本発明の実施形態６に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、図８に示すように、加湿された水素混合ガスを充満可能な密閉室８と、この密閉室８の空調を管理する空調設備９と、を備えている。
【０１０１】
密閉室８は、利用者が密閉室８内に入室するための入出用ゲート８１と、密閉室８内を密閉するための内部ゲート８２と、密閉室８内の温度・湿度・圧力・Ｈ２／Ｏ２／ＣＯ２濃度等の空調情報を取得するセンサー８３と、供給対象Ｈの呼気Ｅ中に含まれる二酸化炭素を吸収する二酸化炭素吸収手段８４と、を有している。
【０１０２】
また、この密閉室８は、密閉室８の外部から内部の様子が把握できるよう、透明な断熱の窓が適所に設けられていることが望ましい。加えて、密閉室８の壁や天井、床は、密閉室８内の温度を保てるよう、加熱手段を設けるか断熱保温構造であることが望ましい。
この密閉室８内の二酸化炭素濃度は二酸化炭素吸収手段８４により、一定の数値以内になるよう管理されることが望ましい。
【０１０３】
空調設備９は、エアコンディショナー９１と、このエアコンディショナー９１を制御する制御ユニット９２と、エアコンディショナー９１に電力を供給する発電ユニット９３と、エアコンディショナー９１及び発電ユニット９３に水素ガスを供給する水素ガスボンベ９４（水素ガス供給手段の一例）と、を有している。
【０１０４】
エアコンディショナー９１には、室内機９１ａと、室外機９１ｂと、熱交換器９１ｃと、が設けられている。このエアコンディショナー９１には、利用者に個別に水素ガスを供給する水素ガス供給チューブ１ａと、密閉室８内の気体を排出する室内気排出流路２ｂと、密閉室８内に外気を供給する外気供給流路３ｃと、が接続されている。
【０１０５】
制御ユニット９２は、密閉室８内に設けられたセンサーの情報を受け付けて、利用者の好ましい空調の制御を行う。密閉室８内の水素ガス濃度は、水素ガス供給流路１を通じて供給される水素ガス量で調節を行い、最大で２０％を想定している。また、密閉室８内の温度及び湿度は、エアコンディショナー９１の機能によって制御され、その際の制御条件は、相対湿度１００％・温度３７℃であることが望ましい。
【０１０６】
なお、密閉室８内の圧力は常圧を基本とし、密閉室８内の空気は呼気排出流路２と空気供給流路３を適宜作動させることで換気と圧力調整がなされる。加えて、密閉室８の壁面に結露が生じないよう、壁面温度と内部の気流の方向及び強さを、制御ユニット９２によって制御することができる。
【０１０７】
発電ユニット９３は、水素ガスＨ２を燃料に発電可能な発電手段９３ａと、この発電手段９３ａで得られた電気を蓄電する蓄電手段９３ｂと、この発電手段９３ａから排出される水を貯める水収納部９３ｃと、を有している。
【０１０８】
発電手段９３ａは、空気-水素燃料電池であり、水素ガスボンベ９４から供給される水素ガスＨ２を燃料にして、電力と水を得ることができる。得られた電力は蓄電手段９３ｂに蓄電され、得られた水は水収納部９３ｃに貯められる。この電力はエアコンディショナー９１等の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムの電力により動作する各装置に送電されて利用される。水はエアコンディショナー９１に送られ、密閉室８内の空気を加湿するために利用される。
【０１０９】
水素ガスボンベ９４は、非常用水素ガス排出弁９５と、非常用水素ガス排出流路９６と、を有し、何らかの災害に被災して危険が迫った場合に、水素ガスを投棄する手段が設けられている。この非常用水素ガス排出弁９５と非常用水素ガス排出流路９６についても、制御ユニット９２により制御がなされている。
【０１１０】
この密閉室８内には複数の供給対象Ｈが入室可能であり、エアコンディショナー９１から延びる水素ガス供給流路１により、供給対象Ｈに水素ガスが供給される。この水素ガス供給流路１には、図９に示すように複数のポンプＰが設けられており、このポンプＰに鼻腔注入用ガスチューブＧＣを接続することにより、ポンプＰから加湿水素ガスが供給される。この加湿水素ガスの注入量は、制御ユニット９２により過剰に供給されないよう制御されている。
【０１１１】
次に、本実施形態に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムのメカニズムと使用方法について説明する。
先ず、エアコンディショナー９１の室内機９１ａは、２つの機能を有している。１つ目の機能は通常のエアコンディショナーと同等の機能であり、室内の温度や室内の気流等を制御する機能である。２つ目の機能は、付加機能であり、水素ガス供給部、酸素ガス供給部、加湿部、機能性エアロゾル供給部、換気部を有している。この付加機能は、例えば、個別のガス放出口を室内機９１ａの下半分に横一列に近い配列でされている。
【０１１２】
ここで使用される機器は全て摩擦等で静電気を発生させない安全防爆仕様であることが望ましい。この室内機９１ａの２つの機能は制御ユニット９２によって制御される。水素ガスと酸素ガスの室内への放出は、別々のタイミングで、ガスの連続放出ではなく、パーシャル放出を行なう。例えば、５０Ｌ加湿水素ガスを室内に放出する場合、１〜２Ｌをパルス状（間欠的に）噴気して、これを２５回から５０回繰り返す。すなわち、噴気と次の噴気との間にはタイムラグがある。
【０１１３】
密閉室８内に、この加湿水素ガスを噴気放出している間、室内機９１ａは連動して気流を発生させて、この噴気の加湿水素ガスを室内に分散させることができる。加湿酸素ガスも同様に室内に分散させる。酸素ガス供給部と水素ガス供給部は最も離れた位置に配置されている。水素ガスも酸素ガスも放出前に加湿されており（混合以前に加湿されている）酸素ガスと水素ガスの放出は同時には行なわない。また、水素ガスに適当な臭気(アロマテラピー等)を付け、水素ガスの分散がわかるように構成しても良い。
【０１１４】
機能性エアロゾル供給部と加湿部は、水素ガス及び酸素ガスの室内放出とは、別個に運転される。また、機能性エアロゾル供給部と加湿部は、それぞれ個別の放出口を有しており、それぞれ一定時間の連続運転を行う。室外に水素ガスユニットを有する等、危険性が危惧される箇所には、水素ガスの燃焼検知の紫外線センサーが設備されて、目に見えない水素ガスの燃焼を監視することができる。密閉室８の利用に際して、供給対象Ｈである患者が入室してから、目標値を設定して運転する事は出来ないので、予め、目標値を決めて、患者が入室する以前に、部屋の状態を作り出し準備する。
【０１１５】
温度、湿度、酸素濃度、水素濃度、エアロゾルの種類と噴霧量等をどのくらいの値に設定するかは、医学的な課題で専門医が決定する。最初に部屋の雰囲気状態を設定する時に便利なのが、後述する容積置換用のエアバッグ８５の利用である（実施形態８参照）。このエアバッグシステムは最初の設定時だけでなく、患者が全部退出して、新たな環境設定が求められる場合も利用できる。又、部屋のメンテナンス時にも活用できる。尚、患者の入室には、専用の着衣を着けるのが標準である。入室時間は，医療関係者(専門医等)決定事項であるが、大体６０分程度を想定している。部屋には患者の他に医師、看護士等が随時同席して、患者のケアにあたることも想定している。途中で退席したい患者や、病状の急変等では、随時退室が可能である。換気部は、部屋に充満するガス構成を変更する場合や、水素ガス等を噴気する場合等に部屋の圧力を一定に保つよう利用される。
【０１１６】
制御ユニット９２は、これらを連動して部屋の雰囲気の状態を制御する為の高性能の制御部を備えていることが望ましい。密閉室８の大きさと容積等のデータは制御部に登録され、又は制御部の距離センサーによって計算され、各要素をどの程度動かすか、を決定する。入室者に関しても熱感知センサー等にて、入室者の人数、推定消費酸素量等が計算されて、酸素ガスの供給量の制御や、二酸化炭素除去装置の運転制御等を決定する。又同二酸化炭素除去装置は吸収剤の色の変化によって、残余の使用可能量が分かるようになっている(ガスセンサーでも把握することが可能。)。
【０１１７】
密閉室８は多人数用だけでなく、1〜２用の小型のものを使用することができる。小規模のものは、患者用だけでなく、医療従事者の放射線被爆による（Ｘ線検査やＣＴ検査、患者の放射線治療時）その後に生じる、晩期放射線障害の対策にも期待される。この密閉室８は、水素ガス濃度によっては、簡易密閉型のテントを使用することができる。その時の水素ガス濃度は８％程度を想定している。これは、例えば、原発事故等で避難が出来ないで、地区の学校の講堂等に避難した人をガンマー線障害(放射線障害)から可能な限り防護する為に、講堂等の大きな建物の中に簡易密閉型テントを設置して使用する等が可能である。これは車両等に簡易密閉空間を設定して、湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムを構築することも可能である（バス、トラック等の改造、又は簡易密閉空間の構築）。この時の推定水素ガス濃度は８％迄である。
【０１１８】
密閉室８は、様々な使用形態が想定されている。内部に設置する水素ガス又は水素混合ガスの水素ガス供給チューブ１ａを活かして、室内には水素混合ガスを放出させず、水素ガス又は水素混合ガスの水素ガス供給チューブ１ａで患者に高濃度の加湿水素を吸入させ、呼気を室内にそのまま放出する、或は湿式酸素２０％湿式水素８０％の混合ガスを水素ガス又は水素混合ガスの水素ガス供給チューブ１ａから吸引することも可能である。このように多くのレパートリーが想定される。
【０１１９】
本実施形態によれば、加湿された水素混合ガスを充満可能な密閉室８と、この密閉室８の空調を管理する空調設備９と、を備えることにより、加湿環境下でマスク等の着用する必要が無い。そのため、医療用マスクの装着を好まない人や適さない人対しても、煩わしい手間を掛けずに水素ガスを吸引することができる。
また、本実施形態によれば、複数の供給対象Ｈが同時に高濃度の水素ガスの吸引を行なうことができる。
【０１２０】
＜実施形態７＞
以下、本発明の実施形態７に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムについて、図１０を参照して詳細に説明する。この実施形態７に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、先の実施形態６に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムとは異なり、水素ガス発生手段９７を有していることを特徴とする。なお、同実施形態において、先の実施形態と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【０１２１】
本発明の実施形態７に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムの空調設備９は、エアコンディショナー９１と、このエアコンディショナー９１を制御する制御ユニット９２と、エアコンディショナー９１に水素ガスを供給する水素ガス発生手段９７と、この湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムに電力を供給する電力供給手段９８と、を有している。
【０１２２】
水素ガス発生手段９７は、電力で水を電気分解することにより水素ガスと酸素ガスを得る可逆型燃料電池９７ａと、この可逆型燃料電池９７ａに供給する電力を貯めておく蓄電手段９７ｂと、可逆型燃料電池９７ａに供給する水を貯めておく水タンク９７ｃと、を有している。図９においては、水素ガス発生手段９７は、密閉室８の外に配置されている様子を示しているが、密閉室８内に配置しても良い。
【０１２３】
本発明の実施形態７に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは外部電力を利用するタイプであり、電力供給手段９８から供給される電力を用い、可逆型燃料電池９７ａによって水を電気分解することによって水素ガスと酸素ガスを得る。一方で、余剰の水素ガスが生じた場合にせ、水素ガスを空気中の酸素と反応させて発電して水を得ることも可能である。生じた電力と水は蓄電池で利用され、水は水タンク９７ｃに送られ再利用される。
【０１２４】
＜実施形態８＞
以下、本発明の実施形態８に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムについて、図１１を参照して詳細に説明する。この実施形態８に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、先の実施形態６に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムの構成に加えて、ガス置換用エアバッグ８５を備えることを特徴とする。なお、同実施形態において、先の実施形態と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【０１２５】
本発明の実施形態８に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムの密閉室８は、ガス置換用エアバッグ８５を有している。ガス置換用エアバッグ８５は、静電気の発生しない材料により形成され、空気ライン８５ａから外部の空気を導入・排出することにより膨張及び収縮させることができる。また、密閉室８内には、ガス置換用エアバッグ８５の収納部８５ｂが設けられ、収縮状態のガス置換用エアバッグ８５を収納することがよう構成されている。なお、本実施形態のエアコンディショナー９１は、水素ガスがガスボンベ９４から、電力が電力供給手段９８から、水が水収納部９９から、それぞれ供給されている。
【０１２６】
このガス置換用エアバッグ８５は、密閉室８内のガスの入換えを行う際に用いられる。まず、空気を注入してガス置換用エアバッグ８５の体積を拡張させることにより、密閉室８内に存在する空気は、呼気排出流路２を通って密閉室８外に排出される。この時、密閉室８内部の圧力変動は殆ど無い。次に、拡張させたガス置換用エアバッグ８５の内部の空気をポンプで排出し、この排出速度と同様の速度で、エアコンディショナー９１から加湿水素混合ガスを密閉室８内に供給する。この間も密閉室８内の圧力変動は殆ど生じない。この一連の操作は制御ユニット９２によって制御される。
【０１２７】
本実施形態によれば、ガス置換用エアバッグ８５を備えることにより、密閉室８内に充満する気体（ガス）を効率的に換気することができる。このガス置換用エアバッグ８５を用いずに換気する場合には、密閉室８内に充満する古い気体を排出しながら新しい気体を導入する必要があり、古い気体と新しい気体が混ざり合ってしまうため、水素ガス濃度を高めることが難しかった。しかしながら、ガス置換用エアバッグ８５を用いることにより、古い気体を排出した後に、新しい気体のみを導入することができるため、最小限の水素ガス使用量で密閉室８内を水素ガス濃度の高い空気で満たすことができる。
【０１２８】
＜実施形態９＞
以下、本発明の実施形態９に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムについて、図１２を参照して詳細に説明する。この実施形態９に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムにおいては、密閉室８が耐圧容器８６を備えることを特徴とする。なお、同実施形態において、先の実施形態と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【０１２９】
本発明の実施形態９に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、密閉室８として耐圧容器８６を採用いている。図１２に示すように、供給対象Ｈが耐圧容器８６内に入り、水素ガス・酸素ガス・空気等を加圧して導入することにより、利用者に水素ガス及び酸素ガスを高圧環境下で供給することができる。
【０１３０】
まず、水素混合ガスを加圧することによって、爆発限界の範囲が大きく変動することがないと推測できる。
非特許文献５に掲載された図１９には、水素−空気系爆発限界の範囲が示されている。この図１９によれば、水素−空気系ガスを加圧した場合であっても、爆発限界の範囲は大幅に変化していないことが分かる。
非特許文献５に掲載された図２０には、水素−酸素系爆発限界の範囲が示されている。この図２０によれば、水素−酸素系ガスを加圧した場合であっても、爆発限界の範囲は大幅に変化していないことが分かる。
非特許文献５に掲載された図２１には、水素−空気系及び水素−酸素系の爆発限界の範囲が示されている。この図２１によれば、水素−空気系と水素−酸素系で爆発限界の範囲の傾向は変わらないことが分かる。
さらに、非特許文献６に掲載された図２６には、水素-空気混合気の爆発限界に及ぼす圧力の影響が示されている。この図２６によれば、水素−空気系混合気を高圧環境下（１〜２２０ａｔｍ）においた場合でも、爆発限界の範囲が大きく変動することはないことがわかる。
以上の図１９乃至図２１及び図２６によれば、水素混合ガスを加圧した場合でも、爆発限界の範囲が大きく変動することはないと判断した。
【０１３１】
次に、水素ガスの摂取手段と血中溶存量の簡易計算推定値についてまとめたものを表８に示す。この表８は、本発明者が前回出願した特許文献１の表２の内容に加えて、加圧時の水素ガスの血中溶存量を計算により推定したものである。なお、計算方法は特許文献１で示した式（特許文献１の図１０等参照）を採用している。
【０１３２】
【表８】
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【０１３３】
この表８に示したように、水素混合ガスを加圧して供給対象に供給することにより血中溶存量が増加ものと推定している。
この湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムの適用先としては、がん治療が想定されている。まず、人体には体重６０kgで平均４g程度の鉄イオンが存在しており、癌細胞には鉄が特異的に多い。そのため、人体を高圧酸素環境下に置き活性酸素を発生しやすい状況にする事で、癌細胞中の鉄イオンに活性酸素を発生させ(フェントン反応)フェロトーシス（Ferroptosis）を誘導することにより、がん治療を試みることができる。この時、通常細胞も別に発生する活性酸素の攻撃を受けるため、それを防御するために水素ガスを適量添加している。各パラメータは動物実験や治験を通じて決められる。
【０１３４】
この耐圧容器８６を用いた加圧治療室(高気圧酸素水素治療装置)については、医療器具装置として、関連規格のJIS T 7321及び「高気圧酸素治療の安全基準」の基準に準じたものが使用される。この基準としては、利用圧力と利用時間が決められており、一人用の第１種装置(図１２)と複数人数用の第２種装置がある。第１種装置の基準は、常用治療圧力が２ＡＴＡ(いかなる場合も２．８ＡＴＡ以内)であり、治療時間６０分である。第２種装置の基準は、治療圧力が２ＡＴＡ以上３ＡＴＡ以下であり、いかなる場合も３ＡＴＡを超えず、治療時間は６０分以上９０分以内である。
この高気圧酸素水素治療装置で用いる治療ガスの成分比率は専門医の専権事項である。又、呼吸方式は、高気圧酸素水素治療装置の中で、マスク等を着用して、マスク等を通じて高気圧酸素水素ガスを呼吸する方法があるが、容器内は高気圧空気で満たし呼吸しても良い。
【０１３５】
＜実施形態１０＞
以下、本発明の実施形態１０に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムについて、図１３を参照して詳細に説明する。この実施形態１０に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、マイクロ・ナノバブル発生装置１０をさらに備えることを特徴とする。なお、同実施形態において、先の実施形態と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【０１３６】
本発明の実施形態１０に係る湿式高濃度水素混合ガス呼吸システムは、機能性エアロゾルの供給手段としてマイクロ・ナノバブル発生装置１０をさらに備えている。このマイクロ・ナノバブル発生装置１０は、液体Ｗを入れる容器本体１０ａと、電源ＰＷに接続されたマイクロバブル発生手段１０ｂと、電源ＰＷに接続された加熱手段１０ｃと、ガス供給路１０ｄと、ガス排出路１０ｅと、を備えている。
【０１３７】
マイクロ・ナノバブル発生装置１０は、バブル式の加温加湿器内部に設けても良い。このマイクロ・ナノバブル発生装置１０は、液中にナノバブルを大量に発生させて、呼吸に使う水素ガス、酸素ガス、空気等と共に、ナノバブル入りの水蒸気を捕集する。図２８は多孔質電極ユニットを用いたもので、酸素と水素のナノバブルを発生させる。この他、マイクロ・ナノバブルの発生手段は幾らかあるが、コンパクトに装備できるものを選択しなくてはならない。日本の東レも微細構造膜を用い、水中に配した該膜にガスを注入して発生させるものを作り出している。図２８のガスの液中の上昇速度等は、図１５と図１６のデータを参考にしてシステムの概略設計をする。又図２８の水又は湯は機能水と呼ばれる状態になっており、通常その酸化還元電位はマイナス５０mVからマイナス２００mVの状態になっている。又機能性エアロゾルは表面張力の小さい、人の呼吸器に負担の少ないものである。
【０１３８】
本実施形態によれば、機能性エアロゾルの供給手段として、高電圧を用いずに生成可能なマイクロバブル・ナノバブルの生成装置を用いている。このマイクロバブル・ナノバブルの生成装置は、加温加湿器内に設置して使用する。又は、別途マイクロバブル・ナノバブル含有の水又は湯を生成してネブライザー等にて使用する。これにより高濃度水素混合ガスの吸引と同時に機能性エアロゾルも吸引可能なシステムを構築することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
高濃度の水素混合ガスを、加温加湿器等を用いて爆轟状態の発生しない温度・湿度に調整することにより、呼吸器気道粘膜を保護する粘液を正常に保つことができる。また、呼吸マスクにデトネーションフレームアレスターと衝撃圧緩衝部分を設け、複合的安全システムを構築した。また、鼻腔と口腔に別々にガスを送り込む、密閉型マスクを開発して、鼻腔に水素ガスを注入可能とした。また、部屋全体を治療室として呼吸マスクの着用なしに加湿高濃度水素混合ガスの吸引も可能とし、システムとしての適応性が広く拡大した。特に加湿水素ガス鼻腔注入方式は、急性期の脳梗塞の治療から認知症の治療に至るまで、脳神経疾患の治療に極めて有望である。これにより具体的に未踏分野に足を踏み入れる事が可能となり、本来の水素ガスが持つ様々な医学的効果、効用に関して、広範な実験、治験、実用が行なわれる。更に部屋全体を治療室として加湿高濃度水素混合ガスを安全に充満させる方法は、核シェルターから原子力発電所周辺の避難施設、車両、船舶、航空機、病院の治療室と広範に適用可能である。更に高気圧酸素水素治療装置への適応は、フェロトーシス（Ferroptosis）の誘導によるがん治療の道を切り開く一つの手段に成り得る。又、人工呼吸器或は人工心肺システムに適応され、治療効果の向上が期待される。
【符号の説明】
【０１４０】
１  水素ガス供給流路
１１  水素ガス発生手段
１１ａ  水素酸素ガス発生手段（水電気分解装置）
１２  加温加湿器
１３  密閉型鼻マスク
１４  ネブライザー
１５  ウォータートラップ
１６  密閉型目鼻マスク
１７  密閉型鼻口マスク(口鼻隔壁有り) 
１７ｂ  密閉型鼻口マスク（口鼻隔壁なし）
２  呼気排出流路
２ｂ  室内気排出流路
２１  加湿器
２２  攪拌放出器
２３  密閉型口マスク
３  空気供給流路
３ｃ  外気供給流路
３１  加温加湿器
３２  ネブライザー
３３  密閉型口マスク
３３ａ  密閉型鼻口マスク
４１  二酸化炭素濃度低下手段
４２  酸素供給手段
４３  ガス流量分配装置
４４  熱分解装置
５  水素混合ガス供給流路
５１  供給ライン
５２  加温加湿器（機能性エアロゾル発生機能付与）
５３  フィルター
５４  面マスク
５５  デトネーションフレームアレスター
５６  リザーバー
５７  鼻口隔壁開閉弁
６  発電ユニット
６１  発電手段（空気水素型燃料電池）
６２  蓄電手段
７  スキャニング装置
８  密閉室
８１  入出用ゲート
８２  内部ゲート
８３  センサー
８４  二酸化炭素吸収手段
８５  ガス置換用エアバッグ
８６  耐圧容器
９  空調設備
９１  エアコンディショナー
９２  制御ユニット
９３  発電ユニット
９４  水素ガスボンベ
９５  非常用水素ガス排出弁
９６  非常用水素ガス排出流路
９７  水素ガス発生手段
９８  電力供給手段
９９  水収納部
１０  マイクロ・ナノバブル発生装置
Ｈ  供給対象
ＧＣ  鼻腔注入用ガスチューブ
Ｐ  ポンプ
【図１】
2017149684.tif 000011
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2017149684.tif 000015
【図６】
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【図７】
2017149684.tif 000017
【図８】
2017149684.tif 000018
【図９】
2017149684.tif 000019
【図１０】
2017149684.tif 000020
【図１１】
2017149684.tif 000021
【図１２】
2017149684.tif 000022
【図１３】
2017149684.tif 000023
【図１４】
2017149684.tif 000024
【図１５】
2017149684.tif 000025
【図１６】
2017149684.tif 000026
【図１７】
2017149684.tif 000027
【図１８】
2017149684.tif 000028
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年8月30日(2016.8.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人や動物等の供給対象に少なくとも水素を含むガスを供給するガス供給流路を備え、
前記ガス供給流路は、
前記ガスを供給するガス供給手段と、
前記ガスの温度及び湿度を調整する温度湿度調整手段と、
前記供給対象に前記ガスを供給するガス給気部と、を有し、
前記ガスに含まれる水素は、４.０％（Ｖｏｌ％）を超える濃度で前記供給対象に供給され、
前記ガスの相対湿度は、６０〜１００％の範囲に設定され、
前記ガスの温度は、２０〜４０度の範囲に設定されていることを特徴とする、湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項２】
前記ガスの適応環境圧力は、常圧〜３気圧の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項３】
前記ガス給気部は、前記供給対象の鼻腔に独占的に前記ガスを供給する密閉型鼻給気部であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項４】
前記ガス給気部は、前記供給対象の眼球と鼻腔に前記ガスを供給する密閉型目鼻給気部であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項５】
前記ガス給気部は、前記供給対象の鼻腔と口腔にガスを供給する密閉型鼻口給気部であり、
この鼻口給気部は、
前記鼻腔に前記ガスを供給する専用鼻流路と、
前記口腔に呼吸用の空気等を供給する専用口流路と、を有し、
前記専用鼻流路と前記専用口流路の間には、前記専用鼻流路と前記専用口流路を連通及び隔絶可能な開閉弁が設けられていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項６】
前記ガス給気部は、
防爆火炎遮断用のデトネーションフレームアレスター又はフレームアレスターと、
衝撃圧緩衝手段と、を有することを特徴とする、請求項３〜５の何れかに記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項７】
前記供給対象の呼気を排出する呼気排出流路をさらに備え、
前記呼気排出流路は、
前記供給対象から前記呼気を受容する呼気受容手段と、
前記呼気中の水素ガス濃度を低下させる水素濃度低下手段と、
を有していることを特徴とする、請求項１〜６の何れかに記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項８】
前記供給対象に酸素及び／又は空気を供給する空気供給流路をさらに備え、
前記空気供給流路は、
前記酸素及び／又は空気を供給する空気供給手段と、
前記酸素及び／又は空気の湿度を調整する湿度調整手段と、
前記供給対象に前記酸素及び／又は空気を供給する空気給気部と、
を有していることを特徴とする、請求項７に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項９】
前記呼気排出流路の下流側が、前記空気供給流路の上流側に接続され、
前記呼気排出流路と前記空気供給流路の間には、前記呼気の二酸化炭素濃度を低下させる二酸化炭素濃度低下手段が設けられており、
前記空気供給流路の上流には、酸素供給手段が設けられていることを特徴とする、請求項８に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１０】
前記ガス供給手段及び前記空気供給手段は電気分解型水素酸素供給装置であり、
前記電気分解型水素酸素供給装置は、
前記ガス供給流路に水素を供給し、
前記空気供給流路に酸素を供給していることを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１１】
前記電気分解型水素酸素供給装置で生じる余剰水素ガスを燃料に発電する燃料電池ユニットをさらに備えることを特徴とする、請求項１０に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１２】
前記供給対象が入室可能な密閉室と、この密閉室に設けられ密閉室内の温度及び湿度及び室内気流を制御し空調管理を行う安全防爆型の空調設備と、密閉室内に加湿された水素ガス及び酸素ガスを供給する安全防爆型の付加手段と、をさらに備え、
前記付加手段は室内の換気手段として室内の気体を排出する室内気排出流路と外気を室内に供給する外気供給流路を有し、前記空調設備と前記付加手段を運転させて、前記密閉室内に加湿水素混合ガスを充満させることによって、人や動物等の供給対象に加湿水素混合ガスを呼吸させることを特徴とする、請求項１に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１３】
前記密閉室内で供給対象に個別に加湿水素ガスを供給する供給流路を有し、前記供給流路を通じて、供給対象の鼻腔に前記加湿水素ガスを供給する鼻給気部を供え、前記密閉室内において供給対象が個別に鼻給気部を通じて加湿水素ガスの鼻腔注入が可能なことを特徴とする、請求項１２に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１４】
前記密閉室の内部に加圧加湿空気の注入で、最大限密閉室の容積近く迄、膨張可能な帯電防止加工をされたエアバッグが設けられ、エアバッグ内部の加湿空気の排出で収納状態迄コンパクトに収縮可能となり、前記エアバッグを拡張及び収縮させるタイミングに連動させて、前記付加手段を運転させ、前記密閉室内に充満するガスの少なくとも大部分を一度に換気することが可能なことを特徴とする、請求項１２又は請求項１３に記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１５】
前記密閉室内の相対湿度は、６０〜１００％の範囲であり、
前記密閉室内の温度は、少なくとも２０〜４０度の範囲であることを特徴とする、請求項１２〜１４の何れかに記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【請求項１６】
前記温度湿度調整手段には、マイクロ・ナノバブル供給手段が設けられていることを特徴とする、請求項１〜１５の何れかに記載の湿式高濃度水素混合ガス呼吸システム。
【国際調査報告】
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