一种回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统及控制方法

1.本发明涉及清洁零碳燃料的生产、转化、储存和利用技术领域，特别是涉及一种回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统及控制方法。


背景技术：

2.氨气、氢气蕴含丰富的化学能，与氧气反应可产生大量热量，且氨、氢燃料燃烧时不产生二氧化碳等温室气体，具有“零碳低排”的优势。因此，氨气、氢气等燃料是一类极具潜力的可替代燃料。除上述优点外，氢气能量密度高，化学性质活泼，产物仅有水，是理想的未来能源。但氢气生产成本较高，易燃易爆、难以液化，使得其储运非常困难，成为限制氢能大规模发展的主要障碍。相比于氢气，氨气化学性质稳定，在常温下0.8mpa便可液化，便于储运。因此氨气不仅可以作为燃料，也是十分重要的氢载体。
3.在内燃机等动力装置中，氨氢燃料的使用已得到了大量研究。当前通用的燃料运载方式是在内燃机上负载液氨罐，液氨经汽化后在常压、约400℃以上的条件下发生分解反应，释放氢气。产生的氢气经调配后与氨气混合进入内燃机燃烧做功，实现化学能到机械能的转化。液氨汽化、氨分解制氢需要吸收大量的热量，当前采用较多的加热方式是回收内燃机余热配合电加热或额外燃料加热，但额外燃料或电加热降低了内燃机整体能量效率。另外，内燃机工况发生变化时，余热量不稳定，可能导致氨反应器内的氨气分解不完全，产氢量过少，且此时内燃机对氢氨燃料的需求也可能发生变化，因此内燃机在多变工况时可能会出现燃料供给不足，燃烧控制困难等问题。最后，反应后的高温氨氢混合气需经降温、放热后才可以进入燃烧室内燃烧，以保证正常的进气效率，现有氨制氢系统对该部分热量未实现有效回收。因此，在动力装置内亟需一种氨制氢系统，高效回收、利用余热，控制氨制氢的反应程度，保障动力装置的高效运行。


技术实现要素：

4.为满足氨分解过程的热量需求，解决氨分解反应不完全的问题，本发明提供一种回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统及控制方法。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统，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。
7.可选的，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。
8.可选的，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。
9.可选的，所述加热器采用肋片式换热器。
10.可选的，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。
11.可选的，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。
12.可选的，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。
13.可选的，所述回热器采用板式换热器。
14.本发明还公开一种基于上述的回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统的控制方法，包括以下工况，
15.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；
16.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；
17.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。
18.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
19.1.氨气汽化和分解需要大量热量，本发明提出的加热方式除利用了内燃机烟气和冷却水余热外，还回收了高温氨氢混合气热量，热量利用效率更高。
20.2.本发明提出的氨制氢系统，可控制三通阀的开启程度，合理分配再加热、再反应的氨气流量，按需调节氨分解程度。反应后的混合气内的氨气和氢气比例可自由调节，有利于实现燃料的高效燃烧。
21.3.相较于传统的使用流量阀控制总流量的控制策略，本发明提出的三通阀分配回流的控制策略对内燃机燃料量需求变化的响应速度更快，可进一步实现燃料供给总流量的灵活控制，解决内燃机在变工况时燃料供应不足的问题。
22.4.本发明提出的氨制氢系统，使用回热器代替氨氢混合气冷却器的设计思路，系统复杂程度降低，氨氢混合气温度进一步降低，比体积减小，内燃机进气效率更高，有利于内燃机功率的提升。
23.5.本发明设计的氨制氢系统，无复杂、精密部件，设备简单、可靠性高。将氨反应器、加热器放置在内燃机尾气管内的设计进一步缩小了系统整体体积，有助于在动力设备上的大规模应用。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统的结构示意图。
26.附图标记说明：1、液氨罐；2、第一流量控制阀；3、气化室；4、第二流量控制阀；5、回
热器；6、加热器；7、氨反应器；8、温度传感器；9、氨传感器；10、第三流量控制阀；11、燃料供应系统；12、内燃机；101、内燃机排气管；201、冷却水箱；301、第一三通阀；302、第二三通阀；303、第三三通阀。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.实施例一：
29.如图1所示，本实施例提供一种回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统，包括液氨罐1、气化室3、冷却水箱201、内燃机12、第二流量控制阀4、第三流量控制阀10、燃料供应系统11、回热器5和氨反应器7；液氨罐1的出口与气化室3的燃料入口相连通，气化室3的燃料出口与第二流量控制阀4和第三流量控制阀10的入口端相连通；冷却水箱201用于对内燃机12的冷却，气化室3的冷却水出口与冷却水箱201的进口相连通，冷却水箱201的出口与内燃机12的冷却水入口相连通，内燃机12的冷却水出口与气化室3的冷却水入口相连通；第三流量控制阀10的出口端与燃料供应系统11的入口端相连通，燃料供应系统11的出口端与内燃机12相连通；第二流量控制阀4的出口端与回热器5的第一进口相连通，回热器5的第一出口与回热器5的第一进口相连通，回热器5的第一出口与氨反应器7的进口相连通，氨反应器7的出口与回热器5的第二进口相连通，回热器5的第二出口与回热器5的第二进口相连通，回热器5的第二出口与燃料供应系统11的入口端相连通；氨反应器7设置于内燃机排气管101内。
30.于本具体实施例中，氨反应器7与回热器5之间还设置有加热器6，加热器6设置于内燃机排气管101内。氨反应器7位于内燃机排气管101的上游，加热器6位于内燃机排气管101的下游。
31.本具体实施例中，加热器6采用肋片式换热器。回热器5采用板式换热器。
32.氨反应器7的出口与回热器5的第二进口之间依次设置有温度传感器8、氨传感器9和第一三通阀301；第一三通阀301的第三接口与氨反应器7的进口之间设置有第二三通阀302，回热器5的第一出口与加热器6之间设置有第三三通阀303；第二三通阀302的第三接口与第三三通阀303的第三接口相连通。
33.液氨罐1和气化室3之间设置有第一流量控制阀2。第一流量控制阀2、第二流量控制阀4、第三流量控制阀10、加热器6、温度传感器8、氨传感器9、第一三通阀301、第二三通阀302和第三三通阀303均与控制模块电控连接。
34.本实施例中，回热再反应式的内燃机12余热氨制氢系统内主要工质包括氨气(氨氢混合气)、高温烟气和内燃机12冷却水。其中，氨气以液态形式储存在高压(》0.8mpa)液氨罐1中，内燃机12运行时，液氨罐1出口的第一流量控制阀2打开，液氨流入气化室3吸收高温冷却水热量，迅速蒸发变为气态。气化后的氨气在第二流量控制阀4和第三流量控制阀10的控制下发生分流，部分流入燃料供应系统11与氨氢混合气混合后，直接参与内燃机12燃烧；部分流入回热器5初步升温，之后经第三三通阀303流入加热器6与高温烟气换热，温度提升
至400℃以上。之后，高温氨气流入氨反应器7，氨反应器7位置处的烟气温度更高，高温氨气温度可进一步提升，同时氨气在催化剂的作用在氨反应器7内发生分解为氮气和氢气。反应后的氨氢混合气主要成分包括氢气、氮气和未反应完全的氨气。氨氢混合气流出氨反应器7后，流经温度传感器8和氨传感器9，之后经第一三通阀301后，氨氢混合气分流，部分氨氢混合气进入第二三通阀302，之后再次进入氨反应器7，或流经第三三通阀303、加热器6后进入氨反应器7。第一三通阀301的另一部分混合气直接进入回热器5冷却放热，最终由内燃机12燃料供应系统11控制，与氨气混合，进入内燃机12完成燃烧。高温烟气在排气管内流动，先后流经氨反应器7和加热器6；冷却水储存在冷却水箱201内，流入内燃机12后吸收内燃机12余热，后流入气化室3为氨气气化提供热量，最后流回冷却水箱201。
35.实施例二：
36.本实施例提供一种基于实施例一中的回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统的控制方法，实现燃料供给的逐时变化，以满足内燃机对燃料组分和燃料总量的需求是氨制氢及燃料供给系统的基本要求。本实施例提出的氨在线制氢系统对燃料的控制主要通过第一三通阀301、第二三通阀302和第三三通阀303的调节完成，具体包括以下工况，
37.稳定燃料供给状态：稳定运行是内燃机12的主要工况，此工况下内燃机12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2的控制下由液氨罐1流出，流经气化室3，在第二流量控制阀4和第二流量控制阀4的控制下分流，部分直接流入燃料供应系统11与氨氢混合气混合后参与燃烧，部分流经回热器5、第三三通阀303、加热器6和氨反应器7，分解产生氢气；负载在氨反应器7出口的温度传感器8和氨传感器9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301至回热器5的通路完全打开，至第二三通阀302的通路关闭，氨氢混合气全部直接进入燃料供应系统11与氨气混合后在内燃机12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8数据，若温度传感器8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301至第二三通阀302的回路，第二三通阀302至氨反应器7的回路关闭，至第一三通阀301的回路完全打开，部分氨氢混合气经第二三通阀302、第三三通阀303的回路后，重新与新鲜氨气混合，之后经加热器6和氨反应器7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7出口的氢氨比满足内燃机12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302后直接流入氨反应器7实现再反应，不断调节再反应混合气比例，直至氨反应器7出口的氢氨比满足内燃机12需求；
38.燃料需求量增加：在车辆加速或上坡工况下，内燃机12功率提高，对氨氢燃料的需求量变大；若此时第一三通阀301处于至回热器5流量全开、至第二三通阀302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2、第二流量控制阀4和第三流量控制阀10至总流量满足状态内燃机12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7出口的氢氨比满足内燃机12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301及时调节，增大至回热器5的流量输出比例；与此同时，第二三通阀302和第三三通阀303配合调节，增大至氨反应器7通路的流量；同时液氨罐1后端第一流量控制阀2迅速调节使总流量增大，调节第二三
通阀302和第一流量控制阀2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；
39.燃料需求量减少：在车减速或下坡工况下，内燃机12功率降低，对氨氢燃料的需求量降低；若此时第一三通阀301处于至回热器5流量全开、至第二三通阀302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2、第二流量控制阀4和第三流量控制阀10至总流量满足状态内燃机12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7出口的氢氨比满足内燃机12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301及时调节，减小至回热器5的流量输出比例；同时调节第三三通阀303和第三三通阀303，减小至氨反应器7通路的流量；同时液氨罐1后端第一流量控制阀2迅速调节使总流量减小，调节第二三通阀302和第一流量控制阀2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。
40.本发明中的适用于内燃机12或大型动力机组的氨制氢系统，采用发动机冷却水余热、混合气回热、尾气余热分级加热的方式提高热量利用率；通过控制反应气的回流实现氨气的再分解，控制氨制氢的反应进程，进而控制内燃机12进气组分及其含量。另外，针对内燃机12变工况时燃料需求的变化，本发明提出相应的控制策略，实现对燃料需求变化的快速响应，提高氨气氢气流量瞬时响应灵敏度。本发明提出的氨制氢系统能量利用率高，可实现氨气部分分解到完全分解的精准控制，氨分解产生的混合气组分及流量随内燃机12负荷变化响应性好。该系统的使用，对氨氢融化内燃机12、动力系统的规模化应用具有重要意义。
41.本发明中的适用于内燃机或大型动力机组的氨制氢系统，除利用内燃机余热外，还对反应后的氨氢混合气余热进行回收，提高进气效率，且能量利用效率更高；同时，本发明提出的氨制氢系统可实现氨氢混合气的多次反应，配合相应控制策略，可有效控制氨分解程度，灵活调控内燃机进气的氨氢比例和总流量，解决现有系统氨分解效率低、对内燃机工况响应性差等问题。
42.较现有的一次反应式氨制氢系统，本发明提出的氨制氢系统，使调节端(第二三通阀)到燃料供给系统的管线变短，氨制氢系统对变工况的灵敏度更好，流量变化更加迅速。同时，本发明提出的控制策略可配合汽车ecu进行优化，各具体控制参数可根据不同型号内燃机试验、优化获得。
43.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
44.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
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。

技术总结
本发明公开一种回热再反应式的内燃机余热氨制氢系统及控制方法，涉及清洁零碳燃料的生产、转化、储存和利用技术领域，系统主要组件包括内燃机、冷却水箱、液氨罐、气化室、回热器、加热器、氨反应器、温度传感器、氨传感器、燃料供应系统及各类控制阀门。该系统除利用内燃机余热外，还对反应后的氨氢混合气余热进行回收，提高进气效率，且能量利用效率更高；同时，本发明提出的氨制氢系统可实现氨氢混合气的多次反应，配合相应控制策略，可有效控制氨分解程度，灵活调控内燃机进气的氨氢比例和总流量，解决现有系统氨分解效率低、对内燃机工况响应性差等问题。响应性差等问题。响应性差等问题。


技术研发人员：潘家营 王士铎 卫海桥 舒歌群 胡启航 丁海龙
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/23