[发明专利]一种氢燃料动力船能量综合利用系统

说明书

一种氢燃料动力船能量综合利用系统，该系统主要由以下几部分组成：氢气供给系统、压缩氢膨胀发电系统、冷库循环系统、空调循环系统、淡水加热系统、电力推进系统。本发明主要利用氢燃料动力船上的压缩氢作为能量来源，利用氢燃料电池和发电机产生的电能为船舶提供推进动力，提出了利用压缩氢中蕴含的压力能发电，并让压缩氢参与到冷库和空调循环系统的换热过程，从而实现对压缩氢膨胀释放冷能的回收，实现对冷能的阶级利用。因此，本发明能够充分利用氢燃料中的能量，避免了冷能的浪费提高了船舶的能量利用率，十分具有推广价值。

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，具体涉及一种氢燃料能量综合利用系统。

背景技术

随着人类对海洋的综合开发利用，海洋环境污染愈发严重，保护海洋环境防止海洋污染等问题受到世界各国的重视。目前，船用燃料主要是价格低廉、污染较高的燃料油，燃料油燃烧会伴随着硫氧化物和氮氧化物等大量有害气体的产生。海洋环境污染问题的严重与船舶对化石能源的依赖有着密切关系，因此采用新型的清洁能源才能从源头上解决船舶污染问题。

在无数学者探索下，新型船用可替代清洁能源竞相涌现。其中，氢气作为一种新型能源其热值较高，且直接燃烧也不会产生任何污染物，与石油等传统资源相比有着明显优势，是一种比较理想的燃料油代替品。随着近些年来技术的进步，也出现了以氢燃料电池作为船舶动力源的氢燃料电池动力船。这种燃料电池可以直接将化学能转化为电能为船舶的动力推进系统提供动力，省略了热能和机械能的中间转换，热效率较高。相比于传统的汽轮机的热效率29％左右、燃气轮机的热效率36％至39％、柴油机的热效率50％左右，而氢燃料电池的热效率可以高达到60％至80％。另外氢燃料电池对环境无污染，因此是一种氢能源在船舶上应用的较为理想的方式。

按照目前的发展形势，氢燃料电池可适用于近海航行的渡船、快艇、巡逻船、小型货船和观光船等近岸短途船舶。这不仅仅是因为氢燃料单位体积的能量密度相对较低会导致船舶续航能力较短，更重要的是国际海事组织对船舶的排放要求愈发严格。氢动力船可以做到零污染物排放，因此拥有非常广阔的应用前景。

氢通常以高压气态或低温液态的形式在船舶上进行储存，液态氢是由氢气经过降温而得到的液体，温度为-253℃，因此制取液氢的成本较高并且对储罐的耐低温性能和绝热性能有较高的要求；高压气态储氢是指将氢气压缩至20MPa，提高氢气的压力和储存密度，这只需要储罐具有一定耐高压的性能，并且氢气的压缩与液化相比更加容易实现。从技术成熟方面来看，高压气态储氢技术较为成熟，成本比较低，是现阶段国内主要的储氢技术。

随船储运的压缩氢在供给氢燃料电池使用之前需要将压力释放到0.1Mpa到0.3Mpa才可使用，所以这个过程会释放很多压力能。压缩氢气经过膨胀机释放压力，这个过程会对外做功，可以有效回收压力能，且在膨胀后气体的温度会降低至-130℃，但是供氢燃料电池的氢气需要加热至60℃至80℃，这一过程会释放很多冷能，如果这部分冷能不能得到利用，将会造成冷能的浪费。

关于氢燃料冷能的利用已经有专利提出，专利号为CN111854327B的专利提出了一种氢燃料动力船冷能综合利用系统，该系统利用液氢汽化过程中释放的冷能实现了空气的分离和氧气的制取，使液氢的冷能得到了利用。但液氢的储运存在较大的困难和较高的成本。本发明采用气态压缩氢，利用压缩氢原有的和膨胀释放的冷能，并且回收压缩氢膨胀做功过程中释放的能量，可在一定程度降低储运成本和船舶航行的能源消耗。

基于以上问题，本发明提出了一种将氢燃料电池用于船舶发电和冷能利用的方法，此方法不仅可以将压缩氢气膨胀做的功进行回收发电，为船舶电网提供部分电能，还可以将氢气膨胀后释放的冷能充分利用，提高氢燃料的能量利用率，因此这种方法具有较大的实际应用价值和广阔的应用前景。

发明内容

本发明根据上述提出的问题，提出了一种氢燃料动力船能量综合利用系统，该系统包括氢气供给系统、压缩氢膨胀发电系统、冷库循环系统、空调循环系统、淡水加热系统、电力推进系统。