[发明专利]一种仿生鱼鳃式水下呼吸设备

说明书

本发明公开了一种仿生鱼鳃式水下呼吸设备，包括呼吸器、二氧化碳过滤装置、氧气制备装置、气体混合装置、空气压缩机、空气储气瓶及控制系统，氧气制备装置与气体混合装置相连并为气体混合装置供给氧气，空气压缩机用于压缩来自气体混合装置的混合气体并将压缩后的气体输送至空气储气瓶，二氧化碳过滤装置上或者二氧化碳过滤装置与气体混合装置之间的气体输送管路上设置有氧气浓度传感器，控制系统用于控制空气压缩机对混合气体的压缩量并根据氧气浓度传感器传输来的氧气浓度信号控制制氧量和输氧量。本发明制氧率高、气体利用率高，使用者使用该设备时不会产生外漏的气泡，避免了对海洋生物的干扰，利用本发明可实现长时间的水下作业。

技术领域

本发明属于水下呼吸器技术领域，尤其涉及一种仿生鱼鳃式水下呼吸设备。

背景技术

地球是水的星球，海洋占全球总面积的71％，海洋中蕴藏着丰富的资源。随着科技的发展和社会的进步，人类也认识到海洋有着丰富的资源和重大的战略意义，可是由于种种原因，直到今天人类也没能像鱼一样长时间在大海中探索和作业。近年来，随着新型材料膜的合成与制备，从海水过滤氧气的技术得以实现，于是出现了一些种类的水下呼吸器，但这些水下呼吸器都存在缺点和不可行性：首先人类呼吸和循环系统依赖的不是氧气含量，而是氧分压，大气中氧分压是0.2bar，而之前设计的水下呼吸器只制备氧气，并没有制造出有一定压强和足够量惰性气体的呼吸环境，这种条件下人是无法正常呼吸的；其次人类吸入的空气中氧气含量占了21％，呼出的空气中氧气含量占了17％，在本身制氧效率就不高的情况下，直接将珍贵的氧气和氮气不回收排入水中，是不科学不合理的；最后，呼气产生的气泡会惊扰鱼群等周围环境，不利于水下作业。

由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。

发明内容

本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种和鱼一样从海水中摄取氧气，安全高效的仿生鱼鳃式水下呼吸设备，利用该设备可实现长时间的水下作业，而不必担心耗氧量的问题。

本发明所采用的技术方案为：

一种仿生鱼鳃式水下呼吸设备，包括呼吸器、二氧化碳过滤装置、氧气制备装置、气体混合装置及空气储气瓶，所述呼吸器、二氧化碳过滤装置、气体混合装置和空气储气瓶通过气体输送管路首尾相连组成一个气体回路，所述氧气制备装置与气体混合装置相连并为气体混合装置供给氧气，所述气体混合装置与空气储气瓶之间的气体输送管路上还设置有空气压缩机，该空气压缩机用于压缩来自气体混合装置的混合气体并将压缩后的气体输送至空气储气瓶，所述二氧化碳过滤装置上或者二氧化碳过滤装置与气体混合装置之间的气体输送管路上设置有用于检测氧气浓度的氧气浓度传感器，所述呼吸设备还包括控制系统，控制系统用于控制空气压缩机对混合气体的压缩量并根据氧气浓度传感器传输来的氧气浓度信号控制所述氧气制备装置的制氧量和氧气制备装置向气体混合装置的输氧量。

所述氧气制备装置通过氧气输送管路与气体混合装置相连，氧气输送管路上设置有储氧瓶和氧气阀，储氧瓶的进气口与氧气制备装置的出气口相连通，储氧瓶的出气口连通氧气阀的进气口，氧气阀的出气口连通气体混合装置；所述控制系统包括第一微处理器和第二微处理器，所述第一微处理器用于控制氧气制备装置的制氧量，第二微处理器用于通过控制氧气阀实现对输氧量的控制。

所述氧气制备装置与储氧瓶之间的氧气输送管路上还设置有微型空气压缩机。

所述氧气制备装置包括吸水泵、海水容置腔和氧气收集腔，吸水泵设置在海水容置腔的进水口处，吸水泵与第一微处理器相连，海水容置腔的大部分腔体位于氧气收集腔内，海水容置腔位于氧气收集腔内的部分的腔壁上设置有用于溶解并吸附海水中的氧气的复合物聚合膜，且复合物聚合膜的外侧设置有弱电流层，吸附了氧气的复合物聚合膜受到弱电流层的弱电流将氧气释放到氧气收集腔内，氧气收集腔的出气口与所述储氧瓶相连通。

所述复合物聚合膜为聚乙烯醇包埋血红蛋白的聚合物膜，其以聚乙烯醇为载体材料固定血红蛋白，血红蛋白从海水中吸附氧气。