一种基于等离子体裂解技术的氨燃料发动机系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于等离子体裂解技术的氨燃料发动机系统，包括液氨储罐、氨气化/换热模块、等离子体氨裂解系统、恒温缓冲罐供氨模块、热管理控制系统和氨燃料发动机及控制系统。液氨储罐与氨气化器连接；氨气化器与换热器组合成氨气化/换热模块，换热器与等离子体氨裂解器连接；换热器低温裂解气输出端与恒温缓冲罐连接；缓冲罐出口与氨发动机燃料供给系统连接。冷却液管道连接氨气化/换热模块，恒温缓冲罐供氨模块，氨发动机系统等需热平衡单元，热管理控制系统调控各单元热量分配。本发明专利技术解决当前的氨燃料发动机需要另外配备引燃燃料系统等的问题；提高整机能量综合利用效率；适用于等离子体氨裂解技术的发动机设计及综合标定控制系统。综合标定控制系统。综合标定控制系统。

【技术实现步骤摘要】
一种基于等离子体裂解技术的氨燃料发动机系统


[0001]本专利技术涉及高端装备领域，具体涉及一种基于等离子体裂解技术的氨燃料发动机系统，用于研制零碳氨燃料发动机。

技术介绍

[0002]氢能长期被视为最理想的清洁能源，很多国家能源发展战略的重点研究对象。但氢能作为汽车燃料，因氢气自身的理化性质，在存储、运输和安全等方面存在着一系列的问题。氨气作为一种优质的储氢载体，相较于氢气具有如下优势：（1）氨气易液化，液化、存储和运输成本较低；（2）氨气火焰传播速度慢，可燃范围较窄，安全性相对较高；（3）氨气有刺激性气味，泄露后易被觉察。同时，绿氨由太阳能、风能、水力发电等可再生能源制备合成，可作为重要的储能介质，且其不含碳元素。因此，从经济性、安全性、碳中和等方面综合考虑，氨作为内燃机燃料具有光明的前景。
[0003]但氨气用于汽车发动机燃料仍面临诸多挑战，由于氨气燃烧速度慢、活化性能低，存在氨燃料点火及燃烧困难的问题；氨气在燃烧过程中，可能会产生有毒的，且当氨气燃烧不完全时，部分氨和会直接释放到大气中，从而影响人类的身体健康。氨掺化石燃料引燃和富氧燃烧技术存在的火焰易熄灭、无法彻底解决碳排放、燃烧经济性差等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于等离子体裂解技术的氨燃料发动机系统，实现氨燃料发动机单一燃料设计开发。本专利技术的一种基于等离子体裂解技术的氨燃料发动机系统，主要包括液氨储罐、氨气化/换热模块、等离子体氨裂解系统、恒温缓冲罐供氨模块、热管理控制系统和氨燃料发动机及控制系统。液氨储罐出液口和调压口分别与氨气化器的液氨入口和氨气出口连接；氨气化器出口端与换热器氨输入端对接组合成氨气化/换热模块，换热器氨输出端与等离子体氨裂解器氨输入端连接；等离子体氨裂解器的裂解气输出端与换热器高温裂解气输入端连接；等离子体氨裂解器尾气出口端与换热器高温尾气入口端连接；换热器低温裂解气输出端与恒温缓冲罐入口连接；缓冲罐出口与氨发动机燃料供给系统连接，供给压力、温度稳定的裂解混合气；氨发动机尾气出口端与换热器高温尾气入口端连接；换热器尾气出口端与尾气后处理装置入口端连接。冷却液管道连接氨气化/换热模块，恒温缓冲罐供氨模块，氨发动机系统等需热平衡单元，热管理控制系统调控各单元热量分配。热管理控制系统、等离子氨裂解控制系统和氨发动机控制系统相互通讯，共同构成本专利技术整机系统的综合控制单元。本专利技术具有的优势主要有：等离子体氨裂解系统可根据发动机运行工况按需实时提供不同氢浓度裂解混合气，解决了当前的氨燃料发动机需要另外配备引燃燃料（如：氢、甲烷、柴油等）系统等的问题；自增压液氨储罐可以在不采用液氨泵的条件下提供稳定的液氨供给；热管理控制系统综合利用氨气化吸热、尾气余热等能量源提高整机能量综合利用效率；适用于等离子体氨裂解技术的发动机设计及综合标定控制系统。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种基于等离子体裂解技术的氨燃料发动机系统，所述装置主要包括液氨储罐，所述液氨储罐具有加注口、出液口和调压口；氨气化/换热模块，所述氨气化/换热模块为氨气化器氨气出口端与换热器氨气入口端对接组合的一体化设计；所述的氨气化器液氨入口端与液氨储罐出液口连接，氨气化器出口端与液氨储罐调压口连接；等离子体氨裂解系统，所述等离子体氨裂解系统氨入口与氨气化/换热模块的换热器氨气出口连接，等离子体氨裂解系统裂解气出口与氨气化/换热模块裂解气入口连接，等离子体氨裂解系统尾气出口与氨气化/换热模块尾气入口连接。
[0006]恒温缓冲罐供氨模块，所述恒温缓冲罐供氨模块氨气入口与氨气化/换热模块裂解气出口连接，恒温缓冲罐供氨模块氨气出口与氨燃料发动机燃料供给系统入口连接。
[0007]氨燃料发动机，所述氨燃料发动机燃料供给系统入口与恒温缓冲罐供氨模块氨气出口连接，氨燃料发动机尾气出口与氨气化/换热模块尾气入口连接。
[0008]尾气后处理模块，所述尾气后处理模块尾气入口与氨气化/换热模块尾气出口连接。
[0009]热管理控制系统，所述热管理控制系统通过冷却液管道连接氨气化/换热模块、恒温缓冲罐供氨模块、氨发动机系统等需热平衡单元。
[0010]氨发动机控制系统，所述氨发动机控制系统与热管理控制系统、等离子氨裂解控制系统相互通讯，共同构成整机综合控制系统。
[0011]进一步的所述液氨储罐加注口用于液氨加注；出液口为液氨出口与氨气化器液氨入口端管道连接；调压口用于调整罐内压力与氨气化器出口端管道连接，设定目标值区间0.6
‑
2MPa。罐内压力高于设定值则优先用气氨，降低罐内压力；罐内压力低于设定值则引导充入汽化后的氨气，提高罐内压力至设定压力。
[0012]进一步的所述氨气化/换热模块，氨气化器液氨入口端与液氨储罐出液口连接，氨气化器出口端与液氨储罐调压口连接；氨气化/换热模块氨气出口与等离子体氨裂解系统氨入口连接，氨气化/换热模块裂解气入口与等离子体氨裂解系统裂解气出口连接，氨气化/换热模块尾气入口与等离子体氨裂解系统尾气出口连接；氨气化/换热模块裂解气出口与恒温缓冲罐供氨模块氨气入口连接；氨气化/换热模块尾气入口与氨燃料发动机尾气出口连接；氨气化/换热模块尾气出口与尾气后处理模块尾气入口连接；并有冷却液管道与热管理控制系统连接。利用等离子体氨裂解辅助燃烧尾气余热，解决液氨低温汽化的问题，稳定获得氨的裂解气实现氨燃料发动机冷启动。热交换器实现能量的综合管理利用提高系统整体热效率。液氨汽化部分采用冷却液提供汽化的热量，液体热容量高能够实现液氨稳定汽化的设计目的。利用冷却液换热收集燃烧尾气、发动机尾气的余热。气氨再次与尾气换热，提高尾气余热利用效率，并能够降低等离子辅助燃烧/裂解器的功耗。
[0013]进一步的所述等离子体氨裂解系统氨入口与氨气化/换热模块的换热器氨气出口连接，等离子体氨裂解系统裂解气出口与氨气化/换热模块裂解气入口连接，等离子体氨裂解系统尾气出口与氨气化/换热模块尾气入口连接。等离子体氨裂解系统把氨气裂解为含氢的裂解气，以改善氨燃料的燃烧特性；裂解器控制系统可根据发动机运行工况即时调控氨燃料的裂解比例。可选等离子体实时在线裂解氨燃料、等离子体辅助氨燃烧及氨催化裂
解。可选液氨、气氨供应裂解。
[0014]进一步的所述恒温缓冲罐供氨模块氨气入口与氨气化/换热模块裂解气出口连接，恒温缓冲罐供氨模块氨气出口与氨燃料发动机燃料供给系统入口连接；并有冷却液管道与热管理控制系统连接。能够向氨发动机提供压力、温度稳定的裂解气燃料。另可选液氨喷射掺混裂解气，调整裂解混合气的温度和氢比例。
[0015]进一步的所述氨燃料发动机燃料供给系统入口与恒温缓冲罐供氨模块氨气出口连接，氨燃料发动机尾气出口与氨气化/换热模块尾气入口连接；并有冷却液管道与热管理控制系统连接。等离子体氨燃料发动机设计压缩比可选区间10
‑
30；气氨、液氨喷射；预燃室；等离子点火器等可选。
[0016]进一步的所述热管理控制系统通过冷却液管道连接氨气化/换热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于等离子体裂解技术的氨燃料发动机系统，其特征在于：包括：液氨储罐（1），所述液氨储罐（1）具有加注口、出液口和调压口；氨气化/换热模块（2），所述氨气化/换热模块（2）为氨气化器（2
‑
1）氨气出口端与换热器（2
‑
2）氨气入口端对接组合的一体化设计；所述的氨气化器（2
‑
1）液氨入口端与液氨储罐（1）出液口连接，氨气化器（2
‑
1）出口端与液氨储罐（1）调压口连接；等离子体氨裂解系统（3），所述等离子体氨裂解系统（3）氨入口与氨气化/换热模块（2）的换热器（2
‑
2）氨气出口连接，等离子体氨裂解系统（3）裂解气出口与氨气化/换热模块（2）裂解气入口连接，等离子体氨裂解系统（3）尾气出口与氨气化/换热模块（2）尾气入口连接；恒温缓冲罐供氨模块（4），所述恒温缓冲罐供氨模块（4）氨气入口与氨气化/换热模块（2）裂解气出口连接，恒温缓冲罐供氨模块（4）氨气出口与氨燃料发动机（5）燃料供给系统入口连接；氨燃料发动机（5），所述氨燃料发动机（5）燃料供给系统入口与恒温缓冲罐供氨模块（4）氨气出口连接，氨燃料发动机（5）尾气出口与氨气化/换热模块（2）尾气入口连接；尾气后处理模块（6），所述尾气后处理模块（6）尾气入口与氨气化/换热模块（2）尾气出口连接；热管理控制系统（101），所述热管理控制系统（101）通过冷却液管道连接氨气化/换热模块（2）、恒温缓冲罐供氨模块（4）和氨发动机系统（5）需热平衡单元；氨发动机控制系统（103），所述氨发动机控制系统（103）与热管理控制系统（101）、等离子氨裂解控制系统（102）相互通讯，共同构成所述氨燃料发动机系统的整机综合控制系统。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王先义，徐大泽，朱晓慧，陈龙威，
申请(专利权)人：合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室，
类型：发明
国别省市：