JPH04129896A - 潜水時間無制限の水中呼吸器 - Google Patents

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】 【産業上の利用分野】

この発明は、潜水に使用する水中呼吸器に関するもので
ある。

【従来の技術】

従来の水中呼吸器は高圧のタンクを装備しており、呼吸
に供する空気又は酸素等のガスをあらかじめタンクに充
填しておき、水中においてそのガスを水圧と同じ圧力に
減圧して呼吸を行うという方式である。

【発明が解決しようとする課題】

従って一回の潜水時間はタンク内のガスの量によって制
約されている。 潜水中にガスの残量に注意をはらい、時間やタンクの圧
力をチエツクしなければならないし、また繰り返し長い
時間潜水を行うには予備のタンクを船上か岸に用意する
が又はガスの充填設備のある所−でガスを充填しなけれ
ばならない。 この発明は、このような大変不便な一面を解消し、全く
時間の制限が無くいつまでも潜水でき、更にどの過程に
おいても電気、ガス、石油等のエネルギーを全く消費し
ない省エネルギーの水中呼吸器を提供することを目的と
している。

【課題を解決するための手段】

この発明において、潜水者が呼吸するガスは水面上より
大気圧の空気を取り入れ、長いホースによって水中の潜
水者まで導き、水圧と同じ圧力に圧縮して潜水者に供給
する方法を行っている。 ホースの一端を水面上に出し、もう一端を口にくわえた
だけで潜ったとしたらその人は水圧で肺を圧迫され水深
１ｍでも呼吸を持続することは困難である。 潜水者が水中で呼吸を行うには、その水深における水圧
に等しい圧力の空気が供給されなければならない。 大気圧の空気を潜水者が呼吸できる圧力まで圧縮するに
はエネルギーが必要である。 その逆に、圧縮された空気が元の大気圧に戻る過程では
空気は膨張し同じ大きさのエネルギーを放出する。 潜水者が呼吸した排気をそのまま水中に捨てないでその
エネルギーを有効に回収すれば、次の大気圧の空気を取
り入れて圧縮するエネルギーとして利用できる。 しかし、１００％のエネルギーを回収することは不可能
であり、この不足分のエネルギーを潜水者自身の呼吸の
エネルギーで補うことによって、潜水者の呼吸に合わせ
て次の空気が圧縮供給され、これが繰り返されて潜水者
は水中で呼吸を継続することができる。 この呼吸のエネルギーとは、例えばストロ−でコツプの
水を吸い上げたり、またゴム風船をふくらませたりする
エネルギーのことで、この発明の水中呼吸器では、人が
無理なく呼吸を継続できる範囲でこのエネルギーを利用
している。

【作用】

第１図に本発明の水中呼吸器の使用状況における全体図
を示す。 この図について説明する。 潜水者は水中呼吸器の本体を背中に装着し、水中呼吸器
からは吸気ポースと排気ホースが水面上まで伸びている
。 このホースは折れたり水圧でつぶれたりすることなく、
且つ非常に柔軟なものである。 水面にはブイが浮いており、吸気と排気ホースはこのブ
イに取り付けられている。 ホースの先はステッキ型のパイプにつながっており、中
に雨や波しぶきが入らないようになっている。 また、ブイには潜水中を示す旗を立てており安全をはか
っている。 ブイは非常に軽いもので、潜水者は潜ったまま泳いで楽
に広範囲の移動ができる。 第２図に本発明の水中呼吸器の本体の構造概略図を示す
。　この図について説明する。 気密容器１，２の中に、可動壁３，４がシャフト５によ
って接続され一体となって組み込まれている。 可動壁３，４は気密容器内を本図の左右方向に移動可能
で、また気密容器と可動壁及びシャフトの摺動部はＯリ
ング等でシールされてており、気密容器と可動壁はシリ
ンダとピストンのような関係になっている。 気密容器１と２では断面積が異なる。　また可動壁３が
気密容器１の左端にある時は可動壁４も気密容器２の左
端にくる。 気密容器内は可動壁３，４によってＡ〜Ｄの４室に仕切
られている。 Ａ室とＣ室は弁閉状態では気密室になる。 Ｂ室は吸気ホース３１によって大気中に通じており常時
大気圧の状態にある。 Ｄ室は水中に開放状態になっている。 Ｃ室からは吸気ホース２１が伸びてマウスピース９につ
ながっている。 潜水者は、このマウスピースを口にくわえて呼吸を行う
。 マウスピースから出た空気は排気ホース２２を通ってダ
イヤプラム弁１０に流れる。 この弁は潜水者が空気をはき出した時、排気ポース２２
よりＡ室に空気を流すように開き、潜水者が空気を吸い
込む時にはＡ室より排気ホース３２に空気を流すように
なっている。 本図では構造を省略している。　複数の弁から成ってお
り具体的な構造は第３図に示すが詳細な説明は実施例の
ところで行う。 このほかに逆止弁６〜８が付いている。 逆止弁６はＡ室から、余った空気やドレンを器外（水中
）へ排出する。 逆止弁７はＢ室からＣ室へのみ空気を流す。 逆止弁８はＣ室から吸気ポース２１へのみ空気を流す。 次に、潜水者の呼吸による水中呼吸器の作動状況につい
て説明する。 まず可動壁が本図の左寄りの位置にあるとする。　潜水
者が空気をはき出すとその空気は排気ポース２２を経て
Ａ室に流れ込み、その圧力によって可動壁３は押されて
図の右へ移動していく。 可動壁の移動と同時に、逆止弁７が自然に開きＣ室には
吸気ホース３１とＢ室を経て新しい空気が流れ込む。 可動壁の右方向への移動は潜水者が空気をはき出し終え
ると止まるが、もし可動壁が右端まで移動しておれば、
それ以後はき出される空気は余剰空気として逆止弁６よ
り水中へ排出される。　この時もしＡ室内に排気中の水
分が凝縮したドレンがたまっておれば同時に水中へ排出
される。 次に、潜水者が空気を吸い込もうとすれば、ダイヤフラ
ム弁１０が作動しＡ室の空気が排気ホース３２を経て大
気中へ抜けていく。 この時Ａ室もＢ室も大気圧となり可動壁３の両面に加わ
る力は等しくなる。　一方可動壁４ではＤ室側から水圧
によって押されて可動壁は左の方へ動き、Ｃ室の空気は
圧縮されて水圧に等しい圧力になる。　潜水者が空気を
吸うことによって逆止弁８は自然に開きＣ室の空気は吸
気ホース２１を通って潜水者に供給される。　潜水者が
空気を吸うのに伴って可動壁は左方向へ移動していく。 以上の作動が呼吸によって繰り返される。 次に、上記の通り作動することを具体的な数字によって
説明する。 説明の便宜上、次に示す数字を一例として仮定する。 気密容器１の断面積＝　１３０ｃｍ′Ｌ気密容器２の断
面積＝１５８ｃｍ” シャフト５の断面積＝１ｃｍ２ 可動壁の移動範囲　＝１５ｃｒｎ 可動壁が移動するのに必要な力＝　ＩＫｇ大気圧＝　Ｉ
Ｋｇ／ｃｍ” 水　圧＝　１．２Ｋｇ／ｃｒｎ”（水深２ｍ）潜水者が
肺から空気をはき出す時の圧力＝水圧＋０．０６Ｋｇ／
ｃｍ 潜水者が肺に空気を吸い込む時の圧力 ；水圧−０，０２Ｋｇ／ａｍ′Ｌ 流路内の空気抵抗は微小に付き無視する。 まず可動壁が図の左端にある状態で潜水者が空気をはき
出した時、 可動壁３にＡ室側より作用する力は （１，２＋０．０６）Ｘ　１３０＝１６３．８Ｋｇ可動
壁３にＢ室側より作用する力は Ｉ　Ｘ　（１３０−１）　＝　１２９Ｋｇ可動壁４にＣ
室側より作用する力は Ｉ　Ｘ　（１５Ｂ−１）　＝　１５７Ｋｇ可動壁４にＤ
室側より作用する力は １、２　Ｘ　１５Ｂ　＝　１８９．６Ｋｇこれより可動
壁を右方向へ押す力は １６３．８−１２９＋１５７−１８９．６　＝　２．２
Ｋｇよって可動壁は右方向に移動する。 次に潜水者が空気を吸い込んだ時、 可動壁３にＡ室側より作用する力は Ｉ　Ｘ　１３０　＝　１３０Ｋｇ 可動壁３にＢ室側より作用する力は Ｉ　Ｘ　（１３０−１）冨１２９Ｋｇ 可動壁４にＣ室側より作用する力は （１，２−０，０２）　Ｘ　（１５Ｂ−１）　＝　１８
５．２６Ｋｇ可動壁４にＤ室側より作用する力は １、２　Ｘ　１５Ｂ　＝　１８９．６Ｋｇこれより可動
壁を左方向へ押す力は −１３０＋１２９−１８５．２６＋１８９．６＝３．３
４Ｋｇよって可動壁は左方向に移動する。 次に水中呼吸器より出ていく空気量を、大気圧における
容積に換算すると、 １３０　Ｘ　１５　Ｘ　１．２　＝　２３４０ｃｍ３大
気中より取り入れる空気量を、大気圧における容積に換
算すると、 （１５８−１）　Ｘ　１５　Ｘ　１　＝　２３５５ｃｍ
３以上の計算より、呼吸に伴って可動壁が作動し、且つ
出ていく量以上の空気を取り入れられることが明らかで
、これがこの水中呼吸器が成り立つ原理である。

【実施例】

実施における本体の構造は第２図に示した原理になるも
のとし、ここでダイヤフラム弁について具体的に説明す
る。 第３図にダイヤフラム弁の構造を示す。 ダイヤフラム弁は自然な状態では図のように弁体１３と
弁口１４は少し開いた状態にある。 潜水者が空気をはき出すとダイヤフラム１２は外へ膨ら
み弁体１３と弁口１４の間が拡がり空気がＡ室へ流れ込
み可動壁３を押す。 潜水者が空気を吸い込み、Ａ室と弁ケーシング１１内の
圧力が水圧より下がるとダイヤフラム１２は水圧に押さ
れてへこみ、弁体１３は閉じる。　弁体１３の外周には
Ｏリングを取り付けてあり、弁口１４に内接して奥まで
入るようになっている。　弁体１３は更にレバー１８を
押し逆止弁１７を開いてＡ室の空気のごく一部を排気回
収管２０を経てＣ室に回収する。 逆止弁１９はＡ室よりＣ室へのみ空気を流すようになっ
ている。 弁体１３は次にレバー１６を押し、逆止弁１５を開いて
Ａ室の空気を排気ホース３２へ逃がす。 以上がダイヤプラム弁の構造と作動の説明である。 この実施例では性能向上の目的で、排気の一部を回収し
次に吸う空気を増量している。 この回収空気量はわずかであり、安全上問題の無い程度
のものである。 この水中呼吸器は水深５ｍ位まで使用可能である。　　
人の呼吸のエネルギーを利用しているので幾分呼吸抵抗
があるが無理のない程度であり、浅くなるほど呼吸抵抗
は軽くなっていく。 また、毎回同じ空気量で呼吸する必要は無く呼吸の大き
さが不規則であっても作動上全く問題はない。 可動壁４とダイヤフラム１２に直接水圧を受けているの
で、作動は水圧の変化に追従し、滑降中や浮上中の呼吸
にも全く問題はない。 以上呼吸の排気圧のエネルギーを回収して利用する方式
の水中呼吸器の実施例について説明したが、本説明に取
り上げた構造は一例であって、この発明の内容はこの構
造に限定されるものではない。 すなわち弁の構造や配置はもちろんのこと、気密室や可
動壁の配置やシール方法を変えたものであっても、気密
室と可動壁の組み合わせによって同じ機能を実現するも
のは全て本発明の技術思想に属する。

【発明の効果】

時間を気にしないでいつまででも水中に潜っておれる。 潜れる深さに制約があるが、行動範囲がひろがる。（例
えば、小さな島の周りを一周潜水して調査を行うことも
可能である。） 空気を充填する必要がないので、手間がかからず費用も
いらず経済的である。 コンプレッサーを動かすためのガソリンや、電気等も全
く不要で省エネルギーになる。 アクアラング等の開放式のスキューバでは、マウスピー
スから水中へはき出される泡の音は大きく耳ぎわすな音
であるが、この水中呼吸器では背後で余剰空気を排出す
るだけなので非常に静かである。 常に頭上の水面にはブイがあるので潜水者にとって心理
的に安心感がある。　　またこれは水面で休憩したり荷
物を置いておくのにも便利である。　　更に水上の監視
者や航行する船からも潜水者の存在が分かるので安全で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水中呼吸器の使用状況における全体図
、第２図は水中呼吸器の本体の構造概略図、第３図はダ
イヤフラム弁の構造図である。 尚、図中の主要部の符号と名称は次の通りである。 １．２・・・気密容器　　　　３，４・・・可動壁５・
・・シャフト　　　　６〜８・・・逆止弁１０・・・ダ
イヤフラム弁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 潜水中における呼吸の排気圧と大気の圧力 の差圧のエネルギーを回収し、大気を取り入れてその空
   気をその水深で呼吸できる圧力にまで圧縮するエネルギ
   ーとして有効利用する機構を特徴とする水中呼吸器。 具体的には、主要部が気密室と可動壁の組み合わせで構
   成され、呼吸の排気を可動壁を有する気密室に導きその
   可動壁面を押す力を別の気密室を構成する可動壁面に伝
   える機構になるもの。