氢能专利库

本发明公开了一种用于快速建立燃料电池开路电压的控制方法，包括步骤：先向阳极通入惰性气体进行吹扫，设定系统参数与安全电压区间；随后以低压力脉冲方式向阳极通入氢气并静置扩散；最后，在控制阴极与氧化剂气体源断开的状态下，同时向阴极通入氧化剂、向阳极通入氢气，并实时监测单片电压及其稳定时间。若电压在安全区间内且稳定时间符合标准，则判定开路电压建立成功；否则，记录故障、切断反应气体供应并自动重复上述流程。该方法通过惰性气体吹扫、低压脉冲注氢及智能验证，实现了开路电压的秒级快速、安全建立，有效防止了氢氧界面形成和阴极高电位腐蚀，保护了催化剂，提升了系统启动的可靠性、适应性与成功率。

本申请公开了一种耦合氨分解制氢的固态储氢系统及制氢方法，包括氨罐、多个储氢槽和氨分解反应器：储氢槽包括氨气管道、分解气管道和储氢槽，氨气管道和分解气管道均固定在储氢槽内部并且彼此分开设置，储氢槽内填充有储氢材料，储氢材料与氨气管道和第一分解气管道直接接触；储氢槽上分别开设有出氢口、相连通的分解气入口和分解气出口，出氢口上设置有阀门；氨气管道与氨罐连通，氨气管道还与氨分解反应器相连，氨分解反应器的出口与分解气管道相连；分解气管道与不同储氢槽的分解气入口相连，储氢材料为氢化物；不同储氢槽中的储氢材料的温度不同。该耦合氨分解制氢的固态储氢系统能量消耗低，运行效率高，循环稳定性强。

本发明公开了一种适用于重卡发动机的氨分解制氢系统及方法。系统包括氨罐、第一换热器、第二换热器、组合温度控制器、氨分解反应器、内燃机模块和一级散热器。液氨经多级换热蒸发为氨气，分别通入内燃机模块燃烧和氨分解反应器分解。反应器采用多层套管结构，利用发动机尾气余热加热，内填钌基催化剂，可在较高压力及较低温度下实现高效分解。分解产生的氢氮混合气经冷却后回输至发动机助燃。该系统充分利用发动机尾气与冷却液余热，降低能耗，结构紧凑，适合重卡有限空间布置，并通过空气散热优化散热效率，对实现交通运输节能减排具有重要意义。

本发明涉及了一种含螺旋通道的氨分解制氢系统，包括氨气罐、反应器、燃烧器、第一换热器和风机，氨气罐与反应器的氨气入口连通；反应器包括间隔套设的多个套管，相邻两个套管之间设置有隔板；每个套管的外壁上开设有氨气管道，每个套管的内壁上开设有烟气管道，氨气管道和烟气管道彼此不相通，隔板同时覆盖其中一个套管外壁上的氨气管道和另外一个套管上的烟气管道；反应器的一端设置有氨气入口和烟气出口，反应器的另一端设置有分解气出口和烟气入口；燃烧器与烟气入口连通，分解气出口与第一换热器连通，第一换热器分别与风机和燃烧器连通。该含螺旋通道的氨分解制氢系统提高气体之间的换热面积，提高整体氨气分解效率和效果，减少能量消耗。

本申请公开了一种小型化氨氢燃料电池系统及其发电方法，包括氨气瓶、氨分解反应器、散热器、变温吸附系统、燃料电池和燃烧器，氨分解反应器包括氨气入口和分解气出口；氨气瓶与氨气入口连通，散热器与分解气出口连通；散热器依次与变温吸附系统和燃料电池的入口连通；燃烧器包括燃烧室和氨气通道，氨气通道的一端为第二燃烧入口，另一端与燃烧室连通；燃烧室的一端为第一燃烧入口，另一端为高温烟气出口；燃烧室上开设有空气入口；燃料电池的尾排气体出口与第一燃烧入口连通，氨气瓶与第二燃烧入口相连，燃料电池的散热空气出口与空气入口连通。该小型化氨氢燃料电池系统结构简单且体积小，能量利用效率高，无需额外携带燃料即可完成快速启机。

本申请公开了一种基于氨氢发动机与氢燃料电池的混合动力系统及应用，包括氨燃料供给机构、氢燃料电池动力机构、氨氢发动机动力机构以及尾气回收处理机构，氨燃料供给机构包括气化器，气化器分别与氢燃料电池动力机构、氨氢发动机动力机构和尾气回收处理机构连通；氢燃料电池动力机构包括依次串联的氨分解器、氨分离器、氢燃料电池和传动装置，氢燃料电池与传动装置电连通；氨分离器和氢燃料电池均与氨氢发动机动力机构连通；氨氢发动机动力机构分别与尾气回收处理机构连通，氨氢发动机动力机构与传动装置相连。该基于氨氢发动机与氢燃料电池的混合动力系统及应用具有高效的能量产出，实现了燃料的高效利用。

本申请公开了一种等离子体加热催化氨分解制氢系统，包括电源、等离子反应器、第一换热器、吸附装置、氮气罐和氨气罐，电源与等离子反应器电连通；等离子反应器分为彼此不连通但连接的通电区域和分解区域；氮气入口、氮气出口和通电口分别与通电区域连通，氨气入口和分解气出口分别与分解区域连通；通电区域包括多个彼此间隔设置的等离子体炬，多个等离子体炬的一端与氮气入口相通，另一端与氮气出口相通并且贯穿分解区域；氨气罐和分解气出口同时与第一换热器连通；第一换热器还与氨气入口和吸附装置连通；氮气罐与氮气入口连通。该等离子体加热催化氨分解制氢系统降低了氨气的升温时间，大幅提高了氨气的加热效果，有利于氨气的充分均匀分解。

本申请公开了一种采用熔盐供热的氨分解制氢系统，包括第一熔盐罐、第二熔盐罐、熔盐电加热器、反应器、换热器和液氨罐，第一熔盐罐中填充有熔盐介质，第一熔盐罐与熔盐电加热器连通；熔盐电加热器还与第二熔盐罐连通；反应器包括加热入口、加热出口、氨气入口、氨气出口、加热顶板、加热底板和多个由内到外套设的壁管，换热器的壳体上开设有热流体入口、热流体出口、冷流体入口和冷流体出口，壳体内部层叠设置有多个矩形结构的换热板；冷流体入口和液氨罐连通，冷流体出口与氨气入口连通，热流体入口和加热出口连通，热流体出口与第一熔盐罐连通。该采用熔盐供热的氨分解制氢系统能量利用率高，可实现低温、节能、高效制氢且能够持续有效地运行。

本申请公开了一种基于质子交换膜的电解制氢系统及控制方法，包括PEM电解槽，氧气循环系统，氢气循环系统和水箱，PEM电解槽的阳极和阴极之间设置有质子交换膜，PEM电解槽上开设有氧气路入口、氧气路出口，氢气路入口和氢气路出口，氧气路入口和氧气路出口与氧气循环系统连通，氢气路入口和氢气路出口与氢气循环系统连通，PEM电解槽与耗电电路并联设置；氢气循环系统包括氢气气液分离罐和氢气路水泵，氢气路水泵与所述氢气气液分离罐相通，氢气路出口与所述氢气气液分离罐连通，氢气路水泵与氢气路入口连通；水箱分别与氢气气液分离罐以及氧气循环系统连通。该基于质子交换膜的电解制氢系统使得氢气能够充分排出，降低了停机时电解槽两端的电势差。

本发明公开了一种在线吸脱附氨氢燃料电池系统及其发电方法，包括氨气蒸发柜、套管式氨气液分离装置、氨分解反应装置、换热装置、变温吸附系统、燃料电池、鼓风机、燃烧器和换热介质循环系统。氨气蒸发柜通过套管式氨气液分离器和氨分解反应装置相连接，氨分解反应装置经变温吸附系统和燃料电池相连接，发电装置和变温吸附系统均与燃烧器的入口相连接，燃烧器的气体出口与氨分解反应装置的第二入口相连接，氨气蒸发柜经套管式氨气液分离器和换热器相连接。本系统各模块高效系统耦合，具备自动在线吸脱附功能，系统能量利用效率高，零碳排放无污染，可适用在‑15℃‑50℃的山区或者海岛等极端场景中。

本申请公开了一种基于氨分解制氢的动力系统，包括储氨装置、平板式氨分解反应器、燃烧装置、锅炉汽包、水箱和轮机系统，储氨装置与平板式氨分解反应器的氨气入口连通；平板式氨分解反应器的分解部分位于加热部分内部并且穿过其加热部分的两个侧面；分解部分的外壁和加热部分的内壁之间存在空隙；分解部分的两侧设置有氨气入口和分解气出口，加热部分上设置有烟气进口和烟气出口；氨气在分解部分内部的流动方向和换热介质在加热部件内部的流动方向相反；分解气出口和燃烧装置的燃烧入口连通，燃烧装置的燃烧出口与锅炉汽包连通；锅炉汽包与轮机系统连通。该基于氨分解制氢的动力系统提高了系统的能量利用率和系统的整体动力输出，实现了无碳排放。

本申请公开了一种应用氨分解制氢装置的冷排供电平衡系统，包括供氨机构、氨分解反应器、第一水冷器、纯化装置和燃料电池和水箱；供氨机构用于向氨分解反应器中提供氨气；氨分解反应器包括多个烟气管道和多个氨气管道，每个烟气管道中固定有多个氨气管道，多个烟气管道之间相连通；多个氨气管道和对应的烟气管道之间存在间隙；氨气管道与第一水冷器相通；第一水冷器与纯化装置连通，纯化装置与燃料电池的燃料进口连通；燃料电池的出口端与冷却器连通；冷却器还分别与烟气管道、纯化装置和第二水冷器连通；第二水冷器与水箱组成闭合回路。该冷排供电平衡系统有效回收了系统运行当中产生的液态水，提高了液态水的循环利用率，降低了能量消耗。

本发明公开了基于高压氨反应制氢的氨氢融合发动机及其控制方法，包括液氨罐、液氨泵、液氨汽化器、氨催化反应制氢装置、混合器和发动机，液氨罐通过液氨泵与液氨汽化器进口连接，液氨汽化器出口通过第一管路与氨催化反应制氢装置的进口端连接，氨催化反应制氢装置的出口端通过第二管路与混合器连接；发动机的压气机进气端连接有空气滤清器，其压气机出气端通过第三管路与混合器连接；混合器与发动机进气歧管连接，发动机排气歧管通过第四管路与后处理装置连接。本发明在发动机的压缩上止点附近，火花塞点燃缸内混合气体，将燃料的燃烧化学能转换为发动机的机械能，通过氨氢两个燃料同时经混合器进入发动机内，使得氨氢融合发动机的结构紧凑化。

本申请公开了一种氨燃料电池系统及发电方法，包括储氨装置、氨分解反应器、燃烧器和燃料电池，储氨装置用于为氨分解反应器提供氨气；氨分解反应器用于将从储氨装置导入的氨气分解为氢气和氮气；燃烧器用于为氨分解反应器提供能量；氨分解反应器的其中一个出口与燃料电池的阳极入口连通，燃料电池用于将从氨分解反应器中排出的混合气体的化学能转换为电能；氨分解反应器还与烟气回流装置连通，烟气回流装置中的热量用于加热从储氨装置中排出的氨气。该氨燃料电池系统有效利用了氨燃料电池系统产生的能量的同时，提高了燃料电池和燃烧器的发电效率；同时也间接地减少了整个系统对氨气的消耗。

本发明公开了一种耦合燃料电池和燃气涡轮机的氢/氨燃料能源系统，包括供氢子系统、空气供应子系统、燃料电池、燃烧装置和第一涡轮机，供氢子系统与燃料电池的阳极入口连通，空气供应子系统与燃料电池的阴极入口连通，燃料电池用于将从供氢子系统和空气供应子系统中导入气体的化学能转换为电能，燃料电池的阳极出口和阴极出口均与燃烧装置的气体入口连通，燃烧装置的气体出口与第一涡轮机连通，第一涡轮机的出口端与供氢系子统连通，第一涡轮机能够将运行时产生的热量传递给供氢子系统，以为供氢子系统提供能量。本发明实现了气体热量和压力的重复使用；减少了对外部能量的消耗，有效改善了系统的能量利用率和燃料电池发电过程中产生的热能，提高了系统的总能量产出。

本发明公开了一种基于膜分离的氨分解制氢系统及制氢方法，所述系统中储氨装置的出液口通过换热装置上的冷液通道与氨分解反应装置的气体入口连通，氨分解反应装置的气体出口通过换热装置上的气体通道，并借助第一压缩装置与吸附装置连通，吸附装置的吸附出口与提纯装置的进气口连通，提纯装置的氢气出口将分离出的纯氢收集或导入终端设备应用，分离气出口同时与吸附装置的吸附出口以及外部空气连通，提纯装置能够将经过吸附后的混合气体进一步提纯，并将分离后的剩余的气体导入吸附装置以用于吹扫吸附装置。该系统实现了吸附柱脱附后尾气的循环利用，实现了氨气和氮氧化物的零排放，提高了吸附装置的吹扫效果。

本申请公开了一种串联式氨燃料电池系统，包括氨分解反应单元、吸附柱单元、电气单元和燃料电池；氨分解反应单元包括自热式氨分解反应器、燃烧器和电加热氨分解反应器，燃烧器的两端分别与自热式氨分解反应器的入口端和电加热氨分解反应器的出口端连接，电气单元与电加热氨分解反应器电连通，自热式氨分解反应器中流通有启动烟气；自热式氨分解反应器的出口端与电加热氨分解反应器的入口端连通；吸附柱单元同时与电加热氨分解反应器的出口端以及燃料电池连通；吸附柱单元用于吸附从氨分解反应器排出的气体中的氨气。该系统无需外部供电、且能耗低，还避免了储存、供应氢气或者氢氮气增加系统复杂度、成本较高的问题。

一种模块化可拆卸氨燃料电池系统和模块化方法，包括第一集成模块、第二集成模块和第三集成模块，第一集成模块、第二集成模块和第三集成模块之间通过可拆卸式气路和快接口连接；其中第一集成模块用于集成吸附柱和氨罐，氨罐中的氨自蒸发吸热冷却所述吸附柱；所述第二集成模块用于集成氨分解组件；所述第三集成模块用于集成电气组件。将吸附柱固定于氨罐周边，氨的自蒸发吸热可以冷却周边吸附柱，提高吸附柱的吸附能力，通过系统模块化布局，每个集成模块之间均由快接和可拆卸式气路连接，需要移动设备时，可将快接及可拆卸式气路断开，逐个搬运各模块，使得搬运更加灵活。

本发明公开了一种氨自蒸发可快速吸脱附切换的氨燃料电池系统及其发电方法，所述系统中氨罐通过第一换热器与氨分解反应器上的氨气进口连通，其分解气出口通过第一换热器与吸附柱装置的吸附进气口连通，氨气分解产生的高温产物气通过第一换热器对氨气进行预热，吸附柱装置的吸附出气口与燃料电池的燃料进气口连通；第一鼓风机与燃料罐出气口管路合并后接入氨分解反应器的燃料气进口，其烟气输出口通过与吸附柱装置的烟气进口连通。本发明通过控制氨分解反应器内催化燃烧主要影响因素来控制催化燃烧产生的高温烟气温度稳定在600‑680℃，同时可防止火焰烧回；采用双吸附柱交替吸、脱附方案，通过控制气体走向及吸附柱的升温降温可实现吸附柱在线自脱附。

本发明公开了一种基于车载氨氢燃料电池热电冷三联供系统，包括氨气瓶、催化反应器、氢燃料电池、空气泵、第一室内换热器、蒸发器、循环泵和第二室内换热器，氨气瓶的出气端分供电管路、燃烧供气管路和供冷管路三路，供电管路的出气端依次与催化反应器、氢燃料电池连通；燃烧供气管路的出气端及空气泵的出气端通过合并后依次与催化反应器、第一室内换热器连通；供冷管路的出气端依次与蒸发器的冷气通道和催化反应器连通，蒸发器的换热通道与循环泵和第二室内换热器首尾相连形成环路。本发明以氨气作为原料制备氢气，通过不同的通路在为汽车供电的同时，利用过程热量对车厢内进行供热或供冷，并且只排出清洁产物。