[发明专利]压缩式纳米氢气泡/柴油混合燃料制备装置及方法和用途

说明书

本发明公开了一种压缩式纳米氢气泡/柴油混合燃料制备方法，由氢气瓶经调压电磁阀向混合器供应预定压力的氢气；从油箱经油泵、流量控制器、电磁阀向混合器供应预定体积的柴油；控制器控制推力发生器推动活塞压缩缸内的氢气和柴油达到预定压强，然后将压缩缸内氢/柴油溶液释放到油/气分离器进行分离后，即可获得纳米氢气泡/柴油混合燃料，而控制器驱动活塞、推杆及推力发生器复位后，即可再次启动混合燃料制备循环。燃用纳米氢气泡/柴油混合燃料时，柴油机只需要一套供油系统，且不需要对供油系统硬件进行调整；可大幅改善柴油机经济、排放性能，还可提高混合燃料制备效率，更适合纳米氢气泡/柴油混合燃料的工业化生产。

技术领域

本发明属于内燃机替代燃料技术，具体涉及一种可用作柴油机燃料的纳米氢气泡/柴油混合燃料的循环式制备方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的蓬勃发展以及人民生活水平的提高，汽车由“奢侈品”转变为“必需品”而进入普通群众家庭，带来了我国汽车产量与保有量的迅猛提升。2018年，尽管国产汽车产销量均出现“滑坡”，但也还是新生产汽车2780.9万辆，其中，新能源汽车占比不足5％，液体燃料(汽、柴油)汽车目前仍然是我国汽车产业的主流产品。但我国日益庞大的汽车大军也带来了空前的能源消耗，导致我国原油进口量连年增长，2018年，我国进口原油4.6亿吨，原油对外依存度已高达70.9％，国家能源安全形势极其严峻。同时，数量众多的汽车还带来了严重的空气污染，2017年，我国汽车4项污染物排放总量为4359.7万吨，其中，氮氧化物(NOx)574.3万吨，颗粒物(PM)50.9万吨，而柴油车排放的NOx和PM分别接近汽车排放总量的70％和90％，可见，柴油车尾气排放是大气中NO_X及PM的主要来源，对人体和环境造成了极大危害。目前，尽管新型燃烧方式、高效后处理技术等多种柴油机清洁、高效运行措施已应用于满足国Ⅴ、国Ⅵ排放法规的柴油车，但仍然难以彻底解决我国所面临的能源紧缺和环境恶化等问题，高效、低污染的新型能源及其应用技术成为我国能源及内燃机领域的研究热点。

氢气(H₂)是一种高效、清洁能源，柴油机上燃用纯氢气(包括氢气/柴油双燃料模式)或者以掺混燃烧的方式同时燃用氢气与柴油都能够显著提高柴油机热效率、减少污染物排放。而现有的氢气与柴油掺混燃烧方式包括氢气/柴油双喷射系统缸内喷射和氢气进气道喷射/柴油缸内喷射等两种工作方式。但采用这两种掺混燃烧工作方式时，氢气和柴油各需要一套喷射系统以及相应的供应管路、加压设备及存储装置，从而导致燃料供应系统高度复杂，布置空间局促，安全系数降低，可维护性变差，同时必然还会造成燃料供应系统成本大幅增加。此外，为实现内燃机的高效、清洁运行，内燃机燃烧、排放的匹配、标定工作非常复杂，而增加一种独立喷射的燃料无疑将成倍的提高柴油机燃烧、排放标定工作量，导致多元燃料柴油机开发周期延长、开发成本上升。

多元燃料各自独立喷射工作方式的缺陷较为突出，而将多种燃料配置成均匀混合燃料用于内燃机的燃烧是规避上述缺陷最有效、最简便的措施之一。但在常温、常压下，氢气在柴油中的溶解度较低，此时配置出的氢/柴油溶液中的氢含量过低，不足以实现氢、柴油燃料掺混燃烧柴油机的高效、清洁运行。而尽管加大氢气的压力和提高柴油的温度都可以显著提高氢气在柴油中的溶解度，但提高油箱等供油系统部件的压力和温度不仅成本高昂，而且安全性也难以保证。因此，必须采用特殊的混合原理和技术方案才能制备具备实际应用价值的氢/柴油混合燃料。