潜艇里的空气是从哪里来的?

悠幽80427828


你是问潜艇内氧气从哪来吧?空气主要由氮气、氧气、二氧化碳组成,潜艇一出海少则十几天,多则几个月,待在水下,艇员的呼吸会将空气中的氧气消耗殆尽,二氧化碳浓度会提高,氮气一般不会有什么变化,而缺氧的话人肯定是会GG的,所以如何补氧和消除二氧化碳确实是潜艇上一件至关重要的大事。



常规潜艇一般都会上浮换气

潜艇内本身的空气一般也就够所有人呼吸10小时左右,所以每隔一段时间潜艇就必须上浮,上浮之后通过换气装置将新鲜空气补充进潜艇内,然后把浑浊的空气排出去,这样就完成了一次换气。如果时间还有多的话,可以将空气抽到压缩罐内,这些压缩罐内的空气可以帮潜艇多延长换气时间。


核潜艇一般使用电解水制氧

常规潜艇在水下本身就需要使用蓄电池前行,所以没有多余的电力来进行制氧,只能选择上浮补充空气,而核潜艇因为使用反应堆作为动力,电能几乎无限,因此可以直接将海水水解后进行制氧,这也是核潜艇最大的作战优势之一。电解氧产生副产品氢气一般会被燃烧掉,产生的二氧化碳也会被吸收装置吸收掉,最后只剩下氧气。

紧急情况使用氧烛、氧气瓶和再生药版

氧烛的主要成份就是NaClO3,另外还有添加一些添加剂,在撞击火帽点燃后能通过缓慢燃烧放出高纯度的氧气,一根氧烛可以提供100个人呼吸1个小时。再生药版也是一种化学物质制成的多孔板,空气流过时发生化学反应就能生成氧气,氧气瓶则是压缩纯氧,打开就能不断释放氧气。在潜艇内一般都会带上这几样东西作为应急,可以使用1000小时以上。不过这些玩意儿都不便宜,比换气和电解氧成本都高,不是战争时期或者执行任务遇到紧急情况(比如被反潜飞机盯上了,只能呆在水下隐蔽)不会使用的,谁也不会闲得无聊去倒腾这些东西。

(氧烛)

潜艇空气净化装置消除二氧化碳和有害气体

水兵在潜艇内的生活以及机器的运转少不了产生异味和有害气体,所以潜艇都会配置空气净化装置。最常见的就是使用一种特殊药液消除二氧化碳,还有一种就是依靠活性炭吸附剂吸收各种异味和有害气体,而氢气这种危险气体则会使用燃烧去氢装置消耗掉。据说我国潜艇兵目前已经用上了田园型空气净化装置,空气内加入了负离子和光触媒净化技术,可以自动净化和除菌,简直不要太棒棒!



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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。


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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。


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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。


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自古以来人类就在为如何在水中遨游这个问题想办法,其实在水下存活的必备品是空气,说到空气,大家可能最先想到的是呼吸必备,但真正的呼吸必备是空气中的氧气,水下也是有空气的,只是缺少氧气二氧化碳·又多罢了。那么竟然想要在水下存活就要解决呼吸问题,所以如何让人们在水下也能呼吸到氧气,存活下来成为了一个能否决定人类探索水下世界的一个最重要的问题,这个问题直到潜艇的出世才得以完美解决。那么潜艇在水下又是如何为潜艇中的人提供氧气来生存的呢?

第一,在潜艇中装有有毒气体过滤装置。潜艇就像一个精密的钟表,这里面的机器装置不计其数,而每个机器的运作都会排出一些对人体有害的毒气,这些各种各样的毒气加起来就是一个大毒坛!如果潜艇中有这样一个大毒缸,潜艇中的氧气就所剩无几了,所以在潜艇中增加毒气过滤装置也是保证有着足够的地方来存放氧气并保证那些人们吸入的氧气清新干净。

第二,在潜艇上装有过滤空气杂质的机器,在潜艇的内部,空气中难免会带有一些从水面以上时沾附的颗粒,如灰尘、纤维、有机污染物等,这些东西虽然没有像其它机器运转时所释放出的有毒物质那么致命,但是对船员身体等危害也是极大的,如果天天吸入这些小灰尘的话日积月累也难免会出事。为此,制造商都会在潜艇里设置特殊的空气除尘净化装置和其它的清新装置用于净化浑浊的空气并保证舱室空气清新。

第三,也是最重要的一点,那就是潜艇中是配备了制造氧气的装置的,这种装置名为电解水制氧装置,它的基本运作原理是用电离分解法把水(H2O)分解为氢(H)和氧(O),随后船上的通风换气系统就会将这些氧气运送到船舱的每个角落,提供给潜艇中的人员呼吸,在这个过程中产生的多余废气(氢)则被储存在潜艇中的氢气罐里,等到上浮的时候便从通风系统排出船外。


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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。


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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

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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。


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科技在进步,渐渐地,上天下海已不再是神话传说,飞机能够“上天”,潜艇能够“下海”。那么问题来了,飞机上可以呼吸,但是潜艇里该如何呼吸呢?潜艇由于在水下,不得不密闭那么氧气从何而来?

空气中的氧气是人们生存的必要条件。潜艇中的人员呼吸,可以通过通气管来实现,只要潜艇停留在潜望镜可达的水面高度,便可通过通气管换气来呼吸。潜艇的这种状态,是能够和外界进行气体交换的,所以不用担心呼吸的问题。

那么潜艇在海底时,空气从哪里来?这就需要化学制氧了,很简单的原理,电解水制氧,这属于空气再生装置,用水作为原料不仅方便快捷,而且环保,但极其耗电。

另外还可用过氧化钠为原料,这解决了耗能的问题,但是其缺点是产生氧的同时会有二氧化碳产生影响氧气密度,而且造价昂贵。


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游弋在深海大洋的潜艇,既是国家安全的重要保证,也是对外保持战略威慑的重要利器。潜艇内部是一个相对封闭的环境,要想保持内部的空气的畅通,既要向外通换气,也要进行内部供氧,要时刻保证氧气的浓度要占到空气的20%左右。潜艇上用来保障空气供应的,有通气管装置和空气再生装置。

如果潜艇处在水面航行的状态,此时的潜艇就像一般的水面舰艇一样,可以直接打开舱盖进行换气。但是潜艇保持在水面航行的时间很少,当潜艇在离水面十几米以内的高度进行航行时,此时可以将安装正在指挥塔上方的通气管升出水面,给全艇换气。

潜艇通常都是在深海游弋,此事时就需要潜艇内部自己提供氧气,比如氧气瓶、液氧罐、氧烛、制氧药板。如果是核潜艇的话,由于能源足够,可以使用电解水制氧,这是核潜艇可以保持长时间水下航行的重要原因之一。氧气瓶一般不会用,这是在紧急状况下艇员才会采取的救生手段。液氧罐主要用在AIP潜艇(不依赖空气推进发动机作为动力)上,通常要携带几十吨的液氧,AIP潜艇的航行时间一般不太长。而且AIP潜艇上携带的液氧不仅要满足人的消耗,还要与氢气连续反应来产生电能。氧烛的主要成分为亚氯酸钠,撞击火帽点燃氧烛,一根就可以保证100人呼吸一个小时,而且放氧快、产热少。制氧药板主要成分是过氧化钠,可吸收二氧化碳,产生氧气,一箱制氧药板可供40人呼吸一个半小时。

此外,潜艇上还有空调装置和空气净化装置。因为潜艇不仅需要供氧,还需要收集废气排除艇外,常规潜艇上主要为二氧化碳、氢气等;如果是核潜艇,还会有氡气等放射性气体,这都必须进行专门的收集处理。


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