[发明专利]余热分解含氢化合物的燃氢发动机

说明书

余热分解含氢化合物的燃氢发动机，其特征是在传统发动机技术基础上增加三个技术系统；车载液氨的储存系统、车载分解制氢系统、燃氢发动机启动及燃料切换控制系统。发动机依靠传统燃料启动后既可以分解制取的氢混合气作为燃料，又可特殊需要时以传统燃料模式工作，发动机工作方式具有很好的灵活性与适应性。本发明相对于现有氢燃料电池技术，是一种大幅度降低氢能源使用成本，减少稀贵金属资源消耗，降低氢能源应用基础设施投入，提高加氢站及车载储氢的安全性，实现传统发动机氢能化,大幅减少二氧化碳排放，对传统发动机产业技术进行改造与升级的可行技术方案。

所属技术领域

本专利涉及一种燃氢发动机,其主要特征是基于传统内燃发动机，使用余热分解含氢化合物作为燃料的燃氢发动机，属于氢能源、燃氢发动机、环保低排放技术领域。

技术背景

氢能源是完全清洁的二次能源，氢能源成为全球应对气候变化、实现碳减排目标、保护生态与环境、促进经济可持续发展的希望所在。随着氢能源技术发展，基于氢能的新能源汽车技术研究探索方兴未艾。

已知的氢能源汽车发动机目前主要有二种氢的利用技术途径:一是以氢燃料电池为动力源电动驱动模式，二是以直接燃烧氢的发动机模式，无论哪一种方式，都涉及氢的储存、运输、加注、车载供氢及使用安全等技术问题。

尽管氢能源是清洁的二次能源，但是氢的储存运输并不容易，氢是一种易燃易爆物危化品，而且储存、运输、车载供氢及使用过程中容易泄漏，泄漏后不容易察觉的特点，因此氢气的存储运输问题困扰着氢能源的应用发展，目前仍然没有完美解决方案，氢的储存运输是亟待解决问题。根据有关统计；当前氢能源技术投入研究经费的50%用于氢储存技术研究。目前主要的技术方案有：高压容器储氢、液氢储存、金属合金储氢、化合物液态储氢等。

高压容器储氢；高压气态储氢技术是指在高压下，将氢气压缩，以高密度气态形式储存，是目前发展较成熟的储氢技术。然而，储氢密度受压力影响较大，压力又受储氢罐材质限制。目前研究热点在于储氢罐材质与结构的改进。研究发现储氢量及密度随压力增加而增加，在30～40 MPa时，密度增加较快，当压力大于70 MPa时密度变化趋于平缓，因此储罐工作压力一般在35～70 MPa。目前高压储氢储罐主要包括金属储罐、金属内衬纤维缠绕储罐和全复合轻质纤维缠绕储罐。金属储罐储氢罐多采用高强度钢，钢材存在氢脆的敏感性问题，使用寿命周期内存在一定的安全风险因素。

低温液氢储存；低温液氢需要在温度-252.87℃，压力100MPa以上将氢气液化，液化后体积密度为气态时的845倍，低温液氢储存其储存密度、输送效率高于高压容器储氢。但液氢对储存容器的绝热和安全性设计要求很高。将气态氢经高压低温冷却变成液态氢需要大量耗能，储氢成本高。因此出于安全、保温绝热效率、蒸发损失及与使用成本考虑，低温液氢难以在大规模商业化储氢及车载储氢应用。

金属合金储氢；金属合金储氢是利用特定金属合金吸附氢的特性储氢，金属合金储氢的特点是氢以原子状态吸附储存于合金中，安全性较高。但这类材金属合金料的氢化物过于稳定，脱氢需在一定加热条件下进行，由于体材料比热大，热交换效率等问题导致脱氢困难。同时储氢金属合金成本高、资源有限，且储氢合金的多空结构多因时效而导致存储能力降低，目前该技术仍然没有达到实用化。

化合物液态储氢；其技术是利用储氢介质在一定条件下能与氢气反应生成较稳定化合物，以便于氢的存储运输，使用时通过一定条件实现释放氢的技术，主要包括有机液体储氢、液氨储氢、配位氢化物储氢、无机物储氢与甲醇储氢等。化合物液态储氢虽保证了一定相对安全性，但其释放氢时易发生副反应，氢气浓度相对较低。如甲醇蒸汽重整工艺虽然比较成熟，但释放氢的工艺条件要求高，设备体积不容易小型化，车载供氢难以商业化，且有碳排放。

液氨储氢技术将氢气与氮气反应生成液氨作为氢能的载体。研究表明液氨储氢技术不适合氢燃料电池，因为微量未被分解的氨混入氢气中，会造成氢燃料电池催化剂钝化致电池转化效率严重降低甚至失效，故液氨储氢技术不能用于氢燃料电池。