製氧機，透過電解水製氧，應急時用氧氣蠟燭

在二戰時期，潛艇水下補充氧氣還是要靠氧氣瓶攜帶，二戰後則使用製氧機。潛艇製氧機主要是透過電解水的方式來生產氧氣，透過電解分離出氧氣和氫氣，其中氫氣透過管道排放出潛艇，因為氫氣非常危險，在密封環境下非常容易爆炸。而氧氣則由環境控制系統控制進行配送，像美國核潛艇設定的氧氣濃度閥值是18%，接近這個濃度就加大供氧。

美國洛杉磯級與俄亥俄級核潛艇裝備的製氧機，Treadwell公司製造，該裝置每小時可以生產150立方米的氧氣。

需要說明的是兩點，一是製氧機的電解制氧的水並非直接使用海水，因為海水含有太多的雜質。核潛艇吸入海水後，透過制水機淨化而來的純淨水，早期核潛艇是將核反應堆冷卻管經過海水冷卻交換熱量，透過強迫蒸發法獲取。現在美國的海狼級、弗吉尼亞級等核潛艇都是透過質子交換膜來生產。

二是儘管核潛艇內安裝過渡塔，用胺溶液過濾回收人們撥出去的二氧化碳。但是核潛艇內二氧化碳濃度最終還是會比外界大氣高好幾倍，並且時間久了空氣中會瀰漫著一股潤滑油的味道，在這種情況下艇員會感到精神疲憊、食慾差、難以入眠、脾氣暴躁、甚至會引發腹瀉等症狀。所以正常情況下，核潛艇海水會上浮到靠近水面，伸出通氣管，把艇內空氣全部換一下。

潛艇通氣管是二戰時期的技術，常規潛艇使用較多，核潛艇主要用來換氣

製氧機畢竟是個機器，有時會碰到發生難以解決的故障，所以核潛艇還會帶上氧氣蠟燭以應急。氧氣蠟燭是透過高氯酸納與鐵燃燒，發生化學反應來生產氧氣。其攜帶方便，使用安全，我們乘坐民航客機遇到空中緊急情況下，會自動掉下氧氣面罩以，這種氧氣面罩就是透過氧氣蠟燭來生產製氧的。

美軍的氧氣蠟燭，2011年美國海軍弗吉尼亞級核潛艇新罕布什爾州號在北冰洋冰蓋下遇到製氧機故障，依靠600多根氧氣蠟燭，一路回到美國本土的母港。

眾所周知，潛艇在水下活動時不能從外界獲取新鮮的空氣。而潛艇本身的空間極小，在狹小的空間內卻需要保證足夠數十天作戰活動的食物、戰損維修的工具、零件等等。艙室裡不光是艇員的作戰空間，還是生活空間。

當然了，潛艇內的環境是相當惡劣的。但最重要的一點不能忽視：供氧。氧氣是人類日常生活的必需品，當一定空間內氧氣含量下降到16%時，人員呼吸便會感到侷促甚至出現缺氧。在含氧量達到10%時，大部分人已經缺氧，甚至會出現幻覺，這已經相當於喪失了正產工作的能力。

對於艇員來說，可能潛艇上的輪班工作制度會讓人記憶猶新：即便艇員不處於值班狀態、無需工作，但按照流程仍然需要躺在鋪位上休息，哪怕艇員壓根睡不著。這樣的用意是讓艇員儘量避免來回走動妨礙到值班人員的行動，但更重要的是儘可能減少氧氣損耗——人類在睡眠狀態下的氧氣損耗是最小的。

當然了，一、二戰時期的潛艇當然沒有現代化化學制氧的手段，因此大多采用通氣管補充。在需要補充氧氣時，潛艇需要上升至通氣管高度，透過通氣管進行物理換氣。這樣雖然保證了空氣的新鮮程度，但極容易被發現，因此二戰後的潛艇基本已經完全取消了這樣的空氣迴圈。

二戰時期的潛艇技術已經有了進步，但在供氧方面顯然仍然是一個無可避免的難題。化學制氧手段並未完全實用話，因此這個時期的潛艇大多采用物理供氧：壓縮氣瓶。在開啟低頻噪音較大的柴油機為蓄電池充電時，冗餘的電力也會用於對氧氣壓縮機進行充氣。在結束上浮後，潛艇內部的空氣是完全足夠艇員呼吸一整天的，除非被幾艘驅逐艦輪番攻擊且甩不掉——這時，壓縮氣瓶就派上了用場。潛艇都會選擇在特定的時間段上浮充電、更換氧氣。

（加拿大海軍的VINTAGE 製氧機）

在二戰後，化學制氧手段開始普及：一，再生藥板製氧；二，氧燭製氧；三，電解水製氧。再生藥板製氧，便是透過再生藥板進行化學反應。再生藥板實質上是一種過氧化物，需要於二氧化碳反應，再產生氧氣。再生藥板的體積小、便與儲存，但不僅可以釋放出大量的氧氣，還可以吸收艇員呼吸時產生的二氧化碳。只是在反應時需要專門的反應器，相對來說使用方便。再生藥板的大量使用讓潛艇在水下的持續作戰能力大幅提升，因而在二戰結束後是常規潛艇極普遍的製氧手段。

氧燭製氧，是指氧燭在燃燒時產生氧氣。氧燭的主要成分是NaClO3，在燃燒時會釋放出少許氧氣，還能滿足光照條件的不足，作為輔助光源使用。但是氧燭的製氧效率有限，單單使用氧燭並不能完全替代再生藥板，因此只作為一個輔助製氧手段使用；在現代核潛艇上雖然已經沒有再生藥板的位置，但氧燭作為應急的備份物品還是會保留。

而最後一個電解水製氧，便是直接透過電解海水分解氧氣。當然了，這對於常規潛艇來說還是相當奢侈的：目前為止，只有採用AIP技術的常規潛艇和核潛艇能夠使用。相比其他常規潛艇，這兩種潛艇的電力供應絕對堪稱豪華，尤其是核動力潛艇——電力供應絕對是管夠，因此直接採用電解水分解氧氣。這樣一來，再生藥板也不需儲存不說，還相當於間接在水下獲得氧氣。

首先糾正一下題乾和釐清概念：

1. 水解制氫，氫氣發電，海水補充氧氣

只有核潛艇，這種電力供應近乎無限的潛艇，才採用電解水製氧的方式獲取氧氣。電解水的副產物氫氣，需要排至艇外。

用氫氣發電，需要配置氫燃料電池，同時氫發電還需要氧氣。用電水解產生氫氣和氧氣，再用氫氣和氧氣發電，生成水。如此一來，算上損耗，氫發的電沒有水解用的多，產生的氧氣還不夠發電用的氧氣。這種做法顯然是不合適的。

核潛艇上不僅將氫氣排至艇外，由於氫氣易燃易爆，易聚集，為了使用安全，艇上還設定有專門的氫氣濃度監測裝置和消氫裝置。

2. 潛艇主要用啥空氣迴圈系統

其他答主都回答了潛艇上怎麼製氧，補充氧氣。實際上這是不全面的。完整的空氣迴圈，應當包括：

空氣再生：產生氧氣和清除二氧化碳。很多答主忽略了二氧化碳的處理。二氧化碳濃度過高，如超過3%艇員將昏昏入睡，戰鬥力銳減。

空氣淨化：潛艇艙室內還含有大量有害的無機物、有機物和氣溶膠，種類繁多，也影響艇員的身心健康。

大氣環境監測：試試監測艙室內的空氣主要成分的濃度，按需求投入相關裝置。

空調和通風系統：控制艙室內空氣的溫度和溼度，保持舒適的環境，對空氣進行攪拌使各艙室空氣成分保持一致，不會區域性惡化。

3. 潛艇有的要海里待93天，比如中國的潛艇幹過這事

空氣再生系統：

潛艇的製氧技術及其適用範圍，請參考我之前的回答：https://www.wukong.com/question/6569082880113246471/

二氧化碳清除技術：

鹼石灰吸收：利用CaO、Ca（OH）2和NaOH吸收CO2，毒性小，使用方便、價格便宜。超氧化物吸收：利用過氧化物、超氧化物吸收CO2,同時放出氧氣。LiOH吸收：利用LiOH吸收CO2，單位重量吸收能力大，效果最佳，受溫度影響小。分子篩吸收：透過物理方法，將CO2吸附到分子篩的微孔的內表面上，如陶土。MEA、固體胺吸收：用MEA、固態胺裝置吸收，吸收能力強，需要泵、風機的配合。

空氣淨化系統

潛艇艙室有害氣體主要有無機物包括：H2、CO、NO2、SO2、NH3、H2SO4等氣體；有機物包括：脂肪烴、芳香族化合物、含鹵化合物、含氧化合物等；以及氣溶膠。

主要淨化技術：

空氣濾器：用來清除空氣中的有害氣體和氣溶膠，以活性炭和纖維過濾層裝填，根據吸附、化學吸著、催化和過濾的原理，將一種物質的原子吸附到另一種物質的表面。潛艇常見的濾器如：廁所濾器、廚房濾器、蓄電池艙濾器、CO濾器、油霧濾器、艙室綜合濾器等。有害氣體催化燃燒。透過催化劑的作用，使有害氣體在一定溫度下加速氧化和燃燒，從而達到淨化目的。主要淨化CO、H2和碳氫化合物，其產物是水和二氧化碳。

（催化燃燒原理示意）

低溫等離子技術。低溫等離子體內部富含電子、離子、自由基和激發態分子，其中高能電子與氣體分子發生碰撞，使氣體處於活化狀體。透過一系列的物理化學過程將複雜的大分子汙染物變為小分子的安全物質，或使有毒有害物質變為無毒、無害或低毒低害物質，從而達到降解去汙。奈米光催化技術。奈米光催化是指光化學和催化劑的有機結合。光和催化劑引發和促進氧化還原反應，促進有機物的合成或者降解，可氧化去除空氣中的中低濃度的氮氧化物和含硫化物。

空氣環境監測

單一氣體監測：如氧氣測量儀、氫氣測量儀等，對於不同氣體，採用不同的測量原理，測量精度高、測量方法簡單。潛艇上監測裝置多，佈置分散。色譜儀監測：利用分離複雜混合樣品技術，實現對艙室O2、H2、CO2、CO等多種氣體成分的監測。質譜儀監測：透過對樣品離子的質子和電荷比實現對樣品定性和定量分析的一種方法。可以連續監測和智慧化管理、可靠性高。

（質譜儀原理）

空調和通風系統

空調技術：對艙室進行降溫除溼，維持艙室舒適的空調環境。常用的有直冷式氟利昂製冷機組、間冷式氟利昂冷水機組、間冷式溴化鋰冷水機組。

通風技術：在水下狀態，對全艇的空氣進行攪拌，使全艇各艙室空氣組分和氣象引數比較一致，不致因區域性區域空氣很快惡化而影響全艇的戰鬥力。攪拌同時也保證了呼吸供氧和二氧化碳濃度的均勻性。

（溴化鋰製冷機組）

總結

潛艇上隨著艇員的呼吸和其他消耗，需要不斷補充氧氣和吸收二氧化碳，隨著潛艇在水下時間的增加，艙室內汙染物不斷累積，有的有毒性、有的有腐蝕性、有的易燃易爆，需要對有害物質進行處理，透過相應的再生、淨化、空調、通風裝置改善艙室空氣品質，維持艙室舒適的環境，保持艇員的身體健康和戰鬥力。

本文限於篇幅，相關技術僅作簡介不做展開，有興趣的讀者可以自行搜尋。