CN107023425A - 一种基于醇氢混合燃料的増程器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于醇氢混合燃料的増程器，主要包括甲醇燃料箱、发动机、甲醇裂解器以及发电机四部分。本发明的基本原理为甲醇裂解器通过利用尾气的热量同时在催化剂的作用下裂解甲醇，实现甲醇裂解变成为氢气和一氧化碳，之后将富氢裂解气引入气缸进行燃烧，在减少排放的同时又能满足燃烧热值需求。与传统利用方式相比，氢气由甲醇裂解产生，无需装设高压气瓶储氢，也无需到加氢站去加氢续行，排除了运氢和储氢环节中的各项难题。本发明克服了现有技术存在的天然气或者氢气安全上车、续航力低和装车成本高的问题，可以使电动汽车车载动力电池减少四分之三以上，其推广应用将降低新能源汽车制造成本并提高其续航里程。

Description

一种基于醇氢混合燃料的増程器
技术领域
本发明设计一种电动汽车増程器，主要应用于纯电动汽车以增加其一次性行驶里程。
背景技术
近年来随着石油资源面临枯竭以及人们对环境污染问题意识的逐渐提高，电动汽车以其零排放、零污染、噪声小以及能量转换效率高等优点逐渐成为世界各国所关注的焦点，近些年来电动汽车虽然取得了很大发展，但由于电动汽车电池导致续航能力短等问题，以及严重影响到电动汽车的推广与发展。对于纯电动汽车解决续航能力的一个重要思路就是在纯电动汽车上安装増程器。增程器的形式通常有：小型发电机、蓄电池和燃料电池等，普遍的做法是用小型发电机来做増程器。
目前用小型发电机做的増程器主要是由2缸汽油或者柴油机与发电机组成的发电机***，但是此车载燃油内燃机(増程器)发电，依然消耗的是传统化石燃料，与燃油发动机烧油的基本原理是相同的，仍然有尾气排放污染问题，与新能源汽车初衷相悖。另外一些由天然气或者氢气供给的车载燃气内燃机进行发电，虽然排放问题解决了，但是天然气或者氢气如何上车以及安全问题却没能很好的解决，此外还有一些发动机直接采用甲醇作为燃料，甲醇虽具有清洁可再生的优点，但是由于甲醇燃料本身热值偏低，无法满足有效满足发动机工作需求。
发明内容
本发明提出一种基于醇氢混合燃料的増程器，用于实现甲醇与甲醇裂解气掺烧，解决现有技术存在的排放污染以及燃烧热值偏低技术问题。
本发明提出的一种基于醇氢混合燃料的増程器，包括第一油泵，燃料箱，第二油泵，甲醇流量阀及甲醇裂解器；其中：
所述燃料箱用于储存甲醇，其与第二油泵相连；所述第二油泵通过管路与甲醇流量阀相连，用于输送甲醇；
所述甲醇流量阀用于控制甲醇裂解量，其输出端外接甲醇裂解器，用于控制输送至甲醇裂解器甲醇量；
所述甲醇裂解器用于将甲醇裂解为氢气和一氧化碳；其输出端外接发动机，输送裂解后的氢气和一氧化碳；
所述第一油泵的输入端与燃料箱相连，输出端外接发动机，用于向发动机输送甲醇。
进一步的，所述甲醇裂解器工作能源是利用汽车废气热回收的；
本发明还提出一种基于所述增程器的动力***，还包括发动机，发电机和弹性联轴器；所述发电机通过弹性联轴器与发动机相连，在发动机的带动下发电，给电动汽车蓄电池充电；
工作时，燃料箱中的甲醇一部分通过第一油泵进入发动机，另一部分甲醇通过第二油泵通过甲醇流量阀后进入甲醇裂解器，进入甲醇裂解器的甲醇在经过催化裂解之后，变为氢气、一氧化碳以及甲醇蒸气的混合气，混合气进入发动机与进气管中的新鲜空气混合后进入发动机气缸进行燃烧，发动机的运转带动发电机运转，从而发电机发电。
进一步的，所述动力***，还包括燃油滤清器，空气滤清器，油压调节器；其中：
所述燃油滤清器设在甲醇输送管路上，用于除去甲醇中的杂质；所述空气滤清器设在发动机进气管路，用于除去空气中的杂质；油压调节器设在发动机油轨末端，用于保证发动机燃油***压力在使用范围；
进一步的，所述増程器的甲醇裂解器所产生的混合气在发动机进气歧管前的主进气道位置与进气管中的新鲜空气混合后进入发动机，以均匀分配到发动机各缸。
本发明所提供的増程器的甲醇裂解器与原内燃机的消音器置换即可，不会增大増程器所需空间。
本发明所提供増程器的裂解气油管及裂解气管,除与甲醇裂解器接触部分为铜或不锈钢的金属外，其余为塑料管。
本发明的基本原理为通过利用尾气的自身热量在催化剂的作用下裂解甲醇，实现甲醇裂解变成为氢气(H2)和一氧化碳(CO)(反应式：CH3OH→CO+2H2)，之后将富氢裂解气引入气缸进行燃烧，由于气态氢本身的燃烧热值较高，加上强劲的火焰传播速度、能促进其他燃料加速燃烧。甲醇作为单一燃料时其热值仅为汽油的45.7％，而甲醇与甲醇裂解气混合燃烧的热值提高到汽油的90％以上，相比较而言提高将近一倍，完全可以满足使用要求。
本发明所提供的増程器利用了氢气燃烧热值较高，加上强劲的火焰传播速度的特点。但与传统利用方式相比，氢气由甲醇裂解产生，无需装设高压气瓶储氢，也无需到加氢站去加氢续行，排除了运氢和储氢环节中的各项难题。
本发明设计的増程器，通过采用甲醇与甲醇裂解气进行掺烧，相对于使用传统燃料(汽油或柴油)的内燃机，一方面可以达到燃烧热值的要求，满足増程器工作需要，另一方面由于使用的燃料为甲醇与甲醇裂解气等都为清洁可再生燃料，可以实现节能减排的目的。使得安装此増程器的纯电动汽车续航能力与传统燃料汽车基本相同。
本发明所提供的増程器可以达到燃烧热值的要求，满足増程器动力需要，实现节能减排的目的，克服现有技术存在的天然气或者氢气安全上车、续航力低和装车成本高的问题，可以使电动汽车车载动力电池减少四分之三以上，其推广应用将降低新能源汽车制造成本，对新能源纯电动汽车的发展与推广以及提升我国新能源纯电动汽车在世界新能源汽车中的地位具有极大意义。
附图说明
图1为醇氢混合燃料的増程器的结构示意图，其中1表示发动机，2表示发电机，3表示弹性联轴器，4表示燃油滤清器，5表示进油管，6表示第一油泵，7表示燃料箱，8表示第二油泵，9表示裂解气油管，10表示空气滤清器，11表示裂解气管，12表示油压调节器，13甲醇流量阀，14表示甲醇裂解器，15表示螺栓。
图2为醇氢混合燃料増程器的示意框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
电动汽车的蓄电池电量快要耗尽时増程器开始工作，増程器工作时，燃料箱7中的甲醇一部分通过第一油泵6吸出，通过进油管5，然后燃油通过燃油滤清器4,经过过滤后的甲醇进入发动机1，另一部分甲醇通过第二油泵8，通过裂解气油管9进入甲醇流量阀13，之后通入甲醇裂解器14，其中裂解气油管9在靠近裂解器14部分为金属管，金属管与甲醇裂解器14连接部分可以为焊接，从而保证气密性，进入甲醇裂解器14的甲醇在铜-镍或锌等催化剂以及发动机1排气余热的作用下开始裂解，甲醇裂解为H2和CO,裂解后的H2、CO、甲醇蒸汽及含有少量水蒸气的混合气通过裂解气管11排出甲醇裂解器14，相应的裂解气管11在靠近甲醇裂解器14部分为金属管，同样的为保证气密性，裂解气管11在靠近甲醇裂解器14连接方式为焊接，排出甲醇裂解器14的裂解气混合气与通过空气滤清器10进入发动机1进气管的新鲜空气混合后进入发动机1燃烧室，同时与直接喷入燃烧室的甲醇混合燃烧，发动机1的运转带动发电机2运转，从而发电机2发电，发出的电用于电动汽车蓄电池的充电，从而提高电动汽车的续航能力。
本发明中发电机2与发动机1通过弹性联轴器连接在一起，此外发电机2与发动机1之间也可直接通过刚性连接件连接，其中弹性联轴器能够补偿发动机与发电机两连接轴之间的相对位移，且具有吸收震动，缓和冲击的优点，刚性连接件对定位安装工艺的要求不高且轴向尺寸较小，可根据实际情况灵活选用。
本发明中，甲醇裂解器14前部设置有甲醇流量阀13，即可根据不同的掺烧比例需求调节阀开度，即对于单缸小排量发动机选择小开度，两缸或多缸大排量采用大开度。
由于裂解气中含有氢气，氢气热值为132MJ/kg，甲醇热值为21MJ/kg，汽油热值为44MJ/kg，即氢气的热值是汽油热值的3倍，是甲醇热值的6.3倍，且氢气火焰传播速度是汽油燃烧速度7倍以上，氢气的加入促进了燃烧反应过程，提高了燃料当量热值，计算表明甲醇与甲醇裂解气混合燃烧的热值可提高到汽油的90％以上，且排放大幅度下降，真正达到节能减排目标。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于醇氢混合燃料的増程器，其特征在于，包括第一油泵(6)，燃料箱(7)，第二油泵(8)，甲醇流量阀(13)及甲醇裂解器(14)；其中：
所述燃料箱(7)用于储存甲醇，其与第二油泵(8)相连；所述第二油泵(8)通过管路与甲醇流量阀(13)相连，用于输送甲醇；
所述甲醇流量阀(13)用于控制甲醇裂解量，其输出端外接甲醇裂解器，用于控制输送至甲醇裂解器(14)甲醇量；
所述甲醇裂解器(14)用于将甲醇裂解为氢气和一氧化碳；其输出端外接发动机，输送裂解后的氢气和一氧化碳；
所述第一油泵(6)的输入端与燃料箱(7)相连，输出端外接发动机，用于向发动机输送甲醇。
2.根据权利要求1所述的醇氢混合燃料的増程器，其特征在于，所述甲醇裂解器(14)工作能源是利用汽车废气热回收的。
3.一种基于权利要求1所述增程器的动力***，其特征在于，还包括发动机(1)，发电机(2)和弹性联轴器(3)；所述发电机(2)通过弹性联轴器(3)与发动机(1)相连，在发动机(1)的带动下发电，给电动汽车蓄电池充电；
工作时，燃料箱(7)中的甲醇一部分通过第一油泵(6)进入发动机(1)，另一部分甲醇通过第二油泵(8)通过甲醇流量阀(13)后进入甲醇裂解器(14)，进入甲醇裂解器(14)的甲醇在经过催化裂解之后，变为氢气、一氧化碳以及少量甲醇蒸气的混合气，混合气进入发动机(1)与进气管中的新鲜空气混合后进入发动机(1)气缸进行燃烧，发动机(1)的运转带动发电机(2)运转，从而发电机(2)发电。
4.根据权利要求3所述的动力***，其特征在于，还包括；燃油滤清器(4)，空气滤清器(10)，油压调节器(12)；其中：
所述燃油滤清器(4)设在甲醇输送管路上，用于除去甲醇中的杂质；所述空气滤清器(10)设在发动机进气管路，用于除去空气中的杂质；油压调节器(12)设在发动机油轨末端，用于保证发动机燃油***压力在使用范围。
5.根据权利要求书1或2所述的醇氢混合燃料的増程器，其特征在于，所述甲醇裂解器(14)所产生的混合气在发动机进气歧管前的主进气道位置与进气管中的新鲜空气混合后进入发动机(1)，以均匀分配到发动机(1)各缸。
6.根据权利要求书1或2所述的醇氢混合燃料的増程器，其特征在于，所述甲醇裂解器安装在原内燃机的消音器位置，以节省増程器所需空间。
7.根据权利要求书1或2所述的醇氢混合燃料的増程器，其特征在于，除与甲醇裂解器接触部分管路为铜或不锈钢的金属外，其余管路为塑料管。
8.根据权利要求1所述的醇氢混合燃料的増程器，其特征在于，所述醇氢混合动力原理同样适用于除增程器以外的车辆等其他装置。
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