送気・潜降および浮上
送気・潜降および浮上
- ここでは計算問題、図や絵が問題に描かれており空欄となっている送気の流れや器具の部位の名称を入れる問題が出題されたりします。
- 計算問題は、空気容量を計算する問題、給気可能時間を求める計算問題などが出題されます。
- 平成２７年４月の一部改正高気圧安全衛生規則により、混合潜水や減圧計算が全面的に見直された経緯から、減圧理論・半飽和組織、Ｍ値の計算、空気潜水と混合ガス潜水の減圧表など以前の減圧表による計算とは全く異なり、その内容も複雑で理解も計算も困難なものとなっております。
- できるだけわかりやすく説明及び計算の方法を書いているつもりですが、テキストをよく読み、理解を深めることが重要です。
- 一部改正高圧則では、事業者はもちろん、潜水者自らも減圧計算をできるよう求められておりますので、しっかりと勉強することが必要です。
項目
潜水業務に必要な給気及び送気
潜降及び浮上
適正な浮上（減圧）速度の制定
減圧計算の実際
個別の潜水状況への対応
減圧表の位置づけ
潜水の業務に必要な給気及び送気
- 呼吸ガスの種類、潜水方式によって、給気や送気の方法は異なりますが、どちらも潜水者の活動に十分な量を確保し、供給し、緊急用の呼吸減を準備しておくことが必須です。
- 高圧則では、圧縮空気の品質、混合ガスの組成や混合精度などについて規定はありませんが、十分注意しなければなりません。
空気潜水における給気及び送気
- 圧縮空気を使用する方法で、コンプレッサーで必要な圧力まで圧縮して使用します。
- 清浄な空気を使用するよう、空気取り入れ口の設置場所、風の向き・変化に注意して、排気ガスなど（一酸化炭素）が入らないように十分注意しなければなりません。
- 高圧則第３７条では、コンプレッサーは、最低でも１週間に１回以上の点検を行い、空気洗浄装置は１か月に１回以上、点検することが義務付けられています。
スクーバ（自給気式）潜水方式に必要な給気
- 潜水者が携行する高圧ボンベの本数、高圧ボンベの充填圧力、又は空気圧力、および潜水深度と潜水者の呼吸量によって決定されます。
- 特に、深い水深の潜水を行う場合には、短時間で給気量を消失しますので、給気能力を常に把握しておくことが必要です。
給気量の計算
- 給気量の計算は、ボイルの法則によって求められます。
- P（大気圧）×V（大気圧下での容積）＝ P2（高圧ボンベ内の空気圧力）×V2（高圧ボンベの容積）
- ※ 高圧ボンベの圧力は、ゲージ圧力であることに注意する。
- 例）１９.６ＭＰａで充填された容積１４リットルの高圧ボンベの空気容量を大気圧に換算すると、
- １Ｍｐａ×大気圧下での容積 ＝ １９.６ＭＰａ×１４となり、
- 大気圧下での容積は、＝２,７４４リットルとなります。
- ボイル・シャルルの法則
- 温度の変化と気体の圧力と体積の変化の関係
PV P2V2
ーーー ＝ ーーー
T T2
- 低い水温によって、高圧ボンベ内の空気が冷やされると、圧力が低下し、空気容量も影響を受けます。
- 大気圧でのボンベの圧力をP、水中でのボンベの圧力をP2、絶対温度をT、水中での絶対温度をT2、大気圧のボンベの内容積をV、水中でのボンベの内容積をV2とすると、
- 空気温度が５０℃であったものが、このボンベを使用して、水温２０℃の水に潜水し、タンク圧力がに１９.６MP（メガパスカル）であった場合、水中でのボンベの圧力は、
１９．６×１４ P2×１４
ーーーーーー ＝ ーーーーー
２７３+５０ ２７３+２０
２７４．４ １４P2
ーーーーーー ＝ ーーーーーー
３２３ ２９３
８０３９９．２ ＝ ４５２２P2 ＝ P２ ＝１７．７７
- 潜水者が空気を消費したわけではないのに、１９．６ＭＰａから１７．８ＭＰａまで圧力が減少します。
- この時のボンベの容量が１４リットルのとき、この圧力を空気容量に換算すると、ボイルの法則から
- ０．１ＭＰａ×Ｖ＝１９．６ＭＰａ×１４＝２,７４４リットル
- ０．１ＭＰａ×Ｖ2＝１７．８ＭＰａ×１４＝２,４９２リットル
となり、約２５２リットルも減少したことになります。
- 気温と水温にも空気容量が影響されることを覚えておきましょう。
給気可能時間（潜水可能時間の算出）
- 高圧ボンベの空気容量がわかれば、それと潜水者の空気消費量から給気可能時間（潜水可能時間）を求めることができます。
- 潜水者の呼吸量は、作業・運動内容により異なり、個人差もありますが、スクーバ式潜水の場合は、毎分１３リットルから、重労働では５０リットルも消費し、平均では毎分約２０リットル程度消費します。
- 潜水者の呼吸量の平均値に、潜水深度に相当する圧力を乗ずると空気消費量を求めることができます。
- 例）水深２０ｍで潜水する空気消費量は、３気圧（２０ｍ）×２０リットル＝６０リットル
- 高圧ボンベの空気容量を、空気消費量で割ると給気可能時間（潜水可能時間）を求めることができます。
- 求める場合には、緊急用の空気量を確保しておくために、５ＭＰａを実際の圧力からあらかじめ差し引いて計算し、用いるようにします。
- 例） 水深２０ｍで、容量１４リットル、圧力１９ＭＰａのボンベの給気可能時間は、
- ０．１×Ｖ（高圧ボンベの空気容量）＝（１９ー５）×１４となり、１,９６０リットル
- この容量を水深２０ｍでの消費量６０リットルで割ると、１９６０÷６０＝３２.６６ 約３２分となります。
- スクーバ潜水では、状況により空気消費量が変化するので、常に潜水時間と残圧計による空気圧力を把握しておかなければなりません。
高圧ボンベへの圧縮空気の充填
- ゲージ圧力１Ｍｐａ以上の気体は、すべて高圧ガス保安法の適用対象となります。
- 充填する場合は、高圧ガスの製造に該当するため、１日（２４時間）の処理容積によって、高圧ガス保安法第５条第１項、同法施行令第３条の適用を受け、圧縮空気の容積が３００立法メートル以上のコンプレサーを使用する場合には、都道府県知事の「許可」を受け、有資格者の配置も求められます。
- また、３００立法メートル未満の場合には、製造開始の２０日前までに「届出」なければなりません。
送気式潜水における送気
- 送気式潜水における空気の送気は、コンプレッサー、高圧ボンベ、若しくはその両方を使用して行われます。
- 高圧則第２８条で、ヘルメット潜水器などの定量送気式潜水器と、全面マスク潜水器などのデマンド式（応需式）潜水器では送気量及び送気圧力が定められています。
- 送気設備に求められる要件は、
- 潜水者の呼吸変化に十分対応できる送気容量を有すること。
- ヘルメットや全面マスク内に炭酸ガスが滞留しないように、十分に換気することができる送気量であること。
- 送気ホースや継手による圧力損失、および潜水深度での水圧に打ち勝つ送気圧力であること。
定量送気式潜水方式に必要な送気
送気量
- 定量送気式潜水器では、呼気がヘルメット内に吐き出されてヘルメット内の空気と混ざり、炭酸ガス濃度が増大します。
- 呼気中の炭酸ガス分圧が１．５ｋＰａ（大気圧下で１．５％の濃度）を越えると炭酸ガス中毒の作用が生じるリスクが高くなります。
- 炭酸ガスの蓄積は、減圧症のリスクを高めることにもなります。
- 高圧則第２８条では、潜水者ごとに、その水深の圧力下で、毎分６０リットル以上の送気量とするよう規定されています。
- 炭酸ガスによる反応には個人差があり、同一人でも日によって変化します。
- また、作業が激しいほど呼吸量が増大し、排出される炭酸ガス量も増えるのでそれに見合った送気能力を有するものが必要です。
送気圧力
- 定量式送気式潜水は、送気ホースや配管類、継手、バルブ等により送気圧力は損失するので、その損失分を加えた圧力以上が必要です。
- 配管方式や送気するホースの長さなどによって、圧力損失の度合いは異なりますが、一般的には１００ｋＰａ～３００ｋＰａ（０．１～０．３MPa）程度です。
- 例）水深１５ｍでの送気圧力
- 水圧１５０ｋPa＋１００ｋＰａ～３００ｋＰａ＝２５０～４５０ｋPa以上 ※ ゲージ圧であることに注意
- 圧力調整器が装備されてないため、ヘルメット式潜水の腰バルブのわずかな操作ミスによっても吹上を起こすおそれがあります。
デマンド式（応需送気式）潜水方式
送気量
- 全面マスク式は、潜水者が呼気するごとに空気が送気されるため、潜水作業の状況により、送気量は大きく変します。
- 激しい作業を行っているときは送気量は多くなり、減圧時の浮上停止など安静な状態にあるときは少なくなります。
- 潜水者の呼吸における瞬間的な最大呼気量に対応できる送気量が必要となります。
- 激しい運動・作業は、毎分４０リットル程度の空気を消費するので（安静状態では８～１０リットル程度）、この空気消費量を基準としたものでなければなりません。
- 例）水深２０ｍで、激しい作業を行う場合の送気量
- ３（絶対圧）×４０＝１２０リットル（大気圧に換算）以上の送気能力が必要です。
- 高圧則第２８条では、圧力調整器を使用するデマンド式潜水の場合、潜水者ごとに、その水深の圧力下で、毎分４０リットル以上の送気量とするよう規定されています。
送気圧力
- 水圧、送気ホースや配管類により送気損失に圧力調整器（レギュレーター）の作動圧力を加えたものとしなければなりません。
- 作動する圧力はレギュレーターにより異なります。
- 例） 作動圧力が５００ｋＰａ（０．５ＭＰａ）のレギュレーターを使用して水深２０ｍで作業を行う場合の送気ゲージ圧力は、
- ２００ｋＰａ（水深ゲージ圧）＋１００ｋＰａ～３００ｋＰａ+５００ｋＰａ＝８００～１０００ｋPa以上（０．８～１．０MPa）となります。
- 高圧則第２８条で規定されているのは、水圧＋０．７ＭＰａであるので、０．２＋０．７ＭＰａ＝０．９ＭＰaとなり、実際には、０．９～１．０ＭＰａが必要となります。
- なお、１．０ＭＰａ以上となりますと、高圧ガス保安法の適用を受けます。
混合ガス潜水における給気及び送気
- 混合ガスは、酸素と窒素とヘリウムを組み合わせたものが使用され、高圧ボンベ内の混合ガスを送気又は給気して行われます。
- 混合ガス潜水の実施に際しては、あらかじめ関係者に周知し、潜水作業計画に明記しておかなければなりません。
- 混合ガス潜水は、深い長時間の潜水から、呼吸ガスの消費量が多いため、通常は送気式潜水で行われますが、リブリーザー（閉鎖回路式）を使えばスクーバ式でも可能となります。
- 混合ガスの入手は、２つの方法がありますが、混合ガスの混合比の精度の関係から、ガス製造会社に製造を依頼するのが一般的ですが、潜水作業現場で製造を行うこともあります。
混合ガス製造の方法
- 製造方法には、次の３種類があります。
- 高圧混合方式
- 「ダルトンの法則（分圧）」を利用した混合方式で、高圧ボンベにあらかじめ原料ガスを充填しておき、それに目標とする混合比（分圧）に相当する圧力で成分ガスを重ねて充填する方法で、広く用いられている方法です。
- 低圧混合方式
- 比較的圧力の低い原料ガスと成分ガスを用意し、混合器を用いて製造する方法で、短時間での混合が可能なことから潜水作業現場での製造に適している。
- 混合精度が低く、混合異常や製造ロスが多いこと、混合比を変更できないなどの欠点があります。
- 質量比混合方式
- 高圧ボンベに充填したガスの質量を高精度な天秤を測定しガスの分子量と純度から濃度を正確にして精密な混合ガスを作る方法です。
- 質量計測に超精密天秤はかりを使用するので、大量生産には向いていません。
混合ガスに必要な要件
- 高圧則第１５条では、混合ガスの組成に、呼吸ガス中の分圧の上限を定めています。以下の上限値を越えることのないような範囲で使用するガスの組成を決めなければなりません。
酸 素 １８キロパスカル以上１６０キロパスカル以下
（潜水作業者が溺水しないよう必要な措置を
講じて浮上を行わせる場合にあっては、
1８キロパスカル以上２２０キロパスカル以下）窒 素 ４００キロパスカル以下 ヘリウム 制限なし 炭酸ガス ０．５キロパスカル以下 - これは、高分圧のガスについて、酸素は、急性酸素中毒のおそれがあること、窒素は窒素酔いのおそれがあること、炭酸ガス（二酸化炭素）は炭酸ガス中毒をを防ぐために決められているもので、品質・規格も厳しく規定されているので、その規定に沿ってきちんと製造・管理されたものを使用しなければなりません。
- ヘリウムについては、中毒などのおそれはありません。
- 混合ガスの割合は、潜水深度等によって変わりますが、誤差をできるだけ小さくすることが安全な潜水につながり、その誤差は、プラスマイナス１％程度がもとめられます。
混合ガスの送気方法
- 送気は、混合ガスが充填された高圧ボンベから送気・給気されます。
- スクーバ式ではリブリーザー（閉鎖回路型：スクーバ潜水を参照）が潜水深度での変化に応じて呼吸ガスが調整されます。
- 送気式では、高圧ボンベを数本から３０本程度まとめた集合体、ガスカードル（混合ガス潜水参照）から送気されるが、トラブルに備えて主送気と予備送気の２系統を用意しておくことが必要です。
- 現場で混合ガスを製造するときは、ガス分析器等によて確認し、ガス会社で製造されたガスカードルは、ガスコントロールパネル（ガス送気調整操作盤）などを使用して、高圧ガスを潜水深度及び潜水器に見合った圧力まで減圧します。
- 混合ガス潜水では、デマンド式潜水器が使用されますので、送気量は高圧則により潜水深度下で毎分４０リットル以上を送気しなければなりません。
- 潜水者や作業内容によって呼吸量が異なるため、計画通りの潜水業務にならないこともありえるので、このような事態になることのないよう、また、安全のためにも混合ガス量は、計画のおおむね１．３～１．５倍程度用意しておくことが必要です。
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