一种用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统及操作过程的制作方法

1.本发明涉及水下运载平台燃料电池动力系统技术领域，尤其是一种用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统及操作过程。


背景技术：

2.目前，“深海进入、深海探测、深海开发”三部曲的海洋强国战略的持续实施，一批批的深海装备被应用于深海领域，动力技术作为深海装备的关键组成部分，其性能的优劣直接决定深海装备的作业和探测性能。燃料电池作为一种电化学能量转化装置，可把高效、清洁的化学能直接转化为电能，并且没有任何运动部件，具有静音、无废气排放，低红外特征等特点，因此，其被应用在越来越多的深海装备中。对于几百吨的水下运载平台来说，要想有较强的作业能力和续航力，除了携带大量的能源外，其中有效途径之一是根据各个设备的性能，合理优化设备布局和设备数量，简化系统，并能够充分利用系统所产生的废热，以期舱内的设备空间能到最优值，动力系统的效率得到优化。
3.在以燃料电池为动力的水下运载平台中，其直接通过携带的氢气和氧气发生电化学反应将化学能转化为电能，从而给负载持续供电，但其在工作过程中，并不是把所有的能量都能转化为电能，还有一部分能量最终以热量的形式表现出来，因此，需要用循环水将电堆正常工作时产生的热量带走，传统的燃料电池循环水系统一般有三级：第一级是对电堆进行冷却的电堆循环水，第二级是对电堆循环水和其它设备进行冷却的淡水，第三级是将第二级中淡水中的热量带到外界海水中的海水系统，这样的燃料电池循环水系统存在以下几个问题：
4.一是，系统比较复杂，需要配置多级管路和换热器等；
5.二是，将海水系统引进耐压壳体内，需要在耐压壳体上开孔，不仅降低了耐压壳体的结构安全性，还需考虑海水系统管路破损对水下运载平台安全性的影响；
6.三是，耐压壳体为了加强其耐压强度，会配置内肋骨，而内肋骨之间的空间很难有效利用，对总体设备布置和性能优化存在影响。
7.由此可见，如何合理优化设备布局和设备数量，简化系统，并能够充分利用舱内不好利用的空间，优化系统效率，对水下运载平台的作业能力和续航力的提高有着重要作用。


技术实现要素：

8.本技术人考虑到水下运载平台燃料电池动力系统的设备、系统及耐压壳体内部空间的配置优化和提高系统效率的要求，提供一种用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统及操作过程，从而能够通过在内肋骨间设置螺旋式换热管组等方式，充分利用了内肋骨相隔空间和耐压壳体圆弧段这种不好利用的空间，通过舱壁传热的方式，避免了将海水引入舱内对系统进行冷却，不仅省去了传统冷却方式的海水系统的设备和管路，有效减少了系统的辅机功耗，还避免了海水管路在耐压壳体上的开孔，有效提高了水下运载平台的结构安全性。
9.本发明所采用的技术方案如下：
10.一种用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统，包括耐压壳体，所述耐压壳体的内部设置有共形换热水箱，耐压壳体的内壁面与共形换热水箱的外壁面之间形成环形空间，在这个环形空间的上半部分安装圆筒形真空绝热板，圆筒形真空绝热板紧贴耐压壳体的内壁面，在这个环形空间的下半部分安装有左右对称的一号螺旋式换热管组和二号螺旋式换热管组；还包括安装在耐压壳体内的燃料电池堆，燃料电池堆的一端通过管路依次串联有循环水箱、循环水泵和温控三通阀，温控三通阀的其中一路通过一号电磁阀与一号螺旋式换热管组连接，另一路通过二号电磁阀二号螺旋式换热管组连接，温控三通阀还通过一号返回管与燃料电池堆连接，一号螺旋式换热管组和二号螺旋式换热管组的底部通过连接管连通，一号返回管与连接管之间设置有二号返回管；
11.所述耐压壳体的外壁面沿着轴向方向间隔焊接有外肋骨，耐压壳体的内壁面沿着轴向方向间隔焊接有内肋骨，内肋骨与外肋骨对应，每个内肋骨的中部开有孔，还包括对称布置在环形空间下半部分的三号螺旋式换热管组和四号螺旋式换热管组，同时三号螺旋式换热管组和四号螺旋式换热管组穿过内肋骨所开的孔，三号螺旋式换热管组的底部通过一号金属软管与连接管连通，四号螺旋式换热管组的底部通过四号金属软管与连接管连通，温控三通阀的其中一路还通过三号电磁阀和二号金属软管与三号螺旋式换热管组顶部连通，另一路通过四号电磁阀和三号金属软管与四号螺旋式换热管组顶部连通；
12.耐压壳体的外部还设置有轻外壳。
13.其进一步技术方案在于：
14.所述耐压壳体为能够承受海水背压的承压密封舱室，舱室内部用于放置系统设备。
15.一号螺旋式换热管组、二号螺旋式换热管组、三号螺旋式换热管组和四号螺旋式换热管组的结构相同，均采用直管和螺旋式混合的换热管。
16.所述三号螺旋式换热管组和四号螺旋式换热管组的直管部分穿过内肋骨所开孔。
17.所述外肋骨和内肋骨均采用环形肋板。
18.所述耐压壳体与轻外壳之间通过海水充满。
19.圆筒形真空绝热板采用环保隔热材料。
20.一种用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统的操作过程，包括如下操作步骤：
21.第一步：电堆循环水冷热量自动分配与调节：
22.当燃料电池电堆冷启动后，此时由于电堆内的循环水温度较低，处于被电堆加热状态，因此，此时无需通过螺旋式换热管组进行再次冷却，电堆内的循环水此时通过循环水箱、循环水泵、温控三通阀再返回至燃料电池电堆；当燃料电池电堆持续工作后，需要对燃料电池电堆进行冷却时，此时电堆内的循环水通过循环水箱、循环水泵、温控三通阀、一号电磁阀、一号螺旋式换热管组再返回至燃料电池电堆；当燃料电池电堆功率不断增加，单组螺旋式换热管组不能满足电堆冷却要求时，此时，控制二号电磁阀、三号电磁阀、四号电磁阀增加螺旋式换热管组工作数量，保证对电堆的持续冷却；相反，当燃料电池电堆功率降低时，通过电磁阀控制减少螺旋式换热管组工作数量，这样通过温控三通阀和控制螺旋式换热管组工作数量来自动分配和调节电堆循环水；
23.第二步：有效利用内肋骨空间通过螺旋式换热管组实现换热：
24.当燃料电池电堆需要加载或者大功率持续运行时，流经所有螺旋式换热管组管路中的循环水温度较高，需要对其进行冷却，以保证电堆持续工作在最佳状态，因此，需要共形循环水箱中的冷却水对其进行换热冷却，保证将电堆循环水中的热量被共形循环水箱中的冷却水及时带走；
25.第三步：耐压壳体舱壁传热：
26.当多组螺旋式换热管组中循环水的热量持续被共形循环水箱中的冷却水换热后，共形循环水箱中的冷却水温度会逐渐升高，当升高到20至30摄氏度时，此时，共形循环水箱中的冷却水与耐压壳体和轻外壳之间的海水存在温差，这样就会通过耐压壳体舱壁传热的方式将共形循环水箱中冷却水的热量最终排至耐压壳体的外部；
27.第四步：长时连续电子设备冷却：
28.当长时连续电子设备在正常工作的时，也会散发一定的热量，此时，循环水箱中的循环水通过循环水泵、温控三通阀、电磁阀、螺旋式换热管组、金属软管、五号电磁阀、长时连续电子设备再返回循环水箱；
29.第五步：耐压壳体保温与隔热：
30.水下工作平台在水面时，一般由于受到太阳的持续照射，会导致耐压壳体内部温度较高，而在水下时，由于外部的海水温度较低，导致耐压壳体内部的温度也较低；耐压壳体保温与隔热方式在上半圆壳和下半圆壳采用不同的方式，当在水下时，在下半圆壳部分，共形循环水箱中的冷却水吸收电堆放出的热量和其通过耐压壳体传导至外界的热量达到平衡后，会保持合适温度，因此，共形循环水箱中的冷却水可以充当保温层，在上半圆壳部分，利用圆筒形真空绝热板包覆在耐压壳体的内部，起到保温作用；当在水面时，下半圆壳部分，此时共形循环水箱中的冷却水可以充当隔热层，上半圆壳部分，利用圆筒形真空绝热板进行隔热。
31.本发明的有益效果如下：
32.本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过在内肋骨间设置螺旋式换热管组等方式，充分利用了内肋骨相隔空间和耐压壳体圆弧段这种不好利用的空间，通过舱壁传热的方式，避免了将海水引入舱内对系统进行冷却，不仅省去了传统冷却方式的海水系统的设备和管路，有效减少了系统的辅机功耗，还避免了海水管路在耐压壳体上的开孔，有效提高了水下运载平台的结构安全性。
33.本发明根据电堆不同功率下对冷却需求的不同，自动分配和调节螺旋式换热管组的工作数量，保证电堆始终在合适的工作温度范围内，有效降低了热损耗，提高了系统效率。
34.本发明使用共形循环水箱和圆筒形真空绝热板进行耐压壳体内部舱室空间的保温和隔热，避免了传统的在舱室内部用空调调节舱室温度，不仅减少了设备数量，节省了设备空间，还有效减少了电能消耗。
35.同时，本发明还具备如下优点：
36.1、将螺旋式换热管组布置在内肋骨相隔空间内，从而省去了传统的那种管壳式换热器，不仅增加了舱内有效容积，还充分利用了内肋股相隔空间的这种不好利用的空间，有效减轻了总体负担。
37.2、利用耐压壳体舱壁传热的方式将共形循环水箱中冷却水的热量最终排至耐压
壳体1的外部，避免传统的在耐压壳体上开孔将海水管路引进舱室内部，相对于传统的冷却系统，不仅省去了海水系统，还杜绝了在耐压壳体上穿孔，大大提高了耐压壳体的结构安全性。
38.3、本系统中采用了温控三通阀，电磁阀可以根据燃料电池电堆不同功率下对冷却需求的不同，自动分配和调节螺旋式换热管组的工作数量，保证电堆始终在合适的工作温度范围内，有效降低了热损耗，提高了系统效率。
39.4、利用冷却水具有流动性，可放在任何形状的容器中的特性，设置与耐压壳体形状类似的共形循环水箱，在吸收电堆释放热量的同时，还有效利用了耐压壳体中不好利用的空间。
40.5、在耐压壳体上设置外肋骨和内肋骨，除了增加水下工作平台结构强度的同时，还可以增加耐压壳体舱壁传热的传热面积，提高了传热效率。
41.6、使用共形循环水箱和圆筒形真空绝热板进行耐压壳体内部舱室空间的保温和隔热，避免了传统的在舱室内部用空调调节舱室温度，不仅节省了设备空间，还有效减少了电能消耗。
42.7、本系统采用了金属软管，有效避免了耐压壳体在水下由于受到水压产生变形对管路的挤压，保证了管路的安全性。
附图说明
43.图1为本发明的结构示意图。
44.图2为图1中沿a-a截面的全剖视图。
45.其中：1、耐压壳体；
46.2、共形换热水箱；
47.3、二号金属软管；
48.4、三号电磁阀；
49.5、一号电磁阀；
50.6、四号电磁阀；
51.7、二号电磁阀；
52.8、三号金属软管；
53.9、内肋骨；
54.10、三号螺旋式换热管组；
55.11、一号螺旋式换热管组；
56.12、四号金属软管；
57.13、一号金属软管；
58.14、燃料电池电堆；
59.15、五号电磁阀；
60.16、长时连续电子设备；
61.17、循环水箱；
62.18、循环水泵；
63.19、温控三通阀；
64.20、二号螺旋式换热管组；
65.21、四号螺旋式换热管组；
66.22、外肋骨；
67.23、轻外壳；
68.24、圆筒形真空绝热板；
69.25、流水孔；
70.26、一号返回管；
71.27、二号返回管。
具体实施方式
72.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
73.如图1-图2所示，本实施例的用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统，包括耐压壳体1，耐压壳体1的内部设置有共形换热水箱2，耐压壳体1的内壁面与共形换热水箱2的外壁面之间形成环形空间，在这个环形空间的上半部分安装圆筒形真空绝热板24，圆筒形真空绝热板24紧贴耐压壳体1的内壁面，在这个环形空间的下半部分安装有左右对称的一号螺旋式换热管组11和二号螺旋式换热管组20；还包括安装在耐压壳体1内的燃料电池堆14，燃料电池堆14的一端通过管路依次串联有循环水箱17、循环水泵18和温控三通阀19，温控三通阀19的其中一路通过一号电磁阀5与一号螺旋式换热管组11连接，另一路通过二号电磁阀7二号螺旋式换热管组20连接，温控三通阀19还通过一号返回管26与燃料电池堆14连接，一号螺旋式换热管组11和二号螺旋式换热管组20的底部通过连接管连通，一号返回管26与连接管之间设置有二号返回管27；
74.耐压壳体1的外壁面沿着轴向方向间隔焊接有外肋骨22，耐压壳体1的内壁面沿着轴向方向间隔焊接有内肋骨9，内肋骨9与外肋骨22对应，每个内肋骨9的中部开有孔，还包括对称布置在环形空间下半部分的三号螺旋式换热管组10和四号螺旋式换热管组21，同时三号螺旋式换热管组10和四号螺旋式换热管组21穿过内肋骨9所开的孔，三号螺旋式换热管组10的底部通过一号金属软管13与连接管连通，四号螺旋式换热管组21的底部通过四号金属软管12与连接管连通，温控三通阀19的其中一路还通过三号电磁阀4和二号金属软管3与三号螺旋式换热管组10顶部连通，另一路通过四号电磁阀6和三号金属软管8与四号螺旋式换热管组21顶部连通；
75.耐压壳体1的外部还设置有轻外壳23。
76.耐压壳体1为能够承受海水背压的承压密封舱室，舱室内部用于放置系统设备。
77.一号螺旋式换热管组11、二号螺旋式换热管组20、三号螺旋式换热管组10和四号螺旋式换热管组21的结构相同，均采用直管和螺旋式混合的换热管。
78.三号螺旋式换热管组10和四号螺旋式换热管组21的直管部分穿过内肋骨9所开孔。
79.外肋骨22和内肋骨9均采用环形肋板。
80.耐压壳体1与轻外壳23之间通过海水充满。
81.圆筒形真空绝热板24采用环保隔热材料。
82.本发明所述的一种用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统的具体结构和功能
如下：
83.主要包括耐压壳体1、共形换热水箱2、多根金属软管、多个电磁阀、多组螺旋式换热管组、温控三通阀19、内肋骨9、燃料电池电堆14、循环水箱17、长时连续电子设备16、循环水泵18、外肋骨22、圆筒形真空绝热板24、轻外壳23等。
84.本发明主要用于将燃料电池电堆14工作时产生的废热通过螺旋式换热管组中的循环水与共形换热水箱2中的水进行热交换，共形换热水箱2中水的热量部分通过耐压壳体舱壁传热的方式传至外部海水中，部分将余热散发在舱室内部，并通过圆筒形真空绝热板24保持舱室温度；此外，螺旋式换热管组中的循环水被共形换热水箱2中的水冷却后，还可用于对长时连续电子设备16进行冷却。
85.下面具体说明每个部件的功能：
86.耐压壳体1—一种能够承受海水背压的承压密封舱室，舱室内部用于放置系统设备。
87.共形换热水箱2—一种与耐压壳体1共形的换热水箱，其内部的淡水通过耐压壳体1与外部海水进行换热。
88.各个金属软管—一种带有金属编织层的多层柔性管道，主要用于输送循环水。
89.各个电磁阀—一种能够通过通电或者断电就能够控制其通断的阀门，本系统用于相应管路的连通或断开。
90.内肋骨9—一种在耐压壳体内部沿轴向按间隔一定距离焊接在耐压壳体上的环形肋板。
91.螺旋式换热管组—一种采用直管和螺旋式混合的换热管。
92.燃料电池电堆14—一种利用氢气作为燃料、氧气作为氧化剂，通过发生电化学反应将化学能转化为电能的发电装置。
93.长时连续电子设备16—一种长时间连续工作的电子设备，其在正常工作时会产生一定的热量。
94.循环水箱17—一种放置在循环水泵前端，防止循环水泵抽水时发生空转，并保持系统循环水压力的稳定。
95.循环水泵18—一种用于为管路提供压头的水泵，本系统用于为循环水管路提供水压。
96.温控三通阀19—一种具有三个管路接口的阀门，其可以有一个入口，两个出口或者两个入口一个出口。
97.外肋骨22—一种在耐压壳体1外部沿轴向按间隔一定距离焊接在耐压壳体1上的环形肋板。
98.轻外壳23—一种用于保持水下平台外部线型的壳体，耐压壳体1在其内部，其与耐压壳体1之间通过海水充满。
99.圆筒形真空绝热板24—一种环保隔热材料，具有较好的绝热性能，主要芯材、吸气剂和高阻隔薄膜组成，芯材起着支撑和隔热作用，高阻隔薄膜主要是形成封闭的真空空间，吸气剂主要用来吸收进入高阻隔薄膜内的气体，以维持其较低的真空度。
100.流水孔25—一种在环形内肋骨9下部开的小孔，用于各个内肋骨9之间的水进行流通。
101.本发明的主要功能是将燃料电池电堆工作时产生的废热通过螺旋式换热管组中的循环水与共形换热水箱中的水进行热交换，共形换热水箱中水的热量部分通过耐压壳体舱壁传热的方式传至外部海水中，部分将余热散发在舱室内部，并通过圆筒形真空绝热板保持舱室温度；此外，螺旋式换热管组中的循环水被共形换热水箱中的水冷却后，还可用于对长时连续电子设备进行冷却。通过在内肋骨间设置螺旋式换热管组等方式，充分利用了内肋骨相隔空间和耐压壳体圆弧段这种不好利用的空间，通过舱壁传热的方式，避免了将海水引入舱内对系统进行冷却，不仅省去了传统冷却方式的海水系统的设备和管路，有效减少了系统的辅机功耗，还避免了海水管路在耐压壳体上的开孔，有效提高了水下工作平台的结构安全性。此外，根据电堆不同功率下对冷却需求的不同，自动分配和调节螺旋式换热管组的工作数量，保证电堆始终在合适的工作温度范围内，有效降低了热损耗，提高了系统效率。使用共形循环水箱和圆筒形真空绝热板进行耐压壳体内部舱室空间的保温和隔热，避免了传统的在舱室内部用空调调节舱室温度，不仅减少了设备数量，节省了设备空间，还有效减少了电能消耗。
102.实际工作过程中：
103.(一)电堆循环水冷热量自动分配与调节：
104.当燃料电池电堆冷启动后，此时由于电堆内的循环水温度较低，其处于被电堆加热状态，因此，此时无需通过螺旋式换热管组进行再次冷却，电堆内的循环水此时通过循环水箱17、循环水泵18、温控三通阀19再返回至燃料电池电堆14；当燃料电池电堆14持续工作后，需要对燃料电池电堆14进行冷却时，此时电堆内的循环水通过循环水箱17、循环水泵18、温控三通阀19、一号电磁阀5、一号螺旋式换热管组11再返回至燃料电池电堆14；当燃料电池电堆功率不断增加，单组螺旋式换热管组不能满足电堆冷却要求时，此时，控制二号电磁阀4、三号电磁阀6、四号电磁阀7增加螺旋式换热管组工作数量，保证对电堆的持续冷却；相反，当燃料电池电堆功率降低时，通过电磁阀控制减少螺旋式换热管组工作数量，这样通过温控三通阀19和控制螺旋式换热管组工作数量来自动分配和调节电堆循环水，降低了热损耗，提高了系统效率。
105.(二)有效利用内肋骨空间通过螺旋式换热管组实现换热：
106.多组螺旋式换热管组是通过布置在内肋骨9相隔空间内的多段螺旋式换热管连接而成。当燃料电池电堆14需要加载或者大功率持续运行时，流经螺旋式换热管组10、11、20、21管路中的循环水温度较高，需要对其进行冷却，以保证电堆持续工作在最佳状态，因此，需要共形循环水箱2中的冷却水对其进行换热冷却，保证将电堆循环水中的热量被共形循环水箱2中的冷却水及时带走。
107.(三)耐压壳体舱壁传热：
108.当多组螺旋式换热管组中循环水的热量持续被共形循环水箱2中的冷却水换热后，共形循环水箱2中的冷却水温度会逐渐升高，当升高到一定值时(20至30摄氏度)，此时，共形循环水箱2中的冷却水与耐压壳体1和轻外壳23之间的海水存在20摄氏度左右的温差，这样就会通过耐压壳体1舱壁传热的方式将共形循环水箱2中冷却水的热量最终排至耐压壳体1的外部。耐压壳体1上的外肋骨22和内肋骨9的作用除了增加水下工作平台结构强度的同时，还可以增加耐压壳体1舱壁传热的传热面积，提高了传热效率。
109.(四)长时连续电子设备冷却：
110.当长时连续电子设备在正常工作的时，也会散发一定的热量，此时，循环水箱17中的循环水通过循环水泵18、温控三通阀19、一号电磁阀5或二号电磁阀4、螺旋式换热管组20或21、金属软管13、电磁阀15、长时连续电子设备16再返回循环水箱17。
111.(五)耐压壳体1保温与隔热：
112.水下工作平台在水面时，一般由于受到太阳的持续照射，会导致耐压壳体1内部温度较高，而在水下时，由于外部的海水温度较低，导致耐压壳体1内部的温度也较低。耐压壳体1保温与隔热方式在上半圆壳和下半圆壳采用不同的方式，当在水下时，在下半圆壳部分，共形循环水箱2中的冷却水吸收电堆放出的热量和其通过耐压壳体1传导至外界的热量达到平衡后，会保持合适温度，因此，共形循环水箱2中的冷却水可以充当保温层，在上半圆壳部分，利用圆筒形真空绝热板24包覆在耐压壳体1的内部，起到保温作用；当在水面时，下半圆壳部分，此时共形循环水箱2中的冷却水可以充当隔热层，上半圆壳部分，利用圆筒形真空绝热板24进行隔热。
113.以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

技术特征：
1.一种用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统，其特征在于：包括耐压壳体(1)，所述耐压壳体(1)的内部设置有共形换热水箱(2)，耐压壳体(1)的内壁面与共形换热水箱(2)的外壁面之间形成环形空间，在这个环形空间的上半部分安装圆筒形真空绝热板(24)，圆筒形真空绝热板(24)紧贴耐压壳体(1)的内壁面，在这个环形空间的下半部分安装有左右对称的一号螺旋式换热管组(11)和二号螺旋式换热管组(20)；还包括安装在耐压壳体(1)内的燃料电池堆(14)，燃料电池堆(14)的一端通过管路依次串联有循环水箱(17)、循环水泵(18)和温控三通阀(19)，温控三通阀(19)的其中一路通过一号电磁阀(5)与一号螺旋式换热管组(11)连接，另一路通过二号电磁阀(7)二号螺旋式换热管组(20)连接，温控三通阀(19)还通过一号返回管(26)与燃料电池堆(14)连接，一号螺旋式换热管组(11)和二号螺旋式换热管组(20)的底部通过连接管连通，一号返回管(26)与连接管之间设置有二号返回管(27)；所述耐压壳体(1)的外壁面沿着轴向方向间隔焊接有外肋骨(22)，耐压壳体(1)的内壁面沿着轴向方向间隔焊接有内肋骨(9)，内肋骨(9)与外肋骨(22)对应，每个内肋骨(9)的中部开有孔，还包括对称布置在环形空间下半部分的三号螺旋式换热管组(10)和四号螺旋式换热管组(21)，同时三号螺旋式换热管组(10)和四号螺旋式换热管组(21)穿过内肋骨(9)所开的孔，三号螺旋式换热管组(10)的底部通过一号金属软管(13)与连接管连通，四号螺旋式换热管组(21)的底部通过四号金属软管(12)与连接管连通，温控三通阀(19)的其中一路还通过三号电磁阀(4)和二号金属软管(3)与三号螺旋式换热管组(10)顶部连通，另一路通过四号电磁阀(6)和三号金属软管(8)与四号螺旋式换热管组(21)顶部连通；耐压壳体(1)的外部还设置有轻外壳(23)。2.如权利要求1所述的一种用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统，其特征在于：所述耐压壳体(1)为能够承受海水背压的承压密封舱室，舱室内部用于放置系统设备。3.如权利要求1所述的一种用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统，其特征在于：一号螺旋式换热管组(11)、二号螺旋式换热管组(20)、三号螺旋式换热管组(10)和四号螺旋式换热管组(21)的结构相同，均采用直管和螺旋式混合的换热管。4.如权利要求3所述的一种用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统，其特征在于：所述三号螺旋式换热管组(10)和四号螺旋式换热管组(21)的直管部分穿过内肋骨(9)所开孔。5.如权利要求1所述的一种用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统，其特征在于：所述外肋骨(22)和内肋骨(9)均采用环形肋板。6.如权利要求1所述的一种用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统，其特征在于：所述耐压壳体(1)与轻外壳(23)之间通过海水充满。7.如权利要求1所述的一种用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统，其特征在于：圆筒形真空绝热板(24)采用环保隔热材料。8.一种如权利要求1所述的用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统的操作过程，其特征在于：包括如下操作步骤：第一步：电堆循环水冷热量自动分配与调节：当燃料电池电堆(14)冷启动后，此时由于电堆内的循环水温度较低，处于被电堆加热状态，因此，此时无需通过螺旋式换热管组进行再次冷却，电堆内的循环水此时通过循环水
箱(17)、循环水泵(18)、温控三通阀(19)再返回至燃料电池电堆(14)；当燃料电池电堆(14)持续工作后，需要对燃料电池电堆(14)进行冷却时，此时电堆内的循环水通过循环水箱(17)、循环水泵(18)、温控三通阀(19)、一号电磁阀(5)、一号螺旋式换热管组(11)再返回至燃料电池电堆(14)；当燃料电池电堆(14)功率不断增加，单组螺旋式换热管组不能满足电堆冷却要求时，此时，控制二号电磁阀(7)、三号电磁阀(4)、四号电磁阀(6)增加螺旋式换热管组工作数量，保证对电堆的持续冷却；相反，当燃料电池电堆(14)功率降低时，通过电磁阀控制减少螺旋式换热管组工作数量，这样通过温控三通阀(19)和控制螺旋式换热管组工作数量来自动分配和调节电堆循环水；第二步：有效利用内肋骨空间通过螺旋式换热管组实现换热：当燃料电池电堆(14)需要加载或者大功率持续运行时，流经所有螺旋式换热管组管路中的循环水温度较高，需要对其进行冷却，以保证电堆持续工作在最佳状态，因此，需要共形循环水箱(2)中的冷却水对其进行换热冷却，保证将电堆循环水中的热量被共形循环水箱(2)中的冷却水及时带走；第三步：耐压壳体舱壁传热：当多组螺旋式换热管组中循环水的热量持续被共形循环水箱(2)中的冷却水换热后，共形循环水箱(2)中的冷却水温度会逐渐升高，当升高到20至30摄氏度时，此时，共形循环水箱(2)中的冷却水与耐压壳体(1)和轻外壳(23)之间的海水存在温差，这样就会通过耐压壳体(1)舱壁传热的方式将共形循环水箱(2)中冷却水的热量最终排至耐压壳体(1)的外部；第四步：长时连续电子设备冷却：当长时连续电子设备在正常工作的时，也会散发一定的热量，此时，循环水箱(17)中的循环水通过循环水泵(18)、温控三通阀(19)、电磁阀、螺旋式换热管组、金属软管、五号电磁阀(15)、长时连续电子设备(16)再返回循环水箱(17)；第五步：耐压壳体(1)保温与隔热：水下工作平台在水面时，一般由于受到太阳的持续照射，会导致耐压壳体(1)内部温度较高，而在水下时，由于外部的海水温度较低，导致耐压壳体(1)内部的温度也较低；耐压壳体(1)保温与隔热方式在上半圆壳和下半圆壳采用不同的方式，当在水下时，在下半圆壳部分，共形循环水箱(2)中的冷却水吸收电堆放出的热量和其通过耐压壳体(1)传导至外界的热量达到平衡后，会保持合适温度，因此，共形循环水箱(2)中的冷却水可以充当保温层，在上半圆壳部分，利用圆筒形真空绝热板(24)包覆在耐压壳体(1)的内部，起到保温作用；当在水面时，下半圆壳部分，此时共形循环水箱(2)中的冷却水可以充当隔热层，上半圆壳部分，利用圆筒形真空绝热板(24)进行隔热。

技术总结
一种用于水下密闭舱室的燃料电池循环水系统及操作过程，包括耐压壳体、共形换热水箱、金属软管、电磁阀、螺旋式换热管组、温控三通阀、内肋骨、燃料电池电堆、循环水箱、长时连续电子设备、循环水泵、外肋骨、圆筒形真空绝热板、轻外壳等。内肋骨间设置螺旋式换热管组等方式，充分利用了内肋骨相隔空间和耐压壳体圆弧段这种不好利用的空间，通过舱壁传热的方式，避免了将海水引入舱内对系统进行冷却，不仅省去了传统冷却方式的海水系统的设备和管路，有效减少了系统的辅机功耗，还避免了海水管路在耐压壳体上的开孔，有效提高了水下运载平台的结构安全性。保证电堆始终在合适的工作温度范围内，有效降低了热损耗，提高了系统效率。率。率。


技术研发人员：李彬彬 徐纪伟 张炜 招聪 王孙清 于朝 郑恒持
受保护的技术使用者：深海技术科学太湖实验室
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/9/7