ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ


RU (11) 2181331 (13) C1

(51) 7 B63G8/08, B63H21/14 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.03.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001109421/28 
(22) Дата подачи заявки: 2001.04.06 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.04.06 
(45) Опубликовано: 2002.04.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: БАТЫРЕВ А.Н. и др. Корабельные ядерные энергетические установки зарубежных стран. Санкт-Петербург, Судостроение, 1994, с.236. ПОСТНОВ А.А. Опытная подводная лодка проекта 613Э с электрохимическими генераторами. - Судостроение, 1998, № 2, с.28. US 3683622 A, 15.08.1972. 
(71) Заявитель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро морской техники "РУБИН" 
(72) Автор(ы): Игнатьев К.Ю.; Никифоров Б.В.; Рубальский Д.М.; Соколов В.С.; Юрин А.В. 
(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральное конструкторское бюро морской техники "РУБИН" 
Адрес для переписки: 191119, Санкт-Петербург, ул. Марата, 90, ФГУП "ЦКБ МТ" Рубин" 

(54) ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ 

Изобретение относится к энергетическим установкам, содержащим электрохимический генератор, и может быть использовано в составе электроэнергетической системы подводной лодки. Энергетическая установка содержит электрохимический генератор с водородно-кислородными топливными элементами, интерметаллидные накопители водорода, блок хранения криогенного кислорода и цистерну с дистиллированной водой. Для получения газообразного водорода гидролизным способом установка снабжена бункером с измельченным алюминием, цистерной с раствором едкого натра, дозатором, химическими реакторами, конденсаторами-сепараторами, фильтрами-осушителями, цистерной сбора продуктов реакции и водородным компрессором. Достигается повышение боевой готовности подводной лодки путем использования топливных компонентов, допускающих длительное хранение без потерь, с одновременным обеспечением маневренности энергетической установки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к энергетическим установкам (ЭУ), содержащим электрохимический генератор (ЭХГ) с водородно-кислородными топливными элементами, и может быть использовано в составе электроэнергетической системы (ЭЭС) дизель-электрических подводных лодок (ПЛ).

Известна ЭУ ПЛ, содержащая подключенный к ЭЭС ЭХГ с водородно-кислородными топливными элементами и блоки хранения криогенных водорода и кислорода. (А.А. Постнов "Опытная подводная лодка проекта 613Э с электрохимическими генераторами". Санкт-Петербург.: Судостроение, 1998, 2, стр.28).

Недостатками аналога являются высокая стоимость и значительные потери при перевозке на большие расстояния криогенного водорода, многократный перерасход водорода при заправке криогенного блока хранения. В процессе длительного хранения имеют место значительные потери криогенного водорода и возникает необходимость непроизводительного удаления газообразного водорода.

Ограниченное время хранения криогенного водорода снижает боевую готовность ПЛ. Кроме того, блок хранения криогенного водорода является пожаровзрывоопасным объектом.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой энергетической установке является ЭУ ПЛ, входящая в ЭЭС и содержащая подключенный к ЭЭС ЭХГ с водородно-кислородными топливными элементами, блок хранения криогенного кислорода, устройства хранения полного запаса водорода в интерметаллидных соединениях (ИМС) в виде гидрида железа и титана, способные поглощать или выделять газообразный водород. (А.Н. Батырев, В.Д. Кошеверов, О.Ю. Лейкин "Корабельные ядерные энергетические установки зарубежных стран". Санкт-Петербург, Судостроение, 1994 г, с.236).

Недостатками прототипа являются большие масса и стоимость ИМС. Процессы поглощения и выделения водорода идут соответственно с выделением или поглощением тепла при определенных температуре и давлении. Большая масса ИМС прототипа обуславливает инерционность процессов нагревания и охлаждения в ЭУ, тепловыделения ЭХГ ограничены и не обеспечивают в режиме десорбции выделения водорода, опережающего работу ЭХГ.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение боевой готовности ПЛ путем использования топливных компонентов, допускающих длительное хранение без потерь, с одновременным обеспечением маневренности ЭУ. Такую возможность предоставляет устройство для получения водорода на борту ПЛ гидролизным способом с использованием ограниченных количеств ИМС для хранения только оперативного запаса водорода.

Гидролизный способ получения водорода реализуется при помощи ряда реакций взаимодействия легких металлов (Li, Mg, Al) с водой и щелочами (LiOH, NaOH, КОН). Критериями выбора реакции являются стоимость, массовые и объемные характеристики, чистота и количество выделяющегося водорода, растворимость и нетоксичность продуктов реакции.

Совокупности указанных требований удовлетворяет, например, реакция алюминия с раствором едкого натра с образованием растворимого и нетоксичного алюмината натрия. Реакция происходит с выделением значительного количества тепла. Повышение температуры позволяет производить водород при высокой концентрации раствора алюмината натрия и уменьшать, тем самым, объемы запасаемых реагентов и получаемых продуктов реакции.

Выделяющийся в химическом реакторе газообразный водород необходимо отделять от жидких продуктов реакции и очищать от загрязнения сопутствующими продуктами реакции.

Водород, выделяющийся в химическом реакторе, можно накапливать и очищать до кондиции необходимой ЭХГ с помощью количеств ИМС в сотни раз меньших, по сравнению с прототипом. Кроме того, тепловыделения в химическом реакторе создают дополнительный источник тепла, необходимый для осуществления режима десорбции при включении или увеличении мощности ЭХГ.

В целях стабилизации массы ПЛ и возможности дальнейшей утилизации жидкие продукты реакции должны собираться в цистерне. Остаточно выделяющийся из них водород, желательно не дожигать, расходуя запас кислорода, а производительно использовать в ЭХГ. Реакционная вода высокой чистоты, образующаяся при работе ЭХГ, может повторно использоваться в реакции гидролиза. Желательно также производительно использовать водород, выделяющийся при продувке и из реакционной воды ЭХГ.

Решение поставленной задачи с использованием устройства для получения водорода на борту ПЛ гидролизным способом достигается тем, что ЭУ ПЛ, содержащая подключенный к ЭЭС ЭХГ с водородно-кислородными топливными элементами, соединенные с ним интерметаллидные накопители, блок хранения криогенного кислорода и цистерну с дистиллированной водой, снабжена бункером с измельченным алюминием и цистерной с раствором едкого натра. Бункер с алюминием, цистерны с раствором едкого натра и дистиллированной водой связаны с дозатором, соединенным с несколькими химическими реакторами получения водорода. Каждый химический реактор связан по газовой и жидкостной фазам со своим конденсатором-сепаратором. Все химические реакторы соединены с цистерной сбора жидких продуктов реакции. Конденсаторы-сепараторы связаны со своими фильтрами-осушителями водорода, присоединенными к своим интерметаллидным накопителям водорода. Цистерны сбора жидких продуктов реакции и дистиллированной воды совместно с ЭХГ через водородный компрессор связаны с фильтрами-осушителями водорода.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где показана схема ЭУ подводной лодки.

Энергетическая установка подводной лодки содержит бункер с измельченным алюминием 1, цистерну с раствором едкого натра 2 и цистерну с дистиллированной водой 3, связанные с дозатором 4, который соединен с несколькими химическими реакторами 5 (на схеме ЭУ показаны только два). Каждый химический реактор 5 связан по газовой и жидкостной фазам со своим конденсатором-сепаратором 6, связанным через фильтр-осушитель водорода 7 с интерметаллидным накопителем водорода 8. Все химические реакторы 5 соединены с цистерной сбора жидких продуктов реакции 9. Интерметаллидные накопители водорода 8 присоединены к электрохимическому генератору 10. Блок хранения криогенного кислорода 11 также подсоединен к ЭХГ 10, который связан с цистерной дистиллированной воды 3 и подключен к электроэнергетической системе 12. Цистерна с дистиллированной водой 3, цистерна сбора продуктов реакции 9 и ЭХГ 10 связаны с водородным компрессором 13, который связан с фильтрами-осушителями водорода 7.

Работа осуществляется следующим образом.

Освобождается цистерна 9 от продуктов реакции. Заправляются: бункер 1 - измельченным алюминием, цистерна 2 - раствором едкого натра, цистерна 3 - дистиллированной водой и блок хранения 11 - криогенным кислородом. Энергетическая установка герметизируется и во избежание образования взрывоопасных смесей газов из установки корабельным компрессором воздуха высокого давления удаляется воздух. С помощью дозатора 4 загружается мерными порциями алюминия, едкого натра и дистиллированной воды первый химический реактор 5. Выделившийся в реакторе при повышенных давлении и температуре водород с захваченными частицами жидкости поступает в конденсатор-сепаратор 6. Отделившаяся жидкая фаза возвращается в химический реактор 5. Водород из конденсатора-сепаратора 6 поступает через фильтр-осушитель 7 в интерметаллидный накопитель 8, который работает за счет охлаждения в режиме сорбции до практического окончания реакции, после чего химический реактор 5 осушается. Жидкая фаза, насыщенная водородом, сбрасывается в цистерну сбора продуктов реакции 9. Аналогично загружается реагентами с помощью дозатора 4 второй химический реактор 5 и начинает заполняться водородом второй интерметаллидный накопитель 8. Перед началом работы ЭХГ первый интерметаллидный накопитель водорода 8 подводом тепла переводится в режим десорбции и водород начинает поступать в ЭХГ 10. Из криогенного блока хранения 11 кислород также подается в ЭХГ, электроэнергия из которого выдается в электроэнергетическую систему 12. Реакционная вода из ЭХГ поступает в цистерну дистиллированной воды 3. После исчерпания запаса водорода в первом интерметаллидном накопителе 8 к ЭХГ подключается второй накопитель. Дальнейшая работа ЭХГ связана с цикличным чередованием работы одних химических реакторов с соответствующими интерметаллидными накопителями в режиме сорбции и других интерметаллидных накопителей водорода в режиме десорбции. Продувочный водород из ЭХГ и остаточный водород из цистерн дистиллированной воды 3 и сбора продуктов реакции 9 водородным компрессором 13 через фильтр-осушитель 7 возвращается в интерметаллидный накопитель 8, работающий в режиме сорбции.

Таким образом, предлагаемая энергетическая установка позволяет получать водород из сравнительно дешевых пожаровзрывобезопасных топливных компонентов, допускающих длительное хранение без потерь, пополнять запас дистиллированной воды реакционной водой из ЭХГ и производительно использовать водород, выделяющийся при продувке ЭХГ, а также в цистернах сбора продуктов реакции и дистиллированной воды. Цикличное использование нескольких интерметаллидных накопителей водорода обеспечивает хранение и очистку оперативного запаса водорода при небольшой, по сравнению с необходимой для хранения полного запаса водорода, массе ИМС и исключает надобность в регулировании производительности химических реакторов в зависимости от величины мощности развиваемой ЭХГ. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Энергетическая установка подводной лодки, содержащая подключенный к электроэнергетической системе электрохимический генератор и соединенные с ним интерметаллидные накопители водорода, блок хранения криогенного кислорода и цистерну с дистиллированной водой, отличающаяся тем, что установка снабжена бункером с измельченным алюминием, цистерной с раствором едкого натра, цистерной сбора жидких продуктов реакции, дозатором, несколькими химическими реакторами, конденсаторами-сепараторами и фильтрами-осушителями водорода, причем бункер с измельченным алюминием, цистерна с раствором едкого натра и цистерна с дистиллированной водой соединены с дозатором, который соединен с химическими реакторами, каждый из которых связан по газовой и жидкостной фазам со своим конденсатором-сепаратором, связанным через фильтр-осушитель со своим интерметаллидным накопителем водорода, а все химические реакторы связаны с цистерной сбора продуктов реакции.

2. Энергетическая установка подводной лодки по п.1, отличающаяся тем, что снабжена водородным компрессором, входы которого соединены с выходами электрохимического генератора, цистерны сбора продуктов реакции и цистерны дистиллированной воды, а выходы компрессора связаны с входами всех фильтров-осушителей водорода.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru