Das Funktionsprinzip von 3 Arten von Atemschutzgeräten mit geschlossenem Kreislauf

Seit mehr als 100 Jahren sind Wissenschaftler und Ingenieure aktiv an der Entwicklung umluftunabhängiger Atemschutzgeräte beteiligt.
Zwei Serien von umluftunabhängigen Atemschutzgeräten werden häufig bei der Brandbekämpfung, bei offenen Kreislaufgeräten und bei Rebreathern eingesetzt. In einem offenen System wird jeder ausgeatmete Atemzug in die Atmosphäre abgegeben. Ein Rebreather oder ein Gerät mit geschlossenem Kreislauf stellt die Atemluft des Benutzers wieder her, entfernt Kohlendioxid und erhöht den Sauerstoffgehalt. Aufgrund ihrer Effizienz sind Rebreather leicht, klein und langlebig.
Das offene Atemsystem besteht aus einem Luftversorgungsgerät, einem Druckminderer/Demandventil, einem Ausatemventil und einer Maske. Die Luftversorgung in einem System mit offenem Kreislauf erfolgt normalerweise durch Druckluft. Das Luftvolumen pro Atemzug wird über den Druckminderer/Demandventil zugeführt und nach dem Einatmen an die Umgebungsatmosphäre abgegeben.
Alle Kreislaufgeräte verfügen über einen Atembeutel als Reservoir für die Atemluft des Benutzers. Da der Rebreather das vom Benutzer erzeugte Kohlendioxid entfernt und den von ihm verbrauchten Sauerstoff wieder auffüllt, besteht das eingeatmete Gas zu fast 100 % aus Sauerstoff.
Bietet drei Gerätedesigns für den Sauerstoffersatz und die Entfernung von Kohlendioxid: chemischer Sauerstoff, kryogener und komprimierter Sauerstoff.
Das Gerät vom Typ „chemischer Sauerstoff“ verwendet eine chemisch erzeugte Sauerstoffquelle. Das vom Benutzer ausgeatmete Wasser aktiviert den Superoxidfilter, setzt Sauerstoff frei und bildet alkalische Salze. Dieser Sauerstoff gelangt über den Rebreather-Beutel zum Benutzer. Das durch diese chemische Reaktion erzeugte Alkali entfernt das nächste ausgeatmete Kohlendioxid und fügt mehr Sauerstoff hinzu. Da diese Reaktion nicht genau kontrolliert werden kann, ist das Gerät darauf ausgelegt, mehr Sauerstoff zu produzieren, als für den Stoffwechsel erforderlich ist. Dieser überschüssige Sauerstoff wird über das Ablassventil an die Umgebungsluft abgegeben.
Der Hauptvorteil dieses einfachen Gerätedesigns sind die geringen Anschaffungskosten. Allerdings gibt es einige Nachteile. Das Starten einer chemischen Reaktion bei niedrigen Temperaturen ist schwierig und manchmal unmöglich. Die Stückkosten für Chemiekartuschen sind hoch. Was dieses Problem noch komplizierter macht, ist, dass eine einmal begonnene chemische Reaktion nicht mehr unterbrochen werden kann. Unabhängig vom Bedarf muss die gesamte Chemikalienladung verbraucht oder entsorgt werden.
In geschlossenen Niedertemperatursystemen wird flüssiger Sauerstoff verwendet. In diesem sehr komplexen System wird das ausgeatmete Kohlendioxid durch Gefrieren entfernt und der Niedertemperaturstrahler mit flüssigem Sauerstoff versorgt, der teilweise in den Atembeutel gelangt. Dieses äußerst komplexe und teure System hatte nie kommerziellen Erfolg. Die kryogene Gasspeicherung wird jedoch häufig in offenen Systemen eingesetzt.
Der dritte Typ eines geschlossenen Kreislaufsystems ist das Design mit komprimiertem Sauerstoff. Bei dieser Art von Rebreather gelangt der in der Flasche gespeicherte Sauerstoff über den Druckminderer in den Atembeutel, aus dem die benötigte Sauerstoffmenge eingeatmet wird.
Das ausgeatmete Gas passiert den Kohlendioxidabsorber. Dabei wird dem Atem des Anwenders das Kohlendioxid entzogen und der ungenutzte Sauerstoff fließt in den Atembeutel. Frischer Sauerstoff wird hinzugefügt und das aktualisierte Atemgas wird dem Benutzer zugeführt und zirkuliert weiter. Die Einfachheit, Robustheit und die geringen Wiederverwendungskosten solcher Geräte haben dafür gesorgt, dass Atemschutzgeräte mit komprimiertem Sauerstoff seit vielen Jahren beliebt sind.
Im Jahr 1853 entwarf Professor Schwann für einen Wettbewerb der Belgischen Akademie der Wissenschaften ein Beatmungsgerät mit komprimiertem Sauerstoff. Schwann scheint der Erste zu sein, der das Potenzial von Rebreathern für den Einsatz in Bergwerken und Feuerwehren erkannt hat. Um die Jahrhundertwende entwarf und fertigte Bernhard Draeger aus Lübeck ein Rebreather. Im Jahr 1907 kaufte die Boston and Montana Smelting and Refining Company fünf Draeger-Rebreather, die ersten im Land verwendeten Geräte. Rebreather werden seit mehr als 25 Jahren häufig bei Feuerwehren eingesetzt.
In den letzten 70 Jahren wurden viele Verbesserungen an Rebreathern vorgenommen. Durch die strengen Vorschriften und Kontrollen von NIOSH und MESA sind die heutigen Geräte zuverlässiger denn je.