一种用于水下航行器的燃料电池发动机系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于水下航行器的燃料电池发动机系统，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术在水下使用时外部水容易通过尾排管路进入发动机内部造成电堆漏水和相应零部件损坏的问题。该装置包括电堆、空气供应设备、氢气供应设备、分水件、排氢阀，以及可调阀门开度的单向膜瓣阀。单向膜瓣阀固定于水下航行器的尾排管道上，设于气液混排点之后的位置，其具有2片以上膜瓣，相邻膜瓣的侧边依次抵靠形成顶部朝向水侧的棱锥结构；相邻瓣膜的叠合处具有一定的间隙，瓣膜移动导致间隙扩张时阀门开启，瓣膜移动导致间隙收缩时阀门关闭。电堆的氢气入口接氢气供应设备，其氢气尾气出口依次经分水件、排氢阀后接水下航行器的尾排管道。道。道。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水下航行器的燃料电池发动机系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种用于水下航行器的燃料电池发动机系统。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池发动机，是将氢气的化学能转化为电能的发电装置。由于不经过燃烧，避免了卡诺循环的限制，能量利用率可达40％～60％，同时对环境十分友好。
[0003]在发动机运行过程中，阴极会产生大量的水，由于水的渗透与拖曳作用，部分水渗透至阳极，最后阴/阳极水经过系统的尾排管路排出。但在水下运行时，由于气体与压力降的原因，燃料电池发动机可能无法顺利地排出生产的水。特别是在水下运行关机过程中，外部的水会倒灌进尾排管路，从而影响发动机正常运行，也会导致燃料电池无法正常地排水排气。
[0004]水无法顺利排出，电堆会出现水淹现象，长时间运行对于电堆的性能和寿命会造成较大的不可逆损伤。零部件长时间积水运行时，性能与寿命同样会受到不可逆转的损伤。同时，倒灌的水不能及时排出，堆积在尾排管路中，在冬天会出现结冰粘连的现象，从而瘫痪整个发动机。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种用于水下航行器的燃料电池发动机系统，用以解决现有技术在水下使用时外部水容易通过尾排管路进入发动机内部造成电堆漏水和相应零部件损坏的问题。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供了一种用于水下航行器的燃料电池发动机系统，包括电堆、空气供应设备、氢气供应设备、分水件、排氢阀，以及可调阀门开度的单向膜瓣阀；其中，
[0007]单向膜瓣阀固定于水下航行器的尾排管道上，设于气液混排点之后的位置，其具有2片以上膜瓣，相邻膜瓣的侧边依次抵靠形成顶部朝向水侧的棱锥结构；相邻瓣膜的叠合处具有一定的间隙，瓣膜移动导致间隙扩张时阀门开启，瓣膜移动导致间隙收缩时阀门关闭；
[0008]电堆的空气入口接空气供应设备，其空气尾气出口接水下航行器的尾排管道，其空气入口接氢气供应设备，其氢气尾气出口依次经分水件的出水口、排氢阀后接水下航行器的尾排管道。
[0009]上述技术方案的有益效果如下：在尾排处增加了单向瓣膜阀，其具有单向阀的阀体结构，并且开度可控，在关闭状态下，能够有效防止外部水经尾排管道倒灌进燃料电池发动机内部。相比现有的单向阀，其采用膜瓣棱锥结构，该结构的特点是在尾排管道内流体压力大于外部水压时，间隙会自动扩张，能够顺利排水排气，并防止液体回流，在尾排管道内流体压力小于外部水压，间隙会自动收缩时使得单向膜瓣阀处于关闭状态。实用性广泛，操
作简单。
[0010]基于上述系统的进一步改进，所述棱柱结构的顶部朝向与尾排管道的轴向方向一致。
[0011]进一步，所述单向膜瓣阀的瓣膜采用高可塑性材料制备或设置弹性复位机构，内部具有驱动其移动的电控驱动单元。
[0012]进一步，该燃料电池发动机系统还包括：
[0013]控制器，用于在水下航行器进行水下作业时，获取混排管道内的排气压力；以及，监测到混排管道内的排气压力大于外界水压时，控制单向膜瓣阀开启，并根据排气压力与外界水压的压差调整单向膜瓣阀的开度；以及，监测到混排管道内的排气压力小于等于外界水压，控制单向膜瓣阀关闭。
[0014]进一步，所述控制器包括：
[0015]数据采集单元，用于获取混排管道内的排气压力、外界水压；
[0016]数据处理与控制单元，用于在水下航行器进行水下作业时，燃料电池发动机启动后，获取混排管道内的排气压力，监测到混排管道内的排气压力大于外界水压时，控制单向膜瓣阀开启，并根据排气压力与外界水压的压差调整单向膜瓣阀的开度，监测到混排管道内的排气压力小于等于外界水压，控制单向膜瓣阀关闭；以及，在燃料电池发动机关闭后，控制单向膜瓣阀关闭。
[0017]进一步，所述数据采集单元包括：
[0018]液体压力传感器，布设于水下航行器的壳体表面，用于获取外界水压；
[0019]气体压力传感器，布设于混排管道的顶部内壁上，用于获取混排管道内的排气压力。
[0020]进一步，所述数据处理与控制单元执行如下程序：
[0021]在水下航行器进行水下作业时，定时识别燃料电池发动机的状态，当燃料电池发动机启动后，执行下一步，否则，控制单向膜瓣阀关闭；
[0022]通过气体压力传感器获取混排管道内的排气压力，监测到混排管道内的排气压力大于外界水压时，控制单向膜瓣阀开启，并执行下一步，监测到混排管道内的排气压力小于等于外界水压时，控制单向膜瓣阀关闭；
[0023]获取所述排气压力与所述外界水压的压差，调整单向膜瓣阀的开度至所述压差对应的设定开度；
[0024]在燃料电池发动机关闭后，控制单向膜瓣阀关闭。
[0025]进一步，所述空气供应设备包括依次连接的空气过滤器、空压机、中冷器、进气节气门、加湿器。
[0026]进一步，所述氢气供应设备包括高压氢瓶、三通阀、电磁阀、气体循环泵；其中，
[0027]三通阀的输入端一接高压氢瓶，其输入端二依次经电磁阀、气体循环泵接分水件的出气口，其输出端接电堆的氢气入口。
[0028]进一步，该燃料电池发动机系统还包括旁通阀；其中，
[0029]旁通阀的输入端接空气供应设备的输出端，其输出端接水下航行器的尾排管道。
[0030]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
[0031]1、为燃料电池发动机在尾排子系统涉水环境下运行提供了一种可行性办法，填补
了空白，防止外部水由于压力的关系经过尾排管路中倒灌进入燃料电池发动机内部，造成电堆漏水，对相应零部件与电堆造成污染和损害。
[0032]2、避免现有的单向阀因为正面流阻较大，导致空/氢气入堆压力过高，燃料电池系统处于高负荷工作状态，造成电堆氢空串漏的现象。
[0033]3、通过监控混排管道内的排气压力和外界水压能够准确得知燃料电池发动机是否可以排气，通过程序编写，控制器控制，控制单向阀的膜瓣，准确控制其开度，保障整个系统的顺利运行。
[0034]4、减少了人工控制开度带来的人为误差因素。
[0035]提供
技术实现思路
部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。
技术实现思路
部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
[0036]通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0037]图1示出了实施例1用于水下航行器的燃料电池发动机系统组成示意图；
[0038]图2示出了实施例1单向膜瓣阀的结构以及原理示意图；
[0039]图3示出了实施例1单向膜瓣阀的开启过程示意图；
[0040]图4示出了实施例1单向膜瓣阀的关闭过程示意图；
[0041]图5示出了实施例2用于水下航行器的燃料电池发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水下航行器的燃料电池发动机系统，其特征在于，包括电堆(9)、空气供应设备、氢气供应设备、分水件(10)、排氢阀(12)，以及可调阀门开度的单向膜瓣阀(8)；其中，单向膜瓣阀(8)固定于水下航行器的尾排管道上，设于气液混排点之后的位置，其具有2片以上膜瓣，相邻膜瓣的侧边依次抵靠形成顶部朝向水侧的棱锥结构；相邻瓣膜的叠合处具有一定的间隙，瓣膜移动导致间隙扩张时阀门开启，瓣膜移动导致间隙收缩时阀门关闭；电堆(9)的空气入口接空气供应设备，其空气尾气出口接水下航行器的尾排管道，其空气入口接氢气供应设备，其氢气尾气出口依次经分水件(10)的出水口、排氢阀(12)后接水下航行器的尾排管道。2.根据权利要求1所述的用于水下航行器的燃料电池发动机系统，其特征在于，所述棱柱结构的顶部朝向与尾排管道的轴向方向一致。3.根据权利要求1或2所述的用于水下航行器的燃料电池发动机系统，其特征在于，所述单向膜瓣阀(8)的瓣膜采用高可塑性材料制备或设置弹性复位机构，内部具有驱动其移动的电控驱动单元。4.根据权利要求3所述的用于水下航行器的燃料电池发动机系统，其特征在于，还包括：控制器(16)，用于在水下航行器进行水下作业时，获取混排管道内的排气压力；以及，监测到混排管道内的排气压力大于外界水压时，控制单向膜瓣阀(8)开启，并根据排气压力与外界水压的压差调整单向膜瓣阀(8)的开度；以及，监测到混排管道内的排气压力小于等于外界水压，控制单向膜瓣阀(8)关闭。5.根据权利要求4所述的用于水下航行器的燃料电池发动机系统，其特征在于，所述控制器(16)进一步包括：数据采集单元，用于获取混排管道内的排气压力、外界水压；数据处理与控制单元，用于在水下航行器进行水下作业时，燃料电池发动机启动后，获取混排管道内的排气压力，监测到混排管道内的排气压力大于外界水压时，控制单向膜瓣阀(8)开启，并根据排气压力与外界水压的压差调整单向膜瓣阀(8)的开度，监测到混排管道内的排气压力小于等于外界水...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟佳，张潇丹，苗佩宇，姜海林，方川，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：