ES2231985T3 - Metodo y dispositivo de produccion autonoma y enriquecimiento de gas respiratorio y suministro de gas respiratorio a buceadores en profundidades extremas. - Google Patents
Metodo y dispositivo de produccion autonoma y enriquecimiento de gas respiratorio y suministro de gas respiratorio a buceadores en profundidades extremas.Info
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Abstract
La invención se refiere a un sistema de almacenamiento de circuito completamente cerrado de péndulo en el cual una cantidad dada de una mezcla gaseosa lista para respirar compuesta por varios gases inertes que incluye hidrógeno e hidrógeno se transporta de forma continua entre dos contenedores de gas altamente presurizados. Inicialmente, el gas de respiración requerido deja el contenedor de gas presurizado y alcanza el circuito en una dosificación constante según el principio de sobredosificación. El circuito comprende una bolsa de inhalación, un casco de inmersión, una bolsa de exhalación y un conjunto sencillo o doble de filtro absorbedor de CO{sub,2}. A una profundidad de 0-100 m se usa una mezcla de oxígeno, nitrógeno y helio como gas de respiro. A una profundidad de 100-700 m una cantidad dada de hidrógeno se mezcla con ellos según los deseos del submarinista, por medio de la cual el contenido de oxígeno no debería superar un contenido del 3% en volumen. Cuando el submarinista sale a superficie desde una profundidad de más de 100 m, el hidrógeno se retira del gas de respiro y del circuito por medio de la difusión de membrana de paladio o conversión catalítica del agua. La retirada de hidrógeno se controla por detectores de hidrogeno. enicamente en este punto, el contenido en hidrogeno puede superar el 3% en volumen.
Description
Método y dispositivo de producción autónoma y
enriquecimiento de gas respiratorio y suministro de gas respiratorio
a buceadores en profundidades extremas.
La invención constituye un método y equipo
plenamente autónomo de buceo necesario para su realización que se
lleva en las espaldas destinado a la producción, el enriquecimiento
y el suministro de gas respiratorio al buceador en profundidades de
0 a 1000 m.
En los aparatos de buceo conocidos de sistema
abierto o semiabierto, el consumo de gas aumenta mucho en
profundidades por encima de 50-100 m. Se podrá
lograr una desconexión completa de la pérdida de gas respiratorio
únicamente por medio del sistema cerrado.
De esta forma
DE-C-834 201 (Draegerwerk, Luebeck)
describe un aparato automezclador de buceo de ciclo cerrado. Con
este método se mide la cantidad del aire aspirado y,
respectivamente, el espirado y según la diferencia entre las
cantidades, se añade oxígeno.
GB A-2 208 203 (Carmellan
Research Ltda.) constituye un aparato automezclador de buceo del
tipo Rexnord CCR 155. Estos aparatos de buceo se crearon después de
la aparición en el mercado de los sensores de oxígeno como producto
secundario de los viajes norteamericanos en el cosmos que
posibilitan con bastante precisión y fiabilidad la medición de la
presión parcial decisiva de oxígeno. En un ciclo plenamente cerrado,
con la ayuda de un gas inerte, el aparato alcanza la presión
circular propia de la profundidad de buceo y, posteriormente, según
la medición del sensor de oxígeno, se ajusta a la presión parcial
deseada de O_{2}. Esto significa que sobre la marcha del proceso
de buceo se sustituye únicamente el oxígeno que el buceador ha
consumido realmente.
En este método los datos de la presión parcial de
oxígeno y la cantidad de CO_{2} se procesan en la superficie por
un ordenador personal con su respectivo programa de software.
En profundidades por encima de
50-100 m. la aplicación de dichos aparatos
automezcladores de buceo de sistema cerrado CCR (Closed- circuit-
rebreather) es casi imposible debido a causas de carácter técnico y
razones vinculadas con la seguridad. Los defectos más importantes
son tres: no posee seguridad absoluta de la electrónica que regula
la presión parcial exacta del oxígeno en las mezclas de helio:
oxígeno que se utilizan; el zambullidor espira el gas respiratorio
con sus propios pulmones a través del aparato para eliminar el
CO_{2} espirado del ciclo del aparato (a una profundidad de 300 m.
la densidad del gas es de 31 barios); en oposición al sistema
abierto, en el sistema cerrado el flujo de gas no sale y no limpia
la mezcla de gases. Las desviaciones admitidas del contenido de
oxígeno y dióxido carbónico se hacen cada vez menores en las
profundidades mayores; aumenta el peligro de intoxicación con
CO_{2} y O_{2}.
Otro inconveniente es que en las profundidades de
200 a 500 m. la duración de la aplicación de estos aparatos se
limita a 15-20 min. debido a la falta de gas.
Por ello, en la base de la invención estriba la
tarea de descubrir un método de enriquecimiento y depuración del gas
respiratorio y producir una mezcla de gas respiratorio según la
respectiva profundidad de zambullida y, junto a eso, garantizar el
respectivo flujo de gas y su conservación para suministrar al
buceador de la mezcla necesaria de gas respiratorio en menores y
mayores profundidades así como a base del principio fundamental de
este método crear un aparato plenamente autónomo que se lleva a las
espaldas para la zambullida del buzo.
La solución innovadora de esta tarea se realiza
por medio del método descrito anteriormente en la reivindicación 1 y
a través del aparato autónomo de buceo para grandes profundidades se
lleva a las espaldas, descrito en la reivindicación 8.
Se prevé aquí que en un sistema de ciclo
totalmente cerrado de compresión y conservación se estará
trasladando constantemente una determinada cantidad de mezcla
respiratoria preparada de gas inerte (helio) y oxígeno entre 2
recipientes de alta presión (15; 29). Además, inicialmente, la
mezcla preparada de gas respiratorio necesaria alcanzará a base del
principio de ciclo de sobredosificación y de la dosificación
constante que consiste de: una bolsa aspiratoria (37), un casco de
buceo (6), una bolsa espiratoria (11), un doble filtro de CO_{2}
de absorción (16; 17). El movimiento del gas respiratorio en este
ciclo se acelerará por una bomba de membrana de presión baja (13),
siendo la mezcla respiratoria depurada de CO_{2} y otros
contaminantes, secada y calentada, enriquecida adicionalmente de
oxígeno puro según la presión parcial de oxígeno admisible para la
respectiva profundidad a base de la dosificación constante y de gas
inerte en caso de eventual pérdida. Al final, la cantidad sobrante
de mezcla respiratoria se aspira por un minicompresor de alta
presión /23/ (de émbolo o de membrana) y se comprime a presión alta
220-450 barios para ser conservada en uno de los dos
recipientes de alta presión (15; 29). Después que toda la cantidad
de mezcla de gas respiratorio se ha conservado en uno de los
recipientes se conmuta una válvula magnética y el mismo proceso
empieza de nuevo en dirección contraria: del recipiente lleno de
mezcla de gas al sistema de ciclo y de allí al recipiente vacío de
alta presión.
De esta manera se crea un verdadero ciclo
completamente cerrado donde la utilización de la mezcla de gases
cara (helio: oxígeno) es 100% y, de este modo, sin pérdida. El
suministro de gas en este sistema puede transcurrir básicamente
mediante una mezcla de gases preparada a base de la dosificación
constante, es decir, mecánica y no de forma electrónica.
Probablemente la utilización de la electrónica podría tener sólo un
papel secundario lo que eleva sumamente la seguridad de la
zambullida. El enriquecimiento del gas respiratorio con oxígeno,
según la cantidad admisible O_{2} - presión parcial, se podrá
efectuar a base de la dosificación constante, un mecanismo
automático de automezcla jugaría sólo un papel secundario.
Puesto que el minicompresor (23) se pone en
marcha por uno o dos motores eléctricos de corriente directa de
potencia total de 2 a 3 kw, 12V/24V, que se suministra de una o dos
baterías de capacidad eléctrica entre 100-600 o más
amperios por hora, el tiempo de zambullida del buceador no
dependería más de la cantidad del gas respiratorio disponible, sino
de la capacidad eléctrica existente. De esta forma, el tiempo de
zambullida aumentará varias horas en profundidades de 700 a 800 m.
hasta 24 horas o más en profundidades más pequeñas, siendo la
premisa de ello el cambio regular de los filtros de CO_{2}. Al
buceador se le podrá suministrar adicionalmente corriente eléctrica
mediante un cable desde la superficie, desde un submarino o desde
una estación submarina que es mucho más favorable que el suministro
de mezcla de gases a través de una manguera. La diferencia consiste
en que el buceador podrá desconectar y posteriormente volver a
conectar dicha conexión, el suministro a través de cable es mucho
más fácil y compacto, siendo al mismo tiempo más seguro que el
suministro a través de una manguera.
Con este método surgen también otras ventajas: el
minicompresor y los motores eléctricos se enfrían por medio de
lubricante y el calor generado se podrá utilizar a través del
intercambiador térmico para la producción de agua caliente. De este
modo el buceador, el gas respiratorio y el aparato se mantienen
calientes lo cual es sumamente importante en zambullidas profundas.
Mediante un equipamiento adicional de uno o dos motores eléctricos
de potencia total de 0,3-0,5 kw, 12V/24V, existe la
posibilidad de rápido traslado del buceador a velocidad de
4-6 nudos y distancia alcanzada de 30 a 200 km.,
según la capacidad de las baterías. Existe también la posibilidad de
uso continuo de luces: foto, TV, video, de navegación, altavoces, de
equipamientos de descodificación, ordenadores, etc. de todos los
tipos de instrumentos conocidos hasta ahora y de equipos
electromecánicos y mecánico-hidráulicos. Existe
igualmente la posibilidad de conmutar el aparato en cualquier
momento a base del principio de todos los aparatos de buceo
conocidos hasta el momento: como un sistema abierto, sistema
semicerrado, sistema cerrado con ciclo de gas mezclado, inclusive
como un sistema cerrado con ciclo puro de oxígeno, aplicándose a
este último todos los tipos de medidas de seguridad relacionados con
las zambullidas con aparatos de buceo de oxígeno. Estos sistemas se
utilizan según la opción o la tarea planteada, después de
desconectar el nexo con el minicompresor o, en caso de necesidad,
después del agotamiento de la capacidad eléctrica en caso de averías
en los motores o en el minicompresor (como sistema en caso de
necesidad).
Este método de compresión y conservación hace
posible el suministro a los buceadoress de diferentes mezclas
respiratorias en profundidades desde el 0 hasta los
700-800 m. por un tiempo relativamente largo. El
método incluso posee reservas para profundidades de 1000 y más
metros y se podrá utilizar mientras se eliminen de la ciencia los
umbrales fisiológicos que existen actualmente de 700 m. de
zambullidas.
La gran duración de aplicación posibilitará una
zambullida libre sin la cámara de zambullir
(Bounce-Diving) en profundidades hasta
300-350 m. la y libre salida a la superficie,
manteniendo el tiempo de emergencia (deko-stops) o
la salida del submarino a una profundidad determinada, por ejemplo,
300 m., el proceso de trabajo a una profundidad de 600 a 700 m. y,
posteriormente, retorno independiente al submarino. Equipado de un
cilindro portacable con tornillo que se puede trasladar, el buceador
tendrá por opción o necesidad, la posibilidad de establecer en
cualquier momento una conexión comunicativa y eléctrica con la
superficie.
El aparato compacto autónomo de buceo fabricado
sobre el principio de este método permite su uso directo desde la
playa, la embarcación, el barco, el submarino, la estación
submarina, el helicóptero o el avión, inclusive al saltar con
paracaídas. El aparato se podrá utilizar con propósitos comerciales,
deportivos, militares, científicos, arqueológicos, etc. Para fines
militares y de otro tipo se descubren totalmente nuevas perspectivas
de aplicación: por ejemplo, por primera vez será posible crear no
sólo pequeños grupos de inteligencia para sabotaje, sino también
divisiones enteras de miles de soldados de infantería marítima que
dominan áreas de profundidades de 0 a 1000 m., operando con campo de
acciones de 100 a 200 km., llevando y utilizando todos los sistemas
de armamentos y trasladándose a gran velocidad de 6 a 10 nudos.
Junto a esto, la invención brinda la posibilidad
a cada particular de servirse del aparato y llegar solo a grandes
profundidades y sin grandes esfuerzos para buscar tesoros,
utilizarlo con fines deportivos, arqueológicos y científicos.
La invención hace posible el desarrollo ulterior
de algunas ramas de la investigación marina y de la industria. Por
ejemplo, la extracción directa de concreciones de manganeso en
profundidades marítimas de 700 m. (en el futuro, eventualmente,
hasta 1000 m. y más), extracción de petróleo y gas natural de dichas
profundidades.
El nuevo método de compresión y conservación de
producción autónoma, enriquecimiento y suministro de gas
respiratorio al buceador en profundidades pequeñas y extremas
permite la utilización de determinados gases inertes o de diferentes
mezclas de gases inertes y oxígeno, inclusive el hidrógeno.
En el caso de usar hidrógeno se deberán tomar
determinadas medidas de seguridad. Es sabido que sin suficiente
contenido de oxígeno de 4 Vol.%, el hidrógeno no se podrá inflamar.
Por ende, el contenido de oxígeno de 3 Vol.% máximo no se deberá
sobrepasar. Esto significa que la mezcla de gas respiratorio de
oxígeno, helio e hidrógeno podrá utilizarse únicamente en áreas de
profundidad de 50 a 700 m. (en el futuro, eventualmente, hasta 1000
m. de profundidad). Para utilizar la misma mezcla respiratoria sin
hidrógeno en profundidades de 0 a 50 m. con contenido elevado de
oxígeno se deberá eliminar el hidrógeno de la mezcla respiratoria
por medio de la separación o la combustión catalítica.
La separación de hidrógeno y helio es posible
mediante una membrana de paladio - célula difusiva. Apenas el
hidrógeno esté separado de la mezcla respiratoria, el contenido de
oxígeno podrá ser aumentado por encima de 4 Vol.%.
La propiedad más importante del nuevo método
consiste en que el proceso de utilización del gas preparado, el
enriquecimiento del gas utilizado y la producción de gas nuevo y su
conservación a alta presión en uno de los dos recipientes bajo
presión (15; 29) se efectuará en 20 ó 30 minutos. Durante este
tiempo el buceador podrá utilizar de forma automática o manual
determinados gases inertes, combinar distintas mezclas de gases
inertes, observar el proceso entero de producción y enriquecimiento
del gas respiratorio, controlarlo y, en caso de necesidad,
corregirlo.
Respecto a la utilización del hidrógeno como gas
respiratorio posible en el nuevo método de compresión y conservación
es posible también otro uso que se relaciona con la energía - el
suministro eléctrico del aparato autónomo de buceo que se lleva a la
espalda, es decir, el suministro eléctrico por medio de célula
combustible (fuell cell). Son particularmente apropiadas para este
propósito las células alcalinas combustibles AFC (Alkaline Fuell
Cell) que por ser generadores altamente eficientes de energía
electro-química se suministran exclusivamente de
oxígeno e hidrógeno puros. Colocada en un recipiente de presión
compensada, la célula combustible (fuell cell) se puede alimentar
con el oxígeno e hidrógeno disponibles y de este modo servirá de
suministro eléctrico para el nuevo aparato de buceo durante varias
horas.
Son posibles también otras células combustibles
(hidrógeno-aire) en combinación con los nuevos tipos
de baterías de iones de litio que pueden mejorar esencialmente el
suministro de energía eléctrica.
La invención se podrá explicar por medio de las
figuras:
Figura 1 y figura 1a muestran un esquema
funcional;
Figura 2 y 2a muestran un corte longitudinal y
transversal;
Las figuras 3 y 3a presentan una vista de lado y
desde arriba.
El principio funcional del método y su aparato
autónomo de natación submarina que se lleva a la espalda, necesario
para su ejecución se podrá observar más detalladamente en la Fig.
1.
Del recipiente a presión (botella de acero /29/
con gas respiratorio) el gas escapa por la válvula abierta mediante
el nexo de alta presión hacia el reductor monogradual de la presión
(30) donde se reduce hasta presión por encima del estado crítico
según la profundidad de la zambullida hasta 110 barios y a través de
la boquilla de dosificación (39) se introduce en la bolsa
aspiratoria (37), o directamente en el casco de buceo (6). De allí
el gas respiratorio llega a los órganos respiratorios del
buceador.
En la fase de espiración el gas empieza a correr
en sentido inverso a través de la bolsa espiratoria (11) o
directamente por el casco de buceo (6) en los dos filtros de
absorción (16 y 17) de CO_{2}. De allí se aspira por la bomba de
membrana de baja presión (13) y por medio de la válvula de retroceso
(35) se introduce de nuevo en la bolsa aspiratoria (37). De este
modo se cierra el ciclo. La bomba de membrana de baja presión (13)
se pone en funcionamiento por impulsos eléctricos y tiene la tarea
de hacer girar continuamente el gas respiratorio en este ciclo para
que el buceador sienta menor resistencia respiratoria y respiración
dificultada con el gas comprimido.
El gas sobrante de 10 a 100 litros normales/min,
según la profundidad de la zambullida no sale del ciclo del aparato
mediante la válvula de seguridad (10) en el agua circundante (como
ocurre en el sistema semicerrado), sino que se aspira por el
minicompresor (23), se comprime y conserva a presión alta de
220-450 barios mediante la válvula triple (31) en
la segunda botella de gas mezclado (15), siendo la botella (15)
vacía al principio.
El minicompresor (23) es de émbolo; se prefiere
un minicompresor de membrana de alta presión de
220-450 barios, potencia de aspiración y suministro
entre 10-100 l/min que se pone en funcionamiento por
dos motores eléctricos de corriente directa (21; 24) con potencia
total de 2-3 kw, 12V/24V. Los motores eléctricos se
alimentan de una o más baterías (19; 26) de 12V/24V de capacidad de
corriente de 100 a 600 Ah o más, según el cumplimiento (modelo). Las
baterías podrán ser de tipo plomo-ácido, de
níquel-cadmio o de plata-zinc y se
colocan en cajas de lubricante para equilibrar la presión.
El minicompresor (23) comprime el gas
respiratorio sobrante mediante los filtros (18) que consisten de un
separador condensado, un filtro de lubricante (en el caso de
compresor de émbolo), un filtro para eliminar olores y secar,
depurándose el gas respiratorio sobrante y conservándose en la
segunda botella de gas mezclado (15) bajo presión
220-450 barios.
El aparato está construido y destinado a 16 ó 18
áreas principales de zambullidas en profundidades. A cada área se
destinará determinada dosificación y mezcla de gases. La cantidad
dosificada de mezcla de gases quedará constante según la profundidad
de la zambullida.
El flujo de gas a la bolsa aspiratoria (37) se
realiza automáticamente o por opción se regula de forma manual a
través de la válvula dosificadora (39) del panel de control (1) que
es llevado en los pechos por el buceador y se puede regular según la
profundidad de 10 l/min (en área de 0 a 50 m) hasta
95-100 l/min (en área de 600 a 700 m).
La potencia de aspiración y compresión del
minicompresor (23) también puede ser automática o manualmente
regulada mediante la regulación escalonada del flujo eléctrico de
los dos motores eléctricos (21;24) por medio de interruptores
rotatorios (2;40) del panel de control (1) con lo que se realiza una
recepción escalonada de ampère de 24 a 200 Ah/h. Según esta
recepción de ampère de los motores eléctricos, el minicompresor
puede generar potencia de aspiración y suministro de 10 a 100 l/min.
Esta cantidad de gas respiratorio que es comprimido por el
minicompresor a alta presión en la segunda botella de gas mezclado
es aproximadamente 10-15% de la cantidad total de
gas respiratorio que necesita un buceador en la profundidad
correspondiente por minuto. El gas restante sigue girando en el
ciclo cerrado. De esta forma se ahorra corriente directa que es
utilizada para comprimir y conservar de nuevo el gas que se volverá
a utilizar.
Para evitar averías y no crear diferencias entre
el flujo de gas y la potencia aspiratoria del minicompresor, la
válvula dosificadora (39) y los interruptores rotatorios (2;40)
están sincronizados. Se añade adicionalmente a la bolsa espiratoria
(11) también la válvula protectora (9) que, al cerrarse, evita que
el minicompresor aspire gas respiratorio de los pulmones del
buceador. Junto a eso, la válvula protectora (9) posee un mecanismo
automático para desconectar los motores eléctricos (21;24) en caso
de necesidad. En la bolsa aspiratoria (37) se ha montado un
mecanismo automático de respiración (36) que en caso de necesidad
suministra adicionalmente gas respiratorio, o bien, en caso
excepcional, admite que todo el sistema se convierta en equipo de
ciclo abierto.
En dependencia de la profundidad de zambullida y
de la potencia comprimible necesaria del compresor, respectivamente,
el uso de la corriente directa, se determinará el tiempo de trabajo
y zambullida como se indica a continuación: hasta 3 horas en
profundidad de 600 a 700 m y hasta 24 horas o más en áreas de
zambullidas de 0 a 100 m (según la capacidad de las baterías).
El minicompresor (23) y los motores eléctricos
(21;24) se encuentran en una caja de acero y se enfrían con
lubricante. El calor generado se hace llegar al buceador mediante
una mezcladora térmica (22) en forma de agua caliente a temperatura
43-45ºC, para protegerlo tanto a él, como al gas
respiratorio y al equipo del frío de la profundidad.
La válvula de seguridad de aumento de la presión
(10) se conecta en caso de salida rápida a la superficie o
diferencias posibles entre el flujo de gas y la potencia aspiratoria
del minicompresor, dejando salir en el agua el gas respiratorio
sobrante.
Cuando la botella de gas mezclado (15) se llena
bajo presión alta de 220-450 barios de gas depurado,
se conmuta la válvula triple (31) (de forma automática o manual) y
el mismo proceso empieza desde el inicio. Esta vez el gas
respiratorio de la botella de gas mezclado (15) llega al reductor
para reducir la presión (30) y mediante la boquilla dosificadora
(39) del panel de control (1) desemboca en la bolsa aspiratoria o
directamente en el casco del buzo. El gas espirado llega de nuevo a
la bolsa espiratoria (11) y, posteriormente, en el filtro de
absorción de CO_{2} (16; 17), se aspira por la bomba de membrana
de presión baja (13) y desemboca en la bolsa aspiratoria mediante
una válvula de retorno (35). El gas respiratorio sobrante se aspira
por el minicompresor de alta presión (23), se depura mediante
filtros (18), se comprime y se conserva en la botella de gas
mezclado que ya está vacía (29) bajo presión alta de
220-450 barios. Este proceso se repite mientras esté
presente la capacidad eléctrica de las baterías determinada.
En este proceso se introduce adicionalmente por
medio del reductor de la presión y la boquilla dosificadora (33)
oxígeno puro en la bolsa espiratoria (11) de la botella de acero
(28) a base de una dosis constante de modo que la parte del oxígeno
en la mezcla total permanezca constante en los límites deseables y
admisibles. Al igual que la dosificación del gas respiratorio
mezclado, la dosificación adicional de oxígeno y el flujo para las
16 principales áreas de profundidad está construida y establecida de
forma que se cree una sincronización completa entre la dosificación
de gas mezclado y el oxígeno y la presión parcial del oxígeno en
todas las profundidades permanezca constante en los límites
deseables.
En situaciones de avería, cuando el minicompresor
o los motores eléctricos (21;24) no funcionen debido a diferentes
motivos, el ciclo podrá seguir accionándose por la bomba de membrana
de baja presión que funciona a base del principio de los imanes
eléctricos, o bien se puede alimentar de un pequeño motor eléctrico
a condición de que exista capacidad eléctrica en las baterías y se
siga realizando el flujo del oxígeno de la botella de acero (28) a
base de la dosificación constante. Esto es posible, puesto que hay
suficiente mezcla de gas inerte y oxígeno, naturalmente, por un
período determinado en el volumen del ciclo total: las bolsas
espiratoria (11) y la aspiratoria (37), el casco de buceo (6) o
embocadura, mangueras aspiratoria y espiratoria, filtros de
absorción del CO_{2}, etc. (en total, aproximadamente, unos
25-30 litros de volumen, más las respectiva presión
de gran profundidad, por ejemplo a 300 m, corresponden 31 barios, lo
que equivale a un total de 900 litros de volumen normal).
Posteriormente, el aparato se podrá convertir por el buceador en
ciclo semicerrado y de esta manera se podrá utilizar la reserva
disponible de gas mezclado.
El aparato está dotado de dispositivos de
medición del contenido del oxígeno (12) y del CO_{2} (34) para
controlar el contenido del oxígeno y el dióxido de carbono en la
mezcla del gas respiratorio.
De la botella de acero (27), cuando proceda, se
suministrará en la bolsa espiratoria (11) gas inerte adicional
(helio) mediante un reductor de la presión y la boquilla
dosificadora (32) en caso de posible pérdida.
Para evitar las fuertes corrientes subacuáticas,
o bien para que el buceador se desplace horizontal o verticalmente
se han previsto, como equipamiento adicional, motores eléctricos
(20;25) con potencia total de 0,3-0,5 kw, 12V/24V,
que pueden garantizar al buceador una velocidad de
4-6 o más nudos. Según la capacidad de acumulación
utilizada y la profundidad acuática necesaria, se podrá alcanzar una
distancia de 30 a 200 km que contribuye a crear una calidad
totalmente nueva de la zambullida.
Para reducir la resistencia de las corrientes
subacuáticas y aumentar la velocidad se han previsto como
equipamiento adicional unas formas hidrodinámicas transparentes
especiales de distintas variantes que se podrán montar en el aparato
básico (Fig. 3).
Un ordenador de buceo especialmente configurado
podrá ser útil y podrá ayudar al buceador, dándole imagen continua
de todos los parámetros necesarios, por ejemplo: el flujo, la
dosificación y la reserva de gas, la presión del gas en el medio
ambiente, la temperatura del gas y del agua, el tiempo de
zambullida, los "deko-stops", la potencia de
aspiración y de suministro de gas por el minicompresor, la capacidad
eléctrica, el contenido de O_{2} y CO_{2}, las revoluciones de
los motores eléctricos, la temperatura para el calentamiento del
agua, el alejamiento, la velocidad de las corrientes de agua, la
velocidad de movimiento, los parámetros de navegación, etc.
La capa del aparato guarda también 2 o más faros
luminosos, video, telecámaras y fotocámaras, amperímetro y
voltímetro, aparato de medida de O_{2} y CO_{2}, hidrófono,
aparatos de navegación y orientación. El mecanismo puede ser
conectado adicionalmente mediante un cable eléctrico o cable de
vitrofibra. La ventaja es que el buceador puede desconectar en
cualquier momento, según su deseo, dicha conexión y posteriormente
volver a conectarla. Existe la posibilidad de sustituir los filtros
de CO_{2} bajo el agua, mientras siga funcionando sólo uno de
dichos filtros. Además, en la radiocomunicación y videoconexión con
la superficie, existe la posibilidad única por su naturaleza de
controlar y aconsejar al buceador durante su trabajo. En caso de
posible avería, el aparato podrá ser transformado directamente en
ROV (Remoute Operation Vehicle) del panel de control y cuando el
buceador esté en situación grave trasladarlo a un submarino o a una
estación con la ayuda de los motores en propulsión.
El aparato podrá ser fabricado en 10 modelos y
variantes distintos, de la capacidad diferente de las baterías y las
botellas de acero, la potencia de los motores y del minicompresor en
tamaños, formas y dimensiones, según el propósito para el que serán
utilizados.
Bajo el agua, el aparato tiene peso neutro, y
sobre el agua pesa - entre 50 y 150 kg. El aparato podrá ser elevado
sobre el agua únicamente por medio de una pequeña grúa o bien podrá
ser llevado al agua en pequeños rodillos. Las dimensiones varían en
longitud de 450 a 800 mm; en anchura de 450 a 500 mm; en altura de
250 a 300 mm y posibilita al buceador de descender a través de una
escotilla de diámetro interno de 700 a 900 mm. Todas las piezas del
equipo se cubren con una capa plástica de vitrofibra o chapa
inoxidable para protegerlas en caso de avería mecánica.
Respecto a la utilización de diferentes mezclas
de gases inertes y oxígeno, incluso de hidrógeno, el principio
funcional del nuevo método de compresión y conservación se estudia
más detalladamente en la Fig. 1a.
Según el método descrito en la patente principal,
el aparato de buceo funciona en profundidad hasta 200 m. En esta
profundidad es posible, si el buceador lo desea, añadir,
adicionalmente, a la mezcla de gas respiratorio (que consiste de
helio y oxígeno) determinada cantidad controlada de hidrógeno, a
base de la dosificación constante, desde el recipiente de gas bajo
presión (6a). Esta cantidad de hidrógeno no deberá sobrepasar el
30-50% (vol.) del volumen de la cantidad total de la
mezcla de gas respiratorio, puesto que el hidrógeno posee potencia
narcótica en condiciones de presión por encima de 18 barios.
Al estar abierta la válvula, el hidrógeno se
escurre desde el recipiente de gas bajo presión (6a) a través de un
nexo de alta presión hacia el reductor de una etapa de presión y de
la boquilla dosificadora (10a) directamente a la cámara mezcladora
(27a). Allí el hidrógeno se mezcla con el gas inerte helio y la
parte respectiva de oxígeno (menos de 3 vol.%) a base de la
dosificación constante, se aspira por el minicompresor de alta
presión (23), protegido de explosión y se comprime para ser
conservado bajo presión en la botella vacía de gas a presión (15).
Este proceso durará aproximadamente 20- 30 min. mientras se esté
comprimiendo toda la cantidad disponible de helio, oxígeno y la
cantidad dosificada de hidrógeno en la botella a presión (15). La
dosificación precisa del hidrógeno se realiza mediante controlador
"Flow" (17a).
Inmediatamente después, la válvula del recipiente
a presión (6a) se cierra, la válvula tetragradual (31) gira de forma
automática o manual y así disminuye la presión del gas respiratorio
preparado en el recipiente bajo presión (15) hasta llegar a la
sobrepresión crítica y por medio de la boquilla de dosificación (39)
del panel de control (1) pasa a la bolsa de aspiración (37) o
directamente al casco del buzo (6). El gas respiratorio espirado se
conduce al ciclo que consiste de: bolsa de espiración (11), filtros
de absorción de CO_{2} (16; 17), bomba de membrana de presión baja
(13), bolsa de aspiración (37) o casco de buceo (6). El gas
respiratorio sobrante se aspira por el microcompresor(23). El
contenido de oxígeno es entregado en cantidad dosificada a base de
dosificación constante en la cámara de mezcla (27a), posteriormente,
el gas respiratorio es trasladado bajo presión alta a los filtros
(18) donde, depurado y seco, finalmente se conserva bajo presión
alta en la botella que ya está vacía (el recipiente bajo presión)
(29). La dosificación y el control del oxígeno se efectúan
adicionalmente por el medio del controlador "Flow" (17b).
Si es preciso que el buceador emerja por encima
del límite de 100 m de profundidad hacia la superficie (es posible
que emerja hasta la profundidad de 50 m con el mínimo contenido de
oxígeno de 3 Vol.% en el gas respiratorio) es absolutamente
necesario que se elimine el hidrógeno de la mezcla respiratoria o
que se utilice otra similar. La separación podrá efectuarse en la
célula difusiva (18a) con la ayuda de la membrana de paladio. El
hidrógeno se difunde mediante esta membrana en la temperatura de
280ºC y se puede almacenar con la ayuda de un conservador de
hidruro, o bien convertirse en agua de forma catalítica. El oxígeno
que se contiene aún en el gas respiratorio reacciona con el
hidrógeno al nivel de la membrana de paladio, convirtiéndose en
vapor y se separa, escapando junto con el helio. El helio y el agua
en forma de gas pasan por los filtros (18) donde el gas respiratorio
se seca y se conserva bajo presión alta en uno de los dos
recipientes bajo presión (15 ó 29). Puesto que el gas respiratorio
ya no contiene oxígeno, éste se traslada a base de la dosificación
constante directamente en el respectivo recipiente bajo presión (15
ó 29) a través de la boquilla dosificadora (30a). De esta forma el
hidrógeno se elimina del gas respiratorio después de varios ciclos
de conservación y evacuación. Para alcanzar la seguridad de que no
hay más hidrógeno en el gas respiratorio, se han montado detectores
de hidrógeno (19a y 26a). Allí están montados igualmente dos
aparatos para medir el oxígeno (19b y 26b).
El complejo proceso de separación del hidrógeno
podrá ser innecesario si el buceador realiza trabajos a profundidad
de 100 a 700 m.
En una zona de zambullida de 0 a 600 m, en lugar
de hidrógeno se podrán utilizar distintas mezclas de gases,
compuestas por oxígeno, nitrógeno y helio. En una zona de
profundidad de 0 a 50 m son posibles diferentes mezclas de gases
basándose en oxígeno y nitrógeno.
Para alcanzar una mejor alimentación eléctrica,
en lugar de la batería (19), en un recipiente de compensación de la
presión se podrá montar una célula alcalina combustible (fuell
cell). Dicha célula está provista de oxígeno desde un recipiente
bajo presión (28) y de hidrógeno desde un recipiente bajo presión
(6a). Existe también la posibilidad de que se instale en lugar de la
batería (26) un hidruro-conservador de hidrógeno.
De esta manera mejorará considerablemente la alimentación eléctrica
del aparato de buceo y, respectivamente, el tiempo de zambullida a
más horas. El hidrógeno presente podrá se podrá utilizar por medio
de combustión catalítica y, adicionalmente, para obtener agua
caliente y utilizarla para calentar el gas respiratorio, el aparato
del buzo y al buceador.
Se han montado adicionalmente al aparato de buceo
motores eléctricos verticales de hélice (20a y 25a) que se pondrán
en funcionamiento y garantizarán mejor posibilidad vertical de
maniobra del buceador.
Claims (17)
1. Método de producción autónoma, enriquecimiento
y suministro de gas respiratorio al buceador en profundidad de
zambullida de 0 a 1000 m que se caracteriza por el hecho de
que en un sistema de ciclo completamente cerrado de compresión y
conservación, una cantidad determinada de mezcla de gas preparada
del gas inerte helio o de distintos gases, como nitrógeno, helio,
hidrógeno y oxígeno, se están trasladando continuamente entre dos
botellas (recipientes) de alta presión (15; 29) donde al principio
el gas respiratorio necesario de uno de los recipientes de presión
alta a base del principio de sobredosificación y dosificación
constante alcanza un ciclo que consiste de una bolsa de aspiración
(37), un casco de buceo (6), una bolsa de espiración (11), empaque
único o doble de filtros de absorción de CO_{2} (16; 17). En estas
circunstancias, el movimiento del gas respiratorio en dicho ciclo se
efectúa por una bomba de membrana a presión baja (13). El gas
respiratorio se depura del CO_{2} y de otros contaminantes, se
seca y se calienta, se enriquece adicionalmente de oxígeno puro a
base de la dosificación constante, según la presión parcial de
oxígeno admisible para la profundidad respectiva directamente a este
ciclo o a la cámara de mezclar (27a), se mezcla con el gas inerte o
diferentes gases inertes, como helio e hidrógeno, en caso de
necesidad, o, en caso de pérdida eventual, a base de la dosificación
constante y, finalmente, la cantidad extraordinaria de gas
respiratorio se aspira por un compresor de alta presión (23)
protegido de explosión y se comprime bajo alta presión de 220 a 450
barios, respectivamente, en una de las dos botellas de presión alta
(15; 29). Después que la cantidad completa de mezcla de gas
respiratorio se comprime en una de las botellas de alta presión (15
ó 29), una válvula magnética (31) gira y el mismo proceso comienza
de nuevo en sentido inverso - desde la botella llena hacia la
botella vacía bajo presión donde el proceso de utilización del gas
respiratorio preparado para el enriquecimiento del gas utilizado y
la producción del nuevo gas respiratorio y su acumulación bajo alta
presión en una de las dos botellas de alta presión se realiza en un
lapso de tiempo de 20 a 30 minutos en grandes profundidades, o bien
hasta 100 minutos en pequeñas profundidades.
2. Un método, según la reivindicación 1, que se
diferencia puesto que la bomba de membrana de baja presión (13) se
pone en funcionamiento por imanes eléctricos por medio de impulsos
eléctricos o mediante un motor eléctrico 12V/24V.
3. Un método, según las reivindicaciones 1 y 2,
que se distingue porque el gas respiratorio superfluo se comprime
por un compresor de alta presión (23) con potencia de aspiración y
suministro de 150 litros/por minuto bajo alta presión de 220 a 450
barios en una de las dos botellas de gas comprimido (15 ó 29).
4. Un método, según la reivindicación 1, que se
caracteriza por el hecho de que el compresor de alta presión
(23) se pone en funcionamiento por dos motores eléctricos de
corriente directa (21; 24) de potencia total de 2 a 3 kw, 12V/24V,
2000-3000 U/min.
5. Un método, en conformidad con las
reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por el hecho
de que por medio de un mecanismo construido especialmente entran
directamente cantidades dosificadas con precisión de gases inertes u
oxígeno bajo presión alta en los dos recipientes de gas bajo presión
(15; 29) para la regulación fina adicional de los componentes del
gas respiratorio para mayor precisión (30a).
6. Un método que, acorde a las reivindicaciones
anteriores se caracteriza por el hecho de que el gas inerte
necesario - el hidrógeno, se almacena en un
conservador-hidruro metálico (26) o bajo la forma de
gas en un recipiente bajo presión (6a).
7. Un método que, según las pretensiones
anteriores, se caracteriza por el hecho de que el suministro
de energía eléctrica se realiza por medio de una célula alcalina o
de otro tipo de célula combustible (fuel cell) /19/ que se alimenta
por el hidrógeno y oxígeno presentes donde la célula combustible
está introducida en un recipiente que compensa la presión,
independiente o en combinación con una o más baterías de tipo
convencional o de tipo de iones de litio.
8. Un aparato autónomo de buceo de aguas
profundas que se lleva a la espalda y consiste de dos botellas
(recipientes) de alta presión (15; 29) donde en un sistema
completamente cerrado de compresión y conservación determinada
cantidad de mezcla preparada de gases inertes, como helio u otros
gases inertes, como nitrógeno, helio, hidrógeno y oxígeno que
continuamente pasan entre las dos botellas de presión alta (15; 29)
en un ciclo compuesto por una bolsa de aspiración (37), un casco de
buceo (6), una bolsa de espiración (11), un empaque único o doble de
filtros de absorción de CO_{2} (16; 17) donde al inicio el gas
respiratorio necesario se introduce en el ciclo a base del principio
de la sobredosificación y de la dosificación constante desde la
primera botella (recipiente) de presión alta (15; 29); una bomba de
membrana con presión baja (13) donde el movimiento del gas
respiratorio en dicho ciclo se acelera por esta bomba de membrana de
presión baja (13); por medio de éstos, el gas respiratorio se depura
de CO_{2} y de otros contaminantes, se seca y se calienta, se
enriquece adicionalmente el gas respiratorio con oxígeno puro según
la presión parcial admisible de oxígeno para la respectiva
profundidad a base de la dosificación constante directamente en el
ciclo o en una cámara de mezcla (27a) y con gas inerte o gases
inertes como helio e hidrógeno, en caso de necesidad, o bien, en
caso de pérdida eventual a base de la dosificación constante; un
compresor protegido de explosión de alta presión (23) donde la
cantidad sobrante (superflua) de mezcla respiratoria se aspira y se
comprime bajo presión alta de 220 a 450 barios en la segunda botella
de presión alta (15, 29); una válvula magnética (31) donde después
de que toda la cantidad de mezcla respiratoria presente haya sido
introducida en una de las botellas (recipiente) de presión alta (15;
29), la válvula magnética (31) es reconmutada de forma automática o
manual y el mismo proceso comienza de nuevo en sentido inverso -
desde la botella llena hacia la botella vacía bajo presión donde se
pone en marcha la bomba de membrana de baja presión (13) por un imán
magnético de impulsos eléctricos o por un motor eléctrico 12V/24V y
la cantidad de gas extraordinario (superfluo) se comprime por un
compresor de presión alta (23) con potencia de aspiración y
suministro de 150 litros/min. Bajo presión alta de 220 a 450 barios
en la segunda botella (recipiente) de presión alta (15 ó 29), el
compresor de alta presión (23) se pone en funcionamiento por dos
motores eléctricos de corriente directa (21; 24) de potencia total
de 2 a 3 kW, 12V/24V, con 2000-3000 U/min.; un
mecanismo especialmente construido para la introducción directa de
cantidades de gases inertes, exactamente dosificadas, u oxígeno bajo
presión alta en los dos recipientes de gas bajo presión (15; 29)
para la regulación fina adicional de los componentes del gas
respiratorio para una precisión más alta (30a); un conservador de
hidruro metálico (26) donde el gas inerte necesario para la
zambullida en grandes profundidades - el hidrógeno, se conserva en
forma de gas en recipiente bajo presión (6a); una o más baterías de
12V/24V con cuya energía eléctrica y capacidad de 100 a 600Ah se
ponen en funcionamiento los dos motores eléctricos de corriente
directa (21; 24) que ponen en marcha el compresor de alta presión
(23) donde las baterías pueden ser de tipo plomo-ácidos, de
níquel-cadmio o de plata-zinc y
están colocadas en cajas de lubricante para compensar la
presión.
9. Un aparato de buceo de grandes profundidades,
según la reivindicación 8, que se caracteriza por el hecho de
que el compresor de alta presión (23) y los dos motores eléctricos
(21; 24) están introducidos en una capa de acero y están enfriados
por lubricantes; el calor generado de ello se utiliza mediante un
mezclador calorífico (22) para la producción de agua caliente; el
agua caliente se suministra al buceador a temperatura de 45 a 50ºC,
para calentar el gas respiratorio y el aparato del buzo.
10. Un aparato de buceo de grandes profundidades,
conforme al punto 8, que se caracteriza por el hecho de que
en la bolsa de aspiración (37) está instalado un mecanismo
automático de respiración (36) con la tarea de suministrar gas
respiratorio adicional en caso de necesidad y en la bolsa de
espiración (11) está montada una válvula protectora de superpresión
(10) con el propósito de expulsar el gas respiratorio sobrante
(superfluo) en el medio ambiente (en el agua) en caso de
necesidad.
11. Un aparato de buceo de grandes profundidades,
según las reivindicaciones anteriores de 8 a 10, que se
caracteriza por el hecho de que en la bolsa de espiración
(11) está puesta una válvula protectora (9); esta válvula (9) evita
que el compresor de alta presión (23) aspire gas de los pulmones del
buceador en caso de insuficiente cantidad de gas respiratorio; el
mismo peligro se evita también por la válvula inversa (35) instalada
en la bolsa de aspiración (37). La válvula de seguridad (9) está
provista de una máquina automática de desconexión y desconecta
también los motores eléctricos (21; 24) del compresor de alta
presión (23).
12. Un aparato de buceo de grandes profundidades,
según los puntos anteriores de 8 a 11, que se caracteriza
por el hecho de que como dispositivo de puesta en marcha están
instalados dos motores eléctricos de potencia total de 0,3 a 0,5 o
más Kw, 12V/24V; los dos motores eléctricos (20; 25) se alimentan
con corriente de las baterías presentes (19; 26) y posibilitan al
buceador moverse vertical y horizontalmente a una velocidad de 4 a 6
nudos o más a distancias de 30 a 200 km, según la capacidad
disponible de corriente.
13. Un aparato de buceo de grandes profundidades,
según las reivindicaciones anteriores de 8 a 12, que se
caracteriza por el hecho de que todas las funciones
importantes del aparato se controlan y dirigen por el panel de
control (1) que es llevado por el propio buceador, a saber: la
dosificación constante de la mezcla respiratoria, la dosificación
constante del flujo del oxígeno, la dosificación del flujo de gas
inerte, la reserva de gas respiratorio y de oxígeno, el gas inerte,
la potencia de aspiración y compresión del compresor de alta presión
(23), la frecuencia de puesta en movimiento de la bomba de membrana
de presión baja (13), la rotación y el recibimiento ampère de los
motores eléctricos (21; 24) que ponen en funcionamiento el
compresor, la rotación y el recibimiento Amper de los motores en
marcha (20; 25), la temperatura del agua caliente, la utilización y
la reserva de la capacidad eléctrica, la conexión y la desconexión
de las luces, del video y de los equipos de comunicación.
14. Un aparato de buceo de grandes profundidades,
según las reivindicaciones anteriores de 8 a 13, que se
caracteriza por el hecho de que especialmente para el aparato
está diseñado un ordenador de buceo que suministra al buceador
continuamente un cuadro de todos los parámetros necesarios, como: el
flujo de gas, la reserva de gas, la presión del gas y la presión en
el medio ambiente, la temperatura del gas y del agua, el tiempo de
zambullida, los deko-stops, la potencia de
aspiración y suministro de gas del compresor de alta presión (23);
la capacidad disponible de corriente, el contenido de O_{2} y
CO_{2}, las revoluciones de los motores eléctricos, la temperatura
del agua caliente y de la cantidad suministrada de ésta, el
alejamiento, la velocidad de las corrientes acuáticas, la velocidad
de movimiento, parámetros de navegación, etc.
15. Un aparato de buceo de grandes profundidades,
según las reivindicaciones anteriores de 8 a 14, que se
caracteriza por el hecho de que como equipamiento adicional
se podrá montar un equipo de cilindro con cable donde el buceador
podrá en cualquier momento y de cualquier profundidad hacer por su
propia iniciativa conexión eléctrica, de video y conexión oral con
la superficie o con la central de mando mediante un cuerpo flotante
que se puede inflar provisto de luces de avería y antena de rápida
localización.
16. Un aparato de buceo de grandes profundidades,
según las reivindicaciones anteriores de 8 a 15, que se
caracteriza por el hecho de que como equipamiento adicional
para alcanzar una inferior resistencia acuática y mayor velocidad,
se han previsto recubrimientos hidrodinámicos especiales - formas
ejecutadas de diferente manera que se podrán montar en el aparato
base /Fig. 3/. Las envolturas son suaves y transparentes fabricadas
de vidrio acrílico en dos partes - una parte posterior ajustada al
aparato del buzo y una parte anterior descapotable.
17. Aparato de buceo para aguas profundas, según
las reivindicaciones anteriores de 8 a 16, que se caracteriza
por el hecho de que el suministro de energía eléctrica se realiza
mediante una célula alcalina u otro tipo de célula de combustión
(fuel cell /19/) que se alimenta del hidrógeno y del oxígeno
disponibles con lo cual la célula de combustión ha sido colocada en
un recipiente que compensa la presión, de forma independiente o en
combinación con una o más baterías de tipo convencional o de tipo
litio-iónico.
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