CN115750078A - 一种纯氨供能的发动机系统 - Google Patents

Abstract

一种纯氨供能的发动机系统，包括储氨装置、氨热裂解装置、氨燃料发动机、发电机以及蓄电池；储氨装置分别气路连通于氨热裂解装置和氨燃料发动机；氨热裂解装置的出气端气路连通于氨燃料发动机，用于提供氨燃料发动机爆炸冲程燃烧；氨燃料发动机的尾气端气路连通于氨热裂解装置，且氨燃料发动机的输出端机械传动连接于发电机，发电机的输出端电连接于蓄电池，且蓄电池电连接于设于氨热裂解装置中的电加热丝，蓄电池电连接于控制系统。该系统形成一闭环系统，有助于大幅度降低各类空气污染物的排放，同时有效减少碳的排放；同时，设于氨热裂解装置内的电热丝在蓄电池的供电下对其内部空间进行加热，以满足氨裂解所需温度。

Description

一种纯氨供能的发动机系统

技术领域

本发明涉及发动机系统技术领域，尤其涉及一种纯氨供能的发动机系统。

背景技术

随着化石燃料的不断使用以及消耗量不断增加，化石能源日渐枯竭、环境污染和温室效应等问题愈发受到世界各国的关注。各国纷纷急需寻找清洁高效的低碳或无碳替代能源。

氢作为理想的清洁能源，可由电解水制得；其作为无碳基能源能够显著减少CO₂的排放，已被研究多年。氨作为一种无碳且含氢化合物，易于储存和运输，产业基础完善，可以被认为是替代氢的理想能源。

专利文献1中公开了一种以氨分解后的氢气作为助燃剂的氨燃料发动机，所述氨燃料发动机使发动机的尾气送入氨分解装置中，利用尾气余热实现氨的分解。氨裂解为氢气和氮气为吸热反应，在催化剂催化裂解的同时还需提供650℃-800℃高温条件。然而，氨发动机在启动以及低负荷状态下排气温度不够高，达不到要求，这样会导致氨的燃烧效率低下。

专利文献1：日本特开平5-332152公报

发明内容

针对背景技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种纯氨供能的发动机系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种纯氨供能的发动机系统，包括储氨装置、氨热裂解装置、氨燃料发动机、发电机以及蓄电池；

所述储氨装置分别气路连通于所述氨热裂解装置的进气端和氨燃料发动机的进气端；

所述氨热裂解装置的出气端气路连通于所述氨燃料发动机，用于提供所述氨燃料发动机爆炸冲程燃烧；

所述氨燃料发动机的尾气端气路连通于所述氨热裂解装置，且所述氨燃料发动机的输出端机械传动连接于所述发电机，所述发电机的输出端电连接于所述蓄电池，且所述蓄电池电连接于设于所述氨热裂解装置中的电加热丝，所述蓄电池电连接于控制系统。

进一步的，包括氢氧燃料电池，所述氢氧燃料电池的进气端气路连通于所述氨热裂解装置的出气端，且所述氢氧燃料电池的输出端电连接于所述蓄电池。

进一步的，包括氢纯化装置，所述氢纯化装置的进气端气路连通于所述氨热裂解装置的出气端，所述氢纯化装置的出气端分别气路连通于所述氢氧燃料电池的进气端和氨燃料发动机的进气端。

进一步的，包括储氢装置，所述储氢装置的进气端气路连通于所述氢纯化装置的出气端，所述储氢装置的出气端分别气路连通于所述氢氧燃料电池的进气端和氨燃料发动机的进气端。

进一步的，所述氨燃料发动机的尾气端和氨热裂解装置间的气路中设有温度传感器，所述温度传感器电连接于所述控制系统。

进一步的，所述温度传感器监测温度低于预设数值时，所述控制系统启动所述蓄电池，所述电加热丝开始工作；当所述温度传感器监测温度高于预设数值时，所述控制系统关闭所述蓄电池，所述电加热丝停止工作。

本发明的有益效果是：

1、本发明所述提出的一种纯氨供能的发动机系统，该系统包括储氨装置、氨热裂解装置、氨燃料发动机、发电机以及蓄电池，且形成一闭环系统；具体的，由储氨装置提供氨气，氨热裂解装置将氨气分解为含有氢气和氮气的混合气体并通入氨燃料发动机内，氨燃料发动机运行产生的高温尾气通入氨热裂解装置作为加热源，有助于大幅度降低各类空气污染物的排放，同时有效减少碳的排放；另外，由于氨燃料发动机在刚启动以及低负荷状态工作时，所述排出的尾气排气温度较低，无法满足氨裂解所需温度，因此，设于氨热裂解装置内的电加热丝在蓄电池的供电下对其内部空间进行加热，以满足氨裂解所需温度。

2、本发明所述提出的一种纯氨供能的发动机系统，设有的氢氧燃料电池，可以消耗由氨热裂解装置产生的多余的氢气，从而将化学能转化为电能，与发电机协同作用，共同为蓄电池充电，可相互作为备用充电设备。

3、本发明所述提出的一种纯氨供能的发动机系统，设有氢纯化装置和储氢装置，分别用于提升氢气纯度和用于储存当前尚未使用的氢气；储氢装置中的氢气为下一次氨燃料发动机因氨的热裂解反应速率较慢而无法及时供给氢气而导致的发动机无法随时启动提供保障。

4、本发明所述提出的一种纯氨供能的发动机系统，设有的温度传感器用于检测氨燃料发动机的尾气端和氨热裂解装置之间气路的温度，控制系统基于该温度启动蓄电池为氨热裂解装置中的电加热丝供电，使得氨热裂解装置内的温度快速达到氨气裂解所需温度。

附图说明

为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种纯氨供能的发动机系统的原理图；

图2为本发明的一种纯氨供能的发动机系统的实施例示意图；

图中，10、储氨装置；20、氨热裂解装置；201、电加热丝；30、氢纯化装置；40、储氢装置；50、氨燃料发动机；501、氨气入口；502、氢气入口；503、空气入口；60、氢氧燃料电池；70、发电机；80、蓄电池。

具体实施方式

下面结合图1-2对本发明进行详细说明，其中，细虚线表示电路连通，细实线表示气路连通，粗实线表示机械传动连接。

一种纯氨供能的发动机系统，包括储氨装置10、氨热裂解装置20、氨燃料发动机50、发电机70以及蓄电池80；

储氨装置10分别气路连通于氨热裂解装置20的进气端和氨燃料发动机50的进气端；

氨热裂解装置20的出气端气路连通于氨燃料发动机50，用于提供氨燃料发动机50爆炸冲程燃烧；

氨燃料发动机50的尾气端气路连通于氨热裂解装置20，且氨燃料发动机50的输出端机械传动连接于发电机70，发电机70的输出端电连接于蓄电池80，且蓄电池80电连接于设于氨热裂解装置20中的电加热丝201，蓄电池80电连接于控制系统。

本实施例中，储氨装置10中的氨气通过气路连通于氨热裂解装置20的进气口，在高温和催化剂条件下使氨气分解为氢气和氮气的混合气体，氢气可作为氨气在氨燃料发动机 50内的助燃气体；由于氨燃料发动机50正常工作状态时尾气温度可达到800℃-900℃，可作为氨热裂解装置20的热源，满足分解氨气所需的温度条件。氨燃料发动机50的输出端与发电机70机械连接，构成发电机组，将氨燃料发动机50的机械能经发电机70转换为电能，从而为蓄电池80充电。催化剂通常采用粉末状的镍或铁，并涂抹于氨燃料发动机50内壁或者均匀涂抹于电加热丝201线圈表面，电加热丝201线圈提供的加热范围取决于线圈材料选择和流过线圈内的电流大小。

本发明提出的一种纯氨供能的发动机系统，该系统包括储氨装置10、氨热裂解装置 20、氨燃料发动机50、发电机70以及蓄电池80，且形成一闭环系统；具体的，由储氨装置10提供氨气，氨热裂解装置20将氨气分解为含有氢气和氮气的混合气体并通入氨燃料发动机50内，氨燃料发动机50运行产生的高温尾气通入氨热裂解装置20作为加热源，有助于大幅度降低各类空气污染物的排放，同时有效减少碳的排放；另外，由于氨燃料发动机50在刚启动以及低负荷状态工作时，排出的尾气排气温度较低，无法满足氨裂解所需温度，因此，设于氨热裂解装置20内的电热丝在蓄电池80的供电下对其内部空间进行加热，以满足氨裂解所需温度。

本实施例中，包括氢氧燃料电池60，氢氧燃料电池60的进气端气路连通于氨热裂解装置20的出气端，且氢氧燃料电池60的输出端电连接于蓄电池80。氢氧燃料电池60的作用在于，可以消耗由氨热裂解装置20产生而未被氨燃料发动机50未消耗的多余的氢气，从而将化学能转化为电能，与发电机70协同作用，共同为蓄电池80充电，可相互作为备用充电设备。

本实施例中，包括包括氢纯化装置30，氢纯化装置30的进气端气路连通于氨热裂解装置20的出气端，氢纯化装置30的出气端分别气路连通于氢氧燃料电池60的进气端和氨燃料发动机50的进气端。进一步的，包括储氢装置40，储氢装置40的进气端气路连通于氢纯化装置30的出气端，储氢装置40的出气端分别气路连通于氢氧燃料电池60的进气端和氨燃料发动机50的进气端。

本发明所述提出的一种纯氨供能的发动机系统，设有氢纯化装置30和储氢装置40，分别用于提升氢气纯度和用于储存当前尚未使用的氢气，氢纯化装置30利用低温吸附和活性炭方式实现氢的纯化，纯化后的氢气输送到氨燃料发动机50的氢气入口502，以及送到氢氧燃料电池60的进气端，而储氢装置40中的氢气为下一次氨燃料发动机50因氨的热裂解反应速率较慢而无法及时供给氢气而导致的发动机无法随时启动提供保障。

本实施例中，氨燃料发动机50设有氨气入口501、氢气入口502以及空气入口503，从而将氨气、氢气和空气在氨燃料发动机50内混合后在爆炸冲程中实现无碳燃烧，燃烧后尾气端所产生的高温尾气输送到氨热裂解装置20，为氨热裂解装置20提供热量。氨燃料发动机50的尾气端和氨热裂解装置20间的气路中设有温度传感器，温度传感器电连接于控制系统。进一步的，温度传感器监测温度低于预设数值时，控制系统启动蓄电池80，电加热丝201开始工作；当温度传感器监测温度高于预设数值时，控制系统关闭蓄电池 80，电加热丝201停止工作。

本发明提出的一种纯氨供能的发动机系统，设有的温度传感器用于检测氨燃料发动机 50的尾气端和氨热裂解装置20之间气路的温度，控制系统基于该温度启动蓄电池80为氨热裂解装置20中的电加热丝201供电，使得氨热裂解装置20内的温度快速达到氨气裂解所需温度。

本发明提出的一种纯氨供能的发动机系统，其工作过程如下：

储氨装置10中的氨气分别输送到氨热裂解装置20和氨燃料发动机50，氨热裂解装置20在高温和催化剂条件下将氨气分解为氢气和氮气，并先后输送至氢纯化装置30和储氢装置40中；储氢装置40中的氢气将分别输送至氨燃料发动机50和氢氧燃料电池60 中。

氨燃料发动机50将氢气、氨气和空气混合在一起做功，氨燃料发动机50做功所产生的高温尾气输送至氨热裂解装置20作为高温热源以满足氨气分解所需的温度；氨燃料发动机50做功从而驱动发电机70，从而将机械能经发电机70转化为电能为蓄电池80充电，同时，氢气输入氢氧燃料电池60，燃料电池将化学能转化为电能为为蓄电池80充电。

蓄电池80基于设于氨燃料发动机50尾气端和氨热裂解装置20间的温度传感器，当温度传感器监测温度低于预设数值时，控制系统启动蓄电池80，电加热丝201开始工作；当温度传感器监测温度高于预设数值时，控制系统关闭蓄电池80，电加热丝201停止工作。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域技术人员能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种纯氨供能的发动机系统，其特征在于，包括储氨装置、氨热裂解装置、氨燃料发动机、发电机以及蓄电池；

所述储氨装置分别气路连通于所述氨热裂解装置的进气端和氨燃料发动机的进气端；

所述氨热裂解装置的出气端气路连通于所述氨燃料发动机，用于提供所述氨燃料发动机爆炸冲程燃烧；

所述氨燃料发动机的尾气端气路连通于所述氨热裂解装置，且所述氨燃料发动机的输出端机械传动连接于所述发电机，所述发电机的输出端电连接于所述蓄电池，且所述蓄电池电连接于设于所述氨热裂解装置中的电加热丝，所述蓄电池电连接于控制系统。

2.如权利要求1所述的一种纯氨供能的发动机系统，其特征在于，包括氢氧燃料电池，所述氢氧燃料电池的进气端气路连通于所述氨热裂解装置的出气端，且所述氢氧燃料电池的输出端电连接于所述蓄电池。

3.如权利要求2所述的一种纯氨供能的发动机系统，其特征在于，包括氢纯化装置，所述氢纯化装置的进气端气路连通于所述氨热裂解装置的出气端，所述氢纯化装置的出气端分别气路连通于所述氢氧燃料电池的进气端和氨燃料发动机的进气端。

4.如权利要求3所述的一种纯氨供能的发动机系统，其特征在于，包括储氢装置，所述储氢装置的进气端气路连通于所述氢纯化装置的出气端，所述储氢装置的出气端分别气路连通于所述氢氧燃料电池的进气端和氨燃料发动机的进气端。

5.如权利要求2所述的一种纯氨供能的发动机系统，其特征在于，所述氨燃料发动机的尾气端和氨热裂解装置间的气路中设有温度传感器，所述温度传感器电连接于所述控制系统。

6.如权利要求5所述的一种纯氨供能的发动机系统，其特征在于，所述温度传感器监测温度低于预设数值时，所述控制系统启动所述蓄电池，所述电加热丝开始工作；当所述温度传感器监测温度高于预设数值时，所述控制系统关闭所述蓄电池，所述电加热丝停止工作。

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