ES2870964T3 - Sistema y método de suministro de aire de superficie de baja presión - Google Patents

Abstract

Un método para proporcionar aire respirable a un buceador sumergido, comprendiendo el método: proporcionar una bomba (28) que tiene una entrada de bomba acoplada a la atmósfera y una salida de bomba (30); proporcionar un tubo de aire respirable (30) que tiene un extremo proximal acoplado a la salida de la bomba (28) y un extremo distal; proporcionar un conjunto de regulador de aire respirable (2) que comprende una entrada de regulador acoplada al extremo distal del tubo de aire respirable (30), una cámara de regulador (12), una abertura de respiración a través de la que dicho buceador sumergido inhala y exhala, y una salida de regulador; proporcionar un sensor de presión (20) acoplado a la cámara de regulador (12) para detectar los cambios de presión dentro de la cámara de regulador (12) asociados con la inhalación y exhalación del buceador; detectar los cambios de presión en la cámara de regulador (12) asociados con la inhalación y exhalación del buceador usando el sensor de presión (20); determinar al menos uno del comienzo de la inhalación del buceador y el comienzo de la exhalación del buceador basándose en dicha detección; dentro de no más de 0,5 segundos después de dicha determinación de al menos uno del comienzo de la inhalación del buceador y el comienzo de la exhalación del buceador, operar la bomba (28) durante al menos una parte de la inhalación del buceador a una primera velocidad de bomba para suministrar aire respirable al buceador sumergido a una presión de no más de 172 kPa (25 psi) por encima de la presión atmosférica; y operar la bomba (28) durante al menos una parte de la exhalación del buceador a una segunda velocidad que no sea mayor que la mitad de la primera velocidad.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método de suministro de aire de superficie de baja presión

Antecedentes de la invención

La presente divulgación se refiere al suministro de gas respirable. Más en particular, se trata de sistemas y métodos para suministrar gases respirables a un buceador sumergido que realiza actividades subacuáticas.

El buceo con suministro de aire de superficie (Surface Supplied Air, SSA) o "Hookah" es un medio actual para proporcionar gas respirable (por ejemplo, aire) a un buceador subacuático. Los sistemas SSA se diferencian de los sistemas SCUBA en que el buceador está atado a la superficie a través de un tubo flexible que suministra los gases respirables desde un recipiente de gas comprimido, bomba o compresor. Los sistemas de bombeo de SSA actuales implican presurizar los gases respirables en la superficie usando bombas o compresores para comprimir el gas respirable a una presión en el intervalo de 125 psi (861 kpa), suministrando a continuación el gas a través de un tubo a un regulador de presión montado en la boquilla, que regula la caída de presión en el momento del suministro a la boca del buceador a la presión determinada por la profundidad del buceador (por ejemplo, 0-75 psi (0-517 kpa) por encima de la presión atmosférica). A medida que el buceador desciende por debajo de la superficie del agua, la presión aumenta aproximadamente 0,43 psi (2,9 kpa) por cada pie (0,3 m) de profundidad de inmersión para el agua dulce y 0,44 psi (3,03 kpa) por cada pie (0,3 m) de agua de mar. Dicho de otra manera, cuando un buceador desciende a aproximadamente 10,3 m (33,9 pies) por debajo de la superficie en agua dulce, o a unos 10,0 m (32,9 pies) en agua de mar, la presión absoluta será igual a 2 atmósferas (atm) (203 kpa), con 1 atm (101,3 kpa) de la presión debida a la presión del aire en la superficie del agua y 1 atm (101,3 kpa) debido a la presión del agua). En función de factores adicionales (por ejemplo, variaciones en las concentraciones locales de sal u otros minerales, la elevación del nivel del mar de la superficie del agua, etc.), el aumento de presión puede ser ligeramente mayor o menor que los proporcionados anteriormente.

Basándose en lo anterior, para bucear a profundidades inferiores a unos 100 pies (30,5 m), la presión a la profundidad del buceador será inferior a aproximadamente 4 atm (405,3 kpa) de presión absoluta (aproximadamente 1 atm (101,3 kpa) para la presión del aire y 3 atm (304 kpa) para la presión del agua) o 3 atm (304 kpa) presión manométrica (es decir, presión por encima de la presión atmosférica). Por lo tanto, para bucear a profundidades inferiores a 100 pies (30,5 m) desde un punto de partida al nivel del mar, no es necesario comprimir el gas respirable a más de aproximadamente 45 psi (310 kpa). De hecho, la compresión a presiones mayores que las necesarias para el buceador da como resultado un desperdicio de energía, como la "sobrepresión", es decir, la compresión inicial superior a la que necesita el buceador, deben eliminarse por una válvula de caída de presión para evitar dañar los pulmones del buceador y/o lesiones graves o la muerte del buceador.

Unas presiones relativamente altas (es decir, más de 50 psi (345 kpa) y normalmente más de 100 psi (689 kpa)) se usan en equipos SSA debido a que los reguladores montados en boquillas usados en el buceo Hookah están adaptados a partir de diseños SCUBA que usan presiones aún más altas, en general, 500-3000 psi (3447-20684 kpa). La tecnología básica de los sistemas SCUB^a no ha cambiado significativamente en décadas. Debido a las elevadas presiones involucradas, deben proporcionarse uno o más recipientes a presión capaces de contener gases respirables comprimidos a las altas presiones involucradas (hasta 3000 psi (20684 kpa) en los sistemas SCUBA y más de 50 psi (345 kpa) en los sistemas SSA), junto con un sistema de regulador para reducir la presión del gas hasta la presión que necesita el buceador. En consecuencia, los sistemas SCUBA y SSA actualmente disponibles son pesados, voluminosos, y necesitan altos insumos de energía para desarrollar las presiones involucradas, gran parte de la energía de entrada se desperdicia como exceso de presión (o sobrepresión) que a continuación se reduce a la realmente necesaria por el buceador.

El peso, el volumen, el coste y los requisitos de energía de los sistemas SCUBA y SSA limitan significativamente la disponibilidad del buceo recreativo para el público en general. En los mercados de limpieza industrial de barcos y piscinas, el peso, el volumen y el coste de los sistemas existentes se suman al de las herramientas usadas por el buceador para limpiar el barco o la piscina, que a menudo son voluminosos, pesados y costosos, resultando en una carga de fatiga significativa para el buceador, así como también en importantes riesgos para la salud y la seguridad. Existe una gran necesidad, en particular, de un equipo ligero y menos voluminoso. Los sistemas de suministro de gas divulgados en el presente documento suministran el mismo volumen de gas respirable necesario por el buceador, pero con presiones máximas de sistema significativamente menores que los sistemas SCUBA o SSA. Al proporcionar gas respirable sin desarrollar altas sobrepresiones, los sistemas de la presente divulgación ofrecen sistemas menos complejos con una energía significativamente menor necesaria en comparación con los sistemas SSA existentes. Como resultado, los sistemas de la presente divulgación pueden ser de menor coste, menos voluminosos, mucho más portables y proporcionan un mayor tiempo de operación de la bomba para cualquier suministro de energía que los sistemas S^sA convencionales.

Los sistemas de la técnica anterior que evitan altas presiones también tienen diversos inconvenientes. El documento US 7.159.528 B1 divulga un sistema de buceo que tiene una bomba que opera a presiones de sistema relativamente bajas, pero opera haciendo que el aire bombeado fluya libremente por la boca del buceador. Un sistema de este tipo proporciona una eficiencia energética reducida y un rendimiento relativamente pobre, ya que la experiencia y la visión del buceador se ven comprometidas por las burbujas de aire que fluyen libremente y que fluyen por el usuario y que se duplican durante la exhalación. Los sistemas SSA con suministro continuo de aire se usan con frecuencia en aplicaciones industriales como la limpieza de barcos, botes y piscinas. En estas condiciones, la visibilidad ya puede ser limitada, ya que la zona local alrededor del buceador incluye suciedad y escombros asociados con los esfuerzos de limpieza del buceador. La mayor limitación de la visibilidad impuesta por las constantes burbujas de aire dificulta aún más un trabajo exigente. Además, tales sistemas son ruidosos, crean ondas de presión que provocan alarma a los peces y otras formas de vida acuática en entornos recreativos, proporcionan una experiencia de buceo relativamente artificial y consumen energía constantemente durante la operación, incluso cuando el buceador no está inhalando, con aire expulsado que no se ha inhalado que comprende recursos de sistema desperdiciados. La magnitud de los desechos con la metodología de aire libre no es evidente de inmediato, pero puede apreciarse con el siguiente ejemplo de situación: la frecuencia de consumo de aire para un buceador que nada a velocidad promedio es de aproximadamente 30 litros por minuto en total, lo que puede deducir una frecuencia de bombeo de 0,5 litros por segundo, pero la acción de respirar implica inhalar parte del tiempo y exhalar parte del tiempo, por lo que la bomba de un sistema de flujo libre necesitaría suministrar al menos una frecuencia de 60 l/min durante el ciclo de inhalación o un litro cada segundo para mantener el metabolismo en velocidades medias de nado. La exhalación hace que las burbujas liberadas de los pulmones se sumen al aire bombeado que fluye libremente para liberarse, por lo tanto, a una velocidad de 2 litros por segundo. Ahora, a continuación, un suministro de aire respirable debe poder suministrarse a una frecuencia que también satisfaga las demandas por encima de la media o las máximas. La norma internacional EN250: 2000 requiere la capacidad de suministrar gas respirable a una frecuencia de 62,5 litros/minuto. Esto equivale a 2,08 litros por segundo de caudal instantáneo, o casi 125 litros/minuto para una bomba en operación continua. Exhalar mientras se usa un sistema de flujo libre provocaría la liberación de burbujas a más de cuatro litros por segundo, una liberación de aire visualmente disruptiva, violenta y ruidosa.

El documento US 2011/308523 A1 divulga un sistema para proporcionar aire a buceadores sumergidos usando un compresor y mangueras que actúan como depósito para respirar aire.

El documento EP 0437948 A1 divulga un sistema de suministro de aire respirable subacuático para múltiples buceadores que usan una o dos bolsas inflables presurizadas para suministrar aire a través de mangueras de aire a uno o más buceadores desde una bomba de aire accionada manualmente.

El documento US 2004/168689 A1 divulga un respirador con pieza facial o máscara y un filtro de aire; un impulsor y un motor de ventilador proporcionan una ventilación positiva al usuario de la máscara de filtración de polvo.

El documento US 5 297 545 A divulga un sistema de suministro de aire respirable subacuático accionado eléctricamente.

El documento US 5 327 849 A divulga un sistema de compresor flotante para suministrar aire a un buceador sumergido.

Las realizaciones de la presente invención proporcionan una bomba o un compresor que opera a demanda para proporcionar aire al buceador. Tal y como se usa en el presente documento, "a demanda" se refiere a un sistema en el que la bomba o el compresor operan para bombear aire al buceador solo en respuesta a una determinación de que el buceador necesita aire. Las realizaciones proporcionadas en el presente documento usan un sistema de bombeo que detecta la respiración del buceador y opera la bomba o el compresor solo en respuesta a una determinación de la necesidad de aire por parte del buceador (por ejemplo, detectando una o ambas de la inspiración y la espiración por parte del buceador). La bomba se apaga cuando el buceador no necesita o no requiere aire. Más específicamente, en algunas realizaciones, la bomba se enciende cuando el buceador está inhalando. En algunas realizaciones, la bomba se apaga cuando el buceador exhala o no inhala ni exhala.

Los sistemas divulgados en el presente documento proporcionan una respuesta de bombeo rápida a una determinación de que el buceador necesita aire, y operan para proporcionar aire en respuesta a una señal de que se necesita aire con un retraso que, en general, es imperceptible para los buceadores humanos. Como tal, los sistemas divulgados en el presente documento pueden proporcionar al menos el doble (y más de 4X) de tiempo de operación para cualquier suministro de energía dado en comparación con los sistemas de flujo libre o los sistemas SSA más convencionales que presurizan los gases respirables a presiones de 50 psi (345 kpa) o más. Dicho de otra manera, los sistemas a demanda divulgados en el presente documento pueden lograr un tiempo de operación equivalente usando la mitad o incluso una cuarta parte de la capacidad de energía (batería) necesaria de un conjunto de flujo libre, en general, menos de 1/10 de la energía de los sistemas SSA presurizados, y no necesitan un tanque de almacenamiento intermedio o especializado, equipos de alta presión asociados con los sistemas de SSA típicos. Tal y como se usa en el presente documento, "psi" se refiere a la presión desarrollada en exceso de la presión atmosférica, comúnmente conocido como "presión manométrica", o "psig" para designar que las unidades son libras por pulgada cuadrada medidas con un manómetro para el cual 0 psi (0 kpa) es la presión atmosférica. Donde se pretenden presiones absolutas, en general se usan las expresiones "presión absoluta" o "psia".

Sumario de la invención

En una realización, la presente invención comprende un método para proporcionar aire respirable a un buceador sumergido en un sistema que comprende una bomba, un regulador de aire respirable que tiene un sensor de presión acoplado al mismo, y un tubo que acopla la bomba al regulador, comprendiendo el método: detectar los cambios de presión en el regulador asociados con la respiración del buceador usando el sensor de presión; determinar al menos una de entre la inhalación del buceador y la exhalación del buceador basándose en dicha detección; en respuesta a dicha determinación de al menos una de entre la inhalación del buceador y exhalación de buceador, operar la bomba durante al menos una parte de la inhalación del buceador a una primera velocidad de bomba para suministrar aire respirable al buceador sumergido a una presión de no más de 172 kPa (25 psi) por encima de la presión atmosférica; y operar la bomba durante al menos una parte de la exhalación del buceador a una segunda velocidad que no sea mayor que la mitad de la primera velocidad.

En una realización, la presente invención comprende un método para proporcionar aire respirable a un buceador sumergido en un sistema que comprende una bomba, un regulador de aire respirable que tiene un sensor de presión acoplado al mismo, y un tubo que acopla la bomba al regulador, comprendiendo el método: detectar los cambios de presión en el regulador asociados con la respiración del buceador usando el sensor de presión; determinar, basándose en dicha detección, uno de entre la necesidad de aire por parte del buceador y la ausencia de necesidad de aire por parte del buceador; operar la bomba, en respuesta a determinar la necesidad de aire por parte del buceador, a una primera velocidad para suministrar aire respirable al buceador sumergido a una presión de no más de 172 kPa (25 psi) por encima de la presión atmosférica; y operar la bomba, en respuesta a determinar la ausencia de una necesidad de aire por parte del buceador, a una segunda velocidad que no sea mayor que la mitad de la primera velocidad.

En una realización, la presente invención comprende un método para proporcionar aire respirable a un buceador sumergido en un sistema que comprende una bomba, un regulador de aire respirable que tiene un sensor de presión en el mismo, y un tubo que acopla la bomba al regulador, comprendiendo el método: detectar los cambios de presión en el regulador asociados con la respiración del buceador en tiempo real usando el sensor de presión; realizar una serie de determinaciones, basándose en dicha detección, a una frecuencia de al menos 2 veces por segundo, de una de entre una necesidad de aire por parte del buceador y la ausencia de una necesidad de aire por parte del buceador; operar la bomba, dentro de no más de 0,5 segundos después de cada determinación de la necesidad de aire por parte del buceador dentro de dicha serie de determinaciones, a una primera velocidad para suministrar aire respirable al buceador sumergido a una presión de no más de 172 kPa (25 psi) por encima de la presión atmosférica; y operar la bomba, dentro de no más de 0,5 segundos después de cada determinación de la ausencia de necesidad de aire por parte del buceador dentro de dicha serie de determinaciones, a una segunda velocidad que no sea mayor que la mitad de la primera velocidad.

En una realización, la presente invención proporciona un sistema para proporcionar gases respirables a un buceador sumergido, que comprende una bomba que tiene una entrada de bomba acoplada de manera fluida a una fuente de gases respirables a una primera presión y una salida de bomba que proporciona gases respirables presurizados a un buceador sumergido a una segunda presión mayor que la primera presión en no más de 50 psia (345 kpa); un conjunto de regulador de gas respirable que incluye una cámara de regulador que tiene una entrada de regulador, una salida de regulador, una boquilla acoplada de manera fluida a la cámara de regulador y que tiene una abertura de respiración, y un elemento de articulación u otro sensor de presión para proporcionar una señal indicativa de si el buceador necesita gases respirables basándose en el movimiento del elemento de articulación o la demanda de inhalación que crea un diferencial de presión; un tubo que acopla la salida de bomba a la entrada de regulador; y un controlador de bomba para controlar la operación de la bomba basándose en la señal de gas respirable.

En una realización, la presente invención proporciona un sistema para proporcionar aire respirable a un buceador sumergido, que incluye un conjunto de bomba flotante que comprende un elemento flotante, una bomba acoplada al elemento flotante y que tiene una entrada de bomba acoplada de manera fluida a la atmósfera y una salida de bomba, operando dicha bomba para proporcionar aire respirable presurizado en la salida de bomba a una presión mayor que la presión atmosférica en no más de 172 kPa (25 psi); un conjunto de regulador de aire respirable que incluye una cámara de regulador que tiene una entrada de regulador y una salida de regulador, una boquilla acoplada de manera fluida a la cámara de regulador y que tiene una abertura de respiración, y un sensor de presión para detectar los cambios de presión dentro de la cámara de regulador asociados con la inhalación y exhalación del buceador y para proporcionar una señal indicativa de los cambios de presión; un tubo que acopla la salida de bomba a la entrada de regulador; una unidad de determinación de aire respirable para determinar cuándo el buceador necesita aire respirable basándose en la señal de presión de regulador, y para proporcionar una señal de aire respirable indicativa de si el buceador necesita aire respirable; y un controlador de bomba para controlar la operación de la bomba para proporcionar aire respirable al buceador, basándose en la señal de aire respirable.

En una realización, la presente invención proporciona un conjunto de regulador para un buceador sumergido, que comprende: un cuerpo de regulador que comprende una entrada de gas respirable para recibir gas respirable; una salida de gas respirable para la eliminación de los gases de exhalación; una boquilla que tiene una abertura de respiración a través de la que inhala y exhala el buceador; una cámara de regulador en comunicación de fluidos con la entrada de gas respirable, la salida de gas respirable y la abertura de respiración; un sensor de presión para detectar los cambios de presión dentro del regulador asociado con la inhalación y exhalación del buceador y para proporcionar una señal de presión de regulador indicativa de los cambios de presión; y un tubo que tiene un primer extremo acoplado a la entrada de gas respirable y un segundo extremo acoplado a una fuente de gas respirable a una presión de 172 kPa (25 psi) o menos; donde no se requiere que dicho conjunto de regulador incluya una válvula de caída de presión para reducir la presión del gas respirable recibido de la fuente de gas respirable.

En una realización, la presente invención proporciona un sistema para proporcionar aire respirable a un buceador sumergido, que incluye un conjunto de bomba flotante que comprende un elemento flotante, una bomba acoplada al elemento flotante, teniendo la bomba una entrada de bomba acoplada de manera fluida a la atmósfera y una salida de bomba que proporciona aire respirable presurizado en la salida a una presión de salida mayor que la presión atmosférica en no más de 172 kPa (25 psi); un conjunto de regulador de aire respirable que incluye una cámara de regulador que tiene una entrada de regulador y una salida de regulador, una boquilla acoplada de manera fluida a la cámara de regulador y que tiene una abertura de respiración, y un sensor de presión para detectar los cambios de presión dentro de la cámara de regulador asociados con la inhalación y exhalación del buceador y para proporcionar una señal de presión de regulador indicativa de dichos cambios de presión; un tubo que acopla la salida de bomba a la entrada de regulador; una unidad de determinación de aire respirable para determinar la inhalación del buceador basándose en dicha señal de presión de regulador, y para proporcionar una señal de inhalación cuando el buceador está inhalando; y un controlador de bomba para hacer que la bomba opere cuando el procesador proporciona la señal de inhalación, y que no opere cuando el procesador no proporciona la señal de inhalación.

En una realización, la presente invención proporciona un sistema para proporcionar aire respirable a un buceador sumergido, que comprende una bomba que tiene una entrada de bomba acoplada de manera fluida a la atmósfera y una salida de bomba, operando dicha bomba para proporcionar aire respirable presurizado a un buceador sumergido a una segunda presión mayor que la presión atmosférica en no más de 172 kPa (25 psi); un conjunto de regulador de aire respirable que incluye una cámara de regulador que tiene una entrada de regulador y una salida de regulador, una boquilla acoplada de manera fluida a la cámara de regulador y que tiene una abertura de respiración, y un sensor de presión para detectar los cambios de presión dentro de la cámara de regulador asociados con la respiración del buceador y para proporcionar una señal de presión de regulador indicativa de los cambios de presión; un tubo que acopla la salida de bomba a la entrada de regulador; una unidad de determinación de aire respirable para determinar, basándose en la señal de presión de regulador, al menos un estado respiratorio del buceador seleccionado de entre inhalación, exhalación y no respiración, y para proporcionar una señal de estado respiratorio indicativa del al menos un estado respiratorio; y un controlador de bomba para hacer que la bomba opere para bombear aire respirable al buceador durante una señal de estado respiratorio indicativa de 1) inhalación o 2) ni exhalación ni no respiración, y no operar durante una señal de estado respiratorio indicativa de 1) no inhalación o 2) exhalación o no respiración.

En una realización, la presente invención proporciona un sistema para proporcionar aire respirable a demanda a un buceador sumergido, que comprende: una bomba que tiene una entrada de bomba acoplada de manera fluida a la atmósfera y una salida de bomba, operando la bomba para proporcionar aire respirable presurizado a un buceador sumergido a una segunda presión mayor que la presión atmosférica en no más de 172 kPa (25 psi); un conjunto de regulador de aire respirable que incluye una cámara de regulador que tiene una entrada de regulador y una salida de regulador, una boquilla acoplada de manera fluida a la cámara de regulador y que tiene una abertura de respiración, y un sensor de presión para detectar los cambios de presión dentro de la cámara de regulador asociados con la respiración del buceador y para proporcionar una señal de presión de regulador indicativa de los cambios de presión; un tubo que acopla la salida de bomba a la entrada de regulador; una unidad de determinación de aire respirable para determinar cuándo el buceador necesita aire respirable basándose en la señal de presión de regulador, y para proporcionar una señal de aire respirable que indique si el buceador necesita aire respirable; y un controlador de bomba para hacer que la bomba opere para bombear aire respirable al buceador cuando la señal de aire respirable indica que el buceador necesita aire respirable, y para no proporcionar aire respirable al buceador cuando la señal de aire respirable no indica que el buceador necesita aire respirable.

En una realización, la presente invención proporciona un sistema para proporcionar aire respirable a demanda a un buceador sumergido, que comprende: una bomba que tiene una entrada de bomba acoplada de manera fluida a la atmósfera y una salida de bomba, operando la bomba para proporcionar aire respirable presurizado a un buceador sumergido a una segunda presión mayor que la presión atmosférica; un conjunto de regulador de gas respirable que incluye una cámara de regulador que tiene una entrada de regulador y una salida de regulador, una boquilla acoplada de manera fluida a la cámara de regulador y que tiene una abertura de respiración, y un sensor de presión para detectar los cambios de presión dentro de la cámara de regulador asociados con la respiración del buceador y para proporcionar una señal de presión de regulador indicativa de los cambios de presión; un tubo que acopla la salida de bomba a la entrada de regulador; una unidad de determinación del aire respirable para determinar cuándo el buceador está exhalando basándose en la señal de presión de regulador y para proporcionar una señal de aire respirable que indique si el buceador está exhalando o no; y un controlador de bomba para hacer que la bomba opere para bombear aire respirable al buceador cuando la señal de aire respirable indica que el buceador no está exhalando, y para no proporcionar aire respirable al buceador cuando la señal de aire respirable indica que el buceador está exhalando.

Breve descripción de los dibujos

En el presente documento se describen unas realizaciones ilustrativas de la invención. En aras de la claridad, no todas las características de una implementación real se describen en la presente memoria descriptiva. En el desarrollo de tal realización real, se deben tomar numerosas decisiones específicas de implementación para lograr los objetivos específicos del diseño, que variará de una implementación a otra. Se apreciará que tal esfuerzo de desarrollo, aunque posiblemente sea complejo y requiera mucho tiempo, no obstante, sería una tarea rutinaria para los expertos en la materia que se beneficien de la presente divulgación.

Ciertos términos se usan a lo largo de la siguiente descripción y se refieren a componentes específicos del sistema. Como apreciará un experto en la materia, los componentes pueden tener diferentes nombres. El presente documento no pretende distinguir entre componentes que difieren en el nombre pero que no funcionan.

La figura 1 es un diagrama de sistema funcional que ilustra elementos del sistema de acuerdo con una realización cuando el usuario está en un estado de cesación respiratoria;

La figura 2 es un diagrama de sistema funcional que ilustra los elementos del sistema de acuerdo con una realización cuando el usuario se encuentra en un estado de exhalación respiratoria;

La figura 3 es un diagrama de sistema funcional que ilustra los elementos del sistema de acuerdo con una realización cuando el usuario se encuentra en un estado de inhalación respiratoria;

La figura 4 es una vista en sección transversal de una realización de un conjunto de regulador que ilustra los elementos durante la inhalación; y

La figura 5 es una vista en sección transversal de una realización de un conjunto de regulador que ilustra los elementos durante la exhalación.

La figura 6 es una vista lateral de una realización del conjunto de bombeo.

La figura 7 es una vista superior de una realización del conjunto de bombeo.

La figura 8 es una vista delantera de una realización del conjunto de bombeo.

La figura 9 es una realización de un sistema integrado que incluye al usuario en un entorno a modo de ejemplo. La figura 10 es un diagrama de elementos del sistema de una agrupación relacionada de sistemas que operan en un entorno colocalizado.

La figura 11 es un diagrama de flujo que muestra un método para proporcionar aire respirable a un buceador sumergido en un sistema que tiene una bomba, un regulador de aire respirable y un tubo que conecta la bomba y el regulador.

La figura 12 es un diagrama de flujo que muestra otro método para proporcionar aire respirable a un buceador sumergido en un sistema que tiene una bomba, un regulador de aire respirable y un tubo que conecta la bomba y el regulador.

Descripción detallada de la invención

En un aspecto, la presente divulgación proporciona unos sistemas para proporcionar gases respirables a un buceador sumergido que minimizan la energía de bombeo que debe suministrarse al sistema. Los sistemas divulgados en el presente documento permiten el suministro de gases respiratorios (por ejemplo, aire) que se comprimen solo a presiones adecuadas para suministrar el volumen de gas necesario a una presión que coincida con la profundidad de inmersión del buceador. Las presiones máximas relativamente bajas desarrolladas por la bomba en las realizaciones de la presente divulgación también facilitan los sistemas que tienen una estructura simplificada y mejorada. En particular, los sistemas de la presente divulgación no necesitan almacenamiento a alta presión (por ejemplo, un tanque de presión o un tubo de alta presión) o una válvula de descenso de presión para bajar las presiones de las presiones relativamente altas asociadas con los sistemas SSA o SCUBA a la presión que necesita el buceador. En algunas realizaciones, los sistemas divulgados en el presente documento también minimizan la energía necesaria para bombear gases respirables a un buceador sumergido operando la bomba solo cuando el buceador necesita aire. En algunas realizaciones, la necesidad de aire del buceador se determina detectando una o más de entre la inhalación, exhalación o no respiración. En algunas realizaciones, la bomba se apaga cuando el buceador no necesita aire, mientras que en realizaciones alternativas, la bomba puede operar a una capacidad sustancialmente reducida.

En los sistemas SCUBA, por ejemplo, un regulador de primera etapa (en general localizado en el tanque usado por el buceador) reduce la presión de la presión del tanque (por ejemplo, 500 - 3000 psia; 3447 - 20684), a una presión intermedia de alrededor de 120-160 psi (827-1103 kpa) por encima de la presión atmosférica en el tubo que conecta el tanque al regulador de segunda etapa, que en general se localiza inmediatamente antes de la boquilla del buceador. Se proporciona una válvula de descenso de presión en el regulador de la segunda etapa para reducir la presión desde el nivel de 120-160 psi (827-1103 kpa) después de la primera etapa hasta la presión necesaria por el buceador (normalmente 1-5 atm de presión absoluta (101- 507 kpa) para buceo deportivo hasta aproximadamente 130 pies (39,6 m)).

Los sistemas SSA involucran en general presiones de aire más bajas que las asociadas con la primera etapa o tanque de los sistemas SCUBA, aunque las presiones de 50-100 psi (345-689 kpa) son típicas. Debido a estas presiones de salida relativamente altas de la bomba (o del compresor), los sistemas SSA no solo necesitan una alta entrada de energía a la bomba, sino que también un almacenamiento intermedio del gas presurizado (por ejemplo, en un tanque de almacenamiento o usando una longitud adecuada de tubería de alta presión), así como una válvula de descenso de presión para reducir la presión a la necesaria para el buceador (es decir, similar a la segunda etapa de un sistema ^s C^u BA).

A diferencia de los sistemas anteriores, las realizaciones de la presente divulgación implican presiones máximas de salida de bomba relativamente bajas (por ejemplo, menos de 50 psi (345 kpa), normalmente menos de 172 kPa (25 psi), y más normalmente 103 kPa (15 psi) o menos) por encima de la presión de succión de la bomba, que en muchos casos es la presión atmosférica. En algunas realizaciones, la bomba desarrolla presión solo cuando es necesario para permitir el suministro de la cantidad de aire necesaria al buceador, que varía de acuerdo con la profundidad del buceador. Debido a que la bomba no desarrolla una "sobrepresión" significativa por encima de la que necesita el buceador, las realizaciones de la presente invención no necesitan un almacenamiento de gas presurizado intermedio o una válvula de reducción de presión para reducir la presión de salida máxima desarrollada por la bomba.

Por consiguiente, en algunas realizaciones de la presente divulgación, no hay almacenamiento intermedio de gas respirable presurizado, ya sea en un tanque de almacenamiento o manteniendo una presión elevada en el tubo/manguera acoplada al regulador de buceo o boquilla. En algunas realizaciones, no hay válvula de reducción de presión entre la salida de bomba y el regulador. En algunas realizaciones, puede proporcionarse una válvula de retención unidireccional en el acoplamiento del regulador/tubo (u otra localización adecuada, por ejemplo, dentro del regulador o en el tubo cerca del regulador) para evitar que los gases de exhalación del buceador (que tienen un nivel relativamente alto de CO2) fluyan hacia la línea de tubo y regresen hacia la bomba. En otras realizaciones, no se usa una válvula de retención unidireccional cerca de la boquilla debido a que la válvula de escape de la bomba incorpora un comportamiento unidireccional equivalente.

Se apreciará que las presiones ligeramente más altas que la presión que necesita el buceador (por ejemplo, menos de 2 psi (13,7 kpa) más de lo necesario) pueden desarrollarse por la bomba para permitir que el gas supere las pérdidas por fricción en el tubo de conexión, que puede tener una longitud de 50 a 100 pies (15 a 30 metros), y en el conjunto del regulador, para garantizar que la bomba pueda suministrar el volumen necesario de gas respirable al buceador. En general, la bomba solo desarrolla las presiones de salida necesarias para suministrar al buceador gas respirable a una profundidad de agua determinada y para superar las pérdidas por fricción mencionadas anteriormente entre la salida de bomba y la boquilla de regulador. Por consiguiente, en algunas realizaciones pueden evitarse el almacenamiento de gas intermedio y/o las válvulas de reducción de presión.

En una realización, el sistema no incluye una válvula de reducción de presión para reducir la segunda presión en la salida de bomba (es decir, la presión desarrollada por la bomba por encima de la primera presión, que puede ser la presión atmosférica, en la entrada de bomba). En una realización, el sistema no incluye tal válvula de reducción de presión entre la salida de bomba y la boquilla de regulador. En una realización, la bomba proporciona una presión de salida máxima de menos de 50 psi (345 kpa). En una realización, la bomba proporciona una presión de salida máxima de 35 psi (241 kpa) o menos. En una realización, la bomba proporciona una presión de salida máxima de 172 kPa (25 psi) o menos. En una realización, la bomba proporciona una presión de salida máxima de 103 kPa (15 psi) o menos.

En un aspecto, la presente divulgación proporciona unos sistemas para proporcionar gases respirables a demanda a un buceador sumergido al operar la bomba para proporcionar gas respirable al buceador en respuesta a una determinación de que el buceador necesita gas respirable, y no operar la bomba cuando no hay una determinación de que el buceador necesita gas respirable. En algunas realizaciones, el sistema a demanda hace que la bomba opere en respuesta a una determinación de que el buceador necesita gas respirable, y detiene la operación de la bomba cuando no hay una determinación de que el buceador necesite gas respirable (o, como alternativa, cuando se determina que el buceador no necesita gas respirable).

Las realizaciones de la presente divulgación comprenden un conjunto de regulador de gas respirable para suministrar gases respirables al buceador cuando lo necesite. En una realización, el regulador de gas respirable incluye un sensor de presión para detectar los cambios de presión dentro del regulador asociados con la inhalación y exhalación del buceador. El sensor de presión puede comprender un elemento completamente pasivo en una realización. En otra realización, pueden proporcionarse uno o más elementos de articulación que respondan a cambios de presión por movimiento. El uno o más elementos de articulación en el regulador se ven afectados tanto por la presión del entorno de buceo como por la presión de la respiración del buceador. El o los elementos de articulación se mueven en respuesta a la presión positiva o negativa (relativa a la presión del entorno de buceo externo al regulador) de la respiración del buceador al empujar o extraer gases dentro/fuera del regulador durante la inhalación y exhalación. La posición del elemento de articulación es, por lo tanto, un indicador dinámico de las acciones del buceador de exhalar, cese de la respiración o inhalar. En realizaciones alternativas, pueden usarse otros elementos de detección basados en el movimiento para detectar los cambios de presión relacionados con la respiración en el regulador en lugar de un elemento de articulación, por ejemplo, una válvula que se abre y se cierra a un diferencial de presión umbral, un elemento piezoeléctrico que vibra diferencialmente en respuesta a la presión variable. En otras realizaciones más, pueden usarse elementos de detección distintos de los elementos de detección basados en el movimiento para detectar los cambios de presión asociados con la respiración del buceador, por ejemplo, un elemento fotónico (basado en la luz), un elemento auditivo (basado en el sonido), un sensor de temperatura que detecta el aumento de temperatura asociado con la exhalación del buceador. En otras realizaciones alternativas, puede usarse un sensor químico en lugar de (o además de) un sensor de presión para detectar cambios de composición en el gas dentro del regulador (por ejemplo, niveles de dióxido de carbono en aumento o disminución) a medida que el buceador exhala e inhala, respectivamente. En algunas realizaciones, los cambios de volumen o desplazamiento se usan para determinar las acciones respiratorias del buceador, ya que los expertos en la materia apreciarán la inextricable relación matemática entre presión y volumen.

En algunas realizaciones, el sensor de presión es un sensor electrónico que detecta cambios de presión indirectamente al detectar el movimiento de un elemento de articulación. El sensor de presión electrónico envía una señal de presión de regulador indicativa de la magnitud del movimiento de la pieza articulada a un procesador o controlador de bomba. En algunas realizaciones, un procesador recibe la señal de presión de regulador del sensor de presión electrónico y procesa la señal para determinar un estado respiratorio indicativo de la necesidad de respirar gas por parte del buceador. El estado respiratorio puede ser uno de un estado de inhalación o inhalación, un estado de exhalación o exhalación, y un estado de no respiración. El procesador también puede proporcionar una señal de gas respirable indicativa del estado respiratorio o indicativo de la necesidad (o falta de necesidad) del buceador de aire respirable. En algunas realizaciones, la señal de gas respirable generada por el procesador se envía a un controlador de bomba, que controla la operación de la bomba para proporcionar gas respirable a demanda al buceador basándose en la señal de gas respirable recibida del procesador. En realizaciones alternativas, el sensor de presión detecta directamente la presión dentro del regulador y envía una señal de presión indicativa de la presión al procesador y/o al controlador de bomba.

En algunas realizaciones, el controlador de bomba controla la acción de la bomba basándose en la señal de presión de regulador, por ejemplo, basándose en la magnitud del movimiento del elemento de articulación o en la señal directamente indicativa de la presión del regulador, sin determinar el estado respiratorio del buceador (por ejemplo, sin un procesador). El controlador de bomba puede comprender uno o más circuitos, software, firmware y elementos lógicos para controlar la acción de bombeo de la bomba.

En una realización, el procesador procesa la señal de presión para determinar cuándo el buceador está inhalando (por ejemplo, un estado de inhalación), en cuyo caso la bomba debería encenderse y exhalar o no respirar (por ejemplo, un estado de exhalación o un estado de no respiración), lo que indica una disminución o ninguna necesidad de que la bomba funcione. En algunas realizaciones, el procesador determina solo cuándo el buceador está inhalando y no determina si está exhalando o no respirando. En otras realizaciones, el procesador determina solo cuando el buceador está exhalando y no determina si el buceador está inhalando. En tales sistemas de procesador de "estado único", la bomba puede encenderse solo cuando el buceador está inhalando (o no exhalando), y/o apagarse solo cuando el buceador no está inhalando (o está exhalando).

En una realización, el controlador de bomba enciende la bomba en respuesta a una detección de inhalación por parte del procesador (por ejemplo, determinación de un estado de inhalación) y apaga la bomba cuando no hay detección de inhalación. En una realización, el controlador lógico de bomba puede determinar una frecuencia respiratoria basándose en la primera señal de sensor y puede controlar la frecuencia de bombeo (es decir, el volumen de gas respirable proporcionado al buceador) en respuesta a frecuencias de inhalación más rápidas o más lentas. En una realización, el controlador lógico de bomba puede proporcionar señales de control de bomba adicionales (además de "encendido" y "apagado") basándose en la señal de presión, tal como un arranque suave o parada suave de la bomba para preservar la vida útil de la bomba y la batería.

En una realización, el controlador de bomba determina uno o más estados de respiración del buceador basándose en la señal de presión generada por el procesador y opera la bomba basándose en el estado respiratorio del buceador. El controlador de bomba puede determinar uno o más estados de respiración, incluyendo inhalación, exhalación y no respiración o cese de la respiración. En una realización, el controlador puede a continuación hacer que la bomba opere para bombear aire respirable al buceador durante la inhalación, o como alternativa en ausencia de un estado de exhalación o no respiración. En una realización, el controlador puede hacer que la bomba se apague (es decir, no operar o dejar de operar) durante los estados de exhalación o no respiración, o como alternativa en ausencia de un estado de inhalación. En algunas realizaciones, el controlador puede hacer que la bomba opere para bombear aire respirable solo cuando el buceador está inhalando y puede hacer que la bomba se apague en cualquier otro momento. En algunas realizaciones, el controlador puede hacer que la bomba opere en todo momento, excepto cuando el buceador está exhalando. Las realizaciones de la presente divulgación también capacitan al buceador para que respire continuamente (y evite contener la respiración) mientras bucea, ya que solo exhalando se apagará la bomba, y solo inhalando se encenderá la bomba. Pueden proporcionarse características de seguridad adicionales para desalentar la contención de la respiración (un comportamiento potencialmente dañino para los buceadores) si no se detecta la respiración dentro de un cierto período de tiempo (es decir, si no se detecta una o más inhalaciones o exhalaciones, o si no se respira durante el período de tiempo), la bomba puede encenderse automáticamente.

En algunas realizaciones, es posible que la bomba no se detenga por completo en respuesta a una señal de gas respirable indicativa de exhalación, no respiración o no inhalación, pero puede reducir significativamente la velocidad de la bomba para proporcionar solo un volumen muy pequeño de aire al conjunto de regulador durante la exhalación o la no respiración. Un sistema de este tipo puede tener una eficiencia reducida en comparación con los sistemas en los que la bomba se detiene por completo cuando no se necesita aire, pero puede proporcionar presión positiva para ayudar a evitar el reflujo de los gases de exhalación, evitar que entre agua en el tubo o reducir la carga de arranque del motor.

En una realización, el procesador puede determinar la profundidad del buceador basándose en la señal de presión recibida del sensor de presión y enviar una señal de profundidad al controlador de bomba. El controlador de bomba puede usar la señal de profundidad para cambiar de un primer modo operativo a un segundo modo operativo en función de la profundidad del buceador. Por ejemplo, cuando la señal de profundidad indica que el buceador está a una profundidad de menos de 10 pies (3 m), el controlador de bomba puede operar en el primer modo simplemente apagando la bomba cuando el buceador no está inhalando (o está exhalando o no respira), y puede operar la bomba a una primera velocidad cuando el buceador está inhalando. En contraste, cuando la señal de profundidad indica que el buceador está a una profundidad de, por ejemplo, 10 pies (3 m) o más, el controlador de bomba puede operar en el segundo modo no apagando completamente la bomba durante la no inhalación, exhalación o no respiración, y en su lugar operar la bomba a una segunda velocidad significativamente reducida que sea suficiente para proporcionar presión positiva en el tubo para evitar el reflujo de gases y/o agua en el tubo y reducir la carga de arranque del motor. En algunas realizaciones, en el segundo modo de operación, la bomba también puede operar a una velocidad más alta durante la inhalación del buceador en comparación con la velocidad de la bomba durante la inspiración en el primer modo. La mayor velocidad de operación a mayor profundidad (y mayor presión) asociada con el segundo modo de operación puede garantizar que la bomba desarrolle la presión suficiente para garantizar que el buceador reciba los gases respirables adecuados a mayor profundidad.

En realizaciones alternativas, puede determinarse la velocidad de la bomba durante la inspiración y la espiración basándose en la señal de profundidad recibida del procesador, tanto la velocidad de la bomba durante la inspiración como la velocidad de la bomba durante la espiración aumentan en función del aumento de la profundidad del buceador para garantizar tanto el volumen de aire adecuado durante la inspiración como para evitar el reflujo durante la espiración o la no respiración. Una realización de este tipo, debería observarse, puede haber reducido la eficiencia energética en comparación con los modos de operación más simples debido a que la bomba puede estar operando durante períodos en los que el buceador no está inhalando, u operando a velocidades más altas de lo que sería de otra manera, conduciendo a un mayor uso de energía.

En algunas realizaciones, los sistemas de la presente invención incluyen una sola bomba para proporcionar aire respirable a un solo buceador. Estos sistemas minimizan el desperdicio de energía ya que la bomba puede apagarse durante aproximadamente la mitad del tiempo de inmersión. En algunas realizaciones, los sistemas de la presente invención incluyen una bomba dedicada, una línea de tubo y un regulador para cada uno de los múltiples buceadores (por ejemplo, un segundo, un tercero y/o buceadores adicionales). Esto minimiza el riesgo para cada buceador ya que cada bomba opera de manera independiente y pueden proporcionarse baterías separadas para cada buceador. Las bombas adicionales, la línea de tubo y los reguladores pueden estar acoplados a un solo elemento flotante en algunas realizaciones, o separar los elementos flotantes en otras realizaciones, para permitir que los buceadores se desplacen bajo el agua en diferentes direcciones de manera independiente.

En algunas realizaciones, los sistemas de la presente invención incluyen una sola bomba capaz de soportar múltiples buceadores. En un sistema de este tipo, pueden acoplarse tubos separados para cada buceador a un colector divisor. Tal sistema puede necesitar que la bomba opere con más frecuencia y una bomba más potente capaz de un intervalo más amplio de velocidades de operación, así como un controlador capaz de recibir múltiples señales de presión y/o determinar estados de respiración para múltiples buceadores. En tales realizaciones, el procesador necesitará procesar la información para determinar y ajustar rápidamente, una velocidad de operación instantánea de la bomba para soportar el intervalo más amplio de volúmenes totales de bombeo requeridos en una realización multibuceador de una sola bomba.

En algunas realizaciones, el controlador de bomba puede determinar y registrar información relacionada con el estado operativo del sistema, incluyendo monitorización de bombas y fuentes de energía y detección de fallos. Basándose en esta información, el controlador lógico de bomba puede hacer que el sistema realice funciones adicionales como: entrar en un modo de operación a prueba de fallos, tomar acciones de emergencia, incluyendo activar una alarma en un monitor de buceo, pedir ayuda, seguir la actividad respiratoria del buceador y la profundidad de buceo para una inmersión en específica, proporcionar retroalimentación al buceador, proporcionar control de iluminación tal como encender una baliza de emergencia, ayudar a un buceador dedicado a la fotografía subacuática, proporcionar una señal al buceador de que se han alcanzado o excedido uno o más límites de profundidad, u otras funciones realizables por un controlador lógico de bomba que resultarán evidentes para los expertos en la materia a la luz de la presente divulgación. La bomba y los subsistemas de interconexión necesarios pueden incluir características adicionales para lograr durabilidad y facilidad de uso.

Ciertos aspectos de algunas realizaciones de la presente invención pueden entenderse más fácilmente haciendo referencia a los diagramas que ilustran el sistema en tres estados de respiración: inhalación del buceador, exhalación del buceador, y ni inhalación ni exhalación (es decir, cese de respiración o no respiración.

Haciendo referencia a la figura 1, se muestra una realización de un sistema a demanda 1 para proporcionar gases respirables a un buceador de acuerdo con la presente invención en un estado de no respiración (por ejemplo, cese de la respiración del buceador). El sistema incluye un conjunto de regulador 2 que tiene una entrada de gas respirable 4 y una salida de gas respirable 6. El conjunto de regulador 2 también incluye una boquilla 10 que tiene una abertura de respiración 8 a través de la que el buceador inhala y exhala. La boquilla 10 puede ser similar a las boquillas usadas habitualmente, por ejemplo, para sistemas de snorkel o SCUBA, excepto que no hay una válvula de caída de presión en el regulador 2 o en el tubo 30 que conecte el regulador a la salida de bomba 28. En la realización de la figura 1, se proporciona una válvula de retención unidireccional 31 en la entrada de gas respirable 4 para permitir que el aire de la bomba 28 entre en el conjunto de regulador 2 y para evitar que los gases de exhalación entren en el tubo 30 y regresen hacia la bomba. El conjunto de regulador 2 incluye una cámara de regulador 12 para permitir que los gases respirables se separen del medio ambiente/agua. La cámara 12 está en comunicación de fluidos con la entrada de gas respirable 4, la salida de gas respirable 6, la boquilla 10 y abertura de respiración 8.

Un elemento de articulación 14 está colocado dentro de la cámara de regulador 12 de tal manera que pueda moverse libremente en respuesta a cambios de presión y volumen dentro de la cámara, incluidos los cambios de presión y volumen asociados con la inhalación y exhalación del buceador. En una realización, el elemento de articulación 14 está provisto de tolerancias relativamente estrechas dentro de la cámara 12 de tal manera que pueda moverse libremente, pero con poca o ninguna fuga de agua o de gases respirables dentro o fuera de la cámara. Un puerto 16 está abierto al medio ambiente, exponiendo un lado del elemento de articulación 14 a la presión del entorno (por ejemplo, agua cuando el buceador está sumergido), y el otro lado de la pieza articulada 14 a la presión dentro de la cámara 12.

La pieza articulada 14 incorpora un elemento de detección 18 que facilita la detección de movimiento por un sensor 20, que puede comprender un sensor electrónico (mostrado en las figuras 1-3) u otro tipo de sensor, por ejemplo, un sensor mecánico o un sensor de luz. En una realización, el elemento de detección 18 comprende un imán cuyo campo magnético puede detectarse por el sensor 20. En otras realizaciones, puede usarse un elemento emisor de luz (que puede detectarse por un sensor de luz). También pueden usarse modalidades de detección adicionales y de detección complementarias (por ejemplo, vibración, movimiento, fuerza, aceleración, RF u otras emisiones de longitud de onda electromagnética). Como se ha observado anteriormente, en una realización alternativa, la respiración puede detectarse químicamente aumentando y disminuyendo los niveles de dióxido de carbono en el regulador cuando el buceador exhala e inhala, respectivamente.

Haciendo referencia nuevamente a la figura 1, el sensor 20 comunica una señal de presión de regulador, a un procesador 24. En una realización, la señal se comunica a través del cable 22. En realizaciones alternativas, puede usarse una conexión inalámbrica (por ejemplo, a través de Bluetooth u otro protocolo de comunicación inalámbrica) para comunicar la señal de presión de regulador al procesador 24. El procesador 24 incluye una unidad de determinación de gas de aire respirable 27 (que en algunas realizaciones puede ser una unidad de determinación de gas de aire respirable para gases distintos del aire tales como Nitrox) y un controlador de bomba 25. La unidad de determinación de aire respirable (Breathable Air Determination Unit, BADU) 27 procesa la señal de presión de regulador y determina cuándo el buceador necesita gas respirable. En algunas realizaciones, la BADU 27 determina uno o más estados de respiración del buceador a partir de la señal de presión de regulador, que puede incluir inhalación, exhalación o no respiración. En algunas realizaciones, la BADU 27 determina cuándo el buceador necesita aire, por ejemplo, por el movimiento del elemento de articulación correspondiente a la inhalación o exhalación. La BADU 27 también proporciona una señal de gas respirable al controlador de bomba 25 indicativa del estado respiratorio o una necesidad (o falta de necesidad) por parte del buceador de respirar gas/aire. En algunas realizaciones, tanto la señal de presión de regulador proporcionada por el sensor de presión 20 como la señal de gas respirable proporcionada por la BADU 27 son señales en tiempo real, por lo que se entiende una señal con un retardo de tiempo relativamente pequeño (por ejemplo, menos de 1 segundo, preferentemente menos de 0,5 segundos, y preferentemente menos de 0,1 segundos) desde los fenómenos físicos que se están midiendo y la afirmación de la señal. En la realización de la figura 1, tanto la BADU 27 como el controlador de bomba 24 son parte de un solo procesador 24, aunque en realizaciones alternativas pueden usarse componentes separados. El procesador 24 (y por extensión la unidad de determinación de aire/gas respirable 27 y el controlador de bomba 25) están acoplados a una fuente de energía 26 y a una bomba 28.

La bomba 28 incluye una entrada del lado de succión (no mostrada) para recibir gases respirables de una fuente de gas respirable, que puede ser la atmósfera en una realización, o una mezcla de gas respirable tal como Nitrox en otra realización. Por simplicidad, se hará referencia en general al aire respirable, aunque debería entenderse que otros gases respirables tal como Nitrox se entienden dentro del alcance de la invención. En una realización, la bomba 28 está localizada alejada del buceador e incluye una salida (no mostrada) acoplada de manera fluida al conjunto de regulador 2 a través de un tubo 30. El tubo 30 puede ser un tubo de polímero capaz de soportar presiones de hasta al menos 2 atmósferas, aunque en algunas realizaciones el tubo puede ser capaz de soportar presiones significativamente más altas (por ejemplo, 25-100 psi (172-689 kpa) o más) por seguridad. En algunas realizaciones, el tubo 30 no necesita ser capaz de soportar presiones asociadas con los sistemas SCUBA o SSA convencionales, y puede ser más liviano, de menor coste, o estar provisto de otras características deseables (por ejemplo, anti-retorcimiento, resistencia bacteriana, etc.). Debería apreciarse que los elementos del sistema tales como la BADU 27, el controlador 25, pueden estar localizados en general en cualquier zona del sistema (por ejemplo, colocalizado con el sensor 20, o colocalizado con la bomba 28, u otras localizaciones) y puede o no compartir el mismo procesador 24 dentro del alcance del invención.

Haciendo referencia nuevamente a la figura 1, en el estado de no respiración, el elemento de articulación 14 se equilibra por la presión dentro de la cámara 12 y la presión del ambiente en el puerto 16 (es decir, agua en el caso del buceo subacuático). El sensor 20 detecta que el elemento de detección 18 no está predispuesto por la inhalación o por la exhalación de respiración, y la BADU 27 determina a partir de la señal de presión de regulador que el buceador no necesita aire (o está en un estado de no respiración) y que la bomba 28 debería estar apagada. El controlador de bomba 25 responde a la señal de gas respirable del procesador apagando la bomba o manteniendo la bomba en un estado apagado.

Haciendo referencia ahora a la figura 2, se muestra una realización del sistema de la figura 1 en un estado de exhalación. El buceador exhala gas 32, normalmente una mezcla de aire y dióxido de carbono, en la cámara 12 a través de la abertura de respiración 8, aumentando la presión en la cámara. Para dirigir los gases de exhalación 32 únicamente a través de la salida de regulador 6, se proporciona una válvula de retención de flujo unidireccional 31 en la entrada de gas respirable 4 para evitar que los gases de exhalación entren en el tubo 30 y regresen hacia la bomba 28. La presión de la exhalación del buceador por encima de la presión en la cámara durante la inhalación cierra la válvula de retención 31, lo que garantiza que los gases de exhalación no fluyan hacia la bomba 28. La presión de exhalación del buceador en la cámara 12 también hace que el elemento de articulación 14 se desplace hacia la izquierda (como se muestra en la figura 2) debido a que la presión de exhalación dentro de la cámara 12 supera la presión del ambiente en el puerto 16 y la salida de gas respirable 6 está abierta. El gas exhalado de los pulmones del buceador continúa fluyendo a través de la salida de gas respirable 6 hasta que termina la exhalación y el buceador entra nuevamente en un estado temporal de no respiración (o pasa directamente a un estado de inhalación como se muestra en la figura 3), cuando la presión ambiental en el puerto 16, ya sea solo o con una fuerza de empuje (tal como por un resorte o polímero flexible, no mostrado) hace que el elemento de articulación 14 cierre la salida de gas respirable 6.

Aunque la apertura y el cierre de la salida de gas respirable 6 se ilustra en la figura 2 como que se produce basándose en el movimiento del elemento de articulación 14, pueden usarse otros enfoques siempre que se abra una salida de gas respirable durante la exhalación. En una realización alternativa, puede usarse un sensor de presión no móvil (no mostrado) dentro de la cámara 12 para medir directamente las fluctuaciones de presión dentro de la cámara 12 asociadas con la inhalación y exhalación del buceador. El sensor de presión puede enviar una señal eléctrica indicativa de la presión de la cámara al BADU 27 que puede procesar la señal para identificar uno o más de entre un estado de inhalación, un estado de exhalación y un estado de no respiración. La BADU 27 puede enviar una señal eléctrica para cerrar (para los estados de inhalación y no respiración) o abrir (para un estado de exhalación) una válvula (no mostrada) que regula el flujo de gas a través de la salida de gas respirable 6. En otra realización alternativa, los gases de exhalación del buceador pueden hacer que una válvula se abra directamente.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 2, cuando el sensor de presión 20 detecta, a través del elemento de detección 18 en el elemento de articulación 14, que el buceador exhala, el sensor 20 envía la señal de presión de regulador a la unidad de determinación de aire respirable 27, lo que determina que el buceador está en un estado de exhalación y/o que el buceador no necesita aire de la bomba 28. La BADU 27 proporciona una señal de gas respirable indicativa del estado de exhalación y/o que el buceador no necesita aire para el controlador de bomba 25, lo que afirma que la bomba 28 no necesita estar funcionando y apaga la bomba o mantiene la bomba en un estado apagado si ya está apagada. En las realizaciones representadas en las figuras 1-3, un solo procesador 24 integra las operes de la BADU 27 y el controlador de bomba 25 en una sola unidad. Se apreciará, sin embargo, que pueden usarse dos (o más) componentes para proporcionar la BADU 27 y el controlador de bomba. La presente divulgación del procesador y el controlador como elementos separados se proporciona para mayor claridad y no pretende ser limitante.

Haciendo referencia ahora a la figura 3, una realización del sistema de las figuras 1 y 2 se muestra en un estado de inhalación. Cuando el usuario inhala el gas respirable 33 (por ejemplo, aire o Nitrox) de la bomba 28, la presión dentro de la cámara 12 se reduce por debajo de la proporcionada por el entorno en el puerto 16, haciendo que el elemento de articulación 14 se mueva hacia la derecha (como se muestra en la figura 3). El sensor de presión 20 detecta que el elemento de detección 18 se ha movido con el elemento de articulación 14 a la posición que indica un estado de inhalación, y envía la señal de presión de regulador a la unidad de determinación de aire respirable 27, que determina basándose en la señal de presión de regulador que el buceador está en un estado de inhalación y/o que el buceador necesita aire de la bomba 28. La BADU 27 proporciona una señal de gas respirable indicativa del estado de inhalación y/o que el buceador necesita aire al controlador de bomba 25, que determina que la bomba 28 debería estar funcionando y enciende la bomba o mantiene la bomba en un estado encendido si ya está funcionando. La bomba 28 bombea a continuación aire a la cámara 12 para que el buceador lo inhale a través de la abertura 8.

Cuando la bomba 28 está funcionando, su entrada recibe gas respirable de una fuente de gas respirable, que en una realización es aire de la atmósfera. El aire respirable se comprime por la bomba y se suministra a través del tubo 30 a la cámara 12 del conjunto de regulador 2. La presión desarrollada por la bomba 28 abre la válvula de retención unidireccional 31 en la entrada 4 al conjunto de regulador 2, y el gas respirable pasa a la cámara 12, donde el buceador puede inhalarlo a través de la abertura de respiración 8. Cuando el usuario deja de inhalar, la acción de la bomba hace que la presión en la cámara 12 aumente hasta que el elemento de articulación 14 se mueve nuevamente a la posición intermedia mostrada en la figura 1. El sensor 20 detecta el movimiento del elemento de detección 18 en el elemento de articulación 14 de vuelta a la posición mostrada en la figura 1, y envía la señal de presión de regulador a la unidad de determinación de aire respirable 27, lo que nuevamente determina que el buceador se encuentra en un estado de no respiración y, a su vez, envía una señal de gas respirable indicativa de no respiración al controlador lógico de bomba 25. El controlador de bomba 25 determina que la necesidad de que la bomba opere se reduzca o se detenga y envía una señal de control para detener la bomba.

Se apreciará que en ciertas realizaciones alternativas, el elemento de detección 18 puede omitirse y el movimiento del elemento de articulación 14 puede detectarse directamente, por ejemplo, mediante una luz láser cuyo haz se interrumpe o no se interrumpe cuando el elemento de articulación se mueve dentro de la cámara 12, o cerrando y abriendo un circuito eléctrico cuando el elemento de articulación alcanza ciertas posiciones (por ejemplo, las mostradas en las figuras 1-3).

En algunas realizaciones, el procesador 24, la BADU 27 y/o el controlador de bomba 25 pueden incluir una función de autocalibración, donde la posición neutra (figura 1) y las posiciones límite de exhalación (figura 2) e inhalación (figura 3) se aprenden durante su uso para permitir el funcionamiento adecuado del dispositivo a pesar de las diferencias de fabricación entre piezas o la desviación del sensor con el tiempo. Por ejemplo, la unidad lógica puede medir y registrar la posición del elemento de detección 18 inmediatamente después del encendido. En este caso, el usuario no está usando el sistema para respirar, por lo que la posición registrada puede tomarse como la posición neutra, por ejemplo, la figura 1. Antes de aprender, puede aplicarse un umbral absoluto para el desplazamiento del elemento sensorial para ordenar a la bomba que funcione durante la inhalación; por ejemplo, un desplazamiento hacia la derecha como se muestra en la figura 3, y para ordenar a la bomba que no funcione durante la exhalación; por ejemplo, un desplazamiento hacia la izquierda como se muestra en la figura 2. Estos umbrales absolutos previos al aprendizaje permiten que el sistema funcione, aunque de una manera aproximada o no óptima. Durante su uso, si el controlador 24 está diseñado para medir y guardar posiciones máximas hacia la izquierda y hacia la derecha, ahora el controlador 24 puede conocer la extensión real del desplazamiento y la posición neutra para este sistema específico a pesar de toda la fabricación, desviación del sensor, predisposición mecánica, diferencias de usuario y todas las demás variables, y aplicar la lógica de control de tal manera que los comportamientos del sistema sean adecuadamente variables basándose en el estado y la extensión de inhalación o exhalación del usuario; por ejemplo, bombear lentamente si se detecta una pequeña demanda de inhalación y bombear rápidamente cuando se detecta una posición extrema del elemento de detección 18. Las posiciones guardadas pueden ser transitorias; por ejemplo, reaprendidas con frecuencia, tal como en cada ciclo de energía, guardadas, por ejemplo, aprendidas con poca frecuencia, tal como una vez en el momento de la fabricación, o una combinación de estas, tal como la disminución matemática de la extensión a lo largo del tiempo hasta que se encuentra una observación real renovada de una nueva lectura de extensión del sensor.

En algunas realizaciones, pueden detectarse condiciones inseguras y el procesador 24, la BADU 27 y/o el controlador lógico 25 pueden realizar una o más acciones de respuesta. Las condiciones inseguras pueden incluir, sin límites, toser, cese de la respiración durante más de un período de tiempo seguro (por ejemplo, 5, 10 o 15 segundos), respiración rápida y/o superficial, o desviaciones de las normas de respiración establecidas. Las acciones de respuesta que pueden implementarse incluyen, sin límites, 1) registrar y/o visualizar (es decir, al buceador y/o a un monitor de buceo no sumergido) la condición insegura (por ejemplo, el tipo de condición, la hora en que ocurrió, duración, etc.), 2) proporcionar una o más alarmas al buceador y/o al monitor (auditiva, visual, táctil, sensorial, etc.), o 3) implementar una acción correctiva (por ejemplo, alterar la función de la bomba, el regulador, o notificar al buceador o al monitor de buceo no sumergido). En ciertas ocasiones, pueden proporcionarse características de seguridad para hacer que el buceador salga a la superficie involuntariamente si las condiciones de diagnóstico indican que el buceador puede estar incapacitado o lesionado, como se explica con más detalle a continuación.

En algunas realizaciones, el procesador 24 puede incluir monitorización de batería, características de registro y/o notificación donde el buceador o el monitor de buceo no sumergido pueden ser informados de una o más condiciones de diagnóstico, tales como el estado de la batería (por ejemplo, capacidad restante o tiempo de operación de la bomba en las condiciones de operación actuales).

Como ejemplo no limitativo, cuando el procesador 24 detecta una condición de batería baja, puede imponer un período de retraso (por ejemplo, de 0,1 a 1,0 segundos) entre la determinación de un estado de inhalación/necesidad de aire y el encendido de la bomba. En otra realización, el controlador puede proporcionar una desaceleración deliberada de la velocidad de suministro (por ejemplo, por un suministro continuo o pulsado de corta duración o interrumpido de gases respirables). Por ejemplo, el controlador puede hacer que la bomba proporcione un solo pulso de interrupción de la operación de la bomba durante la inhalación para indicar que queda la mitad de la capacidad de la batería y más pulsos (por ejemplo, 2, 3 o más pulsos de interrupción del suministro de aire durante lo que de otro modo sería un único suministro continuo de aire durante una respiración del buceador) para indicar que la batería está casi vacía.

En otra realización, el procesador 24 y/o el controlador de bomba 25 pueden necesitar un mayor esfuerzo de inhalación (por ejemplo, necesitar una mayor desviación del elemento de articulación 14) del buceador antes de que se encienda la bomba cuando se detecta una condición de batería baja. En otra realización más, el procesador 24 y/o el controlador de bomba 25 pueden hacer que la bomba deje de suministrar aire en una inhalación normal, y puede que solo suministre aire en respuesta a que el buceador presione manualmente un botón de flujo de demanda. Este comportamiento del sistema obliga al buceador a reconocer el agotamiento o casi el agotamiento de la batería. Como alternativa, el procesador puede mantener una capacidad de reserva de un tiempo fijado, un número de respiraciones o una capacidad de suministro de volumen de aire después de que se informe al buceador de una condición de batería baja. De una o más de las formas anteriores, el usuario puede ser alertado de una condición de batería baja de una manera que no requiera componentes adicionales del sistema y que también informe al buceador de la necesidad de salir a la superficie sin inconvenientes indebidos. En otras realizaciones, un elemento de advertencia (por ejemplo, una luz, un altavoz, o un elemento vibratorio) pueden proporcionarse en o sobre el conjunto de regulador 2, y puede activarse cuando el controlador lógico 24 detecte o identifique una condición de batería baja. El elemento de advertencia puede activarse por cable o, en algunas realizaciones, por señal inalámbrica del controlador lógico.

En algunas realizaciones, el sistema puede proporcionar accesorios para permitir que el buceador infle un depósito de aire, tal como un dispositivo de control de flotabilidad (Buoyancy Control Device, BCD) comúnmente usado en el buceo SCUBA, para controlar la flotabilidad del buceador mientras está sumergido. En una realización, puede proporcionarse una bifurcación BCD (dispositivo de control de flotabilidad) en el tubo 30 para permitir que el buceador use un botón manual de flujo de demanda para inflar el BCD del buceador. En una realización, una condición de batería baja puede provocar automáticamente un inflado parcial o adicional del chaleco del buceador, dificultando que el buceador permanezca sumergido o incluso forzando al buceador a salir a la superficie.

En una realización, pueden implementarse una o más acciones correctivas al detectar un estado indeseable (por ejemplo, batería baja, profundidad excesiva del buceador, fallo al detectar la respiración o detectar una respiración lenta, etc.). En una realización, puede proporcionarse un depósito de rescate de emergencia (Emergency Rescue, ER) en o cerca del conjunto de regulador 2, y puede inflarse automáticamente si el procesador 24 o la BADU 27 determina que el buceador ha dejado de respirar durante un período de tiempo predeterminado, por ejemplo, 15 segundos, 20 segundos, u otro intervalo de tiempo predeterminado o programado. Por ejemplo, la BADU 27 puede enviar una señal de inflado de emergencia a la bomba 28 si no se han detectado una o más condiciones indicativas de respiración durante el período de tiempo predeterminado, (por ejemplo, la BADU 27 no ha detectado inhalación (o exhalación) durante más de 15 segundos desde la inhalación (o exhalación) anterior; o la BADU no ha detectado un cambio en el estado respiratorio del buceador durante más de 15 segundos; o la presión con el regulador no ha cambiado durante más de 10 segundos).

En algunas realizaciones, el depósito ER puede estar unido al conjunto de regulador 2 y puede inflarse automáticamente al detectar uno o más de los estados respiratorios de emergencia indicados anteriormente que pueden indicar la angustia del buceador. En otras realizaciones, el depósito ER puede estar acoplado a una bifurcación de rescate de emergencia separada del tubo 30. En este caso, la BADU 27 o el procesador 24 pueden enviar una señal a la bomba para inflar el depósito ER, y otra señal a una válvula ER en la bifurcación de rescate, abriendo la bifurcación de rescate para permitir que la bomba infle el depósito de emergencia. En algunas realizaciones, el depósito ER puede estar acoplado al buceador, por ejemplo, como un collar o chaleco que se infla automáticamente al detectar un estado respiratorio de emergencia. Si bien el depósito ER puede ser de cualquier tamaño deseado, en una realización, el depósito de ER estaría dimensionado para proporcionar flotabilidad suficiente para hacer que cualquier buceador humano salga a la superficie. En otra realización más, el depósito ER puede estar acoplado al cuerpo del paciente (por ejemplo, el ER puede ser un BCD SCUBA convencional) y puede estar orientado de tal manera que, cuando el usuario sale a la superficie, el ER provoca automáticamente que las vías respiratorias del usuario (por ejemplo, la montura y la nariz del usuario) floten de manera estable sobre el agua. Por lo tanto, si el buceador pierde el conocimiento bajo el agua y se lleva a la superficie inflando el depósito ER, el buceador evitará inhalar más agua en los pulmones.

En algunas realizaciones, puede desplegarse un dispositivo localizador de emergencia, que puede consistir en un depósito ER que se detecta completamente en el sistema y se permite flotar en la superficie. El dispositivo localizador puede incluir características (colores brillantes, luces intermitentes o de colores, señales de audio, etc.) para llamar la atención sobre el dispositivo localizador. El sistema también puede implementar otras acciones correctivas en respuesta a una condición de emergencia, incluyendo hacer caer automáticamente los pesos de lastre sujetos al buceador, o hacer que un carrete se retraiga o "enrolle" automáticamente el tubo 30, moviendo de este modo al buceador hasta la superficie.

Son posibles muchas configuraciones de sistema diferentes para suministrar gases de respiración a baja presión a un buceador utilizando los principios descritos en el presente documento. Las figuras 1-3 ilustran una pieza articulada 14 que se desliza dentro del conjunto de regulador 2. Sin embargo, como ya se ha señalado, pueden usarse otras configuraciones o tipos de elementos de articulación u otros medios para detectar las intenciones de inhalación o exhalación del usuario en diferentes realizaciones.

Las figuras 4 y 5 presentan una realización alternativa de una parte de elemento de articulación de un conjunto de regulador 42 que proporciona ventajas para la simplicidad de fabricación y fiabilidad usando un elemento de articulación deflector 54. Una parte de un conjunto de regulador 42 se representa en una vista en sección a través del diámetro más grande de un cuerpo de forma en general cilíndrica. El conjunto de regulador 42 es similar al conjunto de regulador 2 de las figuras 1-3 en algunos aspectos, aunque algunas otras características que se proporcionarían en un sistema de trabajo se omiten en las figuras 4 y 5 por simplicidad.

Haciendo referencia nuevamente a las figuras 4 y 5, las características de conexión 40 y 41 pueden incorporarse en el conjunto de regulador 42 de las figuras 4 y 5 para interactuar con boquillas estándares para snorkel o buceo disponibles comercialmente con interconexiones tubulares, que pueden obtenerse en una variedad de tamaños y propiedades para adaptarse a un amplio intervalo de preferencias del usuario. La característica de acoplamiento tubular 40 permite que la abertura de respiración 48 de la figura 4 se conecte a una boquilla similar a la boquilla 10 mostrada esquemáticamente en las figuras 1-3 pero no ilustrada en la figura 4. Puede usarse una entrada de aire 41 para conectar el conjunto de regulador 42 a un tubo de suministro de aire, tampoco mostrado en las figuras 4 y 5. De manera similar, puede proporcionarse opcionalmente una válvula de retención unidireccional como parte de la entrada 41 o en el tubo de entrada de aire no mostrado, aunque la válvula de retención puede omitirse por completo en algunas realizaciones. Otras características del sistema ilustradas en las figuras 1-3, por ejemplo, una bomba, un procesador que comprende una unidad de determinación de aire/gas respirable y/o un controlador lógico de bomba, una fuente de energía, etc., también se proporcionarían para formar un sistema completo con el conjunto de regulador 42 de las figuras 4 y 5.

La figura 4 proporciona un primer sensor 70 para detectar el movimiento de un elemento de articulación 54. En la figura 4, el elemento de articulación 54 comprende un diafragma o membrana flexible fabricada de un material flexible, tal como plástico o caucho, que es elástico y resistente a la corrosión o daños por agua salada. En algunas realizaciones puede usarse un diafragma metálico.

En las figuras 4 y 5, la zona a la derecha del elemento de articulación 54 está acoplada de manera fluida al sistema de suministro de bomba y tubo, y a los pulmones del buceador a través de la abertura de respiración 48 de la cámara 52. En cambio, la zona a la izquierda del elemento de articulación está acoplada de manera fluida y recibe la presión del ambiente externo (por ejemplo, la presión de agua local para un buceador sumergido) a través de la abertura 56 en el conjunto de regulador 42. Haciendo referencia a la figura 4, cuando el buceador inhala, la presión en la cámara 52 disminuye a medida que el buceador retira (es decir, inhala) el gas de la cámara de regulador 52, haciendo que la presión de la cámara caiga por debajo de la presión externa que actúa en el lado izquierdo del elemento de articulación 54, dando como resultado un desequilibrio de presión que hace que el elemento de articulación 54 se desvíe hacia la derecha (como se muestra en la imagen). La desviación del elemento de articulación 54 hacia la derecha también cierra y sella la salida de gas respirable 46, evitando que el agua entre en la cámara 52 durante la inhalación. El puerto de escape 46 está fabricado para facilitar esta función de sellado. El ángulo a través del que se desvía el diafragma puede elegirse para facilitar cierta cantidad de inclinación, tal como 5 grados, pero no tanto como para que el buceador deba desarrollar una cantidad incómoda de fuerza durante la exhalación para superar el sello. En una realización, puede usarse un elemento de articulación 54 de silicona de 0,012 pulgadas (0,3 mm) de espesor, preestirado al 20 % de alargamiento, con un ángulo de 5 grados para la abertura de puerto 46, pero muchas variaciones de espesor del material, composición, estiramiento, diámetros y ángulo pueden configurarse para regular la facilidad de romper el sello de salida del diafragma/gas respirable durante la exhalación sin una experimentación indebida, dado el beneficio de esta divulgación.

En una realización, el movimiento de un elemento de detección 58 acoplado al elemento de articulación 54 puede detectarse por un sensor 70 y usarse para determinar cuándo operar la bomba (no mostrada) para proporcionar aire al buceador a través de la entrada 41. El elemento de detección 58 puede seleccionarse de una variedad de elementos, por ejemplo, un imán, un elemento óptico, etc. En una realización, un par de imanes alineados y colocados para acoplarse entre sí a través de la pared de un diafragma, se usan como elemento de detección 58. El sensor 70 puede usar la fuerza del campo magnético para determinar cuándo operar o no operar la bomba. Sin embargo, independientemente del tipo de señal (por ejemplo, magnética, fótica, acústica, etc.) proporcionada por el elemento de detección 58, el sensor 70 puede usar la fuerza de la señal del elemento de detección como una señal de control de retroalimentación para un controlador (por ejemplo, el controlador 24 de las figuras 1-3) para decidir cuándo encender y apagar la bomba. En la realización de la figura 4, el sensor 70 proporciona una señal de posición de elemento de articulación que puede usarse para controlar la bomba. En una realización, la señal de posición puede ser una señal eléctrica a lo largo del cable 71. En realizaciones alternativas, el sensor puede generar una señal electromagnética radiada, una señal óptica, una señal acústica, u otra señal para indicar la posición del elemento de articulación.

En una realización, un procesador puede usar la señal de posición del elemento de articulación del sensor 70 para controlar la operación de la bomba determinando directa o indirectamente la inhalación, exhalación y cese de respiración del buceador. En una realización, el procesador puede determinar explícitamente una o más de los estados de inhalación, exhalación y cese de respiración basándose en la señal de posición del elemento de articulación. Como alternativa, la señal de posición del elemento de articulación puede usarse indirectamente para indicar el estado respiratorio proporcionando una indicación de la distancia entre el elemento de detección y el sensor. Tal y como se usa en el presente documento, el procesador es capaz de "determinar un estado respiratorio" siempre que sea capaz de procesar la señal del elemento de articulación del sensor 70 para determinar si el buceador necesita aire o no y, por lo tanto, si la bomba debería encenderse o apagarse. Esto incluye una determinación explícita del estado respiratorio del buceador (por ejemplo, inhalación, exhalación o cese de respiración), o una indicación indirecta del estado respiratorio (por ejemplo, que la inhalación del buceador haya provocado que el elemento de articulación 54 se mueva muy cerca del sensor 70, como se muestra en la figura 4). En otra alternativa, el procesador puede determinar indirectamente que se está produciendo la inhalación determinando que el elemento de articulación ha comenzado a moverse hacia el sensor, o que el cambio en la señal del sensor indica que la distancia entre el elemento de detección 58 y el sensor 70 está disminuyendo. De manera similar, el procesador puede determinar indirectamente que se está produciendo la exhalación determinando que el elemento de articulación ha comenzado a alejarse del sensor, o que el cambio en la señal del sensor indica que la distancia entre el elemento de detección y el sensor 70 está aumentando. El procesador puede procesar la señal de posición del elemento de articulación del sensor 70 (por ejemplo, mediante una unidad de determinación de aire respirable 27) para generar una señal de control de bomba (por ejemplo, mediante un controlador de bomba 25) para hacer que la bomba opere o no opere. Por lo tanto, "la determinación de un estado respiratorio" incluye tanto una determinación explícita por parte del controlador 24 como de la unidad de determinación de aire respirable 27 de que el buceador es uno o más de los que inhalan, exhalan o no respiran, así como las indicaciones indirectas (por ejemplo, posición del elemento de articulación) del mismo.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 4, cuando el elemento de articulación 54 y/o el elemento de detección 58 se mueven hacia (o están en) la posición mostrada en la figura 4, la señal de posición del elemento de articulación del sensor 70 se usará para indicar al procesador y/o a la BADU que el buceador está inhalando, y el procesador y/o el controlador generarán una señal de control para encender la bomba y hacer que se suministre aire respirable a la entrada de regulador 41.

En una realización, el sensor 70 comprende un sensor de efecto Hall, que puede detectar cambios de distancia sin entrar en contacto con la parte móvil (por ejemplo, el elemento de articulación 54 o el elemento de detección 58). Por lo tanto, en algunas realizaciones, el sensor 70 puede encapsularse completamente en un material que selle cualquier componente electrónico del agua circundante sin comprometer la capacidad de detección de distancia del sensor.

En las realizaciones de las figuras 4 y 5, una cubierta de elemento de articulación 44 proporciona protección contra daños físicos a piezas internas sensibles tales como el elemento de articulación 54. La dimensión interior de la cubierta 44 está dimensionada para permitir un desplazamiento suficiente hacia fuera (es decir, un movimiento durante la exhalación, como se muestra en la figura 5) del elemento de articulación 54 y/o del elemento de detección 58 para facilitar la apertura de la salida de gas respirable 46, y para permitir que el sensor 70 determine un estado de exhalación, pero al mismo tiempo está lo suficientemente restringido como para evitar que el elemento de articulación se dañe o funcione incorrectamente en un evento de sobrepresión que de otro modo podría provocar que una membrana exceda su alargamiento máximo permisible y conducir a una posible ruptura. Las dimensiones de la cubierta 44 para la parte del lado de la cámara del conjunto de regulador 42 también se eligen para facilitar un cierre hermético entre la cámara 52 y el elemento de articulación 54. Las estructuras adecuadas para sujetar la cubierta 42 pueden incluir una o más características mecánicas tales como tornillos, abrazaderas, pernos, muelles, etc., adhesivos, o cualquier medio conocido por los expertos en la materia. La abertura 56 en la cubierta 44 del conjunto de regulador 42 permite que la presión del agua del entorno circundante a la profundidad del buceador ejerza la misma presión sobre el elemento de articulación 14 que ejerce sobre la boca y/o los pulmones del buceador. La abertura 56 también permite que el buceador anule las presiones que actúan sobre el elemento de articulación 54 y hace que la bomba suministre aire al conjunto de regulador 42 presionando y moviendo manualmente el elemento de detección 58 y, por extensión, el elemento de articulación 54. La capacidad de iniciar manualmente el flujo de aire es similar a la capacidad de los buceadores SCUBA de hacer que el aire fluya manualmente a través de la boquilla SCUBA usando el botón de la tapa de extremo del regulador SCUBA, aunque a través de mecanismos físicos completamente diferentes y sin las altas presiones y válvulas duales de caída de presión presentes en los sistemas SCUBA.

Haciendo referencia ahora a la figura 5, cuando el buceador exhala, la presión de la cámara 52 aumenta a medida que los gases de exhalación de los pulmones del buceador se expulsan a la cámara. Esto provoca que la presión en la cámara supere la del entorno externo que actúa sobre el lado izquierdo del elemento de articulación 54, dando como resultado un desequilibrio de presión que hace que el elemento de articulación 54 se desvíe hacia la izquierda (como se muestra en la imagen). El movimiento del elemento de articulación 54 hacia la izquierda también abre la salida de gas respirable 46 y permite que los gases exhalados salgan de la cámara a través de la salida hasta el final de la exhalación. Aunque no se muestra en la figura 5, se apreciará que puede emplearse una válvula unidireccional similar a la válvula unidireccional 31 de la figura 1 opcionalmente en o cerca de la entrada de gas respirable 41 para evitar que los gases exhalados entren en el tubo de suministro que acopla la bomba al conjunto de regulador 42, y que regresen hacia la bomba. A medida que el elemento de detección 58 se aleja del sensor 70, se envía una señal indicativa de la distancia entre el elemento de detección 58 y el sensor 70 al procesador (similar al procesador 24 de la figura 1) para determinar si se debe hacer funcionar la bomba. A medida que el buceador exhala y el elemento de detección se mueve desde una posición similar a la de la figura 4 y a la de la figura 5, la señal del sensor 70 puede procesarse por el procesador 24 (por ejemplo, mediante una unidad de determinación de aire respirable 27 dentro del procesador 24, como se muestra en las figuras 1-3) para indicar que se está produciendo la exhalación y/o que la distancia entre el sensor 70 y el elemento de detección 58 está aumentando. Se apreciará que los sensores y los elementos deflectores pueden configurarse de manera diferente a como se representa en este caso; por ejemplo, de tal manera que las distancias descritas en el presente documento como crecientes puedan configurarse para que disminuyan en circunstancias equivalentes, y que se consideren configuraciones alternativas dentro del alcance de esta invención. Una vez que el procesador y/o la BADU determinan que se está produciendo la exhalación, el procesador y/o el controlador de bomba pueden enviar una señal de control a la bomba para apagar la bomba.

En una realización alternativa a la mostrada en la figura 5, al cesar la exhalación, el estiramiento-inclinación del elemento de articulación de membrana 54 cierra la salida de gas respirable 46, evitando la entrada de agua cuando los gases no se exhalan a través de la salida de gas respirable. En esta realización, la cantidad de fuerza necesaria por el usuario para provocar la exhalación puede ajustarse por diseño en la elección del ángulo de la abertura del puerto 46 en relación con el ángulo y la inclinación de estiramiento del elemento de articulación 54 (por ejemplo, membrana de polímero). En otras realizaciones, la exhalación se permite mediante cualquier tipo de válvulas unidireccionales acopladas de manera fluida a la boquilla que es la técnica actual en las boquillas SCUBA (no se muestra en este caso). En una realización, las características de acoplamiento 40 permiten que se haga rotar el conjunto completo ilustrado en las figuras 4 y 5 en relación con la boquilla (no mostrada). Al hacer rotar el conjunto de tal manera que la salida de gas respirable 46 sea gravitacionalmente más baja que la boquilla facilita el fluido no intencionado (por ejemplo, agua) en la cámara 52 para migrar lejos de la ruta de inhalación y hacia la salida de gas respirable, de tal manera que, en el siguiente ciclo de exhalación, los fluidos no deseados se expulsan a través de la salida de gas respirable junto con los gases exhalados.

En algunas realizaciones, los elementos de detección y lógica (por ejemplo, el elemento sensor, sensor, procesador, BADU y/o controlador de bomba) provocan la decisión de hacer operar la bomba por medios distintos de las fuerzas de inhalación o exhalación del usuario. Según se ilustra, el buceador puede usar el movimiento de los dedos para empujar el elemento sensorial 58 hacia el sensor 70 para provocar manualmente el suministro de aire a través de los elementos de detección y lógicos. En otras realizaciones, la operación manual de la bomba puede activarse mediante una acción de mordida, movimiento de la lengua, movimientos de la mano, u otra forma que resultará evidente para un experto en la materia a la vista de la presente divulgación.

En algunas realizaciones, los sistemas de la presente invención implican un conjunto de bomba flotante que comprende un elemento flotante acoplado a la bomba. El elemento flotante permite que la bomba permanezca en o cerca de la superficie de la masa de agua en la que está sumergido el buceador, de tal manera que la bomba de succión sea capaz de tomar aire y evitar la entrada de agua. Los elementos flotantes de la presente invención pueden mantener la bomba en, por encima o por debajo de la línea de flotación. La bomba puede estar dentro, fuera, parcialmente dentro o parcialmente fuera del elemento flotante.

Las figuras 6-8 ilustran una realización de un conjunto de bomba flotante 100 que comprende una bomba 28 acoplada a un elemento flotante de acuerdo con la presente invención. Son posibles muchas configuraciones para un conjunto de bomba flotante que incluye una bomba y los sistemas de soporte necesarios tales como una fuente de alimentación y un controlador lógico de bomba. Los expertos en la materia que se beneficien de la presente divulgación apreciarán que pueden implementarse numerosas realizaciones alternativas que tienen menos características o características adicionales que las descritas en el presente documento sin alejarse del alcance de la presente invención como se divulga en el presente documento.

Haciendo referencia a las figuras 6-8, un conjunto de bomba flotante 100 incluye un elemento flotante que comprende una carcasa de conjunto de bomba 150 para una bomba 28. En algunas realizaciones, la carcasa de conjunto de bomba 150 está construida o incorpora, un material flotante que es resistente a la corrosión para sobrevivir a una exposición prolongada al agua salada. Los materiales a modo de ejemplo incluyen, sin límites, unos polímeros que tienen un peso específico inferior a 1,0, incluyendo, sin limitación, espumas poliméricas de células abiertas o cerradas, materiales compuestos alveolares capaces de minimizar o eliminar la entrada de agua, etc. El material también puede proporcionarse con coloración en todo el espesor en lugar de simplemente su superficie, para mantener la coloración estética a pesar de los inevitables arañazos y abrasión del material de la carcasa.

En una realización, la carcasa de conjunto de bomba flotante 150 está conformada con el fin de facilitar el deslizamiento a través del agua cuando se tira del tubo 130 como resultado del movimiento del buceador. Pueden usarse formas aerodinámicas similares a los cascos de los barcos, por ejemplo. En una realización, la carcasa de conjunto de bomba 150 puede conformarse para minimizar las puntas o los bordes afilados para reducir el riesgo de engancharse con elementos del entorno tales como el regulador de buceo y el tubo, coral, estructuras sumergidas, vegetación, botes cercanos u otras embarcaciones, o escombros. Pueden usarse unos bordes redondos y suaves para reducir el potencial de "arrastre o enganche".

En una realización, la carcasa de conjunto de bomba 150 está configurada para minimizar el riesgo de daño a la cabeza, pie del usuario u otra estructura corporal en el caso de colisión, lo que puede producirse cuando el buceador está saliendo a la superficie y la carcasa de conjunto de bomba está por encima del buceador. En algunas realizaciones, se usan materiales o recubrimientos blandos para reducir o eliminar el riesgo de daño si el buceador (u otros) chocan contra la carcasa de conjunto de bomba 150. En general, la carcasa de conjunto de bomba 150 utiliza elementos de flotación tolerantes a fallos tales como la incorporación de espuma de celda cerrada o cámaras selladas 155 con el fin de evitar que el conjunto de bomba flotante 100 se hunda en el caso de un sello con fugas o daño mecánico.

En algunas realizaciones, la carcasa de conjunto de bomba 150 está conformada con el fin de proporcionar una flotabilidad controlada que sea autoenderezable y resistente al vuelco o a prueba de vuelco. Es importante reducir el riesgo de vuelco para evitar sumergir la entrada de bomba y hacer que se bombee agua en lugar de gases respirables al buceador sumergido. Mediante la selección adecuada de materiales y geometría, el conjunto de bomba flotante 100 puede proporcionar una estructura autoenderezable con un centro de gravedad bajo. En una realización, pueden localizarse relativamente bajos los componentes más pesados dentro de la carcasa de conjunto de bomba 150, tales como los devanados de la bobina del motor y el núcleo magnético, en el conjunto para bajar el centro de gravedad y promover un conjunto flotante autoenderezable.

En una realización, la carcasa de conjunto de bomba 150 está estructurada con el fin de proporcionar una flotabilidad suficiente para servir como flotación de rescate en el caso de emergencia. En una realización, el conjunto flotante 100 incluye un dispositivo de flotación inflable (no mostrado) acoplado a la bomba que puede inflarse para servir como una balsa para el buceador y/u otros.

En una realización, un tubo de entrada de aire 157 está acoplado a la entrada de succión de bomba. El tubo de entrada de aire 157 puede ser extraíble para facilitar el almacenamiento y puede incluir características de sellado cuando se instala, tales como juntas tóricas. El tubo puede ser capaz de funcionar como un soporte para banderas de buceo estándares, por ejemplo, una bandera que indica "buceador abajo".

Opcionalmente, puede proporcionarse el lastre 153 en algunas realizaciones para bajar el conjunto de bomba flotante 100 dentro del agua, reduciendo de este modo su centro de gravedad y la probabilidad de vuelco. Mediante la selección adecuada de la forma y el peso de la carcasa, puede proporcionarse un conjunto de bomba flotante 100 de tal manera que la única configuración flotante estable sea vertical, y de tal manera que, en el caso de vuelco, las características de peso y flotabilidad hagan que el conjunto sea autoenderezable y, por lo tanto, garantizan que el tubo de entrada de aire 157 permanezca por encima de la línea de flotación 165 y, en algunas realizaciones, en general, perpendicular a la misma.

En una realización, un controlador de bomba (por ejemplo, el controlador 25 de la figura 1, que puede comprender parte de un procesador 24) puede hacer que la bomba se apague temporalmente al detectarse la entrada de líquido en el sistema. Por ejemplo, en una realización, el conjunto de bomba flotante puede estar provisto de un detector de vuelco, por ejemplo, un acelerómetro, que detecta cuando la bomba está orientada de tal manera que el tubo de entrada de aire 157 tiene (o tiene un alto riesgo) de introducirse en el agua. Si es así, el controlador de bomba puede apagar automáticamente la bomba. Opcionalmente, la bomba puede reiniciarse automáticamente una vez que la señal del acelerómetro indica que el tubo de entrada de aire 157 está orientado con el fin de evitar la entrada de aire o el vuelco.

En una realización, puede proporcionarse un sensor de líquido (no mostrado) en la entrada de aire 157 (u otra localización apropiada tal como la entrada de bomba, la carcasa de la bomba o la salida de bomba) para detectar la entrada de agua en la entrada de aire 157, la bomba 128, o el tubo 30 (figura 1). Si se detecta líquido, en una realización, el sensor de líquido puede proporcionar una señal de detección de líquido al controlador de bomba, que a continuación puede tomar la acción apropiada. En una realización, el controlador puede señalar o proporcionar una alarma al buceador (o a una persona en la superficie que monitoriza el sistema) mediante uno o más de un elemento eléctrico, mecánico u óptico donde ha entrado líquido en el sistema. El controlador puede notificar al buceador mediante un elemento de señal apropiado (no mostrado) acoplado al regulador de gas respirable (por ejemplo, una luz, un elemento piezoeléctrico, un elemento mecánico, o por interrupciones en el gas suministrado al buceador), y puede notificar a una persona en la superficie mediante un elemento de señal similar (por ejemplo, una alarma de entrada de agua) acoplado a la bomba 128 o al conjunto de bomba flotante 100.

En otra realización más, el controlador puede hacer que la bomba 128 entre en un modo de eliminación de agua cuando se detecta agua. Esto puede involucrar, por ejemplo, abrir una válvula de ventilación (no mostrada) en el conjunto de bomba flotante 100 o tubo 30, y cerrar una válvula de interrupción (no mostrada) corriente abajo de la válvula de ventilación en el tubo 30 para evitar el suministro de agua al buceador. A continuación, la bomba 128 puede operarse hasta que el líquido detectado pueda eliminarse del sistema, evitando de este modo bombear el líquido al buceador y arriesgarse a que el buceador lo inhale. En una realización alternativa, la bomba puede volver a usar la válvula de ventilación y la válvula de interrupción, pero puede invertir la dirección de operación de la bomba para limpiar el líquido a través de la entrada de aire 157. En otra realización más, el controlador puede simplemente apagar la bomba 128 cuando se detecta agua en la ruta del aire. Por último, la bomba simplemente puede continuar operando si entra agua al sistema, y el buceador puede limpiar manualmente a través del conjunto de regulador cualquier agua que entre en la entrada de aire 157.

En algunas realizaciones, todas las piezas interiores de la bomba 128 se fabrican de materiales a prueba de corrosión. Los materiales adecuados pueden incluir aceros inoxidables, titanio, níquel u otras aleaciones resistentes al óxido y/o la corrosión por agua salada, así como numerosos polímeros y materiales compuestos. También pueden seleccionarse materiales capaces de soportar muchos millones de ciclos y años de operación. Al igual que con los sistemas SCUBA o SSA, el buceador puede limpiar manualmente el agua del regulador forzando a la bomba a seguir funcionando hasta que toda el agua haya salido del sistema y haya regresado el flujo de aire. Un curso de acción de este tipo solo será posible, sin embargo, si la entrada de agua es solo temporal. En una realización, si la entrada de aire se vuelca durante un período prolongado, el sistema puede suspender el bombeo si el agua no se ha limpiado dentro de un período de tiempo predeterminado, por ejemplo, 5-10 segundos.

En una realización, se proporciona un tubo de aire 130 que acopla la salida de bomba a un conjunto de regulador (por ejemplo, el conjunto de regulador 42 en las figuras 4 y 5). El tubo de aire puede quitarse para facilitar la limpieza, almacenamiento, inspección o reemplazo del tubo. En una realización, se proporciona un accesorio de desconexión rápida para facilitar la rápida unión y extracción del tubo 130 del conjunto de bomba flotante 100 sin el uso de herramientas.

La localización en la que el tubo de aire 130 está acoplado a la carcasa de conjunto de bomba 150 se elige de tal manera que ninguna fuerza razonablemente probable que sea experimentada por el tubo de aire provocaría que la carcasa de conjunto de bomba 150 vuelque y sumerja el tubo de entrada de aire 157. La localización se elige además para permitir que todo el conjunto de bomba flotante 100 se empuje a través del agua y siga el movimiento del buceador en respuesta a la tensión en el tubo de aire 130, como tirando de la proa de un barco. En algunas realizaciones, como se ve en la figura 6, la localización del tubo de aire 130 está debajo de la línea de flotación 165 de tal manera que cualquier calentamiento debido a la compresión del gas en la bomba se disipa rápidamente a través del contacto del tubo 130 con el agua.

En algunas realizaciones, la carcasa de conjunto de bomba 150 incluye un compartimento de carcasa de bomba 160 para la bomba que durante la operación se inunda intencionalmente con agua a través de las aberturas 163 en la carcasa de conjunto de bomba, y como se representa en este caso, con una parte trasera sin sellar del casco de la carcasa (figura 7, abertura 160). Permitir que la bomba se sumerja dentro del compartimento de carcasa de bomba 160 de la carcasa de conjunto de bomba 150 reduce o elimina sustancialmente la flotabilidad incontrolada y/o transitoria provocada por espacios de aire no usados dentro de la carcasa, lo que puede desplazar el centro de gravedad del conjunto de bomba flotante 100 y desestabilizar su capacidad de autoenderezamiento. Los espacios de aire no usados en la carcasa también pueden crear un espacio de flotabilidad que debería contrarrestarse con lastre adicional 153, haciendo que todo el sistema sea más pesado. Adicionalmente, un diseño de bomba sumergida para la carcasa de conjunto de bomba 150 proporciona ventajosamente una refrigeración superior de los componentes del motor, tales como amplificadores de potencia y bobinas magnéticas 162, en comparación con los sistemas no sumergidos. La carcasa de conjunto de bomba 150 también puede incluir orificios o aberturas de drenaje (por ejemplo, 160 y 163) para permitir que la zona interna inundada se drene de manera natural y rápida cuando el sistema se retira del agua.

En algunas realizaciones, la bomba 128 incluye elementos mecánicos electromotores y elementos de bombeo, y sitúa los elementos o componentes de la bomba que producen calor bajo carga en el exterior de la carcasa de bomba para facilitar la refrigeración por el agua en el compartimento de carcasa de bomba 160. Estos incluyen bobinas electromagnéticas 162 y amplificadores de potencia (no mostrados) cuando sea necesario. Aunque las bobinas electromagnéticas 162 están fuera de la bomba y expuestas al agua, están separadas por la carcasa del motor de tal manera que las piezas móviles dentro de la carcasa de bomba no queden expuestas al agua. Las bobinas electromagnéticas 162 pueden, en algunas realizaciones, estar recubiertas con un medio de sellado, como un recubrimiento de polímero, sin embargo, debido al diseño refrigerado por agua, aún proporcionan una eliminación de calor superior a las bobinas de motor refrigeradas por aire. La eficiencia mejora a medida que se reduce la resistencia eléctrica al mantener refrigeradas las bobinas.

Los elementos sensoriales de bomba se colocan de tal manera que el sistema no se sobrecaliente en el caso de que un usuario haga funcionar la bomba sin estar sumergido. Los elementos sensoriales de bomba pueden incluir sensores de temperatura localizados cerca de los componentes más calientes o sensores de presencia/ausencia de agua (no mostrados).

En algunas realizaciones, la bomba 128 se construye con el fin de que no se vea afectada por y continúe funcionando, incluso en el caso de entrada de agua en la entrada de bomba. Con este fin, en algunas realizaciones, los elementos mecánicos de la bomba 128 se eligen con el fin de que no requieran lubricación. Esto puede incluir, utilizar rodamientos de rodillos o bolas compuestos de plástico u otros materiales no corrosivos. En algunas realizaciones, se usan diseños de bomba de tipo diafragma, que no crean una alta fricción cutánea tales como las bombas de tipo pistón dentro de los cilindros. En algunas realizaciones, se usan geometrías de bomba capaces de proporcionar un volumen de aire respirable adecuado sin velocidades rápidas del motor. Las velocidades lentas de motor reducen el desgaste por unidad de tiempo de uso y evitan la acumulación de calor en los componentes móviles. En otras realizaciones más, pueden usarse válvulas unidireccionales de gran tamaño para permitir una limpieza rápida del agua ingerida. En algunas realizaciones, el control secuencial del electroimán de la bomba se proporciona mediante sensores sin contacto (tales como un sensor de efecto Hall) en lugar de motores con escobillas cuyos componentes se dañarían con el agua. En algunas realizaciones, el control secuencial del motor de la bomba electromagnética se basa en la posición de los elementos de bombeo (es decir, los pistones, diafragmas, etc.). Como se ha observado anteriormente, en algunas realizaciones, se usan imanes permanentes que están completamente encapsulados en polímero u otro inhibidor de corrosión para evitar el deterioro en el caso de exposición a la humedad, y los puertos que conducen a las salidas de la bomba pueden localizarse debajo dentro de la carcasa de conjunto de bomba para promover la expulsión del agua ingerida. El agua ingerida puede purgarse finalmente a través del puerto 46 (figura 5), nuevamente en una localización gravitacionalmente baja en el sistema.

Haciendo referencia nuevamente a las figuras 6-8, la bomba 128 también, en algunas realizaciones, se construye con el fin de facilitar la limpieza rápida después de su uso. En particular, la bomba está diseñada para poder continuar funcionando en el caso de ingestión de solución higienizante en la entrada de bomba y con componentes que no se vean afectados por los agentes de limpieza (por ejemplo, jabón, blanqueador, peróxido, etc.). La higienización de todo el sistema puede lograrse entonces sin desmontar, sumergiendo el tubo de entrada de aire 157 de la bomba 28 en una solución higienizante y haciendo funcionar brevemente la bomba. Después de un breve período de limpieza a base de líquido, la solución higienizante puede purgarse fácilmente retirando el tubo de entrada de aire 157 y haciendo funcionar la bomba en aire. En algunas realizaciones, todo el sistema está diseñado para permitir el desmontaje y montaje sin herramientas o con un mínimo de herramientas.

En algunas realizaciones, los componentes clave pueden fabricarse de polímeros transparentes para permitir la inspección del sistema de aire respirable para identificar rápidamente cualquier corrosión, suciedad, materia microbiana/infecciosa o desgaste. En algunas realizaciones, pueden proporcionarse componentes que estén recubiertos o impregnados con propiedades antimicrobianas para minimizar el riesgo de infección o efectos adversos para la salud del buceador.

En algunas realizaciones, el conjunto de bomba usa múltiples elementos de bombeo (por ejemplo, dos o más cilindros, diafragmas u otros elementos de bombeo). Los cilindros múltiples pueden funcionar fuera de secuencia con el fin de minimizar la fluctuación de presión (es decir, ondas de presión) en el tubo de respiración que serían incómodas o provocarían ansiedad al buceador. Al proporcionar un número apropiado de cilindros cuyos ciclos máximos de compresión están escalonados en el tiempo, puede proporcionarse un suministro de aire uniforme y constante al buceador. Además, los diseños multicilindro permiten velocidades de operación más lentas y, por lo tanto, reducen el desarrollo de calor y el desgaste.

Como otro medio para reducir las ondas de presión en el tubo de suministro de aire, en algunas realizaciones, el sistema incorpora cámaras donde el aire puede expandirse para minimizar aún más las ondas de presión en el tubo de respiración. El sistema puede incorporar mecanismos de cámara de acumulador tal como un depósito o vejiga flexible que puede cambiar bajo diferentes presiones para minimizar aún más las ondas de presión en el tubo de respiración. En algunas realizaciones, puede proporcionarse una cámara en la salida de bomba en un espacio dentro de la carcasa de conjunto de bomba 150, mientras que en otras realizaciones puede proporcionarse una cámara en una posición intermedia en el tubo 30. También pueden usarse una cámara de tubo y accesorios giratorios para minimizar las torceduras o los nudos dentro del tubo. También pueden proporcionarse otras características antitorsión, por ejemplo, corrugaciones u otras características superficiales.

Como se muestra en las figuras 6-8, la carcasa de conjunto de bomba 150 puede incorporar un mango 167 para facilitar el transporte del sistema con una mano por parte de un buceador u otro usuario. El mango puede estar localizado de tal manera que la dimensión más grande del sistema cuelgue hacia abajo de tal manera que el mango cuelgue cómoda y naturalmente cerca del costado de una persona sin necesitar un esfuerzo agotador y propenso a lesiones para mantenerlo alejado del cuerpo mientras camina. El mango 167 puede ser plegable para su estiba, o puede usarse como interruptor o cerradura en la operación del sistema tal como para ordenar el encendido o apagado, o para bloquear o desbloquear una puerta o apertura en la carcasa 150 para reparaciones o mantenimiento.

El sistema también incluye una fuente de energía tal como una batería 126, que está localizada para facilitar el acceso rápido y fácil para cargar o reemplazar. En una realización preferida, el sistema incluye una carcasa de batería a prueba de agua dentro o acoplada a la carcasa de conjunto de bomba 150, con contactos eléctricos a prueba de agua o un conjunto de enchufe a prueba de agua estándar. En una realización alternativa (no mostrada), la batería 126 puede estar alojada en un compartimento de carcasa de batería que puede abrirse y que puede estar cerrado (por ejemplo, con pestillos) para proporcionar un sello impermeable, lo que puede permitir el uso de una batería no resistente al agua con contactos no a prueba de agua dentro del compartimento.

La batería 126 y otros componentes eléctricos, incluidas las bobinas magnéticas 162, están localizados preferentemente con el fin de que no estén en comunicación de fluidos con el aire respirable. Esto evita que el buceador respire contaminantes en el caso de un fallo eléctrico de estos componentes, y garantiza que la ruta de aire respirable hacia el buceador permanezca lo más limpia posible.

En algunas realizaciones, el sistema puede incluir filtros de agua y/o elementos de secado corriente arriba o corriente abajo de la bomba para eliminar líquido y/o reducir la humedad del aire suministrado al buceador. En una realización, mostrada en las figuras 6 y 7, se proporciona un filtro de aire 169 en la salida de bomba cerca de la conexión con el tubo. Al proporcionar un filtro 169 alojado dentro de la carcasa de conjunto de bomba 150, el filtro puede cambiarse convenientemente mientras se realiza un mantenimiento de rutina en el sistema. En otra realización (no mostrada), se proporciona un filtro en una localización próxima al regulador para evitar que cualquier contaminante en la salida de bomba o en el tubo llegue al buceador. Este puede ser un filtro de respirador disponible comercialmente tal como un filtro de clase P90 o P100.

La figura 9 representa una realización de un sistema integrado de acuerdo con la presente divulgación que incluye un buceador en un entorno a modo de ejemplo. El buceador 908 se representa debajo de la línea de flotación 904. En una realización, un conjunto de bomba flotante 902 recoge aire desde arriba de la línea de flotación, tal como a través de un tubo de entrada de aire 912, y bombea el aire a un tubo 906 para suministrarlo a un conjunto de regulador 910 que incluye una boquilla, permitiendo que el buceador use una máscara SCUBA convencional que abarca los ojos y la nariz del buceador. En otra realización, el conjunto de regulador 910 puede acoplarse a la nariz del buceador para suministrar aire respirable, o a una estructura que abarque tanto la nariz como la boca. El aire exhalado puede expulsarse directamente al entorno acuático 914 o canalizarse a través de una línea de retorno (no mostrada).

Las realizaciones de la presente invención proporcionan sistemas de respiración subacuáticos que necesitan menos energía que los sistemas anteriores. Las ventajas de los sistemas de acuerdo con la presente divulgación incluyen, sin límites, menores costes de componentes, menor peso, tamaño más pequeño, fabricación más sencilla (por ejemplo, polímeros en lugar de metales usados en aplicaciones de alta presión) y mayor duración de inmersión utilizable para cualquier suministro de energía dado. Muchos sistemas actuales en el mercado son tan grandes, pesados y/o voluminosos que el transporte es difícil de manejar (por ejemplo, en muchos sistemas se usan dos baterías de automóvil, y la vejiga de flotación es del tamaño de un neumático de automóvil) y el esfuerzo necesario para que el buceador arrastre la unidad de flotación mientras bucea es considerable, arriesgándose a dañar el tubo de aire y/o la conexión del tubo/carcasa, además de la fatiga del buceador. Las realizaciones de la presente invención pueden lograrse en tamaños y pesos más pequeños que los sistemas existentes, aun así, suministran más de una hora de suministro de aire respirable desde una fuente de energía de bordo (batería). Las realizaciones de la invención consiguen un menor uso de energía en parte usando presiones operativas significativamente más bajas que los sistemas existentes.

Las presiones más bajas del sistema facilitan una mayor seguridad, menos acumulación de calor en el compresor, menos desgaste de los componentes y menos carga de arranque. Al utilizar una bomba de baja presión a demanda que detecte las necesidades de aire del buceador y solo funciona en respuesta a dicha necesidad, los sistemas de la presente invención proporcionan una experiencia de buceo significativamente mejorada, un volumen del sistema reducido y una eficiencia energética mejorada. Haciendo operar la bomba solo cuando el usuario solicita o necesita aire respirable, los sistemas de la presente invención no solo proporcionan una experiencia de buceo mucho más natural, sino que se logra una eficiencia energética significativamente mejorada (al menos 2X y en general 10X). Debido a que la bomba puede estar apagada aproximadamente la mitad (o más) del tiempo que el buceador está sumergido, los sistemas de la presente invención proporcionan al buceador al menos el doble (y normalmente 4X) del tiempo total de respiración para una fuente de energía determinada en comparación con los sistemas de flujo libre que funcionan continuamente, sin la distracción constante y las alteraciones visuales que plagan estos sistemas. Un sistema comercial actual, descrito en el documento US 5.327.849A, permite que el motor se desacelere o se apague durante períodos de baja demanda, pero esto se realiza en un sistema de alta presión que simplemente responde a las presiones crecientes del depósito del sistema en un compresor de alta presión de la misma manera que los compresores de aire para talleres domésticos, por lo que requiere mucha más entrada de energía que la presente invención debido a la acumulación de las altas presiones necesarias para esa implementación.

En una realización, la presente invención comprende un aparato para detectar la inhalación respiratoria de un usuario y suministrar solo la cantidad de volumen de gas y presión requeridos en la localización del usuario (es decir, profundidad de buceo) por medio del control de las acciones de una bomba de respuesta rápida de manera más o menos instantánea (por ejemplo, dentro de 500 milisegundos) con demanda de inhalación. En algunas realizaciones, los sistemas de la presente invención pueden conectarse en red en una configuración vinculada, permitiendo que una estación central de monitorización (Central Monitoring Station, CMS) monitorice la seguridad y/o recopile los datos de buceo para múltiples buceadores. Los alquileres de barcos a determinados sitios de buceo suelen incluir muchos buceadores. Los sistemas de la presente divulgación pueden permitir a los buceadores que no son buceadores SCUBA certificados participar en inmersiones en aguas poco profundas (por ejemplo, menos de 40 pies (12 m), preferentemente a menos de 30 pies (9 m) desde un barco de alquiler, y los buceadores pueden ser monitorizados desde el barco desde una CMS en el barco. Esto puede lograrse proporcionando un enlace de comunicación inalámbrica que conecte electrónicamente a cada buceador a la CMS de la embarcación.

La figura 10 ilustra una realización de un sistema en red con una estación central de monitorización (CMS) capaz de monitorizar los sistemas de suministro de aire a demanda para cada uno de los múltiples buceadores. Una CMS 1050 incluye un transceptor 1060 para comunicarse con los sistemas a demanda 1001, 2001, 3001, etc. para cada uno de los múltiples buceadores. Aunque el sistema en red de la figura 10 ilustra sistemas a demanda para tres buceadores, se apreciará que no hay limitación en el número de buceadores que pueden monitorizarse por la CMS 1050. Para simplificar la exposición, la CMS 1050 se describirá en relación con un solo sistema a demanda para un buceador. Sin embargo, debería entenderse que detalles similares para sistemas a demanda para otros buceadores (por ejemplo, 2001, 3001, etc.) también están dentro del alcance del presente sistema.

En una realización, el sistema a demanda 1001 para suministrar aire a un buceador tiene una bomba dedicada 1027 y electrónica asociada (por ejemplo, un procesador 1024, una BADU 1027 y/o un controlador de bomba 1025) acoplados de manera inalámbrica al CMS1050 a través de un módulo de comunicaciones 1029. El módulo de comunicaciones 1029 puede incluirse dentro o como parte del procesador 1024, o en combinación con la BADU 1027 o el controlador de bomba 1025. En otras realizaciones alternativas, el módulo de comunicaciones 1029 no es parte del respectivo conjunto de bomba flotante respectivo 1100. Independientemente de cómo se implemente electrónicamente el módulo de comunicación 1029, el módulo de comunicación de cada sistema (por ejemplo, 1001, 2001, 3001) es capaz de transmitir datos al CMS 1050 para su visualización, análisis y/o registro por el CMS. En algunas realizaciones, el CMS 1050 también puede transmitir datos al módulo de comunicación 1029, por ejemplo, para proporcionar datos y/o comandos al procesador 1024, la BADU 1027 o el controlador de bomba 1025. El CMS 1050 puede incluir un procesador 1056 que incluye software y/o firmware para realizar el análisis de los datos recibidos desde el módulo de comunicaciones 1029 del buceador. Puede proporcionarse una pantalla 1052 para visualizar los datos recibidos desde el módulo de comunicaciones 1029 del sistema 1001 del buceador o los datos generados por el procesador 1056 del CMS 1050. Puede proporcionarse un dispositivo de entrada/salida (E/S) 1054, tal como un teclado estándar, para permitir que el operario del CMS 1050 realice las acciones apropiadas. También puede incluirse hardware y/o software informático estándar adicional, tal como una memoria 1058.

Como se ha observado anteriormente, en algunas realizaciones, el procesador 1024 del sistema 1001 del buceador puede tomar acciones de respuesta tales como 1) registrar y/o visualizar datos sobre condiciones inseguras, 2) proporcionar una o más alarmas al buceador y/o a un monitor, y 3) implementar acciones correctivas. En algunas realizaciones del sistema de la figura 10, todas o partes de estas acciones de respuesta pueden realizarse por el CMS 1050 (por ejemplo, usando el procesador 1056). En una realización, el módulo de comunicación 1029 puede transmitir datos relacionados con el sistema 1001 del buceador al CMS 1050 de manera continua o en diversos intervalos de tiempo (por ejemplo, cada 1, 5, 10 o 30 segundos). Los datos transmitidos por el módulo de comunicación 1029 también pueden incluir datos generados por el procesador 1024 sobre el curso de la inmersión del buceador, incluyendo sin limitación la profundidad del buceador a lo largo del tiempo, localización relativa al buque, estado respiratorio, estado de la batería, etc.

Los datos transmitidos por el módulo de comunicación 1029 también pueden incluir datos sobre el buceador (por ejemplo, nombre, edad, peso, condiciones médicas, etc.), aunque en algunas realizaciones los datos del buceador (por ejemplo, los datos médicos del buceador) pueden mantenerse únicamente en el CMS 1050 para garantizar una mayor seguridad para cumplir con la norma HIPAA y/u otros estándares de privacidad de la información médica. Independientemente de dónde se mantenga la información, el CMS 1050 puede usar los datos relacionados con el buceador para implementar acciones de respuesta específicas del buceador. Por ejemplo, los usuarios con factores de riesgo como ansiedad o inexperiencia pueden monitorizarse más estrechamente o los límites de alarma y/o de buceo pueden establecerse de manera más estricta. El módulo de comunicación 1029 puede transmitir numerosas alarmas o advertencias al CMS1050 para su visualización u otro modo de presentación al personal apropiado, incluyendo pero no limitándose a advertencias cuando cada buceador ha excedido una profundidad predeterminada (que puede programarse individualmente para cada buceador), si un buceador ha dejado de respirar (es decir, inhalar y/o exhalar) durante más de un período de tiempo límite, el tiempo de inmersión estimado restante disponible para cada buceador dado el suministro de batería para ese buceador, etc. El CMS 1050 puede usarse por el maestro de buceo en la embarcación para garantizar la seguridad de cada buceador, y puede proporcionar un registro con fines legales u otros fines para la verificación de seguridad y/o registros para cumplir con los estándares de monitorización del gobierno o de la industria, o como parte del registro de buceo individual del buceador.

La información anterior (si se determina por el procesador 1024 o por el procesador 1056 del CMS 1050) puede presentarse a un operario de CMS de diversas formas, por ejemplo, visual o auditivamente; como gráficas frente al tiempo o como señales de estado instantáneas; como valores instantáneos que cambian de color o parpadean cuando se alcanza un límite de alarma. Por ejemplo, el CMS 1050 puede visualizar la profundidad del buceador frente al tiempo en un eje X-Y, o puede visualizar la profundidad instantánea numéricamente en negro a poca profundidad, pero cambiar a un número rojo intermitente cuando se alcanza una profundidad máxima. De manera similar, puede proporcionarse una frecuencia respiratoria instantánea basada en un promedio móvil (por ejemplo, basada en la hora o las marcas de tiempo obtenidas de las señales de inhalación o exhalación). En otro ejemplo, puede sonar una alarma y puede proporcionarse una advertencia visual en la pantalla 1052 si el buceador deja de respirar durante más de un límite de tiempo predeterminado.

En realizaciones alternativas (no mostradas) que implican un CMS 1050, el buceador puede tener una bomba dedicada 1028 y componentes electrónicos asociados localizados en la embarcación en lugar de en un conjunto de bomba flotante 1100. En otras realizaciones más, cada buceador puede estar conectado a un suministro de aire común (no mostrado), que proporciona aire a diversos buceadores a través de una o varias bombas localizadas en la embarcación. Aunque la realización de la figura 10 que involucra sistemas de monitorización central 1050 se ha expuesto en relación con un bote u otra embarcación acuática, en algunas realizaciones, el CMS puede colocarse en un muelle o plataforma fija cerca de la masa de agua para bucear, en lugar de en un barco. En otras realizaciones más, el CMS puede ser portátil y usarse por un maestro de buceo u otro miembro del grupo que esté participando en la inmersión.

En algunas realizaciones, los sistemas de la presente invención pueden alquilarse a buceadores de manera temporal. Para los operadores de dichos sistemas de alquiler, también puede proporcionarse realizaciones adicionales para facilitar la prevención de robos, la seguridad, el seguimiento de mantenimiento y la salud del sistema, y monitorizar a los buceadores de alquiler. Además de las características anteriores, pueden proporcionarse numerosas características de seguridad para permitir que un operario de alquiler de un CMS 1050 siga los sistemas (1001, 2001, 3001, etc.) usados por uno o más buceadores de alquiler. En algunas realizaciones, por ejemplo, un procesador 1024 en el sistema de alquiler 1001 puede determinar automáticamente numerosos parámetros de estado y transmitirlos a un CMS 1050 que incluye, sin limitación: el tiempo total de buceo del buceador de alquiler (que el CMS 1050 puede usar para determinar las tarifas de alquiler); un registro de diagnóstico para cada sistema de alquiler 1001, 2001, etc., para notificar al CMS cuándo se produce cualquier mal funcionamiento mecánico o eléctrico; un indicador de estado seguro para verificar que el sistema está funcionando correctamente cuando se envía y/o se recupera del buceador de alquiler. Las características adicionales en el sistema de buceo de alquiler 1001 y/o el CMS 1050 pueden incluir, sin límites, un bloqueo físico en el compartimento de la batería del sistema, que puede estar codificado (física o eléctricamente) para necesitar la entrada de un código de acceso para permitir que el buceador opere el sistema; un interbloqueo eléctrico antirrobo para permitir que el sistema de buceo de alquiler 1001 opere solo si el sistema de buceo de alquiler recibe una señal del CMS 1050, que solo puede producirse si el sistema está dentro de una distancia predeterminada (por ejemplo, un intervalo inalámbrico) del CMS; Características antirrobo basadas en GPS para desactivar el sistema si se retira a más de una distancia predeterminada del intervalo establecido; tiempo de uso programable que permite que el sistema opere solo durante un tiempo específico (es decir, horas, días, etc.) después de que el sistema se suministre al buceador de alquiler. Para tales sistemas, pueden proporcionarse características de seguridad adicionales para evitar el apagado de la bomba si el usuario se sumerge cuando finaliza el período de tiempo.

En algunos casos, también pueden proporcionarse características de emergencia. Por ejemplo, puede desplegarse una señal visual de socorro, tal como una bandera, en el conjunto de bomba flotante 1100 si el buceador deja de respirar durante un período de tiempo predeterminado. En los casos más extremos, el módulo de comunicación 1029 puede llamar automáticamente a un respondedor de emergencia (por ejemplo, servicios 911, o un salvavidas para sistemas de alquiler localizados en zonas cercanas conocidas), o puede activar el conjunto de la bomba flotante para desplegar una bengala de emergencia para señalar a los rescatadores la posición del buceador. El procesador 24 puede incluir uno o más de entre hardware dedicado, procesamiento de software y/o firmware para habilitar las características mencionadas anteriormente. Al proporcionar datos como los anteriores a un operario de alquiler, el operario de alquiler puede usar el CMS 1050 para garantizar la seguridad del buceador, la seguridad de los sistemas de buceo 1001, 2001, 3001, etc., y crear registros con fines legales o de otro tipo, por ejemplo, para verificación de seguridad y/o registros, para cumplir con los estándares de monitorización del gobierno o de la industria, o como parte del registro de buceo individual del buceador.

En otro aspecto, la presente divulgación proporciona métodos para proporcionar gases respirables (por ejemplo, aire) a un buceador sumergido usando sistemas como los descritos anteriormente. Los sistemas incluyen en general una bomba, un regulador de aire respirable que tiene un sensor de presión para detectar la presión dentro del regulador, y un tubo que acopla la bomba al regulador. En algunas realizaciones, los métodos son adecuados para suministrar aire a un buceador sumergido a poca profundidad (por ejemplo, 35 pies (10,7 m) o menos).

La figura 11 ilustra una realización de un método para proporcionar gases respirables tal como aire a un buceador sumergido en un sistema que tiene una bomba, un regulador de aire respirable que tiene un sensor de presión para medir la presión en el regulador, y un tubo que acopla la bomba al regulador para suministrar gases respirables desde la bomba al regulador. En algunas realizaciones, el regulador puede comprender un regulador como se ilustra en las figuras 1-5 y como se ha descrito anteriormente. En algunas realizaciones, la bomba puede ser parte de un conjunto de bomba flotante como se ha descrito en las figuras 6-8, incluyendo un elemento flotante. En realizaciones alternativas, pueden usarse diferentes bombas.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 11, el método incluye detectar los cambios de presión asociados con la respiración del buceador en un regulador de aire respirable usando un sensor de presión (1100). Como se ha observado, el regulador incluye un sensor de presión acoplado al regulador para detectar los cambios de presión durante la inhalación y la exhalación del buceador. Como se ha observado anteriormente en relación con las figuras 1-5, mientras el buceador inhala, el aire extraído de la cámara de regulador hace que la presión caiga, mientras que respirar los gases que se exhalan en el regulador hace que la presión en el regulador aumente. El método comprende además determinar al menos una de entre inhalación y exhalación de buceador (1110). Puede determinarse una determinación de al menos una de entre la inhalación y la exhalación, por ejemplo, por una unidad de determinación de aire respirable 27 (figuras 1-3), basándose en los cambios de presión del regulador detectados por el sensor de presión. En una realización, la etapa de determinar al menos una de entre la inhalación y la exhalación (1110) puede producirse repetidamente a alta velocidad (por ejemplo, múltiples veces por segundo, tales como 2, 5, 10, 20, 50, 100 o incluso más veces por segundo).

El método también incluye acciones tomadas en respuesta a la determinación de al menos una de ente la inhalación y la exhalación, respectivamente. El método incluye operar la bomba durante al menos una parte de la inhalación del buceador a una primera velocidad de bomba para suministrar aire respirable al buceador sumergido a una presión de no más de 172 kPa (25 psi) por encima de la presión atmosférica (1120). En una realización, la etapa 1120 puede incluir operar la bomba durante la totalidad de la inhalación del buceador para suministrar aire respirable a baja presión a 172 kPa (25 psi) o menos. En algunas realizaciones, la etapa 1120 puede incluir arrancar la bomba un poco antes o después del inicio de la inhalación del buceador. Esto puede incluir, en una realización, hacer que la bomba comience a operar a la primera velocidad de bomba en un punto de tiempo dentro de un intervalo de 0,5 segundos antes a 0,5 segundos después del inicio de la inhalación del buceador.

El método también incluye operar la bomba durante al menos una parte de la exhalación del buceador a una segunda velocidad que no sea mayor que la mitad de la primera velocidad (1130). En una realización, la segunda velocidad puede ser cero. En una realización, la etapa 1130 puede incluir hacer que la bomba comience a operar a una segunda velocidad de cero ligeramente antes o después de que se realice una determinación de la inhalación del buceador. Esto puede incluir, en una realización, hacer que la bomba comience a operar a la segunda velocidad de bomba de cero en un punto de tiempo dentro de un intervalo de 0,5 segundos antes a 0,5 segundos después del inicio de la inhalación del buceador. En una realización específica, esto puede incluir operar la bomba a una velocidad de bomba de cero desde el inicio de la exhalación hasta el final de la exhalación. Como se ha observado, la etapa 1110 de determinar al menos una de entre la inhalación y la exhalación puede producirse repetidamente a alta velocidad. Cuando se hace esto repetidamente durante la exhalación del buceador, en algunas realizaciones, la etapa 1130 de operar la bomba durante al menos una parte de la exhalación del buceador puede comprender continuar operando la bomba a una segunda velocidad de cero hasta un punto de tiempo dentro de un intervalo de 0,5 segundos antes a 0,5 segundos después del inicio de la inhalación del buceador.

En una realización, cuando se realiza una determinación (etapa 1110) de la exhalación inmediatamente después de que comience la exhalación del buceador, la bomba aún puede estar operando a la primera velocidad, y la etapa (1130) de operar la bomba durante al menos una parte de la exhalación puede comprender desacelerar la velocidad de la bomba desde la primera velocidad a la segunda velocidad comenzando en un punto de tiempo dentro de un intervalo 0,5 segundos antes a 0,5 segundos después del inicio de la exhalación del buceador. En otra realización, la desaceleración puede comenzar en un punto de tiempo dentro de un intervalo de 0,25 segundos antes a 0,25 segundos después de que se realice una determinación de la exhalación del buceador en la etapa 1110.

En algunas realizaciones, el método también puede incluir una etapa (no mostrada) de hacer que la bomba bombee aire respirable al buceador en respuesta a una entrada manual del buceador. Esta opción manual proporciona un mayor nivel de seguridad y tranquilidad al buceador, que puede iniciar manualmente la operación de la bomba, por ejemplo, presionando un botón para hacer que el flujo de aire limpie el regulador de agua.

La figura 12 ilustra otra realización de un método para proporcionar gases respirables tal como aire a un buceador sumergido en un sistema que tiene una bomba, un regulador de aire respirable que tiene un sensor de presión acoplado al regulador para medir la presión en la cámara de regulador, y un tubo que acopla la bomba al regulador para suministrar gases respirables desde la bomba al regulador. En algunas realizaciones, el regulador puede comprender un regulador como se ilustra en las figuras 1-5 y como se ha descrito anteriormente. En algunas realizaciones, la bomba puede ser parte de un conjunto de bomba flotante como se ha descrito en las figuras 6-8, incluyendo un elemento flotante. En realizaciones alternativas, la bomba puede no ser parte de un conjunto de bomba flotante. Haciendo referencia de nuevo a la figura 12, el método incluye detectar los cambios de presión en el regulador asociados con la respiración del buceador usando un sensor de presión (1200). Como se ha observado, el sensor de presión acoplado al regulador detecta los cambios de presión durante la inhalación y la exhalación del buceador. Como se ha observado anteriormente en relación con las figuras 1-5, mientras el buceador inhala, el aire extraído de la cámara de regulador hace que la presión caiga, mientras que respirar los gases que se exhalan en el regulador hace que la presión en el regulador aumente. El método comprende además determinar, basándose en la etapa de detección (1200), una de entre la necesidad de aire del buceador y la ausencia de la necesidad de aire del buceador (1210). En una realización, la necesidad de aire puede determinarse detectando una indicación de inspiración o detectando la ausencia de espiración. En una realización, la ausencia de necesidad de aire puede determinarse detectando una indicación de espiración o detectando la ausencia de inspiración. Puede determinarse una determinación de la necesidad de aire o la ausencia de una necesidad de aire, por ejemplo, mediante una unidad de determinación de aire respirable 27 (figuras 1-3), basándose en los cambios de presión del regulador detectados por el sensor de presión. En una realización, la etapa de determinar una de entre una necesidad de aire y la ausencia de una necesidad de aire (1210) puede producirse repetidamente a alta velocidad (por ejemplo, múltiples veces por segundo, tales como 2, 5, 10, 20, 50, 100 o incluso más veces por segundo). Esto puede implicar hacer una pluralidad de determinaciones a una frecuencia seleccionada (por ejemplo, 2, 5, 10, etc., veces por segundo), de una de entre una necesidad de aire y la ausencia de una necesidad de aire.

El método de la figura 12 también incluye operar la bomba, en respuesta a determinar la necesidad de aire por parte del buceador, a una primera velocidad de bomba para suministrar aire respirable al buceador sumergido a una presión de no más de 172 kPa (25 psi) por encima de la presión atmosférica (1220). En una realización, la etapa de determinación (1210) comprende hacer una pluralidad de determinaciones a una frecuencia de al menos dos veces por segundo, y la etapa de operar la bomba para suministrar aire respirable al buceador (1220) comprende hacer que la bomba suministre aire respirable al buceador antes de la siguiente de la pluralidad de determinaciones. En una realización, la etapa de determinación (1210) comprende realizar una serie de determinaciones, a una frecuencia de al menos dos veces por segundo, de una de entre una necesidad de aire por parte del buceador y la ausencia de una necesidad de aire por parte del buceador, y la etapa de operar la bomba para suministrar aire respirable al buceador (1220) comprende operar la bomba, dentro de no más de 0,5 segundos después de cada determinación de una necesidad de aire por parte del buceador dentro de la serie de determinaciones, a la primera velocidad para suministrar aire respirable al buceador a una presión de no más de 172 kPa (25 psi) por encima de la presión atmosférica. En una realización, operar la bomba a la primera velocidad comprende suministrar aire respirable al buceador a una presión de no más de 103 kPa (15 psi) por encima de la presión atmosférica. En una realización, operar la bomba a la primera velocidad comprende hacer que la bomba comience a operar a la primera velocidad dentro de no más de 0,25 segundos después de la determinación de la necesidad de aire por parte del buceador.

El método también incluye operar la bomba, en respuesta a determinar la ausencia de una necesidad de aire por parte del buceador, a una segunda velocidad que no sea mayor que la mitad de la primera velocidad (1230). En una realización, la segunda velocidad puede ser cero. En una realización, la etapa de determinación (1210) comprende realizar una pluralidad de determinaciones a una frecuencia de al menos dos veces por segundo, y la etapa de operar la bomba en respuesta a determinar la ausencia de una necesidad de aire por parte del buceador (1230) comprende hacer que la bomba para bombee aire al buceador sumergido hasta que una determinación de la pluralidad de determinaciones comprenda determinar una necesidad de aire por parte del buceador. En una realización, la etapa 1230 comprende hacer que la bomba comience a operar a una segunda velocidad dentro de no más de 0,5 segundos después de determinar la ausencia de una necesidad de aire por parte del buceador. En una realización, la etapa de determinación (1210) comprende realizar una serie de determinaciones, a una frecuencia de al menos dos veces por segundo, de una necesidad de aire por parte del buceador y la ausencia de una necesidad de aire por parte del buceador, y la etapa de operar la bomba en respuesta a determinar la ausencia de una necesidad de aire por parte del buceador (1230) comprende operar la bomba, dentro de no más de 0,5 segundos después de cada determinación de la ausencia de una necesidad de aire por parte del buceador dentro de la serie de determinaciones, a una segunda velocidad que no sea mayor que la mitad de la primera velocidad. En una realización, operar la bomba a la segunda velocidad comprende hacer que la bomba comience a operar a la segunda velocidad dentro de no más de 0,25 segundos después de determinar la ausencia de necesidad de aire por parte del buceador.

En algunas realizaciones, el método también puede incluir una etapa (no mostrada) de hacer que la bomba bombee aire respirable al buceador en respuesta a una entrada manual del buceador. Esta opción manual proporciona un mayor nivel de seguridad y tranquilidad al buceador, quién puede iniciar manualmente la operación de la bomba, por ejemplo, presionando un botón para hacer que el flujo de aire limpie el regulador de agua.

Las realizaciones específicas divulgadas anteriormente son solo ilustrativas, ya que la invención puede modificarse y practicarse de maneras diferentes pero equivalentes evidentes para los expertos en la materia que se benefician de las enseñanzas del presente documento. Se pretende que todos los ejemplos no sean limitantes. También, los detalles a modo de ejemplo de la construcción o el diseño mostrados en el presente documento, no pretenden limitar o evitar que otros diseños logren la misma función. Por lo tanto, es evidente que las realizaciones específicas divulgadas anteriormente pueden alterarse o modificarse y todas estas variaciones se consideran dentro del alcance de la invención, que están limitadas únicamente por el alcance de las reivindicaciones.

Las realizaciones de la presente invención divulgadas y reivindicadas en el presente documento pueden realizarse y ejecutarse sin experimentación indebida con el beneficio de la presente divulgación. Mientras que la invención se ha descrito en términos de realizaciones específicas, resultará evidente para los expertos en la materia que pueden aplicarse variaciones a los sistemas y aparatos descritos en el presente documento sin alejarse del alcance de la invención. Debería ser especialmente evidente que los principios de la invención pueden aplicarse con otros modos de detección, incluidos los ópticos, capacitivos, resistivos, sónicos, y similares, y que los usuarios de los gases respirables suministrados a distancia pueden ser distintos de los que realizan buceo subacuático, tales como operaciones de rescate o entornos de gases tóxicos o potencialmente tóxicos, por ejemplo, volcanes o respiraderos sulfurosos, ambientes con mucho polvo, entornos de fabricación que impliquen la protección con nitrógeno o la purga de equipos, operaciones de extinción de incendios con gases tóxicos, etc.

En diversas realizaciones, la presente invención se refiere a un objeto de los siguientes aspectos numerados 51-62, 101-116, 201-206, 301-306, 401-410, 501-513, 601-602:

51. Un sistema para proporcionar gases respirables a un buceador sumergido, que comprende:

una bomba que tiene una entrada de bomba acoplada de manera fluida a una fuente de gases respirables a una primera presión y una salida de bomba que proporciona gases respirables presurizados a un buceador sumergido a una segunda presión mayor que la primera presión en no más de 50 psi (345 kpa);

un conjunto de regulador de gas respirable que incluye una cámara de regulador que tiene una entrada de regulador, una salida de regulador, una boquilla acoplada de manera fluida a la cámara de regulador y que tiene una abertura de respiración,

un elemento de articulación y un sensor de presión para proporcionar una señal de presión indicativa de si el buceador necesita gases respirables basándose en el movimiento del elemento de articulación;

un tubo que acopla la salida de bomba a la entrada de regulador; y

un controlador de bomba para controlar la operación de la bomba basándose en la señal de gas respirable.

52. El sistema del aspecto 51, donde la segunda presión es mayor que la primera presión en no más de 172 kPa (25 psi).

53. El sistema del aspecto 52, donde la segunda presión es mayor que la primera presión en no más de 103 kPa (15 psi).

54. El sistema del aspecto 51, donde la bomba proporciona gases respirables presurizados a un buceador sumergido a una segunda presión que no es sustancialmente mayor que la presión necesaria para suministrar el volumen de gas necesario a la presión determinada por la profundidad de inmersión del buceador.

55. El sistema del aspecto 51, donde el sistema no incluye una válvula de reducción de presión para reducir la segunda presión en la salida de bomba.

56. El sistema del aspecto 51, donde el sistema no incluye una válvula de reducción de presión entre la salida de bomba y la boquilla.

57. El sistema del aspecto 51 comprende además un elemento flotante, donde dicha bomba está acoplada a dicho elemento flotante.

58. El sistema del aspecto 51, donde el sensor de presión es un sensor electrónico, y donde dicho controlador de bomba es capaz de hacer que la bomba comience a bombear dentro de 700 milisegundos o menos después de recibir una señal de gas respirable que indica que el buceador necesita gases respirables.

59. El sistema del aspecto 51, donde la señal de presión es indicativa de al menos una inhalación y exhalación por parte del buceador.

60. El sistema del aspecto 51, donde el sensor de presión es un sensor electrónico, y donde el controlador de bomba hace que la bomba bombee gases respirables presurizados al buceador cuando la señal de presión indica que el buceador necesita gases respirables, y hace que la bomba no bombee gases respirables al buceador cuando la señal de presión no indica que el buceador necesita gases respirables.

61. El sistema del aspecto 51, donde el controlador de bomba apaga la bomba cuando la señal de presión no indica que el buceador necesita gases respirables.

62. El sistema del aspecto 51, donde dicho sistema comprende una sola bomba y un solo tubo, y proporciona gas respirable a un solo buceador.

101. Un sistema para proporcionar aire respirable a un buceador sumergido, que incluye:

un conjunto de bomba flotante que comprende

un elemento flotante,

una bomba acoplada a dicho elemento flotante, teniendo dicha bomba una entrada de bomba acoplada de manera fluida a la atmósfera, y una salida de bomba, operando dicha bomba para proporcionar aire respirable presurizado en la salida de bomba a una presión mayor que la presión atmosférica en no más de 172 kPa (25 psi);

un conjunto de regulador de aire respirable que incluye

una cámara de regulador que tiene una entrada de regulador y una salida de regulador,

una boquilla acoplada de manera fluida a la cámara de regulador y que tiene una abertura de respiración, y

un sensor de presión para detectar los cambios de presión dentro de la cámara de regulador asociados con la inhalación y exhalación del buceador y para proporcionar una señal de presión de regulador indicativa de los cambios de presión;

un tubo que acopla la salida de bomba a la entrada de regulador;

una unidad de determinación de aire respirable para determinar cuándo el buceador necesita aire respirable basándose en la señal de presión de regulador, y para proporcionar una señal de aire respirable que indique si el buceador necesita aire respirable; y

un controlador de bomba para controlar la operación de la bomba al proporcionar aire respirable al buceador, basándose en la señal de aire respirable.

102. El sistema del aspecto 101 donde dicho conjunto de regulador de aire respirable comprende además un elemento de articulación, donde dicho elemento de articulación se mueve en respuesta a cambios de presión asociados con la inhalación y exhalación del buceador, y donde dicho sensor de presión detecta cambios de presión dentro de la cámara de regulador basándose en el movimiento del elemento de articulación.

103. El sistema del aspecto 101 donde la unidad de determinación de aire respirable determina la inhalación del buceador basándose en la señal de presión de regulador, y donde dicha señal de aire respirable comprende un primer valor cuando el buceador está inhalando y un segundo valor cuando el buceador no está inhalando.

104. El sistema del aspecto 101 donde dicha señal de presión de regulador y dicha señal de aire respirable son señales en tiempo real.

105. El sistema del aspecto 104, donde dicho controlador de bomba es capaz de hacer que la bomba comience a bombear dentro de 700 milisegundos o menos después de recibir la señal de aire respirable.

106. El sistema del aspecto 101 donde la salida de bomba proporciona aire respirable presurizado a un buceador sumergido a una segunda presión que no es sustancialmente mayor que la presión necesaria para suministrar el volumen de aire respirable necesario a la presión determinada por la profundidad de inmersión del buceador.

107. El sistema del aspecto 101, donde el sistema no incluye una válvula de reducción de presión para reducir la segunda presión en la salida de bomba.

108. El sistema del aspecto 101, donde el sistema no incluye una válvula de reducción de presión entre la salida de bomba y la boquilla.

109. El sistema del aspecto 101, donde la presión de salida de bomba es mayor que la presión atmosférica en no más de 103 kPa (15 psi).

110. El sistema del aspecto 101, donde la presión de salida de bomba es mayor que la presión atmosférica en no más de 69 kPa (10 psi).

111. El sistema del aspecto 101, donde el conjunto de bomba flotante comprende una sola bomba acoplada a dicho elemento flotante, y el sistema proporciona aire respirable a un solo buceador.

112. El sistema del aspecto 101, donde el conjunto de bomba flotante comprende además al menos una segunda bomba acoplada al elemento flotante, y donde dicho sistema comprende además un segundo regulador de gas respirable y un segundo tubo acoplado a dicha segunda bomba, donde dicha segunda bomba, el segundo regulador de gas respirable y dicho segundo tubo proporcionan aire respirable a un segundo buceador.

113. El sistema del aspecto 101 donde la unidad de determinación de gas respirable y el controlador de bomba comprenden un solo procesador.

114. El sistema del aspecto 101 donde la señal de aire respirable comprende una o más señales de inhalación que indican que el buceador está inhalando y necesita aire, y una señal de exhalación que indica que el buceador está exhalando y no necesita aire.

115. El sistema del aspecto 101, donde la señal de aire respirable comprende un valor dentro de un intervalo de valores, y donde dicho valor es indicativo de la magnitud de dicha señal de presión de regulador.

116. El sistema del aspecto 102, donde la señal de aire respirable comprende un valor seleccionado entre una pluralidad de valores, y donde dicho valor es proporcional a la magnitud del movimiento de dicho elemento de articulación.

201. Un conjunto de regulador para un buceador sumergido, que comprende:

un cuerpo de regulador que comprende

una entrada de gas respirable (4) para recibir gas respirable;

una salida de gas respirable (6) para la eliminación de los gases exhalados;

una boquilla (10) que tiene una abertura de respiración (8) a través de la que el buceador inhala y exhala; una cámara de regulador en comunicación de fluidos con la entrada de gas respirable, la salida de gas respirable y la abertura de respiración;

un sensor de presión (20) para detectar los cambios de presión dentro de la cámara de regulador asociados con la inhalación y exhalación del buceador y para proporcionar una señal de presión de regulador indicativa de los cambios de presión; y

un tubo (30) que tiene un primer extremo acoplado a la entrada de gas respirable (4) y un segundo extremo acoplado a una fuente de gas respirable a una presión de 172 kPa (25 psi) o menos;

donde dicho conjunto de regulador no incluye una válvula de caída de presión para reducir la presión del gas respirable recibido de la fuente de gas respirable.

202. El conjunto de regulador del aspecto 201, que comprende además un elemento de articulación capaz de moverse en respuesta a la inhalación y exhalación de un buceador, donde dicho sensor de presión proporciona dicha señal de presión de regulador basándose en el movimiento del elemento de articulación.

203. El conjunto de regulador del aspecto 201, donde dicho sensor de presión proporciona una señal de presión de regulador que tiene un valor proporcional a la magnitud de la presión en el cuerpo de regulador. 204. El conjunto de regulador del aspecto 202, donde el sensor de presión proporciona una señal de presión de regulador que tiene un valor proporcional a la magnitud del movimiento del elemento de articulación.

205. El conjunto de regulador del aspecto 201, que comprende además una válvula de retención unidireccional (31) acoplada a dicha entrada de gas respirable, donde la válvula de retención unidireccional es capaz de cerrarse en respuesta a la presión creada en la cámara de gas respirable durante la exhalación del buceador para evitar que los gases exhalados se desplacen dentro de dicho tubo hacia dicha fuente de aire.

206. El conjunto de regulador del aspecto 201, donde dicho tubo tiene una longitud de al menos 1,5 m (5 pies). 301. Un sistema para proporcionar aire respirable a un buceador sumergido, que incluye: un conjunto de bomba flotante que comprende

un elemento flotante,

una bomba acoplada al elemento flotante,

teniendo la bomba una entrada de bomba acoplada de manera fluida a la atmósfera, y una salida de bomba que proporciona aire respirable presurizado en la salida a una presión de salida mayor que la presión atmosférica en no más de 172 kPa (25 psi);

un conjunto de regulador de aire respirable que incluye

una cámara de regulador que tiene una entrada de regulador y una salida de regulador,

una boquilla acoplada de manera fluida a la cámara de regulador y que tiene una abertura de respiración, y un sensor de presión para detectar los cambios de presión dentro de la cámara de regulador asociados con la inhalación y la exhalación y para proporcionar una señal de presión de regulador indicativa de dichos cambios de presión;

un tubo que acopla la salida de bomba a la entrada de regulador;

una unidad de determinación de aire respirable para determinar la inhalación del buceador basándose en dicha señal de presión de regulador, proporcionando la unidad de determinación de aire respirable una señal de inhalación cuando el buceador está inhalando; y

un controlador de bomba para hacer que la bomba opere cuando el procesador proporciona la señal de inhalación, y para que no opere cuando el procesador no proporciona la señal de inhalación.

302. El sistema de aspecto 301, donde el controlador de bomba hace que la bomba controle el volumen de los gases respiratorios suministrados al buceador basándose en la señal de inhalación.

303. El sistema del aspecto 301 comprende además un elemento de articulación, donde el sensor de presión proporciona dicha señal de presión de regulador basándose en el movimiento del elemento de articulación 304. El sistema del aspecto 301, donde la unidad de determinación de aire respirable y el controlador de bomba comprenden una sola unidad.

305. El sistema del aspecto 301, donde el sensor de presión proporciona una señal de presión de regulador que tiene un valor proporcional a la presión de cámara de regulador, la unidad de determinación de aire respirable proporciona una señal de inhalación que tiene un valor proporcional al valor de la señal de presión de regulador durante la inhalación, y el controlador hace que la bomba bombee aire respirable a un caudal basándose en el valor de la señal de inhalación.

306. El sistema del aspecto 303, donde el sensor de presión proporciona una señal de presión de regulador que tiene un valor proporcional a la magnitud del movimiento del elemento de articulación, la unidad de determinación de aire respirable proporciona una señal de inhalación que tiene un valor proporcional al valor de la señal de presión de regulador, y el controlador hace que la bomba bombee aire respirable a un caudal basándose en el valor de la señal de inhalación.

401. Un sistema para proporcionar aire respirable a un buceador sumergido, que comprende:

una bomba que tiene una entrada de bomba acoplada de manera fluida a la atmósfera y una salida de bomba, operando dicha bomba para proporcionar aire respirable presurizado a un buceador sumergido a una segunda presión mayor que la presión atmosférica en no más de 172 kPa (25 psi);

un conjunto de regulador de aire respirable que incluye una cámara de regulador que tiene una entrada de regulador y una salida de regulador, una boquilla acoplada de manera fluida a la cámara de regulador y que tiene una abertura de respiración, y un sensor de presión para detectar los cambios de presión dentro de la cámara de regulador asociados con la respiración del buceador y para proporcionar una señal de presión de regulador indicativa de los cambios de presión;

un tubo que acopla la salida de bomba a la entrada de regulador;

una unidad de determinación de aire respirable para determinar, basándose en la señal de presión de regulador, al menos un estado respiratorio del buceador seleccionado de entre inhalación, exhalación y no respiración, y para proporcionar una señal de estado respiratorio indicativa del al menos un estado respiratorio; y

un controlador de bomba para hacer que la bomba

opere para bombear aire respirable al buceador durante una señal de estado respiratorio indicativa de 1) inhalación o 2) ni exhalación ni no respiración, y

no operar durante una señal de estado respiratorio indicativa de 1) no inhalación y 2) exhalación o no respiración.

402. El sistema del aspecto 401 comprende además un elemento de articulación, donde dicho sensor de presión detecta cambios de presión dentro del regulador basándose en el movimiento del elemento de articulación 403. El sistema del aspecto 401 donde dicha unidad de determinación de aire respirable determina la inhalación del buceador basándose en la señal de presión de regulador, y donde dicho controlador de bomba hace que la bomba opere para bombear aire respirable al buceador durante una señal de estado respiratorio indicativa de inhalación. 404. El sistema del aspecto 402 donde dicha unidad de determinación de aire respirable determina la exhalación del buceador basándose en la señal de presión de regulador, y donde dicho controlador de bomba hace que la bomba opere para bombear aire respirable al buceador durante una señal de estado respiratorio indicativa de no exhalación.

405. El sistema del aspecto 401 donde dicha señal de presión de regulador es una señal en tiempo real y dicha señal del estado respiratorio es una señal en tiempo real.

406. El sistema del aspecto 401, donde dicho controlador de bomba es capaz de hacer que la bomba comience a bombear dentro de 700 milisegundos o menos después de recibir dicha señal de estado respiratorio.

407. El sistema del aspecto 401, donde la bomba proporciona aire respirable a un buceador sumergido a una segunda presión que no es sustancialmente mayor que la presión determinada por la profundidad de inmersión del buceador.

408. El sistema del aspecto 401, donde el sistema no incluye una válvula de reducción de presión entre la salida de bomba y la boquilla.

409. El sistema del aspecto 401, donde la señal de presión de regulador comprende una señal en tiempo real que tiene un valor proporcional a la presión de la cámara de regulador, la señal del estado respiratorio comprende una señal en tiempo real que tiene un valor proporcional a la señal de presión de regulador, y donde dicho controlador de bomba hace que la bomba bombee aire respirable a un caudal basándose en al menos uno de entre el valor de la señal de presión de regulador y el valor de la señal del estado respiratorio.

410. El sistema del aspecto 402, donde la señal de presión de regulador comprende una señal en tiempo real que tiene un valor proporcional al movimiento del elemento de articulación, y donde dicho controlador de bomba hace que la bomba bombee aire respirable a un caudal basándose en el valor de la señal de presión de regulador.

501. Un sistema para proporcionar aire respirable a demanda a un buceador sumergido, que comprende:

una bomba que tiene una entrada de bomba acoplada de manera fluida a la atmósfera y una salida de bomba, operando la bomba para proporcionar aire respirable presurizado a un buceador sumergido a una segunda presión mayor que la presión atmosférica en no más de 172 kPa (25 psi);

un conjunto de regulador de aire respirable que incluye

una cámara de regulador que tiene una entrada de regulador y una salida de regulador,

una boquilla acoplada de manera fluida a la cámara de regulador y que tiene una abertura de respiración, y un sensor de presión para detectar los cambios de presión dentro de la cámara de regulador asociados con la respiración del buceador y para proporcionar una señal de presión de regulador indicativa de los cambios de presión; un tubo que acopla la salida de bomba a la entrada de regulador;

una unidad de determinación de aire respirable para determinar cuándo el buceador necesita aire respirable basándose en la señal de presión de regulador, y para proporcionar una señal de aire respirable que indique si el buceador necesita aire respirable; y

un controlador de bomba para hacer que la bomba opere para bombear aire respirable al buceador cuando la señal de aire respirable indica que el buceador necesita aire respirable, y para no proporcionar aire respirable al buceador cuando la señal de aire respirable no indica que el buceador necesita aire respirable.

502. El sistema del aspecto 501 donde el regulador de gas respirable comprende además un elemento de articulación, donde el sensor de presión proporciona la señal de presión de regulador basándose en el movimiento del elemento de articulación.

503. El sistema del aspecto 501 donde la unidad de determinación de aire respirable y el controlador de bomba comprenden un solo procesador.

504. El sistema del aspecto 501 donde dicha señal de presión de regulador y dicha señal de aire respirable son señales en tiempo real.

505. El sistema del aspecto 504, donde dicho controlador de bomba recibe dicha señal de aire respirable de la unidad de determinación de aire respirable, y es capaz de hacer que la bomba comience a operar dentro de 700 milisegundos o menos de recibir la señal de aire respirable.

506. El sistema del aspecto 501 donde dicha unidad de determinación de aire respirable determina al menos un estado respiratorio del buceador seleccionado de entre inhalación, exhalación y no respiración, y donde el controlador de bomba hace que la bomba bombee aire respirable al buceador solo durante 1) inhalación o 2) ni exhalación ni no respiración, y no operar durante 1) no inhalación o 2) exhalación o no respiración.

507. El sistema del aspecto 501 donde dicha unidad de determinación de aire respirable determina al menos un estado respiratorio del buceador seleccionado de entre inhalación, exhalación y no respiración, y donde el controlador de bomba hace que la bomba bombee aire respirable al buceador solo durante la inhalación o no respiración, y hace que la bomba no opere durante 1) no inhalación o 2) exhalación.

508. El sistema del aspecto 501, donde el sistema no incluye una válvula de reducción de presión entre la salida de bomba y la boquilla.

509. El sistema del aspecto 501, donde la presión de salida de bomba es mayor que la presión atmosférica en no más de 103 kPa (15 psi).

510. El sistema del aspecto 501, donde la presión de salida de bomba es mayor que la presión atmosférica en no más de 69 kPa (10 psi).

511. El sistema del aspecto 501, que comprende además un elemento flotante que flota en la superficie del medio de buceo, donde la bomba está acoplada a dicho elemento flotante.

512. El sistema del aspecto 511, donde una sola bomba está acoplada a dicho elemento flotante, y el sistema proporciona gas respirable a un solo buceador.

513. El sistema del aspecto 511, que comprende además al menos una segunda bomba acoplada al elemento flotante, y donde dicho sistema comprende además un segundo regulador de gas respirable y un segundo tubo acoplado a dicha segunda bomba, donde dicha segunda bomba, el segundo regulador de gas respirable y dicho segundo tubo proporcionan aire respirable a un segundo buceador.

601. Un sistema para proporcionar aire respirable a demanda a un buceador sumergido, que comprende:

una bomba que tiene una entrada de bomba acoplada de manera fluida a la atmósfera y una salida de bomba, operando la bomba para proporcionar aire respirable presurizado a un buceador sumergido a una segunda presión mayor que la presión atmosférica;

un conjunto de regulador de gas respirable que incluye

una cámara de regulador que tiene una entrada de regulador y una salida de regulador,

una boquilla acoplada de manera fluida a la cámara de regulador y que tiene una abertura de respiración, y; un sensor de presión para detectar los cambios de presión dentro de la cámara de regulador asociados con la respiración del buceador y para proporcionar una señal de presión de regulador indicativa de los cambios de presión;

un tubo que acopla la salida de bomba a la entrada de regulador;

una unidad de determinación de aire respirable para determinar cuándo el buceador está exhalando basándose en la señal de presión de regulador, y para proporcionar una señal de aire respirable que indique si el buceador está exhalando o no; y

un controlador de bomba para hacer que la bomba opere para bombear aire respirable al buceador cuando la señal de aire respirable indica que el buceador no está exhalando, y para no proporcionar aire respirable al buceador cuando la señal de aire respirable indica que el buceador está exhalando.

602. El sistema del aspecto 601 donde la bomba opera para proporcionar aire respirable presurizado a un buceador sumergido a una segunda presión mayor que la presión atmosférica en no más de 172 kPa (25 psi).

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un método para proporcionar aire respirable a un buceador sumergido, comprendiendo el método: proporcionar una bomba (28) que tiene una entrada de bomba acoplada a la atmósfera y una salida de bomba (30); proporcionar un tubo de aire respirable (30) que tiene un extremo proximal acoplado a la salida de la bomba (28) y un extremo distal;

proporcionar un conjunto de regulador de aire respirable (2) que comprende una entrada de regulador acoplada al extremo distal del tubo de aire respirable (30), una cámara de regulador (12), una abertura de respiración a través de la que dicho buceador sumergido inhala y exhala, y una salida de regulador;

proporcionar un sensor de presión (20) acoplado a la cámara de regulador (12) para detectar los cambios de presión dentro de la cámara de regulador (12) asociados con la inhalación y exhalación del buceador;

detectar los cambios de presión en la cámara de regulador (12) asociados con la inhalación y exhalación del buceador usando el sensor de presión (20);

determinar al menos uno del comienzo de la inhalación del buceador y el comienzo de la exhalación del buceador basándose en dicha detección;

dentro de no más de 0,5 segundos después de dicha determinación de al menos uno del comienzo de la inhalación del buceador y el comienzo de la exhalación del buceador,

operar la bomba (28) durante al menos una parte de la inhalación del buceador a una primera velocidad de bomba para suministrar aire respirable al buceador sumergido a una presión de no más de 172 kPa (25 psi) por encima de la presión atmosférica; y

operar la bomba (28) durante al menos una parte de la exhalación del buceador a una segunda velocidad que no sea mayor que la mitad de la primera velocidad.

2. El método de la reivindicación 1, donde operar dicha bomba (28) durante al menos una parte de la inhalación del buceador comprende hacer que la bomba (28) comience a operar a la primera velocidad de bomba en un punto de tiempo dentro de no más de 0,5 segundos después del inicio de la inhalación del buceador.

3. El método de la reivindicación 1, donde operar dicha bomba (28) durante al menos una parte de la exhalación del buceador comprende hacer que la bomba (28) comience a operar a una segunda velocidad de cero en un punto de tiempo dentro de no más de 0,5 segundos después de la determinación del inicio de la exhalación del buceador, comprendiendo además, en particular, continuar operando la bomba (28) a una segunda velocidad de cero hasta un punto de tiempo dentro de no más de 0,5 segundos después del inicio de la inhalación del buceador.

4. El método de la reivindicación 1, donde operar dicha bomba (28) durante al menos una parte de la exhalación del buceador comprende desacelerar dicha bomba (28) desde la primera velocidad a la segunda velocidad comenzando en un punto de tiempo dentro de no más de 0,5 segundos después del inicio de la exhalación del buceador;

en particular, donde operar dicha bomba (28) durante al menos una parte de la exhalación del buceador comprende hacer que la bomba (28) desacelere la velocidad desde la primera velocidad a la segunda velocidad comenzando en un punto de tiempo dentro de no más de 0,5 segundos después de la determinación del inicio de la exhalación del buceador.

5. El método de la reivindicación 1, que comprende además proporcionar un conjunto de bomba flotante (100) que comprende un elemento flotante al que se acopla dicha bomba (28);

en particular, donde operar la bomba (28) durante al menos una parte de la inhalación del buceador comprende operar la bomba (28) a una primera velocidad para suministrar aire respirable al buceador sumergido a una presión de no más de 103 kPa (15 psi) por encima de la presión atmosférica.

6. El método de la reivindicación 1, que comprende además hacer que la bomba bombee aire respirable al buceador en respuesta a una entrada manual del buceador.

7. Un sistema para proporcionar aire respirable a un buceador sumergido, que incluye: un conjunto de bomba flotante (100) que comprende

un elemento flotante,

una bomba (28) acoplada a dicho elemento flotante, teniendo dicha bomba (28) una entrada de bomba acoplada de manera fluida a la atmósfera, y una salida de bomba, operando dicha bomba (28) para proporcionar aire respirable presurizado en la salida de bomba a una presión mayor que la presión atmosférica en no más de 172 kPa (25 psi); un conjunto de regulador de aire respirable (2) que incluye

una cámara de regulador (12) que tiene una entrada de regulador y una salida de regulador,

una boquilla (10) acoplada de manera fluida a la cámara de regulador (12) y que tiene una abertura de respiración (8), y

un sensor de presión (20) para detectar los cambios de presión dentro de la cámara de regulador (12) asociados con la inhalación y exhalación del buceador y para proporcionar una señal de presión de regulador indicativa de los cambios de presión;

un tubo (30) que acopla la salida de bomba a la entrada de regulador;

una unidad de determinación de aire respirable (27) para determinar, a una frecuencia de al menos dos veces por segundo, cuándo el buceador necesita aire respirable basándose en la señal de presión de regulador, y para proporcionar una señal de aire respirable en tiempo real indicativa de al menos un estado respiratorio del buceador seleccionado de entre inhalación, no inhalación, exhalación y no exhalación; y

un controlador de bomba (25) para controlar la operación de la bomba (28) al proporcionar aire respirable al buceador, basándose en la señal de aire respirable;

donde el controlador está configurado para operar la bomba:

a una primera velocidad cuando la señal de aire respirable es indicativa de un estado respiratorio de inhalación o no exhalación; y

a una segunda velocidad que no es mayor que la mitad de la primera velocidad cuando la señal de aire respirable es indicativa de un estado respiratorio de exhalación o no inhalación.

8. El sistema de la reivindicación 7, donde dicho conjunto de regulador de aire respirable (2) comprende además un elemento de articulación (14), donde dicho elemento de articulación (14) se mueve en respuesta a cambios de presión asociados con la inhalación y exhalación del buceador, y donde dicho sensor de presión (20) detecta cambios de presión dentro de la cámara de regulador (12) basándose en el movimiento del elemento de articulación (14).

9. El sistema de la reivindicación 7, donde la unidad de determinación de aire respirable (27) determina la inhalación del buceador basándose en la señal de presión de regulador, y donde dicha señal de aire respirable comprende un primer valor cuando el buceador está inhalando y un segundo valor cuando el buceador no está inhalando.

10. El sistema de la reivindicación 7, donde dicha señal de presión de regulador y dicha señal de aire respirable son señales en tiempo real; donde dicho controlador de bomba (25) es capaz de hacer que la bomba (28) comience a bombear dentro de 700 milisegundos o menos después de recibir la señal de aire respirable.

11. El sistema de la reivindicación 7, donde la salida de bomba proporciona aire respirable presurizado a un buceador sumergido a una segunda presión que no es sustancialmente mayor que la presión necesaria para suministrar el volumen de aire respirable necesario a la presión determinada por la profundidad de inmersión del buceador;

en particular, donde la presión de salida de bomba es mayor que la presión atmosférica en no más de 103 kPa (15 psi); o

en particular, donde la presión de salida de bomba es mayor que la presión atmosférica en no más de 69 kPa (10 psi).

12. El sistema de la reivindicación 7, donde el conjunto de bomba flotante (100) comprende una sola bomba acoplada a dicho elemento flotante, y el sistema proporciona aire respirable a un solo buceador; o

donde el conjunto de bomba flotante (100) comprende además al menos una segunda bomba acoplada al elemento flotante, y donde dicho sistema comprende además un segundo regulador de gas respirable y un segundo tubo acoplado a dicha segunda bomba, donde dicha segunda bomba, el segundo regulador de gas respirable y dicho segundo tubo proporcionan aire respirable a un segundo buceador.

13. El sistema de la reivindicación 7, donde la unidad de determinación de aire respirable (27) y el controlador de bomba (25) comprenden un solo procesador (24).

14. El sistema de la reivindicación 7, donde la señal de aire respirable comprende una o más de una señal de inhalación que indican que el buceador está inhalando y necesita aire, y una señal de exhalación que indica que el buceador está exhalando y no necesita aire;

en particular, donde la señal de aire respirable comprende un valor dentro de un intervalo de valores, y donde dicho valor es indicativo de la magnitud de dicha señal de presión de regulador;

en particular, donde la señal de aire respirable comprende un valor seleccionado a partir de una pluralidad de valores, y donde dicho valor es proporcional a la magnitud del movimiento de dicho elemento de articulación (14).

15. El método de la reivindicación 1,

donde la detección de cambios de presión en el regulador asociados con la respiración del buceador se realiza en tiempo real usando el sensor de presión (20);

donde la determinación comprende realizar una serie de determinaciones, basándose en dicha detección, a una frecuencia de al menos 2 veces por segundo, de una de entre una necesidad de aire por parte del buceador y la ausencia de una necesidad de aire por parte del buceador;

operar la bomba, dentro de no más de 0,5 segundos después de cada determinación de un inicio de inhalación del buceador dentro de dicha serie de determinaciones, a una primera velocidad para suministrar aire respirable al buceador sumergido a una presión de no más de 172 kPa (25 psi) por encima de la presión atmosférica; y operar la bomba (28), dentro de no más de 0,5 segundos después de cada determinación de un inicio de exhalación del buceador dentro de dicha serie de determinaciones, a una segunda velocidad que no sea mayor que la mitad de la primera velocidad.