Портативный аппарат для рециркуляции дыхательной смеси.

Введение

Портативный аппарат для рециркуляции дыхательного газа

Рециркулятор – это дыхательный аппарат, который поглощает углекислый газ выдыхаемого воздуха пользователя для обеспечения повторного использования (рециркуляции) большей части неиспользованного кислорода и неиспользованных инертных компонентов, если они присутствуют, в каждом вдохе. Кислород добавляется для восполнения количества, потребленного организмом. Это отличается от дыхательных аппаратов с открытым контуром, где выдыхаемый газ выбрасывается непосредственно в окружающую среду. Цель состоит в увеличении продолжительности дыхания при ограниченном запасе газа, а также в устранении пузырей, образующихся при использовании системы с открытым контуром. Последнее преимущество полезно для скрытных военных операций водолазов, а также для ненавязчивого наблюдения за подводной жизнью. Рециркулятор обычно понимается как портативный аппарат, который переносится пользователем. Та же технология, установленная на транспортном средстве или стационарной установке, скорее будет называться системой жизнеобеспечения. Технология рециркуляции может использоваться в ситуациях с ограниченным запасом дыхательного газа, таких как подводные работы, космические полеты, токсичная или гипоксичная среда (например, при тушении пожаров), спасательные работы в шахтах, высотные операции, или когда дыхательный газ специально обогащен или содержит дорогостоящие компоненты, такие как гелиевый разбавитель или анестезирующие газы. Рециркуляторы используются в различных условиях: подводные рециркуляторы для дайвинга являются типом автономного подводного дыхательного аппарата, оснащенного как основным, так и аварийным запасом газа. На суше они применяются в промышленных условиях, где могут присутствовать ядовитые газы или отсутствовать кислород, при тушении пожаров, когда пожарным может потребоваться работать в атмосфере, представляющей непосредственную опасность для жизни и здоровья в течение длительного времени, в системах анестезии в больницах для подачи контролируемых концентраций анестезирующих газов пациентам без загрязнения воздуха для персонала, а также на больших высотах, где парциальное давление кислорода низкое, для альпинизма. В аэрокосмической отрасли они используются в негерметизированных самолетах и при высотных парашютных прыжках, а также за пределами атмосферы Земли, в скафандрах для работы в открытом космосе. Аналогичная технология применяется в системах жизнеобеспечения на подводных лодках, батискафах, атмосферных водолазных костюмах, подводных и надводных насыщенных средах обитания, космических кораблях и станциях, а также в системах регенерации газа для восстановления больших объемов гелия, используемого при насыщенном дайвинге. Рециркуляция дыхательного газа требует технологической сложности и сопряжена с определенными опасностями, некоторые из которых зависят от области применения и типа используемого рециркулятора. Масса и габариты могут быть больше или меньше, чем у системы с открытым контуром, в зависимости от обстоятельств. Электронные рециркуляторы для дайвинга могут автоматически поддерживать парциальное давление кислорода в пределах программируемых верхних и нижних пределов или заданных точек, а также интегрироваться с декомпрессионными компьютерами для контроля состояния декомпрессии водолаза и записи профиля погружения.

A rebreather is a breathing apparatus that absorbs the carbon dioxide of a user's exhaled breath to permit the rebreathing (recycling) of the substantially unused oxygen content, and unused inert content when present, of each breath. Oxygen is added to replenish the amount metabolised by the user. This differs from open circuit breathing apparatus, where the exhaled gas is discharged directly into the environment. The purpose is to extend the breathing endurance of a limited gas supply, while also eliminating the bubbles otherwise produced by an open circuit system. The latter advantage over other systems is useful for covert military operations by frogmen, as well as for undisturbed observation of underwater wildlife. A rebreather is generally understood to be a portable apparatus carried by the user. The same technology on a vehicle or non mobile installation is more likely to be referred to as a life support system. Rebreather technology may be used where breathing gas supply is limited, such as underwater, in space, where the environment is toxic or hypoxic (as in firefighting), mine rescue, high altitude operations, or where the breathing gas is specially enriched or contains expensive components, such as helium diluent or anaesthetic gases. Rebreathers are used in many environments: underwater, diving rebreathers are a type of self contained underwater breathing apparatus which have provisions for both a primary and emergency gas supply. On land they are used in industrial applications where poisonous gases may be present or oxygen may be absent, firefighting, where firefighters may be required to operate in an atmosphere immediately dangerous to life and health for extended periods, in hospital anaesthesia breathing systems to supply controlled concentrations of anaesthetic gases to patients without contaminating the air that the staff breathe, and at high altitude, where the partial pressure of oxygen is low, for high altitude mountaineering. In aerospace there are applications in unpressurised aircraft and for high altitude parachute drops, and above the Earth's atmosphere, in space suits for extra vehicular activity. Similar technology is used in life support systems in submarines, submersibles, atmospheric diving suits, underwater and surface saturation habitats, spacecraft, and space stations, and in gas reclaim systems used to recover the large volumes of helium used in saturation diving. The recycling of breathing gas comes at the cost of technological complexity and specific hazards, some of which depend on the application and type of rebreather used. Mass and bulk may be greater or less than open circuit depending on circumstances. Electronically controlled diving rebreathers may automatically maintain a partial pressure of oxygen between programmable upper and lower limits, or set points, and be integrated with decompression computers to monitor the decompression status of the diver and record the dive profile.

Общая концепция

Когда человек дышит, организм потребляет кислород и производит углекислый газ. Базальный метаболизм требует около 0,25 л/мин кислорода при частоте дыхания около 6 л/мин, а тренированный человек при интенсивной работе может вентилировать легкие со скоростью 95 л/мин, но будет метаболизировать лишь около 4 л/мин кислорода.

Однако, если это происходит без удаления углекислого газа, он быстро накапливается в рециркулируемом газе, что почти немедленно вызывает легкий респираторный дистресс и быстро прогрессирует до более серьезных стадий гиперкапнии, или токсичности углекислого газа. Высокая скорость вентиляции обычно необходима для выведения метаболического продукта – углекислого газа (CO2). Дыхательный рефлекс запускается концентрацией CO2 в крови, а не кислорода, поэтому даже небольшое повышение концентрации CO2 во вдыхаемом газе быстро становится непереносимым; если человек попытается непосредственно повторно вдыхать выдыхаемый газ, он вскоре почувствует острое ощущение удушья, поэтому в аппаратах с рециркуляцией дыхательной смеси необходимо удалять CO2 с помощью компонента, известного как поглотитель углекислого газа. Добавляя достаточное количество кислорода для компенсации метаболического расхода, удаляя углекислый газ и повторно используя газ, удается сохранить большую часть объема. [[Файл:Физиологические эффекты концентрации углекислого газа и периода воздействия.png|thumb|upright=1.3|Зависимость физиологических эффектов от концентрации углекислого газа и продолжительности воздействия.]]