JP4510885B2 - 要求型希釈マスクレギュレータ及びマスクレギュレータにおける補給用酸素の調節方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも高度（ａｌｔｉｔｕｄｅ）の関数である最低流量の酸素を供給する、又は一吸気ごとに吸入混合物内の最低酸素濃度に相当する量の酸素を供給する呼吸ガスを、所定の機内高度を超える高度で受け取る必要がある民間又は軍用航空機の乗員用呼吸装置となる要求型希釈マスクレギュレータに関する。

必要最低酸素供給量は基準により規定されており、民間航空におけるこれらの基準は連邦航空規則（ＦＡＲ）によって規定されている。

吸入混合物内の補給酸素流量を実際に必要な流量に近づけるよう制御する試みがなされてきている。例えば、先行技術文献である特許文献１では、酸素流量制御用の電気制御式弁を介して、第一流路を通じて酸素源から呼吸マスクに繋がる混合室へ送られる酸素の加圧取入口を接続する酸素供給回路と、空気源に接続された取入口から混合室に繋がる吐出口へ第二流路を通じて空気を供給する希釈回路とを備えた要求型希釈マスクレギュレータが開示されている。
国際公開第０３／０３９６７９号パンフレット

この先行技術の装置では、希釈回路内の圧力低下を検知する圧力センサが混合室近傍に位置する。このため、吸気時に混合室内に乱流が生じ、前記圧力センサの測定した圧力が乱れてしまう。従って、必要最低酸素供給量と実際供給される酸素流量との間に安全域を設ける必要がある。

本発明は特に、酸素源からの供給が必要な酸素流量を、実際に必要な流量に更に近づけることが可能な調節装置及び調節方法を提供することを目的とする。

上記目的のため、本発明は請求項１に記載の要求型希釈マスクレギュレータを提供する。

ベンチュリ狭窄部は吸入空気流量（流速）を増大させる。その結果、吸入空気流量（流速）がより正確に測定できる。また、ベンチュリ狭窄部の圧力は毛管を通じて測定されるため、この測定によってベンチュリ狭窄部内を通る空気流量（流速）が乱れることなく、圧力測定がより正確なものとなる。更に請求項２乃至４に記載の一つ又は複数の特長が解決をなす。

本発明の別の態様として、本発明は請求項５に記載の呼吸装置に関する。

本発明の更に別の態様として、本発明は請求項６及び７のいずれかに記載の方法に関する。

上記特徴、及びこの特徴と併用されると有利であるが単独でも使用可能な他の特徴については、非限定例として示される具体的実施例に関する以下の説明を参照することでより良く理解することができる。説明は添付の図面を参照に行なう。

図１に示すレギュレータは、２つの部分、即ちマスク（図示せず）が有するハウジングに組み込まれた部分１０と、マスク収納用ボックスが有する部分１２とを備える。ボックスの全体的構造は従来のものであり、ドアによってボックスが閉じられ、マスクがボックスから突出している。マスクを引き出してドアを開けることで、酸素供給栓が開かれる。

マスクが有する部分は、複数の流路を画成する凹部や、通路が内部に形成された複数の組立部品から成るハウジングで構成されている。

第一流路は酸素取入口１４をマスクに繋がる吐出口１６に接続する。第二通路は、希釈空気取入口２０をマスクに繋がる吐出口２２に接続する。第一通路を流れる酸素流量は電気制御式栓によって制御される。図示例では、この栓は取入口１４を吐出口１６に接続し導電体２６によって作動される電圧制御された比例弁２４である。可変デューティ比のパルス幅変調によって制御されるオンオフ型のソレノイド弁を使用することも可能である。

「要求」サブアセンブリーは希釈空気をマスクに供給する直接通路上に設けられる。該サブアセンブリーは周囲空気を吸入し瞬間要求流量を検知する役割を果たす。

図示例では、希釈空気流路の右側部分はハウジングの内側面３３によって画成され、ピストン３２の終端部は摺動可能にハウジング内に設けられている。ピストンは大気圧とチャンバー３４内の圧力との圧力差の影響を受ける。別の電気制御式弁３６（具体的にはソレノイド弁）は大気中又は別の状態に置かれたチャンバー３４を加圧供給酸素に連通させる役割を果たす。従って電気制御式弁３６は希釈を行なう通常モードから純酸素を供給するモード（いわゆる「１００％」モード）への切り替えを行なう。チャンバー３４が大気に連通すると、バネ３８がピストン３２を座部３９に当接させて保持し、使用者が一吸気吸い込むと、空気が空気流路内を通って空気と酸素との混合が行なわれる混合室３５内へ流入するようピストン３２が座部３９から離れるようにする。チャンバー３４が供給酸素に連通すると、ピストン３２が座部３９を押圧し、空気の通過が妨げられる。ピストン３２はサーボ制御式のレギュレータ弁の可動部材としても使用できる。一般的に、レギュレータは希釈の通常操作だけでなく、膨張された純酸素の供給を行なう操作（いわゆる「１００％」操作）や周囲大気の圧力より高い所定の圧力で純酸素の供給を行なう操作（いわゆる「非常時」操作）も可能なように設計されている。これらの異常時操作モードは、特に周囲に煙や有毒ガスが存在する危険の考慮を要するときに必要とされる。

「加圧酸素」や「純酸素」という用語は、例えばシリンダーから供給される純酸素と、一般的に９０％を超える酸素が高濃度に富化された空気の両方を指すものとして理解される。このような状態において富化空気中に含まれる酸素の実質含有量は考慮すべき付加的要因となり、測定する必要が生じる。

空気流路は、ピストン３２と部分１０のハウジングとの間にベンチュリ狭窄部４１を備える。ベンチュリ狭窄部４１は、例えば０．５７ｍｍ^２の断面積を有する。この断面積は特定のマスクモデルに応じて決められたもので、異なるマスクモデルにおいては変更できる。吸気ポート４５を有する毛管４３はベンチュリ狭窄部４１に接続されており、吐出ポート４７は圧力センサ４９に接続されている。毛管４３の直径は０．３ｍｍである。しかし、この直径は０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以内の範囲内で変更可能である。圧力センサ４９は毛管４３を通じてベンチュリ狭窄部４１の空気圧を測定し、圧力センサ４９からの信号は電子回路６２に伝達される。

部分１０のハウジングは吐出弁４０を含む吐出通路も画成する。図示された弁４０のシャッター素子は、導入弁と排出弁の両方として２つの機能を果たすのに現在広く使用されているタイプのものである。図示された実施例においては吐出弁としてのみ機能し、弁４０に画成されたチャンバー４２内の圧力を周囲圧力よりも高い圧力に上昇させることでマスク内部を周囲大気の圧力より高い圧力に維持することが可能となっている。

第一の状態では、電気制御式弁４８（具体的にはソレノイド弁）によってチャンバー４２が大気に連通している。この場合、マスク内の圧力が周囲圧力を超えるとすぐに吐出が起こる。第二の状態では、弁４８によってチャンバー４２が流量制限狭窄部５０を介して加圧供給酸素に連通している。そのような状態において、チャンバー４２内部の圧力は流量遮断バネを有する安全弁４６によって決まる値を取る。

部分１０のハウジングは更に、マスクの空気ハーネスを膨らませ、そしてハーネスから空気を抜くようにする手段を有することもできる。これら手段は従来の構造であるため、図示及び説明を省く。

マスク収納用ボックスが有するレギュレータの部分１２は、矢印ｆの方向に移動可能であり、使用者によって３つの異なる位置に適切にセットされるセレクタ５８を含む。

図１に示した位置では、セレクタ５８によって通常モードスイッチ６０が閉じられている。その他の２つの位置では、１００％モードと非常時モードのそれぞれのスイッチが閉じられる。

これらスイッチは電子回路６２に接続され、電子回路６２では選択された操作モードの機能として、センサ６４が示す機内高度及び圧力センサ４９が示す瞬間要求流量に応じてマスク装着者に供給する酸素量を決定する操作を行なう。回路基盤によって第一の電気制御式弁２４へ適切な電気信号が与えられる。

通常モードでは、圧力センサ４９によって瞬間要求圧力が空気流路から吐出口２２へ、フィルタ６１を通してマスク内に加えられる（図２の実線参照）。電子回路６２は機内高度に関する情報とともにこの信号を受け取る。該情報はセンサ６４から発せられるもので、考慮に入れる必要がある。次に電子回路６２は下記の公式を使って供給される酸素量または酸素流量を決定する。

上記式において、「ΔＰ」は毛管４３に接続する圧力センサ４９によって測定された圧力、「Ｐ_Ａ」は周囲大気の測定圧力、「Ｔ」は単位ケルビンでの温度、「Ｋ」は高度の程度によって当業者が調整する定数を示す。

１００％モード、つまりマスク装着者がノッチに入ったセレクタを図１に示す位置から下方に動かすと、電子回路６２が電気制御式弁３６に基準電気信号を送る。これにより、チャンバー３４が加圧され、ピストン３２が座部３９に押圧されて希釈空気取入口が遮断される（図２の破線参照）。圧力センサ４９は周囲空気注入回路内の圧力低下を検知し、対応する情報を電子回路６２に送る。そして電子回路６２が供給する酸素流量を決定し、算出された量の酸素が第一の電気制御式弁２４によってマスク装着者に供給される。

装着者がセレクタ２８を更に下方に動かして「非常時」モードを選択すると、電子回路６２が電気制御式弁４８に電気基準を送る。すると電気制御式弁４８によって、安全弁４６によって圧力が制限されているチャンバー４２内へ圧力が加えられる。原則として、設定される正圧は約５ミリバール（５００Ｐａ）である。同時に、希釈空気取入口は前回と同様遮断されている。圧力センサ４９は引き続き電子回路６２に信号を送り、電子回路６２は空気注入回路内の圧力を安全弁４６の規定値に等しい値まで引き上げるのに必要な供給酸素量を決定する。

レギュレータ内の本発明に係る構成要素を示す空気及び電気図である。 図１の部分拡大図である。

Claims (7)

1. 酸素流量制御用の電気制御式弁（２４）を介して、第一流路を通じて酸素源から呼吸マスクに繋がる混合室（３５）へ送られる酸素の加圧取入口を接続する酸素供給回路と、空気源に接続された取入口（２０）から混合室（３５）に繋がる吐出口（２２）へ第二流路を通じて空気を供給する希釈回路とを備えた要求型希釈マスクレギュレータであって、ベンチュリ狭窄部（４１）を備えた第二流路と、ベンチュリ狭窄部（４１）に接続された吸気ポート（４５）と圧力センサ（４９）に接続された吐出ポート（４７）を有する毛管（４３）と、を備えることを特徴とする要求型希釈マスクレギュレータ。
2. 毛管（４３）の直径が０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以内である請求項１に記載のレギュレータ。
3. ベンチュリ狭窄部（４１）の断面積が実質的に０．５７ｍｍ^２である請求項１又は２のいずれかに記載のレギュレータ。
4. 毛管（４３）の吸気ポート（４５）が混合室（３５）の上流側に位置する請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレギュレータ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレギュレータを備えたマスクと、電気制御回路（６２）と圧力センサ（４９）を備えたマスク収納用ボックスとが設けられた保護呼吸装置であって、毛管（４３）、電気配線、及び酸素流路がマスク収納用ボックスからレギュレータに延びている保護呼吸装置。
6. 酸素流量制御用の電気制御式弁（２４）を介し、第一流路を通じて酸素源から呼吸マスクに繋がる混合室（３５）へ送られる酸素の加圧取入口から供給される補給用酸素の流量調節方法であって、該方法は空気源に接続された取入口（２０）から混合室（３５）に繋がる吐出口（２２）へ第二流路を通じて空気を供給し、更に、ベンチュリ狭窄部（４１）に接続された吸気ポート（４５）と圧力センサ（４９）に接続された吐出ポートを有する毛管（４３）を通じて第二流路のベンチュリ狭窄部（４１）における空気圧を測定し、圧力センサ（４９）からの情報を用いて電気制御式弁（２４）を介して供給される酸素流量を制御することを特徴とする補給用酸素の流量調節方法。
7. 電気制御式弁（２４）を介して供給される酸素流量が
   

   

   で表され、ΔＰは毛管（４３）に接続された圧力センサ（４９）によって測定された圧力、Ｐ_Ａは周囲大気の測定圧力、Ｔは単位ケルビンでの温度、Ｋは高度の度合いによって調整される定数を示す請求項６に記載の方法。

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