(57)【要約】気体の供給を制御するための圧力作動デバイス、およびこのデバイスを組み込んだ水中で使用するための呼吸システムが提供される。デバイスは、加圧された気体源に接続するための入力孔（６４）と、出力孔（６６）と、チャンバ（６２）と、圧力監視孔（６６）とを備える。流れ制御手段が設けられており、周囲圧力がチャンバ内の圧力よりも所定量を超えて高い場合に、入力孔と出力孔との間のチャンバの外側の流体経路（６５）を選択的に開く。リセット手段（８０）は、圧力監視孔の圧力が、周囲圧力よりも所定量を超えて高い場合に、圧力監視孔とチャンバとの間の流体経路（８４，９２）を選択的に開く。デバイスを使用して、周囲圧力の変化にかかわらず、水中呼吸システムへの希釈ガスの供給を制御する、または軟質の閉鎖容器の容積を実質的に一定に維持することが可能である。
2009544390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の供給を制御するための圧力作動デバイスであって、
加圧された気体源に接続するための入力孔と、
出力孔と、
チャンバと、
圧力監視孔と、
周囲圧力が、前記チャンバ内の圧力よりも所定量を超えて高い場合に、前記入力孔と前記出力孔との間の前記チャンバの外側の流体経路を選択的に開くための流れ制御手段と、
前記圧力監視孔の圧力が、前記周囲圧力よりも所定量を超えて高い場合に、前記圧力監視孔と前記チャンバとの間の流体経路を選択的に開くためのリセット手段と、
を備えることを特徴とする圧力作動デバイス。
【請求項２】
前記出力孔は、前記圧力監視孔をも形成することを特徴とする請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記流れ制御手段は、前記入力孔と前記出力孔の間の前記流体経路を選択的に開くための制御弁と、前記制御弁に結合され前記周囲圧力が前記チャンバ内の圧力よりも所定量を超えて高い場合に前記制御弁を開く圧力感知手段と、を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
前記圧力感知手段は、一方側が周囲圧力にさらされ、その他方側が前記チャンバにさらされた軟質のダイヤフラムを含むことを特徴とする請求項３記載のデバイス。
【請求項５】
前記圧力感知手段は、前記ダイヤフラムが接触することが可能なレバーによって、前記弁に結合されていることを特徴とする請求項４記載のデバイス。
【請求項６】
前記圧力感知手段は、一方側が周囲圧力にさらされ、その他方側が前記チャンバにさらされたピストンを含む、ことを特徴とする請求項３記載のデバイス。
【請求項７】
前記制御弁は、弁クロージャと弁座とを備え、前記弁クロージャは、前記ピストンに取り付けられていることを特徴とする請求項６記載のデバイス。
【請求項８】
前記リセット手段は、周囲圧力と前記圧力監視孔の圧力の差に反応するリセット圧力感知手段と、リセット弁手段と、を備え、前記リセット圧力感知手段は、前記圧力監視孔の圧力が周囲圧力よりも所定量を超えて高い場合に、前記圧力監視孔と前記チャンバの間の前記流体経路を、前記リセット弁手段が開くように、前記リセット弁手段に結合されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項９】
周囲圧力と前記チャンバ内の圧力の差に反応する追加のリセット圧力感知手段と、追加のリセット弁手段と、を備えた追加のリセット手段を含み、前記追加のリセット圧力感知手段は、前記チャンバ内の圧力が周囲圧力よりも所定量を超えて高い場合に、前記追加のリセット弁手段が開いて、前記チャンバから気体を抜くように、前記追加のリセット弁手段に結合されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記リセット弁手段は、前記チャンバと前記出力孔の間および／または前記チャンバと前記圧力監視孔の間の流体経路を開くように動作可能であることを特徴とする請求項９記載のデバイス。
【請求項１１】
前記リセット手段および追加のリセット手段は、共通の構成要素を有する、ことを特徴とする請求項８および９、または８、９および１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記リセット圧力感知手段、前記追加のリセット感知手段、前記リセット弁手段、および前記追加のリセット弁手段は、共通の軟質のクロージャを備えることを特徴とする請求項１１記載のデバイス。
【請求項１３】
前記軟質のクロージャは、一方側で周囲圧力にさらされ、閉位置と、前記流体経路を前記チャンバから選択的に開く開位置との間で移動可能であることを特徴とする、請求項１０に従属した場合の請求項１２記載のデバイス。
【請求項１４】
前記軟質のクロージャは、その閉位置にある際に、その他方側の第１の部分が、前記圧力監視孔の圧力にさらされ、第２の部分が、前記チャンバ内の圧力にさらされることを特徴とする請求項１３記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第１部分の面積が、前記第２の部分の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１４記載のデバイス。
【請求項１６】
閉鎖容器と組み合わされた請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の圧力作動デバイスであって、周囲圧力の変化にかかわらず、前記閉鎖容器の容積をほぼ一定に維持するように構成されていることを特徴とする圧力作動デバイス。
【請求項１７】
請求項１６に記載の閉鎖容器と組み合わせた圧力作動デバイスであって、前記閉鎖容器は、浮力制御デバイス、浮揚用袋、または潜水艦のトリムタンクによって定義されていることを特徴とする圧力作動デバイス。
【請求項１８】
吸入されるべき気体を収容するための閉鎖容器を備えた呼吸システムであって、
前記閉鎖容器は、
前記閉鎖容器内のガスから二酸化炭素を除去するための手段と、
マウスピース孔と、
酸素ガスを前記閉鎖容器に供給するための酸素孔と、
請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の圧力作動デバイスの出力孔に接続された、希釈ガスの供給を制御するための希釈孔と、
を備えることを特徴とする呼吸システム。
【請求項１９】
共通の吸気孔が、前記酸素孔と前記希釈孔の両方として動作することを特徴とする請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記閉鎖容器は、ループを形成し、前記二酸化炭素除去手段は、前記ループによって定義された流路に位置することを特徴とする請求項１８または請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
圧縮された酸素源から前記酸素孔に、ほぼ一定の酸素供給を与えるための手段を含むことを特徴とする請求項１８ないし２０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記閉鎖容器内の圧力が、周囲圧力よりも所定量を超えて低くなった場合に、前記閉鎖容器に酸素を供給するための手段を含むことを特徴とする請求項１８ないし２１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ループは、前記ループを通して一方向にのみ気体を流れさせる弁手段を含み、前記酸素孔は、前記二酸化炭素除去手段の上流かつ前記マウスピース孔の下流に設けられていることを特徴とする請求項１８ないし２２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ループは、前記ループを通して一方向にのみ気体を流れさせる弁手段を含み、前記希釈孔は、前記二酸化炭素除去手段の下流かつ前記マウスピース孔の上流に設けられていることを特徴とする請求項１８ないし２３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２５】
前記閉鎖容器内の酸素の分圧を感知するための手段を含むことを特徴とする請求項１８ないし２４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２６】
前記感知手段の出力を用いて、前記閉鎖容器への酸素の注入を制御することを特徴とする請求項２５記載のシステム。
【請求項２７】
ユーザによる前記閉鎖容器への酸素供給を可能にするための手段を含むことを特徴とする請求項１８ないし２６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２８】
ユーザによる前記閉鎖容器への希釈ガス供給を可能にするための手段を含むことを特徴とする請求項１８ないし２７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２９】
前記閉鎖容器内の圧力が所定のしきい値を超えた場合に、前記閉鎖容器からガスを逃がすための過剰圧力弁を含むことを特徴とする請求項１８ないし２８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３０】
前記所定量および／または前記所定のしきい値の少なくとも１つを調整するための、それぞれの調整手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし２９のいずれか１項に記載のデバイスまたはシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力作動デバイスおよび水中で使用するための呼吸システムに関する。特に、このデバイスは、このような呼吸システムでの使用に適している。
【背景技術】
【０００２】
水中呼吸装置の一般的な形は開放式であり、その例を図１に示す。ユーザは、マウスピース６を有する自動デマンド弁４を介して、圧縮空気（または他の呼吸可能気体）のボンベ２（cylinder）から息を吸う。デマンド弁は、一方側で周囲圧力（ambient pressure）に、他方側でマウスピースにさらされた軟質（flexible）のダイヤフラム８を含み、ユーザの吸入により生じるマウスピースでの圧力減少が、マウスピースに向かってダイヤフラムをたわませるようになっている。これは、ダイヤフラムをレバー１０に向けて押しやり、レバーのたわみが弁１２を開き、これにより、ボンベ２からユーザへ空気を流れさせる。ユーザは、単に、排気弁１４を介して周囲に息を吐く。
【０００３】
図１に示される種類の開放式システムは、簡素で頑丈だが、以下のような多くの不利益も有する。
−持続時間が短く不確実であり、さらに深さおよび／または呼吸率の増加により減少される。
−呼吸気体を大量に消費し、ユーザに大きくて思いボンベの運搬を必要とさせる（空気の８０％は、不要な窒素であり、吸入される酸素含有量のごく一部のみが実際に使用される）
−深部では窒素が血液に吸収され、昏睡および減圧症の危険をもたらす。
−タンクからの空気は乾燥していて冷たく、ダイバーを脱水させ、冷えさせる。
【０００４】
図１に示される開放式のシステムに代わるものとして、閉鎖式リブリーザーがあり、リブリーザーでは、吐き出された気体は、二酸化炭素が取り除かれ、袋に取り込まれ、酸素が補充されてユーザに戻される。このようなシステムの初期の例を、図２に示す。システムは、呼吸ループを定義し、マウスピース２４において、ループを通して気体を一方向にのみ流れさせる一方向弁２０および２２を含む。吐き出された気体は、二酸化炭素清浄器２６を通過して、呼吸袋すなわちカウンターラング２８に入る。ユーザが息を吸うと、ループ内の圧力を減少させ、自動デマンド弁３０を開かせ、圧縮酸素ボンベ３２からカウンターラング２８内へと気体を流れさせる。
【０００５】
図１の開放式と比べて、図２の閉鎖式の構成は、比較的小型かつ軽量であり、比較的小型の酸素ボンベを使用して、呼吸率にかかわらず数時間の持続時間も可能である。ループ内の気体はユーザによって温められ、また泡が出ず周囲から気付かれにくい。
【０００６】
図２のシステムの問題は、特定の周囲圧力を越えると、酸素自体が人体に対して有毒となり、てんかんの発作に似た症状を引き起こすことである。そのかかりやすさは、人によって様々であり、よって、純粋な酸素の使用は、６メートル未満の深さでのみ安全である。安全に深く潜るためには、酸素を空気などの他の気体で薄める必要がある。
【０００７】
この分野でのより最近の開発は、図３のシステムで例示されるような、完全な閉鎖式混合気リブリーザーをもたらした。呼吸ループへの酸素の供給は、制御デバイス３４によって維持される。この制御は、例えばループ内に燃料電池などの酸素センサを置くことにより、電子的に提供されても良い。それらの出力電圧が、事前設定されたレベルを下回ると、制御デバイス３４内の電動弁が開き、酸素を一気に噴射させる。あるいは、制御デバイスは、簡潔に、１分ごとに１リットル程度の酸素の安定供給を提供することができる。この場合、制御デバイスは、例えばルビーでできた小さなオリフィスの形をとっても良い。呼吸ループ内の酸素は、適切に圧縮された希釈ガスのボンベ３６からの気体によって薄められる。水中呼吸システムで一般的に使用される希釈ガスは、例えば、空気または酸素／ヘリウムの混合である。この気体は、自動デマンド弁３０を介してループに供給される。
【０００８】
ユーザが深く潜るほど、およびループ内の気体が周囲の水圧で圧縮されるほど、カウンターラング２８の容積は希釈ガスで満たされ、ダイバーが深く呼吸することを可能にする。よって、ユーザは、水面において高い割合の酸素を与えられ、それが深くなるにつれてより薄くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、図３に示される形のシステムの安全記録は悪く、それらの事故の主な原因は、システムがダイバーに十分な酸素を供給できなくなった結果としての低酸素症（すなわち酸素の不足）である。これは、システム内の不具合（オリフィスの詰まり、空のタンクまたはバッテリ上がりなど）、ユーザのミス（例えば酸素供給を不用意に切る）、または高度の労作、深部からの緊急浮上（酸素の割合は同じままだが、気体が膨張するにつれて濃度が下がる）、パニック（激しい呼吸および鼻を通した息の吐出）などの困難な状況、あるいはこれらの要因の組合せを通して生じ得る。酸素が交換され得るよりも早く消耗されると、生成された二酸化炭素が清浄器によって除去されるにつれて呼吸ループの容積が低下し、ユーザは深く息を吸うことができず、自動デマンド弁が作動され、“足りない”酸素を空気と置き換える。この空気中のわずかな酸素も消耗されると、サイクル自体が繰り返され、急速に、混合気は生命の維持ができなくなる。さらに、二酸化酸素（息切れを感じるための刺激）の存在がなければ、ダイバーは、問題があることに気が付かない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、気体の供給を制御するための圧力作動デバイスを提供し、デバイスは、
加圧された気体源に接続するための入力孔と、
出力孔と、
チャンバと、
圧力監視孔と、
周囲圧力が、チャンバ内の圧力よりも所定量を超えて高い場合に、入力孔と出力孔との間のチャンバの外側の流体経路を選択的に開くための流れ制御手段と、
圧力監視孔の圧力が、周囲圧力よりも所定量を超えて高い場合に、圧力監視孔とチャンバとの間の流体経路を選択的に開くためのリセット手段と、
を備える。
【００１１】
このようなデバイスは、以下に述べるように、呼吸システムの希釈ガス供給制御器を形成しても良い。
【００１２】
好ましくは、出力孔は、圧力監視孔も形成する。
【００１３】
好適な実施形態において、流れ制御手段は、入力孔と出力孔の間の流体経路を選択的に開くための制御弁と、制御弁に結合され、周囲圧力がチャンバ内の圧力よりも所定量を超えて高い場合に制御弁を開く、圧力感知手段と、を備える。
【００１４】
圧力感知手段は、例えば軟質のダイヤフラムまたはピストンの形をとっても良い。
【００１５】
リセット手段は、周囲圧力と圧力監視孔の圧力の差に反応するリセット圧力感知手段と、リセット弁手段と、を備えても良く、リセット圧力感知手段は、圧力監視孔の圧力が周囲圧力よりも所定量を超えて高い場合に、圧力監視孔とチャンバの間の流体経路を、リセット弁手段が開くように、リセット弁手段に結合されている。
【００１６】
周囲圧力とチャンバ内の圧力の差に反応する追加のリセット圧力感知手段と、追加のリセット弁手段と、を備えた追加のリセット手段を備えても良く、追加のリセット圧力感知手段は、チャンバ内の圧力が周囲圧力よりも所定量を超えて高い場合に、追加のリセット弁手段が開いて、チャンバから気体を抜くように、追加のリセット弁手段に結合されている。リセット弁手段は、例えば、チャンバと出力孔を開いても良く、または、チャンバを、周囲の環境または圧力監視孔に通気させても良い。
【００１７】
好適な実施形態においては、上述したリセット手段と追加のリセット手段は、共通の構成要素を有する。特に、それらの圧力感知手段およびリセット弁は、同一の構成要素によって設けても良く、リセット弁手段は、チャンバ内または圧力監視孔の圧力のいずれかが周囲圧力を超えた場合に、圧力監視孔とチャンバの間の流体経路を選択的に開く。
【００１８】
より好ましくは、リセット圧力感知手段、追加のリセット圧力感知手段、リセット弁手段、および追加のリセット弁手段は、共通の軟質のクロージャを備える。軟質のクロージャは、一方側で周囲圧力にさらされても良く、閉位置と、流体経路をチャンバから選択的に開く開位置との間で移動可能である。
【００１９】
さらなる好適な実施形態によると、軟質のクロージャは、その閉位置にある際に、その他方側の第１の部分が、圧力監視孔の圧力にさらされ、第２の部分が、チャンバ内の圧力にさらされる。有利なことに、第１の部分面積が、第２の部分の面積よりも大きい。この構成によれば、軟質のクロージャを浮かせてチャンバを排気させるために、出力孔とチャンバの圧力を等しくする場合よりも大きな圧力が必要となり、周囲の圧力の小さな変化によりリセットと作動が無用に繰り返されることを防止する。
【００２０】
ここに述べられる形の圧力作動デバイスを、閉鎖容器と組み合わせて提供し、周囲圧力の変化にかかわらず、閉鎖容器の体積をほぼ一定に維持するようにしても良い。適切な適用は、例えば、浮力制御デバイス、浮揚用袋、または潜水艦のトリムタンクと関連し得る。陸地での適用としては、例えば、高圧チャンバが挙げられる。過剰圧力弁を、閉鎖容器と共に設けて、周囲圧力が減少するにつれて内部圧力を減少させても良い。
【００２１】
本発明は、
閉鎖容器内のガスから二酸化炭素を除去するための手段と、
マウスピース孔と、
酸素ガスを閉鎖容器に供給するための酸素孔と、
上に定義されたような圧力作動デバイスの出力孔に接続された希釈孔と、
を備えた呼吸システムをさらに提供する。
【００２２】
よって、システムが水中で使用されていると、周囲圧力の増加に応じて、閉鎖容器内のガスの体積に希釈ガスが加えられる。これは、システムが、ユーザの活動にかかわらず、深部において安定した酸素の分圧を維持することを可能にする。システムは、閉鎖式リブリーザーシステムの気体効率と、頑丈な簡素さとを兼ね備える。
【００２３】
閉鎖容器の容積は、希釈ガス供給制御器によって維持され、この制御器は、深部での増加に直接反応して希釈ガスを噴射するが、ユーザによって作られるどのような吸引にも反応しない。このようにして希釈ガスをシステムに供給することは、浅瀬での失神、呼吸による閉鎖容器の容積の減少、または他の低酸素症の原因の、どのようなリスクも最小化する。
【００２４】
好適な実施形態において、共通の吸気孔が、酸素孔と希釈孔の両方として動作する。
【００２５】
好ましくは、閉鎖容器は、ループの形をとる。この場合、二酸化炭素除去手段は、ループによって定義された流路内に位置しても良く、これにより、吐き出された空気がループを循環するにつれて、それが二酸化炭素除去手段を通り、存在する二酸化炭素が吸収される。
【００２６】
システムは、圧縮された酸素源から酸素孔に、ほぼ一定の酸素供給を与えるための手段を含み得る。この場合、何らかの原因で閉鎖容器への酸素の供給が失敗すると、これは、閉鎖容器の容積の減少を引き起こす。従って、ユーザは、深く呼吸することができず、何か異常があるという強い警告を受けることになる。次いで、ダイバーは、ユーザによる閉鎖容器への酸素供給（例えば、もし設けられていれば酸素孔を通して）を可能にするための手段を作動させるか、または予備呼吸システムに切り替えて、何であろうと問題の原因を直すこと、あるいは単にダイビングを終えることで対処することができる。
【００２７】
あるいは、システムは、閉鎖容器内の圧力が、周囲圧力よりも所定量を超えて低くなった場合に、酸素孔に酸素を供給するための手段を含んでも良い。よって、閉鎖容器の体積が減少し、ユーザが深く呼吸できない場合、この事態において生じた吸引が、酸素供給手段による酸素の噴射を自動的に引き起こす。よって、容積の減少に応じて、例えば自動デマンド弁を介して酸素が加えられる。従って、この実施形態では、酸素と空気の必要性が区別され、自動的に対応される。
【００２８】
要求に応じた酸素の供給は、ユーザの作業量にかかわらず、電子的入力なしに、実質的に一定レベルの酸素を維持することを可能にする。代わりに、このシステムは、周囲圧力およびユーザの酸素消費からの機械的な合図に頼っている。
【００２９】
電子技術を必要とせずにこのようなシステムを提供する能力は有益であり、それは、このようなシステムが、時には何年もの間一度も使われず、その間にバッテリ切れやセンサの劣化が起こり得るからである。
【００３０】
システムが、いくつかの電子部品を含む場合、本発明は、主要な技術を機械的に実施することを可能にし、電子的な故障が生じた場合にも、ダイビングの継続を可能にする。従って、システムは、激しい労作の間でさえも気体効率が高い、電子制御システムのための信頼できるバックアップを提供することができる。
【００３１】
代わりの構成において、圧力感知希釈ガス弁の出力は、酸素供給にも使われる自動デマンド弁に向けられても良い。よって、希釈ガスの供給が、酸素の供給よりも高圧であるとすると、潜行の間の圧力感知希釈ガス弁の作動は、希釈ガスを、自動デマンド弁を通して酸素の代わりに供給させ、一方で酸素は、一定の深さまたは浮上の間に、自動デマンド弁を通してなおも供給される。これは、呼吸システム内で、閉鎖容器の容積をより正確に調整することを可能にし得る。このようにして、この形の圧力作動デバイスは、気体入力を、あるソースから他のソースへ、第２のデバイスに切り替える手段として使用可能である。
【００３２】
好適な実施形態において、閉鎖容器は、ループを通して一方向にのみ気体を流れさせる弁手段を含むループの形をとる。酸素孔は、二酸化炭素除去手段の上流かつマウスピース孔の下流に設けることが好ましい。同様に、希釈孔は、二酸化炭素手段の下流かつマウスピース孔の上流に設けることが好ましい。これらの構成は、ループ内の気体の流れにより生じる閉鎖容器内の圧力差によるどちらのガス供給源の不適切な作動も、最小化する。
【００３３】
場合によっては、例えば酸素燃料電池の形をとる、閉鎖容器内の酸素の分圧を感知するための手段を備えても良い。これらは、感知された分圧を示すためのディスプレイ、および／または測定された分圧が所定のしきい値よりも下がった場合にユーザに警告するための手段と組み合わせても良い。
【００３４】
上述したように、ユーザによる閉鎖容器への酸素注入を可能にするための手段を設けても良い。よって、ユーザは、酸素の不足を警告された場合に、閉鎖容器への酸素の供給を、手動で生じさせることができる。
【００３５】
上述の呼吸システムおよび圧力作動デバイスにおいて、１つまたは複数の圧力感知手段と関連付けられた、圧力差（上述した「所定量」）を調整するためのそれぞれの調整手段を設けても良い。例えば、関連する弁を、その閉位置に向けて、バネ手段によって付勢しても良く、調整手段は、それぞれのバネの張力を変えるように動作しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、既知の開放式呼吸システムを示している。
【図２】図２は、既知の酸素のみの閉鎖式呼吸システムを示している。
【図３】図３は、既知の閉鎖式混合気体呼吸システムを示している。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る呼吸システムを示している。
【図５】図５は、本発明に係る圧力作動デバイスの第１の実施形態の断面図を示している。
【図６】図６〜図９は、図５に示されるデバイスの一連の動作における連続するステージを示している。
【図７】図６〜図９は、図５に示されるデバイスの一連の動作における連続するステージを示している。
【図８】図６〜図９は、図５に示されるデバイスの一連の動作における連続するステージを示している。
【図９】図６〜図９は、図５に示されるデバイスの一連の動作における連続するステージを示している。
【図１０】図１０および図１１は、本発明に係る圧力作動デバイスの第２および第３の実施形態の断面図をそれぞれ示している。
【図１１】図１０および図１１は、本発明に係る圧力作動デバイスの第２および第３の実施形態の断面図をそれぞれ示している。
【図１２】図１２は、本発明に係る圧力作動デバイスの第４の実施形態の断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の既知の構成および実施形態を、これより、添付の概略図を参照し、例として説明する。全ての図面は図式的であり、正しい縮尺で描かれていない。図面の各部の相対的寸法および比率は、図面上の明瞭さおよび便利さのために、サイズを誇張または縮小して示されている。同一の参照符号は、概して、変更または異なる実施形態において対応する特徴または類似の特徴を示すために使用されている。
【００３８】
本発明を実施した呼吸システムが、図４に示されている。システムは、ループの形をとる閉鎖容器を定義している。吐き出された気体は、マウスピース２４から一方向弁２０を通って、呼気カウンターラング４０に入ることが可能である。気体は次いで、二酸化炭素清浄器２６を通り、吸気カウンターラング４２に入る。流路は、次いで、一方向弁２２を通ってマウスピースに戻る。カウンターラングは、好ましくは、低いアスペクト比を持つべきである。
【００３９】
酸素は、呼気カウンターラング４０の側壁の孔を通って、閉鎖された呼吸ループに供給される。この供給は、酸素供給制御器４４によって制御される。示された実施形態において、この制御器は、自動デマンド弁の形をとり、この弁は、周囲圧力に関係した呼気カウンターラング内の圧力減少に対して、酸素をカウンターラング４０に注入することで反応する。酸素供給制御器４４は、代わりにまたは追加的に、酸素をボンベ３２内の圧縮源から、さらに後述されるような電子制御下で供給しても良く、あるいは、一定の供給レート、典型的には毎分１リットル程度で供給しても良い。この供給レートは、特定のユーザの必要性に従って調整しても良い。
【００４０】
また、過剰圧力弁４６が、呼気カウンターラング４０と関連して設けられている。これは、圧力が、周囲圧力より上の所定の圧力よりも大きくなると、呼吸ループから気体を逃がすように設けられている。このような弁を設けることは、任意である。あるいは、過剰気体圧力を、代わりに例えばユーザの鼻を通して抜かせても良い。
【００４１】
気体センサ４８が、吸気カウンターラング４２内へ延びており、このカウンターラングから吸入される気体の性質を監視している。センサは、気体の組成、特に酸素の分圧を監視しても良い。このセンサを用いて、呼吸ループへの酸素の注入を、酸素の分圧が事前設定されたレベルを下回った場合に行わせるようにしても良い。気体センサを、ディスプレイハンドセット５０に結合して、ユーザが気体組成を監視できるように、ユーザ向けに情報を表示しても良い。ユーザが、気体組成を手動で制御できるようにしても良い。好ましくは、センサは、２つ以上の同一の個別センサ（および好ましくは３つ以上）を備え、個別センサが誤作動していないかを、ユーザ（または電子モニタ）が認識できるようにする。
【００４２】
希釈ガスが、吸気カウンターラングに、その壁に定義された孔を通して供給される。この供給は、希釈ガス供給制御器５２によって調整される。この制御器は、周囲圧力および制御器内のチャンバの圧力を感知可能である。制御器は、周囲圧力がチャンバ内の圧力よりも所定量を超えて高い場合に、希釈ガスを吸気カウンターラングに流入させるように構成されている。
【００４３】
このようにすると、希釈ガス供給制御器５２は、周囲圧力が増加するにつれて、実質的に一定量の気体を呼吸ループ内で維持することができる。この制御器は、本発明を実施した圧力作動デバイスの形をとる。
【００４４】
図４の希釈ガス供給制御器５２としての使用に適した、本発明に係る圧力作動デバイスの断面図を、図５に示す。
【００４５】
軟質のダイヤフラム６０が、デバイス５２の本体と組み合わされて、チャンバ６２を定義している。デバイスは、入力孔６４と、共用の出力および圧力監視孔６６とを有する。弁６８は、入力孔６４と出力孔６６の間で、流体経路（導管６５を含む）を開くかまたは閉じるように動作可能である。弁は、図５において気体送り部７４により設けられた弁座７２に押し付けられた弁クロージャ７０を含む。弁クロージャ７０は、その閉位置に向けてバネ７６によって付勢されている。
【００４６】
弁クロージャ７０は、デバイス５２の内壁の開口７３を通りチャンバ６２に至る細長いステム７１を含む。この開口７３は、チャンバ６２から、またはその中へ気体を流れさせてはならない。これは図５において、環状のシールによって確実にされている。
【００４７】
周囲圧力が、チャンバ６２内の圧力を上回ると、ダイヤフラム６０は内向きに付勢される。ダイヤフラムは、一方で、弁クロージャステム７１の端に結合されたレバー７８にも作用する。レバーに対する十分な圧力は、バネ７６のバネ張力に勝って、弁クロージャ７０を弁座７２から浮かせ、入力孔６４に結合された圧縮源から、導管６５を通して出力孔６６まで気体を流れさせる。
【００４８】
デバイス５２は、また、リセット手段８０を含む。この手段は、軟質の円形クロージャすなわち部材８２によって形成された弁を備える。デバイス本体は、チャンバ６２とリセット手段８０の間の、オリフィス８４の形をとる流体経路を定義する。軟質の部材８２は、オリフィス８４の外端向けに、バネ８６によって付勢されている。バネ８６の圧縮は、バネ８６の外端に接するバネ保持部材８８の位置を変えることによって調整可能である。図５に示された実施形態において、保持部材８８は、ネジ山によってデバイス５２の本体に結合されており、バネ８６の圧縮を、回転する戻り部材８８によって変えることを可能にしている。バネ８６の圧縮は、呼吸ループまたは閉鎖容器内の気体の体積を制御する。
【００４９】
リセット手段によって定義された内部容積は、保持部材８８内の開口９０を通して、周囲の環境と流体的に連通している。よって、軟質の部材８２は、一方側で周囲圧力に、その他方側の部分でオリフィス８４を介してチャンバ６２内の圧力にさらされている。圧力作動デバイス５２の本体は、また、出力孔６６からリセット手段８０の内部に延びる、通路９２の形をとる流体経路も定義する。軟質の部材８２は、リセット手段８０の内部容積へと開口する通路９２の端を覆って延びている。よって、軟質の部材８２は、その内側の表面で、共用の出力および圧力監視孔６６の圧力にもさらされている。
【００５０】
ここで述べたように、本発明を実施した圧力作動デバイスは、軟質の閉鎖容器の容積を、周囲圧力の変化にかかわらず実質的に一定に保つように動作可能な、多くの応用を有する。例として、図４に示された種類の呼吸システムにおいて、希釈ガス供給制御器５２として使用された場合のその動作を、これより図６〜図９を参照して説明する。
【００５１】
ダイバーが潜行するにつれて、周囲の圧力は増加し、ダイヤフラム６０を内側向けに押す。これは、ダイヤフラムに、レバー７８を押し下げさせ、弁６８を開き、図６で示されるように、希釈ガスを、出力孔６６を介して呼吸ループに入れさせる。弁を作動させるのに必要な、周囲圧力とチャンバ６２内の圧力の圧力差の大きさは、ダイヤフラム６０の表面積によって制御され、バネ７６のバネ張力を変えることによって調整することができる。この段階で、周囲圧力はチャンバ６２または出力ポート６６のいずれの圧力よりも大きく、よって、リセット手段８０の軟質の部材８２は、その閉位置にある。
【００５２】
希釈ガスが呼吸ループに流れ込むにつれて、出力孔６６の圧力が増加する。最終的に、図７に示すように、出力孔６６の圧力は、軟質の部材８２をオリフィス８４から引き離すのに十分に周囲圧力を上回り、これにより、出力孔からチャンバ６２までの開いた流体経路を形成する。出力孔の圧力が周囲よりも大きくなると、これは、軟質のダイヤフラム６０を外向けに押し、レバー７８を上昇させ、一方で弁６８を閉じ、希釈ガスのさらなる注入を防ぐ。
【００５３】
酸素がユーザよって消費され、二酸化炭素が二酸化炭素清浄器によって吸収されるにつれて、呼吸ループ内の気体の体積は減少する。従って、ユーザは深く呼吸することができず、よって吸入時に、周囲と相対的な呼吸ループ内の圧力の低下を引き起こす。この状況を、図８に示す。出力孔６６の圧力が周囲よりも低いと、軟質の部材８２は、オリフィス８４を密閉し、この減少した圧力が、チャンバ６２内で類似の圧力減少を起こすことを防ぎ、不適切に希釈ガスを注入して酸素を置換することを防ぐ。
【００５４】
しかし、呼吸ループと周囲との圧力差が、酸素供給制御器４４として動作するデマンド弁を作動させて、呼吸ループ内の酸素レベルを補充することが可能である。
【００５５】
ダイバーが浮上する間、周囲圧力は低下し、チャンバ６２内の気体が膨張し、軟質の部材８２をオリフィス８４の外端から持ち上げ、チャンバ６２を、この場合はオリフィス８４と通路９２を通して呼吸ループに通気させる。これは、図９に示されている。呼吸ループ内の余剰気体は、システム内の他の箇所で、例えばユーザの鼻またはもし含まれていれば過剰圧力弁４６を介して、排気させても良い。
【００５６】
図５〜図９に示される圧力作動デバイス５２の実施形態において、軟質の部材８２は、環状外形部９６（図５で示されるような）に囲まれた平らな中央部位９４を備える。中央部位９４は、オリフィス８４の外端を覆う弁クロージャを形成する。部位９４がその閉位置にあると、環状部位９６は、デバイス５２の本体の外面からドーム状に離れている。特に、環状部位は、トロイドの表面の一部に実質的に対応する形を形成し得る。環状部９６は、通路９２の外端を覆って延びている。オリフィス８４、通路９２および軟質の部材８２の相対的な寸法は、好ましくは、軟質の部材８２が、その閉位置で、オリフィス８４を通してチャンバ６２内の圧力に対してさらすよりも著しく大きな表面積を、通路９２を通して出力孔６６の圧力に対してさらすように選択される。ラングの充填に際してシステムをリセットする場合に、チャンバ６２内では、軟質の部材を持ち上げるために、共用の出力および圧力監視孔６６の圧力よりも大きな圧力が必要とされるように構成されており、深部において小さな変化によりリセットと作動が無用に繰り返されることを防止する。
【００５７】
図５に示される圧力作動デバイスの他の実施形態が、図１０に示されている。軟質のダイヤフラム６０の代わりに、ピストン１００が、ピストンヘッド１０２およびピストンロッド１０４を備えて設けられている。ピストンヘッドの外端は、周囲圧力にさらされ、その内端は、チャンバ６２の圧力にさらされる。
【００５８】
弁クロージャ７０は、ピストンロッド１０４の端に接している。止め具１０５が、ピストンロッドの端に備えられ、ピストンの最大の外向きの変位を定義している。あるいは、弁クロージャ７０は、ピストンロッドの端に取り付けて、ピストンのための制限止め具として機能させても良い。弁クロージャは、デバイス５２の本体によって定義された弁座７０向けに、バネ７６によって付勢されている。バネ７６の外端は、希釈ガス送り部７４と接している。チャンネル１０６が、ピストンロッド１０４を通して定義され、ピストンヘッドの外端からピストンロッドの内端まで延びている。流路の内端は、出力孔６６の圧力にさらされ、外端は、軟質の部材８２の環状部９６と流体的に連通している。さらなるオリフィス１０７が設けられ、このオリフィスは、ピストンヘッドを通って伸びており、その内端がチャンバ６２へと開口し、その外端が軟質の部材８２の平らな中央領域９４によって閉じられている。図１０に示されている圧力作動デバイスは、上述のように、図５に示されている構成と同様の方法で動作する。
【００５９】
図１０の実施形態は、ピストン１００の外端を押すことによって、ユーザが希釈ガス注入を手動で行うことを、有利に可能にする。また、希釈ガス送り部７４の位置を変えることによって、その動作しきい値の調整を容易に可能にする。図５の構成では、希釈ガス送り部７４の移動が、このしきい値にも影響する一方、レバーがダイヤフラム６０と接した状態を保つために、レバー７８を保持するボルトを締める必要が生じ得る。このボルトへのアクセスは、デバイスの部分的な分解を必要とし、従って、この調整は、ユーザにとって利便性がより少ない。
【００６０】
図１０のデバイスは、図５のデバイスと比べて、より少ない移動部品を含み、その信頼性を向上させ、製造を容易にする。
【００６１】
本発明に係る圧力作動デバイスのさらなる実施形態を、図１１に示す。これは、リセット手段８０が、デバイスの本体から離れて設けられており、チューブ１１０および１１２を通して接続されている点が、図５の構成と異なっている。このようにすると、リセット手段は、本体から離して、例えばユーザが調整のためにより容易に手が届く位置に配置することができる。
【００６２】
本発明に係る圧力作動デバイスのさらなる実施形態を、図１２に示す。これは、出力孔６６’が、圧力監視またはリセット孔とは別になっており、カウンターラング容積の減少時に酸素を供給するために使用される既知の自動デマンド弁１１３または他の同等の弁の入力に向けられている点が、図５（および図１０ならびに図１１）の構成とは異なっている。
【００６３】
希釈ガス供給部７４が、酸素源１１４よりも高圧力であると仮定すると、図６を参照して述べたような圧力作動デバイスの作動は、酸素の代わりに、希釈ガスを弁１１３に供給させる。希釈ガスが酸素源に入ることは、逆止弁１１５によって防止される。自動デマンド弁１１３自体は、カウンターラング４０および４２の移動可能な体積が、ユーザの吸気のそれを下回った場合に、ユーザの呼吸の吸引によって作動される。よって、潜行の間、弁１１３の作動は、希釈ガスを加えてカウンターラングを充填させ、一方で、一定の深さまたは浮上時には、容積の減少に応じて酸素が加えられる。
【００６４】
図１２の構成は、気体の噴射がカウンターラングを満たし、ユーザの理想体積と一致させるので、図５に示されるものよりも正確な、カウンターラング容積の制御を提示する。
【００６５】
図１２に示される変形は、また、図１０および図１１で示されるようなデバイスと組み合わせて使用しても良い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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