CN112901376A - 一种以甲醇为燃料的氢能增程系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以甲醇为燃料的氢能增程系统，属于新能源车领域增加行驶里程的系统解决方案，其特征在于：1.充分利用发动机尾气的余热，通过吸收尾气的热量，提供甲醇重整制氢所需要的能量；2.通过催化燃烧甲醇的方式，补充维持甲醇重整制氢所欠缺的能量；3.通过电加热丝加热的方式，实现在‑30℃极寒环境下的甲醇催化燃烧启动。4.氢能增程式发动机是以甲醇重整制氢生成的重整气（富氢燃料）为直接燃料。通过以上方式，能够有效提升燃料的利用效率，同时解决以甲醇为单一燃料的低温冷启动困难的问题以及甲醇冷启动时排放指标不达标的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种新能源汽车增加行驶里程的系统解决方案，特别涉及一种以甲醇为基础燃料的氢能增程系统。
背景技术
甲醇是一种国际公认的高清洁能源，是一种优良的燃料，理论上甲醇燃烧之后只剩下CO2和H2O，用甲醇燃料发动机作为原动机带动发电机发电，将使发动机的排放情况大大好转，特别是原来汽油发动机排放的污染物会大大降低。
但甲醇的汽化潜热是1100MJ/kg，使同样质量甲醇液体汽化吸收的热量是汽油的3.58倍，同时甲醇的闪点是12.2℃，当环境温度降低到15℃时，甲醇发动机从冷车状态启动就变得十分困难。
目前众多的甲醇发动机的启动方案中，应用最广的是汽油、甲醇双燃料发动机。当环境温度低于15℃时，先使用汽油启动热车，再切换到甲醇燃料。
在国家对发动机尾气排放要求越来越高的背景下，即使通过甲醇冷车启动，发动机冷启动时候的排放指标也很难达到国家的排放要求。
发动机燃烧后产生的尾气中含有大量的热能，一般都是直接排放到空气中，这个就产生了大量的能源浪费，造成能源利用效率低下。
发明内容
本发明针对现有技术存在的以上不足，提出一种以甲醇为燃料的氢能增程系统，能够有效解决甲醇燃料发动机低温冷启动困难、甲醇冷车启动排放不达标以及发动机尾气无法维持甲醇重整制氢所需能量等问题，同时又能够通过回收利用发动机尾气的热量以提高燃料的利用效率。
本发明通过以下技术方案实现，包括：氢能增程式发动机、甲醇催化燃烧器、甲醇水溶液加热器、甲醇制氢重整器、甲醇水溶液蒸发器、冷凝器、重整气缓冲罐、空气泵、甲醇水燃料箱。
较佳地，甲醇催化燃烧器内部填装甲醇低温燃烧催化剂，催化剂结构采用蜂窝煤状的多孔结构。
较佳地，甲醇催化燃烧器内部安装电加热丝，用于低温环境下对催化燃烧甲醇的预加热。
较佳地，甲醇水溶液蒸发器采用不锈钢水平盘管并层叠方式的换热器，采用甲醇制氢重整器的出口尾气作为换热源。
较佳地，甲醇制氢重整器采用U型列管结构，在壳程装填甲醇重整制氢催化剂，列管内部走发动机尾气换热。
较佳地，甲醇水溶液加热器采用不锈钢螺旋盘管换热器，采用甲醇催化燃烧器的出口尾气作为换热源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
图1为本发明的系统结构框图。
附图标记：1-氢能增程式发动机、2-甲醇催化燃烧器、3-甲醇水溶液加热器、4-甲醇制氢重整器、5-甲醇水溶液蒸发器、6-冷凝器、7-重整气缓冲罐、8-甲醇水箱、9-空气泵。
具体实施方式
下面将结合附图1对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
发动机在-30℃的极寒低温环境下冷车启动时，首先甲醇催化燃烧器内的电加热丝通过车内电池供电后工作。
进一步的，电加热丝给甲醇和催化剂预热，同时空气泵输入外部空气，甲醇和空气在催化剂表面实现催化燃烧。
进一步的，甲醇催化燃烧产生的尾气给甲醇制氢重整器内部的甲醇重整制氢催化剂加热。
进一步的，甲醇重整制氢催化剂加热到200℃以上时，将体积比69%的甲醇水溶液泵入甲醇制氢重整器，开始重整制氢产生重整气，重整气成分为体积比：74%左右的H2、25%左右的CO2、小于1%的CO。
进一步的，重整气缓冲罐的压力大于2bar以上时，发动机即可以重整气为燃料点火启动。
优选地，上述的甲醇制氢重整器甲醇重整制氢所需要的热量来源于发动机尾气的热能。
进一步的，当发动机尾气的热能无法满足于甲醇重整制氢所需要的热量时，通过甲醇催化燃烧器催化燃烧甲醇来补充热量。
优选地，甲醇水溶液蒸发器采用不锈钢水平盘管并层叠方式的换热器，使能够在有效的空间里，容纳更长的不锈钢管，增大换热面积。
进一步的，甲醇水溶液蒸发器采用甲醇制氢重整器的出口尾气作为换热源，经换热后，最终排出的尾气温度在120℃以下，充分利用发动机尾气的余热。
优选地，甲醇水溶液加热器采用不锈钢螺旋盘管换热器，采用甲醇催化燃烧器的出口尾气作为换热源，经换热后，能够有效降低发动机尾气的温度，避免过高温度的发动机尾气进入甲醇制氢重整器后，导致甲醇重整制氢催化剂因温度过高而烧结损坏。
优选地，甲醇制氢重整器产生的重整气（成分为体积比：74%左右的H2、25%左右的CO2、小于1%的CO）温度为200℃以上，为避免过高温度的重整气损坏进气管路及阀门等，在甲醇制氢重整器的重整气出口串接冷凝器，将重整气温度降低到60℃以下。
优选地，为保证重整气能够以持续稳定的压力进入到发动机缸，在重整气进发动机缸前串接重整气缓冲罐。
进一步的，重整气缓冲罐有5个螺纹接口，包括：重整气进口、重整气出口、冷凝液排出口、压力变送器接口、泄压阀接口。
优选地，本发明的增程系统是以体积比69%的甲醇水溶液为基础燃料，氢能增程式发动机是以重整气为直接燃料。
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描述，而且在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，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，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以变化含括在本发明内。
Claims (5)
1.一种以甲醇为燃料的氢能增程系统，其特征在于，其包括：氢能增程式发动机、甲醇催化燃烧器、甲醇水溶液加热器、甲醇制氢重整器、甲醇水溶液蒸发器、冷凝器、重整气缓冲罐、甲醇水箱、空气泵等主要构成的氢能增程系统。
2.根据权利要求1所述的一种以甲醇为燃料的氢能增程系统，其特征在于，所述的基础燃料是甲醇水溶液，其甲醇体积比混合比例为69%。
3.根据权利要求1所述的一种以甲醇为燃料的氢能增程系统，其特征在于，发动机尾气的热量无法维持甲醇重整制氢所需要的能量时，通过甲醇催化燃烧器催化燃烧甲醇的方式来补充热量。
4.根据权利要求1所述的一种以甲醇为燃料的氢能增程系统，其特征在于，在甲醇催化燃烧器内部安装加热电阻丝，以保证在-30℃的极寒环境下也能够催化燃烧甲醇。
5.根据权利要求1所述的一种以甲醇为燃料的氢能增程系统，其特征在于，甲醇制氢重整器重整制氢所需要的能量主要来源于发动机尾气的热量，当发动机尾气的热量不够时，通过催化燃烧甲醇的方式来补充热量。
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