RU2715053C1 - Система криогенного хранения и подачи реагентов для энергетической установки с электрохимическими генераторами - Google Patents

Система криогенного хранения и подачи реагентов для энергетической установки с электрохимическими генераторами Download PDF

Info

Publication number
RU2715053C1
RU2715053C1 RU2019129658A RU2019129658A RU2715053C1 RU 2715053 C1 RU2715053 C1 RU 2715053C1 RU 2019129658 A RU2019129658 A RU 2019129658A RU 2019129658 A RU2019129658 A RU 2019129658A RU 2715053 C1 RU2715053 C1 RU 2715053C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
oxygen
cryogenic storage
tank
supply
Prior art date
Application number
RU2019129658A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2715053C9 (ru
Inventor
Григорий Юзикович ЦФАСМАН
Алексей Константинович Дедков
Сергей Александрович Деваев
Леонид Олегович Пономарев
Татьяна Геннадьевна Зуева
Алексей Андреевич Бачурин
Сабир Хамзятович Умяров
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
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 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority to RU2019129658A priority Critical patent/RU2715053C9/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2715053C1 publication Critical patent/RU2715053C1/ru
Publication of RU2715053C9 publication Critical patent/RU2715053C9/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00Vessels not under pressure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Изобретение относится к системам криогенного хранения и подачи реагентов (СКХР), а именно к системам криогенного хранения и подачи жидкого водорода и жидкого кислорода на подводных лодках и подводных аппаратах (ПА) с энергетическими установками на базе электрохимических генераторов. Предложенное техническое решение для СКХР в энергетическом модуле ПА позволяет получить СКХР с минимальными габаритами и массой конструкции, а выполнение кислородной емкости в виде полого сосуда кольцевой формы, внутрь которого устанавливается водородная емкость, обеспечивает минимальные теплопритоки извне, что значительно увеличивает время хранения криогенного водорода без энергозатрат на его охлаждение или незначительное испарение без повышения давления внутри емкости за счет минимального его потребления в режимах движения ПА. Внутренняя герметичная полость наружного вакуумного корпуса, в котором размещены емкости для водорода и кислорода, выполнена с экранно-вакуумной изоляцией, при этом емкость для кислорода снабжена боковыми негерметичными теплопроводными перегородками, закрывающими емкость для водорода, образующими дополнительный теплоизолирующий экран. Повышение срока хранения охлажденного водорода является техническим результатом изобретения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к системам криогенного хранения газов, а конкретно к системам криогенного хранения и подачи реагентов (СКХР): жидкого водорода и жидкого кислорода на подводных лодках (ПЛ) и подводных аппаратах (ПА) с энергетическими установками (ЭУ) на базе электрохимических генераторов (ЭХГ).
Одной из основных задач при создании новых неатомных ПЛ и ПА является задача увеличения автономности и дальности подводного плавания.
Большинством разработчиков эта задача решается за счет применения на ПЛ и ПА ЭУ с ЭХГ. Доля систем хранения топлива для ЭУ с ЭХГ в водоизмещении этих подводных средств может достигать 50% для ПЛ и ПА со сверхбольшой дальностью подводного плавания.
Первой в мире ПЛ с ЭУ с ЭХГ явилась подводная лодка проекта 613Э («Катран»).
На этой лодке СКХР состоит из 2 прочных емкостей кислорода (запас О2 - 32т) и 2-х прочных емкостей водорода (запас Н2 - 4т), которые установлены снаружи корпуса. (Журнал «Судостроение» №2, 1998 г, стр. 25-28, А.А. Постнов «Опытная подводная лодка проекта 613Э с электрохимическими генераторами»).
Размещение СКХР снаружи прочного корпуса (ПК) приводит к резкому увеличению сопротивления воды и к высокой уязвимости от возможных внешних воздействий.
Указанные недостатки устранены в проекте ЭУ с ЭХГ «РЭУ-99». «РЭУ-99» представляет собой автономную энергоустановку с криогенным хранением реагентов, встраиваемую в отсек ПЛ. (История развития подводных лодок с воздухонезависимыми энергоустановками в России и СССР / Труды Нижегородского государственного университета им. Р.Е. Алексеева №4 (97), стр. 192.: http://old.nntu.ru/trudy/2012/04/192-201.pdf/).
Наиболее близким аналогом является СКХР предложенная в патенте №2184408.
Недостатками СКХР по указанному патенту являются:
- большое количество криогенных емкостей (2 шт. для водорода - в вертикальных шахтах, 2 шт. для кислорода - в горизонтальных емкостях), что увеличивает габариты отсека;
- большое количество отдельных герметичных выгородок, что приводит к увеличению веса конструкции и сложностям при монтаже оборудования;
- техническое решение требует применения прочного корпуса с большим диаметром, что не позволяет использовать эту СКХР на ПА с малыми диаметрами прочных корпусов.
Емкости для хранения сжиженных газов для уменьшения теплопритоков выполняют с экранно-вакуумной изоляцией. Внутренняя емкость с жидким газом крепится к наружному кожуху через крепления, обеспечивающие минимальные теплопритоки.
Однако, их крепление к обшивке, имеющей контакт с окружающей средой и собственная испаряемость жидкого водорода в криогенных сосудах с высокоэффективной экранно-вакуумной изоляцией превышает минимальный расход этого реагента на ЭХГ на экономических скоростях, что приводит к росту давления в криогенных емкостях. Невозможность сброса избытка давления водорода за борт требует либо увеличения мощности ЭХГ и использования ПЛ на больших скоростях хода, либо установки дополнительных систем охлаждения водорода.
В обоих случаях эффективность применения ЭУ с ЭХГ резко падает.
Целью изобретения является предложить конструкцию СКХР, обеспечивающую хранение водорода в криогенном состоянии без дополнительных расходов энергии на его охлаждение и обеспечивающую уменьшение массогабаритных характеристик СКХР.
Поставленная цель достигается тем, что емкость для водорода и емкость для кислорода устанавливаются внутри одного наружного вакуумного корпуса СКХР, сделанного в форме цилиндрической оболочки с торцевыми стенками, при этом емкость для кислорода выполняется в виде сосуда кольцевой формы, располагаемого вокруг цилиндрической емкости для водорода.
При этом в поперечном сечении система криогенного хранения реагентов имеет концентрическое расположение емкостей. Емкость для водорода к емкости для кислорода и емкость для кислорода к наружному вакуумному корпусу крепятся тепловыми мостиками из материала с низкой теплопроводностью 9 (фиг. 1).
Иллюстрация на фигуре 1 поясняет сущность заявляемого технического решения СКХР:
1. наружный вакуумный корпус;
2. емкость для кислорода;
3. наружная цилиндрическая оболочка емкости для кислорода;
4. внутренняя цилиндрическая оболочка емкости для кислорода;
5. концевые донышки емкости для кислорода;
6. емкость для водорода;
7. внутренняя полость наружного вакуумного корпуса;
8. негерметичные теплопроводные перегородки;
9. тепловые мостики из материала с низкой теплопроводностью.
СКХР водорода и кислорода размещается внутри наружного вакуумного корпуса 1, выполняющего роль вакуумной оболочки. Емкость для кислорода 2 выполняется в виде сосуда кольцевой формы, полого цилиндра, состоящего из наружной цилиндрической оболочки емкости для кислорода 3 и внутренней цилиндрической оболочки емкости для кислорода 4, замкнутых концевыми донышками емкости для кислорода 5. Емкость для водорода 6 выполняется в виде цилиндра с концевыми донышками емкости для водорода. Внутренняя полость наружного вакуумного корпуса 7 герметичная и выполняется с экранно-вакуумной изоляцией.
Емкость для кислорода 2 с боковыми негерметичными теплопроводными перегородками 8, закрывающими емкость для водорода и выполняющими роль дополнительного теплоизолирующего экрана для размещенной внутри емкости для водорода 6, что обеспечивает минимальное испарение водорода и длительное его хранение без потребления дополнительной энергии на его охлаждение.
Такое конструктивное выполнение СКХР в энергетическом модуле ПА позволяет получить СКХР с минимальными габаритами и массой конструкции, а выполнение кислородной емкости в виде полого сосуда кольцевой формы, внутрь которого устанавливается водородная емкость, обеспечивает минимальные теплопритоки извне, что значительно увеличивает время хранения криогенного водорода без энергозатрат на его охлаждение или незначительное испарение без повышения давления внутри емкости за счет минимального его потребления в режимах движения ПА.
Источники информации:
1. История развития подводных лодок с воздухонезависимыми энергоустановками в России и СССР / Труды Нижегородского государственного университета им. Р.Е. Алексеева №4 (97), стр. 192.
2. Опытная подводная лодка проекта 613Э с электрохимическими генераторами. Журнал «Судостроение» №2, 1998 г, стр. 25-28, А.А. Постнов.

Claims (5)

1. Система криогенного хранения и подачи реагентов для энергетической установки с электрохимическими генераторами, включающая емкости для жидкого водорода и кислорода, отличающаяся тем, что емкость для водорода и емкость для кислорода расположены внутри одного наружного вакуумного корпуса в форме цилиндрической оболочки с торцевыми стенками, при этом емкость для кислорода выполнена в виде сосуда кольцевой формы, располагаемого вокруг цилиндрической емкости для водорода.
2. Система криогенного хранения и подачи реагентов по п. 1, отличающаяся тем, что в поперечном сечении система криогенного хранения реагентов имеет концентрическое расположение емкостей.
3. Система криогенного хранения и подачи реагентов по п. 1, отличающаяся тем, что емкость для кислорода имеет боковые негерметичные теплопроводные перегородки, закрывающие емкость водорода и выполняющие роль дополнительного теплоизолирующего экрана для размещенной внутри нее емкости водорода.
4. Система криогенного хранения и подачи реагентов по п. 1, отличающаяся тем, что емкость для водорода к емкости для кислорода и емкость для кислорода к наружному вакуумному корпусу крепятся тепловыми мостиками из материала с низкой теплопроводностью.
5. Система криогенного хранения и подачи реагентов по п. 1, отличающаяся тем, что внутри наружного вакуумного корпуса находится герметичная полость, выполненная с экранно-вакуумной изоляцией.
RU2019129658A 2019-09-20 2019-09-20 Система криогенного хранения и подачи реагентов для энергетической установки с электрохимическими генераторами RU2715053C9 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129658A RU2715053C9 (ru) 2019-09-20 2019-09-20 Система криогенного хранения и подачи реагентов для энергетической установки с электрохимическими генераторами

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019129658A RU2715053C9 (ru) 2019-09-20 2019-09-20 Система криогенного хранения и подачи реагентов для энергетической установки с электрохимическими генераторами

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2715053C1 true RU2715053C1 (ru) 2020-02-25
RU2715053C9 RU2715053C9 (ru) 2021-04-27

Family

ID=69631013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019129658A RU2715053C9 (ru) 2019-09-20 2019-09-20 Система криогенного хранения и подачи реагентов для энергетической установки с электрохимическими генераторами

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2715053C9 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737960C1 (ru) * 2020-06-08 2020-12-07 Юрий Иванович Духанин Система криогенного хранения и подачи реагентов для энергетической установки с электрохимическими генераторами

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2137023C1 (ru) * 1998-08-20 1999-09-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева" Устройство для хранения и подачи криогенных продуктов
RU2184408C2 (ru) * 2000-07-17 2002-06-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Энергетическая установка подводного аппарата
US20050167434A1 (en) * 2003-11-14 2005-08-04 Linde Aktiengesellschaft Storage tank for cryogenic media and method of using and making same
RU2267836C2 (ru) * 2003-12-24 2006-01-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Энергетическая установка подводного аппарата с электрохимическим генератором
JP2011194952A (ja) * 2010-03-18 2011-10-06 Honda Motor Co Ltd タンク構造体
US20150072260A1 (en) * 2012-03-26 2015-03-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Operating Method for a Fuel Cell System
US20170012303A1 (en) * 2009-09-01 2017-01-12 The Boeing Company Thermal Conditioning Fluids For An Underwater Cryogenic Storage Vessel

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2137023C1 (ru) * 1998-08-20 1999-09-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева" Устройство для хранения и подачи криогенных продуктов
RU2184408C2 (ru) * 2000-07-17 2002-06-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Энергетическая установка подводного аппарата
US20050167434A1 (en) * 2003-11-14 2005-08-04 Linde Aktiengesellschaft Storage tank for cryogenic media and method of using and making same
RU2267836C2 (ru) * 2003-12-24 2006-01-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Энергетическая установка подводного аппарата с электрохимическим генератором
US20170012303A1 (en) * 2009-09-01 2017-01-12 The Boeing Company Thermal Conditioning Fluids For An Underwater Cryogenic Storage Vessel
JP2011194952A (ja) * 2010-03-18 2011-10-06 Honda Motor Co Ltd タンク構造体
US20150072260A1 (en) * 2012-03-26 2015-03-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Operating Method for a Fuel Cell System

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737960C1 (ru) * 2020-06-08 2020-12-07 Юрий Иванович Духанин Система криогенного хранения и подачи реагентов для энергетической установки с электрохимическими генераторами

Also Published As

Publication number Publication date
RU2715053C9 (ru) 2021-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6381872B2 (ja) 長大海上浮体設備
CN110099842B (zh) 气体燃料推进集装箱运输船
JP2019501064A (ja) 液化ガスのための船舶格納システム
ES2203524T3 (es) Embarcacion de almacenado de gas licuado con estructura flotante de hormigon.
JP2019151291A (ja) 液化水素運搬船および船体保護方法
US20060228960A1 (en) Integrated marine vessel hull for energy storage
RU2715053C1 (ru) Система криогенного хранения и подачи реагентов для энергетической установки с электрохимическими генераторами
CN114212188A (zh) 气体燃料推进集装箱运输船
CN213735442U (zh) 液化气体运输船
JP2019515203A (ja) タンク装置
JP6977244B2 (ja) 水素貯蔵設備
NO125223B (ru)
US20110048308A1 (en) Autonomous dynamic sailing hull
CN114771740B (zh) 一种船用液化气体燃料罐及船舶
KR20150022310A (ko) 엘엔지 추진 잠수함 및 그 운용방법
RU2700518C1 (ru) Устройство для доставки углеводородов в арктическом бассейне
CN106575777A (zh) 空间优化使用的燃料电池系统反应气体容器
US988632A (en) Submarine boat.
KR102175213B1 (ko) 지티엘디젤을 이용한 잠수함 추진 시스템 및 방법
EP3523567B1 (en) A fuel tank unit
RU2819164C1 (ru) Атомная подводная лодка
AU2021101746A4 (en) Battery thermal insulation cabin of deep-sea submerged buoy system
KR102123724B1 (ko) 펌프타워 구조체 및 이를 구비한 선박
KR101984928B1 (ko) 액화천연가스 화물창의 증발가스 억제장치
CN113968313A (zh) 用于对液化气体的储存罐进行加热的系统和方法

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL 6-2020 FOR INID CODE(S) (72)

TH4A Reissue of patent specification
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20220418

Effective date: 20220418