[发明专利]一种回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统及控制方法

权利要求书

1.一种回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统，其特征在于，包括液氨罐、气化室、冷却水箱、内燃机、第二流量控制阀、第三流量控制阀、燃料供应系统、回热器和氨反应器；所述液氨罐的出口与所述气化室的燃料入口相连通，所述气化室的燃料出口与所述第二流量控制阀和所述第三流量控制阀的入口端相连通；

所述冷却水箱用于对所述内燃机的冷却，所述气化室的冷却水出口与所述冷却水箱的进口相连通，所述冷却水箱的出口与所述内燃机的冷却水入口相连通，所述内燃机的冷却水出口与所述气化室的冷却水入口相连通；

所述第三流量控制阀的出口端与所述燃料供应系统的入口端相连通，所述燃料供应系统的出口端与所述内燃机相连通；所述第二流量控制阀的出口端与所述回热器的第一进口相连通，所述回热器的第一出口与所述回热器的第一进口相连通，所述回热器的第一出口与所述氨反应器的进口相连通，所述氨反应器的出口与所述回热器的第二进口相连通，所述回热器的第二出口与所述回热器的第二进口相连通，所述回热器的第二出口与所述燃料供应系统的入口端相连通；

所述氨反应器设置于内燃机排气管内。

2.根据权利要求1所述的回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统，其特征在于，所述氨反应器与所述回热器之间还设置有加热器，所述加热器设置于所述内燃机排气管内。

3.根据权利要求2所述的回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统，其特征在于，所述氨反应器位于所述内燃机排气管的上游，所述加热器位于所述内燃机排气管的下游。

4.根据权利要求2所述的回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统，其特征在于，所述加热器采用肋片式换热器。

5.根据权利要求2所述的回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统，其特征在于，所述氨反应器的出口与所述回热器的第二进口之间依次设置有温度传感器、氨传感器和第一三通阀；所述第一三通阀的第三接口与所述氨反应器的进口之间设置有第二三通阀，所述回热器的第一出口与所述加热器之间设置有第三三通阀；所述第二三通阀的第三接口与所述第三三通阀的第三接口相连通。

6.根据权利要求5所述的回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统，其特征在于，所述第二流量控制阀、所述第三流量控制阀、所述加热器、所述温度传感器、所述氨传感器、所述第一三通阀、所述第二三通阀和所述第三三通阀均与控制模块电控连接。

7.根据权利要求1所述的回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统，其特征在于，所述液氨罐和气化室之间设置有第一流量控制阀，所述第一流量控制阀与控制模块电控连接。

8.根据权利要求1所述的回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统，其特征在于，所述回热器采用板式换热器。

9.基于权利要求1至8任一项所述的回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统的控制方法，其特征在于，包括以下工况，

稳定燃料供给状态：稳定运行是内燃机的主要工况，此工况下内燃机对燃料的需求稳定；燃料稳定供给时，氨气在第一流量控制阀的控制下由液氨罐流出，流经气化室，在第二流量控制阀和第二流量控制阀的控制下分流，部分直接流入燃料供应系统与氨氢混合气混合后参与燃烧，部分流经回热器、第三三通阀、加热器和氨反应器，分解产生氢气；负载在氨反应器出口的温度传感器和氨传感器检测氨氢混合气温度和氨浓度，若混合气内氨气浓度较低，则认为氨分解反应程度达到理想状态，则第一三通阀至回热器的通路完全打开，至第二三通阀的通路关闭，氨氢混合气全部直接进入燃料供应系统与氨气混合后在内燃机内完成燃烧；若氨分解反应程度未达到理想状态，分析温度传感器数据，若温度传感器温度较低，则氨分解不完全主要是反应温度较低，此情况下，开启第一三通阀至第二三通阀的回路，第二三通阀至氨反应器的回路关闭，至第一三通阀的回路完全打开，部分氨氢混合气经第二三通阀、第三三通阀的回路后，重新与新鲜氨气混合，之后经加热器和氨反应器实现氨氢混合气的再加热、再反应，不断调节各个三通阀的的混合气开启程度，调节再反应、再加热混合气比例，直至氨反应器出口的氢氨比满足内燃机需求；若氨分解程度未达到理想状态且氨氢混合气温度较高，则混合气无需再加热，部分氨氢混合气经第二三通阀后直接流入氨反应器实现再反应，不断调节再反应混合气比例，直至氨反应器出口的氢氨比满足内燃机需求；

燃料需求量增加：在车辆加速或上坡工况下，内燃机功率提高，对氨氢燃料的需求量变大；若此时第一三通阀处于至回热器流量全开、至第二三通阀流量全关状态，此时，混合气未进行再反应，调节第一流量控制阀、第二流量控制阀和第三流量控制阀至总流量满足状态内燃机需求后，再判断氨分解反应程度，调节各三通阀，直至氨反应器出口的氢氨比满足内燃机需求，调节方式与稳定状态的调节步骤一致；若在混合气再反应期间燃料需求量增加，为配合燃料需求端变化，第一三通阀及时调节，增大至回热器的流量输出比例；与此同时，第二三通阀和第三三通阀配合调节，增大至氨反应器通路的流量；同时液氨罐后端第一流量控制阀迅速调节使总流量增大，调节第二三通阀和第一流量控制阀以保证氨制氢系统内的氨气流量不发生明显变化；总流量增加后，判断氨分解反应程度，调节各三通阀至稳定状态；

燃料需求量减少：在车减速或下坡工况下，内燃机功率降低，对氨氢燃料的需求量降低；若此时第一三通阀处于至回热器流量全开、至第二三通阀流量全关状态，此时，混合气未进行再反应，调节第一流量控制阀、第二流量控制阀和第三流量控制阀至总流量满足状态内燃机需求后，再判断氨分解反应程度，调节各三通阀，直至氨反应器出口的氢氨比满足内燃机需求，调节方式与稳定状态的调节步骤一致；若在混合气再反应期间燃料需求量降低，为配合燃料需求端变化，第一三通阀及时调节，减小至回热器的流量输出比例；同时调节第三三通阀和第三三通阀，减小至氨反应器通路的流量；同时液氨罐后端第一流量控制阀迅速调节使总流量减小，调节第二三通阀和第一流量控制阀以保证氨制氢系统内的氨气流量不发生明显变化。总流量减小后，判断氨分解反应程度，调节各三通阀至稳定状态。