JP6499593B2 - ダイバー用閉回路呼吸システム - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は，限定するものではないが潜水するために設計された，特に閉回路における二酸化炭素吸着リサイクラに関する。

自給式ダイビングスーツを装着して潜水する際，ダイバーは，高圧でガスを貯蔵しているシリンダから，減圧器を介して周囲圧力でダイバーに供給される空気又はガス混合体を呼吸する。吐出された混合体は水中に排出される。しかし，ダイバーは空気又は混合体中に存在するわずかな酸素を消費するだけであり，消費されない酸素は水中に排出される。従ってこのシステムでは，潜水の継続時間が制限される。更に，泡の形成は一部の用途では許容できないものである。

閉回路呼吸装置は吐出された混合体が通過するカートリッジを備え，これは石灰等の材料を含み，不可逆反応中に二酸化炭素ガスを捕捉する。カートリッジが大きいためこのシステムはあまり実用的ではなく，このシステムを使用して特に潜水中に炭酸を含む石灰を再生することはできない。本発明は，このシステムの代替手段を提供することを目的とする。

この目的は，少なくとも二酸化炭素を含むガス混合体から二酸化炭素を抽出するためのシステムを開示することにより達成され，該システムは，二酸化炭素を吸着可能な材料を収容する少なくとも１つのリザーバを備え，前記リザーバは前記混合体用の入口と，二酸化炭素の少なくとも一部が削減された混合体用の出口とを設け，前記システムは更に，
‐前記リザーバを加熱するための少なくとも１つの手段と；
‐少なくとも１つの条件が満たされた場合に，前記少なくとも１つのリザーバを加熱するよう設計され，これにより，対応する前記リザーバ内に含まれる前記材料中で二酸化炭素の脱離を引き起こす少なくとも１つの電子制御回路とを備えてもよい。

本発明は，ゼオライト，活性炭素等の，不可逆反応中に二酸化炭素を吸着する材料の使用に基づく。この材料は，例えば電気抵抗である加熱手段を備えたリザーバに収容される。本システムは，バッテリ等の電気的エネルギを保存する手段，及び条件が満たされた場合にリザーバを加熱することにより材料の再生を引き起こす電子制御回路も備える。吸着反応が不可逆的であるため，二酸化炭素は材料から分離されて排気され，材料を再利用できる。

利点は以下の通りである：
‐体積の削減，従って潜水のための補償用ウェイトの削減（石灰カートリッジは大きいため）；
‐使用する毎に石灰を交換する必要がなくなること（再生が不可能である場合，及び石灰の使用率に関する信頼できる基準が無い場合は，カートリッジの内容物を交換するのが賢明であるため）；
‐石灰は規制により焼却が課されている汚染物質である；
‐後に分かるように，潜水中に材料の再生が可能になり，石灰の場合のように携帯される材料の量によって潜水の継続時間が制限されなくなる。

この文書全体を通して，用語「精製済み混合体」は，二酸化炭素の少なくとも一部が抽出されたガス混合物を意味する。

有利には，各リザーバは混合体入口弁，精製済み混合体出口弁及び二酸化炭素出口弁を備えてもよく，前記電子制御回路は，前記電子制御回路がリザーバを加熱する際に，混合体入口弁及び精製済み混合体出口弁を閉鎖し，二酸化炭素出口弁を開放するよう設計される。

脱離相中，リザーバの混合体入口弁及び精製済み混合体出口弁は閉鎖され，二酸化炭素出口弁だけが開いている。

二酸化炭素がユーザに供給される危険性がないように，二酸化炭素出口は精製済み混合体出口から離間している。

有利には，前記システムはまた，前記システムが設置された環境を特徴付ける少なくとも１つのパラメータを測定する少なくとも１つの手段を備えてもよく，前記条件は少なくとも１つの環境パラメータに該当する。

当然のことながら，前記の条件はユーザによるシステムの起動であってよいが，有利なことに前記システムは例えば環境条件である条件を検出するよう設計でき，前記条件において材料の再生が自動的に開始される。よって前記システムは環境パラメータセンサも備えている。

少なくとも１つの測定手段は例えば，圧力センサ及び／又は水の存在センサを備えてよく，前記条件は場合により圧力及び／又は水の存在に該当する。

圧力及び水の存在を測定することは，「潜水」状況と「水面」状況とを区別するのに役立ち，従ってダイバーが水面に戻ってきた後に再生を自動的に開始するのに役立つ。

有利には，前記システムは，二酸化炭素を吸着できる材料をそれぞれ収容する，第１及び第２のリザーバを備えてよく，各リザーバは混合体入口弁，精製済み混合体出口弁及び二酸化炭素出口弁も備え，また場合により：
‐各リザーバと関連する前記材料を加熱する手段と；
‐電子制御回路とを更に備え，
前記電子制御回路は，各リザーバサイクルが吸着期間と脱離期間とを含むよう設計されており，前記サイクルは，リザーバのうちの一方が吸着中である間，他方が脱離中であるように相が反対になっている。

本実施形態では，上述のように抽出システムは２つのリザーバを備え，前記２つのリザーバはそれぞれ加熱手段，及びシステムが交互に作動することを可能にする電子制御回路を備え：第１及び第２のリザーバは各々，吸着期間及び脱離期間を含むサイクルで作動し，これらのサイクルは相が反対であり，これにより，常に一方のリザーバだけが加熱中で，よって脱離中であり，他方は吸着中で，よって呼吸に使用されることができる。これにより，抽出システムが連続的に作動できるようになる。２つのリザーバが「新たな」材料を含む潜水の開始時と，システムにより一方のリザーバの材料が再生可能であり，その間は他方が機能しない潜水の終了時とを除き，全ての場合において，加熱されておらず吸着中である１つのリザーバと，加熱されて脱離中である１つのリザーバとが存在する。

一実施形態では，抽出システムは時計を備えてもよく，継続時間条件が満たされた場合，期間が変更される。

この場合，切換え，即ち吸着期間から脱離期間への変更は，時計により制御される。リザーバの加熱継続時間は，このリザーバに収容された材料の量の関数として修正する。

別の実施形態では，システムは少なくとも１つの二酸化炭素ガス濃度センサを備えてもよく，精製済み混合体中の二酸化炭素濃度に関する条件が満たされた場合に，期間の変更が行われる。

この場合，二酸化炭素センサがリザーバからの出口において，精製済み混合体中で事前に決定した閾値よりも高い濃度を測定した場合に，切換えが起こる。システムは，各リザーバからの出口におけるこのようなセンサ，又は現時点で脱離されている二酸化炭素が特定の排出出口を通してリザーバから排気されていることが分かる精製済み混合体回路に搭載された単一センサを備えてもよい。

有利には，第１及び第２のリザーバの吸着期間は重複してよい。

安全性から，ダイバーに呼吸可能な混合体を確実に連続供給させるために，リザーバの吸着期間はわずかに重複してよい。

有利には，前記システムは樹脂ブロックに埋設してよい。

このようにして，電子制御回路及びバッテリは水との接触から保護される。そのバッテリは誘導によって再充電されるタイプのものである。

抽出システムが１つ又は複数のセンサを備える場合，前記１つ又は複数のセンサは，樹脂ブロックの表面と同一平面上に搭載されて樹脂ブロック内に封止されるか（湿気若しくは水分の存在センサ），又はこのブロックに，但し表面に非常に近接して内蔵される（圧力センサ）。

本発明はまた，吸気パイプ及び呼気パイプに取り付けられた呼吸用先端部と，前記吸気パイプに接続された呼吸バッグと，前記呼吸バッグに酸素を導入するための圧縮酸素を収容するシリンダとを備えるダイバー用閉回路呼吸システムに関し，本発明による二酸化炭素抽出システムを備えてよく，その入口は前記呼気パイプに接続され，出口は前記呼吸バッグに接続される。

閉回路呼吸システムは，ダイバーが吐出した混合体を抽出システムへの入口に案内する一次回路と，抽出システムからの出口に接続され，精製済み混合体を呼吸バッグ内に案内する二次回路とを備える。呼吸システムは，呼吸バッグに酸素を放出する圧縮酸素シリンダも備える。ダイバーはこの呼吸バッグから息を吸う。

操作方法は，二酸化炭素抽出システムが１つのリザーバを備えるか，２つのリザーバを備えるかによって異なる。

二酸化炭素抽出システムが１つのリザーバを有する場合，第１の相では，ダイバーは従来の方式で呼吸システムを使用する。第２の相では，リザーバに収容された材料が再生されており，ダイバーは呼吸システムをもはや使用できず，二酸化炭素の脱離の終了まで待たなければならない。

ユーザの要求により，又は条件が満たされた場合（この条件は恐らくダイバーが水面に戻ったときである）に，動作の相が変更される。このようにして，ダイバーが吸着材料の再生の再開を心配する必要がなくなる。

二酸化炭素抽出システムが呼吸回路内に並列に搭載された２つのリザーバを備える場合，これらのリザーバは交互に稼働する。換言すると，ダイバーが吐出した混合体はリザーバを通過し，該リザーバは交互に再生中となるため，一方のリザーバが稼働中である間，他方は再生中である。このようにして，呼吸システムは連続的に作動でき，潜水の継続時間は，二酸化炭素抽出材料の飽和によってよりもむしろバッテリ容量によって制限される。

実施形態及びその変形例を，添付図面を参照して非限定的な例として以下に開示する。

本発明による二酸化炭素抽出システムの概略図。 本発明による二酸化炭素抽出システムの第２の実施形態の概略図。 図２に示す二酸化炭素抽出システムの吸着及び再生サイクルの概略図。 本発明による二酸化炭素抽出システムを使用するダイバーのための閉回路呼吸システムの概略図。

図１は，２つの横方向格子１１と１２との間に保持された，ゼオライト，活性炭素等の，二酸化炭素の吸着能を有する材料２０を収容するリザーバ１０を備えるガス混合体用二酸化炭素抽出システムを概略的に示す（図面では，明確にするために，部分的に充填された断面図で示す）。このリザーバは：
‐モータ駆動式弁３３によって制御される，二酸化炭素を含有した混合体用の入口１３と；
‐モータ駆動式弁３４によって制御され，精製済み混合体用の，換言するとここから二酸化炭素ガスの大部分が除去される出口１４と；
‐モータ駆動式弁３５によって制御される，再生相において二酸化炭素を排気するための排出出口１５と
を備える。

電気抵抗４０は，再生相において材料２０を加熱できるように，容器１０を包囲している。当然のことながら，他の要件，例えばこの材料内部の潜水耐性が可能になる。

抵抗４０は，電子制御回路５０を介してバッテリ５１に接続される。弁３３，３４，３５のモータもまた，電子制御回路に接続される（図示せず）。

このシステムは，電子回路５０に制御された２つの明らかに異なった操作モードを含み：
‐第１のモードでは，前記システムを使用し，ガス混合体，例えばダイバーが吐出した混合体から二酸化炭素を抽出し，ダイバーの呼吸バッグにそれを戻し；この第１のモードでは，入口弁３３及び出口弁３４は開いており，排出出口弁２５は閉鎖されており，抵抗４０は給電されない；
‐第２のモードでは，前記システムを使用して二酸化炭素を吸着した材料を再生し；この第２のモードでは，入口弁３３及び出口弁３４は閉鎖されており，排出出口弁２５を開いており，抵抗４０が給電される。加熱継続時間及び強さは，リザーバ１０内に存在する材料の性質及び量に依存する。二酸化炭素は排出出口１５を通して排気し；この出口には，例えば水がリザーバ１０に入るのを防ぐために，逆止弁が取り付けられる。

当然のことながら，前記システムはこの第２のモードでは呼吸に使用できない。

前記システムは，電子制御回路５０が潜水の終了を検出し，自動的に再生相を開始するために使用する，１つ又は複数のセンサ，例えば前記電子回路に接続された圧力センサ５２及び水の存在センサ５３を備える。潜水の状況は：
水の存在及び気圧＞１bar
によって特徴付けられ，
水面の状況は：
水の不在及び気圧＜１．２bar
によって特徴付けられる。

水の存在検出器は，様々な特性，例えば導電率，音速等を利用できる。

自動制御手段は，例えば時間切れ等で潜水中に不意に再生サイクルが開始しないように，安全装置と関連付けられている。同様に，抵抗４０への電力供給は，弁３３及び３４が実際に閉鎖され，弁３５が実際に開いているという，情報フィードバックに依存し得る。

図２は，前述のリザーバと同一の，即ち入口１１３，２１３及び出口１１４，２１４，及び排出出口１１５，２１５をそれぞれ備える２つのリザーバ１００，２００を備えた二酸化炭素抽出システムを示す。各入口又は出口は，モータ駆動式弁１３３，２３３，１３４，２３４，１３５，２３５によってそれぞれ制御される。

２つのリザーバ１００，２００は，二酸化炭素を含有した混合体用の共通の入口３３３，及び二酸化炭素を除去した混合体用の共通の出口３３４を有するように，パイプを介して並列に接続される。排出出口１１５，２１５は，図２に示すように独立したままでよく，又は共通の排出出口に結合されてもよい。

各リザーバ１００，２００は，これらリザーバに収容された材料を加熱するための電気抵抗１４０，２４０を備え；これら抵抗は，電気制御回路１５０を介して電気バッテリ１５１に接続される（抵抗１４０に関しては図示せず）。

弁１３３，２３３，１３４，２３４，１３５，２３５のモータも，電子制御回路に接続されている（図示せず）。

このシステムは，リザーバのうちの一方が吸着中である間に，リザーバの他方が再生中である切替えシステムに従って作動し，その切換えは電子回路１５０によって発生する。従って：
‐リザーバ１００が吸着中で，リザーバ２００が再生中である場合：弁１３３及び１３４は開放され，弁１３５は閉鎖され，弁２３３及び２３４は閉鎖され，弁２３５は開放され，抵抗１４０は給電されず，抵抗２４０は給電される；
‐リザーバ１００が再生中で，リザーバ２００が吸着中である場合：弁１３３及び１３４は閉鎖され，弁１３５は開放され，弁２３３及び２３４は開放され，弁２３５は閉鎖され，抵抗１４０は給電され，抵抗２４０は給電されない。

当然のことながら，弁２３３及び１３３，並びに弁２３４及び１３４は三方弁によって置換してよい。

切換えは：
‐期間(異なるリザーバの再生相の期間はほぼ等しく，必然的に吸着相の期間以下である)；及び
‐出口１１４，２１４で測定した各リザーバからの二酸化炭素濃度
の関数として，電気回路１５０により制御される。

前記のように，このシステムは，潜水の開始（システムの起動）及び潜水の終了（最後の再生後のシステム停止）を検出するために，水の存在センサ及び／又は圧力センサを備えてよい。

なお，安全性の観点から，図３に示すように，吸着相のわずかな重複が存在してよく；線１００はリザーバ１００のサイクルを示し，線２００はリザーバ２００のサイクルを示している。対応するリザーバがダイバーに混合体を供給する吸着相はＡ１及びＡ２で示され；再生相はＲ１及びＲ２で示される。切替え中は相Ａ１及びＡ２がわずかに重複していることが分かる。特にこれにより，温まり過ぎた混合体がダイバーに供給されることが回避される。再生サイクルＲ１，Ｒ２の終了時においてリザーバは熱く，吸着相Ａ１，Ａ２の開始時にリザーバが供給する二酸化炭素を含まない混合体は温かく；前記重複により，２つのリザーバから出たガスを混合することによって，その温度を低下させるための時間が与えられる。

図４は，例えば樹脂ブロックに埋設された，本発明による二酸化炭素精製システム３００を備えるダイバー用閉回路呼吸システムを示す。上述のように本精製システムは，二酸化炭素を吸着可能な材料が充填された１つ又は２つのリザーバ，電子制御回路，及びバッテリを備える。

呼吸システムは従来，弁が取り付けられた先端部３１０を備え，２つのスプラインパイプ，即ち吸気パイプ３１１及び呼気パイプ３１２に接続される。呼気パイプ３１２は，精製システム３００の入口３０３に接続された呼吸バッグ３３０に，二酸化炭素を含有した混合体を供給する。しかし，呼気パイプ３１２を精製システムに直接接続してもよい。

精製システム３００はその出口３０４を介して，呼吸バッグ３２０に精製済み混合体を供給する。精製システム３００の脱離相中，二酸化炭素は出口３０５から逃がされる。

酸素を含む圧縮ガスシリンダ３４０は，減圧器３４１を通して呼吸バッグ３２０に酸素を供給し，ダイバーが呼吸できる混合体を形成する。吸気パイプ３１１は吸気バッグ３２０に接続されており，先端部３１０を通してダイバーが呼吸できる混合体を供給する。

Claims (9)

1. 吸気パイプ（３１１）及び呼気パイプ（３１２）に取り付けられた呼吸用先端部（３１０）と，前記吸気パイプに接続された呼吸バッグ（３２０）と，前記呼吸バッグに酸素を導入するための圧縮酸素を含むシリンダ（３４０）とを備えたダイバー用閉回路呼吸システムであって，
   入口（３０３）が前記呼気パイプ（３１２）に接続され，出口（３０４）が前記呼吸バッグ（３２０）に接続される二酸化炭素抽出システム（３００）を更に備え，
   前記二酸化炭素抽出システム（３００）は，
   少なくとも二酸化炭素を含むガス混合体から二酸化炭素を抽出するためのシステムであって，
   二酸化炭素を吸着可能な材料（２０）を収容する少なくとも１つのリザーバ（１０）を備え，各前記リザーバは，前記混合体用の入口（１３，１１３，２１３）と，二酸化炭素の少なくとも一部が削減された混合体用の出口（１４，１１４，２１４）とを備え，
   前記二酸化炭素を抽出するためのシステムは更に：
   ‐前記リザーバを加熱するための少なくとも１つの手段（４０，１４０，２４０）と；
   ‐少なくとも１つの条件が満たされた場合に前記少なくとも１つのリザーバを加熱するよう設計され，これにより，対応する前記リザーバ内に含まれる前記材料中で二酸化炭素の脱離を引き起こす，少なくとも１つの電子制御回路（５０，１５０）と
   を備えることを特徴とするダイバー用閉回路呼吸システム。
2. 各前記リザーバは，混合体入口弁（３３，１３３，２３３），精製済み混合体出口弁（３４，１３４，２３４）及び二酸化炭素出口弁（３５，１３５，２３５）を更に備え，前記電子制御回路（５０，１５０）は，前記電子制御回路（５０，１５０）が前記リザーバを加熱する際に，前記混合体入口弁及び前記精製済み混合体出口弁を閉鎖し，前記二酸化炭素出口弁を開放するよう設計されることを特徴とする請求項１記載のダイバー用閉回路呼吸システム。
3. 前記二酸化炭素抽出システム（３００）が配置される環境を特徴付ける少なくとも１つのパラメータを測定する少なくとも１つの手段（５２，５３）を更に備え，前記条件は少なくとも１つの環境パラメータに該当することを特徴とする請求項１又は２記載のダイバー用閉回路呼吸システム。
4. 前記少なくとも１つの測定手段は，圧力センサ（５２）及び／又は水の存在センサ（５３）を含み，前記条件は，場合により圧力及び／又は水の存在に該当することを特徴とする請求項３記載のダイバー用閉回路呼吸システム。
5. 第１のリザーバ（１００）及び第２のリザーバ（２００）を備え，前記電子制御回路（１５０）は，各リザーバにおいて，吸着期間及び脱離期間を含むサイクルを発生させるよう設計され，前記サイクルは，前記リザーバのうちの一方が吸着中である間，他方が脱離中となるように，相が反対になっていることを特徴とする請求項１又は２記載のダイバー用閉回路呼吸システム。
6. 時計を更に備え，前記期間は，継続時間条件が満たされた場合に変更されることを特徴とする請求項５記載のダイバー用閉回路呼吸システム。
7. 少なくとも１つの二酸化炭素濃度センサを備え，前記期間の変更は，前記精製済み混合体中の二酸化炭素の濃度に対する条件が満たされた場合に行われることを特徴とする請求項５記載のダイバー用閉回路呼吸システム。
8. 前記第１及び第２のリザーバの前記吸着期間（Ａ１，Ａ２）は重複することを特徴とする請求項５〜７いずれか１項記載のダイバー用閉回路呼吸システム。
9. 前記二酸化炭素抽出システム（３００）が樹脂ブロックに埋設されることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載のダイバー用閉回路呼吸システム。

Images