CN103061924A - 利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其主要利用引擎废热制氢，以及对引擎加氢，达到降低污染及省油的目的。本发明包含：甲醇储桶、甲醇重组器、连接甲醇储桶与甲醇重组器之间的输送管路、以及连接甲醇重组器与引擎进气歧管之间的氢气输送管路。该甲醇储桶内的甲醇水溶液能够沿输送管路送至甲醇重组器内。该甲醇重组器包含设置有一体构成的吸热体及反应用的触媒床，该吸热体吸收引擎内燃料点火爆炸所产生废气的热量，作为触媒床对甲醇与水蒸气进行化学反应所需的热源，而产生氢气。该氢气能够沿氢气输送管路送入引擎内，使燃料完全燃烧，降低废气中的碳含量，降低污染。

Description

利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置

技术领域

本发明涉及一种利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其主要利用引擎的废热作为甲醇重组器启动工作所需的热量，以制造氢气，并送入引擎内，使引擎内的燃料完全燃烧，达到省油、减污的目的。

背景技术

由于车辆使用本身既是温室气体排放重要来源，同时又是高度倚赖石油的使用部门，故车辆节能减碳为重要政策方向。

查，一般的车辆用的内燃机引擎为达成良好的点火燃烧效率，车厂于内部设定其最佳的空燃比A值(空气与燃料的混合比率，通常为14.5-15.0)，在此数值下能使燃料发挥最大的燃烧效益。国际知名的汽车制造商在生产省油车辆时，在油、气混合上，以精确的控制装置使空燃比接近这最佳A值。

空燃比越高表示燃料的含量越少，越能省油，但常导致引擎不稳定及震荡，也欠缺足够的马力来行驶。当空燃比大于A值时，表示燃料为相对稀薄。则点火时引擎内为稀薄燃烧的状态。稀薄燃烧会延迟爆炸的时间，使引擎内发生爆震现象，以至于引擎运转不顺畅。当汽车的引擎发生爆震现象时，车辆会产生剧烈震动，导致引擎效率的下降，且有熄火的顾虑，对车体及车内装置容易因爆震而损坏。

油箱所送出的油与进气歧管输入的空气，在混合后进入引擎内点火燃烧、爆炸，而推动引擎内的活塞作功。在燃烧过程中约有1/3的燃料未燃烧完全，而随废气由排气管排出，造成污染。空燃比过低时，会发生燃料燃烧不完全的现象，使废气污染度较高，影响空气品质，有害环保。由于氢气的燃烧能阶极低(0.017MJ；汽油，0.29MJ)，快速燃烧而其火焰速度(3.2-4.4M/s)远比汽油的火焰速度(0.34M/s)快，因此，美国麻省理工学院的教授们在引擎内加氢，通过氢气的助燃以提高燃油在引擎的燃烧效率，使原来无法完全稳定燃烧的燃料瞬间燃烧殆尽，也免除引擎的爆震，更使排放的废气中的含碳量降低，减少污染。即利用氢燃料辅助提高石油能源的效率与净化其排气，从而减低石油的消耗及温室气体排放。但困难是如何在行驶的车辆在车上连续提供安全而低廉的氢气。

现阶段的作法，所要的氢气一种来自高压氢气钢瓶或储氢罐，另一种来自水的电解或电浆重组(Plasma reforming)所产生的氢气。前者所用的储氢设备笨重，昂贵，储存量有限，无法长期连续使用，这些缺点限制了这方法的实用性。

电解水获得氢气的方法，有下列的缺点：

1)所产的氢气与氧气2比1的比例混合(67％氢气及33％氧气)，在氢气的自燃范围内(4-74％H2)，有爆炸的危险，

2)水电解所要的电力(4-5度/立方米氢气)间接来自燃油在引擎的运作所产，如果氢气量高则引起燃油的浪费，抵消氢气助燃的效益，如果注入的氢气量低，则效益不彰。故此方法也难于达成预期的效益。

以电浆重组方法取得氢气，必须抽用电池的电能，于车上将汽油转制氢气，来进行氢气的助燃。由美国麻省理工学院的研究人员所开发出，并由ArvinMeritor与德国汽车的汽车工程公司IAV改良的Hydrogen-Boosted GasolineEngine凭借车上产氢设备，添加15～30％氢气于现有汽车引擎，达成提升30％能源效率降低燃料成本，并且因为氢气的帮助使燃料更完全的燃烧，降低废气的排放量，更有效降低NOx的排放至几乎没有，这方法的设备复杂，昂贵，且其氢气浓度很低，约12-18％，效益有限。因此至今缺乏商业产品。

为突破上述三种方法的缺点及限制，在不改变原有内燃机结构情况下，本发明以新颖的设备利用引擎废热作为制氢能源，生产氢气，注入引擎达成氢气助燃的效益20-30％。

发明内容

本发明主要目的在提供一种利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其主要利用引擎的废热作为甲醇重组器启动工作所需的热量，以制造氢气，并送入引擎内，使引擎内的燃料完全燃烧，降低废气中的碳含量，以降低污染。

本发明次要目的在提供一种利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其能够配合空燃比较高的进油量，以及控制加氢时机，改善稀薄燃烧造成内燃机发生震暴现象及运转不顺畅，达到省油的目的。

本发明所提供的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，包含：甲醇储桶、甲醇重组器、连接甲醇储桶与甲醇重组器之间的输送管路、以及连接甲醇重组器与引擎进气歧管之间的氢气输送管路。该甲醇储桶内的甲醇水溶液能够沿输送管路送至甲醇重组器内。该甲醇重组器包含设置有一体构成的吸热体及反应用的触媒床，该吸热体吸收引擎内燃料点火爆炸所产生废气的热量，作为触媒床对甲醇与水蒸气进行化学反应所需的热源，而产生氢气。该氢气能够沿氢气输送管路送入引擎内，使燃料完全燃烧，降低废气中的碳含量，以降低污染。

该甲醇重组器的吸热体包围部份或全部引擎排气管，且与该排气管呈贴合状，以吸收废气的热量提升温度。

该甲醇重组器的吸热体设置在引擎排气管内吸取引擎废气的热量提升温度。

该甲醇重组器设有能够与排气管连接的穿孔；该甲醇重组器能够与排气管连接成一体，以直接吸收引擎所排放废气的热量。

该甲醇重组器的吸热体与引擎呈贴合状，以吸收废气的热量提升温度。

甲醇重组器的吸热体为导热性佳的金属制成，该反应用的触媒床能够由吸热体延伸扩大将触媒床孔道包覆在一个整体内。

甲醇重组器的吸热体为铝合金、铜合金、铜等其中之一所制成。

甲醇重组器的吸热体为导热性佳的金属所制成，另以标准的触媒床立方体紧密焊接在吸热体的平台上而构成一体。

该甲醇水溶液的输送管路设置有一液泵，控制输送管路的畅通或封闭。

该液泵在甲醇重组器所吸收的热量达到甲醇水溶液重组制氢反应所需的热量时启动，输送甲醇水溶液至甲醇重组器。

甲醇重组器的温度达200℃时，该甲醇重组器所吸收的热量达到甲醇水溶液重组制氢反应所需的热量。

该甲醇水溶液的输送管路设置有预热区，该预热区能够对甲醇水溶液加热，使甲醇水溶液气化产生甲醇水蒸气。

该预热区缠绕在排气管上，以吸收引擎废气的剩余热量。

还设置有电热器，该电热器能够对甲醇重组器加热，以加速甲醇重组器升温。

与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：本发明能够在引擎14内的燃料的空燃比较高的情形下，进行加氢操作，就能够达到降低耗油量的目的，同时也会使原来无法完全稳定燃烧的燃料瞬间燃烧殆尽，使排放的废气中的含碳量降低，减少污染。

附图说明

图1为本发明第一实施例的加氢装置结构示意图；

图2为甲醇重组器第一实施例的外观图；

图3为图2所示甲醇重组器安装在排气管上的示意图；

图4为图2所示甲醇重组器的加热体与触媒床另一种结合型态的构造图；

图5为图3所示甲醇重组器增设有凸部的使用状态示意图；

图6为甲醇重组器第二实施例安装在排气管上的示意图；

图7为甲醇重组器第三实施例的外观图。

附图标记说明：10-甲醇储槽；101-液面侦测开关；11-甲醇重组器；111-加热体；112-触媒床；113-凹部；114-输送管路；115-散热风扇；116-凸部；12-液泵；13-进气管；131-气气歧管；14-引擎；141-排气管；142-活塞；15-输送管路；151-预热区；152-回流管路；153-电磁阀；16-油箱；11’-甲醇重组器；111’-加热体；112’-触媒床；116’-穿孔；20-工作温度侦测开关；30-甲醇重组器；31-加热体；32-触媒床；33-凹部。

具体实施方式

在环保意识高涨与能源缺乏的今日，省油与少污染才是人类追求的目标。本发明所揭示的引擎的加氢装置，主要在控制甲醇溶液输送时机，使甲醇溶液于甲醇重组器处产生氢气，该氢气能够送入引擎内达到对引擎的加氢的操作。

请参阅图1。本发明所揭示的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，主要利用引擎14内燃料点火爆炸所产生的废热作为甲醇重组器11启动工作所需的热量，制造氢气。将甲醇储槽10内的甲醇水溶液凭借液泵12作动，输送到甲醇重组器11处作重组制氢。该氢气经引擎14进气管13的进气歧管131送入引擎14内与燃油一起点火燃烧。

本发明的引擎加氢装置包含：甲醇储桶10、甲醇重组器11、连接甲醇储桶10与甲醇重组器11之间的输送管路15、以及连接甲醇重组器11与引擎14进气歧管131之间的氢气输送管路114。该甲醇储桶10内储放甲醇水溶液，该甲醇水溶液能够沿输送管路15送至甲醇重组器11内。该甲醇重组器11包含设置有一体构成的吸热体111及反应用的触媒床112。该吸热体111吸收引擎点火爆炸所产生废气的热量，作为触媒床112对甲醇与水蒸气进行化学反应所需的热源，而产生氢气。该氢气能够沿氢气输送管路114及气气歧管131送入引擎14内。图1中编号16的构件为油箱。

图2所示为甲醇重组器的第一实施例。该甲醇重组器11的吸热体111设置有与引擎14排气管141吻合的凹部113，以包围部份或全部排气管141，且与该排气管141呈贴合状，以吸收废气的热量提升温度，如图3所示的状态。甲醇重组器11的吸热体111为铝合金，该反应用的触媒床112可由吸热体111延伸扩大将触媒床112包覆在一个整体内，使甲醇重组器11的外部为一体成型，如图2所示者。请参阅图4，甲醇重组器11的吸热体111为铝合金，另以标准的触媒床112立方体紧密焊接在吸热体111的平台上而构成一体。

请参阅图5该甲醇重组器11的吸热体111也可凸设一凸部116，该凸部116可凸入排气管141内，更直接地吸取引擎14废气的热量，提升温度。

图6所示为甲醇重组器的第二实施例。该甲醇重组器11’的吸热体111’设置有一可与排气管141连接的穿孔116’，以与排气管141连接成一体，以直接吸收废气的热量。该甲醇重组器11’可以标准的触媒床112’立方体紧密焊接在吸热体111’的平台上而构成一体。

图7所示为甲醇重组器的第三实施例。该甲醇重组器30的吸热体31设置有可与引擎14贴合的凹部33，而可与引擎14外部贴合，以吸收引擎14内部燃料点火爆炸后的废气的热量，而提升温度。其中，触媒床32为设置加热体31内，为一体构成。

连接甲醇储桶10与甲醇重组器11之间的输送管路15设置有一液泵12，以控制输送管路15的畅通或封闭。该液泵12在甲醇重组器11所吸收的热量达到甲醇水溶液重组制氢反应所需的热量时启动，以适时地输送甲醇水溶液至甲醇重组器11进行重组制氢反应，以产生氢气。所产生的氢气即沿氢气输送管路114及进气歧管131送入引擎13内，与燃料一起点火燃烧，以推动引擎14内的活塞142运动。

甲醇重组器11的温度达200℃时，表示甲醇重组器11所吸收的热量达到甲醇水溶液重组制氢反应所需的热量。故利用温度侦测开关20来侦测甲醇重组器11的温度，并在温度达到200℃时导通液泵12的启动电路，将甲醇水溶液输送到甲醇重组器11内，凭借触媒床112对甲醇水蒸气进行化学反应，产生引擎14加氢作业所需要的氢气。

本发明更可包含设置能够对甲醇重组器11加热的电热器17。甲醇重组器11由引擎废热所吸取的热量尚未达到工作温度200℃时，可启动电热器17对甲醇重组器11加热，使甲醇重组器11能快速地达到工作温度200℃，以产生氢气，对引擎14作加氢作业。甲醇重组器的温度达到200℃后，自动关闭电热器17。

该甲醇水溶液的输送管路15设置有预热区151，该预热区151能够对甲醇水溶液加热，使甲醇水溶液气化产生甲醇水蒸气。该预热区151缠绕在排气管141上，以吸收引擎14废气的剩余热量。本发明另设置一回流管路152，可将未作重组制氢的甲醇水溶液导回甲醇储槽10内。该回流管路152凭借一电磁阀153控畅通或封闭。

该甲醇重组器11系架设在引擎的排气管141或引擎的外部，除了能快速升温外，还能进一步的降低引擎14的温度，使活塞142与引擎14壁面之间隙缩小到正常状态。

在引擎14内添加氢气，能够凭借氢气的燃烧能阶极低的特性而做快速燃烧，使燃料完全燃烧殆尽，而净化排气，无污染。在引擎14运作的过程中进行全程加氢作业，就可达到排气无污染的目的。

前述液泵12的启动电路中包含设置有一液面侦测开关101，该液面侦测开关101侦测到甲醇储槽10内的甲醇溶液不足时，会切断液泵12的启动电路。该甲醇重组器11的超过300℃时，可开启散热风扇115降温，以降低甲醇重组器11工作环境的温度，以提高安全性。

本发明另可凭借提高进入引擎14内燃料空燃比的方式，以及适时对引擎14内加氢的作业，达到省油的目的。当燃料空燃比高于引擎14出厂的最佳设定值时，可凭借氢气的快速燃烧作用，使稀薄燃料加速燃烧，则引擎14内不会发生延迟爆炸，即无爆震现象，使引擎14正常运作。

以上所述的内燃机引擎14可为汽车引擎。实车测试结果如下：

以现代汽车2005年款1300cc GETZ进行测试，将本发明装置安装于该车上，以75％H2/25％CO2钢瓶供应氢气源，测试自动模式下，测试氢气的供应与否对油耗影响的差别。测试路线为龟山文化一路加油站经国道一号至内湖交流道来回，共51.3公理的路程，于高速公路上转速维持在2000-2200rpm，时速维持在90-100km/hr之间，共测试三组数据如下表。

由上表中可以发现，第一趟(Trip-01)为不加氢气下的基准值，测试结果油耗量为15.3公里/公升，第二趟加氢量为509L/hr，油耗为20.5公里/公升，可节省25.6％燃油消耗，通入汽车引擎的氢气与汽油的热量比为5％。第三趟将氢气量提高至1700公升/小时，油耗为17.9公里/公升，可节省14.6％燃油消耗，通入汽车引擎的氢气与汽油的热量比为14.54％。表示添加适量的氢气有助于降低耗油量的效果。

本发明能够在引擎14内的燃料的空燃比较高的情形下，进行加氢操作，就能够达到降低耗油量的目的，同时也会使原来无法完全稳定燃烧的燃料瞬间燃烧殆尽，使排放的废气中的含碳量降低，减少污染。

本发明所提供的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，可运用在各种型式的燃油引擎(例如：车辆引擎、发电机引擎)上，都能发挥节省燃油与降低污染的功能。本发明对引擎的加氢的控制，可在空燃比高的油料稀薄下加氢，以避免引擎爆震与节省燃油；也可对引擎作全程加氢降低废气污染。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其特征在于，包含：甲醇储桶、甲醇重组器、连接甲醇储桶与甲醇重组器之间的输送管路、以及连接甲醇重组器与引擎进气歧管之间的氢气输送管路；该甲醇储桶内储放甲醇水溶液，该甲醇水溶液能够沿输送管路送至甲醇重组器内；该甲醇重组器包含设置有一体构成的吸热体及反应用的触媒床；该甲醇重组器的吸热体吸收引擎内燃料点火爆炸所产生废气的热量，作为触媒床对甲醇与水蒸气进行化学反应所需的热源，而产生氢气；该氢气能够沿氢气输送管路送入引擎内。

2.根据权利要求1所述的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其特征在于：该甲醇重组器的吸热体包围部份或全部引擎排气管，且与该排气管呈贴合状，以吸收废气的热量提升温度。

3.根据权利要求1所述的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其特征在于：该甲醇重组器的吸热体设置在引擎排气管内吸取引擎废气的热量提升温度。

4.根据权利要求1所述的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其特征在于：该甲醇重组器设有能够与排气管连接的穿孔；该甲醇重组器能够与排气管连接成一体，以直接吸收引擎所排放废气的热量。

5.根据权利要求1所述的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其特征在于：该甲醇重组器的吸热体与引擎呈贴合状，以吸收废气的热量提升温度。

6.根据权利要求1所述的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其特征在于：甲醇重组器的吸热体为导热性佳的金属制成，该反应用的触媒床能够由吸热体延伸扩大将触媒床孔道包覆在一个整体内。

7.根据权利要求6所述的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其特征在于：甲醇重组器的吸热体为铝合金、铜合金、铜等其中之一所制成。

8.根据权利要求1所述的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其特征在于：甲醇重组器的吸热体为导热性佳的金属所制成，另以标准的触媒床立方体紧密焊接在吸热体的平台上而构成一体。

9.根据权利要求1所述的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其特征在于：该甲醇水溶液的输送管路设置有一液泵，控制输送管路的畅通或封闭。

10.根据权利要求9所述的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其特征在于：该液泵在甲醇重组器所吸收的热量达到甲醇水溶液重组制氢反应所需的热量时启动，输送甲醇水溶液至甲醇重组器。

11.根据权利要求10所述的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其特征在于：甲醇重组器的温度达200℃时，该甲醇重组器所吸收的热量达到甲醇水溶液重组制氢反应所需的热量。

12.根据权利要求1所述的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其特征在于：该甲醇水溶液的输送管路设置有预热区，该预热区能够对甲醇水溶液加热，使甲醇水溶液气化产生甲醇水蒸气。

13.根据权利要求11所述的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其特征在于：该预热区缠绕在排气管上，以吸收引擎废气的剩余热量。

14.根据权利要求1所述的利用引擎废热启动甲醇重组器的引擎加氢装置，其特征在于：还设置有电热器，该电热器能够对甲醇重组器加热，以加速甲醇重组器升温。

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