本實用新型屬于能源技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種水下能源與制氧消氫聯(lián)調(diào)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

未來水下能源系統(tǒng)必須滿足多種不同功能器設(shè)備的推進需求。它們包括水下的船只，尤其是無人船只(UUV)的需求。這些船只必須滿足：功率需求：300瓦–30千瓦；高能量密度，長時間運行，快速響應(yīng)時間；安全，無聲。為了要長時間的運行耐力，能量的密度要求也非常高。無人船只對比功率和比能量的同時的需求，已遠遠超出了現(xiàn)代最先進的電池的能力.為了要滿足無人船只的需求，必須尋找傳統(tǒng)電池以外的能量系統(tǒng)。氫氧燃料電池具有較高比功率和比能量，成為水下混合能源的優(yōu)先選擇。

對于UUV混合能源系統(tǒng)而言，需要提供穩(wěn)定、可靠的氫源和氧源。高壓氧源控制系統(tǒng)簡單，但是攜帶的氧量十分有限，不能滿足長時間運行的需求。液氧由于具有較高的體密度而備受關(guān)注，國外也有UUV采用液氧系統(tǒng)供氧的報道，但是液氧存在日蒸發(fā)的問題，這給液氧的儲存帶來了較大的困難。固體儲氧具有較高的氧密度，同時方便儲存，氧氣純度高，成為水下混合能源系統(tǒng)供氧的可能。

氫氧燃料電池運行過程，電堆尾氣需要經(jīng)過處理，使系統(tǒng)基本不排出尾氣或者只產(chǎn)生微量尾氣。特殊情況下，排出的微量尾氣中含有少量的氫氣，長時間運行中存在氫氣濃度積累升高的風(fēng)險，需要控制密閉空間內(nèi)氫氣在安全濃度下，以達到長時間運行的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型裝置的目的在于提供一種水下能源與制氧消氫聯(lián)調(diào)系統(tǒng)。

本實用新型解決上述問題的技術(shù)方案為：一種水下能源與制氧消氫聯(lián)調(diào)系統(tǒng)，包括：封閉外殼，設(shè)置在封閉外殼中的燃料電池堆、蓄電池、消氫系統(tǒng)、以及與燃料電池堆連接的DC/DC轉(zhuǎn)換器；

所述的燃料電池堆為氫氧燃料電池堆，包括氫氧燃料電池、固體氧罐組件、緩沖罐、供氧管道，以及儲氫罐、供氫管道和水箱；所述固體氧罐組件經(jīng)緩沖罐通過供氧管道連接氫氧燃料電池，所述儲氫罐通過供氫管道連接氫氧燃料電池；所述水箱與氫氧燃料電池連接；所述固體氧罐組件包括多個布置在不銹鋼承壓殼體內(nèi)的固體氧罐、用于分別控制每個固體氧罐的激發(fā)的電控激發(fā)器，所述固體氧罐組件中設(shè)有壓力傳感器；

所述消氫系統(tǒng)包括消氫器、風(fēng)機和氫氣傳感器，所述風(fēng)機根據(jù)氫氣傳感器的氫氣檢測濃度值 自動啟停，所述消氫系統(tǒng)通過消氫器與水箱連接。

按上述方案，所述消氫器為強制對流型消氫器。

按上述方案，所述水下能源與制氧聯(lián)調(diào)系統(tǒng)還包括用于控制固體氧罐的激發(fā)器工作狀態(tài)的系統(tǒng)控制器。

按上述方案，所述水箱經(jīng)過水氣分離器和催化器與氫氧燃料電池連接。

按上述方案，所述水下能源與制氧消氫聯(lián)調(diào)系統(tǒng)還設(shè)有氫氣報警器和氧氣報警器。

按上述方案，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器為可調(diào)DC/DC轉(zhuǎn)換器。

按上述方案，所述水下能源與制氧消氫聯(lián)調(diào)系統(tǒng)還包括用于給能源系統(tǒng)散熱的水冷循環(huán)系統(tǒng)。

按上述方案，所述氫氧燃料電池還連接有溫度傳感器。

本實用新型裝置帶來的有益效果是：

1)系統(tǒng)氧氣以固態(tài)形式存儲，在保證高儲氧密度下，延長氧源的存儲期。提高混合能源系統(tǒng)氧源的安全性，為長時間運行供氧提供有力保障。

2)該混合能源系統(tǒng)可以放置于密閉艙段內(nèi)，系統(tǒng)與外界沒有物質(zhì)交換。系統(tǒng)采用的純氫/氧電堆及電堆尾氣催化器使系統(tǒng)基本不排出尾氣或者只產(chǎn)生微量尾氣。特殊情況下，排出的微量氫氣，積累到一定濃度，經(jīng)由風(fēng)機送入消氫器，通過催化燃燒將氫氣濃度控制在安全范圍內(nèi)，從而保證長時間運行的安全性和可行性。

附圖說明

圖1是本實用新型一個實施例的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型一個供氧系統(tǒng)實施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1中：1-第一壓力傳感器、2-二級減壓閥、3-第一調(diào)節(jié)閥、4-第一電磁閥、5-第二壓力傳感器、6-溫度傳感器、7-蓄電池、8-儲氫罐、9-第三壓力傳感器、10-緩沖罐、11-第二調(diào)節(jié)閥、12-第二電磁閥、13-氧氣壓力傳感器、14-系統(tǒng)控制器、15-催化器、16-DC/DC、17-水箱、18-水氣分離器、19-風(fēng)機、20-消氫器、21-燃料電池、22-電控激發(fā)器、23-不銹鋼承壓殼體、24-固體氧罐、25-內(nèi)膽、26-氫氣報警器、27-氧氣報警器、28-第四壓力傳感器、29-第三電磁閥、30-高壓氣泵、31-第一單向閥、32第二單向閥、33、減壓閥、34、安全閥。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

如圖1所示，一種水下能源與制氧聯(lián)調(diào)系統(tǒng)，包括封閉外殼，和設(shè)置在一個封閉的內(nèi)膽25的燃料電池堆、磷酸鐵鋰動力蓄電池7和DC/DC轉(zhuǎn)換器16；DC/DC轉(zhuǎn)換器16為可調(diào)DC/DC轉(zhuǎn)換器，燃料電池堆和DC/DC轉(zhuǎn)換器16連接；燃料電池堆為氫氧燃料電池堆，包括氫氧燃料電池21、固體氧罐組件22、緩沖罐10、及供氧管道、方形的儲氫罐8及供氫管道和長方形的水箱17；固體氧罐組件經(jīng)緩沖罐10通過供氧管道連接氫氧燃料電池，緩沖罐上設(shè)置有第三壓力傳感器9，如圖2所示，多個固體氧罐24布置在不銹鋼承壓殼體23內(nèi)，電控激發(fā)器22可以分別控制每個固體氧罐的激發(fā)；從氫氧燃料電池至緩沖罐的供氧管道上依次設(shè)有電磁閥12和氧氣壓力傳感器13以及減壓調(diào)節(jié)閥11；儲氫罐8通過供氫管道連接氫氧燃料電池21；水箱17與氫氧燃料電池連接，從儲氫罐8至氫氧燃料電池的供氫管道依次設(shè)有第一壓力傳感器1、二級減壓閥2、第一調(diào)節(jié)閥3、第二壓力傳感器5和電磁閥41；

水箱17設(shè)置在燃料電池下方，與氫氧燃料電池21連接，水箱經(jīng)過水氣分離器18和催化器15與氫氧燃料電池21連接。

水下能源與制氧聯(lián)調(diào)系統(tǒng)還包括用于控制固體氧罐的激發(fā)器工作狀態(tài)的系統(tǒng)控制器14。

水下能源與制氧聯(lián)調(diào)系統(tǒng)布置有消氫系統(tǒng)，所述消氫系統(tǒng)包括消氫器20、風(fēng)機19和氫氣傳感器，風(fēng)機根據(jù)氫氣傳感器的氫氣檢測濃度值自動啟停。

進一步的，混合能源系統(tǒng)還包括氫氣報警器26和氧氣報警器27，用于監(jiān)測報警。

氫氧燃料電池21還可連接有溫度傳感器6，用于檢測氫氧燃料電池的溫度。

混合能源系統(tǒng)通過電線接口和通訊接口向負載輸出電能。

如圖2所示，為一個供氧系統(tǒng)實施例及結(jié)構(gòu)示意圖：以1KW燃料電池系統(tǒng)運行為例，額定工況運行需氧量為5L/min，單個固體氧罐供氧平均流量5L/min，流量范圍4-6L/min，氧氣純度99.8％以上，CO濃度＜3ppm。不銹鋼承壓殼體設(shè)計壓力＜2bar，氧氣緩沖罐設(shè)計壓力＜12bar。運行過程中，電控激發(fā)器22根據(jù)不銹鋼承壓殼體23內(nèi)的壓力傳感器28監(jiān)測的壓力值控制氧罐24的激發(fā)情況，產(chǎn)生的氧氣根據(jù)緩沖罐10的氧氣壓力選擇不同路徑進入緩沖罐，最后通過緩沖罐末端的減壓閥33和第二調(diào)節(jié)閥11提供穩(wěn)定、連續(xù)的氧氣供給。

激發(fā)供氧后，低壓時，壓力傳感器9＜1.5bar，第三電磁閥29關(guān)閉，氧氣通過第二單向閥32進入氧氣緩沖罐。

若1.5bar＞壓力傳感器9檢測壓力＞0.5bar，可正常為燃料電池系統(tǒng)供氧，燃料電池 系統(tǒng)正常運行。

若壓力傳感器28檢測壓力＞1.5bar，此時產(chǎn)氧速率較快，第三電磁閥29開啟，同時高壓氣泵30開始工作，氧氣通過第一單向閥31進入氧氣緩沖罐，多余氧氣可以儲存在緩沖罐，燃料電池系統(tǒng)正常運行。

當(dāng)壓力傳感器9檢測壓力＞8bar，此時產(chǎn)氧速率較快，第三電磁閥29開啟，同時高壓氣泵30開始工作，氧氣通過第一單向閥31進入氧氣緩沖罐，多余氧氣可以儲存在緩沖罐。燃料電池系統(tǒng)在峰值功率1.2KW運行，需氧氣量為6L/min，大于平均產(chǎn)氧速率，從而降低氧氣緩沖罐壓力。富余功率可以給系統(tǒng)供電或鋰電池充電。當(dāng)壓力傳感器9檢測壓力＞10bar，安全閥34開啟，向封閉艙段內(nèi)排放少量氧氣，確保系統(tǒng)安全。

當(dāng)壓力傳感器28檢測壓力連續(xù)低于＜0.5bar，時間超過3min，則單個氧罐消耗完，激發(fā)器激發(fā)下個氧罐。從功能上保障供氧系統(tǒng)的連續(xù)性、可調(diào)性和穩(wěn)定性。

第一單向閥31和第二單向閥32能有效保障不銹鋼承壓殼體內(nèi)的氧氣單向流入氧氣緩沖罐，并能有防止氧氣反向流。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本實用新型所附權(quán)利要求的保護范圍。