深海潜器用燃料电池氧气尾气液化自回收系统及操作方法

摘要

一种深海潜器用燃料电池氧气尾气液化自回收系统及操作方法，包括液氧储罐，所述液氧储罐的出口端通过管路连接液氧汽化器，所述液氧汽化器上设置有两个出口端，一个出口端通过回流管与液氧储罐连接，所述回流管上安装有增压阀，另一个出口端通过管路依次串联有第一止回阀、氧气缓冲罐、第一电动控制阀、第一稳压阀和氢氧燃料电池，所述氢氧燃料电池的氧气尾气出口通过管路依次串联有氧气电磁排放阀、水分离装置、排水阀和储水罐，其中水分离装置的底部还串联有第二止回阀和文丘里管，所述文丘里管通过管路直接与液氧汽化器连通，所述文丘里管还通过管路依次串联第二稳压阀、第二电动控制阀和杜瓦罐，所述杜瓦罐与液氧汽化器连通，工作可靠。

权利要求

1.一种深海潜器用燃料电池氧气尾气液化自回收系统，其特征在于：包括液氧储罐（1），所述液氧储罐（1）的出口端通过管路连接液氧汽化器（2），所述液氧汽化器（2）上设置有两个出口端，一个出口端通过回流管与液氧储罐（1）连接，所述回流管上安装有增压阀（3），另一个出口端通过管路依次串联有第一止回阀（4）、氧气缓冲罐（5）、第一电动控制阀（6）、第一稳压阀（7）和氢氧燃料电池（8），所述氢氧燃料电池（8）的氧气尾气出口通过管路依次串联有氧气电磁排放阀（9）、水分离装置（10）、排水阀（11）和储水罐（12），其中水分离装置（10）的底部还串联有第二止回阀（13）和文丘里管（14），所述文丘里管（14）通过管路直接与液氧汽化器（2）连通，所述文丘里管（14）还通过管路依次串联第二稳压阀（19）、第二电动控制阀（18）和杜瓦罐（17），所述杜瓦罐（17）与液氧汽化器（2）连通；所述液氧汽化器（2）将液氧储罐（1）中的液氧气化成气态氧气；所述氧气缓冲罐（5）为双开口不锈钢压力容器，氧气缓冲罐（5）内缓存气态氧气；所述杜瓦罐（17）与液氧汽化器（2）之间的管路上安装有液氧增压泵（16）；所述文丘里管（14）的出口处安装有高速喷嘴（15），所述高速喷嘴（15）与第二稳压阀（19）连通。

2.如权利要求1所述的深海潜器用燃料电池氧气尾气液化自回收系统，其特征在于：所述第一止回阀（4）和第二止回阀（13）均为单向阀。

3.如权利要求1所述的深海潜器用燃料电池氧气尾气液化自回收系统，其特征在于：所述氢氧燃料电池（8）是燃料电池AIP的原动机。

4.一种利用权利要求1所述的深海潜器用燃料电池氧气尾气液化自回收系统的操作方法，其特征在于：包括如下操作步骤：

（一）燃料电池AIP工作过程：

深海潜器在水下航行或作业时，燃料电池AIP系统开始工作，来自储氢装置中的氢气和液氧罐中的氧气经预处理，形成氢气与氧气，分别被输送至氢氧燃料电池（8）的阳极侧和阴极侧，进入电池内部发生电化学反应，输出电能供潜器使用，燃料电池工作过程中，氢氧燃料电池（8）阴极侧尾排出口产生氧气尾气排出；

（二）液氧汽化成气氧过程：

燃料电池AIP系统启动，储存在液氧储罐（1）中的超低温液氧经液氧汽化器（2）气化形成气态氧气，液氧汽化器（2）中形成的气态氧气分成两路，一路气态氧气流向自增压管路，经增压阀（3）进入液氧储罐（1），对液氧储罐（1）内的压力进行增压和控制，另一路气态氧气经第一止回阀（4）进入氧气缓冲罐（5），经第一电动控制阀（6）和第一稳压阀（7），进入氢氧燃料电池（8）阴极侧内部，发生电化学反应；

（三）氧气尾气生成与回收过程：

在氢氧燃料电池（8）连续工作后，氢氧燃料电池（8）阴极侧尾排出口的氧气电磁排放阀（9）定时开启和闭合，排出的氧气尾气进入水分离装置（10）完成汽水分离，分离成液态水和气态氧气尾气，水分离装置（10）中水蒸汽冷凝成水，经水分离装置（10）下方出口排水阀（11）进入储水罐（12）存储；

气态氧气尾气经水分离装置（10）上方出口流经第二止回阀（13）进入文丘里管（14）低压入口，在文丘里管（14）高压入口的高速喷嘴（15）中高压氧气的引射作用下，形成稳定流量气态氧气进入液氧汽化器（2），吸收超低温液氧释放的冷量，形成液氧，在液氧增压泵（16）加压作用下，进入杜瓦罐（17）中存储，文丘里管（14）高压入口的高压氧气来自于杜瓦罐（17）；

（四）液氧罐冷量回收再利用过程：

液氧储罐（1）中的超低温液氧经液氧汽化器（2）气化形成气态氧气，释放出大量冷量，同时，文丘里管（14）负压出口的氧气和氧气尾气混合物进入液氧汽化器（2），吸收液氧释放的冷量，发生降温、液化。

说明书

深海潜器用燃料电池氧气尾气液化自回收系统及操作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及深海潜器安全保障系统技术领域，尤其是一种深海潜器用燃料电池氧气尾气液化自回收系统及操作方法。

背景技术

[0002] 地球上约71％面积为海洋，90％海洋中的深度大于1000米。深海潜器是进入深海、探测海洋和开发深海的重要工具之一，对建设海洋强国具有重要战略意义。在大潜深环境下，深海潜器需采用不依赖空气推进的动力系统(AIP系统)，以满足水下长航时、大工作范围的工作要求。因此，开发了四类深海潜器原动机AIP，分别是燃料电池AIP、热气机AIP、闭式循环柴油机AIP和闭式循环汽轮机AIP。

[0003] 燃料电池AIP由于高能量转换效率、低噪声、无废物排放和清洁等优点，成为深海潜器最先进的原动机。在燃料电池AIP中，燃料电池为能量转换器件，是氢气和氧气的反应场所。氢气为燃料，液氧为氧化剂，分别储存在氢气存储装置和液氧储罐中。在燃料电池工作时，氢气和氧气被输运至燃料电池内部发生电化学反应，产生电能的同时生成产物水。

[0004] 燃料电池在运行时，由于燃料电池本体特性和氧气中存在杂质等原因，氧气利用率无法达到100％，燃料电池阴极侧排放口需要定时开启，排放出氧气尾气。氧气尾气为一定温度和湿度的混合气体，成分主要含有氧气、水分和碳氧化物等其他气体杂质。

[0005] 燃料电池工作场合通常为无人密闭舱室环境，舱室内空间狭小，设备配置复杂，舱压和氧气浓度等环境要求高。因此，若燃料电池工作时排放的氧气尾气不加处理，直接排放至密闭舱室内，舱室内氧气浓度和舱室压力升高，超过环境要求规定值。舱室氧气浓度升高后，氧气为强氧化剂，若氧气与舱室内氢气等可燃气体混合在一起，在遇明火或电火花情况下，舱内内部将会引发燃烧和爆炸危险，对潜器安全性造成隐患。在狭小舱室内，舱室压力快速升高，对压力要求的舱内设备将会被损坏。

[0006] 现有技术通常使用以下方式来消除氧气尾气：

[0007] (1)、物理吸附和化学吸附等方式来消除氧气，需要配置额外的干燥器、除氧器等设备，来吸附氧气。如采用干燥器中装填五氧化二磷吸附水分，除氧器中装填活性金属材料与氧气发生氧化反应吸附氧气。但燃料电池氧气尾气成分复杂，在狭小舱室空间内存在配置设备复杂、活性金属材料易被毒化失效、氧气瞬间吸附量小等弊端。

[0008] (2)、采用空压机压缩氧气尾气，需要在配置空压机、空分设备、氧气瓶等设备。如专利CN111346322A提出一种水下无人密闭舱室的氧气安全性系统，使用氧浓度传感器检测舱室氧气浓度超标后，空压机启动抽取舱室空气，分子筛制氧机分离空气中氧气，高压氧气瓶组收集压缩后的氧气。该专利存在以下弊端：在舱室空间有限条件下，需要配置复杂的空压机等多个设备，空压机和分子筛制氧机耗电量高，浪费潜器携带的有限电能，无法消除氧气尾气中存在的碳氧化物等气体杂质。

发明内容

[0009] 本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种深海潜器用燃料电池氧气尾气液化自回收系统及操作方法，从而综合利用深海潜器燃料电池中液氧的工作特点和燃料电池氧气尾气的排放特点，采用技术成熟、可循环使用的杜瓦罐作为氧气尾气存储设备，利用杜瓦罐中预先存储的少量高压气氧对燃料电池氧气尾气进行引射和吹扫夹带，形成一定压力的稳定流量氧气尾气气流。

[0010] 本发明所采用的技术方案如下：

[0011] 一种深海潜器用燃料电池氧气尾气液化自回收系统，包括液氧储罐，所述液氧储罐的出口端通过管路连接液氧汽化器，所述液氧汽化器上设置有两个出口端，一个出口端通过回流管与液氧储罐连接，所述回流管上安装有增压阀，另一个出口端通过管路依次串联有第一止回阀、氧气缓冲罐、第一电动控制阀、第一稳压阀和氢氧燃料电池，所述氢氧燃料电池的氧气尾气出口通过管路依次串联有氧气电磁排放阀、水分离装置、排水阀和储水罐，其中水分离装置的底部还串联有第二止回阀和文丘里管，所述文丘里管通过管路直接与液氧汽化器连通，所述文丘里管还通过管路依次串联第二稳压阀、第二电动控制阀和杜瓦罐，所述杜瓦罐与液氧汽化器连通。

[0012] 作为上述技术方案的进一步改进：

[0013] 所述液氧汽化器将液氧储罐中的液氧气化成气态氧气。

[0014] 所述第一止回阀和第二止回阀均为单向阀。

[0015] 所述氧气缓冲罐为双开口不锈钢压力容器，氧气缓冲罐内缓存气态氧气。

[0016] 所述氢氧燃料电池是燃料电池AIP的原动机。

[0017] 所述杜瓦罐与液氧汽化器之间的管路上安装有液氧增压泵。

[0018] 所述文丘里管的出口处安装有高速喷嘴，所述高速喷嘴与第二稳压阀连通。

[0019] 一种利用权利要求1所述的深海潜器用燃料电池氧气尾气液化自回收系统的操作方法，包括如下操作步骤：

[0020] (一)燃料电池AIP工作过程：

[0021] 深海潜器在水下航行或作业时，燃料电池AIP系统开始工作，来自储氢装置中的氢气和液氧罐中的氧气经预处理，形成氢气与氧气，分别被输送至氢氧燃料电池的阳极侧和阴极侧，进入电池内部发生电化学反应，输出电能供潜器使用，燃料电池工作过程中，氢氧燃料电池阴极侧尾排出口产生氧气尾气排出；

[0022] (二)液氧汽化成气氧过程：

[0023] 燃料电池AIP系统启动，储存在液氧储罐中的超低温液氧经液氧汽化器气化形成气态氧气，液氧汽化器中形成的气态氧气分成两路，一路气态氧气流向自增压管路，经增压阀进入液氧储罐，对液氧储罐内的压力进行增压和控制，另一路气态氧气经第一止回阀进入氧气缓冲罐，经第一电动控制阀和第一稳压阀，进入氢氧燃料电池阴极侧内部，发生电化学反应；

[0024] (三)氧气尾气生成与回收过程：

[0025] 在氢氧燃料电池连续工作后，氢氧燃料电池阴极侧尾排出口的氧气电磁排放阀定时开启和闭合，排出的氧气尾气进入水分离装置完成汽水分离，分离成液态水和气态氧气尾气，水分离装置中水蒸汽冷凝成水，经水分离装置下方出口排水阀进入储水罐存储；

[0026] 气态氧气尾气经水分离装置上方出口流经第二止回阀进入文丘里管低压入口，在文丘里管高压入口的高速喷嘴中高压氧气的引射作用下，形成稳定流量气态氧气进入液氧汽化器，吸收超低温液氧释放的冷量，形成液氧，在液氧增压泵加压作用下，进入杜瓦罐中存储，文丘里管高压入口的高压氧气来自于杜瓦罐；

[0027] (四)液氧罐冷量回收再利用过程：

[0028] 液氧储罐中的超低温液氧经液氧汽化器气化形成气态氧气，释放出大量冷量，同时，文丘里管负压出口的气氧和氧气尾气混合物进入液氧汽化器，吸收液氧释放的冷量，发生降温、液化。

[0029] 本发明的有益效果如下：

[0030] 本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过综合利用深海潜器燃料电池中液氧的工作特点和燃料电池氧气尾气的排放特点，采用技术成熟、可循环使用的杜瓦罐作为氧气尾气存储设备，利用杜瓦罐中预先存储的少量高压气氧对燃料电池氧气尾气进行引射和吹扫夹带，形成一定压力的稳定流量氧气尾气气流。采用高压气氧和低压氧气尾气混合引射的方式控制氧气压力，改变氧气液化温度，通过有效回收燃料电池AIP运行时内部液氧汽化成气态氧气过程中产生的大量无用冷量，对含燃料电池氧气尾气一定压力的混合氧气气流进行液化，实现氧气尾气的自回收。整个回收系统设备配置简单，耗能低，实现无用冷量的高效回收，节省潜器携带能量。回收过程中氧气尾气无泄漏，无氧气尾气排放至舱室内，有效保障了深海潜器燃料电池工作舱室安全性。长时间使用后，杜瓦罐安全可靠，可多次循环使用。

[0031] 同时，本发明还具备如下优点：

[0032] 1、本发明利用燃料电池AIP中液氧中液氧超低温存储的特点，回收液氧汽化成气氧过程中生成的大量无用冷量，对燃料电池排放的氧气尾气进行液化再存储，实现氧气尾气的高效自回收。整个回收系统耗能低，实现能量梯级利用，节省潜器携带能量。

[0033] 2、本发明利用同一介质在不同压力下液化温度的差异，通过引射器和氧气内循环控制氧气尾气压力，调节氧气尾气液化温度，确保达到超低温液氧释放的冷量可以传递和液化氧气尾气。

[0034] 3、本发明回收过程中氧气尾气无泄漏，无氧气尾气排放至舱室内，有效保障了深海潜器燃料电池工作状态下舱室安全性。

[0035] 4、本发明针对燃料电池氧气尾气间歇排放，存在排放量波动范围大、流动阻力高等弊端，采用杜瓦罐中收集的液氧作为吹扫气，利用液氧气化生成的气氧作为循环吹扫气体，对燃料电池氧气尾气进行夹带，确保形成一定压力、稳定流量的氧气尾气，提高系统工作连续性与安全性。杜瓦罐中储存液氧可循环利用，节省成本。

[0036] 5、本发明使用杜瓦罐作为氧气尾气储存设备，装置体积小，单次氧气尾气可储存量大。杜瓦罐内氧气尾气直接以液态储存，罐内材质不受氧气尾气中气体杂质毒化影响，无需额外配置纯化设备，去除氧气尾气中杂质，组成简单。

[0037] 6、本发明在潜器上浮保障时，可通过外接管路将杜瓦罐内回收的氧气尾气安全释放至舱室外部。长时间使用后，杜瓦罐安全可靠，可多次循环使用。无需拆卸舱室内部管路，减轻潜器保障人员负担。

附图说明

[0038] 图1为本发明的系统结构示意图。

[0039] 其中：1、液氧储罐；2、液氧汽化器；3、增压阀；4、第一止回阀；5、氧气缓冲罐；6、第一电动控制阀；7、第一稳压阀；8、氢氧燃料电池；9、氧气电磁排放阀；10、水分离装置；11、排水阀；12、储水罐；13、第二止回阀；14、文丘里管；15、高速喷嘴；16、液氧增压泵；17、杜瓦罐；18、第二电动控制阀；19、第二稳压阀。

具体实施方式

[0040] 下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

[0041] 如图1所示，本实施例的深海潜器用燃料电池氧气尾气液化自回收系统，包括液氧储罐1，液氧储罐1的出口端通过管路连接液氧汽化器2，液氧汽化器2上设置有两个出口端，一个出口端通过回流管与液氧储罐1连接，回流管上安装有增压阀3，另一个出口端通过管路依次串联有第一止回阀4、氧气缓冲罐5、第一电动控制阀6、第一稳压阀7和氢氧燃料电池8，氢氧燃料电池8的氧气尾气出口通过管路依次串联有氧气电磁排放阀9、水分离装置10、排水阀11和储水罐12，其中水分离装置10的底部还串联有第二止回阀13和文丘里管14，文丘里管14通过管路直接与液氧汽化器2连通，文丘里管14还通过管路依次串联第二稳压阀
19、第二电动控制阀18和杜瓦罐17，杜瓦罐17与液氧汽化器2连通。

[0042] 液氧汽化器2将液氧储罐1中的液氧气化成气态氧气。

[0043] 第一止回阀4和第二止回阀13均为单向阀。

[0044] 氧气缓冲罐5为双开口不锈钢压力容器，氧气缓冲罐5内缓存气态氧气。

[0045] 氢氧燃料电池8是燃料电池AIP的原动机。

[0046] 杜瓦罐17与液氧汽化器2之间的管路上安装有液氧增压泵16。

[0047] 文丘里管14的出口处安装有高速喷嘴15，高速喷嘴15与第二稳压阀19连通。

[0048] 本实施例深海潜器用燃料电池氧气尾气液化自回收系统的操作方法，包括如下操作步骤：

[0049] (一)燃料电池AIP工作过程：

[0050] 深海潜器在水下航行或作业时，燃料电池AIP系统开始工作，来自储氢装置中的氢气和液氧罐中的氧气经预处理，形成氢气与氧气，分别被输送至氢氧燃料电池8的阳极侧和阴极侧，进入电池内部发生电化学反应，输出电能供潜器使用，燃料电池工作过程中，氢氧燃料电池8阴极侧尾排出口产生氧气尾气排出；

[0051] (二)液氧汽化成气氧过程：

[0052] 燃料电池AIP系统启动，储存在液氧储罐1中的超低温液氧经液氧汽化器2气化形成气态氧气，液氧汽化器2中形成的气态氧气分成两路，一路气态氧气流向自增压管路，经增压阀3进入液氧储罐1，对液氧储罐1内的压力进行增压和控制，另一路气态氧气经第一止回阀4进入氧气缓冲罐5，经第一电动控制阀6和第一稳压阀7，进入氢氧燃料电池8阴极侧内部，发生电化学反应；

[0053] (三)氧气尾气生成与回收过程：

[0054] 在氢氧燃料电池8连续工作后，氢氧燃料电池8阴极侧尾排出口的氧气电磁排放阀9定时开启和闭合，排出的氧气尾气进入水分离装置10完成汽水分离，分离成液态水和气态氧气尾气，水分离装置10中水蒸汽冷凝成水，经水分离装置10下方出口排水阀11进入储水罐12存储；

[0055] 气态氧气尾气经水分离装置10上方出口流经第二止回阀13进入文丘里管14低压入口，在文丘里管14高压入口的高速喷嘴15中高压氧气的引射作用下，形成稳定流量气态氧气进入液氧汽化器2，吸收超低温液氧释放的冷量，形成液氧，在液氧增压泵16加压作用下，进入杜瓦罐17中存储，文丘里管14高压入口的高压氧气来自于杜瓦罐17；

[0056] (四)液氧罐冷量回收再利用过程：

[0057] 液氧储罐1中的超低温液氧经液氧汽化器2气化形成气态氧气，释放出大量冷量，同时，文丘里管14负压出口的气氧和氧气尾气混合物进入液氧汽化器2，吸收液氧释放的冷量，发生降温、液化。

[0058] 本发明具体的系统结构和功能如下：

[0059] 主要组成部分由液氧储罐1、液氧汽化器2、增压阀3、多个止回阀、氧气缓冲罐5、多个电动控制阀、多个稳压阀、氢氧燃料电池8、氧气电磁排放阀9、水分离装置10、排水阀11、储水罐12、文丘里管14、高速喷嘴15、液氧增压泵16、多个电动控制阀、多个稳压阀、杜瓦罐17等组成。

[0060] 液氧储罐1‑‑是一种超低温真空绝热压力容器，在低温条件下可存储一定压力下的液氧，其出口端通过管路与液氧汽化器2连接。

[0061] 液氧汽化器2‑‑用于将液氧储罐1中的液氧气化成气态氧气，气态氧气包含两个出口端，一个出口端通过管路依次连接增压阀3、液氧储罐1，对液氧储罐1内的压力进行增压和控制，另一个出口端通过管路依次连接第一止回阀4、氧气缓冲罐5、第一电动控制阀6、第一稳压阀7、氢氧燃料电池8，将气态氧气送入氢氧燃料电池8发电。

[0062] 增压阀3‑‑根据液氧储罐1压力监测值，自动控制气态氧气进入液氧储罐1中的量，对液氧储罐1内压力进行控制。

[0063] 第一止回阀4‑‑单向阀，一端连接液氧汽化器2，另一端氧气缓冲罐5。

[0064] 氧气缓冲罐5‑‑双开口不锈钢压力容器，用于缓存气态氧气。

[0065] 第一电动控制阀6‑‑根据氢氧燃料电池8发电量的大小，用于控制进入燃料电池的气态氧气压力的高低和流量大小。

[0066] 第一稳压阀7‑‑用于平稳进入氢氧燃料电池8的气态氧气的压力。

[0067] 氢氧燃料电池8‑‑燃料电池AIP的原动机，一种能量转换装置，通过电化学反应将燃料氢气和氧化剂氧气中储存的化学能转换为电能，氧化剂由液氧储罐1汽化生成的气态氧气供应，阴极侧的氧气尾气出口连接氧气电磁阀。

[0068] 氧气电磁排放阀9‑‑设置在氢氧燃料电池8的氧气尾气出口，按照设定程序定期开启和闭合，用于将氢氧燃料电池8工作过程中生成的氧气尾气排放。

[0069] 水分离装置10‑‑水分离装置10入口连接氧气电磁排放阀9，用于将氧气尾气中的水分分离。包含两个出口，水路出口依次连接排水阀11和储水罐12，气路出口依次连接第二止回阀13和文丘里管14。

[0070] 排水阀11‑‑用于将从水分离装置10中分离出的氧气尾气中的水分排向储水罐12。

[0071] 储水罐12‑‑用于收集氧气尾气中的水分。

[0072] 第二止回阀13‑‑单向阀，一端连接水分离装置10，另一端连接文丘里管14。

[0073] 文丘里管14‑‑一种引射功能机械部件，用于将气态氧气引射完全。包含两个高低压入口，一个负压出口。

[0074] 高速喷嘴15‑‑一种机械部件，安装于引射器的高压入口，用于高压流体进入引射器。

[0075] 液氧增压泵16‑‑流体输送设备，用于将液化后的氧气尾气输送至杜瓦罐17内。入口端连接液氧汽化器2，出口端连接杜瓦罐17。

[0076] 杜瓦罐17‑‑小型液氧储存罐，用于储存液化的气态氧气尾气，用气出口端通过管路连接第二电动控制阀18和第二稳压阀19。进液口通过管路连接液氧输送泵。

[0077] 第二电动控制阀18‑‑入口连接杜瓦罐17，用于控制进入燃料电池的气态氧气压力的高低和流量大小。

[0078] 第二稳压阀19‑‑用于平稳进入文丘里管14的气态氧气的压力，连接文丘里管14中的高速喷嘴15。

[0079] 实际工作过程中：

[0080] (一)燃料电池AIP工作过程：

[0081] 深海潜器在水下航行或作业时，燃料电池AIP系统开始工作。来自储氢装置中的氢气和液氧罐中的氧气经预处理，形成氢气与氧气，分别被输送至氢氧燃料电池8的阳极侧和阴极侧，进入电池内部发生电化学反应，输出电能供潜器使用。燃料电池工作过程中，氢氧燃料电池8阴极侧尾排出口产生氧气尾气排出。

[0082] (二)液氧汽化成气氧过程：

[0083] 燃料电池AIP系统启动，储存在液氧储罐1中的超低温液氧经液氧汽化器2气化形成气态氧气。液氧汽化器2中形成的气态氧气分成两路，一路气态氧气流向自增压管路，经增压阀3进入液氧储罐1，对液氧储罐1内的压力进行增压和控制。另一路气态氧气经第一止回阀4进入氧气缓冲罐5，经第一电动控制阀6和第一稳压阀7，进入氢氧燃料电池8阴极侧内部，发生电化学反应。

[0084] (三)氧气尾气生成与回收过程：

[0085] 在氢氧燃料电池8连续工作一定时间后，氢氧燃料电池8阴极侧尾排出口的氧气电磁排放阀9定时开启和闭合。氧气电磁排放阀9开启一定时间后闭合，循环往复。氧气电磁排放阀9开启时间内，尾排出口排出一定温度、湿度和压力的氧气尾气，氧气尾气成分主要为氧气和水蒸汽，还有微量碳氧化物。排出的氧气尾气进入水分离装置10完成汽水分离，分离成液态水和气态氧气尾气。水分离装置10中水蒸汽冷凝成水，经水分离装置10下方出口排水阀11进入储水罐12存储。

[0086] 气态氧气尾气经水分离装置10上方出口流经第二止回阀13进入文丘里管14低压入口，在文丘里管14高压入口的高速喷嘴15中高压氧气的引射作用下，形成一定压力的稳定流量气态氧气进入液氧汽化器2，吸收超低温液氧释放的冷量，形成液氧，在液氧增压泵16加压作用下，进入杜瓦罐17中存储。文丘里管14高压入口的高压氧气来自于杜瓦罐17。

[0087] 杜瓦罐17在潜器下水前预存一定量的液氧，潜器下水时，杜瓦罐17吸收舱室热量、发生晃动等形式，罐内形成气氧、液氧混合物。在氢氧燃料电池8工作时，杜瓦罐17罐口用气阀打开，储存的气氧释放，流向第二电动控制阀18。当氧气电磁排放阀9开启时，第二电动控制阀18同步开启，杜瓦罐17中的气氧经第二稳压阀19进入高速喷嘴15，进入文丘里管14高压入口，对文丘里管14低压入口的气态氧气尾气吸取和夹带引射，在文丘里管14负压出口形成一定气压的稳定气氧和氧气尾气混合物，混合物再进入液氧汽化器2换热。利用不同压力下氧气的液化温度的差异，形成液化温度的温差，使得文丘里管14出口的气氧混合物可以吸收液氧储罐1中超低温液氧经液氧汽化器2释放的冷量，发生液化形成液氧，进入杜瓦罐17中回收。

[0088] (四)液氧罐冷量回收再利用过程：

[0089] 液氧储罐1中的超低温液氧经液氧汽化器2气化形成气态氧气，释放出大量冷量。同时，文丘里管14负压出口的一定压力的气氧和氧气尾气混合物进入液氧汽化器2，吸收液氧释放的冷量，发生降温、液化。

[0090] 实施例：

[0091] 以某型深海潜器用燃料电池为例，解释氧气尾气液化自回收过程：

[0092] (一)、氢氧燃料电池8在工作时，储存在液氧储罐1中的超低温液氧温度为‑183℃，经氧气汽化器换热，形成25℃气态氧气进入氢氧燃料电池8内部发生电化学反应。

[0093] (二)、氢氧燃料电池8稳定工作后，阴极侧氧气尾气出口开始间歇式排放氧气尾气，氧气成分组成和物性参数如下：氧气尾气成分包含氧气、水蒸气和痕量CO，含水量为饱和水蒸汽，氧气尾气温度为70℃，压力为50kPa，氧气尾气流量在6～12L/min。

[0094] (三)、排出的氧气尾气首先进入水分离装置10完成汽水分离，分离成液态水和气态氧气尾气。水分离装置10中水蒸汽冷凝成水，经水分离装置10下方出口排水阀11进入储水罐12存储。水分离装置10上方出口的气态氧气尾气压力约为50kPa，进入文丘里管14低压入口，在高速喷嘴15的高压气氧吸取、引射作用下，形成300kPa稳定压力的气氧和氧气尾气混合物。高速喷嘴15的高压气氧压力为800kPa，气氧来源于杜瓦罐17。

[0095] (四)、氧气在300kPa条件下，液化温度为‑171.20℃。液氧罐中液氧的液化温度为‑183℃，两种状态下存在温差。因此，300kPa的气氧和氧气尾气混合物进入液氧汽化器2换热时，可利用不同压力下氧气的液化温度的差异，形成液化温度的温差，发生冷量传递，吸收液氧储罐1中超低温液氧经液氧汽化器2释放的冷量，发生液化形成液氧，进入杜瓦罐17中回收。

[0096] 本发明综合利用深海潜器燃料电池中液氧的工作特点和燃料电池氧气尾气的排放特点，采用技术成熟、可循环使用的杜瓦罐17作为氧气尾气存储设备，利用杜瓦罐17中预先存储的气氧对燃料电池氧气尾气进行吹扫夹带，形成一定压力的稳定流量氧气尾气气流。通过控制压力改变氧气液化温度的手段，利用燃料电池AIP运行时内部超低温液氧汽化成气态氧气过程中释放的大量无用冷量，对排放的氧气尾气进行液化，实现氧气尾气的自回收。本自回收系统通过无功耗的引射器和氧气内循环改变物性参数，实现冷量高效回收与利用，系统设备配置简单，耗能低，节省潜器携带能量。整个回收过程中氧气尾气无泄漏，无氧气尾气排放至舱室内，有效保障了深海潜器燃料电池工作舱室安全性，长时间使用后，杜瓦罐17安全可靠，可多次循环使用。

[0097] 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。