إنترسبيرو دي سي إس سي

جهاز التنفس نيتروكس ذو الدائرة المغلقة جزئياً (Interspiro DCSC) هو جهاز تنفس نيتروكس من إنتاج شركة Interspiro السويدية للاستخدامات العسكرية. كانت Interspiro سابقاً قسماً من شركة AGA، وهي تُصنّع أجهزة تنفس ذاتية الاحتواء للغوص ومكافحة الحرائق والإنقاذ منذ خمسينيات القرن الماضي.

كان أول جهاز إعادة تنفس من إنتاج شركة Interspiro هو جهاز ACSC - وهو جهاز إعادة تنفس ذو دائرة مغلقة وشبه مغلقة بالتناوب، والذي تم تطويره وتسويقه في ثمانينيات القرن العشرين. وفي تسعينيات القرن العشرين، تم تطوير هذا التصميم ليصبح جهاز DCSC، والذي كان مخصصًا أيضًا لإجراءات مكافحة الألغام.

يتم تزويد الغاز في أسطوانة ألومنيوم سعة 5 لترات وضغط 200 بار، مثبتة أفقياً في أسفل الوحدة، مع وجود الصمام على يسار الغواص. كما يوجد صمام احتياطي وصمام جانبي على اليسار أيضاً. ^{[ 1 ]}

يتم تثبيت غطاء المحرك الذي يحتوي على المكونات بإطار الحزام الأنبوبي ويمكن تحريره عن طريق سحب مقبض في أسفل اليمين. ^{[ 1 ]}

جهاز التنقية ذو تصميم أسطواني بتدفق شعاعي، مع تدفق داخلي. يحمل  شحنة من المادة الماصة تزن 2.5 كجم. ^{[ 1 ]}

الرئة المضادة عبارة عن منفاخ على شكل إسفين، مثبت بمفصل على الحافة السفلية، وتتناسب الزاوية بين الغطاءين العلوي والسفلي مع الحجم الداخلي. ويتحكم تغير زاوية اللوحة العلوية، أثناء تنفس الغواص، في آلية إضافة الغاز. ^{[ 1 ]}

تُزود الصفيحة العلوية للمنفاخ بأوزانٍ تُوازن قوة رفع الهواء بالداخل: فعندما يكون الغواص في وضع أفقي ووجهه لأسفل، تُحدث الأوزان ضغطًا إيجابيًا طفيفًا مقارنةً بالضغط المحيط. يُعوض هذا الضغط فرق العمق بين الرئة المضادة ورئتي الغواص، مما يُقلل الجهد المطلوب للتنفس. وعندما يكون الغواص في وضع مستقيم، يُلغى تأثير الأوزان لأن المفصل يتحمل الوزن، وعندما يكون الغواص في وضع أفقي ووجهه لأعلى، يُحدث الوزن ضغطًا سلبيًا طفيفًا في المنفاخ، مما يُعوض زيادة الضغط الهيدروستاتيكي على الرئة المضادة مقارنةً بالرئتين. ^{[ 1 ]}

يعمل صمام تصريف الدائرة أيضًا كمصرف للماء. تقع الرئة المضادة في جانب الزفير من الدائرة. يُحجز الماء الناتج عن التكثيف والتسرب في المنفاخ قبل أن يصل إلى جهاز التنقية، ويمكن تصريفه عبر صمام العادم الخاص بالدائرة، والمثبت على اللوحة السفلية للمنفاخ. ^{[ 1 ]}

يبلغ حجم المنفاخ حوالي 4.5 لتر، ويبلغ حجم الحلقة الكلي حوالي 7 لتر. ^{[ 1 ]}

دوران الغازات: خرطوم الزفير إلى اليمين، والشهيق من اليسار. ^{[ 1 ]}

يتراوح نطاق عمق التشغيل المعتمد من 0 إلى 57 مترًا. يُستخدم نيتروكس بنسبة 28% للأعماق التي تقل عن 30 مترًا تقريبًا، وبنسبة 46% للأعماق الأقل. ^{[ 1 ]}

أبعاد

الكتلة حوالي 33 كجم ^{[ 1 ]}

جهاز DCSC هو جهاز إعادة تنفس شبه مغلق ذو دائرة إضافة نشطة، ولكنه يشترك في خصائص أكثر مع أنظمة الإضافة السلبية، حيث أن كمية الغاز المُغذى تعتمد على معدل تنفس الغواص. وعلى عكس معظم أجهزة إعادة التنفس ذات الإضافة السلبية، فإن معدل تدفق كتلة الغاز المُغذى فيه مستقل عن العمق، وعلى عكس معظم أنظمة الإضافة النشطة، فإن تدفق الكتلة فيه ليس ثابتًا.

تختلف حسابات الغاز عن أجهزة إعادة التنفس الأخرى ذات الدائرة شبه المغلقة. سيستخدم الغواص الذي يؤدي عبء عمل ثابتًا خلال ظروف العمل الهوائية كمية ثابتة تقريبًا من الأكسجين.${\displaystyle V_{O_{2}}}$كجزء من حجم التنفس الدقيق${\displaystyle V_{RM}}$تُعرف هذه النسبة بين التهوية الدقيقة وامتصاص الأكسجين بنسبة الاستخلاص.${\displaystyle K_{E}}$ويتراوح عادةً بين 17 و25، مع قيمة طبيعية تبلغ حوالي 20 لدى الأشخاص الأصحاء. وقد سُجلت قيم منخفضة تصل إلى 10 وقيم مرتفعة تصل إلى 30. ^{[ 2 ]} قد تُعزى هذه الاختلافات إلى النظام الغذائي للغواص، وحجم الفراغ الميت في جسمه ومعداته، وارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون، أو زيادة جهد التنفس، ومستوى تحمل ثاني أكسيد الكربون.

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

لذلك، يمكن التعبير عن حجم التنفس الدقيق كدالة لنسبة الاستخلاص واستهلاك الأكسجين:

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

يمكن وصف حجم الغاز في دائرة التنفس بأنه ثابت تقريبًا، ويجب أن تعادل كمية الغاز المضاف مجموع حجم الغاز المُفرَغ، والأكسجين المُزال بفعل عمليات الأيض، والتغير في الحجم الناتج عن تغير العمق. (يُزال ثاني أكسيد الكربون الناتج عن عمليات الأيض والمضاف إلى الخليط بواسطة جهاز التنقية، وبالتالي لا يؤثر على المعادلة).

يتم التحكم في الضغط الجزئي للأكسجين في جهاز DCSC عن طريق معدل تدفق غاز التغذية عبر منظم الجرعات واستهلاك الأكسجين من قبل الغواص. معدل التفريغ يساوي معدل التغذية مطروحًا منه استهلاك الأكسجين في هذه الحالة.

التغير في نسبة الأكسجين${\displaystyle dF_{O_{2}loop}}$يمكن وصف دائرة التنفس بالمعادلة التالية: ^{[ 3 ]}

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

أين:

${\displaystyle V_{loop}}$= حجم دائرة التنفس

${\displaystyle Q_{feed}}$= معدل تدفق الغاز النقي الذي يوفره الفتحة

${\displaystyle F_{O_{2}feed}}$= نسبة الأكسجين في غاز الإمداد

${\displaystyle V_{O_{2}}}$= معدل تدفق الأكسجين الذي يمتصه الغواص

وهذا يؤدي إلى المعادلة التفاضلية التالية:

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

مع الحل:

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

والذي يتضمن حالة مستقرة ومصطلحًا عابرًا.

يُعدّ مصطلح الحالة المستقرة كافياً لمعظم الحسابات:

نسبة الأكسجين في حالة الاستقرار في دائرة التنفس،${\displaystyle F_{O_{2}loop}}$، ويمكن حسابها من الصيغة: ^{[ 3 ]}

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

أين:

${\displaystyle Q_{feed}}$= معدل تدفق الغاز النقي الذي يوفره الفتحة

${\displaystyle V_{O_{2}}}$= معدل تدفق الأكسجين الذي يمتصه الغواص

${\displaystyle F_{O_{2}feed}}$= نسبة الأكسجين في غاز الإمداد

في نظام وحدات متسق.

بما أن استهلاك الأكسجين متغير مستقل، فإن معدل تغذية ثابت سيعطي نطاقًا من نسب الأكسجين المحتملة لأي عمق معين. ولأغراض السلامة، يمكن تحديد هذا النطاق بحساب نسبة الأكسجين عند أقصى وأدنى استهلاك للأكسجين، بالإضافة إلى المعدل المتوقع.

يعتمد معدل تدفق غاز التغذية على حجم التنفس الدقيق عند ضغط السطح ونسبة الجرعة بناءً على حجم حجرة الجرعة. تبلغ قيم نسبة الجرعة 60% للحجرة الكبيرة و30% للحجرة الصغيرة.

${\displaystyle Q_{feed}=K_{dosage}*V_{RM}}$

وباستبدال المعادلة الأولى في هذه المعادلة نحصل على:

${\displaystyle Q_{feed}=K_{dosage}*K_{E}*V_{O_{2}}}$

يمكن استبدال هذا في مصطلح الحالة المستقرة للحصول على:

${\displaystyle F_{O_{2}loop}={\frac {(K_{dosage}*K_{E}*V_{O_{2}}*F_{O_{2}feed}-V_{O_{2}})}{(K_{dosage}*K_{E}*V_{O_{2}}-V_{O_{2}})}}}$

والذي يتبسط إلى:

${\displaystyle F_{O_{2}loop}={\frac {(K_{dosage}*K_{E}*F_{O_{2}feed}-1)}{(K_{dosage}*K_{E}*-1)}}}$

يُظهر هذا عدم وجود اعتماد على العمق أو على امتصاص الأكسجين، وبما أن نسبة الجرعة ثابتة بمجرد اختيار الغاز، فمن الواضح أن الاختلافات المتبقية ناتجة عن اختلافات في نسبة الاستخلاص. وهذا يعني أن جهاز DCSC يتمتع نظريًا بأكثر نسبة أكسجين استقرارًا بين أجهزة إعادة التنفس شبه المغلقة، ويُعد تقريبًا معقولًا للدائرة المفتوحة لأغراض تخفيف الضغط. ^{[ 1 ]} وقد استخدمت القوات المسلحة السويدية هذه الوحدة لأكثر من 15 عامًا بسجل أمان جيد. ومع ذلك، فقد أشارت النتائج إلى وجود إجهاد كبير ناتج عن تخفيف الضغط عند استخدام طاولات الهواء لتخفيف الضغط في الغطسات التي تستخدم غاز النيتروكس بنسبة 28%، وذلك من خلال وجود درجات عالية من الانصمام الغازي الوريدي (VGE) بعد الغطس. ولم تتم مراقبة نسبة الأكسجين في الدائرة خلال هذه الاختبارات. ^{[ 4 ]}

يُفعّل صمام الاحتياطي عند ضغط 25 بار تقريبًا. توفر أسطوانة سعة 5 لترات عند ضغط 200 بار حوالي 875 لترًا من الغاز الحر عند ضغط 1 بار، وهي الكمية المتاحة للغوص. بمعدل تدفق احتياطي (RMV) يبلغ 30 لترًا/دقيقة لغواص يبذل جهدًا متوسطًا، ^{[ 5 ]} باستخدام نيتروكس بتركيز 28% ونسبة جرعة 0.6، سيستهلك الغاز في 48 دقيقة (875/(30*0.6)). أما نيتروكس بتركيز 46% ونسبة جرعة 0.3، فسيستمر لمدة 97 دقيقة (875/(30*0.3)). بينما سيؤدي معدل تدفق احتياطي يبلغ 15 لترًا/دقيقة لجهد خفيف ^{[ 5 ]} إلى مضاعفة هذه الأوقات.

تبلغ سعة جهاز التنقية 2.5  كجم من الجير الصودا. وبافتراض قيمة متحفظة قدرها 100 لتر من ثاني أكسيد الكربون _لكل كجم، فإن سعة الجهاز ستكون 2.5 × 100 = 250 لترًا من ثاني أكسيد الكربون _. وبمعدل استخلاص 1/20 ومعدل جرعة 0.3، قد ينتج الغواص حوالي 875 / 0.3 × 1/20 = 146 لترًا من ثاني أكسيد الكربون، مما يدل على أن قدرة التحمل لا تتأثر بسعة جهاز التنقية. ^{[ 1 ]}

• جهاز إعادة التنفس - جهاز محمول لإعادة تدوير غاز التنفس