インタースピロ DCSC

Interspiro DCSC は、スウェーデンのInterspiro 社が軍事用途向けに製造した半閉回路ナイトロックスリブリーザーです。Interspiro 社は以前は AGA の一部門であり、1950 年代からダイビング、​​消防、救助用途の自給式呼吸装置を製造してきました。

最初の Interspiro リブリーザーは ACSC でした。これは、1980 年代に開発され、販売された、交互に閉回路と半閉回路を繰り返すリブリーザーです。1990 年代にこの設計はさらに開発され、機雷対策を目的とした DCSC になりました。

ガス供給は、ユニットの底部に水平に取り付けられた5リットル200バールのアルミニウムシリンダーで行われ、バルブはダイバーの左側にあります。予備バルブとバイパスバルブも左側にあります。^[1]

部品を収納するフェアリングケースは管状のハーネスフレームにクリップで留められており、右下のノブを引くと外すことができます。^[1]

スクラバーは内向きの流れを持つ放射状円筒形設計で、2.5kgの吸収剤を搭載しています。^[1]

カウンターラングは下端に蝶番で取り付けられたくさび形のベローズで、上部カバーと下部カバーの間の角度は内部容積に比例します。ダイバーが呼吸するときの上部プレートの角度の変化がガス追加機構を制御します。^[1]

ベローズの上部プレートには重りが付いており、内部の空気の揚力は重りによってバランスが取られています。ダイバーが水平にトリムされ、顔を下にすると、重りによって周囲に比べてわずかに正圧が発生します。これにより、カウンターラングとダイバーの肺の深さの差が補正され、呼吸に必要な労力が軽減されます。ダイバーが直立しているときは、重りがヒンジによって支えられるため重りの効果は打ち消されます。ダイバーが水平に顔を上にすると、重りによってベローズにわずかな負圧が発生し、肺と比較してカウンターラングにかかる​​静水圧の増加が補正されます。^[1]

ループのダンプバルブは、排水口としても機能します。カウンターラングはループの呼気側にあります。凝縮水や漏れ水は、スクラバーに到達する前にベローズに閉じ込められ、ベローズの下側プレートに取り付けられたループの排気バルブから排出されます。^[1]

ベローズの容積は約4.5リットル、ループ全体の容積は約7リットルである。^[1]

ガス循環：呼気ホースは右側、吸入は左側から。^[1]

承認された作動深度範囲は0～57mです。約30m以下の深度ではナイトロックス28%が使用され、それより浅い深度では46%が使用されます。^[1]

寸法

質量約33kg ^[1]

DCSC はアクティブ追加型半閉回路リブリーザーですが、供給される供給ガスの量がダイバーの呼吸速度の関数であるという点で、パッシブ追加型システムとの共通点が多くあります。ほとんどのパッシブ追加型リブリーザーとは異なり、ガス供給質量流量は深度に依存せず、ほとんどのアクティブ追加型システムとは異なり、質量流量は一定ではありません。

Interspiro DCSC は、このガス混合制御原理を採用した市販されている唯一のリブリーザーです。動作原理は、各呼吸の量に比例する酸素の質量を追加することです。このアプローチは、ダイバーの容積呼吸速度が代謝酸素消費量に正比例するという仮定に基づいています。実験的証拠は、これが十分に近いことを示しています。^[1] 新鮮なガスの追加は、カウンターラングベローズの容積に比例する投与チャンバーの圧力を制御することによって行われます。投与チャンバーは、ベローズの容積に比例する圧力で新鮮なガスで満たされ、ベローズが空の位置にあるときに圧力が最高になります。呼気中にベローズが満たされると、呼気中のベローズの容積に比例して、投与チャンバーから呼吸回路にガスが放出され、ベローズがいっぱいになると完全に放出されます。ベローズがいっぱいになると、余分なガスは過圧バルブを通じて環境に排出されます。^[1]

その結果、換気量に比例したガスの質量が追加されます。

投与室の容積は特定の供給ガス混合物に合わせて調整されており、ガスが変更されると容積も変更されます。DCSCは28%と46%の2種類の標準ナイトロックス混合物を使用し、対応する投与室が2つあります。^[1]

DCSC は、ループ内の容積の変化に比例するベローズ角度の変化によって、投与チャンバー内の供給ガス圧力を制御します。機械的なリンク機構によってベローズ カバー プレートが振動カムに接続され、振動カムがダイヤフラム スプリングの負荷を制御します。スプリングの力によって投与レギュレータ内のダイヤフラムが制御され、入口バルブと出口バルブが作動します。

呼気によりベローズ角度が増加し、制御スプリングへの負荷が増加し、投与入口バルブが押し開かれ、圧力の増加によりダイヤフラムが持ち上がり、バルブが再び閉じるまでガスが投与チャンバーに流入します。

吸入するとベローズ角度が小さくなり、スプリングの負荷が軽減され、投与チャンバー内の内部圧力によってダイヤフラムがスプリングに抗して持ち上げられ、投与出口バルブが開き、投与チャンバー内の圧力がスプリングの力と一致してダイヤフラムが出口バルブに押し戻されて閉じるまで、ガスが呼吸回路に流れ込みます。

供給ガスは、シリンダーからガスを取り出し、圧力を周囲圧力より 3 bar 高い圧力に下げる、深さ補正型の第 1 段階レギュレーターによって供給されます。ベローズに接続されたリンケージが、投与量レギュレーター内の制御スプリングに対してカムを回転させ、投与量レギュレーターのダイヤフラムのスプリング力を調整します。

投与機構へのガス供給が警告なしに停止した場合、ガスの添加が停止し、ダイバーはループガス内の酸素を使い果たして低酸素状態になり、意識を失うことになります。これを防ぐために、ループの吸入側には制御可能な流量制限があり、投与機構内の供給ガスの圧力によって作動します。投与機構に適切な動作圧力があるときはこの制限が開いていますが、この圧力が低下すると、流量警告システムが吸入ガスの流量を制限します。これは、供給圧力が低い場合の開回路デマンドバルブへの影響に似ており、ダイバーに供給ガス供給に障害があることを警告します。その後、ダイバーはシリンダーバルブの予備機構を作動させて、シリンダーの最後の 25 bar を使用できるようになり、警告制限が解除されます。ガス供給が不十分なままの場合、ダイバーは独立した開回路ガス供給に脱出するなど、他の措置を講じる必要があります。

ガスの計算は、他の半閉鎖回路式リブリーザーとは異なります。有酸素運動中の一定の作業負荷を持つダイバーは、呼吸1分間量の割合としてほぼ一定の量の酸素を使用します。この1分間の換気量と酸素摂取量の比率は抽出率と呼ばれ、通常は17～25の範囲にあり、健康な人間の正常値は約20です。10ほど低い値から30ほど高い値まで測定されています。^[2]変動は、ダイバーの食事やダイバーと装備の死腔、二酸化炭素レベルの上昇、または呼吸仕事量の増加と二酸化炭素に対する耐性によって引き起こされる可能性があります。 ${\displaystyle V_{O_{2}}}$${\displaystyle V_{RM}}$${\displaystyle K_{E}}$

${\displaystyle K_{E}={\frac {V_{RM}}{V_{O_{2}}}}$（約20）

したがって、呼吸分時換気量は、抽出率と酸素摂取量の関数として表すことができます。

${\displaystyle V_{RM}=K_{E}*V_{O_{2}}}$

呼吸回路内のガスの量はほぼ一定であると説明でき、新鮮なガスの追加は、排出された量、代謝によって除去された酸素、および深度の変化による量の変化の合計とバランスをとる必要があります。（混合物に追加された代謝二酸化炭素はスクラバーによって除去されるため、方程式には影響しません）

DCSC 内の酸素分圧は、投与量調整器を通る供給ガスの流量とダイバーの酸素消費量によって制御されます。この場合、排出速度は供給速度から酸素消費量を引いた値に等しくなります。

呼吸回路内の酸素分率の変化は次の式で表すことができます。 ^[3]${\displaystyle dF_{O_{2}ループ}}$

${\displaystyle V_{loop}*dF_{O_{2}loop}=(Q_{feed}*F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}-(Q_{feed}-V_{O_{2}})*F_{O_{2}loop})dt}$

どこ：

${\displaystyle V_{loop}}$= 呼吸回路の容積

${\displaystyle Q_{feed}}$= オリフィスから供給される新鮮なガスの流量

${\displaystyle F_{O_{2}フィード}}$= 供給ガス中の酸素分率

${\displaystyle V_{O_{2}}}$= ダイバーの酸素摂取流量

これにより、次の微分方程式が導かれます。

${\displaystyle {\frac {dF_{O_{2}loop}}{dt}}={\frac {(Q_{feed}*F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}(t)-(Q_{feed}-V_{O_{2}})*F_{O_{2}loop}(t))}{V_{loop}}$

解決策:

${\displaystyle F_{O_{2}loop}(t)={\frac {Q_{feed}*F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}}{Q_{feed}-V_{O_{2}}}}+(F_{O_{2}loop}^{start}-{\frac {Q_{feed}*F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}}}{Q_{feed}-V_{O_{2}}}})*e^{-{\frac {Q_{feed}-V_{O_{2}}}{V_{loop}}t}}$

定常状態と過渡状態から構成されます。

ほとんどの計算では定常状態の項で十分です。

呼吸回路内の定常酸素分率は次の式で計算できる：^[3]${\displaystyle F_{O_{2}ループ}}$

${\displaystyle F_{O_{2}ループ}={\frac {(Q_{フィード}*F_{O_{2}フィード}-V_{O_{2}})}{(Q_{フィード}-V_{O_{2}})}}}$

どこ：

${\displaystyle Q_{feed}}$= オリフィスから供給される新鮮なガスの流量

${\displaystyle V_{O_{2}}}$= ダイバーの酸素摂取流量

${\displaystyle F_{O_{2}フィード}}$= 供給ガスの酸素分率

一貫した単位系で。

酸素消費量は独立変数であるため、固定供給速度では、任意の深さで可能な酸素分率の範囲が与えられます。安全のため、最大および最小の酸素消費量と予想速度の酸素分率を計算することで、範囲を決定できます。

供給ガス流量は、表面圧力での呼吸分時換気量と、投与チャンバーの容積に基づく投与率の関数です。投与率の値は、大チャンバーの場合は 60%、小チャンバーの場合は 30% です。

${\displaystyle Q_{給餌量}=K_{投与量}*V_{RM}}$

最初の式をこれに代入すると次のようになります。

${\displaystyle Q_{給餌量}=K_{投与量}*K_{E}*V_{O_{2}}}$

これを定常状態の項に代入すると次のようになります。

${\displaystyle F_{O_{2}ループ}={\frac {(K_{投与量}*K_{E}*V_{O_{2}}*F_{O_{2}フィード}-V_{O_{2} })}{(K_{投与量}*K_{E}*V_{O_{2}}-V_{O_{2}})}}}$

簡単に言うと次のようになります。

${\displaystyle F_{O_{2}ループ}={\frac {(K_{投与量}*K_{E}*F_{O_{2}供給量}-1)}{(K_{投与量}*K_{E}*-1)}}}$

これは、深度や酸素摂取量に依存しないことを示しており、ガスを選択したら投与率は一定であるため、残りの変動は抽出率の変動によるものであることは明らかです。これは、DCSC が理論的には半閉鎖式リブリーザーの中で最も安定した酸素分率を持ち、減圧目的のオープンサーキットの妥当な近似値であることを意味します。^[1] このユニットは、スウェーデン軍によって 15 年以上使用されており、良好な安全記録があります。ただし、28% ナイトロックス供給ガスを使用したダイビングで減圧のためにエアテーブルを使用すると、ダイビング後の静脈ガス塞栓 (VGE) スコアが高くなることで、大きな減圧ストレスが発生することが示されています。これらのテスト中、ループ内の酸素分率は監視されませんでした。^[4]

予備バルブは約 25 bar で作動します。200 bar の 5 リットル シリンダーでは、1 bar で約 (200-25)*5 リットル = 875 の自由ガスがダイビングに利用できます。中程度のハードワークをしているダイバーの場合^[5] 、 28% ナイトロックスを投与率 0.6 で使用して 30 L/分の RMV でガスを使い切ると、875/(30*0.6) = 48 分かかります。投与率 0.3 の 46% ナイトロックスは、875/(30*0.3) = 97 分持続します。軽作業の場合の 15 L/分の RMV ^[5]では、これらの時間が 2 倍になります。

スクラバーの容量はソーダ石灰2.5kgです。1kgあたり100リットルのCO2という控えめな値を使用すると_、スクラバーの容量は2.5×100 = 250リットルのCO2になります_。抽出率が1/20で投与率が0.3の場合、ダイバーは約875/0.3×1/20 = 146リットルの二酸化炭素を生成し、スクラバーによって持久力が制限されないことを示しています。^[1]

• リブリーザー – 呼吸ガスをリサイクルする携帯型装置