專利名稱：無動力獨立的深水作業(yè)浮筒充氣裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種深水作業(yè)浮筒充氣裝置及方法，更具體地說，本發(fā)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(shù)：
海洋水下作業(yè)通常通過浮筒建立工作平臺，浮筒通常為封閉式結(jié)構(gòu)，通過向浮筒 充入高壓氣體使浮筒能夠懸浮于水下，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(nèi)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(fā) 明專利(CN101850835A)提出一種用于深水作業(yè)的水中鋼結(jié)構(gòu)浮筒的充氣方法，在浮筒的底 部開設(shè)一個使浮筒內(nèi)部與外部相通的開孔，當浮筒位于水中時，海水可從開孔進入到浮筒 的內(nèi)部；利用空氣壓縮機向浮筒的頂部充入氣體，通過調(diào)整浮筒內(nèi)氣體壓力來平衡浮筒內(nèi) 液面的壓力。但壓縮機的動力和空氣來源必須來源于海洋平臺的支撐。水下工作深度越深， 水下作業(yè)平臺與海洋平臺的維系就越困難。特別是在上千米以至于萬米的深海區(qū)，依靠這 種方法是不可能實現(xiàn)深海水下平臺的搭建。硼氫化鈉是含氫量較高的絡(luò)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)報道了采用鎳、鈷或儲氫合金粉末催化硼氫化鈉水解發(fā)生氫氣的方 法。反應(yīng)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(fā)生水解反應(yīng)獲得純凈的氫氣，與其他 儲氫方式相比，燃料的儲氫量高，是常規(guī)金屬氫化物儲氫的5倍；在反應(yīng)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(fā)明專利(CNlO 115744IA)提出了 一種利用硼氫 化鈉水解的管式反應(yīng)器，實現(xiàn)了為燃料電池連續(xù)供氫。近年來，將硼氫化鈉作為儲氫材料用 于燃料電池的供氫技術(shù)弓I起了科學(xué)家和企業(yè)的廣泛關(guān)注。本發(fā)明借鑒前人的發(fā)明創(chuàng)造，發(fā)明設(shè)計了無動力獨立的深水作業(yè)浮筒充氣方法及 裝置，以彌補現(xiàn)有深海作業(yè)平臺浮筒使用中的缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)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(yè)浮筒充氣裝置及方法。為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的方案是提供一種無動力獨立的深水作業(yè)浮筒充氣裝置，包括底部設(shè)出水口的浮筒；還包括硼 氫化鈉容器和管式反應(yīng)器；管式反應(yīng)器的上部通過管路連接至浮筒的上端，管式反應(yīng)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(shè)進水口，進水口的管路上設(shè) 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(yīng) 器中裝填多孔三維結(jié)構(gòu)的鎳催化劑、鈷催化劑或鈷鎳合金催化劑。本發(fā)明中，所述浮筒底部出水口處設(shè)有一個單向閥。
本發(fā)明中，所述硼氫化鈉容器底部設(shè)置用于阻隔硼氫化鈉粉末的濾網(wǎng)。本發(fā)明中，所述浮筒的上端設(shè)置用于固定索鏈的索鏈固定環(huán)，浮筒經(jīng)索鏈與海洋 平臺相連。作為更進一步的目的，本發(fā)明還提供了一種基于前述浮筒充氣裝置的無動力獨立 的深水作業(yè)浮筒充氣方法，包括(1)當海水的壓力大于硼氫化鈉容器的內(nèi)壓時，機械定時壓力開啟閥打開，海水流入硼 氫化鈉容器，部分硼氫化鈉溶解后形成溶液；(2)硼氫化鈉溶液進入管式反應(yīng)器，在鎳催化劑、鈷催化劑或鈷鎳合金催化劑的作用下 發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣；(3)氫氣由管式反應(yīng)器進入浮筒，使浮筒內(nèi)壓力升高并自出水口排出海水，得到浮力而 上浮。本發(fā)明中，硼氫化鈉容器的進水口和浮筒的出水口設(shè)置單向閥，當浮筒、管式反應(yīng) 器和硼氫化鈉容器內(nèi)的壓力趨于一致時，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(yīng)停止，機械定時壓力開啟閥和兩個單向閥 均為關(guān)閉狀態(tài)，浮筒懸浮于水中。本發(fā)明中，當機械定時壓力開啟閥中的機械定時器到達設(shè)定時間后，機械定時壓 力開啟閥再次開啟，海水持續(xù)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(yīng) 器發(fā)生水解產(chǎn)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。固體硼氫化鈉能溶于水(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(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)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(chǎn)氫速度快，可以快速定位懸浮深 度。本系統(tǒng)無需空氣壓縮泵，浮筒懸浮深度由壓力開啟閥的設(shè)置壓力決定，能夠精確控制懸 浮深度，實現(xiàn)定時回收。本發(fā)明所具備的這些功能，在海洋科學(xué)調(diào)查，海底勘測、海底電纜檢 測等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。對于動態(tài)海洋環(huán)境研究的小尺度、快變過程的觀察。區(qū)域 環(huán)境的動態(tài)變化對于特殊氣候形成、災(zāi)害條件產(chǎn)生、污染起因、生物習(xí)性變遷以及實時戰(zhàn)區(qū) 警戒與反監(jiān)測有著極其重要的影響。發(fā)展海洋觀測技術(shù)對提升海洋防災(zāi)減災(zāi)能力，保障海 洋資源開發(fā)安全；維護我國海洋主權(quán)和權(quán)益，保障國家安全；拓展我國海洋戰(zhàn)略空間，增強 國際競爭力；創(chuàng)新海洋監(jiān)測技術(shù)，促進海洋科學(xué)進步具有重要意義。
圖1為具體實施例中系統(tǒng)裝置示意圖。圖2為海洋平臺與浮筒系統(tǒng)的錨定。圖1中的附圖標記為1、2、3、4、5、6、7均為導(dǎo)管，8管式反應(yīng)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(wǎng)，15硼氫化鈉粉末， 16催化劑，17氫氣、18海水、19索鏈固定環(huán)。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(jù)系統(tǒng)裝置示意圖對本發(fā)明進行詳細描述。本發(fā)明的浮筒充氣裝置由用于儲存硼氫化鈉粉末的硼氫化鈉容器9和管式反應(yīng) 器8兩部分組成。硼氫化鈉容器9上部設(shè)有進水口、下部設(shè)硼氫化鈉溶液出口 ；進水口與單 向閥11用導(dǎo)管5相連，機械定時壓力開啟閥12和單向閥11用導(dǎo)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(dǎo)管6與管式反 應(yīng)器8相連；當海水的壓力大于硼氫化鈉容器的內(nèi)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溶解后形成溶液，透過濾網(wǎng)14，從出口處進入與之相 連的管式反應(yīng)器8;管式反應(yīng)器8中裝填有多孔三維結(jié)構(gòu)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(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣。浮筒10 頂部設(shè)有進氣口和海水出水口。進氣口設(shè)在浮筒上端，海水出水口設(shè)在浮筒底部，海水出水 口設(shè)有單向閥13。當氫氣由管式反應(yīng)器8的出氣口通過導(dǎo)管7進入浮筒10的進氣口，使浮 筒10內(nèi)壓升高，浮筒10內(nèi)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(nèi)壓、管式反應(yīng)器8內(nèi)壓和硼氫化鈉容器9內(nèi)壓趨于一致時，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(guān)閉，硼氫化鈉水解反應(yīng)停止，此時浮筒 10懸浮于水中。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(shè)置壓力所決定。機械 定時壓力開啟閥12的設(shè)置壓力越高，浮筒10懸浮于水中的深度越深。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(shè)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(yīng)器8發(fā)生水解產(chǎn) 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(tǒng)可重復(fù)使用。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實施例。顯然，本發(fā)明不限 于以上實施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo) 出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.無動力獨立的深水作業(yè)浮筒充氣裝置，包括底部設(shè)出水口的浮筒，其特征在于，還包 括硼氫化鈉容器和管式反應(yīng)器；管式反應(yīng)器的上部通過管路連接至浮筒的上端，管式反應(yīng) 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(shè)進水口，進水口的管路 上設(shè)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(yīng)器中裝填多孔三維結(jié)構(gòu)的鎳催化劑、鈷催化劑或鈷鎳合金催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮筒充氣裝置，其特征在于，所述浮筒底部出水口處設(shè)有一 個單向閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮筒充氣裝置，其特征在于，所述硼氫化鈉容器底部設(shè)置用 于阻隔硼氫化鈉粉末的濾網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮筒充氣裝置，其特征在于，所述浮筒的上端設(shè)置用于固定 索鏈的索鏈固定環(huán)，浮筒經(jīng)索鏈與海洋平臺相連。
5.基于權(quán)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(yè)浮筒充氣方 法，包括(1)當海水的壓力大于硼氫化鈉容器的內(nèi)壓時，機械定時壓力開啟閥打開，海水流入硼 氫化鈉容器，部分硼氫化鈉溶解后形成溶液；(2)硼氫化鈉溶液進入管式反應(yīng)器，在鎳催化劑、鈷催化劑或鈷鎳合金催化劑的作用下 發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣；(3)氫氣由管式反應(yīng)器進入浮筒，使浮筒內(nèi)壓力升高并自出水口排出海水，得到浮力而 上浮。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，硼氫化鈉容器的進水口和浮筒的出水口 設(shè)置單向閥，當浮筒、管式反應(yīng)器和硼氫化鈉容器內(nèi)的壓力趨于一致時，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(yīng)停止，機械定 時壓力開啟閥和兩個單向閥均為關(guān)閉狀態(tài)，浮筒懸浮于水中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當機械定時壓力開啟閥中的機械定時器 到達設(shè)定時間后，機械定時壓力開啟閥再次開啟，海水持續(xù)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(yīng)器發(fā)生水解產(chǎn)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(fā)明涉及深水作業(yè)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(yè)浮筒充氣裝置及方法。該裝置包括底部設(shè)出水口的浮筒，還包括硼氫化鈉容器和管式反應(yīng)器；管式反應(yīng)器的上部通過管路連接至浮筒的上端，管式反應(yīng)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(shè)進水口，進水口的管路上設(shè)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(yīng)器中裝填多孔三維結(jié)構(gòu)的催化劑。本發(fā)明無需空氣壓縮泵，浮筒懸浮深度由壓力開啟閥的設(shè)置壓力決定，能夠精確控制懸浮深度，實現(xiàn)定時回收。本發(fā)明在海洋科學(xué)調(diào)查，海底勘測、海底電纜檢測等方面具有廣闊的應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2010年12月18日
發(fā)明者劉賓虹, 李洲鵬 申請人:浙江大學(xué)