ES2231985T3 - Metodo y dispositivo de produccion autonoma y enriquecimiento de gas respiratorio y suministro de gas respiratorio a buceadores en profundidades extremas. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un sistema de almacenamiento de circuito completamente cerrado de péndulo en el cual una cantidad dada de una mezcla gaseosa lista para respirar compuesta por varios gases inertes que incluye hidrógeno e hidrógeno se transporta de forma continua entre dos contenedores de gas altamente presurizados. Inicialmente, el gas de respiración requerido deja el contenedor de gas presurizado y alcanza el circuito en una dosificación constante según el principio de sobredosificación. El circuito comprende una bolsa de inhalación, un casco de inmersión, una bolsa de exhalación y un conjunto sencillo o doble de filtro absorbedor de CO{sub,2}. A una profundidad de 0-100 m se usa una mezcla de oxígeno, nitrógeno y helio como gas de respiro. A una profundidad de 100-700 m una cantidad dada de hidrógeno se mezcla con ellos según los deseos del submarinista, por medio de la cual el contenido de oxígeno no debería superar un contenido del 3% en volumen. Cuando el submarinista sale a superficie desde una profundidad de más de 100 m, el hidrógeno se retira del gas de respiro y del circuito por medio de la difusión de membrana de paladio o conversión catalítica del agua. La retirada de hidrógeno se controla por detectores de hidrogeno. enicamente en este punto, el contenido en hidrogeno puede superar el 3% en volumen.

Description

Método y dispositivo de producción autónoma y enriquecimiento de gas respiratorio y suministro de gas respiratorio a buceadores en profundidades extremas.

La invención constituye un método y equipo plenamente autónomo de buceo necesario para su realización que se lleva en las espaldas destinado a la producción, el enriquecimiento y el suministro de gas respiratorio al buceador en profundidades de 0 a 1000 m.

En los aparatos de buceo conocidos de sistema abierto o semiabierto, el consumo de gas aumenta mucho en profundidades por encima de 50-100 m. Se podrá lograr una desconexión completa de la pérdida de gas respiratorio únicamente por medio del sistema cerrado.

De esta forma DE-C-834 201 (Draegerwerk, Luebeck) describe un aparato automezclador de buceo de ciclo cerrado. Con este método se mide la cantidad del aire aspirado y, respectivamente, el espirado y según la diferencia entre las cantidades, se añade oxígeno.

GB A-2 208 203 (Carmellan Research Ltda.) constituye un aparato automezclador de buceo del tipo Rexnord CCR 155. Estos aparatos de buceo se crearon después de la aparición en el mercado de los sensores de oxígeno como producto secundario de los viajes norteamericanos en el cosmos que posibilitan con bastante precisión y fiabilidad la medición de la presión parcial decisiva de oxígeno. En un ciclo plenamente cerrado, con la ayuda de un gas inerte, el aparato alcanza la presión circular propia de la profundidad de buceo y, posteriormente, según la medición del sensor de oxígeno, se ajusta a la presión parcial deseada de O_{2}. Esto significa que sobre la marcha del proceso de buceo se sustituye únicamente el oxígeno que el buceador ha consumido realmente.

En este método los datos de la presión parcial de oxígeno y la cantidad de CO_{2} se procesan en la superficie por un ordenador personal con su respectivo programa de software.

En profundidades por encima de 50-100 m. la aplicación de dichos aparatos automezcladores de buceo de sistema cerrado CCR (Closed- circuit- rebreather) es casi imposible debido a causas de carácter técnico y razones vinculadas con la seguridad. Los defectos más importantes son tres: no posee seguridad absoluta de la electrónica que regula la presión parcial exacta del oxígeno en las mezclas de helio: oxígeno que se utilizan; el zambullidor espira el gas respiratorio con sus propios pulmones a través del aparato para eliminar el CO_{2} espirado del ciclo del aparato (a una profundidad de 300 m. la densidad del gas es de 31 barios); en oposición al sistema abierto, en el sistema cerrado el flujo de gas no sale y no limpia la mezcla de gases. Las desviaciones admitidas del contenido de oxígeno y dióxido carbónico se hacen cada vez menores en las profundidades mayores; aumenta el peligro de intoxicación con CO_{2} y O_{2}.

Otro inconveniente es que en las profundidades de 200 a 500 m. la duración de la aplicación de estos aparatos se limita a 15-20 min. debido a la falta de gas.

Por ello, en la base de la invención estriba la tarea de descubrir un método de enriquecimiento y depuración del gas respiratorio y producir una mezcla de gas respiratorio según la respectiva profundidad de zambullida y, junto a eso, garantizar el respectivo flujo de gas y su conservación para suministrar al buceador de la mezcla necesaria de gas respiratorio en menores y mayores profundidades así como a base del principio fundamental de este método crear un aparato plenamente autónomo que se lleva a las espaldas para la zambullida del buzo.

La solución innovadora de esta tarea se realiza por medio del método descrito anteriormente en la reivindicación 1 y a través del aparato autónomo de buceo para grandes profundidades se lleva a las espaldas, descrito en la reivindicación 8.

Se prevé aquí que en un sistema de ciclo totalmente cerrado de compresión y conservación se estará trasladando constantemente una determinada cantidad de mezcla respiratoria preparada de gas inerte (helio) y oxígeno entre 2 recipientes de alta presión (15; 29). Además, inicialmente, la mezcla preparada de gas respiratorio necesaria alcanzará a base del principio de ciclo de sobredosificación y de la dosificación constante que consiste de: una bolsa aspiratoria (37), un casco de buceo (6), una bolsa espiratoria (11), un doble filtro de CO_{2} de absorción (16; 17). El movimiento del gas respiratorio en este ciclo se acelerará por una bomba de membrana de presión baja (13), siendo la mezcla respiratoria depurada de CO_{2} y otros contaminantes, secada y calentada, enriquecida adicionalmente de oxígeno puro según la presión parcial de oxígeno admisible para la respectiva profundidad a base de la dosificación constante y de gas inerte en caso de eventual pérdida. Al final, la cantidad sobrante de mezcla respiratoria se aspira por un minicompresor de alta presión /23/ (de émbolo o de membrana) y se comprime a presión alta 220-450 barios para ser conservada en uno de los dos recipientes de alta presión (15; 29). Después que toda la cantidad de mezcla de gas respiratorio se ha conservado en uno de los recipientes se conmuta una válvula magnética y el mismo proceso empieza de nuevo en dirección contraria: del recipiente lleno de mezcla de gas al sistema de ciclo y de allí al recipiente vacío de alta presión.

De esta manera se crea un verdadero ciclo completamente cerrado donde la utilización de la mezcla de gases cara (helio: oxígeno) es 100% y, de este modo, sin pérdida. El suministro de gas en este sistema puede transcurrir básicamente mediante una mezcla de gases preparada a base de la dosificación constante, es decir, mecánica y no de forma electrónica. Probablemente la utilización de la electrónica podría tener sólo un papel secundario lo que eleva sumamente la seguridad de la zambullida. El enriquecimiento del gas respiratorio con oxígeno, según la cantidad admisible O_{2} - presión parcial, se podrá efectuar a base de la dosificación constante, un mecanismo automático de automezcla jugaría sólo un papel secundario.

Puesto que el minicompresor (23) se pone en marcha por uno o dos motores eléctricos de corriente directa de potencia total de 2 a 3 kw, 12V/24V, que se suministra de una o dos baterías de capacidad eléctrica entre 100-600 o más amperios por hora, el tiempo de zambullida del buceador no dependería más de la cantidad del gas respiratorio disponible, sino de la capacidad eléctrica existente. De esta forma, el tiempo de zambullida aumentará varias horas en profundidades de 700 a 800 m. hasta 24 horas o más en profundidades más pequeñas, siendo la premisa de ello el cambio regular de los filtros de CO_{2}. Al buceador se le podrá suministrar adicionalmente corriente eléctrica mediante un cable desde la superficie, desde un submarino o desde una estación submarina que es mucho más favorable que el suministro de mezcla de gases a través de una manguera. La diferencia consiste en que el buceador podrá desconectar y posteriormente volver a conectar dicha conexión, el suministro a través de cable es mucho más fácil y compacto, siendo al mismo tiempo más seguro que el suministro a través de una manguera.

Con este método surgen también otras ventajas: el minicompresor y los motores eléctricos se enfrían por medio de lubricante y el calor generado se podrá utilizar a través del intercambiador térmico para la producción de agua caliente. De este modo el buceador, el gas respiratorio y el aparato se mantienen calientes lo cual es sumamente importante en zambullidas profundas. Mediante un equipamiento adicional de uno o dos motores eléctricos de potencia total de 0,3-0,5 kw, 12V/24V, existe la posibilidad de rápido traslado del buceador a velocidad de 4-6 nudos y distancia alcanzada de 30 a 200 km., según la capacidad de las baterías. Existe también la posibilidad de uso continuo de luces: foto, TV, video, de navegación, altavoces, de equipamientos de descodificación, ordenadores, etc. de todos los tipos de instrumentos conocidos hasta ahora y de equipos electromecánicos y mecánico-hidráulicos. Existe igualmente la posibilidad de conmutar el aparato en cualquier momento a base del principio de todos los aparatos de buceo conocidos hasta el momento: como un sistema abierto, sistema semicerrado, sistema cerrado con ciclo de gas mezclado, inclusive como un sistema cerrado con ciclo puro de oxígeno, aplicándose a este último todos los tipos de medidas de seguridad relacionados con las zambullidas con aparatos de buceo de oxígeno. Estos sistemas se utilizan según la opción o la tarea planteada, después de desconectar el nexo con el minicompresor o, en caso de necesidad, después del agotamiento de la capacidad eléctrica en caso de averías en los motores o en el minicompresor (como sistema en caso de necesidad).

Este método de compresión y conservación hace posible el suministro a los buceadoress de diferentes mezclas respiratorias en profundidades desde el 0 hasta los 700-800 m. por un tiempo relativamente largo. El método incluso posee reservas para profundidades de 1000 y más metros y se podrá utilizar mientras se eliminen de la ciencia los umbrales fisiológicos que existen actualmente de 700 m. de zambullidas.

La gran duración de aplicación posibilitará una zambullida libre sin la cámara de zambullir (Bounce-Diving) en profundidades hasta 300-350 m. la y libre salida a la superficie, manteniendo el tiempo de emergencia (deko-stops) o la salida del submarino a una profundidad determinada, por ejemplo, 300 m., el proceso de trabajo a una profundidad de 600 a 700 m. y, posteriormente, retorno independiente al submarino. Equipado de un cilindro portacable con tornillo que se puede trasladar, el buceador tendrá por opción o necesidad, la posibilidad de establecer en cualquier momento una conexión comunicativa y eléctrica con la superficie.

El aparato compacto autónomo de buceo fabricado sobre el principio de este método permite su uso directo desde la playa, la embarcación, el barco, el submarino, la estación submarina, el helicóptero o el avión, inclusive al saltar con paracaídas. El aparato se podrá utilizar con propósitos comerciales, deportivos, militares, científicos, arqueológicos, etc. Para fines militares y de otro tipo se descubren totalmente nuevas perspectivas de aplicación: por ejemplo, por primera vez será posible crear no sólo pequeños grupos de inteligencia para sabotaje, sino también divisiones enteras de miles de soldados de infantería marítima que dominan áreas de profundidades de 0 a 1000 m., operando con campo de acciones de 100 a 200 km., llevando y utilizando todos los sistemas de armamentos y trasladándose a gran velocidad de 6 a 10 nudos.

Junto a esto, la invención brinda la posibilidad a cada particular de servirse del aparato y llegar solo a grandes profundidades y sin grandes esfuerzos para buscar tesoros, utilizarlo con fines deportivos, arqueológicos y científicos.

La invención hace posible el desarrollo ulterior de algunas ramas de la investigación marina y de la industria. Por ejemplo, la extracción directa de concreciones de manganeso en profundidades marítimas de 700 m. (en el futuro, eventualmente, hasta 1000 m. y más), extracción de petróleo y gas natural de dichas profundidades.

El nuevo método de compresión y conservación de producción autónoma, enriquecimiento y suministro de gas respiratorio al buceador en profundidades pequeñas y extremas permite la utilización de determinados gases inertes o de diferentes mezclas de gases inertes y oxígeno, inclusive el hidrógeno.

En el caso de usar hidrógeno se deberán tomar determinadas medidas de seguridad. Es sabido que sin suficiente contenido de oxígeno de 4 Vol.%, el hidrógeno no se podrá inflamar. Por ende, el contenido de oxígeno de 3 Vol.% máximo no se deberá sobrepasar. Esto significa que la mezcla de gas respiratorio de oxígeno, helio e hidrógeno podrá utilizarse únicamente en áreas de profundidad de 50 a 700 m. (en el futuro, eventualmente, hasta 1000 m. de profundidad). Para utilizar la misma mezcla respiratoria sin hidrógeno en profundidades de 0 a 50 m. con contenido elevado de oxígeno se deberá eliminar el hidrógeno de la mezcla respiratoria por medio de la separación o la combustión catalítica.

La separación de hidrógeno y helio es posible mediante una membrana de paladio - célula difusiva. Apenas el hidrógeno esté separado de la mezcla respiratoria, el contenido de oxígeno podrá ser aumentado por encima de 4 Vol.%.

La propiedad más importante del nuevo método consiste en que el proceso de utilización del gas preparado, el enriquecimiento del gas utilizado y la producción de gas nuevo y su conservación a alta presión en uno de los dos recipientes bajo presión (15; 29) se efectuará en 20 ó 30 minutos. Durante este tiempo el buceador podrá utilizar de forma automática o manual determinados gases inertes, combinar distintas mezclas de gases inertes, observar el proceso entero de producción y enriquecimiento del gas respiratorio, controlarlo y, en caso de necesidad, corregirlo.

Respecto a la utilización del hidrógeno como gas respiratorio posible en el nuevo método de compresión y conservación es posible también otro uso que se relaciona con la energía - el suministro eléctrico del aparato autónomo de buceo que se lleva a la espalda, es decir, el suministro eléctrico por medio de célula combustible (fuell cell). Son particularmente apropiadas para este propósito las células alcalinas combustibles AFC (Alkaline Fuell Cell) que por ser generadores altamente eficientes de energía electro-química se suministran exclusivamente de oxígeno e hidrógeno puros. Colocada en un recipiente de presión compensada, la célula combustible (fuell cell) se puede alimentar con el oxígeno e hidrógeno disponibles y de este modo servirá de suministro eléctrico para el nuevo aparato de buceo durante varias horas.

Son posibles también otras células combustibles (hidrógeno-aire) en combinación con los nuevos tipos de baterías de iones de litio que pueden mejorar esencialmente el suministro de energía eléctrica.

La invención se podrá explicar por medio de las figuras:

Figura 1 y figura 1a muestran un esquema funcional;

Figura 2 y 2a muestran un corte longitudinal y transversal;

Las figuras 3 y 3a presentan una vista de lado y desde arriba.

El principio funcional del método y su aparato autónomo de natación submarina que se lleva a la espalda, necesario para su ejecución se podrá observar más detalladamente en la Fig. 1.

Del recipiente a presión (botella de acero /29/ con gas respiratorio) el gas escapa por la válvula abierta mediante el nexo de alta presión hacia el reductor monogradual de la presión (30) donde se reduce hasta presión por encima del estado crítico según la profundidad de la zambullida hasta 110 barios y a través de la boquilla de dosificación (39) se introduce en la bolsa aspiratoria (37), o directamente en el casco de buceo (6). De allí el gas respiratorio llega a los órganos respiratorios del buceador.

En la fase de espiración el gas empieza a correr en sentido inverso a través de la bolsa espiratoria (11) o directamente por el casco de buceo (6) en los dos filtros de absorción (16 y 17) de CO_{2}. De allí se aspira por la bomba de membrana de baja presión (13) y por medio de la válvula de retroceso (35) se introduce de nuevo en la bolsa aspiratoria (37). De este modo se cierra el ciclo. La bomba de membrana de baja presión (13) se pone en funcionamiento por impulsos eléctricos y tiene la tarea de hacer girar continuamente el gas respiratorio en este ciclo para que el buceador sienta menor resistencia respiratoria y respiración dificultada con el gas comprimido.

El gas sobrante de 10 a 100 litros normales/min, según la profundidad de la zambullida no sale del ciclo del aparato mediante la válvula de seguridad (10) en el agua circundante (como ocurre en el sistema semicerrado), sino que se aspira por el minicompresor (23), se comprime y conserva a presión alta de 220-450 barios mediante la válvula triple (31) en la segunda botella de gas mezclado (15), siendo la botella (15) vacía al principio.

El minicompresor (23) es de émbolo; se prefiere un minicompresor de membrana de alta presión de 220-450 barios, potencia de aspiración y suministro entre 10-100 l/min que se pone en funcionamiento por dos motores eléctricos de corriente directa (21; 24) con potencia total de 2-3 kw, 12V/24V. Los motores eléctricos se alimentan de una o más baterías (19; 26) de 12V/24V de capacidad de corriente de 100 a 600 Ah o más, según el cumplimiento (modelo). Las baterías podrán ser de tipo plomo-ácido, de níquel-cadmio o de plata-zinc y se colocan en cajas de lubricante para equilibrar la presión.

El minicompresor (23) comprime el gas respiratorio sobrante mediante los filtros (18) que consisten de un separador condensado, un filtro de lubricante (en el caso de compresor de émbolo), un filtro para eliminar olores y secar, depurándose el gas respiratorio sobrante y conservándose en la segunda botella de gas mezclado (15) bajo presión 220-450 barios.

El aparato está construido y destinado a 16 ó 18 áreas principales de zambullidas en profundidades. A cada área se destinará determinada dosificación y mezcla de gases. La cantidad dosificada de mezcla de gases quedará constante según la profundidad de la zambullida.

El flujo de gas a la bolsa aspiratoria (37) se realiza automáticamente o por opción se regula de forma manual a través de la válvula dosificadora (39) del panel de control (1) que es llevado en los pechos por el buceador y se puede regular según la profundidad de 10 l/min (en área de 0 a 50 m) hasta 95-100 l/min (en área de 600 a 700 m).

La potencia de aspiración y compresión del minicompresor (23) también puede ser automática o manualmente regulada mediante la regulación escalonada del flujo eléctrico de los dos motores eléctricos (21;24) por medio de interruptores rotatorios (2;40) del panel de control (1) con lo que se realiza una recepción escalonada de ampère de 24 a 200 Ah/h. Según esta recepción de ampère de los motores eléctricos, el minicompresor puede generar potencia de aspiración y suministro de 10 a 100 l/min. Esta cantidad de gas respiratorio que es comprimido por el minicompresor a alta presión en la segunda botella de gas mezclado es aproximadamente 10-15% de la cantidad total de gas respiratorio que necesita un buceador en la profundidad correspondiente por minuto. El gas restante sigue girando en el ciclo cerrado. De esta forma se ahorra corriente directa que es utilizada para comprimir y conservar de nuevo el gas que se volverá a utilizar.

Para evitar averías y no crear diferencias entre el flujo de gas y la potencia aspiratoria del minicompresor, la válvula dosificadora (39) y los interruptores rotatorios (2;40) están sincronizados. Se añade adicionalmente a la bolsa espiratoria (11) también la válvula protectora (9) que, al cerrarse, evita que el minicompresor aspire gas respiratorio de los pulmones del buceador. Junto a eso, la válvula protectora (9) posee un mecanismo automático para desconectar los motores eléctricos (21;24) en caso de necesidad. En la bolsa aspiratoria (37) se ha montado un mecanismo automático de respiración (36) que en caso de necesidad suministra adicionalmente gas respiratorio, o bien, en caso excepcional, admite que todo el sistema se convierta en equipo de ciclo abierto.

En dependencia de la profundidad de zambullida y de la potencia comprimible necesaria del compresor, respectivamente, el uso de la corriente directa, se determinará el tiempo de trabajo y zambullida como se indica a continuación: hasta 3 horas en profundidad de 600 a 700 m y hasta 24 horas o más en áreas de zambullidas de 0 a 100 m (según la capacidad de las baterías).

El minicompresor (23) y los motores eléctricos (21;24) se encuentran en una caja de acero y se enfrían con lubricante. El calor generado se hace llegar al buceador mediante una mezcladora térmica (22) en forma de agua caliente a temperatura 43-45ºC, para protegerlo tanto a él, como al gas respiratorio y al equipo del frío de la profundidad.

La válvula de seguridad de aumento de la presión (10) se conecta en caso de salida rápida a la superficie o diferencias posibles entre el flujo de gas y la potencia aspiratoria del minicompresor, dejando salir en el agua el gas respiratorio sobrante.

Cuando la botella de gas mezclado (15) se llena bajo presión alta de 220-450 barios de gas depurado, se conmuta la válvula triple (31) (de forma automática o manual) y el mismo proceso empieza desde el inicio. Esta vez el gas respiratorio de la botella de gas mezclado (15) llega al reductor para reducir la presión (30) y mediante la boquilla dosificadora (39) del panel de control (1) desemboca en la bolsa aspiratoria o directamente en el casco del buzo. El gas espirado llega de nuevo a la bolsa espiratoria (11) y, posteriormente, en el filtro de absorción de CO_{2} (16; 17), se aspira por la bomba de membrana de presión baja (13) y desemboca en la bolsa aspiratoria mediante una válvula de retorno (35). El gas respiratorio sobrante se aspira por el minicompresor de alta presión (23), se depura mediante filtros (18), se comprime y se conserva en la botella de gas mezclado que ya está vacía (29) bajo presión alta de 220-450 barios. Este proceso se repite mientras esté presente la capacidad eléctrica de las baterías determinada.

En este proceso se introduce adicionalmente por medio del reductor de la presión y la boquilla dosificadora (33) oxígeno puro en la bolsa espiratoria (11) de la botella de acero (28) a base de una dosis constante de modo que la parte del oxígeno en la mezcla total permanezca constante en los límites deseables y admisibles. Al igual que la dosificación del gas respiratorio mezclado, la dosificación adicional de oxígeno y el flujo para las 16 principales áreas de profundidad está construida y establecida de forma que se cree una sincronización completa entre la dosificación de gas mezclado y el oxígeno y la presión parcial del oxígeno en todas las profundidades permanezca constante en los límites deseables.

En situaciones de avería, cuando el minicompresor o los motores eléctricos (21;24) no funcionen debido a diferentes motivos, el ciclo podrá seguir accionándose por la bomba de membrana de baja presión que funciona a base del principio de los imanes eléctricos, o bien se puede alimentar de un pequeño motor eléctrico a condición de que exista capacidad eléctrica en las baterías y se siga realizando el flujo del oxígeno de la botella de acero (28) a base de la dosificación constante. Esto es posible, puesto que hay suficiente mezcla de gas inerte y oxígeno, naturalmente, por un período determinado en el volumen del ciclo total: las bolsas espiratoria (11) y la aspiratoria (37), el casco de buceo (6) o embocadura, mangueras aspiratoria y espiratoria, filtros de absorción del CO_{2}, etc. (en total, aproximadamente, unos 25-30 litros de volumen, más las respectiva presión de gran profundidad, por ejemplo a 300 m, corresponden 31 barios, lo que equivale a un total de 900 litros de volumen normal). Posteriormente, el aparato se podrá convertir por el buceador en ciclo semicerrado y de esta manera se podrá utilizar la reserva disponible de gas mezclado.

El aparato está dotado de dispositivos de medición del contenido del oxígeno (12) y del CO_{2} (34) para controlar el contenido del oxígeno y el dióxido de carbono en la mezcla del gas respiratorio.

De la botella de acero (27), cuando proceda, se suministrará en la bolsa espiratoria (11) gas inerte adicional (helio) mediante un reductor de la presión y la boquilla dosificadora (32) en caso de posible pérdida.

Para evitar las fuertes corrientes subacuáticas, o bien para que el buceador se desplace horizontal o verticalmente se han previsto, como equipamiento adicional, motores eléctricos (20;25) con potencia total de 0,3-0,5 kw, 12V/24V, que pueden garantizar al buceador una velocidad de 4-6 o más nudos. Según la capacidad de acumulación utilizada y la profundidad acuática necesaria, se podrá alcanzar una distancia de 30 a 200 km que contribuye a crear una calidad totalmente nueva de la zambullida.

Para reducir la resistencia de las corrientes subacuáticas y aumentar la velocidad se han previsto como equipamiento adicional unas formas hidrodinámicas transparentes especiales de distintas variantes que se podrán montar en el aparato básico (Fig. 3).

Un ordenador de buceo especialmente configurado podrá ser útil y podrá ayudar al buceador, dándole imagen continua de todos los parámetros necesarios, por ejemplo: el flujo, la dosificación y la reserva de gas, la presión del gas en el medio ambiente, la temperatura del gas y del agua, el tiempo de zambullida, los "deko-stops", la potencia de aspiración y de suministro de gas por el minicompresor, la capacidad eléctrica, el contenido de O_{2} y CO_{2}, las revoluciones de los motores eléctricos, la temperatura para el calentamiento del agua, el alejamiento, la velocidad de las corrientes de agua, la velocidad de movimiento, los parámetros de navegación, etc.

La capa del aparato guarda también 2 o más faros luminosos, video, telecámaras y fotocámaras, amperímetro y voltímetro, aparato de medida de O_{2} y CO_{2}, hidrófono, aparatos de navegación y orientación. El mecanismo puede ser conectado adicionalmente mediante un cable eléctrico o cable de vitrofibra. La ventaja es que el buceador puede desconectar en cualquier momento, según su deseo, dicha conexión y posteriormente volver a conectarla. Existe la posibilidad de sustituir los filtros de CO_{2} bajo el agua, mientras siga funcionando sólo uno de dichos filtros. Además, en la radiocomunicación y videoconexión con la superficie, existe la posibilidad única por su naturaleza de controlar y aconsejar al buceador durante su trabajo. En caso de posible avería, el aparato podrá ser transformado directamente en ROV (Remoute Operation Vehicle) del panel de control y cuando el buceador esté en situación grave trasladarlo a un submarino o a una estación con la ayuda de los motores en propulsión.

El aparato podrá ser fabricado en 10 modelos y variantes distintos, de la capacidad diferente de las baterías y las botellas de acero, la potencia de los motores y del minicompresor en tamaños, formas y dimensiones, según el propósito para el que serán utilizados.

Bajo el agua, el aparato tiene peso neutro, y sobre el agua pesa - entre 50 y 150 kg. El aparato podrá ser elevado sobre el agua únicamente por medio de una pequeña grúa o bien podrá ser llevado al agua en pequeños rodillos. Las dimensiones varían en longitud de 450 a 800 mm; en anchura de 450 a 500 mm; en altura de 250 a 300 mm y posibilita al buceador de descender a través de una escotilla de diámetro interno de 700 a 900 mm. Todas las piezas del equipo se cubren con una capa plástica de vitrofibra o chapa inoxidable para protegerlas en caso de avería mecánica.

Respecto a la utilización de diferentes mezclas de gases inertes y oxígeno, incluso de hidrógeno, el principio funcional del nuevo método de compresión y conservación se estudia más detalladamente en la Fig. 1a.

Según el método descrito en la patente principal, el aparato de buceo funciona en profundidad hasta 200 m. En esta profundidad es posible, si el buceador lo desea, añadir, adicionalmente, a la mezcla de gas respiratorio (que consiste de helio y oxígeno) determinada cantidad controlada de hidrógeno, a base de la dosificación constante, desde el recipiente de gas bajo presión (6a). Esta cantidad de hidrógeno no deberá sobrepasar el 30-50% (vol.) del volumen de la cantidad total de la mezcla de gas respiratorio, puesto que el hidrógeno posee potencia narcótica en condiciones de presión por encima de 18 barios.

Al estar abierta la válvula, el hidrógeno se escurre desde el recipiente de gas bajo presión (6a) a través de un nexo de alta presión hacia el reductor de una etapa de presión y de la boquilla dosificadora (10a) directamente a la cámara mezcladora (27a). Allí el hidrógeno se mezcla con el gas inerte helio y la parte respectiva de oxígeno (menos de 3 vol.%) a base de la dosificación constante, se aspira por el minicompresor de alta presión (23), protegido de explosión y se comprime para ser conservado bajo presión en la botella vacía de gas a presión (15). Este proceso durará aproximadamente 20- 30 min. mientras se esté comprimiendo toda la cantidad disponible de helio, oxígeno y la cantidad dosificada de hidrógeno en la botella a presión (15). La dosificación precisa del hidrógeno se realiza mediante controlador "Flow" (17a).

Inmediatamente después, la válvula del recipiente a presión (6a) se cierra, la válvula tetragradual (31) gira de forma automática o manual y así disminuye la presión del gas respiratorio preparado en el recipiente bajo presión (15) hasta llegar a la sobrepresión crítica y por medio de la boquilla de dosificación (39) del panel de control (1) pasa a la bolsa de aspiración (37) o directamente al casco del buzo (6). El gas respiratorio espirado se conduce al ciclo que consiste de: bolsa de espiración (11), filtros de absorción de CO_{2} (16; 17), bomba de membrana de presión baja (13), bolsa de aspiración (37) o casco de buceo (6). El gas respiratorio sobrante se aspira por el microcompresor(23). El contenido de oxígeno es entregado en cantidad dosificada a base de dosificación constante en la cámara de mezcla (27a), posteriormente, el gas respiratorio es trasladado bajo presión alta a los filtros (18) donde, depurado y seco, finalmente se conserva bajo presión alta en la botella que ya está vacía (el recipiente bajo presión) (29). La dosificación y el control del oxígeno se efectúan adicionalmente por el medio del controlador "Flow" (17b).

Si es preciso que el buceador emerja por encima del límite de 100 m de profundidad hacia la superficie (es posible que emerja hasta la profundidad de 50 m con el mínimo contenido de oxígeno de 3 Vol.% en el gas respiratorio) es absolutamente necesario que se elimine el hidrógeno de la mezcla respiratoria o que se utilice otra similar. La separación podrá efectuarse en la célula difusiva (18a) con la ayuda de la membrana de paladio. El hidrógeno se difunde mediante esta membrana en la temperatura de 280ºC y se puede almacenar con la ayuda de un conservador de hidruro, o bien convertirse en agua de forma catalítica. El oxígeno que se contiene aún en el gas respiratorio reacciona con el hidrógeno al nivel de la membrana de paladio, convirtiéndose en vapor y se separa, escapando junto con el helio. El helio y el agua en forma de gas pasan por los filtros (18) donde el gas respiratorio se seca y se conserva bajo presión alta en uno de los dos recipientes bajo presión (15 ó 29). Puesto que el gas respiratorio ya no contiene oxígeno, éste se traslada a base de la dosificación constante directamente en el respectivo recipiente bajo presión (15 ó 29) a través de la boquilla dosificadora (30a). De esta forma el hidrógeno se elimina del gas respiratorio después de varios ciclos de conservación y evacuación. Para alcanzar la seguridad de que no hay más hidrógeno en el gas respiratorio, se han montado detectores de hidrógeno (19a y 26a). Allí están montados igualmente dos aparatos para medir el oxígeno (19b y 26b).

El complejo proceso de separación del hidrógeno podrá ser innecesario si el buceador realiza trabajos a profundidad de 100 a 700 m.

En una zona de zambullida de 0 a 600 m, en lugar de hidrógeno se podrán utilizar distintas mezclas de gases, compuestas por oxígeno, nitrógeno y helio. En una zona de profundidad de 0 a 50 m son posibles diferentes mezclas de gases basándose en oxígeno y nitrógeno.

Para alcanzar una mejor alimentación eléctrica, en lugar de la batería (19), en un recipiente de compensación de la presión se podrá montar una célula alcalina combustible (fuell cell). Dicha célula está provista de oxígeno desde un recipiente bajo presión (28) y de hidrógeno desde un recipiente bajo presión (6a). Existe también la posibilidad de que se instale en lugar de la batería (26) un hidruro-conservador de hidrógeno. De esta manera mejorará considerablemente la alimentación eléctrica del aparato de buceo y, respectivamente, el tiempo de zambullida a más horas. El hidrógeno presente podrá se podrá utilizar por medio de combustión catalítica y, adicionalmente, para obtener agua caliente y utilizarla para calentar el gas respiratorio, el aparato del buzo y al buceador.

Se han montado adicionalmente al aparato de buceo motores eléctricos verticales de hélice (20a y 25a) que se pondrán en funcionamiento y garantizarán mejor posibilidad vertical de maniobra del buceador.

Claims (17)

1. Método de producción autónoma, enriquecimiento y suministro de gas respiratorio al buceador en profundidad de zambullida de 0 a 1000 m que se caracteriza por el hecho de que en un sistema de ciclo completamente cerrado de compresión y conservación, una cantidad determinada de mezcla de gas preparada del gas inerte helio o de distintos gases, como nitrógeno, helio, hidrógeno y oxígeno, se están trasladando continuamente entre dos botellas (recipientes) de alta presión (15; 29) donde al principio el gas respiratorio necesario de uno de los recipientes de presión alta a base del principio de sobredosificación y dosificación constante alcanza un ciclo que consiste de una bolsa de aspiración (37), un casco de buceo (6), una bolsa de espiración (11), empaque único o doble de filtros de absorción de CO_{2} (16; 17). En estas circunstancias, el movimiento del gas respiratorio en dicho ciclo se efectúa por una bomba de membrana a presión baja (13). El gas respiratorio se depura del CO_{2} y de otros contaminantes, se seca y se calienta, se enriquece adicionalmente de oxígeno puro a base de la dosificación constante, según la presión parcial de oxígeno admisible para la profundidad respectiva directamente a este ciclo o a la cámara de mezclar (27a), se mezcla con el gas inerte o diferentes gases inertes, como helio e hidrógeno, en caso de necesidad, o, en caso de pérdida eventual, a base de la dosificación constante y, finalmente, la cantidad extraordinaria de gas respiratorio se aspira por un compresor de alta presión (23) protegido de explosión y se comprime bajo alta presión de 220 a 450 barios, respectivamente, en una de las dos botellas de presión alta (15; 29). Después que la cantidad completa de mezcla de gas respiratorio se comprime en una de las botellas de alta presión (15 ó 29), una válvula magnética (31) gira y el mismo proceso comienza de nuevo en sentido inverso - desde la botella llena hacia la botella vacía bajo presión donde el proceso de utilización del gas respiratorio preparado para el enriquecimiento del gas utilizado y la producción del nuevo gas respiratorio y su acumulación bajo alta presión en una de las dos botellas de alta presión se realiza en un lapso de tiempo de 20 a 30 minutos en grandes profundidades, o bien hasta 100 minutos en pequeñas profundidades.

2. Un método, según la reivindicación 1, que se diferencia puesto que la bomba de membrana de baja presión (13) se pone en funcionamiento por imanes eléctricos por medio de impulsos eléctricos o mediante un motor eléctrico 12V/24V.

3. Un método, según las reivindicaciones 1 y 2, que se distingue porque el gas respiratorio superfluo se comprime por un compresor de alta presión (23) con potencia de aspiración y suministro de 150 litros/por minuto bajo alta presión de 220 a 450 barios en una de las dos botellas de gas comprimido (15 ó 29).

4. Un método, según la reivindicación 1, que se caracteriza por el hecho de que el compresor de alta presión (23) se pone en funcionamiento por dos motores eléctricos de corriente directa (21; 24) de potencia total de 2 a 3 kw, 12V/24V, 2000-3000 U/min.

5. Un método, en conformidad con las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por el hecho de que por medio de un mecanismo construido especialmente entran directamente cantidades dosificadas con precisión de gases inertes u oxígeno bajo presión alta en los dos recipientes de gas bajo presión (15; 29) para la regulación fina adicional de los componentes del gas respiratorio para mayor precisión (30a).

6. Un método que, acorde a las reivindicaciones anteriores se caracteriza por el hecho de que el gas inerte necesario - el hidrógeno, se almacena en un conservador-hidruro metálico (26) o bajo la forma de gas en un recipiente bajo presión (6a).

7. Un método que, según las pretensiones anteriores, se caracteriza por el hecho de que el suministro de energía eléctrica se realiza por medio de una célula alcalina o de otro tipo de célula combustible (fuel cell) /19/ que se alimenta por el hidrógeno y oxígeno presentes donde la célula combustible está introducida en un recipiente que compensa la presión, independiente o en combinación con una o más baterías de tipo convencional o de tipo de iones de litio.

8. Un aparato autónomo de buceo de aguas profundas que se lleva a la espalda y consiste de dos botellas (recipientes) de alta presión (15; 29) donde en un sistema completamente cerrado de compresión y conservación determinada cantidad de mezcla preparada de gases inertes, como helio u otros gases inertes, como nitrógeno, helio, hidrógeno y oxígeno que continuamente pasan entre las dos botellas de presión alta (15; 29) en un ciclo compuesto por una bolsa de aspiración (37), un casco de buceo (6), una bolsa de espiración (11), un empaque único o doble de filtros de absorción de CO_{2} (16; 17) donde al inicio el gas respiratorio necesario se introduce en el ciclo a base del principio de la sobredosificación y de la dosificación constante desde la primera botella (recipiente) de presión alta (15; 29); una bomba de membrana con presión baja (13) donde el movimiento del gas respiratorio en dicho ciclo se acelera por esta bomba de membrana de presión baja (13); por medio de éstos, el gas respiratorio se depura de CO_{2} y de otros contaminantes, se seca y se calienta, se enriquece adicionalmente el gas respiratorio con oxígeno puro según la presión parcial admisible de oxígeno para la respectiva profundidad a base de la dosificación constante directamente en el ciclo o en una cámara de mezcla (27a) y con gas inerte o gases inertes como helio e hidrógeno, en caso de necesidad, o bien, en caso de pérdida eventual a base de la dosificación constante; un compresor protegido de explosión de alta presión (23) donde la cantidad sobrante (superflua) de mezcla respiratoria se aspira y se comprime bajo presión alta de 220 a 450 barios en la segunda botella de presión alta (15, 29); una válvula magnética (31) donde después de que toda la cantidad de mezcla respiratoria presente haya sido introducida en una de las botellas (recipiente) de presión alta (15; 29), la válvula magnética (31) es reconmutada de forma automática o manual y el mismo proceso comienza de nuevo en sentido inverso - desde la botella llena hacia la botella vacía bajo presión donde se pone en marcha la bomba de membrana de baja presión (13) por un imán magnético de impulsos eléctricos o por un motor eléctrico 12V/24V y la cantidad de gas extraordinario (superfluo) se comprime por un compresor de presión alta (23) con potencia de aspiración y suministro de 150 litros/min. Bajo presión alta de 220 a 450 barios en la segunda botella (recipiente) de presión alta (15 ó 29), el compresor de alta presión (23) se pone en funcionamiento por dos motores eléctricos de corriente directa (21; 24) de potencia total de 2 a 3 kW, 12V/24V, con 2000-3000 U/min.; un mecanismo especialmente construido para la introducción directa de cantidades de gases inertes, exactamente dosificadas, u oxígeno bajo presión alta en los dos recipientes de gas bajo presión (15; 29) para la regulación fina adicional de los componentes del gas respiratorio para una precisión más alta (30a); un conservador de hidruro metálico (26) donde el gas inerte necesario para la zambullida en grandes profundidades - el hidrógeno, se conserva en forma de gas en recipiente bajo presión (6a); una o más baterías de 12V/24V con cuya energía eléctrica y capacidad de 100 a 600Ah se ponen en funcionamiento los dos motores eléctricos de corriente directa (21; 24) que ponen en marcha el compresor de alta presión (23) donde las baterías pueden ser de tipo plomo-ácidos, de níquel-cadmio o de plata-zinc y están colocadas en cajas de lubricante para compensar la presión.

9. Un aparato de buceo de grandes profundidades, según la reivindicación 8, que se caracteriza por el hecho de que el compresor de alta presión (23) y los dos motores eléctricos (21; 24) están introducidos en una capa de acero y están enfriados por lubricantes; el calor generado de ello se utiliza mediante un mezclador calorífico (22) para la producción de agua caliente; el agua caliente se suministra al buceador a temperatura de 45 a 50ºC, para calentar el gas respiratorio y el aparato del buzo.

10. Un aparato de buceo de grandes profundidades, conforme al punto 8, que se caracteriza por el hecho de que en la bolsa de aspiración (37) está instalado un mecanismo automático de respiración (36) con la tarea de suministrar gas respiratorio adicional en caso de necesidad y en la bolsa de espiración (11) está montada una válvula protectora de superpresión (10) con el propósito de expulsar el gas respiratorio sobrante (superfluo) en el medio ambiente (en el agua) en caso de necesidad.

11. Un aparato de buceo de grandes profundidades, según las reivindicaciones anteriores de 8 a 10, que se caracteriza por el hecho de que en la bolsa de espiración (11) está puesta una válvula protectora (9); esta válvula (9) evita que el compresor de alta presión (23) aspire gas de los pulmones del buceador en caso de insuficiente cantidad de gas respiratorio; el mismo peligro se evita también por la válvula inversa (35) instalada en la bolsa de aspiración (37). La válvula de seguridad (9) está provista de una máquina automática de desconexión y desconecta también los motores eléctricos (21; 24) del compresor de alta presión (23).

12. Un aparato de buceo de grandes profundidades, según los puntos anteriores de 8 a 11, que se caracteriza por el hecho de que como dispositivo de puesta en marcha están instalados dos motores eléctricos de potencia total de 0,3 a 0,5 o más Kw, 12V/24V; los dos motores eléctricos (20; 25) se alimentan con corriente de las baterías presentes (19; 26) y posibilitan al buceador moverse vertical y horizontalmente a una velocidad de 4 a 6 nudos o más a distancias de 30 a 200 km, según la capacidad disponible de corriente.

13. Un aparato de buceo de grandes profundidades, según las reivindicaciones anteriores de 8 a 12, que se caracteriza por el hecho de que todas las funciones importantes del aparato se controlan y dirigen por el panel de control (1) que es llevado por el propio buceador, a saber: la dosificación constante de la mezcla respiratoria, la dosificación constante del flujo del oxígeno, la dosificación del flujo de gas inerte, la reserva de gas respiratorio y de oxígeno, el gas inerte, la potencia de aspiración y compresión del compresor de alta presión (23), la frecuencia de puesta en movimiento de la bomba de membrana de presión baja (13), la rotación y el recibimiento ampère de los motores eléctricos (21; 24) que ponen en funcionamiento el compresor, la rotación y el recibimiento Amper de los motores en marcha (20; 25), la temperatura del agua caliente, la utilización y la reserva de la capacidad eléctrica, la conexión y la desconexión de las luces, del video y de los equipos de comunicación.

14. Un aparato de buceo de grandes profundidades, según las reivindicaciones anteriores de 8 a 13, que se caracteriza por el hecho de que especialmente para el aparato está diseñado un ordenador de buceo que suministra al buceador continuamente un cuadro de todos los parámetros necesarios, como: el flujo de gas, la reserva de gas, la presión del gas y la presión en el medio ambiente, la temperatura del gas y del agua, el tiempo de zambullida, los deko-stops, la potencia de aspiración y suministro de gas del compresor de alta presión (23); la capacidad disponible de corriente, el contenido de O_{2} y CO_{2}, las revoluciones de los motores eléctricos, la temperatura del agua caliente y de la cantidad suministrada de ésta, el alejamiento, la velocidad de las corrientes acuáticas, la velocidad de movimiento, parámetros de navegación, etc.

15. Un aparato de buceo de grandes profundidades, según las reivindicaciones anteriores de 8 a 14, que se caracteriza por el hecho de que como equipamiento adicional se podrá montar un equipo de cilindro con cable donde el buceador podrá en cualquier momento y de cualquier profundidad hacer por su propia iniciativa conexión eléctrica, de video y conexión oral con la superficie o con la central de mando mediante un cuerpo flotante que se puede inflar provisto de luces de avería y antena de rápida localización.

16. Un aparato de buceo de grandes profundidades, según las reivindicaciones anteriores de 8 a 15, que se caracteriza por el hecho de que como equipamiento adicional para alcanzar una inferior resistencia acuática y mayor velocidad, se han previsto recubrimientos hidrodinámicos especiales - formas ejecutadas de diferente manera que se podrán montar en el aparato base /Fig. 3/. Las envolturas son suaves y transparentes fabricadas de vidrio acrílico en dos partes - una parte posterior ajustada al aparato del buzo y una parte anterior descapotable.

17. Aparato de buceo para aguas profundas, según las reivindicaciones anteriores de 8 a 16, que se caracteriza por el hecho de que el suministro de energía eléctrica se realiza mediante una célula alcalina u otro tipo de célula de combustión (fuel cell /19/) que se alimenta del hidrógeno y del oxígeno disponibles con lo cual la célula de combustión ha sido colocada en un recipiente que compensa la presión, de forma independiente o en combinación con una o más baterías de tipo convencional o de tipo litio-iónico.