超酸化カリウム (KC りを用いた潜水調査船用 生命維持装置の基礎研究

海洋科学技術セ ンタ一試 験研究報告
JAMSTECTR 1
5 (1985)
超酸化カリウム (KC
りを用いた潜水調査船用
生命維持装置の基礎研究(その 1)
松本文彬*
1 竹内正敏*
1 安藤久司*
1
藤森紘明 *
2 木 村 朗*
2 笠原幹夫*
3
現在「しんかい 2
0
0
0Jのライフサポート時間は8
0
時間であるが，米国の MTS(M
a
-
r
i
n
eTechnologyS
o
c
i
e
t
y
)勧告では7日間となっている。乙の MTS勧告を満足
するため ，また，生命維持装置の小型軽量化を図るため ，従来の酸素 (
02
)
ボンべに
よる 酸素供給お よび水酸化リチウ ム (
LiOH)によ る炭酸ガス (C02
)除去の方式に代
るものとして，炭酸ガスを吸収し，酸素を発生する超酸化カリウム (
K02
)に着目し ，
7年度から 5年計画で研究を行っている。本稿では 3年間の研究成果として，
昭和5
K
0
2
)の特性等について中間報告する o
超酸化カリウム (
Basic Study o
ft
h
eL
i
f
e Support System Using Potassium
Superoxide (
K02
)f
o
r Submersible (
Part 1
)
FumiakiMat
sumo
t
o*
4 Ma
sa
t
o
s
h
iTak
e
u
c
h
i*
4 His
a
sh
iAndo料
Hir
o
a
k
iFujimor
i*
5 Ak
i
raKimura*
5 MikioKasahara*
6
h
el
i
f
e
s
u
p
p
o
r
ttimeoft
h
ep
r
e
s
e
n
t"SHINKAI2
0
0
0
"i
s8
0h
ours
，
however，
τ'
MτSrecomme
ndstha
tt
h
i
sbee
x
t
e
n
de
dto7
d
a
y
s
.
0m
eett
heMτ'
8
'sr
e
co
m me
ndationandtomak
et
h
el
i
f
e
s
u
p
p
o
r
t
I
no
r
d
e
rt
s
y
st
em mor
ecompa
c
t
，f
o
r 3y
e
a
r
s wehaves
t
u
d
ie
d，u
s
i
n
gapotassium
s
u
p
e
roxi
d
e(K02)l
i
f
e
s
u
p
p
o
r
ts
y
s
temi
np
la
c
eoft
h
eO2s
upplysystemo
f
O2bo
t
t
l
e
san
dofaCO2r
emova
ls
y
s
t
e
m us
i
n
gLiOH.(
K02ha
sCOzr
emova
l
and02
g
e
n
e
r
at
i
n
gc
h
a
r
a
c
t
e
r
i
s
t
i
c
s
.
)
h
i
sr
e
po
r
tr
e
p
r
e
s
e
n
t
st
h
ei
n
t
e
r
i
mr
e
p
o
r
to
fth
er
e
s
u
l
tsont
h
epa
s
t3
・
τ'
yea
rs
tudyo
ft
h
eK02c
h
a
r
a
c
t
e
r
i
s
t
i
c
s
.
*
1 深海開発技術部
*
2 川崎重工業。
閥
*
3 川重防災工業(
株j
*
4 De
e
pS
e
aTechnologyDepar
t
ment
t
d
.
*
5 Kawasak
iHeavyI
n
d
u
s
t
r
i
e
s，L
，Lt
d
.
*
6 KawasakiSaf
e
t
yS
e
r
v
i
c
e'
I
n
d
u
s
t
r
ie
s
23
1
.はじめに
置は「しんか い 2
00
0
Jのライフサポート時間8
0時
潜水調査船「しんかい 2
0
0
0Jの乗員 3名は潜航
間をベースに試算すると表 1のように重量上のメ
時間の 8時間を耐圧殻内径 2
.
2m球の密閉区画内
。
、
リットが大き L
で活動し ている 。 乙のため，乙 の密閉区画は?酸
潜水船への搭載機器は小型軽量化に努め る必 要
素ボンベ手動操作による酸素分圧制御，キャニス
(MarineT
e
c
h
n
o
l
o
g
y
があることおよび米国 M TS
タに詰めた水酸化リチウム (LiOH)による炭酸ガ
局部偏在防止のための 1時間に約 4回の大気循環
So
c
i
e
t
y
)のラ イフ サポ ー ト時間を潜航時間 +7日
間とする勧告も考え合せ，潜水船用の K02を用い
た生命維持装置の研究開発を表 2のように 5年計
で環境制御をしている。
ならびに脱臭剤，除湿布j
画で行う
)，炭酸ガス (C
Oρの
ス分圧制御および酸素 (0
2
従来から，潜水船内の環境制御はおおむね，乙
ζ
ととした。
本稿では〈 昭和5
7年 59
年にかけての成果を以
の方式に よ っているが，近年米国で超酸化カ リウ
下報告する。
K0
ム(
2)による方式について研究がなされている
との情報がある。
2
. f
くO2剤の特性調査
昭和5
7年度には主として既存 K02剤について通
気風量，温度，湿度 ， CO2濃度を変え て K02反応
(02
発生，CO
2吸収)を試験調査し ，K02剤 の 特
超酸化カリウ ムは一つの薬剤で O
，か
2を発生 し
っ， CO2を吸収するという極めて好ましい特性を
有している。
+
す
性を把握した。
2K02+ H20→ 2KOH
02
十)2KOH+ CO
2→ K2C03 + H20
2K02+ CO2→ K2C03
2
.1 試 験 要 領
剤は既存の純度約7
供試 K0
9必?約 7m
m立方体の
2
粗粒の A1剤および、
Al浄l
を約 3-4mm立方体 にし
+
す O2
0
0g /
1回をキャニ スタに詰め，
た細粒の A2剤約 4
各 2時間の通気試験を行 った。 A1剤 ， A2剤の性
しかしながら ， K0
2の反応が不安定で長時間の
状を表 3~乙示す。
使用に適さない等の理由で，現在は消火作業用の
個人装備呼吸保護具に使用されてい る程度である。
試験は温湿度を試験時間内一定に保持す るため，
乙れらの問題点を解決すれば， K02 を 用 い た 装
恒温恒湿室内で行い ，図 1~ζ 示す試験装置で通気
∞
し んかい 2 O
表 1 K02方式による 「
J生命維持装置の重量試算
E
s
t
i
ma
t
e
dwe
i
g
h
to
ft
h
el
i
f
esu
p
p
o
r
ts
y
s
temu
s
i
n
gpo
t
a
s
s
i
u
m
s
u
p
e
r
o
x
i
d
e CK02) f
o
r rSHINKAI2
0
0
0J
O2ボンベ
1
0
0k
g
Li
O
Hキャ ニスタ
3
2
k
g
+
1
3
2kg
K0
O
Hキャ ニス タ
2キャ ニス タ Li
67kg +
7kg
7
4kg
「しんかい
2000J
の現状
K0
2、LiOHfと
よる本研究装置
表 2 K02を用いた潜水船用生命維持装置の研究開発計画
S
t
u
d
ys
c
h
e
du
leo
ft
h
el
i
f
esu
pp
or
ts
y
s
t
e
mu
s
i
n
gp
o
t
a
s
s
ium
s
u
p
e
r
o
x
i
d
e.(K02)f
o
rs
u
b
m
e
r
s
i
b
l
e
年度
2
4
研
プ~
項
目
57
58
K02の特性調査
及び選定
59
60
61
K02、 LiOH
「
し んかい 2
0
0
0
J を模擬
制御法の検討
した密閉区画 中の性能試験
JAMSTECTR 1
5 (198
5
)
。
。 θ。
.CO
2濃 度 計
・CO
e
ns
i
t
o
m
et
e
r
2d
c
o
n
s
t
a
n
t
h
u
m
i
d
i
t
y
恒温恒湿試験室
1
U
、
CJ
占山
x
V
恥げl気a
外m
'﹂︾玄ω
↓mの
↓
刃
田.
、.
testroomwithcon
s
t
a
n
t
temp
e
r
a
t
urcand
TA
b﹂
e
w
-
湿
(︼ 匂 ∞ 切 ﹀
•
2
計m
度伊
O2濃 度 計
•
O densitometer
『
• 温度計
-thermometer
弘
、
加担器
humidi
f
i
e
r
• 入口側出口側サンプリング切り替え
¥、
• c
hangeo
v
e
rs
w
i
t
c
hf
o
r
差 圧 計(n)
切り替え
d
i
f
f
e
r
e
n
t
i
a
lp
r
e
s
s
u
r
egaug
e
c
h
ang
eo
v
e
r
i
n
l
e
ts
id
e
/
o
u
t
le
ts
i
des
ampling
ノ吋ノ吹田路
byp
a
s
sc
i
r
c
u
i
t
空気
Ai
r
一う
流量計
flowme
t
e
r
絞り 弁
K0
2 キャニスター
KO
zcanister
b
a
l
lv
a
l
v
e
ペノプ一
γ
V
一
/J
d
i
f
f
e
r
e
n
t
i
a
l
p
r
e
s
s
u
r
egauge
一
ゾ
-門は
・
erg
弁刊 d M
﹂
切り 替 え
c
h
ange，o
v
e
r
ボンベ
出口側計筒
α)2
measuringc
y
l
i
n
de
rato
u
t
l
e
ts
i
d
e
b
o
t
tl
e
図 1 K02 特性試験系統図
電
、J
f
l
o
w
m
e
t
e
r
，
αコ
2
C
J
¥
流量計
b
F e，
Gwv
減戸間
E Sua
差 圧計け )
一
〆 ノ 0 4
measuringc
y
l
i
n
d
e
r
a
ti
n
le
ts
i
d
e
，
7ノ
〆
v
入口側計測筒
S
y
s
t
e
mdiagramf
o
rK02 c
h
a
r
a
c
t
e
r
i
s
t
i
ct
e
s
t
'﹂︾豆ω
↓mの↓刃
表 4 K02特性試験の試験条件
T
e
s
tc
o
n
d
i
t
i
o
n
sf
o
rK02 c
h
a
r
a
c
t
e
r
i
s
t
i
ct
e
s
t
ド
ー
‘
仁刀
︿
-c ∞ 印 )
57
手
口
昭
N
.
o
Te
s
tN
o
試験
年
昭 和 58年 度
度
1982
1983
5
7
項I
t
e
目
m
58
-2 - i
: - 4 -s - 6 - 7 - 8 - 9 -10 -11 -12 -13 -14
区
- 2 - 3 - 4 - 5 -6 一 7
K02特 性 試 験
分
C
l
a
s
s
B
A
3
K0
2剤の種類
A
I
A2 (
細
粒)
(
粗
Kindo
fK0
g
e
n
t
2a
通
気風量(
e
.
/
m
i
n
)
Permeab
il
it
y
キャニスタ入口空気C~ 濃度
(紛
じ0
2
d
e
n
s
l
o
t
y
fa
t
i
n
l
e
ts
i
d
eo
fc
a
n
i
s
t
e
r
キャニスタ入口空気湿度
Humiditya
ti
nl
e
t(
%
)
s
i
d
eo
fc
a
n
i
s
t
e
r
キャニスタ入口空気温度
A
i
rtemp
e
r
at
u
r
ea
t
(
%
)
i
n
l
e
ts
i
d
eo
fc
a
n
i
s
t
e
r
キャニスタK0
充填量
2
Amounto
fKω (g)
Inc
a
m
s
t
e
r
試験時間
T
e
s
tt
i
me
25
50 100
o
.7
50
0
.
4
50
1
.4
Numbero
ft
e
st
s
30
20
80
50
⑨
、
占
A3
(細粒、
板状、 反応
反応 (
(粗粒)
促進剤
促進剤添加)
促進剤添加)
添加)
100
25
450
O
.
7
30
10 35
80
50
20
400
50
80
50
80
50
20
35
20
35
20
400
8000
10 .1
2
2
2
.
、
a
(組粉
D
(組粒、反応、
O
.7
(hr)
試験回数
粒)
C
(
4
) KOz剤の粒度の違いによる反応の差は Oz発
生率および、 CO
z吸収率とも ， 粒度の小さい方が高
細粒にすると，通気抵抗が時間の経過とともに大
幅に増加し ，特に湿度の高い場合顕著である。
乙れは反応に伴い生成した潮解物が固着して，
乙れは粒度が小さい方が表面積が大きく，反応
粒 子間の隙間を塞ぐためと考えられる。
面積が広がるためと考えられる。しかし ，KO
zを
，!
l
1
1
1
，
.
1I
jill円
l
40
..•
y
ー
試験ぬ 58-2 メ
'
試 験N
.
o58-3
，
×
試 験N
.
o57-5
試験 N
.
o57-4
qυ
f
司
n
r
o
MN
切N
O ﹄O 宮口 O E何
，ー験
111111l試
おお
ロ
o
Z
5
8
ω
/
柚
，
・
・
.
il
i
l
g
a
-I1 ，
，
・
s，
酬
剖繰 N
O
aE
••
t
ー
SEE---z'a'!
I
・
EE
・a
a
a
-・
10
-ZZEE
。
CUz吸収量
30
20
10
amounto
fCOza
b
s
o
r
p
t
i
o
n
図 2 CO
2 吸収量と O2発生量の関係
R
e
l
a
t
i
o
n
s
h
i
pb
e
t
w
e
e
nCO2a
b
s
o
r
p
t
i
o
na
n
d02.g
e
n
e
r
a
t
i
o
n
28
JAMSTECTR
，
15 (1985)
o
っ530
(波)
nu
k
z
z
z
nU
•
ω
O
﹄
N
O
υ
門戸偲
O
ロ
ロ
。E
﹄ ザ
•
仏﹄
々て之盟主
8/
ハ
U
ハ
ノ
﹂
)C245ω ロ&NO
(叫
nU
J
O
υ O吉ロoE勾
，
へ(叫)ロO二合OB偲N
s
(殺)
nU
EJ
何
行 i
I I
j メイCO
ーち
I
I
吉
I
I
I
•
I
I.~
I
I
Iδ
5OS
n
u
一
8
)ρ
一 労 d仙
一(凶 m
一度引加
品﹂
入 口 空 気 温 度 (0C)
n
l
e
t
ti
e
m
p
e
r
a
tu
r
ea
a
i
rt
時
一
O 湿)刊
.
5
口問凶
。
Hr
入
、
DHU
f
。
'
O
υ
民一﹃醤 N
3;101-一五一
ヘtJV
35
./
nu
2
0
1
0
2吸収量
空
空2
0卜 -f
づ/
4
I ~
!/4--11002
叫
~;
N
O
υ
。
仇発宇量
制民一プSNOυ
咽剖鰍判。
凶町民一司一番
醐民官邸付O
υ
酬 矧 棋 NO
3
3
1
0
I I/II
~.s
。
図 3 入口空気温度および、湿度の O 2 発生量および~C02 吸収量に対する影響
(通気風量:5
0
e
.
/min，人口 CO
0
.
7%
， K0
2 粒度:粗，試験時間 :2
hr)
2濃度 :
i
rtemperatureandhumiditya
ti
n
l
e
t
I
n
f
l
u
e
n
c
euponO2generationandCO
2absorptionthrougha
e
s
ttime:
2hr)
i
z
e rough，t
(Permeab
i
l
i
t
y:
.
5
0e
.
/min，CO
e
h
s
it
yati
n
l
e
t:O
.7%，K~ grains
2d
qJ
設
AK
。
1
0
0と
〉
ハ
u
O2発生量
ζ
内
m
w
﹄3号制 OOM。告。E
)C2三
︿叫
ロω切NO}O百
ロOEの
)CO二宮ω
(叫
ハU
〆
、
ー
、
句
f
0.
』
O
(
/
)
.D
。
C
司
¥
ム
ネ
'
¥ -~-
/gr ス~CO~ 吸収量
/
O
・
i
11
量
-I‘風
-気
回通
11llI-FhJ
1
内/﹂
。
1
0
0
min)
(
.
e/
i
n
)
p
e
a
r
m
e
a
b
i
l
i
t
y(R，/m
.同
~
!
:
"
:
50S
O2発生量
100~
jj
C
I
l
〉
、
t
5
.
o ~唱
。・、
oυ
d
J
〉
ちち 2
0
+
>
c g
=
s
;
.
，
>
(
; 0
EE
。
ω
。
'
Q
唱
~
。
唱
。
υ
t
可
r
o
50;
色
手
酬輔
1
0
時出一gNOυ
CO
2 吸収率
ご
二。
3
0
c
2芭
.
.
.
52
f
司
時 出-gNOυ
目
/ 一
old-
n
u
( 叫 ) 醐 区MENOυ
( 叫 ) 醐 川 司 献 NO
こー」一一一
一三.
_
，
仁
』
白身
制。
E
五
棋室長
δさ
。 。
.
7
0
.
40
02濃 度
入 口C
.
1
4
。
〈労〉
C02 d
e
n
s
i
t
ya
ti
n
l
e
t
図 4 通気風量および、入口 C02 濃度の02 発生量および~C02 吸収量に対する影響
(入口空気温度:2
0oC，入口湿度:5
0%
， K02粒度:粗，試験時間 :1
h
r
)
I
n
f
l
u
e
n
c
euponO2generationandCO2absorptionthroughpermeabilityandCO
n
l
e
t
2densityati
oC. h
umiditya
ti
n
l
e
t:5
0%
， K02g
rains
i
z
e
:rough，t
e
s
ttime:1
h
r
)
(Airtemperaturea
ti
n
l
e
t
:2
0
JAMSTECTR 15
(
1985)
29
3
. 改良 1
くO2剤の特性調査および選定
7年度の試験結果に基づき，昭和5
8年度に
昭和5
は
， K0
2の反応効率を向上させ，かっ ，K02キャ
ニスタの通気抵抗を低減させるため，改良 K0
2を
製作し，その特性を試験調査した。また昭和5
7年
8年度の成果を踏え，潜水船の生命維持装
および5
種類選定し， 1
0時間の試験を行っ
置用の K0
2を 1
て，その性能を確認した。-
0
時間の試験の 1
0
時間というのは，
なお ， 1
r
しん
00
0Jの潜航時間 8時間の 1潜航分を配慮 し
かい 2
(
図 6参照)。
02吸 収 流 量 は約 5と
乙の時の O2発生流量 /C
なり，人間の 0
2摂取流量/C0
2排出流量に比べ，
大幅に O
2過多となる。
(
2
) 触媒有板状 K0
2の通気抵抗は小さくなり，
C02吸収流量および、 O2発生流量は図 5および図
6ζ示すよう，粗粒 A3とほとんど同じである。
，
ただし，通気湿度の高い場合， O2発生流量は試
i急激に高くなり，時期の経過とともに低
験初期ζ
下する。試験後の外観では一部潮解している 。
0
時間用 K0
たととおよび 1
2キャニスタを開発すれ
ば，それより長時間用 としては乙のキャニスタを
0時間用としては 8
複数個所要量持ち(たとえば8
3
.
3 I
くO2剤の選定
以上の試験結果を検討した結果，本装置用の
潜水船用生命維持装置の開発そのものであるとと
K02剤 としては，通気温湿度等に対し最も安定し
た反応をする粗粒 A3剤を選定した。
(
1
) 粗 粒 A2剤や触媒添加の Bおよび C剤は湿度の
による。
影響を大きく受け，反応が急激に進行したり通気
個 入 カ トリッジのように取り替え使用すればよく，
3
.1 改良 K0
2 の特性試験要領
供 試 K02は，反応を促進するため触媒を添加し，
抵抗が大幅に増加するため，船内 02および CO
2
濃度の制御上好ましくなく，かっ，通気ファンの
かっ，薬剤の内部まで反応がスム ーズに進展する
馬力が大きくなる乙とが考えられ，採用 し難い。
ように，成型圧力を従来の%とした約 7
mmの立方
(
2
) 板状 D剤は組粒 A
3程 度 の 性 能 を 有 す る が，
--4mm立方体の C剤(細
体の B剤(粗粒〉および 3
振動および衝撃に極めて弱く取り扱いに難点があ
粒)，ならびに反応表面積を広くし，かっ，内部ま
ることおよびキャニスタへの充てん率が粗粒より
で反応させるため簿い板状とし触媒を添加した D
悪く，キャニスタが大きくなるデメリ ッ トがあ る。
剤とした。また，昭和5
7年度の デ ータと比較する
(
3
) 粗 粒 A3は細粒または板状に比べると反応は
ため，純度を若干アップした点を除けば A1 剤 相
ゆっく り しているが，長時間使用 の場合は安定 し
0
0g
/l
当の A3剤を用いた。乙れらの K0
2剤 約 4
た反応が得られ，十分能力を発揮すると考えられ
回をキャニスタに詰め，各 2時間の試験を行った。
るO
C示す試験装置で，通気風量 2
5e
.
/min，
CO
図 1{
2
0
濃度 0
.
7%，温度2
0および3
5C，湿度 5
0および8
0
9
ちの入口空気条件で各 1回の試験を行い，昭和5
7
年度と 同項目の計測を行った(詳細は表 4参照)。
3
.
2 改良 1
くO2の特性 試 験 結 果
お よび考察
7年度との比較で次の乙とが
試験結果から昭和5
3
.
4 選定 K0
2剰の性能試験
A3剤 8kgをキャニスタに詰め，
選 定 した K0
2・
図 1の装置で通気風量 4
5
0
e
.
/min，温度2
00
C， 湿
度 50%， CO
.
7%として 1
0時間連続性能試
2濃度 0
験を行った。
ただ し， 6時間経過時点で通気抵抗が試験開始
時の値の約 6倍以上(約 4
0
0m
m
H
20) となりブロ
言える。
ワの能力を超えたため，通気風量を減らして試験
の Bおよび C剤について，
(
1
) 触媒有の粒状 K0
2・
を続行した。
CO2 吸収率は高くなる(図 5参照)。
ただい通気湿度の高い場合，通気抵抗が大幅
に増加する 。
乙れは触媒有 K0
2 の潮解が激しく ，潮解物固着
で粒子 間が閉鎖するためと考えられる 。
また ， O2発生流量も高くなる。しかし ，通気湿
度が高い場合，試験初期に急激に O2 を発生する
3
0
試験結果を関?に示す。 との結果次の乙とが言
える 。
(
1
) O2発生流量 /C02吸収流量は約 1
.2で
、 K0
2
の反応は比較的安定していた。
O2発生量 ， CO2吸収量は試験開始後 6時間
で理論反応量に対する 75 ~ぢ 81%となり ，K
02剤
(
2
)
の大部分が反応したら
JAMSTECTR 15 (1985)
(
3
)
試験後の K0
0m
m
2剤の外観は空気入口側約 3
の厚さの層がモルタノレ状に潮解 し固着していた。
1
0
0I
ー
I
ーベ入_
-
れる。
___uーυ ーυ - V__^~^_
.
.
!
.ー
ハ 二____
三，，=:::.1:......_^---____
1 ひ - 0 - 0 __
-φ
I
J
f .
r
'--1-・"'Lt-・ 4 ←- ~ ープヤ ・- ""'- _
Oー ー0___
I
_
、o
一小一色、
A
一 一 骨 骨で す
本辛叫司
主主
君
宅
地 58-5J
(D 剤)
試 験N
.
o58-1
(
A3剤〉
nu
FO
nU
dq
三
﹄OBMωNOυ
(波﹀去 三一
ENOυ
(波 )間町民-M
8
0
-
乙れが大幅に通気抵抗を増加させた原因と考えら
2
0
。
3
0
9
0
6
0
1
2
0
経過時間(分)
t
i
mee
l
a
p
s
e
d(mi
n
)
図 5 CO
2剤種類の影 響
2 吸収率に対する K0
I
n
f
l
u
e
n
c
eu
p
o
nk
i
n
do
fK02 a
g
e
n
tw
i
t
ha
b
s
o
r
p
t
i
v
i
t
y
1
.3
」ど人， '
r
ーーー一 一 ーー
/ r~'，
ペ
l
i
:
:
J
i
J
J
7
J
二
泌
。
，
.
、
ロ
ぞ1.
0
常時
、
J
局
、、
F
てR
C
:
えJ2
e
時_.
」ノ'"
L‘
<
l
.
l
I
J
J
J
J
咽 5
.O
C
堤前
制 』
305
】
。:;
紙
('J
.
.
.
可
:
O
長 JiL
T
c
:
r
.
.
一二.L...
_
。
試験 N
o
.
58-5 (D剤)
30
60
90
120
経過時間(分)
t
i
mee
l
a
p
s
e
d(
min)
l対する反応促進剤の影響
図 6 O2発生流量ζ
I
n
f
l
u
e
n
c
eu
p
o
nr
e
a
c
t
i
o
na
c
c
e
l
e
r
a
t
o
ra
g
a
i
n
s
tf
l
o
wr
a
t
eo
fO2 g
e
n
e
r
a
t
i
o
n
JAMSTECTR 15 (1985)
3
1
"
"
'"
"
'500
余ロ
"¥ヘ
二
E4
0
0
、、
、
J
縦二300
¥
E
童
三
阪否 2
0
0
f
現
司
、
圃
.
v
ε
包1
0
0
L_
」 ー
1
0
0
8
0
s
ω
O2発 生 流 護
=
>
，
号
梯
争
1
'
、
CO
2吸収流露
〉
.
.
.
.
.
ET40
0
0 弓
υδ
u
2
0
3
5
4
6
7
8
9
HU
2
l
。
経過時間(時)
h
r
)
t
i
m
ee
l
a
p
s
e
d(
図 7 K0
2 性能試験結果
T
e
s
tr
e
s
u
l
t
so
fK02p
e
r
f
o
r
m
a
n
c
e
くO2剤を用いた生命維持装置の
4
. f
制御方法の研究
K02の反応は人間の呼吸商から考えて酸素過多
2剤を用いた生命維持装置では，
となるので， K0
2を正として考えれば，別途水酸化リチウム
発生O
(LiOH)等で CO2を除去し船内の O2お よ び:C02
分圧を正常に制御する必要がある。
年度には K0
昭和5
9
2と LiOH兼用時のこれらの
制御方法について検討した。
K02キャニスタへ通気し ，O2濃 度 が 設 定 値 以
上になれば ， K02キャニスタへの通気風量を減ら
し
， LiOHキャニスタへ通気して CO
2を除去する
C02濃度の制御をするため
2および;
乙とで船内 O
の基礎データを試験結果として得る乙とができた。
2キャニスタの形状は通気抵抗を下げ
また， K0
るため通気面積を増やし，かっ，通過距離を短縮
する構造のものとし，良好な試験結果を得ること
ができた。
4
.1 試 験 要 領
試験装置は図 8に示すよう，従来装置の K0
2キ
ャニスタに LiOHキャニスタを分岐付加したもの
とし，通気温度2
0oC，湿度50%， λ口 C02濃 度
0
.
7%，通気風量 3
5
0
t
/
m
i
nおよび 8
7
0
t
/
m
i
r
i
0+2
32
で1
0時間連続試験を行った(詳細は表 5参照)。
(
1
) 供 試 K0
2剤 は ん と し ， 量 は 船 内 環 境 状 態 の
C，
中で反応が最も低下すると考えられる温度 6o
湿度
1
0
0%の場合において，乗員 3名の O2摂取量
2
6
t
/
h
r
manおよび CO2発生量2
2
t
/
h
r
man
を処理
・
・
できる約 6
k
gとした。
(
2
) K02キャニスタへの通気風量は 5
8年度の 1
0時
関連続性能試験におけるキャニスタ内空気通過時
間と同じになるよう， 3
3
0
t
/
m
i
nとした。
4
.
2 試験結果および考察
(
1
) K02キャニスタのみへ通気風量 3
30t/min を
1
0時間連続流した場合の試験結果を図 9，乙示す。
図 9から， O 2 発生流量および~C02 吸収流量は
乗員 3名用としては十分であるが， O2 は 過 多 で
ある乙とカ三わかる。
(
2
) K02キャニスタのみへ 3
3
0
t
/
m
i
n，2時間通
気後， K02キャニスタへ 8
0e
.
/min，LiOHキャニ
スタへ 2
5
0t
/
m
I
n，6時間通気し，その後， K02キ
ャニスタのみへ 3
3
0
t
/
m
i
n，2時間通気した試験結
果を図 1
0
'と示す。
乙の試験結果に基づき，船内 O2 および~C02 濃
度の推定をしたのが図 1
1の予想曲線である。通気
風量の変化に伴い，
O2濃度がオーバーシュート，
JAMSTECTR 15
85)
(
19
2
0
アンダーシュートする ζ となく推移する乙とがわ
(
3
) K0
2 キャニスタの通気抵抗はほとんど約
かる。
H20以下と非常に低い所で安定している。 また
試験後 K02の外観も，潮解固着現象はほとんどな
阻
なお ， K02 キャニスタへの通気風量を絞り，
Li
OHキャニスタへ通気しない場合は C02
濃度が
約 3.5%まで上昇する。
く，均一な良好な反応をしていた。
nUMHAU
nu 山
Mdu
4 京3
ト
ト
2
0
0ト
︿
40
2
﹄
∞吸 収 蹴y
二三ゴ二二ごi
二二て仁二づ二 二
2
0
‘
qd i
、
乗員 (3 名)のCO2 発生盤 •
2
3
一 上
4
})
Ia・-司会
'trtl
2
。
﹄
MEN00
3
02帽﹄﹀﹀O-
問符民一﹃
﹄ B 司 刷υ
EEMaO
。
(
総)
(決)
6
0
CO二仏﹄。帥門戸冊判υ
OUM司﹂EO
。 ﹄
一
﹄
4
叫 ) ロ O 一剖司﹄むEUWN O
80
(余¥噌)創出品 川相叡判。
measuringl
o
c
a
t
i
o
n
一measur
i
.
ngc
y
l
i
n
d
e
rNo.2
COt吸収怒
(市中¥ご綱出品川司被制O
υ
。測定筒所…計測筒 -2
叫﹀
gg¥
1
0
0
1
0
0
(gg¥
︿
口
一
口
、
ご
と
一
一DSEua
(余¥叫)稲盛 絞 沼
500
¥乗員 (3名〉のO2消費髭
I 6I
一 一7
5
9
8
1
0
経過時間〈時)
t
i
m
ee
l
ap
s
e
d (h
r)
o
.
5
9- 1
)
図 9 K02制御方法の研究試験結果(試験 N
T
e
s
tN
o
.5
9- 1
)
T
e
s
tr
e
s
u
l
t
so
b
t
a
i
n
e
dfromc
o
n
t
r
o
l
l
e
dr
e
a
c
t
i
o
nt
e
s
to
fK02 (
宗主
』
ー
ー
ー
・_
.ー
「
400
-
:
:
;
.E(
3
3
0
)
心~ 3
0
0
2
ぎ
-
コ
」
2
0
0
崎
支黒 1
0
0
仁一一一
淘 E (
8
0
〉
邑
0
﹄
﹄
﹄
一
υ
υ 032Eo-﹄
(55¥
ご cgHa02時 間O
υ
NO
O
υ
医N
2
40
t
(余¥ご剖明記幅.
乗員 (3名)の O2t
肉質量
﹄
。
、
州
W当
﹄B 帽 向 。
hZ﹀2aO
マ3
︿
(田駅﹀
(淡﹀悶
6
0
(余¥ご昭総剣山陣
CO2吸収 $
の
4
0
M円
凋句
80
Sg¥ 国 ) ロ O ニ司﹄曲CU出 N O032EO
げ
2
- nn
ド
'
o
α
sy
mM
αc
.
1
σ，
。
ゆ1huv σ a
畑
山
-nElnH
所・川削
節制闘
m
油川市
淀抑制
1
0
0
一一
2
0
・ーー一一
。
2
.
3
4
5
経過時間
6
7
8
9
1
0
〈時)
r)
t
i
m
ee
l
a
p
s
e
d (h
o
.5
9-2)
図1
0 K02制御方法の研究試験結果(試験N
T
e
s
tNO. 5
9
-2)
T
e
s
tr
e
s
u
l
t
so
b
t
a
i
n
e
dfromc
o
n
t
r
o
l
l
e
dr
e
a
c
t
i
o
nt
e
s
to
fK02 (
34
JAMSTECTR 15
(
19
85)
O2 糧~&
︿
a
向
日
2キャニス タ通気風撤
K0
4))
(LiOHキャニスタ の 内
が無いと した的
∞
j
3
U
'L
∞
CO2濃度
。 。
l
ω
1
2
0
1
8
0
2
4
0
∞
3
印
3
4
:
:
>
.
0
5
4
0
4
8
0
門司 令 作
:
r
o
hmM
nv n U A
d
内
の
4
m 鑓NO
M
υ
(決﹀去一的E
u
N
O
υ
44
CO2濃度
(余¥同﹀削刺頃 ぽ桐明
1
5
︿川駅﹀
58
¥噌﹀﹄ど回一
cgNOv-z苦 O﹄去と一一五伺ugu仏
gu
to
︿田駅) ご一
(柏駅) 泌 総δ
2
5
ぽx
l
時間(分〉
.
!ime (mIn)
図1
1 船内 O2および、 CO2濃度変化(予想 )C試 験 N
.
o5
を基に算出〕
9- 2
O2 andCO2d
e
n
s
i
t
yv
h
i
pC
a
r
i
a
t
i
o
ni
ns
P
r
e
d
i
c
t
i
o
nc
a
l
cul
a
t
e
db
a
s
e
donT
o
.59-2)
e
s
tN
表 5 K02 制御方法の研究試験条件
T
e
s
tc
o
n
d
i
t
i
o
nswithc
o
n
t
r
o
l
l
e
dr
e
a
c
t
i
o
nt
e
s
to
fK02
N
.
o
N
.
o
験
試
e
s
t
キャニスタ 通気風量 (
K02
U
m
i
n
)
c
a
n
i
s
t
e
rp
e
r
m
e
a
b
i
l
i
ty
K02
.
e
!
m
i
n
)
L
iOHキャニスタ通気風量 (
an
i
s
t
e
rp
e
r
m
e
a
b
i
l
it
y
LiOHc
全 体
通
気風
59-1
59-2
330
330→ 80→ 330
一
0→ 250→ O
U
m
i
n
)
量(
330
O
v
e
ra
l
lp
e
r
m
e
a
b
i
l
i
ty
ロ C 02濃 度 (% )
入
O
.7
C02d
e
n
s
i
t
ya
ti
n
l
e
t
入
(
OC )
冶m
τ
pe
r
a
t
u
r
ea
n
l
e
t
ti
入
口
温
度
口
湿
度 〈必)
20
50
H
u
m
i
d
i
t
ya
ti
n
l
e
t
KOz
最 (kg)
6
Amounto
fK02
LiOH
量 (kg )
Amounto
fL
i
OH
試
験
時
間
(
h
r)
Te
s
tt
i
me
試
験
回
O
.
6
一
10
•
数 (回)
Numbero
ft
e
s
t
s
JAMSTEC
TR 15
(
19
85)
3
5
表 6 K0
2 を用いた生命維持装置の仕様
S
p
e
c
i
f
i
c
a
t
i
o
no
fl
i
f
e
s
u
p
p
o
r
te
q
u
i
p
m
e
n
tu
s
i
n
gK0
2
目
項
N
o
.
I
tem
循
n
内
仕-
C
o
n
t
e
n
t
回
環
ノ
て イノマス
K02 キャニスタ戸山
路
循 E
c
i
r
c
u
l
a
t
i
o
ndiagram
(
)
)
環
.
.
_
，
L
、
ノE
〉
n
n
、
o
ロ 循 環 風 量
フロワ
色-
2
. ~同
スぉ
ーロ
アど
. ~司
3
i
品
仁J
〉
、
7
(
)
)
弘
γ+
ω
，
;
.
ス
濃
度
5
U3
量
。 control
計 測
濃 4
3
度判 制 御
o
tJ
9 K02
トー
約 45Oe
./min
330e
.
/min (
0
2濃度を上昇させる場合)
80+25Oe
.
/mi
n(02濃度を低下させる場合)
K02キャニスタ
のみに通気
t
/
m
i
n
:
2
5
0t
/
m
i
n
K02キキニユスタ :
8
0
LiOH
キ 守 ニ スタ
K02キャニスタの通気風量の増減による制御
C02センサによる連続自動計測および手動
ロ
ω m
easurement によるサンプリング計測の併設
- +c
a
ム
船内よ
測
制 御
〉
、
o
計
N
2 C02・
2
フ- u-
8
LiOH キャニスタ
考
02センサ 3個の平均値による計測方式
ロ1
easurement
02:
右
御 g
6
風
気
p
e
r
m
e
a
b
i
l
i
t
y
5 リ
告
ゆ
c
i
r
c
u
l
a
t
i
n
gf
l
o
wr
a
t
e
通
イ
蒲
c
o
n
tr
o
l
形
状
s
h
a
p
e
LiOHキャニスタへの通気による制御
円筒充てん形
キ』
K02充 て ん 量
1
0
fK02
ャ
・c
5
s amounto
(
)
)
6kg
4
U
4
1
1
1
u
一
一
g通
N
ス
ヌ止~
風
量
p
e
r
m
e
a
b
i
l
it
Y
1
2 タ
1
3 LiOH
形
330e
.
/min(02濃度を上昇させる場合)
8O
e
.
/
r
n
i
n (02濃度を低下させる場合)
状
円柱状充てん形
s
h
a
p
e
キ』
ω
LiOH 充 て ん 量
1
4 ャE
C
S
amolll1to
fLiOH
ー- u
4
U
4
3
ス国 通
1
5 タQ
ト
」
1
6 安
3
6
全
気
風
0
.
6kg
量
2
5
0e
.
/min
p
e
r
m
e
a
b
il
i
t
y
対
策
K02 キャニスタを利用した自力呼吸回路を
設ける u
JAMSTECTR 1
5 (19
8
5
)
制御装置
cont
r
olequ
ipment
τ
_...J
「ーー一一
L
ー
一
ー
ー
ー
一寸
l v
〆 一 -L-4
I
計語
I
J間
.
πleaSunn
.
R
'c
Yl
In
a
e
rI
応
i
f
J
S
羽
E
注i
丘r
E
2
叫一一
-一-
:
P0
2計 測 装 置!
!
P02i
n
s
trument
ιーー
ー
ー
・ 圃
----'
，
LiOH
K02
キャ ニス タ
キャニスタ
LiOH
K02
canlster
camste
r
，，~
電磁弁
電磁弁
s
o
l
e
n
o
i
dv
a
l
v
e
オリフィ ス
o
r
i
f
i
c
e >1<
ー
咽.
バイパス回路
by一 阿 部 c
i
r
c
u
i
t
ー
唾
.
_
通気 ライン
v
e
n
t
i
lat
i
o
nl
i
n
e
一ーー
ブロワ
b
l
o
w
e
r
一ーー
計i
l
l
Jライン
measuringl
i
n
e
制御ラ イ ン
c
o
n
t
r
o
ll
i
n
e
図1
2K02を用いた生命維持装置概略系統図
S
chematicdiagramo
fl
i
f
e
s
uppo
r
tequipmen
tu
s
i
n
gK02
5
. 潜水船用生命維持装置全体
船内 O2濃度の制御は 0
2濃度が設定上限に達し
2キャニスタ系電磁弁を閉じて80t/
min
た所で、 K0
システムの検討
9
年度の研究成果に基づき， K02を用いた
昭和 5
を K02キャニスタ ζ
i通気し， 02濃度が設定下限
「しんかい 2
0
0
0J用生命維持装置全体システムに
30t/minを K02
に達すれば同電磁弁を開いて， 3
ついて検討した。その結果は所要装置の系統を図
キャニスタに通気させる。また ，船内 COz濃度の
12~と，また，装置の仕様を表 6
R
:
:示す。
2濃度が設定上限になれば， LiOHキャ
制御は C0
9
年度の試験装置 (
1
0時間を超す場合は，
装置は 5
ニスタ系電磁弁を「関Jとして LiOHキャニスタに
キャニスタをカートリッジ方式で換装)に，潜水
通気し，設定下限になれば「鎖」として，L
iOHキ
船 内換気所要風量の不足分を補うバイパス換気回
ャニスタへの通気 を零として行う 。
路を付加したものとなる 。
JAMSTECTR 1
5 (19
85
)
37
6
. あ と カt き
本試験研究により，
吸
K02剤の 02発 生， CO
2
収反応の特性および、 O
O2濃 度 の 制 御
2 ならびに C
法に 関する基礎 データを得 る乙 とができ ，ま た
，
文 献
(
1
) 池田玉治ほか刊通気式炭酸ガス吸収装置の関
9
7
2
発"，日本高気圧環境医学会雑誌 7， 1
(
2
) 池田玉治ほか 趨酸化カリウム (K02) の 特
H
潜水船用生命維持装置の概要もつかむ乙とがで き
性試験についてう日本高気圧環境医学会雑誌
た
。 今後，詳細な検討を進めると ともに，潜水船
1
9，1
9
8
4
相当の密 閉区画内で，乗員 3名の呼気条件をモデ
02剤 を用いた
ィファイした確認、試験等を行い ，K
(原稿受理: 1
9
8
5
年 4月1
9日)
生命維持装置の性能，信頼性および安全性を研究
確認し て いく予定である。
38
JAMSTECTR 1
5 (1985)