[发明专利]一种水下装备复合能源高效利用系统及使用方法

权利要求书

1.一种水下装备复合能源高效利用系统，其特征在于：包括舱体结构（6），所述舱体结构（6）的内壁面固定安装有贴壁水箱（7）和生成水箱（9），舱体结构（6）的内壁面还固定有共形导热结构（12），所述共形导热结构（12）上安装有互相连接的多个温差电池（10），每两个温差电池（10）连接一块集成水板（11）；

所述舱体结构（6）的内部设置有燃料电池模块（3），所述燃料电池模块（3）的一端通过管路连接氢气瓶（1），所述燃料电池模块（3）与氢气瓶（1）之间的管路上安装有氢气管路阀组（2），所述燃料电池模块（3）的另一端通过管路连接氧气瓶（5），所述燃料电池模块（3）与氧气瓶（5）之间的管路上安装有氧气管路阀组（4）；

所述燃料电池模块（3）还通过管路与生成水箱（9）连接；

所述燃料电池模块（3）还通过管路依次串联循环水泵（8）、贴壁水箱（7）、一个集成水板（11）；

所述燃料电池模块（3）还依次串联有燃料电池直流变换器（14）、温差电池直流变换器（13）和温差电池（10），

集成水板（11）均通过管路连接至燃料电池模块（3）。

2.如权利要求1所述的一种水下装备复合能源高效利用系统，其特征在于：所述氢气瓶（1）设置有两个，放置在燃料电池模块（3）的外壁面。

3.如权利要求1所述的一种水下装备复合能源高效利用系统，其特征在于：所述氢气瓶（1）采用铝合金内胆碳纤维缠绕的气瓶形式。

4.如权利要求1所述的一种水下装备复合能源高效利用系统，其特征在于：氢气管路阀组（2）和氧气管路阀组（4）的结构相同，均通过滤器、减压阀及相应的仪器仪表组成，将氢气瓶（1）和氧气瓶（5）内的高压气体降压稳压至燃料电池模块（3）所需的指标范围。

5.如权利要求1所述的一种水下装备复合能源高效利用系统，其特征在于：舱体结构（6）为水下装备水密耐压结构，承受水下的高压环境，采用钢或钛合金制成。

6.如权利要求1所述的一种水下装备复合能源高效利用系统，其特征在于：舱体结构（6）的外部是高压的海水，内部环境为常压密闭环境。

7.如权利要求1所述的一种水下装备复合能源高效利用系统，其特征在于：所述集成水板（11）并联设置有两组。

8.如权利要求1所述的一种水下装备复合能源高效利用系统，其特征在于：集成水板（11）采用长方体扁平结构。

9.如权利要求1所述的一种水下装备复合能源高效利用系统，其特征在于：燃料电池直流变换器（14）和温差电池直流变换器（13）同时连接蓄电池组（15）。

10.一种利用权利要求1所述的水下装备复合能源高效利用系统的使用方法，其特征在于：包括如下操作步骤：

第一步：首先由高压氢气瓶（1）存储燃料电池模块（3）电化学反应所需的燃料高纯氢气，由高压氧气瓶（5）存储燃料电池模块（3）电化学反应所需的氧化剂高纯氧气；

第二步：高压氢气瓶（1）存储的高压氢气通过氢气管路传输至氢气管路阀组（2），通过氢气管路阀组（2）将高压氢气减压稳压至燃料电池模块（3）运行所需的指标范围；高压氧气瓶（5）存储的高压氧气通过管路传输至氧气管路阀组（4），通过氧气管路阀组（4）将高压氧气减压稳压至燃料电池模块（3）运行所需的指标范围；

第三步：燃料电池模块（3）的内部发生电化学反应，在阳极催化剂的作用下氢气反应生成氢离子和电子，氢离子在燃料电池模块（3）内部通过质子交换膜迁移至阴极，在阴极催化剂的作用下氢离子与氧气发生反应并生成水，电子通过外电路产生电能，反应生产的水输入生成水箱（9）进行存储；

第四步：在燃料电池模块（3）发生电化学反应产生电能的同时产生热能，产生的热能需要被带出燃料电池模块（3）；

第五步：在贴壁水箱（7）中存储了用于冷却燃料电池模块（3）的去离子水，系统运行时，循环水泵（8）抽取贴壁水箱（7）中的去离子水，将去离子水泵入燃料电池模块（3）的冷却流道，在冷却流道中吸收了燃料电池模块（3）产生的热能并带出，高温的去离子水经过集成水板（11）时，将高温传导至温差电池（10）的高温端，被温差电池（10）吸收热能后被降温，之后在循环水泵（8）的驱动下去离子水继续通过冷却水管路被送至贴壁水箱（7）中，在贴壁水箱（7）中，去离子水通过贴壁水箱（7）的贴壁结构导热将多余的热能传递至周围海水环境中；

第六步：燃料电池模块（3）电化学反应产生的电能向外电路输送，并通过燃料电池直流变换器（14）将波动的电压转变成与蓄电池组（15）相适应的电压，燃料电池直流变换器（14）发挥调节作用，调节燃料电池模块（3）与蓄电池组（15）的电能输出，或者根据工况将燃料电池模块（3）产生的电能输送至蓄电池组（15），向蓄电池组（15）充电，最终与蓄电池组（15）共同向电网提供电能；

第七步：温差电池（10）的热端通过集成水板（11）吸收从燃料电池模块（3）中出来的高温冷却水的热能，并通过共形导热结构（12）将外部环境中的海水低温传递至温差电池（10）的低温端，在温差电池（10）的高温端及低温端形成温差，产生温差电动势，温差电池（10）串联后将电能向外电路输送，并通过温差电池直流变换器（13）将产生的电动势转变成与蓄电池组（15）相适应的电压，与蓄电池组（15）连接后向电网提供电能。