Kanuni ya kazi ya aina 3 za kupumua-mzunguko wa kufungwa

Kwa zaidi ya miaka 100, wanasayansi na wahandisi wamehusika kikamilifu katika muundo wa vifaa vya kupumua vya kibinafsi.
Mfululizo mbili wa vifaa vya kupumua vya kibinafsi hutumiwa sana katika mapigano ya moto, mzunguko wazi na kupumua. Katika mfumo wazi, kila pumzi iliyopumuliwa hutolewa angani. Kifaa cha kupumua tena au cha mfumo funge hurejesha pumzi ya mtumiaji, huondoa kaboni dioksidi na kuongeza oksijeni. Kutokana na ufanisi wao, rebrethers ni nyepesi kwa uzito, ndogo kwa ukubwa na hudumu kwa muda mrefu.
Mfumo wa kupumua wa mzunguko wa wazi una kifaa cha usambazaji wa hewa, valve ya kupunguza shinikizo / mahitaji, vali ya kuvuta pumzi na mask. Ugavi wa hewa katika mfumo wa mzunguko wa wazi ni kawaida hewa iliyoshinikizwa. Kiasi cha hewa kwa kila pumzi hutolewa kupitia kipunguza shinikizo/vali ya mahitaji, na kutolewa kwenye angahewa iliyoko baada ya kuvuta pumzi.
Vipumuaji vyote vinajumuisha mfuko wa kupumulia kama hifadhi ya kupumua ya mtumiaji. Kwa sababu kipumuaji huondoa kaboni dioksidi inayozalishwa na mtumiaji na kujaza oksijeni anayotumia, gesi inayopumuliwa ni karibu oksijeni 100%.
Hutoa miundo mitatu ya vifaa kwa ajili ya uingizwaji wa oksijeni na uondoaji wa dioksidi kaboni: oksijeni ya kemikali, oksijeni ya cryogenic na oksijeni iliyobanwa.
Kifaa cha aina ya oksijeni ya kemikali hutumia chanzo cha oksijeni kinachozalishwa kwa kemikali. Maji yanayotolewa na mtumiaji huwezesha chujio cha superoxide, ikitoa oksijeni na kutengeneza chumvi za alkali. Oksijeni hii humfikia mtumiaji kupitia mfuko wa kurejesha pumzi. Alkali inayozalishwa na mmenyuko huu wa kemikali huondoa kaboni dioksidi inayofuata na kuongeza oksijeni zaidi. Kwa kuwa mmenyuko huu hauwezi kudhibitiwa kwa usahihi, kifaa kimeundwa kutoa oksijeni zaidi kuliko inavyotakiwa kwa kimetaboliki. Oksijeni hii ya ziada hutolewa ndani ya hewa iliyoko kupitia valve ya kutokwa.
Faida kuu ya muundo huu wa vifaa rahisi ni gharama ya chini ya awali. Hata hivyo, kuna baadhi ya hasara. Kuanza mmenyuko wa kemikali kwa joto la chini ni vigumu na wakati mwingine haiwezekani. Gharama ya kitengo cha cartridges za kemikali ni ya juu. Kinachofanya tatizo hili kuwa gumu zaidi ni kwamba mara tu mmenyuko wa kemikali unapoanza, hauwezi kuingiliwa. Bila kujali hitaji, malipo yote ya kemikali lazima yatumike au kutupwa.
Katika mifumo ya kufungwa kwa joto la chini, oksijeni ya kioevu hutumiwa. Katika mfumo huu mgumu sana, dioksidi kaboni iliyochomwa huondolewa kwa kufungia, na radiator ya chini ya joto hutolewa na oksijeni ya kioevu, ambayo baadhi huingia kwenye mfuko wa kupumua. Mfumo huu tata na wa gharama kubwa haujawahi kupata mafanikio ya kibiashara. Hata hivyo, hifadhi ya gesi ya cryogenic imetumika sana katika mifumo ya wazi.
Aina ya tatu ya mfumo wa mzunguko uliofungwa ni muundo wa oksijeni ulioshinikizwa. Katika aina hii ya kupumua, oksijeni iliyohifadhiwa kwenye silinda hupita kupitia kipunguza shinikizo kwenye mfuko wa kupumua, ambayo kiasi kinachohitajika cha oksijeni huingizwa.
Gesi iliyotoka nje hupitia kinyonyaji cha dioksidi kaboni. Hapa, dioksidi kaboni katika pumzi ya mtumiaji huondolewa, na oksijeni isiyotumiwa inapita kwenye mfuko wa kupumua. Oksijeni safi huongezwa, na gesi iliyosasishwa ya kupumua huwasilishwa kwa mtumiaji na inaendelea kuzunguka. Usahili, uimara, na gharama ya chini ya kutumia tena vifaa hivyo kumefanya vipumuaji vya oksijeni vilivyobanwa kuwa maarufu kwa miaka mingi.
Mnamo 1853, Profesa Schwann alitengeneza kipumulio kilichobanwa cha oksijeni kwa ajili ya shindano lililofanywa na Chuo cha Sayansi cha Ubelgiji. Schwann anaonekana kuwa wa kwanza kutambua uwezo wa rebreathers kutumika katika migodi na idara za moto. Mwanzoni mwa karne hiyo, Bernhard Draeger wa Lübeck, Ujerumani alibuni na kutengeneza kipumuaji upya. Mnamo 1907, Kampuni ya Boston na Montana ya Kuyeyusha na Kusafisha ilinunua vipumuaji vitano vya Draeger, ambavyo vilikuwa vifaa vya kwanza kutumika nchini. Rebreathers zimetumika sana katika huduma za moto kwa zaidi ya miaka 25.
Katika miaka 70 iliyopita, maboresho mengi yamefanywa kwa rebreathers. Kupitia kanuni na udhibiti madhubuti wa NIOSH na MESA, vifaa vya leo vinategemewa zaidi kuliko hapo awali.