水下航行器执行长航任务时,如何改善舱室内大气环境,持续地提供呼吸的氧气一直困扰着人类。文章的主旨是研究水下航行器长航时大气氧再生的关键技术,设计水下航行器长航时氧管理的整合方案,强化氧气再生系统的长期稳定效果,研究氧气再生系统的调控对策。在分析了大量国内外技术的基础上,本课题采用固态胺吸附解吸二氧化碳技术、Sabatier还原二氧化碳技术、固体聚合物电解质水电解技术相互结合的环境控制与生命保障系统(ECLSS),来处理50人处理能力的舱室内的二氧化碳废气,同时制取一定数量的氧气。文章主要设计了二氧化碳的收集浓缩、还原以及电解制氧三个技术单元的工艺流程图,通过实验验证了各系统单元的工艺性能、系统组件的参数及运行情况,最后通过理论分析和数值模拟实验验证了各系统单元的可操作性与性能的稳定性。文章设计的二氧化碳废气再生管理整合系统的主体处理工艺采用固态胺树脂床、Sabatier反应器、固体聚合物电解质电解池,工艺系统运行参数的监测和调控采用在线控制技术;二氧化碳、氢气、甲烷等尾气流量由质量流量计测量;二氧化碳的浓度由红外分析仪测量。项目建立了有效、安全、低能耗的废气处理并使其再生循环的环控生保气体再生系统,保持在水下航行器中的作业人员维持正常的生活需求,最大限度地提高了综合效益,降低了运行成本。