リブリーザー

リブリーザー

完全閉鎖回路の電子リブリーザー ( 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、自給式呼吸器、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、ほとんど使用されなかった酸素と、存在する場合は使用されなかった不活性ガスを再呼吸（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、吐き出され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。目的は、限られたガス供給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によって生成される気泡を除去することです。他のシステムに比べて後者の利点は、潜水兵による秘密軍事作戦や、水中の野生生物を邪魔されずに観察するのに役立ちます。リブリーザーは、一般的に、使用者が携帯するポータブル装置であると理解されています。車両または非移動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、呼吸ガスの供給が制限される場所、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場合があります。

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、ダイビング用のリブリーザーは、一次ガス供給と緊急ガス供給の両方の設備を備えた自己完結型の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する可能性がある産業用途、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、酸素分圧が低い高高度での高所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や高高度パラシュート降下、地球の大気圏外での船外活動用の宇宙服に使用されています。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が、その一部は、使用するリブリーザーの用途とタイプによって異なります。質量と容積は、状況に応じてオープンサーキットより大きくなったり小さくなったりします。電子制御ダイビングリブリーザーは、プログラム可能な上限と下限、または設定点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、ダイビング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/分の酸素が必要であり、健康で一生懸命働いている人の場合、95 L/分の速度で呼吸しても、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}大気圧での吸入量の約 4% ～ 5% 、または海面で利用可能な酸素の約 20%です。海面での呼気中には、およそ 13.5% ～ 16% の酸素が含まれています。^[2]

呼吸ガスの酸素分率が高いほど酸素の無駄遣いがさらに進み、水中ダイビングでは深度による呼吸ガスの圧縮により、吐き出したガスの再循環がさらに望ましくなり、開放回路のガスのさらに多くの割合が無駄になります。同じガスを再呼吸し続けると、意識を維持できなくなり、最終的には生命を維持できないレベルまで酸素が枯渇するため、必要な酸素濃度を維持するために、酸素を含むガスを呼吸ガスに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った場合、二酸化炭素はリサイクル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、急速に高炭酸ガス血症、つまり二酸化炭素中毒の次の段階に発展します。代謝産物である二酸化炭素（CO ₂）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、血液中のCO ₂濃度によって引き起こされるため、吸入ガス中のCO _{2のわずかな蓄積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、再呼吸者は二酸化炭素スクラバーと呼ばれる部品でCO _{2 を}除去する必要があります。^[4]

代謝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]

リブリーザーの耐久性、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、使用者によって生成される二酸化炭素を除去するスクラバーの能力に依存します。二酸化炭素は代謝酸素消費の産物ですが、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、ガス密度の増加による呼吸仕事量の増加を除いて、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 システムと呼ばれます。

振り子構成では、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い込み、吐き出し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あり、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の間の流路はす​​べてデッドスペースです。デッドスペースとは、リブリーザーによって変更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枯渇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、呼吸ホースの容量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い込み、2 本目のホースから吐き出します。吐き出されたガスは片側からスクラバーに流入し、反対側から排出されます。スクラバーの両側に 1 つの大きなカウンターラングがある場合もあれば、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 2 つある場合もあります。流れは一方向で、逆止弁によって強制されます。逆止弁は通常、呼吸ホースがマウスピースと結合する部分にあります。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、これはホースの容量によって影響を受けません。^[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できた気密性のある袋で、吐き出されたガスを再び吸い込むまでその量を保持します。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 つずつある場合もあります。カウンターラングにより、スクラバーを通るガスの流量がより均一になり、呼吸作業が軽減され、滞留時間がより一定になるためスクラバーの効率が向上します。

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、呼気が通過して二酸化炭素を除去します。吸収材は粒状の場合もあれば、成型カートリッジの形状の場合もあります。^[7]粒状吸収材は、石灰の塊を砕いて粒を大きさで分類するか、粒を一定の大きさと形状に成型することによって製造されます。^[8]スクラバーを通るガスの流れは、ループリブリーザーの場合は一方向、振り子式リブリーザーの場合は両方向になります。スクラバーキャニスターには通常、片側に入口があり、反対側に出口があります。

一般的な吸収剤はソーダ石灰で、これは水酸化カルシウムCa(OH) ₂と水酸化ナトリウムNaOHからできています。ソーダ石灰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こともあります。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一緒に使用する場合、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石灰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こともあります。色が変わると吸収剤が二酸化炭素で飽和状態に達し、交換する必要があることが示されます。^[8]

二酸化炭素は水または水蒸気と化合して弱炭酸を生成します: CO ₂ + H ₂ O –> H ₂ CO ₃。これが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、炭酸が水酸化ナトリウムと発熱反応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、炭酸ナトリウムが消石灰（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。水酸化ナトリウムはその後、さらに多くの炭酸と反応するために再び利用可能になります。^[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しますが、これは冷たい水中でのダイビングや高高度での登山には適していますが、暑い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、低質量が重要な場所で使用されることがあります。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]

ポータブル リブリーザーで時々使用される二酸化炭素除去の別の方法は、二酸化炭素を凍結することです。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て酸素をガスに変換します。このガスは二酸化炭素を凍結するのに十分な量です。このプロセスではガスも冷却されますが、これは常に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または呼吸チューブは、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。これらは、リブリーザー装置の一部であることもある低圧、中圧、高圧ホースとは区別されます。これらのホースは、機器の動作範囲内の大気圧下での流体抵抗を最小限に抑えるのに十分な広さの内径を持ち、通常は断面が円形で、チューブが折れ曲がることなくユーザーの頭を動かせるように波形になっている場合があります。^[6]

各端部は隣接する部品と気密に接続されており、ループシステム内でガスが適切に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、または強化または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、ゴムを擦り傷から保護しますが、汚染物質を洗い流すのが難しくなります。^[6]呼吸用ホースには通常、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、裂け目や穴が開いた場合に現場での修理が容易な利点があり、らせん状の波形は、洗浄後に効率的に排水できます。^[10]

呼吸ホースは通常、使用者の頭がどのような姿勢であっても装置を頭部に接続できるほどの長さですが、不必要に長くしてはいけません。不必要に長くすると、重量が増加し、流体抵抗が増加し、物に引っかかる危険があり、振り子式リブリーザーに余分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、ダイバーの肩に結び付けるか、マウスピースへの負荷を最小限に抑えるために中性浮力になるようにバラストで固定することができます。

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、ユーザーはハンズフリーでユニットから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、場合によっては液体酸素として貯蔵され、連続的に、またはユーザーが酸素添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内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内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、気体酸素を大気圧の呼吸容積に供給する。

呼吸ボリューム内のガスの流れ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。バルブには次のものがあります。

• ループリブリーザーの呼吸ループ内の逆止弁は、一方向の流れを強制してデッドスペースを最小限に抑えます。
• ダイビングリブリーザーのダイビング/サーフェスバルブ。マウスピースが取り外されているとき、またはユーザーが水面で周囲の空気を呼吸することを選択したときに、呼吸容積内に水が入るのを防ぎます。
• ガス供給バルブ（シリンダーバルブを含む）は、シリンダーから高圧ガスを流すためのものです。ユーザーが手動で操作して補給ガスを直接供給したり、圧力調整器にガスを供給して圧力を周囲圧力より数バール高い値に下げ、この中間圧力ガスをガス供給システムに供給したりします。ガス供給システムには、次の 1 つ以上が含まれます。
  • 手動操作式給水バルブ、
  • 一定質量流量オリフィスまたはニードルバルブ、連続供給用
  • カウンターラングの容量が低すぎて呼吸ボリュームの圧力が周囲圧力を下回った場合に自動的にガスを追加するデマンドバルブ。
• 過剰ガスを放出する過圧バルブ。これは主にダイビングリブリーザーで、浮上中の膨張を補正するために使用されます。過剰ガスは、フルフェイスマスクのスカートシールから、またはマウスピース使用時に鼻から排出されることもあります。

酸素センサーは、混合ガス再呼吸器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、酸素再呼吸器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ダイビング用リブリーザーと、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での大幅に低い周囲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できます。ダイビング用リブリーザーは、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ことが多いのに対し、常圧および低圧下での用途では、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、機能原理によって、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。

• 閉回路リブリーザー: 閉回路リブリーザーは、代謝プロセスで消費される酸素を補うためにループガスに酸素を追加します。これらのプロセスでは希釈ガスは使用されないため、意図的な排出、フラッシング、または周囲圧力の変化などの他の理由でループの容積が減少する場合を除き、希釈ガスは追加されません。圧力低下中にループが膨張した場合、または過剰に追加された場合に、ガスはループから排出されます。^{[引用が必要]}
• 半閉回路リブリーザー（ガスエクステンダーとも呼ばれる）: 半閉回路リブリーザーは、ループガスをほぼ一定量排出するか、ループに常にガスを追加するため、容積を補うために希釈剤と酸素の両方の流入が必要になります。周囲圧力の変化により、作業容積を維持するためにループ内のガスの数（質量）も変化する必要があります。^[要出典]

これは最も初期のタイプのリブリーザーであり、 20世紀初頭から海軍の​​潜水艦脱出や浅瀬での潜水作業、機雷救助、高高度登山や飛行、産業用途で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の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る。1つは定流量式で、もう1つはバイパス弁と呼ばれる手動のオン/オフ弁である。両方ともカウンターラングに酸素を供給する同じホースに供給する。^[12]その他は、カウンターラングのデマンド弁を介して供給される。これにより、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ときはいつでもガスが追加される。デマンド弁を作動させるボタンによって酸素を手動で追加することもできる。^[13]一部の単純な酸素リブリーザーには自動供給システムがなく、手動供給弁のみがあり、ダイバーは酸素の量が快適なレベル以下に減少すると、間隔を置いて弁を操作して呼吸バッグを補充する必要がありました。

酸素リブリーザー以外のすべてのリブリーザーは、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見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剤（通常は窒素とヘリウム）を含む呼吸可能な混合物であり、酸素が消費されると、ループ内の呼吸可能な酸素分圧を維持するのに十分な混合物を追加することで補充される半閉回路リブリーザーと、2つの並列ガス供給（ガスの大部分を供給しリサイクルされる希釈剤と、代謝によって消費される酸素）が使用される閉回路リブリーザーに分類できます。二酸化炭素は廃棄物と見なされ、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とき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：オキシライト） 。4KO ₂ + 2CO ₂ = 2K ₂ CO ₃ + 3O _2。使用開始時にループを充填してパージするために、小容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、より成功した用途は宇宙服、消防、鉱山救助である。^[15]

液体酸素供給は、酸素または混合ガス再呼吸器に使用できます。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。このタイプ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、このタイプのダイビングセットは熱伝導要件が相反するため、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。このタイプの例は次のとおりです。

• ブラケットのエアロフォア
• エアロロックス^[16]

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。

• 水中–自給式呼吸装置として、ダイバーが周囲の水に呼吸ガスを吐き出す「オープンサーキットスキューバ」とは対照的に、「クローズドサーキットスキューバ」と呼ばれることもあります。 ^[17] 水面供給ダイビング装置には、水面供給呼吸ガスを水面に戻して洗浄するガス回収システムとして、またはダイバーが携帯するガスエクステンダーとして、リブリーザー技術が組み込まれている場合があります。 ^{[18] [19]}リブリーザーは、スキューバダイビングまたは水面供給ダイビングのいずれにおいても、自給式ダイバーベイルアウトシステムとして使用できます。 ^[20]
• 鉱山救助やその他の産業用途- 有毒ガスが存在するか酸素が欠乏している可能性がある場所。
• 消火活動では、開放回路の自給式呼吸装置(SCBA) が空気を供給できる時間よりも長い時間、人員が生命や健康に直ちに危険を及ぼす雰囲気内で作業する必要がある場合があります。
• 有人宇宙船と宇宙服–宇宙空間は事実上、生命を支える酸素のない真空状態です。
• ヒマラヤ登山または高所登山。高所では周囲の空気中の酸素分圧が低下し、登山者の効率的な活動能力が低下します。登山用リブリーザーは、周囲の空気よりも高い酸素分圧を登山者に提供する閉回路酸素セットです。^[21]
• 医療用麻酔呼吸システム – スタッフが呼吸する空気を汚染することなく、麻酔ガスの濃度を制御して患者に供給し、麻酔ガスを節約します。
• 潜水艦、水中居住施設、飽和潜水システムの生命維持システムでは、リブリーザーと同じ原理で動作するスクラバーシステムが使用されています。

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。

• 酸素濃縮システムは主に医療患者、高所登山者、民間航空機の緊急システムで使用され、ユーザーは純酸素を添加して濃縮した周囲の空気を呼吸します。
• 消防士、水中ダイバー、一部の登山家が使用する開放型呼吸装置。呼吸ごとに新鮮なガスを供給し、そのガスを環境に排出します。
• 呼吸する周囲の空気から汚染物質を濾過するガスマスクと呼吸器。

ダイビングでは、圧力下での呼吸の結果によって要件が複雑になるため、最も多様なタイプのリブリーザーが使用されます。また、特定の用途と予算に応じて幅広いオプションが用意されています。ダイビング用リブリーザーは、安全上重要な 生命維持装置です。故障モードによっては、ダイバーが警告なしに死亡する可能性があり、その他の故障モードでは、生存のために即時の適切な対応が必要になる場合があります。

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環境に放出するよりも経済的です。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、フィルターで臭気が除去され、貯蔵容器に加圧されて、必要な組成になるように酸素と混合され、すぐにまたは後日再利用されます。

生命維持システムは、居住室や密閉式潜水ベル内の圧力下にある人員の生命を維持するために呼吸ガスや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]

• 呼吸ガス供給、分配、リサイクル設備：スクラバー、フィルター、ブースター、コンプレッサー、混合、監視、貯蔵設備
• チャンバー気候制御システム - 温度と湿度の制御、ガスのろ過
• 計測、制御、監視、通信機器
• 消火システム
• 衛生システム

ベルの生命維持システムは、呼吸ガスの主な供給と監視を行い、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。ベルへの主なガス供給、電力、通信は、多数のホースと電気ケーブルをねじってユニットとして展開したベルアンビリカルを介して行われます。^[23]これは、ダイバーアンビリカルを介してダイバーまで延長されます。^[22]

居住区生命維持システムは、居住者の健康と快適さのために許容範囲内で室内環境を維持します。温度、湿度、呼吸ガスの品質、衛生システム、機器の機能が監視され、制御されます。^[23]

気圧潜水服は、ほぼ人型の小型の 1 人用関節式潜水艇で、四肢の関節により、内部圧力を 1 気圧に維持しながら外部圧力下で関節運動が可能です。呼吸ガス供給は、臍帯による水面供給、またはスーツに搭載されたリブリーザーから行われます。緊急ガス供給リブリーザーは、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取り付けることもできます。内部圧力が 1 気圧に維持されるため、急性酸素中毒の危険はありません。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との共通点が多くあります。

水中以外でのみ使用する SCBAリブリーザーには、異なる設計基準が適用されます。

• コンポーネントにかかる周囲圧力に変化はありません。快適さと利便性のためにカウンターラングを配置できます。
• 吸収剤は二酸化炭素と反応して熱を発生するため、呼吸ループ内のガスを冷却することが望ましい場合があります。また、消防や深部鉱山などの高温の産業現場ではガスの温暖化は歓迎されません。^[24]
• 吸収性容器は、チャネリングを防ぐために重力を利用する場合もあります。
• フルフェイスマスクを使用する場合、利便性や視野の改善のためにビューポートが設計されている場合があり、水中にいるときのように視覚の歪みを防ぐために平らで平行である必要はありません。^[24]
• 消防用リブリーザーでは、セットを適度に耐火性にし、熱や破片の衝撃から保護することを考慮する必要がある。^[24]
• セットをすぐに捨てる必要は生じない可能性があり、ハーネスストラップにクイックリリースは必要ないかもしれません。
• 浮力は考慮する必要はありませんが、重量は重要になる場合があります。狭い空間でユニットを装着したり、小さな隙間をよじ登ったり這ったりする場合、持ち運びやすさ、快適性、バランスを考慮した人間工学に基づいた優れたデザインが重要です。^[24]
• マスクの密閉が完全でない場合に有毒ガスの侵入を防ぐために、呼吸ループ内にわずかな陽圧をかけるために、バネ式のカウンターラング加圧システムが使用されることがある。^[24]
• 圧力下での呼吸による生理学的影響による制約はありません。複雑なガス混合物は不要です。通常は酸素再呼吸器を使用できるため、設計が大幅に簡素化され、メカニズムの信頼性が高まります。
• 使用者がバッグから飲料水にアクセスできるシステムを取り付けることができ、流量を制御するために噛み込み操作バルブを使用することができる。^[24]
• 無線音声通信装置が装備されることもある。^[24]
• 一定質量流量システムを使用して、最小限の新鮮なガス供給を確保し、ループが空になった場合にガスを追加するためのデマンドバルブを装備することができます。^[24]
• ガス供給と吸収持続時間は通常、効率のために一致する^[24]
• 吸収剤が凍結して効果が低下する氷点下の温度で使用する場合は、呼吸ループに断熱材が必要になる場合があります。^[24]
• 吸収反応および代謝産物からの凝縮水を収集するためにウォータートラップが設けられる場合がある。^[24]
• 監視機能には以下のものが含まれる: ^[24]
  • シリンダー圧力（アナログおよびデジタル）
  • 残留低圧警告が作動するまでの推定残り使用時間
  • 温度表示
  • 警告信号の自動記録
• 光学的および/または音響的警告信号は、以下の場合に提供される場合がある：^[24]
  • シリンダー内のガス圧が低い
  • ユーザーの動きがないためにアラームが発動する
  • 手動でトリガーされたアラーム。

登山用リブリーザーは、自然に低酸素状態にある環境において、大気から得られる酸素よりも高濃度の酸素を供給する。軽量であること、そして、堆積した霜で窒息しないなど、厳しい寒さの中でも信頼性があることが求められる。[ ^25]極寒によるシステム故障率の高さは未解決である。^[要出典]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酸素分圧が大きくなる。その結果、高所でより大きな身体能力を発揮できるようになる。発熱反応によってスクラバーの内容物が凍結するのを防ぎ、使用者の熱損失を減らすことができる。

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・ボーディロンと彼の父親がボーディロンとエバンスの最初の突撃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本とソーダ石灰キャニスターが含まれていた（ヒラリーとテンジンの2回目の（成功した）突撃隊は開回路装置を使用した）。^[26]

登山と同じような要件と作業環境ですが、重量の問題はそれほどありません。ソビエトのIDA71リブリーザーは高高度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、手術中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再呼吸器として構成することができます。機械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入っています。^[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方向フローと一方向ループシステムの両方が使用されます。^{[28]ループ構成の機械の}呼吸回路には2つの一方向バルブがあり、洗浄されたガスのみが患者に流れ、呼気ガスは機械に戻ります。^[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、手術室からガスを除去し、環境汚染を防ぐ。^[30]

宇宙服の機能の 1 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システムからのアンビリカル ケーブルを介して、または宇宙服に搭載された主要な生命維持システムから行うことができます。これらのシステムは両方とも、呼吸用ガスから二酸化炭素を除去し、着用者が使用した酸素を補うために酸素を追加するため、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。これにより、スーツ内の圧力が低くなり、着用者の動きやすさが向上します。

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特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、呼吸可能な周囲空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だけの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が十分にパージされていない場合にこれが発生する可能性があります。パージとは、元のガス内容を新鮮なガスで置き換えることであり、不活性ガスを完全に除去するには、これを繰り返す必要がある場合があります。パージは、ユニットから息を吐きながら行う必要があります。そうすることで、ループに入り込んだユーザーの肺や体組織内の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たり​​、適切に充填されていなかったり、不十分であったり、使い果たされていたりすると、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、蓄積は使用者によって気付かれます。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変更する以外に、この問題を修正する方法はほとんどありません。効果のないスクラバーでリブリーザーを長期間使用し続けることは不可能です。濃度が有毒になり、使用者が極度の呼吸困難を経験し、最終的には意識を失い、死に至るからです。これらの問題が発生する速度は、回路の容量と使用者のその時の代謝率によって異なります。

二酸化炭素の蓄積は、運動と呼吸の仕事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減らすことができない場合にこれが発生した場合、修正が不可能な場合があります。この問題は、呼吸ガスの密度が著しく上昇す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、酸素が再利用されず、ガス混合物の使用が増えますが、これはすべての応用分野で選択肢となるわけではありません。

工業用リブリーザーは、周囲の空気が汚染され、有毒である可能性が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わずかに低くなり、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りで特に問題になります。

酸素分圧が高いと火災の危険性が大幅に高まり、大気中で自己消火する多くの物質が高酸素濃度では継続的に燃焼します。これは、発火の危険性が比較的低いダイビングよりも、救助や消火などの地上での用途でより危険です。

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、浸水アプリケーションにのみ適用されます。

「ブレークスルー」という用語は、スクラバーがループ内を循環するガスから十分な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すぎると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。

• 「一般的なブレークスルー」で有効成分が完全に消費されます。スクラバーの設計とユーザーの作業負荷に応じて、これは徐々に進行し、ユーザーが問題に気付いて制御された出口または開放回路への脱出を行えるようになる場合もあれば、比較的突然に発生し、緊急または非常時の対応が引き起こされる場合もあります。
• 吸収剤のバイパス。吸収剤の顆粒は、吐き出されたガスがすべてソーダ石灰の表面と接触するように密に詰める必要があります。また、キャニスターは、吸収剤の顆粒間または顆粒とキャニスターの壁の間に、ガスが吸収剤とバイパスして接触する大きな空間や隙間ができないように設計する必要があります。スクラバーのバイパスを防ぐO リングやスペーサーなどのシールがないか、正しく取り付けられていない場合、またはスクラバー キャニスターの詰め方や取り付け方が間違っていると、吐き出されたガスが吸収剤をバイパスして、スクラバーの効果が低下します。この故障モードは、吸収剤がキャニスター内に沈降して空隙を形成する「トンネル現象」とも呼ばれます。バイパスにより、予期しない早期の突破が発生します。
• ガス混合物が深海で圧力を受けると、ガス分子はより密集し、二酸化炭素分子の衝突間の平均経路は短くなるため、分子は吸収面に到達するまで自由に動き回ることができず、より長い滞留時間が必要になります。この影響により、深海潜水用のスクラバーは、浅瀬用、産業用、または高高度用リブリーザーに必要なサイズよりも大きくする必要があります。
• 二酸化炭素吸収剤は腐食性があり、目、粘膜、皮膚に火傷を引き起こす可能性があります。スクラバーが浸水すると水と吸収剤の混合物が発生し、使用されている化学物質によっては、汚染された水がマウスピースに達するとチョークのような味や灼熱感が生じる可能性があります。その場合、ダイバーは呼吸ガスの代替源に切り替え、水で口をすすぐ必要があります。これは、リブリーザー ダイバーには腐食性カクテルとして知られています。吸収剤が過度に濡れると、二酸化炭素の除去速度が低下し、腐食性液体がダイバーに届かなくても早期のブレークスルーを引き起こす可能性があります。呼吸の仕事も増加する可能性があります。現代のダイビング リブリーザー吸収剤の多くは、濡れてもこの腐食性液体を生成しないように設計されています。^{[説明が必要]}
• 氷点下の作業（主に登山）では、酸素ボトルを交換する際に湿式スクラバーの化学物質が凍結する可能性があり、二酸化炭素を吸収する発熱反応が一時停止するため、二酸化炭素がスクラバー材料に到達できず、再度使用したときに反応が遅くなります。

• ダイビング用リブリーザーでは、周囲圧力容積の浸水が発生する可能性があります。
• 周囲圧力容積へのガス漏れ、または周囲圧力容積からのガス漏れが発生する可能性があります。失われるガス量または得られるガス量は非常に少ないと考えられるため、周囲に有毒ガスや煙が含まれている場合に最も重要です。
• 酸素モニタリングが失敗すると、呼吸ガス中の酸素分圧が不正確になる可能性があります。これは、ダイビングに使用される混合ガスリブリーザーにのみ関係します。
• ガス注入システムの故障も、主に混合ガスダイビングリブリーザーの問題です。酸素リブリーザーのガス注入システムは一般的に堅牢で信頼性が高く、故障した場合は手動で無効にすることができます。この形式の故障は、リブリーザーの周囲圧力容積内のガスの量が不適切であることで識別できます。

1620年頃、コルネリウス・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]

二酸化炭素の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、ナポレオンの帝国海軍の機械工であったブレスト出身のピエール・マリー・トゥブリックによって特許を取得しました。この初期のリブリーザーの設計は酸素リザーバーで機能し、酸素はダイバーによって徐々に供給され、石灰水（水酸化カルシウムの水溶液）に浸したスポンジを通じて閉回路で循環しました。 ^{[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] [要出典]}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つの洗浄装置が付いていました。^[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、ダイビング技術者のヘンリー・フルースが1878年にロンドンでシーベ・ゴーマンのために働いていたときに設計・製作した。^{[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で構成され、銅製のタンクで（推定）50～60％の酸素が供給され、_{苛性カリ溶液}に浸したロープの糸で二酸化炭素が洗浄された。このシステムは約3時間の持続時間があった。^{[12] [41]}フルースは1879年に水槽に1時間沈んで装置をテストし、1週間後に外洋で5.5メートルの深さまで潜ったが、その際、助手が突然彼を水面に引き上げたため、軽傷を負った。

彼の装置が初めて実用化されたのは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、アレクサンダー・ランバートによってで、暗闇の中1000フィートを移動してトンネル内の水中の水門扉をいくつか閉めることができた。これは、空気供給ホースが水中の残骸で汚れる危険と、作業場の強い水流のため、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に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]

フルースとジーベ・ゴルバンは1911年に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、高圧で大量の酸素を保持できるタンクを追加しました。シーベ・ゴーマンの代表であるロバート・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意図されていましたが、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、呼気中の二酸化炭素_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、バッグの下端のポケットに入った、圧力120バールで約56リットルの酸素を保持する鋼鉄製の圧力シリンダーで構成されていた。シリンダーには制御バルブが装備されており、呼吸バッグに接続されていた。シリンダーのバルブを開くと、バッグに酸素が供給され、周囲の水圧まで充填された。この装置には、着用者が浮かんでいるのに役立つ緊急用浮力バッグも前面に含まれていた。DSEAは、1927年にデイビスによってさらに開発が行われた後、イギリス海軍に採用された。 ^{[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、この装置から派生​​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た。これは過酸化ナトリウム（Na ₂ O ₂）またはスーパーオキシドナトリウム（NaO ₂）の一種である。リブリーザーのスクラバーで二酸化炭素を吸収すると酸素を放出する。この化合物は1909年にイギリス海軍のSS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た。潜水艦脱出装置として使用することを意図していたが、イギリス海軍に受け入れられることはなく、代わりに浅瀬での潜水に使用された。^[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エンジニアであるヘルマン・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を使い始めました。イタリアの製造業者はイギリスの特許所有者から製造のライセンスを取得しました。この慣行はすぐにイタリア海軍の注目を集め、テセオ・テセイとアンジェロ・ベローニ [it]によって設計された大幅に改良されたモデルが開発され、第二次世界大戦中にイタリアのフロッグマンユニットであるデチマ・フロッティリアMASで使用され、良い結果を出しました。^[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]イギリスのフロッグマンの呼吸セットの多くは、撃墜されたドイツ}空軍機から回収された航空乗務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、デイビス潜水脱出装置を改造したもの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・サルバス用に設計されたタイプであったが、後の作戦では異なる設計が使用され、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が採用された。最初は円形または楕円形、後に長方形（ほとんどが平坦だが、側面が後方に湾曲し、横方向の視界が良くなる）になった。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設けられ、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、吸収缶の周りに締め付け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かさばる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、水面に浮いた状態で双眼鏡を目に 当てられるように、両目にフリップアップ式の単一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とDM40モデルシリーズは、第二次世界大戦中にドイツのヘルメットダイバーとドイツの潜水兵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・ランバートセン博士によって水中戦闘用に開発されました。^{[45] [46]ランバートセンは、} 1943年5月17日に海軍兵学校で戦略諜報局海上部隊向けに米国初の閉回路酸素リブリーザーコースを開催しました。^{[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、少なくとも英国では、いくつかの潜水用酸素リブリーザー (現在では「ナイトロックス」と呼ばれているもの) の単純な定流量「混合リブリーザー」の派生型が設計されました。SCBA ( Swimmer Canoeist's Breathing Apparatus ) から派生した SCMBA と、Siebe Gorman CDBAに追加のガス供給シリンダーを追加した CDMBA です。このようなセットで潜る前に、ダイバーは潜水の最大深度または作業深度、および体が酸素供給を消費する速度を把握し、それらに基づいてリブリーザーのガス流量を何に設定するかを計算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だった。英国では民間人のリブリーザー使用はごくわずかで、BSAC は会員によるリブリーザーの使用を正式に禁止した。イタリアの会社であるピレリとクレッシサブは、当初は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たが、しばらくしてそのモデルの製造を中止した。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のに使用したものもあった。

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。酸素ボンベを参照してください。

やがて冷戦が終結し、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は減少し、西側諸国の軍隊が民間のリブリーザーの特許を徴発する理由も減り、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用リブリーザーが登場し始めた。

産業/救助:

• ブラックエットのエアロフォア–鉱山救助やその他の産業用途 での使用を目的として 1910 年以降イギリスで製造された、液体ガス貯蔵機能を備えたナイトロックス半閉回路リブリーザー。 ^{[引用が必要]}
• セイバーセーフティ
  • SEFA (Selected Elevated Flow Apparatus) – かつて Sabre Safety 社が製造していた、充填すると 2 時間持続する工業用酸素再呼吸装置。^{[引用が必要]}
• シーベ・ゴーマン – イギリスのダイビング機器メーカーおよびサルベージ請負業者
  • サボックスは、使用時間が45分の酸素再呼吸器でした。ハードケースはなく、体の前に装着するものでした。^[16]
  • Siebe Gorman Salvus  – 産業救助および浅水酸素リブリーザー
  • Siebe Gorman Proto  – 産業用救助用リブリーザーセット
• IDA71  – 水中および高高度での使用に適したロシア軍用リブリーザー

その他:

• 二酸化炭素スクラバー – 循環ガスから二酸化炭素を吸収する装置
• 脱出セット – 危険な環境から脱出するためのガスを供給する自給式呼吸装置
• 一次生命維持システム、別名ポータブル生命維持システム – 宇宙服用の生命維持装置
• 自給式呼吸器（SCBA） - 使用者が携行する呼吸ガス供給式呼吸器（再呼吸器を含む水上専用（産業用）呼吸セット）

• ウィキメディア・コモンズのリブリーザー関連メディア
• 麻酔呼吸システム
• NIOSH Docket # 123、「正圧閉回路SCBAの安全な使用に関するNIOSHの制限と注意事項の再評価」は、web.archive.orgで入手できます。