一种船用燃料电池高压供氢系统及控制方法与流程

本发明涉及燃料电池，特别涉及一种船用燃料电池高压供氢系统及控制方法。

背景技术：

1、水路交通载运工具绿色化是水运行业的技术前沿和未来趋势。氢动力船舶基于燃料电池的氢能应用模式，兼顾能源高效利用、零排放、船舶舒适度提升，可以适应未来绿色船舶市场需求，并且具有广阔应用前景。在我国，船用储氢技术目前以高压储氢为主，船上高压供氢系统的布局方案主要参考车上高压供氢系统的布局方案，不完全满足船用的实际使用场景需求，船体在岸基加氢作业时船上供氢系统不能持续给燃料电池系统供氢，导致燃料电池系统不能正常工作，并且大容量的备用供氢系统成本高，不利于有效保障船体的续航。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种船用燃料电池高压供氢系统及控制方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、为解决上述技术问题所采用的技术方案：

3、首先本发明提供一种船用燃料电池高压供氢系统，包括：加氢模块；氢气缓冲瓶，其出口端与燃料电池系统连接；高压供氢模块，设有两个以上，所述高压供氢模块包括依次通过管道相连的加氢阀、高压氢瓶、减压阀、供氢阀，两个以上所述加氢阀的进口端同时与加氢模块的出口端连接，两个以上所述供氢阀的出料端同时与氢气缓冲瓶的进口端连接，在减压阀与供氢阀之间设有泄放接口，所述泄放接口连接有安全阀；泄放模块，包括泄放口、自动泄放阀、手动泄放阀，所述自动泄放阀、手动泄放阀和两个以上所述安全阀的出口端同时与泄放口连接，所述自动泄放阀、手动泄放阀的进口端同时连接于所述泄放接口。

4、本发明的有益效果是：在使用时，加氢模块连接加氢机，而加氢阀用于控制加氢模块与高压供氢模块的通断，而供氢阀用于控制高压供氢模块与氢气缓冲瓶的通断，根据不同的需求，可控制各个高压供氢模块处于供氢或者加氢中，让高压供氢模块交替地进行供氢和加氢，其中安全阀用于减压阀减压后压力过高时自动打开对外泄放氢气，自动泄放阀用于减压阀减压后压力过高且安全阀不能泄放时打开对外泄放氢气，起到保护燃料电池系统的作用；手动泄放阀用于氢瓶置换或检修时手动排放氢瓶或管路的氢气，本技术通过加氢模块分别与两个以上的高压供氢模块连接，再分别接入泄放模块与接入燃料电池系统，可以实现加氢、储氢、供氢、放氢的功能，共享部分零件，并可实现完整的保护机制。

5、作为上述技术方案的进一步改进，在所述自动泄放阀、手动泄放阀的进口端与所述泄放接口之间设有泄放单向阀。泄放单向阀用于防止氢气逆流。

6、作为上述技术方案的进一步改进，在所述高压氢瓶与减压阀之间设有高压传感器。高压传感器用于检测高压氢瓶出来的氢气压力，以及加氢时高压供氢模块的管道压力。

7、作为上述技术方案的进一步改进，在所述减压阀与泄放接口之间设有中压传感器。中压传感器用于检测减压后的氢气压力。

8、作为上述技术方案的进一步改进，在所述供氢阀与氢气缓冲瓶之间设有供氢单向阀。供氢单向阀用于防止氢气逆流。

9、作为上述技术方案的进一步改进，每个高压供氢模块并排连接有两个以上所述高压氢瓶。本方案设置两个以上高压氢瓶，可提高高压供氢模块的储氢量。

10、作为上述技术方案的进一步改进，所述氢气缓冲瓶设有供氢传感器。供氢传感器用于检测氢气缓冲瓶内的氢气压力。

11、作为上述技术方案的进一步改进，所述加氢模块包括依次相连的加氢口、过滤器、加氢传感器、加氢单向阀。

12、通过加氢口与加氢机连接，过滤器可以过滤掉氢气的杂质，加氢传感器用于检测加氢机端的压力，监控加氢状态；加氢单向阀防止供氢系统的氢气逆流。

13、作为上述技术方案的进一步改进，所述高压氢瓶的瓶口连接有组合式瓶阀，组合式瓶阀连接于加氢阀、高压氢瓶、减压阀之间。

14、组合式瓶阀集成电磁阀、手动截止阀、手动泄放阀、限流阀、止回阀、过滤器、温度传感器、tprd模块等，实现瓶内温度监控、温度保护、氢气过流保护、氢气正常充放、氢气手动泄放等功能。

15、此外本发明还提供一种适用于所述船用燃料电池高压供氢系统的控制方法，具体方法如下：

16、设定两个高压供氢模块，分别为第一高压供氢模块和第二高压供氢模块，其中一个为常用，另外一个为备用；

17、供氢过程：

18、当第一高压供氢模块上的高压氢瓶出口的压力大于第一阀值，第二高压供氢模块上的高压氢瓶出口的压力大于第二阀值，第二阀值高于第一阀值，则同时打开所有的高压氢瓶、供氢阀；

19、当第一高压供氢模块上的高压氢瓶出口的压力大于第一阀值，第二高压供氢模块上的高压氢瓶出口的压力小于等于第二阀值，第二阀值高于第一阀值，则打开第一高压供氢模块上的高压氢瓶、供氢阀，关闭第二高压供氢模块上的高压氢瓶、供氢阀；

20、当第一高压供氢模块上的高压氢瓶出口的压力小于等于第一阀值，第二高压供氢模块上的高压氢瓶出口的压力大于第二阀值或者第二高压供氢模块上的高压氢瓶出口的压力小于等于第二阀值，第二阀值高于第一阀值，则打开第二高压供氢模块上的高压氢瓶、供氢阀，关闭第一高压供氢模块上的高压氢瓶、供氢阀；

21、当第一高压供氢模块上的高压氢瓶出口的压力小于等于第一阀值，第二高压供氢模块上的高压氢瓶出口的压力小于等于第一阀值，停止供氢；

22、加氢过程：

23、当需要对第一高压供氢模块加氢时，打开第一高压供氢模块上的加氢阀，关闭第一高压供氢模块上的供氢阀、第二高压供氢模块上的加氢阀；

24、当需要对第二高压供氢模块加氢时，打开第二高压供氢模块上的加氢阀，关闭第二高压供氢模块上的供氢阀、第一高压供氢模块上的加氢阀；

25、在加氢过程中，两个高压供氢模块可交替、同时或停止进行供氢。

技术特征：

1.一种船用燃料电池高压供氢系统，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的船用燃料电池高压供氢系统，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的船用燃料电池高压供氢系统，其特征在于：在所述高压氢瓶与减压阀之间设有高压传感器。

4.根据权利要求3所述的船用燃料电池高压供氢系统，其特征在于：在所述减压阀与泄放接口之间设有中压传感器。

5.根据权利要求1所述的船用燃料电池高压供氢系统，其特征在于：在所述供氢阀与氢气缓冲瓶之间设有供氢单向阀。

6.根据权利要求1所述的船用燃料电池高压供氢系统，其特征在于：每个高压供氢模块并排连接有两个以上所述高压氢瓶。

7.根据权利要求1所述的船用燃料电池高压供氢系统，其特征在于：所述氢气缓冲瓶设有供氢传感器。

8.根据权利要求1所述的船用燃料电池高压供氢系统，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的船用燃料电池高压供氢系统，其特征在于：

10.一种适用于如权利要求1至9任意一项所述船用燃料电池高压供氢系统的控制方法，其特征在于：具体方法如下：

技术总结
本发明公开了种船用燃料电池高压供氢系统及控制方法，包括加氢模块、氢气缓冲瓶、两个以上高压供氢模块、泄放模块，高压供氢模块包括依次通过管道相连的加氢阀、高压氢瓶、减压阀、供氢阀，两个以上加氢阀的进口端同时与加氢模块的出口端连接，两个以上供氢阀的出料端同时与氢气缓冲瓶的进口端连接，在减压阀与供氢阀之间设有泄放接口，泄放接口连接有安全阀；泄放模块包括泄放口、自动泄放阀、手动泄放阀，自动泄放阀、手动泄放阀和两个以上安全阀的出口端同时与泄放口连接，自动泄放阀、手动泄放阀的进口端同时连接于泄放接口。实现加氢、储氢、供氢、放氢的功能，共享部分零件，并可实现完整的保护机制。

技术研发人员：丘祖新,李振兴,吴友华,仇昌盛,李沅锋,袁威,卢炽华,刘建国,颜伏伍
受保护的技术使用者：佛山仙湖实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15