This article can be read in Dutch here:

The regulated semi-closed rebreather is a particular rebreather. Passive variable ratio-biased addition semi-closed (PVR-BASC) rebreather is also a name for this type of rebreather. Until now there are only some designs. The founder of this principle is probably the Russian Khotinsky who produced a system already in 1881, according to the here discussed principle. Mostly the DC55 is called the father of the passive working systems, but it can be doubted if this is correct.

 

A very straight explanation concerning the functioning of a passive working rebreather could be formulated as follows:

 

In a closed loop at each inhalation a part of the loop volume is dumped to the outside, and at each exhalation a part is supplemented again.

 

The functioning relies on mechanics or hydrostatics. By adjusting the dump and supply volumes to the metabolism of the diver, a high output in regard of the gas use can be realised.

 

These days, while writing this article, people are very interested in the design. Nearly all models sold at this moment are based on a regulation with valves which open and close if pressure changes. However, also mechanical systems exist of which the alternating closed and semi closed system (ACSC) and the demand controlled semi-closed system (DCSC) are examples. The system that attracts much attention at the moment is put to market among others by Halcyon.

At the WKPP project this type of rebreather was used by many divers.

These rebreathers can operate in several manners. For this you can look at an exhaustive explanation given by Jason Rogers.

In his article the difference between depth and non-depth compensated systems is clearly commented. Here you find the concerning page.

Theory: Market leader in the field of a regulated SCR is Halcyon. The Halcyon system uses the physiological ratio between breathing frequency and metabolic usage to establish the necessary flow for semi closed functioning. Linearity exists between the higher gas consumption at labour, increased breathing volume and the metabolic usage. Of every breath at the surface 3.85% is metabolically consumed. The volumetric proportion number is 1:26. Because the metabolic usage of a diver is not influenced by increased depth it remains constant *. So only the volumetric need directly proportional with depth is changed. This is the principle at which the technique is based on. The Halcyon and other regulated SCR rebreathers use a variable flow rate, related to the breathing volume. As soon as the diver exhales in the counter long both the inner and outer counter long are filled. At the inhalation, a part of the loop is dumped. The volumes of the inner and the outer counter lung define the amount of gas injected; their proportion is 1:26.

*almost, but will be influenced by labour.

Practice: The operation of a passively regulated SCR rebreather is based on the respiratory minute volume (RMV). In other words, if you breathe the rebreather provides gas. This differs from the active (normal) systems like the Dolphin and the Ray, which supplement gas irrespective of whether someone is using the rebreather. Only supplying gas when a diver asks for it, saves an enormous quantity of gas.

Probably you wonder how the rebreather is able to notify the moment a diver needs gas. As soon as the diver exhales, the gas flows into an exhalation lung which contains a second much smaller exhalation lung. As soon as the divers inhales an under pressure will arise in the large exhalation lung which squeezes together this inside located small lung. The small lung dumps the gas into water. At the surface this quantity of gas is 25% of the breathing volume.

It is important moreover that this discharging takes place before it enters the CO2 scrubber so less gas flows through the scrubber and a higher output can be reached. Looking at the gas usage the PVR-BASC rebreather will now gain a proportion ~4:1 with regard to open circuit. This of course because by every breath only ~25% gas is drained into the water. As soon as the diver goes deeper and the pressure increases, the volume of the exhalation lung will be reduced by a pressure compensation system.

Because of this also the volume of the drained gas will decrease linearly with the depth. The result is a larger volume in the inhalation lung. As the diver descends deeper this ratio will change until approx. 10 bar. At this depth the gas efficiency is about 40 times better then with OC!!

The quantity of gas which is added mechanically corresponds with the quantity of gas which is dumped. A handle links the inhalation lungs with a supply valve. At every breath the handle rises and falls. As soon as the inhalation lung is drained the valve opens and gas is supplemented until the lung is full again. At the Halcyon rebreather the gas is added `upstream', at the last possible point before the inhalation. We call this `biased addition'. The location at which the gas is supplied is important because this makes it possible that the mixing of the gas takes place as late as possible.

Dutch text:

De geregelde semi-closed rebreather is een bijzondere rebreather. Een passive variable ratio-biased addition semi-closed (PVR-BASC) rebreather is ook een benaming voor dit type rebreather. Tot op heden zijn er slechts enkele ontwerpen. De grondlegger voor dit principe is waarschijnlijk de Rus Khotinsky die al in 1881 een systeem volgens het hier besproken principe produceerde. Veelal wordt de DC55 de vader van de passieve systemen genoemd, maar het valt te betwijfelen of dit juist is.

Een zeer rechtlijnige uitleg over de werking van een passief werkende rebreather zou als volgt kunnen worden geformuleerd:

In een gesloten kringloop wordt bij elke inademing een deel van het loopvolume naar buiten gedumpt, en bij elke uitademing een deel weer aangevuld.

De werking berust op mechanica of hydrostatica. Door de dump en supply volumen af te stemmen op het metabolisme van de duiker kan een hoog rendement qua gas gebruik worden gerealiseerd.

 Op moment van dit schrijven is dit ontwerp volop in belangstelling. De op dit moment verkochte modellen zijn vrijwel allemaal gebaseerd op een regeling met kleppen die openen en sluiten op basis van drukverschil. Er bestaan echter ook mechanische systemen waarvan de   alternating closed and semiclosed system (ACSC) en het demand controlled semi-closed system (DCSC)  een voorbeeld zijn. Het op dit moment in belangstelling staande systeem  wordt o.a. door Halcyon op de markt gebracht. Bij het WKPP project is volop gebruik gemaakt van dit type rebreather.
Dergelijke rebreathers kunnen op verschillende manieren werken. Zie hiervoor een uitvoerige uitleg van Jason Rogers.
In zijn artikel wordt duidelijk het verschil toegelicht tussen wel en niet diepte gecompenseerde systemen. U vindt hier de betreffende pagina.

Theorie: Marktleider op het gebied van geregelde SCR is Halcyon. Het Halcyon systeem gebruikt de fysiologische ratio tussen ademfrequentie en metabolisch verbruik om de noodzakelijke flow voor semi gesloten werking in te stellen. Verhoogd gas gebruik bij arbeid, verhoogd ademvolume en metabolisch verbruik zijn lineair met elkaar verbonden. Van elke ademhaling aan de oppervlakte wordt 3,85% metabolisch verbruikt. Het volumetrisch verhoudingsgetal is hiermee 1:26. Omdat het metabolisch verbruik van een duiker niet wordt beïnvloed door het vergroten van de diepte blijft het constant*. Hierdoor verandert slechts de volumetrische behoefte direct proportioneel met de diepte. Dit is de kern van de techniek. De Halcyon en andere geregelde SCR rebreathers gebruiken een variabele flow rate, gerelateerd aan het ademvolume. Zodra de duiker uitademt in de contralong wordt zowel de binnenste als de buitenste contralong gevuld. Bij de inademing nu, wordt een deel van de loop gedumpt. De volumes van de binnenste en de buitenste long bepalen de gasinjectie en verhouden zich als 1:26.

*vrijwel, maar wordt wel beïnvloed door arbeid.

Praktijk: 
Een passief geregelde SCR is een rebreather afgestemd op het respiratory minute volume (RMV) ofwel ademminuut volume. Met andere woorden, als je ademt levert de rebreather gas. Dit is anders dan bij de actieve (normale) systemen zoals bij de Dolphin en Ray, die gas supplementeren ongeacht of iemand de rebreather gebruikt. Alleen gas toevoeren als de duiker erom vraagt bespaart een enorme hoeveelheid gas. Waarschijnlijk vraag je je af hoe de rebreather kan weten wanneer de duiker gas nodig heeft. Zodra de duiker uitademt stroomt het gas in een uitademlong waarin een tweede veel kleinere uitademlong zit. Zodra de duiker inademt zal in de grote uitademlong onderdruk ontstaan die ook de kleine er in gelegen long samenknijpt. Deze kleine long loost het gas in het water. Deze hoeveelheid gas is aan de oppervlakte 25% van het ademvolume. Belangrijk is overigens dat deze lozing plaats vindt voor de CO₂ scrubber zodat er minder gas door de scrubber hoeft en een hoger rendement kan worden bereikt. Qua gasverbruik zal de PVR-BASC rebreather nu een verhouding ~4:1 t.o.v. open circuit behalen. Dit uiteraard omdat per ademteug slechts ~25% gas ontwijkt naar het water. Zodra de duiker dieper duikt en de druk toeneemt, zal een drukcompensatie systeem het volume van de uitademlong verkleinen. Hierdoor zal ook het volume van het geloosde gas lineair met de diepte afnemen. Dit resulteert in een groter volume in de inademlong. Naarmate de duiker dieper duikt zal deze verhouding veranderen met de druk tot ca 10 bar. Op deze diepte is de gas efficiëntie zo’n 40 x beter dan bij OC!!
De hoeveelheid gas die mechanisch wordt toegevoegd correspondeert met de hoeveelheid gas die wordt geloosd. Een hendel koppelt de inademlongen met een toevoerventiel. De hendel stijgt en daalt met elke ademhaling. Zodra de inademlong wordt leeggezogen opent het ventiel en wordt gas gesupplementeerd tot de long weer vol is.
Bij de Halcyon rebreathers wordt het gas ‘upstream’ toegevoegd, op het laatst mogelijke punt voor de inhalatie. Dit noemen we ‘biased addition’. De plaats waar het gas wordt toegevoerd is belangrijk want dit maakt het mogelijk dat het mixen met het ademgas zo laat mogelijk plaats vindt.

Examples of passive semiclosed rebreathers: