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(dòng)力測(cè)控技術(shù)研究所，陜西 西安710025）

隨著現(xiàn)在科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)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(jìn)行艙室的空氣的調(diào)節(jié)再生，并且隨著船只的快速更新?lián)Q代，這項(xiàng)工作變得越來越復(fù)雜困難，所以船舶艙室的空氣再生技術(shù)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(duì)于一艘船只來說，如果沒有相應(yīng)的艙室空氣調(diào)節(jié)再生技術(shù)，那么它艙室內(nèi)的氧氣將會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)消耗殆盡，二氧化碳的濃度同時(shí)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(diǎn)對(duì)于潛艇和水下深潛器等深潛船只至關(guān)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(shù)，其船內(nèi)的空氣環(huán)境也將很快進(jìn)行惡化，自然情況下的通風(fēng)和人工通風(fēng)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(yīng)的空氣調(diào)節(jié)再生技術(shù)。在國(guó)內(nèi)外的研究中，已經(jīng)有著很多種實(shí)用的方法，雖然各有優(yōu)勢(shì)，但是都有著各自的缺陷與不足，本文簡(jiǎn)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(diào)節(jié)再生新技術(shù)。

1 船舶艙室空氣再生技術(shù)的重要性與復(fù)雜性

一個(gè)完美的船舶艙室空氣調(diào)節(jié)再生技術(shù)并不容易實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)困難之處在于：在幾十乃至幾百米深的水下補(bǔ)充氧氣并不容易實(shí)現(xiàn)，所以空氣的循環(huán)調(diào)節(jié)再生是比較現(xiàn)實(shí)的一種解決方法。該技術(shù)必須要維持艙室內(nèi)氧氣以及二氧化碳的合適濃度比，畢竟我們應(yīng)首要考慮艙室內(nèi)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(bǔ)充氧氣的同時(shí)，我們也應(yīng)考慮到氣體味道對(duì)于工作人員的影響，空氣環(huán)境應(yīng)盡量保持與陸地相同，以免工作人員產(chǎn)生不適應(yīng)感，從而影響工作效率。而調(diào)節(jié)再生后的空氣，也應(yīng)該滿足各種嚴(yán)格的船舶艙室熱濕規(guī)范要求。由此可見船舶艙室空氣調(diào)節(jié)再生技術(shù)的重要性和復(fù)雜性。

2 船舶艙室空氣再生的現(xiàn)有主要技術(shù)

2.1 特種氧化法

這種方法是在當(dāng)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(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)空氣的化學(xué)再生，其中過氧化物的氧化能力遠(yuǎn)勝強(qiáng)氧化劑，而超氧化物的氧化能力比氧化物還強(qiáng)，這些化學(xué)物質(zhì)不僅在溫度升高時(shí)釋放氧氣，并且與空氣中的二氧化碳，水蒸氣接觸的時(shí)候也會(huì)將其吸收并放出大量氧氣。目前在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有大量的密閉環(huán)境廣泛使用特種氧化法來進(jìn)行空氣轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)，執(zhí)行產(chǎn)生氧氣，轉(zhuǎn)換過量二氧化碳和水蒸氣的任務(wù)。

2.2 氧燭法

氧燭的全名叫做化學(xué)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(jìn)行調(diào)配，制成形如蠟燭的供氧材料。相較于其它空氣調(diào)節(jié)方法，氧燭法的優(yōu)點(diǎn)在于其具有極高的穩(wěn)定性，在氧燭的燃燒過程當(dāng)中能夠穩(wěn)定的供給氧氣。但是在燃燒過程當(dāng)中應(yīng)注意遠(yuǎn)離易燃易爆物品，以免引發(fā)火災(zāi)。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(chǎn)氧的特點(diǎn)。在目前的西方國(guó)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(yīng)急供氧措施，同時(shí)在其它密閉的地方，該種方法也可以作為應(yīng)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(chǔ)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(yùn)用于醫(yī)學(xué)航空，潛水員也會(huì)攜帶氧氣瓶進(jìn)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(yīng)急供養(yǎng)的一種方法，因?yàn)檫@種方法能夠快速的向艙室內(nèi)進(jìn)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(nèi)工作人員一定時(shí)間內(nèi)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(diǎn)，人們發(fā)明出了液態(tài)氧氣瓶，在零下183 度的時(shí)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣態(tài)氧氣罐。隨著技術(shù)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(dāng)艙室空氣調(diào)節(jié)再生方法，電解水法是目前應(yīng)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(jìn)行分離后，經(jīng)過一系列純化、分離、冷卻。剩余的液體返回電解槽進(jìn)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(diǎn)是取材方便，原理簡(jiǎn)單，所以在航空航天化工，潛水等許多行業(yè)都普遍運(yùn)用這一方法進(jìn)行制氧。

3 現(xiàn)有技術(shù)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(jīng)得到了普遍的認(rèn)可與運(yùn)用，但依舊存在著各種各樣的不足之處，總結(jié)起來主要體現(xiàn)在以下方面?？諝馇逍露炔蛔阋笤陂L(zhǎng)期的水下生活中，艙室工作人員對(duì)于空氣的要求十分嚴(yán)格，利用以上化學(xué)方法進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)，并不能保證空氣的清新程度，長(zhǎng)時(shí)間呼吸這種空氣，可能會(huì)產(chǎn)生焦躁疲勞，工作效率下降等不良反應(yīng)。進(jìn)而可能會(huì)引發(fā)一些不堪設(shè)想的嚴(yán)重后果。由于潛艇體積十分有限，不僅要攜帶空氣調(diào)節(jié)裝置，還需要攜帶各種武器食物等等，所以空氣調(diào)節(jié)裝置的體積也是一項(xiàng)重要的參考指標(biāo)。高壓氧瓶中儲(chǔ)存的液態(tài)氧氣，其對(duì)于溫度的要求十分高，必須要有可靠的保溫技術(shù)。氧燭燃燒生成的氣體，也會(huì)有其他雜質(zhì)，必須進(jìn)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(xué)和物理的方法，均無法完美滿足空氣調(diào)節(jié)再生的要求，所以基于海洋生物的船舶艙室空氣調(diào)節(jié)再生技術(shù)應(yīng)運(yùn)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(shè)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(shí)空氣中的雜質(zhì)也可以被海洋生物進(jìn)行吸收，使空氣環(huán)境得到改善。根據(jù)有關(guān)資料顯示，使用海洋藻類，實(shí)現(xiàn)船舶艙室空氣調(diào)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(shù)的廣闊前景。

5 結(jié)語

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