CN116412048A - 一种新型液氨重整富氢气体用燃烧发动机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型液氨重整富氢气体用燃烧发动机系统。富氢气体用燃烧发动机系统包括：燃料供给单元，包括液氨罐，用于提供液氨；催化重整单元，与所述燃料供给单元管路连接，包括重整反应器；富氢气体做功单元，其包括发动机，所述富氢气体在所述发动机内燃烧做功并产生高温尾气；所述燃料供给单元将所述液氨泵入所述催化重整单元以燃烧获取富氢气体，所述富氢气体沿管路进入所述富氢气体做功单元使所述发动机做功，使得生成所述高温气体继续催化所述液氨重整，循环输入所述发动机燃烧做功。
Description
技术领域
本发明涉及液氨重整制氢技术领域，具体涉及一种液氨重整富氢气体用燃烧发动机系统。
背景技术
汽柴油等都是化石类能源，不可再生，作为发动机机燃料还会排放CO、CH、氮氧、二氧化碳、颗粒等污染物或温室气体，污染环境和损害人类健康，危害国家的能源安全。
氨是零碳可再生能源，作为燃料可实现零碳排放；因此，研究、推广使用氨燃料发动机作为社会动力源是维护国家能源安全的重要途径。
现有氨燃料发动机是直接将燃料箱中液氨通过燃油泵，经过气轨、喷气嘴喷入进气道与空气混合，发动机活塞运动将混合气吸入缸内，由火花塞点火燃烧做功。
现有氨燃料发动机由于氨很高的汽化潜热和燃点，且燃烧速度慢、燃烧温度低，所以需要使用引燃燃料，如汽油；氨不完全燃烧会造成NOX和NH3排放增加；氨对含铜金属、火花塞等具有很强的腐蚀性，会大大降低发动机寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种富氢气体用燃烧发动机系统。本发明提供一种自身能将常规液氨燃料重整成富氢气体并燃烧富氢气体的新型发动机，解决发动机直接燃烧液氨存在的问题。工作过程通过利用发动机燃烧室周围的热量，为液氨的催化重整提供能量，重整出的富氢气体用于燃烧做功。
本发明所述发动机(示意图)，包括缸体总成、缸盖总成、曲柄连杆机构、活塞组件、配气机构、冷却系统、润滑系统、曲轴箱通风系统、进气系统、排气系统、点火系统、燃料供给系统和控制系统等组成；冷却系统散热功能由氨催化重整吸收热量来实现。
较佳的，在5前，设计压力提升装置和中冷温控装置，提高压力、控制重整气温度，提升重整气进气质量。
较佳的，在1前，设计增压器和中冷温控装置，提升空气进气压力和控制温度。
较佳的，发动机压缩比为12-14。
本发明将发动机燃烧室周围原冷却水套改进设计成液氨催化重整腔，与燃料供给系统中的液氨罐9相连，液氨罐9内设计燃料泵，排气歧管8设计有宽域氧传感器7。液氨催化重整腔内设计科学放置催化材料，设计辅助电加热，设计喷嘴将液氨喷入催化重整腔。
发动机燃烧催化重整生成的富氢气体做功，燃烧室周围原需要冷却液带走的热量用于氨的催化重整，发动机冷却系统不再加注冷却液，加注液氨，液氨经过催化重整腔后催化成重整气，循环输入发动机燃烧做功。
附图说明
图1为本发明一实施例示意图。
附图标记：1、节气门；2、气轨；3、进气歧管；4、喷嘴；5、调压阀；6、排气管；7、宽域氧传感器；8、排气歧管；9、液氨罐；10、ECU。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，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。
请参图所示的一种富氢气体用燃烧发动机系统，富氢气体用燃烧发动机系统在工作过程中，通过利用发动机燃烧室周围的热量，为液氨的催化重整提供能量，重整出的富氢气体用于燃烧做功，实现了液氨的循环使用。
富氢气体用燃烧发动机系统包括燃料供给单元、催化重整单元以及富氢气体做功单，其中，燃料供给单元包括液氨罐，用于为催化重整单元提供液氨。
催化重整单元，与所述燃料供给单元管路连接，包括重整反应器；具体的，所述液氨罐与所述重整反应器管路连接，以将所述液氨泵入所述重整反应器中进行重整，制备获取富氢气体。
进一步的，催化重整单元还包括伸入所述重整反应器内的喷嘴，所述喷嘴连接在与所述液氨罐连通的管路中，以使的所述液氨罐中的液氨通过喷嘴泵入所述重整反应器中，进行燃烧重整制备。在本申请中，所述喷嘴前端还设置有流量控制器，所述流量控制器控制所述喷嘴喷出所述液氨的流量，以调整所述重整反应器中所述富氢气体的生成量。。
进一步的，催化重整单元中所述重整反应器的重整气压力为4～5bar。按所述富氢单元的体积比，所述富氢气体中包含74～75％的氢气和24～25％的氮气。
在本申请中，重整反应器设置在所述发动机燃烧室的外周边缘，并取代所述发动机外周的冷却装置，继而使得重整反应器在高温尾气的热力作用下再次重整，继续生成富氢气体。进一步的，所述富氢气体沿管路进入所述富氢气体做功单元使所述发动机做功，使得生成所述高温气体继续催化所述液氨重整，循环输入所述发动机燃烧做功。
在本申请中，发动机包括缸体总成、缸盖总成、曲柄连杆机构、活塞组件、配气机构、冷却系统、润滑系统、曲轴箱通风系统、进气系统、排气系统、点火系统、燃料供给系统和控制系统等组成。所述发动机采用过量空气系数为2.0～2.5的稀燃模式，且所述发动机的尾气原排在30ppm/kWh以下。
综上所述，本发明的技术方案实现了以下的技术效果：
1、由于发动机内燃烧的是富氢气体，冷机、低温启动性能优秀。
2、由于发动机内燃烧的是富氢气体，尾气主要成分是水汽和N2；没有CO、CH排放；在过量空气系数为2.0－2.5的稀燃模式下，NOX排放量在30ppm/kWh以下；不存在氨不完全燃烧时产生的非常规排气污染物，没有颗粒物排放，可以简化尾气后处理或取消，降低产品成本。
3、含有24-25％体积比N2的富氢气体，大大改善了纯氢燃料早燃、爆燃等问题，可用成熟的气体发动机改进成燃烧富氢气体的发动机，大幅度减少产品开发内容，节约开发成本和周期，实现与现有气体发动机相近的产品成本。
4、富氢气体的压力是4－5bar，与原发动机管路压力相当，燃料供给管路具有很好的安全性。
以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (7)
1.一种新型液氨重整富氢气体用燃烧发动机系统，其特征在于，包括：
燃料供给单元，包括液氨罐，用于提供液氨；
催化重整单元，与所述燃料供给单元管路连接，包括重整反应器；
富氢气体做功单元，其包括发动机，所述富氢气体在所述发动机内燃烧做功并产生高温尾气；
所述燃料供给单元将所述液氨泵入所述催化重整单元以催化重整获取富氢气体，所述富氢气体沿管路进入所述富氢气体做功单元使所述发动机做功，使得生成所述高温气体继续催化所述液氨重整，循环输入所述发动机燃烧做功。
2.根据权利要求1所述的富氢气体用燃烧发动机系统，其特征在于，所述催化重整单元设置于所述富氢气体做功单元的外周边缘。
3.根据权利要求1所述的富氢气体用燃烧发动机系统，其特征在于，所述催化重整单元包括催化剂加入装置和辅助电加热装置。
4.根据权利要求1所述的富氢气体用燃烧发动机系统，其特征在于，按所述富氢单元的体积比，所述富氢气体中包含74～75％的氢气和24～25％的氮气。
5.根据权利要求1所述的富氢气体用燃烧发动机系统，其特征在于，所述催化重整单元中所述重整反应器的重整气压力为4～5bar。
6.根据权利要求1所述的富氢气体用燃烧发动机系统，其特征在于，所述发动机采用过量空气系数为2.0～2.5的稀燃模式，且所述发动机的尾气原排在30ppm/kWh以下。
7.根据权利要求1所述的富氢气体用燃烧发动机系统，其特征在于，所述催化重整单元包括用于连接所述液氨罐的喷嘴，且所述喷嘴连接有流量控制器，所述流量控制器控制所述喷嘴喷出所述液氨的流量，以调整所述富氢气体的生成量。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN118088311A (zh) * | 2024-01-31 | 2024-05-28 | 中国重型汽车集团有限公司 | 一种重型发动机灵活燃烧系统及燃烧方法 |
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