CN104033293A - 一种甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置，包括：甲醇存储箱；内燃机；裂解器，其入口端通过第二管路与所述甲醇存储箱联通，且所述裂解器中设有甲醇蒸汽通道和与所述甲醇蒸汽通道热导通的内燃机尾气通道；节气门，其设置在所述甲醇存储箱和内燃机之间的第一管路上；多点喷射掺烧装置，其设置在所述裂解器的出口端和所述内燃机之间；其中，所述内燃机的尾气排放管路与所述裂解器的内燃机尾气通道联通，且所述内燃机尾气通道由非相变热管制成，在非相变热管的外侧还设置有绝热层。这种动力装置的甲醇利用率极高，且与等量的汽油内燃机相比，扭矩提高了8％，功率提高了11％。

Description

一种甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置

技术领域

本发明涉及一种动力装置，特别地，涉及一种利用甲醇完全代替原有燃料，如汽油的内燃机，且甲醇通过裂解而利用效率极高的动力装置。

背景技术

1974年诺贝尔化学奖得主、著名有机化学家乔治A.奥拉关于未来能源和环境问题等人类重大挑战的前瞻性、启发性专著《跨越油气时代：甲醇经济》中，以一种清晰易懂的方式论述了利用甲醇作为当前日益短缺的矿物燃料的可行性替代品的问题。针对我们目前主要能源(即石油和天然气、原子能、各类可再生性能源等)的各自优点和缺点，提出了解决问题的新途径。明确指出甲醇作为未来能源的具有巨大的潜力和优越性：作为基础的化工原料，它具有易获得、可循环再生；燃烧排放的环保性。

同时，由于现有的燃烧技术的转换效率低下，大量燃烧后的能量被白白的浪费掉。于是人们发明了很多技术利用哪些被浪费的能源。利用能量可以互相转换的原理，发明了很多技术，可以使各种能量之间相互转换，可以把哪些不用花钱买的、被浪费的热能利用起来。例如：各种设备的内燃机机体和热废气经过的通道所有散热的辐射热能、内燃机排放的废气热能，各种工业炉灶散发的幅射热及其烟囱排放的废气热能，太阳热能等等。人类已经研发成功了很多新材料，可以吸收热能、传递热能，解决了目前存在的许多技术问题，例如：

目前已经存在的全烧甲醇的汽车已经摆脱了对石油资源的依赖。但这种汽车，存在以下情况：

①1.7公斤左右的甲醇，才可以代替1公斤汽油，可以减低一些燃料费用，但不够理想，还有提升的必要，应该改进；

②全烧甲醇的汽车，动力不如烧汽油、柴油的汽车，应该改进；

③燃烧不完全的残余甲醇会腐蚀内燃机气缸。

④当甲醇不完全燃烧时，会产生甲醛，这是强致癌物质，污染环境。

⑤全烧甲醇的汽车，在低温状态下，启动困难，应该改进。

因此，有人想到了将甲醇进行裂解之后，通过燃烧裂解产生的富氢材料来提高甲醇利用率。然而始终不能取得良好的替代效果。特别是在启动阶段，还需要先燃烧汽油，直到产生足够的富氢气体之后，才能转为利用富氢气体作为燃料。并且还存在富氢气体转化率不高，对汽车原有结构改动较大的弊病。

发明内容

本发明为了克服现有技术的缺陷，本发明公开了一种甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置，一种内燃机尾气热量吸收装置，以及一种利用内燃机尾气余热全裂解甲醇做燃料的装置。

本发明的一个目的在于，提供头尾均温的裂解器来实现甲醇裂解率最大化；

本发明的另一个目的在于，保护裂解器中的催化剂不被过热损坏而降低效能；

本发明的又一个目的在于，最大限度地利用燃气机尾气的热能，避免损失和浪费；

本发明的再一个目的在于，完全利用甲醇而不用汽油作为启动燃料，且甲醇综合用量与汽油相当，两者用量比例接近1∶1。

为此，本发明提供如下技术方案：

一种甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置，其特征在于，包括：

甲醇存储箱，其中存储有甲醇液体；

内燃机，其通过第一管路与所述甲醇存储箱联通，且所述内燃机具有尾气排放管路；

裂解器，其入口端通过第二管路与所述甲醇存储箱联通，且所述裂解器中设有甲醇蒸汽通道和与所述甲醇蒸汽通道热导通的内燃机尾气通道，所述甲醇蒸汽通道中设有甲醇裂解催化剂，所述裂解器的出口端连接至所述内燃机；

节气门，其设置在所述甲醇存储箱和内燃机之间的第一管路上；

多点喷射掺烧装置，其设置在所述裂解器的出口端和所述内燃机之间，且与所述节气门通讯连接，根据所述节气门的信号，调节从所述裂解器的出口端进入所述内燃机的富氢气体喷射量；

其中，所述内燃机的尾气排放管路与所述裂解器的内燃机尾气通道联通，且所述内燃机尾气通道由非相变热管制成，在非相变热管的外侧还设置有绝热层。

优选的是，所述的甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置中，还包括：甲醇喷嘴，其设置在所述第二管路的上游段，将从甲醇存储箱中流出的甲醇液体进行喷射雾化。

优选的是，所述的甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置中，还包括：高热室，其设置在内燃机和裂解器之间，所述内燃机的尾气排放管路通过所述高热室与所述裂解器的内燃机尾气通道联通，内燃机的尾气先通过所述高热室再进入所述裂解器，且所述高热室还与所述第二管路联通，且位于所述甲醇喷嘴的下游段，所述裂解器的上游段。

优选的是，所述的甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置中，还包括：蒸发室，其设置在裂解器和甲醇存储箱之间，所述裂解器通过所述蒸发室与所述甲醇存储箱联通，所述甲醇喷嘴位于所述蒸发室的上游，所述高热室位于所述蒸发室的下游，且所述蒸发室还与所述内燃机的尾气排放管路联通，且位于所述裂解器的下游。

优选的是，所述的内燃机尾气热量吸收装置中，所述高热室内设置有甲醇蒸汽管，所述甲醇蒸汽管与所述第二管路联通，且在所述甲醇蒸汽管内安装有高热室测温探头，当高热室测温探头检测到甲醇蒸汽管内甲醇蒸汽的温度大于等于最佳裂解温度上限值时，开启高热室与裂解器之间的电磁阀，向裂解器中释放高温甲醇蒸汽。

优选的是，所述的内燃机尾气热量吸收装置中，所述裂解器的入口端和出口端催化剂处均彼此间隔地设置有至少两个裂解器测温探头，当这些裂解器测温探头检测到的催化剂最低温度达到240℃以上时，开启高热室与裂解器之间的电磁阀，向裂解器中释放高温甲醇蒸汽。

优选的是，所述的甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置中，所述高温室中设置有高温室测温探头，当高温室测温探头检测到所述高热室内的甲醇蒸汽的温度≥320℃时，打开位于高温室和裂解器之间的甲醇蒸汽连接通道上的电磁阀，把甲醇蒸汽放进裂解器，边从尾气中吸热边裂解成富氢气体。

优选的是，所述的内燃机尾气热量吸收装置中，还包括：储氢罐，其设置在所述裂解器出口端和所述多点喷射掺烧装置之间，用于存储来自裂解器的富氢气体；

优选的是，所述储氢罐中设置有压力传感器中，当检测到储氢罐中的富氢气体压力达到预定值时，开启储氢罐与多点喷射掺烧装置之间的电磁阀；

并且，所述裂解器中甲醇蒸汽迂回曲折流动的方向与内燃机的尾气直通流动的方向垂直。

上述的上游或下游是指甲醇管路运行方向的上游或是下游，而不是指尾气管路运行方向的上游或是下游。

本发明还提供了另一技术方案：

一种内燃机尾气热量吸收装置，包括：

内燃机，其具有尾气排放管路；

裂解器，其中设有甲醇蒸汽通道和与所述甲醇蒸汽通道热导通的内燃机尾气通道，所述甲醇蒸汽通道中设有甲醇裂解催化剂；

其中，所述内燃机的尾气排放管路与所述裂解器的内燃机尾气通道联通，且所述裂解器的内燃机尾气通道由非相变热管制成，在非相变热管的外侧还设置有绝热层；

以及其中，所述内燃气外壳和所述内燃机的尾气排放管路均由非相变热管制成，且在非相变热管的外侧还设置有绝热层。

本发明还提供了另一技术方案：

一种利用内燃机尾气余热全裂解甲醇做燃料的装置，包括：

甲醇存储箱，其中存储有甲醇液体；

内燃机，其具有尾气排放管路；

裂解器，其入口端通过第二管路与所述甲醇存储箱联通，其中设有甲醇蒸汽通道和与所述甲醇蒸汽通道热导通的内燃机尾气通道，所述甲醇蒸汽通道中设有甲醇裂解催化剂；

蒸发室，其设置在甲醇存储箱和裂解器之间，与所述第二管路联通；

高热室，其设置在所述蒸发室和裂解器之间，与所述第二管路联通；

其中，所述甲醇存储箱中的甲醇液体依次通过蒸发室、高热室和裂解器入口端，最后裂解为富氢气体从裂解器出口端排出，而所述内燃机的尾气排放管路与所述裂解器的内燃机尾气通道联通，且与所述蒸发室和所述高热室也联通，所述裂解器的内燃机尾气通道、蒸发室和高热室均由非相变热管制成，在非相变热管的外侧还设置有绝热层；

以及其中，所述内燃机的尾气依次通过高热室、裂解器入口端、裂解器出口端和蒸发室之后排出。

本发明的有益效果是：

本发明使用热超导技术把醇完全裂解成富氢气体，同时可以应用微电脑控制系统控制全代燃过程，即从包裹内燃机机体及热废气流过的通道，把内燃机机体及热废气流过的通道散发的辐射热能、及内燃机排出的废气热能、引导到醇氢转化装置内，开始把甲醇完全裂解成富氢气体，用甲醇及其裂解成的富氢气体完全代替汽油、柴油供给内燃机做燃料的全电脑控制技术，这种技术，就是我们的“热超导醇+氢动力技术”，它可以用于任何内燃机派生产品，现在以汽车为例，使用我们的“热超导醇+氢动力技术”，可以将原来使用汽油、柴油做燃料的汽车改装成“热超导全代燃醇+氢动力汽车”，还可以使用我们的“热超导醇+氢动力技术”，设计、生产新型的“全代燃醇+氢动力汽车”及其它任何内燃机派生产品。

附图说明

图1是本发明的甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置的结构示意图。

图中各个零、部件的序号、名称、作用如下：

序号 名称 作用

1甲醇存储箱；2甲醇泵；3原供燃料系统；4原节气门；5内燃

6甲醇泵；7甲醇喷嘴；8蒸发室；9裂解器；10高热室；11储氢罐

12压力传感器；13电磁阀；14多点喷射掺烧装置；15混合器

16测温探头；17电磁阀；18测温探头；19测温探头；20：测温探头

21测温探头；22尾气排口。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明是使用非相变热超导材料(非相变热管)制造的醇裂解为氢的转化装置。非相变热超导材料包裹内燃机和热废气经过的通道外表面所有散热的地方，把内燃机未转化成动能的机体散发的辐射热能及其排出的废气热能、引导到富氢气体转化装置内，将富氢气体转化装置内的甲醇加热成过热醇蒸汽，再通过高效催化剂将其完全裂解成富氢气体的方法，把甲醇裂解成富氢气体完全替代汽油、柴油供给内燃机做燃料。使用这种方法，可以把原来以汽油、柴油为燃料的汽车、船只、发电机等等各种点燃式或压燃式发动机改装或者新设计成全代燃富氢动力装置，同理，也可以把任何烧汽油、柴油的内燃机派生产品进行改装。该技术不改变原有的汽车的主体结构，仅需将原有的汽／柴油箱装入甲醇，在热超导富氢气体转化器的作用下轻松实现富氢气体全代燃，可使发动机的功率提高8％，尾气污染减少90％以上。

本发明提供一种热超导富氢气体全代燃动力装置，使用甲醇及其裂解成的富氢气体、完全代替汽油、柴油供给点燃式和压燃式内燃机做燃料的技术，热超导富氢气体全代燃动力装置系统组成，该系统由：甲醇储存箱，甲醇泵，蒸发室，裂解器，高热室，储氢筒，富氢气体掺烧装置，和微电脑控制系统构成。汽车启动时，使用氢气与甲醇进行混合燃烧，当内燃机排出的辐射热及热废气加热富氢气体转化装置达到裂解温度之后，开始产生富氢气体实现醇+氢的代燃。在裂解器内，甲醇蒸汽迂回曲折流动的方向与内燃机热废气直通流动的方向垂直，甲醇蒸汽从进入裂解器到离开裂解器，都处于同一等温加热面上。热超导材料能在极短的时间内将95％以上的辐射热及废气热吸收用于把醇转化为氢。

本发明的热超导全代燃富氢气体动力装置在裂解器的前、后、左、右的催化剂腔内，安装有四个测温探头，其温度数值传输到微电脑，通过微电脑，可以把这四个温度调整到所需的温度上。

本发明的热超导全代燃富氢气体动力装置使用非相变热超导材料包裹内燃机机体和热废气经过的通道外表面所有散热的地方，把内燃机未转化成动能的机体散发的辐射热能及其排出的废气热能、引导到热超导富氢气体转化装置内，把甲醇裂解成富氢气体，通过与甲醇及其裂解成的富氢气体共燃完全代替汽油、柴油供给内燃机做燃料。

甲醇制氢催化剂主要化学组份的质量分数(w)列于下表中。

主要化学组份指标

指标名称	指标
		氧化铜(CuO)	≥60
氧化锌(ZnO)	≥5.0
		氧化铝(Al2O3)	≥5.0

本发明的热超导全代燃富氢气体动力装置中，凡是热废气经过的部件：高热室、裂解器、蒸发室都使用非相变热超导材料制作，使用非相变热超导材料传递热能的温度可以控制的性能，在制造这些部件时，就把各个部件的温度按照要求进行控制，把内燃机废气中未转化成动能的热能，都吸收起来，分别按照要求传递到高热室、裂解器、蒸发室等部件中，将甲醇催化裂解成富氢气体。

下面对热超导材料进行说明：

热超导材料和钢材的比较：

钢的导热系数是：40千卡／米·时·℃，紫铜的导热系数是：338千卡／米·时·℃，即紫铜的导热本领是钢的8倍多，而热管比铜的导热本领大上千倍，热管是一种内部充填一定工质(水和丙酮、乙醇等有机化合物及无机物钾、钠等碱金属)的真空封闭金属管，其工作原理是加热端吸收热能使管内工质(产生相变)蒸发，蒸汽快速移到冷端放热后(产生相变)凝成液体，再回到加热端继续吸收热能、蒸发、传热，这种靠相变传热、循环不止的金属管件称做相变热管。

相变热管40年代起源于美国，60年代用于传热技术，热管传热能力大，温均性好，对环境适应能力强，但致命的弱点是使用温度范围0至200℃太窄，满足不了高温传热的需要，为此，人们又研究出非相变热管，要取而代之。

被称为世界热导尖端一无机工质高效热管技术及元件，于1989年问世，这种非相变热管，①适应温度范围宽，可在1300℃范围内工作，②传热速度快，热载能力大，③传热效率为100％，也就是说热阻为“零”，没有热能散失，④此外，凡是相变热管具有的优点，非相变热管都有。

现在使用比较通俗的例子来说明相变热管与非相变热管的区别：相变热管就像是一组人用不断奔跑的办法、它们把热能从起点拿起，奔跑搬运(传送)热能到终点放下，再奔跑回来继续搬运(传送)热能，人跑动，相当于相变；而非相变热管是把一组人排成行，从起点排到终点，在起点的人拿起热能，一个接一个的把热能从起点传送到终点放下，搬运(传送)热能的过程，人不动，相当于非相变。

我们使用的非相变热管根据与利用物质相变而导热的原理相反的原理，即非相变导热原理，器具有导热的方向可以控制的特性。

非相变热管可以根据我们的需要，设计热的流向，把热量快速传导到需要发热的地方，把热量从需要冷却的地方带走。

众所周知：氧乙炔焰的温度达到摄氏壹仟多度，工业上用于切割钢板，3mm厚的钢板，如果使用氧乙炔焰吹烧，那么，吹到的地方，很快变红，很快就被吹出一个洞，可是，使用非相变超导材料，情况就完全不同了：我们使用非相变超导材料做试验，当我们使用氧乙炔焰吹烧这种2mm厚的非相变超导材料的正面时，氧乙炔焰吹烧到的地方，非相变超导材料的颜色不变，用手摸背面，不热，吹烧正面，我们不需要将热能传到背面，无论吹烧多长时间，非相变超导材料的背面都不热。采用的办法是在非相变超导材料的背面设置绝热层，就能够阻止热量传递至背面。

我们需要发热的地方，该处就能按我们的设计，均匀发热。

我们使用2mm厚的非相变超导材料做试验，吹烧某一个地方，热能能够均匀的传导到其它几个需要之处(也就是没有设置绝热层之处)，使用温度计检测：我们需要将热能均匀的传导到的几个需要之处、无论远、近，各处的温度的温差只有几度。

非相变超导材料有非常强的加工适应能力，可以制作成各种型材，像其它金属材料一样，可以进行剪切、折弯、焊接、钻孔等等机械加工等。可以根据需要进行设计和制作成各种形状和结构。

汽车及各种设备的内燃机把燃烧燃料(汽油、柴油、甲醇、乙醇等等)产生的热能转化成推动内燃机曲轴旋转的动能的转化率只有30％左右，有70％左右的热能从①内燃机机体周围散发(使用水冷却)的热能被浪费了，②内燃机热废气经过的通道外表面散发(使用风冷却)的热能被浪费了，③内燃机排放废气的热能被浪费了，现在①使用非相变热超导材料把内燃机机体周围的外表面及热废气经过管道的外表面全部包裹起来，把这些地方散发的热能全部引导到醇氢转化装置内，用于把甲醇裂解成富氢气体，②把内燃机排放的废气热能全部引导到醇氢转化装置内，用于把甲醇裂解成富氢气体，③使用非相变热超导材料制造富氢气体转化装置的各种部件，使其温度可控，④使用绝热材料，把富氢气体转化装置的外侧包裹起来，尽量减少热能向外侧散失，把这些被浪费的热能(有70％左右)转化成富氢气体的化学能，就可以使用甲醇及其裂解成的富氢气体做各种内燃机的燃料了，因此用该技术整合之后的汽车，是完全使用甲醇、不再使用汽油、柴油的汽车，其它内燃机派生产品，照此办理，甲醇是可再生能源，可以在工厂中生产，取之不尽，用之不竭，这样，就解决了各种内燃机的替代燃料问题。

本发明不仅仅使用非相变热超导材料制造裂解器等的热传导介质，还设计了一系列温控方案，实现在原有汽油或柴油机基础上，经过少量改进替换，就能够替换成本发明的动力装置。

本发明可以①使用“能把醇完全裂解成富氢气体的技术”，利用汽车内燃机排放的废气热，把甲醇完全裂解成富氢气体，②使用“非相变热超导材料”，包裹内燃机机体，把内燃机机体周围原来散发的热能(原来使用水冷却)引导到“醇氢转化装置”内，把甲醇完全裂解成富氢气体，③使用“非相变热超导材料”，包裹内燃机热废气流过通道的外表面，把内燃机热废气流过通道的外表面原来散发的热能(原来用风冷却)引导到“醇氢转化装置”内，把甲醇完全裂解成富氢气体，④把内燃机排出的废气热能、引导到“富氢气体转化装置”内，把甲醇完全裂解成富氢气体，⑤使用绝热材料包裹“醇氢转化装置”的外表面，尽量使热能不要散失，这样，就可以使用甲醇在富氢气体的作用下完全燃烧代替汽油、柴油供给内燃机做燃料，这种方法，就是我们的热超导全代燃醇氢动力技术。

甲醇的热值(21MJ／kg)低于汽油热值(44MJ／kg)的48％，而氢的热值(132MJ／kg)是汽油热值(44MJ／kg)的3倍，氢的燃烧速度是汽油的7倍多，氢的爆炸力是汽油的7倍多，国内外权威机构大量的试验证明：掺氢4.7wt％可替代30-40％的汽油，富氢气体在内燃机中做燃料时，与等量的汽油对比，扭矩提高了8％，功率提高了11％。即烧富氢气体的动力大于烧汽油，这样，就解决了动力问题。

富氢气体燃烧之后变成水和二氧化碳：

2H2+O2→2H2O

2CO+O2→2CO2

不污染环境，这就解决了环保问题。

用富氢气体代替石油燃料，燃烧之后，二氧化碳排放的减少量为：59.37％，这就解决了烧汽油、柴油的减排问题。

现在使用的内燃机，机体内必须有很多通道，用水冷却，迫使低温水通过通道把内燃机散发的有害的热能带走，把高温水输入水箱，用空气冷却成低温水之后，再迫使低温水通过通道把内燃机的有害的热能带走，如此循环。而使用我们的“热超导全代燃醇氢动力技术”之后，内燃机散发的有害的热能被“非相变超导材料”带走，转化成富氢气体的化学能，变成了财富，则不再需要用水冷却，就不需要水箱了，同时，内燃机机体内的冷却通道也就不需要了，这可以为制造内燃机机体减少很多麻烦，降低内燃机机体的制造成本。

现在，汽油、柴油的价格为每吨壹万元左右，精甲醇的价格为每吨两千元左右，使用醇+氢代替汽油、柴油做燃料，每代替一吨，可以减少燃料费捌千元，我们的技术，不仅可以在汽车上使用，而且，凡是使用内燃机的地方都可以使用，我国现在用于做内燃机燃料的汽油、柴油每年有壹亿几千万吨，如果都使用富氢气体代替，则每年可以为我国的内燃机派生产品用户减少燃料费万亿元左右。

与内燃机有关的企业，例如汽车厂，如果使用我们的热超导醇氢动力技术，设计、生产新型汽车，该汽车①内燃机机体中没有水循环通道，②没有水箱及水循环系统，③使用富氢气体转化装置代替原有的烧汽油、柴油系统，④使用甲醇(每吨约贰千元)及其裂解成的富氢气体代替汽油、柴油(每吨约壹万元)做燃料，新型汽车的燃料费只是现有同性能汽车的五分之一，这样的汽车必然畅销，将迅速占领全世界市场，其它内燃机派生产品也可以达到同样的效果。

旧设备的改装及新设备的生产，必然带动甲醇产业、改装业、制造业、及其相关的机械、电气、电子、钢铁、材料、化工、交通运输、服务等等行业的发展，这将提供很多就业岗位，大家都就业了，有收入了，就不用扶贫了，这就解决了就业、扶贫问题。

推广、使用我们的富氢气体动力技术，在解决燃料、环保、减排、就业、扶贫等等问题的同时，必然促进经济腾飞，促使我国快速成为世界第一强国，实现中华民族伟大复兴中国梦，就指日可待了。

图1中各部件的作用如下：

图中各个零、部件的序号、名称、作用如下：

全代燃醇+氢气体动力汽车由现有的汽车及我们设计、制作的全代燃醇氢气体动力装置组成，全代燃醇氢气体动力装置由：①烧甲醇系统和②烧醇氢气体系统组成，

烧甲醇系统由：(1)甲醇储存箱，(2)甲醇泵，(3)供醇系统，(4)节气门及(5)内燃机组成。

烧富氢气体系统由：(6)甲醇泵，(7)甲醇喷嘴，(8)冷却器，(9)蒸发室，(10)裂解器，(11)高热室，(12)储氢罐，(13)压力传感器(14)电磁阀，(15)多点喷射掺烧装置，(18)混合器等等组成。

请看图1：一、供醇系统

汽车启动时，烧甲醇系统和烧富氢气体系统同时自动控制启动，泵2把甲醇从箱1中吸出，到供醇系统3，经节气门4，通过混合器15，进入内燃机5燃烧，此时，裂解器的温度传感器21检测达到裂解温度后就启动泵6把液体甲醇从箱1中吸出，甲醇喷嘴喷射、雾化甲醇进蒸发室8，雾化的甲醇在蒸发室8内吸热、蒸发，体积膨胀，产生压力，甲醇蒸汽被压入高热室继续吸热，产生过热的甲醇蒸汽，然后进入裂解器进行裂解催化，裂解的后产生的氢气进入储氢罐，当储氢罐的压力达到设定值后关闭甲醇喷嘴，这样就实现了自动供醇。

二、吸热系统

我们现在使用的催化剂裂解甲醇蒸汽的温度为：240℃至300℃。

内燃机5排出的热废气，进入高热室10、裂解器9、蒸发室8，把高热室10、裂解器9、蒸发室8加热，之后的废气，从排废气口，通过消声器，排入大气，我们使用“非相变超导材料”、包裹内燃机机体和热废气经过的通道外表面所有散热的地方，把内燃机未转化成动能的机体散发的辐射热能及其排出的废气热能、引导到富氢气体转化装置内，把甲醇裂解成富氢气体，内燃机外面的热能被引导走之后，就不需要水箱散热了，富氢气体转化装置的各个部件都使用非相变超导材料制造，同时，在所有吸热部件的外面，都使用绝热材料包裹，使热能尽量不散失，这样，就能最大限度的吸收内燃机未转化成动能的机体散发的辐射热能及其排出的废气热能。

甲醇液体由甲醇喷头喷射雾化进入蒸发室8吸热，变成甲醇蒸汽，之后，再进入高热室10吸热，变成高温甲醇蒸汽，当测温探头16检测到高热室12内的甲醇蒸汽的温度≥320℃时，测温探头16就打开电磁阀17，把甲醇蒸汽放进裂解器9，边吸热边裂解成富氢气体，高热室10内的温度≥320℃的热能被甲醇蒸汽带走了，则高热室12内的温度就不会再升高，保护了催化剂不会被烧坏，富氢气体从裂解器9出来，进入储氢罐11，当安装在储氢筒内的压力传感器12检测到储氢罐11内的富氢气体具有一定压力时，压力传感器12就打开电磁阀13，把富氢气体放入多点喷射掺烧装置14，根据节气门的信号，进入到混合器15，与甲醇混合之后，进入内燃机5燃烧，由于我们使用非相变超导材料制作吸热的各个部件，并在吸热的各个部件的外面，使用“绝热材料”保温，尽量使热能不要散失，这样，就有足够的热能把甲醇裂解成富氢气体，就实现了汽车使用甲醇及其裂解成的富氢气体全代燃。

三、裂解系统

我们使用的催化剂，裂解甲醇蒸汽的温度为：240℃至300℃，为了保证甲醇蒸汽能完全裂解成富氢气体，必须具备以下条件：

1、进入裂解器的甲醇蒸汽的温度，必须在甲醇蒸汽裂解温度：

在240℃至300℃的范围内。

2、整个裂解器内各处的催化剂的温度都必须在240℃至300℃甲醇蒸汽裂解温度的范围内，(各处催化剂温差最好不大于10℃。)

(一)、为了保证进入裂解器的甲醇蒸汽的温度，在甲醇蒸汽裂解温度：240℃至300℃的范围内，我们采取了以下措施：

1、高热室10内的测温探头16与裂解器9内的测温探头21共同检测甲醇蒸汽和催化剂的温度，根据具体的温度情况由控制系统发出指令来控制甲醇的裂解进程。

2、当高热室10内的测温探头16检测到高热室10内的甲醇蒸汽的达到设定温度时，控制系统发出指令来打开电磁阀17，把甲醇蒸汽放进裂解器9，边吸热边裂解成富氢气体。

3、当裂解器9内测温探头21检测到裂解器9内的催化剂的温度达到设定温度时，控制系统发出指令来打开电磁阀17，把高热室10内的甲醇蒸汽放进裂解器9，边吸热边裂解成富氢气体。

(二)、为了保证整个裂解器内各处的催化剂的温度都在甲醇蒸汽裂解温度：240℃至300℃的范围内，(最好温差不大于10℃。)我们采取了以下措施：

1、众所周知：裂解器内必须有足够多的催化剂，才能保证甲醇蒸汽得到完全裂解，这就迫使裂解器必须具有足够的长、宽、高尺寸，我们的裂解器安装在汽车的底盘上，汽车底盘的空间有限，宽和高的尺寸受到限制，只能调整长度尺寸来满足装催化剂的需要，热废气从裂解器的头进入，从裂解器的尾流出，甲醇蒸汽有的人是从裂解器的头进入，从裂解器的尾流出，而有的人是从裂解器的尾进入，从裂解器的头流出，无论怎样，甲醇蒸汽的头和尾都有温差，我们在试验时，检测裂解器头、尾的温差，第一次，有100℃以上，无论怎样调整，头、尾的温差都有几十度，已经超出了催化剂裂解甲醇蒸汽的范围，这就是甲醇蒸汽不能完全裂解的原因。

我们让甲醇蒸汽在裂解器内的流动方向从前部的甲醇管路进入塔形的甲醇高温加热区(也就是高温室)，由于这里是尾气在裂解器中温度最高的区域(常常高于350℃)，甲醇在这里与尾气进行热交换；一方面把甲醇加热到320℃，甚至更高；另一方面把尾气的温度降低到320℃的水平。甲醇蒸汽经过塔形的管路进行加热、扩散和混合，再通过多孔板均匀进入裂解区。过热的甲醇蒸汽进入裂解区，在和催化剂接触的时候，一方面可以加热催化剂，使催化剂更快的达到最佳的催化裂解的温度，另一方面可以弥补催化裂解时的热量的消耗，使催化剂稳定在最佳的温度范围。

尾气在通过我们的非相变热超导材料时，把热量传导给热超导材料，由非相变热超导材料再给催化剂进行加热。使催化剂达到其催化裂解的温度范围。我们的非相变热超导材料上有特别的热流道的设计，可以使我们的裂解区的温度迅速达到均温的状态，无论前后上下其温度都能保持均匀，根据我们的测定温度最高和最低相差不到5℃，这就有效的解决了由于尾气在流动的过程中由于其固有温度梯度以及由于催化裂解吸收热量而造成的裂解器的前后温差过大的问题。避免了传统换热装置为达到温度相对均衡而采用的复杂结构(而此结构由于体积过大，在车载的情况下安装困难或根本无法安装)，而通常的设计，为了达到有效利用尾气热能，其前端的温度高于催化剂的催化裂解的温度；而尾端低于催化裂解的温度，而造成催化裂解效率低下和部分催化剂由于温度的问题而失效的弊病。

具体来说，在现有技术中，甲醇蒸汽都是从尾气前端开始被加热，直到尾气后端；或者从尾气后端还是加热，直到尾气前端。而本发明的甲醇蒸汽先在尾气后端被加热，又转移到尾气最前端被加热，最后到尾气中段被加热。这样创造性地改进极大地提高了加热效率，又保护了催化剂。

(三)、为了保证甲醇蒸汽能完全裂解成富氢气体，我们采取了以下措施：

1、凡是热废气经过的部件：高热室、裂解器、中热室、蒸发室都使用非相变超导材料制作。

2、我们使用非相变热超导材料传递热能的温度可以控制的性能，在制造这些部件时，就把各个部件的温度控制如下：

①、我们让刚从内燃机排出的温度最高的尾气进入高热室，使甲醇蒸汽温度达到≥320℃。

②、我们让离开高热室的温度次高的尾气进入裂解器，使甲醇蒸汽温度达到280℃至320℃。

④、我们让离开裂解器的温度更低一点的尾气进入蒸发室，使甲醇蒸汽温度达到100℃至280℃。

(四)、甲醇蒸汽在裂解器内的催化剂载体-多孔陶瓷球的微孔和缝隙中流动，催化剂载体的微孔最大限度地增大了甲醇蒸汽和催化剂的接触面积和增长了甲醇蒸汽的流动的路径，使甲醇的催化裂解可以更快更有效的进行。

掺烧

从裂解器9出来的富氢气体，进入储氢罐11储存，当储氢罐11内的压力传感器12检测到富氢气体的压力≥规定值时，系统就指挥电磁阀13打开，把富氢气体放进多点喷射掺烧装置14内，该装置由控制系统可以自动、按比例给富氢气体配入空气，进入混合器15，把富氢气体与甲醇混合，进入内燃机燃烧。

自动控制、检测、监控、显示

使用我们的富氢气体动力技术改装或者设计、制造的内燃机派生产品，例如全代燃富氢气体动力汽车，从头到尾都是全自动控制，驾驶员只需要像普通汽车一样正常操作，其它一切工作都由智能控制系统进行控制、检测、监控。如果发生故障，就自动报警，输出故障的地方及原因。

试验

为了保证“富氢气体动力技术”在使用中具有优越的性能，并且安全可靠，必须首先在试验室内做试验，确认已经达到要求时，才装车试验，在试验室内，除了要有一辆改装好的全代燃富氢气体动力汽车之外，还要有一块显示屏，显示屏必须显示以下内容：

一、温度

1、在内燃机排气管与富氢气体转化装置的高热室连接处，安装测温探头，检测从内燃机排出的热废气温度T1，了解热废气的温度变化情况。

2、在高热室与裂解器的连接处的空挡之间，安装测温探头，检测从高热室排出的热废气温度T2，根据T1和T2，就可以计算出高热室从热废气中吸收了多少热能。

3、在裂解器与蒸发室的连接处的空挡之间，安装测温探头，检测从裂解器排出的热废气温度T3，根据T3和T2，就可以计算出裂解器从热废气中吸收了多少热能。

4、在蒸发室的出气口，安装测温探头，检测从蒸发室排出的热废气温度T4，根据T3和T4，就可以计算出蒸发室从热废气中吸收了多少热能。

根据T4和T1，就可以计算出整个醇氢气体转化装置(即上述四个部件)从热废气中吸收了多少热能，各个部件分别吸收的热能相加应该等于整个富氢气体转化装置从热废气中吸收的热能。

6、装在储醇箱1内的液体甲醇温度，视为当时的室温，室温液体甲醇进入蒸发室吸热，变成甲醇蒸汽，在蒸发室与高热室的甲醇蒸汽通道连接处，安装测温探头，检测甲醇蒸汽离开蒸发室进入中热室的温度T5，根据T5和室温，就可以计算出用于甲醇蒸汽升温的热能，加上用于液体甲醇汽化的热能，就是蒸发室从热废气中吸收的热能。

7、甲醇蒸汽进入高热室吸热，变成过热甲醇蒸汽，在高热室与裂解器的甲醇蒸汽通道连接处，安装测温探头，检测过热甲醇蒸汽离开高热室进入裂解器的温度T6，根据T5和T6，就可以计算出中温甲醇蒸汽从高热室的热废气中吸收的热能。

8、我们的裂解器采用非相变热超导材料，在裂解器的前后左右四个角上，安装四个测温探头，检测裂解器的前后左右四个角上的温度T7、T8、T9、T10，如果这四个温度基本相等，其温差不超过10℃，即可以认为非相变热超导材料工作正常。把温度最低的测温探头假设是T10作为控制电磁阀的温度，当T2≥240℃时，电脑打开电磁阀，把高热室内的过热甲醇蒸汽放进裂解器，裂解成富氢气体，根据T6和T10、就可以计算出高温甲醇蒸汽从裂解器的热废气中吸收的热能，加上高温甲醇蒸汽用于转化成富氢气体的热能，就是裂解器从热废气中吸收的热能。

我们研发的“热超导富氢气体全代燃动力装置”不仅要尽可能多的从热废气中吸收热能，而且，各个部件进、出口处的温度必须控制在合理的范围内，从上述10个温度的情况，我们就可以了解到我们的设计是否合理，应该如何改进。

二、压力

1、由于甲醇在整个催化裂解的过程当中，存在加热、蒸发和裂解的的变化，其体积在变大。所以其整个催化裂解的部件需要进行压力测试。根据整个系统的设定的情况：我们可以设定0.4Mpa为系统的压力上限。那么，我们在制作这些部件时，只要试压达到0.8Mpa，保压一段时间无泄漏，就可以证明这些部件在使用中不会泄漏，保证了这些部件在使用中的安全。

2、在储氢筒内安装测压装置，当富氢气体输入到储氢筒内，就会对储氢筒产生压力P2，当测压装置检测到P2≥设定压力，假设为0.2Mpa时，就打开电磁阀13，使富氢气体进入多点喷射掺烧装置14，进入混合器18与甲醇混合，一起进入内燃机燃烧。

三、动作、情况

富氢气体转化的全过程都是全自动控制，各个部件的动作、相互之间如何配合，都是智能控制系统进行控制：

1、液体甲醇的供应、流动情况

液体甲醇存储在储醇箱内，安装有液位控制器的探头，告知系统甲醇的存量。甲醇泵2把甲醇从箱1中吸出，到供醇系统3，经节气门4，通过混合器15，进入内燃机5燃烧，此时，裂解器的温度传感器21检测达到裂解温度后就启动泵6把液体甲醇从箱1中吸出，甲醇喷嘴喷射、雾化甲醇进入蒸发室8，雾化的甲醇在蒸发室8内吸热、蒸发，体积膨胀，产生压力，甲醇蒸汽被压入高热室继续吸热，产生过热的甲醇蒸汽，然后进入裂解器进行裂解催化，裂解的后产生的氢气进入储氢罐，当储氢罐的压力达到设定值后关闭甲醇喷嘴，这样就实现了自动供醇。

由甲醇泵6自动供应甲醇。

2、甲醇蒸汽的裂解情况

我们使用的催化剂，裂解甲醇蒸汽的温度为：240℃至300℃，为了保证甲醇蒸汽能完全裂解成富氢气体，必须具备以下条件：

1、进入裂解器的甲醇蒸汽的温度，必须在甲醇蒸汽裂解温度：

在240℃至300℃的范围内。

2、整个裂解器内各处的催化剂的温度都必须在240℃至300℃甲醇蒸汽裂解温度的范围内，(各处催化剂温差最好不大于10℃。)

(一)、为了保证进入裂解器的甲醇蒸汽的温度，在甲醇蒸汽裂解温度：240℃至300℃的范围内，我们采取了以下措施：

1、高热室10内的测温探头16与裂解器9内的测温探头21共同检测甲醇蒸汽和催化剂的温度，根据具体的温度情况由控制系统发出指令来控制甲醇的裂解进程。例如其中一个测温探头达到预定值，即开启电磁阀17.

2、当高热室10内的测温探头16检测到高热室10内的甲醇蒸汽的达到设定温度时，控制系统发出指令来打开电磁阀17，把甲醇蒸汽放进裂解器9，边吸热边裂解成富氢气体。

3、当裂解器9内测温探头21检测到裂解器9内的催化剂的温度达到设定温度时，控制系统发出指令来打开电磁阀17，把高热室10内的甲醇蒸汽放进裂解器9)，边吸热边裂解成富氢气体。

3、富氢气体掺烧情况

当储氢罐11内的压力传感器12检测到富氢气体的压力规定值时，智能控制系统指挥电磁阀13打开，富氢气体已经进入内燃机燃烧，当储氢罐11内的压力传感器12检测到富氢气体的压力＜规定值时，智能控制系统指挥电磁阀13关断，同时加大甲醇的供给量以供应充足的富氢气体，以达到发动机燃烧的需求。

四、裂解器各个单元的裂解情况，催化剂使用量是否合理

达到裂解温度甲醇蒸汽在裂解器内的催化剂载体-多孔陶瓷球的微孔和缝隙中流动，催化剂载体的微孔最大限度地增大了甲醇蒸汽和催化剂的接触面积和增长了甲醇蒸汽的流动的路径，使甲醇的催化裂解可以更快更有效的进行。在裂解器的尾部的温度传感器的位置与“气体频谱分析仪”相连，这样，我们就能清楚的看到裂解器的裂解情况，当我们看到裂解器达到百分之百的裂解时，再加上一点富裕量，就是催化剂的准确使用量，根据催化剂的准确使用量设计出来的裂解器，就是经济实惠的裂解器。

我们在设计热超导富氢气体全代燃动力装置时，对于各个部件的温度、压力、动作，各个参数都要有预定的数值，通过智能控制系统进行控制，通过读取智能控制系统的数据就可以了解到，我们的设计是否合理，从而，进行改进，使我们的全代燃富氢气体动力汽车尽善尽美。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置，其特征在于，包括：

甲醇存储箱，其中存储有甲醇液体

内燃机，其通过第一管路与所述甲醇存储箱联通，且所述内燃机具有尾气排放管路；

裂解器，其入口端通过第二管路与所述甲醇存储箱联通，且所述裂解器中设有甲醇蒸汽通道和与所述甲醇蒸汽通道热导通的内燃机尾气通道，所述甲醇蒸汽通道中设有甲醇裂解催化剂，所述裂解器的出口端连接至所述内燃机；

节气门，其设置在所述甲醇存储箱和内燃机之间的第一管路上；

多点喷射掺烧装置，其设置在所述裂解器的出口端和所述内燃机之间，且与所述节气门通讯连接，根据所述节气门的信号，调节从所述裂解器的出口端进入所述内燃机的富氢气体喷射量；

其中，所述内燃机的尾气排放管路与所述裂解器的内燃机尾气通道联通，且所述内燃机尾气通道由非相变热管制成，在非相变热管的外侧还设置有绝热层。

2.如权利要求1所述的甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置，其特征在于，还包括：

甲醇喷嘴，其设置在所述第二管路的甲醇运行的上游段，将从甲醇存储箱中流出的甲醇液体进行喷射雾化。

3.如权利要求2所述的甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置，其特征在于，还包括：

高热室，其设置在内燃机和裂解器之间，所述内燃机的尾气排放管路通过所述高热室与所述裂解器的内燃机尾气通道联通，内燃机的尾气先通过所述高热室再进入所述裂解器，且所述高热室还与所述第二管路联通，且位于所述甲醇喷嘴的甲醇运行的下游段，所述裂解器的甲醇运行的上游段。

4.如权利要求2所述的甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置，其特征在于，还包括：

蒸发室，其设置在裂解器和甲醇存储箱之间，所述裂解器通过所述蒸发室与所述甲醇存储箱联通，所述甲醇喷嘴位于所述蒸发室的甲醇运行的上游，所述高热室位于所述蒸发室的甲醇运行的下游，且所述蒸发室还与所述内燃机的尾气排放管路联通，且位于所述裂解器的甲醇运行的下游。

5.如权利要求4所述的甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置，其特征在于，所述高温室中设置有高温室测温探头，当高温室测温探头检测到所述高热室内的甲醇蒸汽的温度≥320℃时，打开位于高温室和裂解器之间的甲醇蒸汽连接通道上的电磁阀，把甲醇蒸汽放进裂解器，边从尾气中吸热边裂解成富氢气体。

6.如权利要求5所述的内燃机尾气热量吸收装置，其特征在于，所述高热室内设置有甲醇蒸汽管，所述甲醇蒸汽管与所述第二管路联通，且在所述甲醇蒸汽管内安装有高热室测温探头，当高热室测温探头检测到甲醇蒸汽管内甲醇蒸汽的温度大于等于最佳裂解温度上限值时，开启高热室与裂解器之间的电磁阀，向裂解器中释放高温甲醇蒸汽。

7.如权利要求6所述的内燃机尾气热量吸收装置，其特征在于，所述裂解器的入口端和出口端催化剂处均彼此间隔地设置有至少两个裂解器测温探头，当这些裂解器测温探头检测到的催化剂最低温度达到240℃以上时，开启高热室与裂解器之间的电磁阀，向裂解器中释放高温甲醇蒸汽。

8.如权利要求1所述的内燃机尾气热量吸收装置，其特征在于，还包括：

储氢罐，其设置在所述裂解器出口端和所述多点喷射掺烧装置之间，用于存储来自裂解器的富氢气体；

所述储氢罐中设置有压力传感器，当检测到储氢罐中的富氢气体压力达到预定值时，开启储氢罐与多点喷射掺烧装置之间的电磁阀；

并且，所述裂解器中甲醇蒸汽迂回曲折流动的方向与内燃机的尾气直通流动的方向垂直。

9.一种内燃机尾气热量吸收装置，其特征在于，包括：

内燃机，其具有尾气排放管路；

裂解器，其中设有甲醇蒸汽通道和与所述甲醇蒸汽通道热导通的内燃机尾气通道，所述甲醇蒸汽通道中设有甲醇裂解催化剂；

其中，所述内燃机的尾气排放管路与所述裂解器的内燃机尾气通道联通，且所述裂解器的内燃机尾气通道由非相变热管制成，在非相变热管的外侧还设置有绝热层；

以及其中，所述内燃气外壳和所述内燃机的尾气排放管路均由非相变热管制成，且在非相变热管的外侧还设置有绝热层。

10.一种利用内燃机尾气余热全裂解甲醇做燃料的装置，其特征在于，包括：

甲醇存储箱，其中存储有甲醇液体

内燃机，其具有尾气排放管路；

裂解器，其入口端通过第二管路与所述甲醇存储箱联通，其中设有甲醇蒸汽通道和与所述甲醇蒸汽通道热导通的内燃机尾气通道，所述甲醇蒸汽通道中设有甲醇裂解催化剂；

蒸发室，其设置在甲醇存储箱和裂解器之间，与所述第二管路联通；

高热室，其设置在所述蒸发室和裂解器之间，与所述第二管路联通；

其中，所述甲醇存储箱中的甲醇液体依次通过蒸发室、高热室和裂解器入口端，最后裂解为富氢气体从裂解器出口端排出，而所述内燃机的尾气排放管路与所述裂解器的内燃机尾气通道联通，且与所述蒸发室和所述高热室也联通，所述裂解器的内燃机尾气通道、蒸发室和高热室均由非相变热管制成，在非相变热管的外侧还设置有绝热层；

以及其中，所述内燃机的尾气依次通过高热室、裂解器入口端、裂解器出口端和蒸发室之后排出。