[发明专利]一种分布式船用燃料电池发电模块及其安全工作方法

说明书

本发明公开了一种分布式船用燃料电池发电模块，包括电堆模块箱以及分别连接电堆模块箱的氢气模块箱、空气模块箱和冷却水模块箱，还包括分别与电堆模块箱、氢气模块箱、空气模块箱和冷却水模块箱通信连接的控制器模块；本发明通过将通过电堆模块、氢气模块、空气模块、冷却水模块和控制器模块分布式设计，氢气管路双壁管设计，涉氢空间置换通风设计，避免了局部聚积氢气浓度较高引发爆炸的隐患，安全工作方法通过氢气浓度传感器、声光报警器、气体互锁阀、控制器之间通信，实现了对箱体和双壁管内部氢气泄露过程中风险程度监测和报警，从而有效提高了燃料电池发电装置的自防爆安全性能。

技术领域

本发明属于船用燃料电池领域，具体涉及一种分布式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。

燃料电池发电装置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装置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，这对船用燃料电池发电装置的防爆性安全设计提出更加苛刻要求。

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，其燃料电池发电装置处于敞开环境，不同于船用燃料电池发电装置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装置的自防爆安全性能，但仍存在明显不足：相比氢气循环泵和供氢管路，电堆模块箱的氢气泄漏率更高，因此现有技术将电堆模块箱与空气模块、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

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种分布式船用燃料电池发电模块。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种分布式船用燃料电池发电模块，包括电堆模块箱以及分别连接电堆模块箱的氢气模块箱、空气模块箱和冷却水模块箱，还包括分别与电堆模块箱、氢气模块箱、空气模块箱和冷却水模块箱通信连接的控制器模块；所述的电堆模块箱由密闭腔体结构的箱壳、布置在箱壳内的燃料电池电堆和电堆通风管路以及设置在箱壳上的泄爆阀组成，电堆通风管路进口设置风压传感器，出口设置氢气浓度传感器和声光报警器；所述的氢气模块箱由密闭腔体结构的箱壳、布置在箱壳内的氢气模块和氢气通风管路以及设置在箱壳上的泄爆阀组成，氢气模块的氢气进口设置气体互锁阀，所述的气体互锁阀与控制器模块通信连接，氢气通风管路进口设置风压传感器，出口设置氢气浓度传感器和声光报警器；所述的空气模块箱和冷却水模块箱分别由密闭腔体结构的箱壳和布置在箱壳内的空气模块和冷却水模块组成；所述的电堆模块箱与氢气模块箱之间连接有由内管和外管组成的双壁管，双壁管的内管和外管间为密闭腔体，所述的外管分别连接电堆通风管路的进口和氢气通风管路的出口；氢气浓度传感器、声光报警器、气体互锁阀和控制器模块之间通信连接，用于对箱壳和双壁管内部氢气泄露过程中风险程度监测和报警，当氢气浓度值达到设定低阈值，则通过控制器控制声光报警器输出一级报警信号，当氢气浓度值达到设定高阈值，通过控制器模块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。

本发明的目的之二是提供上述分布式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，燃料电池发电装置启动前，先启动外部设备的负压通风装置，当箱壳和双壁管上氢气通风管路出口的氢气浓度值低于设定低阈值时启动装置；