本發(fā)明涉及一種增氧裝置，具體的說，涉及一種用于為海底增氧裝置。

背景技術(shù)：

海水中的溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)是海洋生命活動不可缺少的物質(zhì)，與海洋生物的生活、生長、繁殖密切相關(guān)。然而某些海域，在海洋化學(xué)過程、生物過程和物理過程的相互作用以及人類活動的影響下，出現(xiàn)底層缺氧的現(xiàn)象，從而形成“海底低氧區(qū)”。人類活動使陸源污染物不斷排入海水中，導(dǎo)致海底低氧區(qū)的面積不斷擴(kuò)大，嚴(yán)重影響了海洋生物生命活動的正常進(jìn)行。例如，低氧區(qū)如果正好處在魚類活動的必經(jīng)之處，就會改變魚類的生活習(xí)性，甚至影響海洋生物種類和數(shù)量的變化，危害海洋生物多樣性。此外，低氧區(qū)更容易暴發(fā)赤潮，而赤潮暴發(fā)后浮游生物的死亡分解會大量耗氧，從而加重海底的低氧程度。

因此，控制海底低氧區(qū)的形成或擴(kuò)大對保護(hù)海洋生物，維護(hù)海洋環(huán)境意義重大。目前，除采取減少污染物排放等措施來控制海底低氧區(qū)面積以外，通過人工手段增加海底溶解氧濃度的舉措也較為常見。例如采用增氧裝置來增加海底的溶解氧，以改善海水環(huán)境。

但現(xiàn)有技術(shù)中的增氧裝置存在以下不足：

(1)受結(jié)構(gòu)限制，增氧效果有限。例如，中國專利CN205472985U公開了一種振蕩水柱式自動摻氣增氧裝置，包括氣室，氣室上設(shè)置進(jìn)氣管和出氣管，通過波浪能的作用使氧氣通過出氣管進(jìn)入海底。這種結(jié)構(gòu)，僅僅是利用波浪能與氣室的配合實(shí)現(xiàn)氧氣向海底的輸送，由于沒有增壓裝置，波浪能的作用又十分有限，在較深的海底使用時(shí)增氧效果十分有限。

(2)需要借助電力或燃油，利用氣泵等增氧。因此，就增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，也使系統(tǒng)的適用范圍具有一定的局限性，例如，若應(yīng)用于遠(yuǎn)海領(lǐng)域，需要耗費(fèi)較大的成本搭建電力輸送系統(tǒng)或需要定期遠(yuǎn)程輸送燃料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種無動力、適用于深水海底、增氧效果好的海底增氧裝置。

本發(fā)明的內(nèi)容為：海底增氧裝置，包括氣室，氣室包括雙側(cè)板、頂板、底板和背板，五者之間無縫連接，雙側(cè)板和頂板之間安裝有擋浪板，擋浪板與雙側(cè)板和頂板之間無縫連接，擋浪板與底板之間開口，使用時(shí)，使擋浪板底部低于使用區(qū)波浪波峰高度，但高于波浪波谷高度；進(jìn)一步包括進(jìn)排氣系統(tǒng)；進(jìn)排氣系統(tǒng)包括氣管，氣管一端與氣室相通，另一端作為出氣口，氣管上設(shè)置有出氣單向閥；氣管靠近氣室一側(cè)的管徑大于靠近出氣口一側(cè)的管徑，兩段異徑氣管之間安裝有增壓裝置，包括分別與兩段管徑配合的且連接為一體的兩塊活塞板；氣管上開有進(jìn)氣口，位于增壓裝置與出氣單向閥之間，進(jìn)氣口處設(shè)置有進(jìn)氣單向閥。

優(yōu)選為：進(jìn)一步包括曝氣系統(tǒng)，包括與氣管出氣口連通的曝氣管，曝氣管上間隔設(shè)置有微孔曝氣頭。曝氣系統(tǒng)可增加氧氣在海底的溶解性。

優(yōu)選為：進(jìn)一步包括用于托架曝氣管間隔設(shè)置在海底的曝氣管支撐裝置，曝氣管底部置于或安裝于曝氣管支撐裝置上。

優(yōu)選為：曝氣管支撐裝置為固定墩或托架。

優(yōu)選為：進(jìn)一步包括底座，氣室安裝在底座上。

優(yōu)選為：底座包括用于安裝氣室的氣室固定槽。

優(yōu)選為：氣室固定槽包括與氣室雙側(cè)板配合安裝的槽雙側(cè)板，沿氣室雙側(cè)板和槽雙側(cè)板上方到下方設(shè)置有多組配合螺栓孔。氣室和固定槽之間通過螺栓配合安裝。

優(yōu)選為：底座進(jìn)一步包括用于放置配重物的配重槽。配重槽內(nèi)可放置石塊等重物，用以輔助固定底座和氣室。

優(yōu)選為：氣管與氣室相通處位于擋浪板最低高度的上方。波浪作用將間隙性的與擋浪板配合形成密閉的氣室，而氣管設(shè)置在這個(gè)高度可更好的與氣室配合作用。

優(yōu)選為：氣管與氣室之間安裝有托架。由于氣管安裝具有一定高度，托架的作用是支撐氣管，使其更穩(wěn)定。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明提出一種利用波浪能增加海底溶解氧的裝置，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。利用海底波浪能與氣室的配合，將氧氣輸送到海底，可持續(xù)工作性強(qiáng)，且其運(yùn)行不需要使用燃料或電力，是一種清潔、高效的海底增氧裝置。

(2)通過變徑活塞實(shí)現(xiàn)輸送管路中氣體的增壓，使氧氣能夠進(jìn)入更深的海底，提高增氧裝置對水深的適應(yīng)能力，也可增強(qiáng)氧氣在海底的溶解性。

(3)設(shè)計(jì)曝氣輸送管路，一方面，通過曝氣增壓，增強(qiáng)氧氣在海底的溶解性，另一方面，也使增氧裝置可以應(yīng)用在離岸較遠(yuǎn)的海域。

(4)為氣室配置底座，可通過增加配重的方式固定底座，根據(jù)實(shí)際海況、海床地址條件適當(dāng)加長底座，增加其抗傾斜、抗滑性，增強(qiáng)整個(gè)氣室的穩(wěn)定性，避免不均勻沉淀。

(5)在陸上預(yù)制場預(yù)制完成裝置主體后，利用起重設(shè)備將其搬運(yùn)至目的海域，然后完成安裝。當(dāng)該海域的缺氧狀態(tài)得到完全改善時(shí)，可以將拋石取出，將裝置吊起，安放在新的海域，達(dá)到重復(fù)可持續(xù)利用的目的。裝置主體結(jié)構(gòu)由于采用鋼筋混凝土制成，強(qiáng)度和耐久性高，預(yù)期能夠持續(xù)使用十年以上。

附圖說明

圖1增氧裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為氣室結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為增壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為補(bǔ)氣過程原理圖。

圖5為增氧過程原理圖。

圖6為曝氣管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為底座結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8氣室底座配合安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9裝置工作流程圖。

其中：1-氣室，101-側(cè)板，102-頂板，103-背板，104-擋浪板，105-螺栓孔，106-底板，2-氣管，201-出氣口，202-進(jìn)氣口，3-出氣單向閥，401-活塞板，402-活塞板，403-連桿，5-海面，6-進(jìn)氣單向閥，7-增壓氣室，8-托架，9-曝氣管，901-微孔曝氣頭，10-固定墩，11-固定支架，12-底座，121-氣室固定槽，122-配重槽，123-豎向隔板，124-螺栓孔

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行清楚完整地描述。顯然，具體實(shí)施方式所描述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明提供了一種海底增氧裝置，用于為海底低氧區(qū)增加氧氣。

海底增氧裝置，包括氣室1，如圖2所示，氣室1包括雙側(cè)板101、頂板102、底板106和背板103，五者之間無縫連接，圍成一個(gè)箱體的形狀，雙側(cè)板101和頂板之間安裝有擋浪板104，擋浪板104與雙側(cè)板101和頂板102之間無縫連接，擋浪板104與底板106之間開口，使用時(shí)，使擋浪板104底部低于使用區(qū)波浪波峰高度，但高于波浪波谷高度，波浪起伏過程中，與氣室1配合工作。

如圖1所示，為了能實(shí)現(xiàn)向海底供氣的目的，增氧裝置進(jìn)一步包括進(jìn)排氣系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)與氣室1配合實(shí)現(xiàn)完整的增氧裝置。進(jìn)排氣系統(tǒng)包括氣管2，氣管2一端與氣室1相通，另一端作為出氣口201，氣管2上設(shè)置有出氣單向閥3；氣管2靠近氣室1一側(cè)的管徑大于靠近出氣口201一側(cè)的管徑。

兩段異徑氣管2之間安裝有增壓裝置，如圖3所示，增壓裝置包括分別與兩段管徑配合的且連接為一體的兩塊活塞板401、402，兩塊活塞板401和401之間通過剛性連桿403連接為一體，定義這種結(jié)構(gòu)為變壓活塞；氣管2上開有進(jìn)氣口202，位于增壓裝置與出氣單向閥3之間，進(jìn)氣口202處設(shè)置有進(jìn)氣單向閥6，具體的說，進(jìn)氣口202位于靠近出氣口201的一個(gè)活塞板402與出氣單向閥3之間，活塞板402和出氣單向閥3形成一個(gè)增壓氣室7，而進(jìn)氣單向閥6就位于進(jìn)氣口202處，也就是增壓氣室7所在的氣管段。氣管2與氣室1相通處位于擋浪板104最低高度的上方，也就是背板103的上部位置。波浪作用將與氣室1配合形成密閉空間，而氣管2設(shè)置在這個(gè)高度可更好的與氣1室配合作用。

為了使活塞板401、402更好的作用，在其與氣管2內(nèi)壁接觸處涂潤滑油以減小摩擦，并保證絕對密封。出氣單向閥3和進(jìn)氣單向閥6只能保證氣體單向流過。

海底增氧裝置工作時(shí)，出氣口201通向海底，擋浪板104朝向迎浪方。該裝置運(yùn)行包括兩個(gè)主要過程，一是增氧過程，該過程將空氣輸入到海水中；二是補(bǔ)氣過程，該過程將外界(海平面上方)空氣補(bǔ)充到增壓氣室中，以準(zhǔn)備下一個(gè)循環(huán)的增氧過程。兩個(gè)過程分別對應(yīng)波浪的波峰和波谷狀態(tài)。整體工作流程如圖9所示。

補(bǔ)氣過程：當(dāng)波谷到來，氣室內(nèi)空氣壓強(qiáng)減小，小于外界大氣壓。此時(shí)，外界氣體通過進(jìn)氣單向閥6進(jìn)入增壓氣室7；且海水不能通過出氣單向閥3進(jìn)入增壓氣室7。此時(shí)，外界氣體補(bǔ)充到增壓氣室7中，并推動變壓活塞向氣室1一側(cè)移動。當(dāng)該過程結(jié)束時(shí)，變壓活塞回到曝氣過程開始時(shí)位置，等待波峰到來進(jìn)入增氧循環(huán)。

增氧過程：如圖5所示，海水升起時(shí)，與擋浪板104配合，海面5、擋浪板104、側(cè)板102和背板103之間形成一個(gè)密封的氣室。具體的說，波峰狀態(tài)下，氣室內(nèi)的海水體積增加，氣體壓縮，壓強(qiáng)增加。高壓氣體推動增壓裝置中的變壓活塞向增壓氣室7方向移動(向右側(cè)移動)，進(jìn)而壓縮增壓氣室7中的空氣。由于此時(shí)增壓氣室7內(nèi)氣體壓強(qiáng)高于外側(cè)海水壓強(qiáng)，因此氣體向出氣口201方向推送，并最終進(jìn)入海水，補(bǔ)充海底溶解氧濃度。

這一過程中，增壓裝置的工作原理為：如圖3所示，由于海水壓強(qiáng)隨著深度增加而增加，因此只有保證氣管2中的氣體壓強(qiáng)大于海水壓強(qiáng)，才能使氣體進(jìn)入海水中。根據(jù)帕斯卡壓強(qiáng)定律：P₁S₁＝P₂S₂，因此，P₂＝P₁S₁/S₂，可以知曉氣室壓強(qiáng)和增壓氣室7內(nèi)壓強(qiáng)的比值與對應(yīng)活塞板401和402面積的比值成反比。因此，為了增加增壓氣室7內(nèi)的壓強(qiáng)，使空氣能夠進(jìn)入深水區(qū)，可適當(dāng)增加變壓活塞兩個(gè)活塞板的面積比，即，使活塞板401和活塞板402的面積比值盡量大。

基于以上結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)向海底增氧的目的。

為了增強(qiáng)氧氣在海底的溶解性，進(jìn)一步包括曝氣系統(tǒng)，如圖6所示，包括與氣管出氣口201連通的曝氣管9，曝氣管9上間隔設(shè)置有微孔曝氣頭901。在增氧過程中，氣體經(jīng)過氣管出氣口201向曝氣管9推送，并最終從微孔曝氣頭901冒出，形成無數(shù)個(gè)微氣泡融入海水，以補(bǔ)充海底溶解氧濃度。也就是說，增氧過程中，增壓氣室7內(nèi)氣體壓強(qiáng)高于外側(cè)海水壓強(qiáng)，因此氣體向出氣口201方向推送，氣體最終經(jīng)過曝氣系統(tǒng)進(jìn)入海水，補(bǔ)充海底溶解氧濃度。

曝氣管9可以設(shè)計(jì)的很長，以適應(yīng)大面積海域增氧的需求?？紤]到自然海洋環(huán)境的影響，進(jìn)一步為曝氣管9設(shè)計(jì)穩(wěn)定的安裝結(jié)構(gòu)。包括用于托架曝氣管間隔設(shè)置在海底的曝氣管支撐裝置，曝氣管9底部置于或安裝于曝氣管支撐裝置上。

支撐裝置可以有多種結(jié)構(gòu)，例如采用固定墩或托架。本實(shí)施例中，支撐裝置采用固定墩10，曝氣管9直接放置在固定墩10的槽內(nèi)，并通過固定支架11安裝在固定墩10上，以增強(qiáng)穩(wěn)定性。

為了解決氣室1穩(wěn)定設(shè)置的問題，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了底座12，氣室1安裝在底座12上，底座12固定在海底。底座1的高度可以低于氣室1的高度，且長度(與波浪同向?yàn)殚L度方向，與波浪垂直為寬度方向)可根據(jù)實(shí)際海況、海床地質(zhì)條件適當(dāng)加長，以增加底座的抗傾、抗滑穩(wěn)定性，避免不均勻沉降。

底座12包括用于安裝氣室1的氣室固定槽121。

氣室固定槽121包括與氣室雙側(cè)板配合安裝的槽雙側(cè)板，沿氣室雙側(cè)板11和槽雙側(cè)板上方到下方設(shè)置有多組配合螺栓孔105、124。氣室1和氣室固定槽121之間通過螺栓配合安裝?？筛鶕?jù)不同的海水深度，選擇不同高度的氣室1。不同高度的氣室，其擋浪板104高度不同，以適應(yīng)不同高度的波浪工作。

由于底座12的重量有限，而海浪的沖擊力相對較大，單純將底座12固定在海底，還是有被海浪沖擊損壞的風(fēng)險(xiǎn)。因此，進(jìn)一步設(shè)計(jì)用于放置配重物的配重槽122，配重槽122側(cè)壁和底板設(shè)置有透水孔，防止因?yàn)楦×﹄y易下沉。配重槽122內(nèi)可放置石塊等重物，用以輔助固定底座12和氣室1。配重槽122和氣室固定槽121之間通過豎向隔板123間隔設(shè)置。

氣室1和底座12均采用混凝土支撐，澆筑混凝土?xí)r，預(yù)留吊裝孔，方便利用起重機(jī)、搬運(yùn)裝置。氣室1設(shè)計(jì)為上短下長(與波浪同向?yàn)殚L度方向)的結(jié)構(gòu)(也可以理解為上窄下寬的結(jié)構(gòu)，與波浪同向?yàn)閷挾确较?，增強(qiáng)穩(wěn)定性。氣室1背板103預(yù)留與氣管2的接通孔。

將裝置搬運(yùn)至目的海域后，先將底座12安放在海床上，然后向拋石倉拋填塊石。也可將塊石先放進(jìn)強(qiáng)度高、耐久性好的土工袋里，然后一起放進(jìn)拋石倉，在后續(xù)回收裝置時(shí)，可以用起吊船把土工袋提出，方便結(jié)構(gòu)的回收。

在底座12固定好之后，可以將氣室1起吊，安裝在底座12中，最后用螺栓將兩者固定在一起。一般情況下，底座12尺寸可以固定不變，氣室1高低尺寸可以根據(jù)水深、浪高來進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，達(dá)到最佳的效果。

在能量轉(zhuǎn)換氣室安裝完成后，安裝支架，之后將其與增壓供氣裝置拼接。在拼接完成后，進(jìn)行水下作業(yè)鋪設(shè)曝氣管路，之后將增壓供氣裝置和曝氣管路連接。

氣管2與氣室1之間安裝有托架8。由于氣管安裝具有一定高度，托架8的作用是支撐氣管，使其更穩(wěn)定。