加氢船的制作方法

1.本实用新型涉及船舶的技术领域，具体为用于向氢动力船舶提供加氢的制氢加氢一体式加氢船。


背景技术：

2.目前航运使用的动力燃料仍以传统化石燃料为主，船舶减排压力日趋紧迫，航运的船舶面临着能源转型难题。为降低全球船舶排放，需要研究清洁、高效、可持续发展的新能源动力推进技术，从而开发新型绿色船舶，取代现有的化石燃料船舶。
3.随着氢燃料电池技术的日益成熟，将氢燃料电池作为船舶动力备受推崇，且将氢燃料电池作为船舶动力，技术上已经没有壁垒。氢能船舶燃烧产物只有水，零碳排放，因此氢燃料电池船舶成为船舶业低碳转型的重要选择。
4.氢燃料电池船舶不仅用于航运业，还被设计成豪华游艇，用于水上娱乐，可集航海、运动、娱乐和休闲等功能于一体，氢气的能量密度比锂电池高，且零碳排放，因此豪华游艇采用氢燃料电池受到部分高消费人群的喜爱。
5.目前针对氢燃料电池船舶的加氢站建造在岸上，在船舶携带的氢气用尽前，就要回到加氢站进行氢气补给，限制了船舶的航运里程。
6.专利号为202110228512.3的中国发明专利，公开了一种移动集约型船用即时制氢加氢一体化系统，具有光伏发电单元、乙醇脱氢制氢单元、氢气提纯单元和氢气加注单元，安装在保障船甲板上，实现氢气的现产现用，实现氢燃料电池船舶的机动性补给。该专利以乙醇为燃料进行船载制氢加氢，但是乙醇脱氢制氢单元技术不够成熟，副反应多，生成的氢气中混有甲醛、乙烯等气体，氢气纯度较低，导致对氢气提纯单元的要求高，提纯成本高。
7.因此，亟需发明一种可在水面移动的制氢加氢一体船。


技术实现要素：

8.基于此，有必要针对水面上氢燃料电池船舶加氢难的技术问题，提供一种具有制氢加氢功能的加氢船。
9.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
10.加氢船，包括船体，所述船体上设有船舱，所述船舱包括驾驶舱、制氢舱和加氢舱，所述制氢舱位于驾驶舱和加氢舱之间；
11.所述制氢舱内设有甲醇重整制氢系统、电解水制氢装置、固态储氢罐、氢气压缩机和氢气低压储罐，所述甲醇重整制氢系统、电解水制氢装置分别通过充氢管路与固态储氢罐相连，所述固态储氢罐通过氢气压缩机与氢气低压储罐相连；
12.所述加氢舱内设有储能电池、电气控制柜、逆变器和加氢机，所述储能电池、逆变器与电气控制柜之间依次电路连接，甲醇重整制氢系统、电解水制氢装置和加氢机均与电气控制柜采用电路连接，所述氢气低压储罐通过加氢管路与加氢机相连。
13.通过采用上述技术方案，采用甲醇重整制氢系统、电解水制氢装置两套制氢系统，
电解水制氢装置制氢的耗电量较大，制备的氢气纯度高，制氢成本低，当加氢船在靠岸处，利用电网向电解水制氢装置供电来制氢，将生成的氢气储存在固态储氢罐及氢气低压储罐内，加氢船可作为岸基加氢站向氢燃料电池船舶加氢；当加氢船在靠岸处，且待加氢的氢燃料电池船舶数量较大，电解水制氢装置无法提供足量的氢气时，使用甲醇重整制氢系统、电解水制氢装置共同制氢来供应氢气；甲醇重整制氢系统耗电量小，制氢成本相比于电解水制氢装置较高，当加氢船在远离岸基处制氢时，首选开启甲醇重整制氢系统，由储能电池进行供电，甲醇燃料易于存储和运输，且制备的氢气纯度高，排放的co2少。
14.甲醇重整制氢系统、电解水制氢装置制备的氢气储存在固态储氢罐内，固态储氢罐的内腔中设有储氢合金，固态储氢相对于高压气态和液态储氢，储氢容量高，不需要高压或者隔热容器，而且没有爆炸危险，是非常理想的储氢方式。
15.优选的，所述甲醇重整制氢系统包括甲醇储罐、水储罐、汽化器、甲醇重整器和氢气纯化装置，所述甲醇储罐、水储罐均通过管路与汽化器相连，所述汽化器通过管路与甲醇重整器相连，所述甲醇重整器通过管路与氢气纯化装置相连，所述氢气纯化装置通过充氢管路与固态储氢罐相连。
16.通过采用上述技术方案，甲醇储罐、水储罐分别向汽化器输入甲醇和水，汽化器用于将原料甲醇和水加热汽化，然后再输入到甲醇重整器内发生重整反应产生富氢重整气，氢气纯化装置将去除富氢重整气的杂质，提纯氢气。
17.优选的，还包括光伏发电系统，所述光伏发电系统包括光伏组件和充放电控制器，所述光伏组件安装在船舱的顶部，所述光伏组件通过充放电控制器与储能电池相连。
18.通过采用上述技术方案，光伏发电系统利用太阳能发电，将电能输入到储能电池内，使得加氢船在离岸水域中航行时间长时，储能电池的电量依然可以供应甲醇重整制氢系统、电解水制氢装置制氢。
19.优选的，所述固态储氢罐内部安装有加热棒和温度传感器，所述加热棒和温度传感器均与电气控制柜电路连接。
20.通过采用上述技术方案，固态储氢罐在放氢时需要对其加热，温度传感器采集固态储氢罐内部的温度值，电气控制柜控制加热棒对固态储氢罐内部加热，当温度传感器采集到的温度值达到设定温度时，电气控制柜控制加热棒停止加热，精准控制固态储氢罐内的温度值。
21.优选的，所述固态储氢罐具有出氢口，所述出氢口上安装有安全阀，所述安全阀与氢气压缩机相连。
22.通过采用上述技术方案，安全阀用于调节固态储氢罐的出氢口向外输出氢气量和流速，保证固态储氢罐可以安全输出氢气。
23.优选的，所述电解水制氢装置的一侧设置有水箱，所述水箱通过水泵与电解水制氢装置连接。
24.通过采用上述技术方案，水箱通过水泵向电解水制氢装置内输入水，电解水制氢装置对水进行电解制氢。
25.与相关技术相比较，本实用新型提供的加氢船具有如下有益效果：
26.1、本实用新型的加氢船通过甲醇重整制氢系统、电解水制氢装置现场协同制氢，固态储氢罐和氢气低压储罐进行储氢，利用加氢机向氢燃料电池船舶加氢，可以驶向氢燃
料电池船舶为其加氢，避免氢燃料船舶往返港口加氢，还防止氢燃料船舶携带的氢气耗尽后无法航行。
27.2、本实用新型采用固态储氢罐进行储氢，固态储氢罐相对于高压气态和液态储氢，单位体积储氢密度大、能耗低且安全性好。
28.3、本实用新型的甲醇重整制氢系统以甲醇为燃料进行重整制氢，甲醇的来源广泛，且价廉易得，易于存储及运输，甲醇的高h:c比有利于氢气的产生，甲醇制氢只需要适度的温度，不会产生额外的硫氧化物，甲醇没有c-c键，可很大程度上减少温室气体的生成。
附图说明
29.图1为本实用新型的加氢船的主视图；
30.图2为本实用新型的加氢船的内部结构示意图一；
31.图3为本实用新型的加氢船的内部结构示意图二。
32.附图标记：10、船体；21、驾驶舱；22、制氢舱；23、加氢舱；30、甲醇重整制氢系统；301、甲醇储罐；302、水储罐；303、外壳；40、电解水制氢装置；50、固态储氢罐；60、氢气压缩机；70、氢气低压储罐；80、储能电池；90、电气控制柜；100、逆变器；110、加氢机；120、光伏组件；130、水箱。
具体实施方式
33.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明。
34.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语
“ꢀ
上”、
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下”、
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左”、
“ꢀ
右”、等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。
35.此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语
“ꢀ
安装”、
“ꢀ
相连”、
“ꢀ
连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例
36.请参阅图1至图3所示，本实用新型的实施例提供的加氢船，可现场制氢与加氢，用于为氢燃料电池船舶提供加氢服务。具体的，加氢船包括船体10，船体10采用氢燃料电池为船舶的发动机提供动力，并满足所有电力需求。
37.进一步，在船体10上具有船舱，船舱内通过两块隔板分隔成相互独立的驾驶舱21、制氢舱22和加氢舱23，其中驾驶舱21在船体10的船头处，制氢舱22位于驾驶舱21和加氢舱23之间，船体10上在驾驶舱21、制氢舱22和加氢舱23的外侧形成人行通道，驾驶舱21、制氢舱22和加氢舱23均设有舱门。
38.制氢舱22内设有甲醇重整制氢系统30、电解水制氢装置40、固态储氢罐50、氢气压缩机60和氢气低压储罐70，需要说明的是，甲醇重整制氢系统30、电解水制氢装置40、固态
储氢罐50、氢气压缩机60和氢气低压储罐70在制氢舱22内的位置可以根据实际情况布置，在此并不限定具体安装位置。
39.甲醇重整制氢系统30以甲醇水为原料，进行重整反应制取氢气，甲醇重整制氢系统30和电解水制氢装置40分别通过充氢管路与固态储氢罐50的充气快接头连接，将制取的氢气输入固态储氢罐50内；固态储氢罐50的内腔中设有储氢合金，储氢合金的存储体积密度普遍高于液氢，主要是因为储氢合金形成氢化物后，氢的相对密度大于液氢。氢气在一定条件下进入储氢合金，氢气先在其表面催化分解为氢原子，氢原子再扩散进入到材料晶格内部空隙中，以原子状态储存于金属结晶点内，形成金属氢化物，该反应过程可逆，从而在温和的反应条件实现了氢气的吸、放。
40.当前主要有镁系储氢合金、铁系储氢合金、镧镍稀土系储氢合金、钛系储氢合金、锆系储氢合金等。固态储氢罐50内压力约2~5mpa，当向氢燃料船舶供氢时，为了提高供氢速度，使用氢气压缩机60，将固态储氢罐50内的低压氢气加压至20~30mpa，并输入至氢气低压储罐70内，氢气低压储罐70通过加氢管路与氢气低压储罐70相连，氢气低压储罐70再通过加氢机110向氢燃料电池船舶加氢。
41.进一步，加氢舱23内设有储能电池80、电气控制柜90、逆变器100和加氢机110，储能电池80选用磷酸铁锂电池或铅酸蓄电池，储能电池80与逆变器100采用电路连接，逆变器100与电气控制柜90采用电路连接，储能电池80用于向甲醇重整制氢系统30和电解水制氢装置40供电，逆变器100用于将储能电池80的电能转换成甲醇重整制氢系统30和电解水制氢装置40所需的电能，并通过电气控制柜90向甲醇重整制氢系统30和电解水制氢装置40供电；氢气低压储罐70与加氢机110通过充氢管路相连，加氢机110用于将氢气低压储罐70内的氢气输入到氢燃料电池船舶的储氢罐内。
42.在本实施例中，甲醇重整制氢系统30包括甲醇储罐301、水储罐302、汽化器（图中未示出）、甲醇重整器（图中未示出）和氢气纯化装置（图中未示出），汽化器、甲醇重整器和氢气纯化装置集成在同一外壳303内，甲醇储罐301内容纳有甲醇燃料，水储罐302内容纳有水，甲醇储罐301、水储罐302均通过管路与汽化器的入口相连通，将甲醇和水分开存储，避免两者提前发生反应，还便于控制甲醇和水的输出比例。汽化器将原料甲醇与水汽化，汽化器的出口通过管路与甲醇重整器的入口连通，甲醇重整器将汽化的甲醇与水发生重整反应产生富氢重整气，甲醇重整器的出口通过管路与氢气纯化装置的入口连通，氢气纯化装置将去除富氢重整气的杂质，氢气纯化装置可使用钯膜提纯，使氢气纯度在99.99%以上。氢气纯化装置的出口通过充氢管路与固态储氢罐50相连，将氢气储存在固态储氢罐50内。
43.还有，船舱上具有光伏发电系统，光伏组件120和充放电控制器（图中未示出），光伏组件120选用柔性太阳能板，将其安装在船舱的顶部，充放电控制器安装在制氢舱22的内壁上，光伏组件120通过充放电控制器与储能电池80电路连接，将电能输入到储能电池80中。
44.进一步优化上述实施例，固态储氢罐50在放氢时需要加热，因此在固态储氢罐50内部安装有加热棒和温度传感器，加热棒和温度传感器均与电气控制柜90电路连接，固态储氢罐50在放氢时需要对其加热，温度传感器采集固态储氢罐50内部的温度值，电气控制柜90控制加热棒对固态储氢罐50内部加热，当温度传感器采集到的温度值达到设定温度时，电气控制柜90控制加热棒停止加热，精准控制固态储氢罐50内的温度值。固态储氢罐50
的出氢口上安装安全阀，通过安全阀与氢气压缩机60相连接。光伏发电系统及固态储氢罐50均可采用市场上常规的固态储氢罐50。
45.进一步，电解水制氢装置40的一侧设置有水箱130，所述水箱130通过水泵与电解水制氢装置40连接。根据电解质的不同，电解水制氢装置40可分为碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢及固体氧化物电解水制氢，本技术的电解水制氢装置40优选质子交换膜电解水制氢装置40。
46.甲醇重整制氢系统30、电解水制氢装置40、固态储氢罐50和氢气低压储罐70均安装在框架内，框架通过紧固螺栓与船体10的底板固定连接。
47.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
48.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.加氢船，包括船体(10)，其特征在于，所述船体(10)上设有船舱，所述船舱包括驾驶舱(21)、制氢舱(22)和加氢舱(23)，所述制氢舱(22)位于驾驶舱(21)和加氢舱(23)之间；所述制氢舱(22)内设有甲醇重整制氢系统(30)、电解水制氢装置(40)、固态储氢罐(50)、氢气压缩机(60)和氢气低压储罐(70)，所述甲醇重整制氢系统(30)、电解水制氢装置(40)分别通过充氢管路与固态储氢罐(50)相连，所述固态储氢罐(50)通过氢气压缩机(60)与氢气低压储罐(70)相连；所述加氢舱(23)内设有储能电池(80)、电气控制柜(90)、逆变器(100)和加氢机(110)，所述储能电池(80)、逆变器(100)与电气控制柜(90)之间依次电路连接，甲醇重整制氢系统(30)、电解水制氢装置(40)和加氢机(110)均与电气控制柜(90)采用电路连接，所述氢气低压储罐(70)通过加氢管路与加氢机(110)相连。2.根据权利要求1所述的加氢船，其特征在于：还包括光伏发电系统，所述光伏发电系统包括光伏组件(120)和充放电控制器，所述光伏组件(120)安装在船舱的顶部，所述光伏组件(120)通过充放电控制器与储能电池(80)相连。3.根据权利要求1所述的加氢船，其特征在于：所述固态储氢罐(50)内部安装有加热棒和温度传感器，所述加热棒和温度传感器均与电气控制柜(90)电路连接。4.根据权利要求1所述的加氢船，其特征在于：所述固态储氢罐(50)具有出氢口，所述出氢口上安装有安全阀，所述安全阀与氢气压缩机(60)相连。5.根据权利要求1所述的加氢船，其特征在于：所述电解水制氢装置(40)的一侧设置有水箱(130)，所述水箱(130)通过水泵与电解水制氢装置(40)连接。

技术总结
本实用新型公开了加氢船，涉及加氢船舶的技术领域，包括船体和船舱，船舱包括驾驶舱、制氢舱和加氢舱；制氢舱内设有甲醇重整制氢系统、电解水制氢装置、固态储氢罐、氢气压缩机和氢气低压储罐，甲醇重整制氢系统、电解水制氢装置分别通过充氢管路与固态储氢罐相连，固态储氢罐通过氢气压缩机与氢气低压储罐相连；加氢舱内设有储能电池、电气控制柜、逆变器和加氢机，储能电池、逆变器与电气控制柜之间依次电路连接，氢气低压储罐通过加氢管路与加氢机相连。本实用新型的加氢船现场制氢，固态储氢罐进行储氢，利用加氢机向氢燃料电池船舶加氢，避免氢燃料船舶往返港口加氢，还防止氢燃料船舶携带的氢气耗尽后无法航行。料船舶携带的氢气耗尽后无法航行。料船舶携带的氢气耗尽后无法航行。


技术研发人员：乔传宝 张荣 王华峰 尹淑彦 周璇
受保护的技术使用者：上海众氢新能源科技有限公司
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/9/19