CN112678139A - 一种以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统，包括燃料电池冷却回路、供暖管路和外接水通路；燃料电池冷却回路分别与外接水通路和供暖管路相连；燃料电池冷却回路中设有燃料电池和第二对流换热器，燃料电池运行后，排出的散热水分别输送至第二对流换热器和供暖管路中；外界水经外接水通路输送至第二对流换热器内部与散热水进行热交换后排出到外界环境中；输送至供暖管路中的散热水，给舱室内部供暖后，与第二对流换热器中热交换后的散热水汇集于一路输送至燃料电池中。本发明节能环保，利用原本直接排放的燃料电池冷却水余热对船舶进行供暖，可节约原本用来供暖的高品位电能，节省燃料消耗，大大提高燃料电池船舶的经济性。

Description

一种以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统

技术领域

本发明涉及船用燃料电池系统技术领域，具体而言，尤其涉及一种以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统。

背景技术

近年来，航运业面临严峻的节能减排问题，为了缓解船舶排放对大气环境造成的污染和化石能源的消耗，我国高度重视绿色航运发展和船舶新能源开发。在当前的新能源应用技术中，以氢气为燃料的燃料电池由于具备污染小、噪音低、效率高等优点，在船舶领域有着广泛的应用前景。氢燃料电池是利用氢气的化学能直接转化为电能和热能的装置，其中产生的热能占燃料化学能的50％。现有的采用氢燃料电池作为动力的船舶只利用了氢燃料电池产生的电能，产生的热能没有加以利用。而现在燃料电池船舶中冬天供暖直接采用电加热的方式，消耗了大量的高品味能量(电能)，如果采用氢燃料电池的冷却水余热来给船舶供暖，将大大提高船舶工作的经济性。

目前燃料电池在船舶领域的应用相对较少，在汽车领域应用较多，在汽车领域应用较多采用的风冷循环系统。而在船舶领域，由于海洋环境复杂多变，风冷循环方式无法稳定高效的对燃料电池进行冷却，对燃料电池的长时间稳定运行造成严重影响。

燃料电池船舶运行时，主要采用液体循环冷却的方法，但是燃料电池散热水中仍含有大量高品质的热能，在冷却循环过程中被浪费掉。

传统内燃机船舶在冬季供暖时主要采用船舶动力散热水或者余热排气为热源，对船舱进行供暖。而现有的技术中，基于纯燃料电池船舶的供暖，主要采用电加热供暖风的模式，导致能耗增加，严重影响了船舶的续驶里程。

发明内容

根据上述提出的现有燃料电池船舶本身具有大量的余热，而直接采用电加热供暖造成电能消耗大的技术问题，而提供一种以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统。本发明主要采用设置有对流换热器的燃料电池船舶余热供暖系统，在燃料电池冷却回路、供暖管路和外接水通路的作用下，利用原本直接排放的燃料电池冷却水余热对船舶进行供暖，从而节约了原本用来供暖的高品位电能，节省了燃料消耗，大大提高了燃料电池船舶的经济性。

本发明采用的技术手段如下：

一种以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统，包括：燃料电池冷却回路、安装在船舱中的供暖管路和外接水通路；所述燃料电池冷却回路分别与所述外接水通路和至少一个所述供暖管路相连；所述燃料电池冷却回路中设有燃料电池和第二对流换热器，所述燃料电池运行后，排出的散热水分别输送至所述第二对流换热器和所述供暖管路中；

所述第二对流换热器与所述外接水通路相连，外界水经所述外接水通路输送至所述第二对流换热器内部与散热水进行热交换后排出到外界环境中；所述外接水通路、所述第二对流换热器与外界环境构成开环通路；

输送至所述供暖管路中的散热水，给舱室内部供暖后，与所述第二对流换热器中热交换后的散热水汇集于一路输送至所述燃料电池中；所述燃料电池冷却回路与所述供暖管路间构成闭环循环回路，同时所述第二对流换热器与所述供暖管路并联设置。

进一步地，所述燃料电池冷却回路由依次相连且构成闭环循环回路的燃料电池、水箱、第一水泵和第二对流换热器组成，其中，所述燃料电池的水出口与所述水箱的进口相连，所述水箱用于存储所述燃料电池运行后产生的散热水，所述水箱的出口与所述第一水泵的进口相连，所述第一水泵的出口与所述第二对流换热器的热侧入口相连，所述第二对流换热器的热侧出口与所述燃料电池的入口相连；

所述水箱中的散热水经所述第一水泵加压后流入到所述第二对流换热器中与所述外接水通路通入的外界水进行热交换，热交换后的散热水输送至所述燃料电池中。

进一步地，所述供暖管路包括与燃料电池冷却回路构成闭环循环回路的电磁阀和第一对流换热器，所述电磁阀的一侧与所述燃料电池冷却回路中设置的第一水泵出口相连，另一侧与所述第一对流换热器的进口相连，所述第一对流换热器的出口与所述燃料电池的入口相连；

所述燃料电池的出口输出的散热水，经第一水泵加压后流入到所述第一对流换热器中，对舱室内部进行供暖后，从所述第一对流换热器中流出并汇入所述燃料电池冷却回路中，对所述燃料电池进行循环冷却；

所述电磁阀控制所述第一对流换热器的两端，根据舱室内部所需的温度，调节所述电磁阀的开度，从而实现对供暖温度的控制。

进一步地，所述外接水通路包括依次相连的过滤器、手动阀门和第二水泵，所述第二水泵的出口与所述第二对流换热器相连；

外界水从所述过滤器的进口处通入所述外接水通路，经过滤后，通过所述过滤器的出口与所述手动阀门相连，通过调节所述手动阀门的开度改变外界水进入的流量，后经所述第二对流换热器的冷侧入口汇入其内部，使散热水与外界水在所述第二对流换热器内部进行热交换，外界水在所述第二对流换热器内部与散热水进行热交换后排出到外界环境中。

进一步地，所述第二对流换热器与一个所述供暖管路的并联相交处设有节温器，其中，所述节温器设有三通路，其第一通路的进口与所述第一水泵的出口相连，第二通路和第三通路的出口分别与所述第二对流换热器的热侧入口和所述供暖管路上设置的第一对流换热器的进口相连；

所述节温器用于调节流向所述燃料电池冷却回路和所述供暖管路的流量比例，在不需要供暖的时间，通过控制所述节温器，使所述燃料电池的散热水只经过所述燃料电池冷却回路，不流向所述供暖管路；在供暖时间，而所述燃料电池刚开始运行，且散热水温度较低，不能满足供暖需求时，通过控制所述节温器，使散热水直接通往所述燃料电池冷却回路进行冷却；在所述燃料电池运行后，散热水温度升高，能够给舱室内部供暖系统提供热量时，控制所述节温器，使散热水通往所述供暖管路。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统，能够通过对流换热器对燃料电池系统进行辅助冷却，若系统内部温度过高，节温器会调节流量，用对流换热器直接冷却，保证其内部适宜的工作温度，有利于提高性能和延长寿命。

2、本发明提供的以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统，可以通过供暖管路的温度传感装置实时监控供暖温度，容易控制，能够在冬季为燃料电池船舶的舱室提供相当的热量。

3、本发明提供的以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统，节能环保，利用原本直接排放的燃料电池冷却水余热对船舶进行供暖，节约了原本用来供暖的高品位电能，节省了燃料消耗，大大提高了燃料电池船舶的经济性。

综上，应用本发明的技术方案能够解决现有燃料电池船舶本身具有大量的余热，而直接采用电加热供暖造成电能消耗大的问题。

基于上述理由本发明可在船舶燃料电池领域、或工厂等领域内燃料电池反应堆的余热利用等广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、燃料电池；2、水箱；3、第一水泵；4、节温器；5、电磁阀；6、第一对流换热器；7、第二对流换热器；8、过滤器；9、手动阀门；10、第二水泵。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图所示，本发明提供了一种以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统，是一种采用对流换热器的燃料电池船舶余热供暖系统，具体是指采用氢燃料电池水散热水为热源的舱室供暖系统，可节省船舶供暖电耗，提高船舶的经济性。

所述以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统包括：燃料电池冷却回路、安装在船舱中的供暖管路和外接水通路；所述燃料电池冷却回路分别与所述外接水通路和至少一个所述供暖管路相连；所述燃料电池冷却回路中设有燃料电池1和第二对流换热器7，所述燃料电池1运行后，排出的散热水分别输送至所述第二对流换热器7和所述供暖管路中。

所述第二对流换热器7与所述外接水通路相连，外界水经所述外接水通路输送至所述第二对流换热器7内部与散热水进行热交换后排出到外界环境中；所述外接水通路、所述第二对流换热器7与外界环境构成开环通路。

输送至所述供暖管路中的散热水，给舱室内部供暖后，与所述第二对流换热器7中热交换后的散热水汇集于一路输送至所述燃料电池1中；所述燃料电池冷却回路与所述供暖管路间构成闭环循环回路，同时所述第二对流换热器7与所述供暖管路并联设置。

实施例1

如图1所示，一种以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统，主要包括燃料电池冷却回路、供暖管路和外接水通路。燃料电池冷却回路包括燃料电池1、水箱2、第一水泵3和第二对流换热器7。供暖管路包括电磁阀5和第一对流换热器6。外接水通路包括过滤器8、手动阀门9和第二水泵10。其中，设置的节温器4分别与第一水泵3的出口、第一对流换热器6和第二对流换热器7的进口相连接。

燃料电池1水出口与水箱2进口相连，水箱2内填充有散热水，水箱2出口与第一水泵3进口相连，经水泵3进入节温器4，节温器4分别与燃料电池冷却回路和一个供暖管路相连，节温器4用于调节流向燃料电池冷却回路和供暖管路的流量比例，在不需要供暖的时间，控制节温器4，燃料电池散热水只经过冷却回路，不流向供暖管路。在供暖时间，而燃料电池刚开始运行，散热水温度较低时，不能满足供暖需求，控制节温器4，使散热水直接通往冷却回路进行冷却。燃料电池运行后，散热水温度升高，能够给供暖系统提供热量，控制节温器4，使散热水通往供暖管路。

在燃料电池冷却回路中，节温器4的一端与第二对流换热器7的冷侧入口相连，水箱2中的散热水经第一水泵3加压后流入到第二对流换热器7中；在外界水通路中，外界水从过滤器8进口处通入回路，经过滤后，通过过滤器8出口和手动阀门9相连，可以通过调节手动阀门9的开度改变外界水进入的流量，后汇入第二对流换热器7的冷侧入口，从而使散热水与外界水在第二对流换热器7内部进行热交换，外界水在第二对流换热器7内部与散热水进行热交换后排出到外界环境中。供暖管路安装在船舱中，用来给舱室内部供暖。在供暖管路中，节温器4的一端与电磁阀5连接，电磁阀5控制第一对流换热器6的两端，电磁阀根据舱室内部所需的温度，调节电磁阀5的开度，从而实现对供暖温度的控制。第一对流换热器6出口与燃料电池入口相连，散热水汇入燃料电池冷却回路中，对燃料电池1进行循环冷却。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统，其特征在于，包括：燃料电池冷却回路、安装在船舱中的供暖管路和外接水通路；所述燃料电池冷却回路分别与所述外接水通路和至少一个所述供暖管路相连；所述燃料电池冷却回路中设有燃料电池(1)和第二对流换热器(7)，所述燃料电池(1)运行后，排出的散热水分别输送至所述第二对流换热器(7)和所述供暖管路中；

所述第二对流换热器(7)与所述外接水通路相连，外界水经所述外接水通路输送至所述第二对流换热器(7)内部与散热水进行热交换后排出到外界环境中；所述外接水通路、所述第二对流换热器(7)与外界环境构成开环通路；

输送至所述供暖管路中的散热水，给舱室内部供暖后，与所述第二对流换热器(7)中热交换后的散热水汇集于一路输送至所述燃料电池(1)中；所述燃料电池冷却回路与所述供暖管路间构成闭环循环回路，同时所述第二对流换热器(7)与所述供暖管路并联设置。

2.根据权利要求1所述的以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统，其特征在于，所述燃料电池冷却回路由依次相连且构成闭环循环回路的燃料电池(1)、水箱(2)、第一水泵(3)和第二对流换热器(7)组成，其中，所述燃料电池(1)的水出口与所述水箱(2)的进口相连，所述水箱(2)用于存储所述燃料电池(1)运行后产生的散热水，所述水箱(2)的出口与所述第一水泵(3)的进口相连，所述第一水泵(3)的出口与所述第二对流换热器(7)的热侧入口相连，所述第二对流换热器(7)的热侧出口与所述燃料电池(1)的入口相连；

所述水箱(2)中的散热水经所述第一水泵(3)加压后流入到所述第二对流换热器(7)中与所述外接水通路通入的外界水进行热交换，热交换后的散热水输送至所述燃料电池(1)中。

3.根据权利要求1所述的以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统，其特征在于，所述供暖管路包括与燃料电池冷却回路构成闭环循环回路的电磁阀(5)和第一对流换热器(6)，所述电磁阀(5)的一侧与所述燃料电池冷却回路中设置的第一水泵(3)出口相连，另一侧与所述第一对流换热器(6)的进口相连，所述第一对流换热器(6)的出口与所述燃料电池(1)的入口相连；

所述燃料电池(1)的出口输出的散热水，经第一水泵(3)加压后流入到所述第一对流换热器(6)中，对舱室内部进行供暖后，从所述第一对流换热器(6)中流出并汇入所述燃料电池冷却回路中，对所述燃料电池(1)进行循环冷却；

所述电磁阀(5)控制所述第一对流换热器(6)的两端，根据舱室内部所需的温度，调节所述电磁阀(5)的开度，从而实现对供暖温度的控制。

4.根据权利要求1所述的以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统，其特征在于，所述外接水通路包括依次相连的过滤器(8)、手动阀门(9)和第二水泵(10)，所述第二水泵(10)的出口与所述第二对流换热器(7)相连；

外界水从所述过滤器(8)的进口处通入所述外接水通路，经过滤后，通过所述过滤器(8)的出口与所述手动阀门(9)相连，通过调节所述手动阀门(9)的开度改变外界水进入的流量，后经所述第二对流换热器(7)的冷侧入口汇入其内部，使散热水与外界水在所述第二对流换热器(7)内部进行热交换，外界水在所述第二对流换热器(7)内部与散热水进行热交换后排出到外界环境中。

5.根据权利要求1所述的以燃料电池散热水为热源的船舶舱室供暖系统，其特征在于，所述第二对流换热器(7)与一个所述供暖管路的并联相交处设有节温器(4)，其中，所述节温器(4)设有三通路，其第一通路的进口与所述第一水泵(3)的出口相连，第二通路和第三通路的出口分别与所述第二对流换热器(7)的热侧入口和所述供暖管路上设置的第一对流换热器(6)的进口相连；

所述节温器(4)用于调节流向所述燃料电池冷却回路和所述供暖管路的流量比例，在不需要供暖的时间，通过控制所述节温器(4)，使所述燃料电池(1)的散热水只经过所述燃料电池冷却回路，不流向所述供暖管路；在供暖时间，而所述燃料电池(1)刚开始运行，且散热水温度较低，不能满足供暖需求时，通过控制所述节温器(4)，使散热水直接通往所述燃料电池冷却回路进行冷却；在所述燃料电池(1)运行后，散热水温度升高，能够给舱室内部供暖系统提供热量时，控制所述节温器(4)，使散热水通往所述供暖管路。

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