KR100898457B1

KR100898457B1 - 잠수함

Info

Publication number: KR100898457B1
Application number: KR1020060033280A
Authority: KR
Inventors: 한스 폼머
Original assignee: 호발트스벨케-도이췌 벨프트 게엠베하
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2009-05-21
Also published as: DE102005019484B3; EP1717141A3; ES2385495T3; EP1717141B1; EP1717141A2; KR20060113399A; PT1717141E

Abstract

본 발명은 연료전지장치(2)를 구비하고 배터리실(16) 내에 배치되는 배터리 장치를 구비한 잠수함에 있어서 배터리실(16)에는 환기 시스템(22)이 제공되며, 연료전지장치(2)에 의해 방출되는 가스가 배터리실(16)의 환기 시스템(22)을 통해 배출되는 방식으로 연료전지장치(2)가 배터리실(16)의 환기 시스템(22)과 연통하는 상태로 되어 있는 잠수함에 관한 것이다.

잠수함, 연료전지시스템, 배터리실, 배출가스, 잔류 가스 시스템

Description

잠수함{SUBMARINE}

첨부한 도면은 배터리실의 배기와 관련하여, 연료전지장치의 구성, 또는 이 연료전지장치의 잔류가스시스템의 구성을 나타내는 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

2: 연료전지장치

4: 연결라인

6: 물분리기

8: 연결라인

10: 물탱크

12: U형 튜브

14: 연결라인

16: 배터리실

18: 배기라인

20: 유입구

22: 환기시스템

24: 연결라인

26: 재조합기

30: 연결라인

32: 통풍기

본 발명은 연료전지장치를 구비한 잠수함에 관한 것이다.

외부공기에 의존하지 않는 추진장치와 잠수상태의 운항에 필요한 다른 장치들에 전기에너지를 공급하기 위한 에너지공급용 연료전지장치를 갖는 잠수함이 알려져 있다. 이러한 연료전지장치는 대개 통상적인 디젤형의 전기추진장치에 추가로 제공되는데, 이 디젤형의 전기추진장치는 배터리, 특히 외부공기에 의존하지 않는 잠수함의 추진장치에 전기에너지를 저장하기 위한 납 배터리를 갖는다.

잠수함내에 설치되는 이러한 공지의 연료전지장치는 수소 및 산소로 작동된다. 이로써 연료전지의 음극측에서 물이 생성된다. 또한 과잉의 산소가 음극측에서 생성된다. 연료전지의 양극측에서는 산소와 반응하지 않은 소량의 이질가스(foreign gas)와 함께 아주 소량의 물과 과잉의 수소가 생성된다.

잠수함 내에 수소가 방출되면, 잠수함이 밀폐된 공간이란 점과 이로부터 야기되는 폭발의 위험 때문에 문제가 된다. 이러한 이유로 수소는 포집되어야 하며, 통상적으로 이러한 수소는 공기 또는 산소의 공급하에 촉매 재결합기를 통하여 물로 변환된다. 이 기술의 단점은 재결합기가 부가적인 공간을 필요로 하여 잠수함내의 공간을 잠식하게 되고 방폭용 내압용기의 형태로 구성되어야 하기 때문에 비교적 하중이 많이 나간다는 점이다.

따라서, 본 발명의 목적은 연료전지장치에 의해 방출된 폐가스를 포집하고 배출하기 위한 개선형의 잔류가스시스템을 가지며, 잠수함 내에서 공간을 적게 차지하고 무게가 가벼운 연료전지장치를 구비한 잠수함을 제공하는 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적은 청구항 제1항 내에 제시된 특징을 갖는 잠수함에 의해 달성된다. 바람직한 실시예들은 종속항들로부터 파악할 수 있다.

본 발명에 따른 잠수함은 연료전지장치와 배터리실내에 배치되는 납 배터리의 배터리장치를 포함한다. 이 배터리실에는 환기시스템이 설치되어 있어서 통상적으로 적용되는 납 배터리인 경우 수소가스인 배터리에 의해 방출되는 가스를 배터리실로부터 배출시킬 수 있다. 본 발명에 따라서, 상기 연료전지장치와 상기 배터리실의 환기시스템 사이의 연결이 이루어져 연료전지장치에 의해 방출된 가스, 특히 양극에서 방출되는 수소가 배터리실의 환기시스템 내로 안내되거나 이 환기시스템을 통해 처리된다. 이러한 구성에 의해 연료전지에 의해 방출되는 수소를 안전하게 하기 위한 부가적인 재결합기가 없어도 될 수 있게 된다. 더 정확히 말하면, 어떤 경우라도 배터리실에는 필요하기 마련인 환기시스템은 연료전지에 의해 방출된 폐가스를 배출시키기 위하여 이용된다. 이를 위해, 실제의 연료전지 또는 양극측이 적절히 밀폐되어 방출되는 가스, 특히 수소를 포집하여 이들 가스를 연결라인을 통해 배터리실의 환기시스템으로 보낼 수 있다. 이러한 환기시스템은 납 배터리를 이용할 때에도 수소를 배출하도록 구성되므로, 상기 환기시스템은 다른 문제없이 연료전지장치에 의해 방출된 수소를 포집하여 배출하거나 안전하게 처리할 수 있다.

연료전지장치로부터 방출된 가스를 배터리실로 안내하기 위하여, 연료전지장치는 잔류가스의 연결라인을 통해 잠수함의 배터리실에 연결되는 것이 바람직하다. 연료전지에 의해 방출된 가스와 배터리에 의해 방출된 가스는 배터리실의 환기시스템을 통해 배터리실로부터 배출된다. 따라서, 연료전지장치의 잔류가스를 배출하기 위하여 배터리실의 환기시스템에 연결되는 잔류가스시스템이 제공된다. 이 때문에 상기 배터리실은 흡기구 또는 공기유입구를 구비하는 것이 바람직하며, 이 공기유입구를 통해 공기가 잠수함의 내부로부터 배터리실 내로 유도되어, 환기시스템에 의해 배출되거나 흡입된 공기 또는 가스를 대체한다. 요구된 구성요소의 수가 최소화되므로 상기 연료전지장치에 의해 방출된 상기 가스를 상기 배터리실측으로 배출되게 하는 것은 전체 잔류가스시스템의 구조가 특히 간단해질 수 있다. 더욱이, 연료전지장치에 의해 방출된 수소와 배터리에 의해 방출된 수소가 배터리실에 공급된 공기에 의하여 희석되므로 간단한 방폭구조가 보장될 수 있다. 따라서, 배터리실의 환기시스템에 의해 배출될 필요가 있는 수소-공기 혼합물은 더 이상 폭발되지 않도록 할 수 있다. 이러한 방식으로, 잔류가스시스템 전체를 방폭형으로 구성할 필요는 없게 되며, 그럼으로써 잠수함 내에서 잔류가스시스템을 위한 공간 및 중량이 절감될 수 있다. 폭발성 혼합물이 배터리실내로 공급되는 공기 또는 산소에 의하여 폭발한계 이하로 낮아져 폭발이 일어나지 않는 정도로 희석되기 전에, 폭발성 혼합물은 수소가 공기와 희석되어 생성되므로 배터리실은 종래의 구성과 같이 방폭구조로 구성되는 것이 좋다. 배터리로부터 수소가 방출되는 것을 고려하여, 배터리실이 방폭구조로 구성되는 것과는 별도로, 연료전지장치에 의하여 방출된 수소를 배터리실로 보내는 것은 종래 재결합기에서 연료전지에 의하여 방출된 수소를 배출하는 것이 필요하였던 것과 같이 다른 방폭설비를 구성할 필요가 없도록 하는 이점을 갖는다.

연료전지장치와 배터리실 사이의 연결라인 내에 물분리기가 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 물분리기는 연료전지장치, 특히 연료전지장치의 양극측에서 방출된 가스 내에 함유된 물을 분리함으로써 기체상태의 성분, 특히 순수한 수소만이 잔류가스시스템 또는 배터리실로 안내된다.

또한, 상기 물분리기는 분리된 물을 수용하기 위한 물탱크와 연결되는 것이 바람직하다. 상기 물탱크에서 집수된 물은 소정의 시간 간격으로 배수되거나 펌프로 배출될 수 있다.

바람직하게는, 물분리기와 물탱크 사이의 연결라인 내에는 가스차단장치(gas block)가 배치되어 가스, 특히 수소가 물분리기로부터 나와 물탱크 내로 유입되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 가스차단장치는 예컨대 물분리기와 물탱크 사이의 연결라인 내에 배치되는 U형 튜브로 구성될 수 있다. 이러한 U형 튜브는, 연결라인의 일측 구간을 계속해서 물로 채움으로써 어떤 가스도 상기 연결라인을 통과할 수 없게 하는 효과를 갖는다. 상기 가스차단장치는 또한 다른 방식으로, 예컨대 사이펀(siphon) 형으로 구성될 수 있다.

또한, 물탱크에는 배터리실과 연통되는 배기라인이 구비되어 있는 것이 바람직하다. 그러므로 가스, 특히 수소가 물탱크 내로 유입되는 장애발생의 경우에도, 상기 수소는 배터리실 내로 들어가서, 이 배터리실로부터 앞서 기술한 바와 같이 배터리실의 환기시스템을 통해 배출될 수 있다.

아울러, 상기 물탱크는 수소가 유입되는 것을 방지하기 위하여 질소가 완충된 상태(buffered by nitrogen)로 구성되는 것이 바람직하다.

수소를 물로 변환하기 위한 재결합기가 배터리실의 환기시스템 내에 배치되는 것이 유용하다. 상기와 같은 재결합기는 촉매변환기를 형성하는데, 이 촉매변환기 내에서 수소는 공기나 순수한 산소의 형태로 배터리실 내로 공급된 산소와 함께 발열과정 중에 연소된다. 이 때문에, 상기 재결합기는 기존의 배터리실 환기시스템으로부터 이미 공지되어 있는 바와 같은 재결합기 매트(recombinator mats)로 설계될 수 있다. 상기 배터리실의 환기시스템 내에서의 가스순환은 잠수함 통풍기에 의해 이루어지는 것이 바람직한데, 여기에서 공기가 상기 통풍기를 통해 배터리실로 안내되고 배터리실 내의 가스가 환기시스템내로 유동하여 이 환기시스템으로부터 잠수함 내의 공기순환이 이루어지는데, 배터리실 내에 있는 수소는 앞서 설명한 재결합기에 의해 연소되어 물이 되거나 수증기가 된다.

물 또는 수증기를 분리하기 위하여, 배터리실의 환기시스템 내의 적당한 곳에 물분리기가 설치될 수 있다.

이하 본 발명을 첨부한 도면과 실시예에 의해 상세히 설명한다.

연료전지의 양극측에서 방출되는 수소는 연료전지의 밀폐에 의하여 포집되어 연결라인(4)을 통해 물분리기(6)로 공급된다. 이와 같은 연료전지장치(2)는 연료전지의 산소측 및 수소측이 서로 엄격하게 분리되어 연료전지의 양극측에서 방출된 수소가 순수한 수소로서 포집될 수 있고 상기 연결라인(4)에 의해 배출될 수 있는 구조를 갖는 것이 좋다. 그러므로 상기와 같은 영역에서는, 수소가 산소와 접촉하지 않기 때문에, 어떠한 폭발 위험도 존재하지 않는다. 상기 연결라인(4) 내로 배출된 가스는 부가적인 소량의 물만을 함유하는 바, 이러한 소량의 물은 수소와 함께 연료전지의 양극측에서 방출된다. 이와 같은 물은 물분리기(6) 내에서 분리되고, 연결라인(8)을 통해 물탱크(10) 내로 안내된다.

이와 관련하여, 상기 연결라인(8)은 물이 수집되는 U형 튜브(12)로 구성되고 연결라인(8)은 이러한 U형 튜브(12)의 영역에서 물로 완전하게 채워져서 기체상태의 수소가 상기 물분리기(6)로부터 나와 상기 물탱크(10) 내로 유입되는 것을 방지한다.

물로부터 분리된 수소는 상기 물분리기(6)로부터 나와 다른 연결라인(14)을 통하여 잠수함의 납 배터리가 배치되어 있는 배터리실(16)로 안내된다. 납 배터리는 수소를 방출하므로 배터리실(16)은 밀폐되어 있고 방폭구조로 되어 있다. 그러나, 가스가 물탱크(10) 내로 유입될 경우를 고려하여, 상기 물탱크(10)에 배기라인(18)이 구비되어 있는데, 이 배기라인(18) 역시 상기 배터리실(16)로 연장되어 가스, 즉, 수소는 상기 물탱크(10)로부터 상기 배터리실(16) 내로 안내될 수 있다.

따라서, 한편으로는 연료전지장치(2)에 의해 방출되고 연결라인(14)을 통해 안내되면서 경우에 따라서는 배기라인(18)을 통해서 안내되는 수소와, 다른 한편으로는 배터리에 의해 방출되는 수소가 배터리실(16) 내에서 포집된다. 공기와 산소는 잠수함 환기장치에서 유입구(20)를 통과하여 배터리실(16) 내로 안내되며, 이에 의하여 배터리실(16) 내에서 수소의 희석이 이루어져 배터리실에서 수소-공기의 혼합이 이루어진다. 많은 공기가 공급되어 공기중의 수소농도는 폭발한계 이하로 낮아진다. 혼합중인 폭발성 혼합물의 영역을 사람이 지나가야 하기 때문에, 상기 배터리실(16)은 방폭구조로 구성된다.

상기 배터리실(16)에서 발생된 수소-공기 혼합물은 상기 배터리실(16)로부터 나와서 환기시스템(22) 내로 유입된다. 이는 상기 수소-공기 혼합물을 상기 배터리실(16)로부터 재결합기(26) 내로 안내하는 연결라인(24)에 의해 이루어지는데, 상기 재결합기(26)는 수소가 공기 중의 산소와 반응하여 물이나 수증기로 변환되게 하는 촉매를 구성한다. 공기는 연결라인(30)을 통하여 재결합기(26)로부터 유출되고 다시 잠수함 환기시스템으로 공급된다. 유입구(20)로부터 나와 배터리실(16), 연결라인(24), 재조합기(26) 및 연결라인(30)을 지나가는 공기의 흐름을 유지하기 위하여, 상기 연결라인(30) 내에는 통풍기(32)가 제공되어 있다. 그러나 상기 통풍기는 선택적으로 공기 순환계 내의 여러 곳, 예컨대 유입구(20) 내에 배치될 수도 있다.

이상 설명한 바와 같은 구성에 따른 본 발명은 연료전지장치에 의해 방출된 폐가스를 포집하고 배출하기 위한 개선형의 잔류가스시스템을 가지며, 잠수함 내에서 공간을 적게 차지하고 무게가 가벼운 연료전지장치를 가지는 잠수함을 제공하는 효과가 있다.

Claims

연료전지장치(2)와 배터리실(16) 내에 배치되는 배터리장치를 갖는 잠수함에 있어서, 상기 배터리실(16)에 환기시스템(22)이 구비되고, 상기 연료전지장치(2)에 의해 방출되는 가스가 상기 배터리실(16)의 상기 환기시스템(22)을 통하여 배출될 수 있도록 상기 연료전지장치(2)가 상기 배터리실(16)의 상기 환기시스템(22)에 연결됨을 특징으로 하는 잠수함.
제1항에 있어서, 상기 연료전지장치(2)에 의해 방출된 가스를 상기 배터리실(16)로 안내하기 위하여 상기 연료전지장치(2)가 연결라인(4)(14)을 통하여 상기 배터리실(16)에 연결됨을 특징으로 하는 잠수함,
제2항에 있어서, 상기 연료전지장치(2)와 상기 배터리실(16) 사이의 연결라인(4)(14)에 물분리기(6)가 배치됨을 특징으로 하는 잠수함.
제3항에 있어서, 상기 물분리기(6)가 분리된 물을 수용하기 위한 물탱크(10)에 연결됨을 특징으로 하는 잠수함.
제4항에 있어서, 상기 물분리기(6)와 상기 물탱크(10) 사이의 연결라인(8)에 가스차단장치가 배치됨을 특징으로 하는 잠수함.
제5항에 있어서, 상기 연결라인(8)에서 상기 물분리기(6)와 상기 물탱크(10) 사이에 배치되는 상기 가스차단장치가 U형 튜브(12)임을 특징으로 하는 잠수함.
제5항에 있어서, 상기 물탱크(10)에 상기 배터리실(16)과 연결된 배기라인(18)이 구비됨을 특징으로 하는 잠수함.
제5항에 있어서,상기 물탱크(10)가 질소에 의해 완충됨을 특징으로 하는 잠수함.
제1항에 있어서, 상기 배터리실(16)의 상기 환기시스템(22) 내에 수소를 물로 변환하기 위한 재결합기(26)가 배치됨을 특징으로 하는 잠수함.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리실(16)의 상기 환기시스템(22) 내에 물분리기가 배치됨을 특징으로 하는 잠수함.