энергетическая установка подводной лодки

Формула изобретения

Энергетическая установка подводной лодки, 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, отличающаяся тем, что установка снабжена подающим устройством, низконапорным насосом, смесителем, высоконапорным насосом, распылительным устройством, дроссельным регулятором, конденсаторами, дросселем и испарителем, 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.

Описание изобретения к патенту

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 подводного применения с водородно-кислородными ЭХГ, в которой водород получается гидролизом твердых реагентов в реакторах, сообщающихся с морской водой, что ограничивает их применение подводными аппаратами (Патент SU 1344170 А1, 12.12.1995). Более эффективное получение водорода достигается при пропускании перегретого водяного пара при температуре 200-600С через сорбент, состоящий из прессованного железа с катализатором (Патент RU 2192072 С2, 10.27.2001). Использованию предложения препятствует необходимость получения перегретого водяного пара путем сжигания полученного водорода.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой энергетической установке является ЭУ ПЛ по патенту RU 2181331 С1, 06.04.2001, принимаемому за прототип, содержащая подключенный к ЭЭС ЭХГ 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.

Недостатками прототипа являются необходимость хранения на ПЛ больших количеств раствора едкого натра и использования химических реакторов с периодической загрузкой, что связано со снижением безопасности и усложнением эксплуатации ЭУ.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение безопасности ЭУ и организация непрерывного процесса получения водорода. Такую возможность предоставляет использование в составе ЭУ устройства для получения водорода на борту ПЛ путем непосредственного взаимодействия воды с алюминиевым порошком.

Решение поставленной задачи достигается тем, что ЭУ ПЛ, содержащая подключенный к ЭЭС ЭХГ с водородно-кислородными топливными элементами и связанные с ним блок хранения криогенного кислорода, ресивер и цистерну с дистиллированной водой, а также содержащая бункер с алюминиевым порошком, химический реактор, фильтр-осушитель водорода и цистерну сбора продуктов реакции, снабжена подающим устройством, например шнеком, низконапорным насосом, смесителем, высоконапорным насосом, распылительным устройством, дроссельным регулятором, дросселем, двумя конденсаторами и испарителем.

В химическом реакторе из суспензии алюминиевого порошка в воде образуются пароводородная фаза и жидкая фаза - суспезия гидроксида алюминия в воде.

Бункер с алюминиевым порошком через подающее устройство и цистерну с дистиллированной водой, через низконапорный насос связан со смесителем, который через высоконапорный насос и распылительное устройство соединен с химическим реактором. Химический реактор связан по пароводородной фазе через дроссельный регулятор с первым конденсатором, который через фильтр-осушитель водорода соединен с ресивером. По жидкой фазе химический реактор через дроссель соединен с испарителем, связанным с цистерной сбора продуктов реакции и вторым конденсатором. Оба конденсатора связаны также с цистерной дистиллированной воды.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где показана схема энергетической установки подводной лодки.

ЭУ ПЛ содержит бункер с алюминиевым порошком 1 и цистерну с дистиллированной водой 2, связанные через подающее устройство 3 и низконапорный насос 4 со смесителем 5, который через высоконапорный насос 6 и распылительное устройство 7 соединен с химическим реактором 8. Химический реактор 8 связан по пароводородной фазе с дроссельным регулятором 9, соединенным с первым конденсатором 10, связанным через фильтр-осушитель водорода 11 с ресивером 12, а по жидкой фазе через дроссель 13 с испарителем 14, соединенным с цистерной сбора продуктов реакции 15 и вторым конденсатором 16. Первый конденсатор 10 и второй конденсатор 16 связаны также с цистерной дистиллированной воды 2. Ресивер 12 и блок хранения криогенного кислорода 17 присоединены к электрохимическому генератору 18, который связан с цистерной дистиллированной воды 2 и подключен к электроэнергетической системе 19.

Работа осуществляется следующим образом.

Освобождается цистерна 15 от продуктов реакции. Заправляются: цистерна 2 - дистиллированной водой, бункер 1 - алюминиевым порошком и блок хранения 17 - криогенным кислородом. С помощью подающего устройства 3 и низконапорного насоса 4 алюминиевый порошок и дистиллированная вода подаются в смеситель 5. Образовавшаяся суспензия алюминия в воде высоконапорным насосом 6 подается через распылительное устройство 7 в химический реактор 8. Химический реактор подогревается электрическим нагревателем до температуры 250С, который после этого отключается.

В высокодисперсной распыленной водно-алюминиевой смеси начинается гидротермальная реакция с большим выделением тепла, которое отводится из реактора пароводородной смесью в количестве, обеспечивающем стационарные условия процесса окисления алюминия при температуре более 250С и давлении более 10 МПа.

После прохождения дроссельного регулятора 9, конденсатора 10, фильтра-осушителя 11, ресивера 12 из пароводородной смеси водород выделяется и подается в электрохимический генератор 18. Пар конденсируется и из конденсатора 10 вода поступает в цистерну 2. В генератор 18 из блока хранения 17 поступает кислород. В результате взаимодействия водорода с кислородом в ЭХГ образуется вода, поступающая в цистерну 2, и генерируется электроэнергия, которая передается в электроэнергетическую систему 19.

Окислившиеся частицы алюминия образуют в химическом реакторе 8 суспензию гидрооксида алюминия в воде, которая выводится из реактора через дроссель 13 и испаритель 14 в цистерну сбора продуктов реакции 15. Пар из испарителя 14 поступает в конденсатор 16, конденсат из которого поступает в цистерну 2. Конденсаторы 10, 16 и ЭХГ 18 охлаждаются забортной водой с помощью теплообменников, не показанных на схеме, изображенной на чертеже.

Таким образом, повышается безопасность и облегчается эксплуатация предлагаемой энергетической установки с электрохимическими генераторами, так как отпадает необходимость хранения больших количеств раствора едкого натра и использования химических реакторов с периодической загрузкой.