[發明專利]一種配備有能源供應系統的水下航行設備

在審

• 申請號: 202011233955.3
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112864417A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 盧卡斯·默克爾巴赫;普洛科皮烏斯·喬治帕諾斯;托爾斯滕·布林克曼;布卡德·巴舍克
• 申請（專利權）人: 亥姆霍茲中心蓋斯特哈赫特材料及海岸研究中心有限公司
• 主分類號: H01M8/04082
• 分類號: H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/1004;B63G8/00
• 代理公司: 北京攀騰專利代理事務所(普通合伙) 11374
• 代理人: 彭蓉

本發明涉及用于水下航行設備的能源供應系統，尤其是用于自主水下航行設備的能源供應系統，配備有這種能源供應系統的水下航行設備，以及運行所述水下航行設備的方法。所述用于水下航行設備的能源供應系統包括氫燃料電池，其一方面與金屬氫化物儲罐流性接觸，另一方面與能夠從水中提取溶解氧的膜組件流性接觸。通過組合上述組成部件，可以提供支持自主水下航行設備運行及其傳感器操作所需的能量，從而以有效和可持續的方式替代當前使用的電池能量系統。對于滑翔機的運行，還可以實現重量補償機構。

技術領域

本發明涉及一種配備有能源供應系統的水下航行設備，尤其涉及(i)用于自主水下航行設備及其傳感器的能源供應系統，(ii)配備有這種能源供應系統的水下航行設備，以及(iii)水下航行設備的操作方法。

背景技術

自主水下航行設備，或AUV，是一種自行推進、無人、不受束縛的水下航行設備，能夠在很少或沒有人工監管的情況下從事簡單活動。AUV通常用作調查平臺，以繪制海底圖或測量水體的物理、化學或生物特性。現有各種不同的AUV，包括從重量幾十公斤到重量幾千公斤的設備。參見J.G.Bellingham,“Platforms:Autonomous Underwater Vehicles”inEncyclopedia of Ocean Sciences,2^nd Ed.2009,pages 473-484。

AUV技術正處于快速增長和多樣化擴展的階段。目前，全球有50多家公司或機構為各種目的使用AUV。例如，海上天然氣和石油工業將它們用于地質災害調查和管道檢查。此外，AUV被用于深海勘探。這些無人、無束縛的航行設備被預先編程和設置，可在海上漂流、行駛或滑行，而無需實時人工干預。所有動力均由AUV內的能源供應系統提供。這些設備可以依賴其內部能源供應系統執行許多小時或天的任務。參見S.E.Humphries,“Vehiclesfor Deep Sea Exploration”in Encyclo-pedia of Ocean Sciences,2^nd Ed.2009,pages255-266。

自主水下航行設備對于水體研究來說是必要的，以更好地了解海洋的環流及其對氣候的影響。盡管衛星提供了海面條件的全球覆蓋范圍，但AUV可能是能夠從海洋深處連續不斷獲取數據的唯一方法。配備可測量溫度、鹽度、當前速度和浮游植物豐度的海洋傳感器，AUV通過下沉到預先設定的深度，然后上升到水面并通過衛星將其數據傳輸回海岸上的數據服務器從而提供對水體的描述。

滑翔機已成為具有最高耐用性和最長操作范圍的AUV，其能夠以相對較低的成本對海洋內部進行采樣，因為在全球遠程控制下，他們可以在一年的大部分時間內獨立于船舶進行操作，并實時報告收集的觀測結果。它們非常適合用于對海洋特性進行密集、定期和持續的觀測，且易于通過電子手段進行測量。

AUV及其傳感器幾乎總是由電池提供能源，參閱A.M.Bradley et al.“Power Sys-tems for Autonomous Underwater Vehicles”in IEEE Journal of OceanicEngineering,Vol.26,2001,pages 526-538。最高的功率密度的獲得可利用鋰原電池，但其不可充電，不環保且操作昂貴。然而，它們迄今仍被使用，因為高效且可靠。可充電電池系統，作為鋰原電池的替代品，消除了某些不利因素，但功率密度明顯較低。此外，有關鋰電池的安全性問題日益受到關注，如果鋰電池的制備不符合運輸法規(例如IATA運輸法規)的規定，就會受到運輸法規的限制。

由于氧和氫的儲存問題導致在重量和體積方面的不利因素，燃料電池至今尚未被廣泛用于AUV。一旦上述問題得到解決，燃料電池用于水下航行設備，尤其是諸如例如滑翔機的自主滑行水下航行設備的能源供應系統，有望成為環保、可持續的電池能源供應系統替代品。對于燃料電池，實際上沒有法律運輸限制。

發明內容