[发明专利]一种气液分离制氧装置和采用此装置的潜航器

说明书

技术领域

本发明涉及一种自海水、淡水等富含气体的液体中以气液膜分离方法制氧的装置和采用此装置的潜航器，属于气/液分离技术领域。

背景技术

目前，水下潜航器传统的制氧方法主要有如依赖以化学药剂还原人员呼吸产生的二氧化碳来生成氧气，燃烧氧烛补充氧气以及消耗大量电力的水电解制氧来获得氧气的方法。

常规潜航器因化学方法产生的氧气量有限而依赖携带的空气瓶、氧气瓶、液氧储存等均无法满足动力系统推进所需的大量氧化剂，只能在氧化剂消耗殆尽后上浮自水面以上的空气中进行补充。另外一种如消耗大量电力进行水电解制氧进行补充氧气的方法则因发电所需的氧气远大于消耗大量电力进行水电解制取的氧气，使得其过程无法持续，也需要上浮补充。此外，即使在携带的氧气消耗后进行上浮自水面以上的空气中进行补充，也将因水面空气在受到如核生化污染时染毒而面临无法获得可靠的可供人员呼吸的氧气的情况。以上因素，都直接或间接的导致潜航器因为有限的氧存储量与现有的制氧方法使得潜航无法持续。

发明内容

本发明要解决的技术问题是解决潜航器由于常规制氧方法无法持续潜航的技术难题，提供一种气液分离制氧装置，可直接自海水中分离其中富含的氧气；进一步的要解决的技术问题是提供一种包含上述制氧装置的潜航器，使潜航器能够持续潜航。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种气液分离制氧装置，其特征在于：主要包括过滤器、减压器、气/液膜分离器、水泵、气泵、气体分离装置、解吸泵；气/液膜分离器具有一个富气液体入口、一个贫气液体出口和一个气体出口；装置入口经过滤器、减压器后与气/液膜分离器的富气液体入口连接；贫气液体出口端经水泵后与贫气液体输出端连接；气体出口经气泵后分为两支，一个分支连接到一般富氧用气单元，另一个分支经过气体分离装置后连接呼吸用气单元和废气端；废气端经解吸泵后经与废气出口连接；所述的气/液膜分离器包含壳体以及位于壳体中的具有气液分离能力的亲气型膜材料；膜材料位于富气液体入口的一侧为液侧，膜材料位于气体出口的一侧为气侧；液侧和气侧之间设置贫气液体出口。

按上述技术方案，所述的膜材料为表面积较大的疏水基中空有机纤维膜或板式膜。

按上述技术方案，气体分离装置为基于变压吸附法、或变温吸附法、或膜分离法或其中的两种或多种相耦合的方法而设计的气体分离装置；包含多个不同分离功能的模块；其中一个模块为气体净化模块。

按上述技术方案，气体出口经气体分离装置后连接多个并列的呼吸用气单元。

按上述技术方案，贫气液体输出端与水泵之间设置止回阀；废气出口与解吸泵之间设置止回阀；气泵的一个分支经截止阀与一般富氧用气单元相连，另一分支经截止阀与气体分离装置相连；所述的一般富氧用气单元包含燃烧供氧系统。

按上述技术方案，所述的气泵、水泵和解吸泵均为手/电动复合泵。

一种采用上述气液分离制氧装置的潜航器，废气出口和贫气液体输出端均为潜航器系统出口；装置入口为潜航器系统入口，水下表层水从装置入口处进入；当富含氧气的表层海水经富气液体入口进入膜的水侧时，在膜的气侧施加气泵产生真空，在真空作用下溶解在水中的气体经溶解、渗透继而从膜的真空气侧扩散出来，然后由气泵增压进入一般富氧用气单元或气体分离装置，气液分离之后的贫气液体经水泵由贫气液体输出端排出；经气体分离装置分离净化后，一部分气体输送到呼吸用气单元，另一部分废气由解吸泵升压后经废气出口排出潜航器。

按上述技术方案，当气泵引出的气体中的氧含量达到或大于大气中氧含量时，一部分气体进入一般富氧用气单元；另一部分经过气体分离装置中的模块净化后进入呼吸用气单元；而分离净化过程产生的废气由解吸泵升压后经废气出口排出潜航器；当气泵引出的气体中的氧含量低于大气中氧含量时，关闭一般富氧用气单元对应的端口，所有气体进入气体分离装置，经过分配，气体进入不同分离模块，所产生的氧气向相应的呼吸用气单元供氧，而分离净化过程产生的废气由解吸泵升压后经废气出口排出潜航器。

本发明的原理如下：