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水解制氧,氢气发电,海水补氧气?潜艇主要用什么空气循环系统?

水解制氧,氢气发电,海水补氧气?潜艇主要用什么空气循环系统?
2020年05月28日 20:00 新浪网 作者 寒峰轻舞

  众所周知,潜艇在水下活动时不能从外界获取新鲜的空气。而潜艇本身的空间极小,在狭小的空间内却需要保证足够数十天作战活动的食物、战损维修的工具、零件等等。舱室里不光是艇员的作战空间,还是生活空间。

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  当然了,潜艇内的环境是相当恶劣的。但最重要的一点不能忽视:供氧。氧气是人类日常生活的必需品,当一定空间内氧气含量下降到16%时,人员呼吸便会感到局促甚至出现缺氧。在含氧量达到10%时,大部分人已经缺氧,甚至会出现幻觉,这已经相当于丧失了正产工作的能力。

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  对于艇员来说,可能潜艇上的轮班工作制度会让人记忆犹新:即便艇员不处于值班状态、无需工作,但按照流程仍然需要躺在铺位上休息,哪怕艇员压根睡不着。这样的用意是让艇员尽量避免来回走动妨碍到值班人员的行动,但更重要的是尽可能减少氧气损耗——人类在睡眠状态下的氧气损耗是最小的。

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  当然了,一、二战时期的潜艇当然没有现代化化学制氧的手段,因此大多采用通气管补充。在需要补充氧气时,潜艇需要上升至通气管高度,通过通气管进行物理换气。这样虽然保证了空气的新鲜程度,但极容易被发现,因此二战后的潜艇基本已经完全取消了这样的空气循环。

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  二战时期的潜艇技术已经有了进步,但在供氧方面显然仍然是一个无可避免的难题。化学制氧手段并未完全实用话,因此这个时期的潜艇大多采用物理供氧:压缩气瓶。在开启低频噪音较大的柴油机为蓄电池充电时,冗余的电力也会用于对氧气压缩机进行充气。在结束上浮后,潜艇内部的空气是完全足够艇员呼吸一整天的,除非被几艘驱逐舰轮番攻击且甩不掉——这时,压缩气瓶就派上了用场。潜艇都会选择在特定的时间段上浮充电、更换氧气。

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  (加拿大海军的VINTAGE 制氧机)

  在二战后,化学制氧手段开始普及:一,再生药板制氧;二,氧烛制氧;三,电解水制氧。再生药板制氧,便是通过再生药板进行化学反应。再生药板实质上是一种过氧化物,需要于二氧化碳反应,再产生氧气。再生药板的体积小、便与储存,但不仅可以释放出大量的氧气,还可以吸收艇员呼吸时产生的二氧化碳。只是在反应时需要专门的反应器,相对来说使用方便。再生药板的大量使用让潜艇在水下的持续作战能力大幅提升,因而在二战结束后是常规潜艇极普遍的制氧手段。

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  氧烛制氧,是指氧烛在燃烧时产生氧气。氧烛的主要成分是NaClO3,在燃烧时会释放出少许氧气,还能满足光照条件的不足,作为辅助光源使用。但是氧烛的制氧效率有限,单单使用氧烛并不能完全替代再生药板,因此只作为一个辅助制氧手段使用;在现代核潜艇上虽然已经没有再生药板的位置,但氧烛作为应急的备份物品还是会保留。

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  而最后一个电解水制氧,便是直接通过电解海水分解氧气。当然了,这对于常规潜艇来说还是相当奢侈的:目前为止,只有采用AIP技术的常规潜艇和核潜艇能够使用。相比其他常规潜艇,这两种潜艇的电力供应绝对堪称豪华,尤其是核动力潜艇——电力供应绝对是管够,因此直接采用电解水分解氧气。这样一来,再生药板也不需储存不说,还相当于间接在水下获得氧气。

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