CN103183316A

CN103183316A - 利用发动机废热启动的甲醇重组器

Info

Publication number: CN103183316A
Application number: CN2011104511981A
Authority: CN
Inventors: 冯辉文; 郑耀宗
Original assignee: HUOCHUAN LINENG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-12-29
Also published as: CN103183316B

Abstract

一种利用发动机废热启动的甲醇重组器，其能够迅速地吸收发动机废热制氢，所产制的氢气可送入发动机内燃烧，达到降低污染及省油的目的。本发明包含：吸热体、导热体及触媒床。该吸热体具有可与发动机废气排放口成一对一对应的穿孔。该吸热体能够设置在发动机与排气管之间，使该吸热体的一端面与发动机贴合，相对的另一端面与排气管连接，且该吸热体的各穿孔分别对正发动机的废气排放口，而能够吸收废气中的热量与发动机的热量。该导热体与该吸热体连接，而能够吸收吸热体的热量。该触媒床与该导热体连接，而能够吸收导热体的热量，作为对甲醇水溶液进行化学反应所需的热源，而产生氢气。

Description

利用发动机废热启动的甲醇重组器

技术领域

本发明有关于一种利用发动机废热启动的甲醇重组器，其主要能够提高吸取发动机废热的效率，缩短甲醇重组器启动所需的时间，以制造氢气送入发动机内，使发动机内的燃料完全燃烧，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。

一般的车辆用的内燃机发动机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，但常导致发动机不稳定及震荡，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。则点火时发动机内为稀薄燃烧的状态。稀薄燃烧会延迟爆炸的时间，使发动机内发生爆震现象，以至于发动机运转不顺畅。当汽车的发动机发生爆震现象时，车辆会产生剧烈震动，导致发动机效率的下降，且有熄火的虞，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，在混合后进入发动机内点火燃烧、爆炸，而推动发动机内的活塞作功。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发动机内加氢，通过氢气的助燃以提高燃油在发动机的燃烧效率，使原来无法完全稳定燃烧的燃料瞬间燃烧殆尽，也免除发动机的爆震，更使排放的废气中的含碳量降低，减少污染。

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)间接来自燃油在发动机的运作所产，如果氢气量高则引起燃油的浪费，抵销氢气助燃的效益，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％氢气于现有汽车发动机，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。

发明内容

本发明主要目的在提供一种利用发动机废热启动的甲醇重组器，其主要能够迅速地吸取发动机废热中的热量，而达到分子重组反应所需的热量，以提高制氢的效率。

本发明次要目的在提供一种利用发动机废热启动的甲醇重组器，其所制造的氢气送入发动机内后，能够使发动机内的燃料完全燃烧，降低废气中的碳含量，以降低污染。

本发明再一目的在提供一种利用发动机废热启动的甲醇重组器，其所制造的氢气送入发动机内后，能够令高空燃比的稀薄燃料快速燃烧，使发动机正常运转，达到省油的目的。

本发明所提供的一种利用发动机废热启动的甲醇重组器，其包含：

一吸热体，其为金属所制成的板状体，且具有能够与发动机废气排放口成一对一对应的穿孔；该吸热体能够设置在发动机与排气管之间，使该吸热体的一端面与发动机贴合，相对的另一端面与排气管连接，而能够吸收废气中的热量与发动机的热量；

一导热体，其为金属所制成的板状体；该导热体与该吸热体连接，而能够吸收吸热体的热量；

一触媒床，其为甲醇水溶液反应制氢用的触媒床；该触媒床与该导热体连接，而能够吸收导热体的热量，作为对甲醇水溶液进行化学反应所需的热源，而产生氢气。

所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其中，该吸热体的穿孔内设置有突出状的凸块。

所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其中，该吸热体的穿孔内设置有一十字形体，而能够将穿孔分各成四个较该穿孔孔径小的孔径。

所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其中，该吸热体与导热体连接成L形，且该导热体为接近水平状。

所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其中，该吸热体与导热体为一体构成。

所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其中，该吸热体与导热体为铝合金、铜合金、铜等其中之一所制成。

所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其中，更包含一恒温层，该恒温层设置在该导热体与触媒床之间；该恒温层与触媒床贴合的一端面为恒温面，该恒温面的设定最高温度为300℃。

综上，该吸热体具有可与发动机废气排放口成一对一对应的穿孔。该吸热体能够设置在发动机与排气管之间，使该吸热体的一端面与发动机贴合，相对的另一端面与排气管连接，且该吸热体的各穿孔分别对正发动机的废气排放口，而能够吸收废气中的热量与发动机的热量。导热体与该吸热体连接，而能够吸收吸热体的热量。该触媒床与该导热体连接，而能够吸收导热体的热量，作为对甲醇水溶液进行化学反应所需的热源，而产生氢气。

本发明所提供的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其更包含一恒温层，该恒温层设置在该导热体与触媒床之间。该恒温层与触媒床贴合的一端面为恒温面，该恒温面的设定最高温度为300℃。则该触媒床所能达到的最高温度为300℃，以避免温度过高而烧会触媒床。

所述吸热体的穿孔孔径内设置有突出状的凸块，以增加与废气的正面相遇的面积，以提高吸热效率。

所述吸热体的穿孔孔径内设置有一十字形体，而能够将穿孔分各成四个较小的孔径。该十字体能够增加与废气的正面相遇的面积，以提高吸热效率。

所述吸热体与导热体连接成L形，且该导热体为接近水平状，以便于与触媒床连接。

附图说明

图1为甲醇重组器安装再排气管外的示意图；

图2为本发明实施例的外观图；

图3为图2所示实施例的分解图，包含由发动机上分解下来的分解图；

图4为图2所示实施例组装在发动机上的示意图；

图5为本发明另一实施例外观图；

图6为图5所示实施例的分解图；

图7为图5所示实施例组装在发动机上的示意图。

附图标记说明：1-甲醇重组器；10-甲醇重组器；11-排气管；111-安装孔；112-进气孔；12-发动机；121-废气排放口；13-螺钉；20-吸热体；21-穿孔；211-十字型体；212-小孔；22-安装孔；23-螺孔；211’-凸块；30-导热体；31-穿孔；32-螺钉；33-凸耳；34-穿孔；40-触媒床；41-凸耳；42-穿孔；43-螺栓；44-液体导入管；45-气体导出管；50-恒温层。

具体实施方式

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发动机废热作为制氢能源，生产氢气，注入发动机达成氢气助燃的效益20-30％。图1所示为甲醇重组器10以贴靠排气管11的方式设置，以吸收发动机12所排放的废气的热量。然而，以生铁制成的排气管11具有许多微小孔隙，导性差，由开始将热量传导至甲醇重组器10，到甲醇重组器10吸收到足够启动作业热量，需费时20～30分钟，过于缓慢。

请参阅图2及图3。本发明所揭露的利用发动机废热启动的甲醇重组器1，主要利用发动机12内燃料点火爆炸所产生的废热作为甲醇重组器1启动工作所需的热量，制造氢气。甲醇重组器1对甲醇水溶液做分子重组所制成的氢气，经发动机12进气管的进气歧管(图上未示出)送入发动机12内与燃油一起点火燃烧。在发动机12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。在发动机12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。在发动机内添加氢气，可使空燃比较高的稀薄燃料完全燃烧，以降低耗油量，以及避免发动机12内发生爆震现象。

本发明的甲醇重组器1，其包含：一吸热体20、一导热体30、及一触媒床40。该吸热体20主要在吸取发动机12内点火燃烧后的废热。该导热体30主要在将吸热体20所吸收的热量传导到触媒床40作为甲醇水溶液分子重组反应所需的热能，而产生氢气与二氧化碳气体。

配合图4，该吸热体20为导热性佳的金属所制成的板状体，其具有可与发动机12废气排放口121成一对一对应的穿孔21。该吸热体20设置在发动机12与排气管11之间。则该吸热体20的一端面与发动机12贴合，相对的另一端面与排气管11连接。实作中，将螺钉13穿过排气管11的安装孔111，以及吸热体20的安装孔22，而能够同时将吸热体20与排气管11固定在发动机12上。使发动机12的废气排放口121、吸热体21的穿孔21、排气管11的进气口112呈相互对正状态。当发动机12内燃料点火燃烧产生爆炸而推动活塞(图上未示出)后所排出的高温废气，在流经该吸热体20的穿孔21孔径时，该吸热体20可吸取废气中热量。此外，由于该吸热体20与发动机12之间成贴合状，致该吸热体20能够直接吸取发动机12本身的热量，加速吸热体20的吸热效率。因此，由于发动机12的温度能够藉由吸热体20的吸收热量而降低，使活塞与发动机12壁面的间隙缩小到正常状态。

该导热体30为导热性佳的金属所制成的板状体。该导热体30与该吸热体20连接，而能够吸收吸热体20的热量。本实施例中，该吸热体20的顶端设置有数个螺孔23，该导热体30的一端设置有数个穿孔31。该各穿孔31与该各螺孔23为一对一对应设置。以螺钉32穿过该导热体30的穿孔31并螺入吸热体20的螺孔23内，可将导热体30固定在该吸热体20上，且该吸热体20与导热体30连接成L形。其间，该导热体30为接近水平状。

该触媒床40为能够对甲醇水溶液做分子重组反应的触媒床40。该触媒床40与该导热体30连接，而能够吸收导热体30的热量，作为对甲醇水溶液进行化学反应所需的热源，而产生氢气。该触媒床40设置在该导热体30的顶面，并与该导热体30的顶面呈贴合状。则导热体30所含有的热量能够快速传递给触媒床40吸收。该导热体30呈水平状，有助于与触媒床40连接。该导热体30设置有两个具有穿孔34的凸耳33，该触媒床40相对应设置两个具有穿孔42的凸耳41，以便于以螺栓43将该触媒床40与该导热体30锁接。

该触媒床40具有液体导入管44及气体导出管45。液体导入管44与一甲醇储槽(图上未示出)连接，而能够将甲醇水溶液输送到触媒床40内。气体导出管45与发动机12的进气歧管(图上未示出)连通，而可将反应所得的氢气与二氧化碳气体送入发动机12内，帮助发动机12内的燃料作快速燃烧。

该吸热体20的穿孔21内设置有一十字形体211，该十字形体211能够将穿孔21分各成四个较小的孔径212(请参阅图2)。通过该十字形体211与废气的接触，而增加废气与吸热体20的接触面积，而提高吸取废气热量的效率。

请参阅图5及图6，该吸热体20的穿孔21内亦可设置有突出状的凸块211’来取代图3中的十字形体211。通过该凸块211’与废气的接触，而增加废气与吸热体20的接触面积，提高吸取废气热量的效率。该吸热体20与导热体30为导热性佳的铝合金、铜合金、铜等材料所制成。该吸热体20与导热体30亦可为一体构成的方式形成。

触媒床40的温度过高时，必须降温以保护触媒床40。触媒床40若长时间处于400℃的情况下，会发生触媒床40内的触媒(图上未示出)被烧毁的情况。触媒床40的启动化学重组反应的温度为220℃。故当触媒床40的温度达到300℃时，及可启动风扇装置(图上未示出)，对触媒床40进行散热。此种以风扇装置进行散热的方式，属公知知识与技术。

请参阅图5～图7所示为本发明的另一实施例。其中，甲醇重组器1更包含一恒温层50，该恒温层50设置在该导热体30与触媒床40之间。该恒温层50的上、下端面分别与触媒床40的底面与导热体30的顶面贴合。该恒温层50与触媒床40贴合的一端面为恒温面，该恒温面的设定最高温度为300℃。所述恒温层与温度高于300℃导热体30接触时，其恒温面的温度依然保持在300℃。故该恒温层50传递给触媒床40的热能为300℃(含300℃)以下的热能。则触媒床40即可受到恒温层50的保护。

本发明的甲醇重组器1通过发动机的废热启动作业，且可在发动机12启动后的短时间达到分子重组反应温度，提高使用效率。本发明所产生的氢气送入发动机12燃烧，能够令燃料瞬间燃烧殆尽，使排放的废气中的含碳量降低，减少污染。又，可凭借氢气的快速燃烧作用，使空燃比高的稀薄燃料加速燃烧，无爆震现象，以降低耗油量。

本发明所提供的利用发动机废热启动的甲醇重组器，可运用在各种型式的燃油发动机(例如：车辆发动机、发电机发动机)上，都能发挥节省燃油与降低污染的功能。

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，在不脱离所附说明书所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种利用发动机废热启动的甲醇重组器，其特征在于，包含：

2.如权利要求1所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其特征在于，该吸热体的穿孔内设置有突出状的凸块。

3.如权利要求1所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其特征在于，该吸热体的穿孔内设置有一十字形体，而能够将穿孔分各成四个较该穿孔孔径小的孔径。

4.如权利要求1所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其特征在于，该吸热体与导热体连接成L形，且该导热体为水平状。

5.如权利要求4所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其特征在于，该吸热体与导热体为一体构成。

6.如权利要求1所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其特征在于，该吸热体与导热体为铝合金、铜合金以及铜的其中之一所制成。

7.如权利要求1所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其特征在于，更包含一恒温层，该恒温层设置在该导热体与触媒床之间；该恒温层与触媒床贴合的一端面为恒温面，该恒温面的设定最高温度为300℃。

8.如权利要求7所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其特征在于，该吸热体的穿孔内设置有突出状的凸块。

9.如权利要求7所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其特征在于，该吸热体的穿孔内设置有一十字形体，而能够将穿孔分各成四个较穿孔孔径小的孔径。

10.如权利要求7所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其特征在于，该吸热体与导热体连接成L形，且该导热体为水平状。

11.如权利要求10所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其特征在于，该吸热体与导热体为一体构成。

12.如权利要求7所述的利用发动机废热启动的甲醇重组器，其特征在于，该吸热体与导热体为铝合金、铜合金以及铜的其中之一所制成。