用于氨燃料压燃内燃机的车载氨裂解制氢系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于氨燃料压燃内燃机的车载氨裂解制氢系统及控制方法，包括氨燃料压燃内燃机、液氨气化罐、氨裂解器、氨氧化器、混合气缓冲罐；液氨气化罐的输出端分别通过管路连接氨燃料压燃内燃机的进气端、氨裂解器的输入端、氨氧化器的氨气输入端；氨氧化器中的热量传导给氨裂解器；氨裂解器的输出端通过管路连接混合气缓冲罐，混合气缓冲罐的输出端通过管路连接氨燃料压燃内燃机的进气端。本发明专利技术使用混合气缓冲罐，不需要人工补充氢气，靠氨裂解器工作过程自动补充混合气；使用布置在内燃机排气歧管出口的氨氧化器提供热量，优点是热峰值功率高且产热量可控，无需匹配供电系统。无需匹配供电系统。无需匹配供电系统。

【技术实现步骤摘要】
用于氨燃料压燃内燃机的车载氨裂解制氢系统及控制方法


[0001]本专利技术书新能源汽车
，具体是一种用于氨燃料压燃内燃机的车载氨裂解制氢系统及控制方法。

技术介绍

[0002]现有氨燃料压燃内燃机的燃料系统分为：
[0003]a)模式：氨气+柴油混合燃烧，不需要氢气；
[0004]b)模式：氨气+氢气混合燃烧，氨气来源：车载液氨存储罐；氢气来源：1)车载储氢罐2)车载氨裂解制氢系统。
[0005]现有车载氨裂解制氢系统技术存在问题：车载氨裂解制氢系统需要使纯氨气在线裂解为氢气+氮气，裂解转化效率需要达到99％以上(便于燃料系统标定，裂解后的氨气+氮气的3:1混合气和纯氨气进行燃料双喷控制)，此时需要使氨气通过裂解催化剂床，在0.05MPa下提供600摄氏度的裂解反应环境；其中，裂解催化剂配方可参照工业成熟技术；难点在于在线提供合适的压力及温度给到催化剂床。
[0006]氨裂解反应为：由于该反应为吸热且为体积增大反应，所以高温、低压的条件有利于氨裂解反应的进行。现有的工业氨裂解工艺普遍采用0.25～0.90mpa加压裂解工艺或者0.05mpa常压裂解工艺。
[0007]中国专利“基于氢气起燃的氨氢混合气动力系统及运行控制方法”，公开日2022
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15，公开号CN114183275A，其公开了一种基于氢气起燃的氨氢混合气动力系统及运行控制方法，使用内燃机尾气余热提供氨裂解器的温度环境，在内燃机低负荷工况，尾气温度不足时，使用电加热提供裂解器的温度环境，该方法缺点是电加热峰值功率不足(高峰值功率需要匹配的系统成本高)。
[0008]中国专利“用于车辆的燃料重整系统”，公开日2018
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16，公开号CN107587956A，其公开了一种用于车辆的燃料重整系统，其包括：废气再循环(EGR)管线，用于使发动机的废气的一部分朝向进气侧再循环；燃料重整器，设置在EGR管线上，该燃料重整器重整将要供给到发动机的燃料，并且该燃料重整器将重整的燃料经由EGR管线供给到发动机；EGR阀，设置在燃料重整器下游；以及压力控制阀，设置在燃料重整器中用于控制燃料重整器的内压。其系统结构是把柴油燃料重整制氢装置布置在排气涡轮后，然后回流到进气涡轮前，再进入进气道。
[0009]作为合成氨的逆反应，氨热裂解属于吸热反应，在一定条件下氨的转化率受到热力学限制。在450℃时，氨的平衡转化率在99％以上，但由于反应动力学的阻碍限制了反应速率，车载在线裂解要实现完全转化只能提高反应温度至500℃及以上。考虑到热交换过程的热量损失，热烟气温度要求在600℃以上，现有技术指出该温度提供可来源于：a)发动机排气管尾气热，其缺点在于排气管尾气温度较低，大部分低负荷工况下尾气温度无法达到600摄氏度；b)电加热，优点是冷启动时好用，其缺点加热峰值功率不足(高峰值功率需要匹配的系统成本高)，加热时间长；℃)氨氧化反应器产生热，优点是热产量稳定可控，缺点是
需要独立安装空间，产生尾气污染物排放，成本高。

技术实现思路

[0010]针对
技术介绍
存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种结构紧凑、有效避免氨腐蚀和氢脆、效率高的用于氨燃料压燃内燃机的车载氨裂解制氢系统及控制方法。
[0011]为达到上述目的，本专利技术设计的用于氨燃料压燃内燃机的车载氨裂解制氢系统，包括氨燃料压燃内燃机、液氨气化罐、氨裂解器、氨氧化器、混合气缓冲罐；液氨气化罐的输出端分别通过管路连接氨燃料压燃内燃机的进气端、氨裂解器的输入端、氨氧化器的氨气输入端；氨氧化器中的热量传导给氨裂解器；氨裂解器的输出端通过管路连接混合气缓冲罐，混合气缓冲罐的输出端通过管路连接氨燃料压燃内燃机的进气端。
[0012]优选的，所述氨燃料压燃内燃机的废气输出端与氨氧化器的废气输入端连接。
[0013]优选的，所述氨氧化器的输出端通过管路与EGR回路进口连接，EGR回路出口与氨燃料压燃内燃机的进气管连接。
[0014]优选的，所述氨裂解器的输出端通过管路与EGR回路进口连接。也就是说裂解气先通过EGR冷却器进行一级降温，裂解气再从EGR回路出口流入氨燃料压燃内燃机进气路，裂解气随后通过进气路的中冷器进行二级降温，最后流入进气歧管，通过进气门进入燃烧室进行助燃。
[0015]优选的，还包括SCR，所述液氨气化罐的输出端通过管路与SCR的氨输入端连接。
[0016]进一步优选的，还包括涡轮增压器，所述涡轮增压器的涡轮置于氨氧化器的输出端与SCR的废气输入端之间，所述涡轮增压器的叶轮设在氨燃料压燃内燃机的进气管路上。
[0017]优选的，还包括用于检测混合气缓冲罐出口气流实时氢流量的第一传感器，用于检测进气通道气流实时氢流量的第二传感器，根据两个传感器计算综合氢流量控制液氨气化罐的氨气流量。
[0018]进一步优选的，所述氨燃料压燃内燃机进气管路上设有进气散热器，EGR回路出口连接所述进气散热器入口，所述进气散热器出口连接氨燃料压燃内燃机进气端；所述第二传感器位于进气散热器出口下游。
[0019]应用于上述用于氨燃料压燃内燃机的车载氨裂解制氢系统的控制方法，其特征在于：
[0020]氨燃料压燃内燃机冷启动时，使用混合气缓冲罐中的混合气为氨燃料压燃内燃机供氢，直至从氨燃料压燃内燃机排出的废气达到预设温度时激活氨氧化器起燃用于提供氨裂解器裂解氨所需环境温度；
[0021]氨裂解器输出的混合气能通过混合气缓冲罐储存，也能经EGR回路进入氨燃料压燃内燃机进气管路。
[0022]本专利技术的有益效果是：本专利技术使用混合气缓冲罐，不需要人工补充氢气，靠氨裂解器工作过程自动补充混合气；本专利技术使用布置在内燃机排气歧管出口的氨氧化器提供热量，优点是热峰值功率高且产热量可控，无需匹配供电系统。氨氧化器反应残余氨气直接混入内燃机尾气，排出至后处理SCR被消耗掉。本专利技术是把氨燃料裂解制氢装置布置在排气涡轮前，然后回流到进气涡轮后，优点是布置位置离内燃机排气歧管更近，尾气温度更高(有利于裂解)同时避免裂解混合气直接和进气涡轮叶片接触，发生氨腐蚀和氢脆。
[0023]本专利技术通过EGR回路供应裂解混合气可以节省一条独立的供气管路，结构更紧凑，可减少系统复杂度；
[0024]本专利技术的氨氧化器除提供氨裂解热能外，同时兼具内燃机尾气中未燃烧的氨气后处理清除功用，并大幅提升了SCR前的尾气温度，有利于SCR系统的NOx净化效率。
[0025]本专利技术利用气体流量阀、氢传感器、内燃机E℃U组成闭环反馈控制体系，可以精确优化氨裂解器反应条件，及氨氢混合燃料的配置比例，可灵活应对内燃机各自工况的需求。
[0026]本专利技术基于氨内燃机混氢比例5％～10％及氢纯度要求不高的特点，使用裂解混合气缓冲罐取代氢气罐，解决冷启动，同时具备氨裂解器内压调控作用；
[0027]本专利技术在邻近内燃机排气歧管出口位置布置氨氧化器，利用内燃机冷启动后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于氨燃料压燃内燃机的车载氨裂解制氢系统，其特征在于：包括氨燃料压燃内燃机、液氨气化罐、氨裂解器、氨氧化器、混合气缓冲罐；液氨气化罐的输出端分别通过管路连接氨燃料压燃内燃机的进气端、氨裂解器的输入端、氨氧化器的氨气输入端；氨氧化器中的热量传导给氨裂解器；氨裂解器的输出端通过管路连接混合气缓冲罐，混合气缓冲罐的输出端通过管路连接氨燃料压燃内燃机的进气端。2.根据权利要求1所述的用于氨燃料压燃内燃机的车载氨裂解制氢系统，其特征在于：所述氨燃料压燃内燃机的废气输出端与氨氧化器的废气输入端连接。3.根据权利要求1所述的用于氨燃料压燃内燃机的车载氨裂解制氢系统，其特征在于：所述氨氧化器的输出端通过管路与EGR回路进口连接，EGR回路出口与氨燃料压燃内燃机的进气管连接。4.根据权利要求1所述的用于氨燃料压燃内燃机的车载氨裂解制氢系统，其特征在于：所述氨裂解器的输出端通过管路与EGR回路进口连接。5.根据权利要求1所述的用于氨燃料压燃内燃机的车载氨裂解制氢系统，其特征在于：还包括SCR，所述液氨气化罐的输出端通过管路与SCR的氨输入端连接。6.根据权利要求5所述的用于氨燃料压燃内燃机的车载氨裂解制氢系...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，林浩，庞磊，都成君，殷勇，
申请(专利权)人：东风商用车有限公司，
类型：发明
国别省市：