잠수함이 사용하는 일반 동력 연료는 무엇인가요?

재래식 잠수함은 디젤-전기 추진 시스템으로 구동되며 표면으로 올라오기 전까지 며칠 동안만 수중 항해가 가능합니다. 디젤 엔진으로 추진하는 동시에 배터리를 충전하는 것은 잠수함의 은폐력을 향상시키는 데 매우 해롭습니다. 모든 잠수함이 추진을 위해 원자력을 사용할 것이라고는 상상할 수 없으며 디젤 엔진을 증가시키는 것도 상상할 수 없습니다. 엔진 출력과 배터리 용량에 제한이 없으므로 공기에 의존하지 않는 기존 방식을 찾는 것이 필요합니다.잠수함 추진 시스템은 항상 많은 국가에서 추구하는 목표였습니다. 스털링 엔진 시스템, 폐쇄 사이클 디젤 엔진 시스템, 소형 원자력 발전 장치 중에서 공기에 의존하지 않는 많은 동력 장치 중 어느 것이 가장 유망하고, 미래의 재래식 잠수함에 가장 적합한지는 포괄적으로 검토되어야 합니다. 독일 해군은 잠수함의 임무와 성능, 구조, 부피(중량), 경제성, 안전성 등 다양한 공기 독립형 시스템을 고려하여 차세대 재래식 잠수함을 개발하기로 결정했습니다. 실용 단계에 들어간 다양한 공기 불요 추진 시스템의 신호 특성, 소유자 크기, 잠수 깊이, 성능 제한, 연료 공급, 유지 관리 및 적응성, 개발 주기, 개발 자금 및 장비 구입 비용 등을 결정합니다. 일련의 성능과 지표를 분석하고 비교한 결과, 연료전지와 폐쇄 사이클 디젤 엔진이 두 가지 추진 시스템의 성능 매개변수, 장단점을 추가로 비교한 결과 가장 우수하다고 판단되었습니다. 그들은 두 시스템이 신형 잠수함의 주력 크기와 배수량 증가, 속도 감소, 수중 항속 거리 및 자립력 증가, 노출률 감소에 유사한 영향을 미친다고 생각하지만, 총체적인 연료전지는 출력이 높고 열방출이 적으며, 소음이 적고, 개발 주기가 짧으며, 데이터 추정에 따르면 출력 전력이 1MW인 디젤 발전기 및 연료전지 시스템의 경우 비용이 저렴합니다. 전체 사용 기간은 560만 파운드... 하지만 연료전지의 총 출력은 높고, 발열도 적고, 확산도 적고, 소음도 적으며, 개발 주기도 짧고, 실용성이 더 높아 독일 해군이 지원하기로 결정했다. 차세대 잠수함의 연료전지 시스템 개발에는 다음과 같은 장점이 있습니다. 연료전지는 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환하는 장치입니다. 이 시스템에는 연료 외에 회전하는 기계 부품이 없습니다. /공기 공급 펌프; 디젤을 연소한 후 남은 연료 잔여물을 생성하지 않으므로 잠수함에서 잔여물을 밀어낼 필요가 없으므로 소음이 없습니다. 미국 40kW 연료 전지 시스템의 측정 결과, 10피트 거리에서의 소음은 68dB_2J에 불과합니다. 적외선 특성은 약하고 보트 외부에 열 흔적이 없으며 연료 전지는 DC 전력을 출력합니다. DC 추진 모터에 직접 전원을 공급할 수 있으며 발전기, 변압기와 같은 에너지 변환 메커니즘이 필요하지 않습니다. 따라서 기계적 에너지와 전기 에너지의 손실이 없으며 장치 효율은 50% ~ 60%까지 높을 수 있지만 디젤 발전기는 25% ~ 35%에 불과합니다...1. 그림 1은 화력, 원자력, 연료 세 가지 배터리 발전 방식의 에너지 변환 과정을 비교한 것입니다. 연료전지의 에너지 변환 과정이 직접적이기 때문에 변환 효율이 크게 향상됩니다. 수소-산소 연료전지의 유일한 부산물은 물과 열이다. 물은 하수처리 설비 없이도 저장 및 활용이 가능하며, 열 손실이 거의 없이 연료의 폐열을 활용할 수 있다. .에너지 변환 과정에서 반응 생성물로 물이 잠수함 객실에 유지됩니다. 시스템의 전체 중량이 변하지 않도록 보장할 수 있습니다. 연료전지의 에너지 변환 온도는 70°C에 불과합니다. 세 가지 발전 방식의 에너지 변환 과정은 80℃이며 작업 환경은 상대적으로 안전합니다. 연료전지는 연료전지의 발전방향으로 여겨지고 있으며, 소형, 고출력, 무부식, 긴 수명 등의 특징을 가지고 있습니다. 연료전지, 수소저장재료, 수소저장시스템 개발 1 연료전지의 분류 연료전지는 주로 연료(양극)와 산화제(음극)의 촉매작용을 촉진할 수 있는 전극과 양극 사이에서 이온을 전도하는 전해질로 구성됩니다. 연료전지의 작동조건(특히 온도)과 전극의 구성은 전해질에 따라 크게 달라지므로 일반적으로 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 분류된다. 다음은 여러 가지 연료전지에 대한 소개이다. 알칼리 연료전지(AFC) 이 배터리는 전해질 유체로 수산화칼륨(KOH) 수용액, 연료로 순수 수소, 산화제로 순수 산소를 사용합니다.

궤도선은 전기를 공급하는데, 알칼리 연료전지의 작동온도는 121.1°C이고 효율은 77%다. 공기도 산화제로 사용할 수 있지만, 공기에서 CO2를 제거해야 한다. (2) 이온교환막형 연료전지(PEMFc)는 고체고분자형 연료전지(SPFC)라고도 불린다. 흐르는 전해질 대신에 멤브레인을 전해질로 사용합니다. 작동 온도가 100℃로 낮아서 상온에서 유용한 전력을 추출할 수 있습니다. 또한 이러한 종류의 배터리는 크기가 더 작고 무게도 가볍습니다. (3) 고체산화물 연료전지(SOFC) 이 배터리는 작동 온도가 1000°C인 소형 고온 세라믹 장치로, 사용되는 연료와 산화제에 따라 효율이 달라집니다. (4) 인산 연료 전지(PAFC) 이 배터리의 작동 온도는 탄화수소 연료와 액체 산소를 사용할 때 효율이 50%입니다. (5) 용융탄산염 연료전지(MCFC) 이 배터리의 작동 온도는 약 6489"C, 효율은 58%__65%로 개발 위험성은 낮으나 출력은 낮다. 밀도도 낮다. 탄산염 연료전지 중 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지는 해외에서 2세대 연료전지로 불린다. 인산염(염)형이기 때문에 디자인이 간단하고 가격이 저렴하다는 장점이 많습니다. 2. 연료전지의 원리 연료라고 불리는 이유는 에너지원이 일부 가연성 물질의 화학적 에너지이기 때문입니다. 배터리의 과정 전기화학 반응에서는 화학 에너지가 전기 에너지로 직접 변환됩니다. 전기 화학 반응의 최종 생성물은 연소 과정의 최종 생성물과 동일합니다. 현대 연료 전지의 기본 구조는 일반 배터리와 같습니다. 또한 양극과 음극 두 전극과 배터리 내부에 전류를 전달하는 데 필요한 전해질이 있습니다. 연료전지 전해질은 수산화칼륨이나 수산화나트륨의 알칼리성 용액으로 구성될 수도 있습니다. 인산 용액) 또는 다양한 유형의 수산화물 이온으로 구성되며, 수소 이온 형태로 전류를 전달하는 세라믹과 폴리머로 구성됩니다. 수소 공기 연료 전지의 구조와 원리는 그림 2에 나와 있습니다. 구조의 개략도 및 모터 서클의 수소-공기 연료 전지의 원리 2. 수소와 산소는 각각 배터리의 양극과 음극으로 들어가고, 수소는 양극에서 산화 반응을 거쳐 수소 이온과 전자를 생성합니다: t-h(가스) - 2H+2 - 전자는 외부 회로에 의해 구동되어 일을 하고 최종적으로 음극에 도달하며, 음극에서 산소와 전해질이 환원 반응을 거쳐 수소와 산소를 생성합니다. 1/42O + O2 + 2e ~ - 2OH - 수소 이온이 만나면 물을 생성합니다: H++OH - H, O. 전체 반응 과정은 다음과 같습니다: 1H2(기체) + ¼02(기체) ~H2O(27'U) ) 연료전지 반응은 유일한 소모성 물질인 수소와 산소의 직접적인 화학반응이 특징이며, 배터리 자체는 참여하지 않는다. 3 연료전지의 발전 연료전지는 오랫동안 배터리 계열의 일원으로 여겨져 왔다. 150년 전인 1938년 과학자 빌리안 그롭(Villian Grob)이 처음으로 전해수의 '역반응'을 이용해 수소와 산소를 물과 전류로 환원시켰다. 그러나 당시 기술 수준의 한계로 인해 연료전지는 시험 생산되었지만, 산업이나 일상생활에 활용하기에는 효율성이 너무 낮고 부피도 커서 1950년대까지 과학자들은 거의 진전을 이루지 못했습니다. 연료의 화학에너지를 전기에너지의 변환효율을 향상시키기 위해 수년간 방치되었던 연료전지가 다방면으로 연구되어 마침내 미국 항공우주분야에서 성공적으로 활용되었다. 지난 20년 동안 에너지 위기와 환경보호 문제로 인해 과학자들은 연료전지 기술에 대한 연구와 개발에 박차를 가하게 되었고, 미국에서는 초기 연료전지에 대한 관심이 더욱 집중되었고 눈부신 성과를 거두었습니다. 제미니와 아폴로 우주선에 전력을 공급하기 위해 특별히 설계 및 제작되었습니다. 우주선이 우주에서 작동하기 때문에 연료 전지에 필요한 수소와 산소도 운반해야 하므로 우주선의 전용 연료 전지라고도 합니다. 수소-산소 연료전지는 수소-공기 연료전지와 동일한 원리로 작동합니다. 전자는 순수한 산소일 뿐입니다. 후자는 공기 중의 산소입니다. 우주 연료 전지에서 전기로 생성된 물은 매우 순수하며 우주 비행사가 처리하지 않고도 마실 수 있습니다. 첫째, 우주 연료 전지의 비용은 매우 높습니다. 배터리 유형 요구 사항은 매우 엄격하며 두 번째로 절대적인 안전이 보장되어야 합니다.

전지 전극의 촉매(백금)는 가격이 비싸다. 1973년 우주 연료전지의 성공적인 적용 이후 배터리의 구조 설계가 크게 진전되어 비용이 지속적으로 절감되었다. 미국 General Motors Corporation의 후원과 지원을 받아 제작되었습니다. 첨단 가스 에너지 변환 연구를 목적으로 대규모 실험에 투입된 12.5kW 연료전지는 1960년대 항공우주 기술에 연료전지를 성공적으로 적용한 결과입니다. 최근 연료전지는 잠수함의 수중 동력으로 활용되기에 급속도로 발전하고 있어 미국, 일본 등 많은 국가에서 연구에 많은 인력과 물적 자원을 투자하고 있다. 독일, 스웨덴, 프랑스 등이 이 연구에 적극적으로 참여하고 있으며, 미국은 1963년부터 수소-산소 연료전지 대잠수함 연료전지 연구를 시작했다. 전지는 메탄올이나 암모니아로 만든 수소를 사용하며 2,600시간 동안 육상 시험을 한 끝에 미국의 원자력 정책으로 인해 재래식 발전소 잠수함 건설이 중단되면서 개발도 중단됐다. - 프랑스 Aston사에서 개발한 과산화수소 연료전지는 묽은 수산화칼륨에 반응물이 용해되어 있어 배터리는 전해질의 순환을 이용하기 때문에 전해질을 운반하기 때문에 소음이 매우 크다. 히드라진과 과산화수소의 운영 비용이 높고 필요한 전기분해 열도 크다. 따라서 잠수함에 적용하기는 어려운데, 일본은 1969년부터 잠수함 연료전지 개발에 많은 돈을 투자해 왔으며, 주로 선박 내 수소 개질 시스템과 저장장치에 대한 연구를 진행해왔다. 그러나 테스트량이 너무 크고 너무 복잡하다는 기술적 이유로 인해 Sheng은 나중에 8가지 수소 생산 솔루션을 제안했지만 육지에만 머물렀습니다. 독일의 연료전지 연구는 멈추지 않고 중요한 진전을 이루었습니다. 독일 산업계는 예비 기술 설계 이후 다양한 수중 시스템을 개발하기 시작했습니다. - 잠수함 선실의 온도 합금 수소화물과 냉동실의 다량의 산소 1980년 독일 IKL사, Horhuz Shipyard, Festal 및 Siemens가 산업 그룹을 구성하고 연료 전지를 기반으로 한 하이브리드 추진 시스템을 개발하기로 결정했습니다. 이 시스템은 액체산소(-180℃)를 내압용기에 저장하고, (Fe/Ti)합금의 수소화합물에 수소가 존재하는 방식으로 현재 가장 유망한 시스템이다. 20년 전 예상했던 알카라인, 저온, 수소-산소 전지는 지금까지 연구 성과가 가장 좋은 나라는 1980년부터 실용화 제품 개발을 시작한 독일이었다. 연료전지 스택에는 6개의 배터리가 있고 각 배터리에는 70개의 배터리 쌍이 있으며 전력은 7kw입니다. 1984년에 육상 테스트를 수행하여 배터리가 안전하고 신뢰할 수 있음을 보여주었습니다. 1987년에는 Type 205 U1을 개조하는 데 사용되었습니다. 잠수함은 1988년에 출력 1OOKW, 속도 5kn로 6개월 동안 해상에서 운용된 것으로 나타났다. 연료전지에서 생성된 직류전력은 변압기를 거치지 않고 직류추진모터에 직접 공급될 수 있으며, 배터리 팩의 필요에 따라 전력원으로 그리드에 연결될 수도 있다. 잠수함의 연료전지 하이브리드 추진 장치의 성공적인 테스트로 인해 독일 해군은 1990년부터 2055년까지 12대의 새로운 U212 연료전지 잠수함을 개발하기로 결정했습니다. 현재 Type 205, Type 206 및 Type 209 J. 잠수함 수출 시장에서 스웨덴과 경쟁하려면 호주 해군이 선택할 수 있는 최신 모델 2000 수출 잠수함에 연료 전지를 설치해야 합니다.