Rebreather - Rebreather

Rebreather

Elektronický rebreather s plně uzavřeným obvodem ( AP Diving Inspiration)
Akronym	CCUBA (podvodní dýchací přístroj s uzavřeným okruhem); CCR (rebreather s uzavřeným okruhem), SCR (polouzavřený rebreather)
Využití	Dýchací souprava
Související zboží	Davisův aparát

Rebreather je dýchací přístroj, který absorbuje oxid uhličitý z uživatele vydechovaném vzduchu pro umožnění zpětného vdechování (recyklace) z v podstatě nevyužité kyslíku obsahu, a nepoužitý obsah inertní, když je přítomen, každý dech. Kyslík se přidává k doplnění množství metabolizovaného uživatelem. To se liší od dýchacího přístroje s otevřeným okruhem, kde je vydechovaný plyn vypouštěn přímo do prostředí. Účelem je prodloužit dýchací výdrž omezeného přívodu plynu a pro skryté vojenské použití žabími muži nebo pozorování podmořského života odstranění bublin produkovaných systémem s otevřeným okruhem. Rebreather je obecně chápán jako přenosná jednotka nesená uživatelem. Stejná technologie na vozidle nebo nemobilní instalaci bude pravděpodobně označována jako systém podpory života .

Technologii přetavování lze použít tam, kde je omezený přísun dýchacího plynu , například pod vodou nebo ve vesmíru, kde je prostředí toxické nebo hypoxické , například při hašení požárů, záchranných dolech a ve výškových operacích nebo tam, kde je dýchací plyn speciálně obohacen nebo obsahuje drahé komponenty, jako je ředidlo helium nebo anestetické plyny.

Rebreathers se používají v mnoha prostředích: Pod vodou, potápěčské rebreathers jsou typem samostatného podvodního dýchacího přístroje, který má aplikace pro primární a nouzové dodávky plynu. Na souši se používají v průmyslových aplikacích, kde mohou být přítomny jedovaté plyny nebo může chybět kyslík, při hašení požárů , kde může být vyžadováno, aby hasiči pracovali v atmosféře bezprostředně nebezpečné pro život a zdraví po delší dobu, a v nemocniční anestezii dýchací systémy pro zásobování kontrolované koncentrace anestetických plynů pacientům bez kontaminace vzduchu, který personál dýchá, a ve vysokých nadmořských výškách, kde je parciální tlak kyslíku nízký, pro vysokohorské horolezectví. V leteckém a kosmickém průmyslu existují aplikace v beztlakových letadlech a pro padáky ve vysokých nadmořských výškách a mimo planetu ve vesmírných oblecích pro mimopracovní aktivity . Podobná technologie se používá v systémech na podporu života v ponorkách, ponorkách, podmořských a povrchových saturačních stanovištích, kosmických lodích a vesmírných stanicích a v systémech regenerace plynu používaných k regeneraci velkých objemů helia používaných při saturačním potápění .

Recyklace dýchacího plynu je za cenu technologické složitosti a specifických rizik, z nichž některá závisí na aplikaci a typu použitého rebreatheru. Hmotnost a objem může být větší nebo menší než otevřený okruh v závislosti na okolnostech. Elektronicky řízené potápění rebreathers může automaticky udržovat na parciální tlak kyslíku mezi programovatelnými horní a dolní limity, nebo nastavit body, a musí být integrovány s dekompresní počítače monitorovat stav dekomprese potápěče a zaznamenejte profil ponoru .

Obecný koncept

Když člověk dýchá, tělo spotřebovává kyslík a produkuje oxid uhličitý . Základní metabolismus vyžaduje asi 0,25 l/min kyslíku při rychlosti dýchání asi 6 l/min a zdatně pracující osoba může větrat rychlostí 95 l/min, ale bude metabolizovat pouze asi 4 l/min kyslíku metabolizováno je obecně asi 4% až 5% vdechovaného objemu za normálního atmosférického tlaku , nebo asi 20% dostupného kyslíku ve vzduchu na úrovni hladiny moře . Vydechovaný vzduch na hladině moře obsahuje zhruba 13,5% až 16% kyslíku.

Situace je o to více plýtvání kyslíku, když se podíl kyslíku v plynu dýchání je vyšší, a v podvodním potápění je komprese z dýchacího plynu v důsledku hloubky je recirkulace vydechovaného plynu ještě více žádoucí, jako i větší část otevřeného okruhu plyn je zbytečný. Pokračující opětovné dýchání stejného plynu vyčerpá kyslík na úroveň, která již nebude podporovat vědomí a nakonec život, takže k udržení požadované koncentrace kyslíku musí být do dýchacího plynu přidán plyn obsahující kyslík.

Pokud je to však provedeno bez odstranění oxidu uhličitého, rychle se nahromadí v recyklovaném plynu, což má téměř okamžitě za následek mírné dýchací potíže a rychle se rozvine do dalších fází hyperkapnie nebo toxicity oxidu uhličitého. K eliminaci metabolického produktu oxid uhličitý (CO ₂ ) je obvykle nutná vysoká rychlost ventilace . Dýchání reflex se spouští CO ₂ koncentrace v krvi, a to podle obsahu kyslíku, tak i malé nahromadění CO ₂ ve vdechovaném plynu se rychle stává nesnesitelným; pokud se člověk pokusí přímo znovu vydechnout svůj vydechovaný dýchací plyn, brzy pocítí akutní pocit dušení , takže rebreathers musí chemicky odstranit CO ₂ ze složky známé jako pračka oxidu uhličitého .

Přidáním dostatečného množství kyslíku ke kompenzaci metabolického využití, odstraněním oxidu uhličitého a opětovným vdechnutím plynu je většina objemu zachována.

Vztah fyziologických účinků na koncentraci oxidu uhličitého a dobu expozice.

Architektura

Existují dvě základní uspořádání ovládající tok dýchacího plynu uvnitř dýchacího systému, známá jako kyvadlové a smyčkové systémy.

Kyvadlo

V kyvadlovém uspořádání uživatel vdechuje plyn z protilehlé plíce přes dýchací trubici a vydechovaný plyn se vrací do plíce protékáním zpět stejnou trubicí. Pračka je obvykle mezi dýchací trubicí a pultovým plicním vakem a proud plynu je obousměrný. Všechny průtokové kanály mezi uživatelem a pračkou jsou mrtvým prostorem.

Smyčka

V konfiguraci smyčky uživatel vdechuje plyn jednou trubicí a vydechuje druhou trubicí. Vydechovaný plyn proudí z jedné strany do pračky a vystupuje z druhé strany. Na každé straně pračky může být jeden velký protiproud, nebo dva menší protiplíce, po jednom na každé straně pračky. Průtok je v jednom směru, vynucený zpětnými ventily. Mrtvým prostorem jsou pouze průchody toku před rozdělením mezi inhalační a výdechovou trubici.

Dvoupytlový rebreather

Jedná se o smyčkovou konfiguraci, kde má rebreather dva dýchací vaky a plyn v okruhu jde z plic do jednoho vaku do absorbentu do druhého vaku a zpět do plic.

Komponenty

Dýchací pytel nebo protiproud

Dýchací vak je vak ze silného pružného materiálu, který uživatel rebreatheru dýchá dovnitř a ven.

Pračka

Válec různých velikostí a poměrů délka/šířka, někdy velikosti plechovky na kávu, který má na jedné straně vstupní ventil a na druhé straně výstupní. Nádoba je naplněna materiálem absorbujícím CO ₂ , většinou silnými zásadami, jako je sodné vápno nebo hašené vápno , vodou a malými procenty, mezi 1 a 5%, hydroxidu sodného a hydroxidu draselného .

Kyslíková bomba

Nádrž na kyslík, která přivádí čistý kyslík do směsi pro opětovné dýchání, a to buď stabilně, nebo když uživatel ovládá kyslíkový ventil, nebo (v automatickém zpětném odvzdušňování) poté, co senzor O ₂ zjistil nedostatečné hladiny kyslíku. V některých smyčkových systémech může být umístěn na začátku takové smyčky a další nádrž, nazývaná válec s ředidlem, je zodpovědná za úpravu hladin O2 na konci.

Senzory koncentrace

Ventily

Dějiny

Raná historie

Kolem roku 1620 v Anglii , Cornelius Drebbel dělal časné veslo-poháněl ponorku . Aby znovu okysličil vzduch v něm, pravděpodobně generoval kyslík zahříváním ledku ( dusičnanu draselného ) v kovové pánvi, aby emitoval kyslík. Zahřívání mění ledek na oxid nebo hydroxid draselný , který absorbuje oxid uhličitý ze vzduchu. To může vysvětlovat, proč Drebbelovi muži nebyli ovlivněni tvorbou oxidu uhličitého tak, jak by se dalo očekávat. Pokud ano, omylem vyrobil surový rebreather více než dvě století před patentem svatého Simona Sicarda.

První základní rebreather založený na absorpci oxidu uhličitého byl ve Francii patentován v roce 1808 Pierrem-Marie Touboulicem  [ fr ] z Brestu , mechanikem Napoleonova císařského námořnictva. Tato raná konstrukce rebreatheru fungovala s kyslíkovým rezervoárem, kyslík byl postupně dodáván potápěčem a cirkuloval v uzavřeném okruhu houbou namočenou ve vápenné vodě . Touboulic nazval svůj vynález Ichtioandre (řecky „rybí muž“). Neexistuje žádný důkaz o výrobě prototypu.

Prototyp rebreatheru postavil v roce 1849 Pierre Aimable De Saint Simon Sicard a v roce 1853 profesor T. Schwann v Belgii . Měl velkou zadní kyslíkovou nádrž s pracovním tlakem asi 13,3 baru a dvě pračky obsahující houby namočené v roztoku louhu sodného .

Moderní rebreathers

Henry Fleuss , vynálezce rebreatheru

První komerčně praktickou potápění s uzavřeným okruhem navrhl a postavil potápěčský inženýr Henry Fleuss v roce 1878, když pracoval pro londýnskou společnost Siebe Gorman . Jeho samostatný dýchací přístroj se skládal z gumové masky připojené k dýchacímu vaku s (odhadem) 50–60% O ₂ dodávaným z měděné nádrže a CO ₂ vyčištěným lanovou přízí namočenou v roztoku žíravého potaše; systém poskytuje dobu přibližně tří hodin. Fleuss testoval své zařízení v roce 1879 tím, že strávil hodinu ponořenou do vodní nádrže, poté o týden později ponorem do hloubky 5,5 m na otevřené vodě, při které se lehce zranil, když ho jeho asistenti náhle vytáhli na hladinu.

Jeho aparát poprvé za provozních podmínek použil v roce 1880 Alexander Lambert, vedoucí potápěč projektu stavby Severnského tunelu , který byl schopen cestovat 1000 stop ve tmě a zavřít několik ponořených stavidel v tunelu; to porazilo jeho nejlepší úsilí standardními potápěčskými šaty kvůli nebezpečí, že se vzduchová přívodní hadice zanese na ponořených odpadcích a silné vodní proudy v provozech.

Fleuss neustále zlepšoval svůj aparát, přidával regulátor poptávky a nádrže schopné pojmout větší množství kyslíku při vyšším tlaku. Sir Robert Davis , vedoucí Siebe Gorman , vylepšil kyslíkový rebreather v roce 1910 svým vynálezem Davis Submerged Escape Apparatus , prvního praktického rebreatheru, který byl vyroben v množství. I když byl určen především jako nouzový únikový přístroj pro posádky ponorek , brzy byl také použit pro potápění , protože byl praktickým potápěčským přístrojem pro mělké vody s třicetiminutovou výdrží a jako průmyslová dýchací souprava .

Davis Ponořené únikové zařízení testováno v ponorkovém únikovém testovacím tanku v HMS Dolphin, Gosport , 14. prosince 1942

Souprava sestává z gumy dýchání / vztlak sáček obsahující nádobku se hydroxid barnatý drhnout vydechovaného CO ₂ a, v kapse na dolním konci sáčku, ocelového tlakového válce drží přibližně 56 litrů kyslíku při tlaku 120 bar. Válec byl vybaven regulačním ventilem a byl spojen s dýchacím vakem . Otevřením ventilu válce se do vaku dostal kyslík a nabil se tlakem okolní vody. Souprava také obsahovala nouzový vztlakový vak na přední straně, který měl pomoci udržet nositele na hladině. DSEA bylo přijato královským námořnictvem po dalším vývoji Davisem v roce 1927. Byly z něj odvozeny různé průmyslové kyslíkové rebreathers jako Siebe Gorman Salvus a Siebe Gorman Proto , oba vynalezené na počátku 20. století.

Profesor Georges Jaubert vynalezl chemickou sloučeninu Oxylithe v roce 1907. Jednalo se o formu peroxidu sodného (Na ₂ O ₂ ) nebo superoxidu sodného (NaO ₂ ). Absorbuje oxid uhličitý v pračce rebreatheru a vydává kyslík. Tato sloučenina byla poprvé začleněna do designu rebreatheru kapitánem SS Hallem a Dr. O. Reesem z královského námořnictva v roce 1909. Ačkoli byl určen pro použití jako ponorkový únikový aparát, nebyl královským námořnictvem nikdy přijat a místo toho byl používán pro mělké lodě. vodní potápění.

V roce 1912 zahájila německá firma Dräger sériovou výrobu vlastní verze standardních potápěčských šatů s přívodem vzduchu z rebreatheru. Přístroj vynalezl o několik let dříve Hermann Stelzner, inženýr ve společnosti Dräger, pro záchranu min .

Rebreathers během druhé světové války

Frogman britského námořnictva z roku 1945 s Davisovým aparátem

Ve třicátých letech minulého století začali italští sportovní lovci spearfishů používat Davisův rebreather ; Italští výrobci obdrželi od anglických držitelů patentů licenci na jeho výrobu. Tato praxe se brzy dostala do pozornosti italského námořnictva , které vyvinulo značně modernizovaný model navržený Teseo Tesei a Angelo Belloni, který používala jeho žabí jednotka Decima Flottiglia MAS s dobrými výsledky během druhé světové války.

Během druhé světové války zajatí rebreathers italských žabích mužů ovlivnili vylepšené návrhy britských rebreathers. Mnoho britských žabích dechových souprav používalo posádku dýchající kyslíkové lahve zachráněné ze sestřelených německých letadel Luftwaffe . Nejdříve z těchto dýchacích sad mohl být upraven Davisův ponorný únikový přístroj ; jejich celoobličejové masky byly typu určeného pro Siebe Gorman Salvus , ale v pozdějších operacích byly použity různé konstrukce, což vedlo k celoplošné masce s jedním velkým čelním oknem, nejprve kruhové nebo oválné a později obdélníkové (většinou ploché, ale boky zakřivené vzadu) umožňující lepší vidění do stran). Brzy rebreathers britských frogmanů měly na hrudi obdélníkové protismyky jako rebreathers italských frogmanů, ale pozdější návrhy měly čtvercové vybrání v horní části counterlung, aby se mohlo rozšířit dále nahoru k ramenům. Vpředu měli gumový límec, který byl upnutý kolem absorpční nádoby. Někteří potápěči britských ozbrojených sil používali objemné silné potápěčské obleky zvané Sladen obleky ; jedna jeho verze měla výklopnou čelní desku pro obě oči, aby uživatel mohl dostat dalekohled do očí, když je na povrchu.

Rebreathers Dräger, zejména modelové řady DM20 a DM40, používali během druhé světové války němečtí potápěči helem a němečtí žabí muži . Rebreathers pro americké námořnictvo vyvinul Dr. Christian J. Lambertsen pro podvodní válčení. 17. května 1943 uspořádal Lambertsen první kurz opětovného kyslíkového rebreatheru s uzavřeným okruhem ve Spojených státech pro námořní jednotku Úřadu strategických služeb na Námořní akademii .

Během a po druhé světové válce vyvstaly v ozbrojených silách potřeby ponořit se hlouběji, než dovoluje čistý kyslík. To přinutilo, přinejmenším v Británii, navrhnout jednoduché varianty „směsových rebreatherů“ s konstantním průtokem některých jejich potápěčských kyslíkových rebreathers (= to, čemu se nyní říká „ nitrox “): SCMBA od SCBA ( Swimmer Canoeist's Breathing Apparatus ) a CDMBA od Siebe Gorman CDBA , přidáním přídavného zásobníku plynu. Před ponorem s takovou sadou musel potápěč znát maximální nebo pracovní hloubku svého ponoru, a jak rychle jeho tělo využilo zásoby kyslíku, a z nich vypočítat, na co nastavit průtok plynu svého rebreatheru.

Po druhé světové válce

Potápěčský průkopník Hans Hass použil na začátku čtyřicátých let kyslíkové rebreathers Dräger pro podvodní kinematografii.

Vzhledem k vojenskému významu rebreatheru, který byl dostatečně prokázán během námořních kampaní druhé světové války , se většina vlád zdráhala vydat technologii do veřejného vlastnictví. V Británii bylo použití rebreatheru pro civilisty zanedbatelné a BSAC jeho členům formálně zakázalo používání rebreatheru. Italské firmy Pirelli a Cressi-Sub nejprve prodávaly model sportovního potápěčského rebreatheru, ale po chvíli tyto modely ukončily. Někteří podomácku vyrobení rebreathers používali jeskynní potápěči k proniknutí do jeskynních jímek .

Většina vysokohorských horolezců používá kyslíkové vybavení s otevřeným okruhem; expedice na Everest v roce 1953 používala kyslíkové zařízení s uzavřeným i otevřeným okruhem: viz kyslík v lahvích .

Nakonec se studená válka skončila, a v roce 1989 komunistický blok se zhroutil , a v důsledku toho vnímaná rizika sabotážních útoků bojových potápěčů zmenšoval a západní ozbrojené síly měly méně důvodů k rekvizici civilní rebreather patentů a automatické a poloautomatické rekreační potápění začaly se objevovat rebreathers se senzory ppO2 .

Systémové varianty

Rebreathers lze primárně kategorizovat jako potápěčské rebreathers, určené pro hyperbarické použití, a jiné rebreathers používané při tlacích od mírně vyššího než je normální atmosférický tlak na úrovni hladiny moře k významnému snížení okolního tlaku ve vysokých nadmořských výškách a ve vesmíru. Potápěčští rebreathers se musí často potýkat s komplikacemi vyhýbání se hyperbarické toxicitě kyslíku, zatímco normobarické a hypobarické aplikace mohou využívat relativně triviálně jednoduchou technologii kyslíkového rebreatheru, kde není potřeba monitorovat parciální tlak kyslíku během používání za předpokladu, že je dostatečný okolní tlak.

Kyslíkové rebreathers

Schematický diagram kyslíkového rebreatheru s uzavřeným okruhem s kyvadlovou konfigurací a radiální pračkou

Schematický diagram kyslíkového rebreatheru s uzavřeným okruhem s konfigurací smyčky a pračkou axiálního toku

Jedná se o nejstarší typ rebreatheru a byl běžně používán námořnictvem a pro záchrannou těžbu a v průmyslu od počátku dvacátého století. Kyslíkové rebreathers mohou mít pozoruhodně jednoduchý design a byly vynalezeny před potápěním s otevřeným okruhem. Dodávají pouze kyslík, takže neexistuje požadavek na ovládání směsi plynů kromě odstraňování oxidu uhličitého.

Možnosti podávání kyslíku

U některých rebreathers, např. Siebe Gorman Salvus , má kyslíkový válec paralelně mechanismy zásobování kyslíkem. Jedním z nich je neustálý tok ; druhý je ruční vypínací ventil nazývaný obtokový ventil; oba se přivádějí do stejné hadice, která napájí protiproud . V Salvusu není druhý stupeň a plyn se zapíná a vypíná u válce.

Jiné, jako například USN Mk25 UBA, jsou dodávány prostřednictvím odběrného ventilu na protizávaží. Tím se přidá plyn kdykoli, když se vyprázdní protivítr a potápěč pokračuje v nádechu. Kyslík lze také přidat ručně tlačítkem, které aktivuje ventil požadavku.

Některá jednoduchá kyslíková rebreathers neměla žádný automatický přívodní systém, ale pouze ruční podávací ventil a potápěč musel ventil používat v intervalech, aby doplnil dýchací vak, protože objem kyslíku klesl pod příjemnou úroveň.

Rebreathers na směsný plyn

Všechny rebreathers jiné než kyslíkové rebreathers mohou být považovány za rebreathers se směsnými plyny, protože dýchací plyn je směs kyslíku a metabolicky neaktivního ředicího plynu. Ty lze rozdělit na polouzavřený okruh, kde je přívodním plynem prodyšná směs obsahující kyslík a inertní ředidla, obvykle dusík a helium, a která se doplňuje přidáním většího množství směsi při spotřebovávání kyslíku, což je dostatečné k udržení dýchatelný parciální tlak kyslíku ve smyčce a rebreathers s uzavřeným okruhem, kde se používají dva paralelní přívody plynu: ředidlo, které poskytuje většinu plynu, a které je recyklováno, a kyslík, který je metabolicky vydáván. Oxid uhličitý je považován za odpadní produkt a ve správně fungujícím rebreatheru se účinně odstraňuje, když plyn prochází pračkou.

Polouzavřený obvod rebreathers

SCR se téměř výhradně používají pro potápění pod vodou, protože jsou objemnější, těžší a složitější než kyslíkové rebreathers s uzavřeným okruhem a aplikace za atmosférického tlaku a pod ním nevyžadují ředění kyslíku, aby se zabránilo akutní toxicitě. Používají je vojenští a rekreační potápěči, protože poskytují lepší dobu pod vodou než otevřený okruh, mají hlubší maximální operační hloubku než kyslíkové rebreathers a mohou být poměrně jednoduché a levné. Při řízení složení plynu nespoléhají na elektroniku, ale mohou využívat elektronické monitorování pro lepší bezpečnost a efektivnější dekompresi. Alternativní termín pro tuto technologii je „prodlužovač plynu“.

Zařízení s polouzavřeným okruhem obvykle dodávají vždy jeden dýchací plyn, jako je nitrox nebo trimix . Plyn se vstřikuje do smyčky rychlostí, aby se doplnil kyslík spotřebovaný ze smyčky potápěčem. Přebytečný plyn musí být ze smyčky podle potřeby odvzdušněn, aby se vytvořil prostor pro čerstvý plyn bohatý na kyslík. Protože část kyslíku zůstává v odvzdušněném plynu, polouzavřený okruh plýtvá kyslíkem i inertními složkami.

Musí být použita směs plynů, která má maximální provozní hloubku, která je bezpečná pro plánovanou hloubku ponoru a která poskytne na povrchu prodyšnou směs, nebo bude nutné směsi během ponoru měnit. Jak se množství kyslíku požadované potápěčem zvyšuje s pracovní rychlostí, rychlost vstřikování plynu musí být pečlivě zvolena a kontrolována, aby se zabránilo bezvědomí u potápěče v důsledku hypoxie . Vyšší rychlost přidávání plynu snižuje pravděpodobnost hypoxie a zajišťuje stabilnější složení smyčkového plynu, ale plýtvá větším množstvím plynu.

Polouzavřený obvod pasivního sčítání

Tento typ rebreatheru funguje na principu přidání čerstvého plynu ke kompenzaci sníženého objemu v dýchacím okruhu. Část oddechovaného plynu je vypouštěna, což je nějakým způsobem úměrné využití. Obecně se jedná o fixní objemovou frakci respiračního toku, ale byly vyvinuty složitější systémy, které vyčerpávají těsnou aproximaci poměru k povrchovému respiračnímu průtoku. Jsou popsány jako systémy s kompenzací hloubky nebo částečně s hloubkou kompenzace. Přidávání plynu je vyvoláno nízkým objemem protizávaží.

Aktivní přídavný polouzavřený obvod

Aktivní přídavný systém přidává přiváděný plyn do dýchacího okruhu a přebytečný plyn je vypouštěn do prostředí pomocí přetlakového ventilu. Tyto rebreathers mají tendenci pracovat v blízkosti maximálního objemu.

Nejběžnějším systémem aktivního přidávání doplňovacího plynu v polouzavřených rebreathers je použití injektoru s konstantním hmotnostním průtokem, známého také jako ucpaný tok . Toho lze snadno dosáhnout použitím sonické clony, protože za předpokladu, že pokles tlaku na cloně je dostatečný k zajištění zvukového toku, bude hmotnostní tok konkrétního plynu nezávislý na tlaku za ním. Hmotnostní průtok zvukovým otvorem je funkcí vstupního tlaku a plynné směsi, takže vstupní tlak musí zůstat konstantní, aby rozsah pracovní hloubky rebreatheru poskytoval spolehlivě předvídatelnou směs v dýchacím okruhu, a upravený regulátor je použitý, který není ovlivněn změnami okolního tlaku. Přidávání plynu je nezávislé na použití kyslíku a plynná frakce ve smyčce je silně závislá na námaze potápěče - je možné nebezpečně vyčerpat kyslík nadměrnou fyzickou námahou.

Přidávání plynu řízené poptávkou

Principem činnosti je přidání množství kyslíku, které je úměrné objemu každého dechu. Tento přístup je založen na předpokladu, že objemová rychlost dýchání potápěče je přímo úměrná metabolické spotřebě kyslíku jako zástupci produkce oxidu uhličitého, což podle experimentálních důkazů je dostatečně blízko, aby fungovalo v rozumných tolerancích.

Uzavřený okruh rebreathers smíšeného plynu

Uzavřené obvody rebreathers (CCR) umožňují dlouhé ponory a po většinu času nevytvářejí žádné bubliny. Uzavřené obvody dodávají do smyčky dva dýchací plyny: jeden je čistý kyslík a druhý je ředicí plyn, jako je vzduch, nitrox, heliox nebo trimix.

Hlavní funkcí uzavřeného okruhu rebreatheru je řídit parciální tlak kyslíku ve smyčce a varovat potápěče, pokud se stane nebezpečně nízkým nebo vysokým. Příliš nízká koncentrace kyslíku má za následek hypoxii vedoucí k bezvědomí a nakonec ke smrti. Příliš vysoká koncentrace kyslíku vede k hyperoxii, což vede k toxicitě kyslíku , což je stav způsobující křeče, které mohou potápěči způsobit ztrátu náustku, když se vyskytnou pod vodou, a mohou vést k utonutí . Směs plynů je ovládána potápěčem v ručně ovládaných rebreathers s uzavřeným okruhem přidáním ředicího plynu nebo kyslíku. Přidání ředidla může zabránit tomu, aby se smyčková plynová směs stala příliš bohatou na kyslík, a přidání kyslíku zvyšuje koncentraci kyslíku.

V plně automatických systémech s uzavřeným okruhem elektronicky ovládaný elektromagnetický ventil vstřikuje kyslík do smyčky, když řídicí systém zjistí, že parciální tlak kyslíku ve smyčce klesl pod požadovanou úroveň. Elektronicky řízené CCR lze přepnout na ruční ovládání v případě některých poruch řídicího systému. Přidání plynu ke kompenzaci komprese během sestupu se obvykle provádí automatickým ředicím ventilem.

Rebreathers pomocí absorbentu, který uvolňuje kyslík

Existuje několik návrhů rebreatherů (např. Oxylit), které používají jako absorbent oxidu uhličitého superoxid draselný , který při absorpci oxidu uhličitého vydává kyslík: 4KO ₂ + 2CO ₂ = 2K ₂ CO ₃ + 3O ₂ . K naplnění a pročištění smyčky na začátku ponoru je zapotřebí malý objem kyslíkového válce. Tuto technologii lze použít jak na rebreathers kyslíku, tak na směsný plyn a lze ji použít pro potápění a další aplikace.

Rebreathers, které používají kapalný kyslík

Pro rebreathers kyslíku nebo směsného plynu lze použít přívod kapalného kyslíku. Pokud se používá pod vodou, musí být nádoba s kapalným kyslíkem dobře izolována proti přenosu tepla z vody. Průmyslové sady tohoto typu nemusí být vhodné pro potápění a potápěčské sady tohoto typu nemusí být vhodné pro použití mimo vodu kvůli konfliktním požadavkům na přenos tepla. Nádrž na kapalný kyslík soupravy musí být naplněna bezprostředně před použitím. Mezi příklady tohoto typu patří:

• Blackettův Aerophor
• Aerorlox

Kryogenní rebreather

Kryogenický rebreather odstraňuje oxid uhličitý zmrazením ve „sněhové skříňce“ při nízké teplotě, která vzniká při odpařování kapalného kyslíku, aby nahradil použitý kyslík.

Oblasti použití

• Pod vodou -jako samostatný dýchací přístroj , kde je někdy známý jako „ potápění s uzavřeným okruhem “ na rozdíl od „potápění s otevřeným okruhem“, kdy potápěč vydechuje dýchací plyn do okolní vody. Povrchově dodávané potápěčské vybavení může zahrnovat technologii rebreatheru buď jako systém regenerace plynu , kde se dýchaný plyn přiváděný na povrch vrací a čistí na povrchu, nebo jako prodlužovač plynu nesený potápěčem. Rebreathers mohou být také použity jako samostatné záchranné systémy pro potápěče pro potápění nebo povrchové potápění.
• Záchrana dolu a další průmyslové aplikace - kde mohou být přítomny jedovaté plyny nebo může chybět kyslík.
• Vesmírná loď s posádkou a vesmírné obleky - vesmír je ve skutečnosti vakuum bez kyslíku, které podporuje život.
• Nemocniční anesteziologické dýchací systémy - dodávat pacientům kontrolované koncentrace anestetických plynů bez kontaminace vzduchu, který personál dýchá.
• Himálajské nebo vysokohorské horolezectví . Vysoká nadmořská výška snižuje parciální tlak kyslíku v okolním vzduchu, což snižuje schopnost lezce efektivně fungovat. Horolezecké rebreathers jsou kyslíkové sady s uzavřeným okruhem, které poskytují horolezci vyšší parciální tlak kyslíku než okolní vzduch.
• Systémy podpory života ponorek , podmořských stanovišť a saturačních potápěčských systémů používají systém praček pracující na stejných principech jako rebreather.
• Protipožární opatření , kde může být vyžadováno, aby personál pracoval v atmosféře bezprostředně nebezpečné pro život a zdraví po delší dobu, než může dýchací přístroj s otevřeným okruhem poskytovat vzduch.

To lze srovnat s některými aplikacemi dýchacího přístroje s otevřeným okruhem:

• Systémy obohacování kyslíkem primárně používané lékařskými pacienty, vysokohorskými horolezci a nouzovými systémy komerčních letadel, ve kterých uživatel dýchá okolní vzduch, který je obohacen přidáním čistého kyslíku,
• Dýchací přístroj s otevřeným okruhem používaný hasiči, podvodními potápěči a některými horolezci, který pro každý nádech dodává čerstvý plyn, který je následně vypouštěn do okolního prostředí.
• Plynové masky a respirátory, které filtrují znečišťující látky z okolního vzduchu, který je poté vdechován.

Potápěčští rebreathers

Při potápění se používá nejširší škála typů rebreatherů, protože důsledky dýchání pod tlakem komplikují požadavky a v závislosti na konkrétní aplikaci a dostupném rozpočtu je k dispozici široká škála možností. Potápěčský rebreather je bezpečnostně důležité vybavení pro podporu života- některé způsoby selhání mohou potápěče zabít bez varování, jiné mohou vyžadovat okamžitou vhodnou reakci na přežití.

Povrchově dodávané potápěčské systémy regenerace plynu

Systém rekultivace helia (nebo systém push-pull) se používá k regeneraci dýchacího plynu na bázi hélia po použití potápěčem, pokud je to ekonomičtější než ztráta v prostředí v systémech s otevřeným okruhem. Zpětně získaný plyn prochází pračkovým systémem k odstranění oxidu uhličitého, filtrován k odstranění pachů a natlakován do skladovacích nádob, kde může být smíchán s kyslíkem do požadované kompozice pro opětovné použití, buď okamžitě, nebo později.

Systémy podpory života při potápění při nasycení

Systém podpory života poskytuje dýchací plyn a další služby na podporu života personálu pod tlakem v ubytovacích komorách a uzavřeném potápěčském zvonu. Obsahuje následující komponenty:

• Zařízení pro dodávku, distribuci a recyklaci dýchacího plynu: pračky, filtry, zesilovače, kompresory, míchací, monitorovací a skladovací zařízení
• Komorový systém klimatizace - regulace teploty a vlhkosti a filtrace plynu
• Přístrojová, řídicí, monitorovací a komunikační zařízení
• Systémy hašení požáru
• Sanitační systémy

Systém podpory života zvonku zajišťuje a monitoruje hlavní přívod dýchacího plynu a řídicí stanice monitoruje rozmístění a komunikaci s potápěči. Primární přívod plynu, napájení a komunikace se zvonem jsou přes zvonový pupečník, tvořený řadou hadic a elektrických kabelů stočených k sobě a rozmístěných jako jednotka. To je rozšířeno na potápěče prostřednictvím potápěčských pupečníků.

Systém podpory života ubytování udržuje komorové prostředí v přijatelném rozsahu pro zdraví a pohodlí cestujících. Teplota, vlhkost, kvalita dýchacího plynu, sanitační systémy a funkce zařízení jsou monitorovány a kontrolovány.

Průmyslové a záchranné samostatné rebreathers

Pro rebreathers SCBA pro použití pouze mimo vodu platí různá konstrukční kritéria :

• Kolísání okolního tlaku na součásti se nemění. Protiproud může být umístěn pro pohodlí a pohodlí.
• Může být žádoucí chlazení plynu v dýchací smyčce, protože absorbent při reakci s oxidem uhličitým produkuje teplo a zahřívání plynu není v horkých průmyslových situacích, jako jsou hlubinné doly, vítané.
• Absorpční nádoby mohou v některých případech spoléhat na gravitaci, aby se zabránilo usměrňování.
• Pokud je použita celoobličejová maska, může mít výřezy navržené pro pohodlí nebo lepší zorné pole a nemusí být ploché a rovnoběžné, aby se zabránilo zkreslení zraku, jako když je pod vodou.
• U protipožárních hasicích přístrojů je třeba vzít v úvahu, aby byla sada přiměřeně nehořlavá a chráněna před nárazy tepla a úlomků.
• Potřeba rychle vykopnout soupravu nemusí nastat a popruhy postrojů nemusí vyžadovat rychlé uvolnění.
• Vztlak není úvaha, ale váha může být kritická.
• Vzhledem k fyziologickým účinkům dýchání pod tlakem neexistují žádná omezení. Složité plynné směsi nejsou nutné. Obvykle lze použít kyslíkové rebreathers, což značně zjednodušuje konstrukci.

Horolezecké rebreathers

Horolezecké rebreathers poskytují kyslík ve vyšší koncentraci, než je k dispozici z atmosférického vzduchu v přirozeně hypoxickém prostředí. Musí být lehké a spolehlivé v silném chladu, včetně toho, aby se nezadusily usazeným mrazem. Vysoká míra selhání systému v důsledku extrémního chladu nebyla vyřešena. Dýchání čistého kyslíku má za následek zvýšený parciální tlak kyslíku v krvi: horolezec dýchající čistý kyslík na vrcholu Mt. Everest má větší parciální tlak kyslíku než dýchání vzduchu na úrovni hladiny moře. Výsledkem je schopnost vyvinout větší fyzickou námahu ve výšce. Exotermická reakce pomáhá zabránit zamrznutí obsahu pračky a pomáhá snížit tepelné ztráty od uživatele.

Chemický i stlačený plynný kyslík byly použity v experimentálních kyslíkových systémech s uzavřeným okruhem-první na Mount Everestu v roce 1938 . 1953 expedice používá uzavřený okruh kyslík zařízení vyvinutý Tom Bourdillon a jeho otce pro první útočný tým Bourdillon a Evans ; s jedním „duralovým“ 800l tlakovým kyslíkovým válcem a nádobou na sodnovápenatou (druhý (úspěšný) útočný tým Hillary a Tenzing používal zařízení s otevřeným okruhem).

Atmosférické potápěčské obleky

Atmosférický potápěčský oblek je malý kloubový ponor pro jednoho člověka zhruba antropomorfní formy s končetinovými klouby, které umožňují artikulaci za vnějšího tlaku při zachování vnitřního tlaku jedné atmosféry. Zásoba dýchacího plynu může být povrchová dodávaná pupeční nebo z rebreatheru neseného na obleku. Nouzový rebreather pro přívod plynu může být také vybaven oblekem s povrchovým přívodem nebo rebreatherem pro primární dýchací plyn. Jelikož je vnitřní tlak udržován v jedné atmosféře, nehrozí riziko akutní toxicity pro kyslík. Jedná se o podvodní potápěčskou aplikaci, ale má více společného s průmyslovými aplikacemi než s potápěčským potápěním s okolním tlakem.

Rebreathers pro beztlaková letadla a parašutismus ve velkých výškách

Podobné požadavky a pracovní prostředí jako horolezectví, ale hmotnost je menší problém. Sovětský rebreather IDA71 byl také vyráběn ve verzi pro vysokou nadmořskou výšku, která byla provozována jako kyslíkový rebreather.

Systémy anestezie

Anestetické stroje mohou být konfigurovány jako rebreathers pro poskytování kyslíku a anestetických plynů pacientovi během chirurgického zákroku nebo jiných procedur, které vyžadují sedaci. Ve stroji je přítomen absorbent k odstranění oxidu uhličitého ze smyčky.

Pro anesteziologické stroje lze použít jak polouzavřený, tak plně uzavřený obvodový systém, a oba systémy push-pull (kyvadlo) se dvěma směrovými prouděními a jednou směrovou smyčkou. Dýchací okruh ze smyčkového konfigurované stroj má dva jednosměrné ventily tak, že pouze vymývané plyn proudí k pacientovi, zatímco vypršela plyn se vrací do stroje.

Anestetický stroj může také poskytovat plyn ventilovaným pacientům, kteří nemohou dýchat sami. Systém zachycování odpadních plynů odstraní veškeré plyny z operačního sálu, aby se zabránilo kontaminaci životního prostředí.

Vesmírné obleky

Jednou z funkcí skafandru je poskytnout nositeli dýchací plyn. To lze provést umbilikálem ze systémů podpory života kosmické lodi nebo stanoviště, nebo z primárního systému podpory života neseného na obleku. Oba tyto systémy zahrnují technologii rebreatheru, protože oba odstraňují oxid uhličitý z dýchacího plynu a přidávají kyslík ke kompenzaci kyslíku používaného nositelem. Vesmírné skafandry obvykle používají kyslíkové rebreathers, protože to umožňuje nižší tlak v obleku, což dává uživateli lepší volnost pohybu.

Habitat systémy podpory života

Ponorky , podmořská stanoviště , úkryty bomb, vesmírné stanice a další obytné prostory obsazené několika lidmi ve střednědobém až dlouhodobém horizontu s omezeným přísunem plynu jsou v zásadě ekvivalentní rebreathers s uzavřeným okruhem, ale obecně se spoléhají na mechanickou cirkulaci dýchacího plynu skrz pračky.

Bezpečnost

Existuje několik bezpečnostních problémů s vybavením rebreatheru, které bývají závažnější u potápěčských rebreatherů.

Nebezpečí

Některá rizika jsou způsobena způsobem fungování zařízení, zatímco jiná souvisí s prostředím, ve kterém je zařízení používáno.

Hypoxie

K hypoxii může dojít u jakéhokoli rebreatheru, který obsahuje dostatek inertního plynu, který umožňuje dýchání, aniž by se spustilo automatické přidávání plynu.

U kyslíkového rebreatheru k tomu může dojít, pokud není smyčka na začátku použití dostatečně propláchnuta. Čištění by mělo být prováděno při dýchání z jednotky, aby byl ze systému odstraněn také inertní plyn v plicích uživatele.

Nahromadění oxidu uhličitého

K nahromadění oxidu uhličitého dojde, pokud médium pračky chybí, je špatně zabalené, nedostatečné nebo vyčerpané. Normální lidské tělo je poměrně citlivé na parciální tlak oxidu uhličitého a uživatel si všimne nahromadění. K nápravě problému však často nelze udělat mnoho, kromě změny na jiný přívod dýchacího plynu, dokud nebude možné pračku znovu zabalit. Pokračování v používání rebreatheru s neúčinnou pračkou není příliš dlouho možné, protože hladiny se stanou toxickými a uživatel bude pociťovat extrémní dechovou tíseň, následovanou ztrátou vědomí a smrtí. Rychlost, s jakou se tyto problémy vyvíjejí, závisí na objemu okruhu a rychlosti metabolismu v daném okamžiku.

K nahromadění oxidu uhličitého může také dojít, když kombinace námahy a práce s dechem překročí kapacitu uživatele. Pokud k tomu dojde, když uživatel nemůže dostatečně snížit námahu, nemusí být možné to napravit. Tento problém je pravděpodobnější u potápěčských rebreathers v hloubkách, kde je hustota dýchacího plynu výrazně zvýšena.

Únik toxických plynů do dýchací smyčky

Průmyslová rebreathers se často používají tam, kde je znečištěný okolní vzduch, a mohou být toxické. Části smyčky budou při vdechování o něco nižší než vnější tlak okolí, a pokud okruh není vzduchotěsný, mohou dovnitř unikat vnější plyny. Toto je zvláštní problém kolem okraje celoobličejové masky, kde je obruba gumové masky musí těsnit obličej uživatele.

Nebezpečí požáru při vysoké koncentraci kyslíku

Vysoké parciální tlaky kyslíku výrazně zvyšují nebezpečí požáru a mnoho materiálů, které v atmosférickém vzduchu samozhášejí, bude při vysoké koncentraci kyslíku nepřetržitě hořet. To představuje větší riziko pro pozemní aplikace, jako jsou záchranné a hasičské, než pro potápění, kde je riziko vznícení relativně nízké.

Žíravý koktejl

Způsobeno smyčkovou záplavou dosahující absorpční nádobu, takže použitelné pouze v ponořených aplikacích.

Režimy selhání

Selhání pračky

Termín "průlom" znamená neschopnost pračky pokračovat v odstraňování dostatečného oxidu uhličitého z plynu cirkulujícího ve smyčce. To se nevyhnutelně stane, pokud je pračka používána příliš dlouho, ale za určitých okolností se to může stát předčasně. Existuje několik způsobů, jak může pračka selhat nebo být méně účinná:

• Úplná konzumace účinné látky při „obecném proražení“. V závislosti na konstrukci pračky a pracovní zátěži potápěče to může být postupné, což potápěči umožní včas si uvědomit problém a provést řízenou záchranu k otevření okruhu, nebo relativně náhle, což spustí naléhavou nebo nouzovou reakci.
• Vynechání absorbentu. Absorpční granule musí být zabaleny těsně, aby veškerý vydechovaný plyn přišel do kontaktu s povrchem sodnovápenatého vápna a kanystr je navržen tak, aby se zabránilo mezerám nebo mezerám mezi absorpčními granulemi nebo mezi granulemi a stěnami nádoby, které by umožňovaly kontakt s obtokem plynu s absorbentem. Pokud některá těsnění, jako jsou O-kroužky nebo rozpěrky, které zabraňují obejití pračky, nejsou přítomna nebo nejsou správně nasazena, nebo pokud je nádoba pračky nesprávně zabalena nebo namontována, může umožnit vydechovanému plynu obejít absorbent a pračka bude méně účinná. Tento režim selhání se také nazývá „tunelování“, když se absorbent usadí a vytvoří uvnitř nádoby prázdné prostory. Bypass způsobí neočekávaný brzký průlom.
• Když je směs plynů pod tlakem v hloubce, molekuly plynu jsou hustěji zabaleny a střední dráha molekul oxidu uhličitého mezi srážkami je kratší, takže se nemohou tak volně pohybovat, aby dosáhly na absorpční povrch, a vyžadují delší doba zdržení . Z tohoto důvodu musí být pračka pro hloubkové potápění větší, než je potřeba pro plytké, průmyslové nebo vysokohorské rebreathery.
• Absorbent oxidu uhličitého, může být leptavý a může způsobit popáleniny očí, sliznic a kůže. Ke směsi vody a absorbentu dochází, když pračka zaplaví a v závislosti na použitých chemikáliích může vyvolat křídovou chuť nebo pocit pálení, pokud se kontaminovaná voda dostane do náustku, což by mělo potápěče přimět k přechodu na alternativní zdroj dýchacího plynu a vypláchněte jim ústa vodou. To je známo, že rebreather potápěči jako žíravý koktejl . Nadměrné smáčení sorbu také snižuje rychlost odstraňování oxidu uhličitého a může způsobit předčasné proražení, i když se potápěč nedostane do styku s žíravinou. Může se také zvýšit dýchací práce. Mnoho moderních potápěčských rebreatherů je navrženo tak, aby neprodukovaly tuto žíravou tekutinu, pokud zvlhnou.
• V provozu pod bodem mrazu (především horolezectví) mohou mokré pračky zamrznout při výměně kyslíkových lahví, zatímco v exotermické reakci dochází k přerušení nasávání oxidu uhličitého, čímž se zabrání tomu, aby se oxid uhličitý dostal k pračce a zpomalil reakce při opětovném použití.

Dýchací trubice

Dýchací hadice je flexibilní trubice pro dýchání přes, jako součást Scuba nebo jiného dýchacího přístroje nebo kyslíku zařízení lékařské nebo anestetickými přístroji (zde jsou odlišeny od středně tlakových hadic, které se často nacházejí jako součásti moderní dýchacího přístroje .)

Jsou široké a obvykle zvlněné, aby se hlava uživatele mohla pohybovat, aniž by se trubka svírala v zalomení.

Každý konec má vzduchotěsné připojení. Mohou obsahovat jednosměrný ventil, který udržuje vzduch nebo plyn proudící správnou cestou.

Podle očekávaného použití to může být čistý kaučuk nebo guma vyztužená plátnem (vnějším nebo vloženým) nebo podobným. Pokud je vrstva plátna venku (jako u Siebe Gorman Salvus a IDA71 a některých starých plynových masek , chrání gumu před poškozením škrábanci, ale ztěžuje smývání veškeré soli po ponoru se slanou vodou.

Dýchací trubice musí být dostatečně dlouhá, aby spojila přístroj s hlavou potápěče ve všech postojích jeho hlavy, ale neměla by být zbytečně dlouhá, což způsobí další hydrodynamický odpor nebo riziko zachycení věcí nebo obsahuje přebytečný mrtvý prostor v kyvadlovém rebreatheru . Smyčkové dýchací trubice přes ramena mohou být přivázány až k ramenům potápěče nebo zatěžovány pro neutrální vztlak, aby se minimalizovalo zatížení náustku.

Někteří časní rebreathers měli jednu dýchací trubici, kterou dýchaný plyn procházel oběma směry: tomu se říká kyvadlový systém ; ostatní mají dvě dýchací trubice, přičemž jednosměrné ventily udržují plyn proudící správnou cestou.

V některých rebreathers, části zařízení jsou navzájem spojeny délkami dýchací trubice, což má za následek více délek trubice v zařízení:

• 2 v Salvusu (maska ​​na absorpční kanystr , absorpční kanystr na dýchací vak ; toto je kyvadlový systém).
• 4 délky v Lambertsenské obojživelné respirační jednotce (maska ​​na výdechový sáček na absorpční kanystr na inhalační vak na maskování).

snímky

• 

  Viper SCR

• 

  Aerorlox rebreather v muzeu těžby uhlí

• 

  Těžba záchranných rebreathers v muzeu

• 

  Figurína na sobě vybavení potápěče finského námořnictva. Rebreather hrudníku je pravděpodobně Viper S-10.

Výrobci a modely

Průmyslové/záchranné:

• Blackett Aerophor  - nitrox polouzavřené obvodu rebreather s úložným prostorem na zkapalněný plyn - A nitrox polouzavřené obvodu rebreather s tekutým uskladňování plynu vyrobený v Anglii od roku 1910 a dále pro použití v důlních záchranných a jiné průmyslové použití.
• Bezpečnost šavle
  • SEFA (Selected Elevated Flow Apparatus) - průmyslový kyslíkový rebreather dříve vyrobený společností Sabre Safety s 2hodinovým trváním na náplni.
• Siebe Gorman  - britský výrobce potápěčského vybavení a dodavatele záchrany
  • Savox byl kyslíkový rebreather s trváním 45 minut. Neměl žádný pevný obal a nosil se před tělem.
  • Siebe Gorman Salvus  - průmyslová záchrana a rebreather kyslíku v mělké vodě

Ostatní:

Viz také

• Pračka oxidu uhličitého  - Zařízení, které absorbuje oxid uhličitý z cirkulujícího plynu
• Úniková sada  - Samostatný dýchací přístroj zajišťující únik plynu z nebezpečného prostředí
• Primární systém podpory života , známý také jako Portable Life Support System - zařízení na podporu života pro skafandr
• Samostatný dýchací přístroj  (SCBA)-Systém přívodu dýchacího plynu nesený uživatelem (povrchové (průmyslové) dýchací soupravy včetně rebreathers)

Reference

externí odkazy

• Média související s Rebreathers na Wikimedia Commons
• Dýchací systémy pro anestezii
• Doklad NIOSH č. 123 s názvem „Přehodnocení omezení NIOSH a opatření pro bezpečné používání přetlakového uzavřeného okruhu s uzavřeným okruhem“ je k dispozici na web.archive.org