РЕБРИДЕРИ

Ребридерът е вид апарат за дишане който рециклира издишаният въздух и го обогатява с кислород. Това рециклиране намалява обема на използвания въздух, правейки ребридера лек и по компактен отколкото системите с отворен цикъл за същото време и среда където хората не могат да дишат сигурно атмосферен въздух. Във въоражените сили понякога е наречен "CCUBA" (Closed Circuit Underwater Breathing Apparatus).

Технологията на ребридера се използва във всяка една среда:
Под вода – когато има нужда да се прекара повече време под водата без смяна на бутилки, за достигане на по-големи дълбочини с възможност за прецизен контрол върху въздушната смес.
В мините и индустрията – където може да има отровни газове или може да липсва кислород.
В космоса – където е вакуум и няма кислород който да поддържа живот.
В болници – за да осигури контролно дишане на пазиенти и да не се допуска издишания въздух да попада в атмосферата дишана от околоните.
Подводници и барокамери – където въздухът трябва да е сигурен. Тук ребридера е голям и е свързан с всички помещения.
Тук разглеждаме основно ребридера, използван под вода.
Когато човек диша, тялото консумира кислород и произвежда въглероден диоксид. Човек, използващ система с отворен цикъл, използва обикновено по-малко от половината кислород във въздуха, който е вдишал. Останалото, което издишва, е азот и въглероден диоксид.
Чрез ребридера, издишвания газ не се губи. Ребридера връща издишания газ за повторна употреба. Абсорбира въглеродния диоксид, който иначе причинява отравяне. Прибавя кислород от отделна бутилка за да възстанови консумирания. Така газът става годен за дишане отново. Въглеродният диоксид от издишания въздух се абсорбира в отделен цилиндър пълен с химично вещество, като Sofnalime или Dragersorb. Тези абсорбенти могат да съдържат малки количества soda lime, но не са толкова токсични. Чистият кислород не се препоръчва за любителски гмуркания под 6 метра, затова използваните ребридери имат бутилка с въздух за разреждане за да намали процентното съдържание на дишания кислород и позволяват да се гмуркаме на по-големи дълбочини.

История на ребридерите

Около 1620 в Англия, Корнелиус Дребел създава подводница задвижвана от гребла. Архивите показват че, обогатявал въздухът вътре с кислород, създаден чрез нагряването на силитра (калиев нитрат) в метален съд за да отделя кислород. По този начин силитрата се превръща в калиев оксид или хидрооксид, което означава, че трябва да обсорбира въглеродния диоксид в околния въздух. Това обяснява защо хората на Дребел били по-малко засегнати от въглеродния диоксид отколкото се очаквало. Ако е така, той случайно е създал един ранен и груб ребридер приблизително три десетилетия преди Флуйс и Дейвис.
Първото известно устройство със затворен цикъл на дишане, използващо източник на кислород и абсорбиране на въглеродния диоксид чрез абсорбент (в случая сода каустик), е било създадено от Хенри Флуйс през 1879 г., за да се спасяват миньори попаднали в капан от вода.
Спасителният комплект на Дейвис е бил първият ребридер, който е бил практически използван и количествено произвеждан. Бил е създаден през около 1900 г. в Англия за спасително средство от потънали подводници. Има различни кислородни ребридери (като например Siebe Gorman Salvus и the Siebe Gorman Proto), които са създадени на базата на този.
Италиански харпунджии са първите, които системно са използвали ребридери през 1930та. Това привлякло вниманието на итлианските военноморски части и те създали своя подводен разузнавач, който оказал голям ефект през Втората световна война.
Залавянето на италиански подводен разузнавач от английски военни, дава тласък в развитието на военните им ребридери. Много от английските кислородни бутилки, използвани в ребридерите, били взети от свалени германски самолети. Тези първи ребридери били на основата на спасителния комплект на Дейвис.; техните целолицеви маски били от вида, използван в Siebe Gorman Salvus. По-късно всички тези неща били променени, основно чрез една целолицева маска с цяло стъкло отпред. Имало и версия, където стъклото се вдигало, за да може да се използва бинокъл на повърхността. Използвали огромни и дебели водолазни костюми наречени „Sladen suits”. Първите британски военни ребридери имали правоъгълна камера за дишане, закачена на гърдите на водолаза, също като италианските; по-късните британски модели вече били с квадратна форма на камерата.
Американските военни ребридери били създадени от Д-р Критиян Дж. Лембърщийн в началото на 1940 за подводни военни действия. Д-р Лембърщийн, който по това време работил в университета в Пенсилвания, е смятан от американските военноморски служби за "баща на подводния разузнавач". Информацията за първите американски военни ребридери е оскъдна, тъй като са били засекретени.

Нововъведения в ребридерите при любителски гмуркания

През последните 10-15 години технологията на ребридерите е напреднала значително, основно заради увеличилия се пазар на водолазно оборудване. Нововъведенията включват:
Електронни, с напълно затворен цикъл, използващи електроника и електро-галванични горивни клетки, които показват процента на кислорода и регулирането на парциалното му налягане в подаваната газова смес
Автоматични разреждащи клапани, които регулират дихателната смес, като вкарват разреждащ газ, за да може водолазът да диша спокойно, ако кислородът в сместа нарастне
Вградени компютри, показващи деко стоповете – позволява на водолазите да направят оптимален декопресионен план за постигането на идеална газова смес при ребридери с напълно затворен цикъл. Чрез регулиране съдържанието на кислорода в сместта, те могат да премахнат инертните газове и да създадат план на декомпресионните стопове.
Датчици за абсорбаторите на въглеродния диоксид – показващи кога абсорбентът е изхабен и за смяна


Приимущества на гмуркането с ребридер

Основното приимущество на ребридера е, че той е много икономичен от гледна точка на използвания газ. С обикновено водолазно оборудване, всичко издишано отива във водата. Вдишването при отворената система става от бутилките, обикновено пълни с газова смес с 21% кислород. След като се издиша обратно, той все още има около 15 – 16 % кислород. Следователно използваният кислород е само 25 %, останалите 75 % се губят.
На по-големи дълбочини, преимуществата на ребридера са още по-изявени. Количеството на CO2 във вдишания газ не винаги е постоянно, но е с постоянно парциално налягане от около 0.04 бара. Количеството на кислорода, използван при всяко вдишане, е горе-долу същото – и тъй като заобикалящото ни налягане се увеличава (резултат от това, че отива все по-надълбоко), процентът на кислород, използван при всяко вдишване, намалява. На 30 m (100 ft) издишаният кислород е около 20 % и около 1 % CO2. Следователно приимуществата са в самия контрол върху процентното съдържание на кислорода.
Допълнителни преимущества
Дългите или дълбоководните гмуркания с обикновенно водолазно оборудване може да не са осъществими, тъй като има лимит за броя и теглото на водолазните бутилки, които водолазът може да носи. Намалената консумация на газ при ребридерите е полезна при газови смеси, съдържащи скъпи газове като хелий. Обикновено се използва само кислород, а малките количества от скъпи инертни газове могат да бъдат използвани за много гмуркания.
Други предимства
Електронният ребридер със затворен цикъл на дишане, е способен да намали пропорциите на инертните газове в сместта за дишане, което води до намалени изисквания към декомпресионните спирания на водолаза, чрез поддържането на определени и значително високи нива на кислорода при всички дълбочини. Дишаният въздух от ребридера е топъл и влажен, за разлика от сухия и студен при обикновеното оборудване, което го прави по-комфортен за дишане при дълги гмуркания. Освен това предотвратява дехидратацията на водолаза.
Ребридерите произвеждат много малко мехури и са много по-безшумни от обикновеното водолазно оборудване; това касае обикновено военните водолази и позволява на подводните биолози и фотографи да не плашат подводните обитатели и да могат да се приближат по-близко до тях.




Части на ребридера

„Верига”
Въпреки, че има няколко вида ребридери, всички видове имат газова „верига”, от която водолазът вдишва и издишва. Тя се състои от няколко компонента, навързани един с друг. Водолазът диша през захапка или целолицева маска. Tя е свързана с един или повече контейнера, които пренасят въздуха до и от дихателната торба. Тя задържа въздуха, когато водолазът не го вдишва. Веригата включва и контейнер с абсорбент на въглероден диоксид, който се абсорбира от въздуха, издишан от водолаза. Прикачена към тази верига има най-малко един клапан, позволяващ вкарването на газове, като например кислород и клапан с газ за разреждане. Може да има и клапани, позволяващи изхвърлянето на газове от тази верига.
Най-модерните ребридери имат захапка или целолицева маска с два маркуча, при които има еднопосочни клапани, позволяващи въздухът да се движи само в една посока. Други имат единичен маркуч, където вдишаният и издишаният въздух минава през едно и също място в две посоки. Захапката често има клапан, позволяващ на водолаза да я пусне, докато е под водата или на повърхността, без да влезе вода вътре. Много ребридери имат така наречените "water traps", които не позволяват на големи количества вода да влязат във „веригата”, ако водолазът пусне захапката под водата, без да затвори клапана, или ако устните му се отпуснат и през тях проникне вода.
Дихателна торба
Под водата, позицията на дихателната торба е на гърдите, върху раменете или на гърба и това оказва влияние върху дишането. За използването извън вода, това няма толкова голямо знаение: например, в индустриалните версии на Siebe Gorman Salvus дихателната торба виси отстрани на лявото бедро.

Ребридер, на който дихателната торба е от гума и не е защитена, трябва да се пази от директна слънчева светлина, когато не се използва, за да се предотврати изгарянето на гумата.

Регулатор

Някои ребридери имат обикновен регулатор, свързан към бутилката с разреждащ газ, което позволява на водолаза да диша през нея ако се наложи. Това позволява да се изплува на различни газови източници. Повечето инструктори обучават студентите си да носят аварийна бутилка с въздух и регулатор, като алтернативен източник на въздух. Този алтернативен източник е ключова тема за дискусия при гмуркането с ребридер, тъй като когато почне да се увеличава дълбочината, това става критична точка в планирането, особено за техническото гмуркане.

Кутия

На много от ребридерите основните им компоненти са в твърда кутия, стояща на гърба на водолаза като раница. Тази кутия трябва да бъде вентилирана, за да може водата и въздухът да влизат и излизат свободно и да позволява на дихателната торба да променя обема си(при вдишване и издишане). При водолазните ребридери това трябва да са доста големи отвори, особено на дъното, за да може когато водолаза излезе от водата, тя да изтече навън. Кутията SEFA, който се използва при спасителни минни операции, е напълно запечатан, с изключение на голям вентилационен отвор, покрит с много ситна метална мрежа, отвор за крана на кислородната бутилка и за манометъра й, за да не допуска прах и камъни да влязат в нея. Под вода тази кутия играе роля и за обтегаемостта на водолаза, както е при IDA71 и Cis-Lunar.

Изчистване на въглеродни диоксид

Издишаната смес преминава през химическо изчистване, което премахва въглеродния диоксид от газовата смес, а оставя кислорода и другите газове за повторно дишане. Активният компонент на абсорбента често е Sofnolime. Въглеродният диоксид се задържа от абсорбента в контейнера. Химичната реакция е екзотермична, което води до отделяне на определено количество топлина
.
Повреда в абсорбента

Думата "пробив" означава активният компонент да престане или значително да намали пречистването на въглеродния диоксид. Има няколко начина абсорбента да се повреди и да намали ефективността си:
Пълна консумация на активния елемент ("пробив").
Контейнерът с абсорбента е неправилно монтиран на мястото си, това кара издишаният въздух да игнорира абсорбента. В контейнера активният елемент трябва да бъде уплътнен, така че издишаният газ да бъде с много голяма близост до гранулите на активния елемент, а „веригата” е така проектирана, че да не допуска каквито и да било празни пространства между гранулите и стените на контейнера, което предпазва газът от липса на контакт с активната повърхност. Ако някой от уплътненията, които предпазват абсорбента, не са чисти, смазани или не пасват правилно, абсорбентът ще бъде по-малко ефективен и външен газ или вода може да проникне във „веригата”.
Когато газовите смеси са под налягане, причинено от дълбочини, вътрешната страна на контейнерът с абсорбента може да се покрие с молекули на други газове (кислород или разреждащ газ) и молекулите на въглеродният диоксид нямат свободата да се движат навсякъде в абсорбента. При дълбоководни спускания, абсорбента трябва да е по-голям, отколкото е нужно при плитки води или при индустриален кислороден ребридер, заради този ефект.
„Химичен коктейл” – активният елемент(Sofnolime) е каустичен и може да причини изгаряне на очите и кожата. "Каустичен коктейл" е смес от вода и Sofnolime, която се получава когато абсорбента се намокри. Това придава на въздухът варовит вкус, който трябва да предупреди водолазът да смени източника на въздух с алтернативен и да промие устата си с вода. Много модерни абсорбенти за ребридери са създадени така, че да не предизвикват "коктейл" ако се намокрят.

Предотвратяване на пробив

Това става чрез:
Багрилно вещество в активния елемент, което сменя цвета си когато дойде време за смяна на абсорбента. Например, абсорбентът за ребридери "Protosorb", използван при Siebe Gorman има червено багрило, което става бяло, когато абсорбентът се изхаби. При прозрачен контейнер, това може да покаже началото на активната повърхност на реакцията. Това е полезно в суха среда, но не може да се използва при оборудване където:
- Прозраният контейнер е лесно чуплив.
- При отваряне на контейнера влезе вода или някакъв друг газ, което прави абсорбента неизползваем.
- Контейнерът не е пред погледа на водолаза, например: вътре в дихателната торба или отзад в раницата.
Наблюдение на температурата. Тъй като реакцията между въглеродният диоксид и активния елемент е екзотермична, температурни сензори, най-често дигитални, по дължина на абсорбента, могат да се използват за да се измери активната площ на реакцията и следователно живота на абсорбента.

Подготовка на водолазите

Водолазите се обучават да наблюдават и да планират подмяната на активното вещество в точно определени граници от време. В миналото не е имало ефективна технология за засичане края живота на абсорбента или опасното увеличение на концентрацията на въглеродния диоксид, причиняващ отравяне. Водолазът трябва да наблюдава абсорбента на външен вид и да го смени ако е нужно.
Сензори за въглероден диоксид съществуват, но не са достатъчно чувствителни, за да се използват в ребридерите – пробивът в абсорбента настъпва доста рязко и водолазът показва симптоми, още преди уреда да е засякъл опасното увеличение на въглеродния диоксид. Дори ако се създаде такъв чувствителен уред, той няма да е полезен така както нормалния начин за наблюдение на живота на абсорбента, когато е под водата и където се правят дълги гмуркания с продължителни стопове за декомпресия, знаейки че ребридера ще предостави отровен газ пет минути преди това, а водолазът има още много време за декомпресия.
Ефективност
При гмурканията с ребридер, обикновено живота на абсорбента е от около час и половина до няколко часа, в зависимост от гранулите и конфигурацията на активното вещество, околната температура, вида на ребридера и размера на контейнера. В някои сухи помещения, като барокамери или болници, може да подмениш абсорбента с нов, ако се получи пробив.
Контролиране на газовата смес
Основно изискване за един ребридер е количеството на кислорода в газовата смес да се поддържа постоянно, технически наречено – парциално налягане на кислорода (ppO2) и да не се допуска то да падне (причинявайки аноксия и хипоксия) или да е прекалено високо (причинявайки кислородна токсичност).
При хората, нуждата да дишаш се поражда по-скоро от въглеродния диоксид, отколкото от липсата на кислород . При използването на ребридер, въглеродният диоксид се премахва от газовата смес чрез абсорбент, подтискайки естествената нужда да дишаш. Резултатът е сериозна хипоксия, причиняваща леки причернявания. Това я прави смъртоносен проблем за водолазите, използващи ребридери.
При много ребридери водолазът може да контролира газовата смес и обемът ъ във „веригата”, ръчно пускайки всеки от газовете. Веригата често има изпускащ клапан, предпазвайки водолаза от прекалено високо налягане в нея.
В някой от първите ребридери водолазът е трябвало ръчно да отваря и затваря крана на кислородната бутилка, за да пълни дихателната торба. При други кислородът се е държал постоянно пуснат чрез клапан, който го регулира. Имало е и ръчен (включено/изключено) клапан, байпас. В повечето съвременни ребридери налягането в дихателната торба контролира налягането на подавания газ например, опитвайки се да дишаме от празна торба кара бутилката да освободи повече газ. Най-модерните ребридери имат електро-галванични горивни клетки, сензори и електроника, която показва ppO2, вкарва повече кислород ако се налага и предупреждава водолаза, ако ppO2 е в рисково високи или ниски граници.
Основни модели кислородни ребридери
Кислороден ребридер
Това е най-старият вид ребридер, който се използва основно от военните в началото на ХХ век. Единственият газ, който предоставя е кислород. И тъй като чистият кислород е токсичен, когато се вдишва под налягане, тези ребридери имат лимит до 6 метра (20 фута). Понякога кислородните ребридери се използват за декомпресионни стопове при дълбоководни гмуркания с апарати с отворен цикъл, тъй като дишането на чист кислород кара азота от кръвта по-бързо да се разсее.
В някой ребридери като например Siebe Gorman Salvus, кислородният цилиндър има две паралелно разположени първи степени. Едната е за постоянния поток, другата е кран (вкючено/изключено), байпас. И двата са вързани към дихателната торба. При Salvus няма втора степен и газът се спира направо от цилиндъра. Някои прости кислородни ребридери нямат клапан за постоянен поток, а само байпас, и водолазът трябва да работи с този клапан на интервали, за да допълва дихателната торба.

Ребридери с полузатворен цикъл

При обикновените и военните водолази са широко използвани, тъй като с доста евтино оборудване може да стоите дълго под водата. Обикновено тези ребридери предоставят един газ за дишане, като обикновен въздух, нитрокс или тримикс. Газът е с постоянно подаване а излишният се отделя от веригата на малки интервали.
Водолазът трябва да пълни бутилките с газова смес, чиято максимална дълбочина да бъде съобразена с тази, на която ще се гмурка. И тъй като нужният на водолаза кислород се увеличава с увеличаването на дълбочината, подаването на кислорода трябва да бъде внимателно избрано и контролирано, за да се избегне кислородна токсичност или хипоксия.

Ребридери с напълно затворен цикъл

Военните, фотографите и любителите ги използват, тъй като осигуряват дълго време под водата и не произвеждат мехури. Тези ребридери обикновено работят с два газови източника: единият е чист кислород, а другият е разредител или разреждащ газ, като обикновен въздух, нитрокс или тримикс.
В напълно автоматизираните затворени системи, механизъм вкарва кислород когато засече, че парциалното му налягане във веригата падне опасно ниско. Често този механизъм е електрическо реле със чувствителни на кислород електро-галванични горивни клетки, наречени „ppO2 метър”, за да измерват концентрацията на кислорода във веригата.
Водолазът трябва да може и ръчно да контолира газовата смес, като прибавя разредител или кислород. Добавянето на разредител може да предпази газът да стане прекалено обогатен на кислород. Но ръчното прибавяне на кислород във веригата може да бъде прекалено рисково, тъй като и в малки количества той може да насити прекалено много газовата смес.

Ребридери чиито абсорбент отделя кислород

Има няколко вида ребридери (например Oxylite), при които камерата за абсорбиране е пълна с калиев супероксид, който отделя кислород при абсорбирането на въглероден диоксид: 4KO2 + 2CO2 = 2K2CO3 + 3O2; имат много малка бутилка с кислород, която да пълни системата в началото на гмуркането. Тази система е опасна, тъй като реакцията е екзотермична и експлозивна ако влезе вода при калиевия хипероксид. Руския „IDA71” военен ребридер е проектиран да работи по този начин.

Йонко Димитров