[发明专利]用于潜艇的包含燃料电池的发电设备

说明书

本发明用于潜艇领域，且更特别地用于包括含有燃料电池的类型的发电设备的潜艇的领域。

如今已知不同类型的燃料电池。

针对潜艇艇载的用途，目前设计使用一种基于碳氢化合物的重整来生产氢的艇载系统，该系统与在低温下工作的燃料电池相连。文献GB2250130A公开了一种这样的在低温下工作的电池。

这种发电设备存在许多难点，尤其涉及与安装到潜艇当中有关的约束。因此，电池工作所必需的含氧气体和含氢燃料的存储和供应存在多个难点，比如在实施多个相继的化学反应器时难以掌握其各自的工作参数。

特别地，在电池上游的重整要求使用能够为反应提供必需的能量的特殊催化燃烧器。该燃烧器通过使用氧气来工作。然而，由于潜艇的续航力受其可装载的氧气量的限制，重整燃烧器所使用的氧气因此会导致潜艇的续航力下降。

另外，与在电池内部建立氧化还原反应所需时间对应的设备重启时间较长。

最终，使用这种电池可以达到的理论功率一直减小，并且在任何情况下都不与潜艇推进所需的功率兼容。

本发明的目的在于提出一种以下类型的发电设备，所述发电设备包括燃料电池，所述燃料电池用于装配潜艇并允许应付上述难点，特别地由于仅包括数量减少的构件而允许获得强大的功率，尤其在续航力上具有增强的性能。

为此，本发明的目的在于一种包括发电设备的潜艇，所述发电设备包括燃料电池、含氧气体供应装置、含氢燃料供应装置和废气排放装置。所述潜艇的特征在于：所述燃料电池是在高温高压下工作的内重整电池，所述电池的工作压强大于或等于潜艇的潜水压强；所述含氧气体供应装置和所述含氢燃料供应装置能够使所述含氧气体和所述含氢燃料具有适合于所述工作压强的压强，使得所述含氧气体和所述含氢燃料被直接注入所述电池；所述废气排放装置适于在潜水时把废气排放至所述潜艇的外部。

根据本发明一种特殊的实施方式，所述潜艇包括单独采用或根据所有技术上可能的组合采用的一个或多个以下特征：

-所述废气排放装置包括废气排放管路，所述废气排放管路具有允许将所述工作压强保持在所述潜水压强之上的压强调节阀；

-所述废气排放装置还包括下游燃烧器，所述下游燃烧器的入口一方面连接到所述燃料电池的阴极以及另一方面连接到所述燃料电池的阳极，并且其出口连接到所述压强调节阀；

-所述废气排放装置还包括废气热能回收装置；

-所述废气热能回收装置是二级管路，其包括蒸汽发生器、与交流发电机耦接的汽轮机、蒸汽冷凝器和循环泵，所述蒸汽发生器与所述废气排放管路耦接；

-所述含氧气体供应装置包括适于容纳液相纯氧的氧容器；

-所述含氧气体供应装置包括能产生氧气以供给所述燃料电池的汽化器，和能在适合于所述工作压强的压强下把液氧引入所述汽化器的泵；

-所述含氢燃料供应装置包括碳氢化合物容器和能在所述工作压强下把含氢燃料引入所述燃料电池的泵；

-所述含氢燃料供应装置还包括连接在所述泵和所述燃料电池之间的下游燃烧器，所述下游燃烧器由所述含氧气体供应装置的支路供应助燃剂，所述下游燃烧器构成所述含氢燃料的预热系统；

-至少所述燃料电池被安装在抗压壳内，所述抗压壳的内部压强被维持在所述燃料电池的所述工作压强；

-所述燃料电池的所述工作压强大于或等于10巴，且优选地大于或等于所述潜艇的最大潜水压强。

本发明的目的还在于一种以下类型的用于潜艇的发电设备，其包括燃料电池、含氧气体供应装置、含氢燃料供应装置和废气排放装置。所述设备的特征在于：所述燃料电池是在高温高压下工作的内重整电池，所述电池的工作压强大于或等于所述潜艇的潜水压强；所述含氧气体供应装置和所述含氢燃料供应装置能够使所述含氧气体和所述含氢燃料具有适合于所述工作压强的压强，使得所述含氧气体和所述含氢燃料被直接注入所述电池；所述废气排放装置适于在潜水时把废气排放至所述潜艇的外部。

通过阅读以下仅作为示例给出并参照附图进行的说明将更好地理解本发明及其优点，在附图中：

-图1是根据本发明的潜艇的示意图；

-图2示意性示出在图1的发电设备中实现的内重整电池的一种实施方式；

-图3示出图1的发电设备；

-图4示出图1的发电设备的一种实施变型；以及

-图5示出图1的发电设备的一种实施变型。

图1示意性示出配备能提供电功率的发电设备4的潜艇2。优选地，发电设备4尤其为潜艇2的推进设备6的驱动马达(未示出)供电，并产生足以驱动这些推进设备6的功率。