CN109229308A - 自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器，由供气系统、呼吸循环系统和浮力背心三部分组成，其中供气系统分为氧气单元、氮氧混合气单元。本发明提供的自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器使用两路供气系统，其中主供系统使用纯氧，辅助供气系统使用氮氧混合气，根据潜水深度的不同，可以在水下可以进行手动切换。
Description
技术领域
本发明属于潜水设备领域，尤其是一种自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器。
背景技术
潜水呼吸器按照气体的利用方式可以分为开式潜水呼吸器和封闭式循环潜水呼吸器。
开式潜水呼吸器主要由1个12L气瓶、1个一级减压阀、一个二级调节器和若干管路组成。潜水员使用开式潜水呼吸器潜水的原理是：压缩气瓶内的20MPa高压空气被一级减压阀和二级调节器减压至潜水员所处的环境压力，再被潜水员吸用；潜水员呼吸结束后，再经由二级调节器排放到环境水域中。在这个呼吸过程中，气体是单向排入水里的，但潜水员呼吸的每一口空气里，有效被利用的氧气不足20％，超过80％的氧气没有参与到人体的新陈代谢而直接被排走了，这就造成了极大的浪费。一瓶容积为12L的20MPa空气瓶只够潜水员在水下使用30分钟左右。
封闭式循环潜水呼吸器与开式潜水呼吸器的最大区别是能够回收利用潜水员呼出的每一口气体，通过二氧化碳吸收剂吸收潜水员呼出的二氧化碳，呼出的气体被净化后再被潜水员重复吸收，以此达到循环利用目的。同时，在每一个呼吸循环中，封闭式循环潜水呼吸器只需要补充人体消耗掉的氧气即可。因此，封闭式循环潜水呼吸器携带的气瓶很小，一个容积为1L的20MPa氧气瓶足够潜水员在水下使用超过120分钟。
封闭式循环潜水呼吸器在使用时会遇到两个生理上的问题：一个是氧中毒(氧分压超过一定值就可能会导致氧中毒)，另一个是减压(排除体内氮气)。
目前市场上能够见到的封闭式循环潜水呼吸器均为国外生产，为了避免潜水员氧中毒，依据恒定氧分压原理，利用氧探头来监测呼吸器内的氧分压，再根据当前氧分压手动或自动向呼吸器内注入稀释气体来使封闭式循环潜水呼吸器内的氧分压维持在安全值内。这种设计操作复杂，需要不停地关注氧分压监控器，并适时调整氧分压。同时它的维护成本也很高，一套封闭式循环潜水呼吸器每年更换氧探头的成本就不低于300美元(只能进口)，足够买一套开式潜水呼吸器。
在减压程序上也很复杂，需要依据潜水减压表上的规定来执行减压程序，这需要潜水员自己计算潜水减压时间或者购置昂贵的随身潜水电脑来计算潜水减压时间。
使用复杂，维护成本高，减压时间长，这些都让封闭式循环潜水呼吸器在军事上的应用造成很大的不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单、使用安全的自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器，由供气系统、呼吸循环系统和浮力背心三部分组成，其中供气系统分为氧气单元、氮氧混合气单元，其中，
氧气单元包括由氧气瓶、氧气瓶阀、氧气减压阀、纯氧定比喷嘴阀、氧气止回阀、自动供需阀，氧气瓶依次经氧气瓶阀、氧气减压阀、纯氧定比喷嘴阀向呼吸循环系统供气，氧气瓶依次通过氧气止回阀、自动供需阀连接吸气袋；
氮氧混合气单元包括氮氧气瓶、氮氧气瓶阀、氮氧减压阀、扳手截止阀、氮氧止回阀、氮氧喷嘴阀，氮氮氧气瓶经氮氧气瓶阀、氮氧减压阀、扳手截止阀、氮氧喷嘴阀向呼吸循环系统供气。氮氧气瓶依次通过氮氧止回阀、自动供需阀连接吸气袋；
呼吸循环系统由吸气袋、呼吸软管、单向呼吸阀、呼气袋、二氧化碳吸收剂罐组成。单向呼吸阀通过呼吸软管分别与吸气袋或呼气带连通；
浮力背心的背心体和手动充气器组成，手动充气器通过管路与扳手截止阀连接。
而且，所述氧气余压表连接在氧气减压阀上。
而且，所述氮氧余压表连接在氮氧减压阀上。
而且，所述吸气袋及呼气带组合为一个呼吸袋内，呼吸袋内有用于隔离两个期待的隔断。
而且，所述呼气袋上安装有碎泡排气阀。
而且，所述氧气单元和氮氧混合气单元在水下使用扳手截止阀切换。
本发明的优点和积极效果是：
本发明提供的自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器使用恒定供氧技术(供给固定质量的气体)，使得整个潜水过程的氧分压值都处于安全线以下，解决封闭式循环潜水呼吸器在使用中需要调节氧分压的问题。
本发明提供的自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器依据不减压潜水理论设计供气量，使用恒定供氧技术控制整个潜水过程的氮气含量达到最小值，以此达到了使用本发明不减压潜水的目的。
本发明提供的自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器使用两路供气系统，其中主供系统使用纯氧，辅助供气系统使用氮氧混合气，根据潜水深度的不同，可以在水下可以进行手动切换。
本发明提供的自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器操作简单，只需要提前配好规定比例的氮氧混合气即可在水中自由使用，不再需要考虑氧分压问题。最高限度的供氧量，使得潜水员不再需要考虑潜水减压问题。
本发明提供的自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器采用全机械设计，不使用电子元器件，降低了维护成本。同时由于电子元器件遇水容易损坏失灵，全机械设计也极大地提高了呼吸器的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明中的供气系统结构示意图；
图3为本发明中的浮力背心结构示意图。
图中的各附图标示分别为：1.氧气瓶阀、2.氧气瓶、3.氧气减压阀、4.氧气止回阀、5.氮氧止回阀、6.纯氧定比喷嘴阀、7.扳手截止阀、8.氮氧喷嘴阀、9.自动供需阀、10.氧气余压表、11.单向呼吸阀、12.碎泡排气阀、13.呼吸袋、14.二氧化碳吸收剂罐、15.手动充气器、16.氮氧气瓶阀、17.氮氧气瓶、18.氮氧减压阀、19.氮氧余压表、20.浮力背心本体。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器，由供气系统、呼吸循环系统和浮力背心三部分组成。
其中供气系统分为氧气单元、氮氧混合气单元。
氧气单元由氧气瓶2、氧气瓶阀1、氧气余压表10、氧气减压阀3、纯氧定比喷嘴阀6、氧气止回阀4、自动供需阀9以及各个阀件之间的连接管路组成。打开氧气瓶阀，氧气经由氧气瓶、氧气瓶阀、氧气减压阀、纯氧定比喷嘴阀向呼吸循环系统供气。氧气余压表连接在氧气减压阀上。氧气瓶依次通过氧气止回阀、自动供需阀连接吸气袋。
氮氧混合气单元由氮氧气瓶17、氮氧气瓶阀16、氮氧余压表19、氮氧减压阀18、扳手截止阀7、氮氧止回阀5、氮氧喷嘴阀8以及各个阀件之间的连接管路组成。氮氧混合气经由氮氧气瓶、氮氧气瓶阀、氮氧减压阀、扳手截止阀、氮氧喷嘴阀向呼吸循环系统供气。氮氧余压表连接在氮氧减压阀上。氮氧气瓶依次通过氮氧止回阀、自动供需阀连接吸气袋。
供氧量恒定不变，也就确保了整个潜水过程中的氧分压不会超过安全线，从而避免了氧中毒的可能。
供氧量恒定不变，同时供氧量(气体每分钟流量以及含氧百分比)的均设为上限值，再配合规定的潜水程序和潜水时间，使得使用氮氧混合气单元潜水时，不再需要考虑减压问题。
两个供气单元独立工作，除了各自的主供气路外，还在通过止回阀后共用一条通道连接自动供需阀向呼吸循环系统供气。
呼吸循环系统由吸气袋、呼吸软管、单向呼吸阀11、呼气袋、碎泡排气阀12、二氧化碳吸收剂罐14组成。吸气袋及呼气带组合为一个呼吸袋13内，呼吸袋内有用于隔离两个期待的隔断。单向呼吸阀通过呼吸软管分别与吸气袋或呼气带连通，供气系统的氧气瓶和/或氮氧气瓶向吸气袋注入新鲜的氧气，然后通过软管到单向呼吸阀供潜水员吸用，潜水员呼出的气体进入单向呼吸阀再通过软管进入呼气袋和二氧化碳吸收剂罐进行净化，最后再回到吸气袋完成一个循环，供潜水员下一次吸用。呼气袋上安装有碎泡排气阀，当呼气袋内的压力超过设定值时，碎泡排气阀就会排出多余的气体，以小碎泡的形式浮出水面。
浮力背心主要由背心体20和手动充气器15组成。手动充气器通过管路与扳手截止阀连接，按动充气按钮，即可向浮力背心充气。
恒定供氧技术的实施以及避免氧中毒和不减压潜水问题的解决：
氧气单元：氧气单元的供气方式与氮氧混合气单元相同。由于没有氮气的参与，呼吸纯氧不需要考虑减压问题，只需要考虑氧中毒问题。根据潜水医学的研究，将氧气供气深度控制在7米，潜水超过7米深度时，使用纯氧定比喷嘴阀切断氧气供气，以此避免氧中毒。7米以浅时的供氧流量使用安装在纯氧定比喷嘴阀内的恒流阀将其控制在与人体耗氧量相当的水平，使得整个呼吸器的供氧量与消耗量达到一个平衡。
氮氧混合气单元：20MPa的高压富氧气体通过潜水减压阀和氮氧喷嘴阀减压后，进入到吸气袋内。为了确保每分钟进入吸气袋内的氧气质量保持恒定，潜水减压阀的出口压力为恒定值，在工作范围内，不随环境压力的变化而变化。气瓶内填充的气体为提前配置好的固定百分含量的富氧气体，氧气百分含量按照不同的计划潜水深度，有其相应的比例。固定的氧含量百分比，固定的压力，最后通过安装在氮氧喷嘴阀内的恒流阀，确保了每分钟向呼吸袋内供给的氧气质量恒定不变。
两个供气单元可在水下使用扳手截止阀切换。
本发明的工作原理是：
打开氧气瓶阀，氧气通过氧气减压阀分两路进入吸气袋。一路通过纯氧定比喷嘴阀连续不断的向吸气袋内供给固定量的氧气，当潜水深度超过7米时，纯氧定比喷嘴阀关闭。另一路通过氧气止回阀和自动供需阀向吸气袋内供气。当纯氧定比喷嘴阀供给的氧气量不够时，吸气袋形成负压，自动供需阀开启向吸气袋内供气。
打开氮氧气瓶阀，氮氧混合气通过氮氧减压阀和扳手截止阀分两路进入吸气袋。一路通过氮氧喷嘴阀连续不断的向吸气袋内供给固定量的氮氧混合气。另一路通过氮氧止回阀和自动供需阀向吸气袋内供气。当扳手截止阀打开时，由于氮氧减压阀的出口压力设定值大于氧气减压阀的出口压力设定值，氧气气路自动关闭，此时不再供给纯氧，只供给氮氧混合气。
供气系统向吸气袋注入新鲜的氧气，然后通过软管到单向呼吸阀供潜水员吸用，潜水员呼出的气体进入单向呼吸阀再通过软管进入呼气袋和二氧化碳吸收剂罐进行净化，最后再回到吸气袋完成一个循环，供潜水员下一次吸用。呼气袋上安装有碎泡排气阀，当呼气袋内的压力超过设定值时，碎泡排气阀就会排出多余的气体，以小碎泡的形式浮出水面。
浮力背心通过手动充气器和管路与扳手截止阀连接，按动充气按钮，即可向浮力背心充气。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (6)
1.一种自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器，其特征在于：由供气系统、呼吸循环系统和浮力背心三部分组成，其中供气系统分为氧气单元、氮氧混合气单元，其中，
氧气单元包括由氧气瓶、氧气瓶阀、氧气减压阀、纯氧定比喷嘴阀、氧气止回阀、自动供需阀，氧气瓶依次经氧气瓶阀、氧气减压阀、纯氧定比喷嘴阀向呼吸循环系统供气，氧气瓶依次通过氧气止回阀、自动供需阀连接吸气袋；
氮氧混合气单元包括氮氧气瓶、氮氧气瓶阀、氮氧减压阀、扳手截止阀、氮氧止回阀、氮氧喷嘴阀，氮氮氧气瓶经氮氧气瓶阀、氮氧减压阀、扳手截止阀、氮氧喷嘴阀向呼吸循环系统供气。氮氧气瓶依次通过氮氧止回阀、自动供需阀连接吸气袋；
呼吸循环系统由吸气袋、呼吸软管、单向呼吸阀、呼气袋、二氧化碳吸收剂罐组成。单向呼吸阀通过呼吸软管分别与吸气袋或呼气带连通；
浮力背心的背心体和手动充气器组成，手动充气器通过管路与扳手截止阀连接。
2.根据权利要求1所述的自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器，其特征在于：所述氧气余压表连接在氧气减压阀上。
3.根据权利要求1所述的自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器，其特征在于：所述氮氧余压表连接在氮氧减压阀上。
4.根据权利要求1所述的自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器，其特征在于：所述吸气袋及呼气带组合为一个呼吸袋内，呼吸袋内有用于隔离两个期待的隔断。
5.根据权利要求4所述的自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器，其特征在于：所述呼气袋上安装有碎泡排气阀。
6.根据权利要求1所述的自携不减压的双供气系统封闭式循环潜水呼吸器，其特征在于：所述氧气单元和氮氧混合气单元在水下使用扳手截止阀切换。
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