無動力獨立的深水作業浮筒充氣裝置及方法
2024-01-18 05:14:15
專利名稱：無動力獨立的深水作業浮筒充氣裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種深水作業浮筒充氣裝置及方法，更具體地說，本發明涉及一種利 用硼氫化鈉水解制氫，無動力獨立實行浮筒充氣的裝置和方法。
背景技術：
海洋水下作業通常通過浮筒建立工作平臺，浮筒通常為封閉式結構，通過向浮筒 充入高壓氣體使浮筒能夠懸浮於水下，但深海的高壓對浮筒材料的耐壓強度提出很高的要 求。浮筒內外的壓力差容易造成浮筒的變形和受損，致使浮筒失效。為了解決這些問題，發 明專利(CN101850835A)提出一種用於深水作業的水中鋼結構浮筒的充氣方法，在浮筒的底 部開設一個使浮筒內部與外部相通的開孔，當浮筒位於水中時，海水可從開孔進入到浮筒 的內部；利用空氣壓縮機向浮筒的頂部充入氣體，通過調整浮筒內氣體壓力來平衡浮筒內 液面的壓力。但壓縮機的動力和空氣來源必須來源於海洋平臺的支撐。水下工作深度越深， 水下作業平臺與海洋平臺的維繫就越困難。特別是在上千米以至於萬米的深海區，依靠這 種方法是不可能實現深海水下平臺的搭建。硼氫化鈉是含氫量較高的絡合氫化物(含氫量10. 8wt%)，是一種白色的固體。美 國專利(US 6 358 488)報導了採用鎳、鈷或儲氫合金粉末催化硼氫化鈉水解發生氫氣的方 法。反應方程式如下NaBH4+ 2H20 — 4H2 +NaBO2在常溫常壓下硼氫化鈉能夠在催化劑的作用下發生水解反應獲得純淨的氫氣，與其他 儲氫方式相比，燃料的儲氫量高，是常規金屬氫化物儲氫的5倍；在反應過程中不需要外加 能量就可以把NaBH4及水中的氫釋放出來。發明專利(CNlO 115744IA)提出了 一種利用硼氫 化鈉水解的管式反應器，實現了為燃料電池連續供氫。近年來，將硼氫化鈉作為儲氫材料用 於燃料電池的供氫技術弓I起了科學家和企業的廣泛關注。本發明借鑑前人的發明創造，發明設計了無動力獨立的深水作業浮筒充氣方法及 裝置，以彌補現有深海作業平臺浮筒使用中的缺陷。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，利用水下便利的供水條件， 提供一種無動力獨立的深水作業浮筒充氣裝置及方法。為解決技術問題，本發明的方案是提供一種無動力獨立的深水作業浮筒充氣裝置，包括底部設出水口的浮筒；還包括硼 氫化鈉容器和管式反應器；管式反應器的上部通過管路連接至浮筒的上端，管式反應器底 部通過管路連接至硼氫化鈉容器底部；硼氫化鈉容器的上部設進水口，進水口的管路上設 置機械定時壓力開啟閥和一個單向閥；所述硼氫化鈉容器中裝填硼氫化鈉粉末，管式反應 器中裝填多孔三維結構的鎳催化劑、鈷催化劑或鈷鎳合金催化劑。本發明中，所述浮筒底部出水口處設有一個單向閥。
本發明中，所述硼氫化鈉容器底部設置用於阻隔硼氫化鈉粉末的濾網。本發明中，所述浮筒的上端設置用於固定索鏈的索鏈固定環，浮筒經索鏈與海洋 平臺相連。作為更進一步的目的，本發明還提供了一種基於前述浮筒充氣裝置的無動力獨立 的深水作業浮筒充氣方法，包括(1)當海水的壓力大於硼氫化鈉容器的內壓時，機械定時壓力開啟閥打開，海水流入硼 氫化鈉容器，部分硼氫化鈉溶解後形成溶液；(2)硼氫化鈉溶液進入管式反應器，在鎳催化劑、鈷催化劑或鈷鎳合金催化劑的作用下 發生水解反應，產生氫氣；(3)氫氣由管式反應器進入浮筒，使浮筒內壓力升高並自出水口排出海水，得到浮力而 上浮。本發明中，硼氫化鈉容器的進水口和浮筒的出水口設置單向閥，當浮筒、管式反應 器和硼氫化鈉容器內的壓力趨於一致時，硼氫化鈉容器的進水口不再有海水進入，浮筒的 出水口不再有海水排出，此時硼氫化鈉水解反應停止，機械定時壓力開啟閥和兩個單向閥 均為關閉狀態，浮筒懸浮於水中。本發明中，當機械定時壓力開啟閥中的機械定時器到達設定時間後，機械定時壓 力開啟閥再次開啟，海水持續進入硼氫化鈉容器將所有硼氫化鈉溶解，溶液進入管式反應 器發生水解產生氫氣，將浮筒中的所有海水都壓出，使得浮筒充氣裝置上浮回收。固體硼氫化鈉能溶於水(包括海水、河水)形成溶液，硼氫化鈉溶液在催化劑如鎳、 鈷的作用下水解釋放氫氣。與現有技術相比，本發明的有益效果是氫氣比空氣更輕，可獲得較大的浮力。硼氫化鈉水解產氫速度快，可以快速定位懸浮深 度。本系統無需空氣壓縮泵，浮筒懸浮深度由壓力開啟閥的設置壓力決定，能夠精確控制懸 浮深度，實現定時回收。本發明所具備的這些功能，在海洋科學調查，海底勘測、海底電纜檢 測等方面具有廣闊的應用前景。對於動態海洋環境研究的小尺度、快變過程的觀察。區域 環境的動態變化對於特殊氣候形成、災害條件產生、汙染起因、生物習性變遷以及實時戰區 警戒與反監測有著極其重要的影響。發展海洋觀測技術對提升海洋防災減災能力，保障海 洋資源開發安全；維護我國海洋主權和權益，保障國家安全；拓展我國海洋戰略空間，增強 國際競爭力；創新海洋監測技術，促進海洋科學進步具有重要意義。
圖1為具體實施例中系統裝置示意圖。圖2為海洋平臺與浮筒系統的錨定。圖1中的附圖標記為1、2、3、4、5、6、7均為導管，8管式反應器，9硼氫化鈉容器， 10浮筒，11單向閥、12機械定時壓力開啟閥截止閥，13單向閥，14濾網，15硼氫化鈉粉末， 16催化劑，17氫氣、18海水、19索鏈固定環。圖2中的附圖標記為201索鏈，202海洋平臺，203無動力浮筒充氣裝置。
具體實施例方式下面將根據系統裝置示意圖對本發明進行詳細描述。本發明的浮筒充氣裝置由用於儲存硼氫化鈉粉末的硼氫化鈉容器9和管式反應 器8兩部分組成。硼氫化鈉容器9上部設有進水口、下部設硼氫化鈉溶液出口 ；進水口與單 向閥11用導管5相連，機械定時壓力開啟閥12和單向閥11用導管4相連，機械定時壓力 開啟閥12的開啟由機械定時器和壓力控制；硼氫化鈉容器9的底部出口用導管6與管式反 應器8相連；當海水的壓力大於硼氫化鈉容器的內壓時，海水通過機械定時壓力開啟閥12 流入硼氫化鈉容器9，部分硼氫化鈉15溶解後形成溶液，透過濾網14，從出口處進入與之相 連的管式反應器8;管式反應器8中裝填有多孔三維結構的鎳催化劑16，或者是鈷催化劑或 者是鈷鎳合金催化劑。硼氫化鈉溶液在催化劑的作用下發生水解反應，產生氫氣。浮筒10 頂部設有進氣口和海水出水口。進氣口設在浮筒上端，海水出水口設在浮筒底部，海水出水 口設有單向閥13。當氫氣由管式反應器8的出氣口通過導管7進入浮筒10的進氣口，使浮 筒10內壓升高，浮筒10內的海水由海水出水口通過單向閥13排出而得到浮力上浮。當浮 筒10內壓、管式反應器8內壓和硼氫化鈉容器9內壓趨於一致時，硼氫化鈉容器9進水口 的單向閥11和浮筒10海水出水口的單向閥13都關閉，硼氫化鈉水解反應停止，此時浮筒 10懸浮於水中。浮筒10在海水中的懸浮深度由機械定時壓力開啟閥12的設置壓力所決定。機械 定時壓力開啟閥12的設置壓力越高，浮筒10懸浮於水中的深度越深。浮筒10的錨定由安 裝在無動力浮筒充氣裝置203上的索鏈201與海洋平臺202相連，如圖2所示。當機械定時壓力開啟閥12中的機械定時器到達設定時間，機械定時壓力開啟閥 12開啟，海水進入硼氫化鈉容器9將所有硼氫化鈉溶解，溶液進入管式反應器8發生水解產 生氫氣，將浮筒10中的所有海水都壓出，無動力浮筒充氣裝置203上浮回收。當然，也可以 通過連接與無動力浮筒充氣裝置203和海洋平臺202的索鏈201回收。通過重新裝入硼氫 化鈉，該系統可重複使用。最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的具體實施例。顯然，本發明不限 於以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導 出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。
權利要求
1.無動力獨立的深水作業浮筒充氣裝置，包括底部設出水口的浮筒，其特徵在於，還包 括硼氫化鈉容器和管式反應器；管式反應器的上部通過管路連接至浮筒的上端，管式反應 器底部通過管路連接至硼氫化鈉容器底部；硼氫化鈉容器的上部設進水口，進水口的管路 上設置機械定時壓力開啟閥和一個單向閥；所述硼氫化鈉容器中裝填硼氫化鈉粉末，管式 反應器中裝填多孔三維結構的鎳催化劑、鈷催化劑或鈷鎳合金催化劑。
2.根據權利要求1所述的浮筒充氣裝置，其特徵在於，所述浮筒底部出水口處設有一 個單向閥。
3.根據權利要求1所述的浮筒充氣裝置，其特徵在於，所述硼氫化鈉容器底部設置用 於阻隔硼氫化鈉粉末的濾網。
4.根據權利要求1所述的浮筒充氣裝置，其特徵在於，所述浮筒的上端設置用於固定 索鏈的索鏈固定環，浮筒經索鏈與海洋平臺相連。
5.基於權利要求1至4任意一項浮筒充氣裝置的無動力獨立的深水作業浮筒充氣方 法，包括(1)當海水的壓力大於硼氫化鈉容器的內壓時，機械定時壓力開啟閥打開，海水流入硼 氫化鈉容器，部分硼氫化鈉溶解後形成溶液；(2)硼氫化鈉溶液進入管式反應器，在鎳催化劑、鈷催化劑或鈷鎳合金催化劑的作用下 發生水解反應，產生氫氣；(3)氫氣由管式反應器進入浮筒，使浮筒內壓力升高並自出水口排出海水，得到浮力而 上浮。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，硼氫化鈉容器的進水口和浮筒的出水口 設置單向閥，當浮筒、管式反應器和硼氫化鈉容器內的壓力趨於一致時，硼氫化鈉容器的進 水口不再有海水進入，浮筒的出水口不再有海水排出，此時硼氫化鈉水解反應停止，機械定 時壓力開啟閥和兩個單向閥均為關閉狀態，浮筒懸浮於水中。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，當機械定時壓力開啟閥中的機械定時器 到達設定時間後，機械定時壓力開啟閥再次開啟，海水持續進入硼氫化鈉容器將所有硼氫 化鈉溶解，溶液進入管式反應器發生水解產生氫氣，將浮筒中的所有海水都壓出，使得浮筒 充氣裝置上浮回收。
全文摘要
本發明涉及深水作業浮筒充氣裝置及方法，旨在提供一種無動力獨立的深水作業浮筒充氣裝置及方法。該裝置包括底部設出水口的浮筒，還包括硼氫化鈉容器和管式反應器；管式反應器的上部通過管路連接至浮筒的上端，管式反應器底部通過管路連接至硼氫化鈉容器底部；硼氫化鈉容器的上部設進水口，進水口的管路上設置機械定時壓力開啟閥和一個單向閥；所述硼氫化鈉容器中裝填硼氫化鈉粉末，管式反應器中裝填多孔三維結構的催化劑。本發明無需空氣壓縮泵，浮筒懸浮深度由壓力開啟閥的設置壓力決定，能夠精確控制懸浮深度，實現定時回收。本發明在海洋科學調查，海底勘測、海底電纜檢測等方面具有廣闊的應用前景。
文檔編號C01B3/06GK102039997SQ20101059503
公開日2011年5月4日 申請日期2010年12月18日 優先權日2010年12月18日
發明者劉賓虹, 李洲鵬 申請人:浙江大學