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水肺又叫自攜式水下呼吸裝置，英文名為Self-Contained Underwater Breathing Apparatus（縮寫(xiě)為SCUBA），也被稱為潛水呼吸器，是一種可以使?jié)撍畣T在海底能夠呼吸到與地面空氣相同壓力的空氣的裝置。人們潛入水中后，可憑借它來(lái)自由呼吸。水肺的發(fā)明使人可以更方便地待在水底，是最早的切實(shí)可用的現(xiàn)代水下呼吸器。

早在明朝，宋應(yīng)星所著的《天工開(kāi)物》中便記載了潛水員運(yùn)用的水下呼吸裝置。1691年由英國(guó)天文學(xué)家埃德蒙多·哈雷發(fā)明了第一個(gè)可容納一人以上且有實(shí)用坐標(biāo)的潛水鐘。1870年，法國(guó)人魯凱羅爾發(fā)明了史上第一個(gè)呼吸調(diào)節(jié)器1943年，加南發(fā)明呼吸器，利用煤氣爐調(diào)節(jié)閥改裝成呼吸器械控制閥，按需要可自動(dòng)供給適當(dāng)壓力的空氣，潛水員本身的呼吸就可以靠調(diào)節(jié)空氣供應(yīng)量和攝入肺部時(shí)氣壓的高低來(lái)控制。這套器械簡(jiǎn)單小巧，潛水員帶上它，再穿上內(nèi)有高壓空氣的背心就可潛至50─60米深的水中。1946 年，液化空氣集團(tuán)成立了水下呼吸器公司,并且將設(shè)計(jì)部門(mén)與生產(chǎn)水下呼吸調(diào)節(jié)器以及其他潛水部件的部門(mén)分隔開(kāi)。同年,這家公司推出了第一款商業(yè)化的現(xiàn)代水下呼吸調(diào)節(jié)器 CG45。

利用水肺這種呼吸裝置，潛水員可方便地進(jìn)行對(duì)古代沉船進(jìn)行定位、測(cè)量及打撈等工作，為海洋考古學(xué)開(kāi)創(chuàng)了新領(lǐng)域。改進(jìn)后的水肺可支持2小時(shí)水下作業(yè)，因此潛水員使用它可在水下自由往來(lái)，開(kāi)展維修海上石油鉆井平臺(tái)、監(jiān)察海港建筑工程、執(zhí)行搜索任務(wù)等工作，且該裝置已在美國(guó)佛羅里達(dá)州、澳大利亞大堡礁等海域的海底公園中應(yīng)用，為人類探測(cè)水底世界又?jǐn)U展了一片海域。

發(fā)展沿革

早期發(fā)展

1587年，明代宋應(yīng)星所著的《天工開(kāi)物》中，記載著當(dāng)時(shí)潛水裝置及技術(shù)的要領(lǐng)。潛水員的腰上系長(zhǎng)繩，再用錫做的環(huán)形空管罩在鼻子上，潛水者可通過(guò)這個(gè)管子呼吸。當(dāng)潛水員在水下感覺(jué)憋氣不適時(shí)，就拉動(dòng)繩子。一有動(dòng)靜，水面上的伙伴就會(huì)馬上把他提出水面，休息后再下潛作業(yè)。1538年西班牙托利多兩個(gè)潛水員進(jìn)行的一次實(shí)驗(yàn)，這時(shí)關(guān)于潛水鐘最早的記錄。早期略具規(guī)模的潛水鐘開(kāi)口在下，由管子從海面上將空氣送進(jìn)來(lái)。1691年由英國(guó)天文學(xué)家埃德蒙多·哈雷（哈雷彗星的發(fā)現(xiàn)者）發(fā)明第一個(gè)可容納一人以上且有實(shí)用坐標(biāo)的潛水鐘。他的設(shè)計(jì)是在一個(gè)圓錐型空木桶的外面包鉛，能垂直下沉，潛水鐘上裝有玻璃窗，空氣是由掛在潛水鐘下方的鉛木桶補(bǔ)充。因貯氣木桶內(nèi)壓力較大，空氣可輸入潛水鐘內(nèi)。哈雷說(shuō)，他與同事在鐘內(nèi)潛至18米深的海水處停留了1.5小時(shí)。1778年，英國(guó)工程師斯米頓又對(duì)此進(jìn)行改良，用水面的氣泵供應(yīng)空氣。1715年，法國(guó)貴族皮埃爾· 雷米· 德博夫發(fā)明的潛水服。兩根長(zhǎng)長(zhǎng)的軟管，一根用于呼吸氧氣，一根用于呼出二氧化碳。海水深度為10米時(shí)，水壓和大氣壓（1.03Kg/M）幾乎相等。然而，深度每增加10米，水壓就會(huì)增加約一個(gè)大氣壓。所以每個(gè)深度的水域，都需要氧氣裝置供給人體不同壓強(qiáng)的空氣。如果沒(méi)有氣壓調(diào)節(jié)裝置，憑個(gè)人是難以完成呼吸的。1825年，英國(guó)人開(kāi)發(fā)出能夠貯存壓縮空氣的金屬容器。它被安裝在笨重的潛水服腰部。然而，這種裝置因缺乏呼吸調(diào)節(jié)器，并不能實(shí)現(xiàn)深潛。而且因?yàn)閴毫Φ脑颍饘偃萜髦械?a href="/hebeideji/7233262038603005952.html">氧氣也消耗得極快（7分鐘），缺乏實(shí)用性。

呼吸調(diào)節(jié)器誕生

1870年，法國(guó)人魯凱羅爾發(fā)明了史上第一個(gè)呼吸調(diào)節(jié)器，人類的水下呼吸之夢(mèng)才得以實(shí)現(xiàn)。從原理上來(lái)看，魯凱羅爾的發(fā)明與現(xiàn)代的水肺調(diào)節(jié)器原理幾乎相同，都是通過(guò)幾個(gè)閥門(mén)分級(jí)的形式，來(lái)控制輸出氣壓的大小。這個(gè)裝置起先并非用于潛水，而是被應(yīng)用于火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)或礦井之中的。1939年，美國(guó)的蘭伯特森博士最終為美國(guó)軍隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種高效率的軍用氧氣循環(huán)裝置。正是借助這套系統(tǒng)，美國(guó)海軍的“蛙人”部隊(duì)在大西洋和太平洋戰(zhàn)爭(zhēng)無(wú)往不利，蘭伯特森也因此被稱為“蛙人之父”。

現(xiàn)代水下呼吸器誕生

1942年12 月，法國(guó)海軍中尉雅克-伊夫·庫(kù)斯托，在巴黎遇到了液化空氣集團(tuán)工程師埃米爾·加尼安，因?yàn)楫?dāng)時(shí)法國(guó)被德軍占領(lǐng)，資源嚴(yán)重緊缺，而加尼安擁有便攜式氣體發(fā)生調(diào)節(jié)器,庫(kù)斯托要求加尼安按照他的要求改造一種新的調(diào)節(jié)器,可以用于潛水。1943 年,第一個(gè)現(xiàn)代水下呼吸器誕生了。這個(gè)水下呼吸器具有150~200 個(gè)大氣壓的背負(fù)式壓縮氧氣瓶，從而使潛水員可以遠(yuǎn)離母船而潛入水下40 米深處，它使?jié)撍畣T不再受母船送氣的限制.潛水作業(yè)領(lǐng)域得以擴(kuò)展。庫(kù)斯托與加尼安為它申請(qǐng)了專利。1946 年，液化空氣集團(tuán)成立了水下呼吸器公司,并且將設(shè)計(jì)部門(mén)與生產(chǎn)水下呼吸調(diào)節(jié)器以及其他潛水部件的部門(mén)分隔開(kāi)。同年,這家公司推出了第一款商業(yè)化的現(xiàn)代水下呼吸調(diào)節(jié)器 CG45。為了更好地將 CG45 在英語(yǔ)國(guó)家推廣，因此庫(kù)斯托將其命名為Aqua lung”(水肺)。

二戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)軍方的一位軍醫(yī)克里斯幫安·拉姆波特森就設(shè)計(jì)了一款戰(zhàn)時(shí)“蛙人”使用的呼吸器,名為SCUBA。而在英國(guó)“Aqua-Lung”則變成了開(kāi)放式水下呼吸裝置的通用商標(biāo)，并且存在了很多年。

1955 年4月，庫(kù)斯托的公司終于推出了另一款水下呼吸裝置——Mistral(西北風(fēng)),它比 CG45 成本更低，而且在水下呼氣也更容易。Mistral一經(jīng)出現(xiàn),立刻風(fēng)靡世界,成為有潛水需求者的首選。

工作原理

從原理上來(lái)看，魯凱羅爾的發(fā)明與現(xiàn)代水肺調(diào)節(jié)器原理幾乎相同，都是通過(guò)幾個(gè)閥門(mén)分級(jí)的形式，來(lái)控制輸出氣壓的大小。

基本構(gòu)造

呼吸設(shè)備包括一只氣瓶、一個(gè)調(diào)節(jié)器、一級(jí)和二級(jí)接頭以及其他附件。

氣瓶

氣瓶一般由鋁制成，空瓶大約14公斤重，可盛放超過(guò)2000升空氣，壓強(qiáng)為204個(gè)大氣壓，里面的氣體大約重3.2公斤。使用休閑型水下呼吸器的普通潛水者呼吸的是壓縮空氣（和空氣成分一樣，含78%的氮?dú)?/a>和21%的氧氣，但是氣壓要大）或者一種富氧的氮氧混合物（含32%-36%的氧氣）。

調(diào)節(jié)器

氣瓶中的空氣不能直接提供給潛水者（氣壓太高會(huì)傷害肺部），因而氣瓶上配備著一個(gè)調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器有兩個(gè)作用，一是將氣瓶中的空氣壓力降低到適合吸入的安全水平，二是可以根據(jù)潛水者的需要提供適量的空氣。調(diào)節(jié)器的原理吸氣時(shí)，膜片向左移動(dòng)噴嘴打開(kāi)。呼出的氣體通過(guò)空氣閥通到海中，成為氣泡排走。

一級(jí)頭和二級(jí)頭

為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器的這兩個(gè)作用，調(diào)節(jié)器上有兩個(gè)接頭：一級(jí)頭和二級(jí)頭。一級(jí)頭和氣瓶相連接，能將氣瓶中的空氣壓力從204atm降為9.5atm左右的中間壓力（atm為atmosphere的縮寫(xiě)，指一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）。二級(jí)頭通過(guò)軟管和一級(jí)接頭相連，將中間壓力降低到與環(huán)境水壓相等。當(dāng)潛水者吸氣時(shí)，二級(jí)頭供應(yīng)空氣。

基本分類

開(kāi)放式潛水呼吸器

潛水員自身攜帶呼吸氣源,呼出的氣體全部排出的一種水下呼吸器。通常包括呼吸咬嘴或面罩、供氣調(diào)節(jié)器、氣瓶組件和供氣軟管。

閉式潛水呼吸器

潛水員自身攜帶呼吸氣源,呼出的氣體通過(guò)凈化/補(bǔ)氧處理后供循環(huán)呼吸使用的一種水下呼吸器。通常包括呼吸咬嘴或面罩、呼吸轉(zhuǎn)換閥、供氣軟管、呼吸軟管、呼吸袋、二氧化碳吸收劑罐、流量控制裝置和氣瓶組件。

品牌分類

傳奇呼吸調(diào)節(jié)器

這款在冷水水城大受歡迎的呼吸調(diào)節(jié)器是水肺的專業(yè)級(jí)產(chǎn)品，由 Apeks 公司負(fù)責(zé)制造，鮮明的水肺標(biāo)志已經(jīng)表明了它的出色性能。經(jīng)過(guò)專業(yè)測(cè)試的傳奇呼吸調(diào)節(jié)器在呼出和吸入時(shí)做功幾乎是相同的，這也意味著可以在水底待更長(zhǎng)的時(shí)間，并且呼吸更輕松。在配置上，一級(jí)頭擁有兩個(gè)高壓閥和四個(gè)低壓閥，保證了在深潛時(shí)也能呼吸順暢，同時(shí)采用了 ACD 專利技術(shù)，防止一級(jí)頭意外進(jìn)水，確保一級(jí)頭內(nèi)部的潤(rùn)滑順暢，減少了保養(yǎng)次數(shù)，而且能更安全地使用高氧。重量?jī)H為 235克的二級(jí)頭采用了平衡式設(shè)計(jì)，表現(xiàn)也很出色并且提供了一塊冷水擋板，能夠使嘴唇擺脫冷水的“折磨”，讓人覺(jué)得咬合不會(huì)太辛苦。它還采用了干式密封艙，在一級(jí)和二級(jí)處使用了類似 ApeksATX200 的散熱器，這意味著它更適合冷水使用值得一提的是，該調(diào)節(jié)器的金屬表面有橡膠涂層,能更好地保護(hù)金屬的表面，進(jìn)一步提高了裝備的安全性和使用壽命。

泰坦呼吸調(diào)節(jié)器

名為泰坦，實(shí)則是一款適合人門(mén)級(jí)潛水者的潛水產(chǎn)品，尤其適合潛水次數(shù)不多的潛水愛(ài)好者。泰坦呼吸調(diào)節(jié)器是性價(jià)比最好的水下呼吸設(shè)備，采用了水肺著名的渦輪系統(tǒng)在一級(jí)頭內(nèi)有額外的一個(gè)氣流通道，使呼吸更順暢。一級(jí)頭采用了平衡隔膜式設(shè)計(jì)，除了一個(gè)高壓出氣口之外，還有四個(gè)低壓出氣口，所以性能穩(wěn)定、出色; 二級(jí)頭的性能同樣出色，尺寸大小也很適中，再加上獨(dú)特的出氣量調(diào)節(jié)裝置，既能防止意外漏氣，又能確保水下呼吸順暢。在接口處使用了專利設(shè)計(jì)的 Comfo-Bite 咬嘴，便于咬合和呼吸。所有的出氣口位置都經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了最佳的管線走向。

Mikron 男款呼吸調(diào)節(jié)器

小而輕是該調(diào)節(jié)器的最大特點(diǎn)，僅重 800 克。全新中壓管，柔軟易收納，一級(jí)頭和二級(jí)頭均采用平衡式隔膜，讓呼吸更輕松，大幅降低了進(jìn)水的可能性。

Kronos 呼吸調(diào)節(jié)器

單邊排氣，有助于防止氣泡的堆積，獲得更好的祝野，出氣量可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，呼出的氣體經(jīng)過(guò)二級(jí)頭內(nèi)的閥門(mén)，能有效地避免冷水區(qū)域的結(jié)冰現(xiàn)象。一級(jí)頭采用隔膜設(shè)計(jì)，能有效地避免意外進(jìn)水。

發(fā)明意義

利用水肺這種呼吸裝置，潛水員可方便地進(jìn)行對(duì)古代沉船進(jìn)行定位、測(cè)量及打撈等工作，為海洋考古學(xué)開(kāi)創(chuàng)了新領(lǐng)域。大多數(shù)水肺允許潛水員潛水2小時(shí)，因此潛水員使用它可在水下自由往來(lái)，開(kāi)展維修海上石油鉆井平臺(tái)、監(jiān)察海港建筑工程、執(zhí)行搜索任務(wù)等工作。

生物學(xué)定義

生物學(xué)定義：海參類動(dòng)物特有的呼吸器官。由長(zhǎng)管狀消化道（在體內(nèi)回折）末端膨大成的泄殖腔分出一對(duì)分支的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)伸入體腔并不斷分支形成樹(shù)枝狀，因而叫做“呼吸樹(shù)”或“水肺”。除有呼吸作用外、還有排泄功能。