EP3071476A1 - Unterseeboot mit einer co2-bindeeinrichtung - Google Patents

Unterseeboot mit einer co2-bindeeinrichtung

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Publication number
EP3071476A1
EP3071476A1 EP14802320.3A EP14802320A EP3071476A1 EP 3071476 A1 EP3071476 A1 EP 3071476A1 EP 14802320 A EP14802320 A EP 14802320A EP 3071476 A1 EP3071476 A1 EP 3071476A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inner container
submarine
channel
binder
submarine according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14802320.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Büchner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Marine Systems GmbH filed Critical ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Publication of EP3071476A1 publication Critical patent/EP3071476A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0438—Cooling or heating systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0446—Means for feeding or distributing gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/36—Adaptations of ventilation, e.g. schnorkels, cooling, heating, or air-conditioning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40083—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40088—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating
    • B01D2259/40096—Regeneration of adsorbents in processes other than pressure or temperature swing adsorption by heating by using electrical resistance heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D2259/4566—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for use in transportation means
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the invention relates to a submarine with a C0 2 binding device for binding C0 2 of a C0 2 -containing gas mixture.
  • the prior art includes those C0 2 binding devices in which CO2 is bound by a hydroxide and thereby converted into a carbonate.
  • the hydroxide is in adsorption vessels, which are flowed through by the indoor air or ventilation air of the submarine.
  • the adsorption capacity of the hydroxide is limited. Therefore, the hydroxide must be replaced at the latest when it has completely converted to carbonate.
  • the hydroxide is filled in cartridges which are replaced in the adsorption vessels of the C02 binding device at regular intervals.
  • ⁇ when it proves to be disadvantageous that the intervals by which the cartridges have to be replaced, are comparatively short, so this C0 2 - binding devices require a relatively large operating expenses, which can interfere with the other boat operation if necessary.
  • a C0 2 binding device which has a plurality of adsorption containers, which can be successively switched into a position through which the ventilation air can flow.
  • the number of adsorption tanks is sized so that the aeration air of the submarine reliably adsorbs the airborne CO2 during a complete submarine mission at sea, without having to replace the cartridges of the adsorption tanks.
  • DE 10 2006 048 716 B3 discloses a CO 2 binding device which is used in conjunction with a regenerable CO 2 binder. To regenerate the C0 2 binder, the C0 2 binding device is traversed by water vapor, whereby the CO2 is released from the binder and then removed from the C0 2 binding device.
  • reversible C0 2 binding devices are known in which the bound CO2 can be released again by supplying heat.
  • a CO2 binding device is described in US 2008/0202339 AI.
  • This C0 2 binding device has two adsorption vessels, of which one alternately binds the CO2 in the air, while the other is regenerated by supplying heat.
  • the two adsorption are thermally connected to each other, wherein heat is dissipated from the adsorbent adsorbent just to be regenerated in the adsorption.
  • the object of the invention is to provide a submarine with an improved C0 2 binding device.
  • the submarine according to the invention which is preferably a military submarine, is equipped with a CO 2 binding device for binding CO 2 of a gas mixture containing CC> 2.
  • the CO2 binding device serves to bind the CO2 contained in the air inside the submarine.
  • the CO 2 binding device has at least one adsorption container a gas inlet, a gas outlet and at least one with a CO2 Bin de medium filled and at least partially gas-permeable inner container on.
  • the CO 2 binding device when the CO 2 binding device is a regenerative CO 2 binding device in which the bound CO 2 can be dissolved again, the CO 2 binding device expediently has two or more adsorption vessels operated in parallel, which results in continuous operation of CO 2 2 binding device allows, as always one adsorption is in Adsorptionstakt while another is regenerated at the same time.
  • the gas inlet of the adsorption container is connected to a channel leading into the interior of the inner container and the gas outlet is connected to a space surrounding the inner container on the outside.
  • the leading into the interior of the inner container channel expediently extends through the entire inner container, wherein it is arranged such that it is surrounded on its entire outer peripheral surface within the inner container of the C02 binder located in the inner container.
  • the inner container can be traversed transversely to the longitudinal extent of the channel.
  • the channel circumferentially bounding outside of the channel is typically formed gas-permeable, so that the gas from the channel can get into the C02 binder filling of the inner container.
  • the inner container arranged in the adsorption container according to the invention is flowed through from inside to outside.
  • This has the advantage that the flow rate when flowing through the C02 binder on the outside of the channel decreases with increasing distance from the channel and correspondingly prolongs the contact time of the C0 2 -containing gas mixture with the C02 binder, which is a particularly effective removal of the CO2 the result of the gas mixture.
  • the inventive design of the adsorption container and the cartridge located therein procedurally represents a significant improvement.
  • the CO 2 binder is a non-reversible CO 2 binder
  • an interchangeable cartridge forms the inner container, which can be exchanged in a simple manner for another.
  • the inner container may optionally be an integral part of the adsorption, but also in this case, the use of an exchangeable cartridge as the inner container of the adsorption is preferable.
  • the C0 2 binder used in the adsorption vessel of the CC> 2 binding device of the submarine according to the invention is preferably designed to be thermally regenerable.
  • at least one elongated heating element leading through the C02 binder filling of the inner container is provided, on whose outer sides a plurality of spaced-apart heating lamellae are arranged.
  • the heat-emitting surface of the heating element is increased to a considerable extent, which significantly reduce the time required for heating the C02 binder and concomitantly required for the regeneration of the CC binder time.
  • the heating element and the heating fins are arranged in the inner container so that they are embedded directly in the C02 binder. This is advantageous in that the direct contact of the CCV binder with the heating element and the heating fins assists in rapid heating.
  • the arrangement, the dimensioning and configuration of the heating element and the Schulamellen are suitably chosen so that a homogeneous heating of the entire located in the inner container C02 binder is guaranteed.
  • the heating element is aligned parallel to the channel.
  • the heating fins do not form a barrier to the gas flowing through the CO 2 binder.
  • the Schulamellen are aligned parallel to the flow direction of the inner container outside the channel. Consequently, the heating lamellae, which are preferably designed as thin disks, are preferably aligned transversely to the longitudinal extent of the channel formed in the inner container.
  • the Schulamellen completely surround the channel formed in the inner container.
  • the heating fins are preferably annular, wherein the channel extends through a formed on the Schulamelle preferably centrally formed opening.
  • a pipe through which a heating medium flows form the heating element.
  • at least one tube is arranged, which is surrounded by a heat carrier in the form of a liquid, such as. As water or a thermal oil, or in the form of a gas, such as. B. steam, is flowed through.
  • the tube is expediently formed from a material with good thermal conductivity, such as copper, and extends in the inner container preferably parallel to the channel formed in the inner container over the entire length of the inner container.
  • the heating element may also be part of an electrical resistance heater.
  • such a heating element is suitably aligned and dimensioned so that it extends in the inner container preferably parallel to the channel formed in the inner container over the entire length of the inner container.
  • the inner container of the adsorption formed cylindrical container wherein the channel formed in the inner container, which is expediently also cylindrical, is guided centrally in the longitudinal direction of the inner container through this and an annular space between the channel and a peripheral wall of the inner container is filled with the C0 2 binder.
  • the annulus between the channel and the peripheral wall of the inner container in any radial direction flows through the C0 2 -containing gas mixture, wherein the flow path through the annulus is always the same regardless of the flow direction.
  • the heating lamellae arranged on the heating element advantageously have a cross section which corresponds to the inner cross section of the annular space filled with the C0 2 binder.
  • the heating elements are preferably designed as annular discs, wherein they are dimensioned so that they have only a small clearance to the annulus on the inside bounding channel and the annulus on the outside bounding peripheral wall of the inner housing when arranged in the annular space of the inner housing ,
  • the heating fins are each in thermal communication with two heating elements. It should be pointed out that, if necessary, more than two apertures with heating elements guided through them can also be provided on the heating fins; it is only important that they have the same spacing on the heating fins in order to ensure good heat distribution.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a in an adsorption of a CO2
  • Binde With a C02 binder inner container.
  • the adsorption container 2 of a CO 2 binding device shown in FIG. 1 is arranged at a suitable point in the pressure hull of a submarine, the illustration of the submarine having been dispensed with for reasons of clarity.
  • the adsorption container 2 serves to bind CO2 of a CO 2 -containing gas mixture, which in the present case is primarily the exhalation air of the crew of the submarine located in the pressure body.
  • the adsorption vessel 2 has a gas inlet 4 for the CO 2 -containing gas mixture and a gas outlet 6 for the gas mixture or gas freed from the CO 2 in the adsorption vessel 2.
  • an inner container 10 filled with a thermally regenerable CO 2 binder 8 is arranged in the adsorption container 2.
  • the inner container 10 is formed as a hollow cylinder and gas-tight at its end faces 12 and 14, while a peripheral wall 16 of the inner container 10 is formed gas-permeable.
  • a cylindrical channel 18 is formed, which extends concentrically to a central axis A of the inner container 10 in the longitudinal direction of the inner container 10 from the end face 12 to the end face 14.
  • the channel 18 is conductively connected to the gas inlet 4 of the adsorption container 2 via an opening 20 formed on the end face 1 2.
  • the channel 18 forms an annular space 24, which is filled with the CC> 2-Bindemi ⁇ el 8.
  • the C0 2 -igeige gas mixture is passed via the gas inlet 4 of the Adsorpfionsbenzolfers 2 in the channel 18 disposed therein. From there it flows through the gas-permeable wall 22 of the channel 18 into the annular space 24, where it comes into contact with the CO 2 binder 8, which binds the CO2 contained in the gas.
  • the gas mixture or gas leaves the inner container 10 via its gas-permeable peripheral wall 16 and flows into an annular space 26 which is formed in the adsorption 2 between the peripheral wall 16 of the inner container 10 and an outer wall 28 of the adsorbent container 2.
  • the annular space 26 is fluidly connected to the gas outlet 6 of the adsorption vessel 2, so that the purified gas mixture or gas can leave the adsorption vessel 2 via the gas outlet 6.
  • a thermally regenerable CO 2 binder 8 is used, i. for the regeneration of the C02 binder 8 this heat must be supplied.
  • a plurality of elongate heating elements 30 and 32 are provided. These lead in the region of the annular space 24 parallel to the central axis A of the inner container 10 aligned by the inner container 10th
  • the two heating elements 30 ' and 32 are connected to 13 heating fins 34.
  • the heating fins 34 are formed of comparatively thin annular flat disks of a material having good thermal conductivity.
  • the cross-sectional contour of the heating fins 34 which are distributed uniformly over the section of the heating elements 30 and 32 engaging in the annular space 24, corresponds to the cross-sectional contour of the annular space 24.
  • the heating elements 30 and 32 are connected to the heating fins 34 via a press or a solder joint.
  • the heating fins 34 allow a high and uniform heat input in the filled with the C02 binder 8 annulus 24 of the inner container 10.
  • the previously bound by the C02 binder 8 CO 2 is released from the C02 binder 8 again, after which it For example, via a connected to the gas inlet 4 of the adsorption vessel 2 pump, which is not shown in the drawing, can be sucked out of the adsorption vessel 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Unterseeboot mit einer im Inneren des Unterseeboots angeordneten CO2-Bindeeinrichtung zum Binden von CO2 eines CO2-haltigen Gasgemisches. Insbesondere dient die CO2-Bindeeinrichtung zum Binden des in der Ausatemluft der Besatzung enthaltenen CO2 aus dem Inneren des Unterseeboots. Die CO2-Bindeeinrichtung weist hierzu mindestens einen Adsorptionsbehälter mit einem Gaseinlass, einem Gasauslass und mindestens einem mit einem CO2-Bindemittel gefüllten Innenbehältnis auf. Der Gaseinlass ist mit einem in das Innere des Innenbehältnisses führenden Kanal verbunden, während der Gasauslass mit einem das Innenbehältnis außenseitig umgebenden Raum in dem Adsorptionsbehälter verbunden ist.

Description

UNTERSEEBOOT MIT EINER CO2-BINDEEINRICHTUNG
Die Erfindung betrifft ein Unterseeboot mit einer C02-Bindeeinrichtung zum Binden von C02 eines C02-haltigen Gasgemisches.
Auf Unterseebooten ist es bei Tauchfahrten unterhalb der Schnorchelfahrtiefe erforderlich, den insbesondere durch die Ausatemluft der Besatzung erhöhten C02-Anteil der Raumluft im Inneren des Unterseeboots unterhalb eines zulässigen Grenzwerts zu halten. Hierzu werden an Bord von Unterseebooten in der Regel CO2- Bindeeinrichtungen eingesetzt.
Zum Stand der Technik zählen solche C02-Bindeeinrichtungen, bei denen CO2 von einem Hydroxid gebunden wird und dabei in ein Karbonat umgewandelt wird. Das Hydroxid befindet sich in Adsorptionsbehältern, die von der Innenraumluft bzw. Belüftungsluft des Unterseeboots durchströmt werden. Das Adsorptionsvermögen des Hydroxids ist begrenzt. Daher muss das Hydroxid spätestens dann, wenn es sich vollständig in Karbonat umgewandelt hat, ausgetauscht werden. Zu diesem Zweck ist das Hydroxid in Patronen bzw. Kartuschen gefüllt, die in den Adsorptionsbehältern der C02-Bindeeinrichtung in regelmäßigen Abständen ausgewechselt werden. Hier¬ bei erweist es sich als nachteilig, dass die Intervalle, nach denen die Kartuschen ausgewechselt werden müssen, vergleichsweise kurz sind, so dass diese C02- Bindeeinrichtungen einen verhältnismäßig großen Bedienaufwand erfordern, der den übrigen Bootsbetrieb gegebenenfalls stören kann.
Aus DE 10 2008 015 150 B4 ist eine C02-Bindeeinrichtung bekannt, die mehrere Adsorptionsbehälter aufweist, welche nacheinander in eine von der Belüftungsluft durchströmbare Stellung schaltbar sind. Die Anzahl der Adsorptionsbehälter ist so bemessen, dass die Belüftungsluft des Unterseeboots während einer kompletten Mission des Unterseeboots auf See das in der Luft befindliche CO2 zuverlässig adsorbiert, wobei die Kartuschen der Adsorptionsbehälter nicht ausgetauscht werden müssen.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Ein Austausch der in den Adsorptionsbehältern befindlichen Kartuschen ist bei reversiblen CC>2-Bindeeinrichtungen nicht erforderlich. So ist aus DE 10 2006 048 716 B3 eine C02-Bindeeinrichtung bekannt, die in Verbindung mit einem regenerierbaren C02-Bindemittel verwendet wird. Zur Regeneration des C02-Bindemittels wird die C02-Bindeeinrichtung von Wasserdampf durchströmt, wodurch das CO2 aus dem Bindemittel gelöst wird und anschließend aus der C02-Bindeeinrichtung abgeführt wird.
Ferner sind reversible C02-Bindeeinrichtungen bekannt, bei denen das gebundene CO2 durch Zufuhr von Wärme wieder gelöst werden kann. Eine solche CO2- Bindeeinrichtung ist in US 2008/0202339 AI beschrieben. Diese C02-Bindeeinrichtung weist zwei Adsorptionsbehälter auf, von denen wechselweise einer das in der Luft befindliche CO2 bindet, während der andere durch Wärmezufuhr regeneriert wird. Hierzu sind die beiden Adsorptionsbehälter miteinander thermisch verbunden, wobei Wärme aus dem gerade adsorbierenden Adsorptionsbehälter in den zu regenerierenden Adsorptionsbehälter abgeleitet wird.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Unterseeboot mit einer verbesserten C02-Bindeeinrichtung bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Unterseeboot mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Unterseeboots ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung. Hierbei können die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale jeweils für sich, aber auch in geeigneter Kombination miteinander die erfindungsgemäße Lösung nach Anspruch 1 weiter ausgestalten.
Das erfindungsgemäße Unterseeboot, bei dem es sich bevorzugt um ein militärisches Unterseeboot handelt, ist mit einer C02-Bindeeinrichtung zum Binden von CO2 eines CC>2-haltigen Gasgemisches ausgestattet. In besonderem Maße dient die CO2- Bindeeinrichtung zum Binden des in der Luft im Inneren des Unterseeboots enthaltenen CO2. Die C02-Bindeeinrichtung weist mindestens einen Adsorptionsbehälter mit einem Gaseinlass, einem Gasauslass und mindestens ein mit einem CO2- Bin de mittel gefülltes und zumindest abschnittsweise gasdurchlässiges Innenbehältnis auf. Insbesondere dann, wenn es sich bei der C02-Bindeeinrichtung um eine regenerative C02-Bindeeinrichtung handelt, bei der das gebundene CO2 wieder gelöst werden kann, weist die C02-Bindeeinrichtung zweckmäßigerweise zwei oder mehr parallel betriebene derartige Adsorptionsbehälter auf, was einen kontinuierlichen Betrieb der C02-Bindeeinrichtung ermöglicht, da sich immer ein Adsorptionsbehälter im Adsorptionstakt befindet, während ein anderer zeitgleich regeneriert wird.
Erfindungsgemäß sind der Gaseinlass des Adsorptionsbehälters mit einem in das Innere des Innenbehältnisses führenden Kanal und der Gasauslass mit einem das Innenbehältnis außenseitig umgebenden Raum verbunden. Der in das Innere des Innenbehältnis führende Kanal erstreckt sich zweckmäßigerweise durch das gesamte Innenbehältnis, wobei er derart angeordnet ist, dass er an seiner gesamten äußeren Umfangsfläche innerhalb des Innenbehältnisses von dem in dem Innenbehältnis befindlichen C02-Bindemittel umgeben ist. Ausgehend von dem Kanal ist das Innenbehältnis quer zur Längsausdehnung des Kanals durchströmbar. Hierzu ist eine den Kanal umfänglich begrenzende Außenseite des Kanals typischerweise gasdurchlässig ausgebildet, so dass das Gas von dem Kanal in die C02-Bindemittelfüllung des Innenbehältnisses gelangen kann. Von dort strömt das nun von dem CO2 befreite Gas durch die Außenwandung des Innenbehältnisses in den das Innenbehältnis in dem Adsorptionsbehälter umgebenden Raum, von wo es über den Gasauslass aus dem Adsorptionsbehälter gelangt. Im Gegensatz zu den bislang bekannten Adsorptionsbehältern wird das in dem erfindungsgemäßen Adsorptionsbehälter angeordnete Innenbehhältnis von innen nach außen durchströmt. Dies hat den Vorteil, dass die Strömungsgeschwindigkeit beim Durchströmen des C02-Bindemittels außenseitig des Kanals mit zunehmendem Abstand zum Kanal abnimmt und sich korrespondierend die Kontaktzeit des C02-haltigen Gasgemisches mit dem C02-Bindemittel deutlich verlängert, was eine besonders effektive Entfernung des CO2 aus dem Gasgemisch zur Folge hat. Insofern stellt die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Adsorptionsbehälters und der darin befindlichen Kartusche verfahrenstechnisch eine deutliche Verbesserung dar. Wenn es sich bei der C02-Bindeeinrich†ung um eine nicht reversible CO2- Bindeeinrichtung handelt, ist es erforderlich, das in dem Adsorptionsbehälter befindliche C02-Bindemittel dann, wenn es sein Adsorptionsvermögen verloren hat, gegen ein adsorptionsfähiges C02-Bindemittel auszutauschen. Insbesondere in diesem Fall erweist es sich als vorteilhaft, wenn eine Wechselkartusche das Innenbehältnis bildet, die in einfacher Weise gegen eine andere ausgetauscht werden kann. Bei der Verwendung eines regenerierbaren C02-Bindemi††els kann das Innenbehältnis ggf. ein integraler Bestandteil des Adsorptionsbehälters sein, wobei aber auch in diesem Fall die Verwendung einer Wechselkartusche als Innenbehältnis des Adsorptionsbehälters zu bevorzugen ist.
Das in dem Adsorptionsbehälter der CC>2-Bindeeinrichtung des erfindungsgemäßen Unterseeboots verwendete C02-Bindemittel ist vorzugsweise thermisch regenerierbar ausgebildet. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mindestens ein durch die C02-Bindemittelfüllung des Innenbehältnisses führendes längliches Heizelement vorgesehen, an dessen Außenseiten mehrere voneinander beabstandete Heizlamellen angeordnet sind. Durch die Verwendung der Heizlamellen wird die wärmeabgebende Oberfläche des Heizelements in erheblichem Maße vergrößert, wodurch sich die zur Erwärmung des C02-Bindemittels erforderliche Zeit und damit einhergehend die zur Regeneration des CC Bindemittels benötigte Zeit erheblich verkürzen. Zweckmäßigerweise sind das Heizelement und die Heizlamellen derart in dem Innenbehältnis angeordnet, dass sie direkt in dem C02-Bindemittel eingebettet sind. Dies ist insofern vorteilhaft, als der direkte Kontakt des CCVBindemittels mit dem Heizelement und den Heizlamellen eine schnelle Erwärmung unterstützt.
Die Anordnung, die Dimensionierung und Ausgestaltung des Heizelements und der Heizlamellen sind zweckmäßigerweise so gewählt, dass eine homogene Erwärmung des gesamten in dem Innenbehältnis befindlichen C02-Bindemittels gewährleistet ist. In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft vorgesehen, dass das Heizelement parallel zu dem Kanal ausgerichtet ist. Des Weiteren ist sinnvollerweise auch sicherzustellen, dass die Heizlamellen keine Barriere für das durch das C02-Bindemi††el strömende Gas bilden. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft vorgesehen, dass die Heizlamellen parallel zur Durchströmungsrichtung des Innenbehältnisses außerhalb des Kanals ausgerichtet sind. Demzufolge sind die vorzugsweise als dünne Scheiben ausgebildeten Heizlamellen bevorzugt quer zur Längsausdehnung des in dem Innenbehältnis ausgebildeten Kanals ausgerichtet.
Weiter vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Heizlamellen den in dem Innenbehältnis ausgebildeten Kanal vollständig umgeben. Dementsprechend sind die Heizlamellen bevorzugt ringförmig ausgebildet, wobei der Kanal durch eine an der Heizlamelle ausgebildete vorzugsweise zentral ausgebildete Durchbrechung verläuft.
Weiter vorteilhaft kann ein von einem Heizmedium durchströmtes Rohr das Heizelement bilden. Bei dieser Ausgestaltung ist in dem Innenbehältnis des Adsorptionsbehälters bevorzugt in dem mit dem C02-Bindemittel gefüllten Bereich zumindest ein Rohr angeordnet, das von einem Wärmeträger in Form einer Flüssigkeit, wie z. B. Wasser oder ein Thermalöl, oder in Form eines Gases, wie z. B. Dampf, durchströmt wird. Das Rohr ist zweckmäßigerweise aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer, ausgebildet und erstreckt sich in dem Innenbehältnis bevorzugt parallel zu dem in dem Innenbehältnis ausgebildeten Kanal über die gesamt Länge des Innenbehältnisses.
Alternativ kann das Heizelement auch Teil einer elektrischen Widerstandsheizung sein. So kann ein in die C02-Bindemittelbefüllung des Innenbehältnisses eingeführter, mittels elektrischer Widerstandserwärmung beheizbarer länglicher Heizstab, das Heizelement bilden. Auch ein solcher Heizstab ist zweckmäßigerweise derart ausgerichtet und dimensioniert, dass er sich in dem Innenbehältnis bevorzugt parallel zu dem in den Innenbehältnis ausgebildeten Kanal über die gesamte Länge des Innenbehältnisses erstreckt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der in dem erfindungsgemäßen Unterseeboot verwendeten C02-Bindeeinrichtung ist das Innenbehältnis des Adsorp- tionsbehölters zylindrisch ausgebildet, wobei der in dem Innenbehältnis ausgebildete Kanal, der zweckmäßigerweise auch zylindrisch ausgebildet ist, zentral in Längsrichtung des Innenbehältnisses durch dieses geführt ist und ein Ringraum zwischen dem Kanal und einer Umfangswandung des Innenbehältnisses mit dem C02-Bindemittel gefüllt ist. Bei dieser Ausgestaltung wird der Ringraum zwischen dem Kanal und der Umfangswandung des Innenbehältnisses in beliebiger radialer Richtung von dem C02-haltigen Gasgemisch durchströmt, wobei der Strömungsweg durch den Ringraum unabhängig von der Strömungsrichtung immer gleich lang ist.
In Weiterbildung dieser Ausgestaltung des Innenbehältnisses weisen die an dem Heizelement angeordneten Heizlamellen vorteilhafterweise einen Querschnitt auf, der mit dem Innenquerschnitt des mit dem C02-Bindemittel gefüllten Ringraums korrespondiert. D. h., die Heizelemente sind bevorzugt als ringförmige Scheiben ausgebildet, wobei sie so dimensioniert sind, dass sie bei Anordnung in dem Ringraum des Innengehäuses lediglich ein geringes Spiel zu dem den Ringraum innenseitig begrenzenden Kanal und der den Ringraum außenseitig begrenzenden Umfangswandung des Innengehäuses aufweisen.
Um die zur Regeneration des C02-Bindemittels erforderliche thermische Energie schnell und in ausreichendem Maße zur Verfügung stellen zu können, sind vorteilhaft an den derart ausgestalteten Heizlamellen vorzugsweise einander diametral gegenüberliegend zwei Durchbrechungen ausgebildet, durch die jeweils ein Heizelement geführt ist. Dementsprechend stehen die Heizlamellen jeweils mit zwei Heizelementen in thermischer Verbindung. Es sei darauf hingewiesen, dass an den Heizlamellen ggf. auch mehr als zwei Durchbrechungen mit durch diese geführten Heizelementen vorgesehen sein können, wichtig ist hierbei nur, dass sie auf der Heizlamelle den gleichen Abstand haben, um eine gute Wärmeverteilung zu gewährleisten.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt jeweils schematisch stark vereinfacht und in unterschiedlichen Maßstäben: Fig. 1 in einer Prinzipdarstellung einen Adsorptionsbehälter einer CO2-
Bindeeinrichtung und
Fig. 2 in einer Prinzipdarstellung ein in einem Adsorptionsbehälter einer CO2-
Bindeeinrichtung angeordnetes, mit einem C02-Bindemittel gefülltes Innenbehältnis.
Der in Fig. 1 dargestellte Adsorptionsbehälter 2 einer C02-Bindeeinrichtung ist an geeigneter Stelle im Druckkörper eines Unterseeboots angeordnet, wobei aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit auf die Darstellung des Unterseeboots verzichtet worden ist. Der Adsorptionsbehälter 2 dient dazu, CO2 eines C02-haltigen Gasgemisches, bei dem es sich im vorliegenden Fall vor allem um die in dem Druckkörper befindliche Ausatemluft der Besatzung des Unterseeboots handelt, zu binden.
Der Adsorptionsbehälter 2 weist einen Gaseinlass 4 für das C02-haltige Gasgemisch und einen Gasauslass 6 für das in dem Adsorptionsbehälter 2 von dem CO2 befreite Gasgemisch bzw. Gas auf. In dem Adsorptionsbehälter 2 ist ein mit einem thermisch regenerierbaren C02-Bindemit†el 8 befülltes Innenbehältnis 10 angeordnet.
Das Innenbehältnis 10 ist hohlzylindrisch ausgebildet und an seinen Stirnseiten 12 und 14 gasdicht verschlossen, während eine Umfangswandung 16 des Innenbehältnisses 10 gasdurchlässig ausgebildet ist. Innerhalb des Innenbehältnisses 10 ist ein zylindrischer Kanal 18 ausgebildet, der sich konzentrisch zu einer Mittelachse A des Innenbehältnisses 10 in Längsrichtung des Innenbehältnisses 10 von dessen Stirnseite 12 bis zu dessen Stirnseite 14 erstreckt. Über eine an der Stirnseite 1 2 ausgebildete Öffnung 20 ist der Kanal 18 mit dem Gaseinlass 4 des Adsorptionsbehälters 2 leitungsverbun- den. Wie die Umfangswandung 1 6 des Innenbehältnisses 10 ist auch eine den Kanal 18 begrenzte Wandung 22 gasdurchlässig ausgebildet. Das von dem Gaseinlass 4 abgewandte Ende des Kanals 18 ist von der Stirnseite 1 im Wesentlichen gasdicht verschlossen.
Zusammen mit der Umfangswandung 16 des Innenbehältnisses 10 bildet der Kanal 18 einen Ringraum 24, der mit dem CC>2-Bindemi††el 8 gefüllt ist. Zum Lösen des in dem C02-hal†igen Gasgemisch befindlichen C02 wird das C02-halfige Gasgemisch über den Gaseinlass 4 des Adsorpfionsbehälfers 2 in den darin angeordneten Kanal 18 geleitet. Von dort strömt es durch die gasdurchlässige Wandung 22 des Kanals 18 in den Ringraum 24, wo es mit dem C02-Bindemittel 8 in Kontakt kommt, welches das in dem Gas enthaltene CO2 bindet. Von dem CO2 befreit verlässt das Gasgemisch bzw. Gas das Innenbehältnis 10 über dessen gasdurchlässige Umfangswandung 16 und strömt in einen Ringraum 26, der in dem Adsorptionsbehälter 2 zwischen der Umfangswandung 16 des Innenbehältnisses 10 und einer Außenwandung 28 des Adsorptionsbehälters 2 ausgebildet ist. Der Ringraum 26 ist mit dem Gasauslass 6 des Adsorptionsbehälters 2 strömungsverbunden, so dass das gereinigte Gasgemisch bzw. Gas den Adsorptionsbehälter 2 über den Gasauslass 6 verlassen kann.
In der erfindungsgemäßen CO2- Bindeeinrichtung wird ein thermisch regenerierbares C02-Bindemittel 8 verwendet, d.h. zur Regeneration des C02-Bindemittels 8 muss diesem Wärme zugeführt werden. Hierzu sind mehrere längliche Heizelemente 30 und 32 vorgesehen. Diese führen im Bereich des Ringraums 24 parallel zur Mittelachse A des Innenbehältnisses 10 ausgerichtet durch das Innenbehältnis 10.
Zur Vergrößerung ihrer Wärmeübertragungsfläche sind die beiden Heizelemente 30 ' und 32 mit 13 Heizlamellen 34 verbunden. Die Heizlamellen 34 werden von vergleichsweise dünnen ringförmigen flachen Scheiben aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit gebildet. Die Querschnittskontur der Heizlamellen 34, die gleichmäßig über den in den Ringraum 24 eingreifenden Abschnitt der Heizelemente 30 und 32 verteilt angeordnet sind, korrespondiert mit der Querschnittskontur des Ringraums 24. Um einen guten Wärmeübergang von den Heizelementen 30 und 32 zu den Heizlamellen 34 zu gewährleisten, sind die Heizelemente 30 und 32 mit den Heizlamellen 34 über eine Press- oder eine Lötverbindung verbunden.
Insbesondere die Heizlamellen 34 ermöglichen eine hohe und gleichmäßige Wärmeeinbringung in den mit dem C02-Bindemittel 8 befüllten Ringraum 24 des Innenbehältnisses 10. Durch diese Wärmeeinbringung wird das zuvor von dem C02- Bindemittel 8 gebundene C02 von dem C02-Bindemittel 8 wieder gelöst, wonach es beispielsweise über eine an den Gaseinlass 4 des Adsorptionsbehälters 2 angeschlossene Pumpe, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, aus dem Adsorptionsbehälter 2 abgesaugt werden kann.
Bezugszeichenliste:
2 Adsorptionsbehälter
4 Gaseinlass
6 Gasauslass
8 C02-Bindemittel
10 Innenbehältnis
12 Stirnseite
14 Stirnseite
16 Umfangswandung
18 Kanal
20 Öffnung
22 Wandung
24 Ringraum
26 Ringraum
28 Außenwandung
30 Heizelement
32 Heizelement
34 Heizlamelle
A Mittelachse

Claims

Patentansprüche:
1 . Unterseeboot mit einer im Inneren des Unterseeboots angeordneten CO2- Bindeeinrichtung zum Binden von CO2 eines C02-haltigen Gasgemisches, insbesondere Luft, welche mindestens einen Adsorptionsbehälter (2) mit einem Ga- seinlass (4), einem Gasauslass (6) und mindestens ein mit einem C02-Bindemittel (8) gefülltes, zumindest abschnittsweise gasdurchlässiges Innenbehältnis ( 10) aufweist, wobei der Gaseinlass (4) mit einem in das Innere des Innenbehältnisses (10) führenden Kanal (18) verbunden ist und der Gasauslass (6) mit einem das Innenbehältnis (10) außenseitig umgebenden Raum (26) in dem Adsorptionsbehälter (2) verbunden ist.
2. Unterseeboot nach Anspruch 1 , bei dem eine Wechselkartusche das Innenbehältnis (10) bildet.
3. Unterseeboot nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein durch die C02-Bindemittelfüllung des Innenbehältnisses (10) führendes längliches Heizelement (30, 32) vorgesehen ist, an dessen Außenseite mehrere voneinander beabstandete Heizlamellen (34) angeordnet sind.
4. Unterseeboot nach Anspruch 3, bei dem das Heizelement (30, 32) und die Heizlamellen (34) derart in dem Innenbehältnis angeordnet sind, dass sie direkt in dem C02-Bindemittel eingebettet sind.
5. Unterseeboot nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem das Heizelement (30, 32) parallel zu dem Kanal (18) ausgerichtet ist.
6. Unterseeboot nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Heizlamellen (34) den in dem Innenbehältnis ( 10) ausgebildeten Kanal ( 18) vollständig umgeben.
7. Unterseeboot nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem die Heizlamellen (34) parallel zur Durchströmungsrichtung außerhalb des Kanals (18) des Innenbehältnisses (10) ausgerichtet sind.
8. Unterseeboot nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem ein von einem Heizmedium durchströmtes Röhr das Heizelement bildet.
9. Unterseeboot nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem das Heizelement (30, 32) Teil einer elektrischen Widerstandsheizung ist.
10. Unterseeboot nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Innenbehältnis ( 10) des Adsorptionsbehälters (2) zylindrisch ausgebildet ist, wobei der Kanal (18) zentral in Längsrichtung des Innenbehältnisses (10) durch dieses führt und ein Ringraum (24) zwischen dem Kanal (18) und einer Umfangswan- dung ( 1 6) des Innenbehältnisses (10) mit dem C02-Bindemittel (8) gefüllt ist.
1 1 . Unterseeboot nach Anspruch 10, bei dem die Heizlamellen (34) einen Querschnitt aufweisen, welcher mit dem Innenquerschnitt des mit dem C02- Bindemittel (8) gefüllten Ringraums (24) korrespondiert.
12. Unterseeboot nach Anspruch 1 1 , bei dem an den Heizlamellen (34) vorzugsweise einander diametral gegenüberliegend zwei Durchbrechungen ausgebildet sind durch die jeweils ein Heizelement (30, 32) geführt ist.
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