氨燃料发动机制造技术

一种内燃机组件，包括燃料重整器、燃烧室和控制器。燃料重整器包括第一通道和第二通道，第二通道的一部分邻近第一通道的一部分，以便于第一通道和第二通道之间的热交换。第一通道包括选择用于将氨重整为氢和氮的催化剂。第一通道配置成接收氨，使氨经过催化剂，并输出包含氨、氢和氮的第一混合物。第一混合物的组成取决于第一通道的第一重整器温度。燃烧室配置成接收来自燃料重整器的第一混合物；接收氧化剂；在氧化剂中燃烧第一混合物以产生热和第一产物；并且输出第一产物。燃料重整器的第二通道配置成接收第一产物。二通道配置成接收第一产物。二通道配置成接收第一产物。

【技术实现步骤摘要】
氨燃料发动机


[0001]本专利技术涉及发动机领域。

技术介绍

[0002]作为传统的以碳氢化合物(HC)为燃料的发动机的替代，对以氢(H2)为燃料的发动机的兴趣增加。氢具有良好的燃烧特性，并且氢气与氧气的燃烧仅产生水蒸气产物。
[0003]尽管氢的燃烧是无碳的，但是制氢的方法也是燃料的碳足迹的一个因素。适于使用可再生能源(例如通过太阳能或风能)制氢的位置通常是遥远的，因此氢被长距离地运输到需要燃料的地方。压缩氢气需要高能量，并且即使是液体形式，能量密度也相对较低，使得氢气的输送效率相对较低。此外，氢气的小分子尺寸使得难以防止其泄漏。如果有氢气逸出，它可能与空气形成潜在地爆炸的混合物。
[0004]燃烧氢气不产生任何含碳污染物。然而，氢气在空气中的燃烧确实产生具有不希望的环境影响的氮氧化物(NO
x
)。
[0005]氨(NH3)是用于内燃机的替代可再生燃料，并且比氢更容易运输。这是因为在较高的能量密度和较低的压力下，氨气比氢气更容易在压力下作为液体储存。氨气比氢气还需要更少的能量来压缩成液体。尽管泄漏的可能性小于氢气，但是如果有泄漏的话，氨气的气味降低了泄漏未被检测到的风险。此外，氨气的可燃性远低于氢气。然而，氨气的燃烧特性不如氢气有利，因为它在窄范围的混合物下相对缓慢地燃烧，并且未燃烧的氨气排放可能是高的。也可以制NO
x
。

技术实现思路

[0006]针对该背景，提供一种内燃机组件，其包括燃料重整器、燃烧室和控制器。燃料重整器包括第一通道和第二通道，第二通道的一部分邻近第一通道的一部分，以便于第一通道和第二通道之间的热交换。第一通道包括第一重整器入口、选择用于将氨重整为氢和氮的催化剂，以及第一重整器出口。第二通道包括第二重整器入口和第二重整器出口。燃料重整器配置成(a)经由第一重整器入口接收氨；(b)使氨经过催化剂；以及(c)经由第一重整器出口输出包含氨、氢和氮的第一混合物，其中第一混合物的组成取决于第一通道的第一重整器温度。燃烧室包括第一燃烧室入口和第一燃烧室出口；其中燃烧室配置成(a)经由第一燃烧室入口接收来自第一重整器出口的第一混合物；(b)接收氧化剂；(c)在氧化剂中燃烧第一混合物以产生热和第一产物；以及(d)经由第一燃烧室出口从燃烧室输出第一产物。燃料重整器进一步配置成经由第二重整器入口接收第一产物，使得第一通道的第一重整器温度取决于第二通道中的第一产物的温度。控制器配置成控制内燃机组件的操作，使得发动机负荷超过负荷阈值。
[0007]这样，内燃机组件可以依靠氢和氨的混合物上运行，混合物的组成可哟通过调节燃料重整器的温度来控制。
[0008]还提供一种操作包括燃料重整器、燃烧室和控制器的内燃机的方法。燃料重整器
包括第一通道和第二通道，第二通道的一部分邻近第一通道的一部分，以便于第一通道和第二通道之间的热交换。第一通道包括第一重整器入口、选择用于将氨重整为氢和氮的催化剂，以及第一重整器出口。第二通道包括第二重整器入口和第二重整器出口。燃烧室包括第一燃烧室入口和第一燃烧室出口。所述方法包括：
[0009]经由第一重整器入口接收氨；
[0010]使氨经过催化剂；以及
[0011]经由第一重整器出口输出包含氨、氢和氮的第一混合物，其中第一混合物的组成取决于第一通道的第一重整器温度；
[0012]经由第一燃烧室入口接收来自第一重整器出口的第一混合物；
[0013]在燃烧室中接收氧化剂；
[0014]在氧化剂中燃烧第一混合物以产生热和第一产物；
[0015]经由第一燃烧室出口从燃烧室输出第一产物；以及
[0016]经由第二重整器入口接收第一产物，使得第一通道的第一重整器温度取决于第二通道中的第一产物的温度。
[0017]控制器配置成控制内燃机组件的操作，使得发动机负荷超过负荷阈值。
附图说明
[0018]现在将参照附图仅以实例的方式描述本专利技术的实施例，其中：
[0019]图1示出了根据本专利技术的实施例的内燃组件的示意图。
[0020]图2示出了根据本专利技术的实施例的内燃组件的示意图。
[0021]图3示出了进一步包括根据本专利技术的实施例的蒸发器的内燃组件的示意图。
[0022]图4示出了指示相对于温度绘制的氨气至氢气和氮气的转化率的示意图。
[0023]图5示出了根据本专利技术的实施例的燃料重整器的第一通道和第二通道的顶视示意图。
[0024]图6示出了根据本专利技术的实施例的燃料重整器的第一通道和第二通道的示意图，其中移除了一部分以允许示出内部。图6A示出了顶视图，图6B示出了透视图，图6C示出了透视图。
[0025]图7示出了根据本专利技术的实施例的燃料重整器的第一通道和第二通道的示意图。
[0026]图8示出了根据本专利技术的实施例的内燃组件的示意图。
[0027]图9示出了说明根据本专利技术的实施例的方法的流程图。
[0028]图10示出了根据本专利技术的实施例的后处理系统的示意性框图。
[0029]图11示出了根据本专利技术的实施例的通过后处理系统的气体的温度和浓度相对于时间的曲线图。图11中的所有曲线示出了温度随时间的变化。图11A示出了温度和质量流率。图11B显示了氨气在入口、离开第一催化剂区、离开第二催化剂区以及离开第三催化剂区的浓度。图11C示出了NOx在入口、离开第一催化剂区、离开第二催化剂区以及离开第三催化剂的浓度。图11D示出了N2在入口、离开第一催化剂区、离开第二催化剂区以及离开第三催化剂区的浓度。图11E示出了H2O在入口、离开第一催化剂区、离开第二催化剂区以及离开第三催化剂区的浓度。
[0030]图12示出了根据本专利技术的实施例的后处理系统的截面的示意性框图。图12A示出
了第一催化剂区中的第一氨氧化催化剂的涂层，第二催化剂区中的第一选择性催化还原(SCR)催化剂的涂层以及第三催化剂区中的第二氨氧化催化剂的涂层。图12B示出了第一催化剂区中的第一氨氧化催化剂的涂层，第三催化剂区中的第二氨氧化催化剂的涂层，以及第一、第二和第三催化剂区上的第一SCR催化剂的涂层。
[0031]图13示出了根据本专利技术的实施例的层叠在氨氧化催化剂上的SCR催化剂的示意图。
具体实施方式
[0032]参照图1，根据本专利技术的内燃机组件100包括燃料重整器110、燃烧室120和控制器。燃料重整器110包括第一通道111和第二通道112。图1示出了由虚线分开的第一通道111和第二通道112。第一通道111和第二通道112可以具有与所示出的几何形状不同的几何形状。在燃料重整器110中的第一通道111和第二通道112之间可以没有流体交换。第二通道112的一部分邻近第一通道111的一部分，以便于第一通道111和第二通道112之间的热交换。第一通道111包括第一重整器入口113和第一重整器出口114。第一通道还包括选择用于将氨重整为氢和氮的催化剂。第二通道112包括第二重整器入口115本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内燃机组件，其包括燃料重整器、燃烧室和控制器，其中：所述燃料重整器包括第一通道和第二通道，所述第二通道的一部分邻近所述第一通道的一部分以便于所述第一通道和所述第二通道之间的热交换，其中所述第一通道包括第一重整器入口、选择用于将氨气重整为氢气和氮气的催化剂，以及第一重整器出口；以及所述第二通道包括第二重整器入口和第二重整器出口；以及所述燃料重整器配置成：经由所述第一重整器入口接收氨；使所述氨经过所述催化剂；以及经由所述第一重整器出口输出包含氨、氢和氮的第一混合物，其中所述第一混合物的组成取决于所述第一通道的第一重整器温度；所述燃烧室包括第一燃烧室入口和第一燃烧室出口；其中所述燃烧室配置成：经由所述第一燃烧室入口接收来自所述第一重整器出口的第一混合物；接收氧化剂；在所述氧化剂中燃烧所述第一混合物以产生热和第一产物；以及经由所述第一燃烧室出口从所述燃烧室输出所述第一产物；所述燃料重整器进一步配置成经由所述第二重整器入口接收所述第一产物，使得所述第一通道的所述第一重整器温度取决于所述第二通道中的所述第一产物的温度；以及所述控制器配置成控制所述内燃机组件的操作，使得发动机负荷超过负荷阈值。2.根据权利要求1所述的内燃机组件，还包括蒸发器，所述蒸发器配置成接收液态氨并蒸发所述液态氨。3.根据权利要求2所述的内燃机组件，其中，所述燃料重整器配置成从所述蒸发器接收氨。4.根据权利要求2所述的内燃机组件，其中，所述燃料重整器包括所述蒸发器，并且其中所述蒸发器通过与所述第二通道的热交换而被加热。5.根据权利要求1所述的内燃机组件，其中，所述负载阈值为50％。6.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机组件，其中，所述控制器配置成调节所述发动机负荷，以便将所述第一重整器温度的目标温度作为目标。7.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机组件，还包括排气再循环回路，所述排气再循环回路包括排气再循环阀，其中所述控制器配置成通过控制所述排气再循环阀来调节所述第一重整器温度。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：珀金斯发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：