Способ утилизации водорода и кислорода, продуваемых из полостей электрохимического генератора водородокислородного типа

 

Использование: в энергетических системах обитаемых подводных и космических аппаратов. Сущность изобретения: водород и кислород, продуваемые из полостей электрохимического генератора, утилизируют одновременно и независимо друг от друга, при этом водород перед утилизацией охлаждают с отделением влаги, а кислород после охлаждения, отделения влаги и очистки от примесей редуцируют до атмосферного давления и направляют в систему жизнеобеспечения экипажа подводного аппарата. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к системам обеспечения работы электрохимического генератора водородо-кислородного типа и предназначено для использования на обитаемых подводных и космических аппаратах.

Ресурс электромеханического генератора (ЭХГ) водородо-кислородного типа в значительной степени зависит от чистоты рабочих газов. Для обеспечения чистоты поверхности катализатора электрохимической реакции из ЭХГ периодически проводится продувка водорода и кислорода. Удельное потребление водорода в ЭХГ составляет ок. 40 г/КБт·ч, а кислорода ок. 320 г/КБт·ч, причем расход продуваемых из ЭХГ реагентов может достигать 3% от их номинального потребления для производства электроэнергии. Продуваемые из ЭХГ водород и кислород служат источниками образования пожаровзрывоопасных газов смесей в зоне размещения ЭХГ, поэтому использование ЭХГ в замкнутом объеме в качестве основного средства обеспечения энергией подводных аппаратов требует утилизации водорода и кислорода, продуваемых из ЭХГ в процессе работы, для обеспечения безопасной эксплуатации энергетической установки.

Ближайшим аналогом является способ утилизации водородо-воздушных смесей, включающий в себя утилизацию водорода с помощью поглощения его интерметаллидами, размещенными в специальной охлаждающей емкости [1] Недостатками способа применительно к энергоустановкам с ЭХГ является низкий уровень пожаровзрывобезопасности, потеря водорода и кислорода высокой чистоты.

Технической задачей является уровень пожаровзрывобезопасности энергоустановки с ЭХГ и повышение коэффициента полезного использования реагентов ЭХГ путем утилизации и хранения водорода, продуваемого их ЭХГ, в накопителе при температурах и давлениях близких к атмосферным, и использования кислорода продувок ЭХГ для обеспечения дыхания экипажа подводного аппарата.

Задача решается таким образом, что утилизацию водорода, продуваемого из ЭХГ, осуществляют одновременно и независимо от утилизации кислорода, при этом перед утилизацией водород охлаждают с отделением влаги, а кислород после охлаждения, отделения влаги и очистки от примесей редуцируют до атмосферного давления и направляют в систему жизнеобеспечения экипажа подводного аппарата, причем для охлаждения водорода, кислорода и интерметаллида используют среду термостатирования электрохимического генератора.

На чертеже приведена блок-схема системы, реализующий способ утилизации водорода и кислорода.

Система включает в себя электрохимический генератор водородо-кислородного типа 1, магистраль подвода кислорода в электрохимический генератор 2, ресивер кислорода 3, газоохладитель кислорода 4, конденсатосборник на магистрали кислорода 5, адсорбирующий фильтр 6, редукционный клапан 7, коллектор раздачи кислорода в помещение 8, магистраль подвода водорода в электрохимический генератор 9, интерметаллидный накопитель водорода 10, газоохладитель водорода 11, конденсатосборник на магистрали водорода 12, влагопоглащающий фильтр 13, теплообменник среды термостатирования электрохимического генератора 14, датчик давления водорода 15, трехходовой клапан 16.

Кислород поступает в ЭХГ из системы хранения реагентов по магистрали 2. Продуваемая из кислородных полостей кислородосодержащая смесь с температурой 50 80^oC под действием перепада давления 0,05 0,07 МПа между кислородными полостями ЭХГ и реверсиром кислорода 3 направляется в теплообменник кислорода 4, охлаждаемый средой термостатирования ЭХГ и оборудованный конденсатосборником 5, служащим для отвода конденсата паров воды, вынесенных кислородом из ЭХГ, и, далее, кислород из ресивера 3 через фильтр 6 и редукционный клапан 7 поступает в коллектор 8, разделяющий кислород в обитаемых помещениях подводного аппарата. Водород поступает в ЭХГ 1 из смеси хранения реагентов по магистрали 9. Продуваемая из водородных полостей водородосодержащая смесь с температурой 50 80^oC под действием перепада давления 0.05 0,07 МПа между водородными полостями ЭХГ и интерметаллидным накопителем 10, заполненным интерметаллидом, например, CeLaNi₅, и охлажденным средой термостатирования ЭХГ, направляется в теплообменник 11, также охлаждаемый средой термостатирования ЭХГ, и, далее, в конденсатосборник 12 и влагопоглащающий фильтр 13, после которого водород попадает в интерметаллидный накопитель 10, в котором за счет физико-химических свойств интерметаллида, например, CeLaNi₅, при давлении газов над поверхностью интерметаллида 80 100 КПа, определяемом его температурой, происходит поглощение водорода при выделении тепла в этой реакции. Среда термостатирования ЭХГ с температурой 10 40^oC направляется после теплообменника с окружающей средой 14 по параллельным магистралям в интерметаллидный накопитель водорода 10, теплообменники кислорода 4, водорода 11 и ЭХГ 1, в которых нагревается на 10 15^oC, после чего возвращается для охлаждения в теплообменник 14.

Контроль давления водорода в интерметаллидном накопителе 10 осуществляется датчиком 15. Клапан 16 предназначен для разобщения ЭХГ и накопителя водорода 10 в режиме десорбции водорода интерметаллидом.

Формула изобретения

1. Способ утилизации водорода и кислорода, продуваемых из полостей электрохимического генератора водородокислородного типа, включающий в себя утилизацию водорода с помощью поглощения его интерметаллидами, размещенными в специальной охлаждаемой емкости, отличающийся тем, что утилизацию водорода производят одновременно и независимо от утилизации кислорода, при этом перед утилизацией водород охлаждают с отделением влаги, а кислород после охлаждения, отделения влаги и очистки от примесей редуцируют до атмосферного давления и направляют в систему жизнеобеспечения экипажа подводного аппарата.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для охлаждения водорода, кислорода и интерметаллида используют среду термостатирования электрохимического генератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1