Уже более 100 лет ученые и инженеры активно участвуют в разработке автономных дыхательных аппаратов.
Две серии автономных дыхательных аппаратов широко используются при пожаротушении, открытом контуре и ребризерах. В открытой системе каждый выдыхаемый воздух выбрасывается в атмосферу. Ребризер или устройство замкнутого цикла восстанавливает дыхание пользователя, удаляет углекислый газ и увеличивает содержание кислорода. Благодаря своей эффективности ребризеры легкие по весу, небольшим размерам и долговечны.
Дыхательная система открытого цикла состоит из устройства подачи воздуха, редукционного/автоматического клапана, клапана выдоха и маски. Подача воздуха в систему открытого контура обычно осуществляется сжатым воздухом. Объем воздуха на один вдох подается через редукционный/регулирующий клапан и выбрасывается в окружающую атмосферу после вдоха.
Все ребризеры включают в себя дыхательный мешок в качестве резервуара для дыхания пользователя. Поскольку ребризер удаляет углекислый газ, вырабатываемый пользователем, и восполняет потребляемый им кислород, вдыхаемый газ почти на 100% состоит из кислорода.
Предусмотрены три конструкции оборудования для замены кислорода и удаления углекислого газа: химический кислород, криогенный кислород и сжатый кислород.
В устройстве химического кислородного типа используется химически генерируемый источник кислорода. Вода, выдыхаемая пользователем, активирует супероксидный фильтр, выделяя кислород и образуя щелочные соли. Этот кислород поступает к пользователю через ребризерный мешок. Щелочь, образующаяся в результате этой химической реакции, удаляет следующий выдыхаемый углекислый газ и добавляет больше кислорода. Поскольку эту реакцию невозможно точно контролировать, устройство рассчитано на выработку большего количества кислорода, чем требуется для метаболизма. Этот избыток кислорода выбрасывается в окружающий воздух через выпускной клапан.
Основным преимуществом такой простой конструкции оборудования является низкая первоначальная стоимость. Однако есть некоторые недостатки. Запустить химическую реакцию при низких температурах сложно, а иногда и невозможно. Себестоимость единицы химических картриджей высока. Проблема усложняется тем, что однажды начавшаяся химическая реакция не может быть прервана. Независимо от необходимости, весь химический заряд должен быть использован или выброшен.
В низкотемпературных закрытых системах используется жидкий кислород. В этой очень сложной системе выдыхаемый углекислый газ удаляется путем замораживания, а низкотемпературный радиатор обеспечивается жидким кислородом, часть которого поступает в дыхательный мешок. Эта чрезвычайно сложная и дорогая система так и не достигла коммерческого успеха. Однако криогенное хранение газа широко используется в открытых системах.
Третий тип системы замкнутого цикла — это конструкция со сжатым кислородом. В ребризерах этого типа запасенный в баллоне кислород проходит через редуктор давления в дыхательный мешок, из которого вдыхается необходимое количество кислорода.
Выдыхаемый газ проходит через поглотитель углекислого газа. Здесь углекислый газ из дыхания пользователя удаляется, а неиспользованный кислород поступает в дыхательный мешок. Добавляется свежий кислород, обновленный дыхательный газ доставляется пользователю и продолжает циркулировать. Простота, надежность и низкая стоимость повторного использования таких устройств сделали респираторы со сжатым кислородом популярными на протяжении многих лет.
В 1853 году профессор Шванн сконструировал респиратор со сжатым кислородом для конкурса, проводимого Бельгийской академией наук. Шванн, похоже, первым осознал потенциал ребризеров, используемых в шахтах и пожарных частях. На рубеже веков Бернхард Дрегер из Любека (Германия) разработал и изготовил ребризер. В 1907 году Металлургическая и нефтеперерабатывающая компания Бостона и Монтаны приобрела пять ребризеров Draeger, которые стали первыми устройствами, использованными в стране. Ребризеры широко используются в пожарных службах уже более 25 лет.
За последние 70 лет в ребризеры было внесено множество усовершенствований. Благодаря строгим правилам и контролю NIOSH и MESA, современные устройства стали более надежными, чем когда-либо.
Время публикации: 03 декабря 2021 г.
