JPH0320261B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は超酸化カリウムを基剤とする組成物及
び呼吸可能雰囲気の再生に対するそれらの使用に
関するものである。 超酸化カリウムはつぎの反応式： 2KO₂＋CO₂→K₂CO₃＋３／２O₂ (1) 2KC₂＋H₂O→2KOH＋３／２O₂ (2) に従つて二酸化炭素ガス及び水蒸気を固定しかつ
酸素を放出する特性をもつので呼吸可能雰囲気の
再生用に特に適するものである。この特性は密閉
室及び閉回路中で作動する呼吸装置をもつ雰囲気
再生器の製造のために使用される。 人工呼吸装置は本質的には超酸化カリウムを装
入するカートリツジ、たとえば金属箱及び肺嚢と
して作用する呼吸袋からなり、これらの二つの構
成要素は相互に及び該装置の使用者に連結され、
それによつて呼気（吐出ガス）が超酸化カリウム
中を通過する際、そこで二酸化炭素ガスの大部分
及び水蒸気の主部分を固定、残留させそれによつ
てこのガスを酸素で富化せしめ、かく酸素で富化
されたガスを呼吸袋中に貯蔵してそこから使用者
が再生された空気を吸入するように構成されてい
る。 この装置は使用者によつて持ち運ばれなければ
ならないので、装置の全重量と耐久時間との間の
最良の妥協が達成されなければならない。所定の
呼吸水準に対しては、装置の耐久時間が短かいほ
ど、したがつて超酸化カリウムの装入量が少ない
ほどこの妥協を達成することはなお一層困難であ
る。実際に、この装置の携帯者がたとえば100〜
200ワツトの作業に相当する接続的な労力を費す
場合に、酸素の生物学的消費が1.2〜1.5／分で
ありそして除去されたCO₂は0.90の呼吸商につい
て１〜1.35／分の範囲である。呼吸装置の出力
（取出量）は30〜35／分である。 超酸化カリウムの装入量が減少する場合には、
この装入量に課せられる反応の度合は増加し、し
たがつて超酸化カリウムの利用率はその反応性が
増加しなければ減少する傾向がある。しかしなが
ら、超酸化カリウムの反応性は一方においては超
酸化カリウムの温度に対する挙動によつて、また
他方においてはガスと超酸化物との間の化学的交
換によつて制限される。 通常人工呼吸装置は満足に定められた期間の間
所定の度合の労力を費す人間の呼吸を必要量を満
たすように設計される。 したがつて各人工呼吸装置について、最大利用
率に相当する超酸化カリウムの最小重量−それは
つぎのパラメーター、すなわち超酸化カリウムの
反応性、その温度に対する挙動、超酸化カリウム
ペレツトの厚さ及び形状及び超酸化カリウム装入
物の構造、とできる限り良好な相関関係をもつも
のである−が探し求められている。 人工呼吸装置の重量及び寸法を許容限度内に保
持することを希望する場合には、超酸化カリウム
装入物をできるだけ完全に、しかも吸入されるガ
スのCO₂含量が1.5％を超えることなしに又は呼
気に際して生ずる圧力が6.5ミリバールより高く
なることなしに、使用することが必要である。 いくつかの部分的解決策が既に提案されかつ実
在する人工呼吸装置に使用されているものもあ
る。酸素の生成について最良の効率を得るために
は、触媒、たとえば遷移金属から誘導されるカチ
オン、通常Cu⁺⁺カチオン、が添加される。 超酸化カリウムがいかなる方法で製造されたと
しても、それはまずきわめて微細な粉末状に転化
される。一方法によれば、金属カリウムを酸素富
化空気を含有する室中で燃焼させ、ついで得られ
るきわめて軽質フレーク状のKO₂をそれに触媒を
添加した後に、組成、寸法及び形状の不均一な粉
砕物に形成する。 フランス特許第2175652号明細書に記載の方法
においては、過酸化水素及びカリウムを反応させ
て過酸化物溶液を生成させ、これを主軸のまわり
に回転している横型シリンダーの加熱された外表
面上で不均化反応を達成させ、ついで生成する超
酸化カリウムをシリンダー表面の掻取りによつて
集まる。かく製造される生成物は約80〜85％の
KO₂、12〜15％のKOH及び２〜５％のH₂Oを含
有する。この生成物はオキシ塩化銅を添加後、回
転圧縮機中で処理することによつてきわめて容易
にペレツトの形に形成され、したがつて均質なか
つ精確に制御された粒度、組成及び形状をもつ粒
子の形でパツケージすることができる。 しかしながら、これらの種々の粒状化又は凝集
化法は、これらの粒子を人工呼吸装置の再生用装
入物として使用しようとする場合には、呼吸装置
の長期間の使用及び超酸化カリウムの高い利用率
と両立し得る呼気に際して生起する圧力低下の安
定化又は十分に低い増加を確保するには十分なも
のではない。 実際に、反応(1)及び(2)はきわめて発熱性のもの
であり、KO₂装入物内部に著しい加熱を引起す。
再生用装入物の中心部では、ペレツト又は粒状物
は破壊されかつ多少とも粘稠な塊状物に転化さ
れ、その結果ガスの通路が閉塞されることにより
ガスの通過が妨げられ、過度に著しい圧力低下を
招来し、あるいはCO₂の固定率が減少してCO₂の
優先的な通過が生起し、したがつて吸気中のCO₂
濃度が速やかにその許容限度を超えて増大するよ
うになる。 ガスが超酸化カリウムの厚みの薄い層のみを低
速度で通過するような構造をカートリツジに与え
ることによつて又は超酸化カリウム装入物を金属
隔壁−これらは壁と接触し、したがつて熱交換作
用をもつ−によつて小部分に分割することによつ
て上述したごとき欠点を排除する努力がなされて
きた。しかしながら、このようにして得られるカ
ートリツジは複雑な構造をもち、しかも反応に不
活性な物質が全体のかなりの部分を占めるもので
あつた。したがつてこれらの複雑な構造体に製造
コストが高くかつそれらへの活性物質の充填は比
較的困難であり、しかも自動操作に適合しないも
のであつた。 今般、本発明者らは、所望の再生条件下での超
酸化カリウムの圧力低下の過度の増大を排除する
ことを可能にし、したがつてこれまで10年以上も
の間満足な解決策なしに接続されてきた問題を克
服し得る手段を見出した。本発明によつて提供さ
れる製品は再生用の超酸化カリウム装入物にきわ
めて簡単な構造を与えることのできるものであ
る。この知見に基づいて、本発明によれば、簡単
な構造をもち、内部に特別の構造を付与する必要
のない、したがつて全容積及び重量を超酸化カリ
ウム又は類似の試薬のために利用し得るような人
工呼吸装置用のカートリツジを提供することがで
きる。 実際に、二酸化炭素の固定の目的に使用し得る
化学的作用をもち、吸湿性はあるが、反応条件下
で低融点をもつ誘導体を与えない物質を超酸化カ
リウムに添加することによつて、上述したごとき
従来技術における欠点及び使用制限をきわめて顕
著に低減する混合物を提供し得ることが認められ
た。 本発明によれば、二酸化炭素と反応性の物質の
中で、アルカリ土類金属又はマグネシウムの酸化
物が超酸化カリウムに対する添加剤として選定さ
れる。この添加剤は全混合物に対して２〜30重量
％の濃度で配合することが有利である。 本発明に従う手段として特に有効な添加剤は酸
化カルシウム、すなわち慣用名生石灰であるCaO
である。全混合物に対する生石灰の割合は重量で
２〜30％の範囲、好ましくは５〜15％の範囲であ
る。 超酸化カリウムを基剤とするこれらの組成物は
慣用の型の粉末混合機、たとえばＶミキサー又は
螺旋運動型装置中で粉末状超酸化カリウムを随意
に触媒と若干の生石灰とともに混合することによ
つて得られる。超酸化カリウムの粒度と同等又は
それ以下の粒度の生石灰が選定される。かく製造
される組成物をついで工業的規模の回転ペレツト
製造機で処理しそしてそれらをペレツトのような
均質かつ規則的な粒状物の形で包装する。 選定される再生用カートリツジの型及び操作条
件に応じて、すべてが同一の添加剤含量をもつペ
レツトの形又は添加剤を含む超酸化カリウムペレ
ツト中に分散されている超酸化カリウムペレツト
からなる均一混合物の形である均一な再生用装入
物を用いなければならない。これらのKO₂ペレツ
ト混合物は一定でない生石灰含量をもつことがで
き、その場合添加剤を含む超酸化カリウムペレツ
トの割合は50〜90重量％、好ましくは60〜90％で
ある。 主割合のペレツトが比較的高含量の添加剤を含
みかつ他の部分が添加剤を含まない又は少量の添
加剤を含むペレツトであるようなKO₂ペレツト混
合物の使用が場合によつては有利であることが認
められた。したがつて、超酸化カリウムペレツト
からなる層又は本発明に従う添加剤を含む超酸化
カリウムのペレツトからなる層から構成されるそ
れぞれ均質な層を交互に連続的に配置してなる再
生用装入物を提供することができる。再生用装入
物中において、これらの層は積層状又は並列的に
配置することができる。 つぎに本発明を実施例により説明するが、これ
らは本発明を制限するものではない。 試験装置はAUER社によつて市販されている
いわゆる人工肺からなるもので、それは大円筒と
その内部に配置され交番運動を行なうように作動
する薄膜と回路内に絶えまない脈動流を確保する
適当な一組の弁とを備えている。この試験装置に
はそれぞれ薄膜を備えた他の２個の小円筒が連結
されており、これらの薄膜の運動は上記の主たる
薄膜の運動の制御下に機械的に行なわれる。これ
らの小円筒の一方は二酸化炭素びんに連結され、
脈動ごとに一定容量のCO₂を主流中に導入する。
また他方の小円筒は導入したCO₂の容量に等しい
容量の混合物をそこから外部に排出するものであ
る。ついで空気−CO₂混合物を水温の調節が可能
な容器中に収容された水中に泡出させ、ついで試
験用カートリツジを通過させる。処理されたガス
は“AUER”呼吸装置の大円筒に連結された呼
吸袋中に捕集される。カートリツジを通過した後
のガスの小部分を試料として採取しそして乾燥酸
素計（常磁性による分析）及びCO₂分析装置（赤
外セル）に送り、ついでそれを主回路に戻す。カ
ートリツジの入口及び間に並列して圧力センサー
を配置してカートリツジの圧力低下の変化を測定
する。 これらのデータのすべてを時間の関数として記
録する。 後記の実施例において分で測定された耐久時間
は二つの限界値の一方及び／又は他方によつて決
定される。すなわち、 −それを超えるとートリツジの圧力低下が５ミリ
バールより大となる時間、この圧力低下を記号
“△Ｐ”によつて表わす。 −それを超えると流出ガス中にCO₂含量が1.5％
を超えるようになる時間。 酸素の発生量は屡々固定されたCO₂の容量を超
え、したがつて回路の容量は過剰のガスを呼吸袋
上に配置された目盛付き弁によつて抜き出すこと
により一定に保持される。ある場合には、この過
剰量は弁の後に設けられたガス計量器によつて測
定される。 使用した実験用カートリツジは半径方向型
（fadial type）及び軸方向型（axial type）のも
のである。半径方向型カートリツジの場合には、
超酸化カリウムを円筒状の冠体中に装入し、ガス
を有孔金属シート製の中心円筒中に導入し、これ
を超酸化カリウム中を通過せしめてその周縁部で
捕集する。このカートリツジでは、固体層中のガ
スの速度は−他の点ですべての条件が同一ならば
−絶えず減少する。軸方向型カートリツジの場合
には、超酸化カリウムを平行六面体型の箱に装入
し、ガスは超酸化カリウムを支持する有孔金属シ
ート製の天井をもつ室中の無孔中心管によつてカ
ートリツジの底部に達する。ガスは（他方におい
ては）層の頂部において捕集される。この場合に
は、ペレツト層中のガスの速度は（他の点ですべ
ての条件が同一であれば）一定である。 後記の実施例中に示されるすべての試験は直径
９mm、厚さ4.5mm及び中央円筒状部分の厚さ２mm
をもつ両凸面型ペレツトからなる装入物上で行な
つた。ペレツトの重量及び容量から及び紛末の密
度から推定される多孔度は約45％であつた。すべ
ての装入物は振動によつて充填された。 実施例 １ CaO10％を含有する試薬混合物を使用した。そ
の化学組成はつぎのごとくである。 KO₂：73.8％ KOH：13.3％ CaO：10％
H²O：2.4％、Cu⁺⁺：0.15％ この混合物1600ｇを約139cm²の有効断面積をも
つ平行六画体型の箱に装入する。層の高さは約16
cmである。“AUER”人工呼吸装置を１分当り20
回の脈動速度において平均ガス流量が約30／分
（22℃で測定して）になるように調整する。この
ガスは4.3〜4.5％のCO₂を含有する。このガスを
カートリツジに導入する前に34〜35℃に昇温し、
この温度における相対湿度は94％以上である。耐
久時間の終点は104分間の操作後に圧力低下が５
ミリバールに達することによつて判定される。処
理されたガス中のCO₂含量は75分までは０のまゝ
であり、ついで徐々に上昇して100分の時点では
１％に達する。このCO₂含量の上昇はその後はさ
らに速やかになり１分当り0.12％の上昇度であ
る。酸素発生量は耐久時間の終点では約１／分
でありまた超酸化カリウムの利用率は約90％であ
る。 実施例 ２ 実施例１を同一の試薬混合物及び同一の条件を
用いて反復する。耐久時間の終点は１０３分で観
測され、この時点で処理されたガス中のCO₂含量
は約1.5％である。同じ時点で圧力の低下は約3.3
ミリバールであるが、その増加は速やか、すなわ
ち１分当り約0.3ミリバールである。 実施例 ３ 実施例１と同一の試薬混合物について、たゞし
それを1500ｇだけ使用して反復する。この場合に
は層の高さは約15cmである。87分の操業の後に耐
久時間はCO₂の含量からみて終点に達する。圧力
低下に僅かに約２ミリバールでありまた酸素の生
成量は１／分より大である。 実施例 ４ ガスの流量を30／分の代りに26／分に減少
して実施例１を反復する。114分の耐久時間が得
られる。その終結点は圧力低下によつてもたらさ
れる。耐久時間の終点におけるCO₂含量は約１％
であり、その際酸素の生成量は１／分程度であ
る。 実施例 ５ ガスの流量を35／分に増加して実施例１を反
復する。CO₂含量に基づいて84分後に耐久時間の
終結が認定される。その時点で3.3ミリバールの
圧力低下はその後速やかに増加する。酸素生成量
は1.2／分程度である。 実施例 ６ つぎの組成： KO₂：74.1％ CaO：８％ KOH：13.4％ H₂O：2.5％ Cu⁺⁺：0.15％ をもつ混合物1500ｇを用い、ガス流量26／分で
操作を行なう。その他の試験条件は実施例１と同
一である。CO₂含量に基づいて判定された耐久時
間の終結点は111分後であり、その時点での圧力
低下は約2.5ミリバールである。 実施例 ７ 生石灰を含有しない、つぎの組成： KO₂81.2％；KOH15.8％；H₂O3.0％；
Cu⁺⁺0.15％ をもつ試薬を用いて対照試験を行なう。 操作は1500ｇの装入物を用い、ガス流量30／
分で行なう。その他の試験条件は実施例１と同一
である。圧力低下によつて38分で耐久時間は終点
に達する。処理されたガスのCO₂含量は０である
が、酸素発生量から推定される超酸化カリウムの
利用率は僅かに約32％である。 実施例 ８ 本例は第二の対照試験である。実施例７と同一
の試薬及び同一条件を用い、たゞしガス流量を26
／分として操作を行なう。耐久時間の終点は圧
力低下の増大によつて45分と判定される。処理さ
れたガスのCO₂含量は０である。 実施例 ９ 実施例７及び８（対照試験）の後、カートリツ
ジの内容物を検査したところ、ガスとの反応に対
する所要量で装入された試薬の小部分のみが反応
したこと、装入物は黒変したこと、ペレツト構造
体はガスの通過に対してより大きな抵抗性を示す
緻密なかつ均質な混合物が形成されるために覆い
隠されること、カートリツジの内容物の1/4以下
に相当するこの表皮層の上に装入物の残部は自由
流動性のペレツトの形で存在しかつ当初の黄色状
のまゝ保有されていることが認められる。これに
反し、実施例１〜６では、試験後のカートリツジ
の内容量はきわめて異なる状態を示す、内容物の
ほとんどすべては相互に付着した、ただし当初の
形状を保持しているペレツトの凝集体からなる。
これらは表面は黒色であるが内部は白色又は灰色
であり、その各々はきわめて多孔質のもろい単位
体を構成し、ガスの通過に対してほとんど抵抗性
を有しないものである。当初の黄色物質は見出す
ことができず、このことは超酸化カリウムは全量
が反応に費消されたことを示している。 実施例 10 本実施例は半径方向型カートリツジの使用を説
明するものである。このカートリツジは直径165
mm及び55mmの有孔金属シート（約１mmの孔）製の
二つの同心的に配置された円筒からなり、超酸化
カリウムを基剤とする混合物1500ｇを装入物とし
てこれら二つの円筒によつて形成される円筒状冠
体中に装入しそして頂部及び底部を孔のない金属
シートの２個の円盤で保持したものである。装入
物は有孔金属シートの円盤によつて300ｇずつの
５部分に分離されている。ガスを内部円筒中に導
入し、それを内部円筒の孔を通じて装入物中に拡
散させてそしてカートリツジの外面で捕集する。
ガスが通過する超酸化カリウム層の厚さは約5.5
cmである。 これらの試験に用いた試薬はつぎのとおりであ
る。 １ 実施例７と同様の生石灰を添加しない試薬 ２ 実施例６と同様のCaO8％を含む混合物 ３ 実施例１と同様のCaO10％を含む混合物 ４ ペレツトの混合物：78％−CaO8％を含有す
る 22％−CaOを含有しない ５ ペレツトの混合物：83％−CaO10％を含有す
る 17％−CaOを含有しない ６ ペレツトの混合物：75％−CaO12％を含有す
る 25％−CaOを含有しない ７ ペレツトの混合物：70％−CaO12％を含有す
る 30％−CaOを含有しない ８ ペレツトの混合物：65％−CaO15％を含有す
る 35％−CaOを含有しない 全ガス流量35／分、１分当り脈動数20、4.5
〜4.8％のCO₂を含有しかつ35〜37℃で飽和湿分
を含むガスを用いて試験を行ない下表の結果を得
た。耐久時間の測定は前記実施例と同じ基準で行
なつた。

【表】 これらの試験は、これらの試験条件下では触媒
以外に添加剤を全く含まない超酸化カリウム試薬
は反応床の圧力低下が余りに速やかに増大するの
で約45分以上の利用時間を得ることは不可能であ
ることを示している。生石灰を添加した混合物は
それを単独で使用した場合には二酸化炭素に対し
て満足な反応性をもたず、これらの場合ガスが通
過する超酸化カリウム層の厚みが不十分であるこ
とが認められる。CaOを含有しないペレツトを比
較的高いCaO含量をもつペレツトに均一に分散さ
せることによつて耐久時間はほとんど２倍に増加
する。 本発明は具体的に示した実施態様に限定される
ものでなく、本発明の範囲を逸脱することなしに
種々の変形を行なうことが可能であることは云う
までもない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超酸化カリウムを基剤とし、全混合物に基づ
   いて２〜30重量％の濃度のアルカリ土類金属又は
   マグネシウムの酸化物を配合してなる組成物。 ２ 添加剤が酸化カルシウムCaOである特許請求
   の範囲第１項記載の組成物。 ３ 添加剤を全混合物に基づいて５〜15重量％の
   濃度で配合する特許請求の範囲第１項記載の組成
   物。 ４ 超酸化カリウムを基剤とし、全混合物に基づ
   いて２〜30重量％の濃度のアルカリ土類金属又は
   マグネシウムの酸化物を配合してなる組成物を圧
   縮によつてペレツトのような一定の均質な凝集体
   の形に形成した試薬を含有する軸方向型又は半径
   方向型構造をもつ閉回路内で作用する人工呼吸装
   置用密閉室型雰囲気再生器、すなわちカートリツ
   ジ。 ５ 超酸化カリウムを基剤とし、全混合物に基づ
   いて２〜30重量％の濃度のアルカリ土類金属又は
   マグネシウムの酸化物を配合してなる組成物のペ
   レツト中に分散された超酸化カリウムのペレツト
   から構成される均一混合物の再生用装入物。 ６ 添加剤を含有する超酸化カリウムペレツトの
   割合が50〜95重量％である特許請求の範囲第５項
   記載の再生用装入物。 ７ 添加剤を含有する超酸化カリウムペレツトの
   割合が60〜90重量％である特許請求の範囲第６項
   記載の再生用装入物。 ８ 超酸化カリウムからなる層及び超酸化カリウ
   ムを基剤とし、全混合物に基づいて２〜30重量％
   の濃度のアルカリ土類金属又はマグネシウムの酸
   化物を配合してなる組成物からなる層から構成さ
   れるそれぞれ均質な層を交互に連続的に配置して
   なる再生用装入物。 ９ 層を交互に積層してなる特許請求の範囲第８
   項記載の再生用装入物。 １０ 層を並列的に配置してなる特許請求の範囲
   第８項記載の再生用装入物。