CN103925121A - 制氢用的触媒转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种制氢用的触媒转换装置，尤指一种设置在排气管内吸收引擎废热启动制氢工作的触媒转换装置，其包含一预热体、一触媒床、一加热管、以及设置在该加热管内的多数个加热触媒。该加热管套设在该预热体及一触媒床的外部，该各加热触媒填充在该加热管与该预热体、触媒床之间。该加热管的两端为封口状，且其一端以管路与一燃气槽连通，能够将含氧的燃气送入加热管内，供加热触媒升温，对触媒床与预热体加热到制氢用触媒的工作温度，可在引擎一启动即进行引擎加氢作业，达到全程减污与省油的目的。

Description

制氢用的触媒转换装置

技术领域

本发明涉及一种制氢用的触媒转换装置，尤指一种设置在排气管内的触媒转换装置，其主要能够提高吸取引擎废热的效率，以制造氢气送入内燃机内，使内燃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，为0.017MJ，（汽油燃烧能阶为0.29MJ)，可快速燃烧。氢气燃烧时的火焰速度（3.2-4.4m/s）远比汽油的火焰速度（0.34m/s）快，因此，在内燃机引擎内加氢，通过氢气的燃烧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。

发明内容

本发明主要目的在提供一种制氢用的触媒转换装置，尤指一种利用引擎废热启动制氢工作的触媒转换装置，其主要能够使引擎在停机中能达到制氢触媒的反应温度，而能够引擎一启动就进行加氢作业，达到全程减污与省油的目的。

本发明次要目的在提供一种制氢用的触媒转换装置，其能够在引擎怠速中，也能达到制氢触媒的工作温度，而能够进行加氢作业，达到减污与省油的目的。

本发明所提供的制氢用的触媒转换装置，尤指一种设置在排气管内吸收引擎废热启动制氢工作的触媒转换装置，其包含一预热体、一触媒床、一加热管、以及设置在该加热管内的多数个加热触媒。该加热管套设在该预热体及一触媒床的外部，该各加热触媒填充在该加热管与该预热体、触媒床之间。该加热管的两端为封口状，且其一端以管路与一燃气槽连通，能够将含氧的燃气送入加热管内，供加热触媒升温，对触媒床与预热体加热到制氢用触媒的工作温度。所述加热管的另一端设置有泄压口。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种制氢用的触媒转换装置，尤指一种设置在排气管内吸收引擎废热启动制氢工作的触媒转换装置，其特征在于，所述触媒转换装置包含：

一触媒床，其包含有分子重组孔道、冷却液输送孔道；该分子重组孔道以一氢气添加管路与引擎的进气歧管连通；该分子重组孔道内设置有多数个制氢用触媒；该冷却液输送孔道与一冷却液输出装置连通；

一预热体，其内设置有预热管路；该预热管路的一端与一燃料水溶液输出装置连通，另一端与所述触媒床内的分子重组孔道连通；该触媒床与预热体系前后排列方式设置在排气管内，且该预热体相对较靠近引擎；

一加热管，其套设在该预热体及该触媒床的外部；该加热管的两端为封口状，且其一端以进气管路与一燃气槽连通，另一端设置有泄压口；以及，

多数个加热触媒，其填充在该加热管与该预热体、触媒床之间，能够凭借送入加热管内的燃气加热升温，而对触媒床与预热体加热。

所述的制氢用的触媒转换装置，其中：该触媒床还包含有一第一温度感知器及一第二温度感知器；凭借该第一温度感知器检测到温度达到预设的制氢的工作温度时，即将燃料水溶液送入预热体的预热管内；凭借第二温度感知器检测到温度达到预设的触媒安全温度时，即将冷却液送入触媒床内。

所述的制氢用的触媒转换装置，其中：该触媒床的前、后两端面各设置有多数个凹穴，每一个凹穴设置二个轴向延伸的穿孔；该触媒床前端面任一凹穴的二穿孔分别与后端面相邻二凹穴连通；另以密封片封闭触媒床两端面的各凹穴，即形成由复数个往复式孔道所构成的分子重组孔道。

所述的制氢用的触媒转换装置，其中：该预热体的前、后两端面各设置有多数个凹穴，每一个凹穴设置二个轴向延伸的穿孔；该预热体前端面任一凹穴的二穿孔分别与其后端面相邻二凹穴连通；当以密封片封闭该预热体两端面的各凹穴后，即可在预热体内形成由复数个往复式孔道所构成的预热管路。

所述的制氢用的触媒转换装置，其中：燃气为甲醇水蒸气。

所述的制氢用的触媒转换装置，其中：该触媒床内的触媒为铜锌触媒。

所述的制氢用的触媒转换装置，其中：含氧的燃气凭借空气泵送入加热管内。

所述的制氢用的触媒转换装置，其中：该加热管内的加热触媒对触媒床加热到制氢用触媒的工作温度时，该空气泵即停止输送含氧燃气。

所述的制氢用的触媒转换装置，其中：该预热体及触媒床的外壁面设置有至少三条等间隔设置且为轴向延伸的翼片；该加热管的内壁面相对设置有可供该各翼片相对嵌入的嵌槽；凭借各翼片相对嵌入对应嵌槽内，而将该预热体及触媒床固定在该加热管内。

所述的制氢用的触媒转换装置，其中：该预热体及触媒床焊接成一体。

所述的制氢的触媒转换装置，其中：该各翼片设置有穿孔，可供气体在翼片的两侧作相互传导。

所述的制氢用的触媒转换装置，其中：该加热管的前、后两端分别凭借各至少三个等间隔角度设置且为径向贯穿排气管的螺钉所顶迫而固定在排气管内。

所述的制氢用的触媒转换装置，其中：该加热触媒为白金触媒。

与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：本发明的触媒转换装置凭借加热管及加热触媒的设置，使触媒床在引擎未启动或者引擎怠速情形下也能达到工作温度。则引擎一启动就能进行引擎加氢作业，达到全程减污与降低耗油量的目的。

附图说明

图1为本发明配合引擎加氢系统的系统结构图；

图2为本发明实施例的使用状态图；

图3为本发明实施例的外观图；

图4为触媒床与预热体的外观图；

图5为图2的A-A剖面放大图；

图6为图5的B-B剖面放大图；

图7A为触媒床的前视图；

图7B为触媒床的后视图；

图8A为预热体的前视图；

图8B为预热体的后视图；

图9为图8A的C-C剖面展开图；

图10为图7A的D-D剖面展开图；

图11为图7A的E-E剖面展开图。

附图标记说明：1-触媒转换装置；10-引擎；11-排气管；111-排气管；112-安装板；12-进气歧管；13-油箱；20-预热体；21-预热管路；211-输入管；212-输出管；213-凹穴；214-凹穴；215-穿孔；216-密封片；217-密封片；22-翼片；30-触媒床；31-分子重组孔道；311-凹穴；312-凹穴；313-穿孔；314-密封片；

315-密封片；32-冷却液输送孔道；321-输送管路；322-回流管路；323-冷却槽；3231-风扇；324-凹穴；325-凹穴；326-穿孔；327-密封片；328-密封片；33-第一温度检知器；34-第二温度检知器；35-触媒；36-氢气添加管路；37-贯穿孔；40-储槽；41-液泵；42-进气管路；43-泄压口；44-嵌槽；45-螺钉；50-储槽；51-液泵；52-空气泵；60-储槽；61-液泵。

具体实施方式

请参阅图1。本发明所揭示的制氢用的触媒转换装置，尤指一种设置在排气管111内吸收引擎10废气的热量，而启动制氢的触媒转换装置1。所述触媒转换装置1能够对含有氢原子的燃料水溶液做分子重组，以产生氢气与二氧化碳气体，经引擎10的进气歧管12送入引擎10内与燃油一起点火燃烧。在引擎10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，减少污染。在引擎10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，以及避免在引擎10内发生延迟燃烧的爆震现象。

所述排气管111为引擎10的排气管11中之一段。该排气管111为加大孔径状，使内置该触媒转换装置1后的排气量符合车辆（或发电机）的原厂设计要求。

请参阅图1~图5。所述触媒转换装置1包含有一预热体20、一触媒床30、一加热管40、以及多数个加热触媒41。该加热触媒41可以是白金触媒。该触媒床30与预热体20以前后排列方式设置在排气管111内。该预热体20更靠近引擎10。该预热体20内埋设有预热管路21，见图9。该预热管路21的一端与储放燃料水溶液的储槽50连通，另一端与所述触媒床30内的分子重组孔道31连通，见图10。该燃料水溶液的输出由温控开关所控制的液泵51所控制。该燃料水溶液可以选用甲醇水溶液，该储槽50内即储放甲醇水溶液。该液泵51能够将该储槽50内的甲醇水溶液送入预热体20内的预热管21内。凭借预热体20吸收引擎10废气的热量而使甲醇水溶液的温度快速升高，气化成高温气体。该预热管路21分别与输入管211、输出管212连接。图1中，揭示氢气添加管路36、冷却液的输送管路321、回流管路322、油箱13。

请参阅图7A、图7B、图10。所述触媒床30设置有分子重组孔道31、冷却液输送孔道32、一第一温度感知器33、及一第二温度感知器34。该分子重组孔道31内设置有制氢气用的触媒35。该触媒35可以是铜锌触媒。该分子重组孔道31凭借该输出管212与该预热体20内的预热管21连通。该触媒床30的分子重组孔道31以一氢气添加管路36与引擎10的进气歧管12连通。该触媒床30可吸收引擎10废气的热量，使得该分子重组孔道31内的触媒35达到工作温度，对高温的气态燃料水溶液作分子重组的化学反应，产生氢气与二氧化碳气体。前述的氢气与二氧化碳气体会沿该氢气添加管路36与该进气歧管12而送入引擎10内，完成引擎加氢作业。

请参阅图1、图2及图7A。所述触媒床30的冷却液输送孔道32与一冷却液的储槽60连通，能够适时的将冷却液送入触媒床30的冷却液输送孔道32内，以降低触媒床30的温度，避免化学反应用的触媒35因温度过高而损坏。冷却液可选择使用水。本实施例的触媒35的工作温度设定为220℃。所使用的触媒35可耐350℃的高温，但为了保护触媒35，可预设触媒床30温度达280℃，即进行触媒床30降温操作。凭借该第一温度感知器33检测到温度达到预设220℃的制氢反应温度时，即将甲醇水溶液送入预热体20的预热管21内，续送入触媒床30内，进行制氢以及对引擎加氢的工作。凭借第二温度感知器34检测到温度达到预设的触媒35安全温度，液泵61即启动，即将冷却液送入触媒床30内，对触媒床30作降温操作，以保障触媒35的安全。

请参阅图1~图3、图5、图6。该触媒床30与预热体20都是以导热性佳的金属材料所制成，且二者为前后焊接成一体。该加热管40套设在该预热体20及触媒床30的外部。该各加热触媒41填充在该加热管40与该预热体20、触媒床30之间。该加热管40的两端为封口状，且其一端以进气管路42与一燃气槽50连通，能够将含氧的燃气送入加热管40内，另一端设置有泄压口43。该加热管40内高温气体能够由该泄压口43排出，避免加热管40内压力过高而爆裂。供应该含氧燃气与该加热触媒41接触，能够使加热触媒41升温，对触媒床30与预热体20加热。当触媒床的第二温度感知器34检测到温度超过达到220℃时，即停止供应含氧燃气。前述的管路211、321、322、36、42系贯穿同一安装板112上，该安装板112组装并焊接在排气管111上。

前述燃气可以选择使用甲醇水蒸气，例如是储槽50内部的甲醇水蒸气。该含氧燃气凭借空气泵52送入加热管40内。该空气泵52作动所需的电力极低，不会造成过多电力的消耗。则车辆一启动，触媒床30的第一温度感知器33就测得温度已达触媒35的工作温度（220℃），而输送甲醇水溶液，进行引擎加气作业。另外，车辆在暂停的怠速中触媒床30的温度也能够保持在220℃以上，进行引擎加氢作业。如此才能够真正达到车辆行驶中全程加氢作业，以确实达到减污与省油的目的。

该预热体20及触媒床30的外壁面设置有至少三条等角度间隔设置且为轴向延伸的翼片22（本实施例为6片翼片22）。该加热管40的内壁面相对设置有可供该各翼片22相对嵌入的嵌槽44。凭借各翼片22相对嵌入对应嵌槽44内，而将该预热体20及触媒床30固定在该加热管40内。该各翼片22设置有穿孔231，可供气体在翼片22的两侧作相互传导。

该加热管40的前、后两端分别凭借各至少三个等角度间隔设置且为径向贯穿排气管的螺钉45所顶迫而固定在排气管111内。

该触媒床30中央设置有一轴向贯穿孔37，以供前述甲醇水溶液的输入管211贯穿。该触媒床30的分子重组孔道31由复数个相互连通的往复式孔道所构成。该往复式的分子重组孔道31能够增加气化的燃料水溶液与触媒35的接触时间，以提高制氢效益。请参阅图7A、图7B、图10。该触媒床30的前、后两端面各设置有多数个凹穴311、312，每一个凹穴312设置二个轴向延伸的穿孔313、313。该触媒床30前端面（未贴靠该预热体20的一面）任一凹穴311的二穿孔313、313分别与后端面相邻二凹穴312连通。当密封片314、315封闭触媒床30两端面的各凹穴311、312后，即可在触媒床30内形成由复数个往复式孔道所构成的分子重组孔道31。所述密封片314、315的周边以满焊方式固定。其间，该分子重组孔道31的入口与预热体20的预热管21的输出管212连通，该分子重组孔道31的出口与该氢气添加管路36连通。同理，该触媒床30的冷却液输送孔道32由复数个相互连通的往复式孔道所构成。请参阅图7A、图7B、图11。该触媒床30的前、后两端面各设置有多数个凹穴324、325，每一个凹穴324、325设置二个轴向延伸的穿孔326、326。该触媒床30前端面任一凹穴324的二穿孔326、326分别与后端面相邻二凹穴325连通。当密封片327、328封闭触媒床30两端面的各凹穴324、325后，即可在触媒床30内形成由复数个往复式孔道所构成的冷却液输送孔道32。

请参阅图1及图11。前述的冷却液的输送管路321更包含有回流管路322，以将流经该触媒床30的冷却液回收到储槽60内。该回流管路322上设置有冷却器323，以将吸热后的高温冷却液降温回收。该冷却器323的散热方式为气冷式，也即凭借车辆高速行驶时，冷空气与冷却器323作热交换而降温，更可设置散热风扇3231。该冷却液可以是水或可耐高温的油、或其他可耐高温的液体。

该预热体20内的预热管路21可以是螺旋状的铜管，也可为多数个相互连通的往复式孔道所构成。请参阅图8A、图8B、图9、图10。该预热体20的前、后两端面各设置有多数个凹穴213、214，每一个凹穴213、214设置二个轴向延伸的穿孔215、215。该预热体20前端面（贴靠该触媒床的一面）任一凹穴213的二穿孔215、215分别与后端面相邻二凹穴214连通。当密封片216、217封闭该预热体20两端面的各凹穴213、214后，即可在预热体20内形成由复数个往复式孔道所构成的预热管路21。

本发明的触媒转换装置1凭借加热管40及加热触媒41的设置，使触媒床30在引擎未启动或者引擎怠速情形下也能达到工作温度。则引擎10一启动就能进行引擎加氢作业，达到全程减污与降低耗油量的目的。

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 (13)

1.一种制氢用的触媒转换装置，尤指一种设置在排气管内吸收引擎废热启动制氢工作的触媒转换装置，其特征在于，所述触媒转换装置包含：

一触媒床，其包含有分子重组孔道、冷却液输送孔道；该分子重组孔道以一氢气添加管路与引擎的进气歧管连通；该分子重组孔道内设置有多数个制氢用触媒；该冷却液输送孔道与一冷却液输出装置连通；

一预热体，其内设置有预热管路；该预热管路的一端与一燃料水溶液输出装置连通，另一端与所述触媒床内的分子重组孔道连通；该触媒床与预热体系前后排列方式设置在排气管内，且该预热体相对较靠近引擎；

一加热管，其套设在该预热体及该触媒床的外部；该加热管的两端为封口状，且其一端以进气管路与一燃气槽连通，另一端设置有泄压口；以及，

多数个加热触媒，其填充在该加热管与该预热体、触媒床之间，能够凭借送入加热管内的燃气加热升温，而对触媒床与预热体加热。

2.根据权利要求1所述的制氢用的触媒转换装置，其特征在于：该触媒床还包含有一第一温度感知器及一第二温度感知器；凭借该第一温度感知器检测到温度达到预设的制氢的工作温度时，即将燃料水溶液送入预热体的预热管内；凭借第二温度感知器检测到温度达到预设的触媒安全温度时，即将冷却液送入触媒床内。

3.根据权利要求1所述的制氢用的触媒转换装置，其特征在于：该触媒床的前、后两端面各设置有多数个凹穴，每一个凹穴设置二个轴向延伸的穿孔；该触媒床前端面任一凹穴的二穿孔分别与后端面相邻二凹穴连通；另以密封片封闭触媒床两端面的各凹穴，即形成由复数个往复式孔道所构成的分子重组孔道。

4.根据权利要求1所述的制氢用的触媒转换装置，其特征在于：该预热体的前、后两端面各设置有多数个凹穴，每一个凹穴设置二个轴向延伸的穿孔；该预热体前端面任一凹穴的二穿孔分别与其后端面相邻二凹穴连通；当以密封片封闭该预热体两端面的各凹穴后，即可在预热体内形成由复数个往复式孔道所构成的预热管路。

5.根据权利要求1所述的制氢用的触媒转换装置，其特征在于：燃气为甲醇水蒸气。

6.根据权利要求5所述的制氢用的触媒转换装置，其特征在于：该触媒床内的触媒为铜锌触媒。

7.根据权利要求1所述的制氢用的触媒转换装置，其特征在于：含氧的燃气凭借空气泵送入加热管内。

8.根据权利要求7所述的制氢用的触媒转换装置，其特征在于：该加热管内的加热触媒对触媒床加热到制氢用触媒的工作温度时，该空气泵即停止输送含氧燃气。

9.根据权利要求1所述的制氢用的触媒转换装置，其特征在于：该预热体及触媒床的外壁面设置有至少三条等间隔设置且为轴向延伸的翼片；该加热管的内壁面相对设置有可供该各翼片相对嵌入的嵌槽；凭借各翼片相对嵌入对应嵌槽内，而将该预热体及触媒床固定在该加热管内。

10.根据权利要求9所述的制氢用的触媒转换装置，其特征在于：该预热体及触媒床焊接成一体。

11.根据权利要求9所述的制氢的触媒转换装置，其特征在于：该各翼片设置有穿孔，可供气体在翼片的两侧作相互传导。

12.根据权利要求1所述的制氢用的触媒转换装置，其特征在于：该加热管的前、后两端分别凭借各至少三个等间隔角度设置且为径向贯穿排气管的螺钉所顶迫而固定在排气管内。

13.根据权利要求1所述的制氢用的触媒转换装置，其特征在于：该加热触媒为白金触媒。