El principio de funcionamiento de 3 tipos de respiradores de circuito cerrado.

Durante más de 100 años, científicos e ingenieros han participado activamente en el diseño de aparatos respiratorios autónomos.
Dos series de aparatos respiratorios autónomos se utilizan ampliamente en la extinción de incendios, circuito abierto y rebreathers. En un sistema abierto, cada aliento exhalado se descarga a la atmósfera. Un rebreather o dispositivo de circuito cerrado recupera el aliento del usuario, elimina el dióxido de carbono y aumenta el oxígeno. Debido a su eficiencia, los rebreathers son livianos, de tamaño pequeño y duraderos.
El sistema respiratorio de circuito abierto consta de un dispositivo de suministro de aire, una válvula reductora/de demanda de presión, una válvula de exhalación y una máscara. El suministro de aire en un sistema de circuito abierto suele ser aire comprimido. El volumen de aire por respiración se suministra a través de la válvula reductora de presión/válvula de demanda y se descarga a la atmósfera ambiental después de ser inhalado.
Todos los rebreathers incluyen una bolsa de respiración como depósito para el aliento del usuario. Debido a que el rebreather elimina el dióxido de carbono producido por el usuario y repone el oxígeno que consume, el gas respirado es casi 100% oxígeno.
Proporciona tres diseños de equipos para el reemplazo de oxígeno y la eliminación de dióxido de carbono: oxígeno químico, criogénico y oxígeno comprimido.
El dispositivo de tipo oxígeno químico utiliza una fuente de oxígeno generada químicamente. El agua exhalada por el usuario activa el filtro de superóxido, liberando oxígeno y formando sales alcalinas. Este oxígeno llega al usuario a través de la bolsa rebreather. El álcali producido por esta reacción química elimina el siguiente dióxido de carbono exhalado y agrega más oxígeno. Dado que esta reacción no se puede controlar con precisión, el dispositivo está diseñado para producir más oxígeno del necesario para el metabolismo. Este exceso de oxígeno se descarga al aire ambiente a través de la válvula de descarga.
La principal ventaja de este diseño sencillo del equipo es el bajo coste inicial. Sin embargo, existen algunas desventajas. Iniciar una reacción química a bajas temperaturas es difícil y, a veces, imposible. El coste unitario de los cartuchos químicos es elevado. Lo que complica este problema es que una vez que comienza una reacción química, no se puede interrumpir. Independientemente de la necesidad, se debe utilizar o desechar toda la carga química.
En sistemas cerrados de baja temperatura, se utiliza oxígeno líquido. En este sistema tan complejo, el dióxido de carbono exhalado se elimina mediante congelación y el radiador de baja temperatura lo proporciona oxígeno líquido, parte del cual ingresa a la bolsa respiratoria. Este sistema extremadamente complejo y costoso nunca ha logrado éxito comercial. Sin embargo, el almacenamiento criogénico de gas se ha utilizado ampliamente en sistemas abiertos.
El tercer tipo de sistema de circuito cerrado es el diseño de oxígeno comprimido. En este tipo de rebreather, el oxígeno almacenado en el cilindro pasa a través del reductor de presión a la bolsa respiratoria, desde donde se inhala la cantidad necesaria de oxígeno.
El gas exhalado pasa a través del absorbente de dióxido de carbono. Aquí se elimina el dióxido de carbono del aliento del usuario y el oxígeno no utilizado fluye hacia la bolsa respiratoria. Se agrega oxígeno fresco y el gas respirable actualizado se entrega al usuario y continúa circulando. La simplicidad, robustez y bajo costo de reutilización de estos dispositivos han hecho que los respiradores de oxígeno comprimido sean populares durante muchos años.
En 1853, el profesor Schwann diseñó un respirador de oxígeno comprimido para un concurso organizado por la Academia de Ciencias de Bélgica. Schwann parece ser el primero en darse cuenta del potencial de los rebreathers utilizados en minas y departamentos de bomberos. A principios de siglo, Bernhard Draeger de Lübeck, Alemania, diseñó y fabricó un rebreather. En 1907, Boston and Montana Smelting and Refining Company compró cinco rebreathers Draeger, que fueron los primeros dispositivos utilizados en el país. Los rebreathers se han utilizado ampliamente en los servicios de bomberos durante más de 25 años.
En los últimos 70 años, se han realizado muchas mejoras en los rebreathers. Gracias a las estrictas regulaciones y controles de NIOSH y MESA, los dispositivos actuales son más confiables que nunca.