利用电动汽车电动机冷却液余热直接空气碳捕获系统及方法

1.本发明涉及直接空气碳捕获领域，具体涉及一种利用电动汽车电动机冷却液余热直接空气碳捕获系统及方法。


背景技术：

2.目前，由于化石能源的使用依然占据着主导地位，其燃烧所释放的温室气体，尤其是对全球变暖影响最大的co2在大气中的浓度已超过400ppm，严重影响人类的生存与发展。
3.如今，直接空气碳捕获技术作为缓解全球气候危机的主要技术手段，在许多行业都得到了应用与发展，如发电厂、水泥制造厂、钢铁厂等。直接空气碳捕获技术可以吸收大气中的二氧化碳并将其进行封存或利用，以缓解二氧化碳浓度的升高。但大多数碳捕集装置都为固定式装置，无法进行移动，且占地面积大，消耗了土地资源。
4.虽然燃油汽车的数量还在不断攀升，但电动汽车的市场份额也在不断增加。过去五年，全球电动汽车销量取得了飞跃式的发展，从2018年的200万辆上涨至2022年的逾1000万辆，市场份额从2.5％涨至14％。电动汽车在生产过程中会产生碳排放，在电动汽车行驶过程中所产生的碳排放与传统燃油汽车相比有着大幅度的减少，但仍不能说不会产生碳排放。本专利将电动汽车与碳捕集技术相结合，使得电动汽车在行驶过程中可以进行碳捕集以抵消一部分自身碳排放。将直接空气碳捕获技术用于电动汽车上，可达到对排放源进行针对性强化捕集。该领域的开展不会占用土地资源，二氧化碳吸附过程的能量可由电动机冷却液余热以及制动回收能量提供，在利用废热的同时还减少了额外能量的消耗。对比典型碳捕集工厂，此项技术不需要大型固定式风机，在汽车移动过程中就可完成对空气的吸收，减少了碳捕集过程中的能量消耗。利用电动汽车的热潮来改善环境问题，可做到事半功倍的效果。因此对该领域进行技术开发是十分重要的，也是对直接空气碳捕获技术的使用进行一个新的探索。


技术实现要素：

5.因此本发明为解决背景技术的问题，提出一种利用电动汽车电动机冷却液余热直接空气碳捕获系统及方法，利用电动机冷却液余热以及制动回收的电能来实现在电动汽车上进行直接空气碳捕获，以此来达到缓解气候变化的目的。
6.为解决上述问题，本发明电动汽车电动机冷却液余热对碳捕获供能系统，包括电动机、电动机水套、吸附-解吸塔、加热器、发电机、进气控制器、冷却水箱、水泵、电磁阀、气液分离装置、控制器、电力控制箱、压缩装置以及储存装置。
7.本发明包括电动机冷却液余热回收系统、冷却液循环以及二氧化碳捕集及回收系统；
8.所述电动机冷却液余热回收系统设置有电动机的内循环冷却液出口，其中电动机的内循环冷却液出口与加热器相连，加热器经管路连接至吸附-解吸塔底部，组成电动机冷却液余热回收系统；
9.所述冷却液循环主要由发动机冷却液出口、加热器、电磁阀、冷却水箱、水泵、电磁阀、吸附-解吸塔、电动机冷却液入口及电动机水套依次连接；
10.所述二氧化碳捕集及回收系统包括进气控制器、吸附-解吸塔、控制器、气液分离装置、压缩装置、储存装置、发电机，进气控制器连接吸附-解吸塔进口，吸附-解吸塔解吸后的混合气体管路连接气液分离装置再经压缩装置连接储存装储存，其中压缩装置的电力消耗来自汽车本身的发电机。
11.进一步，吸附-解吸塔设置有控制器，所述控制器与吸附-解吸塔以及冷却液循环相连，用于控制吸附-解吸塔的反应进程，实现对吸附-解吸塔吸附和解吸的依次进行。
12.本发明另一个技术方案是基于电动汽车电动机冷却液余热对碳捕获供能的系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
13.冷却液经出口流入加热器，利用电动汽车制动回收电力加热，提高冷却液的温度至100
±
10℃，加热后的冷却液流入吸附-解吸塔为二氧化碳解吸过程加热；
14.二氧化碳解吸过程加热后的冷却液流经冷却水箱冷却至环境温度，通过水泵加压后流经吸附-解吸塔，再经过电动机冷却液入口回到电动机中，完成冷却液循环；
15.空气经进气控制器进入吸附-解吸塔中，吸附-解吸塔将空气中的二氧化碳吸附，吸附完成后将剩余气体排出，再将二氧化碳进行解吸，将解吸后的混合气体送入气液分离装置中进行气液分离，利用压缩装置将纯净的二氧化碳气体压缩成液体，最后将液态二氧化碳放入储存装置中储存。
16.所述储存装置将得到的液态二氧化碳进行储存，在达到储存容量时可进行更换。
17.所述进气控制器所进入气体为空气，所述吸附-解吸塔的两个出气口所出气体分别为不含二氧化碳的空气以及二氧化碳和水蒸气的混合气体。
18.所述电力控制箱将电动汽车制动回收的电力输送至加热器并对加热器内冷却液的温度进行实时检测
19.可选的，所述电动机为汽车的动力装置，其内部冷却液用于给吸附-解吸塔加热。
20.可选的，所述冷却水箱内有多排冷凝水管用于降低冷却液温度。
21.可选的，所述将电力控制箱将电动汽车制动回收的电力输送至加热器并对加热器内冷却液的温度进行实时检测。
22.可选的，所述吸附剂为pei-sio2。
23.可选的，所述利用余热实现直接空气碳捕获的系统包括气液分离装置；所述气液分离装置用于对吸附-解吸塔的水蒸汽和二氧化碳混合气体进行冷凝，将二氧化碳与水分离；所述气液分离装置与吸附-解吸塔的出口及压缩装置的入口相连。
24.可选的，所述压缩装置用于压缩冷凝后二氧化碳气体，经过冷却将其后压缩成液体，以便在储存器内储存；
25.可选的，所述储存装置用于储存液态二氧化碳，储存装置内部包括容量计、二氧化碳储存罐；所述容量计用于测量储存量是否到达额定值；所述二氧化碳储存罐用于储存液态二氧化碳。
26.可选的，所述控制器与吸附-解吸塔以及冷却液循环相连，用于控制吸附-解吸塔的反应进程，实现对吸附-解吸塔吸附和解吸的依次进行。
27.可选的，所述进气控制器与吸附-解吸塔相连，用于控制空气的进入时间。
28.可选的，所述水泵在冷却液循环中，用于把冷却液加压后泵入电动机中，为现有发动机所使用的水泵，包括机械水泵和电子水泵。
29.可选的，所述电磁阀在整个系统中用于对冷却液流量的调节。
30.可选的，所述各种装置之间用连接管连接，所述连接管带有控制阀门，所述控制阀门用于控制热物流以及气体的进出。
31.本发明还公开一种基于上述的利用冷却液余热实现直接空气碳捕获系统的方法，当空气进入吸附-解吸塔时，控制器关闭从发动机出口流出的冷却液，吸附-解吸塔在常温下完成二氧化碳的吸附，当控制器检测出吸附-解吸塔内二氧化碳气体含量几乎为零时排出吸附-解吸塔内的剩余气体，吸附过程结束，此时关闭进气控制器17和电磁阀18，打开电磁阀f9，让高温冷却液给吸附-解吸塔加热完成二氧化碳的解吸，解吸结束后的混合气体流经气液分离器进行气液分离。
32.本发明中采用系统的优点在于通过利用电动机冷却液余热对排放点源处的二氧化碳进行精准捕获。该系统的热物流来源于电动机冷却液余热以及制动回收电力，对余热进行了利用，降低了系统能耗。该系统安装于移动的电动汽车上，不需要安装大型风机来收集空气，利用汽车的灵活移动实现的对空气的收集，减少了碳捕集过程中的能耗。本发明的碳捕集量高，自由灵活，充分利用电动机冷却液余热以及制动回收电力。
33.与其它碳捕集系统相比，本发明的系统在能源利用以及捕获效率上有很大优势。
34.本发明的实施可缓解气候变化，减少碳捕集过程中的资源消耗，对实现碳中和有促进作用。
附图说明
35.图1为利用电动机冷却液余热以及制动回收电力进行碳捕集装置示意图。
36.图2为二氧化碳储存装置示意图。
37.附图标记说明如下：1-电动机，2-电动机水套，3-冷却液入口，4-冷却液出口，5-水泵，6-冷却水箱，7-吸附-解吸塔，18、f8、f9-电磁阀，10-控制器，11-发电机，12-加热器，13-电力控制箱，14-气液分离装置，15-压缩装置，16-储存装置，17-进气控制器。
具体实施方式
38.本发明将结合附图，对发明实施例中的技术方案进行一个清楚、完整地描述，所述实例仅仅是本发明专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。
39.如图1所示，本实施例提供利用电动汽车电动机冷却液余热直接空气碳捕获系统，包括电动机(1)、电动机水套(2)、水泵(5)、冷却水箱(6)、吸附-解吸塔(7)、电磁阀(f8、f9)、控制器(10)、发电机(11)、加热器(12)、电力控制箱(13)、气液分离装置(14)、压缩装置(15)、储存装置(16)、进气控制器(17)以及连接装置。
40.所述碳捕集系统包括电动机冷却液余热回收系统、冷却液循环、二氧化碳捕集及回收系统。其中电动机冷却液余热回收系统包括电动机1的内循环冷却液出口4，其中冷却液出口4与加热器12相连，组成电动机冷却液余热回收系统。
41.进一步的，冷却液经出口4流入加热器12，利用电动汽车制动回收电力加热，以提高冷却液的温度，加热后的冷却液流入吸附-解吸塔7为二氧化碳解吸过程加热。
42.所述冷却液循环包括发动机冷却液出口4、加热器12、电磁阀f8、冷却水箱6、水泵5、电磁阀18、吸附-解吸塔7、电动机冷却液入口3、电动机水套2，其目的在于为碳捕集过程提供热量。
43.进一步的，为二氧化碳解吸过程加热后的冷却液流经冷却水箱6冷却至环境温度，通过水泵5加压后流经吸附-解吸塔7，再经过电动机冷却液入口3回到电动机1中，完成冷却液循环。
44.所述二氧化碳捕集及回收系统包括进气控制器17、吸附-解吸塔7、控制器10、气液分离装置14、压缩装置15、储存装置16、发电机11。
45.进一步的，空气经进气控制器17进入吸附-解吸塔7中，吸附-解吸塔7将空气中的二氧化碳吸附，吸附完成后将剩余气体排出，再将二氧化碳进行解吸，将解吸后的混合气体送入气液分离装置14中进行气液分离，利用压缩装置15将纯净的二氧化碳气体压缩成液体，其中压缩装置的电力消耗来自汽车本身的发电机11，最后将液态二氧化碳放入储存装置16中储存。
46.本发明中的电动机冷却液余热以及制动能量回收系统将回收得到的冷却液余热用于二氧化碳捕集系统，与传统碳捕集系统相比，对能源的消耗大大减少。回收利用电动机1冷却液的余热对空气进行碳捕集，能够提高能源利用率，满足二氧化碳捕集装置的能量需求；并且通过加热器12对电动汽车制动能量进行回收利用，在捕集二氧化碳的同时，还实现了节能减排的目的。
47.如图2所示，二氧化碳储存装置16用于储存液态二氧化碳，其安装的智能化检测仪器和智能化仪表，可实时检测储存装置内部的二氧化碳含量，当储存容量达到额定数值时可将装置内的液态二氧化碳抽出。
48.以上所述，仅为本发明专利的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种修改方案都是有可能的。因此本发明不局限于具体实施方式所公开的内容，本发明要求的保护范围以权利要求书界定的范围为准。

技术特征：
1.利用电动汽车电动机冷却液余热直接空气碳捕获系统，其特征在于，包括电动机冷却液余热回收系统、冷却液循环以及二氧化碳捕集及回收系统；所述电动机冷却液余热回收系统设置有电动机的内循环冷却液出口，其中电动机的内循环冷却液出口与加热器相连，加热器经管路连接至吸附-解吸塔底部；所述冷却液循环主要由发动机冷却液出口、加热器、电磁阀(f8)、冷却水箱、水泵、电磁阀(18)、吸附-解吸塔、电动机冷却液入口及电动机水套依次连接；所述二氧化碳捕集及回收系统主要包括进气控制器、吸附-解吸塔、控制器、气液分离装置、压缩装置、储存装置、发电机，所述进气控制器连接吸附-解吸塔进口，吸附-解吸塔解吸后的混合气体管路连接气液分离装置再经压缩装置连接储存装储存，其中压缩装置的电力消耗来自汽车本身的发电机；所述吸附-解吸塔设置有控制器，所述控制器与吸附-解吸塔以及冷却液循环相连，用于控制吸附-解吸塔的反应进程，实现对吸附-解吸塔吸附和解吸的依次进行。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述进气控制器与吸附-解吸塔相连，用于控制空气的进入时间。3.根据权利要求1至2中任一项所述系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：冷却液经出口流入加热器，利用电动汽车制动回收电力加热，将冷却液温度提高至100
±
10℃，加热后的冷却液流入吸附-解吸塔为二氧化碳解吸过程加热；二氧化碳解吸过程加热后的冷却液流经冷却水箱冷却至环境温度，通过水泵后流经吸附-解吸塔，再经过电动机冷却液入口回到电动机中，完成冷却液循环；空气经进气控制器进入吸附-解吸塔中，吸附-解吸塔将空气中的二氧化碳吸附，吸附完成后将剩余气体排出，再将二氧化碳进行解吸，将解吸后的混合气体送入气液分离装置中进行气液分离，利用压缩装置将纯净的二氧化碳气体压缩成液体，最后将液态二氧化碳放入储存装置中储存；当空气进入吸附-解吸塔时，控制器关闭从发动机出口流出的冷却液，吸附-解吸塔在常温下完成二氧化碳的吸附，当控制器检测出吸附-解吸塔内二氧化碳气体含量几乎为零时排出吸附-解吸塔内的剩余气体，吸附过程结束，此时关闭进气控制器和电磁阀(18)，打开电磁阀(f9)，让高温冷却液给吸附-解吸塔加热完成二氧化碳的解吸，解吸结束后的混合气体流经气液分离器进行气液分离。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述储存装置将得到的液态二氧化碳进行储存，在达到储存容量时进行更换。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述进气控制器所进入气体为空气，所述吸附-解吸塔的两个出气口所出气体分别为不含二氧化碳的空气以及二氧化碳和水蒸气的混合气体。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电力控制箱将电动汽车制动回收的电力输送至加热器并对加热器内冷却液的温度进行实时检测。

技术总结
本发明涉及碳捕集技术领域，公开一种利用电动汽车电动机冷却液余热直接空气碳捕获系统及方法。新型碳捕集系统二氧化碳解吸的热量来源包括电动机冷却液余热和制动能量回收加热两部分，汽车制动回收的电力对电动机冷却液进行加热以提高送到吸收-解吸塔冷却液的温度，空气经过吸收-解吸塔后将得到的纯净二氧化碳送到气液分离器中，在经过压缩装置将其压缩成液态放入储存装置储藏。本发明具有碳捕获量高，与直接将所述部分热量排入空气相比，充分利用了电动机冷却液余热，碳捕集过程自由灵活，捕集时间长，可塑性强，可在电动汽行驶过程完成二氧化碳的捕集诸多优点。完成二氧化碳的捕集诸多优点。完成二氧化碳的捕集诸多优点。


技术研发人员：王珺瑶 严家辉 李双俊 刘建平 田志鹏 雷励斌
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/12