[發明專利]一種車載氫/氧氣制取、儲存、供給裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201010279339.1
• 申請日: 2010-09-10
• 公開（公告）號: CN101956634A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 紀常偉;汪碩峰;張擘
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F02M25/12
• 分類號: F02M25/12
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明提供一種車載氫/氧氣制取、儲存、供給裝置及其控制方法，具體內容涉及氫氣和氧氣的隨車制取、儲存和供給。

背景技術

隨著石油資源的日益減少和汽車尾氣污染問題的日益嚴重，提高內燃機熱效率、降低有害排放成為了當今內燃機發展所需解決的重要問題之一。由于氫氣的擴散和燃燒速度高于汽油，因而進氣混氫可以有效縮短發動機的燃燒持續期，從而改善汽油機熱效率并降低HC及CO排放。同時，氫氣寬廣的燃燒界限和較低的點火能量也使得混氫內燃機可以在稀薄燃燒模式下運行，從而進一步改善內燃機經濟與排放性能。氧氣是最為理想的助燃劑之一，在內燃機上采用富氧空氣可以有效地促進燃料充分、快速地燃燒，進而降低內燃機油耗率及有害排放。由于目前制氫、儲氫等成本較高和相關的基礎設施較少，這使得氫及混氫內燃機汽車難以短時間內大面積推廣。

目前氫氣的制取方式主要有重整甲烷或煤等能源制氫及電解水制氫兩種方式。通過重整甲烷或煤等石化能源制氫工藝復雜，且仍然會產生CO、CO₂及其它有害排放，因而不能使氫能制取過程實現零排放。通過太陽能、風能、水能等可再生能源發電電解水，不但可制取氫氣還可獲得氧氣，制取過程實現零排放。

氫氣的存儲方法分為高壓氣態儲氫、液態儲氫及金屬氫化物儲氫等方式。高壓氣態儲氫通常將氫氣壓力提高至20MPa以上，利用氣罐等設備對氫氣進行儲存，但由于氫氣的體積比能量密度低，因而采用該技術儲存的氫氣能量有限。采用液態儲氫盡管可以提高氫氣的隨車儲存量，但液氫儲存成本昂貴、結構復雜、系統自重大，且存在氫氣液化時能量損失大等問題。而采用金屬氫化物等材料對氫氣進行儲存，并在一定條件下釋放氫氣的技術也存在設備體積大、壽命短等問題。同時，上述3種氫氣儲存方式都只能對已經制得的氫氣進行存儲，因而對加氫站的依賴程度較大。

電解水制氫是實現氫氣隨制隨用的有效技術之一，由于電解水制氫機的體積小，耗電相對較低，所以該制氫機更適合在車輛上安裝并以蓄電池為電源實現氫氣、氧氣的隨車制取。目前，電解水制氫機主要分為石棉膜加堿性電解液以及離子交換膜加去離子水電解液兩種形式。但由于石棉膜式制氫機所產生的氫氣中會攜帶對發動機零件有害的堿性物質，因而該技術不適合在車輛上實際使用。相比之下，離子膜式制氫機采用去離子水為電解液，所以利用該制氫機所制得的氫氣純度較高，并可避免堿液進入發動機對零件產生的損壞。

發明內容

針對傳統車用氫-氧氣儲存技術存在的問題，本發明提供了一種車載氫-氧氣制取、儲存、供給裝置。本裝置可以實現氫、氧氣的隨車制取和儲存，為發動機提供純氫和氫氧混合氣兩種供氣模式，通過供氧管路和供氫管路將氧氣和氫氣分別輸送至進氣總管和氫氣軌，實現了氫、氧氣的分開供給，保證了系統的運行安全。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。該裝置包括蓄電池1、與蓄電池電連接的制氫氧機3、制氫氧機開關繼電器2、氫氣及氧氣儲存系統、以及電子控制單元17。

所述的氫氣及氧氣儲存系統，包括與制氫氧機相連通的氫氣儲存罐5和氧氣儲存罐7、連接在制氫氧機和氫氣儲存罐之間的連接管路上的供氫管路單向電磁閥4、連接在制氫氧機和氧氣儲存罐之間的連接管路上的供氧管路單向電磁閥6、安裝在氧氣儲氣罐上部的氧氣罐單向放氣閥8和氧氣儲存罐壓力傳感器9、安裝在氫氣儲氣罐上方的氫氣儲存罐壓力傳感器12、與氧氣儲存罐相連通的供氧管路11、與氫氣儲存罐相連通的供氫管路14、連接在供氧管路上的供氧氣管路線性電磁閥10和氧氣供給管路阻燃閥15、以及連接在供氫管路上的供氫管路電磁閥13和氫氣供給管路阻燃閥16；

電子控制單元17與蓄電池1相連，獲得發動機蓄電池電壓信號a；

電子控制單元17通過制氫氧機開關繼電器2與制氫氧機相連，控制制氫氧機的啟停；

電子控制單元17還與氧氣儲存罐壓力傳感器9、氫氣儲存罐壓力傳感器12、氧氣罐單向放氣閥8、供氧氣管路線性電磁閥10和供氫管路電磁閥13相連。

所述的氫氣儲存罐5和氧氣儲存罐6的體積比為2∶1。

本發明中車載氫/氧氣制取、儲存、供給裝置的運行方法如下：