¿Cuál es el combustible energético general que utilizan los submarinos?

Realmente puede nadar bajo el agua durante mucho tiempo para aprovechar sus características de ocultación. Los submarinos convencionales funcionan con un sistema de propulsión diesel-eléctrico y solo pueden navegar bajo el agua durante unos días antes de salir a la superficie y ser. propulsado por un motor diésel, cargando la batería al mismo tiempo, lo que es extremadamente perjudicial para mejorar el ocultamiento del submarino. No se puede imaginar que todos los submarinos utilicen energía nuclear para su propulsión, ni se puede imaginar que se aumente el diésel. La potencia del motor y la capacidad de la batería son ilimitadas. Por lo tanto, es necesario encontrar métodos convencionales que no dependan del aire. Los sistemas de propulsión submarinos siempre han sido el objetivo de muchos países. Los tipos básicos de sistemas AIP para submarinos incluyen: pilas de combustible. Entre las muchas unidades de energía mencionadas anteriormente que no dependen del aire, depende cuál es la más prometedora y cuál es la más adecuada para futuros submarinos convencionales. Consideraciones integrales como la misión del submarino y el rendimiento, estructura, volumen (peso), economía, seguridad y otros indicadores de varios sistemas independientes del aire. Con el fin de desarrollar una nueva generación de submarinos convencionales después de 2000, el alemán. La Armada determinará las características de la señal, las dimensiones del propietario, la profundidad de inmersión, las limitaciones de rendimiento, el suministro de combustible, el mantenimiento y la adaptabilidad de varios sistemas de propulsión independientes del aire que han entrado en la etapa práctica, el ciclo de desarrollo, los fondos de desarrollo y los costos de compra de equipos, etc. , se analizaron y compararon una serie de indicadores y rendimiento, y se creyó que las pilas de combustible y los motores diésel de ciclo cerrado son los más superiores. Después de comparar más a fondo los parámetros de rendimiento, las ventajas y desventajas de estos dos sistemas de propulsión. Creen que los dos sistemas tienen efectos similares en el aumento del tamaño principal y el desplazamiento del nuevo submarino, la disminución de la velocidad, el aumento de la distancia de crucero bajo el agua y la fuerza autosostenible, y la reducción de la tasa de exposición, pero el total La potencia de la pila de combustible es alta y la disipación de calor es pequeña, poco ruido, ciclo de desarrollo corto y mayor viabilidad. Según estimaciones de los datos, para un generador diésel y un sistema de pila de combustible con una potencia de salida de 1 MW, el costo durante el proceso. El período de uso total es de 5,6 millones de libras... Sin embargo, la potencia total de la pila de combustible es alta y el calor tiene una pequeña difusión, poco ruido, un ciclo de desarrollo corto y es más práctico. Por lo tanto, la Armada alemana decidió apoyarla. El desarrollo de sistemas de pilas de combustible en una nueva generación de submarinos tiene las siguientes ventajas: Una pila de combustible es un dispositivo que convierte directamente energía química en energía eléctrica. El sistema no tiene partes mecánicas giratorias excepto el combustible. /bomba de suministro de aire; no produce residuos de combustible como los que quedan después de quemar diesel. Por lo tanto, no hay necesidad de utilizar un compresor en el submarino para expulsar los residuos del barco, por lo que no hay ruido. Según los resultados de la medición del sistema estadounidense de celda de combustible de 40 kW, el ruido a una distancia de 10 pies es de solo 68 dB_2J. Las características infrarrojas son débiles, no habrá rastros de calor fuera del barco y la ocultación es buena. y puede suministrar energía directamente al motor de propulsión de CC, no requiere mecanismos de conversión de energía como generadores y transformadores. Por lo tanto, no hay pérdida de energía mecánica ni eléctrica, y la eficiencia del dispositivo puede llegar al 50% al 60%, mientras que el generador diésel es sólo del 25% al ​​35%...1. del barco se puede mejorar. La Figura 1 muestra la energía térmica, la energía nuclear y el combustible. Comparación de los procesos de conversión de energía de tres métodos de generación de energía con batería. Debido a la franqueza del proceso de conversión de energía de la celda de combustible, su eficiencia de conversión mejora enormemente. El único subproducto de la pila de combustible de hidrógeno y oxígeno es el agua y el calor: el agua se puede almacenar y utilizar sin necesidad de equipos de alcantarillado. El calor residual del combustible se puede utilizar casi sin pérdida de calor. Tiene una estructura compacta. El agua se retiene en la cabina del submarino como producto de reacción durante el proceso de conversión de energía, por lo que. Puede garantizar que todo el peso del sistema permanezca sin cambios. La temperatura de conversión de energía de la celda de combustible es baja, solo 70. Una caldera (combustión) Kuang-Rui (reacción de costillas) rotación (generador de turbina) círculo Youhui Litu 1 Energía térmica. , energía nuclear, pila de combustible El proceso de conversión de energía de los tres métodos de generación de energía es de 80 ° C y el entorno de trabajo es relativamente seguro. Se considera que las pilas de polímero de combustible de estado sólido son la dirección de desarrollo de las pilas de combustible. de tamaño pequeño, alta potencia, sin corrosión y larga vida útil Lo siguiente Una introducción a la clasificación de las pilas de combustible, los principios de las baterías y el desarrollo de las pilas de combustible, los materiales de almacenamiento de hidrógeno y los sistemas de almacenamiento de hidrógeno. Las pilas de combustible constan principalmente de electrodos que pueden promover que el combustible (ánodo) y el oxidante (cátodo) catalicen y un electrolito que conduce iones entre los dos polos, ya que dependen de las condiciones de funcionamiento de la pila de combustible (especialmente la temperatura) y de la composición de los electrodos. En gran medida según el electrolito, las pilas de combustible se clasifican generalmente según el tipo de electrolito utilizado. La siguiente es una introducción a varias pilas de combustible: (1) Pila de combustible alcalina (AFC) Esta batería utiliza una solución acuosa de hidróxido de potasio (KOH) como electrolito. fluido, hidrógeno puro como combustible y oxígeno puro como oxidante. Pilas de combustible alcalinas para el espacio.

El orbitador proporciona electricidad. La temperatura de funcionamiento de la pila de combustible alcalina es de 121,1°C y la eficiencia es del 77%. El aire también se puede utilizar como oxidante, pero es necesario eliminar el CO2 del aire. es un proyecto de desarrollo del Departamento de Energía de EE. UU. (2) La celda de combustible de membrana de intercambio iónico (PEMFc) también se llama celda de combustible de polímero sólido (SPFC). La diferencia entre esta batería y otras baterías es que utiliza un intercambio iónico de fluoruro de carbono. membrana como electrolito en lugar del electrolito que fluye. La temperatura de funcionamiento es baja. A 100 ℃, se puede extraer energía eléctrica útil a temperatura ambiente. Además, este tipo de batería es más pequeña y más liviana. El precio puede ser incluso más bajo después de un mayor desarrollo. (3) Pila de combustible de óxido sólido (SOFC) Esta batería es un dispositivo cerámico compacto de alta temperatura con una temperatura de funcionamiento de 1000 °C. Su eficiencia varía según el combustible y el oxidante utilizados. , cuando se usan hidrocarburos y oxígeno, la eficiencia es del 55% (4) Celda de combustible de ácido fosfórico (PAFC) La temperatura de funcionamiento de esta batería es de aproximadamente 1767 °C. Cuando se usa combustible de hidrocarburos y oxígeno líquido, la eficiencia es del 50%. usando hidrocarburos y aire, la eficiencia es del 41% (5) Celda de combustible de carbonato fundido (MCFC) La temperatura de funcionamiento de esta batería es de aproximadamente 6489 "C, la eficiencia es del 58% al 65%, el riesgo de desarrollo es bajo, pero la potencia. La densidad también es baja. Entre las pilas de combustible de carbonato, las pilas de combustible que utilizan óxido sólido como electrolito se denominan pilas de combustible de segunda generación en el extranjero. En comparación con las pilas de combustible de carbonato fundibles, se espera que se comercialicen. el tipo fosfato (sal), tiene muchas ventajas, como diseño simple y bajo costo. 2. Principio de la pila de combustible La razón por la que se llama combustible es porque la fuente de energía es la energía química de algunas sustancias combustibles complejas. Procesos en la batería En una reacción electroquímica, la energía química se convierte directamente en energía eléctrica. El producto final de la reacción electroquímica es el mismo que el producto final del proceso de combustión. La estructura básica de una pila de combustible moderna es como una batería normal. También tiene dos electrodos positivos y negativos y el electrolito necesario para transmitir corriente dentro de la batería. El electrolito de la pila de combustible consiste en una solución alcalina de hidróxido de potasio o hidróxido de sodio. También puede estar compuesto de una solución ácida. solución de ácido fosfórico) o una variedad de sustancias que pueden reaccionar con iones de hidróxido. Está compuesto de cerámicas y polímeros que transportan corriente en forma de iones de hidrógeno. La estructura y el principio de la celda de combustible de hidrógeno-aire se muestran en la Figura 2. Diagrama esquemático de la estructura y principio de la pila de combustible de hidrógeno-aire en el círculo del motor 2. El hidrógeno y el oxígeno ingresan al ánodo y al ánodo de la batería respectivamente. El hidrógeno sufre una reacción de oxidación en el ánodo para generar iones de hidrógeno y electrones. : t-h (gas) - 2H+2 - los electrones son impulsados ​​por el circuito externo para realizar trabajo y finalmente llegan al cátodo, donde el oxígeno y el electrolito sufren una reacción de reducción en el cátodo para generar hidrógeno y iones de oxígeno: 1/42O +. O2 + 2e ~ - 2OH - Los iones de hidrógeno migran al ánodo. Cuando se encuentran, generan agua: H++OH - H, O. Todo el proceso de reacción es el siguiente: 1H2 (gas) + ÷02 (gas) ~. La reacción de la pila de combustible H2O (27'U) se caracteriza por la reacción química directa del hidrógeno y el oxígeno, que es el único consumible, y la batería en sí no participa. 3 Progreso de las pilas de combustible Como miembro de la familia de las baterías, las pilas de combustible. Hace mucho que fue inventado hace 150 años. En 1938, el científico Villian Grob utilizó por primera vez la "reacción inversa" del agua electrolizada para reducir el hidrógeno y el oxígeno en agua y corriente eléctrica. en ese momento, la celda de combustible se produjo en forma de prueba. La eficiencia es demasiado baja y el volumen es demasiado grande para ser utilizada en la industria y la vida diaria. Esta investigación que podría beneficiar a la humanidad ha avanzado poco durante mucho tiempo. , los científicos buscaban convertir directamente la energía química del combustible en Para mejorar la eficiencia de conversión de energía eléctrica, las pilas de combustible, que han sido descuidadas durante muchos años, se exploraron en muchos aspectos y finalmente se utilizaron con éxito en el campo aeroespacial. de los Estados Unidos por primera vez en 1960. En los últimos 20 años, la crisis energética y las cuestiones de protección ambiental han impulsado a los científicos a investigar y desarrollar. El interés en la tecnología de pilas de combustible se ha vuelto más intenso y se han logrado logros notables en los Estados Unidos. En Estados Unidos, las primeras celdas de combustible fueron diseñadas y fabricadas especialmente para proporcionar energía a las naves espaciales Gemini y Apollo. Dado que la nave espacial está operando en el espacio, también debe transportar el hidrógeno y el oxígeno requeridos por la celda de combustible, por lo que la celda de combustible dedicada. La nave espacial también se llama pila de combustible de hidrógeno y oxígeno. Funciona según el mismo principio que una pila de combustible de hidrógeno y aire. Es solo que el primero es oxígeno puro. Este último es el oxígeno del aire. El agua producida por la electricidad en la pila de combustible espacial es extremadamente pura y los astronautas pueden beberla sin tratamiento. El coste de las pilas de combustible espaciales es extremadamente alto, en primer lugar por su diseño y fabricación. tipo de batería. Los requisitos son muy estrictos y se debe garantizar una seguridad absoluta; en segundo lugar, la electricidad;

El catalizador (platino) del electrodo de la celda es caro Desde la aplicación exitosa de las pilas de combustible espaciales, se han logrado grandes avances en el diseño estructural de las baterías y el costo se ha reducido continuamente. Con el patrocinio y apoyo de General Motors Corporation de Estados Unidos. Hay 60 pilas de combustible de 12,5 kW puestas en experimentos a gran escala con el fin de realizar investigaciones avanzadas sobre conversión de energía a gas. Las pilas de combustible submarinas son el resultado de la aplicación exitosa de las pilas de combustible en la tecnología aeroespacial en la década de 1960. Debido a que las pilas de combustible son adecuadas para su uso como energía submarina en submarinos, han atraído la atención de las armadas de varios países, incluidos Estados Unidos y Japón, que han invertido mucha mano de obra y recursos materiales. Alemania, Suecia y Francia participan activamente en este trabajo. Estados Unidos fue el primer país en investigar las pilas de combustible submarinas. En 1963, comenzó la investigación sobre submarinos antisubmarinos con pilas de combustible de hidrógeno. a partir de metanol o amoníaco, y se ha utilizado durante 2.600 años. Después de horas de pruebas en tierra, debido a la política nuclear de Estados Unidos, se detuvo la construcción de centrales eléctricas submarinas convencionales, por lo que se detuvo el desarrollo de un combustible de hidracina-peróxido de hidrógeno. La celda desarrollada por la empresa francesa Aston tiene sus reactivos disueltos en hidróxido de potasio diluido, la batería depende de la circulación del electrolito. Debido a que utiliza una bomba de engranajes para transportar el electrolito, el ruido es muy alto. la hidracina y el peróxido de hidrógeno son altos y el calor de electrólisis requerido es grande. Por lo tanto, es difícil aplicarlo en submarinos. Japón ha gastado mucho dinero en el desarrollo de pilas de combustible submarinas. Ha estado estudiando pilas de combustible de hidrógeno y oxígeno desde 1969, estudiando principalmente el sistema de reformado de hidrógeno en el barco y su almacenamiento. y el sistema de circulación de fuentes de hidrógeno, pero está atrapado en el medio. Razones técnicas como que el volumen de prueba era demasiado grande y demasiado complejo hicieron que la investigación se interrumpiera. Posteriormente, Sheng propuso ocho soluciones de producción de hidrógeno, pero solo se quedaron en tierra. Etapa de pruebas. La investigación alemana sobre pilas de combustible no se ha detenido y ha logrado avances importantes. Alemania Después del diseño técnico preliminar, el grupo industrial comenzó a desarrollar varios sistemas submarinos. Fue un avance tecnológico completamente nuevo para almacenar una gran cantidad de hidrógeno a baja temperatura. -Hidruro de aleación de temperatura en la cabina del submarino y una gran cantidad de oxígeno en el congelador. En 1980, la empresa alemana IKL, el Astillero Horhuz, Festal y Siemens formaron un grupo industrial y decidieron desarrollar un sistema de propulsión híbrido basado en pilas de combustible. En este sistema se utiliza oxígeno como oxígeno líquido (-180 °C) que se almacena en un recipiente resistente a la presión, y el hidrógeno existe en el compuesto de hidrógeno de la aleación (Fe/Ti). En la actualidad, los más prometedores siguen siendo los. Las baterías alcalinas, de baja temperatura y de hidrógeno-oxígeno se predijeron hace 20 años. Hasta ahora, el país con mejores resultados en trabajos de investigación ha sido Alemania, que comenzó a desarrollar productos prácticos en 1980. Utilizando hidrógeno y oxígeno como combustible, el país. La pila de celda de combustible tiene seis baterías, cada batería tiene 70 pares de baterías y la potencia es de 7 kW. Se realizó una prueba en tierra en 1984, que demostró que la batería es segura y confiable. En 1987, se utilizó para modificar el Tipo 205 U1. En 1988, el submarino estuvo en funcionamiento durante 6 meses en el mar, con una potencia de salida de 1OOKW y una velocidad de 5 nudos. La energía de CC generada por la celda de combustible se puede suministrar directamente al motor de propulsión de CC sin pasar por un transformador. También se puede conectar a la red como fuente de energía según las necesidades del paquete de baterías. y encargado al mismo tiempo de mantener el vehículo latente en buenas condiciones de combate l4J. Debido a las pruebas exitosas de dispositivos de propulsión híbrida de celda de combustible en submarinos, la Armada alemana decidió desarrollar 12 nuevos submarinos de celda de combustible U212 entre 1990 y 2055 para reemplazar al. actuales Tipo 205, Tipo 206 y Tipo 209 J. Para competir con Suecia en el mercado de exportación de submarinos, se deben instalar celdas de combustible en los últimos submarinos de exportación modelo 2000 para que la Armada australiana pueda elegir.