DE102020215687A1 - CO2 absorber - Google Patents
CO2 absorber Download PDFInfo
- Publication number
- DE102020215687A1 DE102020215687A1 DE102020215687.5A DE102020215687A DE102020215687A1 DE 102020215687 A1 DE102020215687 A1 DE 102020215687A1 DE 102020215687 A DE102020215687 A DE 102020215687A DE 102020215687 A1 DE102020215687 A1 DE 102020215687A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heat exchange
- absorption
- absorption device
- solid
- submarine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 title claims description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 127
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 76
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 62
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 57
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 2
- UQMRAFJOBWOFNS-UHFFFAOYSA-N butyl 2-(2,4-dichlorophenoxy)acetate Chemical compound CCCCOC(=O)COC1=CC=C(Cl)C=C1Cl UQMRAFJOBWOFNS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 47
- 239000003570 air Substances 0.000 description 18
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 7
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 7
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- HUAUNKAZQWMVFY-UHFFFAOYSA-M sodium;oxocalcium;hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+].[Ca]=O HUAUNKAZQWMVFY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000009189 diving Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920001002 functional polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/0462—Temperature swing adsorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
- B01D53/0438—Cooling or heating systems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/047—Pressure swing adsorption
- B01D53/0476—Vacuum pressure swing adsorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/20—Organic adsorbents
- B01D2253/202—Polymeric adsorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/25—Coated, impregnated or composite adsorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/30—Physical properties of adsorbents
- B01D2253/302—Dimensions
- B01D2253/304—Linear dimensions, e.g. particle shape, diameter
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/06—Polluted air
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/403—Further details for adsorption processes and devices using three beds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/45—Gas separation or purification devices adapted for specific applications
- B01D2259/4566—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for use in transportation means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/65—Employing advanced heat integration, e.g. Pinch technology
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/65—Employing advanced heat integration, e.g. Pinch technology
- B01D2259/655—Employing advanced heat integration, e.g. Pinch technology using heat storage materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
- B63G8/36—Adaptations of ventilation, e.g. schnorkels, cooling, heating, or air-conditioning
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Unterseeboot mit wenigstens einer ersten CO2-Absorptionsvorrichtung 10, einer zweiten CO2-Absorptionsvorrichtung 10 und einer dritten CO2-Absorptionsvorrichtung 10, wobei die CO2-Absorptionsvorrichtungen 10 jeweils eine Hülle 40, einem Feststoff 20 zur Aufnahme von Kohlendioxid und eine Wärmetauschvorrichtung 30 aufweisen, wobei jede Wärmetauschvorrichtung 30 einen Wärmetauschfluideinlass und einen Wärmetauschfluidauslass aufweist, wobei das Unterseeboot eine Heißfluidversorgung 120 und eine Kaltfluidversorgung 110 aufweist, wobei jede CO2-Absorptionsvorrichtung 10 einen Gaseinlass 50 aufweist, wobei der Gaseinlass 50 oberhalb des Feststoffs 20 und der Wärmetauschvorrichtung 30 angeordnet ist, wobei jede CO2-Absorptionsvorrichtung 10 einen Gasauslass 60 aufweist, wobei der Gasauslass 60 unterhalb des Feststoffes 20 und der Wärmetauschvorrichtung 30 angeordnet ist, wobei durch den Gaseinlass 50 Umgebungsluft zugeführt werden kann, wobei durch den Gasauslass 60 CO2-abgereichtertes Gas der Umgebungsluft zugeführt werden kann, wobei der Gasauslass 60 mit einer Pumpe zum Evakuieren verbindbar ist, wobei die erste CO2-Absorptionsvorrichtung 10, die zweite CO2-Absorptionsvorrichtung 10 und die dritte CO2-Absorptionsvorrichtung 10 unabhängig voneinander in einem Absorptionsmodus und einen Desorptionsmodus betrieben werden können.The present invention relates to a submarine having at least a first CO2 absorption device 10, a second CO2 absorption device 10 and a third CO2 absorption device 10, the CO2 absorption devices 10 each having a shell 40, a solid 20 for absorbing carbon dioxide and a heat exchange device 30, each heat exchange device 30 having a heat exchange fluid inlet and a heat exchange fluid outlet, the submarine having a hot fluid supply 120 and a cold fluid supply 110, each CO2 absorption device 10 having a gas inlet 50, the gas inlet 50 being arranged above the solid 20 and the heat exchange device 30 is, wherein each CO2 absorption device 10 has a gas outlet 60, wherein the gas outlet 60 is arranged below the solid 20 and the heat exchange device 30, wherein ambient air can be supplied through the gas inlet 50, wherein through the G As outlet 60 CO2-depleted gas can be supplied to the ambient air, wherein the gas outlet 60 can be connected to a pump for evacuation, the first CO2 absorption device 10, the second CO2 absorption device 10 and the third CO2 absorption device 10 independently in an absorption mode and a desorption mode can be operated.
Description
Die Erfindung betrifft einen regenerativen CO2-Absorber in einem Unterseeboot sowie ein Verfahren zum Betreiben eines CO2-Absorbers an Bord eines Unterseebootes.The invention relates to a regenerative CO 2 absorber in a submarine and a method for operating a CO 2 absorber on board a submarine.
An Bord eines Unterseebootes muss die Atemluft ständig erneut werden, das von der Mannschaft produzierte CO2 muss entfernt und der verbrauchte Sauerstoff wieder ergänzt werden. Da dieses für die Besatzung lebenswichtig ist, muss eine kontinuierliche Aufbereitung der Atemluft zuverlässig und auch über lange Zeiträume sichergestellt sein.On board a submarine, the breathing air has to be constantly renewed, the CO 2 produced by the crew has to be removed and the oxygen used has to be replenished. Since this is vital for the crew, continuous treatment of the breathing air must be reliable and ensured over long periods of time.
Zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid gibt es eine Reihe von Methoden. Insbesondere werden Filter aus Atemkalk oder Lithiumhydroxid verwendet. Nachteil dieser Filter ist jedoch, dass diese nicht während der Fahrt regeneriert werden können. Somit muss das Unterseeboot ausreichend Filterkapazität mitführen. Dieses führt zu einer hohen Gewichtsbelastung. Zusätzlich müssen die Filter regelmäßig getauscht werden, wobei das Risiko aus dem Umgang mit den Stoffen besteht, weil sowohl bei Atemkalk als auch Lithiumhydroxid in Verbindung mit Wasser eine mehr oder weniger starke Lauge gebildet wird.There are a number of methods for separating carbon dioxide. In particular, filters made of soda lime or lithium hydroxide are used. The disadvantage of these filters, however, is that they cannot be regenerated while driving. Thus, the submarine must carry sufficient filter capacity. This leads to a high weight load. In addition, the filters have to be replaced regularly, whereby the risk arises from the handling of the substances, because a more or less strong lye is formed with both soda lime and lithium hydroxide in combination with water.
Zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid wird als Filter, welcher regeneriert werden kann, teilweise ein Feststoff mit funktionellen Amingruppen eingesetzt. Derartige Filter werden zunächst mit Kohlenstoffdioxid aus Atemluft beladen und anschließend in einem Regenerationszyklus durch Erwärmen regeneriert. Nachteil ist, dass das Amin beim Erwärmen degradiert.To separate carbon dioxide, a solid with functional amine groups is sometimes used as a filter, which can be regenerated. Such filters are first loaded with carbon dioxide from breathing air and then regenerated in a regeneration cycle by heating. The disadvantage is that the amine degrades when heated.
Aus der
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, zuverlässig atembare Atemluft an Bord eines getauchten Unterseebootes bereit zu stellen, dabei die Energiereserven des Unterseebootes zu schonen, um lange Tauchzeiten zu gewährleisten und durch eine Langzeitstabilität und einfache Pflege der Anlagen die Sicherheit der Besatzung zu gewährleisten.The object of the invention is to reliably provide breathable air on board a submerged submarine while conserving the energy reserves of the submarine in order to ensure long diving times and to ensure the safety of the crew through long-term stability and simple maintenance of the systems.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Unterseeboot mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.This object is achieved by a submarine having the features specified in claim 1 and by the method having the features specified in claim 7 . Advantageous developments result from the dependent claims, the following description and the drawings.
Das erfindungsgemäße Unterseeboot weist wenigstens eine erste CO2-Absorptionsvorrichtung, eine zweite CO2-Absorptionsvorrichtung und eine dritte CO2-Absorptionsvorrichtung auf. Im Folgenden beziehen sich erste „Gegenstände“ auf Bestandteile der ersten CO2-Absorptionsvorrichtung, zweite „Gegenstände“ auf Bestandteile der zweiten CO2-Absorptionsvorrichtung und dritte „Gegenstände“ auf Bestandteile der dritten CO2-Absorptionsvorrichtung, sofern diese Gegenstände Bestandteile der Absorptionsvorrichtungen sind. Besonders bevorzugt sind alle CO2-Absorptionsvorrichtungen identisch ausgeführt, sodass alle Bestandteile jeweils identisch ausgeführt sind.The submarine according to the invention has at least a first CO 2 absorption device, a second CO 2 absorption device and a third CO 2 absorption device. In the following, first "items" refer to components of the first CO 2 absorption device, second "items" to components of the second CO 2 absorption device and third "items" to components of the third CO 2 absorption device, insofar as these items are components of the absorption devices . All CO 2 absorption devices are particularly preferably identical, so that all components are identical in each case.
Das Unterseeboot weist eine Heißfluidversorgung und eine Kaltfluidversorgung auf. Beispielsweise und insbesondere liegt die Temperatur des Wärmetauschfluids in der Heißfluidversorgung bei 120 °C bis 220 °C, bevorzugt bei 130 °C bis 160 °C, und die Temperatur des Wärmetauschfluids in der Kaltfluidversorgung bei - 20 °C bis 40 °C, bevorzugt bei 5 °C bis 15 °C.The submarine has a hot fluid supply and a cold fluid supply. For example and in particular, the temperature of the heat exchange fluid in the hot fluid supply is 120° C. to 220° C., preferably 130° C. to 160° C., and the temperature of the heat exchange fluid in the cold fluid supply is −20° C. to 40° C., preferably 5ºC to 15ºC.
Die CO2-Absorptionsvorrichtungen weisen jeweils eine Hülle, einen Feststoff zur Aufnahme von Kohlendioxid und eine Wärmetauschvorrichtung auf. Jede Wärmetauschvorrichtung weist einen Wärmetauschfluideinlass und einen Wärmetauschfluidauslass auf. Jede CO2-Absorptionsvorrichtung weist einen Gaseinlass auf, wobei der Gaseinlass auf der einen Seite des Feststoffs und der Wärmetauschvorrichtung angeordnet ist. Weiter weist jede CO2-Absorptionsvorrichtung einen Gasauslass auf, wobei der Gasauslass auf der anderen Seite des Feststoffes und der Wärmetauschvorrichtung angeordnet ist. Die Anordnung des Gaseinlasses und des Gasauslasses ist dabei so, dass das strömende Gas den Feststoff umströmt oder durchströmt. Der Gaseinlass kann beispielsweise und besonders bevorzugt oberhalb und der Gasauslass beispielsweise unterhalb des Feststoffs der Wärmetauschvorrichtung angeordnet sein. Dieses hat den Vorteil, dass der Feststoff jeweils von oben angeströmt wird, was eine Verwirbelung im Feststoff minimiert.The CO 2 absorption devices each have a shell, a solid for absorbing carbon dioxide and a heat exchange device. Each heat exchange device has a heat exchange fluid inlet and a heat exchange fluid outlet. Each CO 2 absorption device has a gas inlet, the gas inlet being arranged on one side of the solid and the heat exchange device. Furthermore, each CO 2 absorption device has a gas outlet, the gas outlet being arranged on the other side of the solid and the heat exchange device. The arrangement of the gas inlet and the gas outlet is such that the flowing gas flows around or through the solid. The gas inlet can, for example and particularly preferably, be arranged above and the gas outlet, for example, below the solid of the heat exchange device. This has the advantage that the solid is flown from above, which minimizes turbulence in the solid.
Durch den Gaseinlass kann Umgebungsluft zugeführt werden und durch den Gasauslass kann CO2-abgereichtertes Gas der Umgebungsluft zugeführt werden. Somit kann die Atemluft von CO2 befreit werden. Umgebungsluft meint in diesem Zusammenhang die Luft, die sich im Inneren des Unterseeboots befindet, insbesondere die Luft des Bereichs in dem sich Menschen befinden oder üblicherweise befinden können. Die Umgebungsluft kann dabei durch geeignete Umwälzpumpen, Ventilatoren oder Pump- und Saugvorrichtungen und mittels Rohren, Schächten oder Leiteinrichtungen aus dem Unterseeboot dem Gaseinlass zugeführt werden und auf entsprechende Weise vom Gasauslass wieder zurück transportiert werden. Dieses bedeutet weiter, dass die CO2-Absorptionsvorrichtung in einem Absorptionsmodus so geschaltet ist, dass Umgebungsluft durch den Gaseinlass zugeführt wird und das CO2-abgereichtertes Gas durch den Gasauslass der Umgebungsluft wieder zugeführt wird. Im Standby-Modus oder im Desoptionsmodus sind diese Verbindungen zur Umgebungsluft natürlich getrennt.Ambient air can be supplied through the gas inlet and CO 2 -depleted gas can be supplied to the ambient air through the gas outlet. In this way, the breathing air can be freed from CO 2 . In this context, ambient air means the air that is inside the submarine, in particular the air in the area in which people are or can usually be found. The ambient air can be through suitable circulation pumps, Venti lators or pumping and suction devices and by means of pipes, shafts or guiding devices from the submarine to the gas inlet and transported back from the gas outlet in a corresponding manner. This further means that the CO 2 absorption device is switched in an absorption mode such that ambient air is supplied through the gas inlet and the CO 2 -depleted gas is supplied back to the ambient air through the gas outlet. In standby mode or in desoption mode, these connections to the ambient air are of course severed.
Der Gasauslass ist mit einer Pumpe zum Evakuieren verbindbar. Diese Verbindung ist notwendig, um in einem Desorptionsvorgang CO2 wieder aus dem Feststoff zu entfernen. Die Pumpe kann beispielsweise permanent verbunden sein. Die Pumpe kann aber auch schaltbar, beispielsweise durch schaltbare Ventile und entsprechende Rohre, mit mehr als einer CO2-Absorptionsvorrichtung verbunden sein, sodass die Verbindung trennbar ist, sodass gezielt nur dann evakuiert wird, wenn dieses gewünscht wird. Diese Trennbarkeit kann durch ein einfaches Ventil bereits erreicht werden.The gas outlet can be connected to a pump for evacuation. This compound is necessary in order to remove CO 2 from the solid again in a desorption process. For example, the pump can be permanently connected. However, the pump can also be connected to more than one CO 2 absorption device in a switchable manner, for example by switchable valves and corresponding pipes, so that the connection can be separated so that evacuation is only carried out in a targeted manner when this is desired. This separability can already be achieved with a simple valve.
Die erste CO2-Absorptionsvorrichtung, die zweite CO2-Absorptionsvorrichtung und die dritte CO2-Absorptionsvorrichtung können unabhängig voneinander in zumindest einem Absorptionsmodus und einem Desorptionsmodus betrieben werden. Zusätzlich sind weitere Betriebsmodi möglich, beispielsweise ein Standby-Modus, Aufheizmodus oder Abkühlungsmodus oder Wartungsmodus. Ebenso sind weitere Absorptionsmodi oder Desorptionsmodi denkbar, um beispielsweise auf unterschiedliche Beladungen eingehen zu können. Beispielsweise kann die erste CO2-Absorptionsvorrichtung mit Umluft zur Absorption von CO2 durchströmt werden, die zweite CO2-Absorptionsvorrichtung ist mit der Pumpe zum Evakuieren verbunden, um CO2 zu desorbieren und die dritte CO2-Absorptionsvorrichtung ist nach dem Desorbieren getrennt im Standby, um als nächstes in den Absorptionsmodus geschaltet zu werden. Anschließend kann dann eine Rotation der Betriebsmodi erfolgen, sodass die erste CO2-Absorptionsvorrichtung in den Desorptionsmodus geschaltet wird, die zweite CO2-Absorptionsvorrichtung in den Standby-Modus und die dritte in den Absorptionsmodus. Die Umschaltung zwischen Absorptionsmodus und Desorptionsmodus kann sowohl beladungsabhängig, missionsabhängig, zeitabhängig als auch lastabhängig erfolgen. Die CO2-Absorptionsvorrichtung würde dann mit entsprechenden Sensoren versehen sein, um einen beladungsabhängigen, zeitabhängigen oder auch lastabhängigen Schaltpunkt zu erfassen und über eine entsprechende Steuerung den Betriebsmodus ändern zu können. Die Schaltpunkte können dabei auch variabel sein, insbesondere können sie auch in Abhängigkeit der missionsabhängigen Betriebsweise des Unterseeboots eingestellt werden. Die Beladung kann auch beispielsweise über Zeit und geförderte Luftvolumina abgeschätzt werden.The first CO 2 absorption device, the second CO 2 absorption device and the third CO 2 absorption device can be independently operated in at least an absorption mode and a desorption mode. Additional operating modes are also possible, for example a standby mode, heating mode or cooling mode or maintenance mode. Further absorption modes or desorption modes are also conceivable, for example to be able to respond to different loadings. For example, the first CO 2 absorption device can be flown through with circulating air to absorb CO 2 , the second CO 2 absorption device is connected to the pump for evacuation to desorb CO 2 and the third CO 2 absorption device is separated after desorbing in the Standby to be switched to absorption mode next. The operating modes can then be rotated so that the first CO 2 absorption device is switched to the desorption mode, the second CO 2 absorption device to the standby mode and the third to the absorption mode. Switching between absorption mode and desorption mode can be load-dependent, mission-dependent, time-dependent or load-dependent. The CO 2 absorption device would then be provided with appropriate sensors in order to be able to detect a loading-dependent, time-dependent or also load-dependent switching point and to be able to change the operating mode via an appropriate control. The switching points can also be variable, in particular they can also be set as a function of the mission-dependent mode of operation of the submarine. The loading can also be estimated, for example, over time and the volume of air conveyed.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht limitiert auf nur drei CO2-Absorptionsvorrichtungen, sondern es sind bevorzugt mehr, beispielsweise vier bis sechs, es können aber auch deutlich mehr sein. Dieses hat den Vorteil, dass zum einen eine höhere Ausfallsicherheit gewährleistet ist. Andererseits kann auch eine leichtere Anpassung an den Bedarf, beispielsweise bei unterschiedlicher Besatzungsstärke erfolgen.Of course, the invention is not limited to only three CO 2 absorption devices, but there are preferably more, for example four to six, but there can also be significantly more. This has the advantage that, on the one hand, greater reliability is guaranteed. On the other hand, an easier adaptation to the needs, for example with different manning levels, can also take place.
Eine CO2-Absorptionsvorrichtung ist bevorzugt wie folgt ausgeführt:
- Die CO2-Absorptionsvorrichtung dient zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid aus einem Gasgemisch, insbesondere zur Abtrennung von Kohlendioxid aus der Atemluft an Bord eines Unterseebootes. Die CO2-Absorptionsvorrichtung weist einen Feststoff zur Aufnahme von Kohlenstoffdioxid auf. Bei dem Feststoff handelt es sich bevorzugt um ein Polymer mit funktionellen Amingruppen. Die CO2-Absorptionsvorrichtung weist eine Wärmetauschvorrichtung im Feststoff auf. Die Wärmetauschvorrichtung dient dazu den Feststoff zur Desorption des Kohlendioxids zu erwärmen und nach der Desorption wieder abzukühlen. Zusätzlich kann der Feststoff auch während des Absorption des Kohlendioxids gekühlt werden, um eine ungewollte Erwärmung durch die exotherme Reaktion zu verhindern und so die Absorption zu optimieren. Die CO2-Absorptionsvorrichtung weist eine Hülle auf, wobei die Hülle evakuierbar ist. Erfindungsgemäß wird auch ein Druck von 10 kPa als Vakuum im Sinne der Erfindung angesehen, da dadurch sowohl Sauerstoff ausreichend von dem Feststoff vor dem Erwärmen entfernt werden kann als auch die Desorption von Kohlendioxid ausreichend unterstützt wird. Die Hülle muss entsprechend stabil ausgebildet sein, um einen solchen Druck standhalten zu können, wobei zusätzlich zu berücksichtigen ist, dass der Druck im Inneren eines Unterseebootes stark schwanken kann und auch Werte bis 160 kPa erreichen kann. Die CO2-Absorptionsvorrichtung weist einen Einlass in der Hülle für das Gasgemisch auf, wobei der Einlass oberhalb des Feststoffs angeordnet ist. Hierdurch wird der Feststoff von oben nach unten durchströmt.
- The CO 2 absorption device is used to separate carbon dioxide from a gas mixture, in particular to separate carbon dioxide from the breathing air on board a submarine. The CO 2 absorption device has a solid for absorbing carbon dioxide. The solid is preferably a polymer with functional amine groups. The CO 2 absorption device has a heat exchange device in the solid. The heat exchange device serves to heat the solid for desorption of the carbon dioxide and to cool it down again after the desorption. In addition, the solid can also be cooled during the absorption of the carbon dioxide in order to prevent unwanted warming up due to the exothermic reaction and thus to optimize the absorption. The CO 2 absorption device has a shell, the shell being evacuatable. According to the invention, a pressure of 10 kPa is also regarded as a vacuum for the purposes of the invention, since this allows oxygen to be sufficiently removed from the solid prior to heating and the desorption of carbon dioxide is sufficiently supported. The hull must be designed to be sufficiently stable in order to be able to withstand such a pressure, whereby it must also be taken into account that the pressure inside a submarine can fluctuate greatly and can even reach values of up to 160 kPa. The CO 2 absorption device has an inlet in the shell for the gas mixture, the inlet being arranged above the solid. As a result, the solid is flown through from top to bottom.
Der Feststoff liegt zur Aufnahme von Kohlendioxid partikulär vor. Partikulär ist im Sinne der Erfindung beispielsweise kugelförmig. Die Größe der Partikel der Feststoffe liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 mm bis 50 mm, bevorzugt von 1 mm bis 10 mm. Durch die Verwendung eines partikulären Feststoffes ist der Austausch auch in einem räumlich beengten Unterseeboot deutlich erleichtert und auch die Lagerung des Feststoffes ist einfacher gegenüber beispielsweise scheibenförmigen Feststoffen.The solid is in particulate form for absorbing carbon dioxide. For the purposes of the invention, particulate is, for example, spherical. The size of the par The particle size of the solids is preferably in the range from 0.1 mm to 50 mm, preferably from 1 mm to 10 mm. The use of a particulate solid makes the exchange much easier, even in a spatially cramped submarine, and the storage of the solid is also simpler compared to disc-shaped solids, for example.
Die Hülle weist ganz besonders bevorzugt einen runden Querschnitt auf. Der Einlass ist zur Erzeugung einer radialen Strömung des Gasgemisches oberhalb des Feststoffes ausgebildet. Beispielsweise ist dieser nicht zentral, sondern seitlich versetzt angeordnet. Insbesondere weist der Einlass einen deutlich geringeren Querschnitt als die Hülle im horizontalen (bevorzugt runden) Querschnitt. Dieses bewirkt, dass das Gasgemisch mit höherer Geschwindigkeit einströmt, dadurch eine radiale Strömung in der Hülle erzeugt, die vorzugsweise größtenteils parallel zur Oberfläche des Feststoffes verläuft. Die anschließende Strömung des Gasgemisches durch den Feststoff von oben nach unten erfolgt dann mit entsprechend geringerer Strömungsgeschwindigkeit (durch den deutlich größeren Querschnitt bei gleichem Volumenstrom). Dieses hat zwei positive Effekte. Zum einen wird dadurch eine gleichmäßige und den partikulären Feststoff nicht aufwirbelnde Strömung erzeugt. Zum anderen erhöht die geringere Strömungsgeschwindigkeit die Kontaktzeit zum Feststoff und damit die Absorption von Kohlendioxid aus dem Gasgemisch.The casing particularly preferably has a round cross section. The inlet is designed to generate a radial flow of the gas mixture above the solid. For example, this is not arranged centrally, but laterally offset. In particular, the inlet has a significantly smaller cross section than the shell in the horizontal (preferably round) cross section. This causes the gas mixture to flow in at a higher velocity, thereby creating a radial flow in the shell, which is preferably largely parallel to the surface of the solid. The subsequent flow of the gas mixture through the solid from top to bottom then takes place at a correspondingly lower flow rate (due to the significantly larger cross section with the same volume flow). This has two positive effects. On the one hand, this creates a uniform flow that does not whirl up the particulate solid. On the other hand, the lower flow rate increases the contact time with the solid and thus the absorption of carbon dioxide from the gas mixture.
Beispielsweise und bevorzugt sind in der Hülle und auf Höhe des Einlasses Leitelemente zur Erzeugung oder Verstärkung einer radialen Strömung angeordnet. Hierdurch kann die radiale Strömung weiter optimiert und eine möglichst gleichmäßige Anströmung des Feststoffes erreicht werden. Insbesondere sind die Leitelemente in Form senkrecht angeordneter Leitbleche ausgeführt, welche am oberen Ende der Hülle im Inneren angeordnet sind.By way of example and preferably, guide elements for generating or intensifying a radial flow are arranged in the shell and at the level of the inlet. As a result, the radial flow can be further optimized and the most uniform possible flow onto the solid can be achieved. In particular, the guide elements are designed in the form of vertically arranged guide plates, which are arranged inside at the upper end of the casing.
Beispielsweise und bevorzugt ist der Feststoff in einer horizontal angeordneten Absorptionsschicht angeordnet ist, wobei die Absorptionsschicht an der Oberseite ein oberes Begrenzungselement und an der Unterseite ein unteres Begrenzungselement aufweist. Das obere Begrenzungselement und das untere Begrenzungselement werden jeweils durch ein Gitter oder Lochblech gebildet, also durch etwas, durch das das Gasgemisch leicht durchströmen kann, was aber den Feststoff sicher zurückhält. Daher sind die Öffnungen des Gitters oder des Lochblechs kleiner als die Partikelgröße des Feststoffes. Besonders bevorzugt ist die Absorptionsschicht scheibenförmig, die Dicke ist somit geringer als der Durchmesser. Der Feststoff liegt in der Absorptionsschicht als eine Schüttung vor, was einen Füllgrad in der Größenordnung von ⅔ nahelegt. Entsprechend ist der Strömungswiderstand des Feststoffes groß. Daher ist es vorteilhaft, eine große Fläche zu durchströmen und nur eine geringe Schichtdicke des Feststoffes, da dieses beides den Strömungswiderstand des Feststoffes insgesamt reduziert und so den Energiebedarf für das Fördern des Gasgemisches durch die CO2-Absorptionsvorrichtung minimiert. Insbesondere erstreckt sich die Absorptionsschicht über den gesamten Strömungsquerschnitt, so dass die Strömung den Feststoff durchströmen muss. Die zu durchströmende Dicke der Absorptionsschicht ist dabei über den gesamten Strömungsquerschnitt im Wesentlichen konstant. Die Begrenzungselemente können auch mehrlagig ausgebildet sein, beispielsweise aus einem ersten groben Gitter mit sehr großen Öffnungen (größer als der Feststoff), dafür aber mit sehr stabilen Trageelementen. Auf diesem ersten groben Gitter wird dann beispielsweise ein feinmaschiges Feingitter angeordnet, dass den Feststoff zurückhält und selber durch das erste grobe Gitter getragen und gestützt wird. Hierdurch wird die optimale Tragkraft des ersten groben Gitters mit der optimalen Rückhalteeigenschaft des zweiten Feingitters kombiniert.By way of example and preferably, the solid is arranged in a horizontally arranged absorption layer, the absorption layer having an upper delimiting element on the upper side and a lower delimiting element on the underside. The upper delimiting element and the lower delimiting element are each formed by a grid or perforated plate, i.e. by something through which the gas mixture can flow easily, but which securely holds back the solids. Therefore, the openings of the grid or the perforated plate are smaller than the particle size of the solid. The absorption layer is particularly preferably disk-shaped, so the thickness is less than the diameter. The solid is present in the absorption layer as a loose bed, which suggests a filling level of the order of ⅔. The flow resistance of the solid is correspondingly large. It is therefore advantageous to flow through a large area and only a small layer thickness of the solid, since both of these reduce the flow resistance of the solid overall and thus minimize the energy requirement for conveying the gas mixture through the CO 2 absorption device. In particular, the absorption layer extends over the entire flow cross section, so that the flow has to flow through the solid. The thickness of the absorption layer to be flowed through is essentially constant over the entire flow cross section. The delimiting elements can also be multi-layered, for example from a first coarse grid with very large openings (larger than the solid), but with very stable support elements. A fine-meshed fine grid, for example, is then arranged on this first coarse grid, which holds back the solid and is itself carried and supported by the first coarse grid. This combines the optimum load-bearing capacity of the first coarse grid with the optimum retention properties of the second fine grid.
Beispielsweise und bevorzugt weist das obere Begrenzungselement vertikale Strukturen auf, wobei sich die vertikalen Strukturen in den Feststoff erstrecken. Diese vertikalen Strukturen dienen dazu, ein Verrutschen des Feststoffes, beispielsweise beim Auftauchen, beim Abtauchen oder bei Krängung zu verhindern, insbesondere, wenn sich oben ein Ausgleichsvolumen zur Aufnahme von Volumenänderung befindet. Dabei können die vertikalen Strukturen beispielsweise durch senkrecht nach unten angeordnete Elemente gebildet werden, die beispielsweise die gleiche Struktur wie das Begrenzungselement selber aufweisen können, beispielsweise auch aus einem Gitter bestehen. In einem alternativen Beispiel ist das obere Begrenzungselement selber gewellt ausgeführt und weist damit selber Erhöhungen und Vertiefungen auf. Da der Feststoff von oben angeströmt wird, wird dieser nicht fluidisiert, wie dieses bei einer Anströmung von unten der Fall sein könnte. Daher reichen diese vertikalen Strukturen zur Stabilisierung aus.For example and preferably, the upper delimiting element has vertical structures, the vertical structures extending into the solid. These vertical structures serve to prevent the solid from slipping, for example when surfacing, descending or heeling, in particular if there is a compensation volume at the top to accommodate changes in volume. The vertical structures can be formed, for example, by elements arranged vertically downwards, which can, for example, have the same structure as the delimiting element itself, for example also consist of a grid. In an alternative example, the upper delimiting element itself is corrugated and thus has elevations and depressions itself. Since the solid is flown from above, it is not fluidized, as could be the case with a flow from below. Therefore, these vertical structures are sufficient for stabilization.
Beispielsweise und bevorzugt weist die CO2-Absorptionsvorrichtung eine Pumpe zum Evakuieren der Hülle auf, wobei die Pumpe vorzugsweise eine Wasserringpumpe ist. Die Wasserringpumpe hat zwei wesentliche Vorteile. Zum einen wird durch den Flüssigkeitsspalt in der Pumpe die direkte Berührung vermieden, sodass diese Pumpe vergleichsweise leise ist, was die akustische Signatur des Unterseebootes reduziert. Zum anderen kondensiert Wasser direkt in der Pumpe aus und wird mit dem Wasser der Pumpe aus dem System entfernt. Dieses ist besonders vorteilhaft, da der Feststoff neben der Bindung von Kohlendioxid auch zur Aufnahme von Wasser aus der Atemluft neigt und somit neben CO2 auch Wasser bei der Desorption in größeren Mengen abgegeben wird. Durch das Auskondensieren wird das Wasser entfernt und das zu fördernde Gasvolumen dadurch gleichzeitig reduziert. Gegenüber einem vor einer anderen Pumpe angeordneten Wasserabscheider wird zusätzlich noch Energie und Bauplatz gespart. By way of example and preferably, the CO 2 absorption device has a pump for evacuating the envelope, the pump preferably being a water ring pump. The water ring pump has two main advantages. On the one hand, direct contact is avoided by the liquid gap in the pump, so that this pump is comparatively quiet, which reduces the acoustic signature of the submarine. On the other hand, water condenses directly in the pump and is removed from the system with the water from the pump. This is particularly advantageous since the solid also serves to bind carbon dioxide in addition to binding Absorption of water from the breathing air tends and thus not only CO 2 but also water is released in large quantities during desorption. The water is removed by condensing out and the gas volume to be pumped is thereby reduced at the same time. Compared to a water separator arranged in front of another pump, energy and building space are also saved.
Beispielsweise und bevorzugt weist die CO2-Absorptionsvorrichtung eine pneumatische Fördervorrichtung für den Feststoff auf. Insbesondere weist die pneumatische Fördervorrichtung ein Anschlussrohr auf. Das Anschlussrohr ist zur Entnahme des Feststoffes aus der Hülle evakuierbar. Weiter ist der Feststoff mit einem Gasstrom durch das Anschlussrohr in die Hülle einbringbar.For example and preferably, the CO 2 absorption device has a pneumatic conveying device for the solid. In particular, the pneumatic conveying device has a connecting pipe. The connecting tube can be evacuated to remove the solid from the shell. Furthermore, the solid can be introduced into the shell with a gas flow through the connection pipe.
Um das Ausbringen des Feststoffes zu fördern, kann beispielsweise dadurch unterstützt werden, dass Gas durch den Einlass Gas zugeführt wird, während durch das Anschlussrohr evakuiert wird. Dadurch wird ein fördernder Gasstrom erzielt. Ebenso kann beim Einbringen gleichzeitig zum Fördern mit einem Gasstrom ein abpumpen (evakuieren) an der Hülle erfolgen, wie beispielsweise während der Desorption. Auch hierdurch kann ein kontinuierlicher Gasstrom für den Eintrag des Feststoffes erreicht werden.In order to promote the discharge of the solid, it can be supported, for example, by supplying gas through the inlet gas while evacuation is taking place through the connecting pipe. This achieves a promotional gas flow. Likewise, when it is introduced, pumping (evacuating) can take place at the shell at the same time as conveying with a gas stream, for example during desorption. This also allows a continuous gas flow to be achieved for the introduction of the solid.
Beispielsweise und bevorzugt weist die Wärmetauschvorrichtung ein Fluid als Wärmeträger auf. Beispielsweise und bevorzugt ist die Wärmetauschvorrichtung lamellenartig ausgeführt. Besonders bevorzugt sind die Lamellen der Wärmetauschvorrichtung parallel zur Strömungsrichtung angeordnet.For example and preferably, the heat exchange device has a fluid as the heat carrier. For example and preferably, the heat exchange device has a lamellar design. The fins of the heat exchange device are particularly preferably arranged parallel to the direction of flow.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Unterseeboot eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung zur Rückgewinnung der Wärme des Wärmetauschfluids auf. Beispielsweise und insbesondere weist die Wärmerückgewinnungsvorrichtung eine Speichervorrichtung mit Verbindungen zu den Wärmetauschfluidauslässen zur Speicherung von aus einem Wärmetauschfluidauslass abgegebenem Wärmetauschfluid bei hoher Temperatur und Verbindungen zu den Wärmetauschfluideinlässen auf. Die Desorption erfolgt bei Temperaturen von beispielsweise 120 °C bis 150 °C. Nach dem Abschluss der Desorption wird das entsprechend warme Wärmetauschfluid in die Speichervorrichtung gefördert und von dort später in eine andere CO2-Absorptionsvorrichtung, wenn diese nach dem Evakuieren aufgeheizt werden soll zur Desorption. Alternativ, zusätzlich oder über die Speichervorrichtung weist die Wärmerückgewinnungsvorrichtung eine Verbindung zwischen dem Wärmetauschfluidauslass einer ersten CO2-Absorptionsvorrichtung und dem Wärmetauschfluideinlass einer zweiten CO2-Absorptionsvorrichtung auf. Bevorzugt kann über die Wärmerückgewinnungsvorrichtung das warme Wärmetauschfluid von jedem Wärmetauschfluidauslass einer beliebigen CO2-Absorptionsvorrichtung zu jedem Wärmetauschfluideinlass einer beliebigen anderen CO2-Absorptionsvorrichtung gefördert werden.In a further embodiment of the invention, the submarine has a heat recovery device for recovering the heat of the heat exchange fluid. For example and in particular, the heat recovery device includes a storage device having connections to the heat exchange fluid outlets for storing high temperature heat exchange fluid discharged from a heat exchange fluid outlet and connections to the heat exchange fluid inlets. Desorption takes place at temperatures of, for example, 120°C to 150°C. After the desorption has been completed, the correspondingly warm heat exchange fluid is pumped into the storage device and from there later into another CO 2 absorption device if this is to be heated up for desorption after evacuation. Alternatively, in addition to or via the storage device, the heat recovery device comprises a connection between the heat exchange fluid outlet of a first CO 2 absorption device and the heat exchange fluid inlet of a second CO 2 absorption device. The warm heat exchange fluid can preferably be conveyed via the heat recovery device from any heat exchange fluid outlet of any desired CO 2 absorption device to any heat exchange fluid inlet of any other desired CO 2 absorption device.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Gasauslässe der CO2-Absorptionsvorrichtungen mit einer Wasserringpumpe verbindbar. Da neben CO2 aus der Atemluft auch Wasser durch den Feststoff gebunden und im Desorptionsmodus wieder abgegeben wird, wird in dieser Phase auch eine große Menge gasförmigen Wassers abgegeben. In einer Wasserringpumpe wird dieses kondensiert und aus dem Gasstrom in einfacher weise entfernt. Zusätzlich ist eine Wasserringpumpe vergleichsweise leise, was sich positiv auf die akustische Signatur des Unterseebootes auswirkt.In a further embodiment of the invention, the gas outlets of the CO 2 absorption devices can be connected to a water ring pump. Since, in addition to CO 2 from the breathing air, water is also bound by the solid and released again in the desorption mode, a large amount of gaseous water is also released in this phase. This is condensed in a water ring pump and removed from the gas stream in a simple manner. In addition, a water ring pump is comparatively quiet, which has a positive effect on the acoustic signature of the submarine.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Feststoff partikulär. Weiter weist das Unterseeboot eine pneumatische Fördervorrichtung für den Feststoff auf. Hierdurch ist es ohne ein Öffnen der CO2-Absorptionsvorrichtungen möglich den Feststoff auszutauschen, was somit auch einfach während einer Mission möglich ist. Hierzu weist vorzugsweise jede CO2-Absorptionsvorrichtung ein verschließbares Anschlussrohr, vorzugsweise mit einem Flanschanschluss am Ende auf. Hierdurch kann zunächst an den entsprechenden Flansch eine Absaugung angeschlossen werden, um den partikulären Feststoff zu entfernen. Anschließend kann eine Befüllung an den Flansch angeschlossen werden, um mit Hilfe eines Gasstromes den partikulären Feststoff in die CO2-Absorptionsvorrichtung einzutragen.In a further embodiment of the invention, the solid is particulate. Next, the submarine on a pneumatic conveyor for the solid. This makes it possible to replace the solid without opening the CO 2 absorption devices, which is also easily possible during a mission. For this purpose, each CO 2 absorption device preferably has a closable connection pipe, preferably with a flange connection at the end. As a result, a suction device can first be connected to the corresponding flange in order to remove the particulate solid. A filling can then be connected to the flange in order to introduce the particulate solid into the CO 2 absorption device with the aid of a gas stream.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Unterseeboot neben der Heißfluidversorgung und der Kaltfluidversorgung eine weitere Mitteltemperaturfluidversorgung auf, wobei die Temperatur des Wärmetauschfluids in der Kaltfluidversorgung geringer ist als die Temperatur des Wärmetauschfluids in der Mitteltemperaturfluidversorgung und die Temperatur des Wärmetauschfluids in der Mitteltemperaturfluidversorgung geringer ist als die Temperatur des Wärmetauschfluids in der Heißfluidversorgung.In a further embodiment of the invention, the submarine has a further medium-temperature fluid supply in addition to the hot fluid supply and the cold fluid supply, the temperature of the heat exchange fluid in the cold fluid supply being lower than the temperature of the heat exchange fluid in the medium-temperature fluid supply and the temperature of the heat exchange fluid in the medium-temperature fluid supply being lower than that Temperature of the heat exchange fluid in the hot fluid supply.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben von CO2-Absorptionsvorrichtungen in einem erfindungsgemäßen Unterseeboot, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- a) Auswählen einer ersten CO2-Absorptionsvorrichtung, bei der die Desorption von Kohlendioxid abgeschlossen ist,
- b) Auswählen einer zweiten CO2-Absorptionsvorrichtung, bei der die Absorption von Kohlendioxid abgeschlossen ist und bei welcher nun die Desorption durchgeführt werden soll,
- c) Transferieren des warmen Wärmetauschfluids aus der ersten Wärmetauschvorrichtung der ersten CO2-Absorptionsvorrichtung in die zweite Wärmetauschvorrichtung der zweiten CO2-Absorptionsvorrichtung.
- a) selecting a first CO 2 absorption device in which the desorption of carbon dioxide has been completed,
- b) selecting a second CO 2 absorption device in which the absorption of carbon dioxide has been completed and in which the desorption is now to be carried out,
- c) transferring the warm heat exchange fluid from the first heat exchange device of the first CO 2 absorption device to the second heat exchange device of the second CO 2 absorption device.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Transfer in Schritt c) über eine Speichervorrichtung.In a further embodiment of the invention, the transfer in step c) takes place via a storage device.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden zusätzlich die folgenden Schritte durchgeführt:
- d) Auswählen einer dritten CO2-Absorptionsvorrichtung, bei der die Absorption von Kohlendioxid abgeschlossen ist und bei welcher nun die Desorption durchgeführt werden soll,
- e) Verbinden des zweiten Gasauslasses der zweiten CO2-Absorptionsvorrichtung mit dem dritten Gaseinlass der dritten CO2-Absorptionsvorrichtung,
- f) Verbinden des dritten Gasauslasses der dritten CO2-Absorptionsvorrichtung mit der Pumpe zum Evakuieren,
- g) Evakuieren der zweiten CO2-Absorptionsvorrichtung und der dritten CO2-Absorptionsvorrichtung,
- h) Erwärmen des zweiten Feststoffes der zweiten CO2-Absorptionsvorrichtung und des dritten Feststoffes der dritten CO2-Absorptionsvorrichtung.
- d) selecting a third CO 2 absorption device in which the absorption of carbon dioxide has been completed and in which the desorption is now to be carried out,
- e) connecting the second gas outlet of the second CO 2 absorption device to the third gas inlet of the third CO 2 absorption device,
- f) connecting the third gas outlet of the third CO 2 absorption device to the pump for evacuation,
- g) evacuating the second CO 2 absorption device and the third CO 2 absorption device,
- h) heating the second solid of the second CO 2 absorption device and the third solid of the third CO 2 absorption device.
Der Effekt dieser Verschaltung ist, dass die bereits warmen Gase CO2 und Wasserdampf dann aus der zweiten CO2-Absorptionsvorrichtung in die dritte CO2-Absorptionsvorrichtung geleitet werden und so die Wärme des Gasstroms zusätzlich genutzt wird, um die Desorption in der dritten CO2-Absorptionsvorrichtung zu optimieren. The effect of this connection is that the already warm gases CO 2 and water vapor are then passed from the second CO 2 absorption device into the third CO 2 absorption device and the heat of the gas flow is also used to carry out the desorption in the third CO 2 - To optimize absorption device.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entladen und Beladen einer CO2-Absorptionsvorrichtung mit einem partikulären Feststoff. Hierzu wird zunächst an den entsprechenden Flansch zunächst eine Absaugung angeschlossen werden, um den partikulären Feststoff zu entfernen. Anschließend wird eine Befüllung an den Flansch angeschlossen werden, um mit Hilfe eines Gasstromes den partikulären Feststoff in die CO2-Absorptionsvorrichtung einzutragen. Hierdurch ist nicht nur ein einfacher Austausch während der normalen Wartung möglich, sondern ein Austausch ist sogar während des Einsatzes durch die Besatzung möglich. Dieses erhöhte die Sicherheit bei einem langen getauchten Einsatz. Gleichzeitig kann die gesamte Anlage dadurch kleiner und leichter ausgeführt werden, da die Redundanz nicht alleine über die Anzahl der CO2-Absorptionsvorrichtungen geschaffen wird, sondern auch über die Möglichkeit des Austausches des Feststoffes während einer Mission.In a further aspect, the invention relates to a method for unloading and loading a CO 2 absorption device with a particulate solid. For this purpose, a suction device is initially connected to the corresponding flange in order to remove the particulate solid. A filling system is then connected to the flange in order to introduce the particulate solid into the CO 2 absorption device with the aid of a gas stream. This not only allows for easy replacement during normal maintenance, but replacement is even possible during crew deployment. This increased safety during a long submerged mission. At the same time, the entire system can be made smaller and lighter because the redundancy is not only created by the number of CO 2 absorption devices, but also by the possibility of replacing the solid during a mission.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Unterseeboot anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
-
1 Schaltplan -
2 Querschnitt durch eine CO2-Absorptionsvorrichtung
-
1 circuit diagram -
2 Cross section through a CO 2 absorption device
In
Das Unterseeboot weist im gezeigten Beispiel eine Kaltfluidversorgung 110, eine Heißfluidversorgung 120 und eine Mitteltemperaturfluidversorgung 130 auf. Die Kaltfluidversorgung 110 ist beispielsweise ein Kühlwassersystem mit einer Temperatur von 15 °C, welches beispielsweise für Kühlungssysteme bootsweit verwendet wird. Die Heißfluidversorgung 120 weist beispielsweise Wasser bei 160 °C unter Druck auf. Zusätzlich weist das Unterseeboot eine Mitteltemperaturfluidversorgung 130, welche beispielsweise als Wärmerückgewinnungsvorrichtung verwendet werden kann. In the example shown, the submarine has a
Hierdurch können durch ein zusätzliches Temperaturniveau die Energien beim Abkühlen und Aufheizen besser genutzt werden.As a result, the energies during cooling and heating can be better used thanks to an additional temperature level.
Weiter ist ein Umlufteinlass 160 und ein Umluftauslass 170 vorhanden. Über den Umlufteinlass 160 wird die Umgebungsluft zugeführt, um CO2 abzutrennen und dann über den Umluftauslass 170 der Umgebungsluft wieder zugeführt zu werden. Aus Sicherheitsgründen kann ein Ammoniak-Filter 140 vor dem Umluftauslass 170 angeordnet sein, da die Möglichkeit besteht, dass aus dem Feststoff 20 durch Zersetzung Ammoniak freigesetzt werden könnte, welches für die Besatzung gefährlich wäre. Um dieses Risiko auszuschließen dient der Ammoniak-Filter 140.There is also a circulating air inlet 160 and a circulating
Des Weiteren weist das Unterseeboot zwei parallel geschaltete Wasserringpumpen 150 auf. Zwei sind lediglich aus Redundanzgründen notwendig, um die Funktionsfähigkeit auch bei dem Ausfall einer Wasserringpumpe 150 sicher zu stellen.Furthermore, the submarine has two water ring pumps 150 connected in parallel. Two are only necessary for reasons of redundancy in order to ensure functionality even if one
In
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- CO2-AbsorptionsvorrichtungCO 2 absorption device
- 2020
- Feststoffsolid
- 3030
- Wärmetauschvorrichtungheat exchange device
- 4040
- HülleCovering
- 5050
- Gaseinlassgas inlet
- 6060
- Gasauslassgas outlet
- 7070
- oberes Begrenzungselementupper limit element
- 8080
- unteres Begrenzungselementlower boundary element
- 9090
- vertikale Strukturenvertical structures
- 100100
- pneumatische Fördervorrichtungpneumatic conveyor
- 110110
- Kaltfluidversorgungcold fluid supply
- 120120
- Heißfluidversorgunghot fluid supply
- 130130
- Mitteltemperaturfluidversorgungmedium temperature fluid supply
- 140140
- Ammoniak-FilterAmmonia filter
- 150150
- Wasserringpumpewater ring pump
- 160160
- Umlufteinlassrecirculation inlet
- 170170
- Umluftauslassrecirculation outlet
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102008015150 B4 [0005]DE 102008015150 B4 [0005]
- DE 102018212898 A1 [0006]DE 102018212898 A1 [0006]
Claims (9)
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020215687.5A DE102020215687A1 (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | CO2 absorber |
IL301070A IL301070A (en) | 2020-12-11 | 2021-11-30 | Submarine having co2 absorber |
EP21820247.1A EP4259305A1 (en) | 2020-12-11 | 2021-11-30 | Submarine having co2 absorber |
PCT/EP2021/083560 WO2022122472A1 (en) | 2020-12-11 | 2021-11-30 | Submarine having co2 absorber |
KR1020237012330A KR20230079252A (en) | 2020-12-11 | 2021-11-30 | Submarines with CO2 absorbers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020215687.5A DE102020215687A1 (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | CO2 absorber |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020215687A1 true DE102020215687A1 (en) | 2022-06-15 |
Family
ID=78822319
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020215687.5A Pending DE102020215687A1 (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | CO2 absorber |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4259305A1 (en) |
KR (1) | KR20230079252A (en) |
DE (1) | DE102020215687A1 (en) |
IL (1) | IL301070A (en) |
WO (1) | WO2022122472A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024011231A1 (en) * | 2022-07-07 | 2024-01-11 | Enverid Systems, Inc. | Methods and systems of extracting carbon dioxide from air |
WO2024040003A1 (en) * | 2022-08-19 | 2024-02-22 | Enhanced Energy Group LLC | System and method of regulating a temperature of a co2 capture vessel during thermal swing adsorption using an inter-exchanger |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4979917A (en) | 1986-10-31 | 1990-12-25 | Haynes Hendrick W | Marine propulsion device with gaseous boundry layer for a thrust jet flow stream exhibiting stealth and ice lubrication properties |
DE69728061T2 (en) | 1996-11-18 | 2005-03-03 | Hudson Rci Ab | CLEANING SYSTEM |
DE102008015150B4 (en) | 2008-03-20 | 2012-03-15 | Howaldtswerke-Deutsche Werft Gmbh | submarine |
WO2017212381A1 (en) | 2016-06-06 | 2017-12-14 | Krishnakumar Ajay | A method and system for scrubbing carbon dioxide from vehicular emission |
DE102018212898A1 (en) | 2018-08-02 | 2020-02-27 | Thyssenkrupp Ag | Regenerative CO2 absorber for a submarine |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60153919A (en) * | 1984-01-25 | 1985-08-13 | Hitachi Ltd | Adsorption and regeneration of adsorbing tower |
DE102006048716B3 (en) * | 2006-10-14 | 2008-02-21 | Howaldswerke Deutsche Werft Ag | Submarine boat comprises carbon dioxide binding unit for binding carbon dioxide contained in air inside submarine, where binding unit has carbon dioxide binding medium, and steam generator is provided for producing water vapors |
JP5669835B2 (en) * | 2010-06-11 | 2015-02-18 | エネルギープロダクト 株式会社 | Gas separator |
US10279306B2 (en) * | 2014-07-10 | 2019-05-07 | Climeworks Ag | Steam assisted vacuum desorption process for carbon dioxide capture |
WO2019238488A1 (en) * | 2018-06-14 | 2019-12-19 | Climeworks Ag | Method and device for adsorption/desorption of carbon dioxide from gas streams with heat recovery unit |
-
2020
- 2020-12-11 DE DE102020215687.5A patent/DE102020215687A1/en active Pending
-
2021
- 2021-11-30 KR KR1020237012330A patent/KR20230079252A/en unknown
- 2021-11-30 EP EP21820247.1A patent/EP4259305A1/en active Pending
- 2021-11-30 IL IL301070A patent/IL301070A/en unknown
- 2021-11-30 WO PCT/EP2021/083560 patent/WO2022122472A1/en unknown
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4979917A (en) | 1986-10-31 | 1990-12-25 | Haynes Hendrick W | Marine propulsion device with gaseous boundry layer for a thrust jet flow stream exhibiting stealth and ice lubrication properties |
DE69728061T2 (en) | 1996-11-18 | 2005-03-03 | Hudson Rci Ab | CLEANING SYSTEM |
DE102008015150B4 (en) | 2008-03-20 | 2012-03-15 | Howaldtswerke-Deutsche Werft Gmbh | submarine |
WO2017212381A1 (en) | 2016-06-06 | 2017-12-14 | Krishnakumar Ajay | A method and system for scrubbing carbon dioxide from vehicular emission |
DE102018212898A1 (en) | 2018-08-02 | 2020-02-27 | Thyssenkrupp Ag | Regenerative CO2 absorber for a submarine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IL301070A (en) | 2023-05-01 |
EP4259305A1 (en) | 2023-10-18 |
WO2022122472A1 (en) | 2022-06-16 |
KR20230079252A (en) | 2023-06-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2394330B1 (en) | Battery module | |
DE69927461T3 (en) | STORAGE AND DISTRIBUTION SYSTEM FOR OUTDOORS | |
EP2397212B1 (en) | Method for regenerating an adsorber or absorber | |
DE102020215687A1 (en) | CO2 absorber | |
DE112009001305T5 (en) | Process and plant for upgrading coal | |
DE102013214230B4 (en) | Use of a ventilation system and associated operating method for use during a major accident in a nuclear installation | |
DE2632928A1 (en) | DEVICE FOR THE CONTINUOUS CLEANING OF AN EXHAUST GAS CONTAINING A SOLVENT DAMPER | |
DE102013209191A1 (en) | Pressure relief and activity retention system for a nuclear facility | |
WO2014180728A2 (en) | Inertization method and system for oxygen reduction | |
DE102007022204B4 (en) | Direct gas recirculation heater for optimum desorption of gases in cryogenic storage tanks | |
DE1937821A1 (en) | Improvements to high performance refrigeration pumping systems | |
DE102015200679A1 (en) | Ventilation system and associated operating method for use during a major accident in a nuclear facility | |
JP6805770B2 (en) | Gas concentrator | |
EP2998666A1 (en) | Adsorptive heat transformation assembly | |
EP3829748A1 (en) | Regenerative co2 adsorber for a submarine comprising a heating and cooling device | |
DE102020113447B3 (en) | Carbon dioxide-ambient air direct collection device and carbon dioxide-ambient air direct collection method | |
DE102020215686A1 (en) | CO2 absorber | |
DE3139369A1 (en) | ADSORPTION FILTER WITH DESORPTION DEVICE | |
KR20180110895A (en) | Individual nitrogen, oxygen generating system of many absorbers | |
EP2895804B1 (en) | Collecting reservoir and method for recovering working medium in sorption devices | |
DE102019114738A1 (en) | Fluid adsorption | |
DE102014217462A1 (en) | Plant and process for water electrolysis | |
CN106277155B (en) | Deep purification method for sewage | |
DE19625820A1 (en) | Method for removing gaseous components from the cabin air of an aircraft | |
WO2020161115A1 (en) | Two-stage method for recovering halogenated hydrocarbons |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication |