甲醇直流发电系统及电力驱动的移动机械的制作方法

1.本发明涉及直流发电领域，尤其涉及一种甲醇直流发电系统及电力驱动的移动机械。


背景技术：

2.移动机械装置，包括道路车辆(如汽车)、非道路车辆(如装载机)、船舶(如旅游客船)以及飞行器(如无人机)等，一般采用传统的以汽油为燃料内燃机直接应用于驱动。随着时代的发展，对环境的保护越来越受重视，采用清洁环保的新能源动力成为行业发展趋势。
3.现有新能源动力多采用动力电池的电驱动方式，其应用非常广泛且发展迅速。另外甲醇也是一种优良的清洁燃料，理论上甲醇燃烧之后只生产co2和h2o，用甲醇燃料发动机和汽油发动机相比，将使发动机的排放情况较大改善，特别是排放的污染物会较大降低。然而，由于甲醇的汽化潜热大，使同样质量的甲醇液体汽化吸收的热量是汽油的3.58倍，同时甲醇的闪点低，当环境温度低于15℃时，甲醇发动机从冷车状态启动十分困难。另外，纯甲醇内燃机的腐蚀磨损问题较难解决。
4.现有一种甲醇发动机的冷启动方案中是汽油、甲醇双燃料发动机。当环境温度低于设定温度时，先使用汽油启动热车，再切换到甲醇燃料。然而这种方案由于需采用汽油和甲醇两套控制器件和控制策略，增加了系统的复杂性。
5.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供了一种甲醇直流发电系统及电力驱动的移动机械，能以甲醇为燃料转化为电能，避免了直接作为内燃机的燃料腐蚀磨损问题，以及双燃料导致的系统复杂性问题，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。
7.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
8.一种甲醇直流发电系统，包括：
9.甲醇重整器，设有甲醇燃料入口和富氢气体出口，能接收外部输入的甲醇燃料并利用甲醇燃料产生富氢气体；
10.富氢气体存储室，与所述甲醇重整器的富氢气体出口连接，能接收并保压储存所述甲醇重整器产生的富氢气体；
11.富氢气体内燃机，分别与所述甲醇重整器和富氢气体存储室连接，能从所述甲醇重整器和/或所述富氢气体存储室接收富氢气体，并以接收的富氢气体作为燃料燃烧产生机械动力经动力输出端；
12.直流发电机，与所述富氢气体内燃机的动力输出端连接，该直流发电机设有第一电力输出端，能输出直流电力；
13.控制器，分别与所述甲醇重整器、所述富氢气体存储室、所述富氢气体内燃机和所述直流发电机电性连接，能分别对所述甲醇重整器、所述富氢气体存储室、所述富氢气体内
燃机和所述直流发电机进行控制。
14.一种电力驱动的移动机械，包括用于提供移动动力的驱动电机，还包括：本发明所述的甲醇直流发电系统，该甲醇直流发电系统的电力输出端与所述驱动电机的电力输入端电性连接。
15.与现有技术相比，本发明所提供的甲醇直流发电系统及电力驱动的移动机械，其有益效果包括：
16.通过设置有机连接的甲醇重整器、富氢气体存储室、富氢气体内燃机、直流发电机和控制器，构成一种能利用甲醇重整为富氢气体的甲醇直流发电系统，该甲醇直流发电系统能采用甲醇重整结合富氢气体内燃机的方式消除纯甲醇内燃机低温冷启动困难和磨损腐蚀问题；通过将纯甲醇内燃机变成了以富氢气体燃烧为主的内燃机，使原工况频繁变化的纯甲醇内燃机变成运行工况相对平稳的直流发电机的一部分。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
18.图1为本发明实施例提供的甲醇直流发电系统的简化框图；
19.图2为本发明实施例提供的甲醇直流发电系统的一个示例的示意性框图，其中该系统不包括动力电池；
20.图3为本发明实施例提供的甲醇直流发电系统的另一个示例的示意性框图，其中该系统包括动力电池。
21.附图标记：100-甲醇直流发电系统；110-甲醇重整器；111-蒸发室；112-催化室；113-甲醇燃料泵；114-甲醇燃料储存箱；115-热交换组件；116-电加热器；117-增压泵；120-富氢气体存储室；121-截止阀；130-富氢气体内燃机；140-直流发电机；150-控制器；160-动力电池；210-驱动电机；220-动力电池。
具体实施方式
22.下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。
23.首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
24.术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，x和/或y表示既包括“x”或“y”的情况也包括“x和y”的三种情况。
25.术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公
知的其它技术特征要素。
26.术语“由
……
组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。
27.除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
28.当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时，该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围，而不论该范围是否被明确记载；例如，如果记载了数值范围“2～8”时，那么该数值范围应被解释为包括“2～7”、“2～6”、“5～7”、“3～4和6～7”、“3～5和7”、“2和5～7”等范围。除另有说明外，本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。
29.术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。
30.下面对本发明所提供的甲醇直流发电系统及电力驱动的移动机械进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
31.如图1所示，本发明实施例提供一种甲醇直流发电系统，包括：
32.甲醇重整器，设有甲醇燃料入口和富氢气体出口，能接收外部输入的甲醇燃料并利用甲醇燃料产生富氢气体；
33.富氢气体存储室，与所述甲醇重整器的富氢气体出口连接，能接收并保压储存所述甲醇重整器产生的富氢气体；
34.富氢气体内燃机，分别与所述甲醇重整器和富氢气体存储室连接，能从所述甲醇重整器和/或所述富氢气体存储室接收富氢气体，并以接收的富氢气体作为燃料燃烧产生机械动力经动力输出端；
35.直流发电机，与所述富氢气体内燃机的动力输出端连接，该直流发电机设有第一电力输出端，能输出直流电力；
36.控制器，分别与所述甲醇重整器、所述富氢气体存储室、所述富氢气体内燃机和所述直流发电机电性连接，能分别对所述甲醇重整器、所述富氢气体存储室、所述富氢气体内燃机和所述直流发电机进行控制。
37.上述系统还包括：热交换组件，设置在所述甲醇重整器处，该热交换组件与所述富
氢气体内燃机的尾气输出端连接，能通过热交换将所述富氢气体内燃机尾气的热量传递到所述甲醇重整器提高所述甲醇重整器的温度。
38.上述系统还包括：
39.动力电池，与所述直流发电机的第一电力输出端电性连接，能储存所述直流发电机输出的电力；
40.所述动力电池，设有第二电力输出端，能输出直流电力。
41.上述系统还包括：
42.电加热器，设置在所述甲醇重整器处，与所述动力电池的第二电力输出端电性连接，能利用电力加热所述甲醇重整器。
43.上述系统中，所述甲醇重整器包括：
44.蒸发室和位于蒸发室下游的催化室，所述蒸发室和所述催化室分别设有第一温度传感器和第二温度传感器；
45.所述第一温度传感器和第二温度传感器分别与所述控制器电性连接，均能将获取的温度发送至所述控制器；
46.所述电加热器包括分别设置在所述蒸发室和催化室处的第一电加热器与第二电加热器；所述第一电加热器和第二电加热器分别与所述动力电池的第二电力输出端电性连接，所述第一电加热器和第二电加热器分别与所述控制器电性连接，能由所述控制器根据所述第一温度传感器和第二温度传感器发送的温度分别进行控制。
47.上述系统中，所述富氢气体存储室的容积按以下条件设置：
48.(1)当在所述富氢气体存储室内的压力在第一阈值以上时，富氢气体存储室内的富氢气体存储量足够所述富氢气体内燃机完成冷启动并且运行至所述富氢气体内燃机的尾气将所述甲醇重整器加热到工作温度以上；
49.(2)当所述富氢气体存储室内的压力在第一阈值压力之下且在第二阈值之上时，富氢气体存储室内的富氢气体存储量足够所述富氢气体内燃机完成冷启动但不足以运行至所述富氢气体内燃机的尾气将所述甲醇重整器加热到工作温度以上；并且所述富氢气体存储室构造为具有超出所述第一阈值的耐压值。
50.上述系统中，所述富氢气体存储室通过增压泵与所述甲醇重整器的富氢气体出口连接；
51.所述富氢气体内燃机通过设有截止阀的管路与所述富氢气体存储室连接，所述截止阀与所述控制器电性连接；
52.所述富氢气体存储室设有与所述控制器电气连接的压力传感器，所述控制器能根据所述压力传感器的测量值控制所述截止阀的开闭。
53.上述系统还包括：
54.所述甲醇燃料存储箱，与所述甲醇重整器的甲醇燃料入口连接。
55.本发明实施例还提供一种电力驱动的移动机械，包括用于提供移动动力的驱动电机，还包括：上述的甲醇直流发电系统，该甲醇直流发电系统的电力输出端与所述驱动电机的电力输入端电性连接。所述移动机械可以为车辆、装载机、船舶或飞行器。
56.综上可见，本发明实施例的甲醇直流发电系统及电力驱动的移动机械，通过设置有机连接的甲醇重整器、富氢气体存储室、富氢气体内燃机、直流发电机和控制器，构成一
种能利用甲醇重整为富氢气体的甲醇直流发电系统，该甲醇直流发电系统能采用甲醇重整结合富氢气体内燃机的方式消除纯甲醇内燃机低温冷启动困难和磨损腐蚀问题；通过将纯甲醇内燃机变成了以富氢气体燃烧为主的内燃机，使原工况频繁变化的纯甲醇内燃机变成运行工况相对平稳的直流发电机的一部分。
57.为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的甲醇直流发电系统及电力驱动的移动机械进行详细描述。
58.实施例1
59.如图1所示，本发明实施例提供一种用于电力驱动的移动机械的甲醇直流发电系统，包括：
60.甲醇重整器，通过甲醇燃料泵连接到甲醇燃料储存箱，用于接收甲醇燃料并利用甲醇燃料产生富氢气体；
61.富氢气体存储室，连接到所述甲醇重整器，用于从所述甲醇重整器接收产生的富氢气体，并以一定压力保持富氢气体；
62.富氢气体内燃机，连接到所述甲醇重整器并且通过截止阀连接到所述富氢气体存储室，用于从所述甲醇重整器和/或所述富氢气体存储室接收富氢气体，并以接收的富氢气体作为燃料燃烧产生机械动力，所述富氢气体内燃机具有动力输出端；
63.直流发电机，连接到所述富氢气体内燃机的动力输出端以从其接收动力，并具有第一电力输出端，用于输出直流电力，所述直流电力能够用于驱动所述移动机械的驱动电机；
64.以及控制器，分别连接至所述甲醇重整器、所述富氢气体存储室、所述富氢气体内燃机和所述直流发电机并对它们进行控制。
65.通过这样的结构设置，甲醇燃料不是直接在内燃机燃烧，而是通过重整产生富氢气体，作为富氢气体内燃机的燃料；并且富氢气体内燃机并不直接输出机械动力到车辆，而是驱动直流发电机产生直流电力，由此形成一种高效、可靠地利用甲醇燃料的方式。而且，该系统能够使得甲醇燃料的直流发电系统完美地整合到电力驱动的移动机械中，形成一种即节能又减排的新型混合动力移动机械。
66.通过单独设立的如上所述的具有一定体积的富氢气体存储室，可以在没有其它辅助加热设备的情况下，快速完成富氢气体内燃机的冷启动，使得系统更加可靠和节能。利用专门设置的富氢气体存储室进行冷启动的一个特别地益处是，可以省去传统的富氢气体缓冲器模块，或将其最小化，能够保证从甲醇重整器到缓冲器到富氢气体内燃机的正常运行线路的高效和紧凑。另外，通过这样的结构充分利用富氢气体内燃机排放的高温尾气为甲醇重整器提供产生富氢气体的温度条件，从而可以显著提高富氢气体内燃机的系统效率，也就是提高了动力系统的整体效率。需要指出，对于用于营运的移动机械，这些益处都具有特别明显的商业价值。
67.优选地，上述系统还包括：热交换组件，设置在甲醇重整器处，热交换组件连接到富氢气体内燃机以在接收来自富氢气体内燃机的尾气，并通过热交换将尾气的热量传递到甲醇重整器以提高甲醇重整器的温度。通过设置热交换组件，充分利用了尾气的热量，整个用于电力驱动的移动机械的甲醇直流发电系统的效率进一步提高。
68.优选的，上述系统还包括：动力电池，连接到直流发电机的第一电力输出端，能由直流发电机输出的直流电力进行充电，该动力电池具有第二电力输出端，可以用于连接到移动机械的驱动电机，以从动力电池输出电力到驱动电机。
69.优选地，上述系统还包括：电加热器，所述电加热器设置在甲醇重整器处，用于利用电力加热甲醇重整器。优选的，电加热器与动力电池的第二电力输出端电性连接，电加热器的设置使得在利用富氢气体存储室或者富氢气体存储室中的富氢气体不足以使得整个系统冷启动并进入正常工作状态的情况下，可以利用动力电池充沛的电力为甲醇重整器提供加热功能，使得甲醇重整器迅速进入工作温度。
70.优选地，上述系统的甲醇重整器包括：蒸发室和位于蒸发室下游的催化室，蒸发室和催化室分别设置有第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器分别与控制器电性连接；进一步的，电加热器包括分别设置在蒸发室和催化室处的第一电加热器与第二电加热器，第一电加热器和第二电加热器分别与动力电池的第二电力输出端电气连接，并与所述控制器电性连接，能由控制器分别根据第一温度传感器与第二温度传感器的温度值，控制第一电加热器与第二电加热器。这种结构使得控制器能够精细地根据蒸发室和催化室各自的温度，来控制对应的电加热器，能够以高效、节能的方式实现加热目的。
71.优选地，上述系统中，所述富氢气体存储室的体积满足以下条件：
72.(1)当在所述富氢气体存储室的压力在第一阈值以上时，富氢气体存储量足够所述富氢气体内燃机完成冷启动并且运行直至所述富氢气体内燃机的尾气将所述甲醇重整器加热到工作温度以上；
73.(2)当所述富氢气体存储室的压力在第一阈值压力之下、第二阈值之上时，富氢气体存储量足够所述富氢气体内燃机完成冷启动但不足以运行直至所述富氢气体内燃机的尾气将所述甲醇重整器加热到工作温度以上；并且所述富氢气体存储室构造为具有超出所述第一阈值的耐压值。
74.优选的，上述系统还包括：第三温度传感器，设置在甲醇重整器处并与所述控制器电性连接，能测量甲醇重整器的温度并发送到控制器。通过第三温度传感器，控制器可以高效、可靠地控制甲醇重整器的运行。
75.优选地，上述系统中，所述富氢气体存储室通过增压泵连接到所述甲醇重整器，且所述富氢气体存储室设置有压力传感器，所述控制器根据所述压力传感器的测量结果控制所述截止阀的开闭。通过设置增压泵可以为从甲醇重整器输出的富氢气体增压，以提高并保持富氢气体存储室内的压力；通过设置压力传感器，控制器可以根据压力传感器的测量值自动控制启动方式，实现高效可靠地冷启动。
76.优选地，上述系统还包括：甲醇燃料存储箱，与所述甲醇重整器。
77.实施例2
78.本发明实施例提供一种甲醇直流发电系统，可以用于诸如纯电驱动的车辆之类的电力驱动的移动机械。为简便起见，下面以电力驱动的车辆为例，进行介绍。
79.电力驱动的车辆包括驱动电机，在一些情况下还包括动力电池。根据本发明实施例的以甲醇燃料为原料的甲醇直流发电系统可以为车辆或其动力电池提供电力。该甲醇直流发电系统是一种使用甲醇燃料为原料的直流发电系统，其中甲醇燃料通过处理生成富氢
气体，并利用富氢气体内燃机带动直流发电机发电，该直流发电系统发出的直流电力可以为驱动电机供电、可以为车辆的动力电池和/或甲醇直流发电系统自身所具有的动力电池充电。
80.图1为本实施例的用于电力驱动的移动机械的甲醇直流发电系统的简化框图。如图1所示，甲醇直流发电系统100主要包括以下单元：1)甲醇重整器110，用于接收甲醇燃料并利用甲醇燃料产生富氢气体；2)富氢气体存储室120，用于从甲醇重整器接收富氢气体，并以一定压力保持富氢气体；3)富氢气体内燃机130，用于接收富氢气体并以接收的富氢气体作为燃料燃烧产生机械动力；4)直流发电机140，其接收来自富氢气体内燃机的动力并输出直流电力，该直流电力能够用于驱动移动机械的驱动电机210；以及5)控制器150，与上述各单元连接并用于对上述各个单元进行控制。
81.接下来参照图2和图3，对甲醇直流发电系统100进行更加详细的介绍。
82.甲醇直流发电系统100的甲醇重整器110以甲醇或甲醇溶液为原料产生富氢气体，优选包括蒸发室111和催化室112。甲醇重整器110通过甲醇燃料泵113连接到甲醇燃料储存箱114。可选地，甲醇燃料储存箱114和甲醇燃料泵113为甲醇直流发电系统100的一部分。如图2和图3所示。蒸发室111连接到甲醇燃料储存箱114。甲醇燃料泵113设置在甲醇燃料储存箱114和蒸发室111之间，用于将甲醇燃料储存箱114的甲醇燃料泵送到蒸发室111。蒸发室111的下游为催化室112，蒸发室111产生的甲醇蒸汽被输送到下游的催化室112并与其中的催化剂发生催化反应，以产生富氢气体。
83.在一些实施例中甲醇燃料是纯甲醇。可以理解这里的纯甲醇并不是理想状态完全百分之百都是甲醇，而是可以含有允许范围内的杂质，例如纯度在99.9％以上。富氢气体是指以氢气为主的混合气而不是高纯度的氢气。富氢气体主要是由氢气和一氧化碳组成。在其它实施例中，甲醇燃料可由按一定比例甲醇和水组成，在这种情况下富氢气体主要由氢气和二氧化碳组成。当然在这两种情况下，所用催化剂会有所差别，催化剂的成分不是本发明的要点，在此不详细描述。
84.在蒸发室111和催化室112内部还可以分别设置有温度传感器，用于测量蒸发室111和催化室112的温度。该温度数据被传输到控制器150。在一些实施例中，控制器150可以根据上述温度数据控制以下将介绍的电加热器116的工作和停止。
85.甲醇重整器110的出口连接到富氢气体存储室120。甲醇重整器110的出口还连接到富氢气体内燃机130的燃料入口。富氢气体内燃机130的燃料入口还通过例如为电磁阀的一截止阀121连接到富氢气体存储室120。
86.富氢气体内燃机130在冷启动时从富氢气体存储室120接收富氢气体，并利用该富氢气体作为燃料启动内燃机。内燃机130的输出轴连接到直流发电机140。当内燃机130工作时，直流发电机140被驱动从而输出直流电力。
87.在图2所示示例中，直流发电机140可以根据需要在控制器150的控制下直接为移动机械/车辆的驱动电机210提供电力，或为移动机械/车辆的动力电池220充电，或者为驱动电机210提供电力同时为动力电池220充电。动力电池220可以单独为驱动电机210提供电力，也可以与直流发电机140呈并联关系共同为驱动电机210提供电力。
88.在图3所示示例中，甲醇直流发电系统100可以进一步包括动力电池160，该动力电池160可以连接到直流发电机140的输出端，从而直流发电机140输出的直流电力能够为动
力电池160充电，并且动力电池160具有第二电力输出端。直流发电机140可以根据需要在控制器150的控制下直接为移动机械/车辆的驱动电机210提供电力，或为动力电池160充电，或者为驱动电机210提供电力同时为动力电池160充电。动力电池160可以单独为驱动电机210提供电力，也可以与直流发电机140呈并联关系共同为驱动电机210提供电力。
89.在一些实施例中，甲醇直流发电系统100还可以包括热交换组件115，热交换组件115设置在甲醇重整器110处。内燃机130的尾气出口通过管道连接到热交换组件115。高温尾气进入热交换组件115的内部通道，然后在进行热交换之后排出到外界。通过热交换将尾气的热量传递到甲醇重整器110以提高甲醇重整器的温度。
90.优选地，可以采用增压泵117将甲醇重整器110输出的富氢气体增压并输入到富氢气体存储室120中，以使得富氢气体存储室120中的气体能够保持一定压力。
91.在一些实施例中，当富氢气体存储室120中的富氢气体的压力在第一阈值之上时，可以直接利用富氢气体存储室120中的富氢气体进行富氢气体内燃机130的冷启动。在优选实施例中，存储室的内部空间足够大以满足启动富氢气体内燃机130一段时间，该时间段内富氢气体内燃机130的高温尾气能够通过热交换组件115将甲醇重整器110的蒸发室111和催化室112加热到工作温度以上。也就是说，加大富氢气体存储室120的容积，使其不仅能满足内燃机快速冷启动的要求，同时其气体储存量使内燃机产生的高温尾气的持续时间还能满足使甲醇重整器110的蒸发室111和催化室112的温度达到工作条件。这样的话，可以迅速进行内燃机的冷启动，同时降低了对电加热器的需求，甚至可以取消电加热器。
92.通过单独设立的如上所述的具有一定体积的富氢气体存储室，可以在没有其它辅助加热设备的情况下，快速完成内燃机的冷启动，使得系统更加可靠和节能。利用专门设置的富氢气体存储室120进行冷启动的一个特别地益处是，可以省去传统的富氢气体缓冲器模块，或者将其设置为尽可能的小，能够保证从甲醇重整器110到内燃机的正常运行线路的高效和紧凑。另外，通过这样的结构充分利用内燃机排放的高温尾气为甲醇重整器110提供产生富氢气体的温度条件，从而可以显著提高内燃机的系统效率，也就是提高了动力系统的整体效率。需要指出，对于用于营运的移动机械，这些益处都具有特别明显的商业价值。
93.在一个优选实施例中，可以在富氢气体存储室120和增压泵117之间设置一电磁阀(未示出)，从而在富氢气体存储室120的压力低于一定阈值时，可以通过控制器150控制电磁阀打开而给富氢气体存储室120输送富氢气体。
94.控制器在执行控制过程中监控各部件的运行状态。具体地，在甲醇直流发电系统的各个部件上设置有各种传感器，例如设置在富氢气体存储室内的压力传感器和/或温度传感器，设置在蒸发器和催化室内的温度传感器等。控制器通过连接到设置在各部件处的各类传感器件(包括但不限于：温度、压力、电压、电流、转速、扭矩、加速度计和/或陀螺仪等)监控甲醇重整器、富氢气体存储室、内燃机、发电机、动力电池的状态。控制器还通过连接到设置在车辆各部位处的各类传感器件(包括但不限于：温度、压力、电压、电流、转速、扭矩、加速度计和/或陀螺仪等)或连接到车辆的数据模块(例如机动车辆的obd系统)监控车辆运行状态。
95.控制器150可以根据富氢气体存储室120的压力以及蒸发室111和催化室112的温度，控制相应电磁阀的开闭以确定内燃机130是从富氢气体存储室120或甲醇重整器110或两者同时接收富氢气体。
96.在一个优选实施例中，富氢气体存储室120的体积设置为：当在富氢气体存储室120的压力在第一阈值以上时，富氢气体存储量足够富氢气体内燃机130完成冷启动并且运行直至富氢气体内燃机130的尾气将甲醇重整器110加热到工作温度以上；当富氢气体存储室120的压力在第一阈值压力之下、第二阈值之上时，富氢气体存储量足够富氢气体内燃机130完成冷启动但不足以运行直至富氢气体内燃机130的尾气将甲醇重整器110加热到工作温度以上；并且富氢气体存储室120构造为具有超出所述第一阈值的耐压值。举例而言，富氢气体存储室120可以具有一定的厚度以使得其具有超出上述第一阈值的耐压值。
97.在使用者启动车辆时，压力传感器检测富氢气体存储室120的压力，并将结果发送到控制器。如果富氢气体的压力值不低于第一阈值压力，则控制器打开富氢气体存储室120到内燃机130的电磁阀，将富氢气体从富氢气体存储室120输送到富氢气体内燃机130，并将内燃机点火，实现内燃机的冷启动。在该实施例中，该第一阈值压力大于内燃机的工作压力。冷启动完成之后，高温尾气通过管道输送到热交换组件115并加热蒸发室111和催化室112，蒸发室111和催化室112的温度升高。控制器从相应的温度传感器获得蒸发室111和催化室112的温度参数。当温度参数达到蒸发室111和催化室112的工作温度时，启动甲醇燃料泵113以将甲醇燃料从甲醇燃料储存箱114泵入蒸发室111。甲醇燃料在蒸发室111汽化形成蒸汽，进而在蒸汽压力作用下将甲醇燃料蒸汽送入催化室112。甲醇燃料蒸汽在催化室112经过化学反应过程生成的富氢混合气。催化室112输出的富氢气体一部分通过增压泵117输入到富氢气体存储室120，一部分直接输入到内燃机130。当富氢气体存储室120的压力传感器121检测到压力达到第一阈值压力之上时，，控制器关闭增压泵117、增压泵117与富氢气体存储室120之间的电磁截止阀(未示出)以及截止阀121，甲醇直流发电系统进入正常工作状态。
98.在正常工作过程中，控制器可以同时打开从增压泵117与富氢气体存储室120之间的电磁截止阀(未示出)，以为富氢气体存储室120充气直到富氢气体存储室120的压力达到预定压力。此外，可以在车辆临时停车或低功率运行，打开该电磁阀为富氢气体存储室120充气。也可以在车辆停车的情况下，继续运行系统一段时间，打开该电磁阀为富氢气体存储室120充气。
99.为了避免在富氢气体存储室120没有储存有充分气体的情况下(例如系统在没有给存储室充满气体之前意外中断)，导致系统无法实现冷启动，在一个实施例中，甲醇重整器110上设置有电加热器116。电加热器116可以为电阻丝的形式，设置在蒸发室111和催化室112侧壁上。在一些实施例中，动力电池160可以连接到电加热器116，以为电加热器116提供电力。当电加热器116被接通时，来自动力电池160的电力输送到电加热器116的电阻丝以产生热量并输送到蒸发室111和催化室112，从而使得蒸发室111和催化室112的温度升高。在另一些实施例中，电加热器116也可以接收来自例如移动机械的动力电池220的电力，以进行加热，具体不再赘述。
100.应该理解，本发明并不局限于电加热器116包括电阻丝的情形，只要电加热器116包括一利用电能发热的元件(简称电热元件)即可。电加热器116可以设置在蒸发室111和催化室112侧壁外侧上，通过热传导元件将热量传递到蒸发室111和催化室112内部，以加热蒸发室111和催化室112。然而并不局限于此，电加热器116也可以为伸入到蒸发室111和催化室112内部的部件，其可以为直的、也可以为弯曲或者盘绕状部件。
101.在一个实施例中，电加热器116可以设置为与热交换组件115热交换，并且通过热交换组件115输送热量到重整器110。通过这样的设置，可以有效节约重整器的内部空间，使得重整器可以设置为更加紧凑。
102.在一个实施例中，电加热器116为可独立控制的两段加热器，分别用于蒸发式111和催化室112，从而控制器150可以分别控制蒸发室111的电加热器和催化室112的电加热器的操作，以实现更加优化的加热控制。
103.在富氢气体存储室120的气压低于第一阈值压力但高于第二阈值压力时，存储室120内的富氢气体可以供富氢气体内燃机130完成冷启动，但不足以运行直至所述富氢气体内燃机的尾气将所述甲醇重整器加热到工作温度以上。在此情况下，通过动力电池160和/或动力电池220为电加热器116提供电力，用电加热器116辅助加热重整器110。控制器150可以根据存储室120的压力和重整器110的温度等参数设置通过存储室120内的富氢气体启动内燃机130和启动电加热器116的相应时序，通过电加热器116和高温尾气一起加热蒸发室111和催化室112，使得蒸发室111和催化室112的温度升高。
104.在富氢气体存储室120的气压低于第二阈值压力时，存储室120内的富氢气体不足以启动富氢气体内燃机130。在此情况下，控制器150启动电加热器，通过动力电池160和/或动力电池220为电加热器116提供电力，用电加热器116辅助加热重整器110。通过电加热器116加热蒸发室111和催化室112，使得蒸发室111和催化室112的温度升高。
105.控制器150从相应的温度传感器(未示出)获得蒸发室111和催化室112的温度参数。当温度参数达到蒸发室111和催化室112的工作温度时，启动甲醇燃料泵113以将甲醇燃料从甲醇燃料储存箱114泵入蒸发室111。甲醇燃料在蒸发室111汽化形成蒸汽，进而在蒸汽压力作用下将甲醇燃料蒸汽送入催化室112。甲醇燃料蒸汽在催化室112经过化学反应过程生成的富氢气体。催化室112输出的富氢气体直接输送到内燃机130。控制器可打开重整器110出口到内燃机的电磁截止阀，从而直接为富氢气体内燃机130持续提供燃料，甲醇直流发电系统进入正常工作状态。进入正常工作状态之后，控制器关闭电加热器，重整器110通过来自内燃机的高温尾气的加热保持在正常工作状态。
106.本发明的甲醇直流发电系统用于纯电驱动的车辆，然而并不局限于此，该甲醇直流发电系统可以用于道路车辆(如汽车)、非道路车辆(如装载机)、船舶(如旅游客船)以及飞行器(如无人机)等。
107.本发明的系统采用甲醇重整结合富氢气体内燃机的方式消除了纯甲醇内燃机低温冷启动困难和磨损腐蚀问题。通过将纯甲醇内燃机变成了以富氢气体燃烧为主的内燃机，使原工况频繁变化的纯甲醇内燃机变成运行工况相对平稳的直流发电装置的一部分。进一步地，甲醇直流发电系统还可为国家能源安全做出贡献，甲醇直流发电系统为甲醇作为内燃机燃料被广泛使用提供了解决核心技术难关的可行方案，从而提升了甲醇成为国家能源安全一个战略途径的可能性。
108.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术特征：
1.一种甲醇直流发电系统，其特征在于，包括：甲醇重整器，设有甲醇燃料入口和富氢气体出口，能接收外部输入的甲醇燃料并利用甲醇燃料产生富氢气体；富氢气体存储室，与所述甲醇重整器的富氢气体出口连接，能接收并保压储存所述甲醇重整器产生的富氢气体；富氢气体内燃机，分别与所述甲醇重整器和富氢气体存储室连接，能从所述甲醇重整器和/或所述富氢气体存储室接收富氢气体，并以接收的富氢气体作为燃料燃烧产生机械动力经动力输出端；直流发电机，与所述富氢气体内燃机的动力输出端连接，该直流发电机设有第一电力输出端，能输出直流电力；控制器，分别与所述甲醇重整器、所述富氢气体存储室、所述富氢气体内燃机和所述直流发电机电性连接，能分别对所述甲醇重整器、所述富氢气体存储室、所述富氢气体内燃机和所述直流发电机进行控制。2.如权利要求1所述的甲醇直流发电系统，其特征在于，还包括：热交换组件，设置在所述甲醇重整器处，该热交换组件与所述富氢气体内燃机的尾气输出端连接，能通过热交换将所述富氢气体内燃机尾气的热量传递到所述甲醇重整器提高所述甲醇重整器的温度。3.如权利要求1所述的甲醇直流发电系统，其特征在于，还包括：动力电池，与所述直流发电机的第一电力输出端电性连接，能储存所述直流发电机输出的电力；所述动力电池，设有第二电力输出端，能输出直流电力。4.如权利要求3所述的甲醇直流发电系统，其特征在于，还包括：电加热器，设置在所述甲醇重整器处，与所述动力电池的第二电力输出端电性连接，能利用电力加热所述甲醇重整器。5.如权利要求4所述的甲醇直流发电系统，其特征在于，所述甲醇重整器包括：蒸发室和位于蒸发室下游的催化室，所述蒸发室和所述催化室分别设有第一温度传感器和第二温度传感器；所述第一温度传感器和第二温度传感器分别与所述控制器电性连接，均能将获取的温度发送至所述控制器；所述电加热器包括分别设置在所述蒸发室和催化室处的第一电加热器与第二电加热器，所述第一电加热器和第二电加热器分别与所述动力电池的第二电力输出端电性连接，所述第一电加热器和第二电加热器分别与所述控制器电性连接。6.如权利要求1-5任一项所述的甲醇直流发电系统，其特征在于，所述富氢气体存储室的容积按以下条件设置：(1)当在所述富氢气体存储室内的压力在第一阈值以上时，富氢气体存储室内的富氢气体存储量足够所述富氢气体内燃机完成冷启动并且运行至所述富氢气体内燃机的尾气将所述甲醇重整器加热到工作温度以上；(2)当所述富氢气体存储室内的压力在第一阈值压力之下且在第二阈值之上时，富氢气体存储室内的富氢气体存储量足够所述富氢气体内燃机完成冷启动但不足以运行至所
述富氢气体内燃机的尾气将所述甲醇重整器加热到工作温度以上；并且所述富氢气体存储室构造为具有超出所述第一阈值的耐压值。7.如权利要求1-5中任一项所述的甲醇直流发电系统，其特征在于，所述富氢气体存储室通过增压泵与所述甲醇重整器的富氢气体出口连接；所述富氢气体内燃机通过设有截止阀的管路与所述富氢气体存储室连接，所述截止阀与所述控制器电性连接；所述富氢气体存储室设有与所述控制器电气连接的压力传感器，所述控制器能根据所述压力传感器的测量值控制所述截止阀的开闭。8.如权利要求1-5任一项所述的甲醇直流发电系统，其特征在于，还包括：所述甲醇燃料存储箱，与所述甲醇重整器的甲醇燃料入口连接。9.一种电力驱动的移动机械，包括用于提供移动动力的驱动电机，其特征在于，还包括：权利要求1-8任一项所述的甲醇直流发电系统，该甲醇直流发电系统的电力输出端与所述驱动电机的电力输入端电性连接。

技术总结
本发明公开了一种甲醇直流发电系统及电力驱动的移动机械，系统包括：甲醇重整器，能接收外部输入的甲醇燃料并利用甲醇燃料产生富氢气体；富氢气体存储室，能接收并保压储存甲醇重整器产生的富氢气体；富氢气体内燃机，能从甲醇重整器和/或富氢气体存储室接收富氢气体，并以接收的富氢气体作为燃料燃烧产生机械动力经动力输出端；直流发电机，与富氢气体内燃机的动力输出端连接，设有能输出直流电力的第一电力输出端；控制器，分别与甲醇重整器、富氢气体存储室、富氢气体内燃机和直流发电机电性连接，能分别对甲醇重整器、富氢气体存储室、富氢气体内燃机和直流发电机进行控制。上述系统形成了一种高效、可靠地利用甲醇燃料的方式。式。式。


技术研发人员：吴朝锋 王超
受保护的技术使用者：启迪环境科技发展股份有限公司
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/18