一种甲醇燃料供给系统的乙二醇恒温系统及其控制方法与流程

本发明属于燃料供给，具体为一种甲醇燃料供给系统的乙二醇恒温系统及其控制方法。

背景技术：

1、甲醇是一种清洁、高效、可再生的液体燃料，具有广泛的应用前景。甲醇可以用于船用发动机和锅炉等设备，作为替代传统石油燃料的低碳能源。然而，由于甲醇的物理和化学性质与石油燃料不同，需要对甲醇燃料供给系统进行特殊的设计和调节，以保证其在不同的工作条件下能够稳定、安全、高效地供应甲醇。

2、甲醇燃料供给系统主要包括甲醇储罐、甲醇泵、甲醛转化器、混合器、喷射器和发动机或锅炉等部件。其中，甲醛转化器是将甲醇转化为甲醛和氢气的关键部件，其转化效率和稳定性直接影响到甲醇燃料供给系统的性能和安全性。为了提高甲醛转化器的转化效率和稳定性，需要对其进行适当的温度控制。一般来说，甲醛转化器的温度应保持在200-300℃之间，过高或过低都会降低转化效率和稳定性。

3、目前，已有一些关于甲醇燃料供给系统的温度控制技术公开。例如，cn114320688a1公开了一种船用甲醇燃料供给系统，该系统包括一个乙二醇系统，用于给第一换热器和第二换热器提供加热源，乙二醇供给泵将乙二醇加压输送到第三换热器与船厂提供的冷却水系统进行热交换达到所需要的温度要求。该技术可以实现对甲醛转化器的温度控制，但是需要增加额外的换热器和管道，增加了系统的复杂度和成本。

4、因此，在现有技术水平下，仍存在着如何在不增加额外的换热器、管道、控制元件和信号线的情况下，实现对甲醇燃料供给系统的温度控制的技术问题。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供一种甲醇燃料供给系统的乙二醇恒温系统及其控制方法，解决如何在不增加能耗和排放的情况下，保持甲醇燃料供给系统的恒定温度，提高甲醇燃料供给系统的性能和安全性的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种甲醇燃料供给系统的乙二醇恒温系统，包括储液箱、循环泵、温度传感器、流量传感器、电磁阀和控制器，其中：

4、储液箱用于储存乙二醇溶液；

5、循环泵用于将乙二醇溶液从储液箱输送到甲醇燃料供给系统的各个部件；

6、温度传感器用于检测甲醇燃料供给系统的实际温度；

7、流量传感器用于检测乙二醇溶液的流量；

8、电磁阀用于调节乙二醇溶液的流量；

9、控制器用于根据温度传感器和流量传感器的信号，计算出甲醇燃料供给系统的实际温度和理想温度之间的温度偏差，并根据偏差的大小和方向，调节电磁阀的开度，控制乙二醇溶液的流量，使之与甲醇燃料供给系统的需求相匹配。

10、该发明产生了以下有益效果：

11、一方面，可以根据甲醇燃料供给系统的功率、温度等工作条件，动态调节乙二醇溶液的流量和压力，使之与甲醇燃料供给系统的需求相匹配，保持甲醇燃料供给系统的恒定温度；

12、另一方面，可以避免乙二醇溶液过热或过冷，防止乙二醇溶液沸腾或结冰，保证乙二醇溶液在合适的状态下进行换热。

13、该发明采用了以下工作原理：

14、首先，通过温度传感器检测甲醇燃料供给系统的实际温度，并将其转换为电压信号输出给控制器；其次，通过流量传感器检测乙二醇溶液的流量，并将其转换为电压信号输出给控制器；然后，控制器根据电压信号计算出甲醇燃料供给系统的实际温度和理想温度之间的温度偏差，并根据偏差的大小和方向，调节电磁阀的开度，控制乙二醇溶液的流量，使之与甲醇燃料供给系统的需求相匹配；最后，控制器根据电磁阀的开度，调节循环泵的转速，控制乙二醇溶液的压力，使之与甲醇燃料供给系统的工作条件相适应。

15、在较佳实施情况下，所述电磁阀的开度为θ，满足以下公式：

16、θ＝βδt+ηcos(φt)

17、δt＝t1-t

18、其中，β为开度系数，δt为甲醇燃料供给系统的实际温度和理想温度之间的偏差，η为开度波动幅值，φ为开度波动角频率，t为时间；t1为甲醇燃料供给系统的实际温度，t为理想温度。

19、上述改进解决了如何在不影响恒温控制效果的情况下，减少电磁阀的开关频率，延长电磁阀的使用寿命的技术问题。

20、产生了以下有益效果：

21、一方面，可以根据温度偏差的大小和方向，调节电磁阀开度的平均值和幅值，使之与甲醇燃料供给系统的需求相匹配；

22、另一方面，可以根据温度偏差的变化趋势和周期性，调节电磁阀开度的波动频率和相位，使之与甲醇燃料供给系统的特性相适应。

23、上述改进采用了以下工作原理：

24、首先，控制器根据温度传感器和流量传感器的信号计算出甲醇燃料供给系统的实际温度和理想温度之间的偏差，并根据偏差的大小和方向，调节电磁阀的开度，控制乙二醇溶液的流量；然后，控制器根据电磁阀的开度，调节循环泵的转速，控制乙二醇溶液的压力；最后，控制器根据电磁阀开度θ，计算出循环泵转速n。

25、在较佳实施情况下，所述开度系数β为0.1％/(℃)，所述开度波动幅值η为0.01％，所述开度波动角频率φ为0.05rad/s。

26、在较佳实施情况下，所述理想温度t满足以下公式：

27、t＝t0+αw+sin(ω×t)

28、其中，t0为甲醇燃料供给系统的初始温度，α为温度系数，w为甲醇燃料供给系统的功率，ε为温度波动幅值，ω为温度波动角频率，t为时间。

29、上述改进解决了如何在不影响恒温控制效果的情况下，减少理想温度设定值的调整次数和幅度的技术问题。

30、上述改进产生了以下有益效果：

31、一方面，可以根据甲醇燃料供给系统的功率和初始温度等工作条件，调节理想温度设定值的平均值和幅值，使之与甲醇燃料供给系统的需求相匹配；

32、另一方面，可以根据甲醇燃料供给系统的特性和环境变化等因素，调节理想温度设定值的波动频率和相位，使之与甲醇燃料供给系统的变化趋势和周期性相适应。

33、上述改进采用了以下工作原理：

34、首先，根据甲醇燃料供给系统的功率w和初始温度t0等工作条件，利用实验数据或理论模型，确定或优化温度系数α和温度波动幅值∈；

35、其次，根据甲醇燃料供给系统的特性和环境变化等因素，利用实验数据或理论模型，确定或优化温度波动角频率ω；然后，将优化后的温度参数输入控制器，进行理想温度设定值的控制。

36、在较佳实施情况下，所述温度系数α为0.01℃/w，所述温度波动幅值为0.5℃，所述温度波动角频率ω为0.1rad/s。

37、上述改进产生了以下有益效果：

38、一方面，可以根据甲醇燃料供给系统的功率和初始温度范围，选择合适的温度系数α和温度波动幅值∈，使得理想温度设定值能够有效地跟随甲醇燃料供给系统的需求变化；

39、另一方面，可以根据甲醇燃料供给系统的特性和环境变化等因素，选择合适的温度波动角频率ω，使得理想温度设定值能够有效地抑制甲醇燃料供给系统的温度波动。该发明采用了以下工作原理：首先，根据甲醇燃料供给系统的功率和初始温度范围，利用实验数据或理论模型，确定或优化温度系数α和温度波动幅值∈；

40、其次，根据甲醇燃料供给系统的特性和环境变化等因素，利用实验数据或理论模型，确定或优化温度波动角频率ω；然后，将优化后的温度参数输入控制器，进行理想温度设定值的控制。

41、在较佳实施情况下，所述控制器还用于根据电磁阀的开度θ，调节循环泵的转速n，满足以下公式：

42、n＝γθ+δsin(ψt)

43、其中，γ为转速系数，δ为转速波动幅值，ψ为转速波动角频率，t为时间。

44、上述改进解决了如何在不影响恒温控制效果的情况下，减少循环泵的功耗和噪音的技术问题。

45、上述改进产生了以下有益效果：

46、一方面，可以根据电磁阀开度的大小和方向，调节循环泵转速的平均值和幅值，使之与乙二醇溶液的流量和压力相匹配；

47、另一方面，可以根据电磁阀开度的变化趋势和周期性，调节循环泵转速的波动频率和相位，使之与乙二醇溶液的换热特性相适应。

48、上述改进采用了以下工作原理：

49、首先，控制器根据电磁阀开度θ，计算出循环泵转速n；

50、其次，控制器根据循环泵转速n，控制循环泵的电机驱动器；

51、然后，电机驱动器根据控制器的信号，调节循环泵的电机电压和频率；最后，循环泵根据电机驱动器的输出，改变其转速。

52、在较佳实施情况下，所述转速系数γ为0.05r/min/％，所述转速波动幅值δ为0.1r/min，所述转速波动角频率ψ为0.02rad/s。

53、上述改进解决了如何在保证恒温控制精度和稳定性的前提下，优化循环泵转速参数的技术问题。

54、上述改进产生了以下有益效果：

55、一方面，可以根据乙二醇溶液的流量和压力范围，选择合适的转速系数γ和转速波动幅值δ，使得循环泵转速能够有效地跟随乙二醇溶液的需求变化；

56、另一方面，可以根据乙二醇溶液的换热特性，选择合适的转速波动角频率ψ，使得循环泵转速能够有效地抑制乙二醇溶液的温度波动。

57、上述改进采用了以下工作原理：首先，根据乙二醇溶液的流量和压力范围，利用实验数据或理论模型，确定或优化转速系数γ和转速波动幅值δ；其次，根据乙二醇溶液的换热特性，利用实验数据或理论模型，确定或优化转速波动角频率ψ；然后，将优化后的转速参数输入控制器，进行循环泵转速的控制。

58、在较佳实施情况下，所述控制器还用于根据循环泵的转速n，控制乙二醇溶液的压力p，满足以下公式：

59、p＝kpn2+p0

60、其中，kp为压力系数，p0为基准压力。

61、上述改进解决了如何在不增加额外的压力传感器和调节阀的情况下，控制乙二醇溶液的压力，提高乙二醇溶液的换热效率和安全性的技术问题。

62、上述改进产生了以下有益效果：

63、一方面，可以根据循环泵转速的大小和方向，调节乙二醇溶液的压力的平均值和幅值，使之与甲醇燃料供给系统的需求相匹配；

64、另一方面，可以根据循环泵转速的变化趋势和周期性，调节乙二醇溶液的压力的波动频率和相位，使之与甲醇燃料供给系统的特性相适应。

65、上述改进采用了以下工作原理：

66、首先，控制器根据循环泵转速n，计算出乙二醇溶液的压力p；

67、其次，控制器根据乙二醇溶液的压力p和甲醇燃料供给系统的工作条件(如功率、温度等)，计算出乙二醇溶液的理想压力p*；

68、然后，控制器根据乙二醇溶液的实际压力p和理想压力p*之间的偏差δp＝p-p*，调节电磁阀开度θ；最后，控制器根据电磁阀开度θ，调节循环泵转速n。

69、在较佳实施情况下，所述甲醇燃料供给系统包括甲醇储罐、甲醇泵、甲醛转化器、混合器、喷射器和发动机或锅炉；所述乙二醇溶液分别与甲醇储罐、甲醇泵、甲醛转化器、混合器、喷射器和发动机或锅炉进行热交换，以保持甲醇燃料的恒定温度。

70、上述改进解决了如何在不增加额外的换热器和管道的情况下，利用乙二醇溶液对甲醇燃料供给系统的各个部件进行冷却或加热的技术问题。

71、上述改进产生了以下有益效果：

72、一方面，可以根据甲醇燃料供给系统的各个部件的温度差异，实现乙二醇溶液的多级热交换，提高乙二醇溶液的利用率和换热效率；

73、另一方面，可以避免乙二醇溶液与外界环境接触，防止乙二醇溶液的蒸发或污染，保证乙二醇溶液的质量和安全性。

74、上述改进采用了以下工作原理：

75、首先，将乙二醇溶液从储液箱通过循环泵输送到甲醇储罐，与甲醇进行热交换，使甲醇保持在合适的温度范围内；

76、其次，将乙二醇溶液从甲醇储罐输送到甲醇泵，与甲醇进行热交换，使甲醇保持在合适的压力范围内；

77、然后，将乙二醇溶液从甲醇泵输送到甲醛转化器，与甲醛进行热交换，使甲醛保持在合适的反应条件下；

78、接着，将乙二醇溶液从甲醛转化器输送到混合器，与混合气体进行热交换，使混合气体保持在合适的比例和温度下；再次，将乙二醇溶液从混合器输送到喷射器，与喷射气体进行热交换，使喷射气体保持在合适的速度和温度下；

79、最后，将乙二醇溶液从喷射器输送到发动机或锅炉，与工作介质进行热交换，使工作介质保持在合适的状态下。

80、一种控制甲醇燃料供给系统的乙二醇恒温系统的方法，包括以下步骤：

81、1)通过温度传感器检测甲醇燃料供给系统的实际温度，并将其转换为电压信号输出给控制器；

82、2)通过流量传感器检测乙二醇溶液的流量，并将其转换为电压信号输出给控制器；

83、3)控制器根据电压信号计算出甲醇燃料供给系统的实际温度和理想温度之间的偏差，并根据偏差的大小和方向，调节电磁阀的开度，控制乙二醇溶液的流量，使之与甲醇燃料供给系统的需求相匹配；

84、4)控制器根据电磁阀的开度，调节循环泵的转速，控制乙二醇溶液的压力，使之与甲醇燃料供给系统的工作条件相适应。

85、上述方法解决了如何在不增加额外的控制元件和信号线的情况下，实现甲醇燃料供给系统的乙二醇恒温系统的控制的技术问题。

86、上述方法产生了以下有益效果：

87、一方面，可以根据甲醇燃料供给系统的实际温度和理想温度之间的偏差，动态调节乙二醇溶液的流量和压力，使之与甲醇燃料供给系统的需求相匹配，保持甲醇燃料供给系统的恒定温度；

88、另一方面，可以简化甲醇燃料供给系统的乙二醇恒温系统的控制结构和信号传输，降低甲醇燃料供给系统的乙二醇恒温系统的控制成本和故障率。

89、上述方法采用了以下工作原理：

90、首先，通过温度传感器检测甲醇燃料供给系统的实际温度，并将其转换为电压信号输出给控制器；

91、其次，通过流量传感器检测乙二醇溶液的流量，并将其转换为电压信号输出给控制器；

92、然后，控制器根据电压信号计算出甲醇燃料供给系统的实际温度和理想温度之间的偏差，并根据偏差的大小和方向，调节电磁阀开度θ，控制乙二醇溶液的流量；

93、最后，控制器根据电磁阀开度θ，调节循环泵转速n，控制乙二醇溶液的压力。