常规潜艇在水下航行时都采用电力推进，由于受蓄电池贮能的限制，在水下续航力都比较小，用经济航速(2-4节)续航时间只有3天，续航力也不过300海里。因此在蓄电池电力消耗到一定程度时，潜艇必须上浮至海面，在通气管状态下使用柴油机为蓄电池充电，这样很容易被对方雷达侦察到，同时柴油机为蓄电池充电时所产生的噪声也极易被对方水声器材探测到，因而大大增加了常规动力潜艇的暴露率，使其生存能力受到严重的威胁。
燃料电池潜艇的出现很好地解决了常规潜艇水下续航时间短的问题，也是目前国际上最先进的AIP（推进系统不依赖空气的动力装置）技术之一。潜艇采用了燃料电池技术后，水下续航时间增加了数倍，达到15至20天，如德国212A级燃料电池潜艇具有4.5节航速15~17天的潜航时间；而俄罗斯“阿穆尔-1650”级燃料电池潜艇具有3.5节航速20天的潜航时间。同时，燃料电池工作时几乎没什么噪音，而且工作温度也很低，不易被对方的声纳及红外探测系统发现。
针对采用燃料电池技术的常规动力潜艇，我们使用了Dialog国际联机检索系统中的德温特世界专利索引数据库（file 351）对该技术从专利文献中进行了挖掘。检索策略为：fuel()cell? ? and submarine?，通过检索我们得到61条燃料电池潜艇相关的基本专利，这些专利涉及供氢、供氧、电池堆、变流器、压力容器、控制系统、燃料电池相关控制系统、气体泄漏检测等技术。本文对其中与燃料电池供氢技术密切相关的专利进行分析。
一、供氢技术
相关专利检索中发现，燃料电池潜艇供氢技术主要包括了金属氢化物存储氢气、碳氢化合物重整获得氢气、氢气补给设备、燃料纯化、氢气的存储容器、供氧技术、燃料电池压力容器等相关专利：
1、金属氢化物存储及供应氢气
这种物质能够大量吸收、保存并分解氢气燃料，每个储存单元有几组金属氢化物组成，它所容纳的氢气燃料要比低温压力容器内的液体氢多许多，在封闭的燃烧室内使用非常方便。目前，金属氢化物越来越多地用于氢气的合金存储器，不仅容量大，而且生态安全性较高，非常利于环保。这种技术已在国际上最先进的燃料电池潜艇—德国212A级U31燃料电池潜艇中得到应用。相关专利有：
专利1：EP 1454826 A1
标题：水下潜艇驱动系统，采用氢、氧为燃料的燃料电池作为动力，反应产生的废水用来加热金属氢化物，从而释放氢气
专利权人：HOWALDTSWERKE DEUT WERFT AG (DEWE ); HOWALDTSWERKE DEUT WERFT GMBH (DEWE )
发明人：BENTHIEN U; POMMER H; SATTLER G
专利族信息：
专利号 类别 日期 申请号 类别 日期 周
EP 1454826 A1 20040908 EP 20043366 A 20040216 200464 B
DE 10309978 A1 20040916 DE 10309978 A 20030307 200464
KR 2004078890 A 20040913 KR 200414647 A 20040304 200506
DE 202004020537 U1 20050915 DE 202004020537 U 20040216 200560
EP 20043366 A 20040216
优先权申请：DE 10309978 A 20030307
新颖性：这种燃料电池堆（2）产生的电力可以用来驱动螺旋桨推进潜艇。氢（H2）和氧（O2）储存在各自的贮藏罐中，用作燃料电池的能源供应。氢可以以金属氢化物（4）的形式储存，而燃料电池工作散发的余热可以对金属氢化物加热从而释放氢气。
用途：潜艇水下推进系统
先进性：燃料电池堆散发的余热可用来从金属氢化物容器中释放氢气，从而无需核动力就可以实现高效的水下推进。
国际专利分类号（主分类号）：B63G-008/00; B63G-008/08
专利2：JP 2002187595 A
标题：用于机器驱动的氢发生器，包括金属氢化物和液态的氢促进剂
专利权人：MITSUBISHI JUKOGYO KK (MITO )
专利族信息：
专利号 类别 日期 申请号 类别 日期 周
JP 2002187595 A 20020702 JP 2000387363 A 20001220 200275 B
优先权申请：JP 2000387363 A 20001220
新颖性：氢发生器内，金属氢化物与液态氢促进剂接触产生氢气，可用于燃料电池。金属氢化物和/或促进剂是液态的，存储在机器（如潜艇、船）内部。机器外部的水压保持平衡。
用途：用于为燃料电池制备氢气，来驱动轮船和潜艇。
先进性：氢发生器较为安全、轻量，制备氢气比较容易。
国际专利分类号（主分类号）：B63G-008/08
2、碳氢化合物重整获得氢气
碳氢化合物重整反应为吸热反应，热量来源主要从放热反应中获得热量，提供给重整反应。放热反应形式有：使用过氧化氢制备氧气过程中释放热量；氢分离后燃烧残余气体释放热量等。
专利3：WO 200125140 A1
标题：用于潜艇的电化学燃料电池发电系统，在其燃料处理子系统中包含了一个自动热量重整器
专利权人：BALLARD POWER SYSTEMS INC (BALL-N)
发明人：CLAUSI J; COWNDEN R; LOUIE C; SEDERQUIST R; WATKINS D S
专利族信息：
专利号 类别 日期 申请号 类别 日期 周
WO 200125140 A1 20010412 WO 2000CA1145 A 20001005 200131 B
AU 200077651 A 20010510 AU 200077651 A 20001005 200143
EP 1144301 A1 20011017 EP 2000967454 A 20001005 200169
WO 2000CA1145 A 20001005
优先权申请：US 2000679904 A 20001005; US 99157731 P 19991005
新颖性：一种燃料电池发电系统，包括了：a、一个包含一自热重整器的燃料处理子系统，用来将燃料含氢的燃料流转换到重整流；b、一个氢气分离器位于燃料处理子系统下游并与其连接，用于收集重整流。分离器内的膜可以将重整流分离为富氢流和残余流；c、一个燃料电池堆包含了至少一个燃料电池，与氧化剂流和经氢分离器出来的富氢流连接；d、一个燃烧器，可以将残余燃料流燃烧掉，燃烧器输出流内含有二氧化碳和氧；e、一个二氧化碳过滤器，可以从燃烧器输出流中过滤掉一部分二氧化碳，回收部分氧气，并将含氧流提供给燃烧器。
用途：用于潜艇的稳定的电力供应，也可用于船舶、火车及工业用重载车辆。
先进性：该系统可以通过简单的操作，高效地将柴油转换为富氢重整流。其自热重整联合了催化、部分氧化和重整，系统使用燃烧反应产生的热量来驱动吸热的重整反应。在自热重整器中，高操作温度使燃料中的硫转化为H2S，由于H2S在催化剂中不占重要位置，因此允许在重整产物中将其去除。这样，可以简化燃料处理系统。与采用蒸汽重整器相比，该系统由于使用燃烧反应为催化剂床提供的热量，具有启动时间短的特点。当该系统用于不依赖空气推进系统（AIP）时，使用艇载氧气可以令系统更为高效。
国际专利分类号（主分类号）：C01B-003/38
专利4：WO 9402409 A
标题：一种用于燃料电池潜艇的，在密闭环境中氢的制备 — 通过燃料重整和使用膜的方法分离氢
专利权人：CDSS LTD (CDSS-N)
发明人：FOX T H
专利族信息：
专利号 类别 日期 申请号 类别 日期 周
WO 9402409 A1 19940203 WO 93GB1531 A 19930721 199406 B
AU 9345801 A 19940214 AU 9345801 A 19930721 199425
WO 93GB1531 A 19930721
优先权申请：GB 9215886 A 19920725
新颖性：氢在一个密闭的环境中通过重整碳氢化合物的方法制备，制备过程中需要加热碳氢化合物以及一些水，产品为包括氢气在内的气体。从气体中将大部分氢气分离出来，并将分离后的残余物中剩余的氢燃烧掉。从燃烧的废弃物中去除二氧化碳，并可以选择将废弃物从密闭环境中排出，或循环利用废弃物，将其燃烧释放出来的热量对碳氢化合物燃料进行加热。分离出的氢气提供给燃料电池，为潜艇供电。
用途：为潜艇的发动机提供电力
国际专利分类号（主分类号）：C01B-003/38
专利5：GB 2250130 A
标题：一种可以用于潜艇的使用燃料电池的发电系统，有一用于控制燃料和氧化剂质量、数量、压力、温度及湿度的电子控制系统
专利权人：CJBD LTD (CJBD-N); VICKERS SHIPBUILDING & ENG (VICS ); WELLMAN CJB LTD (WELL-N)
发明人：DAMS R A J; PALMER I; SEYMOUR C M; DAMS R A
专利族信息：
专利号 类别 日期 申请号 类别 日期 周
GB 2250130 A 19920527 GB 9124891 A 19911122 199222 B
WO 9210009 A2 19920611 WO 91GB2066 A 19911122 199226
AU 9189109 A 19920625 AU 9189109 A 19911122 199239
WO 91GB2066 A 19911122
SE 9301665 A 19930603 WO 91GB2066 A 19911122 199329
SE 931665 A 19930514
EP 559816 A1 19930915 WO 91GB2066 A 19911122 199337
EP 92902597 A 19911122
DE 4193026 T 19931007 DE 4193026 A 19911122 199341
WO 91GB2066 A 19911122
NL 9120025 A 19931001 NL 9120025 A 19911122 199343
WO 91GB2066 A 19911122
JP 6503201 W 19940407 WO 91GB2066 A 19911122 199419
JP 92500448 A 19911122
AU 651150 B 19940714 AU 9189109 A 19911122 199432
GB 2250130 B 19950222 GB 9124891 A 19911122 199511
WO 9210009 A3 19920709 WO 91GB2066 A 19911122 199511
US 5401589 A 19950328 WO 91GB2066 A 19911122 199518
US 9364120 A 19930723
EP 559816 B1 19970528 WO 91GB2066 A 19911122 199726
EP 92902597 A 19911122
DE 69126321 E 19970703 DE 626321 A 19911122 199732
WO 91GB2066 A 19911122
EP 92902597 A 19911122
CA 2096724 C 19990105 CA 2096724 A 19911122 199912
JP 3333877 B2 20021015 WO 91GB2066 A 19911122 200275
JP 92500448 A 19911122
优先权申请：GB 9025539 A 19901123; GB 9025538 A
文摘：该系统作为一个整体，其加热和冷却的需求尽可能保持平衡。一个电子集成控制系统，用于控制燃料/氧化剂的质量、数量、压力、温度及湿度。其中一种物质的处理涉及重整反应，例如使用甲醇制备氢气的反应，用来供给燃料电池。
该重整器包括一个重整室和一个过氧化氢的分解室，两室共用一墙，从而使分解反应产生的热量可以为重整反应提供热量。墙上有鳞状物，可以吸收热量。一个电池可以通过一个开关与燃料电池并行连接，既能够加强燃料电池的电力供应，也能由燃料电池为其充电，此外还可以独立供电，或在系统启动时供电。
用途：用于工业及运输用途的能源。减少噪音和排放物。
先进性：制造高效低污染的能源
专利6：GB 2242562 A
标题：潜艇发电设备，包括氢-氧燃料电池，燃料电池使用过氧化氢和含氢化合物为其提供气源
专利权人：VICKERS SHIPBUILDING & ENG (VICS ); VICKERS SHIPBLDG EN (VICS )
发明人：ADAMS V W; CATCHPOLE J P; SEYMOUR C M; WRIGHT B J
专利族信息：
专利号 类别 日期 申请号 类别 日期 周
GB 2242562 A 19911002 GB 853589 A 19850212 199140 B
NL 8515001 A 19911101 199147
DE 3537526 A 19920123 DE 3537526 A 19850228 199205
FR 2664746 A 19920117 FR 8515411 A 19851016 199213
GB 2242562 B 19920325 GB 853589 A 19850212 199213
DE 3537527 A 19920604 DE 3537527 A 19850228 199224
US 5141823 A 19920825 US 85734705 A 19850304 199237
CA 1311264 C 19921208 CA 476159 A 19850311 199303
DE 3537527 C2 19961002 DE 3537527 A 19850228 199644
优先权申请：GB 845754 A 19840305; GB 853589 A 19850212; GB 853592 A 19850212
新颖性：发电设备包括H2/O2燃料电池；一种液体化合物提供H2；一个重整器可以从液体化合物中释放氢气；一个分解器，可以从H2O2中释放出氧气；一个为重整器供热的装置；以及为燃料电池供应H2、O2气体的装置。
用途/先进性：用于潜艇。系统提供最适宜的重量、空间，以及效率。
国际专利分类号（主分类号）：H01M-008/06; H01M-008/18; H01M-008/22
专利7：WO 200595204 A1
标题：小型燃料电池潜艇的氢气制备单元
专利权人：YUASA CORP (YUAS )
发明人：ASHIDA K; MOTOI M; OKUYAMA R; YAMAMOTO Y
专利族信息：
专利号 类别 日期 申请号 类别 日期 周
WO 200595204 A1 20051013 WO 2005JP6705 A 20050330 200573 B
优先权申请：JP 2004342472 A 20041126; JP 2004107933 A 20040331
Abstract (Basic): WO 200595204 A1
新颖性：一个制氢单元（10），其膜板（11）两侧均有燃料电极和氧化电极（12、14）。一个燃料供给泵（16）为燃料电极供应如甲醇、乙醚等有机燃料，一个泵（17）为氧化电极供应如过氧化氢等氧化剂。产生的氢供应给燃料电池（30），用来发电驱动潜艇的推进器。
用途：用于深海研究潜艇和小型潜艇。
先进性：使用了紧凑型制氢单元，方便地实现为燃料电池供氢。降低了潜艇的制造成本。
国际专利分类号（主分类号）：B63G-008/08
3、使用碱金属和水制备氢气
碱金属制备氢气一种高效的氢气制备方法，采用了这种方法无需使用笨重的高压圆筒状储氢罐用于氢气积聚的合金。相关专利如下：
专利8：JP 2004155599 A
标题：燃料电池氢的制备，包括反应用的水和储存在储藏液中的碱金属，反应不接触空气，反应结果产生氢气
专利权人：IKUTA K (IKUT-I)
Number of Countries: 001 Number of Patents: 001
专利族信息：
专利号 类别 日期 申请号 类别 日期 周
JP 2004155599 A 20040603 JP 2002320635 A 20021105 200439 B
优先权申请：JP 2002320635 A 20021105
新颖性：水和储存在储藏液中的碱金属发生反应，反应不接触空气，反应结果产生氢气。其中优选的反应物：碱金属为金属钠，存储液体为石油，过氧化物为过氧化氢。
用途：为燃料电池制造氢气，可用于汽车、潜艇、水下工业设备、深海探测器和卫星
先进性：是一种高效的氢气制备方法，无须使用笨重的高压圆筒状储氢罐用于氢气积聚的合金。氢气制备的装置结构紧凑重量较轻。
国际专利分类号（主分类号）：C01B-003/08
4、氢的补给设备
相关专利如下：
专利9:EP 1517079 A1
标题：一种用于燃料电池潜艇的可移动供氢罐，包括罐装填监控装置、可移动式分配器和冷却水设备
专利权人：HOWALDTSWERKE DEUT WERFT AG (DEWE )
发明人：KANNING M; KUBISCH S; LOOSS F
专利族信息：
专利号 类别 日期 申请号 类别 日期 周
EP 1517079 A1 20050323 EP 200421664 A 20040911 200526 B
DE 10343977 A1 20050504 DE 10343977 A 20030919 200530
IL 164130 A 20050619 IL 164130 A 20040919 200545
优先权申请：DE 10343977 A 20030919
新颖性：这种可移动容器（2），包括了一用于容器装填的检测装置（SE）。一个为潜艇罐装氢的可移动分配器。一个可移动冷却水单元（KE）可以为潜艇的储氢罐提供冷却水。标准可移动容器罐（2、4、6）还可用于为潜艇供给液态氧和氮。
用途：一种可移动容器，为燃料电池潜艇供应氢。
先进性：该系统主要为潜艇装填补给用途。冷却水用于金属氢化物储氢系统。氮用于调节容器的压力。该移动容器系统设计时考虑了艇的位移、沉浸及潮汐的情况，采用了柔性连接。
国际专利分类号（主分类号）：F17C-005/02; F17C-011/00
5、氢气存储容器
相关专利如下：
专利10：JP 2005321081 A
标题：用于燃料电池的氢存储罐
专利权人：KITAMURA T (KITA-I)
发明人：KITAMURA T
Number of Countries: 001 Number of Patents: 001
专利族信息：
专利号 类别 日期 申请号 类别 日期 周
JP 2005321081 A 20051117 JP 2004163807 A 20040506 200579 B
优先权申请：JP 2004163807 A 20040506
新颖性：氢存储罐中装满着能吸收氢和释放氢的材料。氢存储罐包括氢存储层（2）、保护层（5）、绝缘层（6）和氢输送层（4）。
用途：用于燃料电池的氢气储存。该燃料电池用于汽车、空间探索、潜艇和建筑物发电系统。
先进性：储氢罐拥有很好且非常可靠的氢吸收和释放的特性。
国际专利分类号（主分类号）：F17C-011/00
6、燃料纯化
相关专利如下：
专利11：US 6063515 A
标题：用于潜艇的燃料电池发电设备，使用蒸馏器低压再循环，充分纯化燃料流，重整器采用氢分离膜在高压下操作。
专利权人：BALLARD POWER SYSTEMS INC (BALL-N)
发明人：BAUMERT R M; EPP D G
专利族信息：
专利号 类别 日期 申请号 类别 日期 周
US 6063515 A 20000516 US 97996101 A 19971222 200038 B
优先权申请：US 97996101 A 19971222
新颖性：蒸馏器（102）的输出流在重整器（104）中被催化，产生重整流。燃料流在氢分离器（112）中被分离出纯氢，和氧化剂流一起供应给燃料电池堆。传热流体使用一催化燃烧器来促进燃烧器的燃烧，并带有温度传感器用来监测和调节燃烧器的操作温度。
用途：用于潜艇。
先进性：高效转化工程中，保护催化剂不受损坏。催化燃烧器用来加热传热流体，传热流体提供了催化燃烧器气体、蒸汽和重整器间的热缓冲，可以从一个狭窄的温度范围内带走大量热量，减小催化剂受损的危险。使用催化燃烧器更安全，反应燃烧更充分。由于在一个低反应物气体浓度下运行，温度可以快速控制。
国际专利分类号（主分类号）：H01M-008/04
