Разработка и создание аппарата для подводного дыхания

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.

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].

Рис. 1. Фото электролизера

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].

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)

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.

Рис. 5. Triton

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.