WO1999036128A1 - Appareil et procede d'analyse de la consommation de gaz respirable - Google Patents

Description

明 細 書 呼吸用 ガス消費量のモ ニ タ リ ン グ装置及びモニ タ リ ン グ 方法 技術分 i

本発明 は、 陸上 に お け る 防災用 空気呼吸器や 医療用 酸 素呼吸器.. 又海上 に お け る ス ク一ノ 一ダイ ノ 一が携行 す る 呼吸器な ど、 こ れ ら の呼吸器に使用 さ れて い る 高圧 ガ ス 容 器に 充填さ れて い る 呼吸用 ガ ス の消費量や、 こ れ を 装着使 用 し て い る 使用 者の 呼吸量の 変化等 を 計測 * mi視す る 装置 に 関 す る ₃ 特に一呼吸あ た り の 呼吸用 ガス の消費量や一回 あ た り の運用 毎の呼吸用 ガス の使用量、 更 に は作業 中 と 未 作業 と の差や、 作業の種類の差に よ る 呼吸量の変化や呼吸 用 ガ ス の消 費量の変化等 を 計測 · 監視す る の に 好適に 使用 で き る 呼吸用 ガ ス 消費量のモ 二 タ リ ン グ装置及びモ ニ タ リ ン グ方法に 関す る も ので あ る

本明細書は、 日 本国 への特許出願 （特願平 1 0 — 8 0

9 3 号） に基 く も ので あ り、 当 該 曰 本国 出願の記載内 容は 本明細書の一部 と し て 取 り 込 ま れ る も の と す る。 背景技術

医療 · 生理学研究分野で 用 い ら れて い る 呼吸量の計測 に は、 ガス が流通す る 配管等の流路内 の ガ ス の流速変化 を 把握す る 特殊な セ ン サー を 用 い た 流量計 を 使用 し て い る。 そ し て こ れ ら は （ 1 ) 人 間の 口 元 に 直接 こ の 呼吸流量計 を く わ え さ せ た り、 （ 2 ) 吸気又 は排気系 の管路 に こ の 呼吸 流量計 を 組み込む等、 人 間 が移動 し た り、 活動す る こ と の 少な い 室内等で、 こ れ ら の 人間 を 被験者 と す る 場合に 使用 し 計測 す る も の で あ っ て、 移動 を 伴 う 活動や運動 中の 人間 を 被験者 と し た 場合に使用 し て 計測す る に は、 こ の流量計 装置は不適で あ る。 そ し て、 呼吸器を 装着 し た状態で 装着 使用 者の呼吸量等 を 計測 す る に は、 ガ ス 回路等の計測 の た めの管路、 機器の配置が大が か り な装置 と な っ て、 装着使 用 者が携行 し得な い も の と な っ て し ま う の が実状で あ る。 更 に、 呼吸時に高圧 で貯 え ら れて い る 呼吸用 ガス を 吸入 す る形式のデマ ン ド 圧力調整器を備 え た 呼吸器等で は、 上記 し た 流量計 を用 い て 呼吸量 を 計測す る に は技術的 に 困難で あ つ た。

又、 流量計を 用 い な い で 呼吸量 を 計測 す る 方法 と し て、 人間や動物等の 呼吸の主体 と な る肺の容積 を体型変化 に よ り 推算す る 方法が試み ら れて い る が、 そ の精度や水 中等の 特殊状態の用途で の実用 面か ら、 未だ現場で 用 い ら れ る ま で に は至 っ て い な い の が実状で あ る。

し か る に、 近年ス ク ーバ ダ イ ビ ン グ用 に 開発 さ れ た ダ イ ブコ ン ビ ユ ー 夕 があ る が、 こ れは減圧症の予防 を 目 的 と し た 安全潜水の た めの機器で あ っ て、 そ の 一部に高圧 ガ ス 容器の ガス圧力 （残圧 ） を 計測 し て い る も の も あ る が、 ダ ィ バーの一呼吸あ た り の ガ ス 消 費量 を 測定 し 得 る ほ どの微 小の感度や精度 はな く、 ガ ス の残量の表示 や警報の報知 を 主 目 的 と し た も ので あ る。

い ずれ に し て も、 上記 し た従来の技術で は、 呼吸用 ガス の消 費量 と し て 直接 に ガ ス そ の も の 自 体の 容積 を 計測 す る も の で は な か っ た。 発明の開示

本発明 は上記 し た事倩 に鑑み な さ れ た も ので、 呼吸用 ガス の消費量の計測 を測定精度等の精度管理 に 問題があ る ガス 流通管路内 の流速を 測定 し た り、 動物の体型変化 に よ り 推定す る 従来の方法に 代え て、 極めて 精度 よ く 計測 し得 る と と も に、 流量計や煩雑な配管管路 を 不要 と し て 呼吸器 装着使用者が携行可能な程度 に 小型化 し、 使用容易な 呼吸 用 ガス 消費量のモ ニ タ り ン グ装置 と モ ニ タ リ ン グ方法 を提 供す る こ と を課題 と す る も ので あ る。 そ し て こ れ に よ り、 水 中 な どの実際の作業現場で の作業者の呼吸実態の計測や、 作業の種類 に よ る 疲労度の相異の把握 と、 疲労原 因の追究 解明 の た めのモ ニ タ リ ン グ計測装置 と し て 効果的 に使用 す る こ と を 目 的 と す る も ので あ る。

上記 し た課題を 解決 し、 目 的 を 達成す る た め、 本発明 の呼吸器の呼吸 ガス 消費量のモ ニ タ リ ン グ装置は、 高圧 ガ ス 容器 よ り の呼吸用 ガス を、 圧 力調整器 を 介 し て 減圧 し て- 使用 者が装着す る 呼吸用 マ ス ク に連通せ し めて な る 呼吸器 の呼吸ガス 消費 量の モ ニ タ リ ン グ装置で あ っ て、 前記圧力 調整器に よ る減圧前の前記高圧 ガス 容器の 一次圧 力 を 検出 す る 一次圧 力セ ン サ ー を 設け て な る と と も に、 該一次圧力 セ ン サーで 検出 さ れ た信号 を 増幅 す る 増幅器、 該信号 を ァ ナ ロ グ /デ ジ タ ル変換す る A / D 変換器、 該 ア ナ ロ グ /デ ジ 夕 ル変換 さ れ た信号 を 記憶す る デー タ 口 ガー及び呼吸器 使用 者の呼吸状態 を監視す .る に 必要 な信号ゃデ一 夕 を 表示 す る 表示器 と を、 設備 し て な る こ と を 特徴 と す る 呼吸用 ガ ス 消 費量の モ ニ タ リ ン グ装置 と し た も ので あ る。

そ して、 上記本発明 の呼吸器の呼吸ガ ス 消費量の モ ニ 夕 リ ン グ装置で は、 前記増幅器に は、 一次圧力セ ン サー を 連設 して な る と と も に、 一次圧力 セ ン サ一で検出 さ れ た信 号 を、 ガス 温度状態及び周囲の環境圧 力状態 に応 じ て 補正 す る た めの温度セ ン サー と 周 囲の環境圧力 セ ン サー と の少 な く と も 一つ を 連設す る よ う に構成 し て も よ い。

又、 上記本発明の呼吸器の 呼吸ガス 消費量のモニ タ リ ン グ装置で は、 ア ナ ロ グ /デ ジ タ ル変換さ れ た信号 を 記憶 す る デー タ 口 ガー に連結 して 呼吸用 ガ ス 消費量の計算 と 呼 吸動態の解析 · 予測 す る 機能 と の 少な く と も 1 つ の機能を 有す る コ ン ピ ュ ー タ を備 え た構成 と し て も よ い。

なお又、 上記本発明の呼吸器の呼吸ガ ス 消 費量の モニ 夕 リ ン グ装置で は、 呼吸器装着使用者か ら 離間 し た位置 と デー タ の送 · 受信可能な機能 を 有 す る 送 · 受信器を 設備す る よ う に構成 し て も よ い。

更に、 上記本発明の 呼吸器の呼吸 ガス 消 費量のモ ニ タ リ ン グ装置で は、 表示器に 表示す る信号及びデー タ が、 呼 吸用 ガス 消費 の状態、 呼吸器装着使用 者の 呼吸動態及び呼 吸器使用場所の環境状態の 少 な く と も 1 つ の信号及びデ一 タ を 表示 す る よ う に 構成 し て も よ い。

又、 上 BL 衣置 を 使用 し た 呼吸用 ガ ス 消 費量 を モ ニ タ リ ン グす る 方 法 と し て、 本発明の 方法で は、 高圧 ガ ス 容器 よ り の 呼吸用 ガス を圧力調整器 を 介 し て 減圧 し て 使用者 が装 着す る 呼吸用 マ ス ク に 連通せ し めて な る 呼吸器の呼吸用 ガ ス 消 費量 を モ ニ 夕 リ ン グ す る に あ た っ て、 前記圧 力調整器 に よ る 減圧前の 目 U §己 i l JEh ガ ス 容器の一次圧 力 の 変化 を 検出 し て 呼吸器装着使用 者の 呼吸用 ガ ス 消 費量 を 計量 す る よ う に し た こ と を 特徴 と す る 呼吸用 ガス 消 費量の モ ニ タ リ ン グ 方法 と し た も の で あ る。

そ し て、 上記本発明 の 呼吸用 ガス 消費量のモ ニ タ リ ン グ方法で は、 目 U 記高圧 ガ ス 容器の一次圧力 の変化 の検出 は- 周 囲 の環境圧力 と ガ ス 温度 と の 少な く と も 一つの状態変化 に応 じ た補正 を し て 計量す る 構成 と し て も よ い

そ し て 又、 本発 明の 呼吸用 ガス 消 費量のモ 二 夕 リ ン グ 方法 は、 減圧有 IJ の高圧 ガ ス 容器の一次圧カ を 検出 し た 圧力 信号 を 増幅 し、 A / D 変換器で ァ ナ 口 グ / テ ン タ ル変換 し、 該ア ナ 口 グ /デ ジ 夕 ル変換 し た 信号、 及び呼吸器装着使用 者の 呼吸 ， 生理状態や環境因子等の呼吸器装着使用者 の呼 吸状態 を 監視す る に 必要 な信号 と デー タ を 採取す る こ と を 特徴 と す る 呼吸用 ガ ス 消 費量の モ 二 タ リ ン グ方法 と し た も ので あ る。

に、 上記本発 明の 呼吸用 ガ ス 消 費量の モ ニ タ リ ン グ 方法で 、 目 U 記ァ ナ 口 グ /デ ジ 夕 ル 変換 し た 信号、 及び監視 す る に 必要 な信号ゃデー タ を、 呼吸器装着使用 者 と 離間 し た 監視基地 に 送信 し て 採取す る よ う に 構成 と し て も よ い。 図面の簡単 な説明

図 1 は、 本発明 の 呼吸用 ガ ス 消費量の モ ニ タ リ ン グ装 置 を 設備 し た 自 給気式呼吸器の 一例 を 示す系統概略図で あ る。

図 2 は、 本発明 の呼吸用 ガ ス 消 費 量の モ ニ タ リ ン グ装 置の一例 を 示 す基本構成機器回路の概略図 で あ る。

図 3 は、 本発明 の呼吸用 ガ ス 消費 量の モ ニ タ リ ン グ装 置 を 潜水 に使用 し た 実施例で得 ら れ た 潜水時の水深の計測 グ ラ フ で あ る。

図 4 は、 本発明 の呼吸用 ガス 消費量の モ ニ タ リ ン グ装 置 を 潜水 に使用 し た 実施例で得 ら れ た 潜水時の水温の計測 グ ラ フ で あ る。

図 5 は、 本発明 の呼吸用 ガ ス 消費量の モ ニ タ リ ン グ装 置 を 潜水 に 使用 し た 実施例で得 ら れ た 潜水時の高圧 ガ ス 容 器の 一次圧力の計測 グ ラ フ で あ る。

図 6 は、 本発明 の呼吸用 ガ ス 消費量の モ ニ タ リ ン グ装 置 を 潜水 に 使用 し た 実施例で得 ら れ た 潜水時の 呼吸毎の高 圧 ガ ス 容器の一次圧 力 の計測 グ ラ フ で あ る。 発明 を 実施す る た めの最良の形態

本発明 で の 「呼吸用 ガ ス 消 費量の モ ニ タ リ ン グ」 の語 句の 意味は、 狭義の 呼吸用 ガ ス 消 費量の モ ニ タ リ ン グ （ 監 視） と 呼吸動態 の解析 ' 予測の 両 方 を 包含 す る も の と す る, 狭義の 呼吸用 ガ ス 消 費量の モ ニ タ リ ン グ と 呼吸動態解析 · 予測 と は、 一応の 区 別 は で き る 力 ^s、 相互 に 重複 す る 技術事 項 も あ る の で 峻別 す る こ と はで き な い。

し か る に、 狭義の モ ニタ リ ン グは、 第 1 に 呼吸器使用 の現場で 呼吸用 ガス を 充填 し た 高圧 ガス 容器 （ ガ ス ボ ン ベ） の一次圧 （ 充填圧 力 ） 、 又 こ の 一 次圧 力 と ども に 環境圧 力- や温度の時 間変化 を 計測 し て、 こ れ ら を 表示 す る。 第 2 に こ れ ら の デー タ 及び高圧 ガ ス 容器の容積か ら 呼吸用 ガ ス 消 費量 （ ィ ） を 計算す る。 こ の 呼吸用 ガス 消 費量は、 例 え ば ( 口 ） 分時換気量 （ 1 分間 当 た り の呼吸量 ） 、 （ ハ ） 1 回 当 た り の呼吸量、 （ 二 ） 単位時間 当 た り の 呼吸回数、 等 と し て 表示す る こ と が で き る。 し か し こ れ ら は呼吸動態解析 と も 言 え る も の で あ る。 な お、 前記一次圧 の変化 そ れのみ で も 呼吸用 ガス 消費 量 と みな す こ と も で き る が、 本発明で は一次圧力 の変化及びそ れ を ガス 容積 に 換算 し た 量の 両方 と も を 呼吸用 ガス 消 費量 （ ィ ） と し て 表現す る。

又、 前記呼吸器を使用 し て い る 現場の計測デ一 夕 と、 別途蓄積 し た装着使用 者の過去の作業デー タ、 生理学的デ 一 夕、 及びそ の他の デー タ を 合わ せて 照合 し て 呼吸動態の 解析 · 予測 を 行 う こ と がで き る。 こ の 呼吸動態の解析 · 予 測結果は例 え ば （ ホ ） 呼吸器特性の把握、 （ へ ） 作業状態 と 呼吸状態の 関係 （ 潜水特有 の 呼吸状態等 ） 、 （ ト ） 環境 因子 （ 温度、 圧 力 ） と 呼吸状態 と の 関係、 （ チ ） 過去の デ — 夕 と の比較に よ る 安全性の管理、 等 と し て 表現 さ れ る。

上記 し た 呼吸用 ガス 消 費量や呼吸動態の計算、 解析 · 予測 は、 呼吸用 ガ ス 消費量モ ニ タ リ ン グ装置 に コ ン ビ ユ ー タ を 連設 し て 搭載す る こ と に よ り 実行 す る こ と も で き る。 又、 装着使用 現場の計測信号、 デー タ を、 現場 か ら 離れ た 基地 に送信 し て そ の基地 に て 計算、 解析 · 予測 し、 基地で 表示監視す る こ と も で き る し、 当 該基地で 計算 し た結果 を 装着使用 現場の 呼吸用 ガ ス 消 費量モ ニ タ リ ン グ装置 に 送信 し て 表示 す る こ と も で き る。

呼吸用 ガ ス の貯蔵 · 給気態様 と し て は、 呼吸用 ガ ス を 内容積が 1 〜 2 0 リ ッ ト ルの 小型の ガス ボ ン ベの如 き 高圧 ガ ス 容器に 充填、 貯蔵 し、 こ れ を 使用者本 人が携行す る 「 自 給気式」 や、 更 に規模 を 大 き く し た集 中的 な 方式 と し て、 基地に 高圧 ガス 容器 と し て ガス貯蔵 タ ン ク を 配 し て、 該貯蔵タ ン ク か ら 呼吸用 ガス を 呼吸器装着使用者 に給気す る 「他給気式」 があ り、 呼吸用 ガ ス の高圧 ガ ス 容器への充 填圧力 （ 出荷時 ） は通常 1 5 0 〜 3 0 0 k g f / c m ² ( ゲ ー ジ圧力 ） で あ る。

本発明 の 呼吸用 ガス の消費量の モ ニ タ リ ン グ装置 と モ 二 夕 リ ン グ方法 は、 前記 し た 自 給気方式の 呼吸器及び他給 気方式の呼吸器の い ずれ に も 適用 し得 る。

本発明 の呼吸用 ガス 消 費量のモ ニ タ リ ン グ装置 と モ ニ タ リ ン グ方法は、 呼吸用 ガ ス を 充填 し て い る 高圧 ガス 容器 の ガ ス圧力 （ 以下 「 一次圧 力」 と い う ） を、 例 え ば半導体 歪ゲー ジ よ り な る 精密圧 力 セ ン サーで 計測 し て、 呼吸器装 着使用者の 呼吸毎の 一次圧力 の 変化量 を 求 め る こ と を 特徴 と す る も の で あ る。 そ し て、 同時 に 呼吸器の使用 場所で の ガ ス の温度 や、 周 囲 の環境圧 力 を 計測 し て、 こ れ に よ り 前 記一次圧 力 を 補 正 し て、 一呼吸 当 た り の呼吸用 ガス の消 費 量 を 正確に 採取す る こ と に よ り、 呼吸用 ガ ス の消 費量 を モ 二 夕 リ ン グ し、 かつ、 呼吸動態 を 解析 ' 予測 す る こ と を 特 徴 と す る。

又、 本発明 は複数回 の 呼吸又は一定時 間 内の 呼吸 に よ- る 一次圧力 の 変化量 を 求 め る こ と も で き る し、 一運用期間 (例 え ば一潜水の間 ） に お け る 一次圧 力 の 変化量 を 求 め る こ と がで き、 こ れ ら に基づ い て 複数回 の呼吸や、 一定時間 内 の 呼吸、 更に は一運用期間 内 の呼吸等に よ る 呼吸用 ガ ス の消 費量の モ ニ タ リ ン グ及び呼吸動態 を解析 · 予測す る こ と を 特徴 と す る も の で あ る。

次 ぎ に 本発 明の 呼吸用 ガス 消費量のモ ニ タ リ ン グ装置 の実施の形態に つ い て 自 給気式呼吸器 に設備 し た一例 の系 統概略図 を 図示 し た 図 1 に よ り 説明 す る。

図 1 に 図示 し た 自 給気式呼吸器 1 は以下の如 き構成 よ り な っ て い る。 即 ち、 呼吸用 ガ ス G を 充填 し た ガ ス ボ ンベ の如 き 耐圧性の高圧 ガス 容器 2 に付設 し た 容器弁 3 に、 高 圧 ガ ス 容器 2 に 充填 さ れて い る 高圧 な ガス の一次圧力 を減 圧す る た めの一次圧 力調整器 4 が、 そ の一端 に配設さ れて い る 一次圧 力側の高圧連結具 5 に よ り 高圧 ガ ス 容器 2 の容 器弁 3 に 気密に 連結 し て 配 さ れて い る。 そ し て こ の一 次圧 力調整器 4 に は、 高圧 ガス 容器 2 内 の 呼吸用 ガス G を 高圧 な一次圧力 よ り 低い所定の圧 力 に 減圧 す る 減圧機構 6 ( 図 示せ ず ） が 内蔵 さ れて お り、 そ し て 該減圧機構 を 介 し て 減 圧 さ れ た ガ ス の 導 出 口 と な る 二次圧 力 側低圧連結 口 7 が配 さ れ て い る。 又符号 8 は前記一次圧力 側管路 と 連通す る 高 圧開 口 で、 一般 に 高圧 ガ ス 容器 2 に 充填さ れて い る ガ ス の 圧 力 を 計測 す る 圧 力 計 9 が装着 さ れて い る。

そ し て、 前記一次圧 力調整器 4 の二次圧力側低圧連結 口 7 は、 マ ス ク 装着者が使用 時適宜適切な 呼吸圧 力 に 調整- し 得 る よ う 呼吸用 マ ス ク 1 0 に 配 さ れて い る 二次圧力 調整 器 1 1 に 可撓性の管路 1 2 に よ り 連結 さ れて い る。 こ の よ う に 構成さ れ た 自 給気式 呼吸器 1 は呼吸器使用 者 自 身 が高 圧 ガ ス 容器 2 を 背 負 う 等の手段に よ り 携行 し、 顔面 を 覆 う よ う に し て 呼吸用 マ ス ク 1 0 を 装着 し、 二次圧力調整器 1 1 に よ り 適宜使用者 の呼吸に合わ せて 圧力 を 調整 し て 使用 す る も ので あ る。

本発明の呼吸用 ガ ス 消費量のモ ニ タ リ ン グ装置 2 0 は、 上記 し た 呼吸器 1 の高圧 ガス 容器 2 に 充填 さ れて い る 呼吸 用 ガス の一次圧 力 を 測定す る た めの一次圧力 セ ン サー 2 1、 温度 を 測定 す る た め の温度セ ン サー 2 2、 及び使用場所の 圧力 を 測定す る 環境圧力 セ ン サ一 2 3 を 設備 し、 こ れ ら の 測定で得 ら れ た デー タ に 基づ い て 上記 し た 如 き 呼吸用 ガス 消費量 を モ ニ タ リ ン グす る も ので あ る。 そ し て こ れ ら の信 号、 デ一 夕 を 正確に 採取す る た め、 図 2 に 図示 す る 如 き機 器 よ り な っ て い る。 即 ち、 図 2 は呼吸用 ガ ス 消 費 量のモ ニ タ リ ン グ装置 2 0 の 一例 を 示 す基本構成機器回路の概略図 で あ り、 呼吸用 ガ ス の一次圧力 を 測定 す る 一次圧 力 セ ン サ 一 2 1、 ガ ス 温度 （ 実質的 に は使用 し て い る 周 囲環境温度 ） を 測定す る た め の温度セ ン サ一 2 2 - 使用 し て い る 周 囲環 境圧 力 を 測定す る 環境圧 力 セ ン サー 2 3、 前記各セ ン サー

2 1、 2 2 . 2 3 で得 ら れ た信号 を 増幅 す る た めの増幅器 2 4、 該器 2 4 で 増幅 さ れ た信号 を ア ナ 口 グ /デ ジ タ ル信 号変換す る A / D 変換器 2 5、 該 A / D 変換器 2 5 で 変換 さ れ た信号 を デー 夕 と し て 記憶 し て 蓄積す る ァ 一 夕 口 ガー 2 6、 及び to記 A / D 変換 さ れ た信号の時 々 刻 々 の変化 を 即時的 に表示 す る 表示器 2 7 よ り な つ て い る。

上記機器に加 え て、 上記機器で 得 ら れ た ァ 一 夕 よ り 呼 吸用 ガ ス 消 費量 を 計算 し た り、 呼吸動態 を 解析 · 予測 す る た めの コ ン ビ ュ ー 夕 X を 組み込む こ と に よ つ て よ り 機能の 優れ た好 ま し い形態 と な る, ) 更 に、 呼吸器装着使用者 と こ れ と 離間 し て 配置 さ れて い る 司令監査基地 と の 間で デー タ や指示応答 を 送 · 受信が可能な よ う に送 · 受信器 Y ( 図示 せず ） を搭載す る と 好都合で あ る。 な お、 ¾ p; ¾ 2 7 は呼 吸用 ガス 消 費量や呼吸動態の解析 · 予測結果 を 表示す る機 能 を 備え た機器 と す る こ と が好 ま し い こ と は勿論で あ る。

上記図 2 に 図示 し た 構成機器回路 よ り な る 本発明 の呼 吸用 ガス 消 費量の モ ニ タ リ ン グ装置は、 図 1 の符号 2 0 で 図示 す る 如 く、 ハ ゥ ジ ン グ 2 8 内 に増幅器 2 4、 A / D 変 換器 2 5、 つ 夕 口 ガー 2 6、 表示器 2 7 及び必要に 応 じ て 適宜付設す る コ ン ピ ュ 一 夕 X 等の そ の他の機器は き つ ち り と 配置 し て 小型軽量化 し て 水密 に 収納 さ れて い る。 な お. 潜水用 に使用 す る 場合に は、 該ハ ウ ジ ン グ 2 8 は水深 に よ つ て 負荷 さ れ る 水圧 に 耐 え 得 る と と も に 浸水 し な い よ う 設 計 す る こ と が必要で あ る。 一次圧 力 セ ン サ 一 2 1 は、 呼吸 器 1 の高圧 ガ ス 容器 2 に 配 さ れて い る 一次圧力調整器 4 に 設け ら れて い る 高圧 ガス 容器の ガ ス の圧力 を 測定す る 圧力 計 9 装着用 の高圧開 口 8 に接続 し た 高圧用 ホ ース 2 9 に よ り 高圧 ガス 容器に 充填 さ れて い る 呼吸用 ガ ス に よ り 曝 さ れ る よ う に 酉 S し て 一次圧 力 を 測定す る。

な お、 一次圧力 セ ン サー 2 1 は前記 し た如 く 一次圧力 調整器 4 の 高圧 開 口 8 よ り 高圧用 ホー ス 2 9 に よ り 高圧の 呼吸用 ガ ス G を 導 く こ と な く、 直接高圧開 口 8 に 装着 し て、 呼吸用 ガ ス G に よ り 曝 し て 一次圧 力 を 測定 し、 水密な ケ一 ブル に て 信号 を ノヽ ウ ジ ン グ 2 8 内 に取 り 込んで も よ い。 た だ し、 潜水等 に お い て は、 通常 ダィ バ一が そ れぞれ独 自 の 圧力調整器 を使用 し て お り、 そ し て 前記圧 力計装着用 の高 圧開 口 8 の ネ ジ サ イ ズは J I S ( 日 本工業規格） で規定 さ れて い て 同 一の規格で あ る も の の、 圧力調整器の形状は さ ま ざ ま で あ る。 そ れ故本発明の呼吸用 ガス 消費量のモ ニ タ リ ン グ装置 2 0 を い ろ い ろ な異 な る 機種の圧 力調整器に 用 い て い る 各種の呼吸器に使用 す る 場 合に は、 図 1 に 図示す る 如 く 高圧 ホー ス 2 9 を 用 い て 高圧 な 呼吸用 ガス を 一次圧 力 セ ン サ一 2 1 に 導 く 方法の方 が ホー ス の着脱だ けで 作業 が容 易で あ っ て 作業能率上好 ま し い。 又、 前記高圧開 口 8 に 同 時 に圧 力計 9 を 装着 す る 場合に は該高圧開 口 に 図示の 如 く 二股管 を 用 い れ ば よ い。

又、 一 次圧力 セ ン サー 2 1 は、 高圧 ガ ス 容器 2 の最高 使用 充填圧 力 に 適合 し た 圧 力範囲 と 高精度の性能が要求 さ れ る。 通常一般 に は圧 力 範囲 は 0 〜 3 0 0 k g f / c m ( ゲー ジ圧 力 ） で あ り、 精度は ± 0 . 2 5 % [ フ ルス ケ ー ル （ 測定圧 力範 囲 ） ] と す る こ と が好 ま し い。

温度セ ン サ一 2 2 及び環境圧 力 セ ン サ — 2 3 はハ ゥ ジ ン グ 2 8 の 壁 に 外気に 曝 さ れ た 状態で 配設 さ れ る, , 特 に 潜 水用 に お い て は水温及び水深 を 計測 す る の に 有効 に使用 さ れ る。 即 ち. , こ の場合水温及び水深は、 ダ ィ バ―が描 く 潜 水 プ ロ フ ァ ィ ル作成上、 又 そ の安全面の点か ら も 重要 な値 で あ り、 更 に 一次圧 力 の 変化 か ら 求め る 呼吸用 ガ ス 消 費量 の正確な値 を 出 す た めの補正 に も 使用 さ れ る。

な お、 高圧 ガス 容 ^ 内 の 呼吸用 ガ ス 温度は呼吸器装 着使用者の使用現場の温度で換算す る こ と が必要で あ り、 潜水の如 き 水 中 で の場合は.. 水温 と ほ ぼ同一 と みな す こ と がで き る。 し か し、 よ り 正確を 期 すた め に は、 水 中 の場合 で も、 一次圧力 セ ン サー 2 1 の よ う に 一次圧力調整器 4 の 高圧 開 口 8 を 使用 し て、 温度セ ン サ - 2 2 を 直接呼吸用 ガ ス に接触せ し めて ガ ス 温度 を 計測 す る こ と が よ り 好 ま し い ₍ そ し て 上記一次圧力 セ ン サ一 2 1、 温度セ ン サー 2 2、 及び環境圧 力セ ン サ - 2 3 で計測 し た 各信号は増幅器 2 4 で増幅 さ れ、 次 いで A / D 変換器 2 5 で ァ ナ ロ グ /デ ジ 夕 ル変換さ れ た後デ一 夕 ロ ガ— 2 6 に 蓄積 さ れ る と と も に 表 示器 2 7 に 逐一表示 さ れ装着使用 者が現状の状態 を 把握、 確認す る こ と が で き る。 な お、 上 ロ セ ン サ一で得 ら れ た 計 測値 を そ の ま ま ァ ー 夕 と し て 蓄積、 表示 し て も よ い が、 更 に こ れ等の デー タ を も と に 具体的 な 呼吸用 ガ ス 消 費量 を 計 算 し た り、 呼吸動態 を 解析 · 予測 す る た めの コ ン ピ ュ ー タ X を 組み込む こ と に よ っ て よ り 機能の優れ た 好 ま し い 形態 と な る。 更 に、 呼吸器装着使用 者 と こ れ と 離間 し て 配置 さ れて い る 司令監查基地 と の 間 で デー タ や指示応答 を 送 . 受 信が可能な よ う に送 · 受信器 Y ( 図示 せ ず ） を 搭載す る と 好都合で あ る。 な お、 表示器 2 7 は呼吸用 ガ ス 消 費量 や呼- 吸動態の解析 · 予測結果 を 表示 す る機能 を 備 え た機器 と す る こ と が好 ま し い こ と は勿論で あ る。

以上の如 き 本発明の 呼吸用 ガス モ ニ タ リ ン グ装置 2 0 は、 呼吸器 1 に 有機的 に 連結 し て、 装着使用者 が現場で 充 分活動的 に 作業 し得 る よ う 小型、 軽量化 し て、 実際の作業 状態 に お け る 呼吸用 ガ ス の消 費量を モ ニ タ リ ン グす る た め の一次圧力、 ガス 温度、 環境圧力等の必要最小限の状態量 を 正確に測定 し記憶 さ せ る機能 を 保有 さ せ る こ と を 可能 と し た も ので あ る。 そ し て、 測定 さ れ、 記憶 さ れ た デー タ は 即刻解析 さ れ た り 回収後解析 さ れて 以後の 安全面 に応用 し た り、 呼吸器の技術評価、 更に は今後の呼吸器装着使用者 の作業活動の相 異 に よ る 呼吸用 ガス の供給状態の把握 と 作 業者の教育 · 訓練等 に 有効 に 活用 す る。

なお、 本発 明の 呼吸用 ガス 消費量のモ ニ タ リ ン グ装置 及びモ ニ タ リ ン グ方法は、 上記実施の形態で は 自 給気式呼 吸器に 用 い た例 を 示 し て 説明 し た が、 こ れ に 限定 さ れ る も ので な く、 他給気式呼吸器に も 使用 す る こ と がで き る。 又、 本発 明の呼吸用 ガス 消 費量の モ ニ タ リ ン グ装置及びモ ニ タ リ ン グ方法は呼吸器 を使用 す る あ ら ゆ る 現場、 例 え ば潜水. 陸上防災、 医療 （例 え ば酸素 吸入 中 の患者 の 呼吸モ ニ タ リ ン グ に よ る 生命活力信号の採取等） 、 低酸素環境馴化訓練. 更 に はス ポー ツ 医学 に お け る モ ニ タ リ ン グ等 に 適用 す る こ と がで き る。

更 に、 近年普及 し て き て い る ダ イ ブコ ン ピ ュ ー タ に 本 機能 を付設 して、 呼吸量 を 把握 す る こ と に よ り、 減圧管理 を よ り 正確 に 行 う こ と が で き、 ダイ バ 一の 安全管理が 向上 す る。

【 実 施 例 】

次 ぎ に 本発 明の 呼吸用 ガ ス 消費量のモ ニ タ リ ン グ装置 の実施例 に つ い て 説明 す る。

呼吸用 ガ ス 消 費量のモ ニ タ リ ン グ装置 と し て、 潜水用 に 使用 す る 以下 の如 き 仕様の諸元 を 有す る 実験装置 を 製作 し て、 1 0 リ ッ ト ルの 高圧 ガス 容器 （ ガ ス ボ ン ベ） よ り な る 自 給気式呼吸器に 図 1 に 図示 す る 如 く 接続 し て 潜水 を 実施 し た。

•ハ ウ ジ ン グ 2 8 の仕様諸元

- 幅 ： 1 5 0 m m ' 厚 さ 方 向 ： 8 0 m m

' 高 さ ： 2 5 0 m m の角形

• 材料 ： 合成樹脂 （ ァ ク リ ル樹脂厚 み 5 m m ) •搭載構成機器

- 一次圧 力 セ ン サー （ 半導体歪みゲ ー ジ ）

' 温度セ ン サー （ 半導体温度セ ン サ 一）

' 環境圧 力 セ ン サ ー （ 半導体歪 ゲー ジ ） ' 増幅器 変換器 ' デー タ 口 ガー • 表示器

秦重量 （ 構成機器搭載）

- 大気圧 に お け る 重量 ： 3. 5 k g

• 水 中 重量 ： ほぼ中性浮力 と な り、 ダィ バ一の通常 の浮力調整の 負担 と はな ら な か っ た。 上記実験装置 を 使用 し て 間欠的 に 3 回 の潜水 を 行 っ た。 そ の と き に 一次圧 力 セ ン サー 2 1、 温度セ ン サ一 2 2、 及 び環境圧力 セ ン サ一 2 3 で検出 し増幅器 2 4、 A / D 変換 器 2 5 を経て デー タ ロ ガ一 2 6 に 収録 し た デー タ を 図 3、 図 4 及び図 5 に 図示 す る。 図 3 は水深 （璟境圧 よ り 換算 ： m ) で あ り、 図 4 は水温 （ °C ) で あ り、 そ し て 図 5 は高圧 ガ ス 容器の一次圧力 （ k g f / c m ² ) を 示 す も ので あ る。 横軸はい ずれ も 時間 （分 ） を 示す も ので 同 一 目 盛 り で 同一 時間経過で 測定 し 目 盛 り 付 け し た も の で あ る。

図 3、 図 4 及び図 5 の グ ラ フ に 明示 さ れて い る よ う に、 該実施例で は図 中 以下の符号で 示す （ い ） 〜 （ ろ ） 、 （ は） 〜 （ に ） 及び （ ほ） 〜 （ へ） の 3 回 の潜水 が行われ、 1 回 の潜水時間 は約 8 〜 1 0 分で あ っ た。 そ し て、 そ れそれの 潜水水深は図 3 に 図示 し て あ る 如 く 約 0 〜 1 8 m、 こ の間 の水温 （ °C ) の 変化 は図 4 の グ ラ フ に 図示 し た よ う な 変化 を 示 し て お り、 平均 2 5 °C を 上下 し て 変動 し て い た。 そ し て こ れ ら の潜水時 に お け る 呼吸用 ガ ス の消 費量 を 計算す る た め の基礎 と な る 高圧 ガ ス 容器内 の一次圧 力 の 変動は、 図 5 の如 き グ ラ フ 曲線 を 示 し た。 こ れ ら の グ ラ フ 曲線は デー 夕 と し て デ一 夕 ロ ガ一 に 明確に 記録 さ れて 収録 さ れて い た。

又、 ダ イ バ ーの潜水 中 の一呼吸毎の高圧 ガ ス 容器の一 次圧 力 の 変 化 を デ ー タ と し て 収録 し た グ ラ フ を 図 6 に 示 す。 縦軸 に 一次圧力 の 変化 （ k g f / c m ² ) を 示 し、 横軸 に 時 間 （秒） を 示 し た も ので あ る。 図 中 △ P は一呼吸で の圧力 降下 で あ り、 △ t は一呼吸の呼吸時間 （秒） で あ っ て、 該 図 6 に は一呼吸毎に 一次圧力 で あ る 高圧 ガ ス 容器内 の圧 力 が降下 し て 行 く 過程 が 明確に 示 さ れて い る。

そ し て 又、 ス ク ーバ潜水用 のデマ ン ド 圧力調整器 （ マ ス ク に付設 さ れ た 二次圧 力調整器 1 1 に相 当 ） は、 吸気時 のみ作動 し て 呼吸用 ガス を 流入 さ せ る。 こ の時高圧 ガ ス 容 器 2 に取 り 付 け ら れ た 一次圧力調整器 4 も 作動 し、 圧力 が 急激 に 降下 変動す る。 そ の後吸気の終末か ら 呼気時 に はデ マ ン ド 圧力調整器は作動せず、 従 っ て 呼吸用 ガス は消 費 さ れな い た め、 こ の 間 一次圧力 は経時時 間 に 対 して 一定値 を 保つ。 なお呼気時の排出 ガ ス は、 デマ ン ド 圧力調整器の排 気弁 か ら 外部 に 排出 さ れ る。 こ の よ う な状態の変化 も 又図 6 に 示 す如 く 明確に 収録採取す る こ と がで き た。

更 に、 一回 の呼吸時 間 は次の圧力 降下 が始 ま る ま で の 時間 で あ り、 そ し て 図 6 の グ ラ フ を 細 か く 分析す る こ と に よ り 吸気 と 呼気 と の 各時 間 を 判別 す る こ と も で き る。 又、 こ の△ P と、 高圧 ガ ス 容器の容積、 水温の如 き 環境温度、 及び水深の如 き 環境圧力 の値 を 用 い る こ と に よ り ダ イ バー の一呼吸毎の呼吸用 ガス の消 費量が計算可能 と な る。 そ し て こ の 呼吸用 ガ ス の消 費 量は、 一呼吸 当 た り の吸気量 に 等 し い ので、 △ t の値 を 組み合わ せて 使用 す る こ と に よ り ダ ィ バーの様 々 な 呼吸動態量の解析 · 予測 を す る こ と に 利用 す る こ と がで き る。 産業上の利 用 可能性

本発明 は、 以上説明 し た よ う な形態で 実施 さ れ、 以下 に説明す る 如 き 効果 を 奏す る。

該種呼吸器を 装着 し使用 す る 者の活動状態や作業状態 に お け る 呼吸動態 に つ いて、 従来そ の実態が把握す る こ と が 困難で あ つ た の を、 本発明 は こ れ を 可能に す る デー タ を 明 確に 採取収録す る こ と を 可能 と し た も ので あ る。 例 え ば潜 水分野に お い て ダイ バー が、 浮力 コ ン ト ロ ール （ ト レ ミ ン グ） を 呼吸で 行 う た め に、 陸上 に お け る 呼吸時 よ り ゆ つ く り 大 き な呼吸を す る こ と や、 ス キ ッ プ呼吸 を す る こ と 等に つ い て、 こ れ ら の実態 を 実際に 計測 し た例 がな か っ た の を、 本発明は こ れ を 可能に す る デー タ を 明確に 採取 し す る こ と がで き る。

本発明 で は、 呼吸器使用者 が携帯す る 呼吸器用 の高圧 ガ ス 容器内 に 充填 し て あ る 呼吸用 ガ ス の一次圧力 の 変動 を 計測 す る こ と で、 装着使用者の一呼吸 当 た り の 呼吸用 ガ ス の消 費量 を 経時的 に 正確 に 求 め る こ と を 可能 と し た も ので あ る。

そ し て、 呼吸用 ガ ス の 一次圧 力 の 測定 を、 高圧 ガ ス 容 器に 充填 し た ガ ス の一 次圧 力 を 減圧 す る 一次圧 力調整器の 一次圧圧 力 計 を 接続す る 高圧 開 口 に、 一次圧 力 セ ン サ ー を 配す る か、 前記開 口 に 高圧 ホー ス を接続 し、 該ホ ー ス に一 次圧 力 セ ン サー を 配す る 等 に よ り 行 う よ う に し た ので、 そ のセ ン サー の着脱が簡便容易 で あ り、 小型軽量で携行可能 な モ ニ タ リ ン グ装置 を 得 る こ と がで き た。 こ の結果、 現場 作業状態 に お け る様 々 な 作業、 活動態様の装着使用 者の呼 吸動態の計測 を 可能 と し、 も っ て こ れ ら の 各種状態の使用 者の呼吸動態 を 解析 し 予測 す る こ と を 可能 と す る 効果 を 奏 す る。

し か も、 上記呼吸動態の計測 · 解析 · 予測の監視は、 実際の装着使用 者が監視場所 よ り 離間 し た 遠隔地で あ っ て も、 受 ' 発信設備 を 付設 す る こ と に よ り 充分満足 し得 る 確 実さ で 実施す る こ と が可能 と な っ た。 更 に、 本発明のモ ニ 夕 リ ン グ方法 と 装置 に よ り 得 ら れ た計測デー タ や こ れ に基 づ い て解析 し た デー タ 及び予測デー タ を基に、 適宜作業者 の教育 · 訓練や安全管理及び呼吸器の性能等の技術評価や 安全性等の 品質評価 の面への応用 等 に 効果的 に使用 す る こ と がで き る。

又、 本発明の呼吸用 ガス 消 費量の モ ニ タ リ ン グ装置及 びモ ニ タ リ ン グ方法 は呼吸器を 使用 す る あ ら ゆ る 現場、 例 え ば潜水、 陸上防災、 医療 （例 え ば酸素吸入 中の患者の呼 吸モ ニ タ リ ン グ に よ る 生 命活力信号の 採取等） 、 低酸素環 境馴化訓練、 更 に は ス ポー ツ 医学 に お け る モ ニ タ リ ン グ等 に 適用 す る こ と がで き る。

更 に、 近年普及 し て き て い る ダ イ ブコ ン ピ ュ ー タ に 本 機能 を 付設 し て、 呼吸量 を 把握 す る こ と に よ り、 減圧管理 を よ り 正確 に 行 う こ と が で き、 ダ イ バーの 安全管理が 向上 す る。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 高圧 ガ ス 容器 （ 2 ) よ り の呼吸用 ガ ス （ G ) を、 圧 力調整器 （ 4 ) を 介 し て 減圧 し て、 使用 者が装着 す る 呼 吸用 マ ス ク （ 1 0 ) に 連通せ し めて な る 呼吸器 （ 1 ) の呼 吸 ガ ス 消 費量の モ ニ タ リ ン グ装置 （ 2 0 ) で あ っ て、 前記 圧 力 調整器 （ 4 ) に よ る 減圧前の前記高圧 ガ ス 容器 （ 2 ) の 一次圧力 を検出す る 一次圧 力 セ ン サ 一 （ 2 1 ) を 設 け て な る と と も に、 該一次圧 力 セ ン サー （ 2 1 ) で 検出 さ れた 信号 を 増幅 す る 増幅器 （ 2 4 ) 、 該信号 を ア ナ ロ グ /デ ジ タ ル変換す る A / D 変換器 （ 2 5 ) 、 該ア ナ ロ グ /デ ジ 夕 ル変換さ れ た信号 を 記憶す る デー タ ロ ガ一 （ 2 6 ) 及び呼 吸器使用者の呼吸状態 を 監視す る に 必要な信号やデー タ を 表示 す る 表示器 （ 2 7 ) と を 設備 し て な る こ と を 特徴 と す る 呼吸用 ガ ス 消 費量の モ ニ タ リ ン グ装置 （ 2 0 ) 。

2. 増幅器 （ 2 4 ) に は、 一次圧力セ ン サー （ 2 1 ) を 連設 して な る と と も に、 一次圧 力 セ ン サ 一 （ 2 1 ) で検 出 さ れた信号 を ガ ス 温度及び周 囲の環境圧 力状態 に応 じ て 補正す る た めの温度セ ン サ一 （ 2 2 ) と 周 囲の環境圧力 セ ン サ一 （ 2 3 ) と の 少 な く と も 一つ を 連設 し て な る こ と を 特徴 と す る 請求の範囲第 1 項 に 記載の 呼吸用 ガ ス 消費 量の モ ニ タ リ ン グ装置。

3. ア ナ ロ グ /デ ジ タ ル 変換 さ れ た 信 号 を 記憶す る デ — 夕 ロ ガ一 （ 2 6 ) に 連結 し て 呼吸用 ガス 消 費量の計算 と 呼吸動態の解析 · 予測す る 機能 と の 少 な く と も 1 つ の機能 を 有 す る コ ン ピ ュ ー タ （ X ) を 備 え て な る こ と を 特徴 と す る 請求の範囲第 1 項 に 記載の 呼吸用 ガス 消 費量の モ ニ タ リ ン グ装置。

4. ア ナ ロ グ /デ ジ タ ル 変換 さ れ た信号 を 記憶す る デ ー タ ロ ガ一 （ 2 6 ) に 連結 し て 呼吸用 ガス 消 費量の計算 と 呼吸動態の解析 · 予測す る 機能 と の少 な く と も 1 つの機能 を 有 す る コ ン ピ ュ ー タ （ X ) を 備 え て な る こ と を 特徴 と す る 請求の範囲第 2 項 に記載の 呼吸用 ガ ス 消 費量の モ ニ タ リ ン グ装置。

5. 呼吸器装着使用 者か ら 離間 し た位置 と デー タ の送 • 受信可能な機能 を 有す る 送 · 受信器 （ Y ) を 設備 し て な る こ と を 特徴 と す る 請求の範囲第 1 項 に記載の呼吸用 ガス 消費量のモ ニ タ リ ン グ装置。

6. 表示器 （ 2 7 ) に 表示 す る 信号及びデー タ が、 呼 吸用 ガス 消 費の状態、 呼吸器装着使用 者の 呼吸動態及び呼 吸器使用場所の環境状態の 少 な く と も 1 つ の信号及びデー 夕 を 表示す る こ と を 特徴 と す る 請求の範囲第 1 項 に 記載の 呼吸用 ガス 消 費 量の モ ニ タ リ ン グ装置。 高圧 ガ ス 容器 （ 2 ) よ り の 呼吸用 ガ ス を、 圧 力調 整器 （ 4 ) を 介 し て 減圧 し て、 使用 者 が装着 す る 呼吸用 マ ス ク （ 1 0 ) に 連通せ し めて な る 呼吸器 （ 1 ) の 呼吸用 ガ ス 消 費量 を モ ニ タ リ ン グ す る に あ た っ て、 前記圧 力調整器 ( 4 ) に よ る 減圧前の前記高圧 ガ ス 容器 （ 2 ) の 一次圧力 の変化 を検出 し て、 呼吸器装着使用者の呼吸用 ガ ス 消 費量 を 計量す る こ と を 特徴 と す る 呼吸用 ガ ス 消 費量の モ ニ タ リ ン グ方法。

8. 高圧 ガ ス 容器 （ 2 ) の一次圧 力 の 変化の検出 は、 周 囲 の環境圧力 と ガ ス 温度 と の 少な く と も 一つ の状態変化 に応 じ た補正 を し て 計量す る こ と を特徴 と す る 請求の範囲 第 7 項に記載の 呼吸用 ガ ス 消費量のモ ニ タ リ ン グ方法。

9. 減圧前の前記高圧 ガス 容器 （ 2 ) の一次圧力 を検 出 し た圧力信号 を 増幅 し、 A / D 変換器 （ 2 5 ) で ア ナ 口 グ /デ ジ タ ル変換 し、 該 ア ナ 口 グ /デ ジ タ ル変換 し た 信号、 及び呼吸器装着使用 者の 呼吸 · 生理状態や環境因子等の呼 吸器装着使用者の呼吸状態 を 監視す る に 必要な信号ゃデー 夕 を 採取す る こ と を 特徴 と す る 呼吸用 ガス 消費量のモ ニ タ リ ン グ方法。

1 0. 前記ア ナ ロ グ /デ ジ タ ル変換 し た 信号、 及び監 視す る に 必要な信号やデー タ を、 呼吸器装着使用 者 と 離間 し た 監視基地に 送信 し て 採取す る こ と を 特徴 と す る 請求の 範囲第 9 項 に 記載の 呼吸用 ガ ス 消 費量 のモ ニ タ リ ン グ 方法,