JPH03170173A

JPH03170173A - 呼吸用気体供給システム

Info

Publication number: JPH03170173A
Application number: JP30899689A
Authority: JP
Inventors: Munehiro Hayashi; 林　宗浩; Hidefumi Saito; 英文斎藤
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1989-11-30
Publication date: 1991-07-23
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: JP2697205B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ａ．発明の目的ｌ）産業上の利用分野本発明は、空気の希薄な高高度を飛行する航空機の搭乗
員等が装着するマスクに呼吸用の気体を供給するための
呼吸用気体供給システムに関し、特に、呼吸用気体に加
えられる酸素日が制御可能とされている呼吸用気体供給
システムに関する。

２）従来の技術航空機においては、通常、その機内圧力が外気圧力より
も少し高い値に保たれるようになっている。したがって
、航空機が空気の希薄な高高度を飛行するときには、機
内圧力が低くなり、酸素分圧も低くなる。そのような状
態では、搭乗員にとって酸素不足となり、搭乗員の判断
が鈍る等の問題が生じる。

そこで、高高度を飛行する航空機には、搭乗員が装着す
るマスクに呼吸用の気体を供給する呼吸用気体供給シス
テムが装備されている。その呼吸用気体供給システムは
、呼吸用気体を導く気体供給路に酸素ボンベあるいは酸
素濃縮装置等の酸素供給源を接続して、新鮮な酸素を含
む呼吸用気体をマスク内に供給するようにしたもので、
その呼吸用気体の圧力は機内圧力の低下とともに低下す
るようになっている。そして、呼吸用気体の圧力低下に
伴って酸素濃度を高めることにより、マスクに供給され
る呼吸用気体の酸素分圧がほぼ一定に保持されるように
なっている。

従来は、その酸素分圧をほぼ一定に保つために、呼吸用
気体の圧力あるいは飛行高度に応じて酸素？度を定め、
その濃度の酸素を含む呼吸用気体をマスクに供給するよ
うにしていた。

３）発明が解決しようとする課題しかしながら、例えば同一高度での飛行中であっても、
飛行状態によっては搭乗員に大きな加速度が作用するこ
とがあり、それに伴って呼吸の一時停止のような呼吸サ
イクルの変化が生じるので、供給される呼吸用気体の酸
素分圧が一定に保たれていても、搭乗員の肺胞内におけ
る酸素濃度は低下することがある。そのような場合には
、血液中の酸素濃度が低下し、加速度による血液の下半
身への集中傾向等と相俟って、脳が酸欠状態に陥りやす
くなる。

本発明■は、このような実情に鑑みてなされたもので、
必要なときにその必要に応じて呼吸用気体中の酸素濃度
を高めることができる呼吸用気体供給システムを提供す
ることを課題とする。

Ｂ．発明の構成ｌ）課題を解決するための手段前記課題を解決するために、本発明の呼吸用気体供給シ
ステムは、マスク内に呼吸用気体を導く気体供給路と、その気体供
給路に酸素を供給する酸素供給源と、前記気体供給路に
設けられ、その気体供給路を流れる呼吸用気体中の前記
酸素供給源から供給される酸素の比率を変化させ得る制
御バルブと、先端に周囲の酸素濃度に応じて波長の異な
る光を発生する発光物質を取り付けた光ファイバからな
り、その先端が前記マスク内に挿入されて前記発光物質
がマスク装着者の呼吸時に気体が流れる部分に位置する
ように配置される酸素濃度センサと、前記光ファイバの基端側に設けられ、前記発光物質が発
する光の波長をその光ファイバを通して検出するスペク
トルアナライザと、検出された光の波長に応じて前記制御バルブを制御する
バルブコントローラと、を備えてなることを特徴とする。

２）作　用前述の構成を備えた本発明によれば、マスク内の気体中
の酸素濃度に応じて発光物質が波長の異なる光を発生し
、その光の波長がスペクトルアナライザによって検出さ
れるので、マスク装着者の呼気および吸気の酸素濃度が
モニタリングされる。

そして、その酸素濃度が低下したときには、制御バルブ
を制御して、例えば酸素供給源から供給される酸素量を
多くすることによって、マスク内に供給される呼吸用気
体の酸素濃度が高められる。

したがって、常Ｉこ最適な酸素濃度の呼吸用気体をマス
ク装着者に供給することができる。

３）実施例以下、図面に基づいて本発明による呼吸用気体供給シス
テムの実施例について説明する。

第１図および第２図は本発明の呼吸用気体供給システム
の第１実施例を示し、第１図はその全体構成図、第２図
はその要部の詳細説明図である。

第１図において、呼吸用気体供給システムＳは、酸素ボ
ンベまたは酸素濃縮装置等の酸素供給源Ａと、その酸素
供給源Ａから供給される新鮮な酸素を含む呼吸用気体を
、航空機の搭乗員であるバイロッ｝Ｐが装着したマスク
Ｍ内に導く気体供給路Ｌ１と、前記マスクＭ内の気体を
前記気体供給路Ｌｌへ還流させる気体循環用帰還路Ｌ２
とを備えている。

前記気体供給路Ｌｌには、前記酸素供給源Ａから供給さ
れる酸素の量を制御する制御バルブ１と、その酸素を前
記気体循環用帰還路Ｌ２から還流する気体に混合するミ
キシング室２と、気体供給弁３とが設けられている。こ
の気体供給弁３は、マスクＭの装着者であるパイロット
Ｐの呼吸の吸入時に開くチェック弁で、マスクＭに近い
位置に配設されている。

一方、前記気体循環用帰還路Ｌ２には、気体排出弁４と
二酸化炭素除去装置５とが設けられている。前記気体排
出弁４は、マスクＭの装着考であるパイロットＰの呼吸
の吐出時に開くチェック弁で、マスクＭに近い位置に配
設されている。また、前記二酸化炭素除去装置５は、パ
イロッ｝Ｐが吐出する呼気中の二酸化炭素を選択的に透
過させる性質を有する透過膜５ａをその流路中に配設し
たもので、その透過膜５ａの内部は図示されていない低
圧源に接続されている。そのような性質を備えた透過膜
５ａとしては、例えばポリジメチルシロキサン系、ポリ
メチルベンテン系、ボリフェニレンオキシド系、酢酸セ
ルロース系、ポリイミド複合膜系、シリコンゴム系等の
膜やそれらの複合膜が知られている。

そして、この二酸化炭素除去装置５を通過した気体が、
モータ６によって駆動される送風機７により、前記ミキ
シング室２に送られるようになっている。

マスクＭ内には、酸素濃度センサＯの先端部が挿入され
ている。この酸素濃度センサＯは光ファイバ８からなる
もので、第２図に示されているように、パイロットＰの
口元に配設される通話用マイク９のアーム９ａに沿って
取り付けられ、その先端がマイク９内に位置するように
されている。

したがって、光ファイバ８の先端は、マスクＭの装着者
の呼吸時に呼気および吸気が流れる部分に位置するよう
になっている。

この光ファイバ８の先端には、励起光を受けたとき、周
囲の酸素濃度に応じた波長の光を発生する発光物質１０
が取り付けられている。この発光物質１０は、例えばガ
ス透過性に優れたメチルメタクリレート等にルテニウム
を核とする金属化合物を結合させた高分子膜である。そ
のような高分子膜は、外部から青色の光が照射されると
、ルテニウム化合物の性質により、照射光よりも波長の
長い赤っぽい光を放つ。しかも、その発光波長は周囲の
酸素濃度に正確に反比例する。そして、その高分子膜は
光ファイバ８の先端に塗布することができる。したがっ
て、このように構成された酸素濃度センサ０は、極めて
精度が高く、シかも細くて軽量なものとなる。

酸素濃度センサＯの基端側はマスクＭの外部に導き出さ
れ、第１図に示されているように受発光部１１に接続さ
れている。この受発光部１１には、励起用の青色光を発
生する発光素子１２と、受光した光の波長に対する光量
を計測するスペクトルアナライザエ３とが設けられてい
る。発光素子１２が発した光は、ハーフミラー１４から
レンズ１５を介して酸素濃度センサＯ０）基端に入射さ
れ、光ファイバ８を通して先端の発光物質１０に照射さ
れるようになっている。そして、その発光物質１０が発
した光が、光ファイバ８を通してその基端側に戻され、
ハーフミラーＩ４を透過して、スペクトルアナライザｌ
３に導かれるようになっている。

スペクトルアナライザｌ３の出力信号はバルブコントロ
ーラｌ６に入力され、そこで基準値と比較される。そし
て、その間に偏差があるときには、その偏差をゼロとす
るように制御バルブエを開閉する制御電流が出力される
。

次に、前述の構成を備えた本発明による呼吸用気体供給
システムの第１実施例の作用を説明する。

パイロットＰの呼吸サイクル中、吸入した気体を吐出し
ている期間は、気体供給弁３は自動的に閉じ、気体排出
弁４は自動的に開く。そして、気体排出弁４から排出さ
れた気体は二酸化炭素除去装置５に流入する。二酸化炭
素除去装置５においては、流入した気体の一部が透過Ｍ
５ａを通して低圧源に排出される。このとき、その透過
＠５ａは二酸化炭素を高比率で透過させる性質を有する
ものとされているので、排出される気体の二酸化炭素濃
度は高くなり、透過Ｍ５ａを透過せずに二酸化炭素除去
装置５から送風機７を通って気体供給路Ｌ１に還流され
る気体の二酸化炭素濃度は低くなる。したがって、その
気体供給路Ｌｌには、比較的酸素濃度の高い気体が戻さ
れることになる。

そして、その気体に、酸素供給源Ａから制御バルブ１を
通して供給される新鮮な酸素が加えられる。

パイロットＰの呼吸サイクル中、気体を吸入している期
間は、気体供給弁３が開き、気体排出弁４は閉じる。し
たがって、このときには、気体供給路Ｌｌから供給され
る気体がマスクＭ内に流入する。

この間において、マスクＭ内に配置された酸素濃度セン
サＯの先端の発光物質１０は、受発光部１１の発光素子
１２が発する基準波長の青色光に照射されて励起され、
マスクＭ内の気体の酸素濃度に応じた波長の光を発光す
る。そして、その光が光ファイバ８を通して受発光部ｌ
１に戻され、スペクトルアナライザ１３によって検出さ
れる。

スペクトルアナライザｌ３には、ハーフミラー１４を透
過した発光素子１２からの光も入射する。

したがって、スペクトルアナライザ１３によって計測さ
れる光の波長に対する光量には、第３図に示されている
ように、発光素子１２からの波長の短い励起用の光によ
るビークｐ１と、酸素濃度センサＯの発光物質１０の発
光による波長の長い光のビークｐ２とが表れる。そして
、そのピークｐ２が表れる波長が、マスクＭ内の気体の
酸素濃度を示すことになる。

このようにして、マスクＭ内の気体の酸素濃度がモニタ
リングされ、そのデータがバルブコントローラｌ６に送
られる。そして、バルブコントローラ１６において、そ
のデータと基準値とが比較される。したがって、パイロ
ットＰの呼吸状態が変化したりしてマスクＭ内の気体の
酸素濃度が低下したときには、バルブコントローラ１６
から出力される制御電流により、制御バルブ１が更に大
きく開かれる。その結果、気体供給路Ｌｌには酸素供給
源Ａから多量の酸素が供給されるようになり、その酸素
の比率が高まるので、気体供給路Ｌｌを流れる気体の酸
素濃度が高められる。そして、その気体がマスクＭ内に
供給される。こうして、バイロッ｝Ｐは酸素濃度の高い
気体を吸入することになり、肺中の酸素分圧の低下が防
止される。

第４，５図は、酸素濃度センサの配置が異なる本発明の
呼吸用気体供給システムの第２実施例を示すものである
。なお、この第２実施例において、基本的な構成は前記
第１実施例と同様であるから、同一の構成要素には同一
の符号を付すことにより重複する詳細な説明は省略する
。

この第２実施例においても、酸素濃度センサＯは第１実
施例と同様にマイク９のアーム９ａに沿って取り付けら
れているが、その先端はマイク９から離れた位置に配置
されている。このようにすることにより、その先端の発
光物質ＩＯの位置の自由度が増すので、パイロットＰの
呼気あるいは吸気をより感知しやすい位置に配置するこ
とができる。

この第２実施例の場合には、第１実施例の場合のように
光ファイバ８の先端の発光物質１０をマイク９によって
保護させることができないので、酸素濃度センサ○の先
端には黒色のメッシュ状カバー１７がかぶされ、それに
よって発光物質１０の剥離等が防止されるようになって
いる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実
施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載
された本発明を逸脱することなく、種々の小設計変形を
行うことが可能である。

例えば、酸素濃度センサＯを２本用い、マスクＭ内の呼
気流路および吸気流路にそれぞれ配置することにより、
呼気および吸気の酸素濃度をモニタリングして体内での
酸素消費量を計測し、それに応じて供給気体の酸素濃度
を制御するようにすることができる。

また、制御バルブＩによって酸素供給源Ａからの酸素供
給量を制御する代わりに気体循環用帰還路Ｌ２から還流
される気体の流量を増減させ、それによって気体供給路
Ｌ１からマスクＭ内に導かれる気体中の酸素濃度を変化
させるようにすることもできる。

さらに、発光物質１０を励起させる基準光は、光ファイ
バ８を通さずに、外部から照射するようにすることも可
能である。

そして、本発明は、前記実施例のようにバイロッ｝Ｐが
吐出した呼気を循環させる呼吸用気体供給システムばか
りでなく、呼気をそのままマスクＭの外部に放出する呼
吸用気体供給システムにも適用することができる。

Ｃ．発明の効果前述の本発明の呼吸用気体供給システムによれば、マス
ク内の呼気あるいは吸気の酸素濃度が直接測定されるの
で、呼吸状態が変化したときにも、それを迅速に感知す
ることができる。そして、検出された酸素濃度に応じて
マスクに供給される呼吸用気体の酸素濃度が制御される
ので、マスク装着者の体内で酸欠状態が発生する前に、
最適な酸素濃度の気体をマスク装着者に与えることがで
き、酸欠等による事故を未然に防ぐことができる。

しかも、光ファイバの先端に発光物質を取り付けた酸素
濃度センサを用いるようにしているので、酸素濃度セン
サを軽量で小型のものとすることができ、マスクに取り
付けても、そのマスクの重量増や取り扱い性の悪化を招
くことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による呼吸用気体供給システムの第１実
施例を示す全体説明図、第２図はその要部の詳細説明図
、第３図はスペク）・ルアナライザによって検出される
光の状態を示す説明図、第４図は第２実施例の説明図、
第５図はその要部の詳細説明図、である。Ａ・・・酸素供給源、Ｌｌ・・・気体供給路、Ｍ・・・
マスク、０・・・酸素濃度センサ、Ｐ・・・パイロット
（マスク装着者）、Ｓ・・・呼吸用気体供給システム１
・・・制御バルブ、８・・・光ファイバ、１０・・・発
光物質、１２・・・発光素子、１３・・・スペクトルア
ナライザ、１６・・・バルブコントローラ

Claims

【特許請求の範囲】マスク内に呼吸用気体を導く気体供給路と、その気体供
給路に酸素を供給する酸素供給源と、前記気体供給路に
設けられ、その気体供給路を流れる呼吸用気体中の前記
酸素供給源から供給される酸素の比率を変化させ得る制
御バルブと、先端に周囲の酸素濃度に応じて波長の異な
る光を発生する発光物質を取り付けた光ファイバからな
り、その先端が前記マスク内に挿入されて前記発光物質
がマスク装着者の呼吸時に気体が流れる部分に位置する
ように配置される酸素濃度センサと、前記光ファイバの基端側に設けられ、前記発光物質が発
する光の波長をその光ファイバを通して検出するスペク
トルアナライザと、検出された光の波長に応じて前記制御バルブを制御する
バルブコントローラと、を備えてなる、呼吸用気体供給システム。