CN109216732A - 氢燃料电池船舶高压氢气供给系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池船舶高压氢气供给系统，包括氢气供给管路、氢气放空管路和氢气加注管路；所述氢气供给管路包括三个连通的第一氢气瓶、第二氢气、第三氢气瓶，该第一氢气瓶通过供给管与燃料电池发电系统连接；该供给管上设有瓶口组合阀；所述氢气放空管路通过放空管与所述瓶口组合阀连接，该放空管的第一个支路上设有放空阀，该放空阀通过管路与所述第一手动阀连接；该放空管的第二个支路上设有安全阀，该安全阀通过管路与第四手动阀连接；该放空管的第三个支路上设有阻火器；所述氢气加注管路通过加注管与所述瓶口组合阀连接，该加注管上设有第四电磁阀、过滤器、第三压力表、单向阀和加注口。本发明能为船舶提供可靠的氢气燃料供给。

Description

氢燃料电池船舶高压氢气供给系统

技术领域

发明涉及新能源船舶的燃料供给技术领域，具体涉及一种氢燃料电池船舶高压氢气供给系统。

背景技术

近年来，以氢气作为燃料的绿色船舶技术成为船舶行业发展的主要方向之一。燃料电池船舶作为氢能源技术和绿色船舶技术发展的联合产物，具有排放低、效率高、能量密度高、稳定性好、噪音低等优点，在未来推动航运无污染化和能源可持续化方面具有很大的潜力。

但因氢燃料电池船舶中氢气系统的储氢量很大，氢气的供给管路复杂、舱室封闭，一旦发生氢气泄漏极易引起火灾和爆炸，这对于人员密度高、水上救援困难的客船而言，其中的安全风险不容忽视。因此，有必要对氢燃料电池船舶的供氢系统进行优化设计，从而提高氢燃料电池在船舶应用的安全性及可靠性。

发明内容

本发明的发明目的在于，提供一种安全、可靠和环保的氢燃料电池船舶高压氢气供给系统的设计方案。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种氢燃料电池船舶高压氢气供给系统，包括氢气供给管路、氢气放空管路和氢气加注管路；

所述氢气供给管路包括三个连通的第一氢气瓶、第二氢气瓶、第三氢气瓶，该第一氢气瓶通过供给管与燃料电池发电系统连接；该供给管上设有瓶口组合阀；该供给管上设有限流阀、第一电磁阀、第一手动阀、第一压力表、第二手动阀和阻火器，该供给管上还连接第三手动阀、第二电磁阀、低压减压阀、第二压力表、第四手动阀和第三电磁阀；

所述氢气放空管路通过放空管与所述瓶口组合阀连接，该放空管还连通第二氢气瓶和第三氢气瓶，该放空管的第一个支路上设有放空阀，该放空阀通过管路与所述第一手动阀连接；该放空管的第二个支路上设有安全阀，该安全阀通过管路与第四手动阀连接；该放空管的第三个支路上设有阻火器；

所述氢气加注管路通过加注管与所述瓶口组合阀连接，该加注管连通第二氢气瓶和第三氢气瓶，该加注管上设有第四电磁阀、过滤器、第三压力表、单向阀和加注口。

接上述技术方案，所述第一压力表连通第二手动阀和所述阻火器，所述阻火器还与第三手动阀、第二电磁阀及所述低压减压阀连通。

接上述技术方案，所述低压减压阀通过供给管与第二电磁阀连通。

接上述技术方案，第一氢气瓶、第二氢气瓶和第三氢气瓶均置于船舶顶部的集格内。

接上述技术方案，所述瓶口组合阀与所述放空阀之间的管道与第二氢气瓶、第三氢气瓶相连；所述阻火器与所述放空管、所述供气管连通。

本发明产生的有益效果是：本发明将单个集格中氢气通过氢气瓶与总阀及放空管相连，经加注及供气管与下一组高压氢气瓶集格相连并通入燃料电池发电系统，可保证当单边系统因船舶碰撞或设备失效而出现故障时，另一边的系统还可以继续工作，提高了整个氢气供给系统的可靠性和安全性；当上一个集格的氢气压力不足时，自动切换至下一个集格，保证能够为船舶提供可靠的氢气燃料供给；另一方面本发明使用的高压储氢方案，技术成熟度高、操作性更强、使用成本更低，可直接投入应用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例氢燃料电池船舶高压氢气供给系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例的氢燃料电池船舶高压氢气供给系统包括若干个高压氢气瓶组成的集格1、集格2、集格3、燃料电池舱5及供气管路、加注管路、和放空管路。集格均安装在船舶顶部4。三个管路通过各类阀件、管子管件、仪器仪表进行连通，并且三个管路都连通着其他的两个集格，以保证一个集格内的氢气不足时，可通过其他集格来保证氢气的持续供应。

氢气由高压氢气瓶口的瓶口组合阀进入各个管路。供气管路供给的氢气通过高压氢气瓶1-1的瓶口组合阀1-2依次与限流阀1-3、电磁阀1-4、手动阀1-5和压力表4-1相连，压力表4-1连通手动阀4-2和阻火器4-3，阻火器4-3与手动阀5-1、电磁阀5-2及低压减压阀5-3连通，低压减压阀5-3通过将供给的氢气进行二级减压后通过供气管路连通手动阀5-7、电磁阀5-8，并通入燃料电池发电系统5-9为其提供可靠稳定的氢气能源。加注管路由瓶口组合阀1-2一端通过加注管件与高压氢气瓶1-1连通，经过电磁阀1-7、过滤器4-4、压力表4-5、单向阀4-6与加注口4-7相连；瓶口组合阀1-2另一端直接连接集格2与集格3。放空管路由瓶口组合阀1-2一端通过放空管件与放空阀1-6连通，经过安全阀5-5及阻火器5-6与放空管连通，另一端与集格2、集格3相连。

本实施例中，供氢系统中的瓶口组合阀1-2包括有安全阀、手动阀、电磁阀、减压阀、温度传感器和压力传感器等多种阀门和传感器，并将其直接集成安装在高压氢气瓶1-1的瓶口，限流阀1-3是当集格1供气管道内的氢气流量或流速超过设定值时会自动关闭，切断氢源，防止因氢气泄漏而引起危险事故的安全保护阀。通过限流阀1-3将供气管路中的氢气进行限压限流后再经过电磁阀1-4与手动阀1-5，其中，电磁阀1-4用于集格1的供气启闭和切换。其中，手动阀1-5正常情况下处于常开状态，在进行设备维护和检修，或发生氢气泄漏和燃烧等紧急情况而电磁阀控制系统失效时，由专业人员手动关闭，切断氢源。其中，压力表4-1用于监测供气管路中的的供气压力，确保压力安全才能进入燃料电池舱。其中，阻火器4-3用于阻止氢气着火后火焰通过管道回火，从而导致气罐发生燃烧和爆炸，确保供气管路中的安全性。其中，电磁阀5-2通过接收由氢气传感器及压力传感器的实时监测报警电信号来控制阀门的开闭，远程和自动控制主进气管路控制和切断。低压减压阀5-3在保证供向燃料电池的压力处在要求的压力区间的情况下，根据系统需求对供气管路中的氢气进行流量调节。压力表5-4用于监测供气管路中氢气在通过管件进入燃料电池舱的进气压力。电磁阀5-8用于当压力表5-4来监测储氢系统的供气压力，而供气压力处于安全范围之内时，电磁阀开启从而确保氢气的压力处于安全范围进入燃料电池舱；而供气压力超过安全范围时，电磁阀5-8切断，防止因氢气压力过高而损坏燃料电池舱。通过电磁阀5-8的控制和切断对供气管路中支管路的氢气进行供给调节。

本实施例中，电磁阀1-7用于当压力表4-5所监测到的加注压力处于安全范围时，电磁阀1-7处于开启并将管路中的氢气加注到集格2和集格3；当压力表4-5所监测到的加注压力超过安全范围，电磁阀1-7处于切断从而防止因加注压力过高引起设备损坏。通过电磁阀1-7的开启及切断来对支管路中的氢气进行加注控制。过滤器4-4用于过滤掉氢气在加注管路中的杂质，从而保证加注过程中氢气的情节度。压力表4-5用于监测加注管路中由高压氢气瓶1-1供给的加注压力。单向阀4-6用于防止加注管路中的氢气在加注过程中出现回流。加注口4-7用于在船舶氢气燃料不足时，连接加氢装置对氢气进行加注过程的控制。

本实施例中，放空阀1-6可以根据控制需求来选择控制供气管路中的电磁阀1-4或者手动阀1-5，确保进行气体置换和排空。安全阀5-5正常情况下处于常闭状态，并提前设置好压力限制，当气瓶压力高出一定值时，安全阀会自动打开泄压，排空氢气，保护气瓶；当进气总管处减压阀出现故障时，进气压力高出一定值，则安全阀自动打开，保护燃料电池电堆。

进一步地，本发明的氢燃料电池船舶高压氢气供气系统包括若干组的高压氢气瓶集格，其中包括单个氢气瓶集格在内的各项阀件、管路、及仪器仪表统称为单边系统，而其他氢气瓶集格及集格内的部件、管路为另一边的系统，这两个系统通过供给管、加注管、放空管互相连通。单个氢气瓶集格通过控制阀件与对应的管路系统相连，相应的管路连通各类仪器仪表，通过连通各类仪器仪表使氢气达到合适的状态后进入各个燃料电池舱为燃料电池供能。本发明的构架方式的优点是单个集格中氢气通过氢气瓶与总阀及放空管相连，经加注及供气管与下一组高压氢气瓶集格相连并通入燃料电池发电系统，可保证当单边系统因船舶碰撞或设备失效而出现故障时，另一边的系统还可以继续工作，提高了整个氢气供给系统的可靠性和安全性；当上一个集格的氢气压力不足时，自动切换至下一个集格，保证能够为船舶提供可靠的氢气燃料供给。

本氢燃料船舶供氢系统的工作原理是：由高压氢气瓶1-1供给一定的氢气经过瓶口的瓶口组合阀1-2进入供气管路，经过限流阀1-3对管路中的氢气进行流量及压力的限制，经过压力表4-1对储氢系统的供气总压力进行监测，再由低压减压阀5-3根据燃料电池发电系统的需求对供给的氢气进行流量调节，并进行减压控制，使得供向燃料电池的氢气的压力控制在合适的范围之内，从而经过电磁阀5-8对支路中的氢气进行供给调节，最后进入燃料电池发电系统5-9。而当高压氢气瓶1-1中的压力过高时，安全阀5-5会自动打开泄压，排空氢气，保护气瓶和燃料电池系统，当加注口4-7在进行氢气加注时，这时应该打开加注管路中的过滤器4-4过滤掉加注管路中氢气所含的杂质，并关闭单向阀4-6以防止氢气回流，以及观察压力表4-5中的加注压力是否处于慢慢恢复正常，待恢复正常后再打开单向阀4-6。当管道、阀件或控制系统出现故障时，自动切断氢源并打开安全阀5-5进行泄压。

本发明的高压氢气供给系统，将单个集格中氢气通过氢气瓶与总阀及放空管相连，经加注及供气口与下一组高压氢气瓶集格相连并通入燃料电池发电系统，可保证当单边系统因船舶碰撞或设备失效而出现故障时，另一边的系统还可以继续工作，提高了整个氢气供给系统的可靠性和安全性；当上一个集格的氢气压力不足时，自动切换至下一个集格，保证能够为船舶提供可靠的氢气燃料供给。

本供氢系统利用装在瓶口组合阀处的高压减压阀及装在燃料电池舱进气总管处的低压减压阀的设置，保证了氢气从气瓶出来具有合适的压力状态，从而降低了供氢管路的压力承载，并保证供向燃料电池的压力处在要求的压力区间内，而根据系统需求进行流量调节。这样采用两级减压阀件就起到减压、稳压和调压的作用，并可以提高本供氢系统的可靠性和稳定性。

本发明通过安装在加注管路处的过滤器，可以保证氢气的清洁度，过滤掉杂质；本发明通过安装在加注管路上的加注口，在船舶靠岸时能够进行燃料加注，包括开闭、止回和过滤，从而保证船舶具有良好的续航能力。

本发明的供氢系统除了为船舶提供安全、稳定的高压氢气燃料，还包含有过流保护和自动泄压能力。安装在瓶口组合阀和燃料电池舱进气总管处的安全阀，正常情况下处于常闭状态，并提前设置好压力限制。当氢气瓶内部的温度和压力高出一定的压力范围时，安全阀会自动打开进行泄压，将氢气通过放空管排空；当管道、阀件或控制系统出现故障，管道流量或压力异常增大时，也可以自动切断氢源并打开安全阀进行泄压，从而排空氢气，保护氢气瓶及燃料电池电堆。本发明通过放空管路中管子管件及阀件的控制，有效地降低了船舶的排放，使得船舶更加高效，环保。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种氢燃料电池船舶高压氢气供给系统，其特征在于，包括氢气供给管路、氢气放空管路和氢气加注管路；

所述氢气供给管路包括三个连通的第一氢气瓶、第二氢气瓶、第三氢气瓶，该第一氢气瓶通过供给管与燃料电池发电系统连接；该供给管上设有瓶口组合阀；该供给管上设有限流阀、第一电磁阀、第一手动阀、第一压力表、第二手动阀和阻火器，该供给管上还连接第三手动阀、第二电磁阀、低压减压阀、第二压力表、第四手动阀和第三电磁阀；

所述氢气放空管路通过放空管与所述瓶口组合阀连接，该放空管还连通第二氢气瓶和第三氢气瓶，该放空管的第一个支路上设有放空阀，该放空阀通过管路与所述第一手动阀连接；该放空管的第二个支路上设有安全阀，该安全阀通过管路与第四手动阀连接；该放空管的第三个支路上设有阻火器；

所述氢气加注管路通过加注管与所述瓶口组合阀连接，该加注管连通第二氢气瓶和第三氢气瓶，该加注管上设有第四电磁阀、过滤器、第三压力表、单向阀和加注口。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池船舶高压氢气供给系统，其特征在于，所述第一压力表连通第二手动阀和所述阻火器，所述阻火器还与第三手动阀、第二电磁阀及所述低压减压阀连通。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池船舶高压氢气供给系统，其特征在于，所述低压减压阀通过供给管与第二电磁阀连通。

4.根据权利要求1所述的氢燃料电池船舶高压氢气供给系统，其特征在于，第一氢气瓶、第二氢气瓶和第三氢气瓶均置于船舶顶部的集格内。

5.根据权利要求1所述的氢燃料电池船舶高压氢气供给系统，其特征在于，所述瓶口组合阀与所述放空阀之间的管道与第二氢气瓶、第三氢气瓶相连；所述阻火器与所述放空管、所述供气管连通。