[发明专利]一种深海作业平台燃料电池能源系统

权利要求书

1.一种深海作业平台燃料电池能源系统，其特征在于，包括海水制氧单元、天然气制氢单元和氢氧燃料电池单元，所述海水制氧单元用于利用海水制取富氧空气，所述天然气制氢单元用于利用天然气制取氢气，所述海水制氧单元和天然气制氢单元分别与氢氧燃料电池单元相连接，供海水制氧单元制取的富氧空气与天然气制氢单元制取的氢气在氢氧燃料电池单元内进行电化学反应产生电能，所述海水制氧单元包括第一氧分离器、溶剂泵、溶剂缓冲罐和第二氧分离器，所述第一氧分离器设有供氧气溶剂流通的第一壳程，以及位于第一壳程内供富氧海水流通且具有氧气选择透过性的第一氧分离组件，所述第二氧分离器设有供低氧空气流通的第二壳程，以及位于第二壳程内供氧气溶剂流通且具有氧气选择透过性的第二氧分离组件，所述第一壳程、溶剂泵、第二氧分离组件和溶剂缓冲罐串联连通，以形成供氧气溶剂循环流通的连通回路，当富氧海水流经第一氧分离组件时，富氧海水中的氧气选择性透过第一氧分离组件进入流经第一壳程的氧气溶剂中，当氧气溶剂流经第二氧分离组件时，氧气溶剂中的氧气选择性透过第二氧分离组件进入流经第二壳程的低氧空气中，供低氧空气形成富氧空气，所述海水制氧单元还包括空气混合柜和空气泵，所述第二氧分离器的第二壳程、空气泵和空气混合柜串联连接形成连通回路，供自空气混合柜流出的低氧空气流入第二壳程形成富氧空气后回流至空气混合柜，所述氢氧燃料电池单元包括空气压缩机、增湿器和氢氧燃料电池发电模块，所述空气混合柜经由空气压缩机和增湿器与氢氧燃料电池发电模块的阴极相连接，供空气混合柜内的富氧空气经空气压缩机增压和增湿器增湿后进入氢氧燃料电池发电模块的阴极，所述增湿器为中空纤维加湿器，所述增湿器壳程的排入端和排出端分别与氢氧燃料电池发电模块的尾排口和空气混合柜相连通，所述增湿器管程的排入端和排出端分别与空气压缩机和氢氧燃料电池发电模块的阴极相连通，供氢氧燃料电池发电模块尾排口排出的低氧尾气中的水蒸气，经由增湿器的中空纤维扩散至管程中对流经增湿器管程的富氧空气进行增湿。

2.根据权利要求1所述的一种深海作业平台燃料电池能源系统，其特征在于，所述第一氧分离器和第二氧分离器分别包括壳体，所述第一氧分离组件和第二氧分离组件均为具有氧气选择透过性的中空过滤管，所述壳体内设有两组隔板，所述两组隔板分别与壳体两端的内壁围合形成进入腔和排出腔，所述中空过滤管固定穿设于两组隔板之间，所述中空过滤管的两端分别与进入腔和排出腔相连通，供富氧海水自进入腔流入第一氧分离器的中空过滤管，并经排出腔流出第一氧分离器的中空过滤管，同时供氧气溶剂自进入腔流入第二氧分离器的中空过滤管，并经排出腔流出第二氧分离器的中空过滤管，所述第一壳程和第二壳程分别为所述壳体、两组隔板和中空过滤管之间围合形成的空隙。

3.根据权利要求2所述的一种深海作业平台燃料电池能源系统，其特征在于，所述海水制氧单元还包括海水泵，所述海水泵与第一氧分离器的进入腔相连通，供富氧海水经由海水泵自所述进入腔泵入第一氧分离组件，并在第一氧分离组件内进行氧气分离后形成低氧海水经第一氧分离器的排出腔排出。

4.根据权利要求3所述的一种深海作业平台燃料电池能源系统，其特征在于，所述氧气溶剂为血红蛋白溶液或液态氟碳化合物，所述中空过滤管为微孔陶瓷过滤管或金属烧结微滤管。

5.根据权利要求3所述的一种深海作业平台燃料电池能源系统，其特征在于，所述海水制氧单元还包括废气排放阀、废气泵、氧气浓度传感器和压力传感器，所述废气泵、废气排放阀和空气混合柜串联连通，所述氧气浓度传感器和压力传感器分别与空气混合柜内部相连通，所述氧气浓度传感器用于监测空气混合柜内部的氧气浓度，所述压力传感器用于监测空气混合柜内部的气压。

6.根据权利要求5所述的一种深海作业平台燃料电池能源系统，其特征在于，所述天然气制氢单元包括蒸汽发生器、接收调压装置、脱硫装置、重整装置和一氧化碳转化装置，所述接收调压装置、脱硫装置、重整装置、一氧化碳转化装置与氢氧燃料电池发电模块的阳极依次串联连接，供来自于天然气管道或天然气开采设施的天然气依次经由接收调压装置、脱硫装置、重整装置和一氧化碳转化装置制取氢气并进入氢氧燃料电池发电模块的阳极，所述蒸汽发生器与重整装置相连接，供来自于外部的纯水经蒸汽发生器制取水蒸气并进入重整装置。