[发明专利]车载甲醇制氢装置及其控制系统

说明书

本发明公开了一种车载甲醇制氢装置及其控制系统，包括有发动机、发动机排气管路、甲醇制氢器、甲醇存储箱、喷嘴接头以及控制单元，甲醇制氢器包括有壳体、甲醇汽化仓、催化制氢仓、管道、氢气出口和载体，甲醇存储箱依次通过甲醇泵和喷嘴与喷嘴接头相连接；控制单元包括有ECU、第一、二温度传感器、发动机转速传感器、油门踏板位置传感器、进气压力传感器和泵执行器。本发明能够提高甲醇的汽化、裂解制氢反应效率和效果，避免了浪费，能够精准控制甲醇的供给量，提高了制氢效率和效果，减少了发动机的尾气排放，提高了发动机的动力性能。

技术领域

本发明涉及利用发动机余热进行甲醇汽化、裂解的技术领域，具体是一种车载甲醇制氢装置及其控制系统。

背景技术

与汽、柴油相比，甲醇H/C和辛烷值高，稀薄燃烧范围宽泛，允许发动机使用较高的压缩比，且甲醇分子中含氧50％，燃烧速度快，自身含氧助燃，燃烧充分，既能提高热效率，又可实现机内净化和降低CO、HC和NOx等常规气体排放，是一种富氧、环保、高能的燃料。

若将甲醇作为直接的汽车代用燃料，会产生一些严重的问题，如热值较低、容易腐蚀发动机、润滑性不良及尾气中含有各种有毒污染物等。因此，将甲醇裂解成为氢气和一氧化碳后进入发动机气缸燃烧，能够克服甲醇作为直接代用燃料的上述缺点。甲醇裂解气中含有丰富的氢气，可实现稀薄快速燃烧，从而提高发动机热效率，大幅降低有害排放物，提高了发动机的动力性和经济性。研究表明汽油机掺氢燃烧后的燃油经济性提高30％，汽油机部分负荷时使用汽油/氢气混合气可以提高混合气燃烧速率，在高负荷时使用纯汽油以保证功率输出；柴油机掺氢后着火滞燃期缩短，燃烧可在上止点附近完成，着火滞燃期受混合气中氧含量影响不大，从而为采用废气再循环降低氮氧化物排放创造了条件。因此，甲醇裂解气可以为汽车提供氢能源这种最为洁净和环保的燃料。同时，在氢能利用方面，甲醇裂解解决了氢气存储不便、安全系数低等困难，应用前景较好。另外，甲醇在较低的温度下使用特殊的催化剂就可以完全裂解，使得通过吸收汽车尾气余热裂解甲醇制氢并用作内燃机燃料的技术路线得到了技术支持。

发动机余热回收利用技术是未来汽车技术的重要发展方向，甲醇裂解制氢是气态甲醇转化制氢和一氧化碳的过程，即液态甲醇经过汽化后再裂解制氢反应制氢的过程，例如中国发明专利CN106241734A公开了一种甲醇裂解制氢反应器，包括壳体、裂解管，甲醇经裂解管其中一个端口进入管内，管内填满催化剂，将裂解管作为裂解腔，壳体的内腔作为换热腔，螺旋管体直接安装于壳体内腔，尾气经过壳体内腔与裂解管进行换热；其利用发动机尾气余热对甲醇进行加热，使甲醇汽化、裂解制氢反应为氢气和一氧化碳等混合气，裂解后将这种混合气体通入发动机燃烧室与汽油或柴油掺混燃烧，能够提高发动机的燃烧效率，减少发动机的污染物排放，增强发动机余热利用，提高发动机能效。但是，该甲醇裂解制氢反应器存在较为明显的缺陷，具体如下：1、由于甲醇在同一螺旋管体内先后发生汽化和裂解制氢反应，而汽化和裂解制氢反应均不是在极短的时间内或在某一特定段的管体内就可以完成的，未得到充分汽化的甲醇与已得到充分汽化的甲醇在管内一同流动的过程中，未得到充分汽化的甲醇的继续汽化过程与已得到充分汽化的甲醇的裂解制氢反应过程就会发生相互影响、干扰，影响甲醇的汽化、裂解制氢反应效率和效果，从而影响制氢效率和效果；2、由于螺旋管体内填满球状触媒催化剂(非金属内核)，会造成螺旋管体内发生“气阻”，且球状触媒催化剂(非金属内核)本身的导热效率较差，必然会影响到尾气与甲醇的热交换效率，同样也会影响甲醇的汽化、裂解制氢反应效率和效果，从而也会影响制氢效率和效果。

另外，当甲醇裂解制氢反应器的内部温度条件达不到甲醇汽化、裂解制氢反应所需的温度条件时，此时若持续供给甲醇，则必然会造成浪费。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷和不足，提供一种车载甲醇制氢装置及其控制系统。

本发明的技术方案如下：