El principi de funcionament de 3 tipus de respiradors de circuit tancat

Durant més de 100 anys, científics i enginyers han participat activament en el disseny d'aparells de respiració autònoms.
Dues sèries d'aparells de respiració autònoms s'utilitzen àmpliament en la lluita contra incendis, circuits oberts i respiradors. En un sistema obert, cada respiració exhalada es descarrega a l'atmosfera. Un rebreather o dispositiu de circuit tancat recupera l'alè de l'usuari, elimina el diòxid de carboni i augmenta l'oxigen. A causa de la seva eficiència, els rebreathers són lleugers, de mida petita i de llarga durada.
El sistema de respiració de circuit obert consta d'un dispositiu de subministrament d'aire, un reductor de pressió/vàlvula de demanda, una vàlvula d'exhalació i una màscara. El subministrament d'aire en un sistema de circuit obert sol ser aire comprimit. El volum d'aire per respiració es subministra a través del reductor de pressió/vàlvula de demanda i es descarrega a l'atmosfera ambiental després de ser inhalat.
Tots els rebreathers inclouen una bossa de respiració com a dipòsit per a l'alè de l'usuari. Com que el rebreather elimina el diòxid de carboni produït per l'usuari i reposa l'oxigen que consumeix, el gas respirat és gairebé el 100% d'oxigen.
Proporciona tres dissenys d'equips per a la substitució d'oxigen i l'eliminació de diòxid de carboni: oxigen químic, oxigen criogènic i oxigen comprimit.
El dispositiu de tipus d'oxigen químic utilitza una font d'oxigen generada químicament. L'aigua exhalada per l'usuari activa el filtre de superòxid, alliberant oxigen i formant sals alcalines. Aquest oxigen arriba a l'usuari a través de la bossa del rebreather. L'àlcali produït per aquesta reacció química elimina el següent diòxid de carboni exhalat i afegeix més oxigen. Com que aquesta reacció no es pot controlar amb precisió, el dispositiu està dissenyat per produir més oxigen del necessari per al metabolisme. Aquest excés d'oxigen es descarrega a l'aire ambient a través de la vàlvula de descàrrega.
El principal avantatge d'aquest disseny senzill d'equips és el baix cost inicial. Tanmateix, hi ha alguns desavantatges. Iniciar una reacció química a baixes temperatures és difícil i de vegades impossible. El cost unitari dels cartutxos químics és elevat. El que fa que aquest problema sigui més complicat és que un cop comença una reacció química, no es pot interrompre. Independentment de la necessitat, s'ha d'utilitzar o descartar tota la càrrega química.
En sistemes tancats de baixa temperatura, s'utilitza oxigen líquid. En aquest sistema tan complex, el diòxid de carboni exhalat s'elimina per congelació, i el radiador de baixa temperatura és proporcionat per oxigen líquid, part del qual entra a la bossa de respiració. Aquest sistema extremadament complex i car no ha aconseguit mai un èxit comercial. Tanmateix, l'emmagatzematge de gas criogènic s'ha utilitzat àmpliament en sistemes oberts.
El tercer tipus de sistema de circuit tancat és el disseny d'oxigen comprimit. En aquest tipus de rebreather, l'oxigen emmagatzemat al cilindre passa a través del reductor de pressió cap a la bossa de respiració, d'on s'inhala la quantitat d'oxigen necessària.
El gas exhalat passa a través de l'absorbidor de diòxid de carboni. Aquí s'elimina el diòxid de carboni de l'alè de l'usuari i l'oxigen no utilitzat flueix a la bossa respiratòria. S'afegeix oxigen fresc i el gas de respiració actualitzat es lliura a l'usuari i continua circulant. La simplicitat, la robustesa i el baix cost de reutilització d'aquests dispositius han fet que els respiradors d'oxigen comprimit siguin populars durant molts anys.
El 1853, el professor Schwann va dissenyar un respirador d'oxigen comprimit per a una competició organitzada per l'Acadèmia de Ciències de Bèlgica. Schwann sembla ser el primer a adonar-se del potencial dels rebreathers utilitzats a les mines i als cossos de bombers. A principis de segle, Bernhard Draeger de Lübeck, Alemanya, va dissenyar i fabricar un rebreather. El 1907, la Boston and Montana Smelting and Refining Company va comprar cinc rebreathers Draeger, que van ser els primers dispositius utilitzats al país. Els respiradors s'han utilitzat àmpliament als serveis de bombers durant més de 25 anys.
En els darrers 70 anys, s'han fet moltes millores als rebreathers. A través de les estrictes regulacions i controls de NIOSH i MESA, els dispositius actuals són més fiables que mai.