一種以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置制造方法
【專利摘要】一種以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置，涉及一種船舶能源裝置，該燃料電池為船舶動力及熱源的裝置包括小功率的電池單體串聯(lián)組成大功率的燃料電池堆，船上用電設(shè)備為兩類，包括直流電設(shè)備和交流電設(shè)備；燃料電池動力裝置由燃料電池、電動機、變速箱和推進裝置組成，燃料電池與逆變器相連，后與電動機連接，電動機通過連接連軸器連接變速箱，變速箱輸出軸連接船舶推進裝置；燃料電池組自帶一套冷卻系統(tǒng)，燃料電池連接有水蒸氣管道，水蒸氣管道在排水口處裝設(shè)一個集水器，集水器上設(shè)有溢流裝置與下水道相連。該裝置以燃料電池電化學反應(yīng)發(fā)電的方式，核心電堆沒有機械傳動部件，噪音低，安全可靠，非常適合作為漁業(yè)和水上旅游船舶的動力。
【專利說明】一種以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種船舶能源裝置，特別是涉及一種以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前民用漁船、游艇等中小型船舶主要以內(nèi)燃機為動力，內(nèi)燃機主要問題是燃料燃燒會產(chǎn)生污染環(huán)境的廢氣，燃油泄漏會污染水域，這些污染對于水產(chǎn)品養(yǎng)殖、生長水域或是優(yōu)美環(huán)境的水上景區(qū)的影響要遠遠大于一般地區(qū)。而且內(nèi)燃機工作時會發(fā)出很大噪音，給船上作業(yè)、休閑和休息帶來干擾。
[0003]以燃料電池作為中小型船舶的動力系統(tǒng)將解決內(nèi)燃機帶來的污染和噪聲問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置，該裝置以燃料電池電化學反應(yīng)發(fā)電的方式，核心電堆沒有機械傳動部件，噪音低，安全可靠，非常適合作為漁業(yè)和水上旅游船舶的動力。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置，所述燃料電池由供氧回路、供氫回路、除氫回路、散熱回路、電堆總成及控制系統(tǒng)構(gòu)成；該燃料電池為船舶動力及熱源的裝置包括小功率的電池單體串聯(lián)組成的大功率燃料電池組，甲醇燃料儲罐或氫氣燃料儲罐通過管道與燃料電池的重整器相通連，重整器與燃料電池相連，燃料罐與流體送泵進行連接，并裝設(shè)有控制流量的流量計；船上用電設(shè)備為兩類，包括直流電設(shè)備和交流電設(shè)備；燃料電池動力裝置由燃料電池、電動機、變速箱和推進裝置組成，燃料電池輸出電源與逆變器相連，后與電動機連接，電動機通過連接連軸器連接變速箱，變速箱與推進裝置的主軸相連；燃料電池組自帶一套冷卻系統(tǒng)，設(shè)有冷卻劑的循環(huán)管道和輻射器，在原輻射器外再增加并聯(lián)一套輻射器，兩套輻射器均設(shè)有兩套輻射器切換截斷閥，燃料電池純凈水出口與反應(yīng)氣體出口處的換熱器相連接，其燃料電池排水口與集水器相連，集水器上設(shè)有溢流裝置與下水道相連。
[0006]所述的一種以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置，所述裝置的參量包括額定輸出功率100 kff,功率可定制，發(fā)電效率約50 %。
[0007]所述的一種以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置，所述裝置的參量包括使用環(huán)境溫度_40°C~55°C，電堆工作溫度70~80°C。
[0008]所述的一種以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置，所述裝置的參量包括IL甲醇產(chǎn)氫量> I Nm3，氫氣純度>99.9%，發(fā)電排放物純凈水。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點與效果是:
本發(fā)明以燃料電池電化學反應(yīng)發(fā)電的方式，大幅度提高了能源利用率，節(jié)約了社會能源；使用甲醇燃料沒有燃油泄漏污染水域的風險，也不會產(chǎn)生含氮含硫的廢氣；核心電堆沒有機械傳動部件，噪音低，安全可靠，這些優(yōu)勢使燃料電池非常適合作為漁業(yè)和水上旅游船舶的動力。該項專利的推廣將會起到保護水產(chǎn)品生長水域和水上旅游環(huán)境，改善船上作業(yè)生活和旅行生活品質(zhì)的作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明燃料電池單電池工作原理示意圖；
圖2為本發(fā)明以氫燃料電池為船舶動力及供暖的燃料電池船舶動力及供暖裝置示意
圖；
圖3為本發(fā)明燃料電池船舶動力裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖所示實施例，對本發(fā)明作進一步詳述。
[0012]見圖1，燃料電池單電池工作原理:
燃料電池是一種化學電池，它利用物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)時釋出的能量，直接將其變換為電能。具體地說，燃料電池是利用水的電解的逆反應(yīng)的"發(fā)電機"。它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質(zhì)板所組成。工作時向負極供給燃料(氫)，向正極供給氧化劑(空氣，起作用的成分為氧氣)。氫在負極分解成正離子H+和電子e-。當氫離子進入電解液中，而電子就沿外部電路移向正極。用電的負載就接在外部電路中。在正極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達正極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程。
[0013]小功率的電池單體串聯(lián)起來可以組成大功率的燃料電池堆，以滿足各種大功率用電設(shè)備的需要。只要能保證燃料和氧化劑的供給，電池堆就可以連續(xù)不斷地產(chǎn)生電能。
[0014]見圖2，以氫燃料電池為船舶動力及供暖的燃料電池船舶動力及供暖裝置:
以燃料電池發(fā)電作為中小型船舶的動力裝置，同時收集發(fā)電產(chǎn)生的熱量和純凈水為船舶供暖供水。以燃料電池為船舶動力及供水供暖的設(shè)計主要包括以下幾個部分:
1、燃料供給，氫氣是燃料電池發(fā)電的最佳燃料，但由于目前氫氣儲存、輸送、分配及加注等環(huán)節(jié)尚存在諸多技術(shù)難點，因此無法滿足燃料電池對直接氫源的需求；而醇類、烴類等富氫燃料通過重整可以制取氫氣為燃料電池提供氫源。甲醇具有能量密度大、能量轉(zhuǎn)換效率高、容易運輸和攜帶等特點，在經(jīng)濟性和安全性方面也具有優(yōu)勢，所以選擇甲醇作為燃料電池氫氣的來源。船上設(shè)有甲醇燃料儲罐，儲罐通過管道與燃料電池的重整器相連，工作時甲醇由液體泵輸送，由流量閥控制流量輸送到重整器，經(jīng)過重整器重整后制取的氫氣輸送到燃料電池發(fā)電。具備氫源的地區(qū)，可以選用氫氣作為燃料，將氫氣鋼瓶(儲罐)與電池燃料入口連接，工作時氫氣通過氣體泵和流量閥控制輸送直接供給電池發(fā)電。
[0015]2、燃料電池發(fā)電及輸出，完整的燃料電池系統(tǒng)主要由供氧回路、供氫回路、除氫回路、散熱回路、電堆總成及控制系統(tǒng)構(gòu)成。
[0016]船上用電設(shè)備分為兩類:直流電設(shè)備和交流電設(shè)備。燃料電池電堆通入氫氣和氧化劑(氧氣)后就會產(chǎn)生直流電，經(jīng)過設(shè)置的變壓設(shè)備調(diào)整后可供船上直流設(shè)備使用；直流電經(jīng)過逆變器逆變成交流電后可供船上的動力裝置和輔助機械等交流電設(shè)備使用。
[0017]3、動力裝置，見圖3，燃料電池船舶動力裝置
燃料電池動力裝置主要由燃料電池、電動機、變速箱和推進裝置等組成。燃料電池工作時產(chǎn)生的直流電經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電之后提供給電動機，電動機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動能通過連軸器傳送到變速箱，經(jīng)變速箱調(diào)整轉(zhuǎn)速后通過推進裝置主軸將動能傳遞給推進裝置推動船舶前進。
[0018]4、集水供暖，燃料電池發(fā)電時產(chǎn)生的熱量有一部分需要排出，以維持電池組正常工作的溫度范圍，燃料電池自帶一套冷卻系統(tǒng)，通過冷卻劑的循環(huán)和輻射器的輻射向外釋放熱量。供暖系統(tǒng)設(shè)計是通過在原輻射器之外再并聯(lián)一套輻射器，兩套輻射器都有截斷閥，可以通過閥門進行切換，平時由原冷卻系統(tǒng)運行散熱，熱量排向大氣；若溫度低船艙內(nèi)需要供暖，則切換到向艙內(nèi)散熱的冷卻系統(tǒng)，以調(diào)節(jié)艙內(nèi)溫度，可以降低使用專用的調(diào)溫設(shè)備(如空調(diào))的能量消耗。
[0019]燃料電池發(fā)電生成的純凈水通過在反應(yīng)氣體出口處的換熱器進行冷卻回收，用來增濕進入電池電堆的反應(yīng)氣體，以保證電池的發(fā)電效率和保護質(zhì)子交換膜的壽命，多余的純凈水排出系統(tǒng)。在排水口處設(shè)計一個集水器用來收集和存儲純凈水，一方面增加了船上使用熱水的便利性，另一方面也增加了船上可用淡水的量；集水器上設(shè)有溢流裝置與下水道相連。
[0020]本發(fā)明主要參數(shù)見下表:
表1燃料電池船舶動力及供暖系統(tǒng)參數(shù)表
【權(quán)利要求】
1.一種以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置，其特征在于，所述燃料電池由供氧回路、供氫回路、除氫回路、散熱回路、電堆總成及控制系統(tǒng)構(gòu)成；該燃料電池為船舶動力及熱源的裝置包括小功率的電池單體串聯(lián)組成的大功率燃料電池組，甲醇燃料儲罐或氫氣燃料儲罐通過管道與燃料電池的重整器相通連，重整器與燃料電池相連，燃料罐與流體送泵進行連接，并裝設(shè)有控制流量的流量計；船上用電設(shè)備為兩類，包括直流電設(shè)備和交流電設(shè)備；燃料電池動力裝置由燃料電池、電動機、變速箱和推進裝置組成，燃料電池輸出電源與逆變器相連，后與電動機連接，電動機通過連接連軸器連接變速箱，變速箱與推進裝置的主軸相連；燃料電池組自帶一套冷卻系統(tǒng)，設(shè)有冷卻劑的循環(huán)管道和輻射器，在原輻射器外再增加并聯(lián)一套輻射器，兩套輻射器均設(shè)有兩套輻射器切換截斷閥，燃料電池純凈水出口與反應(yīng)氣體出口處的換熱器相連接，其燃料電池排水口與集水器相連，集水器上設(shè)有溢流裝置與下水道相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置，其特征在于，所述裝置的參量包括額定輸出功率100 kW，功率大小可定制，發(fā)電效率約50 %。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置，其特征在于，所述裝置的參量包括使用環(huán)境溫度_40°C?55°C，電堆工作溫度70?80°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以燃料電池為船舶動力及熱源的裝置，其特征在于，所述裝置的參量包括IL甲醇產(chǎn)氫量> I Nm3，氫氣純度>99.9%，發(fā)電排放物純凈水。
【文檔編號】H01M8/04GK104037435SQ201410259775
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】林野 申請人:沈陽德邦儀器有限公司