基于氢空电堆的水下燃料电池动力系统

1.本发明属于水下航行器动力推进领域，尤其涉及一种基于氢空电堆的水下航行器燃料电池动力系统。

背景技术：

2.无人水下潜航器(unmaned undersea vehicle，uuv)具有隐蔽性高、环境适应性强、自主性好等优势，在军事、科技、经济等领域有广泛的应用前景。能源动力推进系统是uuv的心脏，通常占据潜航器1/2～2/3的体积和重量，需要在狭小空间内自身携带能源并实现不同功率输出，同时尽可能减小振动噪声。这些特殊需求使能源动力推进系统成为制约uuv发展的核心瓶颈问题。

3.目前大多数uuv采用锂电池作为其动力推进装置。但由于其安全性相对较差，能量密度提升空间有限，无法满足未来uuv远航程、长航时的动力需求。燃料电池系统具有能量密度及转换效率高、振动噪声低、无尾气排放等优势，已成为未来uuv能源动力系统最主要的发展方向。

4.基于燃料电池技术的陆上动力系统发展较早，目前已有燃料电池汽车等成熟的商业化应用。然而，水下环境与陆上环境具有显著不同，由于边界条件和约束条件的改变，给水下燃料电池的安全高效平稳运行带来一系列新的挑战。例如，陆上燃料电池通常以环境空气作为氧气源，而水下燃料电池需要自身携带氧气，燃料电池在纯氧环境下运行带来膜电极氧化降解加速、阴极水淹加剧等问题；同时，陆上燃料电池通常处于开放环境中，而水下燃料电池则布置于有限密闭空间中，会带来密闭容器内水蒸气冷凝以及电堆冷却困难等问题。

5.基于上述差异，现有水下燃料电池的电堆通常为特殊定制的氢氧电堆(阴极进气为纯氧)，与陆用燃料电池的氢空电堆(阴极进气为空气)相比，其膜电极通常采用更厚的强化膜以抑制氧化降解，阴极采用三维微型格子等特殊流场来抑制水淹发生，这大大增加了制造成本及设备通用性；同时，氢氧电堆技术成熟度低，给水下燃料电池能源动力系统的安全可靠平稳运行造成严重威胁，已成为制约燃料电池技术在水下动力推进领域大规模应用的核心问题之一。因此，开发一套基于氢空电堆的水下燃料电池能源动力系统，可为解决上述问题提供一种全新思路，对燃料电池技术在水下能源动力推进领域的成功应用具有重要意义。

技术实现要素：

6.本发明的目的是为了克服基于氢/氧电堆的水下燃料电池能源动力系统经济性、安全可靠性差的问题，通过在水下密闭空间内人工构建空气氛围，提出了一种基于氢空电堆的水下燃料电池能源动力系统，可以大大提升系统的安全性、可靠性以及经济性。

7.为实现上述功能，本发明的技术方法是：

8.一种基于氢空电堆的水下燃料电池能源动力系统，包括氢空燃料电池堆、密闭容

器环境氛围控制及阴极进气系统、降温除湿系统、阳极供气及氢气再循环系统，氢气浓度监测及消释系统、热管理系统。

9.本发明提供了一种可保证氢空电堆安全平稳高效运行的密闭容器环境氛围控制系统，以保证密闭容器内氧气浓度、湿度、温度可控可调，以保证燃料电池系统以及电子元件和设备的安全可靠稳定运行，系统包括氧气储罐、电磁阀、氧气流量计、氧气浓度传感器、空气流量计、空气泵、中冷器、超声波加湿器、温度传感器、压力传感器、背压阀、汽水分离器、冷凝器、氢气消释器。首先在密闭容器内填充模拟空分氛围的氮气与氧气的混合气体；燃料电池运行过程中，来自氧气储罐的纯氧不直接进入电堆，而是进入到密闭容器内作为氧气补充；直接进入电堆的是密闭容器内模拟空气组分的氮气与氧气的混合气；储氧气瓶中的氧气通过电磁阀进入密闭容器内以维持模拟空气中氧气组分浓度；模拟空气经空压机、中冷器、超声波加湿器、温湿度传感器、压力传感器进入电堆；通过氧气浓度传感器、温湿度传感器、压力传感器来获取模拟空气的氧气浓度、温湿度和压力，通过调节电磁阀开度、空气泵、中冷器、超声波加湿器来控制模拟空气的氧气浓度、温湿度和压力；从电堆出来的反应气含有大量的由于电堆内电化学反应产生的水，首先经过汽水分离器将反应生成水分离出来，然后经过降温除湿系统降温除湿后排到密闭容器内。

10.本发明中提供了一种与密闭容器环境氛围控制系统相耦合的降温除湿系统，以控制密闭容器内模拟空气的温度和湿度，系统包括阴极排气尾部的冷凝器、密闭容器内的冷凝器、密闭容器外部的集水箱、板式换热器以及循环泵。从电堆出来的高温高湿尾气经汽水分离器后进入冷凝器，降温除湿之后再将尾气排到密闭容器内；为控制密闭容器内模拟空气的温度和湿度，模拟空气经鼓风机吹进另一个冷凝器进一步降温除湿；冷凝后析出的液态水随同汽水分离器分离出的液态水一同收集到容器外部的集水箱中，以平衡氢氧燃料消耗所导致浮力的变化；冷凝器中的循环工质通过循环泵以及板式换热器向周围海水换热。

11.本发明提供了一种阳极供气及氢气再循环系统，系统包括储氢气瓶、电磁阀、氢气流量计、压力传感器、温度传感器、汽水分离器、氢气循环泵、排气阀、排水阀。电磁阀开启，由氢气瓶储存的氢气通过供氢管道通入电堆；氢气经过温度传感器、压力传感器，获取当前时刻的工作参数，通过控制电磁阀的开度得到想要的氢气工作参数；从电堆出来后未反应的氢气经过汽水分离器将生成水分离出来，未反应的氢气通过氢气循环泵重新进入电堆进行反应。

12.本发明中提供了一种氢气浓度监测及消释系统，系统包括空气出口尾部的氢气消释器、冷凝器出口的氢气消释器以及氢气浓度检测器。在电堆运行结束后，将阳极供气侧的排气阀打开，未反应的氢气通过排气阀进入阴极排气管路，与其管路中未反应的空气进行混合，一起进入阴极排气尾部的氢气消释器中进行氢气消释，随后排入密闭容器内部；在电堆运行过程中，密闭容器内部的氢气浓度传感器将数值传输到控制端，通过控制鼓风机的开闭，将容器内氢气含量超过设定值的空气经冷凝器降温后，吹入氢气消释器中进行消释。

13.本发明提供了一种可用于水下燃料电池电堆冷却的热管理系统，其中包括温度传感器、压力传感器、板式换热器、电磁阀、去离子器、离心泵。所述的热管理系统以低温去离子水作为冷却液，首先由去离子器进行处理，后由离心泵送入电堆带走电堆废热；离开电堆的高温冷却水流经温度传感器，经由板式换热器向周围海水换热冷却；放热后的低温冷却水再次通过离心泵送入电堆进行冷却循环；通过温度传感器，获取离开电堆的高温冷却水

的温度，通过离心泵调节冷却水流量来控制电堆运行温度。

14.本发明结构简单，具有很强的实用性、经济性和安全性。可以在水下低温、高压、强腐蚀性的密闭环境条件下稳定运行，通过人为创造空气氛围，可精准有效控制氛围中气体组分，并有效解决了有限密闭空间内水蒸气冷凝、电堆冷却以及惰性气体积聚等问题，攻克了由于采用氢氧电堆所导致的水下燃料电池系统经济成本高、运行危险性大的技术难题。

15.本发明提出的基于氢空电堆的水下燃料电池动力系统采用成熟的氢空电堆代替常规水下燃料电池所采用的氢氧电堆，氢空电堆技术成熟度较高且无须定制，可大大提升水下燃料电池动力系统的安全性、可靠性和经济性。在实际使用过程中，由于氢空电堆阴极氧气分压仅为氢氧电堆氧气分压的1/5，削弱了膜电极的氧化降解速率，增强了质子膜的使用寿命；由于密闭箱体内气体所占空间与传统水下氢氧燃料电池系统内阴极气体缓冲罐内空间相比较大，在可实现阴极氧气浓度的精准调控的同时，箱体内的湿度和温度也得到了有效的控制。提升了系统阴极气体浓度控制的灵敏度和效率，增强了系统正常运行的稳定性。与传统的基于氢氧电堆的水下燃料电池动力系统相比，该系统的寄生能耗降低15％，综合效率提升30％，能量密度提升25％，成本下降50％，使用寿命预期提升80％。

附图说明

16.图1为本发明基于氢空电堆的水下燃料电池系统的结构示意图；

17.图2为本发明基于氢空电堆的水下燃料电池系统部件的控制流程图；

18.图3为本发明基于氢空电堆的水下燃料电池系统氢气消释器的内部结构示意图。

具体实施方式

19.以下结合附图，通过具体实施例对本技术做进一步阐述。实施例用于说明本发明而不限制本发明的范围，部分参数可根据实际应用和部件的工作特性做相应的匹配和调整。下面将给出整个水下燃料电池系统的具体布置，并且对系统的构成方法进行详细介绍。

20.图1为本发明基于氢空电堆的水下燃料电池总系统的结构示意图；其由氢气储罐1、氧气储罐2、第一电磁阀3、第二电磁阀4、氧气流量计5、氢气循环泵6、第一汽水分离器7、第一排水阀8、第二排水阀9、第二汽水分离器10、氢气排气阀11、集水箱12、氢气流量计13、第一冷凝器14、第一氢气消释器15、第二氢气消释器16、第二冷凝器17、鼓风机18、氧气浓度传感器19、空气泵20、空气流量计21、tl62b-32d中冷器22、超声波加湿器23、背压阀24、冷却水流量计25、萱柯氢能xk-cr-001去离子器26、冷却水泵27、冷却水水箱28、第一板式换热器29、安全阀30、氢空燃料电池电堆31、第一氢气浓度传感器32、第二氢气浓度传感器33、第一压力传感器34、第一温度传感器35、第二压力传感器36、第二温度传感器37、第三压力传感器38、第三温度传感器39、第一湿度传感器40、第四压力传感器41、第四温度传感器42、密闭容器43、第一水泵44、第二水泵45、第二湿度传感器46、第二板式换热器47、第三板式换热器48组成。具体结构为：密闭容器43外部的氢气储罐1通过氢气进气管路依次与第一电磁阀3、氢气流量计13、第三压力传感器38、第三温度传感器39、密闭容器43箱体内部腔室氢空燃料电池电堆31的氢气入口相连接；氢空燃料电池电堆31的氢气出口通过管路依次与第一汽水分离器7、氢气循环泵6相连并连接到密闭容器43内部的氢气进气管路上形成闭合回路；密闭容器43外部的氧气储罐2通过管路依次与第二电磁阀4、氧气流量计5相连接进入密闭容

器43箱体内部腔室；密闭容器43箱体内部腔室的氧气浓度传感器19、空气泵20、空气流量计21、tl62b-32d中冷器22、超声波加湿器23、第四温度传感器42、第四压力传感器41、第一湿度传感器40通过进气空气管路依次相连接并连接到氢空燃料电池电堆31的空气入口；氢空燃料电池电堆31的空气出口与第二汽水分离器10、背压阀24、第一冷凝器14、第一氢气消释器通过管路相连接；氢空燃料电池电堆31的氢气出口管路和空气出口管路相连接并在其连接管路上安置氢气排气阀11；密闭容器43外部的去离子水箱通过管路依次与冷却水泵27、萱柯氢能xk-cr-001去离子器26、冷却水流量计25相连接进入密闭容器43内部腔室并继续通过管路依次与第二温度传感器37、第二压力传感器36、氢空燃料电池电堆31冷却水入口相连接；氢空燃料电池电堆31冷却水出口通过管路依次与第一温度传感器35、第一压力传感器34相连接进入密闭容器43外部并继续通过管路依次与第一板式换热器29、冷却水水箱28相连接；第一汽水分离器7通过管路依次与第一排水阀8、密闭容器43外部的集水箱12相连接；第二汽水分离器10通过管路依次与第二排水阀9、密闭容器43外部的集水箱12相连接；第二冷凝器17的冷却液进口经第一水泵44通过管路与第二板式换热器47的待冷却液出口相连接，第二板式换热器47的待冷却液进口通过管路与第二冷凝器17的冷却液出口相连接；鼓风机18的出风口通过管路与第二冷凝器17的进气口、第二冷凝器17的出气口经第二氢气消释器16依次与密闭容器43内部腔室相连通，第二冷凝器17的液体出口通过管路经第二排水阀9与置于密闭容器43外部的集水箱12相连接；第一冷凝器14的冷却液进口经第二水泵45通过管路与第三板式换热器48的待冷却液出口相连接；第三板式换热器48的待冷却液进口通过管路与第一冷凝器14的冷却液出口相连接；第一冷凝器14的液体出口通过管路经第二排水阀9与置于密闭容器43外部的集水箱12相连接；密闭容器43的侧壁面设置有排气口，于排气口处设置有安全阀30；密闭容器43内部的腔体顶部左右二侧分别设置有第一氢气浓度传感器32、第二氢气浓度传感器33；密闭容器43内部设置有第二湿度传感器46。

21.其具体实施步骤如下：

22.图2为本发明基于氢空电堆的水下燃料电池系统部件的控制流程图；控制端的控制器(其为一电脑)采集通过导线与其连接的来自氧气流量计5、氢气流量计13、氧气浓度传感器19、空气流量计21、冷却水流量计25、第一氢气浓度传感器32、第二氢气浓度传感器33、第一压力传感器34、第一温度传感器35、第二压力传感器36、第二温度传感器37、第三压力传感器38、第三温度传感器39、第一湿度传感器40、第四压力传感器41、第四温度传感器42、第二湿度传感器46的数值经过计算比对将执行信号输出给通过导线与其连接的第一电磁阀3、第二电磁阀4、氢气循环泵6、第一排水阀8、第二排水阀9、鼓风机18、超声波加湿器23、背压阀24、第一水泵44、第二水泵45。

23.图3为本发明基于氢空电堆的水下燃料电池系统氢气消释器的内部结构示意图；其由筛板49、消氢催化剂床层50组成。消氢催化剂床层50中的催化剂载体为氧化铝陶瓷粉末，活性组分为铂，铂的负载量为载体质量的1.5％。含有氢气的空气从入口进入经过筛板49的分流作用在消氢催化剂床层50进行氢气消释，反应后生成的水伴随着空气从出口排出。

24.当氢空燃料电池电堆31处于运行状态时，氢气储罐1外部的第一电磁阀3开启释放氢气并调节开度来达到设定的供氢压力。从氢空燃料电池电堆31反应出来的氢气经过第一汽水分离器7将生成水分离出来，当生成水达到一定液位，打开第一排水阀8将水排放到集

水箱12。未反应的氢气被氢气循环泵6使其重新进入供氢管路进入氢空燃料电池电堆31参加反应。在氢空燃料电池电堆31运行结束后，将阳极供气侧的氢气排气阀11打开，未反应的氢气通过氢气排气阀11进入阴极排气管路，与其管路中未反应的空气进行混合，一起进入阴极排气尾部的第一氢气消释器15中进行氢气消释，随后排入密闭容器43内部。第一电磁阀3的开闭由控制端的控制器来控制，第一电磁阀3与氢气流量计13相连，第一电磁阀3的开度调节由控制器从第三压力传感器38收集到的氢气压力值是否达到设定的供氢压力进行控制，第一排水阀8的开闭由控制器从第一汽水分离器7收集到的液位高度来进行控制。

25.进一步，当氢空燃料电池电堆31处于运行状态时，氧气储罐2外部的第二电磁阀4和氧气流量计5开启释放氧气并调节开度来控制进入密闭容器内的氧气流量以维持空气组分，空气经空气泵20、tl62b-32d中冷器22、超声波加湿器23进入氢空燃料电池电堆31。第二电磁阀4的开闭由控制端的控制器来控制，第二电磁阀4的开度调节由控制器从氧气浓度传感器19收集到的氧气浓度数值是否达到设定的氧气浓度进行控制。第一湿度传感器40、第四压力传感器41、第四温度传感器42将空气的温湿度和压力上传到控制器，通过调节空气泵20、空气流量计21、tl62b-32d中冷器22、超声波加湿器23来将空气温湿度和压力达到设定值。

26.进一步，当氢空燃料电池电堆31处于运行状态时，从电堆出来的未反应阴极尾气经过第二汽水分离器10将反应生成水分离出来，当生成水达到一定液位，打开第二排水阀9将水排放到集水箱12。未反应气经第一冷凝器14和背压阀24降温除湿后排到密闭容器43内。第二排水阀9的开闭由控制端的控制器从第二汽水分离器10收集到的液位高度来进行控制。

27.进一步，当氢空燃料电池电堆31处于运行状态时，低温冷却水经冷却水泵27由冷却水水箱28进入到萱柯氢能xk-cr-001去离子器26处理后，经由冷却水流量计25、第二压力传感器36、第二温度传感器37之后送入氢空燃料电池电堆带走电堆废热。出堆的高温冷却水流经第一板式换热器29与外部海水进行热量交换，放热后的低温冷却水重新回到冷却水水箱28，再次通过冷却水泵27送入氢空燃料电池电堆31进行冷却循环。从第一温度传感器35和第二温度传感器37收集到的温度数值传送到控制端的控制器，控制器通过调节冷却水泵27的转速来调节换热过程中低温冷却水的流量，从而达到设定的电堆温度。

28.进一步，当氢空燃料电池电堆31处于运行状态时，从氢空燃料电池电堆31出来的高温尾气经第二汽水分离器10后进入第一冷凝器14，通过降温除湿减少尾气的含水量，之后再将尾气排到密闭容器43内。密闭容器43内的第二湿度传感器46收集到的湿度输送给控制端的控制器，若高于设定的空气湿度，控制器将会打开鼓风机18使得密闭容器43内的空气经鼓风机18吹进第二冷凝器17进行进一步降温除湿，再一次减少密闭容器43内空气的含水量，防止出现冷凝现象。冷凝后析出的液态水随同第二汽水分离器10分离出的液态水一同收集到容器外部的集水箱12中。第一冷凝器14和第二冷凝器17需要的低温冷凝水由第一水泵44和第二水泵45输送进去。完成冷凝后的冷凝水通过外部第二板式换热器47和第三板式换热器48将热量散到周围海水中。

29.进一步，当氢空燃料电池电堆31处于运行状态时，密闭容器43内部的第一氢气浓度传感器32和第二氢气浓度传感器33将数值传输到控制端的控制器。如超过设定的氢气浓度值，控制器会通过控制鼓风机18的开闭，将密闭容器43内氢气浓度超过设定值的空气经

第二冷凝器17降温后，吹入第二氢气消释器16中进行氢气消释。

30.进一步，当氢空燃料电池电堆31处于运行状态时，第一氢气浓度传感器32、第二氢气浓度传感器33、第一压力传感器34、第一温度传感器35、第二压力传感器36、第二温度传感器37、第三压力传感器38、第三温度传感器39、第一湿度传感器40、第四压力传感器41、第四温度传感器42、第二湿度传感器46将收集的数据上传到控制端的控制器，一旦满足设定的危险警报或紧急停机条件，控制器会立刻执行设定好的紧急预案。

31.本发明实施例中，例如水下燃料电池在运行过程中，采用的燃料电池堆由63片单电池组成。额定功率为10kw。电堆开始运行后，氢气从氢气储罐1流出，实时流量为50lpm。氧气实时流量为25lpm。系统稳定运行一段时间后，控制水泵的转速为79.81r/min，将冷却水送入电堆。同时由第二温度传感器37获取的冷却液出堆温度t1＝75.1℃。此时电堆实时产热量为5600j/s。流量为26.3lpm的高温冷却液流进第一板式换热器29进行散热，放热后的低温冷却液温度为69.7℃，送入氢空燃料电池电堆31。电堆稳定运行15min后，可测得电堆实时输出功率9.1kw，实时输出电压为43.7v，实时输出电流为196.6a。

32.经测试在水下燃料电池运行过程中，密闭容器43内氧气浓度从20％可以以最慢每秒0.01％的速率提升或下降，温度和湿度的调节通过控制器下达指令均可以在10s内达到设定值，可实现箱体内氧气浓度的精准调节和温湿度的快速控制，效率均高于其他类型的水下燃料电池动力系统。

33.经测试在水下燃料电池运行过程中，当箱体内氢气浓度达到3％时，控制端的控制器通过对氢气消释器下达启动信号可以在10s内将氢气浓度降到1％以内，效率均高于其他类型的水下燃料电池动力系统。

34.经测试本发明提出的基于氢空电堆的水下燃料电池动力系统运行效率为62％，系统能量密度为295wh/kg，均高于其他类型水下燃料电池动力系统的效率及能量密度。

35.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较优实施例而已，并对本发明任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。技术特征：

1.一种基于氢空电堆的水下燃料电池能源动力系统，包括氢空燃料电池电堆、中空的密闭容器所述氢空燃料电池电堆(31)置于密闭容器(43)内；其特征在于：置于密闭容器(43)外部的氧储罐(2)通过管路与密闭容器(43)内部腔室相连通；置于密闭容器(43)内部的空气泵(20)的出气口通过管路与电堆的空气入口相连；电堆的空气出口第二汽水分离器(10)、第一氢气消释器(15)与密闭容器(43)内部腔室相连通；置于密闭容器(43)外部的氢气储罐(1)通过管路与电堆的氢气入口相连；电堆的氢气出口经第一汽水分离器(7)、氢气循环泵(6)与氢气储罐(1)与电堆的氢气入口之间的管路相连；置于密闭容器(43)外部的冷却水水箱(28)通过管路经冷却水泵(27)与电堆的冷却水入口相连；电堆的冷却水出口流出的冷却水通过管路于密闭容器(43)外部的第一板式换热器(29)换热后与冷却水水箱(28)相连通。2.按照权利要求1所述系统，其特征在于：置于密闭容器(43)外部的氧气储罐(2)通过管路经第二电磁阀(4)、氧气流量计(5)与密闭容器(43)内部腔室相连通；置于密闭容器(43)内部的空气泵(20)的出气口通过管路经空气流量计(21)、tl62b-32d中冷器(22)、超声波加湿器(23)、第一湿度传感器(40)、第四压力传感器(41)、第四温度传感器(42)与电堆的空气入口相连；于空气泵(20)的进气口处或进气管路上设置有氧气浓度传感器(19)；电堆的空气出口设有第二汽水分离器(10)、背压阀(24)、第一冷凝器(14)、第一氢气消释器(15)，与密闭容器(43)内部腔室相连通；置于密闭容器(43)外部的氢气储罐(1)通过管路经第一电磁阀(3)、氢气流量计(13)第三压力传感器(38)、第三温度传感器(39)与电堆的氢气入口相连；电堆的氢气出口经第一汽水分离器(7)、氢气循环泵(6)与氢气储罐(1)与电堆的氢气入口之间的管路相连；置于密闭容器(43)外部的冷却水水箱(28)通过管路经冷却水泵(27)、冷却水流量计(25)、去离子器(26)、第二压力传感器(36)、第二温度传感器(37)与电堆的冷却水入口相连；电堆的冷却水出口流出的冷却水通过管路经第一压力传感器(34)、第一温度传感器(35)、置于密闭容器(43)外部的第一板式换热器(29)换热后与冷却水水箱(28)相连通。3.按照权利要求1或2所述系统，其特征在于：第一汽水分离器(7)和第二汽水分离器(10)的液体出口分别通过管路经第一排水阀(8)、第二排水阀(9)与置于密闭容器(43)外部的集水箱(12)相连通。4.按照权利要求1或2所述系统，其特征在于：于密闭容器(43)外部设置有第二板式换热器(47)，于密闭容器(43)内部设置有第二冷凝器(17)和鼓风机(18)，第二冷凝器(17)的冷却液进口经第一水泵(44)通过管路与第二板式换热器(47)的待冷却液出口相连，第二板式换热器(47)的待冷却液进口通过管路与第二冷凝器(17)的冷却液出口相连；鼓风机(18)的出风口面向第二冷凝器(17)的进气口，第二冷凝器(17)的出气口经第二氢气消释器(16)与密闭容器(43)内部腔室相连通，第二冷凝器(17)的液体出口通过管路经第二排水阀(9)与置于密闭容器(43)外部的集水箱(12)相连通。5.按照权利要求2所述系统，其特征在于：第一冷凝器(14)的冷却液进口经第二水泵(45)通过管路与第三板式换热器(48)的待

冷却液出口相连，第三板式换热器(48)的待冷却液进口通过管路与第一冷凝器(14)的冷却液出口相连；第一冷凝器(14)的液体出口通过管路经第二排水阀(9)与置于密闭容器(43)外部的集水箱(12)相连通。6.按照权利要求1或2所述系统，其特征在于：于密闭容器(43)的侧壁面设置有排气口，于排气口处设置有安全阀(30)；于密闭容器(43)内部的腔体顶部左右二侧分别设置有第一氢气浓度传感器(32)、第二氢气浓度传感器(33)；于密闭容器(43)内部设置有第二湿度传感器(46)。7.按照权利要求1或2所述系统，其特征在于：电堆的空气出口和氢气出口通过管路经氢气排气阀(11)相连；电堆有正负极通过导线与密闭容器(43)外部的用电装置相连，为用电装置提供电力。8.按照权利要求1或2或4所述系统，其特征在于：氢气消释器为一左端带有气体入口、右端带有气体出口的容器，于容器内装置有消氢催化剂，于气体入口与消氢催化剂床层(50)之间设有筛板(49)。9.按照权利要求1-8任一所述系统，其特征在于：还包括控制器，控制器采集来自采集信号的部件氧气流量计(5)、氢气流量计(13)、氧气浓度传感器(19)、空气流量计(21)、冷却水流量计(25)、第一氢气浓度传感器(32)、第二氢气浓度传感器(33)、第一压力传感器(34)、第一温度传感器(35)、第二压力传感器(36)、第二温度传感器(37)、第三压力传感器(38)、第三温度传感器(39)、第一湿度传感器(40)、第四压力传感器(41)、第四温度传感器(42)、第二湿度传感器(46)的信号，同时将执行信号输出给执行信号的部件第一电磁阀(3)、第二电磁阀(4)、氢气循环泵(6)、第一排水阀(8)、第二排水阀(9)、鼓风机(18)、超声波加湿器(23)、背压阀(24)、第一水泵(44)、第二水泵(45)。10.按照权利要求9所述系统，其特征在于：所述控制器为电脑或单片机，其通过导线与采集信号和执行信号的部件相连接。

技术总结

本发明涉及一种基于氢空电堆的水下航行器燃料电池动力系统，其中包括氢空燃料电池电堆、中空的密闭容器，外部的氧气储罐和氢气储罐通过管路与密闭容器内部腔室相连通，置于密闭容器内部的空气泵的出气口通过管路与电堆的空气入口相连，电堆的氢气出口经第一汽水分离器、置于密闭容器外部的冷却水水箱通过管路经冷却水泵与电堆的冷却水入口相连。本发明提出的基于氢空电堆的水下燃料电池动力系统采用成熟的氢空电堆代替常规水下燃料电池所采用的氢氧电堆，氢空电堆技术成熟度较高且无须定制，可大大提升水下燃料电池动力系统的安全性、可靠性和经济性。可靠性和经济性。可靠性和经济性。

技术研发人员：葛坤 孟令通 王佳琪 高波 应玥 李彦军

受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学

技术研发日：2022.11.15

技术公布日：2023/3/7