[发明专利]随行制氢发动机燃料系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种以液态含氢燃料(低碳醇或烃等)机载随行催化转化为富氢混合气体，并以富氢混合气体作为发动机燃料的随行制氢发动机燃料系统，或以富氢混合气体和液态含氢燃料混合燃烧的随行制氢发动机燃料系统，尤其适用于车、船等运输机械，属发动机和能源技术领域。

背景技术

随着石油资源的不断枯竭和日夜增加的排放压力，寻找环保的替代能源早已受到世界各国的关注。氢气和生物质低碳醇(如乙醇等)已成公认的比较理想的清洁、替代能源。

氢燃料作为发动机的直接能源具有能量转换效率高、动力性能好和污染非常小的突出优点。氢能将成为理想的清洁能源之一，已经成为全球性的共识。以纯氢或氢和其它能源混合使用的各种混合动力的机车已成为世界各国研究的热点。

但氢能的广泛利用存在两面的主要障碍，其一是大规模的生产氢气的主要手段，就目前技术还在于电解水，但是如果电解水的上游能源是来自地矿资源，这样的氢能不仅没有替代能源的意义，相反是成本极高的高耗能态；其二在于其储存与配给的困难，氢气不便于管道输送和地面充氢站的投资成本极高的问题，已成为发展氢气车的一大瓶颈。如CN1800617A公开的氢气车、宝马汽车公司已经上市的氢气-汽油双燃料汽车等均无法避免这一困难。

以液态含氢燃料(低碳醇或烃等)为氢载体，利用发动机排气废热，将其通过公知的催化反应原理(直接裂解、或和水蒸汽重整、或和部份氧化)随车转化为以氢气为主，同时含有一定二氧化碳等气体的富氢混合气体，并以此富氢混合气体为发动机燃料的随行制氢技术，不仅能较好地解决地面充氢机车的储藏、配给和制造成本问题；同时能改变现有技术直接燃烧醇(或烃等)类燃料的不科学的、高耗能的使用方式，因为将液态含氢燃料转化为氢气后，其燃料的总热值有20％以上增值，能较大程度地提高发动机的热效率，是节能降耗的有效途径；并能大大改善排气质量。

代表性的公开技术如CN1401890A(醇氢混燃发动机装置)和CN1951718A(一种氢电混合动力汽车)、99211816.6(自身合成氢气发动机)等。但这些公知技术的不足在于：

1、为了减少或克服制氢过程中随行制氢装置的积炭现象，无论使用含水醇或配备专用水箱，以控制催化制氢中有较大比例的水蒸气重整反应，水蒸发时都存在严重的结垢问题；对于定容燃料箱，其机车的续驶里程极短。迄今为止，可以说现有公知技术的随行制氢系统的结垢现象和续驶里程极短的不足问题，是阻碍随行制氢技术不能快速实用化的重要原因之一。

2、对烃用型燃料系统需要增加专门的脱硫装置，系统结构繁复，减少自重或简化系统设备装置、管道对于移动机车有限的空间和降低燃耗十分重要。

3、随行制氢系统中所产氢气均为富氢混合气体，使用混合气体的发动机燃料系统在机车需要高负荷运行时会暴露出动力不足的弱点，因为富氢混合气体中的不可燃烧成分稀释了燃料气体的热值，当机车处于高负荷运行工况时，就会表现出燃料热值不足导致发动机动力下降的现象。

此外，需要地面充氢的纯氢汽车(如CN1800617A等)还是氢气混合动力汽车(如宝马公司的氢气-汽油混合动力汽车等)，为了保证汽车的续驶里程，必须使用35～90MP以上的高压或零下273℃超低温液氢装灌，高压储氢必然显著增加机车的制造成本。

发明内容

为了克服现有公知技术的不足，本发明的目的是提供一种适用于机车的只需地充液态含氢燃料(低碳醇或烃等)，利用发动机排气中的废热为热源，按照公知的催化裂解、或和水蒸气重整、或和部分氧化反应原理将低能态的液态含氢燃料转化为以氢气为主的高能态的富氢混合气体；回收利用发动机排气中再生水(氢气燃烧后的排气为过热水蒸气)的技术方案，完全解决了液态含氢燃料随行制氢过程中，水蒸发时产生的结垢难题或和免去随车的专门水箱，显著地提高了定容燃料箱机车的续驶里程；将脱硫装置(对烃用型系统)与随行制氢装置集成为一体的紧凑型随行制氢装置，简化了系统结构、节约了机车的有限空间；以富氢混合气体与液态含氢燃料混合燃烧的气液混燃方式克服混合气体在高负荷状态动力不足的缺点，气液混燃时，以富氢混合气体为主，直燃液态燃料为辅。

本发明的核心技术在于回收利用发动机排气中的再生水、(对烃用型系统)使用集成脱硫腔的紧凑型随行制氢装置、使用内置节温器的随行制氢装置(不需要任何外援性手段和排气的旁路管道即能自动调控温度)和富氢混合气体与液态含氢燃料的混合燃烧方式。