Изолирующий дыхательный аппарат. Дыхательный аппарат замкнутого цикла ап «альфа Система дыхания замкнутого цикла

Враг не пройдет! Даже под водой

Схема работы и органы управления ребризера «Inspiration»

Тем не менее масштаб выполняемых им задач был огромен. В день «X» советский морской спецназ должен был высадиться с многочисленных подводных лодок, самолетов, вертолетов, с коммерческих и промысловых кораблей под чужими флагами. Черные призраки, внезапно появившиеся из-под воды, должны были вывести из строя всю систему противолодочной обороны в Атлантике, Тихом океане и Средиземном море, уничтожить центры управления и связи морских соединений NATO, заблокировать передовые базы, захватить важные стратегические объекты и удержать их до момента высадки главного десанта. Готовился морской спецназ очень даже серьезно, участвуя в многочисленных боевых действиях по всему миру — Анголе, Вьетнаме, Египте, Никарагуа, Эфиопии, совершая «круизы» по иностранным портам с целью рекогносцировки и постоянно тренируясь на кораблях Академии наук СССР и в секретных отсеках плавучих рыбоконсервных заводов. По данным NATO, советский подводный спецназ нелегально высаживался только на побережье Швеции и Норвегии более 150 раз. Большинство же вылазок остались незамеченными. Диверсанты не оставляли за собой следов. Даже таких эфемерных, как пузыри на воде.

Следы на воде

Пузыри на воде — вот первое, что притягивает взгляд внешнего наблюдателя, когда он глазеет на любительские подводные погружения. Отсутствие пузырей — тревожный признак и обычно сопровождается активными действиями по подготовке и началу спасательной операции. Однако есть одно исключение — погружение с ребризерами (от англ. «rebreather»). Дайвер с ребризером в воде практически бесшумен, как и обитатели подводного царства, — он не выпускает булькающих пузырей, и водоплавающие принимают его «за своего».

Широко распространенный

в качестве основного оборудования для погружений акваланг конструкции Кусто-Ганьяна является дыхательным аппаратом открытого цикла: ныряльщик вдыхает воздух из баллона, а выдыхает его в воду. При этом во вдыхаемом воздухе содержится 21% кислорода, а в выдыхаемом около 16% (при нормальном атмосферном давлении, то есть на поверхности воды). Таким образом, большая часть воздуха просто расходуется впустую. Если же выдыхаемый воздух очистить от углекислого газа и обогатить кислородом, его можно использовать повторно. Это осуществляется химпоглотителями и добавлением небольших порций кислорода (а вообще, с увеличением глубины потребность в кислороде уменьшается за счет увеличения его парциального давления). Парциальное давление — давление компонента газовой смеси, которое он оказывал бы, если бы один занимал объем всей смеси.

Немного истории

На этих принципах и основаны дыхательные аппараты закрытого или полузакрытого цикла — ребризеры. Не стоит думать, что это достижение современных технологий. Первый ребризер был разработан англичанином Генри Флеуссом еще в 1876 году. Ребризер Флеусса представлял собой прорезиненную матерчатую оболочку, дыхательный мешок, медный цилиндр с кислородом и поглотителем углекислого газа. В качестве поглотителя использовалась пенька, пропитанная едким натром (гидроксидом натрия). При необходимости кислород добавлялся вручную. Хотя этот аппарат сейчас кажется примитивным — для тех времен он работал весьма неплохо, позволяя проводить под водой до 3 часов. Глубина погружения с аппаратом Флеусса была ограничена из-за использования чистого кислорода (чистый кислород токсичен уже при погружении на 5−7 м, но в то время этот факт не был известен). Тем не менее в 1880 году известный английский водолаз Александер Ламберт погрузился в аппарате Флеусса, чтобы загерметизировать люк в затопленном туннеле. Люк находился в 300 м от входа в туннель на глубине 20 м!

В 1907 году немецкая компания Draeger представила ребризер для спасения людей с тонущих подводных лодок. Этот ребризер, как и аппарат Флеусса, во многом послужил основой для разработки в 1911 году англичанином Робертом Дэвисом, директором компании Siebe Gorman, аппарата собственной конструкции, названного «Davis False Lung» («Искусственное легкое Дэвиса»). В 1915 году съемочная группа первого подводного фильма, снятого по книге Жюля Верна «Двадцать тысяч лье под водой», использовала во время съемок именно модифицированные ребризеры Флеусса-Дэвиса.

С началом Второй мировой войны появляется необходимость в тайных подводных операциях и ребризеры прочно занимают ведущее место среди подводного оборудования военно-морских флотов многих стран.

В 1968-м доктор Уолтер Старк разрабатывает Electrolung — первый дыхательный аппарат замкнутого цикла, управляемый электроникой. Это был качественный шаг вперед в технологии, которая до этого оставалась традиционной и базировалась на механическом дозировании газов.

До середины 1990-х годов основными пользователями ребризеров были военные, исследователи и профессиональные водолазы. Военные ценили в аппаратах закрытого цикла малозаметность и бесшумность (присутствие боевых подводных пловцов не выдают пузыри), немагнитность (ребризер может быть изготовлен из немагнитных материалов). Исследователи подводного мира — отсутствие пузырей (обитатели подводного мира не пугаются, их легче фотографировать и изучать). Водолазам ребризеры давали возможность погружаться на большие глубины и проводить там большее время, увеличивая эффективность работы.

С середины 1990-х годов ребризеры на газовых смесях начали потихоньку завоевывать рынок любительского дайвинга. Сейчас выпускается довольно много моделей ребризеров для любительских погружений, и хотя стоимость их достаточно высока (от $2−5 тыс. за полузакрытые системы до $8−15 тыс. за системы с закрытым циклом), они приобретают все большую популярность.

Закрытая дыхательная система

Дыхательный аппарат полностью закрытого цикла состоит из двух небольших баллонов и системы поглощения углекислого газа. Один баллон содержит кислород, второй — газ-разбавитель (дилюент). Существует системы, работающие на чистом кислороде (без разбавителя), но глубина погружения с ними ограничена 5−7 м (из-за токсичности чистого кислорода), в основном такими были старые военные системы.

В качестве поглотителя обычно используются гидроксид натрия (едкий натр), или гидроксид кальция (гашеная известь), или их смесь. Выдыхаемый воздух пропускается через поглотитель и попадает в дыхательный мешок (counterlung — противолегкое). Вдох осуществляется из дыхательного мешка. Иногда он разделен на две части — для вдоха и для выдоха. Датчики давления и содержания кислорода и углекислого газа дают сигналы электронной системе, которая с помощью электромагнитных клапанов при необходимости производит добавление кислорода и газа-разбавителя (система управления старается в любых условиях поддерживать парциальное давление кислорода в безопасных пределах).

При необходимости можно подавать кислород из одного баллона или газ-разбавитель из другого вручную. В качестве газа-разбавителя можно использовать в зависимости от стоящих задач воздух, нитрокс (смесь кислорода и азота с большим, чем 21%, содержанием кислорода), или специальные смеси (например, для сверхглубоких погружений используют Trimix («тримикс») — смесь, состоящую из гелия, азота и с невысоким содержанием кислорода).

Система закрытого цикла при нахождении на постоянной глубине не выпускает никаких пузырей. При уменьшении глубины объем дыхательной смеси в дыхательном мешке возрастает и излишки стравливаются через клапан. При увеличении глубины дыхательный мешок автоматически или вручную пополняют газом-разбавителем для поддержания постоянного объема.

Полузакрытая дыхательная система

Отличается от закрытой наличием всего одного баллона с дыхательной смесью. Обычно в качестве такой смеси используется нитрокс (смесь кислорода и азота с большим, чем 21%, содержанием кислорода). Чтобы компенсировать расход кислорода (азот не расходуется в процессе дыхания), в полузакрытых системах часть смеси при выдохе выпускается в воду (до 25% от объема выдоха). Для снижения шума перед выпуском смесь пропускается через специальный фильтр, который «дробит» пузырьки на более мелкие и рассеивает их за спиной дайвера.

Надежность

Отказ какого-либо из компонентов ребризера под водой может привести к смерти дайвера. Поэтому производители принимают все возможные меры для повышения их надежности. Датчики, индикаторы и электромагнитные клапаны многократно дублируются. Кроме этого, в ребризере обычно предусмотрена независимая аварийная система — на случай полного отказа. В качестве аварийной системы обычно выступает аппарат открытого цикла (точнее, редуктор-регулятор), присоединенный к баллону ребризера с дыхательной смесью или независимому маленькому баллону. Это дает возможность дайверу даже при полном отказе или аварии ребризера всплыть на поверхность.

Преимущества

Первый основный плюс ребризера — большое время погружения. Одной зарядки ребризера хватает, в зависимости от модели, глубины погружения и интенсивности дыхания, на 2−5 часов погружений.

Ребризеры также значительно увеличивают бездекомпрессионные пределы. Некоторые наиболее сложные закрытые кислородно-управляемые системы могут даже оптимизировать содержание кислорода для дыхания в газовой смеси согласно профилю погружения.

Еще одно преимущество ребризеров — сохранение тепла и влаги. В системах с открытой схемой дыхания, особенно в условиях холодной воды, расходуется тепло на согревание вдыхаемого воздуха и происходит обогащение его водяными парами. В ребризерах при поглощении углекислого газа выделяется тепло. Поскольку выдох не происходит в воду, тепло и водяной пар сохраняются в пределах замкнутого цикла.

Как уже было сказано выше, ребризеры производят значительно меньше шума и пузырей, что позволяет приближаться даже к самым пугливым обитателям морских глубин и наблюдать за их жизнью (с обычным аквалангом это зачастую просто невозможно).

Недостатки

За преимущества ребризеров приходится платить высокую цену. Прежде всего, в прямом смысле этого слова. Стоимость полузакрытых систем составляет от $2 до $8 тыс., полностью закрытых — от $8 до $15 тыс. И надежды, что они подешевеют в ближайшем будущем, довольно мало.

Ребризеры требуют регулярного технического обслуживания после каждого погружения — более-менее простого у полузакрытых систем (проверка и замена поглотителя углекислого газа, очистка шлангов) и более сложного у закрытых. Электронные датчики парциального давления кислорода должны регулярно проверяться и периодически калиброваться.

Обучение плаванию с ребризерами также находится пока еще в зачаточном состоянии, хотя ситуация меняется довольно быстро. Все производители подобных аппаратов имеют собственные требования к подготовке. В настоящее время есть 4 организации (IANTD, TDI, PSA, ANDI), стандартизировавшие курсы обучения. Теперь аппараты закрытого цикла достаточно доступны. Можно после нескольких часов инструктажа совершить только одно погружение или пройти полный глубоководный курс с сертификацией (3−7 дней, $500−1500, стоимость обучения часто входит в цену аппарата).

Подводный дыхательный аппарат содержит рабочий блок с химическим источником кислорода, маску и дыхательную трубку, соединяющую маску с рабочим блоком. Рабочий блок выполнен в виде открытой снизу емкости, снабженной расположенной в верхней части этой емкости решеткой для размещения на ней химического источника кислорода в виде брикета вещества, выделяющего кислород при взаимодействии с водой, стабилизатором вертикального положения, индикатором отработки источника кислорода и газовым отводом для дыхательной трубки. Стабилизатор вертикального положения выполнен в виде трубки с газовой емкостью на верхнем конце и прозрачным нижним концом. Индикатор расположен в упомянутой прозрачной части трубки и поджат пружиной к верхнему торцу указанного брикета. Такое выполнение аппарата обеспечивает снижение его массообъемных характеристик, снижение ассортимента расходуемых продуктов, упрощение их состава и индикацию отработки продукта. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Рисунки к патенту РФ 2240257

Изобретение относится к подводным дыхательным аппаратам индивидуального типа, использующим химические источники кислорода. Аппарат предназначен для погружения и работы под водой на малых средних глубинах.

В настоящее время широко используется аппарат с баллонами на сжатом воздухе с открытой схемой дыхания (акваланг). Для наполнения баллонов акваланга необходима привязка к воздушным компрессорным установкам. Перевозить заполненные баллоны на большие расстояния независимо от вида транспорта запрещено. Длительное хранение заполненных баллонов затруднительно из-за утечек и небезопасно из-за высокого давления, кроме того, баллоны должны подвергаться периодическому освидетельствованию через каждые 5 лет. Масса и объем акваланга, как правило, велики и неудобны для транспортирования по суше. Акваланг сложен в изготовлении (баллоны, автомат подачи воздуха) и поэтому стоит очень дорого. Все вместе взятое делает его малодоступным для рядового туриста (Справочник водолаза/ Под общ. ред. Е.П.Шиканова. - М.: Воениздат, 1973, стр. 88).

Известны шахтерские респираторы для горноспасателей, которые в принципе могут быть использованы для погружения в воду. В качестве источника кислорода в этом аппарате применяется сжатый кислород, а в качестве поглотителя углекислого газа - химический поглотитель известковый (ХПИ). Массогабаритные характеристики респиратора также велики [Диденко Н.С. Регенеративные респираторы для горноспасательных работ. - М.: Недра, 1984, стр. 156].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому аппарату является кислородный изолирующий дыхательный аппарат типа ИДА-64 с замкнутым циклом дыхания (Справочник водолаза/ Под общ. ред. Е.П.Шиканова. - М.: Воениздат, 1973, стр. 71).

Аппарат содержит рабочий блок, состоящий из регенеративных коробок с химическим источником кислорода на основе надперекиси калия и дыхательного мешка, баллон с кислородом, трубки вдоха и выдоха, клапанную коробку и маску.

Включение в аппарат осуществляется после полного удаления из мешка воздуха и заполнения его чистым кислородом из баллона. Включаясь, следует сделать полный выдох в атмосферу, после чего начать дышать в аппарат. Выдыхаемая газовая смесь из клапанной коробки поступает в регенеративные коробки. Проходя через вещество, она очищается от углекислого газа и обогащается кислородом. Очищенная смесь поступает в дыхательный мешок готовой для очередного вдоха. При недостатке газовой смеси в мешке во время погружения и в других случаях она пополняется чистым кислородом из баллона дыхательным автоматом. Давление в кислородном баллоне контролируется по выносному манометру. Избыток газовой смеси при уменьшении глубины вытравливается из мешка травяще-предохранительным клапаном. В качестве химических продуктов используются хемосорбционные блоки на основе перекисного соединения и поглотителя углекислого газа ХПИ.

Недостатками этого аппарата являются относительно высокие массо-объемные характеристики, затрудняющие транспортабельность аппарата с запасом химических продуктов (запасом кислорода) по суше. Кроме того, использование целого набора дефицитных переснаряжаемых компонентов фактически исключает возможность переснаряжения аппарата в полевых условиях. Существенным недостатком ИДА является также принципиальная невозможность контроля отработки продукта, т.е. времени защитного действия аппарата. Все это делает недоступным использование этого аппарата в массовом масштабе.

Указанные недостатки аппарата ИДА обусловлены тем, что хемосорбционная схема работы химических продуктов предъявляет особые требования к их составу и структуре. В результате резко снижается количество выделяемого кислорода от теоретического, степень уплотнения продуктов, и фактически невозможен контроль отработки (время защитного действия аппарата). Технология изготовления химических продуктов усложнена, что приводит к их удорожанию.

Задачей изобретения является снижение массообъемных характеристик аппарата, снижение ассортимента расходуемых продуктов, упрощение их состава и индикация отработки продукта.

Задача решается предлагаемым изобретением, согласно которому в аппарате, включающем рабочий блок с химическим источником кислорода, маску и дыхательную трубку, рабочий блок выполнен в форме открытой снизу емкости, снабженной газовым отводом для дыхательной трубки, стабилизатором вертикального положения и индикатором отработки источника кислорода.

В качестве химического источника кислорода используются надперекиси щелочных металлов или перекиси щелочно-земельных металлов или продукты на их основе.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображен общий вид аппарата в разрезе. Аппарат содержит маску 1, фильтр 2, дыхательную трубку 3, выполненную в теплоизоляционном исполнении, и рабочий блок 4 с брикетом химического источника кислорода 5. Теплоизоляция дыхательной трубки 3 необходима для подогрева вдыхаемого воздуха. В верхней части рабочего блока 4 имеется стабилизатор 6 вертикального положения рабочего блока 4. Стабилизатор 6 представляет собой трубку 7, на верхнем конце которой имеется газовая емкость 8. Элементы стабилизатора 7 выполнены из материала с плотностью меньше единицы (полипропилен, полиэтилен). Нижний конец трубки 7 сделан прозрачным с целью фиксации положения индикатора отработки 9, прижатого пружиной к верхнему торцу брикета. Брикет 5 расположен на решетке в верхней части емкости рабочего блока 4. Нижняя часть рабочего блока 4 выполнена из материала с плотностью больше единицы (сталь) и открыта для сообщения с водной средой. Верхняя часть рабочего блока 4 всегда имеет положительную плавучесть (всплывает), нижняя часть блока имеет отрицательную плавучесть (тонет).

Масса рабочего блока 4 сбалансирована таким образом, чтобы средняя результирующая плавучесть его при дыхании была немного положительной. При этом центр результирующей подъемной силы, расположенной по вертикали рабочего блока 4, всегда выше центра тяжести. Благодаря такой конструкции рабочий блок 4 всегда занимает в воде устойчивое вертикальное положение и при случайных колебаниях или наклонах автоматически быстро возвращается в исходное вертикальное положение по принципу "Ваньки-встаньки".

Рабочий блок 4 соединен с маской 1 гибкой дыхательной трубкой 3 с краном 10 и крепится к поясу или спине тросиком 11 (~0,6 м). Такое крепление рабочего блока обеспечивает пловцу достаточную свободу для кантования при сохранении блока 4 в вертикальном положении. Вертикальное положение блока 4 дает также надежную ориентацию пловца в пространстве.

Роль дыхательного мешка выполняет частично гибкая газовая емкость 8 стабилизатора 6 и частично колебание жидкости в нижней части рабочего блока 4.

Аппарат имеет также сборник осадка соды 12. Дыхательная смесь из аппарата не выбрасывается.

Аппарат работает следующим образом. Для дыхания используется кислород, выделяемый брикетом 5 при его контакте с водой. В качестве химического источника кислорода используются надперекиси щелочных металлов, или перекиси щелочно-земельных металлов, или продукты на их основе. Поглощение углекислого газа осуществляется водным раствором продуктов гидролиза. Аппарат при дыхании работает в автоматическом маятниковом режиме.

Снаряжение аппарата брикетом 6 производится непосредственно перед спуском. Для захода в воду достаточно открыть кран 10 и одеть маску 1 с фильтром 2.

При вдохе вода через открытое снизу пространство входит внутрь рабочего блока 4 и реагирует с брикетом источника 5 с получением кислорода. При избытке кислорода вода вытесняется газом от брикета 5 вниз, и реакция прекращается.

При выдохе газ через дыхательную трубку 3 поступает в рабочий блок 4, жидкость отступает вниз и обеспечивает поглощение углекислого газа с образованием соды. Часть соды растворяется в водной среде, а часть оседает в сборнике 12. Концентрация соды в сбрасываемом растворе много ниже предельно допустимой и таким образом совершенно безопасна для человека.

Контроль степени отработки брикета производится по изменяющейся высоте брикета 5 с помощью индикатора 9.

Для примера брикет 6 из надперекиси натрия массой 250-260 г и объемом 140-150 см 3 обеспечивает работу аппарата под водой в течение одного часа. Масса осадка при растворении такого брикета составляет примерно 160 г.

Стабилизатор 6 всегда автоматически устойчиво обеспечивает вертикальное положение всего рабочего блока.

Газовая емкость 8 стабилизатора 6 может быть гибкой и частично выполнять роль дыхательного мешка.

Для исключения непосредственного контакта надперекисного продукта с руками и окружающими предметами при снаряжении брикет 6 герметично покрыт тонким слоем (0,5-2 мм) специального вещества, не влияющего на работоспособность брикета 5 в аппарате. До снаряжения брикеты герметично хранятся в легкой полиэтиленовой таре.

После всплытия перекрывается кран 10 и маска 1 снимается. Процедура переснаряжения аппарата предельно упрощена и сокращена до 1-2 мин.

Длина тросика 11 и место его крепления на теле пловца выбираются из целей удобства.

Указанный принцип действия аппарата проверен экспериментально на макетном образце.

Такое техническое решение дает возможность

1. Использовать надперекись натрия как наиболее эффективный кислородоноситель фактически в чистом виде;

2. Использовать кислородоноситель в предельно компактной (уплотненной) форме;

3. Использовать окружающую водную среду для поглощения углекислого газа и растворения отходов.

4. Использовать выделяемое реакцией тепло для подогрева дыхательной смеси, поступающей на вдох.

В результате существенно снижается масса и объем химического источника кислорода на единицу объема получаемого кислорода. Упрощается конструкция аппарата. По расчетным данным (см. табл.) масса аппарата снижается в 4,7 раза, а объем аппарата - в 2,8 раза. Расходуемая масса продукта, приходящаяся на 1 м 3 кислорода, меньше чем для аппарата ИДА в 2,8 раза, а объем - в 4,3 раза. Если бы пришлось перевозить аппараты с запасом продукта (кислорода) на 6 часов работы под водой (запас кислорода 400-411 л), то для предлагаемого аппарата по сравнению с аппаратом ИДА транспортируемая масса необходима в 4 раза меньше, а объем - почти в 2,5 раза меньше.

Вместо трех дефицитных, относительно дорогих расходуемых компонентов (хемосорбционные блоки на основе перекисного соединения, поглотителя ХПИ и сжатого кислорода в баллоне) можно пользоваться одним брикетом из чистой надперекиси натрия или калия. Процедура переснаряжения аппарата упрощается и сокращается (в течение 1-2 мин).

Сравнительная простота конструкции предлагаемого аппарата и отсутствие баллонов делает их изготовление недорогим. По расчетам в 10-30 раз дешевле акваланга и 3-5 раз дешевле аппарата ИДА. Стоимость 1 м 3 кислорода, получаемого из брикета надперекиси натрия, становится в 5-8 раз дешевле стоимости кислорода, получаемого в аппарате ИДА.

В результате все перечисленные преимущества предлагаемого аппарата делают его доступным для массового использования.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Подводный дыхательный аппарат, содержащий рабочий блок с химическим источником кислорода, маску и дыхательную трубку, соединяющую маску с рабочим блоком, отличающийся тем, что рабочий блок выполнен в виде открытой снизу емкости, снабженной расположенной в верхней части этой емкости решеткой для размещения на ней химического источника кислорода в виде брикета вещества, выделяющего кислород при взаимодействии с водой, стабилизатором вертикального положения, индикатором отработки источника кислорода и газовым отводом для дыхательной трубки, при этом стабилизатор вертикального положения выполнен в виде трубки с газовой емкостью на верхнем конце и прозрачным нижним концом, а индикатор расположен в упомянутой прозрачной части трубки и поджат пружиной к верхнему торцу указанного брикета.

2. Подводный дыхательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве химического источника кислорода используются надперекиси щелочных металлов или перекиси щелочноземельных металлов или продукты на их основе.

3. Подводный дыхательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что дыхательная трубка выполнена в теплоизоляционном исполнении.

Рост популярности.

Современные дыхательные аппараты открытого цикла, или обычные акваланги, начали активно использоваться после 1943 года, когда их изобрёл Жак Ив Кусто и Эмиль Гальяно. Аппараты замкнутого цикла долгое время оставались невостребованными.

В 1987 году в рамках проекта «Wakulla springs» под руководством доктора наук Вильяма Стоуна при исследовании пещерной системы длиной в 5 км был опробован CisLunar Mark I - аппарат замкнутого типа, который продемонстрировал определённые преимущества перед аквалангами. С этого времени интерес к данному виду дыхательных аппаратов стал возрастать.

Ребризеры и их основные типы
Дыхательные аппараты замкнутого типа называют обычно ребризерами, от английского слова «rebreather», то есть «перевдыхатель». Отработанный дыхательный газ в них не отводится в воду, а, освобождаясь от углекислого газа, обогащается кислородом, затем вновь подаётся для дыхания. Поэтому устроены ребризеры сложнее аквалангов.

Помимо шланга, соединяющего баллон с загубником, имеется второй - для возврата отработанной смеси в контур. Обязательно присутствует полужесткий или мягкий мешок с ловушкой для воды для приёма выдыхаемой смеси, давление которой должно быть равно внешнему давлению воды. Далее смесь подаётся в канистру, в которой углекислый газ из неё удаляется химическим поглотителем. Последующее добавление кислорода осуществляется в каждом типе аппарата своим способом.

Основным критерием классификации ребризеров является степень замкнутости дыхательного цикла. Есть аппараты полностью замкнутого цикла, или CCR-ребрирезы, в которых выдыхаемая смесь полностью идёт на переработку. Газ в них отводится в воду, но лишь при всплытии, через травящий клапан. Уменьшающееся давление приводит к расширению смеси, поэтому её излишки удаляются.

Полузамкнутые аппараты, называемые SCR-ребризерами, предусматривают использование искусственных дыхательных смесей (Trimix, Nitrox, Heliox), а не чистого кислорода, поэтому появляющуюся избыточную часть азота и гелия необходимо периодически удалять из дыхательного контура.

Ребризеры замкнутого цикла

Конструкция ребризера, работающего на чистом кислороде, наиболее проста и легка, аппарат не оставляет пузырьков в воде, поэтому популярен у биологов и военных. Однако использование одного кислорода вносит ограничения. При увеличении давления он становится токсичным, негативно воздействуя на дыхательную и нервную системы. В связи с этим глубина для погружений не должна превышать 7-10 м. Кислород, к тому же, способствует быстрому развитию кариеса.

Одна из разновидностей кислородного ребризера - аппарат с химической регенерацией смеси для дыхания. В поглотительной канистре происходит выделение объёма кислорода, равного поглощённому углекислому газу, что позволяет пробыть под водой рекордное количество времени - до 6 часов. Из-за опасности регенерирующего вещества, выделяющего щёлочь при попадании в него воды, такие аппараты уже почти не используются.

Существуют ребризеры, позволяющие работать с искусственными смесями для дыхания, что позволяет погружаться на довольно большие глубины. В одних аппаратах используется электронная система управления подачей кислорода в дыхательный контур, слабым местом которой являются электрохимические датчики, требующие регулярной замены, и электромагнитный клапан. Известные представители - CIS Lunar, Buddy Inspiration. В других управление полуавтоматическое, где поступление кислорода контролируется дайвером.

Полузамкнутые ребризеры

Различие в конструкции ребризеров полузамкнутого цикла заключается в том, как происходит подача дыхательной смеси. В аппаратах с активной подачей дыхательная смесь при открытии вентиля на баллоне непрерывно подаётся в дыхательный контур через дюзу с пропускной способностью, меняющейся с глубиной и от применяемой смеси. Такие ребризеры просты конструктивно и в обслуживании, рассчитать план погружения с ними легко, так как расход смеси на любой глубине примерно одинаков. Возможно, поэтому они и получили наибольшую популярность среди других типов ребризеров. Известные аппараты этого типа - Ray и Draeger Dolphin, Atlantis и Azimuth.

В аппаратах с пассивной подачей смеси количество удаляемого и поступающего газа не регулируется в зависимости от давления, то есть от глубины, поэтому рассчитывать расход газовой смеси приходится как для обычного акваланга. Но у ребризера, в отличие от акваланга, запас времени нахождения под водой в несколько раз больше, так как в нём стравливается не весь объём выдыхаемого газа, а примерно от 10 до 30 процентов. Известные аппараты данного типа - это Halcyon RB-80 (аналог - европейский RB2000).

Ребризер или акваланг?

Ребризеры выигрывают у обычных аквалангов меньшей шумностью и меньшим количеством пузырей, неизменной плавучестью при вдохе и выдохе, так как объём смеси не уменьшается, или почти не уменьшается на выдохе. Поглощение углекислого газа приводит к выделению влаги и теплоты, которые делают вдыхаемый дайвером воздух более приятным, что повышает устойчивость к декомпрессионной болезни. Кроме того, время нахождения под водой с ребризером увеличивается, а доставка газовых смесей к месту погружения за счёт снижения их требуемого объёма не доставляет столько хлопот. Ребризеры замкнутого цикла на смесях позволяют достичь больших глубин, чем пороговые 40 м для остальных аппаратов.

Почему же ребризеры не вытеснили обычные акваланги? У них имеются свои недостатки. Эти аппараты дороже стоят, сложнее в обслуживании, имеют больший вес и размеры, они неудобны для использования двумя дайверами в критических ситуациях, требуют обеспечения расходными материалами, такими как поглотитель и различные датчики. Кроме того, ребризер удобнее использовать в команде.

Как видно, преимущества каждого типа дыхательных аппаратов уравновешиваются его недостатками, поэтому и ребризеры, и акваланги достойны того, чтобы находить своё применение. При выборе следует чётко знать, для чего будет использоваться аппарат, какого типа аппараты используются в команде. Выбор в пользу ребризера не заставит разочароваться в нём. Они не зря начинают завоёвывать в последнее время популярность в России

по материалам сайта aqua-globus.ru

Подводный дыхательный аппарат относится к области водолазной техники, а именно к подводным дыхательным аппаратам, и может использоваться при проведении водолазных спусков, подводно-спасательных работ, подводных технических работ. Задачей полезной модели является расширение возможностей использования подводного дыхательного аппарата открытого цикла дыхания, повышение безопасности водолазных спусков, упрощение переоборудования подводного дыхательного аппарата и, как следствие, его удешевление. Техническим результатом от использования полезной модели является мобильность размещения поглотительного патрона и баллонов в конструкции подводного дыхательного аппарата открытого цикла.

Полезная модель относится к области водолазной техники, а именно к подводным дыхательным аппаратам, и может использоваться при проведении водолазных спусков, подводно-спасательных работ, подводных технических работ.

Известен подводный дыхательный аппарат открытого цикла (Памятка подводного пловца. Ресурс «Библиотека Черноморского пловца» http://divinginfo.narod.ru/library/Rukovodstvo_dlia_plovtsov_kmas.doc), включающий в свой состав баллон с запорным устройством, редуктор, понижающий давление газовой смеси в баллоне; основные элементы конструкции данного аппарата имеют модульный характер, как следствие, могут размещаться в различных местоположениях, необходимых для конкретной задачи проведения подводных спусков, а именно могут быть размещены на спине, на боку или на груди водолаза, а также могут быть присоединены к основному дыхательному аппарату в качестве резерва. Данный аппарат принят за наиболее близкий аналог заявляемой полезной модели. Недостатком аппарата является то, что он имеет небольшое время защитного действия, обусловленное открытым циклом дыхания.

Известен подводный дыхательный аппарат замкнутого цикла дыхания APDiving Vision (Inspiration. Closed Circuit Rebreather. User Instruction Manual. http://www.apdiving.com/ , http://www.smrebreathers.ru/rebreathers/review/Inspiration_Evolution.htm), содержащий баллоны с запорными устройствами, редуктор, подвесную систему, поглотительный патрон, корпус, клапанную коробку, дыхательные мешки, емкость компенсации плавучести, запасной легочный автомат, выносной манометр. К преимуществам данного аппарата относятся: высокая физиологичность - водолаз, дыша из данного аппарата влажной, теплой, насыщенной кислородом газовой смесью, значительно меньше устает, мерзнет и обезвоживается, чем водолаз в аналогичных условиях, дышащий из аппарата открытого цикла холодным сухим воздухом; большее время защитного действия при сопоставимых с подводными аппаратами открытого цикла дыхания размерах и массе; снижение затрат на проведение спусков за счет экономии дорогих газовых смесей; увеличение бездекомпрессионного предела; обеспечение возможности проведения глубоководных автономных водолазных спусков; обеспечение высокой скрытности погружения, необходимой для выполнения военных задач.

Недостатком данного аппарата является расположение поглотительного патрона и баллонов путем закрепления в жестком корпусе, задаваемое при изготовлении аппарата. Жесткий корпус делает невозможным применение баллонов, имеющих размеры, большие, чем используемые в стандартной комплектации аппарата. Таким образом, конструкция аппарата не может быть изменена пользователем для обеспечения конкретных условий проведения водолазного спуска.

Анализ известных запатентованных решений выявил стремление разработчика к повышению автономности аппарата (патент на изобретение № SU 1722222 от 23.07.1986 г.), улучшению характеристик регенеративных веществ в водолазном дыхательном аппарате (патент на изобретение № RU 2225322 от 30.08.2001 г.), к повышению безопасности использования аппарата замкнутого цикла за счет количества входящих в его состав регенеративных патронов (патент № на изобретение RU 2302973 от 31.12.2002 г.), к улучшению управления формированием дыхательной смеси, поступающей в аппарат (патент на изобретение № RU 2236983 от 11.04.2002 г.), упрощению процедуры переснаряжения регенеративного продукта (патент на изобретение № RU 2254263 от 07.05.2004 г.).

Задачей полезной модели является расширение возможностей использования подводного дыхательного аппарата открытого цикла дыхания, повышение безопасности водолазных спусков, упрощение переоборудования подводного дыхательного аппарата и, как следствие, его удешевление.

Техническим результатом от использования полезной модели является мобильность размещения поглотительного патрона и баллонов в конструкции подводного дыхательного аппарата открытого цикла.

Также техническим результатом является обеспечение механической и тепловой защиты поглотительного патрона, используемого в конструкции подводного дыхательного аппарата.

Задача решается с помощью конструкции подводного дыхательного аппарата открытого цикла дыхания, содержащего баллон с запорным устройством, редуктор, отличающегося тем, что содержит поглотительный патрон, по меньшей мере один, дыхательный мешок, клапанную коробку, соединительные шланги низкого давления.

Также задача решается тем, что устройство содержит чехол для поглотительного патрона.

Также задача решается с помощью размещения баллона на чехле поглотительного патрона.

Также задача решается тем, что устройство содержит ремни крепления баллонов, стропу, хомуты, притягивающие стропу к корпусу патрона, лямки на дыхательных мешках.

Также задача решается тем, что устройство содержит легочный автомат.

Также задача решается тем, что устройство содержит подвесную систему.

Также задача решается с помощью размещения поглотительного патрона на подвесной системе.

Также задача решается тем, что устройство содержит манометр.

Также задача решается тем, что устройство содержит емкость компенсатора плавучести.

Также задача решается с помощью размещения поглотительного патрона на месте расположения баллона.

Также задача решается с помощью размещения поглотительного патрона на баллоне.

Также задача решается с помощью размещения поглотительного патрона сбоку от баллона.

Предлагаемая полезная модель поясняется следующими чертежами:

Фиг.1 Общая схема подводного дыхательного аппарата;

Фиг.2 Подводный дыхательный аппарат с использованием чехла;

Фиг.3 Подводный дыхательный аппарат с использованием стропы и хомутов.

Подводный дыхательный аппарат состоит из следующих узлов и деталей:

Подвесной системы 1, предназначенной для монтажа на ней узлов аппарата и его крепления на теле водолаза;

Клапанной коробки 2 с гофрированными шлангами вдоха и выдоха - обеспечивающей возможность дыхания газовой смесью из аппарата, а также атмосферным воздухом при нахождении на поверхности;

Комплекта дыхательных мешков: вдоха 3 - для снабжения необходимым объемом газовой смеси на вдохе используемой для дыхания водолаза, выдоха 4 - для сбора выдыхаемого воздуха;

Баллона с запорным устройством 5 или двух баллонов с запорными устройствами, предназначенных для содержания запаса газовых смесей;

Редуктора 6 - для понижения давления дыхательной смеси, поступающей из баллона;

Компенсатора плавучести, «крыла» 7, предназначенного для компенсации отрицательной плавучести водолаза, как в момент погружения, так и в момент пребывания на поверхности;

Легочного автомата со шлангом 8 - для дыхания водолаза непосредственно от баллона аппарата в аварийной ситуации;

Выносного манометра 9 - для визуального контроля за давлением газовой смеси в баллоне;

Индикатора кислорода 10 - для визуального контроля парциального давления кислорода;

Поглотительного патрона 11 - для очистки выдыхаемого газа от содержащегося в нем СO2;

Шлангов 12 вдоха и выдоха патрона;

Т-коннекторов 13;

Шланга поддува инфлятора 14;

Шланга поддува мешка вдоха 15;

Шланга поддува мешка выдоха 16;

Шланга подачи газа от редуктора к коллектору 17;

Шланга подачи дыхательной смеси в патрон 18;

Ремней 19;

Чехла 20 (для исполнений с чехлом).

Для расположения поглотительного патрона 11 на спине водолаза его закрепляют на компенсаторе плавучести 7, штатные ремни компенсатора продеваются в петли на боковой поверхности чехла 20 таким образом, чтобы патрон оказался притянутым аналогично баллону аппарата с открытой схемой дыхания. В отличие от последнего, благодаря наличию чехла нет необходимости притягивать патрон с усилием, аналогичным усилию, которое требуется для надежного крепления баллона - благодаря наличию петель поглотительный патрон оказывается надежно закреплен.

Для фиксации баллона малого объема 5 к поглотительному патрону 11, закрепленному на компенсаторе плавучести, в петли чехла поглотительного патрона продеваются ремни для крепления баллонов, которые охватывают баллон малого объема таким образом, чтобы поглотительный патрон оставался снаружи петли ремня.

Для закрепления поглотительного патрона на баллоне с дыхательной смесью, расположенном либо на компенсаторе плавучести на спине водолаза, либо на боковой подвеске, используются ремни того же типа, что и для закрепления баллона на компенсаторе плавучести. Для этого ремни продеваются через петли чехла поглотительного патрона так, что бы они охватывали баллон, к которому будет закреплен патрон, а сам патрон оставался снаружи петли из ремня.

Для непосредственного закрепления поглотительного патрона на боковой подвеске, к петлям чехла при помощи веревок привязываются карабины, которые крепятся к узлам крепления компенсатора плавучести.

Чехол поглотительного патрона состоит из матерчатой сумки, размеры которой точно соответствуют размерам поглотительного патрона и элементов, обеспечивающих его стыковку с другими элементами снаряжения. Горловина сумки, через которую патрон вставляется внутрь, имеет приспособление для стягивания, состоящие из веревки и фиксатора. Для надежной фиксации патрона внутри чехла горловина чехла имеет также стропы с замками.

Для крепления к другим элементам снаряжения чехол поглотительного патрона имеет петли из стропы на боковой и нижней торцевой поверхности (дне «сумки»).

Для перевода аппарата с открытого цикла на замкнутый либо полузамкнутый циклы дыхания, без применения в конструкции аппарата специального чехла, на поглотительном патроне 11 располагаются три стальных хомута, притягивающих стропу к корпусу патрона, таким образом, что бы она образовывала две петли, в которые могут быть продеты ремни крепления баллонов. На чехлах дыхательных мешков 3 имеется несколько пар лямок с креплением для обхвата наплечных лямок подвесной системы аппарата открытого цикла. Стропа с пряжками-фастексами обеспечивает плотную фиксацию дыхательных мешков на теле водолаза.

Поглотительный патрон при этом крепится к аппарату двумя способами:

Установкой патрона сбоку от заспинного баллона. Это обеспечивается путем продевания баллонных ремней подвесной системы в петли на поглотительном патроне;

Установкой патрона на место заспинного баллона. При этом баллонные ремни также продеваются в петли, но при этом ремни охватывают патрон, аналогично тому, как это делается при установке баллона.

Предлагаемое в качестве полезной модели техническое решение, используемое в конструкции подводного дыхательного аппарата, позволяет размещать поглотительный патрон аппарата в различных местах снаряжения, а именно:

На спине водолаза, путем фиксации на компенсаторе плавучести;

На спине водолаза или на боковой подвеске, при фиксации на баллоне с дыхательной смесью;

На боку водолаза, путем крепления непосредственно за крепежные узлы подвесной системы компенсатора плавучести.

Кроме того, при использовании легких тканевых материалов решение позволяет крепить баллоны малого объема непосредственно к чехлу поглотительного патрона, достигается уменьшение размеров и веса соединительного узла аппарата, обеспечивается механическая и тепловая защита поглотительного патрона.

Возможность перевода аппаратов открытого цикла на замкнутый и полузамкнутый цикл увеличивает время защитного действия аппарата, при этом для выполнения простых задач имеется возможность перевести аппарат обратно на работу по открытому циклу, сняв модуль расширения.

Изготовлены и переданы в эксплуатацию дыхательные аппараты производства ОАО «КАМПО», в которых реализуется заявляемое в качестве полезной модели техническое решение. Аппарат может быть изготовлен в условиях серийного машиностроительного производства с использованием оборудования общего применения без дополнительных капитальных вложений.

Формула полезной модели

1. Подводный дыхательный аппарат открытого цикла дыхания, содержащий баллон с запорным устройством, редуктор, отличающийся тем, что содержит поглотительный патрон, по меньшей мере, один дыхательный мешок, клапанную коробку, соединительные шланги низкого давления.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит чехол для поглотительного патрона.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что баллон размещен на чехле поглотительного патрона.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит ремни крепления баллонов, стропу, хомуты, притягивающие стропу к корпусу патрона, лямки на дыхательных мешках.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит емкость компенсатора плавучести.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит легочный автомат.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит подвесную систему.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что поглотительный патрон размещен на подвесной системе.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит манометр.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поглотительный патрон размещен на баллоне.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поглотительный патрон размещен на месте расположения баллона.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поглотительный патрон размещен сбоку от баллона.

Inspiration - первый сертифицированный в странах ЕС дыхательный аппарат замкнутого цикла. Глубина применения - до 50 м (рекомендуемая - до 40 м) с воздухом в качестве разжижающего газа и до 100 м с гелиоксом

Акроним SCUBA расшифровывается как Self-Contained Underwater Breathing Apparatus (автономный подводный дыхательный аппарат ). При пользовании системой с открытым циклом дыхания большую часть вдыхаемого кислорода мы просто выдыхаем в воду.

Слева. Дайвер готовится использовать регенератор при прохождении курса Try-a-Rebreather в британском клубе BS-AC
В центре. Рекреационным регенератором Drager Dolphin Rebreather полузамкнутого цикла на найтроксе пользоваться легче, чем аппаратами замкнутого цикла.
Справа. Вот что скрыто под футуристическим корпусом регенератора замкнутого цикла Ambient Pressure (Buddy) Inspiration

Некоторые компании трансформировали регенераторы замкнутого и полузамкнутого цикла дтя нужд рекреационного дайвинга . Выдыхаемый дайвером углекислый газ химическим способом извлекается из выдыхаемого газа в результате пропускания последнею через известково-содовый скруббер с выделением смеси гидроксидов кальция и натрия. В очищенный таким образом газ добавляется некоторое количество кислорода, и получаемая в итоге смесь вновь вдыхается.

	Акваланг открытого дыхательного цикла 1. Баллон с дыхательным газом 2. Вентиль баллона 3. Первая ступень регулятора 4. Вторая ступень регулятора 5.Манометр
	Дыхательный аппарат полузамкнутого цикла 1. Загубник 2. Запорный клапан загубника 3. Нижний обратный клапан 4. Верхний обратный клапан 5. Поглотитель СО2 6. Контрланг 7. Предохранительный клапан 8. Баллон с дыхательным газом 9. Вентиль баллона 10. Регулятор 11. Байпас подачи дыхательного газа с ручной регулировкой 12. Манометр
	Дыхательный аппарат замкнутого цикла 1. Загубник 2. Запорный клапан загубника 3. Нижний обратный клапан 4. Верхний обратный клапан 5. Поглотитель СО2 6. Контрланг 7. Клапан подачи разжижающего газа 8. Предохранительный клапан 9. Баллон с разжижающим газом 10. Запорный вентиль 11. Регулятор разжижающего газа 12. Байпас подачи разжижающего газа с ручной регулировкой 13. Манометр разжижающего газа 14. Баллон с кислородом 15. Запорный вентиль 16. Кислородный регулятор 17. Байпас подачи кислорода с ручной регулировкой 18. Кислородный манометр 19. Кислородные датчики 20. Кабели кислородных датчиков 21. Электронный блок 22. Кислородный электромагнитный клапан 23. Основной дисплей 24. Вспомогательный дисплей

Поскольку химическая реакция, в результате которой поглощается двуокись углерода, ваяется экзотермической, идет с выделением тепла и влаги, вдыхаемый газ теплый и влажный. Регенераторы замкнутого цикла не выбрасывают в воду никакого газа. Регенераторы полузамкнутого цикла выбрасывают малую часть выдыхаемого газа при каждом выдохе. В итоге дайверы могут длительное время оставаться под водой, располагая лишь небольшим объемом дыхательной смеси. Регенераторы могут работать на найтроксе, а для более глубоких погружений - на граймиксе или гелиоксе.

Дыхательные аппараты подобною типа требуют тщательной подготовки и проверки работоспособности. Они нуждаются в довольно сложном обслуживании, требуют постоянного контроля за показаниями измерительных приборов.

Преимущества использования регенератора

• Эффективность использования газа, что существенно, когда дело касается дорогих газов, в особенности гелия.
• Лучшая видимость в замкнутом пространстве из-за меньшего количества взвешенных твердых частиц в воде.
• Тихая работа, благодаря чему дайвер может ближе подойти к особенно осторожным морским обитателям.

Недостатки

• Высокая стоимость - регенераторы в целом дороже обычных аквалангов.
• Сложность эксплуатации требует дополнительной подготовки, неукоснительного внимания к деталям, так как аппараты включают большое число компонентов, способных выйти из строя. Теплая и влажная среда внутри шлангов и контр-ланга идеальна для развития бактерий - эти элементы необходимо разбирать и чистить после каждого дня погружений.
• Большинство производителей отказываются продавать регенераторы тем. кто не прошел специального курса подготовки но эксплуатации подобных аппаратов.