[发明专利]一种绿色船舶用高安全型燃料电池发电系统及其安全工作方法

说明书

本发明公开了一种绿色船舶用高安全型燃料电池发电系统，包括燃料电池发电装置、氢气储/供装置、水热管理装置、机械通风装置、消防装置、安全监控装置和控制/能量管理装置，燃料电池发电装置和氢气储/供装置外均为设置有机械通风口和火焰探测器的自防爆型密闭舱室，通过设有紧急切断阀的双壁管连接，还公开了其安全工作方法；本发明根据涉氢环境危险程度和机械通风，将燃料电池发电模块内部空间采取分区和通风设计，避免了局部聚积氢气浓度较高引发爆炸的隐患，有效提高了燃料电池发电模块的自防爆性能；通过实现了对系统内部氢气泄露过程中风险程度监测和报警，提高了船用燃料电池系统的安全性能。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，更具体地涉及一种绿色船舶用高安全型燃料电池发电系统，以及其安全工作方法。

背景技术

船舶对钢铁、石化、纺织、装备制造、电子信息等重点产业发展和扩大出口具有较强的带动作用，是国家实施海洋强国和制造强国战略的重要支撑。然而，船舶的传统动力推进装置，如柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等，通过消耗柴油来产生动力，存在如下主要问题：燃料能量转换效率低、振动噪声等级高、尾气排放污染生态环境。因此，研究清洁、高效、可持续发展的新能源动力推进技术已经成为绿色船舶的重要发展方向。

燃料电池是 21 世纪绿色动力能源技术制高点，是一种将自身携带氢燃料与氧化剂中的化学能经电化学反应直接转化为电能的发电装置，具有能量转化效率高、能量密度高、振动噪声低和零排放等优点。因此，燃料电池发电系统在船舶上应用可实现能源高效、零排放和船舶舒适度提升，是绿色船舶的理想动力推进装置，适应绿色船舶市场需求，具有广阔市场应用前景。

目前，燃料电池技术已推广应用于新能源汽车，在船舶领域应用起步较晚，船用燃料电池发电系统处于设计开发阶段，已在提高散热效率和余热利用率、高效制氢和供氢等方面取得显著成果，如发明专利“船用氢燃料电池系统（申请号CN201810110021.7）”、“一种氢燃料电池动力船余热综合利用系统（申请号CN201910412785.6）”和“一种船用燃料电池储供氢系统（申请号CN202011599354.4）”，实用新型专利“一种船用制氢供氢一体化氢能动力系统（申请号CN201921422314.5）”等。不同于车用工况环境，船舶用燃料电池发电系统通常安装于相对密闭船舶舱室，且船舶运行远离陆地，水上能源补给不便，一旦发生危险情况，人员逃生困难。因此，如何实现燃料电池发电系统高安全性是船舶工程化应用关键，然而现有技术中船舶用燃料电池发电系统在安全性设计报道相对较少且仍存在不足：

申请号为CN202011489495.0 ，专利名称为“一种氢燃料电池船舶安全保护系统和保护方法”的发明专利通过对氢气瓶、氢气管路、氢气储罐区、燃料电池舱室、控制舱和乘客舱进行氢气浓度实时监测、泄露预警、浓度控制，提高燃料电池在船舶安全性及可靠性，但燃料电池发电系统中作为氢气泄漏源之一的燃料电池发电装置并未得到进行氢气浓度实时监测、泄露预警、浓度控制，安全设计有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的之一在于解决上述问题，提供一种绿色船舶用高安全型燃料电池发电系统。