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潜艇的氧气是如何产生的

@潜艇解码 从潜艇的设计角度分析潜艇制取氧气的常用方法，比较分析当前各种方法的优缺点以及适用范围。本文有助于全面了解潜艇（常规潜艇、AIP潜艇、核动力潜艇）的供氧设计。

先说结论：

1. 常用的供氧技术：氧气瓶供氧、液氧罐供氧、过（超）氧化物供氧、氧烛供氧、电解水供氧；

2. 正常情况下，常规潜艇使用过（超）氧化物供氧、AIP潜艇使用液氧罐供氧、核潜艇使用电解水供氧；

3. 短期任务，常规/AIP/核动力潜艇的艇员在实际使用中，比较偏爱使用氧烛供氧；在应急情况下也多使用氧烛供氧；

4. 潜艇供氧技术未来的发展方向是低能耗、高效率。

PS：对潜艇来说，除了要考虑补充氧气，同样重要的是清除二氧化碳。当二氧化碳浓度高了，就“上头”，艇员会感觉昏昏沉沉的，影响战斗力的发挥。

正式阐述之前，纠正一个概念，潜艇在水面航行或通气管航行状态，进行的换气过程，属于通风系统的功能，他“不产生氧气只是氧气的搬运工”，从专业角度上说，一般不列入供氧技术。

氧气瓶供氧

采用高压空气瓶储存纯氧气，氧气经过减压后进入舱室供呼吸使用。该供氧方式经济可靠、操作简单、使用方便，供氧过程中基本不消耗艇上电源，氧气纯度高且不对舱室产生二次污染。该方式受携带量的限制，对需氧量较大的潜艇，无法满足需求，适用于小型潜艇。

液氧罐供氧

采用液氧罐储存低温液态的纯氧。液氧的密度大约是常温常压下气态氧密度的1000倍。使用时经气化、加热、减压、混合后进入舱室，供艇员呼吸使用。

该供氧方式经济可靠、操作简单、使用方便，供氧过程中基本不消耗艇上电源，氧气纯度高且不对舱室产生二次污染。液氧罐在使用时要求有良好的绝热性能和抗冲击性能、设备占用空间和重量较大。在AIP潜艇上直接与AIP发动机的氧化剂一起储存，不需要额外单独设计液氧罐。

过（超）氧化物供氧

过氧化物、超氧化物是一种很活泼的氧化剂，不仅在受热分解时产生氧气，也能与水、二氧化碳反应生成氧气。主要反应原理如下：

该供氧技术，产生的氧气纯度高、反应过程不消耗潜艇能源，在产生氧气的同时吸收了二氧化碳，对净化舱室空气有积极作用。但过（超）氧化物供氧吸收含水蒸气的二氧化碳后，发生膨胀和糊状现象，反应效率显著降低，因此对高温高湿海洋环境，过（超）氧化物供氧利用率低。

氧烛供氧

氧烛是以碱金属的氯酸盐和高氯酸盐为主，加入燃料、粘接剂等配料制成的形状像蜡烛的圆柱体供氧材料。氧烛含有极为富集的氧，单位体积的放氧量趋近于等体积的液氧。主要原理如下：

氧烛无法实现连续、稳定供氧，单个氧烛点燃以后无法控制，直至燃烧完全，纯氧直接释放到舱室。舱室氧气浓度不稳定，波动较大，分布不均。

电解水制氧

电解水制氧利用电流将水分解产生H2和O2。氧气经供氧管路输送到各舱室，氢气直接排出艇外。该方式只要有电就可以连续产生氧气，可以稳定提供大量高纯度的氧。电解水主要消耗电能，电解效率低，电量消耗大，设备体积大，控制复杂。对于艇大、人多、电量无限的核潜艇，该技术十分适用。

各供氧技术的比较和适用范围

小型潜艇，由于艇上人员编制少，一般执行任务的时间短，多采用高压氧气瓶直接供氧。

常规潜艇水下使用蓄电池组作为动力，蓄电池所储存的电量有限，主要用于航行和作战，十分宝贵，一般选用过（超）氧化物供氧技术。AIP潜艇由于AIP发动机本身就需要携带液氧作为燃料，因此仅需要将AIP液氧罐的容积稍微增加一点就可以满足全艇呼吸使用。核潜艇采用核动力装置，其电力使用不受限制，且水下航行时间长，因此多使用电解水制氧。

氧烛由于使用方便，在各舱室都有足够的储备，当主要供氧装置发生故障，或者是潜艇发生火灾及其他事故时，应急呼吸时使用。

总结

潜艇上的供氧技术，主要根据潜艇的人员编制、水下任务时间，合理选择经济实用的技术。对于人员少、水下续航时间短的小型潜艇采用高压氧气瓶直接供氧；对常规潜艇选用过（超）氧化物供氧技术；AIP潜艇宜采用液氧罐储氧技术；核潜艇宜采用电解水制氧技术。另外所有类型潜艇均需要设置应急情况下的供氧技术，多采用氧烛供氧。

潜艇下潜时与外界环境隔离，氧气就成了不可缺少的重要物质。当空气中的氧气含量低于16%，人就会感觉呼吸困难；低于10%，人会神智恍惚；低于6%，就会休克死亡。

所以如此重要的物质，必须绝对保障！潜艇中的氧气主要有四个来源：

一、是通气管。

通气管是1943年德国人发明的。二战时，德军潜艇肆虐大西洋，给盟军造成重大损失。盟军自然是恨得咬牙切齿，穷追猛打。为了躲避打击，德国研制出潜艇通气管，是一根可以升降的管子，和潜望镜并排在一块。

潜艇航行到隐蔽地点时，上浮到潜望镜深度，然后伸出通气管和潜望镜。新鲜的空气经通气管进入艇内，同时排出污浊的空气，满足人员呼吸需要。

二、空气再生装置。

潜艇不能随意上浮，所以在平时潜航中，就需要用到空气再生装置。艇内污浊的空气流经空气再生装置，将其中的二氧化碳吸收掉，然后再经过制氧设备，加入氧气，最后经过风机送到每一个舱室。

三、预先存储氧气。

比如使用氧气瓶存储氧气，或者存储液态氧。储存在高压容器中的液态氧，效率特别高，可供70到100人呼吸90天。

四、使用化学或电解水方式制造氧气。

化学方式有氧烛和再生药板等。氧烛是一种通过化学反应产生氧气的应急设备，应用十分广泛，太空中的空间站、矿井救生舱、以及民航客机氧气面罩等都会使用氧烛提供应急制氧。一根1尺长、直径3寸的氧烛点燃后，产生的氧气可供40人呼吸1小时。

还有再生药板，空气流经再生药板，与药板上的化学物质发生反应，生成氧气，可供艇员使用500到1500小时。电解水也可以获得氧气。

五、空气净化设备。

空气净化设备不产生氧气，但也是潜艇上必不可少的装备。潜艇空间狭小，人员众多，空气十分污浊。空气净化设备将空气中的二氧化碳和有害气体吸收，并通过活性炭过滤杂质，使空气质量达到安全数值。

通过以上种种方式，就可以充分保障潜艇中的氧气供应了。这将使潜艇隐蔽时间更久，发挥更大的作战效能！

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潜艇是一个密封的环境，里面有人和有限的空气供应。为了让潜艇里的空气保持可呼吸，有三件事必须要做: 1、氧气在消耗时必须补充。如果空气中氧气的百分比下降得太低，人就会窒息。 2、二氧化碳必须从空气中去除。随着二氧化碳浓度的上升，它变成了一种毒素。 3、人类呼出的湿气必须清除。

氧气由加压罐、氧气发生器提供电解水或某种通过热化学反应释放氧气的“氧烛”。氧气要么通过计算机系统连续释放，该系统检测空气中氧气的百分比，要么一天中定期分批释放。

二氧化碳可以用碱石灰(氢氧化钠和氢氧化钙)从空气中化学去除。二氧化碳通过化学反应被捕获在碱石灰中，并从空气中去除。其他类似的反应可以达到同样的目的。

湿气可以通过干燥器或者化学物质。这可以防止它凝结在潜艇内的墙壁和设备上。 此外，设备和香烟烟雾产生的其他气体，如一氧化碳或氢气，可以通过燃烧器去除。最后，过滤器用于去除空气中的微粒、灰尘和尘埃。 潜艇内部的大气受到非常仔细的监控。潜艇是巨大的密闭管，没有很好的空气流通。也没有回收二氧化碳的工厂，所以一切都必须使用一些独特的技术。

潜艇中的氧气是通过电解海水产生的。潜艇通常也有几个大氧气瓶，用于在系统出现故障时快速提高氧气浓度。事实上，正常情况下，潜艇中的氧气浓度比陆地上的略低。这可以降低火势蔓延的风险。潜艇周围有许多不同的传感器，监测必须清除的氧气和二氧化碳的浓度。 去除二氧化碳也不是一件容易的事情。使用胺——这些化学物质在冷的时候吸收二氧化碳，一旦加热就会释放出来。

只要有可能，废弃的二氧化碳就会被释放到海里。然而，这些胺确实有一种难闻的气味，但是在潜艇里服役的人说，要习惯这种气味。 在潜艇里要习惯各种不同的气味。生活隔间很紧，通风也不太好。可以闻到正在准备的食物、液压油、胺、垃圾等气味。还不能开窗，因为根本没有。