[發(fā)明專利]潛艇用淡水空氣保障系統(tǒng)及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710850112.X
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN109485044A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳志強;張亮
• 申請（專利權(quán)）人: 陳志強
• 主分類號: C01B32/50
• 分類號: C01B32/50;C01B32/05;C02F9/10;B01D53/32;B63G8/36;B63J1/00;C25B1/04;C25B9/00;H01M8/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種潛艇用淡水空氣保障系統(tǒng)，其特征在于：包括高壓泵、反滲透膜組件、給水泵、水蒸汽發(fā)生器、輔助電加熱器一、固體氧化物電解池、熔融碳酸鹽燃料電池、壓縮機一、膜分離器、壓縮機二、空氣預熱器、冷凝器、壓縮機三、加熱器、輔助電加熱器二、催化反應器；所述的高壓泵的入口與深海海水管道連接，高壓泵的出口與反滲透膜組件的入口連接；所述的反滲透膜組件的淡水出口分成兩路：一路作為淡水產(chǎn)品輸出，另一路與水蒸汽發(fā)生器的給水入口連接，并在該路管道上設(shè)置給水泵；所述的水蒸汽發(fā)生器的蒸汽出口與輔助電加熱器一的入口連接；所述的輔助電加熱器一的出口與固體氧化物電解池的入口連接；所述的固體氧化物電解池的氫氣出口與熔融碳酸鹽燃料電池的陽極入口連接，固體氧化物電解池的氧氣出口與空氣預熱器的管程入口連接；所述的壓縮機一的入口通過管道與外界的未凈化空氣連通，壓縮機一的出口與膜分離器的入口連接；所述的膜分離器的二氧化碳出口通過管道與空氣預熱器的殼程入口連接，并在該管道上布置壓縮機二；膜分離器的凈化空氣出口分成兩路：一路排向外界，另一路與壓縮機二的出口連接；所述的空氣預熱器的殼程出口與熔融碳酸鹽燃料電池的陰極入口連接；所述的熔融碳酸鹽燃料電池的陽極出口與水蒸汽發(fā)生器的管程入口連接；水蒸汽發(fā)生器的管程出口與冷凝器的殼程入口連接；所述的冷凝器的殼程出口與壓縮機三的入口連接，冷凝器的殼側(cè)底部設(shè)有凝結(jié)水出口并對外輸出淡水產(chǎn)品；所述的壓縮機三的出口與加熱器的管程入口連接；所述的加熱器的管程出口與輔助電加熱器二的入口連接；所述的輔助電加熱器二的出口與催化反應器的入口連接；所述的催化反應器設(shè)有固定碳輸出口和水蒸汽出口，催化反應器的水蒸汽出口與輔助電加熱器一的入口連接；熔融碳酸鹽燃料電池的陰極出口與加熱器的殼程入口連接，加熱器的殼程出口與空氣預熱器的管程出口通過管道匯合在一起并與外界連通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛艇用淡水空氣保障系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括以下過程：

1)深海海水經(jīng)高壓泵升壓后進入反滲透膜組件進行分離淡化過程，輸出的淡水分成兩路：一路淡水作為產(chǎn)品輸出，另一路淡水經(jīng)給水泵升壓后進入水蒸汽發(fā)生器受熱蒸發(fā)變成高溫水蒸汽，高溫水蒸汽經(jīng)輔助電加熱器一升溫后進入固體氧化物電解池進行電解過程；

2)電解產(chǎn)生的氧氣送至空氣預熱器進行放熱冷卻，電解產(chǎn)生的氫氣送至熔融碳酸鹽燃料電池的陽極；未凈化空氣經(jīng)壓縮機一升壓后進入膜分離器，分離出低純度CO₂氣體與凈化空氣，低純度CO₂氣體經(jīng)壓縮機二升壓后與一部分凈化空氣混合成高CO₂濃度的空氣，再進入空氣預熱器升溫，然后送至熔融碳酸鹽燃料電池的陰極；

3)熔融碳酸鹽燃料電池運行時，燃料電池的陰極按2∶1摩爾數(shù)比例持續(xù)消耗CO₂和O₂，并從陰極出口排出低CO₂濃度的高溫空氣，燃料電池的陽極入口依據(jù)電池陰極所消耗的O₂流量的6倍摩爾數(shù)輸入氫氣流量，并從陽極出口排出含有H₂、CO₂、H₂O(遵循2∶1∶1摩爾數(shù)比例)的高溫混合氣體，燃料電池運行發(fā)電為系統(tǒng)本身提供電力；

4)高溫混合氣體先經(jīng)水蒸汽發(fā)生器放熱，再經(jīng)冷凝器被海水冷卻水進一步冷卻，混合氣體中的水蒸汽冷凝為淡水作為產(chǎn)品輸出，冷卻后的H₂與CO₂的混合氣體先經(jīng)壓縮機三升壓，再經(jīng)加熱器升溫，然后經(jīng)輔助電加熱器二進一步升溫，最后進入催化反應器內(nèi)發(fā)生還原反應生成固體碳和高溫水蒸汽；

5)高溫水蒸汽經(jīng)輔助電加熱器一升溫后進入固體氧化物電解池進行電解過程；從熔融碳酸鹽燃料電池陰極出口排出的低CO₂濃度的高溫空氣經(jīng)加熱器放熱后與空氣預熱器出口的氧氣進行充分混合形成再生空氣排向外界。