(57)【要約】  ガスマスク、およびガスマスクのためのキャニスタは、装着者の呼吸系をガス状の化合物から保護する化学的な収着剤を有する。呼吸保護システムのための残存サービス指示システムは、さらなる化合物を吸着または吸収するための化学的な収着剤の容量がほとんど使い果たされたことを装着者に警告を与える。残存有効寿命指示システムは、様々なセンサの入力から、ガスマスク、キャニスタおよび/またはカートリッジ、ならびにこのような装置の有効寿命の終了を決定するためにキャニスタに関する情報を記憶するコンピュータ記憶装置を有する。
2013537812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼吸保護装置と共に使用するためのキャニスタであって、
容器と、
前記容器内の化学的な収着剤と、
データを記憶し、情報を伝達し、かつ中央処理装置と通信できるデジタルメモリ記憶装置と、
外部の処理装置と通信できる通信モジュールと
を備えるキャニスタ。
【請求項２】
前記コンピュータメモリ記憶装置が、データを記憶するために使用される物理的な装置である、請求項1に記載のキャニスタ。
【請求項３】
前記コンピュータメモリ記憶装置が、RAM、DRAM、SRAM、テープ、磁気ディスク、フラッシュメモリ、コンパクトディスク、DVD、またはアドレス指定可能な半導体メモリのうちの少なくとも1つである、請求項2に記載のキャニスタ。
【請求項５】
通信モジュールをさらに備え、また前記コンピュータメモリ記憶装置が、無線周波数識別ユニットの一部である、請求項1に記載のキャニスタ。
【請求項４】
前記コンピュータメモリ記憶装置と通信する無線周波数識別ユニットをさらに備える、請求項1に記載のキャニスタ。
【請求項５】
化学的な収着剤キャニスタであって、
前記キャニスタ内の化学的な収着剤、
データを記憶し、情報を伝達し、かつ中央処理装置と通信できるコンピュータメモリ記憶装置、および
外部の処理装置と通信できる通信モジュール
を備える化学的な収着剤キャニスタと、
前記化学的な収着剤キャニスタを受け入れることのできるガスマスクであって、
前記通信モジュールと通信できる中央処理装置、
前記中央処理装置と通信する化学的な濃度センサ、および
前記中央処理装置と通信する空気流量センサ
を備えるガスマスクと
を備える呼吸保護装置。
【請求項６】
前記中央処理装置が、有線接続を介して前記通信モジュールと通信する、請求項5に記載の呼吸保護装置。
【請求項７】
前記中央処理装置が、無線接続を介して前記通信モジュールと通信する、請求項5に記載の呼吸保護装置。
【請求項８】
前記無線接続が、無線周波数識別ユニット、ブルートゥース接続、または他の無線通信である、請求項7に記載の呼吸保護装置。
【請求項９】
前記無線周波数識別ユニットが、能動的な無線周波数識別ユニット、または受動的な無線周波数識別ユニットの一方である、請求項8に記載の呼吸保護装置。
【請求項１０】
前記中央処理装置が、前記化学的な濃度センサおよび前記空気流量センサの出力から、前記化学的な収着剤キャニスタ中に入るターゲット化合物の量を推定することができる、請求項5に記載の呼吸保護装置。
【請求項１１】
前記コンピュータメモリ記憶装置が、キャニスタ識別インジケータ、初期の収着剤容量、および前記化学的な収着剤の残存収着剤容量を記憶することができる、請求項5に記載の呼吸保護装置。
【請求項１２】
前記ガスマスクが、第2のコンピュータメモリ記憶装置をさらに備え、前記第2のコンピュータメモリ記憶装置が、キャニスタ識別インジケータ、初期の収着剤容量、および前記化学的な収着剤の残存収着剤容量を記憶することができる、請求項5に記載の呼吸保護装置。
【請求項１３】
前記化学的な濃度センサおよび前記空気流量センサの少なくとも一方が、前記中央処理装置に断続的な出力を提供する、請求項5に記載の呼吸保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する特許出願
本特許出願は、米国特許法第119条の下に、2010年9月7日に出願された米国特許仮出願第61/380,604号に対する優先権を主張するものであり、その全体を参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、ガスマスク、およびガスマスクのためのキャニスタを含む呼吸保護システムに関する。実施形態は、呼吸保護システムのための残存有効寿命インジケータまたは残存サービス指示システムと、残存有効寿命指示システムを備えるガスマスクと、キャニスタに関する情報を記憶するためのコンピュータ記憶装置を備えるキャニスタとを含む。実施形態は、ガスマスク、キャニスタおよび/またはカートリッジ、ならびにこのような装置の有効寿命の終了を決定する方法をさらに含む。
【背景技術】
【０００３】
恒久的な、または交換可能なカートリッジおよび/またはキャニスタを用いるガスマスク、人工呼吸器、または他の呼吸保護システムは、空気で運ばれる様々な汚染物質から保護するために一般に使用されている。人工呼吸器のカートリッジ/キャニスタは、通常、有毒な、または非毒性の物質に対する1つの微粒子フィルタ(「微粒子フィルタ」)と、大気中のガスおよび気化物質成分を吸着または吸収するための収着媒体とを含む。これらの装置は、有害な物質に対して優れた保護を提供するが、保護を提供するためのその容量は限られており、使用で、化学物質への暴露で、または汚れ(fouling)で使い果たす可能性がある。したがって、カートリッジおよび/またはキャニスタに有効なユーザ保護を提供するためには、カートリッジ/キャニスタを、その有効寿命が終了する前に交換する必要がある。
【０００４】
カートリッジ/キャニスタは、その動作可能な寿命が終了する前に変えるべきである。しかし、フィルタカートリッジ/キャニスタの寿命を予測することは、複雑な作業である。収着剤の収着容量は、相対湿度、周囲温度、収着媒体により吸収される汚染物質の濃度および特性、ならびにカートリッジ/キャニスタを通過する空気の容積および速度などのパラメータに依存する。
【０００５】
現在の安全実務では、すべてのガス呼吸器が、その有効寿命の終了を示す信頼性のある方法を有することが要求されている。直接測定法が実際的ではない場合、カートリッジの使用と交換のスケジュールを立て、それにより暴露を追跡することを実施すべきである。交換スケジュールを使用することは、最も進んだものであっても、作業環境の履歴を監視すること、平均的な合計の暴露を推定すること、および一定の状況下でカートリッジの測定された、または予測される理論的な容量により結果を近似することに依拠する必要がある。周囲の環境条件だけが人工呼吸器の収着媒体の合計負荷に寄与するのではなく、媒体を通過した空気の容積もまた、カートリッジ/キャニスタの負荷および有効寿命の終了を計算するために求める必要がある。様々なユーザの呼吸能力、ならびに異なる環境および(軽または重)作業条件下におけるこの能力の変化は、同様のよく監視された環境条件における合計負荷において大きな(最高で3〜4倍)差を生ずる可能性がある。ある作業者のカートリッジは、同じ環境条件下であっても、他の作業者よりも速くその有効寿命の終りに達する可能性がある。さらに、異なる温度および湿度レベル下で同じ作業を実施する同じ人物が、呼吸量で十分な差を示すこともある。様々な条件、時間、および作業場所の下で、多くのカートリッジを追跡することは、非常に複雑であり、不可能な作業になることがある。これらのことは、有効寿命の終了を決定するための容認されたスケジューリング法の欠点であると見なされている。したがって、暴露濃度、暴露時間、および収着剤を通る合計の空気流量を用いて実際の監視、および有効寿命の終了の推定を行うことを試みる様々な方法および装置が開発されてきた。
【０００６】
人工呼吸器のためのガスキャニスタ/カートリッジで収着層(収着ベッド)の消耗または有効寿命の終了を示すように設計された様々な方法および装置がある。収着層の消耗は、要求される安全規格に従って清浄化される必要のある空気中で、工業的に生成された様々な揮発性物質(有機的または非有機的)に依存する。揮発性物質の蒸気圧は非常に大きな範囲で変化しており、また収着ベッドに収着されるその能力は、揮発性に反比例する、すなわち、低い蒸気圧を有する揮発性の低い物質は、良好な収着性を有しており、収着剤は、それらに対して高い容量を示す。特定の物質に対する収着容量は、あらゆる物質でこの時点は異なるが、破過(breakthrough)の時点を規定するので、収着剤の消耗を実時間で監視することが好ましい。
【０００７】
直接的な一方法は、収着ベッドに沿った収着剤の色が変化するセンサ(Mihaylovに付与された特許文献１)、または特許文献２の「主フィルタカートリッジの後方の流れにあるさらなる指示カートリッジの」透明な壁の内側にある、もしくは特許文献３、および特許文献４のフィルタカートリッジの内側の壁上の収着剤ベッドに沿って配置された指示物質の色変化を有するセンサを含む。このような物質は、特定の危険物質により飽和された後、収着ベッドに不可逆的な変化を示す。特許文献４、特許文献５、特許文献６、および特許文献７におけるように、この種のセンサの欠点はその狭い特定性であり、それにより、その用途は、主として非有機性のガスおよび気化物質である予想される物質およびガス混合物に対する特定の必要性およびよく知られた状況に限定される。
【０００８】
特許文献８でLeichnitzは、有毒なガスに対する比色センサを教示している。感知素子は、2つのスクリーンの間に固定された、検知管で使用されるものと同様の粒状の物質を含み、ガスの流れに対して透過性がある。収着層の後部にこのようなセンサを配置することは、カートリッジの後部のレンズを通して観察することを可能にする。同様の比色手法が、特許文献９で使用され、複数の指示範囲を備えた指示手段のアレイが使用される。それらは、チップ状の支持要素を形成しており、吸入される空気に曝される比色指示部分を示している。このような手段は、外側の全面マスクと内側の半面マスクの間に存在する。適切な手段を用いて、視覚的な調査、または光学的な評価を行うために、インジケータの異なる範囲が使用される。特許文献１０では、このような比色センサは、電子的な読取りシステムと組み合わされる。電子的な読取りシステムではあるが、センサは、実際的に比色センサである。比色センサの欠点は、(前に述べた)その特定性により規定される。比色タイプのセンサは、すべての化学的な比色反応にとって重要なパラメータである湿度(RH)および温度(T)に依存している。
【０００９】
有効寿命の実時間の終了インジケータの他の方向は、Sewel他に付与された特許文献１１のように、収着ベッドの直後に配置された電子温度センサを使用する。しかし、このセンサは、高濃度で提示される物質に限定され、かつそれに限って使用することが可能であり、かつ収着媒体に吸収されたとき、大きな温度効果を有する。したがって、これらのセンサは、広く適用することが可能ではない。長い時間期間にわたり低濃度の飽和プロセスでは、破過を生じ、検出されないまま通過するおそれがある。
【００１０】
有効寿命終了を表示するための最近の手法は、いくつかのアクティブタイプのESLIである。それらは、汚染物質のレベルを監視するための電子的な構成要素と、ユーザに自動的に警告を送るための視覚信号または可聴信号とを備える。いくつかの過去の試みが、特許文献１２、特許文献１３で述べられており、かさばること、高コスト、および低感度のため共に実施されていない。1978年にNIOSHは、有機的気化物質の空気浄化呼吸器のための有効寿命インジケータとして動作する金属酸化物センサ(MOGS)を選択した。このセンサは、低コスト、市販の可用性、および多数の有機気化物質に対するその望ましい非特定性の挙動に基づいて選択された。MOGSの主な欠点は、比較的高い動作温度(約200C)により生ずる大きなドレイン電流である。特許文献５および特許文献１４の2つの特許は、標準の電気化学的測定セルを述べている。提案された警告カートリッジは、フェイスマスクと人工呼吸器カートリッジの間に嵌合するように設計された。この設計の欠点は、有毒ガスを、破過がすでに生じた後に検出できるに過ぎないことであり、したがって、システムは、カートリッジの100%が消耗する前の20〜25%で適切に警告するというNIOSHの勧告に準拠していない可能性があることである。特許文献１５は、有利には、カートリッジ吸着剤の内側の汎用センサを示唆している。特許文献１６は同様の手法を有する。特許文献９は、フィルタの残留効果、およびマスクの縁部の密封効果を同時に示すインジケータを教示している。さらに、この特許は、異なるレベルで汚染物資を検出できる小型化されたコンピュータのチップ状のインジケータシステムの使用を提案した。インジケータシステムそれ自体は、光源および検出器から構成されることが予想された。反射光または透過光として測定された光強度は、インジケータで受けた汚染物質の量の測定値であった。特許文献１７は、人工呼吸器の側部に取り付けられた電子装置を用いる現在の、ただしなお扱いにくいシステムを述べている。収着剤物質を通過する空気は、一定に採取され、かつ処理されて、濃度信号に対して視覚的、聴覚的、触覚的に応ずるアクティブな指示を与える。インジケータの信号を送る速度は、ターゲットとする化学種の濃度に応じて変化する。前述のシステムの欠点は、これも100%の消耗後に、カートリッジの安全な交換のための時間が得られる人工呼吸器カートリッジの直後に、提案のセンサを配置することである。大部分の提案されたシステムの欠点はまた、高いエネルギー消費量と、扱いにくい機器であることである。
【００１１】
従来の解決策は、以下のような多くの欠点がある。
・前述の電子装置または光学的電子装置は、複雑でかさばり、維持するのが困難であり、さらに製造し使用するのが現在レベルのセンサ技術においても困難である。
・最終的なコストが高いため、適時交換するためのスケジュールに従ってキャニスタおよびカートリッジを交換するだけと比較して、費用を節約する装置としてそれを使用する目的が消されてしまう。20〜25%の安全な緩衝容量を提供するために、収着剤のさらなる部分を、感知素子の後に使用することが意図される。
・組込み式のカートリッジ/キャニスタ用電子センサは、収着媒体の反応物とのどんな化学的な前処理にも耐えることのできる必要がある。カートリッジ/キャニスタは、2つの部分で物理的に共用されるべきである。すなわち、全体容量のうちの各部分で、カートリッジ/キャニスタの第1の部分は、約75〜80%の収着剤を含むべきであり、次いで、感知素子を、さらに、キャニスタの第2の緩衝部分が20〜25%の収着剤を有する。組込みセンサを備えたカートリッジは、かなり高コストであり、それは、高い安全レベルを提供するカートリッジの消耗を低コストで指示するというセンサの主要な一目的を完全に消してしまうことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ブルガリア国特許第31666号明細書
【特許文献２】WO9,512,432
【特許文献３】米国特許第6,497,756号明細書
【特許文献４】米国特許第4,326,514号明細書
【特許文献５】米国特許第4,873,970号明細書
【特許文献６】米国特許第5,323,774号明細書
【特許文献７】米国特許第6,497,756号明細書
【特許文献８】米国特許第4,684,380号明細書
【特許文献９】米国特許第5,297,544号明細書
【特許文献１０】米国特許第5,666,949号明細書
【特許文献１１】米国特許第4,440,162号明細書
【特許文献１２】米国特許第3,902,485号明細書
【特許文献１３】米国特許第3,911,413号明細書
【特許文献１４】米国特許第4,847,594号明細書
【特許文献１５】米国特許第5,512,882号明細書
【特許文献１６】米国特許第5,018,518号明細書
【特許文献１７】米国特許第5,659,296号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、収着剤媒体が完全に使い果たされる前に、緩衝時間および収着容量を残すことのできる安全かつ効果的な有効寿命の終了指示システムが求められている。有効寿命の終了指示システムおよび装置に関する軽量で、より容易に製作できる簡単な設計がさらに求められている。
【００１４】
実質的に実時間で、残っているカートリッジ寿命を推定することができ、かつ望ましいときにユーザに対して警告信号を生成できる、ユーザとシステムの間で通信可能な有効寿命の終了指示システムまたは方法がさらに求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
現在、呼吸保護キャニスタの有効寿命の終了を決定するための有効なシステムはない。現在、ユーザは、空気で運ばれる毒素に曝される危険を回避するために、使用した後、キャニスタを単に捨てるだけである。暴露による影響は、呼吸保護システムの容量に関して不確かなままであるには大きすぎる。したがって、多くのキャニスタは、その有用な容量を消耗する前に廃棄される。残存有効寿命指示システムの実施形態は、ガスマスクキャニスタなどの呼吸保護システムの使用を監視し、キャニスタ中の収着剤の容量が、いつ十分に消費されたかを判定して、キャニスタを交換すべきであることを警告する能力を提供する。
【００１６】
人工呼吸器のための残存有効寿命指示システムの実施形態は、キャニスタ取付け部を備える人工呼吸器本体またはガスマスクを備える。呼吸される空気から空気で運ばれた毒素を吸着するために、化学的な収着剤を備えるキャニスタをキャニスタ取付け部に取り付けることができる。さらに、残存有効寿命指示システムは、中央処理装置と、空気中の少なくとも1つの化合物の濃度を測定し、かつ中央処理装置と通信できる濃度センサと、キャニスタを通るガス流量を測定し、かつ中央処理装置と通信できるガス流量計とを備えることができる。中央処理装置およびセンサは、人工呼吸器本体もしくはガスマスクに、キャニスタに個々に取り付けることができるが、あるいはガスマスクの装着者の近くの領域に取り付けることもできる。中央処理装置は、濃度センサおよび空気流量センサからの入力を受け取り、収着剤に接触した少なくとも1つの化合物の合計量を推定し、かつキャニスタおよび/またはキャニスタ内に含まれている収着剤に関する近似的な残存有効寿命を決定する。
【００１７】
中央処理装置は、内部クロックを備えることができ、また入力手段によりプログラムすることが可能であり、その場合、入力手段は、配線、赤外線リンク、無線周波数、ブルートゥース、パーソナルコンピュータ、集中化したワークステーション、可搬型の特殊なプログラミングモジュール、デジタル携帯電話、インターネット通信、キーパッド、キーボード、またはマウスのうちの少なくとも1つである。プログラムは、前記センサにより供給されるデータに基づいて残存寿命を計算するためのモジュールを含む複数のモジュールと、使用時におけるキャニスタに関する較正データおよび初期の容量データと、視覚的、可聴的、かつ/または触覚的手段により信号を送るための警告モジュールプログラムとを含む。
【００１８】
キャニスタそれ自体は、キャニスタ中の収着剤の残存有効寿命を記憶し、かつ/または記録し、伝達できるコンピュータ記憶装置を備えることができる。このような実施形態では、キャニスタは、次いで、その残存有効寿命を中央処理装置または警告インジケータなどの任意の外部の装置に「報告する」、または伝達することができ、警告指示を、ガスマスク上で、または制御室などの外部の場所で行うことができる。したがって、キャニスタのユーザは、キャニスタの残存有効寿命が、指定のレベル以下になり、すぐに交換すべきであるとき、警告を受けることができる。例えば、中央処理装置または警告指示システムは、キャニスタが、化学的な収着剤の元の容量の、例えば、25%、20%、または15%だけの残存有効寿命を有しており、交換すべきであることを呼吸保護システムのユーザに警告することができる。警告システムは、容量が欠乏しているとの一連の警告指示を提供する、または交換が必要であるという1つだけの警告を提供するようにプログラムすることができる。
【００１９】
キャニスタまたはガスマスクは、中央処理装置と通信できる通信ユニットを備えることができる。通信ユニットは、無線周波数識別ユニットとすることができ、またメモリを備えることができる。無線周波数識別ユニットは、中央処理装置と通信して、収着剤に接触した化合物の合計量を得ることができる。RFIDの実施形態は、内部メモリを有することができ、内部メモリは、情報を記憶することができるが、その情報は、キャニスタのタイプ、キャニスタの製造者名、キャニスタのシリアル番号、キャニスタの部品番号、キャニスタの製造日、汚染物質の要求されるクラスに対するキャニスタの容量、警告設定点、最大のサービス濃度レベル、キャニスタに対する温度補正係数、キャニスタに対する相対湿度補正係数、キャニスタに対する圧力もしくは標高の補正係数、キャニスタに対する有効期限日、ターゲット化合物、ターゲット化合物のクラス、使用日、カートリッジの使用開始時間、カートリッジを使用した経過時間、またはキャニスタに曝されたターゲット化合物の推定合計量のうちの少なくとも1つを含む。
【００２０】
残存有効寿命指示システムのさらなる実施形態は、追加のセンサをさらに備えることができる。追加のセンサは、これだけに限らないが、温度センサ、相対湿度センサ、圧力センサ、または他のセンサを含むことができる。追加センサのいずれか、またはすべてのものは、中央処理装置と通信することができる。
【００２１】
残存有効寿命インジケータのさらなる実施形態は、視覚的な警告、可聴的な警告、または触覚的な警告の少なくとも1つを提供する少なくとも1つの警告インジケータを備えることができる。警告インジケータは、キャニスタの残存有効寿命が、所定の閾値に満たないこと、作業域における酸素が一定の閾値に満たないこと、または1つまたは複数の化合物の濃度が、一定の閾値を超えていることの警告を発することができる。
【００２２】
中央処理装置を備える残存有効寿命指示システムの実施形態は、中央処理装置が、周囲環境に関するデータ、およびキャニスタの残存有効寿命に関するデータを交換するために、無線周波数識別ユニットまたは他の通信装置と双方向通信状態にあるように設計することができる。いくつかの場合では、中央処理装置は、センサおよびデータベース、またはキャニスタもしくは外部装置上の他のコンピュータ記憶装置により提供されるデータから、キャニスタに対する合計の汚染物質負荷、およびキャニスタの残存容量を計算することができる。したがって、中央処理装置およびキャニスタそれ自体は、例えば、前記カートリッジ/キャニスタ中に取り込まれた汚染物質の合計量、および消耗していない収着剤の残存容量もしくは元の容量のパーセンテージを有しており、また中央処理装置は、入力および計算に基づいて警告情報を生成し、アクションを指示するために少なくとも1つの警告インジケータを活動化することができる。システムは、電池の残存寿命が9時間未満となり、したがって、完全な作業シフトが行われる前に電池を交換すべきである場合に、警告信号をさらに生成することができる。電池の消費量を低減するために、電池は、マスクの外側表面に取り付けられた補助的な充電用太陽電池装置で補うことができる。
【００２３】
半面マスクフェイスピースを含む人工呼吸器に適用可能なシステムでは、人工呼吸器は、全面フェイスピースマスク、または全体的もしくは部分的な保護スーツである。危険な領域で使用するために、残存有効寿命指示システムのいくつかの実施形態は、本質的に安全であり、防爆性のものとすることができる。
【００２４】
RFIDは、キャニスタがサービスに供されたデータまたは情報を記憶することにより初期化され、かつこの種の新しいキャニスタの元の容量の%としての残存寿命を含むサービスに基づいて更新することができ、前の使用期間の平均濃度、前の使用の平均時間、ならびに最初に活動化された時間および最後に使用が終了した時間が、無線周波数識別ユニットの内部メモリに記憶される。
【００２５】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を記述するために過ぎず、本発明を限定することを意図していない。本明細書で使用される場合、用語「および/または」は、1つまたは複数の関連する列挙された項目のいずれか、およびすべての組合せを含む。本明細書で使用される場合、単数形「1つの(a)」、「1つの(an)」、および「その(the)」は、文脈がその他の形を明確に示していない限り、複数形ならびに単数形を含むことが意図される。用語「備える/含む(comprises)」、および/または「備える/含む(comprising)」は、本明細書で使用される場合、述べられた特徴、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を指定するが、1つまたは複数の他の特徴、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはそれらの群の存在もしくは追加を排除するものではないことをさらに理解されたい。
【００２６】
文中で別段の指示のない限り、本明細書で使用される(技術的および科学的用語を含む)すべての用語は、本発明が属する当業者により一般に理解されるものと同じ意味を有する。一般に使用される辞書で定義されるものなどの用語は、関連技術および本開示の文脈におけるその意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書でそのように明示的に定義されない限り、理想化された、または過度に形式的な意味で解釈されるものではないことがさらに理解されよう。
【００２７】
本発明の記述において、いくつかの技法およびステップが開示されることが理解されよう。これらのそれぞれは、個々の利益を有しており、それぞれはまた、他の開示された技法の1つまたは複数のもの、またはいくつかの場合はすべてのものと共に使用することができる。したがって、明確化のために、本記述は、不必要に個々のステップのあらゆる可能な組合せを繰り返さないようにする。そうではあるが、本明細書および特許請求の範囲は、このような組合せが、本発明および特許請求の範囲に完全に含まれるものと理解して読むようにすべきである。
【００２８】
本発明を、次に図面を参照して述べるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】キャニスタ30の図1-Aで示すように入口側に、またはキャニスタ30の図1-Bで示すように出口側に、空気流量センサ20の間で異なる接続をそれぞれが有する半面マスクの2つの実施形態を示す図である。
【図２】空気流量センサ20を入口側30Rに、または出口側30Lに接続する2つの方法と、濃度センサを、カートリッジの前部に、またはマスク上に配置する2つの方法とを示す全面フェイスピースを示す図である。
【図３】キャニスタ30の前部の空気流量センサ20と、マスク上の濃度センサ40とを備える全面フェイスピースマスクを示す図である。
【図４−Ａ】ファンタイプの空気流量センサの正面図および横断面図である。
【図４−Ｂ】サーミスタまたはトランジスタタイプの電子的な空気流量センサを示す図である。
【図５】中央処理装置およびエネルギー供給源のための可能性のある位置を示す半面マスク、または内部の半面マスク横断面図である。
【図６】中央処理装置、センサ、および警告手段の間の通信の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
ガスマスクは、潜在的に危険な環境にいる人々の呼吸系を保護するために使用される。ガスマスクは、装着者の口および鼻の上に配置されて、空気で運ばれる毒素を、空気がユーザの呼吸器系に入る前に、フィルタまたは化学的な収着剤で吸収もしくは吸着することにより、空気で運ばれる有毒物質を吸入することから保護する覆いである。空気で運ばれる毒素は、これだけに限定されないが、例えば、空気で運ばれる化学的な汚染物質、微粒子、および/または有毒ガスなどの任意の危険な可能性のある化合物とすることができる。空気で運ばれる有毒物質は、例えば、ガス状の、空中に浮いているもの、または微粒子とすることができる。
【００３１】
ガスマスクは、鼻と口の上でシールを形成し、したがって、空気は、収着剤物質、フィルタ媒体、または他の呼吸保護物質を含むキャニスタ、カートリッジ、および/またはフィルタ(以降では「キャニスタ」とする)を通して、マスクと装着者の顔との間の内側容積の中に吸引されるはずである。キャニスタは、空気で運ばれる有毒物質を除去して装着者を保護することができる。全面ガスマスクはまた、目および顔の他の脆弱な軟組織を覆うことができる。いくつかのマスクは、フェイスピースに直接取り付けられた1つまたは複数のキャニスタを有することができるが、他のものは、ホースによりフェイスピースに接続されたキャニスタを有する。
【００３２】
ガスマスクキャニスタまたは呼吸保護装置のための残存サービス指示システムの実施形態は、化学的な収着剤キャニスタ、化学的な収着剤キャニスタを受け入れることのできるガスマスクを備える。ガスマスクは、通信モジュールと通信できる中央処理装置と、中央処理装置と通信する化学的な濃度センサと、中央処理装置と通信する空気流量センサとを備えることができる。
【００３３】
中央処理装置の実施形態は、化学的な濃度センサおよび空気流量センサの出力から、化学的な収着剤キャニスタに入るターゲット化合物の量を推定することができる。中央処理装置は、センサからの入力に基づいて、ターゲット化合物の量を推定することができる。化学的な濃度センサは、採取された空気中の少なくとも1つの化合物の濃度を測定し、その濃度を中央処理装置に伝達することができる。同様に、空気流量センサは、キャニスタを通る空気流量を測定し、かつ空気流量を中央処理装置に伝達することができる。この情報から、中央処理装置は、キャニスタを通過し、キャニスタに吸着もしくは吸収された少なくとも1つの化合物の合計量を計算することができる。少なくとも1つの化合物の合計量は、時間に対して空気流量で乗算された化学的濃度の曲線の下の面積を積分することにより計算することができる。中央処理装置は、次いで、これらの化合物に関するキャニスタの合計容量から、キャニスタを実際に通過した合計量を減算することにより、キャニスタの残存容量を計算することができる。計算の精度は、センサの精度、センサにより生成されたデータ量、ならびにメモリおよび中央処理装置の制限の影響を受ける。
【００３４】
各キャニスタは、キャニスタ中の収着剤のタイプ、キャニスタ中の収着剤の合計量、キャニスタを通過する化合物の合計量、キャニスタの元の製造日、ならびにキャニスタの保管および使用の環境条件を含むいくつかの因子に基づく有効寿命を有する。キャニスタの実施形態は、近似的な残存有効寿命を記憶し、かつ外部装置に報告できるコンピュータ記憶装置を有し、またキャニスタの過度の使用、および空気で運ばれる有毒物質の破過によりガスマスクの装着者が曝される可能性を阻止する。したがって、化学的な収着剤キャニスタの特定の実施形態は、キャニスタに含まれる化学的な収着剤と、データを記憶し、デジタルのキャニスタ情報を通信できるコンピュータメモリ記憶装置と、外部の処理装置と通信できる通信モジュールとを備えることができる。デジタルのキャニスタ情報は、これだけに限らないが、例えば、キャニスタ識別、収着剤物質に吸収もしくは吸着されうる特定の化合物、キャニスタの初期容量、およびキャニスタの残存有効寿命を含むことができる。特定の残存有効寿命において、キャニスタが収着剤容量が消耗している可能性があり、新しいキャニスタか、あるいはまだ十分な残存有効寿命容量を有するキャニスタに変えるべきであるとの指示または警告が行われる。
【００３５】
実施形態は、容器と、容器に含まれる化学的な収着剤と、情報を記憶し、伝達できるデジタルメモリ記憶装置とを備える、呼吸保護装置と共に使用されるキャニスタを含む。本明細書で使用される場合、「キャニスタ」は、収着剤呼吸保護媒体を含むキャニスタ、カートリッジ、または他の装置を意味する。キャニスタは、コンピュータメモリ記憶装置と通信する無線周波数識別ユニットを備えることができる。
【００３６】
キャニスタ
キャニスタは、収着剤物質、フィルタ媒体、または他の呼吸保護物質を含む。空気で運ばれる有毒物質は、空気が吸入され、キャニスタを通して吸引されたとき、キャニスタ内の収着剤物質、フィルタ媒体、または他の呼吸保護物質に吸着されうる。吸収または収着は、化合物が本体または基板の中に吸引されるプロセスのことであり、吸着は、表面上に物質が付着するプロセスのことである。吸収プロセスは、引力電荷により働くことができ、例えば、ターゲット微粒子が正に帯電している場合、負に帯電した基板を使用する。吸収媒体用の基板の例は、活性炭およびゼオライトを含む。活性炭は、空気から様々な汚染物質の吸着を行うためのその極めて大きな表面積により、ガスマスクの一般的な構成要素である。汚染物質は、カーボンと反応することはないが、細孔中に吸着される、またはカーボン上の官能基化された(functionalized)部位と反応することができる。
【００３７】
収着媒体は、概して、物理的な吸着、反応性物質、または活性部位を備える。活性部位は、様々な特性を示す官能基を含むことができ、また様々な化合物を吸収するために使用することができる。したがって、媒体を、特定の毒性のある群、物質、または物質のクラスに合わせることができる。例えば、反応物質が媒体と接触すると、媒体は反応物質に付着し、空気流からその物質を取り除くようにする。
【００３８】
しかし、キャニスタ中の収着媒体により提供される保護は、使用することによって消耗されることになる。フィルタは詰まることになり、吸収用の基板はその容量に達し、また反応フィルタは、反応性の官能基が尽きてしまう。キャニスタを備えるガスマスクのユーザは、限られた時間に保護を有するに過ぎず、マスク中のキャニスタを交換しなくてはならない。
【００３９】
中央処理装置
ガスマスクおよび/またはキャニスタは、キャニスタの残存有効寿命を計算できる中央処理装置を備え、かつさらなる化合物を吸収もしくは吸着するためのキャニスタ容量が減少すると、警告を発することができる。本明細書で使用される場合、中央処理装置(CPU)は、コンピュータプログラムの命令を実施し、かつシステムの基本的な算術的、論理的、および入/出力演算を行うコンピュータシステムの一部分である。中央処理装置という用語はまた、分散された処理システムと複数の中央処理装置の両方を含む。
【００４０】
残存有効寿命指示システムの実施形態は、所与の時間期間にわたる空気流量を積分し、積分された空気流量を、同じ所与の時間期間に対する濃度の積分されたデータに乗算し、それにより、この時間期間の空気流量により運ばれた汚染物質の合計量を計算することができる中央処理装置(CPU)など、電子的手段を備える。残存有効寿命システムの実施形態は、呼吸保護キャニスタを通る空気流量を測定するために配置された空気流量センサと、ガスマスクの周囲にある空気中の化合物の濃度を近似できる化学的な濃度センサとを備える。これらのセンサからの入力を用いて、中央処理装置は、所与の時間に、カートリッジ/キャニスタを通る空気流量によって、通過した汚染物質の近似的な合計量を計算することができる。システム、ガスマスク、容器、および方法は、カートリッジ/キャニスタに対する実際の負荷を近似するための第1の手法を提供する。キャニスタに対するこの負荷は、呼吸保護システムのユーザに警告信号を送るために使用することができる。警告信号の実施形態は、警告信号を生成するための視覚的、可聴的、かつ/または触覚的装置を含むことができる。
【００４１】
残存有効寿命指示システムの実施形態は、大部分の一般的な場合に対して満足すべきデータ、および信頼性のある情報を提供することができる。残存有効寿命指示システムのこのような実施形態は、呼吸保護を行うために、残存キャニスタ容量の信頼性のある警告を提供することができる。残存有効寿命指示システムは、キャニスタ保護容量がほとんど使い果たされたことの指示を提供し、かつユーザにキャニスタを交換するように警告することができる。
【００４２】
キャニスタ内の収着剤物質に対する合計負荷、および収着剤の残存有効寿命を求める一方法が、以下で提供される。中央処理装置は、濃度センサから出力された濃度値、および空気流量センサからの空気流量値から、任意の経過した時間期間に対して空気で運ばれた汚染物質の合計量を推定することができる。このデータをさらに積分することができ、任意の経過した時間期間に対してシステムを通過した汚染物質の合計量が得られることになる。
M=Cdc/dtXFdf/dt     (1)
式中、
M - (mg)で表した汚染物質の質量
C - (mg/m3)で表した濃度
F - 1分当たりのリットル(LPM)で表した空気流量
dc/dt - 時間に対する濃度の関数
df/dt - 時間に対する空気流量の関数
t - 時間(分)
式(1)は、2つのパラメータCおよびFに対して平均された値を導入することにより簡単化することができる。
M=C.F.T         (2)
式中、
M - カートリッジに捕集された合計質量
T - 経過時間(分)
【００４３】
残存有効寿命指示システムのさらなる実施形態は、湿度、温度、および大気圧に対する、吸着された汚染物質の質量計算のための補償係数を含むことができる。
M=C.F.T.Kt.Kr.Kp     (3)
式中、
Kt - 所与の吸着剤に対する特有の温度補正係数
Kr - 所与の吸着剤に対する特有の相対湿度補正係数
Kp - 大気圧に対する補正係数
【００４４】
温度および相対湿度に対する補正係数は、近似することができるが、あるいはキャニスタの製造者により提供され得る。圧力(緯度)に対する補正係数Kpは、例えば、次のようにすることができる。
【００４５】
【数１】
2013537812.tif 000003
【００４６】
残存有効寿命指示システムの実施形態は、以下の構成要素のすべて、または一部を備えることができる。
【００４７】
ターゲット汚染物質の周囲の濃度に関する情報を提供できるセンサ装置。
【００４８】
これらの2つのパラメータに基づいて、すなわち、本発明の第3の重要な部分である濃度および空気流量に基づいて、CPUは、任意の瞬間における質量流量(m*)を計算することができ、また所与の瞬間の合計時間を有する合計の捕集された質量(M)ならびに合計の暴露量を積分してppm.h(parts per million hour)またはmg/m3.hrで示すことができる。これらのデータは、後に適切な表示でさらに示すことができる。
【００４９】
警告インジケータ
転送された後、進行している暴露量に関する情報は、合計容量の75〜80%の事前設定レベルで、カートリッジ/キャニスタの所定容量に関する情報と比較される。CPUは、3つの異なる警報手段、すなわち、視覚、音響、および振動で警報信号を生成する。これらの信号は、本発明の第4の部分、すなわち、警告/警報信号システムに転送される。視覚的な警告は、LED(発光ダイオード)により提供すべきであり、オレンジ色が75%の瞬間で示唆し、赤色が80%を超える瞬間を示唆する。同じ赤色LEDは、収着タイプの機器の限度(汚染物質の容積で2%)を超える濃度に対して警告すべきである。音響警告装置は、少なくとも85dbの強度を有し、75%および80%の消耗に対してそれぞれ、短い(例えば、0.1から1秒の)インパルス、および長い(例えば、2から5秒の)インパルスを与えるべきである。80%で、ガスマスクの組込み式振動システムはまた、このレベルに対して警告すべきである。第1の信号の後、また第2の信号の後であっても、カートリッジは、ユーザが汚染されたゾーンを出て、キャニスタ/カートリッジを安全に交換する必要のある何らかの時間期間の間、ユーザを安全な状態に保つのに十分な容量を有するべきである。CPUシェルは、内部の電子クロックを組み込み、それにより、パラメータが実時間で変化したときセンサから受け取ったすべての信号を統合することができる。
【００５０】
人工呼吸器CPUシェルは、認定された装置と通信するためのリンク装置を組み込む。このような装置は、プログラミング手段、副次的な(side)問い合わせおよび検査装置、および作業フィールドにいるユーザを追跡できるようにする遠隔に存在する受信装置を含む。本技術は、ハードワイヤード、赤外線、無線周波数、ブルートゥースとすることもできる。
【００５１】
メモリ
容器の実施形態では、デジタルメモリ記憶装置は、中央処理装置などのデジタル処理装置により書き込まれ、かつ読み取ることができる。本明細書で使用される場合、コンピュータメモリは、コンピュータ、または他のデジタル電子装置で使用するための一時的、または恒久的に、プログラムおよび/またはデータを記憶するために使用される物理的な装置を指す。コンピュータメモリ記憶装置は、RAM、DRAM、SRAM、テープ、磁気ディスク、光ディスク、フラッシュメモリ、コンパクトディスク、DVD、および/またはアドレス指定可能な半導体メモリのうちの少なくとも1つとすることができる。メモリの一部は、これだけに限らないが、例えば、キャニスタ識別、キャニスタ中の化学的な収着剤、化学的な収着剤に吸収もしくは吸着できる化合物、キャニスタ中の化学的な収着剤の量、化学的な収着剤の概略の容量、特定のターゲット化合物に対する化学的な収着剤の容量、キャニスタの製造日、および/またはキャニスタ有効期限日など、より恒久的なキャニスタまたはガスマスクに関する情報を記憶するための読出し専用メモリとすることができる。他のデジタルメモリは、読取り/書込みメモリとすることができる。「メモリ」という用語は、コンピュータおよび他のデジタル電子装置で、例えば、主メモリとして使用されるが、他の目的でも使用される、アドレス指定可能な半導体メモリ、すなわち、シリコンベースのトランジスタからなる集積回路としばしば関連付けられる。
【００５２】
コンピュータメモリ記憶装置は、これだけに限らないが、キャニスタ識別インジケータ、初期の収着剤容量、および化学的な収着剤の残存収着剤容量を含むキャニスタ情報を記憶することができる。ガスマスクは、第2のコンピュータメモリ記憶装置をさらに備えることができ、第2のコンピュータメモリ記憶装置は、これだけに限らないが、キャニスタ識別インジケータ、初期の収着剤容量、および化学的な収着剤の残存収着剤容量を含むさらなるキャニスタ情報を記憶することができる。
【００５３】
他の実施形態では、キャニスタ情報の少なくとも一部は、外部のコンピュータメモリ装置に記憶することができる。このような実施形態では、中央処理装置は、少なくともキャニスタの残存有効寿命容量を記憶するために、WiFi（登録商標）ネットワークを介して外部のコンピュータネットワークに通信することができる。このような実施形態では、同じガスマスクでキャニスタの容量全体を使用することが有利になりうる。
【００５４】
化学的な濃度センサ
センサは、多くの環境監視システムに不可欠なものである。人工呼吸器がその装着者を保護するために使用される様々な化学的汚染物質のための従来の電子的、または光学的電子センサが存在する。さらに、様々なクラスの汚染物質に対する様々な金属酸化物センサがある。これらのタイプのセンサおよび何らかの他のセンサは共に、任意の時間にその周囲の濃度に関するデータを電子的に電子処理装置へと送ることができる。
【００５５】
化学的な濃度センサの任意のタイプもしくはモデルを、システムの実施形態で使用することができる。好ましいセンサは、望ましい感度、範囲経過時間(反応時間)を有し、かつ周囲の温度および湿度に依存しない濃度を提供する。いくつかの実施形態では、センサの感度はPEL(許容暴露限界)、すなわち、TWA(時間加重平均)またはTLV(許容濃度)に至るまでの濃度を含むべきであり、反応時間は、1分未満の短さにすべきであり、かつ/またはセンサ出力は、相対湿度および温度に依存しない必要があるが、あるいはセンサもしくは中央処理装置が、これらのパラメータに対して電子的補正を行うことができる。
【００５６】
センサの出力は、直接的に、または間接的に中央処理装置へと伝達されるべきである。信号は、センサおよび中央処理装置のインターフェースに応じてアナログまたはデジタルとすることができる。センサは、特定の汚染物質に関する情報を受け入れ、かつ送信できるべきである。中央処理装置は、センサからの情報を処理し、較正データから濃度を求めることができる。
【００５７】
中央処理装置はまた、化学的な濃度センサの出力が、呼吸保護システムで現在使用されている収着タイプの機器に対して確立された(かつ強制される)規定の限度を化合物の周囲濃度が超えているという信号を送る場合には、さらなる警告を生成することもできる。さらなる実施形態では、センサは、異なるターゲット汚染物質に対して互換性がありうる。さらに、濃度センサは、使い捨てにすることができ、またキャニスタ上に取外し可能に取り付けることができる。濃度センサは、特定のキャニスタに適用可能であり、一緒に販売することができる。他の実施形態では、濃度センサは、再使用可能にすることもできる。
【００５８】
空気流量センサ
従来の動的な流量センサは、任意の時間にカートリッジ/キャニスタを通る空気流量を推定することができ、任意の所与の瞬間の空気流量に関するデータを中央処理装置に伝達する。空気センサは、カートリッジ/キャニスタ入口の前部に、空気流の経路中に、または呼吸保護システムの空気出口に取り付けることができる。空気流量センサは、キャニスタを通る空気流量に関する情報を提供し、かつデジタルまたはアナログ信号を中央処理装置に送信することができる。通常、空気流量センサは、体積流量を求めるために、知られた横断面積を用いてチャネルを通る平均の空気速度を求めることにより機能する。空気流量センサは、体積流量が空気と同様の密度を有するものと仮定して、体積流量を質量流量速度へと変換することができる。他の実施形態では、空気流量センサの出力を、これだけに限らないが、温度、相対湿度、および/または大気圧など、周囲条件に対して補正することができる。
【００５９】
空気流速度または体積を測定するための様々な従来の空気流量センサがある。例示のために、それらのうちの2つが示されている(ただし、本発明は、これらの2つのタイプだけに限定されない)。最初のタイプは、光学的-電気機械的なものであり、図4-Aで示されるように、羽根またはタービンタイプの流速計によく関連するものとして示されている。このようなセンサは、プロペラもしくはファン26、および好ましくは同じ本体外被に取り付けられる発光/受光用フォトレジスタ22、またはLED光源およびフォトセルを有し、プロペラの羽根からの光の反射もしくは光の出現をカウントするように結合される。反射光は脈動し、これらの反射または出現の数(計数)は、空気流量に直接比例する周波数を備える。脈動する電流としての電気信号は、接続プラグ24を有するケーブル、または無線で、中央処理装置に提供することができる。
【００６０】
他のタイプの空気流量センサは、温度-流速計タイプの空気流量センサおよび温度センサである。複数の温度センサ、サーミスタ23が、空気流量の最も等化な横断面に対称的に配置される。
【００６１】
環境センサ
これだけに限らないが、温度、相対湿度、および大気圧などの周囲条件はまた、任意選択で、センサによって測定され、システム中の中央処理装置または他のセンサに伝達することができる。これらの環境センサは、キャニスタ、ガスマスク、または呼吸システムの外部に位置することができる。周囲温度、相対湿度、および大気圧は、収着剤媒体の吸収および吸着容量に影響を与える可能性があり、またキャニスタを通過する化合物の合計量を求める計算に影響するおそれがある。空気流量および化学的な濃度など、センサから出力される情報は、カートリッジ/キャニスタ中の所与の収着剤に特有のこのようなセンサの出力で補正することができる。
【００６２】
例えば、85%の相対湿度(RH)を超える場合、最良であり、最も広く使用される収着剤の1つである木炭の容量は大幅に減少する。収着剤の容量はまた、いくつかの場合には高温で減少する可能性がある。いくつかの実施形態では、キャニスタのコンピュータ記憶装置は、容器中の収着剤に対する補正係数を含むことになる。温度、相対湿度、大気圧、および/または他の環境要因に対する補正係数は、特定クラスの汚染物質に対して使用される特定のキャニスタに関する較正および容量情報と共に、中央処理装置へと伝達される。環境センサからの出力は、キャニスタの残存有効寿命を推定し、かつ報告するために適切な補正係数を生成するように、CPUに伝達されうる。
【００６３】
酸素センサ
任意選択で、キャニスタ、ガスマスク、呼吸保護システム、および残存有効寿命システムは、酸素センサを備えることができる。酸素センサは、酸素濃度が、安全ではない濃度に向けて低下する場合、酸素濃度を中央処理装置に伝達して警告を出すことができる。
【００６４】
残存有効寿命システムの実施形態では、センサは、連続的な出力または信号を中央処理装置に提供することができる。他の実施形態では、1つまたは複数のセンサは、断続的な出力または信号を中央処理装置に提供することができる。断続的な信号は、これだけに限らないが、例えば、30秒ごとに、毎分、5分ごとになど、規則的な間隔で中央処理装置に送ることができる。さらに他の実施形態では、少なくとも1つのセンサは、一定の閾値に達しない限り、中央処理装置に何も出力を送らないこともありうる。
【００６５】
通信
残存有効寿命指示システムの実施形態では、キャニスタは、消費されたキャニスタ中の収着剤の量、および/またはまだ利用できる収着剤の残存有効寿命容量の指示でキャニスタにラベル付けできる、コンピュータ記憶装置のデータベースエントリ、または他のデータストレージなどの記憶装置を備えることができる。残存有効寿命指示システムの実施形態では、ガスマスクは、キャニスタ上のコンピュータ記憶装置と通信できる中央処理装置を備える。中央処理装置は、コンピュータ記憶装置と通信して、キャニスタが前に使用されていると「ラベル付け」し、かつ残存有効寿命の指示を行うことができる。このように、キャニスタは、その有効寿命中は、複数のガスマスクで使用されて、残存有効寿命の指示をなお維持することができ、次いで、さらなる使用に基づいてさらに更新することができる。
【００６６】
中央処理装置は、任意の通信手段によりコンピュータ記憶装置と通信することができる。例えば、中央処理装置は、有線接続により、通信モジュールを介して記憶装置と通信することができる。キャニスタおよびガスマスクは、例えば、プラグアンドソケット接続、または任意の他の有線接続を備えることができる。
【００６７】
さらなる実施形態では、呼吸保護装置のための残存有効寿命指示システムは、無線接続により、記憶装置の通信モジュールと通信できる中央処理装置を備えることができる。無線接続は、例えば、無線周波数識別ユニット、ブルートゥース接続、WiFi（登録商標）接続、または他の無線通信とすることができる。通信が無線周波数識別ユニットによる実施形態では、無線周波数識別ユニットは、能動的な無線周波数識別ユニットまたは受動的な無線周波数識別ユニットの一方とすることができる。
【００６８】
キャニスタ上のコンピュータ記憶装置は、外部の中央処理装置または他のデジタル処理装置に、記憶した情報を報告することができる。本発明の不可分の部分は、メモリ、すなわち、カートリッジ/キャニスタの容量に対する較正データを収集し、かつ記憶するCPUのランダムアクセスメモリ(RAMタイプ)である。CPU(メモリ)は、これらのデータのライブラリを保持することができ、任意の新しいタイプのカートリッジ/キャニスタ、または任意の新しい用途、すなわち新しい汚染物質に対する新しいデータの導入を可能にすべきである。この重要なデータは、ケーブルコネクタ、光学的なバーコードリーダを用いるバーコード化された情報、キーカード、コード化された電気接点(形状による)を介して、またはCPUユニットの一部としてのRFID通信器によりCPUに移送される。任意の新しく接続されたキャニスタ/カートリッジに対するデータは、前述の方法の1つにより導入されるべきである。
【００６９】
データが、カートリッジ/キャニスタの表面または内側に取り付けられたRFIDユニットに記憶される場合、システムのCPUは、RFIDに対して、すべての範囲の初期データに関して問い合わせを行い、またすべての経過時間にわたる最近の情報をRFIDに伝える。RFIDユニットのメモリは、必ずしも大きいものである必要はなく、このユニットのコストは非常にわずかなものとすべきであり、RFIDを使い捨てできるようにする、またはRFIDユニットを相互に交換可能にし、かつ再プログラム可能にすべきである。
【００７０】
この情報を導入する方法は、汚染物質に対する容量のライブラリとしてメモリに記憶できる、特定の汚染物質に対する較正曲線に関する完全なデータをCPUが使用できるようにすべきである。このようなライブラリの容量に必要なボリュームは、比較的に低く、キロビットの単位であると予想される。
【００７１】
カートリッジ/キャニスタの較正、温度に対する補正係数、相対湿度、および大気圧に関するデータは、以下の様々な方法で導入することができる。
・バーコードで、すなわち、可搬型のリーダが、外側のカートリッジ表面に直接取り付けられたバーコードを読み取り、データをCPUに転送する、
・電気的なカギで、すなわち、そのメモリにすでに導入された特定の較正モードにCPUを切り換えるようにする特別な方式による電気的接点を構成するもの。電気的なカギは、フェイスピースのソケットに取り付けられたカートリッジの表面に直接取り付けることができる、
・無線で、すなわち、カートリッジ/キャニスタの表面上に組み込まれた、または取り付けられた無線周波数識別(RFID)を使用し、システムのCPUと適切な手段で通信する。
【００７２】
RFIDは、以下のものに関する情報を含むことができる。
機器のタイプ、すなわち、キャニスタ、カートリッジ、フィルタ、または組合せ、
製造者の名前/シリアル番号、
部品番号、
製造日、
85%容量および100%容量に吸着された、要求クラスの汚染物質のmgで表した容量、
必要に応じて様々な濃度における破過の時点、
温度補正係数、
相対湿度補正係数、
圧力/標高補正係数、
警報設定点、および
有効期限日。
【００７３】
導入された(ガスマスク上に取り付けられた)後、RFIDはさらに、以下のものでロードすることができる。
ターゲットとする被検化合物の名前、
各使用期間に対して、使用に供した日付および開始時間、経過時間の終了、およびこのセッション中に充填された汚染物質の合計質量M、
購入者の部品番号の識別子(designator)、
開始周囲条件における残存有効寿命、
認定された装置とだけ通信を可能にするパスワードまたはコード、および
他の特有の情報。
【００７４】
RFIDは、このデータをCPUと双方向で通信し、したがって、そのデータは、
可搬型の組込みディスプレイ、
CPUと通信する別個のディスプレイ、および
マスクに組み込まれたマイクロディスプレイ
上で任意の瞬間に取出し、かつ表示することができる。
【００７５】
人工呼吸器を通る空気流により渡される汚染物質の合計質量に関するデータが得られた後、そのデータを、予備的な較正調査中に確立されたこのようなカートリッジ/キャニスタの実際の容量データと比較することができる。
【００７６】
人工呼吸器のRFIDチップは、ボタンまたは組込み式の圧力センサスイッチにより開始時間が知らされ、すべての使用時間中で活動化された状態にあり、関連する情報をCPUから受け取って、それをメモリに記憶することになる。
【００７７】
RFIDチップはすべての使用経過時間にわたり通信を継続しているので、CPUは、この時間の終りに、これだけに限らないが、
(a)カートリッジ/キャニスタ、またはフィルタに取り込まれた汚染物質の合計質量M
(b)初期の%として残存寿命
(c)経過時間中のすべての周囲条件に関するデータ
を含む、経過した時間期間にわたるすべての情報をコピーし、RFIDのメモリへと転送する。
【００７８】
各新規の使用の後、またはカートリッジを最終的に他のガスマスクに移した後、CPUは、RFIDに問い合わせを行い、情報を受け入れ、かつ新しく受けた暴露を旧データに統合し、カートリッジ/キャニスタのすべての前の使用量に対する記録をRFIDに保持し、最終的に、カートリッジが使用されていない長い期間中に、可能性のある汚染物質の「徐々の進行(creeping)」を推定する。
【００７９】
通信モジュールおよびコンピュータメモリ記憶装置の実施形態は、無線周波数識別ユニットの一部である。
【００８０】
残存有効寿命指示システムの実施形態が、図1-Aおよび図1-Bで示されている。図1-Aおよび図1-Bは、マスクの両側にある2つのキャニスタを収容することができる半面ガスマスク組立体10を示している(明確化のために、一方の側だけが図で示されている)。図1-Aで示すように、濃度センサ40を、空気流量センサ20と共にガスキャニスタ/カートリッジ30の入口に取り付けることができる。他の実施形態では、技術的に、かつ便宜上、濃度センサ40を、図1-Bで示すように、マスク14に取り付けることができる。濃度センサは、図1-Bで示すように、キャニスタの空気入口に対して近接して配置することができる。濃度センサ40は、マスクのさらに離れた領域に、またはマスク以外に組み立てることができるが、ガスマスクが使用されている領域の周囲条件を測定し、キャニスタ30中の収着剤に対する負荷を計算するために中央処理装置に報告する。さらなる実施形態は、図で示されていないが、センサ40は、肩の上に、肩の前部に、衣服の折り襟部に、帽子の縁部に、ならびにユーザ上のどこかに、あるいはユーザの近傍に配置することができる。濃度センサ40からの信号は、対象とする汚染物質の周囲濃度を連続的に監視するための基礎として使用することができる。センサ40からの信号はまた、別個に処理して、システムの中央処理装置からの出力、またはセンサからの直接的な出力から、視覚的に観察するのに便利な場所で、例えば、LCD(液晶ディスプレイ)などの画面に表示することができる。特定の場合では、センサ40は、既存のガス分析装置-モニタの一部とすることができ、このようなセンサの場合、連続する監視データを有線または無線通信を介してマスクのCPUに送達することができる。
【００８１】
図1-Aおよび1-Bで示す実施形態では、RFIDユニット60は、カートリッジ/キャニスタ30の表面に取り付けられる。他の実施形態では、RFIDユニットまたは他の通信装置は、キャニスタの内部に配置することができる。
【００８２】
警告指示ライト50が、図1-Aで示すように、通常、マスクの上側前部に、また図1-Bでは、目の近くに2つの対称的なライトを、ユーザに見える領域に配置することができる。残存有効寿命指示システムの実施形態はまた、振動指示手段52を備えることもできる。
【００８３】
キャニスタが、可撓性のある流体流れ接続でフェイスピースに接続され、そのキャニスタが、ユーザのベルトまたは背中に配置される場合、空気流量センサ20の配置は、キャニスタの入口で、または図3で示すフェイスピースの入口で同様の精度および信頼性を有することができる。濃度センサ40の配置も同様の位置とすることができる。図1-Aおよび図1-Bで示されたセンサ20およびセンサ40の2つの好ましい位置は、よい点と悪い点がある。入口部分に空気流量センサ20を配置することは、収着剤ベッドの前部と、一方向吸引弁(概略図に示していない逆止め弁)との間の無駄容積を非常に小さく保つ利点を有する。カートリッジの出口側に空気速度感知器具20を配置することは、センサが、何らかの活性ガス、浮遊粉塵、ほこりなどにより汚染される可能性が低くなる利点を有するが、無駄容積が多少大きくなる可能性がある。
【００８４】
図2でカートリッジ/キャニスタ30-Lおよび30-Rの実施形態が示されており、フェイスマスクにおけるセンサ20および40の配置を示している。警告信号ライト50および振動手段52を、マスクの一方、または両側に配置することができる。例えば、フェイスマスクの外側表面に発光ダイオード50、またフェイスピース14の内側表面に振動手段52(図1で示す)がある。図1-Aおよび1-Bの実施形態では、振動装置52がマスクの内側に、かつ頬の敏感な点の近傍に配置され、したがって、警告指示を容易に感知することができる。
【００８５】
図3で示された実施形態は、コネクタホースを備えたキャニスタ30の使用を示している。このような実施形態では、キャニスタの配置は、ユーザの背中、ベルトの側面、または特殊なホルスタ(ここには図示せず)内とすることができる。空気流量センサ20は、フェイスピースの入口部に直接配置され、中央処理装置に電気的に、または無線で接続することができる。濃度センサ40は、マスクのよく見える前部に、2つの警告ライト50により囲まれた、マスクの鼻部分の前に配置することができる。音響および振動手段52は、マスクの内側に配置することができ、頬の皮膚の敏感な点の近傍に配置することが好ましい。
【００８６】
図4-Bで、温度-流速計タイプの空気流量センサが示されている。3つの温度センサ、サーミスタ23が、空気流量の最も等化な横断面に対称的に配置されている。他のセンサは、ホイートストンブリッジで結合され、中央のビームサポート28に取り付けられる。図4-Bで示すセンサおよび図4-Aで示すファンの羽根26の寸法は、空気流量に対して1〜3%を超える影響を与えるべきではない。
【００８７】
図5は、超小形電子装置および/または中央処理装置、ならびに好ましくは再充電可能な電池77であるその電源の可能な配置を示すフェイスピースの横断面図を示している。電源の消耗は、警告インジケータ上で指示することができ、例えば、低い電池状態は、警告ライトの高い頻度のフラッシュで、例えば、2つの連続して続く0.5秒間隔で0.5秒持続するオレンジ色のフラッシュ(例えば、5分ごとに)とすることができる。
【００８８】
電池は使用開始(シフト)時に十分に充電され、検査されるべきである。電池の使用開始時に、中央処理装置が完全な作業シフト未満の電池寿命を示している場合、残存有効寿命システムは、警告信号を生成することができ、電池を新たに充電したものと交換する必要がある。
【００８９】
キャニスタ/カートリッジの有効寿命の終了時に、または濃度が一定の閾値の消耗(80〜85%)を超えた場合、赤色の警告ライトが、0.5分間隔より短い間隔でフラッシュを開始すべきである。これは、ユーザにカートリッジ/キャニスタを交換する必要性を知らせることになる。有毒な汚染物質の周囲濃度が、周囲空気の2%など、プログラムされた閾値を超えた場合、施行された安全規則に従って、システムは差し迫った危険を警告する。
【００９０】
アクティブタイプの残存有効寿命システム伝達システムの実施形態の機能的な概略図が図6で示されており、そこでは、中央処理装置と警告装置、すなわち、視覚的な信号装置50(オレンジおよび赤色LED)、振動/触覚装置52、可聴警告装置54との相互接続、ならびにすべてのセンサとの相互接続と共に、すべての有線および無線相互接続が示されている。CPU装置とRFIDの間の相互接続は無線であり、したがって、CPUは、カートリッジが取り付けられて、圧力スイッチ72がシステムを起動した直後に、交換されたカートリッジに問い合わせることが可能である。
【００９１】
残存有効寿命指示システムの実施形態は、実際の濃度、実際の呼吸する空気流量容積、および暴露の実際の時間を測定し、したがって、システムは、カートリッジ/キャニスタの残存寿命を推定することができる。さらなる実施形態は、温度および相対湿度の影響を補正するシステムを含むことができる。さらなる実施形態は、中央処理装置と通信して、前の暴露量、および残存寿命容量を記憶し、かつ記録する、キャニスタ上にRFIDを備える残存有効寿命指示システムを含む。カートリッジ/キャニスタは、したがって、相互に交換することができ、また新しいカートリッジ/キャニスタは、そのメモリにアクセスすることができ、かつ新しいキャニスタの残存寿命容量を報告して、キャニスタの効率的な使用を可能にし、かつ装着者に対する有効な保護をさらに提供できるようにする。
【００９２】
第4の特徴は、システムは、酸素レベルと汚染物質の濃度を同時に測定し、これらの2つの安全パラメータに関する安全規格から何らかの逸脱がある場合、3つの明確な方法でユーザに警告することである。
【００９３】
第5の特徴は、システムは、任意のセンサからのすべてのデータ、すなわち、RH、T、瞬間的な濃度、残存安全時間などをさらに視覚化できることである。
【００９４】
前述の呼吸保護システム、ガスマスク、およびキャニスタの実施形態は、本明細書で開示された特定の実施形態、構成要素、方法ステップ、および材料に限定されることはなく、このような構成要素、プロセスステップ、および材料は変わる可能性がある。さらに、本明細書で使用される用語は、例示的な実施形態を述べるために使用されるに過ぎず、本発明の様々な実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲、およびその均等な形態によってのみ限定されるため、その用語は限定することを意図していない。
【００９５】
したがって、本発明の実施形態は、例示的な実施形態を参照して述べられているが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲に含まれる変形および修正を行うことができることが理解されよう。したがって、本発明の様々な実施形態の範囲は、上記で論じた諸実施形態に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲およびすべての均等な形態によってのみ定義されるべきである。
【符号の説明】
【００９６】
10  ガスマスク組立体
14  マスク、フェイスピース
20  空気流量センサ、空気速度感知器具
22  フォトレジスタ
23  サーミスタ
24  接続プラグ
26  ファン、ファンの羽根
28  中心のビームサポート
30  キャニスタ、キャニスタ/カートリッジ
30R  入口側キャニスタ/カートリッジ
30L  出口側キャニスタ/カートリッジ
40  濃度センサ
50  警告指示ライト、警告信号ライト、発光ダイオード、視覚的な信号装置
52  振動指示手段、振動/触覚装置
54  可聴警告装置
60  RFIDユニット
72  圧力スイッチ
77  再充電可能な電池
【図１−Ａ】
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【図１−Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４−Ａ】
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【図４−Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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