[發明專利]一種船用燃料電池發電模塊及其安全工作方法

有效

• 申請號: 202011489495.0
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112687923B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 高勇;王振;徐增師;吳鵬飛;何書默
• 申請（專利權）人: 武漢船用電力推進裝置研究所（中國船舶重工集團公司第七一二研究所）
• 主分類號: H01M8/0444
• 分類號: H01M8/0444;H01M8/04664;H01M8/04302;B63H21/00
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國榮

本發明公開了一種船用燃料電池發電模塊，包括柜體、箱體、空氣單元、冷卻水單元和控制器單元，箱體由密閉腔體結構的箱殼和燃料電池電堆、氫氣單元和吹掃管路組成，吹掃管路的出氣口和收氣口均勻分布在箱殼內，吹掃氣為正壓惰性氣體，箱殼上依次設置有泄爆閥、吹掃氣進口和吹掃氣出口，吹掃氣出口設置有氫氣濃度傳感器和聲光報警器，氫氣單元的進口處設置有氣體互鎖閥，氫氣濃度傳感器、聲光報警器、氣體互鎖閥和控制器單元之間通信連接，還公開了其安全工作方法，通過對箱體內部氫氣泄露過程中風險程度監測和報警，提高了燃料電池發電模塊的防爆和安全性能。

技術領域

本發明屬于船用燃料電池領域，具體涉及一種船用燃料電池發電模塊，以及其安全工作方法。

背景技術

相比柴油機、蒸汽輪機、燃氣輪機等傳統船舶動力裝置，燃料電池動力系統因具有能量密度高、振動噪聲低、零排放環境友好等優勢，被視為未來綠色船舶的理想動力裝備，具有廣闊市場應用前景。

燃料電池發電模塊是燃料電池動力系統的核心設備，直接關系到燃料電池動力系統船舶工程應用的高效性、穩定性和安全性。不同于車用工況環境，船舶用燃料電池發電模塊通常安裝于相對密閉船舶艙室，且船舶運行遠離陸地，載客多，一旦發生爆炸情況，人員逃生困難，這對燃料電池發電模塊防的爆設計提出更加苛刻要求。

燃料電池在船舶領域應用處于起步階段，對于船用燃料電池發電模塊的防爆及安全方面存在欠缺，現有技術中尚未針對船用燃料電池動力系統的燃料電池發電模塊。科研人員通過科研項目研發過程技術創新，形成一系列的相關專利技術成果，如專利“一種雙層燃料電池客車用氫氣泄露預警及防爆系統（申請號201910372076.X）”、“一種新能源汽車用氫燃料電池防爆防護艙（申請號201821744296.8）”和“一種氫燃料電池車防爆防燃裝置（申請號201820589360.3）”等。然而，現有技術是針對燃料電池車的應用，其燃料電池發電模塊處于敞開環境，不同于船用燃料電池發電模塊處于相對密閉船舶艙室環境。此外，現有技術能夠在一定程度上能夠被借鑒和用于提高船用燃料電池發電模塊的自防爆性能，但仍存在明顯不足：相比氫氣循環泵和供氫管路，燃料電池電堆的氫氣泄漏率更高，因此現有技術將燃料電池電堆與空氣模塊、氫氣模塊、冷卻水模塊、控制器模塊集成封裝在同一空間箱體結構內，在一定程度上增大氫氣發生爆炸的隱患。

發明內容

針對現有技術存在的研究欠缺，本發明的目的之一是提供一種船用燃料電池發電模塊。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種船用燃料電池發電模塊，包括柜體以及布置在柜體內的箱體、空氣單元、冷卻水單元和控制器單元，所述箱體由密閉腔體結構的箱殼和布置在箱殼內的燃料電池電堆、氫氣單元和吹掃管路組成，箱殼設計足夠強度，所述氫氣單元的氫氣管路連接采用無縫焊接，所述的吹掃管路的出氣口和收氣口均勻分布在箱殼內，用于保證箱殼內部區域均能被吹掃到，不留死角，避免局部聚積氫氣濃度較高引發爆炸，吹掃氣為正壓惰性氣體，所述的箱殼上依次設置有泄爆閥、吹掃氣進口和吹掃氣出口，所述的吹掃氣出口設置有氫氣濃度傳感器和聲光報警器，所述氫氣單元的進口處設置有氣體互鎖閥，氫氣濃度傳感器、聲光報警器、氣體互鎖閥和控制器單元之間通信連接，用于對箱體內部氫氣泄露過程中風險程度監測和報警。

本發明的目的之二是提供上述船用燃料電池發電模塊的安全工作方法，包括以下步驟：

步驟一，燃料電池發電模塊啟動前，先啟動吹掃氣循環裝置，當箱體的吹掃氣出口氫氣濃度值低于設定低閾值時啟動燃料電池發電模塊；

步驟二，燃料電池發電模塊工作過程中，當氫氣濃度值達到設定低閾值時，控制器單元控制聲光報警器輸出一級報警信號，提醒工作人員及時檢修；

步驟三，燃料電池發電模塊工作過程中，當氫氣濃度值達到設定高閾值時，控制器單元控制聲光報警器輸出二級報警信號的同時，控制氣體互鎖閥切斷氫氣源，輸送信號至吹掃氣循環裝置調整提高吹掃氣體流量，直到氫氣濃度值低于設定低閾值時，工作人員入場檢修。