RU2752451C1 - Cryogenic oxygen storage and delivery system for anaerobic power plant with electrochemical generators - Google Patents
Cryogenic oxygen storage and delivery system for anaerobic power plant with electrochemical generators Download PDFInfo
- Publication number
- RU2752451C1 RU2752451C1 RU2020142679A RU2020142679A RU2752451C1 RU 2752451 C1 RU2752451 C1 RU 2752451C1 RU 2020142679 A RU2020142679 A RU 2020142679A RU 2020142679 A RU2020142679 A RU 2020142679A RU 2752451 C1 RU2752451 C1 RU 2752451C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- cryogenic
- pipeline
- liquid
- container
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS 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
- F17C3/00—Vessels not under pressure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам хранения и выдачи кислорода на подводных аппаратах и подводных лодках с воздухонезависимыми энергетическими установками на базе электрохимических генераторов с водородно-кислородными элементами, использующих для получения водорода топливные процессоры.The invention relates to systems for storage and delivery of oxygen on underwater vehicles and submarines with air-independent power plants based on electrochemical generators with hydrogen-oxygen cells, using fuel processors to produce hydrogen.
Известна энергетическая установка подводного аппарата, содержащая электрохимические генераторы с водородно-кислородными топливными элементами, криогенные емкости ранения водорода и кислорода, установленные в отдельных герметичных выгородках, расположенных внутри герметичного корпуса, выполненного в виде модульного отсека подводного аппарата, при этом каждая выгородка для размещения криогенных емкостей хранения водорода представляет собой вертикально размещенную в модульном отсеке шахту, впаренную в корпус модульного отсека, с установленным на верхней крышке герметичным люком, а выгородки для криогенных емкостей кислорода размещены на разных горизонтальных уровнях модульного отсека.(см. патент РФ 2184408)A known power plant for an underwater vehicle, containing electrochemical generators with hydrogen-oxygen fuel cells, cryogenic containers for wounding hydrogen and oxygen, installed in separate sealed enclosures located inside a sealed housing made in the form of a modular compartment of an underwater vehicle, each baffle for placing cryogenic containers storage of hydrogen is a shaft vertically placed in the modular compartment, steamed into the body of the modular compartment, with a sealed hatch installed on the top cover, and baffles for cryogenic oxygen tanks are located at different horizontal levels of the modular compartment. (see RF patent 2184408)
Несмотря на то, что предложенное решение в максимальной степени решает вопросы по минимизации возникновения пожаровзрывоопасных ситуаций, но оно достигается за счет существенного увеличения массы выгородок и двукратного количества криогенных емкостей, что несомненно потребует затрат мощности энергетической установки и приведет к снижению скоростной характеристики подводного аппарата.Despite the fact that the proposed solution to the maximum extent solves the issues of minimizing the occurrence of fire and explosion hazardous situations, but it is achieved due to a significant increase in the mass of baffles and a twofold number of cryogenic containers, which will undoubtedly require the power of the power plant and will lead to a decrease in the speed characteristics of the underwater vehicle.
Наиболее близким аналогом является криогенная система хранения и выдачи кислорода для анаэробной энергетической установки с электрохимическими генераторами, включающая емкость для кислорода, выполненную цилиндрической формы и установленную внутри соосно наружного вакуумного корпуса, при этом емкость снабжена дополнительным наружным корпусом, внутренняя герметичная полость которого выполнена с экранно-вакуумной изоляцией, контур наддува в виде испарителя наддува с жидкостным и газовым криогенными трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой, соединенные с емкостью, контур подачи кислорода в электрохимический генератор, выполненный в виде испарителя кислорода, подключенного одним газожидкостным криогенным трубопроводом к трубчатому змеевику, закрепленному на внутренней поверхности дополнительного корпуса и соединенному с днищем емкости, а другим криогенным трубопроводом к жидкостному криогенному трубопроводу контура наддува, ресивера и трубопровода подачи теплого газообразного кислорода, соединенного с трубопроводом от электрохимического генератора через разъем, установленный в герметичной подводного аппарата, и два криогенных трубопровода для заполнения емкости жидким кислородом, один из которых - трубопровод подачи жидкого кислорода в емкость подсоединен к газожидкостному криогенному трубопроводу контура подачи кислорода в электрохимический генератор, а второй - к газовому трубопроводу контура наддува, при этом все технологическое оборудование системы размещено в герметичной камере, выполненной на торцевой стенке наружного вакуумного корпусами заполненной инертным газом, а кроме того система размешена в отсеке подводного аппарата, выполненного в виде съемного модуля и заполненного инертным газом. (см. патент РФ 2737960)The closest analogue is a cryogenic oxygen storage and delivery system for an anaerobic power plant with electrochemical generators, including an oxygen container made of cylindrical shape and installed coaxially inside the outer vacuum casing, while the container is equipped with an additional outer casing, the inner sealed cavity of which is made with a shield vacuum insulation, a pressurization circuit in the form of a pressurization evaporator with liquid and gas cryogenic pipelines with shut-off and control valves connected to a tank, an oxygen supply circuit to an electrochemical generator made in the form of an oxygen evaporator connected by one gas-liquid cryogenic pipeline to a tubular coil fixed on the inner the surface of the additional body and connected to the bottom of the tank, and by another cryogenic pipeline to the liquid cryogenic pipeline of the pressurization circuit, receiver and pipeline for supplying warm gaseous oxygen yes, connected to the pipeline from the electrochemical generator through a connector installed in a sealed underwater vehicle, and two cryogenic pipelines for filling the container with liquid oxygen, one of which is the pipeline for supplying liquid oxygen to the container is connected to the gas-liquid cryogenic pipeline of the oxygen supply circuit to the electrochemical generator, and the second - to the gas pipeline of the pressurization circuit, while all the technological equipment of the system is located in a sealed chamber made on the end wall of the outer vacuum housings filled with inert gas, and in addition, the system is housed in the compartment of the underwater vehicle, made in the form of a removable module and filled with inert gas. (see RF patent 2737960)
Основными недостатками указанной системы являются:The main disadvantages of this system are:
- увеличение массы криогенной системы и снижение объема жидкого кислорода в емкости для его хранения, обусловленные необходимостью установки дополнительного наружного корпуса для обеспечения режима безопасности;- an increase in the mass of the cryogenic system and a decrease in the volume of liquid oxygen in the tank for its storage, due to the need to install an additional outer casing to ensure the safety mode;
- не устойчивостью ее работы при переходе с одного режима на другой;- not by the stability of its work when switching from one mode to another;
- небольшой временной запас бездренажного хранения.- a small temporary supply of non-drainage storage.
Целью изобретения является снижение массы криогенной системы, обеспечение стабильной подачи кислорода в энергетическую анаэробную установку и увеличение времени бездренажного хранения кислорода на всех режимах ее работы при сохранении надежности и минимального времени ремонтно-восстановительных работ.The aim of the invention is to reduce the mass of the cryogenic system, to ensure a stable supply of oxygen to the anaerobic power plant and to increase the time for non-drainage storage of oxygen in all modes of its operation while maintaining reliability and minimum time for repair and restoration work.
Поставленная цель достигается тем, что в криогенной системе хранения и выдачи кислорода для анаэробной энергетической установки с электрохимическими генераторами, включающей емкость для кислорода, выполненную цилиндрической формы и установленную внутри соосно наружного вакуумного корпуса, при этом емкость снабжена дополнительным наружным корпусом, внутренняя герметичная полость которого выполнена с экранно-вакуумной изоляцией, контур наддува в виде испарителя наддува с жидкостным и газовым криогенными трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой, соединенные с емкостью, контура подачи кислорода в электрохимический генератор, выполненный в виде испарителя кислорода, подключенного одним газожидкостным криогенным трубопроводом к трубчатому змеевику, закрепленному на внутренней поверхности дополнительного корпуса и соединенному с днищем емкости, а другим криогенным трубопроводом к жидкостному криогенному трубопроводу контура наддува, ресивера и трубопровода подачи теплого газообразного кислорода, соединенного с трубопроводом от электрохимического генератора через разъем, установленный в герметичной перегородке подводного аппарата, и два криогенных трубопровода для заполнения емкости жидким кислородом, один из которых - трубопровод подачи жидкого кислорода в емкость подсоединен к газожидкостному криогенному трубопроводу контура подачи кислорода в электрохимический генератор, а второй - к газовому трубопроводу контура наддува, при этом все технологическое оборудование системы размещено в герметичной камере, выполненной на торцевой стенке наружного вакуумного корпуса и заполненной инертным газом, а кроме того система размешана в отсеке подводного аппарата, выполненного в виде съемного модуля и заполненного инертным газом, она снабжена контуром подачи кислорода к топливному процессору в составе криостата, который по жидкости и газу подключен криогенными трубопроводами к емкости и в котором установлены рабочий и резервный насосы погружного типа с регулируемой производительностью, трубчатого теплообменника, закрепленное на внутренней поверхности дополнительного корпуса, нагревателя кислорода, ресивера и теплого трубопровода подучи кислорода к топливному процессору, при этом трубчатый теплообменник, одним концом криогенного трубопровода соединен с выходов из насосов, а другим - криогенным трубопроводом с нагревателем кислорода, а после испарителя наддува установлен нагреватель кислорода, подключенный к ресиверу подачи кислорода в электрохимический генератор, а риогенный трубопровод подачи жидкого кислорода в емкость соединен непосредственно с трубчатым змеевиком, и кроме того емкость с дополнительным наружным корпусом установлены в вакуумном отсеке, выполненном из двух герметичных перегородок и наружного корпуса подводного аппарата, а технологическое оборудование в составе криостата нагревателем кислорода, испарителя кислорода, ресиверов, теплых и криогенных трубопроводов с запорно-регулирующими клапанами - в герметичном отсеке, заполненном инертным газом и расположенном между одной из герметичных перегородок и корпусом подводного аппарата со съемной торцевой крышкой, а кроме того вакуумный отсек выполнен в вике съемного модуля, при этом стыковка теплых кислородных трубопроводов от системы к электрохимическому генератору и топливному процессору выполнена с помощью разъемов вне корпуса подводного аппарата.This goal is achieved by the fact that in a cryogenic oxygen storage and delivery system for an anaerobic power plant with electrochemical generators, including a cylindrical oxygen container and installed coaxially inside the outer vacuum casing, while the container is equipped with an additional outer casing, the inner sealed cavity of which is made with screen-vacuum insulation, a pressurization circuit in the form of a pressurization evaporator with liquid and gas cryogenic pipelines with shut-off and control valves connected to a tank, an oxygen supply circuit to an electrochemical generator, made in the form of an oxygen evaporator connected by one gas-liquid cryogenic pipeline to a tubular coil, fixed on the inner surface of the additional body and connected to the bottom of the tank, and with another cryogenic pipeline to the liquid cryogenic pipeline of the pressurization circuit, receiver and warm gaseous supply pipeline oxygen connected to the pipeline from the electrochemical generator through a connector installed in the sealed bulkhead of the underwater vehicle, and two cryogenic pipelines for filling the container with liquid oxygen, one of which is the pipeline for supplying liquid oxygen to the container is connected to the gas-liquid cryogenic pipeline of the oxygen supply circuit to the electrochemical generator, and the second - to the gas pipeline of the pressurization circuit, while all the technological equipment of the system is located in a sealed chamber made on the end wall of the outer vacuum casing and filled with an inert gas, and in addition, the system is mixed in the compartment of the underwater vehicle, made in the form of a removable module and filled with an inert gas, it is equipped with an oxygen supply circuit to the fuel processor as part of a cryostat, which is connected by liquid and gas to the tank by cryogenic pipelines and in which a working and reserve submersible pumps with a regulated manufacturer are installed. a tubular heat exchanger, fixed on the inner surface of an additional housing, an oxygen heater, a receiver and a warm pipeline for supplying oxygen to the fuel processor, while the tubular heat exchanger, at one end of the cryogenic pipeline, is connected to the outputs from the pumps, and at the other end, by a cryogenic pipeline with an oxygen heater, and after the pressurization evaporator, an oxygen heater is installed, connected to the receiver for supplying oxygen to the electrochemical generator, and the cryogenic pipeline for supplying liquid oxygen to the container is connected directly to the tubular coil, and in addition, the container with an additional outer casing is installed in a vacuum compartment made of two sealed partitions and an outer hulls of the underwater vehicle, and the process equipment as a part of the cryostat with an oxygen heater, oxygen evaporator, receivers, warm and cryogenic pipelines with shut-off and control valves - in a sealed compartment filled with an inert gas m and located between one of the sealed partitions and the body of the underwater vehicle with a removable end cover, and in addition, the vacuum compartment is made in the wick of a removable module, while the docking of warm oxygen pipelines from the system to the electrochemical generator and the fuel processor is made using connectors outside the body of the underwater vehicle ...
На фиг. 1 дана принципиальная конструктивная схема криогенной системы хранения и выдачи кислорода для анаэробной энергетической установки с электрохимическими генераторами, поясняющая сущность предлагаемого технического решения.FIG. 1 is a schematic structural diagram of a cryogenic oxygen storage and delivery system for an anaerobic power plant with electrochemical generators, which explains the essence of the proposed technical solution.
Криогенная система хранения и выдачи кислорода для анаэробной энергетической установки с электрохимическими генераторами включает емкость 1 для хранения и выдачи кислорода, которая снабжена дополнительным наружным корпусом 2, внутренняя герметичная полость которого выполнена с экранно-вакуумной изоляцией, при этом на внутренней поверхности корпуса 2 закреплены трубчатый теплообменник 3 и трубчатый змеевик 4, соединенный с днищем емкости 1 и криогенным трубопроводом 5 подачи жидкого кислорода в емкость 1. Емкость 1 и дополнительный наружный корпус 2 установлены в вакуумном отсеке, выполненном в виде съемного модуля и состоящим из корпуса 6 подводного аппарата, который теперь служит для емкости 1 вакуумным наружным корпусом, что и позволяет существенно уменьшить массу криогенной системы, а также - первой герметичной перегородки 7 для прохода трубопроводов и второй - глухой герметичной перегородки 8, отделяющей вакуумный отсек от соседнего отсека подводного аппарата. Все остальное технологическое оборудование криогенной системы расположено в другом герметичном отсеке, заполненным инертным газом и размещено между первой перегородкой 7 и корпусом 6 подводного аппарата со съемной торцевой крышкой 9. По своему функциональному назначению технологическое оборудование криогенной системы состоит из трех контуров, а именно:A cryogenic oxygen storage and delivery system for an anaerobic power plant with electrochemical generators includes a container 1 for storage and delivery of oxygen, which is equipped with an additional outer casing 2, the inner sealed cavity of which is made with screen-vacuum insulation, while a tubular heat exchanger is fixed on the inner surface of the casing 2 3 and a tubular coil 4 connected to the bottom of the tank 1 and a
- контура наддува емкости 1, состоящего из испарителя 10 кислорода, жидкостного криогенного трубопровода 11 с запорно-регулирующим клапаном 12 и газового криогенного трубопровода 13, подключенных к испарителю 10 и емкости 1;- the pressurization circuit of the container 1, consisting of an
- контура подачи кислорода к топливному процессору в составе криостата 14, который по жидкости и газу подключен криогенными трубопроводами 15 и 16 к емкости 1 и в котором установлены рабочий насос 17 и резервный насос 18 погружного типа с регулируемой производительностью, трубчатого теплообменника 3, закрепленного на внутренней поверхности дополнительного корпуса 2, нагревателя кислорода 19, ресивера 20, теплого трубопровода 21 подачи кислорода к топливному процессору и разъема 22, выполненного вне корпуса подводного аппарата для стыковки с трубопроводом 23, расположенным в другом отсеке подводного аппарата, при этом трубчатый теплообменник 3 одним концом криогенного трубопровода 24 соединен с выходом из насосов, а другим - криогенным трубопроводом 25 с нагревателем кислорода 19;- the oxygen supply circuit to the fuel processor as part of the
- контур подачи кислорода в электрохимический генератор, выполненный в виде нагревателей кислорода 26, подключенного криогенными трубопроводом 27 к контуру наддува и трубопроводом 28 с запорно-регулирующим клапаном 29 к ресиверу 30, теплого трубопровода 31 подачи кислорода к электрохимическому генератору и разъема 32, выполненного вне корпуса подводного аппарата для стыковки с трубопроводом 33, расположенном в другом отсеке подводного аппарата.- oxygen supply circuit to the electrochemical generator, made in the form of
Сброс паров кислорода, образующихся в процессе заправки емкости 1 выполняется с помощью криогенного трубопровода 34, подключенного к контуру наддува.The release of oxygen vapors generated during the filling of the tank 1 is performed using a
Для контроля рабочих параметров криогенная система оснащена датчиками контроля давления 35 и уровня 36 жидкого кислорода в емкости 1, датчиком 37 контроля давления инертного газа, установленного в герметичном отсеке с технологическим оборудованием, датчиками 38 и 39 контроля вакуума, установленных соответственно в объеме вакуумного отсека с емкостью 1 и в объеме дополнительного наружного корпуса 2, а также датчиками давления 40 и 41 соответственно в ресиверах 20 и 30 газообразного кислорода, датчиками 42 и 43; контроля температур кислорода соответственно после нагревателей 19 и 26, датчиком 44 расхода кислорода в контуре подачи в топливный процессор. Для выполнения режимов заправки и слива жидкого кислорода из емкости 1 на криогенных трубопроводах 5 и 34 установлены герметичные заглушки 45 и 46 соответственно. Для повышения надежности теплые трубопроводы 21, 28 и 31 заключены в герметичные кожуха, которые не показаны с целью упрощения чертежа. С той же целью на чертеже не показаны коммуникации подачи теплоносителя к испарителю кислорода 10 и нагревателям кислорода 19 и 26.To control the operating parameters, the cryogenic system is equipped with sensors for monitoring the
Работа криогенной системы поясняется с помощью принципиальной схемы показанной на фиг. 1, где отражен функциональный состав оборудования и взаимосвязь криогенной системы с электрохимическим генератором топливным процессором, которые на чертеже не показаны.The operation of the cryogenic system is illustrated using the schematic diagram shown in FIG. 1, which reflects the functional composition of the equipment and the relationship of the cryogenic system with an electrochemical generator and a fuel processor, which are not shown in the drawing.
Работа криогенной системы складывается из режима подготовки и штатного режима.The operation of the cryogenic system consists of the preparation mode and the normal mode.
Режим подготовки, заключается в последовательном захолаживании и заполнении емкости 1 жидким кислородом. Режим может быть осуществлен как от транспортного заправщика кислорода, так и от стационарной емкости берегового комплекса (на черт. не показаны). До начала режима по датчикам 39 и 38 проверяют давление во внутренней полости корпуса 2 и во внутренней полости вакуумного отсека, которое должно быть в пределах 1×10-2-1×10-3 мм рт.ст. Для захолаживания и заполнения емкости 1 закрывают запорно-регулирующие клапаны 12 и 29, снимают герметичные заглушки 45 и 46 и с помощью специальных узлов стыковки (на черт. не показаны) осуществляют соединение криогенного трубопровода 5 подачи жидкого кислорода, например, от заправщика кислорода (на черт. не показан), а криогенного трубопровода 34, исходя из требования пожаробезопасности, - с трубопроводом сброса в свечу (на черт. не показаны) газообразного кислорода из емкости 1. Далее жидкий кислород от заправщика поступает в емкость 1 через криогенный трубопровод 5 в трубчатый змеевик 4, закрепленный на внутренней поверхности дополнительного наружного корпуса 2, окружающего емкость 1 для кислорода. Из трубчатого змеевика 4, подключенного к нижнему днищу емкости 1, вначале кислород поступает в виде газа, так как за счет испарения жидкого кислорода происходит захолаживание дополнительного наружного корпуса 2. Из емкости 1 газообразный кислород по криогенному трубопроводу 34 отводится в свечу. Темп подачи жидкого кислорода контролируют и регулируют по показанию датчика контроля давления 35. После захолаживания дополнительного наружного корпуса 2 и емкости 1 ниже 95К в емкости 1 начинает появляться жидкий кислород, процесс накопления которого контролируется с помощью уровнемера 36. После достижения номинального уровня жидкого кислорода в емкости 1 подача жидкого кислорода от заправщика прекращается, производится часовая выдержка для температурной стабилизации жидкого кислорода в емкости 1 и дополнительного наружного корпуса 2. После часовой выдержки по датчику 36 контролируют падение уровня жидкого кислорода в емкости 1 и производят дозаправку жидкого кислорода до номинального значения. Одновременно с процессом захолаживания и заполнения жидким кислородом емкости 1 происходит захолаживание и заполнение жидким кислородом криостата 14, который соединен с емкостью 1 жидкостным криогенным трубопроводом 15 и газовым криогенным трубопроводом 16, при этом криостат 14 установлен ниже емкости 1.The preparation mode consists in sequential chilling and filling of the tank 1 with liquid oxygen. The mode can be carried out both from a transport oxygen tanker and from a stationary tank of the coastal complex (not shown in the drawing). Before the start of the mode, the pressure in the inner cavity of the housing 2 and in the inner cavity of the vacuum compartment is checked using
Режим захолаживания и заполнения считается завершенным, если уровень жидкого кислорода в емкости 1 стабилизировался на номинальном значении, вакуум в теплоизоляционных полостях, контролируемый с помощью датчиков 38 и 39, достиг значения порядка 1×10-4-1×10-5 мм рт.ст., а давление инертного газа в герметичном отсеке с технологическим оборудованием, контролируемое с помощью датчика давления 37, должно быть не выше 0,03 МПа. При выполнении этих условий производят отсоединение криогенной системы от кислородного заправщика и устанавливают герметичные заглушки 45 и 46 на криогенные трубопроводы 5 и 34. В том случае, если выход на штатный режим работы криогенной системы откладывается, то такой режим подготовки криогенной системы позволяет максимально увеличить срок бездренажного хранения кислорода в емкости 1, так как внешний теплоприток будет восприниматься массой дополнительного наружного корпуса 2, выполняющего в данном случае роль теплового аккумулятора.The chilling and filling mode is considered complete if the level of liquid oxygen in tank 1 has stabilized at the nominal value, the vacuum in the heat-insulating cavities, monitored by
Для проведения штатного режима работы криогенной системы в первую очередь необходимо поднять в контуре наддува давление кислорода в емкости 1 до значении порядка 1,0-1,2 МПа, необходимых для работы электрохимического генератора. Повышение давления в емкости 1 осуществляют за счет газификации жидкого кислорода, подаваемого по криогенному трубопроводу 11 из емкости 1 на испаритель наддува 10 с помощью запорно-регулирующего клапана 12. В испарителе наддува 10 в результате теплообмена с теплоносителем, например с водой, кислород нагревается до температуры 230K-250K и по криогенному трубопроводу 13 поступает в газовую подушку емкости 1. При достижении заданного давления в газовой подушке, контролируемого с помощью датчика контроля давления 35, в последующей работе криогенной системы в штатном режиме выдачи кислорода для работы электрохимического генератора давление в емкости 1 поддерживается автоматически с помощью запорно-регулирующего клапана 12 по сигналу от датчика 35 контроля давления в емкости 1. Далее в работу задействуется контур подачи кислорода в электрохимический генератор, для этого в нагреватель кислорода 26 подают теплоноситель (например, туже воду) с температурой и расходом, обеспечивающие температуру кислорода после нагревателя 26 в интервале от 5°С до 15°С, открывают клапан 29, а рабочее значение расхода кислорода создают средствами электрохимического генератора. В результате кислород из газовой подушки емкости 1 под давлением 1,0-1,2 МПа через криогенный трубопровод 25 поступает в нагреватель кислорода 26, где нагревается до температура от 5°С до 15°С, которая контролируется датчиком 43. Далее кислород по теплому трубопроводу 28 поступает в ресивер 30, где его давление контролируется датчиком 41. После ресивера 30 кислород по теплому трубопроводу 31 через внешний разъем 32 поступает в трубопровод 33, подключенный к электрохимическому генератору. В последующем рабочий режим криогенной системы выдачи кислорода в электрохимический генератор заключается только в поддержании давления в газовой подушке емкости 1 в интервале 1,0-1,2 МПа с помощью контура наддува. Параллельно с включением штатного режима подачи кислорода в электрохимический генератор происходит включение штатного режима подачи кислорода в топливный процессор. Для этого производят пуск рабочего поршневого насоса 17, производительность и давление выдачи которого могут автоматически меняться в зависимости от программы топливного процессора и корректироваться по показаниям датчика давления 40 и датчика расхода 44, установленных в контуре подачи кислорода в топливный процессор. Сразу же после пуска рабочего насоса 17 жидкий кислород из полости криостата 14, взаимосвязанного криогенными; трубопроводами 15 и 16 с емкостью 1, забирается рабочим насосом 17 и после насоса 17 по криогенному трубопроводу 24 подается в трубчатый теплообменник 3, установленный на внутренней поверхности корпуса 2, проходя через который жидкий кислород воспринимает внешний теплоприток в виде теплового излучения, исходящий от корпуса 6 и герметичных перегородок 7 и 8, образующих вакуумный отсек, а также теплоприток от тепловых опор, соединяющих емкость 1 с корпусом 2 (на черт. не показаны). Далее кислород по криогенному трубопроводу 25 подается в нагреватель кислорода 19, где он газифицируется и нагревается теплоносителем (например, водой) до температуры 120°С-150°С, контролируемой по датчику 42, затем поступает в ресивер 20, где установлен датчик 40 контроля давления, а далее - в теплый трубопровод 21 с датчиком 44 контроля расхода кислорода через и через внешний разъем 22 в трубопровод 23, подключенный к топливному процессору. В последующем рабочий режим криогенном системы выдачи кислорода в топливный процессор заключается только в поддержании давления и расхода кислорода с помощью рабочего насоса 17 в зависимости от режима работы топливного процессора. В том случае, если работающий насос 17 в процессе работы криогенной системы не стал обеспечивать требуемые параметры, то автоматически производится пуск резервного насоса 18 и останов насос 17, в котором произошел сбой или отказ в работе. В тоже время в процессе работы подводного аппарата может сложиться ситуация, которая потребует прекращение выдачи кислорода в энергетическую установку и перехода криогенной системы к длительному бездренажному хранению кислорода в емкости 1. В этом случае период бездренажного хранения кислорода, как об этом говорилось ранее, удается увеличить за счет дополнительного наружного корпуса 2, выполняющего роль теплового аккумулятора, вполне понятно, что при длительном. бездренажном хранении давление кислорода в емкости 1, хотя и с замедленным темпом, будет возрастать относительно рабочего значения 1,0-1,2 МПа, требующегося для заботы электрохимического генератора, поэтому в этот период клапан 29 находится в закрытом положении, а на контур выдачи кислорода в топливный процессор рост давления, происходящий в емкости 1, в этом случае не оказывает влияние, так как оба, насоса 17 и 18 не работают. В том случае, если прошла команда на продолжение работы криогенной системы с энергетической установкой, то производится пуск насоса 17 (или 18) и выход его на требуемые параметры для топливного процессора, а требуемое давление кислорода 1,0-1,2 МПа для работы электрохимического генератора будет в этом случае автоматически поддерживаться клапаном 29. В процессе выдачи кислорода будут постепенно снижаться температура корпуса 2, так как через трубчатый теплообменник 3 вновь возобновиться циркуляция кислорода от насоса 17 или 18, и давление кислорода в емкости 1. При достижении его рабочего интервала 1,0-1,2 МПа в емкости криогенная система вернется в штатный режим работы.To carry out the normal operation of the cryogenic system, first of all, it is necessary to raise the oxygen pressure in the pressurization circuit in the tank 1 to a value of the order of 1.0-1.2 MPa, necessary for the operation of the electrochemical generator. The pressure in the tank 1 is increased by gasification of liquid oxygen supplied through the
Вместе с тем в процессе эксплуатации в работе криогенной системы могут возникать внештатные ситуации. Рассмотрим работу криогенной системы в случае потери вакуума, контролируемого датчиком 38 в полости отсека, где размещена емкость 1 и корпус 2. Работа криогенной системы в этом случае будет продолжаться даже, если температура наружного корпуса 2 через некоторое время примет температуру, равную температуре корпуса 6 подводного аппарата, так в этой ситуации сохраняется вакуум в полости с экранно-вакуумной изоляцией, контролируемый датчиком 39, при этом в трубчатом теплообменнике 3 жидкий кислород может частично или полностью газифицироваться, что приведет к снижению тепловой нагрузки на нагреватель кислорода 19. В тоже время, несмотря на то, что криогенная система продолжает штатный режим работы, отдатчика 38 поступает сигнал о потере вакуума в указанном отсеке, по которому можно спокойно оценить возникшую ситуацию для принятия решения о регламенте дальнейшей работы подводного аппарата.At the same time, during the operation of the cryogenic system, emergency situations may arise. Let us consider the operation of the cryogenic system in the event of a loss of vacuum controlled by the
Рассмотрим работу криогенной системы в случае сохранения вакуума в полости отсека, контролируемого датчиком 38, и аварийной потери вакуума в полости дополнительного наружного корпуса 2. В случае потери вакуума в полости дополнительного наружного корпуса 2 работа криогенной системы также будет продолжаться в штатном режиме, так как сохраняется вакуум в полости указанного отсека, при этом потеря вакуума будет зафиксирована с помощью датчика 39 и передана информация в бортовую систему контроля и управления о нарушении вакуума, по корой может быть скорректирован алгоритм дальнейшей работы подводного аппарата. Для повышения пожаровзрывобезопасности и надежности криогенной системы и подводного аппарата технологическое оборудование криогенной системы расположено в герметичном отсеке, заполненным инертным газом и расположенным между первой перегородкой 7 и корпусом 6 подводного аппарата со съемкой торцевой крышкой 9, в котором установлен датчик давления 37, по показаниям которого можно получить информацию о концентрации кислорода в образовавшейся газовой смеси в отсеке в случае появления течей в технологическом оборудовании. Для того чтобы обеспечить минимальное время готовности подводного аппарата к выполнению рабочих функций в случае проведения ремонтно-восстановительных работ с оборудованием криогенной системы, удобства проведения самих ремонтных работ с более низкими затратами отсек, где, смонтировано технологическое оборудование криогенной системы, выполнен со съемкой торцевой крышкой 9, что позволяет оперативно и высококачественно выполнить текущие ремонтные работы, предусмотренные регламентом, на самом подводном аппарате, а в случае проведения капитально-восстановительных работ, вакуумный отсек, с, установленной в нем емкостью 1, выполнен в виде съемного модуля, что позволяет высококачественно выполнить ремонтные работы уже не на самом подводном аппарате, а в заводских условиях. В этом случае необходимо отсоединить разъемы 22, 32 и разъединить корпус, где расположены электрохимический генератор и топливный процессор от корпуса подводного аппарата, где установлена криогенная емкость 1.Let us consider the operation of the cryogenic system in the case of maintaining vacuum in the cavity of the compartment controlled by the
Таким образом, предложенные технические решения позволяют выполнить поставленную цель, а именно, снизить массу криогенной системы, обеспечить стабильную подачу кислорода в энергетическую анаэробную. установку на всех режимах ее работы и увеличить время бездренажного хранения кислорода при сохранении надежности и минимального времени ремонтно-восстановительных работ.Thus, the proposed technical solutions make it possible to achieve the goal, namely, to reduce the mass of the cryogenic system, to ensure a stable supply of oxygen to the energy anaerobic system. installation in all modes of its operation and to increase the time of non-drainage storage of oxygen while maintaining reliability and minimum time for repair and restoration work.
Сравнение существенных признаков предлагаемого и уже известных решении дает основание считать, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНЯЕМОСТЬ».Comparison of the essential features of the proposed and already known solutions gives reason to believe that the proposed technical solution meets the criteria of "inventive step" and "INDUSTRIAL APPLICABILITY".
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020142679A RU2752451C1 (en) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | Cryogenic oxygen storage and delivery system for anaerobic power plant with electrochemical generators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020142679A RU2752451C1 (en) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | Cryogenic oxygen storage and delivery system for anaerobic power plant with electrochemical generators |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2752451C1 true RU2752451C1 (en) | 2021-07-28 |
Family
ID=77226189
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020142679A RU2752451C1 (en) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | Cryogenic oxygen storage and delivery system for anaerobic power plant with electrochemical generators |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2752451C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2184408C2 (en) * | 2000-07-17 | 2002-06-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Power plant of submersible craft |
RU2297373C2 (en) * | 2005-05-11 | 2007-04-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | System for filling the upper stage oxidizer tank with supercooled oxygen |
RU2371813C1 (en) * | 2008-01-29 | 2009-10-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Autonomous power supply system and method of its operation |
JP2019124365A (en) * | 2016-05-10 | 2019-07-25 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Low temperature cooling system |
RU2737960C1 (en) * | 2020-06-08 | 2020-12-07 | Юрий Иванович Духанин | System for cryogenic storage and supply of reagents for power plant with electrochemical generators |
-
2020
- 2020-12-22 RU RU2020142679A patent/RU2752451C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2184408C2 (en) * | 2000-07-17 | 2002-06-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Power plant of submersible craft |
RU2297373C2 (en) * | 2005-05-11 | 2007-04-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | System for filling the upper stage oxidizer tank with supercooled oxygen |
RU2371813C1 (en) * | 2008-01-29 | 2009-10-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Autonomous power supply system and method of its operation |
JP2019124365A (en) * | 2016-05-10 | 2019-07-25 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Low temperature cooling system |
RU2737960C1 (en) * | 2020-06-08 | 2020-12-07 | Юрий Иванович Духанин | System for cryogenic storage and supply of reagents for power plant with electrochemical generators |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113614443B (en) | Device and method for storing and supplying fluid fuel | |
CA3031477C (en) | Method, device and fuel for hydrogen generation by inducing turbulant flow mixing of hydrogen carrier and activator fluids | |
US10522256B2 (en) | Emergency and back-up cooling of nuclear fuel and reactors and fire-extinguishing, explosion prevention using liquid nitrogen | |
US9396822B2 (en) | Emergency and back-up cooling of nuclear fuel and reactors | |
FI74833B (en) | ANORDNING FOER NOEDKYLNING AV EN TRYCKVATTENKAERNREAKTOR. | |
US8951312B2 (en) | Compact, safe and portable hydrogen generation apparatus for hydrogen on-demand applications | |
CA2755800C (en) | Two-phase hydrogen pump and method | |
RU2752451C1 (en) | Cryogenic oxygen storage and delivery system for anaerobic power plant with electrochemical generators | |
CN211139643U (en) | L NG transport ship hull heating system | |
CN111133621B (en) | fuel cell system | |
RU2737960C1 (en) | System for cryogenic storage and supply of reagents for power plant with electrochemical generators | |
RU2386890C2 (en) | Spacecraft cryogenic refueling system | |
WO2001048367A1 (en) | A fuel system for an energy conversion device | |
RU2361144C2 (en) | Method of filling and hydrogen filling station | |
RU2137023C1 (en) | Device for storage and delivery of cryogenic products | |
KR102673256B1 (en) | Hydrogen fuel supply system and vessel including the same | |
CA1136778A (en) | Method and apparatus for boron addition to primary coolant of a water cooled nuclear reactor system | |
RU2213394C2 (en) | Underwater craft power plant | |
CN217635050U (en) | Hydrogenation device for hydrogen storage container | |
RU2094697C1 (en) | Liquid oxygen storage and feeding device | |
CN112524473B (en) | Marine storage tank | |
RU2221965C2 (en) | Cryogenic vessel filling method and system | |
RU2315903C1 (en) | Device for storing and supplying hydrogen in power plant of vehicle | |
WO2023274559A1 (en) | Arrangement and method in liquid hydrogen fuel supply system | |
CN117432937A (en) | Temperature monitoring system for gas fuel supply |