CN207122373U - 醇‑氢混合燃料动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种醇‑氢混合燃料动力系统，其包括醇箱、蒸发器、电解器和发动机，所述的蒸发器的内腔与发动机的尾气排放管连通；醇箱通过输送管与蒸发器内腔的管道一端连接，醇箱一端的输送管上安装有醇泵；蒸发器内腔的管道的另一端与电解器的一端连接，电解器的另一端通过燃料输送管与发动机上的燃气喷嘴连接；燃料输送管上安装有储存罐，储存罐与电解器之间的燃料输送管上依次安装有压缩机和冷却罐；醇泵与蒸发器之间的输送管上依次安装有流量计和电磁阀，电解器内安装有与电池和控制器连接的阴极板和阳极板。本系统结构合理、安装操作方便、智能程度高，利用醇裂解制氢供发动机使用，保证装置长时间稳定工作，减少了目前汽油车的废气污染。

Description

醇-氢混合燃料动力系统

技术领域

本实用新型涉及混合动力系统，具体是一种以甲醇、乙醇或甲乙混合醇和氢气混合燃料动力系统。

背景技术

伴随着科技和经济的发展，人们的生活水平得到了极大地提高，电力和交通已经发生非同一般的发展，以交通来说，由于对汽车的依赖程度越来越深，这种便捷的汽车生活背后是以大量的能源消耗和日益严重的环境污染为代价的，不断减少的石油资源和不断升高的油价对汽车行业的发展构成了障碍。为了摆脱这种困境，寻找一种既可以摆脱对石油依赖而又可以减小环境污染具有重大的现实意义。

当今社会能源危机和环境问题日益严重，传统的汽油机和柴油机燃烧方式都很难同时降低氮氧化物和碳烟的排放，所以有必要开发研究新型低排放的燃烧方式。目前研究的热点之一是准均质充量压缩点火燃烧(QHCCI)方式，其提出了以油门开度信号作为汽油喷射量控制信号的控制方法，并且对柴同泵供油齿条位置传感器进行了标定，测控系统可同时进行汽油喷射控制、实时测量和处理，也可以进行实时数据采集和分析，对汽油喷油器进行了静态流量和动态流量的测试，是一种较新的方法，因为准均质充量压缩点火燃烧(QHCCI)方式占总燃料多数的预混合燃料以稀薄燃烧完成，燃烧速度比较快，故可能有很低的排放，尤其是碳烟和氮氧化物大大减少，因此QHCCI燃烧系统还有望有较好的燃油经济性，被认为是未来取代传统发动机燃烧方式的最有前途的技术之一。

现在市场上也有出现的清洁能源主要指氢燃料或者氢混合燃料作为动力。氢混合燃料可以是氢气-汽油、氢气-柴油、氢气-天然气，使用氢混合燃料能够使得动力系统实际运行工况灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与污染排放，如果燃油汽车采用混合动力，对环境造成的污染肯定大大降低。

基于此种情形，寻求一种既能利用可再生能源而又不污染环境的新能源车受到国际社会的极大关注。氢电混合动力发动机，它具有能量转化效率高、环境污染小等优点，从而成为发动机和汽车工业研发的热点。公开文献也报道了一些氢电混合动力汽车及系统，例如：

1、中国专利：裂解制氢工艺及其专用设备氢发生器，申请号：CN96100965.9，公开号：CN1134912A，申请人：董银谈，摘要：裂解制氢工艺，利用发动机排气余热，采用沸点为40-200℃无铅低硫汽油(烃类)、氨、醇类为裂解制氢原料，首先对制氢原料进行催化裂解转化为富氢气体，然后使富氢气体与汽油在旋涡超声器的激活均匀混合进入发动机作为燃料，实现以氢代燃。为实施前述工艺专门设计的氢发生器，结构紧凑、升温速度快，燃耗成本低，达到节油14-30％，汽车排放污染物减少30-50％，柴油机排放炭烟净化率达62％以上，符合环保法规的要求。

2.中国专利：一种甲醇裂解气发动机的冷启动装置，申请号：CN200710139416.1，公开号：CN101144443A，申请人：中北大学，摘要：该发明涉及一种甲醇裂解气发动机的冷启动装置，主要结构由：活塞体、活塞、压缩机构、压力传感器、电磁阀、催化裂解机构、电热丝、反应膜、喷射机构、喷嘴组成，它设置在甲醇裂解气发动机的前端，液化甲醇经催化裂解机构的直流电热丝加热、催化剂催化，液态甲醇变为气态，气态甲醇进入活塞腔，经压缩机构的电磁阀、压力传感器控制甲醇气压压力，由喷射机构的喷嘴将加热裂解后的气态甲醇喷至发动机内的点火器，完成冷启动，此装置结构紧凑、体积小、安装使用方便、点火启动迅速，每次启动只需50秒，冷启动适用范围为－40℃－5℃，适用于北方寒冷地区甲醇裂解气发动机汽车的冷启动，此装置改装后也可用于柴油发动机的冷启动。

3.中国专利：甲醇随车制氢醇醚和柴油复合燃料及其发动机，申请号：CN200810146995.7申请日：2008.08.29，公开号：CN101338228A，申请人：刘均涛、周玉祥，摘要：该发明属于内燃机替代燃料类，涉及一种甲醇(或乙醇)和低碳醇柴油复合燃料及其专用发动机，该燃料由燃料甲醇(或乙醇)和高(中)比例(50％－70％)低碳醇柴油组成，该专用发动机采用双燃料系统，即一个油箱储存燃料甲醇(或乙醇)，另一个油箱储存高(中)比例低碳醇柴油。前者裂解可制富氢，脱水可制混合醚、富氢。可以缩短燃料点火延迟期和持续燃烧时间，提高燃烧速度和热效率，降低燃油消耗(当50％富氢替代50％MH50甲醇柴油时，其质量替代比≤1.2∶1)，实现欧IV排放。由于醇醚燃料混合富氢能够大幅度提高燃烧效率，同时不回火，不爆轰(震)，最终可获甲醇柴油质量替代比为1.2∶1的综合效果。该发明可用于大功率重型柴油机、火车、船舶、矿山机械、柴油发电机组。优点是：该发明以煤化燃料甲醇为主，可以减轻对石油的过分依赖及降低柴油在内燃机中燃烧时的有害物质排放，社会效益和经济效益显著。

4.中国专利：一种水基燃料及燃烧方法，申请号：CN201010591288.6公开号：CN102533349A申请人：刘心灵，摘要：一种由河水、井水、自来水等普通饮用水与氧化剂、还原剂加成催化剂催化反应为一种水基燃料，在一定的温度条件下，HO分解还原裂解出的H比柴油、液化气能力高3倍的氢参加燃烧，同时自供氧效应，为燃烧增加了氧气助燃，使火焰更长更旺，燃烧更充分完全。水基燃料裂解燃烧的方法是：底下为改性甲醇液喷头，上面为水基燃料喷头结构，先将底下喷头点燃后产生一定的高温，给水基燃料创造一个分解还原的环境条件。如此能大量用水比例可达50-70％，降低燃烧成本，热效率高，无烟无味无污染，可用于发电厂的锅炉，采暖供热锅炉，民用灶火炉，燃油发电机，汽油、柴油内燃发动机等领域，节能环保安全，资源丰富，易于规模生产，储运方便，市场大，用途广，前景看好。

5.中国专利：天然气制氢式HCNG发动机燃气供给系统，申请号：200910097609.4，申请人：浙江大学，摘要:该发明提供了一种天然气制氢式HCNG发动机燃气供给系统，包括天然气钢瓶、燃气管路和发动机，天然气钢瓶与发动机通过燃气管路连通，所述的燃气管路的部分管路并联一制氢支路，制氢支路接有滑动弧反应器，滑动弧反应器通过可调变压器与电源连接。该发明将天然气发动机单燃料(天然气)进行部分电解，制得合适流量的氢气，再混合成为HCNG燃料，解决加氢站基础建设、氢燃料储存、氢燃料运输等一系列问题。

6.中国专利，高氢燃气发动机，申请号01243684.4，申请人：胜利石油管理局动力机械厂，摘要:该实用新型公开了一种高氢燃气发动机，能够燃烧氢气含量大于40%的气体，如水煤气、石油炼化尾气；还可燃烧天然气、煤层气、瓦斯气等气体；适于有上述气体资源的场所使用。

7.中国专利：一种醇氢燃料发动机，申请号：CN201510010102.6，公开号：CN104612861A，申请人：李子京，摘要：该发明公开一种由甲醇及甲醇裂解气作为燃料的全代燃发动机装置，统称为醇氢燃料发动机，其特征在于，包括：内燃发动机；甲醇升温器；甲醇裂解器；尾气导流阀；移动气液分离装置；智能控制单元；气体过滤器；单向阀；压力平衡罐；压力传感器；电磁阀；调压阀；温度传感器；多点喷射掺烧装置等组成。该发明使用高效的热超导技术把内燃发动机机体及热废气散发的辐射热能、及内燃发动机排出的废气热能，引导到醇氢裂解器内，裂解器温度达到基本一致，把甲醇完全裂解成富氢气体，并与甲醇按照比例混合燃烧，同时应用智能控制系统控制全代燃过程。尾气排放不污染环境，很大程度上解决了烧汽油、柴油的减排问题。

8.中国专利：醇裂解制氢氢汽车，申请号：CN200910197691.8，公开号：CN102039814A，申请人：韩林生，摘要：该发明公开了一种醇裂解制氢氢汽车，它包括制热部分、控制部分、醇气化裂解部分、氢发动机和合成部分。所述制热部分由汽车尾热装置和特制电加热器构成，在汽车发动控制系统指令下，能在瞬间将甲醇由液态变为气态；所述控制部分是通过电控单元监测发动机的转速和节气门的开度控制裂解器内甲醇喷射量；所述醇气化裂解部分包括汽化器和裂解器，从汽化器出来的气态甲醇进入所述裂解器，裂解出的氢气进入氢发动机气缸；所述合成部分包括温控仪、风门、醇燃料箱、冷却箱、混合器、空滤器等组成。该发明采用醇裂解制氢技术，利用可再生能源中较为廉价的甲醇作为汽车燃料，经济环保，摆脱了对传统石油能源汽油或柴油的依赖。

9、中国专利：一种醇氢燃料发动机，申请号：CN201410334794.5，公开号：CN104100421A，申请人：李子京，摘要：该发明公开一种由甲醇及甲醇裂解气作为燃料的全代燃发动机装置，统称为醇氢燃料发动机，其特征在于，包括：内燃发动机；甲醇升温器；甲醇裂解器；尾气导流阀；移动气液分离装置；智能控制单元；气体过滤器；单向阀；压力平衡罐；压力传感器；电磁阀；调压阀；温度传感器；多点喷射掺烧装置等组成。本实用新型使用高效的热超导技术把内燃机机体及热废气散发的辐射热能、及内燃机排出的废气热能，引导到醇氢裂解器内，裂解器温度达到基本一致，把甲醇完全裂解成富氢气体，并与甲醇按照比例混合燃烧，同时应用智能控制系统控制全代燃过程。尾气排放不污染环境，很大程度上解决了烧汽油、柴油的减排问题。

10、中国专利：氢电混合动力汽车，申请号：201110372678.9，申请日：2011.11.22，申请人：昆明新能源发展有限公司，地址：云南省昆明市人民东路483号，发明人：徐泽涛、董荣、董宝莲、董银谈，摘要：该发明涉及一种用氢作燃料的氢电混合动力汽车，属汽车领域。其特征是在氢发动机排气管路上串接一个醇裂解氢发生器，它可利用排气余热(并用电加热作为醇裂解氢发生器反应床的冷态升温、恒温的补充热源)，将醇催化裂解随车制氢，并使所产氢气作为发动机燃料运转，以此驱动汽车行驶和发电机发电，并对用户供电。当和电动机组合驱动汽车时，可达到超低排放或零排放水平。而制醇原料丰富，有甘蔗、玉米、高粱、木薯等均是可再生的资源，取之不尽，用之不竭。所述制氢的原料醇类可以是50°-65°含水甲醇或乙醇，制造工艺简单，成本低廉。液态醇的贮存、运输和网络供应也十分安全和方便。

上述公开报道的氢电混合动力系统主要研究和开发废气余热催化裂解装置，可克服现有稀相燃烧柴油机运行范围窄、压缩比低以及着火角度不易控制等缺点，但是有的结构复杂，推广不容易。

当今世界面临着石油能源危机和环境污染两大问题。能源与环境问题已成为影响中国乃至世界经济和社会发展的重要因素。因此，积极寻求和发展清洁能源已成为各国的头等大事。改变石油短缺、环境污染的唯一方法，就是减少对石油的依赖，开发绿色高效清洁替代能源。

随着中国经济的高速发展，石油使用量的快速增加，以及国际原油价格的飞涨，对中国石油供给和环境保护造成了巨大压力，节能减排任务形势严峻。

目前使用的甲醇汽油只是简单的把甲醇按照一定的比例掺到汽油中使用，没有完全摆脱对汽油的依赖。本实用新型使用甲醇、乙醇或甲乙混合醇裂解的富氢气体与甲醇、乙醇或甲乙混合醇混合燃烧，摆脱了对石油的依赖。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种甲醇、乙醇或甲乙混合醇和氢气混合燃料动力系统，本动力系统结构合理、安装操作方便、智能程度高，利用醇裂解制氢供发动机使用，保证装置长时间稳定工作，减少了目前汽油车的废气污染，让动力系统摆脱对石油的依赖。

本实用新型的技术解决方案是：

一种醇-氢混合燃料动力系统，其包括醇箱、蒸发器、电解器和发动机，所述的蒸发器的内腔与发动机的尾气排放管连通，尾气从蒸发器的一端进入，从另一端排出；醇箱通过输送管与蒸发器内腔的管道一端连接，醇箱一端的输送管上安装有醇泵；蒸发器内腔的管道在蒸发器内迂回设置；蒸发器内腔的管道的另一端与电解器的一端连接，电解器的另一端通过燃料输送管与发动机上的燃气喷嘴连接；燃料输送管上安装有储存罐，储存罐与电解器之间的燃料输送管上依次安装有压缩机和冷却罐；醇泵与蒸发器之间的输送管上依次安装有流量计和电磁阀，电解器内安装有与电池和控制器连接的阴极板和阳极板。电解器内设置有多片阴极板和阳极板，阴极板和阳极板相互交错。

所述的储存罐上安装有压力表。

储存罐与燃气喷嘴之间的燃料输送管上安装有稳压阀。

所述的蒸发器内安装有热电偶和温度传感器。

所述的电解器内安装有压力传感器。

醇箱内的液体为甲醇、乙醇或甲乙混合醇。

阴极板由铜矿石粉、铝土矿粉、铅锌矿石粉和碳粉制成，铜矿石粉、铝土矿粉、铅锌矿石粉和碳粉的重量比为（0.5-1）: （0.5-1）: （0.5-1）: （0.5-1）。

阳极板由高岭土矿粉、碳粉和铁矿石粉制成，高岭土矿粉、碳粉和铁矿石粉的重量比为（0.5-1）: （0.5-1）: （0.5-1）。

所述的铜矿石粉铜含量在0.2%以上；

所述的铝土矿粉铝含量在10%以上；

所述的铅锌矿石粉铅锌总含量在5%以上；

铁矿石粉铁含量在30%以上。

高岭土是一种主要以高岭石（Kaolin）为主要成分的黏土矿物，富含包括硅、锌、镁、铝等矿物质，化学分子简式：Al4(Si4O10)OH8，除Al2O3外，还含SiO2。

醇-氢混合燃料动力系统的控制方法包括以下步骤：

①储存罐备有达设定压力值的醇-氢混合燃料；

②操作人员启动发动机电控板并完成相关设置，控制器自检，完成电动机的正常驱动；

③储存罐为发动机提供燃料，稳压阀将燃料稳定的输送给发动机；

④发动机的尾气从尾气排放管排出，蒸发器温度升高，当温度达到要求时，控制器启动醇泵和电磁阀，将醇箱内的原料通过输送管输送到蒸发器，再输送到电解器内进行电解；若储存罐内的混合燃料的压力低于设定值，蒸发器的温度达未到要求时，控制器启动热电偶为蒸发器辅助加热；保证蒸发器的温度达到政府燃料的设置；

⑤电解器电解得到的醇-氢混合燃料经过冷却罐后，经过压缩机进入储存罐内，压缩机工作，保证储存罐压力处于设定值范围内；

⑥与发动机连接的发电机为电池充电；

⑦当不需发动机工作时，发动机停止工作，控制器控制电磁阀、蒸发器、热电偶、电解器和电解器继续工作，待储存罐内的混合燃料压力达到设定压力值时，才停止所有部件工作。

本实用新型醇-氢混合燃料动力系统具有如下有益效果：

1、本动力系统是将醇裂解氢燃料经济性好，性能好的性能优异的醇-氢混合燃料动力系统，氢气不含有碳，燃烧后不产生CO₂，氢气可以通过太阳能、风能等可再生能源获得，被认为是理想的能源或能源载体。氢气作为内燃机燃料时，极易实现稀薄燃烧，排放污染物少，热效率高，特别是在未来汽油资源即将衰竭的时候，能够利用生物质提供新的能源。

2、本实用新型醇-氢混合燃料动力系统结构合理、安装操作方便、智能程度高，利用甲醇、乙醇或甲乙混合醇裂解氢化推动发动机，保证装置长时间稳定工作，减少了目前汽油车的废气污染，让动力系统摆脱对石油的依赖。

3、本实用新型醇-氢混合燃料动力系统采用的电解器内设置有多片阴极板和阳极板，阴极板和阳极板相互交错。醇箱内的原料经过蒸发器蒸发后，才通入电解器内，电解器易实现原料的电解，电解充分，提供燃料利用率。

附图说明

图1是醇-氢混合燃料动力系统的结构原理图；

图中序号的名称为：

1、醇箱，2、醇泵，3、流量计，4、输送管，5、电磁阀，6、蒸发器，7、热电偶，8、温度传感器，9、电池，10、控制器，11、压力传感器，12、阴极板，13、电解器，14、阳极板，15、燃料输送管，16、冷却罐，17、压缩机，18、储存罐，19、压力表，20、稳压阀，21、燃气喷嘴，22、发动机，23、尾气排放管。

具体实施方式

为了更加详细的介绍本实用新型，下面结合实施例和附图，对本实用新型做进一步说明。

如图所示：醇-氢混合燃料动力系统，其包括醇箱1、蒸发器6、电解器13和发动机22，所述的蒸发器6的内腔与发动机22的尾气排放管23连通；醇箱1通过输送管4与蒸发器6内腔的管道一端连接，醇箱1一端的输送管4上安装有醇泵2；蒸发器6内腔的管道在蒸发器6内迂回设置；蒸发器6内腔的管道的另一端与电解器13的一端连接，电解器13的另一端通过燃料输送管15与发动机22上的燃气喷嘴21连接；燃料输送管15上安装有储存罐18，储存罐18与电解器13之间的燃料输送管15上依次安装有压缩机17和冷却罐16；醇泵2与蒸发器6之间的输送管4上依次安装有流量计3和电磁阀5，电解器13内安装有与电池9和控制器10连接的阴极板12和阳极板14。

所述的储存罐18上安装有压力表19。

储存罐18与燃气喷嘴21之间的燃料输送管15上安装有稳压阀20。

所述的蒸发器6内安装有热电偶7和温度传感器8。

所述的电解器13内安装有压力传感器11。

醇箱1内的液体为甲醇、乙醇或甲乙混合醇。

阴极板12由铜矿石粉、铝土矿粉、铅锌矿石粉和碳粉制成，铜矿石粉、铝土矿粉、铅锌矿石粉和碳粉的重量比为（0.5-1）: （0.5-1）: （0.5-1）: （0.5-1）。

阳极板14由高岭土矿粉、碳粉和铁矿石粉制成，高土矿粉、碳粉和铁矿石粉的重量比为（0.5-1）: （0.5-1）: （0.5-1）。

醇-氢混合燃料动力系统的控制方法包括以下步骤：

①储存罐18备有达设定压力值的醇-氢混合燃料；

②操作人员启动发动机22电控板并完成相关设置，控制器10自检，完成电动机22的正常驱动；

③储存罐18为发动机22提供燃料，稳压阀20将燃料稳定的输送给发动机；

④发动机22的尾气从尾气排放管23排出，蒸发器6温度升高，当温度达到要求时，控制器10启动醇泵2和电磁阀5，将醇箱1内的原料通过输送管4输送到蒸发器6，再输送到电解器13内进行电解；若储存罐18内的混合燃料的压力低于设定值，蒸发器6的温度达未到要求时，控制器10启动热电偶7为蒸发器6辅助加热；

⑤电解器13电解得到的醇-氢混合燃料经过冷却罐16后，经过压缩机17进入储存罐18内，压缩机17工作，保证储存罐18压力处于设定值范围内；

⑥与发动机22连接的发电机为电池9充电；

⑦当不需发动机22工作时，发动机22停止工作，控制器10控制电磁阀5、蒸发器6、热电偶7、电解器13和电解器13继续工作，待储存罐18内的混合燃料压力达到设定压力值时，才停止所有部件工作。

上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不限于上述实例，本技术领域的普通技术人员，在本实用新型的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种醇-氢混合燃料动力系统，其特征在于：包括醇箱（1）、蒸发器（6）、电解器（13）和发动机（22），所述的蒸发器（6）的内腔与发动机（22）的尾气排放管（23）连通；醇箱（1）通过输送管（4）与蒸发器（6）内腔的管道一端连接，醇箱（1）一端的输送管（4）上安装有醇泵（2）；蒸发器（6）内腔的管道在蒸发器（6）内迂回设置；蒸发器（6）内腔的管道的另一端与电解器（13）的一端连接，电解器（13）的另一端通过燃料输送管（15）与发动机（22）上的燃气喷嘴（21）连接；燃料输送管（15）上安装有储存罐（18），储存罐（18）与电解器（13）之间的燃料输送管（15）上依次安装有压缩机（17）和冷却罐（16）；醇泵（2）与蒸发器（6）之间的输送管（4）上依次安装有流量计（3）和电磁阀（5），电解器（13）内安装有与电池（9）和控制器（10）连接的阴极板（12）和阳极板（14）。

2.根据权利要求1所述的醇-氢混合燃料动力系统，其特征在于：所述的储存罐（18）上安装有压力表（19）。

3.根据权利要求1所述的醇-氢混合燃料动力系统，其特征在于：储存罐（18）与燃气喷嘴（21）之间的燃料输送管（15）上安装有稳压阀（20）。

4.根据权利要求1所述的醇-氢混合燃料动力系统，其特征在于：所述的蒸发器（6）内安装有热电偶（7）和温度传感器（8）。

5.根据权利要求1所述的醇-氢混合燃料动力系统，其特征在于：所述的电解器（13）内安装有压力传感器（11）。

6.根据权利要求1所述的醇-氢混合燃料动力系统，其特征在于：醇箱（1）内的液体为甲醇、乙醇或甲乙混合醇。

7.根据权利要求1所述的醇-氢混合燃料动力系统，其特征在于：所述的阴极板（12）由铜矿石粉、铝土矿粉、铅锌矿石粉和碳粉制成，铜矿石粉、铝土矿粉、铅锌矿石粉和碳粉的重量比为（0.5-1）: （0.5-1）: （0.5-1）: （0.5-1）。

8.根据权利要求1所述的醇-氢混合燃料动力系统，其特征在于：所述的阳极板（14）由高岭土矿粉、碳粉和铁矿石粉制成，高土矿粉、碳粉和铁矿石粉的重量比为（0.5-1）: （0.5-1）: （0.5-1）。