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無(wú)尾氣排放的水氫動(dòng)力工程車的制作方法

文檔序號(hào):9525899閱讀:537來(lái)源:國(guó)知局
無(wú)尾氣排放的水氫動(dòng)力工程車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于動(dòng)力工程車技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種動(dòng)力工程車,尤其涉及一種無(wú)尾氣排放的水氫動(dòng)力工程車。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車工業(yè)是世界上僅次于石油化工的第二大產(chǎn)業(yè),目前,大部分汽車都以汽油、柴油為燃料,不僅消耗了大量的石油資源,而且汽車尾氣中所含的氮氧化物、碳?xì)浠?、一氧化碳等造成了大氣的?yán)重污染。為了保持國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,保護(hù)人類居住環(huán)境和保障能源供給,世界各國(guó)政府紛紛投入大量的人力、物力尋求解決這些問(wèn)題的各種途徑。
[0003]目前主要有兩種節(jié)能的途徑,一種是以豐田為代表的混合動(dòng)力汽車,另一種是以特斯拉為代表的純動(dòng)力汽車?;旌蟿?dòng)力汽車的起步慢,燃料依然為汽油或柴油,不能從本質(zhì)上解決資源、污染的問(wèn)題。純動(dòng)力汽車需要特定的充電粧,較難普及,且續(xù)航能力較差。
[0004]燃料電池是一種不經(jīng)過(guò)燃燒過(guò)程直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料和氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置,其工作過(guò)程不受卡諾循環(huán)限制,轉(zhuǎn)換效率高,幾乎沒(méi)有污染物排放。以燃料電池為動(dòng)力的燃料電池動(dòng)力汽車既可以保護(hù)環(huán)境又可以緩解能源短缺和調(diào)整能源結(jié)構(gòu),已成為未來(lái)汽車發(fā)展的重要趨勢(shì)之一,是當(dāng)今世界能源和交通領(lǐng)域開發(fā)的熱點(diǎn)。
[0005]燃料電池按電解質(zhì)分類可分為堿性燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池等五類。而汽車用燃料電池的要求為:能夠在常溫下工作,電流密度高,免維護(hù)性好,耐振性與耐沖擊性好,能夠從低負(fù)荷到高負(fù)荷進(jìn)行高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)能夠滿足這些性能要求,因此成為發(fā)展最快也最成熟的車用燃料電池?;赑EMFC的燃料電池汽車需要?dú)錃庾鳛槿剂?,自從燃料電池誕生起,氫源問(wèn)題與燃料電池本身是同樣重要的核心技術(shù),而氫源的研究開發(fā)已成為燃料電池汽車從演示走向商業(yè)化的重要步驟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種無(wú)尾氣排放的水氫動(dòng)力工程車,可利用甲醇作為汽車的能源,解決能源危機(jī),減少車輛排放。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種無(wú)尾氣排放的水氫動(dòng)力工程車,所述工程車包括:車身、甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置于車身內(nèi),甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)依次連接;
[0009]所述車身包括車架、車輪、工作部件,車輪、工作部件設(shè)置于車架;車身設(shè)有連接線纜,連接線纜與氫氣發(fā)電系統(tǒng)連接;
[0010]所述甲醇制氫系統(tǒng)包括制氫子系統(tǒng)、氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng),制氫子系統(tǒng)、氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)依次連接;
[0011]所述制氫子系統(tǒng)利用甲醇水制備氫氣,所述制氫子系統(tǒng)包括固態(tài)氫氣儲(chǔ)存容器、儲(chǔ)存容器、原料輸送裝置、快速啟動(dòng)裝置、制氫設(shè)備、膜分離裝置;
[0012]所述儲(chǔ)存容器設(shè)置于車身的后部;儲(chǔ)存容器的中部設(shè)有隔板,隔板的一側(cè)設(shè)置反應(yīng)液體,另一側(cè)設(shè)置氫氣發(fā)電系統(tǒng)釋放、而后被壓縮的液態(tài)或固態(tài)的二氧化碳;隔板連接有推動(dòng)機(jī)構(gòu),在儲(chǔ)存容器內(nèi)的液體減少或二氧化碳增加達(dá)到設(shè)定條件時(shí),推動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)隔板動(dòng)作,減少存儲(chǔ)反應(yīng)液體區(qū)域的容積,增加存儲(chǔ)二氧化碳區(qū)域的容積;
[0013]所述制氫設(shè)備包括換熱器、氣化室、重整室;膜分離裝置設(shè)置于分離室內(nèi),分離室設(shè)置于重整室的里面;所述固態(tài)氫氣儲(chǔ)存容器、儲(chǔ)存容器分別與制氫設(shè)備連接;儲(chǔ)存容器中儲(chǔ)存有液態(tài)的甲醇和水;
[0014]所述快速啟動(dòng)裝置為制氫設(shè)備提供啟動(dòng)能源;所述快速啟動(dòng)裝置包括第一啟動(dòng)裝置、第二啟動(dòng)裝置;所述第一啟動(dòng)裝置包括第一加熱機(jī)構(gòu)、第一氣化管路,第一氣化管路的內(nèi)徑為1?2mm,第一氣化管路緊密地纏繞于第一加熱機(jī)構(gòu)上;所述第一氣化管路的一端連接儲(chǔ)存容器,通過(guò)原料輸送裝置將甲醇送入第一氣化管路中;第一氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇,而后通過(guò)點(diǎn)火機(jī)構(gòu)點(diǎn)火燃燒;或者,第一氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇,且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點(diǎn),甲醇從第一氣化管路輸出后直接自燃;所述第二啟動(dòng)裝置包括第二氣化管路,第二氣化管路的主體設(shè)置于所述重整室內(nèi),第一氣化管路或/和第二氣化管路輸出的甲醇為重整室加熱的同時(shí)加熱第二氣化管路,將第二氣化管路中的甲醇?xì)饣凰鲋卣覂?nèi)壁設(shè)有加熱管路,加熱管路內(nèi)放有催化劑;所述快速啟動(dòng)裝置通過(guò)加熱所述加熱管路為重整室加熱;所述制氫系統(tǒng)啟動(dòng)后,制氫系統(tǒng)通過(guò)制氫設(shè)備制得的氫氣提供運(yùn)行所需的能源;
[0015]所述快速啟動(dòng)裝置的初始啟動(dòng)能源為若干太陽(yáng)能啟動(dòng)模塊,太陽(yáng)能啟動(dòng)模塊包括依次連接的太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能電能轉(zhuǎn)換電路、太陽(yáng)能電池;太陽(yáng)能啟動(dòng)模塊為第一加熱機(jī)構(gòu)提供電能;或者,所述快速啟動(dòng)裝置的初始啟動(dòng)能源為手動(dòng)發(fā)電機(jī),手動(dòng)發(fā)電機(jī)將發(fā)出的電能存儲(chǔ)于電池中;
[0016]所述催化劑包括Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金屬氧化物、過(guò)渡金屬氧化物。其中貴金屬Pt含量占催化劑總質(zhì)量的0.5%?2%,Pd含量占催化劑總質(zhì)量的1%?5%,Cu的氧化物占催化劑總質(zhì)量的5%?15%,F(xiàn)e的氧化物占催化劑總質(zhì)量的2%?10%,Zn的氧化物占催化劑總質(zhì)量的10%?25%,稀土金屬氧化物占催化劑總質(zhì)量的5 %?45 %,其余為過(guò)渡金屬氧化物;
[0017]或者,所述催化劑為銅基催化劑,包括物質(zhì)及其質(zhì)量份數(shù)為:3-17份的Cu0,3_18份的 ZnO, 0.5-3 份的 ZrO, 55-80 份的 A1203,1-3 份的 Ce02,1-3 份的 La203;
[0018]所述固態(tài)氫氣儲(chǔ)存容器中儲(chǔ)存固態(tài)氫氣,當(dāng)制氫系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),通過(guò)氣化模塊將固態(tài)氫氣轉(zhuǎn)換為氣態(tài)氫氣,氣態(tài)氫氣通過(guò)燃燒放熱,為制氫設(shè)備提供啟動(dòng)熱能,作為制氫設(shè)備的啟動(dòng)能源;
[0019]所述儲(chǔ)存容器中的甲醇和水通過(guò)原料輸送裝置輸送至換熱器換熱,換熱后進(jìn)入氣化室氣化;氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室,重整室內(nèi)設(shè)有催化劑,重整室下部及中部溫度為300°C?420°C ;所述重整室上部的溫度為400°C?570°C ;重整室與分離室通過(guò)連接管路連接,連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部,能通過(guò)重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體;所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖,使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近;所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350°C?570°C ;分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器,從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣;
[0020]所述原料輸送裝置提供動(dòng)力,將儲(chǔ)存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備;所述原料輸送裝置向原料提供0.15?5MPa的壓強(qiáng),使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng);
[0021]所述制氫設(shè)備啟動(dòng)制氫后,制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過(guò)燃燒維持制氫設(shè)備運(yùn)行;
[0022]所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離,用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強(qiáng)之差大于等于0.7MPa ;所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置,鍍膜層為鈀銀合金,鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75%?78%,銀占22%?25% ;
[0023]所述制氫子系統(tǒng)將制得的氫氣通過(guò)傳輸管路實(shí)時(shí)傳輸至氫氣發(fā)電系統(tǒng);所述傳輸管路設(shè)有氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng),用于調(diào)整傳輸管路中的氣壓;所述氫氣發(fā)電系統(tǒng)利用制氫子系統(tǒng)制得的氫氣發(fā)電;
[0024]所述氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)包括微處理器、氣體壓力傳感器、閥門控制器、出氣閥、出氣管路;所述氣體壓力傳感器設(shè)置于傳輸管路中,用以感應(yīng)傳輸管路中的氣壓數(shù)據(jù),并將感應(yīng)的氣壓數(shù)據(jù)發(fā)送至微處理器;所述微處理器將從氣體壓力傳感器接收的該氣壓數(shù)據(jù)與設(shè)定閾值區(qū)間進(jìn)行比對(duì);當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)高于設(shè)定閾值區(qū)間的最大值,微處理器控制閥門控制器打開出氣閥設(shè)定時(shí)間,使得傳輸管路中氣壓處于設(shè)定范圍,同時(shí)出氣管路的一端連接出氣閥,另一端連接所述制氫子系統(tǒng),通過(guò)燃燒為制氫子系統(tǒng)的需加熱設(shè)備進(jìn)行加熱;當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)低于設(shè)定閾值區(qū)間的最小值,微處理器控制所述制氫子系統(tǒng)加快原料的輸送速度;
[0025]所述收集利用子系統(tǒng)連接氫氣發(fā)電系統(tǒng)的排氣通道出口,從排出的氣體中分別收集氫氣、氧氣、水,利用收集到的氫氣、氧氣供制氫子系統(tǒng)或/和氫氣發(fā)電系統(tǒng)使用,收集到的水作為制氫子系統(tǒng)的原料,從而循環(huán)使用;
[0026]所述收集利用子系統(tǒng)包括氫氧分離器、氫水分離器、氫氣止回閥、氧水分離器、氧氣止回閥,將氫氣與氧氣分離,而后分別將氫氣與水分離、氧氣與水分離;
[0027]所述氫氣發(fā)電系統(tǒng)包括燃料電池,燃料電池包括若干子燃料電池模塊,各個(gè)子燃料電池模塊包括至少一個(gè)超級(jí)電容。
[0028]所述汽車還包括第二電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、能量存儲(chǔ)單元、動(dòng)能轉(zhuǎn)換單元,動(dòng)能轉(zhuǎn)換單元、能量存儲(chǔ)單元、第二電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)依次連接;所述動(dòng)能轉(zhuǎn)換單元將汽車剎車制動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換為電能存儲(chǔ)于能量存儲(chǔ)單元內(nèi),為第二電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供電能;
[0029]所述第二電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)還連接氫氣發(fā)電系統(tǒng),由氫氣發(fā)電系統(tǒng)為第二電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供能源;
[0030]所述汽車還包括道路環(huán)境感應(yīng)模塊、分配數(shù)據(jù)庫(kù)、氫氣分配模塊;氫氣分配模塊分別與道路環(huán)境感應(yīng)模塊、分配數(shù)據(jù)庫(kù)連接,根據(jù)道路環(huán)境感應(yīng)模塊感應(yīng)的數(shù)據(jù)以及分配數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)為各電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)分配對(duì)應(yīng)的氫氣;
[0031]所述道路環(huán)境感應(yīng)模塊用以感應(yīng)道路擁堵信息、地面平整度信息;道路擁堵信息根據(jù)汽車實(shí)時(shí)速度,加速、減速頻率,以及停車時(shí)間確定;地面平整度信息根據(jù)汽車底盤上設(shè)置的傾角傳感器確定;
[0032]所述分配數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)若干數(shù)據(jù)表,數(shù)據(jù)表中記錄各個(gè)道路擁堵信息、地面平整度信息對(duì)應(yīng)的為電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、第二電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)分配氫氣的數(shù)據(jù);電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、第二電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)后輪或/和前輪,另一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)前輪或/和后輪。
[0033]—種無(wú)尾氣排放的水氫動(dòng)力工程車,所述工程車包括:車身、甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置于車身,甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)依次連接;
[0034]所述甲醇制氫系統(tǒng)利用甲醇水蒸氣重整制備氫氣,氫氣通過(guò)鍍有鈀銀合金的膜分離裝置獲得高純度的氫氣,獲取的氫氣通過(guò)氫氣發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電,發(fā)出的電能供電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作;
[0035]所述甲醇制氫系統(tǒng)包括儲(chǔ)存容器,儲(chǔ)存容器設(shè)有隔離機(jī)構(gòu)、隔離機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)單元,隔離機(jī)構(gòu)將儲(chǔ)存容器分為至少兩個(gè)區(qū)域,隔離機(jī)構(gòu)調(diào)
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