CN115009497A - 一种氢能源船舶 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢能源船舶，包括船体、氢气储存舱室以及氢气供能系统，所述氢气储存舱室设置于所述船体的甲板下；所述氢气供能系统包括设置于所述氢气储存舱室内的氢气罐、间隔设置于所述船体的驾驶室下方的空压机、燃料电堆、蓄电池、电气系统以及散热器，所述燃料电堆分别与所述氢气罐以及所述空压机连接，所述电气系统分别与所述燃料电堆、所述蓄电池以及所述船体的控制系统连接，所述散热器分别与所述燃料电堆和所述电气系统连接。本发明实现了以氢作为能源驱动船舶的方式，避免了船舶的废气排放不符合标准要求的情况。
Description
技术领域
本发明属于船舶技术领域，具体地涉及一种氢能源船舶。
背景技术
船舶是一种能航行于水面上以进行运输的交通工具，其主要是通过燃料油为能源进行驱动。但面对环境污染的压力，船舶的废气排放标准也逐渐缩小，而以氢为能源的燃料电池的排放物仅为水和二氧化碳，并没有高温燃烧过程，因此几乎不排放氮或硫等氧化物，符合船舶废气排放的限制要求。
虽然以氢为能源对船舶进行驱动的方式能符合船舶废气排放的要求，但目前并没有一种具体以氢作为能源进行驱动的船舶，所以现在急需一种氢能源船舶来解决现有船舶的废气排放不符合标准要求的问题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是如何提供一种氢能源船舶，以解决现有船舶以燃料油作为能源进行驱动的方式，其废气排放无法达到标准要求的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种氢能源船舶，包括船体、氢气储存舱室以及氢气供能系统，所述氢气储存舱室设置于所述船体的甲板下；所述氢气供能系统包括设置于所述氢气储存舱室内的氢气罐、间隔设置于所述船体的驾驶室下方的空压机、燃料电堆、蓄电池、电气系统以及散热器，所述燃料电堆分别与所述氢气罐以及所述空压机连接，所述电气系统分别与所述燃料电堆、所述蓄电池以及所述船体的控制系统连接，所述散热器分别与所述燃料电堆和所述电气系统连接。
更进一步地，所述氢气储存舱室设置于所述船体的开敞甲板下；所述空压机、所述燃料电堆以及所述散热器设置于所述驾驶室下方的敞开区域，所述空压机与所述燃料电堆分别对应设置于所述船体的甲板两舷，所述散热器为两个且分别对应悬挂于所述驾驶室下方的两侧外壁；所述蓄电池以及所述电气系统设置于所述驾驶室下方的机舱内，所述电气系统设置于所述燃料电堆的下方。
更进一步地，所述氢气储存舱室的舱口尺寸大于所述氢气罐的尺寸并设置有密封结构，所述氢气储存舱室的内壁涂刷有聚乙烯树脂防火涂层，所述氢气储存舱室设置有与外界连通的排气口，所述氢气储存舱室与所述驾驶室下方的机舱间隔至少一个舱室。
更进一步地，所述氢气罐沿所述船体的长度方向设置，所述氢气罐与所述船体的舷侧及船底的距离均大于或等于B/5m以及11.5m中的最小值。
更进一步地，所述燃料电堆为具有的多个连接端口的密闭箱体结构，其中一个所述连接端口与所述驾驶室的排气管连接以将所述燃料电堆产生的废气排出。
更进一步地，所述排出管的出口高于所述驾驶室的室顶甲板，所述排出管位于所述驾驶室的管段部分设置有隔热层。
更进一步地，所述燃料电堆通过设置有阀门的氢气管路与所述氢气罐连接，所述氢气管路通过设置于舱壁上的套管穿过对应的舱室。
更进一步地，所述氢能源船舶还包括氢气安全报警系统，所述氢气安全报警系统用于检测所述燃料电堆中的氢气浓度值，并在所述氢气浓度值小于预设浓度值时报警及关闭所述氢气管路上的至少一个所述阀门。
更进一步地，所述电气系统包括低压系统和高压系统；所述低压系统包括主控制器、分别与所述主控制器连接的辅助控制器、传感器以及执行器，所述执行器与所述船体的控制系统连接；所述高压系统包括高压转低压模块、与所述高压转低压模块连接的高压配电盒以及与所述高压配电盒电连接的低压配电盒，所述高压转低压模块、所述高压配电盒以及所述低压配电盒均与所述主控制器连接，所述高压配电盒与所述蓄电池连接，所述低压配电盒分别与所述散热器以及所述船体的控制系统连接。
更进一步地，所述空压机的输入端设置有用于过滤空气的空气过滤器。
更进一步地，所述船体的内部结构尺寸采用小骨材结构的设计方式设置。
更进一步地，所述驾驶室下方的机舱的内壁涂刷有聚乙烯树脂防火涂层。
与现有技术相比，本发明的氢能源船舶在船体的甲板下设置氢气储存舱室，在氢气储存舱室内设置氢气罐，在驾驶室下方设置空压机、燃料电堆、电气系统以及散热器，从可以通过空压机和氢气罐分别为燃料电堆提供空气和氢气，以使燃料电堆产生电能，再通过电气系统为船体的控制系统和蓄电池供电，进而驱动船舶行驶，实现以氢作为能源驱动船舶的方式，避免船舶的废气排放不符合标准要求的情况。
附图说明
为了使本发明的内容更加清晰，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图，其中：
图1是本发明实施例提供的一种氢能源船舶的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种氢能源船舶中机舱位置的截面示意图；
图3是本发明实施例提供的一种氢能源船舶中氢气管路的连接示意图；
图4是本发明实施例提供的一种氢能源船舶中电气系统的连接示意图。
其中，1、船体；2、驾驶室；3、机舱；4、氢气储存舱室；5、舱口；6、氢气罐；7、空压机；8、燃料电堆；9、蓄电池；10、电气系统；11、散热器；12、氢气管路；13、电磁阀；14、泄压阀；15、主控制器；16、高压转低压模块。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种氢能源船舶，结合图1至图4所示，包括船体1、氢气储存舱室4以及氢气供能系统，氢气储存舱室4设置于船体1的甲板下。
其中，氢气供能系统包括设置于氢气储存舱室4内的氢气罐6、间隔设置于船体1的驾驶室2下方的空压机7、燃料电堆8、蓄电池9、电气系统10以及散热器11，燃料电堆8分别与氢气罐6以及空压机7连接，电气系统10分别与燃料电堆8、蓄电池9以及船体1的控制系统连接，散热器11分别与燃料电堆8和电气系统10连接。
本实施例中，船体1的内部结构尺寸才用小骨材结构的设计方式设置，这样可以提高各个舱室的空间。
本实施例中，氢气储存舱室4用于放置氢气罐6，而为了能便于氢气罐6的放置或拿出，也为了防止氢气泄漏时的及时排出，氢气储存舱室4设置于船体1的开敞甲板下，且氢气储存舱室4设置有舱口5，该舱口5的尺寸应大于氢气罐6的尺寸，至少大于氢气罐6直径的尺寸。
其中，氢气罐6用于为燃料电堆8提供氢气。
为了避免氢气泄露造成的危害，舱口5的位置设置有密封结构，氢气储存舱室4内涂刷有聚乙烯树脂防火涂层，氢气储存舱室4与驾驶室2下方的机舱3间隔至少一个舱室。为了便于泄压管路的通过，氢气储存舱室4设置有与外界连通的排气口，
本实施例中，空压机7、燃料电堆8以及散热器11设置于驾驶室2下方的敞开区域；蓄电池9以及电气系统10设置于驾驶室2下方的机舱3内。
其中，空压机7为燃料电堆8提供空气；燃料电堆8用于发生电化学反应从而产生电能；蓄电池9用于储存电能，并船体1提供电驱动力；电气系统10用于监控蓄电池9的运行，为蓄电池9、船体1的控制系统及散热器11提供电力及控制；散热器11用于对燃料电堆8进行散热。
船体1的驾驶室2为半封闭状态，以便于燃料电堆8意外泄露氢气后的排出。
根据船体平衡要求，空压机7与燃料电堆8分别对应设置于船体1的甲板两舷，蓄电池9和电气系统10分别设置于驾驶室2下方的机舱3两侧，以确保船体1的重心平衡。
散热器11为两个且分别对应悬挂于驾驶室2下方的两侧外壁，这样可以减少占用空间，且增加与空气的接触面积，提高散热的效率。
电气系统20设置于燃料电堆9的下方，这样可以方便两者之间的连接，尽量减少连接所需的接头。
驾驶室2下方的机舱3内壁也涂刷有聚乙烯树脂防火涂层，这样可以避免氢气泄露造成的危害。
本实施例中，氢气罐6沿船体1的长度方向设置，氢气罐6与船体1的舷侧及船底的距离均大于或等于B/5m以及11.5m中的最小值。这样设置可以避免氢气罐6与船体1发生碰撞。
另外，氢气罐6预制有与其匹配钢制基座匹配的玻璃钢基座设置于氢气储存舱室4内，同时氢气罐6上设置有开关一体阀。
本实施例中，空压机7的输入端设置有用于过滤空气的空气过滤器，这样可以对进入空压机7的空气进行过滤。
本实施例中，燃料电堆8为具有的多个连接端口的密闭箱体结构，其中一个连接端口与驾驶室2的排气管连接以将燃料电堆8产生的废气排出。
其中，燃料电堆8排出的废气有废空气和废氢气；排气管的出口高于驾驶室2的室顶甲板，以避免废气吹至船体1的其它位置。同时，排出管位于驾驶室2的管段部分设置隔热层，以避免驾驶员被烫伤。
多个连接端口还分别用于与氢气罐6、空压机7、散热器11以及电气系统10连接。
燃料电堆的外壁8还贴设有散热片，以进一步提高燃料电堆8的散热效果。
本实施例中，燃料电堆8通过设置有阀门的氢气管路12与氢气罐6连接。
其中，氢能源船舶还包括氢气安全报警系统，氢气安全报警系统用于检测燃料电堆8中的氢气浓度值，并在氢气浓度值未处于预设浓度值时报警及关闭氢气管路12上的至少一个阀门。
预设浓度值值根据燃料电堆8电化学反应所需的氢气浓度值以及燃料电堆8所能承受的最大浓度值设定，以避免燃料电堆8中的氢气浓度值过低而无法产生电化学反应和避免燃料电堆8内的氢气浓度过高而发声爆裂的风险为准，在此不作具体限定。
氢气管路12上的阀门至少包括一个与氢气安全报警系统连接的电磁阀13以及一个泄压阀14；氢气安全报警系统包括用于控制且与电磁阀13连接的控制芯片以及用于检测燃料电堆8中氢气浓度值的氢气浓度感应元件(氢气传感器)，即氢气压力浓度元件设置于燃料电堆8上，当然，根据实际需求还可以设置其它感应元器件。
其中，泄压阀14用于将氢气管路12内的氢气压力调节到燃料电堆8电化学反应所需的压力值，同时对氢气管路12进行泄压操作。
氢气安全报警系统关闭的阀门为电磁阀13，即当氢气浓度值未处于预设浓度值时，控制芯片发出报警信号并关闭氢气管路12上的电磁阀13。
更进一步地，氢气安全报警系统还包括与控制芯片连接的报警装置、以及设置于燃料电堆8上的氢气压力感应元件(气体压力传感器)和氢气温度感应元件(温度传感器)。此时，氢气安全报警系统则可以通过报警装置发出报警信号。
其中，氢气压力感应元件用于检测燃料电堆8内氢气的压力值，并传输至控制芯片；当检测到的氢气压力值低未处于预设范围值时，控制芯片则通过报警装置发出报警信号并关闭上述电磁阀13。这样可以避免氢气管路12内的氢气压力值过低或过高而操作人员无法及时发现并采取相应措施，从而造成输送的氢气无法达到作为燃料的需求，同时造成燃料电堆8破裂的风险。预设压力值根据作为燃料所需的压力值以及燃料电堆8所能承受的压力值进行设定，在此不作赘述。
氢气温度感应元件用于检测燃料电堆8内氢气的温度值，并传输值控制芯片；当检测到的氢气温度值高于预设温度值时，控制芯片则通过报警装置发出报警信号并关闭上述电磁阀13。这样设置可以避免氢气温度值内的氢气温度值过高而操作人员无法技术发现并采取相应的措施，从而导致燃料电堆8烧毁或发生爆炸的风险。预设温度值根据燃料电堆8所能承受的最大温度值以及氢气爆炸所需的温度进行设定，在此不作赘述。
报警装置包括LED灯、扬声器以及显示器中的一种或多种，即报警装置发出的报警信号可以是闪灯、具有特殊颜色的灯光、特殊声音、特殊显示等。
本实施例中，电气系统10包括低压系统和高压系统。
其中，低压系统包括主控制器15(FCU)、分别与主控制器15连接的辅助控制器、传感器以及执行器，执行器与船体1的控制系统连接。低压系统还包括用于与船体1的控制系统连接的通讯接口。
主控制器15和辅助控制器用于通过传感器获取相应的船体1状态信息，并用于获取蓄电池9的运行及电量等相应状态信息，还用于获取船体1的故障信息等。并通过执行器向船体1的相应系统发出执行命令。
主控制器15还分别与氢气罐6、空压机7以及燃料电堆8连接，以对氢气罐6、空压机7以及燃料电堆8实现控制。
高压系统包括高压转低压模块16(DCL)、与高压转低压模块16连接的高压配电盒以及与高压配电盒电连接的低压配电盒，高压转低压模块16、高压配电盒以及低压配电盒均与主控制器15连接，高压配电盒与蓄电池9连接，低压配电盒分别与散热器11以及船体1的控制系统连接。
燃料电堆8产生的电力为108V(直流电)至180V，根据系统需求，燃料电堆8所产生的电力会通过高压转低压模块16将电压转换为72V，再通过高压配电盒分配分为两路，一路进入电池管理系统为蓄电池9充电，另一路则通过高压转低压模块16再讲电压转换为24V进入低压配电盒，以为散热器11、船体1的控制系统以及低压系统等供电。
本实施例中，一个散热器11用于为燃料电堆8进行散热，另一个散热器11则用于为电气系统11进行散热。通过单独散热的方式进行设置，可以提升燃料电堆8和电气系统10的散热效果。
其中，散热器11为水冷散热器或抽风式散热器，其冷却介质包括50％的水和50％的乙二醇，散热器11的风扇出口需保证最小风阻。
与现有技术相比，本实施例的氢能源船舶在船体1的甲板下设置氢气储存舱室4，在氢气储存舱室4内设置氢气罐6，在驾驶室2下方设置空压机7、燃料电堆8、电气系统10以及散热器11，从可以通过空压机7和氢气罐6分别为燃料电堆8提供空气和氢气，以使燃料电堆8产生电能，再通过电气系统10为船体1的控制系统和蓄电池9供电，进而驱动船舶行驶，实现以氢作为能源驱动船舶的方式，避免船舶的废气排放不符合标准要求的情况。
以上实施例仅为清楚说明本发明所作的举例，并非对实施方式的限定；本发明的范围包括并不限于上述实施例，凡是按照本发明的形状、结构所作的等效变化均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种氢能源船舶，其特征在于，包括船体、氢气储存舱室以及氢气供能系统，所述氢气储存舱室设置于所述船体的甲板下；所述氢气供能系统包括设置于所述氢气储存舱室内的氢气罐、间隔设置于所述船体的驾驶室下方的空压机、燃料电堆、蓄电池、电气系统以及散热器，所述燃料电堆分别与所述氢气罐以及所述空压机连接，所述电气系统分别与所述燃料电堆、所述蓄电池以及所述船体的控制系统连接，所述散热器分别与所述燃料电堆和所述电气系统连接。
2.如权利要求1所述的氢能源船舶，其特征在于，所述氢气储存舱室设置于所述船体的开敞甲板下；所述空压机、所述燃料电堆以及所述散热器设置于所述驾驶室下方的敞开区域，所述空压机与所述燃料电堆分别对应设置于所述船体的甲板两舷，所述散热器为两个且分别对应悬挂于所述驾驶室下方的两侧外壁；所述蓄电池以及所述电气系统设置于所述驾驶室下方的机舱内，所述电气系统设置于所述燃料电堆的下方。
3.如权利要求1所述的氢能源船舶，其特征在于，所述氢气储存舱室的舱口尺寸大于所述氢气罐的尺寸并设置有密封结构，所述氢气储存舱室的内壁涂刷有聚乙烯树脂防火涂层，所述氢气储存舱室设置有与外界连通的排气口，所述氢气储存舱室与所述驾驶室下方的机舱间隔至少一个舱室。
4.如权利要求1所述的氢能源船舶，其特征在于，所述氢气罐沿所述船体的长度方向设置，所述氢气罐与所述船体的舷侧及船底的距离均大于或等于B/5m以及11.5m中的最小值。
5.如权利要求1所述的氢能源船舶，其特征在于，所述燃料电堆为具有的多个连接端口的密闭箱体结构，其中一个所述连接端口与所述驾驶室的排气管连接以将所述燃料电堆产生的废气排出。
6.如权利要求5所述的氢能源船舶，其特征在于，所述排出管的出口高于所述驾驶室的室顶甲板，所述排出管位于所述驾驶室的管段部分设置有隔热层。
7.如权利要求1所述的氢能源船舶，其特征在于，所述燃料电堆通过设置有阀门的氢气管路与所述氢气罐连接，所述氢气管路通过设置于舱壁上的套管穿过对应的舱室。
8.如权利要求7所述的氢能源船舶，其特征在于，所述氢能源船舶还包括氢气安全报警系统，所述氢气安全报警系统用于检测所述燃料电堆中的氢气浓度值，并在所述氢气浓度值未处于预设浓度值时报警及关闭所述氢气管路上的至少一个所述阀门。
9.如权利要求1所述的氢能源船舶，其特征在于，所述电气系统包括低压系统和高压系统；所述低压系统包括主控制器、分别与所述主控制器连接的辅助控制器、传感器以及执行器，所述执行器与所述船体的控制系统连接；所述高压系统包括高压转低压模块、与所述高压转低压模块连接的高压配电盒以及与所述高压配电盒电连接的低压配电盒，所述高压转低压模块、所述高压配电盒以及所述低压配电盒均与所述主控制器连接，所述高压配电盒与所述蓄电池连接，所述低压配电盒分别与所述散热器以及所述船体的控制系统连接。
10.如权利要求1所述的氢能源船舶，其特征在于，所述空压机的输入端设置有用于过滤空气的空气过滤器。
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2022
- 2022-06-01 CN CN202210623022.8A patent/CN115009497A/zh active Pending
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