Разработка и создание аппарата для подводного дыхания | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 27 апреля, печатный экземпляр отправим 1 мая.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №29 (476) июль 2023 г.

Дата публикации: 21.07.2023

Статья просмотрена: 30 раз

Библиографическое описание:

Маркелов, Д. С. Разработка и создание аппарата для подводного дыхания / Д. С. Маркелов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2023. — № 29 (476). — С. 14-17. — URL: https://moluch.ru/archive/476/104996/ (дата обращения: 15.04.2024).



Ключевые слова: подводное плавание, подводной мир, соленая вода, время погружения, физиология дыхания, дайвер, дыхание.

История дайвинга восходит к древним временам, когда люди использовали различные методы для исследования подводного мира. Первый зарегистрированный случай погружения был зафиксирован греческим философом Аристотелем, который использовал водолазный колокол для исследования морских глубин. Со временем дайверы разработали более совершенное снаряжение, такое как водолазный шлем и водолазный костюм, которые позволяли им оставаться под водой в течение более длительного времени. В 20 веке изобретение акваланга позволило людям исследовать океан более доступным способом. Имея снаряжение для подводного плавания, дайверы могут свободно плавать и наблюдать за морской жизнью вблизи, что делает это занятие популярным как для развлекательных, так и для научных целей. Кроме того, подводное плавание открыло новые возможности для подводной фотографии и видеосъемки, позволяя нам делать потрясающие снимки подводного мира. Для дайверов важно пройти надлежащую подготовку и сертификацию, чтобы свести к минимуму риски, и всегда соблюдать правила безопасного погружения. Некоторые из рисков, связанных с подводным плаванием, включают декомпрессионную болезнь, травмы при чрезмерном расширении легких и отказ оборудования.

Стоит познакомиться с основными аппаратами, предназначенными для погружения и выявить их плюсы и минусы.

Ребризер — в данном аппарате, отработанный дыхательный газ не отводится в воду, а, освобождаясь от углекислого газа, обогащается кислородом, затем вновь подаётся для дыхания. Поэтому устроены ребризеры сложнее аквалангов. Помимо шланга, соединяющего баллон с загубником, имеется второй — для возврата отработанной смеси в контур. Обязательно присутствует полужесткий или мягкий мешок с ловушкой для воды для приёма выдыхаемой смеси, давление которой должно быть равно внешнему давлению воды. Далее смесь подаётся в канистру, в которой углекислый газ из неё удаляется химическим поглотителем. Последующее добавление кислорода осуществляется в каждом типе аппарата своим способом.

Акваланг — это устройство для дыхания под водой, которое позволяет человеку задерживаться под водой на длительное время. Оно состоит из баллона с сжатым воздухом, регулятора давления, манометра, маски, ласт и трубки для дыхания. Во время погружения, дыхательный газ подается из баллона через регулятор давления и трубку для дыхания в легкие дайвера. Манометр показывает оставшееся количество воздуха в баллоне, чтобы дайвер мог контролировать свое дыхание и время погружения.

Аппарат основан на электролизе воды и основном принципе работы ребризера. В ходе пропускания через воду электрического тока, на катоде будет образовываться водород, на аноде же, в случае пресной воды — кислород, в соленой — кислород/хлор.

(1)

Для увеличения количества выходящего газа, будет применен электролизёр [4]. Данное устройство представляет из себя блок, состоящий из нержавеющих пластин марки 08х18н10 [3]. Каждая пластинка разделена от другой при помощи резины марки ТМКЩ-С [2]. К электролизёру подключен бачок, в который заливается вода. На каждую пластинку подается оптимальное напряжение в размере 2В [1].

Фото электролизера

Рис. 1. Фото электролизера

Схема работы устройства

Рис. 2. Схема работы устройства

1 — Источник питания; 2 — Электроды; 3 — Фильтр с водой; 4 — Провода для соединения источника питания и электродов; 5 — Клапан; 6 — Газовый анализатор; 7 — Фильтр с активированным углем; 8 — Фильтр; 9 — Дыхательная трубка; 10 — Шланг; 11 — Резервуар с водой

В объекте (1) будет размещен источник. При помощи проводов (5) к источнику питания будут присоединены электролизер. Объект (2) будет представлять из себя бачок, в который будет заливаться вода. В электролизере будет образовываться водород, кислород (хлор или кислород в соленой воде) и пена. Смесь газов и пена, которые будут образовываться поступят обратно в бачок (2), газовая смесь пойдет дальше, а пена смешается с водой и поступит обратно в электролизер [6]. Смесь газов будет поступать в колбу (3), заполненной водой, т. к. прибор, возможно, будет эксплуатироваться в соленой воде необходимо обеспечить безопасность. Газообразный хлор хорошо растворим в воде, в отличие от кислорода и водорода. Так как, газовая смесь состоит 1 части кислорода и 2 частей водорода, необходимо удалить излишек водорода, поэтому в колбе (5) будет создана система очистки кислорода от водорода с использованием ПФСК мембраны. Объект (4) представляет из себя газоанализатор, для определения пропорций смеси, а также регулятор напряжения. Клапан (8) необходим, для предотвращения обратного поступления различных газов [5]. В резервуар (11) загружается активированный уголь, т. к. он имеет хорошие адсорбционные свойства для очистки выдыхаемого газа от углекислого газа, на выходе получаем азот. Фильтр (10) необходим для предотвращения поступление активированного угля в сам аппарат. Дальше происходит смешивание азота и кислорода. В газоанализаторе происходит определение концентрации всех газов. Дальше газы поступают в дыхательную трубку.

Стоит отметить, что человеку для дыхания необходимо 0,5–3 литров чистого кислорода в минуту, мы возьмём среднее значение — 1,5 литра [10].

Средние экспериментальные данные о легочной вентиляции, истинном количестве потребления кислорода и тепловыделении (теплопродукции) взрослого человека (вес 60–70 кгс, рост 170–180 см)

Рис. 3. Средние экспериментальные данные о легочной вентиляции, истинном количестве потребления кислорода и тепловыделении (теплопродукции) взрослого человека (вес 60–70 кгс, рост 170–180 см)

Физиология дыхания

Рис. 4. Физиология дыхания

Устройство разрабатывается на основе аппарата Triton. Triton, по заверению авторов — это первые в мире «искусственные жабры». Как утверждают создатели, с помощью этого приспособления можно провести под водой до 45 минут — время работы связано с продолжительностью работы аккумулятора. Максимальная глубина погружения составляет 4,5 метра. Устройство представлено на изображении ниже.

Triton

Рис. 5. Triton

https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/2404797/pub_5ed157de843d8264b4cc259f_5ed157fc44857738eedcf985/scale_2400

Данный аппарат подвергся большому сомнению в сети «Интернет», и после проведения всех проверок, было выявлено, что Triton оказался мифом, представляющим из себя не более, чем мини-акваланг с максимальным временем погружения 15–20 минут.

Литература:

  1. Буркан А. #0012 1кВт Электролизер. 2020, с. 15–20.
  2. Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики. Электричество и магнетизм. 16-е издание. 2015, с. 209–220.
  3. Патент № 2647841 C2 Российская Федерация, МПК C25B 1/12, C25B 1/10, C25B 9/08. Электролизёр воды и способ его эксплуатации: № 2016133322: заявл. 11.08.2016: опубл. 21.03.2018 / И. П. Терентьев, Е. Н. Туманин, А. Н. Щербаков; заявитель Публичное акционерное общество «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королёва (ПАО «РКК «Энергия»). — EDN BYIGLG.
  4. Введение в водородную энергетику /Э.Э Шпильрайн, С. П. Малышенко, Г. Г. Кулешов; Под рек. В. А. Легасова. — М.: Энергоатом-изадт. 1984. с. 105–130
  5. Заблудовский, В. А. Н. А. Костин, В. С. Кублановский “импульсный электролиз сплавов” Киев: Наукова думка, 1996. 207 с / В. А. Заблудовский, Е. А. Калиновский // Электрохимия. — 2000. — Т. 36, № 7. с. 450–457
  6. Гельфанд, Б. Е. Водород. Параметры горения и взрыва / Б. Е. Гельфанд, О. Е. Попов, Б. Б. Чайванов. — Москва: Физматлит, 2008. с. 50–54
  7. Meyer, S. A. Electric pulse generator. US Patent 4613779. 1986
  8. Meyer, S. A. Gas generator voltage control circuit. US Patent 4798661. 1989
  9. Meyer, S. A. Process and apparatus for the production of fuel gas and the enhanced release of thermal energy from such gas. US Patent 5149407. 1992
  10. Физиология дыхания: учебно-методическое пособие / И.В Городецкая. — Витебск: ВГМУ. 2012. с.65.
Основные термины (генерируются автоматически): подводное плавание, активированный уголь, время погружения, подводной мир, соленая вода, углекислый газ, газовая смесь, длительное время, дыхательная трубка, источник питания.


Ключевые слова

дыхание, подводное плавание, подводной мир, соленая вода, время погружения, физиология дыхания, дайвер

Похожие статьи

Вентиляционные системы на подводных лодках

Система кондиционирования воздуха создана для оптимального микроклимата в отсеках помещений и поддержания его при независимом плавании подводной лодки в подводном и надводном положении.

Применение элементов и техник подводного плавания для...

Задержка дыхания с погружением в воду (с); Подводное плавание 100 м (с); Плавание в классических ластах 50 м (с) — тест проводился три раза с перерывами 30 с, между попытками.

Исследование зависимости времени затопления сосуда...

время погружения обратно пропорционально квадрату диаметра круглого отверстия [1], [6]. Эта зависимость аналогична обратной пропорциональности между временем затопления ёмкости и площадью отверстия [4], [5]

Натренированная дыхательная система пловцов как важное...

Второй этап заключался в задержке дыхания всеми участниками групп. После проведения исследования мы получили, что общее время задержки дыхания у первой группы составляет 52 минуты 17 секунд, а у второй группы оно равно 28 минут 49 секунд.

Переработка углей с помощью подводного искрового разряда

На рисунке 3 (а, б, в) показаны графики зависимости степени измельчения от межэлектродного расстояния при разных емкости конденсатора. Время обработки угля t=3минут, фракция диаметра угля d=8мм, расстояние управляемого разрядника lр=7 мм.

Сорбенты при очистке нефтяного загрязнения на участке...

Оптимальное соотношение остаточного бурого угля и алюмосиликатной микросферы в пределах 1:0,84–1,12 обеспечивает удельную сорбционную способность нефти равную 0,98–1,30 кг/кг остаточный бурый уголь.

Техника покорения морских глубин. Необитаемые подводные...

Основными элементами необитаемых подводных аппаратов являются корпус, система погружения и всплытия, источник энергии и движительно-рулевой комплекс. Остальные приборы устанавливаются в зависимости от выполняемой задачи.

Перспективы применения углекислого газа в холодильных машинах

Углекислый газ, таким образом, являлся главным коррозийным компонентом газовой фазы продукции скважин. Из-за высоких парциальных давлений CO2 добываемый из скважин водный конденсат представлял собой крепкий раствор угольной кислоты pH=4÷5,5...

Искусственные газогидраты. Получение, хранение, транспортировка

В интервале от 280 до 460 мин. эксперимента при включенном качающем механизме ячейки давление снижается до 14,66 атм., происходит растворение газовой смеси в воде после включения.

Похожие статьи

Вентиляционные системы на подводных лодках

Система кондиционирования воздуха создана для оптимального микроклимата в отсеках помещений и поддержания его при независимом плавании подводной лодки в подводном и надводном положении.

Применение элементов и техник подводного плавания для...

Задержка дыхания с погружением в воду (с); Подводное плавание 100 м (с); Плавание в классических ластах 50 м (с) — тест проводился три раза с перерывами 30 с, между попытками.

Исследование зависимости времени затопления сосуда...

время погружения обратно пропорционально квадрату диаметра круглого отверстия [1], [6]. Эта зависимость аналогична обратной пропорциональности между временем затопления ёмкости и площадью отверстия [4], [5]

Натренированная дыхательная система пловцов как важное...

Второй этап заключался в задержке дыхания всеми участниками групп. После проведения исследования мы получили, что общее время задержки дыхания у первой группы составляет 52 минуты 17 секунд, а у второй группы оно равно 28 минут 49 секунд.

Переработка углей с помощью подводного искрового разряда

На рисунке 3 (а, б, в) показаны графики зависимости степени измельчения от межэлектродного расстояния при разных емкости конденсатора. Время обработки угля t=3минут, фракция диаметра угля d=8мм, расстояние управляемого разрядника lр=7 мм.

Сорбенты при очистке нефтяного загрязнения на участке...

Оптимальное соотношение остаточного бурого угля и алюмосиликатной микросферы в пределах 1:0,84–1,12 обеспечивает удельную сорбционную способность нефти равную 0,98–1,30 кг/кг остаточный бурый уголь.

Техника покорения морских глубин. Необитаемые подводные...

Основными элементами необитаемых подводных аппаратов являются корпус, система погружения и всплытия, источник энергии и движительно-рулевой комплекс. Остальные приборы устанавливаются в зависимости от выполняемой задачи.

Перспективы применения углекислого газа в холодильных машинах

Углекислый газ, таким образом, являлся главным коррозийным компонентом газовой фазы продукции скважин. Из-за высоких парциальных давлений CO2 добываемый из скважин водный конденсат представлял собой крепкий раствор угольной кислоты pH=4÷5,5...

Искусственные газогидраты. Получение, хранение, транспортировка

В интервале от 280 до 460 мин. эксперимента при включенном качающем механизме ячейки давление снижается до 14,66 атм., происходит растворение газовой смеси в воде после включения.

Задать вопрос