液氨制氢船舶混合动力系统技术方案

本发明专利技术的目的在于提供液氨制氢船舶混合动力系统，包括液氨制氢系统、液氨储存罐，所述液氨制氢系统包括制氢壳体，制氢壳体里充有电解质溶液，制氢壳体里设置阳极和阴极，阳极和阴极均连接电解电源，制氢壳体上分别设置氨入口、氮气出口、氢气出口；液氨储存罐连接开关电磁阀，开关电磁阀分别连接氨减压阀、流量控制器，氨减压阀连接氨缓冲罐，氨缓冲罐连接液氨制氢系统的氨入口，氮气出口连接过滤水箱，过滤水箱分别连接热泵和氮气储存罐，氢气出口连接氢气缓冲罐。本发明专利技术通过引入氨电解质电池，实现了氢气的即产即用，并能根据负荷大小调控制氢量的多少，解决了氢气在船舶上的安全储存问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
液氨制氢船舶混合动力系统


[0001]本专利技术涉及的是一种动力系统，具体地说是制氢混合动力系统。

技术介绍

[0002]全球地表气温一直处于上升趋势，对地球生态系统和社会经济系统产生了重大影响，而人为温室气体增加是全球增暖的主要驱动。随着对温室气体减排的关注，船舶等运输行业的排放被提出了更加严格的要求。因此，面对日益增长的环保监管压力，不仅需要从技术和营运方面提高船舶能效，还需进一步调整船用燃料的结构。使用新型替代燃料，是实现航运业低碳减排的“新选择”。其中，氨不含碳元素，完全燃烧只产生清洁无污染的水和氮气，且其含氢量高，被认为是具有潜力的发动机替代燃料之一。
[0003]氨燃料与其它传统燃料相比，存在燃点及最小点火能量较高、燃烧速度慢和燃烧温度低等问题，需要使用引燃燃料。同时，研究发现，氢气的燃烧速度较快，在氨燃烧时掺入氢气能够改善燃烧，加快燃烧速度。但是，氢气的长期安全储存一直是其使用时的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供不仅将氨作为发动机的替代燃料，并将其视为氢的载体，即通过液氨来制备所需的氢气，供给发动机、氢燃料电池使用的液氨制氢船舶混合动力系统。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：
[0006]本专利技术液氨制氢船舶混合动力系统，其特征是：包括液氨制氢系统、液氨储存罐，所述液氨制氢系统包括制氢壳体，制氢壳体里充有电解质溶液，制氢壳体里设置阳极和阴极，阳极和阴极均连接电解电源，制氢壳体上分别设置氨入口、氮气出口、氢气出口；液氨储存罐连接开关电磁阀，开关电磁阀分别连接氨减压阀、流量控制器，氨减压阀连接氨缓冲罐，氨缓冲罐连接液氨制氢系统的氨入口，氮气出口连接过滤水箱，过滤水箱分别连接热泵和氮气储存罐，氢气出口连接氢气缓冲罐。
[0007]本专利技术还可以包括：
[0008]1、电解电源通过电源开关连接蓄电池，蓄电池分别连接船舶用电设备和燃料电池，燃料电池依次连接DC/AC转换器、推进电机，推进电机通过第一离合器连接齿轮箱，齿轮箱连接螺旋桨。
[0009]2、还包括发动机，发动机包括气缸、活塞，活塞位于气缸里，活塞下方连接曲柄连杆，曲柄连杆连接凸轮轴，气缸设置进气管、出气管、液氨喷射器，液氨喷射器通过氨共轨管连接流量控制器，出气管与气缸连接处设置出气阀杆，进气管与气缸连接处设置进气阀杆，进气管里设置氢气喷射器，进气管端部连接空气进气口，空气进气口与氢气喷射器之间设置安全阀，氢气喷射器连接氢气缓冲罐。
[0010]3、凸轮轴通过第二离合器连接齿轮箱。
[0011]本专利技术的优势在于：
[0012]1、通过引入氨电解质电池，实现了氢气的即产即用，并能根据负荷大小调控制氢量的多少，解决了氢气在船舶上的安全储存问题。
[0013]2、制得的氢气不用分离，纯度高，可直接供给氢燃料电池使用，从而给电机及其它用电设备供电。
[0014]3、氮气中可能混有氨，经过过滤水箱，氮气得到净化，储存起来可起到吹扫作用，而氨溶于水得到氨水溶液，可以供给热泵系统作为冷却工质使用，使能源得到充分合理的利用。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的结构示意图；
[0016]图2为液氨
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柴油双燃料发动机的结构示意图；
[0017]图3为液氨制氢系统的结构示意图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：
[0019]结合图1
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3，图1为本专利技术整体结构示意图，液氨混合动力系统包括：液氨和氢气供应系统、液氨
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柴油双燃料发动机系统、氢燃料电池系统、混合动力系统。具体结构有液氨储存罐1、高压泵2、氨共轨管3、柴油机4、开关电磁阀 5、氨减压阀6、氨缓冲罐7、流量控制器8、热泵9、过滤水箱10、氮气储存罐 11、氨电解质电池12、电源开关13、氢气缓冲罐14、蓄电池15、船舶用电设备 16、燃料电池17、空气加湿器18、DC/AC转换器19、推进电机20、螺旋桨21、齿轮箱22、离合器23、阀门开关及流量控制系统24。
[0020]图2为液氨
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柴油双燃料发动机系统具体示意图，包括活塞16、凸轮轴25、曲柄连杆26、气缸27、出气阀杆28、出气阀杆弹簧29、进气阀杆30、进气阀杆弹簧31、出气口32、进气口33、液氨喷射器34、氢气喷射器35、安全阀36、空气进气口37。
[0021]图3为氨电解质电池结构示意图，包括氮气出口38、氨入口39、氢气出口40、阴极41、阳极42、电解电源43、电解质溶液44。
[0022]液氨储存罐1一般为室温下采用高压的方式储存液氨，用来满足整个混合动力系统对氨燃料的需求。当整个系统开始运行，首先控制系统24发出信号打开开关电磁阀5，使液氨得以从液氨储存罐1流出，开始向系统供应燃料。液氨从液氨储存罐1流出后分为两条不同的燃料供应路径，一条用于向柴油机4供应燃料，以满足柴油机4的动力输出；另一条用于向氨电解质电池12供应燃料，从而实现利用氨制备氢气。当向柴油机4供应液氨燃料时，液氨经过流量控制器 8，同时控制系统24根据发动机负荷的大小，从而控制流量控制器8来调节液氨流量的大小。然后液氨到达高压泵2实现对液氨的加压，使液氨达到喷射所需要的压力。加压后的液氨燃料进入氨共轨管3，共轨管上装有泄压阀，当压力过高时，可以通过泄压阀使液氨回流至液氨储存罐1来降低压力。同时，共轨管上还安装有氨传感器，用来检测判断氨是否泄漏，从而能够及时采取相应的措施。氨共轨管1内的液氨通过高压管路供给到液氨喷射器34，通过喷射器内电磁阀的控制，使液氨喷入缸内燃烧。
[0023]当液氨作为氢能载体被用来制氢时，从液氨储存罐1流出的液氨经过开关电磁阀5到达氨减压阀6，从而使液氨压力降低到适合氨电解质电池12工作的压力范围内。同时，压
力降低后的液氨进入到氨缓冲罐7中。氨缓冲罐7的设置能够起到暂时储存液氨的作用，以保证液氨需求量突然变大时，能够及时供应液氨，同时缓冲罐还能起到一定的稳压作用。开始制备氢气时，液氨从氨缓冲罐7流出，经过流量控制器8调节流量后进入氨电解质电池12的氨入口39。系统可以根据氢气需求量的不同，通过控制系统24来控制流量控制器8来实时调节氨流量的大小。制得的氢气会从氨电解质电池的氢气出口40进入氢气缓冲罐14中，其作用和氨缓冲罐7一样。其中，氨电解质电池的具体制氢过程可以概括为：氨从氨入口进入到达电解质电池的阳极42，通过电解发生氧化反应在阳极得到氮气，而在阴极41则发生还原反应得到氢气。电解质电池阳极材料采用Pt，而阴极材料采用Pt/C，并加入氢氧化钾或氢氧化钠作为支持电解质。氨电解质电池制得的氮气中可能混有氨气，因此氮气从氮气出口38流出需经过过滤水箱10净化。氨气由于易溶于水的特性而在水箱10中形成氨水溶液，实现了氮气的净化。得到的氨水溶液可以供应给热泵9，作为制冷工质使用。而净化后的氮气可以储存在氮气储存罐11中，在需要时能起到吹扫作用。氨电解质电池具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.液氨制氢船舶混合动力系统，其特征是：包括液氨制氢系统、液氨储存罐，所述液氨制氢系统包括制氢壳体，制氢壳体里充有电解质溶液，制氢壳体里设置阳极和阴极，阳极和阴极均连接电解电源，制氢壳体上分别设置氨入口、氮气出口、氢气出口；液氨储存罐连接开关电磁阀，开关电磁阀分别连接氨减压阀、流量控制器，氨减压阀连接氨缓冲罐，氨缓冲罐连接液氨制氢系统的氨入口，氮气出口连接过滤水箱，过滤水箱分别连接热泵和氮气储存罐，氢气出口连接氢气缓冲罐。2.根据权利要求1所述的液氨制氢船舶混合动力系统，其特征是：电解电源通过电源开关连接蓄电池，蓄电池分别连接船舶用电设备和燃料电池，燃料电池依次连接DC/AC...

【专利技术属性】
技术研发人员：范立云，许聪聪，魏云鹏，吴岳霖，毛运涛，张瀚文，许菁，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：