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一、水产增氧设备专利技术发展背景
在水产养殖行业中，水体溶解氧含量是决定养殖生物生存、生长及养殖产量的关键因素。当水体溶解氧不足时，会导致鱼类、虾类等养殖生物出现浮头、泛塘等现象，严重时甚至引发大规模死亡，给养殖户造成巨大经济损失。随着水产养殖规模的不断扩大，传统增氧方式如人工泼洒增氧剂、水车式增氧机等，已难以满足高密度、集约化养殖对水体溶解氧稳定供应的需求，且存在能耗高、增氧效率低、操作繁琐等问题。在此背景下，水产增氧设备专利技术迎来了快速发展期，众多科研机构与企业围绕增氧效率提升、能耗降低、智能化控制、适应复杂养殖环境等核心需求，开展了大量技术研发与专利申请工作，推动水产增氧设备朝着高效化、节能化、智能化、多功能化方向不断演进。
从专利申请数据来看，近十年来我国水产增氧设备相关专利申请量呈现逐年递增趋势，截至2024年，公开的相关专利已超过5000项，涵盖了机械增氧、化学增氧、物理增氧、生物增氧等多个技术领域，其中机械增氧类专利占比超过60%，成为当前水产增氧设备的主流技术方向。这些专利技术的创新点主要集中在结构优化、动力系统改进、气体传输方式革新、智能监测与控制集成等方面，不仅有效解决了传统增氧设备的技术痛点，还为水产养殖行业的绿色可持续发展提供了重要技术支撑。
二、主流水产增氧设备专利技术解析
（一）叶轮式增氧机专利技术
叶轮式增氧机是目前应用最广泛的水产增氧设备之一，其核心原理是通过电机驱动叶轮高速旋转，将水体提升至空中形成水花，与空气充分接触后再回落至池塘，从而增加水体溶解氧含量。在专利技术创新方面，早期叶轮式增氧机专利主要聚焦于叶轮结构优化，“一种高效叶轮式增氧机”，通过将叶轮叶片设计为弧形曲面结构，并在叶片表面开设导流孔，有效减少了水流阻力，提升了水体提升高度和扩散范围，相比传统平面叶片叶轮，增氧效率提高了15%-20%。
随着技术发展，叶轮式增氧机专利开始向节能化方向突破。“一种节能型叶轮式增氧机”，创新性地采用了永磁同步电机替代传统异步电机，并在电机与叶轮之间设置了减速齿轮箱，通过优化电机转速与叶轮转速的匹配关系，降低了电机空载损耗，在保证增氧效果的前提下，能耗降低了25%以上。同时，该专利还在设备底部设置了可调节浮力装置，能够根据池塘水深变化灵活调整叶轮浸入水中的深度，避免了因水深过浅导致叶轮空转或过深增加电机负载的问题，提升了设备在不同养殖环境中的适应性。
近年来，智能化集成成为叶轮式增氧机专利的新趋势。“一种智能监测叶轮式增氧机”，将溶解氧传感器、水温传感器与设备主体集成，通过传感器实时采集水体溶解氧浓度和水温数据，并将数据传输至控制器。当溶解氧浓度低于设定阈值时，控制器自动启动增氧机；当溶解氧浓度达到目标值时，自动关闭设备，实现了“按需增氧”，避免了传统设备持续运行造成的能源浪费。此外，该专利还具备远程通信功能，养殖户可通过手机APP查看水体环境数据和设备运行状态，实现远程控制与故障报警，极大地提升了养殖管理的便捷性。
（二）射流式增氧机专利技术
射流式增氧机基于流体力学中的射流原理，通过高压水泵将水体加压后从喷嘴高速喷出，形成负压区吸入空气，空气与水体在混合管内充分混合形成气液混合物，再通过扩散管将混合物输送至水体底层，实现水体溶解氧的快速提升。与叶轮式增氧机相比，射流式增氧机具有增氧深度大、水体扰动小、适合底层鱼类养殖等优势，其专利技术创新主要集中在气液混合效率提升和水流扩散范围优化方面。
“一种高效射流式增氧机”，针对传统射流式增氧机气液混合不充分的问题，在混合管内部设置了螺旋导流叶片和多孔分流板。当高压水流从喷嘴喷出时，螺旋导流叶片使水流形成旋转涡流，增加了水流与空气的接触时间；多孔分流板则将气液混合物分割成细小的气泡，增大了气液接触面积，使溶解氧转化率从传统设备的30%-35%提升至45%-50%。同时，该专利还对喷嘴结构进行了改进，采用了收缩-扩张型拉瓦尔喷嘴，有效提高了水流喷射速度，进一步增强了负压吸气效果，吸气量提升了20%以上。
在节能与多功能集成方面，“一种节能多功能射流式增氧机”提出了“一机多用”的设计理念。该专利在设备主体上增设了水质净化模块，通过在扩散管出口处设置滤网和活性炭过滤层，在增氧的同时能够过滤水体中的残饵、粪便等杂质，吸附水体中的有害物质，实现了增氧与水质净化的同步进行。此外，该专利还采用了变频水泵，可根据水体溶解氧需求调节水泵转速，改变水流喷射压力和吸气量，相比固定转速水泵，能耗降低了30%左右，且有效避免了因水流过大对养殖生物造成的应激反应。
（三）纳米气泡增氧设备专利技术
纳米气泡增氧技术是近年来新兴的高效增氧技术，其核心是产生直径在10-1000nm之间的微小气泡，由于纳米气泡具有比表面积大、上升速度慢、在水体中停留时间长、溶解效率高等特点，能够实现水体溶解氧的快速、高效提升，尤其适合高密度水产养殖场景。目前，纳米气泡增氧设备专利技术主要围绕气泡发生装置优化、气泡直径控制、能耗降低等方面展开。
“一种纳米气泡增氧装置”，创新性地采用了“文丘里管+超声波震荡”复合气泡发生结构。首先，通过文丘里管产生初步的微米级气泡，随后利用超声波震荡装置对微米级气泡进行二次破碎，使气泡直径缩小至纳米级别，纳米气泡生成率达到90%以上。该专利还在气泡发生装置出口处设置了气泡分布器，通过分布器上的微孔将纳米气泡均匀分散至水体中，避免了气泡团聚现象，进一步提升了溶解氧效率。经实验验证，该设备在相同能耗下，水体溶解氧提升速度比传统射流式增氧机快2-3倍，且溶解氧在水体中的分布更加均匀。
“一种低能耗纳米气泡增氧机”则针对纳米气泡发生过程中能耗较高的问题，进行了技术突破。该专利采用了永磁式气泡发生电机，并优化了电机的磁路设计，降低了电机的铁损和铜损；同时，在文丘里管的进口端设置了预旋流器，使水流在进入文丘里管前形成旋转流，减少了水流在管内的能量损失，进一步降低了能耗。与传统纳米气泡增氧设备相比，该专利技术的能耗降低了40%以上，且纳米气泡的稳定性更好，在水体中的停留时间延长了1-2小时，有效提升了增氧效果的持续性。
三、水产增氧设备专利技术的实际应用效果
（一）池塘养殖中的应用
在池塘养鱼场景中，传统增氧设备由于增氧效率低、溶解氧分布不均，往往导致池塘底层溶解氧不足，影响底层鱼类生长，且容易引发水质恶化。，通过实时监测水体溶解氧浓度，实现了按需增氧，不仅保证了池塘水体溶解氧的稳定供应，还避免了能源浪费。某水产养殖基地的应用数据显示，在面积为10亩、水深2米的草鱼养殖池塘中，使用该智能增氧机后，草鱼的成活率从传统设备的85%提升至95%，生长周期缩短了15天，亩产量增加了200公斤，同时由于设备运行时间减少，每月电费支出降低了300元左右。
对于高密度虾类养殖池塘，由于虾类生活在水体底层，对底层溶解氧含量要求更高，纳米气泡增氧设备专利技术的应用效果更为显著。，池塘底层溶解氧浓度稳定维持在5mg/L以上，相比传统射流式增氧机，对虾的发病率降低了40%，脱壳成功率提升了25%，单亩产量从800公斤增加至1200公斤，且对虾的规格更加均匀，市场售价提高了10%-15%。
（二）工厂化养殖中的应用
工厂化水产养殖具有高密度、高产量、可控性强等特点，对增氧设备的增氧效率、稳定性和智能化水平要求更高。在工厂化循环水养殖系统中，。该设备不仅能够快速提升水体溶解氧含量，还能同步实现水质净化，减少了循环水系统中过滤器的负荷。某工厂化罗非鱼养殖车间的应用案例表明，使用该增氧机后，循环水系统的换水频率从每天1次降低至每3天1次，节约用水60%以上；同时，由于水质稳定，罗非鱼的生长速度提升了18%，饲料转化率提高了12%，养殖成本显著降低。
此外，在工厂化三文鱼养殖中，由于三文鱼对水温、溶解氧等环境因素极为敏感，需要精确控制增氧设备的运行状态。，能够根据三文鱼的生长阶段和实时水体环境数据，精准调节纳米气泡的产生量和分布范围，保证水体溶解氧浓度稳定在6-8mg/L，水温控制在12-15℃。应用该技术后，三文鱼的死亡率从5%降低至1%以下，生长周期缩短了20天，且鱼肉品质得到明显提升，市场竞争力显著增强。
四、水产增氧设备专利技术的瓶颈与未来趋势
（一）当前技术瓶颈
尽管我国水产增氧设备专利技术取得了显著进展，但在实际应用中仍存在一些瓶颈问题。首先，在能耗方面，虽然部分专利技术实现了能耗降低，但对于大规模、深水养殖场景，增氧设备的能耗依然较高，尤其是纳米气泡增氧设备，由于气泡发生过程需要较高的能量输入，长期运行成本较高，限制了其在中小养殖户中的普及。其次，在设备适应性方面，现有专利技术大多针对特定养殖场景（如池塘、工厂化车间）设计，对于复杂水域（如水库、网箱养殖）的适应性不足，例如在水流速度较快的网箱养殖中，增氧设备产生的气泡容易被水流带走，导致增氧效果下降。
再者，在智能化水平方面，虽然部分专利技术集成了传感器和远程控制功能，但传感器的稳定性和使用寿命仍有待提升，尤其是在高盐度、高污染的养殖水体中，传感器容易出现故障，影响数据采集的准确性；同时，现有智能控制系统的算法多基于简单的阈值控制，缺乏对养殖生物生长周期、水质变化趋势的预测能力，难以实现真正的“精准增氧”。最后，在专利技术转化方面，部分专利技术由于结构复杂、制造成本高，难以实现规模化生产，导致技术成果与实际应用之间存在脱节，许多优秀的专利技术未能在养殖生产中发挥应有的作用。
（二）未来发展趋势
针对上述技术瓶颈，未来水产增氧设备专利技术将朝着以下方向发展：
1. 超低能耗技术研发：未来专利技术将进一步优化动力系统，如采用新型高效电机（如开关磁阻电机、无刷直流电机）、开发新型节能气泡发生装置（如基于水力空化原理的气泡发生器），进一步降低设备能耗；同时，将太阳能、风能等清洁能源与增氧设备结合，开发光伏增氧机、风光互补增氧机等，减少对传统电能的依赖，降低养殖成本。
2. 自适应多场景技术创新：针对不同养殖场景的需求，研发具有自适应调节功能的增氧设备，例如在网箱养殖中，开发可根据水流速度自动调整气泡喷射方向和角度的增氧装置；在深水养殖中，设计可实现分层增氧的设备，通过多层气泡分布器将氧气输送至不同水深区域，满足不同水层养殖生物的需求。
3. 智能化与精准化升级：未来专利技术将提升传感器的稳定性和使用寿命，开发抗污染、抗腐蚀的新型传感器；同时，引入人工智能算法（如机器学习、深度学习），结合养殖生物的生长模型、水质变化模型，实现对水体溶解氧需求的精准预测，提前启动或关闭增氧设备，避免溶解氧不足或过量；此外，将增氧设备与养殖管理系统集成，实现增氧、投喂、水质监测、疾病预警等功能的一体化控制，提升养殖管理的智能化水平。
4. 多功能集成与绿色化发展：未来水产增氧设备专利技术将进一步强化多功能集成，除了增氧、水质净化功能外，还将集成水体消毒、营养物质补充等功能，例如在增氧设备中加入紫外线消毒模块、微量元素释放模块，实现“增氧+消毒+营养补充”一体化；同时，采用环保材料（如食品级塑料、不锈钢）制作设备部件，减少设备对水体的污染，推动水产养殖行业的绿色可持续发展。
五、结语
水产增氧设备专利技术作为水产养殖行业的核心技术支撑，其创新发展直接关系到养殖产量、养殖效益和行业的可持续发展。从早期的叶轮式增氧机到如今的纳米气泡增氧设备，从单一增氧功能到智能化、多功能集成，我国水产增氧设备专利技术已实现了跨越式发展，为水产养殖行业的规模化、集约化发展提供了重要保障。然而，当前技术仍面临能耗、适应性、智能化水平等方面的瓶颈，需要进一步加大研发投入，推动专利技术的优化与升级。
未来，随着超低能耗技术、自适应多场景技术、智能化精准控制技术的不断突破，水产增氧设备专利技术将更加贴合养殖生产的实际需求，不仅能够有效提升增氧效率、降低养殖成本，还将为水产养殖行业的绿色化、智能化发展注入新的动力。同时，加强专利技术的转化与推广，促进科研成果与实际应用的深度融合，将是推动水产增氧设备技术产业化发展的关键，也是实现水产养殖行业高质量发展的重要途径。