スキューバガス計画

スキューバガス計画は、ダイビング計画とガス管理の一側面であり、計画されたダイビングに使用するガスの量と混合比の計算または推定を扱う。減圧を含むダイビングプロファイルが既知であると想定されるが、プロセスは反復的であり、ガス必要量の計算の結果としてダイビングプロファイルを変更したり、選択したガス混合比を変更したりする。任意の圧力ではなく、計画されたダイビングプロファイルと推定ガス消費率に基づいて計算された予備量を使用することは、ロックボトムガス管理と呼ばれることがある。ガス計画の目的は、合理的に予見可能なすべての不測の事態に備えて、チームのダイバーが十分な呼吸ガスを確保し、より多くの呼吸ガスを利用できる場所に安全に戻ることを保証することである。ほとんどの場合、これは水面である。^[1]

ガス計画には以下の側面が含まれる: ^{[2] : セクション3}

• 呼吸ガスの選択
• スキューバ構成の選択
• 計画されたダイビングに必要なガスの推定値。プロファイルに応じて、ボトムガス、トラベルガス、減圧ガスなどが含まれます。 ^[1]
• 合理的に予測可能な不測の事態に対するガス量の推定。ストレス下では、ダイバーは呼吸速度を上げ、泳ぐ速度を落とす可能性があります。これらは両方とも、緊急脱出時や浮上時のガス消費量の増加につながります。^[1]
• 必要なガスを運ぶためのシリンダーの選択。各シリンダーの容量と動作圧力は、必要な量のガスを収容するのに十分でなければなりません。
• 必要な量を供給するために、各シリンダー内の各ガスの圧力を計算します。
• 計画された潜水プロファイルの適切な段階（ウェイポイント）に関連するガス混合物の臨界圧力を指定します（ガスマッチング）。

ガス計画はスキューバガス管理の段階の1つである。他の段階には以下が含まれる：^{[2] : セクション3  [1]}

• さまざまな状況下での個人およびチームメンバーのガス消費率に関する知識
  • 作業負荷の変化に対する表面での基本消費
  • 深さの変化による消費量の変動
  • ダイビング条件や個人の身体的・精神的状態による消費量の変動
• ダイビング中にシリンダーの内容物を監視する
• 重要な圧力を認識し、それを利用してダイビングを管理する
• 予定されたダイビング中および緊急時に利用可能なガスを効率的に使用する
• 呼吸ガスの損失につながる機器の故障のリスクを制限する

「ロック ボトム ガス プランニング」という用語は、計画されたダイビング プロファイルに基づくガス プランニングの方法に使用されます。この方法では、深度、時間、および活動レベルについてかなり正確な推定値が得られ、ガス混合物の計算と各混合物の適切な量が十分にわかっているため、かなり厳密な計算が役立ちます。より単純で、簡単で、かなり恣意的な経験則は、長時間の減圧停止を必要としないダイビングでよく使用されます。これらの方法は、リスクの低いダイビングには十分であることが多いですが、より複雑なダイビング プランにこれらの方法を使用すると、各方法の制限を知らずに不適切に適用した場合、ダイバーが著しく大きなリスクにさらされる可能性があります。

スキューバダイビング用の呼吸ガスは、主に 4 つのグループから選択できます。

空気は、ほとんどの浅いレクリエーション ダイビングでデフォルトで使用されるガスであり、世界の一部の地域では、簡単に入手できる唯一のガスである可能性があります。空気は自由に入手でき、品質が一定で、簡単に圧縮できます。より深く、より長いダイビングで空気を使用することに問題がなければ、他のガスを使用する理由はありません。

空気の使用に関する制限は次のとおりです。

• 窒素中毒の影響は、約 30 メートル以上の深さでは現れますが、ダイバー個人によって異なります。
• 体組織への窒素の溶解により、無減圧停止潜水と減圧持続時間が制限されます。

これらの制限は、加圧下での呼吸用に特別に混合されたガスを使用することで緩和される可能性があります。

ダイバーが深海で空気を吸うときにさらされる窒素の高分圧による減圧の問題を軽減するために、窒素の一部の代わりとして酸素が加えられることがあります。その結果生じる窒素と酸素の混合物はナイトロックスとして知られています。アルゴンやその他の大気中のガスの痕跡は重要ではないと考えられています。^{[3] [4] : Ch. 3}

ナイトロックスは窒素と酸素の混合物です。技術的には、これには空気と低酸素ナイトロックス混合物が含まれますが、これらの混合物では酸素のガス分率は空気 (21%) よりも低くなりますが、^{[4] : Ch. 3}一般的には使用されません。ナイトロックスは、通常、追加の酸素で強化された空気として理解されています。酸素のガス分率は 22% から 99% の範囲ですが、通常は底部ガス (ダイビングの主要部分で呼吸するガス) の場合は 25% から 40%、減圧混合物の場合は 32% から 80% の範囲です。^[2]

ヘリウムは不活性ガスで、ダイビングの呼吸混合物に使用され、深海で他のガスの麻酔効果を軽減または除去します。ヘリウムは比較的高価なガスで、望ましくない副作用があるため、安全性を大幅に向上させる場合に使用されます。ヘリウムのもう1つの望ましい特徴は、窒素に比べて密度と粘度が低いことです。これらの特性により呼吸仕事量が軽減され、^{[5] [6]}極深度でのダイバーの制限要因となる可能性があります。^{[2] : セクション1  [7] [6] [8]}

呼吸ガス成分としてのヘリウムの望ましくない特性としては、非常に効果的な熱伝達^[9] 、ダイバーを急速に冷やす可能性があること^[10]、および他のガスよりも容易かつ急速に漏れる傾向があることが挙げられる。ヘリウムベースの混合物はドライス​​ーツの膨張には使用すべきではない。^{[2] ：セクション1  [6]}

ヘリウムは窒素よりも体組織に溶けにくいが、分子量が窒素の28に比べて4と非常に小さいため、グラハムの法則で説明されているように拡散が速い。その結果、ヘリウムでは組織がより速く飽和するが、気泡形成を避けられれば脱飽和もより速くなる。飽和組織の減圧はヘリウムの方が速いが、不飽和組織では潜水プロファイルに応じて窒素よりも長くまたは短くかかる場合がある。^[6]

ヘリウムは通常、酸素と空気と混合され、トリミックスと呼ばれる実質的に3成分のガス混合物を生成します。酸素は毒性の制約によって制限され、窒素は許容される麻酔効果によって制限されます。ヘリウムは混合物の残りの部分を構成するために使用され、^{[2] : Sect.2}また、密度を下げて呼吸の負担を軽減するために使用されることもあります。^[8]

純酸素は減圧の問題を完全に排除しますが、高分圧では有毒であるため、浅い深さでのダイビングや減圧ガスとしての使用は制限されます。^{[4] ：第16-2項}

100% 酸素は、閉回路式リブリーザーでダイバーが使用する酸素を補充するためにも使用され、設定値（潜水中に電子機器またはダイバーが維持するループ内の酸素分圧）を維持する。この場合、実際の呼吸混合物は深度によって変化し、酸素と混合された希釈剤混合物で構成される。希釈剤は通常、必要に応じてベイルアウトに使用できるガス混合物である。リブリーザーでは比較的少量の希釈剤が使用される。これは、ダイバーが深度にいる間は不活性成分が代謝されることも環境に排出されることもなく、繰り返し再呼吸され、浮上時にのみ失われるためである。浮上時にはガスが圧力に反比例して膨張し、ループ内の適切な量を維持するために排気する必要がある。^{[3] : Sec.17-2}

呼吸用ガス混合物の組成は、その使用目的によって異なります。混合物は、作業深度で安全な酸素分圧 (PO ₂ ) を提供するように選択する必要があります。ほとんどのダイビングでは、ダイビング全体にわたって同じ混合物を使用するため、組成は計画されているすべての深度で呼吸できるように選択されます。減圧を考慮する必要がある場合があります。組織に溶解する不活性ガスの量は、ガスの分圧、溶解度、圧力下での呼吸時間に依存するため、減圧の必要性を減らすためにガスに酸素を豊富に含む場合があります。ガスはまた、使用が意図されている最大深度で呼吸可能な密度でなければなりません。最大密度の推奨値は 1 リットルあたり 6 グラムです。密度が高いと最大換気速度が十分に低下し、高炭酸ガス血症を引き起こすためです。^[11]

底ガス

ボトムガスとは、ダイビングの最深部で使用するためのガスのことで、浅い部分には適さない場合があります。最大深度が常酸素呼吸ガスの制限を超える場合は、酸素中毒のリスクを抑えるために低酸素混合ガスを選択する必要があります。その結果、ボトムガスの組成が水面または浅い深さで意識を確実に維持できなくなる可能性があり、この場合はトラベルガスが必要になります。ボトムガスは、通常、背中に取り付けられたシリンダーで運ばれるガスであるため、バックガスと呼ばれることがよくあります。これは、ほとんどの場合に運ばれるスキューバセットの最大容量ですが、バックガスは必ずしもボトムガスではありません。ダイビングのほとんどの部分は浅い深さで行われ、異なる混合ガスが必要なより深い深さに短時間移動することがあります。減圧ガスを運ぶ場合は、ダイビングの深い部分に合わせてボトムガスを最適化できます。^[12]

救済ガス

ベイルアウト ガスは、メインのガス供給が停止した場合に使用するためにダイバーが携行する緊急用ガスです。計画されているすべての深度で呼吸可能でなければなりませんが、最大深度で長時間使用されることはないため、ボトム ガスよりもわずかに高い酸素分率にすることができます。これは、緊急時に浮上する際に有利になる可能性があります。すべての深度で単一のガスを使用できない場合は、2 種類のベイルアウト混合ガスが必要になることがあります。このような場合は、2 つ目のベイルアウト ガスとして機能するトラベル ガスと、通常は浅い深度でのベイルアウトに使用できる減圧ガスがあります。専用のベイルアウト ガスは、すべてが計画どおりに進んだ場合のダイビング中に使用するものではありませんが、計画されているダイビング中に別の便利な機能を持つガスにベイルアウトできると、機器の複雑さの点でより効率的です。

減圧ガス

減圧ガスは、計画された減圧に使用するためのガスです。減圧ガスは、通常、減圧停止時に比較的高い酸素分圧を提供することで減圧を加速するために選択されます。減圧ガスは、総減圧時間を最小にするように最適化することも、すでに利用可能なものから選択することもできます。実用上、最適値に十分近いものを選択できます。減圧ガスの量が 1 つのシリンダーに対して多すぎる場合は、計画された減圧スケジュールの異なる深度範囲に合わせてそれぞれ最適化された異なる混合物を携行できます。減圧ガスを呼吸する実際の時間はボトムタイムよりも長くなる可能性がありますが、ほとんどの場合、はるかに浅い深度で使用されるため、必要な量は通常、ボトムガスよりもかなり少なくなります。シングルガスダイビングのデフォルトの減圧ガスはボトムガスであり、計画された減圧が短い場合は、ベイルアウトガスとしても機能しない限り、専用の減圧ガスを携行するコストと作業負荷に見合わない可能性があります。^[12]

旅行用ガソリン

トラベルガスは、ボトムガスが適さない深度範囲での潜降中に使用することを意図したガス混合物です。低酸素性のボトムガスが必要な場合、水面または浅い深度での意識を確実に維持できない可能性があり、この場合、低酸素深度範囲を通過するためにトラベルガスが必要になります。トラベルガスは浮上中にも使用され、減圧ガスとして機能します。^[13]

ヘンリーの法則は次のように述べます。

特定の温度では、流体に溶解できるガスの量は、ガスの分圧に正比例します。

短時間のダイビングでは、P _{O 2}を 1.2 ～ 1.6 bar まで上げることができます。これにより、P _{N 2}および/または P _Heが減少し、特定のプロファイルに必要な減圧時間が短縮されます。

30 メートル (100 フィート) より深いところで空気を呼吸すると (圧力 > 4 バール)、ダイバーは強い麻酔効果を及ぼします。ヘリウムには麻酔効果はないため、麻酔ガスの分圧が衰弱レベル未満になるようにヘリウムを混合物に加えることで、この効果を回避できます。これはダイバーによって異なりますが、ヘリウム混合物にはかなりの費用がかかりますが、ヘリウムの使用によって安全性と作業効率が向上するため、費用に見合う価値があります。ヘリウムベースの混合物のもう 1 つの欠点は、ダイバーの体温が上昇することです。ドライスーツはヘリウムを多く含む混合物で膨らませないでください。

ヘリウムとおそらくネオンを除いて、呼吸できるすべてのガスには麻酔効果があり、分圧が上昇するにつれてその効果は増大します。^[14]酸素には窒素に匹敵する麻酔効果があると疑われていますが、^[15]証拠は決定的ではありません。^[16]

例: 50 メートルまでのバウンス ダイビングに適したガス混合物を選択します。この場合、P _{O 2 は}1.4 bar に制限され、麻薬濃度に相当する深度は 30 メートルまでとなります。

深さ50メートルでの圧力 = 6バール

必要酸素濃度 P _{O 2} = 1.4 bar : 酸素分率 F _{O 2} = 1.4/6 = 0.23 = 23%

必要な等価麻薬深度（END） = 30 m

30mにおける等価気圧 = 4bar

したがって、混合物の50mにおけるPHeは（6 − 4）bar = 2barであるはずであり、F _Heは2/6 = 0.333 = 33%である。

残りの（100-（33+23））=44％は窒素である。

結果として得られる混合物は、トリミックス23/33（酸素23%、ヘリウム33%、残りは窒素）である。

これらは、減圧とヘリウムのコストを最小限に抑えるための最適値です。酸素の割合が低い場合も許容されますが、減圧には不利になります。ヘリウムの割合が高い場合も許容されますが、コストが高くなります。

ガスの密度は最大深度で確認することができます。これは呼吸作業に大きな影響を与える可能性があるためです。過度の呼吸作業は、身体活動が必要な場合に起こりうる緊急事態に対処するためのダイバーの予備能力を低下させます。アンソニーとミッチェルは、望ましい最大ガス密度を5.2 g/L、最大ガス密度を6.2 g/Lと推奨しています。^[8]

計算はシリンダー内のガスの質量の計算と同様です。

ダイビングに必要なガスの量は、使用するスキューバ装置がオープン、セミクローズド、クローズドサーキットのいずれであるかによって異なります。オープンサーキットダイビングでは、ダイバーにとってどれだけ有用であったかに関係なく、呼吸したガスがすべて周囲に排出されます。一方、セミクローズドまたはクローズドサーキットシステムでは、呼吸したガスのほとんどを保持し、老廃物の二酸化炭素を除去し、適切な分圧まで酸素含有量を補うことで、呼吸可能な状態に戻します。クローズドサーキットおよびセミクローズドサーキットスキューバセットは、リブリーザーとも呼ばれます。^{[17] [2]}

スキューバダイビングの構成のもう一つの側面は、ダイバーが主要なシリンダーをどのように運ぶかということです。基本的な配置は、バックマウントとサイドマウントの2つです。^[17]

バックマウントは、 1 個以上のシリンダーをハーネスにしっかりと固定し、通常は浮力補正ジャケットまたはウィングを使用してダイバーの背中に担いで運ぶシステムです。バックマウントでは、シリンダーをツインとしてまとめたり、特別な状況ではトリップやクワッドとしてまとめたりできます。これは目立つ配置であり、ダイバーが低い開口部を通過する必要がある場所には適さない場合があります。これは、シングルシリンダーまたはツインシリンダーのレクリエーションダイビング、​​およびオープンウォーターでの多くのテクニカルダイビングの標準的な構成です。^{[17] [2]}

サイドマウントは、ダイバーの脇にあるハーネスから主シリンダーを吊り下げる方法です。通常はほぼ同じ大きさのシリンダーを2本使用します。追加の減圧シリンダーも同様の方法で取り付けることができます。ハーネスの脇に吊り下げたシリンダーを運ぶ方法はスリングマウントと呼ばれ、類似していますが細部が異なります。^[17]

複数のボンベを運ぶ場合の一般的な構成は、底部のガスを十分な総容量を持つ背負いボンベ（マニホールド式または独立型）に入れて運び、その他の混合ガスをダイバーのハーネスの側面にDリングで留めたスリングマウントに入れるか、すべてのガスを側面に取り付けたボンベに入れるかのいずれかである。減圧ガスは、ダイビングのメイン部分で使用するガスと異なる場合、通常、クリップでダイバーのハーネスの側面から吊り下げた1つまたは複数のボンベで運ばれる。過酷なダイビングでは、複数のボンベをこのように運ぶことがある。^{[17] [2]}

サイドマウントハーネスでは、ダイバーの両脇のハーネスにシリンダーを個別にクリップして運ぶ必要があります。熟練したサイドマウントの達人は、この方法で、両側に3本ずつ、合計6本のアルミニウム80シリンダーを運ぶことができます。^[17]

ダイバーは、これらの構成に必要な複数のデマンドバルブのいずれかから供給されるガスを確実に識別できなければなりません。そうしないと、不適切なガスを使用した場合に発生する可能性のある、酸素中毒、低酸素症、窒素中毒、または減圧計画からの逸脱などの潜在的に致命的な問題が発生する可能性があります。^[17]慣例の1つでは、酸素が豊富なガスを右側に配置しています。^[18]その他の方法には、含有量や最大作動深度（MOD）によるラベル付けや、触覚による識別などがあります。多くの場合、これらの方法のいくつかまたはすべてが一緒に使用されます。^[17]

背負い式の構成の場合、ベイルアウトガスはベイルアウトシリンダーでさまざまな方法で運ぶことができます。最も一般的なのは、スリングシリンダー、背中に取り付けられたメインシリンダーに縛り付けられたポニーシリンダー、または浮力補正装置に取り付けられたポケットで支えられた小さなシリンダー（予備空気）です。^[17]同じ混合物のシリンダーを2つ以上側面に取り付けると、使用されていないシリンダーは、ダイバーを安全に水面に浮かせるのに十分なガスが入っている限り、ベイルアウトセットとして機能します。

ダイビングのルートが制限されているか、確実に計画できる場合は、減圧ガスのベイルアウト用のボンベを、帰路または浮上時に必要となるルート上の地点に投下することができます。ボンベは通常、距離ラインまたはショットラインにクリップ留めされ、簡単に見つけられ、紛失しにくいようになっています。これらのボンベには通常、使用予定のダイビングセクターに最適なガス混合物が入っています。この手順はステージングとも呼ばれ、ボンベはステージボンベと呼ばれていますが、ステージボンベという用語は、ボトムガスに加えてダイバーの横に携行するボンベ全般を指すようになりました。^{[17] [2]}ガス冗長プロトコルは、他の呼吸用ガス供給と同様に、投下ボンベにも適用する必要があります。

スキューバ ガス計画の正式かつ比較的完全な手順では、ほとんどの変数がわかっているほど十分に詳細なダイビング プランが利用可能であることを前提としています。多くのレクリエーション ダイビングは、利用可能なガスに合わせてダイビングが計画および実行される、 より臨機応変に行われます。

計画されたダイビングに必要なガスの量は、計画されたプロファイルで消費される計算されたガスの量と、不測の事態に備えた追加のガス（別名、予備ガス。

ターン圧力とは、潜水が方向転換され、貫通潜水からの出口または浮上が開始される残りのガス圧力です。ターン圧力は通常、底部のガスを指しますが、そのガスの供給が重要な場合は、他のシリンダーの圧力に基づくこともあります。

レクリエーション ダイバーの大多数は、ペネトレーション ダイビングや無減圧限界を超えるダイビングを行わず、ダイビングのどの時点でも安全に水面まで直接浮上することができます。このような浮上では大量のガスは使用されず、これらのダイバーは、深度、シリンダーのサイズ、または予想される呼吸速度に関係なく、シリンダー内の所定の残圧で浮上を開始するように教えられるのが一般的です。これは主に、覚えやすく、グループ ダイビングでダイブ リーダーの作業が簡単になるからです。この方法は、潜水用圧力ゲージがスキューバ セットの標準コンポーネントになる前に一般的に使用されていた機械式予備シリンダー バルブによって提供される、調整不可能な予備圧力カットオフに由来しています。十分に保守的ではない場合もありますが、特に大型シリンダーを使用した浅いダイビングでは、不必要に保守的になることの方が多いです。ダイバーは、80 または 100 bar になったらダイビングリーダーに知らせ、50 bar または 700 psi 以上の圧力を残してボートに戻るように指示される場合がありますが、50 bar の予備ガスを用意しておく理由の 1 つは、ダイバーがレギュレーターから呼吸しながら波の立つ水面を泳げるようにすることで、ボートへの帰還をより安全にするためです。この残留ガスは、ダイビングが無減圧限界に近づいたときに、延長または追加の安全停止に使用することもできますが、安全に回避できる場合はガスを完全に使い切らないことをお勧めします。空のシリンダーは取り扱い中に汚染されやすく、充填作業員は、充填のために提出されたときに残留圧力を記録しなかったシリンダーについて、水の浸入によって汚染されていないことを確認するために内部検査を行う必要がある場合があります。

三分割法もそのような経験則の1つです。^{[19] [20]}この基本ルールは、洞窟や難破船など、水面への直接浮上が不可能で、ダイバーが来た道を戻らなければならず、減圧停止が予定されていない頭上環境でのダイビングにのみ適用されます。減圧が計画されている場合は、減圧ガス要件に加えて三分割法が適用される場合があります。

このルールに従うダイバーの場合、ガス供給量の3分の1が往路に使用され、3分の1が復路に使用され、3分の1は緊急時に備えて予備として保持されます。最初のダイバーが開始圧力の3分の1に達したら、ダイビングは方向転換されます。^[19]ただし、呼吸数がより多い、またはガス量が異なるバディとダイビングする場合は、バディのガス供​​給量の3分の1を残りの「3分の1」に設定する必要がある場合があります。これは、エキジットの方向転換ポイントが早くなるか、呼吸数がより少ないダイバーが、両方の呼吸数が同じ場合に必要な量よりも多くのガスを運ぶことを意味します。

ダイバーが予定よりも深く潜ったり、長く潜ったりして、安全に水面に浮上する前に減圧停止を行うために水中に留まらなければならない場合に備えて、ダイビングの最後に予備ガスが必要です。ガスのないダイバーは減圧停止を行うことができず、減圧症の危険があります。

頭上の環境では直接水面に浮上することはできませんが、予備ガスを使用すると、ダイバーはガス切れの仲間にガスを寄付することができ、両方のダイバーが囲いから出て水面に浮上するのに十分なガスを供給できます。

貫通潜水の別の選択肢は、「半分 + 15 bar」（半分 + 200 psi）方式であり、ステージの緊急用ガスをプライマリシリンダーで運ぶ。一部のダイバーは、この方法がマルチステージングで最も保守的であると考えている。この方法を使用すると、すべてが計画通りに進んだ場合、ダイバーはステージがほぼ空になった状態で浮上しますが、すべての緊急用ガスがプライマリシリンダーにまだ入っています。シングルステージドロップでは、プライマリシリンダーはまだ約半分いっぱいであることを意味します。^[21]

「ロックボトムガスプランニング」とは、ダイビングの各段階で予想される深度、時間、活動レベルをかなり正確に推定できる計画されたダイビングプロファイルに基づいてスキューバガス量を計算する方法を指します。そのため、ガス混合物と各混合物の適切な量についてかなり厳密な計算が役立ちます。ガス消費量は、周囲の圧力、呼吸速度、およびそれらの条件下でのダイビングセクターの継続時間によって異なります。^[22]

周囲圧力は深さに直接関係します。表面の大気圧に、深さ 10 メートルあたり 1 バールの静水圧を加えたものです。

分時呼吸量（RMV）は、ダイバーが 1 分間に呼吸するガスの量です。作業中の商業ダイバーの場合、IMCA は RMV = 35 L/分を推奨しています。緊急の場合、IMCA は RMV = 40 L/分を推奨しています^[10]減圧 RMV は通常、ダイバーが激しく動いていないことから、これより低くなります。ただし、IMCA は商業ダイビングでのスキューバの使用を承認していないため、これらの数値は、ダイバーが主な呼吸ガス シリンダーを携行する必要のない、水面供給デマンド ヘルメットとフルフェイス マスクを備えたスキューバ代替機器で使用することを目的としています。より小さい値は潜水を推定するために使用できます。ダイバーは測定値を自分で使用できますが、ダイバーの RMV は通常、ストレスや運動によって増加するため、方向転換や浮上、救助のための臨界圧力を計算するには最悪の値を使用する必要があります。^[4] ダイバーの中には、減圧、リラックスしたダイビング、​​持続的な水泳、ハードワークなど、さまざまなレベルの作業に対する安静時のガス消費量の倍数として、ある程度一貫した値となる個人的なダイビング係数を計算する人もいます。これらの係数はRMVを推定するために使用できます。

開回路でのガス消費率 (Q) は、絶対 周囲圧力(Pa ₎と RMV に依存します。

ガス消費量: Q = P _a × RMV (リットル/分)

シリンダー内のガスの使用可能容量は、臨界圧力に達する前に使用できる容量で、一般に予備容量と呼ばれます。予備容量として選択される値は、ダイバーが最適ではない状況で安全に浮上するのに十分なものでなければなりません。2 人目のダイバーにガスを供給する必要がある場合があります (バディ呼吸)。使用可能なガスは、表面圧力に補正されるか、特定の深度圧力で指定されます。

常圧で利用可能なガス:

_使用可能電圧=_設定電圧× (_始動電圧-_予備電圧)/_周囲電圧

どこ：

V_セット= シリンダー セットの容積 = 多様化されたシリンダーの容積の合計

P _start = シリンダーセットの開始圧力

P_予備= 予備圧力

P_周囲圧力= 周囲圧力

表面圧力の場合：P_周囲圧力= 1 bar となり、式は次のように簡略化されます。

表面圧力で利用可能なガス: V _available = V _set × (P _start − P _reserve )

ダイバーが利用可能なガスで活動できる時間（持久力とも呼ばれます）は次のとおりです。

利用可能時間 = 利用可能ガス / RMV

利用可能なガスと RMV は両方とも深度に対して正確であるか、両方とも表面圧力に対して補正されている必要があります。

ダイビングに必要なガス量の計算は、ダイビングの各セクターのガス量の簡単な推定値に分割し、それらを合計してダイビング全体の必要量を示すことができます。

潜水セクターは一定の深度にある必要がありますが、平均深度を推定することもできます。これは、セクターの周囲圧力 (P_セクター) を取得するために使用されます。セクターの継続時間 (T_セクター) とセクターのダイバーの RMV (RMV_セクター) も推定する必要があります。セクターのガス量要件 (V_セクター) がすべて表面圧力で計算されている場合は、後で直接追加できます。これにより、混乱やエラーのリスクが軽減されます。

これらの値を選択したら、次の式に代入します。

V_セクター= RMV_セクター× P_セクター× T_セクター

これは大気圧におけるガスの自由体積です。このガスを貯蔵するために使用されるシリンダー内の圧力変化 (δP _cyl ) はシリンダーの内容積 (V _{cyl ) に依存し、}ボイルの法則を使用して計算されます。

δP _cyl = V_セクター× P _atm /V _cyl (P _atm - 1 bar)

呼吸ガス レギュレーターは、設計された中間段圧力よりわずかに高いシリンダー圧力まで効率的に機能します。この圧力は、最小機能シリンダー圧力と呼ばれることがあります。公称中間段圧力は周囲圧力に追加されるため、深さに応じて変化します。

これは、残りのガスを全てボンベから得ることができないという意味ではなく、レギュレータは設計された呼吸仕事量よりも効率の悪いガスの一部を供給し、残りは周囲圧力が低下したときにのみ供給するという意味です。ほとんどのレギュレータ設計では、ダイバーはデマンドバルブを開くためにより大きなクラッキング圧力を克服する必要があり、流量が減少します。これらの影響は、段間圧力が低下するにつれて大きくなります。これにより、ダイバーはボンベからのガス供給が間もなく停止するという警告を受けることができます。ただし、少なくとも 1 つのレギュレータ設計では、段間圧力が十分に低下すると、膨張可能な第 2 段サーボバルブが収縮してデマンドバルブを効果的に開いたままにして、ボンベ圧力が周囲圧力とほぼ等しくなるまで残留ガスを逃がし、その時点で浅い水深に浮上して周囲圧力が低下するまで流れが止まります。

10 バールの中間圧力に周囲圧力を加えた値は、ほとんどの計画目的における最小機能圧力の適切な推定値です。この値は深度によって変化し、呼吸ガスの供給を停止したレギュレータは、周囲圧力が低下するにつれてもう少しガスを供給することがあります。これにより、潜水中にガスが使い果たされた場合、浮上中にシリンダからさらに数回呼吸できるようになります。このようにして利用できるガスの量は、シリンダの内容積によって異なります。

臨界圧力 (P _criticalまたは P _crit ) は、緊急時にガスを供給するため、計画された潜水の特定の部分でこの圧力以下に低下してはならない圧力です。

予備圧力は、臨界圧力の一例です。これは、ダイビング プランに記載されている特定の不測の事態を考慮して安全に浮上するために必要なガスの量を示すため、浮上臨界圧力とも呼ばれます。

臨界圧力は、直接浮上が不可能または望ましくない場合のダイビングの開始時および方向転換時にも指定できます。これらは、潜水プロファイルの臨界圧力または潜水プロファイルの臨界圧力、および出口の臨界圧力または方向転換の臨界圧力と呼ばれることがあります。

臨界圧力は、臨界点以降の潜水の各部分に必要なガス量、およびスーツの膨張や浮力制御などの他の機能（同じシリンダー セットから供給される場合）に必要なガス量をすべて合計し、この合計量をシリンダー セットの容量で割ることによって計算されます。この値に最小機能圧力を加算して臨界圧力を算出します。

例: 降下時の臨界圧力:

176 バール未満の場合は、このダイビングを試みないでください。不測の事態は考慮されていないことに注意してください。

臨界圧力をチェックする際にはガスの温度を考慮する必要があります。

上昇または方向転換の臨界圧力は周囲温度で測定されるため補正は必要ありませんが、下降の臨界圧力は深度の温度よりもかなり高い温度で測定される場合があります。

圧力はゲイ・リュサックの法則を使用して予想される水温に合わせて補正する必要があります。

P ₂ = P ₁ × (T ₂ /T ₁ )

例: 温度に対する圧力補正: シリンダーは約 30°C、水温は 10°C、下降臨界圧力 (P ₁ ) は 10°C で 176 bar です。

不測の事態に備えてガスの許容量を見積もる際の基本的な問題は、どのような不測の事態を想定するかを決めることです。これは、計画されたダイビングのリスク評価で対処されます。一般的に考慮される不測の事態は、ダイビング中に水面に到達するのに最長時間を要する地点、またはより多くのガスが利用できる他の場所から、他のダイバーとガスを共有することです。補助浮上はストレスの多い状況であるため、両方のダイバーのRMVが通常よりも高くなる可能性があり、^[1]これを考慮に入れるのが賢明です。職業ダイバーの場合、値は使用されている実務規範の推奨事項に従って選択する必要がありますが、より高い値を選択しても誰も異議を唱えないでしょう。レクリエーションダイバーは、トレーニング機関から、機関が適切で訴訟につながる可能性が低いと考える値を使用するようにアドバイスされています。これらの値は一般に保守的で、公開された実験データに基づいていますが、ダイバーは個人的な経験と情報に基づいたリスクの受け入れに基づいて、独自のRMV値を使用する裁量を持つ場合があります。

手順は他のマルチセクターガス消費量計算と同じですが、2 人のダイバーが関与し、実効 RMV が 2 倍になる点が異なります。

計画深度での緊急事態の際にベイルアウト シリンダーに十分なガス (ダイバー 1 名分) があるかどうかを確認するには、計画プロファイルに基づいて臨界圧力を計算し、切り替え、浮上、および計画されたすべての減圧を可能にする必要があります。

例: 緊急ガス供給:

30mまでの潜水が計画されており、3mで6分間の減圧が必要となる。緊急時には、IMCAはRMV = 40 L/分と想定することを推奨している^[10]

ガスマッチングとは、同じダイビングで異なるシリンダー容量や異なるガス消費量を使用するダイバーの予備圧とターン圧を計算することであり、各ダイバーのシリンダー容量と両方のダイバーの個々のガス消費量に基づいて、ダイバーがガスを共有する必要がある可能性のある予見可能な不測の事態に備えて十分なガスが保持されていることを確認できます。^[23]

緊急ガス共有を開始するとすぐにダイビングを中止するのが標準的な方法であるため、一致するガス量は転換点からのみ適用されます。その時点までは、予想される状況下でのダイバー自身の消費量のみを考慮する必要があります。

クローズドサーキットリブリーザーのガス要件は、オープンサーキットとは大きく異なります。酸素消費量は深度に依存せず、代謝仕事率によって制御されますが、代謝仕事率は呼吸仕事量とガス密度によって大きく制限されます。また、有効に運搬できる酸素量には別の制限があり、リブリーザーの持続時間はスクラバーが突破する前に吸収できる二酸化炭素量によって制限され、ダイバーによって生成される二酸化炭素量は、呼吸交換比と代謝される酸素量に非常に密接に関連しています。

希釈ガスの使用量は深度の変化と密接に関係しています。これは、潜行時にループの容積を維持するために希釈ガスを追加する必要があり、浮上時に周囲に排出されて失われるためです。ダイバーが一定深度にいる場合、希釈ガスの使用量は非常に少なく、酸素センサーのキャリブレーションを確認するための希釈ガスのフラッシュと、オープン サーキットへのベイルアウトに制限されます。この時点で、オープン サーキット呼吸ガスと同じ速度で希釈ガスが使用されます。

半閉鎖型リブリーザーでは、ガスの使用方法は基本的に 2 つあります。

• 定流量噴射を使用するアクティブ追加システムは、ループをフラッシュするときやループの容積を維持するためにガスを追加するときを除いて、潜降中の深度、運動量、呼吸速度に関係なく、一定速度でガスを使用します。耐久性は主にシリンダーの内容量とオリフィスのサイズによって決まります。
• 同心ベローズ式カウンターラング受動追加システムは、カウンターラングが空になったときにガスを追加し、呼吸ごとに呼気量の一部を排出するため、ガス消費量は深さと呼吸速度に比例します。これはオープンサーキット消費量に似ていますが、排出率に比例して低い割合になります。

ボンベの選択における基本的な決定は、ダイビング中のガス供給全体を 1 セットで運ぶか、ダイビングのさまざまな部分用に複数のセットに分割するかです。ボンベ 1 本でのダイビングは論理的に単純で、ダイビング中ずっと呼吸にすべてのガスを利用できますが、減圧のために呼吸ガスを最適化したり、必要なときに必要な場所でダイビング バディの存在に依存しない独立した緊急供給を利用できません。ボンベが 1 本の場合、緊急時にメインの空気供給が遮断されると、自由浮上という選択肢が受け入れられない限り、ダイバーは代替の呼吸ガスをバディに頼らざるを得なくなります。

複数のシリンダーを使用したダイビングは、3 つの基本的な手順上の理由、またはこれら 3 つの理由の組み合わせにより行われます。

1. 一次ガス供給が中断された緊急事態に備えて、完全に独立した呼吸ガス供給が提供されます。これは一般にベイルアウト ガスと呼ばれ、ベイルアウト シリンダー(ポニー シリンダーなど) で運ばれるか、一次ガス供給を分割して 2 つ (またはそれ以上) の同様のサイズの独立した一次シリンダーで運ばれる場合があります。
2. 加速減圧に最適化されたガス混合物を搭載できます。通常、これらのガスは深度に対して酸素分率が高すぎるため、最大潜水深度での呼吸には適しておらず、最大深度からの脱出には理想的ではありません。
3. 底部のガスは低酸素状態にある可能性があり、水面での呼吸には適さない。低酸素状態を移動するには移動用ガスが使用される。減圧混合物の1つを移動用ガスとして使用することが可能であり、これにより携行するボンベの数を減らすことができる。^[1]

深海オープンサーキットテクニカルダイビングでは、ボトムガス、トラベルガス、2種類以上の減圧ガスの組み合わせが必要になる場合があります。不適切な深度範囲でガスを誤って使用すると、低酸素症や酸素中毒につながる可能性があり、減圧義務にも影響するため、ダイバーにとってこれらすべてを持ち運び、正しく使用するという課題があります。^{[17] [2]}

4 つ目の論理的理由は、適切な容量のシリンダーが入手できるかどうかです。スキューバ ダイビングで一般的に使用される最大容量のシリンダーは、18 リットル 232 バールのスチール シリンダーですが、これは比較的珍しいものです。計画されたプロファイルと特定のガスに十分な容量を提供するためだけに、複数のシリンダーを選択する場合もあります。

各ガスは、ダイビングの関連セクター全体にわたってダイバーに十分な供給ができるように十分な量で供給されなければなりません。これは、ガスが最後に使用される深度での最小機能圧力を超える、関連する予備および緊急時対応余裕を含む、少なくとも必要な量のガスを充填できるシリンダーを選択することにより行われます。タンクの選択による浮力とトリムの影響は、レギュレーターやその他の付属品を備えたシリンダーの固有の浮力特性の結果として、およびダイビング中に内容物を使用することによって生じるものとして、考慮する必要があります。^[1]

ボンベの材質と圧力定格は、利便性、人間工学、安全性に影響します。中性浮力を達成するために必要なガス量が最小限に抑えられていると、浮力制御はより簡単で安定し、安全になります。特に、潜水の終わりの浮上と減圧の際、ガスの総質量が最小になるときに有効です。浮上中に浮力補正装置に大量のガスが必要になると、減圧中に制御不能な浮上が発生するリスクが高まります。

一般的に利用できる素材は、アルミニウム合金と鋼です。短い高圧鋼シリンダーは負の浮力がかなりあるのに対し、長いアルミニウムシリンダーは満タンの状態で中立に近く、空の状態では浮力があります。適度に負の浮力がある背部ガスシリンダーは、ダイバーが運ぶ総重量を軽減できるため、浮力補正器が空の状態で他の機器の浮力を圧倒しない限り、300 bar という高圧定格であっても鋼を使用することは有利です。すべてのシリンダーが空で、不時着可能な重りを装着していない場合に中立浮力を達成するために浮力補正器を膨らませる必要があることは、浮力補正器が故障した場合に浮力を回復するために呼吸ガスを捨てる必要があるため、選択が安全でないことを示しています。

満杯になると浮力を持つシリンダーは、水中で扱いやすくするためにバラストが必要です。これらは通常、繊維巻き複合シリンダーで、これも高価で、比較的損傷しやすく、通常は耐用年数が短いですが、洞窟の奥深くや高所など、水へのアクセスが異常に困難な場所でのダイビングでは、複数回のダイビング用にシリンダーを用意する必要がある場合に便利です。

ステージドロップまたは他のダイバーに渡すことを意図したボンベは、浮かんで行かないように、ドロップ時に負圧にする必要があります。また、ダイバーの浮力がドロップ時に必要以上に変化しないように中性に近くする必要があります。また、減圧が完了して呼吸ガスがすべて使い果たされるまで、ダイビング中ずっと中性浮力を達成して維持できなければなりません。

ダイバーは、ガスがすべて使用されるまで、最も浅い減圧停止で中立を保つのに十分な重量を携行する必要があります。これは、すべてのガスが使用されるような問題が発生したとしても深刻な不測の事態ですが、必要なときに最後のガスを使用するために潜水できないとさらに悪い状況になり、使用できないガスを携行しても意味がありません。この場合、ダイバーは、浮力補正器が空の状態でダイビングの開始時に携行したガスの総質量によって負の浮力を受ける必要があるため、浮力補正器には、この超過分と潜降中のダイビングスーツの浮力のさらなる損失を中和するのに十分な容量が必要です。貯蔵されているガスの質量がわかっていれば、ガスの使用を補うために必要な重量と浮力量の計算を行うことができます。ウェットスーツの浮力損失の補正は、もう少し複雑で、ネオプレンの種類と厚さ、スーツの表面積に依存し、実験によって決定するのが最適です。ドライスーツの浮力低下は、潜降中に膨張させることで補正できるが、通常はそうすべきである。^[1]

ガスの質量を計算する簡単な方法は、ガスの密度が容易に得られる標準温度で質量を計算することです。ガスの各成分の質量は、その成分のガス分率を使用して、その成分の体積に対して計算されます。

例: 20°C (293K) で 232 bar まで Trimix 20/30/50 を充填したツイン 12 l シリンダー

1.013 bar、0%deg;C (273K) での体積を計算します。

このうち、

ヘリウムの質量は全体のごく一部です。酸素と窒素の密度はほぼ同じです。妥当な近似値は、20 °C での体積を使用し、ヘリウムの質量を無視し、ナイトロックスと空気のすべての成分を 1.3 kg/m ³とすることです。

これらの近似値を使用すると、前の例の推定値は次のようになります。
混合物の質量 = 0.7 × 0.024m ³ /bar × 232 bar × 1.3 kg/m ³ = 5.1 kg
この方法では 1 kg ほど誤差が出ることはほとんどなく、これはほとんどのオープン サーキット スキューバ ミックスの浮力推定値としては十分近い値です。

密度の計算は非常に簡単です。ガス分率に各ガスの自由ガス密度を掛けて合計し、絶対圧力を掛けます。

例: トリミックス 20/30/50 0°C

酸素: 0.2 × 1.429 kg/m ³ = 0.2858

ヘリウム: 0.3 × 0.1786 kg/m ³ = 0.05358

窒素: 0.5 × 1.251 kg/m ³ = 0.6255

混合物: 0.96488 kg/m ³

これを50mswで使用する場合、絶対圧力は6barとなり、密度は6×0.96488=5.78kg/m3となる^。 これはアンソニーとミッチェルが推奨する上限6.2kg/m3より低いが^{、彼らの推奨する上限5.2kg/ m3}よりは高い^[8]。

• 代替空気源 - 水中ダイバーのための緊急呼吸ガス供給
• ベイルアウトシリンダー – ダイバーが携行する緊急用ガス供給シリンダー
• ダイビング計画 – 水中ダイビング操作を計画するプロセス
• 三分割法（ダイビング）  - スキューバガス管理の原則