PT1717141E - Submarino com uma unidade de pilhas de combustível - Google Patents

Description

ΕΡ 1 717 141/PT

DESCRIÇÃO "Submarino com uma unidade de pilhas de combustível" 0 invento refere-se a um submarino com uma unidade de pilhas de combustível. São conhecidos submarinos, os quais apresentam uma unidade de pilhas de combustível para a alimentação de energia a um accionamento independente do ar ambiente exterior, disponibilizando a unidade de pilhas de combustível a energia eléctrica para o accionamento do submarino e para os restantes dispositivos do submarino durante o deslocamento submerso. As pilhas de combustível deste género estão habitualmente previstas com um accionamento convencional diesel-eléctrico, o qual apresenta ainda baterias, particularmente baterias de chumbo e ácido para a acumulação de energia para o accionamento independente do ar ambiente exterior do submarino.

As unidades de pilhas de combustível conhecidas em submarinos alimentadas com hidrogénio e oxigénio. Neste caso é produzida água pela pilha de combustível, a qual sai no lado do cátodo da pilha de combustível. Além disso, o oxigénio excedente sai no lado do cátodo. No lado do ânodo das pilhas de combustível sai apenas pouca água e o hidrogénio excedente em conjunto com reduzidas quantidades de gases estranhos, os quais não reagem com o oxigénio nas pilhas de combustível.

As fugas de hidrogénio no submarino são problemáticas devido ao espaço fechado do submarino e do dai resultante risco de explosão. 0 hidrogénio deve, portanto, ser recolhido e é transformado normalmente através de um recombinador catalítico, com a adição de ar ou oxigénio, em água. Um submarino deste género é conhecido a partir da GB 2 250 130 A. A desvantagem desta técnica é que o recombinador requer espaço adicional, o qual num submarino normalmente é bastante escasso e ser além disso relativamente pesado, dado que o mesmo deve ser configurado como um recipiente resistente à pressão e explosão. 2 ΕΡ 1 717 141/ΡΤ É portanto ο objecto do invento disponibilizar uma unidade de pilhas de combustível, a qual apresenta um sistema aperfeiçoado para a recolha ou a descarga do gás residual dos gases de escape, o qual ocupa menos espaço e requer menos peso no submarino.

Este objecto é conseguido por intermédio de um submarino com as características da reivindicação 1. Os modos de realização preferidos resultam das reivindicações subsequentes. 0 submarino de acordo com o invento apresenta uma unidade de pilhas de combustível bem como uma unidade de baterias, instalada num compartimento de baterias, particularmente, com baterias de chumbo. 0 compartimento de baterias está equipado com um sistema de ventilação, para poder evacuar de modo sistemático do compartimento de baterias os gases libertados pelas baterias, que nas baterias de chumbo normalmente utilizadas também é hidrogénio. De acordo com o invento é estabelecida uma ligação entre a instalação de pilhas de combustível e o sistema de ventilação do compartimento de baterias de tal modo que gases libertados da unidade de pilhas de combustível, particularmente o hidrogénio, o qual é libertado no ânodo, também sejam descarregados para o sistema de ventilação do compartimento de baterias respectivamente serem tratados através deste. Esta disposição permite prescindir de um recombinador adicional para tornar a neutralização o hidrogénio libertado pelas pilhas de combustível. Pelo contrário, um sistema de ventilação que já é necessário para o compartimento de baterias, é agora também aproveitado para dissipar os gases de escape libertados pelas pilhas de combustível. Para este efeito, a pilha de combustível ou o lado do ânodo fica encapsulado, de modo a recolher os correspondentes gases libertados, principalmente o hidrogénio e para através das condutas do sistema de ventilação conduzir os mesmos para o compartimento de baterias. Dado que este sistema de ventilação está concebido para ser utilizado também para a descarga de hidrogénio das baterias de chumbo, este sistema também pode, sem problemas, recolher o hidrogénio libertado pelas pilhas de combustível e descarregar o mesmo ou tornar o mesmo inofensivo. 3 ΕΡ 1 717 141/ΡΤ

De preferência a unidade de pilhas de combustível está ligada através de uma conduta de gás residual ao compartimento de baterias do submarino, para conduzir o gás libertado pela unidade de pilhas de combustível para o compartimento de baterias. A partir do compartimento de baterias o gás libertado pela pilha de combustível bem como os gases libertados pelas baterias são descarregados através do sistema de ventilação do compartimento de baterias. Assim, é criado um sistema de gases residuais para os gases residuais da fonte de combustível, o qual está ligado ao sistema de ventilação do compartimento de baterias, formando um sistema. 0 compartimento de baterias apresenta neste caso, de preferência, também uma purga ou uma entrada de ar, através da qual ar a do interior do submarino é conduzido para o compartimento de baterias, substituindo o ar ou os gases descarregados ou evacuados do sistema de ventilação. A evacuação dos gases libertados pela unidade de pilhas de combustível no compartimento de baterias permite uma configuração particularmente simples de todo o sistema de gás residual, dado que o número de componentes necessário é minimizado. Além disso pode ser garantida uma protecção simples contra explosões, dado que devido à alimentação com ar no compartimento de baterias tanto o hidrogénio libertado pela unidade de pilhas de combustível como também o das baterias pode ser diluído para um nível abaixo do limite de explosão. Assim, pode ser assegurado que a mistura de ar e hidrogénio, a qual deve ser evacuada pelo sistema de ventilação do compartimento de baterias, já não é explosiva. Deste modo pode-se prescindir do sistema de protecção contra explosões concebido para a totalidade de gás residual, pelo que pode, no submarino, ser economizado espaço e peso para o sistema de gás residual. 0 compartimento de baterias é, de preferência, tal com em disposições conhecidas, concebido de modo a ficar protegido contra explosão, dado que devido à diluição do hidrogénio no ar é primeiro formada uma mistura explosiva, antes que a mistura seja diluída por meio da adição de ar ou de adição de oxigénio no compartimento de baterias de tal modo que esta se situe abaixo do limite de explosão, sendo excluída uma explosão. A evacuação do hidrogénio libertado pela unidade de pilhas de combustível para o compartimento de baterias tem neste caso a vantagem de 4 ΕΡ 1 717 141/ΡΤ que além do mesmo já ser configurado de modo protegido contra explosão, nenhuma outras partes da unidade necessitar ser formada de modo protegido contra explosões, como era anteriormente necessário para um recombinador para a evacuação do hidrogénio libertado pela pilha de combustível.

Na conduta de gás residual entre a unidade de pilhas de combustível e o compartimento das baterias está instalado, de preferência, um separador de água, o qual separa a água contida no gás libertado pela unidade de pilhas de combustível, principalmente do lado do ânodo, de modo que são apenas admitidos no sistema de gás residual ou no compartimento de baterias componentes gasosos, em particular, hidrogénio puro. 0 separador de água está, mais de preferência, ligado a um depósito de água para recolher a água evacuada. A água recolhida pode ser então, em determinados períodos de tempo, drenada ou bombeada.

Numa conduta de ligação entre o separador de água e o depósito de água está, de preferência, instalado um bloqueio do gás, o qual impede que o gás, em particular, o hidrogénio, penetre a partir do separador de água no depósito de água.

Um bloqueio de gás deste género pode, por exemplo, ser configurado como um tubo em U, o qual está instalado na ligação da conduta entre o separador de água e o depósito de água. Este tubo em U tem como efeito que uma secção da conduta esteja constantemente preenchida com água, de modo que o gás não pode passar pela conduta. 0 bloqueio de gás também pode ser configurado de modo diferente, por exemplo, como um tipo de sifão.

Além disso, é ainda preferido que o depósito de água esteja equipado com uma conduta de purga, a qual está ligada ao compartimento de baterias. Deste modo é possível, no caso de falha, em que gás, em particular, o hidrogénio tiver penetrado no depósito de água, o mesmo ser evacuado para o compartimento de baterias e a partir dali ser escoado, como anteriormente descrito, através do sistema de ventilação do compartimento de baterias. 5 ΕΡ 1 717 141/ΡΤ

Além disso, ο depósito de água está, de preferência, protegido com azoto, de modo a evitar a entrada de hidrogénio.

No sistema de ventilação do compartimento de baterias está, de modo adequado instalado um recombinador para a conversão de hidrogénio em água. Um recombinador deste género é formado por um catalisador, no qual o hidrogénio com o oxigénio admitido no compartimento de baterias como ar ou na forma de oxigénio puro, é queimado num processo exotérmico, formando água. 0 recombinador pode ser para este efeito configurado, de modo conhecido, por meio de esteiras de recombinador, como é já conhecido dos sistemas de ventilação de compartimentos de baterias existentes. A circulação do gás no sistema de ventilação do compartimento de baterias efectua-se, de preferência, por meio da ventilação do navio, em que é admitido ar através da ventilação no compartimento de baterias, de modo que o gás no compartimento de baterias então continua de novo a circular no sistema de ventilação, sendo a partir dai novamente admitido no circuito de ar do navio, em que o hidrogénio, existente no compartimento de baterias, pode ser queimado por meio do recombinador descrito, formando água ou vapor de água.

Para a separação da água ou do vapor de água pode ser previsto, num local adequado, um separador de água no sistema de ventilação do compartimento de baterias. 0 invento será descrito a seguir por meio de exemplo com base na figura anexa, a qual mostra esquematicamente a construção de uma unidade de pilhas de combustível ou do sistema de gás residual da unidade de pilhas de combustível em conjunto com uma ventilação do compartimento de baterias. 0 hidrogénio libertado pela pilha de combustível no lado do ânodo é recolhido por um encapsulamento da pilha de combustível e através de uma conduta de gás residual 4 em primeiro lugar conduzido para um separador de água 6. Esta unidade de pilhas de combustível 2 apresenta, de preferência, uma construção de tal modo que os lados do oxigénio e do hidrogénio da pilha de combustível ficam separados ente si, 6 ΕΡ 1 717 141/ΡΤ de modo que o hidrogénio libertado no lado do ânodo da pilha de combustível pode ser recolhido separadamente como hidrogénio puro, podendo ser escoado pela conduta de gás residual 4. Assim não existe nesta área qualquer risco de explosão, dado que o hidrogénio não entra em contacto com o oxigénio. 0 gás escoado pela conduta de gás residual 4 apenas pode conter adicionalmente pequenas quantidades de água, as quais além do hidrogénio são libertadas no lado do ânodo da pilha de combustível. Esta água é separada no separador de água 6 e é conduzida através de uma conduta 8 para um depósito de água 10.

Neste caso, a conduta 8 apresenta uma secção configurada como um tubo em forma de U, no qual se acumula a água, de modo que a conduta 8 na zona do tubo em forma de U 12 fica completamente preenchida com água, impedindo que o hidrogénio gasoso vindo do separador de água 6 possa chegar ao depósito de água 10. O hidrogénio agora separado da água é passa do separador de água 6, por meio de uma outra conduta 14, para o compartimento de baterias 16, no qual estão instaladas as baterias de chumbo do submarino. O compartimento de baterias 16 está encapsulado e protegido contra explosões, dado que as baterias de chumbo também libertam hidrogénio. No caso de, se acumular gás no depósito de água 10, este está equipado com uma conduta de purga 18, a qual conduz também para o compartimento de baterias 16, de modo que o gás, em particular, o hidrogénio, pode a partir do depósito de água 10 ser conduzido de igual modo para o compartimento de baterias 16.

No compartimento de baterias 16 é portanto recolhido, por um lado, o hidrogénio libertado pela unidade de pilhas de combustível 2, o qual é conduzido através da conduta 14 e, eventualmente, através da conduta 18, e, por outro lado, o hidrogénio, o qual é libertado pelas baterias. Por meio da ventilação do navio é conduzido, através de uma conduta ou de uma entrada 20, o ar e com isto o oxigénio para o compartimento de baterias 16, pelo que no compartimento de baterias 16 tem lugar uma diluição do gás de hidrogénio, de modo que é ali formada uma mistura de hidrogénio e ar. Neste 7 ΕΡ 1 717 141/ΡΤ caso, é admitido tanto ar que a concentração de hidrogénio no ar desce abaixo do limite de explosão. Dado que neste caso deve ser transposto o limite de uma mistura explosiva, o compartimento de baterias 16 está configurado de modo a ficar protegido contra explosões. A mistura de hidrogénio e ar que se formou no compartimento de baterias 16, é conduzida para um sistema de ventilação ou exaustão 22. Isto é efectuado por meio de uma conduta 24, a qual conduz a mistura de hidrogénio e ar do compartimento de baterias 16 para um recombinador 26, no qual é formado por um catalizador, no qual o hidrogénio com o oxigénio do ar se transforma em água ou em vapor de água. 0 ar é evacuado do recombinador 26 através de uma conduta 30 e reconduzido de novo para ventilação do navio. Para manter o fluxo de ar através do compartimento de baterias 16 a partir da conduta de entrada 20, da conduta 24 e do recombinador 26 bem como da conduta 30, está previsto na conduta 30 um ventilador 32, o qual contudo também poderia estar instalado num outro local no circuito de ar, por exemplo, na entrada 20 .

Lista dos números de referência 2 - unidade de pilhas de combustível 4 - conduta de gás residual 6 - separador de água 8 - conduta 10 - depósito de água

12 - tubo em forma de U 14 - conduta 16 - compartimento de baterias 18 - conduta de purga 20 - conduta de entrada 22 - sistema de ventilação 24 - conduta 26 - recombinador 30 - conduta 32 - ventilador

Lisboa, 2012-08-02

Claims (10)

1. ΕΡ 1 717 141/PT 1/2 REIVINDICAÇÕES 1 - Submarino com uma unidade de pilhas de combustível (2) e com uma unidade de baterias, instalada num compartimento de baterias (16), em que o compartimento de baterias (16) está equipado com um sistema de ventilação (22) e em que a unidade de pilhas de combustível (2) está ligada ao sistema de ventilação (22) do compartimento de baterias (16) de tal modo que os gases libertados pela unidade de pilhas de combustível (2) são evacuados através do sistema de ventilação (22) do compartimento de baterias (16).
2. 2 - Submarino de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, a unidade de pilhas de combustível (2) estar ligada através de uma conduta de gás residual (4, 14) ao compartimento de baterias (16) do submarino, para conduzir o gás libertado pela unidade de pilhas de combustível (2) para o compartimento de baterias (16).
3. 3 - Submarino de acordo com a reivindicação 1 ou 2, no qual um separador de água (6) está instalado na conduta de gás residual (4, 14) entre a unidade de pilhas de combustível (2) e o compartimento de baterias (16).
4. 4 - Submarino de acordo com a reivindicação 3, no qual o separador de água (6) está ligado com um depósito de água (10) para a recolha da água separada.
5. 5 - Submarino de acordo com a reivindicação 4, no qual um bloqueio de gás (12) está instalado numa ligação de conduta (8) entre o separador de água (6) e o depósito de água (10).
6. 6 - Submarino de acordo com a reivindicação 5, no qual a ligação de conduta (8) entre o separador de água (6) e o depósito de água (10) apresenta um tubo em forma de U (12).
7. 7 - Submarino de acordo com uma das reivindicações 4 a 6, no qual o depósito de água (10) está equipado com uma conduta de purga (18), a qual está em ligação com o compartimento de baterias (16). ΕΡ 1 717 141/ΡΤ 2/2
8. 8 - Submarino de acordo com uma das reivindicações 4 a 7, no qual o depósito de água (10) está protegido com azoto.
9. 9 - Submarino de acordo com uma das reivindicações anteriores, no qual um recombinador (26) está instalado no sistema de ventilação (22) do compartimento de baterias (16) para a conversão do hidrogénio em água.
10. 10 - Submarino de acordo com uma das reivindicações anteriores, no qual um separador de água está instalado no sistema de ventilação (22) do compartimento de baterias (16). Lisboa, 2012-08-02