一种船用燃料电池综合热管理系统技术方案

本发明专利技术提供的船用燃料电池综合热管理系统直接利用船舶航行过程的环境水对进入燃料电池系统的新鲜空气降温，简化了中冷器的热管理构型及管理，避免使用电动散热器及风扇等成本较高

【技术实现步骤摘要】
一种船用燃料电池综合热管理系统


[0001]本专利技术涉及船舶
，具体涉及一种船用燃料电池综合热管理系统
。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种通过电化学反应实现燃料化学能转换为电能的装置，不同于传统的能量转换装置（如内燃机），燃料电池的效率不受限于卡诺定理，其理论效率远高于其他动力装置，再考虑到以氢为典型代表的氢燃料电池系统在能量转化过程中没有有害物排放，更没有碳排放，因此，燃料电池技术是船舶动力系统面向无碳化转型的一个重要方向
。
当前，燃料电池技术在船舶中的应用正在兴起，从已有的技术方案来看，对燃料电池技术的理解不够深入，大多是进行简单的匹配，让燃料电池作为船舶的动力，或者多种新能源进行简单的组合应用，而在燃料电池冷却或热管理方向，也是进行粗略的应用，没有深入思考燃料电池的本质特点和船舶的整体需求，现有的技术方案缺乏整体和系统的眼光，因此，没有将能量的利用效率提升至更高的水平
。
[0003]在船舶航行中，环境温度高或者过低时，单纯用空调进行降温或者供暖，耗能高；且空调的安装也需要占用较大的空间；因此如何合理综合利用船舶的热量以及环境水的制冷功能是目前需要解决的一大问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种船用燃料电池综合热管理系统，从能量利用的整体角度对燃料电池
、
船舶及船舶周围环境中的可用热能
、
可用冷源
、
热能需求
、
>供冷需求等进行管理
、
分配
、
调度，实现可用热能
、
可用冷源的高效转化
、
传递及输运，再结合电磁阀
、
管路及控制策略，最终实现以船舶为核心单元的液体
、
气体温度综合控制和管理，减少船舶整体的能耗，提高燃料电池系统的效率
。
[0005]具体的，本专利技术提供一种船用燃料电池综合热管理系统，包括燃料电池系统
、
燃料电池进气供给系统
、
供冷系统和供暖系统；所述燃料电池进气供给系统包括空压机
、
中冷器以及管路；外源空气经过空气滤清器至所述空压机形成压缩空气，传输至所述燃料电池系统；所述供冷系统设于船舶舱室中，包括第一热交换器和第一电磁阀；所述供暖系统包括供热水模块和舱室供暖模块；所述供热水模块包括第二电磁阀
、
液
‑
液换热器
、
热水出口以及冷水入口；所述舱室供暖模块包括第三电磁阀以及供暖装置；所述燃料电池系统依次连接第二热交换器
、
热水出口以及供暖装置；所述冷水入口与第二热交换器连接；所述第二电磁阀设于燃料电池系统与第二热交换器之间；所述第三电磁阀设于所述热水出口和供暖装置之间；环境水过滤后通过管道传输至所述中冷器，实现对压缩空气的降温；环境水通过传输至所述第一热交换器，实现对船舶舱室的环境降温；所述燃料电池系统传输出的高温冷却液与所述冷水入口传输的冷水通过所述液
‑
液换热器进行热交换，将冷水加热成日用热水；所述日用热水传输至热水出口，所述热水出口分支实现热水供应以及传输至供暖装置实现环境供暖
。
[0006]由于船舶航行的环境存在大量的天然环境水，且环境水的温度较低，可以作为一种廉价的冷却介质和冷源，因此，本专利技术的保护点之一是利用环境水对中冷器的冷却，以保证进入燃料电池系统电堆的新鲜空气达到所需的温度
。
环境水具备多样性，包括但不限于以下，如海水
、
内河水
、
湖水等
。
[0007]本专利技术还包括了燃料电池冷却液热管理系统，主要是将燃料电池发生电化学反应释放的热能通过冷却液输送至电堆之外，再通过第二热交换器将高温的冷却液降温后返回至电堆
。
对于燃料电池系统内其他一些需要冷却的辅助部件，如空压机
、
氢气循环泵
、
燃料电池系统的
DC/DC、
控制器等也可以通过冷却液来冷却
。
[0008]优选本专利技术在所述中冷器和环境水出口之间还设有第三热交换器；本专利技术中类似于中冷器的冷却介质，所述第三热交换器中的冷却介质也采用了环境水，利用较冷的环境水通过换热器实现热量从电堆冷却液向环境水的转化
、
传递及输运
。
[0009]本专利技术的又一创新点是提出的船舶冷空气供冷系统，利用环境水直接降低进入船舶舱室的空气，提供持续
、
稳定
、
经济的冷空气，具备调节船舶舱室空气温度的作用
。
[0010]本专利技术的另一创新点是提出船舶热电联供供热水及供暖系统，利用船用燃料电池系统工作时产生的余热实现热水提供，并结合散热片的传热作用，直接通过散热片加热船舶舱室内的空气，实现供暖
。
[0011]本专利技术的另一专利技术点在于提出的供热水及供暖系统控制策略，使得供暖与供热水之间互不干扰，另外，有别于其他的供暖方式，本专利技术以整船为整体进行供暖与供热水调节，并且以热水作为供暖介质，通过暖气片或地暖的形式实现热水对船舶舱内空气的传热
。
同时提供了供冷系统控制策略，利用该控制策略，基于环境大气温度，进行流量调节，从而实现了供冷温度的调节
。
[0012]进一步的，所述燃料电池进气供给系统还包括空气滤清器
、
增湿器；所述空气滤清器设于所述空压机的前端管道处；所述增湿器设于所述中冷器与燃料电池系统之间
。
[0013]空气滤清器主要用于对外源空气净化，避免影响空压机效率；所述空气滤清器
、
增湿器的位置不做严格的要求，只要能够实现上述功能均在本专利技术的保护范围之内
。
[0014]进一步的，本专利技术的船用燃料电池综合热管理系统还包括燃料电池阴极废气排气系统，所述燃料电池阴极废气排气系统包括第一排气管路
、
第二排气管路
、
汽水分离器以及废气出口；所述燃料电池系统的阴极产生的废气依次经过经第一排气管路
、
增湿器
、
第二排气管路
、
汽水分离器至废气出口排出
。
[0015]燃料电池阴极废气排气系统主要用于燃料电池反应后阴极气体的排放；所述第一排气管路
、
第二排气管路主要用于废气的传输，废气经过增湿器
、
再经过汽水分离器实现净化后排出
。
[0016]进一步的，本专利技术的船用燃料电池综合热管理系统还包括氢气供给系统；所述氢气供给系统包括燃料供给控制模块
、
燃料储存装置
、
氢气入口
、
氢气循环装置
、
尾排阀
、
燃料废气出口及用于连接的管道；所述燃料供给控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种船用燃料电池综合热管理系统，其特征在于，包括燃料电池系统（6）
、
燃料电池进气供给系统
、
供冷系统和供暖系统；所述燃料电池进气供给系统包括空压机（2）
、
中冷器（3）以及管路；外源空气经过所述空压机（2）形成压缩空气传输至所述燃料电池系统（6）；所述供冷系统设于船舶舱室中，包括第一热交换器和第一电磁阀（
27
）；所述供暖系统包括供热水模块和舱室供暖模块；所述供热水模块包括第二电磁阀（
34
）
、
第二热交换器
、
热水出口（
35
）以及冷水入口（
31
）；所述舱室供暖模块包括第三电磁阀（
36
）以及供暖装置（
37
）；所述燃料电池系统（6）依次连接第二热交换器
、
热水出口（
35
）以及供暖装置（
37
）；所述冷水入口（
31
）与第二热交换器连接；所述第二电磁阀（
34
）设于燃料电池系统（6）与第二热交换器之间；所述第三电磁阀（
36
）设于所述热水出口（
35
）和供暖装置（
37
）之间；环境水（
41
）通过管道传输至所述中冷器（3），实现对压缩空气的降温；环境水（
41
）通过传输至所述第一热交换器，实现对船舶舱室的环境降温；所述燃料电池系统（6）传输出的高温冷却液与所述冷水入口（
31
）传输的冷水通过所述第二热交换器进行热交换，将冷水加热成日用热水；所述日用热水传输至热水出口（
35
），所述热水出口（
35
）分支实现热水供应以及传输至供暖装置（
37
）实现环境供暖
。2.
根据权利要求1所述的船用燃料电池综合热管理系统，其特征在于，所述燃料电池进气供给系统还包括空气滤清器（1）
、
增湿器（4）；所述空气滤清器（1）设于所述空压机（2）的前端管道处；所述增湿器（4）设于所述中冷器（3）与燃料电池系统（6）之间
。3.
根据权利要求2所述的船用燃料电池综合热管理系统，其特征在于，还包括燃料电池阴极废气排气系统，所述燃料电池阴极废气排气系统包括第一排气管路（7）
、
第二排气管路（8）

【专利技术属性】
技术研发人员：肖森林，黄朝俊，刘刚，吴镇波，肖耀华，董芳，刘建成，李磊，
申请(专利权)人：招商局深海装备研究院三亚有限公司，
类型：发明
国别省市：