充液可胀缩潜水装置与方法与流程

本发明涉及潜水器技术，具体是一种潜水器抗压以及调节浮力的装置与方法。

背景技术：

潜水器具有广泛的应用领域，可用于海底、水底的勘察、作业，以及用于休闲、娱乐等多种目的。由于潜水器需要承受水压，尤其是下潜深度较大时，需要承受较高的水压，因此，潜水器的外壳需要具有足够的抗压强度；但是，具有足够抗压强度的外壳，往往需要昂贵的设计与制造。此外，潜水器的下潜与上浮，也具有较高的复杂性和设计制造成本。因此，需要新的技术，使潜水器既能够承受高水压、又能够灵活下潜与上浮，并且有效降低设计制造成本。

技术实现要素：

本发明提供充液可胀缩潜水装置与方法，实现潜水器抗水压以及浮力调节。

本发明采用如下技术方案：

充液可胀缩潜水装置，其特征是：

包括外壳、内囊、填充液、膨胀液、加热单元、发热元件、膨胀控制器；

外壳是密封的，外壳在其内部压强的作用下能够向外扩张而使外壳所围成的密闭空间的体积增大，且体积的增大不破坏外壳的密封；

内囊是密封的，内囊在其内部压强的作用下能够向外扩张而使内囊所围成的密闭空间的体积增大，且体积的增大不破坏内囊的密封；

内囊位于外壳所围成的密闭空间中；

外壳与内囊之间的空间装有填充液，填充液是液态物质；

内囊的内部装有膨胀液，膨胀液是液态物质；

在需要增大浮力时，加热单元通过发热元件对膨胀液进行加热，使膨胀液升温而气化，膨胀液气化则使内囊的内部压强升高，从而使内囊向外扩张而体积增大，内囊体积增大则压迫填充液，进而使得外壳所受的内部压强增大，并因而使外壳向外扩张而体积增大，外壳体积的增大加大了排水量，就使得潜水装置所受浮力加大；

膨胀控制器限制内囊体积增大的范围，在超过设定范围的情况下，暂停加热单元通过发热元件对膨胀液的加热。

所述的充液可胀缩潜水装置，其特征是：

所述的外壳与内囊之间的空间装有填充液，是填充液完全充满外壳与内囊之间的空间。

所述的充液可胀缩潜水装置，其特征是：

所述的内囊的内部装有膨胀液，是膨胀液完全充满内囊的内部空间。

所述的充液可胀缩潜水装置，其特征是：

所述的外壳在其内部压强的作用下能够向外扩张而使外壳所围成的密闭空间的体积增大，是：

外壳是由可拉伸的弹性材料制作的。

所述的充液可胀缩潜水装置，其特征是：

所述的内囊在其内部压强的作用下能够向外扩张而使内囊所围成的密闭空间的体积增大，是：

内囊是由可拉伸的弹性材料制作的。

所述的充液可胀缩潜水装置，其特征是：

所述的外壳在其内部压强的作用下能够向外扩张而使外壳所围成的密闭空间的体积增大，是：

外壳具有在内部压强作用下向外扩张体积的活动部件。

所述的充液可胀缩潜水装置，其特征是：

所述的内囊在其内部压强的作用下能够向外扩张而使内囊所围成的密闭空间的体积增大，是：

内囊具有在内部压强作用下向外扩张体积的活动部件。

所述的充液可胀缩潜水装置，其特征是：

所述的加热单元通过发热元件对膨胀液进行加热，是采用电加热的方式。

所述的充液可胀缩潜水装置，其特征是：

所述的膨胀控制器限制内囊体积增大的范围，是：

膨胀控制器设定不同的内囊体积增大范围限制，从而调节所增加浮力的不同大小。

充液可胀缩潜水方法，其特征是：

采用密封的外壳，外壳在其内部压强的作用下能够向外扩张而使外壳所围密闭空间的体积增大，且体积的增大不破坏外壳的密封；

采用密封的内囊，内囊在其内部压强的作用下能够向外扩张而使内囊所围密闭空间的体积增大，且体积的增大不破坏内囊的密封；

内囊位于外壳所围成的密闭空间中；

在外壳与内囊之间的空间内装有填充液，填充液是液态物质；

内囊的内部装有膨胀液，膨胀液是液态物质；

在需要增大潜水器浮力时，对膨胀液进行加热，使膨胀液气化，膨胀液气化使内囊的内部压强升高，从而使内囊的体积增大，内囊体积的增大压迫填充液，进而使得外壳所受的内部压强增大，并因而使外壳的体积向外扩张而增大，外壳体积的增大加大了潜水器的排水量，就使得潜水器所受浮力加大；

限制内囊体积增大的范围，在超过设定范围的情况下，暂停加热单元对膨胀液的加热以避免损坏内囊和外壳；

通过对内囊的体积增大设定不同的范围限制，调节所增加浮力的不同大小。

本发明所具有的有益效果在于：一方面，使得潜水器不需要花费较高成本来设计制造强度很高的抗压外壳，而是利用内部所充填的液体的难以压缩性，抵消外部水压对外壳的挤压；另一方面，利用所填充液体的气化以及对压强的传导，可以方便地改变潜水器外壳的体积而实现浮力调节。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是膨胀控制器的工作原理示意图；

图3是采用滑动式外壳与活塞式内囊的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。

如图1所示，为潜水装置整体结构的侧面剖视图。

潜水装置具有外壳100；外壳100是密封的；本实施例中，外壳100是由可拉伸的、有弹性的橡胶材料制作的，那么，当外壳100的内部压强大于外部压强时，外壳100就会向外扩张而使外壳100所围成的密闭空间的体积增大；在一定的体积增大范围内，外壳100能够保持其密封性，不会因为体积增大而被破坏。

以外壳100为边界，该外壳所围成的密闭空间以外是潜水装置外部，该外壳所围成的密闭空间以内是潜水装置内部。

内囊200位于潜水装置内部；内囊200是密封的；本实施例中，内囊200是由可拉伸的、有弹性的橡胶材料制作的，那么，当内囊200的内部压强大于外部压强时，内囊200就能够向外扩张而使内囊200所围成的密闭空间的体积增大；在一定的体积增大范围内，内囊200能够保持其密封性，不会因为体积增大而被破坏。

在外壳100与内囊200之间的空间内，装有填充液300；填充液300可以完全装满外壳100与内囊200之间的空间，也可以留有空隙，本实施例中是完全装满的；填充液300选用的是非导电的液体，例如，使用甘油，从而不会导致潜水装置内部电路系统的短路。

内囊200的内部则装有膨胀液400；膨胀液400可以完全装满内囊，也可以留有空隙，本实施例中是完全装满的；膨胀液400选用沸点、比热容等参数适合的液体，例如，使用纯水。

加热单元500能够接收控制指令，根据控制指令，能够使发热元件600向膨胀液400释放热量。

本实施例采用电加热的方式；发热元件600是位于内囊200的内部、且浸没于膨胀液底部的电致发热器件。

当需要提高潜水装置的浮力时，加热单元500根据控制指令向发热元件600馈入电流；发热元件600释放热量使膨胀液400的温度升高；膨胀液400温度升高到一定程度后则气化；膨胀液400的气化使得内囊200的内部压强升高，从而使得内囊200的体积向外扩张；内囊200的体积扩张，则压迫填充液300而使得外壳100所受的来自于内部的压强增大；增大的内部压强超过外部水压时，则压迫外壳100向外扩张而使得外壳100所围空间的体积增大；增大了的体积则提高了潜水装置的排水量，从而提高了所受浮力。

为了防止内囊200体积扩张过度而损坏内囊或者损坏外壳，采取膨胀控制器1000来限制内囊200体积扩张的范围。

图2是膨胀控制器1000的工作原理示意图，采取顶视图来表示。

为清晰说明膨胀控制器1000的工作原理，假设内囊200是由橡胶材料制作的、且灌满膨胀液后呈现为球形。

弹性圈1001以同心圆的方式围绕在内囊200之外；在初始状态下，因为弹性圈1001的直径大于内囊200的直径，故二者之间有一定的间隔；弹性圈1001是不导电的；弹性圈1001具有弹性，受外力后会改变形状，而在外力撤消后则恢复初始形状；弹性圈1001的初始形状呈现为一个被切断的圆圈、且切口处的两个端点是相互靠拢在一起的。

在弹性圈1001的两个端点上，安装有电极1002和电极1003；电极1002和电极1003是由导电材料制作的，并分别与导线1004和导线1005相连接。

由于弹性圈1001的两个端点是相互靠拢在一起的，因此电极1002和电极1003是相互接触在一起的，从而使得导线1004和导线1005以串联的方式相连通；相连通的导线1004和导线1005构成向发热元件馈电环路的一部分；因此，在初始状态下，发热元件的馈电环路是闭合的。

当内囊200膨胀后的体积超过弹性圈1001所约束的范围时（即，内囊200膨胀后的直径超过了弹性圈1001的直径），弹性圈1001会被内囊撑开而周长变大，从而使得弹性圈1001的两个端点不再相互靠拢，也就使得电极1002和电极1003不再相互接触；这样，导线1004和导线1005就处于断开的状态，也就使得向发热元件馈电的环路处于断开状态，从而也就切断了发热元件的供电而使之不再释放热量。

当发热元件不再释放热量后，气化的膨胀液就会冷却而重新液化，从而减弱了内囊200内部的压强而使得内囊200的体积收缩；体积收缩的内囊200将会与弹性圈1001脱离，从而使得弹性圈1001在其自身弹性作用下还原初始形状，也就使得弹性圈1001的两个端点重新靠拢，进而使得电极1002和电极1003重新接触，使得向发热元件馈电的环路重新闭合而重新对膨胀液进行加热。

通过这样的方法，实现了膨胀液气化过程中对发热元件馈电环路的通断控制，使得内囊200膨胀后的体积保持与弹性圈1001相适合的大小。

进一步地，通过改变弹性圈1001的初始圆圈直径，就可以使内囊200膨胀后保持不同的体积，也就得以选择调节潜水装置外壳膨胀后的不同体积，从而能够获得不同的浮力大小。

图3是采用滑动式外壳与活塞式内囊的示意图。

滑动式外壳可采用硬质材料，比如铝合金，来制作；滑动式外壳包括外壳上段2001与外壳下段2002；外壳上段2001与外壳下段2002套接在一起，套接部分是可以上下滑动的，并且，套接部分具有密封的性能。

活塞式内囊包括内囊气缸2003与内囊活塞2004；内囊活塞2004可以在内囊气缸2003中上下运动，并且，内囊活塞2004与内囊气缸2003的内壁之间是密封的。

膨胀液装在内囊气缸2003中，并被内囊活塞2004所密封；填充液装在外壳与内囊气缸2003之间的空间中。

当需要提高潜水装置的浮力时，发热元件加热内囊气缸2003中所装的膨胀液；膨胀液受热气化而使得内囊气缸2003内部的压强增大；增大的内囊气缸2003内部压强推动内囊活塞2004向上运动；向上运动的内囊活塞2004推挤填充液，从而使得外壳所受的内部压强增大；增大的外壳内部压强推动外壳上段2001和外壳下段2002向相反的方向滑动，就使得潜水装置外壳的整体体积加大，也就使得排水量加大而所受浮力提高。

为使图更简洁，图3所示的实施例中省略了膨胀控制器；实际上，任何可以依据活塞的位移而改变通断状态的开关结构，都可以作为图3所示实施例中的膨胀控制器。

上述各实施例，只是按照本发明的技术方案所进行的具体实施方式；在本发明技术方案范围内进行的通常性变化和替换，都应当包含在本发明的保护范围内。

本发明适用于所有的依据本发明的内容而构造的装置与方法，以及不需其它发明性质的能力而可获得的变化形式。因此，本发明适用于同这里所描述的原理与特征相一致的最广的范围。