CN203983406U - 一种以燃料电池为船舶动力及热源的装置 - Google Patents
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Abstract
一种以燃料电池为船舶动力及热源的装置，涉及一种船舶能源装置，该燃料电池为船舶动力及热源的装置包括小功率的电池单体串联组成大功率的燃料电池堆，船上用电设备为两类，包括直流电设备和交流电设备；燃料电池动力装置由燃料电池、电动机、变速箱和推进装置组成，燃料电池与逆变器相连，后与电动机连接，电动机通过连接连轴器连接变速箱，变速箱输出轴连接船舶推进装置；燃料电池组自带一套冷却***，燃料电池连接有水蒸气管道，水蒸气管道在排水口处装设一个集水器，集水器上设有溢流装置与下水道相连。该装置以燃料电池电化学反应发电的方式，核心电堆没有机械传动部件，噪音低，安全可靠，非常适合作为渔业和水上旅游船舶的动力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种船舶能源装置，特别是涉及一种以燃料电池为船舶动力及热源的装置。
背景技术
目前民用渔船、游艇等中小型船舶主要以内燃机为动力，内燃机主要问题是燃料燃烧会产生污染环境的废气，燃油泄漏会污染水域，这些污染对于水产品养殖、生长水域或是优美环境的水上景区的影响要远远大于一般地区。而且内燃机工作时会发出很大噪音，给船上作业、休闲和休息带来干扰。
以燃料电池作为中小型船舶的动力***将解决内燃机带来的污染和噪声问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种以燃料电池为船舶动力及热源的装置，该装置以燃料电池电化学反应发电的方式，核心电堆没有机械传动部件，噪音低，安全可靠，非常适合作为渔业和水上旅游船舶的动力。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种以燃料电池为船舶动力及热源的装置，所述燃料电池由供氧回路、供氢回路、除氢回路、散热回路、电堆总成及控制***构成；该燃料电池为船舶动力及热源的装置包括小功率的电池单体串联组成的大功率燃料电池组，甲醇燃料储罐或氢气燃料储罐通过管道与燃料电池的重整器相通连，重整器与燃料电池相连，燃料罐与流体送泵进行连接，并装设有控制流量的流量计；船上用电设备为两类，包括直流电设备和交流电设备；燃料电池动力装置由燃料电池、电动机、变速箱和推进装置组成，燃料电池输出电源与逆变器相连，后与电动机连接，电动机通过连接连轴器连接变速箱，变速箱与推进装置的主轴相连；燃料电池组自带一套冷却***，设有冷却剂的循环管道和辐射器，在原辐射器外再增加并联一套辐射器，两套辐射器均设有两套辐射器切换截断阀，燃料电池纯净水出口与反应气体出口处的换热器相连接，其燃料电池排水口与集水器相连，集水器上设有溢流装置与下水道相连。
所述的一种以燃料电池为船舶动力及热源的装置，所述装置的参量包括额定输出功率100 kW，功率可定制，发电效率约50 %。
所述的一种以燃料电池为船舶动力及热源的装置，所述装置的参量包括使用环境温度-40℃～55℃，电堆工作温度70～80℃。
所述的一种以燃料电池为船舶动力及热源的装置，所述装置的参量包括1L甲醇产氢量> 1 Nm3，氢气纯度>99.9%，发电排放物纯净水。
本实用新型的优点与效果是：
本实用新型以燃料电池电化学反应发电的方式，大幅度提高了能源利用率，节约了社会能源；使用甲醇燃料没有燃油泄漏污染水域的风险，也不会产生含氮含硫的废气；核心电堆没有机械传动部件，噪音低，安全可靠，这些优势使燃料电池非常适合作为渔业和水上旅游船舶的动力。该项专利的推广将会起到保护水产品生长水域和水上旅游环境，改善船上作业生活和旅行生活品质的作用。
附图说明
图1为本实用新型燃料电池单电池工作原理示意图；
图2为本实用新型以氢燃料电池为船舶动力及供暖的燃料电池船舶动力及供暖装置示意图；
图3为本实用新型燃料电池船舶动力装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例，对本实用新型作进一步详述。
见图1， 燃料电池单电池工作原理：
燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气，起作用的成分为氧气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。当氢离子进入电解液中，而电子就沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。
小功率的电池单体串联起来可以组成大功率的燃料电池堆，以满足各种大功率用电设备的需要。只要能保证燃料和氧化剂的供给，电池堆就可以连续不断地产生电能。
见图2，以氢燃料电池为船舶动力及供暖的燃料电池船舶动力及供暖装置：
以燃料电池发电作为中小型船舶的动力装置，同时收集发电产生的热量和纯净水为船舶供暖供水。以燃料电池为船舶动力及供水供暖的设计主要包括以下几个部分：
1、燃料供给，氢气是燃料电池发电的最佳燃料，但由于目前氢气储存、输送、分配及加注等环节尚存在诸多技术难点，因此无法满足燃料电池对直接氢源的需求；而醇类、烃类等富氢燃料通过重整可以制取氢气为燃料电池提供氢源。甲醇具有能量密度大、能量转换效率高、容易运输和携带等特点，在经济性和安全性方面也具有优势，所以选择甲醇作为燃料电池氢气的来源。船上设有甲醇燃料储罐，储罐通过管道与燃料电池的重整器相连，工作时甲醇由液体泵输送，由流量阀控制流量输送到重整器，经过重整器重整后制取的氢气输送到燃料电池发电。具备氢源的地区，可以选用氢气作为燃料，将氢气钢瓶（储罐）与电池燃料入口连接，工作时氢气通过气体泵和流量阀控制输送直接供给电池发电。
2、燃料电池发电及输出，完整的燃料电池***主要由供氧回路、供氢回路、除氢回路、散热回路、电堆总成及控制***构成。
船上用电设备分为两类：直流电设备和交流电设备。燃料电池电堆通入氢气和氧化剂（氧气）后就会产生直流电，经过设置的变压设备调整后可供船上直流设备使用；直流电经过逆变器逆变成交流电后可供船上的动力装置和辅助机械等交流电设备使用。
3、动力装置，见图3， 燃料电池船舶动力装置
燃料电池动力装置主要由燃料电池、电动机、变速箱和推进装置等组成。燃料电池工作时产生的直流电经逆变器转换成交流电之后提供给电动机，电动机运转产生的动能通过连轴器传送到变速箱，经变速箱调整转速后通过推进装置主轴将动能传递给推进装置推动船舶前进。
4、集水供暖，燃料电池发电时产生的热量有一部分需要排出，以维持电池组正常工作的温度范围，燃料电池自带一套冷却***，通过冷却剂的循环和辐射器的辐射向外释放热量。供暖***设计是通过在原辐射器之外再并联一套辐射器，两套辐射器都有截断阀，可以通过阀门进行切换，平时由原冷却***运行散热，热量排向大气；若温度低船舱内需要供暖，则切换到向舱内散热的冷却***，以调节舱内温度，可以降低使用专用的调温设备（如空调）的能量消耗。
燃料电池发电生成的纯净水通过在反应气体出口处的换热器进行冷却回收，用来增湿进入电池电堆的反应气体，以保证电池的发电效率和保护质子交换膜的寿命，多余的纯净水排出***。在排水口处设计一个集水器用来收集和存储纯净水，一方面增加了船上使用热水的便利性，另一方面也增加了船上可用淡水的量；集水器上设有溢流装置与下水道相连。
本实用新型主要参数见下表：
表1 燃料电池船舶动力及供暖***参数表
| 序号 | 参数 | 数值 | 备注 |
| 1 | 额定输出功率 | 100 kW | 功率大小可定制 |
| 2 | 发电效率 | 约50 % | |
| 3 | 使用环境温度 | -40℃～55℃ | |
| 4 | 电堆工作温度 | 70～80℃ | |
| 5 | 1L甲醇产氢量 | > 1 Nm3 | |
| 6 | 氢气纯度 | >99.9% | |
| 7 | 发电排放物 | 纯净水 | |
| 8 | ***噪音 | < 50 dB | |
| 9 | 使用寿命 | 10000 h |
Claims (4)
1.一种以燃料电池为船舶动力及热源的装置，其特征在于，所述燃料电池由供氧回路、供氢回路、除氢回路、散热回路、电堆总成及控制***构成；该燃料电池为船舶动力及热源的装置包括小功率的电池单体串联组成的大功率燃料电池组，甲醇燃料储罐或氢气燃料储罐通过管道与燃料电池的重整器相通连，重整器与燃料电池相连，燃料罐与流体送泵进行连接，并装设有控制流量的流量计；船上用电设备为两类，包括直流电设备和交流电设备；燃料电池动力装置由燃料电池、电动机、变速箱和推进装置组成，燃料电池输出电源与逆变器相连，后与电动机连接，电动机通过连接连轴器连接变速箱，变速箱与推进装置的主轴相连；燃料电池组自带一套冷却***，设有冷却剂的循环管道和辐射器，在原辐射器外再增加并联一套辐射器，两套辐射器均设有两套辐射器切换截断阀，燃料电池纯净水出口与反应气体出口处的换热器相连接，其燃料电池排水口与集水器相连，集水器上设有溢流装置与下水道相连。
2.根据权利要求1所述的一种以燃料电池为船舶动力及热源的装置，其特征在于，所述装置的参量包括额定输出功率100 kW，功率大小可定制，发电效率约50 %。
3.根据权利要求1所述的一种以燃料电池为船舶动力及热源的装置，其特征在于，所述装置的参量包括使用环境温度-40℃～55℃，电堆工作温度70～80℃。
4.根据权利要求1所述的一种以燃料电池为船舶动力及热源的装置，其特征在于，所述装置的参量包括1L甲醇产氢量> 1 Nm3，氢气纯度>99.9%，燃料电池发电排放物为纯净水。
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