一种可降低NOx排放的氢燃料船舶

技术领域

本发明涉及船舶制造领域，特别涉及一种可降低NOx排放的氢燃料船舶。

背景技术

目前，95％以上的船舶主要采用内燃机作为船舶电站发电装置。内燃机的通过燃料与空气中氧气在高温下燃烧，驱动发电装置将燃料转化成电能，同时空气中的氮气会与氧气反应生成氮氧化物。

如果利用内燃机驱动发电装置发电，不可避免的产生大量氮氧化物的排放，污染环境，不满足欧盟港口的氮氧化物的排放要求。

目前陆用氢燃料电池可以满足无氮氧化物排放，液态氢燃料需要保持常压下-253℃的超低温或者常温下73Mpa的超高压，其运输和储存难度大，成本高；氢燃料单位体积能量密度低，船上储存氢燃料需要占用大量的货舱容积，降低船舶利润空间。氢燃料的船舶利用，目前还没有较好的解决方案。

发明内容

基于此，有必要提供一种通过引入甲醇作为载体燃料制氢，确保氢燃料船舶适用性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种可降低NOx排放的氢燃料船舶，包括船舶本体、甲醇储存舱、电池储能系统、甲醇供给系统、甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统，所述电池储能系统、甲醇供给系统、甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统皆设置于所述船舶本体上，所述船舶本体包括甲板，所述甲醇储存舱设置于所述甲板上；所述甲醇储存舱、甲醇供给系统、甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统依次通过输送管道连通；所述电池储能系统与所述氢燃料电池系统电连接。

优选地，所述电池储能系统、甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统皆位于所述甲板上，且靠近所述船舶本体的船尾设置。

优选地，所述船舶本体还包括烟囱，所述烟囱位于所述船舶本体的尾部，所述电池储能系统位于所述烟囱的一侧，所述甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统位于所述烟囱的另一侧。

优选地，所述烟囱的一侧设置有储能电池间，所述电池储能系统设置于所述储能电池间内；所述烟囱的另一侧设置有制氢发电间，所述甲醇重整制氢系统和所述氢燃料电池系统皆设置于所述制氢发电间内。

优选地，所述船舶本体上设置有货舱、机舱和居住生活区，所述机舱位于所述船舶本体的尾部，所述机舱上部的甲板为船尾甲板，所述船舶本体的中部设置有货舱，所述货舱上部的甲板为货舱甲板，所述居住生活区域位于所述船尾甲板和所述货舱甲板之间，所述烟囱位于所述船尾甲板上。

优选地，所述甲醇储存舱设置有两个，两个所述甲醇储存舱设置于所述机舱甲板上，且两个所述甲醇储存舱分别位于所述船舶本体的中轴线的两侧，两个所述甲醇储存舱之间设置有第一连通管道。

优选地，所述甲醇供给系统也位于所述货舱甲板上，且所述甲醇供给系统位于所述船舶的中轴线上，所述所述甲醇储存舱通过第二连通管道与所述第一连通管道连接。

优选地，所述烟囱位于所述船舶本体的中轴线上，所述烟囱、电池储能系统、甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统皆位于所述船尾甲板上；所述甲醇重整制氢系统通过第三连通管道与所述甲醇供给系统系统相连接，所述第三连通管道绕过所述居住生活区域。

优选地，所述船舶本体上设置有螺旋桨，所述机舱内设置有柴油动力系统和电动力系统；所述电动力系统与所述与电池储能系统电连接；第一状态下，所述柴油动力系统与所述螺旋桨传动连接，第二状态下，所述电动力系统与所述螺旋桨动力传动连接。

优选地，该氢燃料船舶的排量大于5万吨。

本发明的船舶通过引入甲醇作为载体燃料制氢和氢燃料电池系统，并对船舶布置和系统设计进行优化，为氢燃料电池在大型远洋船舶应用提供解决方案，确保氢燃料船舶适用性，解决了氢燃料在船舶应用的以下难题：

利用甲醇作为氢燃料的载体，船上储存甲醇用来制氢，解决氢燃料在船厂低温(-253℃)储存的难题；解决了氢燃料能量密度低的难题；

配置甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统替代传统柴油发电机，提高甲醇能量转换效率，减少船舶噪音，有效降低氮氧化物排放，满足各港口排放要求；

设置船舶电池储能系统，解决船舶电力负荷波动的问题。

附图说明

通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明的可降低NOx排放的氢燃料船舶的结构示意图。

图中：100、船舶本体；1、甲醇储存舱；2、电池储能系统；3、甲醇燃料处理间；4、甲醇供给系统；5、制氢发电间；6、船尾甲板；7、货舱甲板；8、第一连通管道；9、第二连通管道；10、第三连通管道；11、电线；12、烟囱。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参考图1，本发明提供一种可降低NOx排放的氢燃料船舶，包括船舶本体100、甲醇储存舱1、电池储能系统2、甲醇供给系统4、甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统(甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统一起布置在制氢发电间5内)，电池储能系统2、甲醇供给系统4、甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统皆设置于船舶本体100上，船舶本体100包括甲板，甲醇储存舱1设置于甲板上。甲醇储存舱1、甲醇供给系统4、甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统依次通过输送管道连通；电池储能系统2与氢燃料电池系统电连接，两者之间连接电线1111，在船上，使用甲醇作为氢的载体通过重整制取氢气，供给燃料电池发电。利用甲醇作为氢燃料的载体，船上储存甲醇用来制氢，解决氢燃料在船厂低温(-253℃)储存的难题；解决了氢燃料能量密度低的难题。该发明的技术方案在船舶上设置氢燃料电池系统产生电力供船舶使用，有效避免了传统内燃机的燃烧时的NOx排放，满足了港口NOx排放的要求；同时相比气缸内直接燃烧，提高了氢燃料能量转换率。引入甲醇作为载体燃料制氢，可以在常温、常压下保持液态储存，降低燃料运输、加注、使用成本。解决了氢燃料单位容积能量密度低，氢燃料需要在常压超低温存储或者常温下超高压储存的难题。

在优选实施例中，电池储能系统2、甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统皆位于甲板上，由于甲醇燃料是低闪点燃料，设置在甲板的开敞区域更加安全。电池储能系统2、甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统靠近船舶本体100的船尾设置，一般船舶的机舱都设置在船舶尾部，这样就可以使电池储能系统2、甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统更靠近机舱的位置，方便将发的电传输至机舱内。

在优选实施例中，船舶本体100还包括烟囱12，烟囱12位于船舶本体100的尾部，电池储能系统2位于烟囱12的一侧，甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统位于烟囱12的另一侧。靠着烟囱12设置，抗风能力更好，减少狭小空间，使甲板空间更开阔。

在进一步优选实施例中，烟囱12的一侧设置有储能电池间，电池储能系统2设置于储能电池间内。烟囱12的另一侧设置有制氢发电间5，甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统皆设置于制氢发电间5内。将电池储能系统2、甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统皆设置在室内防风防雨。

在优选实施例中，船舶本体100上设置有货舱、机舱和居住生活区，机舱位于船舶本体100的尾部，机舱上部的甲板为船尾甲板6，船舶本体100的中部设置有货舱，货舱上部的甲板为货舱甲板7，居住生活区域位于船尾甲板6和货舱甲板7之间，烟囱12位于船尾甲板6上。

在优选实施例中，甲醇储存舱1设置有两个，两个甲醇储存舱1设置于机舱甲板上，且两个甲醇储存舱1分别位于船舶本体100的中轴线的两侧，两个甲醇储存舱1之间设置有第一连通管道8。设置两个甲醇储存舱1即为了增加容量，也是为了一点其中一个有问题，另一个可以替补上来，避免导致该船舶没有甲醇使用，导致无法为船舶提供动力。

在优选实施例中，甲醇供给系统4也位于货舱甲板7上，甲醇供给系统4位于甲醇燃料处理间3，甲醇燃料处理间3设置在甲板上，且甲醇供给系统4位于船舶的中轴线上，甲醇储存舱1通过第二连通管道9与第一连通管道8连接。烟囱12位于船舶本体100的中轴线上，烟囱12、电池储能系统2、甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统皆位于船尾甲板6上；甲醇重整制氢系统通过第三连通管道10与甲醇供给系统4系统相连接，第三连通管道10绕过居住生活区域。尽量在不改变船体结构的情况下，布局该氢电系统。保证船舶的容量，保证船舶的经济价值。

在优选实施例中，船舶本体100上设置有螺旋桨，机舱内设置有柴油动力系统和电动力系统；电动力系统与电池储能系统2电连接；第一状态下，柴油动力系统与螺旋桨传动连接，第二状态下，电动力系统与螺旋桨动力传动连接。船舶既可以只使用电力作为动力，也可以使用双动力。至于如何实现动力的更换，现在已经是比较成熟的技术。如专利“一种气电混动的船舶-202021530156.8”、“一种油电混动的船舶-202021530157.2”、“一种混动与纯电动切换的船舶动力系统-201811589500.8”中都有详细叙述。

在优选实施例中，该氢燃料船舶的排量大于5万吨。本发明主要用于大排量的船舶，尤其是远洋船舶。

本发明的船舶通过引入甲醇作为载体燃料制氢和氢燃料电池系统，并对船舶布置和系统设计进行优化，为氢燃料电池在大型远洋船舶应用提供解决方案，确保氢燃料船舶适用性，解决了氢燃料在船舶应用的以下难题：

利用甲醇作为氢燃料的载体，船上储存甲醇用来制氢，解决氢燃料在船厂低温(-253℃)储存的难题；解决了氢燃料能量密度低的难题；

配置甲醇重整制氢系统和氢燃料电池系统替代传统柴油发电机，提高甲醇能量转换效率，减少船舶噪音，有效降低氮氧化物排放，满足各港口排放要求；

设置船舶电池储能系统2，解决船舶电力负荷波动的问题。

该发明推动甲醇制氢燃料电池系统技术在船舶领域的推广应用，可充分发挥市场主导作用，引导燃料电池产业链上下游企业主动参与，同时推动装备制造业研制生产适用于船舶的甲醇燃料电池和甲醇供给系统4，完善船舶应用设备配套。对整个沿海地区甲醇燃料重整制氢燃料电池相关产业布局有着积极的意义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“优选实施例”、“再一实施例”、“其他实施例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。