潜水器浮力装置及其使用方法

摘要

本发明公开了潜水器的浮力装置及其使用方法。本发明的浮力装置包括与潜水器的主体部分贴合的双层结构的浮力舱、用于存储液体浮力材料的容器、浮力舱顶部的单向阀门、浮力舱底部的单向阀门、压力补偿器、泵、第一气体管路、第二气体管路，和液体管路。容器用于存储液体浮力材料——己烷混合溶液。使用时将己烷混合溶液从容器经由液体管路中注入到浮力舱内；完毕后将浮力舱内的己烷混合溶液通过泵抽离重新注入容器中保存。己烷混合溶液的液体浮力材料，无需考虑外型，不存在吸水率，可以多次反复利用，是现有固体浮力材的良好替代。

权利要求

1.一种用于潜水器的浮力装置，包括：与潜水器主体部分贴合的浮力舱；

位于所述浮力舱顶部的顶部单向阀门；

位于所述浮力舱壁上的压力补偿器；

位于所述浮力舱底部的底部单向阀门；

用于存储液体浮力材料的容器；

连接所述容器和所述底部单向阀门的液体管路；

泵；

连接所述泵和所述顶部单向阀门的第一气体管路；以及连接所述泵和所述容器的第二气体管路；

其特征在于，所述液体浮力材料为己烷混合溶液。

2.如权利要求1所述的浮力装置，其特征在于，所述己烷混合溶液为添加了如下成分 的己烷：总体积容量3~5%的丙三醇、体积容量5%的酒精溶液，以及每1000毫升2~3g的MgSO4。

3.如权利要求2所述的浮力装置，其特征在于，所述酒精溶液的酒精含量为71%。

4.如权利要求1所述的浮力装置，其特征在于，所述浮力舱为双层结构，外层采用玻璃纤维强化塑料或者碳纤维，内层采用金属。

5.如权利要求4所述的浮力装置，其特征在于，所述金属为铝合金、钛合金、不锈钢之一。

6.如权利要求1所述的浮力装置，其特征在于，所述压力补偿器是软膜，用于实时调控所述浮力舱的内外的压力差，达到舱内外压力平衡。

7.如权利要求1所述的浮力装置，其特征在于，所述液体管路、所述第一气体管路，和所述第二气体管路为透明。

8.一种具有如权利要求1所述的浮力装置的潜水器。

9.一种如权利要求1所述的浮力装置的己烷混合溶液注入方法，包括：经由泵通过第二气体管路打入气体，开启浮力舱的底部单向阀门，将容器中的己烷混合溶液压入液体管路进入浮力舱。

10.一种如权利要求1所述的浮力装置的己烷混合溶液回收方法，包括：经由泵通过第一气体管路打入气体，开启浮力舱的顶部单向阀门，将浮力舱内的己烷混合溶液压回液体管路进入容器。

说明书

潜水器浮力装置及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及潜航领域，尤其涉及潜水器所使用的用于产生浮力的装置及其使用方法。

背景技术

[0002] 随着世界科技的发展，人类已经将目光投向更远的深空和更深的大海。探索未知的海底如同探索浩瀚的深空一样需要“特殊”的设备，其中潜水器便是探索大海的有力装
备，而潜水器配备的浮力装置和浮力材料的选择是其关键技术之一。

[0003] 浮力装置是为了平衡潜水器因为设备、结构重量而布置在潜水器上的部件，其整体密度小于海水。

[0004] 1960年1月23日首次抵达马里亚纳海沟最深处的“里雅斯特”号潜水器的浮力装置是一个储油器，其上固定了球型钢制吊舱。储油器中装满了比水轻的汽油，能在必要的情况
下使潜水器浮出水面。

[0005] 此后的潜水器放弃了采用易燃的汽油来提供浮力。而改用固体的浮力材料，简称浮力材。现代浮力材有硬质聚氨酯泡沫和玻璃微珠复合泡沫等。一般而言，浮力材料的抗水
压等级，是和其自身密度呈正向比例关系。在0至7000米深度，浮力材料的密度优势是无可
取代的。即使7000米水深，浮力材料也可以控制到自身密度仅0.60g/cm³。每立方米的浮力
材料，可以产生不低于400kg的静浮力。然而，应对11000m（全海深）的浮力材密度则需要
0.69 g/cm³ 0.79g/cm³，甚至某些浮力材为了保证结构强度和使用次数要求，密度高达
~
3
0.89g/cm 。相比汽油（0.70g/cm³ 0.78g/cm³）就没有优势了。而且固体浮力材因为是固体
~
材料，存在着一定吸水率（常见1% 3%左右）。吸水率的存在意味着产生浮力的损失。而且反
~
复出入水的“加压减压”过程，很容易导致固体浮力材料开裂变为粉末状。

[0006] 因此，需要一种新型方便使用且可反复利用的浮力装置。

发明内容

[0007] 提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征；也不旨在用于
确定或限制所要求保护的主题的范围。

[0008] 本发明的浮力装置包括浮力舱、容器、顶部单向阀门、底部单向阀门、压力补偿器、泵、第一气体管路、第二气体管路，和液体管路。容器用于存储液体浮力材料——己烷混合
溶液。在需要深潜时，将己烷混合溶液从容器经由液体管路中注入到浮力舱内。在深潜工作
过程中，通过压力补偿器实时调控舱内外的压力差，达到内外压力平衡。在工作完毕后，将
浮力舱内的己烷混合溶液通过泵抽离浮力舱，重新注入容器中保存，已达到反复利用的目
的。

[0009] 本发明的一种用于潜水器的浮力装置包括：与潜水器主体部分贴合的浮力舱、位于浮力舱顶部的顶部单向阀门、位于浮力舱壁上的压力补偿器、位于浮力舱底部的底部单
向阀门、用于存储液体浮力材料的容器、连接容器和底部单向阀门的液体管路、泵、连接泵
和顶部单向阀门的第一气体管路；以及连接泵和容器的第二气体管路。其中，液体浮力材料
为己烷混合溶液，即添加了如下成份的己烷：总体积容量3 5%的丙三醇、体积容量5%的酒精
~
溶液（酒精含量为71%），以及每1000毫升2~3g的MgSO4。

[0010] 浮力舱为双层结构，外层采用玻璃纤维强化塑料或者碳纤维，内层采用金属，金属通常为铝合金、钛合金、不锈钢之一。

[0011] 压力补偿器可以是软膜，用于实时调控浮力舱的内外的压力差，达到舱内外压力平衡。

[0012] 液体管路、第一气体管路，和第二气体管路均为透明。

[0013] 本发明还涉及使用了上述浮力装置的一种潜水器。

[0014] 本发明的一种向具有上述浮力装置的一种潜水器的浮力舱注入己烷混合溶液注入方法，包括：经由泵通过第二气体管路打入气体，开启浮力舱的底部单向阀，将容器中的
己烷混合溶液压入液体管路进入浮力舱。一旦第一气体管路出现己烷混合溶液就关闭泵。

[0015] 本发明的一种从上述浮力装置的一种潜水器的浮力舱回收己烷混合溶液的方法，包括：经由泵通过第一气体管路打入气体，开启浮力舱的顶部单向阀，将浮力舱内的己烷混
合溶液压回液体管路进入容器。一旦液体管里出现空气就关闭泵。

[0016] 通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的
各方面形成限制。

附图说明

[0017] 以下将通过参考附图中示出的具体实施例来对本发明进行更具体描述。

[0018] 图1和图2是不同视角的使用了本发明的浮力装置的潜水器的一个实施例的立体图；

[0019] 图3是向浮力舱内注入己烷混合溶液的流程走向图；

[0020] 图4是将己烷混合溶液从浮力舱内排出的流程走向图。

具体实施方式

[0021] 以下将通过参考附图中示出的具体实施例来对本发明进行更具体描述。通过阅读下文具体实施方式的详细描述，本发明的各种优点和益处对于本领域普通技术人员将变得
清楚明了。然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的各实施方式所
限制。提供以下实施方式是为了能够更透彻地理解本发明。除非另有说明，本申请使用的技
术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。

[0022] 使用了本发明的浮力装置的潜水器1的立体图如图1和2所示，其包括主体部分以及浮力装置。其中，主体部分主要包括相结合的主舱101和电子舱105。主舱101可以是载人
舱或不载人的观测舱等。

[0023] 浮力装置包括：与潜水器主体部分贴合的浮力舱102，位于浮力舱102顶部的顶部单向阀门103，位于浮力舱102壁上的压力补偿器104，位于浮力舱102底部的底部单向阀门
106，用于存储液体浮力材料的容器2，连接容器2和底部单向阀门106的液体管路201，泵3，
连接泵3和顶部单向阀门103的第一气体管路301，连接泵3和容器2的第二气体管路302。

[0024] 压力补偿器104可以是软膜。用于实时调控浮力舱的内外的压力差，达到舱内外压力平衡。

[0025] 容器2中存储有液体浮力材料，在使用时，液体浮力材料被从容器2注入到浮力舱102中。本发明的液体浮力材料为添加了如下成份的己烷混合溶液：总体积容量3 5%的丙三
~
醇（甘油）、体积容量5%的酒精溶液（酒精含量71%），以及每1000毫升2~3g的MgSO4。

[0026] 己烷分子式C6H14，是含有6个碳原子的烷烃，有正己烷、2‑甲基戊烷、3‑甲基戊烷、2，3‑二甲基丁烷和2，2‑二甲基丁烷五种同分异构体。常温下，己烷均为液态，沸点为68‑70
℃，其密度：0.672 g/cm³。己烷本身是一种极易燃烧的液体，但添加上述成份后的己烷混合
溶液不易燃烧。

[0027] 图中主舱101、浮力舱102、电子舱105的形状仅为示意。本领域技术人员可以理解，其它合适形状也是可以构想的。满足浮力舱与主舱和电子舱的贴合即可。

[0028] 己烷是一种有毒且易挥发的液体，对塑料制品有腐蚀性，所以本发明将浮力舱设计为成双层结构，外层采用玻璃纤维强化塑料或者碳纤维；内层采用金属，优选铝合金，钛
合金和不锈钢等金属材料也可。内层厚度满足基本强度即可。该设计可以有效保障己烷不
会挥发，以及减少了其有毒的危害。

[0029] 图3示出了向浮力舱内注入己烷混合溶液的流程走向图。容器2中存储有己烷混合溶液，执行下潜任务时，由泵3通过气体管路302打入气体，从而将容器2中的己烷混合溶液
压入液体管路201，然后己烷混合溶液被进一步压入浮力舱102内，完成己烷混合溶液的注
入过程。

[0030] 图4示出了将己烷混合溶液从浮力舱内排出的流程走向图。在回收时，由泵3通过气体管路301向浮力舱102内打入气体，气体压迫浮力舱102中的己烷混合溶液流回液体管
路201，最终回收到容器2中。

[0031] 其中，在浮力舱102上有两个电控单向阀103和106，在注入己烷混合溶液时，连通己烷的液体管路201单向阀106向内打开，使己烷混合溶液只能向内流入；同时，连通气体管
路301的单向阀103向外打开，气体只能向外排出。

[0032] 液体管路201和气体管路301、302的管道优选均为透明管道，以便观察判断浮力舱102内的己烷混合溶液容积变化，当向浮力舱102内注入己烷混合溶液时，若泵3与电控单向
阀103之间的气体管路301出现己烷混合溶液，则视为浮力舱102内已经注满己烷混合溶液，
此时关闭泵3，完成注入。反之，在排出己烷混合溶液的过程中，若容器2和与单向阀106之间
的液体管路201出现空气，则表明浮力舱102内的己烷混合溶液已完成排出，此时关闭泵3，
完成己烷混合溶液的回收工作。

[0033] 在填充己烷混合溶液的过程中，要严格保障连接管道的密封性，严格按填充要求填充，防止泄漏。

[0034] 本发明采取己烷混合溶液作为液体浮力材料注入浮力舱，具有以下优点：

[0035] 一、在潜水器设计时候，不可避免出现复杂形状，传统固体浮力材受型材影响，难以加工成为潜水器完美贴合形状，但是本发明采用液体浮力材料，在使用时从容器中注入
浮力舱内即可，所以在潜水器设计时不用考虑浮力材形状，可以将潜水器设计得更加符合
深潜需求，包括低阻力流体外形的要求，以及其他功能部件的布置需求等等。只要浮力舱贴
合主舱即可。

[0036] 二、上述配方的己烷混合溶液在常温下是液态，潜入深海之中，海水温度2到4℃的情况下因此仍然能够很好的保持液态。而液体在高压下不存在被“压坏”的情况。只要通过
压力补偿器，甚至一层软膜，传递舱外的海水压力，液态己烷内部能够始终与外部海水压力
保持同等压力。因此，浮力舱的舱壁是无需做成高强度的耐压壳体。因此大大降低了整体重
量。

[0037] 三、传统固体浮力材一般若干次之后就会成粉末状破碎，无法再使用。再者，固体浮力材料受加工限制，一旦成型，只能用于“专用”的潜水器上，无法再次应用。而己烷混合
溶液可以多次反复利用，大大的提高了材料的利用率，不再限制于单一的设备上。

[0038] 四、传统固体浮力材由整块材料切割加工而成，直接应用在潜水器表面，无特殊防护的情况下存在“吸水”问题（一般吸水率在1% 3%左右），即使采取特殊防护，因为浮力材是
~
直接与海水接触，还是难免出现一定程度的“吸水”的问题，有可能造成事故的发生。而己烷
混合溶液是液体，不存在“吸水”问题。

[0039] 以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各
实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而
这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其
均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。