RU167197U1 - MODULAR MONOBLOCK POWER INSTALLATION ON FUEL ELEMENTS FOR UNDERWATER UNIT - Google Patents
MODULAR MONOBLOCK POWER INSTALLATION ON FUEL ELEMENTS FOR UNDERWATER UNIT Download PDFInfo
- Publication number
- RU167197U1 RU167197U1 RU2016114965/07U RU2016114965U RU167197U1 RU 167197 U1 RU167197 U1 RU 167197U1 RU 2016114965/07 U RU2016114965/07 U RU 2016114965/07U RU 2016114965 U RU2016114965 U RU 2016114965U RU 167197 U1 RU167197 U1 RU 167197U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel cells
- underwater vehicle
- hydrogen
- oxygen
- power plant
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
- H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
1. Модульная моноблочная энергетическая установка на топливных элементах для подводного аппарата, содержащая газообразные реагенты водород в качестве топлива и кислород в качестве окислителя, батареи топливных элементов с обслуживающими и вспомогательными системами, отличающаяся тем, что размещение газообразных реагентов происходит непосредственно в капсуле подводного аппарата, разделенной газонепроницаемой оболочкой на внутренний объем корпуса (капсулы), заполненную одним из реагентов и с размещенными в нем обслуживающими и вспомогательными системами, и газонепроницаемую выгородку заполненную вторым из реагентов и введенный в нее сильфон, поддерживающий равенство давлений водорода и кислорода.2. Модульная моноблочная энергетическая установка на топливных элементах для подводного аппарата по п. 1, отличающаяся тем, что батарея топливных элементов помещена в легкий, исключающий попадание влаги и выполненный из полимерных материалов, кожух.1. A modular monoblock power plant for fuel cells for an underwater vehicle, containing gaseous reagents hydrogen as a fuel and oxygen as an oxidizing agent, a battery of fuel cells with service and auxiliary systems, characterized in that the placement of gaseous reactants occurs directly in the capsule of the underwater vehicle, divided a gas-tight shell on the internal volume of the body (capsule) filled with one of the reagents and with the servicing and auxiliary burning systems, and a gas-tight partition filled with the second of the reagents and a bellows inserted into it, which maintains equal pressure of hydrogen and oxygen. 2. The modular monoblock power plant for fuel cells for an underwater vehicle according to claim 1, characterized in that the battery of fuel cells is placed in a light casing that excludes moisture and is made of polymeric materials.
Description
Полезная модель относится к энергетическим установкам, содержащим батареи с водородо-кислородными топливными элементами с обслуживающими системами и может быть использована при создании энергоустановок для подводных аппаратов, прежде всего, для необитаемых глубоководных аппаратов.The utility model relates to power plants containing batteries with hydrogen-oxygen fuel cells with service systems and can be used to create power plants for underwater vehicles, primarily for uninhabited deep-sea vehicles.
Известны аналоги энергетических установок на топливных элементах для подводных аппаратов, в которых функции входящих в энергоустановку систем и оборудования строго регламентированы, а само оборудование располагается в индивидуальных корпусах, которые в свою очередь располагаются внутри прочного корпуса подводного аппарата (А.А. Постнов «Опытная подводная лодка проекта 613Э с электрохимическими генераторами», Санкт-Петербург, Судостроение, 1998, 2, с. 28).Analogs of power plants based on fuel cells for underwater vehicles are known, in which the functions of systems and equipment included in the power installation are strictly regulated, and the equipment itself is located in individual buildings, which, in turn, are located inside the durable body of the underwater vehicle (A.A. Postnov “Experienced Underwater Project 613E boat with electrochemical generators ”, St. Petersburg, Shipbuilding, 1998, 2, p. 28).
Это с точки зрения удельной мощности, удельной энергоемкости, массо-габаритных характеристик и цены, как правило, не оптимально, особенно для аппаратов с малым оперативным временем одного цикла использования. В этом случае удельные показатели энергоустановки определяются не запасами топлива и окислителя, а массогабаритными показателями оборудования энергоустановки. В области низких энергоемкостей они, как правило, равны или даже уступают удельным показателям лучших образцов химических источников тока (ХИТ) и аккумуляторов, значения которых достигают 80-100 Втxч/л (Втхч/кг).From the point of view of specific power, specific energy consumption, mass-dimensional characteristics and price, this is usually not optimal, especially for devices with a small operational time of one use cycle. In this case, the specific indicators of the power plant are determined not by the fuel and oxidizer reserves, but by the mass and size parameters of the power plant equipment. In the field of low energy consumption, they are usually equal to or even inferior to the specific indicators of the best samples of chemical current sources (CES) and batteries, whose values reach 80-100 W x h / l (W x h / kg).
Наиболее близкой по технической сути и принятой за прототип является энергетическая установка подводного аппарата (пат. РФ №2184408 от 27.06.2002). Энергетическая установка, содержащая электрохимические генераторы с водородно-кислородным топливными элементами, электрическим оборудованием, в которой все составные части устройства, в том числе и криогенные емкости для хранения водорода и кислорода, установлены в отдельных герметичных выгородках.The closest in technical essence and adopted for the prototype is the power plant of the underwater vehicle (US Pat. RF No. 2184408 from 06.27.2002). A power plant containing electrochemical generators with hydrogen-oxygen fuel cells, electrical equipment, in which all components of the device, including cryogenic containers for storing hydrogen and oxygen, are installed in separate sealed enclosures.
Указанное техническое решение имеет ряд существенных недостатков, к основным из которых относятся:The specified technical solution has a number of significant drawbacks, the main of which include:
- наличие криогенных емкостей для хранения водорода и кислорода.- the presence of cryogenic containers for storing hydrogen and oxygen.
Это требует наличия дополнительного оборудования для их газификации, что приводит к усложнению конструкции энергоустановки, увеличению ее массы и габаритов, увеличению ее стоимости;This requires the availability of additional equipment for their gasification, which leads to a complication of the design of the power plant, an increase in its mass and dimensions, an increase in its cost;
- агрегаты и оборудование энергетической установки, включающей криогенные емкости хранения водорода и кислорода с арматурой, устройство вентиляции и дожигания водорода, емкости сбора реакционной воды, агрегаты контура охлаждения энергетической установки установлены в отдельных герметичных выгородках, при этом все герметичные выгородки расположены внутри герметичного корпуса, что приводит к увеличению габаритов и массы энергетической установки.- units and equipment of a power plant, including cryogenic hydrogen and oxygen storage tanks with fittings, a hydrogen ventilation and afterburning device, reaction water collection tanks, power plant cooling circuit units are installed in separate airtight baffles, while all airtight baffles are located inside the sealed enclosure, which leads to an increase in the dimensions and mass of the power plant.
Задачей заявляемого технического решения является упрощение конструкции энергоустановки, снижение массогабаритных показателей энергоустановки с топливными элементами для подводного аппарата, использующей водород в качестве топлива и кислород в качестве окислителя, уменьшение ее стоимости.The objective of the proposed technical solution is to simplify the design of the power plant, reducing the overall dimensions of the power plant with fuel cells for an underwater vehicle using hydrogen as fuel and oxygen as an oxidizing agent, and reducing its cost.
Техническим результатом заявляемого технического решения является создание энергоустановки на топливных элементах для подводного аппарата, превосходящей в разы (до 2,5 раз) по удельным характеристикам аккумуляторы и ХИТ, даже при их использовании в зоне низких энергоемкостей.The technical result of the claimed technical solution is the creation of a power plant on fuel cells for an underwater vehicle, which is several times (up to 2.5 times) in terms of specific characteristics of batteries and HIT, even when used in a low-energy zone.
Технический результат достигается за счет того, что в модульной моноблочной энергетической установке на топливных элементах для подводного аппарата, содержащая газообразные реагенты водород в качестве топлива и кислород в качестве окислителя, батареи топливных элементов с обслуживающими и вспомогательными системами, отличающаяся тем, что размещение газообразных реагентов происходит непосредственно в капсуле подводного аппарата, разделенной газонепроницаемой оболочкой на внутренний объем корпуса (капсулы), заполненную одним из реагентов и с размещенными в нем обслуживающими и вспомогательными системами, и газонепронизаемую выгородку заполненную вторым из реагентов и введенный в нее сильфон, поддерживающий равенство давлений водорода и кислорода.The technical result is achieved due to the fact that in a modular monoblock power plant on fuel cells for an underwater vehicle containing gaseous reactants hydrogen as fuel and oxygen as an oxidizer, fuel cell batteries with service and auxiliary systems, characterized in that the placement of gaseous reactants occurs directly in the capsule of the underwater vehicle, divided by a gas-tight shell into the internal volume of the body (capsule), filled with one of the gents and with serving and auxiliary systems located in it, and a gas-impermeable baffle filled with the second of the reagents and a bellows inserted into it, which maintains the equality of hydrogen and oxygen pressures.
А также батарея топливных элементов помещена в легкий, исключающий попадание влаги и выполненный из полимерных материалов, кожух.And also the fuel cell battery is placed in a light casing that excludes moisture and is made of polymeric materials.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежом фиг. 1, на котором представлена модульная моноблочная энергетическая установка на топливных элементах для подводного аппарата, где:The technical nature and principle of operation of the proposed device are illustrated by the drawing of FIG. 1, which shows a modular monoblock fuel cell installation for an underwater vehicle, where:
1 - Корпус (капсула) подводного аппарата;1 - Case (capsule) of the underwater vehicle;
2 - Газонепроницаемая выгородка;2 - Gas tight partition;
3 - Газонепроницаемая оболочка;3 - Gas tight shell;
4 - Сильфон;4 - Bellows;
5 - Батарея топливных элементов5 - Fuel cell battery
6 - Внутренний объем корпуса (капсулы) подводного аппарата;6 - The internal volume of the hull (capsule) of the underwater vehicle;
7 - Кожух батареи топливных элементов;7 - the casing of the battery of fuel cells;
8 - Теплообменник.8 - Heat exchanger.
Остальные элементы энергетической установки, включающие системы подготовки и подачи водорода и кислорода, системы сбора и отвода электроэнергии, тепла, продуктов реакции, системы контроля, управления и защиты, системы рециркуляции кислорода и водорода на фигурах не показаны.The remaining elements of the power plant, including systems for the preparation and supply of hydrogen and oxygen, systems for collecting and removing electric energy, heat, reaction products, systems for monitoring, control and protection, oxygen and hydrogen recirculation systems are not shown in the figures.
Технический результат достигается упрощением конструкции энергоустановки за счет моноблочной компоновки оборудования с частичным совмещением функции элементов энергоустановки и отказа от использования прочных корпусных конструкций (баллонов) для хранения каждого газообразного реагента в индивидуальных корпусах и размещением этих корпусов в прочном корпусе капсулы подводного аппарата.The technical result is achieved by simplifying the design of the power plant due to the monoblock configuration of the equipment with a partial combination of the functions of the power plant elements and the rejection of the use of strong hull structures (cylinders) for storing each gaseous reagent in individual hulls and by placing these hulls in a durable capsule body of the underwater vehicle.
Модульная моноблочная энергетическая установка на топливных элементах для подводного аппарата состоит из: прочного стального корпуса (капсулы) подводного аппарата 1 рассчитанного на высокие наружное и внутреннее давление, внутри корпус (капсула) 1 разделен газонепроницаемой оболочкой 3 на внутренний объем корпуса (капсулы) подводного аппарата 6 и газонепроницаемую выгородку 2. Внутренний объем корпуса (капсулы) 6 заполнен одним из реагентов (водородом или кислородом), второй реагент (кислород или водород, соответственно) размещается в газонепроницаемой выгородке 2 с газонепроницаемой оболочкой 3. При этом стенки газонепроницаемой оболочки 3 разгружены, т.к. давления газообразных реагентов (кислорода и водорода) равны, а равенство давлений с высокой точностью поддерживается сильфоном 4. Все оборудование энергетической установки (вспомогательные и обслуживающие системы на фиг. 1 не показаны), включая батарею топливных элементов 5, размещается непосредственно во внутреннем объеме корпуса (капсулы) 6, при этом батарея топливных элементов 5 защищена легким, исключающим попадание влаги, кожухом 7. Кожух 7 выполнен из полимерных материалов. Батарея топливных элементов 5 находится в разгруженном состоянии, так как оба реагента (кислород и водород) имеют одинаковое давление, которое одинаково снижается по мере использования реагентов с максимального, например 60 МПа, до минимального установленного по условиям эксплуатации, например до 0,2-0,5 МПа. Охлаждение батареи топливных элементов 5 осуществлено принудительным протоком охлаждающей среды (водорода, воды) через топливные элементы, последующая передача тепла в окружающее пространство производится через стенку корпуса (капсулы) подводного аппарата 1 с использованием теплообменника 8. Сбор образующейся в результате электрохимической реакции топлива и окислителя воды производится во внутренний объем капсулы, частично вытесняя газ, что, в конечном итоге, компенсируется перемещением сильфона 4.A modular monoblock power plant for fuel cells for an underwater vehicle consists of: a strong steel body (capsule) of the
Рабочий процесс в модульной моноблочной энергетической установке на топливных элементах для подводного аппарата осуществляется следующим образом. Водород и кислород поступают в батарею топливных элементов 5, соответственно, из внутреннего объема прочной капсулы подводного аппарата 6 и ее газонепроницаемой выгородки для хранения кислорода 2. Образующаяся в результате электрохимической реакции вода поступает во внутренний объем корпуса (капсулы) подводного аппарата 6. Избыточное тепло, снятое с батареи топливных элементов 5 принудительным потоком охлаждающей среды, передается в окружающее водное пространство через стенку корпуса (капсулы) подводного аппарата 1 с помощью теплообменника 8. Равенство давлений водорода и кислорода, поступающих для реакции в батарею топливных элементов 5, поддерживается сильфоном 4 за счет перемещения своей гофрированной части. Для защиты от влаги батарея топливных элементов 5 помещена в защитный влагонепроницаемый кожух из полимерных материалов 7.The workflow in a modular monoblock power plant for fuel cells for an underwater vehicle is as follows. Hydrogen and oxygen enter the
Таким образом, благодаря предлагаемому техническому решению за счет моноблочной компоновки оборудования с частичным совмещением функций элементов энергоустановки и отказа от использования прочных корпусных конструкций (баллонов) для хранения каждого газообразного реагента в индивидуальных корпусах и размещения этих корпусов в прочном корпусе капсулы подводного аппарата, достигается упрощение конструкции энергоустановки, снижение массогабаритных показателей энергоустановки с топливными элементами для подводного аппарата, использующей водород в качестве топлива и кислород в качестве окислителя, уменьшение ее стоимости, а также достигается увеличение удельной энергоемкости установки до 250 Втхч/л (Втхч/кг) по сравнению с лучшими химическими источниками тока и аккумуляторами, обеспечивающими не более 100 Втxч/л.Thus, due to the proposed technical solution, due to the monoblock configuration of the equipment with partial combination of the functions of the power installation elements and the rejection of the use of strong hull structures (cylinders) for storing each gaseous reagent in individual hulls and placement of these hulls in a durable underwater vehicle capsule body, design simplification is achieved power plants, reducing the overall dimensions of a power plant with fuel cells for an underwater vehicle, use binder hydrogen as fuel and oxygen as the oxidant, reducing its cost, but also achieved an increase in specific energy setting to 250 watts x h / L (W x h / kg) compared with the best chemical power sources and batteries, providing no more than 100 W x h / l
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016114965/07U RU167197U1 (en) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | MODULAR MONOBLOCK POWER INSTALLATION ON FUEL ELEMENTS FOR UNDERWATER UNIT |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016114965/07U RU167197U1 (en) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | MODULAR MONOBLOCK POWER INSTALLATION ON FUEL ELEMENTS FOR UNDERWATER UNIT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU167197U1 true RU167197U1 (en) | 2016-12-27 |
Family
ID=57777284
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016114965/07U RU167197U1 (en) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | MODULAR MONOBLOCK POWER INSTALLATION ON FUEL ELEMENTS FOR UNDERWATER UNIT |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU167197U1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2677822C1 (en) * | 2017-03-27 | 2019-01-21 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Fuel cell stack |
RU2736883C1 (en) * | 2020-06-04 | 2020-11-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Power plant for operation in negative temperature conditions |
CN113375038A (en) * | 2021-05-28 | 2021-09-10 | 西安交通大学 | Hydrogen and oxygen isobaric storage method and container for photoelectrolysis water and fuel cell |
-
2016
- 2016-04-18 RU RU2016114965/07U patent/RU167197U1/en active IP Right Revival
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2677822C1 (en) * | 2017-03-27 | 2019-01-21 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Fuel cell stack |
RU2736883C1 (en) * | 2020-06-04 | 2020-11-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Power plant for operation in negative temperature conditions |
CN113375038A (en) * | 2021-05-28 | 2021-09-10 | 西安交通大学 | Hydrogen and oxygen isobaric storage method and container for photoelectrolysis water and fuel cell |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lototskyy et al. | The use of metal hydrides in fuel cell applications | |
RU167197U1 (en) | MODULAR MONOBLOCK POWER INSTALLATION ON FUEL ELEMENTS FOR UNDERWATER UNIT | |
CN101395752A (en) | Water reclamation in a micropower generator | |
US9692097B2 (en) | Power-generating system having a fuel cell | |
US20120299376A1 (en) | Wind power plant comprising a battery device | |
CN104115327A (en) | Reversible fuel cell and reversible fuel cell system | |
BR112012026923B1 (en) | electrical energy storage and restoration device | |
Sezgin et al. | Hydrogen energy systems for underwater applications | |
US10934165B2 (en) | Solid hydrogen storage system | |
Raugel et al. | Sea experiment of a survey AUV powered by a fuel cell system | |
US20220131214A1 (en) | High energy density fuel cell apparatus and system with a hydride-based hydrogen generator as a scalable power solution concept | |
Davids et al. | Development of a portable polymer electrolyte membrane fuel cell system using metal hydride as the hydrogen storage medium | |
JPH1064572A (en) | Fuel supply system for fuel cell and portable electrical device | |
Narayana Das | Fuel cell technologies for defence applications | |
ES2543963T3 (en) | Reversible fuel cell | |
US9728795B2 (en) | Complex fuel cell stack with hydrogen storage unit | |
JP2013095273A (en) | Power supply system of buoy | |
Yoshida et al. | A compact high efficiency PEFC system for underwater platforms | |
Kim et al. | Compact PEM fuel cell system using chemical hydride hydrogen source for portable power generators | |
US20120242274A1 (en) | Systems and Methods Providing a Wearable Power Generator | |
KR101817432B1 (en) | Fuel cell system | |
KR20100048104A (en) | Fuel cell system | |
CN213483787U (en) | Portable hydrogen energy power supply for individual combat | |
CN111463459A (en) | Micro fuel cell power generation system | |
CN217468685U (en) | Energy recycling system, battery, energy storage device and power utilization device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20170419 |
|
NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20180220 |