Hapenkierrätin

Hapenkierrätin eli happilaite on suljetun kierron hengityslaite (rebreather). Se on vanhin yhä käytössä oleva itsenäinen hengityslaitetyyppi. Ensimmäiset happilaitteet kehitettiin 1800-luvulla kaivosten pelastuskäyttöön ja niitä käytettiin myös palomiesten turvaamiseen tulipaloja sammutettaessa eli savusukeltamiseen. Myöhemmin laitetta alettiin kehittää myös vesisukeltamiseen. Myös astronauttien käyttämä PLSS -elossapitojärjestelmä perustuu hapenkierrätinperiaatteeseen.

Brittilaivaston heilurihengitystyyppisellä happilaitteella varustettu "sammakkomies" vuodelta 1945; tässä varustuksessa alkuperäisten lyijypohjaisten puvun saappaiden tilalla jo räpylät.

Nykyaikainen kiertohengitystyyppinen Siebe Gorman -happilaite.

Dräger LAR V -happilaite yhdysvaltalaisen taistelusukeltajan käytössä.

Laitetyypit

Happilaitteet jakautuvat karkeasti kahtia toimintaperiaatteen mukaan: heilurihengitys ja kiertohengitys. Molemmissa on sama perusperiaate: suhteellisen pientä määrää puhdasta happea kierrätetään laitteessa; uloshengityksen jälkeen käytetty hengityskaasu kulkee emäksisellä aineella – tavallisimmin natronkalkilla – täytetyn puhdistuspatruunan läpi, jolloin siitä poistuu sukeltajan elimistössä kehittynyt hiilidioksidi ja happi palautuu puhtaana hengityskiertoon.

Heilurihengityslaitteessa, joita ensimmäiset hapenkierrättimet olivat, puhdistuspatruuna on sijoitettu suukappaleen yhteyteen ja happi kulkee kumpaankin suuntaan sen läpi. Kiertohengityslaitteessa, jollaisia nykyiset laitteet pääasiassa ovat, patruuna on sijoitettu uloshengityskiertoon.

Nykyisin heilurihengityslaitteita valmistaa ainoastaan pari italialaista valmistajaa. Ulkoisesti laitetyypit erottaa siitä, että heilurihengityslaitteessa on yksi ainoa suukappaleeseen menevä letku, kiertohengityslaitteessa kaksi.

Toimintaperiaate

Hapenkierrätin käsittää pienen happipullon, hengityssäkin, sulkuventtiilillä varustetun suukappaleen, puhdistuspatruunan ja yleensä haitarirakenteiset eli pituussuunnassa joustavat yhdysletkut. Kiertohengitysjärjestelmään kuuluu aina suuntaisventtiilit, jotka varmistavat sen että happi kiertää laitteistossa oikeansuuntaisesti. Koko järjestelmä asennetaan yhtenäiseen kantotelineeseen. Aikaisemmin käytettiin kyllästetystä purjekankaasta valmistettua liiviä, nykyisin laitteisto asennetaan rinnan päällä kannettavaan muoviseen koteloon.

Kun laite otetaan käyttöön happipullo avataan ja siitä lasketaan hengityssäkkiin sopiva määrä puhdasta happea. Sukeltaja puhaltaa keuhkonsa mahdollisimman tyhjiksi, ottaa suukappaleen suuhunsa ja avaa sulkuventtiilin. Vedessä ympäröivä paine puristaa hengityssäkkiä ja huolehtii siitä että happi menee sukeltajan keuhkoihin saman paineisena kuin ympäröivä vesi. Hengitettäessä happi virtaa suuntaisventtiilien läpi puhdistuspatruunaan ja palaa edelleen hengityssäkkiin. Happea lisätään tarpeen mukaan; aiemmin se tehtiin käsisäätöisesti, nykyaikaiset laitteet ovat tarveohjattuja eli happi lisääntyy automaattisesti. Emäksinen puhdistusaine uusitaan ja happipullo vaihdetaan joka sukelluksen jälkeen.

Laitteen vahva puoli on pitkä käyttöaika, joskin nimenomaan vesisukelluksessa jonkin verran happea haaskaantuu mm. naamarin paineentasaukseen

Vaaratekijöitä

Happilaitteen suurin ongelma on se, että yli 10 metrin syvyydessä hapen osapaine kasvaa liikaa ja happi muuttuu myrkylliseksi. Siksi happilaitetta käytetäänkin vain erikoistarkoituksiin matalassa vedessä: koska siinä ei ole ulosvirtausta laite on äänetön ja esimerkiksi luonnontutkijat pääsevät lähemmäs arkojakin merieläimiä.

Laitteessa on omat vaaransa: pitkän päälle käytettynä puhdas happi paineessa hengitettynä turmelee käyttäjiensä keuhkot. Puhdas happi onkin tärkeimmissä sovelluksissa korvattu hapen ja ilman seoksella eli nitroksilla, joka sallii syvemmät sukellukset. Myös mahdollinen vesivuoto laitteessa on vaarallinen: syövyttävä, vesiliukoinen natronkalkki saattaa lähteä liikkeelle ja päästä sukeltajan elimistöön.

Suomen merivoimien pitkään käyttämän Siebe-Gorman COBRA -seoskaasulaitteen tyyppivika oli laivaston sukeltajien mukaan se, että jos natronkalkki oli hiukankaan epätasaisesti pakattu patruunaansa, laite saattoi purskauttaa kalkit sukeltajan suuhun, mistä seurasi ikäviä syöpymävammoja.

Historiaa Suomessa

ORA-happilaite vuoden 1996 keväällä muistoesinekunnossa

Erkki Koivusalon vuonna 1951 hankkima kiertohengitystyyppinen hapenkierrätin

Siebe-Gorman vakiovirtaushappilaite, Sotamuseon kokoelmat

Suomen ensimmäiset happilaitteet tulivat palokunnille ja laivastolle 1940-luvun loppupuolella. Vuonna 1951 silloinen teekkari Ora Patoharju ja hänen hammaslääkäriksi opiskellut puolisonsa Anna-Liisa Patoharju alkoivat valmistaa kotimaisia sukellusnaamareita ja räpylöitä rahoittaakseen opintojaan. Mallina oli ulkomainen sukellusnaamari. Lähin paikka josta Suomeen saattoi tuoda kevytsukeltajan varusteita oli tuolloin Sveitsi. Pariskunta valmisti käsityönä naamareita ja räpylöitä käyttäen materiaalina vanhoja autonrenkaita ja lasinleikkaajien jäännöspaloja, jotka muotoiltiin pyöreiksi tai soikioiksi naamarin mallista riippuen. Kerroksittain liimaamalla kootut varusteet vulkanoitiin valmiiksi kumialan liikkeessä. Markkinoinnista huolehti urheiluliike.

Patoharjut saivat valmiiksi oman ORA-hapenkierrätinlaitteensa vuonna 1951. Laite on kiertohengitystyyppinen. Mallia käytettiin ahkerasti, kunnes turvallisemmat paineilmalaitteet syrjäyttivät ne kesällä 1955.

Laitteet ovat edelleen olemassa, tosin muistoesinekunnossa.

Nykyisin Suomen merivoimien taistelusukeltajat käyttävät saksalaisia Dräger LAR V -happilaitteita.

Toimittaja Erkki Koivusalon vuonna 1951 Saksasta hankkima Dräger 138 -kiertohengitystyyppinen hapenkierrätin on Urheilusukeltajat ry:n hallussa muistoesineenä

Myös aiemmin Merivoimien käytössä olleista AGA- ja Siebe Gorman -hapenkierrättimistä ja seoskaasulaitteista on säilynyt hyvä valikoima, joka on varastoitu Sotamuseon eri toimipisteisiin

Lähteet

• Pekka Mattila & Timo Vikman: Sukellus. Suomen urheilusukeltajain liitto 1989, ISBN 952-90-0482-6
• Kari Jokinen: Sukeltajan tie : omakohtaisia seikkailuja veden alla ja vähän historiaa, Otava 1996, ISBN 951-1-14446-4

Aiheesta muualla

• The rebreather site
• Puolustusvoimat: LAR V -happilaite
• Laitesukellus