氢能源潜艇(潜艇制氧原理？)
1. 潜艇制氧原理？
1.通气管换气供氧
通气管换气相信广大读者们一看就明白了，就是通过管子把潜艇里面的废气排除，新鲜的空气吸进来。实际中，潜艇通气管由进气管和排气管组成，设置在潜艇顶部的指挥台围壳里。当潜艇在近海面处时，通过露出水面的进气管进行潜艇舱室的换气。同时，常规潜艇的柴油机也在此时开始工作给潜艇充电。总体而言采用通气管换氧， 具有结构简单， 设备装置紧凑，耗能少的优点。但是，潜艇采用这种方法换气需要靠近海面，频繁上浮，因此增加了潜艇的暴露机率，特别是遇到大风浪天气，通气管还要面临被海浪淹没的风险。
2.氧气瓶供氧
氧气瓶供氧应该是大家最容易想到的供氧方式吧？潜艇的氧气瓶供氧基本思路：是将空气中的氧气通过低温高压压缩到高压气瓶，使用时通过减压将气体放出供潜艇人员使用。这个说起来就和潜水员用氧气瓶供氧是一样的道理。总体而言采用氧气瓶供氧，具有操作过程简单，使用时不消耗艇上大量能源，且不会给舱室空气带来二次污染的优点。但是存储氧气的气瓶属于高压容器，潜艇航行在水下，环境比较复杂，特别是作战过程中会受到剧烈的冲击，这很容易使得高压钢瓶存在安全隐患，一旦爆裂将给潜艇带来巨大的损害。此外，由于高压气瓶的体积限制，潜艇的需氧量增大时，狭小的潜艇舱室只能堆放有限的钢瓶，因此，这种方法不适用大型的长航时潜艇使用。在实际中，现在的潜艇也常会携带部分氧气瓶，只不过不作为主供氧设备，而是当潜艇在作战中供氧系统受损后，作为应急供氧向舱室供气。
3 .液氧供氧
液态氧就是液化后的氧气。经液化后的氧密度大约是常温常压下气氧密度的 1 000 倍，因此同体积的贮罐可以携带更多的液氧。液氧在使用时需经过气化、减压， 最后进行混合，释放到舱室中供人员呼气使用。总体而言采用液氧供氧，具有氧气纯度较高，对舱室不会产生二次污染，蓄氧量远大于气氧，其供氧方式和气瓶供氧基本一样，经济可靠并且操作简单的优点。然而，液氧需要保存在 -183℃ 以下，这也对液氧保温技术提出很高的要求。在这点上可能大家不是很好理解，举个例子，LNG运输船一直都被视为是船舶行业最难制造的船舶之一，就是因为液化的天然气的存储技术要求非常高，同理，液氧的存储同样也面临着这样的问题。
1. 碱金属超氧化物制氧
目前潜艇中大多采用的碱金属过氧化物主要是过氧化钠（Na2O2）和过氧化钾（K2O2）。过氧化物在热分解时会释放氧气，在水蒸气存在的条件下也会与 CO2 反应生成氧气。以 Na2O2 为例，主要反应如下：
2Na2O2 + 2H2O = 4NaOH+O2
2Na2O2 + 2CO2= 2Na2CO3+O2
理论而言， 超氧化物供氧是非常理想的供氧方式，它不仅可以吸收掉密闭舱室中人员呼出的二氧化碳，同时还能反应制备出氧气，因此非常方便。但在实际应用种，这种制氧技术在潜艇上会面临一些问题。如在高温潮湿的海洋环境中，过氧化物在化学反应中容易发生膨胀与糊状现象，从而降低了反应效率。此外，过氧化物是强氧化性物质，遇水后会剧烈反应发生爆炸，因此存储要求比较严格；使用过程中过氧化物的颗粒挥发到大气中，对人的身体造成损伤；除此之外，它还会腐蚀舱室的设备，造成相当大的安全隐患。
2. 氧烛供氧
潜艇的氧烛供氧是把氯酸盐中加入燃料、抑氯剂、助燃剂和粘结剂，经混合后，压制或者浇铸形成固体氧烛，使用时再将其点燃。固体氧烛在受热后会释放氧气，将产生的气体通过气体净化装置后，可以直接供艇员使用。总体而言采用氧烛供氧，具有使用方便、安全，存储容易，产生的氧气量大（氧烛的供氧能力是同体积气体氧的3倍），反应迅速的优点。但是，氧烛在燃烧的时候无法控制反应速度，容易造成舱室氧气浓度局部波动。此外，氧烛在燃烧的时候还会产生一些副产物（氯化物烟尘、 CO2、CO、Cl2等），造成舱室的环境二次污染。
3. 碱性电解水供氧
潜艇的碱性电解水供氧，是以一定浓度 NaOH 或 KOH 作为电解液，通入电流将水分解为 O2 和H2，阴极发生还原反应形成 H2，阳极则发生氧化反应形成 O2。电解后产生的气体通过分离器进行洗涤、净化、冷却，然后把纯化后的 O2 输送到舱室，电解出的 H2收集后排出潜艇。总体而言采用碱性电解水供氧，因为潜艇在水中航行，因此有取之不尽的水的优点。但是因为电解水制氧效率比较低，因此需要消耗大量的能源，所以限制了它在常规潜艇上的应用。除此之外，在电解水过程中如果产生的 H2 和 O2 混合容易发生爆炸，因此对反应过程中气体的密封性有着很高的要求。另外，电解液是选用强碱性溶液，具有强腐蚀性，电解制备的气体必须经过多次的洗涤才能使用。
4. 固态电解质电解水供氧
潜艇的固态聚合物电解质技术的电解原理其实和碱性水电解原理是相似，区别只是用全氟磺酸聚合物膜薄片代替了传统的碱性电解液。工作原理是：全氟磺酸聚合物膜薄在水中作为离子的良导体，水合氢离子在电场的作用下在薄膜上迁移，而电解质的两侧分别涂覆一层阴极和阳极催化材料。H2O 在阳极电解成 O2，H-和 e-，H- 在阴极生成 H2。总体而言采用固态电解质电解水供氧，具有制氧装置能耗小，效率高，成本低，安全可靠，产生的氧气纯度高，承压性能好的优点。
2. 核动力谁发明的？
核能(nuclear energy)是人类历史上的一项伟大发明,这离不开早期西方科学家的探索发现,他们为核能的应用奠定了基础. 核能实验19世纪末 英国物理学家汤姆逊发现了电子. 1895年 德国物理学家伦琴发现了X射线. 1896年 法国物理学家贝克勒尔发现了放射性. 1898年 居里夫人与居里先生发现新的放射性元素钋. 1902年 居里夫人经过4年的艰苦努力又发现了放射性元素镭. 1905年 爱因斯坦提出质能转换公式. 1914年 英国物理学家卢瑟福通过实验,确定氢原子核是一个正电荷单元,称为质子. 1935年 英国物理学家查得威克发现了中子. 1938年 德国科学家奥托哈恩用中子轰击铀原子核,发现了核裂变现象. 1942年12月2日 美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆. 在1945年之前,人类在能源利用领域只涉及到物理变化和化学变化.人类开始将核能运用于军事、能源、工业、航天等领域
3. 氢能源的背景？
氢能汽车是以氢为主要能量作为移动的汽车。一般的内燃机，通常注入柴油或汽油，氢汽车则改为使用气体氢。燃料电池和电动机会取代一般的引擎，即氢燃料电池的原理是把氢输入燃料电池中，氢原子的电子被质子交换膜阻隔，通过外电路从负极传导到正极，成为电能驱动电动机；质子却可以通过质子交换膜与氧化合为纯净的水雾排出。这样有效减少了其他燃油的汽车造成的空气污染问题，高速车辆、巴士、潜水艇和火箭已经在不同形式使用氢。另一方面能源从来都是个问题，近年来，国际上以氢为燃料的“燃料电池发动机”技术取得重大突破，而“燃料电池汽车”已成为推动“氢经济”的发动机。
用氢气作燃料有许多优点，首先是干净卫生，氢气燃烧后的产物是水，不会污染环境，其次是氢气在燃烧时比汽油的发热量高。在1965年，外国的科学家们就已设计出了能在马路上行驶的氢能汽车。我国也在1980年成功地造出了第一辆氢能汽车，可乘坐12人，贮存氢材料90公斤。氢能汽车行车路远，使用的寿命长，最大的优点是不污染环境。
氢是可以取代石油的燃料，其燃烧产物是水和少量氮氧化合物，对空气污染很少。氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取，而且不需要对汽车发动机进行大的改装，因此氢能汽车具有广阔的应用前景。推广氢能汽车需要解决三个技术问题：大量制取廉价氢气的方法，传统的电解方法价格昂贵，且耗费其他资源，无法推广；解决氢气的安全储运问题；解决汽车所需的高性能、廉价的氢供给系统。目前常见的供给系统有三种，气管定时喷射式、低压缸内喷射式和高压缸内喷射式。随着储氢材料的研究进展，可以为氢能汽车开辟全新的途径。而最近，科学家们研制的高效率氢燃料电池，更减小了氢气损失和热量散失。
4. 氢能源主要用于哪些领域？
氢能主要应用领域
1.航天
早在二战期间，氢即用作A－2火箭液体推进剂。1970年美国”阿波罗”登月飞船使用的起飞火箭也是用液氢作燃料。目前科学家们正研究一种”固态氢”宇宙飞船。固态氢既作为飞船的结构材料，又作为飞船的动力燃料，在飞行期间，飞船上所有的非重要零部件都可作为能源消耗掉，飞船就能飞行更长的时间。
2.交通
在超声速飞机和远程洲际客机上以氢作动力燃料的研究已进行多年，目前已进人样机和试飞阶段。据欧洲空客公司预测，到2004年，欧洲生产的飞机将部分采用液氢为燃料。德国戴姆勒一奔驰航空航天公
司以及俄罗斯航天公司从1996年开始试验，其进展证实，在配备有双发动机的喷气机中使用液态氢，其安全性有足够保证。美、德、法等国采用氢化金属贮氢，而日本则采用液氢作燃料组装的燃料电池示范汽车，已进行了上百万公里的道路运行试验，其经济性、适应性和安全性均较好。美国和加拿大计划从加拿大西部到东部的大铁路上采用液氢和液氧为燃料的机车。
3.民用
除了在汽车行业外，燃料电池发电系统在民用方面的应用也很广泛。氢能发电、氢介质储能与输送，以及氢能空调、氢能冰箱等，有的已经实现，有的正在开发，有的尚在探索中。燃料电池发电系统的开发
目前也开发的如火如茶：以PEMFC为能量转换装置的小型电站系统和以SOFC为主的大型电站等均在开发中。
4.其它
以氢能为原料的燃料电池系统除了在汽车、民用发电等方面的应用外，在军事方面的应用也显得尤为重要，德国、美国均已开发出了以PEMFC为动力系统的核潜艇，该类型潜艇具有续航能力强，隐蔽性好，无噪声等优点，受到各国的青睐。
