完全閉回路式電子リブリーザー(AP Diving Inspiration) | |
| 頭字語 | CCUBA(閉回路式水中呼吸装置)、CCR(閉回路式リブリーザー)、SCR(半閉回路式リブリーザー) |
|---|---|
| 用途 | 呼吸セット |
| 関連商品 | デイビス装置、自給式呼吸装置、脱出フード |
リブリーザーは、使用者の吐いた息に含まれる二酸化炭素を吸収し、呼吸ごとに大量の未使用の酸素と、未使用の不活性成分(存在する場合)を再呼吸(リサイクル)できるようにする呼吸装置です。使用者によって代謝された量を補充するために酸素が追加されます。これは、吐いたガスが環境中に直接排出されるオープンサーキット呼吸装置とは異なります。その目的は、限られたガス供給での呼吸持続時間を延ばすとともに、オープンサーキットシステムで発生する気泡を除去することです。後者の他のシステムに対する利点は、潜水兵による秘密軍事作戦や、水中の生物を邪魔されずに観察する場合に役立ちます。リブリーザーは、一般的に、使用者が携帯する携帯型装置であると理解されています。車両または固定式の設備に搭載された同じ技術は、生命維持システムと呼ばれる可能性が高くなります。
リブリーザー技術は、水中、宇宙、有毒または低酸素環境(消防など)、鉱山救助、高高度作業など、呼吸ガスの供給が限られている場所、または呼吸ガスが特別に濃縮されているか、ヘリウム希釈剤や麻酔ガスなどの高価な成分が含まれている場所で使用されることがあります。
リブリーザーは多くの環境で使用されています。水中では、ダイビングリブリーザーは、基本ガス供給と緊急ガス供給の両方を備えた自己完結型水中呼吸装置の一種です。陸上では、有毒ガスが存在するか酸素が欠乏している可能性のある産業用途、消防士が長時間にわたって生命と健康に直ちに危険を及ぼす雰囲気で活動する必要がある場合の消防、スタッフが呼吸する空気を汚染することなく患者に制御された濃度の麻酔ガスを供給する病院の麻酔呼吸システム、および酸素分圧が低い高高度での高山登山に使用されます。航空宇宙では、与圧されていない航空機および高高度パラシュート降下、地球の大気圏上では船外活動用の宇宙服に使用されます。同様の技術は、潜水艦、潜水艇、大気圧潜水服、水中および表面飽和居住区、宇宙船、宇宙ステーションの生命維持システムや、飽和潜水で使用される大量のヘリウムを回収するために使用されるガス回収システムにも使用されています。
呼吸ガスのリサイクルには、技術的な複雑さと特定の危険性が伴います。これらの危険性の一部は、使用するリブリーザーの用途や種類によって異なります。質量と容積は、状況に応じて開放回路よりも大きくなったり小さくなったりする場合があります。電子制御式潜水リブリーザーは、プログラム可能な上限と下限、または設定値の間で酸素分圧を自動的に維持し、減圧コンピュータと統合してダイバーの減圧状態を監視し、潜水プロファイルを記録します。
人が呼吸すると、体は酸素を消費し、二酸化炭素を生成します。基礎代謝には、約6 L/分の呼吸速度から約0.25 L/分の酸素が必要です。健康な人が激しく運動しても、95 L/分の呼吸速度で呼吸しても、代謝される酸素は約4 L/分しかありません。[ 1 ]代謝される酸素は、通常、通常の大気圧では吸入量の約4%から5% 、つまり海面レベルの空気中に存在する酸素の約20%です。海面での呼気中には、約13.5%から16%の酸素が含まれています。[ 2 ]
呼吸ガス中の酸素濃度が高いほど、酸素の無駄遣いはさらに大きくなります。特に水中潜水では、深度による呼吸ガスの圧縮により、呼気ガスの再循環がさらに重要になり、開放回路ガスの無駄がさらに大きくなります。同じガスを再呼吸し続けると、酸素濃度は意識を保てなくなり、最終的には生命を維持できないレベルまで減少します。そのため、必要な酸素濃度を維持するために、呼吸ガスに酸素を含むガスを追加する必要があります。[ 3 ]
しかし、二酸化炭素を除去せずにこれを行わないと、二酸化炭素は再循環ガス中に急速に蓄積し、ほぼ即座に軽度の呼吸困難を引き起こし、さらに高炭酸ガス血症、つまり二酸化炭素中毒へと急速に進行します。代謝産物である二酸化炭素(CO2)を除去するには、通常、高い換気率が必要です。呼吸反射は酸素濃度ではなく、血中のCO2濃度によって引き起こされるため、吸入ガス中のCO2の蓄積がわずかでもすぐに耐えられなくなります。人が吐き出した呼吸ガスを直接再呼吸しようとすると、すぐに激しい窒息感を感じるため、再呼吸器では二酸化炭素スクラバーと呼ばれる部品でCO2を除去する必要があります。[ 4 ]
代謝による使用量を補うために十分な酸素を追加し、二酸化炭素を除去し、ガスを再呼吸することで、体積の大部分が保存されます。[ 4 ]

| PO 2(バール) | 応用と効果 |
|---|---|
| <0.08 | 昏睡は最終的に死に至る |
| 0.08~0.10 | ほとんどの人が無意識 |
| 0.09~0.10 | 低酸素症の重篤な兆候/症状 |
| 0.14~0.16 | 低酸素症の初期兆候/症状(一部の非常に標高の高い地域では通常の環境の酸素) |
| 0.21 | 通常の環境酸素(海面大気) |
| 0.35~0.40 | 通常の飽和潜水PO 2レベル |
| 0.50 | 全身影響閾値;最大飽和潜水曝露 |
| 1.0~1.20 | レクリエーション用閉回路設定点 の共通範囲 |
| 1.40 | レクリエーション用オープンサーキット底部セクターの推奨制限 |
| 1.60 | NOAAによる作業ダイバーの最大被曝限度減圧に関するレクリエーション/技術的限度 |
| 2.20 | 民間/軍事用の「Sur-D」チャンバー、12 msw(海水メートル)で の 100% O 2による表面減圧 |
| 2.40 | 50mswの チャンバー内で使用する40% O 2ナイトロックス再圧縮治療ガス |
| 2.80 | 18 mswのチャンバー内で使用する 100% O 2再圧縮治療ガス |
| 3.00 | 50mswのチャンバー内で使用する 50% O 2ナイトロックス再圧縮治療ガス |
リブリーザーの持続時間、つまり安全かつ快適に使用できる時間は、使用者の酸素消費量に応じた酸素供給量と、使用者による二酸化炭素発生量に応じたスクラバーの二酸化炭素除去能力に依存します。二酸化炭素は代謝酸素消費量の産物ではあるものの、唯一の産物ではないため、これらの変数は密接に関連しています。これは、ガス密度の上昇による呼吸仕事量の増加を除き、深度とは無関係です。[ 4 ]

リブリーザー内部の呼吸ガスの流れを制御する基本的な構成は 2 つあり、振り子システムとループ システムと呼ばれています。
振り子式構成では、ユーザーは呼吸ホースを通してカウンターラングからガスを吸入し、吐き出されたガスは同じホースを通ってカウンターラングに戻ります。スクラバーは通常、呼吸ホースとカウンターラングバッグの間に設置され、ガスの流れは双方向です。ユーザーとスクラバー内の活性吸収剤との間の流路はすべてデッドスペース、つまりリブリーザーによって改変されることなく再呼吸されるガスを含む空間です。デッドスペースは吸収剤が減少するにつれて増加します。デッドスペースを制限するには、呼吸ホースの容積を最小限に抑える必要があります。
ループ構成では、ユーザーは1本のホースからガスを吸入し、2本目のホースから吐き出します。吐き出されたガスはスクラバーの片側から流入し、反対側から排出されます。スクラバーの両側に1つずつ大きなカウンターラングが備えられている場合もあれば、スクラバーの両側に1つずつ小さなカウンターラングが備えられている場合もあります。流れは一方向で、通常は呼吸ホースとマウスピースの接続部にある逆止弁によって強制されます。吸気ホースと呼気ホースが分岐する前のマウスピース内の流路のみがデッドスペースであり、これはホースの容積の影響を受けません。[ 6 ]


ほぼすべての個人用ポータブルリブリーザーに共通するコンポーネントがいくつかあります。これには、循環流リブリーザーでは通常呼吸ループと呼ばれる大気圧呼吸量コンポーネントと、補給ガス供給および制御システムが含まれます。
カウンターラングは、強くて柔軟な素材で作られた気密性の高い袋で、呼気されたガスを再び吸入されるまで一定量保持します。カウンターラングは1つだけの場合もあれば、スクラバーの両側に1つずつ設置されている場合もあります。カウンターラングを設置することで、スクラバーを通過するガスの流量がより均一になり、呼吸仕事量を軽減し、滞留時間を一定に保つことでスクラバーの効率を向上させることができます。
スクラバーは二酸化炭素吸収材(主に強塩基)が充填された容器で、呼気ガスを通過させることで二酸化炭素を除去します。吸収材は粒状または成型カートリッジ状のものがあります。[ 7 ]粒状の吸収材は、石灰の塊を砕いて粒度別に分類するか、粒を一定のサイズと形状に成型することで製造されます。[ 8 ]スクラバー内のガスの流れは、ループ型リブリーザーでは一方向、振り子型リブリーザーでは両方向です。スクラバーキャニスターには通常、片側に入口、反対側に出口があります。
典型的な吸収剤はソーダライムで、水酸化カルシウムCa(OH) 2と水酸化ナトリウムNaOHから構成されています。ソーダライムの主成分は水酸化カルシウムで、比較的安価で入手しやすいです。吸収剤には他の成分が含まれている場合があります。水酸化ナトリウムは二酸化炭素との反応を促進するために添加されます。標準的なハロゲン化吸入麻酔薬と併用する場合、望ましくない分解生成物を防ぐために他の化学物質が添加されることがあります。二酸化炭素がソーダライムの水に溶解して炭酸を形成し、pHが塩基性から酸性に変化したことを示す指示薬が含まれる場合もあります。色の変化は吸収剤が二酸化炭素で飽和状態に達したことを示し、交換する必要があることを示します。[ 8 ]
二酸化炭素は水または水蒸気と化合して弱い炭酸を生成します: CO 2 + H 2 O –> H 2 CO 3。これは水酸化物と反応して発熱反応で炭酸塩と水を生成します。[ 6 ]中間反応では、炭酸は水酸化ナトリウムと発熱反応を起こして炭酸ナトリウムと水を生成します: H 2 CO 3 + 2NaOH –> Na 2 CO 3 + 2H 2 O + 熱。最終反応では、炭酸ナトリウムは消石灰(水酸化カルシウム)と反応して炭酸カルシウムと水酸化ナトリウムを生成します: Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 –> CaCO 3 + 2NaOH。その後、水酸化ナトリウムは再び炭酸と反応するために利用されます。[ 8 ]この吸収剤100グラム(3.5オンス)は、標準大気圧で約15〜25リットル(0.53〜0.88立方フィート)の二酸化炭素を除去できます。[ 6 ] [ 8 ]このプロセスは空気を加熱して加湿するため、冷水でのダイビングや高高度での登山には適していますが、高温環境での作業には適していません。
特殊な状況では、他の反応が使用されることもあります。水酸化リチウム、特に過酸化リチウムは、宇宙ステーションや宇宙服など、低質量が重要な用途で使用されます。過酸化リチウムは、洗浄反応中に酸素を補充する役割も果たします。[ 9 ]
携帯型リブリーザーで時折用いられる二酸化炭素除去方法として、凍結法があります。これは、液体酸素を使用する極低温リブリーザーで可能です。液体酸素は熱交換器で二酸化炭素から熱を吸収し、酸素をガスに変換します。このガスは二酸化炭素を凍結させるのに十分な量です。このプロセスはガスも冷却するため、必ずしも望ましいとは限りませんが、場合によっては望ましいこともあります。
リブリーザーの呼吸ホース(呼吸チューブとも呼ばれる)は、大気圧下で呼吸ガスを通過させるための柔軟なチューブです。リブリーザー装置の一部である低圧ホース、中圧ホース、高圧ホースとは区別されます。これらのホースは、機器の動作範囲における大気圧下での流体抵抗を最小限に抑えるのに十分な口径を持ち、通常は円形の断面をしています。また、チューブが折れ曲がることなく、使用者の頭部を自由に動かせるよう、波形になっている場合もあります。[ 6 ]
各端部は隣接する部品と気密に接続されており、ガスがループシステム内で正しく循環し続けるように一方向弁が組み込まれている場合もあります。用途に応じて、柔軟なポリマー、エラストマー、繊維または布で強化されたエラストマー、または補強や耐摩耗性のために織物で覆われたエラストマーで作られる場合があります。織物層が外側の表面に接着されている場合、ゴムが擦り傷から損傷するのを防ぎますが、汚染物質を洗い流すのが難しくなります。[ 6 ]呼吸ホースには通常2種類の波形があります。写真に示すように、環状の波形は破れや穴が開いた場合に現場での修理が容易で、らせん状の波形は洗浄後の排水を効率的に行うことができます。[ 10 ]
呼吸ホースは通常、使用者の頭部をどのような姿勢に保ったままでも装置を頭部に接続できる長さですが、不必要に長くしてはいけません。不必要に長くすると、重量増加、流体抵抗の増加、物への引っ掛かりの危険、あるいは振り子式リブリーザーに過剰なデッドスペースが生じる可能性があります。呼吸ホースはダイバーの肩に繋いだり、中性浮力を保つためにバラストを取り付けたりすることで、マウスピースへの負荷を最小限に抑えることができます。
バイトグリップ付きのマウスピース、口鼻マスク、フルフェイスマスク、または密閉ヘルメットが提供され、ユーザーはユニットからハンズフリーで呼吸することができます。
酸素の貯蔵庫。通常は高圧ボンベ内の圧縮ガスとして貯蔵されるが、液体酸素の場合もある。連続的に、またはユーザーが酸素追加バルブを操作したときに、または呼吸回路内のガス量が少なくなり圧力が低下したときに酸素再呼吸器のデマンドバルブを介して、または電子制御混合ガス再呼吸器でセンサーが不十分な酸素分圧を検出してソレノイドバルブを作動させたときに、大気圧の呼吸容積にガス状酸素を供給する。
呼吸ボリューム内のガス流量と貯蔵容器からのガス供給を制御するには、バルブが必要です。バルブには以下のものがあります。
酸素センサーは、混合ガスリブリーザー内の酸素分圧を監視して安全限度を超えないようにするために使用されることがあります。ただし、酸素含有量は 100% に固定されており、その分圧は周囲圧力によってのみ変化するため、酸素リブリーザーでは通常使用されません。
リブリーザーは、主に高圧下での使用を目的とした潜水用リブリーザーと、海面での通常の大気圧よりわずかに高い圧力から、高高度や宇宙空間における大幅に低い圧力までの範囲で使用されるその他のリブリーザーに分類されます。潜水用リブリーザーは、高圧酸素毒性を回避するための複雑な問題に対処する必要がある場合が多いのに対し、常圧および低圧下での使用では、比較的単純な酸素リブリーザー技術を使用できます。これらの技術では、周囲圧力が十分であれば、使用中に酸素分圧を監視する必要はありません。
リブリーザーは機能原理により、閉回路リブリーザーと半閉回路リブリーザーに分類することもできます。

これは最も初期のタイプのリブリーザーであり、 20世紀初頭から海軍で潜水艦脱出や浅瀬潜水作業、機雷救助、高高度登山や飛行、そして産業用途に広く使用されていました。酸素リブリーザーは驚くほどシンプルで機械的に信頼性が高く、オープンサーキットスキューバよりも前に発明されました。酸素を供給するだけなので、二酸化炭素を除去する以外にガス組成を制御する必要はありません。[ 11 ]
一部のリブリーザーでは、酸素ボンベに並列に酸素供給機構が備わっています。1 つは定流量式で、もう 1 つはバイパス バルブと呼ばれる手動のオン/オフ バルブです。どちらもカウンターラングに酸素を供給する同じホースに酸素を供給します。[ 12 ]その他はカウンターラングのデマンド バルブから供給されます。カウンターラングが空になり、ダイバーが吸入を続けている間はいつでも、このデマンド バルブからガスが追加されます。また、デマンド バルブを作動させるボタンによって手動で酸素を追加することもできます。[ 13 ]一部のシンプルな酸素リブリーザーには自動供給システムがなく、手動の供給バルブのみがあり、ダイバーは酸素の量が快適なレベル以下に減った場合に呼吸バッグを補充するために間隔をあけてバルブを操作しなければなりませんでした。

酸素リブリーザー以外のリブリーザーはすべて、呼吸ガスが酸素と代謝的に不活性な希釈ガスの混合物であるため、混合ガスリブリーザーとみなすことができます。これらは、供給ガスが酸素と不活性希釈ガス(通常は窒素とヘリウム)を含む呼吸可能な混合物であり、酸素が消費されるにつれて、この混合物を追加することで補充されます。これにより、ループ内の酸素分圧が呼吸可能な状態に維持されます。一方、閉回路リブリーザーは、2つの並列ガス供給源(ガスの大部分を供給する希釈ガスはリサイクルされ、酸素は代謝によって消費されます)を使用します。二酸化炭素は廃棄物とみなされ、正常に機能するリブリーザーでは、ガスがスクラバーを通過する際に効果的に除去されます。
二酸化炭素を吸収しながら酸素を放出する超酸化カリウムを二酸化炭素吸収剤として使用したリブリーザーの設計がいくつかある(例えばオキシライト)。4KO2 + 2CO2 = 2K2CO3 + 3O2 。使用開始時にループを充填・パージするために、少量の酸素ボンベが必要である。[ 14 ]この技術は酸素リブリーザーと混合ガスリブリーザーの両方に適用でき、ダイビングやその他の用途に使用できる。超酸化カリウムは液体の水と激しく反応し、かなりの熱と酸素を放出して火災の危険を引き起こすため、宇宙服、消防、鉱山救助などでの用途でより成功を収めている。[ 15 ]

液体酸素供給装置は、酸素または混合ガスリブリーザーに使用できます。水中で使用する場合、液体酸素容器は水からの熱伝導に対して十分に断熱されている必要があります。この種の工業用セットはダイビングには適さない可能性があり、またこの種のダイビングセットは熱伝導要件との矛盾により、水外での使用には適さない可能性があります。セットの液体酸素タンクは、使用直前に充填する必要があります。この種の例としては、以下のものがあります。
極低温再呼吸器は、使用された酸素を補充するために液体酸素が蒸発するときに発生する低温によって「スノーボックス」内で二酸化炭素を凍結させることによって二酸化炭素を除去します。
これは、オープンサーキット呼吸装置のいくつかの用途と比較することができます。
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ダイビングでは、最も多様なタイプのリブリーザーが使用されます。これは、加圧下での呼吸に伴う影響により要件が複雑になるためであり、具体的な用途と予算に応じて幅広い選択肢が用意されているからです。ダイビング用リブリーザーは、安全上極めて重要な生命維持装置です。故障の種類によっては、ダイバーが予期せず死亡する可能性があり、また、生存のために即時の適切な対応が必要となる場合もあります。
ヘリウム回収システム(またはプッシュプルシステム)は、ダイバーが使用したヘリウムベースの呼吸ガスを回収するために使用されます。これは、オープンサーキットシステムでヘリウムを環境に放出するよりも経済的な場合です。回収されたガスはスクラバーシステムを通過して二酸化炭素が除去され、フィルターで臭気を除去した後、加圧されて貯蔵容器に送られます。そこで酸素と混合され、必要な組成に調整された後、直ちに、または後日再利用されます。
生命維持装置は、居住室および密閉式潜水ベル内の加圧された人員の生命を維持するために、呼吸ガスおよびその他のサービスを提供します。これには以下のコンポーネントが含まれます。[ 22 ]
ベルの生命維持システムは、呼吸ガスの供給と監視を行い、制御ステーションはベルの展開とダイバーとの通信を監視します。ベルへの主要なガス供給、電力供給、通信は、複数のホースと電気ケーブルを撚り合わせて一体化したベルアンビリカルケーブルを介して行われます。[ 23 ]このケーブルは、ダイバーアンビリカルケーブルを介してダイバーに供給されます。[ 22 ]
居住空間生命維持システムは、室内環境を居住者の健康と快適性にとって許容範囲内に維持します。温度、湿度、呼吸ガスの質、衛生システム、機器の機能は監視・制御されます。[ 23 ]

大気潜水服は、ほぼ人型の形状をした小型の一人乗り多関節式潜水艇で、四肢関節により外圧下で関節運動が可能で、内圧は1気圧に維持されます。呼吸ガスは、水面供給用のアンビリカルケーブル、またはスーツに搭載されたリブリーザーから供給されます。また、主呼吸ガスとして水面供給またはリブリーザーのいずれかを備えたスーツには、緊急用ガス供給リブリーザーを装着することもできます。内圧は1気圧に維持されるため、急性酸素中毒のリスクはありません。これは水中潜水用途ですが、大気圧スキューバリブリーザーよりも産業用途に近いと言えます。

水外でのみ使用する SCBAリブリーザーには、異なる設計基準が適用されます。
登山用リブリーザーは、自然の低酸素環境において、大気から得られるよりも高濃度の酸素を供給する。軽量であることに加え、極寒の中でも、堆積した霜で窒息しないという信頼性が求められる。 [ 25 ]極寒によるシステム故障率の高さは未解決である。純酸素を呼吸すると、血液中の酸素分圧が上昇する。エベレスト山頂で純酸素を呼吸する登山者は、海面で空気を呼吸するよりも高い酸素分圧となる。その結果、高地でより大きな身体能力を発揮することができる。この発熱反応は、スクラバーの内容物の凍結を防ぎ、使用者の熱損失を減らすのに役立つ。
化学酸素と圧縮ガス酸素の両方が、実験的な閉回路酸素システムで使用されてきた。最初のものは1938年のエベレスト登頂で使用された。1953年の遠征では、トム・ボーディロンとその父親がボーディロンとエヴァンスの第1次登山隊のために開発した閉回路酸素装置が使用された。これには「デュラル」800リットル圧縮酸素ボンベ1本とソーダライムキャニスターが含まれていた(ヒラリーとテンジンの第2次(成功した)登山隊は開回路酸素装置を使用した)。[ 26 ]
登山と似た要件と作業環境ですが、重量の問題はそれほど大きくありません。ソビエト連邦のIDA71リブリーザーには高高度用バージョンも製造されており、酸素リブリーザーとして運用されていました。
麻酔器は、手術や鎮静を必要とするその他の処置中に患者に酸素と麻酔ガスを供給するためのリブリーザーとして構成することができます。装置内には、ループから二酸化炭素を除去するための吸収剤が内蔵されています。[ 27 ]
麻酔器には半閉鎖型と全閉鎖型の両方の回路システムを使用することができ、プッシュプル(振り子)式の2方向フローシステムと一方向ループシステムの両方が使用される。[ 28 ]ループ構成の機械の呼吸回路には2つの一方向弁があり、洗浄されたガスのみが患者に流れ、呼気ガスは機械に戻る。[ 27 ]
麻酔器は、自力で呼吸できない人工呼吸器を装着した患者にガスを供給することもできる。[ 29 ]廃ガス除去システムは、環境汚染を防ぐために手術室からガスを除去する。[ 30 ]


宇宙服の機能の一つは、着用者に呼吸用ガスを供給することです。これは、宇宙船や居住区の生命維持装置からアンビリカルケーブルを介して供給される場合もあれば、宇宙服に搭載された一次生命維持装置から供給される場合もあります。これらのシステムはいずれも、呼吸用ガスから二酸化炭素を除去し、着用者が消費した酸素を補うために酸素を添加するリブリーザー技術を採用しています。宇宙服では通常、酸素リブリーザーが使用されています。これは、宇宙服内の圧力を低くすることで着用者の動きやすさを向上させるためです。
潜水艦、水中居住施設、防空壕、宇宙ステーション、および限られたガス供給で中期から長期にわたって複数の人が居住するその他の居住空間は、原理的には閉回路式リブリーザーと同等ですが、一般的にはスクラバーを通じた呼吸ガスの機械的循環に依存しています。
リブリーザー装置にはいくつかの安全上の問題があり、ダイビング用リブリーザーではこれらの問題がさらに深刻になる傾向があります。
危険の一部は機器の動作方法によるものですが、リブリーザーは通常、呼吸可能な周囲雰囲気がない場所で使用されるため、機器が使用される環境に関係するものもあります。
自動ガス追加をトリガーせずに呼吸できるほど十分な不活性ガスを含むリブリーザーでは、低酸素症が発生する可能性があります。
酸素リブリーザーでは、使用開始時にループ内のガスが十分にパージされていない場合に、この現象が発生する可能性があります。パージとは、元のガスを新鮮なガスに置き換えることであり、不活性ガスを完全に除去するためには、この作業を繰り返す必要がある場合があります。パージは、装置から息を吐き出す際に行う必要があります。そうすることで、使用者の肺や体組織に残留し、ループ内に入り込んだ不活性ガスもシステムから除去されます。
スクラバー媒体が欠落している、適切に充填されていない、不十分である、または消耗している場合、二酸化炭素が蓄積します。通常の人体は二酸化炭素分圧にかなり敏感であるため、蓄積は使用者によって認識されます。しかし、スクラバーを再充填できるまで、別の呼吸ガス供給源に切り替える以外に、この問題を解決する方法はほとんどありません。スクラバーが機能していない状態でリブリーザーを使用し続けることは、濃度が有毒レベルに達し、使用者が極度の呼吸困難に陥り、最終的には意識喪失や死に至るため、長期間の使用は不可能です。これらの問題が進行する速度は、回路の容量と使用者の代謝率によって異なります。
二酸化炭素の蓄積は、運動と呼吸仕事量の組み合わせが使用者の能力を超えた場合にも発生する可能性があります。使用者が運動を十分に軽減できない状況でこの問題が発生した場合、修正が不可能になる可能性があります。この問題は、呼吸ガスの密度が著しく高くなる深度でのダイビングリブリーザーで発生する可能性が高くなります。[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]唯一の解決策は、吐き出した息を閉鎖システムの外に排出することです。これにより酸素の再利用がなくなり、混合ガスの使用量が増加しますが、これはすべての用途で可能な選択肢ではありません。
産業用リブリーザーは、周囲の空気が汚染され、毒性がある可能性のある場所でよく使用されます。吸入中、ループの一部は外部の周囲圧力よりもわずかに低くなりますが、回路が気密でないと外部のガスが漏れる可能性があります。これは、ゴム製のマスクスカートがユーザーの顔に密着する必要があるフルフェイスマスクの縁の周辺で特に問題となります。
酸素分圧が高いと火災の危険性が大幅に高まり、大気中では自己消火性のある物質であっても、高酸素濃度下では継続的に燃焼することがよくあります。これは、発火の危険性が比較的低いダイビングよりも、救助や消防といった陸上での用途においてより危険です。
吸収キャニスターに到達するループ洪水によって発生するため、浸漬アプリケーションにのみ適用されます。
「ブレークスルー」とは、スクラバーがループ内を循環するガスから十分な量の二酸化炭素を除去し続けることができなくなることを意味します。これは、スクラバーを長時間使用した場合に必然的に発生しますが、状況によっては早期に発生することもあります。スクラバーが故障したり、効率が低下したりする原因はいくつかあります。
1620年頃、コルネリス・ドレベルは硝石(硝酸カリウム)を加熱すると酸素が発生することを発見した。[ 34 ]
二酸化炭素吸収に基づく最初の基本的なリブリーザーは、 1808年にフランスで特許を取得しました。ナポレオンの帝国海軍の技術者であったブレスト出身のピエール=マリー・トゥブリックです。この初期のリブリーザーの設計は酸素リザーバーを備えており、ダイバーによって徐々に酸素が供給され、石灰水(水酸化カルシウム水溶液)に浸したスポンジを通して閉回路を循環していました。 [ 35 ] [ 36 ]トゥブリックはこの発明を「イクティオアンドレ」(ギリシャ語で「魚人」)と名付けました。 [ 37 ]プロトタイプが製造されたという証拠はありません。
リブリーザーのプロトタイプは1849年にピエール・エマブル・ド・サン・シモン・シカールによって製作された[ 38 ]。
1853年、T.シュワン教授はベルギー科学アカデミーでリブリーザーを発表しました。[ 39 ] [ 36 ]この装置には、約13.3バールの作動圧力を持つ大きな背中に取り付けられた酸素タンクと、苛性ソーダ溶液に浸したスポンジが入った2つの洗浄装置がありました。[ 36 ]

最初の商業的に実用的な閉鎖回路式スキューバダイビングは、1878年にダイビング技術者のヘンリー・フルースが設計し、ロンドンでシーベ・ゴーマンのために働いていたときに製造されました。[ 40 ] [ 12 ]彼の自給式呼吸装置は、呼吸袋に接続されたゴム製のマスク、銅製のタンクで供給された(推定)50〜60%の酸素、苛性カリ溶液に浸したロープ糸で洗浄された二酸化炭素で構成されていました。このシステムは約3時間の持続時間がありました。[ 12 ] [ 41 ]フルースは1879年に水槽に1時間沈んで、その1週間後に開水面で5.5メートルの深さまで潜るという方法で彼の装置をテストしましたが、そのとき助手が彼を急に水面に引き上げたため、彼は軽傷を負いました。
彼の装置が初めて実稼働環境で使用されたのは1880年、セヴァーントンネル建設プロジェクトの主任ダイバーであったアレクサンダー・ランバートによるもので、彼は暗闇の中を1000フィート移動し、トンネル内の水中の水門をいくつか閉じることができた。これは、空気供給ホースが水中の残骸で汚れる危険と、坑道内の強い水流のために、標準的な潜水服を着用した彼の最善の努力を無駄にした。[ 12 ] 1880年、フルースはガス爆発後のイギリスのシーハム炭鉱を調査するためにリブリーザーを使用した。[ 36 ]
1911年、フルースとジーベ・ゴルバンは鉱山救助用のプロト呼吸装置を開発した。 [ 36 ]
フルースは継続的に装置を改良し、デマンドレギュレーターと、高圧力でより多くの酸素を保持できるタンクを追加しました。シーベ・ゴーマンの社長であるロバート・デイビス卿は、1910年に酸素リブリーザーを改良し、[ 12 ] [ 41 ] 、デイビス潜水脱出装置を発明しました。これは、量産された最初の実用的なリブリーザーでした。主に潜水艦の乗組員の緊急脱出装置として設計されましたが、すぐにダイビングにも使用され、30分間持続する便利な浅瀬潜水装置として、[ 41 ]産業用呼吸セットとしても使用されました。

この装置は、呼気の二酸化炭素を除去する水酸化バリウムの容器が入ったゴム製の呼吸/浮力バッグと、バッグ下端のポケットに入った約56リットルの酸素を120バールの圧力で保持する鋼鉄製の圧力ボンベで構成されていた。ボンベには制御弁が備え付けられており、呼吸バッグに接続されていた。ボンベのバルブを開くと、バッグに酸素が供給され、周囲の水圧まで充填された。また、装置前面には着用者が浮かぶのを助ける緊急用浮力バッグも含まれていた。DSEAは、1927年にデイビスがさらに改良を加えた後、英国海軍に採用された。 [ 42 ] 1900年代初頭に発明されたSiebe Gorman SalvusやSiebe Gorman Protoなどのさまざまな産業用酸素再呼吸器は、このDSEAから派生したものである。
ジョルジュ・ジョベール教授は1907年に化合物オキシリトを発明しました。これは過酸化ナトリウム(Na₂O₂)またはスーパーオキシドナトリウム(NaO₂)の一種で、リブリーザーのスクラバー内で二酸化炭素を吸収し、酸素を放出します。この化合物は、1909年にイギリス海軍のS.S.ホール大佐とO.リース博士によってリブリーザーの設計に初めて組み込まれました。潜水艦脱出装置としての使用が想定されていましたが、イギリス海軍に採用されることはなく、浅瀬での潜水に使用されました。[ 41 ]
1912年、ドイツのドレーゲル社は、リブリーザーからの空気供給を備えた独自の標準潜水服の大量生産を開始しました。この装置は、数年前にドレーゲル社の技術者であったヘルマン・シュテルツナーによって、地雷救助用に発明されていました[ 43 ]。[ 44 ]
1920年代のいくつかの悲惨な事故の後、1930年代にアメリカ海軍はポーパス級とサーモン級潜水艦にモムセン肺と呼ばれる原始的な再呼吸装置を装備し始め、これは1960年代まで使用されました。

1930年代、イタリアのスポーツスピアフィッシャーはデイビス・リブリーザーの使用を開始しました。イタリアのメーカーは、英国の特許保有者から製造ライセンスを取得しました。この技術はすぐにイタリア海軍の目に留まり、テセオ・テセイとアンジェロ・ベローニが設計した大幅に改良されたモデルが開発されました。このモデルは、第二次世界大戦中にイタリア海軍のフロッグマン部隊「デチマ・フロッティリアMAS」で使用され、良好な戦果を上げました。[ 41 ]
第二次世界大戦中、鹵獲されたイタリアのフロッグマンのリブリーザーが、イギリスのリブリーザーの改良設計に影響を与えた。[ 41 ]多くのイギリスのフロッグマンの呼吸セットは、撃墜されたドイツ空軍機から回収された航空乗組員の呼吸用酸素ボンベを使用していた。これらの呼吸セットの最も初期のものは、改造されたデイビス潜水脱出装置であった可能性がある。そのフルフェイスマスクはジーベ・ゴーマン・サルバス用のタイプであったが、後の作戦では異なる設計が使用され、最初は円形または楕円形、後に長方形(ほぼ平坦だが、横の視界を良くするために側面が後方に湾曲している)の1つの大きなフェイスウィンドウを備えたフルフェイスマスクとなった。初期のイギリスのフロッグマンのリブリーザーは、イタリアのフロッグマンのリブリーザーのように胸部に長方形のカウンターラングを備えていたが、後の設計ではカウンターラングの上部に四角い凹部があり、肩に向かってさらに上に延長できるようになった。前面には吸収缶の周りにクランプで固定するゴム製のカラーがあった。[ 41 ]イギリス軍のダイバーの中には、スラデンスーツと呼ばれる分厚い潜水服を使用していた者もいた。そのスーツの一つのバージョンには、水面上で双眼鏡を目に 当てられるように、両目に跳ね上げ式のフェイスプレートが付いていた。
ドレーゲル社のリブリーザー、特にDM20およびDM40シリーズは、第二次世界大戦中にドイツのヘルメット型潜水兵とフロッグマンによって使用されました。アメリカ海軍のリブリーザーは、クリスチャン・J・ランバーツェン博士によって水中戦闘用に開発されました。[ 45 ] [ 46 ]ランバーツェンは1943年5月17日、海軍兵学校において戦略諜報局海上部隊向けにアメリカ初の閉回路式酸素リブリーザー講習会を開催しました。 [ 46 ] [ 47 ]
第二次世界大戦中および戦後、軍隊では純酸素で許容されるよりも深く潜る必要性が生じました。そのため、少なくともイギリスでは、潜水用酸素リブリーザー(現在のナイトロックス)の一部を改良した、シンプルな定流量「混合リブリーザー」が開発されました。SCBA(スイマー・カヌー用呼吸装置)を改良したSCMBAと、シーベ・ゴーマンCDBAにガス供給シリンダーを追加したCDMBAです。このような装置で潜水する前に、ダイバーは潜水の最大深度(作業深度)、そして体内の酸素消費速度を把握し、それらに基づいてリブリーザーのガス流量を設定する必要がありました。
ダイビングの先駆者であるハンス・ハスは、 1940 年代初頭に ドレーゲルの酸素リブリーザーを水中映画撮影に使用しました。
リブリーザーの軍事的重要性は第二次世界大戦中の海軍作戦で十分に実証されていたため、ほとんどの政府はこの技術を公的に公開することに消極的でした。英国では民間人によるリブリーザーの使用はごくわずかで、BSAC(英国潜水士協会)は会員によるリブリーザーの使用を正式に禁止しました。イタリアのピレリ社とクレッシ・サブ社は当初、スポーツダイビング用のリブリーザーをそれぞれ販売していましたが、しばらくして製造を中止しました。自家製のリブリーザーの中には、洞窟ダイバーが洞窟のサンプに潜るために使用したものもありました。
ほとんどの高所登山者は開放型酸素装置を使用します。1953年のエベレスト遠征では閉鎖型と開放型の両方の酸素装置が使用されました。「ボトル入り酸素」を参照してください。
最終的に冷戦が終結し、1989年に共産圏が崩壊すると、戦闘ダイバーによる破壊工作の危険性が減少し、西側諸国の軍隊が民間のリブリーザーの特許を要求する理由が少なくなり、酸素分圧センサーを備えた自動および半自動のレクリエーションダイビングリブリーザーが登場し始めました。
産業/救助:
その他:
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