DE2426589A1

DE2426589A1 - Antriebssystem mit mindestens einem hochdruckgasreaktor fuer untersee-boote

Info

Publication number: DE2426589A1
Application number: DE19742426589
Authority: DE
Inventors: Peter Gulden; Christian Dipl Ing Koch; Hugo Seeg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-05-31
Filing date: 1974-05-31
Publication date: 1975-12-11

Description

Antriebssystem mit mindestens einem Hochdruckgasreaktor für Untersee-Boote Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit mindestens einem Hochdruckgasreaktor für Untersee-Boote.
Die Länge und Geschwindigkeit der von einem U-Boot in großer Tauchtiefe, d.h. in 100 bis 250 m Tiefe, zurücklegbaren Wegstrecke hängt von der Gesamtenergie bzw. Leistung ab, der unter diesen Bedingungen verfügbaren Energiequellen und der Leistungsfähigkeit des Bordreinigungs- und Bordklimatisierungssystems. Fur längere Tauchfahrten hat sich bisher lediglich der Atomantrieb durchgesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Antriebssystem für U-Boote anzugeben, dessen Energieerzeugungszentrale wesentlich kleiner ist und ohne die übliche bei Atomantriebssystmen erforderlichen Schutzeinrichtungen betrieben werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das Antriebssystem mindestens einen Nochdruckgasreaktor, einen katalytischen Gasreaktor zur Umsetzung von Brennstoff und H202 unter hohem Druck aufweist, sowie eine Diffusionszelle zur Abtrennung von H2 aus den entstehenden U#setzungsprodukten, eine Brennstoffzelle, einen Dampferzeuger und eine Gas-Wasser-Turbine, die schwenkbar angeordnet ist, Das erfindungsgemäße Antriebssystem hat den Vorteil, auch wesentlich kleiner als Atomantriebssysteme zu sein, so daß kleinere Leistungseinheiten installiert werden können. Die hohe Energiedichte des Antriebssystems verleiht dern Boot eine hohe Geschwindigkeit und trotzdem einen kleinen Wenderadius.
Vorteilhafterweise weist das Antriebssystem zusätzlich mindestens einen Niederdruckgasreaktor auf, der einen zusätzlichen mit Luft betriebenen Brenner aufweist und mit einer Wasser-Öl-Einspritzung arbeitet.
Der katalytische Gasreaktor weist einen Reaktionsdruckbehälter auf, der aus zwei Kugeln mit dazwischenliegenden Rohrbündeln besteht, in denen Katalysatorträgerelemente enthalten sind.
Durch die Trennurig des Verbrennungsraumes, der in diesem Fall ein katalytischer Gasreaktor ist, und der Gasturbine ist eine besonders wirtschaftliche und saubere Umsetzung der Komponenten von Brennstoff und H202 möglich. Die Höhe des entwickelten Druckes ist nicht begrenzt durch die Festigkeit der eingesetzten Gasturbine, sondern wird lediglich bestimmt durch die Festigkeit des Gasreaktors. Durch die Kombination eines Gasreaktors mit einem Dampferzeuger wird ein besonders hoher Wirkungsgrad erzielt.
Die eine Kugel ist vorzugsweise mit einer H202 -Einspritzanlage und einer Treibstoffeinspritzanlage versehen.
Durch eine integrierte Brennstoffzellenanlage kann durch das erfindungsgemäße Antr# bssystem lautlos Elektroenergie erzeugt werden. Ein gasgetriebenes mitangeschlossenes Bordreiniguiigssystem garantiert gleichmäßig Luftverhältnisse über große Entfernungen mit konstanter Tegperatur, konstanter Luftfeuchtigkeit, sowie konstantem CO, O -Gehalt durch eine kombinierte C02-Reinigung, 02-Erzeugung, Raumlufttrccknung, Raumluftheizung und Raumluftkühlung.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, in denen Figur 1 einen Reaktionsdruckbehälter zeigt und Figur 2 eine Prinzipskizze des Antriebssystems.
Der mit 1 bezeichnete Reaktionsdruckbehälter besteht aus zwei Halbkugeln 2 und 3 und einem dazwischenliegendem Katalysatorträger 6. Der vollständige Hochdruckgasreaktor besteht aus der oberen Kugel 1, einer nicht dargestellten unteren Kugel und dem dazwischenliegendem Rohrbündel 16, in dem sich die Katalysatorträgerelemente 7 befinden, die durch Aufteilung des Gasstromes in mehrere Tausend Teilgasströme die hohe Aktivität des Gasreaktors ermöglichen. Bei Geschwindigkeiten von mehreren m/s setzt sich das Reaktionsgemisch vollständig um.
Das Reaktionsgemisch entsteht in der oberen Kugel 1, in deren oberen Teil 2 H202 durch eine Einspritzanlage 4 eingesprüht wird. Das H202 zersetzt sich an dem in der Mitte der Kugel befindlichen Katalysatorträger 6 zu H20 und 02, wobei sich der entstehende Gas strom auf ca. 600 c erwärmt. Im unteren Teil 3 der Kugel wird Treibstoff, beispielsweise Dieselöl durch eine Einspritzanlage 5 eingesprüht, welches sich mit dem H20-02-Gemisch vermischt, verdampft und im Katalysator 7 reagiert. Die Öleinspritzung geschieht so, daß die Mischung erst unmittelbar vor dem Katalysator 7 entsteht. Je nach dem Verhältnis von Treibstoff zu H202 verläuft die Reaktion im Katalysator 7 bei höheren oder niedrigeren Temperaturen, da die Reaktion von Öl mit Sauerstoff wärmebildend und die Reaktion von Öl mit Wasser wärmeverbrauchend ist. In einem herkömmlichen Katalysatorbett wäre eine solche direkte Umsetzung nicht möglich. Die hohe Selektivität, Umsetzungsgeschwindigkeit und Sauerstoffunempfindlichkeit des Katalysatorträgersystems ermöglicht diese Reaktion auf kleinstem Raum.
Durch die Zersetzungsreaktion des H202 und die dabei entstehende Temperatur beträgt die Anlaufzeit des Gasreaktors bis zum Anspringen der Reaktion nur wenige Sekunden.
In Figur 2 sind zwei Hochdruckgasreaktoren 1 und 1' dargestellt, die ähnlich einem Kernreaktor zur Wärmeerzeugung dienen. Im linken Reaktor 1 erfolgt die Erzeugung eines H2-, CO-, CO2-, CH4-enthaltenden Gasgemisches aus Dieselöl und H202 unter einem hohen Druck. Aus diesem Gasgemisch wird ein Teil des Wasserstoffes über eine Leitung 14 einer Diffusionszelle 11 zugeführt und dort abgetrennt, wonach es über eine Leitung 12 unter einem Druck von ungefähr 5 at einer nicht dargestellten Brennstoffzelle zugeführt wird. Die Sauerstoffversorgtzg der Brennstoffzelle wird durch Anzapfen der oberen Halbkugel eines der Reaktoren sichergestellt. Das aus der Diffusionszelle 1 austretende Gasgemisch wird über eine Leitung 15 der Kugel 1' des zweiten Reaktors zugeführt und dort mit weiterem H202, welches in der oberen Halbkugel zersetzt wird, vollständig verbrannt. Die entstehende Wärme wird durch einen Wärmeträger 8, beispielsweise Wasser, das über eine Leitung 9 den Gasreaktoren zugeführt wird, an einen Dampferzeuger übertragen. Bei Austritt des Gases aus dem Reaktor hat das Gas noch einen Druck von 20 bis 70 atü, je nach Pumpendruck des Öls und des H202. Der entstehende Dampf mit einem Druck von beispielsweise 150 at steht in der Leitung 10 zur Verfügung.
Die austretenden Gase werden über eine Leitung 13 der Antriebsturbine zugeführt, beispielsweise einer Gas-Wasser-Turbine, die schwenkbar am Boot angeordnet ist und einen unter Umständen für das Boot richtungsändernden Rückstoß erzeugt. Dadurch kann ein kleiner Wenderadius und ein zusätzlicher Stabilisierungs effekt erreicht werden. Das Gas kann aber auch zu den Auftauchtanks geleitet werden.
Der durch die Wärmeentwicklung der Reaktoren erzeugte Hochdruckdampf in der Leitung 10 kann einem Turbinenantriebssystem zugeleitet werden. Für kleinere Einheiten kann auch eine Entspannung in einer direkt im Wasser liegenden Turbine erfolgen.
Zur Einsparung von H202 ist es vorteilhaft, wenn das Boot neben den Hochdruckgasreaktoren auch Niederdruckgasrealitoren besitzt, die statt mit H202 mit Luft betrieben werden. Dieses würde nur einen zusätzlichen Aufwand von einigen m3 erfordern, ohne daß wesentliche Änderungen am Gesamtsystem vorgenommen werden müssen. Die Niederdruckgasreaktoren arbeiten mit einer Wasser-Öl-Einspeisung und einem zusätzlichen Brenner. Der Brenner wird mit der Luft, die von oberhalb des Bootes angesaugt werden muß, versorgt.
4 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Antriebssystem mit mindestens einem Hochdruckgasreaktor für U-Boote, g e k e n n z e i c h n e t durch einen katalytischen Gasreaktor zur Umsetzung von Brennstoff und H202 unter hohem Druck, eine Diffusionszelle zur Abtrennung von H2 aus den entstehenden Umsetzungsprodukten, eine Brennstoffzelle, einen Dampferzeuger und eine Gas-Wasser-Turbine, die schwenkbar angeordnet ist.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zusätzlich mindestens ein Niederdruckgasreaktor vorgesehen ist, der einen zusätzlichen mit Luft betriebenen Brenner aufweist und mit einr Wasser Öl-Einspeisung arbeitet.
3. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der katalytische Gasreaktor einen Reaktionsdruckbehälter aufweist, der aus zwei Kugeln besteht mit dazwischenliegenden Rohrbündeln, in denen Katalysatorträgerelemente enthalten sind.
4. Antriebssystem nach Anspruch 3, dadrch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die eine Kugel mit einer H202-Einspritzanlage und einer Treibstoffeinspritzanlage versehen ist.