Ребризер - это рециркуляционный дыхательный аппарат, то есть такой аппарат, в котором в отличие от акваланга (SCUBA) при выдохе дыхательная смесь не удаляется в воду совсем или удаляется не полностью. Вместо этого отработанная смесь обрабатывается для возможности повторного дыхания ей (re-breathe - повторный вдох). Для этого нужно удалить из смеси двуокись углерода (углекислый газ) и добавить в смесь кислород .
Первая задача решается во всех ребризерах одинаково - в их составе всегда имеется включенная в дыхательный контур емкость (поглотительная канистра), которая заполнена химическим веществом, активно поглощающим углекислый газ.
Вторая задача - добавление в смесь кислорода - решается в различных типах ребризеров по разному. Давайте рассмотрим это поподробнее...

Какие бывают ребризеры?

Все ребризеры по принципу действия можно разделить на две большие группы: полузамкнутые и полностью замкнутые .
В замкнутых ребризерах (CCR - Closed Circuit Rebreathers) выдыхаемая смесь полностью поступает на переработку и после удаления углекислого газа в нее добавляется чистый кислород. Нельзя сказать, что смесь у этих типов ребризеров совсем не вытравливается в воду, скорее она не вытравливается при плавании на постоянной глубине. При всплытии, то есть при уменьшении внешнего давления, дыхательная смесь расширяется и ее излишек удаляется в воду через травящий клапан.
Полузамкнутые ребризеры (SCR - Semi Closed Rebreathers) отличаются от замкнутых тем, что смесь из дыхательного контура удаляется даже при плавании на постоянной глубине, но количество удаляемой смеси намного меньше, чем у обычного акваланга. Удаление части смеси необходимо потому, что для поддержания необходимого уровня кислорода в дыхательной смеси здесь используется не чистый кислород, а искуственные дыхательные смеси типа Nitrox, Trimix и Heliox. Поэтому необходимо удалять избыток нейтральных газов: азота и гелия.
В свою очередь и замкнутые и полузамкнутые ребризеры могут быть нескольких типов по принципу, которым поддерживается оптимальный состав дыхательной смеси.
Замкнутые:
1) Кислородные ребризеры (CCOR - Closed Circuit Oxygen Rebreather) работают на чистом кислороде, т.е. дайвер дышит чистым кислородом без примеси любых нейтральных газов. Такой принцип упрощает конструкцию и уменьшает размеры, но и вносит свои ограничения. Мы с Вами знаем, что кислород становиться токсичным при увеличении парциального давления свыше 0.5 бар. При этом токсичность проявляется в двух формах: легочной (исчисляемой в OTU - Oxygen Tolerance Units) и судорожной (исчисляемой по воздействию на центральную нервную систему CNS - Central Nervous System). Максимально безопасным парциальным давлением кислорода для дайверов считается значение 1.6 бара (обычно 1.4 для продолжительных экспозиций) и только в эксренных случаях допускается кратковременное увеличение его до 2.0 бара (3.0 во Французских и Российских ВМФ). С учетом того, что в дыхательном контуре аппарата все равно остается немного нейтрального газа, максимальная глубина погружения в таких аппаратах ограничена 7-ю метрами (10 метров в экстренных случаях).
Другим негативным фактором действия чистого кислорода является то, что он "дает подпитку" любым проявлениям кариеса или других заболеваний ротовой полости. Поэтому при использования таких аппаратов не забывайте регулярно посещать стоматолога (что кстати рекомендуется и всем дайверам) и проблем с зубами у Вас не будет.
Благодаря небольшим размерам, большой автономности и, главное, отсутствию выдыхаемых пузырьков такие аппараты пользуются большой популярностью у военных и подводных биологов.
Наиболее известные представители этого типа: Draeger LAR VI и OMG Castoro C-96.
2) Кислородные ребризеры с химической регенерацией дыхательной смеси (СССR - Closed Circuit Chemical Rebreather). Схожи по конструкции с ребризерами предыдущего типа, но отличаются принципом возобновления содержания кислорода в смеси. Дело в том, что в отличие от поглотительного вещества, которое просто поглощает углекислый газ, в канистры таких аппаратов заряжается регенерирующее вещество, которое при поглощении 1 литра углекислого газа выделяет примерно 1 литр кислорода.
При малых размерах такие аппараты обладают фантастической автономностью. Например, при использовании типичного представителя этой группы советского аппарата ИДА-71 удавалось плавать под водой в течении 6!!! часов.
К сожалению регенеративное вещество очень капризно в использовании. При попадании воды в поглотительную канистру происходит выделение пенообразной щелочи, получается тот самый "каустический коктейль", которым пугают дайверов, говоря о ребризерах (это один из самых распространенных мифов). Этот "коктейль" может очень сильно повредить ротовую полость, гортань, трахею и даже легкие дайвера. Обычное поглотительное вещество ведет себя гораздо спокойнее. Да, щелочь выделяется при намокании, но без бурной реакции и определить поступление воды можно не попробовав смесь на вкус, а просто по затрудненности дыхания.
Такой тип аппаратов применялся только военными и то только двух стран - СССР и Франции. Сейчас из-за сложности обращения с регенеративными веществами этот тип аппаратов отходит в прошлое.
3) Ребризеры на дыхательных смесях с электронным управлением (CCMGR - Closed Circuit Mixed Gas Rebreather). Как ясно из названия, этот тип ребризеров имеет электронную систему управления, которая включает в себя датчик парциального давления кислорода, электронную схему, которая анализирует содерхание кислорода в смеси и дает сигнал электрическому клапану добавить чистый кислород в дыхательный контур до оптимального уровня. Преимущества такой схемы ясны: возможность работы с газовыми смесями (а не чистым кислородом) и как следствие погружаться практически на любую глубину, всегда оптимальное парциальное давление кислорода на любой глубине, отсутствие пузырьков при плавании, максимально возможоая экономия дыхательной смеси и большая автономность. С другой стороны это сложная конструкция с возможностью отказа электроники, сложная и дорогостоящая в обслуживании. Датчики работающие на электрохимическом принципе, имеют ограниченный срок использования при высокой цене и требуют замены как правило не реже раза в год.
Наиболее известные представители типа: Buddy Inspiration, CIS Lunar.
4) Ребризеры на дыхательных смесях с полуавтоматическим управлением (ребризер KISS). Отличаются от предыдущего типа тем, что датчики и электронная схема занимаются только мониторингом парциального давления кислорода, а дайвер сам добавляет кислород в дыхательный контур при необходимости.
Наиболее грамотная схема такого типа аппаратов предусматривает автоматическую постоянную подачу кислорода через дюзу в количествах, меньших чем необходимо дайверу, а дайвер добавляет кислород только для поддержания оптимального уровня парциального давления. В этом случае количество ручных манипуляций с аппаратом сильно сокращается с одной стороны и с другой отсутствует одна из точек отказа - электромагнитный клапан.
Полузамкнутые:
1) С активной подачей дыхательной смеси (CMF SCR - Constant Mass Flow Semi Closed Rebreathers). В этих аппаратах при открытии вентиля баллона, содержащего дыхательную смесь, она начинает непрерывно подаваться через калиброванную дюзу в дыхательный контур. Парциальное давление кислорода поддерживается за счет удаления точно такого же (!!!) количества отработанной смеси в воду. Скорость подачи свежей смеси (литры в минуту) зависит от пропускной способности дюзы и выбирается в зависимости от глубины погружения и состава дыхательной смеси.
Привлекательными чертами в использовании такого типа ребризеров являются простота конструкции, легкость расчетов, и обслуживания. Длительность погружения (по запасам дыхательной смеси) практически не зависит от глубины, потому, что на всех глубинах потребление смеси из баллона меняется очень незначительно, с другой стороны парциальное давление кислорода в дыхательном контуре очень сильно (даже больше чем у обычного акваланга!!!) зависит от двух факторов: глубины погружения и двигательной активности дайвера (то есть потребления кислорода).
Наиболее известные представители типа: Draeger Dolphin и Ray, OMG Azimuth.
2) С пассивной подачей дыхательной смеси (PA SCR - Passive Addition Semi Closed Rebreather). В этом типе ребризеров парциальное давление кислорода также поддерживается за счет вытравливания части отработанной смеси в воду, но (!!!) четко установленное конструкцией количество смеси удаляется из дыхательного контура при каждом выдохе (обычно от 8 до 25% объема выдоха). Вместо удаленной из баллона поступает равное количество свежей дыхательной смеси. Известно, что частота дыхания напрямую связана с потреблением кислорода дайвером, поэтому парциальное давление в дыхательном контуре таких аппаратов практически не зависит от потребления кислорода и зависит только от глубины погружения (также, как в обычном акваланге). По простому можно сказать, что плавая с данным типом ребризера, дайвер использует все расчеты связанные с использованием газовых смесей в обычном акваланге, но имеет при себе запас газа в 4-10 раз (в зависимости от коэффициента стравливания) превышающий реальный объем баллона.
Наиболее известные представители типа: Halcyon RB-80, K-2 Advantage, DC-55.

Как устроены ребризеры?

Все ребризеры без исключения устроены более сложно чем акваланги. Это объяснимо, так как и принцип работы у них сложнее. Тем не менее все они имеют сходные конструктивные особенности, которые и делают возможным их работу.
Во первых в отличие от акваланга, где один шланг, идущий от баллона к загубнику, уже давно стал нормой, в ребризере используются два шланга - один для подачи смеси к загубнику, другой для возврата смеси в дыхательный контур.
Так как дыхательная смесь не выдыхается в воду, а возвращается, то нужна емкость, в которую ее можно вернуть. Кроме того, дыхательная смесь в этой емкости должна иметь такое же давление, как и окружающая вода. Поэтому каждый ребризер имеет один или два дыхательных мешка (breathing bag) из которых дайвер вдыхает и куда выдыхает газовую смесь под давлением, равным давлению окружающей среды. Мешки могут быть мягкими или полужесткими (на полузамкнутых ребризерах с пассивной подачей).
Для очистки смеси от углекислого газа все ребризеры имеют канистру , в которую засыпается химический поглотитель .
Как уже говорилось выше, поглотительное вещество очень не любит, чтобы в канистру попадала вода. Поэтому большинство ребризеров имеют в конструкции ловушки для воды или гидрофобные мембраны. Цель таких устройств перехватить поступившую через загубник воду и не дать ей попасть в поглотитель. Обычно в качестве ловушек используют второй дыхательный мешок (мешок выдоха), который к тому же позволяет уменьшить сопротивление выдоха ребризера.

Преимущества ребризеров.

Говоря о преимуществах нужно начать с очередного мифа о том, что ребризеры дешевле в использовании чем акваланги, потому, что расходуют меньше дыхательной смеси... Это действительно так, но при условии использования смесей на основе гелия (!!!) который дорог. При использовании относительно дешевого Nitrox экономия на расходе смеси может даже перекрываться расходами на поглотитель. Кроме того для сложных типов ребризеров, таких как замкнутые аппараты с электронным управлением нужно принимать во внимание необходимость замены датчиков, которые также недешевы и обеспечения поверхностной группы поддержки на случай непредвиденных обстоятельств!!!
Другой миф - ребризеры позволяют плавать так долго и так глубоко, что это недостижимо с обычным аквалангом. Это тоже правда, но под это правило подходят не все типы ребризеров, а только ребризеры замкнутого цикла работающие на смесях! Все остальные типы ребризеров не попадают под это определение...
Теперь о реальных преимуществах:
1) Меньшая шумность и меньшее количество пузырей, которые обычно распугивают всю осторожную морскую живность;
2) Практически неизменная плавучесть при цикле вдох-выдох. Так как общий объем дыхательной смеси в системе легкие-ребризер остается почти неизменным, то при вдохе дайвера не тянет вверх, а при выдохе не кладет вниз. Очень ценная особенность для подводных фотографов и видеооператоров, не так ли?;
3) При поглощении углекислого газа выделяется некоторое количество водяного пара и теплоты, поэтому дайвер дышит подогретым и увлажненным воздухом. Это повышает комфорт и уменьшает риск декомпрессионной болезни, особенно при плавании в холодной воде. По этой же причине ребризеры не встают на фри-флоу.
4) При организации серьезных экспедиций, требующих применения газовых смесей приходится доставлять на место погружения значительно меньше баллонов с газами. Хотя, как написано выше, Вы вряд ли выиграете в стоимости, но ребризеры расходуют значительно меньшее количество газовых смесей, чем акваланги, поэтому для экспедиции с ребризерами действительно потребуется потребуется меньше газов.

Недостатки ребризеров.

Опять начнем с мифов. Про каустический коктейль мы уже говорили выше, как и про способы борьбы с этим явлением. Остается только отметить, что в современных ребризерах получить такой коктейль очень трудно, даже если специально пытаться. Даже при выпускании загубника из рта он всплывает вверх благодаря положительной плавучести шлангов и начинает стравливать смесь из мешка вдоха, поэтому количество воды, попавшей в мешок выдоха незначителен.
Сложность обучения. Отчасти верно, по крайней мере относительно замкнутых ребризеров на смесях. Обучение на все остальные типы ребризеров безусловно предполагает базовые знания у студента, но ничуть не сложнее, чем любой из курсов подводного плавания.
Сложность обслуживания. Да, на обслуживание любого ребризера уходит больше сил и времени, чем на акваланг, но процедуры стандартные и не вызывают сложностей. Требуется только привычка, впрочем, как и при обслуживании SCUBA.
Самый главный миф - покупка ребризера обойдется значительно дороже, чем акваланга. Действительно, в основном ребризеры дороже среднего комплекта SCUBA, но некоторые модели, особенно полузамкнутые ребризеры с активной подачей, вполне сопоставимы по цене с хорошим комплектом SCUBA.
Теперь перейдем к реальным недостаткам:
1) Ребризер - аппарат не индивидуалистов, он гораздо более чем акваланг требует тренировок и работы в команде. Хотя стоит ли это считать недостатком?
2) Сложность использования одного аппарата двумя дайверами в экстренной ситуации. Хотя сейчас некоторые дайверы отрабатывают такое упражнение, но в основном используется дыхание аварийного дайвера по открытому циклу из отдельного аварийного баллона или баллона с дыхательной смесью ребризера.
3) Больший вес и габариты самого аппарата (не включая баллоны) - сложность при путешествиях.
4) Необходимость обеспечения расходными материалами (газовые смеси и поглотитель) на месте погружения. Хотя газовые смеси используются в основном стандартные, а поглотитель появится тогда, когда ребризеры станут обычными на наших водоемах.

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.

Командование сил специальных операций Российской Федерации получило новые двухсредные дыхательные аппараты, так называемые ребризеры. Об этом пишут журналисты газеты « ». Благодаря новым аппаратам российские военные смогут дышать как при погружении на глубину до 20 метров, так и при затяжных прыжках с парашютом с высоты 8-10 тысяч метров над уровнем моря. По словам специалистов, универсальные дыхательные приборы, которые могли бы работать и под водой, и в разряженном воздухе, существовали лишь в двух странах - США и Германии (команда «тюленей» №6 и немецкая Kommando Spezialkräfte соответственно). Теперь к двум этим государствам добавится еще и Россия. Благодаря новому двухсредному дыхательному аппарату оперативно-тактические возможности бойцов российского Командования сил специальных операций существенно вырастут.

До недавнего времени всем российским спецназовцам при выполнении сложных заданий с осуществлением десантирования с большой высоты нужно было надевать специальный аппарат для дыхания на большой высоте, а также акваланг. После приземления на воду спецназовцы меняли маски и переключали подачу дыхательной смеси перед совершением погружения. С появлением нового ребризера ДА-21Мк2Д необходимость переключать подачу дыхательной смеси отпала. Помимо этого, благодаря новому дыхательному аппарату состав экипировки российских бойцов можно будет сократить. Новый двухсредный дыхательный аппарат был спроектирован совместно Санкт-Петербургским государственным морским техническим университетом (СПбГМТУ) и Рязанским высшим десантным командным училищем (РВВДКУ).

Масса аппарата ДА-21Мк2Д составляет примерно 10 килограммов. Он рассчитан на нормальное функционирование при температуре окружающего воздуха от -2 до +30 градусов Цельсия. В резибере достаточно дыхательной смеси для непрерывной работы на протяжении четырех часов. Новый двухсредный дыхательный аппарат относится к аппаратам замкнутого цикла. ДА-21Мк2Д был оснащен специальной капсулой с гидроксидом кальция. Именно через нее проходит выдыхаемый бойцом спецназа воздух. Гидроксид кальция поглощает из выдыхаемого воздуха углекислый газ с образованием карбоната кальция. Затем воздух, очищенный от углекислого газа, обогащается кислородом и снова поступает в дыхательную маску бойца.

Манекен с ребризером ДА-21Мк2Д Источник: Oceanos

Первый в Советском Союзе ребризер, спроектированный специально для парашютистов, появился еще в первой половине 1970-х годов. Устройство получило обозначение ИДА-71П. Этот аппарат предназначен для выполнения прыжков в воду с небольшой высоты, на которой спецназовцы могут обходиться без кислородной маски. В наши дни ИДА-71П стоит на вооружении водолазов-разведчиков и боевых пловцов. Аппарат относится к ребризерам регенеративного типа, в этом дыхательном аппарате кроме обычного поглотителя углекислого газа используется еще и специальное регенеративное вещество на основе пероксида натрия. Данное вещество не только успешно поглощает углекислый газ, но и выделяет кислород, который затем подмешивается к очищенному воздуху. Реализация подобной схемы позволяет сократить потребление кислорода из баллона.

Испытания нового дыхательного аппарата ДА-21Мк2Д должны состояться летом 2017 года в Крыму. Их планируется провести на базе учебного центра Сил специальных операций (ССО), сообщают «Известия» со ссылкой на представителей российского военного ведомства, знакомых с планами испытаний. В настоящее время новая двухсредная дыхательная система уже проходит подводные испытания, которые по планам должны завершиться в конце 2016 - начале 2017 года. После этого система будет испытываться на высоте 10 тысяч метров. Непосредственно в Крыму командование сил специальных операций будет заниматься комплексной проверкой аппарата, с совершением затяжных прыжков с парашютом в воду.

По словам Алексея Блинкова, начальника отдела управления оборонных исследований и разработок, уникальная двухсредная дыхательная система была разработана на базе комплекса ДА-21Мк2, который уже находится на вооружении российского флота. В новой версии аппарат, который получил приставку «Д» («десантируемый»), был существенно доработан. Так по требованиям военных крепление аппарата было перенесено на грудь. Это сделано для того, чтобы десантник мог нести двухсредный дыхательный аппарат вместе с парашютным ранцем. Также аппарат был существенно облегчен, его масса снизилась более чем в два раза - с 21 до 10 килограммов за счет использования современных композитных материалов и отказа от подачи азотно-кислородной смеси в пользу обыкновенного кислорода. По словам Алексея Блинкова, спецназовцы выполняют задачи и под водой на глубине до 20 метров. В этой связи после проведения консультаций с военными мы приняли решение об отказе использования азотно-кислородной смеси, которая не предназначена для дыхания на большой высоте.

В обычных условиях боевые пловцы доставляются к месту проведения диверсий на подводных лодках и кораблях, - отмечает военный эксперт Владислав Шурыгин. - Однако при наличии гидроакустических заслонов, современных радиолокационных станций береговой обороны и патрулей проникнуть в нужный район традиционным способом у подводных диверсантов получается не всегда. Именно по этой причине в наши дни в мире получила развитие система, когда бойцы спецназа совершают затяжные высотные прыжки с приземлением в воду, и лишь затем приступают к решению поставленных перед ними задач, в том числе с выходом на берег.

Необходимо помнить о том, что оборудование, которое используют сегодня боевые пловцы, серьезно отличается от привычных для всех людей, знакомых с дайвингом, баллонов со сжатым воздухом и кислородом. Такие емкости занимали бы на теле человека очень много места. К тому же они обладают довольно неприятным фактором - воздух, который выдыхается из легких, через клапаны попадает в воду в виде пузырьков, которые демаскируют пловца. В то же время аппараты замкнутого цикла (ребризеры) существенно компактнее, а их работа основана на другом принципе - кислород не хранится в отдельной емкости, он генерируется при помощи химической реакции. В момент выдоха воздух из легких пловца, в котором содержание углекислоты повышено, а содержание кислорода напротив понижено, отправляется в особую емкость, в которой находится регенерирующий элемент, который и поглощает углекислоту. В дальнейшем обогащенная кислородом смесь снова поступает в канал для вдоха. Устройство в состоянии обеспечить возможность дыхания под водой на протяжении нескольких часов, причем этот временной период рассчитывается с учетом того, что спецназовец будет активно двигаться, потребляя при этом значительно больше кислорода.

Помимо компактности, у всех ребризеров есть еще одно важное преимущество: аппараты замкнутого цикла почти не выделяют в воду пузырьков. Безусловно, некоторая часть выдоха пловца стравливается через специальный клапан, но это настолько небольшие объемы, что на поверхности воды не наблюдается никаких пузырьков воздуха, которые могли бы демаскировать бойца спецназа и сорвать выполнение боевого задания.

Источники информации:
http://izvestia.ru/news/639512
https://nplus1.ru/news/2016/10/24/rebreather
http://www.utro.ru/articles/2016/10/25/1302166.shtml

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

Если рассматривать технический дайвинг
как вершину подводных погружений,
то ребризеры – это просто полный улёт в космос!

Мало кто знает, что ребризеры или аппараты замкнутого цикла дыхания пришли к нам намного раньше чем обычный акваланг, для этого всего лишь нужно заглянуть в историю изобретения ребризера и тем не менее, только в наше время технический прогресс помог сделать эти погружения на системах замкнутого цикла, повсеместно доступными дайверскому сообществу, а не только профессионалам из специализированных военных и научных организаций.

Вам порядком надоел грохот выдыхаемого воздуха, а груда тяжеловесного железа с очертаниями навешанных баллонов не выглядит столь эстетично как в первый раз, и конечно вы давно зотели оптимизировать свой декомпрессионный режим, то путь в ребризеры - ваш путь!

выглядит следующим образом:

Считается самым удачным и потому самым распространенным ребризером полузамкнутого цикла с пассивной подачей дыхательной смеси.

Разработан немецкой фирмой Draeger и является модификацией более ранней модели Atlantis I. Эту модель отличается простотой в эксплуатации и надежностью в применении.

Используя стандартные найтроксные смеси, он позволяет погружаться до глубины 40 метров. Существует модификация с использованием тримикса, что увеличивает разрешенную глубину до 80м.

Обучение работе с данным аппаратом занимает 2–3 дня. Четыре погружения на открытой воде позволяют в полном объеме отработать необходимые упражнения и получить полное представление о специфике погружений в ребризере. Мы весьма рекомендуем этот курс как предварительный для курса Inspiration.

Это первый в мире смесевой замкнутый ребризер, выпускаемый серийно. Кроме того, Inspiration является первым и на сегодняшний день единственный в своем классе аппарат, получивший сертификацию европейского агентства по стандартизации. Этот сертификат санкционирует безопасное использование аппарата на глубинах до 50 метров с воздухом в качестве дилуента и как минимум до 100 метров с использованием тримиксных смесей.

дает нам возможность использовать все преимущества найтроксных смесей, причем на все 100%. Блок контроля автоматически поддерживает постоянное парциальное давление кислорода в дыхательном контуре независимо от глубины, соответственно постоянно меняя процентный состав смеси. Другими словами, аппарат обеспечивает оптимальную дыхательную смесь (best mix) на любой глубине в течение всего погружения вплоть до подачи чистого кислорода на последних декомпрессионных остановках.

Это означает беспрецедентную универсальность: затонувшее на большой глубине судно или мелководный прибрежный риф, нет никакой разницы,- стандартно подготовленный аппарат обеспечит вас оптимальной смесью на любой глубине. Он позволяет в полной мере реализовать все преимущества best mix, такие как расширение NDL, минимизация декомпрессионных режимов и т.д., но без муторного предварительного планирования, связанного с подбором газовой смеси в зависимости от конкретной глубины погружения, расчета запаса газов, выбором конфигурации снаряжения, этапных баллонов и т.п. Кроме того, вы избавлены от необходимости переключения со с меси на смесь под водой.

Погружение на Inspiration – это максимально эффективное использование газов. Особенно ярко эта эффективность проявляется на значительных глубинах, где расход газовой смеси в системах, работающих по открытой схеме дыхания, становится катастрофическим. Отсюда – высокая популярность ребризера среди технических дайверов.

Наряду с уже перечисленными преимуществами следует отметить и такие положительные качества как минимизация затрат на дорогостоящий гелий, компактность аппарата, легкость регулирования плавучести, дыхание теплым увлажненным газом и, наконец, полное отсутствие выдыхаемых пузырей, что делает погружение комфортным, тихим и не вызывающим стрессового состояния у подводных обитателей.

Inspiration произвел настоящую революцию в дайвинге. Будучи первым серийным аппаратом этого класса и, что самое главное, доступным, он широко продается в более чем 40 странах по всему миру. Пройдя жесткие испытания в специализированных организациях Великобритании и США, аппарат производится в строгом соответствии со стандартами и требованиями качества, обеспечивается его сервисное обслуживание и заводское снабжение запасными частями.

- Выдыхаемый газ направляется невозвратным клапаном по шлангу в мешок выдоха. С этого начинается цикл.
- Затем газ, освободившись от возможных остатков воды, попадает в патрон поглотителя. Здесь он вступает в химическую реакцию с абсорбентом (Sofnolime), где освобождается от двуокиси углерода.
- В зоне смешения в верхней части патрона расположены три независимых кислородных датчика, измеряющие парциальное давление кислорода в смеси, позволяя электронному регулятору с высокой точностью поддерживать заданное значение РО2 путем впрыскивания из баллона дополнительного количества чистого кислорода по мере его потребления организмом.
- Очищенная и обогащенная кислородом смесь проходит по шлангу в мешок вдоха, и далее через клапанную коробку к загубнику. Цикл завершен.

Дилуент

Inspiration имеет два трехлитровых баллона. В одном баллоне находится чистый кислород, другой содержит так называемый дилуент – газ-разбавитель. До глубин 50 м это обычно воздух, глубже – тримикс или гелиокс. Дилуент имеет несколько функций:

Вручную или через легочный автомат (если он установлен) дилуент подается в дыхательный контур для компенсации возрастающего с увеличением глубины давления и предотвращения «схлопывания» мешков.

Он также используется для поддува BCD и сухого гидрокостюма. Расход дилуента крайне незначителен, порядка 30 – 40 бар за все погружение.

Как разбавитель, он является основной составляющей дыхательной газовой смеси, поддерживая ее в безопасных с точки зрения кислородного отравления пределах.

Одной из важнейших функций дилуента является возможность его использования в качестве резервного запаса для вентиляции контура либо для перехода на дыхание по открытой схеме в случае чрезвычайной ситуации.