潜艇里的空气是从哪里来的?

悠幽80427828


潜艇在大海深处潜伏,为了保持安全,潜艇采用的是完全密封的方法,防止外部的海水流进来,那么在这完全密闭的环境中,其中氧气是从哪里来的呢?其实潜艇的氧气有好多种来源。

当潜艇挺在水面上,可以通过舷窗来进行跟换氧气。

图为潜艇在水面换气

只要潜艇停留在潜望镜可以到达水面的高度,就可以通过伸出通气管来进行排气。通气管的换气效率很高,所以并不是只有当潜艇靠岸时才能彻底更换艇内空气。尤其是常规动力潜艇,需要很频繁地更换舱内空气以防止氢气累积发生危险。

图为潜艇的潜望镜

当潜艇在水下很深的地方时,这时就没有外部的氧气进行更换了,这时,该怎么办呢?原来在潜艇中,有一个电解水氧气制作装置,众所周知,水电解可以产生氢气和氧气,氧气随着通风管流通到潜艇各处,而氢气则是排除潜艇外,但是电解水的方法需要消耗大量的电能,这对一些普通的潜艇来说负担太大了,所以电解水的方法一般多应用于核潜艇上。那么普通的潜艇又是如何更换氧气的?在二战之后时至今日,潜艇内也有了许多的氧气更换方法。比如使用氧气瓶,潜水员使用的那这种,当然了,还可以使用化学制氧法,比如使用氧烛和过氧化钠板,但是二者都有一定的缺点:氧烛产生氧气的同时会产生二氧化碳,这会让潜艇内的二氧化碳浓度升高,过氧化钠板价格昂贵,这些就是当前比较常用的潜艇内空气更换的方法。

图为潜艇内电解水的装置示意图

——军情系悟空问答签约作者,求点波关注。


军情解析




潜艇里的空气一般有以下几种成分,氧气、二氧化碳、一氧化碳、氢气等成分。

当然,二氧化碳主要是从人体内呼出的,同时潜艇里燃料燃烧也会释放二氧化碳。而且潜艇由于长期处于一个密闭的空间,因而我们一定要注意控制潜艇内二氧化碳的浓度。因为,二氧化碳浓度一旦偏高,对于身体的生理机能有很大的影响。

氧气,当然是潜艇里面是最需要的,所以这里面氧气是非常金贵的。但是我们的氧气只能用专业的装置进行获取。而一氧化碳主要来自设备高温和燃料燃烧产生的,一氧化碳是有毒气体。我们在潜艇内一定要安装一氧化碳处理装置,及时将这种有毒气体处理掉。防止出现中毒情况。

而潜艇内的氢气主要来自于蓄电池、电解水等装置。而且氢气的浓度也不能过高,一旦氢气的浓度超过4%,那么就很容易导致氢气遇明火发生爆炸的情况,这是相当危险的。因而在潜艇里都安装有氢气浓度监测装置和氢气处理装置。

潜艇由于执行的是秘密任务,经常需要下潜,作为一个秘密的空间,保持好潜艇内各空气成分的浓度是十分关键的。不然,还没有开始作战,就发生空气中毒,或者气体爆炸的情况,那就得不偿失了。


阿尔法军事


首先要知道的是我们呼吸的空气由大量的四种气体组成:

  • 氮(78%)
  • 氧气(21%)
  • 氩(0.94%)
  • 二氧化碳(0.04%)

其中的氧气是在呼吸过程中不断的消耗的,二氧化碳是人体呼吸的废物。氮气很难消耗掉并且不参与呼吸过程,以氩气为代表的惰性气体完全没有任何意义。


在由于长期运行于深海中,我们可以将潜艇看作一个密封容器,关键在于制造氧气和消除二氧化碳就可以维持潜艇中可呼吸的空气质量。大体的流程如图所示


氧气来源于潜艇自身的氧气储备,在潜艇中有高压氧气瓶,按照潜艇的空气质量需求不断的将氧气补充到潜艇的空气中。而氧气瓶内的氧气主要来源于潜艇电解水。

这就是一个潜艇中的电解水装置,通入纯水后可以产生纯氧和纯氢。并且可以依据空气质量自动控制有多少氧气进入空气循环系统中。

潜艇中的电解水装置可以为潜艇提供必要的氧气和氢气供应足以维持全艇内的人员呼吸。

若电解水制氧装置故障,潜艇会使用类似于氧烛的耗材来进行氧气还原

这种耗材只要通入含有二氧化碳的空气就可以置换出氧气进行供应,当然这个是应急措施不能长期使用。



而人们呼吸出的二氧化碳,会经过氢氧化钙或氢氧化钠为主要成分的空气洗涤装置进行吸收,二氧化碳加上这些物质会生产碳酸盐类物质。当空气洗涤装置内的化学物质全部转化为碳酸盐后,送到加热室内进行加热则会还原成氢氧化钠和氢氧化钙,加热的废气中的二氧化碳可以经过处理后排放到海水中。

潜艇二氧化碳清洗装置

这样就完成了潜艇的生态空气循环。


当然空气中还有一些水分和烟雾,也都会通过过滤器进行过滤。


军武数据库


空气是人类赖以生存的最基本条件,空气品质的好坏,直接关系到人员的身体健康。那么如何在密闭的潜艇里保持人体需要的足够氧气、并把空气污染降到最小呢?比如在核潜艇上,为了保持良好的空气质量,专门设有空气监测分析系统、空气再生系统、空气净化系统和通风换气系统,主要装置如下。

首先,在潜艇上装有制造氧气的装置。

氧气在自然界中的含量约为21%,如果氧气含量降到16%时,人员的呼吸就会感到困难,出现缺氧症;当降到10%时会使人神智恍惚;降到6%时便会使人休克甚至死亡。潜艇里的氧气极其有限,是不可能长期维持一百多人的需求量的,一旦封闭空气源头,即刻会威胁到生命,所以只能按生存所需的最佳比例不断补充氧气。中国潜艇舱室中氧气的浓度标准为19%—21%之间。

核潜艇里担负生产氧气的主要装置是电解水制氧装置,它的基本原理是用电离分解法把水分解为氢和氧,氧气通过全船通风换气系统输送到船舱的每个角落,供给人员呼吸,而氢气则被储存在氢气罐里,择机排出船外。由于电解水制氧装置需消耗大量的电能,所以常规潜艇上不用此法制氧。

在潜艇上还有补充或应急制氧措施,如氧气再生药板、氧烛和高压氧气瓶等。氧气再生药板是由一片片涂有过氧化钠的薄板组成,使用时产生化学反应,吸收二氧化碳,释放出氧气,每箱药板可供40人使用1.5小时左右。氧烛是用亚氯酸钠等化学药品制成的应急制氧物品,危急时,点燃氧烛就可以放出纯氧,一根氧烛大约可使100人呼吸1个小时,美国早期弹道导弹核潜艇上装有200只,英国每个舱室带数只。

第二,为了保证空气清新,在潜艇上装有消除有毒有害气体的装置。

有毒有害气体是影响人员生命的大敌。在潜艇里,有多达数百种的有毒有害成分,它们给舱室带来污染的气体有的具有毒性,有的具有刺激性,有的具有腐蚀性,有的具有放射性(如氪、氡等),有的具有爆炸性(如氢气)。这些被污染的气体弥散在空间,并通过呼吸道、皮肤和消化道侵入肌体,对艇员和设备带来不同程度的危害。

在潜艇空气里主要控制二氧化碳、氢气、一氧化碳、苯类和甲醇等。

二氧化碳是人员呼出来的废气。在自然界中的空气中,二氧化碳含量约为0.02%。如果不及时去除多余 的二氧化碳,就会越积越多,当上升到2%时,便会使人出现中毒症状,如头痛、呼吸急促、心跳加快、昏昏欲睡;当上升到3%以上时,人的中枢机能下降,智力活动迟钝,呼吸困难,甚至导致死亡。在核潜艇内,二氧化碳的浓度一般控制在0.8%以下。二氧化碳的消除是靠专门的二氧化碳吸收装置完成的。

毒性很大的一氧化碳主要来自燃烧和高温,浓度达到一定程度可致人于死地。一般规定潜艇舱室里每升空气中的一氧化碳浓度不得大于15毫升。潜艇里对有毒有害气体的控制非常严格,设置了专门的一氧化碳消除器和有害气体消除装置。

氢气来源于蓄电池、电解水制氧装置和核动力装置中水的辐照分解。尽管氢的泄漏并不大,但在舱室里会因积存而增多,当氢气在舱室空气中的浓度达到4%左右时,遇到明火就有可能引起爆炸。所以对氢气要严格加以控制,限制氢气在舱室空气中的浓度为1%以下。潜艇里设置了测氢器和消氢器,以确保氢气的浓度小于危险浓度。

第三,在潜艇上装有过滤空气杂质的装置

在密闭的舱室里,空气中难免会飘浮一些不洁颗粒,如灰尘、纤维、有机污染物、气溶胶等。为此,在核潜艇里设置了空气除尘净化装置、放射性微尘测量收集装置、活性碳吸收器,以净化浑浊的空气,保证舱室空气清新。

近几年,中国从人体的生理需要考虑,制定颁布了核潜艇连续潜航90昼夜期间,舱室空气中的氧气、氮气和58种有毒有害气体的容许浓度控制标准。


琪琪杂货店



潜艇的供气与气体净化是一门很复杂的学问,可以分为几个部分来一一说明。

一是制氧供气,在不同的状态下潜艇有不同的制氧供气手段:在浮航状态下可以打开舱盖及换气设备进行全艇换气,此时的潜艇内部就直接呼吸艇外空气即可;在潜望镜状态下则可通过安装在指挥塔上的通气管向全艇换气,同样呼吸艇外空气;而在潜艇潜入深水区域后,通气管收入指挥塔关闭,此时不同类型的潜艇可以选择不同的制氧方式:柴电动力潜艇由于蓄电池电能有限,一般采用制氧药板-氧烛-氧气瓶的供气顺序,制氧药板的样式类似于饼干,是一块一块涂着过氧化钠的薄板,使用的时候拆封直接放入专用的制氧机即可,氧烛则是由氯酸钠、滑石粉、粘合剂等制作而成的管状制氧设备,使用的时候通过电发火点燃即可开始制氧,一根氧烛可供100余人呼吸1个小时之用。至于氧气瓶,一般的潜艇艇员都比较忌讳,因为这是潜艇沉没后的最后应急手段。核潜艇由于动力充沛,可以选择使用反应堆发电电解水制氧,但是由于此种制氧方式噪音较大,在进入作战区域后往往也会选择制氧药板制氧。

二是废气吹除。潜艇内部有多种有害气体,不仅有人体循环而释放出的二氧化碳、甲烷,还有各种动力设备运行释放出的一氧化碳、氢气,还有核反应堆反应生成的氡气,以及各种内装涂料释放出的苯、醛类。因此,潜艇内部的气体检测与净化设备除具有制氧功能,还具备自动检测一氧化碳、氢气、放射性气体的功能,保证有害气体可以被及时吹除,确保全体艇员的身体健康与安全。


军武次位面


潜艇在设计时有一项很重要的指标,那就是自持力,也叫自给力,是潜艇一次装足规定的燃料、淡水、食品和空气再生药板等储备品,中途不补给,连续在海上活动的最长时间。这里面就涉及到你所问的空气的问题,即空气再生药板,主要就是一种制氧设备。其目的就是保证潜艇在水下航行期间的氧气供应,一般能维持一两个月,核潜艇的更长,70-80天,我国核潜艇曾创造过水下连续航行90天的记录。

除了空气再生装置之外,潜艇 一般还可利用晚上浮出水面,这时艇员可以到艇外透透气,潜艇也正好换换空气。

另外还有一种方法,那就是通气管通气法。如条件允许,可将通气管升出水面,空气经管子进入潜艇舱室,舱内污浊空气可通过排气管装置用抽风机排出,使艇内空气对流,可以保持新鲜空气。


东方谈武器


1 潜艇内独立的增氧机构,



2潜艇通气管状态航行时置换的空气。


潜艇上空间狭小,一旦潜艇潜入水下航行,潜艇空间即完全封闭了。潜艇上艇员日常呼吸需要显得非常重要。潜艇一般具有独立的空气调节系统,来保障潜艇狭小空间里的氧气浓度,空气质量。潜艇空气中一氧化碳、二氧化碳、 氮气等气体浓度,气体中异味,经过空气调节系统得以清除或改善。空气调节系统中氧气的来源:

1舰艇本身携带的液体或气体氧气



2舰艇本身通过电解水产生氧气



3舰艇携带的制氧板同舰艇空气中的二氧化碳反应产生氧气

4舰艇借助特殊"氧烛"的化学反应产生氧气。

潜艇空气调节系统,有点类似今天大家常用的空气净化器和新风系统的结合体。不过要精密的多,效率也高的多,而且需要自动的,时时监控、调整潜艇中空气的质量和气体成分。 某国潜艇在出海执行任务时,因艇内供氧系统故障,一氧化氮气体在潜艇中浓度偏高,导致全体艇员"笑死"在战位上。可见潜艇上氧气供应和气体调节是性命攸关的大事。


程砚777


核潜艇里担负生产氧气的主要装置是电解水制氧装置,它的基本原理是用电离分解法把水(H2O)分解为氢(H)和氧(O),氧气通过全船通风换气系统输送到船舱的每个角落,供给人员呼吸,而氢气则被储存在氢气罐里,择机排出船外。由于电解水制氧装置需消耗大量的电能,所以常规潜艇上不用此法制氧。
在潜艇上还有补充或应急制氧措施,如氧气再生药板、氧烛和高压氧气瓶等。氧气再生药板是由一片片涂有过氧化钠的薄板组成,使用时产生化学反应,吸收二氧化碳,释放出氧气,每箱药板可供40人使用1.5小时左右。氧烛是用亚氯酸钠等化学药品制成的应急制氧物品,危急时,点燃氧烛就可以放出纯氧,一根氧烛大约可使100人呼吸1个小时,美国早期弹道导弹核潜艇上装有200只,英国每个舱室带数只。

复兴军事


潜艇上的厕所,其使用的水为海水装置淡化的水



正常我们人类生存需要满足四大基本条件,阳光,空气,水和食品。在陆地上获取这些相对要容易的多。但是在潜艇中,这些基本条件多数都需要靠人工来制造。

潜艇是一个封闭的耐压壳,本身是不产生空气的。为了满足艇员们的正常呼吸,潜艇内部专门安装有空气再生装置还有空调装置和空气净化装置。潜艇在水下运动时,则可以通过开启这些装置,来为艇内提供新鲜的空气。

潜艇内部的空气再生装置一般由制氧装置,二氧化碳吸收装置、再生风机等设备一起组成。这些设备工作的流程是,首先启动风机将舱内的污浊空气通过通风管抽到二氧化碳吸收装置,来消除二氧化碳;然后再在处理过的空气中加入由制氧装置提供的氧气,然后再通过送风管送到潜艇内部的各个舱室,供艇员呼吸。如此不断的进行循环。这也就是再生空气。

对于制氧来说,潜艇的制氧方式有很多,有再生药板制氧,氧气瓶制氧,液态氧制氧和电解水制氧等方式。但主要是电解水制氧方式可以长时间维持制氧之外,其他的几种方式时间都比较短,产生氧气有限。

但是对于电解水制氧方式非常耗电,主要是核潜艇采用,而常规潜艇则采用其他的方式制氧。另外,空调装置也要开启,可以使艇内的空气温度、湿度维持在一个比较适宜的范围内,这也会让艇内的精密仪器能正常工作;艇员呼吸及机器工作产生的一些有害气体与杂质也会通过空调系统来进行控制,达到空气净化的作用。

除了空气之外,潜艇内部使用的淡水也要通过海水淡化来再生。本身潜艇自身设计有储备淡水的柜子,但是长期远航淡水宝贵,早年海水淡化装置产生的水主要用来洗涤与冲洗,现在淡化技术发达了也可到淡化饮用水了。但是实际上使用时也相当节约,想要痛快洗澡基本是不可能的。甚至为了控制用水量可能每天只能定时发放少量淡水使用,水量少到也就只能是最多擦擦身上重要部位。


鼎盛军事


潜艇目前主要分为常规潜艇和核动力潜艇。

常规潜艇的获取氧气的方式,主要为通过化学药品吸收艇内二氧化碳同时放出氧气,因此常规潜艇在水下逗留时间不长;即使使用AIP系统的常规动力潜艇时间也不过是多增加几天而已。

而在水面或者说靠近水面时,则可通过使用“通气管”在潜望镜深度下一边航行,一边补充氧气和压缩空气。

核潜艇则很简单,因为其主要靠强大的核反应堆提供强大电能,所以在海底时,则采用电解水制氧装置获取氧气,然后通过通风系统将氧气输送到全艇。

因此理论上核潜艇因为能源充足可以在水下航行几个月甚至几年时间,但因为人类身心的承受极限,所以一般也就1-2个月,目前我国最高纪录为90年也就是接近3个月的时间!


分享到:


相關文章: