재호흡기의 캐니스터와 소다라임

이산화탄소 흡수제

재호흡기에 사용되는 이산화탄소 흡수제는 알칼리 금속 수산화물(alkali metal hydroxides)에서 유래된 수산화바륨(Barium Hydroxide), 소다라임(soda lime), 수산화리튬(lithium hydroxide)등이 있다.

소다라임(soda lime)

이중 소다라임 형태의 것이 일반적으로 재호흡기에 많이 사용되고 있으며 심해 잠수함이나 병원(마취)에서도 사용하고 있다. 소다라임은 상대적으로 가격이 낮고 취급하기가 수월하다.

소다 라임(Soda lime)의 주성분

수산화리튬(lithium hydroxide)은 가장 성능이 뛰어난 흡수제로 동일 용량의 소다라임보다 두배의 이산화탄소를 흡수할 수 있지만 고가이고 물과 만났을 경우 매우 격렬하게 반응하기 때문에 취급이 까다롭다.

소다라임의 알갱이 크기도 중요한 요소로 작용하는데 크기가 클수록 호흡 저항이 줄어들지만 기체가 접촉하는 면적에 비해서 흡수 효율은 줄어든다(흡수제 내부까지 반응이 일어나지 않는다).

흡수제는 물과 친하지 않으며 이것은 수중에서 사용하는 재호흡기 구조에 큰 문제이기도 하다. 캐니스터 침수로 인한 위험은 항상 재호흡기에 도사리고 있다.

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물은 마우스피스 또는 손상된 루프를 통해서도 들어갈 수 있지만 온도 차이로 인한 수분 응축도 무시할 수 없다. 대부분의 환경에서 주변 수온은 다이버의 폐에서 나오는 기체 보다 온도가 낮다.

따뜻한 기체가 수온에 의해 온도가 낮아진 호스와 카운터렁에서 식으면서 수분이 발생하게 된다.

이렇게 응축된 수분의 양은 긴 다이빙에서는 문제가 될 정도의 양이 될 수도 있다. 흡수제가 젖으면 호흡 저항이 높아지며 “Caustic cocktail”의 발생 가능성이 있다.

“Caustic cocktail”은 강한 알칼리성 액체로 이것이 입이나 폐로 들어가면 화상을 입을 수 있어 매우 위험하다. 이와 같은 위험을 방지하기 위해 각 재호흡기들은 다양한 장치를 사용해 캐니스터의 침수를 방지하고 있다.

낮은 온도에서는 이산화탄소 흡수 효율이 떨어지며 상업/군사용 재호흡기의 경우 캐니스터의 온도를 높혀 주는 장치를 사용하기도 한다. 하지만 대다수의 소다라임이 흡수 과정에서 열을 발생시키기 때문에 낮은 온도에서도 효율이 크게 상쇄되지 않는다.

소다 라임의  화학 반응

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O + 열

흡수제는 수분, 이산화탄소와 흡수/반응하면서 알칼리 탄산으로 변화하는데 이 과정에서 열이 발생한다.

이러한 화학 반응으로 인해 재호흡기 다이빙의 큰 장점중 하나인 따뜻하고 수분이 충분한 기체를 호흡할 수 있게된다.

캐니스터 (canister)

이산화탄소 흡수제를 넣는 캐니스터의 구조는 호흡 저항에 매우 큰 영향을 주며 캐니스터 구조의 종류는 크게 세가지로 나눌 수 있다.

  1. Axial 방식 : 기체가 흡수제 블럭으로 선형으로 통과한다.
  2. Radial 방식 : 도넛 형태로 기체가 가운데 부분에서 방사형으로 통과.
  3. Cross-flow : Axial 방식과 흡사하지만 기체가 들어가는 방향이 90도 꺽여 있다. 이 방식은 기체가 캐니스터내에서 머무는 시간(Dwell time)이 늘어나도록 한다. 크로스-플로우 방식은 우주 왕복선에서도 사용되고 있다.
rEvo axial scrubber

모든 캐니스터 디자인에 공통적인 중요한 중요 사항:

  1. 기체가 흡수제와 접촉하는 면적이 충분해야 함.
  2. 적절한 기체의 속도, 즉 기체가 흡수제를 통과하는 시간이 적당해야 반응할 수 있다.
  3. 흡수제를 캐니스터에 넣는 방법이 간단 해야 하며 채널링(channelling)을 방지할 수 있어야 한다(채널링은 흡수제가 올바르게 패킹되지 않아 이산화탄소가 캐니스터를 그대로 통과하는 것을 의미한다).
  4. 과다한 수분이 캐니스터에 닿지 않도록 한다.

캐니스터에 들어가는 흡수제의 양은 다이빙 시간을 정하게 되며 온도, 활동량과 수분에도 영향을 받는다. 낮은 온도, 높은 습도는 캐니스터 사용 시간을 단축 시킨다.

캐니스터의 흡수제량이 너무 많다면 기체가 통과하기 힘들어지며 그만큼 호흡 저항도 늘어난다. 대부분의 재호흡기들이 2kg에서 최다 8kg정도의 흡수제를 사용하고 있다.

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