CN114665127A - 船用储供氢*** - Google Patents

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CN114665127A CN202210358501.1A CN202210358501A CN114665127A CN 114665127 A CN114665127 A CN 114665127A CN 202210358501 A CN202210358501 A CN 202210358501A CN 114665127 A CN114665127 A CN 114665127A
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任圣哲
刘焕萍
张明俊
郑铭路
王艳萍
袁生浩
许晗
刘晓禹
王林
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Beijing Peric Hydrogen Technologies Co ltd
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Beijing Peric Hydrogen Technologies Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种船用储供氢***，包括安装于储氢舱室中的储氢模块和安装于气路控制舱室中的加注模块、供氢模块和吹扫模块；所述吹扫模块能依次与所述加注模块、储氢模块和供氢模块连通以将氮气源中的氮气吹入目标管路中惰化所述船用储供氢***；所述加注模块能将进入加氢口的氢气加注至所述储氢模块中的各个燃料瓶中；所述储氢模块能将储存在其内部的氢气通过所述供氢模块输送入至少一个燃料电池中；其中，每个所述燃料电池对应设置有一个包括至少两个所述燃料瓶的瓶组以向其输入氢气。本发明可实现多通道快速加氢；满足船舶对动力***冗余的需求，即使单一零部件产生异常，仍可保证储供氢功能；带有惰化功能可自动完成氢***管路的惰化及置换。

Description

船用储供氢***
技术领域
本发明涉及船舶燃料储存技术领域，尤其涉及一种船用储供氢***。
背景技术
国际上部分国家在氢燃料船舶方面的研究示范比较领先，汇集多个主要氢燃料船舶项目，但是国内氢燃料电池船舶仍属初步阶段，此外，2021年国家海事局先后发布船舶应用燃料电池发电装置指南及相关法规，因此急需提出一种满足相关法规的氢燃料动力船舶。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船用储供氢***，用以解决现有技术中缺少能满足相关法规的氢燃料动力船舶的难题。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供了一种船用储供氢***，包括安装于储氢舱室中的储氢模块和安装于气路控制舱室中的加注模块、供氢模块和吹扫模块；所述吹扫模块能依次与所述加注模块、储氢模块和供氢模块连通以将氮气源中的氮气吹入目标管路中惰化所述船用储供氢***；所述加注模块能将进入加氢口的氢气加注至所述储氢模块中的各个燃料瓶中；所述储氢模块能将储存在其内部的氢气通过所述供氢模块输送入至少一个燃料电池中；其中，每个所述燃料电池对应设置有一个包括至少两个所述燃料瓶的瓶组以向其输入氢气。
优选的，其中，所述加注模块包括：并列设置的至少两条加注主管路，每条所述加注主管路的一端设置有所述加氢口，所述至少两条加注主管路的另一端并联接入有多根加注支管路，每根所述加注支管路均能向与其对应的所述瓶组中的至少两个所述燃料瓶中加注氢气；其中，每条所述加注主管路中沿氢气的加注方向依次设置有过滤器、单向阀、球阀、电磁阀，且每条所述加注主管路中还接入有压力监测管路和/或氢气排空总管路。
优选的，其中，所述压力监测管路能通过针形阀与所述加注主管路连通，且所述压力监测管路中并行接入有至少两个压力监测装置；和/或所述氢气排空总管路中并列接入有一个电磁阀和一个针形阀以能控制其与所述加注主管路的通断。
优选的，其中，所述储氢模块包括：并列设置的多个所述瓶组，每个所述瓶组中的至少两个所述燃料瓶通过一根所述加注支管路连通以能对进入其中的氢气进行储存；两条第一排空管路，分别设置在所述燃料瓶的入口端与出口端以将每个所述燃料瓶的入口端连通和每个所述燃料瓶的出口端连通；其中，每条所述第一排空管路的末端均设置有一个单向阀以能将其中的气体排出。
优选的，其中，所述储氢模块中每个所述燃料瓶的瓶尾设置有压力释放装置以能将其与所述第一排空管路连通；和/或所述储氢模块中每个所述燃料瓶的瓶口设置有用于监测其中氢气压力的压力监测装置，且所述压力监测装置具有与所述燃料瓶的压力范围对应的定位标记。
优选的，其中，所述供氢模块包括：汇流排；并列设置的多条第一供气主管路，每条所述第一供气主管路的一端均与一个所述瓶组连通，多条所述第一供气主管路的另一端并列接入所述汇流排，沿气体的流动方向，每条所述第一供气主管路中依次设置有单向阀和电磁阀；并列设置的多条第二供气主管路，每条所述第二供气主管路的一端均与一个所述燃料电池连通，多条所述第二供气主管路的另一端并列接入所述汇流排，沿气体的流动方向，每条所述第二供气主管路中依次设置有电磁阀、过滤器、减压阀、所述压力监测管路、第二排空支管路、第一电磁阀、第二电磁阀和球阀；第三排空管路，连通端具有并列接入所述汇流排的一个电磁阀和一个针形阀以能利用该电磁阀和/或该针形阀将所述汇流排中的气体排出。
优选的，其中，多条所述第二排空支管路能汇入同一排空管路以形成第二排空管路。
优选的，其中，所述第二排空支管路连通端具有并列接入所述第二供气主管路的一个安全阀、一个针形阀和一个电磁阀以能利用该安全阀、该电磁阀或该针形阀将所述第二供气主管路中的气体排出；其中，所述第二排空支管路中的安全阀和针形阀接入在所述第二供气主管路中减压阀和所述第一电磁阀之间，所述第二排空支管路中的电磁阀接入在所述第一电磁阀和所述第二电磁阀之间。
优选的，其中，所述吹扫模块包括氮气吹扫管路及沿着氮气的吹扫方向依次设置的所述压力监测管路、球阀、过滤器、减压阀、电磁阀、第四排空管路和单向阀；其中，所述第四排空管路的连通端具有并列接入所述氮气吹扫管路的一个安全阀、一个针形阀和一个电磁阀以能利用该安全阀、该电磁阀或该针形阀将所述氮气吹扫管路中的气体排出。
优选的，其中，所述储氢模块、所述加注模块和所述供氢模块能通过设置在所述瓶组中的瓶口组合阀连通；和/或所述燃料电池的数量为4个，所述瓶组的数量为4 个，每个所述瓶组中包括2个所述燃料瓶。
本发明至少具有以下特点及优点：
本发明可实现多通道快速加氢；满足船舶对动力***冗余的需求，即使单一零部件产生异常，仍可保证储供氢功能；带有惰化功能，可自动完成氢***管路的惰化及置换；可满足国家海事局提出的相关要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本发明船用储供氢***的结构框图；
图2为本发明加注模块的结构框图；
图3为本发明储氢模块的结构框图；
图4为本发明供氢模块的结构框图；
图5为本发明吹扫模块的结构框图。
附图标记与说明：
100、船用储供氢***；1、加注模块；11、加注主管路；12、加注支管路；13、氢气排空总管路；2、储氢模块；21、瓶组；211、燃料瓶；22、第一排空管路；3、供氢模块；31、汇流排；32、第一供气主管路；33、第二供气主管路；34、第二排空管路；341、第二排空支管路；35、第三排空管路；4、吹扫模块；41、氮气吹扫管路； 42、第四排空管路；5、压力监测管路。
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，下文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。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。
本发明提供了一种船用储供氢***100，请参见图1至图5，包括安装于储氢舱室中的储氢模块2和安装于气路控制舱室中的加注模块1、供氢模块3和吹扫模块4；吹扫模块4能依次与加注模块1、储氢模块2和供氢模块3连通以将氮气源中的氮气吹入目标管路中惰化船用储供氢***100；加注模块1能将进入加氢口的氢气加注至储氢模块2中的各个燃料瓶211中；储氢模块2能将储存在其内部的氢气通过供氢模块3输送入至少一个燃料电池中；其中，每个燃料电池对应设置有一个包括至少两个燃料瓶211的瓶组21以向其输入氢气。
本发明能自动完成惰化和除气，且管路未进行作业时处于惰化状态。储氢***在非工作状态下，尽应在储氢气瓶(即燃料瓶211)内保存高纯度高压氢气，管路内充满氢含量不超过0.4％(10％LEL)的氢氮混合气体，各模块间处于封闭状态。
在一些实施例中，请参见图2，加注模块1包括并列设置的至少两条加注主管路11，每条加注主管路11的一端设置有加氢口，至少两条加注主管路11的另一端并联接入有多根加注支管路12，每根加注支管路12均能向与其对应的瓶组21中的至少两个燃料瓶211中加注氢气；其中，每条加注主管路11中沿氢气的加注方向依次设置有过滤器、单向阀、球阀、电磁阀，且每条加注主管路11中还接入有压力监测管路5和/或氢气排空总管路13。本发明通过配备至少两条加注主管路11，可同时进行加氢工作，从而提高加注效率，也便于冗余供给。在一些优选实施例中，加注模块1 中设置有两条加注主管路11。
本领域的技术人员应当明白，电磁阀可以遥控操作开闭，球阀可以手动操作开闭，因此在实际使用中，用户可以根据需求进行相应阀门的开闭。
进一步的，请参见图2，压力监测管路5能通过针形阀与加注主管路11连通，且压力监测管路5中并行接入有至少两个压力监测装置，其中，压力监测装置可以为压力变送器(即图2中的PT1001-PT1002)和压力表(即图2中的PI1001)，优选的，压力监测管路5中具有两个压力变送器和一个压力表。本发明通过设置压力监测管路5，可以就地显示管路中的压力，即指示船舶加注总管前端压力，此外，采用该种设计方式能保证在单一压力检测设备出现异常时，不影响整套***的正常使用。更进一步的，请参见图1，氢气排空总管路13中并列接入有一个电磁阀和一个针形阀以能控制其与加注主管路11的通断。
在一些实施例中，请参见图3，储氢模块2包括并列设置的多个瓶组21，每个瓶组21中的至少两个燃料瓶211通过一根加注支管路12连通以能对进入其中的氢气进行储存；两条第一排空管路22，分别设置在燃料瓶211的入口端与出口端以将每个燃料瓶211的入口端连通和每个燃料瓶211的出口端连通；其中，每条第一排空管路 22的末端均设置有一个单向阀以能将其中的气体排出。
进一步的，请参见图3，储氢模块2中每个燃料瓶211的瓶尾设置有压力释放装置以能将其与第一排空管路22连通；更进一步的，请参见图1，储氢模块2中每个燃料瓶211的瓶口设置有用于监测其中氢气压力的压力监测装置，且压力监测装置具有与燃料瓶211的压力范围对应的定位标记。也即，每一燃料瓶211设置可直接检测瓶内的压力的就地显示的压力传感器(压力变送器或压力表，如图3中的 PT2001-PT2008)，并在相应的压力传感器上对燃料瓶211允许的最高压力值和最低压力值进行标注。
在一些实施例中，请参见图4，供氢模块3包括汇流排31、并列设置的多条第一供气主管路32、并列设置的多条第二供气主管路33和第三排空管路35。
具体的，每条第一供气主管路32的一端均与一个瓶组21连通，多条第一供气主管路32的另一端并列接入汇流排31，沿气体的流动方向，每条第一供气主管路32 中依次设置有单向阀和电磁阀；每条第二供气主管路33的一端均与一个燃料电池连通，多条第二供气主管路33的另一端并列接入汇流排31，沿气体的流动方向，每条第二供气主管路33中依次设置有电磁阀、过滤器、减压阀、压力监测管路5、第二排空支管路341、第一电磁阀、第二电磁阀和球阀；第三排空管路35，连通端具有并列接入汇流排31的一个电磁阀和一个针形阀以能利用该电磁阀和/或该针形阀将汇流排31中的气体排出。其中，多条压力监测管路5中包括压力变送器PT3001-PT3008，压力表PI3001-PI3004。在一些实施例中，所有氢气燃料供应管路均采用全焊透连接，即第一供气主管路32和第二供气主管路33均采用全焊透连接。
进一步的，请参见图4，多条第二排空支管路341能汇入同一排空管路以形成第二排空管路34。本发明通过采用该种设计能保证任一供气管路被隔离，从而避免任一供气管路出现异常后不影响其他供气管路的正常使用。
在一些实施例中，请参见图4，第二排空支管路341连通端具有并列接入第二供气主管路33的一个安全阀、一个针形阀和一个电磁阀以能利用该安全阀、该电磁阀或该针形阀将第二供气主管路33中的气体排出；其中，第二排空支管路341中的安全阀和针形阀接入在第二供气主管路33中减压阀和第一电磁阀之间，第二排空支管路341中的电磁阀接入在第一电磁阀和第二电磁阀之间。
在一些实施例中，请参见图5，吹扫模块4包括氮气吹扫管路41及沿着氮气的吹扫方向依次设置的压力监测管路5(其上设置有压力变送器PT4001、压力变送器 PT4002,压力表PI4001)、球阀、过滤器、减压阀、电磁阀、第四排空管路42和单向阀；其中，第四排空管路42的连通端具有并列接入氮气吹扫管路41的一个安全阀 PSV4001、一个针形阀NV4002和一个电磁阀SV4002以能利用该安全阀、该电磁阀或该针形阀将氮气吹扫管路41中的气体排出。
进一步的，请参见图1，储氢模块2、加注模块1和供氢模块3能通过设置在瓶组21中的瓶口组合阀连通，即燃料瓶211的每一个气体燃料供应出口均设置有一个能手动操作和自动操作的组合阀，在一些优选实施例中，组合阀中还设置有温度传感器和过滤器等。
在一些具体实施例中，请参见图1，燃料电池的数量为4个，瓶组21的数量为4 个，每个瓶组21中包括2个燃料瓶211。本发明通过采用该种设计能够保证每个瓶组21中的燃料瓶211能够被隔离，从而保证任一燃料瓶211不可用的前提下不影响其他燃料瓶211的使用。在一些实施例中，燃料瓶211为CGH瓶，即其采用320L 复合缠绕瓶，工作压力35MPa。
在一些实施例中，本发明的***需要根据船舱的情况合理设置氢气泄露探头、火焰探测器和通风***；进一步的，***的电气控制和数据采集均由控制器完成，危险情况实现***控制的联动，以保证供气安全。
本发明可实现多通道快速加氢；满足船舶对动力***冗余的需求，即使单一零部件产生异常，仍可保证储供氢功能；带有惰化功能，可自动完成氢***管路的惰化及置换；可满足国家海事局提出的相关要求。
下面通过一个具体实施例来对本发明做进一步的介绍与说明，请参见图1至图5：
船用储供氢***100是指安装在船舶之上，从加氢口至用氢装置入口，与氢的加注、储存、供给和控制相关的所有装置和零部件的统称。为便于描述，本发明根据船用储供氢***100各部分的功能将其分为以下几个子模块，本领域的技术人员可以对其进行划分重命名，只要其结构与本发明相同就应当在本发明的保护范围之内。具体各功能模块如下：
1)加注模块1
主要包括加氢口、过滤器、单向阀、压力传感器以及必要的连接管路等零部件，其主要功用是完成与加氢站的加注对接，将洁净的高压氢气安全地注入到高压氢气瓶中。
2)储氢模块2
主要包括高压氢气瓶(即燃料瓶211)、组合瓶阀(即瓶口阀)、PRESSURE RELIEFDEVICE(简称PRD，即压力释放装置，PRD属于安全保护装置，一旦动作不可恢复)、以及必要的连接管路等，其主要功用是将加氢站注入的氢气安全地储存在高压氢气瓶中。
3)供氢模块3
主要包括电磁阀、减压器、安全阀、过滤器、各种阀门、放散口(即排气口)及必要的连接管路等，其主要功用是安全地向燃料电池***等用氢装置提供洁净的适用压力的氢气。
4)吹扫模块4
主要包括电磁阀、减压器、安全阀、过滤器、各种阀门、放散口及必要的连接管路等，其主要功用是将氮气通入储氢***主管路，完成储氢***惰化。
本发明的加注过程如下：
(1)加注氢开始前，将加氢口(JQK1001)与加氢枪连接，手动打开加注模块1 的加注球阀(HV1001)，通过电气控制打开加注模块1的电磁阀(SV1001)以及供氢模块3电磁阀(SV3001，SV3002，SV3003，SV3004)。
(2)通入氢气，配合加氢气动作开闭电磁阀(SV3021)或手动针阀(NV3005)，使管路内充满氢气。本领域的技术人员应当明白，向***中通入氢气直至其满足要求，需要逐次进行以保证动作过程的安全，所以需要多次开启与闭合相关阀门组件。
(3)加氢枪启动氢气加注，高压氢气依次通过加氢口(JQK1001),过滤器(F1001)，单向阀(CV1001)，手动球阀(HV1001)，单向阀(CV1002,CV1003， CV1004，CV1005)，进入到储氢瓶组21，直至氢气瓶组21内氢气达到35MPa或要求的压力值。
在加注过程中，加注管路的阀门为常开状态，紧急情况下通过急停按钮可以切断氢气的加注，需要单独控制。
本发明的供氢过程如下：
根据需要打开对应瓶组21的瓶口阀及对应电堆主管路上的所有电磁阀。燃料瓶211中高压氢气通过瓶口阀(PKF2001-PKF2008)进入供氢管路通过对应的单向阀 (CV3001-CV3004)及电磁阀(SV3001-SV3004)进入汇流排31，并依次通过减压阀侧电磁阀(SV3005-SV3008)，过滤器(F3001-F3004)以及减压阀 (PRV3001-PRV3004)由高压氢气减压至低压氢气，后经过电磁阀 (SV3009-SV3012)，电磁阀(SV3013-SV3016)以及手动球阀(HV3001-HV3004) 到达电堆。
本发明的惰化过程如下：
根据惰化前的状态打开对应的放空电磁阀(加注后惰化为SV3021，停止供氢后惰化为SV3017-SV3020)或手动阀(加注后惰化为NV3005，停止供氢后惰化为 NV3001-NV3004)将管路内的氢气排放至1bar-2bar，打开手动球阀HV4001以及电磁阀SV4001，高压氮气依次经过手动球阀HV4001，过滤器F4001以及减压阀 SV4001降至压力为2MPa的氮气，通过单向阀CV4001进入主管路直至高压管路内压力达到2MPa(低压管路内达到出口设定压力)，然后打开对应的放空电磁阀或手动阀至1bar-2bar，反复多次使氢含量不超过0.4％(10％LEL)。
本发明至少具有以下特点及优点：
通过本发明的储供氢***，可以为氢燃料动力船舶提供氢燃料，并可满足氢燃料电池动力船舶商业运营的需要；满足海事局对船用氢***的要求；满足船舶对动力***冗余的需求；满足船舶对燃料管路惰化的要求。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种船用储供氢***，其特征在于，包括安装于储氢舱室中的储氢模块和安装于气路控制舱室中的加注模块、供氢模块和吹扫模块；
所述吹扫模块能依次与所述加注模块、储氢模块和供氢模块连通以将氮气源中的氮气吹入目标管路中惰化所述船用储供氢***；
所述加注模块能将进入加氢口的氢气加注至所述储氢模块中的各个燃料瓶中；
所述储氢模块能将储存在其内部的氢气通过所述供氢模块输送入至少一个燃料电池中；
其中，每个所述燃料电池对应设置有一个包括至少两个所述燃料瓶的瓶组以向其输入氢气。
2.根据权利要求1所述的船用储供氢***，其特征在于，所述加注模块包括：
并列设置的至少两条加注主管路，每条所述加注主管路的一端设置有所述加氢口，所述至少两条加注主管路的另一端并联接入有多根加注支管路，每根所述加注支管路均能向与其对应的所述瓶组中的至少两个所述燃料瓶中加注氢气；
其中，每条所述加注主管路中沿氢气的加注方向依次设置有过滤器、单向阀、球阀、电磁阀，且每条所述加注主管路中还接入有压力监测管路和/或氢气排空总管路。
3.根据权利要求2所述的船用储供氢***，其特征在于，
所述压力监测管路能通过针形阀与所述加注主管路连通，且所述压力监测管路中并行接入有至少两个压力监测装置；和/或
所述氢气排空总管路中并列接入有一个电磁阀和一个针形阀以能控制其与所述加注主管路的通断。
4.根据权利要求3所述的船用储供氢***，其特征在于，所述储氢模块包括：
并列设置的多个所述瓶组，每个所述瓶组中的至少两个所述燃料瓶通过一根所述加注支管路连通以能对进入其中的氢气进行储存；
两条第一排空管路，分别设置在所述燃料瓶的入口端与出口端以将每个所述燃料瓶的入口端连通和每个所述燃料瓶的出口端连通；
其中，每条所述第一排空管路的末端均设置有一个单向阀以能将其中的气体排出。
5.根据权利要求4所述的船用储供氢***，其特征在于，
所述储氢模块中每个所述燃料瓶的瓶尾设置有压力释放装置以能将其与所述第一排空管路连通；和/或
所述储氢模块中每个所述燃料瓶的瓶口设置有用于监测其中氢气压力的压力监测装置，且所述压力监测装置具有与所述燃料瓶的压力范围对应的定位标记。
6.根据权利要求5所述的船用储供氢***，其特征在于，所述供氢模块包括：
汇流排；
并列设置的多条第一供气主管路，每条所述第一供气主管路的一端均与一个所述瓶组连通，多条所述第一供气主管路的另一端并列接入所述汇流排，沿气体的流动方向，每条所述第一供气主管路中依次设置有单向阀和电磁阀；
并列设置的多条第二供气主管路，每条所述第二供气主管路的一端均与一个所述燃料电池连通，多条所述第二供气主管路的另一端并列接入所述汇流排，沿气体的流动方向，每条所述第二供气主管路中依次设置有电磁阀、过滤器、减压阀、所述压力监测管路、第二排空支管路、第一电磁阀、第二电磁阀和球阀；
第三排空管路，连通端具有并列接入所述汇流排的一个电磁阀和一个针形阀以能利用该电磁阀和/或该针形阀将所述汇流排中的气体排出。
7.根据权利要求6所述的船用储供氢***，其特征在于，多条所述第二排空支管路能汇入同一排空管路以形成第二排空管路。
8.根据权利要求7所述的船用储供氢***，其特征在于，所述第二排空支管路连通端具有并列接入所述第二供气主管路的一个安全阀、一个针形阀和一个电磁阀以能利用该安全阀、该电磁阀或该针形阀将所述第二供气主管路中的气体排出；
其中，所述第二排空支管路中的安全阀和针形阀接入在所述第二供气主管路中减压阀和所述第一电磁阀之间，所述第二排空支管路中的电磁阀接入在所述第一电磁阀和所述第二电磁阀之间。
9.根据权利要求8所述的船用储供氢***，其特征在于，所述吹扫模块包括氮气吹扫管路及沿着氮气的吹扫方向依次设置的所述压力监测管路、球阀、过滤器、减压阀、电磁阀、第四排空管路和单向阀；
其中，所述第四排空管路的连通端具有并列接入所述氮气吹扫管路的一个安全阀、一个针形阀和一个电磁阀以能利用该安全阀、该电磁阀或该针形阀将所述氮气吹扫管路中的气体排出。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的船用储供氢***，其特征在于，
所述储氢模块、所述加注模块和所述供氢模块能通过设置在所述瓶组中的瓶口组合阀连通；和/或
所述燃料电池的数量为4个，所述瓶组的数量为4个，每个所述瓶组中包括2个所述燃料瓶。
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CN115094453A (zh) * 2022-06-29 2022-09-23 上海燃气工程设计研究有限公司 一种储用不间断分布式电解水制氢装置

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