用于运行船只的能量源 |
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| 申请号 | CN201280049617.1 | 申请日 | 2012-10-09 | 公开(公告)号 | CN103918118B | 公开(公告)日 | 2016-09-21 |
| 申请人 | 海德鲁基尼斯技术有限公司; | 发明人 | 沃尔夫冈·阿尔特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于为 船舶 或处于 水 上行驶的水下船舶装载基质储备的装置，所述装置具有：电源（e），所述电源是由化石 燃料 驱动的 驱动器 或核能驱动器；和借助所述电源运行的用于直流 电流 的发 电机 ；用于蒸馏水或去离子水的储备罐（j）； 电解 器，用于用电源（e）的直流电流将储备罐（j）中的水转 化成 氢气和 氧 气；化学反应器（h），用于通过借助于氢气的化学反应生成具有扩展的π共轭体系的基质的高能形态；和用于在反应器（h）中生成的基质的高能形态的储存器（a1）。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于为船舶或处于水上行驶的水下船舶装载液态有机氢载体(LOHC)储备的装置，所述装置具有： |
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| 说明书全文 | 用于运行船只的能量源技术领域背景技术[0005] 迄今已经尝试了一系列的氢气储存方法：吸附地、吸收地、作为液体、作为高度压缩的气体。所有方法的缺点是其单位体积低的能量密度并且承载体的部分高的成本。迄今常用的在非常低的温度下并且在高压下将氢气作为液体贮存的方法仅能够困难地在船只或水下交通工具中构建。 [0006] 因此，具有压缩氢气的容器难于密封并且氢气在大于1000m/s的压力波下在与空气的从4％至75％的几乎任何混合的情况下爆炸或起爆。此外，最小点燃能量低于在其他的气态物质的情况下。氢气被划分为易燃的(F+)并且能够在高的排出速度下由自身、例如也在有其他气体的情况下点燃。 [0007] 在借助空气爆炸时的公式转换为286kJ/mol。在作为水下交通工具的军用船舶中，最小的撞击可能引起罐内容物爆炸。液态的氢气需要小于氢气的三相点的温度。虽然存在最好的绝缘，所述低的温度引起热量输送进而形成气态的氢气，在不需要氢气的情况下，所述气态的氢气必须排放或燃尽。 [0008] 如果借助柴油运行的潜水艇的能量储备受到撞击，那么柴油由于其密度和小的水溶性而立即漂浮到表面上。如果借助液态的氢气运行的潜水艇的能量储备受到撞击，那么氢气由于其极其小的密度和溶解性同样立即上升到表面上。 [0009] 这同样适用于具有加压氢气储能剂的潜水艇。如果借助出自金属氢化物中的氢气运行的潜水艇的能量储备受到撞击，那么在形成氢气的条件下出现剧烈的化学反应。所有情况立即泄漏受到撞击的潜水艇的位置。如果例如具有12H-NEC作为储能剂的潜水艇受到撞击，那么所述物质由于与水相似的密度仅非常慢地漂浮并且给予潜水艇逃脱的时间。 [0010] 现今，在海军潜水艇中，氢气借助于金属氢化物来储存。对此的实例为铝、镁、钯、LaNi5和TiNi-Ti2Ni。金属即使在其构成为泡沫体的情况下也相当大地提高了储存器的质量。所谓的低温金属氢化物仅具有相对小的平台宽度(在恒定的压力下进行装载)和低的储存密度1.5MJ/kg(1.2Ma％)。 [0011] 借助高温金属氢化物，能够实现关于体系重量(4MJ/kg)的大约3.3Ma％至3.4Ma％的更高的储存密度，然而，这在通常狭窄的水下交通工具中难于相对于环境绝缘。 [0012] 在装载或卸载时，金属与氢气气体处于平衡状态，使得氢气首先在金属中在间隙位置上溶解(固体溶解)。在该溶解相(α相)中，在小浓度的情况下，氢气压力上升。 [0013] 如果浓度达到大约为每金属原子的0.1氢原子的特定值，那么氢化物相(β相)开始从溶解相中形成。在溶解相和氢化物相共存的区域中，浓度在恒定的外部压力(平台)下增大。在完全构成氢化物相之后，更多的氢气能够在氢化物相中溶解。现在，平衡压力再随着浓度上升。压力-浓度等温线中的平台长度和平台压力是温度相关的从而允许装载和卸载。 [0015] 最慢的步骤确定氢气吸收和解吸的动力学。氢原子虽然是小的并且由于键合于金属而变得更小，然而氢原子的结合却使金属晶格拉紧和变形。金属氢化物的晶格与纯金属的晶格相比以10体积％至20体积％扩展。所述扩展经常各向异性地进行，也就是说，金属在不同的晶体方向上以不同程度扩展。这引起颗粒的断裂。因此，迄今的金属氢化物储存器通常具有细滤器以用于拦挡可能在卸载储存器时排出的细小颗粒。这使得金属氢化物储存器更贵并且不能够任意频繁地装载。 发明内容[0016] 因此，本发明的目的是，避免现今在船用的金属氢化物储存器的缺点。本发明的另一个目的是，提出一种用于运行船只的装置，所述装置尽可能无压力地工作；所述装置能够从外部加油，例如在码头加油；所述装置不具有与金属氢化物同样高的放热，使得装载/卸载的效率是高的；在军用船舶的情况下，容许罐中的撞击并且不会暴露其位置；所述装置在低压下具有高的储存密度；能够在没有超细粉尘形成的情况下非常频繁地进行装载和卸载并且在所述装置中，氢气以防爆的形式存在于储存器中。 [0017] 所述目的通过一种用于为船舶或处于水上行驶的水下船舶装载液态有机氢载体储备的装置来实现，所述装置具有：-能量源，所述能量源是由化石燃料驱动的驱动器或核能驱动器，和借助所述能量源运行的用于直流电流的发电机；-用于蒸馏水或去离子水的第一储备罐；-用于氧气或空气的第二储备罐；-电解器，所述电解器用于借助出自所述能量源的直流电流将出自所述第一储备罐的水转化成氢气和氧气；-第一化学反应器，所述化学反应器用于通过借助于氢气的化学反应生成液态有机氢载体的高能形态；以及-用于在所述第一反应器中生成的液态有机氢载体的高能形态的储存器。所述目的还通过一种用于电驱动船舶或处于水下行驶的水下船舶的装置来实现，所述装置具有：-高能液态有机氢载体；-用于氧气或空气的第二储备罐；-第二化学反应器，所述化学反应器用于从液态有机氢载体中生成氢气；-燃料电池，所述燃料电池用于由氢气生成直流电流和水；和-电驱动器，所述电驱动器用于将直流电流转化成前进运动。所述目的通过一种用于船舶或在水上行驶的水下船舶的能量获取的方法来实现，所述方法具有下述步骤：-借助能量源和通过所述能量源运行的用于直流电流的发电机产生直流电流，所述能量源是由化石燃料驱动的驱动器或核能驱动器；-将蒸馏水或去离子水储存在第一储备罐中；-将空气或氧气存储在第二储备罐中；-在电解器中借助出自所述能量源的直流电流将出自所述第一储备罐的水转化成氢气和氧气；-在第一化学反应器中通过借助于氢气的化学反应生成液态有机氢载体的高能形态；并且-将在所述第一反应器中生成的所述液态有机氢载体的高能形态储存在储存器中。所述目的通过一种用于借助于高能液态有机氢载体对船舶或潜水行驶的水下船舶供能的方法来实现，所述方法具有下述步骤：-在第二化学反应器中从液态有机氢载体中生成氢气；-在燃料电池中从所述氢气生成直流电流和水；和-在电驱动器中将直流电流转化成前进运动；其中该船舶包括用于氧气或空气的第二储备罐以运行所述燃料电池。有利的实施形式是说明书、附图和实施例的主题。 [0018] 本发明基于下述知识：值得期望的是，提供一种利用燃料电池来供给能量的技术，所述燃料电池在低温下或者在压力或在应用金属氢化物的情况下避免纯氢气的危险。 [0019] 将术语水下船舶理解成下述船舶：所述船舶是载人的或非载人的，并且部分地或完全地潜在水下行驶属于所述船舶的常规运行。 [0020] 根据第一方面，所述目的通过用于为船舶或处于水上行驶的水下船舶装载高能基质储备的装置来实现，所述装置具有：能量源，所述能量源是由化石燃料驱动的驱动器或核能驱动器；和借助所述能量源来运行的用于直流电流的发电机；用于蒸馏水或去离子水的储备罐；电解器，所述电解器用于用来自能量源的直流电流将储备罐中的水转化成氢气和氧气；用于氧气的储备罐；化学反应器，所述化学反应器用于通过借助于氢气的化学反应生成具有扩展的π共轭体系的基质的高能形态；和用于在反应器中生成的基质的高能形态的储存器。 [0022] 具有扩展的π共轭电子体系的缩合多环烃的作用方式的原理是其下述属性：在中等温度下在存在适当的催化剂的情况下经受氢化反应。在此，氢气在不饱和的双键饱和的情况下结合到物质中(氢化)。 [0023] 借助于氢化结合的氢气能够随后在逆反应中仅通过温度升高和/或氢气压力减小而再次从氢化的产品中在再次生成芳香族物质的条件下获取。 [0024] 在一个有利的实施形式中，构成下述装置，所述装置将能量源和去离子水或蒸馏水从罐导向电解器，所述电解器的所生成的氢气在化学反应器中完全用于具有扩展的π共轭体系(LOHC)的基质的低能形态的完全的或部分的氢化。 [0025] 根据第二方面，所述目的通过用于电驱动处于水下行驶的水下船舶或船舶的装置来实现，所述装置具有：呈具有扩展的π共轭体系的基质的高能形态的形式的能量源；用于氧气或空气的储备罐；化学反应器，所述化学反应器用于从具有扩展的π共轭体系的基质中生成氢；燃料电池，以用于生成直流电流和水；和电驱动器，以用于将直流电流转化成前进运动。 [0026] 在一个有利的实施形式中，所述装置构成为借助于至少一个化学反应器以及至少一个燃料电池使用处于高能形态的储备罐，以便运行电驱动器。 [0027] 在另一个有利的实施形式中，具有扩展的π共轭体系的基质选自：多环芳香烃、多环芳香杂环烃、π共轭的有机化合物或其组合。 [0028] 在另一个有利的实施形式中，具有扩展的π共轭体系的基质选自：具有N、S或O作为杂环原子的缩合的芳香杂环烃，其中杂环原子以取代的或未取代的形式存在。 [0029] 在另一个有利的实施形式中，缩合的芳香杂环烃是具有C6至C30、优选C8至C20、尤其C12的环形体系。 [0030] 在另一个有利的实施形式中，杂环原子由至少一个烷基基团、至少一个芳基基团、至少一个烯基基团、至少一个炔基基团、至少一个环烷基基团和/或至少一个环亚烷基基团取代。 [0031] 在另一个有利的实施形式中，杂环原子由C1-C30烷基、优选C1-C10烷基、尤其由C2-C5烷基取代。 [0032] 在另一个有利的实施形式中，装置包含将基质的密度提高到大于1g/ml的添加物。 [0033] 在另一个有利的实施形式中，具有扩展的π共轭体系的基质是N-乙基咔唑、N-n-丙基咔唑、N-iso-丙基咔唑。 [0034] 在另一个有利的实施形式中，构成下述装置，所述装置将具有扩展的π共轭体系的基质在化学反应器(h)中在50℃和180℃之间的温度和在2bar和200bar之间的压强下在存在合适的催化剂的情况下至少部分氢化。 [0035] 在另一个有利的实施形式中，所述装置构成为，将氢化的基质在化学反应器(c)中在120℃和250℃之间的温度下并且在常压下在存在合适的催化剂的情况下至少部分脱氢。 [0036] 根据第三方面，所述目的通过一种用于从船舶或在水上行驶的水下船舶、尤其潜水艇中获取能量的方法来实现，所述方法具有下述步骤：借助为由化石燃料驱动的驱动器或核能驱动器的能量源和通过所述能量源来运行的用于直流电流的发电机来产生直流电流；在储备罐中储存蒸馏水或去离子水；在电解器中用能量源的直流电流将储备罐中的水转化成氢气和氧气；在储备罐中储存氧气；在化学反应器中通过借助于氢气的化学反应生成具有扩展的π共轭体系的基质的高能形态；和将在反应器中生成的基质的高能形态储存在储存器中。 [0037] 根据第四方面，所述目的通过一种用于对船舶或在潜水行驶的水下船舶、尤其潜水艇用呈具有扩展的π共轭体系的基质的高能形态的形式的能量源来供能的方法来实现，具有下述步骤：在储备罐中储存氧气或空气；在化学反应器中从具有扩展的π共轭体系的基质中生成水；在燃料电池中生成直流电流和水；并且在电驱动器中将直流电流转化成前进运动。 [0038] 在一个有利的实施形式中，所述方法提出为船舶或水下船舶由地面或由油船以具有扩展的π共轭体系的基质的高能形态加油。 附图说明[0039] 下面参考多个实施例的附图详细阐明本发明。附图示出： [0040] 图1示出在水下行驶的情况下的装置的一个实施形式的示意图；并且 [0041] 图2示出在水上行驶的情况下的装置的一个实施形式的示意图。 具体实施方式[0042] 在图1中示出用于水下行驶的装置的一个优选的实施形式的示意图。作为能量源a1选择液态有机氢载体LOHC的高能形态。在化学反应器c中，将氢气从高能形态以化学放热的方式解离。在c中生成的氢气与储备容器b中的氧气在燃料电池d中以放热的方式转化成直流电流。 [0043] 例如，在此指出作为液态有机氢载体的基质的N-乙基咔唑(NEC)的氢化/脱氢。在此，N-乙基咔唑(NEC)作为离析物转化成根据下面的反应图的双氧水形态(H12-NEC)： [0044] [0045] 高能形态(例如H12-NEC)和低能形态(例如NEC)共同称作LOHC(液态有机氢载体)。该反应的氢气的储存密度关于体积是在用氢气填充的700bar罐中的大约两倍高。如果将潜水艇作为水下船只的实例，那么对于产品系列U212A而言，确保从9PEM燃料电池的总共为 306kW的能量供给。H12-NEC的密度能够通过添加而增大，以便完全地避免漂浮。 [0046] 没有示出热量用于加热水下船舶的应用。必然形成的水储存在储备罐j中。在燃料电池d中产生的直流电流用于电的船驱动。 [0047] 在图2中示出用于水上行驶的装置的一个优选的实施形式的示意图。在此，高能形态的储备通过另外的能量源来填充。作为能量源e使用借助化石燃料或通过核反应的驱动器，所述能量源运行发电机，所述发电机优选地产生直流电流。从储备罐j中提取蒸馏水或去离子水。出自能量源e的直流电流和出自储备罐j的水在电解器f中转化成氢气和氧气。氧气被引导到储备罐b中，而产生的氢气立即地在没有中间储存的情况下用于完全或部分氢化LOHC的低能形态。 [0048] 用于水下交通工具的水下行驶的装置具有： [0049] (a)至少两个用于液态有机氢载体LOHC的罐，即一个用于氢化(高能)形态a1并且另一个用于脱氢(低能)形态a2。在一个特殊的实施形式中，通过用于将液态有机氢载体LOHC的两个形态分离的可移动的壁而仅需要一个罐。液态氢载体LOHC的量在装载过程或卸载过程期间保持相同——仅需要高能形态的氢气。在一个特殊的实施形式中，高能形态的和低能形态的密度通过可混合的物质提高为大于1g/ml的值。所述物质自身必须具有大于1g/ml的密度。 [0050] (b)至少一个氧气储备容器以用于运行燃料电池。在空气运行的燃料电池的一个特殊的实施形式中，空气储备也是可能的。 [0051] (c)至少一个化学反应器，所述化学反应器借助于催化剂和升高的温度从高能形态中释放至少部分地用于燃料电池的氢气并且将卸载的或部分卸载的基质引回到罐中。 [0052] (d)至少一个燃料电池，所述燃料电池借助出自b的氧气和出自化学反应器c的氢气运行并且输出所形成的水以继续应用在水下船舶中或在特殊的实施形式中应用在储备罐j中。 [0053] (i)电的船驱动器。 [0054] 在装置中，在水下交通工具的水上行驶期间，通过使用化石燃料也装载液态有机氢载体LOHC的储备罐。所述装置具有： [0055] (e)至少一个由化石燃料或核能运行的驱动器，所述驱动器使发电机转动，所述发电机产生电流。 [0056] (j)至少一个蒸馏水或去离子水的储备容器。 [0057] (f)至少一个电解室，所述电解室将在e中产生的电流通过电解成氧气和氢气来分解。 [0058] (g)将在储备容器f中生成的氧气引回到储备容器b中。 [0059] (h)至少一个化学反应器，所述化学反应器利用在电解器f’中形成的氢气执行出自a2的至少一种具有扩展的π共轭体系的基质的氢化并且将高能形态储存在罐a1中。 [0060] 液态有机氢载体LOHC的装载形态、例如H12-NEC例如能够在港口或通过油船作为与柴油相似的液体来加油，通过用NEC替换H12-NEC。 [0061] 因此，下面的用于运行水下船舶的功能元素能够结合或组合：将氢气无压地储存在可难于点火的液体中，即液态有机氢载体的高能形态；装载和卸载液态有机氢载体LOHC的高速率；装载和卸载的高效率；用于氢气转化成电流的燃料电池；储存器中的高的能量密度和在港口或通过油船的液态有机氢载体LOHC的外部供给。 [0062] 因此，本装置基于现今常用的基本设施、例如利用柴油罐来实现持久的水下行驶。本装置和继续描述的方法的优点在于通过无压的罐在高的能量密度的情况下最优地使用船舶中的或水下船舶中的昂贵的空间。 [0063] 所述罐可以具有任何期望的形状。另一个优点在于，氢气的对能量产生而言重要的因素与许多迄今已知的方法和模型相比不必大量地存在，而是能够在化学物质中可靠地并且无压地时间无限地储存在现有的基本设施中。 [0064] 另一个优点是下述可能性：在港口或在油船泵出液态氢载体的低能形态并且通过高能形态替代所述低能形态。因此，实现与在现今的借助柴油的加油过程中一样的快的可用性。 [0065] 在一个优选的实施形式中，用于液态有机氢载体LOHC和氧气的储备罐与至少一个燃料电池经由化学反应器连接。因此，本装置的各个部件或组成部分形成集成的用于提供能量的系统。本装置的各个电池和反应器与用于运送氢气以及液态有机氢载体LOHC的低能形态或高能形态的合适的连接管道连接。 [0066] 用于氢气运输的管道优选地由气密且压密的材料制成。在一个优选的实施形式中，用于电的发电机与另一能量源经由电解室连接并且另外的化学反应器与用于低能形态或高能形态的罐连接。因此，本装置的各个部件或组成部分形成集成的用于储能的系统并且能够实现在水上行驶时的补给加油。 [0067] 优选的是，具有扩展的π共轭体系的液态有机氢载体LOHC的至少一种低能基质选自：多环芳香烃、多环芳香杂环烃、π共轭的有机聚合物或其组合。 [0068] 在一个实施形式中，具有扩展的π共轭体系的至少一种低能基质选自：具有N、S或O作为杂环原子的缩合的芳香杂环烃，其中杂环原子以取代的或未取代的形式存在。在此，缩合的芳香杂环烃优选是具有C6至C30、优选C8至C20、尤其C12的环形体系。 [0069] 在另一个优选的实施形式中，缩合烃的杂环原子由至少一个烷基基团、至少一个芳基基团、至少一个烯基基团、至少一个炔基基团、至少一个环烷基基团和/或至少一个环亚烷基基团取代，其中杂环原子的取代有利地借助C1-C30烷基、优选C1-C10烷基、尤其借助C2-C5烷基并且能够包含其他的杂环原子。 [0070] 在一个尤其优选的实施形式中，作为适合于储存氢气的低能基质使用N-乙基咔唑、N-n-丙基咔唑、N-iso-丙基咔唑。 [0071] 与烷基、烯基、芳基等一起应用时的术语“取代”表示由一种或多种下述取代基、优选由一种或两种下述取代基来取代一个或多个原子、通常是H原子：卤素、羟基、受保护的羟基、Oxo、受保护的Oxo、C3-C7环烷基、双环烷基、苯基、萘基、氨基、受保护的氨基、单基取代的氨基、受保护的单基取代的氨基、双基取代的氨基、胍基、受保护的胍基、杂环、取代的杂环、咪唑基、吲哚基、吡咯烷基、C1-C12烷氧基、C1-C12酰基、C1-C12酰氧基、丙烯氧基、硝基、羧基、受保护的羧基、氨基甲酰、氰基、甲基磺酰胺基、硫醇、C1-C10硫代烷基和C1-C10烷基磺酰。 [0072] 取代的烷基基团、芳基基团或烯基基团能够一次或多次取代并且优选地一次或两次由相同的或不同的取代基取代。 [0073] 术语“炔基”如在此应用的那样表示公式R-C≡C-的残基，尤其是C2-C6炔基。C2-C6炔基的实例包括：乙炔基、丙炔基、2-丁炔基、2-戊炔基、3-戊炔基、2-巳炔基、3-巳炔基、4-巳炔基、乙烯基以及直线的或分枝的烷基链的二炔和三炔。 [0074] 术语“芳基”如在此应用的那样表示芳香烃，例如苯基、苄基、萘基或蒽基。取代的芳香基团是由一个或多个如上限定的取代基所取代的如上限定的芳香基团。 [0075] 术语“环烷基”包括环丙基、环丁基、环戊基、环巳基和环庚基。 [0076] 术语“环烯基”包括环戊烯基、环巳烯基、环庚烯基和环辛烯基。 [0077] 有利的是，将具有扩展的π共轭体系的基质在化学反应器h中在50℃和180℃之间的温度下、优选在80℃和150℃下并且在2bar和200bar之间、优选10bar至100bar的压强下在存在合适的贵金属催化剂的情况下至少部分氢化。 [0078] 用于低能基质的氢化的尤其合适的催化剂包含元素铼。 [0079] 有利的是，将高能基质在化学反应器c中在120℃和250℃之间的温度下并且在常压下在存在合适的催化剂的情况下至少部分脱氢。用于脱氢的尤其合适的催化剂包含元素铂。 [0080] 在另一个实施形式中，作为燃料电池应用低温聚合物电解质膜燃料电池(PEM)。这种燃料电池能够不仅以其原本的功能用于氢气氧化，而且也能够以相反的功能同样作为电解器运行，其中电解所必需的水从容器j中引出。 [0081] 同样有利的是，在至少一个电解器f中设置至少一种储水介质j。优选用于中间储存所应用的烃的高能形态还有必要时低能形态的储存罐具有通常用于常规的柴油罐的配置和构造。 [0082] 本装置能够借助下述步骤实现在潜水行驶的水下船舶中提供电能：使用高能基质的储备来制造氢气，并且运行燃料电池来提供用于电的船驱动器的电能。 [0083] 本装置能够借助下述步骤实现在潜水行驶的利用上述装置的水下船舶中装载高能基质的储备：从至少一个化石驱动器中或通过核能来提供电流、优选直流电流；在至少一个电解器中利用电流从水中制造氢气；将形成的氢气从至少一个电解器中运送到化学反应器h中，所述化学反应器包含至少一种具有扩展的π共轭体系的基质；至少部分地氢化基质；将至少部分氢化的基质从化学反应器h中运送到储存罐中。 [0084] 因此，也实现所应用的液态有机氢载体LOHC的循环利用。因为所应用的基质没有消耗，能够力求得到大量的循环利用周期(水下行驶/水上行驶)和非常长的使用时间。 [0085] 在本方法的一个实施形式中，在电解器f中生成的氢气在没有中间储存的情况下在化学反应器h中用于将至少一种具有扩展的π共轭体系的基质至少部分氢化。待至少部分氢化的烃在化学反应器h中优选以液态形式存在。 [0086] 然而，也能够考虑的是，应用处于固态的聚集态的烃。此外，有利的是，在将至少一种具有扩展的π共轭体系的基质至少部分氢化时，将在化学反应器h中出现的热量引入到水下船舶的加热系统中。 [0087] 也有利的是，将在燃料电池中在氢气氧化期间形成的水运送到电解器中。同样能够提出的是，将在燃料电池中形成的水仅部分地循环利用。在燃料电池c中释放的热量优选导入到水下船舶的加热系统中。燃料电池中对于氢气氧化所必需的氧气从罐b中运行，所述罐将在电解器f中在水分解期间形成的氧气直接地导入到燃料电池中。因此，水下船舶尽可能不具有外部的氧气供给。 [0088] 所述氢化在化学反应器h中利用出自罐a2的低能形态来执行。但是，完全氢化可以是不必的。高能基质储存在储备罐a1中并且提供用于水下行驶。在该优选的实施形式的一个变型形式中，储备罐a1在地面或通过油船填充并且采用从罐a2到地面或到油船中的能整除的量，以便获得质量比。 [0089] 一个实施例的基础形成潜水艇序列U212A的结构形式，所述潜水艇序列在电学方面装备有总功率为306kW的PEM燃料电池装置。效率应当为65％，输送给燃料电池的能量在热学方面因此为471kW。供给应当由液态有机氢载体H12-NEC/NEC运行。两种物质的密度为了简化计算假设为1g/mL，这以足够精度相应于实际情况。 [0090] 理论上，在1kg/升H12-NEC中储存58g氢气，然而，可用的仅52g，因此在一升H12-NEC中储存1.9kWh的热能，为了实现471kW的功率，必须每小时使用471/1.9＝248kg/升H12-NEC。如果水下船舶以最大功率在水下行驶24小时，那么需要5952升等于5952kg的高能形态的储备储存器。 [0091] 一个反例基于与在实施例中相同的情况，然而要使用储存密度为1kWh/升体积的金属氢化物储存器TiNi-Ti2Ni，这相应于2kg。为了形成471kW的热功率，必须提供471升的体积。因此，对于24小时行驶而言，要准备好11304升或22608kg的体积。因此，关于重量必须提供几乎四倍的重量。即使以因数2对金属氢化物储存器进行优化，系统也不如本发明有效率。 [0092] 本发明还涉及： [0093] 用于电驱动处于水下行驶的水下船舶的第一装置包括：至少一个呈LOHC的高能形态的形式的能量源“a1”；至少一个用于氧气或空气的储备罐“b”；至少一个化学反应器“c”，所述化学反应器用于从具有扩展的π共轭体系的基质中生成水；至少一个燃料电池“d”，所述燃料电池生成直流电流和水；至少一个电驱动器“i”，所述电驱动器将直流电流转化成前进运动。 [0094] 用于为处于水下行驶的水下船舶装载高能基质的储备的第二装置包括：至少一个能量源“e”，所述能量源是由化石燃料驱动的驱动器或核能驱动器；和借助所述能量源运行的用于直流电流的发电机；至少一个用于蒸馏水或去离子水的储备罐“j”；至少一个电解器，所述电解器将“j”中的水借助“e”中的直流电流转化成氢气和氧气；至少一个用于氧气“b”的储备罐；至少一个化学反应器“h”，所述化学反应器用于通过借助于氢气的化学反应生成具有扩展的π共轭体系的基质的高能形态；至少一个用于在反应器“h”中生成的高能形态的储存器“a1”。 [0095] 第三装置具有第一装置的特征，其中至少一个高能形态的储备罐“a1”借助于至少一个化学反应器“c”和至少一个燃料电池“d”使用，以便运行电的船舶驱动器“i”。 [0096] 第四装置具有第二装置的特征，其中能量源“e”和去离子水或蒸馏水从罐“i”输送给至少一个电解器“f”，所述电解器所生成的氢气在化学反应器“h”中用于完全或部分氢化LOHC的低能形态。 [0097] 第五装置具有第一装置至第四装置的特征，其中具有扩展的π共轭体系的至少一种基质选自：多环芳香烃、多环芳香杂环烃、π共轭的有机化合物或其组合。 [0098] 第六装置具有根据上述装置之一所述的特征，其中具有扩展的π共轭体系的基质选自：作为杂环原子的具有N、S或O的缩合的芳香杂环烃，其中杂环原子以取代的或未取代的形式存在。 [0099] 第七装置具有第五装置的特征，其中缩合的芳香杂环烃是具有C6至C30、优选C8至C20、尤其C12的环形体系。 [0100] 第八装置具有第五装置或第六装置的特征，其中杂环原子由至少一个烷基基团、至少一个芳基基团、至少一个烯基基团、至少一个炔基基团、至少一个环烷基基团和/或至少一个环亚烷基基团取代。 [0101] 第九装置具有第五装置至第八装置的特征，其中杂环原子由C1-C30烷基、优选C1-C10烷基、尤其由C2-C5烷基取代。 [0102] 基质或第十装置具有第五装置至第九装置的特征，其包含将基质的密度提高到大于1g/ml的添加物。 [0103] 第十一装置具有第一装置至第十装置的特征，其中作为具有扩展的π共轭体系的基质使用N-乙基咔唑、N-n-丙基咔唑、N-iso-丙基咔唑。 [0104] 第十二装置具有上述装置之一的特征，其中将具有扩展的π共轭体系的基质在化学反应器(“h”)中在50℃和180℃之间的温度和在2bar和200bar之间的压强下在存在合适的催化剂的情况下至少部分氢化。 [0105] 第十三装置具有上述装置之一的特征，其中将氢化的基质在化学反应器(“c”)中在120℃和250℃之间的温度下并且在常压下在存在合适的催化剂的情况下至少部分脱氢。 [0106] 用于对潜水行驶的水下船舶、尤其是潜水艇供能的第一方法，所述水下船舶具有第一装置和第三装置的特征。 [0107] 用于在水上行驶的水下船舶、尤其是潜水艇的能量获取的第二方法，所述水下船舶具有第二装置和第四装置的特征。 [0108] 第三方法具有第二方法的特征，所述第三方法提出对水下交通工具从地面或从油船用LOHC的高能形态加油。 [0109] 所有的结合本发明的各个实施形式阐明和示出的特征能够以不同的组合在根据本发明的主题中提出，以便同时实现其有利的效果。 [0110] 本发明的保护范围通过本文给出并且不限制于在说明书中阐明的和在附图中示出的特征。 |
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