JP2008507359A - 汚染環境において呼吸空気および体の保護手段を提供するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

化学的、火炎、生物学的、および／又は核による汚染物によって引き起こされる有害環境または汚染環境において使用者を保護するための装置であって、タンクに蓄えられた呼吸できる空気を供給するための自給式呼吸器（ＳＣＢＡ）と、周囲の空気を浄化するための動力式空気浄化呼吸器（ＰＡＰＲ）と、ＳＣＢＡまたはＰＡＰＲのいずれか一方の空気源の空気を制御するために使用することができるバルブシステムとを有している。呼吸できる空気源は、手動または自動制御のいずれかを選択して制御することができる一方、保護ボディスーツは、ＳＣＢＡおよびＰＡＰＲと作動可能に連結されていて、汚染環境にいる使用者を保護することができる。

Description

本願は、「汚染環境において呼吸空気および体の保護手段を提供するための装置及び方法」という名称で２００４年７月２３日に仮出願された出願番号が60/590,621であるものの非仮出願であり、「動力式空気浄化呼吸システムおよび呼吸装置」という名称で２００３年３月２１日に出願された出願番号が10/393,346である継続出願がそっくりそのまま含まれている、「動力式空気浄化呼吸システムおよび呼吸装置」という名称で２００３年９月２９日に出願された出願番号が10/675,135である一部継続出願である。

本発明は、危険な環境にいる使用者を保護するための装置に関する。より詳しくは、汚染物が使用者の体に接触することを防止するとともに、汚染空気を浄化して、持ち運びできる清浄な空気を使用者に提供するための装置に関する。

汚染空気にしばしば晒される消防士やレスキュー隊員のような人の呼吸を援助するためのシステムは、現在２つ存在する。まず第一に、使用者が吸い込むことができるように、ぴったりとフィットした顔マスク、または口および／又は鼻に密接してフィットした他の管路に圧縮（例えば、容器詰め）空気を供給する、自給式呼吸器（ＳＣＢＡ）として知らている空気供給呼吸器がある。これらのシステムは、呼吸のために周囲の空気を当てにしていない。第二に、周囲の空気が呼吸に適したものとなるように清浄にするために、呼吸器と連結したフィルタエレメントを使用する濾過空気システムがある。そのような濾過システムは、補助動力を使用する場合もあるし、使用しない場合もある。動力式濾過システムにおいて、周囲の空気は、ブロワなどにより適当なフィルタ／汚染除去手段または他の浄化手段を経て吸引され、そこで、汚染された周囲の空気は呼吸に使用できるようになる。そのように浄化された空気は、ぴったりフィットした顔マスクのようなかぶり物に供給される。これらのシステムは、動力式空気浄化呼吸器（ＰＡＰＲ）として一般的に知られている。呼吸を援助する両方のタイプは、有害で汚染されている雰囲気か、呼吸できない雰囲気か、又は危険な空気を含むと思われるような雰囲気に晒されて呼吸しなければならないような人によって使用されている。

一般的に言えば、危険であるか又は呼吸できないような雰囲気は、酸素が１９．５容積％未満であるような空気か、必要な酸素比率は満たすが、有害な汚染物、例えば粒子状または気体状汚染物を相当程度含有する空気である。酸素含有量が少なくとも１９．５％である場合、その使用者は、フィルタが雰囲気を清浄化するという問題を解決することができ、使用者が呼吸をすることによってその使用者の健康を維持することができるならば、そのようなフィルタシステムを使用して汚染雰囲気を有する領域に入ることはできるであろう。フィルタは、使用者の周囲の雰囲気における有害な成分または汚染物を除去する手段を提供することができる。特に、汚染された周囲の雰囲気を浄化して、その雰囲気を呼吸ができるように転化するシステムであるフィルタベースの汚染除去システムは、清浄化要素（例えば、適切なフィルタのようなもの）を通して調節された流れにより空気を供給するとき、最もよく作用する。

一般に、ポンプ／ブロワは、フィルタを通して汚染された雰囲気を吸引して汚染物の性状を改善する物質と接触させるために使用される。そして、そのポンプ／ブロワは、マウスグリップ、フードまたはヘルメットのような使用者の呼吸に関わる顔マスクまたは他の手段内に、正圧下において浄化空気、例えば濾過空気を押し込むのである。電池で作動するポンプ／ブロワのような動力式空気供給手段が一般的に好まれる一方、外的手段によって動力を供給されない空気浄化システムを使用することができることも知られている。これらの非動力付与システムにおいては、使用者の肺活量が浄化要素を通して汚染空気を送り込むために必要な力を供給する。簡単のために、周囲雰囲気浄化手段は、空気浄化呼吸器（ＡＰＲ）と呼ぶことにする。（例えば、電池、電線または他の動力源によって作動する）動力式ポンプまたはブロワを使用してフィルタを通して空気を押し込むシステムは、動力式空気浄化呼吸器（ＰＡＰＲ）として知られている。

ＰＡＰＲシステムは、浄化空気中の酸素レベルが１９．５容積％を上回るかぎり、汚染物に対して保護することができる。汚染物が濾過によって除去されるならば、煤や煙りまたは他の汚染物は適当な浄化物質との反応によって析出させて改善することができる。実際的な効果としては、これらのシステムは、フィルタや空気浄化要素が取り替え可能なように設計されている。しかし、ＰＡＰＲシステムは、周囲の雰囲気が１９．５容積％未満の酸素含有量であるならば、適切ではない。

かくして、ＰＡＰＲやＡＰＲが使用できないような状況が存在する。これらの状況は、周囲雰囲気が汚染されているか、またはその汚染をフィルタおよび／又は汚染除去浄化システムが処理できないような場合；および／又は周囲の空気の酸素含有量があまりに低くて人間が生存していくために必要な条件を満たすことができない場合（すなわち、雰囲気がＩＤＬＨである場合、ＩＤＬＨとは周囲の雰囲気が生命および健康に即時に危険を及ぼすという意味である）である。これらの状況において、汚染領域に進入する人は、自らに対する空気供給手段を携行しなければならない。この動作は、圧縮された清浄な空気を保有する容器（びん）の形態をしたものを携えて、自らに必要な空気を運搬するスキューバダイバーに似ている。

一つの問題は、水中においてダイバーはスキューバタンクの重量をサポートする上で役立つ水の浮力の恩恵を被ることができる一方、ＳＣＢＡの使用者は容器詰めの空気の全重量をサポートしなければならないということである。その結果、たいていのＳＣＢＡシステムは、約１時間、十分な容器詰めの圧縮空気を持ち運ぶことができるものでなければならない。もちろん、付加的な時間、その人自身をサポートするためにその人が運ばなければならない重量を最小限にすると同時に、使用者、例えば消防士が容器詰めの空気に依存しつつ危険な環境下で作業することが可能な時間を増加することができることは、好ましいことである。

空気の容器は、特に容器が一杯に満たされているとき、重いものである。工具を携えて好ましくない環境にすでに入っている消防士の場合、火炎の熱の中で圧縮空気の入った容器の余分な重量を運ぶのは一層困難である。さらに、消防士は、ＳＣＢＡシステムを空中低い姿勢において操作しながら汚染されたビルディングに入らなければならない。

このように、自らが自らに必要な空気供給手段を持ち運ばなければならないので、どれくらい多くの空気を安全に運ぶことができるかということに関しては、現実的な制限がある。スキューバ装備によって水中で作業するのとは反対に、消防士によって使用される空気容器は相当重く、使用者によって完全にサポートされなければならない。消防士の重量を部分的にサポートする水の浮力のような恩恵を受けることはできない。ＳＣＢＡシステムがより大きくなると、より多くの空気を運ぶことはできるが、重量が増加するので携帯性は低下する。この重量と作業条件の組み合わせは、自ら空気供給手段と工具を着用するか又は運搬する消防士が効率的に火災現場で作業することができる時間を厳しく制限する。

しかし、消防士が、火災現場で作業する時間の中で運ばれた空気を必要としない時間があり、火災現場で作業する時間の中で携帯型で容器詰めの空気を必要とする時間があるという状況は存在しうる。不幸にも、既存のシステムは、ある状況または他の状況に適している。すなわち、既存のシステムは、汚染された周囲の雰囲気を、安全に呼吸ができる十分に清浄な空気に転化するために、正圧（ポンプで送り出す）濾過および浄化システムか、又は周囲の雰囲気の代わりに使用するために持ち運ぶことができる正圧下の容器詰め空気を提供する。既存のシステムは不備な点を有しているが、その一方で既存のシステムは、重要な条件下での利点および必要性さえも有している。

上記見解および下記の見解は、ＰＡＰＲおよびＳＣＢＡシステムを組み合わせることによって利するところがある種類の人間の実例として消防士を使用しているが、このシステムは、決して消防士が使用することに限定されるものではない。例えば、化学工場および精錬所で働く作業者は、ここに記載したシステムから得られる恩恵を実際に必要としている。同様に、化学的および生物学的な攻撃に晒される兵士は、ここに記載したシステムから得られる恩恵を大いに受けるであろう。もちろん、それ以外の人であっても、ここに記載したシステムによって同様に助けられるようなことがあるということは、当業者には明かである。

本発明は、汚染物が使用者の体に接触することを防止するとともに、汚染空気を浄化して、持ち運びできる清浄な空気を使用者に提供するための装置および方法を提供することにある。

本発明の呼吸器は、二重の空気マスクの使用により、使用者にタンクに蓄えられた空気を提供するための自給式呼吸器（ＳＣＢＡ）と、使用者に濾過された周囲の空気を提供するための動力式空気浄化呼吸器（ＰＡＰＲ）とを含む。ＰＡＰＲは、使用者に供給される呼吸空気源の空気を選択的に制御することができるように、ＳＣＢＡに作動可能に連結されている。

一実施形態として、呼吸器は汚染された周囲の空気が使用者に接触することを防止するために、流体が透過しないボディスーツを有している。そのボディスーツは、複数の材料層を有している。例えば、ボディスーツは、繊維の内側層と外側層との間に位置する不透過フッ化ポリマーのバリヤを有している。その保護スーツは、火炎による汚染、化学的な汚染、生物学的な汚染、および／又は放射能による汚染によって引き起こされる呼吸できない雰囲気で使用することができる。その保護スーツは、化学戦争用マスクを密封して係合するゴムの内面を備えた二重の空気フードを有している。そのフードは、マスク上において引き伸ばされ、マスクのレンズフレームにぴったりとフィットした外側部材を有している。二重のフードは、液体および蒸気に対する保護バリヤを提供し、それによって、マスクと内側フードのスカートとの境界面での汚染物質を減少する。理解を容易にするために、顔マスクの使用に対してさらに言及する。しかし、この使用は実施例であって、限定するものではない。マウスピースは使用者に呼吸空気を持ち込むことができる。

完全な手による操作の元で、ＰＡＰＲとＳＣＢＡは、それぞれ別々の呼吸ホースによって顔マスクに接続されている。各ホースは、二重の顔マスクの場合にそれ自身の入口を有しているか、又は各ホースは単一の顔マスクの場合にティ部分または類似の連結具に連結される。顔マスクの部分または顔マスクの近傍において、各ホースは非戻り（一方向）バルブを備えている。排気バルブが顔マスクに備えられているので、その排気バルブから雰囲気に向けてガスが排出される。バルブシステムおよび／又はスイッチシステムが備えられているので、使用者は、非清浄の周囲空気または汚染された周囲空気に晒されることなく、清浄な周囲空気または備蓄（容器詰め）空気を受け入れるかどうかを制御することができる。このバルブシステムおよび／又はスイッチシステムは、使用者の手で操作することができ、その場合、使用者は使用するための空気を独立して決定することができる。または、そのシステムは、ＳＣＢＡとＰＡＰＲから供給される空気が両方ともバルブマニホールドに接続される半自動制御下で操作することができる。

最初、ＳＣＢＡからの供給は停止され、ＰＡＰＲのブロワの運転は停止される。しかし、ＰＡＰＲから濾過空気が抵抗を受けながら顔マスクに流れる。もし、抵抗による問題が大きいならば、使用者はＰＡＰＲのブロワのスイッチを入れることができる。使用者の判断またはシステムがＰＡＰＲからＳＣＢＡに切り替えるべきことを指示する周囲空気のサンプリングによる試験結果に基づいて作動する音声アラームおよび／又は視覚に訴えるアラームにより、使用者はＳＣＢＡの供給バルブを開き、ＰＡＰＲのブロワのスイッチを切ることができる。もし希望するならば、ＳＣＢＡからのみ空気が供給されるようにして、ＳＣＢＡの空気の圧力によって、ＰＡＰＲのブロワを自動的に停止するような切り替え回路を構成することもできる。それに代えて、フィルタから浄化空気を受け入れるか、または空気備蓄容器手段から空気を受け入れるかの決定は、バルブ手段に組み込まれたサンプリング手段および試験手段に基づいて自動的に作動する構成とすることができる。その結果、マニホールドバルブを経てＰＡＰＲシステムが閉じ、ＳＣＢＡシステムが開くように電気的に作動する。

少なくとも一つの空気容器には、顔マスクの少なくとも一つのポートへの接続部分と、容器から空気を引き抜くか否かを制御することができる制御可能なバルブとが備えられている。少なくとも一つのフィルタエレメントが、空気容器と制御可能なバルブシステムを分離し、周囲の空気がＰＡＰＲによって吸引されてマスクに供給されるかどうかについて制御することができる。フィルタエレメントと使用者との間に作動可能に取り付けられた、電池または他の動力で作動する電動モータ駆動ブロワはスイッチまたはハンドルによって制御されて、その電動モータ駆動ブロワは作動することができる。

このように、周囲の空気が十分な酸素含有量であるとき、汚染物はフィルタエレメントにおける濾過または化学的処理によって除去される。ブロワはスイッチを操作することによって作動させることができる。この点に関して、周囲の空気はフィルタエレメントを経て供給され、煤および他の有害な粒子、有害な蒸気または有害な気体のような有害な成分は浄化される。手による操作下において、周囲の空気の酸素含有量が低いか、または汚染物を含有しているとき、フィルタエレメントにおける濾過または他の処理によっては汚染物を除去することはできないので、ＳＣＢＡのバルブが使用者によって開かれ、ＰＡＰＲシステムのスイッチは切られる。周囲の空気は、もはやフィルタエレメントを通っては吸引されずに、その代わりにＳＣＢＡシステムによって空気が供給される。

顔マスクが使用されるとき、顔マスクには、吸入空気がフィルタエレメントを経て供給されるか、または容器詰め圧縮空気から供給されるかに関わらず、吐出空気を排出することができる一方向バルブが備えられている。もし希望するならば、顔マスクは、閉回路装置とともに使用することができる。

一般的に、容器詰め空気の圧力は、使用者の呼吸システムに損傷を与えずに使用者が呼吸することができる十分な圧力に減圧しなければならない。このプロセス、およびこのプロセスを実行することができる装置はよく知られている。特に、市販の第一段調整器および第二段調整器はこの目的のために使用することができる。このように、空気容器と顔マスクの間に事実上二つの連続したバルブシステムが存在する。すなわち、空気容器に取り付けられるか又は空気容器の非常に近くに位置する単純な開閉バルブである第一バルブと、第一バルブおよび顔マスクをつなぐ線上にある調整器、減圧バルブシステムとの二つである。

まず、図８Ａおよび図８Ｂに関して、汚染環境において使用者５８を保護するための装置１０は、自給式呼吸器ＳＣＢＡ１８とともに動力式空気浄化呼吸器ＰＡＰＲ１６を含む呼吸器１４を備えた有害物質(hazmat)保護ボディスーツ１２を有している。呼吸器１４は、保護ボディスーツ１２とともに使用することができ、また保護ボディスーツ１２がなくても使用することができ、保護ボディスーツ１２と呼吸器１４は、化学的な汚染、火炎による汚染、生物学的な汚染、核による汚染、および／又は他の汚染によって引き起こされる汚染環境における保護を最大限にするために使用できることは注目すべきである。

図１Ａおよび図１Ｂに関して、呼吸器１４の第一実施例が、ＰＡＰＲ１６とＳＣＢＡ１８を含んで、斜視図によって示されている。一般的な吊り手６６を呼吸器１４の異なる要素を保持し、携帯性を付与するために使用することができる。弾丸保護バリヤ６０がＳＣＢＡ１８と使用者の間の吊り手６６上に位置し、飛んでくる発射体または爆発物のような外部の物体による被害によって引き起こされるタンクの破裂のような損傷の危険性を低減することができる。

ＰＡＰＲ１６およびＳＣＢＡ１８に加えて、呼吸器１４は、顔マスク２０の周りにぴったりとフィットした内側ゴムスカート８６と外側保護部材８８を備えた二重層フード８４を有している。図１Ａと図１Ｂには示していないが、周囲の汚染物の浸入を防ぐために、顔マスク２０は使用者の顔にぴったりとフィットしている。一対の管路２２ａと２２ｂは、それぞれ、ＰＡＰＲ１６およびＳＣＢＡ１８を顔マスク２０に接続する。特に、管路２２ａはＰＡＰＲ１６から濾過された呼吸可能な空気を供給する一方、管路２２ｂはＳＣＢＡ１８から容器詰め空気を供給する。

図１Ａおよび図１Ｂに示すように、ＰＡＰＲ１６は少なくとも一つ以上のフィルタエレメント２４，ブロワ２６およびプレナム２９を有している。フィルタエレメント２４は、使用者が呼吸できるように、汚染された周囲の空気を濾過し、顔マスク２０に呼吸可能な空気を供給するように作用する。フィルタエレメント２４は、周囲の空気の吸入開口２３および濾過された周囲の空気が通過する出口２５を有している。フィルタエレメント２４は、例えば、螺合のような当業者に公知の適切な機械的締結手段により濾過空気プレナム２９に接続される。フィルタエレメント２４は単独で使用することができ、複数組み合わせて使用することもできる。さらに、フィルタエレメント２４はプレナム２９の一方の側に配置することができるし、その代わりに、プレナム２９の複数の側面に沿って断続的に配置することもできる。ブロワ２６は、フィルタエレメント２４を経て周囲の空気を吸引し、管路２２ａを経て顔マスク２０に濾過空気を供給するためにプレナム２９に作動可能に連結されている。管路２２ａはマニホールド３６と連通している入口ポート４０に接続されている。マニホールド３６は顔マスク２０に接続されている。以下により詳細に説明するように、ブロワ２６のスイッチが入れられても、入れられなくても、ＰＡＰＲ１６は完全に作動するということは注目すべきである。

バルブ５２はＰＡＰＲ１６に連結されていて、顔マスク２０に対する濾過空気の流れを停止することができる。バルブ５２は手で操作するための回転ハンドル５３を有しているが、ソレノイドによって電子的に制御することもできる。図７に示すように、回転ハンドル５３は、フィルタエレメント２４に作動可能に連結されている。より明確には、回転ハンドル５３はフィルタ吸入カバー５５に連結されている。バルブ５２と回転ハンドル５３はＰＡＰＲ１６システムにおける好ましい位置に配置できることが分かる。しかし、図１Ａと図１Ｂにおいて、バルブ５２はブロワ２６に接近した位置に描かれている。ブロワ２６は、バルブ５２とは独立に作動して電池の電力を節約することができるオンオフスイッチ６８を有している。一方、使用者は自己吸引式呼吸により濾過空気を吸うことができる。このように、使用者は、バルブ５２によって濾過空気の流れを止めることができる。一方、呼吸器１４は、フィルタエレメント２４が不必要に汚染されることがないようにＳＣＢＡモードで作動する。また、オンオフスイッチ６８は、バルブ５２が開いているとき、動力式呼吸と自己吸引式呼吸のいずれかを選択するために使用することができる。もし希望するならば、ＰＡＰＲ１６のブロワ２６のスイッチが入っているとき、ＰＡＰＲ１６がいつも開いているように、オンオフスイッチ６８は流量制御バルブ５２に作動可能に連結することができる。

ＳＣＢＡ１８は、呼吸可能な空気または酸素が満たされた圧縮空気タンク２８を有している。圧縮空気タンク２８の内容物は、完全に満たされているとき、約４５００ホ゜ント゛／インチ²に圧縮することができる。もちろん、圧縮空気タンク２８は上記内圧以外に圧縮することもできる。圧縮空気タンク２８は、当業者によれば容易に理解できるように、図１Ａおよび図１Ｂに示すように機械的に作動するか又は電子的に作動する締切弁３０を有している。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第一管路３２の一端は圧縮空気タンク２８に接続され、第一管路３２の他端は第一段圧力調整器３８に接続されている。締切弁３０が開いているとき、圧縮空気は、第一管路３２を経て、圧縮空気タンク２８の圧力を約１００ホ゜ント゛／インチ²の低圧に減少することができる第一段圧力調整器３８に送られる。第二管路２２ｂは第一段圧力調整器３８とマニホールド入口ポート４２の間を接続しているので、圧縮空気は管路２２ｂを経て入口ポート４２まで運ばれてマニホールド３６に達する。

圧縮空気タンク２８の圧力は、減圧されたとしても呼吸するにはあまりに高すぎる。そのため、第二段圧力調整器５４がマニホールド３６に設けられており、空気の圧力を標準の大気圧である、約１４．６９ホ゜ント゛／インチ²の圧力に低減することができる。また、第一段圧力調整器３８によって、第二段圧力調整器５４を利用せずに、標準の大気圧まで空気の圧力を低減することができる。

管路２２ａ、２２ｂおよび３２は伸張可能なホースとすることができる。例えば、そのホースは、鋭利な物質が管路２２ａ、２２ｂおよび３２に孔を開けることがないように、ステンレス鋼のメッシュのカバーで覆われた、ゴムのような可撓性で耐引裂性に優れた材料から製造することができる。急速管継手６２は管路２２ａ、２２ｂおよび３２の各々を呼吸器１４の接合部に連結することができる。

もし、二重層フード８４がない状態で使用されるならば、顔マスク２０は使用者５８の顔に密着し、周囲の汚染物が呼吸システムに進入するのを防ぐことができる。制御バルブアクチュエータ６４は、空気の供給量を制御するためにマニホールド３６内の制御バルブに作動可能に連結され、ＰＡＰＲ１６か又はＳＣＢＡ１８のいずれかから顔マスク２０に流体が供給される。制御バルブアクチュエータ６４は、手で操作するか、又は電子的に作動することができる。後者の場合、制御バルブアクチュエータ６４は、当業者によく知られているように、離れた場所に置かれる。

再生ゴム部材供給ライン９７は、再生ゴム部材９６を顔マスク２０に接続する。再生ゴム部材供給ライン９７は、顔マスク２０を取り外すことなく、使用者を汚染雰囲気に晒すことなく、再生ゴム部材９６から汚染物のない液体を使用者に供給することができる。

図３ないし図５は、図１Ａおよび図１Ｂの呼吸器を使用することができる選択的な空気供給システムの実施形態の概略図である。顔マスク２０はマニホールド３６を有している。図３ないし図５に示す実施形態は必ずしも独立して使用しなければならないような別々の形態ではなく、必要に応じて組み合わせて使用することができる。図３において、周囲の空気は個々のフィルタエレメント２４の吸入開口２３を経てＰＡＰＲ１６内に流入する。濾過空気は出口２５を経てフィルタエレメント２４を出てプレナム２９に入る。フィルタエレメント２４は、固体および流体の両方の性状の汚染物を除去するための適切な汚染除去媒体を含んでいる。このように、汚染された空気から、固体粒子状物質、有害ガス、および／又はいやな臭いが除去される。ＰＡＰＲ１６に設置されるフィルタエレメント２４の等級および汚染領域で消費される時間に応じて、フィルタエレメント２４は化学的、生物学的および／又は核による汚染環境において、呼吸できる空気を提供することができる。上記したように、周囲の空気は使用者の呼吸または電動ブロワ２６によってフィルタエレメント２４を通して吸引される。電動ブロワ２６は、プレナム２９に接続されており、フィルタエレメント２４を通して周囲の空気を吸引し、管路２２ａを経て濾過空気を顔マスク２０に押し込むことができる。図３に示すように、ブロワ２６は吸引力を生成するために、インペラ３９または同等品を有している。浄化空気は管路２２ａを経て搬送された後、浄化空気は入口ポート４０に入り、一方向バルブ７４を経てマニホールド３６内に流入する。

ＳＣＢＡ１８は、例えば、ＰＡＰＲ１６が空気を供給できないとき、圧縮空気タンク２８内の圧縮空気を搬送することができる。圧縮空気タンク２８内の圧縮空気は第一管路３２に流入し、第一段圧力調整器３８を通過する。第一段圧力調整器３８は、圧縮空気の圧力を好ましいレベルに低減する。第一段圧力調整器３８で圧力を調整された空気は、第二の管路２２ｂを経て第二段圧力調整器５４まで搬送される。上記したように、第二段圧力調整器５４は、圧縮空気の圧力を約１４．６９ホ゜ント゛／インチ²の圧力に低減することができる。第二段圧力調整器５４は、マニホールド３６内に配置することもできるし、図３に示すように、そこから離れた位置に配置することもできる。第二段圧力調整器５４を経た圧縮空気は、入口ポート４２から一方向バルブ７６を経てマニホールド３６内に流入する。

ＰＡＰＲ１６による供給空気からＳＣＢＡ１８による供給空気への切り替えは、以下により詳細に記載するように、自動、半自動または手動で実行することができる。図３に示すように、呼吸器１４は使用者に運ばれる空気のガス濃度を感知することができるガスセンサ５６を有している。ガスセンサ５６は、濾過された周囲の空気が呼吸することができる程度に十分に清浄でなければ、警告アラーム６９の信号を発することができるものである。警告アラーム６９は、耳に聞こえるもの、目に見えるもの又はその両方とすることができる。この実施形態においては、ガスセンサ５６が警告アラーム６９の引き金となって、自動的にＰＡＰＲ１６を閉止し、ＳＣＢＡ１８の空気を顔マスク２０に流すように作用する。ＰＡＰＲ１６とＳＣＢＡ１８に組み込まれたマニホールド入口バルブ７４と７６は、それぞれガスセンサ５６に電子的に接続されており、ＰＡＰＲ１６が呼吸空気を供給しないとき、ＰＡＰＲ１６の入口バルブ７４は自動的に閉じられ、ＳＣＢＡ１８の入口バルブ７６は自動的に開かれる。ブロワ２６は、電子スイッチ６８により自動的に止められる。

とにかく、顔マスクの入口バルブ５１が開いているとき、空気はマニホールド３６から顔マスクの入口ポート５０を経て顔マスク２０内に流入する。顔マスク２０内の圧力がマニホールド３６内の圧力よりも低いとき、すなわち、入口バルブ５１は、使用者が吸い込むときに開く一方向バルブである。使用者が吐き出すとき、顔マスク２０の入口バルブ５１は閉じ、吐き出された空気は一方向バルブ４８を含む出口ポート４７を経て排出される。特に、使用者が吐き出すとき顔マスク２０内の圧力は周囲の圧力よりも大きいために、顔マスクの出口バルブ４８は使用者が吐き出すときに開く一方向バルブである。

図４は、作動が半自動モードであることを除いて図３に類似している。ＰＡＰＲ１６が呼吸できる空気を供給しないとき、ガスセンサ５６が引き金となって起こされる音声警告アラームまたは視覚に訴える警告アラーム６９に応じて、ＰＡＰＲに対する電子オンオフスイッチ６８および制御バルブアクチュエータ６４は手で操作することができる。使用者は、制御バルブアクチュエータ６４によって、空気の供給源をＰＡＰＲ１６からＳＣＢＡ１８へ手で切り替えることができる。

図５の実施形態は、空気源を制御するために使用されるガスセンサ５６、自動制御オンオフスイッチ６８および制御バルブアクチュエータ６４を除いて、図３および図４と同じ特徴を有している。その代わりに、図５の実施形態は、ＰＡＰＲ１６の空気流れが好ましくないか、又はブロワ２６の電池寿命を節約するときに、使用者は手でブロワ２６の運転を停止することが必要である。この実施形態において、顔マスク２０は最も高い圧力の空気供給源から空気を受け入れるであろう。このように、ＳＣＢＡ１８のスイッチが入れられれば、圧縮空気タンク２８内の圧力がＰＡＰＲ１６によって供給される空気の圧力を下回るまで、空気はＳＣＢＡ１８から供給されるであろう。もし、ブロワ２６が作動しないならば、ＰＡＰＲ１６が顔マスク２０に空気を供給する前にＳＣＢＡ１８の空気圧は周囲の圧力未満に低下しなければならない。もちろん、ＳＣＢＡ１８のスイッチが切られれば、ブロワ２６が作動中であるときは動力下において、ブロワ２６が作動していないときは自己吸引式呼吸により空気はＰＡＰＲ１６によって供給されるであろう。

図２Ａおよび図２Ｂに関して、呼吸装置１０の別の実施形態が示されている。この実施形態は、顔マスク２０が分離したマニホールド３６を有していないということを除けば、図１Ａおよび図１Ｂに示した実施形態と本質的に同じである。その代わりに、空気供給管２２ａおよび２２ｂは、中間のマニホールド３６に接続されずに、直接顔マスク２０に接続されている。この実施形態は、図３ないし図５に示す実施形態と同じように実施することができる。特に、顔マスク２０内のバルブシステムは、自動、半自動または手動モードで作動することができる。図２Ａおよび図２Ｂの呼吸器は図６の空気供給システムで使用することができる。図６は、簡単のために、ガスセンサ５６、警告アラーム６９、電子制御オンオフスイッチ６８は示されていないが、図３ないし図５の実施形態との唯一の差違は、顔マスク２０と空気供給源、すなわち、ＰＡＰＲ１６およびＳＣＢＡ１８の間にマニホールドを欠いていることにある点は注目すべきである。

図７に示すように、分離した入口ポート４１と４３が顔マスク２０に形成されており、ＰＡＰＲ１６の濾過空気とＳＣＢＡ１８の空気はそれぞれ、入口ポート４１、入口ポート４３を経て顔マスク２０に流入することができる。入口ポート４１と４３はそれぞれ、一方向バルブ４４と４６によって閉じることができる。一方向バルブ４４と４６は顔マスク２０内への空気の流入は可能にするが、顔マスク２０から空気を流出させて空気供給システム内へ逆流することは許さないものである。上記したように、顔マスク２０の一方向バルブ４４と４６は、電子機械的に操作することができ、自動、半自動または手動で作動することができる。顔マスク２０の一方向バルブ４８は、顔マスク２０から周囲に空気を吐出することができるものである。バルブ４８は、顔マスク２０内の圧力が周囲より大きいときのみ開くことが可能な一方向バルブである。

再び、図８Ａ、図８Ｂおよび図９に関して、吊り手６６は、使用者５８の保護ボディスーツ１２にＳＣＢＡ１８とＰＡＰＲ１６を取り付けるのに適したものである。保護ボディスーツ１２は、火炎、化学薬剤、生物学的薬剤、および放射線のような汚染物によって引き起こされる呼吸できない環境下でも使用することができるものである。保護ボディスーツ１２は、周囲の汚染物に対する完全な物理的バリヤを形成しうるように流体不透過材料から製造されている。保護ボディスーツ１２は、少なくとも３層を有する積層構造とすることができる（図９参照）。積層材料は、内側繊維層７８、外側保護層８０および不透過フッ化ポリマーバリヤから製造された中間層８２を有している。中間層８２は、内側繊維層７８と外側保護層８０の間に位置している。保護ボディスーツ１２は、図１Ａおよび図１Ｂに関して説明した二重層フード８４をさらに有している。

保護ボディスーツ１２は、使用者の発汗と発熱によって引き起こされる比較的暖かい湿気の多い空気を排出するように換気することが可能である。その換気は、保護ボディスーツ１２の内部の暖かい湿気の多い空気を比較的涼しい周囲の濾過空気と交換する。換気された空気は、ＰＡＰＲのブロワ２６または別のブロワ（図示せず）により保護ボディスーツ１２内に押し込むことができる。別のケースでは、換気ホース９０はブロワ２６に直接接続されるか、または、空気の一部が保護ボディスーツ１２を換気するように管路２２ａに接続される。排気ポート９２が一方向バルブ９４を備えた保護ボディスーツ１２に設けられ、排気ポート９２を通して保護ボディスーツ１２内の暖かい湿気の多い空気が排出され、周囲の空気の汚染物が排気ポート９２に進入するのを防ぐことができる。ブロワ２６は、少なくとも６フィート³／min.の割合で換気して濾過空気を供給できるものが好ましい。

保護ボディスーツ１２は、顔マスク２０に接続された供給ライン９７を備えた再生ゴム部材９６を有している。再生ゴム部材９６は、使用者５８に対して汚染物のない液体を供給することができる。再生ゴム部材９６は、一方向バルブ（図示せず）を通して水のような液体を受け入れるためのポート９８を有している。ポート９８は、液体を供給するための密封容器（図示せず）に取り付けられたときのみ、再生ゴム部材９６に液体が満たされるようにすることができるものである。ポート９８は、有害な周囲の雰囲気が再生ゴム部材９６を通して保護ボディスーツ１２に進入するのを防ぐことができるように、容器と密封連通状態にあるときのみ開くようなものである。このように、汚染物がない液体が再生ゴム部材９６に蓄えられ、供給ライン９７を経て使用者に供給することができる。

顔マスク２０は、吐き出された暖かい湿気の多い空気が視野レンズに接触することを防ぐために、いつも明瞭な視界を提供する。特に、濾過された比較的涼しい吸入空気は顔マスクの表面に吹きかけられて視野レンズを明瞭にし、一方、吐き出された空気は視野レンズから出ていく。

作動時、保護ボディスーツ１２は、汚染物と使用者５８の皮膚を分離し、汚染していない空気を呼吸のために供給することによって、使用者５８を周囲の有害な雰囲気から保護する。保護ボディスーツ１２の作動上の特性によれば、供給される空気が汚染されることなく保護ボディスーツ１２を身につけることができる一方、圧縮空気タンク２８内の空気を呼吸に使用することができない周囲の空気と交換する方法を提供する。第一管路３２が圧縮空気タンク２８から取り除かれたとき、管路３２を密封することができるポップオフバルブ（図示せず）を有する急速管継手６２を使用することによって、供給される空気を汚染せずに圧縮空気タンク２８内の空気の交換を実行することができる。

上記の詳細な説明は本発明の理解を容易にするためにのみなされたものであり、不必要な限定はされるべきでなく、当業者には修正は自明である。

図１Ａは、呼吸器の分解斜視図である。 図１Ｂは、図１Ａの呼吸器に類似する斜視図である。 図２Ａは、別の呼吸器の分解斜視図である。 図２Ｂは、図２Ａの呼吸器に類似する斜視図である。 図３は、図１Ａ、図１Ｂおよび図２Ａ、図２Ｂの呼吸器を使用することができる空気供給システムの第一実施形態の概略図である。 図４は、図１Ａ、図１Ｂおよび図２Ａ、図２Ｂの呼吸器を使用することができる空気供給システムの第二実施形態の概略図である。 図５は、図１Ａ、図１Ｂおよび図２Ａ、図２Ｂの呼吸器を使用することができる空気供給システムの第三実施形態の概略図である。 図６は、図１Ａ、図１Ｂおよび図２Ａ、図２Ｂの呼吸器を使用することができる空気供給システムの第四実施形態の概略図である。 図７は、図１Ａ、図１Ｂおよび図２Ａ、図２Ｂの呼吸器を使用することができる空気供給システムの第四実施形態にいくらかの修正を加えた概略図である。 図８Ａは呼吸器を取り付けた保護スーツを正面から見た斜視図である。 図８Ｂは呼吸器を取り付けた保護スーツを背面から見た斜視図である。 図９は図８Ａの保護スーツの複数層の一部を拡大した詳細図である。

符号の説明

１０ 装置
１２ 保護ボディスーツ
１４ 呼吸器
１６ 動力式空気浄化呼吸器（ＰＡＰＲ）
１８ 自給式呼吸器（ＳＣＢＡ）
２０ 顔マスク
２２ａ 管路
２２ｂ 管路
２３ 吸入開口
２４ フィルタエレメント
２５ 出口
２６ ブロワ
２８ 圧縮空気タンク
２９ プレナム
３０ 締切弁
３２ 第一管路
３６ マニホールド
３８ 第一段圧力調整器
３９ インペラ
４０ 入口ポート
４１ 入口ポート
４２ 入口ポート
４３ 入口ポート
４４ 一方向バルブ
４６ 一方向バルブ
４７ 出口ポート
４８ 一方向バルブ
５０ 入口ポート
５１ 入口バルブ
５２ バルブ
５３ 回転ハンドル
５４ 第二段圧力調整器
５５ フィルタ吸入カバー
５６ ガスセンサ
５８ 使用者
６０ 弾丸保護バリヤ
６２ 急速管継手
６４ 制御バルブアクチュエータ
６６ 吊り手
６８ オンオフスイッチ
６９ 警告アラーム
７４ 一方向バルブ
７６ 一方向バルブ
７８ 内側繊維層
８０ 外側保護層
８２ 中間層
８４ 二重層フード
８６ 内側ゴムスカート
８８ 外側保護部材
９０ 換気ホース
９２ 排気ポート
９４ 一方向バルブ
９６ 再生ゴム部材
９７ 再生ゴム部材供給ライン
９８ ポート

Claims (63)

1. 呼吸装置であって、
   顔マスクと、
   タンクと、このタンクから上記顔マスクへ空気を供給するための第一管路とを備えた自給式呼吸器と、
   少なくとも一つのフィルターと、ブロワと、濾過された周囲の空気を上記顔マスクへ供給するための第二管路とを備えた動力式空気浄化呼吸器と、
   上記動力式空気浄化呼吸器および上記自給式呼吸器に作動可能に連結されたバルブシステムとを有し、
   上記バルブシステムは、呼吸空気源の空気を上記顔マスクへ供給可能とし且つ選択的に制御することができるものであること
   を特徴とする呼吸装置。
2. タンクは、圧縮空気を保有していることを特徴とする請求項１記載の呼吸装置。
3. 空気は、約４５００ホ゜ント゛／インチ²(psi)に圧縮されることを特徴とする請求項２記載の呼吸装置。
4. タンクと顔マスクとの間に配置されて流体を流通可能とする第一圧力調整器を有し、この第一圧力調整器は、タンクの空気圧を第一の減少圧力に減少することができるものであることを特徴とする請求項１記載の呼吸装置。
5. 第一の減少圧力は、約１００psiであることを特徴とする請求項４記載の呼吸装置。
6. 第一圧力調整器と顔マスクとの間に配置されて流体を流通可能とする第二圧力調整器を有し、この第二圧力調整器は、第一の減少圧力の空気圧を約１４．６９psiに減少することができるものであることを特徴とする請求項４記載の呼吸装置。
7. タンクに隣接して配置された弾丸保護バリヤを有し、この弾丸保護バリヤは少なくとも部分的なタンクの破裂に対応するものであることを特徴とする請求項１記載の呼吸装置。
8. 顔マスクは、周囲の汚染物が顔マスク内へ進入することを防ぐように、使用者の顔を密封して使用者の顔と係合可能であることを特徴とする請求項１記載の呼吸装置。
9. 第一管路および第二管路は、それぞれ延長可能なホース部分を有することを特徴とする請求項１記載の呼吸装置。
10. 第一管路および第二管路の少なくとも一方の相対する端部に取り付けられた急速管継手を有することを特徴とする請求項１記載の呼吸装置。
11. 急速管継手が接合容器から離脱するとき、各管継手は少なくとも管路の一つを通る空気の流通を防止するのに適合したポップオフバルブを有することを特徴とする請求項１０記載の呼吸装置。
12. バルブシステムは、顔マスクへ供給される呼吸空気源の空気を制御することができる少なくとも一つの制御バルブを有することを特徴とする請求項１記載の呼吸装置。
13. 少なくとも一つの制御バルブは、手動で作動するものであることを特徴とする請求項１２記載の呼吸装置。
14. 少なくとも一つの制御バルブは、電子制御によって自動的に作動するものであることを特徴とする請求項１２記載の呼吸装置。
15. ブロワに対する動力を制御するためのスイッチを有することを特徴とする請求項１記載の呼吸装置。
16. スイッチは自動的に制御されることを特徴とする請求項１５記載の呼吸装置。
17. 顔マスクは、さらに、
    濾過された呼吸可能な空気を顔マスク内へ進入させるようにした、動力式空気浄化呼吸器と流体が流通可能な第一吸気ポートと、
    タンク内の空気を顔マスク内へ進入させるようにした、自給式呼吸器と流体が流通可能な第二吸気ポートと、
    顔マスクから空気を吐出することができる、顔マスクと流体が流通可能な排気ポートとを有することを特徴とする請求項１記載の呼吸装置。
18. 第一吸気ポートと第二吸気ポートと排気ポートのそれぞれは一方向バルブを有することを特徴とする請求項１７記載の呼吸装置。
19. 第一吸気ポートと第二吸気ポートの少なくとも一方に組み込まれた一方向バルブは、電気機械的作動によって自動的に制御されることを特徴とする請求項１８記載の呼吸装置。
20. 自給式呼吸器と動力式空気浄化呼吸器を保持することができる吊り手を有することを特徴とする請求項１記載の呼吸装置。
21. 濾過空気内の汚染物を感知することができる空気品質センサを有することを特徴とする請求項１記載の呼吸装置。
22. 空気品質センサは濾過空気が所定の汚染物しきい値に達したとき、アラームを発することができることを特徴とする請求項２１記載の呼吸装置。
23. アラームは、音声信号および視覚に訴える信号の少なくとも一つであることを特徴とする請求項２２記載の呼吸装置。
24. 空気品質センサは電子的にバルブシステムに接続され、そのセンサは動力式空気浄化呼吸器の空気が顔マスク内へ進入することを自動的に防止することができるものであり、所定の最小空気品質しきい値が感知されたとき、自給式呼吸器の空気を顔マスク内へ流入させることができるものであることを特徴とする請求項２１記載の呼吸装置。
25. 空気中の汚染物がスーツ内に浸透するのを防止することができる保護ボディスーツを有することを特徴とする請求項１記載の呼吸装置。
26. 保護ボディスーツは、流体不透過材料から製造されていることを特徴とする請求項２５記載の呼吸装置。
27. 保護ボディスーツは、積層材料から製造されていることを特徴とする請求項２５記載の呼吸装置。
28. 積層材料は、内側繊維層と外側繊維層との間に位置する不透過フッ化ポリマーバリヤ層を有することを特徴とする請求項２７記載の呼吸装置。
29. 保護ボディスーツは、顔マスクを密封して顔マスクと係合する内側スカートを備えた二重層フードを有することを特徴とする請求項２５記載の呼吸装置。
30. 顔マスクはレンズを有し、二重層フードは、顔マスクのレンズの周りにしっかりとフィットした外側部材を有することを特徴とする請求項２９記載の呼吸装置。
31. 二重層フードは、顔マスクと二重層フードとの間の境界面に液体および蒸気が浸透するのを防止するものであることを特徴とする請求項２９記載の呼吸装置。
32. 保護ボディスーツ内の暖かい湿気の多い空気を濾過された周囲の空気と入れ替えることによって保護ボディスーツを換気するための換気システムを有することを特徴とする請求項２５記載の呼吸装置。
33. 換気システムは、保護ボディスーツに連結された動力式換気ブロワを有することを特徴とする請求項３２記載の呼吸装置。
34. 動力式換気ブロワは、約６フィート³／min.の割合で濾過空気を供給することを特徴とする請求項３３記載の呼吸装置。
35. 使用者に汚染物を含まない液体を提供することができる再生ゴム部材を有することを特徴とする請求項１記載の呼吸装置。
36. 呼吸装置であって、
    顔マスクと、
    タンクに蓄えられた空気を上記顔マスクへ供給することができる自給式呼吸器と、
    濾過された周囲の空気を上記顔マスクへ供給することができる動力式空気浄化呼吸器と、
    上記顔マスクに連結された流体不透過ボディスーツを有すること
    を特徴とする呼吸装置。
37. ボディスーツは、複数の材料層を有することを特徴とする請求項３６記載の呼吸装置。
38. 材料層は、内側繊維層と外側繊維層との間に位置する不透過フッ化ポリマーバリヤを有することを特徴とする請求項３７記載の呼吸装置。
39. 顔マスクは、周囲の汚染物が顔マスク内へ進入することを防ぐように、使用者の顔を密封して使用者の顔と係合可能であることを特徴とする請求項３６記載の呼吸装置。
40. 動力式空気浄化呼吸器は、自給式呼吸器の代わりに呼吸空気源の空気を顔マスクへ供給するために自給式呼吸器と作動可能に連結されていることを特徴とする請求項３６記載の呼吸装置。
41. 呼吸空気源の空気を制御するための少なくとも一つの制御バルブを有することを特徴とする請求項４０記載の呼吸装置。
42. 少なくとも一つの制御バルブは、手動で作動するものであることを特徴とする請求項４１記載の呼吸装置。
43. 少なくとも一つの制御バルブは、電子的に作動するものであることを特徴とする請求項４１記載の呼吸装置。
44. 自給式空気呼吸器と動力式空気浄化呼吸器から顔マスクへ呼吸可能な空気を搬送することができる少なくとも一つの管路を有することを特徴とする請求項３６記載の呼吸装置。
45. 少なくとも一つの管路は、延長可能なホースを有することを特徴とする請求項４４記載の呼吸装置。
46. ボディスーツは、顔マスクを密封して顔マスクと係合する内側スカートを備えた二重層フードを有することを特徴とする請求項３６記載の呼吸装置。
47. 二重層フードは、顔マスク上のレンズの周りにしっかりとフィットした外側部材を有することを特徴とする請求項４６記載の呼吸装置。
48. 二重層フードは、顔マスクと二重層フードとの間の境界面に液体および蒸気が浸透するのを防止するものであることを特徴とする請求項４６記載の呼吸装置。
49. ボディスーツ内の暖かい湿気の多い空気を濾過された周囲の空気と入れ替えることによってボディスーツを換気するための換気システムを有することを特徴とする請求項３６記載の呼吸装置。
50. 換気システムは、ボディスーツに連結された動力式換気ブロワを有することを特徴とする請求項４９記載の呼吸装置。
51. 動力式換気ブロワは、約６フィート³／min.の割合で濾過空気を供給することを特徴とする請求項５０記載の呼吸装置。
52. 使用者に汚染物を含まない液体を提供することができる再生ゴム部材を有することを特徴とする請求項３６記載の呼吸装置
53. 濾過された周囲の空気内の汚染物を感知することができる空気品質センサを有することを特徴とする請求項３６記載の呼吸装置。
54. 空気品質センサは濾過された周囲の空気が所定の汚染物しきい値に達したならば、アラームを発することができることを特徴とする請求項５３記載の呼吸装置。
55. アラームは、音声信号および視覚に訴える信号の少なくとも一つであることを特徴とする請求項５４記載の呼吸装置。
56. 空気品質センサは電子的にバルブシステムに接続され、そのセンサは動力式空気浄化呼吸器の空気が顔マスク内へ進入することを自動的に防止することができるものであり、所定の最小空気品質しきい値が感知されたとき、自給式呼吸器の空気を顔マスク内へ流入させることができるものであることを特徴とする請求項５３記載の呼吸装置。
57. 顔マスクへ空気を供給するための方法であって、
    動力式空気浄化呼吸器から顔マスクへ強制的に濾過空気を供給するために動力ブロワを作動させ、
    顔マスクを自給式呼吸器圧縮空気タンクに接続するバルブを開いて、
    上記圧縮空気タンクから空気が流入するとき、動力式空気浄化呼吸器と顔マスクを接続するバルブを閉じて、動力式空気浄化呼吸器によって濾過空気が顔マスク内へ進入するのを防止し、
    上記圧縮空気タンク内の空気圧がしきい圧を下回ったとき、動力式空気浄化呼吸器に対するバルブを開くこと
    を特徴とする空気供給方法。
58. 動力ブロワが停止されたならば、自己吸引式呼吸によって濾過空気が顔マスク内へ流入する工程を含むことを特徴とする請求項５７記載の空気供給方法。
59. 供給される空気を汚染せずに、圧縮空気タンク内の空気を呼吸に使用することができない周囲の空気と交換する工程を含むことを特徴とする請求項５７記載の空気供給方法。
60. タンクに蓄えられた空気を顔マスクへ供給することができる自給式呼吸器と、濾過された周囲の空気を上記顔マスクへ供給することができる動力式空気浄化呼吸器とを備えた顔マスク呼吸装置により良好な視界を提供するための方法であって、
    顔マスクのレンズに濾過された入口空気を吹きつけて、
    顔マスクのレンズの内側から外側へ顔マスク内の空気を吐出すること
    を特徴とする良好な視界の提供方法。
61. 呼吸装置の作動方法であって、
    まず、動力式空気浄化呼吸器を作動させて顔マスクへ呼吸用濾過空気を供給し、
    次に、自給式呼吸器を作動させて顔マスクへ呼吸用容器詰め空気を供給し、
    さらに、呼吸用空気源の空気を選択的に制御するためにバルブシステムを作動させることを特徴とする呼吸装置の作動方法。
62. 空気品質センサに応答して、バルブシステムを自動的に制御する工程を含むことを特徴とする請求項６１記載の呼吸装置の作動方法。
63. バルブシステムを手動で制御する工程を含むことを特徴とする請求項６１記載の呼吸装置の作動方法。

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