一种氧气直喷纯氢燃烧发动机及其动力系统技术方案

技术编号:18757117 阅读:37 留言:0更新日期:2018-08-25 06:16
本发明专利技术涉及一种氧气直喷纯氢燃烧发动机及其动力系统,包括氢燃料发动机、氢化镁储罐、变压吸附制氧机、三元催化器、尾气余热利用单元、氢气提纯单元。氢化镁储罐通过低压氢气缓冲罐连接到氢燃料发动机的氢气口,变压吸附制氧机通过高压氧气缓冲罐连接到氢燃料发动机的氧气喷嘴。氢燃料发动机的排气孔通过尾气膨胀机或涡轮增压单元连接到三元催化器,三元催化器出口通过柯来浦单元/复合式柯来浦单元连接到气液分离器。气液分离器的气体出口通过氢气提纯单元连接到氢化镁储罐的水气入口,气液分离器的水出口连接到冷却水箱。本发明专利技术通过氢燃料发动机与柯来浦单元/复合式柯来浦单元结合,充分利用发动机尾气余热,提高了发动机的热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种氧气直喷纯氢燃烧发动机及其动力系统
本专利技术属于新能源发动机
,涉及一种节能环保的氧气直喷纯氢燃烧内燃机动力系统。
技术介绍
能源短缺、环境污染、全球气候变化,令开发清洁、高效、安全和可持续的能源迫在眉睫,其中氢能正在受到越来越多国家的重视。进入二十一世纪,发动机工业得到了迅速地发展,然而目前汽油机和柴油机依然是车用发动机的主要机种。汽油和柴油都是不可再生资源,为了减缓石油资源的匮乏所带来的一系列负面影响以及减少大气污染和发动机尾气排放,需要寻找发动机的代用燃料,而氢能源是目前最理想的清洁燃料。随着世界各国环境保护的措施越来越严格,氢能源车辆由于其节能、低排放等特点成为发动机研究与开发的一个重点,并已经开始商业化。氢作为燃料的优点是,以水为原料,资源丰富;燃烧时放出的热量多;燃烧产物是水,无毒、无污染,且可以循环使用,被称作绿色能源。氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取,而且不需要对发动机进行大的改装,因此氢能动力具有广阔的应用前景。推广氢能动力需要解决三个技术问题:一是大量制取廉价氢气,传统的电解方法价格昂贵,且耗费其他资源,无法推广;二是氢气的安全储运问题;三是发动机所需的高性能、廉价的氢供给系统。同时氢能源直接用在动力系统上会产生爆震、不稳定等一系列影响利用的问题,将氢气与其他多种气体包括惰性气体混合后加压的高压气源,氢电能源作为新的动力系统的替代燃料势必会成为趋势。氢内燃机与氢燃料电池相比,燃料电池耗资颇高,氢内燃机有待于可在传统汽油内燃机基础上进一步完善和改进,以利于快速推广和工业化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氧气直喷纯氢燃烧内燃机动力系统,充分地利用发动机尾气余热,解决发动机尾排问题,提高发动机的热效率,使发动机尾气达到零排放。本专利技术的技术方案是:一种氧气直喷纯氢燃烧发动机,氢燃料发动机设有气缸、缸盖、曲轴箱,缸盖上设有火花塞、氢气口或/和氧气喷嘴,气缸上还设有排气孔,氢燃料发动机包括两冲程氢燃料发动机、四冲程氢燃料发动机和小冲程高频发动机;两冲程氢燃料发动机和四冲程氢燃料发动机采用单缸或多缸运行模式,小冲程高频发动机由任意缸数的氢气燃烧缸和/或任意缸数的尾气膨胀缸组成,包括四缸小冲程高频发动机和六缸小冲程高频发动机;两冲程氢燃料发动机的氢气口为氢气喷嘴或/和进气孔,四冲程氢燃料发动机的氢气口为进气口,所述小冲程高频发动机的氢气口为氢气喷嘴;两冲程氢燃料发动机包括气缸、缸盖和曲轴箱,气缸盖上设有火花塞、氢气喷嘴和氧气喷嘴,气缸壁设有进气孔和排气孔;曲轴箱内设有曲轴,气缸内设有活塞,活塞通过连杆与曲轴连接;四冲程氢燃料发动机包括气缸和曲轴箱,气缸的顶部设有氧气喷嘴、火花塞、进气口和排气孔,曲轴箱内设有曲轴,气缸内为燃烧室,气缸设有活塞,活塞通过连杆与曲轴连接。所述小冲程高频发动机包括气缸、曲轴箱、水底壳、稳压器和排气通道,所述稳压器上设有加水口,水通过加水口进入稳压器中与高温尾气直接接触换热并全部转化为水蒸汽;所述小冲程高频发动机的各个缸体的排气口与排气通道连通,排气通道通过稳压器连接到尾气膨胀机的入口,所述排气通道的外部设有冷却水套;所述曲轴箱内设有曲轴,每个气缸内设有活塞,活塞通过连杆与曲轴连接;曲轴一头与发电机同轴连接,另一头通过一级减速器与尾气膨胀机连接,尾气膨胀机的另一头通过二级减速器与发动机的尾气余热利用单元内预设的膨胀机连接;所述小冲程高频发动机包括连杆和曲轴传动机构、齿轮传动、液压传动、气力传动,把小冲程发动机气缸产生的动力有效输出;小冲程高频发动机和尾气余热利用单元以发电形式输出功或以机械传动形式输出功。另一种形式,所述小冲程高频发动机包括气缸、曲轴箱、水底壳和排气通道;所述小冲程高频发动机的前部至少一个气缸为氢气燃烧缸,氢气燃烧缸的上部和下部分别设有氢气喷嘴和氧气喷嘴,所述后部气缸为尾气膨胀缸,尾气膨胀缸的上部和下部分别设有尾气喷口、氧气和水喷口;曲轴箱内设有曲轴,每个气缸内设有活塞,活塞通过连杆与曲轴连接,曲轴与发动机的尾气余热利用单元内预设的膨胀机连接;小冲程高频发动机尾气膨胀缸的排气口与排气通道连通,排气通道出口通过涡轮增压单元的涡轮机连接到三元催化器。一种氧气直喷纯氢燃烧发动机,氢燃料发动机设有气缸、缸盖和曲轴箱,气缸上设有火花塞、氢气口和氧气喷嘴,气缸上还设有排气孔,氢气口为设置在缸盖上的氢气喷嘴或/和设置在缸盖上的进气口或/和设置在气缸上的进气孔,氧气喷嘴与氢气喷嘴的结构和运行过程相同;所述氢气喷嘴由外壳、集气室、喷嘴喷孔和气体通道构成,气体通道穿过集气室连通到喷嘴喷孔;气体通道的上部装有弹簧,下部装有空心柱塞,气体通道的集气室段管壁设有柱塞喷孔;所述集气室上部设有柱塞上气体轴承,下部设有柱塞下气体轴承,所述空心柱塞设有柱塞限位器,所述外壳的壳体上设有电磁线圈,所述柱塞限位器与电磁线圈配合安装。所述氧气直喷纯氢燃烧发动机具有水底壳、或传统的油底壳及机油系统,所述小冲程高频发动机具有全氧气、自点火、尾气高温高压排放、小冲程、高频率、冷凝热全回收、自保护、燃料高进给量和高柯来浦系数的优点;在燃烧室充满燃料并点火后,活塞运行在上止点和下止点之间任意位置可以打开排气孔排气,单次做功加入燃烧室的燃料加入量高于或远高于常规燃料量,所述常规燃料量为普通二冲程或四冲程发动机单次做功加入燃烧室的燃料量,活塞完成全行程的动力包括利用燃料剧烈燃烧膨胀或惯性推动力,氢氧比例灵活调节,氢气过量或氧气过量,氢气过量时排气中不含多余的氧气,通过氢气过量进行燃烧室温度和压力的调节;或从氧气喷嘴加入液态水,或设置单独的喷水口加入液态水,调节燃烧室的温度和压力;所述高频小冲程发动机是指采用等于或小于两冲程,也不排除四冲程,并且活塞运行在上止点和下止点之间任意位置打开排气孔排气的发动机,在保护发动机机件正常运行的情况下,采用高的氢燃料进给量,活塞以高频率高效运行,也称为安氢发动机,所述安氢发动机是指氢气燃料以固体氢化物形式装载、大部分时间以固体形式出现的、使用安全氢气燃料的发动机。一种氧气直喷纯氢燃烧内燃机动力系统,所述动力系统设有氢气气源、氧气气源、尾气余热利用单元、加压泵、气液分离器、氢气提纯单元、冷却水箱、循环水箱、2号气液分离器和高压氧气缓冲罐;气液分离器的气体出口设有气体过滤膜,循环水箱设有润滑剂添加口和排水口,排水口设有润滑剂过滤膜,排水口经润滑剂过滤膜、回水泵连接到冷却水箱;氢气提纯单元的气体出口设有氢气分离膜;氢气气源与氢气口连接,氧气气源通过通过涡轮增压单元或/和加压泵连接到高压氧气缓冲罐,高压氧气缓冲罐连接到氧气喷嘴;气缸的排气孔通过尾气膨胀机或涡轮增压单元连接到三元催化器,三元催化器出口通过尾气余热利用单元或凝汽器连接到气液分离器;气液分离器的气体出口通过氢气提纯单元连接到氢气气源;气液分离器的水出口通过单向阀连接到冷却水箱;冷却水箱出口分为三路,一路通过循环冷却水管线连接到气缸的夹套,气缸的夹套出口通过凝汽器或尾气余热利用单元连接到冷却水箱;一路通过尾气冷凝水循环管连接到氧气气源的氧气出口,连接口设有水过滤膜;一路连接到循环水箱,循环水箱的入水口设有水过滤膜;所述氢燃料发动机的水底壳下部出口通过三通阀连接到2号气液分离器,2号气液分离器的气体出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧气直喷纯氢燃烧发动机,所述氢燃料发动机设有气缸(5)、缸盖(40)和曲轴箱(35),气缸上设有火花塞(36)、氢气口或/和氧气喷嘴(34),气缸上还设有排气孔(41),其特征是:所述氢燃料发动机包括两冲程氢燃料发动机、四冲程氢燃料发动机和小冲程高频发动机;所述两冲程氢燃料发动机和四冲程氢燃料发动机采用单缸或多缸运行模式,所述小冲程高频发动机由任意缸数的氢气燃烧缸和/或任意缸数的尾气膨胀缸组成,包括四缸小冲程高频发动机和六缸小冲程高频发动机;所述两冲程氢燃料发动机的氢气口为氢气喷嘴(13)或/和进气孔(37),所述四冲程氢燃料发动机的氢气口为进气口(38),所述小冲程高频发动机的氢气口为氢气喷嘴(13);所述两冲程氢燃料发动机包括气缸(5)、缸盖(40)和曲轴箱(35),气缸盖上设有火花塞(36)、氢气喷嘴(13)和氧气喷嘴(34),气缸壁设有进气孔(37)和排气孔(41);曲轴箱内设有曲轴(45),气缸内设有活塞(43),活塞通过连杆(44)与曲轴连接;所述四冲程氢燃料发动机包括气缸(5)和曲轴箱(35),气缸的顶部设有氧气喷嘴(34)、火花塞(36)、进气口(38)和排气孔(41),曲轴箱(35)内设有曲轴(45),气缸内为燃烧室(46),气缸设有活塞(43),活塞通过连杆(44)与曲轴连接。...

【技术特征摘要】
1.一种氧气直喷纯氢燃烧发动机,所述氢燃料发动机设有气缸(5)、缸盖(40)和曲轴箱(35),气缸上设有火花塞(36)、氢气口或/和氧气喷嘴(34),气缸上还设有排气孔(41),其特征是:所述氢燃料发动机包括两冲程氢燃料发动机、四冲程氢燃料发动机和小冲程高频发动机;所述两冲程氢燃料发动机和四冲程氢燃料发动机采用单缸或多缸运行模式,所述小冲程高频发动机由任意缸数的氢气燃烧缸和/或任意缸数的尾气膨胀缸组成,包括四缸小冲程高频发动机和六缸小冲程高频发动机;所述两冲程氢燃料发动机的氢气口为氢气喷嘴(13)或/和进气孔(37),所述四冲程氢燃料发动机的氢气口为进气口(38),所述小冲程高频发动机的氢气口为氢气喷嘴(13);所述两冲程氢燃料发动机包括气缸(5)、缸盖(40)和曲轴箱(35),气缸盖上设有火花塞(36)、氢气喷嘴(13)和氧气喷嘴(34),气缸壁设有进气孔(37)和排气孔(41);曲轴箱内设有曲轴(45),气缸内设有活塞(43),活塞通过连杆(44)与曲轴连接;所述四冲程氢燃料发动机包括气缸(5)和曲轴箱(35),气缸的顶部设有氧气喷嘴(34)、火花塞(36)、进气口(38)和排气孔(41),曲轴箱(35)内设有曲轴(45),气缸内为燃烧室(46),气缸设有活塞(43),活塞通过连杆(44)与曲轴连接。2.根据权利要求1所述的一种氧气直喷纯氢燃烧发动机,其特征是:所述小冲程高频发动机包括气缸(5)、曲轴箱、水底壳(6)、稳压器(132)和排气通道(89),所述稳压器上设有加水口(133),水通过加水口进入稳压器中与高温尾气直接接触换热并全部转化为水蒸汽;所述小冲程高频发动机的各个缸体的排气口与排气通道连通,排气通道(89)通过稳压器(132)连接到尾气膨胀机(79)的入口,所述排气通道的外部设有冷却水套(88);所述曲轴箱内设有曲轴(45),每个气缸内设有活塞(43),活塞通过连杆(44)与曲轴连接;曲轴一头与发电机同轴连接,另一头通过一级减速器(77)与尾气膨胀机(79)连接,尾气膨胀机的另一头通过二级减速器(78)与发动机的尾气余热利用单元(8)内预设的膨胀机(14)连接;所述小冲程高频发动机包括连杆和曲轴传动机构、齿轮传动、液压传动、气力传动,把小冲程发动机气缸产生的动力有效输出;小冲程高频发动机和尾气余热利用单元(8)以发电形式输出功或以机械传动形式输出功。3.根据权利要求1所述的一种氧气直喷纯氢燃烧发动机,其特征是:所述小冲程高频发动机包括气缸(5)、曲轴箱、水底壳(6)和排气通道(89);所述小冲程高频发动机的前部至少一个气缸为氢气燃烧缸,所述氢气燃烧缸的上部和下部分别设有氢气喷嘴(13)和氧气喷嘴(34),所述后部气缸为尾气膨胀缸,尾气膨胀缸的上部和下部分别设有尾气喷口(130)、氧气和水喷口(131);曲轴箱内设有曲轴(45),每个气缸内设有活塞(43),活塞通过连杆(44)与曲轴连接,曲轴与发动机的尾气余热利用单元(8)内预设的膨胀机(14)连接;所述小冲程高频发动机尾气膨胀缸的排气口与排气通道(89)连通,所述排气通道(89)出口通过涡轮增压单元(58)的涡轮机(64)连接到三元催化器(7)。4.一种氧气直喷纯氢燃烧发动机,所述氢燃料发动机设有气缸(5)、缸盖(40)和曲轴箱(35),气缸上设有火花塞(36)、氢气口和氧气喷嘴(34),气缸上还设有排气孔(41),其特征是:所述氢气口为设置在缸盖上的氢气喷嘴(13)或/和设置在缸盖上的进气口(38)或/和设置在气缸上的进气孔(37),氧气喷嘴与氢气喷嘴的结构和运行过程相同;所述氢气喷嘴(13)由外壳、集气室(28)、喷嘴喷孔(26)和气体通道(25)构成,所述气体通道穿过集气室连通到喷嘴喷孔;所述气体通道的上部装有弹簧(20),下部装有空心柱塞(23),气体通道的集气室段管壁设有柱塞喷孔(27);所述集气室上部设有柱塞上气体轴承(22),下部设有柱塞下气体轴承(21),所述空心柱塞设有柱塞限位器(24),所述外壳的壳体上设有电磁线圈(29),所述柱塞限位器与电磁线圈配合安装。5.根据权利要求1或4所述的一种氧气直喷纯氢燃烧发动机,其特征是:所述氧气直喷纯氢燃烧发动机具有水底壳、或传统的油底壳及机油系统,所述小冲程高频发动机具有全氧气、自点火、尾气高温高压排放、小冲程、高频率、冷凝热全回收、自保护、燃料高进给量和高柯来浦系数的优点;在燃烧室充满燃料并点火后,活塞运行在上止点和下止点之间任意位置可以打开排气孔排气,单次做功加入燃烧室的燃料加入量高于或远高于常规燃料量,所述常规燃料量为普通二冲程或四冲程发动机单次做功加入燃烧室的燃料量,活塞完成全行程的动力包括利用燃料剧烈燃烧膨胀或惯性推动力,氢氧比例灵活调节,氢气过量或氧气过量,氢气过量时排气中不含多余的氧气,通过氢气过量进行燃烧室温度和压力的调节;或从氧气喷嘴(34)加入液态水,或设置单独的喷水口加入液态水,调节燃烧室的温度和压力;所述高频小冲程发动机是指采用等于或小于两冲程,也不排除四冲程,并且活塞运行在上止点和下止点之间任意位置打开排气孔排气的发动机,在保护发动机机件正常运行的情况下,采用高的氢燃料进给量,活塞以高频率高效运行,也称为安氢发动机,所述安氢发动机是指氢气燃料以固体氢化物形式装载、大部分时间以固体形式出现的、使用安全氢气燃料的发动机。6.利用权利要求1或4所述的一种氧气直喷纯氢燃烧内燃机动力系统,其特征是:所述动力系统设有氢气气源、氧气气源、尾气余热利用单元、加压泵(12)、气液分离器(9)、氢气提纯单元(86)、冷却水箱(30)、循环水箱(102)、2号气液分离器(104)和高压氧气缓冲罐(59);气液分离器的气体出口设有气体过滤膜(10),循环水箱(102)设有润滑剂添加口(103)和排水口,排水口设有润滑剂过滤膜,排水口经润滑剂过滤膜、回水泵(60)连接到冷却水箱(30);氢气提纯单元(86)的气体出口设有氢气分离膜(100);所述氢气气源与氢气口连接,所述氧气气源通过通过涡轮增压单元(58)或/和加压泵(12)连接到高压氧气缓冲罐(59),所述高压氧气缓冲罐连接到氧气喷嘴(34);所述气缸的排气孔(41)通过尾气膨胀机(79)或涡轮增压单元(58)连接到三元催化器(7),三元催化器出口通过尾气余热利用单元或凝汽器(99)连接到气液分离器(9);所述气液分离器的气体出口通过氢气提纯单元(86)连接到氢气气源;所述气液分离器的水出口通过单向阀(39)连接到冷却水箱(30);所述冷却水箱出口分为三路,一路通过循环冷却水管线(31)连接到气缸的夹套,气缸的夹套出口通过凝汽器(99)或尾气余热利用单元连接到冷却水箱;一路通过尾气冷凝水循环管(19)连接到氧气气源的氧气出口,连接口设有水过滤膜(33);一路连接到循环水箱(102),循环水箱的入水口设有水过滤膜(33);所述氢燃料发动机的水底壳(6)下部出口通过三通阀(61)连接到2号气液分离器(104),所述2号气液分离器的气体出口连接到氢气提纯单元(86),液体出口连接到循环水箱(102),所述循环水箱通过补水管(11)和三通阀连接到水底壳。7.利用权利要求1或4所述的一种氧气直喷纯氢燃烧内燃机动力系统,其特征是:所述动力系统设有氢气气源、空气气源、尾气余热利用单元、气液分离器、氢气提纯单元(86)和冷却水箱(30);气液分离器(9)的气体出口设有气体过滤膜(10);氢气提纯单元(86)的气体出口设有氢气分离膜(100);所述氢气气源和空气气源共同连接到氢气口,所述气缸的排气孔(41)通过尾气膨胀机(79)或涡轮增压单元(58)连接到三元催化器(7),三元催化器出口通过尾气余热利用单元或凝汽器(99)连接到气液分离器(9);所述气液分离器的气体出口通过氢气提纯单元(86)连接到氢气气源;所述气液分离器的水出口通过单向阀(39)连接到冷却水箱(30);所述冷却水箱出口分为两路,一路通过循环冷却水管线(31)连接到气缸的夹套,气缸的夹套出口通过凝汽器(99)或尾气余热利用单元连接到冷却水箱;一路通过尾气冷凝水循环管(19)连接到空气气源的出口,连接口设有水过滤膜(33);所述氢燃料发动机设置油底壳;尾气余热利用单元的做功装置与发动机同轴或不同轴连接,利用尾气余热利用单元弥补发动机的动力不足问题。8.利用权利要求1或4所述的一种氧气直喷纯氢燃烧内燃机动力系统,其特征是:所述动力系统设有氢气气源、氧气气源、尾气余热利用单元,所述尾气余热利用单元(8)为柯来浦单元,所述柯来浦单元包括2号换热中心(76)、升压床结构、膨胀机组和发电机(15);升压床结构为单级或多级,每增设一级升压床,2号换热中心相应增设一级换热器和一级氢气换热器;所述2号换热中心(76)设有高温气体进口(68)、低温气体出口(69)、一级换热器(91)、二级换热器(92)、三级换热器(93)、一级氢气换热器(94)、二级氢气换热器(82)、膨胀机中间再热器(81)和冷却器(74);柯来浦单元设有氢气检测器(101),柯来浦单元的外部包有充氮密封保护罩(80);高温气体进口(68)依次通过一级换热器(91)、二级换热器(92)、三级换热器(93)和膨胀机中间再热器(81)连接到低温气体出口(69);膨胀机组设有3台膨胀机(14)或一台组合式膨胀机,3台膨胀机与发电机(15)同轴连接,3台膨胀机的中间段分别与膨胀机中间再热器循环连接;每组升压床结构分别设有1号氢反应床(A)、2号氢反应床(B)、3号氢反应床(C)、缓冲罐(83)和氢气泵(95),1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床均添加有金属氢化物,各组升压床结构的型式、结构以及金属储氢材料的种类和载量相同或不同,每组升压床结构内的各个氢反应床的型式、结构以及金属储氢材料的种类和载量相同或不同,1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床分别设有换热介质入口(87)、换热介质出口(42)、低压氢气入口(108)和高压氢气出口(109),高压氢气出口设有过滤膜(106)和阀门(67),低压氢气入口设有阀门;高压氢气出口(109)连接到膨胀机的入口,膨胀机的出口通过缓冲罐(83)连接低压氢气入口(108);所述换热介质包括氢气、惰性气体或性质稳定的液体和气体,采用非氢气换热介质时,过滤膜(106)能分离氢气与非氢气换热介质,并且只能让氢气通过;第一组升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口(42)分别连接到三通阀(61),三通阀一路出口经氢气泵(95)、一级换热器(91)和三通阀连接到换热介质入口(87),另一路经一级氢气换热器(94)和三通阀连接到换热介质入口(87);第二组升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口分别连接到四通阀(90),四通阀一路出口经氢气泵(95)、二级换热器(92)和四通阀连接到换热介质入口,一路经氢气泵(95)、一级氢气换热器(94)和四通阀连接到换热介质入口,第三路经氢气泵(95)、二级氢气换热器(82)和四通阀连接到换热介质入口;第三组升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口分别连接到四通阀(90),四通阀一路出口经氢气泵(95)、三级换热器(93)和四通阀连接到换热介质入口,一路经氢气泵(95)、二级氢气换热器(82)和四通阀连接到换热介质入口,第三路经氢气泵(95)、冷却器(74)和四通阀连接到换热介质入口;所述氢化镁储罐(1)通过氢气过滤膜(2)与换热器(74)循环连接,所述氢气过滤膜(2)只允许氢气通过,所述氢燃料发动机的夹套与换热器(74)循环连接;升压床结构的形式、组数或级数能够调节,利用高温气体的热量,加热金属氢化物放出高压氢气,高压氢气推动膨胀机做功;所述换热中心使用常规换热器或由高导热合金材料3D打印制成的换热装置,以降低设备体积及重量。9.利用权利要求1或4所述的一种氧气直喷纯氢燃烧内燃机动力系统,其特征是:所述动力系统设有氢气气源、氧气气源、尾气余热利用单元,所述尾气余热利用单元为复合式柯来浦单元,所述复合式柯来浦单元包括2号换热中心(76)、升压床结构、膨胀机组、有机工质压缩机(84)、有机工质膨胀机(85)、2号换热器(16)、3号换热器(17)和发电机(15);升压床结构为单级或多级,每增设一级升压床,2号换热中心相应增设一级换热器和一级氢气换热器;复合式柯来浦单元设有氢气检测器(101),复合式柯来浦单元的外部包有充氮密封保护罩(80);2号换热中心(76)设有高温气体进口(68)、低温气体出口(69)、一级换热器(91)、二级换热器(92)、三级换热器(93)、一级氢气换热器(94)、二级氢气换热器(82)、膨胀机中间再热器(81)、2号换热器(16)、3号换热器(17)和冷却器(74);高温气体进口(68)依次通过一级换热器(91)、二级换热器(92)和三级换热器(93)连接到冷却器(74),低温气体出口(69)位于冷却器(74)的出口;膨胀机组设有3台膨胀机(14)或一台组合式膨胀机,膨胀机组的3台膨胀机或一台组合式膨胀机、有机工质压缩机(84)、有机工质膨胀机(85)与发电机(15)同轴连接,3台膨胀机的中间段分别与膨胀机中间再热器循环连接;每组升压床结构分别设有1号氢反应床(A)、2号氢反应床(B)、3号氢反应床(C)、缓冲罐(83)和氢气泵(95),1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床均添加有金属氢化物,各组升压床结构的型式、结构以及金属储氢材料的种类和载量相同或不同,每组升压床结构内的各个氢反应床的型式、结构以及金属储氢材料的种类和载量相同或不同,1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床分别设有换热介质入口(87)、换热介质出口(42)、低压氢气入口(108)和高压氢气出口(109),高压氢气出口设有(106)和阀门(67),过滤膜只允许氢气通过,低压氢气入口设有阀门;高压氢气出口(109)连接到膨胀机的入口,膨胀机的出口通过缓冲罐(83)连接低压氢气入口(108);第一组升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口(42)分别连接到三通阀(61),三通阀一路出口经氢气泵(95)、一级换热器(91)和三通阀连接到换热介质入口(87),另一路经氢气泵(95)、一级氢气换热器(94)和三通阀连接到换热介质入口;第二组升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口分别连接到四通阀(90),四通阀一路出口经氢气泵(95)、二级换热器(92)和四通阀连接到换热介质入口,一路经氢气泵(95)、一级氢气换热器(94)和四通阀连接到换热介质入口,第三路经氢气泵(95)、二级氢气换热器(82)和四通阀连接到换热介质入口;第三组升压床结构的1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口分别连接到四通阀(90),四通阀一路出口经氢气泵(95)、三级换热器(93)和四通阀连接到换热介质入口,一路经氢气泵(95)、二级氢气换热器(82)和四通阀连接到换热介质入口,第三路经氢气泵(95)、冷却器(74)和四通阀连接到换热介质入口;所述有机工质膨胀机(85)的出口通过冷却器(74)与有机工质压缩机(84)的入口连接,有机工质膨胀机(85)与有机工质压缩机(84)之间的循环换热介质包括氢气、氩气;所述有机工质膨胀机(85)通过循环泵、2号换热器(16)的管程连接到有机工质压缩机(84);所述2号换热器(16)的壳程通过循环泵连接到3号换热器(17)的壳程,3号换热器(17)的壳程连接到2号换热器(16)的壳程形成循环,循环换热介质包括氢气;3号换热器(17)位于高温气体进口(68)与一级换热器(91)之间、或一级换热器(91)与二级换热器(92)之间、或二级换热器(92)与三级换热器(93)之间,或者上述三个部位均设置一台换热器;反应床的罐体由金属或非金属材料制成,设置有内保温或外保温或内、外保温措施;或有机工质压缩机(84)的出口输出的换热介质在超过每组升压床放氢温度时,直接进入反应床中进行直接换热放氢,从有机工质压缩机(84)的出口输出的有机工质压力如果低于反应床放氢时的压力,采用泵或升压床升压,若采用不同于氢气的有机换热介质,则采用过滤膜(106)分离处理;升压床结构的形式、组数或级数能够调节,利用高温气体的热量,包括高温气体的显热和其中水蒸汽的冷凝热,加热金属氢化物放出高压氢气,高压氢气推动膨胀机做功;或复合式柯来浦单元作为升压床形式使用,把高压氢气加到氢燃料发动机的氢气口进行直喷,同时从氢气气源出来的氢气进入复合式柯来浦单元进行吸氢;连接各个设备、单元的管道均可设置有内保温或外保温或内、外保温措施;升压床结构的形式、组数或级数能够调节,利用高温气体的热量,加热金属氢化物放出高压氢气,高压氢气推动膨胀机做功;所述换热中心使用常规换热器或由高导热合金材料3D打印制成的换热装置,以降低设备体积及重量。10.利用权利要求1或4所述的一种氧气直喷纯氢燃烧内燃机动力系统,其特征是:所述动力系统设有氢气气源、氧气气源、尾气余热利用单元,所述尾气余热利用单元为Ⅰ型改进式柯来浦单元,氢燃料发动机的出口增设Ⅰ型改进式柯来浦单元,Ⅰ型改进式柯来浦单元包括2号换热中心(76)、升压床结构、低压氢气缓冲罐(56)、高压氢气缓冲罐(57)、低压氢气循环泵(66)、氢气泵(95)、有机工质压缩机(84)、有机工质膨胀机(85)、发电机(15)和蓄电池(139);Ⅰ型改进式柯来浦单元设有氢气检测器(101),Ⅰ型改进式柯来浦单元的外部包有充氮密封保护罩(80);升压床结构为单级或多级;每组升压床结构分别设有1号氢反应床(A)、2号氢反应床(B)和3号氢反应床(C),1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床均添加有金属氢化物,各组升压床结构的型式、结构以及金属储氢材料的种类和载量相同或不同,每组升压床结构内的各个氢反应床的型式、结构以及金属储氢材料的种类和载量相同或不同;1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床设有换热介质入口(87)、换热介质出口(42)、低压氢气入口(108)和高压氢气出口(109),换热介质入口(87)、换热介质出口(42)、低压氢气入口(108)和高压氢气出口(109)分别设有阀门(67);有机工质压缩机(84)、有机工质膨胀机(85)与发电机(15)同轴连接,发电机输出电路一路连接到蓄电池(139),一路连接到外部电力系统;有机工质压缩机(84)设有电力驱动设备,用于开机时暖机运行,电力驱动设备与蓄电池(139)电路连接;乏蒸汽管路连接到2号换热中心(76)的凝汽器,凝汽器水出口连接到凝结水管路;有机工质膨胀机(85)的出口连接到2号换热中心(76),2号换热中心(76)连接到有机工质压缩机(84)的入口;有机工质压缩机(84)的出口通过高压氢气缓冲罐(57)分别连接到1号氢反应床(A)、2号氢反应床(B)和3号氢反应床(C)的换热介质入口(87);1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口(42)通过氢气泵(95)连接到有机工质膨胀机(85)的入口,有机工质膨胀机85的中段出口通过低压氢气缓冲罐(56)、低压氢气循环泵(66)和四通阀(90)连接到1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的低压氢气入口(108),1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的高压氢气出口(109)连接到有机工质膨胀机(85)的出口;有机工质压缩机(84)出口压力与氢反应床压力不一样时,增设一台膨胀机与有机工质压缩机(84)同轴,氢反应床出口氢气直接进增设的膨胀机,做功后返回氢反应床吸氢,有机工质压缩机(84)出口高温氢气与氢反应床间接换热。11.利用权利要求1或4所述的一种氧气直喷纯氢燃烧内燃机动力系统,其特征是:所述动力系统设有氢气气源、氧气气源、尾气余热利用单元,所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:贾鹏
申请(专利权)人:上海柯来浦能源科技有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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