無尾氣排放的水氫動力列車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動汽車技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電動汽車，尤其涉及一種無尾氣排放的水氫動力列車。
【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铩⒁谎趸嫉仍斐闪舜髿獾膰?yán)重污染。為了保持國民經(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，世界各國政府紛紛投入大量的人力、物力尋求解決這些問題的各種途徑。
[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力汽車，另一種是以特斯拉為代表的純電動汽車?；旌蟿恿ζ嚨钠鸩铰?，燃料依然為汽油或柴油，不能從本質(zhì)上解決資源、污染的問題。純電動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)過燃燒過程直接以電化學(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，其工作過程不受卡諾循環(huán)限制，轉(zhuǎn)換效率高，幾乎沒有污染物排放。以燃料電池為動力的燃料電池電動汽車既可以保護(hù)環(huán)境又可以緩解能源短缺和調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，已成為未來汽車發(fā)展的重要趨勢之一，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)問題是:提供一種無尾氣排放的水氫動力列車，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)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種無尾氣排放的水氫動力列車，包括:動力車、非動力車，動力車設(shè)有甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、電動發(fā)動機(jī)，甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、電動發(fā)動機(jī)設(shè)置于動力車內(nèi)，甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、電動發(fā)動機(jī)依次連接；
[0009]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；
[0010]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)氫氣儲存容器、儲存容器、原料輸送裝置、快速啟動裝置、制氫設(shè)備、膜分離裝置；
[0011]所述儲存容器設(shè)置于動力車的后部；儲存容器的中部設(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；隔板連接有推動機(jī)構(gòu)，在儲存容器內(nèi)的液體減少或二氧化碳增加達(dá)到設(shè)定條件時，推動機(jī)構(gòu)驅(qū)動隔板動作，減少存儲反應(yīng)液體區(qū)域的容積，增加存儲二氧化碳區(qū)域的容積；
[0012]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)氫氣儲存容器、儲存容器分別與制氫設(shè)備連接；儲存容器中儲存有液態(tài)的甲醇和水；
[0013]所述快速啟動裝置為制氫設(shè)備提供啟動能源；所述快速啟動裝置包括第一啟動裝置、第二啟動裝置；所述第一啟動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存容器，通過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加熱第二氣化管路，將第二氣化管路中的甲醇?xì)饣?；所述重整室?nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱；所述制氫系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備制得的氫氣提供運(yùn)行所需的能源；
[0014]所述快速啟動裝置的初始啟動能源為若干太陽能啟動模塊，太陽能啟動模塊包括依次連接的太陽能電池板、太陽能電能轉(zhuǎn)換電路、太陽能電池；太陽能啟動模塊為第一加熱機(jī)構(gòu)提供電能；或者，所述快速啟動裝置的初始啟動能源為手動發(fā)電機(jī)，手動發(fā)電機(jī)將發(fā)出的電能存儲于電池中；
[0015]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 %，其余為過渡金屬氧化物；
[0016]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；
[0017]所述固態(tài)氫氣儲存容器中儲存固態(tài)氫氣，當(dāng)制氫系統(tǒng)啟動時，通過氣化模塊將固態(tài)氫氣轉(zhuǎn)換為氣態(tài)氫氣，氣態(tài)氫氣通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備提供啟動熱能，作為制氫設(shè)備的啟動能源；
[0018]所述儲存容器中的甲醇和水通過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；
[0019]所述原料輸送裝置提供動力，將儲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)；
[0020]所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運(yùn)行；
[0021]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0.7M Pa ;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% ；
[0022]所述制氫子系統(tǒng)將制得的氫氣通過傳輸管路實時傳輸至氫氣發(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；
[0023]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；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)定時間，使得傳輸管路中氣壓處于設(shè)定范圍，同時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；
[0024]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；
[0025]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；
[0026]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，各個子燃料電池模塊包括至少一個超級電容。
[0027]所述汽車還包括第二電動發(fā)動機(jī)、能量存儲單元、動能轉(zhuǎn)換單元，動能轉(zhuǎn)換單元、能量存儲單元、第二電動發(fā)動機(jī)依次連接；所述動能轉(zhuǎn)換單元將汽車剎車制動的能量轉(zhuǎn)換為電能存儲于能量存儲單元內(nèi)，為第二電動發(fā)動機(jī)提供電能；
[0028]所述第二電動發(fā)動機(jī)還連接氫氣發(fā)電系統(tǒng)，由氫氣發(fā)電系統(tǒng)為第二電動發(fā)動機(jī)提供能源；
[0029]所述汽車還包括道路環(huán)境感應(yīng)模塊、分配數(shù)據(jù)庫、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)庫中的數(shù)據(jù)為各電動發(fā)動機(jī)分配對應(yīng)的氫氣；
[0030]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)汽車實時速度，加速、減速頻率，以及停車時間確定；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；
[0031]所述分配數(shù)據(jù)庫中存儲若干數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表中記錄各個道路擁堵信息、地面平整度信息對應(yīng)的為電動發(fā)動機(jī)、第二電動發(fā)動機(jī)分配氫氣的數(shù)據(jù)；電動發(fā)動機(jī)、第二電動發(fā)動機(jī)中一個用于驅(qū)動后輪或/和前輪，另一個用于驅(qū)動前輪或/和后輪。
[0032]一種無尾氣排放的水氫動力列車，包括:動力車、非動力車，動力車設(shè)有甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、電動發(fā)動機(jī)，甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、電動發(fā)動機(jī)設(shè)置于動力車，甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、電動發(fā)動機(jī)依次連接；
[0033]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，獲取的氫氣通過氫氣發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電，發(fā)出的電能供電動發(fā)動機(jī)工作；
[0034]所述甲醇制氫系統(tǒng)包括儲存容器，儲存容器設(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)將儲存容器分為至少