Ребризер представляет собой дыхательный аппарат, который поглощает углекислый газ из выдыхаемого пользователем воздуха , обеспечивая возможность повторного дыхания (рециркуляции) по существу неиспользованного содержания кислорода и неиспользованного инертного содержимого, если оно присутствует, при каждом вдохе. Кислород добавляется для восполнения количества, метаболизируемого пользователем. В этом его отличие от дыхательных аппаратов открытого типа, в которых выдыхаемый газ выбрасывается непосредственно в окружающую среду. Цель состоит в том, чтобы увеличить продолжительность дыхания при ограниченном запасе газа, а также для скрытого военного использования водолазами или наблюдения за подводной жизнью, устранить пузырьки, образующиеся в системе с открытым контуром, и, в свою очередь, не напугать снимаемую дикую природу. Под ребризером обычно понимают портативное устройство, которое переносит пользователь. Эту же технологию на транспортном средстве или стационарной установке скорее можно назвать системой жизнеобеспечения .
Технология ребризера может использоваться там, где подача дыхательного газа ограничена, например, под водой, в космосе, где окружающая среда токсична или гипоксична (например, при пожаротушении), горноспасательных работах, операциях на высоте или там, где дыхательный газ специально обогащен или содержит дорогие компоненты, такие как разбавитель гелий или анестезирующие газы.
Ребризеры используются во многих средах: под водой ребризеры для дайвинга представляют собой тип автономного подводного дыхательного аппарата , в котором предусмотрены средства как для основной, так и для аварийной подачи газа. На суше они используются в промышленности , где могут присутствовать ядовитые газы или отсутствовать кислород, при тушении пожаров , когда пожарным может потребоваться работать в атмосфере, непосредственно опасной для жизни и здоровья, в течение длительного периода времени, в больничных анестезиологических дыхательных системах для подачи контролируемых концентрации анестезирующих газов для пациентов без загрязнения воздуха, которым дышит персонал, а также на большой высоте, где парциальное давление кислорода низкое, для высотного альпинизма. В аэрокосмической отрасли существуют применения в негерметичных самолетах и для прыжков с парашютом на большой высоте, а также над атмосферой Земли в скафандрах для выхода в открытый космос . Подобная технология используется в системах жизнеобеспечения подводных лодок, подводных аппаратов, атмосферных водолазных костюмах , подводных и надводных средах обитания, космических кораблях и космических станциях, а также в системах утилизации газа , используемых для восстановления больших объемов гелия, используемого при насыщенных погружениях .
Переработка дыхательного газа происходит за счет технологической сложности и особых опасностей, некоторые из которых зависят от применения и типа используемого ребризера. Масса и объем могут быть больше или меньше разомкнутой цепи в зависимости от обстоятельств. Ребризеры для дайвинга с электронным управлением могут автоматически поддерживать парциальное давление кислорода между программируемыми верхним и нижним пределами или заданными точками и быть интегрированы с декомпрессионными компьютерами для мониторинга состояния декомпрессии дайвера и записи профиля погружения .
Когда человек дышит, организм потребляет кислород и вырабатывает углекислый газ . Для основного метаболизма требуется около 0,25 л/мин кислорода при частоте дыхания около 6 л/мин, а хорошо работающий человек может дышать со скоростью 95 л/мин, но метаболизирует только около 4 л/мин кислорода [1 ] Метаболизированный кислород обычно составляет от 4% до 5% вдыхаемого объема при нормальном атмосферном давлении или около 20% доступного кислорода в воздухе на уровне моря . Выдыхаемый воздух на уровне моря содержит примерно от 13,5% до 16% кислорода. [2]
Ситуация с расточительством кислорода еще более расточительна, когда доля кислорода в дыхательном газе выше, а при подводном плавании сжатие дыхательного газа из-за глубины делает рециркуляцию выдыхаемого газа еще более желательной, так как еще большая доля разомкнутого контура газ тратится впустую. Продолжение повторного вдыхания того же газа приведет к истощению кислорода до уровня, который больше не будет поддерживать сознание и, в конечном итоге, жизнь, поэтому газ, содержащий кислород, необходимо добавлять к дыхательному газу, чтобы поддерживать необходимую концентрацию кислорода. [3]
Однако, если это сделать без удаления углекислого газа, он будет быстро накапливаться в переработанном газе, что почти сразу же приведет к легкому респираторному расстройству и быстрому развитию дальнейших стадий гиперкапнии или токсичности углекислого газа. Высокая скорость вентиляции обычно необходима для удаления углекислого газа (CO 2 ), продукта метаболизма. Дыхательный рефлекс вызывается концентрацией CO 2 в крови, а не концентрацией кислорода, поэтому даже небольшое накопление CO 2 во вдыхаемом газе быстро становится непереносимым; Если человек попытается напрямую повторно вдохнуть выдыхаемый газ, он вскоре почувствует острое чувство удушья , поэтому ребризеры должны удалять CO 2 с помощью компонента, известного как скруббер углекислого газа . [4]
Добавляя достаточное количество кислорода для компенсации метаболического использования, удаляя углекислый газ и повторно вдыхая газ, большая часть объема сохраняется. [4]
Существует два основных устройства, контролирующих поток дыхательного газа внутри ребризера, известные как маятниковая и петлевая системы.
В маятниковой конфигурации пользователь вдыхает газ из противолегкого через дыхательный шланг, а выдыхаемый газ возвращается в противолегкое, направляясь обратно через тот же шланг. Скруббер обычно располагается между дыхательным шлангом и противолегочным мешком, а поток газа двунаправленный. Все каналы потока между пользователем и активным абсорбентом в скруббере представляют собой мертвое пространство – объем, содержащий газ, который повторно вдыхается без изменений со стороны ребризера. Мертвое пространство увеличивается по мере истощения абсорбента. Объем дыхательного шланга должен быть сведен к минимуму, чтобы ограничить мертвое пространство.
В петлевой конфигурации пользователь вдыхает газ через один шланг и выдыхает через второй шланг. Выдыхаемый газ поступает в скруббер с одной стороны и выходит с другой стороны. Может быть одно большое противолегкое с каждой стороны скруббера или два противолегких меньшего размера, по одному с каждой стороны скруббера. Поток идет в одном направлении, что обеспечивается обратными клапанами, которые обычно находятся в дыхательных шлангах в месте их соединения с мундштуком. Только канал потока в мундштуке до разделения между шлангами вдоха и выдоха является мертвым пространством, и на это не влияет объем шланга. [6]
Есть некоторые компоненты, которые являются общими почти для всех персональных портативных ребризеров. К ним относятся компоненты объема дыхания при атмосферном давлении, обычно называемые дыхательным контуром в ребризере с циркуляционным потоком, а также система подачи и управления подпиточным газом.
Противолегкое представляет собой герметичный мешок из прочного гибкого материала, который удерживает объем выдыхаемого газа до тех пор, пока он не будет снова вдохнут. Может быть одно противолегкое или по одному на каждой стороне скруббера, что обеспечивает более равномерную скорость потока газа через скруббер, что может уменьшить работу дыхания и повысить эффективность скруббера за счет более постоянного времени пребывания .
Скруббер представляет собой контейнер, имеющий входное отверстие с одной стороны и выходное отверстие с другой стороны, заполненный материалом, поглощающим углекислый газ, в основном сильными основаниями , через который проходит выдыхаемый газ для удаления углекислого газа. Абсорбент может быть гранулированным или иметь форму формованного картриджа. [7] Гранулированный сорб может быть изготовлен путем измельчения комков извести и сортировки гранул по размеру или путем формования гранул одинакового размера и формы. [8] Поток газа через скруббер может идти в одном направлении в петлевом ребризере или в обоих направлениях в маятниковом ребризере.
Типичным абсорбентом является натриевая известь, которая состоит из гидроксида кальция Ca(OH) 2 и гидроксида калия KOH или гидроксида натрия NaOH (может присутствовать любой из них или оба). Основным компонентом натронной извести является гидроксид кальция, который относительно дешев и легко доступен. В абсорбенте могут присутствовать и другие компоненты. Гидроксид натрия добавляют для ускорения реакции с углекислым газом. Другие химические вещества могут быть добавлены для предотвращения нежелательных продуктов разложения при использовании со стандартными галогенированными ингаляционными анестетиками. Может быть включен индикатор , показывающий, что углекислый газ растворился в воде натронной извести и образовал угольную кислоту, изменяя pH от основного до кислого, поскольку изменение цвета показывает, что абсорбент достиг насыщения углекислым газом и его необходимо измененный. [8]
Углекислый газ соединяется с водой или водяным паром, образуя слабую угольную кислоту: CO 2 + H 2 O -> H 2 CO 3 . Он реагирует с гидроксидами с образованием карбонатов и воды в экзотермической реакции: [6] В промежуточной реакции угольная кислота экзотермически реагирует с гидроксидом натрия с образованием карбоната натрия и воды: H 2 CO 3 + 2NaOH → Na 2 CO 3 + 2H 2 O + тепло. В конечной реакции карбонат натрия реагирует с гашеной известью (гидроксидом кальция) с образованием карбоната кальция и гидроксида натрия: Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 –> CaCO 3 + 2NaOH. Затем гидроксид натрия снова становится доступным для реакции с большим количеством угольной кислоты. [8] 100 граммов (3,5 унций) этого абсорбента могут удалить от 15 до 25 литров (0,53–0,88 куб. футов) углекислого газа при стандартном атмосферном давлении. [6] [8] Этот процесс также нагревает и увлажняет воздух, что желательно для дайвинга в холодной воде или восхождения на большую высоту, но не для работы в жарких условиях.
Другие реакции могут быть использованы в особых обстоятельствах. Гидроксид лития и особенно пероксид лития можно использовать там, где важна малая масса, например, на космических станциях и в скафандрах. Пероксид лития также восполняет кислород во время реакции очистки. [9]
Другой метод удаления углекислого газа, иногда используемый в портативных ребризерах, - это его вымораживание, что возможно в криогенном ребризере, использующем жидкий кислород. Жидкий кислород поглощает тепло углекислого газа в теплообменнике для преобразования кислорода в газ, которого достаточно для замораживания углекислого газа. Этот процесс также охлаждает газ, что иногда, но не всегда, желательно.
Дыхательный шланг или иногда дыхательная трубка на ребризере представляет собой гибкую трубку, через которую проходит дыхательный газ при атмосферном давлении. Их отличают от шлангов низкого, среднего и высокого давления, которые также могут входить в состав ребризерных аппаратов. Они имеют достаточно широкое отверстие, чтобы минимизировать сопротивление потоку при давлении окружающей среды в рабочем диапазоне оборудования, обычно имеют круглое поперечное сечение и могут иметь гофрированную форму, чтобы позволить голове пользователя перемещаться без разрушения трубки при перегибах. [6]
Каждый конец имеет герметичное соединение с соседним компонентом и может содержать односторонний клапан , обеспечивающий правильную циркуляцию газа в петлевой системе. В зависимости от применения они могут быть изготовлены из гибкого полимера, эластомера , эластомера, армированного волокном или тканью, или эластомера, покрытого тканой тканью для армирования или устойчивости к истиранию. Если тканый слой приклеен к внешней поверхности, он защищает резину от повреждений от царапин, но затрудняет смывание загрязнений. [6]
Дыхательные шланги обычно достаточно длинные, чтобы подсоединить аппарат к голове пользователя при любом положении его головы, но не должны быть излишне длинными, что приведет к дополнительному весу, гидродинамическому сопротивлению , риску зацепиться за предметы или содержать избыточное мертвое пространство в маятнике. ребризер. Дыхательные шланги можно привязать к плечам дайвера или использовать балласт для обеспечения нейтральной плавучести, чтобы минимизировать нагрузку на мундштук.
Предусмотрен мундштук с прикусной ручкой , оро-назальная маска , полнолицевая маска или герметичный шлем, чтобы пользователь мог дышать из аппарата без помощи рук.
Запас кислорода, обычно в баллоне высокого давления, но иногда в виде жидкого кислорода, который подает газообразный кислород в дыхательный объем под атмосферным давлением либо постоянно, либо когда пользователь управляет клапаном добавления кислорода, либо через регулирующий клапан в кислородном баллоне. ребризере, когда объем газа в дыхательном контуре становится низким и давление падает, или в ребризере смешанного газа с электронным управлением, после того как датчик обнаружил недостаточное парциальное давление кислорода и активировал электромагнитный клапан.
Клапаны необходимы для регулирования расхода газа в дыхательном объеме и подачи газа из контейнера-хранилища. Они включают:
Датчики кислорода могут использоваться для контроля парциального давления кислорода в ребризерах со смешанным газом, чтобы гарантировать, что оно не выходит за безопасные пределы, но обычно не используются в кислородных ребризерах, поскольку содержание кислорода фиксировано на уровне 100%, а его парциальное давление изменяется только в зависимости от давления окружающей среды.
Ребризеры можно в первую очередь отнести к категории ребризеров для дайвинга, предназначенных для использования в гипербарических условиях, и других ребризеров, используемых при давлениях, немного превышающих нормальное атмосферное давление на уровне моря, чтобы значительно снизить давление окружающей среды на больших высотах и в космосе. Ребризеры для дайвинга часто сталкиваются с трудностями, связанными с предотвращением гипербарической кислородной токсичности, в то время как нормобарические и гипобарические применения могут использовать относительно тривиально простую технологию кислородного ребризера, где нет необходимости контролировать парциальное давление кислорода во время использования, при условии, что давление окружающей среды достаточно.
Это самый ранний тип ребризера, который с начала двадцатого века широко использовался военно-морскими силами для спасения с подводных лодок и водолазных работ на мелководье, для горноспасательных операций, высотного альпинизма и полетов, а также в промышленности. Кислородные ребризеры могут быть удивительно простыми и механически надежными, и они были изобретены до подводного плавания с открытым контуром. Они поставляют только кислород, поэтому нет необходимости контролировать состав газа, кроме удаления углекислого газа. [10]
В некоторых ребризерах кислородный баллон имеет механизмы подачи кислорода параллельно. Один из них — постоянный поток ; другой — ручной двухпозиционный клапан, называемый перепускным клапаном; оба подаются в один и тот же шланг, питающий противолегкое . [11] Другие подаются через автомат на противолегком. Это приведет к добавлению газа в любой момент, когда противолегкое опорожняется и дайвер продолжает вдыхать. Кислород также можно добавить вручную с помощью кнопки, которая активирует автомат по требованию. [12] Некоторые простые кислородные ребризеры не имели автоматической системы подачи, а имели только клапан ручной подачи, и дайверу приходилось периодически включать клапан, чтобы наполнить дыхательный мешок, когда объем кислорода падал ниже комфортного уровня.
Все ребризеры, кроме кислородных, можно считать ребризерами со смешанным газом, поскольку дыхательный газ представляет собой смесь кислорода и метаболически неактивного газа-разбавителя. Их можно разделить на полузамкнутые контуры, в которых подаваемый газ представляет собой пригодную для дыхания смесь, содержащую кислород и инертные разбавители, обычно азот и гелий, и которая пополняется путем добавления большего количества смеси по мере расходования кислорода, достаточного для поддержания парциальное давление кислорода в контуре, пригодное для дыхания, и ребризеры с замкнутым контуром, в которых используются два параллельных источника газа: разбавитель, обеспечивающий основную часть газа и который рециркулируется, и кислород, который метаболически расходуется. Углекислый газ считается отходом и в правильно функционирующем ребризере эффективно удаляется при прохождении газа через скруббер.
Было несколько конструкций ребризеров (например, Oxylite), в которых в качестве поглотителя углекислого газа используется супероксид калия , который выделяет кислород при поглощении углекислого газа: 4KO 2 + 2CO 2 = 2K 2 CO 3 + 3O 2 . Кислородный баллон небольшого объема необходим для заполнения и продувки контура в начале использования. [13] Эта технология может применяться как к кислородным, так и к газовым ребризерам, а также может использоваться для дайвинга и других применений. Супероксид калия бурно реагирует с жидкой водой, выделяя значительное количество тепла и кислорода и вызывая опасность пожара, поэтому его более успешное применение было для скафандров, пожаротушения и горно-спасательных работ. [14]
Подачу жидкого кислорода можно использовать для ребризеров с кислородом или газовой смесью. При использовании под водой контейнер с жидким кислородом должен быть хорошо изолирован от передачи тепла от воды. Промышленные комплекты этого типа могут быть непригодны для дайвинга, а комплекты для дайвинга этого типа могут быть непригодны для использования вне воды из-за противоречивых требований к теплопередаче. Резервуар с жидким кислородом комплекта необходимо заполнить непосредственно перед использованием. Примеры этого типа включают в себя:
Криогенный ребризер удаляет углекислый газ, замораживая его в «снежном ящике» за счет низкой температуры, возникающей при испарении жидкого кислорода для замены используемого кислорода.
Это можно сравнить с некоторыми применениями дыхательных аппаратов открытого контура:
_Diving_Apparatus_(oxygen_rebreather),_prepares_for_a_dive_during_mine_counter_measure_operations_as_part_of_Exercise_970617-N-TU986-004.jpg/1280px-thumbnail.jpg)
В дайвинге используется самое широкое разнообразие типов ребризеров, поскольку последствия дыхания под давлением усложняют требования, и доступен большой выбор вариантов в зависимости от конкретного применения и имеющегося бюджета. Ребризер для дайвинга является критически важным для безопасности оборудованием жизнеобеспечения : некоторые виды отказа могут привести к гибели дайвера без предупреждения, другие могут потребовать немедленной соответствующей реакции для выживания.
Система регенерации гелия (или двухтактная система) используется для восстановления дыхательного газа на основе гелия после использования дайвером, когда это более экономично, чем его потеря в окружающую среду в системах с открытым контуром. Восстановленный газ пропускается через систему скруббера для удаления углекислого газа, фильтруется для удаления запахов и нагнетается в контейнеры для хранения, где он может быть смешан с кислородом до необходимого состава для повторного использования либо немедленно, либо позже.
Система жизнеобеспечения обеспечивает дыхательный газ и другие услуги для поддержания жизни личного состава, находящегося под давлением в жилых камерах и закрытом водолазном колоколе. Он включает в себя следующие компоненты: [20]
Система жизнеобеспечения колокола обеспечивает и контролирует основную подачу дыхательного газа, а станция управления следит за его размещением и связью с водолазами. Первичная подача газа, электропитание и связь с колоколом осуществляются через шлангокабель колокола, состоящий из ряда шлангов и электрических кабелей, скрученных вместе и развернутых как единое целое. [21] Это распространяется на дайверов через водолазные шлангокабели. [20]
Система жизнеобеспечения помещения поддерживает условия в камере в пределах, приемлемых для здоровья и комфорта находящихся в помещении. Температура, влажность, качество дыхательного газа, санитарные системы и функционирование оборудования контролируются и контролируются. [21]
Атмосферный водолазный костюм представляет собой небольшой одноместный шарнирно-сочлененный подводный аппарат примерно антропоморфной формы с шарнирами конечностей, обеспечивающими шарнирное соединение под внешним давлением при поддержании внутреннего давления в одну атмосферу. Подача дыхательного газа может осуществляться с поверхности через шлангокабель или из ребризера, закрепленного на костюме. Ребризер для аварийной подачи газа также может быть установлен на костюм с наземной подачей или ребризером для основного дыхательного газа. Поскольку внутреннее давление поддерживается на уровне одной атмосферы, риск острой кислородной токсичности отсутствует. Это применение для подводного дайвинга, но оно имеет больше общего с промышленным применением, чем с ребризерами для подводного плавания под атмосферным давлением.
К ребризерам SCBA , предназначенным только для использования вне воды, применяются различные критерии проектирования :
Ребризеры для альпинизма обеспечивают кислород в более высокой концентрации, чем он доступен из атмосферного воздуха в естественной гипоксической среде. Они должны быть легкими и надежными в сильные морозы, в том числе не задохнуться от мороза. [23] Проблема высокого уровня отказов систем из-за сильного холода не решена. [ нужна цитата ] Вдыхание чистого кислорода приводит к повышенному парциальному давлению кислорода в крови: у альпиниста, вдыхающего чистый кислород на вершине Эвереста, парциальное давление кислорода выше, чем у вдыхаемого воздуха на уровне моря. Это приводит к возможности прилагать большие физические усилия на высоте. Экзотермическая реакция помогает предотвратить замерзание содержимого скруббера и помогает снизить потери тепла пользователем.
Как химический, так и сжатый газовый кислород использовались в экспериментальных кислородных системах замкнутого цикла – впервые на Эвересте в 1938 году . В экспедиции 1953 года использовалось кислородное оборудование замкнутого цикла , разработанное Томом Бурдиллоном и его отцом для первой штурмовой группы Бурдиллона и Эванса ; с одним «дюралевым» баллоном со сжатым кислородом емкостью 800 л и баллоном с натронной известью (вторая (успешная) штурмовая группа Хиллари и Тенцинга использовала аппаратуру открытого типа). [24]
Требования и условия работы аналогичны альпинистским, но вес не является проблемой. Советский ребризер IDA71 также выпускался в высотном варианте, который работал как кислородный ребризер.
Анестезиологические аппараты могут быть сконфигурированы как ребризеры для подачи кислорода и анестезирующих газов пациенту во время операции или других процедур, требующих седации. В машине присутствует абсорбент для удаления углекислого газа из контура. [25]
Для наркозных аппаратов могут использоваться как полузамкнутые, так и полностью закрытые системы контура, а также используются как двухтактные (маятниковые) системы с двумя направленными потоками, так и системы с одной направленной петлей. [26] Дыхательный контур аппарата с петлевой конфигурацией имеет два однонаправленных клапана, так что к пациенту поступает только очищенный газ, а выдыхаемый газ возвращается в аппарат. [25]
Анестезиологический аппарат также может подавать газ пациентам, находящимся на искусственной вентиляции легких, которые не могут дышать самостоятельно. [27] Система очистки отходящих газов удаляет любые газы из операционной, чтобы избежать загрязнения окружающей среды. [28]
Одна из функций скафандра — обеспечение пользователя дыхательным газом. Это можно сделать через шлангокабель от систем жизнеобеспечения космического корабля или среды обитания или от основной системы жизнеобеспечения, установленной на скафандре. Обе эти системы используют технологию ребризера, поскольку они удаляют углекислый газ из дыхательного газа и добавляют кислород, чтобы компенсировать кислород, используемый пользователем. В скафандрах обычно используются кислородные ребризеры, поскольку это позволяет снизить давление в скафандре, что дает пользователю большую свободу движений.
Подводные лодки , подводные жилые помещения , бомбоубежища, космические станции и другие жилые помещения, в которых проживают несколько человек в течение средних и длительных периодов времени при ограниченном запасе газа, в принципе эквивалентны ребризерам замкнутого цикла, но обычно полагаются на механическую циркуляцию дыхательного газа через скрубберы.
Существует несколько проблем с безопасностью ребризерного оборудования, и они, как правило, более серьезны в ребризерах для дайвинга.
Некоторые опасности связаны с тем, как работает оборудование, тогда как другие связаны с окружающей средой, в которой используется оборудование, поскольку ребризеры обычно используются там, где нет окружающей среды, пригодной для дыхания.
Гипоксия может возникнуть в любом ребризере, который содержит достаточно инертного газа, позволяющего дышать без автоматического добавления газа.
В кислородном ребризере это может произойти, если петля недостаточно продута в начале использования. Продувка представляет собой замену исходного содержания газа свежим газом, и ее, возможно, придется повторить для полного удаления инертного газа. Продувку следует производить при выдохе из устройства, чтобы инертный газ в легких и тканях тела пользователя, попадающий в контур, также удалялся из системы.
Накопление углекислого газа произойдет, если скрубберная среда отсутствует, плохо упакована, неадекватна или исчерпана. Нормальное человеческое тело довольно чувствительно к парциальному давлению углекислого газа, и пользователь заметит его повышение. Однако нечасто можно что-то сделать, чтобы решить проблему, за исключением замены на другой источник дыхательного газа до тех пор, пока скруббер не будет переупакован. Продолжительное использование ребризера с неэффективным скруббером невозможно в течение длительного времени, так как уровни станут токсичными, и у пользователя возникнет сильнейший респираторный дистресс с последующей потерей сознания и смертью. Скорость развития этих проблем зависит от объема контура и скорости метаболизма пользователя в данный момент.
Накопление углекислого газа также может произойти, когда сочетание напряжения и работы дыхания превышает возможности пользователя. Если это происходит, когда пользователь не может в достаточной степени снизить нагрузку, исправить это может оказаться невозможно. Эта проблема чаще возникает при использовании ребризеров для дайвинга на глубинах, где плотность дыхательного газа сильно повышена. [29] [30] [31]
Промышленные ребризеры часто используются там, где окружающий воздух загрязнен и может быть токсичным. Части петли во время вдоха будут находиться под давлением немного ниже внешнего давления окружающей среды, и если контур не герметичен, внешние газы могут просачиваться внутрь. Это особая проблема вокруг края полнолицевой маски, где резиновая юбка маски должен плотно прилегать к лицу пользователя.
Высокое парциальное давление кислорода значительно увеличивает опасность пожара, и многие материалы, которые самозатухают в атмосферном воздухе, будут гореть непрерывно при высокой концентрации кислорода. Это представляет большую опасность для наземных целей, таких как спасательные операции и пожаротушение, чем для дайвинга, где риск возгорания относительно невелик.
Вызвано затоплением контура, достигающим канистры с абсорбентом, поэтому применимо только при погружных применениях.
Термин «прорыв» означает неспособность скруббера продолжать удалять достаточное количество углекислого газа из газа, циркулирующего в контуре. Это неизбежно произойдет, если скруббер будет использоваться слишком долго, но в некоторых случаях может произойти преждевременно. Есть несколько причин, по которым скруббер может выйти из строя или стать менее эффективным:
Около 1620 года Корнелиус Дреббель обнаружил, что при нагревании селитры ( нитрата калия ) образуется кислород. [32]
Первый базовый ребризер, основанный на поглощении углекислого газа, был запатентован во Франции в 1808 году Пьером-Мари Тубуликом из Бреста , механиком Императорского флота Наполеона . Эта ранняя конструкция ребризера работала с кислородным резервуаром, причем кислород постепенно доставлялся дайвером и циркулировал в замкнутом контуре через губку, пропитанную известковой водой , раствором гидроксида кальция в воде. [33] [34] Тубулик назвал свое изобретение Ихтиоандре (по-гречески «человек-рыба»). [35] [ необходима ссылка ] Нет никаких свидетельств того, что прототип был изготовлен.
Прототип ребризера был построен в 1849 году Пьером Эмаблем Де Сен-Симоном Сикаром [36].
В 1853 г. профессор Т. Шванн представил ребризер в Бельгийской академии наук. [37] [34] Он имел большой кислородный баллон, установленный сзади, с рабочим давлением около 13,3 бар и два скруббера с губками , пропитанными раствором каустической соды . [34]
Первый коммерчески практичный акваланг замкнутого цикла был спроектирован и построен инженером-водолазом Генри Флюссом в 1878 году, когда он работал на Зибе Гормана в Лондоне. [38] [11] Его автономный дыхательный аппарат состоял из резиновой маски, соединенной с дыхательным мешком, с (по оценкам) 50–60% O 2 , подаваемого из медного резервуара, и CO 2 , очищенного веревочной нитью, смоченной в растворе едкий поташ; система дает продолжительность около трех часов. [11] [39] Флёсс протестировал свое устройство в 1879 году, проведя час под водой в резервуаре с водой, а затем неделю спустя, нырнув на глубину 5,5 м в открытой воде, и в этом случае он получил легкую травму, когда его помощники резко потянули его на поверхность.
Его аппарат был впервые использован в рабочих условиях в 1880 году Александром Ламбертом, ведущим водолазом на проекте строительства туннеля Северн , который смог преодолеть 1000 футов в темноте, чтобы закрыть несколько затопленных шлюзовых дверей в туннеле; это свело на нет его все усилия со стандартной водолазной одеждой из-за опасности загрязнения шланга подачи воздуха затопленными обломками и сильных потоков воды в выработках. [11] В 1880 году Флёсс использовал ребризер для проверки шахты Сихэм в Великобритании после взрыва газа. [34]
Флёсс и Зибе Горбан разработали дыхательный аппарат Proto для горноспасательных операций в 1911 году. [34]
Флюсс постоянно совершенствовал свой аппарат, добавляя регулятор потребности и резервуары, способные удерживать большее количество кислорода при более высоком давлении. Сэр Роберт Дэвис , глава компании Siebe Gorman , усовершенствовал кислородный ребризер в 1910 году [11] [39] своим изобретением подводного спасательного аппарата Дэвиса , первого практического ребризера, выпускаемого в больших количествах. Хотя он изначально предназначался в качестве аварийного спасательного аппарата для экипажей подводных лодок , вскоре он также стал использоваться для дайвинга , представив собой удобный аппарат для погружения на мелководье с тридцатиминутным сроком службы [39] , а также в качестве промышленного дыхательного комплекта .
Установка состояла из резинового дыхательного/плавучего мешка, содержащего канистру с гидроксидом бария для очистки выдыхаемого CO 2 и в кармане на нижнем конце мешка стальной баллон под давлением, вмещавший примерно 56 литров кислорода под давлением 120 бар. Баллон был снабжен регулирующим клапаном и соединен с дыхательным мешком . Открытие клапана баллона привело к попаданию кислорода в мешок и повышению его давления до давления окружающей воды. В комплект снаряжения также входила сумка для экстренной плавучести в передней части, которая помогала пользователю удерживаться на плаву. DSEA был принят на вооружение Королевского флота после дальнейшей разработки Дэвисом в 1927 году. [40] На его основе были созданы различные промышленные кислородные ребризеры, такие как Siebe Gorman Salvus и Siebe Gorman Proto , изобретенные в начале 1900-х годов.
Профессор Жорж Жобер изобрел химическое соединение оксилит в 1907 году. Это была форма пероксида натрия (Na 2 O 2 ) или супероксида натрия (NaO 2 ). Поглощая углекислый газ в скруббере ребризера, он выделяет кислород. Этот состав был впервые использован в конструкции ребризера капитаном СС Холлом и доктором О. Рисом из Королевского флота в 1909 году. Хотя он предназначался для использования в качестве спасательного устройства с подводной лодки, он никогда не был принят Королевским флотом и вместо этого использовался для мелководных операций. подводное плавание. [39]
В 1912 году немецкая фирма Dräger начала серийное производство собственной версии стандартного водолазного костюма с подачей воздуха от ребризера. Аппарат был изобретен несколькими годами ранее Германом Штельцнером, инженером компании Dräger, [41] для горноспасательных операций . [42]
В 1930-х годах, после нескольких трагических происшествий в 1920-х годах, ВМС США начали оснащать подводные лодки классов «Порпойз » и «Сальмон» примитивными ребризерами, называемыми « легкими Момсена» , которые использовались до 1960-х годов.
В 1930-х годах итальянские спортивные подводные охотники начали использовать ребризер Дэвиса ; Итальянские производители получили лицензию от английских патентообладателей на его производство. Эта практика вскоре привлекла внимание ВМС Италии , которые разработали значительно модернизированную модель, разработанную Тезео Тезеи и Анджело Беллони , которая использовалась его подразделением водолазов Decima Flottiglia MAS с хорошими результатами во время Второй мировой войны. [39]
Во время Второй мировой войны ребризеры пленных итальянских водолазов повлияли на усовершенствованную конструкцию британских ребризеров. [39] Многие британские водолазы в дыхательных комплектах использовали кислородные баллоны для дыхания экипажей, спасенные от сбитого немецкого самолета Люфтваффе . Самый ранний из этих дыхательных наборов, возможно, представлял собой модифицированный подводный спасательный аппарат Дэвиса ; их полнолицевые маски были типа, предназначенного для Siebe Gorman Salvus , но в более поздних операциях использовались разные конструкции, в результате чего появилась полнолицевая маска с одним большим лицевым окном, сначала круглым или овальным, а затем прямоугольным (в основном плоским, но стороны загнуты назад). чтобы обеспечить лучший обзор вбок). Ранние ребризеры британских водолазов имели прямоугольные противолегкие на груди, как и ребризеры итальянских водолазов, но более поздние модели имели квадратную выемку в верхней части противолегких, чтобы они могли простираться дальше к плечам. Спереди у них был резиновый воротник, который закреплялся вокруг баллона с абсорбентом. [39] Некоторые водолазы британских вооруженных сил использовали громоздкие толстые водолазные костюмы, называемые костюмами Сладена ; одна из версий имела откидную лицевую панель для обоих глаз, позволяющую пользователю поднести бинокль к глазам, когда он находится на поверхности.
Ребризеры Dräger, особенно модельные серии DM20 и DM40, использовались немецкими водолазами в шлемах и немецкими водолазами во время Второй мировой войны . Ребризеры для ВМС США были разработаны доктором Кристианом Дж. Ламбертсеном для ведения подводной войны. [43] [44] Ламбертсен провел первый в США курс по кислородному ребризеру замкнутого цикла для морского подразделения Управления стратегических служб в Военно-морской академии 17 мая 1943 года. [44] [45]
Во время и после Второй мировой войны в вооруженных силах возникла необходимость погружаться глубже, чем позволяет чистый кислород. Это побудило, по крайней мере в Британии, к разработке простых вариантов «смесевых ребризеров» с постоянным потоком некоторых из их кислородных ребризеров для дайвинга (= того, что сейчас называется « найтрокс »): SCMBA от SCBA ( дыхательного аппарата пловца-каноэиста ) и CDMBA. от Siebe Gorman CDBA , добавив дополнительный баллон подачи газа. Перед погружением с таким набором дайвер должен был знать максимальную или рабочую глубину своего погружения, а также то, как быстро его организм использует запас кислорода, и исходя из этого рассчитать, на какую величину установить скорость потока газа в ребризере.
Пионер дайвинга Ганс Хасс использовал кислородные ребризеры Dräger в начале 1940-х годов для подводной съемки.
Из-за военной важности ребризера, наглядно продемонстрированной во время военно-морских кампаний Второй мировой войны , большинство правительств не хотели предоставлять эту технологию в общественное достояние. В Великобритании использование ребризеров гражданскими лицами было незначительным, и BSAC официально запретил использование ребризеров своими членами. Итальянские фирмы Pirelli и Cressi-Sub сначала продавали по модели ребризера для спортивного дайвинга, но через некоторое время прекратили выпуск этих моделей. Некоторые самодельные ребризеры использовались спелеологами для проникновения в отстойники пещер .
Большинство альпинистов-высотников используют кислородное оборудование открытого типа; Экспедиция на Эверест 1953 года использовала кислородное оборудование как замкнутого, так и открытого контура: см. кислород в баллонах .
В конце концов , холодная война закончилась, и в 1989 году коммунистический блок распался , и в результате предполагаемый риск диверсионных атак со стороны боевых водолазов уменьшился, и у западных вооруженных сил было меньше оснований требовать патенты на гражданские ребризеры , а также автоматические и полуавтоматические развлекательные погружения. начали появляться ребризеры с датчиками парциального давления кислорода .
Промышленность/спасение:
Другие:
{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
СМИ, связанные с ребризерами, на Викискладе?