贺斯特林发动机成功上艇,讨论一下aip动力

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 04:41:19
请大大发帖讨论一下世界成熟的aip动力
先发一个燃料电池的
燃料电池是一种电化学的发电装置。它不同于常规意义上的电池。
其主要原理是:燃料电池等温地按电化学方式直接将化学能转化为电能。它不经过热机过程,因此不受卡诺循环的限制,能量转化效率高(40-60%);几乎不产生NOx和SOx的排放。而且,CO2的排放量也比常规发电厂减少40%以上。正是由于这些突出的优越性,燃料电池技术的研究和开发倍受各国政府与大公司的重视,被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术
它工作时氧化剂和还原剂可以不断从外界输入,同时将电极反应产物不断排出电池,把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能,具有能量转化率高,可持续使用的优点

氢氧燃料电池:
负:H2 - 2e- = 2H+
正:O2 +4H+ + 4e- = 2H2O
全反应:2H2 + O2 = 2H2O

直接甲醇燃料电池(DMFC)反应式:
负: CH3OH + H2O - 6e- = CO2 + 6H+
正: 3/2O2 + 6H+ + 6e = 3 H2O
全反应: CH3OH + 3/2O2 = CO2 + 2 H2O

铝-空气-水
负:4Al - 12e- = 4Al3+
正:3O2 + 6H2O + 12e- = 12OH-
全反应:4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3
在当今潜用AIP混合动力中,212A和214上的西门子PEM燃料电池系统,在综合性能上是最优秀的。西门子的PEM电池模块,通过氢气与氧气在质子交换膜的两极上产生化学反应生成电流。与MESMA(闭式循环汽轮机)、SE-AIP(斯特林热气机),CCD-AIP(闭式循环柴油机)相比,FC-AIP的能量转换是化学能直接转换到电能,不需要卡诺热机循环过程。在能量转换过程中没有机械运动,也没有燃料在汽缸中的燃烧和爆炸。因此,PEM类的FC-AIP能量转换效率高,工作时的噪声很小,生成的废气排放物也很少。请大大发帖讨论一下世界成熟的aip动力
先发一个燃料电池的
燃料电池是一种电化学的发电装置。它不同于常规意义上的电池。
其主要原理是:燃料电池等温地按电化学方式直接将化学能转化为电能。它不经过热机过程,因此不受卡诺循环的限制,能量转化效率高(40-60%);几乎不产生NOx和SOx的排放。而且,CO2的排放量也比常规发电厂减少40%以上。正是由于这些突出的优越性,燃料电池技术的研究和开发倍受各国政府与大公司的重视,被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电技术
它工作时氧化剂和还原剂可以不断从外界输入,同时将电极反应产物不断排出电池,把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能,具有能量转化率高,可持续使用的优点

氢氧燃料电池:
负:H2 - 2e- = 2H+
正:O2 +4H+ + 4e- = 2H2O
全反应:2H2 + O2 = 2H2O

直接甲醇燃料电池(DMFC)反应式:
负: CH3OH + H2O - 6e- = CO2 + 6H+
正: 3/2O2 + 6H+ + 6e = 3 H2O
全反应: CH3OH + 3/2O2 = CO2 + 2 H2O

铝-空气-水
负:4Al - 12e- = 4Al3+
正:3O2 + 6H2O + 12e- = 12OH-
全反应:4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3
在当今潜用AIP混合动力中,212A和214上的西门子PEM燃料电池系统,在综合性能上是最优秀的。西门子的PEM电池模块,通过氢气与氧气在质子交换膜的两极上产生化学反应生成电流。与MESMA(闭式循环汽轮机)、SE-AIP(斯特林热气机),CCD-AIP(闭式循环柴油机)相比,FC-AIP的能量转换是化学能直接转换到电能,不需要卡诺热机循环过程。在能量转换过程中没有机械运动,也没有燃料在汽缸中的燃烧和爆炸。因此,PEM类的FC-AIP能量转换效率高,工作时的噪声很小,生成的废气排放物也很少。
我晕~
小马老大的博客都不看
抛一块砖吗,公式是抄书的,希望大家能好好的讨论一下aip动力啊,小马的博客看了,只有燃料电池和斯特林的,其余都没有,希望大家能对所有aip动力都介绍一下啊,普及一下知识吗
打酱油路过!
我来发一个燃料电池介绍,转自小马
PEMFC的基本工作原理如上图,具体反映过程为:

  1、氢气通过管道或导气板到达阳极;
  2、在阳极催化剂的作用下,1个氢分子分解为2个氢质子,并释放出2个电子,阳极反应为:H2→2H++2e。
  3、在电池的另一端,氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极,在阴极催化剂的作用下,氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水,阴极反应为:1/2O2+2H++2e→H2O
总的化学反应为:H2+1/2O2=H2O
   最终,电子在外电路形成直流电。只要源源不断地向燃料电池阳极和阴极供给氢气和氧气,就可以向外电路的负载连续地输出电能。
   德国西门子公司在1993年研制成功质子交换膜燃料电池模块,此后与HDW公司合作完成了整个燃料电池AIP动力系统,并在212A型与214型上装艇实用。整个AIP动力系统由BMZ系列燃料电池模块、液氧储存罐、HDW公司生产的金属氢化物圆筒、控制系统与辅助系统等组成。通过金属氢化物圆筒中储存的氢和液氧储存罐中的氧,分别在质子交换膜的两极上产生化学反应,即可生产电流与副产品水。电流通过电池模块输出可以满足潜艇动力与生活用电所需,水则可以储存起来作为系统备用水。
好像还有个质子膜啥的燃料电池....
TG选择斯特林大大出乎俺滴意料,一直以为会上燃料电池的
网上有好多斯特林发动机的原理视频阿
长兴上空的鹰 发表于 2009-10-24 11:11
同感.全电驱动就是好.
{:3_84:}氢燃料电池自然是性能最好的,但是缺点同样大

1 氢气是及其危险的易燃易爆气体,平时的存储和运输就相当危险,在密闭的潜艇内部 如果稍有泄露就成大凤第二了

2 氢气的储存和补给都很困难,  

3 德国改装了几辆 奔驰 bus 燃料电池车, 使用下来 质子交换膜的 寿命很不乐观
不是说中国的某些电池技术很牛么,比亚迪啥的在汽车电池上有多强?这个对咱们的潜艇有好处么?
燃料电池用到潜艇中,隐蔽着好多比较恼人的缺陷。
看了小马老大的贴,212和214的燃料电池具有严重的问题,那么俄罗斯的“拉达”级的燃料电池解决了吗,是怎么解决的,可以介绍一下MESMA(闭式循环汽轮机)、CCD-AIP(闭式循环柴油机)工作原理吗
这些公式原理高中时能看懂,现在嘛
bingyu5585 发表于 2009-10-24 15:41 [/quote
是啊是啊,好像是法国的天蝎座级的那个....
我记得燃料电池成本很高,因为电极必须用白金~~??

斯特林发动机好像一直功率太低,推潜艇只能“散步”....
外热机比内燃机热效率低,弄大功率困难.
燃料电池寿命是个问题,换电池也不大容易.
这两个玩意第一个技术成熟些.第二个技术还有些问题.

不是说中国的某些电池技术很牛么,比亚迪啥的在汽车电池上有多强?这个对咱们的潜艇有好处么?
chenhj85225 发表于 2009-10-24 12:37

铅酸电池吧,可以拿来当备用电源.寿命好象没锂的长.
不是说中国的某些电池技术很牛么,比亚迪啥的在汽车电池上有多强?这个对咱们的潜艇有好处么?
chenhj85225 发表于 2009-10-24 12:37

铅酸电池吧,可以拿来当备用电源.寿命好象没锂的长.
TG之所以选择斯特林而不是AIP,不仅仅是技术问题,还有其他因素,
1。氢气的安全性
2.斯特林的燃料通用性
核动力小型化估计是最理想的AIP了。。。
闭式循环蒸汽轮机,蒸汽轮机与普通的是一样的,不同的是燃烧加热系统。闭式循环系统不是用普通的锅炉,而是使用自带氧化剂的燃烧换热装置,但其作用同样是将燃料和氧化剂的化学能通过燃烧变成热能,再通过换热器给给水系统。
闭式循环柴油机,与普通柴油机最大的不同是采用惰性循环的气体做工质的一部分,通过加入燃料和氧化剂燃烧加热,完成柴油机的工作循环。惰性气体一般采用氩气,气缸排气除了循环的氩气之外,主要就是水蒸气和二氧化碳,后二者经过专门流程去除后,氩气回到循环始点。

闭式循环蒸汽轮机适用于大型、航程较远的潜艇,其技术难度小,但效率低。闭式循环柴油机技术难度稍高,但也远小于斯特林和燃料电池,当然了其效率也小于后二者。
其实这东西一搜一大把。
闭式循环柴油机系统
     闭式循环柴油机(CCD/AIP)除了进、排气系统与普通柴油机不同外,其工作原理与目前常规动力潜艇所使用的普通柴油机是一样的。其工作原理是:用潜艇自带的氧气代替空气中的氧,将废气中的二氧化碳经过冷却和吸收后排到艇外,部分二氧化碳作为工质参加循环工作;同时用氢气取代空气中的氮气,改善循环气体的燃烧质量。其具体工作流程是:将氧气和氢气按一定比例混合成相当于空气成分的气体输入到柴油机的气缸中,然后柴油与氧气发生燃烧反应,产生的热能推动活塞运动进而带动曲轴运转,产生机械能。燃烧后的废气从柴油机排出,温度大约在350-400℃ 之间,主要成分是二氧化碳、水蒸气、氩气和部分氧气。这些废气经过喷淋冷却器被冷却到100℃左右,其中的水蒸气被冷却成水,剩余废气进入一个吸收器。二氧化碳与吸收器喷淋的海水混合并被吸收,由海水管理系统排出艇外。这套系统与柴油机的工作深度、潜艇下潜深度均无关系。部分经过处理的废气补充氧气和氢气后,再进入柴油机参加循环工作,整个过程均使柴油机在闭式循环的工况下工作,可由一台中央计算机控制并管理。

      技术实现的难点和重点 其一,是将废气中的水蒸气和二氧化碳排出是实现闭式循环的关键所在。其中水蒸气可以通过冷却成水加以解决,但是二氧化碳的吸收排除却是难中之难,主要方法是碱溶液吸收法、再生吸收剂吸收法和海水溶解法,其中最好的应是海水溶解法,原料取之不竭,用之方便,实现难度较小。其二,是使柴油机在使用循环气体的情况下能保证足够的燃烧质量,产生足够大的功率。虽然循环气体中的二氧化碳经过吸收排除,但是整个循环气体中二氧化碳的浓度依然很高,势必影响柴油机的效率,因此通过加入少量氩气来克服。
  主要的技术优点 柴油机技术成熟,性能比较可靠,寿命长,目前此AIP系统所用柴油机可以是标准的潜艇用柴油机,制造和装配技术非常成熟,工作寿命要比其他AIP系统的主机时间长;燃料可以通用,此 AIP 系统所用柴油与普通常规潜艇所用的一样,可广泛采购,不存在后勤供应问题;随时可以在闭式循环和开式循环两种工况下进行自由转换,因为该系统所用柴油机与普通柴油机一样,所以可以进行自由转换,增加潜艇使用的灵活性;由于可以使用大量成熟技术,且水上、水下均可使用,耗油率较低,维修费用相对较低,因此是AIP系统中最经济的一种形式;工作不受潜艇下潜深度影响。
  存在的缺点和不足 工作效率低、氧气消耗量大、排出的热量多,按13000海里的续航能力计算,一艘209型潜艇采用燃料电池仅需携带15吨左右的液氧,而采用闭式循环柴油机、则需30吨左右的液氧;产生的噪声大,闭式循环柴油机采用的是普通柴油机,系统的运动部件较多,工作过程中机械运动产生的噪声较大,虽然可以采取降噪技术将噪声降低到安静航行时的水平,但是总体上比采用燃料电池噪声要大;系统输出功率受到限制,因为受到潜艇的噪声控制指标的限制,一般要求每台普通柴油机的输出功率≤500千瓦,因此闭式循环柴油机的输出功率很难再增加。

目前德国、荷兰、意大利和英国都在积极开发研制此类AIP系统。1993年,德国在退役的205级潜艇U-1号上成功试验了250千瓦的闭式循环柴油机系统,并将眼光投向大量出口国外的209型潜艇的改装上,拟用一个附加耐压舱段来安装AIP系统,以插入方式加到209潜艇中,这样可使潜艇水下最高航速不变,水下续航时间增加4-5倍,水下4.5节航速可连续航行386小时,续航力接近1800海里。荷兰和意大利也先后成功试验了闭式循环柴油机系统,准备用于对现役潜艇进行改装或用于新建的常规动力潜艇。
闭式循环汽轮机系统
闭式循环汽轮机系统(MESMA/IP)系统主要由4个分系统构成:液氧储存罐、燃料储存罐及一、二回路系统。其中燃料通常选择乙醇,存放在储存罐中的橡胶袋中;一回路系统包括高压燃烧室、热交换机、冷凝器;二回路系统包括蒸汽发生器、蒸汽轮机、冷凝器。具体工作原理及过程:将储存在绝热罐中的低温液氧送到加热器中加温呈气态,乙醇和气态氧在高压燃烧室里燃烧,燃气通过蒸汽发生器后大部分被冷却,这些经冷却的燃气重新回到燃烧室,用于冷却烟道壁,调节燃烧壁壁温,使其保持在1000℃以下,同时稀释乙醇/氧气的混合气体,使其燃烧温度保持在700℃的最佳状态。一小部分未经冷却的燃气有些直接排出艇外,有些以液态方式储存在艇内。水在蒸汽发生器吸收燃气热量后变成高温高压蒸汽,温度达500℃ ,压力大约为18公斤/厘米2,这些蒸汽推动蒸汽轮机做功,驱动交流发电机和整流机组产生直流电,为推进系统提供能量。水蒸汽冷凝成水后,返回蒸汽发生器,完成循环过程。
技术实现的难点和重点 主要在于此系统的液氧采用的是高压储存(60公斤/厘米2)或者低温低压储存(﹣185℃,2-10公斤/厘米2) ,无论液氧储存罐置于何处,必须要经得起5g的冲击。因此液氧储存罐应安装在低频率的弹性基座上,基座固有频率应小于5赫兹。

主要技术优点 功率大,可满足潜艇水下航行需要,法国在为巴基斯坦建造的“阿戈斯塔”90B级潜艇上所安装的 MESMA/AIP系统的功率为200千瓦;燃烧产物的排放非常隐蔽,由于燃烧时的压力较大,燃烧产物的压力也较大,不需要使用其他机械系统加压就能自动排出艇外,相应也就减少了潜艇的自噪声;另外使用气泡分裂系统使排出的二氧化碳气泡减小,提高废气的海水溶解度,如果情况危急,可将燃烧产物进行冷凝储存在艇内,此举将大大提高潜艇的隐蔽性。
  缺点和不足 整个系统非常庞大,辅助机械设备较多,此AIP系统主要部件有燃烧室、蒸汽发生器、二氧化碳冷凝器、蒸汽冷凝器、涡轮交流发电机、各类泵,所以系统安装布置比较困难,需较大舱室空间,这直接影响此AIP系统的实用性;热效率低、经济性较差,此AIP系统的氧消耗量比闭式循环柴油机(CCD/AIP)系统要高15%左右,同时在相同水下续航力的条件下,乙醇所占容积要比CCD/AIP系统多一倍,而且所有系统部件都需要特殊的设计,投资较大,经济性差。

目前法国是在MESMA/AIP系统上取得进展最大的国家。1988年以来,法国就使用400千瓦燃烧室平台进行该系统的试验,并且取得较大进展,已进入实用阶段。1994年,巴基斯坦从法国舰艇建造局订购了3艘“阿戈斯塔”90B级潜艇,这三艘潜艇将安装法国自主研制的MESMA/AIP系统,这将大大提高巴基斯坦的水下作战能力。除此之外,德国MTU公司也在加大对MESMA/AIP系统的研究力度,其使用的燃料将是柴油,功率也会增大到700千瓦,一旦研制成功,将会大大提高MESMA/AIP系统在国际市场上的竞争能力。


怕怕~~~~~~~~

俺可从来没有说西门子的PEM-FC-AIP有什么问题压,相反那东西性能相当可以,包括HDW和奔驰的的铁钛合金贮存技术也是相当的优秀。俺强调的是,212.214上把贮氢的铁钛合金桶和附属系统外置到耐压艇体外,带来的后勤维护难,后勤压力大,后勤维护时间长,影响212.214AIP动力持续作战能力,以及远洋作战能力差的问题。俺质疑的是HDW在对待212.214上氢源贮存布置形式的设计隐患~~~

各位大锅,以后不能给俺乱带帽子呀,俺要被拍砖的。怕怕~:L

怕怕~~~~~~~~

俺可从来没有说西门子的PEM-FC-AIP有什么问题压,相反那东西性能相当可以,包括HDW和奔驰的的铁钛合金贮存技术也是相当的优秀。俺强调的是,212.214上把贮氢的铁钛合金桶和附属系统外置到耐压艇体外,带来的后勤维护难,后勤压力大,后勤维护时间长,影响212.214AIP动力持续作战能力,以及远洋作战能力差的问题。俺质疑的是HDW在对待212.214上氢源贮存布置形式的设计隐患~~~

各位大锅,以后不能给俺乱带帽子呀,俺要被拍砖的。怕怕~:L
无法无天2008 发表于 2009-10-24 12:29
缺点说白了是由氢气带来的,改用醇类可以避免,只是含碳燃料产物处理麻烦些,不知可行不可行。
缺点说白了是由氢气带来的,改用醇类可以避免,只是含碳燃料产物处理麻烦些,不知可行不可行。

那样能量密度就下降不少,没有优势了, 成品早就商业化了, 松下的 家用 热电联共燃料电池组 都卖了3年多了
膜不行啊膜不行
长兴上空的鹰 发表于 2009-10-24 11:11

胡sir刚刚到东岳深入考察了,问的很详细,看来胡sir对这事很上心啊!我觉得这几年这么大的扶持力度,凭那个大牛应该出成果了。
柔情如梦 发表于 2009-10-25 00:47

世界前三名就不错了。:L
[:a2:]不管某些人怎么忽悠,反正日本下一代苍龙级潜艇是要上氢氧燃料电池的。。。。
进来围观下
继续围观
支持核动力小型化
觉的还不如在核反应堆小型化上下工夫。
围观,学习。顺便打酱油{:3_84:}