一种基于车载光伏电转氨的油/氨混合燃料汽车动力系统

1.本发明属于混合燃料汽车的领域，特别涉及一种基于车载光伏电转氨的油/氨混合燃料汽车动力系统。


背景技术：

2.在汽车上搭载太阳能光伏发电系统，在汽车行驶、停放过程中通过光伏发电并以电能或化学能的方式存储下来，为汽车补充能源，能够减小车辆的能耗、增加续航里程、降低碳排放量。这一方案适用于电动汽车、氢能或燃油汽车等。目前，燃油车仍然占有90％以上的比例，特别是对于具有长途续航要求的卡车、货车，采用电池供电是不适宜的，燃油发动机将仍然占据主要比例，其排放的co2是导致气候变暖的重要原因之一，因此降低燃油车的油耗及碳排放，是减缓气候变暖的重要路径。将光伏发电与燃油车结合的合适方式是将光伏电能首先转化成内燃机能够利用的化学能，比如首先通过电解水制氢，然后用氢/燃油混合燃料代替纯燃油。然而目前氢能的主要问题在于氢气存储需要极高的压力(30-70mpa)或极低的温度(-253℃)，升降压(温)过程的能量损失高达15％-40％，且爆炸极限宽(4％-75.6％，体积分数)，存在安全性、适用性问题。本发明提出的一种基于车载光伏电转氨的油/氨混合燃料汽车动力系统，不仅没有氢能在运输上的经济性、安全性问题，也可控制co2排放量。


技术实现要素：

3.本发明提出一种基于车载光伏电转氨的油/氨混合燃料汽车动力系统，其特征在于，包括模块：光伏发电制氨系统、油/氨混燃发动机系统。
4.光伏发电制氨系统包括车身太阳能光伏阵列系统和电解制氨系统。所述车身光伏发电系统是由覆盖在车顶和车身的车载式光伏太阳能发电板和电路组成。通过太阳光照射进行发电，电能通过电路传送至电解制氨池中。所述电解制氨系统包括电解制氨池、水箱、储氨罐，产生的氨通过管路输送到储氨罐中进行储存。
5.油/氨混燃发动机系统包括油箱、油量/氨量比例控制器、油/氨混燃发动机。所述油箱用于存储燃油，油箱与储氨罐均通过管路连接至油量/氨量比例控制器，在油量/氨量比例控制器内油与氨以一定比例混合然后通过管路输送至油/氨混燃发动机进行燃烧做功。所述油量/氨量比例控制器用于按照一定比例控制进入发动机的油和氨的流量，所述油/氨混燃发动机能够以柴油与氨混合物、或汽油与氨混合物为燃料。。
附图说明
6.图1为光伏发电制氨、油/氨混燃关系网络图，其中，图1标记如下：1、油/氨混燃发动机；2、油箱；3、储氨罐；4、光伏板；5、电解制氨池；6、水箱；7、油量/氨量比例控制器。
7.图2为基于车载光伏电转氨的油/氨混合燃料汽车工作流程示意图。
具体实施方式
8.下面结合附图1说明一种基于车载光伏电转氨的油/氨混合燃料汽车动力系统的具体实施方式。如图1，所述光伏发电制氨系统的原料为水和空气，由光伏发电板4产生的电流，通过电路输送至电解制氨池5中电解水和空气产生氨，通过管路将氨储存在储氨罐3中，油量/氨量比例控制器7将储氨罐3中的氨与油箱2中的柴油或汽油以一定比例混合后输送到油/氨混燃发动机1中，在油/氨混燃发动机1中进行燃烧做功。
9.下面对本发明的效果进行分析。以中国北方某城市为例，设日平均日照时间为6小时。同时，依据日均日照时间设定汽车一天在户外运行时间为6小时。该市太阳水平面年辐照量为1.34mwh/m2，35度倾斜面年辐照量为1.50mwh/m2。在车载光伏发电系统中，光伏板被安装于大型货车车顶、车身等位置，在理论计算中可将车体视为一个长方体(6
×2×
2m)，即四个侧面和顶面有光伏板。经换算得到大型货车上的光伏板日均发电量w0为：
10.w0＝w/365＝8135.40/365＝22.29kwh。
11.经查阅文献得知，电转氨技术的法拉第效率可达90％，可合理假设光伏板日平均发电量22.29kwh均用于电转氨技术合成氨，故依据氨热值316.25kj/mol推算日产氨量n＝228.35mol。
12.可合理假设在油/氨混燃发动机中，混合燃烧的热效率不变。汽油的热值为44000kj/kg，故依据日产氨气的量换算省油量m＝1.64kg。
13.通常情况下，大型货车的油箱容量在140l左右，百公里油耗在30l左右。因此，若大型货车以65km/h的速度在高速公路上一天行驶10h，即650km，耗油195l。汽油密度为0.72kg/l，则大型货车日耗140.4kg汽油。则本发明采用光伏电转氨后，系统省油率为1.17％。
14.节省1kg汽油相当于减排2.3kg的co2，故车辆每日可减排3.77kgco2。根据以上分析，用光伏发电，电解制氨可有效降低车辆油耗，达到节能环保的目的。
15.该系统与传统内燃机汽车或者新能源汽车动力系统相比，优点在于：(1)该系统采用车载太阳能板吸收太阳能，将空气中氮气电解产生氨以替代部分燃油，节约能源，降低二氧化碳的排放；(2)相比于不易运输和储存的氢气，氨的储存和运输更安全、经济，更适于作为燃油的替代燃料。


技术特征：
1.本发明提出一种基于车载光伏电转氨的油/氨混合燃料汽车动力系统，其特征在于，包括模块：光伏发电制氨系统、油/氨混燃发动机系统；所述光伏发电制氨系统包括车身太阳能光伏阵列系统和电解制氨系统；所述车身光伏发电系统是由覆盖在车顶和车身的车载式光伏太阳能发电板和电路组成；通过太阳光照射进行发电，电能通过电路传送至电解制氨池中；所述电解制氨系统包括电解制氨池、水箱、储氨罐，产生的氨通过管路输送到储氨罐中进行储存；所述油/氨混燃发动机系统包括油箱、油量/氨量比例控制器、油/氨混燃发动机；所述油箱用于存储燃油，油箱与储氨罐均通过管路连接至油量/氨量比例控制器，在油量/氨量比例控制器内油与氨以一定比例混合然后通过管路输送至油/氨混燃发动机进行燃烧做功；所述油量/氨量比例控制器用于按照一定比例控制进入发动机的油和氨的流量；所述油/氨混燃发动机能够以柴油与氨混合物、或汽油与氨混合物为燃料其中，光伏发电制氨系统产生氨由管道传输储存至储氨罐中，在油/氨动力车动力系统中储氨罐中的氨与油料在管道中混合压缩，传输至内燃机中燃烧产生动力。2.根据权利要求1所述的基于车载光伏电转氨的油/氨混合燃料汽车动力系统，其特征在于，所述光伏发电制氨系统的原料为水和空气，由光伏发电板产生的电能，在制氨池中发生反应产生氨；所述油/氨动力车动力系统发动机燃料为柴油和氨或汽油和氨。

技术总结
本发明提出一种基于车载光伏电转氨的油/氨混合燃料动力汽车，包括光伏发电系统、电解制氨系统、油/氨混燃动力系统。光能通过太阳能板发电后，在电解制氨池中参与空气与水的反应产生氨，氨储存至储氨罐，在油/氨混燃发动机系统中储氨罐中的氨与油料在内燃机中燃烧产生动力。该系统与传统内燃机汽车或者新能源汽车动力系统相比，一方面该系统采用车载太阳能板吸收太阳能，将空气中氮气电解产生氨以替代部分燃油，节约能源，降低二氧化碳的排放，另一方面相比于不易运输和储存的氢气，氨的储存和运输更安全、经济，更适于作为燃油的替代燃料。更适于作为燃油的替代燃料。更适于作为燃油的替代燃料。


技术研发人员：陈亮 张遥 孙梦阳 张铭凡 王春波
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/6