JP2897387B2 - 呼吸装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば航空機のパイロットや病院の入院患
者に用いられる呼吸装置に関する。

（従来の技術） 従来、航空機のパイロットや入院患者の呼吸装置は、
酸素濃度が略100％の液体酸素や酸素濃度が略95％以上
という酸素発生装置から送られてくる高濃度酸素を、直
接呼吸気として供給していた。

（発明が解決しようとする課題） 呼吸気の酸素濃度が必要以上に高いと、無気肺症等の
人体への悪影響が発生し、また、酸素が不必要に消費さ
れることになる。

そこで本発明は、呼吸気の酸素濃度を最適化を図るこ
とのできる呼吸装置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） 本発明の特徴とするところは、高濃度酸素源と、空気
源と、その高濃度酸素と空気とを混合して呼吸気とする
と共に、その呼吸気の酸素濃度を変更調節する混合手段
と、その呼吸気の酸素濃度及び呼吸気圧力の設定基準の
検知手段と、呼吸気圧力を検知する圧力検知手段と、そ
の呼吸気圧力を調節する圧力調節手段と、前記混合手段
から送り出される呼吸気の酸素濃度及び呼吸気圧力が、
酸素濃度及び呼吸気圧力の設定基準に対して予め定めた
設定値となるように、前記混合手段及び圧力調節手段を
制御する制御手段とを備えている点にある。

（作 用） 本発明の構成によれば、酸素濃度の設定基準の検知信
号が制御手段に入力されると、その設定基準に対して予
め定められた酸素濃度に基づいた制御信号が混合手段に
出力される。そして、混合手段がその制御信号に応じて
作動することで、呼吸気の酸素濃度は、設定基準に対し
て予め定めた設定値に調節される。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図に示す呼吸装置は航空機のパイロット呼吸用であ
り、高圧高濃度の酸素を送り出す酸素源１と、高圧空気
を送り出す空気源33と、その高濃度酸素と高圧空気とを
混合して呼吸気とすると共に、その呼吸気の酸素濃度を
変更調節する混合手段40と、呼吸気の酸素濃度の設定基
準の検知手段４と、混合手段40の制御手段５とを備えて
いる。

酸素源１は、液体酸素タンクや酸素発生装置から高圧
高濃度の酸素を混合手段40に配管を介し供給する。

空気源33は、航空機のエンジンから抽気する高圧空気
を配管を介し混合手段40に供給し、その配管途中には手
動開閉弁41が介在されている。

混合手段40は、酸素源１から供給される高濃度酸素の
流量制御弁42と、この流量制御弁42の作動機構43と、空
気源33から供給される空気の流量制御弁44と、この流量
制御弁44の作動機構45とを備えている。その作動機構4
3,45が、制御手段５からの制御信号に応じて流量制御弁
42,44を作動させることで、高濃度酸素と空気の各流量
が制御される。そして、流量制御弁42から送り出される
高濃度酸素と流量制御弁44から送り出される空気とが配
管を介して混合されることで呼吸気とされる。この呼吸
気の酸素濃度は、前述のように流量制御弁42,44により
高濃度酸素と空気の流量が制御されて混合比が変更調節
されることで調節される。

そして、混合手段40から配管を介し送り出される呼吸
気の酸素濃度検知手段46が設けられている。この酸素濃
度検知手段46としては例えば公知の酸素濃度センサーが
用いられる。

前記基準検知手段４は、本実施例では航空機の高度を
検出する高度センサ22と、航空機の加速度を検出する加
速度センサ23とから構成されている。

そして、酸素濃度検知手段46、高度センサ22及び加速
度センサ23の検知信号は、それぞれ前記制御手段５に入
力される。

その制御手段５は、本実施例ではマイクロコンピュー
タ24により構成され、このマイクロコンピュータ24は、
入出力装置25、中央処理装置26及び記憶装置27を備えて
いる。

その記憶装置27には本呼吸装置の制御プログラムが記
憶されている。この制御プログラムに従って、各検知手
段4,46から入出力装置25を介し入力される信号を中央処
理装置26が処理し、入出力装置25を介し混合手段40に制
御信号を出力する。

その制御プログラムは、航空機の高度と加速度とに対
する呼吸気の酸素濃度の関係に基づき作成され、その関
係は、パイロット19が最適な呼吸をできるように予め定
められている。

そして、マイクロコンピュータ24によって、高度セン
サ22により検知された高度と、加速度センサ23により検
知された加速度とに対して予め定められた呼吸気の酸素
濃度を、酸素濃度検知手段46により検知した酸素濃度と
比較し、その偏差に基づいた制御信号が出力される。そ
の制御信号は入出力装置25を介して前記作動機構43,45
に出力され、各作動機構43,45はその制御信号に応じて
作動し、前述のように流量制御弁42により酸素流量が、
流量制御弁44により空気流量がそれぞれ調節される。こ
れにより、高度と加速度に対し予め定められた酸素濃度
の呼吸気が混合手段40から送り出される。

本実施例では、混合手段40から送り出された呼吸気
は、圧力調節手段２を介してパイロット19の呼吸用マス
ク20内に供給される。

すなわち、混合手段40から送り出された呼吸気は、配
管を介して圧力調節手段２のレギュレータ部６と１次調
圧器７とに分岐して供給される。この１次調圧器７に分
岐して送り出された呼吸気はレギュレータ部６の制御流
体とされる。

その１次調圧器７は一種の減圧弁で、混合手段40から
の呼吸気を一定圧力に減圧して２次調圧器８に供給す
る。

その２次調圧器８は、１次調圧器７からの呼吸気圧力
を調節するもので、圧力制御弁９とトルクモータ10とを
備えている。その圧力制御弁９の呼吸気流路途中のノズ
ル開度が、トルクモータ10により動かされる弁体により
調節されることで、呼吸気圧力の調節がなされる。そし
て、２次調圧器８から送り出された呼吸気は、切換弁11
を介して前記レギュレータ部６に供給される。

レギュレータ部６は、ハウジング12の内部に摺動自在
に設けられたピストン13と、このピストン13に取付けら
れた弁体14と、この弁体14により開閉されるオリフィス
15とを有し、一対のバネ16,17により、弁体14はオリフ
ィス15の孔18を閉じる方向に付勢されている。そして、
２次調圧器８からレギュレータ部６に供給された呼吸気
の圧力がピストン13に作用することで、弁体14はオリフ
ィス15の孔18を開く方向に移動する。２次調圧器８から
レギュレータ部６に供給される呼吸気圧力が大きい程そ
の孔18の開度は大きくなり、混合手段40からその孔18を
通ってパイロット19の呼吸用マスク20に供給される呼吸
気圧力は大きくなる。

上記レギュレータ部６から呼吸用マスク20への呼吸気
の搬送ラインの途中には圧力検知手段３が設けられてい
る。この圧力検知手段３としては例えば公知の圧力セン
サーが用いられる。

なお、レギュレータ部６から呼吸用マスク20への搬送
ライン途中にはリリーフバルブ21も設けられ、呼吸気圧
力が過度に上昇するのを防止している。

そして、前記制御手段５は圧力調節手段２の制御も行
うものとされている。

すなわち、記憶装置27に記憶された制御プログラム
は、航空機の高度と加速度とに対する呼吸気圧力の関係
にも基づいて作成され、その関係は、パイロット19が最
適な呼吸をできるように予め定められている。

そしてマイクロコンピュータ24は、高度センサ22によ
り検知された高度と、加速度センサ23により検知された
加速度とに対して予め定められた呼吸気圧力を、圧力検
知手段３により検知した呼吸気圧力と比較し、その偏差
に基づいた制御信号を出力する。この制御信号は入出力
装置25を介し前記トルクモータ10に出力され、トルクモ
ータ10はその制御信号に応じて作動し、圧力制御弁９に
より呼吸気圧力の調節がなされる。この圧力調節された
呼吸気が、前述のように切換弁11を介してレギュレータ
部６に送られる。

その切換弁11は、耐加速度スーツ装置29の空気圧力調
節手段30に配管を介し接続されている。

すなわち、耐加速度スーツ装置29はスボン状の耐加速
度スーツ本体31と、この耐加速度スーツ本体31に取付け
られたブラダ32と、このブラダ32に配管を介し接続され
た前記空気圧力調節手段30とを備え、この空気圧力調節
手段30に前記空気源33が配管を介し接続されている。

そのブラダ32は、本実施例では複数とされると共に配
管を介して互いに連通され、それぞれ膨張することによ
り、耐加速度スーツ本体31を身に付けたパイロットの身
体を圧迫して締め付け、高加速度にさらされたパイロッ
トが意識喪失に陥るのを防止する。

上記空気圧力調節手段30は、空気源33から送られる高
圧空気を、航空機の加速度に応じて圧力調節してブラダ
32に供給するものであり、その圧力調節により、加速度
が大きくなるに従ってブラダ32に供給される空気圧力が
高圧となり、ブラダ32はより膨張するものとされてい
る。その空気圧力調節手段30としては、加速度検知部
と、検知した加速度に応じて圧力調節バルブを制御する
手段とを備えたものを用いることができる。

そして、空気圧力調節手段30は上述のようにブラダ32
と切換弁11とに接続され、双方に圧力調節された空気を
送り出す。そして切換弁11は、通常の場合は前記圧力制
御弁９とレギュレータ部６とを連通すると共に空気圧力
調節手段30とレギュレータ部６との接続を「断」状態と
し、電気系統の故障等により手動スイッチ34が操作され
た場合に、圧力制御弁９とレギュレータ部６との接続を
「断」状態にすると共に空気圧力調節手段30とレギュレ
ータ部６とを連通状態とする。

上記構成の呼吸装置によれば、酸素濃度検知手段46に
よる呼吸気の酸素濃度の検知信号と、高度センサ22によ
る航空機高度の検知信号と、加速度センサ23による航空
機加速度の検知信号とが、マイクロコンピュータ24の入
出力装置25から中央処理装置26に入力される。

その中央処理装置26は、記憶装置27に記憶された制御
プログラムに従い、その検知された呼吸気の酸素濃度
を、その検知された高度と加速度とに対し予め定めた酸
素濃度と比較し、その偏差に応じた制御信号を入出力装
置25を介して作動機構43,45に出力する。

その作動機構43が流量制御弁42を作動させて高濃度酸
素の流量を調節し、その作動機構45が流量制御弁44を作
動させて高圧空気の流量を調節することで、高濃度酸素
と高圧空気を混合した呼吸気の酸素濃度が予め定めた設
定値とされる。これにより、パイロット19に最適な酸素
濃度の呼吸気が供給される。

また、圧力検知手段３による呼吸気圧力の検知信号
と、高度センサ22による航空機高度の検知信号と、加速
度センサ23による航空機加速度の検知信号とは、マイク
ロコンピュータ24の入出力装置25から中央処理装置26に
入力される。

その中央処理装置26は、記憶装置27に記憶された制御
プログラムに従いその検知された呼吸気圧力の値を、そ
の検知された高度と加速度とに対し予め定めた呼吸気圧
力の値と比較し、その偏差に応じた制御信号を入出力装
置25からトルクモータ10に出力する。

そのトルクモータ10が、マイクロコンピュータ24から
の制御信号に応じて作動して圧力制御弁９を作動させる
ことで、圧力制御弁９から送り出される呼吸気圧力が調
節される。

その圧力制御弁９から送り出された呼吸気の圧力がレ
ギュレータ部６のピストン13に作用して弁体14が移動
し、オリフィス15の孔18の開度が調節される。これによ
り、混合手段40からレギュレータ部６に送り出された呼
吸気は、その開度調節されたオリフィス15の孔18を通過
する際に予め定めた設定値に圧力調節されて酸素マスク
20に送り込まれ、パイロット19に最適圧力の呼吸気が供
給される。

電気系統の故障等により混合手段40による酸素濃度の
調節ができなくなった場合は、手動開閉弁41を操作する
ことで、酸素源１からの高濃度酸素のみがパイロット19
に供給されるようにする。

また、電気系統の故障等により圧力調節手段２による
呼吸気圧力の制御ができなくなった場合は、手動スイッ
チ34を操作することで、空気圧力調節手段30から送り出
される高圧空気がレギュレータ部６に送り込まれる。そ
の空気圧力調節手段30は加速度に応じて呼吸気圧力を調
節することから、レギュレータ部６により加速度に応じ
て圧力調節された呼吸気がパイロット19に供給され、加
圧呼吸が行われることになる。

すなわち上記実施例においては、呼吸気の酸素濃度だ
けでなく、呼吸気圧力も、高度や加速度といった基準に
対して予め定められた設定値とされ、最適な酸素濃度と
圧力の呼吸気がパイロット19に供給される。

なお、本考案は上記実施例に限定されるものではな
い。

例えば、上記実施例では酸素濃度検知手段46を設け、
混合手段40から送り出される呼吸気の酸素濃度を制御手
段５にフィードバックするようにしたが、酸素濃度を無
段階に制御する必要がなく、例えば高、中、低の３段階
で制御するような場合には、酸素濃度検知手段46は不要
とできる。

また、酸素濃度の設定基準として呼吸気の高度と加速
度とを用いたが、どちらか一方としてもよく、あるいは
他の基準を加えてもよい。例えば、操縦桿の動きを検知
することにより飛行姿勢を設定基準として加えたり、呼
吸者の血中酸素量を検知して設定基準として加えてもよ
い。

また、航空機のパイロットの呼吸用に限らず、例えば
病人の呼吸用にも用いることができる。

また、呼吸気の圧力調節のための構成は、２次調圧器
８を制御信号により直接作動される直動型の圧力調節弁
とできる また、圧力調節手段２として、混合手段40から送り出
される呼吸気の分岐流をレギュレータ部６の制御流とす
るものを示したが、制御手段５からの制御信号により作
動するレギュレータにより呼吸気圧力を直接に調節する
ものとしてもよい。

また、呼吸気圧力の設定基準として航空機の高度と加
速度とを用いたが、どちから一方としてもよく、あるい
は他の基準を加えてもよい。例えば、操縦桿の動きを検
知することにより飛行姿勢を設定基準として加えたり、
呼吸気の血中濃度を検知して設定基準として加えてもよ
い。

（発明の効果） 本発明による呼吸装置によれば、任意に選定する酸素
濃度の設定基準に基づいて呼吸気の酸素濃度を設定する
ことができ、酸素濃度の最適化を図ることができ、不必
要に酸素が消費されるのを防止できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例に係る呼吸装置の構成説明図であ
る。 １……酸素源、４……基準検知手段、５……制御手段、
33……空気源、40……混合手段。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−241896（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−131782（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A62B 7/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高濃度酸素源と、空気源と、その高濃度酸
   素と空気とを混合して呼吸気とすると共に、その呼吸気
   の酸素濃度を変更調節する混合手段と、その呼吸気の酸
   素濃度及び呼吸気圧力の設定基準の検知手段と、呼吸気
   圧力を検出する圧力検知手段と、その呼吸気圧力を調節
   する圧力調節手段と、前記混合手段から送り出される呼
   吸気の酸素濃度及び呼吸気圧力が、酸素濃度及び呼吸気
   圧力の設定基準に対して予め定めた設定値となるよう
   に、前記混合手段及び圧力調節手段を制御する制御手段
   とを備えていることを特徴とする呼吸装置。