一种车载高动态响应氨分解制氢系统的制作方法

1.本实用新型涉及发动机的燃料供应的领域，特别涉及一种车载高动态响应氨分解制氢系统。


背景技术：

2.目前汽车的燃料主要为化石燃料，但由于石油资源的日益枯竭，世界各国对能源的争夺非常的严重，同时由于化石燃料燃烧后会产生二氧化碳等温室气体，对目前的生态环境造成了非常大了破坏。因此开发一种新的能源来代替传统的化石能源用于汽车上是非常有必要的，这也是目前世界上大多数国家研究的重点方向。
3.氢气由于其燃烧后只会产生水蒸气，而且其燃烧热较高，被认为是目前最理想的可用于代替化石燃料的清洁能源。氢能运用在汽车上目前还有较多的难题，首先氢气的储存和运输很困难，需要使用特制的高压罐且占用体积较大，而且容易发生氢气泄露和爆炸。其次加氢站的建设成本较高，很难大面积的推广。目前这些存在的问题还大大的限制着氢能的开发和利用。氨气作为一种含氢量为17.8％的气体，其运输和存储较为方便，是目前较为理想的制氢原料，利用氨分解制氢技术可以解决氢气难以运输的问题，而且氨气分解只产生氢气和氮气，不会对环境造成污染，同时现有的氨分解制氢存在制氢效率低，满足不了车辆高动态响应的需求。


技术实现要素：

4.本实用新型目的在于提供一种车载高动态响应氨分解制氢系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
5.为解决上述技术问题所采用的技术方案：
6.本实用新型提供一种车载高动态响应氨分解制氢系统，其包括：依次相连的氨供应装置、氨分解反应装置、分离冷却装置，所述氨分解反应装置包括相互并联的多个氨分解反应器，所述氨分解反应器包括氨分解反应室、设置于氨分解反应室内的氨分解催化组件和加热组件。
7.本实用新型的有益效果是：在使用时，分离冷却装置的氢气出口与氢气内燃机连接，当系统收到汽车启动信号时，加热组件对氨分解反应室进行加热，氨供应装置向氨分解反应装置提供氨气，在氨分解催化组件的催化作用下，将氨气分解成氢气，从氨分解反应装置出来的气体经过分离冷却装置实现氨气与氢气的分离、以及氢气的冷却，之后氢气输送到氢气内燃机中，不需要使用传统的汽油和柴油作为燃料，以氢气作为燃料，对环境的污染较小，也摆脱了对化石燃料的依赖，同时采用氨热解现场制氢，解决了氢气难以存储、运输以及易发生爆炸的问题，也解决了加氢站成本较高的问题，多个并联的氨分解反应器可同时运行工作，可提高制氢效率，满足车辆高动态响应的需求。
8.作为上述技术方案的进一步改进，所述加热组件包括加热电阻丝，所述氨分解催化组件包括涂敷有氨分解催化剂的毛细管，所述毛细管位于加热电阻丝周围。
9.本方案通过加热电阻丝对氨分解反应室内部进行加热，并在毛细管上涂覆有氨分解催化剂，当氨分解反应室内的温度达到氨分解反应所需的温度时，氨气经过毛细管时，在氨分解催化剂的作用下被分解出氢气，为了提高效率，毛细管设置多个，多个毛细管均布于加热电阻丝周围。其中氨分解催化剂为镍基催化剂或铁基催化剂，催化剂的载体为碳纳米管。
10.作为上述技术方案的进一步改进，所述氨分解反应器包括串联的多个氨分解反应室。
11.每个氨分解反应器还额外串联有多个氨分解反应室，置于后面的氨分解反应室用于继续分解未分解的氨气，提高氨气的利用率。
12.作为上述技术方案的进一步改进所述氨分解反应装置还包括外壳，多个氨分解反应器设置于外壳内，所述外壳设置有保温层。
13.外壳上的保温层主要起到保温的作用，降低能耗。
14.作为上述技术方案的进一步改进，所述分离冷却装置包括依次连接的气体分离器、冷却器。
15.本方案从氨分解反应装置出来的气体会经过气体分离器进行分离，将氢气分离出来，其中气体分离器设置有两个出气口，一个出气口用于向冷却器输送产生的氢气，另一个用于排出氮气和少量未分解的氨气。冷却器主要用于冷却高温氢气。
16.作为上述技术方案的进一步改进，所述分离冷却装置还包括连接于冷却器出口的储氢室。本方案还设置了储氢室来暂时储存产生的氢气并将氢气输送到氢气内燃机中。
17.作为上述技术方案的进一步改进，所述氨供应装置的出口安装有氨气控制阀，所述分离冷却装置的出口安装有氢气控制阀。氨气控制阀主要用于控制氨气供给的量，而氢气控制阀控制进入氢气内燃机的氢气量。
18.作为上述技术方案的进一步改进，还包括控制器、油门位置传感器、设置于氨分解反应装置中的温度传感器、设置于储氢室的压力传感器，所述控制器同时与油门位置传感器、温度传感器、压力传感器、氨气控制阀、氢气控制阀和加热组件电连接。
19.本方案还设置了自动控制系统，温度传感器用于检测氨分解反应室中的温度，油门位置传感器用于可以将油门所受的压力或者油门的开合角度转换成电信号传输到控制器，而压力传感器用于监测储氢室内的压力，控制器用于接收油门位置传感器、温度传感器和压力传感器检测的信号，然后控制氨气控制阀和氢气控制阀的开闭以及加热组件的启停。
附图说明
20.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明；
21.图1是本实用新型所提供的车载高动态响应氨分解制氢系统，实施例一的流程示意图；
22.图2是本实用新型所提供的车载高动态响应氨分解制氢系统，实施例二的流程示意图；
23.图3是本实用新型所提供的氨分解反应装置，其一实施例的所有氨分解反应室并联时的结构示意图。
具体实施方式
24.本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
25.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
26.在本实用新型的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
27.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
28.参照图1～图3，本实用新型的车载高动态响应氨分解制氢系统作出如下实施例：
29.实施例一：
30.如图1所示，本实施例的车载高动态响应氨分解制氢系统包括氨供应装置100、氨分解反应装置200和分离冷却装置。
31.其中氨供应装置100包括储氨罐，储氨罐用于存储氨气，储氨罐设置有氨气供给出口，其中氨气供给出口安装有氨气控制阀110。
32.储氨罐的氨气供给出口通过管道与氨分解反应装置200的进口连接，本实施例的氨分解反应装置200包括多个氨分解反应器210，多个氨分解反应器210通过管道相互并联设置，多个氨分解反应器210的进口汇集于一个总进口，该总进口与氨气供给出口连接，具体地：每个氨分解反应器210均包括有至少一个氨分解反应室211，在氨分解反应室211内部设置有氨分解催化组件和加热组件，本实施例的加热组件采用加热电阻丝，通过加热电阻丝对氨分解反应室211内部进行加热，加热温度为400℃-600℃，而氨分解催化组件采用毛细管，并且在毛细管上涂敷有氨分解催化剂，当氨分解反应室211内的温度达到氨分解反应所需的温度，氨气经过毛细管时，在氨分解催化剂的作用下被分解出氢气，为了提高效率，毛细管设置多个，多个毛细管均布于加热电阻丝周围，其中氨分解催化剂为镍基催化剂或铁基催化剂，氨分解催化剂的载体为碳纳米管。
33.如图1所示，本实施例的氨分解反应装置200设置有十个氨分解反应室211，并设置有五根并联的管道，每根管道上有两个串联的氨分解反应室211。
34.同时，为了提高氨气的利用率和制氢的效率，本实施例的每个氨分解反应器210均设置有两个氨分解反应室211，两个氨分解反应室211依次串联在一起，其中置于后面的氨分解反应室211用于继续分解未分解的氨气，两个串联的氨分解反应室211可以将反应温度设置在较低的400℃且氨气分解的转化率也在95％以上。
35.在其他一些实施例中，每个氨分解反应器210了设置三个以上的氨分解反应室211。
36.并且，为了降低能耗，提高对热量的利用率，氨分解反应装置200还设置有外壳220，所有的氨分解反应室211均安装于外壳220内，外壳220外层涂覆有保温材料形成保温层，通过保温层对外壳220内部进行保温，减少热量的损失。
37.而多个氨分解反应器210的出口汇集于一个总出口，该总出口与分离冷却装置连接，本实施例的分离冷却装置包括气体分离器300和冷却器400，其中气体分离器300的进气口与氨分解反应装置200的总出口连接，而气体分离器300设置有两个出气口，一个出气口与冷却器400连接，并且用于向冷却器400输送产生的氢气，另一个用于排出氮气和少量未分解的氨气，冷却器400主要用于冷却高温氢气，冷却器400的出气口与氢气内燃机900连接。
38.本实施例的车载高动态响应氨分解制氢系统还包括控制器700、油门位置传感器800、设置于氨分解反应装置200中的温度传感器230，所述控制器700同时与油门位置传感器800、温度传感器230、氨气控制阀110和加热组件电连接。
39.当系统收到汽车启动信号时，氨分解反应室211的加热电阻丝开始加热，达到设定温度时温度传感器230将信号传输给控制器700，控制器700控制氨气控制阀110阀打开，氨供应装置100向氨分解反应装置200提供氨气，氨气经过毛细管时，在氨分解催化剂的作用下被分解出氢气，从氨分解反应装置200出来气体首先经过气体分离器300，将气体分离器300分离出氮气和少量未分解的氨气，将得到的高纯度氢气输送进冷却器400并通过风冷冷却，然后直接输送进氢气内燃机900；
40.其中油门位置传感器800可以根据油门所受的压力或油门的开合角度的改变将信号传输到控制器700，控制器700通过控制氨气控制阀110来控制氨气的流量，从而间接的控制进入氢气内燃机900氢气的流量。
41.实施例二：
42.如图2所示，相较于实施例一，本实施例中的分离冷却装置还包括有储氢室500，储氢室500设置于冷却器400与氢气内燃机900之间，储氢室500用于暂时储存产生的氢气并将氢气输送到氢气内燃机900中。
43.并且，所述储氢室500的出口安装有氢气控制阀600，氢气控制阀600用于控制进入氢气内燃机900的氢气量，以及在储氢室500内安装有压力传感器510，所述控制器700也与压力传感器510、氢气控制阀600电连接。
44.当系统收到汽车启动信号时，氨分解反应室211的加热电阻丝开始加热，达到设定温度时温度传感器230将信号传输给控制器700，控制器700控制氨气控制阀110阀打开，氨供应装置100向氨分解反应装置200提供氨气，氨气经过毛细管时，在氨分解催化剂的作用下被分解出氢气，从氨分解反应装置200出来气体首先经过气体分离器300，将气体分离器300分离出氮气和少量未分解的氨气，将得到的高纯度氢气输送进冷却器400并通过风冷冷却，然后直接输送进储氢室500；
45.其中油门位置传感器800可以根据油门所受的压力或油门的开合角度的改变将信号传输到控制器700，控制器700通过控制氢气控制阀600来控制氢气进入氢气内燃机900的流量，由于氢气是从储氢室500进入氢气内燃机900，因此对油门的响应也较快。
46.上述的实施一与实施例二的优缺点为：
47.实施例一相较于实施例二减少了储氢室500，所以节省了部分空间且提高了安全
性，但由于氢气的流量是由氨气控制阀110间接控制的，因此对油门变化的响应相对较慢。
48.而实施例二相较于实施例一，氢气是从储氢室500进入氢气内燃机900，因此对油门的响应也较快，但是该系统也有较为明显的缺点，系统中设计有储氢室500需占用一定的空间且容易导致氢气发生泄露。
49.以上对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。