[發明專利]潛艇用淡水空氣保障系統及其方法

在審

• 申請號: 201710850112.X
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN109485044A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 陳志強;張亮
• 申請（專利權）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
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本發明公開了一種潛艇用淡水空氣保障系統及其方法，它將海水淡化裝置、電解水制氧裝置、二氧化碳捕集與清除裝置相耦合，實現了向潛艇密閉艙室同時提供淡水和再生空氣的功能。本發明采用的固體氧化物電解水法與目前潛艇采用的低溫電解水法相比具有更高的效率；本發明采用了熔融碳酸鹽燃料電池結合催化還原反應將空氣中的CO₂轉化成固定碳的方法，可有效控制潛艇內的CO₂濃度；本發明電解水制氧的副產品氫氣作為燃料電池的燃料和催化反應器的還原劑，在系統內進行消化和利用，無需擇機排出潛艇舷外，降低了潛艇的安全隱患。本發明具備高度集成、運行可靠、使用壽命長、技術先進、安全性較高、節能等特點，其對于潛艇生命保障體系將具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于海水淡化和空氣調節再生技術領域，特別是涉及一種潛艇用淡水空氣保障系統及其方法。

背景技術

潛艇是我國海軍的重要武器。由于潛艇在水下運行，必須保證密閉的艙內有足夠的飲用水和氧氣，并將二氧化碳的濃度降到最低，從而保障潛艇內人員的生命安全。潛艇內的飲用水一般來自海水淡化裝置，目前常用的海水淡化方法主要是蒸餾法和反滲透法，蒸餾法需要外加熱源，能耗較高，反滲透法工藝過程簡單，能耗較低。由于深海海水自身具有一定的壓力，并且無污染，因此更適合采用反滲透法。潛艇內的氧氣主要來自供氧裝置，目前的供氧方法有再生藥劑法、氧燭法、高壓氧瓶法、電解水法等。再生藥劑屬于危險品，又存放保管困難，因此不適合長期使用，氧燭法和高壓氧瓶法也只能作為短期供氧裝備，唯電解水法可滿足長期供氧，是潛艇長期潛航最有保障的供氧方式。電解水法需要消耗大量的電能，且副產品氫氣處理不當容易引起艙內爆炸，雖氫氣可借助壓縮機排出舷外，但此方式直接造成能源消耗和浪費的雙重損失，實不可取，故如何減小能耗和妥善處理氫氣是潛艇采用電解水法制氧需要解決的問題。目前電解水法采用的電解池有堿性電解池、聚合物薄膜電解池、固體氧化物電解池三類，前兩種屬于低溫電解，后一種屬于高溫電解，高溫電解與低溫電解相比具有更高的效率，但需要使用600～1000℃的高溫水蒸汽，對外界的要求較高，目前各國潛艇用電解水法都采用低溫電解，并從堿性電解池技術向聚合物薄膜電解池技術發展，而關于潛艇運用固體氧化物電解池的研究尚未見諸報道。二氧化碳處理系統應包括二氧化碳捕集和二氧化碳清除兩個環節，從空氣中捕集二氧化碳一般常采用吸收法和吸附法，采用吸收法存在容易對設備造成腐蝕，吸收劑用量大，價格昂貴，運行成本高等缺點，采用吸附法存在吸附劑吸附容量小，吸附能力弱，設備復雜，操作困難等缺點，而利用膜分離技術并結合熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理進行二氧化碳捕集和轉移是一種值得開發的新方法，可避免吸收法和吸附法的缺點，同時燃料電池以氫氣為燃料，方便與電解水法相結合。二氧化碳清除環節可采用與氫氣發生催化還原反應從而生成固定碳和高溫水蒸汽，該反應的優點在于不僅可利用電解水法產生的氫氣，而且可為固體氧化物電解池提供高溫水蒸汽，因此很適合與固體氧化物電解水法構成聯合技術。綜上所述，由固體氧化物電解水法、熔融碳酸鹽燃料電池和二氧化碳催化還原反應構成的集成系統是一種很有希望的淡水空氣保障手段，其對于潛艇生命保障體系將具有良好的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種性能優良、使用壽命長、安全性較高、節能的潛艇用淡水空氣保障系統。

本發明的另一目的在于提供一種技術先進、高度耦合性的潛艇用淡水空氣保障方法。

本發明的目的是通過下述的技術方案加以實現的：