03.06 潛艇裡的空氣是從哪裡來的?

悠幽80427828


潛艇上的廁所,其使用的水為海水裝置淡化的水



正常我們人類生存需要滿足四大基本條件,陽光,空氣,水和食品。在陸地上獲取這些相對要容易的多。但是在潛艇中,這些基本條件多數都需要靠人工來製造。

潛艇是一個封閉的耐壓殼,本身是不產生空氣的。為了滿足艇員們的正常呼吸,潛艇內部專門安裝有空氣再生裝置還有空調裝置和空氣淨化裝置。潛艇在水下運動時,則可以通過開啟這些裝置,來為艇內提供新鮮的空氣。

潛艇內部的空氣再生裝置一般由製氧裝置,二氧化碳吸收裝置、再生風機等設備一起組成。這些設備工作的流程是,首先啟動風機將艙內的汙濁空氣通過通風管抽到二氧化碳吸收裝置,來消除二氧化碳;然後再在處理過的空氣中加入由製氧裝置提供的氧氣,然後再通過送風管送到潛艇內部的各個艙室,供艇員呼吸。如此不斷的進行循環。這也就是再生空氣。

對於製氧來說,潛艇的製氧方式有很多,有再生藥板製氧,氧氣瓶製氧,液態氧製氧和電解水製氧等方式。但主要是電解水製氧方式可以長時間維持製氧之外,其他的幾種方式時間都比較短,產生氧氣有限。

但是對於電解水製氧方式非常耗電,主要是核潛艇採用,而常規潛艇則採用其他的方式製氧。另外,空調裝置也要開啟,可以使艇內的空氣溫度、溼度維持在一個比較適宜的範圍內,這也會讓艇內的精密儀器能正常工作;艇員呼吸及機器工作產生的一些有害氣體與雜質也會通過空調系統來進行控制,達到空氣淨化的作用。

除了空氣之外,潛艇內部使用的淡水也要通過海水淡化來再生。本身潛艇自身設計有儲備淡水的櫃子,但是長期遠航淡水寶貴,早年海水淡化裝置產生的水主要用來洗滌與沖洗,現在淡化技術發達了也可到淡化飲用水了。但是實際上使用時也相當節約,想要痛快洗澡基本是不可能的。甚至為了控制用水量可能每天只能定時發放少量淡水使用,水量少到也就只能是最多擦擦身上重要部位。


鼎盛成寧




潛艇裡的空氣一般有以下幾種成分,氧氣、二氧化碳、一氧化碳、氫氣等成分。

當然,二氧化碳主要是從人體內呼出的,同時潛艇裡燃料燃燒也會釋放二氧化碳。而且潛艇由於長期處於一個密閉的空間,因而我們一定要注意控制潛艇內二氧化碳的濃度。因為,二氧化碳濃度一旦偏高,對於身體的生理機能有很大的影響。

氧氣,當然是潛艇裡面是最需要的,所以這裡面氧氣是非常金貴的。但是我們的氧氣只能用專業的裝置進行獲取。而一氧化碳主要來自設備高溫和燃料燃燒產生的,一氧化碳是有毒氣體。我們在潛艇內一定要安裝一氧化碳處理裝置,及時將這種有毒氣體處理掉。防止出現中毒情況。

而潛艇內的氫氣主要來自於蓄電池、電解水等裝置。而且氫氣的濃度也不能過高,一旦氫氣的濃度超過4%,那麼就很容易導致氫氣遇明火發生爆炸的情況,這是相當危險的。因而在潛艇裡都安裝有氫氣濃度監測裝置和氫氣處理裝置。

潛艇由於執行的是秘密任務,經常需要下潛,作為一個秘密的空間,保持好潛艇內各空氣成分的濃度是十分關鍵的。不然,還沒有開始作戰,就發生空氣中毒,或者氣體爆炸的情況,那就得不償失了。


阿爾法軍事


我是D版樸信陽,我來回答這個問題。

題目中的“空氣”應該主要指的是氧氣。

處於下潛狀態的潛艇,通常有四個途徑可以獲得氧氣:

1.通氣管

顧名思義,通氣管是一種可以升降的管子,潛艇在水下時,如果下潛深度不深,可將通氣管升出水面,空氣經管子進入潛艇艙室,進行空氣交換,以此獲得氧氣。

2.壓縮空氣

潛艇在水中上下沉浮,是依靠壓縮空氣來實現水櫃排水的。同時,潛艇中的很多部件,如魚雷發射,都需要用到壓縮空氣。通常,潛艇在有條件與外界進行空氣交換的時候,都會用泵將空氣壓縮並儲存起來。

這一部分空氣,在水下可以通過空氣循環裝置來進行對流,為艇內提供氧氣。

3.藥劑製氧

常用的製氧藥劑有氧氣再生藥板和氧燭兩種。

氧氣再生藥板是由一片片塗有過氧化鈉的薄板組成,使用時產生化學反應,吸收二氧化碳,釋放出氧氣,每箱藥板可供40人使用1.5小時左右。

氧燭是用亞氯酸鈉等化學藥品製成的應急製氧物品,危急時,點燃氧燭就可以放出純氧,一根氧燭大約可使100人呼吸1個小時,美國早期彈道導彈核潛艇上裝有200只,英國每個艙室帶2只。

化學制氧藥劑屬於不可再生的資源,通常只在緊急狀態下使用。

4.電解制氧

人類很早就發現電解可以用來製備氧氣,但常規潛艇上一般不配備電解制氧裝置。原因是對於常規潛艇而言,電力和氧氣同樣重要,且難以獲得。

這種情況在核潛艇誕生後得以逆轉。核潛艇具備幾乎無盡的電力,能夠提供源源不斷的氧氣。因此核潛艇能夠獲得遠遠超過常規潛艇的水下續航能力。

除了上述手段以外,有些國家還研發了極端情況下給潛艇兵服用的藥丸。主要有兩大類:一類藥丸是降低代謝,讓潛艇兵減少氧氣消耗;另外一類藥丸是供潛艇兵在缺氧環境下減少二氧化碳對身體機能的影響。


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D版樸信陽


你是問潛艇內氧氣從哪來吧?空氣主要由氮氣、氧氣、二氧化碳組成,潛艇一出海少則十幾天,多則幾個月,待在水下,艇員的呼吸會將空氣中的氧氣消耗殆盡,二氧化碳濃度會提高,氮氣一般不會有什麼變化,而缺氧的話人肯定是會GG的,所以如何補氧和消除二氧化碳確實是潛艇上一件至關重要的大事。


常規潛艇一般都會上浮換氣

潛艇內本身的空氣一般也就夠所有人呼吸10小時左右,所以每隔一段時間潛艇就必須上浮,上浮之後通過換氣裝置將新鮮空氣補充進潛艇內,然後把渾濁的空氣排出去,這樣就完成了一次換氣。如果時間還有多的話,可以將空氣抽到壓縮罐內,這些壓縮罐內的空氣可以幫潛艇多延長換氣時間。

核潛艇一般使用電解水製氧

常規潛艇在水下本身就需要使用蓄電池前行,所以沒有多餘的電力來進行製氧,只能選擇上浮補充空氣,而核潛艇因為使用反應堆作為動力,電能幾乎無限,因此可以直接將海水水解後進行製氧,這也是核潛艇最大的作戰優勢之一。電解氧產生副產品氫氣一般會被燃燒掉,產生的二氧化碳也會被吸收裝置吸收掉,最後只剩下氧氣。

緊急情況使用氧燭、氧氣瓶和再生藥版

氧燭的主要成份就是NaClO3,另外還有添加一些添加劑,在撞擊火帽點燃後能通過緩慢燃燒放出高純度的氧氣,一根氧燭可以提供100個人呼吸1個小時。再生藥版也是一種化學物質製成的多孔板,空氣流過時發生化學反應就能生成氧氣,氧氣瓶則是壓縮純氧,打開就能不斷釋放氧氣。在潛艇內一般都會帶上這幾樣東西作為應急,可以使用1000小時以上。不過這些玩意兒都不便宜,比換氣和電解氧成本都高,不是戰爭時期或者執行任務遇到緊急情況(比如被反潛飛機盯上了,只能呆在水下隱蔽)不會使用的,誰也不會閒得無聊去倒騰這些東西。


(氧燭)



潛艇空氣淨化裝置消除二氧化碳和有害氣體

水兵在潛艇內的生活以及機器的運轉少不了產生異味和有害氣體,所以潛艇都會配置空氣淨化裝置。最常見的就是使用一種特殊藥液消除二氧化碳,還有一種就是依靠活性炭吸附劑吸收各種異味和有害氣體,而氫氣這種危險氣體則會使用燃燒去氫裝置消耗掉。據說我國潛艇兵目前已經用上了田園型空氣淨化裝置,空氣內加入了負離子和光觸媒淨化技術,可以自動淨化和除菌,簡直不要太棒棒!


軍武吐槽君


空氣是人類賴以生存的最基本條件,空氣品質的好壞,直接關係到人員的身體健康。那麼如何在密閉的潛艇裡保持人體需要的足夠氧氣、並把空氣汙染降到最小呢?比如在核潛艇上,為了保持良好的空氣質量,專門設有空氣監測分析系統、空氣再生系統、空氣淨化系統和通風換氣系統,主要裝置如下。

首先,在潛艇上裝有製造氧氣的裝置。

氧氣在自然界中的含量約為21%,如果氧氣含量降到16%時,人員的呼吸就會感到困難,出現缺氧症;當降到10%時會使人神智恍惚;降到6%時便會使人休克甚至死亡。潛艇裡的氧氣極其有限,是不可能長期維持一百多人的需求量的,一旦封閉空氣源頭,即刻會威脅到生命,所以只能按生存所需的最佳比例不斷補充氧氣。中國潛艇艙室中氧氣的濃度標準為19%—21%之間。

核潛艇裡擔負生產氧氣的主要裝置是電解水製氧裝置,它的基本原理是用電離分解法把水分解為氫和氧,氧氣通過全船通風換氣系統輸送到船艙的每個角落,供給人員呼吸,而氫氣則被儲存在氫氣罐裡,擇機排出船外。由於電解水製氧裝置需消耗大量的電能,所以常規潛艇上不用此法制氧。

在潛艇上還有補充或應急製氧措施,如氧氣再生藥板、氧燭和高壓氧氣瓶等。氧氣再生藥板是由一片片塗有過氧化鈉的薄板組成,使用時產生化學反應,吸收二氧化碳,釋放出氧氣,每箱藥板可供40人使用1.5小時左右。氧燭是用亞氯酸鈉等化學藥品製成的應急製氧物品,危急時,點燃氧燭就可以放出純氧,一根氧燭大約可使100人呼吸1個小時,美國早期彈道導彈核潛艇上裝有200只,英國每個艙室帶數只。

第二,為了保證空氣清新,在潛艇上裝有消除有毒有害氣體的裝置。

有毒有害氣體是影響人員生命的大敵。在潛艇裡,有多達數百種的有毒有害成分,它們給艙室帶來汙染的氣體有的具有毒性,有的具有刺激性,有的具有腐蝕性,有的具有放射性(如氪、氡等),有的具有爆炸性(如氫氣)。這些被汙染的氣體彌散在空間,並通過呼吸道、皮膚和消化道侵入肌體,對艇員和設備帶來不同程度的危害。

在潛艇空氣裡主要控制二氧化碳、氫氣、一氧化碳、苯類和甲醇等。

二氧化碳是人員呼出來的廢氣。在自然界中的空氣中,二氧化碳含量約為0.02%。如果不及時去除多餘 的二氧化碳,就會越積越多,當上升到2%時,便會使人出現中毒症狀,如頭痛、呼吸急促、心跳加快、昏昏欲睡;當上升到3%以上時,人的中樞機能下降,智力活動遲鈍,呼吸困難,甚至導致死亡。在核潛艇內,二氧化碳的濃度一般控制在0.8%以下。二氧化碳的消除是靠專門的二氧化碳吸收裝置完成的。

毒性很大的一氧化碳主要來自燃燒和高溫,濃度達到一定程度可致人於死地。一般規定潛艇艙室裡每升空氣中的一氧化碳濃度不得大於15毫升。潛艇裡對有毒有害氣體的控制非常嚴格,設置了專門的一氧化碳消除器和有害氣體消除裝置。

氫氣來源於蓄電池、電解水製氧裝置和核動力裝置中水的輻照分解。儘管氫的洩漏並不大,但在艙室裡會因積存而增多,當氫氣在艙室空氣中的濃度達到4%左右時,遇到明火就有可能引起爆炸。所以對氫氣要嚴格加以控制,限制氫氣在艙室空氣中的濃度為1%以下。潛艇裡設置了測氫器和消氫器,以確保氫氣的濃度小於危險濃度。

第三,在潛艇上裝有過濾空氣雜質的裝置

在密閉的艙室裡,空氣中難免會飄浮一些不潔顆粒,如灰塵、纖維、有機汙染物、氣溶膠等。為此,在核潛艇裡設置了空氣除塵淨化裝置、放射性微塵測量收集裝置、活性碳吸收器,以淨化渾濁的空氣,保證艙室空氣清新。

近幾年,中國從人體的生理需要考慮,制定頒佈了核潛艇連續潛航90晝夜期間,艙室空氣中的氧氣、氮氣和58種有毒有害氣體的容許濃度控制標準。


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首先要知道的是我們呼吸的空氣由大量的四種氣體組成:

  • 氮(78%)
  • 氧氣(21%)
  • 氬(0.94%)
  • 二氧化碳(0.04%)

其中的氧氣是在呼吸過程中不斷的消耗的,二氧化碳是人體呼吸的廢物。氮氣很難消耗掉並且不參與呼吸過程,以氬氣為代表的惰性氣體完全沒有任何意義。


在由於長期運行於深海中,我們可以將潛艇看作一個密封容器,關鍵在於製造氧氣和消除二氧化碳就可以維持潛艇中可呼吸的空氣質量。大體的流程如圖所示


氧氣來源於潛艇自身的氧氣儲備,在潛艇中有高壓氧氣瓶,按照潛艇的空氣質量需求不斷的將氧氣補充到潛艇的空氣中。而氧氣瓶內的氧氣主要來源於潛艇電解水。

這就是一個潛艇中的電解水裝置,通入純水後可以產生純氧和純氫。並且可以依據空氣質量自動控制有多少氧氣進入空氣循環系統中。

潛艇中的電解水裝置可以為潛艇提供必要的氧氣和氫氣供應足以維持全艇內的人員呼吸。

若電解水製氧裝置故障,潛艇會使用類似於氧燭的耗材來進行氧氣還原

這種耗材只要通入含有二氧化碳的空氣就可以置換出氧氣進行供應,當然這個是應急措施不能長期使用。



而人們呼吸出的二氧化碳,會經過氫氧化鈣或氫氧化鈉為主要成分的空氣洗滌裝置進行吸收,二氧化碳加上這些物質會生產碳酸鹽類物質。當空氣洗滌裝置內的化學物質全部轉化為碳酸鹽後,送到加熱室內進行加熱則會還原成氫氧化鈉和氫氧化鈣,加熱的廢氣中的二氧化碳可以經過處理後排放到海水中。

潛艇二氧化碳清洗裝置

這樣就完成了潛艇的生態空氣循環。


當然空氣中還有一些水分和煙霧,也都會通過過濾器進行過濾。


軍武數據庫


潛艇在大海深處潛伏,為了保持安全,潛艇採用的是完全密封的方法,防止外部的海水流進來,那麼在這完全密閉的環境中,其中氧氣是從哪裡來的呢?其實潛艇的氧氣有好多種來源。

當潛艇挺在水面上,可以通過舷窗來進行跟換氧氣。

圖為潛艇在水面換氣

只要潛艇停留在潛望鏡可以到達水面的高度,就可以通過伸出通氣管來進行排氣。通氣管的換氣效率很高,所以並不是只有當潛艇靠岸時才能徹底更換艇內空氣。尤其是常規動力潛艇,需要很頻繁地更換艙內空氣以防止氫氣累積發生危險。

圖為潛艇的潛望鏡

當潛艇在水下很深的地方時,這時就沒有外部的氧氣進行更換了,這時,該怎麼辦呢?原來在潛艇中,有一個電解水氧氣製作裝置,眾所周知,水電解可以產生氫氣和氧氣,氧氣隨著通風管流通到潛艇各處,而氫氣則是排除潛艇外,但是電解水的方法需要消耗大量的電能,這對一些普通的潛艇來說負擔太大了,所以電解水的方法一般多應用於核潛艇上。那麼普通的潛艇又是如何更換氧氣的?在二戰之後時至今日,潛艇內也有了許多的氧氣更換方法。比如使用氧氣瓶,潛水員使用的那這種,當然了,還可以使用化學制氧法,比如使用氧燭和過氧化鈉板,但是二者都有一定的缺點:氧燭產生氧氣的同時會產生二氧化碳,這會讓潛艇內的二氧化碳濃度升高,過氧化鈉板價格昂貴,這些就是當前比較常用的潛艇內空氣更換的方法。

圖為潛艇內電解水的裝置示意圖

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區域拒止



潛艇的供氣與氣體淨化是一門很複雜的學問,可以分為幾個部分來一一說明。

一是製氧供氣,在不同的狀態下潛艇有不同的製氧供氣手段:在浮航狀態下可以打開艙蓋及換氣設備進行全艇換氣,此時的潛艇內部就直接呼吸艇外空氣即可;在潛望鏡狀態下則可通過安裝在指揮塔上的通氣管向全艇換氣,同樣呼吸艇外空氣;而在潛艇潛入深水區域後,通氣管收入指揮塔關閉,此時不同類型的潛艇可以選擇不同的製氧方式:柴電動力潛艇由於蓄電池電能有限,一般採用製氧藥板-氧燭-氧氣瓶的供氣順序,製氧藥板的樣式類似於餅乾,是一塊一塊塗著過氧化鈉的薄板,使用的時候拆封直接放入專用的製氧機即可,氧燭則是由氯酸鈉、滑石粉、粘合劑等製作而成的管狀製氧設備,使用的時候通過電發火點燃即可開始製氧,一根氧燭可供100餘人呼吸1個小時之用。至於氧氣瓶,一般的潛艇艇員都比較忌諱,因為這是潛艇沉沒後的最後應急手段。核潛艇由於動力充沛,可以選擇使用反應堆發電電解水製氧,但是由於此種製氧方式噪音較大,在進入作戰區域後往往也會選擇製氧藥板製氧。

二是廢氣吹除。潛艇內部有多種有害氣體,不僅有人體循環而釋放出的二氧化碳、甲烷,還有各種動力設備運行釋放出的一氧化碳、氫氣,還有核反應堆反應生成的氡氣,以及各種內裝塗料釋放出的苯、醛類。因此,潛艇內部的氣體檢測與淨化設備除具有製氧功能,還具備自動檢測一氧化碳、氫氣、放射性氣體的功能,保證有害氣體可以被及時吹除,確保全體艇員的身體健康與安全。


軍武次位面


科技在進步,漸漸地,上天下海已不再是神話傳說,飛機能夠“上天”,潛艇能夠“下海”。那麼問題來了,飛機上可以呼吸,但是潛艇裡該如何呼吸呢?潛艇由於在水下,不得不密閉那麼氧氣從何而來?

空氣中的氧氣是人們生存的必要條件。潛艇中的人員呼吸,可以通過通氣管來實現,只要潛艇停留在潛望鏡可達的水面高度,便可通過通氣管換氣來呼吸。潛艇的這種狀態,是能夠和外界進行氣體交換的,所以不用擔心呼吸的問題。

那麼潛艇在海底時,空氣從哪裡來?這就需要化學制氧了,很簡單的原理,電解水製氧,這屬於空氣再生裝置,用水作為原料不僅方便快捷,而且環保,但極其耗電。

另外還可用過氧化鈉為原料,這解決了耗能的問題,但是其缺點是產生氧的同時會有二氧化碳產生影響氧氣密度,而且造價昂貴。


貞觀防務


遊弋在深海大洋的潛艇,既是國家安全的重要保證,也是對外保持戰略威懾的重要利器。潛艇內部是一個相對封閉的環境,要想保持內部的空氣的暢通,既要向外通換氣,也要進行內部供氧,要時刻保證氧氣的濃度要佔到空氣的20%左右。潛艇上用來保障空氣供應的,有通氣管裝置和空氣再生裝置。

如果潛艇處在水面航行的狀態,此時的潛艇就像一般的水面艦艇一樣,可以直接打開艙蓋進行換氣。但是潛艇保持在水面航行的時間很少,當潛艇在離水面十幾米以內的高度進行航行時,此時可以將安裝正在指揮塔上方的通氣管升出水面,給全艇換氣。

潛艇通常都是在深海遊弋,此事時就需要潛艇內部自己提供氧氣,比如氧氣瓶、液氧罐、氧燭、製氧藥板。如果是核潛艇的話,由於能源足夠,可以使用電解水製氧,這是核潛艇可以保持長時間水下航行的重要原因之一。氧氣瓶一般不會用,這是在緊急狀況下艇員才會採取的救生手段。液氧罐主要用在AIP潛艇(不依賴空氣推進發動機作為動力)上,通常要攜帶幾十噸的液氧,AIP潛艇的航行時間一般不太長。而且AIP潛艇上攜帶的液氧不僅要滿足人的消耗,還要與氫氣連續反應來產生電能。氧燭的主要成分為亞氯酸鈉,撞擊火帽點燃氧燭,一根就可以保證100人呼吸一個小時,而且放氧快、產熱少。製氧藥板主要成分是過氧化鈉,可吸收二氧化碳,產生氧氣,一箱製氧藥板可供40人呼吸一個半小時。

此外,潛艇上還有空調裝置和空氣淨化裝置。因為潛艇不僅需要供氧,還需要收集廢氣排除艇外,常規潛艇上主要為二氧化碳、氫氣等;如果是核潛艇,還會有氡氣等放射性氣體,這都必須進行專門的收集處理。


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