Патент на изобретение №2381951

(54) ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к энергетике. Энергетическая установка подводной лодки, содержащая смеситель, подключенный к электроэнергетической системе, электрохимический генератор с водородно-кислородными топливными элементами и соединенные с ним блок хранения криогенного кислорода и цистерну с дистиллированной водой, отличается тем, что установка снабжена высокотемпературным реактором, связанным с одной стороны через смеситель с блоком хранения криогенного кислорода, цистерной дистиллированной воды и блоком подготовки дизельного топлива и с другой стороны через блок циклонных фильтров и охладитель с блоком паровой конверсии, связанным с цистерной хранения дистиллированной воды и через теплообменник и водоотделитель с установкой выделения водорода, соединенной с электрохимическим генератором, блоком утилизации продуктов риформинга, причем блок утилизации продуктов риформинга соединен отдельно, а также через блок хранения криогенного кислорода с блоком удаления двуокиси углерода и с блоком паровой конверсии. Изобретение позволяет повысить безопасность энергетической установки и организовать непрерывный процесс получения водорода без использования веществ, не имеющихся на борту подводной лодки. 1 ил.

Изобретение относится к энергетическим установкам (ЭУ), содержащим электрохимический генератор, и может быть использовано в составе электроэнергетической системы подводной лодки (ПЛ).

Известна «Энергетическая установка подводной лодки» – патент RU 2181331 от 06.04.2001 г., содержащая подключенный к электроэнергетической системе электрохимический генератор с водородно-кислородными топливными элементами, блок хранения криогенного кислорода, бункер с измельченным алюминием, цистерну с раствором едкого натра, цистерну с дистиллированной водой, дозатор, химические реакторы, конденсаторы-сепараторы, фильтры-осушители и интерметаллидные накопители водорода, используемые в качестве ресивера, цистерну сбора продуктов реакции.

В известной ЭУ подводного применения с водородо-кислородными ЭХГ водород получается за счет гидролиза измельченного металлического алюминия в растворе щелочи – едкого натра.

Недостатком аналога является необходимость хранения на подводной лодке больших количеств раствора едкого натра и использование химических реакторов с периодической загрузкой, что связано со снижением безопасности и усложнения эксплуатации ЭУ.

Прототипом, наиболее близким по технической сущности к предлагаемой энергетической установке, является «Энергетическая установка подводной лодки» по патенту RU 2236984 С1, 02.10.2003 г., кл. B63G 8/08, содержащая бункер с алюминиевым порошком, химический реактор, фильтр-осушитель водорода, цистерну сбора продуктов реакции, подключенный к электроэнергетической системе электрохимический генератор и соединенные с ним ресивер, блок хранения криогенного кислорода и цистерну с дистиллированной водой, подающее устройство, низконапорный насос, смеситель, высоконапорный насос, распылительное устройство, дроссельный регулятор, конденсаторы, дроссель и испаритель, причем бункер с алюминиевым порошком связан с подающим устройством, соединенным наряду с низконапорным насосом со смесителем, связанным через высоконапорный насос и распылительное устройство с химическим реактором, обеспечивающим гидротермальное окисление суспензии алюминия в воде с образованием пароводородной фазы и суспензии гидрооксида в воде, причем по пароводородной фазе химический реактор соединен через дроссельный регулятор с первым конденсатором, связанным через фильтр-осушитель водорода с ресивером, а по жидкой фазе соединен через дроссель с испарителем, связанным с цистерной сбора продуктов реакции и вторым конденсатором, причем конденсаторы соединены также с цистерной дистиллированной воды, которая связана с низконапорным насосом.

Недостатками прототипа являются:

1. Необходимость хранения на борту большего количества алюминиевого порошка, что усложняет конструкцию и понижает взрывопожаробезопасность ПЛ.

2. Необходимость хранения на борту продуктов реакции и последующего их удаления, что связано с конструктивным и эксплуатационным усложнением ПЛ.

3. Наличие высоких значений давления более 10 МПа и температуры более 250°C, обеспечивающих окисление алюминиевого порошка с большим выделением тепла.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение безопасности энергетической установки и организация непрерывного процесса получения водорода без использования веществ, не имеющихся на борту подводной лодки (алюминиевого порошка). Такую возможность предоставляет использование в составе ЭУ устройства для получения водорода на борту ПЛ путем риформинга дизельного топлива, имеющегося на ПЛ в качестве топлива дизелей.

Решение поставленной задачи достигается тем, что установка снабжена высокотемпературным реактором, связанным с одной стороны через смеситель с блоком хранения криогенного кислорода, цистерной дистиллированной воды и блоком подготовки дизельного топлива и с другой стороны через блок циклонных фильтров и охладитель с блоком паровой конверсии, связанным с цистерной хранения дистиллированной воды и через теплообменник и водоотделитель с установкой выделения водорода, соединенной с электрохимическим генератором, блоком утилизации продуктов риформинга, причем блок утилизации продуктов риформинга соединен отдельно, а также через блок хранения криогенного кислорода с блоком удаления двуокиси углерода и с блоком паровой конверсии.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана схема энергетической установки подводной лодки.

Энергетическая установка подводной лодки содержит смеситель 1, связанный с блоком подготовки дизельного топлива (ДТ) 14, цистерну дистиллированной воды 12, блок хранения криогенного кислорода 13 и высокотемпературный реактор 2, который через блок циклонных фильтров 3 и охладитель 4 связан с блоком паровой конверсии 5, который также связан с цистерной дистиллированной воды 12.

Блок паровой конверсии 5 через теплообменник 6 и водоотделитель 7 связан с установкой выделения водорода 8, которая соединена с электрохимическим генератором 9 с водородно-кислородными топливными элементами и блоком утилизации продуктов риформинга 11, связанного с блоком хранения криогенного кислорода 13 и блоком удаления двуокиси углерода 15.

Электрохимический генератор 9 с водородно-кислородными топливными элементами также связан с блоком хранения криогенного кислорода 13, цистерной дистиллированной воды 12 и подключен к электроэнергетической системе 10.

Работа энергетической установки подводной лодки осуществляется следующим образом.

Из блока подготовки дизельного топлива 14 топливо подается в смеситель 1, подключенный к электроэнергетической системе, и после смешения с водой и кислородом поступает в высокотемпературный реактор 2, где риформируется в газовую смесь, состоящую из водорода, окиси и двуокиси углерода.

Далее после очистки на блоке циклонных фильтров 3 и охлаждения в охладителе 4 газовая смесь поступает на блок паровой конверсии 5, где в смеси с водой происходит каталитическое окисление окиси в двуокись углерода с дополнительным выделением водорода.

Полученный таким образом газ, состоящий из смеси водорода, двуокиси углерода и окиси углерода, пройдя через теплообменник 6 и водоотделитель 7, поступает на установку выделения водорода 8, где водород отделяется от остальных газов и поступает на электрохимический генератор 9 с водородно-кислородными топливными элементами. Вода, собранная водоотделителем 7, поступает в цистерну дистиллированной воды 12 для возврата в цикл. Одновременно на электрохимический генератор 9 с водородно-кислородными топливными элементами из блока хранения криогенного кислорода 13 поступает кислород и в результате взаимодействия водорода с кислородом в электрохимическом генераторе 9 образуется вода, поступающая в цистерну дистиллированной воды 12, и генерируется электроэнергия, которая передается в электроэнергетическую систему 10.

Из установки выделения водорода 8 остаточный газ, состоящий из смеси водорода, двуокиси углерода и окиси углерода, подается на блок утилизации продуктов риформинга 11, где двуокись углерода сжижается, а остатки водорода и окись углерода подаются на блок паровой конверсии 5 (возвращаются в цикл).

Сжиженная двуокись углерода блоком удаления двуокись углерода 15 откачивается за борт подводной лодки, либо подается на блок хранения криогенного кислорода 13, где в виде сухого льда хранится до окончания использования энергетической установки и выработки криогенного кислорода. После чего двуокись углерода блоком удаления двуокись углерода 15 выпускается в атмосферу при помощи соответствующих выдвижных устройств подводной лодки.

Охладитель 4, теплообменник 6 и электрохимический генератор 9 охлаждаются забортной водой с помощью теплообменников системы охлаждения подводной лодки, не показанных на схеме.

Таким образом, повышается безопасность и облегчается эксплуатация предлагаемой энергетической установки с электрохимическими генераторами, так как отпадает необходимость хранения больших количеств алюминиевого порошка, продуктов реакции и в качестве источника водорода используется дизельное топливо, имеющееся на ПЛ.

Формула изобретения

Энергетическая установка подводной лодки, содержащая смеситель, подключенный к электроэнергетической системе, электрохимический генератор с водородно-кислородными топливными элементами и соединенные с ним блок хранения криогенного кислорода и цистерну с дистиллированной водой, отличающаяся тем, что установка снабжена высокотемпературным реактором, связанным с одной стороны через смеситель с блоком хранения криогенного кислорода, цистерной дистиллированной воды и блоком подготовки дизельного топлива и с другой стороны через блок циклонных фильтров и охладитель с блоком паровой конверсии, связанным с цистерной хранения дистиллированной воды и через теплообменник и водоотделитель с установкой выделения водорода, соединенной с электрохимическим генератором, блоком утилизации продуктов риформинга, причем блок утилизации продуктов риформинга соединен отдельно, а также через блок хранения криогенного кислорода с блоком удаления двуокиси углерода и с блоком паровой конверсии.

РИСУНКИ