本发明涉及一种能够个人操作的为潜水者和/或在水下工作的燃油、燃气发动机提供天然空气的潜水呼吸系统。 人类通过吸进氧气,呼出二氧化碳,使体内的含碳物质发生化学反应并释放能量,以维持生命活力;在水下工作的燃油、燃气发动机(以下简称发动机)通过吸进氧气,排出二氧化碳,使含碳的油、气物质燃烧并释放出能量,以带动机器工作。所以,为潜水者和/或在水下工作的发动机提供天然空气的潜水呼吸系统,其工作原理是十分相似的。
目前,个人操作的潜水呼吸设备主要有两种,一种是吸气管式潜水呼吸器,另一种是氧气瓶式潜水呼吸器。
吸气管式潜水呼吸器。它实际上是一根管子(软管或硬管)。管子的一头含在潜水者口中,另一头伸出水面,用它在水下呼吸天然空气。这种潜水呼吸器的优点是呼吸天然空气和结构简单、制作容易;其缺点是容易呛水和呼吸效率低。例如,当风浪把水灌入吸气管时,造成呛水危害生命安全,而且呼气与吸气使用同一根管子,呼出的废气与新鲜空气在管子中互相混合,降低了呼吸效率,管子越长效率越低。这两个缺点使吸气管式潜水呼吸器难以在广大潜水爱好者中推广使用。在电影《小兵张嘎》和《羊城暗哨》中,可以看到使用吸气管式潜水呼吸器的镜头。
氧气瓶式潜水呼吸器。潜水者身背氧气瓶,利用氧气瓶释放出的氧气在水下呼吸。这种潜水呼吸器的优点是呼吸安全;其缺点价格昂贵、制造技术要求高、需要制氧设备或氧气工厂配套服务、灌装氧气既麻烦又费钱、在水下活动时间受氧气数量的制约。所以这种潜水呼吸器比较适合专业人员使用,绝大多数潜水爱好者在目前还消费不起。在电视片《动物世界》中可以看到科技人员使用氧气瓶式潜水呼吸器在水下工作的镜头。
本发明地目的,就是要提供一种浮瓶式潜水呼吸系统,它能呼吸天然空气和个人操作使用,能有效地解决吸气管式潜水呼吸器的呛水和呼吸效率低的问题,保证潜水者安全高效地呼吸天然空气和长时间大范围地潜泳;它还能够为在水下工作的发动机安全地提供天然氧气;把发动机安装在潜水员身上,能够实现机械化潜水运动,提高潜泳速度;把本发明用于潜水运载工具,能够为运载工具中的人和发动机提供所需要的天然氧气。
本发明的目的是这样实现的:取一根长度大于潜水深度的吸气软管,其一头连接一个能在水面上稳定漂浮并有进气管和出气管的落水瓶,其另一头连接一个单向阀式吸气嘴(以下简称吸气嘴),以便为潜水者和/或发动机安全地呼吸天然氧气提供通路;再取一根长度大于潜水深度的呼气软管,其一头连接一个能在水面上稳定漂浮并有进气管和出气管的落水瓶,其另一头连接一个单向阀式呼气嘴(以下简称呼气嘴),以便为潜水者和/或发动机安全的排出废气提供通路。为了简化整个潜水呼吸系统,可以省去排放废气的落水瓶而把废气直接排入水中。对潜水者来说,可以把吸气嘴插入能罩住眼睛和鼻子的潜水镜(以下简称潜水镜)中,用鼻子吸气,用口呼气;也可以使用特殊构造的呼吸气嘴,把呼吸气嘴含在口中,用口吸气和呼气;对发动机来说,可以使用特殊构造的呼气嘴,但为了保护环境,最好是把废气排入大气层。
下面首先说明为潜水者提供天然氧气的浮瓶式潜水呼吸系统。
吸气用的落水瓶是一个密闭容器,其进气管和出气管不同轴,进气管的瓶外端头指向天空,出气管的瓶外端头与吸气软管连接。从落水瓶的底面算起,进气管瓶内端头的高度低于出气管瓶内端头的高度,这两个端头互相远离,并且都与瓶壁远离。在落水瓶底部安装一块铅坠,使落水瓶重心稳定,防止它在风浪中翻滚。把落水瓶放到水里,它就在水面上稳定漂浮,随着波浪的起伏而起伏;用牵引绳拉着它,它就在水面上移动。由于落水瓶的大部分体积高出水面,并且进气管瓶外端头始终指向天空,所以一般风浪很难把水灌入落水瓶。在落水瓶上有泄水孔,用来排泄灌进落水瓶的积水。
吸气嘴是一个管状阀门。它吸气时开启,呼气时关闭。吸气嘴上有一个止脱环。当潜水者把吸气嘴含在口中时,就可以用口来吸气。用牙齿挡住止脱环,就能防止呼气时吹脱吸气嘴。当把吸气嘴插入潜水镜时,就可以用鼻子来吸气。
当潜水者在水下吸气时,新鲜空气先从进气管进入落水瓶,然后再从落水瓶里进入出气管,再然后才进入吸气软管和开启的吸气嘴,最后被人吸入。如果此时风浪把水从进气管灌入落水瓶,由于进气管与出气管不同轴,由于进气管瓶内端头的高度低于出气管瓶内端头的高度,由于进气管和出气管的瓶内端头互相远离,所以水就在自身重力作用下降落到落水瓶的底面上,而不能进入出气管,更不能进入吸气软管,这样就解决了呛水问题。
呼气用的落水瓶也是一个密闭容器,其进气管和出气管不同轴,出气管的瓶外端头指向天空,进气管的瓶外端头与呼气软管连接。从落水瓶的底面算起,出气管瓶内端头的高度低于进气管瓶内端头的高度,这两个端头互相远离,并且都与瓶壁远离。在落水瓶底部安装一块铅坠,使落水瓶重心稳定,防止它在风浪中翻滚。把落水瓶放到水里,它就在水面上稳定漂浮,随着波浪的起伏而起伏;用牵引绳拉着它,它就在水面上移动。由于落水瓶的大部分体积高出水面,并且出气管瓶外端头始终指向天空,所以一般风浪很难把水灌入落水瓶。在落水瓶上有泄水孔,用来排泄灌进落水瓶的积水。
呼气嘴是一个管状阀门。它呼气时开启,吸气时关闭。呼气嘴上有一个止脱环。当潜水者把呼气嘴含在口中时,就可以用它来呼气,用牙齿挡住止脱环,就能防止呼气时吹脱呼气嘴。
当潜水者在水下呼气时,呼出的废气先从开启的呼气嘴和呼气软管进入进气管和落水瓶,然后再从落水瓶里进入出气管,最后才被排入大气层。当风浪把水从出气管灌入落水瓶时,由于进气管与出气管不同轴,由于出气管瓶内端头的高度低于进气管瓶内端头的高度,由于进气管和出气管的瓶内端头互相远离,所以水就在自身重力作用下降落到落水瓶的底面上,而不能进入进气管,更不能进入呼气软管,这样就解决了呛水问题。
当潜水者在水下呼气时,单向阀吸气嘴关闭,这样就防止了呼出的废气进入吸气软管与新鲜空气混合,从而提高了呼吸效率。
为了简化潜水呼吸系统,可以省去呼气用的落水瓶。有两种办法可供选择:
1.把吸气嘴插入潜水镜,潜水者用鼻子吸气,用口向水中呼出废气。
2.使用一个专门的呼吸气嘴,潜水者用口呼吸空气。这个呼吸气嘴是一个管状阀门。它吸气时开启,呼气时关闭。在呼吸气嘴上有一个布满透气孔的止脱环。
当潜水者把呼吸气嘴含在口中时,就可以用口来吸气和呼气,用牙齿挡住止脱环,就能防止呼气时吹脱吸气嘴。
当潜水者吸气时,呼吸气嘴开启,吸进新鲜空气;当潜水者呼气时,呼吸气嘴关闭,呼出的废气透过止脱环上的透气孔,从潜水者的嘴唇与呼吸气嘴的外径之间排入水中。
当潜水者潜泳时,用牵引绳拉着落水瓶在水面上漂浮移动。
所以,本发明能保证潜水者安全高效地呼吸天然空气和长时间大范围地潜泳。
现在说明为在水下工作的发动机提供天然氧气的浮瓶式潜水呼吸系统。
吸气用的落水瓶是一个密闭容器,其进气管和出气管不同轴,进气管的瓶外端头指向天空,出气管的瓶外端头与吸气软管连接。从落水瓶的底面算起,进气管瓶内端头的高度低于出气管瓶内端头的高度,这两个端头互相远离,并且都与瓶壁远离。在落水瓶底部安装一块铅坠,使落水瓶重心稳定,防止它在风浪中翻滚。把落水瓶放到水里,它就在水面上稳定漂浮,随着波浪的起伏而起伏;用牵引绳拉着它,它就在水面上移动。由于落水瓶的大部分体积高出水面,并且进气管瓶外端头始终指向天空,所以一般风浪很难把水灌入落水瓶。在落水瓶上有泄水孔,用来排泄灌进落水瓶的积水。
吸气嘴是一个管状阀门。它吸气时开启,呼气时关闭。当把吸气嘴套接在发动机的进气口时,就可以用它来吸入新鲜天然氧气,并能防止排出的废气进入吸气软管。
当发动机在水下工作时,新鲜空气先从进气管进入落水瓶,然后再从落水瓶里进入出气管,再然后才进入吸气软管和开启的单向阀式吸气嘴,最后被发动机吸入。如果此时风浪把水从进气管灌入落水瓶,由于进气管与出气管不同轴,由于进气管瓶内端头的高度低于出气管瓶内端头的高度,由于进气管和出气管的瓶内端头互相远离,所以水就在自身重力作用下降落到落水瓶的底面上,而不能进入出气管,更不能进入吸气软管,这样就解决了因为发动机进气口呛水而熄火的问题。
呼气用的落水瓶也是一个密闭容器,其进气管和出气管不同轴,出气管的瓶外端头指向天空,进气管的瓶外端头与呼气软管连接。从落水瓶的底面算起,出气管瓶内端头的高度低于进气管瓶内端头的高度,这两个端头互相远离,并且都与瓶壁远离。在落水瓶底部安装一块铅坠,使落水瓶重心稳定,防止它在风浪中翻滚,把落水瓶放到水里,它就在水面上稳定漂浮,随着波浪的起伏而起伏;用牵引绳拉着它,它就在水面上移动,由于落水瓶的大部分体积高出水面,并且出气管瓶外端头始终指向天空,所以一般风浪很难把水灌入落水瓶。在落水瓶上有泄水孔,用来排泄灌进落水瓶的积水。
呼气嘴是一个管状阀门。它呼气时开启,吸气时关闭。当把它套接在发动机的排气口时,就可以用它排出废气,并防止排出的废气倒灌回发动机。把呼气嘴通过呼气软管与落水瓶连接起来,就能把废气排到大气中去。
当发动机在水下排气时,排出的废气先从开启的呼气嘴和呼气软管进入进气管和落水瓶,然后再从落水瓶里进入出气管,最后才被排入大气层。当风浪把水从出气管灌入落水瓶时,由于进气管与出气管不同轴,由于出气管瓶内端头的高度低于进气管瓶内端头的高度,由于进气管和出气管的瓶内端头互相远离,所以水就在自身重力作用下降落到落水瓶的底面上,而不能进入进气管,更不能进入呼气软管,这样就解决了发动机排气口因呛水而熄火的问题。
当发动机在水下排气时,单向阀吸气嘴是关闭的,这样就防止了排出的废气进入吸气软管与新鲜空气混合,从而提高了发动机的燃烧效率。
为了简化发动机的潜水呼吸系统,可以省掉呼气落水瓶,即把若干个呼气嘴串联起来使用,把废气直接排入水中。这种方法也能防止发动机排气口进水。
所以本发明能为在水下工作的发动机安全、方便、经济地提供天然氧气。
本发明因为只需要把吸气软管与稳定漂浮的落水瓶和吸气嘴连接起来使用,就能解决吸气管式潜水呼吸器的呛水和呼吸效率低的问题,保证潜水者安全高效地呼吸天然空气和长时间大范围地潜泳,所以具有很大的实用价值;因为落水瓶的结构简单、容易制作,所以能够低成本大批量地生产,这样不仅能够满足广大潜水爱好者的需要,而且能部分地取代氧气瓶式潜水呼吸器,这将促进潜水运动、水下采集生产和科研的发展;同时由于本发明所述的潜水呼吸系统能够为在水下工作的发动机安全、方便、经济地提供天然氧气,所以将会促进机械化潜水运动的发展,并将促进潜水运载工具和/或机械设备的革新和发展。
本发明的具体内容由以下的实施例给出。
图1是根据本发明提出的为潜水者提供天然氧气的浮瓶式潜水呼吸系统的实施例的整体结构示意图。
图2是图1中A-A方向的剖面图。
图3是图1中B-B方向的剖面图。
图4是图1中C-C方向的剖面图。
图5是根据本发明提出的为在水下工作的发动机提供天然氧气的浮瓶式潜水呼吸系统的实施例的整体结构示意图。
图6是同时为潜水者和发动机提供天然氧气的浮瓶式潜水呼吸系统的实施例的整体结构示意图。
首先结合图1、2、3、4详细说明依据本发明提出的为潜水者提供天然氧气的浮瓶式潜水呼吸系统的具体设备的细节及工作情况。
该设备主要由落水瓶(6)、吸气软管(15)和吸气嘴(19)三大部分组成,下面分别详细说明。
落水瓶(6)是塑料、金属、木材或干葫芦制成的单层或多层瓶壁、各种形状的密闭容器。它的容积在1公升以上,它的形状可以根据潜水者的爱好选择,为了安全起见,它的瓶壁应是多层的结构,这样当落水瓶(6)的某一层瓶壁破裂时,落水瓶(6)仍然能够在水面上稳定漂浮,图1中的落水瓶(6)是单层瓶壁长园桶形状的,这是为了做图的方便,这只是一个范例。
落水瓶(6)有进气管(5)、出气管(9)、泄水孔(3)、泄水孔塞(2),在落水瓶的底部用一根尼龙绳(13)拴了一块铅坠(14)。
由图1、2可以看出,进气管(5)和出气管(9)不同轴,并且与落水瓶(6)的瓶壁互相远离;进气管瓶外端头(1)高出瓶顶面(4)并指向天空;进气管瓶内端头(8)远离瓶壁和出气管瓶内端头(7),其距瓶底面(11)的高度是落水瓶高度的1/4,这也是落水瓶(6)允许进水量的高度;出气管瓶外端头(12)与吸气软管(15)连接;出气管瓶内端头(7)远离瓶壁和进气管瓶内端头(8),其距落水瓶底面(11)的高度是落水瓶高度的1/2;落水瓶高度是指瓶底面(11)至瓶顶面(4)的距离。用一根50~100厘米的尼龙绳(13)把一块铅坠(14)拴在落水瓶(6)的底部,铅坠(14)的重量是落水瓶(6)排水量的1/6~2/5,铅坠(14)使落水瓶(6)重心稳定,防止它在风浪中翻滚。把落水瓶(6)放到水里,它就在水面上稳定漂浮,随着波浪起伏而起伏,用牵引绳拉着它,它就漂浮移动。由于落水瓶(6)大部分体积高出水面,并且进气管瓶外端头(1)始终指向天空,所以一般的风浪很难把水灌入落水瓶(6)。
当潜水者在水下吸气时,天然空气先从进气管(5)进入落水瓶(6),然后再从落水瓶(6)里进入出气管(9),再然后才进入吸气软管(15)和开启的单向阀吸气嘴(19),最后被人呼吸。如果此时风浪把水灌入进气管(5),则由于进气管(5)与出气管(9)不同轴,由于进气管瓶内端头(8)低于出气管瓶内端头(7)的高度,由于端头(7)、(8)两者互相远离,所以水就在自身重力作用下,沿箭头(10)所示的方向落到瓶底面(11)上,而不能落入出气管瓶内端头(7),更不能进入吸气软管(15),这样就解决了呛水问题。
当落水瓶(6)连续长时间使用时,如果风浪比较大,灌进落水瓶(6)里的积水就会多起来,当瓶内积水达到进气管瓶内端头(8)的高度时,就会堵住进气管(5),造成吸气困难。这就给潜水者发出了信号,迫使他浮出水面,打开泄水孔(3),倒掉瓶内积水,防止瓶内积水继续增加和淹没出气管瓶内端头(7),以避免发生呛水。进气管瓶内端头(8)的高度决定了落水瓶(6)允许的安全进水量。
当落水瓶(6)在风浪中摇摆时,瓶内积水便沿着瓶壁晃荡,由于出气管瓶内端头(7)远离瓶壁并且位置高度比较高,所以瓶内积水不会荡入出气管(9)。
总之,稳定漂浮的落水瓶(6)为吸气软管(15)提供了可靠屏障,防止风浪把水灌入吸气软管(15),解决了呛水问题,保证了潜水者安全地呼吸天然空气。
吸气软管(15)是一根塑料或橡胶软管,当潜水深度是5米时,它的内径是15毫米,它的长度应是潜水深度的1.5倍以上,它一头与出气管瓶外端头(12)牢固连接,它另一头与单向阀吸气嘴(19)牢固连接。吸气软管(15)既是新鲜空气的通路,又是落水瓶的牵引绳,所以要选用柔软、抗折迭和拉力大的塑料或橡胶软管。为了安全起见,吸气软管(15)的管壁应是多层结构,这样当某一层管壁破裂时,吸气软管(15)仍然可以使用,使潜水者有足够的时间浮出水面,修理或更换破裂的吸气软管(15)。
由图1、3、4可以看出,吸气嘴(19)是一个管状阀门,它包括进气口(16)、塑料阀球(17)、限位针(18)、出气口(20)和布满透气孔的止脱环(21)。图1中的吸气嘴(19)处于吸气时的开启状态。
进气口(16)的内径小于阀球(17)的直径,阀球(17)的直径又小于出气口(20)的内径,为防止阀球(17)从出气口(20)掉出来,在阀球与出气口之间装上限位针(18),阀球(17)可以在进气口(16)与限位针(18)之间往复运动,以开关单向阀吸气嘴(19)。止脱环(21)位于出气口(20)的外径上。
图3反映了限位针(18)在吸气嘴(19)中装配关系。
图4反映了止脱环(21)的剖面形状。
把单向阀吸气嘴(19)含在口中,用牙齿挡住止脱环(21),以免呼气时吹脱吸气嘴(19)。当吸气时,阀球(17)离开进气口(16)并向出气口(20)的方向运动,吸气嘴(19)开启,新鲜空气从进气口(16)和阀球(17)与出气口(20)的间隙之间通过,吸进新鲜空气;当呼气时,阀球(17)被吹向进气口(16),堵住进气口(16),吸气嘴关闭,呼出的废气通过止脱环(21)上的透气孔,从人的嘴唇与吸气嘴(19)外径之间排入水中。这样就避免了呼出的废气进入吸气软管(15)与新鲜空气混合,从而提高了呼吸效率。
当潜水者使用潜水镜时,可以把吸气嘴(19)直接插入潜水镜,用鼻子吸气,用口呼气。
综上所述,把落水瓶(6)放到水面上,把单向阀吸气嘴(19)含在口中或插入潜水镜中,潜水者就能在水下安全高效地呼吸天然空气;用吸气软管(15)拉着落水瓶(6),就能在水下长时间大范围地潜泳。
下面结合图5详细说明依据本发明提出的为发动机提供天然氧气的浮瓶式潜水呼吸系统的具体设备的细节及工作情况。
该系统主要由吸气落水瓶(27)、吸气软管(36)、吸气嘴(39)、软管(44)、呼气嘴(57)、软管(52)、呼气软管(60)和呼气落水瓶(69)等几部分组成,下面分别详细说明。
落水瓶(27)是用塑料、金属、木材或干葫芦制成的单层或多层瓶壁的、各种形状的密闭容器。它的容积应根据发动机功率的大小来选择,它的形状可以根据实际情况选择,为了安全起见它的瓶壁应是多层的结构,这样当落水瓶(27)的某一层瓶壁破裂时,落水瓶(27)仍然能够在水面上稳定漂浮。图5中所画的落水瓶(27)是单层瓶壁、长园桶形状的,这是为了做图的方便,这也只是一个范例。
落水瓶(27)有进气管(26)、出气管(30)、泄水孔(24)、泄水孔塞(23),在落水瓶的底部用一根尼龙绳(34)拴了一块铅坠(35)。
由图5可以看出,进气管(26)和出气管(30)不同轴,并且与落水瓶(27)的瓶壁互相远离;进气管瓶外端头(22)高出瓶顶面(25)并指向天空;进气管瓶内端头(29)远离瓶壁和出气管瓶内端头(28),其距瓶底面(32)的高度是落水瓶高度的1/4,这也是落水瓶(27)允许进水量的高度;出气管瓶外端头(33)与吸气软管(36)连接;出气管瓶内端头(28)远离瓶壁和进气管瓶内端头(29),其距落水瓶底面(32)的高度是落水瓶高度的1/2;落水瓶高度是指瓶底面(32)至瓶顶面(25)的距离。用一根适当长度的尼龙绳(34)把一块铅坠(35)拴在落水瓶(27)的底部,铅坠(35)的重量是落水瓶(27)排水量的1/6~2/5,铅坠(35)使落水瓶(27)重心稳定,防止它在风浪中翻滚。把落水瓶(27)放到水里,它就在水面上稳定漂浮,随着波浪起伏而起伏,用牵引绳(37)拉着它,它就漂浮移动。由于落水瓶(27)大部分体积高出水面,并且进气管瓶外端头(22)始终指向天空,所以一般的风浪很难把水灌入落水瓶(27)。
当发动机(48)在水下吸气时,天然空气先从进气管(26)进入落水瓶(27),然后再从落水瓶(27)里进入出气管(30),再然后才进入吸气软管(36)和开启的单向阀吸气嘴(39),最后被发动机(48)吸入。如果此时风浪把水灌入进气管(26),则由于进气管(26)与出气管(30)不同轴,由于进气管瓶内端头(29)低于出气管瓶内端头(28)的高度,由于端头(28)、(29)两者互相远离,所以水就在自身重力作用下,沿箭头(31)所示的方向落到落水瓶底面(32)上,而不能落入出气管瓶内端头(28),更不能进入吸气软管(36),这样就解决了因为发动机进气口(47)呛水而使发动机(48)熄火的问题。
当落水瓶(27)连续长时间使用时,如果风浪比较大,灌进落水瓶(27)里的积水就会多起来,当瓶内积水达到进气管瓶内端头(29)的高度时,就会堵住进气管(26),造成发动机吸气困难。这就给发动机使用者发出了信号,迫使他打开泄水孔(24),倒掉瓶内积水,防止瓶内积水,防止瓶内积水继续增加和淹没出气管瓶内端头(28),以避免发动机呛水而熄火。进气管瓶内端头(29)的高度决定了落水瓶(27)允许的安全进水量。
当落水瓶(27)在风浪中摇摆时,瓶内积水便沿着瓶壁晃荡,由于出气管瓶内端头(28)远离瓶壁并且位置高度比较高,所以瓶内积水不会荡入出气管(30)。
总之,稳定漂浮的落水瓶(27)为吸气软管(36)提供了可靠屏障,防止风浪把水灌入吸气软管(36),解决了呛水问题,保证了发动机(48)安全地呼吸天然空气。
吸气软管(36)是一根塑料或橡胶软管,它的内径应根据发动机的功率来确定,它的长度应是潜水深度的1.5倍以上,它一头与出气管瓶外端头(33)牢固连接,它另一头与单向阀吸气嘴(39)牢固连接。吸气软管(36)既是新鲜空气的通路,又要牵引落水瓶,所以要选用柔软、抗折迭和拉力大的塑料或橡胶软管。为了安全起见,吸气软管(36)的管壁应是多层结构,这样当某一层管壁破裂时,吸气软管(36)仍然可以使用,并使发动机使用者有足够的时间修理或更换破裂的吸气软管(36)。
由图5可以看出,吸气嘴(39)是一个T型单向阀管状阀门,它包括上通气口(38)、下通气口(43)、进气口(40)、塑料阀球(41)、限位针(42)。图5中的吸气嘴(39)处于吸气时的开启状态。
进气口(40)的内径小于阀球(41)的直径,阀球(41)的直径小于单向阀吸气嘴(39)的内径,阀球(41)可以在进气口(40)与限位针(42)之间往复运动,以开关单向阀吸气嘴(39)。
把单向阀吸气嘴(39)用橡胶软管(46)套接在发动机进气口(47)上。当发动机(48)吸气时,阀球(41)离开进气口(40)并向限位针(42)的方向运动,吸气嘴(39)开启,新鲜空气从上通气口(38)、进气口(40)、阀球(41)与吸气嘴(39)内径的间隙之间通过,吸进新鲜空气;当发动机进气口(47)因密封不良而排放废气时,吸气嘴(39)关闭,不使废气窜入吸气软管(36),保证了发动机(48)能够高效率地呼吸天然氧气。
在下通气口(43)的外径上套接一根塑料或橡胶软管(44),是为了承接从吸气软管(36)落下的水和从发动机(48)中流出的油。在软管(44)的底部放进一个铁球(45),使软管(44)的底部始终垂向地面,防止软管(44)中的油和水流入发动机进气口(47),以免造成呛水和熄火。
由于有进气落水瓶(27)和软管(44)为发动机进气口(47)提供了两道防水屏障,确保发动机能够安全地吸入天然氧气。
由图5可以看出,呼气嘴(57)也是一个T型单向阀式的管状阀门,它包括出气口(56)、金属或耐高温的塑料阀球(55)、限位针(54)、上通气口(58)、下通气口(53)。图5中的呼气嘴(57)处于呼气时的开启状态。
把呼气嘴(57)用橡胶软管(50)套接在发动机排气口(49)上。用呼气软管(60)把呼气落水瓶(69)与呼气嘴(57)连接起来。
呼气落水瓶(69)是用塑料、金属、木材或干葫芦制成的单层或多层瓶壁的、各种形状的密闭容器。它的容积应根据发动机功率的大小来选择,它的形状可以根据实际情况选择,为了安全起见它的瓶壁应是多层的结构,这样当落水瓶(69)的某一层瓶壁破裂时,落水瓶(69)仍然能够在水面上稳定漂浮。图5中所画的落水瓶(69)是单层瓶壁、长园桶形状的,这是为了做图的方便,这也只是一个范例。
落水瓶(69)有进气管(66)、出气管(70)、泄水孔(72)、泄水孔塞(73),在落水瓶的底部用一根尼龙绳(62)拴了一块铅坠(61)。
由图5可以看出,进气管(66)和出气管(70)不同轴,并且与落水瓶(69)的瓶壁互相远离;出气管瓶外端头(74)高出瓶顶面(71)并指向天空;出气管瓶内端头(67)远离瓶壁和进气管瓶内端头(68),其距瓶底面(64)的高度是落水瓶高度的1/4,这也是落水瓶(69)允许进水量的高度;进气管瓶外端头(63)与呼气软管(60)连接;进气管瓶内端头(68)远离瓶壁和出气管瓶内端头(67),其距落水瓶底面(64)的高度是落水瓶高度的1/2;落水瓶高度是指瓶底面(64)至瓶顶面(71)的距离。用一根适当长度的尼龙绳(62)把一块铅坠(61)拴在落水瓶(69)的底部,铅坠(61)的重量是落水瓶(69)排水量的1/6~2/5,铅坠(61)使落水瓶(69)重心稳定,防止它在风浪中翻滚。把落水瓶(69)放到水里,它就在水面上稳定漂浮,随着波浪起伏而起伏,用牵引绳(59)拉着它,它就漂浮移动。由于落水瓶(69)大部分体积高出水面,并且出气管瓶外端头(74)始终指向天空,所以一般的风浪很难把水灌入落水瓶(69)。
当发动机(48)排气时,阀球(55)被吹离出气口(56),向限位针(54)方向运动,呼气嘴(57)开启,排出的废气通过上通气口(58)、呼气软管(60)、呼气落水瓶(69)排入大气层。
在呼气落水瓶(69)里,发动机(48)排出的废气首先从进气管(66)进入落水瓶(69),再然后进入出气管(70),最后排入大气层。当风浪把水灌入出气管(70)时,则由于进气管(66)与出气管(70)不同轴,由于进气管瓶内端头(68)高于出气管瓶内端头(67)的高度,由于端头(67)、(68)两者互相远离,所以水就在自身重力作用下,沿箭头(65)所示的方向落到落水瓶底面(64)上,而不能落入进气管瓶内端头(68),更不能进入呼气软管(60),这样就解决了因为发动机出气口(49)呛水而使发动机(48)熄火的问题。
在呼气嘴(57)的下通气口(53)的外径上套接了一根塑料或橡胶软管(52),是为了承接从呼气软管(60)落下的水和从发动机排气口(49)中流出的油。在软管(52)的底部安装一个铁球(51),使软管(52)的底部始终垂向地面,防止软管(52)中的油和水流入发动机排气口(49)。
当发动机(48)停止排气时,如果有水、油或废气向排气口(49)倒流则阀球(55)在流体压力的作用下,向出气口(56)方向运动,呼气嘴(57)关闭,这对于发动机(48)提高燃烧效率和防止发动机因为排气口(49)进水或积油过多而熄火,具有积极意义。
由于有呼气落水瓶(69)、软管(52)和呼气嘴(57)为发动机排气口(49)提供多重保护,从而解决了发动机因排气口(49)呛水或积油过多而熄火的问题。
当发动机(48)在水下高速运动时,为了防止拉断吸气软管(36)和呼气软管(60),应该使用两根结实的尼龙绳(37)、(59)来代替它们承受拉力。即尼龙绳(37)应稍短于吸气软管(36),尼龙绳(59)稍短于呼气软管(60),把尼龙绳(37)、(59)分别从落水瓶(27)、(69)上系到发动机(48)上。
综上所述,有了浮瓶式潜水呼吸系统,发动机就能在水下安全高效地呼吸天然氧气;用牵引绳(37)和(59)拉着落水瓶(27)和(69),发动机(48)就能在水下长时间大范围地运动。
下面结合图6说明同时为潜水者和发动机提供天然氧气的浮瓶式潜水呼吸系统细节及其工作情况。
由图6可以看出,本系统是由为潜水者提供天然氧气的呼吸系统和为发动机提供天然氧气的呼吸系统组合而成的。当潜水者把小型发动机安装在身体上,以发动机提供潜泳动力时,就需要这样的一套潜水呼吸系统。
其中,为潜水者提供天然氧气的浮瓶式潜水呼吸系统,主要由吸气落水瓶(80)、吸气软管(90)和T型单向阀式呼吸气嘴(91)组成,其工作原理请参考图1、2、3、4及对图1、2、3、4所做的详细说明,在此只做简单介绍:为发动机提供天然氧气的浮瓶式潜水呼吸系统,主要由吸气落水瓶(80)、吸气软管(90)、吸气软管(98)、T型单向阀吸气嘴(100)、软管(105)、T型单向阀呼气嘴(118)、软管(113)、排气软管(121)和呼气落水瓶(130)组成,其工作原理可参考图5及其对图5所做的详细说明,在此也只做简要介绍。
落水瓶(80)是用塑料、金属、木材或干葫芦制成的单层或多层瓶壁的、各种形状的密闭容器。它的容积应根据发动机功率的大小来选择,它的形状可以根据实际情况选择,为了安全起见它的瓶壁应是多层的结构,这样当落水瓶(80)的某一层瓶壁破裂时,落水瓶(80)仍然能够在水面上稳定漂浮。图6中所画的落水瓶(80)是单层瓶壁、长园桶形状的,这是为了做图的方便,这也只是一个范例。
落水瓶(80)有进气管(79)、出气管(83)、泄水孔(77)、泄水孔塞(76),在落水瓶的底部用一根尼龙绳(87)拴了一块铅坠(88)。
由图6可以看出,进气管(79)和出气管(83)不同轴,并且与落水瓶(80)的瓶壁互相远离;进气管瓶外端头(75)高出瓶顶面(78)并指向天空;进气管瓶内端头(82)远离瓶壁和出气管瓶内端头(81),其距瓶底面(85)的高度是落水瓶高度的1/4,这也是落水瓶(80)允许进水量的高度;出气管瓶外端头(86)与吸气软管(90)连接;出气管瓶内端头(81)远离瓶壁和进气管瓶内端头(82),其距落水瓶底面(85)的高度是落水瓶高度的1/2;落水瓶高度是指瓶底面(85)至瓶顶面(78)的距离。用一根适当长度的尼龙绳(87)把一块铅坠(88)拴在落水瓶(80)的底部,铅坠(88)的重量是落水瓶(80)排水量的1/6~2/5,铅坠(88)使落水瓶(80)重心稳定,防止它在风浪中翻滚。把落水瓶(80)放到水里,它就在水面上稳定漂浮,随着波浪起伏而起伏,用牵引绳(97)拉着它,它就漂浮移动。由于落水瓶(80)大部分体积高出水面,并且进气管瓶外端头(75)始终指向天空,所以一般的风浪很难把水灌入落水瓶(80)。
当潜水者和发动机(109)在水下吸气时,天然空气先从进气管(79)进入落水瓶(80),然后再从落水瓶(80)里进入出气管(83),再然后才进入吸气软管(90)、(98)和开启的单向阀吸气嘴(91)、(100),最后被人和发动机(109)吸入。如果此时风浪把水灌入进气管(79),则由于进气管(79)与出气管(83)不同轴,由于进气管瓶内端头(82)低于出气管瓶内端头(81)的高度,由于端头(81)、(82)两者互相远离,所以水就在自身重力作用下,沿箭头(84)所示的方向落到落水瓶底面(85)上,而不能落入出气管瓶内端头(81),更不能进入吸气软管(90)、(98),这样就解决了潜水者呛水和发动机(109)因呛水而熄火的问题。
当落水瓶(80)连续长时间使用时,如果风浪比较大,灌进落水瓶(80)里的积水就会多起来,当瓶内积水达到进气管瓶内端头(82)的高度时,就会堵住进气管(79),造成潜水产者和发动机吸气困难。这就给潜水者发出了信号,迫使他打开泄水孔(77),倒掉瓶内积水,防止瓶内积水继续增加和淹没出气管瓶内端头(81),以避免发生呛水。进气管瓶内端头(82)的高度决定了落水瓶(80)允许的安全进水量。
当落水瓶(80)在风浪中摇摆时,瓶内积水便沿着瓶壁晃荡,由于出气管瓶内端头(81)远离瓶壁并且位置高度比较高,所以瓶内积水不会荡入出气管(83)。
总之,稳定漂浮的落水瓶(80)为吸气软管(90)、(98)提供了可靠屏障,防止风浪把水灌入吸气软管(90)、(98),解决了呛水问题,保证了潜水者和发动机(109)安全地呼吸天然空气。
吸气软管(90)是一根塑料或橡胶软管,它的内径主要应根据发动机的功率来确定,它的长度应是潜水深度的1.5倍以上,它一头与出气管瓶外端头(86)牢固连接,它另一头与单向阀吸气嘴(91)的上通气口(89)牢固连接。吸气软管(90)既是新鲜空气的通路,又要牵引落水瓶,所以要选用柔软、抗折迭和拉力大的塑料或橡胶软管。为了安全起见,吸气软管(90)的管壁应是多层结构,这样当某一层管壁破裂时,吸气软管(90)仍然可以使用,并使发动机使用者有足够的时间修理或更换破裂的吸气软管(90)。
吸气软管(98)也是一根塑料或橡胶软管,它的内径主要应根据发动机的功率来确定,它的长度应根据人体与发动机(109)之间的距离来确定。用吸气软管(98)把吸气嘴(91)的下通气口(95)和吸气嘴(100)的上通气口(99)牢固地连接起来。
由图6可以看出,潜水者用的吸气嘴(91)是一个T型单向式阀管状阀门,它包括上通气口(89)、下通气口(95)、进气口(92)、塑料阀球(93)、限位针(94)。图6中的吸气嘴(91)处于吸气时的开启状态。
进气口(92)的内径小于阀球(93)的直径,阀球(93)的直径小于单向阀吸气嘴(91)的内径,阀球(93)可以在进气口(92)与限位针(94)之间往复运动,以开关单向阀吸气嘴(91)。
把单向阀吸气嘴(91)含在口中,用牙齿挡住止脱环(96),以免呼气时吹脱吸气嘴(91)。当吸气时,阀球(93)离开进气口(92)并向限位针(94)的方向运动,吸气嘴(91)开启,新鲜空气从进气口(92)、阀球(93)与吸气嘴(91)内径的间隙之间通过,吸进新鲜空气;当呼气时,阀球(93)被吹向进气口(92),堵住进气口(92),吸气嘴关闭,呼出的废气通过止脱环(96)上的透气孔,从人的嘴唇与吸气嘴(91)外径之间排入水中。这样就避免了呼出的废气进入吸气软管(90)与新鲜空气混合,从而提高了呼吸效率。
当潜水者使用潜水镜时,也可以把吸气嘴(91)直接插入潜水镜(图中未画出),用鼻子吸气,用口呼气。
由图6可以看出,发动机用的吸气嘴(100)也是一个T型单向阀管状阀门,它包括上通气口(99)、下通气口(104)、进气口(101)、塑料阀球(102)、限位针(103)。图6中的吸气嘴(100)处于吸气时的开启状态。
进气口(101)的内径小于阀球(102)的直径,阀球(102)的直径小于单向阀吸气嘴(100)的内径,阀球(102)可以在进气口(101)与限位针(103)之间往复运动,以开关单向阀吸气嘴(100)。
把单向阀吸气嘴(100)用橡胶软管(107)套接在发动机进气口(108)上。当发动机(109)吸气时,阀球(102)离开进气口(101)并向限位针(103)的方向运动,吸气嘴(100)开启,新鲜空气从上通气口(99)、进气口(101)、阀球(102)与吸气嘴(100)内径的间隙之间通过,吸进新鲜空气;当发动机进气口(108)因密封不良而排放废气时,吸气嘴(100)关闭,避免废气与天然氧气混合,保证了发动机(109)能够高效率地呼吸天然氧气。
在下通气口(104)的外径上套接一根塑料或橡胶软管(105),是为了承接从吸气软管(90)、(98)落下的水和从发动机(109)中流出的油。在软管(105)的底部放进一个铁球(106),使软管(105)的底部始终垂向地面,防止软管(105)中的油和水流入发动机进气口(108),以避免造成呛水和熄火。
由于有进气落水瓶(80)和软管(105)为发动机进气口(108)提供了两道防水屏障,所以能确保发动机能够安全地吸入天然氧气。
由图6可以看出,呼气嘴(118)也是一个T型单向阀式的管状阀门,它包括出气口(117)、金属或耐高温的塑料阀球(115)、限位针(116)、上通气口(119)、下通气口(114)。图6中的呼气嘴(118)处于呼气时的开启状态。
把呼气嘴(118)用橡胶软管(111)套接在发动机排气口(110)上。用呼气软管(121)把呼气落水瓶(130)与呼气嘴(118)连接起来。
呼气落水瓶(130)是用塑料、金属、木材或干葫芦制成的单层或多层瓶壁的、各种形状的密闭容器。它的容积应根据发动机功率的大小来选择,它的形状可以根据实际情况选择,为了安全起见它的瓶壁应是多层的结构,这样当落水瓶(130)的某一层瓶壁破裂时,落水瓶(130)仍然能够在水面上稳定漂浮。图6中所画的落水瓶(130)是单层瓶壁、长园桶形状的,这是为了做图的方便,这也只是一个范例。
落水瓶(130)有进气管(127)、出气管(131)、泄水孔(133)、泄水孔塞(134),在落水瓶的底部用一根尼龙绳(123)拴了一块铅坠(122)。
由图6可以看出,进气管(127)和出气管(131)不同轴,并且与落水瓶(130)的瓶壁互相远离;出气管瓶外端头(135)高出瓶顶面(132)并指向天空;出气管瓶内端头(128)远离瓶壁和进气管瓶内端头(129),其距瓶底面(125)的高度是落水瓶高度的1/4,这也是落水瓶(130)允许进水量的高度;进气管瓶外端头(124)与呼气软管(121)连接;进气管瓶内端头(129)远离瓶壁和出气管瓶内端头(128),其距落水瓶底面(125)的高度是落水瓶高度的1/2;落水瓶高度是指瓶底面(125)至瓶顶面(132)的距离。用一根适当长度的尼龙绳(123)把一块铅坠(122)拴在落水瓶(130)的底部,铅坠(122)的重量是落水瓶(130)排水量的1/6~2/5,铅坠(122)使落水瓶(130)重心稳定,防止它在风浪中翻滚。把落水瓶(130)放到水里,它就在水面上稳定漂浮,随着波浪起伏而起伏,用牵引绳(120)拉着它,它就漂浮移动。由于落水瓶(130)大部分体积高出水面,并且出气管瓶外端头(135)始终指向天空,所以一般的风浪很难把水灌入落水瓶(130)。
当发动机(109)排气时,阀球(115)被吹离出气口(117),向限位针(116)方向运动,呼气嘴(118)开启,排出的废气通过上通气口(119)、呼气软管(121)、呼气落水瓶(130)排入大气层。
在呼气落水瓶(130)里,发动机(109)排出的废气首先从进气管(127)进入落水瓶(130),再然后进入出气管(131),最后排入大气层。当风浪把水灌入出气管(131)时,则由于进气管(127)与出气管(131)不同轴,由于进气管瓶内端头(129)高于出气管瓶内端头(128)的高度,由于端头(129)、(128)两者互相远离,所以水就在自身重力作用下,沿箭头(126)所示的方向落到落水瓶底面(125)上,而不能落入进气管瓶内端头(129)更不能进入呼气软管(121),这样就解决了因为发动机排气口(110)呛水而使发动机(109)熄火的问题。
在呼气嘴(118)的下通气口(114)的外径上套接了一根塑料或橡胶软管(113),是为了承接从呼气软管(121)落下的水和从发动机排气口(110)中流出的油。在软管(113)的底部安装一个铁球(112),使软管(113)的底部始终垂向地面,防止软管(113)中的油和水流入发动机排气口(110)。
当发动机停止排气时,如果有水、油或废气向排气口(110)倒流,则阀球(115)在流体压力的作用下,堵住出气口(117),呼气嘴(118)关闭,这对于发动机(109)提高燃烧效率和防止发动机排气口(108)进水或积油过多而造成熄火,具有积极意义。
由于有呼气落水瓶(130)、软管(113)和呼气嘴(118)为发动机排气口(110)提供多重保护,从而解决了发动机因排气口(110)呛水或积油过多而熄火的问题。
当潜水者携带发动机(109)在水下高速运动时,为了防止拉断吸气软管(98)和呼气软管(121)。应该使用两根结实的尼龙绳(97)、(120)来代替它们承受拉力。即尼龙绳(97)应稍短于吸气软管(98),尼龙绳(120)稍短于呼气软管(121),把尼龙绳(97)、(120)分别从落水瓶(80)、(130)上系到发动机(109)上。
综上所述,有了浮瓶式潜水呼吸系统,潜水者和发动机就能在水下安全高效地呼吸天然氧气,发动机(109)就能推动潜水者在水下长时间、大范围、高速度地潜泳运动。
本发明还可应用在潜水运载工具中,为潜水运载工具中的人类和发动机提供天然氧气,即根据发动机功率的大小和乘客的多少来使用合适的落水瓶、吸气软管、呼气软管、吸气嘴和呼(排)气嘴,其工作原理与对图5、6所做的阐述基本相同,在此就不再详细叙述了。