[发明专利]适用AUV的闭式循环燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种燃料电池，具体地说是一种适用AUV的闭式循环燃料电 池系统。

背景技术

随着能源问题成为最主要的问题，燃料电池作为一种新能源，被用于很多移 动设备中。我国已经成功地将燃料电池装置用于汽车上，而国外已经有很多将燃 料电池装置用于AUV的成功案例。

上海神力公司已经研制成功了燃料电池系统。中国专利申请请号为 01239079.8的专利文件中公开了燃料电池系统的水热管理子系统。中国专利申 请请号为CN 01113249.3的专利文件中公开了燃料电池的气体供气子系统和汽水 回收子系统。但这些系统不能适应AUV的工作环境。

由于在AUV这个特殊的工作环境下，燃料电池系统需要满足：在有限的空间 内工作；低噪声；航行过程中不引起AUV姿态变化等条件。对于解决航行过程中 不引起AUV姿态变化这个问题，由于燃料电池装置内有液态水生成，在AUV航行 过程中，液态水水量会发生变化，故引起AUV的姿态改变。对于解决有限工作空 间这个问题，国内外有很多技术用来解决这个问题，一般都是将燃料电池系统产 生的尾气回收利用，最有效的方法是US 10/300,479的专利文件中公开的技术 方案，将循环泵和电磁阀并联，通过调节循环泵的流量或者电磁阀的开关，在确 保反应电堆内的气体压力达到设定值的同时，尾气被重新利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，噪音低，系统内液态水水量变化基本 不引起AUV姿态改变的适用AUV的闭式循环燃料电池系统。

本发明的目的是这样实现的：

包括氢气供应子系统、氧气供应子系统、水热管理子系统、汽水回收子系统 和氮气扫气子系统，水热管理子系统的去离子水罐放在AUV重心处，氢气供应子 系统的耐高压氢气储气罐设置在去离子水罐的一边，氧气供应子系统的耐高压氧 气储气罐和氮气扫气子系统的耐高压氮气储气罐设置在去离子水罐的另一边，水 热管理子系统管路中的去离子水输送到氢气供应子系统和氧气供应子系统的加 湿器中，给气体加湿，汽水回收子系统的汽水分离器中的液态水汇集到水热管理 子系统的水罐中，换热器设置在顶部。

所述氢气供应子系统由耐高压氢气罐11、氢气侧减压阀12、氢气侧电磁阀 13、氢气侧流量调节阀14、第一加湿器17、电池阳极侧1连接组成，为燃料电 池供应燃料。

所述氧气供应子系统由耐高压氧气罐31、氧气侧减压阀32、氧气侧电磁阀 34、氧气侧流量调节阀35、第二加湿器42、电池阴极侧1连接组成，为燃料电 池供应氧气。

所述水热管理子系统由水路背压调节阀69、水泵67、板式换热器64和燃料 电池水冷侧1连接组成，海水作为换热器的冷却水，第一加湿器17和第二加湿 器42串联在水热管理子系统上。

所述汽水回收子系统由第一汽水分离罐24、第二汽水分离罐38、第八电磁 阀23、第九电磁阀37、第十电磁阀82、第十一电磁阀81连接组成，第十电磁 阀82、第十一电磁阀81定期将汽水分离罐中的水排放到去离子水罐中。

所述氮气扫气子系统由耐高压氮气罐51、氮气侧减压阀52、连个氮气侧电 磁阀56、57、燃料电池1连接组成。

本发明基于上海神力公司研制成功的燃料电池系统，对燃料电池系统的水热 管理子系统专利CN 01239079.8，气体供气子系统和汽水回收子系统专利CN 01113249.3进行改进。通过管路的重新设计和加湿器、换热器的特殊选材，将 本来相互分离开的水热管理子系统与气体子系统(气体供气子系统和汽水回收子 系统)连接在一起，简化了管路，更能适应AUV的工作环境。

对于解决低噪声这个问题，本发明采用专利CN 1405912A，用一个传感器、 一个开关装置和一个调节装置代替气体循环泵完成氧气和氢气的回收利用；本发 明充分利用了AUV在海水里航行这个优势，水热管理子系统中特殊设计的换热 器，通过调节海水流量自动冷却换热器。另外，为了让闭式循环燃料电池系统的 反应热量得到回收利用并且装置体积更小，本发明在管路的设计上有一些优化改 进。

本发明正是在这个背景下解决了噪音低、液态水存储等问题，设计了一种结 构简单且工作效果良好的适用于AUV的闭式循环燃料电池系统。