Koncepční studie miniaturizace palivového článku pro podvodní sondu

Abstract

Hranická propast je, s předpokládanou hloubkou 1 km, nejhlubší propastí světa. Jejího dna se však ještě nepodařilo dosáhnou žádným z dostupných konvenčních prostředků. Kabelové nebo bateriové napájení malých podvodních sond však mají svá omezení. Pomoct ve splnění tohoto cíle by pak mohla pomoct integrace vodíkových palivových článků do průzkumné podvodní sondy Argo, aktuálně vyvíjené studentským týmem strojLAB na VUT v Brně. Palivové články jsou aktuálně hojně diskutovaným a perspektivním zdrojem napájení, především kvůli celosvětové snaze o snížení emisí CO2. Tato bakalářská práce se zabývá detailním srovnáním palivových článků s důrazem na možné použití v malé podvodní sondě. Taktéž byla popsána možná řešení pro skladování vodíku a kyslíku v těchto sondách. Byla provedena koncepční studie integrace vhodného palivového článku do sondy Argo, zahrnující výběr palivového článku, popis jeho komponent a výpočet množství reaktantů, potřebných pro splnění cílů mise. Byl proveden výběr skladování reaktantů a navrženy vhodné velikosti zásobníků, přičemž největší důraz byl kladen na za-chování co nejmenších rozměrů podvodní sondy. Dále byl proveden návrh vhodného uspořádání klíčových systému palivového článku v sondě tak, aby nebyla ohrožena rovnováha během mise. Tato práce přispívá k rozvoji nových technologií v oblasti podvodního průzkumu a nabízí perspektivy pro budoucí aplikace vodíkových článků.

The Hranice Abyss, with an estimated depth of 1 km, is the deepest abyss in the world. However, no conventional means have yet managed to reach its bottom. The cable or battery power of small underwater probes has its limitations. The integration of hydrogen fuel cells into the Argo underwater exploration probe, currently being developed by the strojLAB student team at the Brno University of Technology, could help achieve this goal. Fuel cells are currently a widely discussed and promising power source, primarily due to the global effort to reduce CO2 emissions. This bachelor's thesis deals with a detailed comparison of fuel cells with an emphasis on their possible use in a small underwater probe. Possible solutions for hydrogen and oxygen storage in these probes were also described. A conceptual study was conducted on the integration of a suitable fuel cell into the Argo probe, including the selection of the fuel cell, a description of its components, and the calculation of the number of reactants needed to achieve the mission objectives. The selection of reactant storage and the design of suitable tank sizes were made, with the greatest emphasis placed on maintaining the smallest possible dimensions of the underwater probe. Furthermore, a design of the appropriate arrangement of the key fuel cell systems in the probe was carried out so that the balance during the mission would not be compromised. This work contributes to the development of new technologies in the field of underwater exploration and offers prospects for future applications of hydrogen cells.