一种船用燃料电池发电模块及其安全工作方法

摘要

本发明公开了一种船用燃料电池发电模块，包括柜体、箱体、空气单元、冷却水单元和控制器单元，箱体由密闭腔体结构的箱壳和燃料电池电堆、氢气单元和吹扫管路组成，吹扫管路的出气口和收气口均匀分布在箱壳内，吹扫气为正压惰性气体，箱壳上依次设置有泄爆阀、吹扫气进口和吹扫气出口，吹扫气出口设置有氢气浓度传感器和声光报警器，氢气单元的进口处设置有气体互锁阀，氢气浓度传感器、声光报警器、气体互锁阀和控制器单元之间通信连接，还公开了其安全工作方法，通过对箱体内部氢气泄露过程中风险程度监测和报警，提高了燃料电池发电模块的防爆和安全性能。

说明书

技术领域

本发明属于船用燃料电池领域，具体涉及一种船用燃料电池发电模块，以及其安全工作方法。

背景技术

相比柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等传统船舶动力装置，燃料电池动力系统因具有能量密度高、振动噪声低、零排放环境友好等优势，被视为未来绿色船舶的理想动力装备，具有广阔市场应用前景。

燃料电池发电模块是燃料电池动力系统的核心设备，直接关系到燃料电池动力系统船舶工程应用的高效性、稳定性和安全性。不同于车用工况环境，船舶用燃料电池发电模块通常安装于相对密闭船舶舱室，且船舶运行远离陆地，载客多，一旦发生爆炸情况，人员逃生困难，这对燃料电池发电模块防的爆设计提出更加苛刻要求。

燃料电池在船舶领域应用处于起步阶段，对于船用燃料电池发电模块的防爆及安全方面存在欠缺，现有技术中尚未针对船用燃料电池动力系统的燃料电池发电模块。科研人员通过科研项目研发过程技术创新，形成一系列的相关专利技术成果，如专利“一种双层燃料电池客车用氢气泄露预警及防爆系统（申请号201910372076.X）”、“一种新能源汽车用氢燃料电池防爆防护舱（申请号201821744296.8）”和“一种氢燃料电池车防爆防燃装置（申请号201820589360.3）”等。然而，现有技术是针对燃料电池车的应用，其燃料电池发电模块处于敞开环境，不同于船用燃料电池发电模块处于相对密闭船舶舱室环境。此外，现有技术能够在一定程度上能够被借鉴和用于提高船用燃料电池发电模块的自防爆性能，但仍存在明显不足：相比氢气循环泵和供氢管路，燃料电池电堆的氢气泄漏率更高，因此现有技术将燃料电池电堆与空气模块、氢气模块、冷却水模块、控制器模块集成封装在同一空间箱体结构内，在一定程度上增大氢气发生爆炸的隐患。

发明内容

针对现有技术存在的研究欠缺，本发明的目的之一是提供一种船用燃料电池发电模块。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船用燃料电池发电模块，包括柜体以及布置在柜体内的箱体、空气单元、冷却水单元和控制器单元，所述箱体由密闭腔体结构的箱壳和布置在箱壳内的燃料电池电堆、氢气单元和吹扫管路组成，箱壳设计足够强度，所述氢气单元的氢气管路连接采用无缝焊接，所述的吹扫管路的出气口和收气口均匀分布在箱壳内，用于保证箱壳内部区域均能被吹扫到，不留死角，避免局部聚积氢气浓度较高引发爆炸，吹扫气为正压惰性气体，所述的箱壳上依次设置有泄爆阀、吹扫气进口和吹扫气出口，所述的吹扫气出口设置有氢气浓度传感器和声光报警器，所述氢气单元的进口处设置有气体互锁阀，氢气浓度传感器、声光报警器、气体互锁阀和控制器单元之间通信连接，用于对箱体内部氢气泄露过程中风险程度监测和报警。

本发明的目的之二是提供上述船用燃料电池发电模块的安全工作方法，包括以下步骤：

步骤一，燃料电池发电模块启动前，先启动吹扫气循环装置，当箱体的吹扫气出口氢气浓度值低于设定低阈值时启动燃料电池发电模块；

步骤二，燃料电池发电模块工作过程中，当氢气浓度值达到设定低阈值时，控制器单元控制声光报警器输出一级报警信号，提醒工作人员及时检修；

步骤三，燃料电池发电模块工作过程中，当氢气浓度值达到设定高阈值时，控制器单元控制声光报警器输出二级报警信号的同时，控制气体互锁阀切断氢气源，输送信号至吹扫气循环装置调整提高吹扫气体流量，直到氢气浓度值低于设定低阈值时，工作人员入场检修。

相对于现有技术，本发明的积极改进效果在于：

本发明通过将涉及氢气泄漏的燃料电池电堆和氢气单元布置在密闭腔体结构的箱体内，然后通过吹扫气进口和吹扫气出口使用惰性气体循环吹扫置换箱体内部气体，有效提高了燃料电池发电模块的防爆和安全性能。

本发明通用性好、安全可靠、操作方便、模块化程度高、扩展性强，具有极高的推广价值和巨大应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

各附图标记为：1—柜体，2—箱体，21—泄爆阀，22—吹扫气进口，23—吹扫气出口，24—氢气浓度传感器，25—声光报警器，26—气体互锁阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行清楚、完整地说明。

如图1所示，本发明公开了一种船用燃料电池发电模块，包括柜体1以及布置在柜体1内的箱体2、空气单元、冷却水单元和控制器单元，所述箱体2由密闭腔体结构的箱壳和布置在箱壳内的燃料电池电堆、氢气单元和吹扫管路组成，箱壳设计足够强度，所述氢气单元的氢气管路连接采用无缝焊接，所述的吹扫管路的出气口和收气口均匀分布在箱壳内，用于保证箱壳内部区域均能被吹扫到，不留死角，避免局部聚积氢气浓度较高引发爆炸，所述吹扫气为正压惰性气体，所述的箱壳上依次设置有泄爆阀21、吹扫气进口22和吹扫气出口23，所述的吹扫气出口23设置有氢气浓度传感器24和声光报警器25，所述氢气单元的进口处设置有气体互锁阀26，氢气浓度传感器24、声光报警器25、气体互锁阀26和控制器单元之间通信连接，用于对箱体2内部氢气泄露过程中风险程度监测和报警，而泄爆阀21用于抵受极限情况爆炸冲击力，降低对周边设备及工作人员的伤害。

本发明船用燃料电池发电模块的安全工作方法，包括以下步骤：

步骤一，燃料电池发电模块启动前，先启动吹扫气循环装置，当箱体2的吹扫气出口23氢气浓度值低于设定低阈值时启动燃料电池发电模块；

步骤二，燃料电池发电模块工作过程中，当氢气浓度值达到设定低阈值时，控制器单元控制声光报警器25输出一级报警信号，提醒工作人员及时检修；

步骤三，燃料电池发电模块工作过程中，当氢气浓度值达到设定高阈值时，控制器单元控制声光报警器25输出二级报警信号的同时，控制气体互锁阀26切断氢气源，输送信号至吹扫气循环装置调整提高吹扫气体流量，直到氢气浓度值低于设定低阈值时，工作人员入场检修。

本发明通过氢气浓度传感器24、声光报警器25、气体互锁阀26、控制器单元之间通信实现了对箱体内部氢气泄露过程中风险程度监测和报警，进一步提高了燃料电池发电模块的防爆和安全性能。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。