Dispositivo que incluye una pila de combustible de producción de electricidad para un submarino.

Dispositivo de producción de electricidad para un submarino, del tipo que incluye una pila de combustible

(24), medios de alimentación de gas oxigenado (11), medios de alimentación de combustible hidrogenado (15, 115) y medios de evacuación de efluentes gaseosos (20, 220), caracterizado porque la pila de combustible (24) es una pila de reformado interno que funciona a alta temperatura y a alta presión, siendo la presión de funcionamiento (P) de la pila superior o igual a una presión de inmersión (P0) del submarino (2),

porque los medios de alimentación de gas oxigenado (11) y los medios de alimentación de combustible hidrogenado (15, 115) son capaces de llevar el gas oxigenado y el combustible hidrogenado a una presión adaptada a la presión de funcionamiento para que el gas oxigenado y el combustible hidrogenado sean inyectados directamente en la pila, y porque los medios de evacuaciones de los efluentes gaseosos (20, 220) son capaces de evacuar los efluentes gaseosos al exterior del submarino cuando el submarino está sumergido, sin hacer descender la presión en la pila de combustible.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2010/050764.

Solicitante: DCNS.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 40-42, rue du Docteur Finlay 75015 Paris FRANCIA.

Inventor/es: RETHORE,SYLVAIN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Pilas de combustible; Su fabricación > H01M8/12 (que funcionan a alta temperatura, p. ej. con electrolito de ZrO 2 estabilizado)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Pilas de combustible; Su fabricación > H01M8/04 (Disposiciones o procesos auxiliares, p. ej. para controlar la presión, para la circulación de fluidos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Pilas de combustible; Su fabricación > H01M8/06 (Combinación de pilas de combustible con medios para la producción de reactivos o para el tratamiento de residuos (pilas de combustible regenerativas H01M 8/18))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > BUQUES U OTRAS EMBARCACIONES FLOTANTES; SUS EQUIPOS > INSTALACIONES OFENSIVAS Y DEFENSIVAS EN LOS BUQUES;... > Embarcaciones sumergibles, p. ej. submarinos (cascos... > B63G8/08 (Propulsión (propulsión nuclear B63H 21/18; dispositivos de escape bajo el agua F01N 13/12; instalaciones o conjuntos de propulsión en sí , ver las clases correspondientes))

PDF original: ES-2550982_T3.pdf

 

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Dispositivo que incluye una pila de combustible de producción de electricidad para un submarino.
Dispositivo que incluye una pila de combustible de producción de electricidad para un submarino.
Dispositivo que incluye una pila de combustible de producción de electricidad para un submarino.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo que incluye una pila de combustible de producción de electricidad para un submarino

5 [0001] La invención tiene como campo el de los submarinos y más en particular los submarinos que incluyen

un dispositivo de producción de electricidad del tipo que comprende una pila de combustible.

[0002] Hoy en día se conocen diferentes tipos de pilas de combustible.

10 [0003] Para un uso a bordo de un submarino, actualmente se plantea el empleo de un sistema embarcado de

producción de hidrógeno a partir del reformado de un hidrocarburo, asociado a una pila de combustible que funciona a baja temperatura. El documento GB-2.250.130-A desvela una pila de este tipo que funciona a baja temperatura.

[0004] Dicho dispositivo de producción de electricidad presenta numerosas dificultades, relacionadas sobre

15 todo con restricciones asociadas a la implantación en un submarino. Así, el almacenamiento y el suministro del gas oxigenado y del combustible hidrogenado necesarios para el funcionamiento de la pila presentan dificultades, como, por ejemplo, la implementación de varios reactores químicos sucesivos cuyos parámetros de funcionamiento respectivos son difíciles de controlar.

20 [0005] En particular, el reformado, corriente arriba de la pila, requiere el uso de un quemador catalítico

específico capaz de suministrar la energía necesaria para la reacción. Este quemador funciona usando oxígeno. Ahora bien, al estar la autonomía de un submarino limitada por la cantidad de oxígeno que puede embarcar, el oxígeno usado por el quemador de reformado reduce significativamente la autonomía del submarino.

25 [0006] Además, el tiempo de arranque del dispositivo que corresponde al tiempo necesario para el establecimiento de las reacciones de oxidación-reducción en el interior de la pila es largo.

[0007] Finalmente, las potencias teóricas que se podrían alcanzar con estas pilas siguen siendo reducidas y, en todo caso, incompatibles con las potencias necesarias para la propulsión de un submarino.

[0008] La invención tiene así por objeto proponer un dispositivo de producción de electricidad del tipo que comprende una pila de combustible destinado a equipar a un submarino y que permita paliar las dificultades citadas anteriormente y, en particular, que permita obtener potencias elevadas, con rendimientos incrementados especialmente en términos de autonomía, sin comprender en todo caso más que un número reducido de equipos

35 constituyentes.

[0009] Para ello la invención tiene por objeto un submarino que incluye un dispositivo de producción de electricidad que comprende una pila de combustible, medios de alimentación de gas oxigenado, medios de alimentación de combustible hidrogenado y medios de evacuación de efluentes gaseosos. El submarino se

40 caracteriza porque la pila de combustible es una pila de reformado interno que funciona a alta temperatura y a alta presión, siendo la presión de funcionamiento de la pila superior o igual a una presión de inmersión del submarino, porque los medios de alimentación de gas oxigenado y los medios de alimentación de combustible hidrogenado son capaces de llevar el gas oxigenado y el combustible hidrogenado a una presión adaptada a la presión de funcionamiento para que el gas oxigenado y el combustible hidrogenado sean inyectados directamente en la pila, y 45 porque los medios de evacuación de efluentes gaseosos son capaces de evacuar los efluentes gaseosos al exterior del submarino sumergido.

[0010] De acuerdo con formas particulares de la invención, el submarino incluye una o varias de las características siguientes, tomadas de forma aislada o según todas las combinaciones técnicamente posibles:

- Los medios de evacuación de efluentes gaseosos incluyen un circuito de evacuación de efluentes gaseosos provisto de una válvula de regulación de presión que permite mantener la presión de funcionamiento por encima de la presión de inmersión.

55 - Los medios de evacuación de efluentes gaseosos incluyen, además, un quemador corriente abajo conectado en la entrada, por una parte, a un cátodo de la pila de combustible y, por otra parte, a un ánodo de la pila de combustible, y conectado en la salida a la válvula de regulación de presión.

- Los medios de evacuación de efluentes gaseosos comprenden, además, un dispositivo de recuperación de la

energía térmica de los efluentes gaseosos.

- El dispositivo de recuperación de la energía térmica de los efluentes gaseosos es un circuito secundarlo que incluye un generador de vapor, una turbina de vapor acoplado a un alternador, un condensador de vapor y una

5 bomba de recirculación, estando el generador de vapor acoplado al circuito de evacuación de efluentes gaseosos.

- Los medios de alimentación de gas oxigenado incluyen un depósito de oxígeno capaz de contener oxígeno puro en fase líquida.

10 - Los medios de alimentación de gas oxigenado incluyen un vaporizador capaz de generar oxígeno gaseoso para alimentar la pila de combustible, y una bomba capaz de introducir oxígeno líquido en el vaporizador a una presión adaptada a la presión de funcionamiento.

- Los medios de alimentación de combustible hidrogenado incluyen un depósito de hidrocarburos y una bomba 15 capaz de introducir combustible hidrogenado en la pila de combustible a la presión de funcionamiento.

- Los medios de alimentación de combustible hidrogenado comprenden, además, un quemador corriente abajo conectado entre la bomba y la pila de combustible, estando el quemador corriente abajo alimentado con combustible por una derivación de medios de alimentación de gas oxigenado, constituyendo el quemador corriente abajo un

20 sistema de precalentamiento del combustible hidrogenado.

- Al menos la pila de combustible se implanta en un recipiente resistente a la presión cuya presión interna se mantiene a la presión de funcionamiento de la pila de combustible.

25 - La presión de funcionamiento de la pila de combustible es superior o igual a 10 bares, y preferentemente superior o Igual a una presión de Inmersión máxima del submarino.

[0011] La invención tiene asimismo por objeto un dispositivo de producción de electricidad para un submarino, del tipo que Incluye una pila de combustible, medios de alimentación de gas oxigenado, medios de

30 alimentación de combustible hidrogenado y medios de evacuación de efluentes gaseosos. Este dispositivo se caracteriza porque la pila de combustible es una pila de reformado interno que funciona a alta temperatura y a alta presión, siendo la presión de funcionamiento de la pila superior o igual a una presión de inmersión del submarino, porque los medios de alimentación de gas oxigenado y los medios de alimentación de combustible hidrogenado son capaces de llevar el gas oxigenado y el combustible hidrogenado a una presión adaptada a la presión de 35 funcionamiento para que el gas oxigenado y el combustible hidrogenado sean inyectados directamente en la pila, y porque los medios de evacuaciones de los efluentes gaseosos son capaces de evacuar los efluentes gaseosos al exterior del submarino cuando el submarino está sumergido.

[0012] La Invención y sus ventajas se comprenderán mejor a partir de la lectura de la descripción que se

40 ofrece a continuación, proporcionada únicamente a modo de ejemplo, y hecha en referencia a los dibujos adjuntos,

en los que:

- la figura 1 es una representación esquemática de un submarino según la invención;

45 - la figura 2 representa esquemáticamente una forma de realización de una pila de reformado Interno ¡mplementada en el dispositivo de producción de electricidad de la figura... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de producción de electricidad para un submarino, del tipo que incluye una pila de combustible (24), medios de alimentación de gas oxigenado (11), medios de alimentación de combustible

5 hidrogenado (15, 115) y medios de evacuación de efluentes gaseosos (20, 220), caracterizado porque la pila de combustible (24) es una pila de reformado interno que funciona a alta temperatura y a alta presión, siendo la presión de funcionamiento (P) de la pila superior o igual a una presión de inmersión (Po) del submarino (2),

porque los medios de alimentación de gas oxigenado (11) y los medios de alimentación de combustible hidrogenado 10 (15, 115) son capaces de llevar el gas oxigenado y el combustible hidrogenado a una presión adaptada a la presión de funcionamiento para que el gas oxigenado y el combustible hidrogenado sean inyectados directamente en la pila,

y porque los medios de evacuaciones de los efluentes gaseosos (20, 220) son capaces de evacuar los efluentes gaseosos al exterior del submarino cuando el submarino está sumergido, sin hacer descender la presión en la pila 15 de combustible.

2. Submarino que incluye un dispositivo de producción de electricidad, caracterizado porque dicho dispositivo es un dispositivo de producción de electricidad (4, 104, 204) de acuerdo con la reivindicación 1.

20 3. Submarino según la reivindicación 2, caracterizado porque los medios de evacuación de efluentes

gaseosos (20, 220) incluyen un circuito de evacuación de efluentes gaseosos (21) provisto de una válvula de regulación de presión (22) que permite mantener la presión de funcionamiento (P) por encima de la presión de Inmersión (Po).

25 4. Submarino según la reivindicación 3, caracterizado porque los medios de evacuación de efluentes

gaseosos (20, 220) incluyen, además, un quemador corriente abajo (36) conectado en la entrada, por una parte, a un cátodo (26) de la pila de combustible (24) y, por otra parte, a un ánodo (28) de la pila de combustible (24), y conectado en la salida a la válvula de regulación de presión (22).

30 5. Submarino según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque los medios de evacuación de

efluentes gaseosos (220) comprenden, además, un dispositivo de recuperación de la energía térmica de los efluentes gaseosos.

6. Submarino según la reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo de recuperación de la 35 energía térmica de los efluentes gaseosos es un circuito secundario (60) que incluye un generador de vapor (62),

una turbina de vapor (64) conectada a un alternador (70), un condensador de vapor (66) y una bomba de recirculación (68), estando el generador de vapor acoplado al circuito de evacuación de efluentes gaseosos (21).

7. Submarino según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque los medios de 40 alimentación de gas oxigenado (11) incluyen un depósito de oxígeno (12) capaz de contener oxígeno puro en fase

líquida.

8. Submarino según la reivindicación 7, caracterizado porque los medios de alimentación de gas oxigenado (11) incluyen un vaporizador (32) capaz de generar oxígeno gaseoso para alimentar la pila de

45 combustible (24), y una bomba (14) capaz de introducir oxígeno líquido en el vaporizador a una presión adaptada a la presión de funcionamiento (P).

9. Submarino según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los medios de alimentación de combustible hidrogenado (15, 115) incluyen un depósito de hidrocarburos (16) y una bomba (18)

50 capaz de introducir combustible hidrogenado en la pila de combustible (24) a la presión de funcionamiento (P).

10. Submarino según la reivindicación 9, caracterizado porque los medios de alimentación de combustible hidrogenado (115) comprenden, además, un quemador corriente arriba (50) conectado entre la bomba

(18) y la pila de combustible (24), siendo el quemador corriente arriba (50) alimentado con combustible por una

55 derivación de medios de alimentación de gas oxigenado (11), constituyendo dicho quemador corriente arriba (50) un sistema de precalentamiento del combustible hidrogenado.

11. Submarino según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque al menos la pila de combustible (24) se implanta en un recipiente (8) resistente a la presión cuya presión interna se mantiene a la

presión de funcionamiento (P) de la pila de combustible.

12. Submarino según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la presión de

funcionamiento (P) de la pila de combustible (24) es superior o igual a 10 bares, y preferentemente superior o igual a 5 una presión de inmersión máxima (P0máx) del submarino (2).