CN219096958U - 一种氢动力无人船 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氢动力无人船，包括主船体和混合动力系统，所述主船体为两层结构，上层包括主甲板、艉升高甲板，下层包括单壳单底和位于其上的多个独立舱室，所述混合动力系统包括氢燃料电池系统和锂电池组，所述氢燃料电池系统包括氢燃料电池发动装置和氢气供应系统；所述氢燃料电池发动装置和锂电池组分别设置于所述主船体下层不同的舱室内；所述氢气供应系统设置于主甲板上侧；所述氢燃料电池发动装置与所述氢气供应系统的供氢管路连接。本实用新型通过涉氢处所及锂电池舱室的安全设计实现氢燃料电池系统在中大型船舶上的应用，并保证了船舶的安全性。

Description

一种氢动力无人船

技术领域

本实用新型属于新能源技术船舶领域，尤其涉及一种氢动力无人船。

背景技术

因无人船艇领域国内仍处于发展的初期阶段，受限于技术发展和船舶造价，市面已有的无人船艇一般体型较小，市场发展空间受限。随着航运市场的发展和技术的演进，无人船大型化的趋势越来越明显，纯电池动力船舶无法满足中大型船舶自主航行系统的用电需求，而且用电量大，配置的电池组数量越多，潜在发生火灾的可能性及危险性也就越大，以及由于充放电倍率过大加速电池的衰减也带来更多的安全风险。

类比汽车，新能源汽车的发展为汽车自动驾驶技术带来了发展契机，而大功率氢燃料电池系统的发展也将为船舶自主航行带来新的发展机遇。然而目前我国在氢燃料电池技术应用上尚处于起步阶段，国内对此大多为实验和验证性质的氢燃料电池动力船舶，相关设计尚不能满足相关法规和安全要求，急需开展氢能上船的技术难题攻关。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种氢动力无人船，通过涉氢处所及锂电池舱室的安全设计实现氢燃料电池系统的对中大型船舶的应用，并保证了船舶的安全性。

本实用新型提供了一种氢动力无人船，包括主船体和混合动力系统，所述主船体为两层结构，上层包括主甲板、艉升高甲板，下层包括单壳单底和位于单壳单底上的多个独立舱室，所述混合动力系统包括氢燃料电池系统和锂电池组，所述氢燃料电池系统包括氢燃料电池发动装置和氢气供应系统；

所述氢燃料电池发动装置和锂电池组分别设置于所述主船体的下层不同的独立舱室内；

所述氢气供应系统设置于主甲板上侧；

所述氢燃料电池发动装置与所述氢气供应系统的供氢管路相连接。

进一步的，所述氢气供应系统包括氢气瓶、加注站、供氢管路、氮气吹扫组件和透气管；

所述氢气瓶设置于主甲板后部，其输出口连接供氢管路；

所述加注站设置于主甲板后部且与氢气瓶相邻，通过加注管路与所述氢气瓶的输入口相连；

所述氮气吹扫组件设置于主甲板后部且与所述氢气瓶和加注站相邻；

所述氢气瓶瓶口处设置安全泄压装置，安全泄压装置的气体出口连接到所述透气管的入口；

所述透气管设置于主甲板后部，且在垂直于主甲板向上方延伸，远离主甲板的管口为透气管的出口。

进一步的，所述独立舱室包括七氟丙烷间、电池舱、燃料电池发动机间和干粉设备间，从前向后依次顺序设置于所述主船体的下层的中部。

进一步的，所述氢燃料电池发动装置设置于燃料电池发动机间内部，所述燃料电池发动机间设置第一直梯和水密舱口盖通往主甲板。

进一步的，所述燃料电池发动机间设置有燃料电池发动机间供风设备和燃料电池发动机间排风设备；

所述燃料电池发动机间供风设备设置于电池舱上方的主甲板右舷位置，通过管道连接到燃料电池发动机间对其供风；

所述燃料电池发动机间排风设备设置于燃料电池发动机间上方的主甲板左舷靠后方位置，通过管道连接到燃料电池发动机间对其实现机械排风。

进一步的，所述锂电池组设置于所述电池舱内部，所述电池舱设置第二直梯和水密舱口盖通往主甲板。

进一步的，所述电池舱设置电池舱供风设备和电池舱排风设备，所述电池舱供风设备和电池舱排风设备分别设置于七氟丙烷间和配电室上方主甲板的对应位置，分别通过管道连接到电池舱对其实现供风和排风。

进一步的，所述七氟丙烷间设置七氟丙烷间供风设备和七氟丙烷间排风设备，所述七氟丙烷间供风设备和七氟丙烷间排风设备分别设置于七氟丙烷间和配电室上方的主甲板的对应位置，分别通过管道连接到七氟丙烷间对其实现供风和排风。

进一步的，所述干粉设备间设置干粉设备间供风设备和干粉设备间排风设备，均设置于艉升高甲板后端，通过管道与干粉设备间进行连接对其实现供风和排风。

进一步的，所述供氢管路的输入端与所述氢气瓶的输出口连接，设置于主甲板上侧，从燃料电池发动机间上方穿入燃料电池发动机间，其输出端与所述氢燃料电池发动装置的入口连接。

与现有技术相比，本实用新型至少实现下述之一的有益效果：

通过对氢燃料电池系统涉氢处所及锂电池舱室的安全设计，保证了无人船在复杂海况下涉氢装置的稳定性、防止氢气扩散泄漏、保持良好通风，从而实现氢燃料电池系统的安全应用。

通过采用氢燃料电池和锂电池混合动力系统，解决了纯锂电池动力无法满足中大型船舶自主航行系统的用电需求的问题；由于混合动力系统配置的锂电池组数量较少，从而减小了锂电池产生火灾的可能性和危险性。

本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实用新型实施例氢动力无人船侧视图；

图2为本实用新型实施例氢动力无人船俯视图。

附图标记：

1-主甲板、2-艉升高甲板、3-单壳单底、4-氢气供应系统、5-七氟丙烷间、6-配电室、7-电池舱、8-燃料电池发动机间、9-干粉设备间、10-氢气瓶、11-加注站、12-干粉设备间供风设备、13-透气管、14燃料电池发动机间供风设备、15-燃料电池发动机间排风设备、16-七氟丙烷间供风设备、17-七氟丙烷间排风设备、18-电池舱供风设备、19-电池舱排风设备、20-干粉设备间排风设备、21-氢燃料电池发动装置。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型的一个具体实施例，公开了一种氢动力无人船，如图1(侧视图)和图2(俯视图)所示：

包括主船体和混合动力系统，所述主船体为两层结构，上层包括主甲板1、艉升高甲板2，下层包括单壳单底3和位于单壳单底3上的多个独立舱室，所述混合动力系统包括氢燃料电池系统(图中未示出)和锂电池组(图中未示出)，所述氢燃料电池系统包括氢燃料电池发动装置21和氢气供应系统4；

所述氢燃料电池发动装置21和锂电池组分别设置于所述主船体下层不同的舱室内；其中，氢燃料电池发动装置21设置于燃料电池发动机间8；锂电池组设置于电池舱7中。

所述氢气供应系统4设置于主甲板1上侧；

所述氢燃料电池发动装置21与所述氢气供应系统的供氢管路(图中未示出)相连接。

所述独立舱室包括七氟丙烷间5、电池舱7、燃料电池发动机间8和干粉设备间9，从前向后依次顺序设置于船体下层中部。

具体的，主船体采用全焊接钢质结构。

所述氢气供应系统4包括氢气瓶10、加注站11、供氢管路、氮气吹扫组件(图中未示出)和透气管13。

具体的，氢气瓶10布置于主甲板后部，其输出口连接供氢管路；氢气瓶10关于船舶中纵线对称布置，且远离驾驶室位置，以尽可能降低人员风险，防止船舶因碰撞或搁浅事故导致氢气瓶遭受外力伤害；氢气瓶10布置于开敞甲板(主甲板)上，以保证具有足够的自然通风，以防止逸出的气体积聚；氢气瓶10布置避开与A类机器处所或其他具有较大失火危险处所，示例性的，氢气瓶10设置于干粉设备间9上方对应甲板位置；氢气瓶10瓶口处装设温度驱动安全泄压装置和截止阀，安全泄压装置的气体出口连至透气管13的入口；透气管13设置于主甲板后部，垂直于主甲板向上方延伸，远离主甲板的管口为透气管13的出口，透气管13的高度大于10m，保证逸出的氢气不对船上其他处所造成威胁；同时，在氢气瓶10上方设一水雾系统，用于氢气瓶的冷却、防火及船员防护，可完全覆盖位于主甲板上方的氢气瓶10的暴露部分。

具体的，加注站11设置于主甲板后部与氢气瓶10相邻，通过加注管路与所述氢气瓶10的输入口相连；加注站设置于开敞甲板(主甲板)上，以使其具有足够的自然通风；同时，在加注站附近配置大型推车式干粉灭火设备，其覆盖所有可能的泄漏点，并配备1具手提式干粉灭火器。

具体的，氮气吹扫组件设置于主甲板后部与所述氢气瓶10和加注站11相邻；氮气吹扫组件用于加注管路、供氢管路的惰性气体(氮气)置换吹扫，以保证氢燃料电池发动装置21在关闭后或启动前处于钝态(钝态系指燃料或氧化剂系统已被吹扫组件吹扫后燃料电池发动装置的状态)，吹扫管路独立通向露天区域，并按危险区域空气出口布置。

具体的，供氢管路用于将氢气瓶内的高压气体减压至氢燃料电池系统需要的压力，并将氢气输送至氢燃料电池发动装置21内用于发生电化学反应；具体的，供氢管路设计为单壁管，管路优先布置于开敞甲板(主甲板)上，在燃料电池发动机间8上方穿入燃料电池发动机间8，其输入端与氢气瓶的输出口连接，输出端与氢燃料电池发动装置21的氢气入口相连；具体的，供氢管路采用全焊透连接，距离舷侧外板大于800mm，降低燃料泄漏扩散风险并防止管路遭受意外机械损伤；供氢管路上设置排空口与透气管连接；优选的，在燃料电池发动机间8的供氢管路只能有两个接头：一个是串联于供氢管路上的手动/自动控制组合阀、另一个是供氢管路输出端，即与燃料电池发动机装置的氢气入口处，其他管路阀件均布置在露天甲板，一旦阀件与管路接头处有少量气体泄漏时，可以及时排至大气。

燃料电池发动机间8用于放置并固定氢燃料电池发动装置21。

具体的，燃料电池发动机间8设计为一个独立舱室，与相邻其他舱室保持气密，并采用A-60级防火分隔，设置直梯和水密小舱口盖通往开敞甲板，以防止燃料电池发动机间发生火灾危及其他舱室，亦可避免相邻舱室发生火灾危及燃料电池发动机间；优选的，该舱室设计简单，上部未设任何阻碍结构，以最大限度避免可燃气体积聚。

具体的，燃料电池发动机间8内放置并固定氢燃料电池发动装置21，氢燃料电池发动装置21与所述锂电池组一同供应无人船的日常航行及生活用电。

具体的，燃料电池发动机间8设置两台风量相等的排风机，布置于燃料电池发动机间排风设备15内，用于舱室通风，其中一台作为备用，两台风机分别由两组公用线路供电，当任一台风机发生故障时，能自动切换至另一台风机并发出报警，以保证舱室内温度始终处于适宜温度，舱室内危险气体浓度始终在爆炸安全值以下，以最大程度地减少燃料电池处所发生气体爆炸的可能性；同时，燃料电池发动机间8采用固定式干粉灭火系统并配备2具手提式干粉灭火器，以保证一旦发生火灾可及时被扑灭；具体的，燃料电池发动机间8配备泄漏监测系统，在各种介质出口、管路接头处均设有气体监测装置，当出现少量气体泄漏时，可以及时发现并采取有效措施，以防止气体扩散泄漏。优选的，燃料电池发动机间供风设备14位于安全区域，布置于对应电池舱7上方的主甲板右舷位置，通过管道连接到燃料电池发动机间8对其自然供风；燃料电池发动机间排风设备15位于露天区域，且该区域的危险性不能高于燃料电池发动机间，具体的，布置于对应燃料电池发动机间8上方的主甲板左舷靠后方位置，通过管道连接到燃料电池发动机间8并配有风机对其实现机械排风。

干粉设备间9设置固定式干粉灭火系统，用于燃料电池发动机间的灭火。

具体的，干粉被储存于干粉罐内，并配备相应数量的氮气瓶；同时，干粉设备间9为独立舱室，并采用独立通风，以保证相邻处所发生火灾时，干粉灭火系统能够正常工作，同时，也能避免一旦发生氮气泄漏对相邻处所造成危险；优选的，设置干粉设备间排风设备20为机械排风，设置干粉设备间供风设备12为自然供风，同时该舱室内配备1具手提式干粉灭火器；优选的，干粉设备间排风设备和供风设备位于安全区域，且供风设备距离任一危险区1.5m以外，布置于于艉升高甲板后端，通过管道与干粉设备间9进行连接对其实现供风和排风。

电池舱7用于管理和置放锂电池组。

具体的，锂电池组置于电池舱7内的电池架上，用于无人船的日常航行及生活用电。

具体的，电池舱7为一个独立舱室，与相邻其他舱室保持气密，采用A-60级防火分隔，设置直梯通往开敞甲板(主甲板)，以防锂电池的燃烧或爆炸，将锂电池火灾和爆炸抑制、控制和扑灭在着火舱室内，同时避免相邻舱室发生火灾危及电池舱。

具体的，设置一台排风机(兼做应急排风设备)布置于电池舱排风设备19内，以便及时排出锂电池热失控情况下产生的可燃气体，同时电池舱7内设置可燃气体探测装置，排风机与可燃气体探测装置设置关联，当探测到舱室内可燃气体浓度大于其爆炸下限(体积分数)的20％时，则自动启动排风机；同时，风机风量满足应急排风要求的每小时30次的换气要求，以保证锂电池可在适宜的温度环境中工作；设置电池舱供风设备18为自然供风；优选的，电池舱供风设备和排风设备应位于安全区域，且供风设备距离任一危险区1.5m以外，分别布置于七氟丙烷间5和配电室6上方的主甲板相应位置，分别通过管道连接到电池舱7对其实现供风和排风；同时，该舱室采用七氟丙烷灭火系统并配备4具手提式七氟丙烷灭火器，保证发生火灾时可以及时扑灭。

七氟丙烷间5内设置固定式七氟丙烷灭火系统，含多个七氟丙烷气瓶，所述七氟丙烷灭火系统用于电池舱灭火。

具体的，所述七氟丙烷间5为独立舱室并采用独立通风，以保证相邻处所发生火灾时，七氟丙烷灭火系统仍然能够正常工作，同时，也能避免一旦发生七氟丙烷泄漏对相邻处所造成危险；优选的，设置七氟丙烷间排风设备17为机械排风，设置七氟丙烷间供风设备16为自然供风；优选的，七氟丙烷间的排风设备17和供风设备16位于安全区域，且供风设备距离任一危险区1.5m以外，七氟丙烷间供风设备16和七氟丙烷间排风设备17分别设置于七氟丙烷间5和配电室6上方的主甲板的对应位置，分别通过管道连接到七氟丙烷间5对其实现供风和排风。

与现有技术相比，本实施例公开的一种氢动力无人船船体，通过对氢燃料电池系统涉氢处所及锂电池舱室的安全设计，保证了无人船在复杂海况下涉氢装置的稳定性、防止氢气扩散泄漏、保持良好通风，从而实现氢燃料电池系统的安全应用。通过采用氢燃料电池和锂电池混合动力系统，解决了纯锂电池动力无法满足中大型船舶自主航行系统的用电需求的问题；由于混合动力系统配置的锂电池组数量较少，从而减小了锂电池产生火灾的可能性和危险性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氢动力无人船，其特征在于：包括主船体和混合动力系统，所述主船体为两层结构，上层包括主甲板、艉升高甲板，下层包括单壳单底和位于单壳单底上的多个独立舱室，所述混合动力系统包括氢燃料电池系统和锂电池组，所述氢燃料电池系统包括氢燃料电池发动装置和氢气供应系统；

所述氢燃料电池发动装置和锂电池组分别设置于所述主船体的下层不同的独立舱室内；

所述氢气供应系统设置于主甲板上侧；

所述氢燃料电池发动装置与所述氢气供应系统的供氢管路相连接。

2.根据权利要求1所述的氢动力无人船，其特征在于，所述氢气供应系统包括氢气瓶、加注站、供氢管路、氮气吹扫组件和透气管；

所述氢气瓶设置于主甲板后部，其输出口连接供氢管路；

所述加注站设置于主甲板后部且与氢气瓶相邻，通过加注管路与所述氢气瓶的输入口相连；

所述氮气吹扫组件设置于主甲板后部且与所述氢气瓶和加注站相邻；

所述氢气瓶瓶口处设置安全泄压装置，安全泄压装置的气体出口连接到所述透气管的入口；

所述透气管设置于主甲板后部，且在垂直于主甲板向上方延伸，远离主甲板的管口为透气管的出口。

3.根据权利要求2所述的氢动力无人船，其特征在于，所述独立舱室包括七氟丙烷间、电池舱、燃料电池发动机间和干粉设备间，从前向后依次顺序设置于所述主船体的下层的中部。

4.根据权利要求3所述的氢动力无人船，其特征在于，所述氢燃料电池发动装置设置于燃料电池发动机间内部，所述燃料电池发动机间设置第一直梯和水密舱口盖通往主甲板。

5.根据权利要求4所述的氢动力无人船，其特征在于，所述燃料电池发动机间设置有燃料电池发动机间供风设备和燃料电池发动机间排风设备；

所述燃料电池发动机间供风设备设置于电池舱上方的主甲板右舷位置，通过管道连接到燃料电池发动机间对其供风；

所述燃料电池发动机间排风设备设置于燃料电池发动机间上方的主甲板左舷靠后方位置，通过管道连接到燃料电池发动机间对其实现机械排风。

6.根据权利要求5所述的氢动力无人船，其特征在于，所述锂电池组设置于所述电池舱内部，所述电池舱设置第二直梯和水密舱口盖通往主甲板。

7.根据权利要求6所述的氢动力无人船，其特征在于，所述电池舱设置电池舱供风设备和电池舱排风设备，所述电池舱供风设备和电池舱排风设备分别设置于七氟丙烷间和配电室上方主甲板的对应位置，分别通过管道连接到电池舱对其实现供风和排风。

8.根据权利要求7所述的氢动力无人船，其特征在于，所述七氟丙烷间设置七氟丙烷间供风设备和七氟丙烷间排风设备，所述七氟丙烷间供风设备和七氟丙烷间排风设备分别设置于七氟丙烷间和配电室上方的主甲板的对应位置，分别通过管道连接到七氟丙烷间对其实现供风和排风。

9.根据权利要求8所述的氢动力无人船，其特征在于，所述干粉设备间设置干粉设备间供风设备和干粉设备间排风设备，均设置于艉升高甲板后端，通过管道与干粉设备间进行连接对其实现供风和排风。

10.根据权利要求3所述的氢动力无人船，其特征在于，所述供氢管路的输入端与所述氢气瓶的输出口连接，设置于主甲板上侧，从燃料电池发动机间上方穿入燃料电池发动机间，其输出端与所述氢燃料电池发动装置的入口连接。

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