Ouroboros Rebreather. En teknisk gennemgang.... af Kevin Gurr

Closed Circuit Research.......... Back mounted mixed gas rebreather's......... ..

Ouroboros Rebreather. En teknisk gennemgang.... af Kevin Gurr

Mit første møde med rebreather var i de sene 1980’er og indeholdt et 200m kammer dyk på en experimental enhed. Den fejlede. Denne korte oplevelse og en række af dybe åbent system projekter, overbeviste mig om at rebreatherer er fremtiden. For næsten 8 år siden, besluttede jeg at udvalget af rebreathere var begrænset, og jeg bestemte mig for at bygge min egen. Dette er en kort opsummering på hvad jeg har lært og hvordan, kombineret med en gennemgang af nylige ulykker, jeg afsluttede det nuværende design.

Grundlæggende
For at forstå, hvad der skaber en god rebreather, må man først forstå den grundliggende egenskab som leder et rebreather design. Dette kan inddeles i 4 områder.
1. Åndingsmodstand i rebreatheren/ work of breathing (WOB).
2. Hydrostatisk WOB af enheden når denne er nedsænket
3. Varigheden af absobent
4. Dynamisk Oxygen kontrol

Gennemgang af hver.
Åndingsmodstand/ Resistive Work of Breathing (WOB)
Dette er blot et resultat af gas- flowets forhindringer inde i enheden. Med andre ord, hvor meget åndingsmodstand genererer størrelsen på rør og åbninger. Ting som lille mundstykke, små envejsventiler, små slanger, modlunger med ikke tilstrækkeligt volume eller plads til at udvide sig og lang vandring gennem absorbent i en canister er almindelig elementer som gør det op for åndingsmodstanden i kredsløbet.
Åndingsmodstand/ resistive WOB er også et resultat af gas tæthed og derfor dybde. Jo dybere man dykker, jo højere gas tæthed, jo større bliver WOB. WOB er også et resultat af ventilation eller åndings hastighed. Jo mere gas flow (højere åndings hastighed) jo højere modstand bliver der genereret. En rebreather som er OK på overfladen, er måske ikke ok på 40m på luft diluent. Dette er årsagen til hvorfor den gældende CE (Central European test standards) og militær test standarder insisterer på en WOB måling på dybden og med forskellige ventilations hastigheder og normalt i 2 positioner (svømme positioner).

Det Hydrostatiske WOB
Dette er et resultat af åndingsmodstanden/ WOB og effekten af positionen af modlungerne på kroppen, når rebreatheren og dykkeren er nedsænekt i vand. For eksempel kan en rebreather med ryg monterede modlunger have en lille åndingsmodstand/ WOB men I en horisontal (hovede ned) svømme position, bliver distancen og dermed tryk forskellen mellem modlungerne og centrum af lungerne stor. Det kan, kombineret med åndingsmodstand/ WOB, skabe et udsædvanligt stort tryk, som dykkeren skal suge mod, for at trække vejret. I dette tilfælde vil inhalerings trykket blive usædvanligt stort (fordi at dykkeren inhalere gas fra et laver tryk) og ekshalering vil være meget nemt, da man ånder ud i laver tryk. Bryst monteret modlunger har den modsatte effekt i den samme svømme position.

Det kunne se ud til at den perfekte løsning ville være en over-skulderen modlunger enhed, hvor enhver hydrostatisk effekt har lille resultat. Dog - hvis en rebreather alligevel har ringe åndingsmodstand/ resistive WOB, kan kombinationen af dette og enhver minimal hydrostatisk WOB stadig betyde at enheden har stor modstand i kredsløbet og deraf have en anstrengt åndings følelse.
Korfattet kan en rebreathers åndingsmodstand/WOB kun fastsættes ved gemmenførelse af en række af hydrostatatiske (roterende) positioner med yderligere måling på dybde. Ydermere, vurdering af en enhed gennem en række af overflade forhold med udefinerede ventilations hastigheder er unøjagtigt, da det kun er under stressfulde betingelser (og normalt på dybden) hvor vi genererer højt åndings og arbejds pres og det er præcist her en rebreather har brug for at have lav WOB.

Absorberende varighed
Dette er generalt et misforstået område. Mange producenters påstår at varigheden er baseret på simple overflade areal hvilket er utilstrækkeligt og potientielt farligt. Absorbent holdbarhed er primært påvirket at

Above; Electronics team working the units central pod in the factory.

1. Mængden (Kg Lbs) af materiale
2. Type af absorbent materiale
3. Vand temperature
4. Absorbent canister evne til isolere mod vend temperature.
5. Mængden af CO2 produceret af dykkeren
6. Gas tæthed/dybden
7. Typen og design af canister

Standarden for CE test for en canister er lavet på 40m med luft som diluent i 4 grader vand temperature, med en CO2 produktion rate på 1.6 l/min og en ventilation rate på 40l/min. Nogle flåder tester canister på omkring 18m og med et så lavt som 0.5l/min CO2 produktion. CO2 gennembrudet er refereret til 5mb.
Rækken af dybder, gas tætheden, CO2 rater og vand temperatur som er brugt I hvert tilfælde, afhængig af canister design, kan give markant forskellige varigheder. Det der er sikert er, fra de data som er tilgængelig, er at canister varigheder målt på overfladen er farlige upræcise, til at forudsige total dykker varighed .Det kan nemt vises at, for flest axial og selv for radial canisterer er effiktiviteten kraftigt faldende med at dyden øges. En canister som er målt gik fra 77% effektiv på 15m til 49% effektiv på 40m. På 15m, var varigheden 3 timer mens på 40m var varigheden 1 time and 50 minuter.
Den “benådende faktor” for de tilgængelig designs, er at de fleste mennesker ikke kan holde rate på 1.6 l/min CO2 eller sjælden dykker I 4 grader vand. Men data foreslår en metode, som specificerer canister varigheder, en enkelt time rate uafhængig af, primært dybde og gas tæthed, er utilstrækkeligt og en række af dykker parametere kan være mere anvendelig til at specificere en enheds varighed . Med andre ord, for at bedømme en rebreathers anvendlighed for en type dykning fremfor en anden, vil det være passende at teste en enhed på en række af dybder med mindst luft og trimix som gasser. For at give en sikkerhedsfaktor, vand temperature og CO2 produktion rate skal være konstant.
Oxygen kontrol system
Dette kan kontroleres mekanisk eller elektronisk. Hvliken slags man vælger, er det vigtigt at kontrolen af med oxygen niveauet er opretholdt indenfor bestemte grænser. Hvis dekompression skal laves efter tabeler eller med fast PO2 dykker computer, grænsen skal opretholdes nøjagtigt. Huritgt afstikker til og fra dybden, må heller ikke generere usædvanlig lav eller høj PO2’s. Ideelt hvis grænserne nås, skal det udløse en alarm, fordi man kan ikke regne med at dykkeren vil opdage det, specielt i en multi-tasking situation. Nogle rebreather designs, kan pga. Høj flow rates indeni oxygen kredsløbet, generere massive PO2 spikes, tilstrækkeligt til at være skyld I krampetrækninger I korte perioder, hvis det ikke bliver checket. Dette er et uønsket design hvis en tillægs ventil fejler. Indenfor CE og de fleste Flåde test, er en PO2 tracking kontrol test, ligesom et øvre og et nedere grænse test efter hurtige dybde ændringer. Med enheder som anvender et konstant minimum tilførelse af oxygen, som er supplementeret af dykkeren, så skal dette minimum ikke skabe de øvre og nedre grænser specifikt.

Primær og sekundært Po2 display

Compact and tidy electronics pod and pneumatics.

Ouroboros
Med alt ovennævnte I tankerne og en gennemgang af rebreather ulykker, startede jeg med at designe min enhed.
Rebreather problemer som mennesker har haft tidligere fordi;
1. De startede dykket med deres elektornik kontrol system slået fra
2. De startede dykket med deres oxygen forsyning lukket
3. De lavede nedstigning med deres diluent forsyning lukket og gik i panik da de ikke kunne finde den manuale tillæg
4. De svømmede i overfladen på hypoxic diluenter
5. De pakkede ikke deres absorbent canister korrekt eller at designet af canisteren tillod CO2 at slippe forbi, hvis en Oring var
fokert smurt eller samlet.
6. Med fokert vejledning om canister varighed, dykkerne overskred varigheds grænsen.
7. Midlertidig fyldt med vand, som gjorde åndings kredsløbet ubrugelig.
8. Utilstrækkeligt filterering produceret oxygen mangnetventil fejl
9. Slange samlings systemmet gav stress punkter, som ødelagde slangerne
10. Electroniken i kredsløbet var påvirket at fugt
11. Gas forsyning var fejlagtigt skiftet.
12. Fejl I elektronikken gjorde enheden ubrugelig
13. De blev stresset af høj arbejde pres
14. DCI forekom som et resultat af at enheden ikke er I stand til at holde et konstant PO2
15. De fulgte ikke pre-dive procedurerer
Ouroboros er designet med ovennævnte I tankerne og som resultat har følgende;
1. Et system som beskytter alle “bløde ting” og tryk linier
a. Som et resultat, ryg monteret modlunger er anvendt I det primær design. Al intern arbejde rør arbejde er lavet I rustfri stål, ånde slanger har intern fjeder med gummi og nylon dækken for at undgå slid og skader.
2. Et lavt WOB
3. En canister som vil automatisk pakke, med lille eller ingen chance for channelling eller ved mis-pakning
a. Axial og tårn radial canister lider fra store mængder af ‘pakke ned’ pga.længden på materialet. Kort ‘doughnut’ radial canister har mindre af sådan et problem. Axial canister specialt, når de ikke er packet korrekt, kan producerer et omløbs kanal, når den bliver tippet flad. Ouroboros bruger en doughnut radial design cannister
4. Effektiv vand fjernelses system
a. En splittet modlunge, giver en effektivt vand fælde. Vand kan også dumpes fra udåndings modlungen automatisk
5. Canister med høj effektivitet selv på dybden og med høj CO2 rater
a. Enheden har været testet på og vil blive rated for en række af dybder
6. En ”ingen værktøjs” enhed for general vedligeholdelse
a. Daglig vedligeholdes kræver ingen værktøj. Selv elektronikske dele kan skilles ad I “felten” med et multi værktøj. Ingen speciale værktøjer er påkrævet.
7. Elektronik med manual overstyring
a. I tilfælde af en elektronik fejl, er et separate forsynet og isoleret monitoring af PO2 vital. I enheder hvor dobbelt elektronik giver alt kontrol, er det tilrådeligt, at 2 forskellige software skriver er ansat for at undgå almindelige ‘bugs’. Ouroboros har en separat forsynet, triple PO2 meter display, selv kabel adskillelse vil ikke påvirke hoved elektronikken.
8. Om bord dekompression
a. Dette reducerer effekten af at enheden ikke er nøjagtig I at spore PO2 når alm. Tabeler eller fikseret PO2 computer bliver brugt
9. Ingen elektronik lockouts.
a. Hvis enheder vil blive brugt til hule- og dybdedykning, skulle der ikke være tilfælde hvor dykkeren ikke kan underkende elektronikken og færdiggøre dykket. Alt automatic på Ouroboros er valgbare, for at tillade manual underkendelse.
10. Let at samle uden chance for at fejl placere dele eller gasser.
a. Alt primær vedligeholdelse er ‘værktøjs fri’ med ingen mulighed for tilslutte gas forkert. Ekstern gas forsyning er også kodet for at undgå ombytning.
11. Et modulart system for forskellige dykker stil.
a. Det primært design er et ryg-monteret I en Kulfiber kasse. Forskellige canister varigheder er tilgængelig. Et ‘rejse’ system med et soft pack design og selv et bryst monteret modlunge system er tilgængeligt.
12. Intuitiv alarmer
a. Alarmer tilgængelig på et head up display (HUD) som er backed up på ‘på skærmen’ med detaljer om den aktuel alarm
b. Et bagvendt display er tilgængelig for makkeren på dykket og med instruktioner
c. Alarmer er visuele og også med en vibrations system i HUD
d. Digital HP transducer sikre hvis cylindererne er lukket, generere det en alarm, ligesom lækager i LP og HP systemet.
13. Automatisk tænding af systemet, så snart det er I vandet.
a. Våde kontakter , et tryk aktiverings start og start via knapper giver redundancy for at sikre at chancen for en hypoxic ulykke er reduceret
14. Minimum life support
a. Engang tændt, holder den altid et ‘set point’ på minimum PO2 på 0.4
15. Ingen ikke hermetisk forseglet elektronik i åndnings kredsløbet.
16. Lavt flow gas passager for at reducer PO2 spiking men højt nok til gode diluent skyldninger
a. Alle gas flow rør er flow sammenlignet for at undgå ‘spiking’. Den “automatic diluent addition valve” kan blive justeret til brugeren for jævn nedstigning.
b. Både “Auto diluent addition valve” og oxygen magnet ventilen er beskyttet af in-line filters
17. Nem udskiftelighed med åben systems sikkerheds udstyr.
a. Enheden vil acceptere række af back plates og wing/harness system. Designet specielt for instruktører, som ofte skal skifte tilbage til åben system.
18. Data logging
a. Data logging giver bruagbar feedback træning og ulykkes scenarios. Hvert parameter er logget, også når brugeren afbryder pre-dive proceduren
19. Isolation af automatisk kredsløb, som tillader manuel overstyring
a. Automatisk frakobling af sensor ligesom manual isolation i tilfældet af fejl kan opnåes. Lukket kredsløb dekompression kan slås fra, I tilfælde af åben systems dekompression.
20. Et simpelt, men effektivt pre-dive procedure med kort set-up tid.
a. Et elektronisk pre dive procedurer er tilgængelig. Simpelt canister pakning og ‘ingen værktøj’ samling sikre hurtig forberedelse for dykning.
Ouroboros er et modular design. Det primær layout er et ryg monteret system i en hård kulfiber kasse. Letvægts cordura dækken er tilgængelig med forskellige canister størrelser, ligsom brystmonteret modlunge konfiguration. Enheden vil gå i produktion i første kvartal 2005.

Downloads >>>>