水肺裝備

水肺裝備（scuba set）或稱自給式潛水呼吸裝置、自持式（自攜式）水下呼吸器（self-contained underwater breathing apparatus、SCUBA），是一種呼吸裝置，它完全由潛水者自身攜帶，並能在潛水的壓力下為潛水者提供呼吸氣體。儘管嚴格來講，水肺裝備只是潛水時為潛水者提供呼吸氣體所必需的裝備，但通常的用途還包括用於攜帶的背帶，以及背帶所必須的零件和呼吸裝置的組裝件，例如夾克或翼式浮力補償裝置，和安裝在裝有氣壓計的組合外殼上的儀器。而廣義來說，它已經用來指水肺潛水者所使用的任何潛水裝備。水肺絕對是最常見的水下呼吸系統，不僅休閒潛水者可以使用，更專業的水肺也可以滿足專業潛水的要求。與水面供給潛水相比，水肺潛水通常具有更好的機動性和更大的活動範圍，並且也被相關的實踐條例所允許。

## 概述

通常使用水肺的兩種基本功能系統：開路系統和循環呼吸器。在開路潛水系統中，潛水員將呼出的空氣排出到環境中，並且需要通過潛水調節器根據需要提供每次呼吸，這降低了來自儲存氣缸的壓力。當潛水員在吸氣時降低需求閥中的壓力時，通過需求閥供應呼吸空氣。

在循環呼吸器潛水中，系統回收呼出的氣體，去除二氧化碳，並補充用掉的氧氣，再從呼吸迴路中供應氣體給潛水員。在每個呼吸循環期間從迴路中損失的氣量，取決於循環呼吸器的設計和呼吸循環期間的深度變化。呼吸迴路中的氣體處於環境壓力，而提供儲存的氣體需要通過循環呼吸器#閉路混合氣體循環呼吸器或循環呼吸器#半閉路循環呼吸器，這取決於設計。

在這些系統內，根據應用場景和偏好的不同，可以使用不同的方式來攜帶水肺裝備。其中包括：背負式，通常用於休閒潛水，以及水面供應潛水的救助設備；體側式，氣瓶掛於身體的旁邊，用於穿過狹窄的洞穴；吊索式，用於系纜裝備，主供氣裝置為背負式時的減壓氣體及救助設備，以及特殊情況下的各種非標準攜帶系統。

潛水中，呼吸氣體供應失效所帶來的最直接風險是溺水，因此極為重要。避免此類事故的手段包括：確實保養器材，頻繁監測所剩氣體，充分規劃下潛計畫，以及由潛水員攜帶的救助氣瓶或同伴潛水提供的緊急供氣。

## 應用

潛水者使用獨立的水下呼吸裝置（水肺）以在水下呼吸。水肺為潛水者提供的機動性和水平方向的範圍，遠遠超過了水面供給潛水設備（SSDE，Surface-Supplied Diving Equipment）上附著的臍帶式軟管。

其它方式的潛水，要麼依賴於屏氣，要麼依賴於水面供給潛水。而水肺潛水者則自己攜帶呼吸氣體源，通常是過濾的壓縮空氣，這使得他們可以比拖著空氣管或臍帶線纜獲得更大的行動自由，同時獲得比屏氣更長的水下時間。水肺潛水可以用作休閒潛水以及眾多領域的專業潛水，包括科學、軍事和公共安全領域，但如果可行，大多數商業潛水都會使用水面供給潛水設備作為主要氣體供給。水面供給潛水者可能會被要求攜帶水肺作為緊急呼吸氣體供給，以便在水面氣體供給失效的情況下仍能保證安全。

有一些潛水員全職或兼職在休閒潛水社區工作，可以作為教練、助理教練、潛水專家和潛水嚮導。在某些司法管轄區，專業性質的，特別是對客戶健康和安全負責的，休閒潛水教練、潛水領隊和潛水嚮導，均受到國家立法的承認和規範。

潛水的其它專業領域還有軍用潛水，軍事蛙人扮演各種角色已經具有悠久的歷史。他們的角色包括直接打擊、滲入敵後、布設水雷或駕駛人操魚雷、炸彈處理或工程操作。在民用操作中，許多警察部隊使用警用潛水隊來執行搜救任務，以及協助偵破可能涉及水體的犯罪。在某些情況下，潛水拯救隊也可能是消防部門、醫療輔助服務或救生員部門的一部分，並可能被歸類為公共服務潛水。

還有一些專業潛水員也參與到水下環境，例如水下攝影師或水下攝像師，他們記錄下了水下世界，以及科學潛水，包括海洋生物學、地質學、水文學、海洋學和水下考古學。

選擇水肺裝備還是水面供給潛水裝備，是基於法律和後勤方面的條件。如果潛水員需要活動和大範圍移動，通常會選擇水肺，如果安全和法律條件允許。高風險工作，尤其是在商業潛水中，根據法律和實踐經驗，可能僅限於水面供給設備。

### 水肺裝備的替代

有一些替代方法，可供人們在水下時用來生存並活動，目前包括：

- 自由潛水–憋一口氣在水下游泳。
- 浮潛–一種形式的自由潛水，能讓潛水員的口鼻在水下呼吸，因為潛水員能夠通過一根稱為呼吸管的短管來呼吸水面上的空氣。
- 水面供給潛水–最初用於專業潛水，以滿足長時間潛水或深潛，用一根「臍帶」連接潛水員和水面以提供呼吸氣體，有時還供應溫水來加熱潛水裝備，現在通常還包括語音通訊。一些旅遊勝地現在還提供一種水面供給潛水項目，其商標為斯努巴，可以為無經驗者提供潛水體驗。使用水肺裝備的同類設備，潛水員從壓縮氣瓶呼吸，而壓縮氣瓶則放在一個漂浮在水面、自由浮動的充氣筏里，這樣，潛水員可以下潛6-。
- 壓力潛水服–一種能夠保護潛水員、抵抗周圍水壓的裝甲。

## 歷史

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### 呼吸裝置的發展

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進入二十世紀，水下呼吸裝置的兩種基本架構已經開創先河：一種是開路的水面供給設備，潛水員呼出的氣體直接排放到水中；一種是閉路的呼吸裝置，潛水員的二氧化碳從尚未使用的氧氣中過濾出去，然後再循環。在缺乏可靠、便攜且經濟的高壓氣體儲存容器的情況下，閉路裝備更容易適配水肺。到20世紀中葉，已經有了高壓氣瓶，並且出現了兩種潛水系統：開路式水肺，即潛水員呼出的氣體直接排入水中；循環呼吸器，將二氧化碳從潛水員呼出的氣體中去除，並加入氧氣，進行再次循環。由於氧氣中毒的風險隨著深度的增加而增加，氧氣循環呼吸器受到深度的嚴格限制，而用於混合氣體循環器的可用系統相當笨重，並且按照設計要與潛水頭盔一起使用。首款商業實用的潛水呼吸器由潛水工程師亨利·弗路斯於1878年設計並製造，他當時為倫敦的希比·格爾曼工作。他的自給式呼吸器包括一個與呼吸袋相連的橡膠面罩，呼吸袋中的氣體估計有50-60％是來自銅瓶的氧氣，而二氧化碳則通過一捆浸入苛性鉀鹽溶液中的棉紗來處理，該系統的潛水持續時間最長可達約三小時。這種裝置無法在使用期間測量氣體的組成。在1930年代和整個二戰期間，英國、義大利和德國開發並廣泛使用了氧氣循環呼吸器來裝備第一代蛙人。英國改進出了「戴維斯水下逃生裝置」（Davis Submerged Escape Apparatus），德國則改進出了德爾格沃克水下逃生循環呼吸器，他們在戰爭期間將這些技術應用在蛙人身上。在美國，少校 (美國)克里斯蒂安·J·蘭伯森在1939年發明了一種可以在水下自由活動的氧氣循環呼吸器，並被戰略情報局所認可。1952年，他為其裝置的改進版申請了專利，並將其命名為SCUBA（即自給式水下呼吸裝置Self-Contained Underwater Breathing Apparatus的縮寫）。該縮寫後來成為了通用的英文單詞，用於潛水的自主呼吸裝備，後來也用於使用該裝備的活動。二戰以後，軍事蛙人繼續使用循環呼吸器，因為它們不會產生氣泡從而暴露潛水員。這些早期的循環呼吸系統使用高比例的氧氣，限制了它們的使用深度，因為急性氧氣中毒會造成抽搐的危險。

### 調節器的發展

儘管奧古斯特·德內勞斯和貝努瓦·盧庫埃羅在1864年就發明滿足工作要求的調節器系統，然而伊夫·勒普里爾於1925年在法國才開發了第一個開路潛水系統。該系統是一個手動調節的自由流動系統，其可持續時間短，從而限制了系統的實際使用。1942年在德國占領的法國，雅克-伊夫·庫斯托和埃米爾·加格南成功地設計了第一個安全的開路潛水裝備，並稱之為水肺。他們的系統包含了一個改進的高壓氣罐調節器。這項技術在1945年成為專利。為了在英語國家銷售他的調節器，庫斯托註冊了水肺（Aqua-Lung）商標，並首先授權給「美國潛水員」公司（現為液化空氣集團子公司），後於1948年授權給英格蘭的希比·格爾曼。希比·格爾曼被允許在大英國協國家銷售，但又供不應求，而美國的專利又阻止其他人生產該產品。澳大利亞墨爾本的泰德·埃爾德雷德規避了這一專利，開發了單管開路潛水系統。該系統通過低壓軟管將壓力調節器的第一級和需求閥分開，將需求閥置於潛水員口中，並通過需求閥殼體釋放呼出的氣體。埃爾德雷德在1952年初售出了第一套海豚 (潛水裝備)型CA單管潛水裝備。

### 背負裝置的發展

早期的水肺裝備通常配有簡單的肩帶和腰帶。腰帶扣通常是能快速解開的，而肩帶有時帶有可調節或可快速解開的帶扣。許多背帶沒有背板，氣瓶直接靠在潛水員的背上。早期的潛水員在潛水時都沒有浮力輔助裝置。在緊急情況下，他們不得不拋棄他們的負重。1960年代，浮力背心（Adjustable Buoyancy Life Jackets，簡稱ABLJ）投入使用。它可以用來補償由於氯丁橡膠潛水服在水下受壓造成的浮力損失，或者作為救生衣，迅速膨脹，將失去意識的潛水者浮上水面，並保持面部朝上。第一個版本是從一個小的一次性二氧化碳氣瓶充氣的，後來是用一個小的直接連接的氣瓶。靠嘴控制充氣閥和放氣閥，從調節器第一級到充氣/放氣閥單元進行低壓充氣，來控制ABLJ的體積，作為浮力輔助。1971年，ScubaPro（現為詹森戶外的一部分）引入了浮力背心。這類浮力輔助裝置被稱為浮力控制設備或浮力補償器。

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有翼背板是潛水背帶的另一種配置，它具有浮力補償囊，俗稱「翼」，安裝在潛水員背上，夾在背板和氣瓶之間。與浮力背心不同，背板和翼組成一個模塊化系統，該系統由可分離組件組成。這種布局在進行長時間或深潛的洞穴潛水員中很受歡迎，因為他們需要攜帶多個額外的氣瓶，而這種布局騰出了潛水員前面和側面的空間，以便在這些伸手夠得著的區域安裝其它裝備。這種額外的裝備一般是掛在背帶上或放在潛水服的口袋裡。側置是一種水肺裝備布局，具有基本的水肺裝備，每套裝備都包括一個氣瓶，氣瓶的專用調節器和壓力表布置在潛水員側面，夾在肩部下方臀部的安全帶上，而非固定在潛水員的後背上。這種布局最初是用於高級洞潛的，因為它便於穿過洞穴的狹窄部分，在必要時還可以輕鬆地將其取下並重新背上。這種配置可以輕鬆夠到氣缸閥，並能提供簡單易行且可靠的氣體冗餘。這些在密閉空間內操作的優點也被殘骸潛水的潛水員所認可。在技術潛水社區的通用減壓潛水中，側置潛水已變得越來越流行，甚至在休閒潛水中也流行起來。

### 技術潛水與休閒潛水

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如果水肺潛水超過了公認的休閒潛水極限，就成為技術潛水。技術潛水可能使潛水員遭受的危險要超過休閒潛水通常所面臨的，並存在造成嚴重傷害或死亡等更大風險。使用適當的技能、知識和經驗，以及適當的設備和程序，可以降低這些風險。該概念和術語都是相對較近出現的，但實際上潛水員已經從事現在通常稱為技術潛水的活動幾十年了。一個較合理的廣泛使用的定義是，如果在計劃中的某一點上不可能（物理上不可能或生理上不可接受）直接且不間斷地垂直上升到水面上，則該潛水是技術潛水。該裝備通常涉及不同於空氣或標準高氧氣體混合物的呼吸氣體、多氣源和不同的裝備配置。隨著時間的流逝，為技術潛水而開發的某些裝備和技術，已被娛樂潛水廣泛地使用。

為挑戰更深的潛水、更長的時間和這些潛水活動所必需的大量呼吸氣體，加上始於1980年代後期的氧氣感應電池技術逐漸成熟，人們對循環呼吸器潛水再次產生了興趣。通過精確測量氧氣的分壓，可以在任何深度維持並精確監控迴路中的可呼吸混合氣體。在1990年代中期，半閉路循環呼吸器已經可以用於休閒潛水市場了；隨後在千年之交，閉路的也可以了。循環呼吸器目前（2018年）已全面用於軍事潛水、技術潛水和娛樂潛水市場。

## 類型

水肺裝備有兩種類型：

- 用開路式水肺，潛水者從裝備吸氣，所有呼出的氣體被排放到周圍的水中。此類裝備比較簡單、經濟和可靠。
- 用閉路或半閉路式，或稱為循環呼吸器，潛水者從裝備吸氣，而呼出的氣體也回到裝備。裝備將呼出的氣體進行處理，使其能夠被再次呼吸。該設備高效且安靜。

這兩種類型的潛水裝備都包含了一個供應空氣或其它呼吸氣體（基本都是來自高壓潛水瓶）的裝置，以及能把它附著在潛水員身上的工具。大部分開路水肺裝備都有一個需求調節器來控制呼吸氣體的供應，並且大部分循環呼吸器都有有一個恆流注射器，或一個電控注射器來供應新鮮氣體，但通常也有一個自動稀釋閥（Automatic Diluent Valve，簡稱ADV），其功能與需求閥一樣，用來在壓力降低時維持循環的流量。

### 開路水肺裝備

開路的水肺裝備將呼出的空氣排放到環境中，並要求每次呼吸都由潛水調節器按需輸送給潛水員。潛水調節器能降低來自儲氣瓶的氣體壓力，並氣壓降低時通過需求閥給潛水員供氣。因為隨著潛水員的呼吸，需求閥的壓力會漸漸下降。

開路水肺裝備重要的子系統包括：

- 潛水氣瓶及其閥門，可以通過歧管互連。
- 呼吸調節器機構，可以控制氣壓。
- 需求閥及吸嘴，潛水全面罩或潛水頭盔，以及供氣管，來控制氣流並為潛水員供氣。
- 廢氣處理系統，用於處理廢氣。
- 背帶或其它方法，以將裝備附著到潛水員身上。

現在已被視為水肺裝備一部分的其它部件包括：

- 外部儲備閥及其控制杆（目前不常見）。
- 水壓計（幾乎普遍存在）。
- 二級（備用）需求閥（普遍）。

通常，浮力背心是與裝備集成在一起的，但從技術角度講，它並不是呼吸裝置的一部分。

氣瓶通常背在背後。在休閒潛水中使用「雙瓶」，即用一根高壓總管連接兩個低容量後置氣瓶，在1960年代比現在更普遍，而更大容量的雙氣瓶則普遍用於技術潛水，以增加潛水的持續時間和冗餘。一家名為水下產品的公司，曾經出售過一款運動水肺裝備，它有三個由歧管連接的氣瓶。洞穴潛水和沉船潛水有時會將氣瓶側置潛水，以便游過更狹窄的空間。

報紙和電視新聞經常將開路水肺裝備錯誤地描述為「氧氣」裝備。

#### 恆流水肺

恆流水肺沒有按需調節器；呼吸氣體以恆定速率流動，除非潛水員用手將其打開和關閉。他們比按需調節的水肺消耗的空氣更多。在1950年左右庫斯托型水肺問世之前，有人曾試圖將其設計並用於潛水和工業用途。例如，1831年美國查爾斯·康德特（Charles Condert）的潛水服、1918年日本「大串（Ohgushi）的無雙呼吸器「（靠咬合控制的調節器）和1926年法國伊夫·勒普里爾的手控調節器；參見潛水技術時間表。

#### 開路水肺

該系統包含一個或多個裝有高壓呼吸氣體的潛水氣瓶，壓力通常在200–，氣瓶會連接到一個呼吸調節器上。需求調節器在環境壓力下為潛水員提供所需的氣體。

這種呼吸裝備有時被稱為「水肺」。「水肺」一詞最早出現在庫斯托-埃米爾·加格南的專利中，是一個商標，目前由水肺/螺旋技術所擁有。

##### 雙管需求調節器

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這是第一種投入一般使用的潛水需求閥，也是在1960年代經典電視劇的水肺潛水冒險中出現的，例如海獵。他們往往與帶有歧管的雙氣瓶一起使用。

這種類型調節器所有的級都在大型閥組中，該閥組直接安裝在潛水員脖子後面，氣瓶的閥門或歧管上。兩根大口徑波紋橡膠呼吸管 (呼吸裝備)將調節器與吸嘴相連，一根用於供氣，一根用於排氣。排氣管用於將呼出的空氣返回到調節器，以避免由於排氣閥與末級膜片之間的深度不同而引起的壓力差，壓力差會導致氣體自由流動，或者額外增加呼吸阻力，具體取決於潛水員在水中的方向。在現代的單管裝備中，是通過將次級調節器移至潛水員的吸嘴處來避免此問題的。雙管調節器配備了一個吸嘴，並作為標準，但全臉潛水面罩也是一個選項。

##### 單管調節器

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大多數現代開路水肺裝備都有呼吸調節器，它包含一個一級減壓閥，連接到潛水氣瓶輸出閥或者歧管。這種調節器將氣瓶中可能高達30000kPa的壓力降低，一般大約比環境壓力高900到1100千帕。一根低壓管將它與二級調節器相連，二級調節器也叫「需求閥」，安裝在吸嘴上。呼氣通過需求閥閥體中的橡膠單向蘑菇閥產生，直接進入潛水員嘴邊的水中。一些早期的單管水肺裝備使用全面罩而非吸嘴，比如DESCO和斯科特航空（Scott Aviation）生產的（該公司仍在為消防員生產這種結構的呼吸裝置）。

現代調節器通常具有用於（潛水電腦和潛水壓力表的）壓力傳感器的高壓埠，以及用於（乾式潛水服和BC設備的）充氣軟管的附加低壓埠。

##### 調節器上的次級需求閥

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大多數休閒水肺裝備都有備用的輔助需求閥，有單獨的軟管，這種配置稱為「輔助」或「章魚」需求閥，「備用氣源」，「安全輔助」或「安全第二」。這個想法是由洞穴潛水先驅謝克·埃克斯利提出的，它是讓洞穴潛水者在狹窄的隧道中呈單列游泳時共用氣瓶的一種方式，但現在已成為休閒潛水的標準。通過提供輔助需求閥，消除了在共用氣瓶時交替呼吸同一吸嘴的需要。這緩解了已經處於緊張狀態的潛水員的緊張程度，進而減少了救援過程中的空氣消耗，並解放了氣源提供者的手。

一些潛水員培訓機構建議，潛水員通常將其主需求閥提供給要求共用氣瓶的潛水員，然後切換到自己的輔助需求閥。該技術背後的想法是，已知主需求閥正在工作，而貢獻氣體的潛水員通常不會更緊張，二氧化碳含量也不會更高，因此在暫時失去呼吸能力之後，有更多時間來整理自己的設備。在許多情況下，驚慌的潛水員已經將主調節器從其他潛水員的嘴裡拉出來了，因此，在緊急情況下有必要時，按常規切換為備用調節器，可以緩解緊張情緒。

在技術潛水中，貢獻主需求閥通常是標準程序，並且主需求閥通過長管（通常為2m左右）連接到第一級，以便在狹窄的空間中呈單列游泳時共用氣瓶，比如在洞穴或沉船中。在這種配置中，輔助需求閥通常放在下巴下面，由松皮筋環繞在脖子上，由較短的軟管提供，旨在供貢獻氣瓶的潛水員備用。備用調節器通常放在潛水員的胸部區域，因為這樣很容易被看到，也很容易夠得著，以備緊急使用。它可以通過浮力補償器上的可拆卸式夾子安全地固定，插入到背帶上的軟摩擦插座中，通過將環管滑入BC式潛水服的肩帶套中來固定，或者掛在下巴下面一個被稱為項圈的可拆卸蹦極圈上。這些方法還可以防止輔助調節器在潛水員下面晃蕩，避免被碎片污染或被周圍環境纏住。有些潛水員將其放在BC口袋中，但這樣在緊急情況下則不夠便捷。

有時，輔助二級調節器會與浮力補償器設備的充氣和排氣閥門組件結合在一起。這種結合不再需要用於BC的單獨低壓管，儘管與標準BC充氣管相比，該結合使用的低壓管連接器孔徑只能更大。因為如果用於呼吸，它需要提供的流量更高。該組合單元被放置在胸部左側，也就是通常懸掛充氣單元的位置。通過集成的DV/BC充氣機設計，輔助需求閥位於較短的BC充氣管的末端，而貢獻者必須能夠到它以進行浮力控制。因此在這種配置下，貢獻出主調節器以幫助其他潛水員至關重要。

輔助需求閥通常為部分黃色，也可能使用黃色軟管，以便更醒目，同時也表示它是緊急設備或備用設備。

當使用側置時，次級需求閥的實用性會大大降低，因為每個氣瓶都有一個調節器，而未使用的就可以作為備用。這種配置還可以將整個氣瓶交給受助者，因此也不大需要長管。

一些潛水教練仍然用單個需求閥來教授「同伴呼吸」，這是一種過時技術，但除了使用備用DV以外還偶爾用得著，因為每位潛水員配備兩個二級調節器已經被認為是休閒潛水的標準。

#### 低溫氣罐

已經出現了低溫開路水肺的設計，它使用液態空氣罐代替了氣瓶。佛羅里達的水下攝影師老喬丹·克萊因（Jordan Klein, Sr.）於1967年共同設計了這種水肺，名為「Mako」，並至少造出了一個原型。

俄國人的Kriolang是從喬丹·克萊因的「Mako」低溫開路水肺複製而來的，並至少在1974年之前製成。Kriolang來自希臘的cryo-（=「霜」，意為「冷」）+英語的「lung」（肺）。它只能在使用前一小段時間內充氣。

#### 雙軟管，無可見調節閥（虛構）

之所以在此提及此類型，是因為它在漫畫和其它繪畫中非常常見，即錯誤繪製為雙管雙氣瓶水肺，每個氣瓶頂部都有一根粗管連到吸嘴，而看不到調節閥。這種畫法比正確的帶雙管調節器（戰鬥蛙人經常使用這種呼吸裝置）的畫法要常見得多：請參見流行文化中的潛水#公共媒體中發現的關於蛙人的錯誤。這在現實世界中是行不通的。

### 循環呼吸器

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循環呼吸器可以將潛水員使用過的呼吸氣體再循環，因為它能將二氧化碳代謝產物替換為潛水員使用的氧氣。循環呼吸潛水廣泛用於休閒潛水、軍事潛水和科學潛水，它比開路水肺更具優勢。由於在正常呼出的氣體中仍有80％以上的氧氣，因此很浪費。循環呼吸器對氣體的使用很經濟，從而可以使潛水時間更長，使用成本更低，但也造成了技術更複雜，可能的故障點更多。由於風險更高，需要用更嚴格更特殊的培訓以及更多的經驗來彌補。循環呼吸器使用氣體更經濟，通常每分鐘需耗氧1.6l，與開路裝備相比，同等供氣量的潛水持續時間要長得多，而後者的耗氣量可能要高達十倍。

循環呼吸器有兩種主要的變體-半閉路循環呼吸器和全閉路循環呼吸器，而全閉路的又包括氧氣循環呼吸器子變體。氧氣循環呼吸器的最大操作深度大約為6m，但是有幾種全閉路循環呼吸器，當使用氦基稀釋液時，深度可以超過100m。循環呼吸器的主要限制因素是二氧化碳洗滌器的持續時間（通常至少有3個小時）、增加深度呼吸、氣體混合物控制的可靠性，以及在潛水的任何一點都能夠獲得安全救助的要求。

循環呼吸器通常用於水肺潛水，但偶爾也用於水面供氣潛水的緊急救援系統。

對於重量和體積接近的潛水器來說，如果裝備的體積大於循環呼吸器實際尺寸的下限，則循環呼吸器潛水的可持續時間要比開路潛水更長。而當使用昂貴的混合氣體如氦氧混合氣和氦氧氮混合氣時，循環呼吸器可以更經濟。但由於大多數循環呼吸器的初始和運營成本較高，可能需要進行大量的潛水才能達到收支平衡點，而對於節省氣體更明顯的深潛來說，很快就能達到平衡點。

## 呼吸氣體

高氧氣體比空氣包含的氧氣更多，在1990年代後期它被廣泛接受之前，幾乎所有的休閒潛水都使用簡單的壓縮和過濾的空氣。其它的混合氣體，通常用於技術潛水者的深潛，可能會用氦氣替代部分或全部氮氣（稱為三元混合氣，如果沒有氮就稱為氦氧混合氣），或使用比空氣更低的氧氣比例。在這些情況下，潛水者常常攜帶額外的水肺裝備，稱為階段水肺，它的混合氣體中氧氣含量較高，這主要被用來在分階段減壓 (潛水)中減少減壓時間。這些混合氣體能夠進行較長的潛水，更好地管理減壓症、氧氣中毒或缺氧以及嚴重的氮醉等風險。閉路水肺裝備（呼吸器）能將氣體混合，並能根據當時的實際深度對其控制和優化。

## 潛水氣瓶

水肺潛水氣瓶的尺寸和材料各種各樣，通常以材料（通常是鋁或鋼）和尺寸來指定。在美國，其尺寸由其標稱容量來指定，即所裝氣體在標準大氣壓下的體積。常見尺寸包括80、100、120立方英尺等，而最常見的是「鋁80」。在世界上其他國家和地區，大多數都用氣瓶的實際內部容積來指定其尺寸，有時也稱為水容量，因為這是其測量方法，並在氣瓶上標註「WC」（10升、12升等）。

氣缸的工作壓力隨製造標準而變化，通常的範圍從200bar到300bar。

在容量和工作壓力相同的情況下，鋁質氣瓶比鋼質氣瓶更厚、更笨重，因為合適的鋁合金比鋼的拉伸強度更低，並且浮力更大（儘管實際上從水中出來後更重），這意味著潛水員需要攜帶更多的配重。鋼也更適合製造高壓氣瓶，這樣，在相同的內部容積下，可以裝更多的空氣。

通過分壓來混合硝氧的常用方法要求氣瓶處於「供氧狀態」，這意味著氣瓶和氣瓶閥門已更換了所有不兼容氧氣的組件，並且通過清潔除去了任何可燃材料污染。潛水氣瓶有時也稱為「氣罐」或「氣筒」。

## 背帶配置

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潛水員可以用多種方式來攜帶水肺裝備。最常見的兩種基本安裝配置後置和側置，而後置也可以擴展到包括輔助側置（包括蹦極約束的低位側置）以及不太緊湊的吊索固定或平台固定方式。

對於休閒潛水，最常見的是穩定器夾克背帶，被用作背帶的夾克式浮力補償器上綁著一個氣瓶，偶爾也綁兩個。有些夾克式背帶可以將急救氣瓶或減壓氣瓶掛在背帶的D形環上。急救氣瓶也可以綁在後置主氣瓶的側面。

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另一種流行的配置是背板和翼布局，它將一個後部充氣浮力補償囊夾在剛性背板和主氣瓶之間。這種布局對於雙氣瓶組來說特別流行，甚至可以攜帶三、四個氣瓶以及大多數循環呼吸器。額外的減壓 (潛水)氣瓶可以掛在潛水員的側面。

也可以使用普通的背包背帶來支撐裝備，既可以使用馬領浮力補償器，也可以不使用任何浮力補償器。這是在引入浮力補償器之前的標準布局，並且仍然有一些休閒和專業潛水員在適合潛水操作時使用。

通常要求由水面供給的潛水員攜帶緊急氣體供應，也稱為急救氣瓶。它往往是後置的開路水肺，通過將級間軟管連接到氣體開關塊（或急救裝置）上來連接到呼吸氣體供應系統。它固定在頭盔或全面罩的側面，或者潛水員的背帶上，既能輕易夠到，又不大可能被意外打開。在特殊情況下，也可以使用其它固定方式。

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側置潛水背帶支撐氣瓶的方式是，將它們卡在胸部和臀部任一側的D型環上，或者兩側都卡。在水下時，氣瓶的懸掛位置基本上與潛水員的軀幹並排。背帶通常包括一個浮力補償囊。使用這種系統，熟練的潛水員可以在每側攜帶多打3個氣瓶。

集成背帶和存儲容器似乎並不流行，這是一種不常見的配置。這種配置有一個裝有浮力囊和氣瓶的包，背帶和調節器組件也可以收納在包里，當解開袋子時，它們會展開至工作位置。一些軍用循環呼吸器，例如Interspiro DCSC，也可以在不用時將呼吸軟管放在外殼內。

技術潛水員可能需要攜帶幾種不同的混合氣體。這些是準備在潛水計劃的不同階段使用的，出於安全考慮，潛水員必須能夠檢查在任何給定的深度和時間使用的是哪種氣體，並在需要時打開和關閉供氣閥。所以這些氣體通常以完全獨立的水肺裝備的形式攜帶，這些裝備懸掛在潛水員兩側的背帶上。這種布局被稱為舞台布局。可以按滲透準則來緩存舞台裝備，以便在退出時取回。這些有時也被稱為拋棄罐。

### 背帶構造

每個水肺背帶都需要一個系統將氣瓶支撐在背帶上，也需要一個系統將背帶固定到潛水員身上。

#### 基本背帶

後置裝備最基本的布局包括：肩部下方裝氣瓶的金屬或編織網，以及氣瓶下方兜底的肩帶和腰帶。肩帶可以是固定長度的，以適應特定的潛水員，但通常是可調的。有時會在一根或兩根肩帶上加上快拆卡扣。腰帶上也有一個用於鎖緊和解開的卡扣。腰帶通常可調節，以保證安全性和舒適性。已經有各種附件將背帶連接到氣瓶帶上。也可以加上襠帶，通常從氣瓶的下帶連到腰帶的前面。這種帶子可以防止裝備在使用時從潛水員身上向上滑。這種布局仍然偶爾能看到在用。

#### 背板或背包帶

這種背帶與基本背帶之間的差別在於，在氣瓶和背帶之間加入了剛性或柔性背板。氣瓶通過金屬帶或編織帶固定在背板上，而背帶也固定在背板上。在其它方面，該系統與基本背帶類似。固定氣瓶的方法包括由螺栓或槓桿帶動的夾子固定的金屬夾緊帶，或通常由凸輪卡扣固定的編織帶。

這種背帶最初以這種簡單形式使用，但現在通常與夾在氣瓶與背板之間的後充氣翼式浮力補償器一起使用。

##### 凸輪帶

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由編織帶和凸輪卡扣組合，將氣瓶固定在浮力補償器或背板上，被稱為凸輪帶。這是罐帶的一種，罐帶也包括將雙氣瓶固定在一起的不鏽鋼帶。它們通常依靠偏心槓桿的動作來拉緊和鎖定，這可以通過長度調節槽和輔助安全緊固（例如粘扣）來進行調整，以將活動端固定在適當的位置。水肺用的大多數凸輪卡扣都是注模塑料的，但也有些是不鏽鋼的。很多休閒潛水背帶都依靠單個凸輪帶將氣瓶固定在背板上。其它模式為了安全，則使用兩個凸輪帶。凸輪帶也可用於吊索或側置水肺裝備，以將下夾扣固定到氣瓶上。

##### 金屬帶

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不鏽鋼罐帶是支撐歧管雙氣瓶的標準方法，因為它們為氣瓶提供了良好的支撐，使歧管上的負載最小化，並提供了簡單可靠的連接點來連接背板。

#### 側置背帶

最基本的側置背帶只是配有帶環的氣瓶，連同實現懸浮所需的配重以及探洞者裝電池組的帶子，滑入標準的探洞者保護繩或電池帶上。這種簡單的配置是特別低配的，適用於小型氣瓶。

一種更複雜但仍極簡的系統，是由肩帶、腰帶和襠帶構成的編織背帶，支撐著各種滑扣和D形環以固定氣瓶及配件，可以有集成配重或單獨的配重帶，也可以有一個後置浮力補償器，而浮力補償器可以固定在安全帶上，也可以直接固定在潛水員身上。氣瓶通常固定在兩側的肩部或胸部D形環和腰帶D形環上。

### 附件

在大多數水肺裝備中，背帶會內置浮力補償器（BC）或浮力控制裝置（Buoyancy Control Device，BCD），例如後置翼或穩定器護套（也稱為「防刺護套」）。儘管嚴格說來，這並不是呼吸裝置的一部分，但它通常連接到潛水員的氣源，以使裝置容易充氣。通常也可以通過吸嘴手動來完成，以便在水面上時，或者在加壓充氣系統出現故障的情況下，節省空氣。BCD使用低壓充氣管充氣，以增加水肺裝備的體積，來使潛水員獲得浮力。另一個按鈕則用來打開閥門，以使BCD放氣，以減小裝備的體積，來使潛水員失去浮力。有些BCD使用集成配重，這意味著BCD有特殊口袋來放配重，這樣可以在緊急情況下很容易將配重扔掉。BCD在水下的功能是，使潛水員保持懸浮，即既不上浮也不下沉。BCD用於補償潛水衣的壓縮，並補償潛水員將氣瓶中的空氣吸走後的質量下降。

潛水配重系統增加了水肺潛水員和裝備的平均密度，以補償潛水裝備（尤其是潛水服）的浮力，從而使潛水員在完全浸入水中時獲得懸浮狀態，或者稍微有一點下沉。配重系統最初由實心鉛塊組成，它們被掛在潛水員腰上的帶子上，但是有些潛水配重系統是集成在BCD或背帶上的。這些系統可能使用小尼龍袋來裝鉛塊或小的配重，這些袋子分布在BCD周圍，從而使潛水員可以獲得更好的總體重量分布，從而在水中獲得更水平的潛水姿態控制。罐配重可以固定在氣瓶上，也可以擰在將氣瓶固定到BCD上的凸輪帶上。

許多閉路循環呼吸器使用先進的電子設備來監控和調節呼吸氣體的成分。

使用循環呼吸器的潛水員和一些使用開路水肺的潛水員會攜帶額外的潛水氣瓶，以備急用，比如在主要的呼吸氣體供應被耗盡或發生故障的情況下。如果急救氣瓶較小，它們也可以被稱為「小馬氣瓶」。它們有自己的需求調節器和吸嘴，而且從技術上來講是獨立的一套水肺裝備。在技術潛水中，潛水員可以在潛水的不同階段使用不同的設備。有些呼吸氣體混合物，例如三元混合氣，可能只被用於深潛，而其它的，如純氧，可能只被用在淺水中的減壓操作#減壓過渡中。最重的氣瓶通常被背在背上，由背板和翼支撐，而其它的則從側面斜挎在背帶結實的地方。

當潛水員攜帶許多氣瓶時，尤其是那些鋼製的，可能會出現浮力不足的問題。潛水員要有效地控制浮力，可能會需大容量的BC。

如果管子和接頭過多，會導致流體阻力大，從而降低游動性能。

擴散器是一種安裝在排氣口上的組件，用於將呼出氣體打碎，以使氣泡小到在水面上看不到，並降低產生的噪音（參見聲波標記圖）。它們被用於戰鬥潛水，以避免被水面監視員或水下聽音器發現；清障潛水員進行水雷排雷作業，以降低噪音，從而降低引爆感音水雷的風險；以及在海洋生物學中，避免對魚類行為的破壞。

為循環呼吸器設計一個足夠的擴散器比為開路水肺設計要容易得多，因為氣體流速通常要低得多。埃迪·保羅在1990年代初為水下攝影師約翰·麥肯尼（John McKenney）和馬蒂·斯奈德曼（Marty Snyderman）設計了一種開路擴散器系統，稱為「水肺消音器」；原型在氣瓶背面裝有兩個大濾石，其軟管連接到二級調節器的排氣口。濾石安裝在鉸鏈臂上，以便浮在潛水員上方1to，從而形成深度壓力差的吸引作用，來抵消通過擴散器呼出所需的額外呼氣壓力。閉路循環呼吸器被證明在潛水員接近鯊魚時更有用。

## 氣體持續時間

水肺裝備的持續時間是潛水時氣體供應持續的時間。這受到水肺裝備類型及其使用場景的影響。

### 開路

開路需求水肺的氣體持續時間取決於諸如潛水氣瓶的容量（氣體的體積），潛水深度和潛水員的呼吸速率等因素，而呼吸速率又依賴於潛水員的體力、身體狀況、體型、心態、經驗等各種因素。在典型的潛水中，新手經常能在30分鐘或更短的時間內消耗掉標準的「鋁80」氣瓶中所有的空氣，而經驗豐富的潛水員在平均深度相同、使用氣瓶的容量相同的情況下，則經常能夠潛水60至70分鐘，因為他們懂得更多有效的潛水技巧。

如果一名開路潛水員在水面（大氣壓下）的呼吸速率為每分鐘15升，則他在20米深的水下每分鐘將消耗15×3﹦45升的氣體。（(20米／10米/巴)＋1巴大氣壓×15升/分﹦45升/分）。如果一個11升氣瓶充氣到200巴，能用到只剩下17%，則有11×200×83%﹦1826升的可用氣體。這樣，該潛水員在此深度使用這個氣瓶，最多只能使用1826／45﹦40.5分鐘。這種潛水深度和時間，是經驗豐富的休閒潛水員通常使用標準的200巴「鋁80」氣瓶悠閒地探索珊瑚礁的典型經歷，這種氣瓶可以在大多數熱帶島嶼或沿海度假勝地的商業休閒潛水機構租到。

### 半閉路循環呼吸器

半閉路循環呼吸器的持續時間約為同等開路潛水的3至10倍，並且受深度影響較小；氣體可以循環使用，但必須不斷注入新鮮氣體，至少替代所消耗的氧氣，並且任何多餘的氣體都必須排出。儘管它在使用氣體時更經濟，但循環呼吸器的重量卻鼓勵潛水員攜帶較小的氣瓶。儘管如此，大多數半閉路系統的持續時間至少是普通大小的開路系統的兩倍（約2小時），並且通常受制於洗滌器的持續時間。

### 閉路循環呼吸器

氧氣循環呼吸器或全閉路循環呼吸器的潛水員每分鐘消耗的氧氣，大約為大氣壓下的1升。除上升或下降期間外，正確操作的全閉路循環呼吸器只使用很少的稀釋劑，或者不使用。如果潛水員使用3升的氧氣瓶，並充到200巴，按剩下25％的儲備來算，則能夠潛水的時間為：3升×200巴×75%／1升/分﹦450分鐘﹦7.5小時。這個持續時間與深度無關。鹼石灰洗滌器的壽命可能會短於這個時間，因此將成為潛水的限制因素。

在實踐中，循環呼吸器的潛水時間通常受其它因素影響，例如水溫和安全上浮的需要（參見減壓 (潛水)），大容量的開路裝備通常也是如此。

## 危害與安全

水肺裝備使用的呼吸氣體是高壓的。如果以不受控制的方式釋放氣體，那麼其中存儲的能量可能會造成相當大的損害。最大風險是在為氣瓶充氣時，但是其它一些情況同樣可能造成傷害：如果將氣瓶存放在過熱的環境中，會導致氣體壓力升高；如果使用不兼容的氣瓶閥門，會使氣瓶在負載下破裂；如果與使用者接觸的調節器軟管破裂，超過100磅每平方英寸（6.9巴）的壓力會使皮膚破裂，並向組織中注入氣體，可能還伴有污染物。

水肺是生命攸關的設備，因為某些故障原因可能會使使用者直接面臨溺水死亡的危險，而潛水氣瓶的災難性故障會直接導致附近的人員喪生或重傷。如果正確組裝、測試、充氣、維護和使用，開路水肺被認為是高度可靠的，並且故障風險相當低。但在潛水計劃中應予以充分考慮，並在適當情況下，應採取預防措施，以便在發生故障時採取適當的反應。緩解方案取決於環境及故障模式。

## 參見

- 潛水技術發展史：潛水歷史中著名事件的紀年表
- 潛水員認證機構列表：頒發潛水技能證書的代理

## 外部影像

- www.divingmachines.com——最佳水肺，包括三缸類型