مبدأ عمل 3 أنواع من أجهزة التنفس ذات الدائرة المغلقة

لأكثر من 100 عام، شارك العلماء والمهندسون بنشاط في تصميم أجهزة التنفس المستقلة.
يتم استخدام سلسلتين من أجهزة التنفس المستقلة على نطاق واسع في مكافحة الحرائق والدائرة المفتوحة وأجهزة إعادة التنفس. في النظام المفتوح، يتم تفريغ كل نفس زفير في الغلاف الجوي. يقوم جهاز إعادة التنفس أو جهاز الدائرة المغلقة باستعادة أنفاس المستخدم وإزالة ثاني أكسيد الكربون وزيادة الأكسجين. نظرًا لكفاءتها، تتميز أجهزة إعادة دفق الأكسجين بأنها خفيفة الوزن وصغيرة الحجم وتدوم لفترة طويلة.
يتكون نظام التنفس ذو الدائرة المفتوحة من جهاز إمداد الهواء، وصمام خفض الضغط/الطلب، وصمام الزفير، والقناع. عادةً ما يكون مصدر الهواء في نظام الدائرة المفتوحة عبارة عن هواء مضغوط. يتم توفير حجم الهواء لكل نفس من خلال صمام تخفيض الضغط/الطلب، ويتم تفريغه في الجو المحيط بعد استنشاقه.
تشتمل جميع أجهزة إعادة التنفس على كيس تنفس كخزان لأنفاس المستخدم. نظرًا لأن جهاز إعادة التنفس يزيل ثاني أكسيد الكربون الذي ينتجه المستخدم ويجدد الأكسجين الذي يستهلكه، فإن الغاز الذي يتم تنفسه يتكون من أكسجين بنسبة 100% تقريبًا.
توفر ثلاثة تصميمات للمعدات لاستبدال الأكسجين وإزالة ثاني أكسيد الكربون: الأكسجين الكيميائي والأكسجين المبرد والأكسجين المضغوط.
يستخدم جهاز نوع الأكسجين الكيميائي مصدر الأكسجين المولد كيميائيًا. يقوم الماء الذي يزفره المستخدم بتنشيط مرشح الأكسيد الفائق، مما يؤدي إلى إطلاق الأكسجين وتكوين أملاح قلوية. يصل هذا الأكسجين إلى المستخدم من خلال كيس إعادة التنفس. القلويات الناتجة عن هذا التفاعل الكيميائي تزيل ثاني أكسيد الكربون الناتج عن الزفير وتضيف المزيد من الأكسجين. وبما أنه لا يمكن التحكم بدقة في هذا التفاعل، فقد تم تصميم الجهاز لإنتاج كمية من الأكسجين أكثر مما هو مطلوب لعملية التمثيل الغذائي. يتم تفريغ هذا الأكسجين الزائد في الهواء المحيط من خلال صمام التفريغ.
الميزة الرئيسية لهذا التصميم البسيط للمعدات هي التكلفة الأولية المنخفضة. ومع ذلك، هناك بعض العيوب. إن بدء التفاعل الكيميائي عند درجات حرارة منخفضة أمر صعب، بل ومستحيل في بعض الأحيان. تكلفة وحدة الخراطيش الكيميائية مرتفعة. وما يجعل هذه المشكلة أكثر تعقيدًا هو أنه بمجرد بدء التفاعل الكيميائي، لا يمكن إيقافه. وبغض النظر عن الحاجة، يجب استخدام الشحنة الكيميائية بأكملها أو التخلص منها.
في الأنظمة المغلقة ذات درجة الحرارة المنخفضة، يتم استخدام الأكسجين السائل. في هذا النظام المعقد للغاية، تتم إزالة ثاني أكسيد الكربون الناتج عن الزفير عن طريق التجميد، ويتم توفير المبرد ذو درجة الحرارة المنخفضة عن طريق الأكسجين السائل، الذي يدخل بعضه إلى كيس التنفس. هذا النظام المعقد والمكلف للغاية لم يحقق نجاحًا تجاريًا أبدًا. ومع ذلك، فقد تم استخدام تخزين الغاز المبرد على نطاق واسع في الأنظمة المفتوحة.
النوع الثالث من نظام الدائرة المغلقة هو تصميم الأكسجين المضغوط. في هذا النوع من أجهزة إعادة التنفس، يمر الأكسجين المخزن في الأسطوانة عبر مخفض الضغط إلى كيس التنفس، حيث يتم استنشاق الكمية المطلوبة من الأكسجين.
يمر غاز الزفير عبر ممتص ثاني أكسيد الكربون. هنا، تتم إزالة ثاني أكسيد الكربون الموجود في أنفاس المستخدم، ويتدفق الأكسجين غير المستخدم إلى كيس التنفس. تتم إضافة الأكسجين الطازج، ويتم تسليم غاز التنفس المحدث للمستخدم ويستمر في الدوران. إن البساطة والمتانة والتكلفة المنخفضة لإعادة استخدام هذه الأجهزة جعلت أجهزة تنفس الأكسجين المضغوط شائعة لسنوات عديدة.
في عام 1853، صمم البروفيسور شوان جهاز تنفس بالأكسجين المضغوط لمسابقة أقامتها الأكاديمية البلجيكية للعلوم. يبدو أن شوان هو أول من أدرك إمكانات أجهزة إعادة التنفس المستخدمة في المناجم وإدارات الإطفاء. في مطلع القرن العشرين، قام بيرنهارد دريجر من لوبيك بألمانيا بتصميم وتصنيع جهاز إعادة التنفس. في عام 1907، اشترت شركة بوسطن ومونتانا للصهر والتكرير خمسة أجهزة إعادة دفق دفق دريجر، والتي كانت أول الأجهزة المستخدمة في البلاد. تم استخدام أجهزة إعادة دفق الأكسجين على نطاق واسع في خدمات الإطفاء لأكثر من 25 عامًا.
في السبعين عامًا الماضية، تم إجراء العديد من التحسينات على أجهزة إعادة دفق الأكسجين. من خلال اللوائح والضوابط الصارمة التي وضعتها NIOSH وMESA، أصبحت أجهزة اليوم أكثر موثوقية من أي وقت مضى.