JPH06509493A - 携帯用生命維持システム - 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】 携帯用生命維持システム この発明は携帯用生命維持システムに関し、より詳細には、ガーメントまたはス ーツ着用者のために温度制御及び呼吸可能な雰囲気を提供するために液体寒剤を 採用する改良携帯用生命維持システムに関する。

従来技術の説明 携帯用生命維持システムは典型的には、住めないあるいはそうでなければ人間に とって敵対する環境において使用される。このような環境の例としては、宇宙、 水中、消火活動及び危険な材料の取扱いが挙げられる。環境制御の展望から、携 帯用生命維持システムの２つの最も重大な要求は、使用者のために体温調節及び 呼吸可能な雰囲気を提供することである。

このようなシステムに対する技術的な要求は、活動の型及び性能レベルにより広 （変動し、束縛される。しかしながら、一般に、個人用の携帯用生命維持システ ムの所望の特性としては、１人で運べる質量、不当な移動損失なく１人で運べる 大きさ、命綱の必要のない操作、使用者の器用さを害しないデザインが挙げられ る。これらの特性はその環境に応じて変化することがあるが、これらは一般に所 望のものであり、−貫している。

携帯用生命維持システム用の呼吸可能な雰囲気を提供するサブシステムは、一般 に、再循環する雰囲気の率に応じて、開回路、半一閉回路、閉回路のいずれかに 分類される。開回路サブシステムでは、雰囲気は使用者が吐き出すとシステムか ら直ちに排出され、一方、閉システムでは、吐き出された雰囲気は全て再循環さ れる。半−閉システムはその間であり、かなり多量の吐き出された雰囲気を排出 すると共に再循環する量も多い。

呼吸可能な雰囲気サブシステムはまた、使用される呼吸メカニズムの型により分 類することができる。最も単純な型は、“フリーフロー”システムであり、この システムでは、活動レベルに関係な（、雰囲気が連続して、比較的一定速度で使 用者に提供される。“要求°システムは、使用者が雰囲気を吸い込む時、すなわ ち要求時にのみ、呼吸可能な雰囲気を提供するためにスキューバ装置と共に使Ｉ 用されるもののような要求レギュレータを使用する。要求システムは口からある いは口と鼻から使用することができる。

液体燃料取扱い器用の危険材料スーツの必要性により、会衆国軍は１９６０年代 初期よりこの領域で努力をしている。これらの努力は体温調節または呼吸のどち らか専用の別々のサブシステムを有するシステムに主に向けられていたが、結局 、体温調節及び呼吸可能な雰囲気の両方を提供するための極低温流体としての“ 液体空気゛の使用に向けられた。設計では、液体空気を気化させることにより呼 吸可能な雰囲気を生成する直接半一閉回路呼吸システムが組み込まれた。気化工 程により最小の冷却が提供され、体温調節は使用者のスーツを通して気化された 寒剤が循環または再循環することにより達成された。

極低温流体は大気圧で約１１０に以下の温度で沸騰する（すなわち、液体から気 体への状態変化）流体として定義することができる。寒剤の例としては、水素、 ヘリウム及びメタンと共に窒素と酸素の両方（“液体空気”の主成分）が挙げら れる。この中で使用されているように、“寒剤“は極低温流体を示し、“極低温 技術”は極低温流体の物理特性を実際の適用に利用するための知識、技術及び装 置を示す。

しかしながら、携帯用生命維持システムにおける極低温技術はすぐに多くの技術 拘束に出くわした。更に、携帯用生命維持システム技術は初期の夏の研究におけ るアプローチから分かれ、完成された技術として２つの学派の考えを作成した。

１つの学派の考えは冷却及び呼吸可能な雰囲気を生成するために寒剤を使用し続 けた。このアプローチはＰ、Ｅ、Ｗｈｉ　ｔ　ｔ　ｉｎｇｔｏｎに認められた米 国特許第３．０６４．４４８号、Ｒ，Ａ、Ｆｉｓｃｈｅｒ達に認められた米国特 許第３゜１１７．４２６号、Ｖ、Ｌ、Ｐｏｔｔｅｒ、Ｊｒ、違に認められた米国 特許第３゜２２７．２０８号、Ｄ、　Ａ、Ｌｅ　ｆ　ｆ　ｉｎｇｗｅ　ｌ　１． 　Ｊ　ｒ、に認められた米国特許第２．９９０．６９５号に開示されている。

分岐した学派の考えは効率的に進歩を達成する努力により鼓舞され、温度調節及 び呼吸サブシステムを分離することにより始まった。この学派の考えの例はＷａ ｒｎｅｃｋｅ達に認められた米国特許第４．１７２．４５４号、Ｐａ５ｔｅｒｎ ａｃｋに認められた米国特許第４．２８６．４３９及び４．４５９．８２２号で 見られる。温度調節と呼吸システムの分離により技術的な拘束が除去され、極低 温流体でない、より効果的でより危険な寒剤の使用が認められた。’４５４Ｗａ ｒｎｅｃｋｅ達の特許に記されているように、当業者の中には極低温流体の代わ りにドライアイスなどの固体寒剤に換える者もいた。

多様な考えに導いた主な困難の１つは、極低温技術の初期の適用が、十分かつ制 御可能な身体の冷却及び体重１単位毎の期間に関し、高い効率を生み出すことが できなかったことであった。この問題の源は効果的でない熱交換であることを見 いだした。冷却は主に、循環空気と使用者の身体の間、すなわちガス層のループ における熱交換により提供された。我々の発明は液体層ループにおける熱交換は ガス層ループにおける熱交換に比べずっと優れているという利点を有する。この 様に優れているのは多くの因子、その中で最も主要なものは熱交換工程に関しよ り制御が優れていることに起因する。

更に極低温生命維持システムを悩ますｊＦ！２の困難は、このようなシステムが 重力の領域に関し使用者の向きを当てにすることから生じる。スキューバなどの 加圧下で空気を使用する呼吸可能な雰囲気サブシステムは、加圧下のガスはその 本来の特性により、膨張し使用者に一定の供給をするので、“向きには依存しな い”。

しかしながら、液体は基本的に異なる機能を持ち、気化される熱交換点まで送り 出す原動力を必要とする。事実上、これまで知られている全ての極低温システム は、熱交換点に関し液体寒剤を貯蔵することにより重力を使用し、現在の“向き に依存しない”送り出しシステムは効率が悪（費用がかかる。

現在のシステムでは、デユワ−（ｄ６ｗａｒ）中の気化寒剤、その後加圧される 、と液体寒剤、デユワ−中の加圧気化寒剤による力により排出される、を分離す ることにより、デユワ−の内容物が送り出される。この分離は、液体寒剤と気化 寒剤にかかる重力の効果の相違に起因し、それらを分離するように作用する。

デユワ−の吸気口は、その後重力による効果により送り出される、分離された液 体寒剤により浸水される。そのため、重力に依存すると、システム使用者が重力 領域に関し送り出しの向きに影響するときはいつでも、デユワ−の内容物への加 圧がな（なり、気化寒剤が直ちにもはや液体寒剤に浸水されていない吸気口を通 って排出されるため送り出しの効率が悪（なるので、性能に著しい減少が引き起 こされる。

問題は向きに関係な（無視できる重力しかない宇宙で太き（なる。そのため、宇 宙でのほとんどのシステムは、ガス及び液体層を分離するために非常に細かいメ ッシユを使用する“液体獲得装置”を使用する。しかしながら、メツシュは非常 に細か（、その結果製作公差に非常に敏感で、非常に経費がかかる。また、液体 獲得装置は使用する時に特別の寒剤に“調整″されなければならず、そのため様 々な寒剤に適用するのは容易でない。その結果、別々に同定できる物理特性を有 する２つ以上の寒剤からなる極低温混合物を用いて、液体獲得装置が効率的に作 動可能かどうかに関してい（つかの論点がある。

このように、効率的な熱伝達の達成及び満足のい（向きに依存しない送り出しの 開発ができないことにより、当業者の中には極低温技術をあきらめたり、望まし くはないが必要な代替品を採用する者がでてきた。これらの欠点はシステムの主 な機能両方に影響し、１９６０年代に最初に提案されたシステムの、別々の、機 能的に専用のサブシステムへの機能分割ということになった。これにより、また 、呼吸可能な雰囲気のための圧縮ガス及び温度調節のための危険な液体冷却剤、 及び固体冷却剤さえも、の復帰に導かれた。

そのため、この発明の目的は、効果的に体温調節と呼吸可能な雰囲気の送り出し を結合させる極低温技術を使用する携帯用生命維持システムを用いて、これらの 問題を克服することである。

更に、この発明の目的は、様々な具体例において、システムが、口または口／鼻 の組み合わせレギュレータを通して直接または需要供給を有する開回路、半−閉 回路及び閉回路配置における呼吸可能な雰囲気のサブシステムを使用するもので あることである。

更にこの発明の目的は、向きに依存しない液体寒剤の貯水層から熱交換点までの 送り出しを使用するシステムを提供することである。

発明の概要 この発明は、好ましい具体例においては、極低温技術を用いて体温調節及び呼吸 可能な雰囲気を提供する携帯用生命維持システムである。この発明は液体冷却ガ ーメントと、液体寒剤源と、ガーメントの液体との熱交換関係において液体寒剤 をその源から循環させ、液体寒剤を気化させ、ガーメント着用者を冷却する手段 と、呼吸のために気化した寒剤を着用者のところまで送り出すための手段とを備 える。

図面の簡単な説明 上記の簡単に概要を示したこの発明をこの明細書の図面において示される典型的 な好ましい具体例により、より詳細に説明することができる。これにより、上述 した特徴と共に池の特徴が明きらかとなり、詳細まで理解することができる。

図面はこの発明の典型的な、好ましい具体例のみを説明したものであり、その範 囲を限定するものと考えられるべきではな（、この発明は他の同様に効果的な具 体例も認めるものである。

図１は半一閉回路呼吸ループを使用する、本発明により構成した携帯用生命維持 システムの実施例の概略図である。

図２Ａ及び図２Ｂは、図１のシステムなどの本発明にかかる、使用者の背中で着 用される携帯用生命維持システムの一部の切断透視図であり、どのようにガーメ ント及び背中で着用されない構成要素を含む実施例の残りと結合しているかが示 されている。

図３は半一閉回路呼吸ループを使用するシステムの第２の実施例の機能概略図で ある。

図４は開回路、要求呼吸ループを使用する発明の第３の実施例の概略図である。

図５は図１−４のシステムに使用することができるような、ガス充填ピストンメ カニズムを有する能動排出デユワ−の１つの実施例を示す。

図６は図１−４のシステムに使用することができるような、ピストンメカニズム を有する能動排出デユワ−の別の実施例を示す。

好ましい具体例の説明 一般に１０で示される、図１のシステムは、加熱プール、発電所冷却水、原子炉 閉じこめ容器、または浅い熱帯水中などの潜水用温水を含むがそれに限定されな い、冷却を必要とする水中環境で使用するための携帯用生命維持システムである 。水中環境での操作は（大気圧に関して）加圧を考慮しなければならず、そのた めシステム１０は下記の様に圧力の変動を補う。

携帯用生命維持システム１０は、一般にガーメント１２、冷却ループ１４、呼吸 ループ１６、熱交換器１８及びデユワ−１９を含む。図４に良く示されているよ うに、好ましい実施例におけるガーメント１２は使用者により、その使用者を周 囲の環境から隔離するスーツ８０の内側に着用される。しかしながら、いくつか の実施例では、ガーメント１２及びスーツ８０の機能は結合させることもできる 。熱交換器１８及びデユワ−１９は技術的に、その機能が冷却ループ１４及び呼 吸ループ１６の両方により必要とされるため、その両方の一部と考えることがで きるが、システム１０全体の操作の説明を容易にするために別々に取り扱う。

スーツ加圧レギュレータ３４、過加圧軽減レギュレータ３１及び背圧レギュレー タ３３により、環境における圧力変動に応じて、当業者に良く知られた方法で、 スーツ８０のスーツ圧をシステム内の雰囲気圧と同じにあるいは大気圧以上の異 なる一定の圧力に維持するために圧力調整する。

操作中は、デユワ−１９は液体寒剤を貯蔵し、液体寒剤を熱交換器１８に送り出 す。好ましい具体例においては、液体寒剤は“液体空気”、本質的には液体窒素 で希釈された液体酸素、であるが、他の寒剤も適用に応じて許容できる。冷却ル ープ１４は閉、冷却液体ループであり、その冷却液体は着用者の身体からの熱を 吸収し、その吸収した熱をデユワ−１９により熱交換器１８に送り出される液体 寒剤に伝達する。液体寒剤は気化し、気化した寒剤は、熱が冷却液体から伝達さ れるにつれ暖められる（下記の説明のように）。暖められた気化寒剤は、呼吸ル ープ１６により呼吸可能な雰囲気として、その後使用者のところまで送り出され る。

ガーメント１２の着用者のための体温調節は、冷却ループ１４を通して循環され る冷却液体の温度制御により提供される。図４に最も良く示されているように、 ガーメント１２は液体冷却ガーメント及び、“スーツ”８０として示される外側 の防御ガーメントからなる。スーツはガーメント１２の着用者を環境的に隔離す る。２つのガーメントはどちらもこの技術においては良く知られている。ガーメ ント１２は、それ自体、複数の“チューブをその中に縫いつけており、そのチュ ーブは、水などの冷却液をガーメント着用者の身体中に予め決められたパターン に導くように、一連の動脈を形成する。

これらの“チューブは機能的には図１のガーメントライン２６として示され、図 ４において最も良く示される。冷却液はそのチューブを通ってめぐるうちに着用 者の熱を吸収し、これにより液体が暖められ着用者は熱交換により冷却される。

ガーメント１２からなるチューブスーツは、ガーメント着用者の身体との伝導対 流熱交換関係の単なる１つの手段であり、他の手段も同様に許容できる。

冷却ループ１４は絶縁ライン２２ａ−ｃ、水ポンプ２４、ガーメントライン２６ 、補助熱交換器２７及び比例切換え弁２８を含む。水ポンプ２４により、冷却液 を冷却ループ１４を通してポンピングする原動力が供給される。冷却ループ１４ における水に対する温度制御は、ガーメントライン２６及び熱交換器１８におけ る熱交換工程により引き起こされる冷却液温度の変動に応じて、補助熱交換器２ ７及び比例切り換え弁２８の操作により提供される。

冷却液温度が使用者の快適さに対し低すぎる場合、比例切り換えバルブ２８はこ の状態を感知し、自動的に補助熱交換器２７を通るように冷却液の幾らかを切り 換える。図１の具体例においては、補助熱交換器２７は冷却液を使用者が潜水し ている水の熱に暴露させ冷却水を暖める。切り換えられた液はその後、切り換え られてない液に戻り、冷却液全体の平均温度が上がる。しかしながら、この特徴 は、図３のシステム２０及び図４のシステム４０により説明されているように、 全ての実施例において必要ではないであろう。

比例切り換えバルブ２８はまた、冷却液全体の平均温度が高すぎる時に、温度を 減少させるために、補助熱交換器２７を通る、切り換えられた冷却液の量を減少 させる。冷却液の所望の平均温度は、予期した活動レベル及び使用者が潜水する 水の温度などの因子に応じて変化することができるが、一般に少なくとも、人間 の身体の皮膚温度である標準９１°Ｆ以下でなければならず、５５°−８０゜Ｆ が好ましい。

呼吸ループ１６は過剰寒剤気化器３２、スーツ加圧レギュレータ３４、エジェク タ３６、ライン３８ａ−ｅ、過加圧軽減レギュレータ３１、背圧レギユレータ３ ３、二酸化炭素スクラバー３５、湿度調節３７、及び補助熱交換器３９を含む。

過剰寒剤気化器３２は２つの生命安全機能を果たす。第１に、デユワ−１９によ り熱交換器１８へ送り出される液体寒剤の全てが必ず気化されるわけではない。

特に、冷却ループ１４がうまく機能しない場合はそうである。そのため、気化器 ３２は、確実に呼吸ループには入る液体寒剤が全く無い様にし、使用者を害する ことがないようにしている。第２に、気化された寒剤は一３００°Ｆもの冷たさ となることができ、そのため気化器３２は気化寒剤を呼吸可能な温度に暖める。

全ての液体寒剤が気化され暖められると直ちに、スーツ加圧レギュレータ３４及 びエジェクタ３６を通る代わりの経路により呼吸ループ１６に導入される。

システム１０の呼吸ループ１６は半一閉回路であり、そのため、吐き出された雰 囲気のかなりの量が排出され、かなりの量が再循環される。エジェクタ３６は、 移動部分のない高速ガスジェットの運動量移動により、その分野において通常の 技術を有する者にとって良く知られた方法で、気化寒剤を再循環するための原動 力を提供する。二酸化炭素スクラバー３５は二酸化炭素を除去し、湿度制御器３ ７は使用者の代謝過程により吐き出される雰囲気に導入された湿度を除去する。

スーツ加圧レギュレータ３４、過加圧レギュレータ３１及び背圧レギュレータ３ ３は作動すると共に、当業者に公知の方法で、操作環境の絶対圧の変動に応じて 、スーツ内の相対圧力を制御する。圧力調節は、スーツ圧が雰囲気以上の異なる 圧力で維持される場合及び／または外圧が変動する場合に、一般に必要である。

この配置は、水中のような雰囲気圧以上の外圧に対し、危険な材料の取扱い時な どのわずかな正圧が汚染を妨害する雰囲気圧の外圧に対し、あるいは宇宙などの 雰囲気圧以下の外圧に対し適切である。

補助熱交換器３９は、この具体例においては、発熱二酸化炭素及び水吸収からの 熱の除去のために選択的に循環雰囲気を使用者が潜水している水の温度に暴露す ることにより、幾らかの温度調節を提供する。このため、補助熱交換器３９の主 な目的は、スクラバー３５及び湿度制御器３７により、呼吸ループに導入される 気化寒剤からの熱を放出することである。そのため、補助熱交換器３９はこのよ うな熱を放出する必要のない幾つかの実施例においては省略することができる。

エジェクタ３６、二酸化炭素スクラバー３５、スーツ加圧レギュレータ３４、過 加圧レギュレータ３１及び背圧レギュレータ３３はそれぞれ、当業者に良く知ら れ、普通に手に入るものの１つとすることができる。これらの構成要素に対する 普通の代替品のどれも、特に他のものより好ましいというものはない。しかしな がら、湿度制御器３７は一般に、水中の適用に対しては、当業者に良く知られ普 通に入手できる乾燥剤ベッドであることが好ましいが、他の型の湿度制御も許容 でき、あるいは他の実施例においては池の型の湿度制御が望ましいこともある。

更に、エジェクタ３６、二酸化炭素スクラバー３５、湿度制御器３７及び補助熱 交換器３９は、半一閉回路呼吸ループの代わりに図４に示されるような開回路呼 吸ループを採用する実施例に対しては必要とされない。

図２Ａ及び２Ｂは図１のシステム１０、図３のシステム２０または図４のシステ ム４０などの携帯用生命維持システムの構成要素を図示したものであり、（ａ） は使用者の背中で着用することができる。構成要素は／Ｘウジング４４内に載置 されインターフェースプレート４２によりスーツ８０を通してガーメント１２と 連絡される。インターフェースプレート４２は口５２を有し、そこを通って呼吸 ループ１６が換気のためにスーツに入り、出ていく。更に、口５４を有し、そこ を通って冷却ループ１４が着用者を冷却するためにスーツに入り、出ていく。

図２Ｂのデユワ−１９の１つの断面図により、水充填ピストンメカニズムが示さ れているが、一方、図１のシステム１０におけるデユワ−１９は自己加圧デユワ −である。そのため、システム１０は、この中で開示されている別の実施例であ る図３のシステム２０と図４のシステム４０と同様に、自己加圧デユワ−または 外部充填デユワ−を採用することができることが示される。自己加圧デユワ−及 び外部加圧デユワ−の構造及び操作は、２つの間の相違点及び類似点を含め、以 下により詳しく説明する。

図２Ａ−Ｂの“バックバック“配置は、現在、宇宙輸送システムのために、及び 水中トレーニングプログラムにおいて、アメリカ合衆国のアメリカ航空宇宙間に より使用されているスーツ（典型的には°ＳＳＡ”または“宇宙服アセンブリ” と呼ばれる）、これはスーツ８０の好ましい実施例である、に載置されるように 特にデザインされている。ハウジング４４は、当業者に良く知られた方法で、載 置手段４５ａ−ｂ及びインターフェースプレート５２中の幾つかのねじ込み接続 （図示せず）により、システム１０の使用者により着用された５ＳＡ（図示せず ）の硬質上胴部に載置される。ハウジング４４を載置されたＳＳＡはそれから、 船外活動補助装置（“ＥＭＵ”）として知られているものを構成する。

図３に示される代わりのシステム２０はまた、半一閉回路呼吸ループを使用し、 その結果、図１の／ステム１０と共通の多くの構成要素を有する。同様の機能を 有する共通の構成要素は図３において同様の番号を付す。例えば、図３における 熱交換器１８゛及び水ポンプ１４°　は、前述した図１の熱交換器１８及び水ポ ンプ２４と同様の機能を有する。図３の特別な実施例は宇宙での将来の適用のた めのものであり、図１の実施例との王な相違点は環境との熱交換が無いことであ る。

冷却制御は寒剤の気化器１８゛　への流速を変化させることにより達成される。

この具体例はどのような環境でも使用することができ、ガスー充填デユワ−１９ ゜を使用している。

図１の実施例との顕著な違いは、第２の酸素バック６２及びそれに結合されたデ ユワ−加圧レギュレータ６４ａ−ｂの追加であり、これらは合衆国連邦政府のア メリカ航空宇宙間の要求の期待に含まれている。第２の酸素バック６２及びデユ ワ−加圧レギュレータ６４ａ−ｂはそれ自体、この発明の実施には必要ないが、 応用の中にはこれらを含有するのが望ましいものもある。しかしながら、図３の 特別の実施例おいては、以下により詳細に説明されるようにこれらがデユワ−１ ９゛に対する加圧を提供するので、これらを含有することが必要である。また、 図１におけるデユワ−１９は改良されて、以下に更に説明されているように、水 中環境において中性浮力（ｎｅｕｔｒａｌ　ｂｕｏｙａｎｃｙ）及びトリム（ｔ ｒｉｍ）を提供する。これは、／ステム２０においては考えられない。

図１のシステム１０の比例切り換え弁２８及び補助熱交換器２７により提供され る温度調節は、システム２０では、図３の熱制御システム６６の制御下で気化器 １８により送り出され、それにより処理される寒剤の量を変化させることにより 提供される。熱制御サブシステム６６は、図１に示されるような加熱用の切り換 え弁及び熱交換器として実行することもできる。しかしながら、このデザインは 、冷却ループ１４°に必要な熱を供給するには温度が十分温か（ない幾つかの環 境においては使用が制限されるであろう。

図１の過剰寒剤気化器３２は図３においては類似なものはない。しかしながら、 低温栓６８ａ−ｂが、危険な程に低温の寒剤が装置及びガーメント１２の着用者 に到達しないように、アキュムレータ７２から放出される寒剤の温度をモニタす る。図３の好ましい実施例における呼吸可能な雰囲気の流れは、アキュムレータ ７２及び栓５８ａ−ｂを迂回する第２の酸素バック６２からの加圧レギュレータ ６４ａを通る送り込みのため、栓６８ａ−ｂの操作により妨害されないだろう。

図４は、一般に４０で示される第３のシステムの機能概略図である。このシステ ムでは、開回路、要求呼吸ループを採用している。図３のシステム２０でもそう であったように、システム４０は図１のシステムと共通する構成要素を多く有し 、類似する構成要素は類似の引用数字をつける。図４はまた、図１のシステム１ ０では見られないが図３のシステム２０で見られる構成要素と類似する構成要素 を有し、このような構成要素には類似の引用数字を付す。図４はまた、図１のシ ステム１０と図３のシステム２０の両方に共通するが、それらの図においては示 されていないシステム４０の幾つかの特徴を示している。これらの特徴には、デ ユワ−１９′がそこを通って液体寒剤で充填されるロア２、水ポンプ２４″に動 力を供給するバッテリー７４、及び図２Ａ及び２Ｂに示されるような液体冷却ガ ーメント１２から離して収容された構成要素を接続させるために使用される着脱 コネクタ７６ａ−ｂ、及び防御スーツ８０が挙げられる。

しかしながら、システム４０は開回路、要求呼吸ループを採用し、そのため使用 者が吐き出した雰囲気は再循環されず、この点までは、システム４０はシステム １０及び２０とはかなり異なる。呼吸可能な雰囲気は、ロマスクまたは口／鼻マ スクのどちらかである正圧要求レギュレータ８２により送り出される。開回路要 求呼吸ループ１６”は、図１のシステム１０の冷却ループ１４及び図３のシステ ム２０の冷却ループ１４′　との適用に対し、半一閉回路呼吸ループ１６及び１ ６°及びシステム１０及び２０それぞれが適当に改良されると図４のシステム４ ０に適用することができるのと同様に、等しく適している。

システム４０では、体温調節は２つの異なる方法で冷却により提供される。第１ に、要求レギュレータ８２を通る使用者の肺への及び肺からの気化寒剤の流れは 直接使用者の仕事率、このため代謝熱の増大、と関連する。暖められた気化寒剤 は、呼吸中の使用者の身体から熱を吸収するには依然として十分冷たく、これに より冷却機能を果たす。使用者が激しく働（はど、液体寒剤が気化器１８”へ流 れる率が増加する。このため冷却ループ１４”の温度は減少し、使用者の熱が除 去される。

雰囲気圧に近い圧力を有する環境において使用される時には、使用者の呼吸率は 仕事率の範囲を通じて代謝熱負荷の約３分の２であろう。一般に、追加の冷却が 必要であろう。これは冷却制御バルブ８４により提供される冷却制御の第２の手 段により達成される。これは、追加の冷却が必要な時に使用者が開（簡単な計量 バルブである。このバルブを開くと、気化寒剤は直接スーツの内側に流れること ができ、スーツに幾らかの換気を提供し、汗が除去される。汗の蒸発により、実 質的な冷却が提供され、スーツの換気により蒸発及び使用者の快適さが改善され る。スーツを換気するために使用される気化寒剤はスーツからスーツ中のスーツ 圧軽減バルブ８６を通して排気される。

図５−６は図１．３及び４のデユワ−１９及び１９゛　に対する代わりの実施例 を示す。技術的には、“デユワ−′は液体寒剤を含有するための容器であること を意味するとこの技術では理解される。しかしながら、図５−６における代わり の具体例ではそれぞれ、その中に貯蔵している液体寒剤をデユワ−からそれに連 結された送り出しラインに能動的に排出するメカニズムを提供する。このため、 これらの実施例はより適切には“能動排出デユワ−”と呼ばれる。このように、 能動排出デユワ−は、この発明の好ましい、図示された実施例におけるように、 呼吸ループ、冷却ループあるいはその両方に対する液体寒剤の貯蔵と送り出しの 両方を行う。クレームされた発明に関してこの中で使用される“デニワー”とい う用語は゛能動排出デユワー”を意味すると理解されるべきである。

図５は外部から加圧される能動排出デユワ−１９′　の断面図であり、このデユ ワ−はガス充填ピストンメカニズムを採用する。ピストン１１４は内側の圧力容 器１１０内に移動可能なように配置され、その圧力容器１１０は外側の圧力容器 １０５内に片持ちばり式スポークデザイン（図示せず）を用いて載置される。片 持ちばつ式スポークは、内側の圧力容器１１０の外表面からチャンバ１１２内の 外側の圧力容器１０５の内表面まで延びている。内側の圧力容器１１０は、スト ラップまたはウニラビングなどの片持ち式スポークと同じく満足のい（代替品を 用いて、外側の圧力容器１０５内に載置することができる。これらは、外側の圧 力容器１０５から内側の圧力容器１１０までの熱伝導路を最小にするために、当 技術においては良く知られている。好ましい実施例における内側の圧力容器１１ ０は３０４Ｌ、ステンレス調圧力容器であり、その内容物は内側の圧力容器１１ ０と外側の圧力容器１０５の間のチャンバ１１２に誘導された真空により絶縁さ れる。

ピストン１１４は、ＫＥＬ−Ｆ８１または超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰ Ｅ）などの、構造及び密封適用の両方において低い導電性及び膨張特性を示す１ つ以上の材料から単一のユニットとして構成されることが好ましい。当業者に良 く知られているように、ピストン１１４の内容量は排出され、液体寒剤を更に絶 縁させるために多層絶縁の交互層で満たされる。ピストン１１４は図５では、液 体寒剤内容物が４分の３排出されたことを示す位置で描かれている。

ピストン１１４は、環状フランジ１２６と環状フランジ１２８の間の密封嵌合及 び内側の圧力容器１１０の内表面により、上部チャンバ１２２、環状チャンバ１ １６及び下部チャンバ１２４を決定する。チャンバ１２２の内容物の圧力はピス トン１１４の前方側１２３に対し力を働かせ、チャンバ１２４の内容はピストン １１４の後方側１２５に対し力を働かせる。ピストン１１４は一定の直径を有し その移動は環状チャンバ１１６内の圧力の増大により妨害されないので、環状フ ランジ１２６及び１２８のシール間の環状チャンバ１１６の排出の準備はされな い。

液体寒剤は、口１０２及びライン１０３により上部チャンバ１２２中に導入され 、そこから送り出される。充填される前に、ピストン１１４はチャンバ１２２内 の圧力をチャンバ１２４に関し増加させることにより、収縮され、その結果チャ ンバ１２２が液体寒剤で充填される。液体寒剤はその後、加圧ガスをチャンバ１ ２４に供給することによりピストン１１４に力を適用し、これによりチャンバ１ ２２内の液体寒剤に加圧することにより、ライン１０３及び口１０２を通ってぞ れぞれ図１．３及び４の熱交換器１８．１８″　または１８”などのシステム熱 交換器に送り出される。

ガスの圧力が能動的に液体寒剤を上部チャンバ１２２から排出するのに十分高い ものであるように、下部チャンバ１２４では維持しなければならない。典型的に は、“十分高い”とは単純に、下部チャンバ１２４における圧力が上部チャンバ １２２内の圧力より大きいことを意味する。好ましい方法では、確実に一定のガ ス圧が下部チャンバ１２４に供給されるように、加圧下のガスを含む外側の圧力 容器（図示せず）及び圧力減少バルブ（図示せず）が採用される。

ピストン１１４が上に移動し、下部チャンバ１２４の容量が増えガスの圧力が減 少すると、圧力減少バルブにより、十分なガス圧力を維持するためにより多くの ガスが外側の圧力容器から下部チャンバ１２４に入ることができるようになる。

能動的に液体寒剤を排出するための力の量は、下部チャンバ１２４及び上部チャ ンバ１２２内の圧力間の所望の圧力の相違を得るために圧力減少バルブを調節す ることにより簡単に制御することができる。図３のシステム２０及び図４のシス テム４０はガス充填ピストンメカニズムを有する外部加圧デユワ−を採用したシ ステムの例である。

図２はガス充填デユワ−１９′の代替品を図示し、水中潜水のためにのみに王に 適用される。このシステムはデユワ−加圧ポンプ１３０（図２Ａ−２Ｂにおいて のみ図示される）を含み、このポンプは環境から得られた水１３６をライン１３ １を経てピストン１１４により決定されるデユワ−１９゛　の下部チャンノくに 汲み出し、操作中のデユワ−１９°内の異なる圧力を維持する。この代替品は水 中以外のほとんどの環境においては適用が制限されるが、デユワ−に加圧する外 部手段は上述したガス充填型のものと類似している。水中の適用に対しては、こ の加圧技術は更にガス充填型のものより、使用者の中性−浮力及びトリムを維持 するという利点を有する。液体酸素／液体窒素混合物の密度が水の密度と同様だ からである。

充填操作を始める前は、内側の圧力容器１１０の温度は一般に寒剤温度より高く 、そのため、上部チャンバ１２２に導入される幾らかの液体寒剤が沸騰して出て いき内側の圧力容器１１０及びピストン１１４を冷却する、もしくは内側の圧力 容器１１０及びピストン１１４は予備冷却されなければならない。そのため、チ ャンバ１１２は液体寒剤が導入される前に内側の圧力容器１１０を予備冷却する ために使用される冷却コイル１３２を含む。

予備冷却のための液体寒剤は口１０４ａを通って冷却コイル１３２に入り、口１ ０４ｂを通って出ていき、充填または再充填される前に内側の圧力容器１１０を 冷却する。これにより、充填操作中の内側の圧力容器１１０の上部チャンバ１２ ２に導入される液体寒剤の気化（あるいは“沸騰除去″）が減少され、最小限に 抑えられる。冷却コイル１３２は、予備冷却のために閉−サイクル冷凍機と共に 使用することができる。しかしながら、液体寒剤の消耗廃棄物を最小に抑える必 要が無く、液体寒剤の沸騰消失が許容される適用においては、予備冷却は全く省 略することができる。

図６は、面積差ピストンメカニズムによる自己加圧の能動排出デユワ−１９を示 す。図５における具体例と類似な部分はその類似物と同様な引用数字を有する。

面積差ピストン１１４′　は前方側１２３゛において、後方側１２５°において よりも、より小さな圧力応答表面積を有し、その移動のフルストローク位置にお いて液体寒剤の残存空間を最小にするような輪郭とされる。ピストン１１４゛は 内側の圧力容器１１０′の内側の壁を上部フランジ１２６°及び下部フランジ１ ２８゛を用いて噛み合わせ、これにより上部チャンバ１２２°、環状チャンバ１ １６゛及び下部チャンバ１２４゛を決定する。内側の圧力容器１１０′中の環状 フランジ１２６′及び１２８゛のシールにより決定される環状チャンバ１１６′ はライン１１７及び軽減口１０７を経て排出され、環状フランジ１２６゛及び１ ２８″により形成されるソールのどちらかが漏れたならばピストン１１４′の動 きを妨害するであろう環状チャンバ１１６゛　内の圧力の増大を防ぐ。らせんコ イル１３２′により、充填操作のためにデユワ−に対する予備冷却が提供される 。

図６のピストン１１４゛の面積差により、デユワ−の自己加圧が可能となる。

上述した熱交換工程からの気化寒剤は部分的に、明確にするために図６では図示 されていない、図５のライン１１８及び口１０６の類似物を通ってチャンバ１２ ４゛中に迂回させることができる。その代わりとして、図１に示されるように、 送り出された液体寒剤を部分的に気化し、その後それを下部チャンバ１２４′に 迂回させることができる補助熱交換器を備えることができる。気化寒剤はチャン バ１２２′中の液体寒剤と同じ圧力（あるいはわずかに低い圧力）であるが、チ ャンバ１２２°中のピストン１１４°の前方側１２３′の表面はチャンバ１２４ ゜内のピストン１１４゛の後方側の表面積よりも小さく、このため、ピストン１ １４゛を動かすのに必要な力が提供される。このため、摩擦力に打ち勝ち、液体 寒剤をデユワ−から排出するための圧力を提供するためには２つの方法がある一 図５の具体例におけるように、外部源から生成される異なる圧力を用いる、また は図６の具体例におけるようにピストンの面積差を用いる。

このため、この中でクレームされた発明には、その発明の精神または本質的な特 性の範囲内で、多くの代わりの、等しく満足できる具体例が多くあることは明き らかである。この発明は、デユワ−から呼吸ループデザインまで、特別な適用に 応じて、多くの観点において適合させることができる。例えば、この中で開示し た全ての具体例は能動排出デユワ−を用いているが、性能の幾らかの損失がある にも関わらず、液体獲得装置を採用するデユワ−に置き換えることができる。

上記の好ましい具体例は、結果的には、この発明を説明したものでありその範囲 を制限するものではないと考えられなければならず、他の同様に効果的な具体例 も認めるものである。

補正婁の１１訳交擢出書　９ １０３’ （特許法第１８４条の７第１項） 請求の範囲 １．携帯用生命維持システムであって、該システムが、液体冷却ガーメントと、 液体寒剤を含有するための向きに依存しないデユワ−と、液体寒剤を冷却液との 熱交換関係において上記デユワ−から循環させ、ガーメント着用者を冷却し液体 寒剤を気化させる手段と、呼吸のために、気化寒剤を上記ガーメント着用者のと ころまで送り出す手段とを備えたシステム。

２、上記熱交換手段が、 絶縁ハウジングと、 冷却液をガーメントの内側及びハウジングを通して循環させるループと、液体寒 剤を上記源と送り出し手段の中間のハウジングを通して循環させる手段とを含む 請求項１記載の携帯用生命維持システム。

３、上記送り出し手段が気化寒剤を上記ガーメント着用者に再循環するループを 含む請求項２記載の携帯用生命維持システム。

４、上記向きに依存しないデユワ−が能動排出デユワ−である請求項１記載の携 帯用生命維持システム。

５、上記能動排出デユワ−が外部から充填される請求項４記載の携帯用生命維持 システム。

６、上記能動排出デユワ−は自己加圧である請求項４記載の携帯用生命維持シス テム。

７、上記気化寒剤を送り出す手段が開回路システムである請求項１記載の携帯用 生命維持システム。

８、上記気化寒剤を送り出す手段が半一閉回路システムである請求項１記載の携 帯用生命維持システム。

９、携帯用生命維持システムであって、該システムが、液体冷却ガーメントと、 液体寒剤を含有し、送り出すための向きに依存しないデユワ−と、冷却液と含有 及び送り出し手段からの液体寒剤の間で熱交換する熱交換器とを備えたシステム 。

１０、上記向きに依存しないデユワ−が能動排出デユワ−である請求項９記載の 携帯用生命維持システム。

１１、上記能動排出デユワ−が外部から充填される請求項１０記載の携帯用生命 維持システム。

１２、上記能動排出デユワ−は自己加圧である請求項１０記載の携帯用生命維持 システム。

１３、向きに依存しない、液体寒剤デユワ−は、第１の口と第２の口を有する断 熱圧力容器と、前方側と後方側を有し、上記第１の口を通って収容された液体寒 剤の圧力により前方側にかけられた力及び後方側に対してかけられた力に応じて 上記圧力容器内で密封状態で往復運動ができるピストンと、上記前方側にかけら れる力より大きい力を上記ピストンの後方側に対してかける圧力で、第２の口を 通して流体を上記ピストンに供給する手段とを含むデユワ１４、上記供給手段は 、 加圧下のガス源と、 上記源からのガスで選択的にデユワ−を充填するためのバルブ手段とを含む請求 項４記載のデユワ−０ １５、上記供給手段は、 液体の源と、 上記源からの液体で選択的にデユワ−を充填するためのポンプ手段とを含む請求 項４記載のデユワ−０ １６、向きに依存しない、液体寒剤デユワ−は、第１の口と第２の口を有する断 熱圧力容器と、第１の圧力応答表面積を有する前方側と該第１の圧力応答表面よ り大きい第２の圧力応答表面積を有する後方側を有し、上記第１の口を通って収 容された液体寒剤の圧力により前方側にかけられた力及び後方側に対してかけら れた力に応じて上記圧力容器内で密封状態で往復運動ができるピストンと、上記 ピストンの後方側に対して力をかけるために、第２の口を通る加圧下の流体を維 持する手段とを含むデユワ−０ １７、上記第２の口を通る加圧下の流体は液体寒剤から気化される請求項１６記 載のデユワ−０ １８携帯用生命維持システムであって、該システムが、それを通って冷却液が循 環することができる液体冷却ガーメントと、液体寒剤源と、 冷却液との熱交換関係で、上記源から変動速度で液体寒剤を送り出し、冷却液を 冷却し、これにより冷却液の温度を変動的に調節する手段とを含むシステム。

１９　上記液体寒剤の循環速度はシステムの使用者の呼吸速度と相関関係を有し 、システムの使用者の呼吸速度の変化に応じて冷却液の温度を調節する請求項１ ８記載の携帯用生命維持システム。

２０、液体寒剤は気化され、送り出し手段は開−要求呼吸ループを含む請求項１ ９記載の携帯用生命維持システム。

２１　液体寒剤は気化され、送り出し手段は半−閉呼吸ループを含む請求項１８ 記載の携帯用生命維持システム。

２２、冷却液は、循環される時に、一定の速度で循環される請求項１８記載の携 帯用生命維持システム。

２３、上記源は向きに依存しないデユワ−である請求項１８記載の携帯用生命維 持システム。

２４、携帯用生命維持／ステムであって、該システムが、それを通って冷却液が 循環することができる液体冷却ガーメントと、液体寒剤源と、 冷却液との熱交換関係において、上記源から液体寒剤を循環させ、冷却液を冷却 し、液体寒剤を気化させる手段と、 呼吸のために気化された寒剤を上記ガーメント着用者のところまで送り出す手段 とを含み、該送り出し手段が気化寒剤を変動速度で送り出し、これにより冷却液 の温度を変動的に調節するシステム。

２５　上記液体寒剤の送り出し速度はシステムの使用者の呼吸速度と相関関係を 有し、／ステムの使用者の呼吸速度の変化に応じて冷却液の温度を調節する請求 項２４記載の携帯用生命維持システム。

２６　送り出し手段は開−要求呼吸ループを含む請求項２５記載の携帯用生命維 持システム。

２７　送り出し手段は半−閉呼吸ループを含む請求項２４記載の携帯用生命維持 システム。

２８、冷却液は、循環される時に、一定の速度で循環される請求項２４記載の携 帯用生命維持システム。

２９　上記源は向きに依存しないデユワ−である請求項２４記載の携帯用生命維 持／ステム。

国際調査報告　。ｒＴ／１１、。１７Ｍ（，１フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、（Ｊ、ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＮＥ、　ＳＮ。

ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ。

ＣＨ，ＣＺ、　ＤＥ、　ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、 ＫＲ，ＫＺ、ＬＫ、ＬＵ、ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、　ＮＺ、　ＰＬ 、　ＰＴ、　ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ。

ＳＥ、ＳＫ、ＵＡ

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．携帯用生命維持システムであって、該システムが、液体冷却ガーメントと、 液体寒剤源と、 液体寒剤を冷却液との熱交換関係において上記源から循環させ、ガーメント着用 者を冷却し液体寒剤を気化させる手段と、呼吸のために、気化寒剤を上記ガーメ ント着用者のところまで送り出す手段とを備えたシステム。
2. ２．上記熱交換手段が、 絶縁ハウジングと、 冷却液をガーメントの内側及びハウジングを通して循環させるループと、液体寒 剤を上記源と送り出し手段の中間のハウジングを通して循環させる手段とを含む 請求項１記載の携帯用生命維持システム。
3. ３．上記送り出し手段が気化寒剤を上記ガーメント着用者に再循環するループを 含む請求項２記載の携帯用生命維持システム。
4. ４．上記循環手段が向きに依存しないデュワーを含む請求項１記載の携帯用生命 維持システム。
5. ５．上記向きに依存しないデュワーが能動排出デュワーである請求項４記載の携 帯用生命維持システム。
6. ６．上記能動排出デュワーが外部から充填される請求項５記載の携帯用生命維持 システム。
7. ７．上記能動排出デュワーは自己加圧である請求項５記載の携帯用生命維持シス テム。
8. ８．上記気化寒剤を送り出す手段が開回路システムである請求項１記載の携帯用 生命維持システム。
9. ９．上記気化寒剤を送り出す手段が半−閉システムである請求項１記載の携帯用 生命維持システム。
10. １０．携帯用生命維持システムであって、該システムが、液体冷却ガーメントと 、 液体寒剤を含有し、送り出す手段と、 冷却液と含有及び送り出し手段からの液体寒剤の間で熱交換する熱交換器とを備 えたシステム。
11. １１．上記含有及び送り出し手段は向きに依存しないデュワーを含む請求項１０ 記載の携帯用生命維持システム。
12. １２．上記向きに依存しないデュワーが能動排出デュワーである請求項１１記載 の携帯用生命維持システム。
13. １３．上記能動排出デュワーが外部から充填される請求項１２記載の携帯用生命 維持システム。
14. １４．上記能動排出デュワーは自己加圧である請求項１２記載の携帯用生命維持 システム。
15. １５．向きに依存しない、液体寒剤デュワーは、第１の口と第２の口を有する断 熱圧力容器と、前方側と後方側を有し、上記第１の口を通って収容された液体寒 剤の圧力により前方側にかけられた力及び後方側に対してかけられた力に応じて 上記圧力容器内で密封状態で往復運動ができるピストンと、上記前方側にかけら れる力より大きい力を上記ピストンの後方側に対してかける圧力で、第２の口を 通して流体を上記ピストンに供給する手段とを含むデュワー。
16. １６．」上記供給手段は、 加圧下のガス源と、 上記源からのガスで選択的にデュワーを充填するためのバルブ手段とを含む請求 項５記載のデュワー。
17. １７．上記供給手段は、 液体の源と、 上記源からの液体で選択的にデュワーを充填するためのポンプ手段とを含む請求 項５記載のデュワー。
18. １８．向きに依存しない、液体寒剤デュワーは、第１の口と第２の口を有する断 熱圧力容器と、第１の圧力応答表面積を有する前方側と該第１の圧力応答表面よ り大きい第２の圧力応答表面積を有する後方側を有し、上記第１の口を通って収 容された液体寒剤の圧力により前方側にかけられた力及び後方側に対してかけら れた力に応じて上記圧力容器内で密封状態で往復運動ができるピストンと、上記 ピストンの後方側に対して力をかけるために、第２の口を通る加圧下の流体を維 持する手段とを含むデュワー。
19. １９．上記第２の口を通る加圧下の流体は液寒剤により気化される請求項１８記 載のデュワー。