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1、第36卷第1期舰船科学技术Vol.36,No.12014年1月SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYJan.,2014潜用燃料电池氢泄漏分析及检测技术112张伟,刘义军,张涛(1.中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064;2.中国人民解放军63878部队,陕西渭南714000)摘要:根据潜用燃料电池需要在舱内使用和存储氢气的实际情况,利用喷管理论建立氢气在密闭空间内的泄漏和扩散计算方法,并给出计算实例;并提出一种基于无线信号衰减特性(RSSI)的氢泄漏点经验定位算法。研究成果可用于燃料电池上艇使用时的安全性分析以及
2、快速确定氢气泄漏点的位置。关键词:燃料电池;氢气;泄漏;定位中图分类号:TK91文献标识码:A文章编号:1672-7649(2014)01-0095-05doi:10．3404/j．issn．1672-7649．2014．01．019Researchonhydrogenleakage’sanalysisandinspecttechniqueofsubmarinefuelcellAIP112ZHANGWei,LIUYi-jun,ZHANGTao(1.ChinaShipDevelopmentandDesignCenter,Wuha
3、n430064,China;2.No.63878UnitofPLA,Weinan714000,China)Abstract:Accordingtothefactthatsubmarinefuelcellneedtouseandconservehydrogenincabin,thepaperestablishtheanalyseandcalculatemethodsofhydrogenleakageanddiffuseinanairtightroominuseofnozzlestheory,thengiveacalculatin
4、gexample.FinallygiveanarithmeticbasedonRSSI.Researchresultscanbeusedinsafetyanalysisofsubmarinefuelcellandquicklylocatethepositionofhydrogenleakagepoint.Keywords:fuelcell;hydrogen;leakage;position力的AIP系统主要是燃料电池AIP(FC/AIP)系统和0引言斯特林发动机AIP(SE/AIP)系统。但与SE/AIP相不依赖空气推进系统(
5、AIP)是指潜艇在水下不比,FC/AIP系统的优势更明显,发展潜力更大。常依赖外界的空气也能提供推进动力和其他动力的能规潜艇采用燃料电池AIP系统后,向海水辐射的热能源系统。常规潜艇的AIP系统主要利用自身携带的及红外特征变小,系统基本不向艇外排放废物,尾流氧气(通常为液氧),为热机或电化学发电装置提供特征极小,声特征远低于常规柴电动力或热气机动燃烧条件,完成能量转换,提供水下航行所需的推力,能安静运行,具有优异的“隐身”作战能力。进动力。国内外多年的探索和实践证明,AIP系统鉴于此,燃料电池AIP潜艇将成为继传统的柴油机潜能
6、行之有效地提高常规潜艇的作战范围、潜航时间艇之后的新型常规潜艇。和隐蔽性,引领着新一代常规潜艇的发展方向。由于燃料电池系统使用氢作为燃料,而氢是穿国外常规潜艇的AIP系统主要分为热机系统和电透性极强的气体,特别容易泄漏。在生产、储存、[9]化学系统两类。其中热机系统主要包括闭式循环柴油运输、使用全过程中,泄漏可达10%~20%。此机(CCD/AIP)、斯特林发动机(SE/AIP)、闭式循外,由于氢/空气混合物燃烧体积比范围大,着火能环汽轮机(MESMA/AIP);电化学系统主要是燃料电量低,容易爆炸等,故而在常规潜艇密闭狭小空
7、间池AIP系统(FC/AIP)。目前国外技术较为成熟、已内装备燃料电池,必须对氢的泄漏进行分析和在线进入实用阶段,且能够大幅提高常规潜艇水下作战能监测。收稿日期:2013-04-11;修回日期:2013-05-09作者简介:张伟(1977-),男,硕士,工程师,研究方向为舰船动力装置。·96·舰船科学技术第36卷2)氢对金属性能的破坏电脑储氢容器和管路长期处于高压氢气环境下,会液氧罐因氢脆现象导致结构材料的性能破坏而发生滞后断废热燃料电池控制板裂。目前氢气导致金属性能破坏主要有氢脆、氢腐燃料电池模块蚀、形成氢化物、白点、氢泡、
8、显微穿孔等。反应水储罐[2]氢对金属性能的破坏机理,主要是氢以分子储氢罐形式先进入金属表面(物理吸附),再以原子形式[6]图1潜用燃料电池系统组成进入外表面(化学吸附),然后迁移至内表面(溶Fig．1CompositionofsubmarinefuelcellAIP解过程),
