船舶艙室空氣再生技術現(xiàn)狀與研究展望

楊威 李斌 霍美嫻 申張釗

（1.陜西航天西諾美靈電氣有限公司，陜西 西安710025；2.西安航天動力測控技術研究所，陜西 西安710025）

隨著現(xiàn)在科技的不斷發(fā)展，人們對于周圍生活的環(huán)境要求越來越高。不管是民用的船只還是軍用的艦艇都需要進行艙室的空氣的調節(jié)再生，并且隨著船只的快速更新?lián)Q代，這項工作變得越來越復雜困難，所以船舶艙室的空氣再生技術的重要性顯而易見。具體來講，它的重要性主要體現(xiàn)在以下方面：對于一艘船只來說，如果沒有相應的艙室空氣調節(jié)再生技術，那么它艙室內的氧氣將會在較短的時間內消耗殆盡，二氧化碳的濃度同時急劇提高，從而艙室喪失了能夠允許人類正常生活與工作的環(huán)境條件，保證工作人員的正常生活與工作這一點對于潛艇和水下深潛器等深潛船只至關重要，哪怕是一些在水面上航行的船只，沒有船舶艙室空氣再生技術，其船內的空氣環(huán)境也將很快進行惡化，自然情況下的通風和人工通風的效果并不能保證滿足要求，所以所有具有艙室的船只，都需要配備相應的空氣調節(jié)再生技術。在國內外的研究中，已經有著很多種實用的方法，雖然各有優(yōu)勢，但是都有著各自的缺陷與不足，本文簡要分析了這些方法并討論了基于海洋生物的船舶艙室空氣調節(jié)再生新技術。

1 船舶艙室空氣再生技術的重要性與復雜性

一個完美的船舶艙室空氣調節(jié)再生技術并不容易實現(xiàn)，其實現(xiàn)困難之處在于：在幾十乃至幾百米深的水下補充氧氣并不容易實現(xiàn)，所以空氣的循環(huán)調節(jié)再生是比較現(xiàn)實的一種解決方法。該技術必須要維持艙室內氧氣以及二氧化碳的合適濃度比，畢竟我們應首要考慮艙室內工作人員的正常生活與工作，而氧氣是其最基本的生活條件。在補充氧氣的同時，我們也應考慮到氣體味道對于工作人員的影響，空氣環(huán)境應盡量保持與陸地相同，以免工作人員產生不適應感，從而影響工作效率。而調節(jié)再生后的空氣，也應該滿足各種嚴格的船舶艙室熱濕規(guī)范要求。由此可見船舶艙室空氣調節(jié)再生技術的重要性和復雜性。

2 船舶艙室空氣再生的現(xiàn)有主要技術

2.1 特種氧化法

這種方法是在當今世界上最常用的空氣再生方法。其原理是利用過氧化鉀，過氧化鈉，超氧化鉀，超氧化鈉等特種氧化物進行化學反應，從而實現(xiàn)空氣的化學再生，其中過氧化物的氧化能力遠勝強氧化劑，而超氧化物的氧化能力比氧化物還強，這些化學物質不僅在溫度升高時釋放氧氣，并且與空氣中的二氧化碳，水蒸氣接觸的時候也會將其吸收并放出大量氧氣。目前在國內外已經有大量的密閉環(huán)境廣泛使用特種氧化法來進行空氣轉換調節(jié)，執(zhí)行產生氧氣，轉換過量二氧化碳和水蒸氣的任務。

2.2 氧燭法

氧燭的全名叫做化學生氧蠟燭，其主要以堿性金屬的氯酸鹽和高氯酸鹽作為主要原料，然后加入部分燃料粘接劑進行調配，制成形如蠟燭的供氧材料。相較于其它空氣調節(jié)方法，氧燭法的優(yōu)點在于其具有極高的穩(wěn)定性，在氧燭的燃燒過程當中能夠穩(wěn)定的供給氧氣。但是在燃燒過程當中應注意遠離易燃易爆物品，以免引發(fā)火災。以堿性金屬的氯酸鹽和高氯酸鹽作為原料制成的氧燭，燃燒的放氧量趨近于同等體積的液態(tài)氧氣。由此可見，氧燭法具有高效產氧的特點。在目前的西方國家，通常使用這種方法在常規(guī)潛艇中作為主要供氧方法，而在一些核潛艇上則作為應急供氧措施，同時在其它密閉的地方，該種方法也可以作為應急供氧裝備。

2.3 高壓氧瓶法

高壓氧瓶法主要分為兩大類，第一類在瓶子中直接儲存純氧氣，在減壓后釋放出來提供呼吸使用。而該類氧氣瓶普遍運用于醫(yī)學航空，潛水員也會攜帶氧氣瓶進行潛水，以便維持水下呼吸。在軍用潛艇上普遍都攜帶有大量的壓縮氧氣，這也是潛艇應急供養(yǎng)的一種方法，因為這種方法能夠快速的向艙室內進行供氧，所以在發(fā)生了重大事故后，使用壓縮空氣可以維持艙內工作人員一定時間內的生命安全。而基于氣態(tài)氧氣罐攜帶不便，體積較大的缺點，人們發(fā)明出了液態(tài)氧氣瓶，在零下183 度的時候，氧氣成液態(tài)，相較于氣態(tài)，顯而易見液態(tài)氧氣罐更容易攜帶。并且在相同體積的情況下，液態(tài)氧氣的密度大約是氣態(tài)氧氣的1000倍，所以液態(tài)氧氣罐可用的氧氣遠遠大于氣態(tài)氧氣罐。隨著技術的發(fā)展，部分潛艇已可以將液態(tài)氧氣罐掛置在潛艇外部，因此這種供養(yǎng)方法可以在常規(guī)的潛艇上廣泛的使用。

2.4 電解水法

相較于以上幾種當艙室空氣調節(jié)再生方法，電解水法是目前應用最廣泛的一種方法。該法的原理是利用電流將水分解成基本元素氫和氧，再通過氫氣分離器和氧氣分離器進行分離后，經過一系列純化、分離、冷卻。剩余的液體返回電解槽進行循環(huán)利用，而氫氣和氧氣則被釋放出來，用于艙室工作人員生活所需。該法主要優(yōu)點是取材方便，原理簡單，所以在航空航天化工，潛水等許多行業(yè)都普遍運用這一方法進行制氧。

3 現(xiàn)有技術存在的主要不足分析

在現(xiàn)有的空氣再生方法中，如特種氧化法，氧燭法，高壓氧瓶法，電解水法等，這些方法雖然都已經得到了普遍的認可與運用，但依舊存在著各種各樣的不足之處，總結起來主要體現(xiàn)在以下方面?？諝馇逍露炔蛔阋笤陂L期的水下生活中，艙室工作人員對于空氣的要求十分嚴格，利用以上化學方法進行空氣調節(jié)，并不能保證空氣的清新程度，長時間呼吸這種空氣，可能會產生焦躁疲勞，工作效率下降等不良反應。進而可能會引發(fā)一些不堪設想的嚴重后果。由于潛艇體積十分有限，不僅要攜帶空氣調節(jié)裝置，還需要攜帶各種武器食物等等，所以空氣調節(jié)裝置的體積也是一項重要的參考指標。高壓氧瓶中儲存的液態(tài)氧氣，其對于溫度的要求十分高，必須要有可靠的保溫技術。氧燭燃燒生成的氣體，也會有其他雜質，必須進行過濾呼吸。電解水法也需要消耗大量的電能，其裝置體積龐大，不易攜帶。從再生的原則來看，以上幾種方法都有種種不足，而這也是我們所克服的困難所在。

4 海洋生物再生的原理

由于采用化學和物理的方法，均無法完美滿足空氣調節(jié)再生的要求，所以基于海洋生物的船舶艙室空氣調節(jié)再生技術應運而生，在自然界中存在一種特定的海洋藻類，其可以用專門設定的方式呼吸空氣中的二氧化碳釋放氧氣來供給艙室工作人員使用，與此同時空氣中的雜質也可以被海洋生物進行吸收，使空氣環(huán)境得到改善。根據(jù)有關資料顯示，使用海洋藻類，實現(xiàn)船舶艙室空氣調節(jié)再生是完全可行的，這無疑證明了海洋生物空氣再生技術的廣闊前景。

5 結語

現(xiàn)在無論水面上還是水面下的船舶都需要空氣調節(jié)再生技術的支持來提供合適的氧氣和二氧化碳的濃度比，本文簡要分析了基于物理和化學空氣調節(jié)再生方法的原理和優(yōu)點缺點，并探討了海洋生物空氣調節(jié)再生技術的前景，該種技術有望實現(xiàn)完美的空氣調節(jié)再生，所以其有著難以想象的廣闊前景。