一种基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机及其控制方法
本发明公开了基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机及其控制方法，包括液氨罐、液氨泵、液氨汽化器、氨催化反应制氢装置、混合器和发动机，液氨罐通过液氨泵与液氨汽化器进口连接，液氨汽化器出口通过第一管路与氨催化反应制氢装置的进口端连接，氨催化反应制氢装置的出口端通过第二管路与混合器连接；发动机的压气机进气端连接有空气滤清器，其压气机出气端通过第三管路与混合器连接；混合器与发动机进气歧管连接，发动机排气歧管通过第四管路与后处理装置连接。本发明在发动机的压缩上止点附近，火花塞点燃缸内混合气体，将燃料的燃烧化学能转换为发动机的机械能，通过氨氢两个燃料同时经混合器进入发动机内，使得氨氢融合发动机的结构紧凑化。
发明专利
CN202410532188.8
2024-04-28
CN118423205A
2024-08-01
F02M21/02(2006.01)
福大紫金氢能科技股份有限公司%福州大学
江莉龙;都成君;罗宇;林立;陈崇启;张卿
350100 福建省福州市闽侯县上街镇邱阳东路6号东南科学城科创中心4F;
北京东方芊悦知识产权代理事务所(普通合伙)
彭秀丽
福建;35
1.一种基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机，其特征在于，其包括液氨罐、液氨泵、液氨汽化器、氨催化反应制氢装置、混合器和发动机，所述液氨罐通过所述液氨泵与所述的液氨汽化器进口连接，所述液氨汽化器出口通过第一管路与所述氨催化反应制氢装置的进口端连接，所述氨催化反应制氢装置的出口端通过第二管路与所述混合器连接；所述发动机的压气机进气端连接有空气滤清器，其压气机出气端通过第三管路与所述混合器连接；所述混合器的出气端与所述发动机的进气歧管连接，所述发动机的排气歧管出气端通过第四管路与一后处理装置连接。 2.根据权利要求1所述的基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机，其特征在于，所述氨催化反应制氢装置中还设有加热器和温度传感器，所述温度传感器用于监测氨气分解过程中所述氨催化反应制氢装置内部的催化温度，所述加热器根据所述温度传感器的反馈温度，控制所述氨催化反应制氢装置的加热温度。 3.根据权利要求2所述的基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机，其特征在于，所述第四管路贯穿于所述氨催化反应制氢装置后，与所述后处理装置连接，所述第四管路与所述氨催化反应制氢装置的制氢腔室形成换热设置，所述第四管路上还连接一绕经所述氨催化反应制氢装置的旁路，所述旁路上设有排气旁通阀，根据所述温度传感器的反馈温度，通过控制所述排气旁通阀的开度，控制所述氨催化反应制氢装置的加热温度。 4.根据权利要求2所述的基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机，其特征在于，所述第一管路上设有调压阀，所述氨催化反应制氢装置上还设有压力传感器，其用于监测氨气分解过程中所述氨催化反应制氢装置内部的压力，并通过所述调压阀控制经汽化的氨气压力。 5.根据权利要求4所述的基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机，其特征在于，所述第一管路上还设有氨气缓冲罐和高压氨气喷射阀，所述氨气缓冲罐的进气端与所述调压阀的出气端连通，所述氨气缓冲罐的出气端与所述高压氨气喷射阀的进气端连接，所述高压氨气喷射阀的出气端与所述氨催化反应制氢装置的进气端连接，所述调压阀控制所述氨催化反应制氢装置中的混合气体压力为5～10bar。 6.根据权利要求5所述的基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机，其特征在于，沿着所述第二管路气流方向上依次设有混合气体换热器、过滤器、混合气体缓冲罐和混合气体喷射阀。 7.根据权利要求1-6任一项所述的基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机，其特征在于，所述发动机的涡轮机接通在所述第四管路上，且所述发动机的涡轮机与压气机同轴相连。 8.根据权利要求7所述的基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机，其特征在于，沿着所述第三管路的空气流动方向上还安装有中冷器和节气门，所述中冷器用于将所述压气机压缩后空气进行降温处理。 9.根据权利要求7所述的基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机，其特征在于，所述发动机的冷却水通过第五管路与所述液氨汽化器连接，用于针对所述液氨汽化器中的液氨形成换热，所述第五管路上设有控制阀。 10.根据权利要求1所述的基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机，其特征在于，所述氨催化反应制氢装置中填充有钌基催化剂。 11.一种基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤： 液氨经液氨汽化器气化后通过第一管路输入氨催化反应制氢装置； 氨催化反应制氢装置将氨气分解为氢气、氮气和氨气，再经第二管路排至混合器； 控制发动机的压气机将空气增压，压缩气体经第三管路吸入混合器； 空气、氨气、氢气和氮气在混合器内混合后进入发动机的进气歧管； 发动机处于进气冲程时，混合气体进入发动机的缸内； 在发动机的压缩上止点附近，火花塞点燃缸内的混合气体，将热能转换为发动机的机械能； 发动机产生的燃烧废气进入发动机的排气歧管，经第四管路排至后处理装置中。 12.根据权利要求11所述的基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机的控制方法，其特征在于，根据氨催化反应制氢装置中的催化剂技术参数设定其催化时的温度阈值；通过温度传感器监测氨催化反应制氢装置中的催化温度；若所测催化温度低于温度阈值时，开启加热器对氨催化反应制氢装置进行加热，直至将氨催化反应制氢装置的催化温度加热到所设定的温度阈值，停止加热器加热；氨催化反应制氢装置将氨气分解为氢气、氮气和氨气。 13.根据权利要求11所述的基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机的控制方法，其特征在于，根据氨催化反应制氢装置中的催化剂技术参数设定其催化时的温度阈值；通过温度传感器监测氨催化反应制氢装置中的催化温度；若所测催化温度高于温度阈值时，通过调节旁路上的排气旁通阀开度，使第四管路中燃烧尾气流量经氨催化反应制氢装置减小，控制氨催化反应制氢装置的催化温度维持在设定的温度阈值；氨催化反应制氢装置将氨气分解为氢气、氮气和氨气。 14.根据权利要求11所述的基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机的控制方法，其特征在于，通过控制调压阀的开度，控制氨催化反应制氢装置中的混合气体压力为5～10bar。