ES2255002T3 - Submarino con un deposito de presion de gas licuado. - Google Patents
Submarino con un deposito de presion de gas licuado.Info
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Abstract
Submarino con un depósito de presión (3) de gas licuado, especialmente un depósito de presión para almace nar oxígeno líquido (LOX), en donde el depósito de presión (3) de gas licuado está dispuesto dentro del casco de presión (2) del submarino y se halla rodeado por un depósito de presión exterior (6) que está alojado también dentro del casco de presión (2) del submarino, caracterizado porque están previstos medios que, al sobrepasarse una presión prefijada dentro de uno de los depósitos de presión (3, 6), conducen fluido del depósito de presión (3, 6) hacia fuera del casco de presión (2).
Description
Submarino con un depósito de presión de gas
licuado.
La invención concierne a un submarino con un
depósito de presión de gas licuado, especialmente un depósito de
presión para almacenar oxígeno líquido.
Los submarinos, especialmente para uso militar,
son abastecidos de energía eléctrica debajo del agua usualmente
desde baterías. Se utilizan también en grado creciente convertidores
de energía para generar la energía eléctrica a partir de un portador
de energía, por ejemplo hidrógeno, y un oxidante, por ejemplo
oxígeno. Son adecuadas para esto especialmente las pilas de
combustible, en las que el portador de energía es oxidado
catalíticamente generando energía eléctrica y calor. Como oxidante
se utiliza típicamente en estos sistemas un gas que contiene
oxígeno, tal como, por ejemplo, aire o bien preferiblemente oxígeno
puro, que se almacena en condiciones criógenas y en estado
líquido.
Es conocido el modo en que se puede almacenar en
tierra oxígeno líquido (LOX) para garantizar una seguridad
suficiente. Sin embargo, estas reglas vigentes no son suficientes
para el almacenamiento seguro de oxígeno líquido y/o gaseoso en un
submarino, especialmente para uso militar.
El almacenamiento de oxígeno líquido en
sub-
marinos ha sido descrito en el artículo "Fuel cell systems for submarines; from the first idea to serial production", JOURNAL OF POWER SOURCES, ELSEVIER SEQUOIA S.A., LAUSANNE, CH, Vol. 106, No. 1-2, 1 de abril de 2002 (01-04-2002), páginas 381-383, XP004348713, ISSN: 0378-7753, de Psoma, A. y Sattler, G. El oxígeno líquido se almacena en tanques de doble pared aislados bajo vacío que, junto con accesorios de grifería, un equipamiento de seguridad y vigilancia y un evaporador, están dispuestos por fuera del casco de presión y, por tal motivo, configurados de modo que puedan resistir cargas de choque y la presión de inmersión.
marinos ha sido descrito en el artículo "Fuel cell systems for submarines; from the first idea to serial production", JOURNAL OF POWER SOURCES, ELSEVIER SEQUOIA S.A., LAUSANNE, CH, Vol. 106, No. 1-2, 1 de abril de 2002 (01-04-2002), páginas 381-383, XP004348713, ISSN: 0378-7753, de Psoma, A. y Sattler, G. El oxígeno líquido se almacena en tanques de doble pared aislados bajo vacío que, junto con accesorios de grifería, un equipamiento de seguridad y vigilancia y un evaporador, están dispuestos por fuera del casco de presión y, por tal motivo, configurados de modo que puedan resistir cargas de choque y la presión de inmersión.
Sin embargo, el almacenamiento de oxígeno líquido
en un depósito de presión de gas licuado dispuesto por fuera del
casco de presión es más bien desfavorable debido a las condiciones
del sistema, ya que la instalación de uno o más depósitos de presión
por fuera del casco de presión propiamente dicho del submarino es
relativamente complicado en el aspecto técnico en razón de que ya
por motivos reotécnicos y también por motivos de distribución del
peso no es posible prever un depósito relativamente grande, sino que
tienen que preverse varios depósitos pequeños que han de instalarse
por fuera en el casco de presión del vehículo subacuático y que han
de revestirse en forma reotécnica. Únicamente así puede asegurarse
que en caso de eventuales fugas del depósito de presión no llegue
hidrógeno al interior del casco de presión del submarino.
Ante estos antecedentes, la invención se basa en
el problema de construir un submarino de modo que se simplifique el
almacenamiento y la conducción de oxígeno líquido sin poner en
peligro la seguridad del submarino y de las personas que viajan con
él.
Este problema se resuelve según la invención por
medio de las características indicadas en la reivindicación 1.
Ejecuciones ventajosas de la invención están indicadas en las
reivindicaciones subordinadas, en la descripción siguiente y en el
dibujo.
Por consiguiente, la invención prevé disponer el
depósito de presión de gas licuado por dentro del casco de presión
del submarino. Sin embargo, para garantizar entonces la seguridad
del submarino y del personal, el depósito de presión de gas licuado
está rodeado por un depósito de presión exterior que está alojado
también por dentro del casco de presión del submarino. Además, se
han tomado medidas que cuidan de que, al sobrepasarse una presión
prefijada dentro de un depósito de presión, se conduzca fluido del
depósito de presión hacia fuera del casco de presión del
submarino.
El alojamiento interno del depósito de oxígeno
gaseoso licuado ofrece claras ventajas para el diseño conceptual
del vehículo subacuático, de modo que el vehículo es más pequeño y
más barato que un vehículo comparable con almacenamiento externo de
oxígeno.
La disposición del recipiente de presión de gas
licuado por dentro del casco de presión del submarino tiene ventajas
considerables. Debido al robusto casco de presión del submarino está
también perfectamente protegido el depósito de presión de líquido,
especialmente también en lo que se refiere a cargas típicas
militares. Otra ventaja esencial es que el depósito de presión de
líquido sigue siendo accesible también en estado sumergido del
submarino. A consecuencia de la protección por medio del casco de
presión, el depósito de presión de gas licuado puede ser de
construcción más ligera. Se obtienen también ventajas respecto del
aislamiento del depósito de presión, ya que, a diferencia de lo que
ocurre en depósitos de presión de gas licuado situados en el
exterior, el aislamiento no está sometido a cargas adicionales
debidas a la presión de inmersión. Por último, se obtienen también
ventajas de costes, ya que la construcción de un depósito o
eventualmente dos depósitos de presión de gas licuado situados por
dentro es sensiblemente más barata que el prever un gran número de
depósitos de presión situados por fuera. Dado que la capa aislante
tiene que ser siempre del mismo espesor para el mismo efecto
aislante con independencia del tamaño, se obtienen, además, ventajas
de espacio, ya que, al aumentar el tamaño del depósito de presión de
gas licuado, se hace más pequeño el volumen necesario resultante
para el almacenamiento por cada litro de líquido. Por último, un
alojamiento del depósito de presión de gas licuado por dentro del
casco de presión, aparte de proporcionar las ventajas reotécnicas,
da también como resultado ventajas técnicas de peso, puesto que en
el caso de depósitos de gas licuado situados por fuera estos pueden
disponerse regularmente sólo en la zona superior del submarino, por
lo que el peso del depósito tiene que ser elevado siempre también
durante la emersión. No ocurre esto en el caso de un depósito de
presión de gas licuado por dentro con un alojamiento adecuado y
preferido, por ejemplo delante del motor diesel y detrás de la
central o entre los espacios de la batería.
Mediante el depósito de presión exterior previsto
según la invención y eventualmente otras médicas técnicas de
seguridad que se explicarán con detalle más adelante, se consigue
que incluso en el caso de un depósito de presión de gas licuado
situado por dentro del casco de presión se alcance una seguridad que
es comparable a la que se presenta con depósito situado por fuera o
incluso la sobrepase. A este fin, la invención, aparte de prever el
depósito de presión exterior, que en el caso de un fallo o fallo
parcial del depósito de presión de gas licuado cuida de que no pueda
llegar gas licuado ni gas al interior del casco de presión del
submarino, prevé, además, unos medios que en tal caso de avería
cuidan de que el oxígeno líquido o gaseoso que se encuentra en el
depósito de presión exterior no sólo no pueda ser conducido hacia
fuera del depósito de presión exterior, sino que, además, tampoco
pueda ser conducido hacia fuera del casco de presión, con lo que no
se puede establecer aquí ninguna presión crítica que pudiera poner
en peligro el interior del submarino. Una presión producida
inadmisiblemente alta es degradada hacia fuera del casco de
presión.
Según una ejecución ventajosa de la invención, el
depósito de presión exterior comprende no sólo el depósito de
presión de gas licuado, sino también todas las tuberías y accesorios
de grifería que conducen gas licuado alimentado desde el depósito de
presión de gas licuado, incluido un evaporador que, por aportación
de energía en forma de energía calorífica, convierte el oxígeno
líquido que llega del depósito de presión de gas licuado en oxígeno
gaseoso. Por tanto, toda la zona crítica en el aspecto técnico de la
seguridad, concretamente en todos los sitios en que ha de manejarse
oxígeno criógeno líquido, tiene asegurada una protección por medio
del depósito de presión exterior. Por consiguiente, incluso en el
caso del desprendimiento de una válvula, el estallido de una tubería
o el rebasamiento de la temperatura crítica en el depósito de
presión de gas licuado se puede asegurar siempre que la presión se
degrade hacia fuera o que el oxígeno sea conducido hacia fuera para
la degradación de la presión y no pueda llegar al interior del casco
de presión. A este fin, se ha previsto una tubería que atraviesa el
depósito de presión exterior y el caso de presión del submarino, que
está bloqueada por medio de un dispositivo de seguridad y que se
abre solamente en el caso de una sobrepresión predeterminada dentro
del depósito de presión exterior y/o del depósito de presión de gas
licuado. Este dispositivo de seguridad puede estar formado, por
ejemplo, por una válvula de sobrepresión o un disco rompible que
deje libre la sección transversal de la tubería por destrucción
permanente al sobrepasarse una presión predeterminada.
Para poder asegurar también en estado sumergido
que, al establecerse una presión inadmisiblemente elevada en el
depósito de presión exterior, ésta se degrade hacia fuera a través
de la tubería, es necesario dimensionar el depósito de presión
exterior y preferiblemente también el depósito de presión interior
de modo que aguanten la presión a la profundidad de inmersión, es
decir, la presión que actúa sobre el submarino hasta la profundidad
de inmersión, o bien prever un dispositivo de aumento de presión que
garantice que ya a presiones más pequeñas dentro del depósito de
presión exterior el fluido pueda ser transportado hacia fuera de
forma fiable, concretamente con independencia de la profundidad de
inmersión. Un dispositivo de aumento de presión de esta clase puede
consistir, por ejemplo, en una disposición de
pistón-cilindro en la que esto se consigue a través
de una relación de superficies correspondiente o bien a través de
bombas seguras correspondientes. Preferiblemente, el dispositivo de
aumento de presión está construido de modo que trabaje aprovechando
la presión existente en el depósito de presión exterior, pero
eventualmente pueda trabajar también aprovechando la presión que
reina en el depósito de presión de gas licuado o de otra manera.
Es especialmente favorable en el aspecto técnica
de la seguridad que el depósito de presión de gas licuado esté
dimensionado de modo que su sobrepresión de funcionamiento admisible
corresponda a la profundidad de inmersión del submarino, ya que
entonces en un caso de avería, cuando, a consecuencia de la apertura
de un dispositivo de seguridad, se una el interior del depósito de
presión de gas licuado con el medio circundante del submarino, no
exista riesgo de ninguna clase de que el depósito de presión de gas
licuado no pueda aguantar esta presión. Así, es conveniente también
en el aspecto técnico de seguridad dimensionar el depósito de
presión exterior de modo que su sobrepresión de funcionamiento
admisible corresponda al menos a la presión de la profundidad de
inmersión del submarino.
Según un perfeccionamiento ventajoso de la
invención, se ha previsto dentro del depósito de presión exterior
por dentro del espacio de accesorios de grifería una válvula de
bloqueo, concretamente para la tubería de gas que conduce desde el
depósito de presión exterior hasta el casco de presión. Mediante
esta válvula se puede cerrar herméticamente el depósito de presión
exterior con respecto al interior del submarino. Esto es
conveniente no sólo en los casos de avería antes citados, en los
cuales se establece una elevada presión dentro del depósito de
presión exterior, sino también en los casos en los que se detecta
una elevada concentración de gas en el interior del submarino y,
por tanto, se tiene que cortar centralmente y en forma fiable, por
precaución, la aportación de gas, especialmente la aportación de
oxígeno. Preferiblemente, se ha previsto, sobre todo para este caso
de avería, otro dispositivo de seguridad constituido por sensores
correspondientes de gas, especialmente de oxígeno, así como una
electrónica de evaluación y control correspondiente que active la
válvula de bloqueo cerrándola en el caso de una concentración de gas
predeterminada.
Ventajosamente, se han previsto sensores de gas
no sólo dentro del casco de presión, sino también (al menos un
sensor de gas o de presión) por dentro del depósito de presión
exterior y del espacio de accesorios de grifería para verificar si
sale gas, especialmente oxígeno, del depósito de presión de gas
licuado, de una tubería conductora de gas licuado y de gas o de un
accesorio de grifería, a fin de activar de manera correspondiente
en tal caso de avería al menos la válvula que bloquea el depósito de
presión de gas licuado, así como ventajosamente también conmutar a
bloqueo la válvula que bloquea la tubería que conduce del depósito
de presión exterior al casco de presión.
Se explica seguidamente la invención con más
detalle haciendo referencia a un ejemplo de realización
representado en el dibujo. La figura muestra en representación
simplificada la estructura de un submarino según la invención con
tanque de oxígeno gaseoso licuado situado dentro del casco de
presión.
En el vehículo subacuático representado se ha
identificado con 1 el casco exterior del vehículo que determina la
forma reotécnicamente eficaz del submarino. Dentro de este casco 1
está dispuesto un casco de presión cilíndrico 2, tal como es
necesario y usual en submarinos. Dentro de este casco de presión 2
está dispuesto un depósito de presión de gas licuado 3 para oxígeno
líquido (LOX), concretamente en la zona comprendida entre la sala
de máquinas dispuesta en la zona trasera, no representada en la
figura, y la central situada por debajo de la torreta 4. El
depósito de presión de gas licuado 3 está previsto para
almacenamiento de oxígeno criógeno líquido, presenta una forma
sustancialmente cilíndrica y de configuración semiesférica en los
extremos y está provisto, en su lado exterior, de un aislamiento 5
constituido de manera en sí conocida por un material atenuador de
la radiación y un espacio sometido a vacío. Este aislamiento 5 está
aplicado al lado exterior del depósito de presión de gas licuado 3
y se aplica al lado interior de un depósito de presión exterior 6
que presenta también sustancialmente una forma cilíndrica y que
rodea al depósito de presión de gas licuado 3, incluido su
aislamiento 5. Tanto el depósito de presión 3 como el depósito de
presión 6 están diseñados de modo que su sobrepresión de
funcionamiento admisible corresponda a la presión del submarino.
El depósito de presión exterior 6 sobresale
claramente del depósito de presión de gas licuado 3 hacia un lado,
de modo que está formado un espacio de accesorios de grifería 7 que
comprende todas las tuberías, accesorios de grifería y grupos que
conducen oxígeno líquido. En este espacio de accesorios de grifería
está dispuesto un intercambiador de calor 8 a través del cual se
efectúa el establecimiento de la presión de trabajo para
transportar el oxígeno líquido desde el depósito 3. El
intercambiador de calor 8 está dispuesto en el aislamiento 5 y es
alimentado externamente.
Cerca del fondo del depósito 3 se extiende hacia
fuera del depósito de presión de gas licuado una tubería 9 de
conducción de LOX que une este depósito con un evaporador 10
alimentado también externamente, en el cual se evapora oxígeno
líquido 10 procedente de la tubería 9. El oxígeno gaseoso es
conducido desde el evaporador 10 hacia fuera del depósito de
presión 6 a través de una tubería 11. Esta tubería 11 puede cerrarse
por medio de una válvula de bloqueo controlable 12 y esta válvula
de bloqueo está dispuesta dentro del depósito de presión exterior
6.
Durante el funcionamiento normal se alimenta
calor al depósito de presión de gas licuado 3 a través del
intercambiador de calor 8 hasta que se haya establecido una presión
de trabajo necesaria para transportar el oxígeno líquido. El
oxígeno líquido llega al evaporador 10 por la tubería 9, sigue desde
allí en forma gaseosa a través de la tubería 11 y la válvula de
bloqueo abierta 12 saliendo del depósito de presión exterior 6 y
entrando en el interior del casco de presión 2 y llega allí a un
consumidor, por ejemplo, una torre de pilas de combustible.
Dentro del casco de presión 2 están previstos
unos sensores de oxígeno 13 que captan el contenido de oxígeno
dentro del casco de presión 2. Estos sensores de oxígeno 13 están
unidos con un dispositivo de evaluación y control electrónico no
representado de tal manera que, al sobrepasarse un contenido de
oxígeno predeterminado dentro del casco de presión 2, se capta esta
situación y se activa la válvula de bloqueo 12 en el sentido de
cierre para asegurar que no salga más oxígeno por la tubería 11.
El espacio 7 de accesorios de grifería está
equipado igualmente con al menos un sensor de presión o bien un
sensor de oxígeno 13 y ha sido puesto bajo vacío, de modo que se
puede detectar una falta de estanqueidad en una de las tuberías o
grupos que allí se encuentran. Tan pronto como se capta esta falta
de estanqueidad, se bloquea la tubería 9 en el lado del depósito de
presión por medio de una válvula de bloqueo 14 para evitar una
entrada adicional de oxígeno en el espacio del depósito de presión
exterior 6. Se bloquea también la válvula 12 para cerrar el depósito
de presión exterior 6 con respecto al casco de pre-
sión 2.
sión 2.
El depósito de presión 3 de gas licuado y el
depósito de presión exterior 6 están unidos con un dispositivo de
purga común 15 que presenta una tubería 16 que sale del casco de
presión 2, que está cerrada por medio de una válvula de seguridad
17 o un disco rompible y que desemboca al aire libre. Al presentarse
un aumento de presión inadmisiblemente alto dentro del depósito de
presión 3 de gas licuado se crea a través de este dispositivo de
purga 15 en tal caso de avería una unión de conducción hacia fuera
del casco de presión 2, a través de la cual se puede degradar la
presión hacia fuera. Dado que tanto el depósito de presión 3 como
el depósito de presión 6 están concebidos como resistentes a la
presión de modo que aguanten una presión interior presente en la
tubería 16 de conformidad con la profundidad de inmersión del
submarino, la presión dentro del depósito de presión 3 o del
depósito de presión 6 no aumenta hasta un nivel inadmisiblemente
elevado.
Un dispositivo de purga 15 puede estar previsto
también por separado para el depósito de presión 3 de gas licuado y
el depósito de presión exterior 6, y entonces, al sobrepasarse una
presión predeterminada, se produce una unión de conducción directa
del depósito de presión 3 con el entorno del vehículo subacuático o
del depósito de presión exterior 6 con el entorno del vehículo
subacuático.
- 1
- Casco
- 2
- Casco de presión
- 3
- Depósito de presión de gas licuado
- 4
- Torreta
- 5
- Aislamiento
- 6
- Depósito de presión exterior
- 7
- Espacio de accesorios de grifería
- 8
- Intercambiador de calor
- 9
- Tubería LOX
- 10
- Evaporador
- 11
- Tubería para O_{2}
- 12
- Válvula de bloqueo
- 13
- Sensores de oxígeno
- 14
- Válvula de bloqueo
- 15
- Dispositivo de purga
- 16
- Tubería
- 17
- Válvula de seguridad
Claims (15)
1. Submarino con un depósito de presión (3) de
gas licuado, especialmente un depósito de presión para almacenar
oxígeno líquido (LOX), en donde el depósito de presión (3) de gas
licuado está dispuesto dentro del casco de presión (2) del submarino
y se halla rodeado por un depósito de presión exterior (6) que está
alojado también dentro del casco de presión (2) del submarino,
caracterizado porque están previstos medios que, al
sobrepasarse una presión prefijada dentro de uno de los depósitos de
presión (3, 6), conducen fluido del depósito de presión (3, 6) hacia
fuera del casco de presión (2).
2. Submarino según la reivindicación 1,
caracterizado porque el depósito de presión exterior (6)
comprende también todas las tuberías (9) y accesorios de grifería
(12, 14), incluyendo un evaporador (10), que conducen gas licuado
alimentado desde el depósito de presión (3) de gas licuado.
3. Submarino según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que el depósito de presión exterior (6) está
provisto de una tubería (16) que sale del casco de presión (2) del
submarino y que está bloqueada por medio de un dispositivo de
seguridad (17).
4. Submarino según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que el dispositivo de seguridad es una válvula de
sobrepresión (17).
5. Submarino según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que el dispositivo de seguridad es un disco
rompible.
6. Submarino según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que está previsto un dispositivo de aumento de la
presión que asegura una evacuación de fluido del depósito de presión
exterior (6) incluso en estado sumergido.
7. Submarino según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que están previstos unos medios (16, 17) que, al
sobrepasarse una presión prefijada en el depósito de presión (3) de
gas licuado, conducen gas y/o gas licuado hacia fuera del casco de
presión (2).
8. Submarino según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que el dispositivo de aumento de la presión
trabaja aprovechando la presión que reina en el depósito de presión
exterior (6) y/o en el depósito de presión (3) de gas licuado.
9. Submarino según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que el depósito de presión (3) de gas licuado
está dimensionado de modo que su sobrepresión de funcionamiento
admisible corresponda al menos a la presión reinante a la
profundidad de inmersión del submarino.
10. Submarino según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que el depósito de presión exterior (6) está
dimensionado de modo que su sobrepresión de funcionamiento admisible
corresponda al menos a la presión reinante a la profundidad de
inmersión del submarino.
11. Submarino según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que está prevista una válvula de bloqueo (12)
dispuesta dentro del depósito de presión exterior (6) para la
tubería de gas (11) que conduce del depósito de presión exterior (6)
al casco de presión (2).
12. Submarino según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que la válvula de bloqueo (12) es controlada en
función de la concentración de gas en el casco de presión (2).
13. Submarino según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que está previsto al menos un sensor de gas (13)
para detectar la concentración de gas dentro del casco de presión
(2).
14. Submarino según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que está previsto un sistema de control que
activa la válvula de bloqueo (12) en sentido de cierre al
sobrepasarse una concentración de gas predeterminada en el casco de
presión (2).
15. Submarino según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que al menos un sensor de presión o un sensor de
gas (13) está dispuesto dentro del depósito de presión exterior (6),
y en el que están previstos unos medios (14) que, al captar una
presión incrementada o una concentración de gas incrementada en el
depósito de presión exterior (6), especialmente en el espacio (7) de
accesorios de grifería, bloquean la aportación de gas licuado desde
el depósito de presión (3) de gas licuado.
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