潛艇潛航時發(fā)動機的尾氣排哪去了

【專家解說】：常規(guī)動力潛艇一般有都被稱作"柴電潛艇"，顧名思義，它通過柴油機帶動發(fā)電機來發(fā)電，然后把電力儲存在蓄電池內(nèi)，而驅(qū)動潛艇前進的就是電動機了。此類潛艇把蓄電池的電力耗盡之后是需要上浮到海面啟動柴油機發(fā)電的，或接近于海面利用通氣管排放柴油機的廢氣。傳統(tǒng)的柴-電動力潛艇在水下潛航2~3天，就會耗盡電池能量，必須浮上水面給蓄電池充電。 　　核動力潛艇的動力是依靠反應(yīng)堆產(chǎn)生的原子能去燒水來推動燃氣輪機，以此來推動潛艇前進，所以說核潛艇只要帶夠艇員需要的水和食物，理論上的潛航時間是無限的?！　〕艘陨蟽煞N潛艇外，現(xiàn)在又有一些不依賴空氣動力裝置（AIP）的混合型柴電潛艇，主要有閉式循環(huán)柴油機（CCD）AIP、斯特林發(fā)動機（SE）AIP以及燃料電池（FC）AIP三種方案。以下再做進一步介紹：　　1 閉式循環(huán)柴油機AIP（CCDAIP）　　該系統(tǒng)以閉式循環(huán)柴油機為發(fā)電機原動機。為使柴油機在沒有空氣供氣狀況下工作，必須提供模擬空氣成份的進氣氣體，使柴油機發(fā)火燃燒工作。為此，將柴油機排出的廢氣經(jīng)CO2吸收器吸收部分CO2氣體，廢氣中未被吸收部分氣體再加入適量氧氣，即組成人造大氣。但由于這種人造大氣中CO2含量總比新鮮空氣多，使人造空氣的比熱值低于正常空氣，為保證一般標準柴油機在閉式循環(huán)狀態(tài)下正常工作，一般在再循環(huán)的氣體中加入適量單原子氣體氬，使混合成的人造大氣與正常空氣比熱比值一致。這樣柴油機即可在閉式循環(huán)狀態(tài)下正常工作，也可以在開式空氣供應(yīng)時正常工作，實現(xiàn)開、閉合用。為了高效地吸收柴油機廢氣中的CO2，應(yīng)首先將溫度為350～400 ℃、壓力為0.2～0.5 Mpa的廢氣噴淋冷卻至80～100 ℃。再將冷卻后的廢氣送進CO2海水吸收器中，讓海水充分溶解吸收CO2氣體，而其他成分氣體在吸收器中吸收量很少。經(jīng)這種"洗滌"后的廢氣進入混合室與氧氣、氬氣混合后再循環(huán)。而溶有大量CO2的海水經(jīng)海水處理系統(tǒng)（WMS），排出舷外。海水處理系統(tǒng)利用深水能量，不需消耗較多能量而將較低壓力的海水（2～5 bar）排放到深水中（如下潛300 m則為30 bar），而水泵耗功只用于克服流動阻力，因此耗功少，整套裝置效率較高。為使整個AIP系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，設(shè)置計算機控制系統(tǒng)，以控制水處理系統(tǒng)的海水流量，供氧量等，使整套系統(tǒng)適應(yīng)柴油機負荷、潛艇下潛深度的變化，保證正常工作。為保證氧氣供應(yīng)，CCDAIP設(shè)置一個較大容量的液氧罐（液氧貯存溫度-180 ℃）。由于氬氣消耗量很小，故AIP裝置中只要幾個較小容積的氬氣瓶就足夠了?！　? 斯特林發(fā)動機AIP （SEAIP）　　斯特林發(fā)動機（SE）AIP以不依賴空氣的斯特林機（Stirling Engine）為發(fā)電機原動機。斯特林發(fā)動機是一種外部加熱的連續(xù)燃燒發(fā)動機，它通過外部燃燒的高溫氣體經(jīng)加熱管加熱內(nèi)部循環(huán)的工質(zhì)（船用斯特林機通常用氦氣作循環(huán)工質(zhì)），內(nèi)部循環(huán)工質(zhì)受熱膨脹推動活塞作功，使發(fā)動機輸出軸功率。為了使發(fā)動機在無空氣條件下連續(xù)運行，同樣需要連續(xù)不斷地供應(yīng)氧氣燃燒供應(yīng)熱量，因而SEAIP也裝有較大容量的液氧罐。為了排除燃燒后廢氣，有兩種方法可選擇。一種是利用廢氣壓力直接排到舷外海水，這需要較高的燃燒壓力（30 bar左右），且未燃燒的O2會隨廢氣直接排至舷外，導致未燃O2氣和來不及溶解的CO2氣冒至海面。另一種方法是象CCDAIP系統(tǒng)一樣，裝備排氣冷卻O2海水吸收器及水管理系統(tǒng)，這樣裝置會比直接排出廢氣的辦法復(fù)雜些，但可使燃燒壓力降低，燃燒不隨潛深影響，不會產(chǎn)生氣泡航跡，隱蔽性較好?！　? 燃料電池FC（FCAIP） 　　它采用性能優(yōu)越的混合動力系統(tǒng)，即燃料電池動力系統(tǒng)和柴-電動力系統(tǒng)混合使用。燃料電池動力系統(tǒng)由聚四氟乙烯燃料電池、液氧貯存柜和氣態(tài)氫貯存柜等3部分組成。它的燃料電池尺寸小，無腐蝕，功率密度大，使用壽命長。熱交換器、排出泵、冷卻水泵、催化劑罐、燃料電池電子設(shè)備、斬波器和逆變器等是燃料電池的主要部分。它不用空氣，而是將氫燃料和氧化物放到特殊燃燒室內(nèi)進行電化學反應(yīng)，直接轉(zhuǎn)換成電能，驅(qū)動電動機推進潛艇航行。它在水下就能自行充電，取得了"不依賴空氣"的技術(shù)突破。