JPH05505951A - スモークダイビング等のための呼吸システム - 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】 スモークダイビング等のための呼吸システム本発明はスモークダイビング等のた めの密閉又は半密閉呼吸システムに関し、それは、ユーザ用のマウスピースと吐 き出されたＣＯ２の吸収手段とに連通ずる空気圧で制御される呼吸バッグと、ユ ーザの呼吸パターンに従って呼吸バッグを交互に膨張、収縮させる空気圧アクチ ュエータと、呼吸バッグに接続されてそこに呼吸ガスを供給する加圧ガス源とか らなっている。

自給式呼吸システムの実施例は多数知られている。スモークダイビング用の好ま しい呼吸装置は、呼吸ガスを呼吸バルブを介して供給するのを基礎とし、吐き出 されたガスはワンウェイバルブを介して周囲に直接“ダンプされる（“オーブン 呼吸システム“）。他型式の呼吸装置は、吐き出されたガスを“密閉”又は“半 密閉“の循環回路内で回収するのを基礎としている。この装置は、吐き出された ガスからＣＯ２を一部分的に又は完全に−取り除き、再度呼吸ガスとして適合す るように酸素を供給することを含んでいる。この密閉又は半密閉呼吸システムを 用いると、適度なガスを供給することで長いサービスライフが達成されるが、ガ スが肺の力によって再循環するために、通常呼吸が重くなる。これと比較すると 、オーブン呼吸システムは呼吸が楽であるが、重量を軽くするのに基礎をおいて いるので、サービスライフが相当短くなる。オーブン呼吸システムを用いること の実質的な利点は、呼吸マスクの中で安全な圧力（若干の加圧状態）を維持する ことができる結果、健康に有害なガスの侵入が防止されることにある。

本発明の目的は、呼吸マスクの中で安全な加圧状態が得られ、利用可能な呼吸ガ スレザーバを最適に利用し、これにより動作に信頼性があり、構造簡単で、製造 し安（、軽量で長いサービスライフを有する密閉又は半密閉呼吸システムを提供 することにある。

本発明によれば、冒頭に述べた形式の呼吸システムが提供され、それは、呼吸バ ッグのアクチュエータの動作を制御する一方、同時に環境に応じて呼吸マスク内 の過圧力を維持するモードレギュレータと、呼吸バッグにその充満度に依存して 一定の計量された量のガスを供給するドージング手段とを有することを特徴とし ている。

この呼吸システムでは、ユーザの呼吸パターンに従って呼吸バッグを交互に膨張 、収縮させる空気圧アクチュエータを介して酸素が供給されると、その供給され た酸素の圧力エネルギーが呼吸ガスの循環を補助するのに使用されることにより 、小さな呼吸動作が行われる。これは、水中ダイビング用の半密閉呼吸システム で既に使用されている技術であり、これに関してはアメリカ特許第４７９３３４ ０号が参照できる。しかし、この技術は従来、密閉呼吸システムでは使用されな かった。この呼吸システムにおいて重要な点は、前記技術がユーザ用の呼吸マウ スピース又は呼吸マスクの中で“安全な圧力”を確立するために利用される、す なわち健康に有害なガスの侵入を防止することである。これは安全の観点からす れば非常に重要であり、知る限りにおいては、いかなる他の自給式密閉呼吸シス テムにおいても達成されていない。

本発明による呼吸システムにおいては、モードレギュレータは、アクチュエータ に圧−酸素が供給されたこと、あるいは供給された酸素が呼吸バッグに“排気” されることを監視すると同時に、呼吸マスクの中に小さくて安全な過圧力が息の 吐出し中だけでなく吸込み中においても維持されるということが保証される。

アクチュエータは、それによって受け入れられてその後に呼吸バッグに“排気“ される酸素の量が、呼吸で吸収される量よりいくらか少なくなるように容量が定 められている。したがって、呼吸ガス中の酸素レベルを維持するために、ある一 定量の酸素を直接システムの回路の中に注入することが必要である。本発明によ れば、これを達成するために、ドージング手段は、息の吐出し中に呼吸バッグが 十分に満たされなくなる毎に、ある一定量のガスを呼吸バッグに排気するように なっている。したがって、このシステムは、他の多くの密閉酸素装置のように、 酸素に富んだガスの固定的注入を基礎にしないが、利用可能なガスレザーバを最 適に利用している。アクチュエータの最大運転圧力が約±１５ｃｍ水柱であるよ うに容量を定めることが有利であることが見い出された。実際には、これは、シ ステム中のワン−ウェイバルブやホース、Ｃ０２吸収装置等を通過する摩擦損失 に打ち勝つためにユーザの肺が行わなければならない仕事をアクチュエータが補 償することができるということを暗示している。

発明に係る呼吸システムの有利な実施例では、システムの回路は、外表面が比較 的厚い多孔性材料で覆われた導管からなり、該多孔性材料は水で満たされ、その 水の蒸発は運転中に回路内を循環する呼吸ガスの冷却に利用されることを特徴と している。

それから、その呼吸システムは、周囲のガスがその表面を通過して流れ、有効な 蒸発が生じるように形成されている。蒸発熱はかなり冷却された濡れ表面から部 分的に奪われる。６らに、導管の濡れ表面及びシステムの他の存在し得る冷却表 面は、呼吸システムの内表面と良好な熱交換を行う結果、呼吸ガスの有効な冷却 が行われる。このような呼吸ガスの冷却構造は、吸込みガスの温度が体温より上 昇する虞れのある従来の呼吸システムに比較して、かなりの利点が見られる。

さらに、この解決手段は、その蒸発が周囲温度とともに増加する結果、システム はむしろ暑い環境においても許容呼吸ガス温度を首尾よく維持するという利点を 有している。この解決手段の他の利点は、水で濡らすことがまた防火技術上有利 であることにある。本システムは容器の水の中に浸漬することで運転の準備が整 うであろう。肉厚の多孔材料は相当の水の量を吸収することができるので、その 材料をそれ以上濡らさなくても相当長い期間、冷却が行われる。

以下、次の添付図面を参照し、典型的な実施例に関連して本発明をさらに詳細に 説明する。

図１は、本発明に係る呼吸システムの好ましい実施例の部分断面概略図である。

図２は、図１に示すモードレギュレータの拡大断面図である。

図３は、図１に示す呼吸バッグの中に配置された要素やユニットの詳細を示す拡 大断面図である。

図１に示された実施例は密閉呼吸システムを構成し、ここで呼吸バッグ１、呼吸 マスク２及びＣ０２吸収手段３は直列に接続されて密閉回路又は循環回路を形成 し、前記各ユニットは導管４．　５．　６を介して相互に接続されている。呼吸 ガスは呼吸バッグ１から呼吸マスク２を通って吸い込まれる。呼吸マスク２は、 吸込みガスと吐出しガスが混合しないことを保証するワン−ウェイバルブ７．８ を備えている。吐出しガスは、ＣＯ２吸収剤を収容する容器からなるｃｏ２吸収 手段３を介して呼吸バッグ１に流入する。

呼吸バッグ１の中には、該呼吸バッグの中央において図に示すようにその側壁に 回動可能に接続されたシリンダ／ピストンユニット（図３参照）からなる空気圧 アクチュエータ９が配置されている。このアクチュエータは、以下にさらに詳述 するユーザの呼吸パターンに従って呼吸バッグの膨張、収縮を交互に引き起こす ようになっている。アクチュエータ９の制御のため、以下に詳述するようにその アクチュエータに圧縮酸素を供給し、あるいはその代わりに供給された酸素を呼 吸バッグに排気することを監視するモードレギュレータ１０が設けられている。

圧縮酸素は供給源１１から減圧弁１２を介して供給される。

図示された実施例では、アクチュエータ９は、吸入されてその後に呼吸バッグに 排気される酸素量がユーザの呼吸で吸収される量よりある程度少なくなるように 、容量が決められている。呼吸ガス中の酸素レベルを維持するために、一定量の 酸素を直接循環回路に注入することが必要である。この目的のためにドージング 手段１３が設けられ、該ドージング手段は、吐出し中に、呼吸バッグが十分に充 満しなくなる毎に、計量された一定量の酸素を呼吸バッグ１に吐出するようにな っている。

吐出しく呼吸バッグの膨張）毎に呼吸バッグの充満度を記録するために、呼吸バ ッグの運動に追従する一対のアーム１５．１６と組み合わせられた検出手段１４ が設けられている。各アームの一端は互いに回動可能に連結され、他端はアクチ ュエータ９と同じ位！で呼吸バッグの側壁に回動可能に接続されている。検出手 段は、一方のアーム１５に固定され、他方のアーム１６の方向に延びて当該アー ム１６を横切る保持部材１７と、該保持部材１７の自由端に回動可能に接続され たレバー１８と、アーム１６に固定されてレバー１８と協働するピン１９と、保 持部材に設けられ、レバー１８によって駆動するように配置されたバルブ２０（ 図３参照）とを備えている。前記バルブ２０は、呼吸バッグ１がある充満度を越 えて満たされてレバー１８がピン１９によって持ち上げられた時に開き、以下に 詳述するように、ドージング手段１３に″遮断信号”を送宿するようになってい る。

図１から明らかなように、導管４．　５．　６の外表面は、多孔性でかつ吸水性 のある材料からなる比較的厚い層２１で被覆されている。この層２１には運転中 に水を含ませるようになっており、その水は蒸発して、上述の循環回路内を循環 する呼吸ガスの冷却に供される。また容器３も吸水性材料で被覆され、特に容器 ３の下流側に位ｉする部分は、周辺の大気に対して広くて有効な蒸発面積を得る 目的のために、適当な方法で延長されてもよい。

モードレギュレータ１０の構造は図２にさらに詳細に示されている。それはセン シングダイヤフラム２３を収容するハウジング２２からなり、該センシングイブ イヤフラムはハウジングを一対のチャンバー２４．２５に区画している。チャン バー２４は一対のアパーチャー２６．２７を介して外側の大気と連通し、これに 対しチャンバー２５は導管４を介して呼吸マスク２と連通し、呼吸バッグｌから ワン−ウェイバルブ２８を介して呼吸ガスが供給される。チャンバー２４の中に は、センシングダイヤフラム２３に作用するスプリング２９が設けられ、これに よりチャンバー２４には大気圧に加えてスプリング力が作用する。この構造では 、スプリングが作用すると、ある過度の圧力又は安全な圧力がシステムの中に得 られる。スプリング２９は、ハウジング２２にねじ込まれたキャップ３０の中に 配置されている。当該ハウジングは、所望の初期スプリング力すなわち過圧力の 設定のために、最大量あるいは最小量ねじ込むことができる。ダイヤフラム影響 手段は図示されたスプリング及びキャップ以外の他の多くの方法で実施されても よいことは明らかであるが、その手段はユーザにとって容易に接近できることが 必要である。

センシングダイヤフラム２３は、第１バルブ３２と第２バルブ３３を交番動作さ せるためのレバー３１に機械的に連結されている。第１バルブは導管３４を介し てアクチュエータ９と連通し、第２バルブ３３は図３に示すようにアクチュエー タ９とともに加圧ガス源１１と（減圧弁を介して）連通ずる導管３５に連結され ている。

アクチュエータ９とドージング手段１３の構成は図３にさらに詳細に示されてい る。

図に示すように、アクチュエータ９はシリンダ３６とピストン３７からなってい る。ピストン３７は、図３に見られるように、上圧力面３７ａを有し、該上圧力 面はピストンの下圧力面３７ｂよりも実質的に小さい。上部シリンダ隔室３６ａ は導管３８を介して加圧ガス源１１に接続され、下部シリンダ隔室３６ｂは（ド ージング手段１３内を通過する）導管３９及び導管３４を介してモードレギュレ ータのバルブ３２．３３に接続されている。したがって、ピストンの最小圧力面 ３７ａが圧力ガス源１からある一定の圧力の影響を受ける結果、アクチュエータ ９は、その下部シリンダ隔室３６ｂに加圧ガス源から（モードレギュレータバル ブ３３を介して）ガスが供給され、あるいは（バルブ３２を介して）排気される に従うて、圧力の方向を変更する。加圧ガス源を上部シリンダ隔室に接続する代 わりに、ピストンの上端に連続的に作用するスプリング力を負荷させてもよい。

ドージング手段１３は小型のガスレザレバ４０を有し、該ガスレザレバは、導管 ４２及び導管３８を介して加圧ガス源に接続されている第１バルブ又は入ロパル ブ４１を通って酸素で満たされるように配置され、さらに第２バルブ又は出口バ ルブ４３を通って呼吸バッグに排気されるように配！されている。バルブ４１゜ ４３は駆動手段によって交互に開閉するようになっている。当該駆動手段はスプ リング荷重が負荷されたレバー４４で構成され、初期状態ではバルブ４１を開に 保持している。モードレギュレータ１０のバルブ３２．３３とアクチュエータ９ の下部シリンダ隔室との間の導管３９には、逆向きに並列接続され、スプリング が負荷された一対のワン−ウェイバルブ４５．４６と、これらのバルブに並列に 接続され、図３に示すようにコントロールダイヤフラム４８によって二つに区画 されたチャンバー４７とからなるユニットが設けられている。導管３９内の流れ の方向に従って、ワン−ウェイバルブ４５．４６のうち一方又は他方を介してガ スが流れると、当該ワン−ウェイバルブの圧力損失によりダイヤフラム４８がガ スの流れ方向に押圧される。これを利用してドージング手段１３が制御される。

すなわち、それは、呼吸の吐出し中に呼吸バッグが十分に満たされなくる毎に、 レザ一式４０内のガス量を呼吸バッグ１に（バルブ４３を介して）吐き出す。こ のために、コントロールダイヤフラム４８は駆動ロッド４９に接続されている。

該駆動ロッド４９は、センシング手段１４から“遮断信号”が送信されたことに よりその移動が妨げられなければ、ダイヤフラム４８が右方向に押圧されると右 方向に移動してレバー４４に作用し、バルブ４３を開（。上述したように、この 遮断信号はバルブ２０から出力される。このバルブは、導管５０、駆動シリンダ ３６の上部シリンダ隔室３６ａ及び導管３８を介して加圧ガス源１１に接続され 、さらに導管５１を介してシリンダ／ピストンユニット５２に接続されている。

該シリンダ／ピストンユニットはドージング手段１３の中に配置され、スプリン グで負荷されたブロッキングピストン５３と、そのベントバルブ５４とを有して いる。遮断信号は、バルブ２０の開放によりブロッキングピストン５３が圧力で 駆動する結果、そのピストンが左方に移動してブロッキングレバー５５を駆動し 、たとえコントロールダイヤフラム４８が右方向に押圧されたとしても駆動ロッ ド４９の移動を阻止するという構成になっている。遮断信号は、コントロールダ イヤフラム４８が左方向に押圧され、これによりブロッキングレバー５５が駆動 ロッド４９に駆動されて回動し、ベントバルブ５４を開（結果、ブロッキングピ ストン５３がスプリングの付勢力によって初期状態に復帰することで、無効にさ れる。

呼吸システムの動作をさらに以下に説明する。

このシステムのユーザが息の吸入みを始めると、モードレギュレータ１０のチャ ンバー２５内の圧力が低下し、センシングダイヤフラム２３がチャンバーに向か って押圧されてバルブ３２を開く。これにより、アクチュエータ９の下部シリン ダ隔室３６ｂからのガスの排気が始まり、アクチュエータが呼吸バッグ１の側壁 を引き締める結果、呼吸マスク２の中である安全な過圧力が維持される。息が吐 き出されると、呼吸マスクの中の圧力が上昇し、この圧力増加は導管５，６を介 してモードレギュレータのチャンバー２５に伝達される結果、センンングダイヤ フラム２３はチャンバー２４に向かって外側に押圧される。これにより、バルブ ３３が開かれ、アクチュエータ９の下部シリンダ隔室に加圧ガス源から圧縮ガス （酸素）が供給される。

呼吸バッグへの酸素の主な供給は、モードレギュレータのベントバルブ３２を介 して行われる。アクチュエータは上述のように少量の酸素を供給するように容量 が定められているので、ドージング手段１３も、息の吐き出しが終わって呼吸バ ッグが呼吸ガスで十分に満たされなくなる毎に、レザーバ４０から呼吸バッグ１ に所定量の酸素を注入する。酸素がアクチュエータから排気され、コントロール ダイヤフラム４８が右方向に押圧されて駆動ロッド４９及びレバー４４によって バルブ４３が開かれると同時に、すなわち、吸込み状態が始まった直後に、酸素 の注入が起こる。バルブ４３の開放の条件は、センシング手段１４が“遮断信号 ”を送信しなかったことである。その遮断信号は、レバー１８がアーム１６のピ ン１９によって持ち上げられた時にバルブ２０から送信される。上述したように 、遮断信号は、コントロールダイヤフラム４８にレバー４４を右方向に移動させ てバルブ４３を開かせるということを引き起こす。遮断信号は、呼吸バッグが再 び吐出しモードになってダイヤフラム４８が左方向に押圧されてベントバルブ５ ４を開（ときに、自動的に無効にされる。

上述の実施例では、装置が完全に“密閉”されていることが強調され、引火性の 環境において安全であるという利点を与えている。基本的には、これは装置を例 えばスポーツダイビングの観点で“半密閉“に構成することを妨げるものではな い。その場合、空気圧アクチュエータを介する酸素の供給が消費よりも多いこと 、そして呼吸バッグが吐出し中に所定レベルを越えて満たされる毎にガスをダン プする自動的手段が構成されることを基準として採用することが自然である。

さらに、構造の実質的な変化を伴うことな（、空気圧の補助が一つのガスレザー バからのガスの供給に基づき、酸素の補償が他のがスレザーバから行われること が考えられる。

本発明に係るシステムがガスが充満した大気中で使用される場合、図示及び上述 したように、重量、サイズのために、モードレギュレータを呼吸バッグの中に組 み込むことが自然である。例えばダイビングに関しては、モードレギュレータを 呼吸マウスピース又は呼吸マスクに組み込むことで流体条件が自然となる。呼吸 システムは、減圧バルブがガスをシステムの空気路に供給するやいなや作動する 。

呼吸ガスの冷却のための構造に関しては、これは事実上ガスが充満した環境の中 で使用されるあらゆる形式の呼吸システムに適用されてもよいことは明らかであ る。

要約書 スモークダイビング等のための密閉又は半密閉呼吸システムは、ユーザ用の呼吸 マウスピース又は呼吸マスク（２）と吐き出されたＣｏ２の吸収手段（３）とを 備えた回路（４，５，６）に連通ずる空気圧で制御される呼吸バッグ（１）と、 ユーザの呼吸パターンに従って呼吸バッグ（１）を交互に膨張、収縮させる空気 圧アクチュエータ（９）と、呼吸バッグ（１）に接続されてそこに呼吸ガスを供 給する加圧ガス源（１１）とを有する。さらに本システムは、呼吸バッグ（１） のアクチュエータの動作を制御する一方、同時に環境に応じて呼吸マスク（２） 内の過圧力を維持するモードレギュレータ（１０）と、呼吸バッグ（１）にその 充満度に依存して一定の計量された量のガスを供給するドージング手段（１３） とを有する。

田野調査報告 １ｍｅｌ、１．１ｉ６１１ｓｌ＾＠ｇｌｌｅ＃ｌｌｅ＠　＠、ＰＣＴ／Ｎｏ　９ １１０００５２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ユーザ用の呼吸マウスピース又は呼吸マスク（２）と吐き出されたＣＯ２の 吸収手段（３）とを備えた回路（４，５，６）に連通する空気圧で制御される呼 吸パッグ（１）と、ユーザの呼吸パターンに従って呼吸パッグ（１）を交互に膨 張，収縮させる空気圧アクチュエータ（９）と、呼吸パッグ（１）に接続されて そこに呼吸ガスを供給する加圧ガス源（１１）とからなるスモークダイビング等 のための密閉又は半密閉呼吸システムにおいて、呼吸パッグ（１）のアクチュエ ータの動作を制御する一方、同時に環境に応じて呼吸マスク（２）内の過圧力を 維持するモードレギュレータ（１０）と、呼吸パッグ（１）にその充満度に依存 して一定の計量された量のガスを供給するドージング手段（１３）とを有するこ とを特徴とする呼吸システム。 ２．前記回路は、外表面が比較的厚い多孔性材料（２１）で覆われた導管（４， ５，６）からなり、該多孔性材料は水で満たされ、その水の蒸発は運転中に回路 内を循環する呼吸ガスの冷却に利用されることを特徴とする請求項１に記載の呼 吸システム。 ３．前記モードレギュレータ（１０）は、パルプ手段（３２，３３）と、これら と協働するセンシングダイヤフラム（２３）とを備え、当該センシングダイヤフ ラムの一方の側は、システム中の過圧力を維持するために、周囲の大気圧及びス プリング手段（２９，３０）が作用し、他方の側は呼吸マスク（２）中のガス圧 力が作用し、センシングダイヤフラム（２３）の中央位置からの移動はパルプ手 段（３２，３３）に伝達され、 該パルプ手段は、ダイヤフラム（２３）の移動方向に依存して、アクチュエータ （９）への加圧ガスの供給のために開き、あるいは、アクチュエータ（９）を排 気することを特徴とする請求項１又は２に記載の呼吸システム。 ４．アクチュエータ（９）は、モードレギュレータ（１０）を介して加圧ガス源 （１１）に接続されたシリンダ／ピストンユニット（３６，３７）を有し、その パルプ手段（３２，３３）は、アクチュエータ（９）の排気のために開かれる第 １パルプ（３２）と、アクチュエータ（９）に加圧ガスを供給するために開かれ る第２パルプ（３３）とからなることを特徴とする請求項３に記載の呼吸パルプ 。 ５．前記パルプアクチュエータ（９）のピストン（３７）は、実質的に異なった 面積を有する背中合わせの圧力面（３７ａ，３７ｂ）を備え、小さい方の圧力面 （３７ａ）は、加圧ガス源（１１）からの一定の圧力を受け、これによりアクチ ュエータ（９）は、反対側の圧力面が加圧ガス源（１１）からガスが供給される かあるいは排気されるに従って、圧力の方向を変えることを特徴とする請求項４ に記載の呼吸システム。 ６．前記スプリング手段（２９，３０）のスプリング力は、システムの過圧力の 調整のために、調整可能であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記 載の呼吸システム。 ７．前記ドージング手段（１３）は、第１パルプ（４１）を介して加圧ガス源（ １１）に接続されるとともに、第２パルプ（４３）を介して呼吸パッグ（１）の 内側に接続されたガスレザーパを有し、 前記各パルプは、共通の駆動手段（４４）によって駆動されるようになっている ことを特徴とし、 さらに、モードレギュレータ（１０）のパルプ手段（３２，３３）とアクチュエ ータ（９）との間の導管（３９）に、コントロールダイヤフラム（４８）が配置 され、 該ダイヤフラムは、駆動手段（４４）に接続され、アクチュエータ（９）の排気 中に第２パルプ（４３）の開放をもたらすことを特徴とする請求項３及び４に記 載の呼吸装置。 ８．呼吸システムの中に十分なガスか存在するか否かを検出する検出手段（１４ ）を有し、 該検出手段は、呼吸パッグ（１）の所定の充満度を越えた場合に、ブロツキング 手段（５２，５３）を駆動し、ドージング手段（１３）の駆動部材（４４）が前 記第２パルプ（４３）を開くのを阻止するようにしたことを特徴とする請求項７ に記載の呼吸システム。 ９．前記ブロツキング手段は、検出手段（１４）の中のパルプ手段（２０）を介 して加圧ガス源（１１）に接続された空気圧ピストン（５３）で構成されている ことを特徴とする請求項８に記載の呼吸システム。