CN112937802A

CN112937802A - 一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法

Info

Publication number: CN112937802A
Application number: CN202110225146.6A
Authority: CN
Inventors: 黎奇凡
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2021-06-11

Abstract

本发明提供一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法，让自然水体吸收废气中的二氧化碳，从自然水体补充废气里消耗掉的氧气，让空气可以循环使用。这样达到以极低廉的使用成本，大幅度增加潜艇或潜水器潜水时间的目标。可以不用大体积的钢瓶，不使用有害又昂贵的超氧化物，让大部分空气在呼吸器内循环运作。这样的潜水器，安全，轻便，体积小，供气时间长，使用成本低廉，一个5升的小氧气瓶也可以供气48小时，让专业潜水员彻底地从时间控制的压力下解放，彻底轻松地工作。

Description

一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法

技术领域

本发明属于潜水装备和水下体育用品技术领域，尤其涉及一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法。

背景技术

当今世界，具有实用性的水下呼吸装备主要有：水面加压输气，空气瓶、氧气瓶供气和采用超氧化物再生化学氧的空气循环这三种形式。空气瓶呼吸器体积大，装备复杂沉重，而且储气量有限，使用时间很短；超氧化物循环再生化学氧呼吸器使用成本高，超氧化物本身有强腐蚀性，使用不安全，使用时间也很有限。发明专利CN108116640A提出的：“以聚乙烯醇为载体材料固定血红蛋白，制成过滤膜，由血红蛋白从海水中吸附氧气。”方案的基础：聚乙烯醇血红蛋白膜并不成熟，目前只是进行了少数聚乙烯醇固定血红蛋白的原理实验，真正制成能发挥鱼鳃作用的膜，红蛋白的分解和变性问题很难解决，距离实用仍然很遥远。

发明内容

本发明的目的是：提供一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法，让自然水体吸收废气中的二氧化碳，从自然水体补充废气里消耗掉的氧气，让空气可以循环使用。这样达到以极低廉的使用成本，大幅度增加潜艇或潜水器潜水时间的目标。

本发明的原理依据是：

1. 空气和水的分界面存在张力，这种张力有力地阻碍分界面面积的增加。它可以保证透水的多孔的物质薄层，既让空气和水充分直接接触，又可以隔离空气和水，不让空气以气泡形式向水里逃逸；

2. 空气中，大多数气体不溶于水，但是二氧化碳很容易溶解于水（标准大气压下，0/℃的水，每克可以溶解1.713mL的二氧化碳），自然界空气的二氧化碳分压很小只占大气压的0.03—0.04%，所以自然水体二氧化碳的浓度很低。潜水者呼出废气里二氧化碳分压高达大气压的4—6%，当这些废气和自然水体接触时，废气里的二氧化碳会很快溶解进水里；

3.虽然氧气不容易溶于水，但是空气中氧气的分压很大，是大气压的21%，约为21千帕，氧气在水中的溶解度与氧气的分压成正比，自然状态下始终有大量的氧气被强压溶解进了水里。当空气中氧气分压减小时，水中氧气会迅速向空气逃逸。（比如大气压降低时，鱼塘就很快会缺氧，鱼就会浮在水面呼吸。）标准大气压下氧气分压为21千帕，当氧气溶解与逃逸达到平衡时，自然水体中的氧气溶解量是0.049mL/g。潜水者呼出的废气氧气分压降至16千帕，当废气和自然水体接触时，因为氧气分压降低，水里的氧气会迅速地逃逸进废气。

本发明的目的是这样实现的：

附图1是本发明的工作原理图：一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法：

A）使用通透的多孔薄层把废气和自然水体隔开，所述多孔薄层的小孔是通透的，既把废气和自然水体隔开，又让废气和自然水体充分接触。当分离空气和水的多孔薄层物质14孔径小于40μm时，理论上可以抗拒一万帕斯卡以上的压强差，阻止空气以气泡形式向水里渗透。展现的就是沉浸在水中的透水的多孔物质薄层的工作原理。空气要透过透水的多孔物质薄层气囊14的小孔突进水里，就必须透过小孔向水里吹出小气泡，这会导致空气和水的分界面面积大幅增加，导致阻碍面积增大的很大水面张力，把气泡压回去，所以气囊内外即便有很大的压强差也不会漏气。

B）让二氧化碳分压比自然空气更大的废气中的二氧化碳通过通透的多孔薄层，溶解进自然水体；

C）让自然水体中的氧气通过通透的多孔薄层，溶解进氧气分压比自然空气更小的废气中；所述多孔薄层由有致密通孔的薄膜或是致密的纤维织物制成，成本不高，技术难度不大；多孔薄层表面弯曲皱褶，增加废气与自然水体的接触面积；多孔薄层的材质由亲水材料制成，这样利于阻止分界面大水泡的形成；通透的多孔多薄层应制成在自然水体中穿过的众多管道的透水多孔物质薄层气囊14，让废气通过气囊14在自然水体穿过，净化二氧化碳，补充氧气再生成净化空气输出。这样，既把废气和自然水体分隔，又让废气通过透水的多孔物质薄层和水充分接触。透水的多孔物质薄层气囊14的表面设计成多皱褶多管道的大比表面积结构，帮助废气中的二氧化碳大面积地溶解进水里，帮助水里的氧气大面积逃逸进氧气分压降低的废气。让潜艇或潜水器废气里的二氧化碳被净化，氧气得到补充，让废气被再生循环利用。

为了防止水中的氧气补充不足，可以再增加纯氧氧气瓶，补充差额部分。正常情况下成人一小时，耗氧大约21L，同时产生21L二氧化碳。一个5L、20MPa的小氧气瓶可以容纳1000L纯氧。按照原理方案，1000÷21=47.6。即便没有自然水体的氧气补充，一个5升的小氧气瓶也可以供气48小时。

本发明的具体实施方式

为了证实本发明的实用性，在此提供两个具体实施方案。

附图说明

附图1是一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法工作原理图。

附图2是本发明一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法具体实施方案一，水肺潜水器的整体效果图。

附图3是本发明一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法实施方案一和实施方案二的呼吸面具1的三视剖面结构图。

附图4是本发明一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法净气管9和废气管10的示意图。

附图5是本发明一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法具体实施方案一，水肺潜水器空气净化背囊12的三视剖面结构图。

附图6是本发明一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法具体实施方案二，水肺潜水衣的整体效果图。

附图7是本发明一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法具体实施方案二，水肺潜水衣24的主视图、左视图。

其中，1呼吸面具，2呼气口，3吸气口，4进气咬嘴，5呼气单向阀，6吸气单向阀，7鼻塞，8单向排水阀，9净气管，10废气管，11进气管，12空气净化背囊，13废气集气囊， 14透水的多孔物质薄层气囊，15氧气瓶，16净化空气集气囊，17出气管，18氧气调节阀，19氧气传感器，20二氧化碳传感器，21氧气、二氧化碳浓度监控耳机，22软管， 23潜水衣绳结，24水肺潜水衣。

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

具体实施方案一，一种水肺潜水器：

附图2是本发明一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法具体实施方案一，水肺潜水器整体效果图。一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法，包括呼吸面具1，净气管9，废气管10空气净化背囊12氧气调节阀18，氧气、二氧化碳浓度监控耳机21。潜水者呼出的富含二氧化碳的废气通过呼吸面具1，由废气管10，引导至空气净化背囊12净化废气里的二氧化碳，补充消耗的氧气，使空气再生，再由净气管9引导至呼吸面具1，供潜水者呼吸。氧气调节阀18用于调节补充消耗的氧气的流量。氧气、二氧化碳浓度监控耳机21用于氧气、二氧化碳浓度失常告警。

附图3是本发明一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法呼吸面具1的三视剖面结构图，呼吸面具1包括进气咬嘴4，呼气口2，吸气口3，呼气单向阀5，吸气单向阀6，单向排水阀8，呼吸面具1上方有鼻塞7。从咬嘴4呼进的废气经过呼气单向阀5呼气口2沿着废气管10呼出。净化的空气由净气管9引入，经过吸气口3进入呼吸面具1，经过吸气单向阀6进气咬嘴4，被潜水者吸入。呼吸面具1上方有鼻塞7可以堵住潜水者鼻子，防止呛水。呼吸面具1下方有单向排水阀8，可以积蓄少量渗漏水，并在加力呼气时排出。

附图5是本发明一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法空气净化背囊12的三视剖面结构图。为了承担压铅的作用，空气净化背囊12外壳是不锈钢的，空气净化背囊12包括进气管11，废气集气囊13，孔径小于40μm的致密多孔纤维织物或透水的多孔物质薄层气囊14，氧气瓶15，净化空气集气囊16，氧气调节阀18，软管22，出气管17，氧气传感器19，二氧化碳传感器20，氧气、二氧化碳浓度监控耳机21。潜水者呼出的废气，经废气管10接入进气管11达到废气集气囊13，然后进入透水的多孔物质薄层气囊14，充分地和自然水体直接接触，废气里的二氧化碳溶解进入水里，水里的氧气补充进入透水的多孔物质薄层气囊14。净化后的空气存储在净化空气集气囊16，氧气瓶15与净化空气集气囊16通过氧气调节阀18和软管22相连，从氧气瓶15补充缺失的氧气，让废气得到净化再生。再生的新鲜的空气可以通过出气管17导进净气管9，供潜水者吸入。净化空气集气囊16内设置氧气传感器19和二氧化碳传感器20监控氧气、二氧化碳浓度，如果发生氧气浓度过低或二氧化碳浓度过高，会通过耳机21用不同的声音报警。提醒潜水者调节氧气调节阀18，保持氧气、二氧化碳浓度在正常范围。

这样，就可以不用大体积的钢瓶，不使用有害又昂贵的超氧化物，让大部分空气在呼吸器内循环运作，达到使用成本低廉，有效使用时间增长的目标。这样的潜水器，安全，轻便，体积小，供气时间长，使用成本低廉，一个5升的小氧气瓶也可以供气48小时，让专业潜水员彻底地从时间控制的压力下解放，彻底轻松地工作。

具体实施方案二，一种用于浅水娱乐的水肺潜水衣：

附,6是本发明一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法具体实施方案二，水肺潜水衣整体效果图。一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法，包括呼吸面具1，净气管9，废气管10空气净化背囊12，潜水者呼出的富含二氧化碳的废气，通过呼吸面具1，由废气管10，引导至空气净化背囊12净化废气里的二氧化碳，补充消耗的氧气，使空气再生，再由净气管9引导至呼吸面具1，供潜水者呼吸。

附图4是本发明一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法具体实施方案二的净气管9和废气管10的示意图。

附,7是本发明一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法具体实施方案二，水肺潜水衣24的主视图、左视图。水肺潜水衣24包括进气管11，废气集气囊13，孔径小于40μm的透水的多孔物质薄层气囊14，净化空气集气囊16，出气管17。潜水者呼出的废气沿着废气管10经进气管11达到废气集气囊13，然后进入透水的多孔物质薄层气囊14，充分地和自然水体直接接触，废气里的二氧化碳溶解进入水里，水里的氧气补充进入透水的多孔物质薄层气囊14。净化后的空气存储在净化空气集气囊16，废气就得到了净化再生，再生的新鲜的空气可以通过出气管17导出，进入净气管9，供潜水者吸入。

使用这样的潜水衣，娱乐潜水时，就可以不用钢瓶，不用有害又昂贵的超氧化物，让空气在水肺潜水衣内循环净化在自然水体补充氧气，没有使用成本，使用时间增长。这样的潜水衣，安全，轻便，体积小，供气时间长，使用成本为零。初学者可以用它学游泳，可以用于浮潜，更适合浅海海底观光。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法，其特征在于：

A）使用通透的多孔薄层把废气和自然水体隔开，所述多孔薄层的小孔是通透的，既把废气和自然水体隔开，又让废气和自然水体充分接触；

C）让自然水体中的氧气通过通透的多孔薄层，溶解进氧气分压比自然空气更小的废气中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔薄层由有致密通孔的薄膜或是致密的纤维织物制成。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔薄层表面弯曲皱褶。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔薄层的材质由亲水材料制成。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔薄层制成在自然水体中穿过的众多管道，让废气在自然水体穿过，净化二氧化碳，补充氧气再生成净化空气输出。