CN109838684A - 水下航器废气的使用和储存装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下航器废气的使用和储存装置及其方法，包括液化天然气/液氢储罐泵、液氧储罐、二氧化碳储罐、冷箱、热回收器、干燥器、混合器、分流器、气液分离器、冷却器、节流阀；所述的液化天然气/液氢储罐泵、液氧储罐分别通过冷箱与热回收器连接，二氧化碳储罐经由热回收器与混合器连接，混合器外接热气机，热气机废气经冷却器与气液分离器连接，气液分离器通过分流器分别与干燥器和混合器连接，干燥器与冷箱连接，冷箱与二氧化碳储罐连接。由于本发明利用可储备的液化天然气/液氢和液氧作为双能源，冷能充足，在供给热气机燃料和氧气的同时，将热气机排出的废气液化储存，不留下航迹与化学热信号，发动机不受海水背压制约影响。

Description

水下航器废气的使用和储存装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种水下航器，特别是涉及一种水下航器废气的使用和储存装置及其方法。

背景技术

水下航器排到艇外的废气（包含二氧化碳、氧气、水蒸气、烟灰等成分），不仅留下航迹与化学热信号，而且受海水背压制约，使发动机效率降低。例如，排放的废气与海水混合，会产生略高于环境温度的热流；CO2与海水发生化学反应生成碳酸；废气经冷却、水吸收排出舷外，仍可形成气泡群；排气可形成复杂的尾流等。

废气管理可分为三类：再循环、半封闭与全封闭。再循环是指发动机产生的废气经冷却器脱水后，部分CO2返回发动机作为稀释气体，其余废气压缩后直接排出艇外。该方式尾迹与红外热信号强，且浪费了未参与燃烧的O2，目前较少应用。半封闭与再循环的区别为废气在排出艇外前要进行处理，一般采用高压海水吸收系统。由于CO2难溶于海水，必须提高压力来增大吸收率，这就需要考验发动机的承压能力。全封闭是指废气经过脱水、再循环及回收O2之后，再通过化学等方法吸收处理，并封存在水下航器中，直到航程结束。该方式广泛应用于小型水下航器，尤其是自主式深水航器，因为深海处向艇外排气耗能很大，且废气产量小，适宜储存于艇上。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种气体稀释效果好、不留下航迹与化学热信号的水下航器废气的使用和储存装置。

本发明的目的在于提供一种水下航器废气的使用和储存方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种水下航器废气的使用和储存装置，包括液化天然气/液氢储罐泵、液氧储罐、二氧化碳储罐、冷箱、热回收器、干燥器、混合器、分流器、气液分离器、冷却器、节流阀；所述的液化天然气/液氢储罐泵、液氧储罐分别通过管道与冷箱的进口连接，冷箱的出口通过管道与热回收器进口连接，二氧化碳储罐通过管道与热回收器进口连接，热回收器的二氧化碳返回稀释A出口和氧气出口分别通过管道与混合器两个进口连接，混合器的出口外接水下航器中的热气机；所述的热气机废气经冷却器与气液分离器连接，气液分离器通过管道与分流器的进口连接，分流器的一路出口与干燥器连接，分流器的另一路出口与混合器一个进口连接，干燥器通过管道与冷箱的进口连接，冷箱通过管道与二氧化碳储罐连接，在冷箱通与二氧化碳储罐连接管道上设有节流阀。

本发明是一种水下航器废气的使用和储存方法，包括以下步骤：

（1）向水下航器中的热气机提供燃料和氧气：液化天然气/液氢从液化天然气/液氢储罐泵出，经冷箱与二氧化碳冷流体换热后，进入热回收器加热热流体回收剩余冷能并进入热气机，向热气机供燃料；液氧从液氧储罐泵出，经冷箱与二氧化碳冷流体换热后，进入热回收器加热热流体回收剩余冷能并进入热气机，向热气机供氧气；

（2）热气机废气的液化储存：热气机排出的废气经海水冷却器降温进入气液分离器分离出露点温度下冷凝的冷却排水，初步干燥的废气经分流器一路返回混合器作为二氧化碳返回稀释B，与来自热回收器的二氧化碳返回稀释A以及氧气一起作为热气机供氧混合气供给热气机的氧化剂；初步干燥的废气经分流器另一路进入分子筛干燥器深度干燥排水后进入冷箱，与液化天然气/液氢和液氧低温流体换热后温度骤降，流经节流阀减压闪发进入二氧化碳储罐储存液体二氧化碳，闪发的二氧化碳气体回流热回收器被热流体回收部分冷量后作为二氧化碳返回稀释A；

（3）剩余冷能回收：热流体经热回收器回收液化天然气/液氢/液氧的剩余冷能变成冷流体。

本发明提出一种基于液化天然气/液氢和液氧冷能利用的水下航器废气使用和储存方法：冷量利用的闭环热气机废气液化系统，即提供发动机燃料（天然气或者氢气）和氧气的同时，液化动力系统排出的废气（主要是二氧化碳）并储存起来。

采用上述方案后，本发明具有以下优点：

1、由于本发明利用可储备的液化天然气/液氢和液氧作为双能源，冷能充足，在供给热气机燃料和氧气的同时，将热气机排出的废气液化储存，不会留下航迹与化学热信号，发动机不受海水背压制约影响，气体稀释效果好。

2、本发明组成设备简单，主要是热交换器、节流阀和干燥器，不需要常规半封闭废气管理所要求的高压海水吸收系统，投资省，操控简单。

3、LNG/液氢/液氧的冷量得到了充分利用，能源的综合阶梯利用系数高，低温流体依次流经冷箱和热回收器，其出口温度依次升高。

4、热气机燃烧室工作压力为2.2~2.7MPa，排放的废气压力超过2.2MPa，所以无需压缩机增压，废气中的二氧化碳可以在不消耗的热气机输出功的条件下，完全液化。

5、本发明系统运行不需要消耗额外的电能、热能和机械能，这些能源依靠系统本身可以自给自足，例如冷却器采用深海中的低温海水，运行成本低。

6、本发明的实施简单、可靠，无需复杂的设备技术或者控制技术，比如前文所提到的高压海水吸收系统。

7、本发明的方法适合于水下航行器的废气管理，废气可以无能耗液化储存，无需噪声排出艇外。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种水下航器废气的使用和储存装置，包括液化天然气/液氢储罐泵1、液氧储罐2、二氧化碳储罐3、冷箱4、热回收器5、干燥器6、混合器7、分流器8、气液分离器9、冷却器10、节流阀11。

所述的液化天然气/液氢储罐泵1、液氧储罐2分别通过管道与冷箱4的进口连接，冷箱4的出口通过管道与热回收器5进口连接，二氧化碳储罐3通过管道与热回收器5进口连接，热回收器5的二氧化碳返回稀释A出口和氧气出口分别通过管道与混合器7两个进口连接，混合器7的出口外接水下航器中的热气机，热回收器5的二氧化碳返回稀释A以及氧气一起作为热气机供氧混合气供给热气机的氧化剂；所述的热气机废气经冷却器10与气液分离器9连接，气液分离器9上设有排水口，排水口外接排水管，气液分离器9通过管道与分流器8的进口连接，分流器8的一路出口与干燥器6连接，分流器8的另一路出口与混合器7一个进口连接，干燥器6通过管道与冷箱4的进口连接，干燥器6上设有干燥水排水口，干燥水排水口外接排水管，冷箱4通过管道与二氧化碳储罐3连接，在冷箱4通与二氧化碳储罐3连接管道上设有节流阀11。

本发明是一种水下航器废气的使用和储存方法，包括以下步骤：

（1）向水下航器中的热气机提供燃料和氧气：液化天然气/液氢从液化天然气/液氢储罐1泵出，经冷箱4与二氧化碳冷流体换热后，进入热回收器5加热热流体回收剩余冷能并进入热气机，向热气机供燃料（天然气或者氢气）；液氧从液氧储罐泵2出，经冷箱4与二氧化碳冷流体换热后，进入热回收器5加热热流体回收剩余冷能并进入热气机，向热气机供氧气；

（2）热气机废气的液化储存：热气机排出的废气经海水冷却器10降温进入气液分离器9分离出露点温度下冷凝的冷却排水，初步干燥的废气经分流器8一路返回混合器7作为二氧化碳返回稀释B，与来自热回收器5的二氧化碳返回稀释A以及氧气一起作为热气机供氧混合气供给热气机的氧化剂；初步干燥的废气经分流器8另一路进入分子筛干燥器6深度干燥排水后进入冷箱4，与液化天然气/液氢和液氧低温流体换热后温度骤降，流经节流阀11减压闪发进入二氧化碳储罐3储存液体二氧化碳，闪发的二氧化碳气体回流热回收器5被热流体回收部分冷量后作为二氧化碳返回稀释A；

（3）剩余冷能回收：热流体经热回收器5回收液化天然气/液氢/液氧的剩余冷能变成冷流体。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (2)

1.一种水下航器废气的使用和储存装置，其特征在于：包括液化天然气/液氢储罐泵、液氧储罐、二氧化碳储罐、冷箱、热回收器、干燥器、混合器、分流器、气液分离器、冷却器、节流阀；所述的液化天然气/液氢储罐泵、液氧储罐分别通过管道与冷箱的进口连接，冷箱的出口通过管道与热回收器进口连接，二氧化碳储罐通过管道与热回收器进口连接，热回收器的二氧化碳返回稀释A出口和氧气出口分别通过管道与混合器两个进口连接，混合器的出口外接水下航器中的热气机；所述的热气机废气经冷却器与气液分离器连接，气液分离器通过管道与分流器的进口连接，分流器的一路出口与干燥器连接，分流器的另一路出口与混合器一个进口连接，干燥器通过管道与冷箱的进口连接，冷箱通过管道与二氧化碳储罐连接，在冷箱通与二氧化碳储罐连接管道上设有节流阀。

2.一种权利要求1所述的水下航器废气的使用和储存方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）向水下航器中的热气机提供燃料和氧气：液化天然气/液氢从液化天然气/液氢储罐泵出，经冷箱与二氧化碳冷流体换热后，进入热回收器加热热流体回收剩余冷能并进入热气机，向热气机供燃料；液氧从液氧储罐泵出，经冷箱与二氧化碳冷流体换热后，进入热回收器加热热流体回收剩余冷能并进入热气机，向热气机供氧气；

（2）热气机废气的液化储存：热气机排出的废气经海水冷却器降温进入气液分离器分离出露点温度下冷凝的冷却排水，初步干燥的废气经分流器一路返回混合器作为二氧化碳返回稀释B，与来自热回收器的二氧化碳返回稀释A以及氧气一起作为热气机供氧混合气供给热气机的氧化剂；初步干燥的废气经分流器另一路进入分子筛干燥器深度干燥排水后进入冷箱，与液化天然气/液氢和液氧低温流体换热后温度骤降，流经节流阀减压闪发进入二氧化碳储罐储存液体二氧化碳，闪发的二氧化碳气体回流热回收器被热流体回收部分冷量后作为二氧化碳返回稀释A；

（3）剩余冷能回收：热流体经热回收器回收液化天然气/液氢/液氧的剩余冷能变成冷流体。