コールドウォーターダイビング（第３回目）

　ダイビングは、水中を探検することで、
　時に、新たな発見をし、
　わたくしたちの生活を豊かにしてきました。

　それは、科学の世界で活かされることもあれば、
　メンタルやフィジカルの向上、
　アカデミックな知識の向上と、自己啓発・啓蒙につながります。

　また、公的な組織による様々な活動にも
　ダイビングは利用され、
　
　潜水技術無くして、生活は成り立ちません。

　それだけすごい「潜水」を、みなさんも行っているんですよ☆

　その潜水で、欠かすことのできないもの。
　その一つが、圧力調整機。
　（レギュレーター）です！

　今回のお話は、コールドウォーターダイビングの第３回目。
　レギュレーターのお話です。

　上の写真は、わたくしが愛用している寒冷地仕様レギュ
　「アクアラング社 レジェンドグラシア」です。
　
　雰囲気が出るように、イメージ写真を撮りましたが、
　コールドウォーターダイビングの時に、
　「こんな風に、雪の上においてはいけません！」

　その理由も含めて、書いて行こうと思いますw



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◇コールドウォーターダイビングって？？（第１回）
◇水で楽しみ、水に悩む。。。（第１回）
◇空気、水、流体って、、、（第２回）
◇コールドウォーターってなに？（第２回）
◇レギュレーターの凍結？？（第３回）
◇コールドウォーターで必要な道具の知識（第４回）
◇ハイポサーミア？？（第４回）
◇まとめ（第４回）
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◆レギュレーターの凍結？？
　

　レギュレーターの凍結の前に、
　その構造を知っておいたほうが良いですね。

　水中は呼吸ができないです。
　そこで、呼吸に使う空気を水中へ送る、
　また、水中へ持っていく。

　ということを、古い過去から考えられてきたわけです。

　空気を送る方法は、送気式潜水方式と言いますが、
　そのお話はまた今度です。

　今回は、空気を持っていく方式
　（自給気式潜水方式）のお話ですから。

　空気を水中へ持ち込む入れ物として、
　スクーバタンクがあります。
　その中に、大気の約２００倍に圧縮した空気をいれます。

　１０リットルタンクであれば２００倍ですから、
　２０００リットル分、呼吸に使えるわけです。

　でも、口にくわえて、
　一呼吸ごとに、タンクのバルブを閉めたり開けたり
　めんどくさいですし、ストレスですよね？

　そこで、快適に呼吸ができるように、
　圧力を調整する（レギュレーター）ができました 。

　タンクの空気圧は大気の200倍の２００気圧
　※細かく言うと、200kg/㎠＝196bar=19.6MPa
　と、圧力が高いので、２段階で圧力を減らします（減圧と言います）

　最初に圧力を減らすところが（ファーストステージ）
　さらに圧力を減らすところが（セカンドステージ）でしたよね？

　気体は、高い圧力から低い圧力へ流れる力を持っています。
　お天気も、高気圧は低気圧へ向けて空気は流れていきます。
　その圧力差が高いほど勢いが強く、低いほど勢いが弱いです。

　圧力差がなくなれば、気体は流れません。
　潜水で言う「エア切れ」という事態は、これなのです。

　この、圧力の高低差を（圧力勾配）といいます。
　坂道に例えるとわかりやすいです。
　急な坂と、緩やかな坂、平地それぞれで玉を置くと？？

　そうです。イメージされた通りです。


・ファーストステージ

ファーストステージの高圧チャンバー

　最初に、タンクの高圧（ハイプレッシャー／HP）を、
　中圧（ミディアムプレッシャー／MP）まで、
　減圧する部分です。

　どのくらい減圧するかというと、
　メーカーや、機種にもよりますが、
　最近のものは、陸上で概ね8.5bar〜10bar(ゲージ圧)まで減圧します。
　
　種類は、バランスダイアフラム、スタンダードピストン、バランスピストン
　と、潜水用としては３種類あります。

　詳しくは、器材スペシャルティコース
　または、レギュレーターワークショップなどを開催していますので、
　そちらのほうで。（今度ブログで書くかもしれません）

　さきほど、8.5〜10barまで減圧と言いましたが、
　それだけでは上手く機能しません。

　ファーストステージの中圧を8.5barのままで潜水すると、
　８５mの水圧（8.5bar(ゲージ圧)）で圧力勾配は無くなり、
　空気を吸うことができなくなります。

　もちろん、その水深に至る前々から、圧力勾配は小さくなり、
　呼吸に抵抗感を感じてしまいます。

　潜降してゆくごとに、環境圧（エンヴァイロンメント プレッシャー／EP）は
　高くなりますので、それに合わせて、ファーストステージでも、
　圧力を調整する必要があります。

　どの機種も、中圧の設定をバネの力で制御しています。
　そのバネの入っている部屋を（スプリングチャンバー）
　または（環境圧チャンバー）と言います。

　このスプリングチャンバーには、EPポートという穴があり、周りの水が入り、

　　バネ圧＋環境圧

　で、ファーストステージの中圧を調整しているのです。

　スプリングチャンバーは、空気の流れを制御する部屋と隔てられています。
　その部屋は高圧弁が入っている高圧チャンバーと、中圧チャンバーです。

　ピストンタイプとダイアフラムタイプは、構造に違いがあるにせよ、
　どちらも高圧弁が開いた状態です。その状態は、

　　バネ圧＋環境圧　＞　高圧弁を閉じる力

　になっています。

　タンクのバルブを開けて、空気を流してゆくと、
　開いている高圧弁、中圧チャンバーを通過し、
　行き止まりである、セカンドステージまで達し、
　タンク内の圧力と同じになろうとして、
　徐々に中圧チャンバーの圧力が上がっていきます。

　そして、中圧チャンバーの圧力が8.5〜10barまで高まると、
　スプリングチャンバーのバネ圧が負けて、縮みます。
　その結果、高圧弁が連動して閉じる構造になっています。

　　バネ圧＋環境圧　＝　高圧弁を閉じる力

　呼吸を行うと、中圧チャンバーの圧力が下がり、
　スプリングチャンバーのバネが伸びて元に戻り
　高圧弁が開きます。

　これが毎回の呼吸で、
　ファーストステージ内で行われているんです。

　そして、これらのことは、
　前回の投稿でもお話ししました、
　「断熱膨張」
　と、いう形になっているわけです！

　従って「どえらく低い温度に冷やされるんです！」

　現実的には、断熱状態ではありません。
　
　熱も、高い温度から、低い温度へ移動します。
　冷やされたファーストステージよりも、周囲の水温の方がまだ暖かく、
　海水の温度まで温められます。これを（熱交換）と言います。

　でも、やはり限界というものがあります。

　周囲の水温がそもそも低く、
　かつ、ファーストステージ内部がキンキンに冷やされると、
　ファーストステージも凍結に至るのです。

寒冷地仕様。スプリングチャンバーの凍結は然程でもない。

　ちょっと複雑ですし、現物を見ないことには
　なんとも言えないかもしれませんね。
　なので、レギュレーターワークショップに来てくださいね。


・セカンドステージ

寒冷地仕様セカンドステージ

　ファーストステージで減圧された空気（中圧）は、
　中圧ホースに満たされ、セカンドステージのホース側内部にある、
　閉じた状態の低圧弁で止まっています。

　低圧弁は、低圧シート（またはディスクと言います）が、
　オリフィスという開口部に密着した状態で閉じています。

　セカンドステージは、ケース内と水中の間を、
　柔らかい膜（ダイアフラム）で隔てています。
　
　低圧弁は（デマンドレバー）とつながっていて、
　マウスピースから息を吸い込むと、
　セカンドステージのケース内圧力が減ります（陰圧と言います）

　そして、ダイアフラムが吸い寄せられ、デマンドレバーを倒します。
　その結果、連動している低圧弁が開き、空気が圧力差で吹き出ます。
　そして呼吸ができるという仕組みです。

　この時、ファーストステージになんらかの故障があった時、
　ほとんどの場合、高圧弁が閉じず、中圧が高まっていきます。

　空気の流れの下流側に低圧弁が開く構造ですが、
　弁を抑えているものは、やはり（バネ）です。
　
　そのセカンドステージのバネが、中圧に負けてしまうと、
　低圧弁を抑えていられなくなり、空気が漏れ出てしまいます。

　この、空気の流れの下流側に弁が開く構造を（ダウンストリーム）
　と言います。押し扉ということですね。

　また、空気が漏れ出てしまうことを（フリーフロー）と言います。

　さて、このセカンドステージ、
　空気をより機械的ストレスがなく、
　心地よく呼吸をするために、いろいろ考えられています。

　低圧弁を抑えているバネ。
　これを柔らかくすれば、呼吸はより楽になります。
　ただし、中圧を抑えきれなくなります。

　そこで、バランスタイプというセカンドステージもあります。
　簡単にいうと、バネ＋中圧の吹き返しで弁を閉じるというものです。

　その詳細も、レギュレーターワークショップにて。
　ここまでも長い文ですが、さらに長くなるので。

　そのほかに、もっと説明しておかなければならないことがあります。

　それは、陸上でパージを押してしまった時や、
　水面でパージ側から水に落としてしまった時、
　すごい勢いで空気が吹き出た経験があるのではないでしょうか？

　それは（ヴェンチュリー効果）と言います。

　ヴェンチュリー効果というのは、
　流体の流れを絞る（細くする）と、
　その部分が周りの流れより圧力が下がり、
　周りの流れより流速が速くなるというものです。

　呼吸に対し、より空気の流れを口のなかへ向ける目的で、
　このヴェンチュリー効果を利用しています。

　代表的なものは、セカンドについているレバーで、
　＋、ーと書かれていたり、max、minと書いてあります。
　＋またはmaxにすると、内蔵されている 板が動き、
　空気の流れを口側へ向けるようになっています。

　これは、レーシングカーでいう、
　ウイング、またはディフューザーにあたります。

　ここでヴェンチュリー効果が生まれ、流速が速くなります。

　流速が速くなると圧力が低くなるため、
　口側へ向けて（ダウンフォース）が発生し、
　ダイアフラムが引き寄せられることになります。

　セカンドステージをくわえている時は、
　デマンドレバーを倒す力を、このダウンフォースで
　楽にすることが可能なのです。

　ですが、くわえていない時は、勢いよく吹いてしまいます。

　このヴェンチュリー効果を生かした方法は、
　とても考えられた機構で、素晴らしいです。

　ですが、寒冷地では、この強制的な空気の流れは、
　あまり好ましくない場合もあったりします。


・レギュレーターの凍結は、鶏が先か！？卵が先か！？

大量に流れている部分が凍る

　テキストによくあるのは、
　ファストステージの凍結から説明し、
　セカンドステージの凍結で〆る。

　そんな順序立てた書き方が多いのですが、

　実際は、どっちが先なのかは、
　その時次第！　なのです！

　寒冷地初心者、または油断してしまった方は、
　「セカンドステージから凍結」するかもしれません。

　慣れているダイバーが、長時間の潜水で
　「ファーストステージから凍結」するかもしれません。

　大切なのは、いずれにしても、
　凍結原理を理解して、
　その予防と対策を行っておくことなのです！！


・セカンドステージの凍結とは？

凍結でデマンドレバーが戻らない

　まず、よく凍ってしまうのは、

　・外気温が冷え込んでいる時
　・水が入ってしまっていたり、結露してしまっていたりしている場合
　　で、呼吸をしたり、パージを押したりした時
　・通常のダウンストリームタイプで金属の低圧室
　・短時間にバフバフと吸い込んだ時

　などです。
　
　ありがちなケースその１は、冬の器材チェックです。

　どうしても、器材のチェックを夏同様にしてしまい、
　しかも、ケース内が濡れていて、、、
　潜水前に凍結してしまいます。。。。。

　チェック時の凍結防止策は、
　・前日までに、お部屋でレギュレーターを乾かしておく
　・タオルに包んで、急激な温度変化を避ける（結露防止）
　・雪の上にレギュレーターを置かない
　・タンクに接続したら、雪の上にぶら下げて置かない
　・何度もシュッシュとパージを押さない
　・パージは軽く押す程度で
　・呼吸は少し吸う
　・神経質になることもないですが、極力セカンドの外に吐く
　・クーラーボックスにお湯を用意する
　・フローしたら、タンクバルブを閉めてお湯につける
　・できるだけ、暖かい室内でチェックを済ませる
　・定期的なメインテナンスを行う

　
　続いて、水中でのフリーフローですが、
　凍ってしまう理由は、呼気による結露です。
　
　潜水中は、何かと海水がケース内に入り込んできたり、
　湿度の高い呼気が結露し、
　デマンドレバーやその付け根などに付着します。

　それが凍結を始め、デマンドレバーと、
　低圧弁が通常通り機能しなくなります。

　それにより、
　最初は少し「スゥ〜」と漏れた音がしてきて、
　次に吸うと「シューっ！」と大きい音になり、、
　続いて吸うと「ぼごぼごぼごっ」っと大きな漏れに。。。

　幸い、ダウンストリームですから、
　呼吸ができなくなることはありません。
　ですが、空気残量はあっという間に消費されます。

　しかも、後述するファーストステージの凍結にもつながり、
　タンクバルブ、タンクのシリンダーもガチガチに。
　
　ただ、積丹の最近の水温では、
　潜水中にレギュレーターが凍結したことは
　ほとんどありません。

　排気中に息でケース内が温められることも一つの理由です。

　最近の積丹での水温は６度〜７度です。
　もちろん、凍結リスクは無いわけではないです。
　ですが、よほどバフバフ吸わない限り、そこまで至りません。

　寒冷地仕様ではない、レギュレーターで、
　バフバフ吸いながら作業をしていた時、
　レギュレーターが凍結した温度は５度でした。

　もちろん、これは、経験則的なお話ですから、
　確実なこととは言えませんけど。

　２０年前に、羅臼で潜った時は、
　２０mで凍結し、一人で垂直浮上。

　水面に到達した時は、残圧０でしたw

　潜水中の凍結防止と対策は、
　・できるだけ、ゆっくり呼吸する
　・そのためにも、保温対策はしっかりと行う
　※寒いと呼吸が多くなり、また窒素を吸収しやすくもなる
　・吐く方を特にゆっくりと行う
　・凍結を前提に、その行動距離、時間、ガス量を選択する
　・寒冷地仕様のセカンドステージを選ぶ

　

乾燥させて凍結させたが、機能していた

　
　セカンドステージは、室内でテストをした時、
　乾燥した状態でデマンドレバーを押し続けた場合、
　かなり冷えて周りの空気が結露を開始するまで凍結しませんでした。
　
　そのうち、ファーストステージが凍結し、結果フリーフローしました。

　ですが、セカンドステージ内が、完全に乾いた状態で、
　潜水することは基本的にありません。

　従って、寒冷地仕様など、構造的に凍結しずらいものを選ぶことが、
　リスクを軽減し、安心できるでしょう。


・フルフェイスマスクの場合

フルフェイスマスク

　水に浸かる前に、顔に装着しなければなりませんので、
　どうしても、外気が寒い水面で呼吸しなければなりません。

　ですが、外気を呼吸できるバルブが付いていれば、それを開き、
　潜水する前までは、そちらで呼吸します。

　潜水時には必ず閉めてください。

　なお、雪の上に置いて、マスク内に雪が入ってしまうことは
　避けるように気をつけなければなりません。


・ファーストステージの凍結とは？

バランスダイアフラムの凍結

　前述のスプリングチャンバーが、
　圧縮空気の断熱膨張により冷え、
　凍結により正常な動きができなくなると発生します。

　流体の温度の伝導は、対流によるものですが、
　金属の場合は、冷えたところから広がっていきます。

　一番冷える、高圧室部分では、
　一部とはいえマイナス５７度になることもある、とのこと。

　ダイアフラムタイプは、ゴム製の中圧ダイアフラムで、
　中圧チャンバーとスプリングチャンバーを隔てていますから、
　そのゴムで若干絶縁できると思っていましたが、

　実験してみると、例外なく凍結しました。

　バランスピストンタイプは、そのスプリングチャンバーの中を、
　空気が通るピストン管が貫通しているため、
　昔は高い割合で、凍結を起こしていました。
　
　ですが、最近の耐熱処理されたパーツにびっくりです。
　意外と凍りづらかったです。
　でも、最終的には、凍りました。

　ただ、この室内での実験は、
　パージボタンを押しっぱなしで行ったので、
　実際の潜水では、セカンドの凍結が起こった場合に該当します。

　通常の呼吸では、長い潜水などで、かなり冷えた時に
　凍結する恐れが考えられます。

　いずれにしても、ファーストステージも、
　寒冷地仕様がオススメです。


・タンクからの凍結

凍結実験中、タンクシリンダーも凍結した

　夏でも、タンクのバルブを開いて、
　急速に圧力を抜くと、
　バルブは凍結します。

　その結果、バルブの開閉は行えなくなります。
　また、無理に回すと、ステムという軸が折れてしまいます。

　レギュレーターの凍結によるフリーフローが発生した場合、
　速やかにエキジットし、早いうちにバルブを閉じなければなりません。

　もう一つの問題は、空気です。
　基本的に、相当、乾燥させた空気ではありますが、
　第二回の投稿でも書いたように「ドレン」が混入していたら。。

　もし、充填時にドレン排出手順に誤りがあれば、
　タンクの中には水分が入り込みます。

　それが凍ると、ファーストステージ内の高圧チャンバーにあたり、
　高圧弁が閉じないことも考えられます。

　コールドウォーターダイビングは、
　空気の充填から、正しく行わなければならないのです。


・寒冷地仕様とは？

ドライチャンバー

　レギュレーターは、１０度を境にし、
　通常仕様と寒冷地仕様に分けられています。

通常のAPEKS XTX20

使用温度は10℃以上と表示されている

寒冷地アップグレード

　寒冷地仕様は、
　・ファーストステージ
　　・耐熱素材が使われている　
　　・熱交換しやすい構造になっている
　　・スプリングチャンバーにシリコンオイルを入れるものもある
　　・スプリングチャンバーに水が入らなくても水圧調整できるものもある
　・セカンドステージ
　　・熱交換しやすい構造になっている
　　・デマンドレバーなど、凍結しないようにコーティングされている
　　
　メーカーによっては、

　　４度まで対応（Bism）や、２度以下でも凍結しなかった（SCUBAPRO）

　など、様々なグレードが存在しています。

中圧スイベルは機能しなくなるから注意

　私も、様々なレギュレーターを、
　寒冷地で使用してきました。

　どのメーカーにも、安全設計思想があり、
　また、その考え方も違いがありますから、
　一概にどれがいい？とは言えません。

　ただ、ファーストステージに関しては、
　少し大きめですが、ドライチャンバーシール機構装備の
　バランスダイアフラムタイプが、好きです。

　それは、呼吸の流量確保、レスポンスの面、
　そして、ボディ凍結の場合でも、スプリングチャンバーが
　正常に機能していたからです。（下の写真）

大切な部分は機能している

　セカンドステージは、
　一番上の写真にあるグラシアが好きですが、
　バランスタイプのカウンターバランスシリンダー内に
　なんらかの異常があった場合（ほとんどないでしょうけど）、、、

　なので、最近は、ダイブウエイズのSA-4AFN（最新機）
　が、お気に入りです。

ダイブウエイズは国産である

　ヴェンチュリー効果を止める方向で自然な呼吸感、
　前述のファーストステージだと、バネ圧＋環境圧＋αと、
　水深が深くなるごとに中圧が増加するので（オーバーバランスダイアフラム）
　基本バランスタイプのセカンドステージがそれに対応するのですが、
　SA-4AFNは、バランスタイプではなくとも、
　７〜１３bar(ゲージ圧／水面）でもフリーフローしない。
　ということは、オーバーバランスダイアフラムでも対応できる。
　また、集熱効率の良い素材をセカンドケースに入れ、
　呼気による凍結防止、喉の渇き防止を行っています。

デマンドレバーの奥が集熱板

　と、作り手側のノウハウと、
　使い手側のノウハウをもって、
　初めて、レギュレーターという生命維持装置を

　皆さまへご提供できるのかな。

　なんて思っています。


　本当は、まだまだありますが、
　今回だけでも、相当長くなってしまいましたから、
　レギュレーターに関してはここまで。

　あとは、ポセイドンに直接いらしてください♪


　次回は、コールドウォーターダイビングの第４回目。
　最終回です。