一种基于氨-氢驱动的复合型船舶混合动力系统技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种基于氨

【技术实现步骤摘要】
一种基于氨
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氢驱动的复合型船舶混合动力系统


[0001]本专利技术涉及的是一种船舶动力装置，具体地说是船舶混合动力装置。

技术介绍

[0002]随着海上排放法规的日益严格，船舶污染物排放问题越来越受到各国航运部门的重视。并且，全球贸易的不断发展也对于船舶的运载能力提出了更高要求。传统的柴油机推进方式虽然能够迅速满足船舶航行过程中的负载需求，但存在能量利用率低、运行时油耗与噪声过大等缺点。电力推进虽然具有清洁、响应速度快、运行效率高等优点，但存在续航能力不佳、工况频繁切换易对船舶电网造成损坏、运维成本过高等缺点。将柴油机推进与电力推进结合构成船舶混合动力系统可有效结合二者优点，弥补各自不足。相比于纯柴油机推进，混合动力系统减少了运行时的油耗噪声，提高能量利用率；相比于纯电力推进，混合动力系统提升了船舶续航能力，降低船舶电网维护费用。
[0003]中国专利“一种新能源船舶用锂离子电池
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燃油混合动力系统”(申请公布号为CN112572745A)提出了一种新能源船舶用锂离子电池
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燃油混合动力系统，具有运行无噪音，船舶续航里程增长等优势，但其采用燃油作发动机燃料，二氧化硫、一氧化碳等污染物排放较多，而且采用锂离子电池作为电力推进源，存在充电耗时长，运行寿命低等缺点。
[0004]中国专利“一种船舶发动机的余热利用系统及方法”(授权公告号为CN109736963B)提出了一种新型船舶发动机的余热利用系统，实现了船舶发动机烟气和冷却水的耦合梯级利用，显著提高了发动机的效率，但采用水蒸汽和有机物作为朗肯循环工质对余热进行回收发电，存在输出功率不稳定、余热利用率不高等缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供解决当前船舶航行时二氧化硫、碳氢化物的过量排放以及余热利用率不高等问题的一种基于氨
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氢驱动的复合型船舶混合动力系统。
[0006]本专利技术的目的是这样实现的：
[0007]本专利技术一种基于氨
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氢驱动的复合型船舶混合动力系统，其特征是：包括液氨供给装置、氨燃料动力装置、氢燃料动力装置、船舶主母线、变速箱，所述液氨供给装置包括液氨罐；所述氨燃料动力装置包括电加热器、氨燃料发动机、可逆电机，液氨罐通过第一单向阀连接电加热器，电加热器通过电加热器开关连接船舶主母线，电加热器连接氨燃料发动机，氨燃料发动机通过第一离合器连接可逆电机，可逆电机通过第二离合器连接变速箱，可逆电机通过第一断路器连接船舶主母线；所述氢燃料动力装置包括氢气罐、压缩空气、质子交换膜燃料电池，氢气罐通过第一进气阀连接质子交换膜燃料电池，压缩空气通过第二进气阀连接质子交换膜燃料电池，质子交换膜燃料电池、第一逆变器、第二断路器依次相连并连接船舶主母线；船舶主母线通过主电动机开关连接主电动机，主电动机通过主离合器连接变速箱，变速箱连接船舶螺旋桨。
[0008]本专利技术还可以包括：
[0009]1、还包括蓄电池储能装置，所述蓄电池储能装置包括蓄电池，蓄电池连接第二逆变器，第二逆变器通过蓄电池出口开关连接船舶主母线。
[0010]2、还包括余热利用装置，所述余热利用装置包括水箱、换热器、分离器、动力涡轮、回热器、冷凝器，液氨罐通过第二单向阀连接水箱，换热器的两个入口分别连接氨燃料发动机和水箱，换热器的出口连接分离器，分离器通过第三进气阀连接动力涡轮，分离器通过闸阀连接冷凝器，动力涡轮、发电机、第三断路器依次相连并连接船舶主母线，动力涡轮、回热器、冷凝器依次相连，冷凝器通过低压泵连接回热器，回热器连接水箱。
[0011]3、船舶启动模式下，第一单向阀打开，第二单向阀关闭，蓄电池出口开关闭合，蓄电池经过第二逆变器将直流电转化为交流电给船舶主母线充电，主电动机开关断开，主电动机不启动，电加热器开关闭合，船舶主母线对电加热器供电，电加热器启动，对液氨进行加热，液氨气化后进入氨燃料发动机燃烧，第一离合器、第二离合器结合，第一断路器断开，可逆电机切换至电动机工况，输出动力经过变速箱驱动船舶螺旋桨转动。
[0012]4、船舶加速模式下，第一进气阀、第二进气阀打开，氢气罐接入电堆阳极，压缩空气接入电堆阴极，质子交换膜燃料电池工作，输出电力经过第二逆变器将直流电转为交流电，给船舶主母线充电，蓄电池出口开关断开，质子交换膜燃料电池向电加热器供电，主电动机开关闭合，主离合器结合，船舶主母线与氨燃料发动机一起驱动主变速箱工作。
[0013]5、船舶减速模式下，蓄电池出口开关闭合，蓄电池经过第二逆变装置将直流电转化为交流电给船舶主母线充电，断路器断开，第一进气阀、第二进气阀关闭，氢燃料动力装置停止工作，第一断路器闭合，第二离合器断开，可逆电机切换至发电机工况，发出电力供给船舶主母线，蓄电池出口开关断开，船舶由氨燃料发动机带动可逆电机发电供给船舶主母线，由船舶主母线供电给主电动机，驱动船舶螺旋桨。
[0014]6、余热利用模式下，第二单向阀打开，部分液氨通过液氨罐第二出口进入水箱混合成氨水溶液，第二出口流出的液氨体积达到设定值时，第二单向阀关闭，氨燃料发动机的出口尾气在换热器里对氨水溶液进行加热，氨水溶液在分离器中分离为饱和氨蒸汽与稀氨溶液，第三进气阀打开，饱和氨蒸汽进入动力涡轮膨胀做功，推动发电机工作，第三断路器、蓄电池出口开关闭合，余热利用装置输出的电力通过船舶主母线分配并储存至蓄电池，闸阀打开，做完功的氨蒸汽通过回热器进入冷凝器，稀氨溶液通过闸阀进入冷凝器与氨蒸汽一起冷凝，低压泵将冷凝后的氨水溶液经过回热器回到水箱进行下一次热工循环。
[0015]本专利技术的优势在于：
[0016]1、采用氨
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氢驱动的复合型船舶混合动力系统，船舶运行中燃料完全燃烧的产物为氮气和水，能减少二氧化硫、碳氢化物、碳烟、一氧化碳等污染物的排放，达到节能减排、绿色低碳、保护海洋环境的目的。
[0017]2、采用氨水混合物作为工质参与热工循环，利用氨水混合物能在变温过程中实现沸腾的特点，可有效减少吸热过程中的不可逆损失，从而提高氨燃料发动机废气余热利用率。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的结构示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：
[0020]结合图1，本专利技术包括：液氨供给装置1、氨燃料动力装置2、余热利用装置3、蓄电池储能装置4、氢燃料动力装置5、船舶主母线6、主电动机开关7、主电动机8、主离合器9、变速箱10、船舶螺旋桨11。
[0021]上述液氨供给装置1包括液氨罐101、压力表102、压力报警器103、控制单元104、第一单向阀105、第二单向阀106。压力表102安装于第一液氨罐101顶端，压力表102与压力报警器103相连，压力报警器103与控制单元104相连，控制单元104与第一单向阀105的电磁阀芯相连，液氨罐第一出口与第一单向阀105入口相连，第一单向阀105出口连接至电加热器201入口。液氨罐101的第二出口与第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氨
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氢驱动的复合型船舶混合动力系统，其特征是：包括液氨供给装置、氨燃料动力装置、氢燃料动力装置、船舶主母线、变速箱，所述液氨供给装置包括液氨罐；所述氨燃料动力装置包括电加热器、氨燃料发动机、可逆电机，液氨罐通过第一单向阀连接电加热器，电加热器通过电加热器开关连接船舶主母线，电加热器连接氨燃料发动机，氨燃料发动机通过第一离合器连接可逆电机，可逆电机通过第二离合器连接变速箱，可逆电机通过第一断路器连接船舶主母线；所述氢燃料动力装置包括氢气罐、压缩空气、质子交换膜燃料电池，氢气罐通过第一进气阀连接质子交换膜燃料电池，压缩空气通过第二进气阀连接质子交换膜燃料电池，质子交换膜燃料电池、第一逆变器、第二断路器依次相连并连接船舶主母线；船舶主母线通过主电动机开关连接主电动机，主电动机通过主离合器连接变速箱，变速箱连接船舶螺旋桨。2.根据权利要求1所述的一种基于氨
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氢驱动的复合型船舶混合动力系统，其特征是：还包括蓄电池储能装置，所述蓄电池储能装置包括蓄电池，蓄电池连接第二逆变器，第二逆变器通过蓄电池出口开关连接船舶主母线。3.根据权利要求1或2所述的一种基于氨
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氢驱动的复合型船舶混合动力系统，其特征是：还包括余热利用装置，所述余热利用装置包括水箱、换热器、分离器、动力涡轮、回热器、冷凝器，液氨罐通过第二单向阀连接水箱，换热器的两个入口分别连接氨燃料发动机和水箱，换热器的出口连接分离器，分离器通过第三进气阀连接动力涡轮，分离器通过闸阀连接冷凝器，动力涡轮、发电机、第三断路器依次相连并连接船舶主母线，动力涡轮、回热器、冷凝器依次相连，冷凝器通过低压泵连接回热器，回热器连接水箱。4.根据权利要求3所述的一种基于氨
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氢驱动的复合型船舶混合动力系统，其特征是：船舶启动模式下，第一单向阀打开，第二单向阀关闭，蓄电池出口开关闭合，蓄电池经过第二逆变器将直流电转化为交流电给船舶主母线充电，主电动机开关断开，主电动机不启动，电加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建辉，王伟，陈敬炎，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：