通过水氢发电供能的游艇的制作方法

本发明涉及游艇技术领域，特别涉及通过水氢发电供能的游艇。

背景技术：

游艇是一种水上娱乐用高级耐用消费品。它集航海、运动、娱乐、休闲等功能于一体，满足个人及家庭享受生活的需要，也可也作为港监、公安、边防的工作手段。

目前的游艇主要以汽油为燃料，能量转换效率低，并且会排放有害气体污染环境。虽然目前已经存在电动游艇，但其只是采用单一的蓄电池来为游艇供电，续航能力不佳，在出现游艇功率波动时可能难以满足性能要求。

另外，当前电动游艇在为用电设施供电时，并未将航行部分的供电电源和生活部分的供电电源分开，因此无法对航行部分的用电设施和生活部分的用电器单独控制供电，并且可能会发生电压不稳、信号干扰等现象。在电动游艇航行过程中，还存在着无法进行有效的废水回收利用、废热回收利用的问题，这些都是目前电动游艇或半电动游艇在节能减排、废能利用的方向上亟待解决的问题。

技术实现要素：

(一)发明目的

为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，增加电动/半电动游艇的供电来源，对游艇用电设备分类进行控制，并尽量回收利用废水废热，本发明提供了以下技术方案。

(二)技术方案

本发明公开了通过水氢发电供能的游艇，包括：

燃料电池组，用于利用氢进行电化学反应产生电能，并通过dc/dc转换器组件为游艇的负载供电；

复合供能系统，包括蓄电池组和超级电容，所述蓄电池组和所述超级电容用于在所述燃料电池组的供电能力无法满足游艇负载的用电需求时，分别向游艇负载提供高出供电能力部分的低频分量和高频分量，还用于在所述燃料电池组的供电能力满足游艇负载的用电需求时，受控地存储所述燃料电池组提供的多出部分的电能；

供配电控制模块，用于控制所述复合供能系统向游艇负载供电以及控制所述复合供能系统接收所述燃料电池组提供的多出部分的电能；其中，

所述燃料电池组和所述复合供能系统通过直流母线连接，所述超级电容通过双向dc/dc转换器与所述直流母线连接。

一种可能的实施方式中，所述游艇负载包括航行用电设备和生活用电器，并且所述游艇上设有为所述航行用电设备供电的航行用电供电线路以及为所述生活用电器供电的生活用电供电线路；所述dc/dc转换器组件包括：

第一dc/dc转换器，其与所述航行用电供电线路连接，用于将所述燃料电池组产生的部分电能转换后提供给所述航行用电设备；以及

第二dc/dc转换器，其与所述生活用电供电线路连接，用于将所述燃料电池组产生的部分电能转换后提供给所述生活用电器。

一种可能的实施方式中，所述生活用电器分为照明用电器和其他用电器，所述供配电控制模块包括：艇载供电控制单元，用于监测所述燃料电池组和所述复合供能系统的总剩余可供电量，并在总剩余可供电量低于下限阈值时，切断为所述其他用电器供电的其他用电线路。

一种可能的实施方式中，所述复合供能系统还包括：

第一监测单元，用于监测所述航行用电设备的用电需求，和/或游艇的航速和加速度；

第一预测单元，用于依据过去一定时间内所述第一监测单元测得的数据，预测所述航行用电设备的用电趋势或用电变化幅度；

第二监测单元，用于监测游艇生活用电器的用电需求；

第二预测单元，用于依据过去一定时间内所述第二监测单元测得的数据，预测所述生活用电器的用电趋势或用电变化幅度；其中，

所述供配电控制模块还用于依据所述第一预测单元和所述第二预测单元预测的用电趋势或用电变化幅度，预先调节所述复合供能系统向游艇负载输出的功率，以及预先调节所述燃料电池组向所述复合供能系统输出的功率。

一种可能的实施方式中，所述游艇还包括：

制氢系统，用于利用甲醇水溶液制备所述燃料电池组发电所需的氢，所述制氢系统包括重整器，所述重整器用于对甲醇蒸汽进行催化重整；

风冷系统，包括涵道和导风板，所述涵道的入口和出口均与外界连通，所述涵道与所述重整器的排废气管道出口连通，并受控地利用外界空气带动排出所述重整器产生的高温废气，所述导风板设置于所述涵道入口外侧，用于增加进入所述涵道的空气流速。

一种可能的实施方式中，所述游艇为油电混合动力游艇，其特征在于，所述游艇还包括：副产物收集装置，用于在所述游艇通过汽油发动机提供动力时，收集所述游艇排出尾气中的一氧化碳和/或二氧化碳和/或碳氢化合物，并将收集到的物质转化为所述制氢系统制氢所需的原料和/或所述燃料电池组所需的原料。

一种可能的实施方式中，所述游艇还包括：天然气合成装置，用于利用所述副产物收集装置收集到的一氧化碳与氢气合成天然气，以给游艇内以天然气为燃料的设备供气。

一种可能的实施方式中，所述游艇还包括：热循环系统，所述热循环系统包括水循环管路，还包括第一热交换器和/或第二热交换器；

所述第一热交换器包裹所述燃料电池组，用于通过所述水循环管路内的循环水为所述燃料电池组降温，所述第二热交换器包裹所述重整器的排废气管道，用于通过所述水循环管路内的循环水吸收高温废气包含的热量，所述水循环管路的放热段经过游艇室内，并受控地利用其内的循环水为游艇室内供暖。

一种可能的实施方式中，所述水循环管路具有进水口和排水口，所述进水口设置于游艇的空载吃水线以下，用于被动灌入海水和/或通过设置于所述水循环管路内的抽水装置主动抽取海水，所述水循环管路的放热段并联有直通段，所述进水口、所述排水口、所述放热段的出入口处以及所述直通段的出入口处均设置有阀门。

一种可能的实施方式中，所述热循环系统还包括导流板，所述导流板安装于所述水循环管路进水口的外侧，用于将海水导流入所述水循环管路。

一种可能的实施方式中，所述游艇还包括水源收集系统，所述水源收集系统包括：

过滤器，用于收集并过滤海水；

集水箱，用于存储所述燃料电池组在发电过程中产生的水，以及存储经所述过滤器过滤后的水；

至少一条用水管路，所述用水管路的两端分别与所述集水箱和游艇的至少一个用水设备连接，用于为游艇的所述至少一个用水设备供水；

回收水控制单元，用于依据各所述用水设备的优先级控制所述至少一条用水管路的通断；其中，所述用水设备包括以下一种或多种：洗浴设备、盥洗设备、坐便器、饮水设备。

一种可能的实施方式中，所述集水箱包括：

第一储水槽，用于存储所述燃料电池组产生的水；

第二储水槽，用于存储储备的自来水；

第三储水槽，用于存储经所述过滤器过滤后的海水，以及所述洗浴设备和/或所述盥洗设备使用过的水；其中，

所述第一储水槽和所述第二储水槽之间、所述第二储水槽和所述第三储水槽之间均设置有过滤器。

一种可能的实施方式中，，所述游艇还包括：除湿装置，用于吸收游艇室内空气中的水分并输送至所述集水箱。

一种可能的实施方式中，所述游艇还包括风力发电机，所述风力发电机受控地伸出和缩回所述游艇外表面，并将转化的电能输送给所述复合供能系统。

一种可能的实施方式中，所述游艇还包括无线充电控制模块，用于与预先设置于岸边的无线充电系统通信，并控制所述无线充电系统对所述复合供能系统进行无线充电。

一种可能的实施方式中，所述游艇还包括海水电池，所述海水电池安装于所述游艇的侧部和/或底部，用于向所述复合功能系统供电。

(三)有益效果

本发明提供的通过水氢发电供能的游艇，具有如下有益效果：

1、通过水氢发电技术为游艇提供动力，相比于使用化石燃料来说更加节能环保；在面对游艇波动的用电需求时，使燃料电池组负责提供较为恒定的功率，并使复合供能系统负责提供剩余的带有波动部分的供电，对因为负载功率的波动产生的冲击起到了缓冲作用，使得燃料电池组的发电效率保持较高的水平，避免了因为负载功率的波动而导致燃料电池组使用寿命的缩短，同时还提高了复合供能系统的供电质量，增加了游艇续航能力。

2、通过将游艇航行用电设备的供配电和生活用电器的供配电分开，能够对航行用电设备和生活用电器的供配电进行单独控制，避免因此发生的电压波动、信号干扰等现象。

3、通过监测燃料电池组和复合供能系统的剩余氢气量和剩余电量来预测两者的总剩余可供电量，在总剩余可供电量低于下限阈值时切断非必要性供电，并保证照明用电器的供电，以满足消防和安全应急的需求。

4、通过设置监测和预测单元，对游艇的用电走势进行预测，并预先调节游艇的供配电模式，使得复合供能系统能够几乎即时地与游艇用电需求同步，实时满足游艇的用电变化，省去了在游艇需求功率提高或降低时复合供能系统反应的时间。

5、通过设置风冷系统，利用游艇与海面空气的相对移动将以催化重整为制氢手段的重整室排出的高温废气快速带走。

6、通过设置热循环系统，能够在游艇室内环境温度较低时或其他有需要的情况下，通过水循环管路在一定程度上利用燃料电池组产生的热量以及重整器产生的高温废气包含的热量为游艇室内供暖，实现废热再利用。

7、通过在水循环管路内设置阀门，能够适应不同季节下选择性地为室内供暖和引入海水来加强冷却降温效果。

8、通过设置水源收集系统，可以将燃料电池产生的水以及过滤后的海水收集起来并利用到人类生活中，实现废水再利用。

9、通过配备风力发电机，利用海风进行风力发电进而为游艇储电，同时通过配备海水电池，利用水能发电进而为游艇储电，充分利用了自然资源。

10、通过无线充电控制模块，利用预先设置于固定航行路线岸边的无线充电系统为游艇充电，增加了游艇的续航能力和最大航行距离。

11、通过在混合动力游艇的尾气管处设置副产物收集装置，能够生成制氢系统制氢所需的甲醇水，或者生成燃料电池组发电所需的氢气，实现尾气再利用。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本发明，而不能理解为对本发明的保护范围的限制。

图1是本发明提供的通过水氢发电供能的游艇第一实施例的结构框图。

图2是本发明提供的通过水氢发电供能的游艇第二实施例的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。

需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

本文中的模块、单元或组件的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，在实际实现时可以有其他的划分方式，例如多个模块和/或单元可以结合或集成于另一个系统中。作为分离部件说明的模块、单元、组件在物理上可以是分开的，也可以是不分开的。作为单元显示的部件可以是物理单元，也可以不是物理单元，即可以位于一个具体地方，也可以分布到网格单元中。因此可以依据实际需要选择其中的部分或全部的单元来实现实施例的方案。

下面参考图1详细描述本发明提供的通过水氢发电供能的游艇的第一实施例。本实施例主要应用于纯电动游艇的供电，通过水氢发电技术为游艇提供全部的动力，相比于使用化石燃料来说更加节能环保；在面对游艇波动的用电需求时，使燃料电池组负责提供较为恒定的功率，并使复合供能系统负责提供剩余的带有波动部分的供电，对因为负载功率的波动产生的冲击起到了缓冲作用，使得燃料电池组的发电效率保持较高的水平，避免了因为负载功率的波动而导致燃料电池组使用寿命的缩短，同时还提高了复合供能系统的供电质量，增加了游艇的续航能力。

如图1所示，本实施例提供的游艇主要包括有：燃料电池组、复合供能系统和供配电控制模块。本实施例中的游艇是纯电动游艇，只依靠水氢发电技术产生的电能作为动力，游艇自身具有的以及外置配备的各用电设备均主要通过水氢发电技术产生的电能作为电源。

燃料电池组用于利用氢原料(例如高纯氢)进行电化学反应产生电能，是游艇的发电设备。燃料电池组被配置为输出功率较为恒定，其输出功率不会跟随游艇负载用电需求波动而变化，而是自始至终向游艇负载输出恒定的功率。燃料电池组通过dc/dc转换器组件与游艇负载连接，燃料电池组产生的电能中，部分的或全部的电能通过dc/dc转换器组件输出为设定电压的电能，并为游艇的负载供电。由于燃料电池以氢气为原料，游艇上可以随时配备有储氢罐来为燃料电池组补氢，相比于在游艇上配备备用蓄电池来说，在增加了游艇的续航能力的同时，载重更轻，更为经济。

具体的，燃料电池组包括多块燃料电池，以满足游艇的用电需求，燃料电池的数量通常根据的游艇的最大用电需求设置。燃料电池采用氢燃料电池，氢燃料电池包括阴极、阳极、电解质、质子交换膜等构件，阳极充入所述氢气，阴极充入氧气，氢气的质子通过质子交换膜到达阴极，利用氢气和与空气中的氧气进行电化学反应，而氢气的电子则通过氢燃料电池的外电路到达阴极，从而产生电流，将化学能转化为电能，实现发电。

复合供能系统与dc/dc转换器组件连接，包括蓄电池组和超级电容。由于游艇的用电需求可能会产生波动，例如游艇变速航行或启停了室内大功率电器时，用电需求会增加或减少，也即功率需求会增加会减少，而复合供能系统的输出功率是变化的，以在游艇负载的功率需求波动时弥补燃料电池组输出功率恒定所带来的不足。

在游艇负载的用电需求超出了燃料电池组的输出功率时，燃料电池组的供电能力无法满足游艇负载的用电需求，供配电控制模块会监测到这一情况，并控制蓄电池组通过dc/dc转换器组件向游艇负载提供高出燃料电池组供电能力部分的低频分量，以及控制超级电容通过dc/dc转换器组件向游艇负载提供高出燃料电池组供电能力部分的高频分量，蓄电池组和超级电容相配合并与燃料电池组一起向游艇负载供电，以满足游艇负载的功率需求。具体的，上述低频分量和高频分量是由低通滤波器实现分解出低频功率和高频功率的。

在游艇负载的用电需求低于燃料电池组的输出功率时，燃料电池组的供电能力能够满足游艇负载的用电需求，此时无需蓄电池组和超级电容为游艇负载供电，供配电控制模块会监测到这一情况，并控制蓄电池组和超级电容接收燃料电池组产生的电能中多出部分的电能(未被游艇负载消耗的部分)，使蓄电池组和超级电容进行储电，以在游艇负载的用电需求超出了燃料电池组的输出功率时再为游艇负载供电。

复合供能系统与燃料电池组相配合，对因为负载功率的波动产生的冲击起到了缓冲作用，避免了因为负载功率的波动而导致燃料电池组使用寿命的缩短。

可以理解的是，燃料电池组和复合供能系统通过直流母线连接，超级电容通过双向dc/dc转换器与直流母线连接。超级电容和双向dc/dc转换器串联，蓄电池组和该超级电容与双向dc/dc转换器串联组成的电路并联，在燃料电池组向复合供能系统输出功率时，或者复合供能系统向游艇负载输出功率时，均是通过直流母线进行电力传输。

在一种实施方式中，游艇的负载分为航行用电设备和生活用电器，游艇上为上述两种类型的用电设备/用电器提供了独立的供电线路，也即为航行用电设备供电的航行用电供电线路以及为生活用电器供电的生活用电供电线路。相对的，为了适配用电设备/用电器的区分，dc/dc转换器组件也分为了第一dc/dc转换器和第二dc/dc转换器。

第一dc/dc转换器与游艇的航行用电设备连接，并将燃料电池组产生电能中的一部分提供给游艇的航行用电设备。航行用电设备主要指的是安装于艇体上的、与游艇航行相关的设备，包括电动机、转向舵等。根据游艇动力类型的不同，电动机为推进器或喷射引擎供电，以实现游艇的航行。可以理解的是，若航行用电设备需要交流电供电，则第一dc/dc转换器还会连接有逆变器，通过逆变器将直流电转换为交流电，以给航行用电设备供电。

第二dc/dc转换器与游艇的生活用电器连接，并将燃料电池组产生电能中的另一部分提供给游艇的生活用电器。生活用电器主要指的是安装于室内的、与人类居住生活相关的设备，包括电脑、冰箱、空调、电视、洗衣机、微波炉、音响等。可以理解的是，第二dc/dc转换器连接有逆变器，通过逆变器将直流电转换为交流电，以给生活用电器供电。

通过将游艇航行用电设备的供配电和生活用电器的供配电分开，能够对航行用电设备和生活用电器的供配电进行单独控制，避免因此发生的电压波动、信号干扰等现象。

在一种实施方式中，生活用电器分为照明用电器和其他用电器。供配电控制模块包括艇载供电控制单元，艇载供电控制单元用于监测燃料电池组和复合供能系统的总剩余可供电量，并在总剩余可供电量低于下限阈值时，切断为其他用电器供电的其他用电线路。

为了满足消防和安全应急的需求，将游艇内的用电器分为照明用电器以及其他用电器，这两类用电器的供电线路分别设置，即，照明用电器通过与第二dc/dc转换器连接的照明供电线路供电，其他用电器例如冰箱、电视、洗衣机等通过与第二dc/dc转换器连接的其他供电线路供电。艇载供电控制单元可以通过实时监测为燃料电池组供应氢气的设备的剩余可提供的氢气量来预测燃料电池组的剩余发电量，并且通过监测电路等可以方便地监测到蓄电池组和超级电容的储电量，进而得知燃料电池组和复合供能系统的总剩余可供电量。在用电总剩余可供电量低于例如5％时，为了满足消防和安全应急需求，切断其他供电线路以减少非必要性的耗电，并将电力全部投入到照明供电线路，以满足照明和应急用电器的供电，延长照明时间，尽量保证照明需求。

在一种实施方式中，复合供能系统还包括第一监测单元、第一预测单元、第二监测单元和第二预测单元。

第一监测单元用于监测航行用电设备的用电量，和/或监测游艇的航速和加速度。第一监测单元负责定期地监测航行用电设备的用电量，可以通过直接获取的方式，即获取满足航行用电设备运行的功率数值来得知一段时间内的用电量，也可以通过间接推断的方式获取，即监测游艇的航行航速和加速度，若航速和加速度较为恒定，则用电量基本不变，若航速和加速度均变大，则说明游艇在提速，其用电量必然上升，以此来推断出航行用电设备在一段时间内的用电量。

可以理解的是，第一监测单元可以同时采用上述直接和间接的方式监测航行用电设备的用电量，以保证监测数据的准确性，并在两种方式的结论不同甚至结论相反时能够及时进行故障排查。

第一预测单元用于依据过去一定时间内第一监测单元测得的数据，预测航行用电设备的用电趋势。即，第一预测单元可以依据第一监测单元以往监测所得的数据中设定时段内的监测数据来预测航行用电设备的用电趋势，例如第一监测单元的监测周期为t，当前时间处于tn，即第n次监测完毕时刻，此时第一预测单元会依据tn-m至tn之间的m+1次监测数据来来预测用电趋势。若航行用电设备的用电量同比有所上升，或游艇速度持续上升而加速度不变，则预测用电趋势为上升趋势；若航行用电设备的用电量同比有所下降，或游艇速度持续下降而加速度不变，则可预测用电趋势为下降趋势；若航行用电设备的用电量连续基本不变，或游艇速度持续和加速度基本不变，则可预测用电趋势为持平趋势。

在预测出用电趋势后，第一调节单元会据此调节燃料电池组的输出功率以及燃料电池组向航行用电设备输出的功率。若预测用电趋势为上升趋势，则调高燃料电池组的运行功率，并调高燃料电池组向航行用电设备输出的功率，以使航行用电设备的剩余电量在游艇加速航行的前提下降低的幅度尽量小，预测用电趋势为下降趋势时同理。若预测用电趋势为持平趋势，则无需调节燃料电池组运行功率和燃料电池组向航行用电设备输出的功率。

可以理解的是，第一预测单元还可以依据过去一定时间内第一监测单元测得的数据，预测航行用电设备的用电变化幅度，其预测用电变化幅度的方式与与预测用电趋势的方式基本相同，区别是用电变化幅度包含有预测的数值范围。

第二监测单元用于监测游艇生活用电器的用电需求。第二预测单元用于依据过去一定时间内第二监测单元测得的数据，预测生活用电器的用电趋势或用电变化幅度。第二监测单元和第二预测单元分别与第一监测单元和第一预测单元的功能相似，区别是监测的对象是生活用电器而非航行用电设备，并且第二预测单元只通过直接获取的方式得到用电量，即获取满足生活用电器运行的功率数值来得知一段时间内的用电量。

供配电控制模块除了能够控制复合供能系统、燃料电池组和游艇负载之间当前的供配电关系外，还用于依据第一预测单元和第二预测单元预测的用电趋势或用电变化幅度，预先调节复合供能系统向游艇负载输出的功率，以及预先调节燃料电池组向复合供能系统输出的功率。例如，游艇在用于搭载游客游览时，每天从同一地点出发，在同一海域内沿同一路线航行相同时间，并返回到同一地点。游艇在经过例如珊瑚礁群和一些小海岛等著名景点时，会低速速度，以使游客能够尽情欣赏美丽景观，而在沿路线从一个景点到下一个景点的过程中会高速行驶，以尽快到达下一景点供游客观光。在上述周而复始的过程中，游艇每天或每个出游周期内的用电量走势是基本相同的，比如出发时高速航行大致15分钟到达第一景点，之后低速航行10分钟进行游览，然后再高速航行20分钟到达第二景点，再低速航行20分钟进行游览等，则游艇的航行用电设备的用电需求会依据上述加、减速而增大、减小。再例如，游艇在每天上午11点准时开启自身配备的几个大功率柜式空调，并在下午15点时关闭，则游艇的生活用电器的用电需求会依据上述大功率电器的开闭而增大、减小。

在游艇的周期性用电走势基本相同的情况下，可以通过上述两个监测单元和两个预测单元进行监测预测，并通过供配电控制模块在到达游艇周期性的用电需求增大的时间点之前，预先调节复合供能系统向游艇负载输出的功率，以及通过供配电控制模块在到达游艇周期性的用电需求减小的时间点之前，预先调节复合供能系统接收燃料电池组的部分输出功率，使得复合供能系统能够几乎即时地与游艇用电需求同步，实时满足游艇的用电变化，省去了在游艇需求功率提高或降低时复合供能系统反应的时间。

可以理解的是，供配电控制模块通常会依据上述两个预测单元预测的用电变化幅度来进行供配电的预先调节，因为这样会比依据用电趋势的调节更为准确。

需要说明的是，为了精确匹配游艇的实际位置和游艇变速航行的时间点，也即，为了确保在供配电控制模块预先调节复合供能系统时，游艇已经到达了相对应的景点位置区域，游艇可以采用全程自动控制航行，通过配备gps导航系统掌握自身位置，通过中控系统控制游艇速度、加速度以及航向，避免了人工掌握方向及速度时，由于操作误差使得供配电控制模块预先调节复合供能系统的时间点与游艇实际所处的位置不相匹配的情况。

在一种实施方式中，该游艇还包括制氢系统和风冷系统。制氢系统用于利用甲醇水溶液制备燃料电池组发电所需的氢。制氢系统包括有重整器，重整器用于对甲醇蒸汽进行催化重整。

制氢技术有很多种，例如电解水制氢、天然气制氢等，本实施例采用的是以甲醇水溶液为原料制氢。在以甲醇水溶液为原料制氢的过程一般分为气化、催化重整、分离提纯等步骤，即先将甲醇水溶液气化，然后通过催化剂对其进行重整，最后将产物提纯出来并得到高纯氢。其中，催化重整的步骤是在重整器中进行，重整器通常会配备有燃烧室或电加热系统来对其进行加热升温，以制造催化重整过程所需要的几百度的高温环境，而催化重整过程中会产生一些需要及时排出的高温废气，以防止重整器损坏。在以上背景下设置能够通过海面空气作为媒介对制氢系统进行冷却的风冷系统。

可以理解的是，制氢系统还包括汽化器和变压吸附设备等组件，用于气化甲醇水溶液以及从重整室催化重整得到的转化气中提取出氢气。

风冷系统包括涵道和导风板，涵道的入口和出口均与外界连通，涵道与重整器的排废气管道出口连通，并受控地利用外界空气带动排出重整器产生的高温废气，导风板设置于涵道入口外侧，用于增加进入涵道的空气流速。

风冷系统可以设置途经重整器的相应涵道，该涵道入口通常设置为面向游艇正前方，使得在游艇航行过程中，外界空气会由于遇到涵道入口而被自动吸进涵道内，并途经重整器排废气管道的出口，由于游艇在航行过程中具有一定速度，因此可以在无需设置风扇的情况下利用外界空气快速地排走废气。涵道的开闭是受控的，在可能地利用重整器排出的高温废气进行其他用途时，则可以关闭涵道。风冷系统还可以在涵道入口的外侧设置导风板，海面气流经过导风板的导引而进入涵道入口，从而加大了进入涵道的风量和风速，进而增加了排走废气的效率。

为了避免海水溅入，涵道的入口和出口可以均设置于游艇顶部。进一步的，上述制氢系统包括用于存储甲醇水溶液的储液罐，为制氢系统提供制氢原料。游艇内可以携带有甲醇水溶液，在储液罐缺液时为其自动补充甲醇水溶液，为游艇续航以及延长室内用电器使用时长。

在一种实施方式中，游艇还包括热循环系统。燃料电池组在进行电化学反应产生电的过程中，也会放出热量，该热量若不及时导走，会导致燃料电池温度不断升高而烧坏；并且重整器产生的废气为高温废气，若直接通过风冷系统直接排出，会造成热能的浪费。因此设置热循环系统，用于对游艇内的部分需要散热的设备、组件进行换热，同时还将吸收的热量回收利用。热循环系统包括水循环管路，还包括第一热交换器和/或第二热交换器。

第一热交换器与水循环管路连接并包裹燃料电池组，在水循环管路内的循环水进行管内循环时，第一热交换器将燃料电池组发电时散发的热量吸收并传递给水循环管路内的循环水，为燃料电池组降温同时使得管内循环水升温。

第二热交换器与水循环管路连接并包裹重整器的排废气管道，在水循环管路内的循环水进行管内循环时，第二热交换器将重整器排废气管道内的高温废气在被排出之前，先行吸收了高温废气包含的热量，并传递给水循环管路内的循环水，高温废气在排出时变为中低温废弃，同时使得管内循环水升温。

水循环管路具有吸热段和放热段，吸热段即为靠近第一热交换器和第二热交换器的部分，放热段则伸入并经过游艇室内，受控地利用其内的循环水为游艇室内供暖。例如在冬天时，游艇室内的环境温度会较低，不利于居住体验，因此在冬天时放热段能够作为暖气管路为室内供暖，改善温度条件。水循环管路内的循环水经过吸热-放热-再吸热-再放热，循环往复地为游艇室内供暖，实现废热再利用。

可以理解的是，风冷系统和热循环系统可以同时开启，对于重整器来说，其排出的高温废气先是在排废气管道中被热循环系统第二换热器吸收热量变为中低温废气，然后在排废气管道出口处经风冷系统引入的自然风被加速排出到艇外。并且，由于游艇在海上航行时，作为换热媒介的海水随处可有，因此水循环管路内的循环水可以是海水，这样在循环水被消耗时可以随时补充。

在一种实施方式中，水循环管路具有进水口和排水口，能够在需要时将水循环管路内的水排出并引入新的海水。进水口设置于游艇的空载吃水线以下，以使游艇在排水量最少的情况下也能够让进水口没入海水中，保证水循环管路能够在航行时随时被动地灌入海水。水循环管路内还可以设置有抽水装置，能够在游艇停泊于海面上或需要增加进水速度时，通过抽水装置主动抽取海水。水循环管路的放热段并联有直通段，循环水可以受控地从放热段通过，而在夏天不需要供暖时，也可以受控地从直通段通过。进水口、排水口、放热段入口处、放热段出口处、直通段入口处、直通段出口处均设置有阀门，用于控制循环水的走向。

具体的，在游艇室内环境温度较低(例如冬天)时，进水口处和排水口处的阀门关闭，使得水循环管道内的循环水自循环，直通段入口处和直通段出口处的阀门关闭，循环水不流经直通段，放热段入口处和放热段出口处的阀门打开，使得循环水在吸收第一换热器和第二换热器提供的热量后，流经放热段为室内供暖。此时热循环系统与游艇室内进行热交换，既能为游艇用电设备降温又能为游艇室内供暖。在游艇室内环境温度较高(例如夏天)时，进水口处和排水口处的阀门打开，使得水循环管道内的水不经循环，在进水口被动地引入海水或通过抽水装置主动进行抽取海水后，海水经过第一换热器和第二换热器，并吸收第一换热器和第二换热器提供的热量，然后直接从排水口排出，以使水循环管道内的水尽量保持较低的温度，增加热交换效率，同时放热段入口处和放热段出口处的阀门关闭，直通段入口处和直通段出口处的阀门打开，使海水不经过游艇室内的放热段而直接排出，此时热循环系统不与游艇室内进行热交换，而只是为游艇用电设备降温。

可以理解的是，在主动抽水时，抽水装置运转所需的电力也可以通过燃料电池组来提供。并且，水循环管路的入口处需要设置过滤海藻、沙石等的过滤网，防止杂物堵塞管路。

在一种实施方式中，游艇还包括导流板，导流板安装于水循环管路进水口的外侧，用于将海水导流入水循环管路。导流板的安装方向大致上平行于游艇侧面，导流板的板面与游艇的侧面具有一定夹角，导流板的后端与游艇侧面之间的距离小于导流板的前端与游艇侧面之间的距离，使得水流经过导流板与游艇之间时，流速会随着两者距离的缩短而变大，同时导流板还安装于水循环管路的入口处，使得流速增大的水流能够因为导流板的导流方向而自动进入水循环管路，无需启动抽水装置，节约电力。

在一种实施方式中，游艇还包括水源收集系统，水源收集系统包括过滤器、集水箱、回收水控制单元和至少一条用水管路。

过滤器用于收集并过滤海水。过滤器可以是从水循环管路内收集海水，此时水循环管路的进水口和排水口阀门应当是打开的。过滤器主要是对海水进行物理过滤，但也可以进行化学过滤到能够饮用的程度。

燃料电池组的利用制氢系统产生的氢作为原料进行电化学反应发电，其电化学反应的产物主要是水，集水箱用于存储燃料电池组在发电过程中产生的水，以及存储经过滤器过滤后的水。

用水管路的两端分别与集水箱和游艇的至少一个用水设备连接，用于为游艇的至少一个用水设备供水。用水设备包括以下一种或多种：洗浴设备、盥洗设备、坐便器、饮水设备。每个用水设备至少连接有一条专属的用水管路，以便于分别控制水路的通断。燃料电池组产生的水和过滤后的海水等可以用于洗手、冲厕所等，经一定程度的过滤后还可以用于洗澡，甚至直接饮用。

回收水控制单元用于依据各用水设备的优先级控制至少一条用水管路的通断。若游艇内只有一种用水设备，例如只有坐便器，但坐便器有多个，则其优先级均相同，可以通过回收水控制单元打开阀门，使集水箱内的水流到坐便器水箱内，为坐便器水箱加水。若游艇内有多种用水设备，例如有一洗手池、一洗澡喷头、一坐便器以及一饮水机，则四种用水设备具有不完全相同的用水优先级，例如可以将优先级从高到低设置为：饮水机>洗手池>洗澡喷头>坐便器，集水箱的水首先用于供给最基本的并且对水质要求最高的人类引水，然后是用水量较小但对水质要求较高的洗手，之后是用水量大但同样对水质要求较高的洗澡，最后是对水质要求最低的上厕所。由于洗手、洗澡的水可以用于厕所用水，因此坐便器的优先级最低，因为坐便器用水的水源范围最广。

通过设置水源收集系统，可以将燃料电池产生的水以及外界的水收集起来并利用到人类生活中，实现废水再利用。

可以理解的是，水源收集系统回收的水经过过滤后，还可以用于合成甲醇水溶液，以补充制氢系统的制氢原料。

在一种实施方式中，集水箱可以设置有多个储水槽，其中第一储水槽存储燃料电池组产生的水，第二储水槽负责存储至少是自来水水质等级以上的预先储备的水，第三储水槽负责存储经过滤器过滤后的海水，以及洗浴设备和/或盥洗设备使用过的水，例如洗澡水、洗手的水等，可以再用于坐便器。各储水槽之间可以设置有过滤设备，以用于在存储较好水质的储水槽中的储水量不足时，将用于存储较差水质的储水槽中的水过滤后输送到存储较好水质的储水槽中，作为洗手水、洗澡水甚至饮用水，实现对水资源的分类存放及对等利用，避免浪费水资源。在集水箱设置有多个储水槽的情况下，各用水管路还可以依据相应用水设备的水源要求而分别连接不同的储水槽，例如饮水设备对接第二储水槽，洗浴设备和盥洗设备对接第一储水槽，坐便器对接第三储水槽。

在一种实施方式中，该游艇还包括除湿装置，除湿装置用于吸收游艇室内空气中的水分并输送至集水箱。由于海面上的空气湿度较高，因此游艇室内的空气湿度也会较高，容易导致设备被水汽腐蚀进而损坏，因此在游艇室内设置除湿装置，除湿装置能够对游艇室内进行除湿，然后将吸收的水分存储到集水箱内进行回收利用。特别的，可以将吸收的水份输送至第一储水槽，用于洗浴设备和盥洗设备的用水。

在一种实施方式中，游艇还包括风力发电机，风力发电机受控地伸出和缩回所述游艇外表面，并将转化的电能输送给复合供能系统。在游艇停泊于海面上的时候，可以控制收纳在游艇内的风力发电机伸出游艇，风轮在海风的作用下旋转，利用海风进行风力发电，并将电能输送至复合供能系统，为复合供能系统充电。在游艇航行时，则控制风力发电机收回到游艇内部，减小航行阻力。

在一种实施方式中，游艇还包括无线充电控制模块，游艇在周期性前往远途目的地的过程中，制氢系统携带的制氢原料可能不足以维持游艇航行到目的地，中途需要进行原料补充以保证燃料电池组能够持续发电，而在海岛等附近补充甲醇原料是较为困难的，因此可以在周期性往返的路线附近的岛上或陆地上间隔设置充电系统，例如每隔大约百公里设置一个。

但由于游艇在海上，环境空气的湿气较大，海浪大时，甲板甚至船舱可能会进水，因此有线电源不太安全，因此充电系统为无线充电系统，采用无线充电技术为可充电的用电设备充电。无线充电系统能够利用自身配备的设置利用太阳能、风能等能源自发电，然后将电力存储于蓄电池等储能设备中。

在游艇途经设置有无线充电系统的充电点并需要充电时，无线充电控制模块与预先设置于岸边的无线充电系统通信，并控制无线充电系统对复合供能系统进行无线充电，将无线充电系统内储能设备中的电能输送至游艇的储能设备中，以补充电力。游艇充电完毕并离开后，该处的无线充电系统会继续利用自然能源发电，以待下一次未途经的缺电游艇充电。无线充电控制模块与无线充电系统增加了游艇的续航能力和最大航行距离。

可以理解的是，无线充电方式可以是电磁感应方式、磁共振方式、无线电波方式、超声波无线充电方式的其中一种或多种。

在一种实施方式中，游艇还包括海水电池，用于向复合功能系统供电。海水电池是泛指以海水作为电解质的电池。通过海水流动还可以进行热交换，带出电极反应释放的热量，控制了电池体系的温度，可显著提高安全性。具体的，海水电池采用铝合金与海水发生化学反应来生成电力。为确保海水电池能够与海水接触，海水电池安装于游艇的侧部和底部。当海水流进电池时，将分离成氢氧离子和氢气；其中氢氧离子与铝阳极互动，形成氢氧化铝，并释放电子；电子重返铝合金部件时，就会把能量传送到电路，继而为游艇的复合供能系统供电。游艇可以随时收集海水作为电解质，减少了电池的重量，同时海水电池利用水能发电进而为游艇储电，充分利用了自然资源。

下面参考图2详细描述本发明提供的通过水氢发电供能的游艇的第二实施例。本实施例主要应用于混合动力游艇的供电，通过水氢发电技术为游艇提供部分的动力，相比于使用化石燃料来说更加节能环保；在面对游艇波动的用电需求时，使燃料电池组负责提供较为恒定的功率，并使复合供能系统负责提供剩余的带有波动部分的供电，对因为负载功率的波动产生的冲击起到了缓冲作用，使得燃料电池组的发电效率保持较高的水平，避免了因为负载功率的波动而导致燃料电池组使用寿命的缩短，同时还提高了复合供能系统的供电质量。

如图2所示，本实施例提供的游艇主要包括有：燃料电池组、复合供能系统\供配电控制模块、制氢系统和副产物收集装置。本实施例中的游艇是混合动力游艇，例如并联式油电混合动力游艇，其以汽油发动机驱动航行并以电动机辅助驱动游艇的起步和加速，或者混合式油电混合动力游艇，其以在高速航行时以汽油发动机和电动机共同驱动并在游艇的起步和加速时只靠电动机驱动。

燃料电池组用于利用氢原料(例如高纯氢)进行电化学反应产生电能，是游艇的发电设备。燃料电池组被配置为输出功率较为恒定，其输出功率不会跟随游艇负载用电需求波动而变化，而是自始至终向游艇负载输出恒定的功率。燃料电池组通过dc/dc转换器组件与游艇负载连接，燃料电池组产生的电能中，部分的或全部的电能通过dc/dc转换器组件输出为设定电压的电能，并为游艇的负载供电。

复合供能系统与dc/dc转换器组件连接，包括蓄电池组和超级电容。

在游艇负载的用电需求超出了燃料电池组的输出功率时，燃料电池组的供电能力无法满足游艇负载的用电需求，供配电控制模块会监测到这一情况，并控制蓄电池组通过dc/dc转换器组件向游艇负载提供高出燃料电池组供电能力部分的低频分量，以及控制超级电容通过dc/dc转换器组件向游艇负载提供高出燃料电池组供电能力部分的高频分量，蓄电池组和超级电容相配合并与燃料电池组一起向游艇负载供电，以满足游艇负载的功率需求。

在游艇负载的用电需求低于燃料电池组的输出功率时，燃料电池组的供电能力能够满足游艇负载的用电需求，此时无需蓄电池组和超级电容为游艇负载供电，供配电控制模块会监测到这一情况，并控制蓄电池组和超级电容接收燃料电池组产生的电能中多出部分的电能(未被游艇负载消耗的部分)，使蓄电池组和超级电容进行储电，以在游艇负载的用电需求超出了燃料电池组的输出功率时再为游艇负载供电。

可以理解的是，燃料电池组和复合供能系统通过直流母线连接，超级电容通过双向dc/dc转换器与直流母线连接。复合供能系统与燃料电池组相配合，对因为负载功率的波动产生的冲击起到了缓冲作用，避免了因为负载功率的波动而导致燃料电池组使用寿命的缩短。

制氢系统用于利用甲醇水溶液制备燃料电池组发电所需的氢，制氢系统包括重整器，重整器用于对甲醇蒸汽进行催化重整。

副产物收集装置设置于游艇的尾气管处，用于在游艇通过汽油发动机提供动力时，收集游艇排出尾气中的一氧化碳和/或二氧化碳和/或碳氢化合物，并将收集到的物质转化为制氢系统制氢所需的原料和/或燃料电池组所需的原料。汽油发动机的尾气中主要包括一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物，副产物收集装置会将排放的尾气中的上述化合物收集并进行化学反应，生成制氢系统制氢所需的甲醇水，或者生成燃料电池组发电所需的氢气，实现尾气再利用。

在一种实施方式中，该游艇还包括天然气合成装置，天然气合成装置用于利用副产物收集装置收集到的一氧化碳与氢气合成天然气，以给游艇内的以天然气为燃料的设备供气。游艇内可以设置燃气炉、燃气热水器等以天然气为燃料的生活设备，因此在游艇上设置天然气合成装置，将副产物收集装置收集的co和制氢系统产生的h2反应，生成甲烷，为燃气设备供气。天然气合成装置的反应式为：co+3h2→ch4+h2o。

在一种实施方式中，游艇的负载分为航行用电设备和生活用电器，游艇上为上述两种类型的用电设备/用电器提供了独立的供电线路，也即为航行用电设备供电的航行用电供电线路以及为生活用电器供电的生活用电供电线路。相对的，为了适配用电设备/用电器的区分，dc/dc转换器组件也分为了第一dc/dc转换器和第二dc/dc转换器。

第一dc/dc转换器与游艇的航行用电设备连接，并将燃料电池组产生电能中的一部分提供给游艇的航行用电设备。

第二dc/dc转换器与游艇的生活用电器连接，并将燃料电池组产生电能中的另一部分提供给游艇的生活用电器。

通过将游艇航行用电设备的供配电和生活用电器的供配电分开，能够对航行用电设备和生活用电器的供配电进行单独控制，避免因此发生的电压波动、信号干扰等现象。

在一种实施方式中，生活用电器分为照明用电器和其他用电器。供配电控制模块包括艇载供电控制单元，艇载供电控制单元用于监测燃料电池组和复合供能系统的总剩余可供电量，并在总剩余可供电量低于下限阈值时，切断为其他用电器供电的其他用电线路。在用电总剩余可供电量低于例如5％时，为了满足消防和安全应急需求，切断其他供电线路以减少非必要性的耗电，并将电力全部投入到照明供电线路，以满足照明和应急用电器的供电，延长照明时间，尽量保证照明需求。

在一种实施方式中，复合供能系统还包括第一监测单元、第一预测单元、第二监测单元和第二预测单元。

第一监测单元用于监测航行用电设备的用电量，和/或监测游艇的航速和加速度。第一预测单元用于依据过去一定时间内第一监测单元测得的数据，预测航行用电设备的用电趋势。第一预测单元还可以依据过去一定时间内第一监测单元测得的数据，预测航行用电设备的用电变化幅度.

第二监测单元用于监测游艇生活用电器的用电需求。第二预测单元用于依据过去一定时间内第二监测单元测得的数据，预测生活用电器的用电趋势或用电变化幅度。

供配电控制模块除了能够控制复合供能系统、燃料电池组和游艇负载之间当前的供配电关系外，还用于依据第一预测单元和第二预测单元预测的用电趋势或用电变化幅度，预先调节复合供能系统向游艇负载输出的功率，以及预先调节燃料电池组向复合供能系统输出的功率。

在游艇的周期性用电走势基本相同的情况下，可以通过上述两个监测单元和两个预测单元进行监测预测，并通过供配电控制模块在到达游艇周期性的用电需求增大的时间点之前，预先调节复合供能系统向游艇负载输出的功率，以及通过供配电控制模块在到达游艇周期性的用电需求减小的时间点之前，预先调节复合供能系统接收燃料电池组的部分输出功率，使得复合供能系统能够几乎即时地与游艇用电需求同步，实时满足游艇的用电变化，省去了在游艇需求功率提高或降低时复合供能系统反应的时间。

在一种实施方式中，该游艇还包括风冷系统。风冷系统包括涵道和导风板，涵道的入口和出口均与外界连通，涵道与重整器的排废气管道出口连通，并受控地利用外界空气带动排出重整器产生的高温废气，导风板设置于涵道入口外侧，用于增加进入涵道的空气流速。在游艇航行过程中，外界空气会由于遇到涵道入口而被自动吸进涵道内，并途经重整器排废气管道的出口，由于游艇在航行过程中具有一定速度，因此可以在无需设置风扇的情况下利用外界空气快速地排走废气。

在一种实施方式中，游艇还包括热循环系统。热循环系统包括水循环管路，还包括第一热交换器和/或第二热交换器。第一热交换器与水循环管路连接并包裹燃料电池组，为燃料电池组降温同时使得管内循环水升温。第二热交换器与水循环管路连接并包裹重整器的排废气管道。高温废气在排出时变为中低温废弃，同时使得管内循环水升温。水循环管路具有吸热段和放热段，吸热段即为靠近第一热交换器和第二热交换器的部分，放热段则伸入并经过游艇室内，受控地利用其内的循环水为游艇室内供暖，水循环管路内的循环水经过吸热-放热-再吸热-再放热，循环往复地为游艇室内供暖，实现废热再利用。

在一种实施方式中，水循环管路具有进水口和排水口，进水口设置于游艇的空载吃水线以下，水循环管路内还可以设置有抽水装置，能够在游艇停泊于海面上或需要增加进水速度时，通过抽水装置主动抽取海水。水循环管路的放热段并联有直通段，循环水可以受控地从放热段通过，而在夏天不需要供暖时，也可以受控地从直通段通过。进水口、排水口、放热段入口处、放热段出口处、直通段入口处、直通段出口处均设置有阀门，用于控制循环水的走向。

在游艇室内环境温度较低(例如冬天)时，循环水不流经直通段，使得循环水在吸收第一换热器和第二换热器提供的热量后，流经放热段为室内供暖。此时热循环系统与游艇室内进行热交换，既能为游艇用电设备降温又能为游艇室内供暖。

在游艇室内环境温度较高(例如夏天)时，水循环管道内的水不经循环，在进水口被动地引入海水或通过抽水装置主动进行抽取海水后，海水经过第一换热器和第二换热器，并吸收第一换热器和第二换热器提供的热量，然后直接从排水口排出，以使水循环管道内的水尽量保持较低的温度，增加热交换效率。同时使海水不经过游艇室内的放热段而直接排出，此时热循环系统不与游艇室内进行热交换，而只是为游艇用电设备降温。

在一种实施方式中，游艇还包括导流板，导流板安装于水循环管路进水口的外侧，用于将海水导流入水循环管路。

在一种实施方式中，游艇还包括水源收集系统，水源收集系统包括过滤器、集水箱、回收水控制单元和至少一条用水管路。过滤器用于收集并过滤海水。集水箱用于存储燃料电池组在发电过程中产生的水，以及存储经过滤器过滤后的水。用水管路的两端分别与集水箱和游艇的至少一个用水设备连接，用于为游艇的至少一个用水设备供水。用水设备包括以下一种或多种：洗浴设备、盥洗设备、坐便器、饮水设备。回收水控制单元用于依据各用水设备的优先级控制至少一条用水管路的通断。通过设置水源收集系统，可以将燃料电池产生的水以及外界的水收集起来并利用到人类生活中，实现废水再利用。

在一种实施方式中，集水箱可以设置有多个储水槽，其中第一储水槽存储燃料电池组产生的水，第二储水槽负责存储至少是自来水水质等级以上的预先储备的水，第三储水槽负责存储经过滤器过滤后的海水，以及洗浴设备和/或盥洗设备使用过的水。各储水槽之间可以设置有过滤设备，以用于在存储较好水质的储水槽中的储水量不足时，将用于存储较差水质的储水槽中的水过滤后输送到存储较好水质的储水槽中，作为洗手水、洗澡水甚至饮用水，实现对水资源的分类存放及对等利用，避免浪费水资源。

在一种实施方式中，该游艇还包括除湿装置，除湿装置用于吸收游艇室内空气中的水分并输送至集水箱。由于海面上的空气湿度较高，因此游艇室内的空气湿度也会较高，容易导致设备被水汽腐蚀进而损坏，因此在游艇室内设置除湿装置，除湿装置能够对游艇室内进行除湿，然后将吸收的水分存储到集水箱内进行回收利用。

在一种实施方式中，游艇还包括风力发电机，风力发电机受控地伸出和缩回所述游艇外表面，并将转化的电能输送给复合供能系统。通过配备风力发电机，利用海风进行风力发电进而为游艇储电，充分利用了自然资源。

在一种实施方式中，游艇还包括无线充电控制模块，无线充电控制模块与预先设置于岸边的无线充电系统通信，并控制无线充电系统对复合供能系统进行无线充电。通过无线充电控制模块，利用预先设置于固定航行路线岸边的无线充电系统为游艇充电，增加了游艇的续航能力和最大航行距离。

在一种实施方式中，游艇还包括海水电池，海水电池安装于游艇的侧部和/或底部，用于向复合功能系统供电。通过配备海水电池，利用水能发电进而为游艇储电，充分利用了自然资源。

本实施例的燃料电池组、dc/dc转换器组件、复合供能系统、供配电控制模块、制氢系统、副产物收集装置、天然气合成装置、风冷系统、热循环系统、水源收集系统、除湿装置、风力发电机和无线充电控制模块等部件的具体设置和连接关系均可参照前述第一实施例所描述的设置，不再一一赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。